JP2006041168A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明における目的は、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を、発電領域に導きモジュール効率が向上した太陽電池モジュールを提供することにある。
【解決手段】 光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、非発電領域の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【選択図】 図1
【解決手段】 光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、非発電領域の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【選択図】 図1
Description
本発明は光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を、発電領域に導きモジュール効率を向上する太陽電池モジュールに関する。
光起電力素子を応用した太陽電池は、電卓、腕時計など民生機器用の電源として広く応用されており、また、石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替電力用として実用化可能な技術として注目されている。
光起電力素子は半導体のpn接合、pin接合、ショットキー接合等の半導体接合部に発生する拡散電位を利用した技術であり、シリコンなどの半導体が太陽光線を吸収し、電子と正孔の光キャリヤーが生成し、該光キャリヤーを前記接合部の拡散電位により生じた内部電界でドリフトさせ、外部に取り出すものである。
光起電力素子の構造は、例えばアモルファスシリコン太陽電池の場合、図9(a)に示すように、基板上304に下部電極305、薄膜のアモルファスシリコンからなるp型半導体層309、i型半導体層308、n型半導体層307を積層して構成される。また、変換効率を向上させるために前記pin接合を2つ以上直列に積層するいわゆるタンデムセルやトリプルセル等もある。
前記半導体の光入射側及び裏面側には上部電極306及び下部電極305の一対の電極が設けられる。アモルファスシリコン太陽電池においては一般的に半導体自体のシート抵抗が高いため、半導体全面にわたる透明な上部電極を必要とし、通常は、SnO2,ITOのような透明導電膜を設ける。該透明導電膜は反射防止膜の役目も果たす。
更に、前記上部電極の表面上には、電流を集める為の細い金属からなる集電電極107が配設される。更に、前記集電電極によって集められた電流を集めるために、バスバー電極と呼ばれる電極が形成される。バスバー電極は、前記集電電極に比べてより太い金属で作製される。
また、結晶シリコン太陽電池の場合、図9(b)に示すように、下部電極305上にp型拡散層402、p型半導体層309、n型半導体層307、反射防止膜401を積層して構成される。n型半導体層上には集電電極107が設けられ、集電電極と下部電極の一対の電極により発電した電力を外部に取り出している。
上述の集電電極の例としては、特開平08-236796号(特許文献1)に金属ワイヤを使用した集電電極が開示されている。図10にその一例の概略図を示す。
図10において、102は光起電力素子であり、例えばステンレス基板上に裏面電極層、半導体層、透明導電膜が順次形成されており、301は光起電力素子エッジでのショートの影響を回避する為に透明電極層を除去したエッチングラインである。107は集電電極であり、直径50〜300μmの金属ワイヤ302の周囲を導電性ペースト303等でコーティングしたものが、透明導電膜上に固定されている。201は集電電極で集めた電流を回収する為のバスバー電極と呼ばれるもので、集電電極107で集められた電流を光起電力素子外へ取り出す目的で設置されている。尚、集電電極107とバスバー電極201の電気的接続はワイヤ周囲の導電性ペースト303を用いて接着接続されている。
前記集電電極としては、この構成以外にも、真空蒸着、スパッタリング、印刷等により被着された金属層等が用いられる。
特開平08-236796号公報
しかしながら、前記集電電極やバスバー電極、エッチングライン、光起電力素子間のギャップ等の非発電領域に到達した太陽光線は太陽電池の発電に寄与せず、セル効率(セル面積あたりの出力)及びモジュール効率(モジュール面積あたりの出力)を低下させる大きな原因となっており、光起電力素子上の集電電極の占める割合だけでも数%となっている。
