JP4989115B2 - 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関し、特に、太陽電池モジュール作製時の封止工程における太陽電池セルの破損を有効に防止することができる太陽電池モジュールに関する。

近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が広く使用され、さらなる開発が進められている。

太陽電池モジュールでは、一枚あたりの太陽電池セルの電気出力が小さいため、複数の太陽電池セルを電気的に直列または並列に接続して電気出力の向上が図られている。

太陽電池モジュールは、例えば、図１に示すように、複数の太陽電池セル１４が、互いに銅箔等の導電材よりなる接続タブ１８により電気的に接続され、ガラス基板などからなる表面側透明保護部材１１と裏面側保護部材（バックカバー）１２との間にエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルムの表面側封止膜１３ａおよび裏面側封止膜１３ｂを介して封止した構成とされている。

また、このような太陽電池モジュールに使用される太陽電池セル１４は、一般的には、半導体基板１５の表面側および裏面側に表面側電極１６および裏面側電極１７が形成された構成を有する。半導体基板１５には、Ｎ型領域１５ａとＰ型領域１５ｂが形成され、Ｎ型領域１５ａとＰ型領域１５ｂとの界面部分に半導体接合部（ＰＮ接合部）１５ｃが形成される。

太陽電池セル１４の両面に設けられる表面側電極１６および裏面側電極１７は、図２に示すように、バスバー電極１９ａおよびフィンガー電極１９ｂを有する。フィンガー電極１９ｂは、光生成キャリアを収集するために太陽電池セルの一辺に平行に多数本形成される。また、バスバー電極１９ａは、収集されたキャリアを集電するためにフィンガー電極１９ｂと垂直に交わるように数本形成される。

従来の太陽電池モジュールに用いられる表面側透明保護部材１１には、電池内に太陽光をなるべく効率よく入射させて太陽電池用セル１４に集光するために、ガラス基板などの透明基板が用いられている。さらに、太陽電池用封止膜１３ａとの接着性の向上や、太陽光の反射率を低下させて防眩効果を付与するため、表面側透明保護部材１１の太陽電池セル側表面および／または受光面側表面に、エンボス加工等を施すことにより、複数の微細な凹凸部が設けられる。

このような太陽電池は、表面側透明保護部材、表面側封止膜、太陽電池用セル、裏面側封止膜及び裏面側保護部材をこの順で積層し、加熱加圧して、ＥＶＡを架橋硬化させて接着一体化させて封止することにより製造される。

このように太陽電池モジュールの作製にあっては、その封止工程の加熱加圧の際にＥＶＡフィルムを太陽電池セルに押し付けるため、この押圧力で太陽電池セルが割れるという問題があった。また、封止時の脱気不良で空気を巻き込んだり、加熱加圧した際にＥＶＡフィルムが流動して、前記積層体の端面に樹脂がはみ出したりすることで製品の歩留りが低下するという問題もあった。

そこで、上記不具合を解決するために、特許文献１および２では、太陽電池用封止膜としてエンボス加工を施すことにより、所定の形状の凹部が設けられたＥＶＡフィルムを用いた太陽電池モジュールが開示されている。ＥＶＡフィルムに凹部を設けることにより、フィルムにクッション性を与えるとともに、脱気性を向上させることができる。これらの結果、高品質の太陽電池を歩留まりよく製造することが可能となる。

また、特許文献３には、太陽電池モジュールにおいて、太陽電池用封止膜として太陽電池セルを収容するための開口部を形成されてなるＥＶＡフィルムを用いることが開示されている。さらに、特許文献４には、太陽電池用封止膜として、６５℃における圧縮率が１０％以上のものを用いることが開示されている。これらの太陽電池用封止膜によれば、封止工程の加熱加圧における太陽電池セルへのストレスを軽減することにより、太陽電池セルの割れを低減させることが可能となる。

特表３４７３６０５号公報 特開２００５−７９３３２号公報 特開２００４−６３６７３号公報 特開２００３−５１６０５号公報

太陽電池モジュールには、幅広い研究開発が行われているが、普及を促進させるためには、特に、低コスト化の観点から太陽電池セルの薄型化が試みられている。すなわち、高い結晶品質を有する太陽電池セルを得るために、太陽電池セルの半導体基板の製造には、高価な高純度材料が用いられる。したがって、太陽電池モジュールの製造コストを低減させるためには、太陽電池セルにおける半導体基板を薄くして、高価な高純度材料の使用量を少なくすることが必要とされている。

しかしながら、従来の太陽電池モジュールでは、半導体基板の厚さを更に薄くすると、半導体基板は非常に脆いためクラックや割れが生じやすくなり、太陽電池セルの破損率が急速に高まる問題があった。上記特許文献１〜４の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの破損は防止されるが、ＥＶＡ封止膜の製造が煩雑になり、また、セルが薄い場合など条件によっては太陽電池セルが破損する恐れがある。

