JP3222361B2 - 太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュールに
係り、より詳しくは、光変換部材としての半導体光活性
層を少なくとも一層以上有する光起電力素子からなる太
陽電池モジュールの非受光面側に、接着剤層を介して補
強材を貼りつけてなる太陽電池モジュールの非受光面側
の裏面被覆層に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ2排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリ
ーンなエネルギーへの希求はますます強まってきてい
る。太陽電池は、その安全性と扱いやすさから、そのよ
うなクリーンなエネルギー源として現在のところ期待の
もてるものだといえる。
【０００３】太陽電池には様々な形態がある。代表的な
ものとしては、（１）結晶シリコン太陽電池、（２）多
結晶シリコン太陽電池、（３）アモルファスシリコン太
陽電池、（４）銅インジウムセレナイド太陽電池、
（５）化合物半導体太陽電池などがある。これらの太陽
電池の中でも、薄膜結晶シリコン太陽電池、化合物半導
体太陽電池及びアモルファスシリコン太陽電池は、比較
的低コストで大面積化が可能なため、最近では各方面で
活発に研究開発が進められている。
【０００４】更に、これらの太陽電池の中でも、導体金
属基板上にシリコンを堆積し、その上に透明導電層を形
成したアモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜
太陽電池は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富
んでいるので、将来のモジュール形態として有望視され
ている。ただし、この場合、ガラス基板上にシリコンを
堆積する場合とは異なり、光入射側表面を透明な被覆材
で覆って太陽電池を保護する必要がある。この種の表面
被覆材として、従来より、最表面にフッ素樹脂フィルム
やフッ素樹脂塗料などを用いた透明なフッ化物重合体薄
膜が、またその内側には種々の熱可塑性透明有機樹脂が
用いられていた。
【０００５】ここで、フッ化物重合体は耐候性・撥水性
に富んでおり、樹脂の劣化による黄変・白濁あるいは表
面の汚れによる光透過率の減少に起因する太陽電池モジ
ュールの変換効率の低下を少なくすることができる。ま
た、熱可塑性透明有機樹脂は安価であり、内部の光起電
力素子を保護するための充填材として大量に用いること
ができる。更に、実用の太陽電池モジュールにあたって
は、太陽電池モジュールの機械的強度及び温度変化によ
る歪やソリを防止するため補強材を設けるものが一般的
である。また、この場合、接着剤層を介して、半導体光
活性層を有する導電性金属基板および熱可塑性透明有機
樹脂と補強材とを貼りつける必要がある。
【０００６】従来は、このような接着剤層に使用する接
着剤としては、表面被覆材として使用している熱可塑性
透明有機樹脂と同様な樹脂を用いられている。更に、絶
縁体層としての硬質フィルムを熱可塑性透明有機樹脂で
はさみ込むような裏面被覆層が用いられている。
【０００７】図５はこのような太陽電池モジュールの従
来例である。図５において、５０３はフッ化物重合体薄
膜層、５０２は熱可塑性透明有機樹脂、５０１は光起電
力素子、５０４は絶縁体層、５０５は補強材である。よ
り具体的には、フッ化物重合体薄膜層５０３は、ＥＴＦ
Ｅ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）フィ
ルム、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）フィルムなどのフッ
素樹脂フィルムである。熱可塑性透明有機樹脂５０２
は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ブチラ
ール樹脂などである。絶縁体層５０４は、ナイロンフィ
ルム、アルミラミネートテドラーフイルムをはじめとす
る種々の有機樹脂硬質フィルムである。補強材５０５
は、塗装亜鉛鋼板のような絶縁処理した金属、カーボン
ファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）な
どである。そして、この図５に示した例において、熱可
塑性透明有機樹脂５０２は、光起電力素子５０１とフッ
化重合体薄膜層５０３および絶縁体層５０４、絶縁体層
５０４と光起電力素子５０１の裏側および補強材５０５
との接着剤としての役割、並びに外部からの引っかきや
衝撃から太陽電池を保護する充填材の役割をはたしてい
る。
【０００８】また、このような構成の太陽電池モジュー
ルは、一般的には、樹脂フィルム、充填材および光変換
部材、非受光面側裏面被覆層としての充填材、硬質フィ
ルム、充填材、並びに補強材を重ね、真空ラミネーター
を用いて加圧し、また加熱することにより製造される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、裏面
被覆層の接着剤層に使用されている熱可塑性透明有機樹
脂はその接着力に問題があり、また、導電性金属基板と
補強材とを前記接着剤層により貼りあわせている従来の
太陽電池モジュールには次のような問題があった。
【００１０】すなわち、裏面の硬質フィルムによって絶
縁性を確保している上記従来の太陽電池モジュールにお
いては、導電性金属基板と裏面硬質フィルムの接着力は
高い信頼性が要求される。更に、機械的強度の確保や温
度変化による歪みや反り防止のために設けられている補
強材と導電性金属基板の接着力も同程度の信頼性が必要
である。特に、２０年間の長期にわたる屋外での使用
や、家屋の屋根として使用される導電性金属基板屋根材
一体太陽電池モジュールとしての使用では、屋根として
の性能を考えた場合にも補強材との接着力を長期にわた
り確保することは不可欠である。
【００１１】ところが、従来の熱可塑性透明有機樹脂、
特にＥＶＡを裏面有機高分子樹脂として用いる裏面被覆
層の構成では、ＥＶＡと導電性金属基板及び補強材との
接着力が弱い。特に、塗装亜鉛鋼鈑のような表面を有機
