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JPH08139350A - 太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール

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JPH08139350A
JPH08139350A JP6271629A JP27162994A JPH08139350A JP H08139350 A JPH08139350 A JP H08139350A JP 6271629 A JP6271629 A JP 6271629A JP 27162994 A JP27162994 A JP 27162994A JP H08139350 A JPH08139350 A JP H08139350A
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solar cell
cell module
resin
film
module according
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一郎 片岡
Takahiro Mori
隆弘 森
Hidenori Shiozuka
秀則 塩塚
Ayako Komori
綾子 小森
Satoshi Yamada
聡 山田
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光起電力素子に実装される金属部
材に接する被覆材である透明な有機高分子樹脂の劣化を
防ぎ、長期間の屋外暴露において外観上の変化がなく光
電変換効率の低下の心配のない信頼性の高い太陽電池モ
ジュールを提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、光起電力素子の少なくとも光入射
側表面がそれに接する透明な有機高分子樹脂で被覆され
ている太陽電池モジュールにおいて、前記光起電力素子
上の少なくとも一つの金属部材と前記有機高分子樹脂と
の間に前記有機高分子樹脂とは別の材料からなる樹脂フ
イルムが挿入されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産乗上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュールに
係わり、特に、透明な有機高分子樹脂で光起電力素子の
光入射側表面を封止している太陽電池モジュールの表面
実装部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題に対する意織の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ2排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危倶感は深刻で、クリ
ーンなエネルギーヘの希求はますます強まってきてい
る。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさ
から、クリーンなエネルギー源として期待のもてるもの
だということができる。
【０００３】太陽電池には様々な形態がある。代表的な
ものとしては、 （１）結晶シリコン太陽電池 （２）多結晶シリコン太陽電池 （３）アモルファスシリコン太陽電池 （４）銅インジウムセレナイド太陽電池 （５）化合物半導体太陽電池 などがある。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、化
合物半導体太陽電池及びアモルファスシリコン太陽電池
は比較的低コストで大面積化が可能なため、最近では各
方面で活発に研究開発が進められている。
【０００４】更に、これらの太陽電池の中でも、導体金
属基板上にシリコンを堆積し、その上に透明導電層を形
成したアモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜
太陽電池は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富
んでいるので、将来のモジュール形態として有望視され
ている。ただ、ガラス基板上にシリコンを堆積する場合
と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆い、太陽電
池を保護する必要がある。
【０００５】従来は、この表面被覆材として最表面にフ
ッ素樹脂フィルムやフッ素樹脂塗料等の透明なフッ化物
重合体薄膜、その内側には種々の熱可塑性透明有機樹脂
が用いられてきた。理由としては、フッ化物重合体は耐
候性・撥水性に富んでおり、樹脂の劣化による黄変・白
濁あるいは表面の汚れによる光透過率の減少に起因する
太陽電池モジュールの変換効率の低下を少なくすること
ができ、熱可塑性透明樹脂は安価であり内部の光起電力
索子を保護するための充填材として大量に用いることが
できる、といったことが挙げられる。
【０００６】また、太陽電池素子上には一般に発電した
電力を効率よく取り出すための種々の集電電極や、素子
どうしをを直列化あるいは並列化するための金属部材が
設けられており、熱可塑性透明有機樹脂はこのような電
極や金属部材などの実装部材をも封止することにより素
子表面上の凹凸を埋めて被覆材表面を平滑にするという
効果も持っている。
【０００７】図６は、このような太陽電池モジュールの
従来例である。図６において、６０２はフッ化物重合体
薄膜層、６０３は熱可塑性透明有機樹脂、６０１は光起
電力素子、６０４は絶縁体層、６０５は集電電極、６０
６は各素子の端子、６０７は直列化および端子取り出し
のための金属箔である。この例では光受光面の有機樹脂
と同じものを裏面にも用いている。より具体的には、フ
ッ化物重合体薄膜層はＥＴＦＥ（エチレン−テトラフル
オロエチレン共重合体）フィルム、ＰＶＦ（ポリフッ化
ビニル）フィルム等のフッ素樹脂フィルムであり、熱可
塑性透明有機樹脂はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重
合体）、ブチラール樹脂等であり、絶縁体層はナイロン
フィルム、アルミラミネートテドラーフィルムをはじめ
とする種々の有機樹脂フィルムであり、集電電極は金、
銀、半田、導電性ペースト等であり、金属箔には銅、
銀、半田メッキ銅、錫メッキ銅などが用いられる。この
例において熱可塑性透明有機樹脂６０３は光起電力素子
６０１とフッ素樹脂フィルム６０２及び絶縁体層６０４