そこで、本発明は、封止工程における太陽電池セルの破損が確実に防止された太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者等は、太陽電池モジュールの封止工程における太陽電池セルの破損につき種々の検討を行った結果、太陽電池セルの破損の原因となる半導体基板のクラックや割れの発生は、半導体基板の両面に形成されるバスバー電極周辺で発生し易いことが判明した。したがって、太陽電池セルの破損をより確実に防止するためには、半導体基板におけるバスバー電極付近で発生し得るクラックや割れの発生を防止するのが効果的である。

そこで、本発明は、表面側透明保護部材と裏面側保護部材との間に、太陽電池用封止膜を介して、半導体基板と、その表面側および裏面側に設けられたバスバー電極とからなる複数の太陽電池セルを封止してなる太陽電池モジュールであって、
前記表面側透明保護部材は、少なくとも前記太陽電池セル側表面に、微細な凹凸部を有し、
前記太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_Cが、下記式（１）：

［式（１）において、Ｔ_Cは前記太陽電池用封止膜の目付け厚さ（単位：ｍｍ）を表し、Ｔ_Aは前記バスバー電極の厚さ（単位：ｍｍ）を表し、０．０２〜０．６ｍｍであり、Ｔ_Bは前記微細な凹凸部の凹部の深さ（単位：ｍｍ）を表し、０．０２〜０．５ｍｍであり、そして、ａは０．２〜１である。］を満足することを特徴とする太陽電池モジュールにより上記課題を解決する。バスバー電極の厚さＴ _A が、０．０２〜０．６ｍｍであることにより、光生成キャリアの収集を行いつつ、半導体基板の破損を高く防止することができる。

本発明の太陽電池の好ましい態様を以下に列記する。

（１）前記式（１）におけるａは、０．３以上、特に０．４以上である。これにより、半導体基板の損傷を十分に防止することができる。
（２）半導体基板の厚さが、０．０１〜０．５ｍｍである。このように半導体基板の厚さが薄くても、太陽電池セルの破損を高く防止することができる。
（３）前記表面側透明保護部材における微細な凹凸部は、エンボス加工により設けられたものである。
（４）前記表面側透明保護部材は、ガラス基板である。
（５）前記裏面側保護部材が、プラスチックフィルムからなる。
（６）前記太陽電池用封止膜が、耐水性、透明度に優れることから、エチレン−酢酸ビニル共重合体を含む組成物を成膜することにより得られた膜である。

本発明によれば、太陽電池封止膜の目付け厚さを上記の通りに決定することによって、簡易な方法により、製造過程における半導体基板の破損を高く防止することができる。これにより、半導体基板の厚さが薄くても、半導体基板の破損がなく、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。

まず、本発明の太陽電池モジュールの構造を、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の太陽電池モジュールの断面の構造の一例を示す図である。図２および図３は、それぞれ、太陽電池セルの電極の形状の一例を示す図である。なお、本発明において、太陽電池セルに対して受光面側を「表面側」と称し、太陽電池セルの受光面とは反対面側を「裏面側」と称する。

本発明の太陽電池モジュールの構造は、従来公知の太陽電池モジュールと同様のものが用いられ、特に制限されない。例えば、上述した図１に示すように、複数の太陽電池セル１４が、互いに接続タブ１８により電気的に接続され、表面側透明保護部材１１および裏面側透明保護部材１２の間に、表面側封止膜１３ａおよび裏面側封止膜１３ｂを介して封止された構造が用いられる。

また、本発明の太陽電池ジュールでは、図１に示すように、表面側透明保護部材の少なくとも太陽電池セル側表面に、凹凸が形成されている。これにより、表面側透明保護部材と表面側封止膜との密着性の向上、防眩効果の付与などが可能である。

本発明の太陽電池セル１４は、基本的に、半導体基板１５と、その表面側および裏面側にそれぞれ配置される表面側電極１６と、裏面側電極１７と、から形成される。表面側電極１６および裏面側電極１７は、図２に示すように、電気出力を取り出すためのバスバー電極１９ａおよびフィンガー電極１９ｂを有する。

本発明の太陽電池モジュールでは、前記太陽電池用封止膜の目付け厚さをＴ_C（単位：ｍｍ）とし、前記バスバー電極の厚さをＴ_A（単位：ｍｍ）とし、前記太陽電池セル側表面の微細な凹凸部の凹部の深さをＴ_B（単位：ｍｍ）としたときに、前記太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_Cが、下記式（１）を満足する。

前記式（１）において、ａは、０．２〜１であり、好ましくは、０．３以上、より好ましくは０．４以上である。

上述の通り、本発明では、太陽電池セルの破損の原因となる半導体基板におけるクラックや割れの発生は、半導体基板の両面に形成されるバスバー電極周辺で発生し易いことを見出した。これは、半導体モジュールの製造時の封止工程において、加熱加圧により太陽電池セルに加わる圧力が均一ではなく、バスバー電極等が形成された部位周辺に圧力が集中し易く、さらに圧力の集中は比較的、高い硬さを有する表面側透明保護部材の前記太陽電池セル側表面に形成された微細な凹凸部によって高められ、半導体基板の損傷を生じさせると考えられる。したがって、上記式（１）を満たすように太陽電池用封止膜の厚さを決定することにより、バスバー電極の厚さおよび表面側透明保護部材の凹部の深さに応じて太陽電池用封止膜の高いクッション性を確保することができ、半導体基板におけるクラックや割れの発生に基づく太陽電池セルの破損を高く防止することが可能となり、かつ、薄型である太陽電池モジュールとすることができる

