JPH03185769A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は太陽電池に関し、特に耐熱性や耐湿性や耐候性
に優れた保護膜を有する太陽電池に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］太陽電
池はエネルギー供給手段として、火力発電や原子力発電
のような環境汚染の心配もなく、クリーンな太陽エネル
ギーから何処でも直接電気エネルギーが容易に取り出せ
るということから注目されている。

しかし、現状でＬま太陽電池の製造原価が高く、変換効
率も十分ではないため、広く一般に普及する段階にまで
至っていない。

太陽電池′の普及のためには、変換効率の向上とともに
、屋外で長期に渡る耐久性が必要である。

太陽電池モジュールの耐久性、信頼性を上げるために、
保護膜は重要な役割を持っている。

太陽電池素子の電極は、水分で酸化されやすいため、保
護膜で外部より遮断し、耐湿性、耐候性を改善する必要
がある。

従来の太陽電池では、保護膜としてはポリメチルメタク
リレート及びエポキシ樹脂（特開昭６Ｏ−８８４８１）
　、シリコン樹脂（ＦＲ−２４２６３３７）、ポリフッ
化ビニル（特開昭６Ｏ−１４８１７５）等が用いられて
いる。

しかし、ポリメチルメタクリレートは耐湿性が悪く、柔
軟性が無いのでクラックが入りやすく、エポキシ樹脂は
高温高湿時では黄変劣化しやすく、光透過を妨げるとい
う欠点があり、ポリフッ化ビニルは、安定だが、もとも
と透明性が悪いため、変換効率を低下させるという問題
がある。また、従来使用されるＲＴＶ型（室温加硫型）
シリコン樹脂は、材料が高価であり、また化学的には安
定であるが、表面にゴミ、チリが付着し易く、やはり、
光透過を妨げるという問題がある。

［発明の目的］ 本発明は上記のような欠点の無い、つまり保護膜自体の
劣化がなく、高温下、高湿下でも安定して、光透過性及
び保護機能を保つ保護膜を有する長寿命の太陽電池を提
供することである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、上述
した課題を、 導電性基体上に太陽電池素子を設けた太陽電池において
、エチレン−テトラフロロエチレン共重合体二軸延伸フ
ィルムを保護膜として有する太陽電池によって解決しよ
うとするものである。

すなわち、本発明の太陽電池は、ガラス、ステンレス等
の基体とアモルファス−シリコン（以下ａ−３Ｌ）　、
またはＣｄＳ／ＣｄＴｅ等の太陽電池素子とエチレン−
テトラフロロエチレン共重合体二軸延伸フィルムの保護
膜より構成される。

エチレンフィルムは透明性は良いが、耐熱性が悪く、表
面の潤滑性も悪い。

一方、テトラフロロエチレンフィルムは、全く不透明で
あるが、耐熱性は高く、表面の潤滑性も良い。

エチレン−テトラフロロエチレン共重合体はそれぞれの
長所を保ち、透明性も高く、耐熱性も高く、表面潤滑性
も良い。

しかしエチレン−テトラフロロエチレン共重合体フィル
ムも未延伸フィルムではフィルム密度が低く、水蒸気を
透過させるため、太陽電池モジュールでは内部電極を酸
化させたり、長期にわたると結晶化して白濁化する。

本発明のエチレン−テトラフロロエチレン共重合体二軸
延伸フィルムではフィルム密度が高くなり、水蒸気を透
過させずに、結晶化も発生せず、長期使用を可能にした
。

エチレン−テトラフロロエチレン共重合体二軸延伸フィ
ルムはエチレン−テトラフロロエチレン共重合体をフィ
ルム状にし、二軸延伸加工して製造したものである。

ここで、本発明における二輪延伸とは、縦方向と同時に
横方向にも分子配向させて、強度をバランスさせるとと
もに、他の物性を向上させるものである。本発明では、
エチレン−テトラフロロエチレン共重合体をガラス転移
点以上かつ融点以下の温度において、縦方向及び横方向
に１５０〜５００％延伸させ、フィルム状に成型したも
のを用いる。