との接着剤としての役割と、表面実装部材の凹凸を埋
め、外部からの引っかき、衝撃から太陽電池を保護する
充填材としての役割をはたしている。
【０００８】しかしながら、従来の構成においては光起
電力素子表面の実装部材、とりわけ金属部材と充填材で
ある熱可塑性透明有機樹脂が直接接していた。そのた
め、長期間の屋外暴露に伴う被覆材の劣化過程におい
て、金属部材上の樹脂の劣化が加速されたり、樹脂の分
解物によって金属部材が腐食されるという問題を有して
いた。すなわち、金属を触媒とする劣化反応の促進や酸
による金属の腐食という問題である。これは、特に熱可
塑性透明有機樹脂がＥＶＡ、金属部材が銅である場合に
顕著に現れてくる。例えば、アメリカエネルギー省ジェ
ット推進研究所の報告 ”Flat-Plate Solar Array Pro
ject Volume VII: Module Encapsulation(1986) ”では
加熱しながら屋外暴露したモジュールにおいて１２００
０時間で銅に接しているＥＶＡが著しく黄変することが
述ベられており、実際に我々が行った１５０度でのモジ
ュールの耐熱試験においても銅箔上のＥＶＡの黄変がそ
れ以外の部分に比ベて極端にひどいことが明らかになっ
ている。
【０００９】また、同時に我々が行ったサンシャインウ
ェザーメーターによるモジュールの耐候性試験ではＥＶ
Ａに接している銅箔の緑色の変色が認められた。これら
の現象は銅の触媒作用によるＥＶＡ劣化の加速、ＥＶＡ
の分解生成物である酢酸による銅の腐食、あるいはそれ
らの相乗作用であることが考えられる。
【００１０】さらに、上記問題は銅箔上のＥＶＡの黄変
だけにはとどまらず、ひどい場合にはその周辺部のＥＶ
Ａをも黄変させることがある。被覆材が黄変すると光起
電力素子に到達する光量が減少するために、銅箔周辺が
発電領域であると発電に預かる光が減少し、太陽電池の
光電変換効率の低下という深刻な影響をもたらすことに
なる。
【００１１】この問題はモジュール温度がより高温とな
る屋根材一体型モジュールの用途ではより顕著となる。
すなわち、架台上に太陽電池モジュールを設置する場合
とは異なり、裏面の空気の流れがなく風による裏面の冷
却効果が期待できないため、モジュールの温度が架台設
置よりも２０度近く高くなることが知られている。その
ような条件下では銅箔上のＥＶＡの黄変がより促進され
ることは自明である。
【００１２】これらの諸問題を解決するためには、ＥＶ
Ａにかわる充填材樹脂を用いればよい。例えば、シリコ
ン樹脂やフッ素樹脂などの耐久性の高い樹脂が候補とし
て考えられるが、いずれも価格が高く太陽電池の低コス
ト化の流れの中にあっては使用することは困難である。
それに対してＥＶＡは耐久性とコストとのバランスが非
常によく、太陽電池モジュールの被覆材としての資質は
今のところ一番優れている。したがって、ＥＶＡを他の
樹脂に置き換えることは難しいと言わざるを得ない。
【００１３】一方、光起電力素子上の実装部材は外部か
らの機械的要因により損傷を受けやすい部分でもある。
とくに、従来の技術で説明したような最表面がフィルム
であるようなモジュール構成の場合には、凹凸のある実
装部材上での耐へイルインパクト性（降雹にたいする耐
衝撃性）や耐スクラッチ性（引っ掻きに対する耐絶縁
性）が問題となる。これを解決するためには被覆材を実
装部材を保護できるような十分な厚さにする必要があ
る。実装部材の凹凸は通常光起電力素子そのものの凹凸
に比ベて極端に大きく、これを保護するためには凹凸の
ない部分も含めて大量の樹脂で充填することになり、モ
ジュールのコストアップや重量アップにつながる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記太陽電池
モジュールの欠点を解決するために、光起電力素子に実
装される金属部材に接する被覆材である透明な有機高分
子樹脂の劣化を防ぎ、長期間の屋外暴露において外観上
の変化がなく光電変換効率の低下の心配のない信頼性の
高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
さらに、表面をフィルムで被覆した太陽電池モジュール
の実装部材部分の耐へイルインパクト性や耐スクラッチ
性を選択的に向上させることにより、被覆材を薄くして
も外部からの機械的要因よる実装部材の損傷を防ぐこと
ができるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような
方法が最良であることを見いだした。すなわち、本発明
は、光起電力素子の少なくとも光入射側表面がそれに接
する透明な有機高分子樹脂で被覆されている太陽電池モ
ジュールにおいて、前記光起電力素子上の少なくとも一
つの金属部材と前記有機高分子樹脂との間に前記有機高
分子樹脂とは別の材料からなる樹脂フィルムを挿入する
ことを特徴とする。
【００１６】
【作用】この方法によれば以下の効果が期待できる。
【００１７】（１）金属部材上での有機高分子樹脂の劣
化もしくは金属部材の有機高分子樹脂を原因とする腐食
を防止できる。すなわち、金属部材と有機高分子樹脂が
接していることによる長期屋外暴露での金属上の樹脂の
黄変や金属の腐食が発生しない。
【００１８】（２）外部からの機械的要因から金属部材
を保護することができる。すなわち、最表面をフィルム
で被覆する太陽電池モジュールの場合、凹凸があって損
傷を受けやすい金属部材の耐ヘイルインパクト性や耐ス
クラッチ性を向上させることができる。
【００１９】また、前記有機高分子樹脂の主成分がブチ
ラール樹脂またはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶ
Ａ）のいずれかからなることによって、 （３）従来から太陽電池モジュールの被覆材として最も
用いられている樹脂であり、現状の被覆材構成を大きく
変更することなしに上述した効果を得ることができる。
【００２０】前記金属部材の表面もしくは全体が銅、
銀、半田、ニッケル、亜鉛、錫から選択される金属から
なることによって、 （４）特殊な金属部材を使用する必要がない。すなわ
ち、光起電力素子の実装で通常使われる金属部材を用い
ることができる。
【００２１】前記樹脂フィルムがポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリカーボネート、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル
から選択される樹脂からなることによって、 （５）低コストで本発明の効果を享受できる。すなわ
