太陽電池用絶縁基板、太陽電池モジュール及び太陽電池用絶縁基板の製造方法
【課題】バックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいて、裏面側に凸となる反りの発生を防止できる太陽電池用絶縁基板及び当該太陽電池用絶縁基板を用いた太陽電池モジュール、並びに、太陽電池用絶縁基板の製造方法を提供する。
【解決手段】繊維及び樹脂を含有する複合材料からなり、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料１１と、該絶縁材料１１の裏面に積層され、絶縁材料１１の厚み方向に穿設された貫通孔１１ａを介して太陽電池セルと電気的に接続される回路層１２とから太陽電池用絶縁基板１０を構成し、絶縁材料１１の裏面に凹凸構造Ａを形成する。
【解決手段】繊維及び樹脂を含有する複合材料からなり、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料１１と、該絶縁材料１１の裏面に積層され、絶縁材料１１の厚み方向に穿設された貫通孔１１ａを介して太陽電池セルと電気的に接続される回路層１２とから太陽電池用絶縁基板１０を構成し、絶縁材料１１の裏面に凹凸構造Ａを形成する。
【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太陽電池セルを固定するための太陽電池用絶縁基板及び該太陽電池用絶縁基板を用い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９に示すように、受光側に配置された透光性基板１２０と、裏面側に配置された絶縁基板１１０と、透光性基板１２０および絶縁基板１１０の間に配置された多数の太陽電池セル１３０とを有している。
【０００３】
従来、上記太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル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１３０ａ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１３０ａ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。また、上記の電極の配置では、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が、このような構造では、各部材の熱膨張の差が原因で配線材１５０が断線することがあった。
【０００４】
そこで上記問題に対応すべく、特許文献１および２には、プラス電極、マイナス電極の両電極がセルの裏側に配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セル同士の接続は、該太陽電池セルの裏面側に配置される絶縁基板の回路により行う。この絶縁基板は、絶縁材料の表面に回路層が積層された構造をなしており、当該回路層上に太陽電池セルがさらに積層される。これによって、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回避できる。また、配線材を表側から裏側に回りこむ構造にしなくてもよいため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ここで、上記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、絶縁材料の表面に回路層が形成され、さらにこの回路層上に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、絶縁材料と回路層および太陽電池セルとの線膨張率の違いによって、太陽電池モジュールに反りが生じてしまう事があった。
【０００７】
即ち、絶縁基板は、太陽電池セルおよび透光性基板と比較して線膨張率が高いため、高温時においては絶縁材料が太陽電池セル及び透光性基板よりも大きく膨張する。したがって、太陽電池モジュールの裏面側に凸となる反りが発生してしまい、故障の原因につながることが懸念されていた。
【０００８】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、バックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいて、裏面側に凸となる反りの発生を防止できる太陽電池用絶縁基板及び当該太陽電池用絶縁基板を用いた太陽電池モジュール、並びに、太陽電池用絶縁基板の製造方法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】
【０００９】
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用絶縁基板は、繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなし、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料と、該絶縁材料の裏面に積層され、前記絶縁材料の厚み方向に穿設された貫通孔を介して前記太陽電池セルと電気的に接続される回路層とを備え、前記絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このような特徴の太陽電池用絶縁基板によれば、絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることから、当該絶縁材料における裏面側の体積率、即ち、絶縁材料の裏面側の空間における該絶縁材料の占める体積の割合が小さくなる。これによって、絶縁材料の裏面側における体積膨張を表面側と比較して小さく抑えることができる。
また、絶縁材料よりも線膨張率の小さい回路層及び太陽電池セルのうち、回路層が絶縁材料の裏面側に積層され、太陽電池セルが絶縁材料の表面側に積層される構成のため、高温時であってもこれら回路層及び太陽電池セルが絶縁材料の膨張を両面から均等に抑えることができる。
【００１１】
さらに、上記太陽電池用絶縁基板においては、前記凹凸構造の最大高さＲｍａｘの値が、前記絶縁材料の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることが好ましい。
これにより、絶縁材料の裏面側における体積膨張を効果的に減少させることができる。
【００１２】
また、上記太陽電池用絶縁基板においては、前記凹凸構造が、前記絶縁材料の裏面に沿った一方向に延在する三角プリズムを、該一方向に直交する方向に連続的に配置した形状をなしていることが好ましい。
さらに、前記凹凸構造が、四角錐形状をなす単位凸形状を、前記絶縁材料の裏面の面方向に沿って二次元的に配列した形状をなしていてもよい。
これにより、絶縁材料の裏面側における体積膨張を一層効果的に減少させることができる。
【００１３】
そして、本発明に係る太陽電池モジュールは、受光面側に配置された透光性基板と、該透光性基板の裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板と、前記透光性基板及び前記太陽電池用絶縁基板の間に配置された太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止樹脂とを備えた太陽電池モジュールであって、前記太陽電池用絶縁基板が、上記いずれかの太陽電池用絶縁基板であることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴の太陽電池モジュールによれば、絶縁材料における反りの発生を防止できるため、当該反りによる故障を回避することができ、メンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る太陽電池用絶縁基板の製造方法は、金属箔の表面に凹凸構造を形成する工程と、前記金属箔の表面を、繊維及び熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層の表面に積層させる工程と、積層された前記金属箔と前記半硬化複合材料層とに加熱加圧処理を施して、半硬化複合材料層を絶縁材料とする工程と、前記金属箔にパターン加工を施して回路層を形成する工程とを備え、前記回路層の一部を前記受光面側に露呈させる貫通孔を、前記半硬化複合材料層あるいは前記絶縁材料に形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
