JP2011061057A

JP2011061057A - 封止材シート

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Publication number: JP2011061057A
Application number: JP2009210222A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Kameshima; 久光亀島; Shigemi Sugiyama; 茂実杉山
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】保護部材との密着性が向上し、かつ光電変換セルの固定強度も良好である太陽電池モジュールに使用される封止材シートを提供する。
【解決手段】第１保護部材１、第１封止材シート２２、光電変換セル３、第２封止材シート２４、第２保護部材４をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる太陽電池モジュールの部材として使用される封止材シートにおいて、前記第１封止材シート２２および第２封止材シート２４は２層構成であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記第１保護部材または第２保護部材に接する層２２２，２４２は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｐ）が０．３重量％以上１．０重量％以下であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記光電変換セルに接する層２２４，２４４は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｃ）が０．２重量％以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池の部材として使用される封止材シートに関する。

太陽光を利用するクリーンな発電技術として、太陽電池が近年注目を集めている。一般的な太陽電池モジュールは、図１に示すとおり、光電変換セル１０６が封止材層１０４中に配置され、その外側を表面保護部材１０２および裏面保護部材１０８により保護されている。

この太陽電池モジュールを製造する際には、図２に示すとおり、表面保護部材１０２、封止材シート１０４２、光電変換セル１０６、封止材シート１０４２、裏面保護部材１０８の順序で構成部材を積層させたものを、真空中で加熱し脱気させた後、真空中で１気圧の荷重をかけながら加熱して、封止材樹脂を架橋硬化させて接着一体化している。

この封止材シート１０４２の材料としては、メイン樹脂としてＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）が使用されることが多い。また、耐久性を付与する目的で、該ＥＶＡ樹脂に、架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、光安定剤、紫外線吸収剤といった添加物が一定割合で含まれることが多い。

この封止材シート１０４２の製造方法としては直線状スリットを有するダイから溶融した状態の樹脂を押し出し、冷却ロール又は水槽で急冷固化するＴダイ法、またはカレンダー法等が採用されており、これら製膜工程により５００μｍ程度の厚みの封止材シートが成膜される。また、これら製膜工程の中で、封止材シート表面に凹凸をつけるエンボス加工がなされることもある。
なお、上記のような太陽電池モジュールの製造方法は、例えば下記特許文献１および２に開示されている。

特許第３４７３６０５号公報特許第３１７４５３１号公報

従来、最も一般的な太陽電池用封止材シートの構成としては単層構成であり、最も一般的な組成としてはメイン樹脂としてＥＶＡを使用するタイプであり、少なくとも架橋剤とシランカップリング剤が添加されている。

架橋剤を添加する理由としては、熱によるＥＶＡの架橋反応を行うためであり、ＥＶＡを架橋させることによって太陽電池モジュール中の光電変換セルを固定する効果がある。

架橋剤としては熱によりラジカルを発生し架橋反応を開始させる有機過酸化物が一般的に用いられている。

シランカップリング剤を添加する理由としては、表面および裏面保護部材との接着力を向上させるためであり、接着力が向上することにより太陽電池モジュールの耐久性が向上する効果がある。

シランカップリング剤としては性能および安価であることから、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランがほとんどの場合用いられている。

しかしながら、シランカップリング剤は架橋剤による架橋反応を阻害するため、例えば保護部材との密着性を向上させるべくシランカップリング剤を増量すると、架橋反応が阻害され架橋率が低下し光電変換セルの固定強度が低下してしまうというようなトレードオフ現象が発現するという問題があった。

上記問題を解決するために請求項１にかかる発明としては、第１保護部材、第１封止材シート、光電変換セル、第２封止材シート、第２保護部材をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる太陽電池モジュールの部材として使用される封止材シートにおいて、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートは２層構成であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記第１保護部材または第２保護部材に接する層は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｐ）が０．３重量％以上１．０重量％以下であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記光電変換セルに接する層は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｃ）が０．２重量％以下であることを特徴とする封止材シートとした。

