JP2013093511A - 太陽電池用カバーガラス - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池用のカバーガラスにおいて、広い幅の黒色セラミック層が形成された風冷強化ガラスとし、カバーガラスの反り量を抑制せしめたものを提供する。
【解決手段】太陽光の受光側面を第１面、その裏面を第２面とする平面状の風冷強化されたガラス板と、ガラス板の第２面上で太陽電池素子とは対向しない部位に形成される黒色セラミック層とを有し、該黒色セラミック層は、黒色顔料を含む低融点ガラスを前記第２面上に風冷強化前の加熱によって焼成して形成したものであり、前記黒色セラミック層の幅は、前記ガラス板の外縁部から、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、前記ガラス板は厚さ２ｍｍ〜４ｍｍであり、反り量が０．５％以下であり、破砕した場合の単位面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）あたりの破片数が黒色セラミック層に接する部位で且つ太陽電池素子とは対向する部位で４０〜８００個であり、ガラス板中央部で１６０〜８００個である、カバーガラス。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスに関する。

太陽電池モジュールは、太陽電池素子を有する層と、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂などの中間膜層と、カバーガラスとが一体化されたパネル構成を有している。太陽電池素子を有する層は、例えば、特許文献１、２などのように複数の太陽電池素子を配列して一つの層をなしている。また、特許文献３は、強化されたガラス板をカバーガラスとして使用している。そして、太陽電池素子を有する層にある電極を覆い隠すために、カバーガラスに黒色セラミック層を形成し、太陽電池モジュール全体を黒色感のある色味に調整している。

特開２００５−２４０３５２号公報 特開２０１１−７１２１４号公報 特開２００８−８５１２８号公報 特開２００２−９１３２６号公報

台形や菱形形状の太陽電池モジュールのその端部には、太陽電池素子の無い部分が生じる。このことは特許文献１の図１〜図５からも確認できる。太陽電池素子は黒色基調の色味であるので、太陽電池モジュール全体を黒色感のある色味に調整するためには、このような形状の太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスの太陽電池素子の無い部分に黒色セラミック層を形成しておくことが好ましい。

太陽電池素子は、その大きさは１０〜２０ｃｍ角程度であり、台形や菱形形状のモジュールの端部をも黒色基調とするためには、カバーガラスの端部領域にも、太陽電池素子の形状に応じた面積で黒色セラミック層を形成する必要がある。

黒色セラミック層の形成時には加熱することが必要なので、ガラス板に黒色セラミック層の前駆層をスクリーン印刷などで形成し、黒色セラミック層を焼成して形成し、その後、加熱を継続し、ガラス板を風冷して強化ガラスとされる。

風冷強化ガラス作製、特には平面状の風冷強化ガラスの作製において、風冷強化時に発生する反り量をいかにして抑制するかということが技術的なキーとなる。

特許文献４は、本発明とは技術分野が異なるが、表示装置用のフィルター基板ガラス用の強化ガラスにおいて、当該ガラスがマスキング層、すなわち、黒色セラミック層を有する場合には、加熱過程でガラスが変形しやすい、すなわち反りが発生しやすいことを示している。そして、その解決手段として、ガラス基板の縁からの幅を５０ｍｍ以下とすることを提案している。

特許文献３の太陽電池モジュールに使用される強化ガラスは、太陽電池素子を有する層にある電極を覆い隠すために、カバーガラスに黒色セラミックス層を形成しているが、その目的からして、その黒色セラミック層は、ガラス基板の縁から幅５０ｍｍ以下程度形成すれば十分なものである。

台形や菱形形状の太陽電池モジュール全体を黒色感のある色味に調整するためには、風冷強化ガラスの縁部に特許文献３、４よりもずっと広い幅の黒色セラミック層を形成させる必要がある。これは、黒色セラミック層の形成から風冷強化を行うまでの一連の加熱工程で、ガラス板により多くの温度分布をもたらすことになり、結果、得られる風冷強化ガラスの反り量を大きなものとしてしまう。

太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスは、太陽電池素子を有する層と中間膜層を介してパネル化されるので、風冷強化ガラスの生成時に反り量を抑制させる必要がある。

