JP2011029273A

JP2011029273A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2011029273A
Application number: JP2009171386A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimazaki; 晃治島崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】太陽電池セル受光面に照射される光の量を効率的に増加させ、これにより発電効率を向上させる太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池モジュール５０は、列を成して並ぶ複数の太陽電池セル３が透明樹脂にて封止された樹脂封止層（受光面側封止材２、太陽電池アレイ７、裏面側封止材５）と、樹脂封止層の受光面側に積層された透光性基板１と、樹脂封止層の裏面側に積層されたバックシート６とを備え、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１の裏面に、透光性基板１より屈折率が小さく断面が裏面側に凸の屈折層１１が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の太陽電池セルが透明樹脂にて封止された樹脂封止層と、受光面側に積層された透光性基板とを有する太陽電池モジュールに関するものであり、特に太陽電池セルと太陽電池セルの隙間に入射した光を有効に利用することで発電効率を高める構造に関するものである。

多結晶シリコンの太陽電池セルは一般に０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さにて作製されており物理的衝撃に弱い。そのため、太陽電池セルへの物理的衝撃を干渉させるため、積層構造として太陽電池セル上下には封止材が充填されている。通常、現在太陽電池セルの受光面側に０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の受光面側封止材、裏面側に０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の裏面側封止材が設けられている。裏面側封止材の裏面側には絶縁を保つためにさらにバックシートが設けられている。一方、受光面側封止材の受光面側には、さらに透光性基板が設けられている。

複数並べて設けられた太陽電池セルと太陽電池セルの隙間は、一般に２ｍｍ〜４ｍｍの幅をもつ。太陽電池セル受光面以外に照射された光は、この隙間を通過してバックシートで反射して透光性基板に当たることで再反射し、太陽電池セルに照射される。この光も発電に寄与する。

しかしながら、一般に透光性基板と封止材とは屈折率が等しい。そのため、太陽電池セル相互間の隙間部分に透光性基板に垂直に入射した光は、透光性基板と封止剤とを直進しバックシートで反射して再び直進して透明性基板側に戻るので太陽電池セルの受光面に向かわず発電に寄与しない。

これに対して、従来、太陽電池セルと太陽電池セルの隙間に入射した光を有効に利用するため、太陽電池セル裏面側の封止材における裏面部分を凹凸形状とする提案がされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−４３６００号公報

上記提案によれば、透明樹脂材(封止材)の裏面側を断面が連続するＮ型となる凹凸として光を反射させ、太陽電池セルに取り込ませる光を増やす。しかしながら、この提案の技術においても、従来技術同様、太陽電池セル裏面側や側面に光が当たるため、凹凸で反射した光のうち発電に寄与しない光があり、発電効率の向上において十分なものではなかった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、太陽電池セルと太陽電池セルとの隙間に照射される光のうち、直進する光を無くすことにより太陽電池セル受光面に照射される光の量を増加させ、これにより発電効率を高めることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、列を成して並ぶ複数の太陽電池セルが透明樹脂にて封止された樹脂封止層と、樹脂封止層の受光面側に積層された透光性基板と、樹脂封止層の裏面側に積層されたバックシートとを備えた太陽電池モジュールにおいて、隣接する太陽電池セル相互間の隙間部分の透光性基板と樹脂封止層との間に、透光性基板或いは樹脂封止層と屈折率が異なり断面が裏面側に凸で隙間部分に入射した光を屈折させる屈折層が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールにおいては、屈折層は、空気層であることを特徴とする。

この発明の太陽電池モジュールによれば、隣接する太陽電池セル相互間の隙間部分の透光性基板と樹脂封止層との間に、透光性基板および樹脂封止層の少なくとも何れか一方と屈折率を異にし断面が裏面側に凸とされ隙間部分に入射した光を屈折させる屈折層が形成されているので、隙間部分に垂直に入射した光であっても屈折層により拡散し、直進する光を削減することができる。これにより太陽電池セル受光面に照射される光の量を増加させ発電効率を高めることができる。また、屈折層が空気層であるので、安価に形成することができるという効果を奏する。

