太陽電池モジュール
【課題】裏面電極型太陽電池セル間の電気接続不良を抑制することができるとともに、絶縁基材の材料選択の制限を受けることなく裏面電極型太陽電池セルを容易に実装することが可能な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、透光性基板２と、複数の太陽電池セル５と、太陽電池セル間を接続する電気配線８と、絶縁基板３とを有し、複数のセル５は封止層６によって透光性基板２と絶縁基板３との間に封止させる。透光性基板３は厚さ2mm〜4mmのガラスパネル、太陽電池セル５は厚さ100um〜300um以下の結晶系太陽電池セルをもちいた。この太陽電池モジュール１はＹを太陽電池モジュール１の反り（単位：um）とし、Ｘを絶縁基板３の弾性率Ｅ（単位：GPa）と熱膨張係数α（単位：ppm）の積として、次式を満足する。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１．７…（１）、Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９…（２）、Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００…（３）
【解決手段】太陽電池モジュール１は、透光性基板２と、複数の太陽電池セル５と、太陽電池セル間を接続する電気配線８と、絶縁基板３とを有し、複数のセル５は封止層６によって透光性基板２と絶縁基板３との間に封止させる。透光性基板３は厚さ2mm〜4mmのガラスパネル、太陽電池セル５は厚さ100um〜300um以下の結晶系太陽電池セルをもちいた。この太陽電池モジュール１はＹを太陽電池モジュール１の反り（単位：um）とし、Ｘを絶縁基板３の弾性率Ｅ（単位：GPa）と熱膨張係数α（単位：ppm）の積として、次式を満足する。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１．７…（１）、Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９…（２）、Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００…（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面に電極を備えるバックコンタクト方式の裏面電極型の裏面電極型太陽電池セルを封止した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールは、図８に示すように、受光側に配置された透光性基材１２０と、裏面側に配置されたバックシート１１０と、透光性基材１２０およびバックシート１１０の間に封止された多数の太陽電池セル１３０とを有している。太陽電池セル１３０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等の封止用フィルム１４０に挟まれて封止されている。
【０００３】
従来、太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル１３０，１３０，…が、幅１〜３ｍｍの配線材１５０で電気的に直列に接続されていた。太陽電池セル１３０は、太陽の受光面である表面側にマイナス電極（Ｎ型半導体電極）１３１、裏面側にプラス電極（Ｐ型半導体電極）１３２が設けられているため、配線材１５０で接続すると、太陽電池セル１３０の受光面の上に配線材１５０が重なり、光電変換の面積効率が低下する傾向にあった。
【０００４】
さらに上述した電極１３１，１３２の配置では、配線材１５０が太陽電池セル１３０の表側から裏側に回り込む構造になるため、各部材の熱膨張率の差が原因で配線材１５０が断線することがあった。
【０００５】
そこで、これら問題を解決すべく、例えば特許文献１，２においては、プラス電極とマイナス電極の両電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池モジュールが提案されている。この方式の太陽電池モジュールにおける裏面電極型太陽電池セル同士の接続は、裏面電極型太陽電池セルの裏面側に配置された絶縁基材の回路により行われる。
【０００６】
即ち、この太陽電池モジュールにおいては、絶縁基材の表面に回路層が積層され、この回路層の上に裏面電極型太陽電池セルがさらに積層された構造を有している。このため、裏面電極型太陽電池セル表面の受光面積が犠牲にならず光電変換の面積効率の低下を防止できる。さらに、配線材を表側から裏側に回り込む構造する必要がないため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１８６９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したようなバックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいては、絶縁基材の表面に配線材としての回路層が形成され、さらにこの回路層の上に裏面電極型太陽電池セルが積層された構造をなしているため、太陽電池モジュールの使用時に高温に曝された場合には、絶縁基材と回路層及び裏面電極型太陽電池セルとの線膨張率の違いによって、裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離してしまうおそれがあった。
【０００９】
即ち、絶縁基材は裏面電極型太陽電池セル及び透光性基材と比較して線膨張率が高いため、高温時においては絶縁基材が裏面電極型太陽電池セル及び透光性基材よりも大きく膨張し、この膨張差が、裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離する原因につながってしまっていた。
【００１０】
さらに、回路層が形成された絶縁基材上に直接的に裏面電極型太陽電池セルを実装する構造のため、絶縁基材に実装プロセス耐性が求められ、当該絶縁基材の材料選択の制限を受けてしまっていた。また、裏面電極型太陽電池セルは巨大なペアチップとして構成されているため、当該裏面電極型太陽電池セルを実装すること自体が技術的に困難であり、製造を容易に行うことができなかった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、各部材の剥離を抑制して、裏面電極型太陽電池セル間の電気接続不良を抑制することができるとともに、絶縁基材の材料選択の制限を受けることなく裏面電極型太陽電池セルを容易に実装することが可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る太陽電池モジュールは、絶縁基材と、該絶縁基材の表面側において複数並設された裏面電極型太陽電池セルと、各前記裏面電極型太陽電池セルの裏面電極を略同一平面内で接続する電気配線と、絶縁基材の表面に積層され、前記裏面電極型太陽電池セルと前記電気配線とを前記絶縁基材に対して離間状態に封止する封止樹脂と、前記封止樹脂の表面に積層された透光性基材と、を備え、前記透光性基材は厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下の酸化珪素からなり、前記裏面電極型太陽電池セルは厚さ１００μｍ以上３００μｍ以下の結晶系裏面電極型太陽電池セルからなり、下記（１）、（２）及び（３）式を満たすことを特徴とする。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
Ｘ：絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積
【００１３】
本発明による太陽電池モジュールによれば、使用時等に、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りＹ（単位μｍ）について、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りＹを上述した各式の範囲内に規定することができる。これにより、太陽電池モジュールの反りＹを、故障の生じないように抑制して信頼性を持たせることができる。
【００１４】
なお、太陽電池モジュールの反りは０であることが理想的であるが現実には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュールの外径寸法に応じた反りの上限と下限を設定してその範囲内に納まるように、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数との積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとし、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール全体の反りＹを故障の生じないように低減できるようにした。また、同時に太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基材の伸び縮みし易さである積Ｘの上限とを（３）式によって規定した。
【００１５】
また、絶縁基材上に直接的に電気配線及び裏面電極型太陽電池セルが実装された構造ではなく、絶縁基材上に積層された封止層内にこれら電気配線及び裏面電極型太陽電池セルが封止された構成のため、絶縁基材に実装プロセス耐性が求められることはなく、当該絶縁基材の材料選択の幅を広げることができる。さらに、絶縁基材上において封止層によって電気配線及び裏面電極型太陽電池を封止することのみをもって、これらを絶縁基材上に固定一体化させることができるため、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１６】
また、本発明による太陽電池モジュールにおいて、反りＹと積Ｘが下記（４）式を満たすことが好ましい。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
太陽電池モジュールの反りと絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積Ｘについて上述の式を満足することで、より絶縁基材が伸び縮みしにくくなり、太陽電池モジュールの反りを一層低減させることができる。
【００１７】
さらに、絶縁基材の膜厚は、２０μｍ以上３０００μｍ未満であることが好ましい。
絶縁基材がこの範囲の厚さであれば、薄層であるために使用時等における裏面電極型太陽電池セルの熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基材の反りを抑制でき、太陽電池モジュールの反りを抑制できる。
一方、絶縁基材の膜厚が２０μｍ未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなり、膜厚の上限３００μｍとすることで上述したセルの放熱効果を十分発揮できる。また、３０００μｍ以上であると表裏面の温度差による反りが次第に増大する。そのため、絶縁基材の膜厚は、２０μｍ〜３００μｍの範囲であることが最も好ましい。
【００１８】
また、絶縁基材は、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた構造をなしていることが好ましい。
この構成によって、絶縁基材の硬さを向上させて太陽電池モジュール全体の反りを抑えることができる。
【００１９】
また、前記絶縁基材の裏面側にバックシートが積層されており、該バックシートが下記（５)式を満たすことが好ましい。
Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（５）
このようなバックシートを備えていれば、絶縁基材が比較的伸び縮みし易さのパラメータを確保した上に、バックシートによって絶縁基材の反りを抑えることで太陽電池モジュールの反りを一層押さえ込むことができる。
【００２０】
