JP2008053419A - 太陽電池モジュールの封止構造及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根用基板として使用される各種金属材料やプラスチック材料など幅広い材料に対して安定した接着強度を有し、屋外環境での長時間使用に耐え得る太陽電池モジュールの封止構造及び太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】裏面側封止材１０２と表面側封止材１０４との間に太陽電池セル１０３が内設され、表面側封止材１０４の表面側に表面保護材１０５が配置されてラミネート封止されたサブモジュール３００を形成し、サブモジュール３００を屋外用基板２０２の表面に貼り合せて構成された太陽電池モジュール１００において、屋根用基板２０２とサブモジュール３００の裏面側封止材１０２との間に感圧型シート状接着剤２００及び反応硬化型接着剤２０１を配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋外に設置される架台上や、住宅の屋根、ビルディングの屋上等に敷設されて、太陽光を利用して電力を発生する太陽電池モジュール、特にフレキシブルタイプの太陽電池モジュールの封止構造及び該太陽電池モジュールの製造方法に関する。

現在、環境保護のためクリーンなエネルギー供給体の研究開発が進められている。中でも、太陽電池はその資源が無限に近いこと、無公害であることから注目を集めている。
電力供給用や一般住宅用として太陽電池が使用される環境は、当然ながら日当たりの良好な屋外環境で年間の寒暖による温度差、気象の変化による風雨等に曝されての使用であっても、１０年以上の製品寿命を維持し得る性能が求められる。

図２は、従来技術に係る太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。図２において、１００は太陽電池モジュールであり、次のような封止構造を備えている。
すなわち、１０１は定尺に加工された屋根用基板であり、該屋根用基板１０１の上に、裏面側封止材１０２を載せ、その上に太陽電池セル１０３を載せてから、該太陽電池セル１０３の上に表面側封止材１０４とその上に表面保護材１０５を順次積層して、太陽電池モジュールの組立てを行う。
かかる組立て後、上記太陽電池セル１０３からの内部リード線（図示省略）を出力端子として裏面側封止材１０２と屋根用基板１０１に形成された貫通孔（図示省略）から取出し、図示しない真空加熱ラミネート装置に載置し、真空度１Ｔｏｒｒで３０ｍｉｎ程度減圧した後に、１５０℃で３０分（ｍｉｎ）程度の条件にて熱融着封止される。
また、折り曲げ加工代Ｗを、いわゆるハット構造に加工することにより、構造物としての剛性が付与された太陽電池モジュール１００が完成されることになる。

かかる太陽電池モジュール１００の構成材料としては、上記裏面側封止材１０２及び表面側封止材１０４はブリヂストン社製ＥＶＡ(エチレンビニルアセテート:商品名ＥＶＡＳＡＦＥ１４２５厚さ０．４ｍｍ)を使用している。また、上記表面保護材１０５には、旭硝子社製ＥＴＦＥ(商品名:アフレックス２５Ｎ１０３０Ｄ・ＣＳ厚さ２５μｍ)を使用している。
そして、上記太陽電池セル１０３は、別工程で製造されたアモルファスシリコン太陽電池セル(厚さ０．３５ｍｍ程度)を使用している。さらに、上記屋根用基板１０１としては、屋外で使用可能なガルバリウム鋼板のポリエステル塗装鋼板、あるいはフッ素塗装鋼板を使用している。
以上のようにして完成した太陽電池モジュール１００には、屋根用基板１０１と裏面側封止材１０２、裏面側封止材１０２と太陽電池セル１０３の裏面側、太陽電池セル１０３の表面側と表面側封止材１０４、表面側封止材１０４と表面保護材１０５、そして裏面側封止材１０２と表面側封止材１０４の５箇所の封止界面が存在するが、いずれの界面も熱融着封止された後は、充分な接着性能を有している状態となっている。

また、特許文献１（特開平７−３０２９２５号公報）には、定尺に加工された補強板（屋根用基板）の上に、裏面被覆フィルムを挟んだ裏面充填材（裏面側封止材）を載せ、その上に光起電力素子（太陽電池セル）を載せてから、該光起電力素子の上に透明な表面充填材（表面側封止材）とその上に透明な表面保護材を順次積層してなる太陽電池モジュールであって、上記表面充填材（表面側封止材）の主な構成樹脂が、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピンを主成分とする６０〜８０％のフッ素含有量の多元共重合体の架橋物であり、また上記表面保護材が４０〜６０％のフッ素含有量のフィルムから構成された太陽電池モジュールが開示されている。
特開平７−３０２９２５号公報

