JPH06318728A

JPH06318728A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH06318728A
Application number: JP5107048A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kataoka; 一郎片岡; Seiki Itoyama; 誠紀糸山; Takahiro Mori; 隆弘森; Satoshi Yamada; 聡山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-15
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JP3267738B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高湿度環境下でも光電変換機能の低下が少な
くて安定した性能を発揮するとともに、受光表面の耐擦
傷性に優れた太陽電池モジュールを提供する。【構成】光起電力素子１０３の受光面側が透明な有機
高分子層１０２とフッ化物重合体層１０７で順次覆われ
ている。有機高分子層１０２中には、透明無機絶縁体薄
膜１０５を表面に形成した高分子フィルム１０４からな
る透明防湿フィルムが挿入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュールに
関し、特に導電性基体上に光変換部材としての半導体光
活性層と透明導電層が形成された光起電力素子から構成
される太陽電池モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まりが
世界的に広がりを見せている。特に、ＣＯ₂排出に伴う
地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻であり、環境汚
染がなくクリーンなエネルギーへの希求はますます強ま
っている。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱い
やすさから、クリーンなエネルギー源としての期待が高
い。

【０００３】太陽電池には様々な形態があり、その代表
的なものとして、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコ
ン太陽電池、アモルファスシリコン系太陽電池、銅イン
ジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池等が
知られている。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、
アモルファスシリコン系太陽電池、並びに化合物半導体
太陽電池は、比較的低コストであり、また大面積化が可
能であるため、各方面で活発に研究開発が進められてい
る。

【０００４】またこれらの太陽電池の中でも、導体金属
基板上にシリコンを堆積し、更にその上に透明導電層を
形成した、アモルファスシリコン系太陽電池を代表とす
る薄膜太陽電池は、軽量であり、また耐衝撃性やフレキ
シブル性に富んでいるので、太陽電池における将来のモ
ジュール形態として有望視されている。

【０００５】ところが上記の薄膜太陽電池では、ガラス
基板上にシリコンを堆積する場合と異なり、光入射側表
面を透明な被覆材で覆って太陽電池を保護する必要があ
る。この表面被覆材としては、従来は例えば、最表面に
フッ素樹脂フィルムやフッ素樹脂塗料等の透明なフッ化
物重合体薄膜を、またその内側には種々の熱可塑性透明
有機樹脂をそれぞれ配した構成が採られている。このう
ちフッ化物重合体薄膜を用いるのは、これが耐候性・撥
水性に富んでおり、劣化・汚れによる光透過率の減少に
起因する太陽電池モジュールの変換効率の低下を少なく
抑えることができるためである。また熱可塑性透明樹脂
は安価であり、内部の光起電力素子（太陽電池）を保護
するために大量に用いることができる。

【０００６】このような太陽電池モジュールの従来例を
図６に示した。この太陽電池モジュールは、フッ化物重
合体薄膜層６０１、熱可塑性透明有機樹脂６０２、光起
電力素子６０３、絶縁体層６０４から構成されるもので
ある。この例では光起電力素子６０３の外周に熱可塑性
透明有機樹脂６０２を配して、受光面の有機樹脂と同じ
ものを裏面にも用いた構造としている。フッ化物重合体
薄膜層６０１には、より具体的には、ＥＴＦＥ（エチレ
ン−テトラフルオロエチレン共重合体）フィルム、ＰＶ
Ｆ（ポリフッ化ビニル）フィルム等のフッ素樹脂フィル
ムが用いられる。また熱可塑性透明有機樹脂６０２に
は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ブチラ
ール樹脂等が用いられる。更に絶縁体層６０４には、ナ
イロンフィルム、アルミラミネートテドラーフィルムを
はじめとする種々の有機樹脂フィルムが用いられる。こ
の従来例において熱可塑性透明有機樹脂６０２は、光起
電力素子６０３とフッ化物重合体薄膜層６０１及び絶縁
体層６０４との接着剤としての役割の他、外部からの引
っかきや衝撃等から太陽電池を保護する充填材の役割も
果たしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光起電力素子は、湿度の影響を受け易く、このため高
湿度使用下における太陽電池モジュールの光電変換機能
の低下は深刻な問題であった。これは、光起電力素子自
体の劣化の他、モジュールに用いられる集電電極からの
金属イオンの溶出と移動による素子の短絡電流の増加が
主因と考えられており、このような機能低下を防止する
ための技術が種々提案されている。

【０００８】そのうち、光起電力素子をガラスにより被
覆する構成、即ちガラスによって光起電力素子である太
陽電池を封止する構造が最も優れた方法であり、従来よ
り数多く行われているものの、フレキシブル性、耐衝撃
性、軽量化、低コスト化の点で問題がある。また上記し
た図６のような構成は、このような問題がないものの、
フッ化物重合体薄膜の防湿性が乏しく、更に内側の有機
樹脂の吸水性と相まって、光起電力素子の湿度による劣
化を防止することができない。

