(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池素子の表面側に表面強化ガラスを配置した太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層とから形成されるヘテロ接合を有すると共に、表裏両面から光入射可能な構造とされ、
前記太陽電池素子の表面側及び裏面側に夫々表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材を配置し、当該表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材の間に前記太陽電池素子を樹脂封止すると共に、
前記表面側フィルム材の表面側に、空気層を介して前記表面強化ガラスを配置したことを特徴とする両面入射型の太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記表面強化ガラスと表面側透光性フィルム材間にスペーサー部材を配置して両者の間に空気層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記スペーサー部材は高チクソ性接着剤で形成されていることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、太陽電池モジュールに関するものであり、特に、表面部材及び裏面部材が透光性を有することにより、表裏両面側からの光入射を可能とした両面入射型太陽電池モジュールに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池装置は、無尽蔵な太陽光をエネルギー源としているため、環境問題等から石油・石炭等の化石エネルギーに代わるエネルギー源として期待され、実用化が進められている。かかる太陽電池装置を実際のエネルギー源として用いるためには、通常複数個の太陽電池素子を電気的に直列、或いは並列に接続することによりその出力を高めた太陽電池モジュールが使用されている。
【０００３】
従来の太陽電池モジュールは、片面発電のものとしては、図５に示すように、表面強化ガラス１００と裏面部材１０１との間に複数個の太陽電池素子１１０…がＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）などの透光性且つ絶縁性を有する樹脂１０２で封止された構造になっている。
【０００４】
太陽電池素子１１０は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどから構成され、各太陽電池素子１１０間は銅箔板などの金属薄板からなる接続部材１１１…で直列及び／又は並列に接続されている。また、裏面部材１０１には裏面からの水分の浸入を防ぐためにプラスチックフィルムでアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔をサンドイッチした積層フィルムが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池モジュールは、一般に屋外で長期間使用されるため機械的強度のみならず耐候性にも優れている必要がある。上述した構造においては、機械的強度は表面強化ガラス１００で保っている。そして、耐候性に関しては、裏面部材１０１として金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムを用いているので、外部からの水分浸入が抑制され、長期間に亘って、高い発電性能が得られるているが、未だ改善の余地があった。
【０００６】
また、太陽電池素子の光の有効利用を図るべく、光入射側の電極のみならず裏面側の電極まで透明電極の構成にし、太陽電池素子の表裏両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子が提案されている。このような構造においては、裏面部材も透光性部材が用いられる。この裏面部材として透光性の樹脂フィルムを用いた場合には、金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムに比べ水分が浸入しやすくなるため、さらに水分浸入の対策の必要がある。また、かかる透光性の樹脂フィルムとして水分透過率の小さいフイルムを用いることも提案されているが、依然として改善の余地が残っていた。
【０００７】
この発明は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものにして、耐湿性を改善することにより信頼性の向上した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
まず、この発明者らは上述した水分の浸入による発電性能の低下の原因を調べるために、図５に示す構造において、裏面部材１０１にアルミニウム（Ａｌ）箔をＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）でサンドイッチした積層フィルムを用いた太陽電池モジュールと、ＰＶＦフィルムだけを用いた太陽電池モジュールの２種類のモジュールを作成し、それぞれについて耐湿試験（ＪＩＳ  Ｃ８９１７）を行った。この試験は、８５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間入れた前後での太陽電池特性を調べるもので、出力値が９５％以上であることが合格の基準として定められている。ここでは、恒温漕中に入れる時間を１０００時間として試験を行った。その結果、得られた出力変化率は裏面部材に積層フィルムを用いた場合９９．０％であり、ＰＶＦフィルムを用いた場合は、９２．０％であった。そして、この２種類の太陽電池モジュールについて鋭意検討したところ、太陽電池素子を封止する樹脂１ｇ中に存在するナトリウム量が、積層フィルムを用いた場合０．３μｇ／ｇであるのに対して、ＰＶＦフィルムを用いた場合は３μｇ／ｇであり、出力変化率と相関関係があり、樹脂中のナトリウム量が多いほど発電性能が低下することが分かった。
【０００９】
かかるナトリウム量の増加はモジュール中に浸入した水分の存在によるものと考えられる。すなわち、裏面部材に積層フィルムを用いた場合は太陽電池モジュールの外周部から水分が浸入するが、裏面部材に樹脂フィルムを用いた場合にはこの樹脂フィルムを透過しても水分が浸入することになるので、樹脂フィルムを裏面部材に用いた方がモジュール中に浸入する水分量が多くなる。
