JP3288876B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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及
びその製造方法に係わり、特に、透明な有機高分子樹脂
と最表面の透明な表面保護フィルムとを少なくとも２層
以上を含む被覆材で光起電力素子の光入射側を表面を封
止している太陽電池モジュール及びその製造方法に関す
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い中でも、ＣＯ₂排出
に伴う地球の温暖現象に対する危倶感は深刻で、クリー
ンなエネルギーヘの希求はますます強まってきている。
太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさか
ら、クリーンなエネルギー源として期待のもてるものだ
ということができる。

【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）アモルフア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。この中で、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カ可能なため、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
成したアモルフア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、ガラス基板上にシリコンを堆積する場合
と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆い、太陽電
池を保護する必要がある。そこで、従来から表面被覆材
として最表面にフッ素概脂フィルム等の透明なフッ化物
重合体薄膜、その内側には種々の熱可塑性透明有機樹脂
を用いることによって、薄膜太陽電池の特徴を生かした
軽くてフレキシブル性のある太陽電池モジュールが提案
されてきた。これらの材料が用いられてきた理由として
は、 １）フッ化物重合体は耐侯性・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。

【０００５】２）熱可塑性透明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封止材として大量に用い
ることができる。

【０００６】といったことが挙げられる。また、太陽電
池素子上には一般に発電した電力を効率よく取り出すた
めの種々の集電電極や、素子どうしをを直列化あるいは
並列化するための金属部材が設けられており、熱可塑性
透明有機樹脂はこのような電極や金属部材などの実装部
材をも封止することにより素子表面上の凹凸を埋めて被
覆材表面を平滑にするという効果も持っている。

【０００７】図９は、このような太陽電池モジュールの
従来例である。図９に於いて、９０２はフッ化物重合体
薄膜層、９０３は熱可塑性透明有機樹脂、９０１は光起
電力素子、９０４は絶縁体層である。この例では光受光
面の有機樹脂と同じものを裏面にも用いている。より具
体的には、フツ化物重合体薄膜層はＥＴＦＥ（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）フィルム等のフッ素樹脂フィルム
であり、熱可塑性透明有機樹脂はＥＶＡ（エチレン−酢
酸ビニル共重合体）、ブチラール樹脂等であり、絶縁体
層はナイロンフィルム、アルミラミネートテドラーフィ
ルムをはじめとする種々の有機樹脂フィルムである。こ
の例において熱可塑性透明有機樹脂９０３は光起電力素
子９０１とフッ素樹脂フィルム及び絶縁体層９０４との
接着剤としての役割と、表面実装部材の凹凸を埋め、外
部からの引っかき、衝撃から太陽電池を保護する封止材
としての役割をはたしている。

【０００８】しかしながら、フッ素樹脂フィルムで表面
を被覆した従来の太陽電池モジュールの表面は通常平滑
であった。そのために、表面に平行に近い角度で入射す
る光は臨界角を越えると全反射されてしまい、図５に示
すように太陽電池モジュールを住宅の屋根、ビルの屋上
や壁面等に設置するような場合、角度によっては前記反
射光が他の住宅や地上に届くために、そこにいる人々が
眩しくて不快に感じるといった問題が起こる。

【０００９】一方、フッ素樹脂フィルムと有機樹脂との
接着力は一般に極めて弱い。そこでこれを解決するため
に、フッ素樹脂フィルムにコロナ放電処理を施して有機
樹脂との接着力を向上させることが普通行われる。しか
しそれでも不十分であり、太陽電池モジュールを長期間
屋外暴露するとフィルムの剥離が発生する。

【００１０】また、最表面をフィルムで被覆する場合、
フィルムにシワが入りやすいという問題点がある。例え
ば、被覆材形成工程においてフィルムを有機樹脂に貼り
つけるためにはラミネーターによる真空加熱圧着という
方法が一般的に用いられているが、圧着時にフィルムが
弛んでいたりするとシワが入る。また、初期外観が良好
であっても、長期の屋外暴露を経ると被覆材の熱膨張、
熱収縮の繰り返しによって表面フィルムにシワが発生す
ることがある。さらには、表面が平滑であると小さなシ
ワでも目立ってしまい、外観不良になりやすい。

