JP2010123682A - 太陽電池保護シートおよび太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池保護シート5は、透過性保護層12と、反射構造層13と、外層6とを有している。透過性保護層12は、光透過性を有し一方の面が光入射面とされ他方の面が光射出面とされる。反射構造層13は光射出面側に設けられ光射出面から射出した光を透過性保護層12に向けて反射する反射機能を有する。外層6は、反射構造層13が光射出面と反対側に位置する裏面側に設けられ反射構造層13を保護する。反射構造層13が光射出面側に位置する表面および裏面の少なくとも一方の面に光反射性を有する光反射用凹凸面13Aが設けられている。
【選択図】図2
Description
これらの隙間及び余白部分は太陽電池セルが無いため、これらの領域に光が照射されても発電にはつながらず、損失となっている。
また、その他のタイプの太陽電池においても絶縁性やバリア性を得るために、太陽電池モジュールにセルが配置されない余白部分を作る必要があり、この余白部分に注ぐ光の多くは発電には用いられないが、面積辺りの発電効率を向上させるためには、この余白領域に注ぐ光も有効に活用する手段が望まれている。多くが裏面に配す保護シートを反射材としたり、表面に凹凸をつけたりしているが、保管・輸送等の間に発生する凹凸構造の変形、保護シート輸送の際に埃や塵を巻き込み易いなどのハンドリング性が課題として残る。
言い換えると、保護シートに光反射性を有する光反射用凹凸面(レリーフ構造)を設けることにより、保護シートにより再帰反射する光は太陽電池セルの受光面に到達する確率が上がることにより、効率を向上させることができる。また、光反射用凹凸面(レリーフ構造)が形成されている面が保護シートの内部に位置することにより、保護シート両面には構造がない状態となり、太陽電池モジュール組み立て前の段階における摩擦等による傷や構造の変形、および塵埃の構造への巻き込みが低減し、ハンドリング性に優れる。更にレリーフ構造が形成されている面を受光面にすることも、受光面と反対の面にすることも可能となる。
レリーフ構造が形成されている面を受光面と反対の面にする場合においても、反射機能を有する構造層が透過性保護層および外層によって覆われている為、成形性や光学的性質を重視して材料の選定を行うことが可能となる。
バリア層を形成することにより、太陽電池モジュール内部への水蒸気の透過を防止し、太陽電池モジュールに用いられている電極の腐食や、封止樹脂の劣化を防ぐことが可能となる。水蒸気透過度が上述の範囲を超えてしまうと、電極の腐食や、封止樹脂の劣化が発生する場合がある為、望ましくない。また、前記透過性保護層と前記反射構造層との間に配置することにより、例えば前記反射構造層の一部に金属が用いられている場合に、太陽電池モジュール組み立ての際に電極が保護シートを貫通することにより、短絡する現象の防止効果を高めることが可能となる。
バリア層を形成することにより、太陽電池モジュール内部への水蒸気の透過を防止し、太陽電池モジュールに用いられている電極の腐食や、封止樹脂の劣化を防ぐことが可能となる。水蒸気透過度が上述の範囲を超えてしまうと、電極の腐食や、封止樹脂の劣化が発生する場合がある為、望ましくない。また、前記反射構造層と前期外層の間に配置することにより、反射構造層に入射光が到達するまでの光の吸収を極力抑えることが可能となる。
上述のようなプリズム形状は反射率が良好である。たとえば、高アスペクト比の非球面レンズでは、散乱性はあるが構造による光の吸収が起こり、再帰反射率の低下を招く可能性がある。また、V字溝構造とは平面に対して下に凸であるV字形状が掘られている構造であり、その逆型は、平面に対して、上に凸であるV字形状が形成されている構造である。また、多角錘形状は、平面に対して、上に凸である多角錘が形成されている構造であり、その逆型は、平面に対して下に凸である多角錘が掘られている構造である。
頂角を上記の角度範囲に設定することにより、太陽電池モジュールに用いられる封止樹脂およびガラスの屈折率が約1.5とした際にガラスと空気との界面において全反射し、且つ反射光がレリーフ構造へ入射することを防ぐことが可能となる。一方135°を超える角度の場合、ガラスと空気との界面において、全反射が発生し難くなるため再集光効率が落ちる可能性が高くなる。また、120°を下回る角度の場合、レリーフ構造で反射した光の一部がレリーフ構造内で衝突する可能性が高くなり、再集光効率が落ちる可能性が高くなる。
