JP6867794B6

JP6867794B6 - 光電変換モジュール

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Publication number: JP6867794B6
Application number: JP2016244738A
Authority: JP
Inventors: 雄大伊丹; 好哉西島
Original assignee: Solar Frontier KK
Current assignee: Solar Frontier KK
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP6867794B2; JP2018098466A

Description

本発明は、光電変換モジュールに関する。

光電変換パネルは、例えば、ガラス等からなる第１の基板、下部電極層、半導体層、上部電極層を含んだ光電変換部、光電変換部を覆うように設けた封止材、封止材上に設けた透光性の第２の基板等からなる。光電変換パネルの第１の基板の裏面側に裏面保護材（所謂バックシート）が設けられる場合もある。

裏面保護材は、例えば、耐透湿性樹脂層、アルミニウム箔等の金属層、着色用顔料としてカーボンブラック等を用いた着色層、透明樹脂層を積層した構造とすることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０５３４７０号公報特開２０１６−１１９３３９号公報

金属層や着色層を用いた裏面保護材を用いると光電変換モジュールの部品コストが上がるため、部材コストを下げるために、金属層や着色層を含まない裏面保護材を用いることが好ましい。

しかしながら、例えば、特許文献２に記載の光電変換モジュールでは、光電変換モジュールを受光面側から見たときに、フレームの上鍔先端部と光電変換素子の端部がほぼ同じ位置か、あるいはフレームの上鍔が光電変換素子を覆わないような位置関係となっており、光電変換素子の端部近傍において、カバーガラス側から入射した光が裏面保護材まで透過するおそれがある。そのため、金属層や着色層を含まない裏面保護材を用いた場合、裏面保護材自体が紫外線により劣化してしまうという問題がある。

フレームの上鍔を長くし、フレームの上鍔が光電変換素子を覆うようにすることにより、カバーガラス側から入射した光が裏面保護材まで透過することを抑制できるが、光電変換素子の受光面積が小さくなるため光電変換モジュールの発電量が減り、また部材コストが上がるという問題も生じる。

本発明は、部材コストの増加を抑制しながら紫外線による裏面保護材の劣化を抑制可能な光電変換モジュールを提供することを課題とする。

本光電変換モジュールは、光電変換パネルを備えた光電変換モジュールであって、前記光電変換パネルは、第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層を覆う第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板の周縁部において、前記第１の基板と前記第２の基板との間をシールし、かつ、前記光電変換層の一部を覆うシール材と、前記第１の基板の裏面及び側面を被覆すると共に、前記第１の基板の裏面から前記シール材側に延在して前記第２の基板の裏面に達し、前記シール材の裏面及び側面を被覆する裏面封止材と、前記光電変換パネルの外縁に取り付けられたフレームと、を有し、前記光電変換パネルの受光面側から見たときに、前記フレームの上鍔の先端部が前記シール材と重なり、前記裏面封止材が延在する部分の裏面側に少なくとも裏面保護材が設けられ、前記シール材は、遮光性を有しており、前記第２の基板側から入射した光を遮光して、前記裏面保護材への光照射を抑制できる幅を有する。

開示の技術によれば、部材コストの増加を抑制しながら紫外線による裏面保護材の劣化を抑制可能な光電変換モジュールを提供できる。

第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する平面図である。第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図（その１）である。第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図（その２）である。図３のＤ部の部分拡大断面図である。第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図（その３）である。図５のＥ部の部分拡大断面図である。第１の実施の形態の変形例に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図である。短辺フレームと長辺フレームとが隣接する箇所の部分斜視図である。短辺フレームと長辺フレームとが隣接する箇所の部分平面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図３は、第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図であり、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。図４は、図３のＤ部の部分拡大断面図である。図５は、第１の実施の形態に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図であり、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面を示している。図６は、図５のＥ部の部分拡大断面図である。

図１〜図６に示すように、光電変換モジュール１０は、光電変換パネル２０と、フレーム４０とを有している。

光電変換パネル２０は、第１の基板２１と、光電変換層２２と、配線２３と、表面封止材２４と、第２の基板２５と、シール材２６と、裏面封止材２７と、バックシート２８とを有している。

