JPWO2015145925A1

JPWO2015145925A1 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPWO2015145925A1
Application number: JP2016509925A
Authority: JP
Inventors: 直人今田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2017-04-13
Also published as: WO2015145925A1

Abstract

太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池セル１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。第１保護部材１２と太陽電池セル１１との間には第１充填剤２０が、第２保護部材１３と太陽電池セル１１との間には第２充填剤３０が、それぞれ設けられる。第１充填剤２０は、太陽電池セル１１同士の間隙から太陽電池セル１１の裏面上に回り込んでいる。

Description

本開示は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池セルの裏面側に、酸化チタン等の白色顔料が添加された充填剤を設けた太陽電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルの裏面側に透過した光が白色顔料によって受光面側に反射されるので、透過光の一部を太陽電池セルに入射させることができる。

特開２００６−０３６８７４号公報

ところで、太陽電池モジュールでは、光の利用率を高めて、即ち少しでも多く光を太陽電池セルに入射させて、出力を向上させることが求められている。

本開示に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、太陽電池セルの受光面側に設けられた第１保護部材と、太陽電池セルの裏面側に設けられた第２保護部材と、第１保護部材と太陽電池セルとの間に設けられた第１充填剤と、第２保護部材と太陽電池セルとの間に設けられた第２充填剤とを備え、第１充填剤は、太陽電池セル同士の間隙から太陽電池セルの裏面上に回り込んでいる。

本開示に係る太陽電池モジュールによれば、光の利用率を高めて、出力を向上させることが可能になる。

実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図である。図１のパネル部分の拡大図である。図２のＡ部拡大図である。実施形態の他の一例である太陽電池モジュールの断面図である。実施形態の他の一例である太陽電池モジュールの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、太陽電池モジュール、太陽電池パネル、太陽電池セル、及び光電変換部の「受光面」とは光が主に入射する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。太陽電池モジュールに入射する光のうち、例えば５０％超過〜１００％の光が受光面側から入射する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に他の部材が存在する場合を含む。

以下、図１〜図３を参照しながら、本開示の実施形態の一例である太陽電池モジュール１０について詳細に説明する。

図１は、太陽電池モジュール１０の断面図である。
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池セル１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。太陽電池セル１１は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３により挟持され、各保護部材の間に設けられた充填剤１４により封止されている。充填剤１４は、太陽電池セル１１に水分等が作用することを防止する役割を果たす。詳しくは後述するように、充填剤１４は、第１保護部材１２と太陽電池セル１１との間に設けられる第１充填剤２０と、第２保護部材１３と太陽電池セル１１との間に設けられる第２充填剤３０とを含む。

本実施形態では、複数の太陽電池セル１１が略同一平面上に配置されている。隣り合う太陽電池セル１１同士は、導線１６によって直列に接続され、これにより太陽電池セル１１のストリングが形成される。導線１６は、隣り合う太陽電池セル１１の間でモジュールの厚み方向に曲がり、一方の太陽電池セル１１の受光面と他方の太陽電池セル１１の裏面とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる。導線１６の一部は、ストリングの端から延出して、出力用の配線材（図示せず）に接続される。当該配線材は、例えば第２保護部材１３の裏側に引き出されて端子ボックス（図示せず）に引き込まれる。

太陽電池セル１１、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び充填剤１４は、太陽電池パネル１５を構成する。太陽電池パネル１５は、太陽電池セル１１のストリングが各保護部材により挟まれた板状体であって、例えば平面視（受光面に対して垂直な方向から見た場合）において略矩形形状を有する。

太陽電池セル１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部は、生成したキャリアを収集する電極として、光電変換部の受光面上に形成される受光面電極と、裏面上に形成される裏面電極とを有する（いずれも図示せず）。各電極には、導線１６が電気的に接続される。但し、太陽電池セル１１の構造はこれに限定されず、例えば光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。なお、裏面電極は表面電極よりも大面積に形成されることが好ましく、電極面積が大きい方の面（又は電極が形成される面）が太陽電池セル１１の「裏面」であるといえる。

