JP5811639B2

JP5811639B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP5811639B2
Application number: JP2011147296A
Authority: JP
Inventors: 貴之駒井; 智史江本
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: JP2012033914A

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、更に詳しくは、太陽電池モジュールの内部において配線として使用される太陽電池用集電シートを用いた太陽電池モジュールに関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。一般に、太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、受光面側から、透明前面基板、表面側封止材シート、太陽電池素子、裏面側封止材シート、及び裏面保護シートが順に積層された構成であり、太陽光が上記太陽電池素子に入射することにより発電する機能を有している。

太陽電池モジュールの内部で発電を行う太陽電池素子は、通常、太陽電池モジュールの内部に複数枚設けられ、これらが直並列接続されることにより必要な電圧及び電流を得られるように構成されている。複数の太陽電池素子を太陽電池モジュールの内部で配線するために、例えば、回路になる金属箔を基材である樹脂シートの表面に積層させた太陽電池用集電シートが使用される（特許文献１を参照）。そして、太陽電池用集電シートに設けられた配線である金属箔と、太陽電池素子の出力電極とはハンダ加工、又は導電性ペースト等により電気的に接合される。

太陽電池用集電シートの基材である樹脂シートの表面に配線を設けるには、例えば、プリント配線基板と同様に、まず、基材の表面の全面に金属箔を積層させ、その後、この金属箔をフォトリソグラフィ法により所望の回路になるようにエッチング加工すればよい。

ところで、回路として適している銅箔の表面は、極めて酸化され易く腐食もし易い。銅箔の酸化や腐食が進むと、基板上の銅箔からなる導電パターン間がショート状態になったり、銅箔からなる導電パターンが断線して機器が誤動作することもある。そのため、回路である銅箔の表面には、防錆加工が必要である。この点、プリント配線基板では、回路の表面に防錆塗膜を塗布する方法（特許文献２を参照）、銅と錯体構造を形成した被膜を回路の表面に形成させる方法（特許文献３を参照）等のように、回路の表面に有機系の防錆処理を施すことが一般的である。このような防錆処理により、プリント配線基板については、回路の表面の酸化を防止できることが知られている。

このように、太陽電池モジュールに使用される太陽電池用集電シートの大部分はモジュール化の前は防錆処理され、また、最終的に太陽電池モジュールに組み込まれた後については、他の部材と一体化され接合されるため、その使用状態において直接外気に触れることがなくなる。よって太陽電池用集電シートの大部分における回路は、太陽電池用集電シートが作製されてから太陽電池モジュールに組み込まれる前までに、上記のような方法で防錆処理を施しておけば、太陽電池モジュールに組み込まれた後については、酸化するおそれはほとんどない。

特開２００７−０８１２３７号公報特開平９−３２６５４９号公報特開平６−６０１８号公報

しかしながら、太陽電池モジュールから外部へ電気を取り出すために太陽電池モジュール用の太陽電池用集電シートの一側辺から太陽電池モジュールの外部に向けて延出される太陽電池用集電シートの延出部については、太陽電池モジュールの構造上、太陽電池モジュールに太陽電池用集電シートが組み込まれた後においても、外気に触れる状態での長期の使用が続く。このため、この延出部については一般的な防錆処理を施したとしても、長期にわたる使用期間において酸化を防ぐことは難しい。

以上のように、長期に渡る屋外での使用を前提とした太陽電池モジュールにおいて、その太陽電池用集電シートが樹脂を基材とするものである場合に、太陽電池用集電シートの延出部について充分な防錆処理を施した太陽電池用集電シートが存在しなかったのが現状である。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、屋外で長期間使用される太陽電池モジュールにおける太陽電池用集電シートの延出部について充分な防錆処理を施した太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、太陽電池用集電シートの延出部に対して、長期に渡り屋外で使用したとしても酸化することのない充分な防錆処理を施した太陽電池用集電シートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１）太陽電池モジュールにおける内部配線用に用いられ、太陽電池素子の裏面側に配置され、樹脂基材の表面に金属からなる回路が形成されている太陽電池用集電シートを備えた太陽電池モジュールであって、前記太陽電池用集電シートは、前記太陽電池モジュール本体として積層される一体化部と、この一体化部の一側辺から前記太陽電池モジュール本体の外部に向けて延出される延出部と、を備え、前記延出部の回路上に絶縁層が形成されている太陽電池モジュールである。

