(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの充填材と裏面補強材との接着性および耐腐食性を高めることにより、長期間高い信頼性を維持でき、かつ安価な太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】充填材３ａ，３ｂの中に埋設された太陽電池素子２と、太陽電池素子２に貼り合わせられた裏面補強材５と、裏面補強材５の外表面にポリエステル樹脂により被覆された樹脂層５ａとを備えている太陽電池モジュールにおいて、ポリエステル樹脂の構成モノマーをエチレングリコールまたはグリセリンとしていることを特徴とする太陽電池モジュール。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材の中に埋設された太陽電池素子と、該太陽電池素子に貼り合わせられた裏面補強材と、該裏面補強材の外表面にポリエステル樹脂により被覆された樹脂層とを備えている太陽電池モジュールにおいて、
前記ポリエステル樹脂の構成モノマーをエチレングリコールまたはグリセリンとしていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池素子が可撓性となっ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】
前記裏面補強材を構成する基材が金属板となっていることを特徴とする請求項１または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、充填材の中に埋設された太陽電池素子に裏面補強材を貼り合わせた構成である太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な太陽電池モジュールは、充填材の中に埋設された太陽電池素子を耐候性の高い表面被覆材と裏面補強材との間に挟んでモジュール化することによって、耐候性を確保している。この充填材には高い接着強度が要求され、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ  Ａｃｅｔａｔｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ」という）などが用いられている。
【０００３】
表面被覆材には、フッ素系フィルムなどの耐候性フィルムが用いられており、裏面補強材には、ステンレス板、メッキ鋼板および樹脂塗装を施したカラー鋼板などが用いられている。また、カラー鋼板の塗装にはフッ素樹脂およびアクリル樹脂などが用いられている。しかしながら、フッ素樹脂およびアクリル樹脂はＥＶＡとの接着強度が十分でないため、カラー鋼板と太陽電池素子の充填材との接着強度が十分でなくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、カラー鋼板の表面の樹脂塗装には特許文献１に開示されるようにエポキシ樹脂が用いられている。このエポキシ樹脂はＥＶＡに対する良好な接着性を有しており、カラー鋼板と太陽電池素子の充填材との接着強度が高められることとなる。
【特許文献１】特許第３２４４２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エポキシ樹脂は耐候性という点で劣るため屋根建材用の太陽電池モジュールでは塗装樹脂として採用されていない。一般的に屋根建材用途の塗装樹脂材料には、耐候性の観点から、ポリエステル樹脂が用いられている。ポリエステル樹脂は、ＥＶＡの接着性は良好であるが、以下に記す別の問題を持っている。一般的にポリエステル樹脂には有機酸であるギ酸が不純物として含まれており、太陽電池モジュールを長期間使用する間に、このギ酸により生じるギ酸イオンがカラー鋼板に塗装した箇所から充填材中に溶出して拡散するおそれがある。そのため、太陽電池素子が腐食し、その特性が低下することとなる。さらに、ギ酸イオンが充填材中に溶出し拡散することすることはモジュールの電気絶縁性を低下させる要因となるため好ましくない。
【０００６】
そこで本発明は、太陽電池モジュールの充填材と裏面補強材との接着性および耐腐食性を高めることにより、長期間高い信頼性を維持でき、かつ安価な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】
【０００７】
課題を解決するために本発明の太陽電池モジュールは、充填材の中に埋設された太陽電池素子と、該太陽電池素子に貼り合わせられた裏面補強材と、該裏面補強材の外表面にポリエステル樹脂により被覆された樹脂層とを備えている太陽電池モジュールにおいて、前記ポリエステル樹脂の構成モノマーをエチレングリコールまたはグリセリンとしていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールでは前記太陽電池素子が可撓性となっている。
