JP7407266B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本開示は、太陽電池モジュールに関する。
平面的に配列されて電気的に接続された複数の太陽電池素子が、透光性部材と背面部材との間に挟まれている状態にある太陽電池モジュールが知られている（例えば、特開２００１－２５０９６５号公報、特開２００４－０１４７９１号公報および特開２０１２－００４１４６号公報の記載を参照）。
この太陽電池モジュールでは、例えば、ガラス基板などの透光性部材とバックシートなどの背面部材との間において、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分とした充填材によって複数の太陽電池素子が覆われている状態にある。
太陽電池モジュールが開示される。
太陽電池モジュールの一態様は、樹脂製の第１保護層と、第２保護層と、太陽電池部と、樹脂製の第１充填材層と、樹脂製の第２充填材層と、基材と、接着層と、を備えている。前記第１保護層は、第１面および該第１面の逆側の第２面を有し且つ透光性を有する。前記第２保護層は、前記第２面に対向している状態にある第３面および該第３面の逆側の第４面を有する。前記太陽電池部は、前記第２面と前記第３面との間に位置している１つ以上の太陽電池素子を含む。前記第１充填材層は、前記第２面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記第２充填材層は、前記第３面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記基材は、前記第４面に対向している状態にある第５面を有する。前記接着層は、前記第４面と前記第５面との間において前記第４面と前記第５面とを接着している状態にある。前記第１保護層は、前記基材よりも柔らかい状態にある。前記第２充填材層、前記第２保護層および前記接着層のうちの１つ以上の層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きい。前記第２充填材層および前記接着層のうちの少なくとも一方の層を構成している樹脂の架橋率は、前記第１充填材層を構成している樹脂の架橋率よりも大きい。
太陽電池モジュールの一態様は、樹脂製の第１保護層と、第２保護層と、太陽電池部と、樹脂製の第１充填材層と、樹脂製の第２充填材層と、基材と、接着層と、を備えている。前記第１保護層は、第１面および該第１面の逆側の第２面を有し且つ透光性を有する。前記第２保護層は、前記第２面に対向している状態にある第３面および該第３面の逆側の第４面を有する。前記太陽電池部は、前記第２面と前記第３面との間に位置している１つ以上の太陽電池素子を含む。前記第１充填材層は、前記第２面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記第２充填材層は、前記第３面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記基材は、前記第４面に対向している状態にある第５面を有する。前記接着層は、前記第４面と前記第５面との間において前記第４面と前記第５面とを接着している状態にある。前記基材は、板状の部材を含む。前記第１保護層は、前記基材よりも柔らかい状態にある。前記接着層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きい。
太陽電池モジュールの一態様は、樹脂製の第１保護層と、第２保護層と、太陽電池部と、樹脂製の第１充填材層と、樹脂製の第２充填材層と、基材と、接着層と、を備えている。前記第１保護層は、第１面および該第１面の逆側の第２面を有し且つ透光性を有する。前記第２保護層は、前記第２面に対向している状態にある第３面および該第３面の逆側の第４面を有する。前記太陽電池部は、前記第２面と前記第３面との間に位置している１つ以上の太陽電池素子を含む。前記第１充填材層は、前記第２面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記第２充填材層は、前記第３面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある。前記基材は、前記第４面に対向している状態にある第５面を有する。前記接着層は、前記第４面と前記第５面との間において前記第４面と前記第５面とを接着している状態にある。前記基材は、板状の部材を含む。前記第１保護層は、前記基材よりも柔らかい状態にある。前記接着層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きい。
太陽電池モジュールは、例えば、ガラス基板などの透光性部材と、バックシートなどの背面部材と、透光性部材と背面部材との間で平面的に配列されて電気的に接続されている状態にある複数の太陽電池素子と、を備えている。また、この太陽電池モジュールでは、例えば、透光性部材と背面部材との間において複数の太陽電池素子を覆うように充填されている状態にある、エチレン酢酸ビニル共重合体（ethylene-vinyl acetate copolymer：ＥＶＡ）などの充填材が位置している。
このような太陽電池モジュールについては、例えば、透光性部材としてのガラス基板をこのガラス基板よりも薄い樹脂製の部材に置き換えることで、軽量化を図ることが考えられる。ここでは、ガラス基板の厚さが、例えば、数ミリメートル（ｍｍ）程度であるのに対して、樹脂製の部材の厚さが、例えば、１ｍｍ以下とされる態様が考えられる。
しかしながら、例えば、樹脂製の部材が、ガラス基板よりも柔らかければ、雹（ひょう）などの落下物および強風に伴う飛来物が透光性部材としての樹脂製の部材に衝突すると、太陽電池素子が局所的に変形し、太陽電池素子にクラックが生じる場合がある。換言すれば、例えば、樹脂製の部材が、ガラス基板よりも柔らかければ、太陽電池モジュールの耐衝撃性が低下する場合がある。この場合には、例えば、クラックが生じた太陽電池素子における光電変換効率が低下し、太陽電池モジュールの出力の低下を招く。
そこで、本開示の発明者は、太陽電池モジュールについて、軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる技術を創出した。
これについて、以下、各種の実施形態について図面を参照しながら説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。図１（ａ）から図３および図５（ａ）から図６（ｂ）には、右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、太陽電池モジュール１００において、前面１００ｆの互いに対向している状態にある２辺のそれぞれに沿った方向が＋Ｘ方向とされ、前面１００ｆの互いに対向している状態にある他の２辺のそれぞれに沿った方向が＋Ｙ方向とされている。また、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向との両方に直交している前面１００ｆの法線方向が＋Ｚ方向とされている。
＜１．第１実施形態＞
＜１－１．太陽電池モジュールの構成＞
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００を、図１（ａ）から図３に基づいて説明する。太陽電池モジュール１００は、例えば、主に光が入射する面（受光面とも前面ともいう）１００ｆと、この前面１００ｆの逆側に位置している裏面１００ｂと、を有する。第１実施形態では、前面１００ｆが、＋Ｚ方向を向いている状態にある。裏面１００ｂが、－Ｚ方向を向いている状態にある。＋Ｚ方向は、例えば、南中している太陽に向く方向に設定される。図１（ａ）の例では、前面１００ｆおよび裏面１００ｂが、それぞれ長方形状の形状を有する。
＜１－１．太陽電池モジュールの構成＞
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００を、図１（ａ）から図３に基づいて説明する。太陽電池モジュール１００は、例えば、主に光が入射する面（受光面とも前面ともいう）１００ｆと、この前面１００ｆの逆側に位置している裏面１００ｂと、を有する。第１実施形態では、前面１００ｆが、＋Ｚ方向を向いている状態にある。裏面１００ｂが、－Ｚ方向を向いている状態にある。＋Ｚ方向は、例えば、南中している太陽に向く方向に設定される。図１（ａ）の例では、前面１００ｆおよび裏面１００ｂが、それぞれ長方形状の形状を有する。
図１（ａ）および図１（ｂ）で示されるように、太陽電池モジュール１００は、例えば、モジュール本体部１２０と、接着層５と、基材６と、を備えている。モジュール本体部１２０は、例えば、第１保護層１と、第２保護層２と、太陽電池部３と、充填材層４と、を備えている。ここで、図１（ｂ）で示されるように、太陽電池モジュール１００には、例えば、端子ボックス９を付加してもよい。端子ボックス９は、例えば、太陽電池モジュール１００の裏面１００ｂ上などに位置し、太陽電池部３における発電で得られた電気を外部に出力することができる。
＜１－１－１．第１保護層＞
第１保護層１は、例えば、太陽電池部３を前面１００ｆ側から保護することができる部材（フロント部材とも前面部材ともいう）である。第１保護層１は、第１面１ｆと第２面１ｂとを有する。第２面１ｂは、第１面１ｆの逆側の面である。第１実施形態では、第１面１ｆは、例えば、太陽電池モジュール１００の前面１００ｆを構成している状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第１面１ｆが＋Ｚ方向を向いた面であり、第２面１ｂが－Ｚ方向を向いた面である。また、第１面１ｆは、例えば、太陽電池モジュール１００の外部の空間（外部空間ともいう）に対して露出している状態にある。
