JPH0685300A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屋外環境下での長期信頼性のある太陽電池モ
ジュールを提供することを目的とする。 【構成】 太陽電池の基体となる導電性基体１０２を、
裏面補強材１０３に固定する太陽電池モジュールにおい
て、導電性基体と電気的に絶縁された補強材１０１を用
いて、導電性基体１０２と裏面補強材１０３を固定する
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 【効果】 少なくとも端部の剥がれが起こり難くなり、
太陽電池モジュールの機械的強度が大きくなる。これに
よって製造上の工程、または設置時のハンドリングにお
いて、剥がれることなく品質が安定し設置後の長期信頼
性が飛躍的に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は曲げ強度を十分に高めた
太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、エネルギ−消費による地球規模で
の熱汚染、大気汚染が次第に拡大しており、環境問題が
深刻な問題となってきている。その中で、エネルギー供
給の一手段として太陽電池が注目されている。その理由
として、太陽光が量的に豊富であること、無公害である
こと、研究が進めばエネルギーコストを安くできるなど
がある。その安全性と取扱い易さから将来非常に有望で
ある。

【０００３】各種の太陽電池として、結晶系シリコン、
非結晶系シリコン及び化合物半導体の太陽電池等があ
り、日々熱心に研究されている。

【０００４】太陽電池に於いて、耐候性、耐衝撃性、可
とう性に優れていることから、基板材にステンレス等の
金属基板を用いる場合がある。金属基板を用いた太陽電
池モジュ−ルは衝撃に強く、単位面積当たりの重量及
び、発電電力当たりの重量が極めて軽いという利点を有
している。さらに強度を増すために、耐候性のある裏面
補強板上に太陽電池基板を接着させ、一枚板の太陽電池
モジュ−ルとしている。

【０００５】その太陽電池の受光面の表面被覆には、Ｅ
ＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマ−）とクレー
ンガラス（ガラス繊維不織布）を積層し、その上に光入
射側の表面層としてテフゼル（フッ素樹脂フィルム）を
積層し表面被覆層としていた。

【０００６】図６は裏面補強板に太陽電池基板を接着さ
せた図で、（ａ）は上斜視図、（ｂ）（ｃ）はその端部
の断面図を示す。６０１は裏面補強板、６０２は太陽電
池基板、そして６０３は接着剤、６０４は絶縁フィル
ム、６０５は表面被覆層である。このモジュールは軽量
化を活かし、主に屋根上に設置される。表面被覆材を
（ｂ）のように裏面補強板に一体ラミネートした時は問
題ないが、（ｃ）のように予め表面被覆を施した太陽電
池を裏面補強板上に接着する場合、温湿度サイクル試験
および屋外暴露試験の結果、端部には表面被覆層、絶縁
フィルム、接着剤の熱膨張率がちがうため応力がかか
り、（ｃ）のように剥がれてしまうことがあった。
（ｃ）では、裏面補強板界面で剥がれているが、太陽電
池基板界面で剥がれる場合もあった。またハンドリング
時に端部を持つと、（ｃ）の様に剥がれてしまうことが
多く、これは製造上の工程や設置時のハンドリングに於
いて、余計な注意を払わなければならず、品質の安定化
に対する不安があった。

【０００７】一方、一般的に太陽電池は屋外設置型とし
て使用されるため、上記表面被覆に使われているＥＶＡ
は、長時間の紫外線の照射により変色しやすいので耐候
性が十分とはいえない。また、吸水性があるため太陽電
池の長期信頼性において変換効率劣化の原因となりう
る。そこで耐候性、耐湿性のあるコーティング材を一層
入れることによりＥＶＡの膜厚を薄くし、変色の影響を
軽減させ、防湿効果を高めるという方法が考えられた。
同様に、コーティング層の上からフッ素樹脂等の耐候性
塗料を塗布することにより、耐候性、耐湿性を向上させ
る方法が考えられている。

【０００８】しかしこれらの方法において、表面被覆
（或いはラミネート）後の太陽電池を、裏面補強板上に
接着した場合と、太陽電池を裏面補強板上に接着した後
に、耐候性塗料をコーティングした場合において、ハン
ドリング時に端部が剥がれやすく、また設置後において
は接着部の強度が長期間の屋外環境に耐えられず、剥離
が発生すると考えられる。これも長期信頼性に影響を及
ぼし、時間の経過とともに致命的な結果の原因になる。

