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WO2016031315A1 - 太陽光発電モジュール - Google Patents

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WO2016031315A1
WO2016031315A1 PCT/JP2015/064329 JP2015064329W WO2016031315A1 WO 2016031315 A1 WO2016031315 A1 WO 2016031315A1 JP 2015064329 W JP2015064329 W JP 2015064329W WO 2016031315 A1 WO2016031315 A1 WO 2016031315A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power generation
coating
generation module
module according
transparent substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/064329
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉田 統
泰一 岸本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moresco Corp
Original Assignee
Moresco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moresco Corp filed Critical Moresco Corp
Priority to JP2016544991A priority Critical patent/JPWO2016031315A1/ja
Priority to EP15828628.6A priority patent/EP3073533A4/en
Priority to US14/911,171 priority patent/US20160260856A1/en
Priority to CN201580001820.5A priority patent/CN105659387A/zh
Priority to KR1020167002809A priority patent/KR20170045144A/ko
Publication of WO2016031315A1 publication Critical patent/WO2016031315A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H10F19/804Materials of encapsulations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30Coatings
    • H10F77/306Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • HELECTRICITY
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    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • HELECTRICITY
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    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/244Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic power generation module that can suppress a PID phenomenon that causes a significant performance degradation when installed outdoors and can stably obtain a high output.
  • Non-Patent Document 1 cover glass used as a transparent substrate member for water intrusion into the power generation module. It has been pointed out that it is caused by the movement of sodium ions inside.
  • Patent Document 1 cover glass used as a transparent substrate member for water intrusion into the power generation module.
  • Patent Document 2 cover glass used as a transparent substrate member for water intrusion into the power generation module.
  • Patent Document 3 cover glass used as a transparent substrate member for water intrusion into the power generation module. It has been pointed out that it is caused by the movement of sodium ions inside.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-11270
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-254116
  • Patent Document 3 suppression of the movement of sodium ions in the glass to the cell as described in JP2013-254993A
  • Snail Trail (also referred to as Snail Track) A bug that is called has also been reported. Snail trail is a phenomenon that occurs mainly at the interface between the power generation cell and the sealing material, and produces “a trace that looks like a snail”. Snail trails are formed by the formation of minute cracks in the silicon wafer of the cell, and are considered to involve water, oxygen, and carbon dioxide.
  • Non-Patent Document 3 the areas where the snail trails are turned to black or gray.
  • electrode components such as nanoparticulated Ag, sulfur, phosphorus or chlorine has been observed.
  • the snail trail and the troubles accompanying this are also cited as a cause due to deterioration such as corrosion and peeling of electrodes and solder.
  • These defects are considered to be caused by acetic acid generated by moisture intrusion into the module or hydrolysis of a sealing material such as EVA.
  • EVA a sealing material
  • These defects also cause a significant decrease in the reliability of the solar cell as in the case of the PID, but the fundamental solution is difficult, and an immediate countermeasure is required.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve the power generation efficiency by a simple and inexpensive method. Moreover, PID and snail trail, which are the main causes of performance deterioration, An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation module capable of suppressing the occurrence of problems associated therewith.
  • the present inventors have verified each member in the photovoltaic power generation module at the molecular level and are conscious of the importance of cost reduction.
  • Various studies were conducted and various conditions were examined. As a result, it was found that the PID phenomenon hardly occurs when predetermined physical properties are imparted to the surfaces of the respective members inside and outside the photovoltaic power generation module. That is, the object of the present invention is achieved by the following configuration.
  • At least the outer peripheral frame, the transparent substrate, the sealing material, and the back sheet as the structural member, and at least one of the following (A) or (B) as the functional member, (A) Cell and interconnector, (B) a transparent electrode, a power generation layer, and a back electrode, A photovoltaic power generation module in which at least a part or all of any of the above members is covered with a coating of a water-repellent surface modifying material.
  • the photovoltaic module according to (1), wherein the sheet resistance of the coating of the surface modifying material is 100 ⁇ / sq or more under the condition of a humidity of 85% RH.
  • the coating of the surface modifying substance is formed on the surface of one or more members selected from an outer peripheral frame member, a transparent substrate member, and a back sheet member. Any photovoltaic module.
  • the present invention it is possible to improve the power generation efficiency inexpensively and easily, and can suppress the occurrence of PID, the snail trail, or the problems associated with them, which are the main causes of the output decrease of the photovoltaic power generation module,
  • the reliability and life of the solar power generation module are improved, it is possible to ensure a stable output for a long period of time, and it is extremely useful in manufacturing in a mass production process.
  • FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing the light emission state of Invention Sample 1 in Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing the light emission state of Invention Sample 1 left under high temperature and high humidity conditions in Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing a light emission state of Comparative Sample 1 left under high temperature and high humidity conditions in Comparative Example 1.
  • FIG. FIG. 5 is a drawing-substituting photograph showing the light emission state of Invention Sample 2 that was left under high temperature and high humidity conditions in Example 2.
  • FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing the light emission state of Invention Sample 3 that was left under high temperature and high humidity conditions in Example 3.
  • FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing a light emission state of Invention Sample 4 left in a high temperature and high humidity condition in Example 4.
  • FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing the light emission state of Invention Sample 3 that was left under high temperature and high humidity conditions in Example 3.
  • FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing a light emission state of Invention Sample 4 left in a high temperature and high humidity condition in Example 4.
  • the photovoltaic power generation module of the present invention has at least an outer peripheral frame, a transparent substrate, a sealing material and a back sheet as a structural member, and at least one of the following (A) or (B) as a functional member, (A) Cell and interconnector, (B) a transparent electrode, a power generation layer, and a back electrode, Furthermore, at least a part or all of the surface of any one of the above members is covered with a coating of a water-repellent surface modifying substance.
  • a water-repellent surface modifying substance By covering at least a part of the structural member with the coating of the water-repellent surface modifying substance, it is possible to prevent the ingress of moisture and suppress the generation of PID.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a (A) crystal-based photovoltaic power generation module.
  • the solar power generation module of this example includes at least an outer peripheral frame 11, a transparent substrate 12, a sealing material 13, a cell 14, an interconnector 15, and a back sheet 16 as a basic configuration.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of (B) an amorphous silicon-based or compound-based solar power generation module.
  • the solar power generation module of this example includes at least an outer peripheral frame 101, a transparent substrate 102, a sealing material 103, a power generation layer 104, a transparent electrode 105, a back electrode 106, and a back sheet 107 as a basic configuration. .
  • the outer peripheral frame, the transparent substrate, the sealing material, and the back sheet are structural members, and are common to all types of solar power generation modules.
  • functional members directly involved in the power generation function are (A) cells and interconnectors in crystalline solar power generation modules, and (B) transparent electrodes and power generation in amorphous silicon or compound solar power generation modules. Layer, and back electrode.
  • each said structural member is an essential basic structure, and an additional structural element is further added as needed.
  • the functional member is important, and any one of these, in particular, a part or all of the laminate of the cell or transparent electrode, the power generation layer, and the back electrode may be covered. Also, it is more effective to form the interconnector when forming the coating on the cell. Furthermore, when forming in these partial areas, it is preferable to form it on the entire surface of one side of the cell or the entire surface of the back electrode.
  • a film of a surface modifying substance may be formed on at least one of the outer peripheral frame, the transparent substrate, the sealing material, and the back sheet. Furthermore, if a film is formed on the inner surface of the transparent substrate, that is, the sealed space side, it is possible to prevent the cell from being contaminated by sodium ions or the like present on the transparent substrate, which is also effective. Further, it is preferable that a coating is present at least on the contact surface with the cell. In addition, when using aluminum for an outer periphery flame
  • the surface of each constituent element is covered with a coating of the surface modifying substance.
