(57)【要約】【課題】  ガラス被覆を用いない樹脂封止構造による太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の腐食等による破損の発生を防止して耐久性向上を図るとともに保護層形成のコストを抑制し、初期の保護層形成前の出力を長期的に保持可能な太陽電池モジュールとその製造方法を提供することにある。【解決手段】  基板６の一面側の表面電極層７，８，９と裏面電極層１とを基板６を貫通する集電孔４を通して接続してなる太陽電池素子１００を、両側から接着性樹脂材料によって封止して構成された太陽電池モジュールにおいて、基板６を貫通する貫通孔４，５ｎの側部と周縁部とパターニング部とが、接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料２０により被覆されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールであって、絶縁性を有する基板の一面側に光電変換層を挟んで２つの表面電極層を形成するとともに、前記基板の他面側に裏面電極層を形成して、各層をパターニングにより分割、分離して１基板内に複数の単位太陽電池を形成し、前記２つの表面電極層の少なくとも１つと前記裏面電極層とを前記基板を貫通する集電孔を通して接続してなる太陽電池素子を、両側から接着性樹脂材料によって封止して構成された太陽電池モジュールにおいて、少なくとも前記集電孔を含む前記基板を貫通する貫通孔の側部及び周縁部と前記パターニング部とが、前記接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料により被覆されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記被覆材料は、溶剤可溶型フッ素樹脂で構成されている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】
絶縁性を有する基板の一面側に光電変換層を挟んで２つの表面電極層を形成するとともに、前記基板の他面側に裏面電極層を形成して、各層をパターニングにより分割、分離して１基板内に複数の単位太陽電池を形成し、前記２つの表面電極層の少なくとも１つと前記裏面電極層とを前記基板を貫通する集電孔を通して接続してなる太陽電池素子を、両側から接着性樹脂材料によって封止して構成された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料を離形フイルム上に塗布し、次いで前記離形フイルムと前記太陽電池素子の前記２つの表面電極層のうちの１つに貼り合わせて、前記離形フイルムを前記太陽電池素子に転写する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４】
前記離形フイルムを太陽電池素子に転写した後、該転写後の太陽電池素子の両面を樹脂封止材で封止して、プレスによって加熱、加圧処理を施こすことを特徴とする請求項３に記載の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、住宅の屋根、ビルディングの屋上等に敷設することにより、太陽光を利用
して電力を発生させる太陽電池モジュールであって、可撓性絶縁性基板の一面上に形成された光電変換層と、これを挟む２層の電極をパターニングにより分割、分離し、基板の他面上に形成される裏面電極を用いて、基板を貫通する集電孔で接続する太陽電池素子を、両側から接着性樹脂封止材によって被覆、封止した太陽電池モジュール及び該太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に光電変換層とこれを挟む２つの電極が積層されてなる面積の大きい太陽電池には、いくつかの電流収集方法が提供されている。かかる電流収集方法のうち、基板の裏面の電極と該基板を貫通する小孔を利用して電流を収集する薄膜太陽電池による電流収集方法は、基板の面積に対して占める太陽電池面積の割合が大きいことから、太陽光の利用効率が高い。
【０００３】
図４は、基板の裏面に電極を有する太陽電池素子の従来の一例を示し、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
図４（Ａ），（Ｂ）において、単位太陽電池は、絶縁性の基板６の一面（すなわち、光入射面）に、基板６側から順に、第1電極７、光電変換層８及び透明な第２電極９が積層されており、レーザー加工によるパターニングライン２により分離、分割されて形成されている。