これらを改善する方法として、特開平6-104473(沖電気)が開示されている。特開平6-104473は集電電極の直上にある表面材の光入射側表面にV溝を設け、当部に到達した太陽光線を屈折し、集電電極の外、即ち発電領域に導く様にしたものである。
しかしながら、この構成には以下の3つの問題点があった。
(1)太陽光線が太陽モジュールに対し垂直方向から入射するときは機能するが(図17(a)参照)、太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合、効果が著しく低下した。(図17(a)及び(b)参照)
(2)太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する太陽光線に対しても効果を求めようとするとV溝の深さが深くなり、表面材のガラス等で太陽電池モジュールの強度を持たせている場合、V溝部分で強度が大きく低下した。(図18参照)
またV溝部分で必要十分な強度を持たせようとすると、ガラスの平均板厚が増し、重量面、コスト面で不利となった。
(2)太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する太陽光線に対しても効果を求めようとするとV溝の深さが深くなり、表面材のガラス等で太陽電池モジュールの強度を持たせている場合、V溝部分で強度が大きく低下した。(図18参照)
またV溝部分で必要十分な強度を持たせようとすると、ガラスの平均板厚が増し、重量面、コスト面で不利となった。
また、V溝が深くなると当部にゴミが溜まりやすく、効果の持続性に難点がある。
以上の様に従来の方式では、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を、発電領域に導きモジュール効率を永続的に向上するには不十分であった。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、以下の様な太陽電池モジュールを提案する。
即ち本発明は、光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、発電領域の表面材は平坦であり、非発電領域の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部を有することを特徴とする。
本発明により、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を、発電領域に導きモジュール効率が向上した太陽電池モジュールを提供することができた。
本発明は、上記の問題を解決するため鋭意検討した結果完成したものであり、以下にその作用について説明する。
(1)光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、発電領域の表面材は平坦(平坦部)であり、非発電領域の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部を有し、凹凸部に入射した光は屈折あるいは全反射あるいは回折により発電領域に導かれる構成としたため、従来は無駄にしていた太陽光線を有効利用でき、セル効率(セル面積あたりの出力)及びモジュール効率(モジュール面積あたりの出力)が向上する。
また、特開平6-104473(沖電気)にある様にV溝とした場合、当部にゴミが堆積しやすく効果の持続性の点で問題があったが、微細な凹凸とすることで、凹深さが減りゴミの堆積が軽減し効果の持続性が向上した。
(2)また凹凸部を、非発電領域から1部、発電領域にかかって設ける構成とすることで、太陽光線が太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合も効果を有する。
即ち特開平6-104473(沖電気)にある様なV溝は、太陽光線が太陽モジュールに対し垂直方向から入射するときは機能するが、太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合、効果が著しく低下した。
また、V溝を用いて太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する太陽光線に対して効果を求めようとすると、V溝の深さが深くなり、表面材のガラス等で太陽電池モジュールの強度を持たせている場合、V溝部分で強度が大きく低下し、また当部でのゴミの堆積により効果の持続性が低下した。しかしながら、前記構成とすることで図2の様に効果が向上することが分かる。
(3)また凹凸部を拡散面とすることで、凹凸部での光の指向性が低下して、太陽電池モジュールに対していかなる方向から太陽光線が入射しても効果を発揮する。
(4)また凹凸部を表面材と同材料とすることで、表面材に加工性の良い材料、例えば樹脂等を用いた場合、低コストで本構成を実現できる。
