(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池素子に加わる荷重を分散させ製造時の充填にかかる時間を短くし、電気的特性や美観、品質や寿命を低下させにくい耐荷重太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池素子をケースに配置し、充填材で封止した太陽電池モジュールにおいて、前記ケースの太陽電池素子を支持する部位が、前記ケースの太陽電池配置面に充填材と略同じ材質のスペーサーを備え、前記スペーサーの先端形状を円柱状、円柱球面状、円垂状、球状としてなることを特徴とする。また、ケース内側側壁部と太陽電池とのクリアランスを０．３ｍｍ以上としたこにより、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離するのを防止でき、性能、品質、外観、寿命共に優れた太陽電池モジュールが提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに設けた凹部内に太陽電池素子を配し、さらに充填材を注入して封止せしめた太陽電池モジュールにおいて、前記ケースの凹部底面上に前記充填材と略同じ材質のスペーサーを３個以上それぞれ凹部側面から離れるように配設し、これらスペーサーの上に前記太陽電池素子を載置せしめたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記スペーサーの頂部面積を０．１〜２５ｍｍ２の範囲にしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記スペーサーの先端形状を円柱状、円柱球面状、円垂状、球状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記スペーサーの高さが０．３〜１００ｍｍの範囲にしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記ケース内側側壁部と太陽電池素子とのクリアランスを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか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、小型太陽電池モジュールや太陽電池応用商品などの、複数個の太陽電池素子をケースに配置し、充填材で封止する太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池を利用した各種の電子機器として、例えば道路標識、住宅用換気扇、センサーライト等の産業製品や家電製品が実用化されている。これらの機器には太陽電池からなる光電変換機能部が設けられ、外部から入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを電源用や信号用として利用している。
【０００３】
一般にこのような産業用、家電用の太陽電池は、複数枚の太陽電池素子を直列や並列に接続し、これらをガラスや樹脂などの透光性基板に一体的に構成して太陽電池モジュールとして使用される。この太陽電池モジュールの製造方法において最も多く用いられているのはラミネート工法と呼ばれる、太陽電池素子をＥＶＡ樹脂で挟んだ状態でガラス上に配置し、そのまま加熱・加圧して一体的に成形する方法である。この工法は大型の太陽電池モジュールなどを製造するのに適しているが、高温での加熱・加圧を行なうため透光性基板に樹脂などを利用しにくく、立体形状の透光性基板をガラスで製作した場合などは重量を軽減しにくい。また、複雑な形状に対応しにくい。一方、こういった小型モジュールや立体型モジュールを製造する技術としてモールド工法がある。
【０００４】
図６は従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する断面図である。
【０００５】
図６に示すように、透光性基板上、または透光性基板内に太陽電池素子を埋め込む為の空間（掘り込み部１０）を設けたケース１１内に太陽電池素子２を配置し、太陽電池素子２上からシリコン樹脂などの充填材３を流して硬化させ、充填材により透光性基板との接着を行なうとともに太陽電池素子の保護層とするものである。充填材は流動体であるので複雑な形状の掘り込みなどを持つケース形状にも対応し易く、また、製造時に高温を必要としないので透光性基板にはガラス以外にもアクリルやポリカーボネイトなどの樹脂が利用可能であり、軽量化にも有効である。
【０００６】
以下に樹脂ケース（ポリカーボネイト）に太陽電池素子を埋め込むモールド型太陽電池モジュールの製造方法について具体例をもとに説明する。
【０００７】
図５は従来の太陽電池モジュールにおいてケースに太陽電池を取り付る様子を模式的に説明する斜視図である。
【０００８】
