JP2006173421A - Solar cell module and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に、裏面補強材を有する太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell module and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a solar cell module having a back surface reinforcing material and a manufacturing method thereof.
通常、太陽電池素子は、耐侯性を確保するため、充填材の中に埋設されており、耐侯性の高い表面被覆材と裏面補強材との間にサンドイッチされ、モジュール化される。充填材としては、接着強度の観点から、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体(以下、EVAと記す)などが用いられる。表面被覆材としては、例えばフッ素樹脂フィルムなどの耐侯性フィルムが用いられる。 Usually, a solar cell element is embedded in a filler to ensure weather resistance, and is sandwiched between a surface coating material having high weather resistance and a back surface reinforcing material to be modularized. As the filler, for example, an ethylene-vinyl acetate copolymer (hereinafter referred to as EVA) is used from the viewpoint of adhesive strength. As the surface covering material, for example, a weather resistant film such as a fluororesin film is used.
裏面補強材としては、例えば金属板として、ステンレス鋼板、メッキ鋼板、および塗装が施されたカラー鋼板などが用いられる。カラー鋼板としては、特許第3244243号公報に、屈曲性や硬さなどの観点から、ポリエステル樹脂が塗装された鋼板を用いることや、充填材との接着性などの観点から、エポキシ樹脂が塗装された鋼板を用いることが記載されている。
しかしながら、ポリエステル樹脂などの樹脂が塗装された鋼板を太陽電池モジュールの裏面補強材に用いた場合、使用により電池出力が初期値から顕著に低下することから、太陽電池モジュールの寿命が短いという問題がある。 However, when a steel plate coated with a resin such as polyester resin is used for the back surface reinforcing material of the solar cell module, the battery output is significantly reduced from the initial value due to use, so that the life of the solar cell module is short. is there.
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、樹脂が塗装された裏面補強材を用いた場合であっても、長期間にわたって初期の電池出力を維持することができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a solar cell module capable of maintaining an initial battery output over a long period of time even when a back-coated reinforcing material coated with a resin is used, and a method for manufacturing the solar cell module. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽電池モジュールは、表面に樹脂が塗装された裏面補強材と、この裏面補強材の樹脂表面上に設けられた充填材と、この充填材中に埋設された太陽電池素子とを含んでなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面補強材が、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分を除去するために表面洗浄処理されたものであることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a solar cell module according to the present invention includes a back surface reinforcing material whose surface is coated with a resin, a filler provided on the resin surface of the back surface reinforcing material, In the solar cell module comprising the solar cell element embedded in the surface, the back reinforcing material is subjected to a surface cleaning treatment to remove at least the formic acid component contained in the resin. .
裏面補強材の表面に塗装される樹脂中には、その製造過程に由来するギ酸成分が不純物として含有されており、このギ酸成分が、太陽電池モジュールを長期使用することにより塗装樹脂中から充填材中へと溶出して太陽電池素子を腐食し、太陽電池モジュールの寿命を短くする原因であった。したがって、表面に樹脂が塗装された裏面補強材を、太陽電池モジュールの組み立て前に予め表面洗浄処理しておくことにより、塗装樹脂中からのギ酸成分の溶出イオン量を大幅に低減することができ、よって、太陽電池モジュールを長期使用しても初期の電池出力を長期間維持することができる。 The resin coated on the surface of the back reinforcing material contains a formic acid component derived from the manufacturing process as an impurity, and this formic acid component is filled from the coating resin by using the solar cell module for a long time. It eluted to the inside and corroded the solar cell element, which shortened the lifetime of the solar cell module. Therefore, the amount of ions eluted from the formic acid component in the coating resin can be greatly reduced by pre-cleaning the back surface of the resin with the resin coated on the surface before assembling the solar cell module. Therefore, even if the solar cell module is used for a long time, the initial battery output can be maintained for a long time.
前記表面洗浄処理は、超音波洗浄処理とすることが好ましい。また、前記表面洗浄処理の水温は、85℃以上にすることが好ましい。前記太陽電池素子は、可撓性の太陽電池素子を用いることが好ましい。また、前記裏面補強材は、表面に樹脂が塗装された金属板を用いることが好ましい。 The surface cleaning process is preferably an ultrasonic cleaning process. Moreover, it is preferable that the water temperature of the said surface cleaning process shall be 85 degreeC or more. The solar cell element is preferably a flexible solar cell element. Moreover, it is preferable that the said back surface reinforcing material uses the metal plate by which resin was coated on the surface.
