(57)【要約】【課題】露出した活電部の電食反応による溶出を防止して、耐久性に優れ、発電コストを低減し得る太陽電池モジュール構造体を提供する。【解決手段】単一もしくは複数の太陽電池１０１、太陽電池１０１もしくは太陽電池１０１、１０１間を電気的に接続する配線部材１０７、及び太陽電池１０１を設置する構造物１０３からなる太陽電池モジュール構造体１００であって、構造物１０３の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部および／または配線部材周縁部に、親水性部材１０６を配する。【選択図】      図１
2004281600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一もしくは複数の太陽電池、該太陽電池もしくは太陽電池間を電気的に接続する配線部材、及び太陽電池を設置する構造物からなる太陽電池モジュール構造体において、
前記構造物の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部及び／又は配線部材周縁部に、親水性部材を配することを特徴とする太陽電池モジュール構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一もしくは複数の太陽電池、該太陽電池もしくは太陽電池間を電気的に接続する配線部材、及び太陽電池を設置する構造物からなる太陽電池モジュール構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池モジュールを組み込んだ屋外設置構造物が増加している。
【０００３】
図４は、従来の典型的な太陽電池モジュールの一例を示す模式図である。図４において、４００は太陽電池モジュール、４０１は光起電力素子、４０２は表面部材、４０３は表面封止材、４０４は裏面封止材、４０５は裏面絶縁材、４０６は裏面部材、４０７は出力ケーブル、４１０は光起電力素子群である。
【０００４】
図示するように、太陽電池モジュール４００は、複数の光起電力素子４０１を直列または並列に電気的に接続した光起電力素子群４１０を備えており、該光起電力素子群４１０を外部環境から保護するとともに、絶縁すべく、外囲体により被覆されている。外囲体は、光起電力素子群４１０を表面部材４０２、裏面絶縁材４０５、及び裏面部材４０６で挟み、表面封止材４０３及び裏面封止材４０４を用いて接着封止したものである。このような太陽電池モジュール４００を製造する場合には、最表面側から表面部材４０２、表面封止材４０３、光起電力素子４０１、裏面封止材４０４、裏面絶縁材４０５、裏面部材４０６を順次積層したラミネート積層体を加圧・加熱することで得ることができる。
【０００５】
表面部材４０１としては、ガラスや耐候性の高い樹脂フィルム等が用いられる。また裏面部材４０６としては、ガラス板、樹脂フィルム、鋼板等の金属板等が用いられている。そして、太陽電池モジュール４００の外部に出力を取り出すために、出力ケーブル４０７が設けられる。
【０００６】
太陽電池モジュール４００の側面は、図４に示したように各部材の積層界面が剥き出しになっている。この状態で長期間屋外に設置すると、水分付着と乾燥とが長期間に亘って繰り返され、各部材の材料収縮率の差や加水分解等の劣化による変質等が原因となって、各部材の積層界面で剥離を引き起こし、太陽電池モジュール４００の電気特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００７】
このような太陽電池モジュールを長期間の屋外設置に耐えうる仕様にするためには、シリコーン材料等のシーリング材で太陽電池モジュール側面を封止したり、アルミフレーム等のフレーム材で保護することが一般的である。また、太陽電池モジュールを直列または並列に電気的に接続するには、ＩＶ線やＣＶケーブル等の絶縁被覆が施されたケーブルが用いられている。
【０００８】
太陽電池モジュール構造体としては、このような太陽電池モジュールを屋根材及び壁材などの建材として構造物材料と一体に設ける方式や既存の構造物や空き地に架台等の新たな構造物を設けて太陽電池モジュールを設置する方式等が挙げられる。
【０００９】
一方、太陽電池発電システムの普及への課題として、発電コストを既存の発電手段並みに低減することが挙げられる。
【００１０】
具体的な試みの一つとして、前述の建材一体型太陽電池モジュールがある。これは、太陽電池モジュールを直接建材に貼り、架台等にかかる費用を削減して太陽電池発電システムのコストを下げる設置方法である。例えば特許文献１には、従来の太陽電池モジュールパネル本体をコンクリート材料で形成した壁用建材一体型太陽電池モジュールの技術について開示されており、太陽電池モジュールがコンクリートパネルの凹部に一体形成され、施工性やメンテナンス性が向上することが述べられている。
【００１１】
しかしながら、この方法においては、予めコンクリートパネルに太陽電池モジュール埋め込み用の凹部を形成しなければならず、コストアップの要因となる。
【００１２】
本発明者は、更なる太陽電池の発電コストの削減に着目し、発電機能だけに特化させた太陽電池を管理環境下で設置し、小規模な発電所として利用する試みを行なっている。ここでいう管理環境とは、太陽電池設置場所を柵や塀で囲い、施錠をすることにより、特定の取り扱い者以外は立ち入ることができないように管理した環境を指す。
【００１３】
このような管理環境下で設置する太陽電池は、従来の汎用的な使用目的の太陽電池が考慮していたあらゆる偶発的な事象にも耐えうる安全設計の一部を削減し、発電コストを削減できる可能性がある。例えば、従来の太陽電池では、取り扱い教育を受けていない人間が誤って引っ掻くなどして生じた表面傷や漏れ電流に対しても、十分に絶縁性が保持できるような被覆材構成で設計されている。管理環境下で設置する太陽電池および太陽電池を接続する配線部材に対しては、このようなことを考慮する必要がなく、被覆材や被覆工程を大幅に簡略化することができる。
【００１４】
