(57)【要約】【課題】集光型太陽電池モジュールにおいて、紫外線による反射板の劣化を抑制する。【解決手段】太陽電池モジュール１は、入射面１ｓからの入射光を透過する封止材５と、封止材５内に封入された太陽電池セル７と、封止材５において入射面１ｓ側の面の反対側に位置する面に設けられ入射光を太陽電池セル７側に反射する反射板９と、を備え、封止材５は紫外線吸収剤を含んでおり、紫外線吸収剤は、封止材５内で偏分散されていることを特徴とする。【選択図】図１
2012084741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面からの入射光を透過する封止材と、
前記封止材内に封入された太陽電池セルと、
前記封止材において前記入射面側の面の反対側に位置する面に設けられ、前記入射光を太陽電池セル側に反射する反射板と、を備え、
前記封止材は紫外線吸収剤を含んでおり、
前記紫外線吸収剤は、前記封止材内で偏分散されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記封止材内の領域のうち前記反射板に隣接する領域のみに、前記紫外線吸収剤が偏在している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】
前記封止材内の領域のうち前記入射面側の領域のみに、前記紫外線吸収剤が偏在している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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に記載の太陽電池モジュールが知られている。この太陽電池モジュールでは、光発電素子の背面側に反射板を設けて、光発電素子同士の間に入射した光を反射板で光発電素子に導くようにすることで、高価な光発電素子の使用個数を少なくし、低価格化を図ることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の反射板はアルミニウム又は銀蒸着膜からなるものであるので、紫外線領域の光によって劣化するおそれがある。すなわち、紫外線による劣化で反射板の反射率が低下したり反射面の変色が発生したりするので、太陽電池モジュール自体の性能劣化に繋がる。そこで、本発明は、紫外線による反射板の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の太陽電池モジュールは、入射面からの入射光を透過する封止材と、封止材内に封入された太陽電池セルと、封止材において入射面側の面の反対側に位置する面に設けられ、入射光を太陽電池セル側に反射する反射板と、を備え、封止材は紫外線吸収剤を含んでおり、紫外線吸収剤は、封止材内で偏分散されていることを特徴とする。
【０００６】
この太陽電池モジュールによれば、封止材に紫外線吸収剤が含まれているので、反射板に入射する入射光の紫外線を低減し、紫外線による反射板の劣化の抑制を図ることができる。また、この太陽電池モジュールによれば、封止材内で紫外線吸収剤を偏分散し封止材内に含まれる紫外線吸収剤の量を領域ごとに変えることで、封止材における所望の特性を設定することができる。
【０００７】
具体的には、封止材内の領域のうち反射板に隣接する領域のみに、紫外線吸収剤が偏在していることとしてもよい。この構成によれば、反射板に入射する光については入射直前で確実に紫外線を低減し反射板を保護することができる。その一方、封止材の他の領域においては、紫外線吸収剤そのものに起因する封止材の劣化を抑えることができる。
【０００８】
また、封止材内の領域のうち入射面側の領域のみに、紫外線吸収剤が偏在していることとしてもよい。この構成によれば、入射光の紫外線を入射面近傍で確実に低減し反射板を保護することができる。その一方、封止材の他の領域においては、紫外線吸収剤そのものに起因する封止材の劣化を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽電池モジュールによれば、紫外線による反射板の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の太陽電池モジュールの製造方法を順次示す断面図である。
【図３】非集光型太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。
【図４】図１の太陽電池モジュールとは異なる集光型太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。