ち、安価な汎用樹脂フィルムを用いることによって大き
な材料コストの上昇なしに本発明の目的を達成できる。
【００２２】前記樹脂フィルムの全光線光透過率が４０
０ｎｍから８００ｎｍの波長領域全般において５％以下
であることによって、 （６）樹脂フィルムの光による劣化を防止できる。すな
わち、樹脂フィルム内部に光が到達しないため樹脂フィ
ルムの耐光性が向上し、長期間の屋外暴露でも樹脂フィ
ルムによる本発明の効果を発揮し続けることができる。
また、金属部材を隠すことができるので実装部材が見え
ない外観良好な太陽電池モジュールとすることができ
る。
【００２３】前記樹脂フィルムと前記金属部材の間に接
着剤樹脂層が設けられていることによって、 （７）金属部材上と樹脂フィルムとのずれを防止でき
る。すなわち、金属部材上に樹脂フィルムを接着剤樹脂
で固定したのちにその上の被覆材層を形成できるため、
金属部材と樹脂フィルムのアライメントがずれることが
ない。また、被覆形成後に樹脂フィルムが金属部材から
ずれたり浮き上がったりすることがなく、確実に樹脂フ
ィルムを金属部材上に設けておくことができる。
【００２４】前記樹脂フィルムと前記接着剤樹脂層合わ
せての全光線光透過率が４００ｎｍから８００ｎｍの波
長領域全般において５％以下であることによって、 （８）（６）と同様な効果に加えて、接着剤層の光によ
る劣化を防止できる。すなわち、接着剤樹脂が光によっ
て劣化が促進され粘着力が低下して剥離を招くといった
ことがない。
【００２５】一方、前記有機高分子樹脂上にそれに接し
てその外側の最表面に位置する透明な樹脂フィルム層を
設けることによって、 （９）長期屋外暴露の際の太陽電池モジュール表面の汚
染を抑えることができ、光電変換効率の低下を少なくで
きる。
【００２６】前記樹脂フィルムがフッ化物重合体である
ことによって、 （１０）耐候性に優れた被覆となる。すなわち、充填材
の有機高分子樹脂と相まって、フッ化物重合体の有する
耐候性が期待できる。
【００２７】前記フッ化物重合体が四フッ化エチレン−
エチレン共重合体であることによって、 （１１）四フッ化エチレン−エチレン共重合体が有する
耐侯性・透明性・機械的強度を生かした被覆となる。
【００２８】さらに、前記光起電力素子が導電性基体上
に光変換部材としての半導体光活性層、透明導電層が形
成されたものであることによって、 （１２）可とう性に優れる太陽電池モジュールとするこ
とができる。すなわち、光起電力素子自身の可とう性が
優れているために、可とう性のある被覆材の併用によっ
て容易に可とう性の太陽電池モジュールを製作できる。
【００２９】
【実施態様例】図１に本発明の太陽電池モジュールの概
略構成図を示す。図１に於いて、１０１は光起電力素
子、１０２は表面の透明な充填材、１０３は最表面に位
置する透明な樹脂フィルム、１０４は裏面の充填材、１
０５は裏面被覆フィルム、１０６は集電電極、１０７は
素子直列化のための金属部材、１０８は素子に設けられ
たプラス側端子、１０９は素子に設けられたマイナス側
端子、１１０は樹脂フィルム、１１１は接着剤層であ
る。外部からの光は、最表面のフィルム１０３から入射
し、光起電力素子１０１に到達し、生じた起電力は出力
端子（不図示）より外部に取り出される。
【００３０】本発明に於ける代表的な光起電力素子１０
１は、導電性基体上に光変換部材としての半導体光活性
層と透明導電層が形成されたものである。その一例とし
ての概略構成図を図２に示すが、この図に於いて２０１
は導電性基体、２０２は裏面反射層、２０３は半導体光
活性層、２０４は透明導電層、２０５は集電電極、２０
６ａ、２０６ｂは出力端子である。
【００３１】導電性基体２０１は光起電力素子の基体に
なると同時に、下部電極の役割も果たす。材料として
は、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、
ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシー
ト、鉛メッキ鋼板、導電層が形成してある樹脂フィルム
やセラミックスなどがある。上記導電性基体２０１上に
は裏面反射層２０２として、金属層、あるいは金属酸化
物層、あるいは金属層と金属酸化物層を形成しても良
い。金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが用いられ、金属酸化物層には、例
えば、ＺｎＯ，ＴｉＯ 2，ＳｎＯ2などが用いられる。上
記金属層及び金属酸化物層の形成方法としては、抵抗加
熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などが
ある。
【００３２】半導体光活性層２０３は光電変換を行う部
分で、具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結晶シリコ
ン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、あるいはＣｕ
ＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ
2Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴｅ／
Ｃｕ2Ｔｅをはじめとする化合物半導体などがあげられ
る。上記半導体光活性層の形成方法としては、多結晶シ
リコンの場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シリコ
ンの熱処理、アモルファスシリコンの場合はシランガス
などを原料とするブラズマＣＶＤ、化合物半導体の場合
はイオンプレーテイング、イオンビームデポジション、
真空蒸着法、スパッタ法、電析法などがある。
【００３３】透明導電層２０４は太陽電池の上部電極の
役目を果たしている。用いる材料としては、例えば、Ｉ
ｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，ＴｉＯ2，Ｃｄ2ＳｎＯ4，高濃度不純物ドーブした
結晶性半導体層などがある。形成方法としては抵抗加熱
蒸着、スパッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散
法などがある。
【００３４】透明導電層２０４の上には電流を効率よく
集電するために、格子状の集電電極２０５（グリッド）
を設けてもよい。集電電極２０５の具体的な材料として
は、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｓｎ、あるいは銀ペーストをはじめとする導