【００１１】特開昭６０−８８４８１号公報には表面保
護層の表面粗さＲｍａｘが０．３〜１００ｕｍである太
陽電池モジュールについて開示されている。この中では
表面粗さが上記値であることにより、早朝や夕方などの
ように光量が少なくて入射角が大きい状態で太陽電池を
使用しても起電力不足が生じないという効果が謳われて
いる。しかしながら、上記公報中では電気卓上計算機な
どの機器で使用される太陽電池についてのみ述ベられて
おり、屋外で電力用途として使用されるような太陽電池
モジュールについては全く触れられていない。そのため
に、そのような用途で特に問題となる上述した欠点、す
なわち反射光による周辺への影響、表面フィルムの剥
離、表面フィルムのシワ等については一切述べられてい
ない。さらに、表面の凹凸のピッチについては特に述べ
られておらず、これでは極端にピッチが大きい場合は平
滑に近くなり上記問題を解決することはできない。した
がって、表面被覆材としてフィルムと封止用樹脂を用い
た電力用途の太陽電池モジュールに関する上述した問題
点を解決する表面被覆材の形状については知られていな
いのが実状である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記欠点を
解決するために、表面の直接反射光が少なく、表面フィ
ルムと封止用有機樹脂との接着力が良好で、表面フィル
ムにシワが入りにくく、長期間の屋外暴露でもフィルム
の剥離やシワの発生のない信頼性の高い太陽電池モジュ
ール及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池モジュ
ールは、光起電力素子の光入射側表面に設けられた透明
な有機高分子樹脂層と、それに接してその外側の最表面
に位置する透明な表面保護フィルムと、を少なくとも含
む被覆材により被覆される太陽電池モジュールにおい
て、前記被覆材表面に凹凸が形成されており、隣接する
凹部と凸部の最大の高低差が５μｍ以上５００μｍ以下
であり、隣接する凹部と凹部もしくは隣接する凸部と凸
部の頂点間の距離が最大で０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下
であり、前記表面保護フィルムが内側の有機高分子樹脂
層と接する面をコロナ放電処理した樹脂フィルムである
ことを特徴とする。本発明の太陽電池モジュールの製造
方法は、光起電力素子の光入射側表面に設けられた透明
な有機高分子樹脂層とそれに接してその外側の最表面に
位置する透明な表面保護フィルムとを少なくとも含む被
覆材により被覆される太陽電池モジュールの製造方法に
おいて、前記光起電力素子の光入射側表面に少なくとも
前記有機高分子樹脂層と前記表面保護フィルムとを配
し、さらにその外側に、表面に凹凸形状を有するシート
状の部材を凹凸側が前記表面保護フィルムに向くように
配したのち、加熱圧着法によって前記光起電力素子の被
覆を行うと同時に光入射側表面の前記被覆材表面に凹凸
を形成することを特徴とする。

【００１４】

【作用】この方法によれば以下の効果が期待できる。 （１）表面の直接反射が減少する。すなわち、図６に示
すように、太陽光の入射角が大きくなったときにモジュ
ール表面で太陽光が全反射してその反射光が周辺の人々
に不快感を催させることがない。 （２）表面保護フィルムと有機高分子樹脂層との間の剥
離を抑制できる。すなわち、表面に凹凸を形成すること
によりフィルムと樹脂層との接触面積が増大し、本質的
に接着力が向上する。 （３）表面保護フィルムのシワの発生を抑制できる。す
なわち、被覆形成工程中にフィルムが弛んでいたとして
もフィルムが凹部に押し込まれるために、フィルムの弛
みが解消し、圧着時にシワが入るという問題は解決でき
る。さらに、屋外暴露において被覆材の熱膨張・熱収縮
が繰り返されたとしても、表面に形成された凹凸が膨張
・収縮の際に発生する表面フィルムにかかる応力を緩和
してシワの発生を抑制することができる。一方、万が一
シワが発生したとしても微小なシワであれば表面の凹凸
形状に紛れるために、外観上の欠陥とならない。

【００１５】また、前記表面保護フィルムの厚みが２０
μｍ以上２００μｍ以下であることによって、 （４）上記（３）の効果を最大限に享受できる。すなわ
ち、上記厚みのフィルムは表面が平滑であるとシワが入
りやすく、表面に凹凸をつけることによってシワの問題
は著しく改善される。

