JP2001119047A - 太陽電池封止材料及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過酸化物を使用しなくても太陽電池モジ
ュールの上部透明保護材、下部基板保護材及び太陽電池
素子に対して優れた接着性を示し、かつ、透明性、耐熱
性に優れた太陽電池素子封止材料を提供すること、及び
それによる太陽電池モジュール製造工程の改善。 【解決手段】 電子線照射を施したエチレン共重合体か
らなる太陽電池モジュールにおける太陽電池素子封止材
料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュー
ルにおける太陽電池素子の封止材料及びそれを用いた太
陽電池モジュールに関する。さらに詳しくは、太陽電池
モジュールの形成が容易で、透明性、耐熱性、接着性等
に優れた封止材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】クリーンなエネルギー源として注目され
ている太陽電池は、近年、一般住宅用に利用されるよう
になってきたが、未だ充分に普及するには至っていな
い。その理由として、太陽電池そのものの性能が充分優
れているとは言い難いためモジュールを大きくせざるを
得ないこと、モジュール製造における生産性が低いこ
と、その結果高価につくことなどが挙げられる。

【０００３】太陽電池モジュールは、一般にシリコン、
ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレンなどの太陽電
池素子を上部透明保護材と下部基板保護材とで保護し、
太陽電池素子と保護材とを封止材で固定し、パッケージ
化したものである。このため太陽電池封止材料として
は、透明性や上下の各保護材との接着性が良好であるこ
とが要求されている。

【０００４】例えば現在、太陽電池モジュールにおける
太陽電池素子の封止材料としては、柔軟性、透明性等の
観点から、酢酸ビニル含量の高いエチレン・酢酸ビニル
共重合体が使用されている。しかしながら、その耐熱
性、接着性が不足しているところから、有機過酸化物や
シランカップリング剤などを併用する必要があった。こ
の場合、これらの添加剤を配合したエチレン・酢酸ビニ
ル共重合体のシートを作成し、得られたシートを用いて
太陽電池素子を封止するという２段階の工程を採用する
必要があった。このシートの製造段階では、有機過酸化
物が分解しないような低温度での成形が必要であるた
め、押出成形速度を大きくすることができず、また太陽
電池素子の封止段階では、ラミネーターにおいて数分乃
至十数分かけて仮接着する工程と、オーブン内において
有機過酸化物が分解する高温度で数十分ないし１時間か
けて本接着する工程とからなる２段階の時間をかけての
接着工程を経る必要があった。そのため太陽電池モジュ
ールの製造には手間と時間がかかり、その製造コストを
上昇させる要因の一つとなっていた。

【０００５】このような問題に対し、本発明者らは特願
平１０−２９４３５４号において、有機過酸化物を使用
しなくてもガラスや金属等の保護材に対し優れた接着性
を示し、また透明性、耐熱性にも優れる代替材料とし
て、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融
点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体
もしくはそのアイオノマーを用いることを提案した。

【０００６】しかしながら太陽電池使用時には最高９０
〜１００℃まで温度上昇することがあり、上記提案の材
料では貯蔵弾性率の低下により、封止材が流動、変形す
る恐れがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
高温域での貯蔵弾性率が向上し、太陽電池モジュールの
温度上昇時においても流動や変形を起こし難くかつ透明
性や接着性を実質的に損なわれない材料につき、鋭意検
討を行った。その結果、後記する材料が高温域での弾性
率が優れ、また透明性や接着性も実質的に損なわれず、
太陽電池封止材料として要求される性能を満足している
ことを見出し、本発明に到達した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電子
線照射を施したエチレン共重合体からなる太陽電池モジ
ュールにおける太陽電池素子封止材料に関する。本発明
はまた、上記太陽電池素子封止材料を用いた太陽電池モ
ジュールに関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の封止材料は、太陽電池モ
ジュールにおいて、太陽電池素子と上部透明保護材及び
下部基板保護材とを封止して太陽電池モジュールを形成
させるものである。

【００１０】本発明の封止材料として用いられるエチレ
ン共重合体は、エチレンを主成分とし、これと共重合可
能な単量体との共重合体であって、ＪＩＳ Ｋ−７１０
６で規定される弾性率が好ましくは１〜５００ＭＰａ、
一層好ましくは３〜３００ＭＰａのものである。

