JP3740251B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールに係わり、特に、光起電力素子の光受光面側が透明な有機高分子樹脂により封止されている太陽電池モジュールの表面充填材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光起電力素子を樹脂封止し、さらに表面及び裏面に保護材を設けた太陽電池モジュールが知られている。
【０００３】
図6は従来の太陽電池モジュールの一例で、６０１は表面保護材、６０２は熱可塑性透明有機樹脂、６０３は光起電力素子、６０４は裏面フィルムである。より具体的には、表面保護材６０１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や、ガラス板であり、熱可塑性透明有機樹脂６０２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、裏面フィルム６０４ 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６０２は光起電力素子６０３とフッ素樹脂フィルム６０１及び絶縁体層６０４との接着剤としての役割と、外部からの引っかき、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。
【０００４】
ところで太陽電池モジュールに用いられる充填材は光起電力素子の凹凸を樹脂で被覆し、かつ表面保護材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、耐熱性が要求される。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。これらの要求を満たすものであれば特に限定されないが、充填材として用いられる有機高分子樹脂としては特にエチレン系共重合体が好ましい。一般にエチレン共重合体は耐熱性、接着性に優れ安価である。従来よりＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）が好んで使用されてきたのは以上の理由である。
【０００５】
太陽電池モジュールが高温で使用される場合、高温化での接着を確実にするために、上述の充填材は架橋することが行われている。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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし架橋剤として用いられる有機過酸化物は、酸化防止剤を分解し、耐候性を低下させる原因となる。これは特に光入射側の有機高分子樹脂が有機過酸化物で架橋されている場合には、より深刻な問題となる。また真空ラミネート法によって太陽電池モジュールを作製の際、揮発した有機過酸化物が十分に脱気されず、気泡となって充填材に残り、密着性、耐湿性を著しく低下させる原因にもなっている。また架橋反応時に生成するガスも気泡の原因となり、高速昇温のときはこの傾向がより顕著である。さらに充填材として用いられる有機高分子樹脂を架橋させるには多くの時間とエネルギーを要し、太陽電池の製造コストが高くなる要因となっていた。
【０００７】
また、導体金属基板上に半導体薄膜を形成した光起電力素子は基板の不平滑性や成膜の不均一性を原因とする基板と透明導電層との短絡（シャント）が起こりやすい。そこで欠陥除去処理によってこれを除くわけであるが、処理を施した素子は潜在的に再びシャントを起こしやすい状態にあり、特にこれは水分の存在下によって促進されることが明らかになっている。モジュールの最表面の保護材としてフッ素樹脂フィルムを用いた場合には、該保護材は水分のバリアとしてはほとんど効果がなく、吸水性の高いＥＶＡ樹脂で光起電力素子を封止することは、高温高湿下での太陽電池モジュールの長期安定性を保証する上で、満足できるものとは言い難い。
【０００８】
さらにＥＶＡ樹脂は、酢酸残基が水分の存在下で加水分解を起こし酢酸が遊離するため、酸によって素子のシャントが一層促進されたり、透明導電層表面が酸で腐食される恐れがあった。この水分の透過現象は、太陽電池表面を保護するため充填材中に設けられるガラス繊維による毛細管現象によってより加速される。
【０００９】
本発明は、耐候性、耐湿性に優れ、且つ低コスト化を実現した太陽電池モジュールの構成及び製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
光起電力素子の光入射側に、少なくとも架橋剤を有していない有機高分子樹脂シート、及び表面保護部材を積層し、加熱圧着する工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記表面保護部材の前記有機高分子樹脂と接する面に架橋した有機高分子樹脂を形成しておくことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法とする。
【００１１】
ここで、有機高分子樹脂シートに用いられる有機高分子樹脂は予めガラス繊維に含浸させてあることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の太陽電池モジュールの概略構成図の一例で、１０１は光起電力素子、１０２は熱可塑性を有する表面充填材、１０３は表面保護材、１０４は熱可塑性を有する裏面充填材、１０５は裏面保護材である。外部からの光は、最表面のフィルム１０３から入射し、光起電力素子１０１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。
【００１３】
（充填材１０２）
本発明に用いられる充填材１０２について以下に詳しく説明する。
【００１４】