また、請求項２にかかる発明としては、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記第１保護部材または第２保護部材に接する層の膜厚（Ｔ_Ｐ）が１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の封止材シートとした。

本発明によれば、第１および第２保護部材との密着性が向上し、かつ光電変換セルの固定強度も良好である封止材シートが提供される。

従来の太陽電池モジュールの層構成を説明するための図である。従来の太陽電池モジュール製造工程を説明するための図である。実施例および比較例で用いた封止材シートの評価時の層構成を説明するための図である。本発明の封止材シートを用いた太陽電池モジュールの分解断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図４は、本発明の封止材シートを用いた太陽電池モジュールの分解断面図である。
図４において、太陽電池モジュールは、第１保護部材１、第１封止材シート２２、光電変換セル３、第２封止材シート２４、第２保護部材４をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなり、第１封止材シート２２および第２封止材シート２４は２層構成であり、第１封止材シート２２および第２封止材シート２４における前記第１保護部材または第２保護部材に接する層２２２，２４２は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｐ）が０．３重量％以上１．０重量％以下であり、第１封止材シート２２および第２封止材シート２４における前記光電変換セルに接する層２２４，２４４は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｃ）が０．２重量％以下である。

第１および第２封止材シート２２，２４のメイン樹脂としては、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）を用いる。理由としては、高い透明性を有することと、安価であること、特に過去の使用実績が膨大であることが挙げられる。

第１および第２封止材シート２２，２４には、前述したようにＥＶＡの架橋反応を開始させるための架橋剤として有機過酸化物が添加される。有機過酸化物としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、ｎ−ブチル４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，２−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン等が挙げられる。
有機過酸化物の添加量は、ＥＶＡに対して、例えば０．３〜１．５重量％である。

また、第１および第２封止材シート２２，２４には、上記架橋剤の他に架橋反応を促進するための添加剤を添加してもよい。添加剤としては、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート等が挙げられる。

また、前述したように、ＥＶＡには、第１および第２保護部材１，４との接着性向上のためにシランカップリング剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが添加される。各種シランカップリング剤、例えば、トリメトキシプロピルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロロプロピルシラン、トリエトキシフェニルシラン等も挙げられるが、接着促進性能が高いこと、および、安価であることから、ほとんど全ての場合、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが用いられる。
γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの添加量は、ＥＶＡに対して、例えば０．２〜１．３重量％である。

また、上記以外にも、耐久性の向上のため、紫外線吸収剤、酸化防止剤を添加してもよい。

耐光性の向上のために用いられる紫外線吸収剤としては、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−［（ヘキシル）オキシ］−フェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン等が挙げられる。

熱安定性の向上のために用いられる酸化防止剤としては、１，６−ヘキサンジオール−ビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン等が挙げられる。

本発明における第１および第２封止材シート２２，２４は、層構成としては２層構成であり、第１および第２保護部材１，４に接する層２２２，２４２のγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの該層中の含有量は０．３重量％以上１．０重量％以下であることが好ましい。これは、０．３重量％未満であると、第１および第２保護部材１，４との接着強度が十分でなく、太陽電池モジュールとしての耐久性が弱くなり、１．０重量％を超える場合、ＥＶＡの架橋反応を顕著に阻害し、ＥＶＡの硬化がほとんど進行せず、第１および第２保護部材１，４がズレ易くなり密封性が低下し、光電変換セル３や回路の劣化の原因となる。

また、光電変換セル３に接する層２２４，２４４のγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの該層中の含有量は０．２重量％以下であることが好ましい。これは、０．２重量％を超える場合、光電変換セル３や回路の固定強度が弱くなるため劣化の原因となる。

第１および第２保護部材１，４に接する層２２２，２４２の膜厚は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。第１および第２保護部材１，４に接する層２２２，２４２は硬化性よりも部材との密着性を重視しており軟らかいため、１００μｍを超える場合は第１および第２保護部材１，４の歪みに起因する応力により該層の変形が大きくなり端部シール剤部分の密閉性が低下し、光電変換セル３や回路の劣化の原因となる。１０μｍに満たない場合は加工に適さず抜け部分が発生し易いため、その部分の第１および第２保護部材１，４との密着性が弱く密封性が低くなるため光電変換セル３や回路の劣化の原因となる。
また、光電変換セル３に接する層２２４，２４４の膜厚は、１００μｍ以上５００μｍ以下であるのが好ましい。