【０００９】以上の内容より、現在の状態では少なくと
も端部の接着強度が不足している。従って、製造後、設
置後に於いて剥がれがなく品質が安定しており、長期信
頼性のある太陽電池モジュールの開発が要望されてい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の欠点を解決し、品質が安定しており、長期信頼性のあ
る太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の太陽電池モジュールは、少なくとも導電性基
体上に形成した太陽電池素子、裏面補強材を有する太陽
電池モジュールにおいて、該導電性基体と電気的に絶縁
された補強材を用いて、少なくとも該導電性基体の角部
と該裏面補強材を固定することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明者は、上記従来の欠点を解決すべく、鋭
意研究を重ねた結果、補強材で太陽電池基板を裏面補強
板に固定することにより、機械的強度をもたせて、少な
くとも端部の剥がれが起こりにくくすることによって、
長期信頼性が得られることをみいだした。

【００１３】

【実施態様例】本発明は、少なくとも導電性基体上に形
成した太陽電池素子、裏面補強材を有する太陽電池モジ
ュールにおいて、該導電性基体と電気的に絶縁された補
強材を用いて、少なくとも該導電性基体の角部と該裏面
補強材を固定することを特徴とする太陽電池モジュ−ル
である。

【００１４】図１は、本発明の一例の太陽電池モジュ−
ルの摸式図で、（ａ）は上斜視図、（ｂ）は端部の断面
図である。

【００１５】図１において１０１は補強材、１０２は太
陽電池基板（太陽電池）、１０３は裏面補強板、１０４
は接着剤、１０５は絶縁フィルム、１０６は補強材を固
定する接着剤、１０７は表面被覆層である。製造は以下
の手順で行った。太陽電池基板１０２上に表面被覆層１
０７を塗布する。次に絶縁フィルム１０５を挟むように
して接着剤１０４で太陽電池基板１０２と裏面補強板１
０３を接着する。そして接着剤１０６を介して補強材１
０１を太陽電池基板１０２と裏面補強板１０３にかかる
ように固定する。

【００１６】〔補強材、及び固定方法〕本発明の補強材
による固定方法は、太陽電池を挟むように、補強材と裏
面補強材とを固定するものである。補強材と裏面補強材
とを接着剤を介して固定する方法、リベットやねじで機
械的に固定する方法、上記機械的方法と接着剤あるいは
シ−ラントを併用した固定方法がある。固定時の注意事
項は、光起電力素子（太陽電池）の導電性基体と透明導
電層、集電電極を短絡しないで補強することである。本
発明の補強材の性能としては、上記内容より絶縁物であ
ること、また太陽光の照射を受けるので耐候性が要求さ
れる。

【００１７】補強材の材料は、リベット、ネジの場合は
テフロン、プラスチック、或いは鉄などの金属をテフロ
ン、プラスチックで覆ってあるもの等を用いる。ネジは
ビス止めし、リベットは柔らかい金属の場合、端部をつ
ぶして固定し、テフロン、プラスチック等の場合は、熱
により端部を融着させて、固定する。

【００１８】また材料にアルミニウム合金等の導電性金
属を用いた時は、太陽電池の導電性基体、透明導電層、
集電電極と短絡しないように、予めあけてある穴の断面
を、プラスチックのカラーやシリコン系、プチルゴム
系、アクリル系の樹脂で覆い、接触しないようにする必
要がある。一方、薄板の材料としてはガラス、セラミッ
ク、ポリプロピレン、耐候性プラスチック（フッ素樹
脂、シリコーン樹脂）、ＦＲＰ（ガラスファイバー強化
プラスチック）、絶縁コーティングした金属板等があ
る。形状としては図１の三角形型、図３の”く”の字型
等があり、少なくとも太陽電池の端部を固定できる形状
であれば良い。

【００１９】〔太陽電池〕本発明の太陽電池モジュール
に便用する太陽電池は、少なくとも一つ以上の光起電力
素子から成り、一例として図７の概略断面図に示した構
成になっている。図７において、７０５は導電性基体、
７０４は裏面反射層、７０３は光電変換部材としての半
導体層、７０２は透明導電層、７０１は集電電極であ
る。７０４の裏面反射層は７０５の導電性基体で兼ねる
こともできる。

【００２０】上記導電性基体７０５としては、ステンレ
ス，アルミニウム，銅，チタン，カ−ボンシート，亜鉛
メッキ鋼板，導電層が形成してあるポリイミド，ポリエ
ステル，ポリエチレンナフタライド，エポキシなどの樹
脂フィルムやセラミックス等が拳げられる。

