JPS61292971A - 太陽電池モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［利用分野］ 本発明は電力用に好適な太１ｆｉ電池モジュールに関す
る。更に詳細には軽量で十分な強度が得られ太陽電池モ
ジュールに関する。

［従来技術］ 太陽電池モジュール（以下「モジュール」という）は、
透明窓に強化ガラス、太陽光発電要素として各種の太１
１ｉ！電池、封止材に金属シートなどを用い、これらの
構造要素を充填材にポＩノビニルブチラールやエチレン
ビニルアセテート樹脂を用いて張り合わせ、金属枠やプ
ラスチック枠で封止した構造等が知られている（例えば
、高橋、小長井共著（昭晃堂発行）「アモルファス太陽
電池」１７〜１８頁参照）。

かかる構造のモジュールは、モジュールの重量が必然的
に大ぎくなり、かかる重量物を発電ユニットとして設置
す′るために基礎及び架台を強度的に信頼のおける建築
物（アレー）にする必要があった。太陽光発電コストは
太陽電池モジュールのコストのほかにかかる周辺部材の
コストから構成されており、モジュールコストのみなら
ず周辺部材のコストの低減が太陽光発電を実用化レベル
に引き上げる上で必然である。

このような視点から、太陽電池のモジュールの軽量化を
はかり、基礎及び架台への負担を軽減し周辺部材のコス
ト低減をするため封止材及び風圧力に対する支持体とし
てアルミニウムハニカム構造体、ペーパーハニカム構造
体、リブ構造体を利用し、機械的強度を維持しながらモ
ジュールの軽量化をはかる提案がなされている（テクニ
カルダイジェスト　オブ　ザ　インターナショナルビー
ヴイエスイーシ−１（Ｔ　ｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄ　ｉ
ｇｅｓｔｏｆｔｈｅ　　Ｉ　ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
　　Ｐ　Ｖ　Ｓ　Ｅ　Ｃ−１６６５〜６６８）参照）。

しかし、この場合にも透明窓材には降霜に対する強度や
風圧に対する強度を保訂するため厚さ３．２Ｍ以上の強
化ガラスを用いる必要があり、特にガラス基板を用いた
アモルファス太陽電池の場合は、太陽光の入射側の窓が
２重ガラスとなり、モジュールの軽量化に限界がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、従来技術のこれらの欠点を解決し、透
明窓材の降霜に対する強度や風圧に対する強度を損うこ
となく、しかも太陽電池モジュールの軽量化、及びその
構造の簡略化をはかり、太陽光発電コストの低減とそれ
に伴なう種々の用途の拡大を可能ならしめる太陽電池モ
ジュールを提供することにある。

［発明の構成１作用コ すなわら、本発明は、前述の太陽光発電要素を支持体で
支持し、全体を封止した太陽電池モジュールにおいて、
前記支持体を複数のシートがはり部材を介して所定間隔
で結合された透明の複層構造体とし、該複層構造体を光
を採り入れる窓部に配したことを特徴とする太陽電池モ
ジュールである。

上述の通り本発明は、窓材に軽量で強度の十分なｌＥｉ
ｍ構造体を用い、支持体を兼ねさせているため、軽量か
つ簡略な構造を有する太陽電池モジュールとなる。

ところで、本発明の窓材として用いる複層構造体とは、
複数のシートがはり部材を介して所定間隔で結合された
透明な板状のＩＮ蚤構造体であり、例えば耐衝撃性が大
きくしかも加工性の良い合成樹脂シート間をハニカム状
マトリックス、所定間隔のリブ、波板等のはり部材の橋
渡しで結合して強度を確保すると共にシート間は空隙と
して軽量化を計った構造体である。このシートに用いる
合成樹脂としては透明であれば特に限定されず、ポリカ
ーボネート樹脂、アクリル樹脂など透明シート材として
公知のものが全て適用できる。耐Ｗ１撃性の見地からボ
リクｊ−ボネート樹脂が浸れており、好ましい。また、
はり部材は、軽量で強度があれば特に限定されないが、
複層構造体の光透過性の低下の少ないものが好ましい。

従って、はり部材としでは、板状体、柱状体、これらの
枠組み構成等適用できるが、強度面及び光透過性向から
板状体を多数のヒル室を右づるように組み合わせたセル
構成体が好ましく適用される。セル構成体としては、透
明シートを一定間隔のリブで結合しシート面に平行な柱
状セルを有するようにしたマルチリブあるいは円形、ハ
ニカム、四角形等断面が所定形状のシート面に垂直方向
のセル室を有するように板状体を組合せたハニカム状マ
トリクス等がある。ハニカム状マトリクスのはり部材と
しては、中芯材として市販の各種ハニコーム（商品名、
新日本コア＠Ｊ製）、ロールコア（商品名、新日本■製
）がそのまま適用できる。

