(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリコン系太陽電池素子の受光面と反対側面に断熱部材を設けた太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子と前記断熱部材との間に樹脂シートを配設するとともに、前記断熱部材の少なくとも外表面を紫外線遮断部材で被覆し、この紫外線遮断部材を前記樹脂シートと融着させたことを特徴とする非晶質シリコン系太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記樹脂シートがエチレン−酢酸ビニル共重合体からなるシートである請求項１記載の非晶質シリコン系太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記紫外線遮断部材の３５０ｎｍ以下の波長透過率が１％以下である請求項１又は２記載の非晶質シリコン系太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記紫外線遮断部材がアルミニウム箔をポリエチレンテレフタレートフィルムで挟んだものである請求項１〜３のいずれかに記載の非晶質シリコン系太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記断熱部材が、発泡樹脂材料および繊維材料の少なくとも一方を含むものである請求項１〜４のいずれかに記載の非晶質シリコン系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】
本発明は非晶質シリコン系太陽電池モジュールに関し、より詳細には断熱部材を備えた非晶質シリコン系太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜太陽電池は、結晶ウエハーを用いる太陽電池に比べ半導体材料の使用量が少なく、またガラス板や金属板などの安価な基板上に低温プロセスで形成できるため、近年広く用いられるようになりつつある。この薄膜太陽電池の中でも非晶質シリコン系太陽電池は、材料となるシリコンが地球上に豊富に存在し、またカドミウムやセレンといった他の材料に比べて人体および環境への悪影響がないことから近年その需要が伸びている。
【０００３】
非晶質シリコン系太陽電池モジュールは例えば次のようにして作製される。まず、ＳｎＯ2やＺｎＯなどの透明導電膜を形成したガラスなどの透光性基板上に、ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン系半導体層を形成し、さらに金属裏面電極層を形成して太陽電池素子を作製する。そして、レーザービームなどで分割・接続して集積構造とした後、裏面側にエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）シート、アルミニウム箔をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムで挟んだ有機シートをこの順で重ね合わせてラミネート装置に入れる。ラミネート装置は装置内部を真空排気しながら加熱する装置で、加熱によりＥＶＡシートが溶けて太陽電池素子を封止するともに有機シートを着接する。このようにして作製したスーパーストレート型の太陽電池モジュールにアルミニウム製の枠を取り付けて屋外に設置し使用していた。
【０００４】
しかしながら、非晶質シリコン系太陽電池には、ステブラー・ロンスキー効果と呼ばれる長時間の光照射による変換効率の初期劣化現象（以下、単に「光劣化現象」という）があり、太陽電池として使用する場合の重大な問題となっていた。非晶質シリコン系太陽電池の光劣化現象を完全に防止することはできないものの、光劣化現象を抑える方法として、ｉ層の層厚を薄くしたり、あるいは太陽電池素子をタンデム、トリプル構造とする試みがこれまでになされているが未だ充分な成果が得られていない。
【０００５】
ところで、非晶質シリコン系太陽電池の光劣化現象によって低下した変換効率は、アニール処理することで回復することが知られている。回復効果は４０℃程度の温度でも見られるが、温度の高い方が回復効果は大きく、７０℃以上の温度にすることで変換効率が大幅に回復することが確認されている。一方、太陽電池は温度上昇により、開放電圧および最大出力は減少し、短絡電流は増大する傾向を示すが、非晶質シリコン系太陽電池は結晶シリコン系太陽電池に比べその温度依存性が小さく、１℃の温度上昇による出力低下はわずか０．１〜０．２％である。
【０００６】