【００１０】
そして、モジュール中に水分が浸入すると、表面ガラスから析出したナトリウムイオンが水分を含んだ樹脂内を移動して太陽電池素子表面まで達し、さらに太陽電池素子内部にまで拡散することにより太陽電池素子の発電性能を低下させるために、裏面に樹脂フィルムを用いた方が発電性能が低下したものと推察される。
【００１１】
従って、この発明は、表面ガラスから析出されるナトリウムが太陽電池素子表面に達することを抑制することにより、信頼性を向上せんとするものである。
【００１２】
この発明の太陽電池モジュールは、上述したことを考慮してなされたものにして、複数の太陽電池素子の表面側に表面強化ガラスを配置した太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層とから形成されるヘテロ接合を有すると共に、表裏両面から光入射可能な構造とされ、前記太陽電池素子の表面側及び裏面側に夫々表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材を配置し、当該表面側透光性フィルム材及び裏面側透光性フィルム材の間に前記太陽電池素子を樹脂封止すると共に、前記表面側フィルム材の表面側に、空気層を介して前記表面強化ガラスを配置したことを特徴とする。
【００１５】
前記表面強化ガラスと表面側透光性フィルム材間にスペーサー部材を配置して両者の間に空気層が形成すると良い。
【００１６】
前記スペーサ部材は高チクソ性接着剤で形成すればよい。
【００１７】
上記のように空気層を設けることで、太陽電池素子が、ＥＶＡ封止樹脂などを介して表面ガラス部材と接触しないため、表面ガラス部材から析出したナトリウムイオンが太陽電池素子に到達するのが抑制できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１９】
まず、この発明に用いられる太陽電池素子１の一例につき図１を参照して説明する。図１は、表裏両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子の一例を示す模式的斜視図である。この太陽電池素子は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造（以下、ＨＩＴ構造という）において、表裏両面から光を入射可能にした太陽電池素子である。
【００２０】
図１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１０上に、真性非晶質シリコン層１１が形成され、その上にｐ型非晶質シリコン層１２が形成されている。そして、ｐ型非晶質シリコン層１２の全面にＩＴＯなどからなる受光面側の透明電極１３が設けられ、この受光面側透明電極１３上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極１４が形成されている。また、基板１０の裏面には基板裏面に内部電界を導入したいわゆるＢＳＦ（Back Surface Field）型構造になっている。すなわち、基板１０の裏面側に真性非晶質シリコン層１５を介してハイドープｎ型非晶質シリコン層１６が設けられている。このハイドープｎ型非晶質シリコン層１６の全面にＩＴＯなどからなる裏面側透明電極１７が形成され、この上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極１８が形成されている。このように、裏面側も結晶シリコン基板とハイドープ非晶質シリコン層との間に真性非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改良したＢＳＦ構造になっている。
【００２１】
上記した図１に示す太陽電池素子１が図示しない半田ディップ銅箔など接続部材により複数個直列及び／又は並列に接続される。そして、図２に示すように、ＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）などからなる厚さ０．１〜１ｍｍの表面側透光性フィルム部材２と裏面側透光性フィルム部材４との間にＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）樹脂３を用いて封止して、サブモジュールが形成される。
【００２２】
このサブモジュールの形成は、各部材を重ね、１００Ｐａ程度に真空引きされた漕中に保持し、その後、全体を１５０℃程度に加熱し、裏面部材側からシリコーンシートにて大気圧を用いて圧着する。このプロセスにてＥＶＡシートを軟化させ仮接着を行った後に、改めて１５０℃程度の恒温漕中にて１時間程度保持し、ＥＶＡを架橋するいわゆる真空ラミネート工程により、形成される。サブモジュールの平面的なサイズは、表面強化ガラス２０と同じにする。
【００２３】
次に、表面強化ガラス２０の表面側における太陽電池素子１…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材２上に、太陽電池素子１への光入射を妨げない面積でシリコーン樹脂などの高チクソ性の接着剤を塗布し、スペーサ５を形成する。
【００２４】
なお、太陽電池素子１…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材２上に設けるスペーサ５は、サブモジュールが太陽電池モジュールのアルミニウム（Ａｌ）フレーム３０から離れて中央部に行くに従って、自身の自重で垂れ下がるのを防止する役目もを果たす。
【００２５】
次いで、サブモジュールと表面強化ガラス２０を重ねてスペーサ５のシリコンで接着する。このスペーサ５を用いて、表面強化ガラス２０とサブモジュールとを接合することにより、サブモジュールの太陽電池素子１の表面側と表面強化ガラス２０との間には、空気層６が設けられる。
【００２６】
このようにして形成された太陽電池モジュールの周囲にフレーム３０を取り付ける。このフレーム３０の取付は、太陽電池モジュールの周囲にシリコーンゴムなどを介して固定したり、或いは、また、フレーム３０に予め太陽電池モジュールを嵌め込むような段部を形成しておき、その段部に嵌め込むことにより両者を固定するように構成しても良い。