第１保護層１は、例えば、太陽電池部３を前面１００ｆ側から保護することができる部材（フロント部材とも前面部材ともいう）である。第１保護層１は、第１面１ｆと第２面１ｂとを有する。第２面１ｂは、第１面１ｆの逆側の面である。第１実施形態では、第１面１ｆは、例えば、太陽電池モジュール１００の前面１００ｆを構成している状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第１面１ｆが＋Ｚ方向を向いた面であり、第２面１ｂが－Ｚ方向を向いた面である。また、第１面１ｆは、例えば、太陽電池モジュール１００の外部の空間（外部空間ともいう）に対して露出している状態にある。
第１保護層１は、透光性を有する。具体的には、第１保護層１は、例えば、特定範囲の波長の光に対する透光性を有する。特定範囲の波長は、例えば、太陽電池部３が光電変換し得る光の波長を含む。特定範囲の波長に、太陽光のうちの照射強度の高い光の波長が含まれていれば、太陽電池モジュール１００の光電変換効率が向上し得る。
第１保護層１の素材には、樹脂が適用される。換言すれば、第１保護層１として、透光性を有する樹脂製の層が採用される。第１保護層１に適用される樹脂としては、例えば、ポリカーボネートなどの熱可塑性の樹脂、あるいはフッ素系の樹脂などが採用される。フッ素系の樹脂は、例えば、フッ化エチレンプロピレン共重合体（Fluorinated Ethylene Propylene：ＦＥＰ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（Ethylene Tetrafluoroethylene：ＥＴＦＥ）およびエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（Ethylene Chlorotrifluoroethylene：ＥＣＴＦＥ）などを含む。ここで、例えば、第１保護層１が、２層以上の樹脂で構成されてもよい。この場合には、第１保護層１に適用される樹脂は、例えば、２種類以上の樹脂であってもよい。ここで、例えば、第１保護層１に適用される樹脂が耐候性を有していれば、第１保護層１が劣化しにくく、太陽電池モジュール１００の出力が低下しにくい。ここで、耐候性は、例えば、屋外で使用された場合に、変形、変色および劣化などの変質を起こしにくい性質を意味する。例えば、ＦＥＰ、ＥＴＦＥおよびＥＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂は、耐候性を有する。
また、第１保護層１の厚さは、例えば、０．０５ｍｍから０．５ｍｍ程度とされる。また、例えば、－Ｚ方向に向けて前面１００ｆ側から第１保護層１を平面視した場合に、第１保護層１が長方形状の外形を有する構成が考えられる。
＜１－１－２．第２保護層＞
第２保護層２は、例えば、太陽電池部３を裏面１００ｂ側から保護することができる部材（バック部材とも裏面部材ともいう）である。第２保護層２は、第３面２ｆと第４面２ｂとを有する。第４面２ｂは、第３面２ｆの逆側の面である。第３面２ｆは、第１保護層１の第２面１ｂに対向している状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第３面２ｆが＋Ｚ方向を向いた面であり、第４面２ｂが－Ｚ方向を向いた面である。ここでは、第２面１ｂと第３面２ｆとが対向している方向（第１方向ともいう）は、＋Ｚ方向である。換言すれば、第２面１ｂと第３面２ｆとは、第１方向としての＋Ｚ方向において離間している。
第２保護層２は、例えば、太陽電池部３を裏面１００ｂ側から保護することができる部材（バック部材とも裏面部材ともいう）である。第２保護層２は、第３面２ｆと第４面２ｂとを有する。第４面２ｂは、第３面２ｆの逆側の面である。第３面２ｆは、第１保護層１の第２面１ｂに対向している状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第３面２ｆが＋Ｚ方向を向いた面であり、第４面２ｂが－Ｚ方向を向いた面である。ここでは、第２面１ｂと第３面２ｆとが対向している方向（第１方向ともいう）は、＋Ｚ方向である。換言すれば、第２面１ｂと第３面２ｆとは、第１方向としての＋Ｚ方向において離間している。
第２保護層２の素材には、例えば、樹脂が適用される。第２保護層２に適用される樹脂としては、例えば、ポリカーボネートなどの熱可塑性の樹脂、またはＦＥＰ、ＥＴＦＥもしくはＥＣＴＦＥなどのフッ素系の樹脂などが採用される。また、第２保護層２の素材には、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のうちの１種の樹脂、あるいはこれらの樹脂の少なくとも１種の樹脂が適用されてもよい。ここで、例えば、第２保護層２は、２層以上の樹脂で構成されてもよい。この場合には、第２保護層２に適用される樹脂は、例えば、２種類以上の樹脂であってもよい。
第２保護層２の厚さは、例えば、０．０５ｍｍから０．５ｍｍ程度とされる。また、例えば、－Ｚ方向に向けて前面１００ｆ側から第２保護層２を平面透視した場合に、第２保護層２は、第１保護層１と同様に長方形状の外形を有する構成が考えられる。
＜１－１－３．太陽電池部＞
太陽電池部３は、例えば、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。別の観点から言えば、太陽電池部３は、例えば、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間の領域（間隙領域ともいう）１００ｇに位置している。太陽電池部３は、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１を含む。換言すれば、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。第１実施形態では、太陽電池部３は、複数の太陽電池素子３１を有する。この場合には、例えば、複数の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。複数の太陽電池素子３１は、例えば、２次元的に並んでいる状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、複数の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂに沿って位置するように平面的に配列された状態にある。
太陽電池部３は、例えば、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。別の観点から言えば、太陽電池部３は、例えば、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間の領域（間隙領域ともいう）１００ｇに位置している。太陽電池部３は、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１を含む。換言すれば、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。第１実施形態では、太陽電池部３は、複数の太陽電池素子３１を有する。この場合には、例えば、複数の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂと第２保護層２の第３面２ｆとの間に位置している。複数の太陽電池素子３１は、例えば、２次元的に並んでいる状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、複数の太陽電池素子３１は、第１保護層１の第２面１ｂに沿って位置するように平面的に配列された状態にある。
また、太陽電池部３は、例えば、複数の第１配線材３２と、複数の第２配線材３３と、を有する。太陽電池部３は、例えば、複数（ここでは、１０個）の太陽電池ストリング３０を含む。太陽電池ストリング３０は、例えば、複数（ここでは、７個）の太陽電池素子３１と、複数の第１配線材３２と、を含む。複数の第１配線材３２は、例えば、複数の太陽電池素子３１のうちの相互に隣り合う太陽電池素子３１をそれぞれ電気的に接続している状態にある。複数の第２配線材３３は、複数の太陽電池ストリング３０のうちの相互に隣り合う太陽電池ストリング３０をそれぞれ電気的に接続している状態にある。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、最も－Ｘ方向の端に位置している太陽電池ストリング３０に接続された第２配線材３３と、最も＋Ｘ方向の端に位置している太陽電池ストリング３０に接続された第２配線材３３と、がモジュール本体部１２０の外部に引き出された状態にある。ここでは、２本の第２配線材３３は、例えば、第２保護層２、接着層５および基材６に設けられた貫通孔を介してモジュール本体部１２０の外部に引き出された状態にある態様が考えられる。また、２本の第２配線材３３は、例えば、第２保護層２を貫通することなく、間隙領域１００ｇの側方からモジュール本体部１２０の外部に引き出された状態にあってもよい。
複数の太陽電池素子３１のそれぞれは、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。図２（ａ）および図２（ｂ）で示されるように、複数の太陽電池素子３１のそれぞれは、表（おもて）面側に位置している面（第１素子面ともいう）３１ｆと、この第１素子面３１ｆの逆側の面（第２素子面ともいう）３１ｓと、を有する。図２（ａ）および図２（ｂ）の例では、第１素子面３１ｆが、＋Ｚ方向を向いている状態にあり、第２素子面３１ｓが、－Ｚ方向を向いている状態にある。この場合には、例えば、第１素子面３１ｆは、主として光が入射される面（前面とも受光面ともいう）としての役割を果たす。第１実施形態では、図２（ａ）および図２（ｂ）で示されるように、複数の太陽電池素子３１のそれぞれは、半導体基板３１０と、第１出力取出電極３１１と、第１集電電極３１２と、第２出力取出電極３１３と、第２集電電極３１４と、を有する。