前記式（１）において、前記太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_C（単位：ｍｍ）は、次のように算出した値とする。すなわち、太陽電池用封止膜を１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさにカットしたものの重量Ｗ₁（単位：ｇ／１００ｃｍ²）と、太陽電池用封止膜の形成に用いられた共重合体などの主成分材料の比重Ｄ₁（単位：ｇ／ｃｍ³）とを用いて、下記式（Ａ）により算出された値とする。

例えば、ＥＶＡを用いて形成された太陽電池用封止膜を用いた場合、比重Ｄ₁は、ＥＶＡの比重、すなわち、０．９５ｇ／ｃｍ³となる。

前記式（１）において、バスバー電極の厚さＴ_A（単位：ｍｍ）は、太陽電池セルの断面を、走査型電子顕微鏡などを用いて撮影し、バスバー電極の厚さを測定することにより求められる。

前記式（１）において、表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面の凹部の深さＴ_B（単位：ｍｍ）は、次のように算出した値とする。まず、表面側透明保護部の目付け厚さＴ_B1（単位：ｍｍ）を、上記と同様にして、表面側透明保護部を１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさにカットしたものの重量Ｗ₂（単位：ｇ／１００ｃｍ²）と、表面側透明保護部の形成に用いられた主成分材料の比重Ｄ₂（単位：ｇ／ｃｍ³）とを用いて、下記式（Ｂ）により算出する。

表面側透明保護部材料として酸化ケイ素などからなるガラス基材を用いた場合、比重Ｄ₂は、ガラスの比重、すなわち、２．５ｇ／ｃｍ³である。

次に、表面側透明保護部材の見掛け厚さＴ_B2（単位：ｍｍ）を、株式会社ミツトヨ製、ダイヤルゲージ２０４６ＳＢなどの測定装置を用いて測定する。なお、「表面側透明保護部の見掛け厚さ」とは、表面側透明保護部材の凹凸の凸部の厚さを意味する。

そして、下記式（Ｃ）のように、表面側透明保護部材の見掛け厚さＴ_B2から表面側透明保護部の目付け厚さＴ_B1を引いた値を、表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面の凹部の深さＴ_B（単位：ｍｍ）とする。

以下、本発明の太陽電池モジュールの構成について、好ましい一実施形態を挙げて説明する。

（半導体基板）
本発明の太陽電池セルに用いられる半導体基板は、ＰＮ接合部が形成された半導体基板など、従来公知のものを特に制限されずに用いることができる。半導体基板としては、単結晶、多結晶、あるいは非晶質によって構成された光半導体素子などが用いられる。具体的には、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、光半導体層はＣｄＳ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系などであってもよい。

半導体基板の製造方法の一例として下記の方法が挙げられる。単結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶ガリウム砒素等からなるＰ型半導体のシリコン基板の表面に、リン原子などのＮ型の不純物を含む溶液を用いて、シリコン基板の表層に不純物拡散層からなるＮ型拡散層を形成し、半導体接合部とする。このようにして、半導体基板内に、Ｎ型領域とＰ型領域が形成され、Ｎ型領域とＰ型領域との界面部分に半導体接合部（ＰＮ接合部）が形成される。

このような半導体基板は、太陽電池モジュールにおいて、Ｎ型領域を表面側とし、Ｐ型領域を裏面側となるようにして、配置される。また、半導体基板の表面側には、窒化シリコン膜からなる反射防止膜が形成されてもよい。このような反射防止膜は、例えばプラズマＣＶＤ法等で形成される。

半導体基板の厚さは、一般的には、０．３〜０．５ｍｍ程度である。しかしながら、低コスト化、薄型化の観点から、半導体基板の厚さは、０．０１〜０．５ｍｍ、特に０．０１〜０．３ｍｍであるのが好ましい。本発明の太陽電池モジュールでは、このように半導体基板の厚さが薄くても、太陽電池セルの破損を高く防止することができる。

なお、半導体基板の厚さは、太陽電池セルの断面を、走査型電子顕微鏡などを用いて撮影し、半導体基板の厚さを測定することにより求められる。

半導体基板の大きさは、特に制限されず、１００〜１５５ｍｍ角程度の大きさであればよい。

（表面側電極、裏面側電極）
半導体基板において、Ｎ型領域の表面上には表面側電極が形成され、Ｐ型領域の表面上には裏面側電極が形成される。表面側電極１６および裏面側電極１７は、図２に示すように、電気出力を取り出すためのバスバー電極１９ａおよびフィンガー電極１９ｂを有する。しかしながら、裏面側電極の形態は、図２に示すものに限定されず、図３に示すように、裏面側バスバー電極２０ａおよび裏面側集電用電極２０ｂからなる形態であってもよい。

