JPH065782B2 - 太陽電池モジユ−ル - Google Patents

太陽電池モジユ−ル

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JPH065782B2 JP61141421A JP14142186A JPH065782B2 JP H065782 B2 JPH065782 B2 JP H065782B2 JP 61141421 A JP61141421 A JP 61141421A JP 14142186 A JP14142186 A JP 14142186A JP H065782 B2 JPH065782 B2 JP H065782B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［利用分野］ 本発明は電力用に好適な太陽電池モジュールに関する。
更に詳細には軽量で十分な強度が得られ太陽電池モジュ
ールに関する。
［従来技術］ 太陽電池モジュール（以下「モジュール」という）は、
透明窓に強化ガラス、太陽光発電要素として各種の太陽
電池、封止材に金属シートなどを用い、これらの構造要
素を充填材にポリピニルブチラールやエチレンビニルア
セテート樹脂を用いて張り合わせ、金属枠やプラスチッ
ク枠で封止した構造等が知られている（例えば、高橋、
小長井共著（昭晃堂発行）「アモルファス太陽電池」17
〜18頁参照）。
かかる構造のモジュールは、モジュールの重量が必然的
に大きくなり、かかる重量物を発電ユニットとして設置
するために基礎及び架台を強度的に信頼の於ける建築物
（アレー）にする必要があった。太陽光発電コストは太
陽電池モジュールのコストのほかにかかる周辺部材のコ
ストから構成されており、モジュールコストのみならず
周辺部材のコストの低減が太陽光発電を実用化レベルに
引き上げる上で必然である。
このような視点から、太陽電池のモジュールの軽量化を
はかり、基礎及び架台への負担を軽減し周辺部材のコス
ト低減をするため封止材及び風圧力に対する支持体とし
てアルミニウムハニカム構造体、ペーパーハニカム構造
体、リブ構造体を利用し、機械的強度を維持しながらモ
ジュールの軽量化をはかる提案がなされている（テクニ
カルダイジェスト オブ ザ インターナショナル ピ
ーヴィエスイーシー１（Technical Digest of the Inte
rnational ＰＶＳＥＣ−１）665〜668頁参照）。
しかし、この場合にも透明窓材には降雹に対する強度や
風圧に対する強度を保証するため厚さ3.2mm以上の強化
ガラスを用いる必要があり、特にガラス基板を用いたア
モルファス太陽電池の場合は、太陽光の入射側の窓が２
重ガラスとなり、モジュールの軽量化に限界がある。ま
た、かかるハニカム構造体及びリブ構造体は断熱層とし
て、働き、太陽電池の表面温度が上がり、光電変換効率
を低下せしめる。
［発明の目的］ 本発明の目的は、従来技術のこれらの欠点を解決し、透
明窓材の降雹に対する強度や風圧に対する強度を損うこ
となく、又温度上昇による効率低下がない、しかも太陽
電池モジュールの軽量化及びその構造の簡略化をはか
り、太陽光発電コストの低減とそれに伴なう種々の用途
の拡大を可能ならしめる太陽電池モジュールを提供する
ことにある。
［発明の構成，作用］ 本発明は、前述の太陽光発電要素を支持体で支持した太
陽電池モジュールにおいて、前記支持体は、非金属材料
からなる複数の透明板が中間部材により所定間隔で結合
された中空構造の透明複層板であり、採光の窓部に配さ
れ、前記透明複層板の中空部は全て外部に連通してお
り、この中空部が大気に連通するように封止されている
ことを特徴とする太陽電池モジュールである。
上述の通り本発明は、窓材に軽量で強度の十分な非金属
材からなる中空の透明複層板を用い、支持体を兼ねさせ
ているため、軽量かつ簡略な構造を有する太陽電池モジ
ュールとなる。
ところで、本発明の窓材として用いる透明複層板とは、
複数の透明板が中間部材を介して所定間隔で結合された
中空の軽量な透明複層板であり、例えば耐衝撃性が大き
くしかも加工性の良い合成樹脂板間を所定間隔のリブ、
波板等の中間部材の橋渡しで結合して強度を確保すると
共に透明板間は空隙として軽量化を計った構造体であ
る。この透明板に用いる合成樹脂としては透明であれば
特に限定されず、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂
