JPH0936396A

JPH0936396A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH0936396A
Application number: JP7182953A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shiozuka; 秀則塩塚; Takahiro Mori; 隆弘森; Ayako Komori; 綾子小森; Satoshi Yamada; 聡山田; Ichiro Kataoka; 一郎片岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、耐熱性に優れた太陽電池モジュー
ルの表面被覆材の提供と、高温環境下で黄変を少なく
し、光透過性の低下による太陽電池モジュール特性の劣
化を最小限にすることを目的とする。【解決手段】本発明は、光起電力素子の光入射側にブ
ロックイソシアネートにより架橋される透明樹脂層を設
け、その上に一層以上の透明な有機高分子樹脂層が積層
されてなる太陽電池モジュールにおいて、前記ブロック
イソシアネートのブロッキング剤がアルコール類から選
択されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュールに
係わり、特に、光起電力素子の光受光側に透明な樹脂を
設け、その上に積層された透明な有機高分子樹脂により
封止されている太陽電池モジュールの表面被覆材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ₂に排
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への希求はますます強まってきてい
る。太陽電池は現在のところ、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期待のもてるもの
だということができる。

【０００３】太陽電池には様々な形態がある。代表的な
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ある。この中で、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。

【０００４】更に、これらの太陽電池の中でも、導体金
属基板上にシリコンを堆積し、その上に透明導電層を形
成したアモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜
太陽電池は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富
んでいるので、将来のモジュール形態として有望視され
ている。ただ、ガラス基板上にシリコンを堆積する場合
と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆い、太陽電
池を保護する必要がある。

【０００５】従来は、この表面被覆材として最表面にフ
ッ素樹脂フィルムやフッ素樹脂塗料等を用いた透明なフ
ッ化物重合体薄膜、その内側には種々の熱可塑性透明有
機樹脂が用いられてきた。フッ化物重合体は耐候性・撥
水性に富んでおり、樹脂の劣化による黄変・白濁あるい
は表面の汚れによる光透過率の減少に起因する太陽電池
モジュールの変換効率の低下を少なくすることができ、
熱可塑性透明樹脂は安価であり内部の光起電力素子を保
護するための充填材として大量に用いることができる。

【０００６】図４はこのような太陽電池モジュールの従
来例である。図４に於いて、４０１はフッ化物重合体薄
膜層、４０２は熱可塑性透明有機高分子層樹脂層、４０
３は透明薄膜樹脂層、４０４は光起電力素子、４０５は
絶縁体層である。この例では光受光面の有機樹脂と同じ
ものを裏面にも用いている。

【０００７】より具体的には、フッ化物重合体薄膜層４
０１はＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体）フィルム、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）フィル
ム等のフッ素樹脂フィルムであり、熱可塑性透明有機高
分子樹脂層４０２はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重
合体）、ブチラール樹脂等であり、透明薄膜樹脂層４０
３はアクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、アクリ
ル樹脂と無機ポリマーを架橋してなる樹脂などであり、
絶縁体層４０５はナイロンフィルム、アルミラミネート
テドラーフィルムをはじめとする種々の有機樹脂フィル
ムである。この例において熱可塑性透明有機高分子樹脂
層４０２は光起電力素子４０４とフッ素樹脂フィルム４
０１及び絶縁体層４０５との接着剤としての役割をはた
しており、透明薄膜樹脂層４０３は太陽電池が発電する
電気が外部に漏れることを防止し、熱可塑性透明有機高
分子樹脂層４０２とともに外部からの引っかき、衝撃か
ら太陽電池を保護する充填材の役割をはたしている。

【０００８】ところで、太陽電池モジュールの使用用途
の一つには屋根に設置する形態があり、この場合、各国
で規定された屋根材の規格を合格しなければならず、そ
の一つには燃焼性試験がある。これに合格するには、上
述のごとき太陽電池モジュールの封止材の可燃性樹脂で
あるＥＶＡの含有量を削減しなければならない。しかし
ながら、ＥＶＡ含有量を減らすだけでは表面被覆材の光
起電力素子保護能力も低くなる。

【０００９】上述の問題を解決する手段の一つには、表
面被覆材中に難燃もしくは不燃性の透明薄膜樹脂層を設
け表面被覆材の光起電力素子保護能力を損なうことなく
ＥＶＡの厚みを薄くすることにより太陽電池モジュール
の燃焼性を抑制させる方法があり、これによりＵＬ１７
０３規定される燃焼試験でアメリカ合衆国国内で屋根材
として採用されるクラスＡに分類されることが可能にな
る。