これによって、絶縁材料の裏面に凹凸構造を容易に成形することができる。また、絶縁材料の裏面に回路層を配置しつつ、回路層を表面側に露呈される貫通孔を形成することで、回路層と電気接続される太陽電池セルを絶縁材料の表面側に配置可能な太陽電池用絶縁基板を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽電池用絶縁基板及び太陽電池モジュールによれば、凹凸構造を形成することで絶縁材料の裏面側における体積膨張を小さくし、かつ、回路層及び太陽電池セルにより該絶縁材料の膨張を表裏両面から均等に抑えることで、絶縁材料の裏面側に凸となる反りの発生を防止することができる。
また、本発明の太陽電池用絶縁基板の製造方法によれば、反りを防止することが可能な上記太陽電池用絶縁基板を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る太陽電池用絶縁基板の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す太陽電池用絶縁基板の製造方法を説明する図である。
【図３】実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す太陽電池モジュールの製造方法を説明する図である。
【図５】図１に示す太陽電池用絶縁基板の製造方法の他の例を説明する図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの概略構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（太陽電池用絶縁基板）
本発明の太陽電池用絶縁基板の実施形態について説明する。
図１に実施形態の太陽電池用絶縁基板を示す。この太陽電池用絶縁基板１０は、絶縁材料１１と、絶縁材料１１の裏面に設けられた回路層１２とを備えており、いわゆるバックコンタクト方式の太陽電池セルの接続に用いられる。
【００２０】
（絶縁材料）
絶縁材料１１としては、繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなす部材、即ち、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸又は塗布し乾燥させて得たプリプレグが用いられる。この絶縁材料１１は、その表面（図１の上方向を向く面）に太陽電池セルが配置され、裏面（図１の下方向を向く面）に回路層１２が配置される。また、絶縁材料１１には、その厚み方向（図１の上下方向）に貫通する貫通孔１１ａが複数穿設されている。
【００２１】
この絶縁材料１１に用いられる繊維としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維等が挙げられる。これらのうち、熱硬化性樹脂との親和性、絶縁信頼性、材料コストの観点からガラス繊維が好ましい。
【００２２】
また、樹脂としては、副生物を生成せずに硬化する付加重合型等の熱硬化性樹脂が好ましい。付加重合型の熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アクリル樹脂、シアナート樹脂、シアン酸エステル樹脂−エポキシ樹脂、シアン酸エステル−マレイミド樹脂、シアン酸エステル−マレイミド−エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、マレイミド−ビニル樹脂、ビスアリルナジイミド樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２３】
この絶縁材料１１の表面は太陽電池セルを安定的に積層固定すべく平坦状に成型されている一方、裏面には凹凸構造Ａが成型されている。この凹凸構造Ａは、一方向（図１の紙面奥行き方向）に延在する三角プリズムが当該一方向に直交する方向（図１の左右方向）に並設されたプリズムアレイ状をなしている。即ち、凹凸構造Ａは、絶縁材料１１の面方向（図１の左右方向及び紙面奥行き方向を含む二次元方向）に対して所定角度をなす傾斜面が連続的に配設されてなる波形状をなしている。
【００２４】
なお、絶縁材料１１の凹凸構造Ａとしては、上記のプリズムアレイ形状に限定されず、例えば、一方向に延びるシリンドリカルレンズ形状等の単位レンズが該一方向に直交する方向に並設されたレンズアレイ状をなすものであってもよいし、四角錐形状（ピラミッド形状）等をなす単位凸形状が絶縁材料１１の面方向に二次元的に配列された構成をなすものであってもよい。
【００２５】
また、上記凹凸構造Ａの最大高さＲｍａｘの値は、絶縁材料１１の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることが好ましい。当該最大高さＲｍａｘの値が絶縁材料の厚み寸法の１０％未満の場合、後述する反り防止効果を効果的に得ることができないため好ましくない。
【００２６】
（回路層）
回路層１２は、後述する太陽電池セル３０に電気的に接続される層であって、上記絶縁材料１１の裏面に圧着積層されている。即ち、回路層１２の表面には、絶縁材料１１の裏面における凹凸構造Ａの逆型をなす凹凸構造Ｂが成型されており、これら凹凸構造Ａ，Ｂが隙間無く噛み合うようにして回路層１２と絶縁材料１１とが積層一体化されている。なお、本実施形態においては、回路層１２の裏面は平坦状に成型されている。
【００２７】
この回路層１２は、太陽電池用絶縁基板１０に積層される多数の太陽電池セルを電気的に直列に接続するパターンを有している。回路層１２を構成する材料としては、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が、絶縁材料１１を構成する樹脂よりも線膨張率が低い材質から形成されていることが好ましい。また、導電性高分子を使用することもできる。
【００２８】
なお、本実施形態における回路層１２の表面は、スタッドバンプとの密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。これによって、回路層１２と該回路層１２の表面に積層される部材との密着性を向上させることができる。
【００２９】
また、この回路層１２の表面における絶縁材料１１の貫通孔１１ａに臨む箇所は、太陽電池セル３０と接続するための電極部１２ａとされている。換言すれば、絶縁材料１１の貫通孔１１ａは、回路層１２の電極部１２ａが存在する箇所において絶縁材料１１を厚み方向に貫通している。これにより、回路層１２の電極部１２ａは、貫通孔１１ａを介して絶縁材料１１の表面側、即ち、受光面側に露呈することになる。
【００３０】
このような構成をなす太陽電池用絶縁基板１０においては、絶縁材料１１の裏面に設けられた回路層１２の電極部１２ａに対して絶縁材料１１の太陽電池セルを貫通孔１１ａを介して電気接続することによって、太陽電池セルを電気的に直列に接続できる。なお、これら電極部１２ａ及び太陽電池セルの電気接続は、貫通孔１１ａ内に設けられるスタットバンプによって行なわれる。このように、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０によれば、太陽電池セルの太陽電池用絶縁基板１０への積層と太陽電池セル同士の接続とを同時に行うことができるため、太陽電池モジュールを容易に製造でき、その生産性を高くできる。
【００３１】
さらに、絶縁材料１１が複合材料からなるため、太陽電池用絶縁基板１０の寸法安定性、剛性に優れる。特に、例えば、従来広く使用されているＰＥＴ基材、ＰＥＮ基材からなる太陽電池用絶縁基板よりも寸法安定性および剛性に優れる。したがって、絶縁材料１１が複合材料からなることで、太陽電池用絶縁基板１０は優れた物性を有するものとなる。
【００３２】
ここで、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０においては絶縁材料１１の裏面に凹凸構造Ａが形成されていることから、当該絶縁材料１１における裏面側の体積率、即ち、絶縁材料１１の裏面側の空間における該絶縁材料１１の占める体積の割合が小さくなる。これによって、例えば太陽電池用絶縁基板１０が搭載される太陽電池モジュールが直射日光を受けることで高温に曝された際、絶縁材料１１の裏面側における体積膨張を表面側と比較して小さく抑えることができる。
【００３３】
さらに、絶縁材料１１よりも線膨張率の小さい回路層１２及び太陽電池セルのうち、回路層１２が絶縁材料１１の裏面側に積層され、太陽電池セルが絶縁材料１１の表面側に積層される構成のため、高温時であってもこれら回路層１２及び太陽電池セルが絶縁材料１１の膨張を両面から均等に抑えることができる。
【００３４】
