(57)【要約】【課題】太陽電池セル受光面に照射される光の量を効率的に増加させ、これにより発電効率を向上させる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】リード線により接続された列を成して並ぶ複数の太陽電池セル３が、受光面側封止材２及び裏面側封止材５からなる樹脂封止層と、前記樹脂封止層の受光面側に積層された透光性基板１と、前記樹脂封止層の裏面側に積層されたバックシート６とを備えた太陽電池モジュールにおいて、受光面の裏面側封止材５に白色無機顔料が含まれ、複数の太陽電池セル３のセル間領域１０において、太陽電池セル３の受光面よりも光入射側に凸部１１を構成するように白色無機顔料を分散している。【選択図】図１−１
2014179513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、受光面側封止材と、リード線により接続され、同一面上に配列された複数の太陽電池セルと、裏面側封止材と、バックシートとが順次積層され、樹脂封止された太陽電池モジュールであって、
前記バックシートと前記太陽電池セルの間に配される裏面側封止材が、前記受光面側封止材に対して散乱性の界面を形成するように屈折率の異なる材料からなり、
前記複数の太陽電池セルのセル間領域で、前記裏面側封止材が前記太陽電池セルの受光面よりも光入射側に突出することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記裏面側封止材は、白色無機顔料を含有したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記白色無機顔料は、チタン白、亜鉛華、硫酸バリウム、リトポン、シリカのいずれかもしくはその混合物であり、前記裏面側封止材に分散している状態での凝集体もしくは一次粒子の粒径が５μｍ以上であり、前記裏面側封止材中に５〜３０重量％含まれていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記裏面側封止材は、
前記リード線が横切るセル間領域では、太陽電池セルの受光面と同一の平面よりもバックシート側に配置し、
リード線が横切らないセル間領域では、光入射側に凸部を有するように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
透光性基板と、
あらかじめセル間に相当する位置に凹部を有する受光面側封止材と、
リード線により接続され、同一面上に配列された複数の太陽電池セルと、
前記受光面側封止材と屈折率の異なる裏面側封止材と、
バックシートとを順次積層し、積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱加圧し、前記複数の太陽電池セルのセル間領域で、前記裏面側封止材が前記太陽電池セルの受光面よりも光入射側に突出する散乱性の界面を構成するように封止する工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
透光性基板と、
受光面側封止材と、
リード線により接続され、同一面上に配列された複数の太陽電池セルと、
前記受光面側封止材と異なる屈折率を有し、あらかじめセル間に相当する位置に凹部を有する裏面側封止材と、
バックシートとを順次積層し、積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱加圧し、前記複数の太陽電池セルのセル間領域で、前記裏面側封止材が前記太陽電池セルの受光面よりも光入射側に突出する散乱性の界面を構成するように封止する工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
透光性基板と、
受光面側封止材と、
リード線により接続され、同一面上に配列された複数の太陽電池セルと、
前記受光面側封止材と異なる屈折率を有する裏面側封止材と、
バックシートとを順次積層し、積層体を形成する工程と、
前記積層体を、前記セル間領域に相当する位置に凸部を有する金型を用いて加熱加圧し、前記複数の太陽電池セルのセル間領域で、前記裏面側封止材が前記太陽電池セルの受光面よりも光入射側に突出する散乱性の界面を構成するように封止する工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【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及びその製造方法に係り、特に複数の太陽電池セルが樹脂封止された太陽電池モジュールにおいて、特に太陽電池セルと太陽電池セルの隙間に入射した光を有効に利用することで発電効率を高める構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系シリコンを基板として用いた太陽電池セルは一般に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さにて作製されており物理的衝撃に弱い。そのため、太陽電池モジュールでは、太陽電池セルへの物理的衝撃の緩衝のため、受光面側にガラス等の透光性基板が配置されるとともに、太陽電池セルの受光面側及び裏面側には封止材が充填されている。通常、太陽電池セルの受光面側に０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の受光面側封止材、裏面側に０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の裏面側封止材が設けられている。裏面側封止材の裏面側には絶縁性を保つためにさらにバックシートが設けられている。
