JP5381717B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池素子を有する太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール用駆体に関するものである。

従来の太陽電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、太陽電池素子を透明樹脂で封止してなる太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの背面側に配置され、太陽電池パネルへの入射光を太陽電池素子の裏面側に反射させる反射体を有する背面板とを備えたものが知られている。

特開２００１−１２７３３１号公報

ところで、上記従来技術のような太陽電池モジュールの製造においては、例えば前面板と背面板（光反射板）との間に太陽電池素子を挟むように透明樹脂（封止樹脂）を配し、その状態で太陽電池素子をラミネートするという方法がある。しかし、封止樹脂は、軟質性樹脂であり、大きな成型流動を伴うことがある。このため、太陽電池素子をラミネートする際に太陽電池素子の位置ずれが生じやすくなり、太陽電池素子を光反射板に対して精度良く位置決めすることが困難になる。光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度が悪いと、太陽電池素子への太陽光の集光効率が低下し、結果的に発電効率が低下してしまう。

本発明の目的は、光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度を向上させることができる太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール用駆体を提供することである。

本発明は、太陽電池素子と、太陽電池素子の背面側に配置され、太陽電池素子の前面側から入射された太陽光を反射させる凹凸状の光反射板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池素子を固定するための封止樹脂からなる第１樹脂シートを光反射板に接合してなる駆体を形成する第１工程と、第１樹脂シートにおける光反射板とは反対側の面に太陽電池素子を配置する第２工程と、封止樹脂からなる第２樹脂シートと第１樹脂シートとで太陽電池素子を挟むように第２樹脂シートを配置し、その状態で太陽電池素子をラミネートする第３工程とを含むことを特徴とするものである。

このように本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池素子を固定するための封止樹脂からなる第１樹脂シートを光反射板に接合してなる駆体を形成する。これにより、その後で第１樹脂シートにおける光反射板とは反対側の面に太陽電池素子を配置し、封止樹脂からなる第２樹脂シートと第１樹脂シートとで太陽電池素子を挟むように第２樹脂シートを配置し、その状態で太陽電池素子をラミネートしたときに、封止樹脂の大変形流動が起きにくくなる。従って、太陽電池素子の位置ずれが生じにくくなるため、光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度を向上させることができる。また、本発明によれば、太陽電池素子の割れに伴う不良の発生を防止することができる。

好ましくは、光反射板として、太陽光を反射させる光反射面を形成する熱可塑性樹脂フィルムを塑性基板に接着してなるものを用いる。この場合には、剛性を有する塑性基板に第１樹脂シートが支持されることになるため、駆体において第１樹脂シートの凹凸形状の精度を十分保つことができる。従って、太陽電池素子をラミネートしたときに、光反射板に対する太陽電池素子の位置ずれが一層生じにくくなる。また、光学的な集光効率を高く保つことができる。

また、好ましくは、第１工程においては、封止樹脂の架橋率が３０％以下となるように駆体を形成する。この場合には、その後に太陽電池素子をラミネートしたときに、封止樹脂の架橋反応がムラ無く進行するようになる。また、第１樹脂シートと他の封止樹脂との接合強度が高く保たれることになる。このため、封止樹脂からの気泡の発生が十分に抑制され、太陽電池素子と封止樹脂との接合強度を高くすることができる。また、太陽電池モジュールに大きな熱的ストレスが加わったとしても、封止樹脂の剥離に伴う品質トラブルが発生することが殆ど無い。

本発明の太陽電池モジュール用駆体は、凹凸状の光反射板と、光反射板に接合され、太陽電池素子を固定するための封止樹脂からなる樹脂シートとを備え、樹脂シートにおける光反射板とは反対側の面が露出した状態となっていることを特徴とするものである。

このような本発明の太陽電池モジュール用駆体を用いて太陽電池モジュールを製造するときは、樹脂シートにおける光反射板とは反対側の面に太陽電池素子を配置し、更に封止樹脂からなる他の樹脂シートを太陽電池素子の上に配置し、その状態で太陽電池素子をラミネートする。このように太陽電池モジュール用駆体を用いることにより、太陽電池素子をラミネートしたときに、封止樹脂の大変形流動が起きにくくなる。従って、太陽電池素子の位置ずれが生じにくくなるため、光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度を向上させることができる。また、太陽電池素子の割れに伴う不良率の増加を防止することができる。

本発明によれば、光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度を向上させることができる。これにより、太陽電池素子に太陽光を効率良く集め、発電効率を向上させることが可能となる。

本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態により製造される太陽電池モジュールを示す断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールを製造する工程を示す断面図である。 図１に示した太陽電池モジュールを製造する工程の変形例を示す断面図である。 本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態により製造される他の太陽電池モジュールを示す断面図である。 図４に示した太陽電池モジュールを製造する工程を示す断面図である。 図４に示した太陽電池モジュールを製造する工程の変形例を示す断面図である。 本発明に係わる太陽電池モジュール用駆体の一実施形態を示す断面図である。 太陽電池モジュールのパラメータを示す断面図である。 太陽電池モジュールを製造する工程の比較例を示す断面図である。 太陽電池モジュールを製造する工程の他の比較例を示す断面図である。 太陽電池モジュールを製造する工程の更に他の比較例を示す断面図である。

