(57)【要約】  光起電力装置における光電変換効率を高める。表面ガラス板と、表面ガラス板上に固定され、光の入射に応じて電力を発生させる光電変換ユニットと、光電変換ユニットを覆うように配置された裏面ガラス板と、を備え、表面ガラス板と裏面ガラス板との周辺の少なくとも一部が溶融結合されており、光電変換ユニットは、複数の光電変換素子が直列又は並列に接続されている光電変換装置とする。
2013179530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面ガラス板と、
前記表面ガラス板上に固定され、光の入射に応じて電力を発生させる光電変換ユニットと、
前記光電変換ユニットを覆うように配置された裏面ガラス板と、
を備え、
前記表面ガラス板と前記裏面ガラス板との周辺の少なくとも一部が溶融結合されており、
前記光電変換ユニットは、複数の光電変換素子が直列又は並列に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記光電変換ユニットは、裏面接合型光電変換素子又は少なくとも１組のＰＩＮ接合を有する薄膜系光電変換素子を含むことを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電変換装置であって、
前記表面ガラス板又は前記裏面ガラス板のいずれか一方が強化ガラス板であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
前記裏面ガラス板は、前記表面ガラス板より厚いことを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
前記表面ガラス板の受光面側には、前記表面ガラス板よりも屈折率の小さい低屈折率層が設けられていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
前記裏面ガラス板上には、発電電流を取り出すための取り出し部が設けられ、
前記取り出し部は、前記裏面ガラス板に設けられた貫通穴と、前記貫通穴を貫通して前記光電変換ユニットに接続された金属線と、前記貫通穴と前記金属線との間隙を封止するガラス部材と、を含むことを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換パネルが用いられている。このような光電変換パネルを太陽光発電システムに適用する際、外周部にモジュール枠部材を装着した光電変換装置（モジュール）として設置している。【０００３】
図１２から図１４は、光電変換装置（モジュール）において一般的に用いられる構造例を示す。図１２は、薄膜シリコン太陽電池等の薄膜系太陽電池に用いられ、図１３は、単結晶又は多結晶シリコン太陽電池に用いられるスーパーストレート構造を示す。本構造では、光電変換パネル１００はガラス板（ガラス基板）１０と封止材１２とで封止され、さらに封止材１２側には屋外使用中に水分等の浸入を防ぐための金属薄膜等を有するバックシート１４を重ね合わせている。また、光電変換パネル１００の外周には、端面からの水分等の浸入及び破損を防ぐための端面シール１６を設け、さらにその外側をモジュール枠部材１８で補強している。【０００４】
図１４は、ガラスパッケージ構造の例を示す。この構造は、上記のバックシート１４をガラス板２０に置き換えたものであり、光電変換パネル１００の端部では表面側のガラス板１０と裏面側のガラス板２０との間に端面シール２２を充填して水分等の浸入を防いでいる。【０００５】
一方、特許文献１には、フェムト秒のパルス幅を有するレーザビームを照射することによってガラス同士を溶着させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，６５６，１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スーパーストレート構造では、屋外での使用が長期間に亘るとバックシート１４と封止材１２とを透過して水分等が浸入するおそれがある。また、端面からの水分等の浸入による出力低下、断線等の不良の発生及び膜の剥離等の外観変化が生ずるおそれもある。さらに、長期的な信頼性を向上させようとすれば、封止部材の特性向上が必要となり、これらの使用量も増加するので、コストの増加を招く原因となる。【０００８】
また、ガラスパッケージ構造では、端面からの水分等の浸入を防ぐことは難しく、特殊な端面シールを用いる必要があり、コストの増加を招いている。また、モジュール枠部材１８を用いない構造の場合、夏季の高温時に封止材１２が軟化することにより、ガラス板１０とガラス板２０との相対的な位置がずれるおそれがある。【０００９】
さらに、表面側のガラス板１０上に形成された光電変換素子の裏面側には、集電や電力を光電変換装置の外部へ取り出すための集電配線、集電配線と光電変換素子の裏面電極とを絶縁するための絶縁被覆材等が配置されており、表面側のガラス板１０と裏面側のガラス板２０との間に間隙が生じる。この間隙に空気が残されると、太陽光の照射等により空気の膨張・収縮が起こり、ガラス板１０、２０の破損や間隙を介した水の浸入等のおそれがある。【００１０】