フレーム４０は、光電変換パネル２０の外縁に枠状に取り付けられた金属製のフレームである。またフレーム４０は、樹脂製のフレームや、金属と樹脂の二層品のフレームを用いることもできる。フレーム４０は、光電変換モジュール１０の強度を向上すると共に、光電変換パネル２０の端部の受光面、側面、及び裏面を覆って光電変換パネル２０の端部を保護する部材である。

フレーム４０は、光電変換パネル２０を囲む、対向配置された２つの短辺フレーム５０と、対向配置された２つの長辺フレーム６０とを備えている。短辺フレーム５０と長辺フレーム６０とは互いに隣接して接続され、フレーム４０を構成する。短辺フレーム５０と長辺フレーム６０とは、例えば直角に接続される。短辺フレーム５０及び長辺フレーム６０は、例えばアルミニウム鋼材等より形成することができる。また短辺フレーム５０は、上鍔５１と下鍔５２を含んでおり、長辺フレーム６０は、上鍔６１と下鍔６２を含んでいる。

光電変換パネル２０は、短辺フレーム５０に設けられた嵌合溝５０ｘ内、及び長辺フレーム６０に設けられた嵌合溝６０ｘ内に接着剤３５により固定されている。又、光電変換パネル２０のバックシート２８と短辺フレーム５０及び長辺フレーム６０とは、更に接着剤３６により固定されている。接着剤３６は、短辺フレーム５０の下鍔５２の先端まで設けられる。このような構造とすることにより、光電変換パネル２０と短辺フレーム５０の間の絶縁性を向上させることができる。接着剤３５としては、例えば、ブチル系接着剤、シリコーン系接着剤等を用いることができる。接着剤３６としては、例えば、シリコーン系接着剤等を用いることができる。

光電変換パネル２０において、第１の基板２１は、光電変換層２２等を形成する基体となる部分である。第１の基板２１としては、例えば、白板強化ガラス、高歪点ガラス、青板ガラス（ソーダライムガラス）、金属、樹脂等を用いることができる。第１の基板２１の厚さは、例えば、１〜３ｍｍ程度とすることができる。

光電変換層２２は、第１の基板２１上に形成されている。光電変換層２２は、例えば、ＣＩＳ系、ＣＺＴＳ系、アモルファスシリコン系等とすることができるが、本実施の形態ではＣＩＳ系を例にして説明する。光電変換層２２は、例えば、第１の基板２１側から裏面電極２２１、光吸収層２２２、及び透明電極２２３が順に積層された構造とすることができる（図４及び図６参照）。

裏面電極２２１としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデンを少なくとも含む金属を用いることができる。光吸収層２２２は、例えば、ｐ型半導体からなる層である。光吸収層２２２が光電変換することにより発生した電力は、配線２３と端子箱２９を経由して、外部に電流として取り出すことができる。

光吸収層２２２としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ_２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ_２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）_２等である。

透明電極２２３は、例えば、ｎ型半導体からなる透明な層である。透明電極２２３としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。

第１の基板２１の光電変換層２２が形成されている面には、光電変換層２２の受光面側を封止する表面封止材２４が設けられ、表面封止材２４上には光電変換層２２を覆う第２の基板２５が積層されている。

表面封止材２４としては、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ：Ethylene-vinyl acetate）樹脂やポリビニルブチラール（ＰＶＢ：Polyvinyl butyral）樹脂等の透光性の材料を用いることができる。表面封止材２４の厚さは、例えば、０．２〜１．０ｍｍ程度とすることができる。第２の基板２５としては、例えば、厚さが０．５〜４．０ｍｍ程度の白板強化ガラス板等を用いることができる。

シール材２６は、第１の基板２１及び第２の基板２５の周縁部において、第１の基板２１と第２の基板２５との間をシールすると共に、第１の基板２１と第２の基板２５の互いに対向する面を接着している。シール材２６は、Ａ−Ａ断面に示す一方の短辺フレーム５０側（配線領域）では、光電変換層２２の一部を覆っている。

シール材２６は、遮光性を有している。シール材２６の材料としては、例えば、カーボンブラックを含有した黒色のブチルゴム等を用いることができる。シール材２６は、第２の基板２５側から入射した光を遮光して、バックシート２８への光照射を抑制できる幅を有する。シール材２６の幅Ｗ_１は、例えば、５〜２０ｍｍ程度とすることができる。又、シール材２６において、第１の基板２１からはみ出ている部分の幅Ｗ_２は、例えば、０〜１５ｍｍ程度とすることができる。シール材２６の幅Ｗ_１を調整することにより、光電変換モジュール１０の受光面側から見たときに、フレーム５０の上鍔５１の先端部がシール材２６と重なる構成とし、バックシート２８への光照射を抑制できる（図３、図５、及び図７についても同様である）。

