JPWO2017056369A1

JPWO2017056369A1 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPWO2017056369A1
Application number: JP2017542685A
Authority: JP
Inventors: 淳平入川; 祐石黒
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: JP6621037B2; WO2017056369A1

Abstract

第１保護部材１２は、太陽電池セル１０の受光面側に配置される。第２保護部材１４は、太陽電池セル１０の裏面側に配置される。第１封止部材１６は、太陽電池セル１０と第１保護部材１２の間に配置される。第２封止部材１８は、太陽電池セル１０と第２保護部材１４の間に配置される。第１封止部材１６は、特定波長の光を吸収して波長を変換する波長変換物質２０であって、かつ有機系材料によって形成される波長変換物質２０を含有する。第２保護部材１４の水蒸気透過率は、１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下である。

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に波長変換物質が含まれる太陽電池モジュールに関する。

太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池モジュールは、クリーンな再生可能エネルギーである。太陽電池モジュールは、２枚の環境保護カバーの間に太陽電池セルを封入するように構成される。また、環境保護カバーは、水分および酸素の浸透を阻止するように構成される。太陽電池モジュールは、２枚の環境保護カバーやその間に封止される封止部材を含め、樹脂材料を含んで構成される。樹脂材料としてエポキシ樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む場合、紫外線が照射を受けることにより樹脂材料が劣化する場合がある。紫外線による樹脂材料の劣化を防ぐために、樹脂材料に紫外線吸収材を添加することがある。しかし、樹脂材料に紫外線吸収材を添加する場合、太陽電池モジュールの発電に寄与する入射光の量を減らしてしまう。紫外線による樹脂材料の劣化を防ぎ、かつ、太陽電池モジュールの発電に寄与する入射光の量の減少を防ぐ方法として、樹脂材料に波長変換物質を添加することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１２０９２６号公報

環境保護カバーに樹脂シートを用いると、酸素透過率や水蒸気透過率が高くなりやすい。太陽電池モジュールの内部に酸素や水蒸気が侵入すると、例えば、波長変換物質のような、環境保護カバーの中に封止された材料が劣化する恐れがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池モジュール内部への水蒸気の浸透に対する耐久性を高め、太陽電池モジュールの発電効率を高くする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、太陽電池セルの受光面側に配置される第１保護部材と、太陽電池セルの裏面側に配置される第２保護部材と、太陽電池セルと第１保護部材の間に配置される第１封止部材と、太陽電池セルと第２保護部材の間に配置される第２封止部材とを備える。第１封止部材は、特定波長の光を吸収して波長を変換する波長変換物質であって、かつ有機系材料によって形成される波長変換物質を含有する。第２保護部材の水蒸気透過率は、１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下である。

本発明によれば、太陽電池モジュール内部への水蒸気の浸透に対する耐久性が高めることができ、太陽電池モジュールの発電効率を高くすることができる。

本発明の実施例１に係る太陽電池モジュールを示す上面図である。図２（ａ）−（ｂ）は、図１における太陽電池セルの上面図と下面図である。図１の太陽電池モジュールを示す断面図である。図３の第２保護部材の酸素透過率に応じた反射率対照射時間を示す図である。図５（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例２に係る第２保護部材の構成を示す断面図である。

（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例１は、複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールに関する。また、太陽電池モジュールには、波長変換物質が備えられている。波長変換物質は、特定波長の光を吸収して当該波長を変換するので、入射光のうち発電に対する寄与が少ない波長域の光を、発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換し、太陽電池モジュールの光電変換効率を向上させる。一般的に、太陽電池モジュールでは、多くの光が受光面側から入射するので、太陽電池セルの受光面側に波長変換物質が配置される。このような波長変換物質として、有機系材料を使用することが有力である。

