JP5312284B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネルの受光面の裏面に保護シートを有し、この保護シートに形成された開口部を介して出力を取り出すための引き出し配線を設けた太陽電池モジュールに関するものである。

自然エネルギーを利用したシステムとして、太陽光などの光エネルギーを半導体材料などの光電変換材料を用いて電気エネルギーに変換する太陽電池システムの利用が近年増加している。太陽電池システムは、太陽電池モジュールなどの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置と、得られた電流をインバータ等の電気回路を用いて適当な電圧の交流に変換するなど、電気利用に適するように変換する電気的変換装置などで主に構成される。

太陽電池モジュールは、シリコンなどの半導体材料からなる太陽電池素子が配列された太陽電池パネルと、太陽電池パネルの周囲を取り囲むフレーム、太陽電池素子で変換した電気を集電して電気的変換装置に導く配線などで構成される。

屋外で使用される太陽電池パネルは、ガラスなどの透明基板に太陽電池素子が配列され、透明基板側から光を入射する構造のものがよく使用される。透明基板の裏面側には保護シートが貼り付けられ、光電変換層は基板と保護シートとに挟まれて封止される。パネルの形状は矩形平板状が一般的である。

従来の技術では、出力電力の外部への取出しは、ＥＶＡなどの充填材と保護シートのそれぞれに予め配線引出し用開口部を開けておき、太陽電池パネル、充填材、保護シートをこの順に積層すると共に、引き出し配線を、前記の充填材の配線引出し用孔ならびに保護シートの配線引出し用孔に挿入し、受光面と対向する面に露出させ、その後、これらの積層体を真空ラミネートで熱融着することによって行われる（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２や３には薄膜太陽電池と保護シートとの間に金属箔を設置して、その金属箔の上の一部に開口部を設けて、金属箔から外部に電気を取り出す構造が示されている。金属箔の外周部で水分の侵入を防止する。

特許第３７４７０９６号公報 特開平７−２３１０１５号公報 特開２００９−１３００２０号公報

特許文献１に記載のように、従来の保護シート及び封止材に開口部を設けて、配線を通す方法では、配線と保護シートの開口部との間に隙間が生じ易く止水性が不十分であった。また、特許文献２や３には、金属箔を用いて、出力の取出しと開口部を封止する方法が開示されている。しかしこれらの方法では、金属箔と保護シートとの接着は保護シートと太陽電池パネルとを加熱接着する熱可塑性の樹脂（充填材層）によって接着されている。これらの熱可塑性の樹脂は水分透過性が比較的大きく、開口部内の樹脂を通じて水分が侵入するので、十分な止水性を得ることが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、止水性を向上させ、組立作業が容易になる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、裏面に光電変換層を有する平板状の太陽電池パネルと、太陽電池パネルの裏面に樹脂でなる充填材を介して貼着された保護シートと、太陽電池パネル及び保護シート間にバスバー配線を有する太陽電池モジュールであって、保護シートは、一部に開口部を有し、保護シートの開口部には、充填材が露出しないように開口部よりも大きい金属箔が樹脂接着剤で貼り付けられて封止され、金属箔とバスバー配線との間に導電性接合材を有し、金属箔を介して外部に電力が取り出されることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、受光面の裏面に電気を取り出す開口部を有する構造の太陽電池モジュールであり、太陽電池パネルの裏面と保護シートとの間はＥＶＡなどの充填材の層が形成されている。バスバー配線上に設けた保護シートの開口部に金属の薄板や箔などを止水性を有する接着剤で貼り付けることで、充填材、保護シートの端面を完全に封止し、十分な止水性を得ることができるという効果を奏する。さらに、金属箔とバスバー配線を導電性接合材で接続することで、電気的接続が得られ、太陽電池モジュールの組み立て作業が容易となるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。 図２は、実施の形態１の太陽電池モジュールの部分分解斜視図である。 図３は、実施の形態１の要部断面図を示す図である。 図４は、実施の形態１の太陽電池モジュールの一部をさらに分解した部分断面図である。 図５は、実施の形態１の太陽電池モジュールの一部について示した部分断面図である。 図６は、実施の形態１の樹脂接着剤の塗布の仕方の他の例を示す太陽電池モジュールの一部について示した部分断面図である。 図７は、実施の形態１の太陽電池モジュールの分解断面図である。 図８は、実施の形態１の太陽電池モジュールの部分断面図である。 図９は、実施の形態２の太陽電池モジュールの構造を示す部分分解断面図である。 図１０は、実施の形態３の太陽電池モジュールの構造を示す部分分解断面図である。 図１１は、実施の形態４の太陽電池モジュールの部分的な斜視図である。 図１２は、実施の形態５の太陽電池モジュールの構造を示す部分断面図である。

