(57)【要約】  【課題】  発電効率の高い太陽電池モジュールを提供する。  【解決手段】  太陽電池素子２０と、太陽電池素子２０を覆う透光性の被覆層３０と、被覆層３０上に配置され、厚み方向に被覆層３０側から順に第１圧縮応力層４１、引張応力層４２および第２圧縮応力層４３を有するパネル体４０とを備え、第２圧縮応力層４３は、平面視して太陽電池素子２０と重なる領域に位置する第１領域４３ａと、重ならない領域に位置する第２領域４３ｂとを有し、第２領域４３ｂに入射する光の少なくとも一部を太陽電池素子２０に向けるための凹部４４を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子と、
該太陽電池素子を覆う透光性の被覆層と、
該被覆層上に配置され、厚み方向に前記被覆層側から順に第１圧縮応力層、引張応力層および第２圧縮応力層を有するパネル体とを備える太陽電池モジュールであって、
前記第２圧縮応力層は、平面視して前記太陽電池素子と重なる領域に位置する第１領域と、平面視して前記太陽電池素子と重ならない領域に位置する第２領域とを有し、
該第２領域に入射する光の少なくとも一部を前記太陽電池素子に向けるための凹部を有する、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第２領域の前記凹部が形成された表層領域における単位体積当たりの圧縮応力は、前記第１領域における単位体積当たりの圧縮応力よりも大きい、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記凹部は、前記パネル体に垂直で、かつ前記太陽電池素子を通る断面における断面形状が曲面状である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第２領域の上面に、前記凹部に隣接して前記凹部の深さに比べて小さい高さの曲面状の突起部を有する、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記被覆層と前記第１圧縮応力層との屈折率差が、前記第２圧縮応力層と大気との屈折率差に比べて小さく、
前記第１圧縮応力層は、前記凹部によって前記パネル体に生じる応力を緩和するための第２凹部を下面に有する、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
複数の太陽電池素子上にこれら太陽電池素子を覆う透光性の被覆層を配置し、該被覆層上に、厚み方向に前記被覆層側から順に第１圧縮応力層、引張応力層および第２圧縮応力層を有するパネル体を配置して組み立てる、組立工程と、
平面視して前記パネル体の前記太陽電池素子と重ならない領域において、前記第２圧縮応力層側から前記引張応力層に到達しない凹部を形成し、前記パネル体を、前記第２圧縮応力層に平面視して前記太陽電池素子と重なる領域に位置する第１領域と、平面視して前記太陽電池素子と重ならない領域に位置するとともに上面に前記凹部を有する第２領域とを備えるように加工するパネル体加工工程とを含む、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記パネル体加工工程において、レーザー加工によって前記凹部を形成する、請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンの半導体基板を用いた太陽電池素子は、物理的負荷・衝撃に弱く、さらに長期間使用するものであるから、特に野外に太陽電池を取り付ける場合は雨・雪などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して実用的な電気出力を取り出せるようにする必要がある。このため、特許文献１に示すように、複数の太陽電池素子を、インナーリードによって電気的に接続し、受光面側の透光性のパネル体と裏面側の保護パネルとの間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で被覆・封入して配置された太陽電池モジュールとして使用するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２００５１５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、特許文献１に記載された技術では、太陽電池素子と太陽電池素子との間に入射される太陽光の多くが太陽電池素子に到達しない。