JP2005129925A

JP2005129925A - 太陽電池封止材用シート

Info

Publication number: JP2005129925A
Application number: JP2004291667A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nishijima; 孝一西嶋; Yasuhisa Hosoai; 康久細合; Rie Sato; 理絵佐藤; Tetsuya Nakamura; 哲也中村
Original assignee: HAISHIITO KOGYO KK; Du Pont Mitsui Polychemicals Co Ltd
Current assignee: HAISHIITO KOGYO KK; Dow Mitsui Polychemicals Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP4463064B2

Abstract

【課題】透明性、柔軟性、加工性、耐候性、架橋性に優れ、しかも絶縁性に優れた太陽電池封止材用シート及び該シートを使用した太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池封止材用シートとして、酢酸ビニル含有量が１５〜４０重量％のエチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）と（メタ）アクリル酸エステル含有量が１５〜３５重量％のエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）とからなる厚さが０．２〜１．２ｍｍの架橋性積層シートを用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池モジュールにおける太陽電池素子を固定するための太陽電池封止材用シート及び該太陽電池封止材用シートにより太陽電池素子を封止した太陽電池モジュールに関する。さらに詳しくは、透明性、柔軟性、加工性、耐候性、架橋性に優れ、しかも絶縁性に優れた太陽電池封止材用シート及び該シートを使用した太陽電池モジュールに関する。

近年の環境問題の高まりを背景に、クリーンなエネルギーとして水力発電、風力発電並びに太陽光発電が脚光を浴びている。このうち太陽光発電は、太陽電池モジュールの発電効率等の性能向上が著しい一方、価格の低下が進んだこと、国や自治体が住宅用太陽光発電システム導入促進事業を進めてきたことから、ここ数年その普及が著しく進んでいる。

太陽光発電は、シリコンセル半導体（太陽電池素子）を用いて太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するが、ここで用いられている太陽電池素子は直接外気と接触するとその機能が低下するため、太陽電池素子を封止材ないし保護膜で挟み、緩衝とともに、異物の混入や水分等の侵入を防いでいる。この封止材には太陽電池の機能安定化を図るため、封止材の耐電圧性能に加え、絶縁性能を向上させ、半導体中の電流リークをできる限り防ぐ必要がある。すなわち封止材の体積抵抗率の増大が、太陽光発電システムの性能向上に重要である。

この太陽電池封止材用シートとしては、透明性、柔軟性、易成形性、耐久性の面から酢酸ビニル含有量が２５〜３３重量％のエチレン・酢酸ビニル共重合体の架橋物の使用が一般的である（例えば特許文献１参照）。ところがエチレン・酢酸ビニル共重合体は酢酸ビニル含有量が高いほど体積抵抗率が低く、また吸湿すると体積抵抗率がさらに低下するという問題がある。

これらの対策として、エチレン・酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有量を下げることが考えられるが、この場合透明性が低下し、太陽光受光量が減少し、太陽電池としての出力が低下すると共にシートの柔軟性が低下し、太陽電池素子を破損させる虞があった。

上述のように太陽光発電においては、各部分からのコストダウンと性能向上のための研究開発が繰り広げられているが、より一層の普及のためにはさらなるエネルギー変換効率の向上、材料費の削減及び薄膜化が図られている。その中で、エチレン・酢酸ビニル共重合体の体積抵抗率の低さが問題になりつつある。

特公昭６２−１４１１１号公報

そこで本発明の目的は、透明性、柔軟性、加工性、耐候性、架橋性等に優れ、しかも絶縁性が大幅に改善された太陽電池封止材用シート及び該封止材用シートを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。

すなわち本発明は、酢酸ビニル含有量が１５〜４０重量％のエチレン・酢酸ビニル共重合体を主体とする本体層（Ａ）と（メタ）アクリル酸エステル含有量が１５〜３５重量％のエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）とからなる厚さが０．２〜１．２ｍｍの架橋性積層シートを用いることを特徴とする太陽電池封止材用シートに関する。

本発明はまた、エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）及び太陽電池素子がこの順で積層されてなる太陽電池モジュールの封止構造に関する。