【０００９】また特開昭５９−７３９４２号公報と特開
昭６０−１７０９８０号公報には、接着剤層と接する面
を高周波スパッタエッチング処理したフッ素樹脂フィル
ムや三フッ化塩化エチレン樹脂フィルムと接着剤によっ
て太陽電池を被覆する方法が提案されている。ところが
低透湿率の三フッ化塩化エチレン樹脂フィルムといえど
も有機高分子材料に変わりはなく、このため高温高湿下
では水蒸気の透過は避け難く、厳しい条件下での加速耐
湿試験では水蒸気の侵入により太陽電池モジュールの光
電変換機能の低下が観測されることがあった。

【００１０】一方、太陽電池モジュールの最表面に形成
されるフッ化物重合体薄膜は、通常その厚さは３０〜１
００μｍと薄く、また表面の硬度が小さい。よってフッ
化物重合体薄膜は、外部から加えられる破壊要因、特に
引っかきに対して弱く、容易に穴があく。またフッ化物
重合体薄膜の下に設けられる熱可塑性透明有機樹脂も硬
度が小さい。このため、外部からの破壊要因による損傷
が内部の光起電力素子に及び易い。このため樹脂層の厚
くする必要があるが、これによりモジュールの重量増加
を招く。また樹脂としては可燃性の樹脂が多量に用いら
れるため、難燃性が要求される建材に太陽電池モジュー
ルを共用する場合での適用が困難であった。

【００１１】この欠点を解決するために、光起電力素子
の表面に無機酸化物層を形成し、更にその上をフッ素樹
脂層で覆う方法が提案されていた。しかしながら、素子
表面の微細なテクスチャー、集電電極、個々の太陽電池
ユニットを直列及び／または並列化するための接続部
分、集電電極からの電流をさらに集める集電ワイヤー等
の凹凸のある光起電力素子に、塗料の塗布や蒸着等によ
って無機酸化物層を均一に形成することは困難である。
このため、無機酸化物層の局所的な薄膜部分に発生し易
いピンホール等からの水蒸気の侵入の恐れがあった。ま
た無機酸化物は素子表面との密着力に乏しく、素子基板
の曲げによりクラックや剥離が発生し易かった。更に、
このように無機酸化物層の薄膜一層を光起電力素子上に
設ける方法では、充分な防湿性や耐擦傷性を確保するこ
とが難しく、これを解決するために厚膜化した場合に
は、無機物の脆弱性や光起電力素子との熱膨張係数の違
いを原因とするクラックや剥離を生じ易くなる。また生
産性の面から見れば、塗料の塗布あるいはスパッタ・蒸
着により無機酸化物層を光起電力素子表面に形成する方
法は、工程が煩雑で、多くのタクトタイムを費やすた
め、生産性の低下や生産コストの増大につながる可能性
があった。

【００１２】本発明は、高湿度環境下でも光電変換機能
の低下が少なくて長期的に安定した性能を発揮するとと
もに、受光表面の耐擦傷性に優れ、また生産性の高い太
陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく、鋭意研究開発を重ねた結果、光起電力素子
の受光面側の有機高分子層中に透明無機絶縁体薄膜を表
面に形成した高分子フィルムを挿入することで、外部か
らの太陽電池モジュールヘの透湿を抑え高湿度環境下で
の光電変換機能の低下を低減できるとともに、モジュー
ル受光表面の耐擦傷性を充分に確保できることを見出だ
した。

【００１４】即ち本発明の太陽電池モジュールは、光起
電力素子の受光面側が透明有機高分子層とフッ化物重合
体層で順次覆われている太陽電池モジュールにおいて、
前記透明有機高分子層内に、透明無機絶縁体薄膜を表面
に形成した高分子フィルムを少なくとも一枚挿入したこ
とを特徴とする。

【００１５】

【作用】光起電力素子の受光面側が透明な有機高分子層
とフッ化物重合体層で順次覆われた太陽電池モジュール
において、有機高分子層中に上記のように透明無機絶縁
体薄膜を表面に形成した高分子フィルム（透明防湿フィ
ルム）を挿入することによって、従来問題となっていた
湿度による太陽電池モジュールの性能低下を大幅に抑制
できる。

【００１６】尚、透明無機絶縁体薄膜を高分子フィルム
上に形成することで、従来のように光起電力素子上に直
接形成する場合に比べて、ピンホール発生が極めて少な
く且つ均一な被覆が可能となる。また透明無機絶縁体薄
膜を構成する金属酸化物と高分子フィルムとの間の密着
力は容易に高めることができるため、従来のように光起
電力素子の表面に形成する場合のようなクラックや剥離
の発生をおさえることができる。

【００１７】また有機高分子層に設けられた上記透明防
湿フィルムは、引っかき等から光起電力素子の損傷を防
ぐ機械的な保護膜の役目も果たすため、太陽電池モジュ
ールの耐擦傷性の向上も図れる。

