JP4835806B2 - 太陽電池モジュール用封止材シート、及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)表面保護部材、第1の封止材シート、光電変換セル、第2の封止材シート及び裏面保護部材をこの順序で積層して積層体を形成し、真空中で該積層体を加熱して脱気した後、真空中で1気圧の荷重をかけながら加熱することで、前記光電変換セルを第1の封止材シートと第2の封止材シート内に埋没させ、それら封止材シートの樹脂を架橋硬化させて接着一体化する、太陽電池モジュールの製造方法。
(2)弾性率の低い封止材シートを用いることで、光電変換セルを封止する際の該封止材シートによる光電変換セルへの押圧力を小さくして、光電変換セルの破損を抑制する、太陽電池モジュールの製造方法(例えば、特許文献1)。
(3)エンボス加工により表面に凹部が設けられた封止材シートを用いることで、光電変換セルを封止する際の封止材シートによる光電変換セルへの押圧力を分散させて、光電変換セルの破損を抑制する、太陽電池モジュールの製造方法(例えば、特許文献2)。
また、方法(3)では、封止材シート表面に設けた凹部内にあった空気が太陽電池モジュールの封止材層中に残存しやすい。凹部が深いほど空気の量も多くなるため、脱気に要する時間が増大する。
以上のことから、光電変換セルの破損及び封止材の漏れを抑制でき、高品質な太陽電池モジュールを簡便に製造できる方法の開発が望まれている。
[1]メルトフローレート(温度190℃、荷重2.16Kg)が10〜20g/10分の透明樹脂(A)と、メルトフローレート(温度190℃、荷重2.16Kg)が30〜40g/10分の透明樹脂(B)とを含有し、前記透明樹脂(A)(質量:WA)と透明樹脂(B)(質量:WB)との質量比α(=WA/WB)が0.7〜1.5であり、
前記透明樹脂(A)及び前記透明樹脂(B)は共にEVAであり、
前記透明樹脂(A)と前記透明樹脂(B)との混合樹脂を含む混合樹脂層を有する、
太陽電池モジュール用封止材シート。
[2]厚みが10〜500μmである、前記[1]に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
[3]前記[1]に記載の太陽電池モジュール用封止材シートにより光電変換セルを挟んだ状態で、加熱加圧して、前記太陽電池モジュール用封止材シートにより前記光電変換セルを封止する封止工程を有する、太陽電池モジュールの製造方法。
また、本発明の製造方法によれば、本発明の太陽電池モジュール用封止材シートを用いることにより、光電変換セルを封止する際における光電変換セルの破損及び封止材の漏れを抑制でき、高品質な太陽電池モジュールを簡便に製造できる。
本発明の封止材シートは、太陽電池モジュールにおいて光電変換セルを封止するのに用いるシートであり、メルトフローレート(以下、「MFR」という。)の異なる透明樹脂(A)と透明樹脂(B)とを含有している。
本発明における透明樹脂のMFRとは、樹脂の流動性を示す指標であり、JIS K7210に準拠した方法で、温度190℃、荷重2.16kgの条件で測定される値を意味する。また、本発明における透明樹脂とは、JIS K7105に準拠した方法で測定した全光線透過率が、厚み0.5mmにおいて85%以上の樹脂を意味する。
透明樹脂(A)のMFR(温度190℃、荷重2.16kg)は、10〜20g/10分である。透明樹脂(A)により、封止材が保護部材(表面保護部材、裏面保護部材)の外側に漏れ出すことを抑制する効果が付与される。
MFRが前記範囲内である透明樹脂(A)を後述する透明樹脂(B)と併用することにより、太陽電池モジュールの製造における光電変換セルの破損、及び封止材の漏れを共に抑制できる。
透明樹脂(A)(MFR:10〜20g/10分)としてEVAを用いる場合、該EVA100質量%中の酢酸ビニル単位の含有率は、10〜40質量%が好ましく、20〜30質量%がより好ましい。
また、MFRは、分子量を調節することでも調節でき、分子量を大きくすることでMFRが小さくなる。
透明樹脂(A)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
