JP2012119434A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその太陽電池モジュールを製造し得る方法を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、樹脂層１３と、太陽電池１２とを備えている。樹脂層１３は、着色樹脂層１３ａと、着色樹脂層１３ａの上に積層された透明樹脂層１３ｂとを有する。太陽電池１は、着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとの間において、裏面１２ｂが着色樹脂層１３ａ側を向き、受光面１２ａが透明樹脂層１３ｂ側を向くように配置されている。太陽電池モジュール１は、太陽電池１２の受光面１２ａと透明樹脂層１３ｂとの間にシランカップリング剤による結合を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。

太陽電池モジュールは、太陽電池を備えている。太陽電池は、水分などとの接触により劣化しやすい。このため、太陽電池を外気から隔離する必要がある。従って、太陽電池は、通常、表裏を保護するための保護部材の間に設けられている充填剤層の内部に配置されている。

この充填剤層に関し、例えば下記の特許文献１には、充填剤層のうち、太陽電池の裏面と裏面側保護部材との間に位置している部分を着色ＥＶＡフィルムにより作製することが記載されている。また、特許文献１には、着色ＥＶＡフィルムを用いることにより、光の利用効率が高められるため、光電変換効率を向上できる旨が記載されている。

特開２００３−２５８２８３号公報

特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、例えば、着色ＥＶＡフィルムと、透明ＥＶＡフィルムとの間に太陽電池が配置された積層体を加熱圧着することにより製造することができる。

しかしながら、このような製造方法で特許文献１に記載の太陽電池モジュールを製造した場合、着色ＥＶＡが太陽電池の受光面側に回り込んでしまうという懸念がある。着色ＥＶＡが太陽電池の受光面側に回り込んでしまうと、受光面に入射しようとする光の一部が着色ＥＶＡにより遮られてしまう。従って、受光面における受光効率が低下してしまうため、太陽電池モジュールの出力が低くなってしまうという問題が生じる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその太陽電池モジュールを製造し得る方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、樹脂層と、太陽電池とを備えている。樹脂層は、着色樹脂層と、着色樹脂層の上に積層された透明樹脂層とを有する。太陽電池は、着色樹脂層と透明樹脂層との間において、裏面が着色樹脂層側を向き、受光面が透明樹脂層側を向くように配置されている。本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池の受光面と透明樹脂層との間にシランカップリング剤による結合を有する。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、樹脂層と、太陽電池とを備える太陽電池モジュールの製造方法に関する。樹脂層は、着色樹脂層と、透明樹脂層とを有する。透明樹脂層は、着色樹脂層の上に積層されている。太陽電池は、着色樹脂層と透明樹脂層と
の境界において、裏面が着色樹脂層側を向き、受光面が透明樹脂層側を向くように配置されている。本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、透明樹脂層を構成するための透明樹脂シート及び太陽電池の受光面のうちの少なくとも一方にシランカップリング剤を塗布する。透明樹脂シートと、太陽電池と、着色樹脂層を構成するための着色樹脂シートとを、太陽電池の受光面が透明樹脂シートの一主面と接する一方、裏面が着色樹脂シートと接するように積層し、積層体を作製する。積層体を加熱圧着する加熱圧着工程を行う。

本発明によれば、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその太陽電池モジュールを製造し得る方法を提供することができる。

本発明を実施した一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 本発明を実施した一実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。

また、以下の実施形態において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態における太陽電池モジュールの略図的断面図である。

太陽電池モジュール１は、第１の保護部材１０と、第２の保護部材１１と、樹脂層としての充填剤層１３と、太陽電池ストリング１５とを備えている。

尚、太陽電池モジュール１は周囲を囲繞する枠体を有していても良い。また、第２の保護部材１２表面上に、電力取り出し用の端子ボックスを有していても良い。

（受光面側保護部材１０及び裏面側保護部材１１）
第１の保護部材１０は、太陽電池モジュール１の受光面に配される。第１の保護部材１０は、太陽電池モジュール１の機械的強度を担保する部材である。このため、保護部材１０は、高い剛性を有する部材であることが好ましい。保護部材１０は、ガラス板や樹脂板などにより構成することができる。なかでも、保護部材１０は、ガラス板により構成されていることが好ましい。ガラス板は、剛性及び光透過率が高く、かつ耐候性に優れているからである。なお、第１の保護部材１０の厚さは、特に限定されない。保護部材１０の厚さは、例えば、３ｍｍ〜６ｍｍ程度とすることができる。

