JP2006073707A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な方法で太陽電池モジュールの裏面側から入射する光を発電に寄与する様にするようにして、発電効率を向上させた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 透光性基板１と透光性裏面シート６との間に、両主面への入射光にて発電するように成した両面光入射型太陽電池素子３を複数個配列し、さらにこれら太陽電池素子３を受光面側充填材２と裏面側充填材とで挟持し、この裏面側充填材は光反射性シート４と光透過性シート５とを積層し融着して成した太陽電池モジュールである。
【選択図】 図１

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、とくに太陽電池モジュールの受光面側と裏面側に入射した光を有効に利用することで、発電効率を高めた両面受光型太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多く、太陽電池素子自体、物理的衝撃に弱い構造体である。さらに野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などから保護する必要がある。

一方、太陽電池素子１枚では、発生する電気出力が小さく、そのために複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せる構造にしている。

そこで、複数の太陽電池素子を接続して、透光性基板を用いて、さらに熱可塑性樹脂を主成分とする充填材にて封入し、これによって太陽電池モジュールと成している。

この太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子と太陽電池素子との間にて、通常、数ミリの間隙が設けられている。

そこで、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光を有効に発電に利用するため、この太陽電池素子と太陽電池素子との間隙部に配した充填材に対し、その裏面部分に凹凸形状を形成し、さらにその裏面部分にメッキもしくは蒸着により光反射面を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、両面受光型の太陽電池素子を光を透過する表側平板ガラスと裏面側平板ガラスの間に挟むとともに、裏面平板ガラスの外側表面に、太陽電池素子の裏面に対向する部分に開口部を有するＶ溝付き反射シートを接着する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００２−４３６００号公報 特開２０００−９１６１４号公報

しかしながら、特許文献１によって提案された技術、すなわち、太陽電池素子と太陽電池素子との間隙部に配した充填材に対し、その裏面部分に凹凸形状を形成し、さらにその裏面部分に光反射面を形成する方法によれば、充填材の裏面部分に凹凸形状や光反射面を形成するという点で、製造コストが大きくなり、さらに凹凸形状や光反射面を形成した部分を、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に合わせるという点で、すなわち、その合わせ精度を高めるという点で難しく、そのための時間を要していた。

また、特許文献１に記載された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュールの裏面側（非受光面側）から入射する光を、有効に利用するという点について、なんら検討も考慮もされていない。

また特許文献２に記載された太陽電池モジュールにおいては、モジュールの裏面側（非受光面側）から入射する光を有効に利用することができるものの、裏面平板ガラスの外側に反射シートを接着する構造であることから、太陽電池モジュールを屋外で長期間使用すると、シートのはがれや、変質により反射率が低下してしまうという問題が発生することがあった。

本発明は叙上に鑑みて完成されたものであり、その目的は太陽電池モジュールの裏面側から入射する光を発電に寄与させることで、発電効率を高めた長期信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の他の目的は、その太陽電池モジュールを容易に製造できるようにして、製造コストを低減した太陽電池モジュールを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、太陽電池モジュール内部の太陽電池素子と太陽電池素子との間隙に、表面および裏面から入射した光を反射させ、太陽電池素子に入射させ、これにより、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と透光性裏面シートとの間に、両主面への入射光にて発電するように成した両面光入射型太陽電池素子を複数個配列し、さらにこれら太陽電池素子を受光面側充填材と裏面側充填材とで挟持し、この裏面側充填材の太陽電池素子と対向する部位を光透過性と成し、その太陽電池素子と対向しない部位を光反射性と成したことを特徴とする。

本発明の他の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材の光反射性部位を着色もしくは白色にしたことを特徴とする。

本発明のさらに他の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材の光反射性部位が光反射性粒子を含むことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記光反射性粒子が電気的に絶縁体から成ることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材の光反射性部位の光反射性粒子を含む母材はエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）から成ることを特徴とする。

