JPH10335686A

JPH10335686A - 可撓性太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH10335686A
Application number: JP9139595A
Authority: JP
Inventors: Takuro Ihara; 卓郎井原
Original assignee: Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JP3680490B2

Abstract

(57)【要約】【課題】繰り返し急激な温度変化を受けても、損傷を受
けない從配線を有し、また、光の反射により外観を損な
うことのない配線を有するモジュールを提供する。【解決手段】可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成され
てなるソーラータイル１の極性の異なる出力電極と２本
の主配線２とがそれぞれ従配線３を介して接続されてお
り、これらが接着樹脂フィルム４ａを介して保護フィル
ム４ｂに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モ
ジュールにおいて、従配線を導電性接着剤付きアルミニ
ウムテープとする。また、主配線を有色樹脂フィルムと
金属薄板の積層体とし、有色樹脂フィルムをモジュール
の光入射側に配向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可撓性基板を用い
たソーラータイルと主配線とを接続する従配線を有する
薄膜太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池はクリーンエネルギー源のエー
スとして期待を集めている。特に、アモルファスシリコ
ンなどの薄膜太陽電池は、現在市場で中心的な位置を占
めている結晶シリコンと比べて、原料の使用量が少な
い、ロールツーロール方式による大量生産が容易、
可撓性基板上に形成することにより曲面状に設置するこ
とが可能、１枚の基板上に直列接続構造を形成可能
で、例えば２００Ｖ程度の電圧を１枚の基板上で得るこ
とも容易である、などの特長を持つものである。

【０００３】一般に、太陽電池は、長期に亘って雨など
の環境要因から半導体部分を保護するために、表面保護
材や裏面保護材でパッケージされ、このパッケージング
を施したものをモジュールと呼んでいる。結晶シリコン
太陽電池では、１個のモジュールの電圧は高々数10Ｖ程
度しか得られない。そのため、例えば200 Ｖ系統電力へ
接続するインバータに入力する場合には複数のモジュー
ルを直列に接続する必要が生じる。

【０００４】これに対して、薄膜太陽電池では、１枚の
基板上に複数の太陽電池素子を直列接続して高い電圧を
得ることがが比較的容易である。これをソーラータイル
と呼ぶことにする。図８は複数のソーラータイルを並列
接続した長尺のモジュールの一部を示し、（ａ）は平面
図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
複数の可撓性フィルムを基板とするソーラータイル１の
両側には、ソーラータイル１の出力極性に対応した２本
の主配線２が配置され、主配線２には各ソーラータイル
の出力電極が各々従配線３を介して接続されている。ソ
ーラータイル１、主配線２および従配線３は共に２枚の
保護フィルム４ａの間に、接着樹脂フィルム４ｂを介し
て熱圧着（ラミネート）されている。このようにして長
尺のモジュールを製造し、ロール状に巻き取って保管し
ておくことにより、使用時に適当な数のソーラータイル
間で切断して個別のモジュールとし、外部リード取り付
けを行うことにより、設置面積などの使用条件に対応す
ることが可能となっている。使用条件に対応したモジュ
ールを個別に製造することに較べれば、製造工程を大幅
に簡略化することができる。

【０００５】このようなモジュールには、一般的に、可
撓性基板フィルムは厚さ20〜100 μm のポリイミドなど
の耐熱性の高い樹脂からなり、主配線および従配線とし
ては薄い銅箔や半田メッキ銅箔、保護フィルム材料とし
てはエチレンテトラフルオロエチレン、ポリビニルフル
オライドなど、接着樹脂フィルム材料としてはエチレン
ビニルアセテート（以下、ＥＶＡと記す）が用いられて
いる。

【０００６】従配線の主配線とソーラータイルへの接続
は半田付けである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、金属箔
を従配線とし、半田付けによって接続する方法では、半
田付けの凸部が保護フィルムの熱圧着時に、保護フィル
ムを損傷する可能性がある。特に、可撓性基板を用いた
ソーラータイルを何重にもロール状に巻いていくと、半
田部が剥離して電気的接触不良が起こったり、半田付け
の凸部が他の部分を損傷する可能性が特に大きい。ま
た、半田付け工程が搬送の停止を必要とし、ロールツー
ロール工程の簡略化を図っていく上で工数低減の妨げに
なる。