一方、間隙を小さくするべく、ガラス板１０とガラス板２０とを圧着すると、光電変換素子の裏面の構造体の凸部によって応力がガラス板２０に印加され、破損の要因となるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの態様は、表面ガラス板と、表面ガラス板上に固定され、光の入射に応じて電力を発生させる光電変換ユニットと、光電変換ユニットを覆うように配置された裏面ガラス板と、を備え、表面ガラス板と裏面ガラス板との周辺の少なくとも一部が溶融結合されており、光電変換ユニットは、複数の光電変換素子が直列又は並列に接続されている、光電変換装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部環境からの水分等の浸入を抑制し、長期的な信頼性を向上した光電変換装置を提供することができる。【００１３】
また、内部に残された空気の膨張・収縮による光電変換装置の破損や腐食を抑制した光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す平面図である。
【図１２】従来の光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図１３】従来の光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図１４】従来の光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す平面図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の構成の別例を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の別例の構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の別例の構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態における光電変換装置の製造方法を説明する図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態における光電変換装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態における光電変換装置の構成を示す平面図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態における光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態における光電変換素子の構成を示す平面図及び断面図である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態における光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図２６】本発明の第６の実施の形態における光電変換装置の構成を示す平面図である。
【図２７】本発明の第６の実施の形態における電流取り出し部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜基本構成＞
本発明の第１の実施の形態における光電変換装置２００は、図１の外観平面図及び図２の断面図に示すように、表面ガラス板（ガラス基板）３０、光電変換ユニット３２、裏面ガラス板３４を含んで構成される。光電変換装置２００は、薄膜シリコン太陽電池モジュールへの適用例を示すものである。なお、図２は、図１のラインａ−ａに沿った断面図である。図２では光電変換装置２００の各構成部を明確に示すために、各構成部の厚さは実際とは異なる比で表している。
【００１６】
表面ガラス板３０は、例えば、１ｍ角及び板厚４ｍｍのガラス板が適用される。ただし、これに限定されるものではなく、光電変換ユニット３２の形成に適しており、光電変換装置２００を機械的に支持できるものであればよい。光電変換装置２００の光入射は基本的に表面ガラス板３０側から行われる。
【００１７】
表面ガラス板３０上には光電変換ユニット３２が形成される。光電変換ユニット３２は、透明電極、光電変換ユニット、裏面電極等を積層して形成される。透明電極は、例えば、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせた膜を用いることができる。また、光電変換ユニットは、例えば、アモルファスシリコン光電変換ユニット（ａ−Ｓｉユニット）や微結晶シリコン光電変換ユニット（μｃ−Ｓｉユニット）等とされる。光電変換ユニットは、タンデム型やトリプル型のように複数の光電変換ユニットを積層した構造としてもよい。裏面電極は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）や反射性金属、それらの積層構造とすることができる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等が用いられ、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。
【００１８】