バスバー電極、フィンガー電極、裏面側集電用電極などの電極は、銀またはアルミニウムなどの高導電材料が用いて形成されるのが好ましい。これらの各電極の形成手段としては、たとえば高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着、電極材料を含むペーストのスクリーン印刷または電極材料のメッキなどの手段を用いることができる。その後、半導体基板と各電極との良好なオーミック接触を得るために、４００℃〜５００℃の熱処理が行なわれることが好ましい。

バスバー電極は、半導体基板の一辺に平行にして、フィンガー電極と垂直に交わるように数本形成される。バスバー電極の幅は２ｍｍ程度でよく、フィンガー電極の幅は０．２ｍｍ程度でよい。

バスバー電極の厚さＴ _A は、０．０２〜０．６ｍｍであり、より好ましくは０．０４〜０．６ｍｍとするのがよい。バスバー電極の厚さが、０．０２ｍｍ未満であると光生成キャリアの収集が十分に行えない恐れがある。

フィンガー電極の厚さは、特に制限されないが、好ましくは０．０１〜０．１ｍｍ、より好ましくは０．０２〜０．０７ｍｍとするのがよい。フィンガー電極の厚さが、０．０１ｍｍ未満であると光生成キャリアの収集が十分に行えない恐れがある。

本発明において、半導体基板の表面側と裏面側とで、バスバー電極の厚さが異なる場合、表面側透明保護部材側のバスバー電極の厚さを用いて前記式（１）に従って太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_Cを決定するのが好ましい。これにより、半導体基板におけるクラックの発生をより確実に抑制することができる。

また、一般的に、表面側電極および裏面側電極の表面は、電極部の保護、接続タブを取り付け易くするために、半田が被覆される場合がある。半田の被覆方法としては、例えば、銀粉末、ガラスフリット、結合剤、および溶剤などからなるペーストをスクリーン印刷などで塗布した後に焼き付ける方法などが用いられる。

（接続タブ）
接続タブは、平角状の銅箔などからなるものが用いられる。接続タブの厚さは、０．１５〜１．０ｍｍ程度であればよい。また、接続タブの表面全体には、２０〜７０μｍ程度の半田コートがなされているのがよい。また、接続タブの幅は、バスバー電極と同程度にすればよい。

接続タブは、裏面側バスバー電極および表面側バスバー電極の全長または複数個所をホットエア等で熱溶着されることにより、太陽電池セル同士を電気的に接続配線される。

（表面側透明保護部材）
本発明の太陽電池モジュールでは、表面側透明保護部材の少なくとも太陽電池セル側表面には、光を散乱させて反射率を低下させるために、微細な凹凸部が形成されている。このように微細な凹凸部を設けることで、太陽電池モジュールに防眩効果を付与することができる。また、微細な凹凸部を表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面に形成することで、その外部環境からの汚染物質が付着を抑制して、太陽電池モジュールの外観、光電変換効率の低下を抑制することができる。しかしながら、微細な凹凸部を形成するのは、表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面のみに限定されず、表面側透明保護部材の受光面側にもさらに形成されてもよい。

表面側透明保護部材の表面に微細な凹凸部を形成するには、従来公知の方法を用いて行えばよい。例えば、表面側透明保護部材に用いられるガラス基板の表面に、直接、物理的方法または化学的方法を用いて凹凸を付与する方法、表面側透明保護部材に用いられるガラス基板上に凹凸面を備えた乱反射層を形成する方法などが用いられる。

ガラス基板の表面に直接、微細な凹凸部を形成するには、特に制限されないが、エンボス加工、プレス加工、レーザパターニング加工などの方法を用いて作製することができる。この他にも、特開２００１−３５８３４６号公報などを参照して作製することもできる。

また、ガラス基板上に凹凸面を備えた乱反射層の形成は、例えば、有機バインダと無機粒子とを含む組成物を、ガラス基板上に塗布する、または、他の基板上に塗布したものをガラス基板上に被着することにより行われる。

前記有機バインダとしては、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、またはこれらの混合樹脂、またはこれらの樹脂あるいは混合樹脂を主成分とするものなどが用いられる。また、無機粒子としては、ガラスビーズなどシリカからなるものが用いられる。

なお、本発明において、ガラス基板上に凹凸面を備えた乱反射層が形成されたものを用いた場合、表面側透明保護部材には、ガラス基板の他に乱反射層も含まれるものとする。また、このような場合、上述した方法に従って、ガラス基板および乱反射層のそれぞれの厚さを求めた後、これらの厚さの合計を表面側透明保護部材の厚さとする。

