JP2005079332A - 太陽電池封止用シート - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子をラミネータ方式で封止する場合の気泡発生を低減することにより太陽電池の耐久性を改善し、また周辺部での太陽電池素子に与えるストレスを軽減して太陽電池素子の割れを払拭できるようにした太陽電池封止用シートを提供する。
【解決手段】本太陽電池封止用シート１は、エチレン含有量が６２重量％から８５重量％である架橋性のエチレン系共重合樹脂シート（表面材２、裏面材３）の表面に、深さ３００μｍ〜１ｍｍの連続縞形状のエンボス模様を施したことを特徴とし、ラミネート時に生じる気泡が充分脱離できるような経路が確保され、またラミネート時に生じる中心部と周辺部での温度差があったとしても、架橋性のエチレン系共重合樹脂に太陽電池素子の割れを生じさせない充分なクッション性が得られるよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス、プラスチック等の透明な板状物又はシート状物からなる表裏面材間に太陽電池素子を封止するために使用して好適な太陽電池封止用シート、特に、架橋剤、安定剤等が配合された架橋性のエチレン系共重合樹脂からなる太陽電池封止用シートに関するものである。

太陽電池素子をガラス板間にラミネータ方式で封止する場合において、ガラス板自体にバイメタル状の反り（このために生ずるガラス板の加熱ムラ）が生ずることがある。すなわち、ガラス板をラミネータの熱板上に置いたとき、熱板に接した側と接していない側との温度差（当社による測定では、中心部と周辺部のガラス板上面に５０°Ｃの温度差が確認された）による熱膨張によりガラス板にバイメタル状の反りが生じることは、ラミネータ方式を採る以上避けられない現象である。このことは、シートの中心部に比し、周辺部が溶融しないか溶融しても粘度の高い状態となってしまう結果、周辺部のエチレン系共重合樹脂の圧力により太陽電池素子にストレスを与えることから、太陽電池素子の割れを発生させるという問題があった。

従来、上記の問題を解消するための太陽電池封止用シートとして開発されたものに、特公平１−５２４２８号、特開２０００−１８３３８８号、特開２００３−５１６０５号があった、このうち、特公平１−５２４２８号は、両面に深さが３０μｍ以上のエンボス模様が施された有機過酸化物含有のＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）からなるもので、表裏面材間に太陽電池素子を加熱封止するときに、帯電しないこと、ブロッキングしないこと、気泡を生じさせないこと、及び太陽電池素子の割れなどの異常を生じさせないことなどを特徴として挙げている。

また、特開２０００−１８３３８８号は、片面に深さが１５〜５０μｍのエンボス模様が施された有機過酸化物含有のＥＶＡからなるもので、表裏面材間に太陽電池素子を加熱封止するときに、太陽電池素子の破損を生じさせないこと、及び気泡を生じさせないことなどを特徴として挙げている。

さらに、特開２００３−５１６０５号は、６５°Ｃにおける圧縮率が１０％以上であるエンボス模様を施した有機過酸化物含有のＥＶＡからなるもので、太陽電池素子割れを払拭できることを訴えている。
特公平１−５２４２８号公報 特開２０００−１８３３８８号公報 特開２００３−５１６０５号公報

上記従来型の太陽電池封止用シート（特に、特公平１−５２４２８号、特開２０００−１８３３８８号）は、エンボス模様の溝が浅いため、或いはエンボスの連続性を充分に考慮していないために、太陽電池素子をガラス板間にラミネータ方式で封止する場合において、ＥＶＡより発生する酢酸ガス等の気体や周囲の空気が、太陽電池素子と太陽電池封止用シートとの間、ガラスと太陽電池封止用シートとの間、バックシートと太陽電池封止用シートとの間にそれぞれ残留してしまい、作成された太陽電池モジュールを長期使用した場合、残留した気体や空気からなる気泡により、太陽電池封止用シートと太陽電池素子もしくはガラスまたはバックシートとの剥離が進行し、結果として水、埃等の侵入を許し、太陽電池素子の腐食、出力低下、絶縁抵抗の低下といった問題を発生させることがしばしばあったことから、この気泡の発生を如何に低減させるかが長年の課題となっていた。

また、特開２００３−５１６０５号は、エンボス模様の溝に深さもあるため、太陽電池素子の割れについては一応の対応ができているものの、ＶＡ％の高いＥＶＡを使用しているために、酢酸ガスの発生量が多くなり、また、こうした多量に発生する気体の抜けのためにはエンボス模様の溝深さもなお充分ではないという問題があった。

