(57)【要約】【課題】  反射板で反射した光が太陽電池セルに到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】背面板３の光反射面における太陽電池セル５同士の間に対応する位置に凹部が形成されており、下記（１）式を満たす所定角度θを用いて、下記（２）式の関係を満たす。  Ｌ／２ａ＋Ｌ／２−ｔａｎ２θ{２ｔ＋ｔａｎθ（Ｌ／２−Ｌ／２ａ）}＝０  …（１）  ただし、ａ：集光倍率（＝Ｌ／Ｓ）          Ｌ：太陽電池セル同士の配置間隔          Ｓ：セル幅          ｔ：太陽電池セル前面側クリアランス  ０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＜φ＜θ＋１５°  …（２）  ただし、φ：凹溝傾斜角          ｎ：前面板の屈折率【選択図】  図１
2011124510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を有する前面板と、光反射面を有する背面板とを備え、前記前面板と前記背面板との間に複数の太陽電池セルが並設され、前記光反射面は、前記背面板における前記前面板側の面に形成されており、
前記光反射面における前記太陽電池セル同士の間に対応する位置に凹部が形成されており、
前記受光面の垂直方向から入射して前記凹部で反射した光が太陽電池セル前面に均一に入射するように、前記太陽電池のセル幅、前記太陽電池セル同士の配置間隔、前記太陽電池セル前面側クリアランス、前記光反射面の形状、および前記前面板の屈折率の関係が調整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】
前記受光面の垂直方向から入射して前記凹部で反射した光が、再び前記背面板における光反射面に入射しないように、前記太陽電池のセル幅、前記太陽電池セル同士の配置間隔、前記太陽電池セル前面側クリアランス、前記光反射面の形状、および前記前面板の屈折率の関係が調整されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
下記（１）式を満たす所定角度θを用いて、下記（２）式の関係を満たす請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
Ｌ／２ａ＋Ｌ／２−ｔａｎ２θ{２ｔ＋ｔａｎθ（Ｌ／２−Ｌ／２ａ）}＝０  …（１）
ただし、ａ：集光倍率（＝Ｌ／Ｓ）
Ｌ：太陽電池セル同士の配置間隔
Ｓ：セル幅
ｔ：太陽電池セル前面側クリアランス
０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＜φ＜θ＋１５°  …（２）
ただし、φ：凹溝傾斜角
ｎ：前面板の屈折率
【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り、特に、背面に光反射板が設けられ、光反射板に反射した光を太陽電池セルで受光する太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光などを集光して電気に変換するいわゆる太陽電池モジュールとして、従来、受光面から入射した光を反射面によって太陽電池セルに向けて反射させるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この太陽電池モジュールは、並設された複数の太陽電池セルを備えている。また、この太陽電池モジュールでは、これらの太陽電池セルを挟んで太陽光などを受光する受光面に対向する側であって、複数の太陽電池セル間に対応する位置に反射板が配設されている。このため、受光面から入射した光は、両面受光型太陽電池セルに直接到達する場合には、そのまま両面受光型太陽電池セルに入射する。また、太陽電池セル間を通過した光は、反射板によって反射され、さらに受光面に反射された両面受光型太陽電池セルに到達する。このため、受光面から入射した光を効率的に太陽電池セルに入射させることができ、発電効率の向上に寄与するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０１１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された太陽電池モジュールでは、反射板に反射した光の分散については特に考慮されていなかった。このため、反射板および受光面に反射して太陽電池セルに到達する光が、局所的に集中してしまい、太陽電池セルにおいて、反射した光が到達する部分と到達しない部分とがある照射ムラが生じてしまうことがあった。このような照射ムラが生じると、太陽電池セル全体としての発電効率を十分に発揮することができないことがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、反射板で反射した光が太陽電池セルに到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決した本発明に係る太陽電池モジュールは、受光面を有する前面板と、光反射面を有する背面板とを備え、前面板と背面板との間に複数の太陽電池セルが並設され、光反射面は、背面板における前面板側の面に形成されており、光反射面における太陽電池セル同士の間に対応する位置に凹部が形成されており、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が太陽電池セル前面に均一に入射するように、太陽電池のセル幅、太陽電池セル同士の配置間隔、太陽電池セル前面側クリアランス、光反射面の形状、および前面板の屈折率の関係が調整されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が太陽電池セル前面に均一に入射するように、太陽電池のセル幅、太陽電池セル同士の配置間隔、太陽電池セル前面側クリアランス、光反射面の形状、および前面板の屈折率の関係が調整されている。このため、反射板で反射した光が太陽電池セルに到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる。