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとに案出されたものであり、その目的は、平面視で太陽電池素子と重ならない領域に入射される太陽光を有効に活用し、効率的に発電を行なう太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子と、該太陽電池素子を覆う透光性の被覆層と、該被覆層上に配置され、厚み方向に前記被覆層側から順に第１圧縮応力層、引張応力層および第２圧縮応力層を有するパネル体とを備える太陽電池モジュールであって、前記第２圧縮応力層は、平面視して前記太陽電池素子と重なる領域に位置する第１領域と、平面視して前記太陽電池素子と重ならない領域に位置する第２領域とを有し、該第２領域に入射する光の少なくとも一部を前記太陽電池素子に向けるための凹部を有する。
【０００７】
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、複数の太陽電池素子上にこれら太陽電池素子を覆う透光性の被覆層を配置し、該被覆層上に、厚み方向に前記被覆層側から順に第１圧縮応力層、引張応力層および第２圧縮応力層を有するパネル体を配置して組み立てる、組立工程と、平面視して前記パネル体の前記太陽電池素子と重ならない領域において、前記第２圧縮応力層側から前記引張応力層に到達しない凹部を形成し、前記パネル体を、前記第２圧縮応力層に平面視して前記太陽電池素子と重なる領域に位置する第１領域と、平面視して前記太陽電池素子と重ならない領域に位置するとともに上面に前記凹部を有する第２領域とを備えるように加工するパネル体加工工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平面視で太陽電池素子と重ならない領域に入射する太陽光を有効に活用できるので、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態の一例を示す上面図およびＩ−Ｉ線における断面図である。
【図２】本発明の実施形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態の他の例を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の太陽電池モジュールの実施形態の一例について、図面を参照しつつ、説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１０を示す透視状態の平面図および断面図である。
【００１２】
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池素子２０と、この太陽電池素子２０を覆う透光性の被覆層３０と、被覆層３０上のパネル体４０とを有する。この例では、太陽電池素子２０（２１〜２４）は複数あり、互いに間隔をあけて配置されている。また、これらの太陽電池素子２０を支えるように、パネル体４０が配置される側と反対側の面（図１（ｂ）の下側の面）に保護パネル５０を設けている。このように、太陽電池素子２０をパネル体４０と被覆層３０と保護パネル５０とで気密封止している。なお、実際には複数の太陽電池素子２１〜２４を互いに電気的に接続するためのインナーリードが存在するが、図示を省略している。
【００１３】
太陽電池素子２０は、一導電型の半導体基板上に逆導電型の半導体層が形成されており、この半導体層が配置された側の面が受光面となる。このような半導体材料として、例えばシリコン（Ｓｉ）が挙げられ、ｐ型のシリコン単結晶基板を半導体基板とし、その上面にｎ型のドーパントを拡散させることで半導体層を形成すればよい。この太陽電池素子２０の受光面側および裏面側には、それぞれ銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて集電用の電極（バスバー電極，フィンガー電極等）が形成される。
【００１４】
被覆層３０は、透光性の絶縁性材料からなり、少なくとも太陽電池素子２０の受光面側（図１（ｂ）の上方向）を覆う。太陽電池素子２０を保護するために、被覆性を考慮すると、例えばエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする樹脂材料を用いることができる。
【００１５】
