JP2002111026A - 薄膜太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非晶質シリコン系半導体層を形成した太陽電池
素子の光劣化を低く抑えて高い出力を得る。 【解決手段】非晶質シリコン系半導体層２を形成した太
陽電池素子１０の受光面側または非受光面側のいずれか
一方もしくは双方に内圧が１ｔｏｒｒ以下の真空層（真
空断熱層２）を設けて、高い断熱効果を確保すること
で、太陽光による太陽電池素子の温度上昇を高めてアニ
ール効果を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池モジ
ュールに関し、さらに詳しくは非晶質シリコン系半導体
層を形成した太陽電池素子からなる薄膜太陽電池モジュ
ールに関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜太陽電池は、結晶ウエハーを用いる
太陽電池モジュールと比較して、半導体材料の使用量が
少なくて済むこと、及びガラスや金属等の安価な基板上
に低温プロセスで形成できることから低価格化が期待さ
れている。

【０００３】薄膜太陽電池の中でも非晶質シリコン系太
陽電池は、材料であるシリコンが非常に豊富である点、
及びＣｄやＳｅを使用する化合物系太陽電池に比して材
料が無害で環境への影響がない点で優れており、開発が
進められている。

【０００４】このような非晶質シリコン太陽電池におい
ては、まず、ガラス等の透光性基板上にＳｎＯ2 やＺｎ
Ｏ等の透明導電膜／ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン系半導体
層／金属表面電極層を順次積層して太陽電池素子を形成
し、レーザビーム等で分割・接続して集積構造とする。
次に、太陽電池素子の裏面側をエチレンビニルアセテー
ト（以下、ＥＶＡと言う）やポリビニルブチラール（以
下、ＰＶＢと言う）等の充填材、またはＰＥＴ／アルミ
ニウムフィルム／ＰＥＴ積層シートやテドラー等のバッ
クシートで封止してスーパーストレート型の太陽電池パ
ネルを構成し、これにアルミニウム等のフレームを取り
付けて屋外で設置使用することが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、非晶質シリ
コン系太陽電池には、ステブラー・ロンスキー効果とよ
ばれる光照射による変換効率の初期劣化現象（以下、光
劣化と言う）があり、このことが、電力用モジュールに
非晶質シリコン系太陽電池を用いる場合の課題となって
いる。

【０００６】このような非晶質シリコン系太陽電池の光
劣化を完全になくすことはできないが、光劣化を低減す
る方法としては、従来、単位セルを２層、３層積層した
タンデム、トリプル構造として光電変換を行う非晶質シ
リコン系半導体層の膜厚を薄くする方法等が知られてい
る。

【０００７】また、光劣化によって低下した変換効率
は、太陽電池を高温にすることによって回復することが
知られている。回復効果は４０℃程度の温度でも見られ
るが、温度が高いほうが効果が大きく、７０℃以上の高
温にすることで大幅に特性が回復するようになる。

【０００８】非晶質シリコン系太陽電池の出力の温度依
存性は、結晶系シリコン太陽電池に比べると非常に少な
く、１℃の温度上昇による出力低下は０．１〜０．２％
であるため、太陽電池を高温に保ち、光劣化を回復させ
ながら使用することで光劣化を低減し、高い出力を得る
ことができる。

【０００９】従来、このような非晶質シリコン系太陽電
池の温度特性を生かし、温度を高めて光劣化を低減する
方法として、特開平４−７１２７６号公報に、モジュー
ルの裏面側（非受光面側）に断熱手段を設け、太陽光に
よる熱が裏面から伝導することを抑制する方法が開示さ
れている。

【００１０】また、特開平１１−１０３０８６号公報に
は、フレームを有するモジュールにおいて、太陽電池と
フレームとの間に断熱材を設けてフレームへの熱の伝導
を抑制する方法が開示されている。

【００１１】しかしながら、これらの従来の技術では以
下のような問題がある。

【００１２】（１）モジュール裏面に断熱手段を設ける
ことで、モジュールの最高到達温度は夏季の日中で気温
＋４０℃程度まで上昇するが、他の季節ではモジュール
温度が７０℃を超えることは困難である。

【００１３】（２）使用する断熱材が、公害の原因とな
るポリスチレン、あるいは通常の焼却処理ではダイオキ
シン発生の危険が伴うポリウレタン、ポリエチレン等、
屋根の上などの大面積に敷設する太陽電池モジュールに
は不適な材料が多い。一方、断熱材として、公害が発生
する可能性の少ないＰＥＴやフェノール系樹脂を使用し
た場合、断熱係数が０．３程度であるため、大面積のモ
ジュールを保温するには２０ｍｍ以上の厚みが必要であ
り、モジュール処分時の断熱材の大量廃棄やモジュール
そのものの大型化という弊害も大きい。