さらにまた、本発明の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材は光反射性シートと光透過性シートとを積層し融着して成したことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材は一枚のシートを、シート面にわたって光透過性部位と光反射性部位とを交互に配置したシートを融着して成したことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と透光性裏面シートとの間に、両面光入射型太陽電池素子を複数個配列し、さらに裏面側充填材にて挟持するに当り、この裏面側充填材の太陽電池素子と対向する部位を光透過性と成し、その太陽電池素子と対向しない部位を光反射性と成したことで、太陽電池モジュール裏面からの光の入射が可能になり、太陽電池裏面に入射光での発電ができ、さらに太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に、表面および裏面から入射した光を反射させ、太陽電池素子に入射させる構成となり、これにより、その光での太陽電池素子の発電もでき、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。

またこの光反射性を有する裏面側充填材は、太陽電池素子、表面側充填材とともに、透光性基板と透光性裏面シートとの間に、挟持されるため、長期間屋外で使用しても風雨にさらされることはなく、外の影響をほとんど受けることがないので、長期信頼性に優れた太陽電池モジュールとなる。

また、本発明によれば、裏面側充填材の光反射性部位が光反射性粒子を含むことで、上記の太陽電池モジュール内部の太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に表面および裏面から入射した光を、より一層反射させることができ、太陽電池素子の発電効率をさらに向上させることができる。

さらにまた、太陽電池モジュールの裏面側充填材が光反射性粒子を含むようにしたことにより、光反射部材を多数の間隙に配置する必要もなく、さらに光反射面を形成された部分を太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に合わせる必要もなくなり、その結果、従来の同じ工数でもって発電効率の向上された太陽電池モジュールの提供が可能となった。

また、本発明の太陽電池モジュールの裏面側充填材に含まれる前記光反射性粒子を電気的に絶縁体から成ることで、太陽電池モジュール内の太陽電池素子間でショートすることがなくなり、また、継時的な変化により錆等で変色することが無くなった。

さらに本発明の光反射性粒子を含有した裏面側充填材を、その母材としてエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）を用いることで、上記光反射性粒子の分散を良くすることができた。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。さらに図２は本発明に係る太陽電池モジュールの断面構造の一例を示す図である。

これらの図において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、３は両主面への入射光を発電するように成した両面光入射型太陽電池素子であり、これら両面光入射型太陽電池素子３を複数個配列し、さらに電気的に接続して太陽電池素子群と成す。

そして、本発明によれば、太陽電池素子群は、受光面側充填材２と、前記裏面側充填材とで挟持しており、この裏面側充填材によれば、太陽電池素子３と対向する部位を光透過性と成し、その太陽電池素子と対向しない部位を光反射性と成すように構成した点が特徴である。

このように光透過性部位と光反射性部位とを組合わせる構成については、さまざまな手法が考えられる。

一例として、たとえば、裏面側充填材を一枚のシートと成した場合に、そのシート面にわたって光透過性部位と光反射性部位とを交互に配置する構成でもよい。

他方、裏面側充填材を二枚のシートでもって重ね合わせことで、光透過性部位と光反射性部位とを組合わせてもよい。この組み合わせの例を図１と図２に示す。

これらの図において、４は光反射性シートであり、５は光透過性シートである。光反射性シート４と光透過性シート５とを重ねることで、本発明に係る裏面側充填材が得られる。

さらに６は裏面シート（透光性裏面シート）、７は接続配線（接続タブ）を示す。

以下、各部材を詳しく述べる。

透光性基板１は、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。

このガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。

一方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂基板については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側充填材２は、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適に用いられる。

また、受光面側充填材（封止材）２の厚さについては、０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。上記のＥＶＡやＰＶＢなどを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材などについては、酸化チタンや顔料等を含有させ、これによって白色等に着色させてもよい。しかし、本発明に係る受光面側封止材２においては、着色させることで、太陽電池素子３に入射する光量が減少し、発電効率が低下することで、透明材もしくは光透過性材にするのが望ましい。

本発明に係る太陽電池素子３は、その両主面に光が入射するように成した両面光入射型太陽電池素子である。

図３は本発明に係る両面入射型太陽電池素子３の構造の一例を模式的に示す図である。

図３において、８は結晶系シリコンのＰ型基板であり、このＰ型基板８の一方の主面側にＮ型不純物拡散層９を形成し、他の主面側に高濃度Ｐ型不純物拡散層１０を形成している。

