(57)【要約】 【課題】  軽量化を確保した上で反りの発生を抑制すると共に発電素子及びリード線の安定した保護状態を確保する。【解決手段】  透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材２と、発電素子６、６、・・・及びリード線７、７、・・・を封止した封止材４と、表面保護材と封止材の間において積層された緩衝材３と、樹脂材料によって形成され封止材を挟んで緩衝材の反対側において積層された裏面保護材５とが設けられ、緩衝材が主剤として用いられた疎水性を有するポリオール成分と硬化剤として用いられた耐熱性を有するポリイソシアネート成分とを含むウレタンゲルによって形成された。  これにより、軽量化を確保した上で反りや剥離の発生を抑制することができると共に発電素子及びリード線の安定した保護状態を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材と、
発電素子及びリード線を封止した封止材と、
前記表面保護材と前記封止材の間において積層された緩衝材と、
樹脂材料によって形成され前記封止材を挟んで前記緩衝材の反対側において積層された裏面保護材とを備え、
前記緩衝材が主剤として用いられた疎水性を有するポリオール成分と硬化剤として用いられた耐熱性を有するポリイソシアネート成分とを含むウレタンゲルによって形成された
太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記裏面保護材がハニカム構造体を有する形状に形成された
請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記裏面保護材がフィラーを含有する樹脂材料によって形成された
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記裏面保護材が、前記封止材との積層方向において前記ハニカム構造体の少なくとも両面に表皮層が接合されて構成され、
前記表皮層がフィラーを含有する樹脂材料によって形成された
請求項２又は請求項３に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、封止材によって封止された発電素子及びリード線を保護する表面保護材と裏面保護材が樹脂材料によって形成された太陽電池モジュールについての技術分野に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開２００５−３２７８８６号公報
【特許文献２】特開２００９−１７０４６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５２０７号公報
【背景技術】
【０００３】
太陽光を受けて太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子（太陽電池）を有する太陽電池モジュールがある。
【０００４】
このような太陽電池モジュールは、一般に、リード線によって接続された複数の発電素子が封止材によって封止され、封止材がその厚み方向における両側から表面保護材と裏面保護材によって覆われて封止材に封止された発電素子とリード線が保護されている。
【０００５】
従来の太陽電池モジュールには、表面保護材が剛性の高いガラスによって形成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。このような太陽電池モジュールにあっては、表面保護材をガラスによって形成することにより耐久性の向上を図ることができるが、耐衝撃性が低いため厚みを厚く形成する必要がある。
【０００６】
しかしながら、ガラスは比重が大きい上に表面保護材の厚みを厚くすると、太陽電池モジュールの重量が大きくなってしまい、太陽電池モジュールの用途の拡大等により、重量の大きいガラスによって形成された表面保護材を有する太陽電池モジュールにおいて重量の大きさが問題になる場合が生じた。
【０００７】
例えば、太陽電池モジュールを電気自動車の電源（動力源）や一般家庭用の電源として用いることが提案されており、この場合には太陽電池モジュールの軽量化を図る必要があり、ガラスによって形成された表面保護材を有する太陽電池モジュールを用いることが困難である場合が生じた。特に、太陽電池モジュールを電気自動車の電源として用いた場合には、太陽電池モジュールの重量が大きいために低燃費化が阻害されると共に車体への負荷が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、近年、表面保護材をガラスに代えて樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやアクリル等の透光性を有する樹脂材料によって形成し、高い透明性や耐衝撃性を確保した上で太陽電池モジュールの軽量化を図るようにした太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された太陽電池モジュールにあっては、軽量化を図るために表面保護材と裏面保護材がともに樹脂材料によって形成されている。
【０００９】
また、表面保護材として樹脂材料が用いられ、発電素子がウレタンゲルによって封止された太陽電池モジュールも提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載された太陽電池モジュールにあっては、表面保護材が樹脂材料によって形成され裏面保護材が樹脂材料又は金属材料によって形成され、発電素子とリード線が緩衝材として用いられたウレタンゲルに封止され、ウレタンゲル（緩衝材）の両面に表面保護材と裏面保護材が接合されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、特許文献２に記載された太陽電池モジュールにあっては、軽量化を図ることができるが、表面保護材と裏面保護材がともに樹脂材料によって形成されており、表面保護材としてガラス等を用いた場合に比し剛性が低く線膨張係数が大きくなってしまう。
