WO2013145220A1 - 太陽電池用集電シート及びそれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar cell current collector sheet for extracting electricity from a back contact solar cell element and a solar cell module using the same.
- a solar cell module that constitutes a solar cell has a configuration in which a transparent front substrate, a sealing material, a solar cell element, a sealing material, and a back surface protection sheet are laminated in order from the light receiving surface side. It has a function of generating electricity by being incident on the battery element.
- the back surface protection sheet is usually a white back surface protection sheet formed using a material containing a white pigment.
- the solar cell element includes a light receiving surface for receiving sunlight and a non-light receiving surface located on the back side thereof.
- electrodes are arranged on the light receiving surface.
- a back contact type solar cell element in which a plurality of electrodes having different polarities are arranged on a non-light-receiving surface is known.
- MMT Metal wrap-through
- EWT emitter wrap-through
- IBC interdigitated back-contact
- IBC has a structure in which a p-type and n-type diffusion layer having a comb shape is formed on the back surface of the solar cell element, and electricity is extracted from the p and n regions.
- solar cell element having a structure that does not have a through hole, such as a) method.
- a metal foil that usually becomes a circuit is laminated on the surface of a resin sheet as a base material.
- a solar cell current collector sheet is used. Since this solar cell current collector sheet is disposed between the solar cell element and the back surface protection sheet, in a solar cell module including a back contact type solar cell element, most of the light incident from the transparent front substrate is It is blocked by the solar battery current collector sheet laminated with metal foil, and does not reach the back surface protective sheet.
- the solar cell module including the back contact type solar cell element incident light is reflected by the back surface protection sheet due to its structure, and the power generation efficiency of the solar cell module cannot be improved.
- requirement with respect to the power generation efficiency improvement of a solar cell module has become still stronger, and the improvement in power generation efficiency is calculated
- the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell current collector sheet that can improve power generation efficiency in a solar cell module including a back contact type solar cell element. And it is providing the solar cell module using such a current collection sheet for solar cells.
- the inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, a part or all of the insulating layer formed on the circuit made of metal or the like in the solar cell current collector sheet for the back contact solar cell element is a white layer containing a white pigment.
- the present inventors have found that the above problems can be solved and have completed the present invention. More specifically, the present invention provides the following.
- the present invention is arranged on the back side of the solar cell element for internal wiring in the solar cell module, formed on the surface of the resin base material, and a circuit composed of a wiring portion made of metal and a non-wiring portion, An insulating layer formed on a circuit, wherein the insulating layer includes a white layer containing a white pigment.
- the present invention is the solar cell current collector sheet according to (1), wherein the white pigment has a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
- the reflectance of light with a wavelength of 450 nm to 800 nm of the insulating layer is 65% or more, and the reflectance of light with a wavelength of 800 nm to 1100 nm is 75% or more (1) or (2)
- the solar cell current collector sheet according to any one of the above.
- the present invention is the solar cell current collector sheet according to any one of (1) to (3), wherein the insulating layer has a thickness of 18 ⁇ m to 25 ⁇ m.
- this invention is a solar cell module provided with the collector sheet for solar cells in any one of (1) to (4), and a back contact type solar cell element.
- a solar cell module provided with a back contact type solar cell element in order to reflect solar rays at the insulating layer of the solar cell current collector sheet laminated immediately below the solar cell element in the solar cell module.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the layer structure of a solar cell module including a back-contact solar cell element.
- FIG. 3 is a partially enlarged view of a cross section of a solar cell module schematically showing a path of progress and reflection in the module for sunlight incident on a solar cell module including a back contact type solar cell element.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the layer structure of a solar cell module including a back-contact solar cell element. It is a figure which shows the reflectance (%) of light with a wavelength of 250 nm to 1200 nm of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4.
- the solar cell current collector sheet 5 includes a back sealing material layer 51, an insulating layer 52, a resin base material 53, and a circuit 54.
- the back surface sealing material layer 51 is not an essential component of the present invention, hereinafter, a solar cell current collector sheet including the back surface sealing material layer 51 will be described as an embodiment.
- a wiring portion 541 made of a metal such as copper and a circuit 54 made of a non-wiring portion 542 are formed on the surface of the resin base 53.
- an insulating layer 52 is formed so as to cover the circuit 54.
- a back sealing material layer 51 is formed on the upper surface of the surface insulating layer 52 of the insulating layer 52.
- a conductive recess 7 that penetrates from the upper surface of the back sealing material layer 51 to the upper surface of the circuit 54 through the insulating layer 52 is formed.
- the insulating layer formed on the solar cell current collector sheet of the present invention will be described.
- an insulating layer is generally formed on a circuit in order to prevent a short circuit between electrodes.
- the insulating layer is obtained by curing various insulating inks, and the color is generally transparent or translucent.
- the solar cell current collector sheet of the present invention by coloring the insulating layer into a white layer, in addition to the conventional effect of preventing a short circuit, the function of reflecting sunlight to improve power generation efficiency It is characterized by having an insulating layer.
- the insulating layer 52 is also arranged in the element peripheral region P, which is a region where no solar cell element is arranged in a plan view of the solar cell module 1. Will be. For this reason, the sunlight which was not absorbed by the solar cell element 4 is reflected on the surface of the insulating layer 52 in the element peripheral region P of the solar cell current collector sheet 5, and the reflected sunlight is further reflected on the transparent front substrate 2. And is absorbed by the solar cell element 4.
- insulating agent for forming the insulating layer 52 a conventionally known insulating material, for example, a thermosetting insulating ink such as an epoxy-phenolic ink, or an ultraviolet curable insulating coating agent such as an acrylic type is used. Can do.
- a thermosetting insulating ink such as an epoxy-phenolic ink
- an ultraviolet curable insulating coating agent such as an acrylic type
- a white pigment is added to the above insulating agent before forming the insulating layer.
- the kind of white pigment is not particularly limited, and conventionally known white pigments such as titanium oxide and zinc oxide can be used.
- the white layer efficiently reflects sunlight in the visible light region, it is possible to contribute to improving the power generation efficiency of the solar cell module by using the white insulating layer.
- the white pigment added to the insulating material preferably has a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less. If the particle size of the white pigment is within the above range, the white layer efficiently reflects near infrared rays in addition to the visible light region, and thus can greatly contribute to the improvement of power generation efficiency of the solar cell module.
- the particle size was measured using a transmission electron microscope (JEM-1230) manufactured by JEOL Ltd., and the primary particle size of the white pigment was photographed, and the image was analyzed using image analysis particle size distribution measurement software (MAC -Use values obtained by performing statistical processing in View Ver.3). In calculating the particle diameter, a volume-based equivalent circle diameter is adopted.
- the white pigment added to the insulating material is more preferably 80% by mass or more of white pigment particles having a particle size of 0.8 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less. This is because the near infrared reflection effect of the white layer is enhanced.
- the white pigment particles having a particle size of 0.2 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less are 60% by mass or more of all white pigment particles. It is preferable to contain 10% by mass or more and 20% by mass or less of the white pigment as follows.
- a typical example of a white pigment having a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less is titanium oxide.
- the titanium oxide includes surface-treated titanium oxide.
- its production can be performed as follows.
- a hydrous titanium oxide is used as a raw material, and 0.1 mass% or more and 0.5 mass% or less of an aluminum compound in terms of aluminum oxide and 0.1 mass% or more and 0.5 mass% in terms of potassium carbonate with respect to the titanium oxide content It can manufacture by adding the following potassium compounds and 0.2 mass% or more and 1.0 mass% or less zinc compounds in conversion of zinc oxide, and drying and baking. Hereafter, each material used for said manufacture is demonstrated easily and a more specific manufacturing method is demonstrated.
- the hydrous titanium oxide used as a raw material can be formed by treating a titanium-containing ore such as ilmenite or rutile with sulfuric acid or hydrochloric acid to remove impurities, and then adding water or oxidizing it. It can also be formed by hydrolysis of titanium alkoxide.