【０００３】
太陽電池モジュールでは、太陽電池セル同士をリード線で直列接続するため、そのリード線の引廻しのために、複数並べて設けられた太陽電池セルと太陽電池セルは、一般に２ｍｍ〜４ｍｍの隙間をもつ。太陽電池セル受光面以外に照射された光は、この隙間を通過してバックシートで反射して透光性基板に当たることで再反射し、太陽電池セルの受光面に照射される。すなわち、バックシートの受光面側は散乱反射するようにチタン白（二酸化チタン）等の着色剤が含まれており、太陽電池セル相互間の隙間部分に透光性基板に垂直に入射した光は、透光性基板と封止材とを直進しバックシートで散乱反射する。そして、このバックシートで散乱反射された光は、空気層と透光性基板の界面に入射角をもって入射し、一部の光は、空気層と透光性基板の界面で反射し、太陽電池セルの受光面に照射される。この光も発電に寄与する。
【０００４】
しかしながら、バックシートの散乱反射面が太陽電池セルの受光面に対して、奥側にあるため、太陽電池セルの裏面に照射される成分が発電に寄与しないという問題があった。これに対して、従来、太陽電池セルと太陽電池セルの隙間に入射した光を有効に利用するため、太陽電池セル裏面側の封止材に、チタン白（二酸化チタン）等の着色剤を配合し、太陽電池セルの受光面と同一の平面に散乱反射面を形成する技術も開示されている（例えば特許文献１）。この構成により、光の利用効率を高め、太陽電池の発電効率を向上させるとされている。
【０００５】
また、隣接する太陽電池セル相互間の隙間部分の透光性基板と樹脂封止層との間に、透光性基板あるいは樹脂封止層と屈折率が異なり、断面が裏面側に凸とした屈折層を形成する技術も開示されている（例えば特許文献２）。この構成により、隙間部分に入射した光を屈折させ、直接太陽電池セルの受光面に導光する効果を得ることができるとされている。
【０００６】
また、太陽電池モジュールのラミネート時の位置ずれやセル割れを抑制するために、裏面側封止材の内、セル領域に相当する領域に、位置決め用の凹部を設けた太陽電池モジュール用封止材も検討されている（例えば特許文献３）。また、この特許文献３では、周囲の設置環境に合わせ裏面側封止材を白色等に着色しても良いとの記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−００４１４６号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２９２７３号公報
【特許文献３】特開２００５−２３６２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の特許文献１の技術によれば、太陽電池セル相互間の隙間部分に入射した光は、直接太陽電池セルの受光面に入射することなく、透光性基板と空気の界面からの反射光のみが発電に寄与することとなる。ここで、太陽電池セル裏面側の封止材表面の散乱光は、反射角が０°近傍の反射成分が比較的多くなる。界面での反射率は、屈折率差とともに、入射角の大きさに依存するため、多くの光が、透光性基板と空気の界面で反射せず、外部へと放射するため、光の利用効率が低く、発電効率の向上において十分なものではなかった。
【０００９】
一方、特許文献２の技術によれば、太陽電池セル相互間の隙間部分に入射した光の一部は、直接太陽電池セルの受光面に入射するものの、透光性基板と屈折率層で屈折率差があるため、その界面で入射光が反射し、再び直進して透光性性基板側外部へ放出される。したがって、光の利用効率が低く、発電効率の向上において十分なものではなかった。
【００１０】
さらには、特許文献３のような、位置決め、セル割れ抑制を目的とした、セル領域に相当する部分に凹部を設けた太陽電池モジュール用封止材を用いると、結果としてセル間領域で突出することになる凸部の高さが、太陽電池セルの厚みよりも大きくなる。このため、ラミネート後の裏面側封止材は、太陽電池セルの受光面の一部を覆ってしまい、むしろ光の利用効率が低くなるという問題があった。また、凸部の高さを太陽電池セルよりも小さくすると、特許文献１の太陽電池モジュールと同様の構造になり、光の利用効率が低く、発電効率の向上において十分なものではなかった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池セル相互間の隙間部分に入射した光の利用効率を高め、太陽電池モジュールの発電効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、透光性基板と、受光面側封止材と、リード線により接続され、同一面上に配列された複数の太陽電池セルと、裏面側封止材と、バックシートとが順次積層され、樹脂封止された太陽電池モジュールであって、前記バックシートと前記太陽電池セルの間に配される裏面側封止材が、前記受光面側封止材に対して散乱性の界面を形成するように屈折率の異なる材料からなり、前記複数の太陽電池セルのセル間領域で、前記裏面側封止材が前記太陽電池セルの受光面よりも光入射側に突出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の太陽電池セルの間隙領域において、太陽電池セルの受光面に一致する平面よりも光入射側に散乱層が凸に形成されているので、散乱層で反射した入射光が、透光性基板表面の反射を介することなく太陽電池セル受光面に侵入する成分を得ることができる。