JP4330241B2 - Solar cell module - Google Patents
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【0001】
この発明は、太陽電池モジュールに関するものであり、特に、表面部材及び裏面部材が透光性を有することにより、表裏両面側からの光入射を可能とした両面入射型太陽電池モジュールに用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池装置は、無尽蔵な太陽光をエネルギー源としているため、環境問題等から石油・石炭等の化石エネルギーに代わるエネルギー源として期待され、実用化が進められている。かかる太陽電池装置を実際のエネルギー源として用いるためには、通常複数個の太陽電池素子を電気的に直列、或いは並列に接続することによりその出力を高めた太陽電池モジュールが使用されている。
【0003】
従来の太陽電池モジュールは、片面発電のものとしては、図5に示すように、表面強化ガラス100と裏面部材101との間に複数個の太陽電池素子110…がEVA(エチレン・ビニル・アセテート)などの透光性且つ絶縁性を有する樹脂102で封止された構造になっている。
【0004】
太陽電池素子110は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどから構成され、各太陽電池素子110間は銅箔板などの金属薄板からなる接続部材111…で直列及び/又は並列に接続されている。また、裏面部材101には裏面からの水分の浸入を防ぐためにプラスチックフィルムでアルミニウム(Al)箔などの金属箔をサンドイッチした積層フィルムが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池モジュールは、一般に屋外で長期間使用されるため機械的強度のみならず耐候性にも優れている必要がある。上述した構造においては、機械的強度は表面強化ガラス100で保っている。そして、耐候性に関しては、裏面部材101として金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムを用いているので、外部からの水分浸入が抑制され、長期間に亘って、高い発電性能が得られるているが、未だ改善の余地があった。
【0006】
また、太陽電池素子の光の有効利用を図るべく、光入射側の電極のみならず裏面側の電極まで透明電極の構成にし、太陽電池素子の表裏両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子が提案されている。このような構造においては、裏面部材も透光性部材が用いられる。この裏面部材として透光性の樹脂フィルムを用いた場合には、金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムに比べ水分が浸入しやすくなるため、さらに水分浸入の対策の必要がある。また、かかる透光性の樹脂フィルムとして水分透過率の小さいフイルムを用いることも提案されているが、依然として改善の余地が残っていた。
【0007】
この発明は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものにして、耐湿性を改善することにより信頼性の向上した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
まず、この発明者らは上述した水分の浸入による発電性能の低下の原因を調べるために、図5に示す構造において、裏面部材101にアルミニウム(Al)箔をPVF(ポリ弗化ビニル)でサンドイッチした積層フィルムを用いた太陽電池モジュールと、PVFフィルムだけを用いた太陽電池モジュールの2種類のモジュールを作成し、それぞれについて耐湿試験(JIS C8917)を行った。この試験は、85℃、湿度93%に保持された恒温漕中に1000時間入れた前後での太陽電池特性を調べるもので、出力値が95%以上であることが合格の基準として定められている。ここでは、恒温漕中に入れる時間を1000時間として試験を行った。その結果、得られた出力変化率は裏面部材に積層フィルムを用いた場合99.0%であり、PVFフィルムを用いた場合は、92.0%であった。そして、この2種類の太陽電池モジュールについて鋭意検討したところ、太陽電池素子を封止する樹脂1g中に存在するナトリウム量が、積層フィルムを用いた場合0.3μg/gであるのに対して、PVFフィルムを用いた場合は3μg/gであり、出力変化率と相関関係があり、樹脂中のナトリウム量が多いほど発電性能が低下することが分かった。
【0009】
かかるナトリウム量の増加はモジュール中に浸入した水分の存在によるものと考えられる。すなわち、裏面部材に積層フィルムを用いた場合は太陽電池モジュールの外周部から水分が浸入するが、裏面部材に樹脂フィルムを用いた場合にはこの樹脂フィルムを透過しても水分が浸入することになるので、樹脂フィルムを裏面部材に用いた方がモジュール中に浸入する水分量が多くなる。
【0010】
そして、モジュール中に水分が浸入すると、表面ガラスから析出したナトリウムイオンが水分を含んだ樹脂内を移動して太陽電池素子表面まで達し、さらに太陽電池素子内部にまで拡散することにより太陽電池素子の発電性能を低下させるために、裏面に樹脂フィルムを用いた方が発電性能が低下したものと推察される。
【0011】
従って、この発明は、表面ガラスから析出されるナトリウムが太陽電池素子表面に達することを抑制することにより、信頼性を向上せんとするものである。
【0012】
