JP2014090010A - Solar cell module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To apply stress capable of enhancing photoelectric conversion efficiency to a solar cell element.SOLUTION: The solar cell module, including a solar cell element having a light receiving surface and a non-light receiving surface and stress application means in which a plurality of areas having different mechanical properties are dispersed on the same principal plane, generates distortion between an area where the plurality of areas contacted with the solar cell element and peripheries of the areas by contacting respectively the plurality of areas dispersed on the principal plane of the stress application means to at least one of the light receiving surface and the non-light receiving surface of the solar cell element.

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a solar cell module.

従来、太陽電池素子の機械強度を向上するため、フレームで太陽電池素子の周縁部分を補強した太陽電池モジュールが知られている。   Conventionally, in order to improve the mechanical strength of a solar cell element, a solar cell module in which a peripheral portion of the solar cell element is reinforced with a frame is known.

例えば特許文献1のように、太陽電池素子の周縁部分をフレームの挟持部で表裏から押圧することで、太陽電池素子をフレームに固定する太陽電池モジュールの構造が知られている。   For example, as in Patent Document 1, a structure of a solar cell module that fixes a solar cell element to a frame by pressing the peripheral portion of the solar cell element from the front and back with a holding portion of the frame is known.

特開2006−100639号公報JP 2006-1000063 A

一方、半導体に外部から応力を印加することによって歪を付与すると、電気的特性が変化することが知られている。   On the other hand, it is known that when a strain is applied to a semiconductor by applying a stress from the outside, the electrical characteristics change.

例えば、CuO系の太陽電池素子に対して、外部から4点曲げ等により適度な応力を印加して歪を付与させることによって、ショットキー障壁が変化し、光電変換における最大出力を向上させることが知られている。   For example, by applying an appropriate stress to the CuO-based solar cell element from the outside by four-point bending or the like, the Schottky barrier changes and the maximum output in photoelectric conversion can be improved. Are known.

しかしながら、特許文献1のような太陽電池素子をフレームに固定するというだけの太陽電池モジュールの構造では、太陽電池モジュールの中央部分だけが、自重によって大きく反ってしまうだけの構造であるので、太陽電池モジュールの光電変換効率を十分に高めるのは困難である。   However, in the structure of the solar cell module in which the solar cell element as in Patent Document 1 is simply fixed to the frame, only the central portion of the solar cell module is warped by its own weight. It is difficult to sufficiently increase the photoelectric conversion efficiency of the module.

本発明の太陽電池モジュールは、受光面および非受光面を有する太陽電池素子と、機械的物性が異なる複数の領域が同一の主面上に分散した応力印加手段とを有する太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子の前記受光面および前記非受光面の少なくとも一方に前記応力印加手段の前記主面に分散した複数の前記領域をそれぞれ当接させることによって、前記太陽電池素子に対して当接させた前記領域と該領域の周辺との間で歪みを発生させることを特徴とするものである。   The solar cell module of the present invention is a solar cell module having a solar cell element having a light-receiving surface and a non-light-receiving surface, and stress applying means in which a plurality of regions having different mechanical properties are dispersed on the same main surface. Abutting against the solar cell element by abutting the plurality of regions dispersed on the main surface of the stress applying means to at least one of the light receiving surface and the non-light receiving surface of the solar cell element Distortion is generated between the generated region and the periphery of the region.

本発明の太陽電池モジュールによれば、光電変換効率を高めることが可能な応力を太陽電池素子に対して印加することができる。   According to the solar cell module of the present invention, stress capable of increasing the photoelectric conversion efficiency can be applied to the solar cell element.

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における太陽電池素子と応力印加手段の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solar cell element and stress application means in one embodiment of the solar cell module of the present invention. 本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態における太陽電池素子と応力印加手段の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solar cell element in another embodiment of the solar cell module of this invention, and a stress application means. 本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における応力印加手段を主面側から平面視した平面模式図である。It is the plane schematic diagram which planarly viewed the stress application means in one Embodiment of the solar cell module of this invention from the main surface side. 本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態における応力印加手段を主面側から平面視した平面模式図である。It is the plane schematic diagram which planarly viewed the stress application means in other embodiment of the solar cell module of this invention from the main surface side. 図3の応力印加手段を用いた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の受光面側を干渉計によって観察したときの平面模式図である。In the solar cell module using the stress application means of FIG. 3, it is a plane schematic diagram when the light-receiving surface side of a solar cell element is observed with an interferometer. 図4の応力印加手段を用いた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の受光面側を干渉計によって観察したときの平面模式図である。In the solar cell module using the stress application means of FIG. 4, it is a plane schematic diagram when the light-receiving surface side of a solar cell element is observed with an interferometer.