図１は、この発明に係わる実施の形態１の太陽電池モジュールの要部（積層体）斜視図である。図２は、図１の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分の矢視断面図であり、太陽電池セル間に照射された光の経路を示す図である。図４は、光の経路の比較のため示す従来の太陽電池モジュールの図３に相当する部分の断面図である。図５は、実施の形態１の空気層（屈折層）形状の他の例を断面図である。図６は、この発明に係わる実施の形態２の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図７は、実施の形態２の太陽電池セル間に照射された光の経路を示す断面図である。図８は、実施の形態２の透明中空チューブの他の例を断面図である。図９は、この発明に係わる実施の形態３の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図１０は、実施の形態３の太陽電池セル間に照射された光の経路を示す断面図である。図１１は、透光性基板と透明フィルムとの間に形成される空気層（屈折層）形状の他の例を断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明に係わる実施の形態１の太陽電池モジュールの要部（積層体）斜視図である。図２は、図１の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分の矢視断面図であり、太陽電池セル間に照射された光の経路を示す図である。図４は、光の経路の比較のため示す従来の太陽電池モジュールの図３に相当する部分の断面図である。

図１及び図２において、太陽電池モジュール５０の要部を構成する積層体は、受光面側から、ガラス等の透明材でなる透光性基板１と、透明樹脂でなる受光面側封止材（第１の樹脂層）２と、碁盤目状に並べられた複数の太陽電池セル３及びこれら複数の太陽電池セル３を直列に接続する出力リード線４が配線された太陽電池アレイ７と、透明樹脂でなる裏面側封止材（第２の樹脂層）５と、耐候性に優れたバックシート６とが、この順にて積層されて構成されている。なお、受光面側封止材２と裏面側封止材５は、熱処理により一体となり、太陽電池アレイ７を樹脂封止して樹脂封止層を形成する。このような構成の積層体の外周縁部が全周にわたって図示しないフレーム枠で覆われて太陽電池モジュール５０が作製される。

透光性基板１には、ガラス材或いはポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。さらにガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられ、一般的には厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用されている。一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用されている。

受光面側封止材２には、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。厚さとしては０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

太陽電池セル３は、厚み０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなり、碁盤目状に並ぶ。太陽電池セル３内部にはＰＮ接合が形成され、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成されている。太陽電池セル３の大きさは、多結晶シリコン太陽電池において１辺の長さが１５０ｍｍ〜１５６ｍｍ程度である。

出力リード線４は、厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の半田めっきを施した平角銅線からなる。出力リード線４は、半田付けにより太陽電池セル３に接合され、各太陽電池セル３の裏面側電極と受光面側電極とを電気的に接続する。出力リード線４は、碁盤目状に並ぶ太陽電池セル３の裏面側電極と受光面側電極とを太陽電池モジュール５０の長手方向に順次接続し、また端部においては隣り合う列端の太陽電池セル３どうしを折り返すように接続する。このようにして碁盤目状に並ぶ太陽電池セル３の全体が直列に接続されている。

裏面側封止材５には、受光面側封止材２と同じく、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。厚さとしては０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

受光面側封止材２と裏面側封止材５とは、気圧０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度の減圧下におけるラミネート工程で熱架橋させ、透光性基板１、太陽電池アレイ７、バックシート６と融着することで一体化させる。

バックシート６は、透湿性、耐候性、耐加水分解性、絶縁性に優れた素材が用いられ、フッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

そして、本実施の形態においては、図３に示すように、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１の裏面（透光性基板１と受光面側封止材２との間）に、断面が裏面側に凸の偏平三角形の中空部として形成された空気層１１が設けられている。この空気層１１は、透光性基板１より屈折率が小さい屈折層として動作する。空気層１１は、太陽電池モジュール５０の長手方向にほぼ全長にわたって延設され、複数組の太陽電池セル３相互間の隙間部分を通るように構成されている。

動作を説明する。図４に示すように、従来の太陽電池モジュールにおいては、空気層１１が設けられていない。また上記のように透光性基板１と受光面側封止材２との屈折率は等しい。そのため、太陽電池セル３と太陽電池セル３との間に入射した光は、透光性基板１と受光面側封止材２との境目においても直進する。そして、光はバックシート６に垂直に入射して、再び垂直に反射して、太陽電池セル３の受光面に入射しない。