半導体基板３１０には、例えば、結晶シリコンなどの結晶系半導体、アモルファスシリコンなどの非晶質系の半導体、あるいは銅とインジウムとガリウムとセレンの４種類の元素またはカドミウムとテルルの２種類の元素などを用いた化合物半導体が適用される。ここで、半導体基板３１０に結晶シリコンが適用される場合を想定する。この場合には、半導体基板３１０は、主として第１導電型を有する領域（第１導電型領域ともいう）と、第１導電型とは逆の第２導電型を有する領域（第２導電型領域ともいう）と、を有する。第１導電型領域は、例えば、半導体基板３１０のうちの－Ｚ方向を向いた第２素子面３１ｓに沿った領域に位置している。第２導電型領域は、例えば、半導体基板３１０のうちの＋Ｚ方向を向いた第１素子面３１ｆに沿った表層部に位置している。ここで、例えば、第１導電型がｐ型である場合には、第２導電型がｎ型となる。また、例えば、第１導電型がｎ型である場合には、第２導電型がｐ型となる。これにより、半導体基板３１０は、第１導電型領域と第２導電型領域との界面に位置しているｐｎ接合部を有する。半導体基板３１０の厚さは、例えば、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度とされる。半導体基板３１０の第１素子面３１ｆ側の面は、例えば、照射された光の反射を低減するための微細な凹凸構造（テクスチャ）を有していてもよい。
第１出力取出電極３１１および第１集電電極３１２は、例えば、半導体基板３１０のうちの＋Ｚ方向を向いており且つ第１素子面３１ｆに沿った面上に位置している。第１出力取出電極３１１には、例えば、バスバー電極が適用される。第１集電電極３１２には、例えば、フィンガー電極が適用される。図２（ａ）の例では、第１素子面３１ｆに沿って、＋Ｙ方向に沿った互いに略平行な２本の第１出力取出電極３１１が位置しているとともに、略平行な多数本の第１集電電極３１２が２本の第１出力取出電極３１１に略直交するように位置している。また、半導体基板３１０の第２導電型領域の上のうち、第１出力取出電極３１１および第１集電電極３１２が形成されていない領域には、例えば、窒化シリコンなどで構成されている状態にある反射防止膜３１５としての絶縁膜が位置していてもよい。ここで、例えば、第１出力取出電極３１１の主成分が銀である場合には、第１出力取出電極３１１は、銀ペーストがスクリーン印刷などで所望の形状に塗布された後に焼成されることで形成され得る。主成分とは、含有成分のうち含有される比率（含有率ともいう）が最も大きい（高い）成分のことを意味する。銀ペーストには、例えば、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペーストが適用される。例えば、第１集電電極３１２の主成分が銀である場合には、第１集電電極３１２は、第１出力取出電極３１１と同様に、銀ペーストがスクリーン印刷などで所望の形状に塗布された後に焼成されることで形成され得る。第１出力取出電極３１１と第１集電電極３１２とは、例えば、互いに別工程で形成されてもよいし、同一の工程で形成されてもよい。
第２出力取出電極３１３および第２集電電極３１４は、例えば、半導体基板３１０のうちの－Ｚ方向を向いており且つ第２素子面３１ｓに沿った面上に位置している。第２出力取出電極３１３には、例えば、バスバー電極が適用される。図２（ｂ）の例では、第２素子面３１ｓに沿って、＋Ｙ方向に沿った互いに略平行な２列の第２出力取出電極３１３が位置している。第２集電電極３１４は、第２素子面３１ｓのうち、第２出力取出電極３１３と第２集電電極３１４とが重畳することで相互に接続されている部分を除き、第２出力取出電極３１３が形成されていない領域の略全面に位置している。２列の第２出力取出電極３１３のそれぞれは、例えば、一列に並んでいる複数（ここでは、４つ）の電極部分を含む。また、例えば、半導体基板３１０の第１導電型領域と第２出力取出電極３１３および第２集電電極３１４との間に、所望のパターンで酸化アルミニウムなどの酸化物または窒化物の薄膜がパッシベーション膜として存在していてもよい。ここで、例えば、第２出力取出電極３１３の主成分が銀である場合には、第１出力取出電極３１１と同様に、第２出力取出電極３１３は、銀ペーストがスクリーン印刷などで所望の形状に塗布された後に焼成されることで形成され得る。例えば、第２集電電極３１４の主成分がアルミニウムである場合には、第２集電電極３１４は、アルミニウムペーストがスクリーン印刷などで所望の形状に塗布された後に焼成されることで形成され得る。アルミニウムペーストには、例えば、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペーストが適用される。
第１配線材３２は、例えば、第１の太陽電池素子３１の第１出力取出電極３１１と、この第１の太陽電池素子３１の隣の第２の太陽電池素子３１の第２出力取出電極３１３とを電気的に接続している状態にある。図２（ａ）および図２（ｂ）の例では、複数の太陽電池素子３１のそれぞれに接合された第１配線材３２の外縁が仮想的に２点鎖線で描かれている。ここでは、第１配線材３２は、例えば、第１出力取出電極３１１および第２出力取出電極３１３に接合された状態にある。具体的には、例えば、第１配線材３２と第１出力取出電極３１１との間に位置しており、第１配線材３２と第１出力取出電極３１１とを接合している部分（第１接合部分ともいう）３２１が存在している。このため、例えば、第１配線材３２は、第１の太陽電池素子３１の第１出力取出電極３１１に第１接合部分３２１を介して接合している状態にある。また、例えば、第１配線材３２と第２出力取出電極３１３との間に位置しており、第１配線材３２と第２出力取出電極３１３とを接合している部分（第２接合部分ともいう）３２２が存在している。このため、例えば、第１配線材３２は、第１の太陽電池素子３１の隣の第２の太陽電池素子３１の第２出力取出電極３１３に第２接合部分３２２を介して接合している状態にある。第１配線材３２には、例えば、線状あるいは帯状の導電性を有する金属体が適用される。第１接合部分３２１および第２接合部分３２２の素材には、例えば、半田（はんだ）などの低融点の合金または低融点の単体の金属などが適用される。より具体的には、例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の厚さと１ｍｍから２ｍｍ程度の幅とを有する銅箔が第１配線材３２に適用され、この第１配線材３２の全面に半田が被覆された状態にある。第１配線材３２は、例えば、半田付けによって、第１出力取出電極３１１および第２出力取出電極３１３に電気的に接続されている状態にある。この場合には、例えば、第１配線材３２と第１出力取出電極３１１との間に位置している半田が第１接合部分３２１を構成している状態にある。また、例えば、第１配線材３２と第２出力取出電極３１３との間に位置している半田が第２接合部分３２２を構成している状態にある。
＜１－１－４．充填材層＞
充填材層４は、第１保護層１と第２保護層２との間において太陽電池部３を覆っている状態にある。換言すれば、充填材層４は、第１保護層１と第２保護層２との間において、複数の太陽電池素子３１を覆っている状態にある。別の観点から言えば、充填材層４は、例えば、第１保護層１と第２保護層２との間の間隙領域１００ｇに、太陽電池部３を覆いつつ充填されている状態にある。
充填材層４は、第１保護層１と第２保護層２との間において太陽電池部３を覆っている状態にある。換言すれば、充填材層４は、第１保護層１と第２保護層２との間において、複数の太陽電池素子３１を覆っている状態にある。別の観点から言えば、充填材層４は、例えば、第１保護層１と第２保護層２との間の間隙領域１００ｇに、太陽電池部３を覆いつつ充填されている状態にある。
充填材層４は、例えば、第１充填材層４１と、第２充填材層４２と、を有する。第１充填材層４１は、例えば、間隙領域１００ｇのうちの第１保護層１と太陽電池部３との間に位置している。ここでは、第１充填材層４１は、例えば、太陽電池部３の第１保護層１側の全面を覆っている状態にある。換言すれば、第１充填材層４１は、例えば、第１保護層１の第２面１ｂと太陽電池部３との間において１つ以上の太陽電池素子３１を覆っている状態にある。第２充填材層４２は、例えば、間隙領域１００ｇのうちの第２保護層２と太陽電池部３との間に位置している。ここでは、第２充填材層４２は、例えば、太陽電池部３の第２保護層２側の全面を覆っている状態にある。換言すれば、第２充填材層４２は、例えば、第２保護層２の第３面２ｆと太陽電池部３との間において１つ以上の太陽電池素子３１を覆っている状態にある。このため、第１実施形態では、太陽電池部３は、例えば、第１充填材層４１と第２充填材層４２とによって挟み込まれるように囲まれている状態にある。これにより、例えば、充填材層４によって太陽電池部３の姿勢が保たれ得る。
充填材層４は、例えば、透光性を有する。ここでは、充填材層４は、例えば、上述した特定範囲の波長の光に対する透光性を有する。ここで、例えば、充填材層４を構成する第１充填材層４１および第２充填材層４２のうち、少なくとも第１充填材層４１が透光性を有していれば、前面１００ｆ側からの入射光が、太陽電池部３まで到達し得る。
