JP5741450B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
太陽電池モジュール10の構成要素として使用される金属樹脂複合基材16は、融点が125℃以上の樹脂層16bが一対の金属層16aで挟まれた構成/構造を有する部材である。なお、太陽電池モジュール10は、熱ラミネートにより製造する(各構成要素を一体化する:詳細は後述)ことを想定して開発したものである。そして、樹脂層16bの融点が高い方が、熱ラミネート時の加熱温度を高くすることができるが故に、耐久性(屋外での耐環境性)に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。そのため、樹脂層16bの融点(樹脂層16bの構成樹脂の融点)は、135℃以上であることがより好ましく、145℃以上であることがさらに好ましく、155℃以上であることが特に好ましい。また、金属樹脂複合基材16を作製しやすくするために、樹脂層16bの融点は、290℃以下であることが好ましく、250℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることが特に好ましい。
発電素子13は、耐候性層11側から入射される太陽光に基づき発電を行う素子である。この発電素子13は、光エネルギーを電気エネルギーに変換でき、変換によって得られた電気エネルギーを外部に取り出せるものでありさえすれば良い。
発電素子基材14は、その一方の面上に、発電素子13が形成される部材である。従って、発電素子基材14は、機械的強度が比較的に高く、耐候性、耐熱性、耐水性等に優れ、且つ、軽量なものであることが望まれる。また、発電素子基材14は、変形に対して或る程度の耐性を有するものであることも望まれる。一方で形成される発電素子13と材料物性(例えば、線膨張係数、融点など)が著しく異なると形成後の界面で歪や剥離などが生じる恐れがある。
上部封止層12及び下部封止層15は、発電素子13を封止することや、その上下の層間を接着すること等を目的として、太陽電池モジュール10に設けられている層である。ただし、各封止層12、15は、機械的強度、耐侯性、ガスバリア性などの向上にも寄与している。また、少なくとも、受光面側に位置する上部封止層12は、可視光を透過させる、耐熱性の高いものであることが好ましい。この上部封止層12に他の光学的機能、若しくは機械的機能を付加することも可能である。具体的な光学的機能としては、光閉じ込め機能、波長変換機能などが挙げられ、機械的機能としてはクッション機能などが挙げられる。
接着層15bは、金属層16aと下部封止層15又は発電素子基材14とを接着するための樹脂層である。この接着層15bの構成材料(接着層15b形成用の樹脂)は、非接着面と接着しやすいものであれば、どのような種類の樹脂(熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂など)であっても良い。具体的には、接着層15bの構成材料として、ビニル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ニトリルゴム系樹脂、ブタジエンゴム系樹脂、クロロプレンゴム系樹脂、シリコーン系樹脂、またはこれらの2種以上の混合物、共重合体などを使用できる。なお、生産性を向上させるという観点からは、接着層15bの構成材料として、オレフィン系樹脂、ニトリルゴム系樹脂、ブタジエンゴム系樹脂、クロロプレンゴム系樹脂、シリコーン系樹脂などの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いておくことが好ましい。また、接着の耐久性を向上させるという観点からは、接着層15bの構成材料として、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、酢酸ビニル樹脂などの熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を用いておくことが好ましい。
耐候性層11は、太陽電池モジュール10に、機械的強度、耐侯性、耐スクラッチ性、耐薬品性、ガスバリア性などを付与するための層である。この耐候性層11は、発電素子13の光吸収を妨げないもの、すなわち、可視光を透過させるものであることが好ましい。より具体的には、耐候性層11は、波長360〜830nmの光の透過率が65%以上のものであることが好ましく、80%以上のものであることがより好ましく、90%以上のものであることが最も好ましい。
既に説明したように、太陽電池モジュール10は、熱ラミネートにより製造することを想定して開発したものである。そして、太陽電池モジュール10は、各構成要素(耐候性層11、上部封止層12、発電素子13、発電素子基材14、下部封止層15及び/又は接着層15b、及び、金属樹脂複合基材16)を個別に用意し、それらを熱ラミネートにより一体化することによっても製造できるものとなっている。ただし、発電素子13と発電素子基材14とを別々に用意するようにしたのでは、太陽電池モジュール10の製造を困難にするだけである。そのため、太陽電池モジュール10の各構成要素を熱ラミネートによって一体化する前に、発電素子基材14上に発電素子13を製造しておくことが望ましい。
〔1〕第1実施例、第1、第2比較例に係る太陽電池モジュールの構成及び製造手順
・第1実施例
本発明の第1実施例に係る太陽電池モジュールは、図1Aに示した構成を有するものであり、以下の手順で製造されたものとなっている。なお、本明細書において、第n実施例/比較例(n=1,2…)に係る太陽電池モジュールとは、1つの太陽電池モジュールのことではなく、同材料を用いて同手順で製造した太陽電池モジュール群のことである。
第1比較例に係る太陽電池モジュールは、樹脂層16bとして、厚さ3.0mmのポリエチレン樹脂(融点110℃)フィルムが用いられていることのみが、上記した第1実施例に係る太陽電池モジュールと異なる太陽電池モジュールである。
第2比較例に係る太陽電池モジュールは、熱ラミネートを120℃で行ったことのみが、上記した第1比較例に係る太陽電池モジュール(熱ラミネート温度:150℃)と異なる太陽電池モジュールである。