なお、本発明における「均一」とは、物理的に完全に均一であることを意味するものではなく、光ムラができない程度に均一であることを意味するものである。
【０００８】
ここで、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が、再び背面板における光反射面に入射しないように、太陽電池のセル幅、太陽電池セル同士の配置間隔、太陽電池セル前面側クリアランス、光反射面の形状、および前面板の屈折率の関係が調整されている態様とすることができる。
【０００９】
このように、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が、再び背面板における光反射面に入射しないようにされていることにより、さらに発電効率の向上を図ることができる。
【００１０】
また、下記（１）式を満たす所定角度θを用いて、下記（２）式の関係を満たす態様とすることができる。
Ｌ／２ａ＋Ｌ／２−ｔａｎ２θ{２ｔ＋ｔａｎθ（Ｌ／２−Ｌ／２ａ）}＝０  …（１）
ただし、ａ：集光倍率（＝Ｌ／Ｓ）
Ｌ：太陽電池セル同士の配置間隔
Ｓ：セル幅
ｔ：太陽電池セル前面側クリアランス
０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＜φ＜θ＋１５°  …（２）
ただし、φ：凹溝傾斜角
ｎ：前面板の屈折率
【００１１】
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、集光倍率ａ、太陽電池セル同士の配置間隔Ｌ、セル幅Ｓ、および太陽電池セル前面側クリアランスｔを用いて上記（１）式によって、凹溝傾斜角の基準となる所定角度θが決定される。この所定角度および前面板の屈折率ｎに対して、凹溝傾斜角φが上記（２）式に示す関係を満たしている。このため、反射板で反射した光が太陽電池セルに到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、反射板で反射した光が太陽電池セルに到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの側断面図である。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールにおける太陽光の反射状態を示す断面図、（ｂ）は、凹溝傾斜角を大きくした太陽電池モジュールにおける太陽光の反射状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、凹溝傾斜角を小さくした太陽電池モジュールにおける太陽光の反射状態を示す断面図、（ｂ）は、凹溝傾斜角を小さくした太陽電池モジュールにおける太陽光の他の反射状態を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を示す図である。
【図５】図４に続く製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの側断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を示す図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す図である。
【図９】（ａ）は、図５（ａ）の工程の他の例を示す図、（ｂ）は、図８（ａ）の工程の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの側断面図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１は、集光型の太陽電池モジュールであって、自動車のルーフや家屋の屋根などに設置され、効率の良い太陽光発電を可能にしている。この太陽電池モジュール１は、前面板２と背面板３とを備えている。また、前面板２と背面板３との間には、封止樹脂層４が形成されており、封止樹脂層４には、複数の太陽電池セル５が並設されて封止されている。
【００１６】
前面板２の一面は、太陽光等が入射する受光面とされている。前面板２は、太陽光等の光の入射を可能にした透明な板材である。前面板２としては、白板強化ガラスが用いられており、前面板２の厚みは５ｍｍ、屈折率は１．４９とされている。また、前面板２としては、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの材料を用いることができる。
【００１７】
背面板３は、前面板２における背面側（受光面の反対側の面）に配設されている。背面板３は、背面板基板を備えており、背面板基板の前面板２側の面には光反射板が貼り付けられて設けられている。図１では、背面板基板と光反射板とを一体的に描いている。また、背面板３の表面（前面板２側の面）が光反射面となり、背面板３は、光反射板として機能している。
【００１８】
背面板３の表面側には、側面視して直線状となる直線部３Ａと直線部３Ａ同士の間に形成された凹部３Ｂが形成されている。直線部３Ａの幅は、太陽電池セル５の幅と略同一とされており、凹部３Ｂにおける開口部の幅は、隣接する太陽電池セル５同士の間の幅と略同一とされている。すなわち、たとえば成型性に優れたポリカーボネートやアクリル樹脂を背面板３の形状に成型した態様や太陽電池封止樹脂を背面板３の形状に成型する態様が代表的である。
【００１９】
背面板基板としては、独立気泡構造を有した低発泡性ポリプロピレンシートや低発泡性ポリエチレンテレフタレートシートなどの熱可塑性フィルムやアルミ、真鍮、ステンレス、銅などの金属基板を好適に用いることができる。また、背面板基板の厚みは、０．０８ｍｍ〜０．２５ｍｍの間の厚みに調整されている。さらに好適な厚みとしては、０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ、さらに好適な厚みとしては０．１２ｍｍ〜０．１８ｍｍに調整される。
【００２０】
