JP2013042078A - 太陽電池モジュール、回路シート、着色封止材料 - Google Patents

太陽電池モジュール、回路シート、着色封止材料 Download PDF

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Abstract

【課題】低コストで見た目が良好な太陽電池モジュール、低コストで信頼性が高く、生産性が良好な回路シート、および、光透過率が低く、体積抵抗率が高い着色封止材料を提供する。
【解決手段】回路シート10は、絶縁樹脂からなるベースフィルム11と、前記ベースフィルムの一方の面側に配される導電層12と、前記ベースフィルム11の一方の面と前記導電層12を覆う着色封止層13と、を備え、前記導電層12は、前記セル電極40と電気的に接続される回路パターンを有し、前記着色封止層13は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であり、前記セル電極40に対応する位置に穴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1。
【選択図】図2

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールに用いる回路シートおよび太陽電池モジュールに用いる着色封止材料に関する。
近年、自然エネルギーである太陽光を利用する太陽光発電の普及が、急速に進んでいる。太陽光発電は、太陽電池モジュールを複数組み合わせることで行われており、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることが求められている。
従来、太陽電池モジュールのセル間同士の電気的な接続は、セルの受光面側(マイナス電極、N型半導体電極)から隣接するセルの非受光面側(プラス電極、P型半導体電極)に配線を回り込ませて接続する構造となっていた。この構造では受光面に入射する太陽光を配線が遮るために、受光面積が減少し、発電効率が低下する問題があった。
そこで、例えば、特許文献1では、太陽電池セルの非受光面側にN型半導体電極とP型半導体電極の両電極(セル電極)を有し、配線が太陽電池セルの非受光面側にのみ備えられた、バックコンタクト方式の太陽電池モジュールを提案し、受光面に入射する太陽光の面積を増加させ、発電効率を向上させている。また、配線が受光面側から視認されないので、見た目が美しいという特徴がある。
特開2011−54831号公報
ところで、バックコンタクト形式の太陽電池モジュールは、太陽電池セルの非受光面側に配置されたN型半導体電極とP型半導体電極を電気的に接続する導電層を備えている。この導電層は回路パターンを有し、回路パターンの間隙(配線と配線の間)には、回路パターン同士がショートするのを抑制するための絶縁層が必要とされている。また、この絶縁層は、光透過率が低く、受光面側から見たときに配線を隠蔽する効果も有している。
絶縁層の上には、セル電極に対応する位置に穴を形成された封止層が太陽電池セルを覆うように配置される。セル電極と導電層とは、封止層の穴を通じて導通が取れるように接続されている。
特許文献1に開示されているような太陽電池モジュールの回路シートは、絶縁層を印刷方式で実装している。しかし、この印刷方式で使用される絶縁材料は高価であることと厚さが10μm以上必要であることから、回路シートが高コストとなる問題があった。また、絶縁層の形成には、熱架橋工程(熱処理温度120〜160℃、熱処理時間20〜60分)が必要であり、生産効率が低下したり、熱により回路シートが劣化したりすることがあった。
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、低コストで見た目が良好な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、低コストで信頼性が高く生産性が良好な回路シート、および、光透過率が低く、体積抵抗率が高い着色封止材料を提供することである。
前述の課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側を覆う透明封止層と、前記太陽電池セルの非受光面側に配置されるセル電極と、前記太陽電池セルの非受光面側に配置される回路シートと、を備える太陽電池モジュールであって、前記回路シートは、絶縁樹脂からなるベースフィルムと、前記ベースフィルムの一方の面側に配される導電層と、前記ベースフィルムの一方の面側と前記導電層を覆う着色封止層と、を備え、前記導電層は、前記セル電極と電気的に接続される回路パターンを有し、前記着色封止層は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であり、前記セル電極に対応する位置に穴が形成されていることを特徴としている。
本発明の太陽電池モジュールによれば、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上である着色封止層により、回路パターンを有する導電層が覆われる構成となっている。そのため、回路パターンの配線間が着色封止層により絶縁されるので、ショートの発生が抑制され、太陽電池モジュールの信頼性が向上する。
また、この太陽電池モジュールは、印刷方式で使用される高価な絶縁材料を用いずに、従来から使用されている封止層に絶縁性を付与する構成になっている。そのため、印刷方式により絶縁層を形成する工程を省略することができ、コストを下げることができる。また、回路シートの絶縁層作成に熱架橋工程を必要としないので、生産効率を上げるとともに、回路シートの熱による劣化をなくすことができる。
