(57)【要約】  太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３と、太陽電池１１の裏面側を通り第２保護部材１３の裏面側に引き出された出力配線材１６と、第２保護部材１３の裏面側に設けられ、出力配線材１６が接続された端子部と、太陽電池１１と第１保護部材１２との間に設けられた第１充填材１４ａと、第１充填剤１４ａと異なる材料で構成され、太陽電池１１と第２保護部材１３との間に設けられた第２充填剤１４ｂと、第１充填剤１４ａと同じ材料で構成され、太陽電池１１と出力配線材１６との間に設けられた第３充填剤１４ｃとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池と、
前記太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、
前記太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、
前記太陽電池の裏面側を通り前記第２保護部材の裏面側に引き出された出力配線材と、
前記第２保護部材の裏面側に設けられ、前記出力配線材が接続された端子部と、
前記太陽電池と前記第１保護部材との間に設けられた第１充填材と、
前記第１充填剤と異なる材料で構成され、前記太陽電池と前記第２保護部材との間に設けられた第２充填剤と、
前記第１充填剤と同じ材料で構成され、前記太陽電池と前記出力配線材との間に設けられた第３充填剤と、
を備えた太陽電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第１及び前記第３充填剤を構成する樹脂は、前記第２充填材を構成する樹脂よりも架橋密度が高い、太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第３充填材は、モジュールの厚み方向に前記端子部と重なって設けられている、太陽電池モジュール。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、一般的に、複数の太陽電池が導線で接続されてなる太陽電池のストリングを、２つの保護部材で挟持し、各保護部材の間に充填剤を充填した構造を有する（例えば、特許文献１参照）。保護部材としては、例えば、太陽光が主に入射する受光面側にガラス基板が、裏面側に樹脂製シートがそれぞれ用いられる。特許文献１では、耐候性及び耐熱性の両立を目的として、ガラス基板に接する受光面側充填材と、樹脂製シートに接する裏面側充填材とで、組成の異なる樹脂を用いることが開示されている。【０００３】
太陽電池モジュールは、太陽電池から電力を取り出すためにモジュールの裏面側に引き出されて端子部に接続される出力配線材を備える。太陽電池モジュールは、例えば、出力配線材が取り付けられた太陽電池のストリングを、保護部材及びシート状充填剤を用いてラミネートすることにより製造される。この場合、各保護部材に接する２つのシート状充填剤の他に、太陽電池と出力配線材との間に第３の充填剤が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、出力配線材が接続される端子部は、太陽電池の発電時に高温になり易く、その近傍は他の部分と比べて発電時と非発電時の温度差が大きくなる。かかる大きな温度変化は、太陽電池モジュールの出力特性に悪影響を与える場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、第３の充填材として太陽電池の受光面側に設けられる充填材と同じ材料で構成されるものを用いることにより、太陽電池モジュールの出力特性が改善されることを見出した。こうして、本発明者らは本発明を成し得たのである。【０００７】
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、太陽電池の裏面側を通り第２保護部材の裏面側に引き出された出力配線材と、第２保護部材の裏面側に設けられ、出力配線材が接続された端子部と、太陽電池と第１保護部材との間に設けられた第１充填材と、第１充填剤と異なる材料で構成され、太陽電池と第２保護部材との間に設けられた第２充填材と、第１充填剤と同じ材料で構成され、太陽電池と出力配線材との間に設けられた第３充填材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力特性が改善された太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールを受光面側から見た図である。
【図２】図１のＡＡ線断面の一部を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１１】
本明細書において、太陽電池モジュール及び太陽電池の「受光面」とは太陽光が主に入射（５０％超過〜１００％）する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。受光面、裏面の用語は、保護部材等の他の構成要素についても使用する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に、その他の部材が存在する場合を含む。
【００１２】
図１，２に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。複数の太陽電池１１は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３により挟持されると共に、各保護部材の間に充填された充填剤１４により封止されている。詳しくは後述するように、充填剤１４の層は、３つの充填剤から構成されている。
