JPH1056191A

JPH1056191A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH1056191A
Application number: JP8224671A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shiozuka; 秀則塩塚; Ichiro Kataoka; 一郎片岡; Takahiro Mori; 隆弘森; Ayako Komori; 綾子小森; Satoshi Yamada; 聡山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高温高湿下の長期使用においても、樹脂の黄
変による光透過性の低下による太陽電池モジュール特性
の劣化を抑制し、光起電力素子からの剥離のない表面被
覆材を提供する。【解決手段】光起電力素子１０１の光入射側に硬質透
明樹脂層１０２を設け、その上に透明な有機高分子樹脂
層１０３を積層した太陽電池モジュールにおいて、前記
硬質透明樹脂層１０２が、下記一般式（１）ＸＳｉＹ_nＲ_3-n・・・（１）（式中、Ｘはグリシドキシプロピル基またはβ−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチル基、Ｙはアルコキ
シ基、Ｒはアルキル基、ｎは１〜３を示す）で表される
化合物を添加した樹脂よりなる太陽電池モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュー
ルに関し、特に、少なくとも光起電力素子の光入射側面
に設けられた透明な硬質薄膜樹脂層と、その上に積層さ
れた透明な有機高分子樹脂層により被覆されている太陽
電池モジュールにおける表面被覆材に関する。

【０００２】本発明において、表面とは光起電力素子の
光入射側面をいい、光起電力素子に関してその反対側面
を裏面と称する。

【０００３】

【従来の技術】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、
表面被覆材を設け、太陽電池を保護する必要がある。

【０００４】一般に、この表面被覆材として最表面にＥ
ＴＦＥ（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ＥＶＡ（エチレン−酢
酸ビニル共重合体）、ＥＥＡ（エチレン−アクリル酸エ
チル共重合体）、ブチラール樹脂等種々の熱可塑性透明
有機樹脂が用いられてきた。

【０００５】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
の被覆材として大量に用いることができる。

【０００６】ところで、太陽電池モジュールの使用用途
の一つである屋根に設置する形態の場合、各国で規定さ
れた屋根材の規格に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太陽電池モジ
ュールの被覆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、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。

【０００７】上記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硬質透明薄膜樹脂層を
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、Ｕ
Ｌ１７０３に規定される燃焼試験でアメリカ合衆国内で
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。

【０００８】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において、４０１はフッ化物重合体薄
膜層、４０２は熱可塑性透明有機樹脂層、４０３は硬質
透明薄膜樹脂層、４０４は光起電力素子、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よりなる絶縁体層で
ある。この例では、裏面にも表面の有機樹脂と同じもの
を用いている。

【０００９】この例において、熱可塑性透明有機樹脂層
４０２は光起電力素子４０４とフッ化物重合体薄膜層４
０１および絶縁体層４０５との接着剤としての役割を果
しており、硬質透明薄膜樹脂層４０３は太陽電池モジュ
ールと外部の電気絶縁性を保ち、熱可塑性透明有機樹脂
層４０２と共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果している。

【００１０】従来の硬質透明薄膜樹脂層４０３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
いる場合には樹脂に予めイソシアネートを混合する一液
型と硬質透明薄膜樹脂層４０３形成直前に混合する二液
型がある。

【００１１】二液型は硬質薄膜樹脂層４０３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
シアネート基をブロック剤によりマスクし、加熱により
ブロック剤を解離させ、イソシアネート基を再生し、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
ク剤には、ＭＥＫオキシム、εカプロラクタムが汎用さ
れているが、ＭＥＫオキシムを使用した場合、硬質薄膜
樹脂層４０３加熱形成時に黄変が生ずるため、透明性が
求められる用途に使用される場合、εカプロラクタムが
用いられる。

【００１２】このような硬質透明薄膜樹脂層４０３と熱
可塑性透明有機樹脂層４０２、例えばＥＶＡを積層し、
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。