太陽電池セルと波長変換物質は、２枚の保護部材によって封止される。太陽電池モジュールの重量を考慮して、裏面側の保護部材として樹脂シートが使用されるのが好ましい。しかしながら、従来より太陽電池モジュールに使用されてきた樹脂シートを採用した場合、酸素や水蒸気が樹脂シートを介して太陽電池モジュールの内部に浸透する。有機系材料で形成された波長変換物質の近傍に水蒸気が存在している状態において光を受けると、有機系材料が劣化しやすくなり、波長変換物質の波長変換効率が低下する。太陽電池モジュールの光電変換効率を維持するためには、太陽電池モジュール内部への酸素や水蒸気の浸透を抑制することが望まれる。これらより、本実施例では、水蒸気透過率がｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下となる保護部材を使用する。

図１は、本発明の実施例１に係る太陽電池モジュール１００を示す上面図である。図１に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直角座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、太陽電池モジュール１００の平面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、太陽電池モジュール１００の厚み方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。太陽電池モジュール１００を形成する２つの主表面であって、かつｘ−ｙ平面に平行な２つの主表面のうち、ｚ軸の正方向側に配置される主平面が「受光面」であり、ｚ軸の負方向側に配置される主平面が「裏面」である。なお、「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こともある。また、ｚ軸の正方向側を「受光面側」とよび、ｚ軸の負方向側を「裏面側」とよぶこともある。

また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載では、特に限定しない限り、第１の部材および第２の部材が直接接触して設けられてもよく、第１の部材および第２の部材の間に他の部材が存在してもよい。また、「略」は、誤差の範囲で異なっていること、つまり実質的に同一であることを示す。

太陽電池モジュール１００は、太陽電池セル１０と総称される第１１太陽電池セル１０ａａ、第２１太陽電池セル１０ｂａ、第１２太陽電池セル１０ａｂ、第２２太陽電池セル１０ｂｂ、第１３太陽電池セル１０ａｃ、第２３太陽電池セル１０ｂｃ、タブ線４０と総称される第１１タブ線４０ａａ、第１２タブ線４０ａｂ、第１３タブ線４０ａｃ、第１４タブ線４０ａｄ、第１５タブ線４０ａｅ、第１６タブ線４０ａｆ、第２１タブ線４０ｂａ、第２２タブ線４０ｂｂ、第２３タブ線４０ｂｃ、第２４タブ線４０ｂｄ、第２５タブ線４０ｂｅ、第２６タブ線４０ｂｆを含む。

複数の太陽電池セル１０は、ｘ−ｙ平面上にマトリクス状に配列される。ここでは、ｘ軸方向に２つの太陽電池セル１０が並べられ、ｙ軸方向に３つの太陽電池セル１０が並べられる。なお、太陽電池セル１０の数は６に限定されない。ｘ軸方向に並んで配置される複数の太陽電池セル１０、例えば、第１１太陽電池セル１０ａａ、第２１太陽電池セル１０ｂａは、第２１タブ線４０ｂａ、第２２タブ線４０ｂｂによって直列に接続され、１つのストリングが形成される。具体的に説明すると、第２１タブ線４０ｂａ、第２２タブ線４０ｂｂは、第１１太陽電池セル１０ａａの裏面側のバスバー電極（図示せず）と第２１太陽電池セル１０ｂａの受光面側のバスバー電極（図示せず）とを電気的に接続する。また、他の太陽電池セル１０に対しても同様の接続がなされることによって、別のストリングが形成される。その結果、図１においては、ｘ軸方向の３つのストリングがｙ軸方向に平行に並べられる。

太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池セル１０がｘ軸方向に並んだストリングが、ｙ軸方向に複数並べられており、ｘ−ｙ平面において略矩形形状を有した板状体に形成されている。なお、太陽電池モジュール１００の端縁部には、図示しないフレームが取り付けられてもよい。フレームは、太陽電池モジュール１００の端縁部を保護するとともに、太陽電池モジュール１００を屋根等に設置する際に利用される。