さらに、背面板基板に設けられる光反射板としては、直接背面板３に銀やアルミニウム当をコーティングしてもよいが、銀、銀合金、アルミ、クロムなどの高反射率金属を熱可塑性フィルム上に蒸着したフィルムが好適に用いられる。また、タルク、チタニア、マイカなどの白色顔料や蛍光増白剤を混練したポリエチレンテレフタレートなどの白色熱可塑性樹脂フィルム、アゾジカルボンアミドなどの発泡剤や二酸化炭素を用いた超臨界発泡法により微細な発泡構造を形成した白色熱可塑性樹脂フィルムが好適に用いられる。
【００２１】
特に、熱可塑性樹脂フィルムとして２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このフィルム上にアクリル系光硬化樹脂からなるプライマー処理が施されたフィルムを基材とし、ロール・トゥ・ロール法によって銀−パラジウム合金、銀−金合金、銀−白金合金などの耐腐食性に優れた銀合金を１１０ｎｍ程度スパッタリングした後に、さらにスパッタリング層上にアクリル系光硬化樹脂からなるオーバーコート層を設ける方法によって製造した波長５５ｎｍにおける光反射率が９１％の光反射板（光反射層）が設けられたものが長期信頼性を確保する上で極めて好ましい。
【００２２】
この熱可塑性フィルムでは、劣化の引き金となりえる酸素や水分の拡散がガスバリア性に優れたアクリル性光硬化樹脂によって妨げられる。このため、銀合金蒸着層が強固に劣化成分から隔離され、なおかつ、柔軟性に優れたアクリル系光硬化樹脂の特性から光反射板に数多くの曲げ加工を施したとしても曲げ加工部からガス透過も発生することがなくなる。したがって、光反射板を板金加工して集光素子構造を形成したとしても高い長期耐久性を得ることが可能となる。このような効果を得るために、プライマーとしてはアクリル系光硬化樹脂のほか、アクリル系熱硬化樹脂、たとえばイソシアネート系硬化樹脂、ポリエステル系硬化樹脂等を用いることもできる。
【００２３】
光反射層を構成する光反射フィルムとしてさらに好適には、たとえば、シリカ、チタニアの順序で金属層−低屈折率層−高屈折率層となるように光学薄膜からなる増反射加工が施される。この増反射加工により、さらに高い発電効率と金属蒸着層の高い耐久性能を得ることが可能となる。また、金属基板と光反射フィルムの接着には好ましくはウレタン系接着剤が用いられる。ウレタン系接着剤を用いることにより、金属基板と光反射フィルムとが強固に接合される。このため、板金加工の応力に伴う剥がれや割れによって、マイクロボイドが発生したり、耐電圧特性や耐トラッキング性に悪影響が生じたりすることを防止することができる。
【００２４】
封止樹脂層４は、前面板２と背面板３との間に形成されており、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂によって構成されている。封止樹脂層４は、前面板２の裏面側と背面板３の表面側とにそれぞれ密着して設けられており、その厚さは０．６ｍｍ程度とされている。また、封止樹脂層４における封止材としては、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン、シリコーン、ポリアリレート、ノルボルネン系ポリオレフィンなどを用いることもできる。
【００２５】
太陽電池セル５は、前面板２の裏面に沿って所定間隔をおいて等間隔で配列された状態で封止樹脂層４の内部に並設されて封止されている。これらの複数の太陽電池セル５は、等間隔の配置間隔をもって配置されており、図示しないインターコネクタを介して直列または並列に電気的に接続されている。太陽電池セル５は、太陽光を両面で捕らえる両面受光型と片面で捕らえる片面受光型とがあり、本実施形態では、片面受光型の太陽電池セルが利用されている。
【００２６】
太陽電池セル５を構成するセルとしては、単結晶Ｓｉセル、多結晶Ｓｉセル、薄膜Ｓｉセル、III−Ｖ族セル、化合物系セル、有機セルなどが挙げられる。また、太陽電池セル５のセルサイズは幅１５ｍｍ×厚さ１２５ｍｍとされており、太陽電池セル５同士の配置間隔（セル間隔）Ｌは１５ｍｍとされている。
【００２７】
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が太陽電池セル前面に均一に入射するように、さらには、受光面の垂直方向から入射して凹部で反射した光が、再び背面板における光反射面に入射しないように、太陽電池のセル幅、太陽電池セル同士の配置間隔、太陽電池セル前面側クリアランス、光反射面の形状、および前面板の屈折率の関係が調整されている。具体的には、下記（１）式を満たす所定角度θを用いて、下記（２）式の関係を満たしている。
【００２８】
Ｌ／２ａ＋Ｌ／２−ｔａｎ２θ{２ｔ＋ｔａｎθ（Ｌ／２−Ｌ／２ａ）}＝０  …（１）
ただし、ａ：集光倍率（＝Ｌ／Ｓ）
Ｌ：太陽電池セル同士の配置間隔
Ｓ：セル幅
ｔ：太陽電池セル前面側クリアランス
０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＜φ＜θ＋１５°  …（２）
ただし、φ：凹溝傾斜角
ｎ：前面板の屈折率
【００２９】
さらには、凹溝傾斜角（以下「傾斜角度」という）φは、下記（３）式を満たすのが好適であり、下記（４）式を満たすのがより好適である。また、下記（５）式を満たすのがより好適であり、下記（６）式を満たすのがより好適である。
【００３０】
０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＋２°＜φ＜θ＋１２°  …（３）
０．５×ａｒｃｓｉｎ（ｎ−１）＋３°＜φ＜θ＋７°  …（４）
θ−３°＜φ＜θ＋５°  …（５）
θ−２°＜φ＜θ＋２°  …（６）
【００３１】
以上の構成を有する本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、上記（２）式〜（６）式の関係を満たすことにより、光反射面で反射した光が太陽電池セル５に到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる。以下、その理由について説明する。
【００３２】
