JP2000349308A

JP2000349308A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2000349308A
Application number: JP11160782A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Watanuki; 勇次郎綿貫; Masao Maeda; 昌男前田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-15

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気絶縁性を有
するフィルム基板上に形成された光電変換素子を、接着
剤を介して防湿フィルムにより封止してなる太陽電池モ
ジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。同一基板上に形成され
た複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池
（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究
開発がすすめられている。このフレキシブル性を生か
し、ロールツーロール方式の製造方法により大量生産が
可能となった。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極とも
いう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電
極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変
換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電
変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極
を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の
光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電
極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、
インバータにより交流化し商用電力源として交流１００
Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ
以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接
続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される（特願平
９−３７２０７号参照）。

【０００７】図９は、プラスチックフィルムを基板とし
た可撓性薄膜太陽電池の斜視図を示す。基板６１の表面
に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面
に形成した接続電極層６３はそれぞれ複数の単位ユニッ
トに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形
成されている。このため、素子６２のアモルファス半導
体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透
明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成
された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通
じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の
外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記
素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びてい
る下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われてい
る。

【０００８】上記のような薄膜太陽電池は、屋外に設置
されるため、耐候性の確保と、設置作業時の損傷防止を
目的として、従来より製造されているガラスタイプの太
陽電池と同様にエチレンビニルアセテート（以下、ＥＶ
Ａという。）等の接着剤を介して、さらに耐候性の高い
フッ素系樹脂、例えば、ＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化
エチレン共重合体）等よりなる防湿フィルムにより封止
される。

【０００９】図８は、図９におけるＡＡ側断面図で、太
陽電池ユニットを模式的に示す図である。電気絶縁性フ
ィルム基板１ｓの一面上に第１電極層（下電極層）１
ａ、光電変換層１ｐ、第２電極層（透明電極層）１ｂが
積層され、他面側には、裏面電極層（接続電極層）１ｃ
が形成され、図面には示していないが、前記基板１ｓに
開けられた貫通孔を通して第１電極層１aあるいは第２
電極層１ｂと接続されている。さらに、受光面側には、
あらかじめ表面保護、またはカール防止を目的として、
接着剤ＥＶＡ３が所定温度で仮ラミネートされており、
所定の大きさ例えば、400×800mmの寸法に裁断して、太
陽電池ユニット１ｕを構成する。この太陽電池ユニット
１ｕを用いて、内部配線等の電気的接続処理を行い、受
光面・非受光面の両面を接着剤層を介して、耐候性の高
いフッ素系樹脂フィルムにより被覆封止し、所定の連続
したセル数分を裁断して１つの太陽電池モジュールとす
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された光電
変換素子を、接着剤を介して防湿フィルムにより封止し
てなる太陽電池モジュールにおいては、機械的強度，電
気絶縁性，気泡などによる外観不良などの観点から、下
記のような問題があった。

【００１１】受光面に耐候性の高いフッ素系樹脂フィル
ムを用いた太陽電池モジュールは、受光面にガラス基板
を用いた太陽電池モジュールと比べて、耐衝撃性および
耐スクラッチ性が劣る。そのため、接着剤中にガラス繊
維不織布などの繊維状無機化合物を含浸させる方法があ
る。しかしこの構成においては、ガラス繊維不織布など
の繊維状無機化合物が太陽電池モジュールの端部に露出
している場合、外部から水分がガラス繊維をつたって浸
入し、電気絶縁性が低下したり、最悪の場合には剥離に
至り、外観不良の原因となっていた。

【００１２】また、太陽電池モジュールの電気絶縁性の
低下防止のために、中間層として、硬質フィルムを一層
積層する方法が知られている。しかし、この構造の場
合、硬質フィルムが均一フィルムのため、接着剤との密
着性が問題となる。密着性を向上させるには、硬質フィ
ルムの両面をなんらかの方法で表面処理をしなければな
らないという問題があった。

【００１３】上記密着性を向上するために、ポリマーの
不織布を接着剤の保持材として使用する方法も知られて
いる。しかし、この場合には、機械的強度が十分ではな
く、また、接着剤からの気泡のぬけも十分でないため
に、外観不良が発生するなどの問題があった。

【００１４】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、耐衝撃性や
耐スクラッチ性と電気絶縁性の向上と、モジュール内部
への水分の浸入防止、気泡等の外観不良の防止を図った
太陽電池モジュールを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、電気絶縁性を有するフィルム基板上に
形成された光電変換素子を、接着剤を介して防湿フィル
ムにより封止してなる太陽電池モジュールにおいて、少
なくとも受光面側の前記防湿フィルムと接着剤層との間
に、メッシュ状プラスチック繊維を介挿したものとする
（請求項１）。