【００１６】前記表面保護フィルムがアクリル樹脂、フ
ッ化物重合体の中から選択される樹脂からなることによ
って、 （５）耐候性に優れた被覆となる。すなわち、アクリル
樹脂、フッ化物重合体の有する耐候性が期待できる。ま
た、フッ化物重合体とした場合にはモジュール表面の撥
水性が向上し、長期屋外暴露の際の太陽電池モジュール
表面の汚染を抑えることができ、変換効率の低下を少な
くできる。

【００１７】前記表面有機高分子樹脂の主成分がポリビ
ニルブチラール、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶ
Ａ）のいずれかから選択される樹脂からなることによっ
て、 （６）従来から太陽電池モジュールの被覆材として用い
られている樹脂であり、現状の被覆材構成を大きく変更
することなしに上述した効果を得ることができる。

【００１８】前記フッ化物重合体のうち四フッ化エチレ
ン−エチレン共重合体を用いることによって、 （７）四フッ化エチレン−エチレン共重合体が有する耐
侯性・透明性・機械的強度を生かした被覆となる。

【００１９】前記表面保護フィルムが延伸処理されてい
ない樹脂フィルムであることによって、 （８）表面被覆材の凹凸の凹部の底部での表面フィルム
の亀裂の発生を防止できる。すなわち、延伸処理された
樹脂フィルムを表面に用いた太陽電池モジュールは表面
に凹凸を形成すると凹部の底部で延伸方向の亀裂を生ず
る場合があり、最表面層である表面保護フィルムの防湿
性・耐汚染性が期待できない。延伸処理されていないフ
ィルム用いることにより上記亀裂の発生が防止できる。

【００２０】前記表面保護フィルムが内側の有機高分子
樹脂層と接する面をコロナ放電処理した樹脂フィルムで
あることによって、 （９）樹脂層と表面保護フィルムとの接着力を高めるこ
とができる。

【００２１】さらに、前記光起電力素子が導電性基体上
に光変換部材としての半導体光活性層、透明導電層が形
成されたものであることによって、 （１０）可とう性に優れる太陽電池モジュールとするこ
とができる。すなわち、光起電力素子自身の可とう性が
優れているために、可とう性のある被覆材の併用によっ
て容易に可とう性の優れた太陽電池モジュールを作製で
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に於いて、１０１は光起電力素
子、１０２は表面の透明な封止材樹脂（有機高分子樹脂
層）、１０３は最表面に位置する透明な樹脂フィルム
（表面保護フィルム）、１０４は裏面の封止材、１０５
は裏面被覆フィルムである。外部からの光は、最表面の
透明な樹脂フィルム１０３から入射し、光起電力素子１
０１に到達し、生じた起電力は出力端子（不図示）より
外部に取り出される。

【００２３】本発明に於ける代表的な光起電力素子１０
１は、導電性基体上に光変換部材としての半導体光活性
層と透明導電層が形成されたものである。その一例とし
ての概略構成図を図２に示す。

【００２４】この図に於いて２０１は導電性基体、２０
２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，２０６ｂは出
力端子である。

【００２５】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。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、鉛メッキ銅板、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ある。上記導電性基体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。金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｎｉ，などが用いられ、金属酸化物層には、
例えば、ＺｎＯ，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂などが用いられる。
上記金属層及び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。

【００２６】半導体光活性層２０３は光電変換を行う部
分で、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Ｃｕ
ＩｎＳｅ₂，ＣｕＩｎＳ₂，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ
₂Ｓ，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。上記半導体光活性層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。

【００２７】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。用いる材料としては、例えば、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，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。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。

【００２８】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）
を設けてもよい。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，Ｎ
ｉ，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。

【００２９】最後に起電力を取り出すために出力端子２
０６ａ，２０６ｂを導電性基体２０１と集電電極２０５
に取り付ける。導電性基体２０１へは銅タブ等の金属体
をスポット溶接や半田で接合する方法が取られ、集電電
極２０５へは金属体を導電性ペーストや半田によって電
気的に接続する方法が取られる。

【００３０】上記の手法で作製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。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。

