(57)【要約】【課題】  樹脂が塗装された裏面補強材を用いた場合であっても、長期間にわたって初期の電池出力を維持することができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】  表面にポリエステル樹脂などの樹脂１４が塗装された裏面補強材１０と、この裏面補強材１０の樹脂１４表面上に設けられた充填材２０と、この充填材２０中に埋設された太陽電池素子３０とを含んでなる太陽電池モジュール１において、裏面補強材１０は、樹脂１４中に含まれる少なくともギ酸成分を除去するために、予め超音波洗浄などにより表面洗浄処理したものを用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】
表面に樹脂が塗装された裏面補強材と、この裏面補強材の樹脂表面上に設けられた充填材と、この充填材中に埋設された太陽電池素子とを含んでなる太陽電池モジュールであって、前記裏面補強材が、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分を除去するために表面洗浄処理されたものである太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記表面洗浄処理が超音波洗浄処理である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記表面洗浄処理の水温が８５℃以上である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池素子が可撓性の太陽電池素子である請求項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】
前記裏面補強材は表面に樹脂が塗装された金属板である請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記樹脂がポリエステル樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
表面に樹脂が塗装された裏面補強材を、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分の除去のために表面洗浄処理する洗浄工程と、前記洗浄された裏面補強材の樹脂表面上に、太陽電池素子を充填材に埋設して設ける封止工程とを含んでな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関し、特に、裏面補強材を有する太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、太陽電池素子は、耐侯性を確保するため、充填材の中に埋設されており、耐侯性の高い表面被覆材と裏面補強材との間にサンドイッチされ、モジュール化される。充填材としては、接着強度の観点から、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと記す）などが用いられる。表面被覆材としては、例えばフッ素樹脂フィルムなどの耐侯性フィルムが用いられる。
【０００３】
裏面補強材としては、例えば金属板として、ステンレス鋼板、メッキ鋼板、および塗装が施されたカラー鋼板などが用いられる。カラー鋼板としては、特許第３２４４２４３号公報に、屈曲性や硬さなどの観点から、ポリエステル樹脂が塗装された鋼板を用いることや、充填材との接着性などの観点から、エポキシ樹脂が塗装された鋼板を用いることが記載されている。
【特許文献１】特許第３２４４２４３号公報  （第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ポリエステル樹脂などの樹脂が塗装された鋼板を太陽電池モジュールの裏面補強材に用いた場合、使用により電池出力が初期値から顕著に低下することから、太陽電池モジュールの寿命が短いという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、樹脂が塗装された裏面補強材を用いた場合であっても、長期間にわたって初期の電池出力を維持することができる太陽電池モジュール及びその製造方法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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽電池モジュールは、表面に樹脂が塗装された裏面補強材と、この裏面補強材の樹脂表面上に設けられた充填材と、この充填材中に埋設された太陽電池素子とを含んでなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面補強材が、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分を除去するために表面洗浄処理されたものであることを特徴とする。