また、従来の太陽電池は、光起電力素子の少なくとも受光面上に樹脂層を設けて光起電力素子に耐候性を付与しており、所望の電気出力を得るために電気的に複数個を電気的に接続して設置されるのが一般的である。現場での太陽電池間の接続、または出力取り出しに用いる配線部材との電気的に接続や低コスト化を考慮して、光起電力素子の電極の少なくとも一部に樹脂層で覆われていない露出部分を設け、さらに配線部材の被覆をもなくして、活電部を外部環境に露出させた構造としている。このような構造の太陽電池を既存の建材や簡易な架台等を含めた構造物に設置することでコストを大幅に削減することが可能である。
【００１５】
簡易な太陽電池モジュールの設置方法として、例えば特許文献２には、接着材及び接着材の少なくとも一面に一時的剥離膜を有する光電変換装置を作製し、施工時に一時的剥離膜を剥離し、接着材により被接着体に貼り付ける技術が開示されており、光発電装置を構成している一時的剥離膜により生産性および施工性が向上する旨が記載されている。被接着体としては、コンクリート板、スレート板、瓦、金属板などが挙げられている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１１−２７００２３号公報
【特許文献２】
特開２００１−６０７０４号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の活電部が露出した太陽電池および配線部材を設置する形式の太陽電池モジュール構造体には、被覆式の太陽電池モジュール構造体では考慮せずに済む課題が存在する。
【００１８】
例えば、冬の早朝もしくは降雨の後には、太陽電池の電極や配線部材の活電部が水滴で濡れた状態が考えられる。そのような状態で日射により太陽電池が起電すると、大地と電位差が生じ、太陽電池および配線部材の活電部→水滴（→濡れた被接着体または構造物→水滴）→大地に至る漏れ電流が流れる経路が形成される。この場合、太陽電池及び／又は配線部材の活電部が正極で、大地が負極となる。その結果、正極側となる太陽電池の金属部材の電気分解が起こり、活電部から活電部を構成する金属イオンが溶出する。特に、出力取り出し用部材や直列または並列接続用の配線部材に銅を使用した場合、上述の電流経路の形成によって銅がイオン化し溶出が著しく、接続部材の寿命が大幅に低下することが判明した。
【００１９】
また、個々の太陽電池または隣り合う太陽電池の中で剥き出しになった正極バスバー電極と負極電極（基板）を跨ぐように水滴が存在している場合、正極バスバー電極と基板を電極とした電食反応が起こる。
【００２０】
さらに、光起電力素子を形成する透明電極層、半導体層、裏面反射層などの金属または金属酸化物層や金属基板が一部でも露出している場合には、これらの材料も電食により溶出され、電気特性に大きな影響を与える。
【００２１】
特に、太陽電池よりも大きい被設置面を有する構造物に設置した場合、図３に示すように、太陽電池上部の端辺や、接続された２つの太陽電池の間、配線部材の周縁部の段差に水滴が滞留し易く、太陽電池または配線部材に用いた金属部材からの電食反応による金属イオンの溶出が大きな課題となる。
【００２２】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、露出した活電部の電食反応による溶出を防止して、耐久性に優れ、発電コストを低減し得る太陽電池モジュール構造体を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る太陽電池モジュール構造体は、単一もしくは複数の太陽電池、該太陽電池もしくは太陽電池間を電気的に接続する配線部材、及び太陽電池を設置する構造物からなる太陽電池モジュール構造体において、前記構造物の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部及び／又は配線部材周縁部に、親水性部材を配することを特徴とする。
【００２４】
前記の太陽電池モジュール構造体において、太陽電池および前記配線部材が露出した活電部を有することが好ましい。
【００２５】
また、太陽電池アレイが、少なくとも二以上の電気的に接続された太陽電池から構成され、前記構造物の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部及び／又は配線部材周縁部、並びに太陽電池間に、親水性部材を配することが好ましい。
【００２６】
さらに、前記親水性部材の表面の接触角が４０°以下であることが好ましい。
【００２７】
そして、前記親水性部材は絶縁材料であることが好ましい。
【００２８】
加えて、前記太陽電池と前記構造物との間に絶縁部材を介設し、該絶縁部材の被設置面側に親水性層を形成しても良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
本発明に係る太陽電池モジュール構造体は、単一もしくは複数の太陽電池、該太陽電池もしくは太陽電池間を電気的に接続する配線部材、及び太陽電池を設置する構造物からなり、前記太陽電池を設置する構造物の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部および／または配線部材周縁部に、親水性部材を設けている。
【００３１】
太陽電池を設置する構造物の材料としては、例えば、種々の金属からなる骨材や板材、プラスチック及びその複合材料などから適宜選択される。
【００３２】
図２は、太陽電池の積層構造の一例を示す模式図である。図２において、２００は太陽電池、２０１は基板、２０２は裏面反射層、２０３は半導体層、２０４は透明電極層、２０５ａは集電用のグリッド電極、２０５ｂは正極バスバー電極、２０６は絶縁体、２０７は樹脂層、２０８は負極バスバー電極である。
【００３３】
説明の便宜上、基板２０１、裏面反射層２０２、半導体層２０３、透明電極２０４、グリッド電極２０５ａ、正極バスバー電極２０５ｂ、及び負極バスバー電極２０８を合わせて光起電力素子と呼ぶ。
【００３４】
