(57)【要約】【課題】  耐荷重性能を向上し、破損による動作不良を低減する。【解決手段】  太陽電池モジュール１は、太陽電池層１２が形成される表面保護材１１に対して、例えば、表面保護材１１よりも１辺の長さが大きい青板強化ガラスを裏面保護材１４として、ＥＶＡ等の充填材１３、太陽電池層１２が形成された表面保護材１１の順に積層し、ラミネータにより一体化する。最後にアルミニウムフレーム１５を、シリコーン等の接着材１６を介して、裏面保護材１４に取り付ける。表面保護材１１とアルミニウムフレーム１５との間は、流動性シリコーン等の樹脂材料によって封止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側に配設された透光性を有する表面部材と、
反受光面側の裏表面を形成する裏面部材と、
前記表面部材と前記裏面部材との間に封止された複数の太陽電池セルと
を備え、
前記裏面部材は、平面形状が前記表面部材よりも大きく、外部からの荷重に対する変位量が前記表面部材の変位量よりも小であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
受光面側に配設された透光性を有する表面部材と、
反受光面側の裏表面を形成する裏面部材と、
前記表面部材と前記裏面部材との間に封止された複数の太陽電池セルと
を備え、
前記裏面部材は、平面形状が前記表面部材よりも大きく、且つ前記表面部材より大きい耐衝撃強度を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記裏面部材は、ガラスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記裏面部材の、投影面において前記表面部材と重ならない部分で枠体によって把持固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記表面部材は、前記枠体の内寸よりも小であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
少なくとも、前記表面部材の前記受光面側の主面と前記主面に連なる端面との間の角部が樹脂材料によって覆われていることを特徴とする請求項５に記載の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し、特に、製造時、運搬中における取り扱い、使用中における耐性を高めた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、新しいエネルギー源として期待されている。このような太陽電池として、非晶質シリコン系半導体や、微結晶シリコン系半導体、或いはＣｕＩｎＳｅ等の薄膜半導体材料を主体とする薄膜太陽電池の開発が進められている。
【０００３】
薄膜太陽電池の一例である、非晶質シリコン系薄膜太陽電池を用いた従来の太陽電池モジュール１００の構造を図８を参照して説明する。
【０００４】
太陽電池モジュール１００は、ガラス板表面にＳｎＯ２（酸化スズ）薄膜が熱ＣＶＤ法によって形成された表面保護材１０１と、表面保護材１０１の透光性導電膜であるＳｎＯ２層上に非晶質シリコン系半導体膜を主体としてｐｉｎ構造を有する半導体薄膜及び裏面電極が形成された太陽電池層１０２とを有する。太陽電池層１０２は、周知のレーザパターニング法を用いて、複数の太陽電池セルに分割され、更に個々の太陽電池セルが電気的に直列接続されることによって、いわゆる集積型の太陽電池構造とされている。太陽電池層１０２は、表面保護材１０１と、裏面保護材１０４との間に、ＥＶＡ、ＰＶＢ等の樹脂材料１０３によって封止されている。裏面保護材１０４は、ガラス板、金属板、樹脂フィルム等により構成されている（特許文献１参照）。
【０００５】
表面保護材１０１を構成するガラス基板は、脆く割れやすい性質を有するので、強度を高める必要がある。そのため、ガラス基板に強度を付与するための種々の検討がされている。強度を高めるには、基板面積を縮小すること、或いはガラス基板の厚みを厚くする等があるが、基板面積を制限することは、高出力化の妨げになる。また、ガラス基板の厚みを厚くすることで強度を高めるようにすると、太陽電池モジュールの総重量が増加するなど、取扱上の別の問題が生じる。
【０００６】
また、光の入射側（表面側）の表面ガラス基板に透明導電層を形成した後、強化加工を施すことによって、表面ガラス基板の厚みを増すことなく強度を高める技術が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１３５８１１号公報