そして、透光性基板表面への入射角を大きくすることができるため透光性基板表面での反射率を高めることができ、光の利用効率を高めることができ、発電効率が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの要部を示す断面図（図２−１のＡ−Ａ断面に相当）である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの要部を示す断面図（図２−１のＢ−Ｂ断面に相当）である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの封止材を除いた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの一部破断斜視図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールのストリングの拡大斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１による太陽電池モジュールのセル間への入射光の光路を説明する断面図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図４−４】図４−４は、本発明の実施の形態１の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態５の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態５の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態６による太陽電池モジュールの封止材を除いた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態７による太陽電池モジュールの封止材を除いた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態８による太陽電池モジュールの封止材を除いた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図１３】図１３は、光の経路の比較のため示す比較例１の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図１４】図１４は、光の経路の比較のため示す比較例２の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１６】
実施の形態１．
図１−１及び図１−２は、この発明に係わる実施の形態１の太陽電池モジュールのセル間領域付近の断面図である。図１−１は、リード線４を含まない断面で切った図であり、図１−２は、リード線４を含む断面で切った図である。また、図２−１〜図２−３はこの発明に係わる実施の形態１の太陽電池モジュールの要部を示す図である。図２−１はこの太陽電池モジュールの封止材を除いた状態を示す要部拡大斜視図、図２−２はこの太陽電池モジュールの一部破断斜視図、図２−３はストリングＳの拡大斜視図である。図１−１及び図１−２は、図２−１のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面に相当する。図１−１及び図１−２において、太陽電池モジュール５０は、受光面側から、ガラス等の透光材からなる透光性基板１と、透光性樹脂からなる受光面側封止材２と、複数の太陽電池セル３と、裏面側封止材５と、耐候性に優れたバックシート６とが、この順で積層されて構成されている。そして裏面側封止材５が受光面側封止材２よりも高屈折率を有する材料からなり、セル間領域１０において、太陽電池セル３の受光面よりも光入射側に突出したことを特徴とする。つまりセル間領域１０で裏面側封止材５が、太陽電池セル３よりも突出した凸部１１を構成し、セル間領域１０に入射し、この裏面側封止材５の凸部１１との界面で反射した光を太陽電池セル３に導くようにしたことを特徴とする。ここで図２−１に示すように、これら複数の太陽電池セル３は、リード線４で５個ずつ直列接続され、ストリングＳを構成し、このストリングＳが３個並置されてマトリクス状のセル配列を構成している。太陽電池セル３は受光面側電極３ａ及び裏面電極３ｂを有しており、この受光面側電極３ａ及び裏面電極３ｂにリード線４がはんだ接合により接続されている。なお、受光面側封止材２と裏面側封止材５は、熱処理により一体となり、太陽電池セル３を樹脂封止して樹脂封止層を形成する。このような構成の積層体の外周縁部が全周にわたって外枠７で覆われて、図２−２に一部破断斜視図を示すように、太陽電池モジュール５０が作製される。
【００１７】
なおリード線４が横切るセル間領域１０は、図１−２に示すように、太陽電池セル３の受光面と同一の平面よりも白色無機顔料を含む裏面側封止材５をバックシート６側に配置している。そして、リード線４が横切らないセル間領域１０のみで光入射側に凸となるように白色無機顔料を分散させた裏面側封止材５が配されており、散乱性の界面を形成している。この構成により、リード線４に応力が加わりにくくなり、太陽電池モジュールの信頼性が向上する。