本発明によれば、従来使用されていたエチレン・酢酸ビニル共重合体からなる太陽電池封止材用シートに比較して、透明性、加工性、柔軟性、耐候性、架橋特性などは実質的に変わるところがなく、絶縁性が改良された封止材用シートを提供することができ、これを用いた太陽電池モジュールにおいて性能が安定化される。

本発明の太陽電池封止材用シートにおいては、酢酸ビニル含有量が１５〜４０重量％、好ましくは１８〜３５重量％のエチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層と、太陽電池素子と直接接触する層としての（メタ）アクリル酸エステル含有量が１５〜３５重量％、好ましくは１８〜３０重量％のエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層の２層構成となっており、全体の厚みは０．２〜１．２ｍｍの範囲にある。エチレン・酢酸ビニル共重合体本体層には少量であればエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体が含まれていてもよい。エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体の封止層においても少量であればエチレン・酢酸ビニル共重合体が含有されていてもよい。上記エチレン・酢酸ビニル共重合体及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体の１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＪＩＳＫ７２１０−１９９９、以下同じ）は、加工性及び強度の点から０．５〜１５０ｇ／１０分の範囲にあることが好ましい。

ここでエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体における（メタ）アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを意味し、通常はアクリル酸又はメタクリル酸の炭素数１〜１０のアルキルエステル、とくに炭素数２〜８のアルキルエステルが好ましい。具体的には、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ｎ−ブチルなどを例示することができる。

上記エチレン・酢酸ビニル共重合体において、酢酸ビニル含有量が前記範囲を下回るものを使用すると、太陽電池封止材用シートの透明性、柔軟性が低下するので好ましくない。また酢酸ビニル含有量が前記範囲を上回るものを使用すると、太陽電池封止材用シートのべた付きが顕著となり、著しく加工性を損なうので好ましくない。また上記エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体において、（メタ）アクリル酸エステルの含有量が前記範囲を下回るものを使用すると、太陽電池封止材用シートの透明性、架橋特性が低下するので好ましくない。また（メタ）アクリル酸エステルの含有量が前記範囲を上回るものを使用すると、太陽電池封止材用シートのべた付きが顕著となるので好ましくない。

エチレン・酢酸ビニル共重合体層とエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体層とからなる本発明の太陽電池封止材用シートの厚みは０．２〜１．２ｍｍの範囲が好ましい。すなわちシート厚みが０．２ｍｍを下回ると、衝撃等により太陽電池素子が破損する可能性があり好ましくない。一方その厚みが上記範囲を上回るようになると、シートの透明性が低下し、太陽光の受光量が低下し、出力低下の可能性があるため好ましくない。エチレン・酢酸ビニル共重合体層とエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体層の厚み比率は前者５０〜９０、好ましくは６０〜８０に対し、後者５０〜１０、好ましくは４０〜２０程度とするのがよい。こうした特定の積層比率により絶縁性にすぐれ、しかも透明性、柔軟性、架橋性等に優れた太陽電池封止材用シートを容易に得ることができる。

本発明の積層太陽電池封止材用シートにおいては、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体層が太陽電池素子に当接するようにして太陽電池モジュールに組み込まれる。またモジュールに組み込まれた状態においては、エチレン・酢酸ビニル共重合体本体層及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体封止層ともに架橋されていることが好ましい。これにより透明性を維持しつつ、高温での使用時における溶融流れ防止等の耐熱性を付与することができる。そのためには太陽電池封止材用シートとして、両層に架橋剤あるいは架橋剤と架橋助剤が配合されていることが好ましい。

架橋剤としては、分解温度（半減期が１時間である温度）が９０〜１８０℃、とくに１００〜１５０℃の有機過酸化物を用いるのが好ましい。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ート、第３ブチルパーオキシアセテート、第３ブチルパーオキシベンゾエート、ジク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、メチルエチルケ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、ヒドロキシヘプチルパーオキサイド、ジクロヘキサノンパーオキサイドなどが挙げられる。

架橋剤はエチレン・酢酸ビニル共重合体又はエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体１００重量部に対し、０．１〜５重量部、とくに０．５〜３重量部の割合で配合するのが効果的である。