そこで、このような非晶質シリコン系太陽電池の特性に着目し、太陽電池を高い温度に保持して、光劣化現象による変換効率の低下を抑制させながら使用することが従来から提案されている。例えば特開平４−７１２７６号公報には、非晶質シリコン系太陽電池素子の受光面の裏面側に断熱部材を設け、太陽光受光と同時に受ける熱によって太陽電池素子を高温に保持し光劣化現象を抑制することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、太陽電池モジュールを陸屋根上に設けた傾斜架台に設置した場合や空中に組んだフレームに取り付ける場合など、太陽電池モジュールの設置場所や設置方法によっては断熱部材にも太陽光が当たる場合があり、このような場合には断熱部材が太陽光に含まれる紫外線によって劣化するという問題があった。例えば、断熱部材として発泡ポリスチレンや発泡ポリウレタンなどの発泡樹脂材料を用いた場合には、長期間の紫外線照射により樹脂が激しく劣化して体積の減少及び強度の低下が起こる。また断熱部材としてグラスウールやロックウールなどの繊維材料を樹脂で結着させた断熱材を用いた場合でも、長期間の紫外線照射により結着樹脂が劣化し繊維がバラバラになることがある。このため、断熱部材の屋外での長期間の使用は一般に困難であった。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、断熱部材を備えた非晶質シリコン系太陽電池モジュールにおいて、長期間の紫外線照射によっても劣化することなく、屋外での長期間の使用に耐えるようにすることをその目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、非晶質シリコン系太陽電池素子の受光面と反対側面に断熱部材を設けた太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子と前記断熱部材との間に樹脂シートを配設するとともに、前記断熱部材の少なくとも外表面を紫外線遮断部材で被覆し、この紫外線遮断部材を前記樹脂シートと融着させたことを特徴とする非晶質シリコン系太陽電池モジュールが提供される。ここで樹脂シートとしてはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなるシートが好ましい。
【００１０】
また断熱部材の劣化を一層効果的に抑えるには、紫外線遮断部材の３５０ｎｍ以下の波長透過率を１％以下とするのが好ましく、さらに軽量且つ低価格化の点から、紫外線遮断部材としてはアルミニウム箔をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムで挟んだものが好ましい。そしてまた本発明の効果をより奏するようにするには、断熱部材として発泡樹脂材料および繊維材料の少なくとも一方を含むものが推奨される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、紫外線による断熱部材の劣化を防止すべく鋭意検討を重ねた結果、少なくとも紫外線の当たる断熱部材の外表面を紫外線遮断部材で被覆しておけば断熱部材の劣化が防止できることを見出し本発明をなすに至った。すなわち本発明の大きな特徴は太陽電池素子と断熱部材との間に樹脂シートを配設するとともに、断熱部材の少なくとも外表面を紫外線遮断部材で被覆し、この紫外線遮断部材を前記樹脂シートと融着させた点にある。
【００１２】
本発明で使用できる紫外線遮断部材としては、紫外線反射部材および紫外線吸収部材のいずれでもよいが、本発明者等が行った発泡樹脂を用いた屋外暴露試験の結果によれば、発泡樹脂材料の紫外線による劣化をより効果的に防止するには、波長３５０ｎｍ以下の光の透過率を１％以下にするがよい。
【００１３】
紫外線反射部材としては、紫外線を反射するものであれば特に限定はないが、Ａｌなどの金属箔をＰＥＴなどの樹脂フィルムで挟んだ積層フィルムが、軽さ、加工性およびコストなどの点から推奨される。
【００１４】
また紫外線吸収部材としては、紫外線を吸収するものであれば特に限定はなく、例えば黒色に着色した樹脂フィルムや紫外線吸収剤を含有させた樹脂フィルムなどが好適に使用できる。