【００１３】
本実施形態では、隣り合う太陽電池１１同士が導線１５で接続されて複数（例えば、６つ）のストリングが形成されている。ストリングとは、列状に配置された複数の太陽電池１１が導線１５によって直列接続されたものである。太陽電池モジュール１０は、ストリングの端（太陽電池１１の列の端）に配置された太陽電池１１の端縁から延出する導線１５が接続される配線材を備える。
【００１４】
太陽電池モジュール１０は、上記配線材として、太陽電池１１から電力を取り出すための出力配線材１６を備える。出力配線材１６は、太陽電池１１の裏面側を通って、第２保護部材１３の裏面側に引き出される。なお、出力配線材１６は、複数の部材を接合して構成されていてもよいし、１つの部材で構成されていてもよい。配線材としては、出力配線材１６の他に、ストリング同士を単に接続する接続配線材（図示せず）が設けられる。
【００１５】
本実施形態では、正極端子、負極端子として各々２つずつ、合計４つの出力配線材１６が設けられている。各出力配線材１６は、導線１５（ストリング）の長手方向に略直交して延び、各導線１５が接続される第１部分１６ｘと、導線１５の長手方向と略平行に延びる第２部分１６ｙとを有する。各出力配線材１６の第２部分１６ｙは、中央２列のストリングの端に位置する太陽電池１１ｆ，１１ｇのちょうど裏側を通り、その先端側が後述の端子ボックス１７に引き込まれている。
【００１６】
太陽電池モジュール１０は、第２保護部材１３の裏面側に設けられた端子部を備える。端子部は、出力配線材１６及び外部装置につながる電力ケーブルが接続される端子台（図示せず）と、これを格納する端子ボックス１７とを備えることが好適である。端子ボックス１７は、端子台の他に、出力の安定化に寄与するバイパスダイオードを内蔵することが好ましい。本実施形態では、太陽電池モジュール１０の厚み方向に太陽電池１１ｆ，１１ｇと重なる位置に端子ボックス１７が取り付けられている。端子ボックス１７は、出力配線材１６が引き出された位置に取り付けられることが好適である。
【００１７】
太陽電池モジュール１０は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３の周縁に取り付けられたフレーム１８を備えることが好適である。フレーム１８は、保護部材の周縁を保護すると共に、モジュールを屋根等に設置する際に利用される。
【００１８】
太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部には、例えば、その受光面上に受光面電極が、裏面上に裏面電極がそれぞれ形成される（いずれも図示せず）。裏面電極は、受光面電極よりも大面積に形成されることが好適である。太陽電池１１の構造は特に限定されず、例えば光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。なお、電極面積が大きい方の面又は電極が形成される面が「裏面」であるといえる。
【００１９】
光電変換部は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、半導体基板上に形成された非晶質半導体層と、非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。具体例としては、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成し、裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成した構造が挙げられる。透明導電層は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。
【００２０】
電極は、例えば複数のフィンガー部と、複数のバスバー部とからなる。フィンガー部は、透明導電層上の広範囲に形成される細線状の電極であり、バスバー部は、フィンガー部からキャリアを収集する電極である。本実施形態では、光電変換部の各面上に３本のバスバー部が設けられ、導線１５は各バスバー部上にそれぞれ取り付けられている。導線１５は、アルミニウム等の金属からなる細長い部材であって、隣り合う太陽電池１１同士を直列に接続してストリングを形成する。導線１５は、隣り合う太陽電池１１の間で太陽電池モジュール１０の厚み方向に曲がって、一方の太陽電池１１の受光面と他方の太陽電池１１の裏面とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる。
【００２１】
第１保護部材１２には、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは特に限定されないが、好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍ程度である。
【００２２】
第２保護部材１３には、第１保護部材１２と同じ透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。本実施形態では、第２保護部材１３として樹脂フィルムを用いる。樹脂フィルムは特に限定されないが、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである。水分透過性を低くする等の観点から、樹脂フィルムには、アルミニウム等の金属層やシリカ等の無機化合物層が形成されていてもよい。樹脂フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましくは１００μｍ〜３００μｍ程度である。