図２（ａ）−（ｂ）は、太陽電池セル１０の上面図と下面図である。図２（ａ）は、太陽電池セル１０の受光面側の平面図を示す。複数のフィンガー電極２２は、平行に配置される。図２（ａ）において、１つのフィンガー電極２２は、ｙ軸方向に延びる。フィンガー電極２２は、受光により発電された電力を収集する電極である。フィンガー電極２２は、受光面上に形成される電極であるので、入射される光を遮らないように細く形成することが望ましい。また、発電した電力を効率的に集電できるよう所定の間隔で配置することが望ましい。

複数のバスバー電極２４も、太陽電池セル１０の受光面側において、平行に配置される。各バスバー電極２４は、フィンガー電極２２と交差、例えば、直交するように配置されることによって、複数のフィンガー電極２２を互いに接続する。図２（ａ）では、複数のバスバー電極２４として、ｘ軸方向に延びる第１バスバー電極２４ａと第２バスバー電極２４ｂとが示される。バスバー電極２４は、入射する光を遮らない程度に細く形成するとともに、複数のフィンガー電極２２から集電した電力を効率的に流せるよう、ある程度太くすることが望ましい。

複数のタブ線４０のそれぞれは、バスバー電極２４と電気的に導通するように受光面上に接着される。図２（ａ）では、第１タブ線４０ａが第１バスバー電極２４ａに接続され、第２タブ線４０ｂが第２バスバー電極２４ｂに接続される。さらに、各タブ線４０は、前述のごとく隣接した太陽電池セル１０（図示せず）にも接続される。このようにタブ線４０は、バスバー電極２４と同一の方向に配置される。また、タブ線４０は、細長い金属箔であり、例えば、銅箔にハンダや銀等をコーティングしたものが用いられる。

図２（ｂ）は、太陽電池セル１０の裏面側の平面図を示す。複数のフィンガー電極３２は、太陽電池セル１０の裏面側において、平行に配置される。図２（ｂ）において、１つのフィンガー電極３２は、フィンガー電極２２と同様に、ｙ軸方向に延びる。なお、裏面側は、太陽光が主に入射される面ではないので、フィンガー電極３２の本数は、フィンガー電極２２の本数よりも多くされる。このような構成によって、集電効率が高められる。なお、フィンガー電極３２の本数は、フィンガー電極２２の本数と同じでもよいし、フィンガー電極２２の本数よりも少なくてもよい。複数のバスバー電極３４は、図２（ａ）の複数のバスバー電極２４と同様であり、第３タブ線４０ｃ、第４タブ線４０ｄは、図２（ａ）の第１タブ線４０ａ、第２タブ線４０ｂと同様であるので、ここでは説明を省略する。

太陽電池セル１０における受光面側の表面上には、例えば、太陽電池セルの表面にキズ等が付くのを防止するための受光面側保護膜（図示なし）が配置される。受光面側保護膜は、太陽電池セル１０の表面を保護するために表面全体に塗布されるが、タブ線４０上には塗布されない。これは、タブ線４０の接着特性に影響を与えないためである。受光面側保護膜は、エポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂とは、高分子内に残存させたエポキシ基で架橋ネットワーク化させることで硬化させることが可能な熱硬化性樹脂の総称である。なお、エポキシ樹脂は、架橋ネットワーク化前のプレポリマーと硬化剤とを混合して熱硬化処理することによって完成されるが、プレポリマーも製品化した樹脂もエポキシ樹脂とよばれることもある。なお、受光面側保護膜は、エポキシ樹脂を含有するものに限定されず、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含有するものであってもよい。

図３は、太陽電池モジュール１００を示す断面図である。これは、図１のＡ−Ａ’方向の断面図に相当し、かつ１つの太陽電池セル１０の周辺部分を拡大した図である。太陽電池モジュール１００は、太陽電池セル１０、第１保護部材１２、第２保護部材１４、第１封止部材１６、第２封止部材１８を含む。また、第１封止部材１６には、波長変換物質２０が含有される。

太陽電池セル１０は、入射する光を吸収して光起電力を発生させる。太陽電池セル１０は、例えば、半導体基板と、当該基板上に形成された非晶質半導体層と、当該非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。半導体基板を構成する半導体の一例は、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等である。非晶質半導体層を構成する非晶質半導体の一例は、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコン等である。透明導電層は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成される。

