JPWO2011151897A1 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールにおいて反りの発生を抑制できる絶縁基板を備えた。【解決手段】太陽電池モジュール１は、透光性基板２と、複数の太陽電池セル５と、電気配線を含む絶縁基板３とを有し、複数のセル５は封止層６によって透光性基板２と絶縁基板３との間に封止させる。透光性基板３は厚さ2mm〜4mmのガラスパネル、太陽電池セル５は厚さ100um〜300um以下の結晶系太陽電池セル、電気配線８は厚さ35um以下の銅で、太陽電池セル5は間隙を介して千鳥状に配列した。この太陽電池モジュール１はＹを太陽電池モジュール１の反り（単位：um）とし、Ｘを絶縁基板３の弾性率Ｅ（単位：GPa）と熱膨張係数α（単位：ppm）の積として、次式を満足する。Ｙ≦2.0625Ｘ＋954…（１）、Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3…（２）Ｙ≦2000、Ｘ≦700…（３）【選択図】図１

Description

本発明は、裏面に電極を備えるバックコンタクト方式の太陽電池セルを固定するための絶縁基板を備えた太陽電池モジュールとその製造方法に関する。

近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールは、図８に示すように、受光側に配置された透光性基材１２０と、裏面側に配置されたバックシート１１０と、透光性基材１２０およびバックシート１１０の間に封止された多数の太陽電池セル１３０とを有している。太陽電池セル１３０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等の封止用フィルム１４０に挟まれて封止されている。
従来、太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル１３０，１３０，…が、幅１〜３ｍｍの配線材１５０で電気的に直列に接続されていた。太陽電池セル１３０は、太陽の受光面である表面側にマイナス電極（Ｎ型半導体電極）１３１、裏面側にプラス電極（Ｐ型半導体電極）１３２が設けられているため、配線材１５０で接続すると、太陽電池セル１３０の受光面の上に配線材１５０が重なり、光電変換の面積効率が低下する傾向にあった。

上述した電極１３１，１３２の配置では、配線材１５０が太陽電池セル１３０の表側から裏側に回り込む構造になるため、各部材の熱膨張率の差が原因で配線材１５０が断線することがあった。
そこで、特許文献１，２ではプラス電極とマイナス電極の両電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池モジュールが提案されている。この方式の太陽電池モジュールでは、裏面電極型太陽電池セル同士の接続は、裏面電極型太陽電池セルの裏面側に配置された絶縁基材の回路により行う。
この太陽電池モジュールのバックシートは絶縁基材の表面に回路層が積層された構成を有しており、この回路層の上に裏面電極型太陽電池セルが更に積層される。これによって、裏面電極型太陽電池セル表面の受光面積が犠牲にならず光電変換の面積効率の低下を防止できる。また、配線材を表側から裏側に回り込む構造にしなくてもよいため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できる。

特開２００５−１１８６９号公報 特開２００９−１１１１２２号公報

ところで、上述したようなバックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいては、絶縁基材の表面に回路層が形成され、さらにこの回路層の上に裏面電極型太陽電池セルが積層された構成を有しているため、太陽電池モジュールの使用時に高温に曝された場合、絶縁基材と回路層及び裏面電極型太陽電池セルとの線膨張率の違いによって裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離してしまうことがあった。
即ち、絶縁基材は裏面電極型太陽電池セル及び透光性基材と比較して線膨張率が高いため、高温時においては絶縁基材が太陽電池説及び透光性基材よりも大きく膨張してしまう。この膨張差が、裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離する原因につながる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールにおいて裏面電極型太陽電池セル間の電気接続不良を抑制できる電気配線を備えた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明による太陽電池モジュールは、透光性基板と、太陽電池セルと、電気配線を含む絶縁基板とを有する太陽電池モジュールであって、透光性基板は厚さ2mm〜4mmの酸化珪素からなり、太陽電池セルは厚さ100um〜300umの結晶系太陽電池セルからなり、更に以下の式を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
Ｙ≦12.88Ｘ＋521.7 …（１）
Ｙ≧0.0324Ｘ＋83.69 …（２）
Ｙ≦1000、Ｘ≦700 …（３）
但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り（単位：um）
Ｘ：絶縁基板の弾性率（単位：GPa）と熱膨張係数（単位：ppm）の積。
本発明による太陽電池モジュールによれば、使用時等に、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りＹ（単位um）について、透光性基板と太陽電池セルと電気配線の材質や厚さを規定すると共に、絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りＹを上述した各式の範囲内に規定することができる。これにより、太陽電池モジュールの反りＹを、故障の生じないように抑制して信頼性を持たせることができる。
太陽電池モジュールの反りは０であることが理想的であるが現実には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュールの外径寸法に応じた反りの上限と下限を設定してその範囲内に納まるように、透光性基板と太陽電池セルと電気配線の材質や厚さを規定すると共に、絶縁基板の弾性率と熱膨張係数との積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとし、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール全体の反りＹを故障の生じないように低減できるようにした。また、同時に太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基板の伸び縮みし易さである積Ｘの上限とを（３）式によって規定した。