光電変換部は、例えば結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、半導体基板上に形成された非晶質半導体層と、非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。具体例としては、ｎ型単結晶シリコン基板の一方の面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成し、他方の面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成した構造が挙げられる。透明導電層は、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、ＳｎやＳｂ等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。

第１保護部材１２には、例えばガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは特に限定されないが、好ましくは２〜６ｍｍ程度である。以下では、第１保護部材１２として、ガラス基板を用いるものとする。

第２保護部材１３には、第１保護部材１２と同じ透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。以下では、第２保護部材１３として、樹脂フィルムを用いるものとする。樹脂フィルムは特に限定されないが、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである。水分透過性を低くする等の観点から、樹脂フィルムには、シリカ等の無機化合物層や、アルミニウム等の金属層が形成されていてもよい。樹脂フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましくは１００〜３００μｍ程度である。

太陽電池パネル１５の端縁部には、フレーム１７を取り付けることが好適である。フレーム１７は、例えば太陽電池パネル１５の端縁部を保護し、また太陽電池モジュール１０を屋根等に設置する際に利用される。フレーム１７は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属枠であって、太陽電池パネル１５の端縁部が嵌め込まれる溝部を有する。

以下、図２及び図３を適宜参照しながら、充填剤１４の構成について詳説する。
図２は、太陽電池パネル１５の断面を拡大して示す図である。図３は、図２のＡ部拡大図、即ち回り込み部２１の近傍を拡大して示す図である。図２及び図３では、導線１６を省略している。

図２に示すように、充填剤１４は、第１保護部材１２と太陽電池セル１１との間に位置する受光面側領域５０に設けられた第１充填剤２０と、第２保護部材１３と太陽電池セル１１との間に位置する裏面側領域５１に設けられた第２充填剤３０とを含む。充填剤１４は、第１充填剤２０を構成する樹脂シートと、第２充填剤３０を構成する樹脂シートとを用いて、後述のラミネート工程により形成されることが好適である。第１充填剤２０、第２充填剤３０の厚みは、いずれも２００〜８００μｍ程度が好ましい。なお、受光面側領域５０と裏面側領域５１の境界は、複数の太陽電池セル１１が並んだ仮想平面Ｚとする。

第１充填剤２０は、太陽電池セル１１同士の間隙（以下、「セル−セル間」という場合がある）から太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に回り込んでいる。即ち、第１充填剤２０の一部は、セル−セル間から裏面側領域５１（間隙領域５３）及び太陽電池セル１１と第１保護部材１３とに挟まれた隠れ領域５２に入り込み、回り込み部２１を形成している。隠れ領域５２は、太陽電池パネル１５を受光面側から見たときに太陽電池セル１１に覆われて見えない領域である。間隙領域５３は、裏面側領域５１のうち、セル−セル間に対応する領域である。

第１充填剤２０は、太陽電池セル１１と太陽電池パネル１５の端との間においても、裏面側領域５１（端縁領域５４）に入り込むことが好適である。端縁領域５４は、裏面側領域５１のうち、太陽電池セル１１と太陽電池パネル１５の端との間に位置する領域である。また、端縁領域５４に入り込んだ第１充填剤２０は、太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に回り込んで回り込み部２１を形成することが好適である。

つまり、第１充填剤２０と第２充填剤３０との界面４０は、太陽電池セル１１（仮想平面Ｚ）よりも第２保護部材１３側に位置する。また、第１充填剤２０は単層構造とすることが好適である。これにより、受光面側領域５０に充填剤の界面が存在しなくなる。界面４０は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた太陽電池パネル１５の断面観察により確認することができる。

第１充填剤２０は、太陽電池セル１１の端縁部の全周に亘って裏面１１ｂ上に回り込むことが好適である。即ち、第１充填剤２０が、太陽電池セル１１を受光面１１ａ及び裏面１１ｂの両側から挟持して抱え込むように設けられることが好適である。太陽電池モジュール１０では、各構成部材の熱膨張係数の相違等が原因で、例えば高温環境下において、セル−セル間が伸縮する場合がある。本実施形態では、第１充填剤２０が太陽電池セル１１を抱え込んでいるため、当該伸縮を抑制することができる。第１充填剤２０は、熱安定性の高いガラス基板（第１保護部材１２）に密着しているため、第１充填剤２０の熱安定性も高まり、太陽電池セル１１の動きを拘束することができる。