以下では、本発明の太陽電池モジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。主に薄膜系の太陽電池について説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。なお、ある実施の形態において説明した構成と共通の構成について他の実施の形態ではその詳細な説明を省略するものとする。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１の太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。図２は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの部分分解斜視図である。本実施の形態１の太陽電池モジュールは、矩形平板状の太陽電池パネル９と、この太陽電池パネル９の光電変換層７を保護する保護シート３、電気を取り出すための端子ボックス１及び外周を囲むフレーム２を有する。太陽電池パネル９は太陽光を受光して電気に変換する。太陽電池モジュールには、太陽電池パネル９の裏面（受光面と反対側の面）から順に、ＥＶＡなどの充填材５、金属箔４、保護シート３、端子ボックス１が配置されている。

太陽電池パネル９は、ガラスなどの透明基板８に太陽電池素子が配列され、透明基板８側から光を入射する構造であり、裏面（受光面と反対側の面）に光電変換層７が形成されており、最表面は金属膜で覆われており、レーザースクライブによって短冊状に分割され直列に接続されている。その直列接続された太陽電池パネル９の両端から出力を取り出すためのバスバー配線６が、はんだ、導電性ペースト、導電性フィルムなどの導電性接合材によって接続されている。このバスバー配線６は、太陽電池パネル９の端面から１〜２ｃｍの部分に接続されている。また、保護シート３にはバスバー配線６と重なる位置に開口部３ａが設けられており、その開口部３ａは金属箔４等の導電性材料で塞がれる。この保護シート３をＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）やＰＶＢ（ポリビニルブチラール）などの充填材５で貼付け端子ボックス１を装着し本実施の形態の太陽電池モジュールとなる。

図３は、本実施の形態の要部断面図を示す。金属箔４を保護シート３の開口部３ａの太陽電池パネル９側に貼り付けた場合について示した。保護シート３の開口部３ａに、樹脂接着剤１１を用いて貼り付けた金属箔４により、開口部３ａは気密状態及び水密状態に閉塞され、光電変換層７は完全に封止される。また、開口部３ａを金属泊４により閉塞することにより、充填材５が外部に全く露呈しなくなるため、止水性を向上させることが可能となる。また、他の例として、金属箔４を開口部３ａの端子ボックス１側（保護シート３の太陽電池パネル９と反対側）に貼り付けた場合には、開口部５ａの端面に加えて、開口部３ａの端面も封止することができる。金属箔４とバスバー配線６をはんだ、導電性ペースト、導電性フィルムなどの導電性接合材１０で接続することによって電気的な接続を得ることができる。

本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図４は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの一部をさらに分解した部分断面図である。図４では、太陽電池パネル９からバスバー配線６を分離して示した。太陽電池パネル９には、レーザースクライブ加工によって直列接続構造が形成されている。その直列接続の両端に導電性を有するはんだやエポキシ樹脂やアクリル樹脂中に金属粒子を分散させた導電性ペースト、導電性フィルムなどの導電性接合材１０を点状に配置しバスバー配線６を電気的、機械的に接続する。

図５は、本実施の形態の太陽電池モジュールの一部について示した部分断面図である。図５では、金属箔４を保護シート３の開口部３ａの太陽電池パネル９側に貼り付けた場合について示した。保護シート３にはポリフッ化ビニルやポリエチレンテレフタラートでアルミ箔を挟み積層した抵透湿性であるものが好適に用いられる。この保護シート３には開口部３ａが２ヶ所設けられており、その位置は太陽電池パネル９に積層した際に、バスバー配線６の直上にくるように設定されている。保護シート３の太陽電池パネル９側の面に開口部３ａより大きく切っておいた金属箔４を、止水性及び絶縁性を有する樹脂接着剤１１で貼り付ける。樹脂接着剤１１には、良好な止水性、絶縁性を有するシリコン樹脂やポリイソブチレン系樹脂が好ましい。これらの樹脂接着剤１１の材料はＥＶＡやＰＶＢなどの充填材に比べて水分透過性が小さい材料であることが好ましい。また、金属箔４と保護シート３との間の樹脂接着剤１１の厚みは充填材５の厚みに比べて十分に薄いことがより好ましい。たとえば、充填材５の厚みが０．２〜０．６ｍｍ等である場合に、樹脂接着剤１１の厚みは０．００５〜０．０５などと１／１０以下に薄くすることができる。これにより、金属箔４と保護シート３との貼り付け面の界面の樹脂の断面積が小さくなり、貼り合わせ部分を介して侵入する水分を極めて低減することができる。

