JP6191930B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。
太陽電池モジュールは、太陽電池セルを備えている。太陽電池セルは、水分などとの接触により劣化しやすい。このため、太陽電池セルを外気から隔離する必要がある。従って、太陽電池セルは、通常、表裏を保護するための保護部材の間に設けられている充填剤層の内部に配置されている。
この充填剤層に関し、例えば下記の特許文献1には、充填剤層のうち、太陽電池セルの裏面と裏面側保護部材との間に位置している部分を着色EVAフィルムにより作製することが記載されている。また、特許文献1には、着色EVAフィルムを用いることにより、光の利用効率が高められるため、光電変換効率を向上できる旨が記載されている。
特開2003−258283号公報
特許文献1に記載の太陽電池モジュールは、例えば、着色EVAフィルムと、透明EVAフィルムとの間に太陽電池セルが配置された積層体を加熱圧着することにより製造することができる。
しかしながら、このような製造方法で特許文献1に記載の太陽電池モジュールを製造した場合、着色EVAが太陽電池セルの受光面側に回り込んでしまうという懸念がある。着色EVAが太陽電池セルの受光面側に回り込んでしまうと、受光面に入射しようとする光の一部が着色EVAにより遮られてしまう。従って、受光面における受光効率が低下してしまうため、太陽電池モジュールの出力が低くなってしまうという問題が生じる。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む備える太陽電池モジュールの製造方法であって、前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含み、前記着色樹脂シートを構成する樹脂が前記透明樹脂シートと異なり、前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、3mm〜6mmの厚みを有するガラス板または樹脂板により構成される透明基板と、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む透明樹脂層と、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有する、太陽電池セルユニットと、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含み、構成する樹脂が前記透明樹脂層と異なる着色樹脂層と、150μm〜300μmの厚みを有する樹脂シートにより構成されるバックシートと、を備え、前記透明基板と、前記透明樹脂層と、前記太陽電池セルユニットと、前記着色樹脂層と、前記バックシートとがこの順番で積層される。
本発明によれば、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的平面図である。 図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。 図3は、積層体の略図的分解断面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
また、以下の実施形態において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図1は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的平面図である。図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。図1及び図2に示すように、太陽電池モジュール1は、受光面側保護部材としての透明基板10と、裏面側保護部材としてのバックシート11と、樹脂層としての充填剤層13と、複数の太陽電池セル12を含む太陽電池セルユニット2とを備えている。
なお、太陽電池モジュール1は周囲を囲繞する枠体を有していても良い。また、透明基板10またはバックシート11の上に、電力取り出し用の端子ボックスを有していても良い。
(透明基板10)
透明基板10は、太陽電池セル12の受光面12a側に配されている。透明基板10は、太陽電池セルユニット2を保護すると共に、太陽電池モジュール1の機械的強度を担保する部材である。
透明基板10は、例えば、ガラス板や樹脂板などにより構成することができる。なかでも、透明基板10は、ガラス板により構成されていることが好ましい。ガラス板は、剛性
及び光透過率が高く、かつ耐候性に優れているからである。
なお、透明基板10の厚さは、特に限定されない。透明基板10の厚さは、例えば、3mm〜6mm程度とすることができる。
(バックシート11)
バックシート11は、透明基板10と対向している。バックシート11は、太陽電池セル12の裏面12b側に配されている。バックシート11は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)などからなる可撓性を有する樹脂シートなどにより構成することができる。なお、バックシート11を構成する樹脂シートの内部には、例えば、アルミニウム箔などの金属箔や、水分透過性が低い無機バリア層等が設けられていてもよい。無機バリア層は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の無機酸化物などにより形成することができる。
なお、バックシート11の厚さは、特に限定されない。バックシート11の厚さは、例えば、150μm〜300μm程度とすることができる。
(太陽電池セルユニット2)
充填剤層13の内部には、太陽電池セルユニット2が配置されている。太陽電池セルユニット2は、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリング3を備えている。太陽電池セルストリング3は、複数の太陽電池セル12を有する。複数の太陽電池セル12は、一の方向に配列され、配線材14によって直列または並列に電気的に接続されている。具体的には、複数の太陽電池セル12は、一の方向において隣り合う太陽電池セル12同士が配線材14によって電気的に接続されることによって、直列または並列に電気的に接続されている。