１…太陽電池モジュール、２…太陽電池素子、３…前面板、４…光反射板、６…塑性基板、７…熱可塑性樹脂フィルム、１２…樹脂シート（第１樹脂シート）、１３…接合前駆体（太陽電池モジュール用駆体）、１４…樹脂シート（第２樹脂シート）、１５…樹脂シート、２０…太陽電池モジュール、２１…太陽電池素子、２２…光反射板、２３…塑性基板、２４…熱可塑性樹脂フィルム、３２…接合前駆体（太陽電池モジュール用駆体）。

以下、本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール用駆体の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態により製造される太陽電池モジュールを示す断面図である。同図において、太陽電池モジュール１は、複数の両面受光型の太陽電池素子２と、各太陽電池素子２の前面側に配置された前面板３と、各太陽電池素子２の背面側に配置され、モジュール前面側からモジュール内に入射された太陽光をモジュール前面側に反射させる波状（凹凸状）の光反射板４と、前面板３と光反射板４との間に設けられ、各太陽電池素子２を固定するための封止樹脂からなる樹脂部５とを備えている。

太陽電池素子２は、例えばｐ型シリコンウェハー上にリン拡散及びボロン拡散によりｎ層及びｐ層を形成したｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有している。各太陽電池素子２は、等間隔のピッチで配列されている。前面板３は、例えば白板強化ガラスで形成されている。

光反射板４は、波状の凹凸加工が施された塑性基板６と、この塑性基板６の表面に接着され、太陽光を反射させる光反射面を有する熱可塑性樹脂フィルム７とからなっている。塑性基板６としては、アルミニウム、ステンレス、真鍮、銅、鉄等の金属板や、塑性変形性を有する発泡性樹脂シート等が用いられる。

熱可塑性樹脂フィルム７としては、波長５５０ｎｍにおける光反射率が８０％以上のものを用いるのが望ましい。このような熱可塑性樹脂フィルム７としては、例えば２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを基材とし、このポリエチレンテレフタレートフィルム上にガス遮蔽性に優れたアクリル樹脂等をプライマーとして塗布し、更に銀または銀合金をスパッタリング法もしくは真空蒸着法によってコーティングした蒸着フィルムが用いられる。このとき、銀の耐腐食性を高めるために、更にアクリル樹脂等をオーバーコート層としてコーティングするのが好ましい。なお、蒸着フィルムの代わりに、発泡粒径３０μｍ以下の微発泡白色熱可塑性樹脂フィルムを用いても良い。また、銀合金としては、銀−金合金、銀−白金合金、銀−パラジウム合金等を用いるのが好ましい。

樹脂部５を形成する封止樹脂としては、例えば架橋剤入りのエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ樹脂）、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレン樹脂等が用いられる。

図２は、上述した太陽電池モジュール１を製造する工程を示す断面図である。同図において、まず塑性基板６に熱可塑性樹脂フィルム７を接着してなる波状の光反射板４を作成する（図２（ａ）参照）。

次いで、光反射板４の形状に対応する凹凸加工が内側表面に施された下金型１０と、内側表面が平面状となっている上金型１１とを用意する。そして、下金型１０上に光反射板４をセットし、更に封止樹脂からなる厚膜の樹脂シート１２を光反射板４の上に配置する（図２（ｂ）参照）。

そして、真空吸引後、熱プレス加工を施して、光反射板４と樹脂シート１２との接着成型体（接合前駆体）１３を形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、樹脂シート１２を形成する封止樹脂の架橋率が好ましくは３０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは５％以下となるように温度制御しながら、接合前駆体１３を形成する。ここで、封止樹脂の架橋率は、可溶性溶媒に溶解した際のゲル分率として定義され、例えばＥＶＡ樹脂でトルエンの熱抽出によるゲル分率の定量法が一般的である。接合前駆体１３は、その後の製造工程においてバックシートとして使用される。接合前駆体１３の上面（光反射板４とは反対側の面）は、露出しており、平面状となっている。また、接合前駆体１３の厚みＳ（図７参照）は、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上である。これにより、集光作用を高効率に得ることができる。

次いで、接合前駆体１３が載置された下金型１０を真空ドライラミネーターのヒートステージ上にセットする。そして、接合前駆体１３の上面に複数の太陽電池素子２を載置する。このとき、太陽電池素子２の中心及び各太陽電池素子２間の領域の中心が接合前駆体１３の薄肉部に一致するように、各太陽電池素子２を接合前駆体１３の上面に配置する。そして、上記の封止樹脂からなる薄肉の樹脂シート１４を各太陽電池素子２の上に配置し、更に樹脂シート１４の上に前面板３を配置する（図２（ｄ）参照）。

その状態で、真空ドライラミネーターによって真空プレスを行うことで、封止樹脂の架橋反応を進行させて各太陽電池素子２をラミネートする（図２（ｅ）参照）。これにより、上述した太陽電池モジュール１が得られる。

図３は、図２に示した太陽電池モジュール１の製造工程の変形例を示す断面図である。ここで、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す工程は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す工程と同様である。

図３（ｃ）に示す接合前駆体１３を形成した後、接合前駆体１３が載置された下金型１０を真空ドライラミネーターのヒートステージ上にセットする。そして、封止樹脂からなる薄肉の樹脂シート１５を接合前駆体１３の上面に配置し、この樹脂シート１５の上に複数の太陽電池素子２を載置する。そして、封止樹脂からなる薄肉の樹脂シート１４を各太陽電池素子２の上に配置し、更に樹脂シート１４の上に前面板３を配置する（図３（ｄ）参照）。