電性ペーストなどが挙げられる。集電電極２０５の形成
方法としては、マスクパターンを用いたスパッタリン
グ、抵抗加熱、ＣＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着した後
で不必要な部分をエッチングで取り除きパターニングす
る方法、光ＣＶＤにより直接グリッド電極パターンを形
成する方法、グリッド電極パターンのネガパターンのマ
スクを形成した後にメッキする方法、導電性ペーストを
印刷する方法などがある。導電性ペーストは、通常微粉
未状の銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどをパインダ
ーボリマーに分散させたものが用いられる。バインダー
ポリマーとしては、例えば、ポリエステル、エポキシ、
アクリル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウ
レタン、フェノールなどの樹脂が挙げられる。
【００３５】最後に起電力を取り出すために出力端子２
０６ａ，２０６ｂを導電性基体２０１と集電電極２０５
に取り付ける。導電性基体２０１へは銅タブ等の金属体
をスポット溶接や半田で接合する方法が取られ、集電電
極２０５ヘは金属体を導電性ぺ―ストや半田によって電
気的に接続する方法が取られる。
【００３６】上記の手法で作製した光起電力素子は、所
望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接続され
る。直列の場合は前記出力端子のプラス側とマイナス側
を、並列の場合は同極性同士を接続する。図１はその一
例として直列に接続したものを示している。この例では
金属部材１０７を一方の素子のプラス側端子１０８及び
他方の素子のマイナス側端子１０９と半田付けすること
によって直列化を行っている。また、これとは別に絶縁
化した基板上に光起電力素子を集積化して所望の電圧あ
るいは電流を得ることもできる。
【００３７】なお、出力端子や素子の接続に用いる金属
部材の材質としては、高導電性、半田付け性、コストな
どを考慮して、銅、銀、半田、ニッケル、亜鉛、錫の中
から選択することが望ましい。
【００３８】本発明の樹脂フィルム１１０は金属部材１
０７及びプラス側端子１０８の上全面に設けられてい
る。また同時に素子を直列化するための金属部材の半田
付け部上にも設けられている。図１では接着剤層１１１
を介して設けられているが、接着剤層はなくても構わな
い。樹脂フィルムの材料としては例えば、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリカーボネー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
アクリルなど種々の樹脂を用いることができる。また、
厚みは特に限定されないが、金属部材上の耐ヘイルイン
パクト性や耐スクラッチ性が十分確保できる範囲でなる
べく薄くする方が充填材樹脂で更にその上を被覆する上
で好ましい。例えば１０μｍから２００μｍ程度の厚さ
のフィルムを用いることで良好な結果を得ることができ
る。
【００３９】また、接着剤樹脂としては、アクリル、ポ
リアミド、ポリクロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリ
ルゴム、フェノール、メラミン、エポキシ、シリコーン
など従来公知な種々の樹脂の中から選択して用いること
ができる。ただし、長期間屋外暴露される太陽電池モジ
ュールに用いても初期の接着力を維持して安定な接着力
を発揮させるためには耐候性の高いアクリルやシリコー
ンを用いることが望ましい。なかでも、ブチルアクリレ
ートと２−エチルヘキシルアクリレートとの共重合体を
主成分とするアクリル系接着剤は粘着力と耐久性が優れ
ているために好適に用いられる。また、接着剤層の厚み
としては１０μｍから１００μｍが好ましく、３０μｍ
から５０μｍがより好ましい。厚みが１０μｍよりも薄
くなると十分な接着力が発揮できず、１００μｍよりも
厚くなると接着剤層内部での凝集破壊を原因とする剥離
が発生しやすくなる。
【００４０】また、樹脂フィルム自身あるいは接着剤樹
脂層の光による劣化を防ぐために樹脂フィルム単独（接
着剤樹脂層を用いない場合）ないしは樹脂フィルムと接
着剤樹脂層を合わせた全光線透過率が３００ｎｍから８
００ｎｍの波長領域全般において５％以下であることが
好ましく、３％以下であることがより好ましい。５％を
越えると主として紫外線を原因とする樹脂フィルムの黄
変や脆化が顕在化しやすくなる。また、接着剤樹脂を用
いる場合にも光劣化により粘着力の低下や黄変が発現し
やすくなる。さらには、樹脂フィルムを通してその下の
金属部材が透けて見えるために外観上好ましいものとは
いえなくなる。
【００４１】樹脂フィルムないしは接着剤樹脂層の全光
透過率を低くする方法としては、カーボンブラック、Ａ
ｌ2Ｏ3，ＴｉＯ2を始めとする各種無機酸化物等の不透
明な微粉未を混入して分散させる方法が一般的である。
【００４２】次に本発明に用いられる最表面樹脂フィル
ム１０３及び表面充填材１０２について以下に詳しく説
明する。
【００４３】表面充填材１０２は光起電力素子の凹凸を
樹脂で被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷
な外部環境から守りかつ表面フィルムと素子との接着性
を確保するために必要である。したがって、耐候性、接
着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求され
る。これらの要求を満たす樹脂としてはエチレン−酢酸
ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチ
ル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共
重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹脂などのポリオレフィ
ン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げら
れる。なかでも、ＥＶＡは太陽電池用途としてバランス
のとれた物性を有しており、好んで用いられる。しかし
ながら、そのままでは熱変形温度が低いために容易に高
温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱
性を高めておくことが望ましい。ＥＶＡの場合は有機過
