JP4508668B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに係り、特に耐候性能の高い太陽電池モジュールに関する

近年、太陽電池の低コスト化、高効率化を両立するために原材料が少なくてすむ薄膜太陽電池が注目され、開発が精力的に行われている。

薄膜太陽電池は、従来のバルクの単結晶や多結晶シリコンを使用した太陽電池に比べて光電変換層を薄くすることが可能であるが、反面、薄膜太陽電池全体の厚みが薄いので、水分の侵入等により容易に薄膜の構造や材料が劣化してしまうことが懸念され、封止方法を工夫するなどして、充分な耐候性を確保する必要があるという問題がある。

太陽電池モジュールは、一般的に基板としてガラス、太陽電池として、非晶質シリコンを含み、近年は更に結晶質シリコンを含む薄膜太陽電池、封止フィルムとしてアルミ、ステンレス、スズ等外部からの水蒸気の透過を防止する金属箔を含むプラスチックフィルムが用いられる。

この場合の各構成材料の配置としては、図２に示すように薄膜太陽電池３はガラス基板２の一方の主面の内側の領域に配置され、樹脂材料であるＥＶＡフィルム４、及び金属箔を含む封止フィルム５は、加熱圧着による製造時、ガラス基板より大きいサイズで準備され、加熱圧着された後、カッターナイフでガラス基板と同じ大きさに切り出され、熱可性ブチルゴム等の樹脂が充填された外枠７がガラス基板の周囲に取りつけられることが一般的である（特許文献１参照のこと）。なお、図２は、従来の太陽電池モジュールの断面図を示す概念図である。

しかし、この種の薄膜太陽電池モジュールでは、外枠７内に熱可塑性ブチルゴム等を充填しても封止材料の金属箔を充分被覆出来ず、水の進入により薄膜太陽電池／金属箔／モジュール外枠間で電気化学反応が起こり絶縁抵抗の低下等の不具合が発生し問題であった。
特開平８−８３９１９号公報

金属箔を含む封止フィルムは耐候性等を確保する目的があり、このためその層構成に含まれる金属箔による水蒸気の透過防止効果は非常にが有効である。しかしながら、この金属箔を含む封止フィルムの端面が外気に晒された場合には、水分の侵入により金属箔が基点となって太陽電池モジュールが劣化し信頼性が損なわれる場合が発生するので、太陽電池モジュール設置後、金属箔の端部が雨水等に晒されないように確実に封止し不活性化することが重要である。

しかし、前述した従来技術の太陽電池モジュールでは、外枠内に熱可塑性ブチルゴム等が充分に充填されていることが確認できず、内部に空洞があった場合、金属箔を充分被覆出来ず、水分の進入により、薄膜太陽電池／金属箔／外枠間で電気化学反応が起こり絶縁抵抗の低下、さらには薄膜太陽電池に腐食が発生することがあった。また、従来の構造では狭いフレームのコの字形状空間中に高粘度の熱可塑性ブチルを充填するので、前記空洞の発生が生じやすいという問題もあった。

本発明の太陽電池モジュールは、ガラス基板上に順に太陽電池、封止樹脂および金属箔を含む封止フィルムが形成されてなる太陽電池モジュールであって、該太陽電池、該封止樹脂および該金属箔を含む封止フィルムは、該ガラス基板の面内にその全周の縁があるように載置されてなり、さらに、該金属箔の端部を含んで、該金属箔を含む封止フィルムの縁部及び該ガラス基板のガラス露出表面部の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂で被覆されてなるので、平面上空間に縁封止樹脂を形成でき、前記空洞の発生が抑制され、さらに、もし空洞が発生したとしてもその場で目視にて容易に確認できるので、製造上空洞の発生無しで、金属箔を含む封止フィルムの端面を封止することができ、結果的として耐候性能の高い太陽電池モジュールとなる。

前記太陽電池が、光電変換層として非晶質シリコン層を含む薄膜太陽電池である場合には、特に本発明の太陽電池モジュールとすることが有効である。

前記金属箔を含む封止フィルムがＰＥＴフィルム／Ａｌ箔/テドラーフィルムまたはテドラーフィルム/Ａｌ箔/テドラーフィルムからなる場合に、封止フィルムのフィルム面からの水分の透過防止が完全となり好ましい。

前記縁封止樹脂としては、ブチル樹脂、ブチル系テープ、アクリル系テープ、ＥＶＡ／ＰＥＴ／テドラー、又はＥＶＡ／ＰＥＴから選択される一種であることが好ましく、ブチル樹脂の場合には水分の侵入防止の点からに特に有効であり、テープ形状の材料の場合には作業性の点から好ましい。