【特許文献２】特許第２６１５１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の太陽電池モジュールでは、アルミニウムフレーム１０５の強度を向上させることで表面保護材１０１に加わる変位を低減し、太陽電池モジュールの破損を防ぐという対策も考えられているが、フレームによる太陽電池モジュールの把持固定部分における特徴的な破損が報告されている。図９には、アルミニウムフレーム１０５に把持された太陽電池モジュール１００に対して、外力Ｆが加わった場合の把持部分の様子が模式的に示されている。図９に示すように、表面保護材１０１及び裏面保護材１０４は、所定の変位に耐えられる設計となっているので、変位ｘに対して破壊されないものの、何らかの要因が相まって接着材１０６の緩衝効果が及ぶ許容範囲を上回ったとき、アルミニウムフレーム１０５の端部１０５ａ，１０５ｂとの接触による応力で表面保護材１０１又は裏面保護材１０４が破損することがある。また、同様のプロセスにより、表面保護材１０１、裏面保護材１０４の端部１０１ａ、１０４ａがアルミニウムフレーム１０５内部と接触して破損することもあった。
【０００８】
更にまた、例えば、利用者のニーズに応じて、製造段階でフレームを取り付けない状態で出荷する場合もある（図１０）。このようなフレームレスモジュールの場合には、厳重に梱包しても太陽電池モジュールの角部分、特に、表面側となる表面保護材１０１における角部分（図１０、Ｗ１，Ｗ２）において、運搬時に破損する可能性が大いに高まる。
【０００９】
そこで、本発明は、耐荷重性能を向上し、破損による動作不良を低減することが可能な太陽電池モジュール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】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一の特徴は、受光面側に配設された透光性を有する絶縁部材でなる表面部材と、反受光面側に配設された裏面部材と、表面部材と裏面部材との間に形成され互いに電気的に接続された複数の太陽電池セルとを備え、裏面部材は、平面形状が表面部材よりも大きく、外部からの荷重に対する変位量が表面部材の変位量よりも小であること、或いは表面部材よりも大きい耐衝撃強度を有することを要旨とする。
【００１１】
かかる特徴によれば、裏側表面を形成する裏面部材は、表面部材よりも大きく、且つ外部からの荷重に対する変位量が表面部材の変位量よりも小であるので、通常、透明電極が形成される表面部材の厚さを薄くしても耐荷重性能を向上することができる。
【００１２】
また、かかる特徴によれば、裏面表面を形成する裏面部材は、表面部材よりも大きく、且つ表面部材より大きい耐衝撃強度を有するので、例えば、運搬時等に太陽電池モジュールの角が障害物に当たったとしても、強度が強い裏面部材が障害物に先に当たるので、モジュールの破損を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の一の特徴は、上述した特徴において、裏面部材が表面部材よりも変位量が小さいガラスであることを要旨とする。これにより、裏面側での発電を可能とする両面発電型の太陽電池モジュールに対しても、透明電極が形成される表面部材の厚さを薄くしても耐荷重性能を向上することができる。
【００１４】
また、本発明の一の特徴は、上述した特徴において、裏面部材の、投影面において表面部材と重ならない部分において、枠体によって把持固定されることを要旨とする。かかる特徴によれば、平面形状が表面部材よりも大きく、外部からの荷重に対する変位量が表面部材の変位量よりも小、すなわち強度が高い裏面部材により把持されるので、枠体と表面部材とが接触することによって生じる表面部材の破損を防ぐことができる。また、表面部材の破損を防止するために枠体の強度を増す必要がない。
【００１５】
更にまた、本発明の一の特徴は、上述した特徴において、表面部材が枠体の内寸よりも小であることを要旨とする。かかる特徴によれば、把持固定した際に、枠体に隠れて光電変換に寄与しない領域がなくなるので、発電領域を有効に利用できる。
【００１６】
また、本発明の一の特徴は、上述した特徴において、少なくとも、前記表面部材の前記受光面側の主面と前記主面に連なる端面との間の角部が、樹脂材料によって覆われていることを要旨とする。かかる特徴によれば、ダメージを受けやすい表面部材の角部が樹脂材料によって覆われて保護されるので、表面部材の角部に加わる衝撃による表面部材の破損を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、表面部材よりも変位量の小さい材料により裏面部材を形成し、表面部材よりも平面形状を大きくしたことにより、耐荷重性能を向上することができ、太陽電池モジュールの破損による動作不良を低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の実施形態として示す太陽電池モジュールについて、図１乃至図４を用いて説明する。
