WO1999007022A1

WO1999007022A1 - Module de cellule solaire

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Publication number: WO1999007022A1
Application number: PCT/JP1998/003241
Authority: WO
Inventors: Masataka Kondo; Atsushi Takenaka
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2000-01-29
Also published as: EP1009037A1; JPH11103086A; EP1009037B1; US6300555B1; DE69833862D1; EP1009037A4; DE69833862T2

Description

明細書

太陽 ¾池モジュール

技術分野

本発明は、太陽電池モジュールに関するものであり、特に、太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールに関するものである。背景技術

近年、太陽光発電技術の普及に伴い、結晶シリコン、アモルファス系半導体等を用いた太陽電池が大量に製造され、モジュールの形態で屋上に設置されたり、建物の屋根や壁の建築材料と一体化した構造として販売されている。

また、アモルファス系半導体等を用いた薄膜系太陽電池モジュールは、量産が可能であり、単純な基板一体型橥積栴造にすることができるため、コスト面で有利であり、特に近年注目を集めている。

この基板一体型集稂構造の薄膜系太陽電池モジュールの製造プロセスの概略は、次のとおりである。まず、ガラス基板上に熱 C V D法等により S n 0₂等の透明電極層を形成し、レーザ加工等を用いてパターニングする。次に、この上に、プラズマ C V D法等により光半導体層を形成し、同様にレーザ加工等を用いてパターニングする。続いて、この上に、蒸着法等により、裏面電極層として、金属膜、または透明電極と金屈の多層膜を形成した後、最終のパターニングをすることにより、複数の光半導体素子が 1枚のガラス基板の上に配線された形で形成される。これに端子を取出すための簡単な配線を施した後、裏面を充填材、裏面保護シートで封止、保護することにより、太陽電池が形成される。この太陽電池を、アルミニウム製フレーム等の支持部材に、ブチルゴム等のシ一リング材を介してはめ込むことにより、太陽電池モジュールが簡便に作製される。

図 7は、従来の基板一体型集積構造の薄膜系太陽電池モジュールの一例の概略構成を示す断面図である。

図 7を参照して、この太陽電池モジュールは、太陽電池 1と、太陽電池 1を支持するアルミニウム製フレーム 2 1とを備え、太陽電池 1はアルミニウム製フレーム 2 1に、ブチルゴムからなるシーリング材 4を介して^:め込まれている。

また、図 8は、図 7に示す太陽電池モジュールの太陽電池 1を拡大して示す部分断面図である。

図 8を参照して、この太陽電池 1は、 1枚のガラス基板 1 0と、ガラス基板

1 0上に順次形成された透明電極層 2 0、光半導体層 3 0、および裏面電極層 4 0からなる複数の光半導体素子 5 0とを備えている。ガラス基板 1 0の素子形成面（裏面）側は、充填材 6 0により封止され、裏面保護シート 7 0により保護されている。

また、図 1 0は、従来の基板一体型集積構造の薄膜系太陽電池モジュールの他の例の概略構成を示す断面図である。この太陽電池モジュールは、建物の屋根に設置することを前提として設計されたものである。

図 1 0を参照して、この太陽電池モジュールは、太陽電池 1と、太陽電池 1 を支持する支持台 5および押え部材 2 3とを備えている。支持台 5は木材からなり、押え部材 2 3はアルミニウムからなる。また、支持台 5は、建物の屋根に敷かれた鉄板（図示せず）に取付けられるようになつている。さらに、太陽電池 1と支持台 5との問には、たとえばポリウレタン等からなるクッション材 3 3が介在されている。なお、太陽電池 1の構造は、図 8に示したのと全く同様であるので、その説明は省略する。

このように構成される太陽電池モジュールにおいては、発電特性の安定はもとより、紫外線、酸性雨、熱等の環境要素に対する耐候性のほか、これらの太陽電池は人がアクセスしにくい場所に設置されることから、割れる等-の機械的な破損が起こらないことが重要な信頼性要件となっている。

しかしながら、従来の太陽電池モジュールの絶縁耐圧を電力取出端子とフレームの間で測定したところ、作製後すぐにおいては J I S規格を満足するものであったが、高温高湿の加速試験後に測定すると、絶緣耐圧が大幅に低下する現象が一部の試料で見られた。

そこで、発明者らは、絶緣耐圧の低下の原因を調べたところ、従来の薄膜系 (基板一体型）太陽電池モジュールにおいては、フレームまたは押え部材等の太陽電池を支持するための支持部材の組付け構造が結晶系の太電池モジユーと同様であるため、以下のよう問題が生じることがわかった。

図 9は、従来の基板一体型薄膜系太陽電池モジュールにおける問題点を説明するための図である。

図 9を参照して、従来の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池 1のフレーム 2 1への組付けの際にブチルゴムからなるシーリング材 4を介在させているが、長期間の曝露によって、ブチルゴムからなるシーリング材 4が流動してしまう。そのため、フレーム 2 1内で太陽電池 1が移動し、太陽電池 1 とフレーム 2 1とが接触してしまうことが判明した。特に、傾斜した屋根に取付けられた太陽電池モジュールの場合には、シーリング材 4が塑性変形すると、太陽電池 1の荷重により、太陽電池 1は容易に下方へ移動してしまう。