本発明の光起電力素子の充填材１０２は架橋した有機高分子樹脂１０６を架橋していない有機高分子樹脂１０７の少なくとも一面に配した構成である。これらは熱可塑性を有する樹脂で、加熱圧着することにより互いに接着する。
【００１５】
この架橋した有機高分子樹脂１０６、あるいは架橋していない有機高分子１０７の少なくとも一方を予めガラス繊維不織布に含浸させておくことがより望ましい。架橋は有機高分子樹脂中に架橋剤を添加し、加熱及び／又は加圧することによりなされる。
【００１６】
この構成によれば以下の効果が期待できる。
【００１７】
（１）耐候性に優れた太陽電池モジュール
架橋剤を含まない有機高分子樹脂１０７を太陽電池の光入射側の主たる充填材に用いているため架橋剤の悪影響を回避し、耐候性に優れた被覆となる。
【００１８】
（２）ラミネーション材料間の密着性に優れた太陽電池モジュール
表面保護材１０３と架橋していない有機高分子樹脂１０７との間、及び／又は光起電力素子１０１と架橋していない有機高分子樹脂１０７との間に、架橋した有機高分子樹脂１０６を配している為、表面保護材１０３及び／又は光起電力素子１０１と主たる充填材である非架橋有機高分子樹脂１０７との密着性が良好となる。
【００１９】
（３）外観の良好な太陽電池モジュール
充填材として用いられる有機高分子樹脂を予めガラス繊維に含浸させてあることにより、これらの材料を積層し、真空ラミネート方法によって太陽電池モジュールを作製する際に、含浸不良が起こらず、有機過酸化物の揮発による気泡残りがないため良好な外観が得られる。
【００２０】
（４）防湿性に優れた太陽電池モジュール
ガラス繊維のない層があるため、水分が侵入しにくく、酸の遊離も起こりにくいので、本質的に湿度の素子への影響を少なくすることができる。
【００２１】
充填材として用いられる有機高分子樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
【００２２】
架橋した有機高分子樹脂１０６は太陽電池モジュールの製造に要する時間を短縮させるために予め架橋しておくことが望ましいが、太陽電池モジュール作成時に架橋してもよい。架橋する方法としては、一般に、イソシアネート、メラミン、有機過酸化物などであるが、上記の要求を満たすものとして特に有機過酸化物が好適に用いられる。以下に有機過酸化物について詳しく説明する。
【００２３】
（有機過酸化物による架橋）
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。
【００２４】
化学構造で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に大別される。
【００２５】
上記有機過酸化物の添加量は有機高分子樹脂に対して０．１乃至５％が一般的である。
【００２６】
本発明の、架橋した有機高分子樹脂１０６を作製するには、上述の有機過酸化物を有機高分子樹脂に混合し、加圧加熱する。加圧方法としては、熱ロール、熱プレスで加圧する方法とエアーバッグ状の治具を用いて系内を減圧することによって大気圧で加圧する方法がある。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、有機高分子樹脂のゲル分率が６０％、より好ましくは８０％以上進行する温度と時間をもって加熱を終了する。
【００２７】
一方、架橋してない有機高分子樹脂１０７とは、上記ゲル分率が２０％以下の樹脂のことを差す。
【００２８】
（ゲル分率の測定方法の一例）
ゲル分率は、例えば以下に示す方法によって算出することができる。
【００２９】
被測定物である有機高分子樹脂を約1g秤量し、重量を秤量した円筒ろ紙に入れる。この円筒ろ紙をソックスレー抽出器にセットし、キシレン約１００mlで6時間抽出操作を行う。未溶解分をろ紙に入れたままドラフト内で一晩風乾する。さらに、８０度の熱風循環式オーブンで６時間以上乾燥し、室内で１時間放置した後、未溶解分と円筒ろ紙を合わせた重量を秤量し、ろ紙の重量を引いて未溶解分の重量を得る。この未溶解分の重量を溶解前の被測定物の重量で割った値をゲル分率とする。
【００３０】
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シアヌレートを用いることが望ましい。一般には充填材の０．１乃至５％の添加量である。
【００３１】
（熱酸化防止剤）
充填材樹脂には高温下での安定性を付与するために熱酸化防止剤を添加することがしばしば行われる。これは架橋した有機高分子樹脂と架橋してない有機高分子樹脂の両方に添加することが望ましい。添加量は樹脂１００重量部に対して０．１〜１重量部が適正である。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、燐酸系に大別される。
【００３２】
（シランカップリング剤）
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。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を架橋した有機高分子樹脂、あるいは架橋してない有機高分子樹脂のうち光起電力素子あるいは表面フィルムと直接接触する樹脂に添加することで前記密着力を改善することが可能である。
【００３３】
（紫外線吸収剤）
更に、充填材樹脂１０２の光劣化を抑え耐候性を向上させるために、あるいは充填材樹脂の下層の保護のために、紫外線吸収剤を添加することが望ましい。添加量は樹脂１００重量部に対して０．１〜０．５重量部程度である。紫外線吸収剤としては、公知の化合物が用いられる。化学構造としてはサリチル酸系、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に大別される。