【００３１】次に本発明に用いられる最表面の透明な樹
脂フィルム１０３及び表面封止材１０２について以下に
詳しく説明する。

【００３２】表面封止材１０２は光起電力素子の凹凸を
樹脂で被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷
な外部環境から守りかつ表面フィルムと素子との接着を
確保するために必要である。したがって、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）、ポリビニル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、フッ
素樹脂などが挙げられる。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。有機過
酸化物による架橋は有機化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。有機過酸化物の添加量の具体例としては、ヒド
ロペルオキシド、ジアルキル（アリル）ぺルオキシド、
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
量は封止材樹脂１００重量部に対して０．５重量部以上
５重量部以下である。

【００３３】上記有機過酸化物を封止材に併用し、真空
下で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。封止材樹脂の架橋を
確かめるにはゲル分率を測定すれば良く、高温下での封
止材樹脂の変形を防ぐためにはゲル分率が７０ｗｔ％以
上となるように架橋することが望ましい。

【００３４】上記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（ＴＡＩ
Ｃ）を用いることも可能である。一般には封止材樹脂１
００重量部に対して１重量部以上５重量部以下の添加量
である。

【００３５】本発明に用いられる封止材の材料は耐候性
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、封止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。具体的にはサルチル酸系、ベンゾフェノン系、ベン
ゾトリアゾール系、シアノアクリレート系の各種有機化
合物を挙げることができる。

【００３６】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封止材となる。代表的
な光安定化剤はヒンダードアミン系光安定化剤である。
ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のように
は紫外線を吸収しないが、紫外線吸収剤と併用すること
によって著しい相乗効果を示す。もちろんヒンダードア
ミン系以外にも光安定化剤として機能するものはある
が、着色している場合が多く本発明の封止材には望まし
くない。

【００３７】上記紫外線吸収剤および光安定化剤の添加
量は、封止材樹脂に対してそれぞれ０．１〜１．０ｗｔ
％、０．０５〜１．０ｗｔ％が望ましい。

【００３８】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。酸化防止剤の化
学構造としてはモノフェノール系、ビスフェノール系、
高分子型フェノール系、硫黄系、燐酸系がある。酸化防
止剤の添加量は封止材樹脂に対して０．０５〜１．０ｗ
ｔ％であることが好ましい。

【００３９】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封止材樹脂と光起電力素子あ
るいは表面樹脂フィルムとの接着力を向上することが好
ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物
を封止材に添加することで前記接着力を改善することが
可能である。添加量は、封止材樹脂１００重量部に対し
て０．１重量部以上３重量部以下が好ましく、０．２５
重量部以上１重量部以下がより好ましい。

【００４０】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、表面封止材１０２は透明でな
くてはならず、具体的には光透過率が４００ｎｍ以上８
００ｎｍ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。

【００４１】本発明で用いられる表面樹脂フィルム１０
３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、汚染性に優れているため好んで用い
られる。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い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。

【００４２】表面樹脂フィルム１０３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、２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、よ
り好適には３０μｍ以上１００μｍ以下である。また、
この厚さは本発明によってフィルムのシワの発生を防ぐ
効果を最大限に発揮できる値でもある。すなわち、２０
μｍよりも薄いとシワが入りやすく、本発明のような凹
凸を設けたとしても十分なシワとり効果を発揮できない
し、２００μｍよりも厚いと凹凸を設けずともシワが入
りにくいし、フィルムに剛性がある場合は凹凸を設ける
こと自体困難になる。

【００４３】なお、前記表面樹脂フィルム１０３と前記
封止材１０２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
炎処理等の表面処理を表面樹脂フィルム１０３の片面に
行うことが望ましい。この中でもコロナ放電処理は処理
速度が速く比較的簡易な装置で接着力の大きな向上が図
れるので好適に用いられる。