しかも、太陽電池は、今後、より薄肉化、大型化される傾向にあり、また更なる高寿命化、コストダウンが要求されているのでこうした太陽電池素子の割れのないかつ耐久性の高い太陽電池封止用シートの開発が必要不可欠になってきている。

本発明は、上記種々の問題を一挙に解決するためのもので、その目的とするところは、太陽電池素子をラミネータ方式で封止する場合の気泡発生を低減することにより太陽電池素子の耐久性を改善し、また周辺部での太陽電池素子に与えるストレスを軽減して太陽電池素子の割れを払拭できるようにした太陽電池封止用シートを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の太陽電池封止用シートは、エチレン含有量が６２重量％から８５重量％である架橋性のエチレン系共重合樹脂シートに、シートの表面に深さ３００μｍ〜１ｍｍの連続縞形状のエンボス模様を施したことを特徴とする。

また、請求項２に記載発明の太陽電池封止用シートは、前記エチレン系共重合樹脂シートが、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂からなることを特徴とする。

また、請求項３に記載発明の太陽電池封止用シートは、前記連続縞形状が、直線連続山型であることを特徴とする。

本発明の太陽電池封止用シートは、エチレン含有量が６２重量％から８５重量％である架橋性のエチレン系共重合樹脂シートの表面に、深さ３００μｍ〜１ｍｍの連続縞形状のエンボス模様を施したことを特徴としているから、ラミネート時に生じる気泡が充分脱離できるような経路が確保され、またラミネート時に生じる中心部と周辺部での温度差があったとしても、架橋性のエチレン系共重合樹脂に太陽電池素子割れを生じさせない充分なクッション性が得られるという優れた効果を奏するものである。

また、請求項２に記載発明の太陽電池封止用シートは、前記エチレン系共重合樹脂が、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）であることを特徴としているから、耐候性、透明性、柔軟性、接着性に優れるばかりでなく、これらの特性が効果的に発現されるという優れた効果を奏するものである。

さらに、請求項３に記載発明の太陽電池封止用シートは、前記連続縞形状が、直線連続山型であることを特徴としているから、ガスや空気などの気体の抜けが良好になるとともに、太陽電池素子の割れ防止の両方の特性を極めて効果的に発現させることができるという優れた効果を奏するものである。

本願封止用シート１は、ガラス、プラスチック等の板状物またはシート状物からなる表面材２及び裏面材３と太陽電池素子４との間に封止するために使用する。即ち、図１の如く、上から表面材（ガラス板）２／本願封止用シート１／太陽電池素子４／本願封止用シート１／裏面材（バックシート）３の順に積層し、加熱などにより本願封止用シート１を溶融して表裏面材２、３間に太陽電池素子４を封止するものである。この太陽電池素子４の封止には、二重真空型ラミネータを使用する。

前記本願封止用シート１は、エチレン含有量が６２重量％から８５重量％であるエチレン系共重合樹脂を用い、図２の如くシート部１ａの表面にエンボス模様５を施してなる。このエンボス模様５は、谷の深さＤが３００μｍ〜１ｍｍの断面山型に形成してなる。ここに用いる架橋性のエチレン系共重合樹脂は、有機過酸化物やシランカップリング剤や必要な安定剤を配合していることは勿論である。

本願封止用シート１に用いられる架橋性のエチレン系共重合樹脂はエチレンを主成分とし、これと共重合が可能な単量体との共重合体であって、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、メタクリル酸メチル等の不飽和カルボン酸エステルの共重合体、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の共重合体、またはそのアイオノマー、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−１−ペンテン、などのα−オレフィンの共重合体、あるいはこれらの２種以上の混合物などを例示することができる。

架橋性のエチレン系共重合樹脂として、エチレン含有量が６２重量％から８５重量％であるものが好ましい。エチレン含有量が６２重量％以下であると、ラミネート時に発生する酢酸等の気体量が多くなり、上述の理由で好ましくないばかりでなく、共重合樹脂の軟化温度が低くなり、太陽電池封止用シート同士のブロッキングの問題が発生し、作業性を著しく阻害するため好ましくない。一方、エチレン含有量が８５重量％以上であるとラミネート時に発生する気体量は少なくなるものの、太陽電池封止用シートが硬くなり過ぎ、太陽電池素子割れが発生するために好ましくない。

