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技術 光電変換モジュール

出願人 京セラ株式会社
発明者 猪股洋介横田昌大光野真太郎松島徳彦有宗久雄
出願日 2011年11月29日 (9年0ヶ月経過) 出願番号 2012-546873
公開日 2014年5月19日 (6年7ヶ月経過) 公開番号 WO2012-073926
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置
主要キーワード 浸入口 底面部材 ポーラスガラス 出力取り出し 出力リード線 フッ素系樹脂シート 光電変換パネル 水分浸入
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

光電変換パネルの内部への水分の浸入を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供する。

解決手段

光電変換モジュールの光電変換パネルPAは、前記受光面、該受光面の裏面に相当する非受光面2a、前記受光面と非受光面2aとの間に位置する光電変換部1、該光電変換部1に電気的に接続された配線導体11および非受光面2aに開口した、配線導体11が外部に導出される開口部14を有する。また、この光電変換モジュールは、一主面、該一主面の裏面に相当する他主面、ならびに前記一主面および前記他主面の間を貫通する貫通孔15aを有し、前記一主面で開口部14を覆うように非受光面2a側に配置された防湿板15を備えている。この防湿板15は、平面視したときに貫通孔15aが開口部14に重ならないように配置されている。配線導体11は、非受光面2aおよび前記一主面の間において、非受光面2aおよび前記一主面と間隙Kを空けて配置され、かつ貫通孔15aから外部に導出されている。そ間隙Kには、充填材20が配置されている。

概要

背景

近年、光エネルギー電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。

この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、該光電変換モジュールに設けられた光電変換パネル光電変換部から得られた電気リード線等の配線導体で取り出す。この配線導体は、光電変換パネルの非受光面に配置された端子ボックスの内部に導入されている。特開2003−282915号公報および特開2010−118394号公報では、端子ボックスを介して、光電変換モジュールで発電した電気を外部の回路等に接続している。

概要

光電変換パネルの内部への水分の浸入を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供する。光電変換モジュールの光電変換パネルPAは、前記受光面、該受光面の裏面に相当する非受光面2a、前記受光面と非受光面2aとの間に位置する光電変換部1、該光電変換部1に電気的に接続された配線導体11および非受光面2aに開口した、配線導体11が外部に導出される開口部14を有する。また、この光電変換モジュールは、一主面、該一主面の裏面に相当する他主面、ならびに前記一主面および前記他主面の間を貫通する貫通孔15aを有し、前記一主面で開口部14を覆うように非受光面2a側に配置された防湿板15を備えている。この防湿板15は、平面視したときに貫通孔15aが開口部14に重ならないように配置されている。配線導体11は、非受光面2aおよび前記一主面の間において、非受光面2aおよび前記一主面と間隙Kを空けて配置され、かつ貫通孔15aから外部に導出されている。そ間隙Kには、充填材20が配置されている。

目的

本発明の一つの目的は、光電変換パネルの内部への水分の浸入を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

受光面、該受光面の裏面に相当する非受光面、前記受光面と前記非受光面との間に位置する光電変換部、該光電変換部に電気的に接続された配線導体および前記非受光面に開口した、前記配線導体が外部に導出される開口部を有する光電変換パネルと、一主面、該一主面の裏面に相当する他主面、ならびに前記一主面および前記他主面の間を貫通する貫通孔を有し、前記一主面で前記開口部を覆うように前記非受光面側に配置された防湿板とを備え、該防湿板は、平面視したときに前記貫通孔が前記開口部に重ならないように配置され、前記配線導体は、前記非受光面および前記一主面の間において、前記非受光面および前記一主面と間隙を空けて配置され、かつ前記貫通孔から外部に導出されており、前記間隙には、充填材が配置されている、光電変換モジュール

請求項2

平面視したときに、前記防湿板は、前記非受光面内に配置されており、前記開口部は、前記貫通孔よりも、前記防湿版の中央部側に位置している、請求項1に記載の光電変換モジュール。

請求項3

前記配線導体には、前記一主面および前記非受光面に向かって突出するとともに前記充填材に接触する凸部が形成されている、請求項1または請求項2に記載の光電変換モジュール。

請求項4

前記一主面および前記配線導体には、前記非受光面に向かって突出するとともに前記充填材に接触する凸部が形成されている、請求項1または請求項2に記載の光電変換モジュール。

請求項5

前記非受光面および前記配線導体には、前記一主面に向かって突出するとともに前記充填材に接触する凸部が形成されている、請求項1または請求項2に記載の光電変換モジュール。

請求項6

前記一主面および前記非受光面には、前記配線導体に向かって突出するとともに前記充填材に接触する凸部が形成されている、請求項1または請求項2に記載の光電変換モジュール。

請求項7

前記防湿板は、絶縁性を有している、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光電変換モジュール。

請求項8

前記充填材は、乾燥剤を含んでいる、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光電変換モジュール。

請求項9

前記配線導体を囲うように前記他主面上に配置された枠体をさらに備える、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の光電変換モジュール。