第２の保護部材１１は、第１の保護部材１０と対向している。第２の保護部材１１は、太陽電池モジュール１の裏面に配される。第２の保護部材１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる樹脂シートなどにより構成することができる。なお、保護部材１１を構成する樹脂シートの内部には、例えば、アルミニウム箔などの金属
箔や、水分透過性が低い無機バリア層等が設けられていてもよい。無機バリア層は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の無機酸化物などにより形成することができる。なお、第２の保護部材１１の厚さは、特に限定されない。保護部材１１の厚さは、例えば、１５０μｍ〜３００μｍ程度とすることができる。

（太陽電池ストリング１５）
充填剤層１３の内部には、複数の太陽電池ストリング１５が配置されている。具体的には、太陽電池ストリング１５は、複数の太陽電池１２を備えている。複数の太陽電池１２は、一の方向に配列され、配線材１４によって直列または並列に電気的に接続されている。具体的には、複数の太陽電池１２は、一の方向に配列された隣り合う太陽電池１２同士が配線材１４によって電気的に接続されることによって、直列または並列に電気的に接続されている。本実施形態では、配線材１４は、隣り合う太陽電池１２のうちの一方の受光面１２ａの上に配された電極と、他方の裏面１２ｂの上に配された電極とを電気的に接続している。

なお、本発明において、太陽電池は、ｐ側電極及びｎ側電極の両方が裏面の上に配されている裏面接合型の太陽電池であってもよい。その場合は、配線材１４は、隣り合う太陽電池のうちの一方の太陽電池のｐ側電極と、他方の太陽電池のｎ側電極とを電気的に接続する。

（充填剤層１３）
樹脂層として充填剤層１３は、第１の保護部材１０と第２の保護部材１１との間に充填されている。充填剤層１３の内部には、複数の太陽電池ストリング１５が配されている。すなわち、充填剤層１３は、太陽電池ストリング１５を封止するための部材である。このため、充填剤層１３は、封止層と呼ばれることもある。

具体的には、充填剤層１３は、着色樹脂層１３ａと、透明樹脂層１３ｂとを含む積層体により構成されている。着色樹脂層１３ａは、太陽電池１２の第２の保護部材１１側に配置されている。透明樹脂層１３ｂは、太陽電池１２の第１の保護部材１０側に配置されている。着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとは隣り合うように配置されている。着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとの間の界面に太陽電池ストリング１５が配されている。太陽電池ストリング１５は、受光面１２ａが透明樹脂層１３ｂ側を向き、裏面１２ｂが着色樹脂層１３ａ側を向くように配されている。

なお、本実施形態では、樹脂層としての充填剤層１３が着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとからなる積層体により構成されている。但し、本発明においては、樹脂層は、裏面側に位置する着色樹脂層と、受光面側に位置し、着色樹脂層に隣接する透明樹脂層とを有する限りにおいて特に限定されない。樹脂層は、着色樹脂層及び透明樹脂層以外の樹脂層を有していてもよい。また、着色樹脂層及び透明樹脂層のそれぞれが複数の樹脂層により構成されていてもよい。

（透明樹脂層１３ｂ）
透明樹脂層１３ｂは、太陽電池１２の受光面１２ａと第１の保護部材１０との間に配置されている。ここで、透明樹脂層１３ｂは、太陽電池１２における光電変換に使用される波長域の光を透過させる樹脂層である。透明樹脂層１３ｂは、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域における平均光透過率が８５％以上のものであることが好ましい。

透明樹脂層１３ｂは、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン・ビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）のうちの少なくとも一種の樹脂や、それらの樹
脂のうちの少なくとも一種の樹脂を含む樹脂組成物からなる。

太陽電池ストリング１５を好適に保護する観点からは、透明樹脂層１３ｂは、架橋構造を有する硬質のものであることが好ましい。

太陽電池モジュール１は、透明樹脂層１３ｂと、太陽電池１２の受光面１２ａとの間にシランカップリング剤による結合を有する。

（着色樹脂層１３ａ）
着色樹脂層１３ａは、裏面１２ｂと裏面側保護部材１１との間に配置されている。着色樹脂層１３ａは、樹脂と、着色剤とを含む樹脂組成物により形成されている。着色剤の具体例としては、例えば、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子などの白色の着色剤、ウルトラマリン等の青色着色剤、カーボンブラック等の黒色着色剤、ガラスビーズや光散乱材などの、着色樹脂層１３ａを乳白色にさせる着色剤等が挙げられる。これらの中でも、白色の酸化チタン粒子が好ましく用いられる。白色の酸化チタン粒子を着色樹脂層１３ａに含ませることにより、着色樹脂層１３ａにおいて光が散乱しやすくなり、太陽電池モジュール１の光電変換効率をより高めることができるためである。

着色樹脂層１３ａに含まれる樹脂は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン・ビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）のうちの少なくとも一種の樹脂とすることができる。着色樹脂層１３ａに含まれる樹脂は、透明樹脂層１３ｂに含まれる樹脂と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

