JP4703231B2

JP4703231B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4703231B2
Application number: JP2005095394A
Authority: JP
Inventors: 満雄山下; 浩二西
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006278702A

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、特にその内部の太陽電池素子のリサイクルを可能にした太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため、太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため、複数の太陽電池素子を接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（以下、ＥＶＡと略する）などを主成分とする封止材で封入して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。

太陽電池素子は上述のように単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を使用し、その表面に銀電極が設けられ、多くの工程を経て作製されるため高価なものである。このため太陽電池モジュールを、例えば太陽電池モジュールが設置されている建築物の取り壊しなどのために廃棄する場合、その内部の太陽電池素子を回収し、再利用することが検討されている。

しかし、太陽電池モジュール内の太陽電池素子は、その全面にＥＶＡなどの封止材が強固に接着しているため、太陽電池素子のみを取り出すには大変な時間がかかりまた、シリコン基板が割れやすい為その回収率も悪いものであった。

この破棄された太陽電池モジュールに使用されていた太陽電池素子の回収、再利用のため、当該太陽電池モジュール内部の太陽電池素子と封止材との間に太陽電池素子には接着しないシートを介在させ、太陽電池モジュールを廃棄する際にこの非接着シートを切断することにより太陽電池素子を回収することが考案されている。（特許文献１参照）
特開２００３−１４２７２０号公報

しかしながら、上述のような太陽電池モジュール内部の太陽電池素子と封止材との間に太陽電池素子には接着しない非接着シートを介在させることにより、太陽電池モジュールを廃棄する際にこの非接着シートを切断し太陽電池素子を回収する方法では、太陽電池素子の受光面側に配置された非接着シートのため、この非接着シートでの光の吸収が発生し、太陽電池素子が受ける光エネルギーが減少してしまい、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するという問題があった。これは、充填材に加え、非接着シートを加えることにより、太陽電池素子の受光面側の部材の厚みが増加してしまうことに起因する。また、従来の封止材を代えて、封止材シートに代えて非接着シートに置き換えた場合には、太陽電池素子と接着しないばかりか、透光性基板とも接着されないことになり、太陽電池素子の機械的な固定が困難となる。

また、太陽電池素子の受光側表面は、太陽電池素子に入射した光の吸収を上げるため、微細な凹凸を形成しテクスチャー構造としていることが多い。このため非接着シートを太陽電池素子の受光面側に配置すると、太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間に空間部ができてしまい、非接着シートとこの空間部で屈折率の違いにより、この両者の境界面で光の散乱が発生し太陽電池素子が受ける光エネルギーが減少してしまい、その結果太陽電池モジュールの電気出力がさらに低下するという問題もあった。

さらに、太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間の空間部に空気が残存し、モジュールの長期信頼性を低下させるという問題が発生することもあった。

この問題を解決するためには、太陽電池素子と非接着シートを真空中で接着させなくてはならず、生産性が悪いという問題が残る。

さらに、太陽電池モジュールのパネル部の大きさの非接着シートが太陽電池素子の上下に２枚必要であるため、太陽電池モジュールのコストが上昇してしまうという問題もあった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は発電効率を低下させることなく、かつ安価で太陽電池素子のリサイクルが可能な太陽電池モジュールを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、発電効率を低下させることなく、かつ安価で太陽電池素子のリサイクルが可能な太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面側表面に凹凸部を有する太陽電池素子と、該太陽電池素子の受光面側に配設される受光面側封止材と、前記太陽電池素子の前記受光面の裏面側に配設される裏面側封止材と、前記受光面側封止材及び前記裏面側封止材に対して非接着の材料からなり、前記太陽電池素子と前記受光面側封止材との間及び前記太陽電池素子と前記裏面側封止材との間に介在される被膜層と、を備え、前記被膜層は、液体状を成
し、前記凹凸部の間に入り込んでいることを特徴とする。

また、前記被膜層は、シリコーンオイルからなることを特徴とする。

上記太陽電池モジュールの製造方法であって、前記太陽電池素子の前記受光面及び前記裏面に前記被覆層を被覆する工程と、前記受光面側封止材、前記太陽電池素子及び前記裏面側封止材を順次積層した後、減圧下にて加熱加圧して一体化する工程と、を備えたことを特徴とする。