技術分野

0001

本発明は光電変換モジュールに関する。

背景技術

0002

近年、光エネルギー電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。

0003

この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、該光電変換モジュールに設けられた光電変換パネル光電変換部から得られた電気リード線等の配線導体で取り出す。この配線導体は、光電変換パネルの非受光面に配置された端子ボックスの内部に導入されている。特開2003−282915号公報および特開2010−118394号公報では、端子ボックスを介して、光電変換モジュールで発電した電気を外部の回路等に接続している。

0004

上述の光電変換モジュールにおいては、光電変換部に接続された配線導体(出力リード線)を端子ボックスに導入するために、光電変換パネルの非受光面側にある部材に配線導体を引き出すための貫通孔等を形成して開口部を設けている。

0005

光電変換モジュールは、例えば、10年以上の長期間にわたって屋外に設置すると、上記開口部から浸入した水分によって光電変換パネル内の光電変換部等の部材が劣化していた。これにより、光電変換モジュールの出力の低下が発生する場合があった。

0006

本発明の一つの目的は、光電変換パネルの内部への水分の浸入を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。

0007

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、光電変換パネルを備えている。この光電変換パネルは、受光面、該受光面の裏面に相当する非受光面、前記受光面と前記非受光面との間に位置する光電変換部、該光電変換部に電気的に接続された配線導体および前記非受光面に開口した、前記配線導体が外部に導出される開口部を有する。また、この光電変換モジュールは、一主面、該一主面の裏面に相当する他主面、ならびに前記一主面および前記他主面の間を貫通する貫通孔を有し、前記一主面で前記開口部を覆うように前記非受光面側に配置された防湿板を備えている。本実施形態において、この防湿板は、平面視したときに前記貫通孔が前記開口部に重ならないように配置されている。さらに、本実施形態において、前記配線導体は、前記非受光面および前記一主面の間において、前記非受光面および前記一主面と間隙を空けて配置され、かつ前記貫通孔から外部に導出されている。そして、本実施形態において、前記間隙には、充填材が配置されている。

0008

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、開口部から光電変換部に向かって浸入する水分の量を低減することができる。これにより、光電変換モジュールの信頼性が向上する。

図面の簡単な説明

0009

一実施形態に係る光電変換モジュールを非受光面側から見た斜視図である。
一実施形態に係る光電変換モジュールの一部である光電変換パネルの部分拡大断面図である。
一実施形態に係る光電変換モジュールの光電変換パネルの一部を示す斜視図である。
図1にて一点鎖線A−Aで示した位置における断面図である。
一実施形態に係る光電変換モジュールの端子ボックス近傍を模式的に示す断面図である。
他の実施形態に係る光電変換モジュールの端子ボックス近傍を模式的に示す断面図である。
光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの端子ボックスの変形例を示す部分断面図である。
光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの端子ボックスの変形例を示す部分断面図である。
光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの端子ボックスの変形例を示す部分断面図である。
光電変換モジュールおよび光電変換モジュールの端子ボックスの変形例を示す部分断面図である。
他の実施形態に係る光電変換モジュールの一部を模式的に示す分解模式図である。
図11の端子ボックス近傍を模式的に示す拡大断面図である。
光電変換モジュールの一部である光電変換部の受光面を模式的に示す平面図である。
光電変換モジュールの受光面を模式的に示す平面図である。
他の実施形態に係る光電変換モジュールの端子ボックス近傍を模式的に示す断面図である。

実施例

0010

本発明の光電変換モジュールの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、薄膜系の光電変換モジュールと結晶系光電変換モジュールとをそれぞれ説明する。

0011

<薄膜系光電変換モジュール>
光電変換モジュールM1は、図1に示すように、光電変換パネルPAおよび該光電変換パネルの非受光面に配置された端子ボックスB1を備えている。

0012

(光電変換パネル)
光電変換パネルPAは、図3および図4に示すように、光電変換部1、第1基板2、第2基板9、配線導体11、第1封止材12および第2封止材13を備えている。なお、図3では、光電変換パネルPAの内部構造の説明を容易にするために、第2基板9を省略している。

0013

光電変換部1は、図2に示すように、第1基板2の一主面上に配置されており、外部から入射される光を吸収し、光を電気に変換する機能を有している。この光電変換部1は、図2に示すように、第1基板2の一主面上において、裏面電極3、半導体層4、バッファ層5、透光性導電層6および集電電極7が順次積層されて成る。

0014

第1基板2は、光電変換部1を支持する機能を有している。この第1基板2の材質としては、例えば、厚さ1〜3mm程度の青板ガラスソーダライムガラス)、ポリイミド樹脂などの耐熱性プラスチックまたは表面を酸化膜などの絶縁膜被覆した厚さ100〜200μm程度のステンレスチタンなどの金属箔が挙げられる。また、第1基板2の形状は、矩形状、円形状等の平板状を成している。

0015

裏面電極3は、後述する半導体層4の光吸収に起因して発生した電荷伝導する機能を有している。この裏面電極3の材質としては、例えば、モリブデン、チタン、タンタル等の金属、またはこれらの金属を積層させた構造体等が挙げられる。また、裏面電極3の厚みは、0.3〜2μm程度であればよい。