【００２１】上記薄膜半導体層７０３としては、非結晶
シリコン、結晶シリコン、銅インジウムセレナイドなど
の化合物半導体が適当である。

【００２２】非結晶シリコンの場合はシランガスなどの
プラズマＣＶＤにより形成する、多結晶シリコンの場合
は溶融シリコンのシート化、あるいは非結晶シリコンの
熱処理により形成する。ＣｕＩｎＳｅ₂／ＣｄＳの場合
は電子ビーム蒸着やスパッタリング、電析（電解液の電
気分解による析出）などの方法で形成する。半導体層の
構成としては、ｐｉｎ接合、ｐｎ接合、ショットキー型
接合が用いられる。該半導体層は、少なくとも裏面電極
層７０４と透明電極層７０２にサンドイッチされた構造
になっている。

【００２３】該裏面電極層７０４には、金属層あるいは
金属酸化物、あるいは金属層と金属酸化物の複合層が用
いられる。金属層の材質としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが用いられ、金属酸化物層と
してＺｎＯ，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，などが採用される。上
記金属層および金属酸化物層の形成方法としては抵抗加
熱蒸着，電子ビーム蒸着，スパッタリング法などがあ
る。

【００２４】透明導電層７０２に用いる材料としては、
Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃‐ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），Ｚ
ｎＯ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，高濃度不純物ドープし
た結晶性半導体層などがあり、形成方法としては抵抗加
熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング法、スプレ−
法、ＣＶＤ法、不純物拡散などがある。

【００２５】さらに、透明電極層の上の光起電力によっ
て発生した電流を効率よく集電するための、格子（グリ
ッド）状の集電電極７０１の材料としては、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ及び銀ペ
ーストなどの導電性ペーストが用いられる。グリッド電
極の形成方法には、マスクパターンを用いたスパッタリ
ング，抵抗加熱，ＣＶＤの蒸着方法，あるいは全面に金
属層を蒸着した後にエッチングしてパターニングする方
法，光ＣＶＤにより直接グリッド電極バターンを形成す
る方法，グリッド電極バタ−ンのネガバターンのマスク
を形成した後にメッキにより形成する方法，導電性ペ−
ストを印刷して形成する方法などがある。導電性ペース
トは、通常微粉末状の銀，金，銅，ニッケル，カーボン
などをバインダーポリマーと分散させたものが使用され
る。上記バインダーポリマーとしては、ポリエステル，
エポキシ，アクリル，アルキド，ポリビニルアセテ−
ト，ゴム，ウレタン，フェノールなどの樹脂がある。

【００２６】グリッド電極で集電した電流を集めて輸送
するためのバスバーの材料としてはスズあるいはハンダ
コーティングした銅、ニッケルなどを用いる。バスバー
のグリッド電極ヘの接続は、導電性接着剤あるいはハン
ダで行う。

【００２７】〔裏面補強材〕太陽電池モジュールの裏面
補強材の形状としては、板状のものを用い、材質として
は塗装亜鉛鋼板のような絶縁処理した金属，カーボンフ
ァイバ−，ＦＲＰ（ガラスファイバー強化プラスチッ
ク），セラミック，ガラスなどを用いる。

【００２８】〔接着剤〕太陽電池と裏面補強板との間
に、塗布される接着剤に使われる材料としてエポキシ
系，アクリル系，シリコン樹脂，ホットメルト等があ
る。求められる性能として接着力，耐熱性，フレキシブ
ル性があるが、特に優れている材料は、エポキシー液熱
硬化型である。 〔シ−ラント〕補強材と、太隅電池基板或いは裏面補強
板との隙間を充填する目的で使用し、材料としてはシリ
コン系、ポリウレタン系、プチルゴム系、アクリル系等
がある。

【００２９】〔絶緑フィルム〕太陽電池と、裏面補強板
を絶縁するために用いている。接着剤だけでも絶縁性は
あるが塗装ムラがあるため、塗布膜厚の薄い部分におい
ては、太陽電池と裏面補強板のショ−トが発生する恐れ
がある。絶縁フィルムはそれを防止するための安全策と
して場合によっては使用している。材料としてはナイロ
ンフィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等
がある。

【００３０】〔表面被覆層〕表面被覆層は、透光性があ
り紫外線やオゾンに安定な耐候性があること、及び耐湿
性、耐スクラッチ性が必要である。コーティング材の材
料としては金属酸化物系，シリコン樹脂系，アクリル樹
脂系，環状ホスファゼン化合物があり、太陽電池上に塗
布される。しかしこの一層だけでは、膜厚が薄く耐スク
ラッチ性、耐候性が十分とはいえないので、フッ素樹脂
フィルム／エチレン−酢酸ビニル共重合体の二層構造の
もの（光入射側はフッ素樹脂フィルム），フッ素樹脂塗
料等が積層される。

