(57)【要約】【課題】基板自らの自重によって生じる応力や、基板に作用する熱応力に耐えうる強度を確保した基板を得ることで破壊確率を低減させ、生産性の高い太陽電池パネル及び太陽電池パネルの製造方法を提供すること。【解決手段】基板１上に複数の膜からなる太陽電池膜が積層される太陽電池パネルにおいて、基板１の端部にかまぼこ状のＲ面取り加工を施し、基板１に作用する自重変形や熱応力に耐えうる強度を確保した。また、このようなＲ面取り加工がなされた基板を製膜処理した後に必要に応じて分割する太陽電池パネルの製造方法を構築した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の膜からなる太陽電池膜が積層される太陽電池パネルにおいて、
前記基板の端部には、第１の面からこれに対向する第２の面に渡ってＲ面取り加工が施されてなることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
請求項１記載の太陽電池パネルにおいて、
前記Ｒ面取り加工による形状は、かまぼこ状とされてなることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項３】
基板上に複数の膜からなる太陽電池膜が積層される太陽電池パネルの製造方法において、
前記基板の端部の第１の面からこれに対向する第２の面に渡ってＲ面取り加工を施した後に太陽電池膜の製膜を施すことを特徴とする太陽電池パネルの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の太陽電池パネルの製造方法において、
太陽電池膜の製膜が施された太陽電池パネルを分割して小型の太陽電池パネルを形成することを特徴とする太陽電池パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電に用いられる太陽電池パネル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環境や生態系に悪影響を与えないクリーンなエネルギーとして太陽エネルギーが知られている。そして、太陽エネルギーを利用するに当たり、太陽の光を電気に変換する太陽電池が近年多く利用されている。このような太陽電池は、一般に太陽光による発電効率を高められるように板状に構成された太陽電池パネルとして知られている。
【０００３】
太陽電池パネルの構造を簡単に説明すると、太陽電池パネルは、ソーダガラス等の透明な基板上に、透明電極膜、半導体膜、及び金属電極膜などの複数の膜を積層した構造からなり、その周端部にはこれらの太陽電池膜（透明電極膜、半導体膜、金属電極膜）を封止する保護用のシール剤が設けられている。また、上記それぞれに言う太陽電池膜は、接着シートやカバーガラスなどで覆われることが一般的である。
【０００４】
このような太陽電池パネルを製造する上で、基板の端部に欠けがあると半導体層を除去する際にガラス等の基板が欠けてしまう問題がある。したがって、このことを回避すべく、半導体層が形成された面の角部に実質的に直角あるいは鋭角部分がないように多角形形状あるいは円弧状に形成することが望ましいとして既に開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２４３２２９号公報（第１８，第２１段落、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にて開示された基板端部を面取り加工することは、製膜処理がなされた基板面を機械的に除去する場合において、基板端部が面取りされていないと該端部に欠陥となる欠けが生じてしまう問題があるため行われるものである。基板の端部に欠陥が生じると、太陽電池パネルの温度分布のばらつきによって生じる熱応力が要因で欠陥部分から基板を割ってしまう可能性がある。ここに言う熱応力は、太陽光による使用状況下での入熱に起因して発生するものであり、製膜処理などの製造工程において必要とされる加熱処理での熱応力とは大きく異なる。
【０００７】
ここで、図を用いて、基板加熱用のヒータでの加熱処理にて基板に生じる熱応力について説明する。図５のグラフ線図に示すように、基板の外周部が固定されることで変形が拘束された場合、基板の延在方向である平面における最大温度差と発生する熱応力との関係は、基板面の温度差が大きくなるにしたがって基板に生じる熱応力は比例して増大する。なお、グラフ線図に示す解析に用いられた基板厚みは４ｍｍであり、大きさは約１ｍ四方である。
【０００８】