本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、図２（ａ）に示す光路Ｘに示されるように、前面板２で空気層との屈折率によりスネルの全反射条件によって太陽電池セル５に引き戻される太陽光線を積極的に活用している。このため、集光性能を保つためには、背面板３における凹部３Ｂの傾斜角度φを大きくとり、全反射現象を誘起しやすいように太陽光線を方向変換することが重要となる。
【００３３】
全反射現象を誘起しやすくするためには、背面板３の凹部３Ｂの傾斜角度を急峻にすることが考えられる。しかし、単純に凹部３Ｂの傾斜角度を急峻にした場合には、太陽電池モジュール１の信頼性を保ちながら、太陽電池セル５に使用量を最小限に留める観点から実用性の問題が生じる。
【００３４】
急峻すぎる凹部３Ｂでは、図２（ｂ）に示すように、前面板２での全反射現象によって集光する太陽光が太陽電池セル５の狭い箇所に収束しすぎる現象が発生する。このため、太陽電池セル５の狭い領域で局所的に光エネルギーが高まりすぎ、光の集中によるホットスポット現象がセル上に常に発生してしまうことになる。したがって、ホットスポット現象がセル上に常に発生することに起因する熱や光による封止樹脂層４の劣化やセルストリングスのはんだ接合不良に伴う発電性能低下といった商品としての信頼性を損なう問題を引き起こすことになってしまう。
【００３５】
また、太陽電池セル５上に局所的な光のムラが発生すると、相対的に光量の少ない領域が直列抵抗として全体の足を引きずることになる。このため、太陽光の収束による発熱と同時に太陽電池セル５自体の抵抗発熱も増加し、太陽電池セル５が加熱される。太陽電池セル５としてたとえば熱による変換効率低下の大きいシリコンセルを用いている場合、高温環境下における性能低下が著しくなってしまう。
【００３６】
しかも、急峻すぎる光反射板では、太陽電池モジュール１の厚みが厚肉化しすぎ、重量増加や大きな設置スペースが必要となるという問題も生じる。これらの問題は、重量等に対する制約条件の多い住宅屋根や車両に設ける太陽電池モジュールの場合、特に顕著となる。
【００３７】
一方、凹部３Ｂの傾斜角度φを急峻にしたことによって生じる問題を回避するためには、単純に傾斜角度φを小さくすることが考えられる。しかしながら、凹部３Ｂの傾斜角度φを小さくすると、図３（ａ）に示すように、太陽光が太陽電池セル５を跨いで光反射面に再入射し、太陽電池モジュール１の外部にリークする現象が発生しやすくなる。このようなリーク光が発生すると、太陽電池モジュール１の全体がぎらついた外観を呈することとなり、外観品質が極めて重視される住宅屋根や自動車屋根への設置では商品性を低下させる大きな問題となってしまうことが判明した。
【００３８】
加えて、単純に凹部３Ｂの傾斜角度φを小さくした場合には、図３（ｂ）に示すように、冬場等の太陽光線が太陽電池モジュール１に浅い角度で入射した場合、光反射面によって十分に方向変換がなされないことが多くなる。凹部３Ｂによる方向変換が十分になされないと、光反射面に反射した反射光は、全反射条件を満足して太陽電池モジュール１の内部に留まっていることができずに、太陽電池モジュール１の外部にリークしてしまい、発電効率が低下することとなってしまう。このような太陽電池モジュール１の外部への反射光のリークにより、季節によって極端に大きな発電量の変動が生じ、冬場に発電量が極端に落ちてしまうことも判明した。
【００３９】
以上の問題に対して、太陽電池モジュールにおいて長期間の実用的な信頼性を保ちつつ、太陽電池セル５の使用量を最小限にとどめ、外観品質に優れ、季節変動も少ない太陽電池モジュールを実現するために本発明者らは凹部３Ｂの傾斜角度φの範囲について考察した。これらの要求に応えるためには、単純に凹部３Ｂの傾斜角度φを特定の範囲に保つだけでは不十分であり、太陽電池セル前面側クリアランスｔ、太陽電池セル５同士の配置間隔Ｌ、集光倍率ａ（＝Ｌ／太陽電池セル幅Ｓ）、および凹部３Ｂの傾斜角度φの４要素が特定の関係で保たれることが必須である。これらの４要素を調整し、太陽電池モジュール１に入射した太陽光が太陽電池セル５の前面に太陽光線が満遍なく集光し、太陽光が全反射現象によって太陽電池セル５の上にムラ無く導かれる光学系を構成することによって相乗的に上記の問題を解消することができる。
【００４０】
このように太陽電池セル５の前面に太陽光線が満遍なく集光する条件を定式化すると、図２（ａ）に示すように、太陽電池セル５同士について間隔を空けて配置した断面で見た座標系ｒをとり、太陽電池セル５の端部をｒ＝０、太陽電池セル５の配置ピッチをＬ、集光倍率をａとすれば、太陽電池セル５の間隔を２等分する凹部３Ｂの頂部におけるｒ座標系で表した位置ｒ１は、下記（７）式で表すことができる。
【００４１】
ｒ１＝Ｌ−（１／２）・（Ｌ−Ｌ／ａ）＝（１／２）（Ｌ／ａ＋Ｌ）  ・・・（７）
【００４２】
このとき、凹部３Ｂの傾斜角度は所定角度θであることから、凹部３Ｂの頂部と太陽電池モジュール光入射面の距離（モジュールの最厚肉部位の厚み）は、下記（８）式で表すことができる。
【００４３】
ｔ＋ｔａｎθ{１／２・（Ｌ−Ｌ／ａ）}  ・・・（８）
【００４４】
また、光反射面に入射した太陽光と反射された太陽光とのなす角度は、図２（ａ）に示すように２θとなる。したがって、前面板２での全反射過程を経て太陽電池セル５に到達する太陽光のｒ座標で表した位置ｒ２は、下記（９）式で表すことができる。
【００４５】
ｒ２＝１／２（Ｌ／ａ＋Ｌ）−ｔａｎ２θ〔ｔ＋ｔａｎθ{（１／２）・（Ｌ−Ｌ／ａ）}〕−ｔｔａｎ２θ  ・・・（９）
【００４６】
ここで、光反射面に反射した太陽光がムラ無く太陽電池セル５に入射するためには、位置ｒ２＝０でなければならない。このため、上記（９）式から下記（１０）式を得ることができる。
【００４７】
１／２（Ｌ／ａ＋Ｌ）−ｔａｎ２θ〔ｔ＋ｔａｎθ{（１／２）・（Ｌ−Ｌ／ａ）}〕−ｔｔａｎ２θ＝０  ・・・（１０）
【００４８】
上記（１０）式を変形することにより、上記（１）式を得ることができる。上記（１）式による条件によって算出される所定角度θを基準として凹部３Ｂの傾斜角度φが定められることになる。
【００４９】
