JPWO2018110582A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
太陽電池モジュール（１００）は、表面基板（１０）と、表面基板（１０）の下に配置され、光電変換部（２０）を封止する封止層（３０）と、封止層（３０）の下に配置された低熱伸縮層（４０）と、低熱伸縮層（４０）の下に配置された裏面基板（５０）と、を備える。さらに、太陽電池モジュール（１００）は、低熱伸縮層（４０）と裏面基板（５０）との間に配置された応力緩和樹脂層（６０）と、を備え、低熱伸縮層（４０）の線膨張率は、裏面基板（５０）の線膨張率よりも小さく、応力緩和樹脂層（６０）の引張弾性率は、低熱伸縮層（４０）及び裏面基板（５０）の引張弾性率よりも小さい。
Description
本発明は、太陽電池モジュールに関する。詳細には、本発明は、熱伸縮により光電変換部が破損しにくい太陽電池モジュールに関する。
近年、環境保護の観点から、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目されており、様々な形態の太陽電池モジュールが提案されている。
例えば、特許文献１では、フロントシートと、表面側充填剤層と、光起電力素子としての太陽電池素子と、裏面側充填剤層と、バックシートとがこの順に積層されている太陽電池モジュールが提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載されたフロントシート、表面側充填剤層、裏面側充填剤層及びバックシートは、主に樹脂材料により形成されている。そのため、太陽光の照射熱などにより、これらの樹脂材料が熱伸縮した場合、太陽電池素子や太陽電池素子同士を接続する接続部材にこれらの熱応力が加わり、太陽電池素子の破損や接続タブの切断が生じてしまうおそれがあった。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、熱伸縮による光電変換部の破損を抑制する太陽電池モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る太陽電池モジュールは、表面基板と、表面基板の下に配置され、光電変換部を封止する封止層と、封止層の下に配置された低熱伸縮層と、低熱伸縮層の下に配置された裏面基板と、を備える。さらに、太陽電池モジュールは、低熱伸縮層と裏面基板との間に配置された応力緩和樹脂層を備える。そして、低熱伸縮層の線膨張率は、裏面基板の線膨張率よりも小さく、応力緩和樹脂層の引張弾性率は、低熱伸縮層及び裏面基板の引張弾性率よりも小さい。
以下、図面を用いて本実施形態に係る太陽電池モジュールについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、図面は、便宜上、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直角座標系を規定して説明しており、それぞれ矢印の方向を正の方向とする。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の一例を示した断面図を示している。本実施形態において、太陽電池モジュール１００は、表面基板１０と、表面基板１０の下に配置され、光電変換部２０を封止する封止層３０と、封止層３０の下に配置された低熱伸縮層４０と、低熱伸縮層４０の下に配置された裏面基板５０と、を備える。
また、本実施形態においては、低熱伸縮層４０の線膨張率は、裏面基板５０の線膨張率よりも小さい。ここで、以下の式（１）に示すように、熱応力は線膨張率に比例して大きくなる。
［数１］
σ＝ＥαΔＴ （１）
上記式（１）中、σは熱応力（Ｐａ）、Ｅは引張弾性率（ヤング率）（Ｐａ）、αは線膨張率（Ｋ−１）、ΔＴは変化した温度差（Ｋ）を示す。
σ＝ＥαΔＴ （１）
上記式（１）中、σは熱応力（Ｐａ）、Ｅは引張弾性率（ヤング率）（Ｐａ）、αは線膨張率（Ｋ−１）、ΔＴは変化した温度差（Ｋ）を示す。
そのため、裏面基板５０に温度差が生じた場合であっても、低熱伸縮層４０の熱伸縮が小さいため、裏面基板５０の熱伸縮を少なくし、封止層３０を介して伝わる裏面基板５０の熱応力を小さくすることができる。
ただ、裏面基板５０は、太陽電池モジュール１００の剛性を保つ必要があるため、引張弾性率が大きくなる傾向にあり、それに伴って裏面基板５０の熱応力が大きくなる傾向にある。そうすると、低熱伸縮層４０が裏面基板５０の熱伸縮に引きずられて熱伸縮してしまい、裏面基板５０の熱応力を低熱伸縮層４０で十分に緩和できないおそれがある。
そのため、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０と裏面基板５０との間に配置された応力緩和樹脂層６０をさらに備える。そして、応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、低熱伸縮層４０及び裏面基板５０の引張弾性率よりも小さい。このような応力緩和樹脂層６０により、応力緩和樹脂層６０は裏面基板５０の熱応力を緩和するクッション材の役割を果たし、裏面基板５０の熱伸縮の影響を低熱伸縮層４０に伝えるのを抑制することができる。そのため、光電変換部２０の破損を抑制することができる。以下において、これらの構成要素の説明を行う。
＜表面基板１０＞
表面基板１０は太陽電池モジュール１００の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。本実施形態においては、便宜上、表面基板１０を受光面側と呼び、裏面基板５０を受光面と反対側と呼ぶこともあるが、用途に応じて表面基板１０及び裏面基板５０の外層に他の層を設けることもできる。表面基板１０の形状は、太陽電池モジュール１００の表面を保護する役割を果たす限り、特に限定されず、用途に応じて円形、楕円形、矩形などの多角形とすることができる。また、例えば図１の実施形態では、断面形状が矩形の表面基板１０が示されているが、太陽電池モジュール１００の各層の積層方向に湾曲していてもよい。
表面基板１０は太陽電池モジュール１００の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。本実施形態においては、便宜上、表面基板１０を受光面側と呼び、裏面基板５０を受光面と反対側と呼ぶこともあるが、用途に応じて表面基板１０及び裏面基板５０の外層に他の層を設けることもできる。表面基板１０の形状は、太陽電池モジュール１００の表面を保護する役割を果たす限り、特に限定されず、用途に応じて円形、楕円形、矩形などの多角形とすることができる。また、例えば図１の実施形態では、断面形状が矩形の表面基板１０が示されているが、太陽電池モジュール１００の各層の積層方向に湾曲していてもよい。
表面基板１０を形成する材料は特に限定されず、例えば、ガラス、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。これらの中でも、表面基板１０はガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることがより好ましい。ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）は、耐衝撃性および透光性に優れるため、太陽電池モジュール１００の表面を保護するのに好ましい。なお、軽量化の観点からは、表面基板１０はポリカーボネート（ＰＣ）を用いることがさらに好ましい。
表面基板１０の厚みは、太陽電池モジュール１００の表面を保護する役割を果たす限り特に限定されないが、０．１ｍｍ〜１５ｍｍとすることが好ましく、０．５ｍｍ〜１０ｍｍとすることがより好ましい。このような範囲とすることによって、太陽電池モジュール１００を適切に保護し、光を光電変換部２０に効率よく到達させることができる。
表面基板１０の引張弾性率は特に限定されないが、１．０ＧＰａ以上１０．０ＧＰａ以下であることが好ましく、２．３ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下であることがより好ましい。表面基板１０の引張弾性率をこのような範囲とすることにより、太陽電池モジュール１００の表面を外部の衝撃から適切に保護することができる。引張弾性率は、例えば、次の式（２）のように、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１６１−１（プラスチック−引張特性の求め方−第１部：通則）に従って、試験温度２５℃、試験速度１００ｍｍ／分で測定することができる。
［数２］
Ｅｔ＝（σ２−σ１）／（ε２−ε１） （２）
上記式（２）において、Ｅｔは引張弾性率（Ｐａ）、σ１はひずみε１＝０．０００５における応力（Ｐａ）、σ２はひずみε２＝０．００２５における応力（Ｐａ）を示す。
Ｅｔ＝（σ２−σ１）／（ε２−ε１） （２）
上記式（２）において、Ｅｔは引張弾性率（Ｐａ）、σ１はひずみε１＝０．０００５における応力（Ｐａ）、σ２はひずみε２＝０．００２５における応力（Ｐａ）を示す。
表面基板１０の全光線透過率は特に限定されないが、８０％〜１００％であることが好ましく、８５％〜９５％であることがより好ましい。表面基板１０の全光線透過率をこのような範囲とすることにより、光を効率よく光電変換部２０へ到達させることができる。全光線透過率は、例えばＪＩＳ Ｋ７３６１−１（プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法−第１部：シングルビーム法）などの方法により測定することができる。
＜光電変換部２０＞