また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、ジビニルベンゼンなどを挙げることができる。架橋助剤はエチレン・酢酸ビニル共重合体又はエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体１００重量部に対し、５重量部以下、とくに０．１〜３重量部の割合で配合するのが効果的である。

本発明の封止材用シートの各層には、必要に応じ、その他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具体的には、シランカップリング剤、チタンカップリング剤のような接着付与剤、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、変色防止剤などを例示することができる。着色剤としては、顔料、無機化合物や染料等が挙げられる。とくに白色の着色剤としては、酸化チタンや酸化亜鉛が挙げられる。これら添加剤を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と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。

接着付与剤は、保護材や太陽電池素子等に対する接着性を向上させるのに有用であり、その例としては、アミノ基又はエポキシ基とともに、アルコキシ基のような加水分解可能な基を有するシランカップリング剤やチタンカップリング剤などを挙げることができる。シランカップリング剤として具体的には、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを例示することができる。これら接着付与剤は、エチレン・酢酸ビニル共重合体又はエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体１００重量部に対し、５重量部以下、とくに０．０２〜３重量部の割合で配合するのが効果的である。

また太陽光線中の紫外線に基づく封止材用シートの劣化を防ぐために、エチレン・酢酸ビニル共重合体層及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体層のそれぞれに酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤の少なくとも一種を配合するのが効果的である。酸化防止剤として各種ヒンダー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。また光安定剤としては、ヒンダードアミン系のものが好適に使用することができる。また紫外線吸収剤としては例えば２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフエノン、２，２′−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフエノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−２−カルボキシベンゾフエノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフエノンなどのベンゾフエノン系、２−（２′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ第３ブチルフエニル）ベンゾトリアゾール、２−（２′−ヒドロキシ−５−メチルフエニル）ベンゾトリアゾール、２−（２′−ヒドロキシ−５−第３オクチルフエニル）ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系、フエニルサリチレート、ｐ−オクチルフエニルサリチレートなどのサリチル酸エステル系のものが使用できる。これら、酸化防止剤、光安定剤及び紫外線吸収剤は、エチレン・酢酸ビニル共重合体又はエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体の合計１００重量部に対し、それぞれ５重量部以下、とくに０．１〜３重量部の割合で配合するのが効果的である。

本発明の太陽電池封止材用シートの成形は、多層Ｔ−ダイ押出機、カレンダー成形機、多層インフレーション成形機などを使用する公知の方法によって行なうことができる。例えばエチレン・酢酸ビニル共重合体及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体のそれぞれに、有機過酸化物および必要に応じて添加される架橋助剤、接着付与剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等の添加剤を予めドライブレンドして多層Ｔ−ダイ押出機の主押出機及び従押出機それぞれのホッパーから供給し、有機過酸化物が実質的に分解しない成形温度でシート状に二層押出成形することによって得ることができる。またこのような積層シートを予め作成せずに、エチレン・酢酸ビニル共重合体に有機過酸化物および必要に応じて添加される他の添加剤からなるシートとエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体に有機過酸化物および必要に応じて添加される他の添加剤からなるシートを作成しておき、太陽電池モジュールの作成時に保護材と太陽電池素子の間にエチレン・酢酸ビニル共重合体のシート、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体のシートを重ね合わせて、エチレン・酢酸ビニル共重合体のシート／エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体のシート／太陽電池素子からなる封止構造を形成することもできる。

本発明の封止材用シートを用い、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／封止材用シート／太陽電池素子／封止材用シート／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用シート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、例えばフッ素樹脂系シート上にアモルファス太陽電池素子をスパッタリング等で作成したものの上に封止材用シート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。このような構成の太陽電池モジュールにおいて、本発明の封止材用シートのエチレン・（メタ）アクリル酸エステルを主成分とする封止層が太陽電池素子と当接するように積層されている。

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る。本発明の封止材用シートはとくにアモルファスシリコン太陽電池素子の封止に有用である。

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。本発明の封止材用シートは、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。

