JP7036738B2

JP7036738B2 - 光電変換モジュール

Info

Publication number: JP7036738B2
Application number: JP2018556523A
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: 2017-11-20
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: US20200020818A1; JPWO2018110213A1; WO2018110213A1; US10930805B2

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。更に、ブチルゴム等からなるシール材が、封止材の外側面を覆うと共に、光電変換パネルの周縁部上で配線導体を封止する構造が採られる場合もある（例えば、特許文献１参照）。

このようなシール材を備えた構成により、光電変換部への水分の侵入を低減し、光電変換パネルの耐湿信頼性を向上させている。

光電変換パネルは、例えば、ブチル系接着剤やシリコーン系接着剤を用いてアルミニウム鋼材等の金属からなるフレームに接着され、光電変換モジュールとなる。

特開２０１４－１３５３７７号公報

しかしながら、上記のように耐湿信頼性を向上させた光電変換パネルを、接着剤を用いて金属製のフレームに取り付ける場合、光電変換パネルと金属製のフレームの間の絶縁性を確保するために十分な量の接着剤が塗布されるとは限らず、光電変換パネルの導電部材（例えば、上記の配線導体）に接触しているシール材が金属製のフレームにも接触し、光電変換モジュールに十分な絶縁性を確保できない場合がある。

光電変換部とフレーム間の距離を長くとり、封止材の外側面を覆うシール材の幅を長く取ることで光電変換モジュールの絶縁性能は向上するが、光電変換部とフレーム間の距離を長くとるために基板サイズを大きくするとコストアップにつながり、光電変換部のサイズを小さくすると発電量の低下につながるため、好ましい方法ではない。

本発明は、光電変換モジュールの耐湿信頼性を向上させながら、絶縁性能を向上させ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、を有し、前記シール材は、前記第１の基板の前記光電変換層が設けられた面側から、前記第１の基板の前記光電変換層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、前記シール材と前記フレームとの間に、前記シール材とは異なる材料からなる絶縁性部材が設けられている。

開示の技術によれば、光電変換モジュールの耐湿信頼性を向上させながら、絶縁性能を向上させることができる。

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。

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。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。

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としては、例えば、ホットメルト系のブチルゴムや成型品のブチルゴム、シリコーン系樹脂等を用いることができる。耐湿性の観点からは、シリコーン系樹脂よりもブチルゴムを用いることが好ましい。シール材２６を設けることにより、光電変換層２２への水分等の侵入を低減し、光電変換モジュール１０の耐湿信頼性等を向上させることができる。

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。

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）はバックシート２８に被覆されている。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。バックシート２８は、更にアルミニウム層や黒色ＰＥＴ層等を含んでも構わない。

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、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の内縁（表面封止材２４とシール材２６の界面）は、非発電領域Ｆ上に位置している。

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、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、シール材２６とは異なる材料からなる裏面封止材２７が設けられている。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、裏面封止材２７が第１の基板２１の裏面からシール材２６の側面までを一体的に覆う構造となるため、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。

〈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。

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、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。

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。

本国際出願は２０１６年１２月１６日に出願した日本国特許出願２０１６－２４４７３９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１６－２４４７３９号の全内容を本国際出願に援用する。

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
２３配線
２４表面封止材
２５第２の基板
２６シール材
２７裏面封止材
４０フレーム
５０短辺フレーム
６０長辺フレーム

Claims

光電変換パネルと、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、を有し、
前記シール材は、前記第１の基板の前記光電変換層が設けられた面側から、前記第１の基板の前記光電変換層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、
前記シール材と前記フレームとの間に、前記シール材とは異なる材料からなる絶縁性部材が設けられていることを特徴とする、光電変換モジュール。
前記光電変換パネルは、前記第１の基板の前記光電変換層が設けられた面とは反対側の面を覆う封止部材を更に有し、
前記絶縁性部材と前記封止部材は同一部材で形成されている、請求項１に記載の光電変換モジュール。
前記絶縁性部材の前記シール材側とは反対側の面を被覆するバックシートと、
前記バックシートと前記フレームとを固定する接着剤と、を有し、
前記接着剤は、前記フレームの下鍔の先端まで設けられている、請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
前記第１の基板は、前記光電変換層で発生した電力を外部に取り出すための配線が設けられた配線領域と、前記配線が設けられていない非配線領域と、を備え、
前記非配線領域では、前記第１の基板の前記光電変換層が設けられた面の端部の表面が前記光電変換層から露出し、
前記シール材は、前記光電変換層から露出した前記端部の表面を覆うように設けられている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
前記光電変換層は、前記第１の基板側から裏面電極、光吸収層、及び透明電極が順に積層された構造であり、
前記非配線領域の前記端部側では、前記裏面電極の表面が前記光吸収層及び前記透明電極から露出し、
前記シール材は、前記光吸収層及び前記透明電極から露出した前記裏面電極の表面を覆うように設けられている、請求項４に記載の光電変換モジュール。
前記シール材は、前記光電変換層の周縁部を覆うように設けられている、請求項４に記載の光電変換モジュール。
前記第１の基板の前記光電変換層が設けられた面には、前記光電変換層の受光面側を封止する表面封止材が設けられ、
前記光電変換層の外縁部には、非発電領域が設けられ、
前記表面封止材と前記シール材の界面は前記非発電領域上に位置する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の光電変換モジュール。