太陽光を受けて加熱された場合の太陽電池パネルの温度の計測結果では、夏の場合には朝の約３０℃から真昼で約８０℃まで５０℃上昇し、冬の場合は朝の約０℃から昼の５０℃まで５０℃上昇する。このように上昇温度は夏冬で変わらず、パネルが受ける熱負荷は同等と考えられる。この温度上昇は真昼の日射を突然受けるわけではなく加熱は緩やかなため、基板面内の温度差はほとんど生じない。但し、太陽光が雲で突然遮られた場合もパネル温度は変化する。この場合の太陽電池パネルの温度変化は真夏で約２０℃、真冬で約１０℃であり、この温度変化により発生する基板面内の温度差は２０℃以下である。この温度差を図５のグラフ線図に照らし合わせると、基板に発生する応力は、１kgf/mm2以下である。
【０００９】
しかし、基板の製膜時における２００℃近傍の加熱処理では、基板面における温度差が容易に５０℃を超えるような状態となり得、この場合、基板に発生する熱応力は、太陽光の入熱による熱応力よりも多大な約３kgf/mm2も作用する可能性が高い。すなわち、製膜処理等の製造工程では、加熱される前の常温域と加熱された後の温度域との差が大きいため、基板面の温度分布にも大きなばらつきが生じやすく、結果として基板に多大な熱応力が発生しやすい。もちろん、基板加熱用のヒータ等による加熱方法、及び構成を改善して基板の温度差を低下させることも１つの手段であるが、より大面積化された基板を均一に加熱する加熱手段の加熱方法及び構成は、装置の大型化やコストの増大ともなりうる。
【００１０】
また、図６の基板表裏温度差と発生熱応力との関係を示したグラフ線図のように、基板が加熱された場合に基板の表面と裏面とに温度に差が生じると、温度分布のばらつきによって基板を反らせようとする熱応力が発生することが考えられる。この熱応力は、図に示すように表面と裏面との温度差が大きくなるにしたがい比例して増大する。
【００１１】
この場合でも、太陽光の入熱により太陽電池パネルの表裏に生じる温度差は小さく、よって発生熱応力は小さい。一方、製膜処理等による約２００℃の加熱では、基板の温度差が５０℃を超えるようなことが考えられ、このことによって、上記発生応力よりも多大な約２kgf/mm2強の熱応力が基板に作用する可能性が高い。
【００１２】
さらに、製膜処理を行うために加熱された基板は、ある段階で常温に戻されることになるが、その際、基板の端部では基板の中心側に比べて多大な放熱が生じるため、基板の端部と中心側とでは大きな温度差が生じやすい。このことは加熱する際にも言えることである。
【００１３】
このことについて、図７のグラフ線図に示す解析結果に基づいて説明する。図７では、１８０℃まで均一に加熱された基板を常温（２０℃）の環境下に放置した場合での時間経過による軸方向（基板端部の延在方向）の発生応力の変化を示したものである。
【００１４】
これによると、時間経過毎に軸方向の応力が急激に上昇することが読み取れ、６０秒経過後には熱応力の最大値である約０．７kgf/mm2の熱応力が基板の端部に発生している。このことは、基板端部が基板の中心側に比べて放熱速度が早いために基板端部と中心側との温度差が多大に生じることで引き起こされるものである。
【００１５】
このように、製膜等の太陽電池パネルの製造過程における加熱処理では、基板に対する加熱量も多大となるために、基板の各部分で温度差が多大に生じやすく、この温度差によって発生する応力に耐えうる強度を有した基板が必要とされている。
【００１６】
また、太陽電池パネルの製造工程おける基板の搬送に際して、基板の自重等によって作用する荷重で基板端部に欠陥が生じないようにする加工形状については従来技術では開示されていない。
【００１７】
また、基板の大面積化を実施しようとすると、基板自体の重さが増大することになるので、搬送過程にておいて基板の下端部に自らの自重による多大な応力が作用することとなり、基板が割れるような破損を来す可能性も高くなる。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、基板自らの自重によって生じる応力や、基板に作用する熱応力に耐えうる強度を確保した基板を得ることで破壊確率を低減させ、生産性の高い太陽電池パネル及び太陽電池パネルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、基板上に複数の膜からなる太陽電池膜が積層される太陽電池パネルにおいて、前記基板の端部にＲ面取り加工を施すことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の太陽電池パネルにおいて、前記Ｒ面取り加工による形状が、かまぼこ状とされていることを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、基板に、自重によって生じる応力や、製膜を施す場合などの製造過程での加熱処理における温度分布のばらつきによる熱応力、あるいは放熱作用における温度分布のばらつきによる熱応力、などが生じても、基板はこれらの応力に耐えうる強度を端部側で確保することとなり、割れなどの破損が回避される。