0016

半導体層4は、光吸収層としての機能を有し、p型半導体導電型を有している。この半導体層4の材質としては、例えば、二セレン化銅インジウム(CuInSe2)、二セレン化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSe2)、セレンイオウ化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSeS)、二イオウ化銅インジウム・ガリウム(CuInGaS2)または薄膜のセレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSeS)層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム(CuInGaSe2)等のカルコパイライト系化合物が挙げられる。また、半導体層4の厚みは、1〜3μm程度あればよい。

0017

バッファ層5は、半導体層4上に配置されており、半導体層4と異なる導電型を有している。すなわち、半導体層4がp型であれば、バッファ層5はn型を有している。そのため、半導体層4とバッファ層5との界面では、pn接合が形成される。バッファ層5としては、例えば、CdS、ZnS、ZnO、In2Se3、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が挙げられ、ケミカルバスデポジション(CBD)法等で形成される。ここで、In(OH,S)とは、In、OHおよびSから主に構成された化合物をいう。また、(Zn,In)(Se,OH)は、Zn(亜鉛)、In、SeおよびOHから主に構成された化合物をいう。また、(Zn,Mg)Oは、Zn、Mg(マグネシウム)およびO(酸素)から主に構成された化合物をいう。

0018

本実施形態において、透光性導電層6が酸化インジウムを含むのであれば、バッファ層5は、インジウムを含む形態であってもよい。これにより、バッファ層5と透光性導電層6との間での元素相互拡散によって生じる導電率の変化を低減できる。さらに、半導体層4もインジウムを含むカルコパイライト系の材料とすれば、半導体層4、バッファ層5および透光性導電層6の各層間の元素の相互拡散による導電率やキャリア濃度の変化を低減できる。

0019

また、バッファ層5は、III−VI族化合物を主成分として含んでいてもよい。これにより、光電変換部1の耐湿性が向上する。なお、III−VI族化合物とは、III−B族元素とVI−B族元素との化合物である。また、III−VI族化合物を主成分として含むというのは、バッファ層5に含まれる化合物のうち、III−VI族化合物が50モル%以上であることである。このとき、III−VI族化合物が80モル%以上であってもよい。さらに、バッファ層5を構成する金属元素のうち、Zn元素は50atomic%以下であればよい。これにより、光電変換パネルPAの耐湿性が向上する。このとき、Zn元素は20atomic%以下であってもよい。

0020

また、バッファ層5の厚みは、10〜200nmであればよい。これにより、直列抵抗過度な増大が低減される。加えて、バッファ層5は、半導体層4が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものであればよい。これにより、半導体層4の吸収効率を高めることができる。また、バッファ層5の抵抗率は1Ω・cm以上であればよい。これにより、リーク電流が低減される。

0021

透光性導電層6は、バッファ層5上に設けられており、半導体層4の光吸収により、pn接合部位で発生した電荷を伝導する機能を有する。この透光性導電層6の材質としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、アルミニウム、錫を含んだ酸化インジウム(ITO)、酸化錫(SnO2)またはボロン、ガリウム、インジウム、フッ素などを含んだ酸化亜鉛との化合物等が挙げられる。とりわけ、酸化亜鉛および錫を含んだ酸化インジウム錫は、他の材質に比べて、光透過率および抵抗値が優れている。また、透光性導電層6の厚みは、0.05〜2μm程度である。

0022

集電電極7は、透光性導電層6上に設けられており、透光性導電層6からの電荷を収集する機能を有している。集電電極7は、透光性導電層6よりも低抵抗の材質で形成すれば、効率良く電荷を収集することができる。透光性導電層6を上述した材質で形成した場合、集電電極7は、銀または銅等の金属材料で構成されていればよい。また、このような集電電極7は、例えば、スクリーン印刷等で形成することができる。

0023

光電変換部1には、1つの第1基板2上に形成された各層に分離溝P1〜P3が設けられている。これにより、光電変換部1内で形成された複数の光電変換ユニットを、集電電極7の一部を用いて電気的に直列接続した態様とすることができる。このような態様では、光電変換ユニットの集積化によって出力電圧が向上する。さらに、光電変換部1の両端部には、図3に示すように、出力取り出し部8がそれぞれ設けられている。例えば、一方の出力取り出し部8は、光電変換部1の一端側に位置する裏面電極3に相当する。また、他方の出力取り出し部8は、光電変換部1の他端側に位置する透光性導電層6および集電電極7のうち少なくとも一方に位置する部位に相当する。このとき、一方の出力取り出し部8が正極となり、他方の出力取り出し部8が負極となる。そして、この一対の出力取り出し部8には、配線導体11が電気的に接続される。すなわち、光電変換部1が配線導体と電気的に接続される。なお、出力取り出し部8は、裏面電極3に設ける場合、半導体層4およびバッファ層5等が形成されていない領域自体を出力取り出し部8とすればよい。これにより、新たに出力取り出し部8を形成する工程を削減できる。また、出力取り出し部8は、透光性導電層6に設ける場合、透光性導電層6自体または集電電極7自体を出力取り出し部8としてもよい。また、出力取り出し部8と配線導体11との接続には、例えば、銀等の導電性粒子を含む導電性接着剤を用いればよい。これにより、接着強度を維持しつつ電気抵抗を小さくすることができる。なお、出力取り出し部8は、第1基板2上に半導体層4、バッファ層5および透光性導電層6から成る積層部を形成した後、該積層部の一部を除去し、該除去部の一部まで集電電極7を延在させて形成してもよい。