即ち、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０によれば、凹凸構造Ａを形成することで絶縁材料１１の裏面側における体積膨張を小さくし、かつ、回路層１２及び太陽電池セルにより該絶縁材料１１の膨張を表裏両面から均等に抑えることで、絶縁材料１１における裏面側に凸となる反りの発生を防止することができる。
【００３５】
（太陽電池用絶縁基板の製造方法）
本実施形態例の太陽電池用絶縁基板１０の製造方法について説明する。
本実施形態例の太陽電池用絶縁基板１０の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などの金属からなる金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを成型する。この凹凸構造Ｂは、例えばバイト等を用いた機械加工により成型してもよいし、また、エッチングにより成型してもよい。また、金属箔１８に代えて導電性高分子を用いてもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、繊維及び半硬化の熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層１９の裏面に上記金属箔１８の凹凸構造Ｂが成型された表面を積層する。この半硬化複合材料層１９は、上述した繊維に熱硬化性樹脂を含浸または塗布し、乾燥させて得たものである。この熱硬化性樹脂は半硬化状態とされているため接着性を有している。
【００３７】
そして、これら半硬化複合材料層１９及び金属箔１８に加熱真空圧着処理を施すことで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面を圧着する。この際、半硬化複合材料層１９の裏面が金属箔１８の表面における凹凸構造Ｂの形状に従って変形することで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂが転写される。そして、半硬化複合材料層１９における熱硬化性樹脂が加熱されて硬化することで、図２（ｃ）に示すように、表面利面に凹凸構造Ａが成型された絶縁材料１１を得ることができる。
【００３８】
そして、金属箔１８の裏面にレジストパターンを形成してエッチング処理を施すことによって回路層１２を形成する。この回路層１２の形成では、フォトリソグラフィを適用する。フォトリソグラフィでは、まず、金属箔１８の裏面の全面にレジスト層を設ける。その際、レジスト層としては、ドライフィルムレジストを用いてもよいし、ウェットレジストを金属箔１８に塗工して形成したものでもよい。
【００３９】
次いで、レジスト層の上にフォトマスクを配置し、露光し、現像してレジストパターンを設ける。次いで、レジストパターンで被覆されていない金属箔１８をエッチング処理して除去する。エッチングとしては、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれであってもよいが、通常は、ウェットエッチングが適用される。その後、レジストパターンを剥離する。このように、金属箔１８にパターン加工を施すことで該金属箔１８を回路層１２とすることができる。
【００４０】
そして最後に、絶縁材料１１の表面側から、例えばレーザーやドリル等による切削加工を行い、絶縁材料１１に複数の貫通孔１１ａを形成する。なお、絶縁材料１１における切削加工が施される箇所は、回路層１２の電極部１２ａに対応する箇所とされ、また、当該切削加工は絶縁材料１１にのみなされ回路層１２を切削することがないように寸止めされる。これにより、回路層１２の電極部１２ａが貫通孔１１ａを介して受光面側に露呈し、図１に示す太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。
【００４１】
なお、得られた回路層１２の表面、即ち電極部１２ａには粗面化処理を施してもよい。この粗面化処理としては、例えば、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液を回路層１２の表面に接触させる方法を適用することができる。回路層１２と該回路層１２の表面に積層される部材との密着性を向上させることができる。
【００４２】
このような太陽電池用絶縁基板１０の製造方法では、金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを形成して、この金属箔１８の表面を半硬化複合材料層１９の裏面に積層させるとともにこれら金属箔１８と半硬化複合材料層１９とを加熱真空圧着することで、絶縁材料１１と回路層１２とが強固に一体化された太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。また、この加熱真空圧着により金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂを半硬化複合材料層１９に転写することによって、該絶縁材料１１に賦型率の高い凹凸構造Ａを容易に成型することができる。
【００４３】
即ち、絶縁材料１１の表面に直接的に凹凸構造Ａを形成する加工を施すのではなく、金属箔１８に形成した凹凸構造Ｂを転写させるといった手法を用いているため、高い賦型率でもって絶縁材料１１の凹凸構造Ａを形成することが可能となる。これによって、絶縁材料１１の裏面側における体積率を確実に減少させて、当該絶縁材料１１の裏面側に凸となる反りを防止できる。
【００４４】
（太陽電池モジュール）
上記太陽電池用絶縁基板１０は太陽電池モジュールに使用される。図３に上記太陽電池用絶縁基板１０を使用した太陽電池モジュールを示す。
この太陽電池モジュール１は、受光面側に配置された透光性基板２０と、裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板１０と、透光性基板２０および太陽電池用絶縁基板１０の間に配置された多数の太陽電池セル３０と、太陽電池セル３０を封止する封止層４０とを備えている。
さらに、この太陽電池モジュール１に用いられる太陽電池用絶縁基板１０には、その裏面側にバリア層１３が配置され、回路層１２の太陽電池セル３０に接触する電極部上にスタッドバンプ１４が設けられている。
【００４５】
［バリア層］
バリア層１３は空気透過を調整する層である。バリア層１３としては、耐候性、絶縁性など長期信頼性を有する材料が使用され、例えば、フッ素樹脂フィルム、低オリゴマー・耐熱ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム／ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、シリカ（ＳｉＯ２）蒸着フィルム、アルミニウム箔などが使用される。
【００４６】
［スタッドバンプ］
スタッドバンプ１４は、回路層１２と太陽電池セル３０との電気的接続を補助する部材であり、絶縁材料１１の貫通孔１１ａ内に充填されるようにして設けられている。このスタッドバンプ１４の材料としては、電気抵抗が低い材料が使用される。中でも、回路層１２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。
【００４７】
このスタッドバンプ１４は、粘度が高く、容易に所望の形状にできることから、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。
【００４８】
また、導電性ペーストは低温硬化タイプであることが好ましい。導電性ペーストが低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で太陽電池セル３０の電極と回路層１２とを電気的に接続できる。１２０〜１６０℃は、封止層４０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、封止層４０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、太陽電池セル３０の電極と該導電性ペーストから形成されるスタッドバンプ１４とをより容易に電気的に接続させることができる。
【００４９】
低温硬化タイプの導電性ペーストとしては、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。
【００５０】
［透光性基板］
透光性基板２０としては、例えば、ガラス基板、透明樹脂基板などが挙げられる。透明樹脂基板を構成する透明樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。本実施形態例に使用される太陽電池セル３０は、裏面にプラス電極およびマイナス電極を備えるバックコンタクト方式のものである。
