(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが接着材フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前記従配線は樹脂フィルム、アルミニウムテープおよび導電性接着剤の積層体であることを特徴とする可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記樹脂フィルムは厚さが４０μｍ以上のポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが接着材フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前記主配線は有色樹脂フィルムと金属薄板の積層体であり、有色樹脂フィルムはモジュールの光入射側に配向されていることを特徴とする可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記有色樹脂フィルムは着色材が添加された樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記着色材はカーボンブラック粉末または有機系色素であることを特徴とする請求項４に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記樹脂フィルムはポリエチレンテレフタレートからなることを特徴とする請求項３ないし５に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記ポリエチレンテレフタレートの膜厚は４０μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の可撓性薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性基板を用いたソーラータイルと主配線とを接続する従配線を有する薄膜太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池はクリーンエネルギー源のエースとして期待を集めている。特に、アモルファスシリコンなどの薄膜太陽電池は、現在市場で中心的な位置を占めている結晶シリコンと比べて、▲１▼原料の使用量が少ない、▲２▼ロールツーロール方式による大量生産が容易、▲３▼可撓性基板上に形成することにより曲面状に設置することが可能、▲４▼１枚の基板上に直列接続構造を形成可能で、例えば２００Ｖ程度の電圧を１枚の基板上で得ることも容易である、などの特長を持つものである。
【０００３】
一般に、太陽電池は、長期に亘って雨などの環境要因から半導体部分を保護するために、表面保護材や裏面保護材でパッケージされ、このパッケージングを施したものをモジュールと呼んでいる。結晶シリコン太陽電池では、１個のモジュールの電圧は高々数10Ｖ程度しか得られない。そのため、例えば200 Ｖ系統電力へ接続するインバータに入力する場合には複数のモジュールを直列に接続する必要が生じる。
【０００４】
これに対して、薄膜太陽電池では、１枚の基板上に複数の太陽電池素子を直列接続して高い電圧を得ることがが比較的容易である。これをソーラータイルと呼ぶことにする。図８は複数のソーラータイルを並列接続した長尺のモジュールの一部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。複数の可撓性フィルムを基板とするソーラータイル１の両側には、ソーラータイル１の出力極性に対応した２本の主配線２が配置され、主配線２には各ソーラータイルの出力電極が各々従配線３を介して接続されている。ソーラータイル１、主配線２および従配線３は共に２枚の保護フィルム４ａの間に、接着樹脂フィルム４ｂを介して熱圧着（ラミネート）されている。このようにして長尺のモジュールを製造し、ロール状に巻き取って保管しておくことにより、使用時に適当な数のソーラータイル間で切断して個別のモジュールとし、外部リード取り付けを行うことにより、設置面積などの使用条件に対応することが可能となっている。使用条件に対応したモジュールを個別に製造することに較べれば、製造工程を大幅に簡略化することができる。
【０００５】
このようなモジュールには、一般的に、可撓性基板フィルムは厚さ20〜100 μm のポリイミドなどの耐熱性の高い樹脂からなり、主配線および従配線としては薄い銅箔や半田メッキ銅箔、保護フィルム材料としてはエチレンテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライドなど、接着樹脂フィルム材料としてはエチレンビニルアセテート（以下、ＥＶＡと記す）が用いられている。
【０００６】
従配線の主配線とソーラータイルへの接続は半田付けである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、金属箔を従配線とし、半田付けによって接続する方法では、半田付けの凸部が保護フィルムの熱圧着時に、保護フィルムを損傷する可能性がある。特に、可撓性基板を用いたソーラータイルを何重にもロール状に巻いていくと、半田部が剥離して電気的接触不良が起こったり、半田付けの凸部が他の部分を損傷する可能性が特に大きい。また、半田付け工程が搬送の停止を必要とし、ロールツーロール工程の簡略化を図っていく上で工数低減の妨げになる。