太陽光の入射方位はさまざまであるため、上記（１）式より算出される所定角度θはあくまで基準角にすぎないが、前面板２の屈折率はガラスや透明樹脂で通常１．５程度の材料が用いられ、スネルの法則によって空気−前面板界面が大きく法線方向に変換されるため、上記（１）式は実用的には上記の課題を同時に満たす指標として極めて有用であることが判明した。より具体的には、各種検討の結果、前面板２における全反射条件を満たしつつ、かつ、季節変動による性能ばらつき、およびぎらつきによる外観の悪化を最小限にとどめられるのに適切な凹部３Ｂの傾斜角度φとして、上記（２）式〜（６）式の条件を満たすことが望ましくなる。
【００５０】
このように、太陽電池セル５の上にムラ無く導かれる光学系を構成し、太陽電池セル５の前面に太陽光線が満遍なく集光することにより、太陽電池セル５の場所による発電量の差が生じないようにすることができる。また、太陽電池セル５の位置がずれたとしても発電効率が局所的に急激に低下する事態を防止することができる。したがって、太陽電池セル５のずれに起因する太陽電池セル５の異常発熱の発生を防止することができるので、封止樹脂層４やはんだ部分の劣化を防止することができ、長期にわたる信頼性を確保することができる。
【００５１】
また、背面板３は、塑性変形可能なアルミや発泡性ポリエチレンフィルムに銀蒸着フィルム等の光反射フィルムが貼り合わされた構造となっている。このため、軟質で形状保持が困難な封止樹脂層４を用いて、凹部３Ｂの傾斜角度φを精密に制御した光学素子構造を形成することが可能となり、大型の太陽電池モジュールを製造しても精密な形状制御のされた集光型太陽電池モジュールを製造することができる。
【００５２】
さらに、光反射フィルムとしてもっとも適した銀蒸着フィルムでは酸素や水分が銀を劣化させてしまうが、塑性変形可能な厚肉の基板、たとえばアルミ基板が酸素や水分の拡散を阻害する。このため劣化が起こりやすく信頼性に劣る銀や銀合金を用いたとしても高い信頼性を確保することができる。また、熱変形によって背面板３が歪み、光学的な効率が低下する現象を防止することができるので、高温環境下での発電性能に優れ、砂漠等の広い地域で用いることができる。
【００５３】
しかも、広い角度から入射した太陽光が太陽電池セル５に満遍なく到達するので、季節変動による太陽電池モジュール１の性能低下が少なく、不要な反射光の発生を防止することができる。したがって、晴天下においてもぎらつきの発生を防止することができるとともに、意匠性に優れ、住宅の屋根や車のルーフに搭載しても商品価値を低下させないようにすることができる。
【００５４】
続いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の製造手順について説明する。まず、太陽電池セル５の製造手順について説明すると、厚み２００μｍなる単結晶ｐ型シリコンウェーハ上に熱拡散によりりん拡散を行って接合構造を形成する。次に、表面にエッチングによるテクスチャリング処理、およびＳｉＮによるパッシベーション処理と反射防止処理を施し、背面にはアルミニウム電極の熱拡散によるバックサーフェースフィールド構造の形成を行う。さらに、表面に印刷法を用いて銀フィンガー電極を形成し、太陽電池セル母材を生成する。
【００５５】
この太陽電池母材を１５ｍｍ×１２５ｍｍのセルサイズにダイシングして太陽電池セル５とする。ダイシングに際しては、ダイアモンド刃を用いたダイシング装置を用いる。この太陽電池セル５のセル変換効率は１７．１とされている。さらに、太陽電池セル５には、セル間隔が１５ｍｍとなるようにインターコネクタをはんだ付けして、３直列のセルストリングスを作成する。このインターコネクタは平型錫めっき銅線からなり、はんだ付けはリフロー法によって行われる。
【００５６】
続いて、太陽電池モジュール１全体の製造手順について説明する。図４は、太陽電池モジュール１の製造工程を示す工程図である。太陽電池モジュール１を製造する際には、まず、図４（ａ）に示す凹凸形状の背面板３を板金加工によって生成しておく。背面板の凹凸形状は、図４（ｂ）に示す金型の凹凸形状によって賦形されるが、ここでは、金型の凹凸形状に沿うように板金加工を行っておく。また、背面板３は、背面板基板３１に光反射板３２が貼り付けられて形成される。
【００５７】
背面板３を賦形する際には、図４（ｂ）に示すように、メス型である金型下枠５０を用いる。金型下枠５０の表面にはテフロン加工が施されている。また、金型下枠５０の表面には、背面板３を賦形するための型が付されている。この金型下枠５０内に背面板３をインサートし、さらに、エチレン−酢酸共重合体樹脂（ＥＶＡ樹脂）からなるＥＶＡ樹脂の厚膜シート（ＥＶＡフィルム）４０を金型下枠５０上にセットする。このＥＶＡ樹脂層が封止樹脂層４となる。
【００５８】
背面板３を金型下枠５０内にインサートし、ＥＶＡ樹脂の厚膜シートを金型下枠５０上にセットしたら、金型上枠５１をセットし、金型下枠５０および金型上枠５１内を真空状態として真空吸引を行う。その後、ＥＶＡ樹脂の熱変形温度以上かつ架橋開始温度以下の温度下でプレス加工を施す。このプレス加工にことによって、図４（ｃ）に示す背面板３と低架橋ＥＶＡ樹脂からなる封止樹脂層４の接合成形体である前駆体を生成する。
【００５９】
ここで、光反射板３２の板金加工に通常のプレス加工法を用いたのでは、蒸着層薄膜の剥離や破断、分解が発生し、簡単に光反射率が低下してしまう。このため、光反射板３２の賦形加工には、プレスブレーキ加工のごとく、極力、光反射板３２の延伸変形（引張応力）を与えない加工が用いられ、蒸着層にダメージを与えないように行われる。この際、光反射板３２の曲げ部に関して、表面を鋭角状にエッジ処理する単純な曲げ加工を行うと光散乱が発生しやすくなり、外観品質を損なって商品価値を低下させる。また、さらにこの悪影響ばかりでなく、折角形成した銀蒸着層に水分や酸素が行き渡りやすくなり、簡単に光反射率の低下を招いてしまい、２０年にも渡る長期間の耐久性能の確保が求められる太陽電池モジュールに用いる光反射板３２としては利用価値が低いものとなる。そこで、金属基板（塑性基板）と光反射フィルムの接合体からなる光反射板３２の場合には、マイクロクラックが発生しないように曲げ加工には、少なくとも０．００５ｍｍ以上、好ましくは０．０１ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ以上のＲが銀蒸着層に形成されるように加工が施され、外観品質の改善が図られる。本実施形態においては、Ｒ＝０．０９ｍｍのＲを各曲げ部に賦形し、金型下枠５０内にインサートする光反射板３２が得られる。