前記樹脂は、ギ酸成分を含有する樹脂であれば特に限定されないが、ポリエステル樹脂を用いることが特に好ましい。ポリエステル樹脂は、フッ素樹脂やアクリル樹脂よりもEVA等の充填材との接着力が顕著に高く、エポキシ樹脂よりも耐候性に優れ屋根建材用などにも使用でき、かつ塗装樹脂として汎用性があり安価であることから、太陽電池モジュールの裏面補強材の塗装樹脂として非常に好ましい材料である。一方で、ポリエステル樹脂は、上記のフッ素樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂よりも多量のギ酸が不純物として含まれており、これにより太陽電池モジュールの寿命を極端に短くするという欠点もある。 The resin is not particularly limited as long as it contains a formic acid component, but it is particularly preferable to use a polyester resin. Polyester resins have significantly higher adhesion to EVA and other fillers than fluororesins and acrylic resins, are superior to epoxy resins in weather resistance, and can be used for roofing materials, etc. Since it is inexpensive, it is a very preferable material as a coating resin for the back surface reinforcing material of the solar cell module. On the other hand, the polyester resin contains a larger amount of formic acid as impurities than the above-mentioned fluororesins, acrylic resins, and epoxy resins, and thus has a drawback of extremely shortening the life of the solar cell module.
したがって、裏面補強樹脂の塗装樹脂としてポリエステル樹脂を用いるとともに、このポリエステル樹脂からギ酸成分を除去することで、裏面補強材と充填材との接着性が良く、耐候性に優れ、かつ長期使用しても初期の電池出力を維持できる安価な太陽電池モジュールを提供することができる。 Therefore, while using a polyester resin as the coating resin for the back surface reinforcing resin, and removing the formic acid component from this polyester resin, the adhesion between the back surface reinforcing material and the filler is good, the weather resistance is excellent, and it is used for a long time. In addition, an inexpensive solar cell module that can maintain the initial battery output can be provided.
本発明は、別の態様として、太陽電池モジュールの製造方法であって、表面に樹脂が塗装された裏面補強材を、前記樹脂中に含まれる少なくともギ酸成分の除去のために表面洗浄処理する洗浄工程と、前記洗浄された裏面補強材の樹脂表面上に、太陽電池素子を充填材に埋設して設ける封止工程とを含んでなるものである。この製造方法によれば、長期使用しても初期の電池出力を維持できる太陽電池モジュールを容易に得ることができる。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a solar cell module, wherein a back surface reinforcing material whose surface is coated with a resin is subjected to a surface cleaning process for removing at least the formic acid component contained in the resin. A process and a sealing process in which a solar cell element is embedded in a filler on the cleaned resin surface of the back surface reinforcing material. According to this manufacturing method, it is possible to easily obtain a solar cell module that can maintain the initial battery output even after long-term use.
このように、本発明によれば、樹脂が塗装された裏面補強材を用いた場合であっても、長期間にわたって初期の電池出力が維持される太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a solar cell module capable of maintaining an initial battery output over a long period of time even when using a back-surface reinforcing material coated with a resin, and a method for manufacturing the same. it can.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る太陽電池モジュール及びその製造方法の一実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る太陽電池モジュールの層構造の一例を模式的に示す断面図である。 Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, an embodiment of a solar cell module concerning the present invention and its manufacturing method is described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a layer structure of a solar cell module according to the present invention.