なお、上述の複層構造体は例えば以下のようにして得ら
れる。すなわち、例えば、第３図に示すハニカム状マト
リックスをはり部材とした複層構造体１０は、はり部材
１１として厚さ１０ａ＋＠Ｉのベーパーハニカムマトリ
ックス（具体的には新日本コア■製ハニコームＰ）を用
い、その両面に厚さ１Ｍ前後のポリカーボネート樹脂等
からなる透明シ−ト１２．１３ヲポリビニルブチラール
樹脂で張り合わせることにより得られる。又後述の実施
例に用いるマルチウェッブ構造の複層構造体は、ポリカ
ーボネート樹脂等を複層構造体の側断面構造と同じ型の
リブ構造を有するダイから押し出し成型することにより
得ることができる。なかでも、得られた複層１１１造体
の太陽光透過性、及び生産性の見地から、上述の一体成
型された中門に空気層をもつマルチウェッブ構造の透明
な合成樹脂からなるＷＩ層構造体は、本発明の窓材とし
て好適に使用できる。なお、かかるマルチウェッブ構造
の？Ｉ層構造体としては透光断熱材料として市販のパン
ライトユニ（商品名：帝大化成■製）がそのまま適用で
きる。

次に本発明に用いる太陽光発電要素とは、特に限定され
ず、公知の太陽電池がそのまま適用でき、例えば単結晶
、多結晶系のシリコン半導体層はもとより非晶質シリコ
ン半導体層を起電力層に用いるシリコン系太陽電池、Ｉ
ｆ　−Ｖｌ族、　ｍ−ｖ“族系の半導体層を起電力層に
用いるいわゆる化合物系太陽電池が挙げられる。なかで
も電気絶縁性向−基板上に形成された複数の太陽電池の
ヒルを直並列接続したいわゆる集積構造にした集積型入
ｇ！電池は好適に利用できる。かかる集積型太陽電池に
は非晶質シリコン太陽電池やｎ−ｖｉ族化合物半導体系
太ｗＡＷ！池が代表的であるが、なかでも可撓性のある
電気絶縁基板上に形成した非晶質シリコン系の集積型太
陽電池は、薄膜構造体であること、軽量であることなど
の特徴を生かすことができるので好ましい。かかる非晶
質シリコン半導体層を起電力層として用いる集積型太陽
電池は次の方法により実現できる。

例えば電気絶縁性基板としては、高分子フィルム、セラ
ミック板、ガラス板あるいは絶縁性層を表面に設けた金
属フォイルが使用出来、特に連続膜形成及び分割加工が
適用できる長尺可撓性基板が有利である。又、その上に
設ける金ｉ電極層にはＴｉ　、Ａｑ、Ｗ、Ｐｔ　、Ｎｉ
　、　ｃｏ　、クロム。

ニクロムなどの単体金属１合金金属が使用出来る。

又起電力層の非晶質シリコン半導体層の構成としてもｐ
ｉｎの他、ｐｉｎ　／Ｄｉｎ　、　ｐｔｎ　／ｐｉｎ　
／ｐｉｎ等の多層タンデム構造はもちろｌυのこと、非
晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイト
などのナローバンドギャップあるいはワイドバンドギャ
ップの非晶質シリコン半導体層を適時用いる事も出来る
。さらに透明電極層としては酸化スズ、スズ酸カドミウ
ム等公知の透明導１１７が適用できる。以上の所定の面
積の連続した非晶質シリコン太陽電池の発電層をレーザ
罫書法やナイフカッティング法などで適当な面積を有す
るセルに分割した後、セル間を電気的に接続して集積型
太陽電池を得る。分割されたセル間を電気接続する方法
としては、接続する一方のセルの上部電極と他方のセル
の下部電極とを電気的に接続できるものであれば、特に
限定されず、リード線で接続する方法、ＰＶＤ法等によ
り金ＩＦＸ薄膜からなる接続層を形成する方法、スクリ
ーン印刷法により′４電性樹脂層よりなる接続層を形成
する方法等公知の方法が適用できる。中でも生産性面、
設備面からスクリーン印刷法による電気接続が好ましく
適用される。

この様な方法により、可撓性高分子フィルム基板上に光
発電層か非晶質シリコン半導体である集積型太１１１ｉ
電池が得られる。

次に、上述の太陽光発電要素を封止する封止材としては
、水分の侵入を防止できるらのであれば良く、腐蝕防止
した金属シートや、アルミニウム金属箔をポリエステル
フィルムやポリフッ化ビニリデンフィルムなどで張り合
わせたいわゆる防湿性フィルムが用いられる。なかでも
アルミニウム金属箔をポリエステルフィルムなどで張り
合わけた防湿フィルムは軽量性の点で本発明の目的に合
うため好ましい材料の一つである。