【００１４】（３）モジュールの裏面に断熱手段を設置
する場合、断熱材をモジュール裏面に接着剤等で貼り付
けるという方法が採られるが、この方法ではモジュール
完成後の工数が増加する。しかも、断熱材とモジュール
との密着性が十分でないため、長期の屋外暴露中に水分
の浸入等で接着剤の劣化が起こり機能低下が見られるよ
うになる。このような劣化を抑えるには、防水シートを
もう一層設けなければならず、コスト増加に繋がる。

【００１５】本発明は、そのような実情に鑑みてなされ
たもので、光劣化を抑制して高い出力を得ることのでき
る薄膜太陽電池モジュールの提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質シリコ
ン系半導体層を形成した太陽電池素子からなる薄膜太陽
電池モジュールにおいて、太陽電池素子の受光面側また
は非受光面側のいずれか一方もしくは双方に真空層が形
成されていることによって特徴づけられる。

【００１７】このように薄膜太陽電池モジュールに真空
層を設けておくことで、高い断熱効果を得ることができ
る。例えば真空層の真空度を１ｔｏｒｒ以下とすると、
断熱係数が０．１以下の断熱効果を得ることができる。

【００１８】本発明の薄膜太陽電池モジュールにおい
て、芯材を真空封止用の樹脂フィルムにて包装した構造
で、内圧が１ｔｏｒｒ以下に保持される真空層を、太陽
電池素子の非受光面側に設けておいてもよい。この場
合、太陽電池素子の非受光面側の断熱係数を０．１以下
とすることができ、一般的な断熱材の１／３程度とする
ことができる。これにより、太陽電池素子の非受光面側
の真空層の寸法（厚み）を小さくしても、目的とする断
熱効果を得ることができ、光劣化の影響を抑えることが
できる。また、真空層の寸法を小さくすることができる
ことから、モジュールの小型化及び製品部材の省資源化
も達成できる。

【００１９】なお、真空層内に芯材を入れる場合、２５
〜７０℃でのシクロペンタン及び炭酸ガスの吸着量が大
きくて、真空度を１ｔｏｒｒ以下に保てるような化学吸
着材を充填しておけば、芯材から放出されるシクロペン
タン等のガスが吸着されるので、長期間にわたって内圧
を１ｔｏｒｒ以下に抑えることができる。

【００２０】ここで、太陽電池素子の裏面を樹脂フィル
ムで封止する際のラミネートは、バックフィルムと樹脂
フィルムとの間の脱泡を行うため、通常１ｔｏｒｒ以下
の負圧で１３０℃に昇温して封止するという方法で行わ
れる。また、ラミネート工程に用いるラミネート装置
は、バックフィルムを袋状にし、真空状態で開口部を熱
融着する機構を備えている。従ってラミネート工程にお
いて、前記した真空層を形成する際の真空封止用の樹脂
フィルムの真空封止をラミネートと同時に実施すること
が可能であり、ラミネートと真空封止とを同時に行うこ
とにより、工数を大幅に削減することができる。しか
も、ラミネートのフィルムと真空層を形成するフィルム
とが一体成形される上、その両者のフィルムが樹脂にて
減圧融着されるので、モジュールと真空層との密着性も
良好となる。

【００２１】真空封止用の樹脂フィルムとしては、ＰＥ
Ｔ上にアルミニウムが蒸着され、かつ袋状に成形された
樹脂フィルムを用いることが好ましい。このような樹脂
フィルムを使用すると、ラミネートと真空層の同時形成
が可能となるばかりでなく、アルミニウムの蒸着によっ
て圧力上昇の経時変化を大幅に抑えることができる。

【００２２】また、真空封止用の樹脂フィルムは、太陽
電池素子の非受光面側に透明樹脂によって接着されるこ
とが好ましい。接着剤に透明樹脂を用いると、太陽電池
素子の裏面充填材としてＥＶＡ樹脂を用いることが可能
となり、モジュールの長期信頼性を確保することができ
る。

【００２３】本発明の薄膜太陽電池モジュールにおい
て、太陽電池素子の受光面側の透光性基板を複数層のガ
ラスで構成し、その複数層のガラスの隙間に１ｔｏｒｒ
以下の真空層を形成しておけば、受光面側の透光性基板
表面からの放熱を抑えることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２５】図１は本発明の実施形態の構造を模式的に
示す断面図である。

