JP2003069064A - 太陽電池モジュールとその製造方法 - Google Patents
太陽電池モジュールとその製造方法Info
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Abstract
安価で、かつ吸水に伴う太陽電池等の腐食の防止を図っ
た信頼性の高い薄膜太陽電池モジュールとその製造方法
を提供する。 【解決手段】 透光性表面保護部材7と裏面保護部材8
との間に薄膜太陽電池を接着性樹脂封止材6により封止
してなる太陽電池モジュールにおいて、前記薄膜太陽電
池の表面の少なくとも一部に、疎水性を有する基を樹脂
骨格中に組み込んだ疎水性単量体を原料の一つとして重
合してなるアクリル系樹脂重合体の塗布膜5を形成して
なるものとする。
Description
ール、特に、薄膜太陽電池モジュールとその製造方法に
関する。
なものとして、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン
太陽電池、アモルファスシリコン系太陽電池、銅インジ
ウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池等があ
る。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、化合物半導
体太陽電池及びアモルファスシリコン系太陽電池は、比
較的低コストで大面積化が可能なため、最近では各方面
で活発に研究開発が進められている。
板を用いるものが一般的であった。近年、軽量化、施工
性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレ
キシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化
されている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被
覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。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。
ム基板上に第1電極(以下、下電極ともいう)、薄膜半
導体層からなる光電変換層および第2電極(以下、透明
電極ともいう)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。
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。前記電
極層や光電変換層の成膜は、基板の片側の主面のみに行
なう方式(片面方式太陽電池)と、電極層の一部を基板
の裏側主面に形成し、また基板にはスルーホールを形成
してこのスルーホール内に形成した電極(接続電極)を
介して電気的接続を行なう方式(両面方式太陽電池)と
がある。
び製造方法の一例は、例えば特開平10−233517
号公報や特願平11−19306号に記載されている。
膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものであ
る。図7において、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。
成を、一部を拡大して模式的に示す図で、図8(a)は
平面図、図8(b)は図8(a)におけるX−X断面図
を示す。
一番号を付して説明を省略する。図8において、63で
示す接続電極層は、前記特開平10−233517号公
報や特願平11−19306号に記載されるように、第
1接続電極層(第3電極層)および第2接続電極層(第
4電極層)の2層からなる。また、1hの切断部は、接
続電極層のパターニング用罫書き線部、1gの切断部
は、基板表面の光電変換部のパターニング用罫書き線部
を示す。
方法に関し、本件出願と同一出願人により提案され、特
願2000−172934の明細書に記載された一例に
ついて、その概要を、図9に基づいて述べる。
面図、図1(b)は断面図である。
レンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレ
ート)などの比較的耐熱性の高いプラスチック基板11
上に、接続部としての印刷ペーストライン12をフィル
ム搬送方向(紙面上下方向)に連続的に形成する。
した後、第1電極層としての金属電極層13をロールツ
ーロール方式においてスパッタリングにより形成し、位
置センサにより印刷ペーストライン12を認識しながら
そのサイドに罫書き線14を形成する。その後、非晶質
シリコンなどの光電変換層15、透明電極層19を形成