（２）また本発明は、前記太陽電池用集電シートが、前記延出部の回路からの出力取り出し配線が接合される部分を除いた領域に前記絶縁層が形成される太陽電池用集電シートである（１）記載の太陽電池モジュールである。

（３）また本発明は、前記太陽電池用集電シートの前記絶縁層が熱硬化性絶縁インキ又は紫外線硬化型絶縁コート剤である（１）又は（２）に記載の太陽電池モジュールである。

（４）また本発明は、前記太陽電池用集電シートの前記絶縁層が熱硬化性絶縁インキであって、前記太陽電池用集電シートの樹脂基材のガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以下であり、前記熱硬化性絶縁インキが、前記ガラス転移温度未満の温度で指触乾燥するインキである（３）記載の太陽電池モジュールである。

（５）また本発明は、前記熱硬化性絶縁インキがエポキシ−フェノール系インキである（４）記載の太陽電池モジュールである。

（６）また本発明は、前記太陽電池用集電シートの前記延出部が、前記太陽電池モジュール本体の裏面側に沿うように折り返されている（５）記載の太陽電池モジュールである。

（７）また本発明は、（４）から（６）のいずれか記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、前記太陽電池用集電シートの絶縁層を形成する前記熱硬化性絶縁インキを前記ガラス転移温度未満の温度で指触乾燥し、その後のモジュール化工程において前記ガラス転移温度以上の硬化可能な温度で前記熱硬化性絶縁インキの硬化を行う太陽電池モジュールの製造方法である。

本発明によれば、太陽電池モジュールにおける太陽電池用集電シートの延出部について、長期に渡り屋外で使用したとしても酸化することのない、充分な防錆処理を施した太陽電池モジュール及びその製造方法が提供される。

本発明の太陽電池モジュールを模式的に表した平面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿う断面を模式的に表した断面図である。本発明に関する太陽電池用集電シートの拡大斜視図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態、及び本発明の太陽電池モジュールの製造方法の一実施態様、について説明する。

＜太陽電池モジュール＞
［全体構成］
まず、図１及び図２を参照しながら本発明の太陽電池モジュール１の一実施形態について説明する。図１は、本発明の太陽電池モジュール１の一実施形態を示す平面模式図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線における断面図である。

本実施形態の太陽電池モジュール１は、太陽電池用集電シート１０、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、太陽電池素子４０、裏面側封止材シート５０、裏面保護シート６０、金属フレーム７１、７２とを備える。

太陽電池モジュール１の表面側から、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、太陽電池素子４０と太陽電池用集電シート１０との接合体、裏面側封止材シート５０及び裏面保護シート６０がこの順で積層されており一体化されており、その外周枠としての金属フレーム７１、７２が周囲に接合されている。

太陽電池用集電シート１０は、樹脂基材１０１の表面に銅箔からなる回路１０２が形成されたものであり、図２における太陽電池用集電シート１０の折り返し線Ｚより先端から遠い部分である一体化部１１と上記折り返し線Ｚより先端に近い部分である延出部１２とからなる。一体化部１１は、太陽電池用集電シート１０の一部分であるが、図１における平面視において、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、裏面側封止材シート５０、裏面保護シート６０と重なる位置に積層され、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、裏面側封止材シート５０、裏面保護シート６０と略同一形状、同一面積の部分である。また一体化部１１は、図２に示す通り、図２における回路１０２上には、本発明の特徴である絶縁層１０４が形成されている。図２における接合部１０３は、回路１０２からの出力取り出し配線が接合される部分であり、図示しない端子ボックス等が通常設けられている。以下、それぞれの構成部材について説明する。

