JP5182432B2 - 封止材シート - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュール製造工程で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、太陽電池セル3が封止材層2中に配置され、その外側を表面保護部材1および裏面保護部材4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1、封止材シート22、太陽電池セル3、封止材シート24、裏面保護部材4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22,24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、密着性・耐候性・耐光性等の各種機能を付与する目的で、該EVA樹脂に、架橋剤・架橋助剤・シランカップリング剤・安定剤・紫外線吸収剤・老化防止剤・変色防止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
従来太陽電池モジュールの作製時にあっては、その封止工程での加熱加圧の際に封止材シートが太陽電池用セルに押し付けられるため、この押圧力で太陽電池用セルが割れるという問題があった。また、封止時の脱気不良で空気を巻き込んで、モジュール内に気泡が残ってしまい製品歩留まりが低下するという問題があった。これらの問題に対して、従来は封止材シートの表面に凹凸をつけるエンボス加工や封止材シートに貫通あなを付与するという手法により、加熱加圧工程でのクッション性・脱気性が改善されてきた(上記の特許文献1および2を参照)。
特に、エンボス加工については、封止材シートの単位面積あたりの凹部の合計体積Vと該単位面積に最大厚みを乗じた該シートの見かけ体積Vとの百分比V/V×100%(以下空隙率Pと呼ぶ)が5〜80%(好ましくは20〜50%)となるようエンボスを施すとクッション性・脱気性が改善されるとされていた(上記の特許文献1を参照)。
しかしながら、空隙率Pが5〜80%となる深いエンボス加工が施された封止材シートや貫通あなの付与されたEVA樹脂シートでは、表面保護部材、封止材シート、太陽電池セル、封止材シート、裏面保護部材の順序で太陽電池モジュールの構成部材を積層させた段階で、既に積層体内部に一定量の空気が含まれており、真空中での加熱脱気に時間がかかってしまうという問題があった。
本発明は、上記課題を解決することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、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封止材シートの片面もしくは両面にエンボス加工による凹凸パターンが施されており、前記第1封止材シートおよび第2封止材シートの単位面積あたりの凹部の合計体積Vと前記単位面積に最大厚みを乗じた該シートの見かけ体積Vとの百分比V/V×100%が1〜4%となるようにエンボス加工を施し、φ25mmのAlプレート2枚に厚さ1mmの前記封止材シートを挟み、ひずみ5%、周波数1Hz、測定開始温度40℃より測定終了温度150℃までの昇温過程において昇温1℃毎に前記封止材シートの動的粘弾性測定を行ったときの、貯蔵弾性率の最小値が10Pa以下であることを特徴とする封止材シートである。
本発明によれば、空隙率1〜4%のエンボス加工を施した封止材シートを使用することで、太陽電池モジュールの構成部材を積層させた段階での、積層体内部における空気のかみこみ量を減少させ、太陽電池モジュール製造工程における真空中での加熱脱気に要する時間を減少させることができる。
また、封止材シートの空隙率を1〜4%にすることにより、空隙率が5〜80%である封止材シートに比べ、太陽電池モジュール製造時の加熱加圧工程におけるクッション性が低下するが、封止材シートの主材料である樹脂に弾性率が低い樹脂を選定することでクッション性の低下を補い、加熱加圧工程における太陽電池セル割れを防止することができる。また、上記真空中での加熱脱気工程における樹脂の流動性も増す為、脱気効率が向上するという効果もある。
上記の効果により、加熱脱気工程に要する時間が短縮され、太陽電池モジュールの製造効率を向上させることができる。