第１充填材層４１および第２充填材層４２のそれぞれの素材には、例えば、樹脂が適用される。換言すれば、充填材層４は、樹脂製の第１充填材層４１と、樹脂製の第２充填材層４２と、を有する。第１充填材層４１および第２充填材層４２のそれぞれの素材には、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）またはアイオノマーなどの樹脂が適用される。第１充填材層４１および第２充填材層４２は、例えば、２種類以上の素材によって構成されていてもよい。第１方向としての＋Ｚ方向における第１充填材層４１の厚さは、例えば、０．２ｍｍから１ｍｍ程度とされ、第１方向としての＋Ｚ方向における第２充填材層４２の厚さは、例えば、０．２ｍｍから１ｍｍ程度とされる。
＜１－１－５．基材＞
基材６は、例えば、モジュール本体部１２０を支持している状態にある部材（支持部材ともいう）である。基材６は、例えば、第１保護層１よりも硬い状態にある。換言すれば、第１保護層１は、基材６よりも柔らかい状態にある。ここで、第１保護層１が基材６よりも柔らかい状態は、例えば、第１保護層１が基材６よりも低い剛性を有する状態を含む。例えば、基材６がモジュール本体部１２０よりも高い剛性を有していれば、基材６は、モジュール本体部１２０の形状を維持するようにモジュール本体部１２０を支持することができる。ここで、第１保護層１と基材６との間における相対的な柔らかさおよび硬さの関係については、例えば、太陽電池モジュール１００の状態で、第１保護層１および基材６のそれぞれを対象としたビッカース硬度計を用いたビッカース硬度の測定結果から算出および評価を行うことが可能である。また、例えば、太陽電池モジュール１００を分解して第１保護層１および基材６を取り出し、第１保護層１および基材６のそれぞれについて、機械的試験法、共振法および超音波パルス法を用いて、第１保護層１と基材６との間における相対的な柔らかさおよび硬さの関係を算出および評価してもよい。機械的試験法には、例えば、試験片を用いた引張試験、ねじり試験および圧縮試験がある。ヤング率は、機械的試験法で得られる応力－ひずみ線図の傾きから容易に算出される。共振法では、試験片に機械的または電気的に強制振動を与えて、試験片の共振周波数（固有振動数）を計測し、この共振周波数からヤング率を計算することができる。また、強制振動には、縦振動、横振動および捻り振動があり、縦振動および横振動の共振周波数から試験片のヤング率が求まり、捻り振動の共振周波数から試験片の剛性率（横弾性係数）が求まる。超音波パルス法では、縦波用振動子および横波用振動子を用いて約１メガヘルツ（ＭＨｚ）から２０ＭＨｚの超音波パルスを試験片に伝播させ、試験片内を伝播する縦波および横波の伝播速度からヤング率および剛性率を計算することができる。
基材６は、例えば、モジュール本体部１２０を支持している状態にある部材（支持部材ともいう）である。基材６は、例えば、第１保護層１よりも硬い状態にある。換言すれば、第１保護層１は、基材６よりも柔らかい状態にある。ここで、第１保護層１が基材６よりも柔らかい状態は、例えば、第１保護層１が基材６よりも低い剛性を有する状態を含む。例えば、基材６がモジュール本体部１２０よりも高い剛性を有していれば、基材６は、モジュール本体部１２０の形状を維持するようにモジュール本体部１２０を支持することができる。ここで、第１保護層１と基材６との間における相対的な柔らかさおよび硬さの関係については、例えば、太陽電池モジュール１００の状態で、第１保護層１および基材６のそれぞれを対象としたビッカース硬度計を用いたビッカース硬度の測定結果から算出および評価を行うことが可能である。また、例えば、太陽電池モジュール１００を分解して第１保護層１および基材６を取り出し、第１保護層１および基材６のそれぞれについて、機械的試験法、共振法および超音波パルス法を用いて、第１保護層１と基材６との間における相対的な柔らかさおよび硬さの関係を算出および評価してもよい。機械的試験法には、例えば、試験片を用いた引張試験、ねじり試験および圧縮試験がある。ヤング率は、機械的試験法で得られる応力－ひずみ線図の傾きから容易に算出される。共振法では、試験片に機械的または電気的に強制振動を与えて、試験片の共振周波数（固有振動数）を計測し、この共振周波数からヤング率を計算することができる。また、強制振動には、縦振動、横振動および捻り振動があり、縦振動および横振動の共振周波数から試験片のヤング率が求まり、捻り振動の共振周波数から試験片の剛性率（横弾性係数）が求まる。超音波パルス法では、縦波用振動子および横波用振動子を用いて約１メガヘルツ（ＭＨｚ）から２０ＭＨｚの超音波パルスを試験片に伝播させ、試験片内を伝播する縦波および横波の伝播速度からヤング率および剛性率を計算することができる。
第１実施形態では、基材６は、例えば、板状の部材（板材ともいう）である。基材６は、例えば、第５面６ｆと、第６面６ｂと、を有する。第６面６ｂは、基材６のうちの第５面６ｆの逆側に位置している。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第５面６ｆが＋Ｚ方向を向いた面であり、第６面６ｂが－Ｚ方向を向いた面である。第１実施形態では、第５面６ｆは、第２保護層２の第４面２ｂと対向している状態にある。基材６を構成する板材には、例えば、車両もしくは船舶などの移動体のボディの外板、または建築物の屋根材もしくは外壁材などが適用される。この場合には、例えば、車両もしくは船舶などの移動体または建築物などに太陽電池モジュール１００を容易に適用することができる。ここで、板材としては、例えば、めっき鋼板もしくはステンレス鋼板などの鋼板、あるいはアルミニウム板などの金属製の板材が採用される。めっき鋼板には、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板または溶融亜鉛アルミめっき鋼板などの各種のめっきが施された鋼板が適用される。このように、例えば、基材６を構成する板材として、金属製の板材が適用されれば、モジュール本体部１２０よりも高い剛性を有する板状の基材６が容易に実現され得る。基材６を構成する板材の形状は、例えば、平板状であってもよいし、若干の湾曲などの曲がりを有する形状であってもよい。基材６の厚さは、例えば、０．５ｍｍから数センチメートル（ｃｍ）程度とされる。
＜１－１－６．接着層＞
接着層５は、例えば、モジュール本体部１２０を基材６に接着している状態にある。第１実施形態では、接着層５は、例えば、第２保護層２の第４面２ｂと基材６の第５面６ｆとの間に位置している。このため、接着層５は、例えば、第４面２ｂと第５面６ｆとを接着している状態にある。接着層５には、例えば、接着テープあるいはエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）またはアイオノマーなどの樹脂が適用される。接着テープは、例えば、支持体と、支持体の両面上に位置している粘着剤と、を有する。支持体の形状は、例えば、帯状である場合には、支持体の両面は、帯状の支持体のうちの表側の面（第１表面とも前面ともいう）およびこの前面の逆側の面（第２表面とも裏面ともいう）である。第１方向としての＋Ｚ方向における接着層５の厚さは、例えば、０．１ｍｍから１ｍｍ程度とされる。
接着層５は、例えば、モジュール本体部１２０を基材６に接着している状態にある。第１実施形態では、接着層５は、例えば、第２保護層２の第４面２ｂと基材６の第５面６ｆとの間に位置している。このため、接着層５は、例えば、第４面２ｂと第５面６ｆとを接着している状態にある。接着層５には、例えば、接着テープあるいはエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）またはアイオノマーなどの樹脂が適用される。接着テープは、例えば、支持体と、支持体の両面上に位置している粘着剤と、を有する。支持体の形状は、例えば、帯状である場合には、支持体の両面は、帯状の支持体のうちの表側の面（第１表面とも前面ともいう）およびこの前面の逆側の面（第２表面とも裏面ともいう）である。第１方向としての＋Ｚ方向における接着層５の厚さは、例えば、０．１ｍｍから１ｍｍ程度とされる。
＜１－２．太陽電池モジュールの耐衝撃性＞
上記構成を有する太陽電池モジュール１００において、例えば、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層が、第１充填材層４１よりも大きなヤング率を有していれば、太陽電池素子３１と基材６との間の少なくとも１つの層の剛性が高まる。これにより、例えば、ガラス基板よりも柔らかい樹脂製の第１保護層１の第１面１ｆに雹などの落下物または強風に伴う飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１と基材６との間に位置している部分が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。このため、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性が高まり得る。よって、例えば、太陽電池モジュール１００の軽量化を図るために第１保護層１を樹脂製の部材としても、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくすることで、太陽電池モジュール１００の耐衝撃性を向上させることができる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１００における軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる。