など透明板材として公知のものが全て適用できる。耐衝
撃性の見地からポリカーボネート樹脂が優れており、好
ましい。また、中間部材は、軽量で強度があれば特に限
定されないが、複層板の光透過性の低下の少ないものが
好ましい。従って、中間部材としては、板状体、柱状
体、これらの枠組み構成等適用できるが、強度面及び光
透過性面から板状体の多数のセル室を有するように配置
したセル構造体が好ましく適用される。かかるセル構成
体としては、透明シートを一定間隔のリブで結合しシー
ト面に平行な柱状セルを有するようにしたマルチリブ構
造等が挙げられる。
マルチリブ構造の複層板は、ポリカーボネート樹脂等を
複層板の側断面構造と同じ型のリブ構造を有するダイか
ら押し出し成型することにより得ることができ。なかで
も、得られた複層構造体の太陽光透過性、及び生産性の
見地から、上述の一体成型された中間に空気層をもつマ
ルチリブ構造の透明な合成樹脂からなる複層板は、本発
明の窓材として好適に使用できる。なお、かかるマルチ
リブ構造の複層板としては透光断熱材料として市販のパ
ンライトユニ（商品名：帝人化成（株）製）がある。
しかるに、かかる合成樹脂は水蒸気透過率が大きいため
複数シートを通して水分の移動がある。その結果中空部
内で結露現象が観察され透明窓が曇り光線透過率が低下
する。また、透過した水分は太陽光発電要素の表面に達
すると、電極表面が腐蝕を促進し、長期安定性の点で好
ましくない。また、かかる複層板は断熱層として働き太
陽光発電要素の表面温度を上昇せしめ光電変換効率を必
然的に低下せしめる。
かかる欠点を回避し、複層板の利点を十分に発現させる
ため本発明者は更なる改良を行った。すなわち、合成樹
脂の水蒸気透過率を軽減するため、複層板を太陽光発電
要素側の表面に耐透湿性防止膜を設けたものとした。
又、複層板の中空部を外部に連通した構造とし、中空部
は大気に連通して封止するモジュール構成とし、中空部
の断熱作用を低減させた。前述のマルチリブ構造により
中空部が平行な柱状セルのものは換気が容易な点で好ま
しい。特にかかる複層板のモジュールで構造体を組立て
るに際しては、柱状セルを水平面に対し傾斜して配置す
ることが好ましい。
かかる構造により柱状セルが複数の煙突効果を発揮し、
空気の流れが起り表面の温度上昇を防止できる。更に合
成樹脂を透過して柱状セル内に入る水分の結露はこの空
気流により防止された。
一方、耐透湿防止膜は、複層板の太陽光発電要素に対面
する側に設けることにより、水分の太陽光発電要素への
浸入が防止できる。かかる耐透湿防止膜はアモルファス
シリコン膜や酸化インジウム膜などの無機薄膜、ポリフ
ッ化ビニリデン膜などの有機薄膜があるが、なかでも酸
化インジウム膜が透明性及び隣接する層に対する接着性
の観点から好ましい。
また必要に応じて、この複層板の表面に耐擦傷性、耐摩
耗性を改善する目的で光硬化あるいは熱硬化型の樹脂層
からなる透明な耐擦傷膜を設けることが好ましい。かか
る耐耐擦傷膜には公知のものがそのまま適用できる。更
に耐光性を改善する目的で紫外線吸収剤をこれらの層に
含ませても良く、その下に積層しても良い。
次に本発明に用いる太陽光発電要素とは、特に限定さ
ず、公知の太陽電池がそのまま適用でき、例えば単結
晶、多結晶系のシリコン半導体層はもとより非晶質シリ
コン半導体層を起電力層に用いるシリコン系太陽電池、
II−VI族、III−Ｖ族系の半導体層を起電力層に用いる
いわゆる化合物系太陽電池が挙げられる。なかでも電気
絶縁性の同一基板上に形成された複数の太陽電池のセル
を直並列接続したいわゆる集積構造にした集積型太陽電
池は好適に利用できる。かかる集積型太陽電池には非晶
質シリコン太陽電池やII−VI族化合物半導体系太陽電池
が代表的であるが、なかでも可撓性のある電気絶縁基板
上に形成した非晶質シリコン系の集積型太陽電池は、薄
膜構造体であること、軽量であることなどの特徴を生か
すことができるので好ましい。かかる非晶質シリコン半
導体層を起電力層として用いる集積型太陽電池は次の方
法により実現できる。
例えば電気絶縁性基板としては、高分子フィルム、セラ
ミック板、ガラス板あるいは絶縁性層を表面に設けた金
属フォイルが使用出来、特に連続膜形成及び分割加工が
適用できる長尺可撓性基板が有利である。又、その上に
設ける金属電極層にはＴｉ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｃｒ，ニクロムなどの単体金属、合金金属が使用出来