(太陽電池モジュール)
以下、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態について、図面を用いて詳細に説明をする。
(Solar cell module)
Hereinafter, an embodiment of the solar cell module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<太陽電池素子>
本実施形態に用いられる太陽電池素子としては、例えば、基板と、第1の電極層と、光吸収層と、半導体層と、第2の電極層とを含んでなる構成の薄膜系太陽電池素子(不図示)があるが、これに限定されるものではなく、シリコン系太陽電池等であっても構わない。
<Solar cell element>
As the solar cell element used in the present embodiment, for example, a thin film solar cell element having a configuration including a substrate, a first electrode layer, a light absorption layer, a semiconductor layer, and a second electrode layer. (Not shown), but is not limited to this, and may be a silicon-based solar cell or the like.

ここで基板とは、太陽電池素子を支持するためのものであり、剛性、平滑性を満たしていれば良く、基板に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、硬質樹脂、サファイヤおよびSUS等の金属等が挙げられる。   Here, the substrate is used to support the solar cell element, and only needs to satisfy rigidity and smoothness. Examples of the material used for the substrate include glass, ceramics, hard resin, sapphire, and SUS. The metal etc. are mentioned.

そして、太陽電池素子の周縁部を囲むようにフレーム等が設けられ、太陽電池素子とフレームとを組み合わせたものが太陽電池モジュールとなる。   And a frame etc. are provided so that the peripheral part of a solar cell element may be enclosed, and what combined a solar cell element and a flame | frame becomes a solar cell module.

<太陽電池モジュール>
本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、受光面1aおよび非受光面1bを有する太陽電池素子1と、機械的物性が異なる複数の領域が同一の主面上に分散した応力印加手段2とを有する太陽電池モジュール10であって、前記太陽電池素子1の前記受光面1aおよび前記非受光面1bの少なくとも一方に前記応力印加手段2の前記主面に分散した複数の前記領域をそれぞれ当接させることによって、前記太陽電池素子1に対して当接させた前記領域と該領域の周辺との間で歪3を発生させるものである。
<Solar cell module>
According to the embodiment of the solar cell module of the present invention, the solar cell element 1 having the light receiving surface 1a and the non-light receiving surface 1b, and the stress applying means 2 in which a plurality of regions having different mechanical properties are dispersed on the same main surface. A plurality of regions dispersed on the principal surface of the stress applying means 2 are applied to at least one of the light receiving surface 1a and the non-light receiving surface 1b of the solar cell element 1, respectively. By contacting, the strain 3 is generated between the region in contact with the solar cell element 1 and the periphery of the region.

特に、本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、前記応力印加手段2は、硬度が異なる複数の前記領域が同一の主面上に分散したものであることが好ましい。   In particular, according to the embodiment of the solar cell module of the present invention, it is preferable that the stress applying means 2 is a structure in which a plurality of regions having different hardnesses are dispersed on the same main surface.

例えば、図1のように太陽電池素子1の受光面1aに対して、応力印加手段2の硬質材料2aが押圧することによって、太陽電池素子1に局所的に応力が印加される領域が形成される。   For example, as shown in FIG. 1, when the hard material 2 a of the stress applying means 2 is pressed against the light receiving surface 1 a of the solar cell element 1, a region where stress is locally applied to the solar cell element 1 is formed. The

ここで例えば、軟質材料2bとしてはエチレン酢酸ビニル共重合体(以下EVAともいう)等が挙げられ、また硬質材料2aとしてはシリカ粒等が挙げられる。   Examples of the soft material 2b include an ethylene vinyl acetate copolymer (hereinafter also referred to as EVA), and examples of the hard material 2a include silica particles.

このような硬質材料2aは、凹凸の無い滑らかな球状であることが、太陽電池素子1の受光面1aに対して極端な応力集中を与えることが無く好ましい。   Such a hard material 2a is preferably a smooth spherical shape having no irregularities, since it does not give an extreme stress concentration to the light receiving surface 1a of the solar cell element 1.

本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明すると、例えば図1の場合、太陽電池素子1の受光面1a側に、板状のEVA中にシリカ粒が同一主面上に分散されたものを配置し、受光面側パネル4をさらに配置してから熱硬化すればよい。   The manufacturing method of the solar cell module according to the present embodiment will be described. For example, in the case of FIG. 1, on the light receiving surface 1 a side of the solar cell element 1, silica particles are dispersed on the same main surface in a plate-like EVA. It is only necessary to arrange and further dispose the light-receiving surface side panel 4 before thermosetting.