太陽電池ストリング１５を好適に保護する観点からは、着色樹脂層１３ａも、透明樹脂層１３ｂと同様に、架橋構造を有するものであることが好ましい。

（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、図２を参照しながら、太陽電池モジュール１の製造方法の一例について説明する。

まず、透明樹脂層１３ｂを構成するための透明樹脂シート２２と、着色樹脂層１３ａを構成するための着色樹脂シート２１と、太陽電池ストリング１５と、第１の保護部材１０と、第２の保護部材１１とを用意する。透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１とのそれぞれは、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン・ビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）のうちの少なくとも一種の樹脂と、架橋剤とを含む樹脂組成物からなることが好ましい。また、着色樹脂シート２１は、さらに上記のような着色剤を含むことが好ましい。

好ましく用いられる架橋剤の具体例としては、例えば、有機過酸化物が挙げられる。例えば、ＥＶＡを架橋させる有機過酸化物の具体例としては、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、３−ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン、ジクミルパーオキサイド、α，α’−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルパーキシベンゾエ−ト、ベンゾイルパーオキサイド等が挙げられる。

次に、第１の保護部材１０、透明樹脂シート２２、太陽電池ストリング１５、着色樹脂シート２１及び第２の保護部材１１を、受光面１２ａが透明樹脂シート２２側を向き、裏面１２ｂが着色樹脂シート２１側を向くように、この順番で積層し、積層体３０を作製する。

なお、この積層体３０の作製に先立って、透明樹脂シート２２の太陽電池ストリング１５側の主面２２ａ及び太陽電池ストリング１５を構成している複数の太陽電池１２のそれぞれの受光面１２ａのうちの少なくとも一方の上にシランカップリング剤を塗布し、シランカップリング剤層２３を形成しておく。シランカップリング剤は、主面２２ａ及び受光面１２ａの両方の上に塗布してもよいし、主面２２ａの上にのみ塗布してもよいし、受光面１２ａの上のみに塗布してもよい。以下、本実施形態では、主面２２ａの上にシランカップリング剤を塗布してシランカップリング剤層２３を形成する例について説明する。

シランカップリング剤としては、例えば、アミノシラン系シランカップリング剤やエポキシシラン系シランカップリング剤が好ましく用いられるが、これに限られるものではない。アミノシラン系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、などが挙げあれる。また、エポキシシラン系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。

シランカップリング剤の塗布に際しては、シランカップリング剤を、例えば、イソプロピルアルコール等の有機溶媒に溶解または分散させた液を用いて行うことができる。

次に、この積層体３０を、ラミネート法を用いて加熱圧着させる。

なお、本実施形態では、透明樹脂シート２２の太陽電池ストリング１５側の主面２２ａの上にシランカップリング剤層２３が形成されている。このため、この圧着工程において、シランカップリング剤層２３が反応することにより、透明樹脂シート２２と受光面１２ａとが強固に密着する。

次に、キュア工程を行う。キュア工程は、透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１内に架橋構造を形成する工程である。具体的には、透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１を加熱することにより、透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１に含まれる架橋剤を反応させ、透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１内に架橋構造を形成する。これにより、透明樹脂シート２２及び着色樹脂シート２１が硬化し、透明樹脂層１３ｂ及び着色樹脂層１３ａが完成する。

ところで、例えば、シランカップリング剤層を形成しない場合は、透明樹脂シートと受光面とが強固に密着しない。このため、加熱圧着工程において、裏面側に位置していた着色樹脂シートの一部が受光面側に流動し、受光面と透明樹脂シートとの間に入り込んでしまう場合がある。その場合、受光面の上に、着色樹脂層の一部が位置することとなる。このため、受光面に入射しようとする光の一部が着色樹脂層により遮られる。よって、受光面における受光効率が低下してしまう。従って、太陽電池モジュールの出力が低下してしまう。

それに対して本実施形態では、加熱圧着工程に先立ってシランカップリング剤層２３を形成する。このため、圧着工程の開始直後からシランカップリング剤層２３が反応し、太陽電池１２の受光面１２と透光樹脂シート２２との間にシランカップリング剤による結合が形成される。これにより、透明樹脂シート２２と受光面１２ａとが強固に密着する。よって、仮に裏面１２ｂ側に位置していた着色樹脂シート２１の一部が受光面１２ａ側に流動したとしても、受光面１２ａと透明樹脂シート２２との間に着色樹脂シート２１が入り込みにくい。すなわち、太陽電池モジュール１においては、太陽電池１２の受光面１２ａへの着色樹脂層１３ａの回り込みが、シランカップリング剤による結合により抑制される。従って、本実施形態の製造方法では、受光面１２ａの上に着色樹脂層の一部が位置することが抑制される。その結果、受光面１２ａにおける受光効率の低下を抑制できる。従って、改善された出力を有する太陽電池モジュール１を製造することができる。

