JP2008282944A - 太陽電池モジュール及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレームレスであっても、耐候性に優れ、湿分がＣＩＳ系太陽電池デバイスまで侵入することを防止でき、発電効率の低下を防止できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板ガラス１１と、基板ガラス１１上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２と、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２の受光面側に取り付けられたカバーガラス１４と、基板ガラス１１及びカバーガラス１４を接着保持する充填材１３とを有し、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２の端部から、基板ガラス１１端部及びカバーガラス１４の端部までの間に太陽電池デバイス１２が形成されていないエッジスペースＳを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2 系であってCIS,CIGS、CIGSS等を含む総称）系薄膜太陽電池モジュールに関する技術であって、フレームレスの太陽電池モジュールとして好適な技術に関する。

従来からＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールは、サブストレートとして基板表面に金属裏面電極層、ｐ形光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ形窓層（透明導電膜）などの各層を積層してＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールを構成し、その上にＥＶＡ（Ethylence-Vinyl Acetate）樹脂などの充填材をいれて、上面のカバーガラスをラミネートして取り付け、これをアルミなどのフレームで囲って太陽電池モジュールの端部をカバーしている。このように、フレームにより端部を囲うことで、カバーガラスの端部から水などの湿分が侵入することを防止し、耐候性を高めている。

一方、太陽電池モジュールの軽量化、製造コストの低減のためには、アルミフレームを取り付けないフレームレスの太陽電池モジュールがある。
このようなフレームレスの太陽電池モジュールとしては、受光面側フィルムと、受光面側充填材と、接続タブで電気的に接続された複数の太陽電池素子と、裏面側充填材と、裏面側フィルムとを重ねるように順次配設して成る太陽電池モジュールであって、前記受光面側フィルムの周縁部と前記裏面側フィルムの周縁部とを熱融着した構造が提案されている（特許文献１参照）。
また、別のフレームレスの太陽電池モジュールとしては、フレームレス太陽電池モジュールを、勾配を有する住宅屋根等の被取付け部材に敷設する際、被取付け部材の勾配方向に隣接する太陽電池モジュール間に、棒状目地材を挟んで太陽電池モジュールを敷設し、棒状目地材の全体が太陽電池モジュールの表面から突出しないようにした構造が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００６−８６３９０ 特開２００２−３２２７６５

しかし、フレームレスの太陽電池モジュールでは、太陽光照射面のカバーガラスと基板ガラスの間のＥＶＡ樹脂等の充填材が露出してしまい、耐候性能の悪化を招いてしまうという問題がある。特に、風雨にさらされた状態で使用されると、屋外暴露により基板端部から湿分が侵入してしまい、太陽電池の発電効率の低下を招いてしまうという問題があった。

また、先行特許１のように、受光面側フィルムの周縁部と裏面側フィルムの周縁部とを熱融着したフィルムを用いても、屋外暴露により端部のフィルムが劣化して湿分が侵入してしまうという問題があった。
また、先行特許２のように、棒状目地材を挟んで太陽電池モジュールを敷設した場合には、敷設するための作業が煩雑となるばかりか、棒目地材を使用する分だけコストが高くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、フレームレスであっても、耐候性に優れ、湿分がＣＩＳ系太陽電池デバイスまで侵入することを防止でき、発電効率の低下を防止できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る太陽電池モジュールは、基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの受光面側に取り付けられたカバーガラスと、上記基板ガラス及び上記カバーガラスを接着保持する充填材と、を有する太陽電池モジュールであって、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までの間に、上記太陽電池デバイスが形成されていないエッジスペースを設けたことを特徴とする。

本発明の一の観点にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、上記カバーガラスと同じ大きさに形成され、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスをカバーするカバーガラスと、を有し、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までの間に、上記太陽電池デバイスが形成されていないエッジスペースが設けられた太陽電池モジュールを製造するための方法であって、上記基板ガラス上にエッジスペースに相当する部分に、金属製マスク板を配置し、上記金属製マスク板を配置した状態で、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを成膜し、成膜完成後に、上記金属製マスク板を取り除くことで、上記エッジスペースを形成し、上記エッジスペースを形成した基板ガラス上に、上記カバーガラスを取り付けることを特徴とする。

また、上記金属製マスク板は、ステンレス製であってもよい。

本発明の別の観点にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、上記カバーガラスと同じ大きさに形成され、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスをカバーするカバーガラスと、を有し、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までのＡ間に、上記太陽電池サブモジュールが形成されていないエッジスペースが設けられた太陽電池モジュールを製造するための方法であって、上記基板ガラス上に上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを成膜し、成膜完成後に、上記エッジスペースに相当する部分のＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを削ることで上記エッジスペースを形成し、上記エッジスペースを形成した上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス上に、上記カバーガラスを取り付けることを特徴とする。

本発明によれば、エッジスペースを設けたことで、太陽電池サブモジュールの端部から湿分が浸入した場合であっても、その湿分がＣＩＳ系太陽電池デバイスまで到達することを防止でき、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの発電効率の低下を防止することができる。