  • the thickness of the surface modifying substance coating is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more and 500 nm or less, and further preferably 10 nm or more and 160 nm or less. If the film is too thin, it is difficult to obtain the effect, and even if the thickness exceeds a certain value, the effect does not change, so the material is wasted.
  • the surface-modifying substance coating can prevent the movement of ultrafine substances such as ions and molecules, and ions such as sodium in the module that cause PID. It is difficult to cause the movement phenomenon.
  • the said film is water-repellent, the solar power generation module which rain water and the water
  • the sheet resistance is 100 ⁇ / sq or more, preferably 500 ⁇ / sq or more, more preferably 1000 ⁇ / sq or more under the condition of a humidity of 85% RH. Good. If the sheet resistance is equal to or greater than the above value, the performance deterioration of the power generation module due to PID can be effectively prevented.
  • the sheet resistance of a member effective under the above humidity conditions is 100 ⁇ / sq or more, but the upper limit is preferably 10 15 ⁇ / sq or less, more preferably 10 10 ⁇ / sq or less.
  • the surface resistivity (unit: ⁇ / ⁇ or ⁇ / sq) is usually used.
  • This resistance value is referred to as sheet resistance or surface resistance, and is a resistance value when current flows in a unit square (1 cm 2 ) region from one side to the opposite direction.
  • a film with high water repellency has a large sheet resistance value.
  • the temperature condition for measuring the electrical resistance of the member surface in the present invention is preferably ⁇ 40 ° C. to 100 ° C., more preferably 15 to 85 ° C., and more preferably 20 ° C. to 60 ° C.
  • a contact angle of water The larger the contact angle of the coating film with water in the present invention, the better the water repellency, the water penetration into the photovoltaic module can be inhibited, and the initial performance can be maintained for a long time outdoors. Also, dirt attached to the module can be easily removed.
  • the contact angle can be measured with a contact angle meter.
  • a preferable range of the water contact angle of the coating film is a condition where the measurement temperature is 20 ° C. to 50 ° C. and the measurement humidity is 20% RH to 50% RH, preferably greater than 50 degrees and less than 180 degrees. More preferably more than 100 degrees and less than 150 degrees, still more preferably more than 100 degrees and less than 140 degrees.
  • the sliding angle of water The smaller the sliding angle of the coating film with respect to water in the present invention, the more the water repellency is improved and the water penetration into the photovoltaic power generation module can be inhibited, and the initial performance can be maintained for a long time outdoors.
  • the sliding angle can be measured with a sliding angle meter.
  • the film surface of each member of the solar power generation module is kept horizontal to allow water droplets to adhere, and the film surface is tilted little by little to measure the angle at which the water droplets slide down.
  • the sliding angle effective in the present invention is not less than 0.5 degrees and not more than 60 degrees, preferably not less than 0.5 degrees and not more than 50 degrees, more preferably not less than 1 degree and not more than 45 degrees.
  • the refractive index of the coating itself applied to the photovoltaic module in the present invention is the same as the refractive index of the transparent substrate member that is a structural member or the cell member that is a functional member, the power generation efficiency when the coating is applied is applied to the photovoltaic module. The same performance as before can be maintained.
  • the refractive index of the coating is smaller than the refractive index of the transparent substrate member or cell member, the power generation performance is preferably improved by about 0.5 to 3% due to the antireflection effect.
  • the power generation efficiency when the coating is applied maintains the same performance as before applying the coating. it can. Further, when the light transmittance of the coating is higher than the light transmittance of the transparent substrate member or cell member, the power generation performance is improved by about 0.5% to 3%.
  • a porous antireflection material may be used, but since the coating in the present invention forms a further water-repellent coating on the porous antireflection material, PID induced by such an antireflection material can also be prevented.
  • any organic or inorganic material can be used as long as it has the above characteristics.
  • a resin material is preferable.
  • the resin material any one of a solvent dilution type, a thermosetting type, and an ultraviolet curable type resin can be used.
  • the solvent dilution type resin means a resin in which the precursor of the coating film is not chemically changed even after the coating is formed.
  • the thermosetting resin means that the precursor of the coating is cured by heat.
  • resin means an ultraviolet ray (or radiation containing light) curable resin means a resin in which a precursor of a coating is cured by ultraviolet rays (or radiation containing light).
  • Solvent-diluted resin The solid component, which is the main component for forming the coating, is dissolved in advance, applied to each member of the photovoltaic power generation module, and the coating is formed by evaporating the solvent to obtain the desired coating-forming module.
  • the solid content used in the solvent dilution type include acrylic resin, epoxy resin, PC (polycarbonate), TAC (triacetyl cellulose), PET (polyethylene terephthalate), PVA (polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), and PEI.
  • Polyetherimide polyester, EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer), PCV (polyvinyl chloride), PI (polyimide), PA (polyamide), PU (polyurethane), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PS (Polystyrene), PAN (polyacrylonitrile), butyral resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), PVF (polyfluoride) Yl) fluororesin such as, can be used by mixing one of the foregoing such as silicone resin, or two or more.
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • PCV polyvinyl chloride
  • PI polyimide
  • PA polyamide
  • PU polyurethane
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS Polystyrene
  • PAN polyacrylonitrile
  • the fluorine-based resin is excellent in water repellency and has excellent characteristics as described above. On the other hand, even when other resins are used, a certain degree of effect can be obtained, so that these can be used depending on the use conditions. Furthermore, a resin composition or the like provided with thermosetting or active energy ray curability such as ultraviolet rays can be used.
  • Thermosetting resin Dissolve the solids, which is the main component of the coating, and apply it to each member of the photovoltaic module, evaporate the solvent, and then heat the coated surface at room temperature or above to form the coating Thus, a desired module can be obtained.
  • the solid content used in the thermosetting type include polymers such as epoxy resins, melamine resins, urea resins, urethane resins, and polyimide resins, and fluororesins, silazane resins, and silicone resins. Two or more kinds can be mixed and used.
  • Ultraviolet (or radiation containing light) curable resin Dissolve solids, which is the main component of the film, and apply it to each member of the photovoltaic module and evaporate the solvent.
  • a desired module is obtained by forming a cured film by irradiating (or radiation containing light).
  • the radiation or electromagnetic wave used for the effect is generally ultraviolet rays, but radiation containing light such as visible light can also be used.
  • the solid content used in the ultraviolet (or radiation containing light) curable type include silicone resins, acrylic resins, unsaturated polyester resins, epoxy resins, fluororesins, oxetane resins, and polyvinyl ether resins. Or 2 or more types can be used.
  • UV light (or visible light) curing high pressure mercury lamp, constant pressure mercury lamp, thallium lamp, indium lamp, metal halide lamp, xenon lamp, ultraviolet LED, blue LED, white LED, excimer lamp manufactured by Harrison Toshiba Lighting, manufactured by Fusion
  • light sources such as H bulbs, H plus bulbs, D bulbs, V bulbs, Q bulbs, M bulbs, etc.
  • sunlight it is also possible to use sunlight.
  • as a method of curing in the absence of oxygen there is a case where the curing is performed in an atmosphere of nitrogen gas, carbon dioxide gas, helium gas or the like.
  • ultraviolet curing it is preferable to irradiate ultraviolet rays of 200 to 400 nm, preferably in the range of 0.1 to 1000 J / cm 2 . Moreover, it is more preferable to irradiate the energy ray active for curing by dividing it into a plurality of times. That is, when the first irradiation is performed for about 1/20 to 1/3 of the total irradiation amount and the necessary remaining amount is irradiated for the second and subsequent times, a cured product having smaller birefringence can be obtained.
  • the irradiation time can be appropriately adjusted according to the amount of resin and the degree of curing, and is usually adjusted between about 1 second and 10 minutes.