また、図 8に示す構造の薄膜系太陽電池 1では、ガラス基板 1 0の側面や光半導体素子形成面と反対側の光入射面側へ、透明電極層 2 0が回り込んだ状態になることがある。この場合には、ガラス基板 1 0がフレーム 2 1と接触するだけで、絶緣状態が維持できなくなってしまう。特に、図 1 0に示す構造の太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板 1 0とアルミニウムからなる押え部材 2 3とが接触しているため、透明電極層 2 0の回り込みが生じると絶縁状態の維持が困難になる。

そこで、発明者らは、ガラス基板 1 0の周辺部分または端部にまで回り込んで形成された透明電極層 2 0を除去することにより、結晶系の太陽電池モジュールと同様の状況を作り、絶緣対策を行なうことを検討した。

しかしながら、熱 C V D等の方法によりガラス基板上に S η 0₂透明電極層を形成する際に、ガラス基板の周辺部分だけを S η 0₂層が形成されないようにマスクすることは、気相反応の本質から極めて困難であった。

また、透明電極層形成後に、グラインダーや面取り装匱を用いてガラス基板周辺部の S n〇₂層を、ガラス基板とともに除去する方法も検討した。しかしながら、この方法では、加工コストが上昇するとともに、パーティクルの発生が、次の光半導体層形成工程においてピンホールができてしまうという問題を引き起こしてしまうため、採用できないことがわかった。 —方、発明者らは、上述した絶縁耐圧低下の問題に加えて、本陽電池モジュ一の機能的信頼性の向上の問題にも着目した。

すなわち、太陽電池の光入射面側のガラス基板（硬質透明板）としては、ほとんどの場合、ガラスや透明セラミックなどの脆性材料が用いられている。その大きな理由は耐侯性が透明樹脂と比蛟して格段に優れていることであるが、周知のごとく、「ガラス」と「割れやすい」という言葉がすぐに結びつくように、ガラスやセラミックは脆いという欠点がある。この対策の 1つとして、たとえば強化ガラスを用いることが広く行なわれてきている。しかしながら、太陽電池が屋外に設置されて発電する状態では、太陽電池の温度が 7 0 °C以上の高温になることがある。太陽電池は、光電変換効率の向上のために光の吸収率が極めて大きい構造になっており、アルミニゥム製フレームや屋根などの構造体と比較して温度上昇が極めて激しく、極端な場合には、周囲と比較して 5 0 °C近い温度差が生じることもある。周知のごとくフレーム等は金属であり熱伝導率が大きいため、熱伝導率の小さい（硬質透明板）に大きな温度勾配が動作状態において生じていることが、発明者らの研究により判明した。このことは、太陽電池の機械的信頼性を大きく損なう要素となる。つまり、ガラスを部分的に急冷したり急加熱したりすると割れるようなことはよく知られているが、このようなことが、太陽電池モジュールの動作中においても発生する可能性が極めて大になる問題が、従来の太陽電池モジュールにはあった。

特に、図 1 0に示す構造の太陽電池モジュールにおいては、従来より機械的信頼性の問題が指摘されていた。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、絶縁耐圧信頼性および Zまたは機械的信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することにある。発明の開示

この発明による 1 つの局面に従って、太陽電池モジュールが提供される。この太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池を支持する支持部材とを備え、支持部材は金属部分を有し、太陽電池と支持部材の金属部分との間にはスぺーサを含み、スぺーサは、熱伝導係数が 1 0— ³W/ c m ' °C以下であって断熱材として作用し、かつ、太陽電池の動作状態において形状を維持する？

好ましくは、太陽電池は、活性'層としてアモルファスシリコンが用いられた薄膜光電変換素子を含み、太陽電池の裏面に設けられた断熱手段をさらに備えているとよい。

この発明による他の局面に従って、太陽電池モジュールが提供される。この太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池を支持する支持部材とを備え、支持部材は金属部分を有し、太陽電池と支持部材の金属部分との間の少なくとも一部にはスぺーサを含み、スぺーサは、抵抗率が 1 0 ¹² Ω · c m以上であって絶縁材として作用し、力、つ、太陽電池の動作状態において形状を維持する。好ましくは、太陽電池と支持部材の金属部分との間の全領域に、スぺーサを含んでいるとよレ、。

この発明によるさらに他の局面に従って、太陽電池モジュールが提供される。この太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池を支持する支持部材とを備え、支持部材は金属部分を有し、太陽? 1池と支持部材の金 ϋ部分との問にはスぺーサを含み、スぺ一サは、熱伝導係数が 1 0 -³WZ c m · °C以下であり、抵抗率が 1 0 ¹² Ω . c m以上であって、断熱材および絶緣材として作用し、かつ、太陽電池の動作状態において形状を維持する。