【００１８】そして、必要に応じて上記の透明防湿フィ
ルムを複数枚有機高分子層内に設けることで、防湿性や
耐擦傷性を容易に向上できる。またこの場合、予め透明
防湿フィルムを用意しておけば現状の真空ラミネーター
による太陽電池モジュールの製造プロセスをほとんど変
更する必要がない。更に、ロールラミネーター等種々の
ラミネートプロセスヘの導入も容易に実現できる。この
ため、従来より行われていた光起電力素子表面への無機
質層形成による方法に比べて、生産性の面からみても有
利である。（実施態様例）以下、本発明の太陽電池モジュールの実
施態様例の構成を説明する。

【００１９】図１に本発明の太陽電池モジュールの実施
態様例の一例を示した。この太陽電池モジュールは、絶
縁性の裏面材１０１、光起電力素子１０３、透明な有機
高分子層１０２、フッ化物重合体フィルム１０７、高分
子フィルム１０４、透明無機絶縁体薄膜１０５から作ら
れる。透明無機絶縁体薄膜１０５は高分子フィルム１０
４の表面に形成され、これらによって透明防湿フィルム
１０６が構成される。

【００２０】光起電力素子１０３の裏面側には、接着剤
を兼ねる有機高分子層１０２を介して、絶縁性の裏面材
１０１が貼り付けられている。また光起電力素子１０３
の受光面側にはフッ化物重合体フィルム１０７が透明有
機高分子層１０２によって接着される。これにより、２
つの有機高分子層１０２の間に、高分子フィルム１０４
の表面に透明無機絶縁体薄膜１０５を形成してなる透明
防湿フィルム１０６が挟持されている。

【００２１】透明防湿フィルム１０６は、高分子フィル
ム１０４の少なくとも一方の面に透明無機絶縁体をコー
ティングすることによって形成される。コーティングの
方法としては、塗料の塗布によるか、塗料の高分子フィ
ルムヘの濡れ性が悪い場合はプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法ある
いはスパッタ法による。

【００２２】次に透明無機絶縁体薄膜１０５の形成方法
について以下に述ベる。無機絶縁体の形成を塗料の塗布
で行う場合、例えば化１に示すような化学構造を有する
金属アルコキシド化合物を主成分として含む塗料の塗布
がある。

【００２３】

【化１】上記の金属アルコキシド化合物は、触媒の作用によって
脱アルコール・脱水反応を経て重合し、加熱して溶媒を
蒸発させることにより金属酸化物からなる無機質の塗膜
を形成する。金属アルコキシド化合物の具体例として、
アルコキシシラン、アルコキシチタン、アルコキシアル
ミニウム、アルコキシマグネシウム、アルコキシジルコ
ニウム、あるいはこれらの分子が数個から数十個重合し
たもの等がある。またこの他にも金属アセチルアセトナ
ートやシラノール化合物を主成分とする塗料によっても
同様な皮膜を形成できる。この時、透明無機絶縁体薄膜
１０５の厚さは曲げ応力や温度変化でクラック、剥離等
を生じにくくするため薄い方が良く、具体的には１０μ
ｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることが
より好ましい。

【００２４】また無機絶縁体のコーティングをスパッタ
法で行う場合、金属酸化物のターゲットを用いてスパッ
タ蒸着して、あるいは金属酸化物を構成する金属をター
ゲットにして反応性ガスの雰囲気下でスパッタして、高
分子フィルム上に無機絶縁体薄膜を形成する。スパッタ
リングは通常アルゴン雰囲気下で行い、反応性ガスとし
て酸素ガス等をアルゴンガスに添加して行う。

【００２５】プラズマＣＶＤ法で無機絶縁体をコーティ
ングするには、金属酸化物を構成する金属元素を含む原
料ガスと酸素原子を含む原料ガスを混合して、ＲＦ（Ｒ
ａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）波あるいはマイクロ波
のような高周波放電でプラズマ化して、高分子フィルム
１０４上に透明無機絶縁体薄膜１０５を形成する。

【００２６】透明無機絶縁体薄膜１０５は、高分子フィ
ルム１０４上に形成された際に、高分子フィルム１０４
と併せた水蒸気透過率が４０℃，９０％ＲＨの環境下に
おいて１０ｇ／ｍ²・２４ｈｒ以下であることが好まし
く、１．０ｇ／ｍ²・２４ｈｒ以下であることがより好
ましい。また、光透過率は４００ｎｍから８００ｎｍの
波長領域で９０％以上であることが望ましい。

【００２７】一方、透明無機絶縁体薄膜層１０５にピン
ホールが存在するとその部分から水蒸気が浸入し光起電
力素子の劣化の原因となるので、ピンホールの発生を極
力抑える薄膜形成プロセスを用いることが重要である。
このため、例えばスパッタ法や蒸着法の場合は、純度の
高いターゲット材・原料ガスと平滑度の高い高分子フィ
ルムを用いることが挙げられる。また塗料の塗布の場合
は、繰り返し塗布等が挙げられる。透明無機絶縁体の具
体的な材料としては、酸化珪素、アルミナ、酸化チタ
ン、酸化マグネシウム及び酸化ジルコニアから選択され
る少なくとも一種類以上を含むものが使用される。