樹脂層16bとして、厚さ3.0mmのポリエチレン樹脂フィルムを用い(金属樹脂複合基材16として、厚さ3.0mmのポリエチレン樹脂フィルムを厚さ0.5mmのアルミ板で挟んだ部材を用い)、150℃の熱ラミネートを行って製造した第1比較例に係る太陽電池モジュールは、アルミ板(金属層16a)間からポリエチレン樹脂が溶出したもの(つまり、製品となり得ないもの)となっていた。ポリエチレン樹脂の溶出により、厚みが局所的に変化し、外観も著しく悪く、さらにモジュール厚みの均一性も著しく損なわれていることから、モジュール周辺部分を折り曲げたり、曲面形状への加工が困難であった。
岩崎電気株式会社製メタルハライドランプ方式耐候性試験機で24時間光照射(放射照度:1000W/m2)することにより初期光安定化させた後(以下、単に、“初期光安定化させた後”と表記する)と、
ダイプラウィンテス社製超促進耐候性試験機(メタルハライドランプ方式、フィルタ:KF−1フィルタ、試料面放射強度:750W/m2、ブラックパネル温度:63℃、相対湿度:50%RH、水噴霧サイクル:118分照射後2分照射および水噴射)で288時間処理した後(“288時間”)と、
同試験機で600時間処理した後とに
ソーラシミュレータにて測定(評価)した結果である。
初期光安定化させた後と、
スガ試験機社製キセノンフェードメーター(キセノンランプ方式、放射照度:320W/m2、ブラックパネル温度:63℃、相対湿度:50%RH)にて200時間キセノン光を照射した後と、
同装置にて500時間キセノン光を照射した後とに
ソーラシミュレータにて測定した結果である。
初期光安定化させた後と、
“85℃、85%→−20℃、1サイクル6時間”のサイクルを10回繰り返す結露凍結試験後と、
同サイクルを100回繰り返す結露凍結試験後とに、
ソーラシミュレータにて測定した結果である。
初期光安定化させた後と、
高温高湿環境下(85℃、85%)に200時間放置した後と、
高温高湿環境下(85℃、85%)に400時間放置した後と、
高温高湿環境下(85℃、85%)に1000時間放置した後とに
ソーラシミュレータにて測定した結果である。
第2実施例に係る太陽電池モジュールは、上記した第1実施例に係る太陽電池モジュールと基本的には同手順で製造したものである。ただし、第2実施例に係る太陽電池モジュールは、上部封止層12、下部封止層15として、いずれも、400μm厚のEVAフィルム(三井化学ファブロ製ソーラエバ:SC52B)を採用し、熱ラミネート条件を『150℃、真空5分、加圧5分、保持25分』に変えて製造したものとなっている。
本発明の第3実施例に係る太陽電池モジュールは、上記した第1実施例に係る太陽電池モジュールを大型化したものである。より具体的には、第3実施例に係る太陽電池モジュールは、発電素子基材14及び発電素子13のサイズを750mm×900mmとし、発電素子13を750×900セルからなるものとし、金属樹脂複合基材16のサイズを937mm×1405mmとしたものとなっている。
図13に、本発明の第6実施例に係る太陽電池モジュール20の構成を示す。
11 耐候性層
12 上部封止層
13 発電素子
14 発電素子基材
15 下部封止層
15b 接着層
16 金属樹脂複合基材
16a 金属層
16b 樹脂層
19 モジュール固定用孔
23 樹脂サンド発電素子
30 アングル
Claims (8)
- 融点が125℃以上の樹脂層を、厚さが、0.1mm以上、2mm以下の金属層で挟んだ金属樹脂複合基材と、
前記金属樹脂複合基材上に位置する下部封止層及び/又は接着層と、
前記下部封止層又は前記接着層上に位置する一対の電極に挟まれた発電層を有する発電素子と
を備える
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記発電素子上に位置する上部封止層と、
前記上部封止層上に位置する耐候性層と
を、さらに備える
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。 - 前記下部封止層上に位置する発電素子基材をさらに備え、
前記上部封止層の厚さが、30μm以上、800μm以下であり、
前記発電素子基材の厚さが、前記上部封止層の厚さより薄い
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。 - 周辺部分が、受光面方向とは反対方向に折り曲げられている形状を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 - 前記発電素子基材が、金属箔、融点が85℃以上,350℃以下の樹脂フィルム、又は、金属箔と融点が85℃以上,350℃以下の樹脂フィルムとの積層体である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 - 曲面形状を有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。 - 金属樹脂複合基材と、下部封止層と、一対の電極に挟まれた発電層を有する発電素子と
を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記金属樹脂複合基材としての,融点が125℃以上の樹脂層を、厚さが、0.1mm以上、2mm以下の金属層で挟んだ部材と、前記太陽電池モジュールの他の各構成要素とを積層し、
積層した構成要素群を熱ラミネートによって一体化することにより前記太陽電池モジュールを製造する
ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記金属樹脂複合基材と、前記下部封止層と、発電素子基材と、前記発電素子と、上部封止層と、耐候性層とを、この順に積層した太陽電池モジュールを製造する
ことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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