JP3032145B2

JP3032145B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3032145B2
Application number: JP7293315A
Authority: JP
Inventors: 一郎片岡; 隆弘森; 聡山田; 綾子小森; 秀則塩塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2000-04-10
Anticipated expiration: 2015-10-17
Also published as: JPH09116176A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改善された太陽電池モ
ジュールに関する。詳細には本発明は、透明な有機高分
子樹脂からなる封止材樹脂と最表面の透明な表面保護フ
ィルムの少なくとも２層以上を含む被覆材で光起電力素
子の光入射側表面を封止している太陽電池モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ₂排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリ
ーンなエネルギーへの希求はますます強まってきてい
る。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさ
から、クリーンなエネルギー源として期待のもてるもの
である。ところで、太陽電池には様々な形態がある。代
表的なものとしては、結晶シリコン太陽電池、多結晶シ
リコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅イ
ンジウムセレナイド太陽電池、そして化合物半導体太陽
電池が挙げられる。これらの太陽電池の中で結晶シリコ
ン太陽電池、化合物半導体太陽電池及びアモルファスシ
リコン太陽電池は比較的低コストで大面積化が可能なた
め、最近ではこれらの太陽電池について活発に研究開発
が進められている。

【０００３】更に、これらの太陽電池の中でも、導体金
属基板上にシリコンを堆積し、その上に透明導電層を形
成したアモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜
太陽電池は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富
んでいるので、将来のモジュール形態として有望視され
ている。ただ、ガラス基板上にシリコンを堆積する場合
と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆い、太陽電
池を保護する必要がある。そこで、表面被覆材として最
表面にフッ素樹脂フィルムなどの透明なフッ化物重合体
薄膜、その内側には種々の熱可塑性透明有機樹脂を用い
ることによって、薄膜太陽電池の特徴を生かした軽くて
フレキシブル性のある太陽電池モジュールが提案されて
いる。これらの材料が用いられる理由としては、（１）
フッ化物重合体は耐候性・撥水性に富んでおり、樹脂の
劣化による黄変・白濁あるいは表面の汚れによる光透過
率の減少に起因する太陽電池モジュールの変換効率の低
下を少なくすることができる；（２）熱可塑性透明樹脂
は安価であり内部の光起電力素子を保護するための封止
材として大量に用いることができる、といったことが挙
げられる。

【０００４】また、太陽電池素子上には一般に発電した
電力を効率よく取り出すための種々の集電電極や、素子
どうしを直列化あるいは並列化するための金属部材が設
けられており、熱可塑性透明有機樹脂は、このような電
極や金属部材などの実装部材をも封止することにより素
子表面上の凹凸を埋めて被覆材表面を平滑にするという
効果も持っている。ところが、このように表面をフィル
ムで被覆したようなモジュールは、ガラスで被覆する場
合と異なり、素子が傷つきやすいという問題がある。す
なわち、表面を鋭利なもので引っ掻くことにより容易に
素子にまで損傷が及んでしまう。そこでこのような問題
を少しでも改善するために有機樹脂中に補強材を含ませ
ることが行われており、ガラス繊維不織布がこの目的で
好適に用いられている。また、ガラス繊維不織布は真空
加熱圧着法によるモジュール貼り合わせ工程において、
溶融した有機樹脂を含浸するので有機樹脂の厚みを保つ
保持材としての役割や有機樹脂中の気泡残りを減少させ
るという役割も持つ。

【０００５】図１は太陽電池モジュールの一例を示す模
式的断面図である。１０３はＥＴＦＥ（エチレン−テト
ラフルオロエチレン共重合体）フィルム、ＰＶＦ（ポリ
フッ化ビニル）フィルムなどのフッ素樹脂フィルムであ
り、１０２，１０４はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共
重合体）、ポリビニルブチラールなどの熱可塑性透明有
機樹脂であり、１０５はナイロンフィルム、アルミラミ
ネートテドラーフィルムをはじめとする種々の有機樹脂
フィルムである。この例において熱可塑性透明有機樹脂
は光起電力素子と樹脂フィルムとを貼り合わせる接着剤
としての役割と、表面実装部材の凹凸を埋め、外部から
の引っ掻き、衝撃から太陽電池を保護する封止材として
の役割を果たしている。また、表面の熱可塑性透明有機
樹脂１０２にはガラス繊維不織布１０６が含有されてい
る。