【００２８】高分子フィルム１０４は、上記に挙げた種
々の薄膜形成法、即ち、塗料の塗布、スパッタ法、プラ
ズマＣＶＤ法による無機質薄膜形成に十分耐え得る耐熱
性、耐薬品性を備えていることが必要である。また、表
面樹脂層を通してとはいえども太陽光に直接晒されるこ
とを考慮して、ある程度の耐候性（耐光性）を有してい
ることが望ましい。更に、無機物と有機樹脂の双方への
密着力が良好で、耐擦傷性を向上させるために、厚さ２
０μｍ以上の硬質フィルムであることがより望ましい。
このような目的にかなう高分子フィルムの原料樹脂とし
ては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ナイロ
ン、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレン、ア
セテート樹脂、フッ素樹脂等がある。また、金属酸化物
をコーティングする面をコロナ放電やプライマー等で予
め処理しておき、金属酸化物とフィルムとの密着性を高
めることもできる。

【００２９】本実施態様例では上記方法で作られた透明
防湿フィルム１０６を１枚挿入しただけであるが、必要
に応じて複数枚挿入することも可能である。この際、透
明防湿フィルムは一層より二層、二層より三層の方が防
湿および耐スクラッチ効果（耐擦傷効果）が高くなる
が、光の透過率を抑制しない範囲で決定する。透明無機
絶縁体薄膜１０５は、高分子フィルムの受光面側に形成
されている方が金属酸化物の紫外線吸収効果によりフィ
ルムの光劣化が抑えられるため望ましいが、逆側であっ
ても構わない。また、フィルムの両面に透明無機絶縁体
薄膜１０５を形成することももちろん可能である。更
に、無機物層（透明無機絶縁体薄膜１０５）と有機高分
子層１０２との接着性を向上させるため、防湿フィルム
１０６の表面をシランカップリング剤、有機チタネート
化合物等の有機金属化合物で処理してもよい。

【００３０】フッ化物重合体フィルム１０７としては、
例えばＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合
体）、ＰＣＴＦＥ（三フッ化塩化エチレン樹脂）、ＰＦ
Ａ（四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ
化プロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン
樹脂）、ＰＶＦ（フッ化ビニル樹脂）等が挙げられる。
尚、有機高分子層１０２と接する面を予めコロナ放電等
で処理しておき、有機高分子層との接着性を高めること
もしばしば行われる。

【００３１】有機高分子層１０２は、フッ化物重合体フ
ィルム１０７、透明防湿フィルム１０６及び裏面材１０
１を光起電力素子１０３に接着するとともに、外部から
の衝撃や引っかきから光起電力素子１０３を保護する充
填剤としての役目をはたしている。有機高分子層１０２
の材料としては、例えばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル
共重合体）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、シリコ
ーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ア
クリル樹脂等の透明な樹脂を主成分とする接着剤が用い
られる。これらの樹脂には耐熱性を高めるための架橋剤
や熱酸化防止剤、光劣化を抑えるために紫外線吸収剤や
光酸化防止剤を添加することが望ましい。また、透明防
湿フィルム１０６上の透明無機絶縁体薄膜１０５との密
着性を十分にするために、樹脂中に予めシランカップリ
ング剤や有機チタネート化合物を添加しておくことも行
われる。

【００３２】更に、太陽電池に到達する光量の減少をな
るべく抑えるために、有機高分子層１０２を構成する透
明有機高分子の光透過率は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ
以下の可視光領域において８０％以上であることが望ま
しい。また大気からの光の入射を容易にするために、屈
折率が１．１〜２．０であることが好ましく、１．１〜
１．６であることがより好ましい。

【００３３】図１の太陽電池モジュールの作製方法とし
ては、真空ラミネーターによるラミネーションが一般的
である。即ち、透明な有機高分子樹脂をシート状に成型
したものを接着シートとして用い、裏面材１０１／接着
シート／光起電力素子１０３／接着シート／透明防湿フ
ィルム１０６／接着シート／フッ化物重合体フィルム１
０７の順に重ねたものを、減圧下で１ｋｇ／ｃｍ²程度
の圧力を加えながら所定時間加熱し、ラミネートモジュ
ールを得る。

【００３４】絶縁性の裏面材１０１としては、例えば、
種々の絶縁性樹脂、セラミックス、ガラス、絶縁被覆し
た金属基板、アルミラミネートフィルム、ガラス繊維強
化プラスチック（ＦＲＰ）等が用いられる。

【００３５】本発明に於ける光起電力素子は、少なくと
も導電性基体上に、光変換部材としての半導体光活性層
が形成されたものである。その一例としての概略構成図
を図２に示した。この光起電力素子は、導電性基体２０
１、裏面反射層２０２、半導体光活性層２０３、透明導
電層２０４、集電電極２０５、出力端子２０６、導電性
接着剤２０７、絶縁体２０８から構成される。