金属箔４は、５０〜３００μｍ程度の厚さであり、銅やめっきされた銅、アルミなどが用いられる。樹脂接着剤１１は硬化時間を要するため、あらかじめ保護シート３に貼り付けておくことが好ましい。この樹脂接着剤１１と金属箔４により、開口部３ａからの水分の浸入を防ぐことが可能となる。また、他の例として図６のように、開口部３ａの開口縁部を覆うように樹脂接着剤１１を塗布することで、アルミ箔が積層された保護シート３の端面を覆うことができ、端面からの水分の浸入を防ぎ、保護シート３の劣化を防ぐことができる。また、保護シート３内のアルミ箔と金属箔４間の耐圧性能を向上させることが可能となる。

図７は、本実施の形態の太陽電池モジュールの分解断面図である。保護シート３に貼り付けた金属箔４とバスバー配線６との電気的な接続を得るために、あらかじめバスバー配線６上に導電性ペーストなどの導電性接合材１０を配置しておく。太陽電池パネル９と金属箔４を貼り付けた保護シート３をＥＶＡやＰＶＢなどの充填材５を介して積層させる。この際、充填材５には金属箔４とバスバー配線６との接続点に対応した位置に開口部５ａが設けられている。開口部５ａの大きさは、ラミネート工程時の充填材の流動性を評価しておき、硬化させた際に導電性接合材１０と充填材５との隙間が埋まるように設定しておけば良い。その後、真空ラミネートにより、充填材５が融着され保護シート３と太陽電池パネル９が貼り付けられ光電変換層７を封止すると同時にバスバー配線６と金属箔４との電気的接続を得ることができる。さらに、端面にブチルゴムやイソブチルゴムなどを介してアルミ製フレームを取り付けることで、光電変換層７は完全に封止される。

図８は、本実施の形態の太陽電池モジュールの部分断面図である。保護シート３に貼り付けた金属箔４にはんだ、導電性ペーストなどの導電性接合材１０を用いて端子ボックス１側の導線１２を接続する。金属箔４と端子ボックス１の間に適当な長さの導線を介しても良い。端子ボックス１をシリコン樹脂など止水性を有する樹脂接着剤１１で取り付け、内部に絶縁性を有する樹脂１３を注入し本実施の形態の太陽電池モジュールとなる。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、太陽光を電力に変換する光電変換層７を裏面に形成する平板状の太陽電池パネル９と、太陽電池パネル９の裏面に熱可塑性の樹脂からなる充填材５によって貼りつけられた保護シート３と、太陽電池パネル９と保護シート３との間に配設されて光電変換層７の生成した電力を取出すバスバー配線６とを有している。光電変換層７は、長尺の短冊状に分割され、互いに直列接続されている。そして、バスバー配線６が、光電変換層７の直列接続両端にそれぞれ１本ずつ接続されている。保護シート３は、バスバー配線６と重なる位置の一部に開口部３ａをそれぞれ１つずつ有しており、この開口部３ａには充填材５が外部に露出しないように開口部３ａよりも大きい金属箔４が樹脂接着剤１１により貼り付けられている。そして、金属箔４とバスバー配線６との間に導電性接合材１０を有しており、金属箔４を介して外部に電力を取り出す。そのため、保護シート３の開口部３ａの開口縁部と金属箔４とが、止水性を有する樹脂接着剤１１で封止されるので、止水性が向上して信頼性の高い太陽電池となる。

また、保護シート３の開口部３ａは、バスバー配線６と重なる位置の一部に設けられ、さらに開口部３ａに重なるようにして端子ボックス１が固定されているので、特に引き出し配線を用いずに出力をとりだすことができ、部材の削減、工程の簡素化が可能となる。