光電変換部２０は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであれば特に限定されない。そのため、本実施形態において、光電変換部２０は、太陽電池セル２２とすることもできるし、太陽電池セルストリング２８とすることもできる。また、太陽電池セルストリング２８と接続配線２６との組合せを光電変換部２０とすることもできる。
光電変換部２０は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであれば特に限定されない。そのため、本実施形態において、光電変換部２０は、太陽電池セル２２とすることもできるし、太陽電池セルストリング２８とすることもできる。また、太陽電池セルストリング２８と接続配線２６との組合せを光電変換部２０とすることもできる。
太陽電池セル２２としては、例えば、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などが挙げられる。シリコン系太陽電池としては、単結晶シリコン系太陽電池、多結晶シリコン系太陽電池、微結晶シリコン系太陽電池、アモルファスシリコン系太陽電池などが挙げられる。化合物系太陽電池としては、ＧａＡｓ系太陽電池、ＣＩＳ系太陽電池、ＳＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池などが挙げられる。有機系太陽電池としては、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などが挙げられる。また、太陽電池セル２２として、ヘテロ接合型太陽電池や多接合型太陽電池を用いることもできる。
太陽電池セル２２の形状は、特に限定されないが、表面部、裏面部及び側面部を有する平板状とすることができる。ここで、表面部とは、例えば、表面基板１０と対向する受光面側の面とすることができる。また、裏面部とは、例えば、裏面基板５０と対向する受光面と反対側の面とすることができる。また、側面部とは、表面と裏面とで挟まれ、側部を形成する面とすることができる。具体的な形状の例としては、太陽電池セル２２を矩形状の平板とすることが挙げられるが、特に限定されない。
隣接した太陽電池セル２２は接続部材２４で互いに電気的に接続することができ、太陽電池セルストリング２８を形成することができる。図１及び図２では、太陽電池セルストリング２８は、隣接した太陽電池セル２２のうち、一方の受光面側のバスバー電極と、受光面と反対側のバスバー電極とを、接続部材２４により電気的に接続することにより形成されている。また、接続配線２６は、隣接した２つの太陽電池セルストリング２８を電気的に接続することができる。
図２の実施形態では、一例として、ｙ軸方向に並んで配置される５つの太陽電池セル２２が、接続部材２４によって直列に接続され、１つの太陽電池セルストリング２８が形成されることを示している。また、図２の実施形態では、一例として、ｘ軸方向に平行に並んで配置される４つの太陽電池セルストリング２８が、接続配線２６によって電気的に接続されることを示している。なお、図２では一例を示したが、太陽電池セル２２の数や配置などは限定されない。
接続部材２４は、太陽電池セル２２を互いに電気的に接続するものであれば、形状や材料は特に限定されないが、例えば、細長い金属箔により形成されたタブ配線とすることができる。接続部材２４を形成する材料としては、例えば、銅などを用いることができる。また、接続部材２４は、ハンダや銀などをコーティングして用いることもできる。
接続部材２４とバスバー電極との接続には樹脂を使用することができる。この樹脂は導電性、非導電性いずれでもよい。非導電性樹脂の場合はタブ配線とバスバー電極とが直接接続されることで電気的に接続される。また、接続部材２４とバスバー電極との接続には、樹脂ではなくハンダを用いてもよい。
なお、図面では省略しているが、各太陽電池セル２２の受光面側及び受光面と反対側の面には、互いに平行にｘ軸方向に延びる複数のフィンガー電極を備えることができる。ｙ軸方向に延びるバスバー電極は、複数のフィンガー電極と直交して接続することができる。
＜封止層３０＞
封止層３０は、表面基板１０の下に配置され、光電変換部２０を封止する。このような構成を有することにより、外部の衝撃などから光電変換部２０を保護することができる。封止層３０は、表面基板１０との間に他の部材を設けず、表面基板１０と直接接触させてもよく、封止層３０と表面基板１０との間に、接着層や機能層など他の層を設けてもよい。封止層３０の形状は、表面基板１０と同様に、特に限定されず、用途に応じて円形、楕円形、矩形などの多角形とすることができる。また、表面基板１０と同様に、封止層３０の断面形状は矩形であっても、太陽電池モジュール１００の各層の積層方向（ｚ軸方向）に湾曲していてもよい。
封止層３０は、表面基板１０の下に配置され、光電変換部２０を封止する。このような構成を有することにより、外部の衝撃などから光電変換部２０を保護することができる。封止層３０は、表面基板１０との間に他の部材を設けず、表面基板１０と直接接触させてもよく、封止層３０と表面基板１０との間に、接着層や機能層など他の層を設けてもよい。封止層３０の形状は、表面基板１０と同様に、特に限定されず、用途に応じて円形、楕円形、矩形などの多角形とすることができる。また、表面基板１０と同様に、封止層３０の断面形状は矩形であっても、太陽電池モジュール１００の各層の積層方向（ｚ軸方向）に湾曲していてもよい。
封止層３０を形成する材料は特に限定されず、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ポリイミド（ＰＩ）などの熱可塑性樹脂、エポキシ、ウレタン及びポリイミドなどの熱硬化性樹脂、シリコーンゲル、アクリルゲル及びウレタンゲルなどのゲルからなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。これらの樹脂は変性樹脂を用いることもでき、それぞれの組合せとして用いることもできる。なかでも、光電変換部２０の保護の観点から、封止層３０はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）又はポリオレフィン（ＰＯ）を含有することが好ましい。
封止層３０の引張弾性率は特に限定されないが、表面基板１０の引張弾性率よりも小さいことが好ましい。具体的には、封止層３０の引張弾性率は０．００５ＧＰａ以上１．０ＧＰａ未満であることが好ましく、０．０１ＧＰａ以上０．５ＧＰａ未満であることがより好ましい。封止層３０の引張弾性率の下限をこのような値とすることによって、光電変換部２０の位置ずれを抑制することができる。また、封止層３０の引張弾性率の上限をこのような値とすることによって、封止層３０の熱伸縮による光電変換部２０や接続部材２４の破損を抑制することができる。引張弾性率は、表面基板１０と同様に、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１６１−１などにより、測定することができる。
封止層３０の厚みは、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。封止層３０の厚みをこのような範囲とすることによって、封止層３０が光電変換部２０を適切に保護し、光を光電変換部２０に効率よく到達させることができる。
封止層３０の全光線透過率は特に限定されないが、６０％〜１００％であることが好ましく、７０％〜９５％であることがより好ましい。また、封止層３０の全光線透過率は８０％〜９５％であることがさらに好ましい。封止層３０の全光線透過率をこの範囲とすることにより、光を効率よく光電変換部２０へ到達させることができる。全光線透過率は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１などの方法により測定することができる。
なお、封止層３０は２種以上の異なる材料により形成されていてもよく、例えば光電変換部２０を基準として受光面側の封止層と受光面と反対側の封止層とにより形成されていてもよい。この場合、受光面側の封止層の引張弾性率は受光面と反対側の封止層の引張弾性率よりも小さいことが好ましい。このような封止層を用いることで、ヒョウなどの外部衝撃を受光面側の封止層で吸収しつつ、光電変換部２０を受光面と反対側の封止層で強固に固定することができる。
＜低熱伸縮層４０＞
低熱伸縮層４０は、封止層３０の下に配置される。低熱伸縮層４０の線膨張率は、裏面基板５０の線膨張率よりも小さい。本実施形態の太陽電池モジュール１００は、このような低熱伸縮層４０を備えることによって、封止層３０を含む太陽電池モジュール１００の熱伸縮を抑え、熱応力による光電変換部２０の破損を抑制することができる。なお、線膨張率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２（プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法）に従って測定することができる。なお、低熱伸縮層４０の線膨張率は、封止層３０及び裏面基板５０の線膨張率よりも小さいことが好ましい。
低熱伸縮層４０は、封止層３０の下に配置される。低熱伸縮層４０の線膨張率は、裏面基板５０の線膨張率よりも小さい。本実施形態の太陽電池モジュール１００は、このような低熱伸縮層４０を備えることによって、封止層３０を含む太陽電池モジュール１００の熱伸縮を抑え、熱応力による光電変換部２０の破損を抑制することができる。なお、線膨張率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２（プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法）に従って測定することができる。なお、低熱伸縮層４０の線膨張率は、封止層３０及び裏面基板５０の線膨張率よりも小さいことが好ましい。