【００１１】
従って、表面保護材と封止材と裏面保護材を高温で圧着して冷却し太陽電池モジュールを製造したときに反りが発生し易く、また、発電素子であるセルの割れ（クラック）やリード線の損傷や破断による断線と言った不具合を生じる可能性もある。
【００１２】
また、特許文献３に記載された太陽電池モジュールにあっては、軽量化を図ることが可能であり、ウレタンゲルが用いられていることにより耐衝撃性が高められているが、発電素子とリード線を封止する封止材（緩衝材）上に直接保護材が設けられているため、封止材と保護材の界面において剥離が生じるおそれがあり、発電素子とリード線の保護も十分に行われない可能性がある。
【００１３】
そこで、本発明太陽電池モジュールは、上記した問題点を克服し、軽量化を確保した上で反りや剥離の発生を抑制すると共に発電素子及びリード線の安定した保護状態を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１に、本発明に係る太陽電池モジュールは、透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材と、発電素子及びリード線を封止した封止材と、前記表面保護材と前記封止材の間において積層された緩衝材と、樹脂材料によって形成され前記封止材を挟んで前記緩衝材の反対側において積層された裏面保護材とを備え、前記緩衝材が主剤として用いられた疎水性を有するポリオール成分と硬化剤として用いられた耐熱性を有するポリイソシアネート成分とを含むウレタンゲルによって形成されたものである。
【００１５】
これにより、緩衝材によって表面保護材から封止材に伝達される応力が小さくなる。
【００１６】
第２に、上記した本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、前記裏面保護材がハニカム構造体を有する形状に形成されることが望ましい。
【００１７】
これにより、裏面保護材の剛性が高くなる。
【００１８】
第３に、上記した本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、前記裏面保護材がフィラーを含有する樹脂材料によって形成されることが望ましい。
【００１９】
これにより、裏面保護材の線膨張係数が小さくなる。
【００２０】
第４に、上記した本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、前記裏面保護材が、前記封止材との積層方向において前記ハニカム構造体の少なくとも両面に表皮層が接合されて構成され、前記表皮層がフィラーを含有する樹脂材料によって形成されることが望ましい。
【００２１】
これにより、裏面保護材の剛性が高くなると共に線膨張係数が小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明太陽電池モジュールは、軽量化を確保した上で反りや剥離の発生を抑制することができると共に発電素子及びリード線の安定した保護状態を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図２乃至図４と共に本発明太陽電池モジュールの実施の形態を示すものであり、本図は、概略断面図である。
【図２】ハニカム構造体を有する太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図３】ハニカム構造体を有する太陽電池モジュールの別の例を示す概略断面図である。
【図４】太陽電池モジュールの各構成について行った試験結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明太陽電池モジュールを実施するための形態について添付図面を参照して説明する。
【００２５】
太陽電池モジュール１は、例えば、電気自動車の電源（動力源）や一般家庭用の電源として用いられる。
【００２６】
太陽電池モジュール１は表面保護材２と緩衝材３と封止材４と裏面保護材５を有し、表面保護材２と緩衝材３と封止材４と裏面保護材５が順に積層された状態で圧着されることにより構成されている（図１参照）。
【００２７】
表面保護材２は透光性を有する樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやアクリル等によって形成されている。尚、表面保護材２としては、耐候性、耐衝撃性、透光性等に優れた樹脂材料であればポリカーボネートやアクリル以外の他の樹脂材料を用いることが可能である。
【００２８】
緩衝材３はウレタンゲルによって形成され、主剤として用いられた疎水性を有するポリオール成分と硬化剤として用いられた耐熱性を有するポリイソシアネート成分とを含んでいる。緩衝材３は弾性率が封止材４の材料として用いられた後述するエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：ethylene vinyl acetate）より小さくされている。
【００２９】
疎水性を有するポリオール成分としては、例えば、本出願人が開示した特開２０１２−１５２０７号公報の段落００２２〜００２５及び段落００３１〜００３５に記載された各種のものが用いられる。
【００３０】