【０００８】保護フィルムの熱圧着は、モジュール構成
部材を２枚の平板の間に挟んで行われるが、この時、従
配線のうちソーラータイル上の部分は強く加圧される
が、ソーラータイル上ではない部分はソーラータイルの
厚さがない分だけやや弱く加圧される。しかし、ＥＶＡ
には加熱時に流動性が生じているためソーラータイルの
外周の段差部および従配線の下に廻り込み、隙間を埋め
るている。

【０００９】完成した太陽電池モジュールを実際に設置
する場合を考えると、例えば外気温が低い場合、日照が
ないと当然太陽電池モジュールも低温状態にある。しか
し、太陽電池の光電変換効率は高々１０数％であるた
め、日照時には太陽電池素子に光が入射すると残りのエ
ネルギーは熱となり、外気温は低くてもモジュール温度
は急激に上昇する。逆に、光の入射がなくなると、急激
にモジュール温度は低下する。このような温度の上昇、
下降サイクルを繰り返すとやがて破断に到ることがある
が、発明者は、破断の原因は従配線のソーラータイル端
部に掛かる部分への熱応力の集中にあることをつきとめ
た。

【００１０】さらに、配線に関する別の問題点として、
配線のモジュールの外観に及ぼす影響がある。すなわ
ち、主配線および従配線、特に長さの長い主配線を薄い
金属板とすると、この主配線が光を強く反射する。住宅
屋根や建物の壁に設置する場合、この主配線による光の
反射が建物の美観を損なう恐れがある。また、高速道路
の内壁に設置するような場合には、ドライバーの視認性
を損なう要因ともなる。これらを防止する方法として、
主配線を黒色ペンキ等の塗料により着色する方法が考え
られるが、工程上煩雑であり、また、長期間屋外に暴露
される過程で紫外光による変色等の変質が起こる問題が
ある。

【００１１】上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、繰
り返し急激な温度変化を受けても、ソーラータイル段差
部で亀裂等の機械的損傷を受けない從配線を有し、ま
た、光の反射により外観を損なうことのない配線を有す
る可撓性太陽電池モジュールを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなる
ソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線
とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが
接着樹脂フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆
封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前
記従配線は導電性接着剤付きアルミニウムテープである
こととする。

【００１３】前記従配線のアルミテープの厚さは５０μ
m 以上であると良い。可撓性の基板上に薄膜太陽電池が
形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極
と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されて
おり、これらが接着材フィルムを介して保護フィルムに
挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュール
において、前記従配線は樹脂フィルム、アルミニウムテ
ープおよび導電性接着剤の積層体であることとする。

【００１４】前記樹脂フィルムは厚さが４０μm 以上の
ポリエチレンテレフタレートであると良い。可撓性の基
板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの
極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配
線を介して接続されており、これらが接着樹脂フィルム
を介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可
撓性太陽電池モジュールにおいて、前記主配線は有色樹
脂フィルムと金属薄板の積層体であり、有色樹脂フィル
ムはモジュールの光入射側に配向されていることとす
る。

【００１５】前記有色樹脂フィルムは着色材が添加され
た樹脂からなると良い。前記着色材はカーボンブラック
粉末または有機系色素であると良い。前記樹脂フィルム
はポリエチレンテレフタレートからなると良い。前記ポ
リエチレンテレフタレートの膜厚は４０μm 以上である
と良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施例１図１は本発明に係るモジュールを示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。複数の
ソーラータイル１の両側に、２本の主配線２が配置さ
れ、各ソーラータイル１の出力電極と主配線２は従配線
３を介して接続されている。そしてこれらは２枚の保護
フィルム４ｂ間に挟まれ、各々ＥＶＡからなる接着樹脂
フィルム４ａを介して熱圧着されてモジュールとされて
いる。