裏面ガラス板３４は、表面ガラス板３０上に形成された光電変換ユニット３２を覆うように設けられる。裏面ガラス板３４は、例えば、表面ガラス板３０と略同じ大きさを有し、板厚２ｍｍのガラス板が適用される。ただし、これに限定されるものではない。
【００１９】
表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４は、それらの外周辺領域の接合領域Ａにおいて溶融接合されている。接合領域Ａは、表面ガラス板３０において光電変換ユニット３２が形成されていない周辺部Ｂに設けられる。周辺部Ｂ（図１においてハッチングされていない領域）は、例えば、表面ガラス板３０上に一旦形成した光電変換ユニット３２をレーザ等で除去して設けることができる。表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合するために、図２に示すように、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一方の周辺部を撓ませた状態とすることが好適である。
【００２０】
なお、光電変換装置２００には、光電変換ユニット３２において発電された電力を外部に取り出すためのインターコネクタ３６を設けてもよい。ここで、光電変換ユニット３２の膜厚は数μｍ及びインターコネクタ３６の厚さも数百μｍ程度であるので、周辺部Ｂの幅が１０ｍｍ程度であれば表面ガラス板３０又は裏面ガラス板３４の弾性変形により外周４辺を完全に密着させて接合領域Ａにおいて溶融接合させることができる。
【００２１】
図３の断面図は、インターコネクタ３６を介して発電電力を取り出す構成例を示す。この構成例では、裏面ガラス板３４の所定の位置に開口部Ｃを設け、ここに電流パスとなる配線コード３８を通す。さらに、開口部Ｃに重なる位置に端子ボックス４０を配置し、配線コード３８を端子ボックス４０に接続する。これにより、開口部Ｃを端子ボックス４０で覆い、封止効果を損なうことなく発電電力を外部へ取り出すことができる。なお、端子ボックス４０内をブチル樹脂等で充填し、封止をより確実なものとしてもよい。また、開口部Ｃは、表面ガラス板３０側に設けてもよい。
【００２２】
また、図４の平面図及び図５の断面図は、発電電力を取り出すための別の構成例を示す。図５は、図４のラインｂ−ｂに沿った断面を示す。この例では、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の外周の一部に接合領域Ａを設けず開口部Ｄとする。開口部Ｄには電流パスとなる配線コード３８を通し、この部分のみを端面シール部材４２で封止する。端面シール部材４２で封止した部分は外部環境から水分等の浸入経路となり易いが、その領域を短くすることで従来構造より光電変換装置２００の信頼性を高めることができる。
【００２３】
＜溶融接合方法＞
図６は、光電変換装置２００における表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを接合領域Ａにて溶融接合する方法を示す。
【００２４】
図２に示したように、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一方の周辺部を撓ませて、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との周辺部Ｂを密着させた状態とする。そして、密着させた周辺部Ｂの接触面に焦点を合わせてレーザ装置５０からレーザビーム５２を照射し、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の外周４辺に沿って走査する。
【００２５】
レーザビーム５２は、フェムト秒レーザビームとすることが好適である。すなわち、レーザビーム５２は、１ナノ秒以下のパルス幅を有するものとすることが好適である。また、レーザビーム５２は、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一方で吸収が生ずる波長とすることが好適である。例えば、レーザビーム５２は、波長８００ｎｍとすることが好適である。さらに、レーザビーム５２は、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とが溶融するに足りるエネルギー密度及び走査速度で照射することが好適である。例えば、レーザビーム５２は、１パルス当たり１０マイクロジュール（μＪ）のパルスエネルギーで照射することが好適である。また、レーザビーム５２は、６０ｍｍ／分の走査速度で走査することが好適である。また、レーザビーム５２は、表面ガラス板３０側及び裏面ガラス板３４側のいずれから照射してもよい。
【００２６】
なお、光電変換ユニット３２やインターコネクタ３６の厚みが大きく、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４の周辺部の隙間が大きくなる場合には、図７の断面図に示すように、隙間に充填材５４を充填して充填材５４を溶融させて表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合してもよい。
【００２７】