低熱伸縮層４０の線膨張率は、２０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。低熱伸縮層４０の線膨張率をこのような範囲とすることにより、熱応力による光電変換部２０の破損を効果的に抑制することができる。なお、低熱伸縮層４０の線膨張率は、０Ｋ−１超１０×１０−６Ｋ−１以下であることがより好ましく、０Ｋ−１超７×１０−６Ｋ−１以下であることがさらに好ましい。
光電変換部２０は、隣接した太陽電池セル２２が接続部材２４で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリング２８であることが好ましい。そして、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、隣接した太陽電池セル２２の接続方向における低熱伸縮層４０の線膨張率は２０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。これにより、低熱伸縮層４０が異方性であり、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、太陽電池セル２２の接続方向と低熱伸縮層４０の低熱伸縮の方向が異なっていた場合であっても、熱応力による光電変換部２０の破損を抑制することができる。なお、低熱伸縮層４０が異方性の場合とは、例えば低熱伸縮層４０が一方向に配列された繊維に樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックである場合などが挙げられる。
低熱伸縮層４０は、封止層３０との間に他の部材を設けず、封止層３０と直接接触させてもよく、封止層３０と低熱伸縮層４０との間に、接着層や機能層など他の層を設けてもよい。低熱伸縮層４０の形状は、表面基板１０と同様に、特に限定されず、用途に応じて円形、楕円形、矩形などの多角形とすることができる。また、低熱伸縮層４０と同様に、低熱伸縮層４０の断面形状は矩形であっても、太陽電池モジュール１００の各層の積層方向（ｚ軸方向）に湾曲していてもよい。
低熱伸縮層４０を形成する材料は特に限定されないが、例えば、比較的線膨張率が小さい炭素材料、セルロース、ガラス及びセラミックなどを含む材料であることが好ましい。炭素材料を含む材料としては、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、炭素系フィラー含有樹脂などが挙げられる。セルロースを含む材料としては、例えば紙、セルロースナノファイバ（ＣＮＦ）含有樹脂などが挙げられる。ガラスを含む材料としては、例えばガラス板、ガラス繊維含有樹脂などが挙げられる。セラミックを含む材料としては、例えばセラミックシートなどが挙げられる。これらのなかでも、線膨張率と強度の観点より、低熱伸縮層４０は、炭素繊維強化プラスチック、ガラス、セルロースナノファイバからなる群より選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。また、線膨張率及び強度の観点より、低熱伸縮層４０は、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維含有樹脂及びセルロースナノファイバからなる群より選択される少なくとも１つを含むことがより好ましい。
低熱伸縮層４０の引張弾性率は特に限定されないが、表面基板１０の引張弾性率よりも大きいことが好ましい。具体的には、低熱伸縮層４０の引張弾性率は２０ＧＰａ〜２５０ＧＰａであることが好ましく、４０ＧＰａ〜１４０ＧＰａであることがより好ましい。低熱伸縮層４０の引張弾性率をこのような範囲とすることにより、低熱伸縮層４０が封止層３０などから剥離するのを抑制し、かつ、封止層３０に伝わる裏面基板５０の熱応力をより小さくすることができる。引張弾性率は、表面基板１０と同様に、例えばＪＩＳ Ｋ７１６１−１などの規定に従い測定することができる。
低熱伸縮層４０の厚みは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。低熱伸縮層４０の厚みをこのような範囲とすることによって、コストの上昇を抑えつつ封止層３０に伝わる裏面基板５０の熱応力を小さくすることができる。
図３及び図４に示すように、低熱伸縮層４０は、封止層３０から応力緩和樹脂層６０に向かって貫通して形成されたスリット３２を有していてもよい。図３及び図４の実施形態では、隣接した太陽電池セル２２の接続方向（ｙ軸方向）に伸張するスリット３２が互いに略平行に複数配置されている。そのため、低熱伸縮層４０の柔軟性が低い場合であったとしても、例えばｘ軸方向又はｙ軸方向などのような一軸方向だけでなく、ｘ軸−ｙ軸平面で自由自在に裏面基板５０を湾曲させることが容易になる。したがって、太陽電池モジュール１００の設置の自由度を向上させることができる。なお、スリット３２の数や配置は特に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。
図５及び図６の実施形態に示すように、封止層３０の少なくとも一部が、応力緩和樹脂層６０と接着するように配置されていてもよい。一般的に、封止層３０は低熱伸縮層４０と比較して柔軟性が高いことから、封止層３０の少なくとも一部を応力緩和樹脂層６０と接着させることにより、太陽電池モジュール１００全体の柔軟性をより向上させることができる。そのため、例えばｘ軸方向又はｙ軸方向などのような一軸方向だけでなく、ｘ軸−ｙ軸平面で自由自在に裏面基板５０を湾曲させることが容易になる。なお、封止層３０の少なくとも一部が応力緩和樹脂層６０と接着する態様は特に限定されず、封止層３０が応力緩和樹脂層６０と直接接していてもよく、封止層３０が接着層などのような層を介して応力緩和樹脂層６０と間接的に接していてもよい。
なお、封止層３０の少なくとも一部が、応力緩和樹脂層６０と接着するように配置されている場合、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、裏面基板５０全体の面積に対する低熱伸縮層４０の面積の割合は４０％以上９０％以下であることが好ましい。裏面基板５０全体の面積に対する低熱伸縮層４０の面積の割合（低熱伸縮層４０の面積率）を４０％以上とすることにより、熱応力による光電変換部２０の破損を抑制することができる。また、低熱伸縮層４０の面積率を９０％以下とすることにより、ｘ軸−ｙ軸平面で裏面基板５０をより容易に湾曲させることができる。また、低熱伸縮層４０の面積率を９０％以下とすることにより、比較的高価な低熱伸縮層４０の使用量を減らして太陽電池モジュール１００の製造コストを低下させることもできる。なお、低熱伸縮層４０の面積率は５０％以上８０％以下であることがより好ましく、６５％以上７５％以下であることがさらに好ましい。
図５及び図６の実施形態に示すように、光電変換部２０は、隣接した太陽電池セル２２が接続部材２４で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリング２８とすることができる。そして、封止層３０の少なくとも一部が、応力緩和樹脂層６０と接着するように配置されている場合、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、低熱伸縮層４０が隣接した太陽電池セル２２の間を跨って覆うように配置されていることが好ましい。このように、低熱伸縮層４０が太陽電池セル２２間に跨って配置されることにより、熱伸縮による太陽電池セル２２の移動を抑制することができる。したがって、熱伸縮による接続部材２４の切断を抑制することができる。
光電変換部２０は、隣接した太陽電池セル２２が接続部材２４で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリング２８であることが好ましい。そして、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、低熱伸縮層４０が接続部材２４の全体を覆うよう配置されていることが好ましい。すなわち、低熱伸縮層４０と裏面基板５０の積層方向から見て、太陽電池セル２２の接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）における低熱伸縮層４０の長さが、裏面基板５０の長さより短いことが好ましい（図１３参照）。このような配置とすることにより、低熱伸縮層４０の面積率が同じ場合であっても、熱伸縮による太陽電池セル２２の移動をより抑制することができ、熱伸縮による接続部材２４の切断を抑制することができる。
＜裏面基板５０＞
裏面基板５０は低熱伸縮層４０の下に配置される。裏面基板５０は、太陽電池モジュール１００の受光面と反対側の面を保護することができる。
裏面基板５０は低熱伸縮層４０の下に配置される。裏面基板５０は、太陽電池モジュール１００の受光面と反対側の面を保護することができる。