- the metatitanic acid taken out as an intermediate product in the sulfuric acid method known as the industrial manufacturing method of a titanium oxide is preferable.
- the type of aluminum compound to be added to the hydrous titanium oxide is not particularly limited as long as it is a compound that does not adversely affect the properties of the titanium oxide finally obtained.
- water-soluble compounds are preferable.
- aluminum sulfate, aluminum chloride and the like are preferable.
- About the addition amount of an aluminum compound, 0.1 mass% or more and 0.5 mass% or less are preferable in conversion of aluminum oxide with respect to a titanium oxide content.
- the kind of potassium compound added to the hydrous titanium oxide is not limited as in the case of the aluminum compound, but specifically potassium hydroxide, potassium chloride and the like are preferable.
- About the addition amount of a potassium compound 0.2 to 0.5 mass% is preferable in conversion of potassium carbonate with respect to a titanium oxide content.
- melting of the particles becomes intense and it becomes difficult to disperse to the primary particle diameter, so that it is difficult to reflect near infrared rays.
- the shape of the titanium oxide particle obtained by roasting will become a rod shape, and a near-infrared reflective effect will fall.
- the rutile ratio at an optimum particle size is reduced.
- the kind of zinc compound added to the hydrous titanium oxide is not limited as in the case of the other metal components described above, but specifically, zinc oxide, zinc sulfate, zinc chloride and the like are preferable.
- About the addition amount of a zinc compound 0.2 to 1.0 mass% is preferable in conversion of zinc oxide with respect to a titanium oxide content.
- the shape of the titanium oxide particles after roasting becomes a rod shape, so that the near-infrared reflection effect is reduced.
- a high roasting temperature is required for particle growth, and as a result, the melting of the particles becomes intense and it becomes difficult to disperse to the primary particle size, so that the near-infrared reflection effect is reduced.
- the zinc compound easily reacts with titanium oxide to produce zinc titanate.
- Zinc titanate has a lower refractive index than titanium oxide. Therefore, as the amount of zinc increases, the infrared reflection effect decreases, so an excessive amount of addition is not preferable.
- titanium oxide having a particle size of 0.5 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less can be produced as follows.
- Methods for adding the metal component to the hydrous titanium oxide include physical mixing by dry method, wet mixing in the slurry, etc., but wet dispersion is performed so that the added metal component can be sufficiently dispersed in each of the titanium oxide particles. Is preferable.
- a hydrous titanium oxide cake obtained after removal of impurities, obtained as an intermediate product in industrial production is dispersed in a medium such as water as necessary, and a compound containing the above-described additional components is added thereto, It is sufficient to sufficiently stir.
- the above-described metal components of aluminum, potassium, and zinc are mixed with hydrous titanium oxide, and then dried with a dryer. At this time, drying is performed so that the titanium oxide (TiO 2 ) content is 50% or more and 65% or less of the total mass.
- the hydrous titanium oxide When the hydrous titanium oxide is dried and then roasted, it is treated at a roasting temperature of 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, which is a temperature range in which the titanium oxide for pigment is normally roasted.
- a roasting temperature 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, which is a temperature range in which the titanium oxide for pigment is normally roasted.
- the primary particle diameter does not grow sufficiently, leading to a decrease in the desired near-infrared reflection effect.
- the temperature is shifted to the high temperature side, the particles are excessively sintered, and the pulverizability is lowered, resulting in a decrease in the near infrared reflection effect.
- the thickness of the white insulating layer 52 (the thickness from the upper surface of the wiring portion 541 to the lower surface of the back sealing material layer 51 is the thickness of the insulating layer) is preferably 12 ⁇ m to 25 ⁇ m, and preferably 18 ⁇ m to 25 ⁇ m. It is more preferable. If the thickness is less than 12 ⁇ m, the insulating property becomes insufficient, which is not preferable. If the thickness is less than 18 ⁇ m, the reflectance in the visible light region is lower than that in the case of 18 ⁇ m or more, and thus may be 18 ⁇ m or more. More preferred. Further, if the thickness exceeds 25 ⁇ m, further insulating effect and reflection effect cannot be obtained, and it is rather difficult to form the pattern of the conductive recess 7 and it is not preferable because it is not economical.
- the entire insulating layer 52 may contain a white pigment, or only a part of the layer may contain a white pigment.
- the intermediate layer it is possible to effectively prevent other adhesiveness and the like from being lowered.
- the back surface sealing material layer 51 is provided to fix the position of the solar cell element 4 in the solar cell module 1 and to alleviate an external impact on the solar cell element.
- the back sealing material layer 51 is formed on the insulating layer 52 except for the place occupied by the conductive recess 7. In the present invention, the back sealing material layer 51 is not necessarily essential.
- a sealing material for forming the back surface sealing material layer 51 a sealing material used in a conventionally known solar cell module can be applied.
- ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA), ionomer, polyvinyl An olefin-based sealing material such as butyral (PVB) or polyethylene can be used.
- the thickness of the back sealing material layer 51 is preferably 100 ⁇ m to 600 ⁇ m. If it is less than 100 ⁇ m, the impact cannot be sufficiently mitigated, and if it exceeds 600 ⁇ m, no further effect can be obtained, and it is rather difficult to form the pattern of the conductive recess 7, and this is not preferable because it is uneconomical. .
- the back sealing material layer 51 needs to transmit as much light as possible that penetrates into the insulating layer 52 and the light reflected by the insulating layer 52, and thus has a light transmittance. It is preferable that the layer is a colorless and transparent layer having high color or a layer having a color close to it.
- Resin base material 53 is a resin molded into a sheet shape.
- the resin constituting the resin substrate 53 include polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyvinyl chloride resin, Fluorine resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide resins such as various nylons, polyimide resins, polyamideimide resins Examples thereof include resins, polyaryl phthalate resins, silicone resins, polysulfone resins, polyphenylene sulfide resins, polyether sulfone resins, polyurethane resins, acetal resins, and cellulose resins.
- the thickness of the resin base material 53 is not particularly limited, but an example is 20 to 250 ⁇ m.
- the circuit 54 is an electrical wiring formed on the surface of the solar cell current collector sheet 5 so as to have a desired wiring shape.
- the wiring part 541 of the circuit 54 is a layer made of a metal such as copper.
- a method of bonding a copper foil to the surface of the resin base material 53 and then patterning the copper foil by etching or the like is exemplified.
- the thickness of the circuit 54 is not particularly limited, but an example is 10 to 50 ⁇ m.
- the conductive recess 7 is formed in the solar cell module 1 so as to be positioned immediately below the electrode 41 of the solar cell element 4.
- the conductive recess 7 is a hole penetrating from the upper surface portion of the back sealing material layer 51 to the upper surface of the wiring portion 541 through the insulating layer 52.
- a laminated sheet in which a conductive layer made of a metal such as copper is laminated on the surface of the resin base material 53 is used.
- a circuit 54 is formed on the solar cell current collector sheet 5.
- an insulating coating process is performed on the laminated sheet on which the circuit 54 is formed, whereby an insulating layer 52 is formed on the circuit 54, and a sealing material layer laminating process is performed so as to be laminated on the insulating layer 52.
- the back sealing material layer 51 is formed on the insulating layer 52.
- an etching process, a peeling process, an insulating coating, and a sealing material layer lamination process will be described.
- the laminated sheet used in this step is one in which a conductive layer made of a metal such as copper is formed on the surface of the resin substrate 53.
- a conductive layer made of a metal such as copper is formed on the surface of the resin substrate 53.
- attaching copper foil on the surface of the resin base material 53 with an adhesive agent, and vapor-depositing copper foil on the surface of the resin base material 53 is advantageous from the surface of cost.
- a method of adhering the copper foil to the surface of the resin base material 53 by a dry laminating method using an adhesive such as urethane, polycarbonate, or epoxy is preferable.