図３に示すように、回り込み部２１の回り込み幅Ｗ₂₁（隠れ領域５２の端から回り込み部２１の先端までの裏面１１ｂに沿った長さ）は、例えば太陽電池セル１１の一辺の長さの０．０２％以上であり、好ましくは０．１％以上であり、より好ましくは０．５％以上である。回り込み幅Ｗ₂₁の上限は、特に限定されないが、例えば５％程度である。また、回り込み幅Ｗ₂₁は、例えば第２充填剤３０の厚みの２％〜１００％（即ち、第２充填剤３０の厚みと略同等）程度であり、好ましくは５〜７０％である。

本実施形態では、太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に、第２充填剤３０、第１充填剤２０、及び第２充填剤３０が受光面側から順に重なった積層構造が形成されている。即ち、回り込み部２１と裏面１１ｂとの間に、第２充填剤３０が入り込んでいる。これにより、例えば太陽電池セル１１を透過して回り込み部２１に到達する光αの反射面（界面４０）を増やすことができる。セル−セル間を通って回り込み部２１に到達する光βも、回り込み部２１における第１充填剤２０と第２充填剤３０の界面４０で反射され、太陽電池セル１１の裏面１１ｂに入射する。詳しくは後述するように、第２充填剤３０は白色顔料を含有していることが好適である。

第１充填剤２０を構成する樹脂（以下、「第１樹脂」という）は、太陽電池セル１１及び第１保護部材１２に対する密着性が良く、水分を透過し難いものが好ましい。具体的には、炭素数２〜２０のαオレフィンから選らばれる少なくとも１種を重合して得られるオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとその他のαオレフィンとのランダム又はブロック共重合体など）、エステル系樹脂（例えば、ポリオールとポリカルボン酸又はその酸無水物・低級アルキルエステルとの重縮合物など）、ウレタン系樹脂（例えば、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物（ジオール、ポリオールリオール、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオール等）との重付加物など）、エポキシ系樹脂（例えば、ポリエポキシドの開環重合物、ポリエポキシドと上記活性水素基含有化合物との重付加物など）、αオレフィンとカルボン酸ビニル、アクリル酸エステル、又はその他ビニルモノマーとの共重合体などが例示できる。

これらのうち、特に好ましくはオレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）、及びαオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体である。αオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が特に好ましい。

第１樹脂は、架橋性樹脂であることが好ましい。第１樹脂の架橋度は、ゲル分率で表すことができる。第１樹脂のゲル分率は、１０〜１００％が好ましく、５０〜１００％がより好ましい。太陽電池セル１１を抱え込む第１充填剤２０（第１樹脂）の架橋密度を高くすることで、第１充填剤２０の熱安定性が向上し、セル−セル間の伸縮をより高度に抑制できる。ゲル分率は、サンプルをトルエン中に７日間浸漬（室温条件）し、トルエン未溶解分をトルエン及びトルエン溶解分から分離して乾燥させた後、下記の式により求めることができる。
ゲル分率＝（乾燥させた未溶解分の重量／試験サンプルの重量）×１００（％）

第１樹脂は、第２充填剤３０を構成する樹脂（以下、「第２樹脂」という）よりも架橋密度が高いことが好ましい。第２樹脂は、非架橋性樹脂であってもよく、第１樹脂よりも低架橋密度（ゲル分率が低い）の架橋性樹脂であってもよい。第１保護部材１２がガラス基板、第２保護部材１３が樹脂基板である場合、線膨張係数は第２保護部材１３の方が第１保護部材１２よりも大きく、太陽電池セル１１は第２保護部材１３の熱変形による影響を受け易い。即ち、第２保護部材１３が膨張・収縮すると、セルーセル間の距離が変化し易くなるが、上記架橋密度とすることにより、第２保護部材１３による太陽電池セル１１に対する影響を抑制することができる。例えば、低架橋密度の柔らかい第２樹脂は緩衝材として機能し、太陽電池セル１１はガラス基板に接する高架橋密度の硬い第１樹脂によって拘束される。