図1に示すように、裏面補強材10は、金属板12の表面に樹脂層14が塗装されたものである。太陽電池モジュール1は、この裏面補強材10の樹脂層12上に、太陽電池素子30が充填材20aおよび20bの間に埋設されて設けられている。さらに受光面となる充填材20の最表面上には、表面被覆材40が設けられている。
As shown in FIG. 1, the back
裏面補強材10の金属板12としては、ステンレス鋼板やメッキ鋼板などを用いることが好ましい。メッキ鋼板としては、ガルバニウム鋼板や亜鉛鋼板などが好ましい。なお、本実施の形態では、太陽電池モジュールの加工性に優れていることから金属板を用いているが、金属板以外にもカーボンファイバー、FRP(ガラス繊維強化プラスチック)、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
As the
裏面補強材10の樹脂層14としては、EVA等の充填材20に対する強固な接着性および優れた耐候性の観点から、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などを用いることが好ましい。
As the
例えば、ポリエステル樹脂は、その構成モノマーとして、ネオペンチルグリコールやトリメチロールプロパン等のホルマリン誘導体が用いられるが、これらには有機酸であるギ酸が不純物として含まれている。そのため、ポリエステル樹脂の表面からは、長期使用によりギ酸イオンが溶出する。ギ酸イオンは充填材中に溶出すると太陽電池素子を腐食し、電池出力を低下させる。したがって、ポリエステル樹脂などの樹脂が塗装された裏面補強材10は、後述する表面洗浄処理を行う必要がある。
For example, although a formalin derivative such as neopentyl glycol or trimethylolpropane is used as a constituent monomer for a polyester resin, these contain an organic acid, formic acid, as an impurity. For this reason, formate ions are eluted from the surface of the polyester resin by long-term use. When the formate ions are eluted in the filler, the solar cell element is corroded and the battery output is lowered. Therefore, the back
充填材20としては、特に限定されないが、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)やブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透光性を有する樹脂を用いることが好ましい。これらの中でも接着強度の観点からEVAがより好ましい。
Although it does not specifically limit as the
太陽電池素子30としては、特に限定されないが、可曲性を有する太陽電池素子が好ましく、例えば、絶縁性の可撓性基板上に、第1電極、光電変換層、第2電極とが順次積層された太陽電池素子を用いることが好ましい。絶縁性の可撓性基板としては、ポリイミドフィルム等が好ましく、第1電極としては、Ag膜やAl、ZnO等が好ましく、光電変換層としては、アモルファスシリコン膜やあるいはCuInSe2、CuInSe2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP、CdTe/Cu2Teに代表される化合物半導体等が好ましく、第2電極としては、インジウム・スズ酸化物(ITO)や酸化インジウム(InO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO2)等が好ましい。第1および第2電極はスパッタリング法や真空蒸着法、スプレーイング、CVD法等により成膜することが好ましく、光電変換層はプラズマCVD法等により成膜することが好ましい。
The
表面被覆材40としては、特に限定されないが、耐候性の観点から、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)やポリ三フッ化エチレン(TrFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)などのフッ素樹脂フィルムが好ましい。
The
このような太陽電池モジュール1は、以下のようにして作製することができる。先ず、裏面補強材10の樹脂層14表面を洗浄する。洗浄は、樹脂層14中に含まれるギ酸を除去できる方法であれば特に限定されないが、例えば、水洗浄、有機溶剤洗浄などが好ましい。特に、超音波洗浄を行うことで、細かい気泡(キャビテーション)が強くはじける瞬間にでる衝撃波により、通常の洗浄に比べ、高い洗浄効果を得ることができる。また、洗浄時の水温は85℃以上が好ましい。水温を85℃以上とすることで、太陽電池モジュールの使用環境(85℃以下)で溶出してくるイオン成分を除去することができる。洗浄時間は、ギ酸が樹脂層14中から充填材20へ実質的に溶出されないレベルまで行うことが好ましい。また、洗浄水を入れ替えるなどして、洗浄を複数回繰り返すことも好ましい。
Such a
次に、上記の洗浄を終えた裏面補強材10の樹脂層14上に太陽電池素子30を充填材20で封止する。封止は、先ず、裏面補強材10の樹脂層14表面上に、充填材20aのフィルム、太陽電池素子30、充填材20bのフィルム、表面被覆材40のフィルムを順次重ねる。すなわち、太陽電池素子30をその両面から充填材20a、20bのフィルムでサンドイッチする。そして、これを加熱、加圧することで、充填材20のフィルムを溶融し、充填材20中に太陽電池素子30を封止する。
Next, the
これにより、充填材20で封止された太陽電池素子30を裏面補強材10と表面被覆材40とでサンドイッチした太陽電池モジュール1を得ることができる。そして、裏面補強材10を上記のように表面洗浄しているので、太陽電池モジュール1を長期使用しても樹脂層14中から充填材20中へとギ酸が溶出せず、よって、太陽電池素子30の腐食を防止でき、初期の電池出力を維持することができる。
Thereby, the
なお、樹脂層14中からは、長期使用によって、ギ酸成分以外の樹脂に由来する成分や顔料に由来する成分も溶出する。例えば、ポリエステル樹脂は、製造する際に水酸化ナトリウム(NaOH)や水酸化カルシウム(Ca(OH)2)等のアルカリ触媒が使われ、反応後の中和のために硫酸(H2SO4)等の酸が使われる。これらの成分は、充填材中に溶出して太陽電池モジュールの電気絶縁性を劣化させる。しかしながら、上述した表面洗浄によってこれらの成分の溶出イオン量も低減することができるので、電気絶縁性に関しても長期間にわたり初期値を維持することができ、よって、太陽電池モジュールの寿命を長期間維持することができる。
From the
(樹脂層からの不純物溶出試験)
3種類のポリエステル樹脂塗装鋼板(ポリエステルA〜C)を洗浄しないまま純水に浸漬し、純水中に溶出したイオン成分を分析した。その結果を表1に示す。また、比較のために、無塗装のステンレス鋼板(SUS304)の分析結果を併記する。
(Elution test of impurities from the resin layer)
Three types of polyester resin-coated steel sheets (polyesters A to C) were immersed in pure water without washing, and the ionic components eluted in the pure water were analyzed. The results are shown in Table 1. For comparison, the analysis results of an unpainted stainless steel plate (SUS304) are also shown.