ここで紫外線吸収剤とは、プラスチックにとって有害な紫外線を吸収し、分子内で無害な熱・運動・光エネルギーに変換して放出するものであり、このような紫外線吸収剤としては、例えば２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンや２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系；２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾールや２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロ路ベンゾトリアゾール、２−［２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α，α−ジメチルベンジル）フェニル］−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２，、２’−メチレンビス［４−（１，１，３，３−テトラチルブチル）］−６−２Ｈ−ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系；４−ｔ−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチレート系；エチル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系などが挙げられる。この中でも、吸収波長領域が広く、また吸収強度の大きいことからベンゾトリアゾール系が好適に使用できる。
【００１５】
本発明で使用できる断熱部材としては、特に限定はなく従来公知のものが使用できるが、耐熱性があり、焼却処理されたときにダイオキシンなどの有害物質を発生しないものが望ましい。断熱部材としては、例えばポリスチレンやポリウレタン、イソシアヌレート、フェノール樹脂、ポリエチレン、シリコンラバー、ポリプロピレンなどからなる発泡樹脂材料；グラスウール、ロックウール、セラミックファイバー、動植物繊維などの繊維材料を結着樹脂で固めたもの；ケイ酸カルシウム、珪藻土、コルクなどの粉粒体状物；軽量気泡コンクリートなどが挙げられる。この中でも発泡樹脂材料および繊維材料を断熱部材として用いた場合に本発明の効果が明瞭に奏される。
【００１６】
本発明で使用する非晶質シリコン系太陽電池素子としては、特に限定はなく従来公知のものが使用できる。このような太陽電池素子は例えば次のようにして作製することができる。まず、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＳｎＯ2、ＺｎＯなどのいわゆる透明・導電性酸化物膜（ＴＣＯ）を、強化ガラスや貼り合わせガラスなどの透明基板上に電極膜として形成する。次に、プラズマＣＶＤや熱ＣＶＤ、反応性スパッタリング、光ＣＶＤなどの気相成長法によりｐｉｎ接合構造の非晶質シリコン半導体膜を形成する。単接合構造の場合、一般的にｐ層の層厚は５０〜２００Åの範囲、ｉ層の層厚は２，０００〜６，０００Åの範囲、ｎ層の層厚は１００〜３００Åの範囲である。そして、裏面電極として、Ａｌ，Ａｇ，Ａｇ／Ｔｉ，ＴＣＯ（ＺｎＯ，ＩＴＯ）／ｍｅｔａｌの膜を真空蒸着やスパッタリングにより形成し太陽電池素子とする。なお、太陽電池が高温化することにより裏面電極の金属成分が非晶質シリコン半導体膜に拡散するのを防止するために、前記半導体膜と裏面電極との間にＺｎＯなどからなる透明導電膜をさらに形成してもよい。
【００１７】
本発明に係る太陽電池モジュールは例えば次のようにして作製できる。前記作製した非晶質シリコン系太陽電池素子の下側に充填材料としてＥＶＡやＰＶＢなどからなる樹脂シートを配設し、湿気防止などの観点から必要により有機シートをさらに配設する。ここで用いる有機シートとしては、ＰＥＴフィルムやフッ化ビニルフィルムなどが挙げられ、湿気をより完全に防止するためにはアルミニウム箔をこれらのフィルムで挟んだ構造の有機シートが推奨される。そしてさらに、その下にＥＶＡシートを介して断熱部材を配設し、断熱部材を覆うように紫外線遮断部材を着接する。この状態でラミネート装置に入れ、加熱して樹脂シートを溶融させて、太陽電池素子を封止すると同時に有機シートを接着する一方、ＥＶＡシートを溶融させて、断熱部材の外表面を覆う紫外線遮断部材を断熱部材の周辺部で接着して本発明に係る太陽電池モジュールとする。
【００１８】
本発明の太陽電池モジュールは、屋外に設置して使用する電力用モジュールとして主に用いることができる。
【００１９】
【実施例】
比較例１
ガラス基板上にＳｎＯ2の透明導電膜を形成し、その上にプラズマＣＶＤ法によりｐｉｎ接合構造の単接合非晶質シリコン半導体膜を形成し、さらにその上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ透明導電膜とＡｇ薄膜からなる裏面電極とを形成し太陽電池素子を形成した。そして太陽電池素子の上に、ＥＶＡからなる樹脂シート、アルミニウム箔をＰＥＴフィルムで挟んだ有機シートをこの順で重ねて配設し、この状態でラミネート装置に入れ、１５０℃で数分間加熱し、樹脂シートを溶融させて太陽電池素子を封止するとともに、有機シートを接着させた。そして、断熱部材としての厚さ１０ｍｍの粒状発泡ポリスチレンフォームを、紫外線遮断部材で被覆することなく、前記有機シートの上に接着剤で固着して太陽電池モジュールとした。そして、この太陽電池モジュールを約１年間屋外に設置し、断熱部材の形状変化と変換効率の変化を観察・測定した。なお変換効率の変化は、初期１ヶ月間を除いた変換効率の年間平均値の、初期の変換効率に対する低下割合で表す。結果を表１に示す。