また、本発明による太陽電池モジュールにおいて、反りＹと積Ｘが以下の式を満足することが好ましい。
Ｙ≦1000
Ｘ≦300
太陽電池モジュールの反りＹと絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘについて上述の式を満足することで、より絶縁基板が伸び縮みしにくくなり、太陽電池モジュールの反りを一層低減させることができる。

また、絶縁基板の膜厚は、20um以上3000um未満であることが好ましい。
絶縁基板が上述の範囲の厚さであれば、薄層であるために使用時等における太陽電池セルの熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基板の反りを抑制でき、太陽電池モジュールの反りを抑制できる。一方、絶縁基板の膜厚が20um未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなり、膜厚の上限300umとすることで上述したセルの放熱効果を十分発揮できる。また、3000um以上であると表裏面の温度差による反りが次第に増大する。さらに、現行市販されている絶縁基材は、100um未満となると製造分留りが落ちる問題がある。一方、200uｍは１枚物のプリント配線基板の一般的な上限である。
そのため、絶縁基板の膜厚は、100um〜200umの範囲であることが一層好ましい。

また、絶縁基板は、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた構造であることが好ましい。
この構成によって、絶縁基板の硬さを向上させて太陽電池モジュール全体の反りを抑える
ことができる。

また、絶縁基板の太陽電池セルとは反対側の面にバックシートが設けられており、該バックシートは以下の式を満足することが好ましい。
Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（１０）
上述したバックシートを備えていれば、絶縁基板が比較的伸び縮みし易さのパラメータを確保した上に、バックシートによって絶縁基板の反りを抑えることで太陽電池モジュールの反りを更に押さえ込むことができる。

また、絶縁基板の太陽電池セルとは反対側の面にバックシートが設けられており、該バックシートは以下の式を満足することを特徴とする。
0.9Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数）…（１１）
バックシートの伸び縮みし易さが絶縁基板の伸び縮みし易さの0.9倍以下としたことで、バックシートの硬さを向上させて伸び縮みを抑制し、全体の反りを更に抑制できる。

また、透光性基板と絶縁基板との間に配列された太陽電池セルは、千鳥状に配列されていることが好ましい。
複数の太陽電池セルを千鳥状に配列したから、セルとセルの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させることができる。従来技術の格子状に配列したセルとセルとの間隙に生じる応力と比較してより小さくできて、しわ等を生じにくい。

また、太陽電池セルは六角形であることが好ましい。
複数の太陽電池セルを六角形状に形成して千鳥状に配列することで、セルとセルの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させると共に、太陽電池セル間の間隙を最小化できてセルを多数配設できて発電効率が高まる。

また、回路層に汎用回路材料である銅を利用した場合、その残銅率は30％以上70％以下であることが好ましい。
残銅率が30％未満となると、内部応力が銅配線周辺に集中してしまい、シワが発生しやすくなる問題がある。残銅率が70％を超えると、銅の線膨張係数が大きいため、太陽電池モジュールが反りやすくなる問題がある。残銅率を30％から70％の間とする事で、シワや反りの発生を緩和させることが可能となる。

本発明による太陽電池モジュールによれば、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りについて、透光性基板と太陽電池セルと電気配線の材質や厚さを規定すると共に、絶縁基板の弾性率と熱膨張係数の積で規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りを上述した各式の範囲内に低減できる。これにより、太陽電池モジュールの反りを抑制し、故障の生じないように信頼性を持たせることができる。

本発明の実施形態による絶縁基板を含む太陽電池モジュールの要部断面模式図である。 太陽電池セルの形状と配列を示す部分平面図である。 図１に示す太陽電池モジュールの製造工程を示す断面模式図である。 太陽電池モジュールの縦断面を擬似的に四層状に簡略化した断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は外径寸法の異なる太陽電池モジュールの各積層四層系における絶縁基板の弾性率及び線膨張係数の積と各積層四層系の反りとの関係を示す図である。 （ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は外径寸法の異なる太陽電池モジュールの各積層四層系における絶縁基板の弾性率及び線膨張係数の積と各積層四層系の反りとの関係を示す図である。 変形例による太陽電池モジュールを示すもので、絶縁基板の裏面にバックシートを設けた断面模式図である。 従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。

本発明の実施形態による太陽電池モジュールについて説明する。
図１に示す本実施形態による太陽電池モジュール１は、太陽光等の光を入射させる透光性基板２と、その裏面側に配設された絶縁基板３と、透光性基板２及び絶縁基板３の間に間隙を開けて配列された複数の太陽電池セル５とを概略で積層した構成を有している。そして、透光性基板２及び絶縁基板３の間において、太陽電池セル５は封止層６によって封止されている。なお、絶縁基板３は絶縁基材を構成する。
絶縁基板３は、その一方の面即ち太陽電池セル５側の面に回路層８が設けられている。回路層８の太陽電池セル５に接触する電極部には導電性材料１０が設けられている。
絶縁基板３は太陽電池セル５を封止層６によって挟んで封止し受光面となる透光性基板２と接合されて一体化され、太陽電池モジュール１を形成する。