透明樹脂(B)のMFR(温度190℃、荷重2.16kg)は、30〜40g/10分である。透明樹脂(B)により、太陽電池モジュールの製造における光電変換セルが破損することを抑制する効果が付与される。
MFRが前記範囲内である透明樹脂(B)を前記透明樹脂(A)と併用することにより、太陽電池モジュールの製造における光電変換セルの破損、及び封止材の漏れを共に抑制できる。
透明樹脂(B)(MFR:30〜40g/10分)としてEVAを用いる場合、該EVA100質量%中の酢酸ビニル単位の含有率は、10〜40質量%が好ましく、30〜35質量%がより好ましい。
透明樹脂(B)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の封止材シートにおける透明樹脂は、透明樹脂(A)と透明樹脂(B)からなることが好ましいが、太陽電池モジュールの製造時における光電変換セルの破損及び封止材の漏れを抑制できる範囲内において、透明樹脂(A)及び透明樹脂(B)以外の透明樹脂(C)が含まれていてもよい。
透明樹脂(C)としては、MFR(温度190℃、荷重2.16kg)が10g/10分未満の透明樹脂、20g/10分超30g/10分未満の透明樹脂、40g/10分超の透明樹脂等が挙げられる。該透明樹脂の種類としては、透明樹脂(A)で挙げたものが挙げられる。
本発明の封止材シートには、透明性を損なわない範囲で強度を高めることを目的として、架橋剤が添加されていてもよい。
架橋剤としては、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。
前記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、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が挙げられる。
本発明の封止材シートは、下記封止材シート(i)及び封止材シート(ii)が好ましく、密着性の点から、封止材シート(i)が特に好ましい。
(i)透明樹脂(A)と透明樹脂(B)との混合樹脂を含む混合樹脂層を有する封止材シート。
(ii)透明樹脂(A)を含む透明樹脂層(a)と、透明樹脂(B)を含む透明樹脂層(b)が、少なくとも一方の最表層が透明樹脂(b)となるように積層された積層体を有する封止材シート。
封止材シート(i)は、透明樹脂(A)と透明樹脂(B)との混合樹脂、及び必要に応じて架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤等を含有する樹脂組成物により形成された混合樹脂層からなるシートである。混合樹脂層は、単層であってもよく、複数層であってもよいが、単層であることが好ましい。また、封止材シート(i)が2層以上の混合樹脂層を有する場合は、各層が共押出しにより形成されていることが好ましい。
太陽電池モジュールにおいて表面及び裏面保護部材に接する封止材層は、硬化性よりもそれらの部材との密着性が重視されるため、軟らかい層であることが好ましい。そのため、封止材シート(i)の膜厚が500μmを超えると、保護部材の歪みに起因する応力により封止材層の変形が大きくなり、該層の端部の密閉性が低下し、光電変換セルや回路の劣化の原因となるおそれがある。また、封止材シート(i)の膜厚が10μm未満であると、加工性が低下し、封止材層内に抜け部分が発生し易いため、その部分の保護部材との密着性、密封性が低下して、光電変換セルや回路の劣化の原因となるおそれがある。
VA(mm3)=tmax×106
一方、この単位面積の封止材シートの実際の体積V0(mm3)は封止材シートを構成する樹脂の比重ρ(g/mm3)と単位面積(1m2)当りの封止材シートの実際の重さW(g)とから次のように算出される。
V0(mm3)=W/ρ
封止材シートの単位面積当りの凹部の合計体積VH(mm3)は、封止材シートの見掛けの体積VAから実際の体積V0を差し引いた値として次のように算出される。
VH(mm3)=VA−V0=VA−(W/ρ)
従って、空隙率(%)は次のようにして求めることができる。
空隙率P(%)=VH/VA×100=(VA−(W/ρ))/VA×100
=1−W/(ρ・VA)×100=1−W/(ρ・tmax・106)×100
