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JP2008283035A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、フレームをなくして太陽電池モジュールの軽量化及びコスト削減を実現する一方、外部からの湿分の浸入を防いで、耐候性能を維持したフレームレス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。
【解決手段】基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成された薄膜太陽電池デバイスと、
上記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、からなるサブモジュールを有するフレームレス太陽電池モジュールであって、上記サブモジュールの側端の積層面が金属製の封止材により封止されていることを特徴とするフレームレス太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する技術であって、特に、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。
太陽電池モジュールは、太陽電池素子を積層した基板ガラス表面に強化ガラス等のカバーガラスをＥＶＡ樹脂（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの樹脂を充填材としてラミネートしてサブモジュールを製造し、さらにアルミニウム等でできたフレームにより当該サブモジュールの４つの端面を囲うことで製造されるのが一般的である。
そして、このフレームには上記サブモジュールの４つの端面を嵌合させるための嵌合溝が設けられており、この嵌合溝に上記サブモジュールを嵌合させることで太陽電池モジュールが製造されるが、当該嵌合部分からは湿分が浸入しやすいため、通常、この嵌合溝にブチル系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等の樹脂を充填した上で上記サブモジュールを嵌合し、端部からの湿分の浸入等を防いで耐候性能を維持している。
このように、端部からの湿分浸入を防止するための技術として、太陽電池モジュール本体の端部全周に渡って嵌め込まれる端面封止部材であって、太陽電池モジュール本体の外形に沿った枠形状からなると共に、複層構造を有するものが提案されている（特許文献１参照）。
また、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した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、太陽電池モジュール周縁部における前記接着性樹脂封止材の外周部は、有機ポリマーもしくは前記接着性樹脂封止材との混合物からなる耐候性保護層を有してなり、かつ、前記耐候性保護層外周部と表面保護部材外周部と裏面保護部材外周部とは、太陽電池モジュール側面部において、略同一平面状に形成してなるものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−３４７３９５号公報 特開２００３−２０９２７３号公報
しかしながら、太陽電池モジュールの軽量化や製造コストを低減するためには、フレームをなくして、上記サブモジュールのみにより太陽電池モジュールを構成するのがよいところ、上記特許文献１記載の技術では、端面封止部材を設けるため、軽量化や製造コストを低減することができない。
もっとも、太陽電池モジュールにおいてフレームレスとした場合には、カバーガラスと基板ガラスの隙間からＥＶＡ樹脂等の樹脂が外部に露出してしまうこととなって、当該部分から湿分が浸入しやすくなる。さらには、屋外において太陽光や風雨に長期間晒されることで当該樹脂が劣化して当該部分からの湿分浸入がより顕著なものとなり、太陽電池素子同士の短絡を惹き起こすなどして太陽電池モジュールの性能を損なうことになるため、耐候性を確保する必要がある。
この点、上記特許文献２記載の技術においては、太陽電池モジュールの周縁部を接着性樹脂により封止しているが、太陽電池モジュールが屋外に設置される関係上、当該接着性樹脂の劣化は免れず、当該劣化した樹脂は湿分の浸入を許し、太陽電池モジュールの発電効率低下を招くこととなる。
そこで、本発明は、フレームをなくして太陽電池モジュールの軽量化及びコスト削減を実現する一方、外部からの湿分の浸入を防いで、耐候性能を維持したフレームレス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、本発明に係るフレームレス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薄膜太陽電池デバイスと、上記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、上記サブモジュールの側端の積層面が金属製の封止材により封止されていることを特徴とする。
また、上記サブモジュールの側端の積層面からはバスバーリボンが引き出されており、上記サブモジュールの側端の積層面において、サブモジュールからバスバーリボンが引き出される箇所に、上記封止材により封止されない開口部が設けられ、上記開口部から上記バスバーリボンが引き出されるものとしてもよい。