(5)また凹凸部を表面材と別部材とし、表面材の表面に凹凸部を接着する構成とすることで、表面材に加工性の悪い材料、例えばガラス等を用いた場合、低コストで本構成を実現できる。
(6)また光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールの製造方法において、
(1) 太陽電池モジュールの発電領域と非発電領域を識別する工程と
(2) 発電領域と非発電領域との識別情報を基に非発電領域の表面材の光入射側表面に微細な凹凸からなる凹凸部を形成する工程、
の2工程を有する製造方法とすることで、例えば集電電極が製造工程上の誤差等により蛇行して配された場合にも、蛇行した集電電極に追従した状態で凹凸部を設けることが可能となり、製造工程上の誤差に影響されることなく本発明の効果を発揮できる。
(1) 太陽電池モジュールの発電領域と非発電領域を識別する工程と
(2) 発電領域と非発電領域との識別情報を基に非発電領域の表面材の光入射側表面に微細な凹凸からなる凹凸部を形成する工程、
の2工程を有する製造方法とすることで、例えば集電電極が製造工程上の誤差等により蛇行して配された場合にも、蛇行した集電電極に追従した状態で凹凸部を設けることが可能となり、製造工程上の誤差に影響されることなく本発明の効果を発揮できる。
即ち「屈折光学系を表面材上に予め設けてから太陽電池モジュールを作製」あるいは「ラミネート成形用の金型に予め屈折光学系の逆型の金型を取り付けておき加圧することにより表面材に屈折光学系を転写して成形」といった従来の製造方法では、製造工程上の誤差の影響を受け、効果を十分発揮できないケースがあった。
次に本発明の実施形態例を詳細に説明する。
まず、本発明の太陽電池モジュールを図1を用いて詳述する。
図1(a)は本発明の太陽電池モジュールの外観図であり、図1(b)はA-A′断面図である。
太陽電池モジュール101は、裏面材105/封止材106/光起電力素子102/封止材106/表面材104の積層構造からなり、光起電力素子102上には集電電極107が設けられている。
太陽電池モジュール101は、発電領域403と非発電領域404を有しており、非発電領域、例えば集電電極の直上の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部103を有しており、当部から入射する太陽光線108は屈折あるいは全反射あるいは回折により発電領域に導かれる。
また、発電領域の表面材の光入射側表面は平坦部408となっている。
また、太陽電池モジュールは、光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのリード線及び、端子取り出し箱を裏面に備える。(図示せず。)
以下に各項目ごとに説明を加える。
以下に各項目ごとに説明を加える。
《凹凸部》
本発明における凹凸部とは、非発電領域の表面材の光入射側表面に設けられ、当部に到達した光を屈折あるいは全反射あるいは回折により発電領域に導くためのものである。
本発明における凹凸部とは、非発電領域の表面材の光入射側表面に設けられ、当部に到達した光を屈折あるいは全反射あるいは回折により発電領域に導くためのものである。
凹凸部のピッチや高さについては特に制限は無いが、特開平6-104473の様に一つのV溝で形成した場合、当部での汚れの堆積、あるいは表面材の強度の低下を招くため複数の微細な凹凸から構成されていることが重要であり、ピッチに関してはより細かい方が好ましい。またピッチを光の波長の10倍程度以下にした場合、光の挙動は屈折ではなく回折となるが屈折の場合も回折の場合も効果は共に有する。
凹凸部の形状としては、凹凸部を設ける部位によって使い分けることが好ましい。
即ち、図3(a)にあるように非発電領域の両側に発電領域を有する場合は、太陽光線108は非発電領域に対してA側あるいはB側の何れの方向に屈折(回折)されても効果を有し、凹凸部103を拡散面とすることで指向性が低くなり、太陽光線が太陽電池モジュールに対していかなる方向から入射した際も効果を発揮する。
凹凸部を拡散面とする場合は、凹凸部の断面形状が3つ以上の直線、あるいは曲線から構成された光の指向性が低い形状であることが好ましく、凹凸部を構成する直線や曲線がランダム性を有することがより好ましい。
また図3(b)にあるように非発電領域の片側のみに発電領域を有する場合は、太陽光線108は一方に導かれるよう凹凸部103が指向性のある形状、例えば「プリズムレンズ」や「フレネルレンズ」の様な形状であることが好ましい。
《平坦部》
本発明における平坦部とは、発電領域の表面材の光入射側表面に設けられ、当部に到達した光を低損失で光起電力素子に導くためのものである。