また、上述の支持体、太陽光発電要素、更には封止材を
接着すると共に封止し、クッション層ともなる充填材（
“ボッタント″とも云う）としては耐光性があり、かつ
各構成部材との密着力の優れたポリビニルブチラール樹
脂やエチレンビニルアセテート樹脂秀が■いられる。

本発明の太陽電池七ジコールは透明複層構造体。

太陽光発電要素必要な場合は封止材を太陽光入射側から
順に上記充填材を糊材として張り合わせ、必要に応じて
更に周囲を枠体で封止づることにより構成される。そし
てこの本発明の太ＩＩｊ１電池モジュールは、例えば厚
さ４ｍｍのポリカーボネート製のマルチフェップ構造の
複層構造０体、厚さ０．１ａｓ＋のポリエステルフィル
ム基板を用いた集積型非晶質シリコン太陽電池、ポリフ
ッ化ビニリデン／△旦金属箔／ポリフッ化ビニリデンか
らなる封止材（厚さ０．３履）で構成した場合、全体厚
さは高々　４．５ｍ＋、重さは約１．０８９／ｒＡで、
耐ＩＩ撃強さは鋼球５００ｇの落下高さ５ｍに耐える。

一方、ＷＡ複層構造体の代りに厚さ３．２履の強化ガラ
スを用いた同一構成の太陽電池の場合は全体厚さは３．
７ａｓ＋と、本発明構成体より若干薄いが重さは約９．
ＯＮｙ／Ｔｒｔと大巾に増え、耐衝撃強さは鋼球２２５
ｇの落下高さ１．５ＴｒＬと大巾に下がる。この事実か
らも明らかな様に本発明の太陽電池モジュールは、機械
的な強度を損うことなく軽聞化をはかるこ゛とができ、
しかも積層体構造の簡略化が可能なことがわかった。

以下、本発明を実施例に基いて説明する。

［実施例１］ ｔｍ＊ 第２図に実施例の光発電要素の側断面図を示す。

図示の基板２１の高分子フィルムとしては非晶質シリコ
ン堆積に必要な耐熱性を有する高分子フィルムならどれ
でも良いが、好ましくはポリエチレンテレフタレート（
ＰＥＴ）フィルム、ポリイミドフィルムなどが用いられ
る。図の例はＰＥＴフィルムを用いである。

金Ｊｉ１ｆｆｉｉｌｌ！２２トＬ、、ｒ　Ｏ，５μｍ程
度（７）ＡＭ）！１１３０人程度のステンレス層を基板
２１上に順次スパッタリング法を用いて堆積したＡＵ／
スデンレス積層体を用いた。

光起電力層の非晶質シリコン半導体層２３は周知のｐｉ
ｎ形構成を採用し、特開昭５９−３４６６８号公報に開
示のものと同様なシランガス等のグロー放電分解法を用
いて金属電極層２２のステンレス層上に堆積した。

次にレーザスクライブ法による分割時の電極間短絡防止
のために非晶質シリコン半導体層２３と透明電極層２４
との界面に設ける電気絶縁性の絶縁樹脂Ｂ２５として、
非晶質シリコン半導体層２３上にエポキシ樹脂をスクリ
ーン印刷法を用いてレーザーでセル２０ａに分割加工す
る溝部位にあらかじめ設けた。

次に透明電極層２４として酸化インジューム（ＩＴｏ）
層を電子ビーム蒸着あるいはスパッタリング法によって
６００人程ステ堆積し、Ｐ　Ｅ　Ｔ／Ａ　ｕ／ＳＵＳ／
非晶質シリコンｐｉｎ　／パターン化したエポキシ樹脂
層／ＩＴＯＩ造の大面積の非晶質薄膜太陽電池を得た。

次いで、このＰＥＴ／Ａ！１／ＳＵＳ／非晶質シリコン
ｐｉｎ　Ｊパターン化したエポキシ樹脂層／ＩＴｏ構造
の非晶質太陽電池の１０Ｃｍ×１０ｃｍ角セルをＹＡＧ
レーザーで、エポキシ樹脂層からなる前述の絶縁樹脂層
２５上を走査して金属電極層２２まで若しくは透明１！
穫層２４のみを溶融・蒸発させて必要に応じて除去して
分割溝を形成し、３個の略３ｃＩＩＩ×１０ｃｍ角のヒ
ル２０ａに分割した。なお・これら分割溝には、エポキ
シ樹脂２６を充填し電気絶縁した。

