JP5231499B2

JP5231499B2 - 太陽電池モジュール

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Inventors: 洋司山口
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Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、フレキシブル性を有する太陽電池モジュールに関する。

現在、複数の太陽電池セルを接続した太陽電池モジュールが人工衛星に搭載されている。人工衛星に汎用される太陽電池セルにおける光電変換部分には、１００μｍ〜５００μｍの厚みのＧｅ基板やＧａＡｓ基板上に、ＩｎＧａＰおよびＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させて作製されたものがそのまま用いられている。このため、太陽電池セルには成長のための基板がそのまま残る。

上記のような基板を有する太陽電池セルは、フレキシブル性を有さないため、僅かの曲げでも割れてしまう虞がある。そのため、人工衛星打ち上げ時の激しい振動から太陽電池セルの破損を防ぐために、ハニカムプレートで太陽電池セルを保護した太陽電池モジュールを人工衛星に搭載させることが一般的である（特許文献１および特許文献２）。

このような従来の太陽電池モジュールでは、一般的に、太陽電池セルの受光面側に太陽電池保護のための５０μｍ〜５００μｍの厚みのカバーガラスが透明接着剤により接着されており、太陽電池セルの裏面側には接着剤を介して絶縁シート、炭素強化繊維プラスチックシートおよびハニカムプレートがこの順で積層される。

太陽電池セルにおいて支持体として機能するハニカムプレートは、無数に連続した六角形コアの集合体であり、高い強度を有する。現在、アルミニウム製のハニカムプレートが汎用されており、複数の太陽電池セル７１を裏面から構造的に支持することができる。この構造により、上述の人工衛星打ち上げ時の激しい振動から太陽電池セルの破損を防ぐことができる。

特開平９−２８３７８５号公報特開２００２−１７３０９８号公報

しかしながら、上記ハニカムプレートは、通常１ｃｍ〜２ｃｍ程度の厚みがあるため、太陽電池モジュールの人工衛星への搭載量に大きな制限をかけることとなっている。すなわち、打ち上げロケット内のフェアリング部に人工衛星を収納するために、人工衛星に搭載された太陽電池モジュールは幾重にも折りたたむ必要があるが、太陽電池モジュールにおけるハニカムプレートの占める容積が大きいために、搭載量が制限されてしまう。

近年の人工衛星に搭載される機器の高性能化によって人工衛星内での使用電力は増加しており、電力供給のための太陽電池モジュールの搭載量の増加が求められているが、上記の理由により搭載量には制限があるのが実情である。また、搭載量を増加するためには、技術的観点およびコスト的観点から、太陽電池モジュールの軽量化が必要となってくる。

そこで、上記事情に鑑み、本発明の目的は、小型化および軽量化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。

本発明は、インターコネクタによって電気的に接続された複数のフレキシブル性を有する太陽電池セル、または該太陽電池セルが複数接続されてなる太陽電池アレイを備える太陽電池モジュールであって、透過性の接着剤を介して、太陽電池セルまたは太陽電池アレイの各受光面上に固着された複数のカバーガラスと、接着剤を介して、太陽電池セルまたは太陽電池アレイの受光面と反対の裏面上に固着された支持体としてのプラスチックシートと、を備え、プラスチックシートの熱膨張係数とカバーガラスの熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である、太陽電池モジュールである。

上記太陽電池モジュールにおいて、プラスチックシートは、炭素繊維からなる経糸および緯糸が織られた１枚の織布に樹脂を含浸させた炭素繊維強化プラスチックシートであることが好ましい。

上記太陽電池モジュールにおいて、カバーガラスは、互いに間隔を空けた状態で配置されることが好ましい。

上記太陽電池モジュールにおいて、プラスチックシートは、その両面に絶縁フィルムが積層されており、絶縁フィルムの各々の熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。

上記太陽電池モジュールにおいて、絶縁フィルムは、それぞれ無機酸化物膜で被覆されていることが好ましい。

上記太陽電池モジュールにおいて、カバーガラスの端面が、レーザーカットまたはケミカルエッチングにより端面処理されていることが好ましい。

本発明によれば、ハニカムプレートを用いないことに起因する環境温度の変化に伴う太陽電池モジュールの変形を防ぐことができるため、従来のようにハニカムプレートを使用する必要がない。したがって、小型化および軽量化されたフレキシブル性を有する太陽電池モジュールを提供することができる。これにより、たとえば、人工衛星打ち上げコストを大幅に低減することができる。