また、この太陽電池モジュールの着色封止層は光透過率が10%以下となっている。そのため、入射した光が透過されないので、受光面側から配線が視認されず、見た目が良好である。
ここで、前記着色封止層は、一方の面側に反射層を備えていることが好ましい。
この場合、着色封止層が一方の面側に反射層を備えている構成となっている。このため、太陽電池セルと太陽電池セルの隙間を通り抜けて太陽電池セル表面に吸収されなかった光を再度、着色封止層で反射させて、発電効率を向上させることができる。
また、前記着色封止層の厚さは、100μm以上、1000μm以下とされることが好ましい。
着色封止層の厚さが、これよりも厚いと経済的でなく、これよりも薄いと、隠蔽性や発電効率の向上の効果が得られなかったり、セルが割れてしまったりすることがある。
また、本発明の回路シートは、太陽電池モジュールに用いられる回路シートであって、絶縁樹脂からなるベースフィルムと、前記ベースフィルムの一方の面側に配される導電層と、前記ベースフィルムの一方の面側と導電層を覆う着色封止層と、を備え、前記導電層は、前記太陽電池セルの非受光面側に配置される前記セル電極と電気的に接続される回路パターンを有し、前記着色封止層は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であり、前記セル電極に対応する位置に穴が形成されていることを特徴としている。
本発明の回路シートによれば、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上である着色封止層により回路パターンが覆われる構成となっている。そのため、回路パターンの配線間が着色封止層により絶縁されるので、配線間同士のショートの発生が抑制され、回路シートの信頼性が向上する。
また、この回路シートは、印刷方式で使用される高価な絶縁材料を用いずに、従来から使用されている封止層に絶縁性を付与する構成になっている。そのため、印刷方式により絶縁層を形成する工程を省略することができ、コストを下げることができる。また、回路シートの作成に熱架橋工程を必要としないので、生産効率を上げるとともに、熱による回路シートの劣化をなくすことができる。
また、この回路シートの着色封止層は光透過率が10%以下となっている。そのため、入射した光が透過されず、回路シートの配線の隠蔽性に優れる。
また、本発明の着色封止材料は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であることを特徴としている。
本発明の着色封止材料によれば、体積抵抗率が1×10Ω・cmとなっている。そのため、体積抵抗率が高いので、太陽電池モジュールの回路シートに使用したときに、回路パターンの間隙の絶縁を好適に確保することができる。
また、着色封止材料の光透過率が10%以下となっている。そのため、入射した光が透過されず、隠蔽性が良好である。
本発明によれば、低コストで見た目が良好な太陽電池モジュール、低コストで信頼性が高く、生産性が良好な回路シート、および、光透過率が低く、体積抵抗率が高い着色封止材料を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る回路シートの概略説明図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの概略説明図である。
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態で用いられる着色封止材料について説明する。
着色封止材料は、例えば、エチレンビニルアセテート系、ポリビニルブチラール、アイオノマー、EMAA、EMA、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコン樹脂などに、酸化チタン、硫酸バリウム、カーボンブラック、アニリンブラックなどを添加し着色されたものが使用される。この着色封止材料には、回路シートに使用したときに配線を見えなくするために、白色や黒色の着色剤が添加されている。
着色封止材料は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上とされている。これよりも体積抵抗率が低いと、回路パターンの配線間がショートする可能性がある。
着色封止材料は、光透過率が10%以下とされている。これよりも光透過率が高いと、隠蔽性が劣化し、太陽電池モジュールに使用したときに、配線が見えて、見た目が悪くなる。
次に、本発明の太陽電池モジュールに用いられる回路シート10について説明する。
図1に本実施形態の太陽電池モジュール用の回路シート10を示す。この回路シート10は、絶縁樹脂からなるベースフィルム11と、ベースフィルム11の一方の面側に配される導電層12と、ベースフィルム11の一方の面側と導電層12を覆う着色封止層13と、を備えている。ここで、一方の面側とは、図1のベースフィルム11の上面側を意味している。
ベースフィルム11としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどの延伸ポリエチレンテレフタレートやポリイミドなどの耐熱フィルムが使用される。
導電層12は、後述するセル電極40と電気的に接続される回路パターンを有し、ベースフィルム11の上に積層されている。
パターンニング方式としては、エッチング、金属ペーストの印刷、金属箔などの打ち抜き加工、などを用いればよい。