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。 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。 実施例で作成した擬似太陽電池モジュールの構成部材、装置構成および加熱圧着工程を説明するための図である。 空隙率測定用試料(EVA樹脂フィルム)をEVA樹脂ロールから切り出す位置を説明するための図である。 最大厚み測定用試料小片5枚をEVA樹脂フィルムから切り出す位置を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
図3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3において、太陽電池モジュールは、第1保護部材5、第1封止材シート6、太陽電池セル7、第2封止材シート8、第2保護部材9をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる。第1封止材シート6および第2封止材シート7の片面もしくは両面には、エンボス加工による凹凸パターンが施されている。そして、第1封止材シート6および第2封止材シート7の単位面積あたりの凹部の合計体積Vと前記単位面積に最大厚みを乗じた該シートの見かけ体積Vとの百分比V/V×100%は、1〜4%となるようにエンボス加工が施されている。また、図3の形態では、第1保護部材5が表面保護部材を、第2保護部材9が裏面保護部材を形成している。
第1封止材シート6および第2封止材シート8の主材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン;アイオノマー;エチレン−酢酸ビニル共重合体;ポリフッ化ビニル;ポリ塩化ビニル、または、これらの共重合体を用いることができる。
また、第1封止材シート6および第2封止材シート8の主材料には、透明性の高い樹脂を用いることもでき、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが好ましく用いることができる。
第1封止材シート6および第2封止材シート8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、架橋剤を添加してもよい。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。
また、第1封止材シート6および第2封止材シート8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、上記以外にも、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤を添加してもよい。
密着性の向上のために用いられる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。
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。
上記主材料・添加剤を混合し加熱溶融させた樹脂を、Tダイ法またはカレンダー法を用いて製膜し、封止材シートの製造を行う。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、第1封止材シート6および第2封止材シート8の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、第1封止材シート6および第2封止材シート8の片面もしくは両面にエンボス加工を施すことができる。
このエンボス加工実施の際に、第1封止材シート6および第2封止材シート7の単位面積あたりの凹部の合計体積Vと前記単位面積に最大厚みを乗じた該シートの見かけ体積Vとの百分比V/V×100%で規定される空隙率Pが1〜4%となるよう、製膜工程のロールにおける凹凸パターンを選定し、封止材シートへのエンボス加工を実施する。
上記V/V×100%にて定義される空隙率Pは、次のようにして計算により求めることができる。すなわち、エンボス加工を施した封止材シートにおいて、封止材シートの見掛けの体積V(mm)は、封止材シートの最大厚みtmax(mm)と単位面積(例えば1m=1000×1000=10mm)との積で、以下のようにして算出される。
(mm)=tmax×10
一方、この単位面積の封止材シートの実際の体積V(mm)は封止材シートを構成する樹脂の比重ρ(g/mm)と単位面積(1m)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。
(mm)=W/ρ
封止材シートの単位面積当りの凹部の合計体積VH(mm)は、封止材シートの見掛けの体積Vから実際の体積Vを差し引いた値として次のように算出される。