高分子で被覆された補強材を用いる際には接着力が弱
く、これが原因となって、これらの界面に剥れが生じや
すくなる。そして、このような剥がれが生じた場合に
は、そこから水分が光変換部材に達してしまい、太陽電
池の特性を低下させるだけでなく、このような侵入した
水分を介してリーク電流が生じるという問題もある。更
に、初期接着力も弱く信頼性の面で問題があるが、環境
試験である温度８５度、湿度８５％雰囲気下での促進暴
露試験で更に接着力が低下することから、長期信頼性に
大きな問題がある。
【００１２】また、上記方法により太陽電池モジュール
を製造する場合、充填材と受光面側表面被覆層、光変換
部材、硬質フィルム、補強材の各界面が加圧される際に
おいて、太陽電池モジュールの端部が密着状態となり、
その内部の一部に空気が残ってしまう場合がある。この
ため、製造された太陽電池モジュールは内部に気泡残り
を生じたものになる場合が多々ある。このようにして太
陽電池モジュール内部に残った気泡は、温度変化によっ
て膨張、収縮を繰り返し、被覆材の剥離を誘発する。ま
た、このような剥離は水分を光変換部材に到達させる原
因ともなり、これが上述のような変換効率を低下させる
原因ともなる。更に、上記の気泡残りは太陽電池モジュ
ールの外観を好ましくないものにしてしまい、製品の歩
留を低下させてしまう。
【００１３】上述の問題点を解決する手段として、各々
の充填材の両側にガラス繊維不織布をはさみ込みラミネ
ートする方法が知られている。この方法によれば、製造
プロセスにおいては、ガラス繊維が充填材と最表面樹脂
フィルム、光変換部材、硬質フィルム、補強材の各界面
にはさみ込まれることになる。このため、太陽電池モジ
ュールが加圧されても、太陽電池モジュールの端部に空
気の抜け道が確保されるために真空びきが容易になり、
気泡の残りがなくなる。しかしながら、この方法の場
合、非常に多くのガラス繊維不織布を使用することが必
要となり、これが積層作業が煩雑化し、また太陽電池モ
ジュールのコストアップの原因ともなる。
【００１４】本発明は上記した課題に鑑み、２０年間程
度の長期間の屋外暴露においても導電性金属基板、絶縁
層、補強板と熱可塑性透明有機樹脂層の接着力を確保で
きる、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供すること
を目的とする。更に、製造プロセスを簡略化することが
できて、製造時の脱気性に関しても高い信頼性をもつ太
陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のよう
な構成が最良であることを見いだした。
【００１６】すなわち、光変換部材としての半導体光活
性層を少なくとも一層以上有する光起電力素子の非受光
面側に、接着剤層を介して補強材を貼りつけてなる太陽
電池モジュールにおいて、前記接着剤層が、硬質フィル
ムの両側に粘着性付与樹脂を含む熱接着樹脂層を有する
有機高分子樹脂を一体に積層した裏面被覆層であり、該
裏面被覆層の表面には凹凸が形成されていることを特徴
とする太陽電池モジュールである。
【００１７】本発明の太陽電池モジュールにおいては、
裏面被覆層の表面に凹凸を設ける構成とする。なお、硬
質フィルムとしては、ポリカーボネート、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロンから選択されるフ
ィルムが好ましく使用される。また、光起電力素子は、
導電性金属基板上に光変換部材としての半導体光活性層
を有するものが好ましく使用される。
【００１８】
【作用】上記構成である本発明の太陽電池モジュールに
よれば、裏面被覆層が接着力に優れたものとなり、導電
性金属基板の裏面、絶縁層、補強材と有機高分子樹脂の
接着力を確保することができる。また、従来のような絶
縁層と充填材層の間の不織布が不要となることから、積
層工程が簡略化され、製造プロセスを簡略化できる。
【００１９】また、裏面被覆層の表面に凹凸を設けるこ
とによって、この凹凸により裏面被覆層として脱気用の
不織布を必要としないため、更なる工程の簡略化および
低コスト化が期待できる。
【００２０】更に、硬質フィルムをポリカーボネート、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロンから
なる安価な汎用樹脂フィルムとすることによって、大き
な材料コストの上昇なしに本発明の目的を達成でき、低
コストで本発明の効果を享受できる。
【００２１】また、光起電力素子を導電性金属基板上に
光変換部材としての半導体光活性層を有するものとする
ことで、光起電力素子自身の可撓性が優れているため
に、可撓性のある被覆材の併用によって容易に可撓性の
太陽電池モジュールを作成できる。
【００２２】
【実施態様例】図１に本発明の太陽電池モジュールの概
略構成図を示す。図１において、１０１は光起電力素
子、１０２は透明な表面充填材、１０３は最表面に位置
する透明な樹脂フィルム、１０４は裏面被覆層、１０５
は粘着性付与樹脂を含む熱接着樹脂層を有する有機高分
子樹脂、１０６は硬質フィルム、１０７は補強材であ
る。この太陽電池モジュールにおいて、外部からの光
は、最表面の樹脂フィルム１０３から入射して光起電力
素子１０１に到達し、光起電力素子１０１に生じた起電
力は出力端子（図示せず）によって外部に取り出され
る。
【００２３】本発明において、光起電力素子１０１は、
導電性基体上に光変換部材としての半導体光活性層と透
明導電層を形成したものである。その一例としての概略
的な構成を図２に示す。図２において、２０１は導電性
基体、２０２は裏面反射層、２０３は半導体光活性層、
２０４は透明導電層、２０５は集電電極、２０６ａと２
０６ｂは出力端子である。
【００２４】導電性基体２０１は光起電力素子の基体に
なると同時に、下部電極の役割も果たす。導電性基体２
０１の材料としては、シリコン、タンタル、モリブデ
ン、タングステン、ステンレス、アルミニウム、銅、チ
タン、カーボンシート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成し