【００２０】
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、ガラス板表面にＳｎＯ２（酸化スズ）薄膜が熱ＣＶＤ法によって形成された表面保護材１１上に太陽電池層１２が形成されている。太陽電池層１２は、表面保護材１１の表面に被着された透光性導電膜としてのＳｎＯ２層と、この層上に形成され、非晶質シリコン系半導体膜、微結晶シリコン系半導体膜等を主体とする半導体層と、半導体層上に形成された裏面電極とから構成されている。
【００２１】
太陽電池層１２における半導体層は、例えば、非晶質シリコン系半導体膜、微結晶シリコン系半導体膜等を主体とし、１以上のｐｉｎ結合を有している。これらの半導体層を形成する膜は、スパッタ法或いはＣＶＤ法などにより形成される。半導体膜として、非晶質シリコン系半導体を主体としｐｉｎ構造を有する第１半導体膜と、微結晶シリコン半導体を主体としｐｉｎ構造を有する第２半導体膜との積層膜を用いる場合のプラズマＣＶＤ法による成膜条件を表１に示す。
【表１】
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また、太陽電池層１２における裏面電極は、半導体膜上（本実施形態では第２半導体膜）に成膜されたＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜等の透光性導電膜と、Ａｌ、Ａｇ等の反射性金属膜とが積層されて形成されている。
【００２２】
太陽電池層１２は、周知のレーザパターニング法を用いて複数の太陽電池セルに分割され、更に個々の太陽電池セルが電気的に直列接続されることによって、いわゆる集積型の太陽電池構造が形成されている。
【００２３】
本実施形態として示す太陽電池モジュール１では、このようにして形成された太陽電池層１２に対して、例えば、表面保護材１１よりも１辺の長さが２０ｍｍ程度ずつ大きい青板（ソーダライム）強化ガラスを裏面保護材１４として、ＥＶＡ等の充填材１３、太陽電池層１２が形成された表面保護材１１の順に積層し、ラミネータにより一体化した。この処理の後、端子ボックス（図示しない）を取り付けて、電気出力を取り出せるようにした。
【００２４】
そして、最後にアルミニウムフレーム１５を、シリコーン等の接着材１６を介して、裏面保護材１４に対して把持固定されるように取り付けた。表面保護材１１とアルミニウムフレーム１５との間に封止材１７を充填した。封止材１７は、流動性シリコーン等の樹脂材料である。
【００２５】
ここで、充填材１３として、ＥＶＡ、ＰＶＢ、ブチルゴム、エチレンエチルアクリレート共重合樹脂などのエチレン系樹脂、シリコーン、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂材料を単体で又は組み合わせて用いることができる。
【００２６】
また、接着材１６として、シリコーン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ウレタン樹脂、セルロースアセテート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ブチルゴム等の樹脂材料を単体で又は組み合わせて用いることができる。また、接着剤１６は、一般的なゴム、オレフィン系の熱可塑性エラストマーでもよく、アルミニウムフレーム１５からの太陽電池パネルの脱落や、荷重印加時の破壊が起きないものであればよい。
【００２７】
また、表面保護材１１とアルミニウムフレーム１５との間に充填する封止材１７としては、シリコーン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ウレタン樹脂、セルロースアセテート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ブチルゴム等の樹脂材料を単体で又は組み合わせて用いることができる。
【００２８】
図１に示す構造を有する太陽電池モジュール１と、図８に示した構造の太陽電池モジュール１００との強度をＩＥＣ  ６１２１５  １０．１６に規定されている太陽電池の機械的荷重試験にならって、約１ｍ角の太陽電池モジュール（試験対象は５つ）に対して、２４００Ｐａの荷重を加えたところ、従来構造の太陽電池モジュール１００では、全て破損が確認された。これに対して、図１に示した構造を有する太陽電池モジュール１では、破損が認められなかった。