保護膜として、エチレン−テトラフロロエチレン共重合
体二軸延伸フィルムの膜厚は、１０〜２００μｍ、好ま
しくは３０〜１ＯＯＬＬ１１が良い。

また保護膜と太陽電池素子の接着には、従来と同様の透
明性の接着剤が用いられる。

本発明の保護膜は、エチレン−テトラフロロエチレン共
重合体二軸延伸フィルムより成っているため、常温常温
ではもちろん、更に高温高湿下でも、長期にわたり劣化
せず、透明性を保持するため、光から電気エネルギーへ
の変換効率を低下させない。

また、表面に潤滑性があるため、ゴミ、チリ等が付着し
にくく、光透過を妨げることもない。

また、水蒸気の透過性も少ないため、太陽電池モジュー
ル内部の電極が酸化されることなく、長期にわたる使用
が可能となった。

［実施例］ 本発明の太陽電池の構成を説明するために、第１図に実
施例の太陽電池モジュールの断面図を示した。第１図に
おいて、ｌは基体としてのステンレス基板で、その王に
アモルファスシリコン膜２を形成し、その上にＩｎ＊Ｏ
ｓ電極３を設け、接着剤４を介して保護膜５を貼り付け
ることにより、本発明の太陽電池が構成されている。

次に、本発明に用いられるａ−５Ｌ（アモルファスシリ
コン）太陽電池の製造例について説明する。

第３図は、ａ−５Ｌ光起電力素子の製造に使用する装置
の概要を示すブロック図であり、３１は反応容器、３２
は放電用陰電極、３３は放電用陽電極、３４は加熱回転
台、３５は基板、３６は真空計へ継がれる管、３７は排
気ガス口、３８は原料ガス供給管、３９は真空引きに継
がれる管、４０１４１．４２はガスタンク、４３．４４
．４５は流量計、４６はコールドトラップ、４７．４８
．４９は開、閉弁である。

次に、この製造装置の動作の一例を示す。まず排気ガス
口３７に接続された排気ポンプ（不図示）を起動して反
応容器３１の内部を１．０−’Ｔ。

ｒｒ程度に減圧した後、加熱回転台３４を動作させて、
これに載置された基板３５を加熱しつつ回転させる。加
熱操作と前後して開閉弁４７と４８を開放し、ガスタン
ク４０と４１からそれぞれＳ　ｉ　Ｈａ　／　Ｈｌ混合
ガスと、Ｐ　Ｈｌ　／　Ｈｌ混合ガスを反応容器３１に
供給する。

次に放電用発電機Ｇを動作させて上記ガスに高周波電界
を印加し、放電用陽電極３３と陰電極３２との間でグロ
ー放電を生じさせる。このようにして、基板３５の上に
ｎ型層−Ｓｉ層を堆積したのち放電を停止し、これと相
対後して開閉弁４７と４８を閉鎖してガスの供給を停止
し、反応容器３１内に残留する原料ガスを排気する。

次に開閉弁４７を開閉して、ガスタンク４ｏからＳ　ｉ
　Ｈ４／　Ｈｌ混合ガスを反応容器３１に供給し、グロ
ー放電を再開する。このようにして、ｎ型層上にｉ型層
−Ｓｉ層を堆積したのちグロー放電を停止し、これと相
前後して開閉弁４７を閉鎖して原料ガスの供給を停止し
、残留する原料ガスを排気する。

更に、開閉弁４７と４９を開放して、ガスタンク４０と
４２からそれぞれＳ　ｉ　Ｈ４／　Ｈｌ混合ガスとＢ＊
　ＨＩＩ　／　Ｈ＊ｌ混合ガス反応容器３１に供給し、
グロー放電を再開する。このようにしてｉ型層上にｐ型
層−３ｔを堆積した後、グロー放電を停止し、これと相
前後して開閉弁４７と４９を閉鎖して原料ガスの供給を
停止し、残留する原料ガスを排気する。このようにして
得られたｎ型、ｉ型およびｐ型のａ−３ｉ層を総じてａ
−Ｓｉ単位セルと呼ぶ。