0024

次に、光電変換部1の製造方法の一例について説明する。

0025

まず、洗浄した青板ガラスなどの第1基板2の外周部から内側に3〜10mm程度を除く略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法成膜し、裏面電極3を形成する。次いで、裏面電極3の所望の位置にYAGレーザ等を照射して分割溝P1を形成し、裏面電極3をパターニングする。その後、パターニングされた裏面電極3上に半導体層4をスパッタリング法、蒸着法または印刷法などを用いて成膜する。次に、半導体層4上にバッファ層5をCBD法等で成膜する。次いで、スパッタリング法または有機金属気相成長法MOCVD法)等でバッファ層5上に透光性導電層6を成膜する。次に、メカニカルスクライビング等で分割溝P2および分割溝P3を形成し、半導体層4、バッファ層5および透光性導電層6をパターニングする。次いで、透光性導電層6上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極7を形成する。

0026

第2基板9は、光電変換部1を外部環境から保護する機能を有している。また、光電変換パネルPAでは、図4に示すように、第2基板9側から主として光が入射されるため、第2基板9が受光面9aを有している。一方で、光電変換パネルPAでは、第1基板2の一主面の裏面に相当する他主面が非受光面2aとなる。なお、非受光面とは、主として光電変換に寄与する光が入らない面を指すものであり、全く光が入射しないことを意味するものではない。また、第2基板9の形状および材質は、白板強化ガラスの他に、第1基板2と同等のものを利用できる。

0027

配線導体11は、出力取り出し部8から得た電気を外部に導出する機能を有している。このような配線導体11は、例えば、厚さ0.1〜0.5mm程度、幅が1〜7mm程度の銅(Cu)などの金属箔が挙げられる。また。この金属箔の表面には、錫、ニッケルまたはハンダなどをコーティングしてもよい。これにより、出力取り出し部8との電気的な接続が良好になる。

0028

また、第1基板2には、非受光面2aに向かって開口する開口部14が設けられている。この開口部14は、第1基板2の一主面から他主面(非受光面2a)に向かって形成された孔部である。これにより、配線導体11は、開口部14を通り外部に導出される。この開口部14は、光電変換部1を形成する前に予め設けておいてもよいし、光電変換部1を形成した後に設けてもよい。開口部14は、第1基板2の材質がガラスプラスチックまたはステンレスなどの金属の場合は、ドリルなどを用いる機械加工法やYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザなどによるレーザ加工法で形成できる。

0029

第1封止材12は、第1基板2および第2基板9を接着しつつ光電変換部1を保護する機能を有し、光電変換部1を覆うように配置されている。また、第1封止材12は、透光性を有している。このような第1封止材12の材質としては、例えば、共重合したエチレン酢酸ビニル共重合体(以下、EVAと略する)を主成分とする樹脂が挙げられる。この場合、EVAには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。

0030

第2封止材13は、第1基板2および第2基板9の外周部に配置されている。本実施形態において、第2封止材13は、第1基板2と第2基板9との間に配置されているが、第1基板2および第2基板9の外周側面も覆うように配置されていてもよい。この第2封止材13は、光電変換部1への水分等の浸入を低減する機能を有している。このような第2封止材13は、乾燥剤を含む樹脂で構成されていてもよい。このような樹脂としては、例えば、ブチルゴムウレタンおよびポリウレタン等が挙げられる。また、乾燥剤としては、乾燥剤は、浸入してきた水分を物理的もしくは化学的吸着または吸収する機能を有している。このような乾燥剤としては、例えば、無水化合物クレイゼオライトポーラスガラスなどのモレキュラーシーブシリカゲルや、塩化カルシウム硫化マグネシウム酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムなどが挙げられる。

0031

次に、光電変換パネルPAの製造方法の一例について説明する。まず、上述したように第1基板2上に光電変換部1を形成する。次いで、光電変換部1の出力取り出し部8に配線導体11を取り付ける。配線導体11と出力取り出し部8とを接続する部材は、配線導体11および出力取り出し部8の材質に応じて適宜設定すればよい。例えば、モリブデンを含む裏面電極3の一部を出力取り出し部8として用いるのであれば、インジウムを含有したハンダで接続できる。また、ITOを含んでなる透明導電層6の一部を出力取り出し部8として用いるのであれば、エポキシ樹脂等に銀などのフィラー混練した導電性接着剤で接続できる。また、出力取り出し部8が銀または銅で形成されていれば、予め、配線導体11に設けたハンダで接続できる。

0032

次に、図3に示すように、光電変換部1の外周に配置された配線導体11を開口部14の方向に適宜折り曲げるとともに、開口部14を介して、非受光面2a側に導出する。次いで、光電変換部1の周囲の第1基板2上に、幅Tを有する第2封止材13を塗布する。次に、光電変換部1上に、厚さ0.1〜0.6mm程度のシート状の第1封止材12、第2基板9の順で配置して積層する。最後に、これらの積層体ラミネート装置にセットし、減圧下にて加圧しながら例えば100〜200℃程度で15〜60分程度保持し、EVAを軟化および架橋させて積層体を一体化して光電変換パネルPAを作製する。なお、第2封止材13は、第1基板2上に塗布してもよいし、予めテープ状に形成したものを第1基板2または第2基板9上に設置してもよい。