本発明は、太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスにおいて、該カバーガラスを、広い幅の黒色セラミック層が形成された風冷強化ガラスとし、該カバーガラスの反り量を抑制せしめたものを提供することを課題とする。

風冷強化ガラスの強度は、風冷による冷却開始時のガラス温度を高くすることで上昇する傾向にあるが、この温度を高くしすぎると、ガラスに反りが発生しやすくなる。なぜなら、実際的には、ガラスの風冷強化は、加熱炉内でガラスを搬送ロールで搬送させながら、所定の温度までの加熱が行われるため、ガラスをより高温で加熱することは、搬送ロール間の隙間で、ガラスが自重で垂れ下がるような変形を生じやすくさせ、結果としてガラスに反りを発生させやすくする。

ガラスの反りが大きいと、太陽電池モジュールの製造を阻害する。すなわち、ガラスの高強度化と、ガラスの反りの抑制は、相反する要求特性であり、反りの少ない風冷強化ガラスを得ることは一つの技術的な課題である。

黒色セラミック層が形成された部分は、他の部分よりもガラス板温度が上昇しやすくなることから、風冷強化時に発生する反り量が大きくなりやすい。本発明で得ようとしている強化ガラスは、ガラス板の縁部から比較的広い幅にて、黒色セラミック層を形成しようとしているものであるから、特許文献３、４の黒色セラミック層が形成された強化ガラスよりも、反り量が大きくなりやすい。

本発明者は、ガラス板の縁部から比較的広い幅にて、黒色セラミック層を形成させた風冷強化ガラスの反り量をいかにして抑制するかについて鋭意検討した結果、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のカバーガラスは、太陽電池素子を含む太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスであり、太陽光の受光側面を第１面、その裏面を第２面とする平面状の風冷強化されたガラス板と、該ガラス板の第２面上で太陽電池素子とは対向しない部位に形成される黒色セラミック層とを有し、前記黒色セラミック層は、黒色顔料を含む低融点ガラスを前記第２面上に風冷強化前の加熱によって焼成して形成したものであり、前記黒色セラミック層の幅は、前記ガラス板の外縁部から、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、前記ガラス板は厚さ２ｍｍ〜４ｍｍであり、「ＪＩＳ Ｒ３２０６：２００３年（強化ガラス）」に準拠して測定した反り量が０．５％以下であり、好ましくは０．３％以下、破砕した場合の単位面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）あたりの破片数が、黒色セラミック層に接する部位で且つ太陽電池素子とは対向する部位（すなわち、カバーガラスの可視光透過領域）で４０〜８００個、好ましくは６０〜６００個であり、ガラス板中央部で１６０〜８００個、好ましくは２００〜６００個、であることを特徴とする。

風冷強化ガラスでは、ガラス板の表層に圧縮応力層が形成される。このため、ガラスの内部では逆に引っ張り応力が働くため、ガラスが破砕されたときは、この引っ張り応力のためにガラスが小片状に分断され、破片数が大きくなる。風冷によって、よく強化されているガラスほど、破片数の数が大きくなる。本発明では、強化ガラスの破砕時における破片数を上記範囲のものとすることで、太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスとして使用可能な強度を有するものとでき、且つ反り量を０．５％以下と抑制することに奏功した。

本発明によれば、太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスにおいて、該カバーガラスを、広い幅の黒色セラミック層が形成された風冷強化ガラスとし、該カバーガラスの反り量を抑制せしめたものを提供できることから、台形や菱形形状のモジュールであっても、太陽電池モジュール全体を黒色感のある色味に調整することができるようになる。

本発明のカバーガラスが適用された太陽電池モジュールを模式的に表した断面図である。 本発明のカバーガラスの表面プロファイルを示す一例である。 本発明のカバーガラスを太陽電池モジュールに適用した一例である。 平行四辺形状の太陽電池モジュールの一例を示す斜視図である。

本発明のカバーガラスは、太陽電池素子を含む太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスであり、例えば、特許文献１（特開２００５−２４０３５２号公報）の図１〜図５に示されるような平行四辺形、三角形、台形、菱形などの形状の太陽電池モジュールに使用される表面パネルとして使用することができる。