ここで、シリカ粒を扁平形状にしておけば、扁平な面がなだらかに太陽電池素子1を押圧するので、応力集中によるクラックを低減することができる。   Here, if the silica particles are flattened, the flat surface gently presses the solar cell element 1, so that cracks due to stress concentration can be reduced.

このシリカ粒は、厚さが0.1〜1mm、最大径が5〜20mmの扁平形状であることが好ましい。   The silica particles preferably have a flat shape with a thickness of 0.1 to 1 mm and a maximum diameter of 5 to 20 mm.

このような板状のEVA中にシリカ粒が同一主面上に分散されたものを得るには、扁平状のシリカ粒子を例えば5〜20mmピッチでモザイク状に型内に並べておいて、シート状のEVAを上から被せて型内を圧縮加熱すればよい。   In order to obtain such a plate-like EVA in which silica particles are dispersed on the same main surface, flat silica particles are arranged in a mold in a mosaic pattern with a pitch of 5 to 20 mm, for example, to form a sheet. The inside of the mold may be compressed and heated by covering the EVA from above.

また特に、本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、前記応力印加手段2は、弾性係数が異なる複数の前記領域が同一の主面上に分散したものであることが好ましい。   In particular, according to the embodiment of the solar cell module of the present invention, it is preferable that the stress applying means 2 is formed by dispersing a plurality of the regions having different elastic coefficients on the same main surface.

例えば、図2のように太陽電池素子1の受光面1aに対して、応力印加手段2の高弾性係数材料2cが矢印方向に縮むことによって、太陽電池素子1に局所的に応力が印加される領域が形成される。   For example, as shown in FIG. 2, stress is locally applied to the solar cell element 1 when the high elastic modulus material 2 c of the stress applying means 2 contracts in the arrow direction with respect to the light receiving surface 1 a of the solar cell element 1. A region is formed.

そのため、高弾性係数材料2cは、太陽電池素子1に対して密着性が高くなり、一方、低弾性係数材料2dは、太陽電池素子1に対して密着性が低くなる傾向がある。   Therefore, the high elastic modulus material 2 c has high adhesion to the solar cell element 1, while the low elastic modulus material 2 d tends to have low adhesion to the solar cell element 1.

図2においては便宜的に、低弾性係数材料2dと、太陽電池素子1の受光面1aとの間に隙間があるように示したが、これは密着性の状態を説明するためのものであり、実際には隙間がないことが好ましい。   In FIG. 2, for the sake of convenience, the low elastic modulus material 2d and the light receiving surface 1a of the solar cell element 1 are shown to have a gap, but this is for explaining the state of adhesion. Actually, it is preferable that there is no gap.

ここで例えば、高弾性係数材料2cとしてはEVA等が挙げられ、また低弾性係数材料2dとしてはエポキシ樹脂等が挙げられる。   Here, for example, EVA is exemplified as the high elastic modulus material 2c, and epoxy resin is exemplified as the low elastic modulus material 2d.

本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明すると、例えば図2の場合、太陽電池素子1の受光面1a側に、弾性係数の異なる樹脂を同一主面上にモザイク状に分布させたものを配置し、受光面側パネル4をさらに配置してから熱硬化すればよい。   The solar cell module manufacturing method of the present embodiment will be described. For example, in the case of FIG. 2, a resin having different elastic coefficients distributed in a mosaic pattern on the same main surface on the light receiving surface 1 a side of the solar cell element 1. It is only necessary to arrange and further dispose the light-receiving surface side panel 4 before thermosetting.

このようなモザイク状の分布は、EVAのマトリクスに対して、5〜20mm径の孔を5〜20mm間隔でモザイク状に空け、この孔にエポキシ樹脂を充填することによって得られる。   Such a mosaic distribution can be obtained by forming holes of 5 to 20 mm in a mosaic pattern at intervals of 5 to 20 mm in an EVA matrix and filling the holes with an epoxy resin.

あるいはこのようなモザイク状の分布は、エポキシ樹脂のマトリクスに対して、5〜20mm径の孔を5〜20mm間隔でモザイク状に空け、この孔にEVAを充填することによっても得られる。   Alternatively, such a mosaic distribution can also be obtained by making holes of 5 to 20 mm in a mosaic shape at intervals of 5 to 20 mm in the epoxy resin matrix and filling these holes with EVA.