【０００９】
本発明の太陽電池モジュールでは前記裏面補強材を構成する基材が金属板となっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の太陽電池モジュールによれば、以下の効果を得ることができる。本発明の太陽電池モジュールは、充填材の中に埋設された太陽電池素子と、該太陽電池素子に貼り合わせられた裏面補強材と、該裏面補強材の外表面にポリエステル樹脂により被覆された樹脂層とを備えている太陽電池モジュールにおいて、前記ポリエステル樹脂の構成モノマーをエチレングリコールまたはグリセリンとしていることを特徴としている。前記ポリエステル樹脂と前記充填材との接着性の高さにより、前記充填材と前記裏面補強材との接着強度が高くなることとなる。さらに不純物であるギ酸を含まない封止構造により、前記充填材および前記太陽電池素子の腐食性に影響するギ酸イオンの溶出がほとんどなくなることとなる。従って、前記太陽電池素子は長期間腐食せずに初期の出力を維持することができる。さらに、電気絶縁性に悪影響を及ぼすギ酸イオンの溶出がほとんどなくなることにより、前記太陽電池モジュールの電気絶縁性を維持することができる。
【００１１】
また、本発明の太陽電池モジュールでは前記太陽電池素子が可撓性となっており、前記太陽電池モジュールが可撓性により大きく変形する形態であっても、前記充填材と前記裏面補強材との高い接着強度が維持され、さらに前記太陽電池素子の耐腐食性が向上することとなる。
【００１２】
さらに、本発明の太陽電池モジュールでは前記裏面補強材を構成する基材が金属板となっており、薄膜に形成しても一定の剛性を有し、かつ塑性変形し易い金属板の特性によって切断など加工のし易い前記裏面補強材を提供することが可能であり、前記太陽電池モジュールの作製時の作業効率が向上することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について以下に説明する。図１は、本発明の実施形態における太陽電池モジュールの層構造を模式的に示した断面図である、太陽電池モジュール１の受光面１ａ側を上側として以下に説明する。
【００１４】
図１より太陽電池モジュール１は、主な構成要素として太陽電池素子２、充填材３ａ，３ｂ、表面被覆材４および裏面補強材５を備えており、充填材３ａ，３ｂは接着性を有している。太陽電池素子２の上側には充填材３ａが配置され、太陽電池素子２の下側には充填材３ｂが配置されており、太陽電池素子２は充填材３ａ，３ｂの中に埋設された状態となっている。充填材３ａの上側には表面被覆材４が配置されており、表面被覆材４は充填材３ａの接着性により接着されて太陽電池素子１と一体に形成されている。そのため、表面被覆材４の上側が太陽電池モジュール１の受光面１ａを構成している。
【００１５】
充填材３ｂの下側には裏面補強材５が配置されている。裏面補強材５は、基材５ａおよび樹脂層５ｂを備えており、基材５ａの表面はポリエステル樹脂により塗装されており、塗装により被覆された基材５ａの表面のうち上側面に樹脂層５ｂが配置されている。この樹脂層５ｂが充填材３ｂの接着性により接着されて、裏面補強材５が太陽電池素子２と一体に形成されている。
【００１６】
太陽電池モジュール１の各構成要素について以下に説明する。本発明の一実施形態では、太陽電池素子２に可撓性のあるものが用いられている。一般的に可撓性の太陽電池素子２は主に、絶縁性を有する可撓性基板、第１電極、光電変換層および第２電極を備えており、可撓性基板上に、第１電極、光電変換層、第２電極の順に積層となるように作製されている。従って、太陽電池モジュール１がこの可撓性により大きく変形する場合であっても、充填材３ｂと裏面補強材５との高い接着強度が維持され、さらに太陽電池素子２の耐腐食性が向上することとなる。
【００１７】
第１電極には、Ａｇ膜、Ａｌ膜、ＺｎＯ膜などが用いられていることが好ましく、光電変換層には、アモルファスシリコン膜、ＣｕＩｎＳｅ2膜、ＣｕＩｎＳｅ2膜、ＧａＡｓ膜、ＣｄＳ／Ｃｕ2Ｓ膜、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ膜、ＣｄＳ／ＩｎＰ膜、ＣｄＴｅ／Ｃｕ2Ｔｅ膜に代表される化合物半導体などが用いられていることが好ましく、第２電極には、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）などが用いられていることが好ましい。第１電極および第２電極がスパッタリング法、真空蒸着法、スプレーイング、ＣＶＤ法などにより成膜され、光電変換層がプラズマＣＶＤ法などにより成膜されていることが好ましい。