図２に示される従来の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュール１００を構成する補強板としての屋根用基板１０１に使用される材料が、該屋根用基材１０１として例えばチタン金属等の金属類からテント材のプラスチック材料に至るまで、接着剤では接着しにくい材料が使用されている。このため、太陽電池モジュール１００において上記屋根用基板１０１に接着される部分は、幅広い材料に対して接着性能と信頼性を有した接着構造が必要になる。
しかしながら、図２に示される従来技術にあっては、補強板として設けた屋根用基板１０１に、単に裏面側封止材１０２を接着しているにとどまり、また上記特許文献１（特開平７−３０２９２５号公報）においても、補強板に裏面充填材を直接接着させているにとどまり、いずれの技術においても上記課題を解決する手段は開示されていない。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、屋根用基板として使用される各種金属材料やプラスチック材料など幅広い材料に対して安定した接着強度を有し、屋外環境での長時間使用に耐え得る太陽電池モジュールの封止構造及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、請求項１の本発明は、裏面側封止材と表面側封止材との間に太陽電池セルが内設され、前記表面側封止材の表面側に表面保護材が配置されてラミネート封止されたサブモジュールを形成し、該サブモジュールを屋外用基板の表面に貼り合せて構成された太陽電池モジュールにおいて、前記屋根用基板と前記サブモジュールの裏面側封止材との間に感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤を配置している。
この発明において、前記反応硬化型接着剤を前記屋根用基板の外周近傍に配置し、前記反応硬化型接着剤よりも内周側に前記感圧型シート状接着剤を配置しているのが好ましい。

また、請求項３の本発明は、前記のように構成された太陽電池モジュールの製造方法に係り、裏面側封止材と表面側封止材との間に太陽電池セルを内設し、前記表面側封止材の表面側に表面保護材を配置するとともに、真空加圧により熱融着してラミネート封止されたサブモジュールを形成し、該サブモジュールを屋外用基板の表面に貼り合せてなる太陽電池モジュールの製造方法であって、前記屋根用基板の上面に沿って感圧型シート状接着剤と反応硬化型接着剤とを塗布し、該感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤に前記ラミネート封止されたサブモジュールの前記裏面側封止材を貼り合せて、前記屋根用基板と前記サブモジュールとを接着している。
この発明において、前記屋根用基板上の中央部近傍に前記感圧型シート状接着剤を塗布し、次いで前記屋根用基板上の前記感圧型シート状接着剤よりも外周寄りの部分に前記反応硬化型接着剤を塗布し、前記感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤に前記ラミネート封止されたサブモジュールの前記裏面側封止材を貼り合せるのが好ましい。

上述の如く、本発明によれば、裏面側封止材と表面側封止材との間に太陽電池セルが内設され、前記表面側封止材の表面側に表面保護材が配置されてラミネート封止されたサブモジュールを形成し、該サブモジュールを屋外用基板の表面に貼り合せて構成された太陽電池モジュールにおいて、前記屋根用基板の上面に沿って感圧型シート状接着剤と反応硬化型接着剤とを塗布して、その上側に前記ラミネート封止されたサブモジュールの裏面側封止材を貼り合せて屋根用基板とサブモジュールとを接着するように構成したので、屋根用基板に使用する材料に対して種類を選ばず高い接着力を有するが、折り曲げ加工等で生じる剥離に対する耐剥離性に課題がある感圧型シート状接着剤と、折り曲げ加工等で生じる剥離に対して剥がれ難い性質を備えた反応硬化型接着剤とを併用することにより、前記２種類の接着剤の長所、短所がお互いの接着剤でカバーされ、安定した接着性能が得られる。
これにより、屋根用基板として使用される各種金属材料やプラスチック材料など幅広い材料に対して安定した接着性能を有し、接着不良はなくなって、屋外環境での長時間使用に耐え得る耐久性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。

また、折り曲げ加工等で生じる剥離に対して剥がれ難い性質を備えた反応硬化型接着剤を折り曲げ加工部が形成される屋根用基板の外周近傍に配置し、該反応硬化型接着剤よりも内周側の主たる接着部に、屋根用基板に使用する材料に対して種類を選ばず高い接着力を有する感圧型シート状接着剤を配置することにより、屋根用基板とサブモジュールとを高い接着性能で均一に接着することができる。