太陽電池モジュールの製造は、架橋剤が実質的に分解せず、かつ本発明の封止材用シートが溶融するような温度で、太陽電池素子や保護材に該封止材用シートを仮接着し、次いで昇温して充分な接着と架橋を行なえばよい。最終的には耐熱性良好な太陽電池モジュールを得るために、封止材用シート層におけるエチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）の両層のゲル分率（試料１ｇをキシレン１００ｍｌに浸漬し、１１０℃、２４時間加熱した後、２０メッシュ金網で濾過し未溶融分の質量分率を測定）が７０〜９８％、好ましくは８０〜９５％程度になるように架橋するのがよい。したがってこれら諸条件を満足できるように両層の添加剤処方を選べばよく、例えば架橋剤等の種類及び配合量を適宜選択すればよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。尚、実施例で用いた原料を表１に示す。

［実施例１］
表１に示すＥＶＡ−１の１００重量部に対し、架橋剤（商品名：ルパゾール１０１、アトフィナ吉富（株）製）１．５重量部及びシランカップリング剤（商品名：ＫＢＭ５０３、信越化学（株）製）０．５重量部を配合した（ＥＶＡ配合物１）。ＥＥＡ−１の１００重量部には架橋剤を２．５重量部とし、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）２重量部を追加する以外は、ＥＶＡ−１と同じ添加剤を同量配合した（ＥＥＡ配合物１）。０．４ｍｍ厚みのＥＶＡ配合物１からなる本体層と０．２ｍｍ厚みとなるＥＥＡ配合物１の層からなる層厚み０．６ｍｍの２層シートを、多層Ｔ−ダイ成形機を用いて、樹脂温度１２０℃にて作成した。この二層押出シートを用いて、下記（１）〜（３）の方法により、架橋特性、吸湿性、絶縁抵抗を評価した。

（１）架橋特性（ゲル分率）
多層Ｔ−ダイ成形機を用いて作成した二層シートを、１５０℃の圧縮成形機を用いて２０分間加圧下で加熱することにより架橋シートを作成した。この架橋シート１ｇを１００ｍｌのキシレンに浸漬し、１１０℃、２４時間加熱した後、金網で濾過して不溶解分を捕集し、乾燥後秤量することによってゲル分率を求めて架橋特性を評価した。その結果を表２に示す。

（２）吸湿量
前記（１）の手段により作成した架橋シートを、８５℃、８５％ＲＨの条件に放置し、１週間後の吸湿量を、水分計（カールフィッシャー法：KYOTO ELECTRONIC（株）製）で測定した。
評価結果を、表２に示す。

（３）絶縁抵抗値
前記（１）の手段により作成した架橋シートを、８５℃、８５％ＲＨの条件に放置し、初期値及び１週間後の絶縁抵抗を、体積抵抗率測定機（Aligent Technologies社製）を用いて、１０００Ｖ、加電時間６０秒の条件で測定した。この結果を表２に示す。

［実施例２］
実施例１において、ＥＥＡ−１の代わりにＥＥＡ−２を用いた以外は実施例１と全く同様にしてゲル分率、吸湿量及び絶縁抵抗値の評価を行なった。これらの結果を表２に示す。

Claims

酢酸ビニル含有量が１５〜４０重量％のエチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）と（メタ）アクリル酸エステル含有量が１５〜３５重量％のエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）とからなる厚さが０．２〜１．２ｍｍの架橋性積層シートを用いることを特徴とする太陽電池封止材用シート。
エチレン・酢酸ビニル共重合体及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体のメルトフローレート（ＪＩＳＫ７２１０−１９９９、１９０℃、２１６０ｇ荷重）が、それぞれ０．５〜１５０ｇ／１０分の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の太陽電池封止材用シート。
エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）にそれぞれ架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤及び酸化防止剤から選ばれる添加剤が配合されてなる請求項１又は２記載の太陽電池封止材用シート。
エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）の厚み比率［（Ａ）／（Ｂ）］が、９０／１０〜５０／５０である請求項１〜３記載の太陽電池封止材用シート。
エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする本体層（Ａ）、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする封止層（Ｂ）及び太陽電池素子がこの順で積層されてなる太陽電池モジュールの封止構造。
エチレン・酢酸ビニル共重合体を主成分とする層（Ａ）及びエチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体を主成分とする層（Ｂ）のゲル分率がそれぞれ７０％以上である請求項５記載の太陽電池モジュールの封止構造。