ここでは、半導体基板にｎ型単結晶シリコン基板を使用する。さらに、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、透明導電層が順に形成され、基板の裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、透明導電層が順に形成される。あるいは、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上にｐ型非晶質シリコン層が形成され、基板の受光面側にｎ型非晶質シリコン層が形成されていてもよい。つまり、太陽電池セル１０は、光学ギャップが互いに異なる半導体同士の接合であるヘテロ接合を有する。ヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層（厚み：数ｎｍ〜数十ｎｍ）は、一般的に波長６００ｎｍ以下の光を吸収する。また、太陽電池セル１０の光電変換効率は、一般的に紫外線の波長よりも可視光線の波長において高くなる。

太陽電池セル１０における受光面側の表面上には、例えば、太陽電池セル１０の表面にキズ等が付くのを防止するための受光面側保護膜が形成されている。受光面側保護膜は、エポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂とは、高分子内に残存させたエポキシ基で架橋ネットワーク化させることで硬化させることが可能な熱硬化性樹脂の総称である。なお、エポキシ樹脂は、架橋ネットワーク化前のプレポリマーと硬化剤とを混合して熱硬化処理することによって完成されるが、プレポリマーも製品化した樹脂もエポキシ樹脂とよばれることもある。また、太陽電池セル１０における裏面側の表面上には、裏面側保護膜が形成されてもよい。裏面側保護膜は、受光面側保護膜と同様に構成されてもよい。エポキシ樹脂は、波長３７０ｎｍ以上で透過率８０％以上を有するが、それより波長が低くなると、透過率が大きく低下する。つまり、およそ波長３６０ｎｍ以下の光はエポキシ樹脂に吸収される。そのため、エポキシ樹脂は、紫外線によって劣化する。

第１保護部材１２は、太陽電池セル１０の受光面側に配置され、太陽電池セル１０を外部環境から保護するとともに、太陽電池セル１０が発電のために吸収する波長帯域の光を透過する。このような第１保護部材１２には、例えば、ガラス基板、樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材が使用される。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板の使用が好ましい。

第１封止部材１６は、太陽電池セル１０の受光面側と第１保護部材１２との間に配置され、太陽電池セル１０への水分の浸入等を防ぐとともに、太陽電池モジュール１００全体の強度を向上させる保護材である。第１封止部材１６は、充填剤層、充填剤ともよばれる。第１封止部材１６は、太陽光を十分に透過可能な透明性を有する。例えば、第１封止部材１６は、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂材料で形成される。これらのうち、オレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）の使用が好ましい。

第１封止部材１６は、波長変換物質２０を含有しており、波長変換物質２０は、図３において白色丸印で示される。波長変換物質２０は、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する物質であって、発電に対する寄与の少ない波長域の光を発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換する役割を果たす。波長変換物質２０は、例えば、３８０ｎｍより短波長の光である紫外線を吸収して、それよりも長波長（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の光に変換する。波長変換物質２０は、紫外線を吸収して可視光を発光するものが好ましいが、可視光または赤外光を吸収するものであってもよい。

波長変換物質２０は、短波長の光をそれよりも長波長の光に変換する。好ましい変換波長は、太陽電池セル１０の種類に依存する。前述のごとく、太陽電池セル１０は、ヘテロ接合層（非晶質半導体層）を有するので、波長変換物質２０は、ヘテロ接合層での透過率の低い光を吸収して波長変換することが望まれる。つまり、波長変換物質２０は、ヘテロ接合層に吸収されやすい波長の光を変換する。なお、波長変換物質２０は、長波長の光をそれよりも短波長の光に変換する所謂アップコンバージョン発光を起こすものであってもよい。