第１の参考形態に係る太陽電池モジュールの積層構造を概略的に示す断面図である。太陽電池セルの概略的な断面図である。太陽電池セルの受光面側を示す平面図である。第１の参考形態に係る太陽電池モジュールの受光面側の一例を示す平面図である。第２の参考形態に係る太陽電池モジュールの受光面側の一例を示す平面図である。第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの積層構造を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものとする。

（第１の参考形態）
図１に、第１の参考形態に係る太陽電池モジュールの積層構造の概略的な断面図を示す。第１の参考形態に係る太陽電池モジュールは、フレキシブル性を有する太陽電池セルが複数接続されてなる太陽電池モジュールである。なお、図１には、１つの太陽電池セルの部分のみを示している。

本参考形態に係る太陽電池モジュールは、図１に示すように、フレキシブル性を有する太陽電池セル１０の受光面（図中上側）に透過性の接着剤１３を介してカバーガラス１１が固着されている。また、太陽電池セル１０の受光面と反対の面である裏面に、接着剤１４を介して支持体としてのプラスチックシート１２が固着されている。すなわち、１枚のプラスチックシート１２上には、インターコネクタによって電気的に接続された複数の太陽電池セル１０が配置されており、各太陽電池セル１０上には個別にカバーガラス１１が固着されている（図４参照）。

太陽電池セル１０は、図２に示すように、１つ以上のｐｎ接合を有する光電変換層２１の一方の面（受光面）上に第１電極２２が形成され、反対の面（裏面）上に裏面電極としての金属薄膜２３が形成されている。また、光電変換層２１の第１電極２２が形成される面と同じ側を向いている表面上であって、金属薄膜２３との間にｐｎ接合を介さない位置には、第２電極２４が形成されている。

第１電極２２および第２電極２４の上面には、それぞれインターコネクタ２５が電気的に接続されており、各インターコネクタ２５は、不図示の隣接する他の太陽電池セル１０と電気的に接続されている。なお、図３に示すように、第１電極２２の形状は櫛歯状であることが好ましいが、この形状に限られることはなく、光電変換装置として機能しうる全ての電極形状を採用することができる。

光電変換層２１は、たとえば、Ｇｅ基板やＧａＡｓ基板といった半導体基板上に、ＩｎＧａＰおよびＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させた後、半導体基板とエピタキシャル成長した光電変換層とを分離することによって作成することができる。太陽電池セル１０が良好なフレキシブル性を有するためには、光電変換層２１の厚さは５０μｍ以下であることが好ましい。

第１電極２２、金属薄膜２３、第２電極２４、およびインターコネクタ２５はそれぞれ公知の技術に従って形成される。インターコネクタ２５は、特に、パラレルギャップ溶接によって容易に第１電極２２および第２電極２４に電気的に接続させることができる。また、場合によっては、金属薄膜２３の面上に、さらに保護用のポリイミドなどの樹脂フィルムが接着されていてもよい。なお、太陽電池セル１０のフレキシブル性を維持するために、金属薄膜２３の厚さは１００μｍ以下であることが好ましい。

図１に戻り、太陽電池セル１０の裏面側に設けられるプラスチックシート１２は、複数の太陽電池セル１０を有する太陽電池モジュールの構造を支持する支持体として機能する。プラスチックシート１２はフレキシブル性を有するため、複数のフレキシブル性を有する太陽電池セル１０がプラスチックシート１２上に配置された太陽電池モジュールは、良好なフレキシブル性を発揮することができる。良好なフレキシブル性を発揮するために、プラスチックシート１２は、その厚さが５００μｍ以下であることが好ましい。

本参考形態において、支持体として機能するプラスチックシート１２は、その熱膨張係数がカバーガラス１１の熱膨張係数と近似している必要がある。より具体的には、プラスチックシート１２の熱膨張係数とカバーガラス１１の熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である必要がある。この理由は以下の通りである。