また、Ｒ面取り加工による基板端部における断面形状がかまぼこ状に形成されることで、強度を的確に確保することになり、また、端部に欠陥が生じにくくなる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、基板上に複数の膜からなる太陽電池膜が積層される太陽電池パネルの製造方法において、前記基板の端部にＲ面取り加工を施した後に太陽電池膜の製膜を施すことを特徴としている。
【００２３】
このような製造方法によれば、製膜時において基板を加熱する際に基板の温度分布の差によって基板に熱応力が生じても、端部のＲ面取り加工によってこの熱応力に耐えうる強度を基板が有することになり、製膜時における加熱処理によって基板が破損することはない。すなわち、製膜時の熱影響に耐えうる基板を予め形成して太陽電池パネルを製造することで、加熱処理での問題が除去される。このことは、製膜が施された後の基板にＲ面取り加工を施し、太陽光による入熱に対する強度や、製膜後の製造過程にて欠陥の発生を回避する目的として形成される場合と大きく異なる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の太陽電池パネルの製造方法において、太陽電池膜の製膜が施された太陽電池パネルを分割して小型の太陽電池パネルを形成することを特徴としている。
【００２５】
このような製造方法によれば、Ｒ面取り加工を行って強度を確保した基板に製膜を施し、製膜が施された基板を分割して小型の太陽電池パネルを形成することになる。したがって、小型な太陽電池パネルを製造するために比較的大きな基板を用いる場合であっても、この基板を破損させることなく製膜処理された状態で分割することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。図１に示される符号１は太陽電池パネルの一要素である材質がソーダガラスの基板である。この基板１は、図１（ａ）に示すように、大きさが１．１ｍ×１．４ｍとされた大面積型の基板１であり、基板厚みは４ｍｍである。
そして、図１（ａ）の矢視断面Ａ−Ａ、及び矢視断面Ｂ−Ｂのそれぞれを示した図１（ｂ）（Ａ−Ａ断面と、Ｂ−Ｂ断面における基板端部の断面形状は同一である。）に示すように、この基板１の４辺全ての端部には半径ｒにて丸め形状とされたＲ面取り加工が施されている。
【００２７】
図１（ｂ）に示されるＲ面取りを詳細に説明すると、この丸め形状の中心は基板１の厚み方向の中心線上にあり、丸め半径ｒは、基板厚みの４ｍｍに準じてｒ＝２．５〜３ｍｍとされている。すなわち、基板厚みの４ｍｍよりも大きい丸め半径ｒ＝２．５〜３ｍｍと規定されることによって、基板１の端部の断面形状が「かまぼこ状」に形成される。
【００２８】
なお、上記のＲ面取り加工は、例えば、上記に設定した半径ｒの円弧状の凹所を外周部に有する円盤状研磨治具を当接させて研磨することで得られるものであるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
なお、上述したそれぞれの基板端部のＲ面取り加工において、加工後の端部と、この端部に相対する加工後の端部との距離は、製品となる太陽電池パネルの基板１の寸法（この場合、１．１ｍあるいは１．４ｍの寸法を指す。）を満たすように形成されることは言うまでもない。
【００３０】
さて、このように基板端部に、かまぼこ状のＲ面取り加工が施された基板１の特性について、該基板１と、Ｃ面取り寸法１ｍｍのＣ面取り加工が施された基板とを比較しながら以下に説明する。
【００３１】
図２は、上述した各基板に見立てた２つの試験用基板１ａ，１ｂ（Ｒ面取りの試験用基板１ａ、及びＣ面取りの試験用基板１ｂ）の端部の摩擦抵抗を計測するとともに、この摩擦抵抗によって生じる各試験用基板１ａ，１ｂの端部に欠陥や欠陥となる欠け（「はま欠け」とも呼ばれる。）を形成するための試験装置を示した構成の概略図である。なお、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【００３２】