【００１８】
透光性基板１には、ガラス材或いはポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。さらにガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられ、一般的には厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用されている。一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用されている。
【００１９】
受光面側封止材２には、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられ、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）、シリコーン樹脂などを主成分とする合成樹脂材が好適である。そして、シート状形態、もしくは液状形態のものを、溶融、硬化することにより、樹脂封止層を形成する。
【００２０】
太陽電池セル３は、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなり、マトリクス状に並ぶ。太陽電池セル３内部にはｐｎ接合が形成され、その受光面と裏面には電極（図示せず）が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成されている。この受光面に設けられた受光面側電極３ａから隣接セルの裏面に設けられた裏面電極３ｂへと、順次リード線４が接続され、隣接する太陽電池セル３同士の直列接続を実現している。また、太陽電池セル３に入射した光の内、太陽電池セル３と透過した光を反射させ再利用するために、太陽電池セルの裏面には反射層を形成している場合もある。
【００２１】
リード線４は、厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の金属線からなり、適宜はんだめっきや防錆層、接着層が形成され、太陽電池セル３に電気的に接合され、複数の太陽電池セル３間を電気的に接続している。前述したように、太陽電池モジュール５０内で、マトリクス状に並ぶ太陽電池セル３を、太陽電池モジュール５０の主に長手方向に順次接続し、太陽電池セル３のストリングＳを構成する。また、発電電圧を増加するために、長手方向だけでなく、短手方向にも接続され、全太陽電池セル３が直列に接続されているものもある。
【００２２】
バックシート６には、透湿性、耐候性、耐加水分解性、絶縁性に優れた素材が用いられ、フッ素系樹脂シートやアルミナ又はシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
【００２３】
裏面側封止材５としては、複数の太陽電池セル３の間隙領域（セル間領域１０）において、太陽電池セル３の受光面よりも光入射側に凸に白色無機顔料を分散させたものとするのが望ましい。セル間領域１０において、互いに屈折率の異なる材料で構成された受光面側封止材２と裏面側封止材５との界面が散乱層となる。この散乱層は、太陽電池セル３の受光面に一致する平面よりも光入射側に凸となるように形成されている。このため、散乱層で反射した入射光２１が、透光性基板表面の反射を介することなく太陽電池セル受光面に侵入する成分を得ることができるとともに、透光性基板１表面への入射角３２を大きくすることができる。従って、透光性基板１表面で反射し反射光２１Ｒとなり、反射率を高めることができ、光の利用効率を高めることができ、発電効率が向上する。
【００２４】
このように、裏面側封止材５は、白色無機顔料が分散された耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられる。具体的には、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）、シリコーン樹脂などを主成分とする合成樹脂材に、チタン白、亜鉛華、硫酸バリウム、リトポン、シリカなどからなる無機粉体に適宜表面処理を行った白色無機顔料を分散させたものが例として挙げられる。
【００２５】
なお、裏面側封止材５の散乱反射特性は、反射率が高く、あらゆる方向に均一に反射するような反射特性をもつものが理想であり、白色無機顔料の含有量が多いほうが有利である。しかし、白色無機顔料の含有量を増すと、封止時の流動性が低下し、太陽電池セル３にダメージを与えてしまう。例えば、エチレンビニルアセテートに白色無機顔料として３０重量％を超えるチタン白を混入させると、封止時の圧力で、太陽電池セル３表面に形成されているタブ線付近でセル割れが発生する可能性が非常に高まり、太陽電池モジュールの生産性に欠ける問題がある。よって、白色無機顔料の含有量は３０重量％以下が望ましい。また、白色無機顔料の含有量の下限は、容易に設定できないが、含有量が少ないと、受光面側封止材２と裏面側封止材５の界面での反射率が低くなる。例えば、エチレンビニルアセテートに白色無機顔料として５重量％未満のチタン白を以上混入させた場合、反射に対して裏面側封止材５の内部に吸収される光量が大きくなる。そのため、５重量％以上含まれていないと効果が低くなる。
【００２６】