以下に、図４を参照して、特許文献１にて開示された太陽電池モジュールの一例について紹介する。図４は、平行四辺形状の太陽電池モジュールの一例を示す斜視図である。

太陽電池モジュール１は、平面視で平行四辺形状に形成されており、一対の鋭角部分に切り欠き２、２ が形成されている。太陽電池モジュール１は、周囲が枠体３によって構成されており、枠体３の側面には、複数の通気孔４が貫通形成されている。ここで、枠体３の切り欠き２、２の部分の側面にも、通気孔４が形成されている。

枠体３の内側上部は、表面パネル５によって塞がれている。この表面パネル５ は枠体３の上面よりも低い位置で枠体に接続されている。そして、枠体３と表面パネル５により構成される凹陥部に嵌め込むようにして、太陽電池アレイ６が固定されている。この太陽電池アレイ６は、多数の方形状の太陽電池セル７が直並列に平面的に接続されてなる集合体である。

枠体３の内側の表面パネル５の下部は、下面が解放された空洞状の放熱室が形成されている。太陽光照射により加熱された太陽電池アレイ６の熱は、表面パネル５を通して、この放熱室内に放熱される。加熱された放熱室内の暖気は、通気孔４を通って外部に排出され換気される。

以下、図１を参照にして、本発明の太陽電池用カバーガラス１０について説明する。図１は、本発明の太陽電池用カバーガラス１０を用いた太陽電池モジュール１００を模式的に表した断面図である。

太陽電池モジュール１００は、太陽電池用カバーガラス１０の平坦な裏面に、ＥＶＡ膜（エチレンビニルアセテート膜）などからなる中間膜１４を介して太陽電池素子１５が積層され、これらの太陽電池素子１５に裏面保護材１６が積層され、周縁部がアルミなどのフレーム部材１７で支持される構造となっている。なお、裏面保護材１６としては、アルミ−フッ素樹脂積層体、その他、フィルム状の有機材料、板状の有機材料、無機材料、有機−無機複合材料などが用いられる。

図１に示すように、太陽電池用カバーガラス１０は、太陽光の受光側面を第１面１１と、その裏面を第２面１２とする平面状の風冷強化されたガラス板であり、該ガラス板の第２面１２上で太陽電池素子１５とは対向しない部位に形成される黒色セラミック層１３とを有する。

カバーガラス１０として用いられるガラス板は、ソーダライム系のガラスを用いることができる。ガラス板の厚さは、板厚が２ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは、２．５〜３．５ｍｍであるものを用いることが特に好ましく、２ｍｍより小さいと強度が不足しやすく、４ｍｍより大きいとガラス板の重量が過度に大きくなる。

黒色セラミック層１３を形成する方法としては、種々の公知の方法を用いることができるが、大量、安価な生産方法の観点から、低融点ガラス粉末、黒色顔料などを溶剤に混合したペーストをスクリーン印刷し、乾燥させた後、焼き付ける方法を用いるとよい。例えば、ホウ珪酸ビスマスガラス粉末と、酸化銅、酸化マンガン、酸化クロムの何れか１つ以上からなる黒色顔料と、シリカ（ＳiＯ₂）粉末を主成分とする無機フィラーと、パインオイルなどの溶剤を配合した混合物（ペースト）をスクリーン印刷し、乾燥させて前駆体とし、これを焼成したものを黒色セラミックス層１３とすることができる。

黒色セラミック層１３の厚みは、５〜５０μｍ、より好ましくは５〜４５μｍとすることが好ましい。５μｍ未満では、可視光の遮蔽効果が低くなりやすく、また、５０μｍ超では、ガラス板の加熱時の熱吸収が大きくなりやすく、強化ガラスとしたときの反り量の抑制がしがたくなる。さらに、黒色セラミック層の前駆体層の形成時にペーストの溶剤が抜けきらず、黒色セラミック層を焼成する際、溶剤の揮発により、微小なピンホールと呼ばれる孔状欠陥が生じやすくなり、外観品質を悪化させる恐れがある。