【００１３】例えば、屋外に太陽電池モジュールが晒さ
れた場合、太陽光の直射により光起電力素子表面温度は
６５℃以上の高温になり、長時間設置した場合、表面被
覆材が黄変する恐れがある。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。これは架橋時に解離したブロッキング剤が揮発せ
ず、硬質透明薄膜樹脂層４０３中に残存しており、それ
らがＥＶＡの架橋に用いられる過酸化物やＥＶＡの架橋
時に発生する酸などと反応して黄変物質を生成し、光透
過率低下による太陽電池モジュールの特性を低下させる
ためである。

【００１４】また、高温高湿環境下での長時間使用によ
る表面被覆材の光起電力素子からの剥離も太陽電池モジ
ュール特性の低下の原因であり、外観上も好ましくな
い。

【００１５】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十
分とはいえず、改良が望まれていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は高温高湿環境
下での長期使用においても樹脂の黄変による光透過性の
低下による太陽電池モジュール特性の劣化を最小限に
し、光起電力素子から剥がれることのない表面被覆材を
提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために鋭意研究を重ねた結果、光起電力素子の光入
射側面に設けられる硬質透明樹脂層を形成する樹脂に特
定のエポキシ系シランカップリング剤を添加することに
より、硬質透明樹脂層などの表面被覆材が剥がれること
による太陽電池モジュール特性の低下を防止でき、さら
には高温使用時の黄変を防止できることを見いだし、本
発明に到達した。

【００１８】すなわち、本発明は光起電力素子の光入射
側に硬質透明樹脂層を設け、その上に少なくとも一層の
透明な有機高分子樹脂層を積層した太陽電池モジュール
において、前記硬質透明樹脂層が、下記一般式（１）ＸＳｉＹ_nＲ_3-n・・・（１）（式中、Ｘはグリシドキシプロピル基またはβ−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチル基、Ｙはアルコキ
シ基、Ｒはアルキル基、ｎは１〜３を示す）で表される
化合物を添加した樹脂よりなることを特徴とする太陽電
池モジュールである。

【００１９】

【発明の実施の形態】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において、１０１は
光起電力素子、１０２は硬質透明樹脂層、１０３は透明
な有機高分子樹脂層、１０４は表面フィルム、１０５は
裏面充填材、１０６は裏面被覆フィルムである。外部か
らの光は表面フィルム１０４から入射し光起電力素子１
０１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。

【００２０】本発明における光起電力素子１０１は、例
えば第一の電極としての導電性基体、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を有
するものである。その一例としての概略構成図を図２に
示すが、この図において、２０１は導電性基体、２０２
は裏面反射層、２０３は半導体光活性層、２０４は透明
導電層、２０５は集電電極である。

【００２１】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、例えばシリコン、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ある。

【００２２】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よい。金属層には、
例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、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。上記金属層および金属
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。

【００２３】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、例えば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ＣｕＩｎＳｅ₂、ＣｕＩｎＳ₂、ＧａＡｓ、ＣｄＳ／Ｃ
ｕ₂Ｓ、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
れるが、非単結晶半導体が好ましく、これらのうちでも
アモルファスシリコンが好ましい。

【００２４】半導体光活性層２０３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イング、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。

【００２５】透明導電層２０４は光起電力素子の上部電
極の役目を果している。用いる材料としては、例えば、
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。

【００２６】ところで、透明導電層２０４まで形成した
光起電力素子は導電性基体２０１の非平滑性かつ／ある
いは半導体活性層２０３成膜時の不均一性により導電性
基体２０１と透明導電層２０４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。

【００２７】そこで、これを修復するため、透明導電層
２０４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４７２９９７０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。

【００２８】透明導電層２０４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、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、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。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。

【００２９】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。

【００３０】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２０１と集電電極２０５に取付ける。
導電性基体２０１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２０５へは金
属体を導電性ペーストや半田２０７によって電気的に接
続する方法が取られる。

【００３１】上記の方法で作製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。

【００３２】次に、本発明の特徴である硬質透明樹脂層
１０２について詳しく説明する。

【００３３】硬質透明樹脂層１０２は光起電力素子１０
１の凹凸を被覆し、外部環境から光起電力素子１０１を
有機高分子樹脂層１０３と共に保護することはもちろん
のこと、光起電力素子１０１と外部との電気絶縁性を向
上させる役割を持っている。従って、後述する有機高分
子樹脂層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。