てある樹脂フィルムやセラミックスなどが挙げられる。
この導電性基体２０１上には、裏面反射層２０２とし
て、金属層、あるいは金属酸化物層、あるいは金属層と
金属酸化物層を形成しても良い。金属層としては、例え
ば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが用
いられる。金属酸化物層としては、例えば、ＺｎＯ，Ｔ
ｉＯ2，ＳｎＯ2などが用いられる。これら金属層や金属
酸化物層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビ
ーム蒸着法、スパッタリング法などがある。
【００２５】半導体光活性層２０３は、光電変換を行う
部分であり、具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結晶
シリコン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、あるい
はＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃ
ｕ2Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴｅ
／Ｃｕ2Ｔｅをはじめとする化合物半導体などが挙げら
れる。半導体光活性層２０３の形成方法としては、多結
晶シリコンの場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シ
リコンの熱処理、アモルファスシリコンの場合はシラン
ガスなどを原料とするプラズマＣＶＤ、化合物半導体の
場合はイオンプレーティング、イオンビームデポジショ
ン、真空蒸着法、スパッタ法、電析法などがある。
【００２６】透明導電層２０４は、太陽電池の上部電極
の役目を果たしている。透明導電層２０４に用いる材料
としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3−Ｓ
ｎＯ2（ＩＴＯ），ＺｎＯ，ＴｉＯ2，Ｃｄ2ＳｎＯ4，高
濃度不純物ドープした結晶性半導体層などがある。透明
導電層２０４の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、スパ
ッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などがあ
る。
【００２７】透明導電層２０４の上には、電流を効率よ
く集電するために、格子状の集電電極２０５（グリッ
ド）を設けても良い。集電電極２０５の具体的な材料と
しては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ、あるいは銀ペーストをはじめとする
導電性ペーストなどが挙げられる。集電電極２０５の形
成方法としては、マスクパターンを用いたスパッタリン
グ、抵抗加熱、ＣＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着した後
で不必要な部分をエッチングで取り除きパターニングす
る方法、光ＣＶＤにより直接グリッド電極パターンを形
成する方法、グリッド電極パターンのネガパターンのマ
スクを形成した後にメッキする方法、導電性ペーストを
印刷する方法などがある。導電性ペーストは、通常微粉
末状の銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどをバインダ
ーポリマーに分散させたものが用いられる。バインダー
ポリマーとしては、例えば、ポリエステル、エポキシ、
アクリル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウ
レタン、フェノールなどの樹脂が挙げられる。
【００２８】最後に、起電力を取り出すために、出力端
子２０６ｂを導電性基体２０１に、また出力端子２０６
ａを集電電極２０５にそれぞれ取り付ける。導電性基体
２０１へは、銅タブなどの金属体をスポット溶接や半田
２０７で接合する方法がとられる。また集電電極２０５
へは、金属体を導電性ペーストや半田２０７によって電
気的に接続する方法がとられる。なお、集電電極２０５
に取り付ける際に出力端子２０６ａが導電性金属基体２
０１や半導体活性層２０３と接触して短絡するのを防ぐ
ために絶縁体（絶縁テープ）２０８を設けることが望ま
しい。
【００２９】上記の手法で作成した光起電力素子は、所
望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接続され
る。直列の場合は上記した出力端子のプラス側とマイナ
ス側を、並列の場合は同極性同士を、それぞれ接続す
る。また、これとは別に、絶縁化した基板上に光起電力
素子を集積化して所望の電圧あるいは電流を得ることも
できる。なお、出力端子や素子の接続に用いる金属部材
の材質としては、高導電性、半田付け性、コストなどを
考慮して、銅、銀、半田、ニッケル、亜鉛、錫の中から
選択することが望ましい。
【００３０】次に本発明に用いられる最表面の樹脂フィ
ルム１０３及び表面充填材１０２について以下に詳しく
説明する。
【００３１】表面充填材１０２は、光起電力素子１０１
の凹凸を樹脂で被覆してこれを温度変化、湿度、衝撃な
どの過酷な外部環境から守り、且つ表面の樹脂フィルム
１０３と光起電力素子１０１との接着を確保するために
必要である。従って、表面充填材１０２には耐候性、接
着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求され
る。これらの要求を満たす樹脂としては、エチレン−酢
酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メ
チル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル
共重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹脂などのポリオレフ
ィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げ
られる。