0033

(端子ボックス)
端子ボックスB1は、図5に示すように、光電変換パネルPAの非受光面2aに取り付けられる。端子ボックスB1は、防湿板15と、枠体16と、蓋体17とを備えている。

0034

防湿板15は、一主面が非受光面2aと対向するように配置されている。また、本実施形態に係る防湿板15では、一主面の裏面に相当する他主面に台座18およびターミナル19等が実装されている。防湿板15は、水分を透過しにくい材料で構成されている。すなわち、防湿板15は、全く水分を透過しない部材ではない。また、防湿板15は、絶縁性を有しているとよい。これにより、配線導体11との接触による短絡の発生が低減される。また、防湿板15は、配線導体11および非受光面2aに圧着されるため、当該圧着に耐えうる強度の材料を選択するとよい。このような材料としては、水分を透過しにくく、比較的高い強度と絶縁性を有するガラス系の材料がよい。また、他の材料としては、ポリエチレン等の透湿性の少ない樹脂を用いることもできる。このような樹脂を用いる場合は、上記樹脂層の間に金属層を介したものを利用してもよい。これにより、水分の透過がより低減される。また、防湿板15には、金属板に樹脂またはガラス等を被覆したものを用いてもよい。

0035

また、防湿板15には、防湿板15の一主面から防湿板15の他主面に貫通する貫通孔15aが設けられている。この貫通孔15aは、配線導体11を防湿板15の他主面上に設けたターミナル19まで導くために利用される。すなわち、配線導体11は、貫通孔15aを介してターミナル19側に導出される。

0036

そして、光電変換モジュールM1において、防湿板15は、一主面で開口部14を覆うように配置されている。このように、本実施形態では、開口部14を塞ぐように防湿板15を配置しているため、防湿板15を設けない形態に比べて、開口部14への水分の浸入口を小さくすることができる。このような水分は、防湿板15の周囲に位置する枠体16と光電変換パネルPAとの接合部Cから浸入しやすい。しかしながら、本実施形態では、接合部Cから開口部14までの距離S1を大きくすることができるため、水分の浸入をより低減することができる。

0037

また、防湿板15は、該防湿板15を平面視したときに、貫通孔15aが開口部14に重ならないように配置されている。これにより、防湿板15を平面視したときに、貫通孔15aと開口部14との間に距離S2が生じる。このような距離S2があれば、貫通孔15a側から浸入してくる水分が開口部14に到達しにくくなる。なお、貫通孔15a側から浸入してくる水分は、主として、枠体16と蓋体17との接合部から入ってくる水分である。

0038

また、配線導体11は、図5に示すように、光電変換パネルPAの非受光面2aおよび防湿板15の一主面の間に配置されている。このとき、配線導体11は、非受光面2aおよび防湿板15と間隙Kを空けて配置されており、この間隙K内に、充填材20が配置されている。

0039

充填材20は、光電変換パネルPAの非受光面2aに防湿板15が接着できる材料で構成される。このような材料としては、例えば、ブチルゴム(ポリイソブテンイソプレン)、ポリエチレン、ポリプロピレンポリブテンまたはポリイソブチレン等のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。また、上記材料は、防湿性および絶縁性に優れている。

0040

また、充填材20には、粘度および色の調整のために、フィラーが含有されていてもよい。このようなフィラーとしては、例えば、チョークシリカカーボンブラック炭酸カルシウム二酸化チタンタルクカオリンまたはマイカ等が挙げられる。また、充填材20には、酸化による劣化を低減するための酸化防止剤が含有されていてもよい。このような酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノールヒンダードアミンまたはチオエーテルなどが挙げられる。

0041

また、充填材20には、乾燥剤が含有されていてもよい。乾燥剤は、第2封止材13に含有される乾燥剤と同等のものを用いることができる。

0042

なお、充填材20の材料は、上述の第2封止材14と同等のものを用いることもできる。このように、本実施形態では、間隙Kに充填材20が配置されているため、接合部Cから開口部14に至る水分の浸入をより低減できる。

0043

なお、第2封止材13と充填材20とを同じ材料で形成する場合には、距離S1は、光電変換パネルPAの第2封止材13の幅Tよりも大きくしてもよい。これにより、水分の浸入がより低減される。

0044

また、本実施形態では、配線導体11に凸部11aが形成されている。この場合、この凸部11aの少なくとも先端以外は、充填材20に接触している。これにより、防湿板15あるいは非受光面2aと配線導体11との間により多くの充填材20が配置されるようになる。これにより、充填材20による水分浸入低減効果がより高まる。このような凸部11aを有する配線導体11は、例えば、凹凸形状を有する型を押し付けることによるエンボス加工を施すことによって形成できる。また、凸部11aの形状は、配線導体11の幅方向と略平行の長尺状、もしくはランダムに形成された島状等であればよく、その高さは0.1〜3mm程度である。なお、このような凸部11aを有する配線導体11は、配線導体11自体が屈曲して波状を成している形態をも含む。