【００３４】硬質透明樹脂層１０２は、下記一般式
（１）ＸＳｉＹ_nＲ_3-n・・・（１）（式中、Ｘはグリシドキシプロピル基またはβ−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチル基、Ｙはアルコキ
シ基、Ｒはアルキル基、ｎは１〜３を示す）で表される
化合物を添加した樹脂よりなる。一般式（１）で表され
る化合物の添加量は、樹脂に対し０．１〜１０重量％が
好ましい。

【００３５】一般式（１）で表される化合物としては、
具体的には、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β
−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメト
キシシランなどのエポキシ系シランカップリング剤が挙
げられるが、なかでもγ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシランは光起電力素子１０１の透明導電層２０４
との接着性はもとより、耐熱性、耐黄変性の向上効果が
大きく、好適に用いられる。

【００３６】また、硬質透明樹脂層１０２は架橋された
樹脂を主成分とすることが好ましい。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か、あるいは微量であることが好
ましい。かかる要求を満たすものとしては、イソシアネ
ートが挙げら、特にブロッキングイソシアネートが好ま
しい。

【００３７】イソシアネートモノマーの化学構造では、
例えば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、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−イソプロペニル−α，αジメチルベンジルイソ
シアネート等があるが、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、Ｈ６ＸＤ
Ｉ、ＨＤＩ）が好ましい。これらのうちでも、Ｈ６ＸＤ
Ｉ、ＨＤＩが特に好ましい。

【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、
ＴＭＰ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ク剤として
は、アセト酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）
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、アルコール類などがあるが、塗
膜形成時や高温使用時での塗膜の黄変をなくすためには
εカプロラクタム、アルコールを用いるのが好ましく、
特にεカプロラクタムが好ましい。

【００４０】硬質透明樹脂層１０２に好適に用いられる
樹脂としは、アクリル樹脂、アルコキシシラザンなどの
シリコン樹脂、フッ素樹脂を主成分とする樹脂が挙げら
れる。より好ましくはアクリル樹脂、アクリル樹脂と無
機ポリマーが架橋された樹脂である。無機ポリマーとし
ては特に限定されないが、例えば、シロキサン、シラザ
ンメタロシロキサン、メタロシラザン等の珪素化合物の
重合体及びこれらの混合物から選ばれる。

【００４１】また、耐候性、表面硬度を向上させる目的
で無機酸化物粒子を硬質透明樹脂層中に含有させてもよ
い。無機酸化物粒子としては、４００ｎｍ乃至１０００
ｎｍの波長域において実質的に透明になるような粒径の
粒子を選択することが望ましく、具体的には一次粒子の
平均径で５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好まし
い。無機酸化物としては、耐候性に富む不活性で硬い材
料であることが望ましく、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化
錫、酸化チタン、酸化アルミニウムを好適に用い得る。

【００４２】さらに高温下での熱安定性を付与するため
に、酸化防止剤を少なくとも１種類樹脂に対して０．０
５〜１．０重量％添加してもよい。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。

【００４３】モノフェノール系では、例えば２，６−ジ
−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチル化ヒドロ
キシアニソール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−
エチルフェノール等がある。

【００４４】ビスフェノール系では、例えば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
−ｔｅｒｔ−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ウンデカン等が挙げられる。

【００４５】高分子フェノール系としては、例えば１，
１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−
ｔｅｒｔ−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’−ヒドロキシフェニル）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
リコールエステル、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）等が知られてい
る。

【００４６】一方、硫黄系では、例えばジラウリルチオ
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。

【００４７】燐酸系では、例えば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、フェニルジ
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／また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、９，１
０−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−ｔｅｒ
ｔ−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−
ｔｅｒｔ−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
ファイト等がある。

