(57)【要約】【課題】太陽電池とフレームとを接合する接合層がフレームの外側にはみ出すことを防止し、水分やガスの浸入による太陽電池の劣化を抑制することが可能な太陽電池用フレームおよび太陽電池モジューを提供する。【解決手段】内壁部材２６には、太陽電池保持空間Ｓ１と、バッファ空間Ｓ２とを連通させる連通穴２７が形成されている。連通穴２７は、例えば、内壁部材２６の鉛直方向に沿った中央付近に形成された、フレーム２０の長手方向に沿って延びる長穴であればよい。このような連通穴２７は、太陽電池保持空間Ｓ１に形成された接合層３０を構成する接合材料の一部を、バッファ空間Ｓ２に向けて流入可能にさせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の周縁に沿って延び、該太陽電池の周縁領域を覆う太陽電池用フレームであって、
前記太陽電池の周縁領域の一面側を覆う第一部材と、該第一部材に対向し、前記太陽電池の周縁領域の他面側を覆う第二部材と、前記太陽電池の厚み方向に沿った周面を覆い、前記第一部材および前記第二部材を接続する側面部材と、該側面部材に対して所定の間隔をあけて平行に広がる内壁部材と、を少なくとも備え、
前記内壁部材には、前記側面部材に対向し前記太陽電池が挿入される開口面と前記内壁部材との間に広がる太陽電池保持空間と、前記内壁部材と前記側面部材との間に広がるバッファ空間とを連通させる連通穴が形成されていることを特徴とする太陽電池用フレーム。
【請求項２】
前記太陽電池保持空間において、前記太陽電池と、前記第一部材、前記第二部材および前記側面部材との間には接合層が形成され、前記連通穴は、前記接合層をなす接合材の一部を前記バッファ空間に流入可能にさせることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用フレーム。
【請求項３】
前記連通穴は、太陽電池の周縁に沿って延びる長穴であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池用フレーム。
【請求項４】
前記連通穴は、太陽電池の周縁に沿って多数の穴を配列したものからなることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池用フレーム。
【請求項５】
前記第一部材、前記第一部材および前記側面部材は、金属板を屈曲させたものからなることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の太陽電池用フレーム。
【請求項６】
前記接合層は、ブチルゴムまたはポリイソブチレンからなることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の太陽電池用フレーム。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１項記載の太陽電池用フレームと、太陽電池とを備えたことを特徴とする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、太陽電池の周縁を保持する太陽電池用フレームおよびこの太陽電池用フレームを備えた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、代替エネルギーとしての太陽電池が一層脚光を浴びつつある。同時にコストダウン要請も大きく、中でもアモルファスシリコン等の薄膜半導体材料を用いた太陽電池モジュールが注目されつつある。
【０００３】
太陽電池モジュールは、ガラス基板にアモルファスシリコン太陽電池層（発電層）を形成したものからなり、ガラス基板側（表面側）から太陽光を取り込むものが一般的である。さらに、アモルファスシリコン太陽電池層を保護するため、裏面側はバックシートによって保護されている。そして、これらガラス基板、アモルファスシリコン太陽電池層、およびバックシートを積層してなる太陽電池の周縁領域は、太陽電池用フレーム（以下、フレームと称する）によって覆われている。
【０００４】
フレームは、例えば、矩形の太陽電池の４辺に沿った周縁領域を覆う。従来のフレームは、例えば長手方向に直角な断面が略コ字状を成し、太陽電池の周縁領域において、ガラス基板、バックシート、および積層方向に沿った側面を覆う。そして、周縁領域がフレームに挿入された太陽電池と、フレームとの間には、接合層が形成され、この接合層を介して太陽電池とフレームとが接合されている。
【０００５】
接合層を構成する接合材料は、例えば樹脂系接着剤等からなり、こうした接合材料で太陽電池とフレームとの隙間を密封することによって、太陽電池の積層方向に沿った側面から、雨水や腐食性ガス等が太陽電池内に浸入することを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３３１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のフレームを備えた太陽電池モジュールは、太陽電池とフレームとを接合している接合材料の一部が、経時変化によってフレームの外にはみ出すことがあった。