太陽電池セル12は、光電変換部と、光電変換部の上に配されたp側電極及びn側電極とを有する。光電変換部は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体基板と、その結晶性半導体基板の上に配されているp型非晶質半導体層及びn型非晶質半導体層とを有するものであってもよい。また、光電変換部は、n型ドーパント拡散領域とp型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。
光電変換部は、p型またはn型の結晶性半導体基板と、結晶性半導体基板の上に形成されているp型非晶質半導体層及びn型非晶質半導体層と、p型非晶質半導体層及びn型非晶質半導体層と結晶性半導体基板との間に配されている、発電に実質的に寄与しない程度の厚みのi型非晶質半導体層とを備えるものであってもよい。
また、太陽電池セル12は、p側電極及びn側電極の両方が光電変換部の裏面の上に設けられている所謂裏面接合型の太陽電池セルであってもよい。
p側電極及びn側電極のそれぞれの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。p側電極及びn側電極のそれぞれは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により構成することができる。また、p側電極及びn側電極のそれぞれは、例えば、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
(充填剤層13)
樹脂層として充填剤層13は、透明基板10とバックシート11との間に充填されている。この充填剤層13は、太陽電池セルユニット2を封止するための部材である。このため、充填剤層13は、封止層と呼ばれることもある。
充填剤層13は、着色樹脂層13aと、着色樹脂層13aの上に積層されている透明樹脂層13bとを含む積層体により構成されている。これら着色樹脂層13aと透明樹脂層13bとの間の界面に太陽電池セルユニット2が配されている。太陽電池セルユニット2は、太陽電池セル12の受光面12aが透明樹脂層13b側を向き、裏面12bが着色樹脂層13a側を向くように配されている。
なお、本実施形態では、樹脂層としての充填剤層13が着色樹脂層13aと透明樹脂層13bとからなる積層体により構成されている。但し、本発明においては、樹脂層は、裏面側に位置する着色樹脂層と、受光面側に位置し、着色樹脂層に隣接する透明樹脂層とを有する限りにおいて特に限定されない。樹脂層は、着色樹脂層及び透明樹脂層以外の樹脂層を有していてもよい。また、着色樹脂層及び透明樹脂層のそれぞれが複数の樹脂層により構成されていてもよい。
透明樹脂層13bは、太陽電池セル12の受光面12aと透明基板10との間に配置されている。ここで、透明樹脂層13bは、太陽電池セル12における光電変換に使用される波長域の光を透過させる樹脂層である。透明樹脂層13bは、400nm〜1100nmの波長域における平均光透過率が85%以上のものであることが好ましい。
一方、着色樹脂層13aは、太陽電池セル12の裏面12bとバックシート11との間に配置されている。着色樹脂層13aは、例えば、樹脂と、着色剤とを含む樹脂組成物により形成されていてもよい。また、着色樹脂層13aは、例えば、白色樹脂などの有色樹脂により構成されていてもよい。
着色剤の具体例としては、例えば、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子などの白色の着色剤、ウルトラマリン等の青色着色剤、カーボンブラック等の黒色着色剤、ガラスビーズや光散乱材などの、着色樹脂層13aを乳白色にさせる着色剤等が挙げられる。これらの中でも、白色の酸化チタン粒子が着色剤として好ましく用いられる。白色の酸化チタン粒子を着色樹脂層13aに含ませることにより、着色樹脂層13aにおいて光が散乱しやすくなり、太陽電池モジュール1の光電変換効率をより高めることができるためである。
本実施形態では、透明樹脂層13bのメルトフローレート(MFR)が着色樹脂層13aのMFRよりも小さい。すなわち、透明樹脂層13bを構成する樹脂と、着色樹脂層13aを構成する樹脂とは、透明樹脂層13bのメルトフローレート(MFR)が着色樹脂層13aのMFRよりも小さくなるような組み合わせとされている。透明樹脂層13bのメルトフローレート(MFR)が着色樹脂層13aのMFRよりも0.7g/10分以上小さいことがより好ましく、1.0g/10分以上小さいことが好ましい。
具体的には、透明樹脂層13bを構成する樹脂は、例えば、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつであることが好ましい。
エチレン性不飽和シラン化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリカルボキシシランなどがある。
α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ペンテン、2−メチル−1−ブテンなどがある。
シラン変性樹脂としては、例えば、シラン変性エチレン、シラン変性ウレタン、シラン変性フェノール、シラン変性エポキシなどがある。
一方、着色樹脂層13aを構成する樹脂は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつであることが好ましい。
なお、本発明において、「メルトフローレート(MFR)とは、熱可塑性樹脂の溶融時の流動性を数値で表したものである。
メルトフローレート(MFR)の算出は、以下の方法により行うことができる。すなわち、一定の時間間隔で押し出し物を切り取り、一連の切り取り量を測定し、以下(1)の計算式によりメルトフローレート(MFR)を求めることができる。
MFR(g/10分)=600×m/t・・・(1)
但し、上記式(1)において、
MFR:メルトフローレート(g/10分)
m:切り取り片の平均質量
t:試料の切り取り時間間隔(秒)
600:基準時間の秒数(=10分)
(太陽電池モジュール1の製造方法)
次に、図3を参照しながら、太陽電池モジュール1の製造方法の一例について説明する。
まず、図3に示すように、透明基板10の上に、透明樹脂層13bを構成するための透明樹脂シート22と、太陽電池セルユニット2と、着色樹脂層13aを構成するための着色樹脂シート21と、バックシート11とをこの順番で積層することにより、積層体30を形成する(積層体形成工程)。
次に、積層体30を加熱しながらラミネートすることにより、太陽電池モジュール1を完成させることができる(ラミネート工程)。