すなわち、本発明者は、フレキシブル性を有する太陽電池セルをフレキシブル性を有する支持体に搭載した場合に、高温環境下および低温環境下で太陽電池モジュールが大きく反ることを確認した。そして、これが、従来の剛性の高いハニカムプレートを用いた太陽電池モジュールでは、積層構造を構成する各層間で反りに差があっても、ハニカムプレートの剛性が支配的であるために積層構造が維持されていたのに対し、図１の構成の太陽電池モジュールではその形状が維持できないためであることを知見した。そして、検討を重ねることによって、積層構造の受光面側の最外層であるカバーガラス１１と、裏面側の支持体であるプラスチックシート１２との熱膨張係数を近似させることによって、太陽電池モジュールの変形を防止できることを解明し、本発明の完成に至ったものである。

太陽電池セル１０において、プラスチックシート１２の熱膨張係数とカバーガラス１１の熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋを超える場合、プラスチックシート１２とカバーガラス１１との反りの違いに起因する熱的応力が大きくなってしまい、太陽電池モジュールの破損に繋がる。太陽電池モジュールを宇宙で用いることを考慮すれば、熱膨張係数の値の差は上述のように１ｐｐｍ／Ｋ以下である必要があるが、実使用温度範囲によっては、熱膨張係値の差異の許容範囲はさらに広げることができる。しかし、プラスチックシート１２の熱膨張係数とカバーガラス１１の熱膨張係数とをできるだけ一致させることが、長期的な信頼性を確保する上で重要であることは言うまでもない。

プラスチックシート１２としては、汎用される炭素繊維強化プラスチックシート（以下、「炭素繊維強化プラスチックシート」を「ＣＦＲＰシート」ともいう。）を用いることができる。汎用されるＣＦＲＰシートとしては、たとえば、１方向に並べた炭素繊維をエポキシまたはポリシアネートなどの樹脂に含浸し、樹脂が半硬化した複数枚のプリプレグシートを、繊維方向を交互に直行させて重ねてから樹脂を本硬化させたものがある。このようなＣＦＲＰシートは、引っ張り弾性率や引張強度等の特性を等方的に出すことができる。

また、プラスチックシート１２として、炭素繊維からなる経糸および緯糸が織られた１枚の織布に樹脂を含浸させた単層のＣＦＲＰシートを用いてもよい。この単層のＣＦＲＰシートは、たとえば、炭素繊維からなる経糸および緯糸を平織りまたは綾織りして１枚の織布を作成し、該織布をエポキシまたはポリシアネートなどの樹脂に含浸して、樹脂を本硬化させることによって形成することができる。このように作成された単層のＣＦＲＰシートは上述の汎用されるＣＦＲＰシートに比べて樹脂含浸率が低くなるため、軽量化および薄型化が可能となり、ひいては太陽電池モジュールの更なる軽量化および小型化を可能にする。

カバーガラス１１は、紫外線および放射線からモジュールを保護するために、セリウムが添加されたホウ珪酸ガラスを用いることが好ましく、フレキシブル性や軽量化の観点から、厚みは５０μｍ程度が好ましい。また、カバーガラス１１の最表面には、反射防止を目的として、無機酸化膜コーティングやフッ化マグネシウムコーティングなどの二次的なコーティングがなされていてもよい。さらに、カバーガラス１１の端面がケミカルエッチングまたはレーザーカットにより端面処理されていることが好ましい。端面処理されることにより、ガラス端面の欠陥が解消されるため、カバーガラス１１の品質が向上し、実使用環境下での外的要因によるガラスクラックに対する太陽電池モジュールの信頼性が向上する。

カバーガラス１１の大きさは特に制限されないが、図４に示すように、直列および並列に複数接続される太陽電池セル１０のそれぞれの受光面上に個別に設けられることが好ましい。これにより、太陽電池モジュールのフレキシブル性が向上する。また、製造工程において、カバーガラス１１が配置された太陽電池セル１０を１つのユニットとして取り扱うことができるため、簡便に各ユニットをプラスチックシート１２に安定して設置することが可能となる。加えて、ユニット毎に張り合わせているために、プロセス途中にいずれかの太陽電池セル１０に不具合があっても、１つのユニットを交換することで太陽電池モジュールの不具合を解消することができる。なお、図４において、インターコネクタ、バスバーなどは図示していない。

また、プロセス途中や太陽電池モジュール実使用環境下で外的要因によりガラスが破損した際、大型のモジュールに大型の一枚のガラスが設置されている場合には、一つのクラックが入ってもモジュール全体にガラスクラックが入ることになる。これに対し、カバーガラスが複数枚に分割されている場合には、その一つのクラックが入っても１つのユニット内のみでガラスクラックが収まり、モジュール全体にガラスクラックが入ることを防ぐことが可能となる。