また、上記サブモジュールには、バスバーリボンが引き出される箇所に、当該バスバーリボンを挿通させる絶縁性のスリーブが取り付けられているものとしてもよい。
また、上記基板ガラスの裏面上において、バスバーリボンが引き出される箇所に近接して端子箱が取り付けられ、上記サブモジュールから引き出されたバスバーリボンは上記端子箱に導通されているものとしてもよい。
また、上記スリーブと上記端子箱とは、一体に構成されているものとしてもよい。
また、本発明に係るフレームレス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薄膜太陽電池デバイスと、上記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、を有するサブモジュールの側端の積層面を金属製の封止材により封止したフレームレス太陽電池モジュールを製造するための方法であって、上記サブモジュールの側端の積層面に封止材となる金属を溶着させて当該側端の積層面を封止することを特徴とする。
また、本発明に係る別のフレームレス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薄膜太陽電池デバイスと、上記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、を有するサブモジュールの側端の積層面を金属製の封止材により封止したフレームレス太陽電池モジュールを製造するための方法であって、上記サブモジュールの側端の積層面に封止材となる金属を溶射させて当該側端の積層面を封止することを特徴とする。
また、上記サブモジュールの側端の積層面からはバスバーリボンが引き出されており、上記サブモジュールの側端の積層面における金属の溶着、あるいは溶射において、上記サブモジュールからバスバーリボンが引き出される箇所を除いて、当該側端の積層面を封止するものとしてもよい。
本発明によれば、フレームをなくして太陽電池モジュールの軽量化及びコスト削減を実現する一方で、外部からの湿分の浸入を防いで、耐候性能を維持したフレームレス太陽電池モジュールを提供することができる。
次に、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
図１、図２、及び図３に第一の実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールを示す。
フレームレス太陽電池モジュール１は、図１、図２、及び図３に示すように、サブモジュール２、スリーブ３、端子箱４から構成され、サブモジュール２の側端の積層面は封止材としての金属１１により封止されている。なお、スリーブ3は、端子箱4と一体になっていてもよい。
また、サブモジュール２は、基板ガラス２１と、この基板ガラス２１上に積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２（なお、ＣＩＳ系とは、ＣｕＩｎＳｅ２系であって、ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ等を含む総称を示す）と、ＥＶＡ樹脂などの充填材２３と、この充填材２３を介して基板ガラス２１に取り付けられたカバーガラス２４と、プラスとマイナスの計２本のバスバーリボン２５とから構成されている。
また、端子箱４からはリード線４１が導出されている。
基板ガラス２１は、その上にＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２が形成される基板となるものである。この基板ガラス２１の裏面側には、ＥＶＡ樹脂などの充填材２３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２２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ており、このＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２が太陽光等の光を受けることにより発電する。
充填材２３は、基板ガラス２１と、カバーガラス２４との間を埋めると共に、これらを一体に取り付ける。この充填材２３としては、ＥＶＡ樹脂などを用いることができ、基板ガラス２１とカバーガラス２４との間に挟まれた状態で、加熱され溶けて、脱泡、加圧されて、その隙間を埋めるとともに、基板ガラス２１とカバーガラス２４を接着することができる。
カバーガラス２４は、フレームレス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、透光性の高い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２４の大きさは、基板ガラス２１と同じ大きさに形成されている。
金属１１は、サブモジュール２の基板ガラス２１、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２、充填材２３、及びカバーガラス２４が積層されている端部開口面である側端の積層面を封止しており、当該側端の積層面からの湿分の浸入を防止する。
また、サブモジュール２の側端の積層面のうち、一の積層面の両端付近からはプラスとマイナスの計２本のバスバーリボン２５がそれぞれ引き出されており、当該サブモジュール２の側端の積層面において、バスバーリボン２５が引き出される箇所には、金属１１により封止されない開口部が設けられている。そして、この開口部を介して絶縁性の高い材料で開口断面が円形のスリーブ３がサブモジュール２に取り付けられている。