本実施形態では、上述のように、透明樹脂層13bのメルトフローレート(MFR)が着色樹脂層13aのMFRよりも小さい。このため、着色樹脂シート21として、ラミネート工程において透明樹脂シートよりも低い粘度を有する樹脂シートを用いる。
ところで、積層体をラミネートした場合は、透明樹脂シート及び着色樹脂シートの積層体端部に位置する部分が変形して薄くなる。このため、ラミネート工程においては、透明樹脂シート及び着色樹脂シートの積層体端部に位置する部分の一部が積層体中央に向かって流動する。また、透明基板は、比較的硬質である一方、樹脂シートは、可撓性を有する。このため、樹脂シート側に設けられた着色樹脂シートは、積層体中央側かつ透明基板側に向かって流動しようとする。従って、太陽電池セルユニットの外縁部に位置する太陽電池セルの受光面の上に着色樹脂シートが回り込んでしまう虞がある。
しかしながら、本実施形態では、透明樹脂層13bのMFRが着色樹脂層13aのMFRよりも小さく、ラミネート工程において、着色樹脂シート21の粘度が、透明樹脂シート22の粘度よりも低い。従って、ラミネート工程において太陽電池セル12の受光面12aの上に回り込もうとする着色樹脂シート21は、粘度の高い透明樹脂シート22により弾かれる。その結果、太陽電池セル12の受光面12aの上に着色樹脂シート21が回り込むことを効果的に抑制することができる。よって、改善された光電変換効率を有する太陽電池モジュール1を製造することができる。
太陽電池セル12の受光面12aの上に着色樹脂シート21が回り込むことをより効果的に抑制する観点からは、透明樹脂層13bのMFR(=透明樹脂シート22のMFR)が、着色樹脂層13aのMFR(=着色樹脂シート21のMFR)よりも0.7g/10分以上小さいことが好ましく、1.0g/10分以上小さいことがより好ましい。
1…太陽電池モジュール
2…太陽電池セルユニット
3…太陽電池セルストリング
10…透明基板
11…バックシート
12…太陽電池セル
12a…受光面
12b…裏面
13…充填剤層
13a…着色樹脂層
13b…透明樹脂層
14…配線材
21…着色樹脂シート
22…透明樹脂シート
30…積層体

Claims (9)

  1. 透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、
    前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含み、
    前記着色樹脂シートを構成する樹脂が前記透明樹脂シートと異なり、前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含み、
    前記ラミネート工程での前記着色樹脂シートの粘度が、前記透明樹脂シートの粘度よりも低い、太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 前記透明基板は、3mm〜6mmの厚みを有するガラス板または樹脂板であり、
    前記バックシートは、150μm〜300μmの厚みを有する樹脂シートである、請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 3mm〜6mmの厚みを有するガラス板または樹脂板により構成される透明基板と、
    エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む透明樹脂層と、
    互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有する、太陽電池セルユニットと、
    エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含み、構成する樹脂が前記透明樹脂層と異なる着色樹脂層と、
    150μm〜300μmの厚みを有する樹脂シートにより構成されるバックシートと、を備え、
    前記透明樹脂層のMFRが、前記着色樹脂層のMFRより小さく、
    前記透明基板と、前記透明樹脂層と、前記太陽電池セルユニットと、前記着色樹脂層と、前記バックシートとがこの順番で積層される、太陽電池モジュール。
  4. 前記透明樹脂層のMFRが、前記着色樹脂層のMFRよりも0.7g/10分以上小さい、請求項に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記透明樹脂層のMFRが、前記着色樹脂層のMFRよりも1.0g/10分以上小さい、請求項に記載の太陽電池モジュール。
  6. 透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、
    前記透明樹脂シートは、透光性を有する樹脂からなり、
    前記着色樹脂シートを構成する樹脂は、前記透明樹脂シートと異なる材料であって、前記ラミネート工程における粘度が前記透明樹脂シートよりも低い樹脂からなり、
    前記透明基板は、ガラスまたは樹脂からなり、
    前記バックシートは、樹脂からなる、太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂からなり、
    前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含む、請求項6に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、
    前記透明樹脂シートは、透光性を有する樹脂からなり、
    前記着色樹脂シートを構成する樹脂は、前記透明樹脂シートと異なる材料であって、前記ラミネート工程におけるMRFが前記透明樹脂シートよりも大きい樹脂からなり、
    前記透明基板は、ガラスまたは樹脂からなり、
    前記バックシートは、樹脂からなる、太陽電池モジュールの製造方法。
  9. 前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂からなり、
    前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含む、請求項8に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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