表1に示すように、ステンレス鋼板から溶出したイオン成分は少なかった。一方、いずれのポリエステル樹脂塗装鋼板からも多くのイオン成分が検出された。これはポリエステル樹脂の合成過程で使用される原料に由来するものと考えられる。例えば、ギ酸イオン(HCOO-)は、ネオペンチルグリコールやトリメチロールプロパンに由来すると考えられる。ナトリウムイオン(Na+)は苛性ソーダ(NaOH)、硫酸イオン(SO4-)は硫酸(H2SO4)に由来すると考えられる。カルシウムイオン(Ca2+)は、塗料の顔料成分に由来すると考えられる。 As shown in Table 1, there were few ion components eluted from the stainless steel plate. On the other hand, many ionic components were detected from any polyester resin-coated steel sheet. This is considered to originate from the raw material used in the synthesis process of the polyester resin. For example, formate ion (HCOO − ) is considered to be derived from neopentyl glycol or trimethylolpropane. It is thought that sodium ions (Na + ) originate from caustic soda (NaOH), and sulfate ions (SO 4− ) originate from sulfuric acid (H 2 SO 4 ). Calcium ions (Ca 2+ ) are considered to be derived from the pigment component of the paint.
さらに、上記と同じ3種類のポリエステル樹脂塗装鋼板を15分間超音波洗浄処理した後、上記と同様に純水に鋼板を浸漬させ、純水中に溶出したイオン成分を分析した。その結果を表1に併記する。洗浄処理後のポリエステル樹脂塗装鋼板から溶出したイオン成分は大きく低減した。特に、太陽電池素子の腐食に大きく影響するギ酸イオンは、検出限界以下まで低減した。 Furthermore, the same three types of polyester resin-coated steel sheets as described above were subjected to ultrasonic cleaning treatment for 15 minutes, and then the steel sheets were immersed in pure water in the same manner as described above, and the ionic components eluted in the pure water were analyzed. The results are also shown in Table 1. The ionic component eluted from the polyester resin coated steel sheet after the cleaning treatment was greatly reduced. In particular, formate ions that greatly affect the corrosion of solar cell elements were reduced below the detection limit.
(太陽電池モジュールの性能評価試験)
図1に示す層構造の太陽電池モジュールを以下の手順にて作製した。なお、樹脂塗装された裏面補強材としては、実施例1のポリエステル樹脂塗装鋼板Aを用いた。また、充填材としてEVAを、表面被覆材としてETFEフィルムを用いた。さらに、太陽電池素子としては、可撓性基板が厚さ50μmのポリイミドフィルム、第1電極がスパッタリング成膜したAg膜、光電変換層がプラズマCVD成膜したアモルファスシリコン膜、第2電極がスパッタリング成膜したITO膜である可撓性の太陽電池素子を用いた。
(Solar cell module performance evaluation test)
A solar cell module having a layer structure shown in FIG. 1 was produced by the following procedure. In addition, the polyester resin coated steel plate A of Example 1 was used as the resin-coated back reinforcing material. Moreover, EVA was used as a filler, and an ETFE film was used as a surface coating material. Furthermore, as a solar cell element, a flexible substrate is a polyimide film having a thickness of 50 μm, an Ag film on which a first electrode is formed by sputtering, an amorphous silicon film on which a photoelectric conversion layer is formed by plasma CVD, and a second electrode is formed by sputtering. A flexible solar cell element that was a film of ITO was used.