また、各カバーガラス１１は、図４に示すように、互いに間隔を空けた状態で各太陽電池セル１０に設けることが好ましい。このようにカバーガラス１１間に空間的距離（間隔）を設けることで、仮にプラスチックシート１２が激しい振動を受けて一時的に撓んだ場合でも、隣り合ったカバーガラス１１の端面同士が擦れ合うことを防ぐことができる。カバーガラス１１の端面同士が擦れ合い、端面に微小な傷ができた場合、その箇所からガラスクラックが発生してしまうが、カバーガラス１１間に間隔を設けることで、本参考形態に係る太陽電池モジュールの信頼性の向上が可能となる。

透過性の接着剤１３は、宇宙環境化でのアウトガスが少ないシリコーン接着剤を用いることができる。また、太陽電池セル１０の裏面とＣＦＲＰシートとを固着する接着剤１４は、接着剤１３と同様に、宇宙用途に製造されているシリコーン接着剤を好適に用いることができる。ただし、接着剤１４は透過性は必要ないため、着色している透過性の低い、または非透過性の接着剤を用いてよい。

本参考形態において、フレキシブル性を有する太陽電池セルを有する太陽電池モジュールは、太陽電池セルの受光面側に設けられたカバーガラス１１の熱膨張係数と、太陽電池セル１０の裏面側に設けられたプラスチックシート１２の熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である。この構成によれば、従来のようにハニカムプレートを使用する必要がない。また、ハニカムプレートを用いないことに起因する環境温度の変化に伴う太陽電池モジュールの変形を防ぐことができる。したがって、太陽電池モジュールの小型化および軽量化が可能となる。

また、プラスチックシート１２として、汎用されるＣＦＲＰシートの代わりに上述した単層のＣＦＲＰシートを用いることによって、さらに太陽電池モジュールの小型化および軽量化が可能となる。さらに、カバーガラス１１を各太陽電池セル１０の各受光面に個別に設けることによって、太陽電池のさらなる軽量化が可能になるとともに、損傷部の交換が容易となる。

また、各カバーガラス１１間に間隔を設けることによって、カバーガラス１１の破損の可能性を低下させることができ、もって太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができる。さらに、カバーガラス１１の端面を端面処理することによって、さらに太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができる。なお、太陽電池セルが複数接続される場合に、直列または並列に接続された太陽電池セル間に、保護素子としてのダイオードを配置することにより、太陽電池モジュール全体が破損することを防ぐことができる。

（第２の参考形態）
第２の参考形態に係る太陽電池モジュールは、フレキシブル性を有する太陽電池セルが複数接続されてなる太陽電池アレイのそれぞれの受光面上にカバーガラスを個別に設けたフレキシブル性を有する太陽電池モジュールである。なお、本参考形態において、太陽電池セル１０の構造および太陽電池モジュールの積層構造は、第１の参考形態と同様であるので、その説明は繰り返さない。

図５は、第２の参考形態に係る太陽電池モジュールの受光面側の一例を示す平面図であり、太陽電池アレイを有する太陽電池モジュールを示している。太陽電池アレイとは、互いのインターコネクタを介して電気的に接続された複数の太陽電池セルからなるユニットをいい、２つ以上の太陽電池セルを含有するユニットである。たとえば、複数の太陽電池アレイをバスバーに直列にまたは並列に繋ぐことで、大型の太陽電池モジュールを形成することができる。

図５において、プラスチックシート１２上に配置された４つの太陽電池セル１０からなる太陽電池アレイは、それぞれ個別のカバーガラス１１に覆われている。なお、図５において、インターコネクタおよびバスバーなどは図示していない。

太陽電池モジュールを大型化するに当たって、フレキシブル性を有する太陽電池アレイを、一度に大量に大型のカバーガラスおよびプラスチックシートに接着剤を用いて設置することが考えられる。しかし、このような方法では、プロセス途中においてフレキシブル性のある太陽電池セルを損傷してしまう可能性が高い。また、多量の太陽電池アレイがある中で１つでも損傷した場合、太陽電池モジュール全体の交換が必要となる。さらに、カバーガラスの剛性により、フレキシブル性が低下する。そのため、第１の参考形態において、各太陽電池セル１０それぞれの受光面上に個別にカバーガラス１１を設ける場合を一例として説明した。しかし、この場合、多くのカバーガラス１１を必要とする。