【００１０】また、従来の透明薄膜樹脂層には、アクリ
ル樹脂、フッ素樹脂などをイソシアネートにより架橋し
た樹脂などを用いるが、架橋にイソシアネートを用いる
塗料には樹脂に予めイソシアネートを混合させる一液型
塗料と塗膜形成直前に混合する二液型塗料がある。二液
型塗料は塗膜形成直前に混合するために装置が煩雑にな
り混合後の樹脂のポットライフも短くなるため、一般的
には反応性の高いイソシアート基をブロック体によりマ
スクし、加熱によりブロック体を解離させ、イソシアネ
ートの基を再生して反応させるブロッキングイソシアネ
ートを用いた一液型塗料が用いられている。この場合、
マスクに用いられるブロック体には、ＭＥＫオキシム、
εカプロラクタムが汎用されているが、ＭＥＫオキシム
を使用すると、塗膜加熱形成時に塗膜が黄変するため、
透明性が求められる用途に使用される場合には、εカプ
ロラクタムが用いられる。

【００１１】このような透明薄膜樹脂層、例えばアクリ
ル樹脂と無機ポリマーをεカプロラクタムでマスクした
ヘキサメチレンジイソシアヌレートで架橋した樹脂と熱
可塑性透明有機樹脂層、例えばＥＶＡを積層され表面被
覆を構成しているような従来のモジュールでは以下のよ
うな欠点があった。

【００１２】例えば、太陽の直射光にモジュールが晒さ
れた場合、モジュール表面温度は６５℃以上の高温にな
ることが考えられる。そのような環境下で長期使用した
場合、透明薄膜樹脂層中に揮発せずに残存したブロッキ
ング剤が分解し、その分解物とＥＶＡ樹脂中の残存架橋
剤が反応し黄変物質を生成され、光透過率低下による太
陽電池モジュールの特性低下の恐れがある。この問題は
モジュール温度がより高温となる屋根材一体の用途では
より顕著となる。

【００１３】一般的には、樹脂の熱劣化、光劣化による
黄変抑制にはヒンダードフェノール系の一次酸化防止剤
と燐系、硫黄系二次酸化防止剤を併用して添加されるが
充分とは言えずまだ改良の余地が残されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性に優
れた太陽電池モジュールの表面被覆材を提供し、高温環
境下で黄変が少なく、光透過性の低下による太陽電池モ
ジュール特性の劣化を最小限にすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、下記の太陽
電池モジュールが最良であることを見いだした。すなわ
ち、本発明は、光起電力素子の光入射側にブロッキング
イソシアネートにより架橋される透明樹脂を持ち、その
上に一層以上の透明有機高分子樹脂層積層し封止されて
なる太陽電池モジュールに於いて、前記ブロッキングイ
ソシアネートのブロッキング剤がアルコール類から選択
されることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば以下の効果が期待できる。（１）難燃性の被覆となる。すなわち、被覆樹脂中の可
燃性の樹脂量を削減することで、難燃性の太陽電池モジ
ュールとすることができる。（２）耐熱性に優れた被覆となる。すなわち、塗膜後、
塗膜中に残存するブロッキング剤量が少なく、高温使用
時に表面被覆材に黄変が生じる問題を防止できる。（３）防湿性に優れた被覆となる。すなわち、樹脂中に
水分が侵入しにくく、湿度による太陽電池特性の低下を
抑制できる。（４）密着性に優れる。すなわち、高温高湿使用時に表
面被覆材が太陽電池から剥離せず、太陽電池モジュール
特性低下を防止できる。（５）電気絶縁性に優れた被覆となる。すなわち太陽電
池から発生した電流が外部へ漏れることを防止し、湿潤
環境下でも外部との電気絶縁性を保つことができる。（６）保存性が優れた塗料となる。すなわち、フィルム
コート機内で保存、循環された状態でも塗料の特性を劣
化させることなく長期保存が可能となる。

【００１７】

【実施態様例】図１に本発明の太陽電池モジュールの概
略構成図の一例を示す。図１に於いて、１０１は光起電
力素子、１０２は透明薄膜層、１０３は表面の透明な充
填材、１０４は最表面に位置する透明なフィルム、１０
５は表面の充填材、１０６は裏面被覆フィルムである。
外部からの光は、最表面のフィルム１０４から入射し、
光起電力素子１０１に到達し、生じた起電力は出力端子
（不図示）より外部に取り出される。

