JP2015149388A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明では太陽電池モジュールの光入射側表面に所定の凹凸構造を有するフィルムを接着し、太陽電池モジュールの光電変換効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】光入射側保護材と裏面保護材の間に太陽電池セルを有する太陽電池モジュールであって、前記光入射側保護材は、太陽電池セル側から透光性基板と凹凸フィルムをこの順に有する。前記凹凸フィルムは、添加剤として重量比率が１２〜３０％、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．４μｍのゴム成分を含むアクリル系フィルムから形成されていることが好ましい。光入射側表面に凹凸構造を有し、前記凹凸構造は、高さが５μｍ以上５０μｍ以下であり、傾斜角が３０°以上６５°以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

近年、太陽電池モジュールの低コスト化、高効率化を両立するための検討が精力的に行われている。特に、太陽電池モジュールの光入射側のガラス表面や透明基板に凹凸構造を形成し、凹凸構造による光散乱を応用した光閉じ込め効果による光電変換効率の向上が研究されている。

例えば特許文献１、２では、太陽電池外側最表面に凹凸構造を有するフィルムを配置することによって閉じ込め機能を付与し、太陽電池の光電変換効率を向上させる旨が記載されている。特許文献１では、透明な高分子樹脂（封止材）と表面保護フィルムの界面に凹凸が形成されることで、封止材と表面保護フィルム界面での剥離を防止でき、また表面保護フィルムの表面の凹凸高低差を５〜５００μｍ、頂点間距離を１００〜１００００μｍとすることで、光閉じ込め効果を向上できる旨が記載されている。

特許文献２では、保護フィルムとしての基材フィルムを直接凹凸（高さ＝０．１ｎｍ〜５００μｍ）に加工し保護フィルムとして太陽電池に直接貼り付けることにより、別途、太陽電池保護フィルムに光閉じ込め層（凹凸構造）を形成する必要がないため、安価に太陽電池モジュールを形成できる旨が記載されている。特許文献２においては、基材フィルムとして耐光性のフィルムを用い、８０度程度に加熱しながら凹凸構造を形成する旨が記載されている。

特許文献３においては、集光型太陽電池に関し、透明層と反射層の間に光電変換素子を配置することで、設置・運搬等の際の取扱いが容易になる旨、樹脂層としてゴム状重合体を配合したアクリル樹脂等を用いることにより、樹脂の粘性や靭性が向上し、耐衝撃性に優れた複合シートが作製出来る旨が記載されている。また透明層の表面に微細な凹凸（ピッチ５〜１００μｍ、頂角９０°が好ましい）旨が記載されている。

特開平８−１３９３４７号公報 特開２００３−１８８３９４号公報 特開２００８−１７７１８１号公報

しかしながら、特許文献１には凹凸構造の高さが５〜５００μｍ、また特許文献２には、凹凸高さが０．１ｎｍ〜５００μｍである旨が記載されているが、凹凸の範囲が大きく、凹凸構造の傾斜角を光閉じ込め効果が良好に発現する傾斜角とする場合、大きな凹凸ではフィルム厚を厚くしなければならない問題がある。

また、特許文献１は封止材の表面に基材フィルムを接触させ、封止する際に基材フィルムの表面と、封止材との界面に凹凸形状を形成しているため、カバーガラスで封止された既設の太陽電池モジュールには適用できない。また、特許文献２では太陽電池セルを基材フィルムに直接または接着剤を介して作製されているため、既に光入射側保護材としてガラス等を用いて作製されたモジュールや、すでに発電場所に設置済みのモジュールへ光閉じ込め効果を付与することができない。

特許文献３においては、樹脂層により封止を行っており、耐候性の点で課題が残る。またフィルムの耐衝撃性については、ゴム成分比およびゴム粒子径によって変化すると考えられるが、該問題点については何ら検討されていない。

以上のように、これまで、基材フィルムを用いた場合の耐衝撃性と変換効率向上の点では改善が望まれていた。本発明はこのような従来技術の問題に鑑みなされたものであり、本発明では所定の凹凸構造を有し、ゴム成分を所定の比率で含むアクリル系フィルムを作製し、太陽電池モジュールの透光性基板の光入射側保護材として用いることにより、光電変換効率を向上させた太陽電池モジュールを作製することを目的とする。

すなわち、本発明は以下に関する。

本発明は、光入射側保護材と裏面保護材の間に太陽電池セルを有する太陽電池モジュールであって、前記光入射側保護材は、太陽電池セル側から透光性基板と凹凸フィルムをこの順に有し、前記凹凸フィルムは、添加剤として重量比率が１２〜３０％、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．４μｍのゴム成分を含むアクリル系フィルムから形成されており、かつ、光入射側表面に凹凸構造を有し、前記凹凸構造は、高さが５μｍ以上５０μｍ以下であり、傾斜角が３０°以上６５°以下である太陽電池モジュールに関する。