充填材５４としては、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ等の表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合できる元素を含む材料を適用することが好適である。
【００２８】
また、レーザビーム５２は、表面ガラス板３０側及び裏面ガラス板３４側のどちらからも照射することが可能であるので、結晶系シリコン太陽電池のように光電変換ユニット３２（シリコン基板を含む）自体が厚い場合等においては、図８に示すように、充填材５４の表面と表面ガラス板３０とを溶融接合させ、充填材５４の裏面と裏面ガラス板３４とを溶融接合させる構成としてもよい。
【００２９】
このような場合、光電変換ユニット３２による凹凸を平坦化するために従来の封止材５６を併用してもよい。また、さらに封止効果を高めるために、従来の端面シール５８とフレーム６０とを併用してもよい。
【００３０】
また、接合領域Ａは１本の線である必要はなく、図９の平面図及び図１０の断面図に示すように、複数の接合領域Ａを設けてもよい。図９及び図１０に示すように、接合領域Ａを平行に複数設けることによって、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との接合強度と気密性をより高めることができる。さらに、図１１に示すように、格子状に接合領域Ａを設けてもよい。これによって、接合強度と気密性をより高めることができる。なお、図１１では、図を明確に示すために接合領域Ａを線で示している。
【００３１】
図１５の平面図及び図１６の断面図は、発電電力を取り出すための別の構成例を示す。図１６は、図１５のラインｄ−ｄに沿った断面を示す。この構成例では、光電変換ユニット３２で発電された電力を取り出すために第１集電配線６２及び第２集電配線６４が形成される。第１集電配線６２は、並列に分割された光電変換ユニット３２から集電を行うための配線であり、第２集電配線６４は、第１集電配線６２から端子ボックス６６までを接続する配線である。なお、光電変換ユニット３２は、並列方向だけでなく、直列方向に分割されていてもよい。この場合、直列方向に分割された太陽電池セルが透明電極や裏面電極によって直列に接続される。
【００３２】
光電変換ユニット３２の裏面電極上に第１集電配線６２が延設される。第１集電配線６２は、光電変換装置２００の端辺付近において並列に分割された光電変換層の正電極同士及び負電極同士を接続するために形成される。したがって、第１集電配線６２は、光電変換層の並列分割方向に直交する方向に沿って延設される。この構成例では、図１５に示すように、第１集電配線６２は左右の端辺に上下方向に沿って延設される。これによって、直列接続された光電変換ユニット３２の正電極同士及び負電極同士が並列に接続される。
【００３３】
次に、第２集電配線６４と裏面電極との間の電気的な絶縁を形成するために絶縁被覆材６８を配設する。絶縁被覆材６８は、図１５及び図１６に示すように、光電変換装置２００の左右の端辺に沿って設けられた第１集電配線６２近傍から中央部の端子ボックス６６の配置位置まで、光電変換ユニット３２の裏面電極上に延設される。ここでは、図１５に示すように、絶縁被覆材６８は、左右の第１集電配線６２の近傍から端子ボックス６６に向けて左右方向に沿って延設される。絶縁被覆材６８は、例えば、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリフッ化ビニル等とすることが好適である。また、絶縁被覆材６８は、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。
【００３４】
第２集電配線６４は、図１５及び図１６に示すように、左右の第１集電配線６２上から絶縁被覆材６８上に沿って光電変換装置２００の中央部へ向けて延設される。第２集電配線６４と光電変換ユニット３２の裏面電極との間に絶縁被覆材６８が挟み込まれ、第２集電配線６４と裏面電極との電気的な絶縁が保たれる。一方、第２集電配線６４の一端は第１集電配線６２上まで延設され、第１集電配線６２に電気的に接続される。例えば、第２集電配線６４は超音波はんだ等によって第１集電配線６２に電気的に接続することが好適である。第２集電配線６４の他端は、後述する端子ボックス６６内の電極端子に接続される。
【００３５】
裏面ガラス板３４によって光電変換装置２００の裏面を封止する。このとき、裏面ガラス板３４の端子ボックス６６の取付位置付近に設けられた孔Ｘを通して第２集電配線６４の端部を引き出す。そして、第２集電配線６４の端部を端子ボックス６６内の端子電極にハンダ付け等により電気的に接続し、端子ボックス６６内の空間にシリコーン等の絶縁樹脂７０を充填して蓋をする。端子ボックス６６は、第２集電配線６４の端部の引き出し用の孔Ｘの近傍にシリコーン等を用いて接着して取り付けることが好適である。
【００３６】