【００１８】本発明に於ける光起電力素子１０１は、例
えば導電性基体上に、光変換部材としての半導体光活性
層が形成されたものである。その一例としての概略構成
図を図２に示すが、この図に於いて２０１は導電性基
体、２０２は裏面反射層、２０３は半導体光活性層、２
０４は透明導電層、２０５は集電電極である。

【００１９】導電性基体２０１は光起電力素子の基体に
なると同時に、下部電極の役割も果たす。材料として
は、シリコン、タンタル、モリブデン、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、鉛メッキ銅板、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ある。

【００２０】上記導電性基体２０１上には裏面反射層２
０２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しても良い。金属層には、
例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，ＭＯ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉなど
が用いられ、金属酸化物層には、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ある。

【００２１】半導体光活性層２０３は光電変換を行う部
分で、具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結晶シリコ
ン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、あるいはＣｕ
ＩｎＳｅ₂，ＣｕＩｎＳ₂，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ
₂Ｓ，ＣｄＳ／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。上記半導体光活性層の形成方法としては、多結晶シ
リコンの場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シリコ
ンの熱処理、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、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、電析法などがある。

【００２２】透明導電層２０４は太陽電池の上部電極の
役目を果たしている。用いる材料としては、例えば、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，高濃度不純物ドープした
結晶性半導体層などがある。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。

【００２３】ところで、透明導電層まで形成した光起電
力素子は導電性基体の非平滑性かつ／あるいは半導体光
活性層成膜時の不均一性により導電性基体と透明導電層
が部分的に短絡しており、出力電圧に比例して大きな漏
れ電流が流れる、すなわち漏れ抵抗（シャント抵抗）が
小さい状態にある。そこで、これを修復するため透明導
電層を形成した後に欠陥除去処理を施す必要がある。米
国特許第４，７２９，９７０号明細書にはこのような欠
陥除去についての詳細が述べられている。この方法によ
って、光起電力素子のシャント抵抗を１ｋΩ・ｃｍ²以
上５００ｋΩ・ｃｍ²以下、望ましくは１０ｋΩ・ｃｍ²
以上５００ｋΩ・ｃｍ²以下とする。

【００２４】透明導電層の上には電流を効率よく集電す
るために、格子状の集電電極２０５（グリッド）を設け
てもよい。集電電極２０５の具体的な材料としては、例
えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｓｎ、あるいは銀ペーストをはじめとする導電性ペ
ーストなどが挙げられる。集電電極２０５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、印刷した導電性ペーストに金属ワイヤーを半田で
固定する方法などがある。

【００２５】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
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。

【００２６】最後に起電力を取り出すために出力端子２
０６を導電性基体と集電電極に取り付ける。導電性基体
へは銅タブ等の金属体をスポット溶接や半田で接合する
方法が取られ、集電電極へは金属体を導電性ペーストや
半田によって電気的に接続する方法が取られる。

【００２７】上記の手法で作成した光起電力素子は、所
望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接続され
る。また、絶縁化した基板上に光起電力素子を集積化し
て所望の電圧あるいは電流を得ることもできる。

【００２８】表面フィルム１０４は太陽電池モジュール
の最表層に位置するため耐候性、撥水性、耐汚染性、機
械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外暴露
における長期信頼性を確保するための性能が必要であ
る。本発明に好適に用いられる材料としては四フッ化エ
チレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビ
ニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶ
ＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ
化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、
ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）等がある。
耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れてい
るが、耐候性および機械的強度の両立の観点から四フッ
化エチレン−エチレン共重合体が好ましい。

【００２９】また、前記充填材樹脂との接着性の改良の
ために、コロナ処理、プラズマ処理を表面フィルムに行
うことが望ましい。また、機械的強度向上のために延伸
処理が施してあるフィルムを用いることも可能である。

【００３０】充填材１０３は光起電力素子を樹脂で被覆
し、外部環境から光起電力素子を保護するために必要で
ある。また、表面フィルムがある場合はフィルムを素子
に接着する役割も果たす。したがって、高透明性の他
に、耐候性、接着性、耐熱性が要求される。