【００１６】また、上記のものにおいて、接着剤層を２
層とし、この２層の接着剤層の間に、第２のメッシュ状
プラスチック繊維を介挿したものとし（請求項２）、前
記第２のメッシュ状プラスチック繊維の網目のサイズ
は、前記防湿フィルムと接着剤層との間に介挿された第
１のメッシュ状プラスチック繊維の網目のサイズよりも
小としたものとする（請求項３）。

【００１７】メッシュ状プラスチック繊維を介挿したこ
とにより、接着剤が網目間および網目に浸入および含浸
し、密着性が向上する。また、外部からの衝撃あるいは
圧縮が加わっても光電変換素子への影響が弱まり、特性
変化がない。即ち、耐衝撃性、耐スクラッチ性が向上す
る。メッシュ状プラスチック繊維は、ガラス繊維等に比
べ、接着剤であるＥＶＡと同じプラスチック材料である
ため密着性が良く、繊維周囲に界面層を生ぜず、一体化
されるため、たとえ水分が浸入しても、繊維周囲に水分
がとどこおらず、外部へ排除されることとなる。また、
モジュール端部よりはみだしても、前記現象により最終
的には水分の浸入が防止されるメリットがある。

【００１８】また、請求項３のように、接着剤層の中間
層として、網目の小さなメッシュ状繊維を使用すること
により、均一フィルムと同等の効果を発揮し、電気絶縁
性が向上する。

【００１９】さらに、メッシュ状繊維は、ラミネーショ
ン時のモジュール内部の脱気性を向上する働きがあり、
気泡等の外観不良を防止できるメリットがある。

【００２０】さらにまた、請求項４の発明のように、前
記防湿フィルムとメッシュ状プラスチック繊維との間
に、さらに接着剤を介挿したものとすることにより、密
着性，耐衝撃性，電気絶縁性はさらに向上する。

【００２１】前記メッシュ状プラスチック繊維として
は、請求項５に記載のように、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリフェニレンサルファイド、アラミド、
フッ素系プラスチック繊維の内のいずれかが好適であ
る。

【００２２】また、請求項６のように、機械的強度の観
点から、必要に応じて、非受光面側の底面に、接着剤を
介して補強部材を設けたものとすることができる。

【００２３】補強部材を使用する場合、鋼板、プラスチ
ック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板が使
用できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。

【００２５】図１は、本発明に係る長尺の防湿フィルム
でラミネートされた太陽電池モジュールを示し、(a)は
透視平面図、(b)は(a)におけるＸＸ断面図である。例え
ば、１０mmの間隔をおいて並べられた太陽電池ユニット
（あらかじめ受光面側にＥＶＡを仮ラミネートし、400x
800mmに裁断したもの）1uは、その両外側に配置され
る、例えばSn/Cu/Sn材料からなる、金属箔である内部配
線２(幅１０mm）と、太陽電池ユニット1uの裏面電極１
ｃと接続する導電性粘着剤付きＡｌ箔／ＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）である補助配線５（幅１０mm）
と共に、接着剤（ＥＶＡ）３を介して、メッシュ状プラ
スチック繊維６および耐候性の高いフッ素フィルム、例
えばＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合体）
製の防湿フィルム４でラミネートされ、受光側と反対側
（非受光側）はＥＶＡ３を介してＥＴＦＥフィルム４が
ラミネートされて封止される。

【００２６】ラミネートされた上記のものは１５０℃で
真空加熱処理し、ＥＶＡの架橋硬化を行い、またＥＴＦ
Ｅを接着する。これにより、裏面電極１ｃ、補助配線５
および内部配線２間の電気的接続の安全性も確保する。
上記の長尺のラミネートフィルムから、図１のＣＣ部で
裁断して、所定数の太陽電池ユニット１ｕを含む太陽電
池モジュールＭを得る。

【００２７】ＥＶＡ３は膜厚0.2〜0.6mmのものを随時組
合わせて使用しても良い。幅はＥＴＦＥフィルム４より
はみ出さない寸法のものが好ましい。ＥＴＦＥフィルム
４より外に、ＥＶＡ３がはみ出した場合、ラミネート装
置に接着してしまい、作業性が悪くなる。

【００２８】メッシュ状プラスチック繊維６としては、
ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサ
ルファイド、アラミド、フッ素系のメッシュ状繊維が使
用でき、線径は、300μm以下が好ましい。線径が300μm
以上では全体的な膜厚が厚くなり、接着剤であるＥＶＡ
が含浸しにくくなり、効果を期待できない。