図５に示すように、太陽電池モジュールは複数個の太陽電池素子２をケース１１の掘り込み部１０に配置する。このとき、太陽電池素子２が掘り込み部１０の底面に直接置かれていると、充填材を流しても太陽電池素子とケース１１の間に充填材が回り込まず空気層が残ってしまい、屈折率の違い（光の入射角によって太陽電池素子面への照射角度が変化し、太陽電池素子面での反射も生じる）によって発電効率が低下してしまう。そこで、前記ケース１１の太陽電池配置面に太陽電池素子の台座部１１ａをケース１１と一体で設け、その台座部１１ａに太陽電池素子２を載せて充填材を注入し常温硬化もしくは加熱して充填材を硬化させる。
【０００９】
なお、通常、太陽電池素子２は受光面を透光性基板側に向けて配置されるが、充填材が透光性基板を兼ねる場合もあり、この場合は受光面を上にして配置する。
【００１０】
また、ケースの受光面が曲面状の場合は、ケース背面側を平面状にした上で台座部を設ける構造のものもある。（特許文献１）。
【特許文献１】実開昭６２−２３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７は従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する平面図、図８は従来技術における太陽電池モジュール上面に外圧が加わった時の変形状態を模式的に説明する断面図である。
【００１２】
太陽電池モジュールはその使用用途から、運搬中に加わる振動や衝撃、荷重が太陽電池に伝わりにくく、温度変化による膨張収縮にも耐える必要があるが、図７に示すように台座部１１ａはその一部が太陽電池素子２の配置面に張り出した形となっており、前記台座部の形状が複雑で大きいため、充填材が複雑な形状の各部に回り込むのに時間を要し、充填に要する作業時間が長くなってしまうという問題がある。また、流し込み方法（流し込み位置・角度）によって気泡の残留も発生しやすくなる。さらには、台座部１１ａの周囲で充填材の密度が変肉になり充填材の一部分に応力が集中し、最悪の場合は太陽電池が割れる場合もある。更に太陽電池受光面側の充填材厚みが薄い場合やケース内側側壁部と太陽電池とのクリアランスが狭い場合は温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離する場合もある。
【００１３】
また、太陽電池素子を直列や並列に接続することにより生じる仕上り外径寸法の公差を見込む必要があるので、台座部を大き目にしておかねばならず、結果的に台座部１１ａと太陽電池素子２が接触する面積も大きくなってしまうが、この面積が大きくなると、充填材で充填後も台座部１１ａと太陽電池素子２との間に残留する空気が多くなることになり、発電効率の低下や、温度変化による残留空気の膨張収縮に充填材が追従できず、太陽電池素子２の受光面に空気層（ピール）が発生・拡大するために発電効率低下や美観を損ねるといった問題も生じる。
【００１４】
同様に、太陽電池受光面側の充填材厚みが薄い場合やケース内側側壁部と太陽電池とのクリアランスが狭い場合も、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離し、太陽電池モジュールの電気的特性や美観を低下させることにもなる。
【００１５】
また、図８のようにケース外側より車等の高荷重がかかった場合には、ケースが変形し太陽電池素子２と接触している台座部１１ａにより集中荷重が加わり、太陽電池素子が割れやすいといった問題が生じる。
【００１６】
そこで、本発明は上述の諸事情に鑑みてなされたものであり、充填にかかる時間を短くし、耐荷重に強く、電気的特性や美観、品質や寿命を低下させにくい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】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１の太陽電池モジュールは、ケースに設けた凹部内に太陽電池素子を配し、さらに充填材を注入して封止せしめた太陽電池モジュールにおいて、前記ケースの凹部底面上に前記充填材と略同じ材質のスペーサーを３個以上それぞれ凹部側面から離れるように配設し、これらスペーサーの上に前記太陽電池素子を載置せしめたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２の太陽電池モジュールは、前記スペーサーの頂部面積を０．１〜２５ｍｍ２の範囲にしたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３の太陽電池モジュールは、前記スペーサーの先端形状を円柱状、円柱球面状、円垂状、球状としたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４の太陽電池モジュールは、前記スペーサーの高さが０．３〜１００ｍｍの範囲にしたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項５の太陽電池モジュールは、前記ケース内側側壁部と太陽電池素子とのクリアランスを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする。
(作用)
【００２２】