【００１７】この実施例では、ソーラータイル１は、厚
さ５０μm のポリイミドフィルムを基板とする可撓性ア
モルファス太陽電池であり、基板サイズ４０cm×８０cm
の中に１４４個の単位太陽電池が直列接続されており、
最適動作電圧は２００ Vに設定されている。従配線３は
導電性接着剤を付けた厚さ１００μm のアルミニウムテ
ープ（以下Alテープと記す) とした。アルミニウムは金
属テープ用材料として低価格であり防食加工も容易で電
気伝導度も良好であり従配線材料として適している。但
し、電気伝導の点だけからみると、１枚のソーラータイ
ルから生ずる電流は高々０．１〜０．２ Aであり、Alテ
ープの厚さは、最も一般的に用いられる２０〜３０μm
で十分であるが、ここでは以下に述べる熱応力解析を行
いモジュールに適したAlテープの厚さを求めた。

【００１８】図２は本発明に係る熱応力解析におけるモ
ジュール内のソーラータイル端部の従配線の屈曲部の拡
大断面図である。従配線３はAlテープ３ａおよび導電性
接着層３ｂの積層体である。モジュール内ではソーラー
タイル１の厚さだけの段差があるため、従配線３すなわ
ちAlテープ３ａは屈曲している。ソーラータイル１の端
部からAlテープ３ａの屈曲が終わるまでの屈曲部幅をＷ
とする。ソーラータイル１の端部と屈曲部との隙間には
熱接着時にＥＶＡが流れ込み充満している。

【００１９】本発明に係る熱応力解析では、上記（図
２）の形状の場合に、ソーラータイル端部の従配線の屈
曲部に温度差８０℃の熱変化を与えた時、Alテープにか
かる応力の分布および最大熱応力をシミュレーションに
より求めた。図３は本発明に係る熱応力解析結果の屈曲
部の断面での等応力線図であり、（ａ）はAlテープの厚
さが３０μm の場合であり、（ｂ）はAlテープの厚さが
１００μmmの場合である。矢印Ｆは最大熱応力部を示し
ている。Alテープの厚さが３０μmmの場合は応力が２箇
所に集中し最大熱応力は１６０N/cm²であるのに対し、
厚さが１００μmの場合は膜厚方向に応力が分散してお
り、最大熱応力は２３．８N/cm²に低下した。

【００２０】図４は本発明に係る熱応力解析結果を示
し、最大熱応力のAlテープの厚さ依存性を示すグラフで
ある。縦軸は規格化された最大熱応力であり厚さ３０μ
m のときの最大熱応力を１００％として規格化してあ
る。Alテープの厚さ５０μm 以上で最大熱応力は著しく
低下していることが判る。従って、従配線のアルミ厚さ
は５０μm 以上としておけば、最大熱応力は小さく、モ
ジュールがヒートサイクルを受けたときにも、Alテープ
の破断は起こらなくなることが期待できる。ヒートサイ
クル試験結果は実施例２以降に示す。

【００２１】Alテープの最大厚さは、モジュールの必要
とする可撓性やロール径の程度に従い、数値は明確に定
まるものではないが、数１００μm と考えられる。ま
た、導電性接着剤を用いて主配線と従配線との接続を行
ったので、接続部の厚さは主配線と従配線の厚さに等し
くなり、モジュールのロールへの巻き取りなどの加圧時
にもこの接続部が保護フィルムを押し潰すなどの損傷を
与えることはなくなった。また、この接着工程は特別の
高温を必要としないので、ロールツーロール工程に馴染
みやくなった。実施例２図５は本発明に係る異なる従配線を有するモジュールを
示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における
ＸＸ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図（従配
線のみ）である。モジュールの基本構成は実施例１と同
じであるが、ソーラータイル１の裏面は厚さ３００μm
のＥＶＡフィルム５ａにより裏打ちされており、ソーラ
ータイル１をやや硬くしてロールツーロール方式の製造
以降の取扱を容易にしている。そのため、ソーラータイ
ル１の端部での段差は大きく、従配線３の屈曲は実施例
１の場合より激しくなるので、従配線３は厚さ３０μm
のAlテープ３ａおよび厚さ３０μm の導電性接着層３ｂ
の積層体にポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ
と記す）３ｃを補強材として接着してあり、屈曲を抑制
する構造としてある。