し、位置16において光電変換層15、透明電極層19
を罫書き、位置17において透明電極層19を罫書く。
ィルム基板上の幅方向位置を検知する情報に基づいて、
印刷ペーストライン12のエッジに塗布開始点を一致さ
せて、透明電極層上に集電を行うための印刷電極20を
塗布し、さらに位置16内にインキペンを用いて導電性
ペーストを塗布充填する。その後、導電性ペーストを乾
燥焼成する。
透明電極層19とが導電性ペーストにより順次電気的に
接続され、全体として複数個の太陽電池セルの直列接続
が形成される。
要を述べる。上記薄膜太陽電池モジュールとして、電気
絶縁性を有する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。
式的構造の一例を示す側断面図である。図10におい
て、太陽電池31は、1個もしくは複数個の太陽電池素
子が直列または並列接続されており、その受光面側にガ
ラス板などの表面保護部材32、裏面側にアルミ箔の両
面に一弗化エチレンを接着した裏面保護部材33が設け
られ、接着封止性に優れかつ安価なEVA(エチレン−
酢酸ビニル共重合樹脂)などの接着性樹脂封止材40に
より熱融着封止されている。
マイナス(−)極に、内部リード線35、36が電気的に
接続され、この内部リード線35、36は、裏面保護部
材33に接着固定された接続端子ボックス70に、裏面
保護部材33を貫通して導かれ、接続端子ボックス70
の内部で外部リード線としてのケーブル48の芯線4
5、46と電気接続され、これら全体として太陽電池モ
ジュール50を形成している。
ラス板などの無機系材料の外に、透明アクリル板などの
有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材3
3としては、上記金属箔入り樹脂以外に、フツ素系フィ
ルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属
箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板な
どの金属・無機系材料を用いることもある。
を図ることを目的として、太陽電池表面に、表面被覆材
を厚盛した上で、表面保護部材と裏面保護部材との間
に、前記EVAにより封止するモジュール構成が提案さ
れている(特開平6−338627号公報や文献「LPL
Publication 86-31, Flat-plate Solar Array ProjectF
inal Report , Volume VII: Module Encapsulation, 19
86」参照)。
材として、シリコーン系樹脂,フッ素系樹脂,アクリル
シリコーン系樹脂等の塗膜を用いる例が開示されてい
る。
に、シリコーン系樹脂,フッ素系樹脂,アクリルシリコ
ーン系樹脂の塗膜を、薄膜太陽電池の表面被覆材として
用いる太陽電池モジュールは、前記塗膜の価格が高く、
低コストを要求される太陽電池モジュールには適さない
問題があった。
として、アクリル樹脂を用い、これに酸化防止剤,紫外
線吸収剤を混合する例も、前記文献に報告されている
が、アクリル樹脂は、吸水性が高く問題がある。
性に優れかつ安価なEVAを用いた場合、EVAが水分
で加水分解して酢酸が生じ、この腐食性ガスにより、太
陽電池が腐食する問題がある。また、前記アクリル樹脂
中の酸化防止剤,紫外線吸収剤が拡散し、長期間の使用
には適さない問題もある。
た場合、発電特性が低下するだけでなく、内部リード線
の導体断面積の低下や断線、さらには太陽電池との接続
部分の接触不良や断線が生じ、局部的な発熱が発生し
て、最悪時は出力が外部に取出せない状態となる。
るためになされたもので、この発明の課題は、薄膜太陽
電池の表面を被覆する塗膜コストが安価で、かつ吸水に
伴う太陽電池等の腐食の防止を図った信頼性の高い薄膜
太陽電池モジュールとその製造方法を提供することにあ
る。
め、この発明においては、透光性表面保護部材と裏面保
護部材との間に薄膜太陽電池を接着性樹脂封止材により
封止してなる太陽電池モジュールにおいて、前記薄膜太
陽電池の表面の少なくとも一部に、疎水性を有する基を
樹脂骨格中に組み込んだ疎水性単量体を原料の一つとし
て重合してなるアクリル系樹脂重合体の塗布膜を形成し
てなるものとする(請求項1の発明)。
樹脂重合体は、低コストでありながら吸水率を低くでき
るため、腐食防止を図った信頼性の高い薄膜太陽電池モ
ジュールが提供できる。
ては、下記請求項2ないし9の発明が好ましい。即ち、
請求項1に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記薄
膜太陽電池は、電気絶縁性を有する基板の表面に、第1