裏面基板５０を形成する材料は特に限定されず、例えば、ガラスなどの無機材料、アルミニウムなどの金属、ポリイミド（ＰＩ）、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチック及び繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）としては、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）、セルロース繊維強化プラスチックなどが挙げられる。ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）としては、ガラスエポキシなどが挙げられる。なお、裏面基板５０は、ガラス繊維強化プラスチックにより形成されていることが好ましい。ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）はたわみが生じにくく、軽量であるためである。
また、裏面基板５０は、ハニカム構造体、発泡体及び多孔質体からなる群より選択される少なくとも１つであることがより好ましい。このような構造体は、剛性を維持しつつ、太陽電池モジュール１００を軽量化することができる。ハニカム構造体、発泡体及び多孔質体を形成する材料は特に限定されず、上述のような材料を用いることができる。なお、剛性及び軽量化の観点より、ハニカム構造体は、アルミニウム、セルロースを含む材料により形成されていることが好ましい。また、発泡体及び多孔質体の少なくともいずれか一方は、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテルなどの樹脂材料により形成されていることが好ましい。
裏面基板５０の線膨張率は、低熱伸縮層４０の線膨張率よりも大きければ特に限定されないが、１０×１０−６Ｋ−１超７０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。裏面基板５０の線膨張率をこのような範囲とすることにより、温度差が生じた場合の裏面基板５０の熱応力を低減することができる。なお、裏面基板５０の線膨張率は、１０×１０−６Ｋ−１超５０×１０−６Ｋ−１以下であることがより好ましく、１０×１０−６Ｋ−１超３０×１０−６Ｋ−１以下であることがさらに好ましい。
裏面基板５０の引張弾性率は、特に限定されないが、封止層３０及び後述する応力緩和樹脂層６０の引張弾性率よりも大きいことが好ましい。裏面基板５０の引張弾性率をこのようにすることで、太陽電池モジュール１００がたわむのを抑制することができる。具体的には、裏面基板５０の引張弾性率は、１．０ＧＰａ以上５０．０ＧＰａ以下であることが好ましく、２０ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下であることがより好ましい。引張弾性率は、表面基板１０と同様に、例えばＪＩＳ Ｋ７１６１−１などの規定に従い測定することができる。
裏面基板５０の厚みは、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることがより好ましい。裏面基板５０の厚みをこのような範囲とすることによって、裏面基板５０のたわみを抑制し、太陽電池モジュール１００をより軽量化することができる。
裏面基板５０は曲面を形成していてもよい。接地面の形状が曲面を有する形状であっても、裏面基板５０が曲面を形成可能な場合、接地面の形状によらずに太陽電池モジュール１００を設置することができる。なお、上述したように、低熱伸縮層４０がスリットを有していたり、封止層３０の少なくとも一部が応力緩和樹脂層６０と接着するように配置されたりしていてもよい。この場合、上述したように、例えばｘ軸方向又はｙ軸方向などのような一軸方向だけでなく、ｘ軸−ｙ軸平面で自由自在に裏面基板５０を湾曲させることが容易になる。
＜応力緩和樹脂層６０＞
応力緩和樹脂層６０は、低熱伸縮層４０と裏面基板５０との間に配置される。応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、低熱伸縮層４０及び裏面基板５０の引張弾性率よりも小さい。そのため、熱応力による光電変換部２０の破損をさらに抑制することができる。
応力緩和樹脂層６０は、低熱伸縮層４０と裏面基板５０との間に配置される。応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、低熱伸縮層４０及び裏面基板５０の引張弾性率よりも小さい。そのため、熱応力による光電変換部２０の破損をさらに抑制することができる。
応力緩和樹脂層６０を形成する材料は特に限定されず、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ウレタン、並びにシリコーンゲル、アクリルゲル及びウレタンゲルなどのゲルからなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。これらのなかでも、隣接する層との接着性や応力緩和性の観点から、応力緩和樹脂層６０を形成する材料は、ポリオレフィン（ＰＯ）を用いることが好ましい。
応力緩和樹脂層６０の線膨張率は、特に限定されないが、５０×１０−６Ｋ−１超５００×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。低熱伸縮層４０の線膨張率をこのような範囲とすることにより、裏面基板５０の熱応力を効果的に抑制することができる。なお、低熱伸縮層４０の線膨張率は、１００×１０−６Ｋ−１超３００×１０−６Ｋ−１以下であることがより好ましい。
応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、低熱伸縮層４０及び裏面基板５０の引張弾性率よりも小さければ特に限定されないが、０．００５ＧＰａ以上０．５ＧＰａ以下であることが好ましい。応力緩和樹脂層６０の引張弾性率をこのような範囲とすることにより、裏面基板５０の熱応力を効果的に緩和することができる。なお、応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、０．０１ＧＰａ以上０．２５ＧＰａ以下であることがより好ましい。なお、応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、表面基板１０の引張弾性率よりも小さいことが好ましい。引張弾性率は、表面基板１０と同様に、例えばＪＩＳ Ｋ７１６１−１などの規定に従い測定することができる。
応力緩和樹脂層６０の厚みは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。応力緩和樹脂層６０の厚みをこのような範囲とすることにより、他の層との接着性を維持し、裏面基板５０の熱応力を効果的に抑制することができる。
応力緩和樹脂層６０はガスバリア性を有することが好ましい。具体的には、応力緩和樹脂層６０の酸素透過度及び水蒸気透過度の少なくともいずれか一方が裏面基板５０よりも小さいことが好ましい。応力緩和樹脂層６０がこのような特性を有することにより、酸素や水蒸気等による光電変換部２０の劣化を抑制することができる。
応力緩和樹脂層６０の水蒸気透過度は特に限定されないが、０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）超０．１ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましい。応力緩和樹脂層６０の水蒸気透過度をこのような範囲とすることにより、光電変換部２０に進入する水分を低減することができ、光電変換部２０の劣化を抑制することができる。水蒸気透過度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１２９：２００８（プラスチック−フィルム及びシート−水蒸気透過度の求め方（機器測定法））の付属書Ｂに規定された赤外線センサ法により求めることができる。なお、水蒸気透過度は、測定温度４０℃、測定湿度９０％ＲＨで測定することができる。
応力緩和樹脂層６０の酸素透過度は特に限定されないが、裏面基板５０の酸素透過度よりも小さい方が好ましい。応力緩和樹脂層６０の酸素透過度は、０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）超２００ｃｍ３／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましい。応力緩和樹脂層６０の酸素透過度をこのような範囲とすることにより、光電変換部２０に進入する酸素を低減することができ、光電変換部２０の劣化を抑制することができる。また、酸素透過度は、ＪＩＳ Ｋ７１２６−２（プラスチック−フィルム及びシート−ガス透過度試験方法−第２部：等圧法）の規定に従って測定することができる。なお、酸素透過度は、測定温度２３℃、測定湿度９０％ＲＨで測定することができる。
太陽電池モジュール１００は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、フレーム、ガスバリア層７０及び絶縁層９０などをさらに備えることが好ましい。なお、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。
＜ガスバリア層７０＞
図７に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、応力緩和樹脂層６０と裏面基板５０との間に配置され、裏面基板５０よりも小さい酸素透過度及び水蒸気透過度の少なくともいずれか一方を有するガスバリア層７０をさらに備えることが好ましい。太陽電池モジュール１００がこのようなガスバリア層７０を備えることにより、酸素や水蒸気等による光電変換部２０の劣化を抑制することができる。なお、上述のように応力緩和樹脂層６０がガスバリア性を有する場合、ガスバリア性の観点から、太陽電池モジュール１００はガスバリア層７０を備えていても備えていなくてもよい。そのため、ガスバリア性及び製造コストの観点から、太陽電池モジュール１００はガスバリア層７０をさらに備え、又は、応力緩和樹脂層６０の酸素透過度及び水蒸気透過度の少なくともいずれか一方が裏面基板５０よりも小さいことが好ましい。