更に起電力を増すために、ａ−Ｓｉ単位セルを繰り返し
積層してもよい。

更に、公知の電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタリング法
などにより、最終のａ−８ｔ単セルのｐ型層−Ｓｉ層上
に錫インヂウム酸化物等の透明導電層を形成する。

本実施例では、上述の装置を用いて以下の様にしてａ−
３ｉセルの製造を行なった。

まず基板３５としては、厚み０．５ｍｍ、寸法２０Ｘ２
０ｍｍの表面を鏡面研磨したステンレス鋼を使用した。

また原料ガスの体積比はＳ　ｉ　Ｈ４／Ｈ，＝０．１、
ＰＨｓ　／Ｈｚ　＝５×１０−’Ｂ　ｘ　Ｈａ　／　Ｈ
ｚ　＝　５　Ｘ　ｌ　Ｏ−’であり、更にこれらの混合
ガスの体積混合比は５　ｉ　Ｈ４／　Ｈｌ混合ガスに対
して、ＰＨ，／Ｈ１混合ガス、およびＢ２Ｈ６／　Ｈ１
混合ガスの比が、いずれも０．１〜１％のオーダーであ
る。反応容器内の原料ガスの圧力を２〜５Ｔｏｒｒ、放
電用発電機Ｇの高周波出力を５０〜５００Ｗ　（４ＭＨ
ｚ）　、ステンレス基板の温度を２５０〜３５０℃とし
たとき、ｐ型およびｎ型層−５ｉ層の成長速度は０．４
〜１入／ｓｅｃ、ｉ型層−３ｉ層の成長速度は０．８〜
３人／　ｓ　ｅ　ｃであった。ａ−Ｓｉ層の層厚さは堆
積時間の調整などによって任意の厚さに容易に調整でき
る。

本発明に用いるａ−３ｉの層構成は、ｎ型のａ−３ｉ層
の厚さを１００人、ｉ型のａ−３ｉ層の厚さを６０００
人、ｐ型のａ−Ｓｉ層の厚さを３０人とした。

（実施例１） 第１図の太陽電池モジュールにおいて、接着剤にエチレ
ン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜厚５０μｆｆ１
）を用い、保護膜にエチレン−テトラフロロエチレン共
重合体（エチレン２０ｍｏ１％、テドラフロロエチレン
８０ｍｏ１％）二輪延伸フィルム（膜厚ｌＯＯμｍ）を
用いて、太陽電池モジュールを製作した。

この太陽電池モジュールを用いて、キセノンフェードメ
ーター（ＦＡＬ−２５ＡＸ−ＨＣ−Ｂ−ＥＣスガ試験機
（株）製）で２０００時間の耐候テストを行なった。

第２図は、本実施例の耐候テストで用いた試験機の構造
を示す図であり、第２図（ａ）は垂直型試料ホルダーを
備えた装置の正面図を示す図であるが、部分的に内部構
造も図示している。第２図（ｂ）は、標準型・試料ホル
ダー使用時の拡大図を示す図である。

本装置は第２図（ａ）に図示される様に、本体正面左側
には、制御盤１２があり、試験機の操作に必要な計器、
スイッチ等が取り付けられている。また右側には試験槽
があり、中央にキセノンランプ１０が設置され、その周
囲を試料回転枠１５が回転する。また下部は機械室にな
っており、送風機１７、トランス１８等が取り付けられ
ている。上述の装置を用い、耐候テストを以下の様に行
なった。

先ず第２図（ｂ）に示す試料回転枠２０に取り付けであ
る試料ホルダー１９に試験用の試料をセットし、回転枠
２０に取り付けであるブラックパネル温度計２１の測定
値を６３±３℃とする。これによって試験機内の温度は
約４５℃となる。また試験機内の湿度は７０％Ｒ−Ｈと
する。また試験機内に取り付けである放射照度計（不図
示）の測定値を３４０ｍｍで０．５±０．０２Ｗ／ｍ”
とした。試料は回転して均等に光を受ける様にし、以上
の条件で２０００時間、光照射を行なった。