【００５１】
［太陽電池セル］
太陽電池セル３０としては、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、化合物型、色素増感型などが挙げられる。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。この太陽電池セル３０はその裏面側に例えば一対の電極を備えている。
【００５２】
［封止層］
封止層４０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は、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。通常、封止用フィルムは、太陽電池セル３０を挟み込むように２枚以上で使用される。
【００５３】
この太陽電池モジュール１は、例えば、以下の製造方法により製造される。
即ち、まず、図４（ａ）に示すように、回路層１２の電極部１２ａ上、即ち、貫通孔１１ａ内にスタッドバンプ１４を形成するとともに、太陽電池セル３０の裏面の電極にスタッドバンプ１４が対向するように該太陽電池セル３０を配置する。そして、これら太陽電池用絶縁基板１０、スタッドバンプ１４及び太陽電池セル３０からなる積層体を加熱加圧する。これにより、太陽電池用絶縁基板１０における絶縁材料１１上に、貫通孔１１ａを介して回路層１２に電気接続された太陽電池セル３０が実装される。
【００５４】
なお、スタッドバンプ１４の形成方法としては、例えば、めっき、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。その際には、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ペーストを用いることが好ましい。さらには、太陽電池セル３０の電極とスタッドバンプ１４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、低温硬化タイプの導電性ペーストがより好ましい。
【００５５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、太陽電池用絶縁基板１０の絶縁材料１１の表面側において太陽電池セル３０を周囲から覆うようにして、該太陽電池セル３０を封止層４０により封止する。その後、図４（ｃ）に示すように、絶縁材料１１の裏面側において回路層１２をその裏面側から覆うようにバリア層１３を一体に固定する。最後に、封止層４０の表面に透光性基板２０を一体に固定し、これによって、図３に示すように、絶縁材料１１の表面側に配置された太陽電池セル３０が絶縁材料１１の裏面側に配置された回路層１２により電気的に直列に接続された、太陽電池モジュール１を得ることができる。
【００５６】
このような特徴の太陽電池モジュール１によれば、上記太陽電池用絶縁基板１０を搭載しているため、絶縁材料１１における反りの発生を防止できる。したがって、当該反りによる故障を回避することができ、メンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本実施形態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、実施形態の太陽電池用絶縁基板１０は、絶縁材料１１及び回路層１２のみから構成されていたが、バリア層１３やスタッドバンプ１４を当初から備えた上で、これら絶縁材料１１、回路層１２、バリア層１３及びスタッドバンプ１４からなるバックシートが構成されていてもよい。
【００５８】
また、太陽電池用絶縁基板１０においては、回路層１２の裏面側を被覆するオーバーコート層が設けられていてもよい。このオーバーコート層を構成する絶縁性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これら樹脂は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。このオーバーコート層を設けることでいに隣接する回路層１２の短絡を防止できる。
【００５９】
さらに、太陽電池用絶縁基板１０の製造方法としては、例えば図５に示す手順であってもよい。即ち、まず、図５（ａ）に示すように、銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などの金属からなる金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを成型する。また、この工程と並行して、図５（ｂ）に示すように、半硬化複合材料層１９に貫通孔１１ａを形成する工程を行う。
【００６０】
そして、図５（ｃ）に示すように、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の凹凸構造Ｂを接触させるように積層し、次いで、図５（ｄ）に示すように、半硬化複合材料層１９及び金属箔１８に加熱真空圧着処理を施すことで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面を圧着する。
【００６１】
この際、半硬化複合材料層１９の裏面が金属箔１８の表面における凹凸構造Ｂの形状に従って変形することで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂが転写される。また、これと同時に、半硬化複合材料層１９が熱硬化して絶縁材料１１となる。そして、金属箔１８の裏面にレジストパターンを形成してエッチング処理を施すことによって回路層１２を形成する。図１に示す太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。
【００６２】
このように、半硬化複合材料層１９に予め貫通孔１１ａを形成する場合、該半硬化複合材料層１９を硬化させて絶縁材料１１とした後に貫通孔１１ａを形成する場合と異なり、切削加工の際に回路層１２にレーザーやドリル等が当たらぬように寸止めをしなくともよい。したがって、容易に貫通孔１１ａを形成することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 太陽電池モジュール
１０ 太陽電池用絶縁基板
１１ 絶縁材料
１１ａ 貫通孔
１２ 回路層
１２ａ 電極部
１３ バリア層
１４ スタッドバンプ
１８ 金属箔
１９ 半硬化複合材料層
２０ 透光性基板
３０ 太陽電池セル
４０ 封止層
Ａ 凹凸構造
Ｂ 凹凸構造
【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太陽電池セルを固定するための太陽電池用絶縁基板及び該太陽電池用絶縁基板を用い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９に示すように、受光側に配置された透光性基板１２０と、裏面側に配置された絶縁基板１１０と、透光性基板１２０および絶縁基板１１０の間に配置された多数の太陽電池セル１３０とを有している。
【０００３】
従来、上記太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル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１３０ａ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１３０ａ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。また、上記の電極の配置では、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が、このような構造では、各部材の熱膨張の差が原因で配線材１５０が断線することがあった。
【０００４】
そこで上記問題に対応すべく、特許文献１および２には、プラス電極、マイナス電極の両電極がセルの裏側に配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セル同士の接続は、該太陽電池セルの裏面側に配置される絶縁基板の回路により行う。この絶縁基板は、絶縁材料の表面に回路層が積層された構造をなしており、当該回路層上に太陽電池セルがさらに積層される。これによって、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回避できる。また、配線材を表側から裏側に回りこむ構造にしなくてもよいため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ここで、上記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、絶縁材料の表面に回路層が形成され、さらにこの回路層上に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、絶縁材料と回路層および太陽電池セルとの線膨張率の違いによって、太陽電池モジュールに反りが生じてしまう事があった。