【００４４】表面樹脂フィルム１０３及び表面封止材１
０２には凹凸が形成されている。この凹凸は被覆形成工
程中に設けられても良いし、被覆形成後プレスなどの方
法によって設けられてもよい。凹凸の形状は任意である
が、隣接する凹部と凸部の最大の高低差が５μｍ以上５
００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上３００μｍ以下
がより好ましい。また、隣接する凹部と凹部もしくは隣
接する凸部と凸部の頂点間の距離が最大で０．１ｍｍ以
上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上
５ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する凹部と
凸部の最大の高低差が５μｍ未満、あるいは隣接する凹
部と凹部もしくは隣接する凸部と凸部の頂点間の距離が
最大で１０ミリメートルを越えると本発明の効果、なか
でも表面樹脂フィルムと封止材樹脂との接着力の向上が
十分に図れない。図７は凹凸の高低差と接着力との関
係、図８は頂点間の距離と接着力の関係を示したグラフ
であり、共にコロナ処理したＥＴＦＥフィルムとＥＶＡ
との接着力を例にとった。これを参照すると明らかであ
る。

【００４５】また、凹部と凸部の最大の高低差５００μ
ｍを越えると表面樹脂フィルムが伸ばされすぎるため
に、無延伸のフィルムといえども凹部の底部に亀裂を生
ずることがある。一方、隣接する凹部と凹部もしくは隣
接する凸部と凸部の頂点間の距離が最大で０．１ｍｍ未
満であると表面樹脂フィルムのシワとりの効果が十分に
発揮できず、また微小なシワが入っても目立ってしま
う。

【００４６】裏面の被覆フィルム１０５は光起電力素子
１０１の導電性基板と外部との電気的絶縁を保つために
必要である。材料としては、導電性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、ナイロン、ポリエ
チレンテレフタレートが挙げられる。

【００４７】裏面の封止材１０４は光起電力素子１０１
と裏面の被覆フィルム１０５との接着を図るためのもの
である。材料としては、導電性基板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。好適に用
いられる材料としては、ＥＶＡ、ポリビニルブチラール
等のホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポ
キシ接着剤が挙げられる。

【００４８】太陽電池モジュールが高温で使用される場
合、例えば屋根材一体型などでは高温下での接着を確実
にするために、架橋することがより好ましい。ＥＶＡな
どの架橋法としては、有機過酸化物を用いる方法が一般
的である。

【００４９】裏面の被覆フィルムの外側には、太陽電池
モジュールの機械的強度を増すために、あるいは、温度
変化による歪、ソリを防止するために、補強板を張り付
けても良い。例えば、鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ
（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。

【００５０】以上述べた光起電力素子、封止材、表面樹
脂フィルム、裏面被覆フィルム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】表面封止材１０２と表面樹脂フィルム１０
３で光起電力素子受光面を被覆するには、シート状に成
型した封止材を作製しこれを素子上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の間に封止材シートを挿入して加熱
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。この時、表面樹脂フィルムの外側に凹凸形状を有
するシート状の部材を配置し、圧着時にそれが表面樹脂
フィルムに押しつけられるようにすれば容易に被覆材表
面に凹凸を設けることができる。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。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。

【００５２】なお、凹凸形状を有するシート状の部材と
しては、アルミニウムメッシュ、ステンレスメッシュ、
ガラス繊維不織布、ガラス繊維織布、有機樹脂繊維不織
布、有機樹脂繊維織布等のいずれも好適に用いられる。

【００５３】また、裏面についても同様な方法で裏面被
覆フィルムと裏面封止材を用いて被覆を行えばよい。通
常は表面封止材と裏面封止材は同じ材料であるので上記
工程と同時に行うことができる。

【００５４】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００５５】（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。

【００５６】洗浄したステンレス基板２０１上に、スパ
ッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００
Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成する。つ
いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＰＨ₃とＨ₂
の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄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層を形成し、ｎ層膜厚
１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ
層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Å
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２０４として、Ｉｎ₂Ｏ₃薄
膜（膜厚７００Å）を、Ｏ₂雰囲気下でＩｎを抵抗加熱
法で蒸着する事によって形成した。さらに、集電用のグ
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、最後にマイナス側端子２０６ｂとして銅タブを
ステンレス基板にステンレス半田２０８を用いて取り付
け、プラス側端子２０６ａとしては錫箔のテープを導電
性接着剤２０７にて集電電極２０５に取り付け出力端子
とし、光起電力素子を得た。なお、プラス側端子は絶縁
体を介して裏面に回し、後述する裏面被覆材の穴から出
力を取り出せるようにした。