そこで、本参考形態に係る太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池セルが接続されてなる太陽電池アレイに個別にカバーガラス１１を配置する。この構成により、各太陽電池アレイを各カバーガラス１１毎に個別に保護することができ、各カバーガラス１１が配置された各太陽電池アレイは、それぞれ個別の各ユニットを構成することができる。製造工程において、カバーガラス１１が配置された太陽電池アレイを１つのユニットとして取り扱うことができるため、簡便に各ユニットをプラスチックシート１２に安定して設置することが可能となる。

また、太陽電池セル１０それぞれに個別にカバーガラス１１を配置する場合に比べて、使用するカバーガラス１１の枚数を減らすことができ、もって製造工程を減らすことができる。また、太陽電池アレイそれぞれは、たとえばバスバーを用いて互いに電気的に接続することができ、このような１つの太陽電池アレイからなるユニットは、太陽電池モジュールからより容易に取り外すことができる。

各カバーガラス１１は、図５に示すように、互いに間隔を空けた状態で各太陽電池アレイに設けることが好ましい。このようにカバーガラス１１間に空間的距離（間隔）を設けることで、仮にプラスチックシート１２が激しい振動を受けて一時的に撓んだ場合でも、隣り合ったカバーガラス１１の端面同士が擦れ合うことを防ぐことができる。カバーガラス１１の端面同士が擦れ合い、端面に微小な傷ができた場合、その箇所からガラスクラックが発生してしまうが、カバーガラス１１間に間隔を設けることで、本参考形態に係る太陽電池モジュールの信頼性の向上が可能となる。

本参考形態において、フレキシブル性を有する太陽電池アレイを有する太陽電池モジュールは、太陽電池アレイの受光面側に設けられたカバーガラス１１の熱膨張係数と、太陽電池アレイの裏面側に設けられたプラスチックシート１２の熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である。この構成によれば、従来のようにハニカムプレートを使用する必要がない。また、ハニカムプレートを用いないことに起因する環境温度の変化に伴う太陽電池モジュールの変形を防ぐことができる。したがって、太陽電池モジュールの小型化および軽量化が可能となる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールは、フレキシブル性を有する太陽電池モジュールであって、プラスチックシートの両面に絶縁フィルムが積層されている太陽電池モジュールである。なお、本実施形態において、太陽電池セル１０の構造は、第１の参考形態と同様であるので、その説明は繰り返さない。

図６に第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの積層構造の概略的な断面図を示す。図６において、プラスチックシート１２の両面に絶縁フィルム１５，１６が積層されている。なお、プラスチックシート１２の両面に絶縁フィルム１５，１６が積層されている以外の構成は、第１の参考形態に係る太陽電池セルを有する太陽電池モジュールおよび第２の参考形態に係る太陽電池アレイを有する太陽電池モジュールと同様であるので、説明は繰り返さない。

プラスチックシート１２において、含浸樹脂から導電性の炭素繊維がはみ出していたり、接着剤１４が均一でないために太陽電池セル１０と炭素繊維とが直接接している場合には、太陽電池セル１０間で炭素繊維を介した導通が生じてしまい、太陽電池モジュールの機能を低下させる場合がある。

本実施形態では、プラスチックシート１２の両面に絶縁フィルム１５，１６を積層されている。絶縁フィルム１５，１６の一例としては、カプトン（登録商標）フィルムが挙げられる。プラスチックシート１２への絶縁フィルム１５，１６の設置方法としては、炭素繊維に樹脂を含浸し、該樹脂を半硬化させたプリプレグシートを１８０℃程度の高温で熱硬化させる際に、絶縁フィルム１５，１６を両面に設置して接着させる方法がある。

ここで、絶縁のためだけにプラスチックシート１２に絶縁フィルムを設けるのであれば、絶縁フィルム１６を設置する必要はなく、プラスチックシート１２と接着剤１４との間に絶縁フィルムが配置されるように絶縁フィルム１５を配置するだけで十分である。しかし、プラスチックシート１２の片面のみに絶縁フィルム１５を接着すると、硬化時のプリプレグシートと絶縁フィルム１５の熱膨張係数の差により、絶縁フィルム１５とプラスチックシート１２との積層体である成型品が室温に戻った際に大きな反りが発生してしまう。