【０００６】ところで、フィルムで表面を被覆した太陽
電池モジュールはガラスで被覆した場合に比べ水分によ
る故障が発生しやすいという問題を本質的に抱えてい
る。それはフィルムが水蒸気を透過するということ、あ
るいはフィルムに開いた穴から水が侵入してくるからで
ある。特に後者の問題は深刻で、電解質を含む水が侵入
して素子に到達することにより容易に素子と外部との絶
縁が破壊され電流が外部に漏れる。多くの太陽電池モジ
ュールを直列に接続して用いるような場合にはシステム
電圧が数百ボルトになることもあり、絶縁破壊が起これ
ば感電のおそれもある。

【０００７】表１には、本発明者らが、従来のモジュー
ル表面を水道水に一定期間浸した後の素子と表面フィル
ム間の抵抗を測定した結果が示されている。該表からも
明らかなように、長期間の浸漬により抵抗値が大きく低
下していくことがわかる。この原因の一つは表面フィル
ムの穴から侵入した水が封止材を構成する有機樹脂とガ
ラス繊維の界面を伝わって素子に到達するということで
ある。表１にはガラス繊維不織布を用いなかった場合の
抵抗値も示してあるが、該抵抗値には低下の傾向はな
く、水の侵入経路が樹脂とガラス繊維の界面であること
を裏づけている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける上述した問題を解決し、長期間電解質を含む水に
浸漬しても被覆材の電気絶縁抵抗が低下することなく、
長期間の屋外使用に際し降雨や浸水で性能低下や感電の
危険のない信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、太陽電池モ
ジュールの表面側被覆材中に予めシランカップリング剤
で表面処理されたガラス繊維を使用する場合、該課題が
望ましく解決されることを見い出した。すなわち、本発
明は、光起電力素子の光入射側表面が透明な封止材樹脂
からなる封止材樹脂層とそれに接してその外側の最表面
に位置する透明な表面保護フィルムの少なくとも２層以
上を含む被覆材により被覆された太陽電池モジュールで
あって、予めシランカップリング剤で表面処理されたガ
ラス繊維を前記封止材樹脂層を構成する封止材樹脂中に
含むことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上述した構成によれば以下の効果がもたらされ
る。（１）水の侵入による被覆材の絶縁抵抗の低下が抑制さ
れる。すなわち、封止材樹脂とガラス繊維界面の接着性
がシランカップリング剤により向上し、水の侵入経路が
遮断される。（２）前記封止材樹脂がシランカップリング剤を含有す
るエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂である
ことによって、封止材樹脂とガラス繊維との接着性をよ
り確実なものとすることができる。一方、ＥＶＡは従来
から太陽電池モジュールの被覆材として用いられている
樹脂であり現状の被覆材構成を大きく変更する必要がな
い。（３）前記表面保護フィルムが延伸処理を施していない
樹脂フィルムであることによって、表面フィルムの破断
が生じにくい。したがって、フィルムの破断箇所からの
水の侵入がなく被覆材の絶縁抵抗低下の一層の抑制が期
待できる。（４）前記表面保護フィルムが四フッ化エチレン−エチ
レン共重合体樹脂からなることによって、耐候性に優れ
た被覆となる。すなわち、四フッ化エチレン−エチレン
共重合体樹脂の有する耐候性・透明性・機械的強度が期
待できる。また、モジュール表面の撥水性が向上し、長
期屋外暴露の際の太陽電池モジュール表面の汚染を抑え
ることができ、変換効率の低下を少なくできる。

【００１１】（５）前記被覆材表面に凹凸が形成されて
おり、隣接する凹部と凸部の最大の高低差が５マイクロ
メートル以上５０マイクロメートル以下であることによ
って、被覆材表面に凹凸を設ける場合、表面フィルムの
破断を防げる。したがって、フィルムの破断箇所からの
水の侵入がなく被覆材の絶縁抵抗低下の一層の抑制が期
待できる。（６）前記封止材樹脂層が素子表面に形成されたガラス
繊維を含まない硬質樹脂層とその上のガラス繊維を含む
軟質樹脂層から構成されることによって、表面被覆材の
絶縁抵抗低下をさらに抑制できる。すなわち、ガラス繊
維を含む軟質樹脂層を伝って水が侵入したとしても、そ
の下層のガラス繊維を含まない硬質樹脂層で侵入を食い
止めることができるので、水が素子にまで到達するのを
回避できる。（７）また、前記光起電力素子が導電性基体上に光変換
部材としてアモルファスシリコン薄膜からなる半導体光
活性層、透明導電層が形成されたものであることによっ
て、可とう性に優れる太陽電池モジュールとすることが
できる。すなわち、光起電力素子自身の可とう性が優れ
ているために、本発明の効果を享受した信頼性の高い可
とう性太陽電池モジュールを製作できる。

