JPH07176775A - 太陽電池モジュール - Google Patents
太陽電池モジュールInfo
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- JPH07176775A JPH07176775A JP5318248A JP31824893A JPH07176775A JP H07176775 A JPH07176775 A JP H07176775A JP 5318248 A JP5318248 A JP 5318248A JP 31824893 A JP31824893 A JP 31824893A JP H07176775 A JPH07176775 A JP H07176775A
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- solar cell
- reinforcing material
- cell module
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
く、長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供する
ことを目的とする。 【構成】 裏面補強材101上に充填材103に埋設さ
れた太陽電池102を有する太陽電池モジュールにおい
て、前記充填材103に接する前記裏面補強材101の
表面がエポキシ樹脂で塗装されていることを特徴とす
る。
Description
わり、特に裏面補強材を有する太陽電池モジュールの信
頼性に関する。
が、世界的に広がりを見せている。中でも、CO2排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリ
ーンなエネルギーヘの希求はますます強まってきてい
る。このような状況の中で、現在、太陽電池はその安全
性と扱いやすさからクリーンなエネルギー源として特に
期待されている。
的なものとしては、(1)結晶シリコン太陽電池、
(2)多結晶シリコン太陽電池、(3)アモルファスシ
リコン太陽電池、(4)銅インジウムセレナイド太陽電
池、(5)化合物半導体太陽電池、などが挙げられる。
この中で、薄膜多結晶シリコン太陽電池、化合物半導体
太陽電池及びアモルファスシリコン太陽電池は比較的低
コストで大面積化が可能なため、最近では各方面で活発
に研究開発が進められている。
確保するため、EVA(エチレン−酢酸ビニル共重合ポ
リマー)などの充填材の中に埋設されており、表面被覆
材と裏面補強材の間にサンドイッチされ,モジュール化
される。太陽電池モジュールの表面被覆材としては、ガ
ラスや、フッ素樹脂フィルムのような耐候性フィルムが
用いられている。また、裏面補強材としては、アルミニ
ウム箔を耐候性フィルムでサンドイッチ構造にした耐
候、耐湿フィルムや、薄い鋼板、例えば無塗装の亜鉛メ
ッキ鋼板、あるいは屈曲性や硬さなどの観点からポリエ
ステル樹脂がコーティングされた鋼板などが用いられて
いる。さらにエポキシ樹脂については、2コート2ベー
ク塗装鋼板の下塗りなどには密着性を高めるために実際
に使用されているが、耐候性を必要とする表面塗装面に
は使用されていない。
池モジュールを屋外に設置する場合、必要に応じて、折
り曲げなどの加工により形態を変化できることが望まし
いが、充填材と裏面補強材表面の接着力が弱いため、温
湿度サイクル試験や耐候性試験や太陽電池モジュールの
折り曲げにより剥離してしまうことがある。
め、太陽電池モジュールの信頼性と加工性をより向上さ
せることが望まれている。
を解決し、裏面補強材と充填材の接着性が良く、長期信
頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的
とする。
ールは、裏面補強材上に充填材に埋設された太陽電池を
有する太陽電池モジュールにおいて、前記充填材に接す
る前記裏面補強材の表面がエポキシ樹脂で塗装されてい
ることを特徴とする。
は、ビスフェノールA型が好ましく、太陽電池は可とう
性太陽電池であることが好ましい。更に、充填材の厚み
が300μm以上のものが好ましい。
脂で塗装することにより、充填材と裏面補強材表面の接
着性が向上し、モジュール端部での充填剤と裏面補強材
表面の間での剥離が極めて少なくなり、太陽電池モジュ
ールの長期信頼性と加工性が向上する。
樹脂を用いることにより、太陽電池モジュールの接着性
が更に向上し、更に優れた太陽電池モジュールを提供す
ることができる。
よって、充填剤と裏面補強材が曲げ等に追従するので、
充填剤と裏面補強材表面間の剥離が更に少なくなり、太
陽電池モジュールの信頼性が向上する。
することによって、エポキシ樹脂に到達する紫外線量を
軽減することができ、太陽電池モジュールの信頼性が一
層向上する。
ルの概略構成図を示す。
子102、充填材103、耐候性フィルム104を有す
る太陽電池モジュールの断面図である。
ようにして作製することが出来る。
ト状の充填材、太陽電池素子102、充填材、耐候性フ