0045

枠体16は、配線導体11を囲うように防湿板15の外周上に配置されている。また、蓋体17は、枠体16の上面に配置される。枠体16および蓋体17の材質としては、例えば、変性PPE(ポリフェニレンエーテル)または変性PPO(ポリフェニレンオキサイド)等の樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、長期的な屋外環境に対する耐久性および絶縁性に優れている。

0046

台座18は、端子ボックスB1内の中央部付近において、防湿板15の他主面に配置されている。この台座18は、配線導体11が電気的に接続されるターミナル19を支持している。このような台座18の材質としては、例えば、上述の枠体16および蓋体17と同様に変性PPEまたは変性PPO等の樹脂が挙げられる。

0047

ターミナル19は、配線導体11からの電気をケーブル21に導く機能を有している。このターミナル19には、例えば、厚さ0.5〜2mm程度の短冊状の銅で構成されており、ネジ22aで防湿板15に固定されている。

0048

ケーブル21は、光電変換モジュールM1で発電された電気を外部の負荷まで導く機能を有している。このケーブル21は、一端がネジ22bでターミナル19に固定されており、他端が上記負荷の回路等に電気的に接続されている。このようなケーブル19は、例えば、銅製の細線5〜20本程度から成る断面積3.5mm2程度の撚り線芯線をポリエチレンや塩化ビニル等で被覆したものを利用できる。

0049

次に、端子ボックスB1の光電変換パネルPAへの取り付け方法の一例を説明する。まず、開口部14から導出された配線導体11を光電変換パネルPAの非受光面2aに沿うように所定の方向へ折り曲げる。次に、非受光面2aと防湿板15の一主面との間に充填材20を塗布し、防湿板15を光電変換パネルPAに固定する。このとき、充填材20は、配線導体11と非受光面2aとの間および配線導体11と防湿板15の一主面との間の間隙Kにそれぞれ配置されるように塗布する。次いで、配線導体11の端部を、貫通孔15aを介して防湿板15の他主面上まで引き出し、貫通孔15aから導出した配線導体11の端部をハンダ等でターミナル19に固定する。なお、防湿板15と枠体16とは、予め、接着材等で固定されたものを用いてもよいし、防湿板15を固定してから別途枠体16を防湿板15に固定してもよい。

0050

次いで、ケーブル21を枠体16の側面の導入口から端子ボックスB1の内部に挿入し、圧着端子等が取り付けられたケーブル21端部の導線部をネジ22bでターミナル19に固定する。このとき、枠体16の導入口には、水分の浸入を低減するパッキン23を設けてもよい。最後に、蓋体17を取り付けてネジ等で固定する。なお、蓋体17を取り付け前に、端子ボックスB1内部にシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等のポッティング材充填してもよい。これにより、外部から浸入した水分によってターミナル19などの金属部分における錆の発生を低減できる。

0051

また、光電変換モジュールM1は、図5に示すように、防湿板15が光電変換パネルPAの非受光面2a内に配置されている場合には、開口部14は、貫通孔15aよりも、防湿版15の中央部側に位置していてもよい。これにより、例えば、図6に示されたように、開口部14が貫通孔15aよりも防湿板15の外側に位置している形態(端子ボックスB1a)に比べて、接合部Cからの水分が開口部14に浸入しにくくなる。さらに、図5に示された形態では、開口部14から光電変換パネルPAの外周側に向かって導出された配線導体11が端子ボックスB1内で防湿板15の中央部側に向かって屈曲している。これにより、図5で示された形態は、図6に示された形態に比べて、端子ボックスを小型化しやすくなる。

0052

次に、光電変換パネルPA、配線導体11および防湿板15の変形例について説明する。図5で示された配線導体11は、光電変換パネルPAの非受光面2aおよび防湿板15の他主面にそれぞれ向かって突出して、充填材20と接触する凸部11aを設けているが、この形態に限られない。すなわち、光電変換パネルPAと配線導体11との間隙Kおよび防湿板15と配線導体11との間隙Kにおいて、これらの部材を圧着したときに、充填材20が上記間隙に入り込むような形態であればよい。

0053

このような形態としては、図7に示すように、光電変換パネルPAの非受光面2aの凸部2bと配線導体11の凸部11aとをそれぞれ防湿板15の一主面に向かって突出するように設けたものがある。また、他の形態としては、図8に示すように、防湿板15の一主面の凸部15bと配線導体11の凸部11aとをそれぞれ光電変換パネルの非受光面2aに向かって突出するように設けたものがある。また、他の形態としては、図9に示すように、防湿板15の一主面の凸部15bと光電変換パネルPAの非受光面2aの凸部2bとをそれぞれ配線導体11に向かって突出するように設けたものがある。

0054

なお、上述のような充填材20と接触する凸部は、図10に示すように、光電変換パネルPA、配線導体11および防湿板15のそれぞれに形成すれば、充填材20と各部材(光電変換パネルPA、配線導体11、防湿板15)との接触面積を大きくすることができる。また、上述したような防湿板15および光電変換パネルPAは、予め、防湿板15および第1基板2にエンボス加工等を施して凸部を形成したものを用いればよい。また、光電変換パネルPA、配線導体11および防湿板15の各部材に設けられた凸部は、各部材の充填材20側のほぼ全面に設けられれば、より充填材20との接触面積を大きくすることができる。