このため、本実施形態では、プラスチックシート１２の両面に対して絶縁フィルムを設置することが重要となる。絶縁フィルム１５，１６は熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下であればよく、異種のフィルムであっても構わない。また、プラスチックシート１２の両面に絶縁フィルム１５，１６を設ける場合には、絶縁フィルム１５、プラスチックシート１２、および絶縁フィルム１６からなる積層体全体の熱膨張係数と、カバーガラス１１の熱膨張係数との差を１ｐｐｍ／Ｋ以下とする必要がある。

また、絶縁フィルム１５，１６は無機金属酸化膜で被覆されていることが好ましい。絶縁フィルム１５，１６の表面に無機金属酸化膜を形成することにより、宇宙環境下に存在する反応性の高い原子状酸素からプラスチックシート１２を保護することか可能となる。無機金属酸化膜としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＩＴＯなどがある。

本実施形態において、フレキシブル性を有する太陽電池アレイを有する太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの小型化および軽量化が可能であるとともに、プラスチックシート１２の損傷を抑制することができる。したがって、小型、軽量で、かつ信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。

以上、各実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態を適宜組み合わせた構成であってもよい。

本発明を参考例および比較例によりさらに具体的に説明するが、これらの参考例および比較例により本発明が限定されるものではない。

（参考例１）
まず、Ｇａをドーピングしたｐ型Ｇｅ基板上にｎ型ＧａＡｓ層を形成した。その際、ｎ型ＧａＡｓ層中のＡｓがｐ型Ｇｅ基板に拡散してｐ型Ｇｅ基板の表面にｎ型Ｇｅ層が形成された。次に、ｎ型ＧａＡｓ層上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、ｐ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＡｌＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、ｐ型ＡｌＩｎＰ層、ｐ型ＩｎＧａＰ層、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｎ型ＡｌＩｎＰ層およびｎ型ＧａＡｓ層をこの順序でエピタキシャル成長させることにより、ｐ型Ｇｅ基板上に少なくとも１つのｐｎ接合を有する光電変換層２１を形成した。ここで、光電変換層２１の厚みは全体で４μｍであった。

次に、光電変換層２１の最表面となるｎ型ＧａＡｓ層の表面上に、Ａｕ−Ｇｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜およびＡｇ膜をこの順序で蒸着した後に熱処理することによって、幅２．７ｍｍ×長さ０．８５ｍｍの矩形状の部分と、この矩形状の部分に接続された櫛歯状の部分とからなる第１電極２２を形成した。

次いで、アルカリ系および酸系エッチャントによって、光電変換層２１の一部を除去し、露出した光電変換層２１の表面（光電変換層２１の第１電極２２が形成される面と同じ側を向いている表面上であって、金属薄膜２３との間にｐｎ接合を介さない位置）上にＡｕ膜およびＡｇ膜をこの順序で蒸着した後に熱処理することによって第２電極２４を形成した。

その後、ｐ型Ｇｅ基板を光電変換層２１から分離した後に、光電変換層２１の第１電極２２および第２電極２４が形成されている側とは反対側の裏面に裏面電極としての金属薄膜２３を形成し、幅７０ｍｍ×長さ３５ｍｍの矩形の板状に切り出した。そして、第１電極２２および第２電極２４のそれぞれの表面に、インターコネクタ２５をパラレルギャップ溶接によって接続し、太陽電池セル１０を作製した。同様の方法によって、５個の太陽電池セル１０を作成した。

作製した５個の太陽電池セル１０を同方向に直列に並べ、この受光面側（第１電極２２および第２電極２４が形成されている側）にアウトガスが少ないシリコーン接着剤を塗布して、縦×横×厚みが１８５ｍｍ×８０ｍｍ×５０μｍのカバーガラス１１を接着した。カバーガラス１１には、熱膨張係数は３．８ｐｐｍ／Ｋであってセリウムが添加されたホウ珪酸ガラスを用いた。

その後、太陽電池セル１０の互いに隣接するインターコネクタ２５同士を溶接して接続させ、さらに、太陽電池セル１０の裏面側にアウトガスが少ないシリコーン樹脂を塗布して、縦×横×厚みが２００ｍｍ×８０ｍｍ×１１０μｍのプラスチックシート１２を接着した。プラスチックシート１２には、熱膨張係数が３ｐｐｍ／ＫのＣＦＲＰシートを用いた。