パネル体４０は、透光性の材料からなり、被覆層３０の上面（図１（ｂ）の上方向）に配置される。パネル体４０は、太陽電池素子２０を積雪や人などの荷重等、外部からの衝撃から保護するために高い強度が要求され、例えば強化ガラス等を用いることができる。パネル体４０を構成する材料の透光度等は、太陽電池素子２０の受光面にパネル体４０の上面で受けた太陽光を効率よく到達させることができれば特に限定されない。被覆層３０とパネル体４０との界面において意図せぬ太陽光の散乱を防止するために、パネル体４０は被覆層３０と同程度の屈折率を有する材料を用いることが好ましい。
【００１６】
ここで、パネル体４０は、厚み方向（図１（ｂ）の上下方向）において被覆層３０側から順に、第１圧縮応力層４１，引張応力層４２，第２圧縮応力層４３を有する。例えば、本例で用いる強化ガラスからなるパネル体４０は、その総厚みに対して約１／６の膜厚の第１および第２圧縮応力層４１，４３を有し、それぞれの最表面（パネル体４０の上下面
）における圧縮応力を約１００ＭＰａとした。
【００１７】
第２圧縮応力層４３は、平面視で太陽電池素子２０と重なる第１領域４３ａと、その他の重ならない第２領域４３ｂとを有する。そして、第２領域４３ｂには、パネル体４０に入射される光（太陽光）の少なくとも一部を太陽電池素子２０に導くような凹部４４を有する。従来は、第２領域４３ｂに入射される太陽光はそのまま複数の太陽電池素子２０間に到達し、発電に寄与することはできなかった。しかしながら、凹部４４を設けることにより、第２領域４３ｂに入射される太陽光を散乱・屈折させ、光路を変更させ太陽電池素子２０に向けることができる。これにより太陽電池モジュール１０全体に入射される太陽光を効率よく利用し、高い発電効率を有するものとすることができる。そして、パネル体４０の上面側に圧縮応力がかかった層（４３）を設け、凹部４４をこの圧縮応力がかかった層（第２圧縮応力層４３）の範囲内に設けることにより、例えばパネル体４０が加工の困難な強化ガラスで構成される場合であっても、クラック等の発生を抑制することができる。すなわち、パネル体４０の強度及び信頼性を保ちつつ第２領域４３ｂに入射する太陽光を太陽電池素子２０に向けるような構成を形成することができる。
【００１８】
このような凹部４４は、パネル体４０に垂直でかつ太陽電池素子２０を横切る断面における断面形状が傾斜部を有していればよい。例えば、V字状でもよいし、角度の異なる傾
斜面を複数有してもよいし、曲面状であってもよい。パネル体４０の主面に対する太陽光の入射角度に依存せずに効果を奏するためには、断面における傾斜角度が連続的に変化するものがよい。より好ましくは、図１に示すように、パネル体４０に対して垂直であり、かつ、複数の太陽電池素子２０の中心線を通る断面において、凹部４４の断面形状が曲面状であることが好ましい。
【００１９】
凹部４４の平面視における形状は、太陽電池素子２０の一辺に比べて小さい直径の円形状や、太陽電池素子２０の一辺に比べて短い辺で構成される矩形状のものを複数配置してもよいし、太陽電池素子２０を囲むようなドーナツ状としてもよい。図１（ａ）に示す例では、太陽電池素子２０の一辺に比べて長い辺を有する矩形状として、太陽電池素子２１，２２や太陽電池素子２１，２３の配列方向と平行に配置している。言い換えると、複数の太陽電池素子２０の間に収まるような格子状としている。
【００２０】
なお、図１（ａ）においては、太陽電池素子２０と凹部４４との位置関係が明確となるように、太陽電池素子２１，２２の配列方向における、両者の配置間隔ｄ１と凹部４４の幅ｄ２とを異ならせているが、好ましくは、図１（ｂ）に示すように、太陽電池素子２１，２２の配置間隔ｄ１と凹部４４の幅ｄ２とは略同一であることが好ましい。太陽電池素子２１，２３の配列方向における、両者の配置間隔ｄ３と凹部４４の幅ｄ４とも同様に略同一であることが好ましい。
【００２１】
ここで、パネル体４０は前述の通り強度が求められるが、その一方で延性が高いとは限らない。例えば、パネル体４０として強化ガラスを用いた場合には、延性は低く、加工が難しい。また、加工後に応力が加わりクラックが発生する恐れもある。このため、第２領域４３ｂのうち、凹部４４が形成された表層領域の強度をさらに高めることが好ましい。具体的には、凹部４４が形成された表層領域の単位体積当たりの圧縮応力を、第１領域４３ａの表層領域における単位体積当たりの圧縮応力よりも大きくすることが好ましい。このような構成とすることにより、透光性に悪影響を与えることなくクラックの発生を抑制することができる。
【００２２】