【０００８】
保護フィルムの熱圧着は、モジュール構成部材を２枚の平板の間に挟んで行われるが、この時、従配線のうちソーラータイル上の部分は強く加圧されるが、ソーラータイル上ではない部分はソーラータイルの厚さがない分だけやや弱く加圧される。しかし、ＥＶＡには加熱時に流動性が生じているためソーラータイルの外周の段差部および従配線の下に廻り込み、隙間を埋めるている。
【０００９】
完成した太陽電池モジュールを実際に設置する場合を考えると、例えば外気温が低い場合、日照がないと当然太陽電池モジュールも低温状態にある。しかし、太陽電池の光電変換効率は高々１０数％であるため、日照時には太陽電池素子に光が入射すると残りのエネルギーは熱となり、外気温は低くてもモジュール温度は急激に上昇する。逆に、光の入射がなくなると、急激にモジュール温度は低下する。このような温度の上昇、下降サイクルを繰り返すとやがて破断に到ることがあるが、発明者は、破断の原因は従配線のソーラータイル端部に掛かる部分への熱応力の集中にあることをつきとめた。
【００１０】
さらに、配線に関する別の問題点として、配線のモジュールの外観に及ぼす影響がある。すなわち、主配線および従配線、特に長さの長い主配線を薄い金属板とすると、この主配線が光を強く反射する。住宅屋根や建物の壁に設置する場合、この主配線による光の反射が建物の美観を損なう恐れがある。また、高速道路の内壁に設置するような場合には、ドライバーの視認性を損なう要因ともなる。これらを防止する方法として、主配線を黒色ペンキ等の塗料により着色する方法が考えられるが、工程上煩雑であり、また、長期間屋外に暴露される過程で紫外光による変色等の変質が起こる問題がある。
【００１１】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、繰り返し急激な温度変化を受けても、ソーラータイル段差部で亀裂等の機械的損傷を受けない從配線を有し、また、光の反射により外観を損なうことのない配線を有する可撓性太陽電池モジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、
可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが接着材フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前記従配線は樹脂フィルム、アルミニウムテープおよび導電性接着剤の積層体であることとする。
ここで、前記樹脂フィルムは厚さが４０μｍ以上のポリエチレンテレフタレートであると良い。
また、本発明によれば、
可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが接着材フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、前記主配線は有色樹脂フィルムと金属薄板の積層体であり、有色樹脂フィルムはモジュールの光入射側に配向されていることとする。
ここで、前記有色樹脂フィルムは着色材が添加された樹脂からなると良い。
また、前記着色材はカーボンブラック粉末または有機系色素であると良い。
また、前記樹脂フィルムはポリエチレンテレフタレートからなると良い。
また、前記ポリエチレンテレフタレートの膜厚は４０μｍ以上であると良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１は本発明に係るモジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。複数のソーラータイル１の両側に、２本の主配線２が配置され、各ソーラータイル１の出力電極と主配線２は従配線３を介して接続されている。そしてこれらは２枚の保護フィルム４ｂ間に挟まれ、各々ＥＶＡからなる接着樹脂フィルム４ａを介して熱圧着されてモジュールとされている。
【００１７】
この実施例では、ソーラータイル１は、厚さ５０μm のポリイミドフィルムを基板とする可撓性アモルファス太陽電池であり、基板サイズ４０cm×８０cmの中に１４４個の単位太陽電池が直列接続されており、最適動作電圧は２００ Vに設定されている。
従配線３は導電性接着剤を付けた厚さ１００μm のアルミニウムテープ（以下Alテープと記す) とした。アルミニウムは金属テープ用材料として低価格であり防食加工も容易で電気伝導度も良好であり従配線材料として適している。但し、電気伝導の点だけからみると、１枚のソーラータイルから生ずる電流は高々０．１〜０．２ Aであり、Alテープの厚さは、最も一般的に用いられる２０〜３０μm で十分であるが、ここでは以下に述べる熱応力解析を行いモジュールに適したAlテープの厚さを求めた。
【００１８】