図７に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、応力緩和樹脂層６０と裏面基板５０との間に配置され、裏面基板５０よりも小さい酸素透過度及び水蒸気透過度の少なくともいずれか一方を有するガスバリア層７０をさらに備えることが好ましい。太陽電池モジュール１００がこのようなガスバリア層７０を備えることにより、酸素や水蒸気等による光電変換部２０の劣化を抑制することができる。なお、上述のように応力緩和樹脂層６０がガスバリア性を有する場合、ガスバリア性の観点から、太陽電池モジュール１００はガスバリア層７０を備えていても備えていなくてもよい。そのため、ガスバリア性及び製造コストの観点から、太陽電池モジュール１００はガスバリア層７０をさらに備え、又は、応力緩和樹脂層６０の酸素透過度及び水蒸気透過度の少なくともいずれか一方が裏面基板５０よりも小さいことが好ましい。
ガスバリア層７０の水蒸気透過度は裏面基板５０の水蒸気透過度よりも小さければ特に限定されないが、０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）超０．１ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましい。ガスバリア層７０の水蒸気透過度をこのような範囲とすることにより、光電変換部２０に進入する水分を低減することができ、光電変換部２０の劣化を抑制することができる。水蒸気透過度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１２９：２００８（プラスチック−フィルム及びシート−水蒸気透過度の求め方（機器測定法））の付属書Ｂに規定された赤外線センサ法により求めることができる。なお、水蒸気透過度は、測定温度４０℃、測定湿度９０％ＲＨで測定することができる。
ガスバリア層７０の酸素透過度は裏面基板５０の酸素透過度よりも小さければ特に限定されないが、０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）超２００ｃｍ３／（ｍ２・ｄａｙ）以下であることが好ましい。ガスバリア層７０の酸素透過度をこのような範囲とすることにより、光電変換部２０に進入する酸素を低減することができ、光電変換部２０の劣化を抑制することができる。また、酸素透過度は、ＪＩＳ Ｋ７１２６−２（プラスチック−フィルム及びシート−ガス透過度試験方法−第２部：等圧法）の規定に従って測定することができる。なお、酸素透過度は、測定温度２３℃、測定湿度９０％ＲＨで測定することができる。
ガスバリア層７０の厚みは特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。このような範囲とすることによって、コストの上昇を抑えつつバリア性を良好に保つことができる。
＜反り防止層８０＞
図８に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、反り防止層８０をさらに備えることが好ましい。反り防止層８０は、裏面基板５０の一方の面に配置された層と熱伸縮が均等になるように配置することができる。具体的には、例えば、反り防止層８０は低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０を備え、裏面基板５０の両面にそれぞれ低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０を配置することができる。すなわち、低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０は、裏面基板５０を中心として積層方向において対称に配置されることが好ましい。具体的には、上から順に、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０、裏面基板５０、応力緩和樹脂層６０及び低熱伸縮層４０が配置される。このような反り防止層８０により、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０及び裏面基板５０を含む積層基板を、成形後の熱収縮により反りにくくすることができる。特に、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０及び裏面基板５０を備える積層基板を、表面基板１０及び封止層３０を別の部品として作製した場合に、積層基板の反りが生じにくいため、製造時のハンドリングが容易になるため好ましい。なお、太陽電池モジュール１００は、平板状でも湾曲板でもよいため、ここでいう反りとは、湾曲を含めた意図する形状に対して変形することと解するべきである。
図８に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、反り防止層８０をさらに備えることが好ましい。反り防止層８０は、裏面基板５０の一方の面に配置された層と熱伸縮が均等になるように配置することができる。具体的には、例えば、反り防止層８０は低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０を備え、裏面基板５０の両面にそれぞれ低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０を配置することができる。すなわち、低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０は、裏面基板５０を中心として積層方向において対称に配置されることが好ましい。具体的には、上から順に、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０、裏面基板５０、応力緩和樹脂層６０及び低熱伸縮層４０が配置される。このような反り防止層８０により、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０及び裏面基板５０を含む積層基板を、成形後の熱収縮により反りにくくすることができる。特に、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０及び裏面基板５０を備える積層基板を、表面基板１０及び封止層３０を別の部品として作製した場合に、積層基板の反りが生じにくいため、製造時のハンドリングが容易になるため好ましい。なお、太陽電池モジュール１００は、平板状でも湾曲板でもよいため、ここでいう反りとは、湾曲を含めた意図する形状に対して変形することと解するべきである。
＜絶縁層９０＞
本実施形態の太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０の下かつ裏面基板５０の上にさらに絶縁層９０を備えることができる。より具体的には、図９に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０と応力緩和樹脂層６０との間に配置された絶縁層９０をさらに備えることができる。または、図１０に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、応力緩和樹脂層６０と裏面基板５０との間に配置された絶縁層９０をさらに備えることができる。絶縁層９０をこのような配置とすることにより、受光面と反対側、すなわち太陽電池モジュール１００の設置面側と太陽電池モジュール１００との絶縁性を保つことができる。例えば、低熱伸縮層４０が導電性の炭素材料により形成されている場合、太陽電池モジュール１００の設置面側の絶縁性を保つことができないが、絶縁層９０を配置することにより設置面側の絶縁性を保つことができる。一方、図１１に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、封止層３０の下かつ低熱伸縮層４０の上にさらに絶縁層９０を備えることもできる。絶縁層９０をこのような配置とすることにより、例えば、低熱伸縮層４０が炭素材料により形成されている場合であっても、光電変換部２０と低熱伸縮層４０との絶縁性を保つことができる。
本実施形態の太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０の下かつ裏面基板５０の上にさらに絶縁層９０を備えることができる。より具体的には、図９に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０と応力緩和樹脂層６０との間に配置された絶縁層９０をさらに備えることができる。または、図１０に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、応力緩和樹脂層６０と裏面基板５０との間に配置された絶縁層９０をさらに備えることができる。絶縁層９０をこのような配置とすることにより、受光面と反対側、すなわち太陽電池モジュール１００の設置面側と太陽電池モジュール１００との絶縁性を保つことができる。例えば、低熱伸縮層４０が導電性の炭素材料により形成されている場合、太陽電池モジュール１００の設置面側の絶縁性を保つことができないが、絶縁層９０を配置することにより設置面側の絶縁性を保つことができる。一方、図１１に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、封止層３０の下かつ低熱伸縮層４０の上にさらに絶縁層９０を備えることもできる。絶縁層９０をこのような配置とすることにより、例えば、低熱伸縮層４０が炭素材料により形成されている場合であっても、光電変換部２０と低熱伸縮層４０との絶縁性を保つことができる。