その状態で、真空ドライラミネーターによって真空プレスを行うことで、封止樹脂の架橋反応を進行させて各太陽電池素子２をラミネートする（図３（ｅ）参照）。これによっても、上述した太陽電池モジュール１が得られる。

本変形例では、接合前駆体１３の薄肉部と太陽電池素子２との間隙が安定して保たれるので、例えば金属製の塑性基板６への電流リークによる耐電圧性能を十分高めることができる。また、太陽電池素子２と封止樹脂との接合強度を高めることも可能であるため、長期の信頼性に優れた太陽電池モジュール１を得ることができる。

ところで、両面受光型の太陽電池素子の背面側に凹凸状の光反射板を配して、太陽光を太陽電池素子に集める太陽電池モジュールでは、光反射板に対応する凹凸構造を透明材料により形成する必要がある。

このとき、透明材料としてガラス材料を用いる場合には、狙った凹凸形状に加工することが極めて困難であるうえ、太陽電池モジュールの重量が増大する。さらには、ダイレクトロールアウト法等の一般的なガラス成形法では、形状が安定せず、量産性に乏しい。また、透明材料としてアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の一般的な透明熱可塑性樹脂を用いる場合には、前面板に用いられるガラス材料との線膨張係数の違いから反りや歪みが発生し、太陽電池素子に大きなストレスが加わり、信頼性に劣るという問題がある。さらに、何れの場合にも、凹凸の変曲点部分からクラックが成長し、モジュール内部に水分や酸素が浸透し易くなり、耐久性が低下する。

そこで、太陽電池素子を封止するためのＥＶＡ樹脂等の封止樹脂を用いることが望ましい。しかし、ＥＶＡ樹脂等の封止樹脂は、柔軟性に優れた軟質透明樹脂である。このため、太陽電池素子をラミネートする際に、封止樹脂の大流動により太陽電池素子がずれ動き易くなる。また、封止樹脂を用いて凹凸形状を賦形すると、封止樹脂の応力緩和やクリープにより形状が崩れ易くなり、形状保持性能が低くなる。これらにより、太陽電池素子を光反射板に対して高精度に位置決めすることが困難である。

封止樹脂の形状保持性能を確保するためには、封止樹脂中に架橋剤やラジカル重合開始剤を入れる必要がある。しかし、この場合には、封止樹脂を厚膜に成形した時に気泡が発生し易くなり、その気泡がモジュール内部で光散乱現象を引き起こし、モジュールの性能が低下してしまう。

これに対し本実施形態においては、まず熱プレス加工によって、厚膜の樹脂シート１２を波状の光反射板４に接合してなる接合前駆体１３を形成する。このため、その後に接合前駆体１３の上に太陽電池素子２を配置し、太陽電池素子２の上に薄肉の樹脂シート１４及び前面板３を順に配置した状態で、太陽電池素子２をラミネートするときに、封止樹脂の大流動に伴った太陽電池素子２の位置ずれが起きにくくなる。また、剛性のある塑性基板６に樹脂シート１２が支持されることに加え、光反射板４に対応する凹凸加工が施された下金型１０に接合前駆体１３が載置されるので、太陽電池素子２のラミネート時においても、封止樹脂の形状保持精度が高く保たれる。さらに、接合前駆体１３がバックシートとして利用されるため、太陽電池素子２に不要な応力が加わることが殆ど無い。以上により、光反射板４に対する太陽電池素子２の位置関係を高精度に保つことができる。その結果、太陽電池素子２に対する集光効率を向上させ、ひいては発電効率を向上させることが可能となる。

また、光反射板４に対する太陽電池素子２の位置関係が高精度に保たれるため、太陽電池素子２のラミネート時に、封止樹脂の架橋反応がムラ無く均一に進行するようになる。従って、封止樹脂に気泡が発生しにくくなるため、気泡の発生による集光効率の低下や光反射板４からの封止樹脂の剥がれを十分抑えることができる。

さらに、接合前駆体１３を使用することにより、太陽電池素子２のラミネート時に応力によるダメージを受けやすい銀蒸着層または銀合金蒸着層やプライマー層が破断、分解することが防止される。このため、酸素や水分の浸入による銀蒸着層または銀合金蒸着層の劣化を防ぐことができる。これにより、光反射板４の光反射率を高い状態に維持することが可能となる。

また、上述したように接合前駆体１３がバックシートとして使用されるため、太陽電池素子２に不要な応力が加わることが防止される。このため、封止樹脂の流動変形ストレスによる太陽電池素子２の損傷や割れ、接合不良の発生が抑制される。従って、太陽電池モジュール１の品質安定性を向上させることができる。また、太陽電池モジュール１を低コストで且つ高い生産性で製造することができる。

さらに、太陽電池モジュール１が設置された状態では、金属製の塑性基板６が放熱板としての役割を果たし、太陽電池素子２に蓄積した熱を効率良く逃がすようになる。これにより、太陽電池素子２の温度上昇に伴う発電効率の低下を避けることができる。

また、光反射板４は薄い塑性基板６を板金加工した構造であるため、光反射板４が熱膨張・収縮を繰り返しても、光反射板４自体がバネとしての役割を果たし、熱収縮応力を柔軟に吸収することとなる。これに加え、軟質な封止樹脂は、熱収縮応力を逃がす作用を有している。このため、太陽電池モジュール１を例えば１ｍ角程度に大型化した場合に、太陽電池モジュール１を長期間にわたって使用しても、モジュール内部に応力歪みが蓄積されることは殆ど無い。従って、光反射板４の剥離やひび割れ、太陽電池素子２の接合不良等の発生を防止することが可能となり、２０年以上にわたる長期間の信頼性を確保することができる。