なお、この空隙率(%)は、上記のような計算式により算出する他、実際の封止材シートについて断面やエンボス加工が施された面を顕微鏡撮影し、画像処理を行うことにより求めることもできる。
また、封止材シートの最大厚みtmaxとは、封止材シートの一方の面にエンボス加工してある場合、凸部の最頂部から裏面までの距離を示し、フィルムの双方の面にエンボス加工してある場合には、双方の面の凸部の先端同士の距離(フィルム厚さ方向の距離)を示す。最大厚みtmaxは50〜2000μmであることが好ましい。
封止材シート(ii)は、透明樹脂(A)、及び必要に応じて架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤等を含む樹脂組成物により形成された透明樹脂層(a)と、透明樹脂(B)、及び必要に応じて架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤等を含む樹脂組成物により形成された透明樹脂層(b)が、一方又は両方の最表層が透明樹脂(b)となるように積層された積層体を有するシートである。例えば、透明樹脂層(a)/透明樹脂層(b)からなる積層体、透明樹脂層(b)/透明樹脂層(a)/透明樹脂層(b)からなる積層体、透明樹脂層(a)/透明樹脂層(b)/透明樹脂層(a)/透明樹脂層(b)からなる積層体等を有する封止材シートが挙げられる。なかでも、密着性の点から、透明樹脂層(a)/透明樹脂層(b)からなる積層体を有する封止材シートが好ましい。
封止材シート(ii)は、太陽電池モジュールの製造においては、最表層の透明樹脂(b)を光電変換セル側に向けて使用する。
また、封止材シート(ii)には、封止材シート(i)と同様にエンボス加工が施されていてもよい。
また、封止材シート(ii)における透明樹脂層(a)の膜厚daと、透明樹脂層(b)の膜厚dbとの比da/dbは、0.8〜1.2が好ましく、0.9〜1.1がより好ましい。比da/dbが0.8以上であれば、太陽電池モジュール製造時に封止材が漏れ出すことを抑制しやすい。比da/dbが1.2以下であれば、太陽電池モジュール製造時に光電変換セルが破損することを抑制しやすい。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、前述した本発明の封止材シートを用いて光電変換セルを封止する封止工程を有することを特徴とする。すなわち、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、本発明の封止材シートを用いる以外は、公知の方法が適用できる。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、使用する本発明の封止材シートの形態の違いに応じて、下記方法(I)及び方法(II)が挙げられる。
(I)封止材シート(i)により光電変換セルを挟んだ状態で、加熱加圧して、封止材シート(i)で該光電変換セルを封止する封止工程を有する方法。
(II)封止材シート(ii)により、該封止材シート(ii)の最表層の透明樹脂層(b)が光電変換セル側を向くようにして光電変換セルを挟んだ状態で、加熱加圧して、封止材シート(ii)で該光電変換セルを封止する封止工程を有する方法。
方法(I)は、下記工程を有する。
積層工程:図2に示すように、裏面保護部材5、封止材シート(i)3A、光電変換セル2、2、封止材シート(i)3A、及び表面保護部材4をこの順に積層して積層体1Aを得る。
封止工程:積層体1Aを加熱加圧して、封止材シート(i)3A、3Aで光電変換セル2、2を封止し、封止材層3を形成する。
3分間真空に保った後、裏面保護部材側の真空を開放し、裏面保護部材から101325Pa(大気圧)で押圧することが好ましい。
封止における加熱温度は、150℃が好ましい。
方法(II)は、下記工程を有する。
積層工程:図3に示すように、透明樹脂層(a)31aと透明樹脂層(b)31bが積層された封止材シート(ii)3Bを用い、その透明樹脂層(b)31bが光電変換セル2、2側に向くようにして、裏面保護部材5、封止材シート(ii)3B、光電変換セル2、2、封止材シート(ii)3B、及び表面保護部材4をこの順に積層して積層体1Bを得る。
封止工程:積層体1Bを加熱加圧して、封止材シート(ii)3B、3Bで光電変換セル2、2を封止し、封止材層3を形成する。
