JP2016072561A - 太陽電池用封止材及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
また、隣り合う太陽電池セルは、一方の太陽電池セルの受光面側の負極電極と、隣接する他方の太陽電池セルの裏面側の正極電極との間が、薄板状又は線材状の配線部材によって接続されている。この場合、配線部材を、隣り合う太陽電池セルの間においてシリコン基板の表側から裏側に廻り込ませために屈曲した形状とする必要がある。配線部材がこのような形状であると、寒暖の差が激しい屋外に設置される場合がある太陽電池モジュールにおいては、各構成部材の熱膨張率の差や振動などにより、配線部材やその端部の各電極への接続部分が経時的に断線するおそれがあった。
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、複数個の太陽電池セルが間隔を開けて平面状に並べられ、その複数個の太陽電池セルが、光入射側の透光性基材と裏面基材との間に配されている。そして、透光性基材とシリコン基板の受光面との間は表側封止材によって封止され、シリコン基板の裏面と裏面基材との間は裏側封止材によって封止されている。
上記太陽電池モジュールで用いられる封止材の役割は、シリコンセル、各配線部材などで構成される発電部分を、衝撃や風雨や光などの外部環境から保護することである。よって、封止材はそれ自体が発電部分に対して化学反応などによる悪影響が小さいことが重要である。また、封止材は、発電部分など隣接部材との界面から水分などが浸入すると発電部材に悪影響を与えるため、隣接部材との強固な密着性を有することが重要である。
経過期間が長時間になることにより密着性が低下する原因は必ずしも明確ではないが、エチレン−αオレフィン共重合体の極性が低いため、添加剤のなじみが悪く、ブリードアウトが起こりやすく、シランカップリング剤の加水分解および縮合反応に伴う変化が起こりやすい事に起因すると考えられる。
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、経時劣化の少ない太陽電池用封止材及びその太陽電池用封止材を用いた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本実施形態の封止材は、エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる樹脂混合物、有機過酸化物、及びシランカップリング剤を含む組成物からなる。
本実施形態の封止材を形成する樹脂混合物は、エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる。すなわち、本実施形態の封止材を形成する樹脂混合物は、エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体を混合して使用する。
本実施形態の封止材に用いられるエチレン−αオレフィン共重合体の融点とエチレン−酢酸ビニル共重合体の融点の差は50℃以内が好ましく、さらに好ましくは30℃以内である。融点の差が50℃より大きいと、加工時の樹脂の分散にばらつきが生じやすい。
本実施形態の封止材に用いられる有機過酸化物は、上記エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体の樹脂混合物100質量部に対して、0.5質量部以上2.0質量部以下含有している。
有機過酸化物が0.5質部未満であると、封止材の架橋特性が低下し、耐熱性が低下する。一方、有機過酸化物が2.0質量部より多いと、太陽電池モジュールのラミネート時に膨れの原因になる。
本実施形態の封止材に用いられるシランカップリング剤は、上記エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体の樹脂混合物100質量部に対して、0.1質量部以上1.5質量部以下含有している。
シランカップリング剤としては、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
炭酸ガス炭酸イオン捕捉剤としては、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)、炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸バリウム(BaCO3)などを用いることができるが、高い透明性を有する水酸化マグネシウム又は酸化マグネシウムを用いることが好ましい。
本実施形態の太陽電池用封止材は、太陽電池モジュールにおいて、封止材の耐久性を向上させるために、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定化剤等が含有されていてもよい。
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤としては、例えば、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、ビス(2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾフェノン)メタンが挙げられる。
また、酸化防止剤としては、例えば、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、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネートなどが挙げられる。
また、本実施形態の封止材には、架橋反応を促進する架橋助剤が含有されていてもよい。架橋助剤としては、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。
本実施形態の封止材の製造は、エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる樹脂混合物を上記の質量比で混合し、有機過酸化物及びシランカップリング剤を上記の範囲の質量部で添加すること以外は、公知の製造方法で製造できる。製造方法としては、例えば、上記樹脂混合物に、有機過酸化物及びシランカップリング剤、並びに必要に応じて添加する他の添加剤を混合して加熱溶融させた樹脂を、直線状スリットを有するTダイ等を用いて押し出し法により製膜する製膜工程を有する方法が挙げられる。
次に、太陽電池モジュールの例を説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール101は、図1に示すように太陽電池セル105と、太陽電池セル105を封止する封止材106と、封止材106の表面側を保護する透光性基材108と、封止材6の裏面側を保護する裏面基材109と、を有し、封止材106が、前述した本実施形態の封止材により形成されているモジュールである。以下、本実施形態の太陽電池モジュールの実施形態の一例を示して詳細に説明する。なお、図1のような一般的なシリコン太陽電池モジュールをもって説明するが、本発明の太陽電池モジュールは、この太陽電池の方式は限定されず、図2に示すようなバックコンタクト方式の太陽電池モジュールであってもよい。
本実施形態の太陽電池モジュール101は、図1に示すように、太陽電池セル105と、太陽電池セル105を封止する封止材106と、封止材106の表面側を保護する透光性基材108と、封止材106の裏面側を保護する裏面基材109とを有する。
太陽電池セル105は、光電効果により受光面に入射した光を電気に変換する機能を有するセルである。太陽電池セル105は、太陽電池モジュール101内において複数個(図1では2つ)が接続されている。太陽電池セル105の数は特に限定されない。太陽電池セル105材料としては、例えば、結晶系シリコンが挙げられる。なかでも、製造の簡便さとコスト面から、多結晶シリコンが特に好ましい。