また、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、裏面に光電変換層７を有する平板状の太陽電池パネル９にバスバー配線６を配設する工程と、開口部３ａを有する保護シート３の開口部３ａを金属箔４と樹脂接着剤１１とで封止する工程と、バスバー配線６の上に導電性接合材１０を配置する工程と、太陽電池パネル９の裏面を保護シート３で覆って、導電性接合材１０と金属箔４とを電気的に接続するとともに保護シート３と太陽電池パネル９の裏面との間を封止する工程とを有する。このようにして、先に保護シート３を封止するので、完全な封止を容易にできる。また、保護シート３と太陽電池パネル９間の封止工程とは別に行われるので、大きな硬化時間を要する樹脂接着剤１１を用いても生産性が大きく低下することはない。

実施の形態２．
図９は、本実施の形態２の太陽電池モジュールの構造を示す部分分解断面図である。保護シート３と金属箔４について示した。図５、図６で貼付けた金属箔４と対向する面に第２の金属箔４ａを設け、より止水性を高めた構造にした。この場合、対向する金属箔４と第２の金属箔４ａの間には電気的な接続を得るための導電性接合材１０と、金属箔４、４ａと保護シート３の端面との隙間を埋める充填材５を配置する必要がある。金属箔４を樹脂接着剤１１で貼り付けた後、導電性接合材１０、導電性接合材１０を配置するための開口部を設けた充填材５を配置し、第２の金属箔４ａを積層させラミネートで熱圧着を行う。端子ボックス１側から樹脂接着剤１１を塗布し、実施の形態１と同様に太陽電池パネル９と積層させることで本実施の形態２の太陽電池モジュールとなる。また、導電性接合材１０と充填材５のかわりに、異方性を有する導電性ペーストや導電性テープを用いても良い。その場合には、金属箔４、４ａと保護シート３の端面との間を充填するのに十分な量を塗布したのち、電気的接続を得たいバスバー配線６上の数ｍｍ角の部分のみ熱圧着すれば良い。その後、ラミネート工程において押圧していない部分は充填材５が硬化する。バスバー配線６上のみ導電性が得られ、その他の部分は良好な絶縁性が得られ、良好な止水性と同時に耐圧性を得ることができる。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、保護シート３の開口部３ａの金属箔４と反対側の面に樹脂接着剤１１にて第２の金属箔４ａが貼付けられており、両金属箔４，４ａ間の中心部は導電性接合材１０で接続されており、導電性接合材１０の周辺部は絶縁性を有する充填材５が配置されているので、片面のみを金属箔４及び樹脂接着剤１１で封止した実施の形態１の太陽電池モジュールよりも止水性、耐圧性が高まって信頼性の高い太陽電池となる。なお、この導電性接合材１０の周辺部に配置された充填材５、保護シート３を貼り付ける充填材５とは同じ材料であっても異なっていてもよい。

実施の形態３．
図１０は、本実施の形態３の太陽電池モジュールの構造を示す部分分解断面図である。図１０では、金属箔４を保護シート３の太陽電池パネル９側に貼り付けた場合について示した。本実施の形態は、実施の形態１の構成の太陽電池モジュールに絶縁性シート（絶縁材）１４ａ，１４ｂを加え、耐圧性能を高めたことを特徴とする。金属箔４を、保護シート３の開口部３ａより小さい開口部を有する数ｃｍ角程度の絶縁性を有する２枚の絶縁シート１４ａ，１４ｂで、止水性、絶縁性を有する樹脂接着剤１１を介して挟むことで封止し、さらに、保護シート３側の絶縁シート１４ａと保護シート３と樹脂接着剤１１にて貼り付ける。また、金属箔４周辺部を絶縁性を有する樹脂でコーティングしても良い。これにより、アルミ箔が積層された保護シート３の開口縁部と金属箔４との接触を防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、保護シート３と金属箔４との間、及び、金属箔４と光電変換層７との間に、それぞれ開口部を有する絶縁シート１４ａ，１４ｂを配置し、保護シート３と金属箔４との間の絶縁シート１４ａの開口部は保護シート３の開口部３ａよりも小さいので、保護シート３と金属箔４との間、及び金属箔４と光電変換層７との間の絶縁性を向上させることができる。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４の太陽電池モジュールの部分的な斜視図である。保護シート３の開口部３ａより大きい絶縁性を有する絶縁シート１４が、バスバー配線６と光電変換層７との間に配置されている。光電変換層７とバスバー配線６との接続は、導電性ペーストなどの導電性接合材１０を該絶縁シート１４を避けて点状に配置すればよい。保護シート３に貼り付けられた金属箔４と光電変換層７や光電変換層７と導電性接合材１０との接触を防ぎ耐圧性を確保することができる。

