(57)【要約】【課題】薄型太陽電池セルを用いても長期間安定して使用可能な太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】光入射側透明保護部材と裏面側保護部材の間に封止材を用いて太陽電池セルを挟持させた太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池セルと該裏面側保護部材との間の封止材である樹脂材料Ａの線膨張係数が、該太陽電池セルと該光入射側透明保護部材との間の封止材である樹脂材料Ｂの線膨張係数より小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側透明保護部材と裏面側保護部材の間に封止材を用いて太陽電池セルを挟持させた太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池セルと該裏面側保護部材との間の封止材である樹脂材料Ａの線膨張係数が、該太陽電池セルと該光入射側透明保護部材との間の封止材である樹脂材料Ｂの線膨張係数より小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記樹脂材料Ａの線膨張係数が、前記樹脂材料Ｂの線膨張係数の１／２〜１／５０であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記樹脂材料Ａが、無機微粒子を分散した樹脂材料であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関し、さらに詳しくは、信頼性を向上させた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が注目され、開発が進められている。
【０００３】
太陽電池モジュールは、一般的に、太陽光を受けて発電する太陽電池セルを、エチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ）やシリコーン等の封止材を用いて表面および裏面の保護部材との間に挟持させた構造になっている。これらの太陽電池モジュールでは、セル１個体では起電力が不足するため、単独のセルから構成されることは少なく、通常は複数の太陽電池セルが直列または直並列に接続されて構成される。すなわち、図１に示すように、太陽電池セルの電極間が、導電材料を用いて接続され、これら太陽電池セルと導電材料が、封止材を用いて、ガラスや樹脂板、樹脂フィルム、金属等からなる保護部材の間に挟持されている。
【０００４】
一方、太陽電池の普及に伴い、太陽電池セルに用いられるシリコンウエハの供給不足や、コストダウン要求が高まってきており、最近では太陽電池セルを薄くする検討が進められている。しかし、薄層太陽電池セルは、加熱による反りや割れが生じやすいため、従来と同様の材料とモジュール構成で使用した場合、長期間の使用による耐久性に劣るという新たな課題が生じることが分かってきた。特に、薄層太陽電池セルを用いて作製した従来より薄い太陽電池モジュールは、使用時に入射した太陽光による加熱により太陽電池セルの裏面側の封止材や裏面保護部材の温度上昇が大きくなり、一般的に樹脂材料からなる封止材や裏面保護部材が熱膨張するとともに太陽電池セルが裏面側を凸にして反るという現象が生じてしまう。長期間の使用において、このような太陽電池セルの熱収縮が繰り返し生じることにより、太陽電池セルの割れや裏面電極のはがれ等の配線不良を起こすといった問題が挙げられる。
【０００５】
これに対し、太陽電池セルの反りを防止する技術として、太陽電池セルの表面側と裏面側で接着力が異なる封止材を用いる方法が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、接着力の差が時間経過とともに小さくなってしまうため、長期間にわたって効果を維持することが難しかった。さらに、上記の太陽電池セルの裏面側が凸に反るという問題に対しては、この方法では解決できない。
【０００６】
封止材層と板状基材とが可動可能に積層された構成にすることで、基材の熱膨張収縮による配線不良を解決する方法が提案されているが（例えば、特許文献２参照）、この方法では太陽電池セル自体の反りを抑制することはできない。
【０００７】
一方、無機微粒子を封止材層に含有させる方法についての提案がされているが、本発明の如く太陽電池セルの物性を改良する目的で無機微粒子を含有した樹脂材料を用いる方法はこれまでなかった。無機微粒子を受酸剤として封止材層に分散しているが（例えば、特許文献３参照）、これは受光面側の封止材として使用されており、本発明の如く太陽電池セルの裏面側で効果を発揮するものではない。また、光散乱材として無機微粒子を用いる方法が示されているが（例えば、特許文献４参照）、ここで記載されている無機微粒子は、光を散乱させる目的のため大粒径の無機微粒子を用いており、このような構成では、本発明のような太陽電池の反りを抑制させる効果は得られていない。
【特許文献１】特開２００７−２９４８６９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１０３２号公報
【特許文献３】特開２００８−１１８０７３号公報
【特許文献４】特開２０００−１８３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の通り、太陽電池セルを薄くすることが求められているものの、従来と同様のモジュール構成で薄層太陽電池セルを使用した場合には、加熱による太陽電池セルの反りが従来よりも大きくなるため、太陽電池モジュールの安定性が低くなるという新たな問題が生じていた。従って、本発明の目的は、薄型太陽電池セルを用いても長期間安定して使用可能な太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