好ましくは、太陽電池は、活性層としてアモルファスシリコンが用いられた薄膜光電変換素子を含み、太陽電池の襄面に設けられた断熱手段をさらに備えているとよい。

この発明による太陽電池モジュールにおいて好ましくは、スぺーサは、ポリカーボネート、ポリスチレン、発泡樹脂、ポリウレタン、セルロースァセテ一ト、シリコン、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、グラスファイバ一、石綿、グラスフォーム、アクリル系フォーム、ゴム発泡体、およびコルクからなる群から選ばれるいずれかの材料を含んでいるとよレ、。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による第 1実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。図 2は、本発明による第 2実施形態の太陽電池モジュールの蟒略構成を示す断面図である。

図 3は、本発明による第 3実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。

図 4は、本発明による第 4実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。

図 5 A〜5 Cは、本発明による第 5実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す図である。

図 6は、本発明による第 6実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。

図 8は、図 7に示す太陽電池モジュールの太陽電池を拡大して示す部分断面図である。

図 9は、図 7に示す従来の基板一体型萍膜系太陽電池モジュールにおける問題点を説明するための図である。

図 1 0は、従来の基板一体型集積構造の薄膜系太陽電池モジュールの他の例の概略構成を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明による第 1実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。

図 1を参照して、この太陽電池モジュールは、太陽電池 1と、太陽電池 1を支持するアルミニウム製フレーム 2 1とを備えている。太陽電池 1 とアルミ二ゥム製フレーム 2 1との問には、熱伝導係数が 1 0— ³W/ c m .。C以下の断熱材スぺーサ 3 1が介在されている。なお、この実施の形態においては、太陽電池 1と断熱材スぺーサ 3 1との問に、接着補助のため、プチルゴムからなるシ一リング材 4がさらに介在されている。また、断熱材スぺ一サ 3 1は、抵抗率が 1 0 ¹²Ω · c m以上であって、断熱材としてのみならず、絶縁材としても作用するものであってもよい。

冷たいガラスコップに熱湯を入れたり、熱せられたガラスを急に冷やすと割れるということがある力これは部分的に温度勾配が生じて熱応力が発生し、ガラスが破壊するからである。したがって、ガラスを徐々に加熱したり冷却したりして、温度勾配が生じない状態であれば、 5 0 0 °Cの高温でも、逆に液体窒素温度のような低温でも、ガラスは破壊することはない。本発明は、こうした自然現象をヒントに考えられたものであり、具体的には太陽電池モジュール内で温度勾配を生ぜしめないように、温度勾配が生じやすい部分、つまり金属と太陽電池とが接触する部分に断熱材スぺーサを設置して、温度勾配を抑制している。

本発明でいう太陽電池とは、太陽電池モジュールから支持部材を除いたもの、あるいはそれに準ずるものであり、光電変換素子と、光電変換素子を機械的ストレスと周囲の湿度や温度、ガス等から保護する封止手段とから構成されるもので、いわゆるフレームレスモジュールと称するものも含まれる。

具体的な構造の一例を示すと、結晶系の太陽電池の場合は、強化ガラス等の硬質透明板の上に E V A (エチレン酢酸ビニル共蜇合体）等の透明充填樹脂シ一トを配匱し、透明板が光入射面侧になるように、シリコンウェハに形成された太陽電池素子をはんだめつき銅箔リボンで配線しながら並べた後、取出電極等の配線をし、さらに E V Aおよびテドラー（Tedler) (登録商標）フィルムを順次配置して真空ラミネート法で封止して完成させたものが挙げられる。一方、薄膜系の太陽電池の場合は、たとえば図 8に示したように、ガラスまたは強化ガラスの上に直接、酸化スズ等の透明！;極層、光半導体層、金属などの裏面電極層を順次形成し、これらの各層をレーザ加工等でパターニングすることによりモノリシックに発電部、配線部が形成された太陽電池素子を形成した後、 E V Aおよびテドラ一フィルムなどで光入射面側と反対の素子形成面側を封止して完成させたものが挙げられる。また、結晶系、薄膜系のいずれの場合も、光入射面側と反対の素子形成面側には、取出電極や端子箱が設置されている。太陽電池のさらに別の形態としては、小面積の薄膜系太陽電池素子を硬質透明板に結晶系の太陽電池と同様に設置したもの、硬質透明板の裏側に可撓性の太陽電池を貼りつけたような構造等が存在するが、こうしたもの限定されず、形状を維持する構造体としての硬質透明板としてガラスやセラミッ久などの脆性材料を用いるものであれば、本発明は適: 用し得るものである。

また、本発明でいう支持部材とは、単体の太陽電池モジュールの形態であればアルミニウム等の金属フレームを指し、建材一体型太陽電池モジュールの場合においては、木枠等の屋根の構成部材を兼ねるもので太陽電池モジュールを支持する部分をいう。また、このような支持部材の金属部分としては、フレーム、または建材一体型太陽電池モジュール等においては押え部材等がある。

