(57)【要約】【課題】ガスバリア性能を維持しつつ、さらなる発電効率の向上を図る。【解決手段】受光面側から順に、透光性の表面保護材７と、第１の封止樹脂層６ａと、太陽電池セル２と、第２の封止樹脂層６ｂと、背面保護材８とが積層され、第２の封止樹脂層６ｂと背面保護材８との間には、グリッド形状を有する金属層２５が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側から順に、透光性の表面保護材と、第１の封止樹脂層と、太陽電池セルと、第２の封止樹脂層と、背面保護材とが積層され、
上記第２の封止樹脂層と上記背面保護材との間には、グリッド形状を有する金属層が設けられている太陽電池モジュール。
【請求項２】
上記金属層は、上記背面保護材に設けられている請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
上記金属層は、上記背面保護材の上記第２の封止樹脂層側に配設された反射シートに設けられている請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
上記金属層は、基材フィルム上に積層された第１の金属層と、該第１の金属層上に積層され上記第２の封止樹脂層と接するグリッド形状を有する第２の金属層とを有する請求項２又は請求項３記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
上記第１の金属層は絶縁性を有する請求項４記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
上記第１の金属層は上記基材フィルムよりも熱伝導率が高い請求項４又は請求項５記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
上記第１の金属層は無機系の材料からなる請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
上記第２の封止樹脂層と接する金属層は、アルミニウム層である請求項１〜請求項７のいずれか１項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、太陽電池セルを封止材によって保護した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵なエネルギー源である太陽光を直接電気に変換できることから、環境に優しい新しいエネルギー源として注目されている。太陽電池を電力源として用いる場合、太陽電池セル１個あたりの出力は数Ｗ程度であることから、太陽電池セル毎に用いるのではなく、複数枚の太陽電池セルを直列に接続することで出力を１００Ｗ以上に高めた太陽電池モジュールとして用いている。
【０００３】
例えば、図１に示すように、結晶シリコン系太陽電池モジュール１００では、複数の隣接する太陽電池セル１０１が、半田コートされたリボン状銅箔からなるタブ線１０２により接続したストリングス１０３を形成し、このストリングス１０３を複数配列したマトリクス１０４を備える。そして、太陽電池モジュール１００は、このマトリクス１０４が封止接着剤のシート１０５で挟まれ、受光面側に設けられた表面保護カバー１０６及び裏面側に設けられたバックシート１０７とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム１０８が取り付けられることにより形成される。
【０００４】
封止接着剤は、多くの場合、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）が用いられる。ＥＶＡは、加熱すると架橋反応により強固に固まり、さらに透明となるため、太陽電池セル１０１を固定するとともに、受光面に対して光線を入射させることができる。また、バックシート１０７は、太陽電池セル１０１を封止接着剤で封止させるとともに太陽電池セル１０１の電極と外部との絶縁を図るものであり、多くの場合、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の積層フィルムが使用されている。
【０００５】
バックシート１０７は、図９に示すように、太陽電池セル１０１が嫌う外界の水分の進入を遮断するために、絶縁フィルム１０９上に水蒸気を遮断するガスバリア層１１０が設けられている。ガスバリア層１１０は、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化物やアルミニウム等の金属を真空蒸着やスパッタリングなどの周知の方法で絶縁フィルム１０９表面に設ける。また、ガスバリア層１１０は、バックシート１０７に設ける他、ガスバリア層１１０を設けた別のフィルムをバックシート１０７に積層させることにより設けることもできる。さらに、ガスバリア層１１０は、アルミ箔等の金属箔を絶縁フィルム１０９表面に積層することにより設けることもできる（特許文献１参照）。
【０００６】