- an etching mask (not shown) patterned in the shape of a desired wiring portion 541 is formed on the surface of the laminated sheet (that is, the surface of the conductive layer).
- the etching mask is provided in order that the conductive layer that will become the wiring portion 541 in the future is free from corrosion by the immersion liquid.
- the method for forming such an etching mask is not particularly limited.
- the etching mask may be formed on the surface of the laminated sheet by developing a photoresist or a dry film after exposure through the photomask,
- An etching mask may be formed on the surface of the laminated sheet by a printing technique such as an inkjet printer.
- the etching mask needs to be able to be stripped with an alkaline stripping solution in a stripping step described later. From such a viewpoint, it is preferable to produce an etching mask using a photoresist or a dry film.
- This process is a process of removing the conductive layer in a portion not covered with the etching mask with an immersion liquid. Through this treatment, portions of the conductive layer other than the portion that becomes the wiring portion 541 are removed, so that the conductive layer remains in the desired shape of the wiring portion 541 on the surface of the resin base material 53. become.
- the etching mask is removed using an alkaline stripping solution in the stripping step. Through this step, the etching mask is removed from the surface of the wiring portion 541.
- the alkaline stripping solution used in the stripping step include an aqueous solution of caustic soda having a predetermined concentration.
- Insulating ink is the main component, white pigment is added to this, and if necessary, UV absorber, plasticizer, light stabilizer, antioxidant, antistatic agent, crosslinking agent, curing agent, sealing 1 or 2 types of additives such as additives, lubricants, reinforcing agents, reinforcing agents, flame retardants, flame retardants, foaming agents, antifungal agents, colorants such as pigments and dyes, etc. are optionally added, and If necessary, a solvent, a diluent and the like are added and sufficiently kneaded to prepare an ink composition.
- thermosetting insulating ink and ultraviolet curable insulating coating agent can be used as the insulating ink.
- this is coated or printed on the wiring part 541 and the non-wiring part 222 of the circuit 54 except for the conductive recess 7 to form a white insulating layer. it can.
- an ink composition having a solid content ratio of 20% to 50% is prepared.
- 10 mass% or more and 100 mass% or less of a white pigment are mix
- this ink composition is applied to portions of the wiring portion 541 and the non-wiring portion 222 of the circuit 54 excluding the conductive recess 7.
- the coating amount is 5 g / m 2 or more and 40 g / m 2 or less.
- a thermosetting insulating ink is used as the insulating ink
- the ink composition is cured by heat of thermocompression bonding at the time of manufacturing the solar cell module to form a white insulating layer.
- an ultraviolet curable insulating coating agent is used as an insulating ink, the ink composition is cured by irradiation with ultraviolet rays to form a white insulating layer.
- the method for forming the back surface sealing material layer 51 is not particularly limited. For example, after forming the sealing material in a sheet shape, a through hole is formed in advance at a position where the conductive recess 7 is formed, and then the insulating layer 52 is formed.
- the conductive recess 7 penetrating on the circuit 54 can be formed by stacking so that the recess and the through hole formed by the above overlap.
- the solar cell current collector sheet 5 becomes a solar cell module 1 through a process of integrating with other members in addition to the solar cell element 4, but prior to that process, the back surface of the resin base material 53. It is also possible to obtain a back surface protection sheet integrated sheet used for manufacturing the solar cell module 1 by previously integrating another back surface protection sheet 6 such as ETFE which is a fluorine resin film or hydrolysis resistant PET on the side. It is. In order to create the back surface protection sheet integrated sheet, the back surface protection sheet 6 is laminated on the back surface side of the resin base material 53 by a dry lamination method or the like.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the layer structure of a solar cell module 1 including a back-contact solar cell element.
- the solar cell module 1 includes a transparent front substrate 2 made of glass or the like, a front sealing made of ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA), ionomer, polyvinyl butyral (PVB), polyethylene or the like from the light receiving surface side of incident light 8.
- EVA ethylene-vinyl acetate copolymer resin
- PVB polyvinyl butyral
- the solar cell element 4 From the stopping material layer 3, the solar cell element 4, the back sealing material layer 51, the insulating layer 52, the solar cell current collector sheet 5 made of the resin base material 53, etc., ETFE which is a fluorine resin film, hydrolysis resistant PET, etc. It is the structure by which the back surface protection sheet 6 which becomes this was laminated
- the electricity extracted from the electrode 41 is conducted to the corresponding wiring part 541 through the conductive material in the conductive recess 7.
- the conductive recess 7 of the solar cell current collector sheet 5 is electrically conductive.
- Fill material examples include a conductive material such as solder.
- a transparent front substrate 2, a front sealing material layer 3, a solar cell element 4, a solar cell current collector sheet 5 comprising a back sealing material layer 51, an insulating layer 52, a resin base material 53, and the like, and a back surface protection sheet 6 are provided.
- Laminate and integrate An example of this integration method is a method of integration by vacuum heat lamination.
- the laminating temperature when using the above method is preferably in the range of 130 ° C to 190 ° C.
- the laminating time is preferably in the range of 5 to 60 minutes, particularly preferably in the range of 8 to 40 minutes.
- the transparent front substrate 2, the front sealing material layer 3, and the back sealing material layer 51 can transmit light entering the insulating layer 52 and light reflected by the insulating layer 52 as much as possible. Since it is necessary to transmit a large amount, it is preferably a colorless and transparent layer having a high light transmittance, or a layer having a color close thereto.
- the resin base material 53 of the solar cell current collector sheet 5 is firmly integrated with other members as a solar cell module.
- the insulating layer 52 of this invention is arrange
- the solar cell collector sheet provided with the back sealing material layer 51 was demonstrated, in the solar cell collector sheet of this invention, the back sealing material layer 51 is an essential component. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, the solar cell current collector sheet 5 has a configuration in which the solar cell element 4 is arranged directly on the insulating layer 52 without the back sealing material layer. Also good. Such a solar cell current collector sheet is naturally within the scope of the present invention.
- Example 1 A sample of a solar cell current collector sheet having a white insulating layer with a thickness of 20 ⁇ m was prepared by the method described below.
- a white insulating ink composition was prepared by mixing so that the titanium oxide having a particle diameter of 1 ⁇ m was distributed by 20% by mass and the commercially available acrylic ultraviolet curable insulating coating agent was distributed by 80% by mass.
- a joined body was formed by adhering a 35 ⁇ m thick copper foil to the surface of a 100 ⁇ m thick PET film by a dry laminating method.
- the white insulating ink composition was applied by screen printing so as to have a coating film thickness of 20 ⁇ m to form a sample of the solar cell current collector sheet of Example 1. .
- Example 2 A sample of a solar cell current collector sheet having a white insulating layer having a thickness of 13 ⁇ m was produced by the method described below.
- Example 1 a white pigment having the same composition as in Example 1 was prepared, then a white insulating ink composition having the same composition as in Example 1 was prepared, and then the same joined body as in Example 1 was formed.
- the white insulating ink composition was applied by screen printing so as to have a coating film thickness of 13 ⁇ m to form a sample of the solar cell current collector sheet of Example 2. .
- ⁇ Comparative example 2> In order to verify the contribution of the copper foil surface to the reflectance improvement in the insulating layer of the current collector sheet for solar cells of the present invention, the above white insulating ink composition is applied onto the surface of a 50 ⁇ m thick ETFE film by screen printing. A sample (no copper foil surface) of a solar cell current collector sheet having a white insulating layer with a thickness of 20 ⁇ m was prepared by coating so as to have a thickness of 20 ⁇ m.
- a black insulating ink composition was prepared by mixing carbon black in an amount of 10% by mass and commercially available acrylic ultraviolet curable insulating coating agent in an amount of 90% by mass.
- Example 2 the same joined body as in Example 1 was formed, and the black insulating ink composition was applied on the copper foil surface of the joined body by screen printing so that the coating film thickness was 20 ⁇ m.