図示するように、光起電力素子の少なくとも受光面上に樹脂層２０７を設けることにより、光起電力素子に耐候性を付与することができる。このような太陽電池は、所望の電気出力を得るために電気的に複数個を接続して設置されるのが一般的である。現場での太陽電池間の接続、または出力取り出しに用いる配線部材（不図示）との電気的な接続を考えて、光起電力素子の正極バスバー電極２０５ｂ、負極バスバー電極２０８の少なくとも一部に樹脂層２０７で覆われていない露出部分を設けることが好ましく、さらに太陽電池に接続する配線部材の被覆もなくすことにより、低コスト化を図ることができる。すなわち、本実施形態における太陽電池２００および配線部材は、活電部が外部環境に露出した構造を有している。
【００３５】
以下、太陽電池２００を構成する各部材について説明する。
【００３６】
（基板）
基板２０１は太陽電池２００の基材となり、その目的にあった種々の材料から選択して用いることができる。また、基板２０１を下部電極とすることができ、その場合の材料としては導電性であることが望ましい。具体的には、例えば、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシート、鉛メッキ鋼板等が挙げられる。また、導電層が形成してある樹脂フィルムやセラミックスガラスなどを用いても良い。
【００３７】
（裏面反射層）
基板２０１上には、裏面反射層２０２として金属層、金属酸化物層、あるいは金属層と金属酸化物層を積層して形成しても良い。基板２０１が樹脂フィルムやセラミックガラスなどの絶縁材料である場合には、下部電極として役割を果たすように厚み等を考慮して設けることもできる。その形成方法としては、例えば、抵抗加熱蒸着、スパッタ法、ＣＶＤ法、不純物拡散法、電析法などがある。
【００３８】
（半導体層）
半導体層２０３には、従来より公知の半導体層が適宜用いられる。その中でも、アモルファスシリコン系は製造コストにおいて他の結晶系、化合物半導体系より有利であり、機械的にも可撓性を有し、剪断などの加工もし易く好ましい。また、このように加工しやすい特徴は、様々な太陽電池形態への応用が考えられる。
【００３９】
（透明電極層）
透明電極層２０４は、太陽電池２００の上部電極の役目を果たしている。透明電極層２０４に用いる材料としては、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｃｄ２ＳｎＯ２等を高濃度不純物ドープした結晶性半導体層などが挙げられる。その形成方法としては、例えば、抵抗加熱蒸着、スパッタ法、ＣＶＤ法、不純物拡散法、電析法などがある。
【００４０】
ロール基板上に形成された大面積素子から小面積素子を切り出す際には、端部の電気的短絡の影響をなくすために透明電極層の一部２０４ｂを取り除き、発電領域部と導電性基板２０１との絶縁を図っても良い。
【００４１】
（集電電極）
透明電極層２０４の上には、電流を効率よく集電するためにグリッド電極２０５ａを設けてもよい。グリッド電極２０５ａの形成方法としては、例えば、スパッタリング法、抵抗加熱法、ＣＶＤ法や、光ＣＶＤ法、導電性ペーストを印刷する方法や導電性ペーストを塗布した金属ワイヤーを加熱圧着する方法などがある。
【００４２】
また、光起電力素子の外部に電気を取り出しやすいように、正極バスバー電極２０５ｂを設けることが好ましい。正極バスバー電極２０５ｂは、電気抵抗の低い金属または合金で形成する。現場での太陽電池もしくは太陽電池間を接続、または出力取り出しに用いる配属部材（不図示）との電気的な接続を容易にするために光起電力素子の正極バスバー電極２０５ｂの少なくとも一部に樹脂層２０７が設けられていない部分を設けることが望ましい。
【００４３】
（絶縁体）
絶縁体２０６には、高分子フィルムの両面に粘着材を配したものなどが用いられる。高分子フィルムと粘着材は複数積層してもよい。
【００４４】
高分子フィルムは、粘着材とともにグリッド電極２０５ａまたは正極バスバー電極２０５ｂを半導体層２０３上に配置するための絶縁体２０６の一部として用いられ、正極バスバー電極２０５ｂにより複数の耐候性セルを電気接続する際、半田の熱や正極バスバー電極部材のバリや折れ曲がりなどから半導体層２０３を保護するために耐熱性や強度を有することが望ましい。
【００４５】
（樹脂層）
樹脂層２０７は、太陽電池２００を水分等の劣化環境因子から保護するものであり、少なくとも光起電力素子の受光面の発電領域が被覆されている必要がある。また、太陽電池間の電気的に接続及び外部への出力取り出し用配線の作業を簡便にするため、正極バスバー電極２０５ｂ及び負極バスバー電極２０８の少なくとも一部には樹脂層２０７が設けられていない箇所があることが好ましい。
【００４６】
ここで用いられる樹脂層２０７は、半導体層２０３に到達する光量減少をなるべく抑えるために、４００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長領域においては全光線透過率が８０％以上であることが望ましく、より望ましくは９０％である。
【００４７】
更には、屋外の環境変化にも基板２０１、透明電極２０４をはじめとする光起電力素子の表面に露出した各構成部材との密着性を保つことが好ましい。そして、環境変化においても、樹脂層２０７内の内部応力が小さいものが好ましい。
【００４８】
以下に、本発明に用いられる樹脂層２０７の形成方法及び使用材料について説明する。
【００４９】
樹脂層２０７の形成方法としては、液体コーティング、紛体塗装、ラミネーションによる加熱圧着等が可能である。装置設備や工程の簡便さを考慮した場合、液体コーティングがより好ましい。
【００５０】
上記の諸条件を満たすコーティング用樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、フッ素樹脂やシロキサンポリマー、シリコーン変性アクリル樹脂、アクリルシリコン樹脂、フッ素シリコン樹脂等やこれらのポリマーブレンド材料が挙げられる。中でも、アクリル樹脂やシリコーン変性アクリル樹脂が好ましい。
【００５１】