【０００８】
太陽電池モジュールは一般的に屋外に設置されるが、地震や強風などによって太陽電池がフレームに対して揺れたり、傾いたりすることがあり、こうした揺動や振動によって、本来はフレーム内に収まっている接合材料が、フレームのエッジ部分からはみ出てしまうことがあった。
接合材料がフレームからはみ出してしまうと、太陽電池とフレームとの間の接合強度の低下、雨水等の浸入阻止効果の低下、および外観（見た目）の悪化などか生じる虞があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、太陽電池とフレームとを接合する接合層がフレームの外側にはみ出すことを防止し、水分やガスの浸入による太陽電池の劣化を抑制することが可能な太陽電池用フレームおよび太陽電池モジュー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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態では次のような太陽電池用フレームおよび太陽電池モジュールを提供する。
即ち、本発明の一実施形態における太陽電池用フレームは、太陽電池の周縁に沿って延び、該太陽電池の周縁領域を覆う太陽電池用フレームであって、
前記太陽電池の周縁領域の一面側を覆う第一部材と、該第一部材に対向し、前記太陽電池の周縁領域の他面側を覆う第二部材と、前記太陽電池の厚み方向に沿った周面を覆い、前記第一部材および前記第二部材を接続する側面部材と、該側面部材に対して所定の間隔をあけて平行に広がる内壁部材と、を少なくとも備え、
前記内壁部材には、前記側面部材に対向し前記太陽電池が挿入される開口面と前記内壁部材との間に広がる太陽電池保持空間と、前記内壁部材と前記側面部材との間に広がるバッファ空間とを連通させる連通穴が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記太陽電池保持空間において、前記太陽電池と、前記第一部材、前記第二部材および前記側面部材との間には接合層が形成され、前記連通穴は、前記接合層をなす接合材の一部を前記バッファ空間に流入可能にさせることを特徴とする。
【００１２】
前記連通穴は、太陽電池の周縁に沿って延びる長穴であることを特徴とする。
また、前記連通穴は、太陽電池の周縁に沿って多数の穴を配列したものからなることを特徴とする。
【００１３】
前記第一部材、前記第一部材および前記側面部材は、金属板を屈曲させたものからなることを特徴とする。
また、前記接合層は、ブチルゴムまたはポリイソブチレンからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施形態における太陽電池モジュールは、前記各請記載の太陽電池用フレームと、太陽電池とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態の太陽電池用フレームおよび太陽電池モジュールによれば、太陽電池用フレームに支持された太陽電池が揺動した際に、接合層を成す接合材料は、内壁部材に形成された連通穴から、第一部材、第二部材、内壁部材、および側面部材で区画されたバッファ空間に流入する。太陽電池用フレームの開口面から接合層がはみ出すことを防止する。ゆえに、フレームと太陽電池の周縁領域との間を接合する接合層の防水性能や防ガス性能が低下することが無く、また、接合材料のはみ出しによる美観の低下も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽電池の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図３】太陽電池モジュールのフレーム付近を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの作用を示す断面図である。
【図５】本発明の太陽電池用フレームの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の太陽電池用フレームの他の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の太陽電池用フレームの他の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る太陽電池用フレームおよび太陽電池モジュールの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明に用いられる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
本発明の技術範囲は、以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００１８】
まず最初に、太陽電池の構造の一例を説明する。図１は、太陽電池の層構造を示す断面図である。