絶縁層９０の絶縁抵抗は特に限定されないが、ＪＩＳ Ｃ８９９０：２００９（地上設置の結晶シリコン太陽電池（ＰＶ）モジュール−設計適格性確認及び形式認証のための要求事項）に規定された絶縁試験の要求事項を満たしていることが好ましい。具体的には、面積が０．１ｍ２未満のモジュールの場合、絶縁抵抗は４００ＭΩ以上であることが好ましい。また、面積が０．１ｍ２以上のモジュールの場合、測定した絶縁抵抗とモジュール面積との積は、４０ＭΩ・ｍ２以上であることが好ましい。
絶縁層９０を形成する材料は、電気的な絶縁性を有していれば特に限定されず、樹脂、ガラス、セルロースなどを用いることができる。また、絶縁層９０の厚みは特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
＜保護シート１５＞
本実施形態の太陽電池モジュール１００は、表面基板１０の下かつ封止層３０の上に、さらに保護シート１５を備えていてもよい。この場合、図１２に示すように、表面基板１０と保護シート１５との間には、空間が設けられていることが好ましい。すなわち、表面基板１０と保護シート１５との間に空気層が設けられていることが好ましい。したがって、表面基板１０と保護シート１５は直接接しない場合がある。太陽電池モジュールがこのような構成を有する場合、空気層が外部からの衝撃に対するクッション層として機能するため、光電変換部２０の保護性を高めることができる。
本実施形態の太陽電池モジュール１００は、表面基板１０の下かつ封止層３０の上に、さらに保護シート１５を備えていてもよい。この場合、図１２に示すように、表面基板１０と保護シート１５との間には、空間が設けられていることが好ましい。すなわち、表面基板１０と保護シート１５との間に空気層が設けられていることが好ましい。したがって、表面基板１０と保護シート１５は直接接しない場合がある。太陽電池モジュールがこのような構成を有する場合、空気層が外部からの衝撃に対するクッション層として機能するため、光電変換部２０の保護性を高めることができる。
保護シート１５を形成する材料は特に限定されないが、表面基板１０と同様の材料を用いることができる。また、保護シート１５の厚みは特に限定されないが、０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることがより好ましい。
以上の通り、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、表面基板１０と、表面基板１０の下に配置され、光電変換部２０を封止する封止層３０と、封止層３０の下に配置された低熱伸縮層４０と、低熱伸縮層４０の下に配置された裏面基板５０と、を備える。さらに、太陽電池モジュール１００は、低熱伸縮層４０と裏面基板５０との間に配置された応力緩和樹脂層６０を備える。そして、低熱伸縮層４０の線膨張率は、裏面基板５０の線膨張率よりも小さく、応力緩和樹脂層６０の引張弾性率は、低熱伸縮層４０及び裏面基板５０の引張弾性率よりも小さい。そのため、太陽電池モジュール１００の光電変換部２０が熱応力により破損することを抑制することができる。
＜太陽電池モジュール１００の製造方法＞
本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は公知の方法を用いて作製することができる。例えば、表面基板１０、封止層３０、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０、裏面基板５０を順番に積層して、加熱しながら圧縮することで成形することができる。この時、光電変換部２０は、受光面側の封止層と裏面基板５０側の封止層との間に配置してもよい。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は公知の方法を用いて作製することができる。例えば、表面基板１０、封止層３０、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０、裏面基板５０を順番に積層して、加熱しながら圧縮することで成形することができる。この時、光電変換部２０は、受光面側の封止層と裏面基板５０側の封止層との間に配置してもよい。
ただし、各層を数工程に分けて圧縮成形するなど、詳細な工程については特に限定されず、目的に応じた成形をすることができる。例えば、低熱伸縮層４０、応力緩和樹脂層６０及び裏面基板５０をこの順番に積層して、加熱及び圧縮成形し、積層基板を作製した後、封止層３０及び表面基板１０をこの積層基板の上に順番に積層して加熱及び圧縮成形してもよい。なお、低熱伸縮層４０及び応力緩和樹脂層６０の熱収縮により積層基板が反り返らないように、太陽電池モジュール１００は反り防止層８０をさらに備えることが好ましい。
加熱条件は特に限定されないが、例えば、真空状態で１５０℃程度に加熱することができる。真空条件で加熱した場合は、泡抜け性がさらに向上するため好ましい。真空加熱の後、大気圧下において、各層を加圧しながらヒーターなどにより加熱して、樹脂成分を架橋することもできる。また、加熱により得られた積層体には、フレームなどを取り付けることもできる。
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
厚さ０．１ｍｍの低熱伸縮層、厚さ１．０ｍｍの応力緩和樹脂層、厚さ２ｍｍの裏面基板、厚さ１．０ｍｍの応力緩和樹脂層、厚さ０．１ｍｍの低熱伸縮層を上から順に積層した構造についてシミュレーションを行った。低熱伸縮層は、線膨張率が２．５×１０−６Ｋ−１及び引張弾性率が６０ＧＰａの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた。応力緩和樹脂層は、引張弾性率が０．０２ＧＰａのポリオレフィンを用いた。裏面基板は、線膨張率が２０×１０−６Ｋ−１及び引張弾性率が２０ＧＰａのガラスエポキシを用いた。
厚さ０．１ｍｍの低熱伸縮層、厚さ１．０ｍｍの応力緩和樹脂層、厚さ２ｍｍの裏面基板、厚さ１．０ｍｍの応力緩和樹脂層、厚さ０．１ｍｍの低熱伸縮層を上から順に積層した構造についてシミュレーションを行った。低熱伸縮層は、線膨張率が２．５×１０−６Ｋ−１及び引張弾性率が６０ＧＰａの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた。応力緩和樹脂層は、引張弾性率が０．０２ＧＰａのポリオレフィンを用いた。裏面基板は、線膨張率が２０×１０−６Ｋ−１及び引張弾性率が２０ＧＰａのガラスエポキシを用いた。
［実施例２］
応力緩和樹脂層の厚みを０．６ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
応力緩和樹脂層の厚みを０．６ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
［実施例３］
応力緩和樹脂層の厚みを０．３ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
応力緩和樹脂層の厚みを０．３ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
［実施例４］
応力緩和樹脂層の厚みを０．１ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
応力緩和樹脂層の厚みを０．１ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
［実施例５］
応力緩和樹脂層の厚みを０．０５ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
応力緩和樹脂層の厚みを０．０５ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
［比較例１］
応力緩和樹脂層の厚みを０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
応力緩和樹脂層の厚みを０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして積層基板を作製した。
［評価］
（実質線膨張率）
低熱伸縮層表面の実質線膨張率を測定することで、裏面基板の熱伸縮により封止層や太陽電池セルに与える影響を評価した。実質線膨張率は、一番上の低熱伸縮層の再表面をシミュレーションにて計算している。この結果を表１に示す。
（実質線膨張率）
低熱伸縮層表面の実質線膨張率を測定することで、裏面基板の熱伸縮により封止層や太陽電池セルに与える影響を評価した。実質線膨張率は、一番上の低熱伸縮層の再表面をシミュレーションにて計算している。この結果を表１に示す。
表１の結果より、応力緩和樹脂層がない比較例１は、裏面基板の線膨張率が大きいため、裏面基板の熱伸縮に伴い低熱伸縮層表面の実質線膨張率が大きくなる傾向にある。しかし、実施例１〜５のように、応力緩和樹脂層の厚みを大きくすることで、実質線膨張率が低下した。すなわち、応力緩和樹脂層の厚みを大きくすることで、封止層や光電変換部が熱伸縮の影響を受けにくくなることが推測される。
次に、応力緩和樹脂層を設けることにより、光電変換部の破損が生じないか確認した。
［実施例６］