【００１８】
充填材３ａ，３ｂにはＥＶＡが用いられていることが好ましい。
【００１９】
表面被覆材４には、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリ三フッ化エチレン（ＴｒＦＥ：ＴｒｉＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ：Ｐｏｌｙ−Ｖｉｎｙｌ  Ｆｒｏｕｒｉｄｅ）などのフッ素樹脂フィルムが用いられていることが好ましい。
【００２０】
裏面補強材５を構成する基材５ａには、ステンレス鋼板、メッキ鋼板などの金属板が用いられることが好ましく、とりわけメッキ鋼板には、ガルバニウム鋼板、亜鉛鋼板などが用いられることが好ましい。薄膜に形成しても一定の剛性を有し、かつ塑性変形し易い金属板の特性によって切断など加工のし易い裏面補強材を提供することが可能であり、太陽電池モジュール１の作製時の作業効率が向上することとなる。
【００２１】
また、裏面補強材５の樹脂層５ｂを被覆するポリエステル樹脂では、構成モノマーがギ酸イオンを含まないエチレングリコールまたはグリセリンとなっている。そのため、ポリエステル樹脂と充填材３ｂのＥＶＡとの接着性の高さにより、充填材３ｂと裏面補強材５との接着強度が高くなることとなる。さらに不純物であるギ酸を含まない封止構造により、充填材３ｂおよび太陽電池素子２の腐食性に影響するギ酸イオンの溶出がほとんどなくなることとなる。従って、太陽電池素子２は長期間腐食せずに初期の出力を維持することができる。さらに、電気絶縁性に悪影響を及ぼすギ酸イオンの溶出がほとんどなくなることにより、太陽電池モジュール２の電気絶縁性を維持することができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例１の太陽電池モジュールでは、太陽電池素子が、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムから成る可撓性基板と、Ａｇ膜から成る第１電極と、アモルファスシリコン膜から成る光電変換層と、ＩＴＯから成る第２電極とを備えている。また、充填材にはＥＶＡが用いられ、表面被覆材にはＥＴＦＥフィルムが用いられている。裏面補強材は、ガルバリウム鋼板（登録商標）から成る基材と、ポリエステル樹脂から成る樹脂層とを備えている。また、ポリエステル樹脂の構成モノマーはエチレングリコールとなっている。
【００２３】
このような太陽電池モジュールの作製方法に関して説明する。まず、太陽電池素子を作製する。太陽電池素子は、可撓性基板上にスパッタリングにより第１電極を成膜し、第１電極上にプラズマＣＶＤにより光電変換層を成膜し、光電変換層上にスパッタリングによりＩＴＯを成膜することにより作製される。また、裏面補強材をシャーリング加工により所望のサイズに裁断する。
【００２４】
次に、太陽電池素子の封止工程として太陽電池素子の両面にフィルム状の充填材を貼り合せ、その太陽電池素子の可撓性基板側の面に裏面補強材に貼り合せ、太陽電池素子の第２電極側の面に表面被覆材を貼り合せる。その後、このようにして作製された太陽電池モジュールを、真空引きして温度を１５０℃に上げた状態で大気圧によりプレスされ、さらに２０分の加熱後、加圧処理を行うことにより封止する。このような作成方法により、実施例１の太陽電池モジュールは作製されることとなる。
【００２５】
（比較例１）
本発明の比較例１の太陽電池モジュールでは、裏面補強材の樹脂層をフッ素樹脂としており、それ以外は実施例１と同様の構成になっている。
【００２６】
（比較例２）
本発明の比較例２の太陽電池モジュールでは、裏面補強材の樹脂層をアクリル樹脂としており、それ以外は実施例１と同様の構成になっている。
【００２７】
（比較例３）
本発明の比較例３の太陽電池モジュールでは、裏面補強材の樹脂層を構成するポリエステル樹脂の構成モノマーをネオペンチルグリコールとしており、それ以外は実施例１と同様の構成になっている。
【００２８】
（比較例４）
本発明の比較例４の太陽電池モジュールでは、裏面補強材の樹脂層を構成するポリエステル樹脂の構成モノマーをトリメチロールプロパンとしており、それ以外は実施例１と同様の構成になっている。
【００２９】
（ピール強度の評価）