なお、表面側透明保護部材の表面に微細な凹凸部を形成するには、所望の形状を有する微細な凹凸部を容易に形成することが可能なことから、表面側透明保護部材をエンボス加工することにより形成するのが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールに使用される前記表面側透明保護部材の目付け厚さは、好ましくは１〜５ｍｍ、より好ましくは２〜４ｍｍとするのがよい。前記目付け厚さが、１ｍｍ未満であると風圧により割れて破損する恐れがある。

前記表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面の凹部の微細な凹凸部の深さＴ_Bは、０．０２〜０．５ｍｍであり、より好ましくは０．０４〜０．５ｍｍとするのがよい。前記深さＴ_Bが、０．０２ｍｍ未満であると微細な凹凸部を設けたことによる十分な効果が得られない恐れがある。

表面側透明保護部材は、珪酸塩ガラス、青板ガラス、白板ガラス等のソーダライムガラスの他、パイレックス（登録商標）、低アルカリガラス等の少し高級なボロシリケート系ガラスなどのガラス基板等を用いるのがよい。このようなガラス基板を用いた場合、酸化ケイ素、酸化ナトリウム、酸化カルシウムなどが表面側透明保護部の形成に用いられた主成分材料となる。また、ガラス基板は、一般に、化学的に、或いは熱的に強化させたものであってもよい。

（裏面側保護部材）
裏面側保護部材としては、軽量であり、薄型化および柔軟性などの観点から、ＰＥＴなどのプラスチックフィルムなどが用いられるのが好ましい。耐熱性を考慮すると、裏面側保護部材は、フッ化ポリエチレフィルムが好ましい。

（太陽電池用封止膜）
本発明において、表面側および裏面側に用いられる封止膜は、公知のものであれば特に制限されない。例えば、エチレン−極性モノマー共重合体を含む組成物を成膜することにより得られた膜が好ましく用いられる。

エチレン−極性モノマー共重合体としては、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸共重合体、前記エチレン−不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル共重合体、エチレン−アクリル酸ｎブチル共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸ｎブチル−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル−不飽和カルボン酸共重合体及びそのカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体のようなエチレン−ビニルエステル共重合体などが挙げられる。

なかでも、エチレン−極性モノマー共重合体として、最も好ましくは、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が挙げられる。これにより、透明度、耐水性に優れる太陽電池用封止膜を形成することができる。

表面側および裏面側に用いられる封止膜では、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニルの含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して５〜５０質量部、特に１０〜４０質量部とするのが好ましい。酢酸ビニルの含有量が、５質量部未満であると、高温で架橋硬化させる場合に得られる樹脂膜の透明度が充分でない恐れがあり、５０質量部を超えると、酢酸等が発生しやすくなる恐れがある。

前記封止膜には、エチレン−極性モノマー共重合体の他に必要に応じて、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）、変性ＰＶＢなどのポリビニルアセタール系樹脂、塩化ビニル樹脂を、併用しても良いが、エチレン−極性モノマー共重合体、特にエチレン−酢酸ビニル共重合体のみを用いることが好ましい。

太陽電池用封止膜は、エチレン−極性モノマー共重合体、好ましくはエチレン−酢酸ビニル共重合体を含む組成物を、公知の方法に準じて成膜することにより得られる。前記組成物は、エチレン−酢酸ビニル共重合体の他に、必要に応じて、架橋剤、および、その他の各種添加剤を含んでいる。

前記組成物に用いられる架橋剤としては、有機過酸化物又は光重合開始剤を用いることが好ましい。なかでも、接着力、透明性、耐湿性、耐貫通性の温度依存性が改善された封止膜が得られることから、有機過酸化物を用いるのが好ましい。

前記有機過酸化物としては、１００℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであれば、どのようなものでも使用することができる。有機過酸化物は、一般に、成膜温度、組成物の調整条件、硬化温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して選択される。特に、半減期１０時間の分解温度が７０℃以上のものが好ましい。

前記有機過酸化物としては、樹脂の加工温度・貯蔵安定性の観点から例えば、ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤、ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシピバレート、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ジ−ｎ−オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、スクシニックアシドパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（２−エチルヘキサノイルパーオキシ）ヘキサン、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、４−メチルベンゾイルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｍ−トルオイル＋ベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサネート、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサネート、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサネート、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサネート、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサネート、２，２−ビス（４，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシシクロヘキシル）プロパン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシマレイックアシド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシラウレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（メチルベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、等が挙げられる。

前記ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、７０℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであればいずれも使用可能であるが、半減期１０時間の分解温度が５０℃以上のものが好ましく、調製条件、成膜温度、硬化（貼り合わせ）温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して適宜選択できる。使用可能なベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキシル−２，５−ビスパーオキシベンゾエート、ｐ−クロロベンゾイルパーオキサイド、ｍ−トルオイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤は１種でも２種以上を組み合わせて使用してもよい。

前記組成物において、前記有機過酸化物の含有量は、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．２〜１．５質量部であることが好ましい。前記有機過酸化物の含有量は、少ないと得られる封止膜の透明性が低下する恐れがあり、多くなると共重合体との相溶性が悪くなる恐れがある。