以上の工程により、太陽電池セル１０が５個接続されてなる太陽電池モジュールが完成した。なお、このときのカバーガラス１１とプラスチックシート１２の距離、すなわち、接着剤１３、太陽電池セル１０および接着剤１４からなる構造体の厚みは７０μｍであった。

作製した太陽電池モジュールを大気温度が−１００℃から１００℃に変化する環境下において観察したところ、反りは目視されなかった。実施例１において、カバーガラス１１の熱膨張係数とプラスチックシート１２の熱膨張係数との差は０．８ｐｐｍ／Ｋであったが、１ｐｐｍ／Ｋの差であった場合でも、高温時（＋１００℃）および低温時（−１００℃）において太陽電池モジュールの反りの曲率半径は約２．０ｍとなり、長辺が１８５ｍｍ程度のサイズのモジュールでは反りはほぼ無視できる値となる。

また、太陽電池モジュールをさらに大型化した場合、たとえば、長辺が１ｍのモジュールであったとしても曲率半径が２．０ｍ以下であれば、長辺部分は最大で角度約２９°の円弧となるに過ぎず、使用上問題ないレベルとなる。

（比較例１）
カバーガラス１１として、熱膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋのガラスを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、太陽電池モジュールを作製した。作製した太陽電池モジュールを大気温度が−１００℃から１００℃に変化する環境下において観察したところ、高温時（＋１００℃）および低温時（−１００℃）において曲率半径が約６７ｃｍの大きな反りが観察された。この反りはカバーガラス１１およびプラスチックシート１２の熱膨張係数が異なるために、各温度でのカバーガラス１１およびプラスチックシート１２の寸法に差が発生することによるものである。

また、太陽電池モジュールをさらに大型化した場合、たとえば、長辺が１ｍのモジュールであった場合、曲率半径が６７ｃｍであれば、長辺部分は最大で角度約８６°の円弧となる。このため、太陽電池セルに与える熱的応力に起因するストレスが大きくなってしまい、実用が困難となると考えられる。

（比較例２）
プラスチックシート１２として、ＣＦＲＰシートの代わりにポリイミドフィルムを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、太陽電池モジュールを作製した。ポリイミドフィルムの熱膨張係数は１２ｐｐｍ／Ｋであった。作製した太陽電池モジュールを大気温度が−１００℃から１００℃に変化する環境下において観察したところ、低温時および高温時で太陽電池モジュールの形状変化度合いが大きくなりすぎて、カバーガラスや太陽電池セルが破損するという問題が発生した。

以上の結果より、長期的な信頼性が求められる人工衛星用の太陽電池モジュールにおいては熱的応力による形状の変化は太陽電池セルおよび周辺の配線へのストレスを与えると考えられ、カバーガラスと支持体の熱膨張係数はほぼ一致させておくことが重要であることがわかった。

１０太陽電池セル、１１カバーガラス、１２プラスチックシート、１３、１４接着剤、２１光電変換層、２２第１電極、２３金属薄膜、２４第２電極、２５インターコネクタ。

Claims

インターコネクタによって電気的に接続された複数のフレキシブル性を有する太陽電池セル、または前記太陽電池セルが複数接続されてなる太陽電池アレイを備える太陽電池モジュールであって、
透過性の接着剤を介して、前記太陽電池セルまたは前記太陽電池アレイの各受光面上に固着された複数のカバーガラスと、
接着剤を介して、前記太陽電池セルまたは前記太陽電池アレイの受光面と反対の裏面上に固着された支持体としてのプラスチックシートと、を備え、
前記プラスチックシートの熱膨張係数と前記カバーガラスの熱膨張係数との差が１ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
前記プラスチックシートは、炭素繊維からなる経糸および緯糸が織られた１枚の織布に樹脂を含浸させた炭素繊維強化プラスチックシートであり、
前記プラスチックシートは、その両面に絶縁フィルムが積層されており、
前記絶縁フィルムの各々の熱膨張係数の差が１ｐｐｍ／Ｋ以下である、
太陽電池モジュール。
前記カバーガラスは、互いに間隔を空けた状態で配置される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記絶縁フィルムは、それぞれ無機酸化物膜で被覆されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記カバーガラスの端面が、レーザーカットまたはケミカルエッチングにより端面処理されている、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。