(mm)=V−V=V−(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(%)=V/V×100=(V−(W/ρ))/V×100
=1−W/(ρ・V)×100=1−W/(ρ・tmax・10)×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。
また前述のように、封止材シートの空隙率を1〜4%にすることにより、空隙率が5〜80%である封止材シートに比べ、太陽電池モジュール製造時の加熱加圧工程におけるクッション性が低下するが、封止材シートの主材料である樹脂に弾性率が低い樹脂を選定することにより、この問題点が解決されるとともに、加熱脱気工程における樹脂の流動性も増す為、脱気効率が向上するという効果が奏される。
前記弾性率が低い樹脂とは、本発明では次のように定義される。
φ25mmのAlプレート2枚に厚さ1mmの前記封止材シートを挟み、ひずみ5%、周波数1Hz、測定開始温度40℃より測定終了温度150℃までの昇温過程において昇温1℃毎に前記封止材シートの動的粘弾性測定を行ったときの、貯蔵弾性率の最小値が10Pa以下である。前記動的粘弾性測定は、例えばTAInstruments製レオメーター・AR2000cxを使用することで実施可能である。
前記弾性率が低い樹脂は、樹脂を適切に選定したり、添加剤の種類および量を適宜調整することにより、得ることが可能である。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されない。
樹脂組成および添加剤の配合を調整することにより、貯蔵弾性率の最小値が9200PaであるEVA樹脂を調製した。すなわちこのEVA樹脂は、φ25mmのAlプレート2枚に厚さ1mmの封止材シートを挟み、ひずみ5%、周波数1Hz、測定開始温度40℃より測定終了温度150℃までの昇温過程において昇温1℃毎に前記封止材シートの動的粘弾性測定を行ったときの、貯蔵弾性率の最小値が9200Paである。このEVA樹脂を使用し、空隙率が3〜4%になるように両面にエンボス加工を施したEVA樹脂ロールを作成した。
上記EVA樹脂ロールより切り出した封止材シートを使い、太陽電池擬似モジュールを試作し、封止材シートの脱気性能を確認した。以下に該擬似モジュールの試作手順および脱気性能の確認方法を示した。
太陽電池擬似モジュールの試作条件について図4を用いて説明する。図4(a)に示したとおり、290mm×210mmのバックシート(裏面保護部材11)、280mm×200mmの封止材シート12、太陽電池セル13、280mm×200mmの封止材シート14、290mm×210mm大・3mm厚の強化ガラス(表面保護部材15)を順番に積層させた積層体を、上蓋側内部とラミネート室内(ラミネーター上蓋10とラミネーター底部16により囲われた空間)でそれぞれ真空引き可能なラミネーター内に配置し、ラミネート室内の温度を150℃に維持しながら上蓋内部とラミネート室内の両方で90秒間真空引きを行い、該積層体内部を脱気しながら仮圧着した(図4(a)、真空脱気・仮圧着工程)。また、真空脱気・仮圧着工程にかける時間を短縮したときの脱気性を確認する目的で、上記と同様の材料を同様の順序で積層させた積層体を60秒間真空脱気しながら仮圧着した。
上記仮圧着完了後、ラミネート室内の温度を150℃にし、ラミネーター上蓋側の真空状態を解除して、該積層体を大気圧により10分間熱圧着させた。(図4(b)、本圧着工程)
上記本圧着工程を経てできた太陽電池擬似モジュールの外観について、1mm以上の気泡が内部に残留していないか目視にて確認した。
本実施例では、上記擬似モジュール作製と気泡の目視確認を、真空脱気・仮圧着の時間を60秒としたときと90秒としたときのそれぞれについて繰り返し30回行った。本実施例における、気泡の目視確認の結果を表1に示した。
また、本実施例にて記載の空隙率Pの値は、図5に示したとおり、110cm幅のEVA樹脂ロール18の両端2箇所(ロール端より幅方向に10cm内側)とロール中央より、10cm×10cm大の正方形のEVA樹脂フィルム17を切り出し、該フィルム17を試料として計測した実測値である。