［太陽電池素子］
太陽電池素子４０としては、受光面側に電極がなく両電極を裏面に形成したバックコンタクトセルが好ましく用いられ、太陽電池素子４０は、太陽電池用集電シート１０上に複数枚設けられ、その非受光面側（裏面側）でこれらが直並列接続されることにより必要な電圧及び電流を得られるように構成されている。複数の太陽電池素子４０を太陽電池用集電シート１０上で配線するために、太陽電池用集電シート１０に設けられた配線である回路１０２と太陽電池素子４０の出力電極（図示せず）とはハンダ加工又は導電性ペースト等により電気的に接合される。

ここで、太陽電池素子４０の電極とは、太陽電池素子４０が光を受けて発生させた電力を、太陽電池素子４０の外部に出力するための電極である。特に限定されないが、この電極は、一例として、銀、又は銀化合物等で構成される。

また、ハンダ加工において使用されるハンダは、従来公知のものを特に制限なく使用することができる。このようなハンダの一例としては、鉛−錫合金ハンダ、銀入りハンダ、無鉛ハンダ、錫−ビスマス、錫−ビスマス−銀、等が挙げられる。太陽電池素子４０の電極と、回路１０２の表面とをハンダ加工によって接合する際、従来公知の方法を特に制限なく使用することができる。

［太陽電池用集電シート］
太陽電池用集電シート１０を構成する樹脂基材１０１は、シート状に成型された樹脂である。ここで、シート状とはフィルム状を含む概念であり、本発明において両者に差はない。樹脂基材１０１を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系等が例示される。これらのなかでも、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂等が好ましく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、が好ましい。

そして、本発明によれば、後述するようにガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以下である、ＰＥＴ等も樹脂基材１０１として用いることができるという特徴がある。

樹脂基材１０１の厚さは、太陽電池用集電シート１０に要求される強度や薄さ等に応じて適宜設定すればよい。樹脂基材１０１の厚さは、特に限定されないが、一例として２０〜２５０μｍが挙げられる。

図２及び図３に示すように、回路１０２は、所望の配線形状（回路）となるように太陽電池用集電シート１０を構成する樹脂基材１０１の表面に形成された電気配線である。回路１０２は銅箔からなる。回路１０２を樹脂基材１０１の表面に形成するためには、樹脂基材１０１の表面に銅箔を接合させ、その後、エッチング処理等によりその銅箔をパターニングする方法が例示される。樹脂基材１０１の表面に銅箔を接合させるには、公知の方法を特に制限なく使用することができる。このような方法としては、銅箔を接着剤によって樹脂基材１０１の表面に接着する方法、樹脂基材１０１の表面に銅を蒸着させる方法等が例示されるが、コストの面からは、銅箔を接着剤によって樹脂基材１０１の表面に接着する方法が有利である。中でも、ウレタン系、ポリカーボネート系、エポキシ系等の接着剤を使用したドライラミネート法によって銅箔を樹脂基材１０１の表面に接着する方法が好ましい。

回路１０２の厚さは、太陽電池用集電シート１０に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。回路１０２の厚さは、特に限定されないが、一例として１０〜５０μｍが挙げられる。

［透明前面基板］

透明前面基板２０は、太陽光の透過性を有する基板であれば特に限定されず、例えば、ガラス板、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂（各種のナイロン）、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカ−ボネ−ト系樹脂、アセタ−ル系樹脂、セルロ−ス系樹脂等の各種の樹脂フィルムを用いることができる。