図２は本発明に係る熱応力解析におけるモジュール内のソーラータイル端部の従配線の屈曲部の拡大断面図である。従配線３はAlテープ３ａおよび導電性接着層３ｂの積層体である。モジュール内ではソーラータイル１の厚さだけの段差があるため、従配線３すなわちAlテープ３ａは屈曲している。ソーラータイル１の端部からAlテープ３ａの屈曲が終わるまでの屈曲部幅をＷとする。ソーラータイル１の端部と屈曲部との隙間には熱接着時にＥＶＡが流れ込み充満している。
【００１９】
本発明に係る熱応力解析では、上記（図２）の形状の場合に、ソーラータイル端部の従配線の屈曲部に温度差８０℃の熱変化を与えた時、Alテープにかかる応力の分布および最大熱応力をシミュレーションにより求めた。図３は本発明に係る熱応力解析結果の屈曲部の断面での等応力線図であり、（ａ）はAlテープの厚さが３０μm の場合であり、（ｂ）はAlテープの厚さが１００μmmの場合である。矢印Ｆは最大熱応力部を示している。Alテープの厚さが３０μmmの場合は応力が２箇所に集中し最大熱応力は１６０N/cm2 であるのに対し、厚さが１００μm の場合は膜厚方向に応力が分散しており、最大熱応力は２３．８N/cm2 に低下した。
【００２０】
図４は本発明に係る熱応力解析結果を示し、最大熱応力のAlテープの厚さ依存性を示すグラフである。縦軸は規格化された最大熱応力であり厚さ３０μm のときの最大熱応力を１００％として規格化してある。Alテープの厚さ５０μm 以上で最大熱応力は著しく低下していることが判る。従って、従配線のアルミ厚さは５０μm 以上としておけば、最大熱応力は小さく、モジュールがヒートサイクルを受けたときにも、Alテープの破断は起こらなくなることが期待できる。ヒートサイクル試験結果は実施例２以降に示す。
【００２１】
Alテープの最大厚さは、モジュールの必要とする可撓性やロール径の程度に従い、数値は明確に定まるものではないが、数１００μm と考えられる。
また、導電性接着剤を用いて主配線と従配線との接続を行ったので、接続部の厚さは主配線と従配線の厚さに等しくなり、モジュールのロールへの巻き取りなどの加圧時にもこの接続部が保護フィルムを押し潰すなどの損傷を与えることはなくなった。また、この接着工程は特別の高温を必要としないので、ロールツーロール工程に馴染みやくなった。
実施例２
図５は本発明に係る異なる従配線を有するモジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図（従配線のみ）である。モジュールの基本構成は実施例１と同じであるが、ソーラータイル１の裏面は厚さ３００μm のＥＶＡフィルム５ａにより裏打ちされており、ソーラータイル１をやや硬くしてロールツーロール方式の製造以降の取扱を容易にしている。そのため、ソーラータイル１の端部での段差は大きく、従配線３の屈曲は実施例１の場合より激しくなるので、従配線３は厚さ３０μm のAlテープ３ａおよび厚さ３０μm の導電性接着層３ｂの積層体にポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記す）３ｃを補強材として接着してあり、屈曲を抑制する構造としてある。
【００２２】
ＰＥＴフィルム３ｃの効果について以下に説明する。実施例１と同様の解析を行った結果、Al層の厚さは同じでも屈曲幅が大きくなるにつれて膜厚方向に応力が分散し、屈曲幅無限大、すなわち屈曲がなくストレートの場合には屈曲幅９１μm の場合の約1/4 まで最大熱応力が低下することが判った。
図６は本発明に係るＰＥＴフィルム付き従配線のＰＥＴフィルムの厚さを変えた場合の従配線のソーラータイル端部での屈曲を示す顕微鏡写真を模写した断面模式図であり、（ａ）はＰＥＴフィルムがない場合、（ｂ）はＰＥＴフィルムの厚さが１５μm の場合、（ｃ）はＰＥＴフィルムの厚さが２５μm の場合、（ｄ）はＰＥＴフィルムの厚さが４０μm の場合である。ＰＥＴフィルムを厚くするにしたがってAlテープがストレートに近くなることが観察される。この結果からＰＥＴフィルムは、ソーラータイル端部に段差があっても熱圧着時に従配線をストレートに保つ働きがあり、その結果Alテープにかかる最大熱応力を小さく抑える役割を果たしていることが判った。ＰＥＴフィルムは薄くても効果は認められるが、より顕著な効果を得るためには４０μm 以上とすることが望ましい。
【００２３】
ＰＥＴフィルムの最大厚さは、モジュールの必要とする可撓性やロール径の程度に従い、数値は明確に定まるものではないが、数１００μm と考えられる。
実施例１および実施例２で作製したモジュールについて、従配線のAlテープ厚さおよびＰＥＴフィルム厚さを変えた場合のヒートサイクル試験結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
0003680490.tif 000002
【００２５】
ヒートサイクル試験は、−４０℃雰囲気と１００℃雰囲気の間でモジュールを移動させ、３０分保持した後再度移動させることを繰り返して行い、５０回毎にAlテープの亀裂発生の有無を調べるという方法で行った。この結果から、Alテープのみの厚さが３０μm の場合には１００回以下で破断が起こるが、Alテープの厚さが５０μm 以上、また、厚さ４０μm 以上のＰＥＴフィルムを付けた場合には１０００回でも破断は発生せず、太陽電池特性にも全く変化は認められなかった。