前記凹凸フィルムは、屈折率が波長５５０ｎｍにおいて１．４７〜１．５５であることが好ましい。

前記太陽電池モジュールの製造方法は、前記透光性基板と前記裏面保護材の間に太陽電池セルを配置した太陽電池仕掛品を準備した後、前記凹凸フィルムが、前記透光性基板の光入射面側に、接着剤を介して接着されることが好ましい。

前記太陽電池モジュールは、発電量の異なる二以上の太陽電池セルを有し、前記太陽電池仕掛品を準備した後、前記透光性基板の光入射面側に、前記二以上の太陽電池セルに対応する少なくとも二枚以上の凹凸フィルムを準備し、前記二以上の太陽電池セルが形成された領域に対応するように前記二枚以上の凹凸フィルムを各々配置し、前記凹凸フィルム形成前および形成後における前記二以上の太陽電池セルの発電量の差をΔＰ１およびΔＰ２（％）としたとき、ΔＰ２＜ΔＰ１を満たすことが好ましい。

前記凹凸フィルム形成後の前記二以上の太陽電池セルの発電量の差ΔＰ１が１０％以下であることが好ましい。

前記凹凸フィルムは、凹凸パターンを有する母型を前記アクリル系フィルムに押圧し、押圧した状態で１１０〜１４０度で加熱して前記凹凸構造を転写することにより形成されることが好ましい。
前記太陽電池仕掛品が設置された後、前記凹凸フィルムを貼り付けることにより凹凸構造が形成されることが好ましい。

本発明によれば、光入射側保護材の凹凸フィルムとして、添加物として所定の粒子径と重量比のゴム成分を含んだアクリル系フィルムを用いることにより、耐候性を保持することができ、また所定の凹凸構造を有することによって、光電変換効率の向上した太陽電池モジュールを作製することが可能となる。

本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの断面概略図である。 本発明の一実施形態における凹凸フィルムの断面および見下ろし概略図である。 本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの見下ろし概略図である。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの代表的な態様を説明する。

図１に本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの代表的な模式図を示している。本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池３の光入射面側に光入射側保護材１０を有する。光入射側保護材１０は、太陽電池側から、光入射側に透光性基板２および凹凸フィルム１をこの順番に有する。太陽電池３の裏面側には裏面保護材５を有する。また光入射側保護材１０と裏面保護材５の間には封止材４を有し、封止材により太陽電池が封止されている。なお、本発明においては、図１のように、積層構造の一主面側（上側）を光入射側、裏面電極側（下側）を裏面側ともいう。

［光入射側保護材］
（凹凸フィルム）
凹凸フィルムは、アクリル系フィルムから形成されている。アクリル系フィルムには、アクリル系樹脂に、添加物として、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．４μｍで重量比率が１２〜３５％のゴム成分が添加されている。なお、本明細書においては、凹凸構造形成前のものを「アクリル系フィルム」、凹凸構造形成後のものを「凹凸フィルム」という。

アクリル系フィルムに使用されるアクリル系樹脂とは、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチルなどの（メタ）アクリル酸アルキルエステルの重合体のフィルムが挙げられるが、中でも（メタ）アクリル酸メチルの重合体であるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）が好ましい。
また添加物として、重量比率が１２〜３５％、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．４μｍのゴム成分を添加することにより、フィルムカット時の割れ（クラック）を防止できる。

ゴム成分の粒子径を０．０５μｍ以上とすることで、耐衝撃性を向上させることができる。また、ゴム成分の粒子径を０．４μｍ以下とすることで、透過率の高いアクリル系フィルムを得ることができる。さらに、ゴム成分の重量比を１２％以上とすることでフィルムカット時のクラックを防止できる。また、３５％以下とすることで、高温高湿試験で凹凸構造が平坦化しにくくなる。つまり成形後の凹凸フィルムの湿熱安定性を保持することができ、温度・湿度の変化に長期間さらされた後にでも高い光散乱性を有し、光閉じ込め効果に優れた凹凸フィルムを作製することができる。

中でも、平均粒子径が０．０５〜０．２μｍが好ましく、０．０７〜０．１５μｍがより好ましい。ゴムの重量比は、１２〜３５％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。すなわち、平均粒子径が０．０７〜０．１５μｍ、重量比が１５〜３０％のゴム成分を添加したアクリル系フィルムを好ましく用いることができる。

フィルムのゴム成分は、例えば、ＲｕＯ_４などにより電子染色し、超薄片を作製することにより透過型電子顕微鏡などで観察することができる。平均粒子径は透過型電子顕微鏡の観察像から無作為に１００個以上のゴム成分粒子を選んで各々の粒子径を算出し、粒子径を平均することにより求めるものとする。