【００３４】
（光安定化剤）
上記紫外線吸収剤以外に耐候性を付与する方法としてはヒンダードアミン系光安定化剤を使用できることが知られている。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、紫外線吸収剤を併用することによって著しい相乗効果を示す。添加量は樹脂１００重量部に対して０．１〜０．３重量部程度が一般的である。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充填材には望ましくない。
【００３５】
なお、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、光安定化剤および熱酸化防止剤を用いることが好ましい。
【００３６】
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、充填材樹脂１０２の光透過率は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ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、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。
【００３７】
（光起電力素子１０１）
本発明に於ける光起電力素子１０１は、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池等の化合物半導体太陽電池を用いる事ができる。
【００３８】
その一例としての概略構成図を図２に示すが、この図に於いて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は集電電極である。
【００３９】
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，Ａｌ，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。
【００４０】
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ＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ2Ｓ，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。
【００４１】
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、Ｉｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（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。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。
【００４２】
ところで、透明導電層まで形成した光起電力素子は導電性基体の非平滑性かつ／あるいは半導体光活性層成膜時の不均一性により導電性基体と透明導電層が部分的に短絡しており、出力電圧に比例して大きな漏れ電流が流れる、すなわち漏れ抵抗（シャント抵抗）が小さい状態にある。そこで、これを修復するため透明導電層を形成した後に欠陥除去処理を施すことにより、光起電力素子のシャント抵抗を１ｋΩ・ｃｍ2以上５００ｋΩ・ｃｍ2以下、望ましくは１０ｋΩ・ｃｍ2以上５００ｋΩ・ｃｍ2以下とする。
【００４３】
透明導電層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）を設ける。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、印刷した導電性ペーストに金属ワイヤーを半田で固定する方法、金属ワイヤーを導電性ペーストで固定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。
【００４４】
最後に起電力を取り出すために出力端子２０６を導電性基体と集電電極に取り付ける。導電性基体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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
（表面保護材１０３）
表面保護材１０３は太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候性、撥水性、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。ガラスのほか、フッ素樹脂フィルムが好適に用いられる。具体的には、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）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では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。前記充填材樹脂との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理を表面フィルムに行うことが望ましい。また、機械的強度向上のために延伸処理が施してあるフィルムを用いることも可能である。
【００４７】
（裏面充填材１０４）
裏面の充填材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。また、表面の充填材１０２と同じ材料であることも多い。
【００４８】
（裏面保護材１０５）
