JP6880729B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
図1は、本発明の両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール10について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール10は、入射光の受光面側から、受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、白色封止材4、裏面保護シート5が、この順で積層され、受光面側封止材2と非受光面側透明封止材3の間に封止される態様で太陽電池素子7が配置されている。尚、白色封止材4と裏面保護シート5とは、太陽電池モジュール10として一体化のための熱ラミネート処理の前に、接着剤層(図示せず)を介して、予め一体化されている封止材一体型裏面保護シート6であることが好ましい。
太陽電池モジュール10は、例えば、上記の受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、太陽電池素子7、非受光面側透明封止材3、白色封止材4、裏面保護シート5(好ましくは白色封止材4と裏面保護シート5とが予め一体化されている封止材一体型裏面保護シート6)からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。例えば真空熱ラミネート加工による場合、ラミネート温度は、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3用の封止材組成物に添加する架橋剤の1分間半減期温度に応じて、110℃以上170℃以下の範囲内で調製すればよい。このようにして上記各部材を一体成形体として加熱圧着成形して、太陽電池モジュール10を製造することができる。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、いずれも密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂がベース樹脂であり、ゲル分率が20%以上80%以下好ましくは40%以上80%以下である、架橋済の樹脂フィルムによって形成されている。太陽電池モジュール10は、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を熱硬化型の架橋系封止材とし、白色封止材4のみを、熱可塑系でありゲル分率が0%の非架橋の封止材とした点を層構成上の特徴の一つとする。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材の製造に用いる封止材組成物は、低密度のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、架橋剤を必須とする架橋系の樹脂組成物である。
白色封止材4は、0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、ゲル分率が0%の熱可塑系の樹脂フィルムによって形成する。又、必要量のポリプロピレンを添加したものであることが好ましい。特に以下に詳細を説明する適量のポリプロピレンを封止材組成物中に含有させる場合には、密度0.920g/cm3以下の低密度のポリエチレン樹脂を白色封止材4のベース樹脂として好ましく用いることができる。白色封止材4の厚さは、全層において150μm以上600μm以下であればよく、生産性の観点から好ましくは、200μm以上400μm以下である。
太陽電池モジュール10は、非受光面側に配置する白色封止材を、モジュール化時の流動性を抑えた非架橋系封止材とした点を、その層構成の基本的特徴の一つとする。
白色封止材4を形成するために用いる白色封止材用の封止材組成物は、所定の密度範囲にある低密度ポリエチレン樹脂をベース樹脂とし、これに酸化チタン等の無機系の白色顔料を添加したものを用いることができる。又、上述の通り、適量のポリプロピレンを更に添加したものであることがより好ましい。
裏面保護シート5は、バリア性を備える樹脂からなる単層の樹脂層として、或いは、そのような単層の樹脂層とその他の層とが積層されて構成される、バリア性を有する多層構造の層として形成することができる。
上述の通り、本発明の太陽電池モジュール10においては、白色封止材4と裏面保護シート5とは、予め接着剤層を介して一体化されている封止材一体型裏面保護シート6であることが好ましい。この封止材一体型裏面保護シート6は、主には反射性能によって太陽電池モジュールの発電効率の向上に寄与しつつ、他の封止材の機能を補助して、太陽電池素子7を太陽電池モジュール外部からの衝撃から保護する機能を果たす白色封止材4と、主として太陽電池モジュール外部からの水分等の侵入を阻止するバリア性を有する裏面保護シート5と、が積層一体化されてなる多層シートである。白色封止材4と裏面保護シート5とはいずれも各種の樹脂シート等により構成されるが、それぞれ求められる機能が異なるため、通常は異なる材料樹脂により構成される。そしてこれらの異なる樹脂からなる各樹脂層は、接着剤を用いたドライラミネート法によって積層一体化することができる。
封止材一体型裏面保護シート6は、裏面保護シート5を形成する裏面保護シートを形成する工程と、白色封止材4を形成する工程、及び、裏面保護シート5に白色封止材4を積層して一体化する工程と、を経ることによって製造することができる。