本発明における平坦部とは、発電領域の表面材の光入射側表面に設けられ、当部に到達した光を低損失で光起電力素子に導くためのものである。
即ち、発電領域の表面材を平坦とすることで、表面材に到達した太陽光線が散乱することを極力抑えられ、散乱した太陽光線が光起電力素子上の集電電極で吸収されることが少ない。そのため効率良く光起電力素子へ導くことができる。
ここで言う平坦とは、成形時に不慮に生じる傷や凹凸等は含む。
《凹凸部の製造方法》
凹凸部は表面材と同部材とする構成、あるいは凹凸部を表面材と別部材で作製し表面材に接着する構成がとりうる。
凹凸部は表面材と同部材とする構成、あるいは凹凸部を表面材と別部材で作製し表面材に接着する構成がとりうる。
凹凸部を表面材と同部材とする場合は、以下の製造方法をとりうるが、これに限られたものでない。
(1) 表面材を成形する際、凹凸部を同時に成形する。(一体成形)
(2) 表面材を成形した後、切削あるいは研磨あるいは研削等の機械加工により凹凸部を形成する。
(2) 表面材を成形した後、切削あるいは研磨あるいは研削等の機械加工により凹凸部を形成する。
(3) 表面材を成形した後、熱プレスあるいは熱ローラあるいは凹凸金型(加熱したもの)等を押し付けることにより凹凸部を形成する。
(4) 表面材を成形した後、サンドブラスト、ウォータジェット、レーザ、エッチング等の非接触加工で表面材の表面を荒し凹凸部を形成する。
凹凸部を表面材と別部材とする場合、以下の製造方法をとりうるが、これに限られたものでない。
(1) 予め凹凸を形成した透過性のある樹脂テープあるいは樹脂シートを接着剤あるいは粘着剤により取り付ける。
(2) 表面材上の凹凸部を形成する部位に、接着剤を塗布し、当部に光透過性を有する微粒子等を塗布する。
(3) 表面材上の凹凸部を形成する部位に、透過性の有するシリコーンシーラント等を塗布し、シリコーンシーラントが硬化する前に、シリコーンシーラント表面に凹凸形状を転写する。
(4) 凹凸部を反転した形状を有する金型に紫外線硬化樹脂を流し込み、その上に表面材を配置した後、紫外線を照射することで表面材上に凹凸部を形成する。
《非発電領域と発電領域》
本発明における非発電領域とは、太陽電池モジュールを光入射側から見て、光起電力素子上の集電電極、バスバー電極、エッチングライン、光起電力素子間のギャップ、太陽電池モジュールにおける光起電力素子群より外のデッドゾーン等、当部に光が到達しても発電に寄与しないエリアを言う。
本発明における非発電領域とは、太陽電池モジュールを光入射側から見て、光起電力素子上の集電電極、バスバー電極、エッチングライン、光起電力素子間のギャップ、太陽電池モジュールにおける光起電力素子群より外のデッドゾーン等、当部に光が到達しても発電に寄与しないエリアを言う。
図5乃至図6はアモルファスシリコン太陽電池モジュール内における非発電領域を示す図であり、図7乃至図8は結晶シリコン太陽電池モジュール内における非発電領域を示す図である。図中の灰色部および集電電極上が非発電領域である。
また、本発明における発電領域とは、太陽電池モジュールを光入射側から見て非発電領域以外のエリア、即ち太陽光線が入射した際に起電力が発生するエリアを言う。
《凹凸部を設ける領域》
本発明における凹凸部は、非発電領域の表面材の光入射側表面に設けられるが、集電電極等の発電領域内にある非発電領域の表面材の光入射側表面のみに設けることにより効果が最も得られる。
本発明における凹凸部は、非発電領域の表面材の光入射側表面に設けられるが、集電電極等の発電領域内にある非発電領域の表面材の光入射側表面のみに設けることにより効果が最も得られる。
即ち、発電領域内にある非発電領域、例えば集電電極は常に太陽光線を遮っており、当部での遮蔽損失のみでも数%となっている。このため、集電電極直上の表面材の光入射側表面に本発明の凹凸部を設けることで常に前記遮蔽損失を低減でき、セル効率やモジュール効率を大幅に向上することができる。
また、太陽電池モジュールにおける光起電力素子より外のデッドゾーンの一部に凹凸部を設ける際は、凹凸部を指向性を有する構成とすることで、凹凸部に到達した太陽光線を効率良く光起電力素子へ導くことができる。
但し、凹凸部を設ける箇所が発電領域より離れるにしたがって、太陽光線を光起電力素子へ導く量も低下する。
そのため、凹凸部を設ける箇所を設計する際は、凹凸部を設けるために必要なコストと、凹凸部を設けることによる年間発電量の向上分を考慮することが好ましい。
また、表面材に上記凹凸部を設ける際は、その設ける領域を十分考慮する必要がある。
例えば凹凸部の形成が集電電極の蛇行に追従できない場合、集電電極上に凹凸部が形成されない部分が生じ、当部から入射した太陽光線は、そのまま集電電極に到達し吸収され損失となる。
このため以下の方法で凹凸部を設けることが好ましい。