電極層、光電変換層、透明電極層の順に薄膜を積層し、
単位部分にパターニングして罫書き線により矩形の単位
薄膜太陽電池(ユニットセル)を複数個形成し、このユ
ニットセル相互を電気的に直列に接続してなるものと
し、前記接着性樹脂封止材はEVA(エチレン−酢酸ビ
ニル共重合樹脂)からなり、前記アクリル系樹脂重合体
の塗布膜は、少なくとも第1電極層、光電変換層、透明
電極層の前記EVAにより被覆される面に形成してなる
ものとする(請求項2の発明)。
なEVAを用いても、EVAの腐食性ガス発生に伴う太
陽電池が腐食する問題が解消する。
モジュールにおいて、前記疎水性単量体は、シクロヘキ
シル(メタ)アクリレート、t−ブチルメタクリレー
ト、パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレ
ートの中から選ばれる少なくとも1種とする(請求項3
の発明)。さらに、請求項3に記載の太陽電池モジュー
ルにおいて、前記アクリル系樹脂重合体は、2種類の重
合体(A)と(B)とを含有する樹脂組成物であって、
前記重合体(A)は、疎水性単量体をp重量%、耐紫外
線性単量体をq重量%含む単量体から合成された重合体
であり、前記重合体(B)は、疎水性単量体をr重量
%、耐紫外線性単量体をs重量%含む単量体から合成さ
れた重合体であり、p>rかつq<sなる関係を有す
る、樹脂組成物とする(請求項4の発明)。
体、および請求項4の発明に係る樹脂組成物は、例え
ば、特開2001−49078号公報に記載されてお
り、請求項4の発明に係る樹脂組成物の吸水率は、概
ね、0.1%以下である。また、疎水性機能と紫外線安
定化機能のそれぞれの機能の発揮程度を、要請に応じて
自由に設定できる特徴を有し、かつ超耐候性を有し、太
陽電池モジュール用被覆材料として好適である。また、
前記文献に記載されたようなアクリル樹脂中の酸化防止
剤,紫外線吸収剤が拡散する問題が生ずることもない。
記請求項5の発明が好適である。即ち、請求項2に記載
の太陽電池モジュールにおいて、前記透光性表面保護部
材と裏面保護部材とは、耐候性樹脂フィルムからなるも
のとする。
少させることと、太陽電池モジュールの製造方法におけ
るラミネート工程を簡略化する観点から、請求項6の発
明が好適である。即ち、請求項5に記載の太陽電池モジ
ュールにおいて、前記アクリル系樹脂重合体の塗布膜を
備えた薄膜太陽電池の表面に、前記透光性表面保護部材
が、前記塗布膜を介して直接接合してなるものとする。
ルに比較して、透光性表面保護部材と裏面保護部材とか
ら浸入する水分を減少させる観点から、請求項7の発明
が好適である。即ち、請求項5または6に記載の太陽電
池モジュールにおいて、前記透光性表面保護部材は、前
記耐候性樹脂フィルムに代えて、ガラスまたはアルミナ
等の透光性無機物とし、前記裏面保護部材は、前記耐候
性樹脂フィルムに代えて、金属箔の両主面に一弗化エチ
レンを接着したフィルムとする。
施態様としては、下記請求項8ないし9の発明が好まし
い。即ち、請求項2に記載の太陽電池モジュールにおい
て、前記薄膜太陽電池は、前記基板にスルーホールを形
成し、このスルーホール内に、少なくとも一つの電極
(接続電極)を設け、この接続電極を介して電気的接続
をしてなるものとし、前記アクリル系樹脂重合体の塗布
膜は、少なくとも第1電極層、光電変換層、透明電極層
ならびに前記接続電極の前記EVAにより被覆される面
に形成してなるものとする(請求項8の発明)。
ルにおいて、前記薄膜太陽電池は、電気絶縁性を有する
基板の表面に下電極層としての第1電極層,光電変換
層,透明電極層(第2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して
の第3電極層および第4電極層とを備え、前記光電変換
部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分に
罫書き線によりパターニングしてなり、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パターニングされて隣合う単位光電
変換部分を電気的に直列に接続してなるものとする(請
求項9の発明)。
載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、前記
疎水性単量体を含む原料を、薄膜太陽電池の表面に塗布
後に重合反応を進行させ、前記アクリル系樹脂重合体の
塗布膜を形成することとする(請求項10の発明)。ま
た、請求項10に記載の太陽電池モジュール製造方法に
おいて、前記重合反応の進行を紫外線を用いて行なうこ
ととする(請求項11の発明)。
燥硬化が可能であり、製造方法が簡略化できる。なお、
