JP2015177169A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】防湿性を高めて信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明の太陽電池モジュールは、配線シートの一方の面に光電変換素子を載置した光電変換装置と、バックシートを有する太陽電池モジュールであって、バックシートは、配線シートの他方の面に、バックシート上に形成された接着層を介して貼りつけることにより、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものである。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する光電変換装置は、近年、特に地球環境問題の観点から、エネルギ源としての期待が急速に高まっている。光電変換装置は、屋外で使用することが多く、強度、耐湿性等を確保するために封止し、太陽電池モジュールとすることが一般的である。

図７は特許文献１の裏面電極型太陽電池モジュールの構造部材が積層された状態を示す断面図である。また、図８は、特許文献１の裏面電極型太陽電池モジュールを示す断面図である。透明基板５１上にＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂からなる第１の封止材である封止材５２ａが配置される。裏面電極型太陽電池セル５３と封止材５２ａとが接するように、封止材５２ａ上に裏面電極型太陽電池ストリング５５が配置される。裏面電極型太陽電池ストリング５５上にＥＶＡ樹脂からなる第２の封止材である封止材５２ｂが配置される。封止材５２ｂ上に裏面保護シート５６が配置される。

次に、封止材５２ａが裏面電極型太陽電池ストリング５５の裏面電極型太陽電池セル５３に圧着されるとともに、封止材５２ｂが裏面電極型太陽電池ストリング５５の配線シート５４に圧着された状態で加熱処理されることによって、封止材５２ａと封止材５２ｂとが一体化された状態で硬化される。

具体的には、圧着および加熱処理は、たとえば、真空圧着および加熱処理が可能なラミネータ装置を用いて行なわれる。ラミネータ装置により加熱されつつ加圧されることによって、封止材５２ａおよび封止材５２ｂは、熱変形され、かつ、熱硬化される。封止材５２ａと封止材５２ｂとが一体化されて封止材５２となることにより、封止材５２中に裏面電極型太陽電池ストリング５５が包み込まれるように封止される。

その結果、図８に示すように、封止材５２ａと封止材５２ｂとが一体化されてなる封止材５２中に、裏面電極型太陽電池ストリング５５が封止されてなる裏面電極型太陽電池モジュール５０が作製される。

特開２０１２−２３３０１号公報

特許文献１の光電変換装置（特許文献１では太陽電池ストリング）は、封止材で封止される。封止材であるＥＶＡシートには吸湿性があるが、太陽電池モジュール本体の表面や裏面は透明基板５１および裏面保護シート５６で保護されているため、水分が浸入することはない。しかし、太陽電池モジュール本体の側面はＥＶＡシートが露出しているため、防湿性の観点からは、太陽電池モジュール本体の側面を構成する樹脂の面積は小さい方が好ましい。そのため、封止材を薄型化する必要があった。しかしながら、ＥＶＡ樹脂などの封止材をシート状に形成できる厚さには限界があり、封止材を薄くすることによって太陽電池モジュール本体の側面の防湿性を向上させることが難しかった。本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、防湿性を高めて信頼性の高い太陽電池モジュールを提供するものである。

本発明の太陽電池モジュールは、配線シートの一方の面に光電変換素子を載置した光電変換装置と、バックシートを有する太陽電池モジュールであって、バックシートは、配線シートの他方の面に、バックシート上に形成された接着層を介して貼りつけてなるものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、受光面側に透明受光面基板を有し、バックシートの周辺部は、接着層を介して透明受光面基板に接着されてなるものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、接着層はオレフィン系の接着層であるものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、接着層の厚さは３０μから１００ミクロンであるものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、受光面と反対側の面に端子ボックスへの接続部を有し、接続部における太陽電池モジュール本体の厚さは、接続部以外の太陽電池モジュール本体の厚さより厚いものである。

本発明により、防湿性が向上した、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態である太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態である太陽電池モジュール本体および太陽電池モジュールを示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態である太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態である太陽電池モジュール本体および太陽電池モジュールを示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態である太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態である太陽電池モジュールを示す部分断面図である。 従来例の裏面電極型太陽電池モジュールの構造部材が積層された状態を示す断面図である。 従来の裏面電極型太陽電池モジュールを示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る説明する。以下の説明では同一
て、それらについて詳細な説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態である太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。バックシート１１は、アルミニウム箔の両面をＰＥＴ樹脂などでラミネートしたものが用いられる。また、バックシート１１上には、接着剤が６０μｍ程度塗布されて接着層１２が形成されている。接着剤としては、オレフィン系接着剤を使用する。オレフィン系接着剤はＥＶＡなどの封止材に比べ、化学的安定性および防湿性に優れている。他にエポキシ系、ウレタン系樹脂などが使用可能である。また、接着層１２の厚みは３０μｍから１００μｍが好ましい。

