(57)【要約】【課題】  板状結晶素子の裏面電極Ａｌの腐食を防止して、長期間の屋外使用に半永久的に耐えうる高耐候性の太陽電池モジュールを提供することにある。【解決手段】  表面ガラス基板と裏面ガラス基板の両基板間に外周封止部をもって板状結晶素子がシリコーン樹脂とともに積層化されなる太陽電池モジュールであって、少なくとも板状結晶素子の裏面電極Ａｌと近接している裏面ガラス基板がＮａイオンを遊離しないガラス基板を使用してなる太陽電池モジュールまたは少なくとも板状結晶素子の裏面電極Ａｌの表面を化学処理して保護層を設けてなる太陽電池モジュールである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面ガラス基板と裏面ガラス基板の両基板間に外周封止部をもって板状結晶素子がシリコーン樹脂により充填されてなる太陽電池モジュールであって、少なくとも裏面ガラス基板がＮａイオンの遊離がないガラス基板であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
表面ガラス基板と裏面ガラス基板の両基板間に外周封止部をもって板状結晶素子がシリコーン樹脂により充填されてなる太陽電池モジュールであって、板状結晶素子の少なくとも裏面電極Ａｌの表面が化学処理されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
シリコーン樹脂がシリコーンオイルであることを特徴とする請求項１または請求項２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、外周封止部をもって基板間に太陽電池素子を充填材で満たして積層化してなる太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】  昨今、地球温暖化問題の対策として自然エネルギーの利用が注目されている。太陽電池はさらなる普及のために高変換効率、高耐候性、低コスト化が望まれている。この変換効率は太陽電池素子の特性と共にその素子を積層してなるモジュールの耐候性にも大きく依存する。実際、モジュール状態での変換効率が、実用的には意味があり重要となる。要するに、初期の高い変換効率を維持しつつ半永久的に使用可能な太陽電池モジュールを得ることが求められている。本発明に関係する太陽電池素子は、日射を受けてその特性の変化は若干起こるが、基本的には主に無機物質からなる安定した物質である。そこで、本発明者は半永久的に使用できるモジュールを求めて、モジュール組立の必須な部材となる充填材と表面と裏面の基板に注目をしてきた。【０００３】  当然、太陽電池モジュールは屋外暴露されるために、充填材は紫外線に対する耐久性が求められる。さらに、良好な透明性、絶縁性等も必要である。そこで本発明者は、建築材料、電子部品等で高信頼性、高耐候性が既に実証されているシリコーン樹脂（オイル、ゲル等）に注目して、新規なモジュール構造とその製法からなる太陽電池モジュールに至った（特許文献１）。【０００４】  本発明に関係する太陽電池の素子は、単結晶シリコーン素子、多結晶シリコーン素子等の結晶素子（以下、板状結晶素子と記す）である。また、従来の大面積モジュールは、２０から数１０Ｖに高めるために、板状結晶素子（厚み：０．０５〜０．３ｍｍ程）がインターコネクタ等によって数枚〜数十枚が接続された状態でモジュール化されている。その接続された板状結晶素子は、受光面となる透明基板と裏面保護基板との間に充填材を介して積層化されている。【０００５】  そこで、本発明者は、太陽電池は最も過酷な条件下で長期間使用される電気製品であることから、モジュールに使用される部材は、その部材自身が高耐候性を有することが必須であると考えた。そこで、本発明者は自己劣化し難い部材として、充填材にシリコーン樹脂を、基板に樹脂ではなく板ガラスを選択することが好ましいと考えるに至った。理由は、エステル構造を有する物質は加水分解により経年劣化が避けがたいからである。また、これまで建築材料として実績を有する板ガラスは汎用品でもあり、他の多くある樹脂よりも好ましいと考えるに至った。よって、従来材料である充填材のＥＶＡ（エチルビニルアセテート）樹脂、バックシートのＰＥＴフィルムの使用は、エステル構造を有する物質であり、高耐候性を得るには本質的な問題を残すことになる。