0055

<結晶系光電変換モジュール>
次に、結晶系光電変換モジュールの実施形態について図11乃至図14を用いて説明する。光電変換モジュールM2は、光電変換パネルPBおよび端子ボックスB2を備えている。光電変換パネルPBは、図11および図12に示すように、透光性基板31と、複数の光電変換部32と、隣り合う光電変換部32同士を電気的に接続する接続導体33とを備えている。さらに、光電変換パネルPBは、光電変換部32および接続導体33を封止する受光面側封止材34および非受光面側封止材35と、裏面シート36と、配線導体37とを備えている。なお、端子ボックスB2は、光電変換モジュールM2の非受光面に相当する裏面シート36に取り付けられる。

0056

透光性基板31としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。上述したガラスは、白板ガラス強化ガラス、倍強化ガラスまたは熱線反射ガラスなどが用いられる。上述したガラスの場合、透光性基板31の厚みは、3〜5mm程度であればよい。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂を用いる場合、透光性基板31の厚みは、5mm程度であればよい。

0057

光電変換部32は、図13に示すように、平板状を成しており、例えば、厚み0.2〜0.4mm程度、大きさ150〜160mm角程度の単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等で形成されている。この光電変換部32の内部には、ボロンなどのP型不純物を多く含んだP層リンなどのN型不純物を多く含んだN層が接しているPN接合(不図示)が形成されている。また、光電変換部32には、バスバー電極38およびフィンガー電極39が設けられている。バスバー電極38およびフィンガー電極39は、例えば、銀等を含む導電性ペーストをスクリーン印刷して形成される。フィンガー電極39は、キャリアを収集する機能を有し、0.1〜0.2mm程度の幅で形成される。また、フィンガー電極39は、光電変換部32の一辺と平行におよそ2〜4mmの間隔で多数本形成される。また、バスバー電極38は、フィンガー電極39で収集されたキャリアを集電する機能を有し、フィンガー電極39と垂直に交わるように2〜3本程度形成される。また、バスバー電極38は、接続導体33と電気的に接続されるため、幅が1〜3mm程度で形成される。なお、バスバー電極38の表面は、その保護と接続導体33を取り付けやすくするために、ほぼ全面にわたりハンダをコーティングしてもよい。なお、バスバー電極38は、光電変換部32の非受光面側にも同様に形成されている。

0058

接続導体33は、隣り合う光電変換部32のバスバー電極38同士を電気的に接続し、複数の光電変換部32を直列に接続する機能を有する。具体的に、接続導体33は、一方の光電変換部32の受光面に形成されたバスバー電極38と、他方の光電変換部32の非受光面に形成されたバスバー電極38とを電気的に接続する。接続導体33は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属箔に、20〜70μm程度の厚みでハンダをコーティングしたものである。この接続導体33の幅は、ハンダ付け時に接続導体33自身により光電変換部32の受光面に影を作らないように、光電変換部32のバスバー電極38の幅と同じ、もしくはバスバー電極38の幅よりも小さくすればよい。接続導体33は、隣接する光電変換部32のバスバー電極38同士を電気的に接続できる長さを有していればよい。このとき、接続導体33は、光電変換部32のバスバー電極38のほぼ全てに重なるように接続されていてもよい。これにより、光電変換部32の抵抗が小さくなる。例えば、150mm角程度の多結晶シリコン基板を有する光電変換部32を使用する場合、接続導体33の幅は、1〜3mm程度、その長さは250〜300mm程度である。

0059

受光面側封止材34および非受光面側封止材35は、EVAやポリビニルブチラールPVB)から成り、Tダイと押し出し機により厚さ0.4〜1mm程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらは、ラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。なお、非受光面側封止材35は透明でなくてもよく、光電変換モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンまたは顔料等を含有させることによって白色等に着色させてもよい。

0060

裏面シート36は、光電変換部32等を外部から保護するとともに、外部から水分等の浸入を低減するものである。このような裏面シート36は、例えば、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト(PET)シート等が用いられる。そして、裏面シート36には、開口部36aが設けられている。

0061

配線導体37は、光電変換パネルPB内の光電変換部32に電気的に接続されており、図11および図12に示すように、裏面シート36の開口部36aから端子ボックスB2へ導出されている。この配線導体37は、上述した光電変換モジュールM1の配線導体11と同等のものを用いることができる。なお、光電変換モジュールM2に設けられた端子ボックスB2は、光電変換モジュールM1に設けられた端子ボックスB1と同様の構成を有している。

0062

次に、光電変換モジュールM2の製造方法の一例について説明する。まず、図14に示すように、光電変換部32を接続導体33で直列接続してマトリックス状に配置する。次いで、直列接続された光電変換部32のうち、その両端にある光電変換部32に配線導体37を接続する。