これに対して、本実施の形態の太陽電池モジュール５０によれば、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１と樹脂封止層（受光面側封止材２、太陽電池アレイ７、裏面側封止材５）との間に、透光性基板１或いは樹脂封止層と屈折率を異にし断面が裏面側に凸とされ隙間部分に入射した光を太陽電池セル３側に屈折させる屈折層として空気層１１が形成されているので、太陽電池セル３相互間の隙間部分に入射した光においては、プリズム効果により拡散し、太陽電池セル３へ直接（またはバックシート６を介して間接的に）太陽電池セル３の入射するものを増加させる。これにより、太陽電池セル３に入射する光量が増大し出力を向上させることができる。

図５は、本実施の形態の空気層（屈折層）形状の他の例の断面図である。上記の例では、空気層１１は、断面が裏面側に凸の偏平三角形の中空部であったが、図５に示すような、断面が裏面側に凸の偏平半円の中空部として構成された空気層１２であってもよい。概略同様な効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、隙間部分に入射した光を太陽電池セル３側に屈折させる屈折層として空気層１１，１２が形成されているが、屈折層は空気層１１，１２に限らず、例えば、樹脂封止層（受光面側封止材２）と屈折率を異なるものとする透明樹材料などであってもよい。ただし、本実施の形態のように屈折層を空気層１１，１２として形成することにより、部品点数を増やさずに屈折層を設けることができ、コストアップすることがない。

また、本実施の形態の空気層１１，１２は、上記のように太陽電池モジュール５０の長手方向にほぼ全長にわたって複数組の太陽電池セル３相互間の隙間部分を通るように形成されているが、横方向の太陽電池セル３相互間の隙間部分にも形成されるべく、各太陽電池セル３の周囲を囲うような格子状に形成されてもよい。

実施の形態２．
図６は、この発明に係わる実施の形態２の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図７は、実施の形態２の太陽電池セル間に照射された光の経路を示す断面図である。本実施の形態の太陽電池モジュール５１においては、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１の裏面（透光性基板１と受光面側封止材２との間）に、太陽電池モジュール５１の長手方向にほぼ全長にわたって透明中空チューブ２１が延設されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

透明中空チューブ２１は、熱に強く透明なプラスチックを材料として、極薄肉の筒に成形され、太陽電池モジュール５１の長手方向にほぼ全長にわたって延設され、複数組の太陽電池セル３相互間の隙間部分を通るように構成されている。そして、透明中空チューブ２１は、内部に、断面が裏面側に凸の偏平三角形の中空部として空気層１３を形成する。この空気層１３は、透光性基板１より屈折率が小さい屈折層として動作する。

次に本実施の形態の製造方法を説明する。まず、矩形状の透光性基板１を受光面を下に向けて配置する。次に透光性基板１の裏面に複数の透明中空チューブ２１を所定の間隔で並べる。このとき、後の手順にて重ねる太陽電池セル３との位置合わせができるように、透明中空チューブ２１と太陽電池アレイ７の位置決め用マークを、予め透光性基板１に印しておいてもよい。また、並べた透明中空チューブ２１の位置がずれることがないように、例えば、両面テープの小片で透明中空チューブ２１を固定してもよい。

次に、透明中空チューブ２１を挟み込むように透光性基板１上に、ＥＶＡ樹脂から成るシート状の受光面側封止材２を配する。さらに、受光面側封止材２上に、複数の太陽電池セル３を出力リード線４により電気的に接続した太陽電池アレイ７を配する。このとき、太陽電池セル３の受光面を透光性基板１側に向けて配置する。さらに、太陽電池アレイ７の上にＥＶＡ樹脂から成るシート状の矩形状の裏面側封止材５を配する。最後に、裏面側封止材５上にバックシート６を配して積層体の作製が完了する。

この積層体を、ラミネータにより真空状態で１００℃〜２００℃の温度で１５分から１時間程度加熱しながら、０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度で加圧する。これによって、受光面側封止材２、裏面側封止材５が軟化し架橋融着するため、透光性基板１、透明中空チューブ２１、太陽電池セル３、及びバックシート６が融着されて一体化される。なお、透明中空チューブ２１は熱に強いプラスチックが用いられているので、溶融することはない。最後に一体化された積層体の外周各辺にフレーム枠(アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材などで作製されている)を嵌め込み、各コーナーを固定することで太陽電池モジュール５１が完成する。