また、光重合開始剤としては、公知のどのような光重合開始剤でも使用することができるが、配合後の貯蔵安定性の良いものが望ましい。このような光重合開始剤としては、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルホリノプロパン−１などのアセトフェノン系、ベンジルジメチルケタ−ルなどのベンゾイン系、ベンゾフェノン、４−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系、イソプロピルチオキサントン、２−４−ジエチルチオキサントンなどのチオキサントン系、その他特殊なものとしては、メチルフェニルグリオキシレ−トなどが使用できる。特に好ましくは、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルホリノプロパン−１、ベンゾフェノン等が挙げられる。これら光重合開始剤は、必要に応じて、４−ジメチルアミノ安息香酸のごとき安息香酸系又は、第３級アミン系などの公知慣用の光重合促進剤の１種または２種以上を任意の割合で混合して使用することができる。また、光重合開始剤のみの１種単独または２種以上の混合で使用することができる。

前記組成物において、前記光重合開始剤の含有量は、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．５〜５．０質量部であることが好ましい。

前記組成物は、膜の種々の物性（機械的強度、接着性、透明性等の光学的特性、耐熱性、耐光性、架橋速度等）の改良あるいは調整、特に機械的強度の改良のため、必要に応じて、架橋助剤、受酸剤、可塑剤、接着向上剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。

前記架橋助剤は、ＥＶＡのゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために組成物に添加することができる。この目的に供される架橋助剤（官能基としてラジカル重合性基を有する化合物）としては、公知のものとしてトリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等の３官能の架橋助剤の他、（メタ）アクリルエステル（例、ＮＫエステル等）の単官能又は２官能の架橋助剤等も挙げることができる。なかでも、トリアリルシアヌレートおよびトリアリルイソシアヌレートが好ましく、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましい。これらの架橋助剤は、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して、一般に１０質量部以下、好ましくは０．１〜５質量部で使用される。

前記受酸剤としては、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸化物又は複合金属水酸化物が用いられ、発生する酢酸の量、及び用途に応じ適宜選択することができる。前記受酸剤として、具体的には、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、硼酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、フタル酸カルシウム、亜燐酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ホウ酸マグネシウム、メタホウ酸マグネシウム、メタホウ酸カルシウム、メタホウ酸バリウムなどの周期律表第２族金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、カルボン酸塩、珪酸塩、硼酸塩、亜燐酸塩、メタホウ酸塩など；酸化錫、塩基性炭酸錫、ステアリン酸錫、塩基性亜燐酸錫、塩基性亜硫酸錫、四酸化三鉛、酸化ケイ素、ステアリン酸ケイ素などの周期律表第１４族金属の酸化物、塩基性炭酸塩、塩基性カルボン酸塩、塩基性亜燐酸塩、塩基性亜硫酸塩など；酸化亜鉛、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化鉄；ハイドロタルサイト類等の複合金属水酸化物；水酸化アルミニウムゲル化合物；などが挙げられる。これらは一種単独で用いられてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。

前記組成物において、受酸剤の含有量は、前記エチレン酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜０．１５質量部とするのがよい。

前記可塑剤としては、特に限定されるものではないが、一般に多塩基酸のエステル、多価アルコールのエステルが使用される。その例としては、ジオクチルフタレート、ジヘキシルアジペート、トリエチレングリコール−ジ−２−エチルブチレート、ブチルセバケート、テトラエチレングリコールジヘプタノエート、トリエチレングリコールジペラルゴネートを挙げることができる。可塑剤は一種用いてもよく、二種以上組み合わせて使用しても良い。可塑剤の含有量は、ＥＶＡ１００質量部に対して５質量部以下の範囲が好ましい。

前記接着向上剤は、シランカップリング剤を用いることができる。前記シランカップリング剤の例として、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。これらシランカップリング剤は、単独で使用しても、又は２種以上組み合わせて使用しても良い。また前記接着向上剤の含有量は、ＥＶＡ１００質量部に対して５質量部以下であることが好ましい。

さらに、前記組成物は、紫外線吸収剤、光安定剤および老化防止剤を含んでいてもよい。

前記紫外線吸収剤としては、特に制限されないが、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−ドデシロキシベンゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２'−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系紫外線吸収剤が好ましく挙げられる。なお、上記ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の配合量は、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．０１〜５質量部であることが好ましい。

前記光安定剤としてはヒンダードアミン系と呼ばれる光安定剤を用いることが好ましく、例えば、ＬＡ−５２、ＬＡ−５７、ＬＡ−６２、ＬＡ−６３ＬＡ−６３ｐ、ＬＡ−６７、ＬＡ−６８（いずれも旭電化（株）製）、Ｔｉｎｕｖｉｎ７４４、Ｔｉｎｕｖｉｎ ７７０、Ｔｉｎｕｖｉｎ ７６５、Ｔｉｎｕｖｉｎ１４４、Ｔｉｎｕｖｉｎ ６２２ＬＤ、ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ ９４４ＬＤ（いずれもチバ・ガイギー社製）、ＵＶ−３０３４（Ｂ．Ｆ．グッドリッチ社製）等を挙げることができる。なお、上記光安定剤は、単独で使用しても、２種以上組み合わせて用いてもよく、その配合量は、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．０１〜５質量部であることが好ましい。