空隙率Pの算出に必要となる1mあたりのフィルム重量は、10cm×10cmのフィルム20の重量を電子天秤にて秤量し、得られた測定重量を元に1mあたりの重量に換算し、算出した。また、最大膜厚は、図6に示した該フィルム20内の5点より1cm×2cmの試料小片19を切り出し、試料小片19を液体窒素に浸して凍結させた後直ぐにミクロトームを使用して約0.5cm×2cmの大きさに切断したものを試料として実測を行った。このミクロトームでの切断面を光学顕微鏡により観察し、最大膜厚を測長することで、該フィルム20内5点の最大膜厚をそれぞれ求め、5点の最大膜厚の平均値を該フィルム20の最大膜厚として採用した。
本実施例では、こうして得られた3つの最大膜厚値と1つの1mあたりのフィルム重量の値を先に定義した空隙率の定義式に代入し算出した、ロール幅方向3点(両側、中央)の空隙率Pを、EVA樹脂ロールの空隙率としている。
(比較例1)
積層体の部材として空隙率が7〜9%の両面にエンボス加工が施してある封止材シート2枚を使い、それ以外の条件は実施例1と同様にして、太陽電池擬似モジュール内部の1mm以上の気泡の有無を確認した。この結果を表1に示した。
(比較例2)
積層体の部材として空隙率が20〜22%の両面にエンボス加工が施してある封止材シート2枚を使い、それ以外の条件は実施例1と同様にして、太陽電池擬似モジュール内部の1mm以上の気泡の有無を確認した。この結果を表1に示した。
(比較例3)
積層体の部材として空隙率が50〜55%の両面にエンボス加工が施してある封止材シート2枚を使い、それ以外の条件は実施例1と同様にして、太陽電池擬似モジュール内部の1mm以上の気泡の有無を確認した。この結果を表1に示した。
上記動的粘弾性測定による貯蔵弾性率の最小値が3300Paの樹脂を使い、空隙率が3〜4%となるよう両面にエンボス加工を施して製膜した封止材シート2枚を使い、上記「真空脱気・仮圧着」工程60秒、「本圧着」工程10分を経て作成された太陽電池擬似モジュールに対して、1mm以上の気泡の有無およびセル割れの有無を目視確認した。
本実施例では、上記擬似モジュール作成と気泡・セル割れの目視確認を繰り返し30回行った。この気泡・セル割れの目視確認の結果を表2に示した。
封止材シートの材料として上記動的粘弾性測定による貯蔵弾性率の最小値が9200Paの樹脂を使い、空隙率が1〜2%となるよう両面にエンボス加工を施して製膜した封止材シート2枚を使い、それ以外の条件は実施例2と同様にして、太陽電池擬似モジュール内部の1mm以上の気泡・セル割れの有無を確認した。この結果を表2に示した。また、あわせて実施例1の結果も表2に示した。
Figure 0005182432
Figure 0005182432
上記の表の結果から、第1封止材シートおよび第2封止材シートの空隙率Pが1〜4%となるようにエンボス加工を施すことによって、太陽電池モジュールの構成部材を積層させた段階での、積層体内部における空気のかみこみ量が減少し、太陽電池モジュール製造工程における真空中での加熱脱気に要する時間を減少できることが分かった。
本発明によれば、太陽電池モジュール製造工程において、モジュール内の脱気不良を防止しつつラミネート工程にかかる時間を短縮できることから、太陽電池モジュールの製造収率を向上させることができる。
1・・・・表面保護部材
2・・・・封止材層
3・・・・太陽電池セル
4・・・・裏面保護部材
5・・・・表面保護部材
6・・・・封止材シート
7・・・・太陽電池セル
8・・・・封止材シート
9・・・・裏面保護部材
10・・・ラミネーター上蓋
11・・・裏面保護部材
12・・・封止材シート
13・・・太陽電池セル
14・・・封止材シート
15・・・表面保護部材
16・・・ラミネーター底部
17・・・10cm×10cm EVA樹脂フィルム
18・・・EVA樹脂ロール
19・・・1cm×2cm 最大厚み測定用試料小片
20・・・10cm×10cm EVA樹脂フィルム

Claims (1)

  1. 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封止材シートの片面もしくは両面にエンボス加工による凹凸パターンが施されており、前記第1封止材シートおよび第2封止材シートの単位面積あたりの凹部の合計体積Vと前記単位面積に最大厚みを乗じた該シートの見かけ体積Vとの百分比V/V×100%が1〜4%となるようにエンボス加工を施し、φ25mmのAlプレート2枚に厚さ1mmの前記封止材シートを挟み、ひずみ5%、周波数1Hz、測定開始温度40℃より測定終了温度150℃までの昇温過程において昇温1℃毎に前記封止材シートの動的粘弾性測定を行ったときの、貯蔵弾性率の最小値が10 Pa以下であることを特徴とする封止材シート。
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