上記樹脂材料に耐熱性、耐侯性の向上を目的として、架橋を行なってもよい。架橋剤としては、少なくとも１つ以上のイソシアネート基を含むイソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。上記主材、架橋剤を溶剤に溶解または懸濁することによって樹脂層材料を作製できる。架橋剤としてブロックイソシアネートを選択することによって一液型塗料を作製でき、塗布装置の設備投資を抑えることができる。
【００５２】
また、樹脂層材料の粘度は、５乃至１０００ｍＰａ・ｓであることが望ましく、より好ましくは１０乃至４００ｍＰａ・ｓである。樹脂層材料の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満である場合には、光起電力素子端部断面に樹脂材料が滞留する時間が短く、薄膜（１μｍ以下）の樹脂層しか作製できないので、長期耐久性に不安が残る。一方、１０００ｍＰａ・ｓより大きい場合には、レベリングに時間を要し、またはレベリングが不可能となり量産性低下の原因となるからである。
【００５３】
太陽電池の表面に設けられることから高い耐候性が要求される。樹脂材料の耐候性を向上させるために、樹脂層２０７に従来公知の紫外線吸収剤（ＵＶＡ）、ヒンダードアミン系光安定化剤、熱酸化防止剤を添加するにより光劣化を抑え耐候性を向上させることが望ましい。
【００５４】
また、ラミネーションにより太陽電池上に樹脂層２０７を設けても良い。ラミネーションに使用される表面封止材樹脂も、高い透明性、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、及び耐衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリビニルブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。中でもＥＶＡは、太陽電池モジュール用としてバランスの取れた物性を有しており、好んで用いられる。ＥＶＡは熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。また、樹脂の耐侯性をあげるために、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤を添加してもよい。これらの添加剤は、公知の化合物から適宜選択して用いることができるが、着色している物質は本発明の封止材料の添加剤としては好ましくない。
【００５５】
太陽電池の屋外暴露環境における長期信頼性を更に向上させるために、前記表面封止材上に表面部材を配置しても良い。本発明に好適に用いられる材料としては、例えば、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ガラス基板などがあり、耐侯性の良いフッ素樹脂が好適に用いられる。具体的には、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）が挙げられる。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００５６】
前記封止材樹脂との接着性の改良のために、表面部材にコロナ処理やプラズマ処理を行うことが望ましい。また、機械的強度向上のために延伸処理が施してあるフィルムを用いることも可能である。さらに、ガラス基板を用いても良い。表面部材として用いられるガラス基板に求められる特徴としては、波長３５０乃至１４００ｎｍの光の全光線透過率が８０％以上であることが好ましい、より好ましくは９０％以上である。赤外部の吸収の少ない白板ガラスを使用するのが一般的であるが、青板ガラスであっても厚さが３ｍｍ以下であれば太陽電池の出力特性への影響は少ない。ガラス基板の機械的強度を高めるために熱処理により強化ガラスを得ることができるが、熱処理無しのフロート板ガラスを用いてもよい。また、ガラス基板の受光面側に反射を抑えるために反射防止のコーティングを施しても良い。
【００５７】
更には、光起電力素子の裏側にも樹脂層を設けても良い。本実施形態のような金属基板を太陽電池基板とした場合、極度な酸性雨が降雨する地域では、降雨・乾燥の繰り返しにより酸性成分が蓄積してしまい基板の腐食を加速する虞れがある。このような地域では太陽電池の裏面を封止材により封止することにより耐久性を向上させることが可能である。樹脂層材料としては、表面に使用した樹脂層２０７と同じ材料の中から適宜選択して用いる。
【００５８】
（負極バスバー電極）
正極バスバー電極２０５ｂと同様に光起電力素子の外部に電気を取り出し易いように、基板２０１側に負極バスバー電極２０８を設けても良い。その電極材料としては、正極バスバー電極２０５ｂ同様に、電気抵抗の低い金属または合金で形成する。現場での太陽電池もしくは太陽電池間を接続、または出力取り出しに用いる配属部材（不図示）との電気接続を容易にするために負極バスバー電極２０８の少なくとも一部に樹脂層２０７が設けられていない部分を設けることが望ましい。
【００５９】
次に、本発明に係る太陽電池モジュール構造体について説明する。図１は、本発明に係る太陽電池モジュール構造体であり、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面の構造を示す模式図である。
【００６０】
図１において、１００は太陽電池モジュール構造体、１０１は太陽電池、１０２は太陽電池アレイ、１０３は構造物、１０４は固定支持体、１０５は裏面支持体、１０６は親水性材料、１０７は配線部材、１１０は堆積膜付き基板、１１１ａはグリッド電極、１１１ｂは正極バスバー電極、１１２は絶縁体、１１３は樹脂層、１１４は負極バスバー電極、１１５は水滴である。
【００６１】
（太陽電池アレイ）
所望の出力、電圧及び電流を得るために、太陽電池１０１を直列及び／又は並列に電気的に接続した任意の出力を一単位として太陽電池接続体を形成し、使用することが一般的である。このような２以上の太陽電池１０１の電気的な接続体を太陽電池アレイ１０２という。