この発明の太陽電池モジュールは、上述したことを考慮してなされたものにして、複数の太陽電池素子の表面側に表面強化ガラスを配置した太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層とから形成されるヘテロ接合を有すると共に、表裏両面から光入射可能な構造とされ、前記太陽電池素子の表面側及び裏面側に夫々表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材を配置し、当該表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材の間に前記太陽電池素子を樹脂封止すると共に、前記表面側フィルム材の表面側に、空気層を介して前記表面強化ガラスを配置したことを特徴とする。
【0015】
前記表面強化ガラスと表面側透光性フィルム材間にスペーサー部材を配置して両者の間に空気層が形成すると良い。
【0016】
前記スペーサ部材は高チクソ性接着剤で形成すればよい。
【0017】
上記のように空気層を設けることで、太陽電池素子が、EVA封止樹脂などを介して表面ガラス部材と接触しないため、表面ガラス部材から析出したナトリウムイオンが太陽電池素子に到達するのが抑制できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【0019】
まず、この発明に用いられる太陽電池素子1の一例につき図1を参照して説明する。図1は、表裏両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子の一例を示す模式的斜視図である。この太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造(以下、HIT構造という)において、表裏両面から光を入射可能にした太陽電池素子である。
【0020】
図1に示すように、n型単結晶シリコン基板10上に、真性非晶質シリコン層11が形成され、その上にp型非晶質シリコン層12が形成されている。そして、p型非晶質シリコン層12の全面にITOなどからなる受光面側の透明電極13が設けられ、この受光面側透明電極13上に銀(Ag)等からなる櫛形集電極14が形成されている。また、基板10の裏面には基板裏面に内部電界を導入したいわゆるBSF(Back Surface Field)型構造になっている。すなわち、基板10の裏面側に真性非晶質シリコン層15を介してハイドープn型非晶質シリコン層16が設けられている。このハイドープn型非晶質シリコン層16の全面にITOなどからなる裏面側透明電極17が形成され、この上に銀(Ag)等からなる櫛形集電極18が形成されている。このように、裏面側も結晶シリコン基板とハイドープ非晶質シリコン層との間に真性非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改良したBSF構造になっている。
【0021】
上記した図1に示す太陽電池素子1が図示しない半田ディップ銅箔など接続部材により複数個直列及び/又は並列に接続される。そして、図2に示すように、PVF(ポリ弗化ビニル)などからなる厚さ0.1〜1mmの表面側透光性フィルム部材2と裏面側透光性フィルム部材4との間にEVA(エチレン・ビニル・アセテート)樹脂3を用いて封止して、サブモジュールが形成される。
【0022】
このサブモジュールの形成は、各部材を重ね、100Pa程度に真空引きされた漕中に保持し、その後、全体を150℃程度に加熱し、裏面部材側からシリコーンシートにて大気圧を用いて圧着する。このプロセスにてEVAシートを軟化させ仮接着を行った後に、改めて150℃程度の恒温漕中にて1時間程度保持し、EVAを架橋するいわゆる真空ラミネート工程により、形成される。サブモジュールの平面的なサイズは、表面強化ガラス20と同じにする。
【0023】
次に、表面強化ガラス20の表面側における太陽電池素子1…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材2上に、太陽電池素子1への光入射を妨げない面積でシリコーン樹脂などの高チクソ性の接着剤を塗布し、スペーサ5を形成する。
【0024】
なお、太陽電池素子1…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材2上に設けるスペーサ5は、サブモジュールが太陽電池モジュールのアルミニウム(Al)フレーム30から離れて中央部に行くに従って、自身の自重で垂れ下がるのを防止する役目もを果たす。
【0025】
次いで、サブモジュールと表面強化ガラス20を重ねてスペーサ5のシリコンで接着する。このスペーサ5を用いて、表面強化ガラス20とサブモジュールとを接合することにより、サブモジュールの太陽電池素子1の表面側と表面強化ガラス20との間には、空気層6が設けられる。
【0026】
このようにして形成された太陽電池モジュールの周囲にフレーム30を取り付ける。このフレーム30の取付は、太陽電池モジュールの周囲にシリコーンゴムなどを介して固定したり、或いは、また、フレーム30に予め太陽電池モジュールを嵌め込むような段部を形成しておき、その段部に嵌め込むことにより両者を固定するように構成しても良い。
【0027】
上記したように、この実施形態は、太陽電池モジュールの一方の表面に空気層6を介して機械的強度を有する表面強化ガラス20を設けている。このように構成することで、太陽電池素子1が、EVA封止樹脂2を介して表面強化ガラス20と接触しないため、表面強化ガラス20から析出したナトリウム(Na)イオンが太陽電池素子1に到達するのが抑制できる。
【0028】
次に、この発明の第2の実施形態につき、図3に従い説明する。
【0029】
上記した第1の実施形態との相違はスペーサ部材の材料として、高チクソ性のシリコン樹脂のスペーサ5に加えて厚さ1〜5mmのアクリル、ポリカーボネート等のフィルム板からなる第2スペーサ7を用いたことである。
【0030】
サブモジュール形成までは、上記実施形態と同じであるために説明を省略し、表面強化ガラス20とサブモジュールの接着から説明する。
【0031】