先ず、ポリエステル樹脂塗装鋼板Aを所望のサイズにシャーリング加工にて裁断し、塗装表面の保護フィルムを剥離した。そして、水道水を満たした超音波振動子付きの水槽に入れ、水道水のオーバーフローと、超音波振動子によるキャビテーション作用をかけつつ、水槽内にて揺動させて15分間洗浄した。このときの水温は85℃に維持した。その後、純水を満たした第二の水槽に鋼板を移し、5分間にわたり同様の操作を行った。さらに、第二の水槽から鋼板を引き上げ、エアブローにて水滴を飛ばし、室温雰囲気にて乾燥させた。 First, the polyester resin-coated steel sheet A was cut into a desired size by shearing, and the protective film on the painted surface was peeled off. Then, the sample was placed in a water tank filled with tap water and equipped with an ultrasonic vibrator, and washed for 15 minutes while being swung in the water tank while applying the overflow of tap water and the cavitation action by the ultrasonic vibrator. The water temperature at this time was maintained at 85 ° C. Then, the steel plate was moved to the 2nd water tank filled with the pure water, and the same operation was performed over 5 minutes. Furthermore, the steel plate was pulled up from the second water tank, water droplets were blown off by air blow, and dried in a room temperature atmosphere.
次に、上記洗浄処理を施したポリエステル樹脂塗層鋼板A上に、EVAフィルム、太陽電池素子、EVAフィルム、ETFEフィルムを順次重ね、これを真空引きした後、温度150℃および大気圧によるプレスにより、20分にわたる加熱、加圧処理を行い、EVAに太陽電池素子を封止した太陽電池モジュール(実施例)を作製した。また、比較のために、洗浄処理を行わなかったことを除いて上記と同様の手順にて太陽電池モジュール(比較例)を作製した。 Next, an EVA film, a solar cell element, an EVA film, and an ETFE film are sequentially stacked on the polyester resin coated steel sheet A subjected to the above-described cleaning treatment, and after evacuating, this is performed by pressing at a temperature of 150 ° C. and atmospheric pressure. The solar cell module (Example) which performed the heating and pressurization process for 20 minutes, and sealed the solar cell element in EVA was produced. For comparison, a solar cell module (comparative example) was produced in the same procedure as described above except that no cleaning treatment was performed.
そして、実施例と比較例の各太陽電池モジュールについて、高温高湿雰囲気(温度85℃、湿度95%)暴露試験を行った。その結果を図2に示す。なお、図2では、初期の太陽電池モジュールの出力を100%とした。図2に示すように、ポリエステル樹脂の洗浄処理を行わなかった比較例の太陽電池モジュールは、試験時間1000hで太陽電池素子の電極層に剥離を生じ、電池出力が急激に低下した。一方、ポリエステル樹脂の洗浄を施した実施例の太陽電池モジュールは、試験時間3000hにおいても初期の90%の電池出力を維持した。 And about each solar cell module of an Example and a comparative example, the high temperature high humidity atmosphere (temperature 85 degreeC, humidity 95%) exposure test was done. The result is shown in FIG. In FIG. 2, the output of the initial solar cell module is 100%. As shown in FIG. 2, in the solar cell module of the comparative example in which the polyester resin was not washed, the electrode layer of the solar cell element was peeled off at a test time of 1000 h, and the battery output rapidly decreased. On the other hand, the solar cell module of the example in which the polyester resin was washed maintained the initial 90% battery output even at the test time of 3000 h.
なお、上述した洗浄工程は、本発明の一実施形態および一実施例を示すものであり、洗浄方法、洗浄時間および水温などの設定は、目的とする洗浄の程度(許容できるギ酸量、鋼板の種類など)により適宜、変更することができる。また、同様に太陽電池モジュールの層構成も、上記に限定されるものではなく、本発明の効果が発揮できる層構成を適宜、採用することができる。 The above-described cleaning step shows one embodiment and one example of the present invention, and the setting of the cleaning method, the cleaning time, the water temperature, and the like is the target cleaning level (acceptable amount of formic acid, steel plate It can be changed appropriately depending on the type). Similarly, the layer configuration of the solar cell module is not limited to the above, and a layer configuration capable of exhibiting the effects of the present invention can be adopted as appropriate.
1 太陽電池モジュール
10 裏面補強材
12 鋼板
14 樹脂層
20 充填材
30 太陽電池素子
40 表面被覆材
DESCRIPTION OF
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JP2004365321A JP2006173421A (en) | 2004-12-17 | 2004-12-17 | Solar cell module and method for manufacturing the same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011204922A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | Method for manufacturing resin conjugant and solar cell module using resin conjugant manufactured by the method |
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2004
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