下記組成の封止材組成物を溶融し、常法Tダイ法により、受光面側封止材とする場合には、厚さ450μm、非受光面側透明封止材とする場合には厚さ200μmとなるように成膜して実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて用いる架橋系封止材(A)を得た。成膜温度は90℃〜100℃とした。
ベース樹脂(LLDPE):エチレンと1−ヘキセンとの共重合体であり、密度0.880g/cm3、190℃でのメルトマスフローレート(MFR)8g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン。ポリスチレン換算の数平均分子量77000。
架橋剤(TBEC):t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(アルケマ吉富株式会社製、商品名ルペロックスTBEC)。ベース樹脂100質量部に対して、0.7質量部添加。
架橋助剤(TAIC):トリアリルイソシアヌレート(Statomer社製、商品名SR533)。ベース樹脂100質量部に対して、0.5質量部添加。
UV吸収剤:ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB102。ベース樹脂100質量部に対して、0.25質量部添加。
耐候安定剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Tinuvin770。ベース樹脂100質量部に対して、0.2質量部添加。
酸化防止剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Irganox1076。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
シランカップリング剤:信越化学工業株式会社製、商品名KBM503。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
下記組成の封止材組成物を溶融し、常法Tダイ法により、受光面側封止材とする場合には、厚さ450μm、非受光面側透明封止材とする場合には厚さ200μmとなるように成膜して比較例の太陽電池モジュールにおいて用いる熱可塑系封止材(B)を得た。
ベース樹脂(M−LLDPE):密度0.919g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂。77質量部添加。
耐候剤マスターバッチ:ベース樹脂(密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分の低密度ポリエチレン系樹脂)100質量部に対して、ヒンダードアミン系光安定化剤(「KEMISTAB62」(ケミプロ社製)):0.6質量部。UV吸収剤(「KEMISORB12」(ケミプロ社製)):3.5質量部。UV吸収剤(「KEMISORB79」(ケミプロ社製):0.6質量部。耐候剤マスターバッジは、10質量部添加。
シラン変性ポリエチレン系樹脂:密度0.900g/cm3、MFRが2.0g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂100質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.901g/cm3、MFR1.0g/10分。融点100℃。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、15質量部添加。
上記の架橋系封止材(A)、熱可塑系封止材(B)に、更に、下記のポリプロピレン及び、白色顔料を混合することにより、2種類の白色封止材を製造した。ポリプロピレンは、封止材の樹脂成分100質量部に対して10.0質量部、白色顔料は、同12質量部の割合で、それぞれの封止材に同割合で添加した。このようにして得た架橋系の白色封止材をAw、熱可塑系の白色封止材をBwとした。
ポリプロピレン:ホモポリプロピレン(ホモPP)樹脂
白色顔料:平均粒径0.2μmの酸化チタン。
太陽電池モジュールとして一体化された状態での各封止材の物性を評価するために、上記各封止材をETFEフィルムで挟み込んで、真空加熱ラミネーションにより架橋処理を行ったものについて、上述の測定方法により、ゲル分率を測定した。その結果、架橋系封止材Aと白色封止材Awは、いずれもゲル分率が60%であり、熱可塑封止材Bと白色封止材Bwは、いずれも、上記加熱処理後のゲル分率が0%であった。尚、真空加熱ラミネート条件は、下記の「太陽電池モジュール評価用サンプルの製造」における条件と同一条件とした。
各封止材の耐熱性を測定するために耐熱クリープ試験を行った。ガラス板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 150mm×150mm×3.2mm)に、5cm×7.5cmに切り出したA、Bの各封止材を1枚重ね置き、その上から5cm×7.5cmの評価例1と同じガラス板を重ね置き、上記の<太陽電池モジュール評価用サンプルの製造>と同条件で真空加熱ラミネータ処理を行い、耐熱性評価用サンプルを作成した。この後、大判ガラスを垂直に置き、105℃で12時間放置し、放置後の5cm×7.5cmのガラス板の移動距離(mm)を測定し、評価した。評価は以下の基準で行った。
(評価基準) ○:0.00mm
△:0.00mm超え1.0mm未満
×:1.0mm以上
評価結果を「耐熱性」として表1に記す。
上記の各封止材A、B、Aw、Bwを、受光面側封止材、非受光面側透明封止材、白色封止材として、それぞれ使い分けることにより、各実施例、比較例の太陽電池モジュール評価用サンプルを下記表2に示す構成により製造した。