次に、本発明の第一の実施形態について図を参照して説明する。
図１、図３に本発明にかかる太陽電池モジュールを示す。
太陽電池モジュール１は、図１、図３に示すように、基板ガラス１１と、この基板ガラス１１上に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２と、ＥＶＡ樹脂などの充填材１３と、この充填材１３を介して基板ガラス１１に取り付けられたカバーガラス１４から構成されている。
基板ガラス１１は、その上にＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２が形成される基板となるものである。この基板ガラス１１の裏面側には、ＥＶＡ樹脂などの充填材を介して、例えばフッ素系樹脂、ＰＥＴやアルミニウム箔などを貼り合わせてなるフィルムが貼られていてもよい。
ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２は、金属裏面電極層、ｐ形光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ形窓層（透明導電膜）などの薄膜を積層して形成されたデバイスであり、このデバイスが太陽光等の光を受けることにより発電する。
ＥＶＡ樹脂などの充填材１３は、基板ガラス１１と、カバーガラス１４との間を埋めると共に、これらを一体に取り付けるための充填材である。このＥＶＡ樹脂などの充填材１３は、基板ガラス１１とカバーガラス１４との間に挟まれた状態で、加熱されながらプレスされることで溶けて広がり、その隙間を埋めるとともに、基板ガラス１１とカバーガラス１４を接着することができる。
カバーガラス１４は、太陽電池モジュール１の受光面に設けられたガラスであって、強化ガラスなどにより構成することができる。このカバーガラス１４の大きさは、基板ガラス１１と同じ大きさに形成されている。

基板ガラス１１及びカバーガラス１４の端部と、ＣＩＳ系薄膜太陽電池１２との間には、図１、図３に示すように、エッジスペースＳが基板ガラス１１上に枠状に形成されている。このエッジスペースＳの一端部の幅は、本例では、１５ｍｍとなっている。これは、１０ｍｍ以下とすると、端部からの湿分の侵入により、ＣＩＳ薄膜太陽電池デバイス１２が湿り、発電効率が低下してしまうことを防止するためである。また、エッジスペースＳの幅が大きすぎると、太陽電池モジュール１自体の出力が低下してしまう。
このエッジスペースＳの幅と耐候性の関係を図４に示す。図４は、基板ガラスの端部から１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの上記エッジスペースを設けて金属裏面電極層を積層してＥＶＡ樹脂を充填材としてカバーガラスと貼り付け、ＪＩＳＣ８９１７の付属書１１（規定）耐湿性試験Ｂ−２を実施した結果である。１５０８時間経過した時点で金属裏面電極の端部が侵入した湿分により変色が見られた。しかし、エッジスペースＳの幅を１５ｍｍ以上とした場合には、２００８時間経過した時点でも、湿分の侵入による金属裏面電極の端部の変色は見られなかった。このため、最も好適な例としてはエッジスペースＳの幅を１５ｍｍとすることで、耐候性の良い太陽電池モジュール１を作製することができる。
なお、この幅は１５ｍｍに限定されるものではなく、１０ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上であればよい。

次に、上述の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
＜実施形態１＞
実施形態１として、製造工程でエッジスペースＳ部分に、マスク板Ｍをした状態でＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２を成膜して、このマスク板Ｍを取り外すことでエッジスペースＳを形成する例について説明する。
まず、基板ガラス１１上のエッジスペースＳに相当する部分に、図２に示すマスク板Ｍを配置する。
このマスク板Ｍは、図２に示すようにステンレス等の金属により中空枠状に形成されている。このマスク板Ｍの一端部の幅Ｈは、エッジスペースＳの幅と同じに形成されており、１０ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上であればよい。

基板ガラス１１上にマスク板Ｍを配置した状態で、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２を成膜する。この成膜は、金属裏面電極層、ｐ形光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ形窓層（透明導電膜）などの各層を積層して形成する。
これにより、基板ガラス１１及びマスク板Ｍ上にＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２が成膜される。
なお、マスク板Ｍはステンレス製の金属製とすることで、成膜工程でマスク板Ｍが変質してエッジスペースＳをマスキングできなくなったり、またマスク板Ｍの変質によりＣＩＳ系太陽電池デバイス１２へ悪影響を与えることを防止できる。

成膜完成後に、ピッキング装置等によりマスク板Ｍを基板ガラス１１上から取り除く。
これにより、マスク板Ｍが配置されていた部分には、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスが成膜されていないエッジスペースＳが形成される。つまり、基板ガラス１１上面には、その端部に沿って枠状にエッジスペースＳが形成されることになる。