（実施例）
本実施例では、上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様の構成を有する太陽電池モジュールを以下の要領で作製した。

まず、ガラス板からなる第１の保護部材１０の上に、硬化剤として１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ３，３，５−トリメチルシクロヘキサンを２質量％含む厚み０．６ｍｍの透明ＥＶＡシートを配置した。次に、透明ＥＶＡシートの表面に、シランカップリング剤として、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを含むイソプロピルアルコール溶液を塗布し、シランカップリング剤層２３を形成した。さらに、透明ＥＶＡシートの上に、太陽電池ストリング１５と、硬化剤として１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ３，３，５−トリメチルシクロヘキサンを２質量％含み、かつ、着色剤として酸化チタンを５質量％含む厚み０．６ｍｍの着色ＥＶＡシートと、第２の保護部材１１とをこの順番で積層し、積層体３０を作製した。次に、積層体３０をラミネート法を用いて、加熱圧着した。その後、約１５０℃で約１時間保持することにより充填剤層に架橋構造を導入することにより、太陽電池モジュールを完成させた。

次に、太陽電池モジュールを、第１の保護部材１０側から目視で観察することにより、着色樹脂層が受光面の上に回り込んでいるか否かを検査した。その結果、本実施例では、着色樹脂層が受光面の上に回り込んでいなかった。

さらに、太陽電池モジュールに、ＡＭ１．５で、１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度の光を照射したときの出力を測定した。結果を下記の表１に示す。

（比較例）
シランカップリング剤の塗布を行わなかったこと以外は上記実施例と同様に太陽電池モジュールを作製し、着色樹脂層が受光面の上に回り込んでいるか否かの検査及び出力測定を行った。本比較例では、着色樹脂層が受光面の上に回り込んでいることが確認された。

なお、上記表１に示す出力値は、比較例における出力値を１００として規格化した値である。

上記実施例及び比較例の結果より、シランカップリング剤を透明樹脂シートの表面に塗布することにより、着色樹脂層が受光面の上に回り込んで形成されることを抑制できることが分かる。また、その結果、表１に示すように、高い出力が得られることが分かる。

１…太陽電池モジュール
１０…第１の保護部材
１１…第２の保護部材
１２…太陽電池
１２ａ…受光面
１２ｂ…裏面
１３…充填剤層
１３ａ…着色樹脂層
１３ｂ…透明樹脂層
１４…配線材
１５…太陽電池ストリング
２１…着色樹脂シート
２２…透明樹脂シート
２３…シランカップリング剤層
３０…積層体

Claims (10)

1. 着色樹脂層と、前記着色樹脂層の上に積層された透明樹脂層とを有する樹脂層と、
   前記着色樹脂層と前記透明樹脂層との間において、裏面が前記着色樹脂層側を向き、受光面が前記透明樹脂層側を向くように配置された太陽電池とを備え、
   前記太陽電池の受光面と前記透明樹脂層との間にシランカップリング剤による結合を有する、太陽電池モジュール。
2. 前記着色樹脂層の前記太陽電池の受光面への回り込みは、前記シランカップリング剤による結合により抑制される、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記シランカップリング剤は、アミノシラン系のシランカップリング剤である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記シランカップリング剤は、エポキシシラン系のシランカップリング剤である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記透明樹脂層は、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンの少なくとも一つを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 着色樹脂層と、前記着色樹脂層の上に積層された透明樹脂層とを有する樹脂層と、
   前記着色樹脂層と前記透明樹脂層との境界において、裏面が着色樹脂層側を向き、受光面が透明樹脂層側を向くように配置された太陽電池とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記透明樹脂層を構成するための透明樹脂シート及び前記太陽電池の受光面のうちの少なくとも一方にシランカップリング剤を塗布する工程と、
   前記透明樹脂シートと、前記太陽電池と、前記着色樹脂層を構成するための着色樹脂シートとを、前記太陽電池の前記受光面が前記透明樹脂シートの一主面と接する一方、前記裏面が前記着色樹脂シートと接するように積層し、積層体を作製する工程と、
   前記積層体を加熱圧着する加熱圧着工程と、
   を備える、太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記シランカップリング剤として、アミノシラン系のシランカップリング剤を用いる、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記シランカップリング剤として、エポキシシラン系シランのカップリング剤を用いる、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートのそれぞれは、樹脂と、架橋剤とを含み、
   前記加熱圧着工程の後に、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートを架橋させるキュア工程をさらに行う、請求項６〜８のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記透明樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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