上述した本発明の太陽電池モジュールであって、さらに、前記ガラス基板周囲に外枠が設けら、前記縁封止樹脂が該外枠の前記ガラス基板側端部全周を被覆してなる太陽電池モジュールであると、ガラス基板を外枠にはめ込んだ後、前記縁封止樹脂の塗布が可能なので、作業性が良く、また、前記縁封止樹脂へのはめ込み時における外枠との摩擦による損傷無く太陽電池モジュールが製造できるので好ましい。

ガラス基板上に順に太陽電池、封止樹脂および金属箔を含む封止フィルムが形成されてなる太陽電池モジュールにおいて、平面上空間に縁封止樹脂を形成でき、縁封止樹脂内での空洞の発生が抑制され、さらに、もし空洞が発生したとしてもその場で目視にて容易に確認できるので、製造上空洞の発生無しで、金属箔を含む封止フィルムの端面を封止することができ、水分の進入による太陽電池モジュール内での電気化学反応等による絶縁抵抗の低下等の不具合の発生を防止できるので、耐候性能の高い太陽電池モジュールとなる。

以下、本発明の実施形態について、図１の図面を参照しながらより詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す断面図である。

図１に示す太陽電池モジュール１はガラス基板２上に積層形成された太陽電池セルが直列及び／又は並列に接続してなる太陽電池セル群からなる薄膜太陽電池３を含み、さらに、この薄膜太陽電池３から出力を取出すためにガラス基板２上には取出し電極（図示せず。）が形成される。

ガラス基板２上に形成された薄膜太陽電池３及び取出し電極を覆って外部からの水分の侵入等を防ぎ保護するために、封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５が形成される。

本発明では、この封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５が、ガラス基板２の内側にあるように、つまりガラス基板の面内にその全周の縁があるように載置される。従って、封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５載置後、ガラス基板２の外縁部には、少なくとも薄膜太陽電池３、取り出し電極、及び金属箔５１を含む封止フィルム５が面内に存在しないガラス露出表面部２１が形成される。場合によって、封止樹脂４が金属箔５１を含む封止フィルム５の外側にはみ出して若干ガラス露出表面部２１の金属箔５１を含む封止フィルム５側に存在することもある。

具体的には、薄膜太陽電池３及び取出し電極が形成されたガラス基板２の上に、ガラス基板２より縦及び横の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは６ｍｍ〜２０ｍｍ各々短く、かつ、薄膜太陽電池３及び取出し電極の形成領域より縦及び横の長さが１ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは４ｍｍ〜１０ｍｍ各々長い、封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５をこの順に薄膜太陽電池３及び取出し電極の形成領域完全に覆うように載せて圧着する。

封止樹脂４としては、エチレンと酢酸ビニルの共重合体であるエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やシリコン、ポリビニルブチラート等が用いられるが、特にＥＶＡが好ましい。

金属箔５１を含む封止フィルム５としては、耐候性等の観点からフッ素系樹脂フィルムの間にアルミニウムなどの金属箔５１をラミネートした三層構造のフィルム、その他ポリエチレンテレフタレートのフィルム間にアルミニウムなどの金属箔５１をラミネートした三層構造のフィルム等を用いることができ、特にポリエチレンテレフタレートフィルム／アルミニュウム箔／フッ素系樹脂フィルムが好ましい。

また、封止樹脂４と金属箔５１を含む封止フィルム５とが積層されたフィルムを用いて、上記圧着を行っても良い。

ガラス基板２の上への封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５の圧着の後、ガラス基板２と金属箔５１を含む封止フィルム５との平面上の境界に沿って境界を含む全周を被覆するよう、つまり、金属箔５１の端部を含んで、金属箔５１を含む封止フィルム５の縁部５２及びガラス基板２のガラス露出表面部２１の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂６で被覆する。

ここで縁封止樹脂６としては、ブチル樹脂、ブチル系テープ、アクリル系テープ、ＥＶＡ／ＰＥＴ／テドラー、又はＥＶＡ／ＰＥＴから選択される一種であることが好ましく、ブチル樹脂の場合には水分の侵入防止の点からに特に有効であり２μmから２５００μｍの厚みで熱可塑性ブチル樹脂を塗布することが好ましく、テープ形状の材料の場合には０．０５〜２ｍｍの厚みのものを使用することが好ましく、作業性が良いので別な観点から好ましい。