この状態で、エッジスペースＳを形成した基板ガラス１１及びＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２上に、カバーガラスと同寸法またはそれ以上の寸法のシート状のＥＶＡ樹脂などの充填材１３を配置して、その上にカバーガラス１４を置く。
そして、カバーガラス１４、ＥＶＡ樹脂などの充填材１３、基板ガラス１１の順に積層し、ラミネータで加熱しながら脱泡、加圧するとＣＩＳ系太陽電池デバイス１２及びエッジスペースＳを溶解したＥＶＡ樹脂などの充填材１３がカバーガラス１４と基板ガラス１１を固着する。さらに加熱することでＥＶＡ樹脂は、架橋された状態となる。

これにより、基板ガラス１１及びカバーガラス１４の端部から所定の幅（例えば、１５ｍｍ）の距離を置いて、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２が成膜されていることから、例えばその側端部に金属フレームを取り付けなくとも、雨水等の外部の湿分がＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２へ影響することを防止できる。つまり、外部の湿分があっても、十分な幅を持って形成されたエッジスペースＳに充填されたＥＶＡ樹脂などの充填材１３により侵入を防ぐことができ、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２の発電効率が低下することを防止できる。

＜実施形態２＞
上述の製造方法は、マスク板Ｍを用いる場合について説明したが、これに限らずＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２の成膜後に、エッジスペースＳに応じて成膜部分を削るようにしてもよい。この場合の製造方法について説明する。

まず、基板ガラス１１上の全面にＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２を成膜する。
成膜完成後、エッジスペースＳに相当する部分、即ち基板ガラス１１の端部から例えば１５ｍｍの幅で、この幅は１０mm以上あれば良く、好ましくは１５mmであり、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２を枠状に削り取る。この処理は、例えばサンドブラスターや超音波を利用した膜剥離装置を利用して、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２を削り取ることができる。
これにより、エッジスペースＳに相当する部分のＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２が、枠状に削り取られてエッジスペースＳが形成される。

この状態で、基板ガラス１１及びＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２上に、シート状のＥＶＡ樹脂などの充填材１３を被せて、このＥＶＡ樹脂などの充填材１３を挟むようにしてカバーガラス１４を配置する。
この状態で、カバーガラス１４、ＥＶＡ樹脂などの充填材１３、基板ガラス１１の順に積層し、ラミネータで加熱しながら脱泡、加圧するとＣＩＳ系太陽電池デバイス１２及びエッジスペースＳを溶解したＥＶＡ樹脂などの充填材１３がカバーガラス１４と基板ガラス１１を固着する。さらに加熱することでＥＶＡ樹脂は、架橋された状態となる。これにより、基板ガラス１１及びカバーガラス１４の側端部は、ＥＶＡ樹脂などの充填材１３により封止された状態となる。

この方法によっても、基板ガラス１１及びカバーガラス１４の端部から所定の幅（例えば、１５ｍｍ）の距離を置いて、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２が成膜されていることから、例えばその側端部に金属フレームを取り付けなくとも、雨水等の外部の湿分がＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２へ影響することを防止できる。つまり、外部の湿分があっても、十分な幅を持って形成されたエッジスペースＳに充填されたＥＶＡ樹脂などの充填材１３により侵入を防ぐことができ、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス１２の発電効率が低下することを防止できる。

本実施形態にかかる太陽電池モジュールの平面図。 本実施形態にかかるマスク部材の平面図。 本実施形態にかかる太陽電池モジュールの断面図。 本実施形態にかかる太陽電池モジュールのエッジスペースの幅とＪＩＳＣ８９１７高温高湿試験結果を示した表。

符号の説明

１ 太陽電池モジュール
１１ 基板ガラス
１２ ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス
１３ 充填材
１４ カバーガラス

Claims (4)

1. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、
   上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの受光面側に取り付けられたカバーガラスと、
   上記基板ガラス及び上記カバーガラスを接着保持する充填材と、を有する太陽電池モジュールであって、
   上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までの間に、上記太陽電池デバイスが形成されていないエッジスペースを設けた、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、上記カバーガラスと同じ大きさに形成され、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスをカバーするカバーガラスと、を有し、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までの間に、上記太陽電池サブモジュールが形成されていないエッジスペースが設けられた太陽電池モジュールを製造するための方法であって、
   上記基板ガラス上の上記エッジスペースに相当する部分に、金属製マスク板を配置し、
   上記金属製マスク板を配置した状態で、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを成膜し、
   成膜完成後に、上記金属製マスク板を取り除くことで、上記エッジスペースを形成し、
   上記エッジスペースを形成した上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス上に、上記カバーガラスを取り付ける、
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
3. 上記金属製マスク板は、ステンレス製である、
   請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスと、上記カバーガラスと同じ大きさに形成され、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスをカバーするカバーガラスと、を有し、上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスの端部から、上記基板ガラス端部及びカバーガラスの端部までの間に、上記太陽電池サブモジュールが形成されていないエッジスペースが設けられた太陽電池モジュールを製造するための方法であって、
   上記基板ガラス上に上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを成膜し、
   成膜完成後に、上記エッジスペースに相当する部分のＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスを削ることで上記エッジスペースを形成し、
   上記エッジスペースを形成した上記ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス上に、上記カバーガラスを取り付ける、
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。