また、前記バックシートが下記（６）式を満たすことがより好ましい。
０．９Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（６）
バックシートの伸び縮みし易さが絶縁基材の伸び縮みし易さの０．９倍以下としたことで、バックシートの硬さを向上させて伸び縮みを抑制し、全体の反りをさらに抑制できる。
【００２１】
さらに、前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて千鳥状に配列されていることが好ましい。
複数の裏面電極型太陽電池セルを千鳥状に配列したことから、セルとセルとの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させることができる。これにより従来技術の格子状に配列した場合と比較して、セルとセルとの間隙に生じる応力とより低減することができ、しわ等を生じにくい。
【００２２】
また、裏面電極型太陽電池セルは六角形であることが好ましい。
複数の裏面電極型太陽電池セルを六角形状に形成して千鳥状に配列することで、セルとセルの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させるとともに、裏面電極型太陽電池セル間の間隙を最小化できてセルを多数配設できて発電効率を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による太陽電池モジュールによれば、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りについて、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルとの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積で規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りを上述した各式の範囲内に低減できる。これにより、太陽電池モジュールの反りを抑制し、故障の生じないように信頼性を持たせることができる。
また、裏面電極型太陽電池セルを絶縁基材に実装することなく、裏面電極同士を電気配線で接続した状態で封止層によって封止することで、実装分留りを向上させて太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる他、絶縁基材の実装プロセス耐性を考慮する必要がないため、絶縁基材の材料選択の幅を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の太陽電池モジュールの要部断面模式図である。
【図２】裏面電極型太陽電池セルの形状と配列を示す部分平面図である。
【図３】図１に示す太陽電池モジュールの製造工程を示す断面模式図である。
【図４】太陽電池モジュールの縦断面を擬似的に三層状に簡略化した状態を示す断面図である。
【図５】変形例による太陽電池モジュールを示すもので、絶縁基材の裏面にバックシートを設けた断面模式図である。
【図６】（ａ）は絶縁基材の膜厚に応じた、絶縁基材の弾性率及び熱膨張係数の積に対する太陽電池モジュールの反りを示す図、（ｂ）は（ａ）と同じく絶縁基材の弾性率及び熱膨張係数及び厚さの積に対する太陽電池モジュールの反りを示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は外径寸法の異なる太陽電池モジュールの各積層三層系における絶縁基材の弾性率及び線膨張係数の積と各積層三層系の反りとの関係を示す図である。
【図８】従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態の太陽電池モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示す本実施形態による太陽電池モジュール１は、太陽光等の光を入射させる透光性基材２と、その裏面側に配設された絶縁基材３と、透光性基材２及び絶縁基材３の間に間隙を開けて配列された複数の裏面電極型太陽電池セル５とを積層した概略構成をなしている。
【００２６】
そして、本実施形態においては、裏面電極型太陽電池セル５は、導電性接着剤１０を介して電気配線８によって互いの裏面電極５ａを電気接続されており、これら裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８は、透光性基材２及び絶縁基材３の間において封止層６によって封止されている。これら封止層６はその裏面側が絶縁基材３に接合されるとともに表面側が受光麺となる透光性基材２に接合されて一体化され、これによって太陽電池モジュール１が形成されている。
【００２７】
なお、上記電気配線８は、図１に示すように同一平面上にて裏面電極型太陽電池セル５を接続するように配設されており、さらに、これら裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８は、絶縁基材３の表面に対して離間状態にて封止層６によって封止されている。
【００２８】
次に太陽電池モジュール１を構成する各部材について説明する。
図１において、透光性基材２としては、例えばガラスパネル等の酸化珪素などが用いられる。なお、この透光性基材２として、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の透明樹脂基材を用いることも可能である。
【００２９】
また、電気配線８は、裏面電極型太陽電池セル５を電気的に接続される配線である。この電気配線８は積層配列される多数の裏面電極型太陽電池セル５を電気的に直列に接続しており、特に本実施形態においては、上述したように裏面電極型太陽電池セル５の裏面側にて同一平面上に配されている。電気配線８を構成する材料として、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。
【００３０】
導電性接着剤１０は、電気配線８と裏面電極型太陽電池セル５との電気的接続を補助する部材であり、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａに対応して配設されている。
導電性接着剤１０の材料として電気抵抗が低い材料が使用される。中でも電気配線８との電気抵抗が低くなることから、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有することが好ましい。特に、導電性接着剤１０は、銀、銅、錫、半田（銅と鉛が主成分である。）よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性ペーストにより形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、導電性接着剤１０は低温硬化タイプであることが好ましい。導電性接着剤１０が低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと電気配線８とを電気的に接続できる。１２０〜１６０℃は、封止層６を構成する封止用フィルムとして使用可能なＥＶＡフィルムの軟化、溶融、架橋が生じる温度であるから、封止用フィルムとしてＥＶＡフィルムを用いる場合には、容易に加工できるため、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと導電性接着剤１０とをより容易に電気的に接続させることができる。
【００３２】
低温硬化タイプの導電性接着剤としては、ポリマーと導電性フィラーを含有し、ポリマーの硬化による導電性フィラーの物理的接触によって導電性を発現するもの、有機物に銀もしくは銅を配位、還元させたナノ粒子を含有し、低温焼結（１２０〜１６０℃）させることにより導電性を発現するものが挙げられる。電気抵抗がより低くなる点では、後者の材料が好ましい。
【００３３】
次に、絶縁基材３について説明する。
絶縁基材３は、例えばＰＥＴやＰＥＮなどの高分子フィルム、もしくは単層のガラスクロス等、網目状のガラス繊維からなる。この場合、膜厚が薄いために裏面電極型太陽電池セル５の熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基材３の反りを抑制できるとともに、穴明けなどの加工が容易である。また、絶縁基材３は、網目状のガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料であってもよい。この場合には、単層のガラスクロスよりも硬さが増して伸び縮みし難くなる。
【００３４】
ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料の一例として、網目状のガラス繊維に樹脂が含浸させられた樹脂含有繊維からなるプリプレグが知られている。このプリプレグの繊維として、例えばガラスクロス、ガラス不織布、紙などが挙げられる。また、絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシアクリレート樹脂またはウレタン樹脂等である。
なお、プリプレグはプリント配線板の一形態であり、プリプレグを熱で固めた完成品はプリント配線板と呼称される。ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させたプリプレグの完成品として、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ＢＴ材等があてはまる。
【００３５】
ここで、太陽電池モジュール１における透光性基材２として石英ガラス等のガラスパネルを用い、裏面電極型太陽電池セル５としてシリコン等の酸化珪素を用いた場合、表１に示すように、絶縁基材３として、従来用いられていたＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム等の高分子フィルムより、ガラスエポキシ基材等のガラスクロスを用いた方が、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基材２やシリコン等の裏面電極型太陽電池セル５に近いため、太陽電池モジュール１の反りが小さい。
【００３６】
【表１】
【００３７】
そして、絶縁基材３は、その膜厚を薄層に形成することによって、裏面電極型太陽電池セル５の熱が裏面側に伝達されて放熱効果が高く、表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくい利点がある。そのため、本実施形態の太陽電池モジュール１においては、絶縁基材３の膜厚を２０μｍ〜３００μｍの範囲の薄層に構成した。膜厚が２０μｍ未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなる。一方、膜厚の上限３００μｍは１枚物のプリント配線基材の一般的な上限である。そのため、絶縁基材３の上限は３００μｍを超えてもよいが、３００μｍを超えると伸び縮みし易さが次第に増大する。また、絶縁基材３の膜厚は、太陽電池モジュール１の反りを故障しない程度に抑制するために、３０００μｍ未満であることが好ましく、少なくとも３０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
また、絶縁基材３の弾性率をＥ（ＧＰａ）とし、熱膨張係数をα（ｐｐｍ）とした場合、弾性率Ｅと熱膨張係数αの積が小さいほど硬くて伸び縮みしにくい材料となる。また、絶縁基材３の膜厚が大きいほど反りが大きくなり易い。
この絶縁基材３を構成する絶縁基材は、単層のガラスクロス、あるいはこれに絶縁樹脂を含浸させてなる構成のため、耐熱性と絶縁性が高く、さらに電気信頼性が高い上に柔軟性と可撓性がある。そのため、積層する前の材料段階でロールに巻いて運搬や保管等をし易い特性、いわゆるロールツーロールし易いといった特性を有しており、スペースを取らずに取り扱いが容易に行うことができる。