【００２９】
これは、本発明では、裏面保護材１４として、表面保護材１１として用いた青板ガラスよりも一回り大きく、且つ荷重に対する変位量が小さい強化ガラスを用いて、裏面保護材１４のみをアルミニウムフレーム１５で把持するようにしたことにより、荷重に対するモジュール全体の変位量が小さくなったことによるものと考えられる。
【００３０】
（作用・効果）
本発明によれば、太陽電池モジュール全体の変位量を小さくすることができるので、アルミニウムフレーム１５の強度を下げることが可能になり、アルミニウムフレームにかかるコストを低減することができる。
【００３１】
また、製造段階でフレームを取り付けない状態で出荷するフレームレスモジュールの場合の構成は、図２に示すようになる。この場合、裏面保護材１４の投影面において表面保護材１１と重ならない部分が外縁に突出していることになる。すなわち、表面保護材１１を構成する青板ガラスよりも強度の高い青板強化ガラスである裏面保護材１４がモジュールの外縁になるため、モジュール全体の強度を高めることができる。また、表面保護材１１を構成する青板ガラスよりも荷重に対する変位量の小さい青板強化ガラスよりなる裏面保護材１４がモジュールの外縁になるため、荷重に対する耐性も向上する。
【００３２】
また、図３に、本実施形態として示す太陽電池モジュール１の受光面側からみた平面図を示す。上述したように作製される太陽電池モジュール１では、アルミニウムフレーム１５は、裏面保護材１４を把持固定しており、表面保護材１１は、アルミニウムフレーム１５に接触しない構造になっているので、表面保護材１１が部分的にアルミニウムフレーム１５に覆われることがない。すなわち、発電層が形成されているが、フレームによる把持領域として使用されるために太陽電池の発電に寄与しないという無駄な発電層を形成する分の材料等を削減することができる。これにより、太陽電池モジュール１の利用効率を向上することができる。
【００３３】
以下では、太陽電池モジュールの別の実施形態について説明する。
【００３４】
（第２実施形態）
図４に示す太陽電池モジュール２は、１辺の長さが表面保護材１１よりも大きい青板（ソーダライム）強化ガラスを裏面保護材１４として、ＥＶＡ等の充填材１３、太陽電池層１２が形成された表面保護材１１の順に積層されており、ラミネータにより一体化されている。更に、アルミニウムフレーム１５が、接着材１６を介して、裏面保護材１４を把持固定している。太陽電池モジュール２は、表面保護材１１とアルミニウムフレーム１５との間に封止材１７が充填される。封止材１７は、表面保護材１４の端部を覆っている。
【００３５】
ここでの端部とは、少なくとも、表面保護材１１の受光面側の主面１１ａと、この主面に連なる端面１１ｂとの間の角部１１ｃと、表面保護材１１の受光面の端部とを含む。
【００３６】
図５は、太陽電池モジュール２を受光面側からみた平面図を示す。表面保護材１１は、表面保護材１１の受光面側からみた投影面において、角部１１ｃから表面保護材１１の中央部分に向かって所定幅だけ内側の領域Ｓが樹脂材料で覆われている。但し、この場合、封止材１７は、受光面側からみて太陽電池層１２に重ならないことが好ましい。
【００３７】
充填材１３，接着材１６，封止材１７としては、上述した樹脂材料を用いることができる。接着材１６と封止材１７とに同一材料を用いてもよい。
【００３８】
ここで、例えば、充填材１３にＥＶＡ等の気体透過性の高い材料を用いた場合には、封止材１７として、上述した樹脂材料のなかでも相対的に気体透過性が低いブチルゴムを選択することが好ましい。ＥＶＡを外部環境に露出しないようにすることにより、水分等の侵入を防止する効果を高めることができる。
【００３９】
（作用・効果）
上述したように、太陽電池モジュール２は、アルミニウムフレーム１５と表面保護材１１との間に充填された封止材１７が、ダメージを受けやすい表面保護材１１の角部１１ｃを保護するので、表面保護材１１の角部１１ｃに加わる衝撃による角部１１ｃの破損を防ぐことができる。
【００４０】
（第２実施形態の変形例）
次に、図６に示す太陽電池モジュール３は、表面保護材１１の端面１１ｂと充填材１３の端面１３ｂとが封止材１７で保護されており、アルミニウムフレーム１５を裏面保護材１４に対して把持固定するための接着材１６が、表面保護材１４の端部を覆っている。すなわち、太陽電池モジュール３では、表面保護材１１の角部１１ｃを覆う樹脂材料が接着材１６である。図４，図５に示す太陽電池モジュール２と同様、領域Ｓ（図５参照）を覆う接着材１６は、太陽電池層１２に重ならないことが好ましい。
【００４１】