(1) 予め集電電極等の蛇行のばらつきを測定し、公差を設けた凹凸部の幅を設定する。
凹凸部の幅≧集電電極等の幅
(2) 太陽電池モジュールを作製後、表面材越しに非発電領域の位置を測定し、その位置情報を基に表面材上に凹凸部を形成する。これにより、集電電極が蛇行している場合も集電電極の蛇行に追従して凹凸部を形成することができる。
(2) 太陽電池モジュールを作製後、表面材越しに非発電領域の位置を測定し、その位置情報を基に表面材上に凹凸部を形成する。これにより、集電電極が蛇行している場合も集電電極の蛇行に追従して凹凸部を形成することができる。
非発電領域の位置を測定する手段としては、「CCDカメラ等の画像センサ」「レーザ変位計等の光学反射式センサ」「渦電流式センサ」「接触式センサ」「超音波式センサ」「IRカメラ・・・特開平9-23019号公報にあるように光起電力素子にバイアス電流を流し発電領域のみを発熱させIRカメラにより発電領域と非発電領域を認識する」等があるがこれに限られたものでない。
また、本発明の効果を最大限に引き出すためには、光学シミュレーション等で凹凸部を設ける領域(例えば図4の長さa)を変数にとり、年間発電量が最大となる様に領域を設定することが好ましい。
この結果は、太陽電池モジュールの設置場所や、設置形態によっても異なるが一般的には、太陽電池モジュールの垂線から45度の角度を有して入射する場合にも効果をもたらすように設計することで十分な効果を得られる。
この時の凹凸部を設ける領域を簡易的に算出する計算式を図4に記載する。
a :「非発電領域の端部」から「凹凸部を設ける領域の片端」までの距離
θ1:設計許容角度(例えば45度)
t1:「光起電力素子の光入射側表面」から「表面材の光入射側表面」までの距離
n1:空気の屈折率(≒1)
n2:表面材の屈折率
n3:封止材の屈折率(本実施の形態では≒n2とした。)
この様に、凹凸部を設ける領域を、発電領域にかかって設けることで、太陽光線が太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合にも効果を有し、年間発電量が向上する。
θ1:設計許容角度(例えば45度)
t1:「光起電力素子の光入射側表面」から「表面材の光入射側表面」までの距離
n1:空気の屈折率(≒1)
n2:表面材の屈折率
n3:封止材の屈折率(本実施の形態では≒n2とした。)
この様に、凹凸部を設ける領域を、発電領域にかかって設けることで、太陽光線が太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合にも効果を有し、年間発電量が向上する。
但し、凹凸部は形状によっては(凹凸ピッチに対して凹凸高さが高くなった場合等)フレネル反射率が増加することがあり、また凹凸部を通過した太陽光線の光路長は長くなるため透過する材料に吸収率の高いものを用いた場合など材料吸収損失が大きくなるため、凹凸部を設ける領域は適宜設定する必要がある。
《光起電力素子》
本発明における光起電力素子は特に限定はなく、単結晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファス太陽電池等を用いることができる。
本発明における光起電力素子は特に限定はなく、単結晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファス太陽電池等を用いることができる。
とくに、本発明は、集電電極等の非発電領域の表面材の光入射側表面から入射する太陽光線を発電領域へ導くものであるため、光起電力素子の光入射側に集電電極を有するものに対して大きな効果を有する。
《光起電力素子群》
本発明における光起電力素子群とは、太陽電池モジュール内において、所望の電圧、電流を得るために、いくつかの光起電力素子を直列接続あるいは並列接続したものである。
本発明における光起電力素子群とは、太陽電池モジュール内において、所望の電圧、電流を得るために、いくつかの光起電力素子を直列接続あるいは並列接続したものである。
《表面材》
本発明における表面材としては、光透過性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求される。
本発明における表面材としては、光透過性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求される。
材料としては透光性のあるガラスや有機樹脂等を使用できる。
ガラスの場合、種類は特に限定しないが、青色領域の光の透過率や機械強度などの観点から、白板強化ガラスが好ましい。