導電層12は、加工性・コストなどの観点から、銅箔、アルミニウム箔などで構成されることが望ましい。また、導電プラスチックフィルム、導電ペーストなどを用いても良い。
着色封止層13は、セル電極40に対応した穴を有している。
この穴は貫通穴となっており、セル電極40と導電層12が、この穴を通じて後述する接合層70を介し、電気的に接続されるようになっている。
着色封止層13は、穴が形成されたフィルム形状の着色封止材で構成される。また、着色封止材は、上述した着色封止材料で構成される。
着色封止層13は、光透過率が10%以下とされている。これよりも光透過率が高いと、隠蔽性が劣化し、太陽電池モジュールに使用したときに、配線が見えて、見た目が悪くなる。
着色封止層13は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上とされている。これよりも体積抵抗率が低いと、回路パターンの配線間がショートする可能性がある。
着色封止層13は、一方の面側に反射層を備えている構成となっている。ここで、一方の面側とは、図1の着色封止層13の上面側を意味する。
反射層は、例えば、ガラスの微小球などを含有したエチレンビニルアセテート系、ポリビニルブチラール、シリコン樹脂などで構成される。
着色封止層13の厚さは100μm以上、1000μm以下であることが好ましい。これよりも薄いと隠蔽性や発電効率向上の効果が得られなかったり、セルが割れてしまったりすることがある。また、これよりも厚いとコストが増加する。
次に、回路シート10の作成方法を説明する。まず、ベースフィルム11上に導電層12が形成され、導電層12は上述の方法により、回路パターンが形成される。そして、セル電極40と接合される導電層12の所定の位置に着色封止材の穴が合うように着色封止材が配置される。その後、太陽電池モジュールを作成する際のモジュールラミネートによって、導電層12を備えたベースフィルム11と着色封止材を接合し、着色封止層13を形成することで、回路シート10を得ることができる。
次に、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール1について説明する。
この太陽電池モジュール1は、図2で示すように、太陽電池セル20と、太陽電池セル20の受光面側を覆う透明封止層30と、太陽電池セル20の非受光面側に配置されるセル電極40と、太陽電池セル20の非受光面側に配置される回路シート10と、を備えている。ここで、受光面側とは、太陽電池モジュール1の光が入射される面側(図2の太陽電池セル20の上面側)のことを意味し、非受光面側とは、光が入射されない面側(図2の太陽電池セル20の下面側)を意味している。
さらに太陽電池モジュール1は、透明封止層30の上に積層された透光性基板50と、回路シート10の下に配置されたバックシート60と、セル電極40と回路シート10の間に形成された接合層70を有している。
太陽電池セル20としては、例えば、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型の太陽電池セルが用いられる。これらの中でも特に、発電効率の優れる単結晶シリコン型および多結晶シリコン型の太陽電池セルを用いることが望ましい。
透明封止層30は、フィルム形状の透明封止材で構成されている。透明封止材は、例えば、エチレンビニルアセテート系、アイオノマー、ポリビニルブチラール、シリコン樹脂などで構成される。また、透明封止層30は、着色封止層13との接着性を考慮され、着色封止層13と同一ベースの材料または熱融着可能なものが使用されることが望ましい。
透明封止層30の厚さは、100μm以上、1000μm以下とされることが好ましい。これよりも薄いとセルが割れてしまい、これよりも厚いとコストが増加する。
セル電極40は、太陽電池セル20と電気的に接続されているN型半導体電極およびP型半導体電極である。セル電極40は、N型半導体電極とP型半導体電極が直列接続となるように、接合層70を介して導電層12と接合されるようになっている。
透光性基板50としては、例えば、ガラス基板や透明樹脂基板が使用される。透明樹脂基板を構成する透明樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
バックシート60は、フッ素/ポリエチレンテレフタレート/フッ素、耐加水分解ポリエチレンテレフタレート/ポリエチレンテレフタレート/アンカーコートなどの構成のものを用いればよい。要求品質に合わせて、防湿のためのアルミ箔や蒸着フィルムなどを加えても良い。また、ベースフィルム11と一体型となっていても良い。
接合層70は、セル電極40と回路シート10を電気的および物理的に接続するものである。接合層70には、例えば、はんだや銀ペーストなどの接合材が用いられる。
太陽電池モジュール1は、透光性基板50と、透明封止材と、セル電極40を設けられた太陽電池セル20と、回路シート10と、バックシート60と、をこの順に積層し、モジュールラミネートにより接合し、作成される。このとき、回路シート10の着色封止層13に形成された穴にセル電極40と回路パターンを有する導電層12の所定の位置が合うように配置される。さらに、この穴には、はんだや銀ペーストなどの接合材が配置されて、モジュールラミネートの熱により接合層70が形成され、セル電極40と導電層12が接合層70を介して電気的に接続されるようになっている。
本実施形態の太陽電池モジュール用の着色封止材料は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上とされており、体積抵抗率が高いので、電流を遮断することができる。