薄膜太陽電池（太陽電池）１００は、表面（太陽光の受光面）を構成するガラス基板１１０と、ガラス基板１１０上に設けられた透明導電膜からなる上部電極１０１と、アモルファスシリコンで構成されたトップセル１０２と、トップセル１０２と後述するボトムセル１０４との間に設けられた透明導電膜からなる中間電極１０３と、マイクロクリスタルシリコンで構成されたボトムセル１０４と、透明導電膜からなるバッファ層１０５と、金属膜からなる裏面電極１０６とが順に積層されている。また、裏面電極１０６の裏面には、例えばテドラーフィルム等からなるバックシート１１１が形成されている。
【００１９】
つまり、薄膜太陽電池１００はタンデム型太陽電池となっている。このようなタンデム構造の薄膜太陽電池１００では、短波長光をトップセル１０２で、長波長光をボトムセル１０４でそれぞれ吸収することで発電効率の向上を図ることができる。
【００２０】
トップセル１０２のｐ層（１０２ｐ）、ｉ層（１０２ｉ）、ｎ層（１０２ｎ）の３層構造が、例えばアモルファスシリコンで形成されている。また、ボトムセル１０４のｐ層（１０４ｐ）、ｉ層（１０４ｉ）、ｎ層（１０４ｎ）の３層構造が、例えばマイクロクリスタルシリコンで構成されている。
【００２１】
このように構成した薄膜太陽電池１００は、太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子がｉ層に当たると光起電力効果により、電子と正孔（ｈｏｌｅ）が発生し、電子はｎ層、正孔はｐ層に向かって移動する。この光起電力効果により発生した電子を上部電極１０１と裏面電極１０６により取り出して、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２２】
また、トップセル１０２とボトムセル１０４との間に中間電極１０３を設けることにより、トップセル１０２を通過してボトムセル１０４に到達する光の一部が中間電極１０３で反射して再びトップセル１０２側に入射するため、セルの感度特性が向上し、発電効率の向上に寄与する。
【００２３】
また、ガラス基板１１０側から入射した太陽光は、各層を通過して裏面電極１０６で反射される。薄膜太陽電池１００には光エネルギーの変換効率を向上させるために、上部電極１０１に入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を目的としたテクスチャ構造をとることが好ましい。
【００２４】
図２は、本実施形態における太陽電池モジュールを示す斜視図である。
本発明の太陽電池モジュール１０は、太陽電池１００と、この太陽電池１００の周縁領域Ｅａを覆うフレーム（太陽電池用フレーム）２０と、太陽電池１００およびフレーム２０を接合（接着）する接合層３０とから構成される。
【００２５】
太陽電池１００は、ガラス基板１１０と、バックシート１１１と、ガラス基板１１０およびバックシート１１１の間に配された発電層１１２とから構成されている。なお、発電層１１２は、図１における上部電極１０１から裏面電極１０６までの積層体であればよい。また、本発明における太陽電池１００の周縁領域Ｅａとは、太陽電池１００の一面側、即ちガラス基板１１０の露出面と、他面側、即ちバックシート１１１の露出面と、太陽電池１００の積層方向に沿った側面とが、フレーム２０によって覆われる領域を示す。
【００２６】
図３（ａ）は、本発明の太陽電池モジュールにおけるフレームの長手方向に直角な断面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面を矢印Ｍから見た時の断面図である。
フレーム（太陽電池用フレーム）２０は、太陽電池の周縁領域Ｅａを支持する断面略コ字状の支持部２１と、この支持部２１から延びる断面略Ｌ字状の取付部２２とからなる。支持部２１および取付部２２からなるフレーム２０は、例えば、ＡｌやＳＵＳなどの金属板を用いて、一体に形成されていれば良い。
【００２７】
支持部２１は、周縁領域Ｅａにおいて、ガラス基板１１０の一面側１１０ａを覆う第一部材２３と、この第一部材２３に対向し、バックシート１１１の他面側１１１ａを覆う第二部材２４と、太陽電池１００の厚み方向に沿った周面１００ａを覆い、第一部材２３および第二部材２４を接続する側面部材２５と、を備えている。更に、これら第一部材２３、第二部材２４、および側面部材２５で区画された断面コ字状の空間内には、側面部材２５に対して所定の間隔をあけて平行に広がる内壁部材２６が形成されている。
【００２８】
内壁部材２６は、第一部材２３、第二部材２４、および側面部材２５で区画された断面コ字状の空間を２つに区画する。即ち、内壁部材２６は、支持部２１に太陽電池１００を挿入する開口面２１ａと内壁部材２６との間に広がる太陽電池保持空間Ｓ１と、内壁部材２６と側面部材２５との間に広がるバッファ空間Ｓ２との２つの空間に仕切る。
【００２９】
太陽電池保持空間Ｓ１は、第一部材２３、第二部材２４、内壁部材２６、および開口面２１ａで区画された空間である。また、バッファ空間Ｓ２は、第一部材２３、第二部材２４、側面部材２５、および内壁部材２６で区画された空間である。
【００３０】
支持部２１の太陽電池保持空間Ｓ１には、開口面２１ａから太陽電池１００の周縁領域Ｅａが挿入される。フレーム２０と、太陽電池１００との間には、接合層３０が形成される。接合層３０は、太陽電池１００とフレーム２０との間に充填された接合材料からなり、太陽電池１００の周縁領域Ｅａと、フレーム２０の支持部２１とを互いに接合（接着）させる。