スリーブ３は、樹脂等の絶縁材料により円筒状に形成されたもので、開口の一方がサブモジュール２に取り付けられ、他方が外部に向けられている。そして、サブモジュール２から引き出されたバスバーリボン２５が、スリーブ３を挿通して外部に引き出された上、端子箱４に導通される。なお、本実施形態では、スリーブ３を開口断面が円形からなる円筒状のものとしているが、これに限らず、開口断面を矩形、楕円形にしたり、全体を直方体形状としてもよい。
バスバーリボン２５の引き出し箇所において金属１１により封止されない開口部が設けられていると共に、スリーブ３が取り付けられていることで、バスバーリボン２５と金属１１とが接触するのを防止することができる。
端子箱４は、基板ガラス２１の裏面において、バスバーリボン２５が引き出される箇所に近接する箇所に、計２個取り付けられており、近接するバスバーリボン２５がスリーブ３を介して端子箱４に導通され、さらに、当該バスバーリボン２５は端子箱４内においてリード線４１と電気的に接続する。
続いて、本発明の第二の実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールを図４及び図５により説明する。
フレームレス太陽電池モジュール５は、図４及び図５に示すように、上述した第一の実施形態と同様の構成を有するサブモジュール２と、スリーブ一体型端子箱６とから構成されている。また、上述した第一の実施形態と同様、サブモジュール２の側端の積層面は封止材としての金属１１により封止されており、当該側端の積層面からの湿分の浸入を防止する。
また、第一の実施形態と同様、サブモジュール２の側端の積層面のうち、一の積層面の両端付近からはプラスとマイナスの計２本のバスバーリボン（図示省略）がそれぞれ引き出されており、当該サブモジュール２の側端の積層面において、バスバーリボンが引き出される箇所には、金属１１により封止されない開口部が設けられている。
スリーブ一体型端子箱６は、第一の実施形態におけるスリーブ３と端子箱４とが一体として構成されたものであり、断面がＬ字状に屈曲した中空体として構成される。また、スリーブ一体型端子箱６は、樹脂等の絶縁材料からなる。
このスリーブ一体型端子箱６は、屈曲した端部をサブモジュール２の開口部に当接させると共に、バスバーリボンを内部へ引き入れるために当該端部に設けられている所定の小孔を、サブモジュール２のバスバーリボン引き出し口に当接させて、基板ガラス２１の裏面上に取り付けられる。なお、スリーブ一体型端子箱６は、２箇所あるバスバーリボンの引き出し口に対応して計２個取り付けられる。
サブモジュール２から引き出されたバスバーリボンはスリーブ一体型端子箱６内へ導通され、当該バスバーリボンはスリーブ一体型端子箱６内においてリード線６１と電気的に接続する。
これにより、スリーブと端子箱とが一体に構成されると共に、バスバーリボンがサブモジュール２から直接、スリーブ一体型端子箱６内へ引き込まれるので、バスバーリボンと金属１１とが接触するのをより確実に防止することができ、また、フレームレス太陽電池モジュール５の製造工程を簡略化することができる。さらに、バスバーリボンの屋外曝露による腐食を効果的に防ぐことができると共に、感電等の危険がなく安全性を向上させることができる。
次に、上述のフレームレス太陽電池モジュール１、５の製造方法について説明する。
サブモジュール２は、まず、所定の従来技術により基板ガラス２１上にＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２を製膜した後、カバーガラス２４と同寸法またはそれ以上の寸法のシート状のＥＶＡなどの充填材２３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２４、ＥＶＡ樹脂などの充填材２３、基板ガラス２１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系薄膜太陽電池デバイス１２を、溶解したＥＶＡ樹脂などの充填材２３がカバーガラス２４と基板ガラス２１を固着する。さらに加熱することでＥＶＡ樹脂などの充填材２３は、架橋された状態となる。
なお、このＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２の製膜は、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。
そして、サブモジュール２にスリーブ３ないしはスリーブ一体型端子箱６を取り付け、サブモジュール２の側端の積層面に封止材としての金属１１を溶射ないしは溶着させて、サブモジュール２の側端の積層面を封止する。先にスリーブ３ないしはスリーブ一体型端子箱６を取り付けてしまうことで、バスバーリボン２５の引き出し箇所への金属１１の溶射ないしは溶着を防ぎ、当該箇所において、金属１１が開口した状態となる。
溶射としては、アーク溶射、プラズマ溶射、フレーム溶射、溶接棒式溶射、溶線式溶射など各種溶射技術を用いることができ、金属１１の粉末を高温ガス中で溶かし、母材であるサブモジュール２に高速で吹き付けて製膜する。