封止材シート２２，２４は、上記主材料や添加剤を混合し加熱溶融させた樹脂を、Ｔダイなどを用いて共押し出し法にて製膜し、製造することができる。

また、ブロッキング防止のため、該製膜工程の中で、熱溶融した状態の樹脂シートを表面に凹凸パターンが施されているロール（金属またはゴム製）にかけることで、樹脂シート片面もしくは両面に該ロールの凹凸パターンを転写させ、封止材シートにエンボス加工を施しても良い。

なお、第１保護部材が表面保護部材を形成する場合、その材料としては白板ガラス、ポリエステルフィルム等が挙げられ、第２保護部材が裏面保護部材を形成する場合、その材料としてはフッ化ビニルポリマー、アルミ蒸着フィルム、シリカ蒸着フィルム等が挙げられる。

（実施例１）
ＥＶＡ樹脂としては、酢酸ビニル含有量が３０重量％、ＭＦＲが３０ｇ／１０分のものを用いた。架橋剤（有機過酸化物）としては、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンを用いた。架橋助剤としては、トリアリルイソシアヌレートを用いた。シランカップリング剤としては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いた。

図４に示すような太陽電池モジュールの作成を想定し、下記のように各層を積層させた。
第１保護部材１が表面保護部材、第２保護部材４がそれぞれ表面および裏面保護部材となるようにし、第１保護部材１および第２保護部材４に接する層２２２，２４２のシランカップリング剤以外の組成を、ＥＶＡ：１００重量部、架橋剤：１．０重量部、架橋助剤：１．０重量部とした。光電変換セル３に接する層２２４，２４４のシランカップリング剤以外の組成も同様とした。シランカップリング剤は（表１）の（実施例１）の量とした。

上記組成物を押し出し成型機を用いて、各層の膜厚が（表１）の（実施例１）の厚みとなるように共押し出しによりシート成型した。各層の膜厚は電子マイクロメーター（アンリツ製Ｋ３５１Ｃ）により測定した。

（実施例２）〜（実施例６）、（比較例１）〜（比較例３）においては、（表１）の各実施例および比較例に記載のシランカップリング剤量および膜厚とし、その他組成および成型方法などは（実施例１）と同様とした。

実施例および比較例で得られた封止材シートについて、以下の方法で、端部シール部分の密封性の指標として硬化が進行し変形し辛くなっているか否か（「架橋率（基準１）」）、硬化が進行し固定強度が十分か否か（「架橋率（基準２）」）、表面および裏面保護部材との接着強度は十分か否か（「接着強度」）、変形が容易すぎて端部シール部分の密封性を損なうレベルかどうか（「変形確認」）。密封性を低下させる抜け部分が発生したか否か（「抜け確認」）の評価を行った。以下にその評価方法の詳細を示す。

「架橋率（基準１）」
実施例および比較例で得られた封止材シートを１気圧で加圧しながら１５０℃で１０分キュアしたものの表面および裏面保護部材と接する層を削り出し、少量（０．３ｇ程度）サンプリングし重量を測定する（重量１）。そのサンプルを５０ｃｃのキシレン中で１１０℃、６時間加熱した後、未溶解物の重量を測定する（重量２）。重量１に対する重量２の割合を架橋率とし、３０％以上の場合、変形し辛くなっているとみなし「丸印」、３０％に満たない場合を変形し易いとみなし「バツ印」とした。

「架橋率（基準２）」
実施例および比較例で得られた封止材シートを１気圧で加圧しながら１５０℃で１０分キュアしたものの光電変換セルと接する層を削り出し、少量（０．３ｇ程度）サンプリングし重量を測定する（重量１）。そのサンプルを５０ｃｃのキシレン中で１１０℃、６時間加熱した後、未溶解物の重量を測定する（重量２）。重量１に対する重量２の割合を架橋率とし、７０％以上の場合、固定強度が十分であるとみなし「丸印」、７０％に満たない場合を固定強度が不十分であるとみなし「バツ印」とした。