- a sample of a solar cell current collector sheet having an insulating layer was formed.
- ⁇ Comparative Example 4> As one form of a conventionally known solar cell module, there is one that improves the power generation efficiency by reflecting the sunlight with the back surface protection sheet being white. Therefore, a 50 ⁇ m titanium oxide-added white PET film (manufactured by Toray, “E20F”) was used as a sample of a white back surface protection sheet.
- E20F titanium oxide-added white PET film
- the solar cell current collector sheet provided with the white insulating layer of the present invention has a reflectance in almost the entire visible light range (wavelength range of 450 nm to 800 nm). Is 65% or more, and the reflectance is 75% or more in a predetermined region (wavelength range of 800 nm to 1100 nm) in the near infrared region, and it is confirmed that the reflectance is high in these ranges. It was done. Although the width differs slightly depending on the type of solar cell element such as amorphous type, polycrystalline type, single crystal type, etc., the solar cell element generally has high spectral sensitivity to light with a wavelength of 500 nm to 1100 nm. . This shows that the solar cell current collector sheet provided with the white insulating layer of the present invention can sufficiently contribute to the improvement of power generation efficiency.
- Example 1 From the comparison between Example 1 and Example 2, in the solar cell current collector sheet provided with the white insulating layer of the present invention, when the thickness of the insulating layer is thinner than a certain value, mainly in the visible light region, It was confirmed that the reflectance slightly decreased. This is considered to be because if the insulating layer is thin, it is more strongly affected by the relative low reflectance of the copper foil surface in the visible light region. This indicates that the thickness of the insulating layer is more preferably 18 ⁇ m or more.
- the solar cell current collector sheet provided with the white insulating layer of the present invention is the copper on the circuit in the solar cell module in which the conventional solar cell current collector sheets provided with the transparent insulating layer are laminated. Compared to the case of reflecting light on the foil surface, it is confirmed that it has a clearly higher reflectivity mainly in the visible light region, and almost the same or higher reflectivity in the near infrared region. It was done.
- the solar cell current collector sheet provided with the white insulating layer of the present invention is a back surface protection made of a white PET film in a solar cell module having a solar cell element which is not a conventional back contact type. Even when compared with the case where light is reflected by a sheet, it was confirmed that the sheet has a high reflectance that is almost the same.
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Abstract
太陽電池モジュールにおける内部配線用の太陽電池用集電シートであって、発電効率の向上に寄与する太陽電池用集電シートを提供する。 この太陽電池用集電シート5は、太陽電池モジュール1における内部配線用として太陽電池素子4の裏面側に配置され、樹脂基材53の表面に形成され、金属からなる配線部541と非配線部542とからなる回路54と、回路54上に形成される絶縁層52を備える。この絶縁層52に白色顔料を含有させることで、太陽電池素子4の素子周辺に配置される絶縁層52からの反射による太陽電池素子4への光取り込みを増大させ、バックコンタクト型太陽電池素子においても発電効率の向上を図ることができる。
Description
本発明は、バックコンタクト型の太陽電池素子から電気を取り出すための太陽電池用集電シート及びそれを用いた太陽電池モジュールに関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。一般に、太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、受光面側から、透明前面基板、封止材、太陽電池素子、封止材及び裏面保護シートが順に積層された構成であり、太陽光が上記太陽電池素子に入射することにより発電する機能を有している。
上記太陽電池モジュールにおいては、通常、上記裏面保護シートを、白色顔料を含む材料を用いて形成した白色裏面保護シートとする。このようにすることで、上記透明前面基板から入射した光のうち太陽電池素子で吸収されず透過してきた光を反射し、再度太陽電池素子に光を吸収させることにより、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる(特許文献1)。
ところで、太陽電池素子は、太陽光を受光する受光面と、その裏側に位置する非受光面とを含むが、受光面における太陽光線の受光効率を高めるために、受光面には電極を配置せず、非受光面に異なる極性を有する複数の電極を配置したバックコンタクト型の太陽電池素子が知られている。
バックコンタクト形の太陽電池素子には種々の方式がある。受光面と非受光面とを貫通する複数のスルーホールを有する半導体基板を備え、非受光面に極性が異なる複数の電極が設けられたメタルラップスルー(MWT)方式、或いはエミッタラップスルー(EWT)方式の太陽電池素子がある他、太陽電池素子の裏面に、くし型形状のp型、n型の拡散層を形成し、そのp、n領域から、電気を取り出す構造のinterdigitated back-contact(IBC)方式等、スルーホールを有しない構造の太陽電池素子もある。
バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいては、バックコンタクト形の太陽電池素子から電気を取り出すにために、通常、回路になる金属箔を基材である樹脂シートの表面に積層させた太陽電池用集電シートが使用される。この太陽電池用集電シートが太陽電池素子と裏面保護シートの間に配置されるため、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいては、上記透明前面基板から入射した光の大部分は、金属箔を積層させた太陽電池用集電シートに遮られて、裏面保護シートまで達することはない。
よってバックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいては、その構造上、入射した光を裏面保護シートで反射し、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることはできない。しかし、太陽電池モジュールの発電効率向上に対する要求は、更に強くなってきており、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいても、発電効率の向上が求められている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいて、発電効率を向上することのできる太陽電池用集電シート、及びそのような太陽電池用集電シートを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、バックコンタクト型の太陽電池素子用の太陽電池用集電シートにおいて金属等からなる回路上に形成される絶縁層の一部又は全部の層を、白色顔料を含む白色層とすることで、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は、以下のものを提供する。
(1)本発明は、太陽電池モジュールにおける内部配線用として太陽電池素子の裏面側に配置され、樹脂基材の表面に形成され、金属からなる配線部と非配線部とからなる回路と、前記回路上に形成される絶縁層を備え、前記絶縁層は、白色顔料を含む白色層を備えることを特徴とする太陽電池用集電シートである。
(2)また、本発明は、前記白色顔料の粒径が0.5μm以上1.5μm以下である(1)記載の太陽電池用集電シートである。
(3)また、本発明は、前記絶縁層の波長450nmから800nmの光の反射率が65%以上であり、かつ、波長800nmから1100nmの光の反射率が75%以上である(1)又は(2)いずれか記載の太陽電池用集電シートである。
(4)また、本発明は、前記絶縁層の厚さが18μm以上25μm以下である(1)から(3)いずれか記載の太陽電池用集電シートである。
(5)また、本発明は、(1)から(4)いずれか記載の太陽電池用集電シートと、バックコンタクト型の太陽電池素子とを、備える太陽電池モジュールである。
本発明によれば、太陽電池モジュール内において太陽電池素子の直下に積層される太陽電池用集電シートの絶縁層で太陽光線を反射するため、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいても、太陽光線を効率よく反射し、太陽電池モジュールの発電効率を向上することができる。
以下、本発明の太陽電池用集電シートの一実施形態、及びそれを用いた太陽電池モジュールの一実施形態について詳細に説明する。本発明は以下に記載される実施形態に限定されるものではない。
<太陽電池用集電シート>
図1、図2を参照しながら、本発明の太陽電池用集電シートについて説明する。図1に示す通り、太陽電池用集電シート5は、背面封止材層51と、絶縁層52と、樹脂基材53と、回路54と、を備える。背面封止材層51は本発明の必須の構成要素ではないが、以下、一実施形態として背面封止材層51を備える太陽電池用集電シートについて説明する。
図1、図2を参照しながら、本発明の太陽電池用集電シートについて説明する。図1に示す通り、太陽電池用集電シート5は、背面封止材層51と、絶縁層52と、樹脂基材53と、回路54と、を備える。背面封止材層51は本発明の必須の構成要素ではないが、以下、一実施形態として背面封止材層51を備える太陽電池用集電シートについて説明する。
太陽電池用集電シート5においては、樹脂基材53の表面に、例えば銅等の金属からなる配線部541と、非配線部542からなる回路54が形成されている。そして、回路54を覆って絶縁層52が形成される。絶縁層52の表面絶縁層52の上面に背面封止材層51が形成されている。また背面封止材層51の上部表面から、絶縁層52を通じて、回路54の上部表面まで貫通する導通凹部7が形成されている。
<絶縁層>
次に、本発明の太陽電池用集電シートに形成される絶縁層について説明する。従来より、バックコンタクト型の太陽電池素子用の太陽電池用集電シートにおいては、電極間の短絡を防止するために回路上に絶縁層が形成されることが一般的である。また、当該絶縁層は各種の絶縁性インキを硬化させたものである場合が多く、その色については透明若しくは半透明であるのが一般的である。本発明の太陽電池用集電シートにおいては、当該絶縁層に着色して白色層とすることにより、短絡の防止という従来の効果に加えて、太陽光を反射し発電効率を向上させる機能を当該絶縁層に持たせたことが特徴となっている。
次に、本発明の太陽電池用集電シートに形成される絶縁層について説明する。従来より、バックコンタクト型の太陽電池素子用の太陽電池用集電シートにおいては、電極間の短絡を防止するために回路上に絶縁層が形成されることが一般的である。また、当該絶縁層は各種の絶縁性インキを硬化させたものである場合が多く、その色については透明若しくは半透明であるのが一般的である。本発明の太陽電池用集電シートにおいては、当該絶縁層に着色して白色層とすることにより、短絡の防止という従来の効果に加えて、太陽光を反射し発電効率を向上させる機能を当該絶縁層に持たせたことが特徴となっている。
図2に示すように、本発明の太陽電池モジュール1においては、絶縁層52は、太陽電池モジュール1の平面視においては、太陽電池素子が配置されていない領域である素子周辺領域Pにも配置されることになる。このため、太陽電池素子4に吸収されなかった太陽光は、太陽電池用集電シート5の素子周辺領域Pにおける絶縁層52の表面で反射され、反射された太陽光は、更に透明前面基板2で反射されて太陽電池素子4に吸収される。
絶縁層52を形成するための絶縁剤としては、従来公知の絶縁材、例えば、エポキシ-フェノール系インキ等の熱硬化性絶縁インキ、或いは、アクリル系等の紫外線硬化型絶縁コート剤等を用いることができる。
絶縁層52に着色して白色層とするためには、絶縁層の形成前に、上記の絶縁剤に白色顔料を添加する。白色顔料の種類は特に限定されず、酸化チタン、酸化亜鉛等の従来公知の白色顔料を用いることができる。一般に白色層は可視光線の領域にある太陽光について効率よく反射するため、絶縁層を白色層とすることにより、太陽電池モジュールの発電効率向上に寄与することができる。
本発明においては、絶縁材に添加する白色顔料は、粒径が0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。白色顔料の粒径が上記範囲にあれば、当該白色層は可視光線の領域に加えて近赤外線をも効率よく反射するため、太陽電池モジュールの発電効率向上に更に大きく寄与することができる。
粒径は、日本電子社製の透過型電子顕微鏡(JEM-1230)を用いて白色顔料の一次粒子径を写真に撮影した後、その画像をマウンテック社製の画像解析式粒度分布測定ソフトウェア(MAC-View Ver.3)にて統計処理を行い算出して得られる値を採用する。粒径の算出にあたっては体積基準の円相当径を採用する。
本発明においては、絶縁材に添加する白色顔料は、粒径が0.8μm以上1.2μm以下の白色顔料の粒子が、全白色顔料の粒子中の80質量%以上であることがより好ましい。白色層の近赤外線反射効果が高まるからである。
なお、波長が750nm以下の可視光線の領域の光を効率よく反射するために、粒径が0.2μm以上0.6μm以下の白色顔料の粒子が、全白色顔料の粒子中の60質量%以上である白色顔料を、全白色顔料中に10質量%以上20質量%以下含有することが好ましい。
粒径が0.5μm以上1.5μm以下の白色顔料の代表例は酸化チタンであり、本発明においても、白色顔料として、酸化チタンを用いることが好ましい。ここで、酸化チタンには表面処理された酸化チタンも含まれる。例えば、酸化チタンの場合、その製造は、以下のようにして行うことができる。
含水酸化チタンを原料とし、そこに酸化チタン分に対して酸化アルミニウム換算で0.1質量%以上0.5質量%以下のアルミニウム化合物と炭酸カリウム換算で0.1質量%以上0.5質量%以下のカリウム化合物、及び、酸化亜鉛換算で0.2質量%以上1.0質量%以下の亜鉛化合物を添加し、乾燥、焙焼することによって製造することができる。以下、上記の製造に用いる各材料について、簡単に説明し、より具体的な製造方法について説明する。
原料として使用される含水酸化チタンは、イルメナイトやルチル等のチタン含有鉱石を硫酸や塩酸で処理して不純物を除去した後に、水を加えたり酸化したりすることによって形成させることができる。また、チタンアルコキシドの加水分解によっても形成させることができる。本発明では、酸化チタンの工業的製法として知られている硫酸法において中間生成物として取り出されるメタチタン酸が好ましい。
含水酸化チタンに添加するアルミニウム化合物の種類については、最終的に得られる酸化チタンの、本発明が目的としている特性に悪影響をもたらさない化合物であれば、何ら制限はないが、酸化物や含水酸化物以外では、水溶性の化合物であることが好ましい。具体的には、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等が好ましい。アルミニウム化合物の添加量については酸化チタン分に対し酸化アルミニウム換算で0.1質量%以上0.5質量%以下が好ましい。
含水酸化チタンに添加するカリウム化合物の種類についても、アルミニウム化合物の場合と同様何ら制限はないが、具体的には水酸化カリウム、塩化カリウム等が好ましい。カリウム化合物の添加量については酸化チタン分に対し炭酸カリウム換算で0.2質量%以上0.5質量%以下が好ましい。カリウム化合物の不存在下及び痕跡量の存在下では、粒子同士の溶融が激しくなって、一次粒子径まで分散することが困難になるため、近赤外線を反射し難くなる。逆に過剰に添加すると、焙焼によって得られる酸化チタン粒子の形状が棒状となってしまい、近赤外線反射効果が低下する。また、最適な粒子径でのルチル化率が低下する。