【００３１】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００３２】〔実施例１〕図２は、補強材にネジ、また
はリベットを利用した太陽電池モジュールの概略図で、
（ａ）は角部の上視図、（ｂ）は端部の断面図である。
２０１は裏面補強板、２０２は複数の光起電力素子より
なる太陽電池、２０３は補強材となるリベット、２０４
は接着剤、２０５は表面被覆層、２０６は絶縁フィルム
である。

【００３３】太陽電池を構成している光起電力素子は以
下の手順で作製した。０．１２５ｍｍ厚のステンレス基
板上にスパッタ法によって裏面反射層としてＡｌ／Ｚｎ
Ｏを形成し、プラズマＣＶＤ法によりｎ型ａ―Ｓｉ層，
ｉ型ａ−Ｓｉ層，ｐ型微結晶Ｓｉ層，の半導体層を形成
し、透明導電層としてＩｎ₂Ｏ₂をＯ₂雰囲気下でＩｎを
抵抗加熱法で蒸着することによって形成し、銀ペースト
をスクリ−ン印刷によって集電電極を形成して、アモル
ファスシリコン光起電力素子を作製した。

【００３４】太陽電池モジュ−ルの作製方法は、まず太
陽電池上にコ−ティング材としてアクリルシリコン系塗
料であるファインハード（東燃）を塗布し、その上から
ＥＶＡを接着層としてフッ素樹脂フィルムを光入射側表
面にラミネートして作製し表面被覆層とした。この太陽
電池を絶縁処理した０．２７ｍｍ厚の亜鉛鋼板上に、絶
縁フィルムを挟むように接着剤を介して接着した。絶縁
フィルムにはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を
用い、両面コロナ放電処理を行い接着力を高めてある。
また、接着剤にはエポキシー液型のハマタイトＹ３８０
０（横浜ゴム）を用いた。

【００３５】上記作製後の表面被覆層の上から、予めあ
けてある穴にテフロン製リベットを通して、裏面で４０
０℃まで熱をかけてリベットを溶融し、その溶融部分を
つぶして冷却することにより、太陽電池と裏面補強板を
固定した。更にリベット、ネジで補強しても、通した穴
の隙間に水分が入り込み、そこで短絡する恐れがあるの
で、表面、裏面共に水分が入り込まないようにシ−ラン
トで覆っておいた。

【００３６】図２において、太陽電池と裏面補強板の穴
は、接着前にあけてあることが必要である。また太陽電
池の穴は、非発電領域に設けられていることが望まし
い。

【００３７】〔実施例２〕図３は、補強材に薄板を利用
した太陽電池モジュールの概略図で、（ａ）は角部の上
視図、（ｂ）は端部の断面図である。３０１は裏面補強
板、３０２は太陽電池、３０３はリベット、３０４は補
強材となる薄板、３０５はシ−ラント、３０６は接着
剤、３０７は表面被覆層、３０８は絶縁フィルムであ
る。

【００３８】図３に示すように実施例１で作製した太陽
電池を亜鉛鋼板上に接着したものの上から、ＦＲＰ（ガ
ラスファイバー強化プラスティック）材料の薄板を裏面
補強板上に固定した。この時、簿板と表面被覆層の間に
ブチルゴム系材料のシーラントを充填させ、薄板と裏面
補強板はアルミニウム材料のリベットで固定した。リベ
ットがアルミニウムの場合、柔らかいのでつぶすだけで
固定できる。またシ−ラントの代わりに接着剤を充填さ
せ、それだけで固定する方法もあるが、機械的強度が不
足するので、リベット、ネジを併用した方が良い。固定
用の穴は薄板が絶縁物であれば、太陽電池と裏面補強板
を接着する前にあけておく必要はなく、同様に薄板が絶
縁物であれば、リベット、ネジは絶縁物である必要はな
い。

【００３９】図３において、リベットで固定する代わり
にスポット溶接で固定してもかまわない。

【００４０】〔実施例３〕図４は、裏面補強板が補強材
を兼ねている太陽電池モジュールの概略図で，（ａ）は
角部の上視図、（ｂ）は端部の断面図である。４０１は
裏面補強板、４０２は太陽電池、４０３はシーラント、
４０４は接着剤、４０５は表面被覆層、４０６は絶縁フ
ィルムである。

