JP2012049242A - 太陽電池用封止材シート及びそれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽用電池モジュールから光電変換セルのみを取り出すことが可能で、リサイクルを行うことができる封止材シートを提供することである。
【解決手段】表面保護部材／封止材シート／光電変換セル／封止材シート／裏面保護部材を積層した積層体からなる太陽電池モジュールにおいて、前記封止材シートが、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）の二層からなり、光電変換セルと接する層に透明性を有するフィラ―を含むことを特徴とする太陽電池用封止材シートである。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールに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エネルギー源の発電技術として、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８は、図１に示すように、表面保護部材１、封止材層２、太陽電池セル６、裏面保護部材７の層構成から成っている。

この太陽電池モジュールを製造する際には、図２に示すように、表面保護部材１、封止材シート３、太陽電池セル６、封止材シート３、裏面保護部材７の順で構成部材を積層させたものを、真空中で脱気しながら加熱し、その後キュアリングして、封止材シート３を架橋硬化させて一体化させている。例えば製造条件として、脱気しながら、約１５０℃で大気圧プレスを行い、その後１５０℃で３０分キュアリングして太陽電池モジュール８が作成される。

封止材シートの材料としては、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（以下ＥＶＡ樹脂と略す）が使用されることが多い。また、耐久性を付与する目的で、ＥＶＡ樹脂中に、樹脂強度を上げるための架橋剤、架橋助剤、またガラス、光電変換セルとの接着性を上げるためのシランカップリング剤、耐候性を上げるための光安定剤・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。

封止材シート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、冷却ロールで冷却固化するＴダイ法、または押し出した樹脂をカレンダーロールを通すことで徐々に製膜していくカレンダー法等がある。通常の場合、５０μｍから２ｍｍ程度の製膜厚みが使用される。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。

太陽電池モジュールを製造する工程中、熱処理を行う際に、ＥＶＡ樹脂の膨潤が光電変換セル周辺で均一でない時にセルの破損が起こる場合がある。このような不良になったセルを取り出すことは困難である。封止材シートは、光電変換セルと強固に接着しているため、封止材に挟まれている光電変換セルのみを取り出そうとすると、更に光電変換セルに亀裂が入ったり、割れてしまったりする。特に多結晶シリコンの光電変換セルでは、その結晶粒界に於ける機械的強度が弱いため単結晶シリコンの光電変換セルに比べて破損しやすい。このような現状から光電変換セルのリサイクルも難しい問題がある。

このような問題の対策として、光電変換セルと封止材シートとの間に光電変換セルと接着しない非接着フィルムを介在させる提案がある（特許文献１）。

しかしこの方法では、太陽電池モジュールを作成する際の加熱加圧時や屋外に設置した場合に、光電変換セルと非接着性フィルムとの間に、発砲や剥離が生じる場合がある。発砲や剥離が生じると光電変換セルと非接着性フィルムとの間に水分が侵入し、絶縁性の低下だけでなく、保護シートの水蒸気遮断性やガス遮断性が損なわれ、結果として太陽電池の発電性能の低下を招く問題がある。

特許第４０５１４３０号公報

太陽用電池モジュールから光電変換セルのみを取り出すことが可能で、リサイクルを行うことができる封止材シートを提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、表面保護部材／封止材シート／光電変換セル／封止材シート／裏面保護部材を積層した積層体からなる太陽電池モジュールにおいて、前記封止材シートが、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂の二層からなり、光電変換セルと接する層に透明性を有するフィラ―を含むことを特徴とする太陽電池用封止材シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記透明性を有するフィラ―を０．５〜５．０重量部含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用封止材シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記光電変換セルと接する層の光線透過率が９０％以上、かつヘイズ値が７５％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池用封止材シートである。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項記載の太陽電池用封止材シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュールである。

本発明は、封止材シートを二層構成にし、光電変換セルと接する層に透明性を有するフィラ―を含むことで光電変換セルとの接着面積を減少させ、接着強度を下げることができる。よって光電変換セルを太陽電池モジュールから取り出しリサイクルできる。また透明性を有するフィラーの光学特性から変換効率を上げることができる。