次に太陽電池モジュール１を構成する各部材について説明する。
図１において、透光性基板２としては、例えばガラスパネル等の酸化珪素などが挙げられる。なお、透光性基板２として、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の透明樹脂基板を用いることも可能である。
また、絶縁基板３の太陽電池セル５側に設けた回路層８は、太陽電池セル５に電気的に接続される層である。回路層８は積層配列される多数の太陽電池セル５を電気的に直列に接続するパターンを有している。
回路層８を構成する材料として、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。また、導電性高分子を使用することもできる。
回路層８の表面は、導電性材料１０との密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。

導電性材料１０は、回路層８と太陽電池セル５との電気的接続を補助する部材であり、太陽電池セル５の電極５ａに対応して配設されている。
導電性材料１０の材料として電気抵抗が低い材料が使用される。中でも回路層８との電気抵抗が低くなることから、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有することが好ましい。特に、銀、銅、錫、半田（銅と鉛が主成分である。）よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性ペーストにより形成されていることが好ましい。

また、導電性ペーストは低温硬化タイプであることが好ましい。導電性ペーストが低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で太陽電池セル５の電極５ａと回路層８とを導電性材料１０によって電気的に接続できる。１２０〜１６０℃は、封止層６を構成する封止用フィルムとして使用可能なＥＶＡフィルムの軟化、溶融、架橋が生じる温度であるから、封止用フィルムとしてＥＶＡフィルムを用いる場合には、容易に加工できるため、太陽電池セル５の電極５ａと導電性ペーストから形成される導電性材料１０とをより容易に電気的に接続させることができる。
低温硬化タイプの導電性ペーストとしては、ポリマーと導電性フィラーを含有し、ポリマーの硬化による導電性フィラーの物理的接触によって導電性を発現するもの、有機物に銀もしくは銅を配位、還元させたナノ粒子を含有し、低温焼結（１２０〜１６０℃）させることにより導電性を発現するものが挙げられる。電気抵抗がより低くなる点では、後者
の材料が好ましい。

次に、絶縁基板３について説明する。
絶縁基板３は、例えば単層のガラスクロス等、網目状のガラス繊維からなる。この場合、膜厚が薄いために太陽電池セル５の熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基板３の反りを抑制できると共に、穴明けなどの加工が容易である。また、絶縁基板３は、網目状のガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料であってもよい。この場合には、単層のガラスクロスよりも硬さが増して伸び縮みし難くなる。ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料の一例として、網目状のガラス繊維に樹脂が含浸させられた樹脂含有繊維からなるガラスエポキシ基板がある。ガラスエポキシ基板の繊維として、例えばガラスクロス、ガラス不織布、紙などが挙げられる。また、絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシアクリレート樹脂またはウレタン樹脂等である。
ガラスエポキシ基板グはプリント配線板の一形態であり、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板の品種として、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ＢＴ材等があてはまる。

ここで、太陽電池モジュール１における透光性基板２として石英ガラス等のガラスパネルを用い、太陽電池セル５としてシリコン等の酸化珪素を用いた場合、表１に示すように、絶縁機基板３として、従来用いられていたＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム等の高分子フィルムより、ガラスエポキシ基板等のガラスクロスを用いた方が、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基板２やシリコン等の太陽電池セル５に近いため、太陽電池モジュール１の反りが小さい。

そして、絶縁基板３は膜厚を薄層に形成することで、太陽電池セル５の熱が裏面であるバリア層４側に伝達されて放熱効果が高く、表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくい上に、導電性材料１０等のための穴開け等の加工が容易であるという利点がある。
そのため、絶縁基板３の膜厚を100um〜200umの範囲の薄層に構成した。膜厚が100um未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなる。一方、膜厚の上限200umは１枚物のプリント配線基板の一般的な上限である。そのため、絶縁基板３の上限は200umを超えてもよいが、200umを超えると伸び縮みし易さが次第に増大する。また、絶縁基板３の膜厚は、太陽電池モジュール１の反りを故障しない程度に抑制するために、3000um未満であることが好ましい。

また、絶縁基板３の弾性率をＥ（GPa）とし、熱膨張係数をα（ppm）とした場合、弾性率Ｅと熱膨張係数αの積が小さいほど硬くて伸び縮みしにくい材料となる。また、絶縁基板３の膜厚が大きいほど反りが大きくなり易い。
この絶縁基板３を構成する絶縁基材は単層のガラスクロスまたはこれに絶縁樹脂を含浸させてなるため耐熱性と絶縁性が高く電気信頼性が高い上に柔軟性と可撓性がある。そのため、積層する前の材料段階でロールに巻いて運搬や保管等をし易い特性、いわゆるロールツーロールし易い特性を有している。そのため、スペースを取らずに取り扱いが容易になる。

