JP2001274428A

JP2001274428A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2001274428A
Application number: JP2000082268A
Authority: JP
Inventors: Heishiro Goto; 平四郎後藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽光の照射角度が変化しても太陽電池への
照射光量低下を減少させて総合的光電変換効率の向上を
図り、また、太陽電池の製造過程における金属電極薄膜
層の剥離防止を図った太陽電池モジュ−ルを提供する。【解決手段】フィルム基板上に形成された太陽電池を
挟んでその受光面側に接着層７２と耐候性樹脂層７３と
からなる保護層を設け、非受光面側に接着層４と補強層
５とからなる保護層を設けた太陽電池モジュールにおい
て、前記受光面側の保護層７２，７３は、太陽光照射角
変動に伴う光量減少を軽減するように、太陽電池モジュ
ール設置傾斜面の傾斜方向と直角方向の断面が、その受
光面に連続した複数個の凸型円弧を有する略蒲鉾状連続
断面としてなるものとし、また、前記受光面側の接着層
７２の受光面側表面にエンボス処理をしてなるものとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フィルム基板上
に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封
止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の
双方に保護層を設けた太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。同一基板上に形成され
た複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池
（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性において優れたプラス
チックフィルムないしは絶縁被覆した金属基板を用いた
フレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられ
ている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロー
ル方式やステッピングロール方式の製造方法により大量
生産が可能となった。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に第１電極層（下電極層）、薄
膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（透明電
極層）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が
複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣
接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続すること
を繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極
と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力
させることができる。例えば、インバータにより交流化
し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜
太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際に
は数１０個以上の素子が直列接続される。

【０００６】図５は、プラスチックフィルムを基板とし
た可撓性薄膜太陽電池の斜視図を示す。基板６１の表面
に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面
に形成した接続電極層６３はそれぞれ複数の単位ユニッ
トに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形
成されている。このため、素子６２のアモルファス半導
体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透
明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成
された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通
じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の
外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記
素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びてい
る下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われてい
る。

【０００７】上記のように、太陽電池は素子を複数個接
続して使用されるが、そのセル構成によって呼称が異な
り、一般に、太陽電池の基本単位をユニットセルと呼
び、ユニットセルを複数個直列又は並列に接続した一括
成膜単位を単セルと呼び、この単セル複数個を外部の電
力リード線で直列または並列に接続してパネル状に形成
したものを太陽電池モジュールと呼び、このモジュール
を複数個集合して、屋根などに並設したものを太陽電池
アレイと呼ぶ。場合によっては、上記単セルをパネル状
に形成して太陽電池モジュールと呼ぶこともある。

【０００８】薄膜太陽電池モジュールの構成の一例とし
て、フィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁
性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側
および非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られ
ている。本件出願人は、軽量およびフレキシブル性を維
持しつつ，モジュール強度も維持し、設置が容易でかつ
コスト低減を図ることを目的とした太陽電池モジュール
とその設置方法の開発を行い、特願平１１−１７２６２
４号により提案している。下記にその一例を示す。

【０００９】図６は太陽電池モジュールの上面図、図７
は図６のＡ−Ａに沿った断面図である。図６、７におい
て、太陽電池１には太陽光入射側（受光面側）に接着層
２、その上面に耐候性樹脂層からなる耐候性保護層３、
光入射側と反対側（非受光面側）に接着層４、その下側
に補強層５からなる保護層が積層され、図示しないラミ
ネート装置で加熱融着して一体化されている。また接着
層２、４、耐候性保護層３、補強層５は太陽電池１の両
側方に延長されて非発電領域を形成し、この非発電領域
には太陽電池１から電力を導く電力リード線６が置か
れ、太陽電池１の図示しないプラス極、マイナス極にそ
れぞれ渡り線７で接続され、さらにその外側には太陽電
池モジュール２０を図示しない固定部材に取付ける為の
固定穴８が耐候性保護層３から補強層５までの保護層を
貫通して開けられている。