以上により、太陽電池モジュール１を高い生産性で製造することが可能となる。また、太陽電池モジュール１を長期間にわたって使用した場合でも、高い信頼性を確保することが可能となる。

また、透明材料としてガラスやポリカーボネート等を用いる場合と異なり、封止樹脂からなる樹脂部５の界面での屈折率差に伴う不要な光散乱の発生が抑制されるため、太陽電池モジュール１外へのリーク光が低減される。従って、太陽電池モジュール１を屋根に設置した場合のぎらつき感が少なくなり、外観品質に優れた太陽電池モジュール１を得ることができる。

図４は、本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態により製造される他の太陽電池モジュールを示す断面図である。図中、図１に示した太陽電池モジュール１と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、太陽電池モジュール２０は、複数の片面受光型の太陽電池素子２１と、各太陽電池素子２１の前面側に配置された前面板３と、各太陽電池素子２１の背面側に配置され、モジュール前面側からモジュール内に入射された太陽光をモジュール前面側に反射させる凹凸状の光反射板２２と、前面板３と光反射板２２との間に設けられ、太陽電池素子２１を固定するための封止樹脂からなる樹脂部５とを備えている。

太陽電池素子２１は、例えば単結晶ｐ型シリコンウェハー上にリン拡散を行った接合構造を有している。各太陽電池素子２１は、等間隔のピッチで配列されている。

光反射板２２は、凹凸加工が施された塑性基板２３と、この塑性基板２３の表面に接着され、太陽光を反射させる光反射面を有する熱可塑性樹脂フィルム２４とからなっている。光反射板２２は、平坦部とＶ字状部とが連続して隣り合うように形成されている。塑性基板２３の材料は、上記の塑性基板６と同様であり、熱可塑性樹脂フィルム２４の材料は、上記の熱可塑性樹脂フィルム７と同様である。

図５は、上述した太陽電池モジュール２０を製造する工程を示す断面図である。同図において、まず塑性基板２３に熱可塑性樹脂フィルム２４を接着してなる凹凸状の光反射板２２を作成する（図５（ａ）参照）。

次いで、光反射板２２の形状に対応する凹凸加工が内側表面に施された下金型３０と、内側表面が平面状となっている上金型３１とを用意する。そして、下金型３０上に光反射板２２をセットし、更に封止樹脂からなる厚膜の樹脂シート１２を光反射板２２の上に配置する（図５（ｂ）参照）。

そして、真空吸引後、熱プレス加工を施して、光反射板２２と樹脂シート１２との接着成形体（接合前駆体）３２を得る（図５（ｃ）参照）。接合前駆体３２の上面（光反射板２２とは反対側の面）は、露出しており、平面状となっている。また、接合前駆体３２は、光反射板２２の平坦部において薄肉部が形成された構造となっている。

次いで、接合前駆体３２が載置された下金型３０を真空ドライラミネーターのヒートステージ上にセットする。そして、接合前駆体３２の上面に複数の太陽電池素子２１を載置する。このとき、各太陽電池素子２１が接合前駆体３２の薄肉部に一致し、各太陽電池素子２１間の領域の中心が接合前駆体３２の最厚肉部に一致するように、各太陽電池素子２１を接合前駆体３２の上面に配置する。そして、これらの太陽電池素子２１の上に樹脂シート１４を配置し、更に樹脂シート１４上に前面板３を配置する（図５（ｄ）参照）。

その状態で、真空ドライラミネーターによって真空プレスを行うことで、封止樹脂の架橋反応を進行させて太陽電池素子２１をラミネートする（図５（ｅ）参照）。これにより、上述した太陽電池モジュール２０が得られる。

なお、図５（ｄ）に示す工程では、接合前駆体３２の上に太陽電池素子２１、樹脂シート１４及び前面板３を順に積み重ねたが、図３（ｄ）に示す工程と同様に、接合前駆体３２の上に樹脂シート１５、太陽電池素子２１、樹脂シート１４及び前面板３を順に積み重ねても良い。

また、接合前駆体３２を得るにあたっては、樹脂シート１２から接合前駆体３２を作る態様ばかりでなく、図６に示すように、樹脂ペレット４０を金型内に配して接合前駆体３２を作る方法も実施可能である。但し、この場合には、最初から樹脂シート１２を用いる態様に比べ、気泡の混入が発生しやすいため、成型には注意を要する。即ち、最初から樹脂シート１２を用いる方法が最も気泡の混入が少なく、好ましい成型方法である。

さらに、射出成型可能な封止樹脂については、金型内に光反射板２２をインサートして成型する方法も、接合前駆体３２を得る方法として実施可能である。但し、この場合には、架橋率の精密な制御が困難となるため、留意を要する。

以上のような本実施形態においては、封止樹脂からなる樹脂シート１２を光反射板２２に接合してなる接合前駆体３２を使用して、太陽電池モジュール２０を製造するので、上述した実施形態と同様に、光反射板２２に対する太陽電池素子２１の位置精度を高くし、太陽電池素子２１に対する集光効率を向上させる等といった効果を得ることができる。