太陽電池モジュールの層構成の一例を示す説明図である。 太陽電池モジュールの製造時の部材構成の一例を示す説明図である。 本発明の太陽電池モジュール製造時の部材層構成の一例を示す説明図である。 本発明の太陽電池モジュールの一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図３は、本発明の太陽電池モジュール製造時の部材層構成の一例を示す説明図である。本発明の封止材シート３は二層構成になっている。透明性を有するフィラ―を含むＥＶＡ樹脂層５と含まないＥＶＡ樹脂層４の二層になっている。透明性を有するフィラ―を含むＥＶＡ樹脂層５を光電変換セルと接するように配置する。

図４は、本発明の太陽電池モジュール９の一例を示す説明図である。図３に示した部材構成を脱気、加熱キュアリングにて太陽電池モジュール９にしてものである。

本発明に用いる封止材シート３には、ＥＶＡ樹脂の架橋密度向上させるために、ＥＶＡ樹脂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。

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。

表面保護部材、光電変換セルとの接着性向上のために、シランカップリング剤を添加することができる。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、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、及び、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。

また、耐候性の向上のため、紫外線吸収剤、酸化防止剤を添加してもよい。

耐候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。

封止材シート３の二層のうち、透明性を有するフィラ―を含むＥＶＡ樹脂層５が光電変換セル６と接するように配置される。これは、光電変換セル６に接するＥＶＡ樹脂層に透明性を有するフィラ―を含むことにより、接着面積を減少させ、接着強度を減少させることにより、特に不良が生じた光電変換セル６を取り出すことが可能であり、光電変換セルのリサイクル性を出すことができる。また、表面保護部材１や裏面保護部材７には、透明性を有するフィラ―を含まないＥＶＡ樹脂層が接することで従来からの物性を有している。

透明性を有するフィラ―の種類としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、メラミン樹脂等を使用することができる。

これら透明性を有するフィラ―を含むＥＶＡ層樹脂５は、光電変換セル６との接着性を保持する必要がある。本発明は、透明性を有するフィラ―を０．５重量部以上５重量部未満添加することが好ましい。０．５重量部以上添加することにより光電変換セル６の取り出しが可能となるが、５重量部以上添加した場合、取り出し時以外にも接着強度不足から浮きが生じてしまい欠陥となってしまう。

また、透明性を有するフィラ―とＥＶＡ樹脂との間に屈折率差を設けることにより、光の散乱を生み、変換効率を高める機能を付与することもできる。

このときのＥＶＡ樹脂と透明性を有するフィラ―の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。

また入射した光を散乱させながら透過させる必要があるため、透明性を有するフィラ―の平均粒径は０．５〜１０．０μｍであることが望ましい。好ましくは１．０〜５．０μｍがよい。

また拡散性は高い方が望ましい。好ましくはヘイズ値７５％以上である。しかしながら拡散性を高めすぎて、透過率が低下すると変換効率も低下するという悪影響が生じるため、透過率は９０％以上が好ましい。

ＥＶＡ樹脂としては、１９０℃ 、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）（ＪＩＳ Ｋ ７２１０−１９９９）が０．１〜２００ｇ／１０分、特に１〜１００ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。ＭＦＲとは樹脂の流動性を示す指標である。ＭＦＲが低いものを使用した場合には、若干低めの融点のものを使用しても封止材料の流れによるトラブルが生じ難いという利点はあるが、過度にＭＦＲの低いものを使用すると加工性が悪くなる。その一方、過度にＭＦＲの高すぎるものを使用すると、モジュール作成時に端部からはみ出してラミネート内に付着してしまい、付着物を取り除く作業に手間がかかり、生産効率が極端に下がる。

ＥＶＡ樹脂とその他添加剤を混合し加熱溶融させた混合樹脂を、Ｔダイなどを用いて共押し出し法にて二層に製膜して封止材シートを作成することができる。封止材シートの厚み通常５０μｍ〜２ｍｍの範囲で作成すればよい。また他の方法として、カレンダー成形（カレンダリング）により成形してシート状にすることも可能である。

また、これら製膜されたシートが、ブロッキングすることが心配であれば、ブロッキング防止のため、製膜工程の中で、熱溶融した状態の樹脂シートをロール表面に凹凸パターンが施されている金属ロールに通すことで、封止材シート表面にエンボス加工を施すことも可能である。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

封止材シートを作成するため、ＥＶＡ樹脂としては、酢酸ビニル含有量が３０重量％のものを用いた。このＥＶＡ樹脂中に、以下の添加剤を混合し共押し出し法にて封止材シートを作成した。