「接着強度」
実施例および比較例で得られた封止材シート２枚と、表面および裏面保護部材を図３のように重ね合わせた。すなわち表面保護部材１２、第１封止材シート２２、第２封止材シート２４、裏面保護部材４２をこの順で積層し、表面保護部材１２および裏面保護部材４２と接する第１封止材シート２２および第２封止材シート２４の層をそれぞれ２２２，２４２とし、光電変換セルと接すると想定される層をそれぞれ２２４，２４４とする。
これら各層を重ね合わせ、１気圧で加圧しながら１５０℃で１０分キュアして擬似モジュールを作成した。表面保護部材１２としては白板ガラス（３ｍｍ厚）を、裏面保護部材４２としてはフッ化ビニルポリマー（３８μｍ厚）を用いた。
表面保護部材１２／第１封止材シート２２間の接着強度は、表面保護部材１２と第１封止材シート２２界面にカッターナイフで剥離きっかけとして切り込みを入れ、第１封止材シート２２と裏面保護部材４２を接着強度測定機のチャックに固定し９０°の角度で接着強度を測定した。接着強度測定機としては、ＯＲＩＥＮＴＥＣ製ＴＥＮＳＩＬＯＮ（ＲＴＣ−１２５０）を用いた。測定条件としては、１．５ｃｍ幅の接着強度測定とし、剥離速度は３０ｍｍ／分とした。
裏面保護部材４２／第２封止材シート２４間の接着強度は、裏面保護部材４２と第２封止材シート２４界面にカッターナイフで剥離きかっけとして切り込みを入れ、裏面保護部材４２を接着強度測定機のチャックに固定し９０°の角度で接着強度を測定した。接着強度測定機および測定条件は表面保護部材１２／第１封止材シート２２間の接着強度測定時と同様とした。
接着強度として、３０Ｎ／１５ｍｍ以上の場合は接着強度が十分であるとみなし「丸印」、３０Ｎ／１５ｍｍに満たない場合は接着強度が不十分であるとみなし「バツ印」とした。

「変形確認」
上記「接着強度」で説明したように擬似モジュールを作成した。該擬似モジュールを裏面保護部材４２を上面にして、５００ｇの重り（５ｃｍφ）を端部から５ｍｍ内側に静かに置いたときに、裏面保護部材４２の端部の反りが目視で確認された場合を「バツ印」、確認されなかった場合を「丸印」とした。

「抜け確認」
実施例および比較例で得られた封止材シートを蛍光灯下目視で確認した。表面および裏面保護部材に接する層に１ｍｍφ以上の抜けがＡ４サイズ中１個以上確認された場合「バツ印」、確認されなかった場合「丸印」とした。

表１に実施例および比較例においてシートの得られた封止材「架橋率（基準１）」、「架橋率（基準２）」、「接着強度」、「変形確認」、「抜け確認」の評価結果を示す。

本発明の封止材シートは、表面および裏面保護部材との密着性が向上し、かつ光電変換セルの固定強度も良好であることが確認された。

１，１２第１保護部材
２２第１封止材シート
２４第２封止材シート
４，４２第２保護部材
２２２第１保護部材に接する層
２４２第２保護部材に接する層
２２４，２４２光電変換セルに接する層

Claims

第１保護部材、第１封止材シート、光電変換セル、第２封止材シート、第２保護部材をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる太陽電池モジュールの部材として使用される封止材シートにおいて、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートは２層構成であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記第１保護部材または第２保護部材に接する層は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｐ）が０．３重量％以上１．０重量％以下であり、前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記光電変換セルに接する層は、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの含有量（Ｍ_Ｃ）が０．２重量％以下であることを特徴とする封止材シート。
前記第１封止材シートおよび第２封止材シートにおける前記第１保護部材または第２保護部材に接する層の膜厚（Ｔ_Ｐ）が１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の封止材シート。