【００４８】表面充填材としての透明な有機高分子樹脂
層１０３は光起電力素子１０１を樹脂で被覆し、外部環
境から光起電力素子１０１を保護するために必要であ
る。また、表面フィルム１０４がある場合は表面フィル
ム１０４を光起電力素子１０１に接着する役割も果た
す。従って、高透明性の他に、耐候性、接着性、耐熱性
が要求される。

【００４９】具体的には、例えばエチレン−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（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体
（ＥＥＡ）、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体（Ｅ
ＢＡ）、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）等の熱可塑性ポリオレフィン樹脂、ポリビニルブチ
ラール（ＰＶＢ）、シリコンーン樹脂、エポキシ樹脂、
またはアクリル樹脂などが好適な材料として用いられ
る。これらの樹脂の中で、熱可塑性ポリオレフィン樹脂
が好ましく、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。

【００５０】これら有機高分子樹脂層１０３の樹脂は、
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。架橋する方法としては、一般
に、イソシアネート、メラミン、有機過酸化物などを添
加し加熱する方法である。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、有機高分子樹脂層１０３上に
表面フィルム１０４が積層されるため、架橋剤からの遊
離物がないかあるいは微量であることが好ましい。

【００５１】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１０１と有機高分子樹脂
層１０３、有機高分子樹脂層１０３と表面フィルム１０
４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図ることができる。

【００５２】透明な表面フィルム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。

【００５３】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（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦ
Ｅ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体
（ＦＥＰ）、ポリ三塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）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では四フッ化
エチレン−エチレン共重合体が優れている。

【００５４】有機高分子樹脂層１０３の樹脂との接着性
の改良のために、コロナ放電、プラズマ処理を表面フィ
ルム１０４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
も可能であり、さらにＳｉＯｘ蒸着処理することでより
優れた耐候性を付与することも可能である。

【００５５】尚、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１０１に到達する光量の減少をなるべ
く抑えるために、硬質透明樹脂層１０２、有機高分子樹
脂層１０３、表面フィルム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。

【００５６】裏面充填材１０５は光起電力素子１０１と
裏面被覆フィルム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２０１と十分な接着性を
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、有機高分子樹脂層
１０３と同じ材料であってもよい。

【００５７】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。

【００５８】裏面被覆フィルム１０６は光起電力素子１
０１の導電性基体２０１と外部との電気的絶縁を保つた
めにも必要である。材料としては、導電性基体２０１と
十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。

【００５９】裏面被覆フィルム１０６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
りつけてもよい。例えば、鋼板、プラスチック板、ＦＲ
Ｐ（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。

【００６０】以下、本発明の太陽電池モジュールの製造
方法の一例を説明する。

【００６１】光起電力素子１０１表面に硬質透明樹脂層
１０２を形成する方法としては、樹脂塗料をコーテイン
グする方法、例えば光起電力素子を樹脂塗料に浸け込む
方法、エアースプレーにて霧状にして塗布する方法、エ
アレススプレーにて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、粉体状の樹脂を光起電
力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。

【００６２】有機高分子樹脂層１０３で光起電力素子１
０１表面を被覆するには、溶剤に溶かした樹脂を塗布し
た後、溶剤を蒸発させる方法、粉体状の樹脂を光起電力
素子表面に均一に付着させ、加熱溶融する方法、加熱溶
融させた樹脂をスリットから光起電力素子上に押し出す
方法、加熱溶融させた樹脂をスリットから押し出しシー
トを作製し、これを光起電力素子上に加熱圧着する方法
などが挙げられる。

【００６３】樹脂を溶剤に溶かす場合は、同時に、シラ
ンカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの種
々の添加剤を混合しておく。これを光起電力素子に塗布
して乾燥する。また粉体状樹脂を溶融する場合や樹脂を
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。

【００６４】有機高分子樹脂層１０３が光起電力素子１
０１上に形成した後、裏面に裏面充填材１０５、裏面被
覆フィルム１０６を、表面に表面フィルム１０４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１
０６に重ねて圧着すればよく、これは前記工程を同時に
行っても、工程後に行っても構わない。

【００６５】尚、有機高分子樹脂層１０３がシート状に
成形されている場合は、光起電力素子１０１と表面フィ
ルム１０４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。