【００２２】ＰＥＴフィルム３ｃの効果について以下に
説明する。実施例１と同様の解析を行った結果、Al層の
厚さは同じでも屈曲幅が大きくなるにつれて膜厚方向に
応力が分散し、屈曲幅無限大、すなわち屈曲がなくスト
レートの場合には屈曲幅９１μm の場合の約1/4 まで最
大熱応力が低下することが判った。図６は本発明に係る
ＰＥＴフィルム付き従配線のＰＥＴフィルムの厚さを変
えた場合の従配線のソーラータイル端部での屈曲を示す
顕微鏡写真を模写した断面模式図であり、（ａ）はＰＥ
Ｔフィルムがない場合、（ｂ）はＰＥＴフィルムの厚さ
が１５μm の場合、（ｃ）はＰＥＴフィルムの厚さが２
５μm の場合、（ｄ）はＰＥＴフィルムの厚さが４０μ
m の場合である。ＰＥＴフィルムを厚くするにしたがっ
てAlテープがストレートに近くなることが観察される。
この結果からＰＥＴフィルムは、ソーラータイル端部に
段差があっても熱圧着時に従配線をストレートに保つ働
きがあり、その結果Alテープにかかる最大熱応力を小さ
く抑える役割を果たしていることが判った。ＰＥＴフィ
ルムは薄くても効果は認められるが、より顕著な効果を
得るためには４０μm 以上とすることが望ましい。

【００２３】ＰＥＴフィルムの最大厚さは、モジュール
の必要とする可撓性やロール径の程度に従い、数値は明
確に定まるものではないが、数１００μm と考えられ
る。実施例１および実施例２で作製したモジュールにつ
いて、従配線のAlテープ厚さおよびＰＥＴフィルム厚さ
を変えた場合のヒートサイクル試験結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】ヒートサイクル試験は、−４０℃雰囲気と
１００℃雰囲気の間でモジュールを移動させ、３０分保
持した後再度移動させることを繰り返して行い、５０回
毎にAlテープの亀裂発生の有無を調べるという方法で行
った。この結果から、Alテープのみの厚さが３０μm の
場合には１００回以下で破断が起こるが、Alテープの厚
さが５０μm 以上、また、厚さ４０μm 以上のＰＥＴフ
ィルムを付けた場合には１０００回でも破断は発生せ
ず、太陽電池特性にも全く変化は認められなかった。実施例３これまでの実施例は従配線の強度の観点からみた発明で
あるが、この実施例はモジュールの設置場所の美観から
みた、主配線および従配線に関する発明である。

【００２６】図７は本発明に係る異なる従配線を有する
モジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるＸＸ断面図である。（ｃ）は（ａ）にお
けるＺＺ断面拡大図である。基本的なモジュールの構成
は実施例２と同じであるが、この実施例では、主配線２
が異なっている。主配線２は、ＰＥＴフィルム成形時に
あらかじめ原料の中にカーボンブラック粉末を混入して
おき、成形された黒色ＰＥＴフィルム２ｂを半田メッキ
銅箔２ａと貼り合わせたものである。すなわち、ＰＥＴ
フィルムは、フィルム状に成形してから着色したもので
はなく、フィルムに成形する際に原料に着色剤を添加し
て着色したものである。そしてモジュールの光入射側が
黒色ＰＥＴフィルム２ｂ側となるように配置されてい
る。こうした配置により、この実施例のモジュールでは
光入射時における主配線からの入射光の反射がなくな
り、モジュールは局所的なきらめきはなく、全体が一様
に闇くみえるようになり、モジュールの設置環境の美観
は、従来のモジュールにくらべ大幅に改善された。

【００２７】なお、カーボンブラックの代わりに有機系
色素（例えば、アニリンブラック、ジアゾブラックな
ど）などの他の着色剤を用いても同様の効果が得られる
が、ＰＥＴをフィルム状に成形後、その上からペンキ等
の塗料を塗る方法は、製造工程が煩雑であると同時に屋
外での長期に亘る発電時に紫外線等によって変色するな
ど長期耐久性の点で本実施例より劣る。

【００２８】

【発明の効果】可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成さ
れてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本
の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、
これらが接着樹脂フィルムを介して保護フィルムに挟ま
れて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにお
いて、従配線を導電性接着剤付きアルミニウムテープと
することにより、温度変化によりソーラータイル屈曲部
のAlテープに加わる熱応力がAlの厚さ方向に分散され、
最大熱応力が減少して太陽電池モジュールの耐久性が向
上する。