また、熱伝導係数が 1 0— ³W/_C m ' °C以下の断熱材としては、ポリカーボネ —ト（熱伝導係数： 0. 86 X 1 CT³WZ_Cm *。C) 、ポリスチレン（熱伝導係数： 0. 3 5 X 1 0—³W/ c m · °C) 、発泡樹脂（熱伝導係数： 1 0—³WZ c m · °C以下）、ポリウレタン（熱伝導係数： 0. 1 7 X 1 0 "³W/ c m ·。C) 、セルロースァセテ一ト（熱伝導係数： 0. 4 3 X 1 0 "³W/ c m · °C) 、シリコン（熱伝導係数： 0. 4 3 X 1 0 "³W/ c m · °C) 、フユノール樹脂（熱伝導係数： 0. 3 5 X 1 0"³W/c m ·。C) 、エポキシ樹脂（熱伝導係数： 0. 3 5 X 1 0 "³W/ c m .。C) 、グラスファイバ一（熱伝導係数： 0. 3 6 X 1 0 ^W/ c m · °C) 、石綿（熱伝導係数： 0. 44 X 1 0"³W/ c m · °C) 、グラスフォーム（熱伝導係数： 0. 4 9 X 1 0 ~³W c m · °C) 、ァクリル系フォーム（熱伝導係数： 0. 2 9 X 1 0 -³W/ c m · °C) 、ゴム発泡 (本（熱伝導係数： 1 0— ³ W/_Cm ' °C以下）、またはコルク（熱伝導係数： 1 0— ³\V/ c m · °C以下）等が好適に用いら L.る。

さらに、断熱材スぺーサの形態としては、テープ状のもの、コの字形にモールドした形状のものが簡便に入手できる。また、スぺーサの厚みとしては、支持部材の嵌合部分と太陽電池のサイズとの関係から適宜選択し得るものである力完成品の美観、および組立作業の効率等を考慮して、 0. 2〜l mm程度が好ましい。テープ状断熱材の具体的な商品としては、 3M社（日本法人：住友スリーェム）よりアクリルフォーム接合材として、アクリル系の発泡樹脂を基材として接着層を両面ないしは片面に設置したテープが販売されている。

また、断熱材スぺーサとしては、太陽電池の動作状態において形状を維持する材料であることが必要とされる。具体的には、太陽電池の動作温度（約 9 0 °C) の条件下で、太陽電池の荷重がかかった状態でも変形しないことが必要とされる。上述した材料は、いずれの太陽電池の動作状態においても形状を維持することができるものであるため、断熱材スぺーサとして好ましく用いられる。一方、プチルゴム、ネオプレン、天然ゴム等のゴムは、熱伝導係数はいずれも 1 0— ³WZ c m * °C以下であるが、太陽電池用として販売されているものは、室温で可塑性を有し、パテに近い性質であり、太陽電池の動作状態において容易に変形してしまうため、断熱材スぺーサとして用いることはできない。ただし、ゴム発泡体の中には、加硫や配合によって太陽電池の動作状態においても形状を維持する材料がある。

このような断熱材スぺーサを太陽電池と支持部材との間に介在させる際には、太陽電池に断熱材スぺーサを取付けた後、支持部材に嵌合させることもできるし、あるいは支持部材内に断熱材スぺーサを設置しておき、太陽電池をはめ込むこともできる。このように、状況に応じて適宜太陽電池モジュールを組立てることができる。本究明で重要なことは、局所的に温度勾配が生じないようにするため、全領域において太陽電池と支持部材とが直接接触しないようにすることである。特に、.太陽電池モジュールでは、一般に意匠性を ia要視するため、フレーム等の支持部材の嵌合部の隙間は狭くなつている。したがって、このような狭い空問において、太陽電池と支持部材とが接触しないことが重要である。一方、近年、活性層としてアモルファスシリコンを用いた薄膜光電変換素子を用いた太陽電が開発され、材料費やエネルギペイバックタイム等の点で有望なものとして注目されている。しかしながら、平成 9年現在、この—ようなァモルファスシリコンを用いた太陽電池は、太陽光発電用として実用化に至っていないのが実情である。この原因の最も深刻なものの 1つとして、光照射による劣化（以下、単に「光劣化」と称する）による光電変換効率の大幅な低下が挙げられる。この現象はステープラ · ロンスキー効果と呼ばれ、光劣化が起こつた後、光を照射しない状態で 1 0 0〜2 0 0 °C前後の温度でァニールすることにより、大部分は回復する可逆現象である。実際の太陽電池の使用においては、最初の 1年間でこの光劣化は安定するが、光劣化率は、ァニールを行なわない無対策のものでは 3 0 %にも及ぶ。

そこで、太陽電池の動作温度を高温にすることにより、ァニール効果を起こし、光劣化を低減することが検討されている。具体的には、太陽電池の裏面に断熱手段、たとえば発泡体等の断熱材を設けることによりァニール効果をもたらす構造が提案されている。こうした構造の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池の温度が上昇する一方、支持部材部分の温度上昇が少ないため、通常の場合と比較して、太陽電池のガラス基板内でさらに大きな温度勾配が生じることになる。図 2は、本発明による第 2実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図であって、上述した裏面に断熱手段が設けられた太陽電池を備えた太陽電池モジュールへの本発明の適用例を示す図である。