裏面の保護材１０５は光起電力素子１０１の導電性基体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、導電性基体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。具体的には、フッ素樹脂、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートなどのフィルムが挙げられる。
【００４９】
裏面保護材１０５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、上述と同様の有機高分子樹脂を介して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。補強板を折り曲げて建材とすることができる。図5はこのような建材の一例で、（a）は棟側係止部５０１と軒側係止部５０２を互いにはぜ組む屋根材、（b）は野地板５０５上に固定された固定部材５０４に係止部５０３を嵌挿する屋根材、（c）は隣り合う屋根材同士の係止部５０６をキャップ５０７で係止する屋根材で、それぞれの屋根材の受光面には光起電力デバイス５００が設けられている。
【００５０】
本発明の太陽電池モジュールあるいは建材は、太陽電池の出力を交流電力に変換する電力変換装置と共に用いられて太陽光発電装置を構成する事ができる。電力変換装置は商用電力との連携機能を有していてもよい。
【００５１】
【実施例】
（実施例１）
〔光起電力素子〕
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）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。
【００５２】
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５０００Å）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光電変換半導体層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。
【００５３】
この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行う。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳとなるように調製した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電力素子と、素子の透明導電層と対向するように電極板を浸漬し、素子をアースとして電極板に３．５ボルトの正電位を２秒間印加することによりシャントしている部分の透明導電層を選択的に分解した。この処理により、光起電力素子のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ2乃至１０ｋΩ・ｃｍ2であったのに対し、処理後５０ｋΩ・ｃｍ2乃至２００ｋΩ・ｃｍ2に改善された。
【００５４】
最後に、集電用のグリッド電極２０５を設ける。スクリーン印刷により形成された幅２００ミクロンの銅ペーストのライン上に沿って直径１００ミクロンの銅線を布線し、その上にクリーム半田をのせた後、半田を溶融させることにより銅線を銅ペースト上に固定し集電電極とした。マイナス側端子として銅タブをステンレス基板にステンレス半田を用いて取り付け、プラス側端子としては錫箔のテープを半田にて集電電極に取り付け出力端子２０６とし、光起電力素子を得た。
【００５５】
〔モジュール化〕
次に、太陽電池モジュールの作製方法を図３（a）を用いて説明する。
【００５６】
表面フィルム３０３としては下層の有機高分子樹脂との接着面をコロナ放電処理したＥＴＦＥフィルム（厚さ５０ミクロン）を用いた。
【００５７】
架橋した有機高分子樹脂３０２ｂとしては 、ＥＶＡ樹脂（ 酢酸ビニル含有量３３％）１００重量部に対して、架橋剤として２、５−ジメチル-２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン３重量部、シランカップリング剤としてγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン０．３重量部、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン０．３重量部、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１重量部、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）フォスファイト０．２重量部をそれぞれ添加したものを加熱溶融させ、表面フィルムのコロナ面に２０ミクロンの厚さにコートした。
【００５８】
架橋してない有機高分子樹脂３０２aとしては、ＥＶＡ樹脂（ 酢酸ビニル含有量２５％）１００重量部に対して、シランカップリング剤としてγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン０．３重量部、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン０．３重量部、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１重量部、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）フォスファイト０．２重量部をそれぞれ添加したものを加熱溶融させ、ガラス繊維不織布に含浸させた後、Ｔダイのスリットから押し出して成形した厚さ４００ミクロンのシート状ＥＶＡ（以下、ＥＶＡシート）を用いた。裏面充填材３０４としては架橋剤を添加したＥＶＡシートを、補強板３０５としてはガルバリウム鋼板（亜鉛メッキ鋼板、厚さ０．４ｍｍ）を用いた。