また、上記基板６の他面（すなわち、裏面）上には、第３電極１０及び第４電極１１が、同様のレーザー加工によるパターニングライン３により分離、分割されて形成されている。これら第３電極１０及び第４電極１１により裏面電極１が構成されている。
【０００４】
第２電極９と裏面電極１とは、前記基板６を貫通する集電孔４を通して接続され、また第1電極７と裏面電極１とは、基板６を貫通する接続孔５を通して接続されている。
集電孔４及び接続孔５からなる２つの孔は、裏面電極１の第４電極１１―集電孔４―第２電極９―光電変換層８―第1電極７―接続孔５―裏面電極１の第３電極１０の順で、単位太陽電池の直列接続に利用されている。これらの要素全体で太陽電池素子０１００を構成している。
【０００５】
図５は、太陽電池モジュールのラミネート（貼り合わせ）工程順に示した前記太陽電池素子の集電孔近傍の断面図であり、（Ａ）は太陽電池素子、（Ｂ）は表面保護フイルム、接着性樹脂封止材及び背面補強板を重ねた状態、（Ｃ）は封止工程が完了した状態の太陽電池モジュールを示している。
図５において、（Ａ）に示す太陽電池素子０１００に、（Ｂ）のように表面保護フイルム１４、接着性樹脂封止材１２，１３、及び背面補強板１５を重ねた状態で圧力を加え、接着性樹脂封止材１２，１３が十分接着、硬化する加熱処理を行う。かかる加熱処理中に前記接着性樹脂封止材１２，１３の粘度が低下して、集電孔４内部に該接着性樹脂封止材１２，１３が入り込み、該接着性樹脂封止材１２，１３の境界付近では両者が混ざり合って温度の低下により硬化し、（Ｃ）に示すような太陽電池モジュールが形成されることになる。
図４における接続孔５についても、以上と同様にして接着性樹脂封止材１２，１３の接着、硬化が行われている。
【０００６】
また、このような太陽電池モジュールに用いられる材料は次の通りである。
すなわち、受光面側の最表面に位置する表面保護フイルム１４としては、防湿性、耐候性及び透明度の高い材料が適しており、例えば、エチレン―テトラフルオロエチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと称する）が用いられている。また、接着性樹脂封止材１２，１３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と称する）が用いられている。さらに、非受光面の背面側に配置される背面補強板１５には、ステンレス板、塗装鋼板などが用いられている。
【０００７】
ところで、太陽電池素子の表面に保護樹脂層を塗布して、長期信頼性を確保するようにした太陽電池モジュールの製作方法が特許文献１にて提供されている。
かかる技術においては、集電電極層を太陽電池表面に形成した太陽電池素子が用いられており、該集電電極層の厚さは電気抵抗低減の観点から１００μｍ以上が好ましく、表面被覆材即ち表面に塗布する保護樹脂層の厚さは前記集電電極層の厚さの５０％以上とし、１５０μｍ以上が好ましいとされている。
また、特許文献２には、貫通孔を有する太陽電池素子の長期信頼性を確保する方法として、貫通孔部にEVA等の接着性樹脂封止材を５０％ないし１００％の充填率にて充填する方法が提供されている。
【特許文献１】特開平６−３３８６２７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０７１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の太陽電池モジュールにあっては、次のような問題を有している。
すなわち、図４及び図５に示される太陽電池モジュールにあっては、ＥＴＦＥよりなる表面保護フイルム１４から水分が浸透し、これと同時に表面側から太陽光が当たることで、ＥＴＦＥからの水分を受けたＥＶＡからなる接着性樹脂封止材１２，１３が加水分解される可能性がある。かかる加水分解が起こると、接着性樹脂封止材１２，１３のＥＶＡは加水分解によって酢酸を生成し、侵入してきた水分とともに、太陽電池素子０１００の腐食を引き起こすことになる。
【０００９】
このような表面保護フイルム１４からの水分浸透による防湿性の低下問題は、最表面を無機質材料であるガラスで被覆することにより解決可能であり、かかるガラスによる被覆手段は、既に提案されている。
しかしながら、このようなガラスによる被覆手段は、フレキシブル性に劣り、太陽電池モジュールの軽量化の障害となり、さらには作業コストが上昇するという問題がある。
【００１０】
一方、上記特許文献１にて提供されている技術は、ガラスによる被覆手段を用いずに、太陽電池素子の表面に保護樹脂層を塗布して、長期信頼性を確保するようにしており、ガラスによる被覆手段を用いる場合の問題点は解決可能であるが、かかる技術にあっては次のような問題がある。
（１）塗液の粘度を高くしなければならないため、材料が限定される。