以下、上記実施形態に相当する実施例について説明する。

［実施例１］
まず、ｐ型シリコンウェハーを基板とし、リン拡散及びボロン拡散によりｎ層及びｐ層を形成したｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有する両面受光型の太陽電池素子（セル）を用意する。この太陽電池素子のバイフェイシャリティー（両面の発電効率の比率）は０．８５であり、表面変換効率は１５％である。太陽電池素子のセルサイズは、１５ｍｍ×１２５ｍｍ×厚み２００μｍである。太陽電池素子の表面には、光学薄膜による反射防止加工及びテクスチャーリング加工が施されている。つまり、太陽電池素子は、表面反射ロスによる発電量損失を減らす構造とされている。

そして、幅２ｍｍのニッケルめっきを施した銅インターコネクタを、スズ−銀−銅系の鉛フリー半田により太陽電池素子に半田付けすることにより、３直列のセルストリングスを作成する。このとき、各太陽電池素子間に間隙を空け、各太陽電池素子の配列ピッチを３０ｍｍとする。

また、図２に示すように、銀合金蒸着加工を施した熱可塑性樹脂フィルム（光反射フィルム）とアルミニウム基板（金属基板）とを接着してなる波状（凹凸状）の光反射板を、板金加工により作成する。このとき、光反射板の傾斜角度φ（図８参照）は、３２°とされている。

アルミニウム基板の厚みは、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．２５ｍｍ、より好ましくは０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ、特に好ましくは０．１２ｍｍ〜０．１８ｍｍとなっている。光反射フィルムとしては、アクリル系光硬化樹脂からなるプライマー処理が２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム上に施されたものを基材とし、ロール・トウ・ロール法によって銀−パラジウム合金を１１０ｎｍ程度スパッタリングした後、アクリル系光硬化樹脂からなるオーバーコート層をスパッタリング層上に設けたものを用いる。光反射フィルムとしては、波長５５０ｎｍにおける光反射率が９１％の光反射層を有しているのが好適である。

この際、アルミニウム基板の代わりに、可塑性に優れた厚み０．２５ｍｍなる微発泡ポリエチレンテレフタレート製樹脂シートを賦形加工して用いることも可能である。この場合には、軽量化と同時に、雷等、外部からの不用意な高電圧に対する耐リーク性を高めることができる。

光反射板の板金加工においては、ぎらつきによる外観品質の悪化を抑え、曲げ加工部でのマイクロクラック発生による銀合金蒸着層やプライマー層へのダメージを低減し、銀合金蒸着層が長期にわたって酸化劣化しないように、弱いＲ加工を施すのが好適である。例えばＲ＝０．１２ｍｍのＲ形状が蒸着層に賦与されるようにプレス加工を行う。

次いで、図２に示すように、光反射板に対応する凹凸形状を賦形すべく、表面にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）加工による離型処理が施されたメス型のアルミ金型を用意する。次いで、上記の光反射板を金型内にインサートする。そして、太陽電池封止樹脂として架橋剤及びラジカル重合開始剤を分散したエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ樹脂）からなる厚膜シートを金型上にセットする。そして、真空吸引後、ＥＶＡ樹脂の熱変形温度以上かつ架橋開始温度以下なる９０℃で熱プレス加工を施す。そして、ＥＶＡ樹脂のトルエン溶媒抽出法によって測定した架橋率が少なくとも３０％以下、好ましくは１５％以下、更に好ましくは５％以下となるように温度制御しながら、光反射板と低架橋ＥＶＡ樹脂とからなる接着成形体（接合前駆体）を得る。

接合前駆体は、図７に示すように、最大厚みが７ｍｍ程度とされ、最も薄肉の箇所でもＥＶＡ樹脂が残肉された構成となっている。これは、電圧リークの起こりやすい金属基板と高電圧が付加されるインターコネクタ部とが適切な間隙で保たれ、高い電圧が賦与されるメガソーラー用途の太陽電池モジュールとしても、安定したデバイス品質を確保するためである。このとき、最も薄肉の箇所でのＥＶＡ樹脂の厚みは、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．４ｍｍ以上、最も好ましくは０．６ｍｍ以上である。

次いで、上記のようにして得られた接合前駆体をバックシートとして太陽電池モジュールを製造する。具体的には、凹凸加工が施されたメス型金型をドライラミネーターのヒートステージ上にセットして、接合前駆体の形状保持を行う。そして、図２に示すように、接合前駆体の上にセルストリングスをセットし、更にその上に厚み０．６ｍｍ程度のＥＶＡ樹脂シートを配し、最上面に厚み４．０ｍｍなる白板強化ガラスからなる前面板を配する。前面板としては、滑らかな粗面凹凸（算術平均粗さＲａ及び粗面の平均間隔Ｓｍにより定義される指標Ｒａ／Ｓｍが０．７、好ましくは０．４５）が賦与されたものを用いることが、接合強度と集光性能とのバランスを確保する上で好ましい。そして、ドライラミネーターを用いて、１４０℃の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行ってＥＶＡ樹脂の架橋反応を進行させることにより、太陽電池モジュールを得る。

このように本実施例においては、架橋反応の進行していない接合前駆体がバックシートの代わりに用いられるため、セルストリングスの真空ドライラミネート工程においてセルストリングスに加わる応力が低減される。また、光反射板に対応する凹凸加工を施した金型が、セルストリングスのラミネート時に太陽電池封止樹脂の形状保持作用を果たすことになる。このため、光反射板とセルストリングスとの位置関係が高精度に保たれる。これにより、ＥＶＡ樹脂の架橋反応がムラ無く均一に進行し、ＥＶＡ樹脂からの気泡の発生による集光効率の低下が十分に抑えられ、発電性能の高い太陽電池モジュールを得ることができる。また、太陽電池モジュールの製造工程中に、不要な応力がセルストリングスに加わることが無いため、セル割れやストリングスの歪みに起因する工程内不良による不良品が発生しない。