また、着色封止材料は、光透過率が10%以下とされているので、入射した光が透過されず、隠蔽性が良好である。
本実施形態の太陽電池モジュール用の回路シート10によれば、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上である着色封止層13により回路パターンが覆われる構成となっている。そのため、回路パターンの配線間が着色封止層13により絶縁されるので、太陽電池モジュール1に使用したときに、ショートの発生が抑制され、回路シート10の信頼性が向上する。
また、この回路シート10は、印刷方式で使用される高価な絶縁材料を用いずに、従来から使用されている封止層に絶縁性を付与する構成になっている。そのため、印刷方式により絶縁層を形成する工程を省略することができ、コストを下げることができる。また、回路シート10の作成に熱架橋工程を必要としないので、生産効率を上げるとともに、熱による回路シート10の劣化をなくすことができる。
さらに、この回路シート10の着色封止層は光透過率が10%以下となっている。そのため、入射した光が透過されず、回路シート10の配線の隠蔽性に優れる。
また本実施形態では、着色封止層13の一方の面に反射層を備える回路シート10としているので、太陽光が入射した際に、光を着色封止層13の表面で反射することができる。
さらに、本発明の実施形態では、着色封止層13の厚さを100μm以上、1000μm以下となるように回路シート10を構成しているので、配線の隠蔽性が良好であり、コストも抑えることができる。
また、本実施形態の太陽電池モジュール1によれば、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上である着色封止層13により回路パターンを有する導電層12が覆われる構成となっている。そのため、回路パターンの配線間が着色封止層13により絶縁されるので、ショートの発生が抑制され、太陽電池モジュール1の信頼性が向上する。
また、この太陽電池モジュール1は、印刷方式で使用される高価な絶縁材料を用いずに、従来からの太陽電池モジュールの構成とされている封止層に絶縁性を付与する構成になっている。そのため、印刷方式により絶縁層を形成する工程を省略することができ、コストを下げることができる。また、回路シート10の作成に熱架橋工程を必要としないので、生産効率を上げるとともに、熱による回路シート10の劣化をなくすことができる。
また、この太陽電池モジュール1の着色封止層13は光透過率が10%以下となっている。そのため、入射した光が透過されないので、受光面側から配線が視認されず、見た目が良好である。
また、本実施形態では、着色封止層13の一方の面に反射層を備える太陽電池モジュール1としているので、太陽光が入射した際に、太陽電池セル20と太陽電池セル20の隙間を通り抜けて、セル表面に吸収されなかった光を着色封止層13で再度反射させて、発電効率を向上させることができる。
さらに、本発明の実施形態では、着色封止層13の厚さを100μm以上、1000μm以下となるように太陽電池モジュール1を構成しているので、配線の隠蔽性、発電効率が良好であり、コストも抑えることができる。
以上、本発明の一実施形態である太陽電池モジュール1について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
なお、本実施形態では、透明封止層30の厚さを、100μm以上、1000μm以下としたが、この範囲に限定されるものではない。
また、本実施形態では、着色封止層13の厚さを、100μm以上、1000μm以下としたが、この範囲に限定されるものではない。
また、本実施形態では、着色封止層13は一方の面側に反射層を備えている場合について説明したが、反射層を備えていなくても良い。
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されることはなく、その技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
(実施例1)
ポリフッ化ビニル(商品名:PV2111、デュポン製、厚さ25μm)、ポリエチレンテレフタレート(商品名:S10、東レ製、厚さ250μm)、電解銅箔(商品名JTC銅箔、日鉱金属製、厚さ35μm)を、この順に積層し、2液硬化型ウレタン系接着剤(商品名:A511/A50、三井化学製)を用いてドライラミネート法で貼り合わせた。さらに、電解銅箔をエッチング法によりパターンニングし、回路パターンを作製した。
次に、セル電極に対応する位置に穴を形成した黒色着色封止材(厚さ400μm)をパターンニングされた電解銅箔上の所定の位置に配置した。そして、太陽電池セルを着色封止材の穴にセル電極が対応するように配置した。さらに黒色着色封止材の上に、透明封止材、ガラスを順に配置し、モジュールラミネーターによりラミネートを行った。セル電極とパターンニングされた電解銅箔の間には、銀ペーストを塗布しておき、モジュールラミネートの熱で接合されるようにした。
黒色着色封止材として、エチレンビニルアセテート系封止材(商品名:EF1001、凸版印刷製)に、カーボンブラックを1%添加した着色封止材料を使用した。
上述のように作成した着色封止層の体積抵抗率は1×10Ω・cmであった。体積抵抗率はJIS Z3197に準拠して測定した。
また、透過率は、5%であった。透過率は、JIS K7361−1に準拠して測定した。