波長変換物質２０は、例えば、有機系材料によって形成される。例えば、ペリレン系色素、ベンゾトリアゾール系色素、ベンゾチアジアゾール系色素、ペリレンジエステル誘導体、ポルフィリン系色素、テリレン系色素、フタロシアニン系色素が使用される。さらに具体的に示すと、例えば、ＴＢＰｅ（２，５，８，１１−Ｔｅｔｒａ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｅｒｙｌｅｎｅ）、ＢＣｚＶＢｉ（４，４’−Ｂｉｓ（９−ｅｔｈｙｌ−３−ｃａｒｂａｚｏｖｉｎｙｌｅｎｅ）−１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）が使用される。第１封止部材１６における波長変換物質２０の濃度は、例えば０．０２〜２．０重量％、特に０．０５〜０．８重量％にされる。

前述のごとく、受光面側保護膜等に含まれたエポキシ樹脂は、紫外線によって劣化する。一方、波長変換物質２０によって、紫外線が吸収されて可視光が発光されるので、受光面側保護膜等に含まれたエポキシ樹脂が受光する紫外線の光量が減少し、紫外線によるエポキシ樹脂の劣化が抑制される。

第２封止部材１８は、太陽電池セル１０の裏面側と第２保護部材１４との間に配置される。そのため、第１封止部材１６、第２封止部材１８は、第１保護部材１２と第２保護部材１４との間に挟まれており、太陽電池セル１０は、第１封止部材１６、第２封止部材１８によって封止される。第２封止部材１８は、第１封止部材１６と同様に、樹脂材料によって形成される。第２封止部材１８に使用される樹脂材料は、第１封止部材１６に使用される樹脂材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

第２保護部材１４は、第２封止部材１８の裏面側、つまり太陽電池セル１０の裏面側に配置される。第２保護部材１４は、第１保護部材１２と同様に、太陽電池セル１０を外部環境から保護する。前述のごとく、太陽電池モジュール１００の軽量化を目的として、第２保護部材１４には、第１保護部材１２と異なって、第１保護部材より薄い樹脂フィルムが使用される。第２保護部材１４に樹脂フィルムを使用した場合、第２保護部材１４から太陽電池モジュール１００内部に水蒸気５０が浸透する。図３において、水蒸気５０は、黒色丸印で示される。浸透した水蒸気５０は、第１封止部材１６、第２封止部材１８にも含まれる。第１封止部材１６において、波長変換物質２０の近傍に水蒸気５０が存在している状態において光を受けると、波長変換物質２０が劣化しやすくなる。波長変換物質２０が劣化すると、波長変換物質２０の波長変換効率が低下し、太陽電池モジュール１００の光電変換効率が低下する。これを抑制するためには、太陽電池モジュール１００の内部への水蒸気５０の浸透を抑制することが望まれる。

そのため、第２保護部材１４に対して必要とされる水蒸気透過率を説明する。図４は、第２保護部材１４の水蒸気透過率に応じた反射率対照射時間を示す。縦軸が反射率を示し、横軸が照射時間を示す。ここでは、図４を説明する前に、反射率の定義を説明する。反射率は、図３において、（１）第１保護部材１２よりもｚ軸の正方向側から太陽電池モジュール１００に対して照射した光量に対する（２）太陽電池モジュール１００において反射してｚ軸の正方向側に戻ってくる光量の比率である。なお、太陽電池モジュール１００への照射には、紫外線が使用される。

太陽電池モジュール１００における反射は、主に次の２つに分類される。１つ目は、第１保護部材１２の表面での反射である。一般的に、第１保護部材１２の表面における紫外線の反射率は、約４％である。２つ目は、第１封止部材１６における波長変換物質２０による発光である。これをさらに詳細に説明すると、照射された紫外線は、第１封止部材１６に進入すると、第１封止部材１６に含まれた波長変換物質２０に吸収される。波長変換物質２０は、波長変換によって発光する。発光した光は、太陽電池セル１０の受光面側の方に向かったり、太陽電池セル１０に受光面に沿った方に向かったり、第１保護部材１２を透過して太陽電池モジュール１００の外部に向かったりする。