実施例３
これまでの実施例は従配線の強度の観点からみた発明であるが、この実施例はモジュールの設置場所の美観からみた、主配線および従配線に関する発明である。
【００２６】
図７は本発明に係る異なる従配線を有するモジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。（ｃ）は（ａ）におけるＺＺ断面拡大図である。基本的なモジュールの構成は実施例２と同じであるが、この実施例では、主配線２が異なっている。主配線２は、ＰＥＴフィルム成形時にあらかじめ原料の中にカーボンブラック粉末を混入しておき、成形された黒色ＰＥＴフィルム２ｂを半田メッキ銅箔２ａと貼り合わせたものである。すなわち、ＰＥＴフィルムは、フィルム状に成形してから着色したものではなく、フィルムに成形する際に原料に着色剤を添加して着色したものである。そしてモジュールの光入射側が黒色ＰＥＴフィルム２ｂ側となるように配置されている。こうした配置により、この実施例のモジュールでは光入射時における主配線からの入射光の反射がなくなり、モジュールは局所的なきらめきはなく、全体が一様に闇くみえるようになり、モジュールの設置環境の美観は、従来のモジュールにくらべ大幅に改善された。
【００２７】
なお、カーボンブラックの代わりに有機系色素（例えば、アニリンブラック、ジアゾブラックなど）などの他の着色剤を用いても同様の効果が得られるが、ＰＥＴをフィルム状に成形後、その上からペンキ等の塗料を塗る方法は、製造工程が煩雑であると同時に屋外での長期に亘る発電時に紫外線等によって変色するなど長期耐久性の点で本実施例より劣る。
【００２８】
【発明の効果】
可撓性の基板上に薄膜太陽電池が形成されてなるソーラータイルの極性の異なる出力電極と２本の主配線とがそれぞれ従配線を介して接続されており、これらが接着樹脂フィルムを介して保護フィルムに挟まれて被覆封止されてなる可撓性太陽電池モジュールにおいて、従配線を導電性接着剤付きアルミニウムテープとすることにより、温度変化によりソーラータイル屈曲部のAlテープに加わる熱応力がAlの厚さ方向に分散され、最大熱応力が減少して太陽電池モジュールの耐久性が向上する。
【００２９】
また、従配線を樹脂フィルム、アルミニウムテープおよび導電性接着剤の積層体とすることにより、Alテープ単独の場合よりソーラータイル屈曲部における撓みが減少し、その結果としてソーラータイル屈曲部のAlテープに加わる最大熱応力が減少して太陽電池モジュールの耐久性が向上する。
また、主配線を有色樹脂フィルムと金属薄板の積層体とし、有色樹脂フィルムをモジュールの光入射側に配向したため、主配線からの強い光の反射が防がれ、モジュールおよびその設置環境の美観をが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図
【図２】本発明に係る熱応力解析におけるモジュール内のソーラータイル端部の従配線の屈曲部の拡大断面図
【図３】本発明に係る熱応力解析結果の屈曲部の断面での等応力線図であり、（ａ）はAlテープの厚さが３０μm の場合、（ｂ）はAlテープの厚さが１００μmmの場合
【図４】本発明に係る熱応力解析結果を示し、最大熱応力のAlテープの厚さ依存性を示すグラフ
【図５】本発明に係る異なる従配線を有するモジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹＹ断面図（従配線のみ）
【図６】本発明に係るＰＥＴフィルム付き従配線のＰＥＴフィルムの厚さを変えた場合の従配線のソーラータイル端部での屈曲を示す顕微鏡写真を模写した断面模式図であり、（ａ）はＰＥＴフィルムがない場合、（ｂ）はＰＥＴフィルムの厚さが１５μm の場合、（ｃ）はＰＥＴフィルムの厚さが２５μm の場合、（ｄ）はＰＥＴフィルムの厚さが４０μm の場合
【図７】本発明に係る異なる従配線を有するモジュールを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。（ｃ）は（ａ）におけるＺＺ断面拡大図
【図８】複数のソーラータイルを並列接続した長尺のモジュールの一部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図
【符号の説明】
１    ソーラータイル
２    主配線
２ａ  金属テープ
２ｂ  着色樹脂フィルム
３    従配線
２ａ  金属テープ
２ｂ  導電性接着層
４ａ  保護フィルム
４ｂ  接着樹脂フィルム
４ｃ  接着樹脂フィルム
Ｗ    屈曲部幅
【図１】
0003680490.tif 000003
【図２】
0003680490.tif 000004
【図３】
0003680490.tif 000005
【図４】
0003680490.tif 000006
【図５】
0003680490.tif 000007
【図６】
0003680490.tif 000008
【図７】
0003680490.tif 000009
【図８】
0003680490.tif 000010