【００３１】
接合層３０は、熱硬化性、光硬化性、重合硬化性の樹脂系の接合材料から構成される。こうした接合材料は、太陽電池が設置される屋外環境において、耐候性に優れ、水分や腐食性ガスを透過させない材料であることが好ましい。例えば、ブチルゴムまたはポリイソブチレンなどが接合材料として好ましく挙げられる。
【００３２】
内壁部材２６には、太陽電池保持空間Ｓ１と、バッファ空間Ｓ２とを連通させる連通穴２７が形成されている。連通穴２７は、図３（ｂ）に示すように、例えば、内壁部材２６の鉛直方向に沿った中央付近に形成された、フレーム２０の長手方向に沿って延びる長穴であればよい。このような連通穴２７は、太陽電池保持空間Ｓ１に形成された接合層３０を構成する接合材料の一部を、バッファ空間Ｓ２に向けて流入可能にさせる。
【００３３】
支持部２１から延びる取付部２２は、支持部２１に支持された太陽電池１００を、例えば住宅の屋根などの取付面に設置する際の取り付け部分を成す。こうした取付部２２は、例えば支持部２１と一体に形成されてフレーム２０を構成しており、取付面Ｆに対してボルト−ナットなどの締結具３５によって固定される。
【００３４】
以上のような構成の本発明の太陽電池用フレームおよび太陽電池モジュールの作用を説明する。
図４は、太陽電池モジュールのフレーム付近を示す拡大断面図である。
フレーム２０の支持部２１で周縁領域Ｅａを支持された太陽電池１００は、フレーム２０の取付部２２を介して設置面、例えば家屋の屋根等に設置される。フレーム２０に支持された太陽電池１００は、例えば強風や地震などによって、揺動したり、僅かに傾いたりすることがある。
【００３５】
例えば、太陽電池１００に水平方向Ｘや鉛直方向Ｙに沿った振動等の応力が加わると、フレーム２０の支持部２１内に区画された太陽電池保持空間Ｓ１内で、設置面に固着されたフレーム２０に対して、水平方向Ｘや鉛直方向Ｙにに沿って太陽電池１００が揺動する。太陽電池保持空間Ｓ１内で太陽電池１００が揺動すると、太陽電池１００と、第一部材２３、第二部材２４、および内壁部材２６との間に形成された比較的柔軟な接合層３０が流動し始める。
【００３６】
太陽電池１００の揺動によって接合層３０が流動すると、接合層３０を成す接合材料Ｍは、内壁部材２６に形成された連通穴２７から、第一部材２３、第二部材２４、内壁部材２６、および側面部材２５で区画されたバッファ空間Ｓ２に流入する。これによって、支持部２１の開口面２１ａから接合層３０がはみ出すことを防止する。
【００３７】
従来、太陽電池の揺動によって比較的柔軟な接合層が流動すると、太陽電池とフレームの開口との隙間から、接合層を成す接合材料がはみ出て、接合層の防水性能や防ガス性能が低下することがあった。しかしながら、本発明の太陽電池用フレームでは、上述したようにフレーム２０の支持部２１を２つに区画する内壁部材２６を設け、支持部２１を太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２との２つの空間に区画した。そして、内壁部材２６に、これら２つの空間である太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを連通させる連通穴２７を形成した。
【００３８】
こうした構成によって、太陽電池１００の揺動によって比較的柔軟な接合層３０が流動しても、接合層３０を成す接合材料Ｍを連通穴２７からバッファ空間Ｓ２に導くことができる。その結果、太陽電池１００がフレーム２０に対して揺動しても、支持部２１の開口面２１ａから接合材料Ｍがはみ出すことを防止する。よって、フレーム２０の支持部２１と、太陽電池１００の周縁領域Ｅａとの間を封止する接合層３０の防水性能や防ガス性能が低下することが無く、また、接合材料Ｍのはみ出しによる美観の低下も防止することができる。
【００３９】
上述した実施形態では、内壁部材２６に形成された連通穴２７は、内壁部材２６の鉛直方向に沿った中央付近に形成された、フレーム２０の長手方向に沿って延びる長穴としたが、連通穴の形状はこれに限定されるものではない。
【００４０】
図５は、内壁部材に形成される連通穴の形状例を示す平面図である。
図５（ａ）に示す実施形態では、内壁部材４１に形成された連通穴４２は、フレーム（太陽電池用フレーム）４０の長手方向に沿って円形の開口を多数配列したものからなる。また、図５（ｂ）に示す実施形態では、内壁部材４６に形成された連通穴４７は、フレーム４５の長手方向に沿って矩形の開口を複数配列したものからなる。これら複数の開口を配列したものから連通穴を構成すれば、内壁部材に連通穴を形成しても、鉛直方向Ｙにおけるフレームの強度を高く保つことができる。
【００４１】
以下、本発明の太陽電池用フレーム、およびこれを備えた太陽電池モジュールの他の実施形態を列記する。