【００３１】例えば、熱可塑性ポリオレフィン樹脂が好
ましく、具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体
（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（Ｅ
ＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥ
Ａ）、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体（ＥＢ
Ａ）、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体（ＥＭ
Ｍ）、エチレン−メタクリル酸エチル共重合体（ＥＥ
Ｍ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＣ）、シリコーン樹
脂、エポキシ樹脂、またはアクリル樹脂等が好適な材料
として用いられる。これらの樹脂の中で、入手の容易さ
と経済性の観点からみて好ましいのはＥＶＡとＥＥＡで
ある。

【００３２】これら充填材樹脂は、熱変形温度が低いた
めに高温下での使用では変形やクリープを起こすので、
耐熱性や接着性を向上させるために架橋することが好ま
しい。充填材を架橋する方法としては、一般に、イソシ
アネート、メラミン、有機過酸化物などである。本発明
に使用される架橋剤としては、ポットライフが十分長い
こと、架橋時の架橋反応が速やかなことのほかに、充填
材上に表面フィルムが積層されるため、架橋剤からの遊
離物がないことあるいは微量であることが好ましい。

【００３３】加えて熱酸化防止剤や光安定性向上のため
に、紫外線吸収剤や光酸化防止剤を添加することも可能
である。また、光起電力素子と充填剤、充填剤と表面フ
ィルム１０４との密着力が不十分である場合にはシラン
カップリング剤、チタネートカップリング剤を使用、併
用することによりその密着性の改善を計ることができ
る。

【００３４】次に本発明に用いられる透明薄膜層１０２
について以下に詳しく説明する。透明薄膜層１０２は光
起電力素子の凹凸を樹脂でコーティングし、外部環境か
ら素子を充填材１０３とともに保護することはもちろん
のこと光起電力素子と外部との電気的絶縁を保つために
必要である。したがって、充填材１０３同様、高透明性
の他に、耐候性、接着性、耐熱性が要求される。

【００３５】好適に用いられる材料としてはアクリル樹
脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂を主成分とする樹脂が用
いられている。より好ましくはアクリル樹脂と無機ポリ
マーが架橋された樹脂、アルコキシシラザンなどのシリ
コン系樹脂、フッ素樹脂等である。

【００３６】アクリル樹脂と無機ポリマーを架橋する架
橋剤としては、ポットライフが十分長いこと、架橋反応
が速やかで架橋剤からの遊離物がないあるいは微量であ
ることが好ましい。上記の要求を満たすものとしてはブ
ロッキングイソシアネートである。

【００３７】イソシネートモノマーの化学構造ではトリ
レンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート
（ＩＰＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤ
Ｉ）、１、３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキ
サン（Ｈ₆ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート
（ＨＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネー
ト、ｍ−イソプロベニル−α，α−ジメチルベンジルイ
ソシアネートがあるが、優れた透明性が必要とされる用
途では、難黄変型ＸＤＩ、無黄変型（ＩＰＤＩ、Ｈ₆Ｘ
ＤＩ、ＨＤＩ）が好ましい。

【００３８】上記イソシアネートモノマーは一般にはイ
ソシアネートプレポリマーとして用いられており、テト
ラメチレンプロパノール（ＴＭＰ）のアダクト系、ビュ
レット系、イソシアヌレート系、アルファネイト系に大
別される。耐候性、耐熱性が求められる用途の場合、Ｔ
ＭＰアダクト、イソシアヌレートを用いるのが好まし
い。

【００３９】また、イソシアネートのブロッキング剤と
しては、アセト酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥ
Ｋ）オキシムなどのオキシム類、εカプロラクタム等の
ラクタム類、フェノール類、アルコール類等があるが、
本発明では、塗膜形成時や高温使用時での塗膜の黄変を
なくすもしくは抑制するために、アルコール類を用い
る。例えば、ｔｅｒｔ−ブタノール、２−エチルヘキサ
ノール、２−オクタノール、シクロヘキサノール等が用
いられ、１級乃至は２級のアルコール類が好ましい。

【００４０】さらに、高温下での熱安定性を付与するた
めに酸化防止剤が、樹脂分に対して０．０５％〜１．０
０％重量部添加されても良い。酸化防止剤の化学構造と
してはモノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型
フェノール系、硫黄系、燐酸系に大別される。モノフェ
ノール系では２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレ
ゾール、ブチル化ヒドロキシアニゾール、２，６−ジ−
ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノールがある。