接着層１２を形成したバックシート１１上に光電変換装置１５を載置する。光電変換装置１５は、配線シート１３上に光電変換素子１４を配置したものである。配線シート１３はその上に戴置された複数の光電変換素子１４を電気的に接続するものであり、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂シート上に銅箔をパターニングした配線を配置したものである。光電変換素子１４は、シリコン基板の受光面と反対側にｎ電極およびｐ電極を配置した裏面電極型の光電変換素子である。ｎ電極およびｐ電極は配線シート１３の銅配線とはんだなどで電気的に接続される。

光電変換装置１５上にＥＶＡやオレフィン系樹脂などの樹脂シートで形成された受光面側封止材１６を戴置する。受光面側封止材１６の厚みは一般的に４００μｍ以上である。さらに、受光面側封止材１６上に太陽電池モジュールの受光面を形成する透明受光面基板であるカバーガラス１７を重ねる。

図２は、本発明の第１の実施の形態である太陽電池モジュール本体および太陽電池モジュールを示す断面図である。図１のように積層した各部品をラミネータで処理することにより、図２（ａ）に示される太陽電池モジュール本体１０を得ることができる。

受光面側封止材１６は、ラミネータで加熱真空圧着される際に、カバーガラス１７の裏面全面と接着される。また、光電変換装置１５の受光面側である上面の凹凸に合わせて変形し、光電変換装置１５の上面および側面と隙間なく接着される。

光電変換装置の受光面側を覆う封止樹脂である受光面側封止材１６は、光電変換装置の受光面側の凹凸に合わせて変形できるように、ラミネート工程で柔軟に変形しやすく、また、凹部に充填される樹脂を確保するだけの厚みがあること好ましい。したがって、光電変換装置の受光面側を覆う封止樹脂は、厚みは４００μｍ以上の封止材を用いることが好ましい。

光電変換装置１５を構成する配線シート１３の受光面と反対側の面である裏面は、接着層１２を介してバックシート１１に接着されている。配線シート１３の裏面は、滑らかな平面であるため、接着層１２が薄くても隙間を生じることなく、バックシート１１に接着することができる。また、接着層１２のうち、配線シート１３に接着していない周辺部分は、受光面側封止材１６に接着されることにより、光電変換装置１５を封止することができる。ラミネータで処理されるとき、加熱圧着されるが、カバーガラス１７はバックシート１１よりも硬いので、バックシートの周辺部は、カバーガラス１７の方向に曲げられて接着層１２を介して受光面側封止材１６と接着される。

以上説明してきたような構造とすることにより、太陽電池モジュール本体の側面に露出するＥＶＡ樹脂を薄くすることができる。防湿性の高い太陽電池モジュールを形成することができる。このような太陽電池モジュール本体を直接架台に取り付けても、防湿性を確保することができる。

次に、図２（ｂ）に、太陽電池モジュール本体１０にフレーム２０を取り付けて形成される太陽電池モジュール１を示す。

太陽電池モジュール本体１０の側面は、フレーム枠２１に取り付けられたブチルゴムやシリコンゴムなどで形成された封止樹脂２２に当接して密着する。したがって、受光面側封止材１６や接着層１２の端面から水分が太陽電池モジュール本体１０の内部に侵入することを防いでいる。しかしながら、封止樹脂が経年変化で劣化し、水分が太陽電池モジュール本体の端面に達することがある。そのような場合において、本実施例の太陽電池モジュールは、接着層１２が薄いので、バックシートと配線シートの間に封止材を挟む構造と比べて、側面の樹脂の面積が小さいので、水分が太陽電池モジュール本体内部に侵入しにくい。