なお、本発明のカバーガラス１０は広い幅の黒色セラミック層１３を形成することができ、例えば、黒色セラミック層１３の幅は、カバーガラス１０の外縁部から、５ｍｍ〜２００ｍｍとすることができる。

また、太陽電池用カバーガラス１０の第２面１２上には、光の乱反射を抑えるために、図２（後述の実施例参考）に示すような規則的な配列を持つ凹凸パターンの形状を有するガラス板を用いてもよい。

具体的に、第２面１２には、規則的な配列を持つ凹凸パターンの形状を有し、凹部の最深部を基準としてみたときの凸部の高さが５０〜３００μｍであるガラス板を用いてもよい。なお、ここで言う、凹凸パターンの形状（凸部の高さなど）については、一般的な非接触の表面測定装置（レーザープローブ式非接触三次元測定装置「NH-3N」、三鷹光器株式会社製など）によって測定することができる。このような凹凸パターンをガラス面にスクリーン印刷など黒色セラミック層の前駆体層を形成した場合、凹凸のパターンに応じて得られる黒色セラミックの厚みが変動する。例えば、凹部の黒色セラミック層の厚みは２５〜３９μｍ、凸部での黒色セラミック層の厚みは５〜１１μｍとなったりする。

このために、ガラス板の加熱過程で、黒色セラミック層が受ける熱量が場所ごとで一定とすることは難しくなり、より一層、反り量の大きい風冷強化ガラスとなりやすい。しかしながら、本発明では、こうした凹凸パターンを有するガラス板であっても反り量が抑制された風冷強化ガラスを提供することができる。

本発明のカバーガラス１０は、ガラス融液をロールアウト成形にて板状に製板したガラス板に黒色セラミックの前駆体層が形成し、公知の風冷強化装置（図示せず）によって、黒色セラミック層の焼成とガラス板の強化処理を連続して行い、黒色セラミック層が形成された太陽電池用カバーガラス１０を製造することができる。以下にその一連の工程について説明する。

風冷強化装置は、一般的に公知の風冷強化装置を使用することができる。強化処理において、黒色セラミックの前駆体層が形成されたガラス板をセラミック製の搬送ロールで搬送し、所定の温度に加熱された領域まで搬送後、炉外にガラス板を搬送し、ただちに冷却ノズルからガラス板に風を吹き付けて風冷強化を行う。炉外に搬送される直前のガラス板の温度を、風冷強化開始時のガラス板の温度とし、所定の応力を得るために、ガラス板の温度（ガラス板の中央部）は、５５０〜７００℃、好ましくは５９０〜６４０℃とするとよい。なお、黒色セラミック層１３の焼成は、ガラス板の強化処理時の加熱により行われるものであり、具体的に、上記の風冷強化開始時のガラス板の温度と同程度の温度であり、５５０〜７００℃の範囲内にて行われる。

さらに、風冷強化の処理において、ガラスが炉外に搬送されると同時に、冷却ノズルからガラス板に所定の風圧で風を吹きつけ、ガラスの温度が４００℃以下となるまで所定の時間保持する。この風冷するときの風圧は、５〜２０ｋＰａ、好ましくは１０〜１６ｋＰａとするとよい。

以下、本発明の太陽電池用カバーガラスにおいて、風冷強化によって得られた強化ガラスの反り量、および破砕したときの単位面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）あたりの破片数を、「ＪＩＳ Ｒ３２０６：２００３年（強化ガラス）」に準拠して測定した。

＜ガラス板の準備＞
ガラス板の表面に、ドーム状の凸状体が格子状に規則的に配列したパターンを有するガラス板（厚さ ３．１ｍｍ、１ｍ角サイズ）を準備した。このパターンを有する面が本発明でいうところの第２面となる。非接触の表面測定によるガラス板表面プロファイルを図２に示す。凸状体間の距離も図２内に示している。この測定より、凹部の最深部を基準としてみたときの凸部の高さが１４０μｍであることを導いた。