【００１０】ここで接着層２、４にはＥＶＡ（エチレン
ビニルアセテート）が用いられ、耐候性保護層３にはＥ
ＴＦＥ（エチレン・トリフロロエチレン）単体層若しく
はガラス不織布にＥＶＡを充填したものを重ねた多層体
が用いられ、補強層５にはステンレス、アルミニュー
ム、鉄板などの金属平板、またはガラス織布にＥＶＡや
ＴＨＶなどを充填したものが用いられる。

【００１１】一方、補強層５の上には電力端子箱９が接
着、もしくは図示しないネジで締結固定され、接着層
４、補強層５を貫通して開けられた穴１１には接続線１
２が挿入されてその端部が電力リード線６とハンダ接続
され、他端部がケーブル１０の導体芯線１４とネジ１３
で締結固定されて全体として太陽電池モジュール２０を
形成している。

【００１２】図８は屋根に施工した太陽電池アレイの一
例の部分断面斜視図を示したもので、野地板３１の上に
配列された取付けレール１１０に取付けられた太陽電池
モジュール１００は屋根の流れ方向に対して直角方向の
断面は太陽光入射側に向かって弓状に湾曲させて取り付
けられ、取付けレール１１０の位置で谷となって連続的
に連なり、太陽電池アレイ１５０を構成している。

【００１３】次に、この発明の解決すべき課題に関連し
た従来の太陽電池の製造方法について説明する。前記薄
膜太陽電池は、中間工程において、複数のユニットセル
を形成した形成したフィルムをＥＶＡ接着層とともにロ
ール状にしてハンドリングされている。この工程に関
し、図９および図１０により、以下に説明する。

【００１４】図９は、図７の構成においてユニットセル
３個を有する部分を拡大しかつ簡略化した模式図で、図
７と同一の構成部材には同一番号を付して説明を省略す
る。図９において、７０はユニットセルを示し、図５の
斜視図における光発電素子６２を３個模式的に示す。ま
た、隣接するユニットセル間の空隙ハッチング部は、最
終的にＥＶＡによりユニットセル間が充填された状態を
示す。

【００１５】ところで図５のような状態に複数個のセル
が形成されたセルフィルムは、セルの保護を兼ねて接着
層２となるＥＶＡフィルムに重ねられ、これを図１０に
示すように、ロール状に巻いて次工程に搬入している。
このＥＶＡフィルムは、室温〜６０度の範囲で弱い粘着
力を有し、この粘着力により、セルフィルムとＥＶＡが
一つのロールセルフィルムとなり、セルをＥＶＡで保護
した状態でロール状にしてハンドリングする。図１０に
おいて、９０はそのロールセルフィルムを示し、５０は
その巻芯を示す。このロールセルフィルム９０は、次工
程において巻戻され、モジュールの他の部材の組み立て
が行われる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
太陽電池モジュールの構成においては、下記のような問
題がある。１）太陽電池モジュ−ルの光電変換効率を最大とするた
めには、薄膜太陽電池の主面に対し法線方向（入射角度
９０度）に太陽光が入射するようにモジュ−ルを設置す
るのが理想であるが、太陽光の照射角度は、季節，時
間，設置場所等で異なる。コストの観点から、太陽の動
きを追尾する構成とすることは、通常の場合困難なため
に、日本国内においては、例えば通常、冬至点付近の南
中時太陽高度（約３０〜４０度）に適合させてモジュー
ルを固定設置し、ほぼ南中時に最大の光発電出力が得ら
れるようにして、年間を通じて有効な出力を得るように
している。

【００１７】図４は、受光面に対して太陽光入射角度を
変化させた時の光電変換量の変化を測定したグラフで、
太陽光が受光面に対して直角(９０度)に入射した時の光
電変換発電電力を１００％（基準）とし、これに対する
比率を示したものである。受光面に対して直角に入射し
ない光は、受光面においてその一部が反射し、太陽電池
素子に入射する光がその分減少する。