【０００７】
裏面補強材の表面に塗装される樹脂中には、その製造過程に由来するギ酸成分が不純物として含有されており、このギ酸成分が、太陽電池モジュールを長期使用することにより塗装樹脂中から充填材中へと溶出して太陽電池素子を腐食し、太陽電池モジュールの寿命を短くする原因であった。したがって、表面に樹脂が塗装された裏面補強材を、太陽電池モジュールの組み立て前に予め表面洗浄処理しておくことにより、塗装樹脂中からのギ酸成分の溶出イオン量を大幅に低減することができ、よって、太陽電池モジュールを長期使用しても初期の電池出力を長期間維持することができる。
【０００８】
前記表面洗浄処理は、超音波洗浄処理とすることが好ましい。また、前記表面洗浄処理の水温は、８５℃以上にすることが好ましい。前記太陽電池素子は、可撓性の太陽電池素子を用いることが好ましい。また、前記裏面補強材は、表面に樹脂が塗装された金属板を用いることが好ましい。
【０００９】
前記樹脂は、ギ酸成分を含有する樹脂であれば特に限定されないが、ポリエステル樹脂を用いることが特に好ましい。ポリエステル樹脂は、フッ素樹脂やアクリル樹脂よりもＥＶＡ等の充填材との接着力が顕著に高く、エポキシ樹脂よりも耐候性に優れ屋根建材用などにも使用でき、かつ塗装樹脂として汎用性があり安価であることから、太陽電池モジュールの裏面補強材の塗装樹脂として非常に好ましい材料である。一方で、ポリエステル樹脂は、上記のフッ素樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂よりも多量のギ酸が不純物として含まれており、これにより太陽電池モジュールの寿命を極端に短くするという欠点もある。
【００１０】
したがって、裏面補強樹脂の塗装樹脂としてポリエステル樹脂を用いるとともに、このポリエステル樹脂からギ酸成分を除去することで、裏面補強材と充填材との接着性が良く、耐候性に優れ、かつ長期使用しても初期の電池出力を維持できる安価な太陽電池モジュールを提供することができる。
【００１１】
本発明は、別の態様として、太陽電池モジュールの製造方法であって、表面に樹脂が塗装された裏面補強材を、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分の除去のために表面洗浄処理する洗浄工程と、前記洗浄された裏面補強材の樹脂表面上に、太陽電池素子を充填材に埋設して設ける封止工程とを含んでなるものである。この製造方法によれば、長期使用しても初期の電池出力を維持できる太陽電池モジュールを容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明によれば、樹脂が塗装された裏面補強材を用いた場合であっても、長期間にわたって初期の電池出力が維持される太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る太陽電池モジュール及びその製造方法の一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの層構造の一例を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、裏面補強材１０は、金属板１２の表面に樹脂層１４が塗装されたものである。太陽電池モジュール１は、この裏面補強材１０の樹脂層１２上に、太陽電池素子３０が充填材２０ａおよび２０ｂの間に埋設されて設けられている。さらに受光面となる充填材２０の最表面上には、表面被覆材４０が設けられている。
【００１５】
裏面補強材１０の金属板１２としては、ステンレス鋼板やメッキ鋼板などを用いることが好ましい。メッキ鋼板としては、ガルバニウム鋼板や亜鉛鋼板などが好ましい。なお、本実施の形態では、太陽電池モジュールの加工性に優れていることから金属板を用いているが、金属板以外にもカーボンファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００１６】
裏面補強材１０の樹脂層１４としては、ＥＶＡ等の充填材２０に対する強固な接着性および優れた耐候性の観点から、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などを用いることが好ましい。
【００１７】
例えば、ポリエステル樹脂は、その構成モノマーとして、ネオペンチルグリコールやトリメチロールプロパン等のホルマリン誘導体が用いられるが、これらには有機酸であるギ酸が不純物として含まれている。そのため、ポリエステル樹脂の表面からは、長期使用によりギ酸イオンが溶出する。ギ酸イオンは充填材中に溶出すると太陽電池素子を腐食し、電池出力を低下させる。したがって、ポリエステル樹脂などの樹脂が塗装された裏面補強材１０は、後述する表面洗浄処理を行う必要がある。