また、バックシート１０７は、ガスバリア層１１０と太陽電池セル１０１との絶縁を図るために、太陽電池セル１０１及び封止接着剤とガスバリア層１１０との間に例えばＰＥＴからなる絶縁フィルム１１１が設けられている。絶縁フィルム１１１は、光の反射率や耐ＵＶ性能の向上を図るために白色化されている。ＰＥＴからなる絶縁フィルム１１１の白色化は、酸化チタン等の白色顔料を添加する方法、あるいは絶縁フィルム内部に微細な気泡を含有させ、この気泡で光を散乱させる方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１１８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、太陽電池モジュールでは、発電効率のさらなる向上が望まれているところであり、本発明は、ガスバリア性能を維持しつつ、さらなる発電効率の向上を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、受光面側から順に、透光性の表面保護材と、第１の封止樹脂層と、太陽電池セルと、第２の封止樹脂層と、背面保護材とが積層され、上記第２の封止樹脂層と上記背面保護材との間には、グリッド形状を有する金属層が設けられているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、グリッド形状の金属層が第２の封止樹脂層と背面保護材との間に設けられることにより、第２の封止樹脂層の直下に設けられたグリッド形状の金属層によって太陽電池セルに入射した光が乱反射され、この反射光によって受光率を向上させることができる。また、金属層をグリッド形状とすることにより、放熱効果を大きくすることができ、太陽電池モジュールの内部に蓄熱することによる発電効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】太陽電池モジュールを示す分解斜視図である。
【図２】太陽電池セルを示す断面図である。
【図３】太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図４】グリッド形状の金属層を示す平面図である。
【図５】バックシート及び反射シートを示す断面図である。
【図６】他の金属層を示す断面図である。
【図７】他の金属層を示す断面図である。
【図８】他の金属層を示す断面図である。
【図９】従来の太陽電池モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明が適用された太陽電池モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用された太陽電池モジュール１は、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールや、アモルファスシリコンからなるセルと微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウムからなるセルとを積層させた光電変換素子を用いた薄膜シリコン系太陽電池である。
【００１３】
［太陽電池モジュール１］
太陽電池モジュール１は、図１に示すように、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなるタブ線３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５がシート状の封止樹脂接着剤６で挟まれ、受光面側に設けられた透光性の表面保護材となる表面カバー７及び裏面側に設けられた背面保護材となるバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
【００１４】
これにより、太陽電池モジュール１は、受光面側から順に、透光性の表面カバー７と、第１の封止樹脂層６ａと、太陽電池セル２と、第２の封止樹脂層６ｂと、バックシート８とが積層される。
【００１５】
［太陽電池セル２］
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、図２に示すように、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、受光面側に表面電極となるバスバー電極１１と、バスバー電極１１とほぼ直交する方向に形成された集電極であるフィンガー電極１２が設けられている。また、光電変換素子１０は、受光面と反対の裏面側に、アルミニウムからなるＡｌ裏面電極１３が設けられている。
【００１６】
そして、太陽電池セル２は、タブ線３によって、表面のバスバー電極１１と、隣接する太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３とが電気的に接続され、これにより直列に接続されたストリングス４を構成する。タブ線３とバスバー電極１１及びＡｌ裏面電極１３との接続は、例えば導電性粒子を含有した導電性接着フィルム１４によって行う。
【００１７】
タブ線３は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線を利用することができる。タブ線３は、例えば、５０〜３００μｍ厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。