また、封止工程は、方法(I)における封止工程と同様に行うことができる。
光電変換セル2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。光電変換セル2は、太陽電池モジュール1内において複数個(図1では2つ)が電極(図示省略)によって接続されている。光電変換セル2の材料としては、光電変換セルに用いられる公知の材料を用いることができ、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の結晶系シリコン等が挙げられる。なかでも、簡便に製造でき、低コストである点から、多結晶シリコンが好ましい。
表面保護部材5の厚さは、0.2〜3.0mmが好ましい。
裏面保護部材6の厚さは、0.1〜1.0mmが好ましい。
該架橋率は、加熱加圧した後に、太陽電池モジュール1の封止材層3を引き剥がし、その1gをキシレン100ccに浸漬して、12時間、110℃で溶融させ、非溶融成分の質量を測定し、下記式の質量比を算出することにより求められる。
(架橋率)=[非溶融成分の質量(g)/溶融前の質量(1g)]×100
図4に示すように、裏面保護部材5、封止材シート(i)3A、封止材シート(i)3A、表面保護部材4をこの順に重ね合わせ、150℃で10分間、101325Paで真空加圧して擬似モジュールを作成する。表面保護部材としては白板ガラス(厚さ3mm)を、裏面保護部材としてはフッ化ビニルポリマー(厚さ38μm)を用いる。
接着強度測定機としては、ORIENTEC製TENSILON(RTC−1250)を用いる。測定条件としては、15mm幅の接着強度測定とし、剥離速度は30mm/分とする。
なお、封止材シート(ii)3Bを用いる場合も同様に行える。
なお、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は前述した方法には限定されない。例えば、封止材シート(i)と封止材シート(ii)を組み合わせて用いる方法であってもよい。
[評価方法]
本実施例における評価は、以下に示すようにして行った。
(セル破損の評価)
図2に示すように、表面保護部材4(白板ガラス;縦290mm×横210mm×厚さ3mm)、封止材シート3A(各例で得た封止材シート;縦280mm×横200mm)、2つの光電変換セル2、封止材シート3A(各例で得た封止材シート;縦280mm×横200mm)、裏面保護部材5(ポリフッ化ビニル;縦290mm×横210mm)をこの順に積層し、150℃で10分間真空ラミネートした。その後、表面保護部材4側から目視にてセルの破損を確認した。これを50回行い、下記基準で評価した。
「○」:光電変換セルが破損した回数が0であった。
「△」:光電変換セルが破損した回数が1以上3未満であった。
「×」:光電変換セルが破損した回数が3以上であった。
「セル破損の評価」と同様にして太陽電池モジュールを作成し、図5に示すように、漏れ出した封止材3の縁から表面保護部材4の縁までの距離Lの最大値を測定し、下記基準で評価した。
「○」:距離Lの最大値が2mm未満であった。
「△」:距離Lの最大値が2mm以上5mm未満であった。
「×」:距離Lの最大値が5mm以上であった。
(透明樹脂(A))
透明樹脂A1:EVA(MFR:10g/10分、酢酸ビニル単位:30質量%)
透明樹脂A2:EVA(MFR:20g/10分、酢酸ビニル単位:28質量%)
透明樹脂B1:EVA(MFR:30g/10分、酢酸ビニル単位:30質量%)
透明樹脂B2:EVA(MFR:40g/10分、酢酸ビニル単位:33質量%)
透明樹脂C1:EVA(MFR:5g/10分、酢酸ビニル単位:30質量%)
透明樹脂C2:EVA(MFR:25g/10分、酢酸ビニル単位:30質量%)
透明樹脂C3:EVA(MFR:50g/10分、酢酸ビニル単位:30質量%)
架橋剤D1:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(有機過酸化物)
(架橋助剤)
架橋助剤E1:トリアリルイソシアヌレート
(シランカップリング剤)
シランカップリング剤F1:γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