  • the solvent used for dissolving the solid content used as a solvent dilution type, a thermosetting type, or an ultraviolet ray (or radiation containing light) curable type is any solvent that can dissolve or disperse the solid content. It is not limited. Specifically, CF 3 CH 2 OH, F (CF 2 ) 2 CH 2 OH, (CF 3 ) 2 CHOH, F (CF 2 ) 3 CH 2 OH, F (CF 2 ) 4 C 2 H 5 OH, Fluorine alcohol solvents such as H (CF 2 ) 2 CH 2 OH, H (CF 2 ) 3 CH 2 OH, H (CF 2 ) 4 CH 2 OH, and fluorine-containing fragrances such as perfluorobenzene and meta-xylene hexafluoride Group solvents, CF 4 (HFC-14), CHClF 2 (HCFC-22), CHF 3 (HFC-23), CH 2 CF 2 (HFC-32), CF 3 CF 3 (PFC-116), CF 2 ClCFCl
  • the dilution rate may be adjusted to an optimum dilution rate depending on the resin and solvent to be used, the thickness of the coating film to be formed, and the drying conditions.
  • the solid component is adjusted to 30 to 0.05% by mass in the adjusted solvent.
  • the various alcohol solvents, fluorine solvents, ketone solvents, and ester solvents are preferred from the viewpoint of solubility, coating film appearance, and storage stability, and in particular, methanol, ethanol, isopropanol, methyl ethyl ketone, Methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cellosolve acetate, butyl acetate, ethyl acetate, perfluorobenzene, metaxylene hexafluoride, HCFC-225, CFC-113, HFC-134a, HFC-143a, HFC-142b alone or in combination It is preferable to use a mixture.
  • Hyflon series Solvay Solexis
  • THV series Suditomo 3M
  • Neoflon series Daikin Kogyo
  • Optoace Daikin Kogyo
  • Kyner series Alkama
  • Dionion series Dion Co., Ltd.
  • Marvell Coat Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.
  • F Top Series Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co., Ltd.
  • SDF Coat AGC Seikagaku Co., Ltd.
  • a method of immersing the above solution in a cloth or paper and wiping the surface of each member of the solar cell module by hand is used.
  • a suitable method can be selected from existing coating methods. Specifically, printing methods such as screen printing, gravure coating method, reverse coating method, bar coating method, spray coating method, knife coating method, roll coating method, die coating method, etc. can be used. (Flow coating), spin coating method, CVD method, mist-CVD method and the like may be used. By selecting an optimum one from these methods and forming a desired film, it is possible to obtain a solar power generation module having a film of a surface modifying material having an arbitrary physical property.
  • the film thickness of the coating film to be formed is not particularly restricted and may be about the same as that of a coating film formed from a normal resin material. Specifically, it may be about 1 to 500 ⁇ m. It is also possible to adjust to the desired physical properties by adjusting the film thickness of the coat layer. What is necessary is just to adjust the solid content concentration of the composition solution for application
  • the surface-modifying substance film can be effectively formed on the structural member or the functional member.
  • the coating film can be formed on the surfaces of the outer peripheral frame member, the transparent substrate member, and the back sheet member, which are structural members, it is possible to suppress PID, snail trails, or problems associated therewith.
  • the outer peripheral frame member, the transparent substrate member, and the back sheet member are all covered with a coating of a surface modifying material in advance, and a solar power generation module is assembled, so that It is possible to prevent intrusion of outside air and prevent PID and snail trails or problems associated with them.
  • at least one or more of the outer peripheral frame member, the transparent substrate member, and the back sheet member can also achieve an effect by covering only the surface where the member is in contact with air.
  • the film may be formed on a functional member.
  • a functional member it is effective if it is formed on a cell, and it may be formed on a part or front of the cell member surface. Or you may form in the laminated body of a transparent electrode, an electric power generation layer, and a back surface electrode, However Since these are integrally formed on the transparent substrate, it is necessary to form a film so that these may be covered.
  • each member of the power generation module for example, aluminum is often used for the outer peripheral frame from the viewpoint of ease of processing and light weight.
  • the transparent substrate is not necessarily limited, and materials such as glass, polycarbonate, acrylic, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyimide (PI) are used.
  • the sealing material for example, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl butyral (PVB), silicone resin, or the like is used, and the cell, the interconnector, the power generation layer, the transparent electrode, and the back electrode are protected.
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PET polyethylene terephthalate
  • PE polyethylene
  • aluminum, glass, or a laminate thereof is used to protect the sealing material and the internal power generation site.
  • butyl rubber, silicone rubber, or the like is used as a caulking agent inside the outer peripheral frame to protect the inside of the power generation module.
  • the present invention can be used regardless of the aspect of the photovoltaic power generation module, such as a crystal system, an amorphous silicon system, a compound system such as CIGS, and an organic system such as a hue sensitizing type and an organic thin film type. It can be used for all photovoltaic power generation modules having a power generation substrate.
  • various additional components such as an antireflection layer may be added to supplement the necessary functions.
  • Teflon AF1601S is soaked into the cloth, so that the outer peripheral aluminum frame, transparent glass substrate and frame of the crystalline solar power module (1650mm x 990mm) so that the thickness of the film is about 0.02 to 0.2 ⁇ m
  • the glass substrate and the back sheet were coated with a gap, and hot air was sent with a hair dryer and dried.
  • Water contact angle (25 ° C., 40% RH) and sliding angle (25 ° C., 40% RH) and sheet resistance (25 ° C., 85% RH) of the glass transparent substrate of the power generation module (Invention Sample 1) on which the film is formed Were 104.3 degrees, 14.8 degrees, and 5.51 ⁇ 10 4 ⁇ / sq, respectively.
  • a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module to emit light, all the internal cells emitted light as shown in FIG. 3, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • the power generation module was left for 150 hours while being exposed to a high temperature and high humidity condition (85 ° C., 85% RH) in a temperature and humidity control device such as a constant temperature and humidity chamber, and then removed from the device and, similarly to the above, ⁇ 1000 V When voltage was applied, light was emitted as shown in FIG. 4, and the light emission at this time was 98% of the light emission before exposure to high temperature and high humidity conditions.
  • a high temperature and high humidity condition 85 ° C., 85% RH
  • a temperature and humidity control device such as a constant temperature and humidity chamber
  • Example 1 As in Example 1, a voltage of ⁇ 1000 V was applied to a photovoltaic power generation module (Comparative Sample 1) that did not form a coating in the same lot as described above, and a light emission amount of 100% (reference value) was obtained. When this module was left to stand for 96 hours while being exposed to high temperature and high humidity (85 ° C., 85% RH) conditions as in Example 1, it was taken out, and when a voltage of ⁇ 1000 V was applied as in Example 1, FIG. Thus, light was emitted at a light emission amount of 2% compared to the reference value.
  • Example 2 Infiltrate Teflon AF1601S into the cloth and apply the same film thickness to that of Example 1 to the outer aluminum peripheral frame and glass transparent substrate of the crystalline solar power generation module (1650mm ⁇ 990mm) of the same lot as Example 1. And heated with a hair dryer to dry. Water contact angle (25 ° C., 40% RH) and sliding angle (25 ° C., 40% RH) and sheet resistance (25 ° C., 85% RH) of the glass transparent substrate of the power generation module (Invention Sample 2) on which the film is formed Were measured to be 104.5 degrees, 14.1 degrees, and 4.91 ⁇ 10 4 ⁇ / sq, respectively. When a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module, all the internal cells emitted light, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • This power generation module was left for 130 hours while being exposed to high temperature and high humidity conditions (85 ° C., 85% RH) in the same manner as in Example 1, and when a voltage of ⁇ 1000 V was applied, light was emitted as shown in FIG. The amount of luminescence was 97% before being exposed to high temperature and high humidity conditions.