また、溶着としては、超音波溶着、高周波溶着、電磁誘導溶着、レーザー溶着等、各溶着技術を用いることができる。例えば、超音波はんだ鏝による場合には、カバーガラス２４側端部と基板ガラス２１側端部か挟まれた積層面の間隙は僅かであるので金属１１を両側端に同時にはんだ付けすることにより金属１１の膜が形成できる。この際、超音波はんだの周波数は、４０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚのはんだ鏝を用いるようにすればよい。
この封止する金属１１としては、錫、インジウムなどを用いることができる。
これにより、フレームをなくして太陽電池モジュールの軽量化及びコスト削減を実現しながら、外部からの湿分の浸入を防いで、耐候性能を維持することができる。
なお、本実施形態において、基板ガラス２１上にはＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス２２を積層させるものとしたが、これに限らず、他の非晶質系、化合物系の薄膜太陽電池デバイス等を積層させるものであってもよい。
本発明の第一の実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールの外観を示す平面斜視図である。 本実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールの外観を示す背面斜視図である。 本実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールの外観を示す平面斜視図である。 本実施形態に係るフレームレス太陽電池モジュールの外観を示す背面斜視図である。
符号の説明
１ フレームレス太陽電池モジュール
１１ 金属
２ サブモジュール
２１ 基板ガラス
２２ ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイス
２３ 充填材
２４ カバーガラス
２５ バスバーリボン
３ スリーブ
４ 端子箱
４１ リード線
５ フレームレス太陽電池モジュール
６ スリーブ一体型端子箱
６１ リード線

Claims (8)

  1. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成された薄膜太陽電池デバイスと、
    上記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、からなるサブモジュールを有するフレームレス太陽電池モジュールであって、
    上記サブモジュールの側端の積層面が金属製の封止材により封止されている、
    ことを特徴とするフレームレス太陽電池モジュール。
  2. 上記サブモジュールの側端の積層面からはバスバーリボンが引き出されており、
    上記サブモジュールの側端の積層面において、サブモジュールからバスバーリボンが引き出される箇所に、上記封止材により封止されない開口部が設けられ、
    上記開口部から上記バスバーリボンが引き出される、
    請求項１記載のフレームレス太陽電池モジュール。
  3. 上記サブモジュールには、バスバーリボンが引き出される箇所に、当該バスバーリボンを挿通させる絶縁性のスリーブが取り付けられている、
    請求項２記載のフレームレス太陽電池モジュール。
  4. 上記基板ガラスの裏面上において、バスバーリボンが引き出される箇所に近接して端子箱が取り付けられ、
    上記サブモジュールから引き出されたバスバーリボンは上記端子箱に導通されている、
    請求項２又は３記載のフレームレス太陽電池モジュール。
  5. 上記スリーブと上記端子箱とは、一体に構成されている、
    請求項４記載のフレームレス太陽電池。
  6. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成された薄膜太陽電池デバイスと、上記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、を有するサブモジュールの側端の積層面を金属製の封止材により封止したフレームレス太陽電池モジュールを製造するための方法であって、
    上記サブモジュールの側端の積層面に封止材となる金属を溶着させて当該側端の積層面を封止する、
    ことを特徴とするフレームレス太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 基板ガラスと、上記基板ガラス上に形成された薄膜太陽電池デバイスと、上記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、を有するサブモジュールの側端の積層面を金属製の封止材により封止したフレームレス太陽電池モジュールを製造するための方法であって、
    上記サブモジュールの側端の積層面に封止材となる金属を溶射させて当該側端の積層面を封止する、
    ことを特徴とするフレームレス太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 上記サブモジュールの側端の積層面からはバスバーリボンが引き出されており、
    上記サブモジュールの側端の積層面における金属の溶着、あるいは溶射において、上記サブモジュールからバスバーリボンが引き出される箇所を除いて、当該側端の積層面を封止する、
    請求項６又は７記載のフレームレス太陽電池モジュールの製造方法。
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