JP5928092B2 - 太陽電池封止材シート、および、太陽電池モジュール - Google Patents
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例えば太陽電池モジュールとして主流である結晶シリコン型太陽電池の場合、ガラス基板、エチレン酢酸ビニル共重合体(以降、エチレン酢酸ビニル共重合体をEVAと表すこともある)からなる封止材シート、太陽電池セル(シリコン発電素子)、EVAからなる封止材シート及びバックシートの順で積層され、真空ラミネータにより積層体を真空下で加熱することにより、封止材シートを加熱溶融して架橋硬化させることにより、気泡なく接着された太陽電池モジュールが製造される。
(1)表面部分を構成する樹脂組成物がエチレン酢酸ビニル共重合体組成物からなり、前記表面部分に、高さ60〜300μmの独立した突起を40〜2300個/cm2有し、かつ、この独立した突起の高さ(T)と底辺長さ(D)の比(T/D)が0.15〜0.80であることを特徴とする太陽電池封止材シート。
(2)前記太陽電池封止シートを80℃の温水表面に1分間放置した際に、この封止材シートのシート流れ方向の加熱収縮率が30%以下である、(1)の太陽電池封止材シート。
(3)前記独立した突起の形状が、半球状および/または四角錐状である、(1)または(2)の太陽電池封止材シート。
(4)前記太陽電池封止材シートの前記突起を有する面を、この封止材シートの厚み方向に100μm圧縮した際に、シートの反発応力が70kPa以下である、(1)〜(3)のいずれかの太陽電池封止材シート。
(5)前記太陽電池封止材シートの突起を有する面が、さらに、高さ1〜15μmの突起を有する、(1)〜(4)のいずれかの太陽電池封止材シート。
(5)受光面保護材と、裏面保護材と、この受光面保護材と裏面保護材との間に配置され、(1)〜(5)のいずれかの太陽電池封止材シートにより太陽電池セルが封止された層と、で構成された、太陽電池モジュール。
である。
突起の高さ(T)が60μm未満であると、上記の気泡とセル割れの抑制の実効が得られ難い。
なお、本発明の封止材シートに用いるEVAのメルトフローレイトは、JIS K7210(1999)「プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠し、温度190℃、加重2.16kgの試験条件で測定される。
封止材シートの反発応力が70kPa以下であると、突起を有する面を太陽電池セルと接するように積層し、真空ラミネートを行うことで太陽電池セルの割れを抑制することができる。なお、封止材シートの突起を有する面とは反対側の面の形状は特に限定されないが、太陽電池モジュール製造時の封止材シートの粘着防止などの点から、高さ2〜10μm程度の微少な突起を有することが好ましい。
製膜工程は、原料樹脂と、添加剤を均一混合し、シート状に成形し、これを冷却して工程シートを得る工程である。
次にアニール処理工程について説明する。
次にエンボス加工工程について説明する。
エンボスローラーの表面には、さらに深さ1〜20μmの微小な窪みが施されていることが好ましい。微小な窪みが施されたエンボスローラーでエンボス加工することにより、シートの表面に微小な突起が形成される。その結果、シートの滑り性が向上しハンドリングしやすくなる他、微小な突起により光が散乱し、シートの白色性が向上するため、付着異物等の検査が容易となる。このような微小な窪みは、エンボスローラー表面に彫刻模様を施した後に、公知のブラスト処理などを実施することにより容易に形成することができる。微少な窪みの深さは、ブラスト加工時の粒子サイズや、圧力条件により調整ができる。
さらに、エンボスローラーへの押し付け圧力は、線圧150〜500N/cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは、200〜450N/cmの範囲である。線圧が150N/cmを下回ると、エンボス模様の転写性が低下し、500N/cmを超えても設備が大型となり、対向ゴムローラーの寿命が低下する。なお、本発明で言う線圧とは、ローラーの押し付け荷重を、ローラーの面長で除したもののことである。
JIS B0601(2001)に準拠し、ミツトヨ社製 小形表面粗さ測定器 SJ401を用い、基準長さ20mm、荷重0.75mN、測定速度0.3mm/sの測定条件で、円錐60°、先端曲率半径2μmのダイヤモンド触針を用いて測定された、Pz値(μm)を、エンボスローラーの模様深さ(μm)とした。
樹脂組成物を、JIS K7210(1999)「プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠し、温度190℃、加重2.16kgの試験条件で測定した。
製造時のシートの走行方向(以下、MD方向と略する)とは直角の方向(幅方向)に、突起の頂部を通過するよう封止材シートを切断した。切断した封止材シートの厚み方向断面を実体顕微鏡でシートの全幅に渡って観察した。
封止材シートの片面に突起がある場合、封止材シートの突起のある側の面をA面、突起のない側の面をB面とする。図1に示すように、A面の突起の頂点からB面までの距離をTmax、A面の突起のない部分からB面までの距離をTminとする。そして、突起の高さTを式(i)で計算した。
・T(μm)=Tmax−Tmin ・・・(i)