酸化物で架橋するのが一般的である。
【００４４】有機過酸化物による架橋は有機過酸化物か
ら発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子
を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行われ
る。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドック
ス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分
解法が好んで行われている。有機過酸化物の化学構造の
具体例としては、ヒドロペルオキシド、ジアルキル（ア
リル）ペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ぺルオキ
シケタール、ペルオキシエステル、ぺルオキシカルボネ
ートおよびケトンペルオキシドなどが挙げられる。な
お、有磯過酸化物の添加量は充填材樹脂１００重量部に
対して０．５乃至５重量部である。
【００４５】上記有機過酸化物を充填材に併用し、加圧
加熱しながら架橋および熱圧着を行うことが可能であ
る。加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸化物の熱分
解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が
９０％、より好ましくは９５％以上進行する温度と時間
をもって加熱加圧を終了する。
【００４６】上記架橋反応を効率良く行うためには、架
橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩ
Ｃ）を用いることが望ましい。一般には充填材樹脂１０
０重量部に対して１乃至５重量部の添加量である。
【００４７】本発明に用いられる充填材の材料は耐候性
において優れたものであるが、更なる耐候性の改良、あ
るいは、充填材下層の保護のために、紫外線吸収剤を併
用することもできる。紫外線吸収剤としては、公知の化
合物が用いられるが、太陽電池モジュールの使用環境を
考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好まし
い。紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれ
ば、光に対してより安定な充填材となる。
【００４８】さらに、耐熱性・熱加工性改善のために酸
化防止剤を添加することも可能である。
【００４９】より厳しい環境下で太陽電池モジュールの
使用が想定される場合には充填材と光起電力素子あるい
は表面フィルムとの密着力を向上することが好ましい。
シランカッブリング剤や有機チタネート化合物を充填材
に添加することで前記密着力を改善することが可能であ
る。添加量は、充填材樹脂１００重量部に対して０．１
乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより
好ましい。
【００５０】一方、光起電力素子に到達する光量の減少
をなるべく抑えるために、表面充填材は透明でなくては
ならず、具体的には光透過率が４００ｎｍ以上８００ｎ
ｍ以下の可視光波長領域において８０％以上であること
が望ましく、９０％以上であることがより望ましい。ま
た、大気からの光の入射を容易にするために、摂氏２５
度における屈折率が１．１から２．０であることが好ま
しく、１．１から１．６であることがより好ましい。
【００５１】本発明で用いられる表面樹脂フィルム１０
３は太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候
性、耐汚染性、機械的強度をはじめとして、太陽電池モ
ジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するため
の性能が必要である。本発明に好適に用いられる材料と
してはフッ素樹脂、アクリル樹脂などがある。なかでも
フッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に優れているため好んで
用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポ
リフッ化ビニル樹脂あるは四フッ化エチレン−エチレン
共重合体などがある。耐侯性の観点ではポリフッ化ビニ
リデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の
両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合体
が優れている。
【００５２】表面樹脂フィルムの厚さは機械的強度の確
保のためにある程度厚くなければならず、またコストの
観点からはあまり厚すぎるのにも問題がある。具体的に
は、１０乃至２００μｍが好ましく、より好適には３０
乃至１００μｍである。
【００５３】前記充填材との接着性の改良のために、コ
ロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照射、電子
線照射、火炎処理等の表面処理を表面フィルムに行うこ
とが望ましい。
【００５４】裏面の被覆フィルム１０５は光起電力素子
１０１の導電性基板と外部との電気的絶縁を保つために
必要である。材料としては、導電性基板と充分な電気絶
縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収
縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。
好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエ
チレンテレフタレートがあげられる。
【００５５】裏面の充填材１０４は光起電力素子１０１
と裏面の被覆フィルム１０５との接着を図るためのもの
である。材料としては、導電性基板と充分な接着性を確
保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐え
られる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用
いられる材料としては、ＥＶＡ、ポリビニルブチラール
等のホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポ
キシ接着剤が挙げられる。
【００５６】また、太陽電池モジュールが高温で使用さ
れる場合、例えば屋根材一体型などでは高温下での接着