【０００７】
即ち、絶縁基板は、太陽電池セルおよび透光性基板と比較して線膨張率が高いため、高温時においては絶縁材料が太陽電池セル及び透光性基板よりも大きく膨張する。したがって、太陽電池モジュールの裏面側に凸となる反りが発生してしまい、故障の原因につながることが懸念されていた。
【０００８】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、バックコンタクト方式の太陽電池モジュールにおいて、裏面側に凸となる反りの発生を防止できる太陽電池用絶縁基板及び当該太陽電池用絶縁基板を用いた太陽電池モジュール、並びに、太陽電池用絶縁基板の製造方法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】
【０００９】
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用絶縁基板は、繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなし、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料と、該絶縁材料の裏面に積層され、前記絶縁材料の厚み方向に穿設された貫通孔を介して前記太陽電池セルと電気的に接続される回路層とを備え、前記絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このような特徴の太陽電池用絶縁基板によれば、絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることから、当該絶縁材料における裏面側の体積率、即ち、絶縁材料の裏面側の空間における該絶縁材料の占める体積の割合が小さくなる。これによって、絶縁材料の裏面側における体積膨張を表面側と比較して小さく抑えることができる。
また、絶縁材料よりも線膨張率の小さい回路層及び太陽電池セルのうち、回路層が絶縁材料の裏面側に積層され、太陽電池セルが絶縁材料の表面側に積層される構成のため、高温時であってもこれら回路層及び太陽電池セルが絶縁材料の膨張を両面から均等に抑えることができる。
【００１１】
さらに、上記太陽電池用絶縁基板においては、前記凹凸構造の最大高さＲｍａｘの値が、前記絶縁材料の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることが好ましい。
これにより、絶縁材料の裏面側における体積膨張を効果的に減少させることができる。
【００１２】
また、上記太陽電池用絶縁基板においては、前記凹凸構造が、前記絶縁材料の裏面に沿った一方向に延在する三角プリズムを、該一方向に直交する方向に連続的に配置した形状をなしていることが好ましい。
さらに、前記凹凸構造が、四角錐形状をなす単位凸形状を、前記絶縁材料の裏面の面方向に沿って二次元的に配列した形状をなしていてもよい。
これにより、絶縁材料の裏面側における体積膨張を一層効果的に減少させることができる。
【００１３】
そして、本発明に係る太陽電池モジュールは、受光面側に配置された透光性基板と、該透光性基板の裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板と、前記透光性基板及び前記太陽電池用絶縁基板の間に配置された太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止樹脂とを備えた太陽電池モジュールであって、前記太陽電池用絶縁基板が、上記いずれかの太陽電池用絶縁基板であることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴の太陽電池モジュールによれば、絶縁材料における反りの発生を防止できるため、当該反りによる故障を回避することができ、メンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る太陽電池用絶縁基板の製造方法は、金属箔の表面に凹凸構造を形成する工程と、前記金属箔の表面を、繊維及び熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層の表面に積層させる工程と、積層された前記金属箔と前記半硬化複合材料層とに加熱加圧処理を施して、半硬化複合材料層を絶縁材料とする工程と、前記金属箔にパターン加工を施して回路層を形成する工程とを備え、前記回路層の一部を前記受光面側に露呈させる貫通孔を、前記半硬化複合材料層あるいは前記絶縁材料に形成する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
これによって、絶縁材料の裏面に凹凸構造を容易に成形することができる。また、絶縁材料の裏面に回路層を配置しつつ、回路層を表面側に露呈される貫通孔を形成することで、回路層と電気接続される太陽電池セルを絶縁材料の表面側に配置可能な太陽電池用絶縁基板を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽電池用絶縁基板及び太陽電池モジュールによれば、凹凸構造を形成することで絶縁材料の裏面側における体積膨張を小さくし、かつ、回路層及び太陽電池セルにより該絶縁材料の膨張を表裏両面から均等に抑えることで、絶縁材料の裏面側に凸となる反りの発生を防止することができる。
また、本発明の太陽電池用絶縁基板の製造方法によれば、反りを防止することが可能な上記太陽電池用絶縁基板を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る太陽電池用絶縁基板の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す太陽電池用絶縁基板の製造方法を説明する図である。
【図３】実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す太陽電池モジュールの製造方法を説明する図である。
【図５】図１に示す太陽電池用絶縁基板の製造方法の他の例を説明する図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの概略構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（太陽電池用絶縁基板）
本発明の太陽電池用絶縁基板の実施形態について説明する。
図１に実施形態の太陽電池用絶縁基板を示す。この太陽電池用絶縁基板１０は、絶縁材料１１と、絶縁材料１１の裏面に設けられた回路層１２とを備えており、いわゆるバックコンタクト方式の太陽電池セルの接続に用いられる。
【００２０】
（絶縁材料）
絶縁材料１１としては、繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなす部材、即ち、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸又は塗布し乾燥させて得たプリプレグが用いられる。この絶縁材料１１は、その表面（図１の上方向を向く面）に太陽電池セルが配置され、裏面（図１の下方向を向く面）に回路層１２が配置される。また、絶縁材料１１には、その厚み方向（図１の上下方向）に貫通する貫通孔１１ａが複数穿設されている。
【００２１】
この絶縁材料１１に用いられる繊維としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維等が挙げられる。これらのうち、熱硬化性樹脂との親和性、絶縁信頼性、材料コストの観点からガラス繊維が好ましい。
【００２２】
また、樹脂としては、副生物を生成せずに硬化する付加重合型等の熱硬化性樹脂が好ましい。付加重合型の熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アクリル樹脂、シアナート樹脂、シアン酸エステル樹脂−エポキシ樹脂、シアン酸エステル−マレイミド樹脂、シアン酸エステル−マレイミド−エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、マレイミド−ビニル樹脂、ビスアリルナジイミド樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２３】