ィルム104を順次重ねあわせ、加圧脱泡しながら15
0℃でEVAを溶融することにより太陽電池素子を耐候
性フィルムと裏面補強材でサンドイッチして、太陽電池
モジュールとする。
強材は、裏面補強材表面と充填材の接着性を高めるため
にエポキシ樹脂コートされた裏面補強材である。
と、裏面補強材には金属板を用いることが好ましく、そ
の種類に特に限定は無いが、例えば亜鉛鉄板やガルバニ
ウム鋼板などのメッキ鋼板やチタン、ステンレス鋼板な
どが挙げられる。
材の表面コーティングに用いられているエポキシ樹脂に
特に限定は無く、その種類としては、ビスフェノールA
型樹脂やビスフェノールF型樹脂、脂環型エポキシ樹脂
などが挙げられるが、耐久性、接着性などを考慮すると
代表的なビスフェノールA型樹脂が好ましい。中でも、
分子量が2000〜4000のものが好ましい。さら
に、耐候性向上のために、カーボンブラック、酸化チタ
ン、酸化鉄などの顔料が添加されていることが好まし
い。
リアミン、変性脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、
変性芳香族ポリアミン、脂環型ポリアミン、変性脂環型
ポリアミン、ポリアミドアミン、変性ポリアミドアミ
ン、イミダゾール及びその誘導体などを用いることが出
来る。
のエポキシ樹脂、商品名:「2001」、「2002
H」、「2003」、「2016B」、「2022」等
を、商品名:「2102B」、「2103」、「210
4」、「2105F」、「2105C」、「210
6」、「2131B」、「2131D」、「2131
F」、「2163」等の硬化剤と所定の割合混合して使
用する。また、住友3M社製のエポキシ樹脂「EW−
2」(一液型)、「S/W−2214」(一液型)、
「XA7416」(一液型)、「JA7437」(一液
型)、「1838B/A」(二液型;本剤と硬化剤の混
合比=4:5)、「S/W−2216B/A」、「DP
‐100」(1:1)、「DP−110」(1:1)、
「DP−190」(1:1)、「DP‐PURE60」
(1:1)、「DP−270」(1:1)等も使用でき
る。さらに、ユーカ・シェル・エポキシ社製のエポキシ
樹脂、商品名:「Epikote」812、815、8
27、828、834などを使用することができ、硬化
剤は必要性能に応じて選択することができる。
候性フィルムは、耐候性はもちろんの事、透光性、汚れ
が付着しにくいこと、機械的強度及び引っ張り強度など
が要求される。充填材との接着面には、充填材が接着し
やすいようにコロナ放電処理してもよい。
耐熱性が若干劣ると予想できるため、酸化防止剤を添加
することも可能である。
ルムの種類に特に限定は無いが、ETFE(ポリエチレ
ンテトラフルオロエチレン)、ポリ3フッ化エチレン、
ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルムが挙げられ
る。中でも、無延伸型のETFEが好ましい。
求される特性としては、耐候性、熱可塑性、熱接着性及
び光透過性が挙げられる。材料としては、EVA(酢酸
ビニル−エチレン共重合体)、ブチラール樹脂、シリコ
ン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの
透明な樹脂が挙げられるが、これらに限られるものでは
ない。これらの中でもEVAが特に好ましい。
ビニルトリクロシラン、NOL−24(アリルジクロル
シランレゾルシノール)、ビニルアルコキシシラン、γ
−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシランカッ
プリング剤が添加されていることが好ましい。また、充
填材に架橋剤を添加することにより、架橋させることも
可能である。また光劣化を抑制するために、紫外線吸収
剤が含有されていることが望ましい。
種類に特に限定は無いが、好ましくは、可曲性を有する
太陽電池であり、とくに好ましくは、ステンレス基板上
に形成された非晶質シリコン半導体である。
が、この図において201は導電性基体、202は反射
層、203は半導体光活性層、204は透明導電層、2
05は集電電極である。
なると同時に、下部電極の役割も果たす。材料として
は、タングステン、ステンレス、アルミニウム、銅、チ
タン、カーボンシート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成し
てある樹脂フィルムやセラミックスなどが挙げられる。
導電性基体201上には反射層202として、金属層、
あるいは金属酸化物層、あるいは金属層と金属酸化物層
を形成するのが好ましく、金属層としては、例えば、T
i,Cr,Mo,W,Al,Ag,Ni,などが用いら
れ、金属酸化物層としては、例えば、ZnO,Ti
O2,SnO2などが用いられる。上記金属層及び金属酸
化物層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビー
ム蒸着法、スパッタリング法などが用いられる。