を確実にするために、架橋することがより好ましい。Ｅ
ＶＡなどの架橋法としては、有機過酸化物を用いる方法
が一般的である。
【００５７】裏面の被覆フィルムの外側には、太陽電池
モジュールの機械的強度を増すために、あるいは、温度
変化による歪、ソリを防止するために、補強板を張り付
けても良い。例えば、鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ
（ガラス繊維強化プラスチック）板が好ましい。
【００５８】以上述ベた光起電力素子、樹脂フィルム、
充填材、表面樹脂フィルムを用いて太陽電池モジュ−ル
とする方法を次に説明する。
【００５９】光起電力素子の金属部材上にあらかじめ樹
脂フィルムを設けておく。接着剤層がある場合はそれで
金属部材に固定すれば良いし、そうでない場合は次に述
ベる被覆工程において樹脂フィルムを金属部材上にくる
ように置けばよい。充填材１０２で光起電力素子受光面
を被覆するには、シート状に成型した充填材を作製しこ
れを素子上に加熱圧着する方法が一般的である。すなわ
ち、光起電力素子１０１と表面樹脂フィルム１０３の間
に充填材シートを挿入して加熱圧着することにより太陽
電池モジュールとすることができる。なお、圧着時の加
熱温度及び加熱時間は架橋反応が十分に進行する温度・
時間をもって決定する。加熱圧着の方法としては従来公
知である真空ラミネーション、ロールラミネーションな
どを種々選択して用いることができる。
【００６０】なお、裏面についても同様な方法で裏面被
覆フィルムと裏面充填材を用いて被覆を行えばよい。通
常は表面充填材と裏面充填材は同じ材料であるので上記
工程と同時に行うことができる。
【００６１】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。 （実施例１） 〔光起電力素子〕まず、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）太陽電池（光起電力素子）を製作する。作製手順を
図２を用いて説明する。
【００６２】洗浄したステンレス基板２０１上に、スパ
ッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００
Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成する。つ
いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4とＰＨ3とＨ2
の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＨ2の混合
ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＢＦ3とＨ2の混
合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚
１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ
層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Å
の層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ半導体光活性層２０３を
形成した。次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ2Ｏ3薄
膜（膜厚７００Å）を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加熱
法で蒸着することによって形成した。さらに、集電用の
グリッド電極２０５を銀ぺーストのスクリーン印刷によ
り形成し、最後にマイナス側端子２０６ｂとしては銅タ
ブをステンレス基板にステンレス半田２０８を用いて取
り付け、プラス側端子２０６ａとしては錫箔のテープを
導電性接着剤２０７にて集電電極２０５に取り付け出力
端子とし、光起電力素子を得た。
【００６３】〔セルブロック〕上記素子を直列に接続し
て太陽電池セルブロックを作製する方法を図３を用いて
説明する。
【００６４】各素子を並ベた後、隣り合う素子の一方の
素子のプラス側端子３０８と他方の素子のマイナス側端
子３０９とを銅タブ３０７で半田を用いて接続する。こ
れにより３個の素子を直列化した太陽電池セルブロック
を得た。この際、一番端の素子の出力端子に接続した銅
タブは裏面に回して後に述ベる裏面被覆材の穴から出力
を取り出せるようにした。
【００６５】次に、直列化したセルブロックの受光面側
の金属部材、すなわちプラス側端子と直列用の銅タブの
上全面に樹脂フィルムとして帯状の黒色のＰＥＴフィル
ム３１０（東レ社製、商品名ルミラーＸ３０、厚さ５０
μｍ）をアクリル系の接着剤３１１（住友スリーエム社
製、商品名ＶＨＢ）を用いて固定した。なお、樹脂フィ
ルムと接着剤層を合わせての代表的波長における全光線
透過率を表１に示した。以下の実施例についても同様に
示してある。（接着剤層のないものはフィルム単体での
透過率である。）
【００６６】
【表１】 〔モジュール化〕セルブロックの受光面側にＥＶＡシー
ト３０２（スプリングボーンラボラトリーズ社製、商品
名フォトキャップ、厚さ４６０μｍ）と片面をコロナ放
電処理した一軸延伸のＥＴＦＥフィルム３０３（デュポ
ン社製、商品名テフゼルＴ２フィルム、厚さ３８μｍ）
を、裏側にＥＶＡシート３０４ａ，３０４ｂ（スプリン
グボーンラボラトリーズ社製、商品名フォトキャップ、
厚さ４６０μｍ）とナイロンフィルム３０５（デュポン
社製、商品名ダーテック、厚さ６３．５μｍ）と黒色に
塗装したガルバリウム鋼板３１２（亜鉛メッキ鋼板、厚
さ０．２７ｍｍ）をＥＴＦＥ３０３／ＥＶＡ３０２／セ
ルブロック／ＥＶＡ３０４ａ／ナイロン３０５／ＥＶＡ
３０４ｂ／鋼板３１２という順に重ね、真空ラミネート
装置を用いて加圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱す
ることにより太陽電池モジュールを得た。なお、ここで
用いたＥＶＡシートは太陽電池の封止材として広く用い
られているものであり、ＥＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有率
３３％）１００重量部に対して架橋剤１．５重量部、紫
外線吸収剤０．３重量部、光安定化剤０．１重量部、酸
化防止剤０．２重量部、シランカップリング剤０．２５
重量部を配合したものである。出力端子はあらかじめ光
起電力素子裏面にまわしておき、ラミネート後、ガルバ