る。又起電力層の非晶質シリコン半導体層の構成として
もpinの他pin／pin，pin／pin／pin等の多層タンデム構
造はもちろんのこと、非晶質シリコンゲルマニウム、非
晶質シリコンカーバイドなどのナローバンドギャップあ
るいはワイドバンドギャップの非晶質シリコン半導体層
を適時用いる事も出来る。さらに透明電極層としては酸
化スズ、スズ酸カドミウム等公知の透明導電層が適用で
きる。以上の所定の面積の連続した非晶質シリコン太陽
電池の発電層をレーザ罫書法やナイフカッティング法な
どで適当な面積を有するセルに分割した後、セル間を電
気的に接続して集積型太陽電池を得る。分割されたセル
間を電気接続する方法としては、接続する一方のセルの
上部電極と他方のセルの下部電極とを電気的に接続でき
るものであれば、特に限定されず、リード線で接続する
方法、ＰＶＤ法等による金属薄膜からなる接続層を形成
する方法、スクリーン印刷法により導電性樹脂層よりな
る接続層を形成する方法等公知の方法が適用できる。中
でも生産性面、設備面からスクリーン印刷法による電気
接続が好ましく適用される。
この様な方法により、可撓性高分子フィルム基板上に光
発電層か非晶質シリコン半導体である集積型太陽電池が
得られる。
次に、上述の太陽光発電要素を封止する封止材として
は、水分の侵入を防止できるものであれば良く、腐蝕防
止した金属シートや、アルミニウム金属箔をポリエステ
ルフィルムやポリフッ化ビニリデンフィルムなどで張り
合わせたいわゆる防湿性フィルムが用いられる。なかで
もアルミニウム金属箔をポリエステルフィルムなどで張
り合わせた防湿フィルムは軽量性の点で本発明の目的に
合うため好ましい材料の一つである。
また、上述の支持体、太陽光発電要素、更には封止材を
接着すると共に封止し、クッション層ともなる充填材
（“ポッタント”とも云う）としては耐光性があり、か
つ各構成部材との密着力の優れたポリビニルブチラール
樹脂やエチレンビニルアセテート樹脂等が用いられる。
本発明の太陽電池モジュールは透明複層構造体、太陽光
発電要素必要な場合は封止材を太陽光入射側から順に上
記充填材を糊材として張り合わせ、必要に応じて更に周
囲を枠体で封止することにより構成される。そしてこの
本発明の太陽電池モジュールは、例えば厚さ４mmのポリ
カーボネート製のマルチリブ構造の複層構造体、厚さ0.
1mmのポリエステルフィルム基板を用いた集積型非晶質
シリコン太陽電池、ポリフッ化ビニリデン／Ａｌ金属箔
／ポリフッ化ビニリデンからなる封止材（厚さ0.3mm）
で構成した場合、全体厚さは高々4.5mm、重さは約1.0kg
/m2で、耐衝撃強さは鋼球500gの落下高さ５ｍに耐え
る。一方、該複層構造体の代りに厚さ3.2mmの強化ガラ
スを用いた同一構成の太陽電池の場合は全体厚さは3.7m
mと、本発明構成体より若干薄いが重さは約9.0kg/m2と
大巾に増え、耐衝撃強さは鋼球255gの落下高さ1.5ｍと
大巾に下がる。この事実からも明らかな様に本発明の太
陽電池モジュールは、機械的な強度を損うことなく軽量
化をはかることができ、しかも積層体構造の簡略化が可
能なことがわかった。
以下、本発明を実施例に基いて説明する。
［実施例１］ 光発電要素 第４図に実施例の光発電要素の側断面図を示す。図示の
基板21の高分子フィルムとしては非晶質シリコン堆積に
必要な耐熱性を有する高分子フィルムならどれでも良い
が、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
フィルム、ポリイミドフィルムなどが用いられる。図の
例はＰＥＴフィルムを用いてある。
金属電極層22として0.5μｍ程度のＡｌ層と30Å程度の
ステレンス（ＳＵＳ）層を基板21上に順次スパッタリン
グ法を用いて堆積したＡｌ／ＳＵＳ積層体を用いた。
光起電力層の非晶質シリコン半導体層23は周知のpin形
構成を採用し、特開昭59-34668号公報に開示のものと同
様なシランガス等のグロー放電分解放を用いて金属電極
層22のステンレス層上に堆積した。
次にレーザスクライブ法による分割等の電極間短絡防止
のために非晶質シリコン半導体23と透明電極層24との界
面に設ける電気絶縁性の絶縁樹脂層25として、非晶質シ
リコン半導体層23上にエポキシ樹脂をスクリーン印刷法
を用いてレーザーでセル20aに分割加工する溝部位にあ
らかじめ設けた。
次に透明電極層24として酸化インジューム・スズ（ＩＴ
Ｏ）層を電子ビーム蒸着あるいはスパッタリング法によ