【００１１】エチレンと共重合させる上記単量体として
は、ビニルエステル、不飽和カルボン酸エステルのよう
な不飽和エステル、不飽和カルボン酸及びその金属塩、
不飽和珪素化合物、α−オレフィンなどを例示すること
ができる。エチレン共重合体の具体例としては、エチレ
ンと酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステ
ルとの共重合体、エチレンとアクリル酸メチル，アクリ
ル酸エチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎブチ
ル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸イソブチル、アクリル酸グリシジル、
メタクリル酸グリシジル、マレイン酸ジメチル等の不飽
和カルボン酸エステルとの共重合体、エチレンとアクリ
ル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸との共重合
体又はそのアイオノマー、エチレン・ビニルエステル・
不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー、エチ
レン・不飽和カルボン酸エステル・不飽和カルボン酸共
重合体又はそのアイオノマー、エチレンとビニルトリメ
トキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等の不飽和珪
素化合物との共重合体、エチレンとプロピレン、１−ブ
テン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチルー１−
ペンテンなどのα−オレフィンとの共重合体あるいはこ
れら２種以上の混合物などを例示することができる。こ
のような共重合体はまた、不飽和カルボン酸や不飽和珪
素化合物などでグラフト変性されたものであってもよ
い。

【００１２】これら共重合体の中では、エチレン・酢酸
ビニル共重合体、エチレン・不飽和カルボン酸エステル
共重合体及びエチレン・不飽和カルボン酸共重合体から
選ばれるものを使用するのがとくに好ましい。透明性、
接着性、柔軟性、熱収縮性、強度等を考慮すると、エチ
レン・酢酸ビニル共重合体やエチレン・不飽和カルボン
酸エステル共重合体の場合は、エチレン含量が６０〜９
５重量％、とくに６０〜８０重量％のものを使用するの
が好ましく、またエチレン・不飽和カルボン酸共重合体
の場合は、エチレン含量が６０〜９５重量％、とくに７
０〜９０重量％であって、融点が８５℃以上のものを使
用するのが好ましい。もっとも受光側でない裏面保護シ
ートには、透明性は要求されないのでエチレン含量のさ
らに高い共重合体も好ましく使用できる。エチレン共重
合体としてはまた、加工性、強度等を考慮すると、１９
０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレートが
０．１〜５００ｇ／１０分、とくに１〜２００ｇ／１０
分程度のものを使用するのが好ましい。

【００１３】本発明の封止材料には、必要に応じ、種々
の添加剤を配合することができる。このような添加剤と
しては、太陽電池素子の受光側の封止材に配合する場合
は、その透明性を損なうものは好ましくないが、太陽電
池素子の受光側の反対面の封止材に配合する場合にはそ
のような制約を受けない。このような添加剤として具体
的には、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色
剤、光拡散剤、難燃剤、変色防止剤、シランカップリン
グ剤、チタンカップリング剤のようなカップリング剤、
架橋助剤などを例示することができる。架橋助剤の具体
例としては、ポリアリル化合物やポリ（メタ）アクリロ
キシ化合物のような多不飽和化合物を例示することがで
きる。より具体的には、トリアリルイソシアヌレート、
トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリ
ルフマレート、ジアリルマレエートのようなポリアリル
化合物、エチレングリコールジアクリレート、エチレン
グリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパン
トリメタクリレートのようなポリ（メタ）アクリロキシ
化合物を挙げることができる。とくにエチレン共重合体
としてエチレン・不飽和エステル共重合体を使用すると
きには、接着性向上のためシランカップリング剤を配合
することが望ましい。

【００１４】本発明の封止材料としては、架橋により高
温域での貯蔵弾性率を向上させるために上記エチレン共
重合体に電子線を照射させたものを使用する。他の高エ
ネルギー電磁波、たとえば紫外線等を用いても架橋する
ことはできるが、光開始剤を使用する必要があること、
それによる毒性の懸念、架橋後のシートの着色や屋外暴
露による経時劣化などの問題があるため、電子線による
架橋が好ましい。

【００１５】電子線照射における加速電圧は、被照射体
であるシート厚みによって決まり、厚いシートほど大き
な加速電圧を必要とする。例えば、０．５ｍｍ厚みのシ
ートでは１５０ｋＶ以上、好ましくは３００ｋＶ以上で
照射する。加速電圧がこれより低いと、照射側と反対面
の架橋が充分に行われない。照射線量は、０．１〜１０
０Ｍｒａｄ、好ましくは１〜３０Ｍｒａｄの範囲であ
る。照射線量が０．１Ｍｒａｄより小さいと充分な架橋
が行われず、また１００Ｍｒａｄを越えると発生する熱
によるシートの変形や着色等が懸念されるようになる。