次に太陽電池セル５について説明する。太陽電池セル５は、例えば裏面にプラス電極およびマイナス電極を備えるバックコンタクト方式のものである。太陽電池セル５はシリコンからなるものが好ましく、例えば単結晶シリコン型、多結晶シリコン型等の結晶系太陽電池セルが用いられる。これらの中でも、発電効率に優れる点では単結晶シリコン型が好ましい。太陽電池セル５の厚さは100um〜300umの範囲とする。
太陽電池セル５は、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正方形板状や六角形板状に形成され、透光性基板２と絶縁基板３との間に互いに間隙Ｇを開けて千鳥状に配列されている。複数の太陽電池セル５は互いに分離して配列されるが、透光性基板２と絶縁基板３は一枚板で構成されるため、太陽電池セル５、５間の間隙Ｇにシワ等の応力が集中する不具合がある。これに対し、太陽電池セル５を千鳥状に配列することで、この応力を六方向に分散させることができる。特に太陽電池セル５を六角形、好ましくは正六角形板状に形成することでセル５，５間の間隙Ｇを最小化させ、太陽電池モジュール１の面積全体に対するセル５の占有面積を増大させて発電効率を向上させることができる。

封止層６は封止用フィルムにより形成される。封止用フィルムとして、例えばＥＶＡフィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂フィルムなどが使用される。通常、封止用フィルムは、太陽電池セル５を挟み込むように２枚以上で使用される。

次に、上述の構成を有する太陽電池モジュール１による反りを抑制する構成について説明する。
太陽電池モジュール１において、上述したように、透光性基板２として厚さ2mm〜4mmの範囲のガラスパネル等の酸化珪素を用い、太陽電池セル５として厚さ100um〜300umの範囲の結晶系太陽電池セルを用いるものとする。透光性基板２の厚みが2mmに満たない場合や太陽電池セル５の厚みが100umに満たない場合には、太陽電池モジュール１の強度が著しく低下し、破断のおそれが生じる。また、透光性基板２の厚みが4mmを超えた場合や太陽電池セル５の厚みが300umを超えた場合には、太陽電池モジュール１の重量とコストが跳ね上がり実用上好ましくない。

そして、熱による太陽電池モジュール１の熱による反りＹ（単位um）は絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘをパラメータとして次式で規定できる。
Ｙ≦2.0625Ｘ＋954 …（１）
Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3 …（２）
Ｙ≦2000、Ｘ≦700 …（３）
太陽電池モジュール１の反りが2000um以下であれば、製品としての信頼性を確保できる。なお、太陽電池モジュール１の反りＹと、絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘとは、次式を満たすことが更に好ましい。
Ｙ≦1000
Ｘ≦300 …（４）

ここで、太陽電池モジュール１の反りは熱を受けても０であることが理想的であるが現実
には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュール１の使用可能な外径寸法に応じた反りＹの上限と下限を最小自乗法による一次式によって設定してその範囲内に納まるように、透光性基板２と太陽電池セル５の材質や厚さを規定すると共に、絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとした。
そして、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール１全体の反りＹを故障の生じない程度に低減できるようにした。また、同時に（１）、（２）式に関連して、太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基板３の伸び縮みし易さＸの上限を（３）式によって規定した。
また、一層、太陽電池モジュール１の反りＹを一層好ましい範囲に低減させるためには、反りＹと伸び縮みし易さＸを（４）式の範囲に収めることが好ましい。

次に、本実施形態による太陽電池モジュール１の製造方法について、図３に基づいて説明する。
先ず、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた市販のプリプレグ材料の表面に回路層８を形成するためのパターニング用の導電層として例えば銅Ｃｕ箔を被着して設置する。
このようにして、導電層（回路層８）とガラスエポキシ樹脂（絶縁基板３）とが積層されてなる積層体が得られる。
次に、この積層体を加熱処理することで、ガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁樹脂は絶縁基板３になる。ここで、導電層としては、銅以外にアルミニウム、鉄−ニッケル合金などの金属箔を使用することができる。また、導電性高分子を含有する層であってもよい。次いで、導電層をレジストパターンを用いてエッチング処理することで、回路層８を形成する。この回路層８の形成では、フォトリソグラフィを適用して導電層をパターン加工して回路層８を得る。

次に、回路層８の電極部に導電性材料１０を形成する。導電性材料１０の形成方法としては、例えばめっき、スクリーン印刷、ディスペンス、転写などの方法を適用することができる。その際、容易に所望の形状にできることから、銀、銅、錫、半田よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性ペーストを用いることが好ましい。さらに、太陽電池セル５の電極５ａと導電性材料１０とをより容易に電気的に接続させることができる点では、低温硬化タイプの導電性ペーストがより好ましい。