【００１８】
バスバー電極１１は、Ａｇペーストを塗布し、加熱することにより形成される。太陽電池セル２の受光面に形成されるバスバー電極１１は、入射光を遮る面積を小さくし、シャドーロスを抑えるために、例えば１ｍｍ幅でライン状に形成されている。バスバー電極１１の数は、太陽電池セル２のサイズや抵抗を考慮して適宜設定される。
【００１９】
フィンガー電極１２は、バスバー電極１１と同様の方法により、バスバー電極１１と交差するように、太陽電池セル２の受光面のほぼ全面に亘って形成されている。また、フィンガー電極１２は、例えば約１００μｍ程度の幅を有するラインが、所定間隔、例えば２ｍｍおきに形成されている。Ａｌ裏面電極１３は、アルミニウムからなる電極が例えばスクリーン印刷やスパッタ等により太陽電池セル２の裏面に形成される。
【００２０】
封止樹脂接着剤６としては、例えばエチレンビニルアセテート樹脂（ＥＶＡ）等の透光性封止材が用いられる。ＥＶＡは、加熱すると架橋反応により強固に固まり、さらに透明となるため、太陽電池セル２を固定するとともに、受光面に対して光線を入射させることができる。また、表面カバー７としては、例えば、ガラスや透光性プラスチック等の透光性の材料が用いられる。バックシート８は、図３に示すように、ＰＥＴフィルム等の絶縁性を有する絶縁フィルム２２が用いられる。絶縁フィルム２２は、太陽電池セル２側の表面２２ａにガスバリア層２０が形成され、このガスバリア層２０上に白色化されたＰＥＴフィルム等の絶縁フィルム２３が積層されている。
【００２１】
ガスバリア層２０は、アルミニウム等の金属蒸着や、スパッタリング、アルミニウム箔の貼着等によって、絶縁フィルム２２の全面に亘って形成される。また、太陽電池モジュール１は、第２の封止樹脂層６ｂとバックシート８との間には、グリッド形状を有する金属層２５が設けられている。
【００２２】
［金属層（実施例１）］
具体的に、太陽電池モジュール１のバックシート８は、図３に示すように、ガスバリア層２０上に、基材フィルムとなる絶縁フィルム２３を介して、グリッド形状を有する金属層２５が形成され、これによりグリッド形状の金属層２５が第２の封止樹脂層６ｂの直下に配設されている。
【００２３】
金属層２５は、絶縁フィルム２３上に積層された第１の金属層２６と、第１の金属層２６上に積層され第２の封止樹脂層６ｂと接するグリッド形状を有する第２の金属層２７とを有する。第１の金属層２６は、熱伝導性に優れ、かつガスバリア性能を備える例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板である。第２の金属層２７は、第１の金属層２７の表面にＡｌ真空蒸着やＡｌ箔を貼着することにより光鏡面反射層２７ａを設け、図４に示すように、この光鏡面反射層２７ａをグリッド形状に加工することにより形成されている。
【００２４】
太陽電池モジュール１は、金属層２５が第２の封止樹脂層６ｂとバックシート８との間に設けられることにより、金属層２５が第２の封止樹脂層６ｂを介して太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３とリーク電流が伝搬しない所定の間隔を隔てて対峙される。また、金属層２５は、互いに隣接する第２の金属層２７同士の間でリーク電流が伝搬しない間隔でグリッドを構成している。太陽電池セル２と金属層２５間、及び第２の金属層２７同士における絶縁破壊電圧は、太陽電池モジュール１に印加される電圧によって決まり、リーク電流が伝搬しない距離は適宜設計される。
【００２５】
［反射シート］
また、太陽電池モジュール１は、図５に示すように、バックシート２８上に、グリッド形状の金属層２５が設けられた反射シート２９を積層することにより、第２の封止樹脂層６ｂとバックシート２８との間にグリッド形状を有する金属層２５を設けてもよい。
【００２６】
バックシート２８は、上記バックシート８と同様に、ＰＥＴフィルム等の絶縁フィルム３０が用いられ、太陽電池セル２側の表面にアルミニウム等の金属蒸着や、スパッタリング、アルミニウム箔の貼着等によって、ガスバリア層３１が形成され、このガスバリア層３１上に白色化されたＰＥＴフィルム等の絶縁フィルム３３が積層されている。
【００２７】
反射シート２９は、基材フィルムとなるＰＥＴフィルム等の絶縁フィルム３５と、絶縁フィルム３５上に設けられた金属層２５とを有する。金属層２５は、上述したように、絶縁フィルム３５上に積層された第１の金属層２６と、第１の金属層２６上に積層され第２の封止樹脂層６ｂと接するグリッド形状を有する第２の金属層２７とを有する。第１の金属層２６は、熱伝導性に優れ、かつガスバリア性能を備える例えばアルミナ基板である。第２の金属層２７は、第１の金属層２７の表面にＡｌ真空蒸着やＡｌ箔を貼着することにより光鏡面反射層２７ａを設け、図４に示すように、この光鏡面反射層２７ａをグリッド形状に加工することにより形成されている。
【００２８】