当該ガラス板は、ガラス融液をロールアウト成形にて板状に製板したものであり、太陽電池用途のためにガラス中の鉄酸化物の量を、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算で０．００１５質量％と極めて低くしたものを用いた。

＜黒色セラミック層の前駆体層の形成＞
ホウ珪酸ビスマスガラス粉末５４質量部、酸化銅と酸化クロムと酸化マンガンとの複合酸化物からなる黒色顔料１９質量部、シリカ粉末を主成分とする無機フィラー４重量部、パインオイルを主成分とする溶剤２３質量部からなるペーストを準備した。当該ペーストをスクリーン印刷によって、図３に示すようにガラス板の縁側に、直角二等辺三角形（直角側の二辺を共に２００ｍｍとした）の底辺が来るようにし、当該三角形が連続して連なるような模様となるように印刷、乾燥させ、黒色セラミック層の前駆体層を形成した。このとき、ガラス板の縁からの最大幅は、１４１．４ｍｍとなる。

＜黒色セラミック層の形成およびガラス板の風冷強化＞
黒色セラミックの前駆体層が形成されたガラス板を図示しない風冷強化装置にて、黒色セラミック層の焼成と強化処理を連続して行った。なお、黒色セラミック層の焼成は、ガラス板の強化処理時の加熱により行った。

当該強化処理では、ガラス板をセラミック製の搬送ロールで搬送し、所定の温度に加熱された領域まで搬送後、炉外にガラス板を搬送し、ただちに冷却ノズルからガラス板に風を吹き付けて風冷強化を行う。炉外に搬送される直前のガラス板の温度を、風冷強化開始時のガラス板の温度とする。風冷強化処理後、ガラスの温度が４００℃以下となるまで所定の時間保持し、黒色セラミック層が形成された風冷強化ガラスを得た。

各実施例、比較例では、風冷強化開始時のガラス板の温度（ガラス中央部）、風冷強化処理時に冷却ノズルからガラス板に吹き付ける風圧を、それぞれ、表１に示す条件とした。

得られた強化ガラスの反り量、および破砕したときの単位面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）あたりの破片数を、「ＪＩＳ Ｒ３２０６：２００３年（強化ガラス）」に準拠して測定した。その結果も合せて表１に示す。

表１における、実施例１〜５及び比較例１、２の結果において、本発明の範疇内にある場合、広い幅の黒色セラミック層が形成されたガラス板において、十分な強度であり、かつ、ガラス板の反り量を、０．５％以下に抑制できていることが分かった。

１００ 太陽電池モジュール
１０ カバーガラス
１１ 第１面（カバーガラス）
１２ 第２面（カバーガラス）
１３ 黒色セラミック
１４ 中間膜層
１５ 太陽電池素子
１６ 裏面保護材
１７ フレーム部材

Claims (3)

1. 太陽電池素子を含む太陽電池モジュールに使用されるカバーガラスであり、該カバーガラスは、太陽光の受光側面を第１面、その裏面を第２面とする平面状の風冷強化されたガラス板と、該ガラス板の第２面上で太陽電池素子とは対向しない部位に形成される黒色セラミック層とを有し、
   前記黒色セラミック層は、黒色顔料を含む低融点ガラスを前記第２面上に風冷強化前の加熱によって焼成して形成したものであり、
   前記黒色セラミック層の幅は、前記ガラス板の外縁部から、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、
   前記ガラス板は厚さ２ｍｍ〜４ｍｍであり、「ＪＩＳ Ｒ３２０６：２００３年（強化ガラス）」に準拠して測定した反り量が０．５％以下であり、
   破砕した場合の単位面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）あたりの破片数が黒色セラミック層に接する部位で且つ太陽電池素子とは対向する部位（すなわち、カバーガラスの可視光透過領域）で４０〜８００個であり、ガラス板中央部で１６０〜８００個である、
   ことを特徴とするカバーガラス。
2. 黒色セラミック層の厚みが５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載のカバーガラス。
3. 第２面が規則的な配列を持つ凹凸パターンの形状を有し、凹部の最深部を基準としてみたときの凸部の高さが５０〜３００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のカバーガラス。