図６（ａ）に示す太陽電池モジュール５０では、フレーム（太陽電池用フレーム）５１の支持部５２における太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを区画する内壁部材５３において、連通穴５４は、内壁部材５３の鉛直方向の下部に形成される。また、フレーム５１と太陽電池１００とを接合する接合層５５は、太陽電池１００のバックシート１１１とフレーム５１の第二部材５６との間、および太陽電池１００の積層方向に沿った側面と内壁部材５３との間に、断面略Ｌ字型に形成される。
【００４２】
そして、太陽電池１００が揺動した時には、内壁部材５３の鉛直方向の下部に形成された連通穴５４を介して、流動した接合層５５の接合材料がバッファ空間Ｓ２に収容され、フレーム５１の外部へのはみ出しを防止する。
【００４３】
図６（ｂ）に示す太陽電池モジュール６０では、フレーム（太陽電池用フレーム）６１の支持部６２における太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを区画する内壁部材６３において、連通穴６４は、内壁部材６３の鉛直方向の上部に形成される。また、フレーム６１と太陽電池１００とを接合する接合層６５は、太陽電池１００のガラス基板１１０とフレーム５１の第一部材６６との間、および太陽電池１００の積層方向に沿った側面と内壁部材６３との間に、断面略Ｌ字型に形成される。
【００４４】
そして、太陽電池１００が揺動した時には、内壁部材６３の鉛直方向の上部に形成された連通穴６４を介して、流動した接合層６５の接合材料がバッファ空間Ｓ２に収容され、フレーム６１の外部へのはみ出しを防止する。
【００４５】
図６（ｃ）に示す太陽電池モジュール７０では、フレーム（太陽電池用フレーム）７１の支持部７２において、第一部材７３と第二部材７４は、それぞれ太陽電池１００のガラス基板１１０およびバックシート１１１に直接接するように形成されている。
【００４６】
また、支持部７２の太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを区画する内壁部材７５において、連通穴７６は、内壁部材７５の鉛直方向の中央付近に形成される。そして、フレーム７１と太陽電池１００とを接合する接合層７７は、太陽電池１００の積層方向に沿った側面のみに形成される。
【００４７】
そして、太陽電池１００が揺動した時には、内壁部材７５の鉛直方向の中央付近に形成された連通穴７６を介して、流動した接合層７７の接合材料がバッファ空間Ｓ２に収容され、フレーム７１の外部へのはみ出しを防止する。
【００４８】
図７（ａ）に示す太陽電池モジュール８０では、太陽電池２００は、発電層２０１の一面側および他面側にガラス基板２０２，２０３がそれぞれ形成されている。こうした発電層２０１の両面がガラス基板２０２，２０３で覆われた太陽電池２００を支持するフレーム８１には、その支持部８２に太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを区画する内壁部材８３が形成されている。そして、この内壁部材８３の鉛直方向の中央付近には連通穴８４が形成される。
【００４９】
このような太陽電池モジュール８０においても、太陽電池１００が揺動した時には、内壁部材８３の鉛直方向の中央付近に形成された連通穴８４を介して、流動した接合層８５の接合材料がバッファ空間Ｓ２に収容され、フレーム８１の外部へのはみ出しを防止する。
【００５０】
図７（ｂ）に示す太陽電池モジュール９０では、太陽電池１００の周縁領域は、フレーム９１の支持部９２に挿入されたガスケット９３と、接合層９４とを介してフレーム９１に支持される。ガスケット９３は、例えばゴムから構成され、太陽電池保持空間Ｓ１における太陽電池１００とフレーム９１との間の密着性、気密性を高める。
【００５１】
また、フレーム９１の支持部９２には、太陽電池保持空間Ｓ１とバッファ空間Ｓ２とを区画する内壁部材９６が形成されている。そして、この内壁部材９６の鉛直方向の中央付近には連通穴９７が形成される。さらに、ガスケット９３にも、この連通穴９７に繋がる開口９８が形成されている。
【００５２】
このような太陽電池モジュール９０においても、太陽電池１００が揺動した時には、ガスケット９３の開口９８、および内壁部材９６の連通穴９７を介して、流動した接合層９４の接合材料がバッファ空間Ｓ２に収容され、接合材料のフレーム９１外部へのはみ出しを防止する。
【符号の説明】
【００５３】
１０…太陽電池モジュール、  ２０…フレーム（太陽電池用フレーム）、  ２１…支持部、  ２２…取付部、  ２３…第一部材、  ２４…第二部材、  ２５…側面部材、  ２６…内壁部材、  ２７…連通穴、  ３０…接合層、  １００…太陽電池、  １１０…ガラス基板。
【図１】
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【図２】
2014003205.tif 000004
【図３】
2014003205.tif 000005
【図４】
2014003205.tif 000006
【図５】
2014003205.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014003205.tif 000009