本実施の形態の太陽電池モジュール５１によれば、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１と樹脂封止層（受光面側封止材２、太陽電池アレイ７、裏面側封止材５）との間に、透光性基板１或いは樹脂封止層と屈折率を異にし断面が裏面側に凸とされ隙間部分に入射した光を太陽電池セル３側に屈折させる屈折層として空気層１３が形成されているので、太陽電池セル３相互間の隙間部分に入射した光においては、プリズム効果により拡散し、太陽電池セル３へ直接（またはバックシート６を介して間接的に）太陽電池セル３の入射するものを増加させる。これにより、太陽電池セル３に入射する光量が増大し出力を向上させることができる（図７）。

図８は、本実施の形態の透明中空チューブの他の例を断面図である。上記の例では、透明中空チューブ２１は、断面が裏面側に凸の偏平三角形の筒であったが、図８に示すような、断面が裏面側に凸の偏平半円の筒として作製され内部に空気層１４を形成する透明中空チューブ２２であっても、概略同様な効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、隙間部分に入射した光を太陽電池セル３側に屈折させる屈折層として空気層１３，１４が形成されているが、屈折層は空気層１３，１４に限らず、例えば、透明中空チューブ２１，２２が中実に作製されたものであってもよい。ただし、本実施の形態のように、中空なチューブを用いることにより、少ない材料で屈折層を設けることができ、コストアップすることがない。

また、本実施の形態の透明中空チューブ２１，２２は、上記のように太陽電池モジュール５１の長手方向にほぼ全長にわたって複数組の太陽電池セル３相互間の隙間部分を通るように形成されているが、横方向の太陽電池セル３相互間の隙間部分にも形成されるべく、各太陽電池セル３の周囲を囲うような格子状に形成されてもよい。

実施の形態３．
図９は、この発明に係わる実施の形態３の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図１０は、実施の形態３の太陽電池セル間に照射された光の経路を示す断面図である。本実施の形態の太陽電池モジュール５２においては、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１の裏面（透光性基板１と受光面側封止材２との間）に、太陽電池モジュール５２のほぼ全面にわたって格子状の透明フィルム２３が挟み込まれている。その他の構成は実施の形態２と同様である。

透明フィルム２３は、熱に強く透明なプラスチックを材料として格子状のフィルムに成形されたものであり、それぞれの開口に各々太陽電池セル３を対応させて配置され、それぞれの太陽電池セル３の周囲を全周にわたって囲む形状である。

透光性基板１の裏面には、受光面側封止材２との密着性を良くする目的で、従来よりエンボス加工が施され全面にわたって細かな凹凸が形成されている。そして、透明フィルム２３は透光性基板１の裏面に密着して配置されエンボス加工を利用して透光性基板１との間に図１０に斜線で示す空気層１５を形成する。この空気層１５は光を拡散させる屈折層として動作する。

次に本実施の形態の製造方法を説明する。まず、矩形状の透光性基板１を受光面を下に向けて配置する。次に透光性基板１の裏面にフィルム状の透明フィルム２３を重ねる。このとき、後の手順にて重ねる太陽電池セル３との位置合わせができるように、透明フィルム２３と太陽電池アレイ７の位置決め用マークを、予め透光性基板１に印しておいてもよい。また、重ねた透明フィルム２３の位置がずれることがないように、例えば、両面テープの小片で透明フィルム２３を固定してもよい。

次に、透明フィルム２３を挟み込むように透光性基板１上に、ＥＶＡ樹脂から成るシート状の受光面側封止材２を配する。さらに、受光面側封止材２上に、複数の太陽電池セル３を出力リード線４により電気的に接続した太陽電池アレイ７を配する。このとき、太陽電池セル３の受光面を透光性基板１側に向けて配置する。さらに、太陽電池アレイ７の上にＥＶＡ樹脂から成るシート状の矩形状の裏面側封止材５を配する。最後に、裏面側封止材５上にバックシート６を配して積層体の作製が完了する。