含水酸化チタンに添加する亜鉛化合物の種類についても、上記の他の金属成分と同様、何ら制約はないが、具体的には酸化亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛等が好ましい。亜鉛化合物の添加量については、酸化チタン分に対し酸化亜鉛換算で0.2質量%以上1.0質量%以下が好ましい。亜鉛化合物の不存在下及び痕跡量の存在下では、焙焼後の酸化チタン粒子の形状が棒状となるため、近赤外線反射効果が低下する。また、粒子成長に高い焙焼温度が必要となり、結果として粒子同士の溶融が激しくなって、一次粒子径まで分散することが困難になるため、近赤外線反射効果が低下する。なお、亜鉛化合物は容易に酸化チタンと反応しチタン酸亜鉛を生成する。チタン酸亜鉛は酸化チタンと比べ屈折率が低い。そのため、亜鉛量が増えていくと、赤外線反射効果は低下していくので、過剰の添加量は好ましくない。
具体的には、例えば、以下のようにして、粒径が0.5μm以上1.5μm以下の酸化チタンを製造することができる。
上記金属成分の含水酸化チタンへの添加方法としては、乾式による物理混合、スラリー中への湿式混合等があるが、添加金属成分が酸化チタン粒子の各々に充分分散できるように、湿式分散を行った方が好ましい。特に工業的製造における中間生成物として得られる、不純物除去を行った後の含水酸化チタンケーキを、必要に応じ水等の媒体中に分散し、そこへ上記添加成分を含有する化合物を加えて、充分に攪拌すればよい。
上述した、アルミニウム、カリウム、亜鉛の金属成分を、含水酸化チタンに混合した後、乾燥機にて乾燥する。この際、酸化チタン(TiO2)分が全質量の50%以上65%以下となるように乾燥する。
上記含水酸化チタンの乾燥後、焙焼するにあたっては、顔料用酸化チタンを通常に焙焼する程度の温度範囲である、900℃以上1100℃以下の焙焼温度で処理を行う。この温度領域から低温側にシフトした場合は、一次粒子径が十分に成長せず、所望とする近赤外線反射効果の低下を招くことになる。逆に高温側にシフトした場合は、粒子同士の過剰な焼結が起こってしまい、粉砕性が低下して結果的に近赤外線反射効果の低下を招くことになる。
白色の絶縁層52の厚さ(配線部541の上面から背面封止材層51の下面までの厚みをもって絶縁層の厚さとする)は12μm以上~25μm以下が好ましく、18μm以上~25μm以下であることがより好ましい。12μm未満であると、絶縁性が不十分となるので好ましくなく、18μm未満である場合には、可視光線域における反射率が18μm以上の場合と比較して低下するため、18μm以上であることがより好ましい。また、25μmを越えてもそれ以上の絶縁効果及び反射効果が得られず、むしろ導通凹部7のパターン形成が困難となり、また不経済であるので好ましくない。
なお、本発明においては、絶縁層52の層全体に白色顔料を含有させてもよく、一部の層にのみ白色顔料を含有させてもよい。一部の層、例えば中間層のみに含有させることで、他の接着性等が低下することを効果的に防止できる。
<太陽電池用集電シートのその他の構成要素>
背面封止材層51は、太陽電池モジュール1における太陽電池素子4の位置を固定し、また、太陽電池素子に対する外部からの衝撃を緩和するために設けられる。背面封止材層51は、絶縁層52上に、導通凹部7が占める場所を除いて形成される。なお、本発明において背面封止材層51は必ずしも必須ではない。
背面封止材層51は、太陽電池モジュール1における太陽電池素子4の位置を固定し、また、太陽電池素子に対する外部からの衝撃を緩和するために設けられる。背面封止材層51は、絶縁層52上に、導通凹部7が占める場所を除いて形成される。なお、本発明において背面封止材層51は必ずしも必須ではない。
背面封止材層51を形成する封止材としては、従来公知の太陽電池モジュールに用いられる封止材が適用可能であり、例えば、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、アイオノマー、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレン等のオレフィン系封止材等を用いることができる。
背面封止材層51の厚さは100μm以上~600μm以下が好ましい。100μm未満であると、充分に衝撃を緩和することができず、600μmを越えてもそれ以上の効果が得られず、むしろ導通凹部7のパターン形成が困難となり、また不経済であるので好ましくない。なお、本発明の太陽電池用集電シートにおいては、背面封止材層51は絶縁層52へ侵入する光及び絶縁層52で反射される光をできるだけ多く透過させる必要があるため、光線透過率の高い無色透明の層、若しくはそれに近い色の層であることが好ましい。
樹脂基材53は、シート状に成型された樹脂である。樹脂基材53を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、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-スチレン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、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、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、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、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系等が例示される。
樹脂基材53の厚さは、太陽電池用集電シート5に要求される強度や薄さ等に応じて適宜設定すればよい。樹脂基材53の厚さは、特に限定されないが、一例として20~250μmが挙げられる。
回路54は、所望の配線形状となるように太陽電池用集電シート5の表面に形成された電気配線である。回路54の配線部541は、例えば銅等の金属からなる層である。回路54を樹脂基材53の表面に形成するためには、樹脂基材53の表面に銅箔を接合させ、その後、エッチング処理等によりその銅箔をパターニングする方法が例示される。
回路54の厚さは、太陽電池用集電シート5に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。回路54の厚さは、特に限定されないが、一例として10~50μmが挙げられる。
図1に示すように、導通凹部7は、太陽電池モジュール1において、太陽電池素子4の電極41の直下の位置となるように形成される。導通凹部7は、背面封止材層51の上面部から絶縁層52を通じて配線部541の上面まで貫通する孔である。
<太陽電池用集電シートの製造方法>
本実施態様の太陽電池用集電シート5の製造方法では、まず樹脂基材53の表面に、銅等の金属からなる導電層が積層された積層シートが使用される。この積層シートに対して、エッチング工程及び剥離工程を施すことにより、太陽電池用集電シート5上に回路54が形成される。更に回路54が形成された積層シートに対して、絶縁コーティング工程を施すことにより、回路54上に絶縁層52が形成され、そして、絶縁層52に積層する形で封止材層積層工程を施すことにより、絶縁層52上に背面封止材層51が形成される。以下、エッチング工程、剥離工程、絶縁コーティング、及び封止材層積層工程について説明する。
[エッチング工程]
まず、エッチング工程について説明する。この工程は、所望の回路54の形状にパターニングされたエッチングマスク(図示せず)を上記の積層シートの表面に作製した後でエッチング処理を行うことにより、エッチングマスクに覆われていない箇所における導電層を除去する工程である。
まず、エッチング工程について説明する。この工程は、所望の回路54の形状にパターニングされたエッチングマスク(図示せず)を上記の積層シートの表面に作製した後でエッチング処理を行うことにより、エッチングマスクに覆われていない箇所における導電層を除去する工程である。
既に説明したように、この工程で使用される積層シートは、樹脂基材53の表面に銅等の金属からなる導電層が形成されたものである。樹脂基材53の表面に銅等の金属からなる導電層を形成させる方法については、銅箔を接着剤によって樹脂基材53の表面に接着する方法、樹脂基材53の表面に銅箔を蒸着させる方法等が例示されるが、コストの面からは、銅箔を接着剤によって樹脂基材53の表面に接着する方法が有利である。中でも、ウレタン系、ポリカーボネート系、エポキシ系等の接着剤を使用したドライラミネート法によって銅箔を樹脂基材53の表面に接着する方法が好ましい。
この工程では、まず、上記の積層シートの表面(すなわち上記の導電層の表面)に所望の配線部541の形状にパターニングされたエッチングマスク(図示せず)が作製される。エッチングマスクは、エッチング工程において、将来配線部541となる導電層が浸漬液による腐食を免れるために設けられる。このようなエッチングマスクを形成する方法は特に限定されず、例えば、フォトレジスト又はドライフィルムをフォトマスクを通して感光させた後で現像することにより積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよい。エッチングマスクは、後に説明する剥離工程において、アルカリ性の剥離液で剥離できることが必要である。このような観点からは、フォトレジスト又はドライフィルムを使用してエッチングマスクを作製することが好ましい。
次に、エッチング工程におけるエッチング処理について説明する。この処理は、エッチングマスクに覆われていない箇所における導電層を浸漬液により除去する処理である。この処理を経ることにより、導電層のうち、配線部541となる箇所以外の部分が除去されるので、樹脂基材53の表面には、所望とする配線部541の形状に導電層が残ることになる。