【００３２】なかでも、ＥＶＡは太陽電池用途としてバ
ランスのとれた物性を有しており、好んで用いられる。
ただ、そのままでは熱変形温度が低いために容易に高温
使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性
を高めておくことが望ましい。ＥＶＡの場合は有機過酸
化物で架橋するのが一般的である。
【００３３】有機過酸化物による架橋は有機過酸化物か
ら発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子
を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行われ
る。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドック
ス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分
解法が好んで行われている。有機過酸化物の化学構造の
具体例としては、ヒドロペルオキシド、ジアルキル（ア
リル）ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ペルオキ
シケタール、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボネ
ートおよびケトンペルオキシドなどが挙げられる。な
お、有機過酸化物の添加量は充填材樹脂１００重量部に
対して０．５乃至５重量部である。
【００３４】上記の有機過酸化物を充填材に併用し、加
圧加熱しながら架橋および熱圧着を行うことが可能であ
る。加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸化物の熱分
解温度特性で決定することができる。一般的には、熱分
解が９０％、より好ましくは９５％以上進行する温度と
時間をもって加熱加圧を終了する。
【００３５】上記の架橋反応を効率良く行うためには、
架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡ
ＩＣ）を用いることが望ましい。架橋助剤は、一般的に
は、充填材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の
添加量である。
【００３６】本発明に用いられる充填材の材料は耐候性
において優れたものであるが、更なる耐候性の改良ある
いは充填材下層の保護のために、紫外線吸収剤を併用す
ることもできる。紫外線吸収剤としては、公知の化合物
が用いられるが、太陽電池モジュールの使用環境を考慮
して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。
紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれば、光
に対してより安定な充填材となる。
【００３７】さらに、耐熱性・熱加工性改善のために酸
化防止剤を添加することも可能である。
【００３８】また、より厳しい環境下で太陽電池モジュ
ールの使用が想定される場合には、充填材と光起電力素
子あるいは表面フィルムとの密着力を向上することが好
ましい。このような密着力の改善は、シランカップリン
グ剤や有機チタネート化合物を充填材に添加することで
可能である。また、これらの添加量は、充填材樹脂１０
０重量部に対して０．１乃至３重量部が好ましく、０．
２５乃至１重量部がより好ましい。
【００３９】一方、光起電力素子に到達する光量の減少
をなるべく抑えるために、表面充填材は透明でなくては
ならない。具体的には、光透過率が４００ｎｍ以上８０
０ｎｍ以下の可視光波長領域において８０％以上である
ことが望ましく、９０％以上であることがより望まし
い。また、大気からの光の入射を容易にするために、摂
氏２５度における屈折率が１．１から２．０であること
が好ましく、１．１から１．６であることがより好まし
い。
【００４０】本発明で用いられる表面の樹脂フィルム１
０３は、太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐
候性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モ
ジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するため
の性能が必要である。本発明において好適に用いられる
材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂などがある。
なかでもフッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に優れているた
め好んで用いられる。フッ素樹脂としては、具体的には
ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂ある
は四フッ化エチレン−エチレン共重合体などがある。耐
候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れている
が、耐候性および機械的強度の両立と透明性では四フッ
化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００４１】表面樹脂フィルムの厚さは、機械的強度の
確保のためにある程度厚くなければならず、またコスト
の観点からはあまり厚すぎるのにも問題がある。具体的
には、１０乃至２００μｍが好ましく、より好適には３
０乃至１００μｍである。
【００４２】上記のような充填材との接着性の改良のた
めに、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照
射、電子線照射、火炎処理などの表面処理を表面フィル
ムに行うことが望ましい。
【００４３】裏面被覆層１０４は、硬質フィルム１０６
の両側に、接着剤層および充填材層としての粘着性付与
樹脂を含む熱接着樹脂層を有する有機高分子樹脂１０５
を一体積層してなる被覆材である。ここで、裏面被覆層