第１の基板２１の裏面側には、絶縁性部材である裏面封止材２７が設けられている。裏面封止材２７は、第１の基板２１の裏面及び側面を被覆すると共に、第１の基板２１の裏面からシール材２６側に延在し、シール材２６の裏面及び側面も被覆している。すなわち、裏面封止材２７は、シール材２６とフレーム４０（短辺フレーム５０及び長辺フレーム６０）との間にも設けられている。

このように、シール材２６の側面に絶縁性部材である裏面封止材２７を付加することにより、光電変換モジュール１０の絶縁性及び耐湿信頼性を向上することができる。又、裏面封止材２７でシール材２６の側面から第１の基板２１の裏面までを覆うことにより、光電変換モジュール１０の耐湿信頼性を更に向上することができる。

裏面封止材２７は、シール材２６とは異なる材料から形成されている。裏面封止材２７の材料としては、例えば、エチレンビニルアセテート樹脂等を用いることができる。シール材２６の側面を被覆する部分の裏面封止材２７の厚さは、例えば、０．２〜１．０ｍｍ程度とすることができる。

このように、本実施の形態では、第１の基板２１の裏面側を被覆する封止部材である裏面封止材２７が延伸してシール材２６とフレーム４０との間にも設けられている。しかし、シール材２６とフレーム４０との間に設ける絶縁性部材は、裏面封止材２７と同一部材で一体に形成されていなくてもよい。この場合には、シール材２６とフレーム４０との間に、裏面封止材２７とは異なる絶縁性部材を設ければよい。

裏面封止材２７の裏面側（第１の基板２１とは反対側）は、裏面保護材であるバックシート２８に被覆されている。本実施の形態では、バックシート２８はアルミニウム箔等の金属層や、カーボンブラック等を用いた着色層を含まない構造とされている。バックシート２８は、例えば、耐加水ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Poly Ethylene Terephthalate）樹脂と透明ＰＥＴ樹脂との積層構造とすることができる。

図３及び図４に示すように、短辺フレーム５０のＢ−Ｂ断面側は非配線領域（配線２３が設けられていない領域）となっている。

非配線領域では、第１の基板２１の端部から数ｍｍ（例えば、５ｍｍ程度）幅で、デリーションにより光電変換層２２が除去されて第１の基板２１の表面が露出している。更に、第１の基板２１の表面が露出している領域から数ｍｍ（例えば、１ｍｍ程度）幅で、光電変換層２２の裏面電極２２１以外の層が除去され、裏面電極２２１の表面が露出している。

シール材２６は、前述のように、第２の基板２５側から入射した光を遮光して、バックシート２８への光照射を抑制できる幅を有する。従って、シール材２６は、Ｂ−Ｂ断面に示す他方の短辺フレーム５０側（非配線領域）では、少なくとも第１の基板２１の表面が露出した領域を覆うように設けられている。但し、シール材２６は、裏面電極２２１の表面が露出した領域を覆ってもよい。又、シール材２６は、光電変換層２２の周縁部を覆ってもよい。

図５及び図６に示すように、長辺フレーム６０のＣ−Ｃ断面側は配線領域（配線２３が設けられている領域）となっている。他方の長辺フレーム６０側（Ｃ−Ｃ断面側と対向する側）についても同様の構造である。

長辺フレーム６０側の配線領域では、第１の基板２１の端部には光電変換層２２から独立した光電変換層２２Ｘ（例えば、幅１ｍｍ程度）が残存している。又、光電変換層２２Ｘの内縁から数ｍｍ（例えば、５ｍｍ程度）幅で、光電変換層２２の裏面電極２２１以外の層が除去され、裏面電極２２１の表面が露出している。配線２３は、露出した裏面電極２２１の表面に形成されている。

光電変換層２２の外縁部には非発電領域Ｆが設けられている。非発電領域Ｆは、層構成は光電変換層２２と同様であるが、発電には寄与しない非発電セルである。非発電領域Ｆは、光電変換層２２の端部（表面封止材２４とシール材２６の界面付近）の応力を緩衝する機能を備えている。