また、太陽電池モジュールのラミネート成形時に、応力によるダメージを受けやすい銀合金蒸着層やプライマー層が破断、分解することが無いため、クラックからの酸素や水分の浸入による銀合金の劣化を防ぐことができる。これにより、ロール・トウ・ロール成膜法により得られた銀合金蒸着フィルムの耐久品質を確保することができる。

さらに、金属基板が太陽電池封止樹脂の形状保持（クリープ防止）の役割とヒートシンクとしての役割を兼ね備える。このため、砂漠等の温度差が極めて激しい地域において太陽電池モジュールを使用した場合でも、集光部の形状が光学的に長期間にわたって十分な精度で保たれる。また、セルの温度が低く保たれる。従って、発電効率の低下が十分少なくなる。

ここで、光反射板の傾斜角度は、発電効率を支配するために重要な要素である。特にセルとセルとの間（セル間隔）における光反射板の傾斜角度φ（図８参照）を高精度に制御することは、実用的な発電効率を確保する上で極めて重要である。セル間隔における光反射板の傾斜角度φは、光の集光効率、接合前駆体を用いた成型安定性のバランス、セルへの太陽光の均一な照射によるホットスポット現象の抑制を考慮して、下記式により定められるθを用いて決定されることが好ましい。

少なくとも ０．５×arcsin（ｎ^−１） ＜φ＜θ＋１５°
好ましくは ０．５×arcsin（ｎ^−１）＋２°＜φ＜θ＋１２°
より好ましくは ０．５×arcsin（ｎ^−１）＋３°＜φ＜θ＋７°
極めて好ましくは θ−３°＜φ＜θ＋５°
最も好ましくは θ−２°＜φ＜θ＋２°

ただし、ａは、太陽電池素子（セル）の配列方向に対する集光倍率、つまり（セル配列ピッチ）／（セル幅）として定義される値である。ｎは、前面板を形成するガラス材料の屈折率である。Ｌは、セルの配列ピッチである。ｔは、セル受光面から前面板表面までの前面側クリアランスとして定義される値である（図８参照）。

代表例としては、ａ＝２、ｎ＝１．４９、Ｌ＝３０ｍｍ、ｔ＝４．５ｍｍである。そして、傾斜角度φは、上記関係式の０°〜９０°の範囲内の解として選択される。具体的には、上記数値では、傾斜角度φは、少なくとも２１°〜４５°の範囲、好ましくは２３°〜４１°の範囲、より好ましくは２４°〜３６°の範囲、極めて好ましくは２７°〜３５°の範囲、最も好ましくは２８°〜３２°の範囲として形状制御される。ここで、光反射板は、セル間隔領域における大部分にわたって、上記φの角度範囲に形状制御されていることが重要である。例えば８０％以上のセル間隔領域がその角度範囲に収められるべく、光反射板の形状が賦形されている。

上記の工程を経て製造された太陽電池モジュールでは、上述したように光学的集光効率を長期間にわたって安定して保てるだけでなく、光反射板の角度が適切に設定されることで、光閉じ込め効果が高くなっている。従って、太陽電池モジュールを屋外に設置した際に、光反射板からのぎらつき感が少なく、外観品質に優れている。

［実施例２］
まず、厚み２００μｍなる単結晶ｐ型シリコンウェハー上に熱拡散によりリン拡散を行った接合構造を有する片面受光型の太陽電池素子（セル）を用意する。この太陽電池素子の表面には、エッチングによるテクスチャリング処理と、ＳｉＮによるパッシべーション処理及び反射防止処理とが施されている。太陽電池素子の背面には、アルミニウム電極の熱拡散によるバックサーフェースフィールド構造が形成され、太陽電池素子の表面には、スクリーン印刷法により銀フィンガー電極の形成が行われ、更にファイアスルー工程を経て電極接合形成が行われている。太陽電池素子の変換効率は１７．１％である。太陽電池素子は、セルサイズが１５ｍｍ×１２５ｍｍとなるように、ダイアモンド刃を用いたダイシング装置により切削が行われている。また、各太陽電池素子間の間隔（セル間隔）が１５ｍｍとなるように、平型錫めっき銅線からなるインターコネクタをリフロー法により太陽電池素子に半田付けすることにより、３直列のセルストリングスを作成する。

また、図５に示すように、塑性変形可能な基板と光反射フィルムとを貼り合わせた構造を有する光反射板を作成する。塑性変形可能な基板としては、アルミニウム、真鍮、ステンレス、銅等の金属基板や、独立気泡構造を有する低発泡性ポリプロピレンシートや低発泡性ポリエチレンテレフタレートシートが用いられる。基板の厚みは、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．２５ｍｍ、より好ましくは０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ、特に好ましくは０．１２ｍｍ〜０．１８ｍｍである。