【００３９】
次に、裏面電極型太陽電池セル５について説明する。裏面電極型太陽電池セル５は、裏面にプラス電極及びマイナス電極の双方を備えるバックコンタクト方式のものである。裏面電極型太陽電池セル５はシリコンからなるものが好ましく、例えば単結晶シリコン型、多結晶シリコン型等の結晶系裏面電極型太陽電池セルが用いられる。これらの中でも、発電効率に優れる点では単結晶シリコン型が好ましい。裏面電極型太陽電池セル５の厚さは１００μｍ〜３００μｍの範囲とする。
【００４０】
裏面電極型太陽電池セル５は、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正方形板状や六角形板状に形成され、透光性基材２と絶縁基材３との間に互いに間隙Ｇを開けて正方晶状もしくは千鳥状に配列されている。複数の裏面電極型太陽電池セル５は互いに分離して配列されるが、透光性基材２と絶縁基材３は一枚板で構成されるため、裏面電極型太陽電池セル５、５間の間隙Ｇにシワ等の応力が集中する不具合がある。これに対し、裏面電極型太陽電池セル５を千鳥状に配列することで、この応力を六方向に分散させることができる。特に裏面電極型太陽電池セル５を六角形、好ましくは正六角形板状に形成することでセル５，５間の間隙Ｇを最小化させ、太陽電池モジュール１の面積全体に対するセル５の占有面積を増大させて発電効率を向上させることができる。
【００４１】
封止層６は封止用フィルムにより形成される。封止用フィルムとして、例えばＥＶＡフィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂フィルムなどが使用される。
【００４２】
次に、上述の構成を有する太陽電池モジュール１による反りを抑制する構成について説明する。
太陽電池モジュール１において、上述したように、透光性基材２として厚さ２ｍｍ〜４ｍｍの範囲のガラスパネル等の酸化珪素を用い、裏面電極型太陽電池セル５として厚さ１００μｍ〜３００μｍの範囲の結晶系裏面電極型太陽電池セルを用いるものとする。透光性基材２の厚みが２ｍｍに満たない場合や裏面電極型太陽電池セル５の厚みが１００μｍに満たない場合には、太陽電池モジュール１の強度が著しく低下し、破断のおそれが生じる。また、透光性基材２の厚みが４ｍｍを超えた場合や裏面電極型太陽電池セル５の厚みが３００μｍを超えた場合には、太陽電池モジュール１の重量とコストが跳ね上がり実用上好ましくない。
【００４３】
そして、熱による太陽電池モジュール１の熱による反りＹ（単位μｍ）は絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘをパラメータとして次式で規定できる。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
【００４４】
太陽電池モジュール１の反りが１０００μｍ以下であれば、製品としての信頼性を確保できる。
なお、太陽電池モジュール１の反りＹと、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘとは、次式を満たすことがさらに好ましい。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
【００４５】
ここで、太陽電池モジュール１の反りは熱を受けても０であることが理想的であるが現実には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュール１の使用可能な外径寸法に応じた反りＹの上限と下限を最小自乗法による一次式によって設定してその範囲内に納まるように、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５の材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとした。
【００４６】
そして、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール１全体の反りＹを故障の生じない程度に低減できるようにした。また、同時に（１）、（２）式に関連して、太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基材３の伸び縮みし易さＸの上限を（３）式によって規定した。
また、太陽電池モジュール１の反りＹを一層好ましい範囲に低減させるためには、反りＹと伸び縮みし易さＸを（４）式の範囲に収めることが好ましい。
【００４７】
次に、本実施形態による太陽電池モジュール１の製造方法について、図３に基づいて説明する。
まず、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた市販のプリプレグ材料を加熱硬化させて、絶縁基材３を得る。
【００４８】
次に、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと電気配線と８を、導電性接着剤１０を用いて接続する。導電性接着剤１０の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷、ディスペンス、転写などの方法を適用することができる。その際、容易に所望の形状にできることから、銀、銅、錫、半田よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性接着剤を用いることが好ましい。さらに、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと導電性接着剤１０とをより容易に電気的に接続させることができる点では、電極５ａの表面を酸、アルカリ、紫外線、プラズマなどにより洗浄し、導電性接着剤１０の濡れ性を向上させる事が望ましい。
【００４９】
次いで、絶縁基材３上に、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２を裏面側から表面側へとこの順番で順次積層する。そして、これら絶縁基材３、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２の積層体に加熱加圧処理を施す。
【００５０】
これにより、絶縁基材３、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２を密着させることで、封止層６内に裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８が封止された図１に示す太陽電池モジュール１が得られる。なお、この太陽電池モジュール１においては、裏面電極型太陽電池セル５と電気配線８とは、それぞれ絶縁基材３と接触することなく完全に封止層６内に封止され、また、電気配線８は全て同一平面上に配置される。
【００５１】
このような本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、次の作用効果を奏する。
ａ） 本実施形態による太陽電池モジュール１において、熱による太陽電池モジュール１の反りＹ（単位μｍ）は、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５の材質や厚さを規定するとともに、さらに絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして、（１）式と（２）式により規定できるから、太陽電池モジュール１の反りＹを絶縁基材３の物性値である伸び縮みし易さによって抑制することができる。
【００５２】
ｂ） また、絶縁基材３として網目状のガラスエポキシ樹脂からなる単層のガラスクロスまたはこのガラスクロスに絶縁樹脂を含浸させたものを用いたから、従来、絶縁樹脂として用いていたＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム等の高分子フィルムと比較して、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基材２やシリコン等の裏面電極型太陽電池セル５に近くなるため、太陽電池モジュール１の反りが少なくなる。
【００５３】
ｃ） また、絶縁基材３の膜厚を２０μｍ〜３００μｍまたは２０μｍ〜３０００μｍの範囲の薄層に形成したから、裏面電極型太陽電池セル５の熱が表面側から裏面側に伝達されて放熱効果が高く表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくく、スタッドバンプ１０等のための穴開け等の加工が容易である。
【００５４】
ｄ） さらに、透光性基材２と絶縁基材３との間に配列された裏面電極型太陽電池セル５は、複数の裏面電極型太陽電池セル５を千鳥状に配列したから、セル５とセル５の間隙Ｇに生じ得る応力を六方向に分散させることができる。しかも、裏面電極型太陽電池セル５を六角形に形成することで、セル５とセル５の間の間隙Ｇを最小化することができて発電効率を向上できる。
【００５５】
ｅ） また、裏面電極型太陽電池セル５と絶縁基材３が直接接続しておらず、個々の裏面電極型太陽電池セル５が同一平面上に配設された電気配線８により接続されているため、裏面電極型太陽電池セル５の設置自由度が増し、設置位置精度を緩和させることができる。これにより、裏面電極型太陽電池セルの製造分留りが向上する。
【００５６】
ｆ） さらに、絶縁基材３上に直接的に電気配線８及び裏面電極型太陽電池セル５が実装される構成ではないため、絶縁基材３に実装プロセス耐性が求められることはなく、当該絶縁基材３の材料選択の幅を広げることができる。また、絶縁基材３上において封止層６によって電気配線８及び裏面電極型太陽電池５を封止することのみをもって、これらを絶縁基材３上に固定することができるため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、変形例として、図５に示す構成の太陽電池モジュール１１であってもよい。この変形例においては、絶縁基材３の裏面側、即ち、裏面電極型太陽電池セル５と反対側の面に太陽電池モジュール１１の硬さを補強して、反りを一層低減するためのバックシート９が設けられている。
【００５８】
この変形例の太陽電池モジュール１１は、実施形態の太陽電池モジュール１の構成に加えて、絶縁基材３の裏面にバックシート９を取り付けられた構造をなしている。この場合、絶縁基材３とバックシート９との関係は、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積をパラメータＸとして下記式（５）によって規定される。
Ｘ≧（バックシート９の弾性率Ｆ×熱膨張係数β） …（５）
【００５９】
即ち、バックシート９を絶縁基材３よりも硬さを大きくして該絶縁基材３に被着し、絶縁基材３を含む太陽電池モジュール１のシート部分を伸び縮みしないようにすることで、太陽電池モジュール１１全体の反りを抑制することができる。
【００６０】
なお、上述の（５）式においては、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積Ｘがバックシート９の弾性率Ｆ×熱膨張係数β以上であることを要件としているが、バックシート９は少なくとも下記式（６）を満足すればよい。
０．９×Ｘ≧バックシート１４の弾性率Ｆ×熱膨張係数β …（６）
これにより、太陽電池モジュール１１の反り抑制効果を上述の実施形態による太陽電池モジュール１よりもさらに向上させることができる。
【００６１】
なお、図５において、バックシート９としてはバリア層を設けることが好ましい。このバリア層は絶縁基材３の裏面に設けて空気透過を調整する層であり、水蒸気バリア性、酸素バリア性等の耐候性やや絶縁性を有する例えばフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）フィルム（商品名「テドラー」；登録商標）が用いられている。
【００６２】