紫外線を用いて重合反応を行なう場合には、紫外線に感
受性のある重合開始剤をアクリル系樹脂重合体に混合す
る。
態について以下に述べる。
薄膜太陽電池モジュールの実施例を示す模式的断面図で
ある。
レンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレ
ート)などの比較的耐熱性の高いプラスチック基板1上
に、第1電極層2、光電変換層3、透明電極層4の順に
薄膜を積層し、図示しない単位部分にパターニングして
単位薄膜太陽電池(ユニットセル)を複数個形成し、こ
のユニットセル相互を電気的に直列に接続して太陽電池
を構成する。
い、アクリル系樹脂重合体の塗布膜5を、第1電極層
2、光電変換層3、透明電極層4のEVA6により被覆
される面に形成している。基板1は腐食の問題がないの
で、基板1の裏面および側面には、塗布膜5は形成して
いない。EVA6の上下の透光性表面保護部材7と裏面
保護部材8には、それぞれ耐候性樹脂フィルム、例え
ば、フッ素樹脂フィルムを用いる。
ては、例えば、請求項4に記載の樹脂組成物を用いる。
電池モジュールの実施例を示し、図1の実施例との相違
点は、アクリル系樹脂重合体の塗布膜5を備えた薄膜太
陽電池の表面に、透光性表面保護部材7が、前記塗布膜
5を介して直接接合している点である。この構成によれ
ば、塗布膜5を介してEVAが太陽電池に接する面は、
基板を除いて太陽電池の側面のみとなり、EVAの接触
面が低減し、また太陽電池モジュールの製造方法におけ
るラミネート工程を簡略化することができる。
る薄膜太陽電池モジュールの実施例を示し、透光性表面
保護部材を、前記耐候性樹脂フィルムに代えて、ガラス
またはアルミナ等の透光性無機物37とし、裏面保護部
材は、前記耐候性樹脂フィルムに代えて、金属箔の両主
面に一弗化エチレンを接着したフィルム38とした点
が、図1および図2に示す実施例とは、それぞれ異な
る。前記金属箔としては、例えばアルミニウム箔を用い
る。
明に関わる両面方式の薄膜太陽電池モジュールの実施例
を示す。図5および図6において、図1に示す薄膜太陽
電池モジュールと同一の機能部材には、同一番号を付
し、また、前記両面方式に関わる図8の接続電極層63
は、図5および図6においても同一番号を付して詳細説
明を省略する。
接続電極層63の裏面にも、アクリル系樹脂重合体の塗
布膜5を備える点が異なる。
池モジュールは、いずれも、薄膜太陽電池の主要部が、
アクリル系樹脂重合体の塗布膜により被覆されるので、
低コストにして腐食防止を図った信頼性の高い薄膜太陽
電池モジュールが提供できる。
項10ないし11の発明のようにして行なうことによ
り、さらにコスト低減が図れる。
表面保護部材と裏面保護部材との間に薄膜太陽電池を接
着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュール
において、前記薄膜太陽電池の表面の少なくとも一部
に、疎水性を有する基を樹脂骨格中に組み込んだ疎水性
単量体を原料の一つとして重合してなるアクリル系樹脂
重合体の塗布膜を形成してなるものとすることにより、
また、前記太陽電池モジュールを製造する方法におい
て、前記疎水性単量体を含む原料を、薄膜太陽電池の表
面に塗布後に重合反応を進行させ、前記アクリル系樹脂
重合体の塗布膜を形成することにより、薄膜太陽電池の
表面を被覆する塗膜コストが安価で、かつ吸水に伴う太
陽電池等の腐食の防止を図った信頼性の高い薄膜太陽電
池モジュールとその製造方法を提供することができる。
ールの模式的断面図
モジュールの模式的断面図
モジュールの模式的断面図
モジュールの模式的断面図
モジュールの模式的断面図
モジュールの模式的断面図
図
す図
示す断面図
3,15,65:光電変換層、4,19,66:透明電
極層、5:アクリル系樹脂重合体の塗布膜、6:接着性
樹脂封止材(EVA)、7:透光性表面保護部材、8:
裏面保護部材、37:ガラスまたはアルミナ等の透光性
無機物、38:金属箔の両主面に一弗化エチレンを接着
したフィルム、63:接続電極層、67:集電孔、6
8:接続孔。
Claims (11)
- 【請求項1】 透光性表面保護部材と裏面保護部材との
間に薄膜太陽電池を接着性樹脂封止材により封止してな
る太陽電池モジュールにおいて、前記薄膜太陽電池の表
面の少なくとも一部に、疎水性を有する基を樹脂骨格中
に組み込んだ疎水性単量体を原料の一つとして重合して
なるアクリル系樹脂重合体の塗布膜を形成してなること
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、前記薄膜太陽電池は、電気絶縁性を有する基板
の表面に、第1電極層、光電変換層、透明電極層の順に