[剥離工程]
次に、剥離工程でアルカリ性の剥離液を使用して、エッチングマスクを除去する。この工程を経ることにより、エッチングマスクが配線部541の表面から除去される。剥離工程で使用されるアルカリ性の剥離液としては、例えば、所定濃度の苛性ソーダの水溶液が挙げられる。
次に、剥離工程でアルカリ性の剥離液を使用して、エッチングマスクを除去する。この工程を経ることにより、エッチングマスクが配線部541の表面から除去される。剥離工程で使用されるアルカリ性の剥離液としては、例えば、所定濃度の苛性ソーダの水溶液が挙げられる。
[絶縁コーティング工程]
次に、太陽電池用集電シート5の回路54上に白色の絶縁層52を形成する方法について説明する。絶縁性インキを主成分とし、これに、白色顔料を添加し、更に、必要ならば、紫外線吸収剤、可塑剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、架橋剤、硬化剤、封止剤、滑剤、強化剤、補強剤、難燃剤、耐炎剤、発泡剤、防カビ剤、顔料・染料等の着色剤、その他等の添加剤の1種ないし2種以上を任意に添加し、更に、必要に応じて、溶剤、希釈剤等を添加し、充分に混練してインキ組成物を調製する。上記絶縁性インキとしては、上述した通り、熱硬化型の絶縁性インキ、紫外線硬化型絶縁コート剤等、従来公知のものを用いることができる。上記で調製したインキ組成物を使用し、これを回路54の配線部541及び非配線部222のうち導通凹部7を除いた部分を覆って塗布ないし印刷し、白色の絶縁層を形成することができる。
次に、太陽電池用集電シート5の回路54上に白色の絶縁層52を形成する方法について説明する。絶縁性インキを主成分とし、これに、白色顔料を添加し、更に、必要ならば、紫外線吸収剤、可塑剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、架橋剤、硬化剤、封止剤、滑剤、強化剤、補強剤、難燃剤、耐炎剤、発泡剤、防カビ剤、顔料・染料等の着色剤、その他等の添加剤の1種ないし2種以上を任意に添加し、更に、必要に応じて、溶剤、希釈剤等を添加し、充分に混練してインキ組成物を調製する。上記絶縁性インキとしては、上述した通り、熱硬化型の絶縁性インキ、紫外線硬化型絶縁コート剤等、従来公知のものを用いることができる。上記で調製したインキ組成物を使用し、これを回路54の配線部541及び非配線部222のうち導通凹部7を除いた部分を覆って塗布ないし印刷し、白色の絶縁層を形成することができる。
白色の絶縁層を形成する場合、例えば以下の方法で形成することが好ましい。先ず、固形分比が20%以上50%以下のインキ組成物を調製する。ここで、全固形分に対して、白色顔料を10質量%以上100質量%以下配合する。次いで、このインキ組成物を回路54の配線部541及び非配線部222のうち導通凹部7を除いた部分に塗布する。塗布量は5g/m2以上40g/m2以下にする。熱硬化型の絶縁性インキを絶縁性インキとして用いた場合には、太陽電池モジュールを製造する際の加熱圧着の熱により、上記インキ組成物を硬化させて、白色の絶縁層を形成する。紫外線硬化型絶縁コート剤を絶縁性インキとして用いた場合には、紫外線の照射により上記インキ組成物を硬化させて、白色の絶縁層を形成する。
[封止材積層工程]
背面封止材層51の形成方法は特に限定されないが、例えば、封止材をシート状に形成後、導通凹部7を形成する位置にあらかじめパンチング等で貫通孔を形成し、その後に絶縁層52によって形成された凹部と貫通孔とが重なるように積層することで回路54上に貫通する導通凹部7を形成できる。
背面封止材層51の形成方法は特に限定されないが、例えば、封止材をシート状に形成後、導通凹部7を形成する位置にあらかじめパンチング等で貫通孔を形成し、その後に絶縁層52によって形成された凹部と貫通孔とが重なるように積層することで回路54上に貫通する導通凹部7を形成できる。
<太陽電池用集電シートの他の実施形態>
太陽電池用集電シート5は、後述する通り、太陽電池素子4の他、他の部材と一体化する工程を経て、太陽電池モジュール1となるが、その工程に先だって、樹脂基材53の裏面側にあらかじめ別の、フッ素系樹脂フィルムであるETFE、耐加水分解PET等の裏面保護シート6を一体化することにより、太陽電池モジュール1の製造に用いる裏面保護シート一体化シートとすることも可能である。裏面保護シート一体化シートを作成するには、樹脂基材53の裏面側に裏面保護シート6をドライラミネーション法等によって積層する。
太陽電池用集電シート5は、後述する通り、太陽電池素子4の他、他の部材と一体化する工程を経て、太陽電池モジュール1となるが、その工程に先だって、樹脂基材53の裏面側にあらかじめ別の、フッ素系樹脂フィルムであるETFE、耐加水分解PET等の裏面保護シート6を一体化することにより、太陽電池モジュール1の製造に用いる裏面保護シート一体化シートとすることも可能である。裏面保護シート一体化シートを作成するには、樹脂基材53の裏面側に裏面保護シート6をドライラミネーション法等によって積層する。
<太陽電池モジュール>
次に、本発明の太陽電池用集電シートが使用されるバックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールについて説明する。図1は、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュ-ル1について、その層構成の一例を例示する断面の模式図である。太陽電池モジュール1は、入射光8の受光面側から、ガラス等からなる透明前面基板2、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、アイオノマー、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレン等からなる前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層51と絶縁層52と樹脂基材53等からなる太陽電池用集電シート5、フッ素系樹脂フィルムであるETFE、耐加水分解PET等からなる裏面保護シート6が順に積層された構成である。電極41から取り出された電気は、導通凹部7内の導電性材料を介して対応する配線部541に伝導される。
次に、本発明の太陽電池用集電シートが使用されるバックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールについて説明する。図1は、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュ-ル1について、その層構成の一例を例示する断面の模式図である。太陽電池モジュール1は、入射光8の受光面側から、ガラス等からなる透明前面基板2、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、アイオノマー、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレン等からなる前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層51と絶縁層52と樹脂基材53等からなる太陽電池用集電シート5、フッ素系樹脂フィルムであるETFE、耐加水分解PET等からなる裏面保護シート6が順に積層された構成である。電極41から取り出された電気は、導通凹部7内の導電性材料を介して対応する配線部541に伝導される。
<太陽電池モジュールの製造方法>
太陽電池モジュール1を製造するには、太陽電池用集電シート5、太陽電池素子4及び他の部材の一体化の工程の前に、まず太陽電池用集電シート5の導通凹部7に導電性材料を充填する。この導電性材料は、例えばハンダ等の導電性材料が例示できる。これにより、導通凹部7は、配線部541が底面で露出するように形成されているため、導電性材料と配線部541とが導通する。
太陽電池モジュール1を製造するには、太陽電池用集電シート5、太陽電池素子4及び他の部材の一体化の工程の前に、まず太陽電池用集電シート5の導通凹部7に導電性材料を充填する。この導電性材料は、例えばハンダ等の導電性材料が例示できる。これにより、導通凹部7は、配線部541が底面で露出するように形成されているため、導電性材料と配線部541とが導通する。
次に透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層51と絶縁層52と樹脂基材53等からなる太陽電池用集電シート5、裏面保護シート6を積層して一体化する。この一体化の方法としては真空熱ラミネート加工により一体化する方法が挙げられる。上記方法を用いた際のラミネート温度は、130℃~190℃の範囲内とすることが好ましい。また、ラミネート時間は、5~60分の範囲内が好ましく、特に8~40分の範囲内が好ましい。なお、本発明の太陽電池モジュールにおいては、透明前面基板2、前面封止材層3、及び背面封止材層51は、絶縁層52へ侵入する光及び絶縁層52で反射される光をできるだけ多く透過させる必要があるため、光線透過率の高い無色透明の層、若しくはそれに近い色の層であることが好ましい。
この一体化の過程において、太陽電池用集電シート5の樹脂基材53は、太陽電池モジュールとして他の部材と強固に一体化される。そして、太陽電池モジュール1の平面視においては、太陽電池素子が配置されていない領域である素子周辺領域Pに本発明の絶縁層52が配置されることになる。
なお、この実施形態においては、背面封止材層51を備える太陽電池用集電シートについて説明したが、本発明の太陽電池用集電シートにおいては、背面封止材層51は必須の構成要素ではないため、例えば、図3に示すように、太陽電池用集電シート5は、背面封止材層を備えず絶縁層52の上に直接、太陽電池素子4が配置される構成であってもよい。このような太陽電池用集電シートも当然に本発明の範囲内である。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