耐熱性を有するポリイソシアネート成分としては、例えば、芳香族ポリイソシアネートやイソシアヌレート環を含有するイソシアヌレート型変性体等が用いられる。芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、芳香環を有し芳香環に直接結合するイソシアネート基を有するポリイソシアネート、芳香環を有し芳香環に直接結合しないポリイソシアネート基を有するポリイソシアネートが用いられる。芳香環を有し芳香環に直接結合するイソシアネート基を有するポリイソシアネートとしては、例えば１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、４，４’−トルイジンジイソシアネート、２，４，６−トリイソシアネートトルエン、１，３，５−トリイソシアネートベンゼン、ジアニシジンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、４，４’，４”−トリフェニルメタントリイソシアネートなどが用いられる。芳香環を有し芳香環に直接結合しないポリイソシアネート基を有するポリイソシアネートとしては、例えば、ｐ−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ｍ−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が用いられる。また、イソシアヌレート環を含有するイソシアヌレート型変性体としては、ヘキサメチレンジイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、１，３，５‐トリビニルイソシアヌレート、１‐ビニル‐３，５‐ジブチルイソシアヌレート、１，３‐ジビニル‐５‐フェニルイソシアヌレート、１，３，５‐トリス［（ブトキシエトキシエチル）‐フェニルホスフィノキシエチル］イソシアヌレート 、１，３‐ジビニル‐５‐エチルイソシアヌレート 、１，３，５‐トリス（２‐メチル‐２‐プロペニル）‐１，３，５‐トリアジン‐２，４，６（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）‐トリオンなどが用いられる。
【００３１】
緩衝材３の材料として用いられるウレタンゲル（ポリウレタンゲル）は、高い耐熱性を有し、例えば、１１０°Ｃで１２０時間保持された後の黄変度が３．０以下にされている。ウレタンゲルが高い耐熱性を有することにより、温度の急激な変化によって生じるサーマルショック（熱的衝撃）に対して高い耐性が確保されているため、緩衝材３と封止材４の界面での剥離が発生することがない。そのために、封止材４によって封止される後述するリード線の損傷や破損による断線を防止することができる。
【００３２】
また、緩衝材３の材料として用いられるウレタンゲルはアスカーＣ２硬さ（ＪＩＳＫ７３１２）が３０以下であることが望ましい。ウレタンゲルのアスカーＣ２硬さが３０以下であることにより、表面保護材２に衝撃が付与された場合において、ウレタンゲルが十分なクッション性を有するため、太陽電池モジュール１の損傷を防止することが可能になる。
【００３３】
さらに、緩衝材３の材料として用いられるウレタンゲルはボールタック性（３０°）（ＪＩＳＺ０２３７）が１０以上３０以下であることが望ましい。ウレタンゲルのボールタック性が１０以上３０以下であることにより、ウレタンゲルが十分な粘着性を有するため、緩衝材３と表面保護材２の間の接合性及び緩衝材３と封止材４の間の接合性が高く、緩衝材３と表面保護材２及び封止材４との剥離の発生を防止することができる。
【００３４】
尚、緩衝材３の材料として用いられるウレタンゲルの封止材４への接合（ラミネート）作業は真空状態で行われることが望ましく、予めウレタンゲルを表面保護材２に塗布しておくことにより、汎用の真空ラミネート装置を用いて接合作業を行うことが可能になる。このように予めウレタンゲルを表面保護材２に塗布しウレタンゲルの封止材４への接合作業を汎用の真空ラミネート装置によって行うことにより、真空状態での接合作業を簡単かつ迅速に行うことができ、作業性の向上を図ることができる。
【００３５】
封止材４は、例えば、耐候性及び耐湿性に優れたエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）等の透光性を有する材料によって形成されている。
【００３６】
封止材４によって発電素子６、６、・・・及び発電素子６、６、・・・同士を接続するリード線７、７、・・・が封止されている。発電素子６は、例えば、シリコン、ガリウム−砒素、銅−インジウム−セレン等によって形成されている。発電素子６、６、・・・は緩衝材３と封止材４の積層方向における両面の一方と他方がそれぞれ正極と負極に形成され、リード線７、７、・・・によって正極と負極がそれぞれ接続されている。尚、図１には、三つの発電素子６、６、６が配置された例を示しているが、封止材４に封止されて配置される発電素子６の数は任意である。
【００３７】
裏面保護材５は樹脂材料、例えば、ポリプロピレンによって形成されている。裏面保護材５にはフィラーとしてガラス繊維や無機充填材が含有されていてもよい。裏面保護材５として、フィラーが含有された樹脂材料を用いることにより、裏面保護材５の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。
【００３８】
また、裏面保護材５はハニカム構造体８を有する形状に形成されていてもよい（図２参照）。ハニカム構造体８は、一般に、正六角形が規則的に配列された構造であるが、裏面保護材５のハニカム構造体８は、正六角形に限られず三角形や四角形等の正多角形及び辺の長さの異なる多角形が配列された構造体であってもよい。
【００３９】
裏面保護材５がハニカム構造体８を有する形状に形成されることにより、軽量性が確保されると共に裏面保護材５の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。また、裏面保護材５がハニカム構造体８を有することにより、裏面保護材５に内部空間が形成されるため、封止材４に対する断熱効果もある。
【００４０】