前記反射構造層を上記の様に形成することにより、光反射用凹凸面(レリーフ構造)を例えば押し出し成形や、レリーフ構造が形成された版を用いたエンボス成形、UV成形等により量産でき、安定して同一のレリーフ構造を形成することが可能となる。その結果、反射構造層を安定して生産することが可能となる。
また、本発明の請求項7に係る太陽電池保護シートは、前記反射構造層は、光反射性を有する光反射層で構成され、前記光反射用凹凸面は、前記光反射層の表面で構成されていることを特徴とする。
前記反射膜に金属を用いることにより、鏡面反射による反射光の再集光効率を高めることが可能となる。
酸化防止層を前記反射膜上に形成することにより、反射膜の酸化を防止することが可能となり、反射性能の劣化を防ぐことが可能となる。また、酸化防止層を無機酸化物の薄膜層とすることにより、酸素遮断効果だけでなく、水蒸気の遮断も可能となる。
拡散フィラーを含む材料を反射膜に使用することにより、光の反射角度はレリーフ構造により調整し、この反射光の散乱性を拡散フィラーにより調整することができる。すなわち、光の入射角に因らず、安定した反射性を実現することが可能となる。
請求項1から10のいずれかに記載の太陽電池保護シートを太陽電池モジュールに採用することによって、効率よく太陽電池の光電変換部に光を入射することができ、且つ良好な再現性が得られる太陽電池モジュールの提供が可能となる。
また、前記保護シートを用い、LEDやEL素子等の発光素子の光を再利用することにより光の利用効率を向上し、発光効率の良い発光素子を提供することができる。
図1に示すのは本発明の太陽電池モジュール一様態に係る概略図である。光線1は、太陽光や、室内灯などの人工照明の光を指す。前面板2は外光1を入射するものであり、一般的で光線透過率が高い透明な材料が用いられ、具体的には強化ガラス、PEN(ポリエチレンナフタレート)などの樹脂シートが使用されている。
前面板2の厚みは強化ガラスであれば約5mm、樹脂シートであれば数十〜数百μmである。
太陽電池セル4は、複数個を電極で接続し、モジュールを形成する。
また、本実施の形態では、構造層10と反射膜11により反射構造層13が構成されている。
外層6は屋外に設置されることを鑑み、耐水性、紫外線に対する耐久性等の耐候性を有しているものが望ましく、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET樹脂)等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−(ポリ)スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、エポキシン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。
上述の樹脂の中でも、高い耐熱性、強度、耐候性、耐久性、水蒸気等に対するガスバリア性等を有したものとして、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ乳酸系樹脂が好ましい。
なお、光反射用凹凸面13Aは、反射構造層13の全域にわたって形成されていてもよいし、太陽電池セル4に対応する箇所にのみ形成されていてもよい。
以上説明したように、本実施の形態の保護シート5は、光透過性を有し一方の面が光入射面とされ他方の面が光射出面とされた透過性保護層12と、光射出面側に設けられ光出射面から出射した光を前記透過性保護層12に向けて反射する反射機能を有する反射構造層13と、反射構造層13が光出射面と反対側に位置する裏面側に設けられ反射構造層13を保護する外層6とを有している。
そして、反射構造層13が光出射面側に位置する表面および前記裏面の少なくとも一方の面に光反射性を有する光反射用凹凸面13Aが設けられている。
光反射用凹凸面13Aは、反射構造層13に設けられた凹凸形状の上に光反射性を有する反射膜11が設けられることで構成されている。
すなわち、本例では、反射構造層13は、光反射性を有する光反射層としての構造層10で構成され、光反射用凹凸面13Aは、前記光反射層(構造層10)の表面で構成されている。
太陽電池モジュールの使用環境によっては、図4に示す形態が利用できない場合もある。特に高バリア性が要求される場合は、別途、バリア強化効果のある材料をコーティングするなど、何らかの工夫が必要となる。また、図4に示す構成は、使用する部材が少ないため材料コストダウン効果が得られる。
