JP5257927B2

JP5257927B2 - 太陽電池パネル

Info

Publication number: JP5257927B2
Application number: JP2008176065A
Authority: JP
Inventors: 一世中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2010016251A

Description

本発明は、太陽電池パネルに関し、特に、太陽電池セルを保護膜で封止して作られる太陽電池パネル、あるいは、複数の太陽電池セルが電気的に接続された太陽電池ストリングが保護膜で封止された構造であって、フレキシブル性を備えた太陽電池パネルに関するものである。

従来の太陽電池パネルは、受光面側にはガラスなどの透過性の板材、裏面には有機フィルム用いた封止層の間に、周辺をＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）などの透明固形樹脂材で囲まれた太陽電池セルを挟み入れて作られることが多い。また、従来のフレキシブルな太陽電池は、いわゆる薄膜太陽電池を薄い金属フィルムなどのフレキシブルな基板上に形成することによって作られる。これは比較的簡易に作製でき、低価格であるというメリットを有する反面、フレキシブルな基板上に形成する必要があるなどの制約から、なかなか高い光電変換効率を持つ太陽電池を作ることができなかった。

これに対して、最近発表されて注目を集めている太陽電池として、多接合型薄膜化合物太陽電池があり、これは、素子層をエピタキシャル成長によって形成された単結晶薄膜によって形成し、かつ、基板を含まない形状を作ることによって、フレキシブル性を持たせたものである。このような多接合型薄膜化合物太陽電池は、適用可能な結晶系の中でも特に高効率とされる、多接合型化合物太陽電池セルの太陽電池素子部分をそのまま使っているため、高い光電変換効率を得ることができる。このフレキシブル太陽電池セルは、半導体部分が非常に薄く、そのまま裸の状態では取り扱いが難しいため、通常は保護用のフィルムなどの保護膜によってラミネートして使用される。このような従来の技術を開示した先行文献として、たとえば非特許文献１がある。
Tatsuya Takamoto、他、"FLEXIBLE THIN-FILM III-V MULTIJUNCTION SOLAR CELLS"、19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、（フランス）、2004年6月

従来の太陽電池パネルは、硬いガラス板を用いてその強度を維持しているため、このガラス板と太陽電池セルとの熱膨張係数の違いなどにより歪が生じるが、この歪はＥＶＡなどの弾力性をもつ固形樹脂材で吸収している。しかしながら、歪が大きくなると、歪が十分に緩和されることはなく、時には太陽電池セルが割れてしまう場合がある。

一方、フレキシブルパネルの場合には、太陽電池セルとそれを覆ってラミネートすることで、保護するフィルムが本質的にフレキシブルであるため、元々歪がたまりにくい構造である。しかしながら、パネル全体を曲げた時に、これらの部材の変形に伴う位置のずれが、フレキシブルパネルに歪として加えられる。カバーフィルムとフレキシブル太陽電池セルのように、それぞれはフレキシブルな幾つかの層であっても、それらを面で固定してしまうと、曲げたときにそれぞれの長さが変わらなければ、幾何学的には全体として曲がらない。これらを無理に曲げようとすれば、それぞれに歪が生じることとなる。

さらに、素材の異なる材料を重ねて作られたフィルム状のものは、各層が固定されていれば、温度変化にさらされた場合、それぞれの熱膨張係数の違いによって、歪を生じる。このような歪も、フレキシブル太陽電池セルに生じると、破損等の原因となるという問題があった。また別の問題として、経時変化変化による劣化が挙げられる。通常、使用年数が長くなるにしたがい、ガラスとセルの間の樹脂は紫外線などの環境によって劣化し、色素沈着を起こすことによって、パネル全体の効率を落としていくという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、太陽電池セルの歪に対する緩和能力を大きくし、さらには、経年変化による劣化のスピードを遅らせることが可能な太陽電池パネルを提供することを目的とする。

このような課題を解決する本発明の太陽電池パネルは、太陽電池セルと、太陽電池セルを挟んで封止する保護膜とを含み、保護膜と太陽電池セルの間に流動性を持った光透過性の材料が充填されており、少なくとも太陽電池セルの一部には保護膜に固定されていない部分が存在する。

また、本発明の太陽電池パネルは、他の局面においては、複数の太陽電池セルが電気的に接続された太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングを挟んで封止する保護膜とを含み、保護膜と太陽電池ストリングの間に流動性を持った光透過性の材料が充填されており、少なくとも太陽電池セルの一部には保護膜に固定されていない部分が存在する。

保護膜と太陽電池セルの間に配される流動性を持った光透過性の材料は、透過性があって経時変化の少ないものであれば、種々の材料が選択可能であるが、特にシリコーンオイルのような材料は、流動性を持ちつつもその性質が安定しており、本発明に適している。