ハニカム構造体８を有する構成として、例えば、封止材４と裏面保護材５の積層方向におけるハニカム構造体８の両面に、表皮層９、９が接合されている構成が用いられる。表皮層９は樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやポリプロピレンによって形成され、フィラーが含有されていてもよい。表皮層９にフィラーが含有されることにより、裏面保護材５の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。
【００４１】
また、ハニカム構造体８を有する構成として、例えば、ハニカム構造体８の全体が表皮層１０に覆われた構成が用いられてもよい（図３参照）。表皮層１０は樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやポリプロピレンによって形成され、フィラーが含有されていてもよい。表皮層１０にフィラーが含有されることにより、裏面保護材５の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。
【００４２】
以下に、上記した太陽電池モジュール１の各構成について行った試験結果に関して説明する（図４参照）。
【００４３】
本試験結果は、本発明の構造を有する構成例１、構成例２及び構成例３の他に比較例について温度サイクル試験とサーマルショック試験を行い、剥離の有無と断線の有無を検討した結果である。また、初期外観における反りの発生についても検討した。温度サイクル試験は、試験槽において８５°Ｃと−４０°Ｃの温度変化を一定時間毎に交互に繰り返し所定数のサイクル行った試験である。サーマルショック試験は、試験槽において１１０°Ｃと−４０°Ｃの温度変化を一定時間毎に交互に繰り返し所定数のサイクル行った試験であり、高温条件（１１０°Ｃ）と低温条件（−４０°Ｃ）の切替が温度サイクル試験より急激に行われる試験である。
【００４４】
図４において、「◎」「○」「△」「×」は各項目の判定と総合判定の結果を示しており、「◎」「○」「△」「×」の順に良好な結果が得られたことを示している。
【００４５】
比較例は、表面保護材２と封止材４と裏面保護材５が積層され、封止材４によって発電素子６、６、・・・とリード線７、７、・・・が封止された構造である。
【００４６】
構成例１は、表面保護材２と緩衝材３と封止材４と裏面保護材５が積層され、封止材４によって発電素子６、６、・・・とリード線７、７、・・・が封止された構造である。
【００４７】
構成例２は、表面保護材２と緩衝材３と封止材４とハニカム構造体８（裏面保護材５）が積層され、封止材４によって発電素子６、６、・・・とリード線７、７、・・・が封止された構造である。
【００４８】
構成例３は、表面保護材２と緩衝材３と封止材４とハニカム構造体８（裏面保護材５）が積層され、ハニカム構造体８の表皮層９、９にフィラー（ガラスフィラー）が含有され、封止材４によって発電素子６、６、・・・とリード線７、７、・・・が封止された構造である。
【００４９】
比較例、構成例１、構成例２及び構成例３の各部に用いられた材料は図４に示す通りであり、ポリカーボネートによって形成された表面保護材２と裏面保護材５の厚さは何れも１．５ｍｍにされている。
【００５０】
図４に示すように、比較例については、温度サイクル試験において１００サイクル〜２００サイクルの間で断線が発生し、サーマルショック試験において１００サイクルまでの間で断線が発生し、実用上支障を来す結果が得られた（判定「×」）。
【００５１】
また、構成例１については、温度サイクル試験及びサーマルショック試験において若干の剥離が発生したものの断線は発生せず良好な結果が得られた（判定「○」）。構成例２については、温度サイクル試験及びサーマルショック試験において剥離も断線も発生せず、良好な結果が得られた（判定「○」）。構成例３については、温度サイクル試験及びサーマルショック試験において剥離も断線も発生せず、特に、サーマルショック試験において２００サイクルまでにおいても断線が発生せず、極めて良好な結果が得られた（判定「◎」）。
【００５２】
以上に記載した通り、太陽電池モジュール１にあっては、透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材２と、発電素子６、６、・・・及びリード線７、７、・・・を封止した封止材４と、樹脂材料によって形成された裏面保護材５とが設けられ、表面保護材２と封止材４の間において緩衝材３が積層され、緩衝材３が主剤として用いられた疎水性を有するポリオール成分と硬化剤として用いられた耐熱性を有するポリイソシアネート成分とを含むウレタンゲルによって形成されている。
【００５３】
従って、表面保護材２と裏面保護材５が樹脂材料によって形成されていることにより軽量化が図られ、上記のような各成分を含有するウレタンゲルによって形成された緩衝材３により表面保護材２から封止材４に伝達される応力が小さくなり、表面保護材２及び裏面保護材５に加え緩衝材３及び封止材４によっても発電素子６、６、・・・及びリード線７、７、・・・が保護される。
【００５４】
これにより、太陽電池モジュール１にあっては、軽量化を確保した上で反りや剥離の発生を抑制することができると共に発電素子６、６、・・・及びリード線７、７、・・・の安定した保護状態を確保することができる。
【００５５】
また、緩衝材３が耐熱性を有するポリイソシアネート成分を含んでいるため、温度の急激な変化によって生じるサーマルショックに対しても高い耐性が確保され、発電素子６、６、・・・の割れを防止することができると共にリード線７、７、・・・の損傷や破断による断線を防止することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…太陽電池モジュール、２…表面保護材、３…緩衝材、４…封止材、５…裏面保護材、６…発電素子、７…リード線、８…ハニカム構造体、９…表皮層、１０…表皮層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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