の有機高分子樹脂層が薄くなると十分な接着力が得られ
ず、さらには導電性金属基板の非受光面側の凹凸が十分
に吸収できないため、太陽電池モジュールの外観が好ま
しくないものとなって製品の歩留を低下させる。また、
樹脂層が厚くなった場合、太陽電池モジュール全体とし
ての燃焼エネルギーも高くなって燃焼しやすい太陽電池
モジュールとなると同時に、コストの観点からも問題が
ある。有機高分子樹脂の厚さは、具体的には、１００μ
ｍ乃至２０００μｍが好ましく、より好適には５００μ
ｍ乃至１０００μｍである。
【００４４】また、上記のように裏面被覆層表面に凹凸
をもうけることにより、脱気性を向上させることが可能
である。その凹凸は高低差が２μｍ乃至３０μｍであ
り、隣接する頂点間の距離が１０乃至１００μｍである
ことが好ましい。
【００４５】硬質フィルム１０６は、光起電力素子１０
１の導電性金属基板と外部との電気的絶縁を保つために
必要である。したがって、硬質フィルムの前記絶縁性は
高いことが好ましく、低い場合には導電性基板と外部と
の電気絶縁性が確保できなくなり設置および使用上、安
全性が問題となる。好ましくは、硬質フィルムの電気絶
縁破壊電圧が１０ｋＶ以上あることである。硬質フィル
ムの材料としては、導電性金属基板と充分な電気絶縁性
を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に
耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適
に用いられるフィルムとしては、ポリカーボネート、ポ
リエチレンテレフタレート、ナイロンなどが挙げられ
る。
【００４６】裏面被覆層の接着剤層は、光起電力素子１
０１の導電性金属基板と裏面の補強材１０７との接着の
向上を図るため粘着性付与樹脂を混合している。これら
は、可塑材としても働くため接着剤の溶融を早め被接着
界面との相溶性を高め、強度の接着力を示す。この場
合、導電性金属基板としてはＳＵＳを用いることが一般
的である。これは、太陽電池モジュールの機械的強度を
増すため、温度変化による歪、ソリを防止するために貼
り付ける、補強材１０７には鋼板、プラスチック板、Ｆ
ＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板を用いることが
望ましい。
【００４７】さらに上記の鋼板の材料としては、耐食
性、耐候性、加工性が要求されるため塗装亜鉛鋼板のよ
うな有機高分子被覆により絶縁処理した鋼板、カーボン
ファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）な
どが望ましい。すなわち、ＳＵＳのような金属部材と補
強材の表面である有機高分子層の両者と充分な接着性を
確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐
えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。
【００４８】上記の接着剤層の材料としては、接着剤す
なわちエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチ
レン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン
−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹
脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコ
ーン樹脂などに、粘着性付与樹脂を混合したものが望ま
しい。前記粘着性付与樹脂の軟化点が高い場合、ラミネ
−ト時に十分な流動性を示さず、導電性金属基板裏面の
凹凸を被覆することが難しい。また、軟化点が低い場合
には、室温におけるハンドリングが困難になり、使用上
好ましくない。具体的には、環球法による軟化点が５０
℃乃至１００℃であることが好ましい。さらに、前記粘
着性付与樹脂としては、具体的には、タッキファイヤ
ー、クマロンインデン樹脂、フェノール・ホルムアルデ
ヒド樹脂、ポリペンテン樹脂、キシレン・ホルムアルデ
ヒド樹脂、ポリブテン、ロジン、ロジンペンタエリスリ
トールエステル、ロジングリセリンエステル、水素添加
ロジン、水素添加ロジンメチルエステル、水素添加ロジ
ンペンタエリスリトールエステル、水素添加ロジントリ
エチレングリコールエステル、重合ロジン、重合ロジン
誘導体、共重合ロジン、共重合ロジン誘導体、重合ロジ
ンエステル、脂肪族石油樹脂、脂肪環石油樹脂、合成ポ
リテルテン、ペンタジエン樹脂、α−ピネン、β−ピネ
ン、ジペンテン系樹脂、テルペン−フェノール樹脂等が
好ましい。
【００４９】裏面充填材である有機高分子樹脂１０５と
しては、導電性金属基板の裏面の凹凸を被覆し、温度変
化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守り、且つ熱
接着樹脂層との相溶性が良く、絶縁層である硬質フィル
ム１０６と接着性が高いものであることが望ましく、す
なわち、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐
衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂として
は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレ
ン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−
アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリエチレン、
ブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン
樹脂、シリコーン樹脂、柔軟性を有するエポキシ接着剤
などが挙げられる。
【００５０】以上述べた光起電力素子、充填材、表面樹
脂フィルム、裏面被覆層、補強材を用いて太陽電池モジ
ュールとする方法を次に説明する。
【００５１】光起電力素子受光面を被覆するには、シー