具体的な材料としては、pn接合型多結晶シリコン、p
in接合型アモルファスシリコン、あるいはCuInS
e2,CuInS2,GaAs,CdS/Cu2S,Cd
S/CdTe,CdS/InP,CdTe/Cu2Te
をはじめとする化合物半導体などが挙げられる。
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
晶質シリコンの熱処理する方法等、アモルファスシリコ
ンの場合はシランガスなどを原料とするプラズマCVD
法等、化合物半導体の場合はイオンプレーティング、イ
オンビームデポジション、真空蒸着法、スパッタ法及び
電析法等が挙げられる。
果たし、材料としては、例えば、In2O3,SnO2,
In2O3−SnO2(ITO),ZnO,TiO2,Cd
2SnO4,高濃度不純物ドープした結晶性半導体層等が
用いられる。形成方法としては抵抗加熱蒸着、スパッタ
法、スプレー法、CVD法、不純物拡散法などがある。
るために、格子状の集電電極(グリッド)を設けるのが
好ましい。集電電極の具体的な材料としては、例えば、
Ti,Cr,Mo,W,Al,Ag,Ni,Cu,S
n、あるいは銀ぺースト等の導電性ペーストなどが挙げ
られる。集電電極の形成方法としては、マスクパターン
を用いたスパッタリング、抵抗加熱、CVD法や、全面
に金属膜を蒸着した後で不必要な部分をエッチングで取
り除きパターニングする方法、光CVDにより直接グリ
ッド電極パターンを形成する方法、グリッド電極パター
ンのネガパターンのマスクを形成した後にメッキする方
法、導電性ペーストを印刷する方法などがある。
金、銅、ニッケル、カーボンなどをバインダーポリマー
に分散させたものが用いられる。バインダーポリマーと
しては、例えば、ポリエステル、エポキシ、アクリル、
アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタン、フ
ェノールなどの樹脂が挙げられる。
輸送するためのバスバーを形成しても良く、このバスバ
ーの材料としてはSn、あるいは半田コーティングされ
たCu,Niなどが用いられる。バスバーのグリッド電
極への接続は、導電性接着剤あるいは半田等で行えば良
い。
池モジュールの曲げ方法については、特に限定は無い
が、太陽電池モジュールの表面がフッ素樹脂フィルムの
ような耐候性フィルムであり、傷がつき易い場合には、
太陽電池モジュールを折り曲げる曲げ機の型は、太陽電
池モジュールの表面に傷が付きにくい材質を使用したも
のが好ましい。例えば、ウレタン樹脂のような軟質型の
上に太陽電池モジュールの耐候性フィルム面を置き、裏
面補強材に刃をあてて力を加えることによって折り曲げ
ることができる。また、耐候性フィルム面に刃をあてる
場合には刃先が極率半径Rが3mm以上であることが好
ましい。
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
上に作製したアモルファスシリコン太陽電池素子を使用
し、裏面補強材としてエポキシ樹脂コートされた鋼板を
用いて作製した太陽電池モジュールについて記述する。
(a−Si)太陽電池素子を作製した。
板301上に、スパッタ法で裏面反射層302としてS
iを1%含有するAl層(膜厚500nm)とZnO層
(膜厚500nm)を順次形成した。
4とPH3とH2の混合ガスを用いてn型a−Si層を、
SiH4とH2の混合ガスからi型a−Si層を、SiH
4とBF3とH2の混合ガスからp型微結晶μc−Si層
を形成し、n層膜厚15nm/i層膜厚400nm/p
層膜厚10nm/n層膜厚10nm/i層膜厚80nm
/p層膜厚10nmの層構成のタンデム型a−Si光電
変換半導体層303を形成した。
薄膜(膜厚70nm)をO2雰囲気下でInを抵抗加熱
法で蒸着する事によって形成した。
スマシンを用いて縦30cm×横15cmの大きさで図
4のような形状に打ち抜き複数の太陽電池素子を作製し
た。
電池素子の切断面では、太陽電池素子がつぶれて透明導
電層とステンレス基板が短絡した状態になっている。そ
こで次に、この短絡を修復するために図4及び図5のよ
うに各太陽電池素子のIn2O3電極の周辺401を除去
した。ここで、In2O3電極の周辺の除去は、In2O3
を溶解しアモルファスシリコン半導体は溶解しない選択
性エッチング剤(FeCl3溶液)を、各太陽電池素子
の切断面よりやや内側のIn2O3の周囲にスクリーン印
刷しその部分のIn2O3を溶解した。その後、水洗浄し
てIn2O3電極の素子分離部401を形成した。
以下の手順により形成した。太陽電池の透明導電層にポ
リマー型銀メッキ銅ペーストをスクリーン印刷機により
パターン印刷し、これを200℃±20℃に調整したI
R加熱炉内で5分間加熱した。次に同じくスクリーン印
刷機で導電ペースト上にクリーム半田を印刷し、250
℃±10℃に調整したリフローオーブンで、クリーム半
田を加熱溶融させた。そして、イオン交換水のシャワー
に太陽電池ごと5分間投入しクリーム半田に含まれてい