複数個の太陽電池セル105は、透明な透光性基材108と裏面基材109との間に封止材106によって封止されている。
封止材106は、太陽電池セル105を包埋させて封止する層であり、本実施形態の封止材により形成される。
透光性基材108としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ETFE、PCTFE等が挙げられる。透明性、耐候性、難燃性の点からガラスが好ましく用いられる。また、耐久性や耐候性、透明性の高い他の材料を用いても構わない。また、これら材料に耐久性や耐候性を付与するために、ハードコート層、UV吸収層、水蒸気バリア層等を積層しても構わない。
裏面基材109としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ETFE、PCTFE、ポリビニルフロライド、EVA、アルミ箔及び、これらの積層体が挙げられる。耐久性や耐候性の高い他の材料を用いても構わない。また、水蒸気や酸素バリア性を付与するバリア層を積層しても構わない。
以下、本実施形態の太陽電池モジュール101の製造方法の一例として、太陽電池モジュール101の製造方法を説明する。ただし、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は以下の方法には限定されない。
図1に示すように、透光性基材108、封止材106、太陽電池セル105、封止材106、裏面基材109をこの順に積層して積層体とする。次いで、積層体を真空状態で加熱加圧する真空ラミネートを行い、上下2枚の封止材106内に太陽電池セル105を埋没させ、封止材106の樹脂基材を架橋硬化させて接着一体化することにより、太陽電池モジュール101が得られる。
次に、バックコンタクト方式の太陽電池モジュールの一例を、図2に示す。
図2に示されるバックコンタクト方式の太陽電池モジュール201においては、シリコン基板202の受光面(表面)202Aとは反対側の面(裏面)202Bの一端側の位置に、P型半導体からなる正極電極203が設けられているとともに、裏面202Bの他端側の位置(すなわち、正極電極203とは離間した位置)に、N型半導体からなる負極電極204が設けられて、一つの太陽電池セル205が形成されている。
そして、本発明の太陽電池用封止材は、このようなバックコンタクト方式の太陽電池モジュールにも使用できる。
〈原料〉
まず使用した原料を以下に示す。
(樹脂混合物)
(エチレン−αオレフィン共重合体)
融点58℃、MFR30g/10min、密度0.88g/cm3のエチレン−αオレフィン共重合体
(エチレン−酢酸ビニル共重合体)
融点66℃、MFR20g/10min、酢酸ビニル含有量28%のエチレン−酢酸ビニル共重合体
1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン
(シランカップリング剤)
3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
(架橋助剤)
トリアリルイソシアヌレート
(紫外線吸収剤)
2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ビス(1,1−ジメチルプロピル)フェノール
(光安定化剤)
ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート
(炭酸ガス炭酸イオン捕捉剤)
酸化マグネシウム 平均粒子径1.1μm
エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体の配合比を調整しエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体を80:20の質量比とし、樹脂混合物100質量部に対して有機過酸化物を0.5質量部、シランカップリング剤を0.1質量部、架橋助剤を1.0質量部、紫外線吸収剤を0.1質量部、光安定化剤を0.1質量部、炭酸ガス炭酸イオン捕捉剤0.1質量部となるように加え、Tダイ法により厚み0.2mmの封止材を作製した。
実施例1におけるシランカップリング剤の添加量が1.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[実施例3]
実施例1における有機過酸化物の添加量が2.0質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1における有機過酸化物の添加量が2.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[実施例5]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[実施例6]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、シランカップリング剤の添加量が1.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が2.0質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[実施例8]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が2.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例1]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が75:25、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が75:25、有機過酸化物の添加量が0.3質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例3]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が75:25、有機過酸化物の添加量が2.2質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例4]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が75:25、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.05質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が75:25、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.7質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例6]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が100:0、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例7]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が100:0、有機過酸化物の添加量が0.3質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が100:0、有機過酸化物の添加量が2.2質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例9]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が100:0、