  • Example 3 Infiltrate Teflon AF1601S into the cloth and apply the same film thickness to that of Example 1 to the outer aluminum peripheral frame and glass transparent substrate of the crystalline solar power generation module (1650mm ⁇ 990mm) of the same lot as Example 1. And heated with a hair dryer to dry. Water contact angle (25 ° C., 40% RH) and sliding angle (25 ° C., 40% RH) and sheet resistance (25 ° C., 85% RH) of the glass transparent substrate of the power generation module (Invention Sample 3) on which the film is formed Were 108.1 degrees, 9.7 degrees, and 7.15 ⁇ 10 4 ⁇ / sq, respectively. When a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module, all the internal cells emitted light, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • This power generation module was taken out after being left for 100 hours while being exposed to high temperature and high humidity conditions (85 ° C., 95% RH) in the same manner as in Example 1.
  • high temperature and high humidity conditions 85 ° C., 95% RH
  • Example 4 Marvel coat RFH-05X is soaked into the cloth, and the same film thickness as in Example 1 is applied to the outer aluminum outer frame and glass transparent substrate of the crystalline solar power generation module (1650mm x 990mm) in the same lot as Example 1. Then, it was coated and heated with a hair dryer and dried. Water contact angle (25 ° C., 40% RH) and sliding angle (25 ° C., 40% RH) and sheet resistance (25 ° C., 85% RH) of the glass transparent substrate of the power generation module (Invention Sample 4) on which the film is formed Were 109.5 degrees, 10.9 degrees, and 1.15 ⁇ 10 4 ⁇ / sq, respectively. When a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module, all the internal cells emitted light, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • This power generation module was taken out after being left for 120 hours while being exposed to high temperature and high humidity conditions (85 ° C., 85% RH) in the same manner as in Example 1.
  • high temperature and high humidity conditions 85 ° C., 85% RH
  • Example 5 Infiltrate a cloth with a butyl acetate solution in which 4% by mass of polymethylmethacrylate is dissolved, and implement it on the outer peripheral aluminum frame and glass transparent substrate of the crystalline solar power generation module (1659 mm ⁇ 990 mm) of the same lot as in Example 1.
  • the film was coated so as to have the same film thickness as in Example 1, hot air was sent with a hair dryer and dried.
  • the power generation module was left for 15 hours while being exposed to high-temperature and high-humidity conditions (85 ° C., 95% RH) in the same manner as in Example 1.
  • the light emission amount when a voltage of ⁇ 1000 V was applied was high-temperature and high-humidity conditions.
  • Example 6 Infiltrate Marvel Coat RFH-05X into the cloth, and apply it to the glass transparent substrate outside the crystal solar power generation module (1650mm x 990mm) of the same lot as in Example 1 so that it has the same film thickness as in Example 1. Then, hot air was sent with a hair dryer and dried. Water contact angle (25 ° C., 40% RH) and sliding angle (25 ° C., 40% RH) and sheet resistance (25 ° C., 85% RH) of the glass transparent substrate of the power generation module (Invention Sample 6) on which the film is formed Were 109.3 degrees, 10.5 degrees, and 0.97 ⁇ 10 3 ⁇ / sq, respectively. When a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module, all the internal cells emitted light, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • the power generation module was left to stand for 30 hours while being exposed to high-temperature and high-humidity conditions (85 ° C., 85% RH) in the same manner as in Example 1, and the amount of luminescence when a voltage of ⁇ 1000 V was applied was high-temperature and high-humidity conditions. The amount of luminescence before exposure to 96%.
  • Example 7 Infiltrate Marvel Coat RFH-05X into the cloth, and apply it to the outer peripheral frame of the crystalline solar power generation module (1650mm x 990mm) of the same lot as in Example 1 so as to have the same film thickness as in Example 1. Then, hot air was sent with a hair dryer and dried. Water contact angle (25 ° C, 40% RH) and sliding angle (25 ° C, 40% RH) and sheet resistance (25 ° C, 85% RH) of the aluminum outer frame of the power generation module (Invention Sample 7) on which the film is formed Were 108.3 degrees, 11.2 degrees, and 4.15 ⁇ 10 3 ⁇ / sq, respectively. When a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module, all the internal cells emitted light, and the light emission amount was set to 100% (reference value).
  • the power generation module was left to stand for 30 hours while being exposed to high-temperature and high-humidity conditions (85 ° C., 85% RH) in the same manner as in Example 1, and the amount of luminescence when a voltage of ⁇ 1000 V was applied was high-temperature and high-humidity conditions. The amount of luminescence before exposure to 95%.
  • Example 8 Infiltrate Marvel Coat RFH-05X into the cloth, apply it to the gap between the outer peripheral aluminum frame and the transparent glass substrate of the crystalline solar power generation module (1650mm x 990mm) of the same lot as in Example 1, and hot air with a hair dryer And dried.
  • a voltage of ⁇ 1000 V was applied to the power generation module (Invention Sample 8) on which the film was formed, all the cells inside emitted light, and this light emission amount was set to 100% (reference value).
  • the power generation module was left to stand for 30 hours while being exposed to high-temperature and high-humidity conditions (85 ° C., 85% RH) in the same manner as in Example 1, and the amount of luminescence when a voltage of ⁇ 1000 V was applied was high-temperature and high-humidity conditions. The amount of luminescence was 94% before exposure to water.
  • the present invention is not limited to the type of power generation substrate such as a single-crystal, polycrystal, amorphous silicon semiconductor type or other silicon type or CIGS, or other compound type, such as a hue sensitized type or an organic thin film type. It can be used to maintain the long-term performance of various types of photovoltaic power generation modules and to improve power generation efficiency. Moreover, it can apply not only to what uses the sunlight used outdoors as an energy source, but to the electric power generation module which uses artificial light as an energy source indoors.