シール材２６は、前述のように、第２の基板２５側から入射した光を遮光して、バックシート２８への光照射を抑制できる幅を有する。従って、シール材２６は、Ｃ−Ｃ断面に示す一方の長辺フレーム６０側（配線領域）では、シール材２６の内縁（表面封止材２４とシール材２６の界面）が非発電領域Ｆ上に位置している。なお、他方の長辺フレーム６０側（配線領域）も同様の構造である。

例えば、表面封止材２４とシール材２６の界面が配線２３上に位置したりすると、表面封止材２４とシール材２６の界面の近傍において表面封止材２４の厚さが変化する（段差が生じる）ことになる。

この場合、表面封止材２４に温度勾配が加わった際の収縮具合が場所により異なることにより応力が生じ、光吸収層２２２と透明電極２２３との界面に応力が加わる。結果として、透明電極２２３が光吸収層２２２から剥離するおそれがある。

これに対して、表面封止材２４とシール材２６の界面を非発電領域Ｆ上に位置させることにより、表面封止材２４とシール材２６の界面の近傍における表面封止材２４の厚さがほぼ一定となる。これにより、表面封止材２４に温度勾配が加わった際の収縮具合も、表面封止材２４とシール材２６の界面の近傍においてほぼ一定となるため応力が生じ難い。その結果、透明電極２２３の光吸収層２２２からの剥離を防ぐことができる。

又、表面封止材２４とシール材２６の界面が非発電領域Ｆ上に位置していると（シール材２６が光電変換層２２の上に重なることがないと）、発電性能の低下や、電流集中による局所的な温度上昇を防ぐことができる。なお、電流集中による局所的な温度上昇とは、シール材２６が光電変換層２２の発電セルの上に重なった場合に、その部分の発電セルの抵抗値が上がるため、その部分以外の発電セルの抵抗値の低い部分に電流が集中的に流れて局所的に温度が上昇することである。

以上のように、光電変換モジュール１０では、第１の基板２１及び第２の基板２５の周縁部において、第１の基板２１と第２の基板２５との間をシールし、かつ、光電変換層２２の一部を覆う遮光性を有するシール材２６が設けられている。そして、シール材２６は、第２の基板２５側から入射した光を遮光して、バックシート２８への光照射を抑制できる幅を有する。

これにより、紫外線によるバックシート２８の劣化のおそれがなくなるため、バックシート２８をアルミニウム層や黒色ＰＥＴ層等の遮光性を有する層を含まない構造とすることが可能となり、バックシート２８の部材コストを低減することができる。

又、バックシート２８への光照射の抑制は、シール材２６の幅を調整することにより実現しており、遮光用の特別な部材を追加したり、フレーム４０の上顎を長くしたりする必要がない。この点でも、光電変換モジュール１０の部材コストを低減することができる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、第１の実施の形態とは形状の異なるシール材を用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図７は、第１の実施の形態の変形例に係る光電変換モジュールを例示する部分拡大断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。

図７において、シール材２６は、第１の基板２１の光電変換層２２が設けられた面側から、第１の基板２１の光電変換層２２が設けられた面の反対側の面に回り込むように形成されている。なお、シール材２６は、第１の実施の形態と同様に、第２の基板２５側から入射した光を遮光して、バックシート２８への光照射を抑制できる幅を有する。

このように、シール材２６を、光電変換層２２の一部を被覆し、更に第１の基板２１の側面を経由して裏面まで回り込む構造とすることにより、バックシート２８への紫外線照射の抑制に加え、光電変換モジュール１０の耐湿信頼性を更に向上することができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、排水用の間隙が設けられたフレームを有する光電変換モジュールの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、短辺フレームと長辺フレームとが隣接する箇所の部分斜視図である。図８に示すように、第２の実施の形態に係る光電変換モジュールでは、長辺フレーム６０の上鍔６１と短辺フレーム５０の上鍔５１とが隣接する箇所に切り欠きが設けられており、これにより、所定の長さＭ（Ｙ方向）の間隙７０が形成されている。間隙７０は、短辺フレーム５０及び長辺フレーム６０に阻害されない排水経路となり、間隙７０を介して雨水が排水される。間隙７０以外の部分の構造については、第１の実施の形態に係る光電変換モジュールと同様である。