これらの架橋性のエチレン系共重合樹脂の中では易入手性、成形性、透明性、柔軟性、接着性、耐光性等の太陽電池封止用シートの要求物性に対する適合性からＥＶＡが望ましい。

本願封止用シート１のエンボス形状は、図２に示されるような、断面山型が好ましい。すなわち、断面山型のエンボス模様は、溝（谷）の連続縞形状が最も良く発現でき、ガスや空気等の気体の抜けが良好になるからである。ここにいう「連続縞形状」とは、直線に限らず、曲線であっても、直線と曲線とを組み合わせたものでもよいが、シボロールの彫刻加工性を考慮すると直線形状が好ましい。また、エンボス溝（谷）の深さＤは３００μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。エンボス溝（谷）の深さＤが３００μｍ以下であると、太陽電池素子割れの問題が完全に払拭出来ないし、発生する気体や空気の抜けが不十分となる。一方、エンボス溝の深さＤが１ｍｍ以上であると、太陽電池封止用シートをＴ−ダイ法、カレンダー法等で作成する際に使用するエンボスロールよりの剥離が悪くなるという問題がある。なお、エンボスの山のピッチＰは１〜３ｍｍ程度でよい。

本願封止用シート１に含有される有機過酸化物は架橋剤として用いられる。具体的には分解温度（半減期が１時間である温度）が９０〜１８０°Ｃ、特に、１２０〜１６０°Ｃの有機過酸化物の使用が好ましい。このような有機過酸化物として、例えば、第３ブチルパーオキシイソプロピルカーボネイト、第３ブチルパーオキシベンゾエート、ジグミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（第３ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジ第３ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（第３ブチルパーオキシ）ヘキシン−３，１，１−ビス（第３ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（第３ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、メチルエチルクトンパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキシル−２，５−ビスパーオキシベンゾエート、第３ブチルハイドロパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｐ−クロルベンゾイルパーオキサイド、第３ブチルパーオキシイソブチレート、ヒドロキシブチルパーオキサイド、ジシクロヘキサノンパーオキサイドなどがあげられる。

このような有機過酸化物は、種類によって異なるが、該共重合樹脂１００重量部に対して０．１〜５重量部、好ましくは０．５〜３重量部程度配合するのが好ましい。

また、このような架橋反応を容易に進行させるために、架橋助剤を用いても良い、ここに使用する架橋助剤としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、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ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート等を例示する事が出来る。架橋助剤は、該共重合樹脂１００重量部に対して、０．５〜５重量部程度の配合が好ましい。

また、本願封止用シート１に含有されるシランカップリング剤は、接着促進剤として用いられる。具体的にはビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシ−エトキシ）シラン、γ−グリシドキシプロピル−トリピルトリ−メトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が使用でき、該共重合樹脂１００重量部に対してシランカップリング剤は０．１〜５重量部程度の配合が好ましい。

本願封止用シート１には、その他の各種添加剤が配合される。このような添加剤としては、例えば、太陽光中の紫外線による劣化を防ぐための紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等が例示される。紫外線吸収剤として具体的には２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２，２−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−２−カルボキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ第３ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−第３オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール、等のベンゾトリアゾール系フェニルサリチレート、ｐ−オクチルフェニルサリチレート等のサリチル酸エステル系のものが用いられる。

光安定剤としては、ヒンダ−ドアミン系のものが使用される。また、酸化防止剤としては、ヒンダ−ドフェノール系やホスファイト系のものを使用することができる。

太陽電池素子（多結晶シリコン系）１６０ｍｍ×１６０ｍｍ、厚さ２００μｍを、図３の如く６列×７行＝４２枚を２ｍｍ間隔で、図１の如く、ガラス（表面材２）／本願封止用シート１／太陽電池素子４／本願封止用シート１／バックシート（裏面材３）の順に積層した。ここに使用する本願封止用シート１は、厚さ８００μｍＥＶＡ（エチレン７２％、ＶＡ２８％、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）シートの表面に、深さ６００μｍのエンボス模様（図２に示される形状を有する）が表面に施されたものである。ガラス、バックシートを用いて太陽電池モジュール製作用ラミネータを使用して熱板温度１２８°Ｃ、真空時間３分、加圧時間２分でラミネートし、太陽電池素子の割れ数を調べたところ、図４に示す「表」の結果を得た。