本発明の太陽モジュール１は、さらに、ガラス基板２の側面外周部を覆う外枠７を有していても良い。この外枠７は、太陽電池モジュール１を実際に設置する場合に、太陽電池架台に取り付けるために設けられており、またガラス基板２を補強する働きにより太陽電池モジュールの耐久性を向上させる効果もある。外枠７は、耐候性、価格及び強度の点から一般的にアルミニウムやその合金、ステンレススチール等の鉄を主成分とする金属等の金属製特にコストや入手し易さの点からアルミニウム製のものが使用される。この外枠７は実際の太陽電池モジュール１屋外設置時には基本的に接地された状態となり、通常薄膜太陽電池３と外枠７との間には電位差が生じることとなる。従って、太陽電池モジュール１の電気化学反応による劣化を考える場合に、外枠７が金属製であることは不利に働くので、絶縁材料で外枠７を構成することが好ましいが、強度及びコストの点から結局金属製、特にアルミニウム製が使用される。外枠７は、一般的に断面形状がコの字になっており、この凹部分にガラス基板２の側面外周部が、場合によって固定のための樹脂製のガスケット等を挟んで、はめ込まれる。外枠７は断面がコの字型のものに限られず断面形状がＬ字で、太陽電池モジュール１の受光部側（図１の下面側）にガラス基板２に対して遮蔽する部分が無い形状のものでも有効発電面積を増加させることができ、また、外観が優れるため好ましく用いられる。

本発明の太陽電池モジュールを製造する場合に、このガラス基板２の外枠７へのはめ込みは、前述した封止フィルム５とガラス露出表面部２１との境界を含む全周への縁封止樹脂６による被覆の前後どちらで実施しても良い。

前述において、はめ込みを被覆の後に実施する場合には、封止樹脂４及び金属箔５１を含む封止フィルム５のガラス基板２上への圧着後、連続して例えばディスペンサー等を用いて縁封止樹脂６による被覆をすることが可能であり、自動化等により工程が簡略化できる。

前述において、はめ込みを被覆の前に実施する場合には、縁封止樹脂６を、外枠７のガラス基板２側端部全周をも被覆する太陽電池モジュールとできるので、前記樹脂製のガスケットを省略しても外枠７がガラス基板２に固定されるので、また、太陽電池モジュール１の受光面側の機密性が向上し信頼性が向上するので好ましい。特に前述した断面形状がＬ字の外枠７を用いた場合に、縁封止樹脂６がガラス基板２側面と外枠７の間に充填されることにより固定でき、また、信頼性の高い太陽電池モジュール１となるので好ましい。

ところで、薄膜太陽電池３を構成する前述した太陽電池セル群はガラス基板２上に順次積層しパターン化して形成された複数個の第１の電極である透明導電膜と、非晶質シリコンなどから成る非晶質を含む半導体光起電力層と、第２の電極である裏面金属電極とから成る太陽電池セルがガラス基板２上で直列及び／又は並列に接続して構成されている。

これらのうち、透明導電膜としては通常膜厚０．５から１．２μｍ厚の二酸化錫膜、ＩＴＯ、ＺｎＯ等が使用されるが、特にこれに限定されるものではない。

一方、裏面金属電極としては、Ａｌ，Ｃｒ，Ａｇ等を主成分とした金属膜、あるいはＺｎＯ，ＩＴＯ等の透明導電膜と前記金属膜との複層膜等が使用されるが、特にこれらに限定されるものではない。

また、半導体起電力層は主として非晶質シリコン半導体によって構成され、この非晶質シリコン半導体層は非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライドなどの他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、スズなどの他の元素との合金から成る非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶をｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキーバリアー型あるいはこれらを組み合わせた型などに構成した半導体層が用いられる。その他、半導体起電力層はＣｄＳ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ 系などであっても良く、なんら限定されない。

これら透明導電膜、裏面金属電極及び半導体起電力層のパターニング方法としては、レーザー等の高エネルギービームを用いる方法が一般的であるが、特にこれらに限定されるものはなく、たとえばフォトリソグラフィ法やマスク法等の他、これらを併用して用いることができる。また、パターン形状や構造は図示する構造のものに限定されず、種々の形状・構造の太陽電池セル群を用いることができる。