って600Å程度に堆積し、ＰＥＴ//Ａｌ／ＳＵＳ//非晶
質シリコンpin//パターン化したエポキシ樹脂層／ＩＴ
Ｏ構造の大面積の非晶質薄膜太陽電池を得た。
次いで、このＰＥＴ//Ａｌ／ＳＵＳ//非晶質シリコンpi
n//パターン化したエポキシ樹脂層//ＩＴＯ構造の非晶
質太陽電池の10cm×10cm角セルをＹＡＧレーザーで、エ
ポキシ樹脂層からなる前述の絶縁樹脂層25上を走査して
金属電極層22まで若しくは透明電極層24のみを溶融・蒸
発させて必要に応じて除去して分割溝を形成し、３個の
略３cm×10cm角のセル20aに分割した。なお、これら分
割された３個のセル20aを直列接続するために、公知の
ようにバスバー部とフィンガー部とを有するクシ形の導
電性インクからなる収集電極27を該セル20a上にスクリ
ーン印刷法を用いて設けた。その後バスバー部位の接続
個所28にレーザ光を照射して隣り合ったセル20aの収集
電極27すなわち透明電極24と一方の金属電極層22とを溶
融接続して電気的接続をとり、光発電要素20としてセル
20aを３直列した集積型非晶質太陽電池を作った。
複層構造体 窓及び支持体となる複層板10は、ポリカーボネート樹脂
で押し出し成型により製造された市販の帝人化成（株）
製（パンライトユニ（商品名）を110mm×110mmにチップ
ソーにより切断して用いた。第２図、第３図に図示の通
り用いたパンライトユニは、厚さ１mmの２枚のシート1
2，13を15mm間隔で設けた厚さ１mmで高さ７mmのリブか
らなる中間部材11で結合し、15mm×７mmの角柱状のセル
室14を有するマルチリブ構造で全体の厚さは９mmその重
さは約２kg/m2であった。そして、その一方の面に約300
Å厚の酸化インジウムからなる耐湿膜15を設けた。
モジュールの製造 上記複層板10と前述の集積型非晶質シリコン太陽電池か
らなる光発電要素20とを張り合せるに際して充填層31と
して厚さ0.4mmのエチレンビニルアセテート樹脂を両者
の間に挿入する。一方光発電要素20の反対側の面に同様
に第２の充填層32として厚さ0.4mmのエチレンビニルア
セテート樹脂を介して封止材40を重ね合せた。なお封止
材40としては厚さ0.05mmのアルミニウム金属フォイル、
エチレンビニルアセテート樹脂、厚さ0.075mmのポリエ
ステルフィルムの３層構成の防湿性フィルムを用いた。
次いで、この重ね合せ体を90℃と180℃の熱ロール間に
複層板10が90℃の熱ロール側になるように送り込み、全
体を熱圧着し本発明の太陽電池本体モジュールを得た。
次いで、この本体モジュールをシール剤33にブチブルゴ
ムを用いてアルミニウム製の枠50により封止して以下の
太陽電池モジュールを形成した。その一つは第２図、第
３図に示すように、複層板10の中空部のセル室14の開口
部に面する辺の巾を狭くした枠50を用いて、セル室14は
大気に開放し、複層板10の裏面側のシート13から防湿性
フィルム40までをシール剤33で封止した実施例１の太陽
電池モジュールである。他の一つは、前記開口部に面す
る辺もセル室14に平行な辺と同じ巾とした枠を用い、全
周において第２図のようにセル室14も含めて複層板10の
表面のシート12から防湿性フィルム40までをシール剤33
で封止した実施例２の太陽電池モジュールである。
以上のようにして得られたセル３直列の実施例１，２の
太陽電池モジュールにつき、その性能をＡＭ１（100mw/
cm2）ソーラシミュレータ光下で測定した結果、及び水
平面に対して35度に傾けた架台上にセル室14が傾斜方向
になるように各モジュールを設置して太陽光下に放置し
た場合のモジュール温度の測定結果を表１に示した。な
お、モジュール温度は第２図の充填層31と光発電要素20
との間に熱電対を挿入して測定したもので、測定時の気
温は20℃であった。
比較の為本発明の複層板の代りに厚さ3.2mm強化ガラス
窓を設けた点を除いて上述の実施例と同じ構成の３直列
のモジュールを作成し、同様にＡＭ１ソーラシュミレー
タ光下での性能及びモジュール温度を測定した結果を表
１に比較例として示す。
表１の結果より明らかなように、本発明のモジュールは
窓に用いた前述のポリカーボネート複層シートからなる
複層板10による太陽光反射吸収が強化ガラス窓より大き
いため表１に示すごとく変換効率は比較例に比し約６％
前後低下しているが、本発明の目的はかかる太陽電池を
厳しい自然環境下で守に際してモジュールの機械的強度
を損わず軽量化することにある。その点を鋼球の落下破