また、この他バリア層として、フッ化ビニル樹脂と同様な特性を有する他の樹脂フィルムを用いても良い。即ち、ポリエステル系フィルム（またはポリアミド系フィルム）の片面にガスバリア層としてガスバリア性の高い酸化アルミナ（またはシリカ）を設けた構成を有するセラミック蒸着フィルム（「ＧＬフィルム」；凸版印刷株式会社の商品名）を用いてもよい。
【００６３】
さらに、バリア層として、ガスバリア性積層フィルム（「ＧＸフィルム」；凸版印刷株式会社製の商品名）を用いてもよい。ガスバリア性積層フィルムは特許第４０１３６０４号公報に詳しく開示されている。バリア層の絶縁基材３とは反対側の面にＰＥＴフィルムを被着して積層してもよく、ＰＥＴフィルムを積層することで耐スクラッチ性を向上させることができる。
【実施例】
【００６４】
次に、図１に示す実施形態の太陽電池モジュール１を、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５と絶縁基材３とを組み合わせた三層積層系として近似し（図４参照）、各構成の物性値を特定して全体の反りを実測してその特性を規定した。そして、上記（１）〜（４）式を導き出す根拠となる試験例１，２を行った。
【００６５】
まず、透光性基材２として石英ガラスを用い、その厚さを２ｍｍ〜４ｍｍの範囲に設定した。実施例として、透光性基材２の厚さは３．３ｍｍとした。また、裏面電極型太陽電池セル５としてシリコンチップを用い、厚さ１００μｍ〜３００μｍの範囲に設定した。
【００６６】
絶縁基材３としてガラスエポキシ基材を用い、その膜厚を２０μｍ〜３００μｍの範囲に設定した。実施例１として絶縁基材３の厚さは１００μｍと２００μｍの２種類とした。
絶縁基材３の比較例１、比較例２として、ＰＥＴとＰＥＮを用いた。
絶縁基材３の実施例、比較例１、比較例２における弾性率Ｅ、線膨張係数αは表１に示す通りとした。
【００６７】
そして、三層積層系からなる太陽電池モジュール１について、絶縁基材３として実施例１、比較例１、比較例２をそれぞれ用い、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５は実施例１、比較例１，２で互いに同一構成のものを用いてそれぞれサンプルを製作した。絶縁基材３の実施例１と比較例１と比較例２の膜厚はそれぞれ１００μｍと２００μｍの２種類とした。これら絶縁基材３の実施例１と比較例１と比較例２をそれぞれ備えた三層積層系である太陽電池モジュール１についても実施例１、比較例１、比較例２というものとし、各部材は互いに同一寸法で形成した。
【００６８】
［試験例１］
試験例１では、実施例１、比較例１、２における光性基材２の寸法は外径寸法４×４インチ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）とした。実施例１、比較例１、２における裏面電極型太陽電池セル５は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ２００μｍとした。
また、絶縁基材（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮを含む）の寸法は透光性基材２と同様に外径寸法４×４インチ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）とし、厚さは１００μｍと２００μｍの２種類とした。参考例１〜６として、絶縁基材に用いた従来技術によるＰＥＮフィルムの弾性率Ｅと熱膨張係数αのいずれか一方または両方を２倍、１／２倍にしたものも用いた。試験条件として、実施例、比較例１、２、参考例１〜６における各太陽電池モジュール１の表裏面の温度差１００℃とし、各絶縁基材３の厚み１００μｍ、２００μｍ毎に各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
なお、太陽電池モジュール１の反りは中心位置に対する太陽電池モジュール１の径方向に直交する方向の端部までの距離によって測定した。
その結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２に示す結果のデータを、図６（ａ），（ｂ）のグラフに示す。図６（ａ）では、実施例１、比較例１，比較例２について、横軸に絶縁基材３（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮを含む）の各弾性率×熱膨張率をとり、縦軸に太陽電池モジュール１の反り（μｍ）をとり、絶縁基材３の厚み１００μｍ、２００μｍ毎にプロットした。
図６（ａ）において、絶縁樹脂３の膜厚１００μｍの場合、各プロットを最小自乗法による一次式である最小自乗直線で接続すると、次の式（６）にまとめることができる。
Ｙ＝０．２１４Ｘ＋１２７．１ …（７）
但し、Ｙ：太陽電池モジュール１の反り
Ｘ：絶縁樹脂３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積
また、絶縁樹脂３の膜厚２００μｍの場合、各プロットを直線で接続すると、次の式（８）にまとめることができる。
Ｙ＝０．４２８Ｘ＋１２７．１ …（８）
【００７１】
また、図６（ｂ）では、横軸に絶縁基材（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮ）の弾性率×熱膨張率×の厚さをとり、縦軸に太陽電池モジュール１の反り（μｍ）をとり、絶縁基材の厚み１００μｍ、２００μｍの場合の太陽電池モジュール１の反りをそれぞれプロットした。横軸に絶縁基材の弾性率×熱膨張率×厚さをとることで、太陽電池モジュール１の反りは絶縁基材の膜厚の大きさに関わらず次の一次式にまとめることができる。
Ｙ＝２．１４Ｘ＋１２７．１ …（９）
【００７２】
［試験例２］
次に試験例２について説明する。
試験例２では、実施例２として絶縁基材３にガラスエポキシ樹脂を用い、太陽電池モジュール１の外径寸法を５×５インチ、６×６インチ、８×８インチ、１２×１２インチの円板型とし、石英ガラスを用いた透光性基材２、絶縁基材３も同一寸法とした。透光性基材２の厚さは表１に記載されたものを用い、絶縁基材３の厚さは２５μｍと３０００μｍの２種類とした。シリコンを用いた裏面電極型太陽電池セル５の寸法は試験例１と同様とした。参考例７、８、９として、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの一方または両方を１／２倍にしたものを用いた。
【００７３】
試験例２における裏面電極型太陽電池セル５の寸法は、実施例２、参考例７、８、９共、厚さ２００μｍであり、外径寸法は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、２００ｍｍ×２００ｍｍ、３００ｍｍ×３００ｍｍの４種類とした。
試験条件として、実施例２、参考例７、８、９における各太陽電池モジュール１の表裏面の温度差１００℃とした。そして、各絶縁基材３の外径寸法毎に厚さ２５μｍ、３０００μｍに応じて各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
その結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
表３に示す結果のデータを、太陽電池モジュール１の外径寸法毎に図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のグラフに示す。各グラフにおいて、横軸を絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αとし、縦軸を太陽電池モジュール１の反りとして、絶縁基材３の厚さ２５μｍ、３０００μｍ毎に反りの大きさをプロットした。
【００７６】
絶縁基材３の厚さ３０００μｍでは、弾性率Ｅのみ１／２倍とした場合と熱膨張係数αのみ１／２倍とした場合とで反りＹの値が大きく異なる（表３、図７（ａ）〜（ｄ）参照）。絶縁基材３の厚さが透光性基材２と同等になると、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αは良いパラメータではなくなる。そのため、試験例１と同様に最小自乗直線を各図中に記入した。絶縁基材３の弾性率Ｅが０に近づくと厚さ２５μｍ、３０００μｍとも同じ反り値と近似するはずであるから、厚さ３０００μｍの最小自乗直線は下記のように変更した。
即ち、まず厚さ２５μｍの最小自乗直線を引き、そのｙ軸切片を求める。そして、厚さ３０００μｍで厚さ２５μｍの直線のｙ軸切片を通過する最小自乗直線を求めた。
【００７７】
上述の手順により、実施例２、参考例７，８，９について、絶縁基材３の厚さ２５μｍ、３０００μｍ毎にそれぞれプロットして直線を引くと、図７（ａ）〜（ｄ）に示す一次式にまとめることができる。
最も小さい外径寸法５インチの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も小さく、特に最も小さい厚み２５μｍの絶縁基材３では次の一次式（１０）にまとめることができる。
Ｙ＝０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（１０）
また、最も大きい外径寸法１２インチの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も大きく、特に最も大きい厚み３０００μｍの絶縁基材３では次の一次式（１１）にまとめることができる。
Ｙ＝１２．８８Ｘ＋５２１．７ …（１１）
【００７８】
そのため、上述した外径寸法の範囲を有する太陽電池モジュール１は、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘに関連して上記（１０）式と（１１）式で示す範囲内に反りＹが納まるように反りＹの範囲を規定できる。これを下記の式（１）、（２）で示すことができる。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
【００７９】
ここで、太陽電池モジュール１の反りは、最大１０００μｍ（Ｙ≦１０００μｍ）であれば太陽電池モジュール１の信頼性を確保できる。７００μｍ以下であればさらに好ましい（Ｙ≦７００μｍ）。また、絶縁基材３における弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘは、ガラスクロスに含浸される絶縁樹脂であるエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイドトリアジン系の樹脂等の数値を考慮すると、７００以下とする（Ｘ≦７００μｍ）必要がある。好ましくは３００以下とする（Ｘ≦３００μｍ）。
【符号の説明】
【００８０】
１ 太陽電池モジュール
２ 透光性基材
３ 絶縁基材
５ 裏面電極型太陽電池セル
５ａ 裏面電極
６ 封止層
８ 電気配線
９ バックシート（バリア層）
１０ 導電性接着剤
１１ 太陽電池モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面に電極を備えるバックコンタクト方式の裏面電極型の裏面電極型太陽電池セルを封止した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールは、図８に示すように、受光側に配置された透光性基材１２０と、裏面側に配置されたバックシート１１０と、透光性基材１２０およびバックシート１１０の間に封止された多数の太陽電池セル１３０とを有している。太陽電池セル１３０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等の封止用フィルム１４０に挟まれて封止されている。
【０００３】