【００１２】

【実施態様例】図１に本発明の太陽電池モジュールの概
略構成図を示す。図１において、１０１は光起電力素
子、１０２は表面の透明な封止材樹脂、１０３は最表面
に位置する透明な表面保護フィルム、１０４は裏面の封
止材、１０５は裏面被覆フィルム、１０６はガラス繊維
不織布である。外部からの光は、最表面のフィルム１０
３から入射し、光起電力素子１０１に到達し、生じた起
電力は出力端子（不図示）より外部に取り出される。本
発明における代表的な光起電力素子１０１は、導電性基
体上に光変換部材としての半導体光活性層と透明導電層
が形成されたものである。その一例としての概略構成図
を図２に示す。図２において、２０１は導電性基体、２
０２は裏面反射層、２０３は半導体光活性層、２０４は
透明導電層、２０５は集電電極、２０６は出力端子であ
る。

【００１３】導電性基体２０１は光起電力素子の基体に
なると同時に、下部電極の役割も果たす。材料として
は、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、
ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシー
ト、鉛メッキ鋼板、導電層が形成してある樹脂フィルム
やセラミックスなどがある。上記導電性基体２０１上に
は裏面反射層２０２として、金属層、あるいは金属酸化
物層、あるいは金属層と金属酸化物層を形成してもよ
い。金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが用いられ、金属酸化物層には、例
えば、ＺｎＯ，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂などが用いられる。上
記金属層及び金属酸化物層の形成方法としては、抵抗加
熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などが
ある。

【００１４】半導体光活性層２０３は光電変換を行う部
分で、具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結晶シリコ
ン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、あるいはＣｕ
ＩｎＳｅ₂，ＣｕＩｎＳ₂，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ
₂Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴｅ／
Ｃｕ₂Ｔｅをはじめとする化合物半導体などが挙げられ
る。上記半導体光活性層の形成方法としては、多結晶シ
リコンの場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シリコ
ンの熱処理、アモルファスシリコンの場合はシランガス
などを原料とするプラズマＣＶＤ、化合物半導体の場合
はイオンプレーティング、イオンビームデポジション、
真空蒸着法、スパッタ法、電析法などがある。透明導電
層２０４は太陽電池の上部電極の役目を果たしている。
用いる材料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉ
ｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），ＺｎＯ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂
ＳｎＯ₄，高濃度不純物ドープした結晶性半導体層など
がある。形成方法としては抵抗加熱蒸着、スパッタ法、
スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などがある。

【００１５】透明導電層の上には電流を効率よく集電す
るために、格子状の集電電極２０５（グリッド）を設け
てもよい。集電電極２０５の具体的な材料としては、例
えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｓｎ、あるいは銀ペーストをはじめとする導電性ペ
ーストなどが挙げられる。集電電極２０５の形成方法と
しては、マスクパターンを用いたスパッタリング、抵抗
加熱、ＣＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着した後で不必要
な部分をエッチングで取り除きパターニングする方法、
光ＣＶＤにより直接グリッド電極パターンを形成する方
法、グリッド電極パターンのネガパターンのマスクを形
成した後にメッキする方法、導電性ペーストを印刷する
方法などがある。導電性ペーストは、通常微粉末状の
銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどをバインダーポリ
マーに分散させたものが用いられる。バインダーポリマ
ーとしては、例えば、ポリエステル、エポキシ、アクリ
ル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタ
ン、フェノールなどの樹脂が挙げられる。

【００１６】起電力を取り出すために出力端子２０６を
導電性基体と集電電極に取り付ける。導電性基体へは銅
タブなどの金属体をスポット溶接や半田で接合する方法
が取られ、集電電極へは金属体を導電性ペーストや半田
によって電気的に接続する方法がとられる。上記の手法
で作製した光起電力素子は、所望する電圧あるいは電流
に応じて直列か並列に接続される。また、これとは別に
絶縁化した基板上に光起電力素子を集積化して所望の電
圧あるいは電流を得ることもできる。