このような弾性係数の異なる樹脂を同一主面上にモザイク状に分布させたものを得るには、例えば5〜20mm角のEVAとエポキシ樹脂をモザイク状に型内に並べておいて、型内を圧縮加熱することで、EVAとエポキシ樹脂とを接着すればよい。   In order to obtain such a resin having different elastic coefficients distributed in a mosaic pattern on the same main surface, for example, 5 to 20 mm square EVA and epoxy resin are arranged in a mosaic pattern in the mold. What is necessary is just to adhere | attach EVA and an epoxy resin by compressing and heating.

ここで高弾性係数材料2cと低弾性係数材料2dの弾性係数の範囲、および高弾性係数材料2cと低弾性係数材料2dとの差については、特に規定は無く、光電変換効率を最大に高めるために、適切な応力を印加できる弾性係数の範囲および差であればよい。   Here, there are no particular restrictions on the range of the elastic modulus between the high elastic modulus material 2c and the low elastic modulus material 2d, and the difference between the high elastic modulus material 2c and the low elastic modulus material 2d, in order to maximize the photoelectric conversion efficiency. In addition, the elastic modulus may be in a range and difference in which an appropriate stress can be applied.

以上のような手段により、光電変換効率を高めることが可能な応力を太陽電池素子1に対して印加することができるものである。   By such means as described above, a stress capable of increasing the photoelectric conversion efficiency can be applied to the solar cell element 1.

このような作用は、太陽電池素子1に適度な応力を印加することによって歪3を付与し、太陽電池素子1の半導体膜の抵抗値を低下させること(ピエゾ抵抗効果)により、太陽電池素子1の光電変換効率を向上させることができるためと考えられる。   Such an action imparts strain 3 by applying an appropriate stress to the solar cell element 1 and reduces the resistance value of the semiconductor film of the solar cell element 1 (piezoresistive effect). This is thought to be because the photoelectric conversion efficiency can be improved.

このような応力は、例えば干渉計を用いることによって、歪3として観察することができる。   Such stress can be observed as strain 3 by using an interferometer, for example.

すなわち領域は、歪3として観察されると換言してもよい。   In other words, the region may be observed as strain 3.

例えば、図3のように硬質材料2aを軟質材料2bに分散させた場合では、その応力分布(歪3の分散状態)は図5のようになる。   For example, when the hard material 2a is dispersed in the soft material 2b as shown in FIG. 3, the stress distribution (dispersion state of the strain 3) is as shown in FIG.

また例えば、図4のように高弾性係数材料2cまたは低弾性係数材料2dを分散させた場合では、その応力分布(歪3の分散状態)は図6のようになる。   For example, when the high elastic modulus material 2c or the low elastic modulus material 2d is dispersed as shown in FIG. 4, the stress distribution (dispersion state of the strain 3) is as shown in FIG.

この場合、太陽電池素子1の受光面1a側から光を当てて、太陽電池素子1の受光面1aにおける干渉縞(不図示)によって、歪3を観察することになる。   In this case, light 3 is applied from the light receiving surface 1a side of the solar cell element 1, and the distortion 3 is observed by interference fringes (not shown) on the light receiving surface 1a of the solar cell element 1.

ここで干渉縞の間隔は、光源の波長と入射角により決定され、等高線として用いることができるので、太陽電池素子1の受光面側から、歪3の大きさの度合いを観察することができる。   Here, the interval between the interference fringes is determined by the wavelength and the incident angle of the light source and can be used as a contour line. Therefore, the degree of the magnitude of the strain 3 can be observed from the light receiving surface side of the solar cell element 1.

ここで分散している各硬質材料2a(あるいは各軟質材料2b)同士の機械的物性は、それぞれある程度異なっていてもよく、これによって、各歪3同士の大きさがそれぞれある程度異なっていても構わない。   Here, the mechanical properties of the hard materials 2a (or the soft materials 2b) dispersed therein may differ to some extent, and thereby the sizes of the strains 3 may differ to some extent. Absent.

また同様に、分散している各高弾性係数材料2c(あるいは各低弾性係数材料2d)同士の機械的物性は、それぞれある程度異なっていてもよく、これによって、各歪3同士の大きさがそれぞれある程度異なっていても構わない。   Similarly, the mechanical properties of the dispersed high elastic modulus materials 2c (or the respective low elastic modulus materials 2d) may be different from each other to some extent. It may be different to some extent.

以上のように、太陽電池素子1の受光面1a側における歪3の大きさをある程度安定化させることによって、太陽電池素子1の半導体膜の抵抗値を低く維持して、光電変換効率を向上させることができる。   As described above, by stabilizing the magnitude of the strain 3 on the light receiving surface 1a side of the solar cell element 1 to some extent, the resistance value of the semiconductor film of the solar cell element 1 is kept low, and the photoelectric conversion efficiency is improved. be able to.