本実施の形態の太陽電池モジュール５２によれば、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１と樹脂封止層（受光面側封止材２、太陽電池アレイ７、裏面側封止材５）との間に、透光性基板１或いは樹脂封止層と屈折率を異にして隙間部分に入射した光を拡散する空気層１５が形成されているので、太陽電池セル３相互間の隙間部分に入射した光においては、太陽電池セル３へ直接（またはバックシート６を介して間接的に）太陽電池セル３の入射するものを増加させる。これにより、太陽電池セル３に入射する光量が増大し出力を向上させることができる（図１０）。

図１１は、透光性基板と透明フィルムとの間に形成される空気層（屈折層）形状の他の例を断面図である。上記の例では、空気層１５は、断面が連続する小さい三角形の形状であったが、図１１に示すような、断面が連続する小さい半円の形状の空気層１６であっても、概略同様な効果を得ることができる。

このように、本実施の形態の太陽電池モジュール５２によれば、隣接する太陽電池セル３相互間の隙間部分の透光性基板１と樹脂封止層（受光面側封止材２、太陽電池アレイ７、裏面側封止材５）との間に、透光性基板１或いは樹脂封止層と屈折率を異にし隙間部分に入射した光を拡散させる空気層１５，１６が形成されているので、太陽電池セル３へ直接（またはバックシート６を介して間接的に）太陽電池セル３の入射するものを増加させる。これにより、太陽電池セル３に入射する光量が増大し出力を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１〜３では、多結晶シリコンや単結晶シリコンなどの結晶系太陽電池を使用することで述べてきたが、薄膜系太陽電池や有機系太陽電池などの結晶系でない太陽電池でも本願発明は適用可能である。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、列を成して並ぶ複数の太陽電池セルが透明樹脂にて封止された樹脂封止層と、樹脂封止層の受光面側に積層された透光性基板と、樹脂封止層の裏面側に積層されたバックシートとを備えた太陽電池モジュールに、適用されて有用なものである。

１透光性基板
２受光面側封止材（透明樹脂封止材）
３太陽電池セル
４出力リード線
５裏面側封止材（透明樹脂封止材）
６バックシート
７太陽電池アレイ
１１〜１６空気層（屈折層）
２１，２２透明中空チューブ
２３透明フィルム
５０，５１，５２太陽電池モジュール

Claims

列を成して並ぶ複数の太陽電池セルが透明樹脂にて封止された樹脂封止層と、
前記樹脂封止層の受光面側に積層された透光性基板と、
前記樹脂封止層の裏面側に積層されたバックシートとを備えた太陽電池モジュールにおいて、
隣接する前記太陽電池セル相互間の隙間部分の前記透光性基板と前記樹脂封止層との間に、前記透光性基板或いは前記樹脂封止層と屈折率を異にし断面が裏面側に凸とされ前記隙間部分に入射した光を屈折させる屈折層が形成されている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記屈折層は、空気層である
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
隣接する前記太陽電池セル相互間の隙間部分の前記透光性基板と前記樹脂封止層との間に配設された断面形状が裏面側に凸の透明中空チューブをさらに備え、
前記屈折層は、前記透明中空チューブ内に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記透明中空チューブ内に形成された前記屈折層の断面形状が裏面側に凸の三角形であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記透明中空チューブ内に形成された前記屈折層の断面形状が裏面側に凸の半円であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記透光性基板は、裏面が凹凸形状であり、
隣接する前記太陽電池セル相互間の隙間部分の前記透光性基板と前記樹脂封止層との間に配設された透明フィルムをさらに備え、
前記屈折層は、前記透光性基板裏面の凹凸と前記透明フィルムとの間に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記複数の太陽電池セルは、同一平面内に碁盤目状に並べられ、
前記透明フィルムは、概略格子状を成し、それぞれの開口に各々前記太陽電池セルを対応させて配置され、前記太陽電池セルの周囲を全周にわたって囲む
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
前記透光性基板の裏面の凹凸は、前記透光性基板と前記樹脂封止層との密着性を良くするために設けられたものである
ことを特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。