また、上記太陽電池モジュールの製造方法であって、前記受光面側封止材及び前記裏面側封止材の前記太陽電池素子と接触する領域に前記被覆層を被覆する工程と、前記受光面側封止材、前記太陽電池素子及び前記裏面側封止材を順次積層した後、減圧下にて加熱加圧して一体化する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池モジュール内の太陽電池素子の全面にＥＶＡなどの封止材が強固に接着することがないため、当該太陽電池モジュールを使用後破棄する場合において、シートの切断等を必要としないで太陽電池素子のみを簡単に取り出すことが可能となりまた、太陽電池素子の回収率も良好なものとすることができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記受光面側封止材及び前記裏面側封止材に対する非接着性材料がシリコーンオイルであるようにしたことにより、この封止材と非接着の液体の厚みが極めて薄いため、光の吸収がほとんど発生せず、太陽電池素子が受ける光エネルギーが減少することなく、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するということが無い。

また、上述のように太陽電池素子の受光面に形成された、太陽電池素子に入射した光の吸収を上げるための微細な凹凸（テクスチャー構造）に対しても、太陽電池素子の受光面側に塗布された封止材と非接着のシリコーンオイルのような液体では、この微細な凹凸の間に入り込むことが可能である。よってシートを使用した場合のような太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間に空間部ができることが無く、散乱などで光エネルギーの減少が発生せず、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するということも無い。

さらに、シリコーンオイルなどの封止材と非接着の液体は安価であるため、非接着シートを使用する場合に較べ、わずかなコストへの影響で太陽電池素子の再利用可能な太陽電池モジュールを提供することが可能となる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、上記同様な効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルの構造の一例を示す図である。

同図において、１は透光性基板、２は受光面側封止材、３は太陽電池素子、４は裏面側封止材、５は裏面シート、６は接続配線である。

以下、各部材を述べる。

透光性基板１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる透明な基板が用いられる。

ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。

他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材２および裏面側封止材４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させてもよい。本発明に係る受光面側封止材２においては、着色させると太陽電池素子３に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあり、望ましくは透明材にするとよい。

また、裏面側封止材４に用いるＥＶＡは透明材により構成するとよいが、その他、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させ、これにより白色等に着色させてもよい。

接続配線６は、厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断したものである。

裏面シート５は水を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

太陽電池素子３は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子３の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合が形成されている。

また、太陽電池素子３の受光面側表面及び裏面側表面には、電極（不図示）が銀ペーストをスクリーンプリント法などにより形成され、その電極の表面は、その保護と接続配線６を取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされる。

さらに、本発明に係る太陽電池モジュールに使用される太陽電池素子３においては、封止前にその受光面側表面及び裏面側表面の略全面にＥＶＡ等の封止材に対する非接着性材料からなる層Ｚが形成されていることを特徴とする。

このＥＶＡ等の封止材に対する非接着性材料からなる層Ｚは、固体状、半固体状、液体状さらには不活性ガスによる気体状のものであるが、いずれのものであっても太陽電池モジュールを使用後破棄する場合において、太陽電池素子のみを簡単に取り出すことが可能となりまた、太陽電池素子の回収率も良好なものとすることができる。

この太陽電池素子に塗布される封止材に対する非接着性材料からなる層Ｚは、ＥＶＡ等の封止材と非接着で封止材を膨潤、劣化、溶解せず、電気絶縁性に優れていることの他に、光透過率が高いこと、光屈折率がＥＶＡ等の封止材に近いこと、さらに太陽電池モジュールは１０年〜２０年以上に亘り屋外で使用されるものであるから耐候性が良好で紫外線などの影響で物性の経時的な変化が無いことなどの特性を持ったものが望ましい。

このような太陽電池素子に塗布される封止材と非接着の液体は、シリコーンオイルやポリエチレングリコール、パーフルオロポリエーテル、フッ素系オイル又は完全にフッ素化された不活性液体（例えば住友スリーエム社製フロリナート等）などが使用可能である。特にシリコーンオイルはＥＶＡと非接着で光透過率が高く、屈折率が１．４９とＥＶＡの屈折率（１．４０）に近く、耐候性も良好であることから最適である。