【００１７】次に本発明に用いられる表面封止材樹脂１
０２、表面保護フィルム１０３及びガラス繊維不織布１
０６について以下に説明する。表面封止材樹脂１０２は
光起電力素子の凹凸を樹脂で被覆し、素子を温度変化、
湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守りかつ表面フィ
ルムと素子との接着を確保するために必要である。した
がって、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐
衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂として
はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン
−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−ア
クリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリビニルブチラ
ール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、
シリコーン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。なかで
も、ＥＶＡは太陽電池用途としてバランスのとれた物性
を有しており、好んで用いられる。ただ、そのままでは
熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリ
ープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが
望ましい。ＥＶＡの場合は有機過酸化物で架橋するのが
一般的である。有機過酸化物による架橋は有機過酸化物
から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原
子を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行わ
れる。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドッ
クス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱
分解法が好適である。有機過酸化物の化学構造の具体例
としては、ヒドロペルオキシド、ジアルキル（アリル）
ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタ
ール、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボネートお
よびケトンペルオキシドなどが挙げられる。なお、有機
過酸化物の添加量は封止材樹脂１００重量部に対して
０．５乃至５重量部である。

【００１８】上記有機過酸化物を封止材樹脂に併用し、
真空下で加圧加熱しながら架橋および熱圧着を行うこと
が可能である。加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸
化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般に
は熱分解が９０％、より好ましくは９５％以上進行する
温度と時間をもって加熱加圧を終了する。封止材樹脂の
架橋を確かめるにはゲル分率を測定すればよく、高温下
での封止材樹脂の変形を防ぐためにはゲル分率が７０ｗ
ｔ％以上となるように架橋することが望ましい。上記架
橋反応を効率よく行うためには、架橋助剤とよばれるト
リアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を用いることも
可能である。一般には封止材樹脂１００重量部に対して
１乃至５重量部の添加量である。

【００１９】本発明に用いられる封止材樹脂の材料は耐
候性において優れたものであるが、更なる耐候性の改
良、あるいは、封止材樹脂下層の保護のために、紫外線
吸収剤を併用することもできる。紫外線吸収剤として
は、公知の化合物が用いられるが、太陽電池モジュール
の使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いる
ことが好ましい。具体的にはサリチル酸系、ベンゾフェ
ノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系
の各種有機化合物を挙げることができる。紫外線吸収剤
の他に光安定化剤も同時に添加すれば、光に対してより
安定な封止材樹脂となる。代表的な光安定化剤はヒンダ
ードアミン系光安定化剤である。ヒンダードアミン系光
安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しない
が、紫外線吸収剤と併用することによって著しい相乗効
果を示す。もちろんヒンダードアミン系以外にも光安定
化剤として機能するものはあるが、着色している場合が
多く本発明の封止材樹脂には望ましくない。上記紫外線
吸収剤および光安定化剤の添加量は、封止材樹脂に対し
てそれぞれ０．１〜１．０ｗｔ％、０．０５〜１．０ｗ
ｔ％が望ましい。さらに、耐熱性・熱加工性改善のため
に酸化防止剤を添加することも可能である。酸化防止剤
の化学構造としてはモノフェノール系、ビスフェノール
系、高分子型フェノール系、硫黄系、燐酸系がある。酸
化防止剤の添加量は充填材樹脂に対して０．０５〜１．
０ｗｔ％であることが好ましい。

【００２０】後述するガラス繊維と封止材樹脂との接着
性をより改善するためにシランカップリング剤や有機チ
タネート化合物を封止材樹脂に添加することが可能であ
る。また、それは同時に封止材樹脂と光起電力素子ある
いは表面フィルムとの接着力の向上という効果をももた
らす。添加量は、封止材樹脂１００重量部に対して０．
１乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がよ
り好ましい。

【００２１】光起電力素子に到達する光量の減少をなる
べく抑えるために、表面封止材樹脂は透明でなくてはな
らず、具体的には光透過率が４００ｎｍ以上８００ｎｍ
以下の可視光波長領域において８０％以上であることが
望ましく、９０％以上であることがより望ましい。ま
た、大気からの光の入射を容易にするために、摂氏２５
度における屈折率が１．１から２．０であることが好ま
しく、１．１から１．６であることがより好ましい。上
記添加剤を配合したＥＶＡをシート状に成型した太陽電
池用のＥＶＡシートが市販されている。例えば、ハイシ
ート工業（株）製のソーラーＥＶＡや（株）ブリヂスト
ン製のＥＶＡＳＡＦＥＷＧシリーズやＳＰＲＩＮＧＢ
ＯＲＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＩＥＳＩＮＣ．製のＰＨ
ＯＴＯＣＡＰなどである。これらを光起電力素子と表面
部材との間に挿入し加熱圧着することにより容易に太陽
電池モジュールを作製できる。