各試験用基板１ａ，１ｂは、この延在方向が定盤２１の面に対して直立となるように定盤２１上に配置されるとともに、この定盤２１上に設置された押さえ金具２２に狭持される。そして、試験用基板１ａ，１ｂの上方側の端部には、真空中での摩擦係数０．７程度を模擬した窒化珪素板２３（20mm×20mm×6mm）が当接される。さらに、この窒化珪素板２３の上面には、この上方に位置する押さえ治具２６が押し当てられ、この押さえ治具２６によって垂直方向下向きの荷重ＦＮが、窒化珪素板２３を介して基板１ａ，１ｂに負荷される。
【００３３】
さらに、窒化珪素板２３の側面には、左右方向に配置された連結棒２５が連結され、この連結棒２５にはロードセル２４を介して横荷重ＦＨが与えられる。すなわち、上下方向にて押さえ付けられた窒化珪素板２３に横荷重ＦＨが作用することで、窒化珪素板２３の下面と試験用基板１ａ，１ｂの上端部との接触部がこすれ、摩擦力が生じる。
なお、定盤２１に対して垂直方向下向きに負荷する荷重ＦＮは、１４７Ｎと２９４Ｎとした。これらの数値は、前者が基板質量１５ｋｇを考慮したものであり、後者が基板質量の２倍を考慮したものである。
【００３４】
摩擦抵抗の試験結果については端部表面の研磨処理の程度によって変化することも考えられるため省略とするが、この試験におけるＲ面取りがなされた試験用基板１ａと、Ｃ面取りがなされた試験用基板１ｂとのそれぞれの端部には、目視できない程度のごく僅かな「はま欠け」（欠陥）が発生した。はま欠けの程度を顕微鏡写真で観察すると、Ｒ面取りの試験用基板１ａの方がはま欠けの度合いが小さく、Ｃ面取りの試験用基板１ｂでは、鈍角とされた角部に鋭利な欠けが比較的大きく生じていることが確認された。
つまり、Ｒ面取りの端部形状であることによれば、Ｃ面取りの端部形状に比べて欠陥の度合いが小さくなることが確認された。
【００３５】
さて、このような摩擦抵抗を計測する試験にて得られた各試験用基板１ａ，１ｂを、図３の概略図に示すような４点曲げ試験にて強度を確認する。本試験では、試験用基板１ａ，１ｂの面取り加工が施されてなお且つ窒化珪素板２３とこすり合わされた端部を下側にして配置し、この１８０ｍｍとされた端部を１６０ｍｍの離間間隔とされた両支持部Ｓ１，Ｓ２上に設置する。そして、両支持部Ｓ１，Ｓ２の間にて試験用基板１ａ，１ｂの上方から２つの力点で合計荷重が荷重Ｐとなる負荷を試験用基板１ａ，１ｂに与える。なお、図３（ｂ），（ｃ）は、同図（ａ）の矢視Ｃにおける試験用基板１ｂ，１ａの寸法形状を示している。
【００３６】
そして、上述した４点曲げ試験における結果は、図４に示す応力と破壊確率との関係を示したグラフ線図に表されることとなり、この結果について以下にまとめる。
【００３７】
既に本発明が解決しようとする課題にて説明した熱応力を考慮し、この応力値が３kgf/mm2である場合を仮定して比較すると、かまぼこ状にＲ面取りされた太実線で示される素材（試験用基板１ａ）では、破壊確率が４×１０−４であることが読み取れる。
これに対し、Ｃ面取りされた太破線で示される素材（試験用基板１ｂ）では、同応力値で破壊確率が１．５×１０−２であることが読み取れる。
このように、Ｒ面取りが施された基板は、Ｃ面取りが施された基板よりも破壊する確率が格段に小さくなり、熱応力がさらに作用する場合であってもこの関係が読み取れる。
【００３８】
また、Ｒ面取りが施された基板は、Ｃ面取りが施された基板よりも、欠陥であるはま欠けが生じにくい、あるいは、はま欠けの度合いが小さいことを実験により確認できたことを既に説明した。このことを考慮しつつ図４のグラフ線図を参照すると、摩擦抵抗の計測試験を終えてはま欠けが生じた試験用基板１ａ，１ｂの４点曲げ試験における破壊確率は、はま欠けの形成による破壊確率の若干の上昇が認められつつも、Ｃ面取りが施された素材よりも低く抑えられることが確認できる。
【００３９】
さらに、図４のグラフ線図を参照すると、摩擦抵抗の計測試験で１４７Ｎの垂直荷重が負荷された場合は、２〜６kgf/mm2の応力が作用しても、はま欠けが存在しない場合とほぼ同等な破壊確率が確認でき、Ｃ面取りが施された場合よりも破壊確率が遥かに下回る良好な結果が得られた。
また、搬送時等動的に作用する荷重を考慮した２９４Ｎの垂直荷重が負荷された場合では、３kgf/mm2の応力が基板に作用しても、破壊確率が３×１０−３となり、Ｃ面取りが施された場合よりも破壊確率が下回る良好な結果が得られた。
【００４０】