（２）乾燥に時間がかかり、生産性が低い。
（３）保護樹脂層形成のコストが嵩む。
（４）膜厚が大きい場合は、乾燥後にクラックが入り易い。
【００１１】
また、特許文献２の技術にあっては、貫通孔部にＥＶＡ等の接着性樹脂封止材を充填するようになっているので、ＥＶＡからなる接着性樹脂封止材は前記のように加水分解されて酢酸を生成し、太陽電池素子の腐食を引き起こす可能性がある。そのため、貫通孔部にＥＶＡ樹脂を充填したとしても、長期信頼性の確保は困難である。
【００１２】
さらに、上記太陽電池素子への塗装手段については、該太陽電池素子に基板を貫通する集電孔が存在するため、基板の塗装面に塗布した塗料が集電孔を介して基板裏面側に廻り込み、基板裏面側がその塗料で被覆されることとなる。この基板裏面側は、太陽電池モジュールを構成する際の出力取出し用のリード線を接続する面となることから、電気絶縁性の高い塗料が裏面電極を被覆してしまうと、リード線の電気的接続をとることが不可能となる。
【００１３】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガラス被覆を用いない樹脂封止構造による太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の腐食等による破損の発生を防止して耐久性向上を図るとともに保護層形成のコストを抑制し、初期の保護層形成前の出力を長期的に保持可能な太陽電池モジュールとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールであって、絶縁性を有する基板の一面側に光電変換層を挟んで２つの表面電極層を形成するとともに、前記基板の他面側に裏面電極層を形成して、各層をパターニングにより分割、分離して１基板内に複数の単位太陽電池を形成し、前記２つの表面電極層の少なくとも１つと前記裏面電極層とを前記基板を貫通する集電孔を通して接続してなる太陽電池素子を、両側から接着性樹脂材料によって封止して構成された太陽電池モジュールにおいて、少なくとも前記集電孔を含む前記基板を貫通する貫通孔の側部及び周縁部と前記パターニング部とが、前記接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料により被覆されている。
【００１５】
そして、本発明において、前記被覆材料は、溶剤可溶型フッ素樹脂で構成されている。
【００１６】
また、本発明は、絶縁性を有する基板の一面側に光電変換層を挟んで２つの表面電極層を形成するとともに、前記基板の他面側に裏面電極層を形成して、各層をパターニングにより分割、分離して１基板内に複数の単位太陽電池を形成し、前記２つの表面電極層の少なくとも１つと前記裏面電極層とを前記基板を貫通する集電孔を通して接続してなる太陽電池素子を、両側から接着性樹脂材料によって封止して構成された太陽電池モジュールの製造方法であって、前記接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料を離形フイルム上に塗布し、次いで前記離形フイルムと前記太陽電池素子の前記２つの表面電極層のうちの１つに貼り合わせて、前記離形フイルムを前記太陽電池素子に転写している。
【００１７】
そして、本発明において、前記離形フイルムを太陽電池素子に転写した後、該転写後の太陽電池素子の両面を樹脂封止材で封止して、プレスによって加熱、加圧処理を施こしている。
【発明の効果】
【００１８】
絶縁性を有する基板の一面側に光電変換層を挟んで２つの表面電極層を形成するとともに、前記基板の他面側に裏面電極層を形成して、各層をパターニングにより分割、分離して１基板内に複数の単位太陽電池を形成し、前記２つの表面電極層の少なくとも１つと前記裏面電極層とを基板を貫通する集電孔を通して接続してなる太陽電池素子、つまり可撓性を有する基板の貫通孔を利用して電極層直列接続を行うように構成された太陽電池素子は、特に集電孔の側壁部とその周縁部、及びパターニング部が劣化し易い。
【００１９】
前記集電孔の側壁部とその周縁部が劣化し易いのは、該集電孔の側壁部とその周縁部における被覆による薄膜形成において、平坦面に形成する場合と異なり、膜質及び膜厚の制御が困難であること、及び、可撓性を有する基板であることから搬送時の基板の変形により集電孔部に応力が集中して層が部分的に破損することによるものである。
また、パターニング部が劣化し易いのは、レーザー加工時の熱による変質及び加工端部における微小クラックの発生によるものである。
【００２０】