有機樹脂の場合、種類は特に限定しないが、光の透過率や耐候性や汚れの付着しにくさなどの観点から、ポリエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリ3フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やシリコン樹脂等が好ましい。
また上記材料中に紫外線吸収剤等の添加剤を入れることで、太陽電池モジュール内部の材料劣化を抑えることができる。
《裏面材》
本発明における裏面材としては特に限定はなく、金属、有機樹脂、セラミックスや、屋根材である瓦材やスレート材等への応用もいうまでもなく可能である。また数種の材料からなる複合材等を用いることも可能である。また、板状のもの、フィルム上のもの、コーティング等、様々な形状のものを用いることができる。
本発明における裏面材としては特に限定はなく、金属、有機樹脂、セラミックスや、屋根材である瓦材やスレート材等への応用もいうまでもなく可能である。また数種の材料からなる複合材等を用いることも可能である。また、板状のもの、フィルム上のもの、コーティング等、様々な形状のものを用いることができる。
また、光起電力素子の裏面は大概が導電物であることを考慮すると、裏面材は絶縁材であることが好ましい。
かかる効果は、裏面材と光起電力素子間に絶縁シートを配することでも得られ、裏面材に金属鋼板等を用いる際には有効である。
《封止材》
本発明における封止材は、光起電力素子や表面材や裏面材との接着性、耐候性、緩衝効果の点でEVA(エチレンビニールアセテート)やEEA(エチレンエチルアクリレート),PVB(ポリビニルブチラール)等が好適に用いることができ、機械的特性を向上させるため、ガラス不織布やシリカ等の補強材と合わせて使用される。またこれらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上させても良い。
本発明における封止材は、光起電力素子や表面材や裏面材との接着性、耐候性、緩衝効果の点でEVA(エチレンビニールアセテート)やEEA(エチレンエチルアクリレート),PVB(ポリビニルブチラール)等が好適に用いることができ、機械的特性を向上させるため、ガラス不織布やシリカ等の補強材と合わせて使用される。またこれらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上させても良い。
封止の方法としては、例えば真空ラミネータのような公知の装置を用いて、表面材/封止材/光起電力素子/封止材/裏面材を真空中で加熱圧着する方法がよく知られている。
《リード線と端子取出し箱》
本発明におけるリード線とは、光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのものであり、光起電力素子の出力端子に接続される。リード線の片端にコネクタ等を設けることで、隣接する太陽電池モジュールとの直列化が容易になる。
本発明におけるリード線とは、光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのものであり、光起電力素子の出力端子に接続される。リード線の片端にコネクタ等を設けることで、隣接する太陽電池モジュールとの直列化が容易になる。
リード線としては特に制限されないが、使用環境に応じて要求される耐熱性・耐寒性・機械的強度・電気絶縁性・耐水性・耐油性・耐摩耗性・耐酸性・耐アルカリ性を有するものを選択する必用がある。例えば、IV、KIV、HKIV,架橋ポリエチレン、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の絶縁電線があげられる。リード線としては電線以外にも、銅タブ、銅線等も使用できる。また、使用状況により耐傷性、耐摩耗性がより求められる際はケーブル構造のものが望ましい。
本発明における端子取出し箱とは、光起電力素子とリード線の接続部分の機械的な保護と防水性の確保のために設けられるものであり、光起電力素子とリード線の接続箇所を覆う状態で裏面材上等に取り付けられる。
端子取出し箱としては特に制限されないが、使用環境に応じて要求される耐熱性・耐寒性・機械的強度・電気絶縁性・耐水性・耐油性・耐摩耗性・耐酸性・耐アルカリ性を有するものを選択する必用がある。上記の要素を考慮すると端子取出し箱の材料としてはプラスチックが好ましく、例えば、ノリル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性PPE、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などエンジニアリング・プラスチック等を用いることができる。
以下に該請求項に沿った実施例について記載するが、本発明の実質的内容は下記実施例の具備する具体的な記述に限定されるものではない。