【００４１】固定方法は、実施例１で作製した太陽電池
を亜鉛鋼板上に固定したものを図４に示すように太陽電
池を挟むように、裏面補強板を折り曲げておこなった。
折り曲げ部にはブチルゴム系のシーラントを充填させ
た。

【００４２】［比較評価結果］図５（ａ）は、本発明の
太陽電池モジュ−ルの曲げに対する剥がれ強さを、従来
例と比較して示す図である。本発明の評価サンプルとし
て、実施例１の太陽電池モジュ−ル、従来例の評価サン
プルとして実施例１の太陽電池モジュールで補強材固定
をしていないものとを比較した。

【００４３】図５（ａ）において、横軸は折り曲げた角
度を示し、縦軸は太陽電池基板が、裏面補強板から剥が
れた部分の面積の割合を示している。（ｂ）は、試験方
法の概略図を示し、太陽電池モジュールの角部より１０
ｃｍのところで折り曲げテストを行い、図中のθは折り
曲げた角度を表す。（ａ）において、実線Ｂは補強材で
固定していない従来例の太陽電池モジュールの、折り曲
げテストの結果を示し、破線Ａは補強材で固定した本発
明の太陽電池モジュールの、折り曲げテストの結果をそ
れぞれ示している。従来例の太陽電池モジュールでは、
剥がれ強さが不十分であり２０〜３０度で剥がれがはじ
まるが、本発明の太陽電池モジュールは９０度まで曲げ
ても変化は起こらない。本発明の太陽電池モジュール
は、極めて剥がれにくいと考えられ、信頼性は大幅に向
上している。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、補強材で
太陽電池基板を裏面補強板に固定することにより機械的
強度をもたせて、少なくとも端部の剥がれが極めて起こ
りにくい太陽電池モジュ−ルを作製できる。これによっ
て製造上の工程、または設置時のハンドリングにおい
て、剥がれることなく品質が安定し、設置後の長期信頼
性が飛躍的に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュ−ルを説明するための
概念構成図である。

【図２】本発明の実施例１の、補強材を用いて太陽電池
を裏面補強板に固定した、太陽電池モジュ−ルの角部の
上視図（ａ）、及び端部の断面図（ｂ）である。

【図３】本発明の実施例２の、補強材を用いて太陽電池
を裏面補強板に固定した、太陽電池モジュ−ルの角部の
上視図（ａ）、及び端部の断面図（ｂ）である。

【図４】本発明の実施例３の、補強材を用いて太陽電池
を裏面補強板に固定した、太陽電池モジュ−ルの角部の
上視図（ａ）、及び端部の断面図（ｂ）である。

【図５】本発明の太陽電池モジュールの性能を説明する
ための、従来例の太陽電池モジュールと比較試験を行っ
た結果を表す図（ａ）、及びその試験方法の概略図
（ｂ）である。

【図６】従来の補強材で固定していない太陽電池モジュ
−ルの上斜視図（ａ）及び端部の断面図（ｂ）、（ｃ）
である。

【図７】本発明の太陽電池モジュールに用いた太陽電池
を構成する光起電力素子の概略断面図である。

【符号の説明】

１０１，３０４…補強材、 １０２，２０２，３０２，４０２，６０２…太陽電池ま
たは太陽電池基板、 １０３，２０１，３０１，４０１，６０１…裏面補強
板、 ２０３，３０３…リベットまたはネジ、 １０４，１０６，２０４，３０６，４０４，６０３…接
着剤、 ３０５，４０３…シ−ラント、 １０７，２０５，３０７，４０５，６０５…表面被覆
槽、 １０５，２０６，３０８，４０６，６０４…絶緑フイル
ム、 ７０１…集電電極、 ７０２…透明導電層、 ７０３…半導体層、 ７０４…裏面反射層、 ７０５…導電性基体。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 総一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも導電性基体上に形成した太陽
   電池素子、裏面補強材を有する太陽電池モジュールにお
   いて、該導電性基体と電気的に絶縁された補強材を用い
   て、少なくとも該導電性基体の角部と該裏面補強材を固
   定することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 上記補強材がビス、リベットである請求
   項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 【請求項３】 上記補強材が耐候性を有する薄板である
   請求項１に記載の太陽電池モジュール。
4. 【請求項４】 上記補強材がビス、リベットと薄板を併
   用した請求項１に記載の太陽電池モジュール。
5. 【請求項５】 上記裏面補強材が補強材を兼ねる請求項
   １に記載の太陽電池モジュール。