【００１８】従って、従来の太陽電池モジュールを、地
上に対する傾斜角度を一定に固定して取り付けた場合に
は、受光面９０度入射角度時の光電変換時発電電力より
減少した受光面状態が全照射時間帯のなかで多く発生す
ることとなる。図８の設置例では、モジュール全体を弓
状に曲げて、受光面を部分的に入射角度９０度が得られ
る様にしているが、部分的なユニットセルに対して特定
時間帯のみ有効であり、時には、隣接するモジュールの
影になる部分が生ずるなど、太陽電池モジュ−ルの総合
的光電変換効率の向上の観点からは問題がある。２）太陽電池の製造上においても、下記のような問題が
ある。

【００１９】前述のように、セルフィルムとＥＶＡを一
つのロールセルフィルムとしてハンドリングする従来の
製造プロセスの場合、図５における接続電極層（金属電
極薄膜層）６３がＥＶＡに粘着するために、ロールセル
フィルムを巻戻す際に、金属電極薄膜層がセルの基板か
ら剥離を起こすことがあった。

【００２０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、太陽光の照
射角度が変化しても太陽電池への照射光量低下を減少さ
せて、総合的光電変換効率の向上を図り、また、太陽電
池の製造過程における金属電極薄膜層の剥離防止を図っ
た太陽電池モジュ−ルを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、フィルム基板上に形成された太陽電池
を挟んでその受光面側に接着層と耐候性樹脂層とからな
る保護層を設け、非受光面側に接着層と補強層とからな
る保護層を設けた太陽電池モジュールにおいて、前記受
光面側の保護層は、太陽光照射角変動に伴う光量減少を
軽減するように、太陽電池モジュール設置傾斜面の傾斜
方向と直角方向の断面が、その受光面に連続した複数個
の凸型円弧を有する略蒲鉾状連続断面としてなるものと
する（請求項１）。

【００２２】前記請求項１に記載の太陽電池モジュール
において、前記凸型円弧は、太陽電池モジュールを構成
する最小の太陽電池セルとしてのユニットセルに対応し
て複数個設けるものとする（請求項２）のがより好まし
い。

【００２３】上記構成によれば、太陽光の照射角度が変
化しても太陽電池への照射光量低下を減少させることが
できる。その理由は、太陽光の照射角度が変化しても、
モジュール最前面の凸型円弧面のいずれかの面が太陽光
に対して法線方向の面を形成することとなるので、モジ
ュール最前面における反射光が低減する。光電変換を行
うセル面には、かならずしも法線方向には入射しない
が、セル面は反射率が低く、また反射しても保護膜にお
いて再度反射してセル側に戻る分があるので、総合的光
電変換効率は向上する。

【００２４】また、この発明の第２の課題としての、太
陽電池の製造過程における金属電極薄膜層の剥離防止の
課題は、請求項３の発明によって解決できる。即ち、フ
ィルム基板上に形成された太陽電池を挟んでその受光面
側に接着層と耐候性樹脂層とからなる保護層を設け、非
受光面側に接着層と補強層とからなる保護層を設けた太
陽電池モジュールにおいて、前記受光面側の接着層は、
その受光面側の表面にエンボス処理をしてなるものとす
る。

【００２５】前記の実施態様として、請求項３に記載の
太陽電池モジュールにおいて、前記受光面側の接着層の
材質は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）であり、
前記エンボス処理は、表面に複数個の略円筒状の凸部を
設ける凹凸表面処理であって、凸部の直径および高さは
ＥＶＡの膜厚の略６％の寸法を有し、かつ凸部のピッチ
を直径の略２倍としたもの（請求項４）が好適である。