【００１０】
１．光入射側透明保護部材と裏面側保護部材の間に封止材を用いて太陽電池セルを挟持させた太陽電池モジュールにおいて、該太陽電池セルと該裏面側保護部材との間の封止材である樹脂材料Ａの線膨張係数が、該太陽電池セルと該光入射側透明保護部材との間の封止材である樹脂材料Ｂの線膨張係数より小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
【００１１】
２．前記樹脂材料Ａの線膨張係数が、前記樹脂材料Ｂの線膨張係数の１／２〜１／５０であることを特徴とする前記１記載の太陽電池モジュール。
【００１２】
３．前記樹脂材料Ａが、無機微粒子を分散した樹脂材料であることを特徴とする前記１または２記載の太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄層太陽電池セルの使用によるコストダウンを達成し、しかも使用時の加熱冷却に対して安定で長期間使用可能な太陽電池モジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を更に詳しく説明する。
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、一般的な太陽電池モジュールの断面の一部であり、それぞれ隣接する太陽電池セル１を配線３で接続している様子を示した概略図である。
【００１８】
このように接続された太陽電池セルは、封止材層２を介して光入射側透明保護部材４１と裏面側保護部材４２に挟持されている。
【００１９】
本発明においては、この太陽電池セル１を従来より薄くするとともに、封止材層２のうち、太陽電池セル１の裏面と裏面側保護部材４２の間に低線膨張樹脂材料である裏面側封止材層２２を封入した図２に示した太陽電池モジュールが好ましく使用できる。さらに図３に示したように、上記の低線膨張樹脂材料である裏面側封止材層２２と裏面側保護部材４２との接着性を高めるために、その間に接着層２３を挿入することもできる。
【００２０】
本発明に用いられる太陽電池セル１は、内部にＰＮ接合やＰＩＮ接合等の半導体接合を有す、単結晶シリコンや多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン半導体材料、ＧａＡｓやＣｕＩｎＳｅ等の化合物系半導体材料、色素増感系等の有機系材料など一般的な太陽電池材料を用いることができるが、本発明の太陽電池モジュール構成においては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ等の結晶材料を用いた太陽電池セルが好ましく用いられる。
【００２１】
本発明の太陽電池セルの厚みは、結晶シリコン系で従来から用いられている２００〜３００μｍ程度でも良いが、１５０μｍ以下の薄型太陽電池セルが本発明の高い効果が得られるために好ましい。特に、薄型のシリコンウエハを使用した厚み３０〜１００μｍの太陽電池セルが好ましい。
【００２２】
本発明の太陽電池モジュールは、封止層に高線膨張樹脂材料（Ｂ）である表面側封止材層２１と低線膨張樹脂材料（Ａ）である裏面側封止材層２２を含むことを特徴とする。高線膨張樹脂材料としては、一般的に透明封止材として用いられるエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、酸変性ポリオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂等の、線膨張係数が１００〜５００ｐｐｍ／℃樹脂材料が好ましく、特に透光性と接着性が高いＥＶＡが好ましい。
【００２３】
低線膨張樹脂材料としては、上記の高線膨張樹脂材料よりも線膨張係数が小さい樹脂材料であれば良いが、太陽電池モジュール中で高線膨張樹脂材料に対して線膨張係数が１／２〜１／５０となるような組み合わせで使用されることが好ましい。該低線膨張樹脂材料の線膨張係数は、太陽電池セルおよび裏面側保護部材の種類にもよるが、５〜５０ｐｐｍ／℃であることが好ましく、５〜３０ｐｐｍ／℃であることがさらに好ましい。
【００２４】
該低線膨張樹脂材料として好ましく使用できる線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下の樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、これらの樹脂を単独あるいは複数混合して使用できる。さらにこれらの樹脂を太陽電池セルと裏面側保護部材の間に封入するため、例えば厚さ５０〜１０００μｍのシート状フィルムとして使用されることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の太陽電池モジュールは、封止層に高線膨張樹脂材料である表面側封止材層２１と無機微粒子を分散した樹脂材料である裏面側封止材層２２を含むことが好ましい。ここで、無機微粒子を分散する母材の樹脂材料としては、一般的に知られている樹脂材料のいずれでも良いが、本発明においては、上述した一般的に透明封止材として用いられる樹脂材料が好ましく使用できる。
【００２６】
該無機微粒子としては、一般的に樹脂の補強材として用いられるカーボンブラック、炭素繊維、タルク等の粘土化合物、ガラスビーズ、炭酸カルシウム等の炭酸塩微粒子、アルミナ等の酸化物微粒子等が挙げられる。本発明においては、低線膨張であるとともに太陽光の吸収による加熱を少なくしたいことから、炭酸塩微粒子や酸化物微粒子を用いることが好ましい。
【００２７】
具体的には、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム等、これら酸化物との組み合わせで形成されるリン酸塩、硫酸塩等、を挙げることができる。
【００２８】