  • outer peripheral frame 12 transparent substrate 13: sealing material 14: cell 15: interconnector 16: backsheet 101: outer peripheral frame 102: transparent substrate 103: sealing material 104: power generation layer 105: transparent electrode 106: back electrode 107 : Back sheet

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Abstract

【課題】太陽光発電モジュールには、長期間の屋外使用でも性能を維持する必要がある。 【解決手段】構造部材として少なくとも外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートと、機能部材として少なくとも以下の(A)または(B)の何れかを有し、 (A)セルおよびインターコネクタ、 (B)透明電極、発電層、および裏面電極、 撥水性の表面改質物質の被膜で少なくとも上記いずれかの部材の表面全てまたは一部が覆われている構成の太陽光発電モジュールとした。

Description

太陽光発電モジュール
 本発明は、屋外などに設置する際に著しい性能低下を引き起こすPID現象を抑制し、安定して高出力を得ることが可能な太陽光発電モジュールに関する。
 地球温暖化対策として自然エネルギーの利用が注目されている。その選択肢のひとつである太陽電池には、高変換効率、高耐候性、低コストが望まれており、特に発電機能の中核である太陽電池モジュール(あるいは太陽光発電モジュール)には、高い変換効率を維持しつつ長期安定的に使用できることが求められている。
 ところで、近年産業用途などにおいて、多数のモジュールを直列接続して運転するなど、太陽光発電モジュールを高電圧で運転するケースが増えている。しかし、このような高電圧で運転すると、稼働フレームとモジュール間に高い電位差が生じ、PID(Potential Induced Degradation)と呼ばれる発電能力が著しく減衰する現象が起こることが分かっている。得られた電気の利用効率を上げるために、今後も太陽電池の運転電圧は高くなる傾向にあり、より高い電圧で運転してもPIDを起こさない太陽光発電モジュールの設計が求められている。
 PIDの生じる原因として、例えば”旭硝子株式会社、PV JAPAN 2013 部材関連専門セミナー資料、2013年”(非特許文献1)では、発電モジュール内への水の侵入や透明基板部材として使用されるカバーガラス中のナトリウムイオンの移動により惹起されることが指摘されている。このPIDを防止するために、特開2014-11270号公報(特許文献1)に記載されているような絶縁性の高いセル封止材の使用や、特開2011-254116号公報(特許文献2)や、特開2013-254993号公報(特許文献3)に記載されているようなガラス中のナトリウムイオンのセルへの移動抑制など、種々の対策が提案されているが、根本的な解決には至っていない。
 さらに、”P.Pengほか、RSC Advances、2巻、113599-11365ページ、2012年”(非特許文献2)等では、スネイルトレイル(Snail Trail)(スネイルトラック(Snail Track)とも表記される)と呼ばれる不具合も報告されている。スネイルトレイルとは、主に発電セルと封止材の界面に発生し、“カタツムリが這った様な痕跡”を生じる現象である。スネイルトレイルは、セルのシリコンウェハーに微少なクラックが生じることで形成され、水、酸素、二酸化炭素が関与していると考えられている。
 また、”S.Richterほか、Proceedings of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、2012”(非特許文献3)では、スネイルトレイルが生じた部分は黒色や灰色に変色しており、それら変色域には、ナノ粒子化したAg等の電極成分のほかに硫黄、リンあるいは塩素が観測されている。また、スネイルトレイルと、これに付随して起こる不具合では、電極やハンダの腐食、剥離などの劣化によるものも一因として挙げられている。これらの不具合は、モジュールの中への水分の侵入や、EVA等の封止材の加水分解により生じた酢酸が原因であると考えられている。そして、これらの不具合もPIDと同様に太陽電池の信頼性を著しく低下させる要因となるが、根本的な解決が困難であり、早急な対策が必要とされている。
特開2014-11270号公報 特開2011-254116号公報 特開2013-254993号公報
旭硝子株式会社、PV JAPAN 2013 部材関連専門セミナー資料(2013年) P.Pengほか、RSC Advances、2巻、113599-11365ページ、2012年 S.Richterほか、Proceedings of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、2012年
 本発明の目的は、上記の問題を解決するためになされたものであり、簡便かつ安価な方法で発電効率を向上させることが可能で、しかも性能劣化の主原因となるPIDや、スネイルトレイルと、これに随伴する不具合の発生を抑制することが可能な太陽光発電モジュールを提供することである。
 本発明者らは、発電効率を向上させかつ前述の問題点を解決するために、太陽光発電モジュール内の各部材を分子レベルで検証し、コスト低減の重要性も意識しつつ、具体的な検討を重ね、種々の条件を検討した。その結果、太陽光発電モジュール内外の各部材の表面に所定の物性を付与するとPID現象が発生し難いことを見出した。すなわち、本発明の目的は以下の構成により達成される。
(1)構造部材として少なくとも外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートと、機能部材として少なくとも以下の(A)または(B)の何れかを有し、
(A)セルおよびインターコネクタ、
(B)透明電極、発電層、および裏面電極、
撥水性の表面改質物質の被膜で少なくとも上記いずれかの部材の一部または全てが覆われている太陽光発電モジュール。
(2)前記表面改質物質の被膜のシート抵抗が、湿度が85%RHの条件下で100Ω/sq以上である上記(1)の太陽光発電モジュール。
(3)前記被膜の水の接触角が50度より大きい上記(1)または(2)の太陽光発電モジュール。
(4)前記表面改質物質の被膜面の水の滑落角が0.5度以上60度以下である上記(1)~(3)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(5)前記表面改質物質の被膜の屈折率が透明基板部材およびセル部材の屈折率と同じあるいは小さい上記(1)~(4)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(6)前記表面改質物質の被膜の光線透過率が透明基板部材およびセル部材と同じかあるいは大きい上記(1)~(5)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(7)前記表面改質物質が、溶剤希釈型、熱硬化型または紫外線硬化型のいずれかの樹脂である上記(1)~(6)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(8)前記表面改質物質の被膜は外周フレーム部材、透明基板部材およびバックシート部材から選択される1つまたは2つ以上の部材の表面に形成されている上記(1)~(7)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(9)前記表面改質物質の被膜は部材が空気と接触している部分に形成されている上記(1)~(8)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(10)前記表面改質物質の被膜はセル部材表面の一部または全部に形成されている上記(1)~(7)のいずれかの太陽光発電モジュール。
(11)前記表面改質物質の被膜は基板の内側の一部または全部に形成されている上記(1)~(8)のいずれかの太陽光発電モジュール。
 本発明によれば、安価かつ簡便に発電効率を向上させることが可能であり、太陽光発電モジュールの出力低下の主原因となるPIDや、スネイルトレイルあるいはこれらに随伴する不具合の発生を抑制でき、太陽光発電モジュールの信頼性、寿命が向上し、長期間安定した出力を確保することが可能となり、しかも量産工程での製造で極めて有用である。
本発明の太陽光発電モジュールの一態様を示す模式図である。 本発明の太陽光発電モジュールの他の態様を示す模式図である。 実施例1において発明サンプル1の発光状態を示した図面代用写真である。 実施例1において高温高湿条件下で放置した発明サンプル1の発光状態を示した図面代用写真である。 比較例1において高温高湿条件下で放置した比較サンプル1の発光状態を示した図面代用写真である。 実施例2において高温高湿条件下で放置した発明サンプル2の発光状態を示した図面代用写真である。 実施例3において高温高湿条件下で放置した発明サンプル3の発光状態を示した図面代用写真である。 実施例4において高温高湿条件下で放置した発明サンプル4の発光状態を示した図面代用写真である。
 本発明の太陽光発電モジュールは、構造部材として少なくとも外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートと、機能部材として少なくとも以下の(A)または(B)の何れかを有し、
(A)セルおよびインターコネクタ、
(B)透明電極、発電層、および裏面電極、
 さらに、撥水性の表面改質物質の被膜で少なくとも上記いずれかの部材の表面の一部または全てが覆われている。このように、撥水性の表面改質物質の被膜で構造部材の少なくとも一部を覆うことにより、水分の進入を防止してPIDの発生を抑制することができる。
 以下に本発明の実施形態について、代表的な太陽光発電モジュール構造の断面図を例示して説明するが、本発明はこれらの例示構造に限定されるものではない。図1は(A)結晶系の太陽光発電モジュールの断面図であり、その詳細については上記特許文献2を参照されたい。この例の太陽光発電モジュールは、基本構成として少なくとも外周フレーム11と、透明基板12と、封止材13と、セル14と、インターコネクタ15と、バックシート16とを有する。