さらに本発明の太陽電池モジュール10の実施形態によれば、前記太陽電池素子1と、該太陽電池素子1の前記受光面1a側に配置された受光面側パネル4との間に前記応力印加手段2を配置したことが好ましい。   Furthermore, according to the embodiment of the solar cell module 10 of the present invention, the stress applying means is provided between the solar cell element 1 and the light receiving surface side panel 4 arranged on the light receiving surface 1a side of the solar cell element 1. 2 is preferably arranged.

これにより、太陽電池素子1に直接的かつ効果的に応力を印加することができるので、光電変換効率を高くすることができる。   Thereby, since a stress can be applied directly and effectively to the solar cell element 1, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

応力印加手段2について、軟質材料2bと硬質材料2aとは、光学的特性(屈折率、透過率、吸収係数)が同等のものを選択することが、応力印加手段2内部での光の乱反射を低減できる点で好ましい。   Regarding the stress applying means 2, the soft material 2b and the hard material 2a having the same optical characteristics (refractive index, transmittance, absorption coefficient) can be selected to cause irregular reflection of light inside the stress applying means 2. It is preferable in that it can be reduced.

さらに本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、前記太陽電池素子1の前記非受光面1a側に前記応力印加手段2を配置したことが好ましい。   Furthermore, according to the embodiment of the solar cell module of the present invention, it is preferable that the stress applying means 2 is disposed on the non-light-receiving surface 1a side of the solar cell element 1.

これにより、太陽電池素子1の受光量に影響することなく、太陽電池素子1に非受光面
1b側から応力を印加できるので、光電変換効率を高くすることができる。
Thereby, since stress can be applied to the solar cell element 1 from the non-light-receiving surface 1b side without affecting the amount of light received by the solar cell element 1, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

太陽電池素子1の基板の厚さについては、非受光面1b側からの応力が伝わり易い程度の厚さであることが好ましい。   About the thickness of the board | substrate of the solar cell element 1, it is preferable that it is a thickness which is easy to transmit the stress from the non-light-receiving surface 1b side.

1:太陽電池素子
1a:受光面
1b:非受光面
2:応力印加手段
2a:硬質材料
2b:軟質材料
2c:高弾性係数材料
2d:低弾性係数材料
3:歪(領域)
4:太陽電池パネル
10:太陽電池モジュール
1: Solar cell element 1a: Light receiving surface 1b: Non-light receiving surface 2: Stress applying means 2a: Hard material 2b: Soft material 2c: High elastic modulus material 2d: Low elastic modulus material 3: Strain (region)
4: Solar cell panel 10: Solar cell module

Claims (5)

受光面および非受光面を有する太陽電池素子と、機械的物性が異なる複数の領域が同一の主面上に分散した応力印加手段とを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池素子の前記受光面および前記非受光面の少なくとも一方に前記応力印加手段の前記主面に分散した複数の前記領域をそれぞれ当接させることによって、
前記太陽電池素子に対して当接させた前記領域と該領域の周辺との間で歪みを発生させる、太陽電池モジュール。
A solar cell module having a solar cell element having a light receiving surface and a non-light receiving surface, and a stress applying means in which a plurality of regions having different mechanical properties are dispersed on the same main surface,
By bringing each of the plurality of regions dispersed on the main surface of the stress applying means into contact with at least one of the light receiving surface and the non-light receiving surface of the solar cell element,
The solar cell module which produces distortion between the said area | region contacted with respect to the said solar cell element, and the periphery of this area | region.
前記太陽電池素子と該太陽電池素子の前記受光面側に配置された受光面側パネルとの間に前記応力印加手段を配置した、請求項1に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1, wherein the stress applying means is disposed between the solar cell element and a light-receiving surface side panel disposed on the light-receiving surface side of the solar cell element. 前記太陽電池素子の前記非受光面側に前記応力印加手段を配置した、請求項1に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1, wherein the stress applying means is disposed on the non-light-receiving surface side of the solar cell element. 前記応力印加手段は、硬度が異なる複数の前記領域が同一の主面上に分散したものである、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the stress applying means includes a plurality of the regions having different hardnesses dispersed on the same main surface. 前記応力印加手段は、弾性係数が異なる複数の前記領域が同一の主面上に分散したものである、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
The solar cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the stress applying means includes a plurality of the regions having different elastic coefficients dispersed on the same main surface.
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