図 2を参照して、この太陽電池モジュールは、活性層としてアモルファスシリコンが用いられた薄膜光電変換素子を含む太陽電池 1 と、太陽電池 1を支持する支持部材 2 1とを備えている。太陽電池 1 と支持部材 2 1 との問には、熱伝導係数が 1 0— ³ W/ c m · °C以下の断熱材スぺーサ 3 1が介在され、さらに太陽電池 1と断熱材スぺ一サ 3 1との問には、接着補助のためのブチルゴムからなるシーリング材 4が介在されている。断熱材スぺ一サ 3 1は、抵抗率が 1 ◦ ¹² Ω · c m以上であって、断熱材としてのみならず、絶緣材としても作用するものであってもよい。

また、太陽電池 1の襄面には、断熱手段として、発泡体等からなる断熱材 6 が配置されている。断熱手段としては、このような断熱材を用いる他、一定空問の空気層が生じるように、太陽1池 1の裏面に容器を取付けてもよい。

このように構成される太陽電池モジュールにおいては、前述のよう Ίこ太陽1 池内で生じる温度勾配が特に大きいため、本発明による効果が特に有効に発撖される。

図 3は、本発明による第 3実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図であって、図 1 0に示す構造の太陽電池モジュールへの本発明の適用例を示す図である。

図 3を参照して、この太陽電池モジュールは、太陽電池 1と支持台 5との間、および太陽電池 1と押え部材 2 2との問に、熱伝導係数が 1 0—³W/ c m · 以下の断熱材スぺーサ 3 1が介在されている。断熱材 31は、抵^:率が 10^1ΖΩ · cm以上であって、断熱材としてのみならず、絶縁材としても作用するものであってもよい。

なお、他の構成は、図 10に示す太陽電池モジュールと全く同様であるので、その説明は省略する。

図 4を参照して、この太陽電池モジュールにおいては、太陽電池 1と支持部材としてのアルミニウム製フレーム 21との間に、抵抗率が 1 0¹²Ω · c m以上の絶緣材スぺーサ 3 2が介在されている。なお、他の構成については、図 1に示す第 i実施形態の太陽電池モジュールと全く同様であるので、その説明は省略する。

抵抗率が 10¹²Ω · c m以上の絶緣材としては、ポリカーボネート（抵抗率： 1 0¹⁶Ω · c m) 、ポリスチレン（抵抗率： 1 0¹⁵Ω · cm) 、発泡樹脂（抵抗率： 10¹²Ω . cm以上）、ポリウレタン（抵抗率： 1 0^Ι2Ω · c m以上）、セルロースァセテ一ト（抵抗率： 1 0¹³Ω · c m) 、シリコン（抵抗率： 1 0¹⁵ Ω . cm) 、フユノール樹脂（抵抗率： 10¹²Ω · cm) 、エポキシ樹脂（抵抗率： 1 0¹²Ω · c m) 、グラスファイバー（抵抗率： 1 0¹³Ω · c m) 、石綿 (抵抗率： 1 0¹³Ω · c m) 、グラスフォーム（抵抗率： 1 0¹³Ω ' cm) 、ァクリル系フォーム（抵抗率： 1 0¹⁵Ω · c m) 、ゴム発泡体（抵抗率： 1 0¹² Ω · cm以上）、またはコルク（抵抗率： 10¹²Ω · c m以上）等が好適に用いられる。

さらに、絶緣材スぺーサの形態としては、テープ状のもの、コの字形にモールドした形状のものが簡便に入手できる。また、スぺ一サの厚みとしては、支持部材の嵌合部分と太陽電池のサイズとの関係から適宜選択し得るものである力';、完成品の美観、および組立作業の効率等を考慮して、 0. ²〜lmm程度が好ましい。テープ状絶緣材の具体的な商品としては、 3M社より、アクリルフォーム接合材として、アクリル系の究泡樹脂を基材として接着面を両面ないしは片面に設置したテープが販売されている。また、絶緣材スぺーサとしては、太陽電池の動作状態におい"^形状を維持する材料であることが必要とされる。具体的には、太陽電池の動作温度（約 9 0 °C) の条件下で、太陽電池の荷重がかかった状態でも変形しないことが必要とされる。上述した材料は、いずれも太陽電池の動作状態において形状を維持することができるものであるため、絶緣材スぺ一サとして好ましく用いられる。 —方、プチルゴム、ネオプレン、天然ゴム等のゴムは、抵抗率はいずれも 1 0 ¹² Ω · c m以上であるが、太陽電池用として販売されているものは、室温で可塑性を有し、パテに近い性質であり、太陽電池の動作状態において容易に変形してしまうため、絶縁材スぺーサとして用いることはできない。ただし、ゴム発泡体の中には、加硫や配合によって太陽電池の動作状態においても形状を維持する材料がある。