第２充填剤３０は、裏面側領域５１において、第１充填剤２０が入り込んだ領域以外に設けられる。即ち、受光面側領域５０には第１充填剤２０のみが設けられ、裏面側領域５１には第１充填剤２０及び第２充填剤３０が設けられる。但し、本開示の目的を損なわない範囲で（例えば、太陽電池パネル１５の端縁部等において）、第２充填剤３０の一部が受光面側領域５０に入り込んでいてもよい。

第２充填剤３０は、白色顔料を含有していることが好適である。即ち、第２樹脂中に白色顔料が分散していることが好適である。白色顔料には、例えば三酸化アンチモン、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン等の白色顔料を用いることができる。これらのうち、酸化亜鉛、酸化チタンが特に好ましい。白色顔料の含有量は、例えば第２充填剤３０の総重量に対して０．０１〜２０重量％程度である。第２充填剤３０に白色顔料を添加することで、第２充填剤３０の光反射率を高めることができる。以下では、第２充填剤３０の全体に白色顔料が分散しているものとする。

第２充填剤３０の光反射率は、例えば可視光波長の全範囲（３８０〜７８０ｎｍ）に亘って５０％以上であることが好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が特に好ましい。また、第２充填剤３０は、可視光よりも長波長の光、例えば波長７８０〜１２００ｎｍの近赤外光の反射率も高いことが好ましい。第２充填剤３０の光反射率は、例えば波長３８０〜１２００ｎｍの全範囲に亘って５０％以上である。第２充填剤３０の光反射率は、全光反射率を意味し、反射率測定器により測定することができる。

第１充填剤２０と第２充填剤３０との界面４０は、上記のように、裏面側領域５１に形成される。界面４０は、間隙領域５３において、例えば仮想平面Ｚから第２充填剤３０の厚みの５〜７０％程度の深さに形成される。界面４０は、セル−セル間等の太陽電池セル１１が配置されていない部分に入射した光や太陽電池セル１１を透過した光を受光面側に反射する反射面となる。界面４０が太陽電池セル１１よりも裏面側に位置することで、例えば界面４０で反射した光の一部が太陽電池セル１１の裏面１１ｂに直接入射し、光の利用率を高めることができる（例えば、図３参照）。

界面４０は、第２保護部材１３側に凸となるように湾曲していることが好適である。つまり、反射率の高い第２充填剤３０の曲面が裏面側領域５１に形成される。界面４０の湾曲の程度は、裏面側領域５１に入り込んだ第１充填剤２０の両側に位置する回り込み部２１で最も大きくなる。界面４０が湾曲することにより、界面４０が平坦である場合と比較して、光が反射する面積が大きくなり、光の利用率をさらに高めることができる。また、界面４０の面積が大きくなることで、第１充填剤２０と第２充填剤３０との密着性が高まり、例えば高温環境下における界面剥離が防止されて、太陽電池セル１１の良好な封止性能が維持される。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、導線１６により接続された太陽電池セル１１のストリングを、第１保護部材１２、第２保護部材１３、第１充填剤２０及び第２充填剤３０を構成する樹脂シートを用いてラミネートすることにより製造できる。ラミネート装置では、例えばヒーター上に、第１保護部材１２、第１充填剤２０を構成する樹脂シート、太陽電池セル１１のストリング、第２充填剤３０を構成する樹脂シート、第２保護部材１３が順に積層される。この積層体は、例えば真空状態で１５０℃程度に加熱される。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら加熱を継続し、樹脂シートを架橋させることにより、太陽電池パネル１５が得られる。最後に、フレーム１７、端子ボックス等を太陽電池パネル１５に取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。

回り込み部２１は、上記ラミネート工程で形成される。回り込み部２１は、例えば第１充填剤２０を構成する樹脂シートとして、第２充填剤３０を構成する樹脂シートよりも、ラミネート工程の加熱により軟化、溶融し易いものを用いて形成することができる。即ち、第１樹脂には、第２樹脂よりも溶融開始温度の低いものを用いる。この場合、例えば第２充填剤３０よりも先に軟化した第１充填剤２０が流動して裏面側領域５１側に入り込み、太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上まで回り込む。