つぎに、絶縁基板３の回路層８上に、封止用フィルム６Ａ、太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基板２を順次積層する。その際、太陽電池セル５の電極５ａに導電性材料１０が対向するように配置する。
次いで、絶縁基板３、封止用フィルム６Ａ、太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基板２の積層体を加熱加圧する。この加熱加圧により、導電性材料１０を封止用フィルム６Ａに貫通させて太陽電池セル５の電極５ａに接触させ、さらに導電性材料１０の先端を押し潰して充分な接続面積を確保する。
このようにして、絶縁基板３、封止用フィルム６Ａ、太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基板２を密着させると同時に、太陽電池セル５を回路層８により電気的に直列に接続することができ、図１に示す太陽電池モジュール１が得られる。

上述のように本実施形態による太陽電池モジュール１によれば、次の作用効果を奏する。ａ） 本実施形態による太陽電池モジュール１において、熱による太陽電池モジュール１の反りＹ（単位uｍ）は、透光性基板２と太陽電池セル５と回路層８の材質や厚さを規定すると共に、更に絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして、（１）式と（２）式により規定できるから、太陽電池モジュール１の反りＹを絶縁基板３の物性値である伸び縮みし易さによって抑制することができる。ｂ） また、絶縁基板３として網目状のガラスエポキシ樹脂からなる単層のガラスクロス
またはこのガラスクロスに絶縁樹脂を含浸させたものを用いたから、従来、絶縁樹脂として用いていたＰＥＴフィルム等の高分子フィルムと比較して、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基板２やシリコン等の太陽電池セル５に近くなるため、太陽電池モジュール１の反りが少なくなる。
ｃ） また、絶縁基板３の膜厚を100um〜200umの範囲の薄層に形成したから、太陽電池セル５の熱が表面側から裏面側に伝達されて放熱効果が高く表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくく、導電性材料１０等のための穴開け等の加工が容易である。
ｄ） 更に、透光性基板２と絶縁基板３との間に配列された太陽電池セル５は、複数の太陽電池セル５を千鳥状に配列したから、セル５とセル５の間隙Ｇに生じ得る応力を六方向に分散させることができる。しかも、太陽電池セル５を六角形に形成することで、セル５とセル５の間の間隙Ｇを最小化することができて発電効率を向上できる。

次に図１に示す本実施形態による太陽電池モジュール１を、透光性基板２と太陽電池セル５と絶縁基板３とを組み合わせた三層積層系として、各構成の物性値を特定して全体の反りを実測してその特性を規定した。そして、上記（１）式〜（４）式を導き出す根拠となる試験例１，２を行った。
まず、透光性基板２として石英ガラスを用い、その厚さを2mm〜4mmの範囲に設定した。実施例として、透光性基板２の厚さは3.3mmとした。
太陽電池セル５としてシリコンチップを用い、厚さ200um〜300umの範囲に設定した。

絶縁基板３としてガラスエポキシ基板を用い、その膜厚を100um〜200umの範囲に設定した。実施例１して絶縁基板３の厚さは100umと200umの２種類とした。
絶縁基板３の比較例１および２として、ＰＥＴを用いた。
絶縁基板３の実施例、比較例１における弾性率Ｅ、線膨張係数αは表１に示す通りとした。
そして、四層積層系からなる太陽電池モジュール１について、絶縁基板３として実施例１、比較例１をそれぞれ用い、透光性基板２と太陽電池セル５は実施例１、比較例１で互いに同一構成のものを用いてそれぞれサンプルを製作した。絶縁基板３の実施例１と比較例１の膜厚はそれぞれ１００uｍと２００uｍの２種類とした。これら絶縁基板３の実施例１と比較例１をそれぞれ備えた四層積層系である太陽電池モジュール１についても実施例１、比較例１というものとし、各部材は互いに同一寸法で形成した。

［試験例１］
試験例１では、実施例１における透光性基板２の寸法は外径寸法４×４インチ（10cm×10cm）とした。実施例１、比較例１における太陽電池セル５は、縦100mm×横100mm×厚さ200umとした。
また、絶縁基板（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴを含む）の寸法は透光性基板２と同様に外径寸法4×4inch（10cm×10cm）とし、厚さは100umと200umの２種類とした。試験条件として、実施例、比較例１における各太陽電池モジュール１の温度差100℃とし、各絶縁基板３の厚み100um、200um毎に各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
なお、太陽電池モジュール１の反りは中心位置に対する太陽電池モジュール１の径方向に直交する方向の端部までの距離によって測定した。
その結果を表２（ａ）に示す。

表２（ａ）に示す結果のデータを、図６（ｅ）のグラフに示す。図６（ｅ）では、実施例１、比較例１について、横軸に絶縁基板３（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴを含む）の各弾性率×熱膨張率をとり、縦軸に太陽電池モジュール１の反り（um）をとり、絶縁基板３の厚み100um、200um毎にプロットした。
図６（ｅ）において、絶縁樹脂３の膜厚１００um、銅膜厚18umの場合、各プロットを最小自乗法による一次式である最小自乗直線で接続すると、次の式（５）にまとめることができる。
Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3 …（５）
但し、Ｙ：太陽電池モジュール１の反り
Ｘ：絶縁樹脂３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積