【００５７】〔モジュール化〕上記光起電力素子を被覆
して太陽電池モジュールを作製する方法を図３を用いて
説明する。

【００５８】セルブロックの受光面側にＥＶＡシート３
０２（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４６０マイクロメートル）と片面を
コロナ放電処理した無延伸のＥＴＦＥフィルム３０３
（デュポン社製、商品名 テフゼルフィルム、厚さ５０
マイクロメートル）を、裏側にＥＶＡシート３０４（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４６０マイクロメートル）とナイロンフィル
ム３０５（デュポン社製、商品名 ダーテック、厚さ６
３．５マイクロメートル）とガルバリウム鋼板３０６
（亜鉛メッキ鋼板、厚さ０．２７ｍｍ）をＥＴＦＥ３０
３／ＥＶＡ３０２／セルブロック／ＥＶＡ３０４ａ／ナ
イロン３０５／ＥＶＡ３０４ｂ／鋼板３０６という順に
重ねた。この際にＥＴＦＥの外側に、はみ出したＥＶＡ
のための離型用テフロンフィルム３０７（デュポン社
製、商品名テフロンＰＦＡフィルム、厚さ５０マイクロ
メートル）を介してアルミニウムメッシュ３０８（１６
×１８メッシュ、線径０．０１１インチ）を配置した。
この積層体を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、アルミニウ
ムメッシュにより表面に凹凸が形成された太陽電池モジ
ュールを得た。この太陽電池モジュールを図４に示す。
４０１は光起電力素子、４０２は表面封止材、４０３は
表面樹脂フィルム、４０４は裏面被覆フィルム、４０６
は鋼板である。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。出力端子はあらかじめ光起電力素子裏面にまわして
おき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板４０６に予め開
けておいた端子取り出し口４０８ａ，４０８ｂ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おいて凹凸を形成す
るために用いたアルミニウムメッシュを１６×１６メッ
シュのステンレスメッシュ（線径０．２７ミリメート
ル）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。

【００６１】（実施例３）実施例１において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュ２０×２０メッ
シュのステンレスメッシュ（線径０．２１ミリメート
ル）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。

【００６２】（実施例４）実施例１において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュを４０×４０メ
ッシュのステンレスメッシュ（線径０．１５ミリメート
ル）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。

【００６３】（実施例５）実施例１において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュに変えて、表面
に網目状のエンボス加工が施された有機繊維不織布（旭
化成社製、商品名エルタス、品番Ｅ０５０３０）を用い
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ＥＴＦＥフ
ィルムを２５マイクロメートルの厚さのものに変えた以
外は同様にして太陽電池モジュールを作製した。

【００６５】（実施例７）実施例１においてＥＴＦＥフ
ィルムをアクリル樹脂フィルム（三菱レーヨン社製、商
品名アクリプレン、厚さ５０マイクロメートル）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。

【００６６】（比較例１）実施例１において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュを用いず、表面
が平滑な太陽電池モジュールを作製した。

【００６７】（比較例２）実施例６において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュを用いず、表面
が平滑な太陽電池モジュールを作製した。

【００６８】（比較例３）実施例７において凹凸を形成
するために用いたアルミニウムメッシュを用いず、表面
が平滑な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製した太
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）凹凸形状 モジュール表面の凹凸形状を接触式表面粗さ計（テンカ
ーインスツルメント社製、装置名アルファステップ）を
用いて測定し、隣接する凹部と凸部の最大の高低差と、
隣接する凹部と凹部もしくは隣接する凸部と凸部の頂点
間の最大の距離を求めた。

【００７１】（２）拡散反射率 積分球式反射分光光度計（日立社製、装置名Ｕ−４００
０）を用いて、モジュール表面の全体の反射光と拡散反
射光との比率を求めた。表には全体の反射光を１００と
した場合の拡散反射光の割合を示した。

【００７２】（３）接着力 モジュールの表面フィルムと封止材樹脂との接着力を測
定した。すなわち、モジュールからサンプルを切りだ
し、１８０度剥離試験（雰囲気：常温、剥離速度：５０
ｍｍ／ｍｉｎ）によって２５ｍｍ幅でのフィルムと樹脂
との接着力を測定し、５サンプルの平均を求めた。