ＥＶＡ樹脂１００重量部に対し、架橋剤としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネートを０．６重量部、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を０．４重量部、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレートを０．６重量部、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノンを０．３重量部、光安定剤としてビス（２，２，６，６、−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケートを０．１重量部、酸化防止剤としてトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイトを０．１重量部配合した樹脂材料を用いた。また透明性を有するフィラーとして、メラミン樹脂を０.３重量部添加し、Ｔダイ法の共押出しにより二層の封止材シート樹脂シートを作製した。透明性を有するフィラーを含んだ層の厚みは
５００μｍ、含まない層の厚みは１００μｍで、総厚６００μｍのシートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を０．５０重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を０．７５重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を１．００重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を２．５０重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を５．００重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を５．５０重量部添加して、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

＜比較例１＞
実施例１のフィラーであるメラミン樹脂を無添加で、他は実施例１と同様に封止材シートを作成した。

実施例１〜７及び比較例１で得られた封止材シートについて、リサイクル性（封止材に挟み込まれている光電変換セルを取り出せるか）、及び浮き確認（密封性低下による光電変換セルに接する層に浮き部分が発生したか否か）の評価を行った。また、得られた封止材シートの光学特性、変換効率の評価も行った。以下にその評価基準の詳細を示す。

（リサイクル性）
実施例１〜７及び比較例１で得られた各々封止材シート２枚を、図３に示すように表面保護部材、光電変換セル、裏面保護部材を重ね合わせ、１気圧で加圧しながら１５０℃で１０分キュアしてモジュールを作成した。光電変換セルとしては多結晶セルを、表面保護部材としては白板ガラス（３ｍｍ厚）を、裏面保護部材としてはフッ化ビニルポリマー（３８μｍ厚）を用いた。

それぞれ作成したモジュールを２ヶ月常温で保存し、セルを取り出せるかの確認を行い、光電変換セルを取り出すことができた場合「○印」、取り出すことができなかった場合「×印」とした。

（浮き確認）
実施例１〜７及び比較例１の封止材シートを使用したそれぞれのモジュールを８５℃８５％ＲＨ環境下に１０００ｈ保存した後の外観を蛍光灯下目視で確認した。光電変換セルと封止材シート間に５ｍｍφ以上の抜けがＡ４サイズ中に１つも確認されなかった場合「○印」とし、１個以上確認された場合「×印」とした。

（光学特性）
実施例１〜７及び比較例１で得られた封止材シートの光学特性（全光線透過率とヘイズ値）をＪＩＳ Ｋ７１０５に準拠して測定を行った。装置は日本電色工業（株）製 ＮＤＨ２０００を用いた。封止材シートのフィラーを含む面を測定した。

（変換効率）
比較例１と比較して変換効率が上昇したものを「○印」、同等もしくは低下したものを「×印」とした。測定方法は、実際にモジュールにしたものを、山下電装（株）製ソーラーシミュレーターの擬似太陽光を照射し、光起電力をデジタルマルチメーターでモニターし、変換効率を測定した。

リサイクル性、浮き確認、光学特性、変換効率の評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例２〜６の構成では、リサイクル性及び浮きの発生がなく信頼性に優れる太陽電池モジュールを作成することができる。また実施例２〜４の構成では、光学特性から変換効率を更に上げることができた。本発明の封止材シートを用いることで、リサイクル性、信頼性を備え変換効率に優れる太陽電池モジュールを作成することができる。

１・・表面保護部材
２・・封止材層
３・・封止材シート
４・・ＥＶＡ樹脂層
５・・透明性を有するフィラーを含むＥＶＡ樹脂層
６・・光電変換セル
７・・裏面保護部材
８・・従来の太陽電池モジュール
９・・本発明の太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 表面保護部材／封止材シート／光電変換セル／封止材シート／裏面保護部材を積層した積層体からなる太陽電池モジュールにおいて、前記封止材シートが、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂の二層からなり、光電変換セルと接する層に透明性を有するフィラ―を含むことを特徴とする太陽電池用封止材シート。
2. 前記透明性を有するフィラ―を０．５〜５．０重量部含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用封止材シート。
3. 前記光電変換セルと接する層の光線透過率が９０％以上、かつヘイズ値が７５％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池用封止材シート。
4. 請求項１〜３の何れか１項記載の太陽電池用封止材シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。

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