以下、本発明をいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。

上述した実施の形態に従い、本発明の太陽電池モジュール１を作製する。

まず、９１０ｍｍ×９１０ｍｍの面積と５ｍｍの厚さを有するガラス基板２上に、透明導電膜として熱ＣＶＤ法により厚さ約７００ｎｍのＳｎＯ₂膜を製膜する。このＳｎＯ₂膜をレーザー光を用いてパターンニング加工形成した後、次にガラス基板２をプラズマＣＶＤ製膜装置に搬入し厚さ約３００ｎｍの非晶質シリコンからなる半導体光起電力層を製膜する。この半導体光起電力層をレーザー光を用いてパターンニング加工形成した後、さらに裏面金属電極として、厚さ約８０ｎｍのＺｎＯ膜と厚さ約３００ｎｍのＡｇ膜をこの順で半導体光起電力層上に製膜する。この裏面金属電極をレーザー光を用いてパターンニング加工形成することで薄膜太陽電池３を形成した後、電力取り出し用の電極として半田メッキ銅箔を、予めガラス基板２上に複数の点状に形成した非鉛半田を介して、薄膜太陽電池３付近に配することで、ガラス基板２に対をなす取り出し電極（図示せず。）を形成する。最後にガラス基板２上の透明導電膜が形成された面内の外縁部をサンドブラスト処理して、この外縁部に薄膜太陽電池３及び取り出し電極が形成されていない領域を設ける。以上により、太陽電池セルがガラス基板２上に直列及び／又は並列に接続して構成されている太陽電池セル群を形成する。ガラス基板２上に形成された薄膜太陽電池３及び取り出し電極の領域はガラス基板２面内の８９０ｍｍ×８９０ｍｍの領域を占める。

次に、ガラス基板２上に形成された薄膜太陽電池３及び取り出し電極を覆って絶縁性、耐電圧性、耐候性等を確保するために、封止樹脂４として０．６μｍの厚みのエチレンと酢酸ビニルの共重合体であるエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム４、及び金属箔５１を含む封止フィルム５としてフッ素系樹脂フィルムの間に３０μｍの厚みのアルミニウム金属箔５１をラミネートした三層構造のフィルム（ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤ）５を、真空ラミネート装置で１５０℃の温度で加熱圧着する。この際、これらのフィルムとしては８９８ｍｍ×８９８ｍｍのものを用いる。この結果、このＥＶＡフィルム４及びＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５が、ガラス基板２の内側にある、つまりガラス基板の面内にその全周の縁があるように載置され、ガラス基板２の外縁部には、少なくとも薄膜太陽電池３、取り出し電極、及び金属箔５１を含む封止フィルム５が面内に存在しないガラス露出表面部２１が形成される。

最後に、ガラス基板２とＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５との平面上の境界に沿って境界を含む全周を被覆するよう、つまり、アルミニウム金属箔５１の端部を含んで、ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５の縁部及びガラス基板２のガラス露出表面部２１の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂６で被覆する。

（実施例１）
実施例１では、ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５の縁部及びガラス基板２のガラス露出表面部２１の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂６として、１ｍｍの厚みのブチルゴムテープを被着した後、さらに、ガラス基板２の外周部に、アルミニュウム合金の外枠７を取つける。

（実施例２）
実施例２では、ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５の縁部及びガラス基板２のガラス露出表面部２１の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂６として、ＥＶＡ／ＰＥＴ／ＴＥＤ構造の１ｍｍの厚みのフィルムを加熱圧着する。他は実施例１と同様に実施する。

（実施例３）
実施例３では、ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５の加熱圧着後、ガラス基板２の外周部にアルミニュウム合金の外枠７を取り付けた後、ＴＥＤ／Ａｌ／ＴＥＤフィルム５の縁部及びガラス基板２のガラス露出表面部２１の境界を含んで全周に渡り、かつ、外枠７のガラス基板２側端部全周にまたがって、縁封止樹脂６として、約２００μｍの厚みで熱可塑性ブチル樹脂を塗布する。他は実施例１と同様に実施する。

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図 従来の太陽電池モジュールの断面図

符号の説明

１ 太陽電池モジュール
２ ガラス基板
２１ ガラス露出表面部
３ 薄膜太陽電池
４ 封止樹脂
５ 金属箔５１を含む封止フィルム
５１ 金属箔
５２ 封止フィルムの縁部
６ 縁封止樹脂
７ 外枠

Claims (4)

1. ガラス基板上に順に太陽電池、封止樹脂および金属箔を含む封止フィルムが形成されてなる太陽電池モジュールであって、該太陽電池、該封止樹脂および該金属箔を含む封止フィルムは、該ガラス基板の面内にその全周の縁があるように載置されてなり、さらに、該金属箔の端部を含んで、該金属箔を含む封止フィルムの縁部及び該ガラス基板のガラス露出表面部の境界を含んで全周に渡り縁封止樹脂で被覆されてなり、さらに、前記ガラス基板周囲に外枠が設けられ、前記縁封止樹脂が該外枠の前記ガラス基板側端部全周を被覆してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、前記太陽電池が、光電変換層として非晶質シリコン層を含む薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、前記金属箔を含む封止フィルムがＰＥＴフィルム／Ａｌ箔/テドラーフィルムまたはテドラーフィルム/Ａｌ箔/テドラーフィルムからなることを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、前記縁封止樹脂が、ブチル樹脂、ブチル系テープ、アクリル系テープ、ＥＶＡ／ＰＥＴ／テドラー、又はＥＶＡ／ＰＥＴから選択される一種であることを特徴とする太陽電池モジュール。

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