0063

次に、透光性基板31、受光面側封止材34、接続導体33で接続された複数の光電変換部32、非受光面側封止材35および裏面シート36を順次重ねて、積層体を形成する。このとき、予め非受光面側封止材35に形成された貫通孔と裏面シート36の開口部36aとから配線導体37の一端部を裏面シート36の裏面側に引き出す。次いで、上記積層体をラミネーター内に配置し、減圧下で加圧しながら、加熱して一体化する。このラミネート工程では、受光面側封止材34および非受光面側封止材35が軟化し、架橋する温度(例えば、120〜160℃程度)で、15〜60分程度保持することによって上記積層体が一体化している。

0064

次に、裏面シート36の裏面側へ取り出した配線導体37の端部を端子ボックスB2の内部に導出する。最後に、光電変換モジュールM1と同様の方法で端子ボックスB2を裏面シート36の上面(光電変換パネルPBの非受光面)に取り付ける。なお、光電変換モジュールM2では、光電変換パネルPBの破損を低減すべく、図14に示すように、光電変換パネルPBの周囲に枠部40を取り付けてもよい。

0065

このような光電変換モジュールM2は、光電変換モジュールM1と同様に、外部からの水分の浸入を低減して信頼性を向上させることができる。

0066

<変形例>
次に、本発明に係る光電変換モジュールの他の実施形態について図9を用いて説明する。図9に示された光電変換モジュールM3と上述した光電変換モジュールM1とでは、端子ボックスの構造が異なっている。具体的に、光電変換モジュールM3に設けられた端子ボックスB3は、端子ボックスB1と異なり、防湿板15が端子ボックスの底面部材と別体で設けられている。すなわち、端子ボックスB1では、該端子ボックスB1の底面部材を防湿板15としている。

0067

端子ボックスB3では、防湿板15が端子ボックスB3の底面部材と別体であるため、防湿板15の選定の自由が増す。すなわち、端子ボックスB3の防湿板15の材質は、端子ボックスB1の底面部材に利用される材料に限られない。それゆえ、端子ボックスB3の防湿板15では、端子ボックスB1で利用されやすい樹脂材料に比べて耐湿性および耐久性に優れたガラスまたは金属を利用しやすい。具体的に、防湿板15をガラスで形成する場合は、例えば、厚みが0.3〜1.0mm程度のソーダライムガラスを用いることができる。また、防湿板15を金属で形成する場合は、アルミニウムまたはステンレス等を用いることができる。このとき、上記した金属の板には、樹脂またはガラス等の絶縁材をコーティングしてもよい。これにより、防湿板15が絶縁性を有するようになる。このような防湿板15は、例えば、端子ボックスB3の底面部材に嵌め込むようにすればよい。一方で、防湿板15は、端子ボックスB3の底面部材にエポキシ系接着剤等で接着してもよい。

0068

また、端子ボックスB3は、端子ボックス内に充填するポッティング材についても端子ボックスB1と異なっている。具体的に、端子ボックスB3では、2種類のポッティング材(第1ポッティング材41および第2ポッティング材42)を用いている点で端子ボックスB1と相違する。

0069

第1ポッティング材41は、配線導体11、台座18およびターミナル19等を被覆するように配置されている。このような第1ポッティング材41は、耐湿性に優れた材料を用いるとよい。このような材料としては、例えば、ブチルゴムが挙げられる。

0070

第2ポッティング材42は、第1ポッティング材41上に配置されている。この第2ポッティング材42は、耐熱性に優れた材料を用いるとよい。このような材料としては、例えば、シリコーン樹脂が挙げられる。シリコーン樹脂は、50〜100℃程度の温度においても形状が変化しにくく、耐熱性に優れている。

0071

このように、2種類のポッティング材を用いた端子ボックスB3であれば、温度の高い環境下においても第1ポッティング材41の流動を低減することができる。これにより、高温下における光電変換モジュールM3の信頼性がより向上する。

0072

また、端子ボックスB3では、図15に示すように、枠体16の一部に脚部16aを設けてもよい。このような脚部16aを設ければ、光電変換パネルPAの非受光面2aと防湿板15の一主面との間に位置する充填材20の厚みをより大きくできる。これにより、水分の浸入をより低減することができる。この脚部16aの高さは、例えば、1〜5mm程度であればよい。また、この脚部16aは、例えば、射出成型等で枠体16と一体的に形成すればよい。

0073

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、薄膜系光電変換モジュールでは、半導体層およびバッファ層に代えてアモルファスシリコン層を用いてもよい。また、結晶系光電変換モジュールでは、結晶シリコンに代えて微結晶シリコンを用いてもよい。

0074

M1〜M3:光電変換モジュール
B1〜B3、B1a:端子ボックス
PA、PB:光電変換パネル
1、32:光電変換部
2:第1基板
2a:非受光面
2b:凸部
3:裏面電極
4:半導体層
5:バッファ層
6:透光性導電層
7:集電電極
8:出力取り出し部
9:第2基板
11、37:配線導体
11a:凸部
12:第1封止材
13:第2封止材
14:開口部
15:防湿板
15a:貫通孔
15b:凸部
16:枠体
16a:脚部
17:蓋体
18:台座
19:ターミナル
20:充填材
21:ケーブル
22a、22b:ネジ
23:パッキン
31:透光性基板
33:接続導体
34:受光面側封止材
35:非受光面側封止材
36:裏面シート
38:バスバー電極
39:フィンガー電極
40:枠部
41:第1ポッティング材
42:第2ポッティング材

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