【００２６】図１の薄膜太陽電池モジュールは、透光性
基板１に非晶質シリコン系半導体層２を形成した太陽電
池素子１０と、太陽電池素子１０の裏面（非受光面）を
封止する裏面封止樹脂フィルム（両面白色）３と、太陽
電池素子１０の非受光面側に設けられた真空断熱層４か
らなる太陽電池パネル１１を、ブチルゴムを用いて、ア
ルミニウム製のフレーム５に嵌入接着した構造となって
いる。

【００２７】太陽電池素子１０は、透光性基板１に、透
明導電膜（図示せず）／ｐ−ｉ−ｎ（またはｎ−ｉ−
ｐ）の非晶質シリコン系半導体層２／金属電極層（図示
せず）を順次堆積した積層体からなる光電変換膜を形成
し、その裏面側（非受光面側）をＥＶＡ、ＰＶＢ、ポリ
イソブチレン系樹脂等の充填材（図示せず）によって封
止した構造となっている。太陽電池素子１０の裏面は、
ＰＥＴ、テドラー等の裏面封止樹脂フィルム３にて保護
されている。なお、裏面封止樹脂フィルム３には必要に
応じてアルミニウム箔等が挟み込まれる。

【００２８】ここで、透光性基板１としては、強化ガラ
スや貼り合わせガラス、またはその他の一般的な透光性
基板が用いられる。

【００２９】透明導電膜には、従来の太陽電池素子と同
様に酸化錫や酸化インジウムが用いられる。

【００３０】非晶質シリコン系半導体層２としては、ア
モルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイ
ト、アモルファスシリコンゲルマニウム等が用いられ
る。

【００３１】金属電極層としては、クロム、アルミニウ
ム、銀などの一般的な金属材料が用いられる。これらの
うち、入射光の閉じ込め効果及び反射率の点を考慮する
と、銀を用いることが好ましい。

【００３２】なお、太陽電池素子１０は、素子温度が高
温になることから、非晶質シリコン系半導体層２と金属
電極層との間での金属成分の拡散が問題となる。これを
防止することを目的として、非晶質シリコン系半導体層
２と金属電極層との間に、酸化亜鉛等の透明導電膜を介
在させることが好ましい。

【００３３】また、非晶質シリコン系半導体層２の裏面
封止用の充填材としてＥＶＡ、ＰＶＢ等を用いる場合、
裏面封止樹脂フィルム３は真空ラミネート法にて接着す
ることが好ましい。

【００３４】真空断熱層４は、芯材を、ＰＥＴ等の樹脂
製の袋、好ましくはＰＥＴ／アルミニウム／ＰＥＴの袋
に入れて内圧が１ｔｏｒｒ以下になるようにロータリー
ポンプ等で吸引することによって形成する。この真空断
熱層４の形成工程は、前記した裏面封止樹脂フィルム３
の真空ラミネート工程と同時に行うことが、工数削減の
上で好ましい。なお、真空断熱層４の真空度を１ｔｏｒ
ｒ以下にすると、断熱効果が特に大きくなる（断熱係数
０．１％以下）。

【００３５】また、真空断熱層４には、２５〜７０℃で
のシクロペンタンや炭酸ガスの吸着量が大きくて、真空
度を１ｔｏｒｒ以下に保てるような化学吸着材を充填し
ておくことが好ましい。その化学吸着材としては、例え
ばＢａ−Ｌｉ合金系ゲッター材等を挙げることができ
る。

【００３６】真空断熱層４の芯材には、断熱性、保温性
及び畜熱性に優れた材料を用いる。具体的には、ポリス
チレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレ
タンフォーム、フェノールフォーム、シリコンラバーフ
ォーム、ポリプロピレン、イソシアヌレートなどの発泡
材料、ロックウール、グラスウール、セラミックファイ
バー、動植物繊維などの繊維材料、ケイ酸カルシウム、
けいそう土、コルクなどの粒・紛状材料、軽量気泡コン
クリートなどを用いることが可能である。

【００３７】ここで、真空断熱層４は高温になるため、
断熱性と高温・光照射状態での耐候性に優れることが好
ましい。また、燃焼時にダイオキシン等の公害物質を発
生しないことが望ましい。

【００３８】

【実施例】＜実施例１＞図１に示すように、表面に透明
導電膜を形成した透光性基板１上に非晶質シリコン系半
導体層２を形成した太陽電池素子１０の非受光面側に、
裏面封止樹脂フィルム３及び真空断熱層４をＥＶＡによ
り接着してなる太陽電池パネル１１を、ブチルゴムを用
いてアルミニウム製のフレーム５に嵌入接着して薄膜太
陽電池モジュールを作製した。ただし、真空断熱層４
は、ポリウレタンフォームを芯材としてＰＥＴ上にアル
ミニウムが蒸着された樹脂フィルムで包装し、１ｔｏｒ
ｒ以下に真空排気後、封止したものを用いた。