以上説明したように、半径ｒ＝２．５〜３ｍｍとされたかまぼこ状のＲ面取り加工が施された基板１によれば、この搬送時における自重によって基板自らに比較的大きな応力が作用したり、製造過程における製膜等の加熱処理で大きな熱応力が作用したりすることによって破損しかねない状態におかれた基板１に対して、この応力に耐えうる強度を確保させて破壊の確率を大幅に低減させることが可能となった。したがって、基板の大面積化を図ることが可能となり、また、太陽電池パネルの生産性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４１】
そして、小型の太陽電池パネルを製造するにあたって、一辺が１ｍを超えるような大面積型の基板に製膜処理、さらにはカバーガラスなどの取り付けを行った後に分割して小型の太陽電池パネルを形成することも容易に可能となる。すなわち、大面積型であるために割れなどによる破損しやすい基板を、安定して製造することが可能となり、小型の太陽電池パネルをこの大型基板の分割による容易で且つ工程の削減を図って製造することができるようになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の太陽電池パネルにおいては以下の効果を奏する。
請求項１及び請求項２記載の発明によれば、基板の端部にＲ面取りがなされることで、基板の強度が高められることになり、太陽電池パネルを製造する上での搬送・設置の状況や、加熱処理等における応力の発生に耐えうる高い強度を確保した破壊確率が低減された良好な太陽電池パネルを得ることができる。このことは、特に基板の破壊確率が大きくなりやすい大型化された基板に関して最も効果的である。また、Ｒ面取り加工として、かまぼこ状に形成されることによれば、強度を的確に確保することができるとともに、欠陥の発生を防いで強度の低下をより的確に回避することができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、基板の端部にＲ面取り加工を施した後に太陽電池膜の製膜を施す太陽電池パネルの製造方法であるので、製膜時での基板の温度分布に差が生じて基板に熱応力が作用する場合であっても、この熱応力に耐えうる強度の確保によって基板を破損させずに太陽電池パネルを的確且つ確実に製造することが可能となる。また、製膜前の段階でＲ面取りがなされることで、製膜処理を行う際の搬送過程にて基板に欠陥が発生することが回避され、基板を破損させずに太陽電池パネルを的確且つ確実に製造することが可能となる。さらに、このように基板の強度の向上により、基板を大型化して大面積型の太陽電池パネルを製造することも可能となる。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、Ｒ面取り加工された基板に製膜を施し、この基板を分割して小型の太陽電池パネルを形成することができるので、製膜が施された大型基板を損傷させることなく確実に得て分割することで、低コストで小型の太陽電池パネルを製造し提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における太陽電池パネルに用いられる基板の概略図であって、（ａ）は基板の斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面Ａ−Ａ及び断面Ｂ−Ｂにおけるかまぼこ状のＲ面取りが施された基板端部の断面図である。
【図２】基板端部の摩擦抵抗を計測しつつ、基板端部の欠陥を形成する試験装置の概略構成を示した概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】基板に対する４点曲げ試験の概略を示した概略図であり、（ｂ），（ｃ）は（ａ）の矢視Ｃにおける各試験用基板の寸法形状を示した投影図である。
【図４】基板に作用する応力と基板の破壊確率との関係を示したグラフ線図である。
【図５】基板面における温度差と発生熱応力との関係を示したグラフ線図である。
【図６】基板表裏温度差と発生熱応力との関係を示したグラフ線図である。
【図７】温度低下する基板端部の時間経過における軸方向応力の変化を示したグラフ線図である。
【符号の説明】
１  基板
１ａ  かまぼこ状のＲ面取り加工が施された試験用基板
１ｂ  Ｃ面取り加工が施された試験用基板
ｒ  丸め半径
【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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