封止材シートの両面に突起がある場合、封止材シートの一方の面をA面、もう一方の面をB面とする。図2に示すように、A面の突起の頂点からB面の突起のない部分までの距離をTAmax、B面の突起の頂点からA面の突起のない部分までの距離をTBmax、A面の突起のない部分からB面の突起のない部分までの距離をTminとする。そして、A面の突起の高さTAを式(ii)で、B面の突起の高さTBを式(iii)で計算した。
・TA(μm)=TAmax−Tmin ・・・(ii)
・TB(μm)=TBmax−Tmin ・・・(iii)。
シートの突起を有する面を実体顕微鏡で観察し、底辺長さ(D)を測定する。突起の底面の形状が三角形や六角形などの多角形や、楕円形である場合は、前記の形状を包含する最小真円の直径を測定した。
EVAシートから一辺が180mmの平面正方形状の試験片を2枚切り出した。他方、多結晶太陽電池セル(3バスバー、サイズ156mm角、厚み200μm)に、インターコネクタ(厚み280μm、幅2mm)を半田付けし、インターコネクタ付きの太陽電池セルを作成した。更に、ガラス板(サイズ180mm角、厚み3mm)と、ポリエステル製太陽電池バックシート(サイズ180mm角、厚み240μm)を用意した。前記のガラス板の上に、封止材シート、太陽電池セル、封止材シート、バックシートの順で積層し、温度145℃、真空引き30秒、プレス1分、圧力保持10分の条件で真空ラミネートを行い太陽電池モジュールを製作した。なお、前記の積層においては封止材シートの突起が施された面が太陽電池セルに接するように積層した。得られた太陽電池モジュールを太陽電池EL画像検査装置によって、発光画像を撮影し、セル割れ部の総クラックの長さ(mm)を測定、上記の試験を3回繰り返しクラック長さの平均値を求めた。
上記(5)で製作した太陽電池モジュール中の気泡個数を目視により数えた。試験回数3回の気泡個数の平均値を求めた。
封止材シートから一辺が120mmの平面正方形状の試験片を切り出した。この試験片上に、製造時のTD方向中央部に、100mmの間隔をあけて二本の平行なTD方向の直線(5cm)を引いた。そして、各直線を6等分する位置(それぞれ5カ所)に印を付した。
次に、試験片を80℃に加熱した温水中に60秒間放置した。封止材シートの比重が小さく、封止材シートが温水の表面に浮ぶ場合は、その浮かんだままの状態で放置した。封止材シートの比重が大きく、封止材シートが温水の中に沈む場合は、その沈んだままの状態で放置した。60秒経過してから、試験片を温水から取り出し、20℃の常温水中に10秒間浸漬させ冷却した後、シート表面の水分を取り除いた。
試験片上に引いた一方の直線に付した5カ所の各印から、もう一方の直線に付した対向する各印までの間隔A(mm)をノギスで測定し、下記式に基づいて加熱収縮率を算出し、5カ所の平均値を求めた。
・加熱収縮率(%)=(100−A)/100×100。
封止材シートから一辺が120mmの平面正方形状の試験片を切り出した。次いで、カトーテック社製 圧縮試験機 KES FB−3を用い、試験片の突起を有する面から、直径16mmの扁平加圧端子により、速度20μm/秒でEVAシートを加圧し、厚み方向に100μm加圧した際のシートの反発応力(kPa)を測定した。上記の試験を3回繰り返し反発応力の平均値を求めた。
EVA(酢酸ビニル含有量:28質量%、メルトフローレイト:15g/10分(190℃)、融点:71℃)100質量部、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(1時間半減期温度:119℃)0.7質量部、トリアリルイソシアヌレート0.3質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.2質量部、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン0.3質量部、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート0.1質量部からなる樹脂組成物を80℃に設定した2軸押出機に供給して溶融混練した。混練した樹脂組成物を、2軸押出機に接続され105℃に保持されたTダイからEVAシートを押出した。なおTダイのリップ幅は1300mm、リップ間隙は0.8mmであった。
次に、アニール処理、エンボス加工を連続して実施した。
なお、上記製造条件の詳細は以下の通りである。
アニール炉入り口でのシート表面温度:23℃
熱風温度:93℃
アニール炉内でのシート表面の最高温度:90℃
アニール炉出口でのシート表面温度:90℃
アニール炉内のシート滞留時間:28秒
アニール炉15出口でのシート速度:9.6m/min
エンボスローラー入り口でのシート表面温度:78℃
エンボスローラー温度:15℃
エンボスローラーの線圧:350N/cm
エンボスローラーへの抱き付け角:120°
得られた封止材シートの加熱収縮率と、反発応力、モジュール製造時のセル割れ性、気泡個数を評価した。結果を表1に示す。表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れ、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが120μm、直径460μmで半球形状の凹型の彫刻模様を450個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れ、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが300μm、直径460μmで半球形状の凹型の彫刻模様を450個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れ、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが300μm、直径330μmで半球形状の凹型の彫刻模様を980個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れ、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが180μm、外周直径460μmで四角錐形状の凹型の彫刻模様を840個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、モジュール製造時のセル割れは若干発生するものの、シート加熱収縮率が小さく、気泡の少ない封止材シートであった。