るフラックスを洗浄した後、約80℃の温風を5分間程
度太陽電池の電極面にあて乾燥させた。
グリッド電極と直交させる形で配置した後、グリッド電
極との交点に接着性銀インク404を滴下し、150℃
で30分間乾燥して、グリッド電極と錫メッキ銅線とを
接続した。その際に、錫メッキ銅線403とステンレス
基板の端面が接触しないように、錫メッキ銅線の下にポ
リイミドテープ405を貼りつけた。
子の非発電領域の一部のIn2O3層/a−Si層を、グ
ラインダーで除去してステンレス基板を露出させた後、
その部分に銅箔406をスポット溶接器で溶接した。
に、太陽電池素子601の錫メッキ銅線603と太陽電
池素子602の銅箔604とを半田付けすることにより
直列接続した。同様に隣接する太陽電池素子の錫メッキ
銅線と銅箔を半田付けして13枚の太陽電池素子を直列
接続した。
レス基板の裏側で行った。図7に直列接続された太陽電
池素子の裏面配線図を示す。プラス側の配線は、13番
目の太陽電池素子713の中央部に絶緑性ポリエステル
テープ703を貼りつけた上に銅箔702を貼りつけ、
次に、銅箔702と錫メッキ銅線704を半田付け70
6することによって行った。また、マイナス側の配線は
1番目の太陽電池素子701をスポット溶接された銅箔
705と半田付け706することによって行った。な
お、707,708は電極取出し部として半田が盛って
ある部分であり、707がマイナス端子、708がプラ
ス端子である。
れた太陽電池素子802、充填材、耐候性フィルムの順
に積層し、真空ラミネーターを用いて、150℃で充填
材を溶融させることにより、図8に示したように、太陽
電池素子を裏面補強材及び耐候性フィルムで樹脂封止し
た太陽電池モジュール801を作製した。ここで、裏面
補強材803はエポキシ樹脂(ビスフェノールA型樹
脂)コートされた鋼板(0.35mm厚)、充填材80
4はEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマー耐候
性グレード)、耐候性フィルム805はETFE(エチ
レンテトラフルオロエチレン)を使用した。また、耐侯
性フィルムにはEVAとの接着性を高めるためにあらか
じめ接着面にプラズマ処理が施してある。
の裏面補強材と充填材の接着性について以下の項目につ
いて評価を行った。
を行い、裏面補強材と充填材界面の接着力を評価した。
投入し、光照射と降雨サイクルによって促進耐候性試験
を行い、5000時間後の裏面補強材と充填材界面の外
観上の変化を評価した。
を50サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの、
裏面補強材と充填材界面の外観上の変化を評価した。
度サイクル試験を20サイクル行い、試験後の太陽電池
モジュールの、裏面補強材と充填材界面の外観上の変化
を評価した。
置き、ソーラーシミュレーターで受光面に疑似太陽光を
照射して、50時間後の太陽電池モジュールの裏面補強
材と充填材界面の外観上の変化を評価した。
材の表面コーティングの材料として、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂を用いた以外はまったく同様にし
て、太陽電池モジュールを作製し、同様な評価を行っ
た。
材の表面コーティングの材料として、ポリエステル樹脂
を用いた以外はまったく同様にして、太陽電池モジュー
ルを作製し、同様な評価を行った。
材として、表面にコーティングを施さない、無塗装の亜
鉛メッキ鋼板を用いた以外はまったく同様にして、太陽
電池モジュールを作製し、同様な評価を行った。
電池モジュールの評価結果を表1に示す。表において、
×印は太陽電池モジュールの端部での剥離が観測された
ことを示す。また○印はそれら以外の良好な接着性を示
す。
ートされた鋼板を使用した太陽電池モジュールは、裏面
補強材表面と充填材の接着力が大きく、ポリエステル樹
脂コートや無塗装の鋼板を使用した太陽電池モジュール
より高い信頼性を示した。
ルにおいて、モジュール端部で図9のように折り曲げを
行い、上記(2)〜(5)の評価を行った。ここで折り
曲げにはアマダ社製折り曲げ機を使用した。折り曲げの
際に太陽電池モジュールの表面に傷がつかないように、
折り曲げ機において太陽電池モジュール表面があたる箇
所にウレタン樹脂の型を用いて折り曲げを行った。ま
た、上型には曲率半径Rが3mmの刃先を有する金属型
を用いた。
げ部には、折り曲げによる曲げ傷はまったく見られなか
った。折り曲げ部での傷の確認は、折り曲げ箇所に油性
マジックを塗りつけた後、溶剤でふき取り折り曲げ部に
傷が残っているかどうかをみて確認した。
ルにおいて、モジュール端部で図9のように折り曲げを
行い、上記(2)〜(5)の評価を行った。ここで、折
り曲げは実施例3と同様に行い、太陽電池モジュール表
面の折り曲げ部に曲げ傷は見られなかった。
ルにおいて、モジュール端部で図9のように折り曲げを
行い、上記(2)〜(5)の評価を行った。ここで、折
り曲げは実施例3と同様に行い、太陽電池モジュール表