 図2は、(B)アモルファスシリコン系あるいは化合物系の太陽光発電モジュールの断面図であり、その詳細については、例えば特開2013-165232号公報あるいは特開平05-175529号公報を参照されたい。この例の太陽光発電モジュールは、基本構成として少なくとも外周フレーム101と、透明基板102と、封止材103と、発電層104と、透明電極105と、裏面電極106と、バックシート107とを有する。
 図1に例示される太陽光発電モジュールの場合、太陽光や発電に必要な光は、モジュールの透明基板12を透過してセル14に至り、セル14で光電変換され、生じた電力がインターコネクタ15を介して取り出される。また、図2に例示される太陽光発電モジュールの場合、太陽光や発電に必要な光は、モジュールの透明電極を通過して発電層104に至り、発電層104で光電変換され、生じた電力が透明基板102と裏面電極106とを介して取り出される。
 ここで、図1、2における構成要素のうち、外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートは構造部材であり、何れの種類の太陽光発電モジュールにも共通している。一方、発電機能に直接関与する機能性部材は、(A)結晶系の太陽光発電モジュールではセルおよびインターコネクタであり、(B)アモルファスシリコン系あるいは化合物系の太陽光発電モジュールでは透明電極、発電層、および裏面電極となる。なお、上記各構成部材は必須の基本構成であり、必要に応じてさらに付加的な構成要素が加えられる。
 本発明では、これらの構成要素のうちの何れかにおいて、その表面の少なくとも一部が撥水性の表面改質物質の被膜で覆われていることが重要である。なかでも、機能性部材は重要であり、これらの何れか、特にセルまたは透明電極、発電層、および裏面電極の積層体の一部または全ての表面が覆われているようにするとよい。また、セルに被膜を形成するときにはインターコネクタまで形成するのがより効果的である。さらに、これらの一部の領域に形成するときには、セルの片面全面、あるいは裏面電極側全面に形成するとよい。
 一方、このような機能性部材に被膜を形成するのが困難であるかコスト面などの理由により、機能性部材に被膜を形成することができない場合には、構造部材の何れかの表面に形成してもある程度の効果を得ることができる。具体的には、外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートの少なくとも何れかの表面に表面改質物質の被膜を形成してもよい。さらに、透明基板の内面、つまり封止空間側に被膜を形成すると透明基板に存在するナトリウムイオン等によるセルの汚染を防止することができるので、これも効果的である。また、少なくともセルとの接触面には被膜が存在するようにするとよい。なお、外周フレームにアルミニウムを用いる場合には、アルミニウム表面にアルマイト(酸化アルミニウム)処理を行ったものが好ましい。
 また、これらの部材の結合ないし接合部に表面改質物質の被膜を形成するのも効果的である。特に効果的なのは、少なくともこれらの部材が空気(外気)と接触している部分だけに被膜を形成することである。勿論、被膜形成部位が多く、皮膜形成面積の占有率が大きいほど効果が高く、これらの全てに被膜を形成するのが最も効果的である。
 具体的な数値で表した場合、各構成要素の表面の好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上が表面改質物質の被膜で覆われるようにするとよい。ここで重要なのは、構成部材の表面を一部でも表面改質物質の被膜で覆うことで一定の効果が得られるということである。表面改質物質の被膜の厚みとしては、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは5nm以上500nm以下であり、さらに好ましくは10nm以上160nm以下である。被膜が薄すぎると効果が得られ難くなり、一定以上の厚みにしても効果に変化が生じなくなってくるので、材料が無駄になる。
 表面改質物質の被膜は、孔(穴)やクラックなどが少なければ少ないほどイオンや分子などの超微細な物質移動を妨げることができ、PIDを引き起こす原因となるモジュール内でのナトリウムなどのイオンの移動現象を起こし難くできる。また、当該被膜は撥水性であるため、雨水や空気中の水分が侵入し難い太陽光発電モジュールを得ることができる。
〔シート抵抗〕
 表面改質物質の被膜は、各部材に形成したときに、湿度が85%RHの条件下で、シート抵抗が100Ω/sq以上、好ましくは500Ω/sq以上、より好ましくは1000Ω/sq以上であるとよい。シート抵抗が前記値以上であればPIDによる発電モジュールの性能劣化を効果的に防ぐことができる。上記の湿度条件で有効な部材のシート抵抗は、100Ω/sq以上であるが、その上限は好ましくは1015Ω/sq以下であり、より好ましくは1010Ω/sq以下である。
 なお、塗装膜や薄膜などの抵抗を評価する際には、表面抵抗率(単位:Ω/□あるいはΩ/sq)が通常用いられる。この抵抗値は、シート抵抗あるいは表面抵抗と呼ばれ、単位正方形(1cm2)の領域を電流が片方から対向する方向へ流れる際の抵抗値であり、撥水性が高い被膜はシート抵抗値が大きくなる。本発明における部材表面の電気抵抗を測定する際の温度条件は好ましくは-40℃~100℃であり、より好ましくは15~85℃であり、より好ましくは20℃~60℃である。
〔水の接触角〕
 本発明における被膜の水に対する接触角は大きいほど撥水性が向上し、太陽光発電モジュールへの水の侵入を阻害することができ、屋外で長期間初期性能を維持することができる。また、モジュールに付着した汚れも容易に除去できる。接触角は、接触角計で測定できる。本発明における、当該被膜の水の接触角の好ましい範囲は、測定温度が20℃~50℃、および測定湿度が20%RH~50%RHの条件で、好ましくは50度より大きく180度未満であり、より好ましくは100度より大きく150度未満であり、更に好ましくは100度より大きく140度未満である。
〔水の滑落角〕
 本発明における被膜の水に対する滑落角は小さいほど、撥水性が向上し太陽光発電モジュールへの水の侵入を阻害することができ、屋外で長期間初期性能を維持することができる。滑落角は、滑落角計で測定できる。例えば太陽光発電モジュールの各部材の被膜面を水平に保ち水滴を付着させておき、この被膜面を少しずつ傾け水滴が滑り落ちる角度を測定する。本発明において有効な滑落角は、0.5度以上60度以下であり、好ましくは0.5度以上50度以下、より好ましくは1度以上45度以下である。
〔屈折率〕
 本発明における光発電モジュールに施される被膜自体の屈折率が構造部材である透明基板部材あるいは機能性部材であるセル部材の屈折率と同じ場合、被膜を施した際の発電効率は被膜を施す前と同じ性能を維持できる。また、被膜の屈折率が透明基板部材あるいはセル部材の屈折率より小さい場合、反射防止効果により発電性能が好ましくは0.5~3%程度向上する。
〔光透過率〕
 本発明における光発電モジュールに施される被膜自体の光線透過率が透明基板部材あるいはセル部材の光線透過率と同じ場合、当該被膜を施した際の発電効率は被膜を施す前と同じ性能を維持できる。また、被膜の光線透過率が透明基板部材あるいはセル部材の光線透過率より大きい場合、発電性能が0.5%~3%程度向上する。なお、透明基板部材に発電効率を向上させるために多孔質反射防止材が用いられることがあるが、本発明における被膜は、それら多孔質反射防止材上に更に撥水性の被膜を形成するので、このような反射防止材により誘発されるPIDも防止することができる。
〔表面改質物質〕
 前記表面改質物質は、上記特性を有する物質であれば有機、無機材料を問わず用いることが可能であるが、被膜の形成し易さ、コスト面などを考慮すると、樹脂材料が好ましい。樹脂材料としては、溶剤希釈型、熱硬化型または紫外線硬化型のいずれかの樹脂を用いることができる。
 溶剤希釈型の樹脂とは、塗膜を形成させる際の被膜の前駆体が被膜形成後も化学的に変化しない樹脂を意味し、熱硬化型の樹脂とは被膜の前駆体が熱により硬化する樹脂を意味し、紫外線(あるいは光を含む放射線)硬化型の樹脂とは被膜の前駆体が紫外線(あるいは光を含む放射線)により硬化する樹脂を意味する。これらの樹脂を以下に例示するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
 溶剤希釈型の樹脂:あらかじめ被膜を形成する主体である固形分を溶解しておき、太陽光発電モジュールの各部材に塗布し溶剤を蒸発させることにより被膜を形成させて所望の被膜形成モジュールを得ることができる。溶剤希釈型で用いられる固形分としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PC(ポリカーボネート)、TAC(トリアセチルセルロース)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PEI(ポリエーテルイミド)、ポリエステル、EVA(エチレン-ビニルアセテートコポリマー)、PCV(ポリ塩化ビニル)、PI(ポリイミド)、PA(ポリアミド)、PU(ポリウレタン)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、ブチラール樹脂、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンコポリマー)、ETFE(エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVF(ポリフッ化ビニル)などのフッ素樹脂、シリコーン樹脂などこれらの1種、または2種以上を混合して用いることができる。なかでも、フッ素系樹脂は撥水性に優れ、上記で示した特性も優れている。一方、他の樹脂を用いた場合でもある程度の効果を得ることができるため、使用条件などによりこれらを使用することができる。更に、これらに熱硬化性あるいは紫外線などの活性エネルギー線硬化性を付与した樹脂組成物等も使用できる。
 熱硬化型の樹脂:あらかじめ被膜を形成する主体である固形分を溶解しておき、太陽光発電モジュールの各部材に塗布し溶剤を蒸発させた後に、塗布面を室温以上で加熱し被膜を形成させて所望のモジュールを得ることができる。熱硬化型で用いられる固形分としては、例えばエポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ウレタン樹脂、およびポリイミド樹脂や、フッ素樹脂、シラザン樹脂およびシリコーン樹脂等の重合体が挙げられ、これらの1種または2種以上を混合して用いることができる。