実施の形態５．
図１２は、本実施の形態５の太陽電池モジュールの構造を示す部分断面図である。本実施の形態は、図示しない保護シート３に設けた開口部３ａの位置を太陽電池モジュールの端辺からバスバー配線６と直交する方向で太陽電池モジュールの内側に数ｃｍ移動させたことを特徴とする。保護シート３に貼り付けた金属箔４をバスバー配線６と接続できるような長尺な形状にすることで、バスバー配線６から離れた位置であっても電気的な接続を得ることができる。この場合には金属箔４と光電変換層７とが接触しないよう両者間に絶縁シート１４を敷設する必要がある。図示しない保護シート３の開口部３ａの位置は、太陽電池モジュールの端辺からバスバー配線６と直交する方向内側に数ｃｍ移動した図１２の点線にて示す位置となる。そして、この位置に端子ボックス１が設けられる。このような構成により、端子ボックス１と端部に設けられたフレーム２の間に余裕ができ、端子ボックス１の装着が容易となり、生産性を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、金属箔４とバスバー配線６との接続点と保護シート３の開口部の位置が、太陽電池パネル９に平行な面内で異なる位置である。このようにして、保護シート３の開口部３ａの位置を任意の位置に変えることができるため、端子ボックス１とフレーム２との干渉を防ぎ（図１）、生産性を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、裏面に光電変換層を有する平板状の太陽電池パネルの裏面に樹脂でなる充填材を介して貼着された保護シートを有する太陽電池モジュールに適用されて好適なものである。

１ 端子ボックス
２ フレーム
３ 保護シート
３ａ 開口部
４ 金属箔
４ａ 第２の金属箔
５ 充填材
５ａ 開口部
６ バスバー配線
７ 光電変換層
８ 透明基板
９ 太陽電池パネル
１０ 導電性接合材
１１ 樹脂接着剤
１２ 導線
１３ 樹脂
１４，１４ａ，１４ｂ 絶縁シート（絶縁材）

Claims (7)

1. 裏面に光電変換層を有する平板状の太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの裏面に樹脂でなる充填材を介して貼着された保護シートと、
   前記太陽電池パネル及び前記保護シート間にバスバー配線を有する太陽電池モジュールであって、
   前記保護シートは、一部に開口部を有し、
   前記保護シートの開口部には、前記充填材が露出しないように開口部よりも大きい金属箔が樹脂接着剤で貼り付けられて封止され、
   前記金属箔と前記バスバー配線との間に導電性接合材を有し、
   前記金属箔を介して外部に電力が取り出される
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記保護シートと前記金属箔の間にある前記樹脂接着剤の厚みは、前記充填材の厚みの１／１０以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記保護シートの開口部は、前記バスバー配線と重なる位置の一部に設けられ、
   前記保護シートの開口部に重なるようにして端子ボックスが固定されている
   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. 前記開口部の前記金属箔と反対側の面に樹脂接着剤で第２の金属箔が貼付けられており、両金属箔は、両金属箔間の中心部に配置された導電性接合材で接続されており、該導電性接合材の周辺部に絶縁性を有する充填材が配置されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記保護シートと前記金属箔との間、及び、前記金属箔と前記光電変換層との間に、それぞれ開口部を有する絶縁材を配置し、前記保護シートと前記金属箔との間の絶縁材の開口部は前記保護シートの開口部よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記金属箔と前記バスバー配線との接続点と前記保護シートの前記開口部の位置が、前記太陽電池パネルに平行な面内で異なる位置である
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 裏面に光電変換層を有する平板状の太陽電池パネルにバスバー配線を配設する工程と、 開口部を有する保護シートの前記開口部を金属箔と樹脂接着剤とで封止する工程と、
   前記バスバー配線の上に導電性接合材を配置する工程と、
   前記太陽電池パネルの裏面を前記保護シートで覆って、前記導電性接合材と前記金属箔とを電気的に接続するとともに前記保護シートと前記太陽電池パネルの裏面との間を封止する工程と、
   を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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