【００７３】（４）初期外観 作製直後のモジュール表面の外観を観察した。欠陥のな
いものは○とし、欠陥のあるものはその状況を簡単にコ
メントした。

【００７４】（５）温度サイクル −４０℃／１時間、９０℃／１時間の温度サイクル試験
を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外
観上の変化を観察した。変化のないものを○とし、変化
のあったものはその状況を簡単にコメントした。

【００７５】（６）温湿度サイクル −４０℃／１時間、８５℃／８５％ＲＨ／４時間の温湿
度サイクル試験を５０サイクル行い、試験後の太陽電池
モジュールの外観上の変化を観察した。変化のないもの
を○とし、変化のあったものはその状況を簡単にコメン
トした。

【００７６】

【表１】 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
初期外観、温度サイクル試験、温湿度サイクル試験のい
ずれにおいても問題は認められなかった。また、拡散反
射光の割合がいずれも比較例よりも大きく、表面樹脂フ
ィルムと封止材樹脂との接着力は同じ表面樹脂フィルム
を用いた比較例にくらべて強くなっている。

【００７７】これに対し比較例では、温度サイクル試験
及び温湿度サイクル試験で表面フィルムにシワの発生が
認められた。また、比較例２では薄いフィルムを用いた
ために被覆形成時にシワが入り、初期外観が不良となっ
た。

【００７８】なお、本発明に係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、光起電力素子の光入射
側表面に設けられた透明な有機高分子樹脂層とそれに接
してその外側の最表面に位置する透明な表面保護フィル
ムの少なくとも２層以上を含む被覆材により被覆される
太陽電池モジュールにおいて、前記被覆材表面に凹凸が
形成されており、隣接する凹部と凸部の最大の高低差が
５マイクロメートル以上５００マイクロメートル以下で
あり、隣接する凹部と凹部もしくは隣接する凸部と凸部
の頂点間の距離が最大で０．１ミリメートル以上１０ミ
リメートル以下とすることによって、表面の直接反射光
が少なく、表面フィルムと封止用有機樹脂との接着力が
良好で、被覆形成時に表面フィルムにシワが入りにく
く、長期間の屋外暴露でもフィルムの剥離やシワの発生
のない信頼性の高い太陽電池モジュールを提供すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した太陽電池モジュールの概略断
面図の一例である。

【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（ａ）及び受光面側
上面図（ｂ）の一例である。

【図３】実施例１の太陽電池モジュールのモジュール化
の際の積層体の概略断面図である。

【図４】実施例１の太陽電池モジュールの概略断面図で
ある。

【図５】表面が平滑な太陽電池モジュールを屋根に設置
した時の太陽光の光跡を示す模式図である。

【図６】本発明を実施した太陽電池モジュールを屋根に
設置した時の太陽光の光跡を示す模式図である。

【図７】凹凸の高低差と接着力との関係を示したグラフ
である。

【図８】頂点間の距離と接着力の関係を示したグラフで
ある。

【図９】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１，９０１ 光起電力素子、 １０２，３０２，４０２ 表面封止材（有機高分子樹脂
層）、 １０３，３０３，４０３，９０２ 表面樹脂フィルム
（表面保護フィルム）、 １０４，３０４，４０４ 裏面封止材、 １０５，３０５，４０５ 裏面被覆フィルム、 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、 ２０６，４０７ 端子、 ２０７ 導電性ペースト、 ２０８ 半田、 ３０６，４０６ 鋼板、 ４０８ａ，４０８ｂ 端子取り出し口、 ９０３ 充填材、 ９０４ 絶縁体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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５−315634（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−109157（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/12