最後の成分が、反射成分とされるが、これによる反射率は、波長変換物質２０の特性に依存して変化し、約４％から１６％である。この成分の比率が大きくなることは、波長変換物質２０に吸収される紫外線の光量が大きくなることに相当する。波長変換物質２０に吸収される紫外線の光量が大きくなれば、発光する光の光量も大きくなるので、光電変換効率が向上する。つまり、図４において、照射時間が長くなっても、反射率が低くなっていなければ、波長変換物質２０の劣化が少ないといえる。この場合、第２保護部材１４によって水蒸気の浸透が十分に抑制されている。なお、反射率は、最大で約２０％になるが、波長変換物質２０による波長変換がなされなくなると反射率は約８％まで減少する。

また、反射率は、水蒸気透過率の異なる複数の第２保護部材１４を用いた太陽電池モジュール１００において、特定の測定ポイントにおいて測定される。特定の測定ポイントは、光の照射時間を増加させた際に反射率の変化が現れやすい場所を設定する。

第１サンプル２０２は、水蒸気透過率が１〜１０ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にあるである第２保護部材１４を使用した場合を示す。また、第２サンプル２０６は、水蒸気透過率が０．１〜１ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にあるである第２保護部材１４を使用した場合を示す。さらに、第３サンプル２１０は、水蒸気透過率が０．０１〜０．１ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にあるである第２保護部材１４を使用した場合を示す。第１サンプル２０２、第２サンプル２０６、第３サンプル２１０の水蒸気透過率は、日本工業規格（ＪＩＳ）の規格番号Ｋ７１２６に定められた測定温度４０℃、測定湿度９０％の条件で測定されている。

また、第１サンプル２０２は黒色四角形印で示され、第２サンプル２０６はバツ印で示され、第３サンプル２１０は黒色丸印で示される。第２サンプル２０６と第３サンプル２１０の反射率は、照射時間が５０００時間になっても、ほぼ一致する。しかしながら、第１サンプル２０２の反射率は、照射時間が５０００時間になると、第２サンプル２０６の反射率から大きく低下する。

これらより、第２保護部材１４の水蒸気透過率が１〜１０ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にある場合では、第２保護部材１４による水蒸気５０の浸透が多すぎて、水蒸気５０による波長変換物質２０の劣化の影響が大きいといえる。一方、第２保護部材１４の水蒸気透過率が０．１〜１ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にある場合であっても、０．０１〜０．１ｇ／ｍ^２／ｄａｙの範囲にある場合であっても、水蒸気５０による波長変換物質２０の劣化の影響が小さい。そのため、第２保護部材１４の水蒸気透過率を０．０１ｇ／ｍ^２／ｄａｙまで低下させなくてもよい。これらより、第２保護部材１４の水蒸気透過率は、１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下である。

第２保護部材１４の水蒸気透過率には、このような制限が必要とされる。そのため、第２保護部材１４には、バリア性の高い樹脂が使用される。例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールを原料としたポバール樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、メタキシレンダイアミンである。

第１封止部材１６および第２封止部材１８にＥＶＡが使用されている場合に、第２保護部材１４から水分が浸透すると、ＥＶＡと水分によって、酢酸が発生する。さらに、前述のごとく、第２保護部材１４の水蒸気透過率が１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下である場合、発生した酢酸が第２保護部材１４から外部に抜けにくくなる。酢酸が第２保護部材１４に存在することによって、太陽電池セル１０が劣化する。このような状況の発生を防止するために、第２封止部材１８は、非ＥＶＡの樹脂材料によって形成される。非ＥＶＡの樹脂材料は、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのポリオレフィン、ＰＶＢ、シリコン樹脂、ポリイミド、ＰＥＴ等である。

これまで説明した太陽電池モジュール１００の製造方法を説明する。太陽電池モジュール１００は、タブ線４０により接続された太陽電池セル１０のストリングを、第１保護部材１２、第２保護部材１４、第１封止部材１６、第２封止部材１８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される。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封止部材１６を構成する樹脂シート、太陽電池セル１０のストリング、第２封止部材１８を構成する樹脂シート、第２保護部材１４が順に積層される。第１封止部材１６を構成する樹脂シートには、波長変換物質２０が含有されている。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、樹脂シートの樹脂成分を架橋させる。さらに、フレームが取り付けられることによって、太陽電池モジュール１００が得られる。