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.05質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例10]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が100:0、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.7質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が80:20、有機過酸化物の添加量が0.3質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例12]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が80:20、有機過酸化物の添加量が2.2質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例13]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が80:20、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.05質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が80:20、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.7質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例15]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が0.3質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例16]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が2.2質量部、シランカップリング剤の添加量が0.5質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が0.05質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
[比較例18]
実施例1におけるエチレン−αオレフィン共重合体:エチレン−酢酸ビニル共重合体の質量比が99:1、有機過酸化物の添加量が1.0質量部、シランカップリング剤の添加量が1.7質量部である以外は、実施例1と同一として、封止材を作製した。
「密着(初期)」
厚さ3mmの太陽電池用ガラス板302、厚さ450μmの封止材303、厚さ200μm封止材(評価用)304、厚さ35μmの銅箔305の順で重ねあわせ、真空ラミネーターで150℃に加熱し、真空吸引し、15分間かけて図3の評価用サンプル301の構成を作製した。サイズはA4サイズとした。
封止材製造後、室温環境にて100日間保存した封止材を用いて、厚さ3mmの太陽電池用ガラス板302、厚さ450μmの封止材303、厚さ200μm封止材(評価用)304、厚さ35μmの銅箔305の順で重ねあわせ、真空ラミネーターで150℃に加熱し、真空吸引し、15分間かけて図3の評価用サンプル301の構成を作製した。サイズはA4サイズとした。
厚さ3mmの太陽電池用ガラス板302、厚さ450μmの封止材303、厚さ200μm封止材(評価用)304、厚さ35μmの銅箔305の順で重ねあわせ、真空ラミネーターで150℃に加熱し、真空吸引し、15分間かけて図3の評価用サンプル301の構成を作製した。サイズはA4サイズとした。
この評価用サンプルを85℃、85%RHの環境に1ヶ月間暴露し、試験片の外観を目視にて観察し、変色が見られない場合を○、変色が見られた場合を×とした。
厚さ3mmの太陽電池用ガラス板302、厚さ450μmの封止材303、厚さ200μm封止材(評価用)304、厚さ35μmの銅箔305の順で重ねあわせ、真空ラミネーターで150℃に加熱し、真空吸引し、15分間かけて図3の評価用サンプル301の構成を作製した。サイズはA4サイズ。
この評価用サンプルの銅箔側を固定し、180°傾けた状態で130℃環境下にて24時間保管し、ズレが1mm未満の場合を○、ズレが1mm以上生じた場合を×とした。
厚さ3mmの太陽電池用ガラス板302、厚さ450μmの封止材303、厚さ200μm封止材(評価用)304、厚さ35μmの銅箔305の順で重ねあわせ、真空ラミネーターで150℃に加熱し、真空吸引し、15分間かけて図3の評価用サンプル301の構成を作製した。サイズはA4サイズ。
この評価用サンプル作製工程において、銅箔部に目視で膨れが確認できないものを○、目視で膨れが確認できたものを×とした。
各実施例および各比較例の配合、及び評価結果を表1に示す。
102…シリコン基板
102A…シリコン基板の受光面(表面)
102B…シリコン基板の裏面
103…電極(正極)
104…電極(負極)
105…太陽電池セル(シリコンセル)
106…封止材
107…配線部材(インターコネクタ)
108…透光性基材
109…裏面基材
201…バックコンタクト方式の太陽電池モジュール
202…シリコン基板
202A…シリコン基板の受光面(表面)
202B…シリコン基板の裏面
203…電極(正極)
204…電極(負極)
205…太陽電池セル(シリコンセル)
210…透光性基材
212…裏面基材
214…封止材(表側)
216…封止材(裏側)
216a…貫通孔
218…絶縁基材
220…導電層
220a…銅またはニッケル層
220b…導電性金属膜
222A…導電接続部材
222B…導電接続部材
301…評価用サンプル
302…太陽電池用ガラス板
303…封止材
304…封止材(評価用)
305…銅箔
Claims (5)
- エチレン−αオレフィン共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる樹脂混合物、有機過酸化物、及びシランカップリング剤を含む組成物であり、
上記エチレン−αオレフィン共重合体と上記エチレン−酢酸ビニル共重合体との質量比が80:20〜99:1であり、
上記有機過酸化物の含有量が、上記樹脂混合物100質量部に対して0.5質量部以上2.0質量部以下であり、
上記シランカップリング剤の含有量が、上記樹脂混合物100質量部に対して0.1質量部以上1.5質量部以下であることを特徴とする太陽電池用封止材。 - 上記組成物が炭酸ガス炭酸イオン捕捉剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用封止材。
- 上記炭酸ガス炭酸イオン捕捉剤が、酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムの少なくとも一方であることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池用封止材。
- 上記組成物は、更に、トリアジン系紫外線吸収剤およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池用封止材。
- 透光性基材と裏面基材との間に、封止材を介在させ架橋一体化させることにより太陽電池セルを封止してなる太陽電池モジュールにおいて、
上記封止材が、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池用封止材からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
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