以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの封止構造及び太陽電池モジュールの製造方法について、その実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
図１において、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、屋根用基板２０２、裏面側封止材１０２、太陽電池セル１０３、表面側封止材１０４及び表面保護材１０５を積層しって互いに接着することにより構成されている。
屋根用基板２０２は定尺に加工されたものが使用され、住宅等の屋根の上に敷設されている。裏面側封止材１０２と止表面側封材１０４との間には太陽電池セル１０３が内設されており、太陽電池セル１０３の下側には裏面側封止材１０２が接着され、太陽電池セル１０３の上側には表面側封止材１０４が接着されている。また、屋根用基板２０２の上側には感圧型シート状接着剤２０１が塗布され、屋根用基板２０２の外周近傍と裏面側封止材１０２との間には反応硬化型接着剤２０１が塗布されている。

次に、以上のように構成される太陽電池モジュール１００の製造方法について説明する。
まず、定尺に加工された裏面側封止材１０２を積層し、次に該裏面側封止材１０２の上側に太陽電池セル１０３を積層し、次に該太陽電池セル１０３の上側に表面側封止材１０４とその上側に表面保護材１０５を順次積層して積層体を形成する。
次いで、図示しない真空加熱ラミネート装置に前記積層体を載置し、この状態において真空度１Ｔｏｒｒで３０分（ｍｉｎ）程度減圧した後、１５０℃で３０分（ｍｉｎ）程度の条件にてラミネート加工を行い、熱融着封止された上記積層体からなるサブモジュール３００が形成される。

次に、屋根用基板２０２の上に感圧型シート状接着剤２０１を塗布し、その後、屋根用基板２０２の外周近傍に反応硬化型接着剤２０１を塗布し、さらに上記ラミネート加工が完了したサブモジュール３００の裏面側封止材１０２の下面を感圧型シート状接着剤２００及び反応硬化型接着剤２０１に貼り合せる。このとき、サブモジュール３００からの内部リード線（図示省略）を出力端子として屋根用基板２０２の貫通孔（図示省略）から取出し、さらに上方から加圧荷重を加えて接着を完了する。外周部近傍の反応硬化型接着剤２０１は大気中の湿気と反応し、室温で３〜４時間程度で硬化する。
また、折り曲げ加工代Ｗを、いわゆるハット構造に加工することにより、構造物としての剛性が付与された太陽電池モジュール１００が完成されることになる。

かかる太陽電池モジュール１００の構成材料として、裏面側封止材１０２及び表面側封止材１０４は、ブリヂストン社製ＥＶＡ(エチレンビニルアセテート:商品名ＥＶＡＳＡＦＥ１４２５厚さ０．４ｍｍ)を使用している。また、表面保護材１０５には旭硝子社製ＥＴＦＥ(商品名:アフレックス２５Ｎ１０３０Ｄ・ＣＳ厚さ２５μｍ)を使用している。
また、太陽電池セル１０３は、別工程で製造されたアモルファスシリコン太陽電池セル(厚さ０．３５ｍｍ程度)を使用している。さらに、屋根用基板１０１としては、屋外で使用可能なガルバリウム鋼板のポリエステル塗装鋼板、あるいはフッ素塗装鋼板を使用している。

そしてまた、感圧型シート状接着剤２００としては、アクリル系感圧型シート状接着剤で住友３Ｍ社製Ｙ４９２０が好適であり、反応硬化型接着剤２０１にはシリコーン変性型の接着剤でセメダイン社製スーパーＸが好適である。また、屋根用基板２０２としては、本実施形態ではチタン基板が使用されているが、鋼板等の強度を有する板材であればよい。

屋根用基板２０２と裏面側封止材１０２との接着用として、感圧型シート状接着剤２００及び反応硬化型接着剤２０１の２種類を使用する理由としては、屋根用基板２０２に使用する材料に対して種類を選ばず接着することができるのが感圧シート状接着剤２００であるが、該感圧シート状接着剤２００は折り曲げ加工等で生じる剥離に対しては剥がれ易い性能を持っているため、この剥離を補うために反応硬化型接着剤２０１を使用するのである。かかる反応硬化型接着剤２０１は、上記剥離が発生し易い外周部に用いるのが好ましい。
また、反応硬化型接着剤２０１は、室温で３〜４時間の硬化時間が必要であるが、図１に示すように、この間の接着形態の維持は感圧シート状接着剤２００により保たれる構造となっており、これにより、２種類の接着剤２００，２０１の長所、短所がお互いの接着剤でカバーされることになる。