また、白色無機顔料の粒径は、レイリー散乱やミー散乱が支配的な大きさであると、入射光に対して後方へ散乱しにくいため、太陽電池セルの感受波長よりも十分大きい必要がある。一般的に、太陽電池セルの感受波長の内で長波長である１μｍに対して５倍以上、具体的には、５μｍ以上の粒径であることが必要である。これは白色無機顔料だけでなく、気泡、あるいは高分子材料など他の散乱性粒子の粒径についても同様である。
【００２７】
そして、本実施の形態においては、裏面側封止材５は、セル間領域１０において、断面が受光面側に凸とされ、太陽電池セル３の受光面と同一の平面よりも受光面側に突出している凸部１１を有する。
【００２８】
ただし、太陽電池セル３の受光面を白色無機顔料が覆うと、光の受光が抑制されるため、セル間領域１０にのみ、凸部１１が形成されていることが好ましい。
【００２９】
凸部１１の高さは、高ければ高いほど、凸部１１の斜面と太陽電池セル３の受光面との立体角が大きくなり、より効率的にセル間領域１０に入射した光を太陽電池セル３の受光面に導光することができる。しかし、受光面側封止材２の厚みと同等であると、凸部１１の頂点付近が太陽電池セル３の受光面を有する平面と平行となるため、効率が低下する。
【００３０】
また、凸部１１の高さが高すぎると、ラミネート時の封止材の流動量が大きくなったり、封止材の凹部の加工時後の封止材の残留応力が大きくなる結果、ラミネート時に凸部１１の位置ずれが顕著となる。我々が、実機にて評価したところ、受光面側封止材２の厚みに対して８０％以下であれば、顕著な位置ずれが発生しないことが確認されており、凸部１１の高さは、受光面側封止材２の厚みに対して８０％以下であることが好ましい。
【００３１】
裏面側封止材５の凸部１１は、図２−１に破線で示すように、太陽電池モジュール５０のほぼすべてのセル間領域１０にわたり設置してもよい。また、一部のセル間領域１０、例えば、リード線４付近を避けたセル間領域１０にのみ設置しても本発明の効果は得ることができる。また裏面側封止材５の凸部１１の形状としてもドット状であってもよいし、ライン状であってもよい。ライン状であれば、セル間領域１０に入射する光のほとんどすべてを取り込むことができる。また、ドット状であれば、ドットの周面すべてが散乱面を構成するうえ、裏面側封止材５と受光面側封止材２の接触面積が増大し、密着性が向上する。
【００３２】
図３に示すセル間領域１０付近の断面の拡大図を元に、動作を説明する。セル間領域１０への入射光２０は、ほぼ同じ屈折率である透光性基板１と受光面側封止材２を通り、太陽電池セル３の受光面と同一の平面よりも受光面側に突出している裏面側封止材５の凸部１１と受光面側封止材２の界面に達する。裏面側封止材２には白色無機顔料が分散されており、入射光２０は当界面で拡散反射する。一般的に、正反射性の反射に比べ、拡散反射ではあらゆる角度に反射するが、正反射成分付近の光量が大きい。よって、拡散反射の場合も、正反射成分の光路を考慮することは、光の利用効率を高めるために重要である。
【００３３】
図３に当界面での入射光の正反射成分の光路２１に示すが、裏面側封止材が受光面側に凸となっているため、透光性基板１と空気の界面での入射角３２を大きくすることができる。その結果、入射光の正反射成分を、透光性基板１と空気の界面で効率良く太陽電池セル３の受光面側に再度反射することができる（２１Ｒ）。よって、この構造によりセル間領域１０への入射光２０は効率良く太陽電池セル３の受光面に導くことができ、太陽電池モジュール５０の発電効率を向上させることができる。
【００３４】
更に、裏面側封止材５が受光面側に凸となる凸部１１を形成しているため、図３に示す表裏面側封止材界面での入射光の一部の散乱光の光路２２のように、散乱反射成分の一部は、受光面側封止材２のみを介して、直接太陽電池セル３の受光面に入射する事が可能であり、この動作によっても、この構造によりセル間領域１０への入射光２０は効率良く太陽電池セル３の受光面に導くことができ、太陽電池モジュール５０の発電効率を向上させることができる。
【００３５】
裏面側封止材５の凸部１１の太陽電池セル３の受光面と同一の平面に対する突出量は、０を超えていれば効果は見込めるが、裏面側封止材５の凸部１１の斜面と太陽電池セル３の受光面と同一の平面との立体角が大きいほうが、セル間領域１０への入射光を太陽電池セル受光面に導入する効果が大きい。
【００３６】
一方、先行技術文献１のような従来の太陽電池モジュール（比較例１）においては、受光面側封止材と裏面側封止材の間に太陽電池セルを挟み込んで積層するため、受光面側封止材と裏面側封止材の界面は、太陽電池セルの受光面と一致する平面と裏面と一致する平面の間に形成され、かつ、透光性基板１や太陽電池セル３の受光面を含む平面の平行移動させた面となる。すなわち、実施の形態１と比較すると、太陽電池セル３の受光面と同一の平面よりも受光面側に突出している裏面側封止材５に凸部１１が設けられていない。
【００３７】
図１３に光の経路の比較のため示す比較例１の太陽電池モジュールを示す断面図を示す。セル間領域への入射光２０は、実施の形態１と同様に、透光性基板１と受光面側封止材２を通り、太陽電池セル３の受光面よりも裏面側に位置する平面にある裏面側封止材５と受光面側封止材２の界面に達する。この界面は、透光性基板１表面と平行であるため、垂直方向から入射した光は、裏面側封止材５に垂直に入射する。主な反射成分である正反射成分２１は、再び垂直に反射して、外部へと放出されるため、太陽電池セル３の受光面に入射しない。
【００３８】