厚さ1〜5mmのアクリル、ポリカーボネート等のフィルム板からなる第2スペーサ7を用意する。この第2スペーサ7は、太陽電池素子1…間の隙間に対応する部分に太陽電池素子1への光入射を妨げない面積に加工している。そして、第2スペーサ7の接着面に両面テープを貼り付け、もしくは接着用シリコン樹脂を塗布する。この第2スペーサ7を太陽電池素子1…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材2上に配置する。サブモジュールの周囲は、上記した実施形態と同様に高チクソ性のシリコン樹脂を塗布してスペーサ5を形成する。
【0032】
この場合には、サブモジュールと表面強化ガラス20の空間6の高さが、固体の第2スペーサ7の厚さで決まり、バラツキの少ない空間高さを形成することができる。そして、このようにして形成された太陽電池モジュールの周囲にフレーム30を取り付ける。
【0033】
また、上記した両実施形態においては、サブモジュールと表面ガラス20とを接着してからアルミニウムフレーム30に取り付けているが、フレーム30の取付により、サブモジュールと表面強化ガラス20とを空間を有して固定するように構成しても良い。また、フレーム30の構造により、スペーサを設けずにサブモジュールと表面強化ガラス20とを空間を有して固定するように構成することができる。
【0034】
上記した実施形態においては、予めサブモジュールを形成しているが、図4に示すように、太陽電池素子1間の隙間上に、高チクソ材からなるスペーサ部材8を設け、太陽電池素子1の周囲にEVAなどの封止樹脂9を設けて、裏面透明フィルム4と表面ガラス20とを一体化するように構成し、太陽電池素子1表面と表面ガラス20との間に空間6を設けるように構成することもできる。この構成においても、太陽電池素子1が、EVA封止樹脂を介して表面強化ガラス20と接触しないため、表面強化ガラス20から析出したNaイオンが太陽電池素子1に到達しにくくなる。
【0035】
次に、上記した構造のこの発明の太陽電池モジュールと従来構造の太陽電池モジュールをそれぞれ用意し、耐湿性試験を行った結果を示す。この試験は85℃、湿度93%に保持された恒温漕中に1000時間入れた前後での太陽電池の特性を調べるもので、出力値は95%以上であることが合格の基準として定められている。
【0036】
サンプルは、この発明によるものは、図2に示す構造のものであり、表裏に透明PVFフィルムを用いている。従来例としては、図5に示す構造のものであり、裏面部材としてPVFフィルムとアルミニウム箔とをサンドイッチした積層フィルムを用いたものと、裏面部材として、PVFからなる透明フィルムだけを用いたものをそれぞれ用意した。封止したEVA樹脂シートの厚みは全てのサンプルにおいて同じとし、太陽電池素子は両面入射型のHIT構造のものを用いた。この結果を表1に示す。
【0037】
【表1】
【0038】
表1より、1000時間経過後であれば、従来PVFだけを用いたものでは、初期特性が95%を切り、JISの規格をクリアできないのに対して、本発明の太陽電池モジュールであれば、初期特性より特性の変化率が少なく95%以上の特性を十分に満足しており、JISの規格はクリアしている。また、裏面部材として、積層フィルムを用いたものより良好な特性が得られている。
【0039】
このように、この発明によれば、強化ガラスと水分との相互作用によって析出するNaイオンの太陽電池素子への到達を抑制でき、耐湿性が向上する。
【0040】
尚、上記した実施の形態において、封止樹脂としてEVAを用いているが、シリコーン、ポリ塩化ビニル、PVB(ポリビニルブチラール)、ポリウレタンを用いることができる。
【0041】
上記した実施形態においては、太陽電池素子として、HIT構造の太陽電池素子を用いた場合につき説明したが、この発明は、他の単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶系太陽電池素子、非晶質系太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールにも適用することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、表面強化ガラスから析出したナトリウムイオンを太陽電池素子まで到達するのが抑制でき、屋外における長期な使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表裏から光を入射させるように構成した太陽電池素子の一例を示す模式的斜視図である。
【図2】この発明の第1の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図3】この発明の第2の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図4】この発明の第3の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図5】従来の太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 太陽電池素子
2 表面側透光性フィルム材
3 封止樹脂
4 裏面側透光性フィルム材
5 スペーサ
6 空気層[0001]
The present invention relates to a solar cell module, and is particularly suitable for use in a double-sided solar cell module that allows light to be incident from both the front and back sides by having a translucent surface member and back member. Is.