表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４は、それらの外周辺領域の接合領域Ａにおいて溶融接合されている。接合領域Ａは、表面ガラス板３０において光電変換ユニット３２が形成されていない周辺部Ｂに設けられる。周辺部Ｂ（図１においてハッチングされていない領域）は、例えば、表面ガラス板３０上に一旦形成した光電変換ユニット３２をレーザ等で除去して設けることができる。表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合するために、図１６に示すように、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一方の周辺部を撓ませた状態とすることが好適である。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における光電変換装置３００は、図１７の断面図に示すように、表面ガラス板３０、光電変換ユニット３２、裏面ガラス板３４に加えて封止材８０を含んで構成される。図１７では光電変換装置３００の各構成部を明確に示すために、各構成部の厚さは実際とは異なる比で表している。
【００３８】
光電変換装置３００では、裏面ガラス板３４で光電変換ユニット３２を覆う前に、封止材８０を光電変換ユニット３２の裏面に塗布し、焼成した後に裏面ガラス板３４で覆う。
【００３９】
ここで、封止材８０は、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４と熱膨張率が近い材料とすることが好適であり、酸化シリコン系の材料を用いることが好適である。酸化シリコン系の材料は、主成分としてＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘを少なくとも５０％以上含有している材料とすることが好ましい。封止剤８０を酸化シリコン系の材料とすることによって、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４との熱膨張係数を近くすることができ、太陽光照射等による加熱に起因する表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４と封止材８０との間の熱応力の発生を抑制することができる。したがって、熱応力による表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４並びに封止材８０の破損を防ぐことができる。
【００４０】
例えば、酸化シリコン（ガラス）の微粒子をアクリル等の樹脂のバインダや水又は有機溶剤等の溶媒に混合させたシリカゾル（シリカゲル）をスプレー塗布法やスピンコータ塗布法等で塗布する。その後、数十℃〜数百℃の加熱により封止材８０を固化させ、裏面ガラス板３４で覆い、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを接合する。
【００４１】
このように、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間において集電配線や絶縁被覆材等によって生ずる間隙の少なくとも一部を酸化シリコン系の封止材８０により埋設する。これにより、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間において生ずる間隙の空気が排除され、空気の膨張・収縮の影響を低減でき、表面ガラス板３０や裏面ガラス板３４の破損を抑制することができる。また、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間隙を介した水の浸入を防ぐことができる。
【００４２】
図１７は、第２の実施の形態における光電変換装置３００の一例である。この例では、表面ガラス板３０の光電変換ユニット３２が形成された側の全面に封止材８０を塗布した構造を有する。この場合、裏面ガラス板３４で覆った後、光電変換装置３００の外周部分の封止材８０の表面と表面ガラス板３０とを溶融接合させ、封止材８０の裏面と裏面ガラス板３４とを溶融接合させてもよい。
【００４３】
このような構造とすることによって、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４のいずれも大きく湾曲させることなく溶融接合させることができる。したがって、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４に印加される曲げ応力を小さくでき、表面ガラス板３０や裏面ガラス板３４の破損を抑制することができる。
【００４４】
図１８は、第２の実施の形態における光電変換装置３００の別例である。この例では、表面ガラス板３０の光電変換ユニット３２が形成された側の外周部分を残して封止材８０を塗布した構造を有する。この場合、裏面ガラス板３４で覆った後、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一方の周辺部を撓ませた状態で表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合させる。接合領域は、表面ガラス板３０において光電変換ユニット３２が形成されていない周辺部とすることが好適である。
【００４５】