さらに、絶縁材スぺ一サとしては、水分等が支持部材の嵌合部に浸入した場合にも、抵抗率が大きく変化しない材料であることが必要とされる。

このような絶緣材スぺーサを太陽電池と支持部材との間に介在させる際には、太陽電池に絶縁材スぺ一サを取付けた後、支持部材に嵌合させることもできるし、あるいは支持部材内に絶緣材スぺーサを設置しておき、太陽電池をはめ込むこともできる。このように、状況に応じて適宜太陽 ¾池モジュールを組立てることができる。本発明で !£要なことは、全領域において太陽電池と支持部材とが直接接触しないようにすることである。特に、太陽電池モジュールでは、一般に意匠性を重視するため、フレーム等の支持部材の嵌合部の隙間は狭くなつている。したって、このような狭い空間において、太陽電池と支持部材とが接触しないことが重要である。

また、長期間の使用の際に、太陽電池と絶緣材スぺーサとの問にイオン性の水分が浸入するのを防止するため、ブチルゴム、シリコン等の液状シーリング材ゃ接着剤を、太陽電池と絶縁材スぺーサとの問に適宜介在させて、絶縁性をさらに向上させることもできる。

図 4に示す第 4実施形態の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池 1と絶緣材スぺーサ 3 2との間に、ブチルゴムからなるシーリング材 4が介在されている。また、図 5 A〜5 Cは、本発明による第 5実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す図であって、図 5 Aは平面図であり、図 5 Bは図 5 Aに示す B 一 B線断面図であり、図 5 Cは図 5 Aに示す C— C線断面図である。

図 5 A〜5 Cを参照して、シーリング材を大量に使用することを前提とした場合には、支持部材 2 1と太陽電池 1とが直接接触しないように絶縁材スぺ一サ 3 2を部分的に配置した後、残りの空隙にシーリング材 4を注入して、本発明の一態様を実現できる。この場合のシ一リング材は、シリコンゃ熱硬化樹脂のように、完成した段階で可塑性を有しないものが好ましい。

また、図 6は、本発明による第 6実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。

図 6を参照して、絶緣材スぺーサ 3 2を太陽電池 1 と支持部材 2 1との間の全領域に配置する場合には、水分の浸入防止の目的も兼ねて接着剤 7で絶縁材スぺ一サ 3 2と太陽電池 1とを接着することも可能である。

以下、さらに具体例について説明する。

(実施例 1 )

図 1に示す構造の本発明による第 1実施形態の太陽電池モジュールを作製した。

太陽！;池 1として、ガラス基板側力 ^ら光入射するタイプの太陽電池であって、アモルファスシリコン柴稍タイプの光電変換素子の裏面を E V Aおよびテドラ一で封止したものを用いた。支持部材 2 1 として、アルミニウム製フレームを用いた。支持部材— 2 1 と太陽電池 1 との問に介在させる断熱材スぺーサ 3 1 としては、ァクリル系発泡体である 3 M社製「V H B構造用テープ Y—— 4 9 5 0 J (熱伝導係数： 2 . 9 X 1 0 '⁴W/ c m · °C、抵抗率： 1 0 ¹⁵ Ω · c m、厚さ： 1 . 1 4 m m) を用いた。また、接着保護のため、太陽電池 1と断熱材スぺーサ 3 1との間に、ブチルゴムからなるシーリング材 4を介在させた。

このようにして得られた実施例 1の太陽電池モジュールについて、気温 3 2 °Cにおける夏の快晴の南中時に、太陽電池 1の部分の温度とフレーム 2 1の部分の温度とをそれぞれ測定した。その結果、太陽電池 1の部分の温度は 5 5。Cであり、フレーム 2 1の部分の温度は 4 0 °Cであった。さらに、フレーム 21を強制的に冷却して、 1 0 SUN (標準太陽光の 1 0 倍： 100 OmWZcm²) の擬 ί以太陽光を照射する実験を行なった。その結果、 10枚の太陽電池モジュール中、 1枚も割れは生じなかった。

(比較例 1 )

図 7に示す構造の従来の太陽電池モジュールを作製した。太陽電池 1およびフレーム 21としては、実施例 1と同様のものを用いた。また、太陽電池 1 とフレーム 21との間には、ブチルゴムからなるシーリング材 4を介在させた。このようにして得られた比較例 1の太陽電池モジュールについて、気温 3 2°Cにおける夏の快晴の南中時に、太陽電池 1の部分の温度とフレーム 21の部分の温度とをそれぞれ測定した。その結果、太陽電池 1の部分の温度は 5 0 °Cであり、フレーム 21の部分の温度は 40 °Cであり、 1 0 °Cの温度勾配が太陽電池 1のガラス基板内で発生していた。

さらに、フレーム 21を強制的に冷却して、 1 0 SUNの類 ί以太陽光を照射する実験を行なった。その結果、 1 0枚の太陽電池モジュール中、 2枚が割れてしまった。

(実施例 2)

図 2に示す構造の本¾明による第 2実施形態の太陽電池モジュールを作製した。

太陽電池 1の襄面に配置する断熱材 6として、鐘淵化学ェ樂（株）製「カネライトフォームヒートマックス」（熱伝導係数： 3. X 1 0"W/c m - °C_N 抵抗率： 10¹⁷Ω · cm, 厚さ： 25mm) を用い、ゴム系接着剤で太陽電池 1 の裏面に貼りつけた。なお、他の構成は、実施例 1と全く同様とした。—