厚さ１ｍｍの表面基板、厚さ１ｍｍのゲル、光電変換部を封止した厚さ０．６ｍｍの受光面側の封止層、厚さ０．６ｍｍの裏面基板側の封止層、実施例３で作製した積層基板を上から順に積層して１４５℃で圧縮加熱することにより太陽電池モジュールを作製した。表面基板は、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いた。光電変換部は、太陽電池セルを接続タブ（接続部材）で互いに接続したものを用いた。受光面側の封止層はポリオレフィン（ＰＯ）を用い、裏面基板側の封止層はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた。
厚さ１ｍｍの表面基板、厚さ１ｍｍのゲル、光電変換部を封止した厚さ０．６ｍｍの受光面側の封止層、厚さ０．６ｍｍの裏面基板側の封止層、実施例３で作製した積層基板を上から順に積層して１４５℃で圧縮加熱することにより太陽電池モジュールを作製した。表面基板は、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いた。光電変換部は、太陽電池セルを接続タブ（接続部材）で互いに接続したものを用いた。受光面側の封止層はポリオレフィン（ＰＯ）を用い、裏面基板側の封止層はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた。
［比較例２］
実施例６で用いた実施例３の積層基板に代え、比較例１の積層基板を用いた以外は、実施例６と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
実施例６で用いた実施例３の積層基板に代え、比較例１の積層基板を用いた以外は、実施例６と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［評価］
（耐熱衝撃性）
耐熱衝撃性は、ＪＩＳ Ｃ８９９０：２００９（ＩＥＣ６１２１５：２００５）（地上設置の結晶シリコン太陽電池（ＰＶ）モジュール−設計適格性確認及び形式認証のための要求事項）の温度サイクル試験に準じ、以下のような試験条件にて試験を実施した。すなわち、各実施例の太陽電池モジュールを試験槽内に設置し、太陽電池モジュールの温度を−４０℃±２℃と＋８５℃±２℃との間で周期的に変化させた。このような温度サイクル試験を２００サイクル行った後、目視にて太陽電池セルを互いに接続する接続部材を確認した。そして、２００サイクルで接続部材が切断したか否かを確認した。なお、下限と上限との間の温度変化速度を約１．４℃／時間、下限温度の保持時間を６０分、上限温度の保持時間を１時間２０分とし、１サイクルの時間を５時間２０分とした。また、温度サイクル試験は少なくとも３回実施した。
（耐熱衝撃性）
耐熱衝撃性は、ＪＩＳ Ｃ８９９０：２００９（ＩＥＣ６１２１５：２００５）（地上設置の結晶シリコン太陽電池（ＰＶ）モジュール−設計適格性確認及び形式認証のための要求事項）の温度サイクル試験に準じ、以下のような試験条件にて試験を実施した。すなわち、各実施例の太陽電池モジュールを試験槽内に設置し、太陽電池モジュールの温度を−４０℃±２℃と＋８５℃±２℃との間で周期的に変化させた。このような温度サイクル試験を２００サイクル行った後、目視にて太陽電池セルを互いに接続する接続部材を確認した。そして、２００サイクルで接続部材が切断したか否かを確認した。なお、下限と上限との間の温度変化速度を約１．４℃／時間、下限温度の保持時間を６０分、上限温度の保持時間を１時間２０分とし、１サイクルの時間を５時間２０分とした。また、温度サイクル試験は少なくとも３回実施した。
実施例６及び比較例２の耐熱衝撃性を温度サイクル試験により評価したところ、表２のように、実施例６の太陽電池モジュールにおいては、２００サイクル後であっても接続部材は切断しなかった。一方、比較例２の太陽電池モジュールにおいては、２００サイクル後において接続部材が切断した。そのため、太陽電池モジュールが応力緩和樹脂層を備えることによって、光電変換部の破損を抑制することができることを確認できた。
次に、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、裏面基板全体の面積に対する低熱伸縮層の面積の割合を変化させることにより、光電変換部がどのように変化するか確認した。
［実施例７］
表面基板、封止層、低熱伸縮層、応力緩和樹脂層、裏面基板を上から順番に積層させ、１４５℃で圧縮加熱することにより太陽電池モジュールを作製した。なお、表面基板は、厚さ２ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）を用いた。封止層は、厚さ１ｍｍのゲル、厚さ０．０２ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、厚さ０．６ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、厚さ０．６ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を上から順に積層させたものを用いた。光電変換部は、それぞれ厚さ０．１５ｍｍの２枚の太陽電池セルを接続部材で互いに電気的に接続した太陽電池セルストリングを用い、厚さ０．６ｍｍのＥＶＡ層の間に配置した。低熱伸縮層は、厚さ０．１ｍｍの一方向炭素繊維強化プラスチック（ＵＤ−ＣＦＲＰ）を用いた。応力緩和樹脂層は、厚さ０．２ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた。裏面基板は、厚さ２ｍｍのガラスエポキシを用いた。
表面基板、封止層、低熱伸縮層、応力緩和樹脂層、裏面基板を上から順番に積層させ、１４５℃で圧縮加熱することにより太陽電池モジュールを作製した。なお、表面基板は、厚さ２ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）を用いた。封止層は、厚さ１ｍｍのゲル、厚さ０．０２ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、厚さ０．６ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、厚さ０．６ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を上から順に積層させたものを用いた。光電変換部は、それぞれ厚さ０．１５ｍｍの２枚の太陽電池セルを接続部材で互いに電気的に接続した太陽電池セルストリングを用い、厚さ０．６ｍｍのＥＶＡ層の間に配置した。低熱伸縮層は、厚さ０．１ｍｍの一方向炭素繊維強化プラスチック（ＵＤ−ＣＦＲＰ）を用いた。応力緩和樹脂層は、厚さ０．２ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた。裏面基板は、厚さ２ｍｍのガラスエポキシを用いた。
なお、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、裏面基板全体の面積に対する低熱伸縮層の面積の割合（低熱伸縮層の面積率）を１００％とした。
［実施例８］
低熱伸縮層の面積率を７０％とした以外は、実施例７と同様にして太陽電池モジュールを作製した。また、図１３に示すように、低熱伸縮層は、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向（ｚ軸方向）から見て、太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）に伸張し、実施例７と比較して太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に短くなるように配置されている。具体的には、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）における低熱伸縮層の長さが、裏面基板の長さより短くなるように低熱伸縮層を配置した。
低熱伸縮層の面積率を７０％とした以外は、実施例７と同様にして太陽電池モジュールを作製した。また、図１３に示すように、低熱伸縮層は、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向（ｚ軸方向）から見て、太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）に伸張し、実施例７と比較して太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に短くなるように配置されている。具体的には、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）における低熱伸縮層の長さが、裏面基板の長さより短くなるように低熱伸縮層を配置した。
［実施例９］
低熱伸縮層の面積率を５０％とした以外は、実施例８と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を５０％とした以外は、実施例８と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１０］
低熱伸縮層の面積率を２０％とした以外は、実施例８と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を２０％とした以外は、実施例８と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１１］