【００２９】第２のメッシュ状プラスチック繊維６を使
用する場合にも、線径は300μm以下が好ましい。特に10
0μm以下が好適で、均一フィルムと同様の利点が得られ
る。

【００３０】メッシュ状プラスチック繊維６を使用する
ことにより、真空加熱装置でのラミネーション時のモジ
ュール内部の脱気が十分に行え、気泡の発生を防止でき
るメリットがある。

【００３１】耐候性の高い防湿フィルム４としては、Ｅ
ＴＦＥの他にＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサ
フルオロプロピレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレ
ン・パーフルオロアルキルビニルエーテル）、ＰＶＦ
（ポリビニルフルオライド）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデ
ンフルオライド）等が使用できる。

【００３２】（実施例１）実施例１の構成は、前記図１
に示すものと同一で、詳細は、太陽電池モジュールを下
記のようにして製作した。プラスチック基板上に所定の
装置により光電変換素子を形成後、あらかじめ光入射面
側に膜厚0.3mmのＥＶＡ３を金属およびゴムロール方式
のラミネータ装置により、８０℃で仮ラミネートしたも
のを所定の大きさ（例えば、400×800mm）に切断した太
陽電池ユニット１uを用いてモジュール化に移行した。

【００３３】まず、１ｍ×２ｍの大きさの剥離シート付
きＡｌ板上に耐候性の高いフッ素フィルムとして、膜厚
0.025mmのＥＴＦＥ（デュポン社製テフゼル）フィルム
４を用い、このフィルム上に、膜厚0.3mmのＥＶＡ３
（スプリングボーン社製ホトキャップ）をセット後、太
陽電池ユニット１uを配置し、その両外側に内部配線２
（Sn/Cu/Sn材料幅10mm）を設置後、補助配線5である導
電性粘着剤付きAl/PET（幅10mm）を太陽電池セル１u裏
側の裏面電極1cと内部配線２とに貼付け電気的に接続し
た。

【００３４】次に、膜厚0.3mmのＥＶＡ３（スプリング
ボーン社製ホトキャップ）を設置し、メッシュ状プラス
チック繊維６である線径200μｍ、50メッシュ/2.54cm、
オープニングエリア37%（NBC工業社製TB50）のポリエス
テルメッシュ繊維を設置後、最後に膜厚0.025mmのＥＴ
ＦＥフィルム４をセットした。この組み立てたセル等を
真空加熱加圧ラミネータ装置にセットし、自動で真空加
熱加圧ラミネート(150℃ 15分)を行い、装置より取り出
して太陽電池モジュールとした。

【００３５】（実施例２）図２は、請求項２および３に
関わる実施例であって、図１の変形例の断面構造を示
す。図２の実施例においては、受光面側のＥＶＡ３とＥ
ＴＦＥフィルム４との間の第１のメッシュ状プラスチッ
ク繊維６として、線径166μｍ、49メッシュ/2.54cm、オ
ープニングエリア47%（NBC工業社製NMG 50）のホリアミ
ド系のナイロンメッシュ繊維を使用し、第２のメッシュ
状プラスチック繊維７として、線径125μｍ、110メッシ
ュ/2.54cm、オープニングエリア70%（NBC工業社製N-No.
110S）を上記膜厚0.3mmのＥＶＡ３と共に挿入した。上
記以外は実施例１と同様である。

【００３６】（実施例３）図３は、請求項４に関わる実
施例である。前記実施例１において、受光面側の防湿フ
ィルム４とメッシュ状プラスチック繊維６との間に、さ
らに接着剤３を介挿したものである。

【００３７】（実施例４）図４は、請求項６に関わる実
施例である。図２の実施例において、非受光面側にも、
同様の第１のメッシュ状プラスチック繊維６を挿入し、
さらに接着材３を介して補強部材８を設けた。

【００３８】（実施例５）図５は、請求項６に関わる異
なる実施例である。図３の実施例において、さらに接着
材３を介して補強部材８を設け、また、非受光面側の防
湿フィルム４と接着剤層３との間にも、メッシュ状プラ
スチック繊維６を介挿した。メッシュ状プラスチック繊
維６は、実施例１のものと同一である。