リウム鋼板に予め開けておいた端子取り出しロ３１３
ａ，３１３ｂから出力が取り出せるようにした。
【００６７】上記方法にて作製した太陽電池モジュール
につき、後述する項目について評価を行った。
【００６８】（実施例２）実施例１において樹脂フィル
ムを固定するための接着剤を用いなかった以外は同様に
して太陽電池モジュールを作製した。
【００６９】（実施例３）実施例１において樹脂フィル
ムを透明なＰＥＴフィルムに変えた以外は同様にして太
陽電池モジュールを作製した。
【００７０】（実施例４）実施例１において樹脂フィル
ムを白色のＰＥＴフィルムに、ガルバリウム鋼板を白色
に塗装したものに変えた以外は同様にして太陽電池モジ
ュールを作製した。
【００７１】（実施例５）実施例１において樹脂フィル
ムを黒色のナイロンフィルム（厚さ５０μｍ）に変えた
以外は同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００７２】（実施例６）実施例１において樹脂フィル
ムを黒色のポリカーボネートフィルムに変えた以外は同
様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００７３】（実施例７）実施例１において樹脂フィル
ムを黒色のアクリルフィルムに変えた以外は同様にして
太陽電池モジュールを作製した。
【００７４】（実施例８）実施例１において表面側及び
裏面側の充填材樹脂であるＥＶＡをポリビニルブチラー
ル樹脂に変えた以外は同様にして太陽電池モジュールを
作製した。
【００７５】（実施例９）セルブロックまでは実施例１
と同様に作製した。それ以降を図４を用いて説明する。
【００７６】〔モジュール化〕セルブロックの受光面側
にＥＶＡシート４０２（スプリングボーンラボラトリー
ズ社製、商品名フォトキャップ、厚さ８００μｍ）と白
板強化ガラス４０３（ＡＦＧ社製、商品名 Ｓｏｌａｔ
ｅｘ、厚さ３．２ｍｍ）を、裏側にＥＶＡシート４０４
（スプリングボーンラボラトリーズ社製、商品名フォト
キャップ、厚さ４６０μｍ）とアルミラミネートテドラ
ーフィルム４０５（東海アルミ箔社製）をガラス４０３
／ＥＶＡ４０２／セルブロック／ＥＶＡ４０４／アルミ
ラミネートテドラーフィルム４０５という順にガラスを
下にして重ね、真空ラミネート装置を用いて加圧脱気し
ながら１５０℃で３０分加熱することにより太陽電池モ
ジュールを得た。出力端子はあらかじめ光起電力素子裏
面にまわしておき、ラミネート後、アルミラミネートテ
ドラーフィルム４０５に予め開けておいた端子取り出し
口４１２ａ，４１２ｂから出力が取り出せるようにし
た。
【００７７】（比較例１）実施例１において金属部材上
の樹脂フィルムと接着剤層を設けなかった以外は同様に
して太陽電池モジュールを作製した。
【００７８】（比較例２）実施例８において金属部材上
の樹脂フィルムと接着剤層を設けなかった以外は同様に
して太陽電池モジュールを作製した。
【００７９】（比較例３）実施例９において金属部材上
の樹脂フィルムと接着剤層を設けなかった以外は同様に
して太陽電池モジュールを作製した。
【００８０】以上述ベた実施例及び比較例で作製した太
陽電池モジュールについて、下記項目の評価を行った。
結果を表２に示す。
【００８１】（１）耐光性 超エネルギー照射試験機（スガ試験機社製）に太陽電池
モジュールを投入し、メタルハライドランプによる５時
間の紫外線の照射（強度：１００ｍＷ／ｃｍ2、３００
ｎｍ−４００ｎｍ、雰囲気：ブラックパネル温度７０度
／湿度７０％ＲＨ）と１時間の結露（温度３０度／湿度
９６％ＲＨ）を繰り返すデューサイクル試験を行い、２
０００時間後の外観上の変化を観察した。変化のないも
のは○とし、変化のあったものはその状況を簡単にコメ
ントした。
【００８２】（２）耐候性 サンシャインウェザーメーターに太陽電池モジュールを
投入し、キセノンランプによる光照射と降雨サイクルに
よって促進耐候性試験を行い、５０００時間後の外観上
の変化を観察した。変化のないものは○とし、変化のあ
ったものはその状況を簡単にコメントした。
【００８３】（３）耐熱性 太陽電池モジュールを９０℃の雰囲気中に３０００時間
放置し、外観上の変化を観察した。変化のないものは○
とし、変化のあったものはその状況を簡単にコメントし
た。さらに、試験前と試験後の変換効率をＡＭ１．５の
疑似太陽光の光源を使用して測定し、試験前の効率を１
とした相対値で評価した。
【００８４】（４）耐スクラッチ 図５に示すような方法で金属部材上のモジュール表面の
最も凹凸の激しいと思われる部分を厚さ１ｍｍのカーボ
ンスチール製の板の角を用いて、荷重２ポンドで引っ掻
き、引っ掻き後の表面被覆材が外部との絶縁性を保つこ
とができるかどうかを評価した。判定は、モジュールを
抵抗率３０００Ω・ｃｍの電解質溶液に浸して、素子と
溶液との間に２２００ボルトの電圧を印加したときの漏
れ電流が５０μＡを越えた場合を不合格とした。表には
合格を○、不合格を×で示した。
【００８５】
【表２】 表２から明らかなように実施例の太陽電池モジュールは
耐光性試験、耐候性試験、耐熱性試験いずれにおいても
充填材樹脂の変色はほとんど認められず、極めて信頼性
の高いものであった。特に、黒色及び白色の不透明なフ
ィルムを金属部材上に設けたものは充填材樹脂に全く変
化は認められなかった。実施例３のモジュールの耐光性
試験において接着剤層の光劣化による軽微な黄変が発生
したが、耐候性・耐熱性試験では変化がなく、比較例よ
りも優れた信頼性を示した。また、最表面を樹脂フィル
ムで被覆したモジュールの耐スクラッチ性についても全
く問題のないことが明らかとなった。さらに、不透明な
樹脂フィルムが金属部材上に設けられているので金属部
材が隠されるという付随的な効果もあり、美観に優れた
モジュールとすることができた。特に樹脂フィルムの色
を裏面の鋼板と同じにすることで樹脂フィルムを目立た
なくすることができ、その効果はさらに高まった。
【００８６】これに対し、比較例はいずれも耐熱性試験
において金属部材上の充填材樹脂の黄変が顕在化した。
特に最表面がフィルムである比較例１と比較例２ではそ
の程度がひどく、樹脂の変色が素子の発電領域にまで及
び、試験後の光電変換効率の低下を招いた。また、耐光
性・耐候性試験では比較例１と比較例２において金属部
材、なかでも銅の部分の腐食がおきて緑色に変色した。
耐スクラッチ性も十分でなく、金属部材上のスクラッチ
によって表面被覆材の絶縁性が破壊された。さらに、金
属部材が見えるため外観上好ましいものとはいい難かっ
た。
【００８７】なお、本発明に係わる太陽電池モジュール