上記構成を有する太陽電池モジュール１００において、例えば、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層が、第１充填材層４１よりも大きなヤング率を有していれば、太陽電池素子３１と基材６との間の少なくとも１つの層の剛性が高まる。これにより、例えば、ガラス基板よりも柔らかい樹脂製の第１保護層１の第１面１ｆに雹などの落下物または強風に伴う飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１と基材６との間に位置している部分が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。このため、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性が高まり得る。よって、例えば、太陽電池モジュール１００の軽量化を図るために第１保護層１を樹脂製の部材としても、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくすることで、太陽電池モジュール１００の耐衝撃性を向上させることができる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１００における軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる。
ここでは、例えば、第２充填材層４２のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくすることが考えられる。具体的には、例えば、第１充填材層４１の素材をＥＶＡとし、第２充填材層４２の素材をアイオノマーとすることで、第１充填材層４１のヤング率よりも第２充填材層４２のヤング率を大きくすることができる。このアイオノマーとしては、例えば、三井・ダウポリケミカル（株）社製のハイミラン（登録商標）などを採用することができる。また、このアイオノマーに、例えば、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを適用してもよい。このエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーは、例えば、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体と金属化合物とを反応させることで取得され得る。このようにして、例えば、太陽電池素子３１の直ぐ基材６側に位置している第２充填材層４２の剛性を高めることができる。これにより、例えば、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、第２充填材層４２が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形がより生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックがより生じにくくなる。したがって、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性が高まり得る。
また、ここでは、例えば、接着層５のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくすることが考えられる。具体的には、例えば、第１充填材層４１の素材をＥＶＡとし、接着層５の素材をアイオノマーとすることで、第１充填材層４１のヤング率よりも接着層５のヤング率を大きくすることができる。このアイオノマーとしては、例えば、三井・ダウポリケミカル（株）社製のハイミラン（登録商標）などを採用することができる。また、このアイオノマーに、例えば、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを適用してもよい。また、例えば、接着層５の素材を、２液を混合して使用するタイプ（２液混合タイプともいう）の接着剤とすることで、第１充填材層４１のヤング率よりも接着層５のヤング率を大きくしてもよい。このようにして、例えば、太陽電池素子３１と基材６との間に位置している接着層５の剛性を高めることができる。これにより、例えば、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、接着層５が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。したがって、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性が高まり得る。
ところで、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００では、太陽電池モジュール１００の軽量化などを図るために、フロント部材として、ガラス基板の代わりに、樹脂製の第１保護層１が採用されている。
ここで、ガラス基板については、例えば、ガラス基板を作製する際に用いるロールの外周面における凹凸の影響で、ガラス基板の表面の粗さが大きくなり得る。例えば、このガラス基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、数μｍから数百μｍ程度となる。また、太陽電池素子３１については、例えば、半導体基板３１０の第１素子面３１ｆ側の面が微細な凹凸構造（テクスチャ）を有することで、第１素子面３１ｆの粗さがある程度大きくなり得る。この第１素子面３１ｆの算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、１００ｎｍから数百ｎｍ程度となる。これに対して、樹脂製の第１保護層１の表面の粗さは、ガラス基板の表面の粗さよりも小さくなり得る。この樹脂製の第１保護層１の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、数ｎｍから数十ｎｍ程度となる。
このため、例えば、フロント部材を、ガラス基板から、このガラス基板よりも表面の粗さが小さく平坦な樹脂製の第１保護層１に変更すれば、フロント部材と第１充填材層４１との接触面積が小さくなる。このため、例えば、フロント部材と第１充填材層４１との間で剥離が生じやすい。これにより、例えば、第１面１ｆに対する落下物または飛来物の衝突によって、第１保護層１と第１充填材層４１との間で剥離が生じて、第１保護層１と第１充填材層４１との間ですべりが生じやすく、太陽電池モジュール１００の全体における剛性が低下し得る。その結果、例えば、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突すると、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じやすくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じやすく、太陽電池モジュール１００における耐衝撃性の低下を招く場合がある。
第１実施形態では、例えば、第１保護層１と第１充填材層４１との界面（第１界面ともいう）１０における粗さ（第１粗さともいう）が、第１充填材層４１と１つ以上の太陽電池素子３１との界面（第２界面ともいう）２０における粗さ（第２粗さともいう）よりも小さい態様が考えられる。ここで、高温高湿の環境に置かれる前後の太陽電池モジュール１００をそれぞれ対象として、第１界面１０および第２界面２０について算術平均粗さ（Ｒａ）を求めた。その結果、第１界面１０の算術平均粗さ（Ｒａ）は、５ｎｍから１５ｎｍ程度であり、第２界面２０の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１５０ｎｍから２５０ｎｍ程度であった。ここでは、各太陽電池モジュール１００をＸＺ平面に沿って切断して得た切断面を対象として、電子顕微鏡（ＳＥＭ）または光学顕微鏡を用いた撮影で画像を取得し、この画像を対象とした二値化などの画像処理によって第１界面１０および第２界面２０の断面形状を検出した上で算術平均粗さ（Ｒａ）を算出した。
ここでは、例えば、第１保護層１と第１充填材層４１との第１界面１０における第１粗さが、第１充填材層４１と１つ以上の太陽電池素子３１との第２界面２０における第２粗さよりも小さくなると、第１保護層１と第１充填材層４１との接触面積が小さくなる。このため、例えば、フロント部材としてガラス基板を用いる場合と比較して、フロント部材としての第１保護層１と第１充填材層４１との間で剥離が生じやすくなり、１つ以上の太陽電池素子３１が割れやすくなる。このような場合であっても、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１と基材６との間の少なくとも１つの層の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに対して落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。その結果、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性を高めることができる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１００における軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる。
＜１－３．太陽電池モジュールの耐衝撃性についての具体例＞
＜１－３－１．シミュレーションの結果＞
