(57)【要約】【課題】機械的強度及び防水性に優れた出力取り出し電極部の構造を有し、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】光起電力素子（１）と、光起電力素子（１）表面に設けた電極（９）と、該電極（９）に接続された取り出し電極（３）の一部とを封止材（２，７，８）により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極（３）により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールであって、前記取り出し電極（３）が、電極接続部（４）と電力取り出し部（５）とを少なくとも有し、該電力取り出し部（５）の厚みが電極接続部（４）の厚みより厚く、電力取り出し部（５）の少なくとも一部までが前記封止材（２，７，８）により封止されていることを特徴とする太陽電池モジュール。【選択図】      図１
2004193450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力素子と、光起電力素子表面に設けた電極と、該電極に接続された取り出し電極の一部とを封止材により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールであって、
前記取り出し電極が、電極接続部と電力取り出し部とを少なくとも有し、該電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部の少なくとも一部までが前記封止材により封止されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールに係わり、特に、光起電力素子と、光起電力素子表面に設けた電極と、該電極に接続された取り出し電極の一部とを封止材により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光起電力素子はこのままでは屋外の過酷な環境下での使用に耐えることができない。そこで、封止材による封止を行い太陽電池モジュールとする必要がある。この際、必要に応じて複数の光起電力素子を直列ないしは並列に接続して所望の電圧・電流を得られるようにする。
【０００３】
一方、出力を取り出すために出力取り出し電極を封止材の外へ導出する必要がある。導出する方法には、例えば、封止材を貫通させて導出する方法や、封止材に穴を開けて電極を露出させて導出する方法、あるいは光起電力素子から延在させた電極を封止材端部より導出させる方法などがある。このうち、シート状の封止材樹脂を光起電力素子の上下に配して真空ラミネーターなどを用いて光起電力素子を封止するような場合、封止材端部から出力取り出し電極を導出させる方法が最も簡単である。
【０００４】
図４はこのような従来の太陽電池モジュールの取り出し電極の構造の一例を示す概略平面図及び概略断面図である。
【０００５】
図４において、光起電力素子１の外側に延在する出力取り出し電極３は、光起電力素子とともに透光性の封止材樹脂２で封止されており、その片端は封止材樹脂の端部より外に導出されている。また、封止材樹脂の外側には樹脂フィルムが設けられている。ここで、光受光面側の樹脂フィルム（表面フィルム７）は、耐候性・耐汚染性・耐薬品性に優れるフッ素樹脂系フィルムが用いられており、裏面側の樹脂フィルム（裏面フィルム８）はポリエステルなど電気絶縁性に優れたフィルムが用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の太陽電池モジュールの構成には以下のような問題があった。
【０００７】
出力取り出し電極が金属箔のような箔部材であると、取り出し電極に外力がかかった場合、取り出し電極が封止材から導出されている根元部分に応力が集中しやすく、その結果、金属疲労によってクラックが生じ、最終的には破断してしまうことがある。
【０００８】
箔部材に代えて、取り出し電極の形状を金属ワイヤーなどの線条部材にすれば、箔部材と同じ断面積でも機械的強度を向上させることができ、このような問題を解決することができる。しかしながら、このような線状部材は箔部材よりも厚みが大きく、例えば、数アンペア以上の電流を取り出す電力用太陽電池モジュールの電流を損失なく取り出そうとすれば、０．５ｍｍ以上の厚み(直径)が必要となり、場合によっては封止材樹脂の厚みよりも大きくなる。上記のように、封止は封止材樹脂シートによる真空ラミネートで行われることが多いので、このように直径の大きな線条の取り出し電極を挟んで封止材樹脂が溶融した状態でダイアフラムによる加圧が行われると、線状の取り出し電極上下の封止材樹脂は流出し、図５のように封止材樹脂の外側の樹脂フィルムが直接線条部材に接触してしまう。
【０００９】
また、太陽電池モジュールは屋外で発電に供されるため種々の耐久性が求められるが、その中でも水分に対する耐久性は重要である。ところが、出力取り出し電極として線条部材を用いた場合には、前述したように樹脂フィルムと線条取り出し電極の間に封止材樹脂が存在しないこととなり、結果として外部から水分が取り出し電極に沿って浸入しやすくなってしまう。水分が浸入すると、出力取り出し電極の腐食だけに留まらず、光起電力素子の腐食をも引き起こし、出力低下や素子と封止材との間の剥離の原因となる。
【００１０】