また、本発明の無機微粒子としては半導体結晶組成の微粒子も好ましく利用できる。該半導体結晶組成には特に制限はなく、蛍光体等も使用可能であるが、太陽電池セルの光吸収を妨げないものが好ましい。例えば、紫外光等を吸収し、太陽電池セルの吸収強度が高い波長領域で発光するものが望ましい。
【００２９】
これらの無機微粒子は、樹脂中に１種類含有されても良く、また複数種類の無機微粒子を併用しても良い。
【００３０】
無機微粒子の含有量は本発明の効果を発揮できる範囲であれば特に限定されず、樹脂と無機微粒子の種類により任意に決めることができるが、無機微粒子の含有率が高いと成膜性が劣化してフィルムとして使用することが難しくなるため好ましくない。そのため、無機微粒子の含有量は樹脂の質量に対し３０％以下であることが好ましく、０．１質量％以上２０％以下がより好ましく、０．１質量％以上１０％以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
無機微粒子の平均粒子直径は、１ｎｍ以上１μｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましい。１ｎｍ未満だと粒子の分散が困難であるため所望の性能が得られない恐れがあり、１μｍを超えると、所望の効果を得るためには無機微粒子量が多く必要となり、その結果フィルムとしての使用が難しくなる。ここでいう平均粒子直径は粒子と同体積の球に換算した時の直径を言う。
【００３２】
本発明において用いる無機微粒子の形状は、特に限定されるものではなく、針状や球状の微粒子が好ましく用いられる。また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をより効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を持つものが好適に用いられる。
【００３３】
該無機微粒子を分散した樹脂材料は、低線膨張係数であることが好ましく、５〜５０ｐｐｍ／℃の線膨張係数となるように樹脂材料中に無機微粒子が分散されていることが好ましい。また、太陽電池セルと裏面側保護部材の間に封入するため、例えば厚さ５０〜１０００μｍのシート状フィルムとして得られることが好ましい。
【００３４】
上記の低線膨張樹脂材料は、図２に示すように裏面電極および配線材料が付与された太陽電池セル１の裏面に接触するように配置され、裏面側保護部材４２との間に封入されることを特徴とする。太陽電池モジュールの作製時には、真空ラミネート装置等によりこれらの部材が封止加工されることにより、該樹脂材料と太陽電池セル間、および該樹脂材料と裏面保護材料間は接着しているが、例えばシランカップリング剤を該樹脂材料中に配合して、さらに接着性を向上させることができる。また、該樹脂材料と裏面保護材料の接着性を上げるために、図３に示すような接着層を新たに設けても良い。該接着層としては、太陽電池セル上面の封止材に用いられるＥＶＡ等の樹脂材料が好ましく用いられる。
【００３５】
なお、図４に示すような、電極が太陽電池セルの裏面側のみに形成され、太陽電池セルの裏面間が配線により接続した太陽電池モジュールについても、本発明の好ましい態様の一つである。
【００３６】
表面電極１１、裏面電極１２、および配線３は、銀やアルミ、銅、ニッケル、錫、金等、もしくはこれらの合金等の導電性材料を含んだもので形成される。なお、電極は導電性材料を含んだ単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。また、これらの導電性材料を含む層に加えて、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＩＷＯ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化物を含む層を有していてもよい。
【００３７】
光入射側透明保護部材４１は、通常珪酸塩ガラスなどのガラス基板であるのがよい。ガラス基板の厚さは、０．１〜１０ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラス基板は、一般に、化学的に、或いは熱的に強化させたものであってもよい。また、太陽電池モジュールを軽量化するために樹脂材料を用いることもできる。
【００３８】
光入射側透明保護部材として用いられる樹脂材料は、太陽電池セルの受光面側が透光性のものであれば、特に限定されるものではなく、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ，フェノール樹脂、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、天然ゴムやその誘導体から成るものでも良く、または前記樹脂の２種類以上から成るものでもよいし、２種類以上の樹脂板を貼り合わせたものでもよい。また、水酸化アルミニウムや水酸化カルシウム等の無機フィラーや難燃剤等を縫合して、不燃性、難燃性を具備させてもよい。また、発泡剤等を添加して発泡させたものでもよく、さらには可塑剤、安定剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料などが添加されているものでも良く、金属箔が貼り合わされているものでもよい。
【００３９】
裏面側保護部材４２は、上記光入射側透明保護部材４１と同様の材料が使用可能であるが、さらに、モジュール全体の質量を軽くするため、比較的軟らかいフィルム状のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムやフッ素樹脂フィルム等の樹脂フィルム、シリカやアルミナ等の金属酸化物の蒸着膜が形成された樹脂フィルム、アルミ箔等の金属フィルム、もしくはこれらの積層フィルムなどの材料を用いて構成することができる。