透明樹脂A1と透明樹脂B1とを等量混合した混合樹脂(質量比α=1.0)100質量部に、架橋剤D1を0.375質量部、架橋助剤E1を0.375質量部、シランカップリング剤F1を0.25質量部添加した樹脂組成物を調製した。
次いで、前記樹脂組成物を押出成型機により成型し、膜厚0.4mmの封止材シートを得た。封止材シートの膜厚は、電子マイクロメーター(アンリツ社製、K351C)により測定した。
樹脂組成物に含有させる透明樹脂の種類を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして封止材シートを得た。
樹脂組成物に含有させる透明樹脂の種類を表1に示す1種類に変更した以外は、実施例1と同様にして封止材シートを得た。
樹脂組成物に含有させる透明樹脂の種類を表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして封止材シートを得た。
実施例1〜4及び比較例1〜13の評価結果を表1に示す。
一方、透明樹脂(A)のみを用いた比較例1及び2の封止シートでは、光電変換セルの破損を抑制することができなかった。
MFRが30g/10分の透明樹脂(B)のみを用いた比較例3の封止材シートでは、MFRが20g/10分の透明樹脂(A)と40g/10分の透明樹脂(B)を等量用いた実施例4に比べて、光電変換セルの破損及び封止材の漏れを抑制する効果が共に劣っていた。
MFRが40g/10分の透明樹脂(B)のみを用いた比較例4、及びMFRが50g/10分の透明樹脂(C)のみを用いた比較例5の封止材シートでは、封止材が大きく漏れ出してしまった。
また、MFRが異なる2種の透明樹脂を用いているが、その組み合わせが透明樹脂(A)と透明樹脂(B)ではない比較例6〜13の封止材シートでは、MFRが5g/10分の透明樹脂(C)を用いた場合(比較例6〜8)に光電変換セルの破損を抑制できず、50g/分の透明樹脂(C)を用いた場合(比較例8〜10)に封止材の漏れを抑制できなかった。また、MFRが透明樹脂(A)と透明樹脂(B)の中間である25g/10分の透明樹脂(C)を用いた場合(比較例11〜13)も、光電変換セルの破損及び封止材の漏れの抑制を両立させることができなかった。
[実施例5及び6]
透明樹脂A2と透明樹脂B2とを用い、それらの質量比αを表2に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして封止材シートを得た。
透明樹脂A2と透明樹脂B2とを用い、それらの質量比αを表2に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして封止材シートを得た。
また、実施例4〜6及び比較例14、15の評価結果を表2に示す。
一方、透明樹脂(A)と透明樹脂(B)の質量比αが0.5の比較例14の封止材シートでは、封止材の漏れが充分に抑制できなかった。また、透明樹脂(A)と透明樹脂(B)の質量比αが2.0の比較例14の封止材シートでは、光電変換セルの破損を充分に抑制できなかった。
Claims (3)
- メルトフローレート(温度190℃、荷重2.16Kg)が10〜20g/10分の透明樹脂(A)と、メルトフローレート(温度190℃、荷重2.16Kg)が30〜40g/10分の透明樹脂(B)とを含有し、前記透明樹脂(A)(質量:WA)と透明樹脂(B)(質量:WB)との質量比α(=WA/WB)が0.7〜1.5であり、
前記透明樹脂(A)及び前記透明樹脂(B)は共にEVAであり、
前記透明樹脂(A)と前記透明樹脂(B)との混合樹脂を含む混合樹脂層を有する、
太陽電池モジュール用封止材シート。 - 厚みが10〜500μmである、請求項1に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
- 請求項1に記載の太陽電池モジュール用封止材シートにより光電変換セルを挟んだ状態で、加熱加圧して、前記太陽電池モジュール用封止材シートにより前記光電変換セルを封止する封止工程を有する、太陽電池モジュールの製造方法。
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