【０００６】  また、次世代の充填材として提案されているデュポン社のアイオノマー樹脂もエステル構造を有し問題を残す。オレフィン系樹脂も提案されているが、基板密着性の確保、紫外線劣化防止に紫外線吸収剤（紫外線域がカットされて変換効率の低下となる）の添加、熱安定性に酸化防止剤等の添加、加熱溶融時の粘度（板状結晶素子の破損防止に重要）等の多くに課題があると言える。【０００７】  本発明者による特許文献１には、板状結晶素子、シリコーン樹脂、板ガラスからなるモジュールが詳細に説明されてある。ここで、表面基板は板ガラス、裏面基板は板ガラス、充填材はシリコーン樹脂、封止はシリコーン系樹脂接着剤とイソブチル系樹脂密着剤からなるモジュールが紹介されている。水分子の透過がない板ガラス、水分子が透過し難いイソブチル系樹脂密着剤からなる外周封止部をもつ積層体でも、高温高湿（例えば、８５℃、８５％）の環境下に放置されれば、水分子は徐々に外周封止部を透過して、モジュール内部に侵入拡散して、多分に水分子が存在する状態になる。そこで問題になるのは、ソーダガラスからのＮａイオンの遊離拡散である。これはＰＩＤ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）問題に関して問題視されている。既にＮａイオンの遊離拡散が主原因でないかと言われている（非特許文献１、非特許文献２）。【０００８】  さらに、非特許文献３に示されたように、８５℃、８５％の条件で１０００時間を経過すると出力性能を示すＦＦ値が低下する現象がみられ、５０００時間後には３割ほど下がるデータが計測された。また、５０００時間後のＥＬ画像から、板状結晶素子の裏面のＡｌ電極が大きく腐食しているのが観察された。この腐食による抵抗増大がＦＦ値の低下を引き起こしたと言える。【０００９】  そこで、本発明者は、太陽電池モジュール内の各部材と水分子の相互作用に関し、基本に立ち返って鋭意検討した結果、水分子に起因するＮａイオンの遊離拡散に注目し、本発明の課題である高耐候性を満たす太陽電池モジュールに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２５４１１６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「光発電」２０１３年（Ｎｏ．３６）Ｐ１６太陽光発電協会
【非特許文献２】「超薄板化学強化ガラス・ＦＲＰを用いた太陽電池への展開」ＰＶＪａｐａｎ２０１３、Ｐ１７（２０１３．７．２５）旭硝子株式会社
【非特許文献３】「太陽電池モジュール  シリコーン封止材の提案」ＰＶＪａｐａｎ２０１３、Ｐ１７（２０１３．７．２５）信越化学工業株式会社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  板状結晶素子のＡｌ電極の腐食を防止して、長期間の屋外使用に耐えうる高耐候性の太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、また、低コストの重要性も意識しつつ、以下のように具体的に検討して解決に至った。【００１４】  本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、表面ガラス基板と裏面ガラス基板の両基板間に外周封止部をもって板状結晶素子がシリコーン樹脂により充填されてなる太陽電池モジュールであって、少なくとも裏面ガラス基板がＮａイオンの遊離がないガラス基板であることを特徴とする太陽電池モジュールまたは表面ガラス基板と裏面ガラス基板の両基板間に外周封止部をもって板状結晶素子がシリコーン樹脂により充填されてなる太陽電池モジュールであって、板状結晶素子の少なくとも裏面電極Ａｌの表面が化学処理されてなることを特徴とする太陽電池モジュールを提供するものである。【００１５】  本発明者は、このＦＦ値の低下、すなわち裏面電極のＡｌ腐食の原因を検討した。そこで部材は、表面基板、裏面基板ともにソーダガラス、充填材はシリコーン樹脂、それに、従来から一般に使用されている板状結晶素子である。この板状結晶素子の電極は、表面電極（Ｎ＋側）の金属はＡｇであり、その裏面電極（Ｐ＋側）の金属はＡｌとなっている。特に裏面電極のＡｌは電極となる機能とともにＡｌ拡散によりＰ＋形成の機能を同時に担っており、低コスト化に広く利用されている。