また、接着層を形成せず、光電変換装置の受光面側に配置した封止材のみで封止することも考えられるが、光電変換装置を周辺部の封止材のみで固定すると、ラミネート工程で配線シートまたはバックシートの細かい凹凸によって気泡が発生する問題がある。本実施例のように接着層１２を設けることにより、接着層１２が細かい凹凸を吸収し、光電変換装置１５の裏面を接着できるので、配線シートとバックシートの間に気泡が発生する問題が生じることがなく、太陽電池モジュールの生産性を向上させることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態である太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。バックシート１１上に接着層１２を塗布している点は第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態と比較して、受光面側封止材１６’が光電変換装置１５とほぼ同じ大きさであり、カバーガラス１７やバックシート１１よりも小さい点が異なる。

図４は、本発明の第２の実施の形態である太陽電池モジュール本体および太陽電池モジュールを示す断面図である。図３のように積層した各部品をラミネータで処理することにより、図４（ａ）に示される太陽電池モジュール本体を得ることができる。

太陽電池モジュール本体１０’の端部において、バックシート１１は、カバーガラス１７の方向に曲げられて、接着層１２を介してカバーガラス１７に接着されている。受光面側封止材１６’は、カバーガラス１７に接着されている。また、受光面側封止材１６’は、光電変換装置１５の上面および側面と隙間なく接着される。本実施形態では、太陽電池モジュール本体１０’の側面においては、カバーガラス１７とバックシート１１が接着層１２を介して接触している。従って、太陽電池モジュール本体１０’の側面に封止材が露出していないので、太陽電池モジュール本体は高い防湿性を得ることができる。

さらに、太陽電池モジュール本体１０’にフレーム２０を取り付けることにより、図４（ｂ）に示される太陽電池モジュール１’が形成される。太陽電池モジュール本体１０’の側面は、フレーム枠２１に取り付けられたブチルゴムやシリコンゴムなどで形成された封止樹脂２２に当接して密着する。太陽電池モジュール本体１０’の側面においては、カバーガラス１７とバックシート１１が接着層１２を介して接触している。従って、太陽電池モジュール本体１０’の側面に封止材が露出していないので、封止樹脂２２が劣化しても水分が太陽電池モジュール本体内部に侵入しにくく、防湿性をさらに高めることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態である太陽電池モジュールを示す平面図である。同図は、太陽電池モジュールの受光面側とは反対側の裏面側からみたものであり、バックシートは省略されている。

ほぼ正方形の光電変換素子１４は配線シート１３の受光面側に縦横に並べられ、配線シート１３の銅配線の接続パターンによって、隣設する光電変換素子と接続されている。また、光電変換装置１５の辺部においては、銅などの金属をリボン状に形成したバスバーが配線シート１３の受光面側に設置されている。バスバー３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｅ、３１ｆは、光電変換素子１４の接続方向を１８０度回転させている。

バスバー３１ｄは正極側バスバーであり、バスバー３１ｇは負極側バスバーである。バスバー３１ｄは、配線シート１３の受光面側に設置され、リード線３２ａが接続されている。また、バスバー３１ｇは、配線シート１３の受光面側に設置され、リード線３２ｂが接続されている。リード線３２ａは、配線シート１３に設けられた切欠き３３ａを通って配線シート１３の裏面側に導かれる。また、リード線３２ｂは、配線シート１３に設けられた切欠き３３ａを通って配線シート１３の裏面側に導かれる。

ＥＶＡやオレフィン系樹脂で形成された樹脂シート３４は、配線シートの裏面側に設けられ、大きさは１４０ｍｍ×１１０ｍｍの矩形状であって厚さは５６０μｍの樹脂シートである。樹脂シート３４上にＰＥＴ製のフィルム３５が配置される。フィルム３５の大きさは１２０ｍｍ×８０ｍｍで厚さは５００ミクロンである。リード線３２ａ端部は、端子ボックス接続用配線であるリード線３７ａとはんだ付けされている。また、リード線３２ｂの端部は、端子ボックス接続用配線であるリード線３７ｂとはんだ付けされている。リード線３７ａと３７ｂは、ポリイミドなどの絶縁材料でできたテープ３８で連結されており、ラミネート工程でリード線の位置決めを容易に行うことができる。リード線３７ａおよび３７ｂは、バックシートの開口部から引き出されて太陽電池モジュール１の裏面に設置された端子ボックスに接続される。

樹脂シート３４は、ラミネート工程の際に、リード線によって生じる段差によって、局所的に光電変換素子に圧力を加える効果を緩和し、ラミネート工程で光電変換素子が破損することを防いでいる。