【００２２】本発明で用いられる表面樹脂フィルム１０
３は太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候
性、耐汚染性、機械的強度をはじめとして、太陽電池モ
ジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するため
の性能が必要である。本発明に好適に用いられる材料と
してはフッ素樹脂、アクリル樹脂などがある。なかでも
フッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に優れているため好んで
用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポ
リフッ化ビニル樹脂あるいは四フッ化エチレン−エチレ
ン共重合体などがある。耐候性の観点ではポリフッ化ビ
ニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度
の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合
体が優れている。表面樹脂フィルムの厚さは機械的強度
の確保のためにある程度厚くなければならず、またコス
トの観点からはあまり厚すぎるのにも問題がある。具体
的には、２０乃至２００マイクロメートルが好ましく、
より好適には３０乃至１００マイクロメートルである。

【００２３】前記封止材樹脂との接着性の改良のため
に、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照
射、電子線照射、火炎処理などの表面処理を表面フィル
ムの片面に行うことが望ましい。この中でもコロナ放電
処理は処理速度が速く比較的簡易な装置で接着力の大き
な向上が図れるので好適に用いられる。

【００２４】被覆材表面には反射光の低減、貼り合わせ
時のシワ発生抑制、意匠性などを考慮して凹凸を設ける
ことがしばしば行われるが、この場合凹凸部の表面保護
フィルムが伸ばされて破断することがある。表面保護フ
ィルムが破断するとここから水が侵入して被覆材の絶縁
破壊を招きやすい。そこでこれを防止するために表面保
護フィルムは無延伸であることが好ましい。無延伸であ
れば凹凸に追従して伸ばされるので破断は起こりにく
い。また、凹凸の隣接する凹部と凸部の最大の高低差が
５マイクロメートル以上１００マイクロメートル以下で
あることが望ましい。５マイクロメートル未満であると
凹凸を設けたときの効果が十分に発揮されないし、１０
０マイクロメートルを越えると表面保護フィルムの破断
が起こりやすくなる。なお、この凹凸は被覆形成工程中
に設けられても良いし、被覆形成後プレスなどの方法に
よって設けられてもよい。

【００２５】表面封止材樹脂層中に含有されているガラ
ス繊維不織布１０６は、シランカップリング剤で処理さ
れている。具体的なシランカップリング剤としては、ビ
ニルトリクロルシラン、ビニルトリス（βメトキシエト
キシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ
メトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）
エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
メチルジエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエ
チル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプ
トプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルト
リメトキシシランなどが挙げられる。処理方法としては
シランカップリング剤のアルコール溶液や水溶液を不織
布に吹きかけるスプレー法、溶液に不織布を漬ける浸漬
法、溶液で濡れたロールの間に不織布を通すグラビアコ
ート法などがある。

【００２６】本実施態様例ではガラス繊維不織布を好適
に用いてはいるが、むろん織布であっても構わない。た
だこの場合は樹脂の含浸性が不織布よりも劣り、樹脂の
透明性を損なう場合があるので注意を要する。裏面の被
覆フィルム１０５は光起電力素子１０１の導電性基板と
外部との電気的絶縁を保つために必要である。材料とし
ては、導電性基板と十分な電気絶縁性を確保でき、しか
も長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟
性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィ
ルムとしては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート
が挙げられる。

【００２７】裏面の封止材１０４は光起電力素子１０１
と裏面の被覆フィルム１０５との接着を図るためのもの
である。材料としては、導電性基板と十分な接着性を確
保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐え
られる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用
いられる材料としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ポリビニルブ
チラールなどのホットメルト材、両面テープ、柔軟性を
有するエポキシ接着剤が挙げられる。もちろん、表面封
止材と同じ材料を用いることも可能であり、通常はその
ような場合が多い。裏面の被覆フィルムの外側には、太
陽電池モジュールの機械的強度を増すために、あるい
は、温度変化による歪、ソリを防止するために、補強板
を張り付けてもよい。例えば、鋼板、プラスチック板、
ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。

【００２８】光起電力素子の表面には上記ガラス繊維不
織布を含む表面封止材樹脂とは別に素子に接するように
ガラス繊維不織布を含まない樹脂層を設けてもよい。該
樹脂層の材料としては例えば、アクリル樹脂、エポキシ
樹脂、フッ素樹脂、ＥＶＡ樹脂、ＥＭＡ樹脂、ＥＥＡ樹
脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂、アク
リルシリコン樹脂、ポリオルガノシロキサン樹脂、ウレ
タン樹脂などが挙げられるが、太陽電池モジュールの使
用環境を考慮して耐候性に優れた材料であることが望ま
しい。また、高温使用下での軟化を防ぐために架橋され
ていることがより望ましい。