[0002]
[Prior art]
Solar cell devices that directly convert light energy into electrical energy use inexhaustible sunlight as an energy source, and are expected to be an alternative energy source to fossil energy such as oil and coal due to environmental issues, and are being put to practical use. Yes. In order to use such a solar cell device as an actual energy source, a solar cell module whose output is increased by connecting a plurality of solar cell elements electrically in series or in parallel is generally used.
[0003]
As shown in FIG. 5, the conventional solar cell module is one-sided power generation, and a plurality of
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since a solar cell module is generally used outdoors for a long time, it needs to have excellent weather resistance as well as mechanical strength. In the structure described above, the mechanical strength is maintained by the surface strengthened
[0006]
In addition, in order to effectively use the light of the solar cell element, the solar cell is configured so that light is incident from both the front and back surfaces of the solar cell element, with a transparent electrode structure not only on the light incident side electrode but also on the back side electrode. Devices have been proposed. In such a structure, a translucent member is used for the back member. When a translucent resin film is used as the back member, moisture can easily enter as compared with a laminated film in which a metal foil is sandwiched with a plastic film. In addition, it has been proposed to use a film having a low water permeability as the translucent resin film, but there is still room for improvement.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a solar cell module with improved reliability by improving moisture resistance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
First, in order to investigate the cause of the decrease in power generation performance due to the ingress of moisture, the present inventors sandwiched an aluminum (Al) foil with PVF (polyvinyl fluoride) on the
[0009]
The increase in the amount of sodium is considered to be due to the presence of moisture that has entered the module. That is, when a laminated film is used for the back member, moisture enters from the outer periphery of the solar cell module. However, when a resin film is used for the back member, moisture enters even if it passes through the resin film. Therefore, the amount of moisture entering the module increases when the resin film is used as the back member.
[0010]
Then, when moisture enters the module, sodium ions precipitated from the surface glass move through the resin containing moisture to reach the surface of the solar cell element, and further diffuse to the inside of the solar cell element. In order to reduce the power generation performance, it is presumed that the power generation performance is reduced when the resin film is used on the back surface.
[0011]
Therefore, the present invention is intended to improve reliability by suppressing sodium precipitated from the surface glass from reaching the surface of the solar cell element.
[0012]
The solar cell module according to the present invention is a solar cell module which is made in consideration of the above-described matters and has surface tempered glass disposed on the surface side of a plurality of solar cell elements . It has a heterojunction formed of a crystalline silicon substrate and an amorphous silicon layer, and has a structure that allows light to enter from both the front and back surfaces, and a surface-side translucent film material on each of the surface side and the back side of the solar cell element And the back side translucent film material is disposed, and the solar cell element is resin-sealed between the front side translucent film material and the back side translucent film material, and the front side of the front side film material Further, the surface tempered glass is arranged through an air layer.
[0015]
A spacer member may be disposed between the surface tempered glass and the surface side translucent film material, and an air layer may be formed therebetween.
[0016]
The spacer member may be formed of a high thixotropic adhesive.