以下、この一般的な板状結晶素子を例に詳細に説明するが、バックコンタクト型、ヘテロ接合型等の板状結晶素子にもこの電極腐食の対策は有用であり、本発明に含まれるものとする。【００１６】  Ａｌ金属は、Ａｇ、Ｃｕの金属と比較して腐食しやすく、ＰＨにも依存して腐食が進行し、特にアルカリ場に弱いことが知られている。このことから、Ａｌの腐食現象は高温高湿（８５℃、８５％）の条件下で外周部から浸入した水分子と温度の影響を受けて、ソーダガラスからＮａイオンが遊離拡散して、Ａｌ電極の近傍のＰＨがアルカリ場となり、この影響でＡｌの腐食が進行したと言える。事実、裏面基板がソーダガラスではなく、バックシート（樹脂：水分子は容易に透過する）ではこの腐食現象は観察されなかった。【００１７】  これまで、板ガラスは、低コストを考慮して表面基板も裏面基板も太陽電池モジュールにはソーダガラスが使用されてきた。ただ、ソーダガラスは、水分子の存在でＮａイオンが遊離して近傍に拡散する。そこで、Ｎａイオンの遊離拡散の防止には、水分子の浸入を防止するか、または水分がある環境場でもＮａイオンの遊離を防止するどちらかの必要となる。前者は電球等のようにハーメティックシール（無機封止）することが必要となり汎用型の太陽電池モジュールには実質困難と言える。そこで、外周封止部から水分子が侵入することを前提にすると、Ｎａイオンを含まない板ガラス（例えば、硼ケイ酸ガラス等）の利用またはソーダガラスからＮａイオンの遊離を防止する方法となる。なお、既に記したように本発明者は、過酷な環境下で半永久的な高耐候性をもたせるには板ガラスが好ましいと考えている。この考えは、これから本格的な拡大が期待されている砂漠、原野での大規模発電所（太陽熱発電、火力発電、原子力発電等とのコスト競争）、建材一体型の発電するハイテク屋��（瓦は半永久的な使用が慣例化している）等に有用である。【００１８】  よって、Ａｌの腐食を防止するためには、水分子が侵入してもＮａイオンの遊離が起きない板ガラスの利用であり、別途の方法としてＡｌ表面を保護することである。また、この両方の方法を同時に使用してもよい。なお、表面基板も本発明で検討されているＮａイオンの遊離がない板ガラスの使用がより好ましい。ただ、裏面電極のＡｌとは離れており未使用であってもよい。【００１９】  図１は、本発明の断面図である。１は表面ガラス基板、２は裏面ガラス基板、３は板状結晶素子、４は裏面電極Ａｌ、５は充填材のシリコーン樹脂、６は第１封止剤のシリコーン系樹脂接着剤、７は第２封止剤のイソブチル系樹脂密着剤、８はインターコネクタである。その詳細な説明は特許文献１に述べてありここでは省略する。充填材のシリコーン樹脂はオイル、ゲルともに利用できる。ただ、シリコーンオイルを使用することは、シリコーンゲルに比較して非常に安価であり低コスト化に貢献できる。また、シリコーンオイルは、ゲル化反応を誘起させるような触媒等の添加もなく、その純度は高く半導体の性能、金属の性能等の保持にも好ましい。シリコーン系樹脂接着剤はガラス基板には長期間に渡って安定的に接着固定でき、イソブチル系樹脂密着剤は防湿に優れておりかつ液体を積層する時の土手機能を果たす重要な機能もかなえている、この両材料をもってシリコーンオイルの漏れを確実に長期間防止できる。必要であれば、シリコーン系樹脂接着剤−イソブチル系樹脂密着剤−シリコーン系樹脂接着剤のように繰り返し多段に外周封止してもよい。その結果、ガラス基板、シリコーンオイル、シリコーン系樹脂接着剤、イソブチル系樹脂密着剤は、従来から使用されてきた実績のある高耐候性の部材であり、これら部材で、特に充填材をシリコーンオイルとしたモジュールは、本発明の代表例である。使用量も微量でそのコストも安価であり、低コストのモジュールに大きく貢献できる。このモジュール組立は室温でよく、積層時間も２分ほどの短時間で済み、高速生産を可能にすると共に生産管理も容易である。さらに、リサイクルも簡便（外周封止部のカッター切断で容易に開封できる）であり、社会性も十分に満たすモジュールを提供できる。【００２０】  つぎに、水分子が侵入してもＮａイオンの遊離がないガラス基板を説明する。