従来、太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル１３０，１３０，…が、幅１〜３ｍｍの配線材１５０で電気的に直列に接続されていた。太陽電池セル１３０は、太陽の受光面である表面側にマイナス電極（Ｎ型半導体電極）１３１、裏面側にプラス電極（Ｐ型半導体電極）１３２が設けられているため、配線材１５０で接続すると、太陽電池セル１３０の受光面の上に配線材１５０が重なり、光電変換の面積効率が低下する傾向にあった。
【０００４】
さらに上述した電極１３１，１３２の配置では、配線材１５０が太陽電池セル１３０の表側から裏側に回り込む構造になるため、各部材の熱膨張率の差が原因で配線材１５０が断線することがあった。
【０００５】
そこで、これら問題を解決すべく、例えば特許文献１，２においては、プラス電極とマイナス電極の両電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池モジュールが提案されている。この方式の太陽電池モジュールにおける裏面電極型太陽電池セル同士の接続は、裏面電極型太陽電池セルの裏面側に配置された絶縁基材の回路により行われる。
【０００６】
即ち、この太陽電池モジュールにおいては、絶縁基材の表面に回路層が積層され、この回路層の上に裏面電極型太陽電池セルがさらに積層された構造を有している。このため、裏面電極型太陽電池セル表面の受光面積が犠牲にならず光電変換の面積効率の低下を防止できる。さらに、配線材を表側から裏側に回り込む構造する必要がないため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１８６９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したようなバックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいては、絶縁基材の表面に配線材としての回路層が形成され、さらにこの回路層の上に裏面電極型太陽電池セルが積層された構造をなしているため、太陽電池モジュールの使用時に高温に曝された場合には、絶縁基材と回路層及び裏面電極型太陽電池セルとの線膨張率の違いによって、裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離してしまうおそれがあった。
【０００９】
即ち、絶縁基材は裏面電極型太陽電池セル及び透光性基材と比較して線膨張率が高いため、高温時においては絶縁基材が裏面電極型太陽電池セル及び透光性基材よりも大きく膨張し、この膨張差が、裏面電極型太陽電池セルが絶縁基材から剥離する原因につながってしまっていた。
【００１０】
さらに、回路層が形成された絶縁基材上に直接的に裏面電極型太陽電池セルを実装する構造のため、絶縁基材に実装プロセス耐性が求められ、当該絶縁基材の材料選択の制限を受けてしまっていた。また、裏面電極型太陽電池セルは巨大なペアチップとして構成されているため、当該裏面電極型太陽電池セルを実装すること自体が技術的に困難であり、製造を容易に行うことができなかった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、各部材の剥離を抑制して、裏面電極型太陽電池セル間の電気接続不良を抑制することができるとともに、絶縁基材の材料選択の制限を受けることなく裏面電極型太陽電池セルを容易に実装することが可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る太陽電池モジュールは、絶縁基材と、該絶縁基材の表面側において複数並設された裏面電極型太陽電池セルと、各前記裏面電極型太陽電池セルの裏面電極を略同一平面内で接続する電気配線と、絶縁基材の表面に積層され、前記裏面電極型太陽電池セルと前記電気配線とを前記絶縁基材に対して離間状態に封止する封止樹脂と、前記封止樹脂の表面に積層された透光性基材と、を備え、前記透光性基材は厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下の酸化珪素からなり、前記裏面電極型太陽電池セルは厚さ１００μｍ以上３００μｍ以下の結晶系裏面電極型太陽電池セルからなり、下記（１）、（２）及び（３）式を満たすことを特徴とする。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
Ｘ：絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積
【００１３】
本発明による太陽電池モジュールによれば、使用時等に、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りＹ（単位μｍ）について、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りＹを上述した各式の範囲内に規定することができる。これにより、太陽電池モジュールの反りＹを、故障の生じないように抑制して信頼性を持たせることができる。
【００１４】
なお、太陽電池モジュールの反りは０であることが理想的であるが現実には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュールの外径寸法に応じた反りの上限と下限を設定してその範囲内に納まるように、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数との積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとし、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール全体の反りＹを故障の生じないように低減できるようにした。また、同時に太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基材の伸び縮みし易さである積Ｘの上限とを（３）式によって規定した。
【００１５】
また、絶縁基材上に直接的に電気配線及び裏面電極型太陽電池セルが実装された構造ではなく、絶縁基材上に積層された封止層内にこれら電気配線及び裏面電極型太陽電池セルが封止された構成のため、絶縁基材に実装プロセス耐性が求められることはなく、当該絶縁基材の材料選択の幅を広げることができる。さらに、絶縁基材上において封止層によって電気配線及び裏面電極型太陽電池を封止することのみをもって、これらを絶縁基材上に固定一体化させることができるため、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１６】
また、本発明による太陽電池モジュールにおいて、反りＹと積Ｘが下記（４）式を満たすことが好ましい。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
太陽電池モジュールの反りと絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積Ｘについて上述の式を満足することで、より絶縁基材が伸び縮みしにくくなり、太陽電池モジュールの反りを一層低減させることができる。
【００１７】
さらに、絶縁基材の膜厚は、２０μｍ以上３０００μｍ未満であることが好ましい。
絶縁基材がこの範囲の厚さであれば、薄層であるために使用時等における裏面電極型太陽電池セルの熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基材の反りを抑制でき、太陽電池モジュールの反りを抑制できる。
一方、絶縁基材の膜厚が２０μｍ未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなり、膜厚の上限３００μｍとすることで上述したセルの放熱効果を十分発揮できる。また、３０００μｍ以上であると表裏面の温度差による反りが次第に増大する。そのため、絶縁基材の膜厚は、２０μｍ〜３００μｍの範囲であることが最も好ましい。
【００１８】
また、絶縁基材は、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた構造をなしていることが好ましい。
この構成によって、絶縁基材の硬さを向上させて太陽電池モジュール全体の反りを抑えることができる。
【００１９】
また、前記絶縁基材の裏面側にバックシートが積層されており、該バックシートが下記（５)式を満たすことが好ましい。
Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（５）
このようなバックシートを備えていれば、絶縁基材が比較的伸び縮みし易さのパラメータを確保した上に、バックシートによって絶縁基材の反りを抑えることで太陽電池モジュールの反りを一層押さえ込むことができる。
【００２０】
また、前記バックシートが下記（６）式を満たすことがより好ましい。
０．９Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（６）
バックシートの伸び縮みし易さが絶縁基材の伸び縮みし易さの０．９倍以下としたことで、バックシートの硬さを向上させて伸び縮みを抑制し、全体の反りをさらに抑制できる。
【００２１】
さらに、前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて千鳥状に配列されていることが好ましい。
複数の裏面電極型太陽電池セルを千鳥状に配列したことから、セルとセルとの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させることができる。これにより従来技術の格子状に配列した場合と比較して、セルとセルとの間隙に生じる応力とより低減することができ、しわ等を生じにくい。
【００２２】
また、裏面電極型太陽電池セルは六角形であることが好ましい。
複数の裏面電極型太陽電池セルを六角形状に形成して千鳥状に配列することで、セルとセルの間隙に生じ得る応力を六方向に分散させるとともに、裏面電極型太陽電池セル間の間隙を最小化できてセルを多数配設できて発電効率を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による太陽電池モジュールによれば、熱によって生じる太陽電池モジュールの反りについて、透光性基材と裏面電極型太陽電池セルとの材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積で規定される伸び縮みし易さをパラメータとして規定することで、太陽電池モジュールの反りを上述した各式の範囲内に低減できる。これにより、太陽電池モジュールの反りを抑制し、故障の生じないように信頼性を持たせることができる。
また、裏面電極型太陽電池セルを絶縁基材に実装することなく、裏面電極同士を電気配線で接続した状態で封止層によって封止することで、実装分留りを向上させて太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる他、絶縁基材の実装プロセス耐性を考慮する必要がないため、絶縁基材の材料選択の幅を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の太陽電池モジュールの要部断面模式図である。
【図２】裏面電極型太陽電池セルの形状と配列を示す部分平面図である。
【図３】図１に示す太陽電池モジュールの製造工程を示す断面模式図である。
【図４】太陽電池モジュールの縦断面を擬似的に三層状に簡略化した状態を示す断面図である。
【図５】変形例による太陽電池モジュールを示すもので、絶縁基材の裏面にバックシートを設けた断面模式図である。
【図６】（ａ）は絶縁基材の膜厚に応じた、絶縁基材の弾性率及び熱膨張係数の積に対する太陽電池モジュールの反りを示す図、（ｂ）は（ａ）と同じく絶縁基材の弾性率及び熱膨張係数及び厚さの積に対する太陽電池モジュールの反りを示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は外径寸法の異なる太陽電池モジュールの各積層三層系における絶縁基材の弾性率及び線膨張係数の積と各積層三層系の反りとの関係を示す図である。