[0017]
By providing the air layer as described above, the solar cell element does not come into contact with the surface glass member via the EVA sealing resin or the like, so that sodium ions precipitated from the surface glass member are prevented from reaching the solar cell element. it can.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
First, an example of the
[0020]
As shown in FIG. 1, an intrinsic
[0021]
A plurality of
[0022]
The sub-module is formed by stacking each member and holding it in a bag vacuumed to about 100 Pa, then heating the whole to about 150 ° C. and then crimping it from the back member side with a silicone sheet using atmospheric pressure. To do. After the EVA sheet is softened and temporarily bonded by this process, it is formed by a so-called vacuum laminating process in which the EVA sheet is held again in a constant temperature bath at about 150 ° C. for about 1 hour to cross-link the EVA. The planar size of the submodule is the same as that of the surface tempered
[0023]
Next, a silicone resin or the like is formed on the
[0024]
In addition, as for the
[0025]
Next, the submodule and the surface tempered
[0026]
The
[0027]
As described above, in this embodiment, the surface strengthened
[0028]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0029]
The difference from the first embodiment described above is that, as a material for the spacer member, in addition to the highly thixotropic
[0030]
Since it is the same as the said embodiment until it forms a submodule, description is abbreviate | omitted and it demonstrates from the adhesion | attachment of the surface tempered
[0031]
A
[0032]
In this case, the height of the
[0033]
In both of the embodiments described above, the submodule and the
[0034]
In the above-described embodiment, the submodule is formed in advance. As shown in FIG. 4, the
[0035]
Next, the solar cell module of the present invention having the above-described structure and the solar cell module having the conventional structure are prepared and the results of the moisture resistance test are shown. This test examines the characteristics of the solar cell before and after 1000 hours in a constant temperature bath maintained at 85 ° C. and 93% humidity, and the output value is determined to be 95% or more as a criterion for acceptance. Yes.
[0036]
The sample according to the present invention has the structure shown in FIG. 2, and transparent PVF films are used on the front and back sides. As a conventional example, it is the thing of the structure shown in FIG. 5, and what used only the transparent film which consists of PVF as a back surface member, and what used the laminated film which sandwiched the PVF film and aluminum foil as a back surface member. Each prepared. The thickness of the sealed EVA resin sheet was the same in all samples, and the solar cell element having a double-sided incident type HIT structure was used. The results are shown in Table 1.
[0037]
[Table 1]
[0038]
From Table 1, if it is after 1000 hours, with the conventional PVF only, the initial characteristics are less than 95%, JIS standards can not be cleared, whereas the solar cell module of the present invention, The change rate of the characteristic is smaller than the initial characteristic, and the characteristic of 95% or more is sufficiently satisfied, and the JIS standard is cleared. Moreover, the characteristic better than what used the laminated | multilayer film as a back surface member is acquired.
[0039]
Thus, according to this invention, the arrival of Na ions, which are precipitated by the interaction between the tempered glass and moisture, to the solar cell element can be suppressed, and the moisture resistance is improved.
[0040]
In the above embodiment, EVA is used as the sealing resin, but silicone, polyvinyl chloride, PVB (polyvinyl butyral), and polyurethane can be used.
[0041]
In the above-described embodiment, the case where a solar cell element having a HIT structure is used as the solar cell element has been described. However, the present invention is not limited to a crystalline solar cell element using other single crystal silicon or polycrystalline silicon, The present invention can also be applied to a solar cell module using a crystalline solar cell element.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the sodium ions precipitated from the surface tempered glass from reaching the solar cell element, and provide a highly reliable solar cell module that can withstand long-term use outdoors. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a solar cell element configured to allow light to enter from the front and back sides.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the solar cell module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solar cell module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell module according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a conventional solar cell module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層とから形成されるヘテロ接合を有すると共に、表裏両面から光入射可能な構造とされ、
前記太陽電池素子の表面側及び裏面側に夫々表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材を配置し、当該表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材の間に前記太陽電池素子を樹脂封止すると共に、
前記表面側フィルム材の表面側に、空気層を介して前記表面強化ガラスを配置したことを特徴とする両面入射型の太陽電池モジュール。A solar cell module in which surface tempered glass is arranged on the surface side of a plurality of solar cell elements,
The solar cell element, which has a hetero junction formed from a single crystal silicon substrate and an amorphous silicon layer, is from both sides and the light incidence structure capable,
A front-side translucent film material and a back-side translucent film material are respectively arranged on the front surface side and the back surface side of the solar cell element, and the solar cell element is interposed between the front-side translucent film material and the back-side translucent film material. While sealing the solar cell element with resin,
Wherein the surface side of the front film member, double-sided incidence type solar cell module, characterized in that a said surface strengthened glass through an air layer.
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