前記老化防止剤としては、例えばＮ，Ｎ’−ヘキサン−１，６−ジイルビス〔３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオナミド〕等のヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系熱安定剤、ラクトン系熱安定剤、ビタミンＥ系熱安定剤、イオウ系熱安定剤等が挙げられる。

上述した組成物は、例えば、押出成形、又はカレンダ成形等を用いて加熱圧延することによって成膜するなど、常法に従い本発明の太陽電池用封止膜を製造することができる。加熱は一般に５０〜９０℃の範囲である。

太陽電池用封止膜の表面には、エンボス加工などの従来公知の方法を用いて、微細な凹凸部を設けることにより、クッション性を付与したものを用いてもよい。しかしながら、本発明の方法では、エンボス加工など他の処理工程を経なくとも、半導体基板におけるクラックの発生を高く抑制することができる。

本発明の太陽電池モジュールは、表面側透明保護部材と裏面側保護部材との間に、太陽電池用封止膜を介して太陽電池用セルを封止することにより得られる。太陽電池用セルを十分に封止するには、図１に示すように表面側透明保護部材１、表面側封止膜３Ａ、太陽電池用セル４、裏面側封止膜３Ｂ及び裏面側保護部材２を積層し、積層体を常法に従って、真空ラミネータで加熱圧着すればよい。前記加熱圧着時の温度は、１３５〜１８０℃、さらに１４０〜１８０℃、特に１５５〜１８０℃とするのがよい。また、脱気時間は、０．１〜５分程度であればよい。また、プレス圧力は０．１〜１．５ｋｇ／ｃｍ²程度とし、プレス時間は５〜１５分程度とするのが好ましい。

加熱加圧時に、表面側封止膜および裏面側封止膜に含まれるエチレン−酢酸ビニル共重合体を架橋させることにより、表面側封止膜および裏面側封止膜を介して、表面側透明保護部材、裏面側透明部材、および太陽電池用セルを一体化させて、太陽電池用セルを封止することができる。

なお、本発明の太陽電池は、上述した通り、上記式（１）を満たすように太陽電池用封止膜の厚さを決定することを特徴とするものである。したがって、表面側透明保護部材、裏面側保護部材、太陽電池用封止膜、および太陽電池用セルなどについては、上記では好ましい一実施形態を挙げて説明したが、従来公知の太陽電池モジュールと同様の構成を有していればよく、特に制限されない。

以下、本発明を実施例により説明する。本発明は、以下の実施例により制限されるものではない。

（実施例１）
１．太陽電池セルの作製
半導体基板としてシリコン発電素子（大きさ１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍ）の表面側および裏面側に、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを、銀１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした銀ペーストを、スクリーン印刷法で塗布して乾燥させた後、７５０℃で１５分間焼き付けた。これにより、シリコン発電素子の表面側および裏面側に、図２に示すように、バスバー電極（厚さ０．４０ｍｍ、幅２ｍｍ）およびフィンガー電極（厚さ０．０５ｍｍ、幅０．１ｍｍ）を作製した。

Ｓｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕのＰｂフリー半田を用いて、バスバー電極の端部に被覆体として半田レジストを印刷して乾燥させたものに、ディップ法でバスバー電極およびフィンガー電極の表面全体に半田を被覆し、太陽電池セルを作製した。

２．太陽電池用封止膜の作製
次に、ＥＶＡ（ＥＶＡ１００質量部に対して酢酸ビニルの含有量が２８質量部）１００質量部、架橋剤２質量部、架橋助剤２質量部、および添加剤０．５質量部を、ロールミルに供給し、８０℃で、混練して組成物を調製した。得られた組成物を、１００℃で、カレンダ成形し、放冷後、封止膜（大きさ３００ｍｍ×３００ｍｍ、目付け厚さ１．０ｍｍ）を得た。なお、架橋剤、架橋助剤、および添加剤としては、以下のものを用いた。

架橋剤 ：１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）トリメチルシクロヘキザン
架橋助剤：トリアリルイソシアヌレート
添加剤 ：γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン

３．表面側透明保護部材の作製
ガラス板（大きさ３００ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ）をエンボス加工することにより、太陽電池セル側表面に微細な凹凸部が形成されたガラス板（Ｔ_B０．０５ｍｍ）を得た。

４．太陽電池モジュールの作製
半田層（厚さ５０μｍ）を設けた幅３ｍｍ、厚さ３００μｍの銅箔製の接続タブを、表面側および裏面側の各バスバー電極の全長にわたってホットエアの熱溶着により貼り付けて、図１に示すように、上述の太陽電池セル同士を接続配線した。