この場合、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とが直接溶融接合されているので接合力を高くすることができる。また、表面ガラス板３０又は裏面ガラス板３４の撓みによって互いが押し付けられ、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との密着性を高めることができる。これにより、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の空気をより排除することができ、空気の膨張・収縮による表面ガラス板３０や裏面ガラス板３４の破損の抑制効果が高まる。また、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間隙を介した水の浸入もより低減できる。
【００４６】
なお、図１７及び図１８の構造は、図５に示した光電変換装置１００のように周辺部の開口部Ｄから配線コード３８を取り出す構造にも適用することができる。この場合、開口部Ｄの領域にも封止剤８０を塗布することによって、封止剤８０によって開口部Ｄを同時に封止する構成としてもよい。
【００４７】
図１９は、第２の実施の形態における光電変換装置３００の別例である。この例では、表面ガラス板３０の光電変換ユニット３２が形成された側の外周部分を残して封止材８０を塗布し、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間に充填材５４を充填して充填材５４を溶融させて表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを溶融接合した構造を有する。
【００４８】
このような構造においても、図１７の例と同様に、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４に印加される曲げ応力を小さくでき、表面ガラス板３０や裏面ガラス板３４の破損を抑制することができる。充填材５４と封止剤８０とを併用する構成は、図８に示した結晶系シリコン太陽電池のように厚い光電変換ユニット３２のモジュールにも適用することができる。
【００４９】
また、図１８及び図１９の例では、封止材８０を完全に固化させる前に裏面ガラス板３４によって覆う処理を行うことも好適である。封止材８０の流動性が高い状態において封止を行うことによって、周辺部における表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との隙間や充填材５４と封止材８０とによって形成される隙間における封止材８０の充填率をより高めることができる。
【００５０】
なお、光電変換装置３００の周辺部以外の領域については封止材８０を完全に固化させ、その後、周辺部のみ新たに封止剤８０を塗布して、完全に固化させない状態で裏面ガラス板３４によって覆う処理としても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態における光電変換装置４００は、第１の実施の形態における光電変換装置１００と同様の構成を有するが、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の間隙の空気を排出し、大気圧に対して減圧状態する。
【００５２】
図２０は、光電変換装置４００用のラミネート装置５００を示す。ラミネート装置５００は、チャンバ９０、ヒータ９２及びダイヤフラム９４を含んで構成される。ラミネート装置５００は、チャンバ９０の上部領域Ｙと下部領域Ｘとが伸縮性のダイヤフラム９４で仕切られた構造を有する。また、チャンバ９０の下部領域Ｘには光電変換装置４００を載置すると共に加熱するためのヒータ９２が設けられる。
【００５３】
光電変換装置４００をラミネートする際には、図２０に示すように、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４とを接合領域Ａにおいて溶融接合した後、インターコネクタ３６の配線コード３８の開口部Ｃに封止部材８２を配置した状態でヒータ９２上に設置する。封止部材８２は、例えば、ブチル樹脂とすることが好適である。このとき、チャンバ９０の下部領域Ｘに空気等を供給し、上部領域Ｙを真空排気することによりダイヤフラム９４を上方へ引き上げた状態でヒータ９２上に光電変換装置４００を設置する。その後、ヒータ９２で光電変換装置４００を加熱しつつ、図２１に示すように、ラミネート装置５００の下部領域Ｘを真空排気し、上部領域Ｙへ空気等を供給することでダイヤフラム９４によって封止部材８２を開口部Ｃに押し付ける。これにより、加熱により軟化した封止部材８２が開口部Ｃに押し付けられ、封止部材８２が開口部Ｃの形状に合わせて変形し、開口部Ｃが封止される。
【００５４】
このとき、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の間隙に溜まっていた空気が開口部Ｃから同時に排気され、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の間隙の圧力が大気圧より減圧されている状態で封止される。
【００５５】