透明前面基板２０の厚さは、所望の強度を実現できる範囲内であれば特に限定されないが、樹脂フィルムの場合は１２μｍ〜２００μｍの範囲内が好ましく、特に２５μｍ〜１５０μｍの範囲内が好ましく、ガラス板の場合は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲が好ましい。

［封止材シート］
表面側封止材シート３０及び裏面側封止材シート５０には、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）系、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系、シリコーン系等の比較的低温で流動する樹脂が用いられる。表面側封止材シート３０及び裏面側封止材シート５０の厚さは、それぞれ５０μｍ〜２０００μｍの範囲内が好ましく、特に１００μｍ〜１２５０μｍの範囲内が好ましい。

［裏面保護シート］
裏面保護シート６０は、機械的あるいは化学的強度に優れ、具体的には、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性、耐突き刺し性等の諸堅牢性に優れた樹脂シートである。このような樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等、各種の樹脂シートを使用することができる。

［金属フレーム］
金属フレーム７１、７２としては、通常、アルミニウム製の金属フレームが用いられる。また、金属フレームの大きさ、形状等は特に限定されるものではなく、本発明の太陽電池モジュールの用途等に応じて適宜選択して用いることができる。

［絶縁層］
図２に示すように、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、太陽電池素子４０と太陽電池用集電シート１０との接合体、裏面側封止材シート５０及び裏面保護シート６０を一体化して更に金属フレーム７１、７２を一体化し、構成部材の周囲に接合する際、太陽電池用集電シートの延出部１２は、裏面保護シート６０の下側に沿うように折り返され、金属フレーム７２の端部から延出部１２の先端部が露出するようになる。延出部１２の金属フレーム７２から露出する部分の長さは、１０ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。

次に、本発明の特徴である太陽電池用集電シート１０上に形成される絶縁層１０４について主に図３を参照しながら説明する。太陽電池用集電シート１０の折り返し線Ｚより先端に近い部分である延出部１２は、その先端部においては、太陽電池モジュールへの組み込みの後も、直接外気に晒される状態にある。また空間Ｙを真空状態とすることが太陽電池モジュール１の構造上困難であるため、延出部１２のそれ以外の部分についても、直接外気に触れる状態にある。そのため、銅箔からなる延出部１２上の回路１０２については、従来の通り、一般的な有機系の防錆処理を施したとしても、長期にわたって酸化を防ぐことは難しい。よって、本実施形態においては、延出部１２の回路１０２上に絶縁層を形成する絶縁コーティングを行う。

絶縁コーティングは熱硬化性絶縁インキを延出部１２の回路１０２上に塗布した後、これを加熱して硬化させることにより行う。その際、回路１０２からの出力取り出し配線が接合される接合部１０３を除いた部分に絶縁コーティングを行うことが好ましい。絶縁層１０４は、銅箔の部分のみにパターン形成してもよく、図３に示すように後述の接合部１０３を除く回路１０２の全面に塗布してもよい。

熱硬化性絶縁インキとしては、エポキシ−フェノール系インキが好ましい。エポキシーフェノール系インキは、フェノールの部分でインキに柔軟性を付与し、折り返し部でも剥離し難いという効果がある。

ここで、エポキシ−フェノール系インキ等の熱硬化性絶縁インキを架橋硬化させるためには熱硬化性絶縁インキを架橋進行温度、例えば１５０℃付近まで加熱する必要がある。ところがそのような加熱を行うと、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を材料とする太陽電池用集電シート１０の樹脂基材１０１のＴｇ（ガラス転移温度）を越えてその熱により収縮、変形してしまうという問題が生じる。

そこで、本発明においては、熱硬化性絶縁インキを太陽電池用集電シート１０の樹脂基材１０１のＴｇ未満、好ましく例えば７０℃の温度で指触乾燥する。このようにＴｇ未満の加熱であれば、太陽電池用集電シート１０の樹脂基材１０１が熱により収縮、変形することはない。また、この指触乾燥によっては、熱硬化性絶縁インキの硬化は起きないが、タックは生じていないので巻き取って保存流通が可能である。なお、本発明でいう指触乾燥とは、ＪＩＳＫ５６００−１−１に規定されている通り、塗面の中央に指先で軽く触れて、指先が汚れない状態とする、予備乾燥である。