【００１８】
充填材２０としては、特に限定されないが、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透光性を有する樹脂を用いることが好ましい。これらの中でも接着強度の観点からＥＶＡがより好ましい。
【００１９】
太陽電池素子３０としては、特に限定されないが、可曲性を有する太陽電池素子が好ましく、例えば、絶縁性の可撓性基板上に、第１電極、光電変換層、第２電極とが順次積層された太陽電池素子を用いることが好ましい。絶縁性の可撓性基板としては、ポリイミドフィルム等が好ましく、第１電極としては、Ａｇ膜やＡｌ、ＺｎＯ等が好ましく、光電変換層としては、アモルファスシリコン膜やあるいはＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳｅ2、ＧａＡｓ、ＣｄＳ／Ｃｕ2Ｓ、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ／ＩｎＰ、ＣｄＴｅ／Ｃｕ2Ｔｅに代表される化合物半導体等が好ましく、第２電極としては、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化インジウム（ＩｎＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）等が好ましい。第１および第２電極はスパッタリング法や真空蒸着法、スプレーイング、ＣＶＤ法等により成膜することが好ましく、光電変換層はプラズマＣＶＤ法等により成膜することが好ましい。
【００２０】
表面被覆材４０としては、特に限定されないが、耐候性の観点から、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）やポリ三フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などのフッ素樹脂フィルムが好ましい。
【００２１】
このような太陽電池モジュール１は、以下のようにして作製することができる。先ず、裏面補強材１０の樹脂層１４表面を洗浄する。洗浄は、樹脂層１４中に含まれるギ酸を除去できる方法であれば特に限定されないが、例えば、水洗浄、有機溶剤洗浄などが好ましい。特に、超音波洗浄を行うことで、細かい気泡（キャビテーション）が強くはじける瞬間にでる衝撃波により、通常の洗浄に比べ、高い洗浄効果を得ることができる。また、洗浄時の水温は８５℃以上が好ましい。水温を８５℃以上とすることで、太陽電池モジュールの使用環境（８５℃以下）で溶出してくるイオン成分を除去することができる。洗浄時間は、ギ酸が樹脂層１４中から充填材２０へ実質的に溶出されないレベルまで行うことが好ましい。また、洗浄水を入れ替えるなどして、洗浄を複数回繰り返すことも好ましい。
【００２２】
次に、上記の洗浄を終えた裏面補強材１０の樹脂層１４上に太陽電池素子３０を充填材２０で封止する。封止は、先ず、裏面補強材１０の樹脂層１４表面上に、充填材２０ａのフィルム、太陽電池素子３０、充填材２０ｂのフィルム、表面被覆材４０のフィルムを順次重ねる。すなわち、太陽電池素子３０をその両面から充填材２０ａ、２０ｂのフィルムでサンドイッチする。そして、これを加熱、加圧することで、充填材２０のフィルムを溶融し、充填材２０中に太陽電池素子３０を封止する。
【００２３】
これにより、充填材２０で封止された太陽電池素子３０を裏面補強材１０と表面被覆材４０とでサンドイッチした太陽電池モジュール１を得ることができる。そして、裏面補強材１０を上記のように表面洗浄しているので、太陽電池モジュール１を長期使用しても樹脂層１４中から充填材２０中へとギ酸が溶出せず、よって、太陽電池素子３０の腐食を防止でき、初期の電池出力を維持することができる。
【００２４】
なお、樹脂層１４中からは、長期使用によって、ギ酸成分以外の樹脂に由来する成分や顔料に由来する成分も溶出する。例えば、ポリエステル樹脂は、製造する際に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）等のアルカリ触媒が使われ、反応後の中和のために硫酸（Ｈ2ＳＯ4）等の酸が使われる。これらの成分は、充填材中に溶出して太陽電池モジュールの電気絶縁性を劣化させる。しかしながら、上述した表面洗浄によってこれらの成分の溶出イオン量も低減することができるので、電気絶縁性に関しても長期間にわたり初期値を維持することができ、よって、太陽電池モジュールの寿命を長期間維持することができる。
【実施例１】
【００２５】
（樹脂層からの不純物溶出試験）