そして、反射シート２９は、バックシート２８の絶縁フィルム３３上に、適宜接着剤や接着フィルム等を介して、絶縁フィルム３５が積層されることにより、第２の封止樹脂層６ｂを介して金属層２５が太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３とリーク電流が伝搬しない所定の間隔を隔てて対峙される。また、反射シート２９においても、金属層２５が、互いに隣接する第２の金属層２７同士の間でリーク電流が伝搬しない間隔でグリッドを構成している。
【００２９】
［効果］
このように、太陽電池モジュール１は、第２の封止樹脂層６ｂとバックシート８，２８との間に、グリッド形状を有する金属層２５を設けることにより、グリッド形状の金属層２５が第２の封止樹脂層６ｂを介して太陽電池セル２の裏面２ｂと対峙され、受光面となる太陽電池セル２の表面２ａから入射した光が、グリッド形状の第２の金属層２７によって乱反射され、この反射光によって受光率が向上し、発電効率を向上させることができる。
【００３０】
また、太陽電池モジュール１は、第２の封止樹脂層６ｂを介して太陽電池セル２の裏面２ｂと対峙する第２の金属層２７をグリッド形状とすることにより、放熱効果が大きくなる。したがって、太陽電池モジュール１の内部に蓄熱することによる発電効率の低下を防止することができる。
【００３１】
さらに、太陽電池モジュール１は、例えば熱伝導率の高いアルミナ等の金属で第１の金属層２６を構成することにより、放熱効果を大きくすることができるとともに、第１の金属層２６をガスバリア層としても機能させることができる。
【００３２】
［他の金属層］
また、太陽電池モジュール１は、グリッド形状を有する金属層として、図６に示すように、表面グリッド形状の第１の金属層４１と、グリッド形状の第２の金属層４２とからなる金属層４０を形成してもよい。金属層４０は、アルミナ基板等の第１の金属層４１上にＡｌ蒸着膜あるいはアルミニウム箔等を設け、この蒸着膜又はアルミニウム箔とともに第１の金属層４１をエッチング等によって加工することにより、グリッド形状を有する第２の金属層４２と、表面にグリッド形状を有する第１の金属層４１を形成する。
【００３３】
図６に示す金属層４０によれば、第１の金属層４１の表面までグリッドが形成されているため、グリッドの深さが増すことにより反射効率をより向上させることができる。また、図６に示す金属層４０によれば、第１の金属層４１の表面までグリッド形状に加工されているため、入射光が乱反射しやすく、受光率を向上させることができる。さらに、金属層４０によれば、例えば熱伝導率の高いアルミナ等の金属で第１の金属層４１を構成することにより、放熱効果を大きくすることができるとともに、この第１の金属層４１をガスバリア層としても機能させることができる。
【００３４】
また、太陽電池モジュール１は、グリッド形状を有する金属層として、図７に示すように、グリッド形状の第１の金属層５１と、グリッド形状の第２の金属層５２とからなる金属層５０を形成してもよい。金属層５０は、アルミナ基板等の第１の金属層５１上にＡｌ蒸着膜あるいはアルミニウム箔等を設け、この蒸着膜又はアルミニウム箔とともに第１の金属層５１をエッチング等によって加工することにより、共に厚さ方向の全体に亘る深さの溝からなるグリッド形状を有する第１、第２の金属層５１，５２を形成する。
【００３５】
図７に示す金属層５０によっても、第１の金属層５１までグリッドが形成されているため、グリッドの深さが増すことにより反射効率をより向上させることができる。また、図７に示す金属層５０によれば  第１の金属層５１までグリッド形状に加工されているため入射光が乱反射しやすく、受光率を向上させることができる。
【００３６】
また、太陽電池モジュール１は、グリッド形状を有する金属層として、図８に示すように、アルミナ基板等の第１の金属層を介さずに、グリッド形状を有する第２の金属層６２のみからなる金属層６０を形成してもよい。この金属層６０は、絶縁フィルム６１上にＡｌ真空蒸着により光鏡面反射層６２ａを設け、図４に示すように、この光鏡面反射層６２ａをグリッド形状に加工することにより第２の金属層６２が形成されている。また、金属層６０は、絶縁フィルム６１上にアルミニウム箔を貼着し、これをエッチングすることによりグリッド形状に加工された第２の金属層６２を形成してもよい。
【００３７】
このように、太陽電池モジュール１は、金属層６０をアルミニウム等の金属の単層で形成することによっても、反射光による受光率を向上させるとともに、放熱効果を大きくすることができる。
【００３８】
［第１の金属層：絶縁基板／熱伝導率］
なお、太陽電池モジュール１は、金属層２５，４０，５０の第１の金属層２６，４１，５１をアルミナ基板等の絶縁基板を用いて形成することにより、太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３や第２の金属層２７，４２，５２と、バックシート８，２８との絶縁を図ることができる。したがって、不測の外力が作用することによって太陽電池セル２のＡｌ裏面電極１３と第２の金属層２７，４２，５２とが接触した場合にも、第２の金属層２７，４２，５２とバックシート８，２８との間での絶縁を維持できる。