なお、凹凸フィルムは、本発明の機能を損なわない限り、添加剤として、上述のゴム成分以外に、別の成分を含んでいても良い。例えば、フィルムの耐候性を向上させる手段として、凹凸フィルムに光安定剤などの添加剤を添加することができる。光安定剤としては、ヒンダードアミン系光安定剤（ＨＡＬＳ）のＬＡ―５２やＬＡ−８２などが挙げられるが、特にこれらの種類に限定されるものではない。例えば、ＨＡＬＳを使用する場合、添加量は重量比で０．５〜２％が好ましい。

凹凸フィルムの凹凸構造は、高さが５μｍ以上５０μｍ以下である。高さを５μｍ以上とすることにより、入射光を高い効率で散乱することができる。また、５０μｍ以下とすることで、フィルムの材料コストを抑えることができ、発電効率向上効果を長期間維持したまま、凹凸フィルムに生じうるクラック発生を抑える上でも好ましい。

ここで、通常、ゴム成分を添加すると湿熱耐久性試験において凹凸構造が平坦化しやすくなる問題があるが、本発明においては、添加剤として所定のゴム成分を有するアクリル系フィルムを用い、凹凸構造の高さを上記範囲とすることで、凹凸構造の平坦化を抑制でき、凹凸フィルムの発電効率向上が期待できる。

また凹凸構造の傾斜角は３０°以上６５°以下である。上記の範囲とすることで、入射光の反射率が低下し、また入射光を高い効率で散乱することが出来る。中でも、効果的に光閉じ込めをおこない出力向上効果を得る点から、傾斜角は４０°以上が好ましく、４５°以上がより好ましい。また、凹凸構造形成時に金型からの良好な離型性を得る点および成型後の凹凸構造が自重や風雨による変形を受けにくい点から傾斜角は６０°以下が好ましく、５５°以下がより好ましい。

本発明における凹凸構造について、図２に基づいて説明するが、以下に限定されるものではない。本発明の一実施形態における凹凸構造１１は複数の四角錐から構成されている。ここで、複数の四角錐は図２（ｂ）にしめすように部分的に重なり合い連結された構造であってもよい。

四角錐の頂点１１ａとは四角錐を構成する４個の斜面１１ｂがすべて接する点である。また、四角錐の稜線１１ｃとは、四角錐を構成する隣接する２個の斜面が接する線である。なお、１つの頂点から延びるｎ本の稜線（ｎ角錐の場合、ｎ≧３の整数）のうち、最も長さが長い稜線の長さが１００ｎｍ未満の場合、該凹凸構造の有無は光学的に差異が小さいため、本明細書においては考慮しない。すなわち、１つの頂点から延びる稜線のうち最も長い長さが１００ｎｍ以上のものを本発明の凹凸構造とする。

ここで、複数の四角錐が部分的に重なり合った構造の場合には、重なり合う個々の四角錐の頂点および稜線を凹凸構造の頂点および稜線とする。凹凸構造の高さとは、後述のように、測定範囲に含まれる複数の凹凸構造の各々につき、稜線の基板面に対する高低差から統計的に求められ、稜線の高低差の第３四分位点とする。ここで第３四分位点とは、該複数の凹凸構造の各々に付いて求めた稜線の高低差を小さいものから順番にならべたとき、小さいほうから数えて７５％（４分の３）の順番の高低差を意味する。なお、ちょうど７５％にあたる測定値が無い場合には、７５％を超えない最大の測定値と７５％を超える最小の測定値の平均値とする。

凹凸構造の頂点間の距離とは、凹凸構造の頂点間の距離の中央値とする。ここで中央値とは、求めた頂点間の距離を小さいものから順番にならべたとき、ちょうど５０％の順番になる距離を意味する。なお、ちょうど５０％にあたる測定値が無い場合には、５０％を超えない最大の測定値と５０％を超える最小の測定値の平均値とする。

凹凸構造の斜面の角度とは、四角錐の頂点とその頂点から延びる、隣接する２本の稜線からなる面が、基板面となす角度のことである。図２（ａ）に傾斜面の角度をθで示す。
凹凸構造の高さ、頂点間の距離、および斜面の角度は、凹凸構造のＡＦＭ（原子力顕微鏡）やＳＥＭ（電子顕微鏡）による観察像から求めることができる。ここで、測定範囲としては、例えば１００μｍ四方程度とし、観察範囲内からランダムに選んだ２０個以上の凹凸構造に対して上記の基準に基づき求めるものとする。なお、この際、上述のように、１つの頂点から延びる稜線のうち最も長い稜線が１００ｎｍ以上のものを２０個選ぶものとする。

なお、本実施形態においては、四角錐を用いて説明したが、四角錐以外の形状であってもよいし、凹凸構造は周期的であっても非周期的であってもよい。例えばｎ角錐（ｎ≧３の整数）の場合、該ｎ角錐の頂点、斜面、稜線等により上記同様に求めることができる。また、ｎ角錐などの表裏を反転した反転形状（または逆形状）であってもよい。中でも、逆四角錐が金型形成の容易さの観点から好ましい。