【００２６】前記のように、ＥＶＡをエンボス処理した
場合、金属電極薄膜層がＥＶＡに粘着することはなく、
そのためロールセルフィルムを巻戻す際に、金属電極薄
膜層がセルの基板から剥離することはない。

【００２７】さらに、前記総合的光電変換効率向上と剥
離防止の両課題を解決するためには、上記請求項１又は
２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記受光面側
の接着層は、その受光面側の表面にエンボス処理をして
なるもの（請求項５）が好適である。

【００２８】さらにまた、上記発明に関わる太陽電池の
構成としては、製造プロセスの最適化の観点から、請求
項６の構成が好ましい。即ち、請求項１ないし５のいず
れかに記載の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池
は、フィルム基板の表面に金属電極である下電極層，光
電変換層，透明電極層を順次積層してなる光電変換部
と、前記基板の裏面に形成した接続電極層とを備え、前
記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして
単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に
形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極
層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の
互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直
列に接続してなるものとする。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１，２，３に基づき、この発明
の実施の形態について以下に述べる。なお、これらの図
において、従来の技術の項において引用した図における
構成部材と同一部材には同一番号を付して説明を省略す
る。

【００３０】（実施例１）図１は、請求項１，２，５の
発明に関わる実施例を示す。図１は図９と同様にユニッ
トセル３個を有する部分を拡大しかつ簡略化した模式図
で、図９との相違点は、図９における接着層２および耐
候性保護層３が、図１においてはそれぞれ７２および７
３で示すように、受光面に連続した複数個の凸型円弧を
有する略蒲鉾状連続断面を形成している点である。ま
た、図１における接着層２は、その受光面側がエンボス
処理されたものを用いる。

【００３１】この接着層２としては、ＥＶＡを用い、そ
の詳細については、図２により、次の実施例２において
述べるが、図１における前記複数個の凸型円弧を有する
略蒲鉾状連続断面は、後述する図２のエンボス処理され
たＥＶＡ層８２の上に、当初は平坦な耐候性保護層７３
を重ねた状態で、ホットプレスにより成形する。この耐
候性保護層としては、例えば、膜厚約２５〜５０μｍの
ＥＴＦＥを用い、真空によってハンドリングするラミネ
ート手法を用いて重ねられる。

【００３２】上記構成を備えた太陽電池モジュールによ
れば、受光面に連続した凸型円弧を有するので、太陽光
の照射角度が変化しても太陽電池への照射光量低下を減
少させることができる。

【００３３】（実施例２）図２は、請求項３，４の発明
に関わる実施例を示す。図２は、図１における耐候性保
護層がない状態で、エンボス処理されたＥＶＡ層８２を
ユニットセルと一体化した状態を示す。このＥＶＡ層８
２は、表面に複数個の略円筒状の凸部８５を有し、この
凸部の直径ｄおよび高さｈは、ＥＶＡの膜厚Ｈの略６％
の寸法を有し、かつ凸部のピッチを直径の略２倍として
いる。上記エンボス処理されたＥＶＡとしては、例え
ば、株式会社ブリヂストン製ＥＶＡ（EVASAFE-WG-132
5）が適用できる。ちなみに、従来装置において用いて
いたＥＶＡは、米国Springborn製ＥＶＡ（15295P/AKR/U
F）である。