【００１６】電子線照射によるエチレン共重合体の架橋
としてはまた、エチレン共重合体ゲル化率（電子線照射
したシート１ｇをエチレン共重合体の良溶媒、例えばキ
シレン１００ｍｌに浸漬し、その溶媒の沸点付近の温度
まで加熱した後、金網で濾過し、不溶解分を捕集、乾
燥、秤量することにより測定）が６５％以上、好ましく
は７０％以上となるように行うのが好ましい。

【００１７】本発明の封止材料は、前記したエチレン共
重合体から０．１〜１ｍｍ程度の厚みのシートを製造
し、これに電子線照射を行うことによって得ることがで
きる。電子線照射は、一度成形したシートを巻き取った
後、改めて電子線照射装置にかけて行ってもよいが、シ
ート成形時の巻取りの前に工程ライン内で照射を行えば
生産効率がよくなる。

【００１８】本発明の封止材料を用い、太陽電池素子を
上下の保護材で固定することにより太陽電池モジュール
を製作することができる。このような太陽電池モジュー
ルとしては、種々のタイプのものを例示することができ
る。例えば上部透明保護材／封止材／太陽電池素子／封
止材／下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止
材で挟む構成のもの、下部基板保護材の内周面上に形成
させた太陽電池素子上に封止材と上部透明保護材を形成
させるような構成のもの、上部透明保護材の内周面上に
形成させた太陽電池素子上に封止材と下部保護材を形成
させるような構成のものなどを挙げることができる。

【００１９】太陽電池素子としては、単結晶シリコン、
多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン
系、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレン、カドミ
ウムーテルルなどのIIIーＶ族やIIーVI族化合物半導体
系等の各種太陽電池素子を用いることができ、本発明の
封止材料はこれらいずれの太陽電池素子の封止にも適用
することができる。

【００２０】太陽電池モジュールを構成する上部保護材
としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、
ポリエステル、フッ素含有樹脂などを例示することがで
きる。また下部保護材としては、金属や各種熱可塑性樹
脂フイルムなどの単体もしくは多層のシートであり、例
えば、錫、アルミ、ステンレススチールなどの金属、ガ
ラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエス
テル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィンなどの１層もし
くは多層のシートを例示することができる。本発明の封
止材料は、これらの上部又は下部保護材に対して良好な
接着性を示す。

【００２１】太陽電池モジュールの製造に当たっては、
上記のように作成したシート状の封止材料を、封止材料
が溶融する温度で圧着するという従来同様の方法によっ
て、すでに述べたような構成のモジュールを形成するこ
とができる。この場合、封止材料に有機過酸化物を含有
していないので、封止材料のシート成形を高温で生産性
よく行うことができるとともに、モジュールの形成にお
いても２段階の接着工程を経る必要はなく、高温度で短
時間に完結することができる。かくして本発明の封止材
料を使用すれば、モジュールの生産性を格段に改良する
ことができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。尚、実施例及び比較例に用いた原料、電
子線照射条件及び物性の評価方法は以下の通りである。

【００２３】１．原料 （１）エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ） メタクリル酸含量１５重量％、ＭＦＲ２５ｇ／１０分 （２）エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ） 酢酸ビニル含量３３重量％、ＭＦＲ３１ｇ／１０分 （３）シランカップリング剤 γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢ
Ｍ５０３ 信越化学（株）製）

【００２４】２．電子線照射条件 電子線照射装置：ＥＰＳ−７５０（日新ハイボルテージ
（株）製） 加速電圧：７５０ｋＶ 照射線量：表１に示す

【００２５】３．物性評価方法 （１）貯蔵弾性率（Ｅ’） 貯蔵弾性率を下記の装置を用い、下記条件で測定した。 装置：レオロジー社製 ＤＶＥ−Ｖ４ ＦＴ−レオスペ
クトラー 条件：引張モード、周波数１０Ｈｚ、振幅２μｍ、正弦
波、昇温速度３℃／分 測定温度１２０℃、１４０℃、１５０℃ プレスシートサンプル厚み０．５ｍｍ

