JPH0471276A - 少劣化太陽電池モジュール - 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、太陽電池モジュールに関し、特に非晶質シリ
コン太陽電池素子を用いた劣化の少ない太陽電池モジュ
ールに関する。

［従来の技術］ 太陽エネルギーの利用として、特に太陽電池発電は、枯
渇しない、環境を汚染しない等の特徴を有し、化石エネ
ルギーや原子力エネルギーの代替エネルギーとして、将
来、一般家庭のレベルから大規模な発電用まで広範囲で
の普及が期待されている。

これらの太陽電池のうち、シリコンを原材料とするもの
には、単結晶、多結晶、非晶質などの太陽電池素子があ
り、様々なタイプのモジュールが市販されている。また
特に、非晶質シリコン太陽電池には、製造コストが安い
ことや、大面積の太陽電池の製造が行えることなどの利
点がある。

しかし、この非晶質シリコン太陽電池では、光照射が原
因とされる性能の低下、即ち、いわゆる光劣化が生じ、
光エネルギーを電気エネルギーに変換する度合を示す変
換効率は、累積光照射時間の増加に伴って初期の値を満
足しなくなるという特徴がある。これは単結晶、及び多
結晶シリコン太陽電池では、一般に光劣化は生じないと
言われているため、非晶質シリコン太陽電池の欠点の一
つとなっている。

これまで、この光劣化に対しては様々な研究がなされて
おり、低下した変換効率は太陽電池素子をアニーリング
（熱処理）することによって、ある程度まで回復可能で
あることが知られている。

また、結晶系太陽電池よりも程度は低いものの、非晶質
シリコン太陽電池においても、太陽電池素子の温度上昇
とともに変換効率の僅かな低下がみられることから、従
来、モジュール化に際しては、太陽電池素子の放熱効果
の良さに重点がおかれて製作されてきた。

［発明が解決しようとしている課Ｂ］ 前述したように、従来の非晶質シリコン太陽電池は、放
熱効果が良いように作製されており、また気温の上昇に
よる影響もできるかぎり受けないように製造されている
ため、屋外での太陽光受光時に、太陽電池素子の温度が
高温になることは難しい。

即ち、屋外での太陽光受光時に、前述のアニーング効果
を期待することは難しく、低下した変換効率を回復し、
長期的にみれば光劣化を減少させるということは行われ
難い。

即ち、従来の非晶質シリコン太陽電池では、太陽光受光
時に、同時に受ける熱によるアニーリング効果を有効に
利用して、光劣化を防止するということが、考えられて
いない。

［発明の目的］ 本発明は、上記の課題に鑑み、非晶質シリコン太陽電池
素子の放熱を減少させ、上記太陽光受光時の太陽電池素
子の温度の上昇を促進するとともに、気温による温度下
降の影響を減少させることによって、上記太陽電池素子
の温度を常時高温に保ち、それによるアニーリング効果
を有効に利用し、結果として、長期間使用後、太陽電池
素子の光劣化を減少させる非晶質シリコン太陽電池モジ
ュールを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的を達
成するための手段として、本発明は、非晶質シリコン太
陽電池モジュールにおいて、非晶質シリコン太陽電池素
子の受光面の裏面側に、断熱手段を具備することを特徴
とする少劣化太陽電池モジュールを提供するものである
。

このような構成の非晶質太陽電池モジュールを用いるこ
とによって、上記太陽電池素子の放熱が減少し、太陽光
受光時の上記素子の温度の上昇は促進されるとともに、
気温による温度下降の影響を受は難くなる。よって上記
太陽電池素子の温度は常時高温に保たれ、アニーリング
効果が有効に利用され、長時間使用後、結果として非晶
質太陽電池の光劣化は減少する。

第１図は、本発明の特徴を最も良く表わす図であり、非
晶質シリコン太陽電池モジュールの構成を概念的に示し
た断面図である。第１図において、ｌは非晶質シリコン
太陽電池素子、２は断熱材、３は接着剤層、４は表面保
護材、５は裏面保護材、６はフレーム材、７は接着剤で
ある。太陽光は図の上方から入射する。このように本発
明の太陽電池は、非晶質シリコン太陽電池素子１の受光
面の裏面側に断熱手段として、例えば断熱材２を有して
構成されている。

また図では上記太陽電池素子の配線および出力端子は省
略して描いである。

断熱材２としては、耐熱性、耐火性、耐水性を備える材
質であり、またモジュール化に際して過大な容積を必要
としないものが望ましく、例としては、シート状のガラ
ス繊維があげられるが、材質及び形状はこれに限るもの
ではない。