その後、太陽電池セル同士を接続配線したものが、図１に示すように、先に作製した表面側透明保護部材と、フッ化ポリエチレンフィルム（大きさ３００ｍｍ×３００ｍｍ）よりなる裏面側保護材との間に入るように積層した後、封止することで太陽電池モジュールを製造した。

前記封止は、上記の通りにして作製した積層体を、熱板温度１３０℃の真空ラミネータに投入し、５分間、脱気した後に、１ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で、５分間、プレスし、ＥＶＡを架橋することにより行った。

上記の通りにして、１００個の太陽電池セルを作製したが、半導体基板のクラックの発生などの損傷は全く見られなかった。結果をまとめて表１に示す。

（実施例２、比較例１および２）
バスバー電極の厚さ、表面側透明保護部材のガラス基板における凹部の深さ、および太陽電池用封止膜の目付け厚さを、表１に示す通りにした以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製し、半導体基板の損傷を調べた。結果をまとめて表１に示す。

なお、上記実施例において、各部材の厚さなどの測定方法は下記方法に準じて行った。

（測定方法）
１．太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_C
太陽電池用封止膜を１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさにカットしたものの重量Ｗ₁を１／１００ｇ精度の精密天秤を用いて測定し、Ｗ₁およびＥＶＡの比重Ｄ₁（０．９５ｇ／ｃｍ³）を用いて、上記式（Ａ）から太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_C（ｍｍ）を算出した。

２．バスバー電極の厚さＴ_A、および、半導体基板の厚さ
バスバー電極の厚さは、表面測定装置（株式会社東京精密製 サーフコム３００Ｂ）を用いて測定した。また、半導体基板の厚さは、表面測定装置（株式会社ミツトヨ製、ダイヤルゲージ２０４６ＳＢ）を用いて測定した。

３．表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面の微細な凹凸部の凹部の深さＴ_B
まず、表面側透明保護部材を１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさにカットしたものの重量Ｗ₂を１／１００ｇ精度の精密天秤を用いて測定し、Ｗ₂およびガラス板の比重Ｄ₂（２．５ｇ／ｃｍ³）を用いて、上記式（Ｂ）から表面側透明保護部材の目付け厚さＴ_B1（ｍｍ）を算出した。

次に、表面側透明保護部材の見掛け厚さＴ_B2（単位：ｍｍ）を、表面測定装置（株式会社ミツトヨ製、ダイヤルゲージ２０４６ＳＢ）を用いて測定した。そして、表面側透明保護部の目付け厚さＴ_B1、および、表面側透明保護部材の見掛け厚さＴ_B2を用いて、上記式（Ｃ）に従って、表面側透明保護部材の太陽電池セル側表面の凹部の深さＴ_B（単位：ｍｍ）を求めた。

表１から、本発明によれば、太陽電池セルにおいて厚さが薄い半導体基板を用いても、封止工程における半導体基板のクラック、割れ等による損傷を高く防止できることがわかる。また、太陽電池用封止膜にエンボス加工を施すなどの工程を別途、行わなくとも、半導体基板の損傷の高い防止効果が得られている。

太陽電池モジュールの断面の構造を示す図である。 太陽電池セルの電極の形状の一例を示す図である。 太陽電池セルの電極の形状の一例を示す図である。

符号の説明

１１…表面側透明保護部材、１２…裏面側透明保護部材、１３ａ…表面側封止膜、１３ｂ…裏面側封止膜、１４…太陽電池セル、１５…半導体基板、１６…表面側電極、１７…裏面側電極、１８…接続タブ、１９ａ…バスバー電極、１９ｂ…フィンガー電極、２０ａ…裏面側バスバー電極、２０ｂ…裏面側集電用電極。

Claims (8)

1. 表面側透明保護部材と裏面側保護部材との間に、太陽電池用封止膜を介して、半導体基板と、その表面側および裏面側に設けられたバスバー電極とからなる複数の太陽電池セルを封止してなる太陽電池モジュールであって、
   前記表面側透明保護部材は、少なくとも前記太陽電池セル側表面に、微細な凹凸部を有し、
   前記太陽電池用封止膜の目付け厚さＴ_Cが、下記式（１）：
   

   

   ［式（１）において、Ｔ_Cは前記太陽電池用封止膜の目付け厚さ（単位：ｍｍ）を表し、Ｔ_Aは前記バスバー電極の厚さ（単位：ｍｍ）を表し、０．０２〜０．６ｍｍであり、Ｔ_Bは前記微細な凹凸部の凹部の深さ（単位：ｍｍ）を表し、０．０２〜０．５ｍｍであり、そして、ａは０．２〜１である。］を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記式（１）におけるａが、０．３以上である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記半導体基板の厚さが、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記微細な凹凸部は、前記表面側透明保護部材をエンボス加工することにより設けられたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記表面側透明保護部材が、ガラス基板からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記裏面側保護部材が、プラスチックフィルムからなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池用封止膜が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を含む組成物を成膜することにより得られた膜である請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニルの含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して５〜５０質量部である請求項７に記載の太陽電池モジュール。

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