【００６０】
こうして前駆体を生成したら、図５（ａ）に示すように、太陽電池セル５が前駆体の薄肉部（封止樹脂層４の厚さが薄い部分）に一致するように配置する。また、太陽電池セル５同士の間の部分は、前駆体の薄肉部を避けた位置に配置する。さらに、太陽電池セル５の配置に合わせてセルストリングス配置する。
【００６１】
続いて、前駆体（背面板３および封止樹脂層４）、セルストリングス（太陽電池セル５）、ＥＶＡフィルム４１、前面板２の順序で積み重ねた後、ダイアフラム型真空ドライラミネータによって真空ドライラミネートを行い、図５（ｂ）に示すように、真空プレスＦをかける。真空ラミネートが済んだら、太陽電池モジュール１を真空ドライラミネータから取り出す。真空ドライラミネートを行う際の熱プレス条件は、１４０℃、１７分間とする。こうして生成された太陽電池モジュール１は、図５（ｃ）に示すように、背面板基板３１および光反射板３２を備える背面板３の表面側に前面板２が設けられ、前面板２と背面板３との間に、複数の太陽電池セル５が封入された封止樹脂層４が形成されたものとなる。
【００６２】
上記の工程で太陽電池モジュール１を生成することにより、前駆体が予め高精度に光学素子形状に賦形されるとともに、モジュールを加工するラミネート工程で不要な応力がセルストリングスに加えないようにすることができる。このため、光学素子形状が精密にコントロールされた背面板３に対して、セルストリングスを極めて高い精度で位置決めすることができ集光光学系の構造を最適に保った高い発電性能の太陽電池モジュールを得ることができる。
【００６３】
しかも、上記の工程で生成した太陽電池モジュール１では、たとえば１ｍ角程度に大型化したとしても、光反射板は薄肉の金属板が板金加工された構造が基板となっている。このため、熱膨張・収縮を繰り返したとしても歪が蓄積することがなく、光反射板自体の波板構造がバネとしての役割を果たし、熱収縮応力を柔軟に吸収することが可能となる。したがって、軟質のエチレン酢酸ビニル共重合体からなる封止樹脂が、元来、熱収縮応力を逃がす作用を備えているため、長期間使用したとしてもモジュール内部に応力歪が蓄積することがほとんどなく、砂漠等の過酷な環境下で使用したとしても光反射板の剥離やひび割れの発生を防止することができる。その結果、極めて長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを非常に高い生産性で得ることができる。
【００６４】
ここで、太陽電池セル５同士の間における背面板３の凹部３Ｂ（図１参照）の傾斜角度φについてさらに具体的な数値を用いて説明する。たとえば、太陽電池モジュール１の集光倍率ａ＝２として、太陽電池セル５同士の配置間隔Ｌ＝３０ｍｍ、封止樹脂層４の加工による圧縮を考慮に入れた太陽電池セル５の受光面から前面板２の表面までの前面側クリアランスである太陽電池セル前面側クリアランスｔ＝５．５とする。
【００６５】
これらの条件の下、上記（１）式で示す所定角度θ（０°＜θ＜９０°）を基準として、上記（２）式を満たす傾斜角度φは、２１°〜４３°の範囲となる。また、上記（３）式を満たす傾斜角度φは、２３°〜４０°の範囲となり、上記（４）式を満たす傾斜角度φは、２４°〜３５°の範囲となる。さらに、上記（５）式を満たす傾斜角度φは、２５°〜３３°の範囲となり、上記（６）式を満たす傾斜角度φは、２７°〜３１°の範囲となる。ここで、背面板３における凹部３Ｂの傾斜角度φは大部分の領域に渡って傾斜角度φの角度範囲に形状制御されていることが重要であり、少なくとも８０％以上のセル間隔領域が上記の角度範囲に収められるべく光反射板の形状は賦形されることが望ましい。また、曲面形状においては、各位置での接線を用いて傾斜角度φを規定し、以下の（Ａ）式で示す平均値ｐをもって傾斜角度φを定めることができる。
【数１】
2011124510.tif 000003
【００６６】
また、光反射板を介して太陽電池セル５に集光される太陽光に関し、太陽電池セル５への光照射強度を太陽電池セル５の面内で均一化し、かつ、季節変動に対するロバスト性を保つためには、太陽電池セル前面側クリアランスｔと、太陽電池セル５同士の配置間隔Ｌおよび太陽電池セル５の幅である太陽電池セル幅Ｓの差ｕ（＝Ｌ−Ｓ）との間には、ｔ＞０．１５ｕの関係があることが好適となる。さらには、ｔ＞０．２であることが好適であり、さらには、ｔ＞０．２５であることが好適である。こうして、前面板２とセル間隔Ｌを決定することが好ましい。
【００６７】
こうして集光光学系が高効率に保たれた太陽電池モジュール１を生成することにより、モジュール変換効率はφ＝２５°において１２．２％、φ＝３３°において１３．１％、φ＝２８°において１４．８％となり、設置方位や季節変動による影響も少ない、実用性に優れた太陽電池モジュール１を得ることができる。また、集光した太陽光が太陽電池セルにムラ無く均一に照射されるため、局所的なホットスポットの発生がなく、なおかつ製造時のセルの位置ずれに対しても非常に安定性の高い、長期信頼性に優れた太陽電池モジュール１を得ることができる。
【００６８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの側断面図である。
【００６９】
図６に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様、前面板２および背面板３を備えており、前面板２と背面板３との間に封止樹脂層４が形成されている。また、封止樹脂層４には、複数の太陽電池セル５が並設されて封止されている。
【００７０】
また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０における太陽電池セル５は、両面受光型であり、そのバイフェイシャリティ（両面の発電性能比率）は０．７とされている。また、封止樹脂層４に複数の太陽電池セル５が設けられており、太陽電池セル５同士は等間隔の配置間隔で配置されている。