また断熱手段としては、第１図のように断熱材２と非晶
質太陽電池素子１を表面保護材４及び裏面保護材５によ
ってラミネートする方法に限るものではない。例として
、上記太陽電池素子の受光面の裏面側に閉空間を形成し
、空気を断熱材として用いることもできる。また、更に
上記の閉空間に、断熱材を充満させることもできる。

［実施例］ （実施例１） 本実施例においては、第１図のように、非晶質シリコン
太陽電池素子ｌと断熱材２を、表面保護材４及び裏面保
護林５によってラミネートする方法を用いて太陽電池モ
ジュールを製作し、実際に屋外で太陽光を照射して、上
記太陽電池素子の光劣化を調べる試行実験を行なった。

本実施例で用いた非晶質シリコン太陽電池素子ｌとして
は、ステンレス・スチール製基板上に基板側から順にｎ
＋Ｌｐ＋ｎ＋ｌ＋Ｉｌ型非晶質シリコン薄膜型針晶質シ
リコン薄膜いて積層した後、透明電極として酸化インジ
ウム・錫を蒸着し、最後にグリッド電極として銀ペース
トを印刷して約３０ｘ９ｃｍ”の単位としたものを１３
段直列化したものを用いた。

また断熱材２としては、約２論議厚のシート状のガラス
繊維を、上記太陽電池素子１と同寸法に成形したものを
用い、また接着剤層３としては、シート状のＥ、Ｖ、Ａ
を用い、表面保護林４としては、１００μ菖厚のテフゼ
ルを用い、裏面保護材５としては、アルミニウム箔を両
面から白色テトラ−で挟んだものを用いた。

上記の材料を、下から裏面保護林５、接着剤層３、断熱
材２、非晶質シリコン太陽電池素子１、接着剤層３、表
面保護材４の順に積層し、真空ラミネーターを用いて１
００℃でラミネートした。

ラミネートした上記太陽電池素子は、アルミニウム製の
フレーム６に設置し、シリコン・ゴム系の接着剤７で固
定し、配線及び出力端子を取り付けてモジュールとして
作製した。

また、これとは別に、ラミネートする際に断熱材２を用
いないもの、即ち上記と同じ材料を用い、下から裏面保
護材５、接着剤層３．非晶質シリコン太陽電池素子ｌ、
接着剤層３、表面保護材４の順に積層し、ラミネートし
たものを、フレーム材６に、接着剤７で固定したモジュ
ールも作製した。

但し上記のモジュール化に用いた上記太陽電池素子の個
々の単位の特性、特に実効変換効率は、はぼ同等のもの
を選択した。モジュールの総出力は、約２３　ｗａｔｔ
であった。

以上に述べた２個のモジュールを用いて、屋外で光劣化
の度合を比較する実験を行なった。手順は次の通りであ
る。

まず各々のモジュールは、その受光面をアルミニウム箔
で包囲した後、屋外に予めモジュールの受光面が真南の
方角を向き、かつ水平面と３７度の角度となるように作
製した架台に設置した。上記架台には、同時に全天日射
計、及び熱電対を設置し、太陽の日射量密度、及び気温
が測定できるようにした。

また各々のモジュールの電流・電圧曲線の測定系を、市
販のバソコ・ン、デジタル・マルチメーター２台、電子
負荷装置、ブロック−で構成した。

これらの測定系によって、まず、晴天日の正午に日射量
密度が１．０に胃／Ｉｌｌ　＃で安定していることを確
かめ、モジュールの受光面上のアルミニウム箔を取り除
き、上記太陽電池素子の温度が安定したと思われる１０
分後に、各々のモジュールの電流・電圧曲線と日射量密
度を測定して実効変換効率を算出した。

その結果、実効変換効率は、断熱材を用いたモジュール
が５．３％、用いないモジュールが５．５％であり、断
熱材を用いたことによって、太陽電池素子の温度がより
高温となり、変換効率は低くなっていることがわかった
。

測定後、２個のモジュールには各々の電流・電圧曲線の
最適負荷に相当する抵抗を接続した状態で、約１００日
問屋外に放置した。その後、晴天日の正午で上述の測定
時とほぼ同じ日射量密度、気温の日を選び、上述の手順
で各々のモジュールの実効変換効率を測定した。

ここで光劣化の度合を、約１００日後と最初の実効変換
効率の差を最初の実効変換効率で除したものと定義する
。

その結果、光劣化の度合は、断熱材を用いない方が１５
％、一方、用いた方は１２％であり、割合にして劣化に
対する耐久性は、２０％向上し、当初の目的が達成され
ていることを確認できた。