以下に示す方法で、膜厚20μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
以下に示す方法で、膜厚20μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
先ず、粒径1μmの酸化チタンが20質量%、市販のアクリル系紫外線硬化型絶縁コート剤が80質量%、の配分となるように混合して白色絶縁性インキ組成物を調製した。
次に、厚み100μmのPETフィルムの表面に、ドライラミネート法によって厚み35μmの銅箔を接着してなる接合体を形成した。
上記の接合体の銅箔面上に、スクリーン印刷により、上記の白色絶縁性インキ組成物を塗布膜厚20μmとなるように塗布し、実施例1の太陽電池用集電シートのサンプルを形成した。
<実施例2>
以下に示す方法で、膜厚13μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
以下に示す方法で、膜厚13μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
先ず、実施例1と同じ組成の白色顔料を調製し、次に、実施例1と同じ組成の白色絶縁性インキ組成物を調製し、次に、実施例1と同じ接合体を形成した。
上記の接合体の銅箔面上に、スクリーン印刷により、上記の白色絶縁性インキ組成物を塗布膜厚13μmとなるように塗布し、実施例2の太陽電池用集電シートのサンプルを形成した。
<比較例1>
従来公知の太陽電池用集電シートにおけるように絶縁層が透明である場合には、太陽光は絶縁層を透過して主に回路上の銅箔面で反射することが考えられる。そこで、そのような場合との比較のために、厚み100μmのPETフィルムの表面に、ドライラミネート法によって厚み35μmの銅箔を接着してなる接合体を、透明絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルとして作製した。
従来公知の太陽電池用集電シートにおけるように絶縁層が透明である場合には、太陽光は絶縁層を透過して主に回路上の銅箔面で反射することが考えられる。そこで、そのような場合との比較のために、厚み100μmのPETフィルムの表面に、ドライラミネート法によって厚み35μmの銅箔を接着してなる接合体を、透明絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルとして作製した。
<比較例2>
本発明の太陽電池用集電シートの絶縁層における反射率向上に対する銅箔面の寄与を検証するため、スクリーン印刷により、厚み50μmのETFEフィルムの表面に上記の白色絶縁性インキ組成物を塗布膜厚20μmとなるように塗布し、膜厚20μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプル(銅箔面なし)を作製した。
本発明の太陽電池用集電シートの絶縁層における反射率向上に対する銅箔面の寄与を検証するため、スクリーン印刷により、厚み50μmのETFEフィルムの表面に上記の白色絶縁性インキ組成物を塗布膜厚20μmとなるように塗布し、膜厚20μmの白色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプル(銅箔面なし)を作製した。
<比較例3>
以下に示す方法で、黒色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
以下に示す方法で、黒色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを作製した。
先ず、カーボンブラックが10質量%、市販のアクリル系紫外線硬化型絶縁コート剤が90質量%、の配分となるように混合して黒色絶縁性インキ組成物を調製した。
次に、実施例1と同じ接合体を形成し、当該接合体の銅箔面上に、スクリーン印刷により、上記の黒色絶縁性インキ組成物を塗布膜厚20μmとなるように塗布し、黒色の絶縁層を有する太陽電池用集電シートのサンプルを形成した。
<比較例4>
従来公知の太陽電池モジュールの一形態として、裏面保護シートを白色として太陽光を反射させ発電効率の向上を図るものがある。そこで、50μmの酸化チタン添加白色PETフィルム(東レ製、「E20F」)を、白色の裏面保護シートのサンプルとした。
従来公知の太陽電池モジュールの一形態として、裏面保護シートを白色として太陽光を反射させ発電効率の向上を図るものがある。そこで、50μmの酸化チタン添加白色PETフィルム(東レ製、「E20F」)を、白色の裏面保護シートのサンプルとした。
<評価例>
分光光度計(島津製作所製、「UV-3100」)を用いて、実施例1、2及び比較例1から4、に光を入射したときの、波長250nmから1200nmの光の反射率(%)を評価した。実施例1、2、比較例2、3についてはサンプルの絶縁層側に光を入射し、比較例1については、サンプルの銅箔面側に光を入射した。評価結果を図4に示した。
分光光度計(島津製作所製、「UV-3100」)を用いて、実施例1、2及び比較例1から4、に光を入射したときの、波長250nmから1200nmの光の反射率(%)を評価した。実施例1、2、比較例2、3についてはサンプルの絶縁層側に光を入射し、比較例1については、サンプルの銅箔面側に光を入射した。評価結果を図4に示した。
図4における実施例1、2の評価結果より、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートは、可視光線領域のほぼ全範囲(波長が450nm~800nmの範囲)で、反射率が65%以上であり、かつ、近赤外線領域のうちの所定の領域(波長が800nm~1100nmの範囲)において、反射率が75%以上であり、これらの範囲において、反射率が高いことが確認された。アモルファス型、多結晶型、単結晶型等、太陽電池素子の種類によって、その幅は若干異なるが、一般に太陽電池素子は、500nm~1100nmの波長の光に対して高い分光感度を有している。このことより、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートは、発電効率の向上に充分に寄与しうることがわかる。
実施例1と実施例2の対比より、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートにおいては、絶縁層の厚さが、一定値より薄いと、主に可視光線の領域において、反射率が若干低下することが確認された。これは、絶縁層が薄いと、可視光線領域における銅箔面の反射率の相対的な低さの影響をより強く受けるためであると考えられる。このことより、絶縁層の厚さは18μm以上であることが、より好ましいということがわかる。
比較例1との対比より、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートは、従来の透明な絶縁層を備える太陽電池用集電シートを積層した太陽電池モジュールにおいて回路上の銅箔面で光を反射する場合と比較して、主に可視光線の領域においては、明らかにより高い反射率を有し、近赤外線領域においても、ほぼ同等かそれ以上の反射率を有することが確認された。
比較例2においては、近赤外線領域において、反射率が漸減し、実施例1、2より、反射率が相対的に低くなっている。このことより、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートの反射率の向上には、特に近赤外線領域においては、銅箔面の反射率の高さも寄与していることが確認された。
比較例4との対比より、本発明の白色の絶縁層を備える太陽電池用集電シートは、従来のバックコンタクト型ではない太陽電池素子を有する太陽電池モジュールにおいて、白色のPETフィルムからなる裏面保護シートによって光を反射する場合と比較しても、ほぼ同等の高い反射率を有することが確認された。
これらの結果は、本発明の太陽電池用集電シートを用いて太陽電池モジュールを作製した場合に、金属からなる回路上に形成された白色の絶縁層での太陽光の反射によって、太陽電池モジュールの発電効率が向上することを意味する。
1 太陽電池モジュール
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 太陽電池用集電シート
51 背面封止材層
52 絶縁層
53 樹脂基材
54 回路
6 裏面保護シート
7 導通凹部
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 太陽電池用集電シート
51 背面封止材層
52 絶縁層
53 樹脂基材
54 回路
6 裏面保護シート
7 導通凹部
Claims (5)
- 太陽電池モジュールにおける内部配線用としてバックコンタクト型の太陽電池素子の裏面側に配置され、
樹脂基材の表面に形成され、金属からなる配線部と非配線部とからなる回路と、
前記回路上に形成される絶縁層を備え、
前記絶縁層は、白色顔料を含む白色層を備えることを特徴とする太陽電池用集電シート。 - 前記白色顔料の粒径が0.5μm以上1.5μm以下である請求項1記載の太陽電池用集電シート。
- 前記絶縁層の波長450nmから800nmの光の反射率が65%以上であり、かつ、波長800nmから1100nmの光の反射率が75%以上である請求項1又は2いずれか記載の太陽電池用集電シート。
- 前記絶縁層の厚さが18μm以上25μm以下である請求項1から3いずれか記載の太陽電池用集電シート。
- 請求項1から4いずれか記載の太陽電池用集電シートと、バックコンタクト型の太陽電池素子とを、備える太陽電池モジュール。
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