また、図１４に示す先行技術文献２のような従来の太陽電池モジュール（比較例２）においては、透光性基板１と受光面側封止材２の間に屈折層１５を設けている。このため、セル間領域１０への入射光２０は、屈折層１５と受光面側封止材２の界面で屈折し、一部の光は、太陽電池セル３の受光面に受光面側封止材２のみを介して直接入射する成分を有する。しかし、太陽電池セル３の側面やバックシート６へ入射する屈折光２４もある。なおかつ、透光性基板１とセル間領域に形成された屈折層１５で、大きく屈折率が異なるため、屈折層１５で屈折した屈折光２４のうち、透光性基板１の界面での反射光２３による成分が大きくなり、再び垂直に反射して、外部へと放出されるため、太陽電池セル３の受光面に入射しない成分が多くなる。
【００３９】
以上の理由により、実施の形態１の構造を持つ太陽電池モジュールは、セル間領域の入射光を効率良く太陽電池セルの受光面に導くことができ、発電効率を向上させることができる。
【００４０】
次に、実施の形態１の構造を持つ太陽電池モジュールを製造する方法について図４−１〜図４−４を参照しつつ説明する。
【００４１】
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）、シリコーン樹脂などを主成分とする合成樹脂から成るシート状の受光面側封止材２を作成するにあたり、例えば、上記の合成樹脂に、公知の架橋剤、架橋助剤、接着向上剤、老化防止剤等を適宜混合した材料をスーパーミキサー（高速流動混合機）、ロールミル等を用いて公知の方法で混合した組成物を通常の押出成形、又はカレンダ成形（カレンダリング）等により成形してシート状物を得る方法により製造することができる。その押出成形の金型やカレンダ成形の加熱ロールに凸部を設けることにより、セル間領域１０に相当する部分に、図４−１のように凹部４０の形成された受光面側封止材２を形成し、これを透光性基板１上に載置する。
【００４２】
そして、図４−２に示すように、この凹部４０に対して位置あわせをするように、リード線４で相互接続された太陽電池セル３を受光面側が透光性基板１側に向くように、受光面側封止材２上に載置する。
【００４３】
この後、図４−３に示すように、太陽電池セル３上にシート状の裏面側封止材５、バックシート６を順次載置する。ここで裏面側封止材としては、白色無機顔料を分散した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）、シリコーン樹脂などを主成分とする合成樹脂から成るシート状材料を用いる。
【００４４】
最後に、加圧しつつ加熱成形する。本実施の形態では、この工程は、ラミネータにより真空状態で１００℃〜２００℃の温度で１５分から１時間程度加熱しながら、０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度で加圧することによって成形する。受光面側封止材２、裏面側封止材５が軟化溶融し架橋融着するため、積層体は一体化される。また、受光面側封止材２の凹部４０に、軟化溶融した裏面側封止材５が侵入し、実施の形態１の裏面側封止材５に凸部１１が形成される。この工程により、図４−４に示すように、受光面側封止材２の凹部４０に裏面側封止材５が入り込み、凸部１１を形成する。
【００４５】
このようにして容易に、図１−１及び図１−２に示した太陽電池モジュール５０が形成される。
【００４６】
なお、受光面側封止材２として凹部４０を形成していないものを用意し、このシート状の受光面側封止材２を熱成形により凹部４０を形成しても構わない。加熱ロールに凸部を設けて凹部４０を形成した受光面側封止材２では、長辺方向に沿った凹部４０しか形成しえなかった。これに対し、シート状の受光面側封止材２を熱成形により凹部４０を形成する場合は、シートの長辺方向だけでなく、短辺方向へ延伸する受光面側封止材２の凹部４０も形成できる利点がある。
【００４７】
以上のように、本実施の形態の方法では、予め作成した受光面側封止材２のシート材を、透光性基板１上に配し、さらにリード線４により電気的に接続した複数の太陽電池セル３を受光面側を透光性基板１側に向けて配する。さらに、白色無機顔料を分散した合成樹脂から成るシート状の裏面側封止材５を配する。最後に、裏面側封止材５上にバックシート６を配する。以上の積層体をラミネータにより加熱することで、凹部４０に裏面側封止材５が侵入することから、裏面側封止材５の侵入領域は、凹部４０の形状より広がることはないため、先行技術文献３に記載された封止材を用いた時に想定されるように、裏面側封止材が太陽電池セルの受光面を覆うのを防ぐことができる。
【００４８】
最後に一体化された積層体の外周各辺に外枠７(アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材などで作製されている)を嵌め込み、各コーナーを固定することで図２−２に一部破断斜視図を示すように太陽電池モジュール５０が完成する。
【００４９】
さらには、リード線４近傍のセル間領域１０に相当する受光面側封止材領域を、平坦なものとすることにより、ラミネート時のリード線４に対する応力を低減でき、変形、断線が発生する可能性が削減される。そして、さらには、太陽電池モジュール５０の利用中に、リード線４と封止材間の剥離、リード線４の断線が発生する可能性を削減できるため太陽電池モジュール５０の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
実施の形態２.