本発明の凹凸フィルムは、厚みが５０〜３００μｍが好ましく、１００〜２００μｍがより好ましい。本発明では、凹凸構造の高低差や傾斜角が上記範囲のものを使用することで、上記のように厚みが比較的薄いものを使用することができる。即ち、特許文献１，２などのように、凹凸構造が大きいフィルムを用いる場合、厚みを厚くする必要があり、光線透過率が低下する問題や、フィルム巻き取り時にフィルムが破損しやすいなどの問題、また屋外での使用時に汚れが付着しやすくなる問題があったのに対し、本発明においては、薄膜化に伴い光取り込み効果を向上させることができ、またフィルムのコスト低減効果も期待できる。

凹凸フィルムの屈折率は光の反射を抑制する観点から、５５０ｎｍの波長で測定される値として１．４７〜１．５５が好ましく、１．５０〜１．５５の範囲にあることがより好ましい。上記の屈折率とすることで、凹凸フィルムと透光性基板との界面での反射による光電変換効率の低下を抑制することができる。この際、透光性基板と凹凸フィルムの屈折率差が小さいものを用いることがより好ましい。

（フィルム加工方法）
凹凸フィルムは、上述のようなアクリル系フィルムを用いて以下のようにして表面に凹凸構造を形成することができる。アクリル系フィルムを、フィルムが軟化する温度まで加熱後、所望の凹凸構造の逆のパターンを有する金型を押し付け、圧力を保ったまま冷却することにより、金型の凹凸構造をフィルム表面に転写し、凹凸構造を形成することができる。加熱する温度は、フィルムの材料によって異なるが、圧力によりフィルム厚が変わらない温度が好ましく、１１０℃以上１４０℃以下が好ましい。

フィルム厚はフィルムの体積をフィルムの面積で除算した厚さであり、フィルム表面の凹凸を平均した厚さである。加熱する温度は重合に用いる単量体の種類や重合後の樹脂の分子量、またゴムの成分比によっても変わるが、例えば、アクリル系樹脂としてポリメタクリル酸メチル樹脂を用い、添加材としてゴム成分を１５〜３０％含んだフィルムの場合は、１２５〜１３５℃程度に加熱することが好ましい。

加熱温度を、１２５〜１３５℃程度に抑えることによって、樹脂製の耐熱性の低い金型を用いて凹凸構造を形成することができる。樹脂製の金型は金属性の金型と比べて作製コストを抑えられる点で好ましい。

また、金型を押し付ける圧力は、形成する凹凸構造の大きさおよび加熱温度にもよるが、１ＭＰａ以下の圧力が好ましく０．５ＭＰａ以下がより好ましい。また、上記の好ましい温度範囲で、凹凸構造を正確に転写するためには、０．１ＭＰａ以上が好ましい。
また、アクリル系フィルムの製造時に凹凸構造を形成してもよい。また、アクリル系フィルムは、アクリル系樹脂を押し出し成形で形成する方法、また、樹脂材料をキャスト法により成形して形成する方法などにより形成することができる。

上述のように、アクリル系フィルムに凹凸構造を形成するための金型の材質は、特に限定されないが、熱による劣化や変形が少なく、複数回の成形処理に耐えられる材質のものが好ましく、例えばシリコンやニッケル、モリブデンなどの金属材料も使用可能である。

金型を形成する方法としては、例えば、単結晶シリコン基板をアルカリ処理して該基板に所望の凹凸構造とは逆パターンの凹凸を作ることにより作製することが出来る。 この場合には、板厚７００μｍ程度の単結晶シリコンウェハを、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ水溶液でエッチングする方法が利用できる。アルカリ水溶液による結晶シリコンのエッチング速度は、結晶面によって異なり、（１１１）面のエッチング速度は遅い。したがって、（１００）面を表面に持つ単結晶シリコン基板をアルカリ水溶液でエッチングすると、基板表面に（１１１）面で構成された四角錐型のピラミッドがランダムに形成される。形成されるピラミッドの大きさは、エッチング時間や温度、微粒子等の添加剤によって制御することができる。

また、金属板をダイヤモンドバイトで研削加工することによって作製することもできる。加工する金属板はＳＵＳ板や銅板が利用できるが、メッキ製膜したニッケル合金が特に好ましい。金型には公知の離型剤を用いて表面処理することで、パターン形成時の不良が低減し、凹凸構造を精度よく転写可能であり、また複数回使用時の金型の耐久性が向上する。

また、金属材料などで作製した金型を用い、金型の凹凸構造を紫外線硬化樹脂などに転写することで樹脂製の金型を作製することもできる。このとき、紫外線硬化樹脂をＰＥＴフィルムなどに塗布した後に凹凸構造を転写することで、フィルム状の樹脂金型を作製することができる。フィルム状の樹脂金型は柔軟性をもち、円柱等に巻きつけることができるため、凹凸構造転写部を回転体とすることができ、凹凸構造をアクリル系フィルムに連続転写する際、好適に用いることができる。