［試験例２］
次に試験例２について説明する。
試験例２では、実施例２として絶縁基板３にガラスエポキシ樹脂を、比較例２としてPETフィルムを用い、太陽電池モジュール１の外径寸法を6×6 inch、8×8 inch、12×12 inchの四角板型とし、石英ガラスを用いた透光性基板２、絶縁基板３も同一寸法とした。透光性基板２の厚さは表１に記載されたものを用い、絶縁基板３の厚さは100umと200umの２種類とした。シリコンを用いた太陽電池セル５の寸法は試験例１と同様とした。
試験例２における太陽電池セル５の寸法は、実施例２、比較例２共、厚さ200umであり、外径寸法は、150mm×150mm、200mm×200mm、300mm×300mmの3種類とした。
試験条件として、実施例２、比較例２における各太陽電池モジュール１の温度差１００℃とした。そして、各絶縁基板３の外径寸法毎に厚さ100um、200umに応じて各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
その結果を表２（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す。

表３に示す結果のデータを、太陽電池モジュール１の外径寸法毎に図６（ｆ），（ｇ），（ｈ）のグラフに示す。各グラフにおいて、横軸を絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αとし、縦軸を太陽電池モジュール１の反りとして、絶縁基板３の厚さ100um、200um毎に反りの大きさをプロットした。
絶縁基板３の厚さが透光性基板２と同等になると、絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αは良いパラメータではなくなる。そのため、試験例１と同様に最小自乗直線を各図中に記入した。絶縁基板３の弾性率Ｅが０に近づくと厚さ100um、200umとも同じ反り値と近似するはずであるから、厚さ200umの最小自乗直線は下記のように変更した。
即ち、まず厚さ100umの最小自乗直線を引き、そのｙ軸切片を求める。そして、厚さ200umで厚さ100umの直線のｙ軸切片を通過する最小自乗直線を求めた。

上述の手順により、実施例２について、絶縁基板３の厚さ100um、200um毎にそれぞれプロットして直線を引くと、図６（ｅ）、（ｈ）に示す一次式にまとめることができる。
最も小さい外径寸法4インチの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も小さく、特に最も小さい厚み100umの絶縁基板３では次の一次式（８）にまとめることができる。
Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3 …（８）
また、最も大きい外径寸法12inchの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も大きく、特に最も大きい厚み200umの絶縁基板３では次の一次式（９）にまとめることができる。
Ｙ≦2.0625Ｘ＋954 …（９）

そのため、上述した外径寸法の範囲を有する太陽電池モジュール１は、絶縁基板３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘに関連して上記（８）式と（９）式で示す範囲内に反りＹが納まるように反りＹの範囲を規定できる。これを下記の式（１）、（２）で示すことができる。

Ｙ≦2.0625Ｘ＋954 …（１）
Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3 …（２）
ここで、太陽電池モジュール１の反りは、最大2000um（Ｙ≦2000um）であれば太陽電池モジュール１の信頼性を確保できる。1000um以下であれば更に好ましい（Ｙ≦1000）。また、絶縁基板３における弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘは、ガラスクロスに含浸される絶縁樹脂であるエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイドトリアジン系の樹脂等の数値を考慮すると、200以下とする（Ｘ≦200um）必要がある。

次に本発明の変形例について説明する。
本実施形態の変形例による太陽電池モジュール１３において、絶縁基板３の裏面即ち太陽電池セル５と反対側の面に太陽電池モジュール１の硬さを補強して、反りを一層低減するためのバックシートを設けてもよい。
図７に示す太陽電池モジュール１３は図１に示す太陽電池モジュール１の構成を備えており、更に絶縁基板３の裏面にバックシート１４が取り付けられている。
この場合、絶縁基板３とバックシート１４との関係は次式（１０）によって規定される。即ち、絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積をパラメータＸとして、
Ｘ≧バックシート１４の弾性率Ｆ×熱膨張係数β ……（１０）
バックシート１４を絶縁基板３よりも硬さを大きくして絶縁基板３に被着し、絶縁基板３を含む太陽電池モジュール１のシート部分を伸び縮みしないようにすることで、太陽電池モジュール１３全体の反りを抑制することができる。

上述の（１０）式は絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積Ｘがバックシート１４の弾性率Ｆ×熱膨張係数β以上であることを要件とするが、バックシート１４は少なくとも次式（１１）を満足すればよい。
0.9×Ｘ≧バックシート１４の弾性率Ｆ×熱膨張係数β ……（１１）
これにより、太陽電池モジュール１３の反り抑制効果を上述の実施形態による太陽電池モジュール１よりも更に向上できる。