ここで、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ８９９１で規定される降ひょう（雹）試験を模したシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、図３で示されるように、雹（ひょう）を想定した鋼球８００を第１面１ｆから高さ方向に１メートル（ｍ）離れた位置から第１面１ｆ上に落下させた際に、太陽電池素子３１に掛かる主応力の最大値（最大主応力ともいう）の時間変化を得た。ここでは、鋼球８００を直径が３８ｍｍである球体とした。基材６のＸ方向に沿った相互に対向する２辺の長さ（幅ともいう）Ｗ１を２００ｍｍとし、基材６のＹ方向に沿った相互に対向する２辺の長さ（奥行きともいう）Ｄ１を２００ｍｍとした。そして、太陽電池モジュール１００を、便宜的に、基材６の上に、接着層５と、第２保護層２と、第２充填材層４２と、太陽電池素子３１の層と、第１充填材層４１と、第１保護層１と、がこの記載の順に単純に積層された積層体とした。また、基材６を厚さが０．７ｍｍである鉄板とした。接着層５を厚さが０．４ｍｍである接着テープ、ＥＶＡまたはアイオノマーの層とした。第２保護層２を厚さが０．２ｍｍであるＰＥＴの層とした。第２充填材層４２を厚さが０．３１ｍｍであるＥＶＡの層とした。太陽電池素子３１を厚さが０．１８ｍｍである結晶シリコンの層とした。第１充填材層４１を厚さが０．５１ｍｍであるＥＶＡの層とした。第１保護層１を厚さが０．１０ｍｍであるＦＥＰの層とした。各厚さは、第１方向としての＋Ｚ方向における厚さとした。第１面１ｆ上に鋼球８００が衝突する際の初速を４．４３メートル毎秒（ｍ／ｓ）とした。
＜１－３－１．シミュレーションの結果＞
ここで、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ８９９１で規定される降ひょう（雹）試験を模したシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、図３で示されるように、雹（ひょう）を想定した鋼球８００を第１面１ｆから高さ方向に１メートル（ｍ）離れた位置から第１面１ｆ上に落下させた際に、太陽電池素子３１に掛かる主応力の最大値（最大主応力ともいう）の時間変化を得た。ここでは、鋼球８００を直径が３８ｍｍである球体とした。基材６のＸ方向に沿った相互に対向する２辺の長さ（幅ともいう）Ｗ１を２００ｍｍとし、基材６のＹ方向に沿った相互に対向する２辺の長さ（奥行きともいう）Ｄ１を２００ｍｍとした。そして、太陽電池モジュール１００を、便宜的に、基材６の上に、接着層５と、第２保護層２と、第２充填材層４２と、太陽電池素子３１の層と、第１充填材層４１と、第１保護層１と、がこの記載の順に単純に積層された積層体とした。また、基材６を厚さが０．７ｍｍである鉄板とした。接着層５を厚さが０．４ｍｍである接着テープ、ＥＶＡまたはアイオノマーの層とした。第２保護層２を厚さが０．２ｍｍであるＰＥＴの層とした。第２充填材層４２を厚さが０．３１ｍｍであるＥＶＡの層とした。太陽電池素子３１を厚さが０．１８ｍｍである結晶シリコンの層とした。第１充填材層４１を厚さが０．５１ｍｍであるＥＶＡの層とした。第１保護層１を厚さが０．１０ｍｍであるＦＥＰの層とした。各厚さは、第１方向としての＋Ｚ方向における厚さとした。第１面１ｆ上に鋼球８００が衝突する際の初速を４．４３メートル毎秒（ｍ／ｓ）とした。
図４（ａ）では、第２充填材層４２のヤング率（Ｅ２）を第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）で除した値（Ｅ２／Ｅ１）を１とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い破線で示している。また、図４（ａ）では、値（Ｅ２／Ｅ１）を２０とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い１点鎖線で示している。また、図４（ａ）では、値（Ｅ２／Ｅ１）を５０とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い実線で示している。図４（ａ）で示されるように、第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）に対して、第２充填材層４２のヤング率（Ｅ２）が大きくなれば大きくなる程、太陽電池素子３１に掛かる最大主応力が小さくなることが確認された。このため、例えば、第２充填材層４２のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくして、第２充填材層４２の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。
図４（ｂ）では、接着層５のヤング率（Ｅ５）を第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）で除した値（Ｅ５／Ｅ１）を１とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い破線で示している。また、図４（ｂ）では、値（Ｅ５／Ｅ１）を１０とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い２点鎖線で示している。また、図４（ｂ）では、値（Ｅ５／Ｅ１）を２８５とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い１点鎖線で示している。また、図４（ｂ）では、値（Ｅ５／Ｅ１）を１０００とした場合に太陽電池素子３１の層に掛かる最大主応力の時間変化のシミュレーション結果を太い実線で示している。図４（ｂ）で示されるように、第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）に対して、接着層５のヤング率（Ｅ５）が大きくなれば大きくなる程、太陽電池素子３１に掛かる最大主応力が小さくなることが確認された。このため、例えば、接着層５のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくして、接着層５の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。また、図４（ｂ）で示されるように、第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）に対して、接着層５のヤング率（Ｅ５）をある程度大きくすると、接着層５のヤング率（Ｅ５）の増加に対して最大主応力が低下しにくくなることも確認された。このため、例えば、接着層５のヤング率（Ｅ５）を大きくして、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくする場合には、接着層５のヤング率（Ｅ５）を大きくするための容易さを考慮して、第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）に対する接着層５のヤング率（Ｅ５）の大きさを適切な範囲に設定する態様があるものと考えられた。
また、図４（ａ）および図４（ｂ）で示されるように、第１充填材層４１のヤング率（Ｅ１）に対して、接着層５のヤング率（Ｅ５）を大きくするよりも、第２充填材層４２のヤング率（Ｅ２）を大きくする方が、太陽電池素子３１に掛かる最大主応力が小さくなりやすい傾向が確認された。ここでは、例えば、太陽電池素子３１の直ぐ基材６側に位置している第２充填材層４２の剛性を高めると、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１に局所的な変形がより生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。
＜１－３－２．実験の結果＞
ここで、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ８９９１で規定される降雹試験を模した実験の結果について説明する。この実験では、雹（ひょう）を想定した鋼球８００を異なる複数の高さの位置から第１面１ｆ上にそれぞれ落下させた後に、モジュール本体部１２０の外部に引き出された２本の第２配線材３３の間に一定の電流を流しながら、第１素子面３１ｆにおける発光（Electro Luminescence：ＥＬ）の状態を撮像素子で撮影する検査（太陽電池ＥＬ検査ともいう）を実施した。ここでは、複数の高さは、第１面１ｆを基準とした、高さ方向における１１センチメートル（ｃｍ）、５０ｃｍ、１００ｃｍ、１２５ｃｍ、１５０ｃｍおよび１９０ｃｍの高さとした。ここでは、鋼球８００を直径が３８ｍｍである球体とした。基材６を厚さが０．７ｍｍである鉄板とした。第２保護層２を厚さが０．２ｍｍであるＰＥＴの層とした。第２充填材層４２を厚さが０．４ｍｍであるＥＶＡの層とした。太陽電池素子３１の半導体基板３１０として厚さが０．１８ｍｍである結晶シリコンを用いた。第１充填材層４１を厚さが０．６ｍｍであるＥＶＡ製の層とした。第１保護層１を厚さが０．１０ｍｍであるＦＥＰの層とした。そして、接着層５を、厚さが０．４ｍｍである接着テープの層とした太陽電池モジュール１００と、接着層５を、厚さが０．４ｍｍであるアイオノマーの層とした太陽電池モジュール１００と、を用いた。各厚さは、第１方向としての＋Ｚ方向における厚さとした。接着テープとして、３Ｍ社製の３Ｍ（登録商標）ＶＨＢ（登録商標）テープを用いた。アイオノマーとして、三井・ダウポリケミカル（株）社製のハイミラン（登録商標）を用いた。ここでは、接着テープを用いた接着層５のヤング率は、ＥＶＡ製の第１充填材層４１のヤング率よりも低く、アイオノマーを用いた接着層５のヤング率は、ＥＶＡ製の第１充填材層４１のヤング率よりも高かった。この実験では、接着層５として接着テープを用いて、複数の高さ（１１ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍ、１２５ｃｍ、１５０ｃｍおよび１９０ｃｍ）のすべて位置から第１面１ｆ上にそれぞれ鋼球８００を落下させた太陽電池モジュール１００を対象とした太陽電池ＥＬ検査において、太陽電池素子３１に発光を生じないクラックが存在していることが確認された。これに対して、接着層５の素材としてアイオノマーを用いた場合には、１００ｃｍ以下の高さの位置から第１面１ｆ上にそれぞれ鋼球８００を落下させた太陽電池モジュール１００を対象とした太陽電池ＥＬ検査においては、太陽電池素子３１に発光を生じないクラックが存在していないことが確認された。このため、例えば、接着層５のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくして、接着層５の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。