この分割された３個のセル２０ａを直列接続するために
、公知のようにバスバ一部とフィンガ一部とを有するク
シ形の導電性インクからなる収集電極２７を該セル２０
ａ上にスクリーン印刷法を用いて設けた。その後バスバ
一部位の接続個所２８にレーザ光を照射′して隣り合っ
たセル２０ａの収集電極２７すなわち透明電極２４と一
方の金属電極層２２とを溶融接続して電気的接続をとり
、光発電要素２０としてセル２０ａを３直列した集積型
非晶質太陽電池を作った。

１里ｍ 窓及び支持体となる複層構造体１０は、ポリカーボネー
ト樹脂で押し出し成型により製造された市販の余人化成
■製パンライトユニ（商品名）を１１０ｍＸ　　１１０
＃ｌＩにチップソーにより切断して用いた。図示の通り
用いたパンライトユニは、厚１ｍの２枚のシート１２．
１３を１５Ｍ間隔で設けた厚さ１間で高ざ７直ＭＲのリ
ブからなるはり部材１１で結合し、１５ヨＸ７ａｓ＋の
角柱状のヒル至１４を有するマルチウェッブ構造で全体
の厚さは９ＩｔＩＩその重さは約２８ｓ／ＴＩｔであっ
た。

モジュールの製造 上記複層構造体１０と前述の集積型非晶質シリコン太陽
電池からなる光発電要素２０とを張り合せるに際して充
填層３１として厚さ０．４直１ｍｌのエチレンビニルア
セテート樹脂を両者の間に仲人する。−刀先発電要素２
０の反対側の面に同様に第２の充填層３２として厚さ０
．４ａｗ＋のニレチンビニルアセテート樹脂を介して封
止材４０を重ね合Ｕた。なお封止材４０としては厚さ０
．０１５＃１ｍのアルミニウム金属フォイル４１．エチ
レンビニルアセテート樹脂４２．厚さ０．０７５７Ｉ＃
Ｉのポリエステルフィルム４３の３層構成の防湿性フィ
ルムを用いた。次いで、この重ね合せ体を熱ロール間に
送り込み１８０℃のロール温度で全体を熱圧着し本発明
の太陽電池モジュールを得た。

以上のようにし得られたセル３直列のモジュールの性能
をΔＭ　１　（１００１７Ｌ　Ｗ　／　ｃｉ　）ソーラ
ンミュレータ光下で測定した結°果を表１に示した。

比較の為本発明の複層構造体の代りに厚さ　３，２Ｍの
強化ガラス窓を設けた点を除いて上述の実施例と同じ構
成の３直列のモジュールを作成し、同様にＡＭＩソーラ
シュレータ光下ラン定し表１にその結果を示した。

表１ （以下余白） 本発明のモジュールは窓に用いた前述のポリカーボネー
ト複層シートからなる複層構造体１０による太陽光反射
吸収が強化ガラス窓より大きいため表１に承りごとく変
換効率は約６％前後低下しているが、本発明の目的はか
かる太陽電池を厳しい自然環境下で守るに際してモジュ
ールの機械的強度を損わず軽量化することにある。その
点を鋼球の落下破損により評価した。その結果を表２に
示す。

本発明のモジュールは複層構造体を窓に用いているため
耐衝撃性を損うことなく軽量化なされていることが明白
である。かがる軽量化はモジュールをアレーに組上げる
に対して基礎及び架台に対する強度負担を軽減できるた
めモジュール本体のみならず周辺部材のコストを低減す
る上でも役立ち太陽光発電を実用化レベルに引き上げる
上でも役立つものと思われる。更に本例では光発電要素
として高分子基板の太陽電池を用いているので、防湿性
フィルムに構成簡単な三層構成が使用でき、全体として
構成の筒略化ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す斜視図。 第２図は該実施例の光発電要素の側断面図、第３図は複
層構造体の他の例を示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽光発電要素を支持体で支持し、全体を封止した
   太陽電池モジュールにおいて、前記支持体を複数のシー
   トがはり部材を介して所定間隔で結合された透明の複層
   構造体とし、該複層構造体を光を採り入れる窓部に配し
   たことを特徴とする太陽電池モジュール。 ２、前記複層構造体が合成樹脂よりなる特許請求の範囲
   第１項記載の太陽電池モジュール。 ３、前記太陽光発電要素の背面側を封止材で封止した特
   許請求の範囲第１項若しくは第２項記載の太陽電池モジ
   ュール。 ４、前記太陽光発電要素が可撓性の同一電気絶縁基板上
   に設けられた複数の発電ユニットを直列及び／又は並列
   接続した集積型構成である特許請求の範囲第１項、第２
   項若しくは第３項記載の太陽電池モジュール。 ５、前記可撓性基板が高分子フィルムであり、かつ発電
   ユニットか非晶質半導体である特許請求の範囲第４項記
   載の太陽電池モジュール。