つまり、従来の封止材端部より出力取り出し電極を導出する太陽電池モジュールは、取り出し電極部分の機械的強度と防水性を両立することができないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、機械的強度及び防水性に優れた出力取り出し電極部の構造を有し、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮することができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような発明が極めて効果的であることを見いだした。
【００１３】
〔解決手段１〕
光起電力素子と、光起電力素子表面に設けた電極と、該電極に接続された取り出し電極の一部とを封止材により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールであって、
前記取り出し電極が、電極接続部と電力取り出し部とを少なくとも有し、該電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部の少なくとも一部までが前記封止材により封止されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【００１４】
本発明によれば以下の効果が期待できる。
【００１５】
即ち、電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部まで前記封止材により封止されていることにより、電力取り出し部においては取り出し電極に外力が加わったとしてもクラックが生じにくく、従って取り出し電極が封止材から導出されている根元部分において破断することも少なく、また電極接続部においては真空ラミネーターによって封止した際に電極接続部の上下に確実に封止材層を確保することができ、取り出し電極周辺の防水性を損なうことがないというように、機械的強度及び防水性の両方を同時に向上させることができ、相乗効果として長期に渡って高い信頼性が確保できるという顕著な効果を奏することとなる。
【００１６】
〔解決手段２〕
前記取り出し電極は、電極接続部と、電力取り出し部とをつなぐテーパー部を有することを特徴とする解決手段１に記載の太陽電池モジュール。
【００１７】
前記取り出し電極は、電極接続部と、電力取り出し部とをつなぐテーパー部を有することにより、取り出し電極の機械ストレスに対する強度が向上する。即ち、電極接続部と電力取り出し部との間で取り出し電極が折れ曲がり、クラックが生じたり破断したりすることを抑制できる。
【００１８】
〔解決手段３〕
前記電極接続部が扁平形状であることを特徴とする解決手段１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【００１９】
前記電極接続部が扁平形状であることにより、電極接続部での光起電力素子への半田あるいは溶接などによる電気的接続が容易になる。
【００２０】
〔解決手段４〕
前記電力取り出し部が線条形状であることを特徴とする解決手段１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【００２１】
電力取り出し部が線条形状であることにより、電力取り出し部の端子台あるいは圧着端子などへの接続作業が容易になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の太陽電池モジュールの一実施態様の取り出し電極部を表す概略平面図及び概略断面図を示す。図１において、１は光起電力素子、２は封止材樹脂、３は取り出し電極、４は電極接続部、５は電力取り出し部、６はテーパー部、７は受光面側の透明表面部材（表面フィルム）、８は裏面部材（裏面フィルム）、９は光起電力素子表面に設けられたバスバー電極である。
【００２３】
本発明は、光起電力素子１と、光起電力素子表面に設けた電極９と、該電極に接続された取り出し電極３の一部とを封止材２、７、８により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極３により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールであって、前記取り出し電極３が、電極接続部４と電力取り出し部５とを少なくとも有し、該電力取り出し部５の厚みが電極接続部４の厚みより厚く、電力取り出し部５の少なくとも一部までが封止材により封止されている。
【００２４】
光起電力素子１は図１に示すように封止材樹脂中に封入されている。尚、図１には取り出し電極部のみを拡大して図示しているため、他の光起電力素子は示していないが、所望する電圧・電流に応じて複数の光起電力素子を封入するのが一般的である。そして、そのような複数の光起電力素子から構成される太陽電池モジュールの一番端部の素子から出力を取り出す形態の一つとして図１のようにバスバー電極９に取り出し電極３を接続して、封止材の端部から外に取り出し電極を導出する方法がある。
【００２５】