【００３６】導電性基体２０１は、光起電力素子の基体
になると同時に、下部電極の役割も果たす。材料として
は、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、
ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシー
ト、鉛メッキ鋼板等、導電層が形成してある樹脂フィル
ムやセラミックス等がある。

【００３７】導電性基体２０１上には、裏面反射層２０
２として、金属層、あるいは金属酸化物層、あるいは金
属層と金属酸化物層を形成しても良い。金属層には、例
えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ等が用
いられ、金属酸化物層には、例えば、ＺｎＯ，Ｔｉ
Ｏ₂，ＳｎＯ₂等が用いられる。金属層及び金属酸化物
層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、スパッタリング法等がある。

【００３８】半導体光活性層２０３は、光電変換を行う
部分で、具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結晶シリ
コン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン系、あるいは
ＣｕＩｎＳｅ₂，ＣｕＩｎＳ₂，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃ
ｕ₂Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴｅ
／Ｃｕ₂Ｔｅをはじめとする化合物半導体等が挙げられ
る。この半導体光活性層２０３の形成方法としては、多
結晶シリコンの場合は溶融シリコンのシート化または非
晶質シリコンの熱処理、アモルファスシリコン系の場合
はシランガス等を原料とするプラズマＣＶＤ法、化合物
半導体の場合はイオンプレーティング、イオンビームデ
ポジション、真空蒸着法、スパッタ法、電析法等が挙げ
られる。

【００３９】透明導電層２０４は太陽電池の上部電極の
役目を果たしている。透明導電層２０４に用いられる材
料としては、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ
₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），ＺｎＯ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂Ｓ
ｎＯ₄等、高濃度不純物ドープした結晶性半導体層等が
ある。形成方法としては抵抗加熱蒸着、スパッタ法、ス
プレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法等がある。

【００４０】透明導電層２０４の上には、電流を効率よ
く集電するために、格子状の集電電極（グリッド）２０
５を設けてもよい。集電電極２０５の具体的な材料とし
ては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，あるいは銀ペーストをはじめとする導
電性ペースト等が挙げられる。集電電極２０５の形成方
法としては、マスクパターンを用いたスパッタリング、
抵抗加熱、ＣＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着した後で不
必要な部分をエッチングで取り除きパターニングする方
法、光ＣＶＤにより直接グリッド電極パターンを形成す
る方法、グリッド電極パターンのネガパターンのマスク
を形成した後にメッキする方法、導電性ペーストを印刷
する方法等がある。導電性ペーストは、通常微粉末状の
銀、金、銅、ニッケル、カーボン等をバインダーポリマ
ーに分散させたものが用いられる。バインダーポリマー
としては、例えば、ポリエステル、エポキシ、アクリ
ル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタ
ン、フェノール等の樹脂が挙げられる。

【００４１】最後に起電力を取り出すために、出力端子
２０６を導電性基体２０１と集電電極２０５に取り付け
る。導電性基体２０１へは、銅タブ等の金属体をスポッ
ト溶接や半田で接合する方法が取られる。また集電電極
２０５へは、金属体を導電性接着剤や半田によって電気
的に接続する方法が取られる。尚、出力端子２０６を集
電電極２０５に取り付ける際、出力端子２０６が導電性
基体２０１や半導体光活性層２０３と接触して短絡する
のを防ぐために、絶縁体層２０８を設けることが望まし
い。

【００４２】上記のようにして作製した光起電力素子
は、所望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接
続される。また、絶縁化した基板上に光起電力素子を集
積化して所望の電圧あるいは電流を得ることもできる。

【００４３】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。（実施例１）（光起電力素子）アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太
陽電池（光起電力素子）を製作した。作製手順を図２を
用いて説明する。即ち、洗浄したステンレス基板２０１
上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜
厚５０００Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形
成する。次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄と
ＰＨ₃とＨ₂の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ
₄とＨ₂の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、またＳｉＨ
₄とＢＦ₃とＨ₂の混合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ
層をそれぞれ形成し、ｎ層膜厚１５０Å／ｉ層膜厚４０
００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜
厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成のタンデム型ａ
−Ｓｉ光電変換半導体層２０３を形成した。

【００４４】次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ₂Ｏ
₃薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ₂雰囲気下でＩｎを抵抗
加熱法で蒸着することで形成した。更に、集電用のグリ
ッド電極２０５を銀ペーストのスクリーン印刷により形
成した。最後に、マイナス側端子として銅タブをステン
レス基板２０１にステンレス半田を用いて取り付け、ま
たプラス側端子として錫箔のテープを銀ペーストにして
集電電極に取り付けて出力端子２０６とし、光起電力素
子を得た。

【００４５】（透明防湿フィルム）図４の構成のＲＦプ
ラズマＣＶＤ装置（マグネトロンスパッタ装置）を用い
て厚さ２５μｍのＰＥＴフィルム４０１（東レ製、商品
名「ルミラー」）上に酸化珪素薄膜を形成した。ターゲ
ット材４０６には、二酸化珪素を用いた。