ト状に成型した表面充填材１０２および裏面被覆層を作
製し、これを素子の表裏に加熱圧着する方法が一般的で
ある。すなわち、光起電力素子１０１と表面樹脂フィル
ム１０３の間に充填材シートを挿入し、光起電力素子１
０１と補強材１０７の間に裏面被覆層１０４を挿入して
加熱圧着することにより、太陽電池モジュールとするこ
とができる。なお、圧着時の加熱温度及び加熱時間は架
橋反応が十分に進行する温度・時間をもって決定する。
【００５２】加熱圧着の方法としては従来公知である真
空ラミネーション、ロールラミネーションなどを種々選
択して用いることができる。
【００５３】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。 （実施例１） 〔光起電力素子〕まず、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）太陽電池（光起電力素子）を製作する。作製手順を
図２を用いて説明する。
【００５４】洗浄した導電性基体（ステンレス基板）２
０１上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層
（膜厚５００ｎｍ）とＺｎＯ層（膜厚５００ｎｍ）を順
次形成した。次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ
4とＰＨ3とＨ2の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、Ｓｉ
Ｈ4とＨ2の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4と
ＢＦ3とＨ2の混合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層をそ
れぞれ形成し、ｎ層膜厚１５ｎｍ／ｉ層膜厚４００ｎｍ
／ｐ層膜厚１０ｎｍ／ｎ層膜厚１０ｎｍ／ｉ層膜厚８０
ｎｍ／ｐ層膜厚１０ｎｍの層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ
半導体光活性層２０３を形成した。次に、透明導電層２
０４として、Ｉｎ2Ｏ3薄膜（膜厚７０ｎｍ）を、Ｏ2雰
囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することで形成した。
さらに、集電電極（グリッド電極）２０５を銀ペースト
のスクリーン印刷により形成した。最後にマイナス側の
出力端子２０６ａとして銅タブをステンレス基板に半田
２０７を用いて取り付け、またプラス側の出力端子２０
６ｂとしては錫箔のテープを半田２０７にて集電電極２
０５に取り付けて出力端子とし、光起電力素子を得た。
【００５５】〔セルブロック〕上記のようにして作製し
た光起電力素子を直列に接続して太陽電池セルブロック
を作製する方法を図３を用いて説明する。
【００５６】各光起電力素子を並べた後、隣り合う光起
電力素子の一方の光起電力素子のプラス側の出力端子３
０８と他方の光起電力素子のマイナス側の出力端子３０
９とを銅タブ３０７で半田を用いて接続する。これによ
り、３個の光起電力素子を直列化した太陽電池セルブロ
ックを得た。この際、一番端の光起電力素子の出力端子
に接続した銅タブを裏面に回すことで、後に述べる裏面
被覆層の穴から出力を取り出せるようにした。
【００５７】〔モジュール化〕セルブロックの受光面側
にＥＶＡシート３０２（スプリングボーンラボラトリー
ズ社製、商品名フォトキャップ、厚さ４６０μｍ）と片
面をコロナ放電処理した一軸延伸のＥＴＦＥフィルム３
０３（デュポン社製、商品名テフゼルＴ２フィルム、厚
さ３８μｍ）を、裏側にガラス繊維不織布（クレーンガ
ラス社製、商品名クレーンガラス２３０、厚さ１２７μ
ｍ）３０４、一体積層フィルム３０５（ゴトウ化成社
製、両面接着フィルム、厚さ５００μｍ（ＥＥＡ２００
μｍ＋ＰＥ２５μｍ／ＰＥＴ５０μｍ／ＰＥ２５μｍ＋
ＥＥＡ２００μｍ））と黒色に塗装したガルバリウム鋼
板３０６（亜鉛メッキ鋼板、厚さ０．２７ｍｍ）を、Ｅ
ＴＦＥフィルム３０３／ＥＶＡシート３０２／セルブロ
ック３０１／ガラス繊維不織布３０４／一体積層フィル
ム３０５／ガラス繊維不織布３０４／鋼板３０６の順に
重ね、真空ラミネート装置を用いて加圧脱気しながら、
１５０℃で３０分加熱することにより、太陽電池モジュ
ールを得た。
【００５８】なお、ここで用いたＥＶＡシートは、太陽
電池の封止材として広く用いられているものであり、Ｅ
ＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有率３３％）１００重量部に対
して架橋剤１．５重量部、紫外線吸収剤０．３重量部、
光安定化剤０．１重量部、酸化防止剤０．２重量部、シ
ランカップリング剤０．２５重量部を配合したものであ
る。また、出力端子はあらかじめ光起電力素子の裏面に
まわしておき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板に予め
開けておいた端子取り出し口から出力が取り出せるよう
にした。
【００５９】上記方法にて作製した太陽電池モジュール
について後述する項目について評価を行った。
【００６０】（実施例２）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムの硬質フィルムをＰＥＴに代え
てナイロンフィルム（厚さ５０μｍ）とした以外は、同
様にして、太陽電池モジュールを作製した。
【００６１】（実施例３）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムの硬質フィルムをＰＥＴに代え
てポリカーボネートフィルム（厚さ５０μｍ）とした以
外は、同様にして、太陽電池モジュールを作製した。
【００６２】（実施例４）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムの表面に凹凸を設け、また裏面
のラミネート構成をセルブロック３０１／一体積層フィ
ルム３０５／鋼板３０６と変えた以外は、同様にして、
太陽電池モジュールを作製した。