本発明の実施例によれば、第２保護部材の水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするので、太陽電池モジュール内部への水蒸気の浸透を抑制できる。また、第２保護部材に樹脂シートを使用するので、太陽電池モジュールを軽量化できる。また、第２保護部材の水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするので、有機系材料によって形成される波長変換物質が第１封止部材に含有される場合でも、酸素による波長変換物質の劣化を抑制できる。また、波長変換物質の劣化が抑制されるので、光電変換効率の劣化を抑制できる。また、第２保護部材は、水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料であるので、構成を簡易にできる。

また、第２封止部材を非ＥＶＡの樹脂材料によって形成するので、第２封止部材に水分が進入した場合でも、酢酸の発生を抑制できる。また、酢酸の発生が抑制されるので、太陽電池セルの劣化を抑制できる。また、太陽電池セルの劣化が抑制されるので、太陽電池モジュールの耐久性を向上できる。また、第１封止部材に波長変換物質が含まれるので、エポキシ樹脂、ＰＥＴが太陽電池モジュールに含まれる場合であっても、紫外線による劣化を抑制できる。

本実施例の概要は、次の通りである。本発明のある態様の太陽電池モジュール１００は、太陽電池セル１０と、太陽電池セル１０の受光面側に配置される第１保護部材１２と、太陽電池セル１０の裏面側に配置される第２保護部材１４と、太陽電池セル１０と第１保護部材１２の間に配置される第１封止部材１６と、太陽電池セル１０と第２保護部材１４の間に配置される第２封止部材１８とを備える。第１封止部材１６は、特定波長の光を吸収して波長を変換する波長変換物質２０であって、かつ有機系材料によって形成される波長変換物質２０を含有する。第２保護部材１４の水蒸気透過率は、１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下である。

第１保護部材１２は、ガラス基板であり、第２保護部材１４は、第１保護部材１２より薄い樹脂フィルムであってもよい。

第１封止部材１６および第２封止部材１８は、非エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）の樹脂材料によって形成されてもよい。

太陽電池セル１０の受光面側に、エポキシ樹脂を含有する部材、または、ポリエチレンテレフタレートを含有する部材が配置されていてもよい。

第２保護部材１４は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールを原料としたポバール樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、メタキシレンダイアミン、のいずれかを含んでもよい。

第２保護部材１４は、水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料でもよい。

（実施例２）
次に、実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、複数の太陽電池セルと、有機系材料の波長変換物質とを備えるとともに、１枚の保護部材として樹脂シートを使用する太陽電池モジュールに関する。実施例２においても、太陽電池モジュールの光電変換効率を維持するために、水蒸気透過率が１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下となる保護部材を使用する。実施例１では、保護部材全体として水蒸気透過率が１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にされている。一方、実施例２では、保護部材が樹脂層とバリア層とによって構成されており、バリア層によって水蒸気透過率が１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にされている。実施例２に係る太陽電池モジュールは、図１乃至図３と同様のタイプである。ここでは、差異を中心に説明する。

図５（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例２に係る第２保護部材１４の構成を示す断面図である。これらは、図３における第２保護部材１４の部分を拡大した断面図である。第２保護部材１４は、樹脂層６０、バリア層６２を含み、第２保護部材１４には接着層６４が接続される。

樹脂層６０は、第２保護部材１４のうち、ｚ軸の最も負方向側に配置される。これは、太陽電池モジュール１００の最も裏面側に樹脂層６０が配置されていることに相当する。樹脂層６０は、例えば、ＰＥＴで形成される。なお、ＰＥＴも、紫外線によって劣化する。一方、波長変換物質２０によって、紫外線が吸収されて可視光が発光されるので、樹脂層６０に含まれたＰＥＴが受光する紫外線の光量が減少し、紫外線による樹脂層６０の劣化が抑制される。