然るに、本発明によれば、前記のような劣化の発生し易い、少なくとも集電孔を含む基板を貫通する貫通孔の側部と周縁部、及びパターニング部とが、接着性樹脂材料とは異なる別個の耐候性の高い材料、好ましくは溶剤可溶型フッ素樹脂からなる被覆材料により被覆されているので、ロールによる搬送時の集電孔の部分的な破壊を防ぎ、接着性樹脂封止材ＥＶＡの加水分解による酢酸の影響を受け難く、該酢酸による太陽電池素子の腐食破損の発生を回避することができる。
また、その結果、前記貫通孔の側部と周縁部、及びパターニング部等の部分的な破損に伴う裏面電極間の短絡等による出力低下の発生を防止でき、初期の出力を長期に亘って保持できる高性能の太陽電池モジュールが得られることになる。
【００２１】
また、本発明の方法によれば、接着性樹脂材料とは異なる別個の材料からなる被覆材料を離形フイルム上に塗布し、次いで前記離形フイルムと前記太陽電池素子の前記２つの表面電極層のうちの１つに貼り合わせて（ラミネートして）、前記離形フイルムを太陽電池素子に転写する方法によって太陽電池モジュールを製造するので、集電孔を含む基板を貫通する貫通孔の側部及び周縁部に均一な被膜を形成できるとともに、前記集電孔を含む貫通孔からの基板裏面への被膜塗料の廻り込み等による基板塗装面以外への被膜塗料の付着の発生を防止できる。しかも、ロールツーロールによる樹脂被膜の形成が可能なため、高い生産性で太陽電池モジュールを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの封止工程順に示した太陽電池素子の集電孔近傍の断面図であり、（Ａ）は集電孔に保護樹脂を被覆した太陽電池素子、（Ｂ）は封止材料を重ねた状態の太陽電池モジュールを示している。
図１（Ａ）において、太陽電池素子１００は、絶縁性の基板６の一面たる光入射面に、基板６側から順に、第1電極７、光電変換層８及び透明な第２電極９が積層された単位太陽電池であり、図４に示すように、レーザー加工によるパターニングライン２により分離、分割されて形成されている。
【００２４】
また、上記基板６の他面たる裏面上には、第３電極１０及び第４電極１１からなる裏面電極１が、図４に示すように、パターニングライン３により分離、分割されて形成されている。
第２電極９と裏面電極１とは、基板６を貫通する集電孔４を通して接続されている。また、図４のように、第1電極７と裏面電極１とは、基板６を貫通する接続孔５を通して接続されている。
集電孔４及び接続孔５（図４参照）からなる２つの孔は、裏面電極１の第４電極１１―集電孔４―第２電極９―光電変換層８―第1電極７―接続孔５―裏面電極１の第３電極１０の順で、単位太陽電池の直列接続に利用されている。これらの要素全体で太陽電池素子１００が構成されている。
【００２５】
被覆材料２０は、保護樹脂材を構成するものであり、集電孔４及び接続孔５（図４参照）の内壁とその周縁の基板面、及びパターニングライン２，３（図４参照）等のレーザーパターニング部を被覆している。
図１（Ｂ）において、図１（Ａ）に示す被覆材料２０で被覆された太陽電池素子１００は、図５で示す従来技術と同様に、表面保護フイルム１４、接着性樹脂封止材１２，１３及び背面補強板１５を重ねた状態で接着性樹脂封止材１２，１３がラミネートされていて、集電孔４の内部にも充填されている。
【００２６】
次に、図２及び図１（Ｂ）を参照して、本発明の実施形態における太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
基板６は、厚さ５０μｍのポリイミドフイルムを用い、スパッタリングしたＡｇ膜を第1電極７及び裏面電極１としている。また、集電孔４、接続孔５等の貫通孔（直径１．５ｍｍの円形）はパンチングによって穿孔し、光電変換層８はプラズマＣＶＤ成膜したアモルファスシリコン膜を用い、第２電極９はスパッタリング成膜したＩＴＯを用いている。
【００２７】
次に、図２（Ａ）は上記構成からなる太陽電池モジュールの製造手順を示すフロー図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
図２（Ａ），（Ｂ）において、先ず、被覆材料２０として溶剤可溶型フッ素樹脂塗料（例えば、トウペ製ニューガーメットＤＣ２３０）を用い、該溶剤可溶型フッ素樹脂塗料を転写方式により太陽電池素子１００の第２電極９の表面に塗装して被覆する。
被覆材料２０を構成する溶剤可溶型フッ素樹脂塗料の転写方法は次の通りである。
図２（Ａ）において、フイルム巻出ロール５５に巻装された離形フイルム６０として、非シリコンタイプの離形材が塗布されたＰＥＴフイルム（２５μｍ程度の厚さが好適）を用いる。この離形フイルム６０をグラビアロール部５６に送り込み、該グラビアロール部５６において、離形フイルム６０に溶剤可溶型フッ素樹脂塗料（被覆材料２０）を塗布する。
【００２８】