【００６３】（実施例５）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムに使用しているＥＥＡをＥＭＡ
（エチレン−アクリル酸メチル共重合体）に変えた以外
は、同様にして、太陽電池モジュールを作製した。
【００６４】（実施例６）実施例１においてセルブロッ
クの受光面側をＥＶＡシート４０２（スプリングボーン
ラボラトリーズ社製、商品名フォトキャップ、厚さ８０
０μｍ）と白板強化ガラス４０３（ＡＦＧ社製、商品名
Solatex、厚さ３．２ｍｍ）に変えた以外は、同様にし
て、図４のような太陽電池モジュールを作製した。な
お、図４において、４０１は光起電力素子、４０４はガ
ラス不織布、４０５は裏面一体積層フィルム、４０６は
補強材である。
【００６５】（比較例１）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムの硬質フィルムを厚さ１０μｍ
のＰＥＴフィルムとした以外は、同様にして、太陽電池
モジュールを作製した。
【００６６】（比較例２）実施例２において裏面被覆層
である一体積層フィルムの硬質フィルムをＰＥＴに代え
てナイロンフィルム１０μｍとした以外は、同様にし
て、太陽電池モジュールを作製した。
【００６７】（比較例３）実施例１において裏面被覆層
である一体積層フィルムを厚さ７０μｍ（ＥＥＡ５μｍ
＋ＰＥ５μｍ／ＰＥＴ５０μｍ／ＰＥ５μｍ＋ＥＥＡ５
μｍ）とした以外は、同様にして、太陽電池モジュール
を作製した。
【００６８】（比較例４）実施例４において裏面被覆層
表面に凹凸を設けなかったこと以外は同様にして太陽電
池モジュールを作製した。
【００６９】以上述べた実施例及び比較例で作成した太
陽電池モジュールについて、下記項目の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００７０】（１）初期接着力 太陽電池モジュールを幅２５ｍｍに切断し試験片を作成
した。導電性金属基板と一体積層フィルムまたは、一体
積層フィルムと亜鉛メッキ鋼鈑のそれぞれの端を引っ張
り試験機（テンシロン）のつかみ具に基材同士が逆方向
に引っ張られるように（１８０度剥離）取りつけた。
【００７１】そして、試験機を剥離速度５０ｍｍ／ｍｉ
ｎで始動した。剥離始点から５０ｍｍ程度剥離し、剥離
力が安定した部分での引っ張り荷重曲線の波状部分の各
頂点の平均値を接着力とした。評価結果は、◎：接着力
が優れている場合、○：接着力我実用上採用に価する場
合、×：接着力が不十分である場合とし、表１に示す。
【００７２】（２）電気絶縁性 太陽電池モジュールのプラス極とマイナス極を短絡し
た。短絡端子と補強材間にＤＣ電圧（ハイポットテスタ
ー）を接続し２２００Ｖを印加したときの漏れ電流を測
定し、その電流値が５０μＡを越えたものを不合格とし
た。表１に合格は○、不合格は×で示した。
【００７３】（３）耐候性 サンシャインウェザオメーターに太陽電池モジュールを
投入し、キセノンランプによる光照射と降雨サイクルに
よって促進耐候性試験を行い、５０００時間後の外観上
の変化を観察した。変化のないものは○とし、外観上、
信頼性を大きく損なう剥離、亀裂等が見られる場合 （４）温度変化に対する耐久性 太陽電池モジュールについて、−４０℃で１時間と８５
℃で１時間からなる試験サイクルを５０回繰り返した
後、当該太陽電池モジュールの外観を目視により評価し
た。評価結果は、以下の評価基準で表１に示す。即ち、
◎：外観の変化の全くない場合、○：外観の変化が多少
あるが実用上さしつかえない場合、×：外観上、信頼性
を大きく損なう剥離、亀裂等が見られる場合。
【００７４】（５）初期外観 太陽電池モジュールの初期外観を目視により評価した。
評価結果は、以下の評価基準で表１に示す。すなわち、
◎：外観上の欠陥が全くない場合、○：外観上の欠陥が
多少あるが実用上さしつかえない場合、×：脱気不良、
モジュールの湾曲など外観上の欠陥が非常に大きい場
合。
【００７５】
【表１】
【００７６】表１から明らかなように、実施例の太陽電
池モジュールは、いずれも実用上十分な接着力が得られ
た。なお、実施例５のモジュールの導電性金属基板への
接着力が他の実施例と比較すると若干低いものである
が、実用上問題はない程度の接着力は確保できている。
また、電気絶縁性においても、実施例のものは高い信頼
性が確保できた。さらに、初期外観、温度変化に対する
耐久性ともに外観上の欠陥は認められず、実施例のもの
は美観に優れた太陽電池モジュールとすることができ
た。
【００７７】これに対し、比較例１と比較例２では電気
絶縁性が十分でなく硬質フィルムが絶縁破壊された。ま
た、比較例３においては、接着力が不十分であり、さら
に初期外観においてもモジュールの裏面の凹凸が吸収で
きず外観上好ましいものではなかった。脱気性において
は、ガラス不織布を用いず、表面に凹凸もない比較例４
のモジュールで脱気ができず気泡が残った。このモジュ
ールに温度サイクル試験を行なったところ、気泡の部分
がさらに膨らみ外観上好ましくないばかりでなく、気泡
部分すなわち充填不良部分の信頼性は確保できない。
【００７８】なお、本発明にかかわる太陽電池モジュー
ルの製造方法は以上の実施例に何等限定されるものでは
なく、その要旨の範囲内で種々変更することができる。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、光変換部材としての半
導体光活性層を、少なくとも一層以上有する光起電力素
子からなる太陽電池モジュールの非受光面側に、接着剤
層を介して補強材を貼りつけてなる太陽電池モジュール
において、接着層を、硬質フィルムの両側に粘着性付与
樹脂を含む熱接着樹脂層を有する有機高分子樹脂を一体
積層した裏面被覆層とすることにより、従来問題になっ
ていた導電性金属基板および補強材との接着力を向上
し、長期の屋外暴露において外観上の変化なく信頼性の
高い太陽電池モジュールを得ることができた。
【００８０】また、上記の接着層は一体積層したもので
あることから、工程の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの概略構成図