このように、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間において集電配線や絶縁被覆材等によって生ずる間隙の空気を排気した状態とすることができる。これにより、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間隙における空気の膨張・収縮の影響を低減でき、表面ガラス板３０や裏面ガラス板３４の破損を抑制することができる。また、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間隙を介した水の浸入を防ぐことができる。
【００５６】
なお、表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の空気を排気した状態で封止する構成は、図４に示す光電変換装置の周辺部から配線コード３８を引き出す構成や図１５に示す光電変換装置の中央部から配線コード３８を引き出す構成においても同様に適用することができる。
【００５７】
また、第３の実施の形態では配線コード３８を外部へ引き出すための開口部Ｃから表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の空気を排気し、排気された状態において開口部Ｃを封止するものとしたがこれに限定されるものではない。光電変換装置に配線コード３８を引き出すための開口部以外の開口部を設け、そこから表面ガラス板３０と裏面ガラス板３４との間の空気を排気し、封止部材８２によって封止する構成としてもよい。
【００５８】
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態における光電変換装置６００は、図２２の外観平面図及び図２３の断面図に示すように、表面ガラス板３０、光電変換ユニット６０２、裏面ガラス板３４を含んで構成される。本実施の形態においても、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一部が接合領域Ａにおいて溶融接合される。なお、図２３は、図２２のラインｅ−ｅに沿った断面図である。
【００５９】
光電変換素子は、図２４の受光面の反対側の裏面側からみた平面図に示すように、正極側電極１０４と負極側電極１０６との両方が受光面とは反対側の裏面側に設けられた裏面接合型光電変換素子である。なお、図２４では、理解を助けるために、互いに組み合わされた櫛形の正極側電極１０４にはハッチングを施さず、負極側電極１０６にはハッチングを施して示している。図２４の正面及び側面図に示すように、本実施の形態では、３個の光電変換素子が、表面ガラス板３０上で互いに逆向きとなるように設置され、直列インターコネクタ１０８により電気的に直列接続されている。さらに、これらは、並列インターコネクタ１１０により、光電変換装置の両端（図２２の上下端）で並列に接続されている。このようにして、複数の光電変換素子が直列又は並列に接続されて光電変換ユニット６０２が構成される。
【００６０】
直列インターコネクタ１０８は、光電変換ユニット１０２の両端（図２４の左右端）において、正極側電極１０４と負極側電極１０６とにそれぞれ電気的に接続され、隣り合う光電変換ユニット１０２の正極側電極１０４と負極側電極１０６とを直列接続する。並列インターコネクタ１１０は、光電変換ユニット１０２の外部（図２４の上下端）において、正極側電極１０４に接続された直列インターコネクタ１０８同士又は負極側電極１０６に接続された直列インターコネクタ１０８同士をそれぞれ電気的に並列接続する。直列インターコネクタ１０８は、リボン状の銅箔がハンダ被覆され、図２４の側面図に示すように、光電変換素子の外周近傍に相当する領域に絶縁被覆材１１２を施した構成とするとよい。直列インターコネクタ１０８は、正極側電極１０４及び負極側電極１０６に対して熱圧着される。
【００６１】
このように光電変換素子を直列又は並列に接続した構成とすることにより、光電変換装置６００に接続される負荷又はパワーコンディショナーの入力に最適な電圧と電流を取り出すことができる。なお、光電変換素子は、裏面接合型光電変換素子に限定されるものではなく、例えば少なくとも１組のＰＩＮ接合を有する薄膜系光電変換素子を直列又は並列に接続したものとしてもよい。
【００６２】
＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態における光電変換装置７００は、図２５に示すように、表面ガラス板３０、光電変換ユニット６０２、裏面ガラス板３４に加えて、表面ガラス板３０上の低屈折率層１１２を含んで構成される。本実施の形態においても、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一部が接合領域Ａにおいて溶融接合される。
【００６３】
表面ガラス板３０は、風冷強化法により作製された厚さ１．８ｍｍの強化ガラス板である。表面ガラス板３０は、非強化の表面ガラス板３４に比べて、屋外使用時の風雨による損傷に対して耐性が高い。
【００６４】