なお、図７において、バックシート１４としてバリア層を設けてもよい。
バリア層は絶縁基板３の裏面に設けて空気透過を調整する層であり、水蒸気バリア性、酸素バリア性等の耐候性やや絶縁性を有する例えばフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）フィルム（商品名「テドラー」；登録商標）が用いられている。
或いは、バリア層として、フッ化ビニル樹脂と同様な特性を有する、他の樹脂フィルムを用いても良い。即ち、ポリエステル系フィルム（またはポリアミド系フィルム）の片面にガスバリア層としてガスバリア性の高い酸化アルミナ（またはシリカ）を設けた構成を有するセラミック蒸着フィルム（「ＧＬフィルム」；凸版印刷株式会社の商品名）を用いてもよい。
また、バリア層として、ガスバリア性積層フィルム（「ＧＸフィルム」；凸版印刷株式会社製の商品名）を用いてもよい。ガスバリア性積層フィルムは特許第４０１３６０４号公報に詳しく開示されている。バリア層の絶縁基板３とは反対側の面にＰＥＴフィルムを被着して積層してもよく、ＰＥＴフィルムを積層することで耐スクラッチ性が向上する。

回路層に汎用回路材料である銅を利用する事が望ましく、その残銅率は30％以上70％以下であることがより望ましい。
残銅率が30％未満となると、内部応力が銅配線周辺に集中してしまい、シワが発生しやすくなる問題がある。残銅率が70％を超えると、銅の線膨張係数が大きいため、太陽電池モジュールが反りやすくなる問題がある。残銅率を30％から70％の間とする事で、シワや反りの発生を緩和させることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の構成や材料等の変更が可能であり、これらも本発明に含まれる。
より簡便に太陽電池モジュール１を製造できる点、また互いに隣接する回路層８の短絡を防止できる上、ＥＶＡフィルムから放出される酢酸ガスによる回路層８の腐食を防止できる点で、回路層８上にオーバーコート層を設けることが好ましい。

１ 太陽電池モジュール
２ 透光性基板
３ 絶縁基板
５ 太陽電池セル
６ 封止層
８ 回路層
９ バリア層
１０ 導電性材料

次に太陽電池モジュール１を構成する各部材について説明する。
図１において、透光性基板２としては、例えばガラスパネル等の酸化珪素などが挙げられる。また、絶縁基板３の太陽電池セル５側に設けた回路層８は、太陽電池セル５に電気的に接続される層である。回路層８は積層配列される多数の太陽電池セル５を電気的に直列に接続するパターンを有している。
回路層８を構成する材料として、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。また、導電性高分子を使用することもできる。
回路層８の表面は、導電性材料１０との密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。

次に太陽電池モジュール１を構成する各部材について説明する。
図１において、透光性基板２としては、ガラスパネル等の酸化珪素などが挙げられる。
また、絶縁基板３の太陽電池セル５側に設けた回路層８は、太陽電池セル５に電気的に接続される層である。回路層８は積層配列される多数の太陽電池セル５を電気的に直列に接続するパターンを有している。
回路層８の表面は、導電性材料１０との密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。

次に、絶縁基板３について説明する。
絶縁基板３は、例えば単層ガラスクロス等、網目状のガラス繊維からなる。この場合、膜厚が薄いために太陽電池セル５の熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基板３の反りを抑制できると共に、孔明けなどの加工が容易である。また、絶縁基板３は、網目状のガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料であってもよい。この場合には、単層のガラスクロスよりも硬さが増して伸び縮みし難くなる。ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料の一例として、網目状のガラス繊維に樹脂が含浸させられた樹脂含有繊維からなるガラスエポキシ基板がある。ガラスエポキシ基板の繊維として、例えばガラスクロス、ガラス不織布、紙などが挙げられる。また、絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシアクリレート樹脂またはウレタン樹脂等がある。
ガラスエポキシ基板は、プリント配線版の一形態であり、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板の品種として、FR−４、FR−５、BT材等があてはまる。

［図１］本発明の実施形態による絶縁基板を含む太陽電池モジュールの要部断面模式図である。
［図２］太陽電池セルの形状と配列を示す部分平面図である。
［図３］図１に示す太陽電池モジュールの製造工程を示す断面模式図である。
［図４］太陽電池モジュールの縦断面を擬似的に四層状に簡略化した断面図である。
［図５］（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は外径寸法の異なる太陽電池モジュールの各積層四層系における絶縁基板の弾性率及び線膨張係数の積と各積層四層系の反りとの関係を示す図である。
［図６］変形例による太陽電池モジュールを示すもので、絶縁基板の裏面にバックシートを設けた断面模式図である。
［図７］従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。

次に図１に示す本実施形態による太陽電池モジュール１を、透光性基板２と太陽電池セル５と絶縁基板３とを組合せた四層積層系として、各構成の物性値を特定して全体の反りを実測してその特性を規定した。そして、上記（１）式〜（４）式を導き出す根拠となる試験例１，２を行った。
まず、透光性基板２として石英ガラスを用い、その厚さを２ｍｍ〜４ｍｍの範囲に設定した。実施例として、透光性基板２の厚さは３．３ｍｍとした。
太陽電池セル５としてシリコンチップを用い、厚さ２００ｕｍ〜３００ｕｍの範囲に設定した。