【図５】図１の太陽電池モジュールに入射した各光路の光の紫外線エネルギーの推移を示すグラフである。
【図６】本発明に係る太陽電池モジュールの第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る太陽電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、自動車にも適用可能な集光型の太陽電池モジュール１は、太陽光が直接入射する屋外などに設置され、入射面１ｓから入射した太陽光（入射光）より、太陽光発電を行うものである。この太陽電池モジュール１は、図中上方からの太陽光の入射を可能にした略均一な厚みの前面板３を有している。この前面板３の下面には比較的厚みがある封止材５が固着されており、当該封止材５内には、マトリックス状に配列された太陽電池セル７が封入されている。封止材５は太陽光を透過させる材料からなり、前面板３を通過した太陽光を通過させて太陽電池セル７に入射させる。
【００１３】
封止材５の下面（入射面１ｓ側の面の反対側に位置する面）には反射板９が固着されている。反射板９は凹凸形状をなしており、封止材５から入射した太陽光を反射する反射面９ｓを有する。反射面９ｓは、複数のＶ字面を規則的に連ねた形状を成しており、封止材５の下面も当該反射面９ｓの凹凸形状に沿って形成されている。
【００１４】
このようにＶ字の反射面９ｓをもつ集光型太陽電池モジュール１では、太陽電池セル７同士の間を通過する太陽光を、再び太陽電池セル７側に反射し、太陽電池セル７に導くことができるので、高い発電効率が得られる。
【００１５】
前面板３には透明性を有するものが用いられ、前面板３の好ましい材料としては、ソーダガラス、ほうケイ素ガラス、石英ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂などが挙げられる。このうち、強度、耐熱性、長期信頼性、及びコストの観点から、ソーダガラスが最も好ましい。更に具体的には、前面板３として、ＡＧＣ社製のＫＲＹＳＴＡＬ  ＫＬＥＡＲ  ３．２ｍｍを用いることができる。
【００１６】
また、封止材５の好ましい材料としては、ポリビニルブチラール（以下、「ＰＶＢ」）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ」）が挙げられる。このうち、耐熱性、長期信頼性の観点から、ＥＶＡがより好ましい。
【００１７】
太陽電池セル７としては、両面受光型太陽電池セルを採用すれば、封止材５内において上下両面で太陽光を捉えることができる。また、太陽電池セル７として片面受光型太陽電池セルを用いてもよい。なお、ここでは両面受光型太陽電池セルを用いるものとする。このような太陽電池セル７の種類としては、単結晶Ｓｉセル、多結晶Ｓｉセル、薄膜Ｓｉセル、III-V属セル、化合物系セル、有機セルなど種々のものを用いることができる。代表的な太陽電池セル７の例としては、両面受光型単結晶Ｓｉセルが挙げられる。
【００１８】
反射面９ｓは、例えば、反射板９上に反射膜が形成されることで構成される。この反射膜の材料としてはアルミニウム又は銀が好ましく、このうち高反射率が得られる銀膜がより好ましい。また、この反射膜を保護する目的で、反射膜の上面側に透光性のある保護層を少なくとも１層貼り合わせてもよい。また、反射膜の剛性を保護するために、下面側に金属基板やプラスチック基板などを貼り合わせてもよい。代表的な反射板９の例としては、ＳＵＳ基板上に銀蒸着薄膜を貼り合わせたものが挙げられる。
【００１９】
前述のように反射面９ｓは、アルミニウム膜或いは銀膜等の反射膜で構成されるので、熱や水などに弱く、また紫外線領域の光にも非常に弱い。紫外線により反射膜が劣化すれば、反射面９ｓの反射率が低下したり、反射面９ｓの変色が発生したりする。また、反射膜の劣化は、反射板９の絶縁性不足といった問題に繋がるおそれもある。
【００２０】
そこで、この太陽電池モジュール１においては、紫外線から反射面９ｓを保護すべく、封止材５に紫外線吸収剤が含まれている。封止材５に紫外線吸収剤が含まれることにより、反射面９ｓに入射する前に太陽光の紫外線が低減されるので、反射面９ｓの保護を図ることができる。紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、シアノアクリレート系、サリシレート系の有機物が挙げられる。
【００２１】