本発明の太陽電池パネルにおいては、太陽電池セルおよび保護膜のそれぞれが可撓性を有していることが好ましい。また、太陽電池セルにおける太陽電池は多接合型太陽電池であり、少なくとも１つの太陽電池素子層がエピタキシャル成長により形成された単結晶薄膜を含みかつ基板を含まない、薄膜化合物太陽電池であってもよい。さらに、太陽電池ストリングにおける複数の太陽電池セルのうちの隣接する太陽電池セル間を電気的に接続するインターコネクタは、応力緩和の構造を有していることが好ましい。インターコネクタは、３０μｍ以下の厚さを有するものが好ましく、また少なくともインターコネクタの一部を保護膜に固定し、保護膜とインターコネクタの位置関係を一定にし、太陽電池セルおよびインターコネクタの固定されない部分を保護膜に対して自由に動くように構成してもよい。保護膜の対向する部分で保護膜を部分的に相互に固定し、インターコネクタの少なくとも一部の位置ずれを防止するガイドとしてもよい。

本発明においては、上述のように、保護膜と太陽電池セルの間に流動性を持った光透過性の材料が充填されており、少なくとも太陽電池セルの一部には保護膜に固定されていない部分が存在する構成を有するので、曲げ、温度変化などに対するストレスに強いという利点を有する。さらには、流動性のある材料が充填されていることにより、発生した色素が拡散し色素沈着による着色が抑制されるため、経時変化に対しても信頼性の高い太陽電池パネルが得られる。

（本発明に関連する参考例）
本発明に関連する参考例の太陽電池パネルについて、図１〜図７に基づいて説明する。図１〜図６は、本参考例における太陽電池パネルの各製造過程における状態を順次示し、各図において（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。エピタキシャル成長によって形成された単結晶薄膜からなる太陽電池層をその基板から分離して（図１）、太陽電池素子層とした太陽電池セル１に接続用のインターコネクタ２を取り付けた後（図２）、その太陽電池セル１を表裏両側から光透過性のある可撓性フィルムで挟み、保護膜３を形成す
る（図３）。保護膜３の間の空気を取り除いて真空状態にした後、周囲を封止して、余分な部分を取り除いて保護膜３を成形し（図４）、先に接続したインターコネクタ３が保護膜３から外に接続が可能な部分を取り出せるように、形状を整える（図５に示す状態）。周辺部分の一箇所もしくは数箇所より、封止された保護膜３間に、流動性のある光透過性の材料４としてシリコーンオイルをゆっくりと注入し、太陽電池セル１の周辺を含む保護膜３間を、シリコーンオイルで満たす（図６に示す状態）。この時、予め保護膜３間を真空状態にしてあることにより、オイルの注入によって保護膜３間に大気などの気泡が混入することがなく、完全に充填することができる。シリコーンオイルを注入した後、注入に用いた保護膜３間の隙間を完全に封止する。

次に、図７に示すように、シリコーンオイルが充填され保護膜３で挟まれた太陽電池セル１を複数個用意し、それらのうちの隣接する太陽電池セル１間をインターコネクタ２によって接続することにより、太陽電池セル１間を電気的に接続し、フレキシブルな太陽電池ストリング５を形成する。形成された太陽電池ストリング５をフレキシブル性のある基板６に接着剤７などにより貼り付けることによって、フレキシブル性のある太陽電池パネルが構成される。

本参考例によれば、従来の太陽電池パネルにおいてガラスと太陽電池セルとの間に用いていたＥＶＡなどの樹脂に代えて、シリコーンオイルなどの流動性のある材料４にすることにより、発生した色素が一箇所に留まらず拡散させることができ、色素沈着が抑制されるため、経時変化による劣化のスピードを遅らせることができる。インターコネクタ２が厚い場合、流動性のある材料４を間に入れるときには、その中で自由に流動性があるため材料４が動けるものの、インターコネクタ２の厚みをある程度揃える方が望ましい。一部に厚い層が並ぶと、流動性のある材料４が常に不均一に広がり、またその部分へ応力が集中しやすいので注意が必要である。

（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１の太陽電池パネルについて、図８〜図１１に基づいて説明する。図８〜図１１は、本実施の形態における太陽電池パネルの各製造過程における太陽電池パネルの状態を示し各図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図８〜図１１において、エピタキシャル成長によって形成された単結晶薄膜からなる太陽電池層をその基板から分離して太陽電池素子層とした太陽電池セル１１を複数用意し、それらのうちの隣接する太陽電池セル１１間を、たとえば図１７に示すようなインプレーン型のストレスリリーフ１２ａが設けられた、厚さ１５μｍの銀箔製インターコネクタ１２によって接続し、太陽電池ストリング１３を形成する（図８）。太陽電池ストリング１３を光透過性のある可撓性の保護膜１４で挟み（図９）、保護膜１４の間の大気を取り除き真空状態にした後、周囲を封止して、余分な保護膜１４を取り除き、形状を整える（図１０）。