保護パネル５０は、被覆層３０，パネル体４０と共に、太陽電池素子２０を支持して保護する平板状のものであり、例えばポリエチレンフタレート（ＰＥＴ）や、金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等で挟んだもので構成される。
【００２３】
上述のような構成とすることにより、平面視で太陽電池素子２０と重ならない領域に入射された太陽光も有効に活用することのできる太陽電池モジュール１０を提供することができる。
【００２４】
（第２実施形態）
図２を用いて、本発明の第２実施形態にかかる太陽電池モジュール１０Ａについて説明する。
【００２５】
太陽電池モジュール１０Ａは、第２領域４３Ａｂの構成が太陽電池モジュール１０と異なり、その他の部分は太陽電池モジュール１０と同様である。以下、異なる点のみ説明する。
【００２６】
太陽電池モジュール１０Ａにおいて、パネル体４０Ａの第２領域４３Ａｂの上面側には凹部４４Ａと凹部４４Ａに隣接する曲面状の突起部４５Ａとを有する。突起部４５Ａは凹部４４Ａの厚み方向における深さに比べて小さい高さを有する。ここで、「凹部４４Ａに隣接する」とは、突起部４５Ａの裾部分が凹部４４Ａが形成された領域の縁４４Ａａに隣接することをいう。突起部４５Ａは、例えば突起部４５Ａを形成したい領域の近傍のパネル体４０にレーザー光を条件を設定して照射することとにより形成することもできる。
【００２７】
このような構成とすることにより、第２領域４３Ａｂのうち凹部４４Ａの縁４４Ａａ（主面に平行な部分との交点）における太陽光の反射を抑制することができるので、より効率の高い太陽電池モジュール１０Ａとすることができる。また、凹部４４Ａの縁４４Ａａにおける欠けを防ぎ、かつ、縁４４Ａａが破壊起点となることを抑制することができるので、太陽電池モジュール１０Ａの信頼性を高めることができる。さらに、このような太陽電池モジュール１０Ａを屋根の上に設置する際に、前述の通り信頼性が高いことから施工性の高いものとすることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
次に図３を用いて、本発明の第３実施形態にかかる太陽電池モジュール１０Ｂについて説明する。
【００２９】
太陽電池モジュール１０Ｂは、パネル体４０Ｂを構成する第１圧縮応力層４１Ｂの構成が太陽電池モジュール１０と異なり、その他の部分は太陽電池モジュール１０と同様である。以下、異なる点のみ説明する。
【００３０】
太陽電池モジュール１０Ｂにおいて、第１圧縮応力層４１Ｂは下面（図３における下方向）に第２凹部４６Ｂを有する。言い換えると、第１圧縮応力層４１Ｂのうち被覆層３０Ｂと接する側の面に第２凹部４６Ｂを有する。そして、第２凹部４６Ｂには被覆層３０Ｂが充填されている。言い換えると、被覆層３０Ｂの上面は第１圧縮応力層４１Ｂの第２凹部４６Ｂに沿った隆起部分を有することとなる。このような構成により、第２凹部４６Ｂと被覆層３０Ｂとの間で意図しない太陽光の反射・損失を抑制することができる。
【００３１】
このような第２凹部４６Ｂは、複数設けてもよいが、それぞれの大きさは、凹部４４Ｂの深さ、平面視における幅以下であることが好ましい。第２凹部４６Ｂを設けることにより、凹部４４Ｂの存在によりパネル体４０Ｂに生じる応力を緩和させることができる。
【００３２】
より好ましくは、図３に示すように、平面視で凹部４４Ｂが形成された領域に重なるような位置に、凹部４４Ｂと同等の大きさの第２凹部４６Ｂを形成する。このような構成により、パネル体４０Ｂの反りを抑制し、無用の応力発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、被覆層３０Ｂとパネル体４０Ｂの第１圧縮応力層４１Ｂとの屈折率差が、第２圧縮応力層４３Ｂと大気との屈折率差に比べて小さい場合には、第２凹部４６Ｂは、平面視で第１領域４３Ｂａと重なる位置に配置してもよい。
【００３４】
このような構成とすることにより、より信頼性の高い太陽電池モジュール１０Ｂを提供することができる。
【００３５】
（第４実施形態）
次に図４を用いて、本発明の第４実施形態にかかる太陽電池モジュール１０Ｃについて説明する。
【００３６】
太陽電池モジュール１０Ｃは、凹部４４Ｃの形状が太陽電池モジュール１０と異なり、その他の部分は太陽電池モジュール１０と同様である。以下、異なる点のみ説明する。
【００３７】