モジュールラミネートは、真空環境において150℃で5分間熱処理し、次に加圧環境において130℃で3分間熱処理し、最後に架橋のために150℃で30分間熱処理する条件で実施した。
(実施例2)
着色封止層を、反射層(厚さ200μm)と黒色着色封止層(厚さ200μm)の2層構造の構成とした以外は、実施例1と同様にして作製した。このとき反射層が透明封止層および太陽電池セルと接続され、黒色着色封止層がベースフィルムおよびパターンニングされた電解銅箔と接続されるように配置した。
反射層は、エチレンビニルアセテート系封止材(商品名:EF1001、凸版印刷製)に、ガラス微小中空球(3M製)を1%添加したもので構成した。
この2層構造の着色封止層の体積抵抗率は、5×10Ω・cmであった。
また、透過率は、8%であった。
(比較例1)
ポリフッ化ビニル(商品名:PV2111、デュポン製、厚さ25μm)、ポリエチレンテレフタレート(商品名:S10、東レ製、厚さ250μm)、電解銅箔(商品名JTC銅箔、日鉱金属製、厚さ35μm)を、この順に積層し、2液硬化型ウレタン系接着剤(商品名:A511/A50、三井化学製)を用いてドライラミネート法で貼り合わせた。さらに、電解銅箔をエッチング法によりパターンニングし、回路パターンを作製した。
次に、パターンニングされた電解銅箔上のセル電極と対応する位置以外に、熱硬化型エポキシ系ソルダーレジストインクの厚さが30μmとなるようにスクリーン印刷を行った。その後、140℃で40分間熱処理を行い、回路パターンの配線間に絶縁層を形成した。
そして、セル電極に対応する位置に穴を形成した透明封止材(厚さ400μm)をパターンニングされた電解銅箔上の所定の位置に配置し、太陽電池セルを透明封止材の穴にセル電極が対応するように配置した。さらに、透明封止材(厚さ400μm)、ガラスを順に配置し、モジュールラミネーターによりラミネートを行った。セル電極とパターンニングされた電解銅箔の間には、銀ペーストを塗布しておき、モジュールラミネートの熱で接合されるようにした。
モジュールラミネートは、真空環境において150℃で5分間熱処理し、次に加圧環境において130℃で3分間熱処理し、最後に架橋のために150℃で30分間熱処理する条件で実施した。
上記のようにして製造した太陽電池モジュールの特性について、表1に示す。
表1に示すように、実施例1および2は、スクリーン印刷の工程がないので、生産性およびコストの点で優れていた。また、回路シートの作成に熱架橋工程を必要としないので、比較例と比べて、回路シートの劣化がない。さらに、実施例2については、着色封止層が反射層を備えているので発電効率を向上させることができた。
一方、比較例1は、生産性、コストの点で発明例と比較して劣っていた。またスクリーン印刷後の熱架橋工程の熱により回路シートの劣化が見られた。
1 太陽電池モジュール
10 回路シート
11 ベースフィルム
12 導電層
13 着色封止層
20 太陽電池セル
30 透明封止層
40 セル電極

Claims (5)

  1. 太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側を覆う透明封止層と、前記太陽電池セルの非受光面側に配置されるセル電極と、前記太陽電池セルの非受光面側に配置される回路シートと、を備える太陽電池モジュールであって、
    前記回路シートは、絶縁樹脂からなるベースフィルムと、前記ベースフィルムの一方の面側に配される導電層と、前記ベースフィルムの一方の面側と前記導電層を覆う着色封止層と、を備え、
    前記導電層は、前記セル電極と電気的に接続される回路パターンを有し、
    前記着色封止層は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であり、前記セル電極に対応する位置に穴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。
  2. 前記着色封止層は、一方の面側に反射層を備えてい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. 前記着色封止層の厚さは、100μm以上、1000μm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の太陽電池モジュール。
  4. 請求項1から3項のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールに用いられる回路シートであって、
    絶縁樹脂からなるベースフィルムと、前記ベースフィルムの一方の面側に配される導電層と、前記ベースフィルムの一方の面側と前記導電層を覆う着色封止層と、を備え、
    前記導電層は、前記太陽電池セルの非受光面側に配置される前記セル電極と電気的に接続される回路パターンを有し、
    前記着色封止層は、光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であり、前記セル電極に対応する位置に穴が形成されていることを特徴とする回路シート。
  5. 請求項1から3項のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの着色封止層に用いられる着色封止材料であって、
    光透過率が10%以下、かつ、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上であることを特徴とする着色封止材料。
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