３種類のポリエステル樹脂塗装鋼板（ポリエステルＡ〜Ｃ）を洗浄しないまま純水に浸漬し、純水中に溶出したイオン成分を分析した。その結果を表１に示す。また、比較のために、無塗装のステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）の分析結果を併記する。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、ステンレス鋼板から溶出したイオン成分は少なかった。一方、いずれのポリエステル樹脂塗装鋼板からも多くのイオン成分が検出された。これはポリエステル樹脂の合成過程で使用される原料に由来するものと考えられる。例えば、ギ酸イオン（ＨＣＯＯ-）は、ネオペンチルグリコールやトリメチロールプロパンに由来すると考えられる。ナトリウムイオン（Ｎａ+）は苛性ソーダ（ＮａＯＨ）、硫酸イオン（ＳＯ4-）は硫酸（Ｈ2ＳＯ4）に由来すると考えられる。カルシウムイオン（Ｃａ2+）は、塗料の顔料成分に由来すると考えられる。
【００２８】
さらに、上記と同じ３種類のポリエステル樹脂塗装鋼板を１５分間超音波洗浄処理した後、上記と同様に純水に鋼板を浸漬させ、純水中に溶出したイオン成分を分析した。その結果を表１に併記する。洗浄処理後のポリエステル樹脂塗装鋼板から溶出したイオン成分は大きく低減した。特に、太陽電池素子の腐食に大きく影響するギ酸イオンは、検出限界以下まで低減した。
【実施例２】
【００２９】
（太陽電池モジュールの性能評価試験）
図１に示す層構造の太陽電池モジュールを以下の手順にて作製した。なお、樹脂塗装された裏面補強材としては、実施例１のポリエステル樹脂塗装鋼板Ａを用いた。また、充填材としてＥＶＡを、表面被覆材としてＥＴＦＥフィルムを用いた。さらに、太陽電池素子としては、可撓性基板が厚さ５０μｍのポリイミドフィルム、第１電極がスパッタリング成膜したＡｇ膜、光電変換層がプラズマＣＶＤ成膜したアモルファスシリコン膜、第２電極がスパッタリング成膜したＩＴＯ膜である可撓性の太陽電池素子を用いた。
【００３０】
先ず、ポリエステル樹脂塗装鋼板Ａを所望のサイズにシャーリング加工にて裁断し、塗装表面の保護フィルムを剥離した。そして、水道水を満たした超音波振動子付きの水槽に入れ、水道水のオーバーフローと、超音波振動子によるキャビテーション作用をかけつつ、水槽内にて揺動させて１５分間洗浄した。このときの水温は８５℃に維持した。その後、純水を満たした第二の水槽に鋼板を移し、５分間にわたり同様の操作を行った。さらに、第二の水槽から鋼板を引き上げ、エアブローにて水滴を飛ばし、室温雰囲気にて乾燥させた。
【００３１】
次に、上記洗浄処理を施したポリエステル樹脂塗層鋼板Ａ上に、ＥＶＡフィルム、太陽電池素子、ＥＶＡフィルム、ＥＴＦＥフィルムを順次重ね、これを真空引きした後、温度１５０℃および大気圧によるプレスにより、２０分にわたる加熱、加圧処理を行い、ＥＶＡに太陽電池素子を封止した太陽電池モジュール（実施例）を作製した。また、比較のために、洗浄処理を行わなかったことを除いて上記と同様の手順にて太陽電池モジュール（比較例）を作製した。
【００３２】
そして、実施例と比較例の各太陽電池モジュールについて、高温高湿雰囲気（温度８５℃、湿度９５％）暴露試験を行った。その結果を図２に示す。なお、図２では、初期の太陽電池モジュールの出力を１００％とした。図２に示すように、ポリエステル樹脂の洗浄処理を行わなかった比較例の太陽電池モジュールは、試験時間１０００ｈで太陽電池素子の電極層に剥離を生じ、電池出力が急激に低下した。一方、ポリエステル樹脂の洗浄を施した実施例の太陽電池モジュールは、試験時間３０００ｈにおいても初期の９０％の電池出力を維持した。
【００３３】
なお、上述した洗浄工程は、本発明の一実施形態および一実施例を示すものであり、洗浄方法、洗浄時間および水温などの設定は、目的とする洗浄の程度（許容できるギ酸量、鋼板の種類など）により適宜、変更することができる。また、同様に太陽電池モジュールの層構成も、上記に限定されるものではなく、本発明の効果が発揮できる層構成を適宜、採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの層構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの高温高湿暴露試験における試験時間に対する太陽電池出力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  太陽電池モジュール
１０  裏面補強材
１２  鋼板
１４  樹脂層
２０  充填材
３０  太陽電池素子
４０  表面被覆材
【図１】
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【図２】
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