【００６２】
（配線部材）
本発明において、配線部材１０７とは、太陽電池間もしくは太陽電池アレイ間の直列・並列接続を行う接続部材、出力を太陽電池の外部に取り出すための出力ケーブルを指す。これら配線部材としては、汎用絶縁電線、絶縁ケーブル等を用いても良いが、より好適には絶縁被覆の無い裸線を用いる。裸線材料としては、例えば、金、銀、銅、プラチナ、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属材料およびそれらの合金材料から適宜選択して用いられる。形態としては、芯線、撚り線、箔、および帯などがから選択して用いられる。
【００６３】
直列や並列等の電気的な接続は、前記正極バスバー電極２０５ａと他方の太陽電池基板２０１又は太陽電池基板２０１に配置された負極バスバー電極２０８とを太陽電池間の接続部材として半田付け等により接続して行なうこともできる。正極バスバー電極２０５ａと異なる部材を配線部材１０７として使用しても構わない。
【００６４】
（太陽電池の活電部、及びその環境に対する露出について）
本発明において、太陽電池の活電部とは、太陽電池が起電中に通電状態にある部分である。また、活電部の露出とは、太陽電池の施工完了後において人や架台、大地が活電部に接触し得る状態を指す。
【００６５】
（湿潤状態）
湿潤状態とは、晴天時等の乾燥状態と異なり、朝露や雨水により太陽電池、配線部材及び直並列接続部材の活電部が水滴で濡れ、活電部と地面の間の抵抗が低下し、活電部から地面に電流が流出する状態をいう。
【００６６】
（太陽電池モジュール構造体）
本発明に係る太陽電池モジュール構造体１００とは、太陽電池１０１、配線部材１０７、及び構造物１０３が一体になったものを表している。太陽電池１０１又は太陽電池アレイ１０２は構造物１０３上の被設置面に固定金具により固定したり、或いは直接接着固定するなどして固定することができる。構造物１０３がコンクリートなどの重量の大きな材質である場合には、地面に置くだけで架台の配置は完了する。
【００６７】
（構造物）
本発明において、構造物１０３は、太陽電池１０１を設置できる被設置面を有するあらゆる構造物をいう。
【００６８】
図１では、太陽電池１０１を設置する被設置面をもつ構造物の一例を挙げている。構造物１０３は、図１に示すように太陽電池１０１又は太陽電池アレイ１０２を接着固定する板状の被設置面を有する固定支持体１０４と、この固定支持体１０４を設置する裏面支持体１０５とから構成することもできる。かかる裏面支持体１０５を有する構成では、固定支持体１０４が同じく重量の大きなものであれば、裏面支持体１０５上に置くだけでよい。このような構成とすることで、構造が簡単な、そして施工性の良い太陽電池モジュール構造体１００とすることができる。
【００６９】
固定支持体１０５の材料としては、鉄骨材、コンクリート材等から選択して用いることができる。特に、コンクリート材は安価かつ重量があるため架台として好ましい。コンクリートは、木材、鋼等の容器にポルトランドセメントと砂、砂利を適当な割合で混合したものに、適量の水を加え、よく混合して型枠に流し込んで、常温で放置しながら硬化させる。更に、コンクリートの強度を増すために、硬化前に網目状の鉄筋を中央に埋め込んでもよい。
【００７０】
裏面支持体１０５は固定支持体１０４の裏面側に配置する部材であり、固定支持体１０４の形状によっては不要である。板状の固定支持体１０４の枕部材として使用し、固定支持体１０４に固定された太陽電池１０１の傾斜角度を任意に変えられるため好適に使用できる。
【００７１】
傾斜角としては、１０°以上であることが望ましい。１０°以上であれば、後述する親水性部材１０６の表面特性による効果と併せて、本発明における太陽電池１０１又は太陽電池アレイ１０２の周縁部及び配線部材の周縁部に水滴等の水分が長時間付着することがない。
【００７２】
形状としては直方体等を使用できる。一般に、固定支持体１０４としてコンクリート板等の重量の大きな材料を使用するため、裏面支持体１０５は、圧縮強度が高く、そして屋外耐久性の高い材料が好適である。この裏面支持体１０５の材料としては、具体的には、例えばコンクリート、石材、レンガなどが使用できる。
【００７３】
（親水性部材）
親水性部材１０６は、太陽電池を設置する構造物の被設置面において、少なくとも太陽電池周縁部及び／又は配線部材周縁部に配される。
【００７４】
図３に示した従来の太陽電池モジュール構造体３００においては、太陽電池３０１と固定支持体３０４の表面との段差がある。太陽電池モジュール構造体３００の太陽電池被接着面や太陽電池上に吸着した朝露や雨水等が前記段差に留まり易い。このような表面吸着水が凝集して水滴３１４のように大きく成長する。
【００７５】
水滴３１４には、表面に吸着した汚れ分子とともに種々の金属イオンが含まれており、乾燥後水垢状に濃縮されて表面に残る。そのような水垢の箇所は、さらに水滴３１４が付着しやすく、これらを繰り返すことにより生じた水滴のサイズも大きくなり、含有される金属イオン等の濃度も高くなる。特に外部環境に剥き出しになった金属部材からなる正極バスバー電極等の配線部材１０７（活電部）を有する太陽電池の場合、重大な問題となる虞れがある。そのような露出した活電部の周縁に電解質が多く含まれた水滴が吸着した状態で日射による発電が起こると、前述した金属部材の電食反応による金属イオンの溶出が起こる。
【００７６】
このように、活電部が露出した太陽電池を設置する形式の太陽電池モジュール構造体においては、前述のような電食反応による劣化を以下に抑制するかが大きな課題である。活電部の電食反応を抑制するには、電気化学反応の媒介となる表面についた吸着水を大きな水滴として成長させず、早く乾燥することが重要である。
【００７７】
そこで、本実施形態では、かかる不具合を解決するため、太陽電池１０１もしくは太陽電池アレイ１０２の周縁部及び／又は太陽電池１０１もしくは太陽電池アレイ１０２の表面に親水性部材１０６を設けている。
【００７８】