 紫外線(あるいは光を含む放射線)硬化型の樹脂:あらかじめ被膜を形成する主体である固形分を溶解しておき、太陽光発電モジュールの各部材に塗布し溶剤を蒸発させた後に、塗布面に紫外線(あるいは光を含む放射線)を照射し硬化させた被膜を形成させて所望のモジュールを得る。この場合、効果に用いられる放射線ないし電磁波は紫外線が一般的であるが、可視光などの光を含む放射線を用いることも可能である。紫外線(あるいは光を含む放射線)硬化型で用いられる固形分としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、オキセタン樹脂およびポリビニルエーテル樹脂等が挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
 紫外光(あるいは可視光)硬化では、高圧水銀灯、定圧水銀灯、タリウムランプ、インジウムランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、紫外線LED、青色LED,白色LED、ハリソン東芝ラィティング社製のエキシマランプ、フュージョン社製のHバルブ、Hプラスバルブ、Dバルブ、Vバルブ、Qバルブ、Mバルブ等の発光光を光源として挙げられるほか、太陽光の使用も可能である。なお、酸素非存在下で硬化する方法としては、窒素ガス、炭酸ガス、ヘリウムガス等の雰囲気で行う場合が挙げられる。
 さらに、紫外線硬化では、200~400nmの紫外線を好ましくは0.1~1000J/cm2の範囲で照射するとよい。また、硬化に活性なエネルギー線を複数回に分割して照射する方がより好ましい。すなわち1回目に全照射量の1/20~1/3程度を照射し、2回目以降に必要残量を照射すると、複屈折のより小さな硬化物が得られる。照射時間は、樹脂量や硬化の程度に応じて適宜調整することが可能であり、通常1秒~10分程度の間で調整される。
 溶剤希釈型、熱硬化型、あるいは紫外線(あるいは光を含む放射線)硬化型として用いられる固形分をあらかじめ溶解させておく溶剤は、上記固形分を溶解あるいは分散させることが可能な溶剤であれば特に限定されるものではない。具体的には、CF3CH2OH、F(CF22CH2OH、(CF32CHOH、F(CF23CH2OH、F(CF2425OH、H(CF22CH2OH、H(CF23CH2OH、H(CF24CH2OHなどのフッ素アルコール系溶剤、パーフルオロベンゼン、メタキシレンヘキサフルオライドなどの含フッ素芳香族系溶剤、CF4(HFC-14)、CHClF2(HCFC-22)、CHF3(HFC-23)、CH2CF2(HFC-32)、CF3CF3(PFC-116)、CF2ClCFCl2(CFC-113)、C3HClF5(HCFC-225)、CH2FCF3(HFC-134a)、CH3CF3(HFC-143a)、CH3CHF2(HFC-152a)、CH3CCl2F(HCFC-141b)、CH3CClF2(HCFC-142b)、C48(PFC-C318)などのフルオロカーボン系溶剤などが例示される。希釈率については、使用する樹脂や溶剤、また形成する被膜の厚さ、乾燥条件などにより最適な希釈率に調整すればよい。通常、被膜形成には固形成分が調整後の溶剤中30~0.05質量%となるよう調製される。
 さらに、例えば、キシレン、トルエン、ソルベッソ100、ソルベッソ150、ヘキサンなどの炭化水素系溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコール、酢酸ジエチレングリコールなどのエステル系溶剤、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトンなどのケトン系溶剤、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルアセトアミド、アセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N-メチルホルムアミドなどのアミド系溶剤、ジメチルスルホキシドなどのスルホン酸エステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度3~100)などが例示され、これらを単独あるいは2種以上を混合して用いることができる。
 なお、これらのうち、溶解能、塗膜外観、貯蔵安定性の点から前記各種のアルコール系溶剤、フッ素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤が好ましく、特に、メタノール、エタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、セロソルブアセテート、酢酸ブチル、酢酸エチル、パーフルオロベンゼン、メタキシレンヘキサフルオライド、HCFC-225、CFC-113、HFC-134a、HFC-143a、HFC-142bを単独あるいは2種以上混合して使用することが好ましい。
 被膜を構造部材に形成する場合、外周フレームの内側にブチルゴムやシリコーンゴムなどをコーキング剤として使用しても、外周フレーム部材と透明基板部材およびバックシート部材間ですき間が生じる場合がある。このため、これら構造部材間の隙間にも被膜あるいは被膜材による充填部位を形成させるとよい。具体的には被膜成分の溶液を染みこませる手法が有効であり、その際の被膜に供される固形分は溶剤希釈型あるいは熱硬化型の使用が好ましい。
 本発明の表面改質物質として使用可能な市販製品は、例えばテフロン(登録商標)AFシリーズ(デュポン社製)、テドラーシリーズ(デュポン社製)、フルオンシリーズ(旭硝子社製)、サイトップ(旭硝子社製)、ハイフロンシリーズ(ソルベイ・ソレクシス社製)、THVシリーズ(住友スリーエム社製)、ネオフロンシリーズ(ダイキン工業社製)、オプトエース(ダイキン工業社製)、カイナーシリーズ(アルケマ社製)、ダイニオンシリーズ(ダイニオン社製)、マーベルコート(三菱ガス化学社製)、エフトップシリーズ(三菱マテリアル電子化成製)、エスエフコート(AGCセイケミカル社製)などが挙げられる。これらを単独あるいは2種以上混合して用いることができる。
 溶剤希釈型あるいは熱硬化型あるいは紫外線硬化型の固形分を塗布する際には、例えば布や紙などに上記の溶液を染みこませ太陽電池モジュールの各部材表面上を手で拭く手法が挙げられるが、既存の塗布法から好適な方法を選択して用いることもできる。具体的には、スクリーン印刷などの印刷法、グラビアコート法、リバースコート法、バーコート法、スプレーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ダイコート法等を用いることができ、条件によってはカーテンコート(フローコート)、スピンコート法、CVD法、mist-CVD法等を用いてもよい。これらの手法の中から最適なものを選択して所望の被膜を形成することで、任意の物性の表面改質物質の被膜を有する太陽光発電モジュールを得ることができる。
 形成される被膜の膜厚としては、特に規制されるものではなく、通常の樹脂材料により形成される塗膜と同程度でよい。具体的には、1~500μm程度であればよい。また、コート層の膜厚を調整することにより所望の物性に調整することも可能である。塗布用の組成溶液の固形分濃度は、使用される特定の器具・装置、溶液の粘度、スピナーの速度や塗布に許容される時間等により望ましいフィルム厚となるよう調整すればよい。
 表面改質物質の被膜は、上記構造部材に形成しても、機能性部材に形成しても効果的である。被膜を構造部材である外周フレーム部材、透明基板部材およびバックシート部材の表面に形成することで、PIDやスネイルトレイルあるいはこれらに随伴する不具合を抑制することができる。具体的には、組み立て前に、あらかじめ外周フレーム部材、透明基板部材およびバックシート部材の全面を表面改質物質の被膜で被覆し、太陽光発電モジュールを組み立てることにより、該発電モジュールへの雨水や外気の侵入を防ぎPIDやスネイルトレイルあるいはこれらに随伴する不具合を防ぐことが可能になる。特に、少なくとも外周フレーム部材、透明基板部材およびバックシート部材の1つまたは2つ以上において、部材が空気と接触している面だけを覆うことでも効果が得られる。
 また、被膜は機能性部材に形成してもよい。機能性部材に形成するときには、セルに形成すると効果的であり、セル部材表面の一部または前部に形成するとよい。あるいは、透明電極、発電層、および裏面電極の積層体に形成してもよいが、これらは透明基板上に一体的に形成されているため、これらを覆うように被膜を形成する必要がある。
 発電モジュールの各部材に使用される材料として、例えば、外周フレームには、加工容易性や軽量性の観点からアルミニウムがよく使用される。透明基板には、必ずしも限定されるものではないが、ガラス、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)などの材料が用いられる。封止材には、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)やシリコーン樹脂などが用いられ、セルやインターコネクタ、あるいは発電層、透明電極および裏面電極を保護する。バックシートには、例えばポリフッ化ビニル(PVF)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、アルミニウム、ガラスなどやそれらの積層体を使用し封止材や内部の発電部位を保護する。なお、外周フレームの内側には、ブチルゴムやシリコーンゴムなどをコーキング剤として使用し、発電モジュール内部を保護している。
 本発明は太陽光発電モジュールの態様に関わらず使用することができ、例えば、結晶系、アモルファスシリコン系、あるいはCIGS等の化合物系、さらには色相増感型や有機薄膜型等の有機系などの発電基板を有する太陽光発電モジュール全般に用いることができる。また、上記で例示された基本構成に加えて、例えば反射防止層等、必要な機能を補うために種々の付加的構成要素を加えてもよい。
 次に、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例1〕