面の折り曲げ部に曲げ傷は見られなかった。
ルにおいて、モジュール端部で図9のように折り曲げを
行い、上記(2)〜(5)の評価を行った。ここで、折
り曲げは実施例3と同様に行い、太陽電池モジュール表
面の折り曲げ部に曲げ傷は見られなかった。
表2に示す。×印は太陽電池モジュールの端部での剥離
が観測されたことを示す。また○印はそれら以外の良好
な接着性を示している。
ートされた鋼板を使用した太陽電池モジュールは、折り
曲げ加工時においても変わらず高い信頼性を示した。
樹脂コート鋼板で、表面に充填材が接着されているもの
と充填材のないものについて上記(2)の評価を行い、
表面の塗装状態を比較した。
樹脂コート鋼板の表面塗装ではチョーキングが起こった
のに対し、表面に充填材が接着されているエポキシ樹脂
コート鋼板では、変化が観察されなかった。
で裏面補強材の塗装を行うことで、高い信頼性が得られ
る。この詳細なメカニズムは現在のところはっきりしな
いが、硬化剤により反応したエポキシ樹脂が一定間隔で
水酸基を持っており、この水酸基が充填剤内のシランカ
ップリング剤中のハロゲン原子やアルコキシン、アセト
キシンなどの加水分解される基と反応してシラノール基
を生じ、このシラノール基自身が反応してシロキサン、
シリコーンを形成するため、あるいは無機質表面と結合
してシロキサン結合を形成するためである、と考えられ
る。
の接着性が向上した太陽電池モジュールが得られ、以下
の効果が得られる。 (1)太陽電池モジュール作製時に充填材内にエアが残
ることがあったが、その可能性が少なくなる。 (2)特に、モジュール端部での充填材と裏面補強材の
剥離が少なくなり、太陽電池モジュールの信頼性が向上
する。 (3)温湿度サイクル試験や耐候性試験での充填材と裏
面補強材の間の剥離が改善され、太陽電池モジュールの
信頼性が向上する。 (4)裏面補強材表面と充填材の界面への水分の侵入を
防ぐことが出来る。 (5)太陽電池モジュールの折り曲げ加工や穴あけ時の
充填材と裏面補強材の剥離が少なくなる。 (6)設置時のハンドリングによる充填材と裏面補強材
間の剥離が少なくなる。
構成図である。
である。
を示す概略断面図である。
成図である。
面図である。
示す概略図である。
す概略図である。
ある。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 裏面補強材上に充填材に埋設された太陽
電池を有する太陽電池モジュールにおいて、前記充填材
に接する前記裏面補強材の表面がエポキシ樹脂で塗装さ
れていることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項2】 前記エポキシ樹脂はビスフェノールA型
樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池
モジュール。 - 【請求項3】 前記充填材の厚さは、300μm以上で
あることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項
に記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項4】 前記太陽電池が、可とう性太陽電池であ
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
の記載の太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31824893A JP3244243B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 太陽電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31824893A JP3244243B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 太陽電池モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07176775A true JPH07176775A (ja) | 1995-07-14 |
JP3244243B2 JP3244243B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=18097092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31824893A Expired - Lifetime JP3244243B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 太陽電池モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3244243B2 (ja) |
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