１１は表面（上面）側バスバー電極であり、１２は裏面（非受光面）側電極である。

この両面光入射型太陽電池素子３は、たとえば次のような構造になっている。

厚み０．３ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンのＰ型基板８を用いて、その一主面にリンなどのＮ型不純物を熱拡散させることでＮ型不純物拡散層９を形成する。

さらに他の主面にボロンなどのＰ型不純物を熱拡散することで、高濃度Ｐ型不純物拡散層１０を形成する。

さらにまた、両面上に光の反射を抑えるため、窒化シリコンなどで反射防止膜（図示せず）を形成し、その後、受光面側と裏面側に銀ペーストをスクリーン印刷することで電極を形成する。

この電極によれば、受光面側、裏面側ともバスバー電極とフィンガー電極がある。たとえばフィンガー電極（図示せず）は幅０．２ｍｍ程度で、太陽電池素子の辺に平行に、光生成キャリヤーを収集するために多数本形成される。

また、受光面側と裏面側のバスバー電極１１、１２は、収集されたキャリヤーを集電し、接続タブを取り付けるために幅２ｍｍ程度で、フィンガー電極と垂直に交わるように２〜３本形成される。

最後に電極部の保護と接続タブを取り付けやすくするために、電極をすべてハンダコートする。このようにして製造した太陽電池素子３は、上面側（受光側）がマイナス側となり、裏面がプラス側となる。

これらの太陽電池素子３は太陽電池モジュール内部で接続配線７により直列又は並列に電気的に接続され、太陽電池素子群と成す。

上記の接続配線７は、厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いる。

前記光反射性シート４については、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする合成樹脂材により構成され、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

この光反射性シート４は、光反射性を具備するように、さまざまな手法を用いることができる。

たとえば、透明にしないで、着色もしくは白色にすることで、光反射性を有するようにしてもよい。

一例として、一枚のシートを用意しこれにチタン粒子や、従来周知の顔料等を含有させることで、白色等の有色に着色させる。

このようなシート状のものを、太陽電池素子３が配置される部分を打ち抜き等で取り去り、図１に示すような格子状にする。

上記のように光反射性シート４を白色等の有色に着色にしたことで、表面又は裏面から太陽電池素子３同士の間隙に入射した光を通過させず、反射させ、これにより、太陽電池素子３に入射する光量を上げることができ、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。

また、本発明に係る光反射性シート４については、その反射性を高めるために、光反射性粒子が含まれていることが望ましい。この場合、そのシートの母材となる合成樹脂は、上記のごとく、有色にしたり、あるいは透明材を用いてもよい。

この光反射性粒子としては、ガラス材、ならびにアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス、弗素系やポリエチレンテレフタレ−トやポリプロピレンなどの合成樹脂、弗素系やウレタン系、アクリル系等のゴムなどが好適である。

この光反射性粒子には電気的に絶縁体から成る粒子を用いるとよく、アルミニウムやステンレスなどの金属材を用いた場合には、光反射性シート４が導電性を持ち、太陽電池素子の裏面間でショートが発生することで、好ましくない。

また、この光反射性粒子の色調は、光吸収が少なく、光反射を最も大きくすることができる点で、半透明か白色が好適である。

このような光反射性粒子を含む光反射性シート４の作製方法を述べる。

たとえば、充填材の樹脂材料をシート状にする前の段階で、直径０．０１〜０．１ｍｍ程度の光反射性粒子を充填材の材料樹脂との重量比で、材料樹脂１に対して０．１〜０．６５程度に混練する。

光反射性粒子の割合が０．１より小さくなると、発電効率向上の十分な効果が得られなくなり、さらに０．６５を超すと充填材の接着性や充填性が不十分となり、太陽電池モジュールの耐候性能に影響がでることで好ましくない。

また、光反射性シート４に用いる樹脂としては、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）がよく、光反射性粒子を混練する時に光反射性粒子が分散しやすいという点で適している。