請求項１の太陽電池モジュールによれば、充填材と略同じ材質のスペーサーにより荷重によるケースのそりによる太陽電池素子に加わる応力を分散でき、太陽電池の割れも防止できる。また、同じ材質のスペーサーであることから膨張収縮率も同じであるため、温度変化による剥離も防止できる。
【００２３】
また、請求項２の太陽電池モジュールによれば、前記スペーサーの頂部面積を２５ｍｍ２以下とし、太陽電池素子との接触面積を小さくすることにより、充填材の回りをよくし、気泡や剥離を防止できるだけでなく、充填材の変肉により一部分に応力が集中することにより太陽電池の割れをも防止できる。
【００２４】
また、請求項３の太陽電池モジュールによれば、スペーサーの先端形状を円柱状、円柱球面状、円垂状、球状とすることにより、充填材の回りをよくし、気泡や剥離を防止できるだけでなく、充填材の変肉により一部分に応力が集中することによる太陽電池素子の割れをも防止できる。
【００２５】
請求項４の太陽電池モジュールによれば、スペーサーの高さを０．３ｍｍ以上とすることにより、太陽電池受光面側の充填材厚みを最適にすることにより、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離するのを防止できる。
【００２６】
請求項５の太陽電池モジュールによれば、ケース内側側壁部と太陽電池とのクリアランスを０．３ｍｍ以上としたこにより、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離するのを防止できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の太陽電池モジュールは、ケースに設けた凹部内に太陽電池素子を配し、さらに充填材を注入して封止せしめた太陽電池モジュールにおいて、前記ケースの凹部底面上に前記充填材と略同じ材質のスペーサーを３個以上それぞれ凹部側面から離れるように配設し、これらスペーサーの上に前記太陽電池素子を載置せしめたことで、荷重を分散させ、太陽電池の割れを防止でき、耐荷重太陽電池を提供できる。
【００２８】
また、スペーサーの頂部面積を２５ｍｍ２以下とした場合、充填材の回りをよくし、気泡や剥離を防止できるだけでなく、充填材の変肉により一部分に応力が集中することによる太陽電池の割れをも防止できる。
【００２９】
そして、前記スペーサーの先端形状を円柱状、円柱球面状、円垂状、球状とした場合、充填材の回りをよくし、気泡や剥離を防止できるだけでなく、充填材の変肉により一部分に応力が集中することによる太陽電池の割れをも防止できる。
【００３０】
更に、スペーサーの高さが０．３ｍｍ以上とした場合、太陽電池受光面側の充填材厚みを最適にすることにより、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できず剥離するのを防止できる。
【００３１】
また、ケース内側側壁部と太陽電池とのクリアランスを０．３ｍｍ以上とした場合、温度変化による膨張収縮に充填材が追従できずに剥離するのを防止でき、性能、品質、外観、寿命共に優れた太陽電池モジュールが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、複数個の太陽電池素子をケースに設けた凹部に配置し、充填材で封止した太陽電池モジュールの場合を例にとり、本発明に係る実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールにおいてケースに太陽電池を取り付る様子を模式的に説明する斜視図、図２は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する断面図、図３は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する平面図である。
【００３４】
図２に示すように、本発明の太陽電池モジュールＳは、ポリカーボネートやアクリル等の透明性の高い樹脂から成るケース１と、結晶系シリコン太陽電池から成る太陽電池素子２と、ケース１に太陽電池素子２を封止させるシリコン樹脂やポリウレタン樹脂等から成る充填材３、そして太陽電池素子２を支持するスペーサー４とから構成される。
【００３５】
図１に示すように、ケース１は掘り込み部１０を有し、複数の太陽電池素子を直列接続した太陽電池素子２を掘り込み部１０内に配置するようにしている。掘り込み部１０の底面には太陽電池素子２を支持するスペーサー４が設けられており、このスペーサー４はケースの周壁から０.３ｍｍ以上はなれており、太陽電池素子２を配置しても太陽電池素子２と掘り込み部１０の側面との間に充填材が流れ込む空間が維持されるようにしている。前記スペーサー４は図４（ａ）〜（ｆ）に示すように柱状や垂状、球状などの形状をしており、これらの形状では充填材がセルに密着し易く、気泡が生じにくい効果がある。
【００３６】
また、スペーサー４の頂部面積が２５ｍｍ２以下にすると、太陽電池の受光が効率的に受けられる。スペーサー４の頂部面積が０．１ｍｍ２以下になると、太陽電池セルが割れ易くなるため、スペーサー４の頂部面積が０．１〜２５ｍｍ２の範囲にするとよい。