この絶縁材料１１の表面は太陽電池セルを安定的に積層固定すべく平坦状に成型されている一方、裏面には凹凸構造Ａが成型されている。この凹凸構造Ａは、一方向（図１の紙面奥行き方向）に延在する三角プリズムが当該一方向に直交する方向（図１の左右方向）に並設されたプリズムアレイ状をなしている。即ち、凹凸構造Ａは、絶縁材料１１の面方向（図１の左右方向及び紙面奥行き方向を含む二次元方向）に対して所定角度をなす傾斜面が連続的に配設されてなる波形状をなしている。
【００２４】
なお、絶縁材料１１の凹凸構造Ａとしては、上記のプリズムアレイ形状に限定されず、例えば、一方向に延びるシリンドリカルレンズ形状等の単位レンズが該一方向に直交する方向に並設されたレンズアレイ状をなすものであってもよいし、四角錐形状（ピラミッド形状）等をなす単位凸形状が絶縁材料１１の面方向に二次元的に配列された構成をなすものであってもよい。
【００２５】
また、上記凹凸構造Ａの最大高さＲｍａｘの値は、絶縁材料１１の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることが好ましい。当該最大高さＲｍａｘの値が絶縁材料の厚み寸法の１０％未満の場合、後述する反り防止効果を効果的に得ることができないため好ましくない。
【００２６】
（回路層）
回路層１２は、後述する太陽電池セル３０に電気的に接続される層であって、上記絶縁材料１１の裏面に圧着積層されている。即ち、回路層１２の表面には、絶縁材料１１の裏面における凹凸構造Ａの逆型をなす凹凸構造Ｂが成型されており、これら凹凸構造Ａ，Ｂが隙間無く噛み合うようにして回路層１２と絶縁材料１１とが積層一体化されている。なお、本実施形態においては、回路層１２の裏面は平坦状に成型されている。
【００２７】
この回路層１２は、太陽電池用絶縁基板１０に積層される多数の太陽電池セルを電気的に直列に接続するパターンを有している。回路層１２を構成する材料としては、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が、絶縁材料１１を構成する樹脂よりも線膨張率が低い材質から形成されていることが好ましい。また、導電性高分子を使用することもできる。
【００２８】
なお、本実施形態における回路層１２の表面は、スタッドバンプとの密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。これによって、回路層１２と該回路層１２の表面に積層される部材との密着性を向上させることができる。
【００２９】
また、この回路層１２の表面における絶縁材料１１の貫通孔１１ａに臨む箇所は、太陽電池セル３０と接続するための電極部１２ａとされている。換言すれば、絶縁材料１１の貫通孔１１ａは、回路層１２の電極部１２ａが存在する箇所において絶縁材料１１を厚み方向に貫通している。これにより、回路層１２の電極部１２ａは、貫通孔１１ａを介して絶縁材料１１の表面側、即ち、受光面側に露呈することになる。
【００３０】
このような構成をなす太陽電池用絶縁基板１０においては、絶縁材料１１の裏面に設けられた回路層１２の電極部１２ａに対して絶縁材料１１の太陽電池セルを貫通孔１１ａを介して電気接続することによって、太陽電池セルを電気的に直列に接続できる。なお、これら電極部１２ａ及び太陽電池セルの電気接続は、貫通孔１１ａ内に設けられるスタットバンプによって行なわれる。このように、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０によれば、太陽電池セルの太陽電池用絶縁基板１０への積層と太陽電池セル同士の接続とを同時に行うことができるため、太陽電池モジュールを容易に製造でき、その生産性を高くできる。
【００３１】
さらに、絶縁材料１１が複合材料からなるため、太陽電池用絶縁基板１０の寸法安定性、剛性に優れる。特に、例えば、従来広く使用されているＰＥＴ基材、ＰＥＮ基材からなる太陽電池用絶縁基板よりも寸法安定性および剛性に優れる。したがって、絶縁材料１１が複合材料からなることで、太陽電池用絶縁基板１０は優れた物性を有するものとなる。
【００３２】
ここで、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０においては絶縁材料１１の裏面に凹凸構造Ａが形成されていることから、当該絶縁材料１１における裏面側の体積率、即ち、絶縁材料１１の裏面側の空間における該絶縁材料１１の占める体積の割合が小さくなる。これによって、例えば太陽電池用絶縁基板１０が搭載される太陽電池モジュールが直射日光を受けることで高温に曝された際、絶縁材料１１の裏面側における体積膨張を表面側と比較して小さく抑えることができる。
【００３３】
さらに、絶縁材料１１よりも線膨張率の小さい回路層１２及び太陽電池セルのうち、回路層１２が絶縁材料１１の裏面側に積層され、太陽電池セルが絶縁材料１１の表面側に積層される構成のため、高温時であってもこれら回路層１２及び太陽電池セルが絶縁材料１１の膨張を両面から均等に抑えることができる。
【００３４】
即ち、本実施形態の太陽電池用絶縁基板１０によれば、凹凸構造Ａを形成することで絶縁材料１１の裏面側における体積膨張を小さくし、かつ、回路層１２及び太陽電池セルにより該絶縁材料１１の膨張を表裏両面から均等に抑えることで、絶縁材料１１における裏面側に凸となる反りの発生を防止することができる。
【００３５】
（太陽電池用絶縁基板の製造方法）
本実施形態例の太陽電池用絶縁基板１０の製造方法について説明する。
本実施形態例の太陽電池用絶縁基板１０の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などの金属からなる金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを成型する。この凹凸構造Ｂは、例えばバイト等を用いた機械加工により成型してもよいし、また、エッチングにより成型してもよい。また、金属箔１８に代えて導電性高分子を用いてもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、繊維及び半硬化の熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層１９の裏面に上記金属箔１８の凹凸構造Ｂが成型された表面を積層する。この半硬化複合材料層１９は、上述した繊維に熱硬化性樹脂を含浸または塗布し、乾燥させて得たものである。この熱硬化性樹脂は半硬化状態とされているため接着性を有している。
【００３７】
そして、これら半硬化複合材料層１９及び金属箔１８に加熱真空圧着処理を施すことで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面を圧着する。この際、半硬化複合材料層１９の裏面が金属箔１８の表面における凹凸構造Ｂの形状に従って変形することで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂが転写される。そして、半硬化複合材料層１９における熱硬化性樹脂が加熱されて硬化することで、図２（ｃ）に示すように、表面利面に凹凸構造Ａが成型された絶縁材料１１を得ることができる。
【００３８】
そして、金属箔１８の裏面にレジストパターンを形成してエッチング処理を施すことによって回路層１２を形成する。この回路層１２の形成では、フォトリソグラフィを適用する。フォトリソグラフィでは、まず、金属箔１８の裏面の全面にレジスト層を設ける。その際、レジスト層としては、ドライフィルムレジストを用いてもよいし、ウェットレジストを金属箔１８に塗工して形成したものでもよい。
【００３９】
次いで、レジスト層の上にフォトマスクを配置し、露光し、現像してレジストパターンを設ける。次いで、レジストパターンで被覆されていない金属箔１８をエッチング処理して除去する。エッチングとしては、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれであってもよいが、通常は、ウェットエッチングが適用される。その後、レジストパターンを剥離する。このように、金属箔１８にパターン加工を施すことで該金属箔１８を回路層１２とすることができる。
【００４０】
そして最後に、絶縁材料１１の表面側から、例えばレーザーやドリル等による切削加工を行い、絶縁材料１１に複数の貫通孔１１ａを形成する。なお、絶縁材料１１における切削加工が施される箇所は、回路層１２の電極部１２ａに対応する箇所とされ、また、当該切削加工は絶縁材料１１にのみなされ回路層１２を切削することがないように寸止めされる。これにより、回路層１２の電極部１２ａが貫通孔１１ａを介して受光面側に露呈し、図１に示す太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。