【００４６】具体的にはまず、ＰＥＴフィルム４０１を
１８０℃に加熱し、１０^-6Ｔｏｒｒの真空度まで排気し
た後、ガス導入管４０８からそれぞれアルゴンガス６ｓ
ｃｃｍ、酸素ガス２ｓｃｃｍ、水素ガス１ｓｃｃｍの流
量で流し、スパッタ処理室（プラズマ処理室）４０７内
の圧力を５ｍＴｏｒｒに調節した。次いで１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源４０９から２００Ｗを供給して、巻き
出しロール４０３から巻き出されるＰＥＴフィルム４０
１上に連続的に厚さ０．１μｍの酸化珪素の薄膜を形成
し、得られた透明無機絶縁体薄膜形成後のＰＥＴフィル
ム４０２を、巻き取りロール４０４に巻取った。尚、こ
の装置にはその他、アノード（アース）電極兼ヒータ４
０５やカソード電極（ターゲット）４０６が設けられて
いる。

【００４７】（太陽電池モジュール）太陽電池モジュー
ルの作製方法を図１を用いて説明する。直並列接続して
所望の出力を取り出せるようにした光起電力素子を図１
の構成でラミネートした。裏面材１０１としてはアルミ
ラミネートテドラーフィルムを用いた。また有機高分子
１０２としては、架橋剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤を
予め添加して成型したシート状ＥＶＡ（モーベイ社製、
厚さ４６０μｍ）を用いた。更に透明防湿フィルム１０
６としては上記のＰＥＴフィルムを、フッ化物重合体フ
ィルム１０７としては有機高分子との接着面をコロナ放
電処理したＥＴＦＥフィルム（デュポン製、商品名テフ
ゼルＴ２フィルム、一軸延伸、厚さ３８μｍ）を、それ
ぞれ用いた。

【００４８】これら各構成材のラミネート処理は、真空
ラミネーターで１Ｔｏｒｒ程度に排気して大気圧をか
け、１５０℃で３０分間加熱することによって行った。
出力端子はあらかじめ被覆材の端面よりはみ出させてお
いてラミネートすることにより外部に取りだした。

【００４９】（評価方法）上記方法にて作製した太陽電
池モジュールについて以下の項目について評価を行っ
た。またこれら項目について行った評価結果について表
１に示す。

【００５０】（１）温湿度サイクル −４０℃／１時間、８５℃／８５％ＲＨ／４時間の温湿
度サイクル試験を２０サイクル行い、試験後の太陽電池
モジュールの外観を観察した。

【００５１】（２）耐湿度ソーラーシミュレーターで受光面に１００ｍＷ／ｃｍ²
の疑似太陽光を照射しながら８５℃／８５％ＲＨの雰囲
気中に太陽電池モジュールを２４時間置き、試験前後の
太陽電池モジュールのＡＭｌ．５、１００ｍＷ／ｃｍ²
の光照射下での変換効率を測定し、１０サンプルの太陽
電池モジュールにおける平均の変換効率の相対低下率を
求めた。

【００５２】（３）耐擦傷性図３のように、厚さ１ｍｍのカーボンスチール製鋸刃３
０２の直角部に３ポンドの荷重をかけ、太陽電池モジュ
ール受光表面３０１を引っかき、光起電力素子に損傷が
ないかを評価した。

【００５３】（実施例２）（光起電力素子）実施例１と同様にして光起電力素子を
作製した。

【００５４】（透明防湿フィルム）図５に示した構成の
マイクロ波放電プラズマＣＶＤ装置を用いて両面コロナ
放電処理した厚さ６４μｍのＥＴＦＥフィルム５０１
（デュポン製、商品名テフゼルＴ２フィルム、一軸延
伸）上に、アルミナ薄膜を形成した。

【００５５】まずＥＴＦＥフイルムを２００℃に加熱
し、１０^-6Ｔｏｒｒの真空度まで排気した後、ガス導入
管５０９からアルゴンガス１００ｓｃｃｍでＡｌ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₃をバブリングしたガスと酸素ガス３００ｓｃ
ｃｍを導入し、堆積室５０６の内圧を０．１Ｔｏｒｒに
保った。次いで、マイクロ波電源５１１からマイクロ波
導波管５１０と導入窓５０８を通して３００Ｗのマイク
ロ波を導入して放電させてプラズマ５０７を発生させ、
巻き出しロール５０３から巻き出されるＥＴＦＥフィル
ム５０１上に連続的にマイクロ波プラズマＣＶＤで厚さ
０．２μｍのアルミナ薄膜を形成し、得られた透明無機
絶縁体薄膜形成後のＥＴＦＥフィルム５０２を巻き取り
ロール５０４に巻取った。尚、この装置にはその他、ア
ース電極兼ヒータ５０５が設けられている。