但し、太陽電池モジュール１においては、封止材５の全体に均一に紫外線吸収剤が含有されている構成ではなく、封止材５内で偏って紫外線吸収剤が分散された構成が採用されている。具体的には、封止材５のうち反射板９に隣接する領域にのみ紫外線吸収剤が偏在している。更に具体的には、図１に示されるように、封止材５は、反射板９に隣接する最下層部分として設けられた紫外線吸収層５ｂと、それ以外の紫外線透過部分５ａと、を有している。紫外線吸収層５ｂは、上述の紫外線吸収剤が添加された層であり、凹凸形状に沿う形状に設けられている。そして、紫外線透過部分５ａには、紫外線吸収剤が添加されていない。
【００２２】
続いて、以上のような太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示す第１レイアップ工程では、凹凸付形治具７１に反射板９を配置する。その後、反射板９の上に、紫外線吸収剤が添加されたＥＶＡシート５５ｂを１枚セットし、更にその上に、紫外線吸収剤を含まない通常のＥＶＡシート５５ａを２枚セットする。具体的にはＥＶＡシート５５ａの例として、ブリジストン社製のＥＶＡを用いることができる。また、ＥＶＡシート５５ｂの例として、ＥＶＡにCiba社製のCHIMASSORB81（ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤）を添加した０．６ｍｍ厚のシートを用いることができる。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すプリフォーム工程では、凹凸付形治具７１の下方に設置される熱板７２を有する太陽電池用ラミネータ機７３を用いてＥＶＡシート５５ａ，５５ｂを熱溶解させ、ＥＶＡと反射板９とを一体化する。これにより、紫外線吸収層５ｂが形成される。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示す第２レイアップ工程では、上記で得られたプリフォーム体の上に、更に紫外線吸収剤を含まない通常のＥＶＡシート５５ａを２枚と、ＥＶＡ５５ａシート間に挟まれる太陽電池セル７と、前面板３と、重ねてセットする。その後、図２（ｄ）に示す本ラミネート工程では、太陽電池用ラミネータ機７３を用いて、プリフォーム体に、ＥＶＡシート５５ａ、太陽電池セル７、前面板３を熱溶着させる。以上で、太陽電池モジュール１が完成する。
【００２６】
続いて、上述した太陽電池モジュール１の作用効果について説明する。
【００２７】
例えば、図３に示すような非集光型太陽電池モジュール２０１では、バックシート２０９を紫外線から保護する目的で、封止材２０５に紫外線吸収剤を含有させる構成が考えられる。ここで、封止材２０５も薄膜であるので、紫外線吸収剤を封止材２０５に均一に分散する構成が考えられる。集光型太陽電池モジュールにおいても、上記と同様の思想で、図４に示すように、封止材３０５に紫外線吸収剤を均一分散させた集光型太陽電池モジュール３０１を考える。
【００２８】
このように封止材に分散される紫外線吸収剤の効果は、ランベルトベール則（下記数式１）により、紫外線吸収剤の濃度と光経路長に依存する。
ｌｏｇ１０（Ｉ１／Ｉ０）＝−αＬ    …（式１）
但し、αは吸収係数（紫外線吸収剤の濃度に比例する）、Ｌは光経路長、Ｉ０は透過前の光強度、Ｉ１は透過後の光強度である。
【００２９】
すなわち、紫外線吸収材の濃度は高いほど、光経路は長いほど紫外線吸収率が高く、反射面の保護効果は高い。また、集光型太陽電池モジュール３０１においては、封止材３０５の形状が複雑であるため、太陽電池セル７や反射面９ｓに入射するための様々な長さの光経路が存在する。更に光経路は、太陽の位置や太陽電池モジュール自体の設置角度等の種々の要因にも依存し、非常に複雑である。従って、反射面９ｓに入射する光のうち、経路長が長い光については紫外線を十分に低減できるが、経路長が短い光については紫外線を十分に低減できず反射面９ｓの保護が十分ではないといったことが起こり得る。このため、封止材３０５に過剰量の紫外線吸収剤を添加するといった手法も考えられるが、紫外線吸収剤自体が熱や光により過剰劣化し、封止材３０５に黄変や耐候性劣化が発生するといった別の問題が発生する。
【００３０】
これに対し、図１に示す太陽電池モジュール１によれば、ほとんどの経路の太陽光は、反射面９ｓへの入射直前直後にのみ、短い距離だけ紫外線吸収層５ｂを通過することになるので、ほとんどの経路の光が同程度に紫外線低減されることになる。
【００３１】