かくして光反射性シート４に適量の光反射性粒子を含ませることで、ＥＶＡ等の持つ接着性や充填性を失うことなく、表面又は裏面から太陽電池素子３同士の間隙に入射した光を、通過させずに反射させることができ、これにより、太陽電池素子３に入射する光量をさらに上げることができ、その結果、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。

つぎに光透過性シート５を述べる。

この光透過性シート５は、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば、酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする合成樹脂材により構成される。

厚さは０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

また、光透過性シート５は、太陽電池モジュール裏面からの入射光が太陽電池素子３の裏面に入射するように透明とする。

以上のような受光面側充填材２と光反射性シート４と光透過性シート５については、これらを重ねて、減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。

裏面シート６については、透明な二層のポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）の間に蒸着したシリカを挟持した透光性シートなどが用いられる。

上記のごとく、太陽電池モジュールのパネル部は、上述のような透光性部材１、受光面側充填材２、太陽電池素子３、光反射性シート４、光透過性シート５、裏面シート６の積層体を接着一体化することによって作製する。

すなわち、上述の各部材の積層体をラミネーターと呼ばれる減圧状態で、加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧する。これによって、受光面側充填材２と光反射性シート４と光透過性シート５が軟化し、架橋融着し、これによって各部材が接着し一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。

このように、本発明にかかる太陽電池モジュールでは、光反射性シート５と光透過性シート５を、受光面側充填材２と太陽電池素子３とともに、透光性部材１と裏面シート６の間に挟持、接着一体化するため、長期間屋外で使用しても、従来問題であった光反射性シートのはがれや変質による反射率の低下という問題が発生することはない。

その後、太陽電池モジュールに機械的強度や耐候性能を付与し、さらに太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくために、太陽電池パネルの外周各辺にモジュール枠（図示せず）を嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定し太陽電池モジュールが完成する。

このようなモジュール枠は、それに必要な強度や耐久性などを考慮して、アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材、木などで作製され、アルミニウムで作製した場合、そのモジュール枠の側面部やモジュール枠の受光面部には耐候性の向上のためにアルマイト処理がなされ、さらにクリヤ塗装などが施される。

さらに本発明に係る太陽電池モジュールは両面受光型であるため、外部回路に接続するためのケーブルなどをつなぐ接続箱については、上記のモジュール枠近傍かモジュール枠内に設けることが望ましい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。

たとえば、太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能であり、さらに接続タブや太陽電池素子の電極をコートしているハンダについては、鉛を含有した共晶ハンダなどの他に、鉛フリーのハンダでもよく、さらに太陽電池素子の電極にハンダコート行わないものでもよい。

本発明の太陽電池モジュールのパネル部の構造の一例を示す分解斜視図である。 本発明の太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。 本発明に係る両面入射型太陽電池素子の構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・透光性基板
２・・・受光面側充填材
３・・・太陽電池素子
４・・・光反射性シート
５・・・光透過性シート
６・・・裏面シート
７・・・接続配線
８・・・結晶系シリコンのＰ型基板
９・・・Ｎ型不純物拡散層
１０・・・高濃度Ｐ型不純物拡散層
１１・・・表面（上面）側バスバー電極
１２・・・裏面（非受光面）側電極

Claims (7)

1. 透光性基板と透光性裏面シートとの間に、両主面への入射光にて発電するように成した両面光入射型太陽電池素子を複数個配列し、さらにこれら太陽電池素子を受光面側充填材と裏面側充填材とで挟持し、この裏面側充填材の太陽電池素子と対向する部位を光透過性と成し、その太陽電池素子と対向しない部位を光反射性と成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記裏面側充填材の光反射性部位を着色もしくは白色にした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。
3. 前記裏面側充填材の光反射性部位が光反射性粒子を含む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。
4. 前記光反射性粒子が電気的に絶縁体から成ることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記裏面側充填材の光反射性部位の光反射性粒子を含む母材はエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）から成ることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記裏面側充填材は光反射性シートと光透過性シートとを積層し融着して成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記裏面側充填材は一枚のシートを、シート面にわたって光透過性部位と光反射性部位とを交互に配置したシートを融着して成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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