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光起電力素子の光入射側表面に設けられ
   た透明な有機高分子樹脂層と、それに接してその外側の
   最表面に位置する透明な表面保護フィルムと、を少なく
   とも含む被覆材により被覆される太陽電池モジュールに
   おいて、前記被覆材表面に凹凸が形成されており、隣接
   する凹部と凸部の最大の高低差が５μｍ以上５００μｍ
   以下であり、隣接する凹部と凹部もしくは隣接する凸部
   と凸部の頂点間の距離が最大で０．１ｍｍ以上１０ｍｍ
   以下であり、前記表面保護フィルムが内側の有機高分子
   樹脂層と接する面をコロナ放電処理した樹脂フィルムで
   あることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 前記表面保護フィルムの厚みが２０μｍ
   以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記
   載の太陽電池モジュール。
3. 【請求項３】 前記表面保護フィルムがアクリル樹脂、
   フッ化物重合体の中から選択される樹脂からなることを
   特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュー
   ル。
4. 【請求項４】 前記フッ化物重合体が四フッ化エチレン
   −エチレン共重合体であることを特徴とする請求項３記
   載の太陽電池モジュール。
5. 【請求項５】 前記表面保護フィルムが延伸処理されて
   いない樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 【請求項６】 前記透明な有機高分子樹脂層の主成分が
   ポリビニルブチラール、エチレン−酢酸ビニル共重体
   （ＥＶＡ）のいずれかから選択される樹脂からなること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太
   陽電池モジュール。
7. 【請求項７】 前記光起電力素子が導電性基体上に光変
   換部材としての半導体光活性層と、透明導電層とを有す
   ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記
   載の太陽電池モジュール。
8. 【請求項８】 前記半導体光活性層が非晶質半導体薄膜
   であることを特徴とする請求項７記載の太陽電池モジュ
   ール。
9. 【請求項９】 前記非晶質半導体薄膜がアモルファスシ
   リコンであることを特徴とする請求項８記載の太陽電池
   モジュール。
10. 【請求項１０】 光起電力素子の光入射側表面に設けら
    れた透明な有機高分子樹脂層とそれに接してその外側の
    最表面に位置する透明な表面保護フィルムとを少なくと
    も含む被覆材により被覆される太陽電池モジュールの製
    造方法において、前記光起電力素子の光入射側表面に少
    なくとも前記有機高分子樹脂層と前記表面保護フィルム
    とを配し、さらにその外側に、表面に凹凸形状を有する
    シート状の部材を凹凸側が前記表面保護フィルムに向く
    ように配したのち、加熱圧着法によって前記光起電力素
    子の被覆を行うと同時に光入射側表面の前記被覆材表面
    に凹凸を形成することを特徴とする太陽電池モジュール
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記被覆材表面の凹凸が、隣接する凹
    部と凸部の最大の高低差が５μｍ以上５００μｍ以下で
    あり、隣接する凹部と凹部もしくは隣接する凸部と凸部
    の頂点間の距離が最大で０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下で
    あることを特徴とする請求項１０記載の太陽電池モジュ
    ールの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記表面に凹凸形状を有するシート状
    の部材がアルミニウムメッシュ、ステンレスメッシュ、
    ガラス繊維不織布、ガラス繊維織布、有機樹脂繊維不織
    布、有機樹脂繊維織布のいずれかから選択されることを
    特徴とする請求項１０または１１記載の太陽電池モジュ
    ールの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記表面保護フィルムの厚みが２０μ
    ｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１
    ０乃至１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール
    の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記表面保護フィルムがアクリル樹
    脂、フッ化物重合体の中から選択される樹脂からなるこ
    とを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記
    載の太陽電池モジュールの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記フッ化物重合体が四フッ化エチレ
    ン−エチレン共重合体であることを特徴とする請求項１
    ４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記表面保護フィルムが延伸処理され
    ていない樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１
    ０乃至１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール
    の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記表面保護フィルムが内側の有機高
    分子樹脂層と接する面をコロナ放電処理した樹脂フィル
    ムであることを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれ
    か１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記透明な有機高分子樹脂層の主成分
    がポリビニルブチラール、エチレン−酢酸ビニル共重合
    体（ＥＶＡ）のいずれかから選択される樹脂からなるこ
    とを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１項に記
    載の太陽電池モジュールの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記光起電力素子が導電性基体上に光
    変換部材としての半導体光活性層、透明導電層が形成さ
    れたものであることを特徴とする請求項１０乃至１８の
    いずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
20. 【請求項２０】 前記半導体光活性層が非晶質半導体簿
    膜であることを特徴とする請求項１９記載の太陽電池モ
    ジュールの製造方法。
21. 【請求項２１】 前記非晶質半導体簿膜がアモルファス
    シリコンであることを特徴とする請求項２０記載の太陽
    電池モジュールの製造方法。