よって、封止材５の紫外線吸収効果を設定するにあたり、当該封止材５内における複雑な光経路の相違を考慮する必要がなく、反射面９ｓに入射する光エネルギー量のみを把握することで、紫外線吸収層５ｂにおける必要な紫外線吸収剤の量を容易に決定することができる。その結果、高価な紫外線吸収剤の使用量を必要最小限に抑えることが可能になり、モジュールの低コスト化にも貢献する。また、紫外線吸収剤の使用量を必要最小限に抑えられることから、紫外線吸収剤そのものに起因する黄変や耐候性劣化を最小限に抑えることができる。
【００３２】
また、太陽電池セル７に入射する様々な経路の光について、紫外線吸収剤で過剰にエネルギーが吸収されることもないので、太陽電池セル７に入射する紫外線領域の光エネルギーをある程度高く維持することができ、紫外線低減に伴う発電量低減も必要最小限に抑えることができる。
【００３３】
すなわち、例えば、図１に示すように、反射面９ｓを経由せずに太陽電池セル７に入射する光経路Ｌ１と、反射面９ｓを経由して太陽電池セル７に入射する光経路Ｌ２と、反射面９ｓを経由し封止材５の上面５ｓで再反射されて太陽電池セル７に入射するといった比較的長い光経路Ｌ３とを考える。そして、各光経路Ｌ１〜Ｌ３の光における紫外線領域光の光エネルギー量の推移を図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。なお、グラフ中、実線で示すのは太陽電池モジュール１におけるエネルギー推移であり、破線で示すのは、紫外線吸収剤を封止材中に均一に分散させたとした場合（例えば、図４；太陽電池モジュール３０１）におけるエネルギー推移である。
【００３４】
図５（ａ）に示されるように、光経路Ｌ１の光は、紫外線透過部分５ａを通過してもほとんどエネルギー低減がないので、破線の場合に比較して高い紫外線エネルギーが太陽電池セル７に入力される。また、図５（ｂ）に示されるように、光経路Ｌ２の光は、反射面９ｓに入射するときには、紫外線吸収層５ｂによって紫外線エネルギーが低減され、目標値未満を達成することができる。その一方、反射面９ｓによる反射後は、紫外線透過部分５ａを通過し、ほとんどエネルギー低減がないので、高い紫外線エネルギーが太陽電池セル７に入力される。また、図５（ｃ）に示されるように、比較的長い光経路Ｌ３の光は、反射面９ｓに入射するときには、紫外線吸収層５ｂによって紫外線エネルギーが低減され、目標値未満を達成することができる。その一方、反射面９ｓによる反射後は、紫外線透過部分５ａを通過する。従って、紫外線吸収領域を通過する太陽電池モジュール３０１の場合と比較してエネルギー低減がほとんどないので、高い紫外線エネルギーが太陽電池セル７に入力される。
【００３５】
このように、太陽電池モジュール１によれば、光が反射面９ｓに入射する直前で確実に紫外線を低減して反射面９ｓに入射する紫外線エネルギーを抑えながらも、太陽電池セル７に入力される紫外線エネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図６に示すように、太陽電池モジュール１０１は、太陽電池モジュール１における封止材５に代えて、封止材１０５を備えている。封止材１０５は、入射面１ｓ側の最上層部分として設けられ前面板３に隣接する紫外線吸収層１０５ｂと、それ以外の紫外線透過部分１０５ａと、を有している。すなわち、太陽電池モジュール１０１は、紫外線吸収層１０５ｂが入射面１ｓ側に設けられる点において太陽電池モジュール１とは相違している。この太陽電池モジュール１０１の製造方法は、図２（ａ）の第１レイアップ工程で紫外線吸収剤が添加されたＥＶＡシート５５ｂを用いる代わりに、図２（ｃ）の第２レイアップ工程で、前面板３の直下にＥＶＡシート５５ｂをセットすることとする。
【００３７】
このような太陽電池モジュール１０１によっても、封止材５への入射直後で確実に太陽光の紫外線を低減し、反射面９ｓの保護を図ることができ、更には、前述した太陽電池モジュール１と同様の作用効果を奏することができる。なお、太陽電池モジュール１０１において、太陽電池モジュール１と同一又は同等の構成要素には、図面に同一符号を付して重複する説明を省略する。
【符号の説明】
【００３８】
１，１０１…太陽電池モジュール、１ｓ…入射面、５，１０５…封止材、５ｂ，１０５ｂ…紫外線吸収層、７…太陽電池セル、９…反射板。
【図１】
2012084741.tif 000003
【図２】
2012084741.tif 000004
【図３】
2012084741.tif 000005
【図４】
2012084741.tif 000006
【図５】
2012084741.tif 000007
【図６】
2012084741.tif 000008