(57)【要約】【課題】  低コストで枠付き太陽電池モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】  太陽電池素子１の受光面側が封止材３とその外側の透光性部材２とで封止されており、裏面側が封止材３とその外側のバックシート４とで封止された太陽電池素子封止体の外周部に枠体５を設けてなる枠付き太陽電池モジュールにおいて、熱可塑性樹脂から成るバックシートが枠体に接着することによって枠体が太陽電池素子封止体に固定されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子の受光面側が封止材とその外側の透光性部材とで封止されており、裏面側が封止材とその外側のバックシートとで封止された太陽電池素子封止体の外周部に枠体を設けてなる枠付き太陽電池モジュールにおいて、熱可塑性樹脂から成るバックシートが枠体に直接接着することによって枠体が太陽電池素子封止体に固定されていることを特徴とする枠付き太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂の融点が前記封止材の融点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の枠付き太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂がアイオノマー樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の枠付き太陽電池モジュール。
【請求項４】
太陽電池素子の受光面側を封止材とその外側の透光性部材とで封止し、裏面側を封止材とその外側のバックシートとで封止する太陽電池素子封止体の形成工程と、枠体に太陽電池素子封止体を嵌合する工程と、枠体を加熱して熱可塑性樹脂から成るバックシートを溶融させて枠体とバックシートを直接接着する工程を含むことを特徴とする枠付き太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記封止体の形成工程は、真空加熱ラミネート法によって行い、前記熱可塑性樹脂の融点を前記封止材の融点よりも高くすることによって、前記真空加熱ラミネート法の上限温度における前記熱可塑性樹脂の流動性を前記封止材の流動性よりも低くすることを特徴とする請求項４に記載の枠付き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に係わり、特に、外周部に枠体を設けた枠付き太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は枠付き太陽電池モジュールの基本的構造を表した概略断面図である。図２において、１は太陽電池素子、３は封止材、２は透光性部材、４はバックシート、５は枠体である。太陽光は透光性部材、封止材を通過して太陽電池素子の光受光面に入射して電気エネルギーに変換される。発電された電気は出力端子(不図示)より外部に取り出される。
【０００３】
枠体は、太陽電池素子を封止材、透光性部材、バックシートで封止した太陽電池素子封止体に、枠体に設けられている溝部を嵌合することによって太陽電池モジュールの外周部に配される。その際、嵌合だけでは枠体と太陽電池素子封止体との固定が不十分なため、シール材７を枠体と太陽電池素子封止体との間に介挿するなどの方法によって固定することが行われてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には枠体と太陽電池素子封止体との間にシール絶縁用ゴムを介挿することが、特許文献２には枠体と太陽電池素子封止体との間にブチルゴムを介挿することが開示されている。また、特許文献３ではウレタン樹脂の一体成形によって枠体を形成する方法が開示されており、この場合は枠体が直接太陽電池素子封止体に接着固定されている。
【０００５】
さらに、枠体と太陽電池素子封止体とを一液硬化型シリコーンシーラントで接着固定することも従来より広く行われている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３３７２８６号特許明細書
【特許文献２】特開平１１−１２１７８１号公報
【特許文献３】特開平１１−９７７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シリコーンシーラントなどの接着剤で固定する場合、接着剤が硬化するまでに時間がかかるので、生産工程において太陽電池モジュールを長時間ストックしなければならない、接着剤の塗布の自動化が困難、などの理由で製造コスト低減の障害となっていた。接着剤の代わりにブチルゴムなどのゴム部材を用いれば硬化時間の問題は解決することができるが、自動化は同様に困難であり、また、ゴム材料が比較的高価なのも製造コストを低減する上では問題となる。
【０００８】
一方、樹脂の一体成形によって枠体を形成する方法は、自動化が比較的容易であるとともに、接着剤やゴム部材が不要のためにコスト低減に適した方法であると言えるが、枠体の強度、屋外での長期信頼性などの面で従来より用いられているアルミ製の枠体には及ばず、また、太陽電池モジュールの設置方法が従来のアルミ製枠体を用いた太陽電池モジュールとは異なり、設置互換性を保ちにくいという問題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような方法が最良であることを見いだした。
【００１０】
即ち、上記課題を解決するための請求項１の発明は、太陽電池素子の受光面側が封止材とその外側の透光性部材とで封止されており、裏面側が封止材とその外側のバックシートとで封止された太陽電池素子封止体の外周部に枠体を設けてなる枠付き太陽電池モジュールにおいて、熱可塑性樹脂から成るバックシートが枠体に直接接着することによって枠体が太陽電池素子封止体に固定されていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、前記熱可塑性樹脂の融点が前記封止材の融点よりも高いことを特徴とする。
また、請求項３の発明は、前記熱可塑性樹脂がアイオノマー樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するための請求項４の発明は、枠付き太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池素子の受光面側を封止材とその外側の透光性部材とで封止し、裏面側を封止材とその外側のバックシートとで封止する太陽電池素子封止体の形成工程と、枠体に太陽電池素子封止体を嵌合する工程と、枠体を加熱して熱可塑性樹脂から成るバックシートを溶融させて枠体とバックシートを直接接着する工程を含むことを特徴とする。