の製造方法は以上の実施例に何等限定されるものではな
く、その要旨の範囲内で種々変更することができる。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば、光起電力素子の少なく
とも光入射側表面がそれに接する透明な有機高分子樹脂
で被覆されている太陽電池モジュールにおいて、前記光
起電力素子上の少なくとも一つの金属部材と前記有機高
分子樹脂との問に前記有機高分子樹脂とは別の材料から
なる樹脂フィルムを挿入することによって、従来、問題
になっていた光起電力素子に実装される金属部材に接す
る樹脂の劣化を防ぎ、長期間の屋外暴露において外観上
の変化がなく光電変換効率の低下の心配のない信頼性の
高い太陽電池モジュールを得ることができた。さらに、
表面をフィルムで被覆した太陽電池モジュールの実装部
材部分の耐ヘイルインパクト性や耐スクラッチ性を選択
的に向上させることにより、外部からの機械的要因よる
実装部材の損傷を防ぐことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した太陽電池モジュールの概略断
面図の一例である。
【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する、光起電
力素子の基本構成を示す概略断面図（ａ）及び受光面側
上面図（ｂ）の一例である。
【図３】実施例１の太陽電池モジュールの概略断面図で
ある。
【図４】実施例９の太陽電池モジュールの概略断面図で
ある。
【図５】耐スクラッチ試験を表わす模式図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略断
面図である。
【符号の説明】
１０１，３０１，４０１，６０１ 光起電力素子、 １０２，３０２，４０２ 表面充填材、 １０３，３０３，６０２ 表面樹脂フィルム、 １０４，３０４，４０４ 裏面充填材、 １０５，３０５，４０５ 裏面被覆フィルム、 １０６，２０５，３０６，４０６，６０５ 集電電極、 １０７，３０７，４０７，６０７ 金属部材、 １０８，３０８，４０８ プラス側端子、 １０９，３０９，４０９ マイナス側端子、 １１０，３１０，４１０ 樹脂フィルム、 １１１，３１１，４１１ 接着剤、 ２０１ 導電性基板、 ２０２ 裏面反射層、 ２０３ 半導体光活性層、 ２０４ 透明導電層、 ２０６ 出力端子、 ２０７ 導電性ペースト、 ２０８ 半田、 ３１２ 鋼板、 ３１３，４１２ 端子取り出し口、 ４０３ ガラス、 ６０３ 充填材、 ６０４ 絶縁体、 ６０６ 端子。
フロントページの続き (72)発明者 小森 綾子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 山田 聡 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光起電力素子の少なくとも光入射側表面
    がそれに接する透明な有機高分子樹脂で被覆されている
    太陽電池モジュールにおいて、前記光起電力素子上の少
    なくとも一つの金属部材と前記有機高分子樹脂との間に
    前記有機高分子樹脂とは別の材料からなる樹脂フィルム
    が挿入されていることを特徴とする太陽電池モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】 前記有機高分子樹脂の主成分がブチラー
    ル樹脂またはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）
    のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の太
    陽電池モジュール。
  3. 【請求項３】 前記金属部材の表面もしくは全体が銅、
    銀、半田、ニッケル、亜鉛、錫から選択される金属から
    なることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュー
    ル。
  4. 【請求項４】 前記樹脂フィルムがボリエチレンテレフ
    タレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリカーボネート、ポ
    リエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリ
    ルから選択される樹脂からなることを特徴とする請求項
    １記載の太陽電池モジュール。
  5. 【請求項５】 前記樹脂フィルムの全光線光透過率が４
    ００ｎｍから８００ｎｍの波長領域全般において５％以
    下であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジ
    ュール。
  6. 【請求項６】 前記樹脂フィルムと前記金属部材の間に
    接着剤樹脂層が設けられている請求項１記載の太陽電池
    モジュール。
  7. 【請求項７】 前記樹脂フィルムと前記接着剤樹脂層合
    わせての全光線光透過率が４００ｎｍから８００ｎｍの
    波長領域全般において５％以下であることを特徴とする
    請求項６記載の太陽電池モジュール。
  8. 【請求項８】 前記有機高分子樹脂上にそれに接してそ
    の外側の最表面に位置する透明な樹脂フィルム層を設け
    てなる請求項１記載の太陽電池モジュール。
  9. 【請求項９】 前記樹脂フィルムがフッ化物重合体であ
    ることを特徴とする請求項８記載の太陽電池モジュー
    ル。
  10. 【請求項１０】 前記フッ化物重合体が四フッ化エチレ
    ン−エチレン共重合体であることを特徴とする請求項９
    記載の太陽電池モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記光起電力素子が導電性基体上に光
    変換部材としての半導体光活性層、透明導電層が形成さ
    れたものであることを特徴とする請求項１記載の太陽電
    池モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記半導体光活性層が非晶質半導体薄
    膜であることを特徴とする請求項１１記載の太陽電池モ
    ジュール。
  13. 【請求項１３】 前記非晶質半導体薄膜がアモルファス
    シリコンであることを特徴とする請求項１２記載の太陽
    電池モジュール。
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