【００２９】以上述べた光起電力素子、封止材樹脂、表
面保護フィルム、ガラス繊維不織布、裏面被覆フィルム
を用いて太陽電池モジュールとする方法を以下に説明す
る。封止材樹脂、表面保護フィルム、ガラス繊維不織布
で光起電力素子受光面を被覆するには、シート状に成型
した封止材樹脂を作製しこれを表面保護フィルム、ガラ
ス繊維不織布とともに素子上に加熱圧着する方法が一般
的である。すなわち、光起電力素子と表面保護フィルム
の間に封止材樹脂シートとガラス繊維不織布を挿入して
加熱圧着することにより太陽電池モジュールとすること
ができる。この時、表面保護フィルムの外側に凹凸形状
を有するものを配置し、圧着時にそれが表面保護フィル
ムに押しつけられるようにすれば容易に被覆材表面に凹
凸を設けることができる。なお、圧着時の加熱温度及び
加熱時間は架橋反応が十分に進行する温度・時間をもっ
て決定する。

【００３０】また、裏面についても同様な方法で裏面被
覆フィルムと裏面封止材を用いて被覆を行えばよい。通
常は表面封止材と裏面封止材は同じ材料であるので上記
工程と同時に行うことができる。加熱圧着の方法として
は従来公知である真空ラミネーション、ロールラミネー
ションなどを種々選択して用いることができる。すなわ
ち、光起電力素子、封止材シート、ガラス繊維不織布、
表面保護フィルム、裏面被覆フィルムを例えば表面保護
フィルム／封止材シート／ガラス繊維不織布／光起電力
素子／封止材シート／裏面被覆フィルムという順に重ね
て太陽電池モジュール積層体としこれを加熱圧着すれば
太陽電池モジュールとすることができる。ガラス繊維不
織布は真空ラミネーション法での真空引き工程における
積層体間隙の脱気を助けるとともに、加熱工程で溶融し
たＥＶＡに含浸されることによりＥＶＡがモジュール端
に流れ出して封止材樹脂が薄くなってしまうのを防ぐ働
きがある。さらに、ＥＶＡ中に含浸されることによりＥ
ＶＡの補強材として機能するので、表面の傷が素子にま
で及びにくくするという効果も合わせ持つ。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のではない。

【００３２】

【実施例１】

【光起電力素子の作製】図２に示した構成のアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池（光起電力素子）を作
製した。洗浄したステンレス基板２０１上に、スパッタ
法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００Å）
とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成する。つい
で、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＰＨ₃とＨ₂の
混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガ
スからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄とＢＦ₃とＨ₂の混合
ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚１
５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層
膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの
層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ光電変換半導体層２０３を
形成した。次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ₂Ｏ₃薄
膜（膜厚７００Å）を、Ｏ₂雰囲気下でＩｎを抵抗加熱
法で蒸着することによって形成した。さらに、集電用の
グリッド電極２０５を銀ペーストのスクリーン印刷によ
り形成し、最後にマイナス側端子２０６ｂとして銅タブ
をステンレス基板にステンレス半田２０８を用いて取り
付け、プラス側端子２０６ａとしては錫箔のテープを導
電性接着剤２０７にて集電電極２０５に取り付け出力端
子とし、光起電力素子を得た。なお、プラス側端子は絶
縁体を介して裏面に回し、後述する裏面被覆材の穴から
出力を取り出せるようにした。かくして複数個の光起電
力素子を得た。

【００３３】

【モジュール化】得られた光起電力素子を図３に示すよ
うにして被覆して太陽電池モジュールを作製した。すな
わち、該光起電力素子３０１の表面にアクリルシリコン
系の熱硬化型塗料（東燃製、商品名ファインハード）
をスプレーにて塗布した後、２００℃で３０分間乾燥す
ることにより樹脂層３０４を形成した。次に、該素子、
ガラス繊維不織布３０８（クレーン社製、商品名クレ
ーンガラス２３０）、ＥＶＡシート３０２（スプリング
ボーンラボラトリーズ社製、商品名フォトキャップ、
厚さ４６０マイクロメートル）、片面をコロナ放電処理
した無延伸のＥＴＦＥフィルム３０３（デュポン社製、
商品名テフゼルフィルム、厚さ５０マイクロメート
ル）、ナイロンフィルム３０５（デュポン社製、商品名
ダーテック、厚さ６３．５マイクロメートル）、ガル
バリウム鋼板３０６（大同鋼板製、商品名タイマカラ
ーＧＬ、厚さ０．２７ｍｍ）をＥＴＦＥ／ＥＶＡ／ガラ
ス繊維不織布／素子／ＥＶＡ／ナイロン／ＥＶＡ／鋼板
という順に重ねて太陽電池モジュール積層体とした。な
おガラス繊維不織布には、γ−メタクリルオキシプロピ
ルトリメトキシシラン（東レ・ダウコーニング・シリコ
ーン社製、品番ＳＺ６０３０）の０．５％アルコール
溶液を両面にスプレーで吹きつけた後、乾燥することに
よりあらかじめシランカップリング処理を施しておい
た。