図１の太陽電池アレイ１０２の周縁に親水性部材１０６を設けることで、従来から水滴が溜まり易かった箇所の水滴１１５の接触角が小さくなり、表面積が大きくなるように広がるため、大きな水滴に成長することを妨げる。更に、水滴１１５の表面積を増やすことで、蒸発し易くすることができる。つまり、早朝や降雨後において、金属部材が電食反応による溶出の起きる電位差が生じる前の段階で、水滴１１４を蒸発させることができる。これにより、前述の太陽電池１０１の露出した正極バスバー電極等の配線部材１０７の電食反応を抑制することができる。
【００７９】
このような効果を付与する親水性部材１０６の接触角は４０°以下であることが望ましい。４０°より大きい場合には、水滴１１５の広がりが不十分となり、十分な蒸発速度が得られない。より好ましくは１０°以下である。１０°以下にすることにより、表面に吸着した水を一様に広げることができ、蒸発するまでの時間を大幅に短縮することが可能である。
【００８０】
本発明に好適な親水性部材１０６としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、シリコン系、チタニア系等の金属−有機の複合材料、前記金属酸化物の微粒子添加したフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル樹脂等が挙げられ、これらを混合して使用しても良い。
【００８１】
上記酸化金属物及び酸化金属を含む高分子材料は、短時間の屋外曝露や人工光源による光照射（例えば、１００ｍＷ／ｃｍ２×６時間）により表面の接触角が低くなる。上述したように、本発明の親水性部材表面の接触角は４０°以下であることが好ましい。４０°以下であれば、吸着水が凝集し水滴化しても、表面積が大きくなることが期待される。これにより、太陽電池の起電で生じる太陽電池の露出した活電部間及び架台、大地との電位差が活電部材料の酸化還元電位に達するまでに水滴が蒸発することが期待できる。
【００８２】
更に、好ましくは１０°以下である。１０°以下であれば、親水性部材表面の汚れ防止効果が期待できる。特に、雨水等の中に含まれるカルシウム等の金属イオンが親水性部材表面に蓄積されると電食反応を考える上で好ましくない。１０°以下の親水性部材表面であれば、少なくともこのような金属性不純物が蓄積速度を遅くすることができ、より一層の耐電食性を得ることができる。
【００８３】
一方で、金属酸化物の中には紫外光照射により高分子材料を分解する活性（光分解活性）を有していることも知られている。例えば、アナターゼ型結晶の酸化チタン及びこれを混合した塗膜は、光照射により１０°以下の接触角とすることができる反面、３８０ｎｍ以下の紫外光を吸収することにより強い光分解活性を示す。このような光分解活性のため、酸化チタンの膜や微粒子を保持するための高分子材料からなるアンカー層やバインダー層をも分解してしまう。特に、屋内の微弱な光線とは異なる屋外の強い太陽光に晒した場合、その傾向は顕著になる。高分子材料と合わせて使用する場合、使用環境等を考慮し、所望の特性と耐久性が得られるように添加量及び塗布量などを調節して用いることが好ましい。
【００８４】
親水性材料１０６のメンテナンス及び管理コストを考慮した場合、光分解活性の低い酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等が好ましく、中でも非結晶構造材料を使用することにより光分解活性による劣化を最小限に抑え、所望の親水性を得ることができる。
【００８５】
設置用構造物１０３の表面への直接形成する方法としては、蒸着や前記金属酸化物の前駆タイトなる金属アルコキシド溶液又は前記金属微粒子を配合した樹脂塗料を用いて、スプレーコーティング、ディッピング等の方法から適宜選択して用いられる。
【００８６】
このような親水性部材１０６を構造物１０３の太陽電池被設置面に配するが、例えば、絶縁材料を構造物１０３に設ける場合には、絶縁材料の太陽電池設置面側に親水性層を形成しても良い。絶縁性材料を太陽電池１０１と構造物１０３との間に設けることにより、太陽電池１０１又は太陽電池アレイ１０２から大地に流れる漏れ電流を抑えることもできる。絶縁性材料としては、例えば、ガラス板、ガラス繊維、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂、アクリル系樹脂、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエチレン系樹脂、ポリイミド等の樹脂材料から適宜選択して用いられる。
【００８７】
前記絶縁材料の表面には、前述の方法により親水性層を形成する。また、前記絶縁材料表面にプラズマ処理、コロナ処理等の表面処理を行なっても良いが、表面特性維持の点で前記親水性層を形成することがより好ましい。耐候性の観点からはフッ素樹脂やアクリル系樹脂であることが好ましい。また、樹脂材料の耐候性を向上させるために、従来既知である紫外線吸収剤、光安定化剤等の添加剤を添加してもよい。このような親水性層を表面に有する絶縁材料を構造物の被接着面上に設ける方法としては、既知の種々の粘着材や接着剤等で貼り付けても、固定金具を用いて構造物１０３と挟持固定しても良い。
【００８８】
また、親水性部材１０６を太陽電池１０１の表面に設けてもよく、これにより太陽電池１０１の表面が汚れにくくなる。付着した種々の汚れも降雨により簡単に洗い流すことができ、汚れが蓄積しにくい。降雨時に太陽電池１０１の表面が洗い流されることにより、濡れた太陽電池モジュール構造体１００の被接着面が乾燥しても、汚れに含まれる金属イオン等が凝縮されることがない。
【００８９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。
【００９０】
〔実施例１〕
＜太陽電池の作製＞
まず、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光起電力素子を以下のようにして製作する。洗浄したステンレス鋼基板（２４０ｍｍ×３６０ｍｍ×１５０μｍ）上に、スパッタ法で裏面反射層としてＡｌ層（膜厚５０００Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成する。