また、図５に積層時（加圧成形前）の状態を示す工程断面図を示すように、予めセル間領域１０付近に相当する部分に凸部４１を形成した裏面側封止材５を用いても同様に製造することができる。
【００５１】
製造に際しては、裏側封止材５への凸部４１の形成方法は、受光面側封止材２の凹部４０の形成方法と同様に製造することができる。
【００５２】
実施の形態３．
さらにまた、図６に積層時（加圧成形前）の状態を示す工程断面図を示すように、凹部４０を形成した受光面側封止材２と、凸部４１を形成した裏面側封止材５を組み合わせても同様に製造することができる。
【００５３】
この場合も、リード線４近傍のセル間領域１０に相当する裏面側封止材領域、又は、受光面側封止材領域を、平坦なものとすることにより、ラミネート時のリード線４に対する応力を低減でき、変形、断線が発生する可能性が削減される。さらには、太陽電池モジュール５０の利用中に、リード線４と封止材間の剥離、リード線４の断線が発生する可能性を削減できるため太陽電池モジュール５０の信頼性を向上することができる。
【００５４】
実施の形態４．
さらに、図７に加圧成形前の状態を示す工程断面図を示すように、受光面側封止材２、裏面側封止材５共にシート状のものを用い、ラミネート時に裏面側封止材５に凸部１１を形成するようにしてもよい。この例ではラミネート受光面側金型４５と、ラミネート裏面側金型凸部４７を形成したラミネート裏面側金型４６とを備えたラミネート装置４８により、積層体をラミネートすることにより、実施の形態１と同様に裏面側封止材５に凸部１１を形成する。
【００５５】
本実施の形態では、バックシート６及び裏面側封止材５に、ラミネート裏面側金型凸部４７を押し当てることで、容易に裏面側封止材５に凸部１１を形成することができる。この場合に、裏面側封止材共に、平坦なシートを用いて形成できるため、作業性が高い。また、太陽電池セル３の位置に位置あわせしてラミネート裏面側金型凸部４７を押し当てることで、セル間領域に対して位置精度を良好に維持しつつ成形を行うことが可能である。
【００５６】
なお、すでに凸部１１を形成した裏面側封止材５あるいは凹部を形成した受光面側封止材２にラミネート装置４８のラミネート裏面側金型凸部４７を用いて成形してもよく、この場合は、より効率よく成形することが可能である。
【００５７】
実施の形態５．
なお前記実施の形態１では、裏面側封止材５の凸部１１は、単層構造で形成したが、屈折率の異なる多層構造となるように形成してもよい。図８はこの太陽電池モジュールの要部を示す断面図、図９は製造工程における積層時（加圧成形前）の状態を示す工程断面図である。本実施の形態では、裏面側封止材が太陽電池セル３側から次第に屈折率が大きくなるように構成された第１層５ａ、第２層５ｂ、第３層５ｃの３層構造で構成され、凸部１１も第１層５ａ、第２層５ｂ、第３層５ｃの３層で構成されている。このため、凸部１１における反射性が向上する。また、屈折率だけでなく、機械的強度、密着性を考慮して３つの層の組成を選択することで、極めて光電変換効率が高く信頼性が高い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【００５８】
製造に際しては、実施の形態４における裏面側封止材５を第１層５ａ、第２層５ｂ、第３層５ｃの３層のシートに代えるだけで、後は同様である。つまり実施の形態４で用いたラミネート装置４８を用い、３層の平坦なシートを用いることで、すべて平坦なシートを用いて形成できるため、作業性が高い。また、太陽電池セル３の位置に位置あわせしてラミネート裏面側金型凸部４７を押し当てることで、セル間領域１０に対して位置精度を良好に維持しつつ成形を行うことが可能である。なお、バックシート６の背面は再度熱処理を行い、平坦化している。
【００５９】
この構成の場合にも、凸部１１は、リード線４を避けて、できる限り大きく形成すればよいが、セル間領域１０に線状に形成してもよいし、図１２に示すようにドット状に形成してもよい（後述する）。この構造の場合にはドット状にしてできるだけ大きく形成することで、３層膜を通過して太陽電池セル３に入射する光がより確実となる。ただし形状については限定されることなく、受光面側封止材及び裏面側封止材の材質、加工性などを考慮して、選択可能である。
【００６０】
また、裏面側封止材を構成する第１層５ａ、第２層５ｂ、第３層５ｃの３層のシートとしては、屈折率の異なるものを用いたが、同一組成のシートを３枚用意して積層してもよい。この場合は凸部成形時の各層の延び具合で、シート密度が凸部の外側に向けてより低密度となるため、屈折率も変化し、多層構造の凸部１１を形成することになる。
【００６１】
なお前記実施の形態１では、セル間領域１０に形成する凸部はリード線４を避けて、できる限り大きく形成したが、この形状に限定されることなく、受光面側封止材及び裏面側封止材の材質、加工性などを考慮して、選択可能である。
【００６２】
図１０から図１２は、前記実施の形態１における図２−１に相当する要部拡大斜視図であり、裏面側封止材５の凸部１１の平面形状がそれぞれ異なっている。他は同様である。