間隙７０の所定の長さＭ（排水経路の幅）は、２〜６０ｍｍ程度とすることができ、２〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。２ｍｍ未満の場合は、雨水の表面張力により排水しきれないことがあり、一方、１０ｍｍより大きい場合は、短辺フレーム５０と長辺フレーム６０との接続の強度が弱くなることがあるためである。従って、フレーム４０の強度と排水機能とのバランスによって、長さＭ（排水経路の幅）を決定することが好ましい。

前述のように、バックシート２８はアルミニウム箔等の金属層や、カーボンブラック等を用いた着色層を含まない構造とされており、例えば、耐加水ポリエチレンテレフタレート樹脂と透明ＰＥＴ樹脂との積層構造とされている。

そのため、フレーム４０に図８に示すような間隙７０が設けられていると、図９に示すように、間隙７０から透明な第２の基板２５を介して白色のバックシート２８が視認できる。この場合、紫外線によるバックシート２８の劣化に加え、意匠性が悪いという問題が生じる。

この場合、シール材２６を設ける幅を第２の基板２５の端部まで広げることによりバックシート２８への光照射を抑制することも可能である。しかしながら、シール材２６を設ける幅を広げることにより用いるシール材の量が増え、部材コストが上がってしまう。そこで、第２の基板２５の表面の、間隙７０から視認できる領域（すなわち、間隙７０から第２の基板２５を介して白色のバックシート２８が視認できる領域）に、部分的にバックシート２８への光照射を抑制する材料の塗布を行ってもよい。バックシート２８への光照射を抑制する材料としては、例えば、黒色等のインクを挙げることができる。これにより、間隙７０から第２の基板２５を介して白色のバックシート２８が視認できなくなり、紫外線によるバックシート２８の劣化を抑制できると共に、意匠性が悪いという問題を回避できる。

なお、黒色インク等のバックシート２８への光照射を抑制する材料の塗布は、ごく限られた領域のみに行えばよいため、光電変換モジュールの部材コストに与える影響はほとんどない。

このように、シール材２６の幅を調整する方法と併用して、第２の基板２５の表面に部分的に黒色インク等のバックシート２８への光照射を抑制する材料の塗布を行ってもよい。これにより、フレームに間隙を設けて排水性を向上させながら、紫外線によるバックシート２８の劣化を抑制可能な光電変換モジュールを実現できる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態等では、本発明をサブストレート構造の光電変換モジュールに適用する例を示したが、本発明をスーパーストレート構造の光電変換モジュールに適用してもよい。

１０光電変換モジュール
２０光電変換パネル
２１第１の基板
２２、２２Ｘ光電変換層
２４表面封止材
２５第２の基板
２６シール材
２７裏面封止材
２８バックシート
４０フレーム
５０短辺フレーム
５０ｘ、６０ｘ嵌合溝
６０長辺フレーム
７０間隙

Claims

光電変換パネルを備えた光電変換モジュールであって、
前記光電変換パネルは、
第１の基板と、
前記第１の基板上に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層を覆う第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の周縁部において、前記第１の基板と前記第２の基板との間をシールし、かつ、前記光電変換層の一部を覆うシール材と、
前記第１の基板の裏面及び側面を被覆すると共に、前記第１の基板の裏面から前記シール材側に延在して前記第２の基板の裏面に達し、前記シール材の裏面及び側面を被覆する裏面封止材と、
前記光電変換パネルの外縁に取り付けられたフレームと、を有し、
前記光電変換パネルの受光面側から見たときに、前記フレームの上鍔の先端部が前記シール材と重なり、
前記裏面封止材が延在する部分の裏面側に少なくとも裏面保護材が設けられ、
前記シール材は、遮光性を有しており、前記第２の基板側から入射した光を遮光して、前記裏面保護材への光照射を抑制できる幅を有することを特徴とする、光電変換モジュール。
前記フレームは、互いに隣接して接続される第１フレーム及び第２フレームを備え、
前記第１フレームと前記第２フレームとが隣接する箇所に間隙が形成され、
前記第２の基板の表面の前記間隙から視認できる領域に、前記裏面保護材への光照射を抑制する材料が塗布されている、請求項１に記載の光電変換モジュール。