【００９１】
次いで、半導体層として、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ４とＰＨ３とＨ２との混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ４とＢＦ３とＨ２との混合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ半導体層を形成する。
【００９２】
透明導電層として、Ｉｎ２Ｏ３薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ２雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することによって形成する。
【００９３】
次に、塩化第二鉄を主成分とするエッチングペーストを作製し、凸部形状が有効発電領域の外側に配置されるように市販の印刷機を用いて透明電極層の一部を除去し、透明電極層除去部を形成する。さらに、得られた光起電力素子の欠陥除去処理を行う。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳとなるように調整した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電力素子と該素子の透明導電層と対向するように電極板とを浸漬し、素子をアースとして電極板に３．５ボルトの正電位を２秒間印加することにより、シャントしている部分の透明導電層を選択的に分解する。
【００９４】
そして、集電用のグリッド電極、正極バスバー電極を設ける。透明電極層除去部及びその外側に粘着体を有する絶縁体を配置する。正極バスバー電極は、電気を外部に取り出しやすいように光起電力素子の方側に１０ｍｍはみ出すように半田代を作製する。
【００９５】
次に、導電性コートした直径１００μｍの銅線からなるグリッド電極を６ｍｍ間隔で配置し末端を絶縁体の粘着材上に仮固定する。グリッド電極末端部と接合するように光起電力素子端部にバスバー電極を絶縁体上に配置し、加熱圧着することで集電電極と形成する。
【００９６】
以上の工程により光起電力素子を作製し、次に、得られた光起電力素子の受光面側に樹脂層を形成して太陽電池を作製する。
【００９７】
＜樹脂層の形成＞
光起電力素子の受光面上にアクリル樹脂系コーティング剤（硬化剤としてＭＥＫオキシムでブロックしたＨＤＩイソシアヌレートをＮＣＯ／ＯＨ  １．５となるように添加する。更に、固形分が３５ｗｔ％となるようキシレン、ＭＩＢＫ、酢酸エチルにて希釈、粘度１５ｃｐｓとする。）を乾燥後の平均膜厚が５０μｍとなるようにスプレー塗布する。その後、６０℃のオーブンで１０分間乾燥する。さらに、１００℃の乾燥オーブンに投入し、１０分間で昇温する。更に１８０℃まで１０分間で昇温する。次に、１８０℃にて５分間加熱して硬化する。
【００９８】
上記の工程により光起電力素子上に樹脂層を形成し、太陽電池を得る。
【００９９】
以下に、図１を参照しながら太陽電池モジュール構造体の作製について説明する。
【０１００】
＜太陽電池アレイの作製＞
上記工程で得られる太陽電池１０１を２枚用意し、直列接続を行なう。一方の太陽電池１０１の正極バスバー電極を他方の負極となるステンレス鋼基板に半田付けにより電気的に接続を行なう。この際、２つの太陽電池１０１の間隔を２ｍｍとした。
【０１０１】
＜構造物の作製＞
まず、固定支持体１０４となるコンクリート板を作製する。コンクリートの外寸法は５００ｍｍ高さ×８００ｍｍ長さ×１００ｍｍ厚さとする。板中央部には鉄メッシュ部材（線径φ３ｍｍ×５０ｍｍ□）を配置して作製する。材料は一般的なポルトランドセメントを使用して作製する。
【０１０２】
そして、親水性部材１０６として、ＩＴＯ（厚み０．７μｍ）を蒸着したＥＴＦＥ５０μｍを用意する。次に、前記ＩＴＯ蒸着ＥＴＦＥのＩＴＯ側から１００ｍＷ／ｃｍ２のメタルハライドランプで１２０時間照射した。これにより、ＩＴＯ上の接触角を８０°から３５°とした。このように、接触角を調整したＩＴＯ蒸着ＥＴＦＥを固定支持体の受光面側となるコンクリート面にエポキシ弾性接着剤（セメダイン製、ＰＭ１６５）で配置する。
【０１０３】
裏面支持体１０５は汎用の建設用コンクリートブロックを使用する。寸法は１９０ｍｍ高さ×３９０ｍｍ長さ×１９０ｍｍ厚さとする。
【０１０４】
＜太陽電池モジュール構造体の作製＞
まず、設置場所に裏面支持体１０５として使用する建設用コンクリートブロックを配置する。次に、親水性部材１０６が受光側となるように、固定支持体１０４を裏面支持体１０５上にもたれ掛けるように配置する。なお、固定支持体１０４の傾斜角度は２５°とする。
【０１０５】
次に、太陽電池アレイ１０２の裏側の５点に直径２０〜３０ｍｍとなるように接着剤を塗布して（不図示）、親水性部材１０６の設置面に貼り付ける。接着剤はエポキシ弾性接着剤（セメダイン製、ＰＭ１６５）を使用する。
【０１０６】
以上のような実施例１の太陽電池モジュール構造体であれば、以下の効果が期待できる。
【０１０７】
すなわち、太陽電池と固定支持体載置面との間に接触角が４０°以下の親水性材料が配置されているため、太陽電池周縁部及び配線材料周縁部における水滴を素早く除去することができる。これにより、露出した太陽電池及び配線材料等の金属部材かなる活電部材料の電食反応による劣化を抑制することができる。
【０１０８】
また、太陽電池と固定支持体載置面との間に絶縁部材を設けることにより、太陽電池からの大地への漏れ電流を少なくし、電力ロスを低減できる。
【０１０９】
〔実施例２〕
構造物の作製を以下のように変更した以外は、実施例１と同様にして行なった。
【０１１０】
＜構造物の作製＞