図２５に示すように、本実施例では表面ガラス板３０の厚さに対して裏面ガラス板３４の厚さを厚くする。例えば、裏面ガラス板３４の厚さは５．０ｍｍ程度とするとよい。裏面ガラス板３４に金属製の取り付け架台１１４を接着剤等で貼り付けて設置することが多く、光電変換装置７００に風雨による外力が加わった場合、取り付け架台１１４に接着されている裏面ガラス板３４に比べて表面ガラス板３０の方に大きな変形が生じる。そのため、表面ガラス板３０の方が破損しやすい傾向がある。このとき、表面ガラス板３０の厚さが薄いほど最表面の変形量を少なくすることができるため、破損を抑制することができる。なお、裏面ガラス板３４も強化ガラス板としてもよい。
【００６５】
また、表面ガラス板３０上には、図２５に示すように、低屈折率層１１２を形成してもよい。低屈折率層１１２は、例えば、ポーラス酸化シリコン等とするとよい。ポーラス酸化シリコンは、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）等のシリカ材料のゾルゲルを表面ガラス板３０上に塗布し、焼成することによって形成することができる。ポーラス酸化シリコンの平均的屈折率は１．４５であるため、屈折率が１．５２の表面ガラス板３０表面での光反射ロスを低減することができる。
【００６６】
＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態における光電変換装置８００は、図２６に示すように、第４の形態における光電変換装置６００に加えて裏面ガラス板３４上に発電電流を取り出すための端子ボックス１１６が設けられている。なお、図２６は、光電変換装置８００の受光面とは反対側の裏面側の平面図である。図２７は、図２６のラインｆ−ｆに沿った断面図である。また、本実施の形態においても、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一部が接合領域Ａにおいて溶融接合される。
【００６７】
光電変換装置８００の電流取り出し部は、直列インターコネクタ１０８、ハンダ１１８、金属線１２０、低融点ガラス１２２から構成される。まず、裏面ガラス板３４に設けられた貫通穴３４ａに金属線１２０を通し、貫通穴３４ａと金属線１２０との間隙を低融点ガラス１２２で埋設する。これにより、金属線１２０によって裏面ガラス板３４を通じた発電電力の取り出し配線が形成されると共に、裏面ガラス板３４は低融点ガラス１２２によって気密シールされる。金属線１２０は、例えば、鉄とニッケルが５０：５０の合金とするとよい。このような合金は、低融点ガラス１２２の熱膨張係数と比較的近い熱膨張係数を有しており、気密シールにおいて熱膨張による割れを抑制することができる。その後、ハンダ１１８を介して表面ガラス板３０に配置された光電変換ユニット６０２の直列インターコネクタ１０８に金属線１２０の先端を接続する。ハンダ１１８は予め直列インターコネクタ１０８又は金属線１２０の先端に配しておき、外部に露出した金属線１２０を介して加熱することによって溶融させて直列インターコネクタ１０８と金属線１２０とを接続することができる。その後、本実施の形態においても、表面ガラス板３０及び裏面ガラス板３４の少なくとも一部を接合領域Ａにおいて溶融接合する。
【００６８】
端子ボックス１１６は、ケーブル１２４、ハンダ１２６及び絶縁樹脂１２８を含む。ケーブル１２４は、ハンダ１２６によって金属線１２０に接続される。端子ボックス１１６は、絶縁樹脂１２８によって裏面ガラス板３４に接着される。絶縁樹脂１２８は、比較的高い水蒸気バリア性を持つが、長期的には水蒸気に侵される可能性がある。しかしながら、光電変換装置８００のような電流取り出し部の構造を採用すれば、光電変換素子にまで水分侵入が及ぶことはなく、密封性の高い光電変換装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ガラス板、１２  封止材、１４  バックシート、１６  端面シール、１８  モジュール枠部材、２０  ガラス板、２２  端面シール、３０  表面ガラス板、３２  光電変換ユニット、３４  裏面ガラス板、３６  インターコネクタ、３８  配線コード、４０  端子ボックス、４２  端面シール部材、５０  レーザ装置、５２  レーザビーム、５４  充填材、５６  封止材、５８  端面シール、６０  フレーム、６２  第１集電配線、６４  第２集電配線、６６  端子ボックス、６８  絶縁被覆材、７０  絶縁樹脂、８０  封止材、８２  封止部材、９０  チャンバ、９２  ヒータ、９４  ダイヤフラム、１００  光電変換パネル、１０２  光電変換ユニット、１０４  正極側電極、１０６  負極側電極、１０８  直列インターコネクタ、１１０  並列インターコネクタ、１１２  低屈折率層、１１４  取り付け架台、１１６  端子ボックス、１１８  ハンダ、１２０  金属線、１２２  低融点ガラス、１２４  ケーブル、１２６  ハンダ、１２８  絶縁樹脂、２００、３００、４００、６００，７００，８００  光電変換装置、６０２  光電変換ユニット、５００  ラミネート装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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2013179530.tif 000031
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