【００３７】
また、スペーサー４の高さは０．３ｍｍ以上である。充填材の張力があるため、０.３ｍｍ以下では大変流れにくく、気泡が残り、スペーサー４の高さは１００ｍｍ以上では充填材が厚くなり、光が樹脂を通り抜けにくくなる。すなわち、透明度が低下し、発電効率が下がるので、スペーサー４の高さは０．３ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にするとよい。
【００３８】
本例ではスペーサーを４個設けているが、太陽電池素子のサイズに応じてこれらは３つ以上設ければ太陽電池素子を支持することができる。
【００３９】
また、スペーサー４はシリコン樹脂やポリウレタン樹脂等の充填材と同じ材質を用いれば集中荷重が生じにくくいちばん理想であるが、ゴムや軟質プラスチックのような弾力性を有する材質でもよい。
【００４０】
ケース１にスペーサー４を配置し、太陽電池素子２を受光面を下にして配置した後、充填材３をケース１に注入する。例えば図３のように充填材をＦ点から注入したとすると、充填材は太陽電池素子２と掘り込み部１０の底面との空間に流れ込み、そこから外に向かって広がってゆき、最終的に太陽電池素子２の受光面を充填材が覆い尽くすようになる。このとき、充填材は太陽電池素子２を支持するスペーサー４のところを通過するが、前述したようにスペーサー４は柱状や垂状、球状などの形状であり、しかも周囲には他に充填材の流れを阻害するものがないので、充填材はスムーズにスペーサー４の全周に回り込むことができ、気泡も生じにくい。また、垂状や球状では太陽電池素子２とスペーサー４との接触面積も最小限とできるので、接触面の残留空気もごく少量とできる。
【００４１】
充填完了後は、充填材が常温硬化型であれば必要時間放置し、加熱硬化型であれば加熱して充填材を硬化させる。この時、硬化させる時の温度が低いほど残留応力が少なく、低温時の剥離や太陽電池素子の割れを防止することができる。
【００４２】
また、ケース１の内側側壁部と太陽電池素子とのクリアランス５を０.３ｍｍ以上とすれば温度変化による充填材３の応力が緩和され剥離防止の効果を向上させることができる。
【００４３】
このようにすることにより、例えば、一例として、ケース１の太陽電池配置面には充填材と同じ材質でφ１ｍｍで高さ１ｍｍ程度のスペーサーを４個設け、このスペーサーに、太陽電池素子２を載せることにより、充填材３がスムーズに流れて注入され、スペーサーが細いので太陽電池素子２に接触する面積も狭く、気泡や剥離も防止できる。
【００４４】
一方、図９のようにケース外側より車等の高荷重がかかった場合には、ケースが変形するが太陽電池素子２と接触しているスペーサー４が周囲の充填材３と同様に変形し、太陽電池素子２には面圧がかかるだけで集中荷重は生じにくい。結果として太陽電池素子が割れにくい太陽電池モジュールＳとできる。
【００４５】
なお、本実施例では太陽電池素子を複数直列にした瓦重ねと呼ばれる太陽電池素子の接続形状を基に説明したがこの限りではなく、例えば１枚の大型太陽電池素子の場合や、瓦重ねした太陽電池を複数平行して配置する場合でも同様の効果を得ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールにおいてケースに太陽電池を取り付る様子を模式的に説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する断面図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池素子を支持するスペーサーの他の実施形態を模式的に説明する断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールにおいてケースに太陽電池を取り付る様子を模式的に説明する斜視図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する断面図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する平面図である。
【図８】従来技術における太陽電池モジュール上面に外圧が加わった時の変形状態を模式的に説明する断面図である。
【図９】本発明に係る太陽電池モジュール上面に外圧が加わった時の変形状態を模式的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：ケース
２：太陽電池素子
３：充填材
４：突出部
５：クリアランス
１０：掘り込み部
１１：ケース
１１ａ、１１ｄ、１１ｃ：台座部
Ｓ：太陽電池モジュール
【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】
2005116836.tif 000009
【図８】
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【図９】
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