（実施例２） 本実施例が実施例１と異なる点は、まず断熱材が太陽電
池素子とともにラミネートされず、その代わりに、ラミ
ネートされた太陽電池素子の受光面の裏面側に閉空間を
設け、そこに、満たされた空気を断熱材として用いるこ
とである。この方法の利点は、フレームに蓋を取り付け
るのみで効果が期待できるという構造の簡易性にある。

第２図は、この様な本実施例の特徴を表わす構造概念図
であり、図において、１は非晶質シリコン太陽電池素子
、３は接着剤層、４は表面保護材、５は裏面保護材、６
はフレーム材、７は接着剤、８はフレーム蓋、１２は断
熱材としての空気である。但しこの図においても、配線
及び出力端子は図示を省略した。また用いた非晶質シリ
コン太陽電池素子１、接着剤層３、表面保護材４、裏面
保護林５．フレーム材６、接着剤７は実施例１と同材質
、同寸法のものである。

上記の材料を下から裏面保護材５、接着剤層３、非晶質
シリコン太陽電池素子１、接着剤層３、表面保護林４の
順に積層し、真空ラミネーターを用いて１００℃でラミ
ネートし、フレーム材６に接着剤７で固定した。

これを２個作製し、一方のフレーム材６には、受光面の
反対側に閉空間を形成するようにフレーム蓋８を不図示
の接着剤によって固定した。もう一方のモジュールのフ
レーム材６にはフレーム蓋８は取り付けなかった。

但し実施例１と同様に、上記のモジュール化に用いた上
記太陽電池素子の個々の単位の特性、特に実効変換効率
は、はぼ同等のものを選択した。

以上に示した２個のモジュールを用いて、屋外で光劣化
の度合を比較する実験を行なった。手順は、実施例１と
同じとし、上記のモジュールを設置する架台も同じもの
を用いた。

その結果、光劣化の度合は、フレーム蓋８を用いない方
が１５％、用いた方が１４％であり、劣化に対する耐久
性は１割合にして７％向上し、本実施例においても当初
の目的が達成されていることを確認できた。

（実施例３） 本実施例では、前述のラミネート加工の際には断熱材は
挿入せず、受光面の裏面側に閉空間な設けるという点は
同じであるが、上記の閉空間に断熱材を充満させる点が
異なる。

本実施例においても、フレーム蓋の取り付けと、断熱材
の充満のみで効果が期待できるという構造の簡易性が利
点である。

第３図は、本実施例の特徴を表わす構造概念図であり、
図において、実施例２と同じ構成部分には同じ番号を付
しである。また２２は、閉空間に充満した断熱材である
。

ただしこの図においても配線及び出力端子は、図示を省
略した。

断熱材２２としては、実施例１で用いたシート状のもの
ではなく、綿状のガラス繊維を用いた。

上記の材料を、実施例２に示したと同様の手順でラミネ
ートし、フレーム材６に接着剤７で固定した。

これを２個作製し、一方のモジュールのフレーム材で囲
まれた部分に上記の断熱材２２を入れ、フレーム蓋８を
フレーム６に、不図示の接着剤で固定した。もう一方の
モジュールには断熱材２２とフレーム蓋８は取り付けな
かった。

但し実施例１、実施例２と同様に上記のモジュール化に
用いた上記太陽電池素子の個々の単位の特性、特に実効
変換効率は、はぼ同等のものを選択した。

以上に示した２個のモジュールを用いて、屋外で光劣化
の度合を比較する実験を行なった。手順は、実施例１、
実施例２と同じとし、上記のモジュールを設置する架台
も同じものを用いた。

その結果、光劣化の度合は、断熱材２２とフレーム蓋８
を用いない方が１５％、断熱材２２とフレーム蓋８を用
いた方が１２．５％であり、劣化に対する耐久性は、割
合にして１７％向上し、本実施例においても当初の目的
が達成されていることを確認できた。

上述した実施例では、断熱材として、ガラス繊維や空気
を用いたが、本発明はこれに限るわけではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、非晶質シリコン太陽電池モジュー
ルにおいて、非晶質シリコン太陽電池素子の受光面の裏
面側に断熱手段を具備することにより、上記太陽電池素
子の放熱を減少させ、太陽光受光時の上記太陽電池素子
の温度の上昇を促進するとともに、気温下降の影響を減
少させることによって、アニーリング効果を有効に利用
することができる。そのため、このアニーリング効果に
より、結果として、長期間使用後、上記太陽電池素子の
光劣化を減少させる効果が得られる。

２・・・シート状断熱材 ４・・・表面保護材 ６・・・フレーム材 ８・・・フレーム蓋 ２２・・・綿状断熱材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質シリコン太陽電池モジュールにおいて、非晶質シ
   リコン太陽電池素子の受光面の裏面側に断熱手段を具備
   することを特徴とする少劣化太陽電池モジュール。