【００２３】
充填剤１４は、太陽電池１１を封止するために用いられる。充填剤１４の構成材料は、後述するラミネート工程に適用可能な樹脂を主成分（５０重量％超過）とし、好ましくは当該樹脂を８０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上含む。充填剤１４には、樹脂の他に、酸化防止剤や難燃剤、後述の充填剤１４ｂには酸化チタン等の顔料など、各種添加剤が含まれていてもよい。
【００２４】
充填剤１４の主成分として好適な樹脂は、炭素数２〜２０のαオレフィンから選らばれる少なくとも１種を重合して得られるオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとその他のαオレフィンとのランダム又はブロック共重合体など）、エステル系樹脂（例えば、ポリオールとポリカルボン酸又はその酸無水物・低級アルキルエステルとの重縮合物など）、ウレタン系樹脂（例えば、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物（ジオール、ポリオールリオール、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオール等）との重付加物など）、エポキシ系樹脂（例えば、ポリエポキシドの開環重合物、ポリエポキシドと上記活性水素基含有化合物との重付加物など）、αオレフィンとカルボン酸ビニル、アクリル酸エステル、又はその他ビニルモノマーとの共重合体などが例示できる。
【００２５】
これらのうち、特に好ましくはオレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）、及びαオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体である。αオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が特に好ましい。
【００２６】
充填剤１４には、太陽電池１１と第１保護部材１２との間に設けられた第１充填剤１４ａ（以下、単に「充填剤１４ａ」とする）、太陽電池１１と第２保護部材１３との間に設けられた第２充填剤１４ｂ（以下、単に「充填剤１４ｂ」とする）、太陽電池１１と出力配線材１６との間に設けられた第３充填剤１４ｃ（以下、単に「充填剤１４ｃ」とする）が含まれる。即ち、充填剤１４ａは、太陽電池１１の受光面側に配置され、充填剤１４ｂ，１４ｃは、太陽電池１１の裏面側に配置される。充填剤１４ａ，１４ｂの厚みは特に限定されないが、好ましくは１００μｍ〜６００μｍ程度である。
【００２７】
充填剤１４ａ，１４ｂは、温度サイクル耐性や高温高湿耐性の両立等の観点から、互いに異なる材料で構成される。充填剤１４ａ，１４ｂは、例えば、主成分の樹脂組成を同じとし、主成分の量や上記添加剤の種類等を互いに異ならせてもよいが、好ましくは組成が異なる樹脂を主成分とする。充填剤１４ａ，１４ｂの好適な構成材料及びその組み合わせは、太陽電池モジュール１０の構造や用途（使用環境）によっても異なるが、一般的に好ましくは、充填材１４ａに架橋密度の高い樹脂を用い、充填剤１４ｂに架橋密度の低い樹脂を用いる。即ち、充填剤１４ａを構成する樹脂（以下、「樹脂１４ａ」とする）は、充填剤１４ｂを構成する樹脂（以下、「樹脂１４ｂ」とする）よりも架橋密度を高くすることが好ましい。なお、樹脂の架橋密度はゲル分率により評価できる。
【００２８】
ゲル分率は、下記の方法により測定される。
測定対象となる樹脂を１ｇ準備し、１２０℃、１００ｍｌのキシレンに２４時間浸漬する。その後、キシレン中の残留物を取り出し、８０℃で１６時間乾燥させ、乾燥後の残留物の質量を測定する。そして、式（１）に基づいてゲル分率（％）を算出する。
式（１）：ゲル分率（％）＝（残留物の質量）／（浸漬前の樹脂の質量）
樹脂のゲル分率は、樹脂の架橋密度が高いほど高くなり、架橋密度が低いほど低くなる傾向にある。
【００２９】
樹脂１４ａのゲル分率は、５０％〜９０％程度が好ましく、５５％〜８０％程度がより好ましい。樹脂１４ｂのゲル分率は、樹脂１４ａよりも低く、好ましくは４０％以下である。樹脂１４ｂは、非架橋性の樹脂（ゲル分率が略０％）であってもよい。樹脂の架橋密度は、例えば、架橋構造を形成する架橋剤の種類や添加量を変化させることで調整できる。架橋剤の種類は、樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。ＥＶＡを用いる場合には、ベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン等の有機化酸化物を架橋剤として用いることが好ましい。
【００３０】
充填剤１４ｃは、太陽電池１１と出力配線材１６との接触を防止するために設けられる。上記のように、出力配線材１６が引き出された位置に端子ボックス１７が取り付けられるため、充填剤１４ｃは端子ボックス１７の近傍に位置している。本実施形態では、各出力配線材１６の第２部分１６ｙが太陽電池１１ｆ，１１ｇのちょうど裏側に配置されているため、各第２部分１６ｙと太陽電池１１ｆ，１１ｇの裏面との間に充填剤１４ｃが設けられている。
【００３１】