【００６６】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。

【００６７】

【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。

【００６８】（実施例１）〔光起電力素子〕モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光起
電力素子を製作する。作成手順を図２を用いて説明す
る。

【００６９】洗浄した導電性基体２０１としてのステン
レス基板上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡ
ｌ層（膜厚５０００オングストローム）とＺｎＯ層（膜
厚５０００オングストローム）を順次形成する。

【００７０】ついで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ
₄とＰＨ₃とＨ₂の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、Ｓｉ
Ｈ₄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μｃ−Ｓｉ層を形成し、
ｎ層膜厚１５０オングストローム／ｉ層膜厚４０００オ
ングストローム／ｐ層膜厚１００オングストローム／ｎ
層膜厚１００オングストローム／ｉ層膜厚８００オング
ストローム／ｐ層膜厚１００オングストロームの層構成
のタンデム型ａ−Ｓｉ光半導体活性層２０３を形成し
た。

【００７１】次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ₂Ｏ₃
薄膜（膜厚７００オングストローム）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。

【００７２】この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行
う。すなわち、電導度が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、光起電力素子の透明導電層２０４と対向するように
電極板を浸漬し、光起電力素子をアースとして電極板に
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２０４を選択的に非活
性化した。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１０ｋΩ・ｃｍ²であった
のに対し、処理後は５０ｋΩ・ｃｍ²乃至２００ｋΩ・
ｃｍ²に改善された。

【００７３】最後に、集電電極２０５としてのグリッド
電極を設ける。スクリーン印刷により形成された幅２０
０ミクロンの銅ペーストのライン上に沿って直径１００
ミクロンの銅線を布線し、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２０５とした。マイナス側端子とし
て銅タブを導電性基体２０１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２
０７にて集電電極２０５に取り付け、出力端子２０６と
し、光起電力素子を得た。

【００７４】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。

【００７５】〔被覆材〕硬質透明樹脂層３０２として
は、有機溶剤にアクリル樹脂、無機ポリマーとεカプロ
ラクタムでブロックされたヘキサメチレンジイソシアネ
ートを均一に溶解または分散させた樹脂塗料（昭和テク
ノコート製、商品名ファインハードＮ３６−２１Ｆ、樹
脂固形分３０％）１００重量部に、シランカップリング
剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、商品名ＳＨ
６０４０）２．８重量部添加した樹脂組成物をエアレス
スプレーにより光起電力素子３０１受光面に塗布し、加
熱により溶剤を蒸発させ、樹脂を架橋させた。

【００７６】有機高分子樹脂層３０３としては、ＥＶＡ
（酢酸ビニル含有量３３重量％）１００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（アトケム吉富社
製、商品名ルパゾール１０１）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（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、
品番ＳＺ６０３０）１．０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
（アメリカンサイアナミド社製、商品名サイアソーブＵ
Ｖ−５３１）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（チバガイギー社製、商品名チヌビン７７０）
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（ユニロイヤル社製、商品名
ナウガードＰ）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４６０ミクロンのシート状ＥＶＡ（以下、ＥＶＡ
シート、ハイシート工業社製、商品名ソーラーＥＶＡ）
を用いた。

【００７７】表面フィルム３０４としては、有機高分子
樹脂層３０３との接着面をコロナ放電処理したＥＴＦＥ
フィルム（デユポン社製、商品名テフゼルＴ２フィル
ム、一軸延伸、厚さ３０ミクロン）を、裏面被覆フィル
ム３０５としてはＥＶＡシートを、裏面被覆フィルム３
０６としてはポリエチレンテレフタレート（東レ社製、
厚さ５０ミクロン）を用いた。

【００７８】〔ラミネーション〕光起電力素子受光面の
硬質透明樹脂層に上記ＥＶＡシートと表面フィルムを、
裏側にＥＶＡシートと裏面被覆フィルムを重ね、真空ラ
ミネート装置を用いて加圧脱気しながら１５０℃で３０
分間加熱した。

【００７９】以上の工程により、本発明を実施した太陽
電池モジュールを得た。

【００８０】（実施例２）実施例１において、硬質透明
樹脂層に用いたヘキサメチレンジイソシアネートを１，
３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンに変え
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。