【００５６】（太陽電池モジュール）実施例１において
透明防湿フィルムを上記ＥＴＦＥフィルムにかえた。ま
た、真空ラミネーターの代わりにロールラミネーターを
用いた。即ち、被覆材構成の順に重ねられたアルミラミ
ネートテドラーフィルムからなる裏面材１０１、シート
状ＥＶＡ（モーベイ社製、厚さ４６０μｍ）からなる有
機高分子層ｌ０２、透明防湿フィルム１０６、ＥＴＦＥ
フィルム（デュポン製、商品名テフゼルＴ２フィルム、
一軸延伸、厚さ３８μｍ）からなるフッ化重合体フィル
ム１０７を連続的に供給し、これらフィルム重畳体の間
に光起電力素子を挿入し、ヒートロールで上下から加熱
してＥＶＡを溶融させ、連続する被覆材中に複数個の光
起電力素子がラミネートされたものを作製した。そして
被覆材を切断することにより個々の光起電力素子に分離
した。その後、１５０℃の雰囲気下で３０分加熱してＥ
ＶＡを架橋させて、太陽電池モジュールを得た。

【００５７】（評価方法）実施例１と同様に評価を行
い、表１に結果を示した。

【００５８】（実施例３）（光起電力素子）実施例１と同様にして光起電力素子を
作製した。

【００５９】（透明防湿フィルム）両面コロナ放電処理
した厚さ７５μｍのナイロンフイルム（デュポン製、商
品名ダーテック）にアルコキシアルミニウムとアルコキ
シシランを主成分とする金属アルコキシド系塗料（日板
研究所製、商品名セラミカＧ９２−２）を浸漬法にて塗
布・硬化（１５０℃、２０分）し、両面に厚さ５μｍの
アルミナと酸化珪素の混合物の薄膜を形成した。

【００６０】（太陽電池モジュール）実施例１において
透明防湿フィルムを上記ナイロンフィルムにかえ、裏面
材を絶縁塗装を施した亜鉛メッキ鋼板にかえた以外は同
様にして太陽電池モジュールを作製した。

【００６１】（評価方法）実施例１と同様に評価を行
い、表１に結果を示した。

【００６２】一方、本発明の実施例の効果を明確にする
ため、以下のような太陽電池モジュールを作製して実施
例と比較した。これら比較例の評価は実施例と同じ方法
で行い、またその結果を表１に示した。

【００６３】（比較例１）実施例１において酸化珪素薄
膜を形成していないＰＥＴフィルムを用いた他は実施例
１と同様にして、太陽電池モジュールを作製した。

【００６４】（比較例２）実施例２においてアルミナ薄
膜を形成していないＥＴＦＥフィルムを用いた他は実施
例２と同様にして、太陽電池モジュールを作製した。

【００６５】（比較例３）実施例３において塗料を塗布
していないナイロンフィルムを用いた他は実施例３と同
様にして、太陽電池モジュールを作製した。

【００６６】（比較例４）実施例１においてＰＥＴフィ
ルムを挿入しない他は同様にして、太陽電池モジュール
を作製した。

【００６７】（比較例５）（光起電力素子）実施例１と同様にして光起電力素子を
作製した。

【００６８】（太陽電池モジュール）上記作製した光起
電力素子を所望の出力が得られるように直並列接続した
後、裏面にエポキシ樹脂一液硬化型接着剤（横浜ゴム
製、商品名ハマタイトＹ３８００）を塗布し、また裏面
材として絶縁塗装したガルバリウム鋼板（０．３ｍｍ
厚）を接着した。次に出力端子と鋼板裏面をテープによ
りマスクし、光起電力素子の受光面側にアルコキシシラ
ンを主成分とする金属アルコキシド系塗料（日板研究所
製、商品名セラミカＧ９０）を浸漬法にて塗布・硬化
（１２０℃、３０分）し、厚さ１０μｍの酸化珪素層を
形成した。この上にシランカップリング剤（東レ・ダウ
コーニング社製、品番ＳＺ６０３０）を０．３重量部添
加したフッ素樹脂塗料（日本油脂製、商品名べルフロ
ン）をエアスプレーにて塗布して厚さ８０μｍのフッ素
樹脂層を形成し、出力端子と鋼板裏面のマスクテープを
取り去り、太陽電池モジュールを得た。

【００６９】表１から明らかな通り、高分子フィルムに
透明無機絶縁体薄膜を形成したものを防湿層として用い
た実施例の太陽電池モジュールでは、高湿度環境下にお
ける促進劣化試験による光電変換機能の低下を著しく抑
制できた。

【００７０】また実施例ｌと比較例４から、透明防湿フ
ィルムがモジュール表面の耐擦傷性の向上につながるこ
ともわかった。

【００７１】更に実施例１〜３と比較例５から、透明無
機絶縁体薄膜を形成した高分子フィルムを防湿層として
用いることにより、光起電力素子上に直接金属酸化物層
を形成する場合に比ベて、曲げや温度変化による金属酸
化物層のクラックや剥離の発生を抑えることができた。

【００７２】また実施例２のように、透明無機絶縁体薄
膜を表面に形成したフィルムを連続的に供給してロール
ラミネートを行うことにより、極めて容易にまた迅速に
被覆材中に無機絶縁体層を形成することができた。