低熱伸縮層の面積率を９９％とした。また、図１４に示すように、低熱伸縮層は、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向（ｚ軸方向）から見て、太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に伸張し、実施例７と比較して太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）に短くなるように配置されている。具体的には、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）おける低熱伸縮層の長さが、裏面基板の長さより短くなるように低熱伸縮層を配置した。上記以外は、実施例７と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を９９％とした。また、図１４に示すように、低熱伸縮層は、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向（ｚ軸方向）から見て、太陽電池セルの接続方向に対して垂直方向（ｘ軸方向）に伸張し、実施例７と比較して太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）に短くなるように配置されている。具体的には、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見て、太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）おける低熱伸縮層の長さが、裏面基板の長さより短くなるように低熱伸縮層を配置した。上記以外は、実施例７と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１２］
低熱伸縮層の面積率を９３％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を９３％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１３］
低熱伸縮層の面積率を７０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を７０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１４］
低熱伸縮層の面積率を５０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を５０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［実施例１５］
低熱伸縮層の面積率を２０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
低熱伸縮層の面積率を２０％とした以外は、実施例１１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
［評価］
（太陽電池セル間の距離の変化量）
ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を用い、熱負荷を変化させた場合において、接続方向における太陽電池セル間の距離の変化量（μｍ）を解析した。なお、解析条件は以下の通りである。結果を表３及び図１５に示す。
（太陽電池セル間の距離の変化量）
ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を用い、熱負荷を変化させた場合において、接続方向における太陽電池セル間の距離の変化量（μｍ）を解析した。なお、解析条件は以下の通りである。結果を表３及び図１５に示す。
（解析条件）
モデル：平面応力モデル
太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）の幅：１４０ｍｍ（１／２対称による解析）
境界条件：全ての部位において固定なし
熱負荷：１２０℃から３０℃に変化させる
モデル：平面応力モデル
太陽電池セルの接続方向（ｙ軸方向）の幅：１４０ｍｍ（１／２対称による解析）
境界条件：全ての部位において固定なし
熱負荷：１２０℃から３０℃に変化させる
図１５は、各例の太陽電池モジュールの温度を１２０℃から３０℃に変化させた時の太陽電池セル間の距離の変化量を解析したグラフである。図１５のグラフ中、ｘ軸は、低熱伸縮層と裏面基板の積層方向から見た、裏面基板の面積全体に対する低熱伸縮層の面積の割合（低熱伸縮層の面積率）（％）を示す。また、図１５のグラフ中、ｙ軸は、太陽電池セル間の距離の変化量（μｍ）を示す。なお、太陽電池セル間の距離は、太陽電池セル同士が隣接する辺の間の距離である。また、太陽電池セル間の距離の変化量は、太陽電池セル同士が離れる方向に移動する場合は正の値となり、太陽電池セル同士が近づく方向に移動する場合は負の値となる。
図１５に示すように、太陽電池セル間の距離の変化量は、低熱膨張層の面積率が小さくなるにつれて大きくなる傾向にある。しかしながら、低熱膨張層の面積率が同じである場合、実施例７〜実施例１０（図１５のｙ軸方向）は、実施例１１〜実施例１５（図１５のｘ軸方向）と比較して、太陽電池セル間の距離の変化量が小さい傾向にある。これは、太陽電池セルの接続方向に沿って、光電変換部が低熱膨張層に被覆されているため、低熱伸縮層によって熱伸縮による太陽電池セルの移動をより抑制することができたためと考えられる。
特願２０１６−２４３１７１号（出願日：２０１６年１２月１５日）及び特願２０１７−１５９４００号（出願日：２０１７年８月２２日）の全内容は、ここに援用される。
以上、本主題を実施形態によって説明したが、本主題はこれらに限定されるものではなく、本主題の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
本発明によれば、太陽電池モジュールの光電変換部が熱応力により破損することを抑制することができる。
１０ 表面基板
２０ 光電変換部
３０ 封止層
３２ スリット
４０ 低熱伸縮層
５０ 裏面基板
６０ 応力緩和樹脂層
１００ 太陽電池モジュール
２０ 光電変換部
３０ 封止層
３２ スリット
４０ 低熱伸縮層
５０ 裏面基板
６０ 応力緩和樹脂層
１００ 太陽電池モジュール
Claims (12)
- 表面基板と、
前記表面基板の下に配置され、光電変換部を封止する封止層と、
前記封止層の下に配置された低熱伸縮層と、
前記低熱伸縮層の下に配置された裏面基板と、
前記低熱伸縮層と前記裏面基板との間に配置された応力緩和樹脂層と、
を備え、
前記低熱伸縮層の線膨張率は、前記裏面基板の線膨張率よりも小さく、
前記応力緩和樹脂層の引張弾性率は、前記低熱伸縮層及び前記裏面基板の引張弾性率よりも小さい太陽電池モジュール。 - 前記低熱伸縮層の線膨張率は、２０×１０−６Ｋ−１以下である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏面基板は、ハニカム構造体、発泡体及び多孔質体からなる群より選択される少なくとも１つである請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記低熱伸縮層及び前記応力緩和樹脂層は、前記裏面基板を中心として積層方向において対称に配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記低熱伸縮層は、前記封止層から前記応力緩和樹脂層に向かって貫通して形成されたスリットを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記封止層の少なくとも一部が、前記応力緩和樹脂層と接着するように配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記低熱伸縮層と前記裏面基板の積層方向から見て、前記裏面基板全体の面積に対する前記低熱伸縮層の面積の割合は４０％以上９０％以下である請求項６に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換部は、隣接した太陽電池セルが接続部材で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリングであり、
前記低熱伸縮層と前記裏面基板の積層方向から見て、前記低熱伸縮層が前記隣接した太陽電池セルの間を跨って覆うように配置されている請求項６又は７に記載の太陽電池モジュール。 - 前記光電変換部は、隣接した太陽電池セルが接続部材で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリングであり、
前記低熱伸縮層と前記裏面基板の積層方向から見て、前記低熱伸縮層が前記接続部材の全体を覆うよう配置されている請求項６〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。 - 前記裏面基板は曲面を形成している請求項５〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記低熱伸縮層は、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維含有樹脂及びセルロースナノファイバからなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換部は、隣接した太陽電池セルが接続部材で互いに電気的に接続された太陽電池セルストリングであり、
前記低熱伸縮層と前記裏面基板の積層方向から見て、前記隣接した太陽電池セルの接続方向における低熱伸縮層の線膨張率は２０×１０−６Ｋ−１以下である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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