このようにして得られた実施例 2の太陽！;池モジュールについて、気温 3 2 °Cにおける夏の快晴の南中時に、太陽電池 1の部分の温度とフレーム 21の部分の温度とをそれぞれ測定した。その結果、太陽電池 1の部分の温度は 7 0 °Cであり、フレーム 21の部分の温度は 40 °Cであり、断熱材 6の部分で大きな温度勾配が生じており、太陽電池 1のガラス基板内での温度勾配はほとんど発生していなかった。

さらに、フレーム 21を強制的に冷却して、 1 0 SUNの類似太陽光を照射する実験を行なった。その結果、 1 0枚の太陽電池モジュール中、 1枚も割れは生じなかった。

(実施例 3 )

図 3に示す構造の本発明による第 3実施形態の太陽電池モジュールを作製した。

太陽電池 1と支持台 5との間、および太陽電池 1とアルミニウム製押え部材 2 2との間にそれぞれ介在される断熱材スぺーサ 3 1としては、実施例 1で用いたのと同じ、アクリル系発泡体である 3 M社製「 1"1 8構造用テープ丫一4 9 5 0」を用いた。

このようにして得られた実施例 3の太陽電池モジュールについて、気温 3

2 °Cにおける夏の快晴の南中時に、太陽電池 1の部分の温度と押え部材 2 2の部分の温度とをそれぞれ測定した。その結果、太陽電池 1部分の温度は 7 0 °C であり、押え部材 2 2の部分の温度は 3 5 °Cであった。

さらに、押え部材 2 2を強制的に冷却して、 1 0 S U Nの類太陽光を照射する実験を行なった。その結果、 1 0枚の太陽電池モジュール中、 1枚も割れは生じなかった。

(実施例 4 )

図 4に示す構造の本発明による第 4実施形態の太腸電池モジュールを作製し ' た。

太陽電池 1とフレーム 2 1との間に介在させる絶緣材スぺーサ 3 2と-しては、アタリル系泡である 3 M社製「 V H B構造用テープ Y— 4 9 2 0」（熱伝導係数： 2 . 9 X 1 0— ⁴W/ c m · °C、抵抗率： 1 0 ¹⁵ Ω · c m、厚ざ： 0 . 4 mm) を用いた。なお、他の構成は、実施例 1と全く同搽とした。

このようにして得られた実施例 4の太陽電池モジュ一ルについて絶縁耐圧を測定したところ、 3 0 0 O Vであった。

次に、この太陽電池モジュールをオーブンに入れて、 8 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、引続き 1 0 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、さらに 1 2 0 °Cの温度で 1時間熱処理して、熱処理後の絶縁耐圧の変化を順次測定した。その結果、熱処理によっては絶縁耐圧に全く変化は見られなかった。 (比較例 2 )

比較例 1で得られた太陽電池モジュールについて、絶緣耐圧を測定したところ、 3 0 0 0 Vであった。

次に、この太陽電池モジュールをオーブンに入れて、 8 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、引続き 1 0 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、さらに 1 2 0 °Cの温度で 1時間熱処理して、熱処理後の絶緣耐圧の変化を順次測定した。その結果、絶緣耐圧は、 1 0 0 °Cの熱処理後では 2 0 0 0 Vまで低下し、さらに 1 2 0 °Cの熱処理後では 1 0 0 0 V以下まで低下した。

(実施例 5 )

図 5 A〜 5 Cに示す構造の本発明による第 5実施形態の太陽電池モジュールを作製した。

太陽電池 1とフレーム 2 1 との間に介在される絶緣材スぺーサ 3 2を、図 5 Aに示すように四角形状のフレーム 2 1の各辺の両端部および中央部の合計 1 2箇所に配置した。フレーム 2 1の嵌合部の残りの空隙には、シーリング材 4 を注入した。絶緣材スぺ一サ 3 2としては、実施例 4で用いたのと同じ、ァクリル系発泡体である 3 M社製「V H B構造用テープ Y— 4 9 2 0」を用いた。また、シーリング材 4としては、シリコンを用いた。なお、他の構成については、実施例 1と全く同様とした。

このようにして得られた実施例 5の太陽電池モジュールについて絶縁耐圧を測定したところ、 3 0 0 0 Vであった。

次に、この太陽電池モジュールをオーブンに入れて、 8 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、引続き 1 0 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、さらに 1 2 0 °C—の温度で 1時間熱処理して、熱処理後の絶縁耐圧の変化を順次測定した。その結果、熱処理によっては絶緣耐圧に全く変化は見られなかった。

(実施例 6 )

図 6に示す構造の本発明による第 6実施形態の太陽電池モジュールを作製した。

太陽電池 1とフレーム 2 1との間の全領域に、絶縁材スぺーサ 3 2を介在させた。また、絶緣材スぺーサ 3 2は、接着剤 7を用いて太陽電池 1に密に取付け、実施例 5のようなシーリング材は使用しなかった。

絶縁材スぺ一サ 3 2としては、実施例 4で用いたのと同じ、アクリル系発泡体である 3 M社製「V H B構造用テープ Y— 4 9 2 0」を用いた。なお、他の構成については、実施例 1と全く同様とした。