またこれらの液体の粘度を調整することにより、ゾルやゲルといった半固体状にして使用しても同様の効果を得ることができる。

さらに不活性ガスによる気体を非接着性材料として使用するためには、ラミネート時の加熱により、窒素またはヘリウムなどの不活性ガスに気化するシート状の物質で太陽電池素子をコートし、使用すればよい。

また固体としては、太陽電池素子に被着させる際には液体状で、ラミネート時の加熱により固化する材料が、作業性が良い。このような材料としては四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体などがある。

この非接着性材料からなる層Ｚは特に半固体状、液体状もしくは不活性ガスによる気体状のものであることが望ましい。半固体状、液体状もしくは不活性ガスによる気体状のものであれば太陽電池素子の受光面に形成された、太陽電池素子に入射した光の吸収を上げるための微細な凹凸（テクスチャー構造）に対しても、その微細な凹凸の間に入り込むことが可能である。よってシートを使用した場合のような太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間に大気が残ることが無く、モジュールの長期信頼性に問題を与えることはない。

この非接着性材料からなる層Ｚは半固体状もしくは液体状のものであることがさらに望ましい。半固体状もしくは液体状のものは太陽電池素子の受光面に形成された、太陽電池素子に入射した光の吸収を上げるための微細な凹凸（テクスチャー構造）に対しても、その微細な凹凸の間に入り込むことが可能である。よってシートを使用した場合のような太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間に大気が残ることが無く、モジュールの長期信頼性に問題を与えることはない。また大気のみならず空間部ができることが無いので、屈折率の変化による散乱などで光エネルギーの減少が発生せず、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するということも無い。

この非接着性材料からなる層Ｚが半固体状であれば、塗布後の工程で周囲の封止材に飛散し、モジュール全体としての接着不良を起こすことを抑制することができる。

さらに、太陽電池素子に封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布することは、接続配線をハンダ付けした太陽電池素子を封止材と非接着の液体を満たした槽の中に浸漬することや非接着の液体を含ませた上下二本のスポンジローラーの間に接続配線をハンダ付けした太陽電池素子を通すことや封止材と非接着の液体をスプレーすることで可能である。

本発明者らが繰り返し行った実験結果によると、その塗布状況や生産性、設備面でのコストなどを考慮すると非接着の液体をスプレーすることが最適である。

図２は、接続配線により直線的に接続された複数の太陽電池素子（以下、この直線的に接続された複数の太陽電池素子を太陽電池ストリングという）に封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布方法を示す図である。

図２において、１１は太陽電池ストリング、１２は一端が閉じられたパイプ、１３はスプレーノズルを示す。スプレーノズル１３はパイプ１２の側面に数カ所取り付けられる。スプレーノズル１３を取り付けたパイプ１２は、太陽電池ストリングの上部４０〜６０ｃｍに配置する。

これにおいてシリコーンオイルなどの封止材に対する非接着性材料からなる液体をポンプによりパイプ１２の内部に送り、スプレーノズル１３より下方向に向かって噴霧し、太陽電池ストリングに適量塗布する。さらに、太陽電池ストリングのもう片面も同様に塗布する。

このように太陽電池モジュールの作製において、封止される前の太陽電池素子の全表面に予めシリコーンオイルなどの封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布することにより、この太陽電池モジュール内の太陽電池素子にＥＶＡなどの封止材が強固に接着することがないため、太陽電池モジュールを使用後破棄する場合に太陽電池素子のみを簡単に取り出すことができるようになり、また、太陽電池素子の回収率も良好なものとなる。

また、太陽電池素子に塗布するこの封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚの厚みを極めて薄くできるため、光の吸収がほとんど発生せず、太陽電池素子が受ける光エネルギーが減少することなく、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するということが無い。

また、太陽電池素子の受光側表面のテクスチャー構造の微細な凹凸の間にも封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚは対応できるため、よってシートを使用した場合のような太陽電池素子の受光側表面の凹凸部と非接着シートの間に空間部ができることが無く、散乱などで光エネルギーの減少が発生せず、その結果太陽電池モジュールの電気出力が低下するということも無い。

上述のように全面に封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布した太陽電池ストリングを太陽電池モジュールの大きさに合わせ、通常２〜１０本程度互いに直並列に接続する。