【００３４】前記ＥＴＦＥの外側に、離型用テフロンフ
ィルム（デュポン社製、商品名テフロンＰＦＡフィル
ム、厚さ５０マイクロメートル）を介してステンレスメ
ッシュ（４０×４０メッシュ、線径０．１５ミリメート
ル）を配した。積層体を真空ラミネート装置を用いて加
圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱圧着することによ
り、メッシュにより表面に最大３０マイクロメートルの
高低差の凹凸が形成された太陽電池モジュールを得た。
かくして複数個の太陽電池モジュールを作製した。な
お、ここで用いたＥＶＡシートは太陽電池の封止材とし
て広く用いられているものであり、ＥＶＡ樹脂（酢酸ビ
ニル含有率３３％）１００重量部に対して架橋剤１．５
重量部、紫外線吸収剤０．３重量部、光安定化剤０．１
重量部、酸化防止剤０．２重量部、シランカップリング
剤０．２５重量部を配合したものである。出力端子はあ
らかじめ光起電力素子裏面にまわしておき、ラミネート
後、ガルバリウム鋼板に予め開けておいた端子取り出し
口３０７ａ，３０７ｂから出力が取り出せるようにし
た。

【００３５】

【評価】作製したモジュール表面被覆材の長期浸水時に
おける電気絶縁抵抗の変化を調べるためにつぎのような
手順で評価を行った。すなわち、モジュールの表面を水
道水に一定期間浸した後、モジュール表面全面に金属板
を押し当て、プラス側とマイナス側を短絡した出力端子
と金属板との間に２０００ボルトの直流電圧を印加し流
れる電流から素子上を覆う表面被覆材の単位面積あたり
の抵抗値を算出した。得られた結果を図４にグラフ化し
て示す。

【００３６】

【実施例２】実施例１においてガラス繊維不織布として
アミノシランでカップリング処理された上市品のガラス
繊維不織布（本州電材製、商品名グラスパー）を用い
た以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作
製した。得られた太陽電池モジュールを実施例１におけ
ると同様に評価した。得られた評価結果を図４にグラフ
化して示す。

【００３７】

【実施例３】実施例１において樹脂層３０４を形成しな
かった以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュール
を作製した。得られた太陽電池モジュールを実施例１に
おけると同様に評価した。得られた評価結果を図４にグ
ラフ化して示す。

【００３８】

【実施例４】実施例１において凹凸を形成するために用
いたメッシュを１６×１６メッシュのステンレスメッシ
ュ（線径０．２７ミリメートル）に変えて最大高低差１
６０マイクロメートルの凹凸を形成した以外は実施例１
と同様にして太陽電池モジュールを作製した。得られた
太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価し
た。得られた評価結果を図４にグラフ化して示す。

【００３９】

【実施例５】実施例１において表面保護フィルムをアク
リル樹脂フィルム（三菱レーヨン製、商品名アクリプ
レン、厚さ１２５マイクロメートル）を用いた以外は実
施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。得
られた太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に
評価した。得られた評価結果を図４にグラフ化して示
す。

【００４０】

【実施例６】実施例１において表面保護フィルムを一軸
延伸したＥＴＦＥフィルム（デュポン社製、商品名テ
フゼルＴ２フィルム、厚さ３８マイクロメートル）を用
いた以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュールを
作製した。得られた太陽電池モジュールを実施例１にお
けると同様に評価した。得られた評価結果を図４にグラ
フ化して示す。

【００４１】

【実施例７】実施例１においてシランカップリング剤を
含んでいないＥＶＡシートを用いた以外は実施例１と同
様にして太陽電池モジュールを作製した。得られた太陽
電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。
得られた評価結果を図４にグラフ化して示す。