基板に貼り合わされる光反射フィルムとしては、銀、銀合金、アルミニウム、クロム等の高反射率金属を熱可塑性樹脂フィルム上に蒸着したフィルムや、タルク、チタニア、マイカ等の白色顔料や蛍光増白剤を混練したポリエチレンテレフタレート等の白色熱可塑性樹脂フィルムや、アゾジカルボンアミド等の発泡剤や二酸化炭素を用いた超臨界発泡法により微細な発泡構造を形成した白色熱可塑性樹脂フィルムが用いられる。特に熱可塑性樹脂フィルムとしては、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム上にアクリル系光硬化樹脂からなるプライマー処理が施されたものを基材とし、ロール・トウ・ロール法によって耐腐食性に優れた銀合金をスパッタリングした後、アクリル系光硬化樹脂からなるオーバーコート層をスパッタリング層上に設けたものを用いるのが好ましい。このとき、耐腐食性に優れた銀合金として、銀−パラジウム合金、銀−金合金、銀−白金合金等を７０ｎｍ以上、好ましくは９０ｍｍ以上スパッタリングする。

光反射フィルムとしては、波長５５０ｎｍにおける光反射率が９１％の光反射層を有しているのが好適である。この場合には、劣化の引き金となり得る酸素や水分の拡散が、ガスバリア性に優れたアクリル系光硬化樹脂によって妨げられる。このため、銀合金蒸着層が強固に劣化成分から隔離される。また、柔軟性に優れたアクリル系光硬化樹脂の特性から、光反射板に集光構造を形成すべく数多くの曲げ加工を施したとしても、曲げ加工部からガス透過が発生することが無い。従って、光反射板の長期耐久性能を高くすることができる。また、柔軟性を有し、ガスバリア性に優れたプライマーであれば、例えばアクリル系熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。

また、光反射フィルムとしては、光反射面上に、例えばシリカ、チタニアの順序で金属層−低屈折率層−高屈折率層となるような光学薄膜からなる増反射加工を施すのが更に好ましい。これにより、更に高い発電効率を得ることができる。また、高い耐久性能を有する金属蒸着層を得ることが可能となる。

また、金属基板と光反射フィルムとの接着には、ウレタン系接着剤を用いるのが好ましい。この場合には、両者が強固に接合されるため、板金加工の応力に伴う剥がれや割れによってマイクロボイドが発生することが防止され、耐電圧特性や耐トラッキング特性に悪影響を与えることが無い。

光反射板の板金加工に通常のプレス加工法を用いると、蒸着層薄膜の剥離や破断、分解が発生し、簡単に光反射率が低下してしまう。このため、光反射板の賦形加工としては、プレスブレーキ加工の如く、極力光反射板に延伸変形（引張応力）を与えない加工を行い、蒸着層にダメージを与えないようにする。この際、光反射板の曲げ部に関して、表面に鋭角状にエッジ処理する単純な曲げ加工を行うと、光散乱が発生し易くなり、外観品質を損なって商品価値を低下させる。また、この悪影響ばかりでなく、せっかく形成した銀蒸着層を保護するプライマー層やオーバーコート層が破壊されるため、マイクロクラックから銀蒸着層に水分や酸素が行き渡り易くなり、簡単に光反射率の低下を招いてしまう。従って、２０年にもわたる耐久性能の確保が必要な太陽電池モジュールに用いる光反射板としては、全く利用価値の無いものとなる。

そこで、金属基板（塑性基板）と光反射フィルムとの接合体からなる光反射板では、マイクロクラックが発生しないように、少なくとも０．００５ｍｍ以上、好ましくは０．０１ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ以上のＲが曲げ部の銀蒸着層に形成されるような加工を施す。これにより、光反射板の外観品質の改善が図られる。ここでは、Ｒ＝０．０９ｍｍのＲが各曲げ部に賦形された光反射板を得る。

次いで、図５に示すように、光反射板に対応する凹凸形状を賦形すべく、表面にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）加工による離型処理が施されたメス型のアルミ金型を用意する。次いで、上記の光反射板を金型内にインサートする。そして、太陽電池封止樹脂として架橋剤及びラジカル重合開始剤を分散したエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ樹脂）からなる厚膜シートを金型上にセットする。そして、真空吸引後、ＥＶＡ樹脂の熱変形温度以上かつ架橋開始温度以下なる９０℃で熱プレス加工を施す。そして、ＥＶＡ樹脂のトルエン溶媒抽出法によって測定した架橋率が少なくとも３０％以下、好ましくは１５％以下、更に好ましくは５％以下となるように温度制御しながら、光反射板と低架橋ＥＶＡ樹脂とからなる接着成形体（接合前駆体）を得る。

次いで、上記のようにして得られた接合前駆体をバックシートとして太陽電池モジュールを製造する。具体的には、凹凸加工が施されたメス型金型をドライラミネーターのヒートステージ上にセットして、接合前駆体の形状保持を行う。そして、接合前駆体の上に厚み０．６ｍｍ程度のＥＶＡ樹脂シートを配し、その上にセルストリングスを配し、更にその上に厚み０．６ｍｍ程度のＥＶＡ樹脂シートを配し、最上面に白板強化ガラス（厚み５ｍｍ、屈折率１．４９）からなる前面板を配する。そして、ドライラミネーターを用いて、１４０℃の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行ってＥＶＡ樹脂の架橋反応を進行させることにより、太陽電池モジュールを得る。

このように本実施例においても、架橋反応の進行していない接合前駆体がバックシートの代わりに用いられるため、セルストリングスのラミネート工程においてセルストリングスに加わる応力が低減される。また、セルストリングスのラミネート時に、太陽電池封止樹脂の形状が金型及び光反射板によって精度良く保持される。このため、光反射板とセルストリングスとの位置関係が高精度に保たれるため、発電性能の高い太陽電池モジュールを得ることができる。また、不要な応力がセルストリングスに加わることが無いため、セル割れやストリングスの歪みに起因する工程内不良を防止することができる。