その後、保護膜の無い太陽電池素子と比較して出力低下
の測定を行ない、また、耐候テスト後の保護膜の状態を
観察した。

これらの結果を表１に示した。

（実施例２） 第１図の太陽電池モジュールにおいて、接着剤にエチレ
ン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜厚５０μｍ）を
用い、保護膜にエチレン−テトラフロロエチレン共重合
体（エチレン５０ｍｏ１％、テトラフロロエチレン５０
ｍｏ１％）二軸延伸フィルム（膜厚５０１ＬＩ１１）を
用いて、太陽電池モジュールを製作した。この太陽電池
モジュールを用いて、実施例１と同様の測定を行ない１
．結果を表１に示した。

（実施例３） 第１図の太陽電池モジュールにおいて、接着剤にエチレ
ン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜厚５０μｍ）を
用い、保護膜にエチレン−テトラフロロエチレン共重合
体（エチレン７０ｍｏ１％、テトラフロロエチレン３０
ｍｏＬ％）二軸延伸フィルム（膜厚８０ｕＩ１１）を用
いて、太陽電池モジュールを製作し、実施例１と同様の
測定を行ない、結果を表１に示した。

（比較例１） 第１図の太陽電池モジュールにおいて、接着剤にエチレ
ン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜厚５０μｍ）を
用い、保護膜にエチレン−テトラフロロエチレン共重合
体（エチレン２０ｍｏ１％、テトラフロロエチレン８０
ｍｏ１％）未延伸フィルム（膜厚８０ｇｍ＋）を用いて
、太陽電池モジュールを製作した。測定は実施例１と同
様に行ない、結果を表１に示した。

（比較例２） 第１図の太陽電池モジュールにおいて、接着剤にエチレ
ン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜厚５０ｕｍ）を
用い、保護膜に従来のポリフッ化ビニルフィルム（膜厚
１００ｇｍ）を用いて、太陽電池モジュールを製作した
。測定は実施例１と同様に行ない、結果を表１に示した
。

（比較例３）　第１図の太陽電池モジュールにおいて、
接着剤にエチレン−酢酸ビニルホットメルトシート（膜
厚５０μ！＋）を用い、保護膜に従来のポリメチルメタ
クリレートフィルム（膜厚１００μｍ）を用いて、太陽
電池モジュールを製作した。測定は実施例１と同様に行
ない、結果を表１に示した。

表１に示されるように、実施例１，２．３の、保護膜と
してエチレン−テトラフロロエチレン共重合体二輪延伸
フィルムを用いたものでは、それぞれ膜厚により多少の
差はあるが、いずれも、初期９２〜９４％の出力効率比
が試験後９１〜９２％と１〜２％の出力効率比の低下し
か発生せず、保護膜表面も変化しない。しかしながら、
エチレン−テトラフロロエチレン共重合体未延伸フィル
ムを用いた比較例１では、初期効率比も８６％と低く、
試験後８０％に低下し、６％の劣化が発生し、保護膜自
体もはがれてしまった。

また、従来の材質の保護膜を用いた比較例２゜３でも、
初期効率比が低かったり、試験後４％〜３４％の低下が
発生し、保護膜が割れることもあった。

表１ ［発明の効果］ 以上、説明したように、太陽電池モジュールの保護膜に
エチレン−テトラフロロエチレン共重合体二軸延伸フィ
ルムを用いることにより、透明性が良く、初期から出力
効率が高く、しかも長期に渡り、透明性が良く、出力効
率が安定し、保護膜自体の劣化もないという耐久性が得
られ、またゴミ、チリ等を付着することもないという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽電池モジュールの一例の断面図で
ある。 第２図は実施例で行なった耐候テストに用いた試験装置
の構造図。 第３図は光起電力素子の製造に使用する装置の概要を示
すブロック図。 １、ステンレス基板 ２、アモルファスシリコン ３　、１ｎｎ’ｓ電極 ４、接着剤 ５、保護膜 ３１、反応容器 ３２、放電用陰電極 ３３、放電用陽電極 ３４、加熱回転台 ３５、基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電性基体上に太陽電池素子を設けた太陽電池におい
   て、エチレン−テトラフロロエチレン共重合体二軸延伸
   フィルムを保護膜として有する太陽電池。