また、回路１０２の銅箔部については、上述した架橋進行温度である１５０℃の温度での加熱により酸化が進み錆び易くなるという問題があるが、７０℃の温度による指触乾燥であれば、そのような銅箔部の酸化を抑制できるという効果もある。

その後、太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュール１の表面側から、透明前面基板２０、表面側封止材シート３０、太陽電池素子４０と太陽電池用集電シート１０との接合体、裏面側封止材シート５０及び裏面保護シート６０をこの順で重ねあわせ、真空熱ラミネート加工により一体化する方法が挙げられる。上記方法を用いた際のラミネート温度は、１３０℃〜１９０℃の範囲内とすることが好ましい。また、ラミネート時間は、５〜６０分の範囲内が好ましく、特に８〜４０分の範囲内が好ましい。

そして、この工程によって、熱硬化性絶縁インキの架橋温度以上で加熱されることとなり、この熱により、延出部１２に塗布された熱硬化性絶縁インキに架橋が形成されて、硬化が起きる。この段階で延出部１２の回路１０２について絶縁層１０４が形成されることとなる。なお、この段階においては、太陽電池用集電シート１０の樹脂基材１０１は、延出部１２を含めて太陽電池モジュール１として強固に一体化されているため、太陽電池用集電シート１０の基材樹脂のＴｇ以上で加熱しても熱による収縮、変形の問題が生じない。

なお、絶縁コーティングは、紫外線硬化型絶縁コート剤を延出部１２の回路１０２上に塗布することによっても行うことができる。紫外線硬化型絶縁コート剤としては、従来公知のアクリル系のコート剤が好ましい。

１太陽電池モジュール
１０太陽電池用集電シート
１１一体化部
１２延出部
１０１樹脂基材
１０２回路
１０３接続部
１０４絶縁層
２０透明前面基板
３０表面側封止材シート
４０太陽電池素子
５０裏面側封止材シート
６０裏面保護シート
７１、７２金属フレーム

Claims

太陽電池モジュールにおける内部配線用に用いられ、太陽電池素子の裏面側に配置され、樹脂基材の表面に金属からなる回路が形成されている太陽電池用集電シートを備えた太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池用集電シートは、前記太陽電池モジュール本体として積層される一体化部と、この一体化部の一側辺から前記太陽電池モジュール本体の外部に向けて延出される延出部と、を備え、
前記延出部の回路上に絶縁層が形成されている太陽電池モジュール。
前記太陽電池用集電シートが、前記延出部の回路からの出力取り出し配線が接合される部分を除いた領域に前記絶縁層が形成される太陽電池用集電シートである請求項１記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池用集電シートの前記絶縁層が熱硬化性絶縁インキ又は紫外線硬化型絶縁コート剤である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池用集電シートの前記絶縁層が熱硬化性絶縁インキであって、
前記太陽電池用集電シートの樹脂基材のガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以下であり、前記熱硬化性絶縁インキが、前記ガラス転移温度未満の温度で指触乾燥するインキである請求項３記載の太陽電池モジュール。
前記熱硬化性絶縁インキがエポキシ−フェノール系インキである請求項４記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池用集電シートの前記延出部が、前記太陽電池モジュール本体の裏面側に沿うように折り返されている請求項５記載の太陽電池モジュール。
請求項４から６のいずれか記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池用集電シートの絶縁層を形成する前記熱硬化性絶縁インキを前記ガラス転移温度未満の温度で指触乾燥し、その後のモジュール化工程において前記ガラス転移温度以上の硬化可能な温度で前記熱硬化性絶縁インキの硬化を行う太陽電池モジュールの製造方法。