【００３９】（比較例１）図６の断面構造を有し、実施
例１（図１）のメッシュ状プラスチック繊維６を除いた
以外は実施例1と同様である。

【００４０】（比較例２）図７の断面構造を有し、実施
例３（図３）のメッシュ状プラスチック繊維６の代わり
に、中間層７として、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)フィルム２５μｍを用い、補強材１０としてＳＵＳ板
0.5mmとＥＶＡ３を使用した以外は実施例３と同様であ
る。

【００４１】前記５種類の実施例および２種類の比較例
の太陽電池モジュールは、内部配線より外部へリード線
を引き出し、特性評価できる構造となっている。特性評
価は１太陽電池セル分に切断したモジュールを用い、高
温高湿(85℃、95%RH)試験2000時間行った結果、すべて
の実施例,比較例１においては、ポリマー不織布を採用
した場合のような気泡残留に基づく外観不良は認められ
ず、良好な特性を示した。しかし、比較例２では、中間
層として用いたPETフィルムとＥＶＡとの界面で剥離を
生じた。また、電気絶縁性試験として、絶縁抵抗変化を
測定した結果、比較例２では初期３Ｅ＋０５ＭΩあった
ものが、５Ｅ＋０２ＭΩまで低下した。一方、実施例お
よび比較例１では初期値とほぼ同等の値を示し、水分の
浸入等は見られなかった。

【００４２】また、同一構造の別の太陽電池モジュール
について鋼球落下試験を行った。落下高さ10cmから順次
10cm間隔で高くして落下試験を行った。その結果、比較
例１では落下高さ30cm以上では太陽電池モジュールのユ
ニットつぶれが生じ、特性が低下した。一方、実施例に
おいては落下高さ50cm以上においてもユニットつぶれ等
の発生は見られなかった。

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば前述のように、電気絶
縁性を有するフィルム基板上に形成された光電変換素子
を、接着剤を介して防湿フィルムにより封止してなる太
陽電池モジュールにおいて、少なくとも受光面側の前記
防湿フィルムと接着剤層との間に、メッシュ状プラスチ
ック繊維を介挿したので、耐衝撃性・耐スクラッチ性や
電気絶縁性が向上すると共に、メッシュ状プラスチック
繊維の網目および網目間に接着剤が含浸および浸入し密
着性が向上した。また、網目の小さな第２のメッシュ状
プラスチック繊維を中間層的に使用することにより、均
一フィルムを中間層として用いる場合と同等の効果を発
揮し、耐衝撃性・耐スクラッチ性や電気絶縁性が一層向
上した。さらに、メッシュ状プラスチック繊維はガラス
繊維と異なり、ＥＶＡやＥＴＦＥフィルムと同じプラス
チック材料であるため、モジュール内部へ浸入する水分
を抑制し、また、メッシュ状プラスチック繊維のため、
ラミネート時の気泡発生等の外観不良のない太陽電池モ
ジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に関わる太陽電池モジュ
ールの要部構成を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例に関わる要部断面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例に関わる要部断面図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例に関わる要部断面図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施例に関わる要部断面図であ
る。

【図６】比較例１に関わる要部断面図である。

【図７】比較例２に関わる要部断面図である。

【図８】薄膜太陽電池の要部構成を示す断面図である。

【図９】薄膜太陽電池の要部構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ｕ：太陽電池ユニット、２：内部配線、３：接着剤、
４：防湿フィルム、５：補助配線、６：メッシュ状プラ
スチック繊維、７：第２のメッシュ状プラスチック繊
維、８：補強部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性を有するフィルム基板上に形
成された光電変換素子を、接着剤を介して防湿フィルム
により封止してなる太陽電池モジュールにおいて、少な
くとも受光面側の前記防湿フィルムと接着剤層との間
に、メッシュ状プラスチック繊維を介挿したことを特徴
とする太陽電池モジュール。
【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、接着剤
層を２層とし、この２層の接着剤層の間に、第２のメッ
シュ状プラスチック繊維を介挿したことを特徴とする太
陽電池モジュール。
【請求項３】請求項２に記載のものにおいて、第２の
メッシュ状プラスチック繊維の網目のサイズは、前記防
湿フィルムと接着剤層との間に介挿された第１のメッシ
ュ状プラスチック繊維の網目のサイズよりも小としたこ
とを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載のも
のにおいて、前記防湿フィルムとメッシュ状プラスチッ
ク繊維との間に、さらに接着剤を介挿したことを特徴と
する太陽電池モジュール。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のも
のにおいて、前記メッシュ状プラスチック繊維は、ポリ
アミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサル
ファイド、アラミド、フッ素系プラスチック繊維の内の
いずれかであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のも
のにおいて、非受光面側の底面に、接着剤を介して補強
部材を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。