充填材１３，接着材１６，封止材１７としては、上述した樹脂材料を用いることができる。接着材１６と封止材１７とに同一材料を用いてもよい。
【００４２】
（作用・効果）
上述したように、太陽電池モジュール３は、アルミニウムフレーム１５と表面保護材１１との間に配置された接着材１６が、ダメージを受けやすい表面保護材１１の角部１１ｃを保護しているので、表面保護材１１の角部１１ｃに加わる衝撃による角部１１ｃの破損を防ぐことができる。
【００４３】
（第３実施形態）
図７に示す太陽電池モジュール４は、アルミニウムフレーム１５が表面保護材１１の端部を保護する保護部１５ａを有している点が特徴である。但し、アルミニウムフレーム１５は、裏面保護材１４を把持する構造となっており、保護部１５ａは、表面保護材１１を実質的には把持していない。表面保護材１１とアルミニウムフレーム１５との間は、封止材１７が充填される。封止材１７は、表面保護材１１の角部１１ｃを覆っている。
【００４４】
ここで、アルミニウムフレーム１５の保護部１５ａは、受光面側からみて、太陽電池層１２に重ならないことが好ましい。
【００４５】
充填材１３，接着材１６，封止材１７としては、上述した樹脂材料を用いることができる。接着材１６と封止材１７とに同一材料を用いてもよい。
【００４６】
（作用・効果）
上述したように、太陽電池モジュール４は、アルミニウムフレーム１５に設けられた保護部１５ａが、ダメージを受けやすい表面保護材１１の角部１１ｃを保護しており、表面保護材１１と保護部１５ａとの間には、封止材１７が充填されているので、表面保護材１１の角部１１ｃに加わる衝撃による角部１１ｃの破損を防ぐことができる。
【００４７】
（第３実施形態の変形例）
図７に示す太陽電池モジュール４は、図４に示した太陽電池モジュールの構造に基づいて説明したが、図６に示す太陽電池モジュール３に準ずる構造とすることもできる。具体的には、表面保護材１１の端面１１ｂと充填材１３の端面１３ｂとが封止材１７で保護される。また、裏面保護材１４を把持するアルミニウムフレーム１５を固定するための接着材１６が、アルミニウムフレーム１５の保護部１５ａと表面保護材１４の外縁部との間を埋めている。
【００４８】
（その他の実施形態）
以上説明した実施形態では、表面保護材１１として青板強化ガラスを用い、裏面保護材１４として青板ガラスを用いたが、本発明は、この構成に限定されるものではない。また、本発明では、表面保護材よりも強度の高い材料であれば、裏面保護材として適用可能である。強度の評価は、例えば、ＩＥＣ  ６１２１５  １０．１７に規定されている降雹試験により求められる衝撃強度によって行うことができる。例えば、表面保護材としてガラスを用いる場合には、裏面保護材には、ＳＵＳ板等の金属板、繊維強化プラスチック等を用いることができる。
【００４９】
また、本発明においては、裏面保護材として表面保護材よりも荷重に対する変位量が小さい材料であれば、本実施形態に限定されることなく使用することができる。例えば、ＳＵＳ板等の金属板、繊維強化プラスチック等を裏面保護材として用いることができる。また、リブを加えることなどにより、変位量を抑制し得る構造を有するプラスチック等も裏面保護材として適用可能である。
【００５０】
また、本発明は、薄膜太陽電池を用いたものに限らず、単結晶シリコンウエハを用いた太陽電池、多結晶シリコンウエハを用いた太陽電池など、種々の太陽電池を用いて構成される太陽電池モジュールに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフレームレス構造の太陽電池モジュールの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの入射側からみた外観平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの入射側からみた外観平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図８】従来の太陽電池モジュールの断面図である。
【図９】従来の太陽電池モジュールのアルミニウムフレームによる把持部を説明する拡大図である。
【図１０】従来のフレームレス構造の太陽電池モジュールの断面図である。
【００５２】
る。
【符号の説明】
【００５３】
１…太陽電池セル、１１…表面保護材、１１ａ…主面、１１ｂ…端面、１１ｃ…角部、１２…太陽電池層、１３…充填材、１４…裏面保護材、１５…アルミニウムフレーム、１６…接着材、１７…封止材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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