ここで、セルとセルとの間（セル間隔）における光反射板の傾斜角度は、次のように決定される。即ち、太陽電池素子（セル）の配列方向に対する集光倍率ａを２、前面板を形成するガラス材料の屈折率ｎを１．４９、セルの配列ピッチＬを３０ｍｍ、セル受光面から前面板表面までの前面側クリアランスｔを５．５ｍｍとすると、セル間隔における光反射板の傾斜角度φは、下記式の０°〜９０°の範囲内の解として選択される。

少なくとも ０．５×arcsin（ｎ^−１） ＜φ＜θ＋１５°
好ましくは ０．５×arcsin（ｎ^−１）＋２°＜φ＜θ＋１２°
より好ましくは ０．５×arcsin（ｎ^−１）＋３°＜φ＜θ＋７°
極めて好ましくは θ−３°＜φ＜θ＋５°
最も好ましくは θ−２°＜φ＜θ＋２°

具体的には、傾斜角度φは、少なくとも２１°〜４３°の範囲、好ましくは２３°〜４０°の範囲、より好ましくは２４°〜３５°の範囲、極めて好ましくは２５°〜３３°の範囲、最も好ましくは２７°〜３１°の範囲として形状制御される。

［比較例１］
上記実施例１と同一のストリングス及び光反射板を用いて、太陽電池モジュールを製造する。具体的には、図９に示すように、ポリカーボネート製の樹脂基板５１と光反射板５２とを接着して、光反射板付きの背面板５３を作成する。そして、真空ドライラミネーター内に背面板５３、厚膜のＥＶＡ樹脂シート５４、セルストリングス５５、薄膜のＥＶＡ樹脂シート５６及び前面板５７を配した状態で、真空ドライラミネーターを用いてセルストリングス５５をラミネートすることにより、太陽電池モジュール５０を得る。

このような製法では、樹脂基板が重いため、太陽電池モジュールの総重量が重くなる。このため、ラミネート工程において極めて大きなＥＶＡ樹脂の成型流動が起こるため、セルストリングスの位置決めが困難となり、結果的に光学的集光効率の確保が困難となる。また、光反射板付きの背面板と前面板との線膨張差よりモジュール成型時に大きな反り歪が発生し、残留応力の問題から太陽電池モジュールを大型化することが困難になる。さらに、砂漠等の温度差が激しい地域での使用に際しては、昼夜の温度差から線膨張に伴うＥＶＡ樹脂の剥離トラブルが発生する。従って、使用地域の限定された実用性に乏しい太陽電池モジュールとなる。

［比較例２］
上記実施例２と同一のストリングス及び光反射板を用いて、太陽電池モジュールを製造する。具体的には、図１０に示すように、光反射板６１を真空ドライラミネーター内に直接セットし、更に厚膜のＥＶＡ樹脂シート６２、セルストリングス６３、薄膜のＥＶＡ樹脂シート６４及び前面板６５を順に配した状態で、シリコンラバーを用いたダイヤフラム方式の真空ドライラミネーターによってセルストリングス６３をラミネートすることにより、太陽電池モジュール６０を得る。

このような製法では、板金で凹凸加工を施した光反射板がラミネート工程中に変形し、光学的集光効率を保つためにＥＶＡ樹脂の必要な形状を保持することが困難である。また、厚膜のＥＶＡ樹脂が大流動を伴うことから、セルストリングスの変形や位置ずれが多発する。このとき、残留応力が大きい場合には、セル割れが発生する。

［比較例３］
上記実施例２と同一のストリングス及び光反射板を用いて、太陽電池モジュールを製造する。具体的には、図１１に示すように、上記実施例２のような接合前駆体を形成せずに、光反射板７１に対応する凹凸加工を施した金型７２に光反射板７１を保持し、更に厚膜のＥＶＡ樹脂シート７３、セルストリングス７４、薄膜のＥＶＡ樹脂シート７５及び前面板７６を順に配した状態で、真空ドライラミネーターによってセルストリングス７４をラミネートすることにより、太陽電池モジュール７０を得る。

このような製法では、光反射板の傾斜角度は光学的集光効率を保つことが可能な程度に維持されるが、ＥＶＡ樹脂の大変形流動に伴うセルストリングスへの応力負荷から、セルずれやセル割れが発生する。

本発明は、光反射板に対する太陽電池素子の位置決め精度を向上させることができる太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール用駆体を提供するものである。

Claims (3)

1. 太陽電池素子と、前記太陽電池素子の背面側に配置され、前記太陽電池素子の前面側から入射された太陽光を反射させる凹凸状の光反射板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記太陽電池素子を固定するための封止樹脂からなる第１樹脂シートを前記光反射板に接合してなる駆体を形成する第１工程と、
   前記第１樹脂シートにおける前記光反射板とは反対側の面に前記太陽電池素子を配置する第２工程と、
   前記封止樹脂からなる第２樹脂シートと前記第１樹脂シートとで前記太陽電池素子を挟むように前記第２樹脂シートを配置し、その状態で前記太陽電池素子をラミネートする第３工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記光反射板として、前記太陽光を反射させる光反射面を形成する熱可塑性樹脂フィルムを塑性基板に接着してなるものを用いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
3. 前記第１工程においては、前記封止樹脂の架橋率が３０％以下となるように前記駆体を形成することを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュールの製造方法。

Images