 布にテフロンAF1601Sを染みこませ、被膜の厚さが0.02~0.2μm程度となるように、結晶系太陽光発電モジュール(1650mm×990mm)の外側のアルミニウム外周フレーム、ガラス透明基板、フレームとガラス基板およびバックシートとのすき間に塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル1)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々104.3度、14.8度、5.51×104Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加し発光させたところ、図3に示すように内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、恒温恒湿槽などの温度湿度管理装置にて高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら150時間放置した後、前記装置から取り出し、上記同様に-1000Vの電圧を印加すると図4に示すように発光し、このときの発光量は高温高湿条件に曝す前の98%の発光量であった。
〔比較例1〕
 上記と同ロットで被膜を形成しない太陽光発電モジュール(比較サンプル1)に実施例1同様-1000Vの電圧を印加し100%(基準値)の発光量を得た。このモジュールを実施例1と同様に高温高湿(85℃、85%RH)条件下に曝しながら96時間放置した後取り出し、実施例1と同様に-1000Vの電圧を印加すると、図5に示すように基準値と比べ発光量2%で発光した。
〔実施例2〕
 布にテフロンAF1601Sを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm×990mm)の外側のアルミニウム外周フレームとガラス透明基板に実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル2)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々104.5度、14.1度、4.91×104Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら130時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加すると図6に示すように発光し、発光量は高温高湿条件に曝す前の97%の発光量であった。
〔実施例3〕
 布にテフロンAF1601Sを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm×990mm)の外側のアルミニウム外周フレームとガラス透明基板に実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル3)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々108.1度、9.7度、7.15×104Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、95%RH)下に曝しながら100時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加すると図7に示すように発光し、発光量は高温高湿条件に曝す前の98%の発光量であった。
〔実施例4〕
 布にマーベルコートRFH-05Xを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm × 990mm)の外側のアルミニウム外周フレームとガラス透明基板に実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル4)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々109.5度、10.9度、1.15×104Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら120時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加すると図8に示すように発光し、発光量は高温高湿条件に曝す前の99%の発光量であった。
〔実施例5〕
 ポリメチルメタクリレートを4質量%溶解させた酢酸ブチル溶液を布に染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1659mm×990mm)の外側のアルミニウム外周フレームとガラス透明基板に実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル5)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々67.5度、49.7度、1.15×102Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、95%RH)下に曝しながら15時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加した際の発光量は高温高湿条件に曝す前の95%の発光量であった。
〔実施例6〕
 布にマーベルコートRFH-05Xを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm × 990mm)の外側のガラス透明基板に実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル6)のガラス透明基板の水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々109.3度、10.5度、0.97×103Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら30時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加した際の発光量は高温高湿条件に曝す前の96%の発光量であった。
〔実施例7〕
 布にマーベルコートRFH-05Xを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm × 990mm)の外側のアルミニウム外周フレームに実施例1と同様の膜厚となるよう塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル7)のアルミニウム外周フレームの水の接触角(25℃、40%RH)と滑落角(25℃、40%RH)およびシート抵抗(25℃、85%RH)を測定したところ、各々108.3度、11.2度、4.15×103Ω/sqであった。この発電モジュールに-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら30時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加した際の発光量は高温高湿条件に曝す前の95%の発光量であった。
〔実施例8〕
 布にマーベルコートRFH-05Xを染みこませ、実施例1と同ロットの結晶系太陽光発電モジュール(1650mm × 990mm)の外側のアルミニウム外周フレームとガラス透明基板のすき間に塗り込み、ヘアドライヤーで熱風を送り乾燥した。被膜を形成した発電モジュール(発明サンプル8)に-1000Vの電圧を印加したところ内部のセルが全て発光し、この発光量を100%(基準値)とした。
 この発電モジュールを、実施例1と同様に高温高湿条件(85℃、85%RH)下に曝しながら30時間放置した後取り出し、-1000Vの電圧を印加した際の発光量は高温高湿条件に曝す前の94%の発光量であった。
 本発明は、単結晶、多結晶、アモルファスシリコン半導体型等のシリコン系やCIGS等といった化合物系のほか色相増感型や有機薄膜型等の有機系など発電基板の種類に限定されることなく、種々のタイプの太陽光発電モジュールの長期にわたる性能維持および発電効率の向上に利用できる。また、屋外で使用される太陽光をエネルーギー源とするものに限らず、屋内で人工光をエネルギー源とする発電モジュールに応用することもできる。
 11:外周フレーム
 12:透明基板
 13:封止材
 14:セル
 15:インターコネクタ
 16:バックシート
101:外周フレーム
102:透明基板
103:封止材
104:発電層
105:透明電極
106:裏面電極
107:バックシート

Claims (11)

  1. 構造部材として少なくとも外周フレーム、透明基板、封止材およびバックシートと、機能部材として少なくとも以下の(A)または(B)の何れかを有し、
    (A)セルおよびインターコネクタ、
    (B)透明電極、発電層、および裏面電極、
     撥水性の表面改質物質の被膜で少なくとも上記いずれかの部材の表面の一部または全てが覆われている太陽光発電モジュール。
  2. 前記表面改質物質の被膜のシート抵抗が、湿度が85%RHの条件下で100Ω/sq以上である請求項1の太陽光発電モジュール。
  3. 前記表面改質物質の被膜の水の接触角が50度より大きい請求項1の太陽光発電モジュール。
  4. 前記表面改質物質の被膜面の水の滑落角が0.5度以上60度以下である請求項1の太陽光発電モジュール。
  5. 前記表面改質物質の被膜の屈折率が透明基板部材およびセル部材の屈折率と同じあるいは小さい請求項1の太陽光発電モジュール。
  6. 前記表面改質物質の被膜の光線透過率が透明基板部材およびセル部材と同じかあるいは大きい請求項1の太陽光発電モジュール。
  7. 前記表面改質物質が、溶剤希釈型、熱硬化型または紫外線硬化型のいずれかの樹脂である請求項1の太陽光発電モジュール。
  8. 前記表面改質物質の被膜は外周フレーム部材、透明基板部材およびバックシート部材から選択される1つまたは2つ以上の部材の表面に形成されている請求項1の太陽光発電モジュール。
  9. 前記表面改質物質の被膜は部材が空気と接触している部分に形成されている請求項8の太陽光発電モジュール。
  10. 前記表面改質物質の被膜はセル部材表面の一部または全部に形成されている請求項1の太陽光発電モジュール。
  11. 前記表面改質物質の被膜は基板の内側の一部または全部に形成されている請求項1の太陽光発電モジュール。
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