（透光性基板）
透光性基板については、紫外〜赤外の波長範囲で透明であれば特に制限されないが、耐熱性に優れるという観点からガラス基板などを使用することが好ましい。ガラス基板としては無アルカリガラスやソーダライムガラスなどが挙げられるが、特にこれらの種類に限定されるものではない。無アルカリガラスやソーダライムガラスを使う場合、屈折率１．５０〜１．５５のガラス基板がコストと透過率の観点から好ましい。

（接着剤）
凹凸フィルムを透光性基板に接着させる際、接着剤により貼り付けることが好ましい。この際の接着剤としては、例えば、シリコーン系やアクリル系などを材料とする、付加硬化型やＵＶ硬化型、加熱硬化型接着剤などを用いることが好ましい。接着剤の屈折率は、透光性基板の屈折率に近いことが好ましく、１．４７〜１．５５が好ましい。また、接着剤を塗布した接着シートを凹凸フィルムと透光性基板の間に挟むことによって凹凸フィルムを接着することもできる。接着シートとしてはＯＣＡテープなどを用いることが好ましい。

凹凸フィルムを透光性基板の光入射側表面に接着する方法としては、凹凸フィルムおよび基材の屈折率に近い屈折率に調整された紫外線硬化接着剤やアクリル系接着剤を用いる方法が挙げられる。また、実験的に凹凸フィルムの効果を確認する目的では、屈折率が調整されたオイルで光入射側表面に凹凸フィルムを貼り付ける方法等により、評価することができる。

なお、接着剤は無くてもよく、例えば、凹凸フィルムの凹凸構造を有さない面（透光性基板に貼り付ける面）の表面を有機溶剤などにより一時的に溶解させることにより凹凸フィルムと透光性基板を直接貼り付けてもよい。

以上のようにして光入射側保護材を形成することができる。

ここで、上述のように、特許文献１、２の光入射側保護材は、フィルムのみを用いており、耐候性が悪化し易くなり、また予め凹凸構造を形成した保護材を用いてモジュールを加圧して作製したり、加圧時に金型を用いて凹凸構造を形成しながら封止する必要があった。一方、本発明の光入射側保護材は、透光性基板、太陽電池セル、封止材および裏面保護材を用いて予め加圧封止した太陽電池仕掛品を作製後に別途凹凸フィルムを貼り付けることができる。即ち、太陽電池仕掛品を、屋根やメガソーラ施設、付属の太陽電池からの電力を動力とする各種機器などに既に設置されたものであっても、その上に凹凸フィルムを貼り付けることができる。従って、既存の設備の更なる変換特性を向上させることができる。また、一度貼り付けた凹凸フィルムが汚れたり破損した場合にフィルムを剥がした後新しいフィルムを再度貼り付けることにより、汚れや破損による悪影響を取り除くことが出来る。

凹凸フィルムは、太陽電池モジュール全体を覆う大きさのものを用いても良いし、図３に示すように、太陽電池セルの大きさに応じて、小面積の凹凸フィルムを複数貼り付けてもよい。

ここで太陽電池モジュールは、一般的に、二以上の太陽電池セルから構成される。これらの太陽電池セルは一の太陽電池セルと他の太陽電池セルが、配線部材により直列または並列に接続される。直列接続の場合には接続された全ての太陽電池セルの電流値は等しくなる。この場合、発電電流値が最も小さいセルの電流値になるため、最小の電流値しか取り出すことができない。

従って、発電電流値が小さい太陽電池セルの発電電流値を向上させるために、太陽電池セルの発電量に応じて前記二以上の太陽電池セルが形成された領域に対応するように前記二枚以上の凹凸フィルムを各々配置し、凹凸構造の大きさが異なる凹凸フィルムを各太陽電池セル上に貼り付けることにより、太陽電池モジュール全体の発電電流値を効果的に向上させることができる。

図３においては発電電流値が小さいセル（３ａ）上には、凹凸構造が大きく光取り込め効果の高いフィルム（１ａ）を貼り付け、発電電流値が大きいセル（３ｂ）上には、凹凸構造が非対称形で、入射光を異方性散乱することにより発電電流値が大きいセル（３ｂ）上に入射した光の一部を発電電流値が低いセル（３ａ）の方向へ散乱する効果を持つフィルム（１ｂ）を貼り付けることにより、発電電流値が小さいセル（３ａ）の発電電流値を向上させ、太陽電池モジュール全体の発電電流値を容易に向上させることができる。

この際、凹凸フィルム形成前および後における前記二以上の太陽電池セルの発電量の差をΔＰ１およびΔＰ２（％）としたとき、ΔＰ２＜ΔＰ１を満たすことが好ましい。ここで、ΔＰ１およびΔＰ２（すなわち二以上の太陽電池セルの発電量の差）とは、太陽電池モジュールを構成する二以上の太陽電池セルのうち、発電量が最も大きいセルと最も小さいセルの差を意味する。

