開発した太陽光パネルと構造
(出所:産総研)
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耐衝撃強度も高まる
鋼球落下試験前後の相対出力とエレクトロルミネセンス画像(出所:産総研)
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燃焼試験中の様子と試験後の外観
(出所:産総研)
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 産業技術総合研究所(産総研)は9月5日、燃えにくく、信頼性の高い上、かつ、軽量の結晶シリコン系太陽光パネルを開発したと発表した。

 産総研の太陽光発電研究センター モジュール信頼性チームの原浩二郎上級主任研究員らと、信越化学工業が共同で開発した。封止材に、シリコーンゴムでできたシート状の新たな部材を使い、実現した。

 従来の結晶シリコン系太陽光パネルで使われている、可燃性の有機部材や、重量の重いガラス基板を使わないパネルとした。

 これにより、電気自動車(EV)などの車載、住宅の屋根材一体型や壁面など、結晶シリコン系パネルの採用が難しかった新たな用途を開拓し、スマートハウスへの適用の拡大や、ネット・ゼロ・エネルギー・ハウス(ZEH)の実現に寄与できる可能性があるとしている。

 太陽光パネルの課題の一つに、火災時の安全性がある。防火対策はなされているものの、火災の際などにガラス基板が割れ、樹脂による封止材やバックシートが燃焼する可能性が指摘されている。

 しかし、現在の結晶シリコン系パネルでは、一般的なEVA(エチレンと酢酸ビニルの共重合体)による封止材を採用した場合に比べて、コスト競争力の低下を理由に、新たな難燃性部材の採用が難しい状況にある。

 シリコーンゴムによる封止材は、難燃性が高く、信頼性も高い特徴がある。1980年代には、製品化された初期の市販の太陽光パネルで採用されていた。これらのパネルには、設置時から現在まで約30年間、屋外に設置され、安定した発電量を維持している報告例がある。

 信越化学は、現在の太陽光パネル製造工程、製造装置に適用できるシリコーンゴムによる封止材を開発し、産総研と共同で太陽光パネルを作製し、評価を進めてきた。信頼性の高さは確認できていたものの、コストが高いという課題は残っていた。

 そこで、今回、シリコーンゴムによる封止材を使いながら、パネルのコスト増を抑えられる手法を開発した。ガラス基板とアルミフレーム、バックシートを不要な構造とすることで、シリコーンゴムを使った封止材によるコスト増を吸収できるとしている。

 開発した太陽光パネルは、厚さ約500μmのシリコーンゴムによる封止材、厚さ約50μmの難燃性の高分子フィルムによる表面材、絶縁処理をしたアルミ合金板による裏面材で構成した。

 アルミ合金板は、バックシートの代わりに裏面側の保護、耐湿性の向上を担うとともに、従来のパネルで、アルミフレームが担っていた架台への固定部となる。架台には、簡単に固定できるとしている。

 シリコーンゴムによる封止材、高分子フィルムによる表面材と、アルミ合金による裏面材は、いずれも難燃性の高い材料であり、パネル全体を難燃化できる。

 また、今回のパネルは、同じ寸法の従来の構成のパネルに比べて、重量が約半分となっているが、アルミ合金板を薄厚化すれば、さらに軽量化できる。

 耐衝撃強度も高まる。今回のパネルを鋼球落下試験で評価した。鋼球(直径38mm、重さ約225g)を高さ1mからパネルの表面に合計3回落とし、試験前後の出力とエレクトロルミネセンス特性を評価すると、従来の構成のパネルでは、セル(発電素子)に割れが生じ、出力が初期値の87%に低下した。

 これに対し、今回のパネルは、鋼球落下の衝撃による局所的な暗所部がわずかに生じたものの、出力はほぼ低下しなかった。シリコーンゴムによる封止材のゴム弾性により、鋼球の衝撃がセル全面に広がらなかったとみている。

 今回の開発の詳細は、第77回応用物理学会秋季学術講演会(9月13日~16日、新潟県新潟市で開催)で発表する。