【００４１】ビスフェノール系では、２，２’−メチレ
ン−ビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノ
ール）、２，２’−メチレン−ビス（４−エチル−６−
ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、４−４’−チオビス−
（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、４
−４’−ブチリデン−ビス−（３−メチル−６−ｔｅｒ
ｔブチルフェノール）、３，９−ビス〔１，１−ジメチ
ル−２−｛β−（３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキ
シ−５−メチルフェニル）プロピオニルオキシエチル｝
２，４，８，１０−テトラオキサスピロ〕５，５ウンデ
カンが挙げられる。

【００４２】高分子フェノール系としては、１，１，３
−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔｅｒ
ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，３，５−トリメチル
−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル
−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、テトラキス−
｛メチレン−３−（３’、５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル
−４’−ヒドロキスフェニル）プロピオネート｝メタ
ン、ビス｛（３，３’−ビス−４’−ヒドロキシ−３’
−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ブチリックアシッド｝グ
ルコールエステル、１，３，５−トリス（３’、５’−
ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４’−ヒドロキシベンジル）−
ｓ−トリアジン−２，４，６−（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）ト
リオン、トリフェノール（ビタミンＥ）が知られてい
る。

【００４３】一方、硫黄系ではジラウリルチオジプロピ
オネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジステ
アリルチオプロピオネートなどがある。

【００４４】燐酸系ではトリフェニルホスファイト、ジ
フェニルイソデシルホスファイト、ファニルジイソデシ
ルホスファイト、４，４’−ブチリデン−ビス−（３−
メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−ジ−トリデシ
ル）ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライ
ルビス（オクタデシルホスファイト）、トリス（モノお
よびあるいはジ）フェニルホスファイト、ジイソデシル
ペンタエリスリトールジフォスファイト、９，１０−ジ
ヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン−
１０−オキサイド、１０−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブ
チル−４−ヒドロキシベンジル）−９，１０−ジヒドロ
−９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン−１０−
オキサイド、１０−デシロキシ−９，１０−ジヒドロ−
９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン、サイクリ
ックネオペンタンテトライルビス（２，４−ジ−ｔｅｒ
ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、サイクリックネオ
ペンタンテトライルビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−メチ
ルフェニル）ホスファイト、２，２−メチレンビス
（４，６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）オクチルホスフ
ァイトがある。

【００４５】上記酸化防止剤から少なくとも１種類以上
の添加することが望ましい。

【００４６】裏面の被覆フィルム１０６は光起電力素子
１０１の導電性基体と外部との電気的絶縁を保つために
必要である。材料としては、導電性基体と充分な電気絶
縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収
縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。
好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエ
チレンテレフタレートが挙げられる。

【００４７】裏面の充填材１０５は光起電力素子１０１
と裏面の被覆フィルム１０６との接着を図るためのもの
である。材料としては、導電性基体と充分な接着性を確
保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐
えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に
用いられる材料としては、ＥＶＡ、ポリビニルブチラー
ル等のホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエ
ポキシ接着剤が挙げられる。また、表面の充填材１０２
と同じ材料であることも多い。

【００４８】太陽電池モジュールが高温で使用される場
合、例えば屋根材一体型などでは高温下での接着を確実
にするために、架橋することがより好ましい。ＥＶＡな
どの架橋法としては、有機過酸化物を用いる方法が一般
的である。

【００４９】裏面の被覆フィルムの外側には、太陽電池
モジュールの機械的強度を増すために、あるいは、温度
変化による歪、ソリを防止するために、補強板を張り付
けても良い。例えば、鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ
（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。

【００５０】一方、上記表面被覆構成の太陽電池モジュ
ールで光起電力素子に到達する光量の減少をなるべく抑
えるために、透明薄膜層１０２、透明充填材１０３、表
面透明フィルム１０４を積層した表面被覆の光透過率
は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光波長領域に
おいて８０％以上であることが望ましく、９０％以上で
あることがより望ましい。また、大気からの光の入射を
容易にするために、屈折率が１．１から２．０であるこ
とが好ましく、１．１から１．６であることがより好ま
しい。

【００５１】以上述べた光起電力素子、透明薄膜層、充
填材樹脂、表面フィルム、裏面被覆材を用いて太陽電池
モジュールとする方法を次に説明する。

【００５２】光起電力素子受光面に溶剤に溶かした透明
薄膜樹脂をコーティングする方法としては光起電力素子
を浸け込む方法、エアースプレーにて霧状にして塗布す
る方法、エアレススプレー液状で塗布する方法等が挙げ
られ、いずれの場合も溶剤を蒸発させながらまたは蒸発
させてから樹脂を架橋する。または、粉体状の樹脂を素
子表面に均一に静電吸着後加熱し架橋させる方法もあ
る。