【図８】従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態の太陽電池モジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示す本実施形態による太陽電池モジュール１は、太陽光等の光を入射させる透光性基材２と、その裏面側に配設された絶縁基材３と、透光性基材２及び絶縁基材３の間に間隙を開けて配列された複数の裏面電極型太陽電池セル５とを積層した概略構成をなしている。
【００２６】
そして、本実施形態においては、裏面電極型太陽電池セル５は、導電性接着剤１０を介して電気配線８によって互いの裏面電極５ａを電気接続されており、これら裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８は、透光性基材２及び絶縁基材３の間において封止層６によって封止されている。これら封止層６はその裏面側が絶縁基材３に接合されるとともに表面側が受光麺となる透光性基材２に接合されて一体化され、これによって太陽電池モジュール１が形成されている。
【００２７】
なお、上記電気配線８は、図１に示すように同一平面上にて裏面電極型太陽電池セル５を接続するように配設されており、さらに、これら裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８は、絶縁基材３の表面に対して離間状態にて封止層６によって封止されている。
【００２８】
次に太陽電池モジュール１を構成する各部材について説明する。
図１において、透光性基材２としては、例えばガラスパネル等の酸化珪素などが用いられる。なお、この透光性基材２として、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の透明樹脂基材を用いることも可能である。
【００２９】
また、電気配線８は、裏面電極型太陽電池セル５を電気的に接続される配線である。この電気配線８は積層配列される多数の裏面電極型太陽電池セル５を電気的に直列に接続しており、特に本実施形態においては、上述したように裏面電極型太陽電池セル５の裏面側にて同一平面上に配されている。電気配線８を構成する材料として、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。
【００３０】
導電性接着剤１０は、電気配線８と裏面電極型太陽電池セル５との電気的接続を補助する部材であり、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａに対応して配設されている。
導電性接着剤１０の材料として電気抵抗が低い材料が使用される。中でも電気配線８との電気抵抗が低くなることから、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有することが好ましい。特に、導電性接着剤１０は、銀、銅、錫、半田（銅と鉛が主成分である。）よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性ペーストにより形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、導電性接着剤１０は低温硬化タイプであることが好ましい。導電性接着剤１０が低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと電気配線８とを電気的に接続できる。１２０〜１６０℃は、封止層６を構成する封止用フィルムとして使用可能なＥＶＡフィルムの軟化、溶融、架橋が生じる温度であるから、封止用フィルムとしてＥＶＡフィルムを用いる場合には、容易に加工できるため、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと導電性接着剤１０とをより容易に電気的に接続させることができる。
【００３２】
低温硬化タイプの導電性接着剤としては、ポリマーと導電性フィラーを含有し、ポリマーの硬化による導電性フィラーの物理的接触によって導電性を発現するもの、有機物に銀もしくは銅を配位、還元させたナノ粒子を含有し、低温焼結（１２０〜１６０℃）させることにより導電性を発現するものが挙げられる。電気抵抗がより低くなる点では、後者の材料が好ましい。
【００３３】
次に、絶縁基材３について説明する。
絶縁基材３は、例えばＰＥＴやＰＥＮなどの高分子フィルム、もしくは単層のガラスクロス等、網目状のガラス繊維からなる。この場合、膜厚が薄いために裏面電極型太陽電池セル５の熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基材３の反りを抑制できるとともに、穴明けなどの加工が容易である。また、絶縁基材３は、網目状のガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料であってもよい。この場合には、単層のガラスクロスよりも硬さが増して伸び縮みし難くなる。
【００３４】
ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料の一例として、網目状のガラス繊維に樹脂が含浸させられた樹脂含有繊維からなるプリプレグが知られている。このプリプレグの繊維として、例えばガラスクロス、ガラス不織布、紙などが挙げられる。また、絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシアクリレート樹脂またはウレタン樹脂等である。
なお、プリプレグはプリント配線板の一形態であり、プリプレグを熱で固めた完成品はプリント配線板と呼称される。ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させたプリプレグの完成品として、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ＢＴ材等があてはまる。
【００３５】
ここで、太陽電池モジュール１における透光性基材２として石英ガラス等のガラスパネルを用い、裏面電極型太陽電池セル５としてシリコン等の酸化珪素を用いた場合、表１に示すように、絶縁基材３として、従来用いられていたＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム等の高分子フィルムより、ガラスエポキシ基材等のガラスクロスを用いた方が、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基材２やシリコン等の裏面電極型太陽電池セル５に近いため、太陽電池モジュール１の反りが小さい。
【００３６】
【表１】
【００３７】
そして、絶縁基材３は、その膜厚を薄層に形成することによって、裏面電極型太陽電池セル５の熱が裏面側に伝達されて放熱効果が高く、表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくい利点がある。そのため、本実施形態の太陽電池モジュール１においては、絶縁基材３の膜厚を２０μｍ〜３００μｍの範囲の薄層に構成した。膜厚が２０μｍ未満であると製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなる。一方、膜厚の上限３００μｍは１枚物のプリント配線基材の一般的な上限である。そのため、絶縁基材３の上限は３００μｍを超えてもよいが、３００μｍを超えると伸び縮みし易さが次第に増大する。また、絶縁基材３の膜厚は、太陽電池モジュール１の反りを故障しない程度に抑制するために、３０００μｍ未満であることが好ましく、少なくとも３０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
また、絶縁基材３の弾性率をＥ（ＧＰａ）とし、熱膨張係数をα（ｐｐｍ）とした場合、弾性率Ｅと熱膨張係数αの積が小さいほど硬くて伸び縮みしにくい材料となる。また、絶縁基材３の膜厚が大きいほど反りが大きくなり易い。
この絶縁基材３を構成する絶縁基材は、単層のガラスクロス、あるいはこれに絶縁樹脂を含浸させてなる構成のため、耐熱性と絶縁性が高く、さらに電気信頼性が高い上に柔軟性と可撓性がある。そのため、積層する前の材料段階でロールに巻いて運搬や保管等をし易い特性、いわゆるロールツーロールし易いといった特性を有しており、スペースを取らずに取り扱いが容易に行うことができる。
【００３９】
次に、裏面電極型太陽電池セル５について説明する。裏面電極型太陽電池セル５は、裏面にプラス電極及びマイナス電極の双方を備えるバックコンタクト方式のものである。裏面電極型太陽電池セル５はシリコンからなるものが好ましく、例えば単結晶シリコン型、多結晶シリコン型等の結晶系裏面電極型太陽電池セルが用いられる。これらの中でも、発電効率に優れる点では単結晶シリコン型が好ましい。裏面電極型太陽電池セル５の厚さは１００μｍ〜３００μｍの範囲とする。
【００４０】
裏面電極型太陽電池セル５は、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正方形板状や六角形板状に形成され、透光性基材２と絶縁基材３との間に互いに間隙Ｇを開けて正方晶状もしくは千鳥状に配列されている。複数の裏面電極型太陽電池セル５は互いに分離して配列されるが、透光性基材２と絶縁基材３は一枚板で構成されるため、裏面電極型太陽電池セル５、５間の間隙Ｇにシワ等の応力が集中する不具合がある。これに対し、裏面電極型太陽電池セル５を千鳥状に配列することで、この応力を六方向に分散させることができる。特に裏面電極型太陽電池セル５を六角形、好ましくは正六角形板状に形成することでセル５，５間の間隙Ｇを最小化させ、太陽電池モジュール１の面積全体に対するセル５の占有面積を増大させて発電効率を向上させることができる。
【００４１】
封止層６は封止用フィルムにより形成される。封止用フィルムとして、例えばＥＶＡフィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂フィルムなどが使用される。
【００４２】
次に、上述の構成を有する太陽電池モジュール１による反りを抑制する構成について説明する。
太陽電池モジュール１において、上述したように、透光性基材２として厚さ２ｍｍ〜４ｍｍの範囲のガラスパネル等の酸化珪素を用い、裏面電極型太陽電池セル５として厚さ１００μｍ〜３００μｍの範囲の結晶系裏面電極型太陽電池セルを用いるものとする。透光性基材２の厚みが２ｍｍに満たない場合や裏面電極型太陽電池セル５の厚みが１００μｍに満たない場合には、太陽電池モジュール１の強度が著しく低下し、破断のおそれが生じる。また、透光性基材２の厚みが４ｍｍを超えた場合や裏面電極型太陽電池セル５の厚みが３００μｍを超えた場合には、太陽電池モジュール１の重量とコストが跳ね上がり実用上好ましくない。
【００４３】
そして、熱による太陽電池モジュール１の熱による反りＹ（単位μｍ）は絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘをパラメータとして次式で規定できる。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
【００４４】
太陽電池モジュール１の反りが１０００μｍ以下であれば、製品としての信頼性を確保できる。
なお、太陽電池モジュール１の反りＹと、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘとは、次式を満たすことがさらに好ましい。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
【００４５】