【００５９】
〔ラミネーション〕
上記充填材を用いて光起電力素子を図３（a）の構成でラミネートした。すなわち、光起電力素子の受光面側に上記ＥＶＡシートとＥＶＡをコーティングした表面フィルムを、裏側に架橋剤を添加したＥＶＡシートと補強板を重ね、真空ラミネート装置を用いて加圧脱気しながら１９５℃で１５分加熱した。出力端子３０７ａ、３０７ｂは素子裏面にまわしておき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板に予め開けておいた端子取り出し口３０６から出力が取り出せるようにした。
【００６０】
以上の工程により、本発明を実施した太陽電池モジュールを得た。
【００６１】
本実施例では、予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させてあるためラミネーションに要する時間が短いという利点がある。また主として架橋してないＥＶＡを用いているため耐候性がよいと同時に、表面フィルム303と非架橋有機高分子樹脂302aとの間に架橋した有機高分子樹脂302bを配している為、表面フィルム303と非架橋有機高分子樹脂302aとの密着性が良好となる。
【００６２】
（実施例２）
実施例１に於いて、ガラス繊維不織布に予めＥＶＡを含浸させずにＥＶＡシートを作製し、ラミネーション時にＥＶＡシートと光起電力素子の間にガラス繊維不織布を入れて１９５℃３０分ラミネートした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００６３】
本実施例では、予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させてないためラミネーションに要する時間は実施例1に比べて長くなるが、ＥＶＡシートの作製工程が容易である。
【００６４】
（実施例３）
実施例１に於いて、ガラス繊維不織布に含浸させるかわりにＥＶＡ樹脂にシランカップリング剤と、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、ガラスビーズをそれぞれ添加したものを加熱溶融させ、Ｔダイのスリットから押し出して成形した以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００６５】
本実施例は、実施例1で用いたガラス繊維不織布のかわりにガラスビーズを用いたもので、実施例1と同様な効果がある。
【００６６】
（参考例１）
実施例１に於いて、表面フィルムに架橋剤の入ったＥＶＡはコートしなかった代わりに、ＥＶＡと接する面に強コロナ放電処置をしたものを用いた。図３（ｂ）に示すように、ガラス繊維不織布にＥＶＡが含浸した架橋剤を含有しないＥＶＡシート３０２ａを重ね、架橋剤（硬化剤）としてイソシアネートを使用したアクリル塗料で表面を２５ミクロンの厚さにコーティングした光起電力素子を用いた以外は全く同様にして、図３（ｂ）に示すような太陽電池モジュールを得た。
【００６７】
本参考例では、表面フィルムを強コロナ放電処理してある為にＥＶＡとの密着性を確保しつつ、主として架橋してないＥＶＡを用いているため耐候性がよい。また、光起電力素子をアクリル塗料でコーティングしてあるためラミネーション過程で傷が付きにくく、同時に光起電力素子３０１と架橋していないＥＶＡ３０２ａとの密着性も高める効果がある。また予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させてあるためラミネーションに要する時間が短い。
【００６８】
（参考例２）
参考例１に於いて、ガラス繊維不織布にＥＶＡが含浸していないＥＶＡシートを用い、ラミネーション時にＥＶＡシートと、硬化剤としてイソシアネートを使用したアクリル塗料で表面を２５ミクロンの厚さにコーティングした光起電力素子の間にガラス繊維不織布を入れてラミネートした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを得た。
【００６９】
本参考例では、予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させてないためラミネーションに要する時間は参考例１に比べて長くなるが、ＥＶＡシートの作製工程が容易である。
【００７０】
（比較例１）
実施例１に於いて、架橋剤入りのEVAをコートしていない表面フィルムと、EVA樹脂100重量部に対して、架橋剤として2、5-ジメチル-2、5-ビス（t-ブチルパーオキシ）ヘキサン3重量部、シランカップリング剤としてγ―メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン0.3重量部、光安定化剤としてビス（2、2、6、6-テトラメチル-4-ピペリジル）セバケート0.1重量部、酸化防止剤としてトリス（モノ-ノニルフェニル）ファスファイト0.2重量部をそれぞれ添加して作製した架橋剤入りEVAシートを用いて、ラミネーション時にこの架橋剤入りEVAシートと光起電力素子との間にガラス繊維不織布を入れてラミネートした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを得た。
【００７１】
（比較例２）
比較例１に於いて架橋剤を添加していないＥＶＡを用いてEVAシートを作製した以外は全く同様にして太陽電池モジュールを得た。
【００７２】
（比較例３）
比較例１に於いてモジュール作製時の加熱条件を１６０℃５０分にした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを得た。
【００７３】
実施例１乃至３、参考例１、２及び比較例１乃至３の積層構造及びラミネーション条件を図４にまとめて示した。