【００６３】
実施の形態６．
実施の形態６では、図１０に示すように、セル間領域１０に、所定幅の線状をなすように凸部１１が形成されている。他部については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００６４】
この構成によれば形状がシンプルであるため形成が容易である。例えば図７に断面図を示したようにラミネート装置を用いて形状加工を行う場合にもより効率よく加工することが可能である。
【００６５】
実施の形態７．
実施の形態７では、図１１に示すように、セル間領域１０に、所定幅の線状をなすように形成された凸部１１に加え、リード線４の間にドット状の凸部１１が形成されている。他部については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００６６】
この構成によれば、より有効に導光を行うことが可能となり、光電変換効率を高めることができる。
【００６７】
実施の形態８．
実施の形態８では、図１２に示すように、リード線４を避けて、セル間領域１０に、多数の、ドット状の凸部１１が形成されている。他部については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００６８】
この構成によれば、形状加工が簡単でより有効に導光が可能となる。特に実施の形態５に示したような多層構造の凸部を構成して反射性（散乱性）を高める場合にはこの平面形状が望ましい。
【００６９】
加えて、前記実施の形態１の太陽電池モジュールにおいて、裏面側封止材５の凸部１１表面を覆うように反射膜を形成してもよい。
【００７０】
なお、前記実施の形態１〜４及び６〜８において、裏面側封止材５は白色無機顔料を含有する樹脂で構成したが、これに限定されることなく、気泡、高屈折率樹脂などからなる反射性粒子を含有する樹脂なども適用可能である。また、凸部１１表面に金属膜などの反射膜を形成してもよい。さらにまた、実施の形態５の場合のように、屈折率の異なる多層膜の積層体で構成してもよい。裏面側封止材５は受光面側封止材２より高屈折率であるのが望ましいが、屈折率が異なるように形成すれば、界面での散乱性を高めることが可能である。
【００７１】
また、前記実施の形態の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルは、ｐ型単結晶シリコン基板内にｎ型不純物を拡散してｐｎ接合を形成した拡散型太陽電池セルなどが用いられるが、ｎ型単結晶シリコン基板、ｎ型多結晶シリコン基板などのシリコン基板表面にｐ型非晶質シリコン層、ｐ型多結晶シリコン層などを形成してｐｎ接合を形成した薄膜型太陽電池をはじめ、薄膜ＥＬ素子などの他の光学素子にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法は、入射光の利用効率の増大に有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１  透光性基板、２  受光面側封止材、３  太陽電池セル、３ａ  受光面側電極、３ｂ  裏面電極、４  リード線、５  裏面側封止材、５ａ  第１層、５ｂ  第２層、５ｃ  第３層、６  バックシート、７  外枠、１０  セル間領域、１１  裏面側封止材凸部、２０  セル間領域への入射光、２１  表裏面側封止材界面での入射光の正反射成分の光路、２２  表裏面側封止材界面での入射光の一部の散乱光の光路、２３  屈折層と透光性基板の界面での反射光、２４  屈折光、３２  透光性基板と空気の界面での入射角、４０  凹部、４１  凸部、４５  ラミネート受光面側金型、４６  ラミネート裏面側金型、４７  ラミネート裏面側金型凸部、４８  ラミネート装置、５０  太陽電池モジュール。
【図１−１】
2014179513.tif 000003
【図１−２】
2014179513.tif 000004
【図２−１】
2014179513.tif 000005
【図２−２】
2014179513.tif 000006
【図２−３】
2014179513.tif 000007
【図３】
2014179513.tif 000008
【図４−１】
2014179513.tif 000009
【図４−２】
2014179513.tif 000010
【図４−３】
2014179513.tif 000011
【図４−４】
2014179513.tif 000012
【図５】
2014179513.tif 000013
【図６】
2014179513.tif 000014
【図７】
2014179513.tif 000015
【図８】
2014179513.tif 000016
【図９】
2014179513.tif 000017
【図１０】
2014179513.tif 000018
【図１１】
2014179513.tif 000019
【図１２】
2014179513.tif 000020
【図１３】
2014179513.tif 000021
【図１４】
2014179513.tif 000022