封止された保護膜１４間に、周辺部分の一箇所もしくは数箇所より流動性のある光透過性の材料１５としてのシリコーンオイルをゆっくりと注入して、太陽電池セル１１やそれらをつなぐインターコネクタ１２の周辺を含む保護膜１４間を、シリコーンオイルで満たしていく（図１１）。この時、予め真空状態にしてあることによって、流動性のある光透過性の材料１５中に大気などの気泡が混入することがなく、完全に充填することができる。シリコーンオイルを注入後、注入に用いた注入穴を封止して、フレキシブルな太陽電池ストリング１３が完成する。またこの時、インターコネクタ１２は１５μｍと薄く、そのストレスリリーフもインプレーン型のため、保護膜１４で挟み、その間を流動性のある光透過性の材料１５で充填した形状でも、太陽電池セル１１と、インターコネクタ１２とは共に自由に動くことができ、ストレスリリーフも有効に働くことができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の太陽電池パネルについて、図１２〜図１６により説明する。図１２〜図１６は、実施の形態２における太陽電池パネルの各製造過程における状態を示し、各図の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施の形態においては、エピタキシャル成長によって形成された単結晶薄膜からなる太陽電池層を、その基板から分離して太陽電池素子層とした太陽電池セル２１を複数用意し、それらの間をインプレーン型のストレスリリーフが設けられた１５μｍ厚の銀箔製インターコネクタ２２によって接続し、太陽電池ストリング２３を作る（図１２）。その太陽電池ストリング２３を光透過性のある可撓性の保護膜２４で挟み（図１３）、これらの保護膜２４の間の大気を取り除き真空状態にした後、周囲を封止して、余分な保護膜２４を取り除き、形状を整える（図１４）。

次に、保護膜２４間に太陽電池セル２１やインターコネクタ２２が存在しない部分において、対向する保護膜２４を接続し、部分接続部２５を形成する（図１５）。部分接続部２５は、インターコネクタ２２から１ｍｍ程度離れた部分において、局所的に高温にするような処理を行なって部分的に表裏の保護膜２４を接着させることによって形成され、太陽電池セル２１やインターコネクタ２２の位置がずれないようなガイドの役割をする。そして、封止された保護膜２４間に、保護膜２４の周辺部分の一箇所もしくは数箇所より、流動性のある光透過性の材料流動性のある光透過性のシリコーンオイルをゆっくりと注入して、太陽電池セル２１やそれらをつなぐインターコネクタ２２の周辺を含む保護膜２４間をそれらで満たしていく。

シリコーンオイルを注入後、注入に用いた注入穴を封止して、フレキシブルな太陽電池ストリング２３が完成する（図１６）。この時、保護膜２４で挟み、その間をオイルで充填された形状でも、太陽電池セル２１およびインターコネクタ２２も自由に動くことができ、且つ、位置ずれを防ぐ部分接続部２５がガイドの役割をすることによって、フレキシブルに太陽電池パネルを曲げ伸ばしした後でも、太陽電池セル２１やインターコネクタ２２は元の位置に戻っている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（ａ）は、本発明に関連する参考例における製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、同参考例における図１の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、同参考例における図２の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）同参考例における図３の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、同参考例における図４の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、同参考例における図５の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は、同実施の形態における製造過程にある太陽電池パネルの側面断面図である。（ａ）は、同参考例における図６の次の製造過程で形成された太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態１における製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態１における図８の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態１における図９の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態１における図１０の次の製造過程で形成された太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２における製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２における図１２の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２における図１３の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２における図１４の次の製造過程にある太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２における図１５の次の製造過程で形成された太陽電池パネルの平面図、（ｂ）は同側面断面図である。本発明の各実施形態に適用可能な、インターコネクタのインプレーン型ストレスリリーフの典型的な形状を示す図である。

符号の説明

１,１１,２１太陽電池セル、２,１２,２２インターコネクタ、３,１４,２４保護膜、４,１５,２６流動性のある光透過性の材料、５,１３,２３太陽電池ストリング、７接着剤、２５部分接続部（ガイド）。

Claims

エピタキシャル成長によって形成された単結晶薄膜からなる太陽電池層を基板から分離して太陽電池素子層とした太陽電池セルが複数個電気的に接続された太陽電池ストリングと、
前記太陽電池ストリングを表側および裏側から挟んで、前記太陽電池ストリングの周囲を封止する保護膜と、
前記保護膜と前記太陽電池ストリングとの間に充填された、流動性を有する光透過性の材料とを含み、
少なくとも前記太陽電池セルおよびインターコネクタには、前記保護膜に固定されていない部分が存在し、
前記太陽電池ストリングにおける前記複数の太陽電池セルのうちの、互いに隣接する太陽電池セル間は、インターコネクタにより電気的に接続され、前記インターコネクタにはストレスリリーフが設けられ、
前記太陽電池セルおよび前記インターコネクタの前記保護膜に固定されない部分を前記保護膜に対して動くことを可能にした、太陽電池パネル。
前記保護膜の対向する部分で前記保護膜を部分的に相互に固定し、前記インターコネクタの少なくとも一部の位置ずれを防止するガイドとした、請求項１に記載の太陽電池パネル。
前記流動性を有する材料がシリコーンオイルである、請求項１または２に記載の太陽電池パネル。
前記太陽電池セルおよび前記保護膜のそれぞれが可撓性を有している、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
前記インターコネクタは、３０μｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の太陽電池パネル。