【００３４】上記ブリヂストン製ＥＶＡは、５０℃以下
では融着せず、非エンボス側は、８０〜１１０℃で融着
する。また、エンボス側は、１４０〜１５０℃で融着す
る。

【００３５】図３は、前記図１０に対応するこの発明の
ロールセルフィルムの巻状態を示す。エンボス処理され
た前記ＥＶＡの場合、金属電極薄膜層がＥＶＡに粘着す
ることはなく、そのためロールセルフィルムを巻戻す際
に、金属電極薄膜層がセルの基板から剥離することはな
い。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば前述のように、フィル
ム基板上に形成された太陽電池を挟んでその受光面側に
接着層と耐候性樹脂層とからなる保護層を設け、非受光
面側に接着層と補強層とからなる保護層を設けた太陽電
池モジュールにおいて、前記受光面側の保護層は、太陽
光照射角変動に伴う光量減少を軽減するように、太陽電
池モジュール設置傾斜面の傾斜方向と直角方向の断面
が、その受光面に連続した複数個の凸型円弧を有する略
蒲鉾状連続断面としてなるものとし、また、前記受光面
側の接着層は、その受光面側の表面にエンボス処理をし
てなるものとしたので、太陽光の照射角度が変化しても
太陽電池への照射光量低下を減少させて、総合的光電変
換効率の向上を図り、また、太陽電池の製造過程におけ
る金属電極薄膜層の剥離を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】受光面に連続した複数個の凸型円弧を有するこ
の発明の太陽電池モジュールの模式的部分断面図

【図２】受光面側接着層の受光面側の表面にエンボス処
理をしたこの発明の太陽電池モジュールの模式的部分断
面図

【図３】この発明に関わるロールセルフィルムの概略断
面図

【図４】太陽光入射角度を変化させた時の光電変換量の
変化を示す図

【図５】可撓性薄膜太陽電池の斜視図

【図６】従来の太陽電池モジュールの上面図

【図７】従来の太陽電池モジュールの断面図

【図８】太陽電池アレイの一例の部分断面斜視図

【図９】従来の太陽電池モジュールの模式的部分断面図

【図１０】従来のロールセルフィルムの概略断面図

【符号の説明】

２，７２，８２：受光面側接着層、３，７３：耐候性保
護層、４：非受光面側接着層、５：補強層、２０，１０
０：太陽電池モジュール、６１：基板、６２：光電変換
素子、６３：接続電極層、６４：下電極層、６５：光電
変換層、６６：透明電極、６７：集電孔、６８：接続
孔、７０：ユニットセル、８５：凸部、９０，９２：ロ
ールセルフィルム、１５０：太陽電池アレイ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム基板上に形成された太陽電池を
挟んでその受光面側に接着層と耐候性樹脂層とからなる
保護層を設け、非受光面側に接着層と補強層とからなる
保護層を設けた太陽電池モジュールにおいて、前記受光
面側の保護層は、太陽光照射角変動に伴う光量減少を軽
減するように、太陽電池モジュール設置傾斜面の傾斜方
向と直角方向の断面が、その受光面に連続した複数個の
凸型円弧を有する略蒲鉾状連続断面としてなることを特
徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】請求項１に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記凸型円弧は、太陽電池モジュールを構成す
る最小の太陽電池セルとしてのユニットセルに対応して
複数個設けることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】フィルム基板上に形成された太陽電池を
挟んでその受光面側に接着層と耐候性樹脂層とからなる
保護層を設け、非受光面側に接着層と補強層とからなる
保護層を設けた太陽電池モジュールにおいて、前記受光
面側の接着層は、その受光面側の表面にエンボス処理を
してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】請求項３に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記受光面側の接着層の材質は、エチレンビニ
ルアセテート（ＥＶＡ）であり、前記エンボス処理は、
表面に複数個の略円筒状の凸部を設ける凹凸表面処理で
あって、凸部の直径および高さはＥＶＡの膜厚の略６％
の寸法を有し、かつ凸部のピッチを直径の略２倍とした
ものであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項５】請求項１又は２に記載の太陽電池モジュ
ールにおいて、前記受光面側の接着層は、その受光面側
の表面にエンボス処理をしてなることを特徴とする太陽
電池モジュール。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の太
陽電池モジュールにおいて、太陽電池は、フィルム基板
の表面に金属電極である下電極層，光電変換層，透明電
極層を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面
に形成した接続電極層とを備え、前記光電変換部および
接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離して
なり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列
接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成
した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣
合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄
膜太陽電池とすることを特徴とする太陽電池モジュー
ル。