【００８１】（実施例３）実施例１において、有機高分
子樹脂層として用いたＥＶＡをＥＥＡに変えた以外は全
く同様にして太陽電池モジュールを作製した。

【００８２】（実施例４）実施例１において、硬質透明
樹脂層に用いたイソシアネートのブロック剤であるεカ
プロラクタムをＭＥＫオキシムに変えた以外は全く同様
にして太陽電池モジュールを得た。

【００８３】（比較例１）実施例１において、硬質透明
樹脂層に用いたγ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シランを添加しない以外は全く同様にして太陽電池モジ
ュールを得た。

【００８４】（比較例２）実施例１において、硬質透明
樹脂層のかわりにＥＶＡ層４６０ミクロンを用いた以外
は全く同様にして太陽電池モジュールを得た。

【００８５】（比較例３）実施例１において、硬質透明
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。

【００８６】（評価方法）上記実施例および比較例で作
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
以下のとおり評価を行った。

【００８７】（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、次にように評価
した。 ○：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。

【００８８】（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、表面被覆材の光透過率の変化を観察し、次のよう
に評価した。 ◎：黄変しない場合。 ○：わずかに黄変するが実用上さしつかえない場合。 ×：黄変が著しく耐熱性に問題がある場合。

【００８９】（３）接着性ＪＩＳＫ５４００８．５．２に準拠する方法により、硬
質透明樹脂層と光起電力素子の透明導電層との密着力を
次のように評価した。 ○：全く剥離がみられなかった場合。 ×：剥離が見られる場合。

【００９０】（４）温度変化に対する耐久性太陽電池モジュールを雰囲気温度−４０度／２時間：雰
囲気温度８５度、湿度８５％／２２時間からなる試験サ
イクルを２０回繰り返した後、当該太陽電池モジュール
の外観を目視により評価した。試験結果は以下の評価基
準で示す。 ◎：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。

【００９１】（５）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、光照射および降雨サイクルにより５０００時間
施す加速耐候性試験を行い、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
い、評価結果は以下の評価基準で示した。 ◎：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、亀裂、着色等が見られ採用に値しない場合。

【００９２】（６）電気絶縁性太陽電池モジュールを２５℃の水道水に３０日間浸漬し
た後、モジュールを伝導度３０００Ω・ｃｍの電解質溶
液に浸して、素子と溶液との間に２２００ボルトの電圧
を印加したときの漏れ電流によって表面フィルムの電気
絶縁性を評価した。漏れ電流が５０μＡを越えた場合を
不合格とした。表には合格を○、不合格を×で示した。

【００９３】以上の評価結果を表１に示す。

【００９４】

【表１】

【００９５】表１から明らかなように、硬質透明樹脂層
の形成に用いた一般式（１）で表される化合物が、素子
表面の透明導電層と硬質透明樹脂層あるいは硬質透明樹
脂層とその上に積層された透明な有機高分子樹脂層との
密着性を向上させることはもちろんのこと、モジュール
高温使用時における表面被覆材の黄変を抑制する効果が
あった。

【００９６】表面被覆材の黄変は、有機高分子樹脂層と
して用いたＥＶＡが酸化劣化時に酢酸を遊離し、この遊
離酢酸により硬質透明樹脂層に残存するεカプロラクタ
ムと反応し黄変すると予想される。一般式（１）で表さ
れる化合物を添加した樹脂で硬質透明樹脂層を形成する
ことで発生した酸を捕捉することができるので黄変を抑
制できるものと考えられる。また、ＥＶＡのかわりにＥ
ＥＡを用いた場合ではＥＥＡの酸化分解反応では酸の発
生が起こらないため表面被覆材の黄変はさらに抑制され
る。

【００９７】イソシアネートのブロック剤としてＭＥＫ
オキシムを用いた実施例４では、硬質透明樹脂層を加熱
形成中にＭＥＫオキシムが分解し、反応性の高い窒素化
合物を生成するため、εカプロラクタムを使用した場合
よりも黄変しやすいが、一般式（１）で表される化合物
の黄変抑制効果により実用に耐えるものであった。