また加熱プレスを用い、１８ｃｍ角、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム２枚の間に、本願封止用シート１を挟み、１５０°Ｃの温度条件で、接触圧０．９８ＭＰａ１分、脱気１０回後、１５分加圧状態（９．８ＭＰａ）保持した後、取り出し、自然冷却させた後の気泡の発生個数を観察したところ、図４に示す「表」の結果を得た。

本願封止用シート１に、エチレン−エチルアクリレート樹脂（ＥＥＡ）（エチレン７２％、ＶＡ２８％、ＭＦＲ２５ｇ／１０ｍｉｎ）を使用した他は、全く実施例１と同様にして、太陽電池素子割れ数、気泡の発生個数を観察したところ、図４に示す「表」の結果を得た。
〔比較例１〕

エンボス模様の溝の深さを２００μｍにした以外は、実施例１と全く同様にして、太陽電池素子割れ数、気泡の発生個数を調べたところ、図４に示す「表」の結果を得た。
〔比較例２〕

エンボス模様の溝の形状を図５に示す独立したダイヤ格子状の頂点深さ６００μｍにした以外は実施例１と全く同様にして、太陽電池素子割れ数、気泡の発生個数を調べたところ、図４に示す「表」の結果を得た。
〔比較例３〕

本願封止用シート１にＥＶＡ（エチレン８６％、ＶＡ１４％、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を使用した以外は、実施例１と全く同様にして、太陽電池素子割れ数、気泡の発生個数を調べたところ、図４に示す「表」の結果を得た。

図４の「表」によると、実施例１（本願封止用シート＝ＥＶＡ＜エチレン７２％、ＶＡ２８％＞、エンボス深さ６００μｍ、直線連続山型) 及び実施例２（本願封止用シート＝ＥＶＡ＜エチレン７２％、ＥＡ２８％＞、エンボス深さ６００μｍ、直線連続山型）では太陽電池素子の割れは、いずれも全素子４２個のうち、０個、また気泡発生も０個であったが、比較例１（エンボス深さ２００μｍ連続山型) での太陽電池素子の割れは、４２個中の２個、気泡発生個数は０個、比較例２（エンボス深さ６００μｍ、ダイヤ格子）での太陽電池素子の割れは４２個中の０個であったものの、気泡発生は１１個と多くなった。さらに比較例３（比較ＥＶＡ エチレン８６％、ＶＡ１４％使用）では、太陽電池素子割れ数は４２個中の２個、また気泡発生個数は０個であった。

以上の結果から、太陽電池素子割れを防止するためには、エンボス深さを深くすれば良いが、エンボス形状が独立した形状であると、発生する気体や空気が脱離出来ず気泡残りが発生することが確認され、この気泡の逃げ道が確保できるエンボス形状を有する本願封止用シートの極めて高い効果が確認された。なお、図５に示したダイヤ格子のような独立形状のエンボス模様（図示していないが、半球やハニカム形状のエンボス模様も同じ）の封止用シートでは、太陽電池素子割れについては、エンボス深さを深くすれば改善できるも、エンボス形状を５０μｍより深くするとラミネート時に空気が残留するため好ましくない（前述した特開２０００−１８３３８８号の記述参照）。

本願封止用シートは、上記態様で示した用途のみならず、防犯用合せガラスの中間膜等の気泡防止対策として使用しても極めて効果が高いと考えられる。

本願封止用シートを表裏面材と太陽電池素子との間に使用する状態の説明断面図である。 本願封止用シートの部分拡大斜視図である。 太陽電池素子の配置を示す平面図である。 実施例と比較例により太陽電池素子の割れ数、気泡の発生個数を調べた結果を示す表である。 比較例に使用した封止用シートのエンボス模様を示す平面図である。

符号の説明

１ 本願封止用シート
２ 表面材
３ 裏面材
４ 太陽電池素子
５ エンボス模様
Ｄ エンボス深さ
Ｐ エンボスピッチ

Claims (3)

1. エチレン含有量が６２重量％から８５重量％である架橋性のエチレン系共重合樹脂シートの表面に、深さ３００μｍ〜１ｍｍの連続縞形状のエンボス模様を施したことを特徴とする太陽電池封止用シート。
2. 前記エチレン系共重合樹脂シートが、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池封止用シート。
3. 前記連続縞形状が、直線連続山型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池封止用シート。

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