太陽電池素子２０Ｃの中心線を通る断面において、凹部４４Ｃは、パネル体４０Ｃの主面に対する傾斜角が第２領域４３Ｃｂの幅方向の中央に近づく程急になっている。このような構成とすることにより、太陽電池素子２０から離れるにつれて凹部４４Ｃの傾斜角が大きくなる。パネル体４０Ｃの第２領域４３Ｃｂの中央付近に入射される太陽光は、太陽電池素子２０から離れているため、大きく屈折させる必要がある。そこで凹部４４Ｃのような構成とすることにより、平面視で太陽電池素子２０から離れた領域において入射した太陽光も太陽電池素子２０に導くことができるものとなる。
【００３８】
（製造方法）
次に上述のような太陽電池モジュールの製造方法について、図１に示す太陽電池モジュール１０を例に、図４を用いて説明する。
【００３９】
（組立工程）
まず、図４（ａ）に示すように、複数の太陽電池素子２０を用意し、それらを不図示のインナーリードを用いて直列・並列に電気的に接続し、保護パネル５０上に配置し、被覆層３０で覆う。具体的には、太陽電池素子２０の下面にも被覆層（充填層）３０が充填されるように形成される。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１圧縮応力層４１，引張応力層４２，第２圧縮応力層４３が積層されたパネル体を、第１圧縮応力層４１が被覆層３０と接するように、被覆層３０の上面にパネル体４０を配置する。
【００４１】
（パネル体加工工程）
次に、図４（ｃ）に示すように、平面視してパネル体４０の太陽電池素子２０と重ならない領域において、第２圧縮応力層４３側から引張応力層４２に到達しない凹部４４を形成する。凹部４４は、サンドブラスト、ダイシング等の機械的加工やエッチング等の化学的加工等適宜選択して形成することができる。
【００４２】
ここで、凹部４４の形成はレーザー加工により行なうことが好ましい。レーザー加工により行なうことにより、深さ方向の寸法を精度よく制御することができるので、凹部４４を確実に第２圧縮応力層４３内に収めることができ、クラックの発生しない、信頼性の高いものとすることができる。また、レーザー加工を行なうことにより、凹部４４を形成する表面が球面状となる。言い換えると、太陽電池素子２０を横切る断面における断面形状が球面状となる。これにより、太陽光の入射角度によらずに発電効率を高めることができる。さらに、レーザー加工により、加工面（凹部４４を形成する表層領域）には熱が加わ
り圧縮応力をその他の領域に比べて高めることができる。これにより、凹部４４の形成による強度の劣化を抑制することができ、信頼性の高いものとなる。
【００４３】
図４（ｃ）の工程を経ることにより、第２圧縮応力層４３を、平面視で太陽電池素子２０と重なる領域に位置する第１領域４３ａと、平面視で太陽電池素子２０と重ならない領域に位置するとともに、上面に凹部４４を有する第２領域４３ｂとを形成することができる。
【００４４】
ここまでの工程を経ることによって、太陽電池モジュール１０ができる。
【００４５】
なお、組立工程に先立ち、パネル体加工工程を行なっても良い。すなわち、パネル体４０を適用する太陽電池素子２０の形状に合わせて、事前にパネル体に凹部４４を形成し、第１領域４３ａと第２領域４３ｂとを有するように加工し、その後に被覆層３０の上面に、平面視で第１領域４３ａと太陽電池素子２０が重なるようにパネル体４０を配置してもよい。言い換えると、凹部４４が形成された領域が平面視で太陽電池素子２０と重ならないように配置すればよい。
【００４６】
また、パネル体４０を、ロールアウト法で凹部４４の形状に応じた突起を有するロールを用いて形成してもよい。すなわち、パネル体４０として用いる強化ガラスの表面に予め凹部４４が形成されているものを用いてもよい。
【００４７】
なお、本発明は上述の例には限定されず、本発明の範囲内において種々の変更を加えることができる。例えば、本実施形態では太陽電池素子２０を複数個設けた例について説明したが、１つでもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・太陽電池モジュール
２０・・・太陽電池素子
３０・・・被覆層
４０・・・パネル体
４１・・・第１圧縮応力層
４２・・・引張応力層
４３・・・第２圧縮応力層
４３ａ・・・第１領域
４３ｂ・・・第２領域
４４・・・凹部
４５Ａ・・・突起部
５０・・・保護パネル
【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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