上記本発明のように、電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部まで前記封止材により封止された構成をとることにより、電力取り出し部においては取り出し電極に外力が加わったとしてもクラックが生じにくく、従って取り出し電極が封止材から導出されている根元部分において破断することも少なく、また電極接続部においては真空ラミネーターによって封止した際に電極接続部の上下に確実に封止材層を確保することができ、取り出し電極周辺の防水性を損なうことがないというように、機械的強度及び防水性の両方を同時に向上させることができ、相乗効果として長期に渡って高い信頼性が確保できるという顕著な効果を奏することとなる。特に、図１に示すように、仮に電力取り出し部５の厚みが大きくてその上下に封止材樹脂２の層を設けることができなくても、電極接続部４の上下には封止材樹脂２の層を形成することが可能であるため、取り出し電極３に沿った水分の浸入をより確実に防ぐことができ、取り出し電極部の防水性向上が可能である。
【００２６】
また、電極接続部４と電力取り出し部５とはテーパー部６によってつながれているのが好ましい。厚みが急に変わるとその部分に応力が集中しやすくなり、取り出し電極に外力、特に折り曲げ方向に力がかかった場合、厚みが変わる部分で折れ曲がって取り出し電極破断の原因となりやすい。テーパー部があると応力は分散され、折れ曲がりによる破断は発生しにくくなる。
【００２７】
さらに、電極接続部が扁平形状であることが望ましく、箔体形状であることがより望ましい。扁平形状であることによってバスバー電極上に取り出し電極を接続しようとして戴置したときに取り出し電極が転がることがなく、位置決めを簡単にすることができる。箔体形状であればその効果はより顕著になる。
【００２８】
一方、電力取り出し部は線条形状であることが望ましい。取り出し電極を例えば太陽電池モジュールの外に設けられた接続箱中の端子台に接続したり、他の導線に接続する際に、電力取り出し部が線条形状であった方が特別な部材を必要とすることなく、汎用的な方法で取り出し電極の封止材の外での接続を行うことができるので好適である。
【００２９】
また、封止材樹脂が電力取り出し部の少なくとも一部まで封止していることが好ましい。こうすることによって、封止材による防水性がより高まることとなる。
【００３０】
電極接続部及び電力取り出し部の厚みは光起電力素子、バスバー電極、封止材樹脂層の厚さ、及び光起電力素子の最大出力電流に応じて適宜決定されるが、電極接続部の上下に確実に封止材層が形成されるようにすることが肝要である。また、ここでは光起電力素子の受光側表面に設けられたバスバー電極に接続された取り出し電極について説明したが、電極はバスバー電極に限るものではなく、例えば、集電電極の一部に設けられたパッド状電極や素子裏面に設けられた電極の場合でも同様である。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
【００３２】
（実施例１）
導電性基板上に裏面反射層、半導体光活性層、透明電極層を順次形成し、透明電極層の上に櫛型の集電電極とそれに接続したバスバー電極を有するアモルファスシリコン太陽電池（光起電力素子）を用いて、本発明の実施例１の太陽電池モジュールを製作する方法を図２を用いて以下に説明する。図２は、本例の太陽電池モジュールの概略平面図及び概略断面図である。
【００３３】
複数の光起電力素子１を直列に接続し、一方の直列接続端の光起電力素子のバスバー電極９に取り出し電極３を半田にて取り付ける。取り出し電極３の形状は図６に示すように電極接続部４、電力取り出し部５、テーパー部６から構成されており、電極接続部は厚さ０．１ｍｍ、幅６ｍｍの箔体形状、電力取り出し部は直径０．８ｍｍのワイヤー形状となっている。
【００３４】
同様に、他方の直列接続端の光起電力素子裏面の導電性基板にも取り出し電極を半田にて接続する。
【００３５】
この後、厚さ１００マイクロメートルのポリエステルフィルムの上に、太陽電池用封止材樹脂であるエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂の厚さ０．５ミリメートルのシート、取り出し電極を接続した光起電力素子直列接続体、厚さ０．５ミリメートルのＥＶＡ樹脂シート、厚さ５０マイクロメートルの透明なフッ素樹脂フィルムを順次積層し、真空ラミネーターにて加熱圧着することによって光起電力素子を封止して太陽電池モジュールとする。
【００３６】
ここで、取り出し電極の電力取り出し部がＥＶＡ樹脂シートよりも外へはみ出るように積層することによって、封止材端部より取り出し電極を導出した太陽電池モジュールを作製することができる。
【００３７】
このようにして作製した太陽電池モジュールについて、取り出し電極導出部の防水性を評価するために、導出部を沸騰水に６時間浸漬した後の太陽電池モジュールの外観を観察し、さらに電気性能の測定を行う。
【００３８】
その結果、水の浸入は取り出し電極のテーパー部を超えて進むことはなく、電気性能が低下することもなかった。また、電力取り出し部がワイヤー形状であるため、接続箱の端子台にねじ止めしたり、圧着端子を取り付けたり、他の配線用ワイヤーとリングスリーブで接続することも簡単にできた。
【００３９】
（比較例１）
実施例の効果を明確にするために、以下の比較例１の太陽電池モジュールを作製した。すなわち、取り出し電極として直径０．８ｍｍのワイヤーを用いた以外は実施例１と全く同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００４０】