表２に示す結果のデータを、太陽電池モジュール１の外径寸法毎に図６（ｆ），（ｇ），（ｈ）のグラフに示す。各グラフにおいて、横軸を絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αとし、縦軸を太陽電池モジュール１の反りとして、絶縁基板３の厚さ１００ｕｍ、２００ｕｍ毎に反りの大きさをプロットした。
絶縁基板３の厚さが透光性基板２と同等になると、絶縁基板３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αは良いパラメータではなくなる。そのため、試験例１と同様に最小自乗直線を各図中に記入した。絶縁基板３の弾性率Ｅが０に近づくと厚さ１００ｕｍ、２００ｕｍとも同じ反り値と近似するはずであるから、厚さ２００ｕｍの最小自乗直線は下記のように変更した。
即ち、まず厚さ１００ｕｍの最小自乗直線を引き、そのｙ軸切片を求める。そして、厚さ２００ｕｍで厚さ１００ｕｍの直線のｙ軸切片を通過する最小自乗直線を求めた。

Claims (14)

1. 透光性基板と、太陽電池セルと、電気配線を含む絶縁基板とを有する太陽電池モジュール
   であって、
   前記透光性基板は厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下の酸化珪素からなり、
   前記太陽電池セルは厚さ１００uｍ以上３００uｍ以下の結晶系太陽電池セルからなり、
   各部材の物性値が以下の式により規定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。Ｙ≦12.88Ｘ＋521.7 …（１）
   Ｙ≧0.0324Ｘ＋83.69 …（２）
   Ｙ≦1000
   Ｘ≦700 …（３）
   但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
   Ｘ：絶縁基板の弾性率と熱膨張係数の積
2. 請求項１に記載された太陽電池モジュールにおいて、ＹとＸが以下の式を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
   Ｙ≦500
   Ｘ≦300 …（４）
3. 前記絶縁基板の膜厚は、20um以上3000um未満であることを特徴とする請求項１または２に記載された太陽電池モジュール。
4. 透光性基板と、太陽電池セルと、電気配線を含む絶縁基板とを有する太陽電池モジュールであって、
   前記透光性基板は厚2mm以上4mm以下の酸化珪素からなり、
   前記太陽電池セルは厚さ100um以上300um以下の結晶系太陽電池セルからなり、
   電気配線は35um以下の銅からなり、
   各部材の物性値が以下の式により規定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。Ｙ≦2.0625Ｘ＋954 …（１）
   Ｙ≧0.115Ｘ＋86.3 …（２）
   Ｙ≦2000
   Ｘ≦700 …（３）
   但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
   Ｘ：絶縁基板の弾性率と熱膨張係数の積
5. 請求項１に記載された太陽電池モジュールにおいて、ＹとＸが以下の式を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
   Ｙ≦1000
   Ｘ≦300 …（４）
6. 前記絶縁基板の膜厚は、100um以上200um未満であることを特徴とする請求項４または５に記載された太陽電池モジュール。
7. 前記絶縁基板は、ガラス繊維の絶縁樹脂を含浸させた構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載された太陽電池モジュール。
8. 前記絶縁基板の太陽電池セルとは反対側の面にバックシートが設けられており、該バックシートは以下の式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載された太陽電池モジュール。
   Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（１０）
9. 前記絶縁基板の太陽電池セルとは反対側の面にバックシートが設けられており、該バックシートは以下の式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載された
   太陽電池モジュール。
   0.9Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（１１）
10. 前記太陽電池セルは千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載された太陽電池モジュール。
11. 前記太陽電池セルは六角形であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載された太陽電池モジュール。
12. 前記電気配線が銅からなり、残銅率が30％以上70％以下であることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれかに記載された太陽電池モジュール。
13. Bステージ状プリプレグ基材の上面に銅箔を貼り合せるラミネート工程と、
    銅箔、プリプレグ、バックシートを加熱圧着する基材硬化工程と、
    銅箔をパターンエッチングして回路層を形成するエッチング工程と、
    回路層の任意の部分に導電性材料を塗布する塗布工程と、
    導電性材料を塗布した回路層上に太陽電池セルを実装する実装工程と
    太陽電池セル上に封止材と透光性基板を設置する積層工程と
    全体を加熱圧着する封止材硬化工程と
    を含有することを特徴とする請求項４乃至１２のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法。
14. Bステージ状プリプレグ基材の上面に銅箔を、下面にバックシートを貼り合せるラミネート工程と、
    銅箔、プリプレグ、バックシートを加熱圧着する基材硬化工程と、
    銅箔をパターンエッチングして回路層を形成するエッチング工程と、
    回路層の任意の部分に導電性材料を塗布する塗布工程と、
    導電性材料を塗布した回路層上に太陽電池セルを実装する実装工程と
    太陽電池セル上に封止材と透光性基板を設置する積層工程と
    全体を加熱圧着する封止材硬化工程と
    を含有することを特徴とする請求項４乃至１２のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法。
    

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