このようにして得られた実施例 6の太陽電池モジュールについて絶緣耐圧を測定したところ、 3 0 0 0 Vであった。

次に、この太陽電池モジュールをオープンに入れて、 8 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、引続き 1◦ 0 °Cの温度で 1時間熱処理し、さらに 1 2 0 °Cの温度で 1時 ¾熱処理して、熱処理後の絶緣耐圧の変化を順次測定した。その結果、熱処理によっては絶縁耐圧に全く変化は見られなかった。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、太陽電池と支持部材の金属部分との間に断熱材スぺーサを設けることにより、太陽電池素子の動作条件においてガラス基板等の硬質透明板内に発生する温度勾配を、抑制することができる。その結果、この温度勾配から生じる熱応力が原因となる太陽電池モジュールの割れ等の故障を防ぐことができ、太陽電池モジュールの機械的信頼性が大幅に改善される。また、本発明によれば太陽電池と支持部材の金屈部分との問に絶緣材スぺ一サを設けることにより、透明電極層がガラス基板の側面や光半導体素子形成面と反対側の光入射面側まで回り込んでいる薄膜系太陽電池素子を用いた太陽電池モジ.ュールであっても、結晶系太陽電池を用いた太陽電池モジュールと同程度の絶縁特性が得られる。その結果、絶緣耐圧信頼性に優—れた低コストの薄膜太陽電池モジュールを作製することが可能となる。

さらに、本発明によれば、太陽電池と支持部材の金属部分との間に、断熱材であってかつ絶緣材であるスぺーサを設けることにより、機械的信頼性および絶縁耐圧信頼性の共に優れた太陽電池モジュールが得られる。

Claims

請求の範囲

1 . 太陽電池モジュールであって、

太陽電池と、

前記太陽電池を支持する支持部材と、

を備え、

前記支持部材は、金属部分を有し、

前記太陽電池と前記支持部材の前記金属部分との間には、スぺーサを含み、前記スぺーサは、熱伝導係数が 1 0— ³WZ c m · °C以下であって断熱材として作用し、かつ、前記太陽電池の動作状態において形状を維持する、太陽電池モジュール。

2 . 前記太陽電池は、活性層としてアモルファスシリコンが用いられた薄膜光電変換素子を含み、

前記太陽電池の裏面に設けられた断熱手段をさらに備えた、請求項 1に記載の太陽電池モジュ一ノレ。

3 . 前記スぺーサは、ポリカーボネート、ポリスチレン、発泡樹脂、ポリウレタン、セルロースアセテート、シリコン、フエノール樹脂、エポキシ榭脂、グラスファイバー、石綿、グラスフォーム、アクリル系フォーム、ゴム発泡体、およびコルクからなる群から選ばれるいずれかの材料を含む、請求項 1に記救の太陽電池モジュ一ノレ。

4 . 太陽電池モジュールであって、

太陽電池と、

前記太陽電池を支持する支持部材と、

を備え、

前記支持部材は、金属部分を有し、

前記太陽電池と前記支持部材の前記金属部分との間の少なくとも一部には、スぺーサを含み、

前記スぺーサは、抵抗率が 1 0 ¹²Ω · c m以上であって絶縁材として作用し、かつ、前記太陽電池の動作状態において形状を維持する、太陽電池モジュール。

5 . 前記太陽電池と前記支持部材の前記金属部分との問の'全領域に、前記スぺーサを含む、請求項 4に記載の太陽電池モジュール。.

6 . 前記スぺーサは、ポリカーボネート、ポリスチレン、発泡樹脂、 .ポリウレタン、セルロースアセテート、シリコン、フエノール樹脂、エポキシ榭脂、グラスファイバー、石綿、グラスフォーム、アクリル系フォーム、ゴム発泡体、およびコルクからなる群から選ばれるいずれかの材料を含む、請求項 4に記載の太陽電池モジュール。

7 . 太陽電池モジュールであって、

太陽電池と、

前記太陽電池を支持する支持部材と、

を備え、

前記支持部材は、金属部分を有し、

前記太陽電池と前記支持部材の前記金属部分との問には、スぺーサを含み、前記スぺ一サは、熱伝導係数が 1 0— ³W/ c m■ °C以下であり、抵抗率が 1 0 ¹² Ω · c m以上であって、断熱材および絶緣材として作用し、かつ、前記太陽電池の動作状態において形状を維持する、太陽電池モジュール。

8 . 前記太陽電池は、活性層としてアモルファスシリコンが用いられた薄膜光電変換素子を含み、

前記太陽！;池の裏面に設けられた断熱手段をさらに備えた、請求項 7に記載の太陽電池モジュール。

9 . 前記スぺーサは、ポリカーボネート、ポリスチレン、発泡樹脂、ポリウレタン、セルロー^アセテート、シリコン、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、グラスファイバー、石綿、グラスフォーム、アクリル系フォーム、ゴム ¼泡体、およびコルクからなる群から選ばれるいずれかの材料を含む、請求項 7に記載の太陽電池モジユーノレ。