【００４０】
本発明において、上記の構成により太陽電池セルの裏面に低線膨張係数フィルムが設置された太陽電池モジュールが得られる。その結果、太陽光の照射による太陽電池セルの反りを該低線膨張係数フィルムが抑制する。また、太陽電池セルの裏面に無機微粒子を含有したフィルムを設置することにより、太陽電池セルの裏面に設置された電極および配線材料の接着性が良化するという驚くべき効果が得られる。そのため、太陽電池セルが加熱により反りを生じた場合にも、電極や配線材料のはがれによる効率低下を抑制することができる。従って、無機微粒子を分散した低線膨張係数フィルムを太陽電池セルの裏面に使用することにより、１５０μｍ以下の薄型太陽電池セルを使用した場合でも、従来以上に耐久性の高い太陽電池モジュールを作製することが可能になる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【００４２】
＜封止フィルムの作製＞
下記配合のＥＶＡ樹脂組成物を用いて、ＥＶＡフィルムおよびＥＶＡ中に無機微粒子を分散した封止フィルムを作製した。
【００４３】
［ＥＶＡ樹脂組成物配合（数値は質量部を示す）］
ＥＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有量２６質量％）                            １００
架橋剤（１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン）                                                                  ２．０
架橋助剤（トリアリルイソシアヌレート）                              ３．０
無機微粒子                            表１に示すものを表１に示す割合で配合。
【００４４】
ＥＶＡ樹脂、架橋剤、架橋助剤の混合物に、無機微粒子紛体を徐々に添加しながら二軸混練機で８０℃で混練した後、得られた樹脂組成物を１００℃でカレンダ成型し、放冷後、厚さ６００μｍのＥＶＡ中に無機微粒子を分散した封止フィルムＥＶＡ−２〜ＥＶＡ−６を得た。なお、これらの材料において、無機微粒子を含まない厚さ６００μｍのＥＶＡフィルムも作製し、これをＥＶＡ−１とした。
【００４５】
【表１】
2010073720.tif 000002
【００４６】
＜太陽電池モジュールの作製＞
図２または図３に示すように、ガラス板（厚さ３ｍｍ）よりなる光入射側透明保護部材４１と、ポリカーボネートシート（厚さ１ｍｍ）よりなる裏面側保護部材４２との間に太陽電池セル１を４つ直列に接続した状態で封止して太陽電池モジュールを製造した。太陽電池セルは、単結晶シリコンウエハを用い、表面および裏面にアルミ電極をつけた、厚みが５０μｍ、１５０μｍ、２５０μｍの３種を用いた。また、表面側封止材層２１の樹脂材料（封止材Ｂ）および裏面側封止材層２２の樹脂材料（封止材Ａ）として、上述の膜厚６００μｍのＥＶＡ−１〜ＥＶＡ−６と、旭化成ケミカルズ（株）製の変性ポリフェニレンエーテル樹脂であるザイロンＧ７０１ＨおよびＧ７０３Ｈの膜厚８００μｍのシートを用いた。なお、封止は、真空ラミネータで、真空下、温度１５０℃で、加熱圧着することにより行った。
【００４７】
＜太陽電池モジュールの評価＞
上記で作製した太陽電池モジュールに、ＡＭ１．５にスペクトル調整したソーラーシミュレータによって、２５℃、照射強度１０００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光を照射し、太陽電池の開放電圧［Ｖ］、および、１ｃｍ２当たりの公称最大出力動作電流［Ａ］および公称最大出力動作電圧［Ｖ］を測定し、これらの積から公称最大出力［Ｗ］（ＪＩＳ  Ｃ８９１１  １９９８）を求め、これを各モジュールの基準出力とした。
【００４８】
次に、上記太陽電池モジュールをホットプレート上に設置し、ホットプレートを１００℃設定で３時間運転した後に３時間停止するという６時間を１サイクルとして、太陽電池モジュールの加熱サイクル試験を実施した。そして、２００サイクル、４００サイクル、６００サイクルの時点での公称最大出力［Ｗ］を求め、これを前述の基準出力で除した出力比［％］を求めた。結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2010073720.tif 000003
【００５０】
表２から、本発明の太陽電池モジュールは、加熱サイクル試験での出力低下が小さく、長期間の使用においても安定した出力が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】一般的な太陽電池モジュールの断面の概略図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの態様を示す断面の概略図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの別の態様を示す断面の概略図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの更に別の態様を示す断面の概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  太陽電池セル
２  封止材層
３  配線
１１  表面電極
１２  裏面電極
２１  表面側封止材層
２２  裏面側封止材層
２３  接着層
４１  光入射側透明保護部材
４２  裏面側保護部材
【図１】
2010073720.tif 000004
【図２】
2010073720.tif 000005
【図３】
2010073720.tif 000006
【図４】
2010073720.tif 000007