また、受光面側から見たとき、テープ３８が光電変換素子１４の隙間から見えることを防ぐために、フィルム３５をバックシートと同じ色に着色しておくと良い。また、フィルム３５に代えて、バックシートと同じ色に着色した樹脂シートを重ねても良い。また、樹脂シート３４をバックシートと同じ色に着色する場合は、フィルム３５を省略することも可能である。

図６は本発明の第３の実施の形態である太陽電池モジュールを示す部分断面図であり、図５におけるＡ−Ａ’断面を示したものであり、端子ボックスへの接続部を示したものである。尚、下側が受光面側で上側が裏面側である。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのフィルム１３ａと配線層１３ｂからなる配線シート１３の受光面側に光電変換素子１４が載置され光電変換装置１５が形成されている。光電変換装置１５の受光面側は、受光面側封止材１６およびカバーガラス１７が順に積層されている。

配線シート１３の裏面側の端子ボックスを配置する位置に樹脂シート３４およびＰＥＴ樹脂のフィルム３５が重ねられている。フィルム３５上にリード線３２ａおよびリード線３２ｂが配置されている。リード線３７ａおよび３７ｂは、フィルム３５上にあるため、ラミネータで処理したときに封止材樹脂にリード線が埋まりすぎることを防ぐことができる。

配線シート１３、樹脂シート３４及びフィルム３５の裏面側には、接着層１２が形成されたバックシート１１が貼り付けられている。バックシート１１及び接着層１２は、樹脂シート３４およびフィルム３５の形状に沿って配置されている。また、バックシート１１および接着層１２には、開口部３６ａ、３６ｂが形成されており、開口部３６ａを通ってリード線３７ａが太陽電池モジュールの裏面から引き出されている。また、開口部３６ｂを通ってリード線３７ｂが太陽電池モジュールの裏面から引き出されている。太陽電池モジュールの裏面から引き出されたリード線３７ａ、３７ｂは、それぞれ端子ボックスに接続される。

このようにして、太陽電池モジュール１が端子ボックスに接続するための接続部３９が形成されるが、接続部３９は、樹脂シート３４が積層されているため、太陽電池モジュール本体１０の接続部３９以外の部分に比べて厚く形成されている。

樹脂シートがない場合、端子ボックス取り付け部分に対応するバックシート表面には、部分にはリード線による段差があり、ラミネート工程後において段差部分に気泡が残存する場合があったが、ラミネート工程において変形性に富む樹脂シートにより、リード線周辺の段差が緩やかになるため、気泡が残存しにくくなる。また、リード線による段差により、リード線直下の光電変換素子に、ラミネート工程においてプレスする圧力が集中してセル割れが発生しやすかったが、樹脂シートにより、ラミネート工程における圧力の集中を緩和することができるので、セル割れを防止することができる。

また、樹脂シート３４により厚みが増すため、端子ボックス取り付け部の機械的強度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、１’…太陽電池モジュール
１０、１０’…太陽電池モジュール本体
１１…バックシート
１２…接着層
１３…配線シート
１４…光電変換素子
１５…光電変換装置
１６、１６’…受光面側封止材
１７…カバーガラス
２０…フレーム
２１…フレーム枠
２２…封止樹脂
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ…バスバー
３２ａ、３２ｂ…リード線
３３ａ、３３ｂ…切欠き
３４…樹脂シート
３５…フィルム
３６ａ、３６ｂ…開口部
３７ａ、３７ｂ…接続線
３８…テープ
３９…接続部

Claims (5)

1. 配線シートの一方の面に光電変換素子を載置した光電変換装置と、バックシートを有する太陽電池モジュールであって、
   前記バックシートは、前記配線シートの他方の面に、前記バックシート上に形成された接着層を介して貼りつける太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池モジュールは、受光面側に透明受光面基板を有し、
   前記バックシートの周辺部は、前記接着層を介して前記透明受光面基板に接着されてなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記接着層は、オレフィン系の接着層である請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記接着層の厚さは、３０μｍから１００μｍである請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール
5. 前記太陽電池モジュールは、受光面と反対側の面に端子ボックスへの接続部を有し、
   前記接続部における太陽電池モジュール本体の厚さは、接続部以外の太陽電池モジュール本体の厚さより厚い請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。