【００２７】
上記したように、この実施形態は、太陽電池モジュールの一方の表面に空気層６を介して機械的強度を有する表面強化ガラス２０を設けている。このように構成することで、太陽電池素子１が、ＥＶＡ封止樹脂２を介して表面強化ガラス２０と接触しないため、表面強化ガラス２０から析出したナトリウム（Ｎａ）イオンが太陽電池素子１に到達するのが抑制できる。
【００２８】
次に、この発明の第２の実施形態につき、図３に従い説明する。
【００２９】
上記した第１の実施形態との相違はスペーサ部材の材料として、高チクソ性のシリコン樹脂のスペーサ５に加えて厚さ１〜５ｍｍのアクリル、ポリカーボネート等のフィルム板からなる第２スペーサ７を用いたことである。
【００３０】
サブモジュール形成までは、上記実施形態と同じであるために説明を省略し、表面強化ガラス２０とサブモジュールの接着から説明する。
【００３１】
厚さ１〜５ｍｍのアクリル、ポリカーボネート等のフィルム板からなる第２スペーサ７を用意する。この第２スペーサ７は、太陽電池素子１…間の隙間に対応する部分に太陽電池素子１への光入射を妨げない面積に加工している。そして、第２スペーサ７の接着面に両面テープを貼り付け、もしくは接着用シリコン樹脂を塗布する。この第２スペーサ７を太陽電池素子１…間の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材２上に配置する。サブモジュールの周囲は、上記した実施形態と同様に高チクソ性のシリコン樹脂を塗布してスペーサ５を形成する。
【００３２】
この場合には、サブモジュールと表面強化ガラス２０の空間６の高さが、固体の第２スペーサ７の厚さで決まり、バラツキの少ない空間高さを形成することができる。そして、このようにして形成された太陽電池モジュールの周囲にフレーム３０を取り付ける。
【００３３】
また、上記した両実施形態においては、サブモジュールと表面ガラス２０とを接着してからアルミニウムフレーム３０に取り付けているが、フレーム３０の取付により、サブモジュールと表面強化ガラス２０とを空間を有して固定するように構成しても良い。また、フレーム３０の構造により、スペーサを設けずにサブモジュールと表面強化ガラス２０とを空間を有して固定するように構成することができる。
【００３４】
上記した実施形態においては、予めサブモジュールを形成しているが、図４に示すように、太陽電池素子１間の隙間上に、高チクソ材からなるスペーサ部材８を設け、太陽電池素子１の周囲にＥＶＡなどの封止樹脂９を設けて、裏面透明フィルム４と表面ガラス２０とを一体化するように構成し、太陽電池素子１表面と表面ガラス２０との間に空間６を設けるように構成することもできる。この構成においても、太陽電池素子１が、ＥＶＡ封止樹脂を介して表面強化ガラス２０と接触しないため、表面強化ガラス２０から析出したＮａイオンが太陽電池素子１に到達しにくくなる。
【００３５】
次に、上記した構造のこの発明の太陽電池モジュールと従来構造の太陽電池モジュールをそれぞれ用意し、耐湿性試験を行った結果を示す。この試験は８５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間入れた前後での太陽電池の特性を調べるもので、出力値は９５％以上であることが合格の基準として定められている。
【００３６】
サンプルは、この発明によるものは、図２に示す構造のものであり、表裏に透明ＰＶＦフィルムを用いている。従来例としては、図５に示す構造のものであり、裏面部材としてＰＶＦフィルムとアルミニウム箔とをサンドイッチした積層フィルムを用いたものと、裏面部材として、ＰＶＦからなる透明フィルムだけを用いたものをそれぞれ用意した。封止したＥＶＡ樹脂シートの厚みは全てのサンプルにおいて同じとし、太陽電池素子は両面入射型のＨＩＴ構造のものを用いた。この結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0004330241.tif 000002
【００３８】
表１より、１０００時間経過後であれば、従来ＰＶＦだけを用いたものでは、初期特性が９５％を切り、ＪＩＳの規格をクリアできないのに対して、本発明の太陽電池モジュールであれば、初期特性より特性の変化率が少なく９５％以上の特性を十分に満足しており、ＪＩＳの規格はクリアしている。また、裏面部材として、積層フィルムを用いたものより良好な特性が得られている。
【００３９】
このように、この発明によれば、強化ガラスと水分との相互作用によって析出するＮａイオンの太陽電池素子への到達を抑制でき、耐湿性が向上する。
【００４０】
尚、上記した実施の形態において、封止樹脂としてＥＶＡを用いているが、シリコーン、ポリ塩化ビニル、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリウレタンを用いることができる。
【００４１】
上記した実施形態においては、太陽電池素子として、ＨＩＴ構造の太陽電池素子を用いた場合につき説明したが、この発明は、他の単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶系太陽電池素子、非晶質系太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールにも適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、表面強化ガラスから析出したナトリウムイオンを太陽電池素子まで到達するのが抑制でき、屋外における長期な使用に耐えうる高い信頼性の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】
【図１】表裏から光を入射させるように構成した太陽電池素子の一例を示す模式的斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【符号の説明】
１  太陽電池素子
２  表面側透光性フィルム材
３  封止樹脂
４  裏面側透光性フィルム材
５  スペーサ
６  空気層
【図１】
0004330241.tif 000003
【図２】
0004330241.tif 000004
【図３】
0004330241.tif 000005
【図４】
0004330241.tif 000006
【図５】
0004330241.tif 000007