充填剤１４ｃは、充填剤１４ａと同じ材料で構成される。ここで、「材料が同じ」とは、主成分の樹脂だけでなく添加剤等の種類や含有量も同じであることを意味する。即ち、充填剤１４ａ，１４ｃの構成材料は、材料の組成及び材料の含有比率が互いに同じであって、充填剤１４ａ，１４ｃの物性（軟化温度や熱膨張係数等）が互いに同じであることを意味する。「同じ」とは、完全に同一である場合だけでなく、実質的に同一と認められる場合を含む。例えば、製造ロットの違いにより生じ得る程度の組成等の相違があっても、それらは実質的に同一であると認められる。
【００３２】
充填剤１４ｃを構成する樹脂（以下、「樹脂１４ｃ」とする）は、架橋性であることが好ましく、樹脂１４ａと同じ架橋密度を有し、ゲル分率は互いに略同一である。樹脂１４ｃの架橋密度は、樹脂１４ｂの架橋密度よりも高いことが好ましい。充填剤１４は、充填剤１４ｃが配置される部分において受光面側から順に、高架橋性樹脂／（太陽電池１１）／高架橋性樹脂／低架橋性又は非架橋性樹脂の積層構造を有する。
【００３３】
樹脂１４ａ，１４ｂ，１４ｃの好適な組合せの一例としては、いずれもオレフィン系樹脂又はＥＶＡであって、架橋密度が樹脂１４ａ，１４ｃ＞１４ｂである場合、樹脂１４ａ，１４ｃが架橋性のＥＶＡであって、樹脂１４ｂが非架橋性のオレフィン系樹脂である場合などが挙げられる。
【００３４】
充填剤１４ｃは、上記のように、端子ボックス１７の近傍に配置される。本実施形態では、出力配線材１６が配置される範囲を超え、太陽電池１１ｆ，１１ｇの裏面を広く覆って充填剤１４ｃが設けられている。充填剤１４ｃは、太陽電池モジュール１０の厚み方向に端子ボックス１７と重なり、端子ボックス１７の受光面側に向いた面上を完全に覆って設けられている。充填剤１４ｃの面積は、太陽電池モジュール１０の寸法等によっても異なるが、例えば充填剤１４ａ，１４ｂの面積の１／２以下、好ましくは１／５以下である。充填剤１４ｃの厚みは特に限定されないが、好ましくは充填剤１４ａ，１４ｂの１／４〜１／２程度である。
【００３５】
太陽電池モジュール１０では、発電時と非発電時における温度変化が大きくなる部分、即ち端子ボックス１７の近傍（端子ボックス１７の直上）において、太陽電池１１の受光面側と裏面側とで同じ材料から構成される充填剤１４ａ，１４ｃを用いている。これにより、端子ボックス１７の直上に位置する太陽電池１１ｆ，１１ｇに作用するせん断応力を低減することができる。これは、充填材剤１４ａ，１４ｃの物性が同じであるから、太陽電池１１ｆ，１１ｇの受光面側と裏面側とで充填材の熱変形（熱膨張・収縮）が同程度になるためであると考えられる。特に、充填材剤１４ａ，１４ｃを架橋性にした場合は、耐クリープ性が向上し、その効果が向上すると考えられる。
【００３６】
上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、出力配線材１６等の配線材が接続された太陽電池１１のストリングを、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及びシート状の充填剤１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（以下、「充填剤シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ」という）を用いてラミネートすることにより製造される。
【００３７】
図３に示すように、上記ラミネート工程では、まず太陽電池１１と出力配線材１６との間に充填剤シート１４ｃを差し込んで、これらの接触を防止する。出力配線材１６は、充填剤シート１４ｂ及び第２保護部材１３に形成されたスリット１９から裏側に引き出される。ラミネート装置では、ヒーター上に、第１保護部材１２、充填剤シート１４ａ、太陽電池１１、充填剤シート１４ｃ、充填剤シート１４ｂ、及び第２保護部材１３を受光面側から順に積層し、当該積層体を真空状態で１５０℃程度に加熱する。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら加熱を継続し、充填剤シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃを構成する樹脂を架橋させる。最後に、端子ボックス１７、フレーム１８等を取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。
【００３８】
以上のように、太陽電池モジュール１０によれば、充填剤１４ｃに充填剤１４ａと同じ材料を適用することにより、太陽電池１１ｆ，１１ｇに作用するせん断応力を低減して、電極接触抵抗の増加等による出力低下を抑制することが可能になる。太陽電池モジュール１０は、例えば、充填剤１４ｃに充填剤１４ｂと同じ材料を適用した場合と比べて出力特性が大きく改善される。
【符号の説明】
【００３９】
１０  太陽電池モジュール、１１  太陽電池、１２  第１保護部材、１３  第２保護部材、１４  充填材、１４ａ  第１充填材、１４ｂ  第２充填材、１４ｃ  第３充填材、１５  導線、１６  出力配線材、１７  端子ボックス、１８  フレーム、１９  スリット
【図１】
2015056399.tif 000003
【図２】
2015056399.tif 000004
【図３】
2015056399.tif 000005
【国際調査報告】
2015056399.tif 000006
2015056399.tif 000007
2015056399.tif 000008
2015056399.tif 000009