ここで、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ８９９１で規定される降雹試験を模した実験の結果について説明する。この実験では、雹（ひょう）を想定した鋼球８００を異なる複数の高さの位置から第１面１ｆ上にそれぞれ落下させた後に、モジュール本体部１２０の外部に引き出された２本の第２配線材３３の間に一定の電流を流しながら、第１素子面３１ｆにおける発光（Electro Luminescence：ＥＬ）の状態を撮像素子で撮影する検査（太陽電池ＥＬ検査ともいう）を実施した。ここでは、複数の高さは、第１面１ｆを基準とした、高さ方向における１１センチメートル（ｃｍ）、５０ｃｍ、１００ｃｍ、１２５ｃｍ、１５０ｃｍおよび１９０ｃｍの高さとした。ここでは、鋼球８００を直径が３８ｍｍである球体とした。基材６を厚さが０．７ｍｍである鉄板とした。第２保護層２を厚さが０．２ｍｍであるＰＥＴの層とした。第２充填材層４２を厚さが０．４ｍｍであるＥＶＡの層とした。太陽電池素子３１の半導体基板３１０として厚さが０．１８ｍｍである結晶シリコンを用いた。第１充填材層４１を厚さが０．６ｍｍであるＥＶＡ製の層とした。第１保護層１を厚さが０．１０ｍｍであるＦＥＰの層とした。そして、接着層５を、厚さが０．４ｍｍである接着テープの層とした太陽電池モジュール１００と、接着層５を、厚さが０．４ｍｍであるアイオノマーの層とした太陽電池モジュール１００と、を用いた。各厚さは、第１方向としての＋Ｚ方向における厚さとした。接着テープとして、３Ｍ社製の３Ｍ（登録商標）ＶＨＢ（登録商標）テープを用いた。アイオノマーとして、三井・ダウポリケミカル（株）社製のハイミラン（登録商標）を用いた。ここでは、接着テープを用いた接着層５のヤング率は、ＥＶＡ製の第１充填材層４１のヤング率よりも低く、アイオノマーを用いた接着層５のヤング率は、ＥＶＡ製の第１充填材層４１のヤング率よりも高かった。この実験では、接着層５として接着テープを用いて、複数の高さ（１１ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍ、１２５ｃｍ、１５０ｃｍおよび１９０ｃｍ）のすべて位置から第１面１ｆ上にそれぞれ鋼球８００を落下させた太陽電池モジュール１００を対象とした太陽電池ＥＬ検査において、太陽電池素子３１に発光を生じないクラックが存在していることが確認された。これに対して、接着層５の素材としてアイオノマーを用いた場合には、１００ｃｍ以下の高さの位置から第１面１ｆ上にそれぞれ鋼球８００を落下させた太陽電池モジュール１００を対象とした太陽電池ＥＬ検査においては、太陽電池素子３１に発光を生じないクラックが存在していないことが確認された。このため、例えば、接着層５のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくして、接着層５の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。
ここで、接着層５を厚さが０．１ｍｍであるアイオノマーの層として、１００ｃｍの高さの位置から第１面１ｆ上に鋼球８００を落下させた太陽電池モジュール１００を対象とした太陽電池ＥＬ検査において、太陽電池素子３１に発光を生じないクラックが存在していることが確認された。このため、接着層５については、ヤング率だけでなく厚さも適宜調整して、接着層５の剛性を高めることで、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくく、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなるものと推察された。
＜１－４．太陽電池モジュールの製造＞
太陽電池モジュール１００の製造方法の一例について、図５（ａ）から図５（ｄ）を参照しつつ説明する。
太陽電池モジュール１００の製造方法の一例について、図５（ａ）から図５（ｄ）を参照しつつ説明する。
図５（ａ）および図５（ｂ）で示されるように、第２保護層２、第２シート４２ｓ、太陽電池部３、第１シート４１ｓおよび第１保護層１を、この記載順に積層することで、積層体１１０を形成する。このとき、太陽電池部３からモジュール本体部１２０の外部に引き出されて端子ボックス９などに接続させるための配線が適宜配置される。ここでは、第１シート４１ｓは、例えば、第１充填材層４１の素になる樹脂（ＥＶＡなど）製のシートである。第２シート４２ｓは、例えば、第２充填材層４２の素になる樹脂（ＥＶＡもしくはアイオノマーなど）のシートである。ここで、例えば、第１保護層１の片面である第２面１ｂにコロナ処理またはプラズマ処理などの表面を活性化させるための処理を事前に施しておけば、後述するラミネート処理において第１保護層１と第１充填材層４１との間における密着性が向上し得る。
次に、例えば、積層体１１０を対象としたラミネート処理を行う。ここでは、例えば、ラミネート装置（ラミネータ）を用いて、積層体１１０を一体化させる。例えば、ラミネータでは、チャンバー内のヒーター盤上に積層体１１０を載置し、チャンバー内を５０パスカル（Ｐａ）から１５０Ｐａ程度まで減圧させつつ、積層体１１０を摂氏１００度（１００℃）から摂氏２００度（２００℃）程度まで加熱する。このとき、第１シート４１ｓおよび第２シート４２ｓが加熱によってある程度流動可能な状態となる。この状態で、チャンバー内において、積層体１１０を、ダイヤフラムシートなどで押圧しながら、第１シート４１ｓおよび第２シート４２ｓにおける樹脂の架橋反応を進行させて、積層体１１０を一体化させる。これにより、図５（ｃ）で示されるように、モジュール本体部１２０を作製することができる。
そして、例えば、図５（ｄ）で示されるように、接着層５によって基材６にモジュール本体部１２０を接着させることで、図１（ａ）および図１（ｂ）で示されたような太陽電池モジュール１００を製造することができる。
ここでは、例えば、図６（ａ）および図６（ｂ）で示されるように、基材６、接着層５、第２保護層２、第２シート４２ｓ、太陽電池部３、第１シート４１ｓおよび第１保護層１を、この記載順に積層することで形成した積層体１１１を対象としたラミネート処理を行うことで、太陽電池モジュール１００を製造してもよい。
その後、例えば、太陽電池モジュール１００に、端子ボックス９を適宜取り付けてもよい。このとき、例えば、太陽電池部３からモジュール本体部１２０の外部に引き出された配線が、端子ボックス９内の端子に適宜接続されてもよい。ここで、太陽電池モジュール１００は、例えば、端子ボックス９を有していなくてもよい。
＜１－５．第１実施形態のまとめ＞
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００では、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１と基材６との間に位置している、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層が、第１充填材層４１よりも大きなヤング率を有している。このため、例えば、太陽電池素子３１と基材６との間の少なくとも１つの層の剛性が高まり得る。これにより、例えば、ガラス基板よりも柔らかい樹脂製の第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１と基材６との間に位置している部分が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。よって、例えば、太陽電池モジュール１００の軽量化を図るために第１保護層１を樹脂製の部材としても、太陽電池モジュール１００の耐衝撃性を向上させることができる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１００における軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる。
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００では、例えば、１つ以上の太陽電池素子３１と基材６との間に位置している、第２充填材層４２、第２保護層２および接着層５のうちの１つ以上の層が、第１充填材層４１よりも大きなヤング率を有している。このため、例えば、太陽電池素子３１と基材６との間の少なくとも１つの層の剛性が高まり得る。これにより、例えば、ガラス基板よりも柔らかい樹脂製の第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１と基材６との間に位置している部分が局所的な変形を生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。よって、例えば、太陽電池モジュール１００の軽量化を図るために第１保護層１を樹脂製の部材としても、太陽電池モジュール１００の耐衝撃性を向上させることができる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１００における軽量化と耐衝撃性の向上とを図ることができる。