図11乃至図13に本実施例の第1の実施例を示す。
本実施例は、非発電領域に相当する表面材の光入射側表面に、予めサンドブラストにより凹凸部を設けた後、表面材/封止材/光起電力素子群/封止材/裏面材を真空ラミネータを用いて真空中で加熱圧着して太陽電池モジュールとした。
以下、詳細に説明する。
まず凹凸部103を設ける領域は、集電電極107、光起電力素子間のギャップ202、光起電力素子群より外のデッドゾーン203に相当する表面材の光入射側表面とし、集電電極部に関しては図4のθ1=45度となる様、即ち凹凸部を設ける領域が発電領域にかかる様に設定した。
(図13中の灰色部および集電電極上が凹凸部を設けた領域。)
表面材104には厚み5mmの白板強化ガラスを用い、非発電領域(集電電極、光起電力素子間のギャップ、光起電力素子群より外のデッドゾーン)に相当する表面材の光入射側表面に、サンドブラストにより凹凸部103を形成した。
表面材104には厚み5mmの白板強化ガラスを用い、非発電領域(集電電極、光起電力素子間のギャップ、光起電力素子群より外のデッドゾーン)に相当する表面材の光入射側表面に、サンドブラストにより凹凸部103を形成した。
サンドブラスト加工の際は、サンドブラストを施す領域以外をマスキングした後、#220のサンドブラストで研削し、摺りガラス状にした。
また、サンドブラストを施す際は、一方向からのみではなく、数方向から施すことにより、凹凸形状に3次元性を持たせ、光の拡散性を高くした。
次に封止材106としてEVA、光起電力素子群109としては光起電力素子102(単結晶シリコン太陽電池)を直列化したもの、裏面材105としてテドラーフィルムを用い、表面材104/封止材106/光起電力素子群109/封止材106/裏面材105と積層した後、真空ラミネータを用いて真空中で加熱圧着した。
最後に、周囲にアルミフレーム204を取り付け、裏面材に光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのリード線及び端子取り出し箱を取り付け、太陽電池モジュール作製した。
以上の様に作製した太陽電池モジュールは、サンドブラストにより形成した凹凸部の光拡散性が優れるため、太陽電池モジュールに対していかなる方向から太陽光線が入射しても効果を発揮した。
また、集電電極部において凹凸部が発電領域にかかって設けられる構成としたことで、太陽光線が太陽電池モジュールの垂線から角度を有して入射する場合も効果を発揮した。
また、サンドブラストにより微細な凹凸部を形成したため、当部でのゴミの堆積が軽減し効果の持続性が向上した。
図14乃至図16に本実施例の第2の実施例を示す。
本実施例は、表面材/封止材/光起電力素子/封止材/裏面材を真空ラミネータを用いて真空中で加熱圧着して太陽電池モジュールを作製した後、CCDカメラにより表面材越しに集電電極の位置情報を検出。該位置情報を基に、集電電極直上の表面材の光入射側表面にレーザにより凹凸部を形成したものである。
以下、詳細に説明する。
まず、表面材としてETFEフィルム、封止材としてEVA、光起電力素子群109として光起電力素子102(アモルファスシリコン太陽電)を直列化したもの、裏面材としてステンレス鋼板を用い、表面材/封止材/光起電力素子群/封止材/裏面材と積層した後、真空ラミネータを用いて真空中で加熱圧着して太陽電池モジュール101を作製した。
次に太陽電池モジュールを表面材が上となるように配置し、CCDカメラ405により太陽電池モジュールを撮影した。
次に撮影した画像をカラー濃淡処理により、集電電極107の位置を検出し、その位置情報を基にXYZステージ上に設けられたレーザ照射器406を動かし、集電電極直上の表面材の光入射側表面にレーザ光407を照射し凹凸部103を形成した。レーザとしてはYAGレーザを使用した。
最後に、裏面材に光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのリード線及び端子取出し箱を取り付け、太陽電池モジュールを完成させた。
以上の様に作製した太陽電池モジュールは、表面材と光起電力素子とを一体化した後に、集電電極の位置に応じた凹凸部を設けたため、集電電極が製造工程上の誤差等により蛇行して配された場合にも、蛇行した集電電極206に追従した状態で凹凸部を設けることが可能となり、製造工程上の誤差に影響されることなく本発明の効果を発揮できた。
また、集電電極の直上の表面材の光入射側表面のみに凹凸部を形成したが、当部が最も本発明の効果を有する箇所であるため、低コストで本発明の効果を実現できた。
101 太陽電池モジュール
102 光起電力素子
103 凹凸部
104 表面材
105 裏面材
106 封止材
107 集電電極
108 太陽光線
109 光起電力素子群