【００５３】充填材樹脂１０３で光起電力素子受光面を
被覆するには、溶剤に溶かした充填材を塗布した後溶剤
を蒸発させる方法、粉体状の充填材を素子表面に均一に
付着させ加熱溶融する方法、加熱溶融させた充填材をス
リットから素子上に押し出す方法、加熱溶融させた充填
材をスリットから押し出し充填材のシートを作製しこれ
を素子上に加熱圧着する方法などが挙げられる。

【００５４】充填材を溶剤に溶かす場合には同時に、シ
ランカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の種
々の添加剤を混合しておく。これを素子に塗布して乾燥
する。また粉体状充填材を溶融する場合や充填材を溶融
させて押し出す場合も予め添加剤を混入しておく必要が
ある。

【００５５】充填材が素子上に予め形成されている場合
は、裏面に裏面充填材１０４、裏面被覆フィルム１０５
を、表面に表面フィルム１０３を重ね、加熱圧着するこ
とにより太陽電池モジュールを得る。補強板を設けると
きは接着剤を介して裏面被覆フィルムに重ねて圧着すれ
ば良く、これは前記工程と同時に行っても、工程後に行
っても構わない。

【００５６】一方、充填材がシート状に成形されている
場合は、素子と表面フィルムの間に挿入して同様に加熱
圧着して太陽電池モジュールとすることができる。

【００５７】加熱圧着の方法としては従来公知である真
空ラミネーション、ロールラミネーションなどを種々選
択して用いることができる。

【００５８】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
るが本発明は以下に示す実施例に何ら限定されるもので
はない。

【００５９】（実施例１）〔光起電力素子〕アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太
陽電池（光起電力素子）を製作する。作製手順を図２を
用いて説明する。

【００６０】洗浄したステンレス基板２０１上に、スパ
ッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５００ｎ
ｍ）とＺｎＯ層（膜厚５００ｎｍ）を順次形成する。つ
いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＰＨ₃とＨ₂
の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄とＨ₂の混合
ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄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２０３
を形成した。次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ₂Ｏ₃
薄膜（膜厚７０ｎｍ）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た。

【００６１】この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行
う。すなわち、導電度が５０乃至７０ｍＳとなるように
調製した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電力素子
と、素子の透明導電層と対向するように電極板を浸漬
し、素子をアースとして電極以下に３．５ボルトの正電
位を２秒間印加することによりシャントしている部分の
透明導電層を選択的に分解した。この処理により、光起
電力素子のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ²乃至１
０ｋΩ・ｃｍ²であったのに対して、処理後５０ｋΩ・
ｃｍ²乃至２００ｋΩ・ｃｍ²に改善された。

【００６２】最後に、集電用のグリッド電極２０５を設
ける。スクリーン印刷により形成された幅２００μｍの
銅ペーストのライン上に沿って直径１００μｍの銅線を
布線し、その上にクリーム半田をのせた後、半田を溶融
させることにより銅線を銅ペースト上に固定し集電電極
とした。マイナス側端子として銅タブをステンレス基板
にステンレス半田を用いて取り付け、プラス側端子とし
ては錫箔のテープを半田にて集電電極に取り付け出力端
子２０６とし、光起電力素子３０１を得た。

【００６３】次に太陽電池モジュールの作製方法を図３
を用いて説明する。〔被覆材〕透明樹脂層３０２としては、アクリル樹脂と
無機ポリマーの混合樹脂１００重量部をブロッキングイ
ソシアネート（ブロッキング剤：２−シクロヘキサノー
ル、イソシアネート：ヘキサメチレンジイソシアヌレー
ト）１５重量部添加したものをエアレススプレーにより
光起電力装置受光面に塗布し加熱により溶剤を蒸発させ
架橋させる。

【００６４】充填材３０３としては、ＥＶＡ１００重量
部に対して、架橋剤として２，５−ジメチル−２，５−
ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン３重量部、シラ
ンカップリング剤としてγ−メタクリルオキシプロピル
トリメトキシシラン０．３重量部、紫外線吸収剤として
２−ヒドロキシ−４−ｎオクトキシベンゾフェノン０．
３重量部、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テ
トラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１重量
部、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）
フォスファイト０．２重量部をそれぞれ添加したものを
加熱溶融させ、Ｔダイのスリットから押し出して成形し
た厚さ４６０μｍのシート状ＥＶＡ（以下、ＥＶＡシー
ト）を用いた。