すなわち、図２（Ｂ）のように、グラビアロール部５６において、液供給パン部５８には、その内部にフッ素樹脂からなる塗液、つまりフッ素樹脂塗料が溜められ、導入口付近に、曲面に沿ってメッシュによる微小溝が形成された小径ロール５９が設けられており、導出口付近にはブレード５７が設けられている。
離形フイルム６０が導入されると、この小径ロール５９が内部のフッ素樹脂塗料からなる塗液を掻き揚げて離形フイルム６０の表面に塗布する一方、ブレード５７が余分な塗液を掻き落す。
かかるフッ素樹脂塗料が塗布された離形フイルム６０はガイドロール５３，５３によって約１０ｍ／ｍｉｎの搬送速度で乾燥炉５４に搬送される。
【００２９】
乾燥炉５４において、フッ素樹脂塗料が塗布された離形フイルム６０は１２０℃程度に保持された温度下で乾燥せしめられ、ラミネートロール部５２に送り込まれる。このラミネートロール部５２においては、９０℃程度に加熱されたラミネートロールにより、巻出ロール５０から送り出された太陽電池素子１００の可撓性基板６０ａと乾燥炉５４から送り出されたフッ素樹脂塗料塗布済みの離形フイルム６０とをラミネートし（貼り合わせ）、可撓性基板６０ａに離形フイルム６０を転写させる。
これにより、図１に示す集電孔４及び接続孔５（図４参照）の内壁とその周縁の基板面、及びパターニングライン２，３等（図４参照）のレーザーパターニング部が、フッ素樹脂塗料つまり前記被覆材料２０によって被覆されることになる。被覆材料２０の厚さは１０μｍ程度が好適である。
このようにしてフッ素樹脂塗料つまり被覆材料２０によって被覆された太陽電池素子１００は、ガイドロール５３，５３を介して巻取ロール５１に送られ、該巻取ロール５１に巻き取られる。
【００３０】
次に、巻取ロール５１に巻き取られたフッ素樹脂塗料つまり被覆材料２０による被覆後の太陽電池素子１００は、図１（Ｂ）で示すように、上下両面に接着性樹脂封止材１２，１３を設置し、その外側（受光側）に表面保護フイルム（防湿フイルム）１４として、フッ素樹脂であるＥＴＦＥ（エチレン・フッ化エチレン共重合体）フイルムを被せ、さらに背面補強板１５を重ね、真空引き後、１５０℃程度の加熱状態で大気圧でのプレスによって、２０分程度の加熱、加圧処理を施こして硬化させる。以上の工程によって、図１（Ｂ）のような断面形状を備えた太陽電池モジュールが完成する。
【００３１】
図３は、このようにして製作した太陽電池モジュールの高温、高湿雰囲気（８５℃、湿度５％）での暴露試験結果を示している。
図３において、初期の太陽電池モジュールの出力を１００％とし、Ｂは本発明の実施形態に係る保護樹脂（被覆材料２０）付きの太陽電池モジュール、Ａは比較例としての保護樹脂なしの太陽電池モジュールを示している。図３で明らかなように、Ａに示す比較例の場合は試験時間１０００ｈｒで集電孔４近傍に電極層の剥離が生じて出力が急激に低下したのに対し、Ｂに示す本発明の実施形態の場合は試験時間３０００ｈｒで、初期の９０％の出力を維持確保できた。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの封止工程順に示した太陽電池素子の集電孔近傍の断面図であり、（Ａ）は集電孔に保護樹脂を被覆した太陽電池素子、（Ｂ）は封止材料を重ねた状態の太陽電池モジュールを示している。
【図２】（Ａ）は上記実施形態に係る太陽電池モジュールの製造手順を示すフロー図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
【図３】太陽電池モジュールの高温、高湿雰囲気での暴露試験結果の比較線図である。
【図４】基板の裏面に電極を有する太陽電池素子の従来の一例を示し、（Ａ）は透視平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールのラミネート工程順に示した太陽電池素子の集電孔近傍の断面図であり、（Ａ）は太陽電池素子、（Ｂ）は表面保護フイルム、接着性樹脂封止材及び背面補強板を重ねた状態、（Ｃ）は封止工程が完了した状態の太陽電池モジュールを示している。
【符号の説明】
【００３４】
１００  太陽電池素子
１  裏面電極
２，３  パターニングライン
４  集電孔
５  接続孔
６  基板
７  第1電極
８  光電変換層
９  第２電極
１０  第３電極
１１  第４電極
１２，１３  接着性樹脂封止材
１４  表面保護フイルム
１５  背面補強板
２０  被覆材料
５２  ラミネートロール部
５４  乾燥炉
５６  グラビアロール部
６０  離形フイルム
【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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