201 バスバー電極
202 光起電力素子間のギャップ
203 光起電力素子群より外のデッドゾーン
204 アルミフレーム
205 V溝
206 蛇行した集電電極
301 エッチングライン
302 金属ワイヤ
303 導電性ペースト
304 基板
305 下部電極
306 上部電極
307 n型半導体層
308 i型半導体層
309 p型半導体層
401 反射防止膜
402 p型拡散層
403 発電領域
404 非発電領域
405 CCDカメラ
406 レーザ照射器
407 レーザ光
408 平坦部
102 光起電力素子
103 凹凸部
104 表面材
105 裏面材
106 封止材
107 集電電極
108 太陽光線
109 光起電力素子群
201 バスバー電極
202 光起電力素子間のギャップ
203 光起電力素子群より外のデッドゾーン
204 アルミフレーム
205 V溝
206 蛇行した集電電極
301 エッチングライン
302 金属ワイヤ
303 導電性ペースト
304 基板
305 下部電極
306 上部電極
307 n型半導体層
308 i型半導体層
309 p型半導体層
401 反射防止膜
402 p型拡散層
403 発電領域
404 非発電領域
405 CCDカメラ
406 レーザ照射器
407 レーザ光
408 平坦部
Claims (6)
- 光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、発電領域の表面材は平坦であり、非発電領域の表面材の光入射側表面には微細な凹凸からなる凹凸部を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
- 前記凹凸部は、非発電領域から1部、発電領域にかかって設けられ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。
- 前記凹凸部が拡散面であ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。
- 前記凹凸部が表面材と同部材であ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。
- 前記凹凸部が表面材と別部材であり、表面材の表面に接着され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。
- 光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールの製造方法において、太陽電池モジュールの発電領域と非発電領域を識別する工程と、発電領域と非発電領域との識別情報を基に非発電領域の表面材の光入射側表面に微細な凹凸からなる凹凸部を形成する工程、の2工程を有する太陽電池モジュールの製造方法。
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---|---|---|---|
JP2004218676A JP2006041168A (ja) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008085323A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-04-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 太陽電池用透明電極基板 |
JP2009206494A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-09-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池モジュール |
JP2011029273A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池モジュール |
JP2011211199A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Astrium Gmbh | 宇宙用途向けの太陽電池、特に、多−接合太陽電池 |
JP2018061056A (ja) * | 2012-10-23 | 2018-04-12 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池モジュール |
-
2004
- 2004-07-27 JP JP2004218676A patent/JP2006041168A/ja not_active Withdrawn
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