【００４１】
なお、得られた回路層１２の表面、即ち電極部１２ａには粗面化処理を施してもよい。この粗面化処理としては、例えば、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液を回路層１２の表面に接触させる方法を適用することができる。回路層１２と該回路層１２の表面に積層される部材との密着性を向上させることができる。
【００４２】
このような太陽電池用絶縁基板１０の製造方法では、金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを形成して、この金属箔１８の表面を半硬化複合材料層１９の裏面に積層させるとともにこれら金属箔１８と半硬化複合材料層１９とを加熱真空圧着することで、絶縁材料１１と回路層１２とが強固に一体化された太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。また、この加熱真空圧着により金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂを半硬化複合材料層１９に転写することによって、該絶縁材料１１に賦型率の高い凹凸構造Ａを容易に成型することができる。
【００４３】
即ち、絶縁材料１１の表面に直接的に凹凸構造Ａを形成する加工を施すのではなく、金属箔１８に形成した凹凸構造Ｂを転写させるといった手法を用いているため、高い賦型率でもって絶縁材料１１の凹凸構造Ａを形成することが可能となる。これによって、絶縁材料１１の裏面側における体積率を確実に減少させて、当該絶縁材料１１の裏面側に凸となる反りを防止できる。
【００４４】
（太陽電池モジュール）
上記太陽電池用絶縁基板１０は太陽電池モジュールに使用される。図３に上記太陽電池用絶縁基板１０を使用した太陽電池モジュールを示す。
この太陽電池モジュール１は、受光面側に配置された透光性基板２０と、裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板１０と、透光性基板２０および太陽電池用絶縁基板１０の間に配置された多数の太陽電池セル３０と、太陽電池セル３０を封止する封止層４０とを備えている。
さらに、この太陽電池モジュール１に用いられる太陽電池用絶縁基板１０には、その裏面側にバリア層１３が配置され、回路層１２の太陽電池セル３０に接触する電極部上にスタッドバンプ１４が設けられている。
【００４５】
［バリア層］
バリア層１３は空気透過を調整する層である。バリア層１３としては、耐候性、絶縁性など長期信頼性を有する材料が使用され、例えば、フッ素樹脂フィルム、低オリゴマー・耐熱ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム／ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、シリカ（ＳｉＯ２）蒸着フィルム、アルミニウム箔などが使用される。
【００４６】
［スタッドバンプ］
スタッドバンプ１４は、回路層１２と太陽電池セル３０との電気的接続を補助する部材であり、絶縁材料１１の貫通孔１１ａ内に充填されるようにして設けられている。このスタッドバンプ１４の材料としては、電気抵抗が低い材料が使用される。中でも、回路層１２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。
【００４７】
このスタッドバンプ１４は、粘度が高く、容易に所望の形状にできることから、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。
【００４８】
また、導電性ペーストは低温硬化タイプであることが好ましい。導電性ペーストが低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で太陽電池セル３０の電極と回路層１２とを電気的に接続できる。１２０〜１６０℃は、封止層４０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、封止層４０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、太陽電池セル３０の電極と該導電性ペーストから形成されるスタッドバンプ１４とをより容易に電気的に接続させることができる。
【００４９】
低温硬化タイプの導電性ペーストとしては、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。
【００５０】
［透光性基板］
透光性基板２０としては、例えば、ガラス基板、透明樹脂基板などが挙げられる。透明樹脂基板を構成する透明樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。本実施形態例に使用される太陽電池セル３０は、裏面にプラス電極およびマイナス電極を備えるバックコンタクト方式のものである。
【００５１】
［太陽電池セル］
太陽電池セル３０としては、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、化合物型、色素増感型などが挙げられる。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。この太陽電池セル３０はその裏面側に例えば一対の電極を備えている。
【００５２】
［封止層］
封止層４０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は、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。通常、封止用フィルムは、太陽電池セル３０を挟み込むように２枚以上で使用される。
【００５３】
この太陽電池モジュール１は、例えば、以下の製造方法により製造される。
即ち、まず、図４（ａ）に示すように、回路層１２の電極部１２ａ上、即ち、貫通孔１１ａ内にスタッドバンプ１４を形成するとともに、太陽電池セル３０の裏面の電極にスタッドバンプ１４が対向するように該太陽電池セル３０を配置する。そして、これら太陽電池用絶縁基板１０、スタッドバンプ１４及び太陽電池セル３０からなる積層体を加熱加圧する。これにより、太陽電池用絶縁基板１０における絶縁材料１１上に、貫通孔１１ａを介して回路層１２に電気接続された太陽電池セル３０が実装される。
【００５４】
なお、スタッドバンプ１４の形成方法としては、例えば、めっき、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。その際には、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ペーストを用いることが好ましい。さらには、太陽電池セル３０の電極とスタッドバンプ１４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、低温硬化タイプの導電性ペーストがより好ましい。
【００５５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、太陽電池用絶縁基板１０の絶縁材料１１の表面側において太陽電池セル３０を周囲から覆うようにして、該太陽電池セル３０を封止層４０により封止する。その後、図４（ｃ）に示すように、絶縁材料１１の裏面側において回路層１２をその裏面側から覆うようにバリア層１３を一体に固定する。最後に、封止層４０の表面に透光性基板２０を一体に固定し、これによって、図３に示すように、絶縁材料１１の表面側に配置された太陽電池セル３０が絶縁材料１１の裏面側に配置された回路層１２により電気的に直列に接続された、太陽電池モジュール１を得ることができる。
【００５６】
このような特徴の太陽電池モジュール１によれば、上記太陽電池用絶縁基板１０を搭載しているため、絶縁材料１１における反りの発生を防止できる。したがって、当該反りによる故障を回避することができ、メンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本実施形態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、実施形態の太陽電池用絶縁基板１０は、絶縁材料１１及び回路層１２のみから構成されていたが、バリア層１３やスタッドバンプ１４を当初から備えた上で、これら絶縁材料１１、回路層１２、バリア層１３及びスタッドバンプ１４からなるバックシートが構成されていてもよい。