中でも、凹凸フィルム形成後における二以上の太陽電池セルの各々の発電量の差ΔＰ１が１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。本発明の凹凸フィルムを用いることにより、太陽電池セル間の発電量の差をより低減することが可能となり、太陽電池モジュール全体の発電量を向上させることができる。

［太陽電池セル］
本発明における太陽電池セルは特に限定されず、薄膜シリコン太陽電池や結晶シリコン太陽電池、ヘテロ接合太陽電池、化合物太陽電池であってもかまわない。

中でも、例えば、ヘテロ接合太陽電池などのように、基板の薄膜化に伴い、モジュール化の際に破損しやすく、太陽電池セルを封止する際に凹凸構造を形成しながら圧着させる場合、破損が顕著になると考えられるが、本発明においては、このような破損をより防止することができる。

また本発明における凹凸フィルムは太陽電池セルの発電電流値に合わせた凹凸構造を貼り付けることができるため、太陽電池セル作製時の膜厚不均一などにより太陽電池セルの発電電流値が不均一になりやすく、かつ太陽電池セル作製後に発電電流値を調整困難な集積型薄膜シリコン太陽電池や化合物太陽電池に、好適に用いることができる。

本発明における太陽電池モジュールは光入射面にガラス等の低透湿性の基板を用いることができるため、特許文献１などの太陽電池モジュールのように樹脂層で被覆する場合と比較して透湿性を低くすることができる。したがって、水分による性能低下が顕著に見られる非晶質半導体層などを持った太陽電池セルに対して、好ましく用いることができ、薄膜シリコン太陽電池やヘテロ接合太陽電池に特に好適に用いることができる。

［封止材］
太陽電池セル３と、他の太陽電池セルまたは外部配線とを、配線部材を用いて直列又は並列に電気的に接続し、複数の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールを作製する。太陽電池モジュールでは、その電極層や半導体層を水分や酸素等から保護することや外部と電気的に絶縁することなどを目的として、この太陽電池セル全体を、充填材料である封止材４を用いて封止することが好ましい。

この際、封止材４は、光入射側保護材１０と裏面保護材５の間に存在し、太陽電池セル３を封止するように少なくとも太陽電池セルの光入射面側もしくは裏面側に存在する構造であれば、特に限定されない。例えば、図１（ａ）に示すように、太陽電池セルとして、薄膜系太陽電池を用いる場合、透光性基板として使用するガラスと一体化させて光入射面側に接するように配置し、セル側面と裏面側を覆うように封止材を用いても良いし、図１（ｂ）に示すように、光入射面側と裏面側の両方に封止材を有していてもよい。さらに、例えばヘテロ接合太陽電池や結晶シリコン太陽電池などを用いた場合、図１（ｃ）に示すように裏面側保護材と接するように太陽電池セルを配置し、光入射面側に封止材を配置した構造であってもよい。

上記封止材４としては、樹脂を用いることが好ましく、主としてＥＶＡ（エチレン・ビニルアセテート共重合体）を用いるが、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＩＢ（ポリイソブチレン）、及びシリコーン樹脂等を用いることもできる。

上記のようにして、本発明における太陽電池モジュールを作製することができる。

以下に、実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

ガラス面上に形成した凹凸構造の形状と、光電変換効率向上効果との関係を検討するため、レイトレーシング法による３次元光シミュレーションを行った。シミュレーションでは、薄膜３接合太陽電池の光入射側ガラス面がフラットな場合と、傾斜面の傾斜角度を変えて四角錐のピラミッド形状を形成した場合について計算した。表に記載のうち傾斜角が負の数となっているのは反転（逆）四角錐形状である。３接合太陽電池はトップセルの発電層が非晶質シリコン、ミドルセルが非晶質シリコン・ゲルマニウム合金、ボトムセルが微結晶シリコンとし、それぞれの膜厚は１００ｎｍ、１００ｎｍ、２０００ｎｍとした。シミュレーション結果を表１に示す。

シミュレーションの結果から、光入射側ガラス面にピラミッド状の凹凸構造を形成した場合、傾斜角が２５°までは凹凸構造がない場合と差が見られないが、傾斜角が３０°以上で分光感度電流の向上が確認できることがわかる。光電変換効率向上は傾斜角４５〜５５°でもっとも高くなる。また、以上の傾向はピラミッドが上下反転した形状（表１では傾斜角を負数で表した）でもほぼ同様に見られる結果となった。このシミュレーション結果と、光取り込み効率向上などを考慮にいれると、傾斜角は３０°以上６５°以下が好ましく、４０°以上６０°以下がより好ましく、４５°以上５５°以下が特に好ましいと考えられる。