【００２６】（２）全光線透過率 スガ試験機製ヘーズメーターを用いて、ＪＩＳ Ｋ７１
０５の方法で評価した。 プレスシートサンプル厚み：
０．５ｍｍ

【００２７】（３）接着性評価 （Ａ）対ガラス 太陽電池用の上部透明保護材である透明ガラス板とＰＥ
Ｔフイルムとの間に、後記する方法で作成した０．５ｍ
ｍ厚みのプレスシートを挟んで真空ラミネーター内に仕
込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１
５分間加熱し、ガラス板／プレスシート／ＰＥＴフイル
ムの積層体を作成した。この積層体について、ガラスと
プレスシート間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察
し、下記２段階で評価した。 ○：接着性良好 ×：接着性不良

【００２８】（Ｂ）対アルミ板 アルミ板とＰＥＴフイルムとの間に後記する方法で作成
した０．５ｍｍ厚みの上記プレスシートを挟んで真空ラ
ミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレ
ート上に載せて１５分間加熱し、アルミ板／プレスシー
ト／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体に
ついて、アルミ板とプレスシート間を手で剥がしてその
剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。 ○：接着性良好 ×：接着性不良

【００２９】［実施例１］原料のエチレン・メタクリル
酸共重合体（ＥＭＡＡ）を用いて、プレス成形（成形温
度１６０℃）により、厚さ０．５ｍｍのシートを作成し
た後、上記記載の照射条件によって電子線照射を行っ
た。これらのシートを用いて上記（１）〜（３）の方法
により、貯蔵弾性率、全光線透過率、接着性を評価し
た。結果を表１に示す。

【００３０】［実施例２］原料のエチレン・酢酸ビニル
共重合体（ＥＶＡ）とシランカップリング剤を表１に示
す配合比で配合し、小型加圧ニーダーで加熱混練した
後、プレス成形（成形温度１６０℃）により０．５ｍｍ
のシートを作成した。上記記載の照射条件によって電子
線照射を行ったシートを用いて同様の評価を行った。結
果を表１に示す。

【００３１】［比較例１〜２］ＥＭＡＡ及びＥＶＡ単体
を用いてプレス成形（成形温度１６０℃）により厚さ
０．５ｍｍのシートを作成し、同様の評価を行った。結
果を表１に併記する。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示すように本発明に係る封止材料
は、電子線照射を行っていないＥＭＡＡやＥＶＡと比べ
て、透明性、接着性を大きく損なうことなく、高温域で
の弾性率が優れている。

【００３４】

【発明の効果】本発明の封止材料は、上部保護材として
のガラス、下部基板保護材としての金属、太陽電池素子
などに対して、過酸化物やシランカップリング剤を使用
しなくても優れた接着性を示し、また透明性、耐熱性に
おいても優れている。とくに適切な電子線照射条件を選
択することにより、例えば、１５０℃における貯蔵弾性
率が１．０×１０³Ｐａ以上、好ましくは５．０×１０³
Ｐａ以上で、光線透過率が９０％以上、好ましくは９１
％以上の封止材料を容易に得ることができる。したがっ
て本発明によれば、太陽電池モジュールの使用時に温度
上昇しても、封止材料が流動したり変形したりするトラ
ブルを回避することが可能であり、太陽電池の外観を損
なうことも無い。また過酸化物の使用が省略できるの
で、太陽電池モジュール製造工程における生産性を著し
く高めることが可能であり、太陽電池モジュールの製造
コストを大幅に低減させることが可能である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線照射を施したエチレン共重合体か
   らなる太陽電池モジュールにおける太陽電池素子封止材
   料。
2. 【請求項２】 エチレン共重合体が、エチレンと、不飽
   和エステル及び不飽和カルボン酸から選ばれる単量体と
   の共重合体である請求項１記載の太陽電池素子封止材
   料。
3. 【請求項３】 カップリング剤及び／又は架橋助剤を配
   合してなる請求項１又は２記載の太陽電池封止材料。
4. 【請求項４】 １５０℃における貯蔵弾性率が１０³Ｐ
   ａ以上であって、全光線透過率が９０％以上である請求
   項１〜３記載の太陽電池素子封止材料。
5. 【請求項５】 請求項１〜４記載の太陽電池素子封止材
   料を用いた太陽電池モジュール。