また、請求項５の発明は、前記封止体の形成工程は、真空加熱ラミネート法によって行い、前記熱可塑性樹脂の融点を前記封止材の融点よりも高くすることによって、前記真空加熱ラミネート法の上限温度における前記熱可塑性樹脂の流動性を前記封止材の流動性よりも低くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低コストで枠付き太陽電池モジュールを提供することが可能となる。すなわち、枠体と太陽電池素子封止体とを接着固定するための接着剤やゴム部材が不要になると共に、枠体の接着に要する時間が短縮され、さらに自動化が容易になることによって製造コストを低減できる。また、従来より用いられてきた枠体を変えることがないので、従来の枠付き太陽電池モジュールと互換性のある製品を低コストで製造することが可能となる。
【００１３】
また、特に前記熱可塑性樹脂の融点が前記封止材の融点よりも高いことによって、太陽電池素子裏面の封止性が向上する。すなわち、加熱圧着による太陽電池素子の封止時に、封止材と比較してバックシートが著しく溶融することがなく、流動性を封止材よりも低くすることができる。その結果、封止材が十分流動して太陽電池素子を封止する一方で、バックシートの厚みを確保してバックシートとしての性能、例えば、被覆性や電気絶縁性を損なうことが無い。
【００１４】
また、特に前記熱可塑性樹脂がアイオノマー樹脂であることによって、枠体と太陽電池素子封止体との接着性と、バックシートとして求められる性能である長期耐久性、電気絶縁性、防水性を高いレベルで満たすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に本発明の枠付き太陽電池モジュールの概略断面図の一例を示す。図１において、１は太陽電池素子、２は透光性部材、３は封止材、４はバックシート、５は枠体である。
【００１６】
本発明におけるバックシートと枠体について以下に詳しく説明する。
【００１７】
バックシート４は太陽電池素子を保護し、湿度の侵入を防ぎ、外部との電気的絶縁を保つために用いられる。材料としては、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる材料が好ましい。さらに、本発明においては、枠体との接着性が要求される。好適に用いられるものとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸ブチル共重合体（ＥＢＡ）樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）樹脂、アイオノマー樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。この中でもアイオノマー樹脂は枠体の一般的材料であるアルミに対する接着性に優れると共に、耐候性、耐熱性、耐寒性、耐水性、耐衝撃性、耐磨耗性、耐傷付性、電気絶縁性など太陽電池モジュールのバックシートとしてバランスのとれた物性を有しているので特に好適に用いられる。
【００１８】
後述する太陽電池素子の封止時に、バックシートが溶融して流動するのを抑制するために、バックシートとして用いられる熱可塑性樹脂の融点は、封止材の融点よりも高いことが望ましい。
【００１９】
バックシートに防湿性が要求される場合には、アルミ箔、アルミ蒸着フィルム、酸化珪素蒸着フィルム等をバックシートの太陽電池素子側にラミネートしてもよい。
【００２０】
枠体５は太陽電池素子封止体の外周部に嵌合するようにコの字状の溝が設けられており、溝の内部で枠体とバックシートとが接着している。接着箇所は特に限定されず、後述するバックシートの溶融工程における枠体の加熱条件に応じて決定される。
【００２１】
枠体の材質は特に限定されないが、強度や耐腐食性を考慮してアルミが一般的に用いられる。材質がアルミの場合は、必要に応じて表面がアルマイト処理される。
【００２２】
以下、太陽電池モジュールを構成する各部材について説明する。
【００２３】
太陽電池素子１としては、１）結晶シリコン太陽電池、２）多結晶シリコン太陽電池、３）微結晶シリコン太陽電池、４）アモルファスシリコン太陽電池、５）銅インジウムセレナイド太陽電池、６）化合物半導体太陽電池など、従来公知な素子を目的に応じて種々選択して用いて良い。これら太陽電池素子は、所望する電圧あるいは電流に応じて複数個を直列または並列に接続する。また、これとは別に絶縁化した基板上に太陽電池素子を集積化して所望の電圧あるいは電流を得ることもできる。さらに、素子への逆バイアス印加を防止するためにバイパスダイオードを素子に接続することも必要に応じて行われる。
【００２４】
透光性部材２は太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外曝露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。本発明に好適に用いられる部材としては、（強化）ガラス板、フッ化物重合体フィルムが挙げられる。ガラス板としては光透過率の高い白板ガラスを用いることが好ましい。フッ化物重合体フィルムの具体例としては、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）がある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。フッ化物重合体フィルムと封止材との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理をフィルムに行うことが望ましい。また、機械的強度向上のために延伸処理が施してあるフィルムを用いることも可能である。
【００２５】
封止材３は太陽電池素子表面の凹凸を樹脂で被覆し、外部環境から素子を保護するために必要である。また、透光性部材やバックシートを素子に接着する役割も果たす。したがって、高透明性の他に、耐候性、接着性、耐熱性が要求される。このような要求を満たす材料としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。中でもＥＶＡ樹脂は耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性など太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しているので好適に用いられる。