【００３９】以上の薄膜太陽電池モジュールを屋外に設
置し、その温度と光電変換効率の変化を調べたところ、
従来では太陽電池パネルの気温に対する温度上昇が、夏
期において最高でもモジュール中央部で約４０℃に止ま
っていたものが、この実施例１の薄膜太陽電池モジュー
ルでは、気温に対してモジュール全面で５０℃〜６０℃
の上昇となり、夏期において８０℃〜９０℃となってい
た。また、従来、年平均で約２４％の光劣化があったも
のが、この実施例１の薄膜太陽電池モジュールでは約１
９％の光劣化となっており、大きな改善効果が確認され
た。

【００４０】＜実施例２＞真空断熱層４として、ポリウ
レタンフォームを芯材としてＰＥＴ上にアルミニウムが
蒸着された樹脂フィルムで包装し、１ｔｏｒｒ以下に真
空排気後封止したものにかえて、透光性ガラス基板１の
裏面に更にガラス板を設け、２枚のガラス板の間に真空
排気可能な隙間を設けて、その隙間を１ｔｏｒｒ以下に
真空排気して複層ガラスからなる真空層を形成したこと
以外は、実施例１と同様にして薄膜太陽電池モジュール
を作製した。

【００４１】この薄膜太陽電池モジュールを屋外に設置
し、その温度と光電変換効率の変化を調べたところ、従
来では太陽電池パネルの気温に対する温度上昇が、夏期
において最高でもモジュール中央部で約４０℃に止まっ
ていたものが、この実施例２の薄膜太陽電池モジュール
では、気温に対してモジュール全面で４８℃〜５８℃の
上昇となり、夏期において７８℃〜８８℃となってい
た。また、従来、年平均で約２４％の光劣化があったも
のが、この実施例２の薄膜太陽電池モジュールでは約２
０％の光劣化となっており、大きな改善効果が確認され
た。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜太陽
電池モジュールによれば、非晶質シリコン系半導体層を
形成した太陽電池素子の受光面側または非受光面側のい
ずれか一方もしくは双方に真空層を設けて、高い断熱効
果を確保しているので、光照射により上昇する太陽電池
素子の温度が高くなってアニール効果が高められる。こ
れにより、光劣化を抑制することができる結果、高い出
力を得ることが可能になる。しかも、真空層の寸法（厚
み）を小さくしても、目的とする断熱効果を十分に得る
ことができるので、モジュールの小型化及び省資源化を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構造を模式的に示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 透光性基板 ２ 非晶質シリコン系半導体層 ３ 裏面封止樹脂フィルム ４ 真空断熱層 ５ フレーム １０ 太陽電池素子 １１ 太陽電池パネル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非晶質シリコン系半導体層を形成した太
   陽電池素子からなる薄膜太陽電池モジュールにおいて、 太陽電池素子の受光面側または非受光面側のいずれか一
   方もしくは双方に真空層が形成されていることを特徴と
   する薄膜太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 前記真空層の内圧が１ｔｏｒｒ以下であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 前記真空層が太陽電池素子の非受光面側
   に設けられており、その真空層が、芯材を真空封止用の
   樹脂フィルムにて包装した構造で、内圧が１ｔｏｒｒ以
   下に保持されていることを特徴とする請求項１記載の薄
   膜太陽電池モジュール。
4. 【請求項４】 太陽電池素子の非受光面を樹脂フィルム
   で封止するラミネート工程において、ラミネートと同時
   に前記真空封止用の樹脂フィルムを真空封止することに
   より、前記真空層が形成されていることを特徴とする請
   求項３記載の薄膜太陽電池モジュール。
5. 【請求項５】 前記真空封止用の樹脂フィルムとして、
   ＰＥＴ上にアルミニウムが蒸着され、かつ袋状に成形さ
   れた樹脂フィルムが用いられていることを特徴とする請
   求項４記載の薄膜太陽電池モジュール。
6. 【請求項６】 前記真空封止用の樹脂フィルムが、太陽
   電池素子の非受光面側に透明樹脂によって接着されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の薄膜太陽電池モジュ
   ール。
7. 【請求項７】 前記真空層に、２５〜７０℃でのシクロ
   ペンタン及び炭酸ガスの吸着量が大きくて、真空度を１
   ｔｏｒｒ以下に保てるような化学吸着材が充填されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の薄膜太陽電池モジュ
   ール。
8. 【請求項８】 太陽電池素子の受光面側の透光性基板が
   複数層のガラスで構成されており、その複数層のガラス
   の隙間に真空層が形成されていることを特徴とする請求
   項１、２または３記載の薄膜太陽電池モジュール。