[実施例１]
実施例１においては、添加剤の違いによる特性の影響について調べた。

（実施例１−１）
まず、以下のようにして実施例１−１における太陽電池モジュールを作製した。３．２ｍｍ厚の白板ガラスから成る透光性基板２（屈折率１．５２）の一主面上に、透明電極層、光電変換層、裏面電極層をこの順に有する薄膜シリコン太陽電池セル３を作製した。光電変換層としては、３接合の光電変換ユニットを順に製膜した。次に、作製した太陽電池セルの裏面側に封止材４としてＥＶＡシート、裏面保護材５としてアルミニウムコートされたＰＥＴフィルムを順に重ね、真空ラミネータで圧着することにより封止し、太陽電池仕掛品を作製した。

シート厚１５０μｍ、ゴム成分の粒子径が０．０７〜０．３μｍ、ゴム成分の重量比２５％のアクリル系フィルムであるＰＭＭＡシート（カネカ製サンデュレンフィルム）を、１３０度に加熱しながら金型に押し付け、フィルム表面に凹凸構造を成形し、凹凸フィルム１を作製した。ゴム成分の粒子径はフィルムを透過型電子顕微鏡（日本電子製 ＪＥＭ−１２００ＥＸ）により加速電圧８０ｋＶでＲｕＯ_４染色超薄切片法を用いて観察し、得られた観察像から無作為に選んだ１００個のゴム成分の粒子像の粒子径の平均値を平均粒子径として求めた。屈折率が透光性基板２とほぼ等しいものを選んだ。使用したＰＭＭＡシートをエリプソメータ（Ｊ．Ａ．ウーラム製）で測定したところ、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．５２だった。

成形に使用した金型は、単結晶シリコンウェハを水酸化カリウム水溶液中で異方性エッチングすることにより作製した。エッチング時の溶液温度は８０℃、溶液の濃度は５％とした。作製した金型の表面を共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）で観察したところ、高さ３０〜４０μｍ、傾斜角が５０〜５５°の四角錐状形状が無数に観察された。

なお、金型は成型に使用する前に離型処理剤（ダイキン製オプツールＤＳＸ）で離型処理を行い、フィルムの金型への付着を抑制した。 成型した凹凸フィルム１の表面を共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）で観察したところ、逆四角錐状の形状が無数に観察された。また、凹凸構造の高さは４０μｍ、傾斜角は５０°だった。作製した凹凸フィルム１を、屈折率１．５２に調整した接着剤で透光性基板２の光入射側表面全面に貼りつけ、凹凸フィルムつきの太陽電池モジュールを作製した。

（比較例１−１）
比較例１−１では、凹凸フィルムを接着しない点のみが実施例１−１と異なっていた。すなわち、実施例１−１の太陽電池仕掛品を太陽電池モジュールとした。

これら凹凸フィルムを貼り付けた状態で、太陽電池モジュールの光電変換特性評価を行った。結果を以下に示す。

実験の結果、凹凸フィルムの無い比較例１−１は凹凸フィルムを接着した実施例１−１と比較して、短絡電流（Ｉｓｃ）が劣る結果となった。凹凸フィルムによる光閉じ込め効果の分、差が出たと考えられる。

[実施例２]
実施例２においては、ゴム添加量を変更させた場合における影響について調べた。

（実施例２−１）
実施例２−１では、ゴム添加量が１５％である点のみが実施例１−１と異なっていた。この際、凹凸構造の高さは４０μｍ、傾斜角は４９°だった。

（実施例２−２）
実施例１−１と同じ太陽電池モジュールを実施例２−２とした。

（比較例２−１）
比較例２−１では、凹凸フィルムがゴムを含まない点のみが実施例２−２と異なっていた。この際、凹凸構造の高さは４２μｍ、傾斜角は５１°だった。

（比較例２−２）
比較例２−２では、ゴム添加量が１０％である点のみが実施例２−２と異なっていた。この際、凹凸構造の高さは３９μｍ、傾斜角は４９°だった。

（比較例２−３）
比較例２−３では、ゴム添加量が３５％である点のみが実施例２−２と異なっていた。この際、凹凸構造の高さは３７μｍ、傾斜角は４８°だった。

これら凹凸フィルムを接着した状態で太陽電池モジュールの光電変換特性を測定した。さらに、それぞれ２０枚のフィルムを作製し、外観検査により合否判定を行い、合格となったフィルムの割合を歩留まりとして同じ表に示した。ここで、合否判定は切断面を目視観察することによって行い、切断面にクラック発生が認められないものを合格、クラック発生が認められるものを不合格とした。

さらに、実施例２−１〜２−２および比較例２−１〜２−３で作製したフィルムの湿熱耐久性について調べた。湿熱耐久性試験では、５ｃｍ角に切ったフィルムをガラス基板に接着し、サンプルを作製した。作製したすべてのサンプルを恒温恒湿試験装置（楠本化成株式会社製ＨＩＦＬＥＸ ＦＸ４３４Ｐ）に同時に投入し、温度８５℃、湿度８５％に一定時間保ったのち同時に取り出してフィルム表面の凹凸構造の傾斜角を測定した。凹凸構造の傾斜角の測定は共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）を用いて行った。観察した範囲は１００μｍ四方であり、凹凸構造をランダムに２０個選んで求めた。