である。
【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する光起電力
素子の基本構成を示す概略断面図である。
【図３】実施例１において図２の構造の光起電力素子を
用いて作製した太陽電池セルブロックの概略断面図であ
る。
【図４】実施例６で作製した太陽電池モジュールの概略
断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュール一例を示す概略断面
図である。
【符号の説明】
１０１，４０１，５０１ 光起電力素子、 １０２，５０２ 表面充填材、 １０３ 表面樹脂フィルム、 １０４ 裏面被覆層、 １０５ 有機高分子樹脂、 １０６ 硬質フィルム、 １０７，４０６，５０５ 補強材、 ２０１ 導電性基板、 ２０２ 裏面反射層、 ２０３ 半導体光活性層、 ２０４ 透明導電層、 ２０５ 集電電極、 ２０６ａ，２０６ｂ，３０８，３０９ 出力端子、 ２０７，３１０ 半田、 ２０８ 絶縁体、 ３０１ セルブロック、 ３０２ ＥＶＡシート、 ３０３ ＥＴＦＥフィルム、 ３０４，４０４ ガラス繊維不織布、 ３０５，４０５ 裏面一体積層フィルム、 ３０６ 鋼板、 ３０７ 銅タブ、 ５０２ 熱可塑性透明有機樹脂、 ５０３ フッ化物重合体薄膜層、 ５０４ 絶縁体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山田 聡 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−122770（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211251（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−209740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−237385（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−6249（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−124866（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−87851（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光変換部材としての半導体光活性層を少
    なくとも一層以上有する光起電力素子の非受光面側に、
    接着剤層を介して補強材を貼りつけてなる太陽電池モジ
    ュールにおいて、 前記接着剤層が、硬質フィルムの両側に粘着性付与樹脂
    を含む熱接着樹脂層を有する有機高分子樹脂を一体に積
    層した裏面被覆層であり、該裏面被覆層の表面には凹凸
    が形成されていることを特徴とする太陽電池モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】 前記凹凸の高低差が２μｍ乃至３０μｍ
    であり、前記凹凸における隣接する凸部の頂点間の距離
    が１０μｍ乃至１００μｍであることを特徴とする請求
    項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 【請求項３】 前記粘着性付与樹脂の環球法による軟化
    点が５０℃乃至１００℃であることを特徴とする請求項
    １又は２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 【請求項４】 前記粘着性付与樹脂がロジンあるいはそ
    の誘導体であることを特徴とする請求項１乃至３に記載
    の太陽電池モジュール。
  5. 【請求項５】 前記半導体光活性層の非受光面側に導電
    性金属基板を有することを特徴とする請求項１乃至４に
    記載の太陽電池モジュール。
  6. 【請求項６】 前記導電性金属基板がステンレスである
    ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 前記補強材が有機高分子層を有する鋼板
    であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の太陽電
    池モジュール。
  8. 【請求項８】 前記硬質フィルムが絶縁破壊電圧１０ｋ
    Ｖ以上のフィルムからなることを特徴とする請求項１乃
    至７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 【請求項９】 前記硬質フィルムが、ポリカーボネー
    ト、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンの中から選
    ばれることを特徴とする請求項１乃至８に記載の太陽電
    池モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記裏面被覆層の厚さが１００μｍ乃
    至２０００μｍであることを特徴とする請求項１及至９
    に記載の太陽電池モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記有機高分子樹脂の少なくとも一種
    がエチレンと不飽和脂肪酸エステルとの共重合樹脂であ
    ることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の太陽電池
    モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記不飽和脂肪酸エステルがアクリル
    酸メチルあるいはアクリル酸エチルであることを特徴と
    する請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
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