本発明に係る太陽電池モジュールの作製方法は次の通りである。

まず以上の透光性基板１、受光面側封止材２、接続配線６を接続し、さらにシリコーンオイルなどの封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布した太陽電池素子３、裏面側封止材４、裏面シート５を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化することにより太陽電池パネルを作製する。

このときに受光面側封止材２、裏面側封止材４と太陽電池素子３の間で滑りによる位置ずれが発生するような場合、ラミネート前に例えばＰＥＴテープなどで太陽電池素子３を封止材２、４に仮止めすることでこの問題は解消する。

作製された太陽電池パネル部の裏面に、外部回路接続用のケーブルを具備した端子ボックス（不図示）を接着材などで取り付ける。

さらに、太陽電池モジュールとしての必要な強度や太陽電池モジュールを建物等に設置に必要なモジュール枠（不図示）を太陽電池パネル部の外周に嵌め込み、そのコーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

また本発明に係る太陽電池モジュールの別の作製方法は次の通りである。

まず上記の裏面シート５上に裏面側封止材４、接続配線６を接続し、さらにシリコーンオイルなどの封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを塗布した太陽電池素子３、受光面側封止材２、透光性基板１を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化することにより太陽電池パネルを作製する。

このように作製された太陽電池パネル部の裏面に、外部回路接続用のケーブルを具備した端子ボックス（不図示）を接着材などで取り付ける。

さらに同様に、太陽電池モジュールとしての必要な強度や太陽電池モジュールを建物等に設置に必要なモジュール枠（不図示）を太陽電池パネル部の外周に嵌め込み、そのコーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

また本発明に係る太陽電池モジュールの作製方法では、ラミネート前の受光面側封止材２や裏面側封止材４にＥＶＡ等の封止材に対する非接着性材料からなる層Ｚが形成されていても良い。

このときも受光面側封止材２、裏面側封止材４と太陽電池素子３の間で滑りによる位置ずれが発生するような場合、ラミネート前に例えばＰＥＴテープなどで太陽電池素子３を封止材２、４に仮止めすることでこの問題は解消する。

また、透光性基板１の上に受光面側封止材２を配置する際、太陽電池素子３および接続配線６の設置予定位置にあらかじめその形状に合わせて型押しし、その窪みにシリコーンオイルなどの封止材に対する非接着性材料からなる液体状の層Ｚを流し入れ、その後接続配線６で接続された太陽電池素子３をその窪みの中に配置し、同様に型押し非接着性材料からなる液体状の層Ｚを流し入れた裏面側封止材４と裏面シート５を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置で一体化することにより太陽電池パネルを作製してもよい。

この場合、非接着性材料からなる液体状の層Ｚは流しいれることも可能であるし、型押しと同様、上部からパッド印刷の技法によって塗布することも可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルの構造の一例を示す図である。太陽電池ストリングに封止材と非接着の液体を塗布方法を示す図である。

符号の説明

１；透光性基板
２；受光面側封止材
３；太陽電池素子
４；裏面側封止材
５；裏面シート
６；接続配線
１１；太陽電池ストリング
１２；一端が閉じられたパイプ
１３；スプレーノズル
Ｚ：非接着性材料からなる液体状の層

Claims

受光面側表面に凹凸部を有する太陽電池素子と、
該太陽電池素子の受光面側に配設される受光面側封止材と、
前記太陽電池素子の前記受光面の裏面側に配設される裏面側封止材と、
前記受光面側封止材及び前記裏面側封止材に対して非接着の材料からなり、前記太陽電池素子と前記受光面側封止材との間及び前記太陽電池素子と前記裏面側封止材との間に介在される被膜層と、を備え、
前記被膜層は、液体状を成し、前記凹凸部の間に入り込んでいることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記被膜層は、シリコーンオイルからなることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池素子の前記受光面及び前記裏面に前記被覆層を被覆する工程と、
前記受光面側封止材、前記太陽電池素子及び前記裏面側封止材を順次積層した後、減圧下にて加熱加圧して一体化する工程と、を備えた太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記受光面側封止材及び前記裏面側封止材の前記太陽電池素子と接触する領域に前記被覆層を被覆する工程と、
前記受光面側封止材、前記太陽電池素子及び前記裏面側封止材を順次積層した後、減圧下にて加熱加圧して一体化する工程と、を備えた太陽電池モジュールの製造方法。