【００２０】
比較例２
断熱部材として厚さ１０ｍｍのグラスウール成型ボードを用いた以外は、比較例１と同様にして太陽電池モジュールを作製し、断熱部材の形状変化と変換効率の変化を観察・測定した。結果を表１に示す。
【００２１】
実施例１
ガラス基板上にＳｎＯ2の透明導電膜を形成し、その上にプラズマＣＶＤ法によりｐｉｎ接合構造の単接合非晶質シリコン半導体膜を形成し、さらにその上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ透明導電膜とＡｇ薄膜からなる裏面電極とを形成し太陽電池素子を形成した。そして太陽電池素子の上に、ＥＶＡからなる樹脂シート、アルミニウム箔をＰＥＴフィルムで挟んだ有機シートをこの順で重ねて配設し、その上にＥＶＡシートを介して断熱部材としての厚さ１０ｍｍのグラスウール成型ボードを載置し、次に紫外線遮断部材であるアルミニウム箔をＰＥＴフィルムで挟んだシートを、グラスウール成型ボードを覆い且つ周縁部がＥＶＡシートと接触するようにさらに設けた。この状態でラミネート装置に入れ１５０℃で数分間加熱し、樹脂シートを溶融させて太陽電池素子を封止するとともに有機シートを接着させる一方、ＥＶＡシートを溶融させて紫外線遮断部材の周縁部を接着する。このようにして太陽電池素子／ＥＶＡ／（ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ）／ＥＶＡ／グラスウール成型ボード／（ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ）の構造をした太陽電池モジュールを作製した。この太陽電池モジュールの概略断面図を図１に示す。比較例１と同様にして、断熱部材の形状変化と変換効率の変化を観察・測定した。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003703389.tif 000002
【００２３】
表１から明らかなように、実施例１の太陽電池モジュールでは、１年間屋外に放置しても断熱部材の形状変化は起こらなかった。これに対し、断熱部材を紫外線遮断部材で被覆しなかった比較例のそれぞれの太陽電池モジュールでは、１年間屋外に放置したことにより比較例１の太陽電池モジュールでは体積が初期の約半分にまで減少し、比較例２の太陽電池モジュールではグラスウール成型ボードが劣化しグラスウールが解れてしまった。
【００２４】
また実施例１の太陽電池モジュールの初期に対する変換効率の低下割合は１９％と、比較例１，２の太陽電池モジュールの２４％、２３％に比べ低い値を示し、断熱部材を紫外線遮断部材で被覆することにより変換効率の低下を抑制できることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る太陽電池モジュールでは、太陽電池素子と断熱部材との間に樹脂シートを配設するとともに、断熱部材の少なくとも外表面を紫外線遮断部材で被覆し、この紫外線遮断部材を前記樹脂シートと融着させたので、屋外での長期間の使用によっても断熱部材が劣化することなく、変換効率の低下を抑制することができる。
【００２６】
また紫外線遮断部材の３５０ｎｍ以下の波長透過率を１％以下とすれば、断熱部材の劣化を一層効果的に抑えることができる。紫外線遮断部材としてアルミニウム箔をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムで挟んだものを用いると軽量且つ低価格化が図れる。
【００２７】
断熱部材として発泡樹脂材料および繊維材料の少なくとも一方を含むものを用いると、本発明の効果が一層顕著に奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の太陽電池モジュールの一実施態様を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  非晶質シリコン系太陽電池素子
２  樹脂シート
３  有機シート
４  樹脂シート
５  紫外線遮断部材
６  断熱部材
【図１】
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