【００７３】尚、本発明に係わる太陽電池モジュールの
表面被覆方法は以上の実施例に限定されるものではな
く、その要旨の範囲内で種々変更することができる。

【表１】太陽電池モジュールの評価結
果耐湿度試験後の前後での変換効率の相対低下率

【００７４】

【発明の効果】本発明では、光起電力素子の受光面側が
透明有機高分子層とフッ化物重合体層で順次覆われてい
る太陽電池モジュールにおいて、透明有機高分子層内
に、透明無機絶縁体薄膜を表面に形成した高分子フィル
ム（透明防湿フィルム）を少なくとも一枚挿入した構成
としたので、防湿性に優れ、高湿度環境下でも機能低下
が少なく、長期的に安定した性能を有する太陽電池モジ
ュールを提供できる。

【００７５】また有機高分子層に設けた上記透明防湿フ
ィルムによって引っかき等から光起電力素子の損傷を防
止することができるため、太陽電池モジュールの耐擦傷
性の向上も図れる。

【００７６】更に、本発明の太陽電池モジュールは、上
記の透明防湿フィルムを用意するだけで現状の太陽電池
モジュールの製造プロセスを変更することなく製造でき
るため、その生産が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの概略を示し
た断面図である。

【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する光起電力
素子の基本構成を示した断面図である。

【図３】実施例で用いた太陽電池モジュールの耐擦傷性
試験の説明図である。

【図４】実施例においてＰＥＴフィルムに透明無機絶縁
体薄膜を形成するためのＲＦプラズマＣＶＤ装置の説明
図である。

【図５】実施例においてＥＴＦＥフィルムに透明無機絶
縁体薄膜を形成するためのマイクロ波放電プラズマＣＶ
Ｄ装置の説明図である。

【図６】従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０１裏面材、１０２有機高分子層、１０３光起電力素子、１０４高分子フィルム、１０５透明無機絶縁体薄膜、１０６透明防湿フィルム、１０７フッ化物重合体フィルム、２０１導電性基体、２０２裏面反射層、２０３半導体光活性層、２０４透明導電層、２０５集電電極、２０６出力端子、２０７導電性接着剤、２０８絶縁体、３０１太陽電池モジュール受光表面、３０２カーボンスチール製鋸刃、４０１ＰＥＴフィルム、４０３、５０３巻き出しロール、４０４、５０４巻き取りロール、４０８ガス導入管、４０９高周波電源、５０１ＥＴＦＥフィルム、５０９ガス導入管、５１０マイクロ波導波管、５１１マイクロ波電源、６０１フッ化物重合体薄膜層、６０２熱可塑性透明有機樹脂、６０３光起電力素子、６０４絶縁体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田聡東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力素子の受光面側が透明有機高分
子層とフッ化物重合体層で順次覆われている太陽電池モ
ジュールにおいて、前記透明有機高分子層内に、透明無
機絶縁体薄膜を表面に形成した高分子フィルムを少なく
とも一枚挿入したことを特徴とする太陽電池モジュー
ル。
【請求項２】前記透明無機絶縁体薄膜の厚さが１０μ
ｍ以下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。
【請求項３】前記透明無機絶縁体薄膜が、酸化珪素、
アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム及び酸化ジル
コニアから選択される少なくとも一種類以上の金属酸化
物を含むことを特徴とする請求項１または２記載の太陽
電池モジュール。
【請求項４】前記透明無機絶縁体薄膜が、プラズマＣ
ＶＤ法あるいはスパッタ法によって前記高分子フィルム
上に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】前記透明無機絶縁体薄膜が、金属アルコ
キシド化合物、シラノール化合物、金属アセチルアセト
ナートのうち少なくとも一種類以上を含む塗料の塗布に
よって前記高分子フィルム上に形成されることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジ
ュール。
【請求項６】前記透明無機絶縁体薄膜が表面に形成さ
れた前記高分子フィルムの表面を、シランカップリング
剤、有機チタネート化合物等の有機金属化合物で処理す
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。
【請求項７】前記透明有機高分子層中にシランカップ
リング剤、有機チタネート化合物のうちのいずれか一方
を含有させ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。
【請求項８】前記高分子フィルムが、厚さ２０μｍ以
上の硬質フィルム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。
【請求項９】前記硬質フィルムが、ＰＥＴ（ポリエチ
レンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレ
ート）、ナイロン、ポリカーボネート、アクリル、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂のうちいずれか
一種類の樹脂を原料とするフィルムであることを特徴と
する請求項８記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】前記光起電力素子が、導電性基体上に
光変換部材としての半導体光活性層と、透明導電層を形
成したもの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。
【請求項１１】前記半導体光活性層が非晶質半導体薄
膜であることを特徴とする請求項１０記載の太陽電池モ
ジュール。
【請求項１２】前記非晶質半導体薄膜がアモルファス
シリコンであることを特徴とする請求項１１記載の太陽
電池モジュール。