【００６５】表面フィルム３０５としては下層の有機高
分子樹脂との接着面をコロナ放電処理したＥＴＦＥフィ
ルム（無延伸、厚さ５０μｍ）を、裏面被覆剤３０４と
してはアルミラミネートテドラーフィルムを、補強板３
０６としてはガルバリウム鋼板（亜鉛メット鋼板、厚さ
０．３ｍｍ）を用いた。

【００６６】〔ラミネーション〕上記樹脂によりコーテ
ィングされた光起電力素子３０１を図３の構成でラミネ
ートした。すなわち、光起電力素子受光面の透明樹脂層
３０２に上記ＥＶＡシートと表面フィルムを、裏側にＥ
ＶＡシートとアルミラミネートテドラーフィルムと補強
板を重ね、真空ラミネート装置を用いて加圧脱気しなが
ら１５０℃で３０分加熱した。以上の工程により、本実
施例の太陽電池モジュールを得た。

【００６７】（実施例２）実施例１に於いてブロッキン
グ剤が２−オクタノールであるブロッキングイソシアネ
ートを用いた以外は全く同様にして太陽電池モジュール
を作製した。

【００６８】（実施例３）実施例１に於いてプレポリマ
ーがＨ₆ＸＤＩのＴＭＰアダクトであるブロッキングイ
ソシアネートを用いた以外は全く同様にして太陽電池モ
ジュールを作製した。

【００６９】（実施例４）実施例１に於いてプレポリマ
ーがＨ₆ＸＤＩのＴＭＰアダクトでありブロッキング剤
が２−オクタノールであるブロッキングイソシアネート
を用いた以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作
製した。

【００７０】（比較例１）実施例１に於いて、２−シク
ロヘキサノールのかわりにアセト酢酸エチルをブロッキ
ング剤としたＨＤＩイソシアヌレートを用いた以外は全
く同様にして太陽電池モジュールを得た。

【００７１】（比較例２）実施例１に於いて、２−シク
ロヘキサノールのかわりにアセト酢酸エチルでブロッキ
ングしたＨ₆ＸＤＩＴＭＰアダクトを用いた以外は全く
同様にして太陽電池モジュールを得た。

【００７２】（比較例３）実施例１に於いて２−シクロ
ヘキサノールのかわりにＭＥＫオキシムをブロッキング
剤としたＨＤＩイソシアヌレート（日本ポリウレタン
製）を用いた。

【００７３】（比較例４）実施例１に於いて、薄膜樹脂
層としてＥＶＡ４６０μｍを用いた以外は全く同様にし
て太陽電池モジュールを得た。

【００７４】（比較例５）実施例１に於いて、薄膜樹脂
層を用いない以外は全く同様にして太陽電池モジュール
を得た。

【００７５】（評価方法）上記実施例及び比較例で作製
した太陽電池モジュールについて以下の項目について評
価を行った。（１）燃焼性太陽電池モジュールを水平に２２°傾いたデッキ上に設
置し、太陽電池モジュールの表面被覆材側に７６０±２
８℃のガスバーナー炎を１０分間あてる。○：炎の広が
りがサンプル先端から６フィートを越えない場合、×：
炎の広がりがサンプル先端から６フィートを越える場
合。

【００７６】（２）耐熱性太陽電池モジュールを１５０℃の雰囲気中に１５時間放
置し、光透過率の変化を観察した。即ち、◎：外観の変
化の全くない場合、○：外観の変化が多少あるが実用上
さしつかえない場合、×：外観上、信頼性を大きく損な
う剥離、亀裂、着色が見られる場合。

【００７７】（３）耐候性サンシャインウエザーメーターに太陽電池モジュールを
投入し、光照射及び降雨サイクルにより５０００時間施
す加速耐候性試験を行ない、該太陽電池モジュールの外
観上の変化を評価した。外観上の変化の評価は目視で行
ない、評価結果は以下の評価基準で示した。即ち、◎：
外観に全く変化のない場合、○：外観上に多少の変化は
見られるが実用上採用に値する程度である場合、×：剥
離、着色等が見られ採用に値しない場合。

【００７８】（４）電気絶縁性太陽電池モジュールのプラス極とマイナス極を短絡し
た。短絡端子と補強材間にＤＣ電圧（ハイポットテスタ
ー）を接続し２２００ボルトを印加したときの漏れ電流
を測定しその電流値が５０μＡを越えたものを不合格と
した。表１に合格は○、不合格は×で示した。結果を表
１に示す。