【００５８】
また、太陽電池用絶縁基板１０においては、回路層１２の裏面側を被覆するオーバーコート層が設けられていてもよい。このオーバーコート層を構成する絶縁性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これら樹脂は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。このオーバーコート層を設けることでいに隣接する回路層１２の短絡を防止できる。
【００５９】
さらに、太陽電池用絶縁基板１０の製造方法としては、例えば図５に示す手順であってもよい。即ち、まず、図５（ａ）に示すように、銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などの金属からなる金属箔１８の表面に凹凸構造Ｂを成型する。また、この工程と並行して、図５（ｂ）に示すように、半硬化複合材料層１９に貫通孔１１ａを形成する工程を行う。
【００６０】
そして、図５（ｃ）に示すように、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の凹凸構造Ｂを接触させるように積層し、次いで、図５（ｄ）に示すように、半硬化複合材料層１９及び金属箔１８に加熱真空圧着処理を施すことで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面を圧着する。
【００６１】
この際、半硬化複合材料層１９の裏面が金属箔１８の表面における凹凸構造Ｂの形状に従って変形することで、半硬化複合材料層１９の裏面に金属箔１８の表面の凹凸構造Ｂが転写される。また、これと同時に、半硬化複合材料層１９が熱硬化して絶縁材料１１となる。そして、金属箔１８の裏面にレジストパターンを形成してエッチング処理を施すことによって回路層１２を形成する。図１に示す太陽電池用絶縁基板１０を得ることができる。
【００６２】
このように、半硬化複合材料層１９に予め貫通孔１１ａを形成する場合、該半硬化複合材料層１９を硬化させて絶縁材料１１とした後に貫通孔１１ａを形成する場合と異なり、切削加工の際に回路層１２にレーザーやドリル等が当たらぬように寸止めをしなくともよい。したがって、容易に貫通孔１１ａを形成することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 太陽電池モジュール
１０ 太陽電池用絶縁基板
１１ 絶縁材料
１１ａ 貫通孔
１２ 回路層
１２ａ 電極部
１３ バリア層
１４ スタッドバンプ
１８ 金属箔
１９ 半硬化複合材料層
２０ 透光性基板
３０ 太陽電池セル
４０ 封止層
Ａ 凹凸構造
Ｂ 凹凸構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなし、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料と、
該絶縁材料の裏面に積層され、前記絶縁材料の厚み方向に穿設された貫通孔を介して前記太陽電池セルと電気的に接続される回路層とを備え、
前記絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする太陽電池用絶縁基板。
【請求項２】
前記凹凸構造の最大高さＲｍａｘの値が、前記絶縁材料の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項３】
前記凹凸構造が、
前記絶縁材料の裏面に沿った一方向に延在する三角プリズムを、該一方向に直交する方向に連続的に配置した形状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項４】
前記凹凸構造が、
四角錐形状をなす単位凸形状を、前記絶縁材料の裏面の面方向に沿って二次元的に配列した形状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項５】
受光面側に配置された透光性基板と、該透光性基板の裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板と、前記透光性基板及び前記太陽電池用絶縁基板の間に配置された太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止樹脂とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池用絶縁基板が、請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池用絶縁基板であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
金属箔の表面に凹凸構造を形成する工程と、
前記金属箔の表面を、繊維及び熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層の表面に積層させる工程と、
積層された前記金属箔と前記半硬化複合材料層とに加熱加圧処理を施して、半硬化複合材料層を絶縁材料とする工程と、
前記金属箔にパターン加工を施して回路層を形成する工程とを備え、
前記回路層の一部を前記受光面側に露呈させる貫通孔を、前記半硬化複合材料層あるいは前記絶縁材料に形成する工程をさらに備えることを特徴とする太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【請求項１】
繊維及び樹脂を含有する複合材料からなる板状をなし、表面に太陽電池セルが配される絶縁材料と、
該絶縁材料の裏面に積層され、前記絶縁材料の厚み方向に穿設された貫通孔を介して前記太陽電池セルと電気的に接続される回路層とを備え、
前記絶縁材料の裏面に凹凸構造が形成されていることを特徴とする太陽電池用絶縁基板。
【請求項２】
前記凹凸構造の最大高さＲｍａｘの値が、前記絶縁材料の厚み寸法の１０％以上の値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項３】
前記凹凸構造が、
前記絶縁材料の裏面に沿った一方向に延在する三角プリズムを、該一方向に直交する方向に連続的に配置した形状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項４】
前記凹凸構造が、
四角錐形状をなす単位凸形状を、前記絶縁材料の裏面の面方向に沿って二次元的に配列した形状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項５】
受光面側に配置された透光性基板と、該透光性基板の裏面側に配置された太陽電池用絶縁基板と、前記透光性基板及び前記太陽電池用絶縁基板の間に配置された太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止樹脂とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池用絶縁基板が、請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池用絶縁基板であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
金属箔の表面に凹凸構造を形成する工程と、
前記金属箔の表面を、繊維及び熱硬化性樹脂を含有する半硬化複合材料層の表面に積層させる工程と、
積層された前記金属箔と前記半硬化複合材料層とに加熱加圧処理を施して、半硬化複合材料層を絶縁材料とする工程と、
前記金属箔にパターン加工を施して回路層を形成する工程とを備え、
前記回路層の一部を前記受光面側に露呈させる貫通孔を、前記半硬化複合材料層あるいは前記絶縁材料に形成する工程をさらに備えることを特徴とする太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５９７４８（Ｐ２０１１−１５９７４８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４５３（Ｐ２０１０−１９４５３）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【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８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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