【００７１】
さらに、背面板３は、塑性変形可能な基板と光反射フィルムを貼り合わせた構造とされている。また、背面板３は、凹凸形状をなしており、太陽電池セル５の裏面側に配置された狭凸部３Ｃと、狭凸部３Ｃ同士の間に配置された広凸部３Ｄとを備えている。狭凸部３Ｃと広凸部３Ｄとの間が凹部となっている。
【００７２】
狭凸部３Ｃは、太陽電池セル５の幅方向中心Ｃ１に配置されている。また、広凸部３Ｄは、および太陽電池セル５同士の間の中心Ｃ２にほぼ対応する位置に配置されている。また、狭凸部３Ｃと広凸部３Ｄとの境目となっている凹部は、太陽電池セル５の端部にほぼ対応する位置に配置されている。
【００７３】
したがって、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０における背面板３は、上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１における背面板３と相違点は、主に太陽電池セルの態様および背面板３の形状にある。上記第１の実施形態では、太陽電池セル５が片面受光型であるのに対して、本実施形態では両面受光型とされている。また、上記第１の実施形態では、背面板３における太陽電池セル５の裏面側が直線部３Ａであるのに対して、本実施形態では背面板３における太陽電池セル５の裏面側が狭凸部３Ｃとなっている点において主に異なっている。
【００７４】
また、太陽電池セル幅Ｓ、太陽電池セル前面側クリアランスｔ、太陽電池セル５同士の配置間隔Ｌ、集光倍率ａ（＝Ｌ／Ｓ）、および前面板２の屈折率ｎとして、上記（１）式を満たす所定角度θを用いて、傾斜角度φが上記（２）式の関係を満たしている。さらに望ましくは、上記（３）式〜（６）式を満たしている。その他の点については、上記第１の実施形態と同様の構成を有している。
【００７５】
以上の構成を有する本実施形態に係る太陽電池モジュール１０においては、上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様の作用効果を奏する。特に、太陽電池モジュール１０が上記（２）式〜（６）式の関係を満たしていることにより、光反射面で反射した光が太陽電池セル５に到達する際における照射ムラを防止することにより、発電効率の向上を図ることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、太陽電池セル５として、両面受光型を用いている。このため、極めて広い角度範囲から入射した太陽光を太陽電池セル５で集光することが可能となる。したがって、曇天などの完全拡散光環境下においても高い発電性能を維持することができるとともに、高緯度地域においても商品性が損なわれることがなく、実用的な発電性能を年間にわたって維持することができる。
【００７７】
また、太陽電池セル５として、両面受光型を用いることにより、太陽電池セル５の位置がわずかにずれたとしても、発電性能の低下を極めて小さく留めることができる。したがって、太陽電池モジュール１０を量産した際においても、品質安定性に優れた太陽電池モジュール１０製造することができる。
【００７８】
さらには、太陽電池セル５同士を接続するインターコネクタと背面板３との距離を遠くすることができる。このため、背面板３に高反射率な銀合金を用いたとしても電圧リークの発生を防止することができる。したがって、太陽電池モジュール１０として、耐電圧性能の高いものとすることができ、安全性に優れ、メガソーラ等の大規模発電設備に対しても容易に用いることができる。
【００７９】
次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０の製造手順について説明する。まず、太陽電池セル５の製造手順について説明すると、ｐ型シリコンウェーハを基板とし、りん拡散とボロン拡散によってｎ層、ｐ層を形成したｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を備える太陽電池母材を形成する。
【００８０】
太陽電池母材の厚さは２００μｍとし、セル表面には光学薄膜による反射防止加工とテクスチャリング加工とが施され、表面反射ロスによる発電量の損失を減らす構造とされている。その後、太陽電池母材を１５ｍｍ×１２５ｍｍのセルサイズにダイシングし、バイフェイシャリティが０．８５、表面側のセル変換効率が１５．０％である両面受光型の太陽電池セル５とする。
【００８１】
続いて、太陽電池モジュール１全体の製造手順について説明する。なお、ここでの製造工程では、背面板３の形状を簡略化して描いている。図７は、太陽電池モジュール１の製造工程を示す工程図である。太陽電池モジュール１を製造する際には、まず、図７（ａ）に示す凹凸形状の背面板３を板金加工によって生成しておく。背面板の凹凸形状は、図７（ｂ）に示す金型の凹凸形状によって賦形される。また、背面板３は、背面板基板３１に光反射板３２が貼り付けられて形成される。
【００８２】
背面板３を賦形する際には、図７（ｂ）に示すように、メス型である金型下枠５０を用いる。また、金型下枠５０の表面には、背面板３を賦形するための凹凸状の型が付されている。この金型下枠５０内に背面板３をインサートし、さらに、封止樹脂層４となるＥＶＡ樹脂の厚膜シート（ＥＶＡフィルム）４１を金型下枠５０上にセットする。
【００８３】
その後、金型上枠５１をセットし、金型下枠５０および金型上枠５１内を真空状態として真空吸引を行う。その後、ＥＶＡ樹脂の熱変形温度以上かつ架橋開始温度以下の温度下でプレス加工を施す。このプレス加工にことによって、図７（ｃ）に示す前駆体を生成する。本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の処理によって前駆体を生成することにより、集光素子形状や太陽電池セルストリングスとの位置関係を極めて高精度に保つことができる。すなわち、前駆体形成においては、ＥＶＡ樹脂の架橋が進行しない条件の下で成型を行うことが重要であり、より具体的にはトルエン抽出法による架橋率が５０％以下、好ましくは３０％以下とされる。