【００４２】さらに、実施例の効果をより明確にするた
めに次のような比較例のモジュールも作製した。

【比較例１】実施例１においてガラス繊維不織布のシラ
ンカップリング処理を行わなかった以外は実施例１と同
様にして太陽電池モジュールを作製した。得られた太陽
電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。
得られた評価結果を図４にグラフ化して示す。

【００４３】

【比較例２】実施例１においてガラス繊維不織布を用い
なかった以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュー
ルを作製した。得られた太陽電池モジュールを実施例１
におけると同様に評価した。得られた評価結果を図４に
グラフ化して示す。

【００４４】図４から明らかなように実施例の太陽電池
モジュールはいずれもガラス繊維不織布をシランカップ
リング処理しなかった比較例１よりも絶縁抵抗の低下を
抑えることができた。比較例２ではガラス繊維不織布を
用いなかったことで水の侵入経路がなくなり絶縁抵抗の
低下はなくなった。しかし、封止材の保持材及び補強材
としての不織布の機能がないために、引っ掻きによって
容易に素子にまで傷が及び屋外の過酷な環境で用いるモ
ジュールの被覆材としては実用的なものとはいえなかっ
た。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、光起電力素子の光入射
側表面が透明な封止材樹脂層とそれに接してその外側の
最表面に位置する透明な表面保護フィルムの少なくとも
２層以上を含む被覆材により被覆される太陽電池モジュ
ールにおいて、前記封止材樹脂層が樹脂補強材及び樹脂
保持材としてのガラス繊維を樹脂中に含んでおり、前記
ガラス繊維の表面がシランカップリング剤で処理されて
いることによって、長期間電解質を含む水に浸漬しても
被覆材の電気絶縁抵抗が低下することなく、長期間の屋
外使用に際し降雨や浸水で性能の低下や感電の恐れのな
い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。

【図面の簡単な説明】

【図１】太陽電池モジュールの概略断面図の一例であ
る。

【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する、光起電
力素子の基本構成を示す概略断面図２（ａ）及び受光面
側上面図２（ｂ）である。

【図３】本発明の太陽電池モジュールの概略断面図およ
び貼り合わせ前の積層体断面図である。

【図４】実施例及び比較例において得られた太陽電池モ
ジュールの表面被覆材の絶縁抵抗の変化を示したグラフ
である。

【符号の説明】

１０１，３０１光起電力素子１０２表面封止材樹脂１０３，３０３表面保護フィルム１０４裏面封止材１０５裏面被覆フィルム１０６，３０９ガラス繊維不織布３０２ＥＶＡ３０４樹脂層３０５ナイロンフィルム３０６鋼板３０７端子３０８端子取り出し口３１０太陽電池モジュール積層体２０１導電性基板２０２裏面反射層２０３半導体光活性層２０４透明導電層２０５集電電極２０６端子２０７導電性ペースト２０８半田

フロントページの続き (72)発明者小森綾子東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者塩塚秀則東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭53−110492（ＪＰ，Ａ) 特開平７−131048（ＪＰ，Ａ) 特開平６−334207（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−60579（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力素子の光入射側表面が透明な封止
材樹脂からなる封止材樹脂層とそれに接してその外側の
最表面に位置する透明な表面保護フィルムの少なくとも
２層以上を含む被覆材により被覆された太陽電池モジュ
ールであって、予めシランカップリング剤で表面処理さ
れたガラス繊維を前記封止材樹脂層を構成する封止材樹
脂中に含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】前記ガラス繊維が予めシランカップリング
剤で表面処理されたガラス繊維不織布を前記封止材樹脂
に含浸させたものである請求項１に記載の太陽電池モジ
ュール。
【請求項３】前記封止材樹脂がシランカップリング剤を
含有するエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂
である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記表面保護フィルムが延伸処理を施して
いな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。
【請求項５】前記樹脂フィルムが四フッ化エチレン−エ
チレン共重合体樹脂からなるものである請求項４に記載
の太陽電池モジュール。
【請求項６】前記被覆材の表面に凹凸が形成されてお
り、隣接する凹部と凸部の最大の高低差が５マイクロメ
ートル以上１００マイクロメートル以下である請求項１
に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】前記封止材樹脂層が前記光起電力素子の光
入射側表面に設けられた前記ガラス繊維を含まない樹脂
層とその上に設けられた前記ガラス繊維を含む樹脂層と
で構成されたものである請求項１に記載の太陽電池モジ
ュール。
【請求項８】前記光起電力素子が導電性基体上に光電変
換部材としてアモルファスシリコン薄膜からなる半導体
光活性層及び透明導電層が形成されたものである請求項
１に記載の太陽電池モジュール。