アニール処理を実施せず、赤外線ヒータによりシート表面温度を90℃に加熱し、エンボス加工を実施した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シートの加熱収縮率が大きく、モジュール製造時のセル割れは若干発生するものの、気泡の少ない封止材シートであった。
EVA樹脂をメルトフローレイト10g/10分のEVA樹脂に変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。得られた封止材シートは表1に示すとおり、モジュール製造時のセル割れは若干発生するものの、シート加熱収縮率が小さく、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが180μm、外周直径2000μmで四角錐形状の凹型の彫刻模様を45個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れは若干発生するものの、気泡の少ない封止材シートであった。
エンボス加工を実施しない他は、実施例1と同様の方法でアニール処理まで実施した封止材シートを作成し評価に供した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シートの加熱収縮率は小さいが、モジュール製造時のセル割れ、気泡が大量に発生する封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが180μmで、ロールの回転方向に連続した半円形状の溝(溝幅460μm)の彫刻模様を有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率が小さく、モジュール製造時のセル割れは少ないが、気泡の多い封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが50μm、直径460μmで半球形状の凹型の彫刻模様を450個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率は小さいが、モジュール製造時のセル割れ、気泡の多い封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが180μm、直径150μmで半球形状の凹型の彫刻模様を4500個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
得られた封止材シートは表1に示すとおり、シート加熱収縮率は小さく、気泡は少ないが、モジュール製造時のセル割れの多い封止材シートであった。
エンボスローラーを、模様深さが180μm、直径3800μmで半球形状の凹型の彫刻模様を7個/cm2有するエンボスローラーに変更した以外は、実施例1と同様の方法で封止材シートを作成した。
Claims (6)
- 表面部分を構成する樹脂組成物がエチレン酢酸ビニル共重合体組成物からなり、前記表面部分に、高さ60〜300μmの独立した突起を40〜2300個/cm2有し、かつ、この独立した突起の高さ(T)と底辺長さ(D)との比(T/D)が0.05〜0.80である太陽電池封止材シートであって、前記太陽電池封止材シートの前記突起を有する面を、この封止材シートの厚み方向に100μm圧縮した際に、シートの反発応力が70kPa以下であることを特徴とする太陽電池封止材シート。
- 前記太陽電池封止シートを80℃の温水中に1分間放置した際に、この封止材シートのシート流れ方向の加熱収縮率が30%以下である、請求項1に記載の太陽電池封止材シート。
- 前記独立した突起の形状が、半球状および/または四角錐状である、請求項1または2に記載の太陽電池封止材封止材シート。
- 前記太陽電池封止材シートの突起を有する面が、さらに、高さ1〜15μmの突起を有する、請求項1〜3のいずれかの太陽電池封止材シート。
- 表面部分を構成する樹脂組成物がエチレン酢酸ビニル共重合体組成物からなり、前記表面部分に、高さ60〜300μmの独立した突起を40〜2300個/cm2有し、かつ、この独立した突起の高さ(T)と底辺長さ(D)との比(T/D)が0.05〜0.80である太陽電池封止材シートであって、前記太陽電池封止材シートの突起を有する面が、さらに、高さ1〜15μmの突起を有することを特徴とする太陽電池封止材シート。
- 受光面保護材と、裏面保護材と、この受光面保護材と裏面保護材との間に配置され、請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池封止材シートにより太陽電池セルが封止された層と、で構成された、太陽電池モジュール。
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