【００７９】

【表１】

【００８０】表１に示されているように、従来例と比較
して実施例は、アルコール系ブロッキング剤を用いてい
ることで、表面被覆材の黄変が少なくなり、発電中の高
温環境下での長期使用においても、光透過率低下が原因
となる太陽電池モジュールの特性低下を抑制できる。ま
た、塗料の保存性が向上する。これらの理由としては、
透明薄膜層を加熱形成中にイソシアネート基から解離し
てくるブロッキング剤が解離と共に揮発し塗膜中に殆ど
存在しないこと、また、存在したとしてもアルコール系
であるため、従来問題であった熱可塑性透明有機樹脂中
の残存過酸化物と反応して黄変物質を生成しないためで
あると考えられる。

【００８１】その他の試験（接着力、温度変化に対する
耐久性、耐湿性、電気絶縁性）においては、比較例と同
等以上の評価が得られ、本発明により従来の表面被覆の
長所を保持したまま耐熱性及び耐候性を改善した表面被
覆を得ることができる。

【００８２】なお、本発明に係わる太陽電池モジュール
は以上の実施例に何等限定されるものではなく、その要
旨の範囲内で種々変更することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、光起電力素子の少なく
とも光入射側が透明樹脂層と一層以上の透明な有機高分
子樹脂層で封止されている太陽電池モジュールに於い
て、透明樹脂層を架橋するブロッキングイソシアネート
のブロッキング剤をアルコール系にすることによって、
直射日光照射時のように太陽電池モジュールが高温にな
る際の表面被覆材の変色を抑える耐熱性及び耐候性に優
れた被覆を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した太陽電池モジュールの概略断
面図の一例である。

【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する、光起電
力素子の基本構成を示す概略断面図の一例である。

【図３】実施例１の太陽電池モジュールの概略断面図で
ある。

【図４】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１０１、３０１、４０４光起電力素子、１０２、３０２、４０３透明薄膜樹脂層、１０３、３０３、表面充填材、１０４、３０４、４０１表面フィルム、１０５裏面充填材、１０６、３０５裏面被覆フィルム、２０１導電性基体、２０２裏面反射層、２０３半導体光活性層、２０４透明導電層、２０５集電電極、２０６ａプラス側出力端子、２０６ｂマイナス側出力端子、２０７半田、３０２充填材樹脂、３０６補強板、４０１フッ化物重合体薄膜層、４０２熱可塑性透明有機樹脂、４０４絶縁体層。

フロントページの続き (72)発明者山田聡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 (72)発明者片岡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

【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力素子の光入射側にブロックイソ
シアネートにより架橋される透明樹脂層を設け、その上
に一層以上の透明な有機高分子樹脂層が積層されてなる
太陽電池モジュールにおいて、前記ブロックイソシアネ
ートのブロッキング剤がアルコール類から選択されるこ
とを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】前記透明な有機高分子樹脂層が熱可塑性
ポリオレフィン樹脂から選択されることを特徴とする請
求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記透明な有機高分子樹脂層がエチレン
−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル
酸エチル共重合体（ＥＥＡ）であることを特徴とする請
求項１または２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記ブロックイソシアネートを構成する
イソシアネートモノマー体がヘキサメチレンジイソシア
ネート乃至１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロ
ヘキサンであることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】前記ブロッキング剤がｔｅｒｔ−ブタノ
ール、シクロヘキサノール、２−オクタノールから選択
されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】前記透明樹脂層がアクリル樹脂を主成分
とすることを特徴すとる請求項１乃至５のいずれか１項
に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】前記透明樹脂層がアクリル樹脂と無機ポ
リマーをイソシアネートにより架橋されていることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の太陽電
池モジュール。
【請求項８】前記透明樹脂層がフィルムコートにより
形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至７
のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】前記光起電力素子が第一の電極としての
導電性基体上に光変換部材としての半導体光活性層、第
二の電極としての透明導電層が形成されたものであるこ
とを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
太陽電池モジュール。
【請求項１０】前記半導体光活性層が非単結晶半導体
薄膜であることを特徴とする請求項９記載の太陽電池モ
ジュール。
【請求項１１】前記非単結晶半導体薄膜がアモルファ
スシリコンであることを特徴とする請求項１０記載の太
陽電池モジュール。