損により評価した。その結果を表２に示す。
表２より本発明により耐衝撃性が大巾に改善されること
がわかる。
又、表１の結果より本発明において中空部も封止したも
のでは、モジュール温度上昇がガラスに比し大きくなり
その点不利となるが、中空部を封止しない構成によりこ
の点は解決できることがわかる。この構成により逆にモ
ジュール温度が比較例より大巾に低下するという予期せ
ぬ効果が得られることがわかった。
更に、耐湿膜15を有する複層板10により防湿上も比較例
と同程度であることを確認した。
以上、本発明のモジュールは非金属性の複層板を窓に用
いた構成により性能を大巾に損うことなく軽量化がなさ
れていることが明白である。かかる軽量化はモジュール
をアレーに組上げるに対して基礎及び架台に対する強度
負担を軽減できるためモジュール本体のみならず周辺部
材のコストを低減する上でも役立ち太陽光発電を実用化
レベルに引き上げる上でも役立つものと思われる。又本
発明により耐衝撃性の向上、太陽光下でのモジュール温
度の低下という実用上大きな効果も得られる。更に本例
では光発電要素として高分子基板の太陽電池を用いてい
るので、防湿性フィルムに構成簡単な三層構成が使用で
き、全体として構成の簡略化ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の構成を示す平面図、第２図は
第１図はＡＢ線の側断面図、第３図は第１図のＣＤ線で
の側断面図、第４図は該実施例の光発電要素の側断面図
である。 10：複層板、20：光発電要素 31，32：充填層、40：封止剤、50：枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−69038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−292971（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−170638（ＪＰ，Ｕ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】太陽光発電要素を支持体で支持した太陽電
    池モジュールにおいて、前記支持体は非金属材料からな
    る複数の透明板が中間部材により所定間隔で結合された
    中空構造の透明複層板であり、採光の窓部に配され、前
    記透明複層板の中空部は全て外部に連通しており、この
    中空部が大気に連通するように封止されていることを特
    徴とする太陽電池モジュール。
  2. 【請求項２】前記透明複層板はその中間部材が一定間隔
    で配されたリブであり、中空部が平行な柱状セルに区画
    されている特許請求の範囲第１項記載の太陽電池モジュ
    ール。
  3. 【請求項３】前記柱状セルが傾斜するように配置されて
    いる特許請求の範囲第２項記載の太陽電池モジュール。
  4. 【請求項４】前記透明複層板は合成樹脂製である特許請
    求の範囲第１項〜第３項記載のいずれかの太陽電池モジ
    ュール。
  5. 【請求項５】前記透明複層板はポリカーボネート樹脂製
    である特許請求の範囲第４項記載の太陽電池モジュー
    ル。
  6. 【請求項６】前記透明複層板は、その太陽光発電要素に
    面する側の面に透明な耐湿膜が形成された透明複層板で
    ある特許請求の範囲第４項若しくは第５項記載の太陽電
    池モジュール。
  7. 【請求項７】前記透明複層板は、その大気に面する面に
    透明な耐擦傷膜が形成された透明複層板である特許請求
    の範囲第１項〜第６項記載のいずれかの太陽電池モジュ
    ール。
  8. 【請求項８】前記太陽光発電要素の背面側を封止材で封
    止した特許請求の範囲第１項〜第７項記載のいずれかの
    太陽電池モジュール。
  9. 【請求項９】前記太陽光発電要素が可撓性の同一電気絶
    縁基板上に設けられた複数の発電ユニットを直列及び／
    又は並列接続した集積型構成である特許請求の範囲第１
    項〜第８項記載のいずれかの太陽電池モジュール。
  10. 【請求項１０】前記可撓性基板が高分子フィルムであ
    り、かつ発電ユニットが非晶質半導体である特許請求の
    範囲第９項記載の太陽電池モジュール。
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