以上のように、上記構成を備えた太陽電池モジュール１０によれば、光の利用率を高めて、出力を向上させることが可能になる。

第１充填剤２０と第２充填剤３０との界面４０を裏面側領域５１に形成し、第１充填剤２０の一部を太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に回り込ませたことで、例えば太陽電池セル１１の透過光を裏面１１ｂから再入射させることができる。例えば、間隙領域５３の界面４０で反射した光の一部も、太陽電池セル１１の裏面１１ｂに直接入射する。

また、界面４０は第２保護部材１３側に凸となるように湾曲しているため、光が反射する面積が大きくなり、光の利用率がさらに高まる。さらに、第１充填剤２０と第２充填剤３０との密着性も向上する。

また、第１充填剤２０が太陽電池セル１１を受光面１１ａ及び裏面１１ｂの両側から抱え込むように設けられることで、光の利用率が向上するだけでなく、高温環境下におけるセル−セル間の伸縮を抑制することが可能となる。

上記実施形態は、本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。
以下、上記実施形態の設計変更例を示す。

図４に示す例では、回り込み部２１と同様に、太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に第１充填剤２０ｘが回り込んでいるが、回り込み部２１と異なり、裏面１１ｂ上に直接、第１充填剤２０ｘが設けられている。即ち、回り込み部２１ｘと裏面１１ｂとの間に、第２充填剤３０ｘが入り込んでいない。図４に示す例では、例えば太陽電池セル１１の拘束性をさらに高めるがことでき、高温環境下におけるセル−セル間の伸縮をより高度に抑制できる。

図５に示す例では、第２充填剤３０ｙが積層構造を有する点で、第２充填剤３０と異なる。第２充填剤３０ｙは、第１充填剤２０と同様に透明な第１層３１と、白色顔料を含有する第２層３２とで構成されている。第１充填剤２０は、裏面側領域５１に入り込み、且つ太陽電池セル１１の裏面１１ｂ上に回り込んで回り込み部２１を形成しており、第１層３１との間に界面４０ｙを形成している。界面４０ｙは、第２保護部材１３側に凸となるように湾曲しており、裏面側領域５１に到達した光の一部を反射可能である。

図５に示す例では、第１層３１と第２層３２との界面４１も、界面４０ｙに対応して湾曲している。つまり、白色顔料を含有した光反射率が高い第２層３２の曲面が、太陽電池セル１１の裏面１１ｂから第１層３１の厚み分離れた位置に存在する。界面４１で反射してセル裏面に入射する光の割合は、裏面側領域５１の浅い位置に湾曲した界面が存在する場合（例えば、図２参照）よりも増加する。これにより、例えば太陽電池セル１１の裏面１１ｂに直接入射する光の量を増加させることができる。

１０太陽電池モジュール、１１太陽電池セル、１１ａ受光面、１１ｂ裏面、１２第１保護部材、１３第２保護部材、１４充填剤、１５太陽電池パネル、１６導線、１７フレーム、２０，２０ｘ第１充填剤、２１，２１ｘ回り込み部、３０，３０ｘ，３０ｙ第２充填剤、３１第１層、３２第２層、４０，４０ｘ，４０ｙ，４１界面、５０受光面側領域、５１裏面側領域、５２隠れ領域、５３間隙領域、５４端縁領域、Ｚ仮想平面、α，β 光

Claims

複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの受光面側に設けられた第１保護部材と、
前記太陽電池セルの裏面側に設けられた第２保護部材と、
前記第１保護部材と前記太陽電池セルとの間に設けられた第１充填剤と、
前記第２保護部材と前記太陽電池セルとの間に設けられた第２充填剤と、
を備え、
前記第１充填剤は、前記太陽電池セル同士の間隙から前記太陽電池セルの前記裏面上に回り込んでいる、太陽電池モジュール。
前記第１充填剤と前記第２充填剤との界面は、前記太陽電池セルよりも前記第２保護部材側に位置し、前記第２保護部材側に凸となるように湾曲している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第２充填剤は、白色顔料を含有している、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記第１充填剤は、前記太陽電池セルの端縁部の全周に亘って前記裏面上に回り込んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第１充填剤を構成する樹脂は、前記第２充填剤を構成する樹脂よりも架橋密度が高い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。