【００３９】
また、第１の金属層２６，４１，５１は、下面側に積層されている絶縁フィルム２３，２５よりも熱伝導率を高くしてもよい。太陽電池モジュール１は、第１の金属層２６，４１，５１を、絶縁フィルム２３，２５よりも熱伝導性が良いものとすることにより、放熱効果を向上させることができる。
【００４０】
［実施例／比較例］
表１に、上述した金属層２５（実施例１），金属層４０（実施例２），金属層５０（実施例３），金属層６０（実施例４）の光反射特性、光電変換特性、熱拡散率（放熱性）、ガスバリア特性について、従来の金属層と比較した結果を示す。ここで、比較例１は、白色化されたＰＥＴ等の絶縁フィルムのみからなるバックシートを用いた太陽電池モジュールである。また、比較例２は、金属層からなるガスバリア層１１０を設けこのガスバリア層１１０上に、白色化されたＰＥＴからなる絶縁フィルム１１１を設けたバックシート１０７を用いた太陽電池モジュールである（図９）。
【００４１】
【表１】
2012033571.tif 000003
【００４２】
なお、実施例１〜４の各金属層２５，４０，５０，６０における、第１の金属層２６，４１，５１の熱伝導率は２３Ｗ／ｍｋ、第２の金属層２７，４２，５２，６２の熱伝導率は２２５Ｗ／ｍｋである。また、比較例２における金属層からなるガスバリア層１１０の熱伝導率は上記各第１の金属層と同じ２３Ｗ／ｍｋである。
【００４３】
また、表中、光反射特性の評価は、◎（光反射率が９０％より大きい）、○（光反射率が８０〜９０％）、×（光反射率が８０未満）とした（ＪＩＳ  Ｚ８７４１に準拠）。また、表中、光電変換特性の評価は、◎（初期の光電変換効率が１％より大きい）、○（初期の光電変換効率が０．５〜１％）、×（初期の光電変換効率が０．５％未満）とした（ソーラーシミュレーター  日清紡メカトロニクス社製  ＰＶＳ１１１６ｉにより測定）。また、表中、熱拡散率は、光交流法熱拡散率測定装置（アルバック理工社製  Ｌａｓｅｒ−ＰＩＴ）により測定した。さらに、表中、ガスバリア特性の評価は、◎（１．０ｇ／ｍ２・２４ｈｒ未満）、○（１〜５ｇ／ｍ２・２４ｈｒ）、×（５ｇ／ｍ２・２４ｈｒより大きい）とした（ＪＩＳ  Ｋ７１２９に準拠）。
【００４４】
表１に示すように、金属層２５（実施例１、図５）及び金属層４０（実施例２、図６）においては、グリッド形状の第２の金属層２７，４２を備えることから、太陽電池セル２の表面２ａから入射した光が、グリッド形状の第２の金属層２７，４２によって乱反射され、この反射光によって光反射率が向上し、発電効率を向上させることができることがわかる。また、熱伝導率の高い第１の金属層２６，４１によって放熱が促進されるとともにガスバリア層として機能させることにより、熱拡散率及びガスバリア特性も良好であった。
【００４５】
金属層５０（実施例３、図７）では、第１の金属層５１の厚み方向の全体に亘ってグリッドが形成されているため、グリッドの深さが増すことにより反射効率をより向上させることができ、入射光が乱反射しやすく、受光率を向上させることができる。一方、金属層５０は、熱伝導性の高い第１の金属層５１がグリッド形状によって分断されるため、熱拡散率が金属層２５，４０に比してやや劣るものの、実用上は問題がない。また、金属層５０は、第１の金属層５１がグリッド形状によって開口されるため、ガスバリア特性が金属層２５，４０に比してやや劣るものの、実用上は問題がない。
【００４６】
金属層６０（実施例４、図８）では、第１の金属層を有していないため、金属層２５，４０に比して反射効率や熱拡散率、ガスバリア特性がやや劣るものの、実用上は問題がない。
【００４７】
比較例１では、金属層を備えず、白色化されたＰＥＴフィルムによって入射光を反射しているため、実施例に比して光反射特性や光電変換特性が劣る。また、熱拡散率やガスバリア特性も実施例に比して劣る。
【００４８】
比較例２では、全面に亘って金属層からなるガスバリア層１１０を備えることから、ガスバリア特性は良好であったが、比較例１と同様に、白色化されたＰＥＴフィルムによって入射光を反射しているため、実施例に比して光反射特性や光電変換特性が劣り、また熱拡散率も低い。
【符号の説明】
【００４９】
１  太陽電池モジュール、２  太陽電池セル、６  封止樹脂接着剤、６ａ  第１の封止樹脂層、６ｂ  第２の封止樹脂層、７  表面カバー、８  バックシート、１０  光電変換素子、１３  Ａｌ裏面電極、１４  導電性接着フィルム、２０  ガスバリア層、２２，２３  絶縁フィルム、２５，４０，５０，６０  金属層、２６，４１，５１  第１の金属層、２７，４２，５２，６２  第２の金属層、２８  バックシート、２９  反射シート、３０  絶縁フィルム、３１  ガスバリア層、３３，３４  絶縁フィルム
【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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