＜２．他の実施形態＞
本開示は上述の第１実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。
本開示は上述の第１実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更および改良などが可能である。
上記第１実施形態では、例えば、第２充填材層４２および接着層５の少なくとも一方の層を、樹脂の中にこの樹脂よりも硬い多数の粒状体が分散された状態にある層としてもよい。これにより、例えば、第２充填材層４２および接着層５の少なくとも一方の層のヤング率を、第１充填材層４１のヤング率よりも大きくしてもよい。ここで、多数の粒状体には、例えば、絶縁性を有する無機酸化物もしくは有機物のフィラーなどが適用される。多数の粒状体の径は、例えば、数ｎｍから数μｍ程度とされる。ここでは、例えば、第２充填材層４２の素となる第２シート４２ｓを作製する際に、樹脂に多数の粒状体を添加することで、第２充填材層４２を構成する樹脂中に多数の粒状体を分散させることができる。このような構成が採用されれば、例えば、太陽電池素子３１の直ぐ基材６側に位置している第２充填材層４２の剛性を容易に高めることができる。これにより、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性を容易に高めることができる。また、例えば、接着層５が樹脂製の層である場合には、接着層５の素となる樹脂製のシートを作製する際に、樹脂に多数の粒状体を添加することで、接着層５を構成する樹脂中に多数の粒状体を分散させることができる。
上記第１実施形態では、例えば、第１充填材層４１を構成している樹脂の架橋率よりも、第２充填材層４２を構成している樹脂の架橋率を大きくすることで、第１充填材層４１のヤング率よりも第２充填材層４２のヤング率を大きくしてもよい。この場合には、例えば、太陽電池モジュール１００を製造する際に、第１保護層１よりも第２保護層２がヒーター盤の近くに位置するようにラミネータのヒーター盤上に積層体１１０もしくは積層体１１１を載置することが考えられる。これにより、例えば、第１シート４１ｓよりも第２シート４２ｓにおいて樹脂の架橋反応を進行させることで、第１充填材層４１を構成している樹脂の架橋率よりも、第２充填材層４２を構成している樹脂の架橋率を大きくすることができる。ここで、例えば、接着層５が樹脂製の層である場合には、第１充填材層４１を構成している樹脂の架橋率よりも、接着層５を構成している樹脂の架橋率を大きくすることで、第１充填材層４１のヤング率よりも接着層５のヤング率を大きくしてもよい。換言すれば、例えば、第２充填材層４２および接着層５のうちの少なくとも一方の層を構成している樹脂の架橋率が、第１充填材層４１を構成している樹脂の架橋率よりも大きくてもよい。
上記第１実施形態では、例えば、第１方向としての＋Ｚ方向において、第２充填材層４２の厚さを第１充填材層４１の厚さよりも小さくしてもよい。この場合には、例えば、第１保護層１の第１面１ｆに落下物または飛来物などが衝突しても、太陽電池素子３１の直ぐ裏側に位置している第２充填材層４２における凹み量が小さくなり得る。これにより、例えば、太陽電池素子３１には局所的な変形が生じにくくなり、太陽電池素子３１にクラックが生じにくくなる。その結果、例えば、樹脂製の第１保護層１を有する太陽電池モジュール１００における耐衝撃性を高めることができる。
上記第１実施形態では、例えば、基材６は、金属製以外の素材の板材であってもよい。金属製以外の素材には、例えば、樹脂、セラミックス、コンクリートまたは木材などの種々の素材が適用され得る。また、例えば、基材６は、板状以外の形状を有していてもよい。板状以外の形状には、例えば、塊状などの種々の形状が適用され得る。
上記第１実施形態では、例えば、モジュール本体部１２０の外周部分において、第１保護層１と第２保護層２とが接着した状態として、第１保護層１と第２保護層２との間の間隙領域１００ｇを封止してもよい。また、例えば、モジュール本体部１２０の外周部分にブチル系の樹脂などの封止材を配置して、第１保護層１と第２保護層２との間の間隙領域１００ｇを封止してもよい。
上記第１実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として、「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）」がある。第１実施形態および各種変形例に係る太陽電池モジュール１００は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「７．エネルギーをみんなに そしてクリーンに」、「９．産業と技術革新の基盤をつくろう」、および「１１．住み続けられるまちづくりを」の目標などの達成に貢献し得る。
１ 第１保護層
１ｂ 第２面
１ｆ 第１面
２ 第２保護層
２ｂ 第４面
２ｆ 第３面
３ 太陽電池部
４ 充填材層
５ 接着層
６ 基材
６ｂ 第６面
６ｆ 第５面
１０ 第１界面
２０ 第２界面
３１ 太陽電池素子
４１ 第１充填材層
４２ 第２充填材層
１００ 太陽電池モジュール
１ｂ 第２面
１ｆ 第１面
２ 第２保護層
２ｂ 第４面
２ｆ 第３面
３ 太陽電池部
４ 充填材層
５ 接着層
６ 基材
６ｂ 第６面
６ｆ 第５面
１０ 第１界面
２０ 第２界面
３１ 太陽電池素子
４１ 第１充填材層
４２ 第２充填材層
１００ 太陽電池モジュール
Claims (8)
- 第１面および該第１面の逆側の第２面を有し且つ透光性を有する樹脂製の第１保護層と、
前記第２面に対向している状態にある第３面および該第３面の逆側の第４面を有する第２保護層と、
前記第２面と前記第３面との間に位置している１つ以上の太陽電池素子を含む太陽電池部と、
前記第２面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある樹脂製の第１充填材層と、
前記第３面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある樹脂製の第２充填材層と、
前記第４面に対向している状態にある第５面を有する基材と、
前記第４面と前記第５面との間において前記第４面と前記第５面とを接着している状態にある接着層と、を備え、
前記第１保護層は、前記基材よりも柔らかい状態にあり、
前記第２充填材層、前記第２保護層および前記接着層のうちの１つ以上の層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きく、
前記第２充填材層および前記接着層のうちの少なくとも一方の層を構成している樹脂の架橋率は、前記第１充填材層を構成している樹脂の架橋率よりも大きい、太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記基材は、板状の部材を含む、太陽電池モジュール。 - 第１面および該第１面の逆側の第２面を有し且つ透光性を有する樹脂製の第１保護層と、
前記第２面に対向している状態にある第３面および該第３面の逆側の第４面を有する第２保護層と、
前記第２面と前記第３面との間に位置している１つ以上の太陽電池素子を含む太陽電池部と、
前記第２面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある樹脂製の第１充填材層と、
前記第３面と前記太陽電池部との間において前記１つ以上の太陽電池素子を覆っている状態にある樹脂製の第２充填材層と、
前記第４面に対向している状態にある第５面を有する基材と、
前記第４面と前記第５面との間において前記第４面と前記第５面とを接着している状態にある接着層と、を備え、
前記基材は、板状の部材を含み、
前記第１保護層は、前記基材よりも柔らかい状態にあり、
前記接着層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きい、太陽電池モジュール。 - 請求項２または請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記板状の部材は、金属製の板状の部材を含む、太陽電池モジュール。 - 請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第２充填材層のヤング率は、前記第１充填材層のヤング率よりも大きい、太陽電池モジュール。 - 請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第２充填材層および前記接着層のうちの少なくとも一方の層は、樹脂の中に該樹脂よりも硬い多数の粒状体が分散された状態にある層を含む、太陽電池モジュール。 - 請求項１から請求項６の何れか１つの請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第２面と前記第３面とが対向している第１方向において、前記第２充填材層の厚さは、前記第１充填材層の厚さよりも小さい、太陽電池モジュール。 - 請求項１から請求項７の何れか１つの請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第１保護層と前記第１充填材層との第１界面における第１粗さが、前記第１充填材層と前記１つ以上の太陽電池素子との第２界面における第２粗さよりも小さい、太陽電池モジュール。
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