ここで、太陽電池モジュール１の反りは熱を受けても０であることが理想的であるが現実には困難である。そのため、（１）、（２）式により、太陽電池モジュール１の使用可能な外径寸法に応じた反りＹの上限と下限を最小自乗法による一次式によって設定してその範囲内に納まるように、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５の材質や厚さを規定するとともに、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘによる伸び縮みし易さをパラメータとした。
【００４６】
そして、（１）、（２）式の範囲内に規定することで太陽電池モジュール１全体の反りＹを故障の生じない程度に低減できるようにした。また、同時に（１）、（２）式に関連して、太陽電池モジュール全体の信頼性を維持できる程度の反りＹの上限と絶縁基材３の伸び縮みし易さＸの上限を（３）式によって規定した。
また、太陽電池モジュール１の反りＹを一層好ましい範囲に低減させるためには、反りＹと伸び縮みし易さＸを（４）式の範囲に収めることが好ましい。
【００４７】
次に、本実施形態による太陽電池モジュール１の製造方法について、図３に基づいて説明する。
まず、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた市販のプリプレグ材料を加熱硬化させて、絶縁基材３を得る。
【００４８】
次に、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと電気配線と８を、導電性接着剤１０を用いて接続する。導電性接着剤１０の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷、ディスペンス、転写などの方法を適用することができる。その際、容易に所望の形状にできることから、銀、銅、錫、半田よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性接着剤を用いることが好ましい。さらに、裏面電極型太陽電池セル５の裏面電極５ａと導電性接着剤１０とをより容易に電気的に接続させることができる点では、電極５ａの表面を酸、アルカリ、紫外線、プラズマなどにより洗浄し、導電性接着剤１０の濡れ性を向上させる事が望ましい。
【００４９】
次いで、絶縁基材３上に、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２を裏面側から表面側へとこの順番で順次積層する。そして、これら絶縁基材３、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２の積層体に加熱加圧処理を施す。
【００５０】
これにより、絶縁基材３、封止用フィルム６Ａ、裏面電極型太陽電池セル５、封止用フィルム６Ｂ、透光性基材２を密着させることで、封止層６内に裏面電極型太陽電池セル５及び電気配線８が封止された図１に示す太陽電池モジュール１が得られる。なお、この太陽電池モジュール１においては、裏面電極型太陽電池セル５と電気配線８とは、それぞれ絶縁基材３と接触することなく完全に封止層６内に封止され、また、電気配線８は全て同一平面上に配置される。
【００５１】
このような本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、次の作用効果を奏する。
ａ） 本実施形態による太陽電池モジュール１において、熱による太陽電池モジュール１の反りＹ（単位μｍ）は、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５の材質や厚さを規定するとともに、さらに絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘで規定される伸び縮みし易さをパラメータとして、（１）式と（２）式により規定できるから、太陽電池モジュール１の反りＹを絶縁基材３の物性値である伸び縮みし易さによって抑制することができる。
【００５２】
ｂ） また、絶縁基材３として網目状のガラスエポキシ樹脂からなる単層のガラスクロスまたはこのガラスクロスに絶縁樹脂を含浸させたものを用いたから、従来、絶縁樹脂として用いていたＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム等の高分子フィルムと比較して、線膨張係数がガラスパネル等の透光性基材２やシリコン等の裏面電極型太陽電池セル５に近くなるため、太陽電池モジュール１の反りが少なくなる。
【００５３】
ｃ） また、絶縁基材３の膜厚を２０μｍ〜３００μｍまたは２０μｍ〜３０００μｍの範囲の薄層に形成したから、裏面電極型太陽電池セル５の熱が表面側から裏面側に伝達されて放熱効果が高く表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくく、スタッドバンプ１０等のための穴開け等の加工が容易である。
【００５４】
ｄ） さらに、透光性基材２と絶縁基材３との間に配列された裏面電極型太陽電池セル５は、複数の裏面電極型太陽電池セル５を千鳥状に配列したから、セル５とセル５の間隙Ｇに生じ得る応力を六方向に分散させることができる。しかも、裏面電極型太陽電池セル５を六角形に形成することで、セル５とセル５の間の間隙Ｇを最小化することができて発電効率を向上できる。
【００５５】
ｅ） また、裏面電極型太陽電池セル５と絶縁基材３が直接接続しておらず、個々の裏面電極型太陽電池セル５が同一平面上に配設された電気配線８により接続されているため、裏面電極型太陽電池セル５の設置自由度が増し、設置位置精度を緩和させることができる。これにより、裏面電極型太陽電池セルの製造分留りが向上する。
【００５６】
ｆ） さらに、絶縁基材３上に直接的に電気配線８及び裏面電極型太陽電池セル５が実装される構成ではないため、絶縁基材３に実装プロセス耐性が求められることはなく、当該絶縁基材３の材料選択の幅を広げることができる。また、絶縁基材３上において封止層６によって電気配線８及び裏面電極型太陽電池５を封止することのみをもって、これらを絶縁基材３上に固定することができるため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、変形例として、図５に示す構成の太陽電池モジュール１１であってもよい。この変形例においては、絶縁基材３の裏面側、即ち、裏面電極型太陽電池セル５と反対側の面に太陽電池モジュール１１の硬さを補強して、反りを一層低減するためのバックシート９が設けられている。
【００５８】
この変形例の太陽電池モジュール１１は、実施形態の太陽電池モジュール１の構成に加えて、絶縁基材３の裏面にバックシート９を取り付けられた構造をなしている。この場合、絶縁基材３とバックシート９との関係は、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積をパラメータＸとして下記式（５）によって規定される。
Ｘ≧（バックシート９の弾性率Ｆ×熱膨張係数β） …（５）
【００５９】
即ち、バックシート９を絶縁基材３よりも硬さを大きくして該絶縁基材３に被着し、絶縁基材３を含む太陽電池モジュール１のシート部分を伸び縮みしないようにすることで、太陽電池モジュール１１全体の反りを抑制することができる。
【００６０】
なお、上述の（５）式においては、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αの積Ｘがバックシート９の弾性率Ｆ×熱膨張係数β以上であることを要件としているが、バックシート９は少なくとも下記式（６）を満足すればよい。
０．９×Ｘ≧バックシート１４の弾性率Ｆ×熱膨張係数β …（６）
これにより、太陽電池モジュール１１の反り抑制効果を上述の実施形態による太陽電池モジュール１よりもさらに向上させることができる。
【００６１】
なお、図５において、バックシート９としてはバリア層を設けることが好ましい。このバリア層は絶縁基材３の裏面に設けて空気透過を調整する層であり、水蒸気バリア性、酸素バリア性等の耐候性やや絶縁性を有する例えばフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）フィルム（商品名「テドラー」；登録商標）が用いられている。
【００６２】
また、この他バリア層として、フッ化ビニル樹脂と同様な特性を有する他の樹脂フィルムを用いても良い。即ち、ポリエステル系フィルム（またはポリアミド系フィルム）の片面にガスバリア層としてガスバリア性の高い酸化アルミナ（またはシリカ）を設けた構成を有するセラミック蒸着フィルム（「ＧＬフィルム」；凸版印刷株式会社の商品名）を用いてもよい。
【００６３】
さらに、バリア層として、ガスバリア性積層フィルム（「ＧＸフィルム」；凸版印刷株式会社製の商品名）を用いてもよい。ガスバリア性積層フィルムは特許第４０１３６０４号公報に詳しく開示されている。バリア層の絶縁基材３とは反対側の面にＰＥＴフィルムを被着して積層してもよく、ＰＥＴフィルムを積層することで耐スクラッチ性を向上させることができる。
【実施例】
【００６４】
次に、図１に示す実施形態の太陽電池モジュール１を、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５と絶縁基材３とを組み合わせた三層積層系として近似し（図４参照）、各構成の物性値を特定して全体の反りを実測してその特性を規定した。そして、上記（１）〜（４）式を導き出す根拠となる試験例１，２を行った。
【００６５】
まず、透光性基材２として石英ガラスを用い、その厚さを２ｍｍ〜４ｍｍの範囲に設定した。実施例として、透光性基材２の厚さは３．３ｍｍとした。また、裏面電極型太陽電池セル５としてシリコンチップを用い、厚さ１００μｍ〜３００μｍの範囲に設定した。
【００６６】
絶縁基材３としてガラスエポキシ基材を用い、その膜厚を２０μｍ〜３００μｍの範囲に設定した。実施例１として絶縁基材３の厚さは１００μｍと２００μｍの２種類とした。
絶縁基材３の比較例１、比較例２として、ＰＥＴとＰＥＮを用いた。
絶縁基材３の実施例、比較例１、比較例２における弾性率Ｅ、線膨張係数αは表１に示す通りとした。
【００６７】
そして、三層積層系からなる太陽電池モジュール１について、絶縁基材３として実施例１、比較例１、比較例２をそれぞれ用い、透光性基材２と裏面電極型太陽電池セル５は実施例１、比較例１，２で互いに同一構成のものを用いてそれぞれサンプルを製作した。絶縁基材３の実施例１と比較例１と比較例２の膜厚はそれぞれ１００μｍと２００μｍの２種類とした。これら絶縁基材３の実施例１と比較例１と比較例２をそれぞれ備えた三層積層系である太陽電池モジュール１についても実施例１、比較例１、比較例２というものとし、各部材は互いに同一寸法で形成した。
【００６８】
［試験例１］
試験例１では、実施例１、比較例１、２における光性基材２の寸法は外径寸法４×４インチ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）とした。実施例１、比較例１、２における裏面電極型太陽電池セル５は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ２００μｍとした。
また、絶縁基材（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮを含む）の寸法は透光性基材２と同様に外径寸法４×４インチ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）とし、厚さは１００μｍと２００μｍの２種類とした。参考例１〜６として、絶縁基材に用いた従来技術によるＰＥＮフィルムの弾性率Ｅと熱膨張係数αのいずれか一方または両方を２倍、１／２倍にしたものも用いた。試験条件として、実施例、比較例１、２、参考例１〜６における各太陽電池モジュール１の表裏面の温度差１００℃とし、各絶縁基材３の厚み１００μｍ、２００μｍ毎に各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