【００２６】
以上述べたバックシート、枠体、太陽電池素子、透光性部材、封止材を用いて枠付き太陽電池モジュールを作製する方法を次に説明する。
【００２７】
まず、シート状に成型した封止材を太陽電池素子のそれぞれ受光面側と裏面側に配する。さらに、その外側に透光性部材とバックシートをそれぞれ受光面側と裏面側に配した積層体とする。これを真空ラミネーターを用いて減圧下で加熱圧着することにより太陽電池素子封止体を得ることができる。その他、ロールラミネーションなどによっても封止体を作製することが可能である。
【００２８】
次に、枠体の溝部を太陽電池素子封止体の外周部に嵌合させた後、嵌合部を局所的に加熱してバックシートを溶融させることによって、枠体とバックシートとを接着する。加熱方法としては、ノズルより供給される高温の空気を被加熱物に当てるホットエア法や、赤外線ヒーターを近接させることによって加熱する方法などが挙げられるが、ホットエア法が簡易な装置で均一に加熱することができるので好適である。また、より効率的に加熱を行うために、枠体をあらかじめ加熱しておいてもよい。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の枠付き太陽電池モジュールを実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何等限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変更することができる。
【００３０】
（実施例１）
本発明の枠付き太陽電池モジュールを作製する方法を図１を用いて以下に説明する。
【００３１】
複数の太陽電池素子１を直列に接続して太陽電池素子直列体８とし、直列端の太陽電池素子に設けられている電極に銅箔からなる出力取り出し電極を取り付ける。
【００３２】
次に、太陽電池素子直列体８を封止するための封止材、透光性部材、バックシートについて説明する。
【００３３】
封止材３には、架橋剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤を添加して耐久性を高めたエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂（ＪＩＳ  Ｋ７１２１による融点６１℃）の厚さ４００μｍのシート（以下、ＥＶＡシート）を用いる。
【００３４】
透光性部材２には厚さ３．２ｍｍの白板強化ガラスを用いる。
【００３５】
バックシート４には、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤を添加して耐久性を高めたアイオノマー樹脂（ＪＩＳ  Ｋ７１２１による融点９６℃）の厚さ１００μｍのシートを用いる。
【００３６】
上記太陽電池素子直列体をＥＶＡシート、ガラス、バックシートでラミネートする。すなわち、太陽電池素子直列体の受光面側にＥＶＡシートとガラスを、裏面側にＥＶＡシートとバックシートを重ねて積層体とし、真空ラミネーターにて１５０℃で３０分間加熱圧着することによって太陽電池素子を封止する。
【００３７】
出力取り出し電極（不図示）は、あらかじめ裏面封止用ＥＶＡシートとバックシートに設けておいた開口部より導出する。
【００３８】
こうして作製した太陽電池素子封止体の外周部にアルミからなる枠体５の溝部を嵌合させ、枠体とバックシートが接触する部分６に複数のノズルから供給される約５００℃のホットエアを１分間当ててバックシートを溶融させることによって枠体とバックシートを接着して枠付き太陽電池モジュールとする。
【００３９】
このようにして得た枠付き太陽電池モジュールについて、以下の項目について評価を行った。
【００４０】
（１）耐湿性試験
８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に枠付き太陽電池モジュールを１０００時間置き、試験後の外観上の変化を観察した。
【００４１】
（２）温度サイクル試験
−４０℃／３０分、９０℃／５時間、−４０℃と９０℃の間の温度変化速度１２０℃／時間の温度サイクル試験を２００サイクル行い、試験後の外観上の変化を観察した。
【００４２】
（実施例２）
実施例１において、バックシートとして、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤を添加して耐久性を高めたエチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）樹脂（ＪＩＳ  Ｋ７１２１による融点９４℃）の厚さ１００μｍのシートを用いる。また、枠体を太陽電池封止体に嵌合する前に、あらかじめ８０℃まで加熱しておき、ホットエアを当てる時間を３０秒とする。それ以外は実施例１と同様に枠付き太陽電池モジュールを作製し、評価を行った。
【００４３】
実施例１および２で作製した枠付き太陽電池モジュールは、耐湿性試験、温度サイクル試験のいずれにおいても外観上の変化は認められず、また、試験後でも枠体は太陽電池素子封止体に十分な強度で固定されていた。
【００４４】
また、枠体の太陽電池素子封止体への接着固定に要する時間は１分間あまりであり、従来の接着剤による工程に比べて格段に短縮され、実施例２のように枠体を予備加熱することで、さらなる工程の短縮が可能であることが分かった。一方、接着剤の嵌合部への塗布工程や、ゴム部材の嵌合部への介挿工程が必要ないために、製造工程が簡略化され、自動化が容易となった。その結果、枠付き太陽電池モジュールの製造コストを大幅に低減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の枠体付き太陽電池モジュールの一実施形態の概略断面図である。
【図２】従来の枠体付き太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  太陽電池素子
２  透光性部材
３  封止材
４  バックシート
５  枠体
６  枠体と太陽電池素子封止体との接着部
７  シール材
８  太陽電池素子直列体
【図１】
2006261262.tif 000003
【図２】
2006261262.tif 000004