【００７４】
（評価方法）
上記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以下の項目について評価を行った。
【００７５】
(1)ラミネーションの条件
ラミネーション時のオーブンの設定温度と時間を示す。
【００７６】
(2)初期外観
得られた太陽電池モジュールの初期外観を評価した。評価結果は以下の基準で表１に示す。
○：表面被覆の剥離、気泡残りが全くないもの。
×：表面被覆の剥離、気泡残りが生じたもの。
【００７７】
(3)直列部材周辺の充填性
太陽電池モジュールの直列部材周辺の充填性を評価した。
○：表面被覆の剥離、気泡残りの全くないもの。
×：表面被覆の剥離、気泡残りが生じたもの。
【００７８】
(4)耐候性
超エネルギー照射試験機に太陽電池モジュールを投入し、メタルハライドランプによる１００ｍＷ／ｃｍ２の強度での３００ｎm〜４００ｎｍの波長域の紫外線の照射と結露を繰り返すデューサイクル試験を行い、５０００時間後の外観上の変化とシャント抵抗を測定し、酸による銅箔２０６の腐食をみた。
○：表面被覆の剥離、銅の腐食のないもの。
×：表面被覆の剥離、銅の腐食が生じたもの。
【００７９】
(5)耐クリープ特性
太陽電池モジュールを１００℃のオーブン中に垂直に立て１週間保存した。充填材がクリープあるいは剥離しているか否か観察した。
○：表面被覆のクリープあるいは剥離のないもの。
×：表面被覆のクリープあるいは剥離が生じたもの。
【００８０】
(6)耐スクラッチ性
外部からの引っかきに対する表面被覆材の保護能力が充分であるか否かを試験する。「引っかき試験」（ＵＬ規格）である。この試験は、鋼鉄性の刃を持った試験機を速度１５２．４ｍｍ／秒で、９０７ｇの過重を加えながら太陽電池表面を動かすものである。この試験の合格判定としては、その後に高圧絶縁破壊試験を行い、その太陽電池モジュールにリーク電流がなければ合格とされる。本発明の太陽電池モジュールの最も高い位置の銅タブ上を「引っかき試験」した。
【００８１】
以下に高圧絶縁破壊試験について説明する。まず、引っかき試験を行った太陽電池モジュールの陽極と陰極を短絡する。そのサンプルを電気伝導度を３５００ｏｈｍ・ｃｍ以下の溶液に浸す。その際サンプルの出力端子は溶液に浸さないようにする。そして、「引っかき試験」で引っかいたところを１０秒程こすり溶液側に電源の陰極をつけ、サンプルの出力端子に電源の陽極をつなぐ。電源より２０００Ｖの電圧をかけ５０μＡ未満の電流しか流れなかった場合を合格とする。表１には合格した場合を○、不合格を×、再現性に乏しい場合を△とした。
【００８２】
結果を以下の表に示す。
【００８３】
【表１】

【００８４】
表から明らかなように、架橋していない有機高分子樹脂の少なくとも一面に、架橋した有機高分子樹脂を配した構成の太陽電池モジュールは、耐候性に極めて優れていることが分かった。特に予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させた実施例１や参考例１は、ラミネーション時間が短く、耐候性、耐スクラッチ性にも極めて優れている。
【００８５】
なお、本発明に係わる太陽電池モジュール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。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、主として架橋してないＥＶＡを用いているため耐候性がよいと同時に、表面フィルムと非架橋有機高分子樹脂との間、及び／又は光起電力素子と非架橋有機高分子樹脂との間に、架橋した有機高分子樹脂を配している為、表面フィルム及び／又は光起電力素子と非架橋有機高分子樹脂との密着性が良好となる。また、予めガラス繊維不織布にＥＶＡを含浸させておくことにより、含浸不良がなく、樹脂中に水分が侵入しにくいので、本質的に湿度の素子への影響を少なくすることができ、欠陥除去処理により短絡部分を修復された光起電力素子の湿度による太陽電池特性の低下を抑制できる耐湿性に優れた充填材となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの概略断面図
【図２】本発明の太陽電池モジュールに適用可能な光起電力素子の一例を示す図
【図３】本発明の太陽電池モジュールの概略断面図
【図４】実施例及び比較例の太陽電池モジュールの概略断面図
【図５】本発明の建材の例を示す図
【図６】従来の太陽電池モジュールの一例を示す図
【符号の説明】
１００、３００ 入射光
１０１、２００、３０１ 光起電力素子
１０２ 表面充填材
１０３、３０３ 表面保護材
１０４、３０４ 裏面充填材
１０５ 裏面保護材
１０７、３０２ａ 架橋していない有機高分子樹脂
１０６、３０２ｂ 架橋した有機高分子樹脂
２０１ 導電性基体
２０２ 裏面反射層
２０３ 半導体層
２０４ 透明導電層
２０５ 集電電極
２０６ａ、３０７ａ プラス側出力端子
２０６ｂ、３０７ｂ マイナス側出力端子
２０７ 導電性接着剤あるいは半田
２０８ 半田
２０９ 絶縁体
３０５ 補強板
３０６ 端子取り出し口

Claims (1)

1. 光起電力素子の光入射側に、少なくとも架橋剤を有していない有機高分子樹脂シート、及び表面保護部材を積層し、加熱圧着する工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記表面保護部材の前記有機高分子樹脂と接する面に架橋した有機高分子樹脂を形成しておくことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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