具体的には、ソーダガラス表面に酸化ケイ素の薄膜を付与したソーダガラス（例えば、日本板硝子のＮＳＧＴＥＣ・Ｓｏｄｉｕｍ  Ｂｌｏｃｋ等）、酸化チタン薄膜を付与したソーダガラス、ソーダガラスの表面近傍のＮａイオンをＫイオンで交換した化学強化ガラス（例えば、旭硝子のＬｅｏｆｌｅｘ等）等があり、無ナトリウムガラスには硼ケイ酸ガラス等があり、また若干のＮａイオンの遊離が報告（試験法：ＪＩＳ・Ｒ３５０２）されているがソーダガラスより遊離し難いガラス基板（例えば、日本電気硝子のＳＳ−１等）がある。さらに、表面塗布した薄膜の厚み、膜質に依存してＮａイオンの遊離特性も異なるが、このような薄膜が設けられることにより、無処理のソーダガラスよりは格段にその溶出を抑えることができる。このように、本発明のＮａイオンの遊離がないとの表現は、遊離し難との意味も包含されているものとする。また、ガラス種がことなると膨張係数もことなることになり、同種のガラスで積層することが、特に大面積モジュールの場合に好ましい。例えば、従来の白板ソーダガラスと前記した薄膜を付与したソーダガラス、白板ソーダガラスと化学強化ガラス、化学強化ガラスと化学強化ガラス等であり、特に化学強化ガラスは薄型軽量であり、発電する屋根の部材に有用である。【００２１】  これらの基板は、板状結晶素子にＡｌ電極が使用されておればその腐食防止に有用である。そのＡｌは、形状、配置位置、面積、数等に関係なく、Ａｌが使用されておれば全ての板状結晶素子に対して電極の腐食防止に有用である。具体的には、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、ヘテロ接合型、さらに電極位置を裏面に集めたバックコンタクト型等である。また、ヘテロ接合型（例えば、パナソニックのＨＩＴ等）に使用されている透明導電薄膜はアルカリ場で長期間に渡って曝されると影響を受けるとも考えられるので、Ｎａイオンの遊離がないガラス基板は有用である。また、板状結晶素子の厚み（例えば、超薄型素子等）、表面の形状（例えば、超微細表面構造等）に関係なく広く本発明は利用できる。【００２２】  つぎに、図２のようにＡｌ表面を保護する方法を説明する。この保護層９を設ける手法は、アルカリ場の影響をＡｌ表面の改質または樹脂の塗装により保護することである。その方法はＡｌ表面をクロム酸塩、リン酸クロム酸塩等による反応型化学処理であり、またはエポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂等による塗布型化学処理である。また、この樹脂を２層（例えば、エポキシ樹脂とフッ素樹脂等）に塗布してもよい。さらに、反応型化学処理後に塗布型化学処理を加える手法もある。その処理は、特に図示しないがＡｌ面を選択的に化学処理してもよく、またＡｌ面４と共にライン状に配されたＡｇ面（特に図示せず）を共に同時に化学処理してもよい。この処理は板状結晶素子がインターコネクタ８で結線される前でも後でもよい。ただ、Ａｇ面はインターコネクタ８との接続部位には配慮する必要がある。その手法もスプレー法、スクリーン印刷法等の従来法が利用できる。【００２３】  最後に、本発明者による特許文献１に詳説してあるが、外周封止部は、充填材のシリコーン樹脂が流動体のオイルであるか、非流動体のゲルかにより選択が可能となる。オイルの場合は図示したように、シリコーン系樹脂接着剤により確実に安定的な接着固定が必要であるが、ゲルの場合は、液漏れの発生はないのでイソブチル系樹脂密着剤の土手機能を利用して積層処理後に、ゲル化反応させて非流動体の充填材として本発明に利用することもできる。要するに、充填材が基板間に安定的に存在すれば本目的を達することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の構造を示す断面図
【図２】本発明の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００２５】１    表面ガラス基板
２    裏面ガラス基板
３    板状結晶素子
４    裏面電極Ａｌ
５    充填材のシリコーン樹脂
６    第１封止のシリコーン接着剤
７    第２封止のイソブチル密着剤
８    インターコネクタ
９    保護層
【図１】
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【図２】
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