薄膜を積層し、単位部分にパターニングして罫書き線に
より矩形の単位薄膜太陽電池(ユニットセル)を複数個
形成し、このユニットセル相互を電気的に直列に接続し
てなるものとし、前記接着性樹脂封止材はEVA(エチ
レン−酢酸ビニル共重合樹脂)からなり、前記アクリル
系樹脂重合体の塗布膜は、少なくとも第1電極層、光電
変換層、透明電極層の前記EVAにより被覆される面に
形成してなることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の太陽電池モジ
ュールにおいて、前記疎水性単量体は、シクロヘキシル
(メタ)アクリレート、t−ブチルメタクリレート、パ
ーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの
中から選ばれる少なくとも1種であ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、前記アクリル系樹脂重合体は、2種類の重合体
(A)と(B)とを含有する樹脂組成物であって、前記
重合体(A)は、疎水性単量体をp重量%、耐紫外線性
単量体をq重量%含む単量体から合成された重合体であ
り、前記重合体(B)は、疎水性単量体をr重量%、耐
紫外線性単量体をs重量%含む単量体から合成された重
合体であり、p>rかつq<sなる関係を有する、樹脂
組成物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2に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記透光性表面保護部材と裏面保護部材とは、
耐候性樹脂フィルムから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5に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記アクリル系樹脂重合体の塗布膜を備えた薄
膜太陽電池の表面に、前記透光性表面保護部材が、前記
塗布膜を介して直接接合してなることを特徴とする太陽
電池モジュール。 - 【請求項7】 請求項5または6に記載の太陽電池モジ
ュールにおいて、前記透光性表面保護部材は、前記耐候
性樹脂フィルムに代えて、ガラスまたはアルミナ等の透
光性無機物とし、前記裏面保護部材は、前記耐候性樹脂
フィルムに代えて、金属箔の両主面に一弗化エチレンを
接着したフィルムとすることを特徴とする太陽電池モジ
ュール。 - 【請求項8】 請求項2に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記薄膜太陽電池は、前記基板にスルーホール
を形成し、このスルーホール内に、少なくとも一つの電
極(接続電極)を設け、この接続電極を介して電気的接
続をしてなるものとし、前記アクリル系樹脂重合体の塗
布膜は、少なくとも第1電極層、光電変換層、透明電極
層ならびに前記接続電極の前記EVAにより被覆される
面に形成してなることを特徴とする太陽電池モジュー
ル。 - 【請求項9】 請求項8に記載の太陽電池モジュールに
おいて、前記薄膜太陽電池は、電気絶縁性を有する基板
の表面に下電極層としての第1電極層,光電変換層,透
明電極層(第2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しての第3
電極層および第4電極層とを備え、前記光電変換部およ
び接続電極層を互いに位置をずらして単位部分に罫書き
線によりパターニングしてなり、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
面上の互いにパターニングされて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ことを特徴
とする太陽電池モジュール。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
太陽電池モジュールを製造する方法であって、前記疎水
性単量体を含む原料を、薄膜太陽電池の表面に塗布後に
重合反応を進行させ、前記アクリル系樹脂重合体の塗布
膜を形成することを特徴とする太陽電池モジュールの製
造方法。 - 【請求項11】 請求項10に記載の太陽電池モジュー
ル製造方法において、前記重合反応の進行を紫外線を用
いて行なうことを特徴とする太陽電池モジュールの製造
方法。
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|---|---|---|---|
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