バリア層６２は、樹脂層６０のｚ軸の正方向側に積層される。バリア層６２は、水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料によって形成される。バリア材料には、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、Ａｌが使用される。接着層６４は、バリア層６２のｚ軸の正方向側に積層される。接着層６４は、バリア層６２と第２封止部材１８とを接続するために使用される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）と比較して、樹脂層６０とバリア層６２の配置が異なる。バリア層６２は、第２保護部材１４のうち、ｚ軸の最も負方向側に配置される。これは、太陽電池セル１０の最も裏面側にバリア層６２が配置されていることに相当する。樹脂層６０は、バリア層６２のｚ軸の正方向側に積層される。接着層６４は、樹脂層６０のｚ軸の正方向側に積層される。接着層６４は、樹脂層６０と第２封止部材１８とを接続するために使用される。

本発明の実施例によれば、水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料によって形成されるバリア層を樹脂層に積層するので、このような水蒸気透過率を有さない樹脂層を使用できる。また、最外層を樹脂層あるいはバリア層にするので、構成の自由度を向上できる。

本実施例の概要は、次の通りである。第２保護部材１４は、樹脂層６０と、樹脂層６０に積層されかつ水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料によって形成されるバリア層６２と、を備えてもよい。

バリア材料は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、Ａｌのいずれかを含んでもよい。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施例１、２において、ＰＥＴは、第２保護部材１４、第１封止部材１６、第２封止部材１８に含まれる場合がある。しかしながらこれに限らず例えば、ＰＥＴは、隣接した太陽電池セル１０の間に含まれたり、太陽電池セル１０の受光面側保護膜に含まれたりしてもよい。前述のごとく、第１封止部材１６、第２封止部材１８は、太陽電池セル１０を封止しており、その製造工程において、第１封止部材１６、第２封止部材１８に含まれたＰＥＴ等の樹脂が、隣接した太陽電池セル１０の間に流れ込む。その結果、第１封止部材１６、第２封止部材１８に含まれたＰＥＴ等の樹脂は、隣接した太陽電池セル１０の間に含まれる。本変形例によれば、このような部分にＰＥＴが含まれる場合であっても、第１封止部材１６に含有された波長変換物質２０によって、紫外線による劣化を抑制できる。

本実施例１、２では、太陽電池セル１０の裏面側にフィンガー電極３２、バスバー電極３４が配置されている。しかしながらこれに限らず例えば、太陽電池セル１０の裏面全体を電極とする構成としてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

１０太陽電池セル、１２第１保護部材、１４第２保護部材、１６第１封止部材、１８第２封止部材、２０波長変換物質、２２フィンガー電極、２４バスバー電極、３２フィンガー電極、３４バスバー電極、４０タブ線、５０水蒸気、１００太陽電池モジュール。

Claims

太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの受光面側に配置される第１保護部材と、
前記太陽電池セルの裏面側に配置される第２保護部材と、
前記太陽電池セルと前記第１保護部材の間に配置される第１封止部材と、
前記太陽電池セルと前記第２保護部材の間に配置される第２封止部材とを備え、
前記第１封止部材は、特定波長の光を吸収して波長を変換する波長変換物質であって、かつ有機系材料によって形成される波長変換物質を含有し、
前記第２保護部材の水蒸気透過率は、１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第１保護部材は、ガラス基板であり、
前記第２保護部材は、前記第１保護部材より薄い樹脂フィルムである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第１封止部材および前記第２封止部材は、非エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）の樹脂材料によって形成され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。
前記太陽電池セルの受光面側に、エポキシ樹脂を含有する部材、または、ポリエチレンテレフタレートを含有する部材が配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池モジュール。
前記第２保護部材は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールを原料としたポバール樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、メタキシレンダイアミン、のいずれかを含む請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第２保護部材は、水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第２保護部材は、
樹脂層と、
前記樹脂層に積層され、かつ水蒸気透過率を１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下にするためのバリア材料によって形成されるバリア層と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記バリア材料は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、Ａｌのいずれかを含む、請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。