【００２９】また、従配線を樹脂フィルム、アルミニウ
ムテープおよび導電性接着剤の積層体とすることによ
り、Alテープ単独の場合よりソーラータイル屈曲部にお
ける撓みが減少し、その結果としてソーラータイル屈曲
部のAlテープに加わる最大熱応力が減少して太陽電池モ
ジュールの耐久性が向上する。また、主配線を有色樹脂
フィルムと金属薄板の積層体とし、有色樹脂フィルムを
モジュールの光入射側に配向したため、主配線からの強
い光の反射が防がれ、モジュールおよびその設置環境の
美観をが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモジュールを示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図

【図２】本発明に係る熱応力解析におけるモジュール内
のソーラータイル端部の従配線の屈曲部の拡大断面図

【図３】本発明に係る熱応力解析結果の屈曲部の断面で
の等応力線図であり、（ａ）はAlテープの厚さが３０μ
m の場合、（ｂ）はAlテープの厚さが１００μmmの場合

【図４】本発明に係る熱応力解析結果を示し、最大熱応
力のAlテープの厚さ依存性を示すグラフ

【図５】本発明に係る異なる従配線を有するモジュール
を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけ
るＸＸ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図（従
配線のみ）

【図６】本発明に係るＰＥＴフィルム付き従配線のＰＥ
Ｔフィルムの厚さを変えた場合の従配線のソーラータイ
ル端部での屈曲を示す顕微鏡写真を模写した断面模式図
であり、（ａ）はＰＥＴフィルムがない場合、（ｂ）は
ＰＥＴフィルムの厚さが１５μm の場合、（ｃ）はＰＥ
Ｔフィルムの厚さが２５μm の場合、（ｄ）はＰＥＴフ
ィルムの厚さが４０μm の場合

【図７】本発明に係る異なる従配線を有するモジュール
を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけ
るＸＸ断面図である。（ｃ）は（ａ）におけるＺＺ断面
拡大図

【図８】複数のソーラータイルを並列接続した長尺のモ
ジュールの一部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は（ａ）におけるＸＸ断面図

【符号の説明】

１ソーラータイル２主配線２ａ金属テープ２ｂ着色樹脂フィルム３従配線２ａ金属テープ２ｂ導電性接着層４ａ保護フィルム４ｂ接着樹脂フィルム４ｃ接着樹脂フィルムＷ屈曲部幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成され
てなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の
主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、こ
れらが接着樹脂フィルムを介して保護フィルムに挟まれ
て被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおい
て、前記従配線は導電性接着剤付きアルミニウムテープ
であることを特徴とする可撓性太陽電池モジュール。
【請求項２】前記従配線のアルミテープの厚さは５０μ
m 以上であることを特徴とする請求項１に記載の可撓性
薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成され
てなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の
主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、こ
れらが接着材フィルムを介して保護フィルムに挟まれて
被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおい
て、前記従配線は樹脂フィルム、アルミニウムテープお
よび導電性接着剤の積層体であることを特徴とする可撓
性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】前記樹脂フィルムは厚さが４０μm 以上の
ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請
求項３に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成され
てなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の
主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、こ
れらが接着樹脂フィルムを介して保護フィルムに挟まれ
て被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおい
て、前記主配線は有色樹脂フィルムと金属薄板の積層体
であり、有色樹脂フィルムはモジュールの光入射側に配
向されていることを特徴とする可撓性薄膜太陽電池モジ
ュール。
【請求項６】前記有色樹脂フィルムは着色材が添加され
た樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載の可撓
性太陽電池モジュール。
【請求項７】前記着色材はカーボンブラック粉末または
有機系色素であることを特徴とする請求項６に記載の可
撓性太陽電池モジュール。
【請求項８】前記樹脂フィルムはポリエチレンテレフタ
レートからなることを特徴とする請求項５ないし７に記
載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項９】前記ポリエチレンテレフタレートの膜厚は
４０μm 以上であることを特徴とする請求項７に記載の
可撓性太陽電池モジュール。