各実施例、比較例の白色封止材と、表面にコロナ処理を施したPETフィルム(東レ社製、「MX11」、厚さ75μm)と、を、従来公知のドライラミネート法で積層して各実施例、比較例の封止材一体型裏面保護シートを得た。
(真空加熱ラミネート条件) (a)真空引き:6.0分
(b)加圧(0kPa〜70kPa):1.5分
(c)圧力保持(70kPa):11.0分
(d)温度165℃
(太陽電池素子)
多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。(Motech、IM156B3)
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、目視観察により、下記の評価基準により、回り込み抑制効果試験を評価した。評価結果を表2に「回り込み」として示す。
(評価基準) ○:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に全く回り込んでいない。
△:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んで、太陽電池素子表面(156mm×156mm)の面積中5%未満の範囲が白色封止材由来の樹脂で覆われている。
×:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んで、同太陽電池素子表面の面積中5%以上の範囲が白色封止材由来の樹脂で覆われている。
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、EL発光試験機で測定し、ラミネート加工時の太陽電池素子の保護性能を評価した。評価結果を表2に「セル割れ」として示す。
(評価基準) ○:全ての太陽電池素子の全面に割れが無い
△:太陽電池素子の表面の一部に割れがあるが発光は確認できる
×:割れがあり発光が確認できない場所がある
太陽電池モジュールとしての耐熱性評価は、上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、サーマルサイクル試験前後のPmax値をそれぞれ測定し、発電効率の維持率を算出し、発電効率長期維持率を評価することによって行った。尚、Pmax値とは、太陽電池の出力が最高となる動作点での最高出力値であり、JIS−C8935−1995に基づき、下記サーマルサイクル試験前後のモジュールの発電出力を測定した。サーマルサイクルは、上記の評価用サンプルを、温度が下記所定サイクルで変化するオーブンに投入して、前記サンプルのオーブンへの投入し、500サイクル経過前後での発電効率を測定しその比率を算出した。オーブンのサイクル条件は、−20℃と90℃の温度を往復し、前期温度の変更にかかる時間を5時間、前記温度を維持する時間を1時間とし、−20℃からスタートして90℃を経由し−20℃に戻るプロセスを1サイクルとした。評価結果を表2に「耐熱性」として示す。
(評価基準) ○:発電効率維持率98%以上である。
△:発電効率維持率96%以上98%未満である。
×:発電効率維持率96%未満である。
2 受光面側封止材
3 非受光面側透明封止材
4 白色封止材
5 裏面保護シート
6 封止材一体型裏面保護シート
7 太陽電池素子
10 太陽電池モジュール
Claims (6)
- 受光面側ガラス保護基板、受光面側封止材、太陽電池素子、非受光面側透明封止材、白色封止材、裏面保護シートが、順次積層されてなる太陽電池モジュールであって、
前記受光面側封止材及び前記非受光面側透明封止材は、密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が20%以上80%以下であって、
前記白色封止材は、白色の着色材料が含まれていて、0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%である、太陽電池モジュール。 - 前記白色封止材に、ポリプロピレンが5質量%以上40質量%以下含まれている、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記非受光面側透明封止材の厚さが150μm以上450μm以下である請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏面保護シートは、ポリエステル系樹脂又はフッ素系樹脂をベース樹脂とする樹脂層を含んで構成される単層又は多層の樹脂シートである、請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏面保護シートの厚さが25μm以上350μm以下の樹脂シートであって、
前記白色封止材と前記裏面保護シートが接着剤層を介して積層一体化されており、
前記白色封止材と前記裏面保護シートとが積層一体化されてなる積層体の総厚さが、175μm以上600μm以下である、請求項4に記載の太陽電池モジュール。 - 請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記裏面保護シートと前記白色封止材とを予め接着剤層を介して封止材一体型裏面保護シートとした後に、これと、前記非受光面側透明封止材、前記太陽電池素子、前記受光面側封止材、及び、前記受光面側ガラス保護基板とを熱ラミネート処理により積層一体化する太陽電池モジュールの製造方法。
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