実施例１と同じ防水性評価の結果、水がワイヤーに沿ってバスバー電極との接続部まで浸入し、バスバー電極と封止材樹脂との剥離が発生した。また、剥離部に水が浸入したために、その周辺の素子の腐食が発生し、電気性能の低下が観測された。
【００４１】
（実施例２）
図３は、本例の太陽電池モジュールの概略平面図及び概略断面図である。
【００４２】
フッ素樹脂フィルムに代えて厚さ３．３ミリメートルの白板強化ガラス板を用いて、受光面側の最表面をガラス板１１で覆う、いわゆるスーパーストレート構造の太陽電池モジュールとした以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００４３】
このモジュールの防水性を評価したところ、実施例１と同じく取り出し電極に沿って素子にまで水が浸入することはなく、電気性能の低下もなかった。
【００４４】
（比較例２）
取り出し電極として直径０．８ｍｍのワイヤーを用いた以外は実施例２と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００４５】
防水性評価の結果、比較例１と同様、バスバー電極と封止材樹脂との剥離が発生し、電気性能の低下が観測された。
【００４６】
以上の実施例１、２のように、最表面部材としてフィルムあるいはガラスのいずれを用いた場合でも、本発明を実施した取り出し電極によって封止材端部より出力を取り出す太陽電池モジュールとすることによって、取り出し電極導出部の防水性が向上する。したがって、封止材端部から取り出し電極に沿って水が光起電力素子に浸入して電気性能が低下することがなく、長期に渡って高い信頼性を保つことのできる太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【００４７】
なお、本発明は以上の実施例に何等限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変更することができる。例えば、上記実施例では光起電力素子としてアモルファスシリコン太陽電池を用いたが、それに代えて結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池を用いることも無論可能である。
【００４８】
【発明の効果】
光起電力素子と、光起電力素子表面に設けた電極と、該電極に接続された取り出し電極の一部とを封止材により封止し、封止材端部から外部に露出する取り出し電極により出力を取り出すようにした太陽電池モジュールであって、前記取り出し電極が、電極接続部と電力取り出し部とを少なくとも有し、該電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部の少なくとも一部までが前記封止材により封止されていることによって、機械的強度及び防水性に優れた出力取り出し電極部の構造を有し、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮する太陽電池モジュールを提供することができる。即ち、電力取り出し部の厚みが電極接続部の厚みより厚く、電力取り出し部まで前記封止材により封止されていることにより、電力取り出し部においては取り出し電極に外力が加わったとしてもクラックが生じにくく、従って取り出し電極が封止材から導出されている根元部分において破断することも少なく、また電極接続部においては真空ラミネーターによって封止した際に電極接続部の上下に確実に封止材層を確保することができ、取り出し電極周辺の防水性を損なうことがないというように、機械的強度及び防水性の両方を同時に向上させることができ、相乗効果として長期に渡って高い信頼性が確保できるという顕著な効果を奏することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態の取り出し電極部の概略図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は断面図である。
【図２】実施例１の太陽電池モジュールの概略図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は断面図である。
【図３】実施例２の太陽電池モジュールの概略図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールの取り出し電極の構造の一例を示す概略図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの取り出し電極の構造の他の一例を示す概略図である。（ａ）は平面図である。（ｂ）は断面図である。
【図６】実施例１及び２で使用する取り出し電極を表す平面図、正面図、及び側面図である。
【符号の説明】
１  光起電力素子
２  封止材樹脂
３  取り出し電極
４  電極接続部
５  電力取り出し部
６  テーパー部
７  表面フィルム
８  裏面フィルム
９  バスバー電極
１０  集電電極
１１  ガラス板
【図１】
2004193450.tif 000003
【図２】
2004193450.tif 000004
【図３】
2004193450.tif 000005
【図４】
2004193450.tif 000006
【図５】
2004193450.tif 000007
【図６】
2004193450.tif 000008