【００９８】さらに、接着性、耐熱性の向上により、い
ずれの実施例も温度変化に対する耐久性試験、耐候性試
験において表面被覆材の剥離や着色などの外観上の変化
は認められなかった。また、電気絶縁性についても硬質
透明樹脂層の素子および透明な有機高分子樹脂層との接
着性向上により、表面被覆材中への水分の侵入が抑制さ
れ、高度な絶縁性を保つことができ、長期間安全に使用
できる太陽電池モジュールとすることができた。

【００９９】

【発明の効果】本発明により以下の効果が得られる。

【０１００】（１）硬質透明樹脂層の光起電力素子への
密着性が向上する。すなわち、高温高湿使用時に表面被
覆材が光起電力素子から剥がれることによる太陽電池モ
ジュール特性低下を防止できる。

【０１０１】（２）耐熱性に優れた被覆となる。すなわ
ち、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。

【０１０２】（３）防湿性に優れた被覆となる。すなわ
ち、被覆材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。

【０１０３】（４）電気絶縁性に優れた被覆となる。す
なわち、光起電力素子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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュールの概略断面図の一
例である。

【図２】本発明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硬質透明樹脂層１０３有機高分子樹脂層１０４、３０４、４０１表面フィルム１０５裏面充填材１０６、３０５、３０６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２０６出力端子２０７半田３０３充填材４０１フッ化物重合体薄膜層４０２熱可塑性透明有機樹脂４０５絶縁体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｌ 33/00 Ｃ０８Ｌ 33/00 101/00 101/00 (72)発明者小森綾子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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力素子の光入射側に硬質透明樹脂
層を設け、その上に少なくとも一層の透明な有機高分子
樹脂層を積層した太陽電池モジュールにおいて、前記硬
質透明樹脂層が、下記一般式（１）ＸＳｉＹ_nＲ_3-n・・・（１）（式中、Ｘはグリシドキシプロピル基またはβ−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチル基、Ｙはアルコキ
シ基、Ｒはアルキル基、ｎは１〜３を示す）で表される
化合物を添加した樹脂よりなることを特徴とする太陽電
池モジュール。
【請求項２】前記一般式（１）で表される化合物の添
加量が樹脂に対し、０．１〜１０重量％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】前記硬質透明樹脂層が架橋された樹脂を
主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載
の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記架橋された樹脂がイソシアネートに
より架橋された樹脂であることを特徴とする請求項３に
記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】前記イソシアネートのモノマー体がヘキ
サメチレンジイソシアネートまたは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４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】前記イソシアネートがブロッキングイソ
シアネートであることを特徴とする請求項４または５に
記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】前記ブロッキングイソシアネートのブロ
ック剤がε−カプロラクタムであることを特徴とする請
求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】前記硬質透明樹脂層がアクリル樹脂を主
成分とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】前記硬質透明樹脂層がアクリル樹脂と無
機ポリマーを架橋してなる樹脂を主成分とすることを特
徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池
モジュール。
【請求項１０】前記硬質透明樹脂層が無機酸化物粒子
を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１
項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】前記無機酸化物粒子の一次粒子の平均
径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請
求項１０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】前記無機酸化物粒子が酸化珪素、酸化
亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化アルミニウムのいずれ
かから選択される無機酸化物の粒子であることを特徴と
する請求項１０または１１に記載の太陽電池モジュー
ル。
【請求項１３】前記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樹脂であることを特徴と
する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池モ
ジュール。
【請求項１４】前記有機高分子樹脂層がエチレン−酢
酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）またはエチレン−アクリル
酸エチル共重合体（ＥＥＡ）から選択される樹脂である
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載
の太陽電池モジュール。
【請求項１５】前記光起電力素子が第一の電極として
の導電性基体、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を有することを特徴とする
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュ
ール。
【請求項１６】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１５に記載の太陽電
池モジュール。
【請求項１７】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１６に記載の
太陽電池モジュール。