以上の構成及び製造方法によって完成した太陽電池モジュール１００において、屋根用基板２０２の金属材料としてチタン基板を使用したものについて、接着性能確認実験を行った結果、図１に示すように、屋根用基板２０２とサブモジュール３００とを感圧型シート状接着剤２００及び反応硬化型接着剤２０１を用いて接着して構成された太陽電池モジュール１００は、十分な接着強度を有することが確認された。
さらに、以上の構成及び製造方法によって製作された太陽電池モジュール１００を屋外環境に設置された架台や住宅の屋根に設置して、長期間の耐久性確認試験を行った結果、長期間の使用においても接着強度が低下するという問題は発生せず、良好な耐久性を示した。

このように本発明の実施形態によれば、裏面側封止材１０２と表面側封止材１０４との間に太陽電池セル１０３が内設され、表面側封止材１０４の表面側に表面保護材１０５が配置されてラミネート封止されたサブモジュール３００を形成し、該サブモジュール３００を屋外用基板２０２の表面に貼り合せて構成された太陽電池モジュール１００において、屋根用基板２０２の上面に沿って感圧型シート状接着剤２００と反応硬化型接着剤２０１とを塗布して、その上側に上記ラミネート封止されたサブモジュール３００の裏面側封止材１０２を貼り合せて屋根用基板２０２とサブモジュール３００とを接着するように構成したので、屋根用基板２０２に使用する材料（この実施形態ではチタン基板）に対して種類を選ばず高い接着力を有するが、折り曲げ加工等で生じる剥離に対する耐剥離性に課題がある感圧型シート状接着剤２００と、折り曲げ加工等で生じる剥離に対して剥がれ難い性質を備えた反応硬化型接着剤２０１とを併用することにより、上記２種類の接着剤の長所、短所がお互いの接着剤でカバーされ、安定した接着性能が得られる。
これにより、屋根用基板２０２として使用される各種金属材料やプラスチック材料など幅広い材料に対して安定した接着強度を有し、屋外環境での長時間使用に耐え得る太陽電池モジュール１００を提供することができる。

また、折り曲げ加工等で生じる剥離に対して剥がれ難い性質を備えた反応硬化型接着剤２０１を折り曲げ加工部が形成される屋根用基板２０２の外周近傍に配置し、該反応硬化型接着剤２０１よりも内周側の主たる接着部に、屋根用基板２０２に使用する材料に対して種類を選ばず高い接着力を有する感圧型シート状接着剤２００を配置することにより、屋根用基板２０２とサブモジュール３００とを高い接着性能で均一に接着することができる。

以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。 従来技術の太陽電池モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１００ 太陽電池モジュール
１０２ 裏面側封止材
１０３ 太陽電池セル
１０４ 表面側封止材
１０５ 表面保護材
２００ 感圧型シート状接着剤
２０１ 反応硬化型接着剤
２０２ 屋根用基板
３００ サブモジュール
Ｗ 折曲げ加工代

Claims (4)

1. 裏面側封止材と表面側封止材との間に太陽電池セルが内設され、前記表面側封止材の表面側に表面保護材が配置されてラミネート封止されたサブモジュールを形成し、該サブモジュールを屋外用基板の表面に貼り合せて構成された太陽電池モジュールにおいて、前記屋根用基板と前記サブモジュールの裏面側封止材との間に、感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤を配置したことを特徴とする太陽電池モジュールの封止構造。
2. 前記反応硬化型接着剤を前記屋根用基板の外周近傍に配置し、前記反応硬化型接着剤よりも内周側に前記感圧型シート状接着剤を配置した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の封止構造。
3. 裏面側封止材と表面側封止材との間に太陽電池セルを内設し、前記表面側封止材の表面側に表面保護材を配置するとともに、真空加圧により熱融着してラミネート封止されたサブモジュールを形成し、該サブモジュールを屋外用基板の表面に貼り合せてなる太陽電池モジュールの製造方法であって、前記屋根用基板の上面に沿って感圧型シート状接着剤と反応硬化型接着剤とを塗布し、該感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤に前記ラミネート封止されたサブモジュールの前記裏面側封止材を貼り合せて、前記屋根用基板と前記サブモジュールとを接着することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記屋根用基板上の中央部近傍に前記感圧型シート状接着剤を塗布し、次いで前記屋根用基板上の前記感圧型シート状接着剤よりも外周寄りの部分に前記反応硬化型接着剤を塗布し、前記感圧型シート状接着剤及び反応硬化型接着剤に前記ラミネート封止されたサブモジュールの前記裏面側封止材を貼り合せることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

Images