まず、固定支持体１０４となるコンクリート板を作製する。コンクリートの外寸法は５００ｍｍ高さ×８００ｍｍ長さ×１００ｍｍ厚さとする。板中央部には鉄メッシュ部材（線径φ３ｍｍ×５０ｍｍ□）を配置して作製する。材料は一般的なポルトランドセメントを使用して作製する。
【０１１１】
親水性部材１０６として、固定支持体１０４の受光側となるコンクリート面にシロキサン系コーティング剤（メチルメトキシラン：有機修飾したシリカゾル（平均一次粒径３０乃至５０ｎｍ）：水−イソプロピルアルコール＝２：１：２の割合で調合）をスプレー塗布する。次に、室温にて１２０時間乾燥を行なう。乾燥後の塗膜厚みが１５μｍとなるように塗布を行なう。
【０１１２】
前記固定支持体の受光面に１００ｍＷ／ｃｍ２のメタルハライドランプランプで１２０時間照射した。これにより前記受光面の接触角を７５°から２５°とした。
【０１１３】
裏面支持体は汎用の建設用コンクリートブロックを使用する。寸法は１９０ｍｍ高さ×３９０ｍｍ長さ×１９０ｍｍ厚さとする。
【０１１４】
太陽電池と固定支持体載置面との間に接触角が４０°以下の親水性材料が配置されているため、太陽電池周縁部及び配線材料周縁部に水滴を素早く除去することができる。これにより、露出した太陽電池及び配線材料等の金属部材かなる活電部材料の電食反応による劣化を抑制することができる。
【０１１５】
〔実施例３〕
構造物の作製を以下のように変更した以外は、実施例１と同様にして行なった。
【０１１６】
＜構造物の作製＞
まず、固定支持体１０４となるコンクリート板を作製する。コンクリートの外寸法は５００ｍｍ高さ×８００ｍｍ長さ×１００ｍｍ厚さとする。板中央部には鉄メッシュ部材（線径φ３ｍｍ×５０ｍｍ□）を配置して作製する。材料は一般的なポルトランドセメントを使用して作製する。
【０１１７】
固定支持体１０４の受光側となるコンクリート面にシロキサン系コーティング剤（メチルメトキシラン：有機修飾したシリカゾル（平均一次粒径３０乃至５０ｎｍ）：水−イソプロピルアルコール＝２：１：２の割合で調合）をスプレー塗布する。次に、室温にて１２０時間乾燥を行なう。乾燥後の塗膜厚みが１５μｍとなるように塗布を行なう。
【０１１８】
次に、アナータゼ型酸化チタン（平均一次粒子径  ２５ｎｍ）１００重量部にシロキサン系コーティング剤（メチルメトキシラン：有機修飾したシリカゾル（一次粒径３０乃至５０ｎｍ）：水−イソプロピルアルコール＝２：１：２）３００重量部加えてボールミルにて酸化チタン粒子を十分に分散せ、更にイソプロピルアルコールで希釈調合して得られる塗料溶液を前記シロキサン系コーティング膜上にスプレー塗布する。そして、８０℃で６時間乾燥を行なう。酸化チタン粒子担持シロキサン系コーティング層の膜厚を１μｍとなるように塗布する。
【０１１９】
前記固定支持体１０４の受光面に１００ｍＷ／ｃｍ２のメタルハライドランプランプで１２０時間照射した。これにより前記受光面の接触角を１０°とした。
【０１２０】
裏面支持体１０５は汎用の建設用コンクリートブロックを使用する。寸法は１９０ｍｍ高さ×３９０ｍｍ長さ×１９０ｍｍ厚さとする。親水性部材１０６が受光側となるように、固定支持体１０４を裏面支持体１０５上にもたれ掛けるように配置する。なお、固定支持体１０４の傾斜角度は１０°とする。
【０１２１】
太陽電池と固定支持体載置面との間に接触角が４０°以下の親水性材料が配置されているため、太陽電池周縁部及び配線材料周縁部に水滴を素早く除去することができる。これにより、露出した太陽電池及び配線材料等の金属部材かなる活電部材料の電食反応による劣化を抑制することができる。
【０１２２】
親水性材料表面にアナターゼ型酸化チタンが分散していることにより、実施例１及び実施例２以上に接触角を下げることが可能となる。これにより、太陽電池周辺の汚れの蓄積を防止することができる。更に、設置角１０°といった低設置角度においても、太陽電池周縁部での水滴の溜まりが少なく、太陽電池の起電電圧による電食反応が進む前に水滴を除去することが期待できる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、太陽電池を設置する構造物の被設置面の少なくとも太陽電池周縁部及び／又は配線部材周縁部に、親水性部材を配することで、露出した活電部の電食反応の要因となる水滴を素早く除去することができる。これにより、耐久性に優れ、発電コストを低減し得る太陽電池モジュール構造体を提供することができ、簡易被覆太陽電池からなる発電システム特有の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュール構造体であり、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面の構造を示す模式図である。
【図２】太陽電池の積層構造の一例を示す模式図である。
【図３】従来の太陽電池モジュール構造体であり、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面の構造を示す模式図である。
【図４】図４は、従来の典型的な太陽電池モジュールの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１００  太陽電池モジュール構造体
１０１  太陽電池
１０２  太陽電池アレイ
１０３  構造物
１０４  固定支持体
１０５  裏面支持体
１０６  親水性材料
１０７  配線部材
１１０  堆積膜付き基板
１１１ａ  グリッド電極
１１１ｂ  正極バスバー電極
１１２  絶縁体
１１３  樹脂層
１１４  負極バスバー電極
１１５  水滴
２００  太陽電池
２０１  導電性基板
２０２  裏面反射層
２０３  半導体層
２０４  透明電極層
２０４ｂ  透明電極層除去部分
２０５ａ  グリッド電極
２０５ｂ  正極バスバー電極
２０６  絶縁体
２０７  樹脂層
２０８  負極バスバー電極
【図１】
2004281600.tif 000003
【図２】
2004281600.tif 000004
【図３】
2004281600.tif 000005
【図４】
2004281600.tif 000006