裏面補強材の樹脂層の種類が異なる場合における裏面補強材と充填材との接着性を評価する。ここでは、ポリエステル樹脂の樹脂層を有する実施例１、フッ素樹脂の樹脂層を有する比較例１およびアクリル樹脂の樹脂層を有する比較例２の各太陽電池モジュールを対象としている。各太陽電池モジュールの充填材と裏面補強材との接着部分についてピール強度を測定した。これらのピール強度を測定した結果を表１に示す。ピール強度が高いほど接着性が高いことを示している。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に示すように、ポリエステル樹脂の樹脂層を有する実施例１がフッ素樹脂の樹脂層を有する比較例１およびアクリル樹脂の樹脂層を有する比較例２と比較して高いピール強度を示すこととなった。
【００３２】
（裏面補強材の樹脂層からの不純物溶出試験）
裏面補強材の樹脂層の構成モノマーが異なる場合におけるギ酸イオンの溶出量を評価する。ここでは、樹脂層の構成モノマーをエチレングリコールとする実施例１、樹脂層の構成モノマーをネオペンチルグリコールとする比較例３および樹脂層の構成モノマーをトリメチロールプロパンとする比較例４の各太陽電池モジュールを対象としている。具体的には、各太陽電池モジュールをそれぞれ純水に浸漬し、純水中に溶出したイオン成分を分析した。これらのイオン成分のうちギ酸イオンのイオン量を測定した結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２に示すように、樹脂層の構成モノマーをエチレングリコールとする実施例１では、検出されたギ酸イオンの成分は検出限界以下を示している。これに対して、樹脂層の構成モノマーをネオペンチルグリコールとする比較例３および樹脂層の構成モノマーをトリメチロールプロパンとする比較例４では、多くのギ酸イオンが検出されている。
【００３５】
これはエチレングリコールにはギ酸が含まれない一方で、ネオペンチルグリコールおよびトリメチロールプロパンには、合成過程で使用される原料に由来する有機酸のギ酸が不純物として含まれているためと考えられる。
【００３６】
（高温高湿雰囲気暴露試験）
裏面補強材の樹脂層の構成モノマーが異なる場合における太陽電池モジュールの長期信頼性を評価する。ここでは、樹脂層の構成モノマーをエチレングリコールとする実施例１および樹脂層の構成モノマーをネオペンチルグリコールとする比較例３の各太陽電池モジュールを対象としている。具体的には、各太陽電池モジュールに高温高湿雰囲気（温度８５℃、湿度９５％）暴露試験を行った。これらの測定結果を試験時間と太陽電池モジュール出力の変化との関係で表したものを図２に示す。図２では初期の太陽電池モジュールの出力を１００％として、その後の太陽電池モジュール出力の変化率を表している。
【００３７】
図２に示すように、樹脂層の構成モノマーをネオペンチルグリコールとする比較例３の太陽電池モジュールでは、試験時間１０００ｈで太陽電池素子の電極層に剥離が発生し、出力が急激に低下している。一方で、樹脂層の構成モノマーをエチレングリコールとする実施例１では、試験時間３０００ｈ経過後も初期の出力に対して９０％の出力を維持している。従って、樹脂層の構成モノマーをギ酸を含まないものとすることにより、太陽電池モジュールの長期信頼性を確保できることとなる。
【００３８】
以上のように本発明の一実施形態を示したが、本発明の別の実施形態として、可撓性のない太陽電池素子２を備える太陽電池モジュール１に適用してもよく、様々な形態の太陽電池モジュールに適用することが可能である。
【００３９】
本発明の別の実施形態として、裏面補強材５の基材５ａにカーボンファイバー、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、セラミック、ガラスなどの金属以外の材料を用いてもよく、太陽電池モジュール１の必要とされる性能に合わせて材料を選択することが可能である。
【００４０】
なお、本発明の太陽電池モジュールは、上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の効果が発揮できる層構成および構成要素などを適宜採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの層構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの高温高湿暴露試験における試験時間に対する太陽電池出力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  太陽電池モジュール
１ａ  受光面
２  太陽電池素子
３ａ，３ｂ  充填材
４  表面被覆材
５  裏面補強材
５ａ  基材
５ｂ  樹脂層
【図１】
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【図２】
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