なお、太陽電池モジュール１の反りは中心位置に対する太陽電池モジュール１の径方向に直交する方向の端部までの距離によって測定した。
その結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２に示す結果のデータを、図６（ａ），（ｂ）のグラフに示す。図６（ａ）では、実施例１、比較例１，比較例２について、横軸に絶縁基材３（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮを含む）の各弾性率×熱膨張率をとり、縦軸に太陽電池モジュール１の反り（μｍ）をとり、絶縁基材３の厚み１００μｍ、２００μｍ毎にプロットした。
図６（ａ）において、絶縁樹脂３の膜厚１００μｍの場合、各プロットを最小自乗法による一次式である最小自乗直線で接続すると、次の式（６）にまとめることができる。
Ｙ＝０．２１４Ｘ＋１２７．１ …（７）
但し、Ｙ：太陽電池モジュール１の反り
Ｘ：絶縁樹脂３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの積
また、絶縁樹脂３の膜厚２００μｍの場合、各プロットを直線で接続すると、次の式（８）にまとめることができる。
Ｙ＝０．４２８Ｘ＋１２７．１ …（８）
【００７１】
また、図６（ｂ）では、横軸に絶縁基材（ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＴ、ＰＥＮ）の弾性率×熱膨張率×の厚さをとり、縦軸に太陽電池モジュール１の反り（μｍ）をとり、絶縁基材の厚み１００μｍ、２００μｍの場合の太陽電池モジュール１の反りをそれぞれプロットした。横軸に絶縁基材の弾性率×熱膨張率×厚さをとることで、太陽電池モジュール１の反りは絶縁基材の膜厚の大きさに関わらず次の一次式にまとめることができる。
Ｙ＝２．１４Ｘ＋１２７．１ …（９）
【００７２】
［試験例２］
次に試験例２について説明する。
試験例２では、実施例２として絶縁基材３にガラスエポキシ樹脂を用い、太陽電池モジュール１の外径寸法を５×５インチ、６×６インチ、８×８インチ、１２×１２インチの円板型とし、石英ガラスを用いた透光性基材２、絶縁基材３も同一寸法とした。透光性基材２の厚さは表１に記載されたものを用い、絶縁基材３の厚さは２５μｍと３０００μｍの２種類とした。シリコンを用いた裏面電極型太陽電池セル５の寸法は試験例１と同様とした。参考例７、８、９として、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αの一方または両方を１／２倍にしたものを用いた。
【００７３】
試験例２における裏面電極型太陽電池セル５の寸法は、実施例２、参考例７、８、９共、厚さ２００μｍであり、外径寸法は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、２００ｍｍ×２００ｍｍ、３００ｍｍ×３００ｍｍの４種類とした。
試験条件として、実施例２、参考例７、８、９における各太陽電池モジュール１の表裏面の温度差１００℃とした。そして、各絶縁基材３の外径寸法毎に厚さ２５μｍ、３０００μｍに応じて各太陽電池モジュール１の反りを測定した。
その結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
表３に示す結果のデータを、太陽電池モジュール１の外径寸法毎に図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のグラフに示す。各グラフにおいて、横軸を絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αとし、縦軸を太陽電池モジュール１の反りとして、絶縁基材３の厚さ２５μｍ、３０００μｍ毎に反りの大きさをプロットした。
【００７６】
絶縁基材３の厚さ３０００μｍでは、弾性率Ｅのみ１／２倍とした場合と熱膨張係数αのみ１／２倍とした場合とで反りＹの値が大きく異なる（表３、図７（ａ）〜（ｄ）参照）。絶縁基材３の厚さが透光性基材２と同等になると、絶縁基材３の弾性率Ｅ×熱膨張係数αは良いパラメータではなくなる。そのため、試験例１と同様に最小自乗直線を各図中に記入した。絶縁基材３の弾性率Ｅが０に近づくと厚さ２５μｍ、３０００μｍとも同じ反り値と近似するはずであるから、厚さ３０００μｍの最小自乗直線は下記のように変更した。
即ち、まず厚さ２５μｍの最小自乗直線を引き、そのｙ軸切片を求める。そして、厚さ３０００μｍで厚さ２５μｍの直線のｙ軸切片を通過する最小自乗直線を求めた。
【００７７】
上述の手順により、実施例２、参考例７，８，９について、絶縁基材３の厚さ２５μｍ、３０００μｍ毎にそれぞれプロットして直線を引くと、図７（ａ）〜（ｄ）に示す一次式にまとめることができる。
最も小さい外径寸法５インチの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も小さく、特に最も小さい厚み２５μｍの絶縁基材３では次の一次式（１０）にまとめることができる。
Ｙ＝０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（１０）
また、最も大きい外径寸法１２インチの太陽電池モジュール１では、反りの絶対量が最も大きく、特に最も大きい厚み３０００μｍの絶縁基材３では次の一次式（１１）にまとめることができる。
Ｙ＝１２．８８Ｘ＋５２１．７ …（１１）
【００７８】
そのため、上述した外径寸法の範囲を有する太陽電池モジュール１は、絶縁基材３の弾性率Ｅと熱膨張係数αとの積Ｘに関連して上記（１０）式と（１１）式で示す範囲内に反りＹが納まるように反りＹの範囲を規定できる。これを下記の式（１）、（２）で示すことができる。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
【００７９】
ここで、太陽電池モジュール１の反りは、最大１０００μｍ（Ｙ≦１０００μｍ）であれば太陽電池モジュール１の信頼性を確保できる。７００μｍ以下であればさらに好ましい（Ｙ≦７００μｍ）。また、絶縁基材３における弾性率Ｅと熱膨張係数αの積Ｘは、ガラスクロスに含浸される絶縁樹脂であるエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイドトリアジン系の樹脂等の数値を考慮すると、７００以下とする（Ｘ≦７００μｍ）必要がある。好ましくは３００以下とする（Ｘ≦３００μｍ）。
【符号の説明】
【００８０】
１ 太陽電池モジュール
２ 透光性基材
３ 絶縁基材
５ 裏面電極型太陽電池セル
５ａ 裏面電極
６ 封止層
８ 電気配線
９ バックシート（バリア層）
１０ 導電性接着剤
１１ 太陽電池モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材と、
該絶縁基材の表面側において複数並設された裏面電極型太陽電池セルと、
各前記裏面電極型太陽電池セルの裏面電極を略同一平面内で接続する電気配線と、
絶縁基材の表面に積層され、前記裏面電極型太陽電池セルと前記電気配線とを前記絶縁基材に対して離間状態に封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂の表面に積層された透光性基材と、を備え、
前記透光性基材は厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下の酸化珪素からなり、
前記裏面電極型太陽電池セルは厚さ１００μｍ以上３００μｍ以下の結晶系裏面電極型太陽電池セルからなり、
下記（１）、（２）及び（３）式を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
Ｘ：絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積
【請求項２】
下記（４）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
【請求項３】
前記絶縁基材の膜厚は、２０μｍ以上３０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記絶縁基材は、ガラス繊維の絶縁樹脂を含浸させた構造をなしていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記絶縁基材の裏面側にバックシートが積層されており、該バックシートが下記（５)式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（５）
【請求項６】
前記バックシートが下記（６）式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
０．９Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（６）
【請求項７】
前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて六角形状をなしていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１】
絶縁基材と、
該絶縁基材の表面側において複数並設された裏面電極型太陽電池セルと、
各前記裏面電極型太陽電池セルの裏面電極を略同一平面内で接続する電気配線と、
絶縁基材の表面に積層され、前記裏面電極型太陽電池セルと前記電気配線とを前記絶縁基材に対して離間状態に封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂の表面に積層された透光性基材と、を備え、
前記透光性基材は厚さ２ｍｍ以上４ｍｍ以下の酸化珪素からなり、
前記裏面電極型太陽電池セルは厚さ１００μｍ以上３００μｍ以下の結晶系裏面電極型太陽電池セルからなり、
下記（１）、（２）及び（３）式を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
Ｙ≦１２．８８Ｘ＋５２１.７ …（１）
Ｙ≧０．０３２４Ｘ＋８３．６９ …（２）
Ｙ≦１０００，Ｘ≦７００ …（３）
但し、Ｙ：太陽電池モジュールの反り
Ｘ：絶縁基材の弾性率と熱膨張係数の積
【請求項２】
下記（４）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
Ｙ≦５００，Ｘ≦３００ …（４）
【請求項３】
前記絶縁基材の膜厚は、２０μｍ以上３０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記絶縁基材は、ガラス繊維の絶縁樹脂を含浸させた構造をなしていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記絶縁基材の裏面側にバックシートが積層されており、該バックシートが下記（５)式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（５）
【請求項６】
前記バックシートが下記（６）式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
０．９Ｘ≧（バックシートの弾性率×バックシートの熱膨張係数） …（６）
【請求項７】
前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記裏面電極型太陽電池セルが平面視にて六角形状をなしていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１６７７９（Ｐ２０１１−２１６７７９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５３７６（Ｐ２０１０−８５３７６）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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