光反射用凹凸面13A上に形成された層が平滑となっていない場合、輸送、組み立て時において摩擦等により傷が付きやすくなり、傷による透過率の低下を起因とする再集光効率が低下する可能性がある。また、組み立て時に気泡を巻き込む可能性が高くなり、巻き込まれた気泡を起点とした剥離の発生や、気泡と気泡が接する材料との屈折率差による、屈折、散乱、反射等の現象を起因として再集光効率が低下する可能性がある。また、輸送時に埃塵等の微細なゴミを巻き込み、剥離等が発生する可能性が高くなる。
また、保護シート5を断面から見た場合における最上面と最下面が、概ね平行になっていない場合、組み立て時に気泡を巻き込む可能性が高くなり、巻き込まれた気泡を起点とした剥離の発生や、気泡と気泡が接する材料との屈折率差による、屈折、散乱、反射等の現象を起因として再集光効率が低下する可能性がある。また、保護シート5が積層された状態で保管する場合、局所的に圧力の負荷高くなり、保護シート5の平滑性を保てなくなる可能性がある。
上記の平滑性に関する具体的な数値としては、表面の粗さRaが20μm以下であることが望ましく、更に望ましくは5μm以下である事が望ましい。Raが5μmを超えると埃塵等が付着し易くなり、20μmを超えると摩擦等による傷が発生しやすくなる。
また、V溝型やピラミッド型はマイクロレンズなどの球面、非球面の形状と比べ、作製しやすい利点がある。
言い換えると、光反射用凹凸面13Aの形状は複数の凸部と複数の凹部とで構成されており、凸部の頂角θが120°から135°の範囲に含まれている。
[実施例]
Claims (11)
- 光透過性を有し一方の面が光入射面とされ他方の面が光射出面とされた透過性保護層と、
前記光射出面側に設けられ前記光出射面から出射した光を前記透過性保護層に向けて反射する反射機能を有する反射構造層と、
前記反射構造層が前記光出射面と反対側に位置する裏面側に設けられ前記反射構造層を保護する外層とを有し、
前記反射構造層が前記光出射面側に位置する表面および前記裏面の少なくとも一方の面に光反射性を有する光反射用凹凸面が設けられている、
ことを特徴とする太陽電池保護シート。 - 前記透過性保護層と前記反射構造層との間に、水蒸気透過度が0〜0.5g/m2の範囲であるバリア層を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池保護シート。
- 前記反射構造層と前記外層との間に、水蒸気透過度が0〜0.5g/m2の範囲であるバリア層を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池保護シート。
- 前記光反射用凹凸面の形状がV字溝、多角錐形状あるいはこれらの逆型のいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽電池保護シート。
- 前記光反射用凹凸面の形状が複数の凸部と複数の凹部とで構成され、前記凸部の頂角が、120°から135°の範囲に含まれることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池保護シート。
- 前記光反射用凹凸面は、前記反射構造層に設けられた凹凸形状の上に光反射性を有する反射膜が設けられることで構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池保護シート。
- 前記反射構造層は、光反射性を有する光反射層で構成され、前記光反射用凹凸面は、前記光反射層の表面で構成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池保護シート。
- 前記反射膜が、金属であることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池保護シート。
- 前記反射膜上に酸化防止層が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の太陽電池保護シート。
- 前記反射膜が、少なくとも1種類の拡散フィラー混入材料を含むことを特徴とする請求項6に記載の太陽電池保護シート。
- 請求項1から10のいずれかに記載の太陽電池保護シートを用いることを特徴とする太陽電池モジュール。
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