【００８４】
こうして前駆体を生成したら、図８（ａ）に示すように、太陽電池セル５の中心線および太陽電池セル５同士における間隙の中心線がそれぞれ前駆体（背面板３）の薄肉部に一致するように配置する。また、太陽電池セル５の配置に合わせてセルストリングス配置する。このとき、太陽電池セル５の配置間隔Ｌを２０ｍｍとし、銅インターコネクタをはんだ付けして３直列のセルストリングスを形成する。銅インターコネクタの幅は２ｍｍとし、銅インターコネクタは、ニッケルめっきを施されている。また、はんだ付けをする際には、スズ−銀−銅系の鉛フリーはんだを用いる。
【００８５】
さらに、前面板２には、白板強化ガラスを用いる。この前面板２の厚みは４ｍｍであり、屈折率は１．４９である。また、封止樹脂層４を形成する封止材としては、厚さ０．６ｍｍ程度のＥＶＡフィルムを用いる。
【００８６】
続いて、前駆体（背面板３および封止樹脂層４）、セルストリングス（太陽電池セル５）、ＥＶＡフィルム４１、前面板２の順序で積み重ねた後、ダイアフラム型真空ドライラミネータによって真空ドライラミネートを行い、図８（ｂ）に示すように、真空プレスＦをかける。真空ラミネートが済んだら、太陽電池モジュール１０を真空ドライラミネータから取り出す。こうして生成された太陽電池モジュール１０は、図８（ｃ）に示すように、背面板基板３１および光反射板３２を備える背面板３の表面側に前面板２が設けられ、前面板２と背面板３との間に、複数の太陽電池セル５が封入された封止樹脂層４が形成されたものとなる。
【００８７】
ここで、上記第１の実施形態と同様、背面板３における広凸部３Ｄの傾斜角度φは大部分の領域に渡って傾斜角度φの角度範囲に形状制御されていることが重要である。具体的には、少なくとも８０％以上のセル間隔領域が上記の角度範囲に収められるべく光反射板の形状は賦形される。また、傾斜角度φは、上記第１の実施形態と同様、隣接した太陽電池セル５の間隔において上記の傾斜角度φの角度範囲に収められていればよく、太陽電池セル５の直下の形状は特に問わないものである。
【００８８】
上記の工程で太陽電池モジュール１を生成することにより、上記第１の実施形態と同様、集光光学系の構造を最適に保った高い発電性能の太陽電池モジュールを得ることができる。また、砂漠等の過酷な環境下で使用したとしても光反射板の剥離やひび割れの発生を防止することができ、極めて長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを非常に高い生産性で得ることができる。
【００８９】
さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、集光した太陽光が太陽電池セル５の両面にわたって拡散されムラなく均一に照射される。このため、局所的なホットスポットの発生を防止することができ、長期間の耐久性に優れた太陽電池モジュール１０つとすることができる。さらには、太陽電池セル５が両面受光型であることにより、インターコネクタと背面板３との間に設けられる導電部を遠くに配置することができる。したがって、耐リーク性能（耐電圧性能）を高く保つことが可能となり、システム電圧を高めることに必要な大規模発電設備（メガソーラ）にも容易に適用することができる。
【００９０】
また、本実施形態に対する比較例として太陽電池モジュールを生成し、そのモジュール変換効率を測定した。まず、上記第１の実施形態と同一の素材の各素子を用いて、傾斜角度φを１８°として太陽電池モジュールを生成し、モジュール変換効率を測定した。その結果、モジュール変換効率は８．９％となり、光反射面で反射した光の大部分が損失した低い性能しか得ることができなかった。また、光反射面で反射した反射光が太陽電池モジュールの外部にリークするため、ぎらついた外観を呈し、外観的にも実用性の低いものとなった。
【００９１】
また、上記第２の実施形態と同一の素材の各素子を用いて、傾斜角度φを４７°として太陽電池モジュールを生成し、モジュール変換効率を測定した。その結果、モジュール変換効率は９．７％となり、光反射面で反射した光の大部分が損失した低い性能しか得ることができなかった。また、光反射面で多重反射が発生し、多重反射によるリーク光が大量に発生し、太陽電池モジュール内部への光の閉じ込め効果が極めて低く、発電性能が十分でない結果となった。
【００９２】
また、上記第１の実施形態に太陽電池モジュールの製造工程において、太陽電池セル５を封止して真空ドライラミネートを行うにあたり、前駆体、セルストリングス、ＥＶＡフィルム、前面板の順序で積み重ねている。これに対して、図９（ａ）に示すように、前駆体（封止樹脂層４）とセルストリングス（太陽電池セル５）との間に、さらにＥＶＡフィルム４１を介在させる態様とすることもできる。
【００９３】
同様に、上記第２の実施形態に太陽電池モジュールの製造工程において、太陽電池セル５を封止して真空ドライラミネートを行うにあたり、前駆体、セルストリングス、ＥＶＡフィルム、前面板の順序で積み重ねている。これに対して、図９（ｂ）に示すように、前駆体（封止樹脂層４）とセルストリングス（太陽電池セル５）との間に、さらにＥＶＡフィルム４１を介在させる態様とすることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０…太陽電池モジュール、２…前面板、３…背面板、３Ａ…直線部、３Ｂ…凹部、３Ｃ…狭凸部、３Ｄ…広凸部、４…封止樹脂層、５…太陽電池セル、３１…背面板基板、３２…光反射板。
【図１】
2011124510.tif 000004
【図２】
2011124510.tif 000005
【図３】
2011124510.tif 000006
【図４】
2011124510.tif 000007
【図５】
2011124510.tif 000008
【図６】
2011124510.tif 000009
【図７】
2011124510.tif 000010
【図８】
2011124510.tif 000011
【図９】
2011124510.tif 000012