各サンプルの凹凸構造の傾斜角測定値を以下に示す。

実験の結果、ゴム成分の重量比の少ない比較例２−１、２−２は光電変換特性としては実施例２−２とほぼ同等の結果であるが、クラック起因の不良が多く、歩留まりが悪くなった。本発明の凹凸フィルムを屋外設置の太陽電池モジュール表面に接着する場合、クラックが発生しやすいことは大きな問題となりうる。これは、フィルムカット時にフィルムふちでクラックが発生し美観をそこなうことや、フィルム取り扱い時にフィルムが曲げに耐えられず、フィルムが折れて使用不能となるためである。

反対に、ゴム添加量が多い比較例２−３では、歩留まりは高いものの光電変換特性が実施例２−２と比較して若干劣ることがわかる。ゴム添加量の増加に伴って凹凸構造に変化があらわれ、光閉じ込め効果を低減させたと考えられる。

ゴム成分の重量比が１５〜２５％の実施例２−１、２−２は高い光電変換効率を示し、また歩留まりも高くなった。また、湿熱耐久性試験の結果、ゴム添加量が２５％以下の実施例２−１〜２−２および比較例２−１〜２−２では湿熱耐性試験３０００時間経過後でも凹凸構造の傾斜角が３５°以上あることがわかる。一方ゴム添加量が３５％である比較例２−３では湿熱耐性試験３０００時間経過後では凹凸構造の傾斜角が３０°を下回っている。

凹凸構造の傾斜角が低下すると光散乱性が低下し、光閉じ込め効果が低下すると考えられる。したがって、ゴム添加量が３５％の比較例２−３のフィルムは、太陽電池モジュールに接着して使用する場合、発電効率向上効果の長期的信頼性が劣ると考えられる。

以上より、本発明の凹凸フィルムを用いることにより、特性が高く、歩留まりも向上し、長期的信頼性に優れた太陽電池モジュールを作製できることがわかった。

１ 凹凸フィルム
１ａ 光閉じ込め効果が高い凹凸フィルム
１ｂ 横方向への異方性散乱の強い凹凸フィルム
２ 透光性基板
３ 光電変換ユニット
３ａ 発電電流値が小さい光電変換ユニット
３ｂ 発電電流値が大きい光電変換ユニット
４ 封止樹脂
５ 裏面保護シート
１０ 光入射側保護材
１１ 凹凸構造
１１ａ 頂点
１１ｂ 辺
１１ｃ 稜線
１２ 傾斜面
１００ モジュール

Claims (7)

1. 光入射側保護材と裏面保護材の間に太陽電池セルを有する太陽電池モジュールであって、
   前記光入射側保護材は、太陽電池セル側から透光性基板と凹凸フィルムをこの順に有し、前記凹凸フィルムは、添加剤として重量比率が１２〜３０％、平均粒子径が０．０５μｍ〜０．４μｍのゴム成分を含むアクリル系フィルムから形成されており、かつ、光入射側表面に凹凸構造を有し、
   前記凹凸構造は、高さが５μｍ以上５０μｍ以下であり、傾斜角が３０°以上６５°以下である太陽電池モジュール。
2. 前記凹凸フィルムは、屈折率が波長５５０ｎｍにおいて１．４７〜１．５５である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記透光性基板と前記裏面保護材の間に太陽電池セルを配置した太陽電池仕掛品を準備した後、
   前記凹凸フィルムが、前記透光性基板の光入射面側に、接着剤を介して接着される太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記太陽電池モジュールは、発電量の異なる二以上の太陽電池セルを有し、
   前記太陽電池仕掛品を準備した後、前記透光性基板の光入射面側に、前記二以上の太陽電池セルに対応する少なくとも二枚以上の凹凸フィルムを準備し、
   前記二以上の太陽電池セルが形成された領域に対応するように前記二枚以上の凹凸フィルムを各々配置し、
   前記凹凸フィルム形成前および形成後における前記二以上の太陽電池セルの発電量の差をΔＰ１およびΔＰ２（％）としたとき、ΔＰ２＜ΔＰ１を満たす、請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記凹凸フィルム形成後の前記二以上の太陽電池セルの発電量の差ΔＰ１が１０％以下である、請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記凹凸フィルムは、凹凸パターンを有する母型を前記アクリル系フィルムに押圧し、押圧した状態で１１０〜１４０度で加熱して前記凹凸構造を転写することにより形成される、請求項３〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記太陽電池仕掛品が設置された後、前記凹凸フィルムを貼り付けることにより凹凸構造が形成される、請求項３〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。