JP2006066682A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間屋外で使用しても、受光面側の封止用有機高分子樹脂が黄変し難く、その結果、黄変を原因とした太陽電池素子への入射光減少による性能低下を抑制した信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 太陽電池素子１の受光面側が有機高分子樹脂４とその外側の透光性部材２とで封止されている太陽電池モジュールにおいて、前記有機高分子樹脂に、ヒンダードアミン系光安定化剤と、有機過酸化物からなる架橋剤とが含有されており、前記有機高分子樹脂に含まれる有機化合物からなる紫外線吸収剤の濃度が０．０１重量％以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに係わり、特に、太陽電池素子の表裏が有機高分子樹脂によって封止されている太陽電池モジュールに関する。

図３は太陽電池モジュールの基本的構造を表した概略断面図である。図３において、１は太陽電池素子、１３は有機高分子樹脂、２は透光性部材、３は裏面保護部材、６はバスバー電極である。太陽光は透光性部材、有機高分子樹脂を通過して太陽電池素子の光受光面に入射して電気エネルギーに変換される。発電された電気は出力端子(不図示)より外部に取り出される。

太陽電池素子はそのままでは屋外での過酷な環境下での使用に耐えることはできない。それは、太陽電池素子そのものは腐食を受けやすく、また外部からの衝撃などで容易に破損するからである。そこで、太陽電池素子を封止材で覆い保護する必要がある。最も一般的には太陽電池素子をガラスやフッ素樹脂フィルム等の透明で耐候性のある透光性部材と、フッ素樹脂フィルム、アルミラミネートフッ素樹脂フィルム、ポリエステルフィルム等の耐候性、防湿性、電気絶縁性に優れた裏面保護部材との間に有機高分子樹脂を介して挟持してラミネートするという方法が取られる。

従来の太陽電池封止用有機高分子樹脂としては、ポリビニルブチラール、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が主に用いられてきた。中でもＥＶＡの架橋性組成物は耐熱性、耐候性、透明性、コストなどの面で優れた特性を有しており、現在では太陽電池封止用有機高分子樹脂の主流となっている。

太陽電池モジュールは屋外で長期間使用されるために高度な耐久性が要求される。太陽電池素子の耐久性は無論のことであるが、封止材においても優れた耐光性、耐熱性が要求される。しかしながら１０年以上におよぶ屋外曝露では封止材の光劣化、熱劣化は避けることができず、有機高分子樹脂の黄変や各部材間での剥離が顕在化する場合がある。有機高分子樹脂の黄変は入射光量の減少を招き、電気出力が低下する。また、部材間の剥離は剥離部分への水分の侵入による太陽電池素子あるいは素子に付随する金属部材の腐食を招き、太陽電池モジュール性能の低下につながる。

従来より用いられているＥＶＡにはこのような劣化による黄変や他部材との剥離を防止するために、種々の添加剤が配合されている。中でも重要な役割を果たしているのが、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤であり、紫外線吸収剤と光安定化剤が紫外線を原因とする光劣化を、酸化防止剤が熱劣化を抑制し、長期間にわたる屋外曝露でも性能低下のない信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することに貢献している。

例えば、特許文献１乃至３などに記載されているように、ＥＶＡに紫外線吸収剤を０．１〜１．０ｗｔ％、光安定化剤を０．０５〜１．０ｗｔ％、酸化防止剤を０．０５〜１．０ｗｔ％配合したものが太陽電池モジュール用の封止材として好適に用いられることが開示されている。

特開平８−１３９３４７号公報 特開平１０−９３１２４号公報 特開平１０−１１２５４９号公報

しかしながら、上述したように添加剤を配合して耐光性、耐熱性を高めたＥＶＡで封止した太陽電池モジュールでも長期間屋外で使用していると、受光面側のＥＶＡが黄変して太陽電池モジュールの性能が低下する場合があることが明らかとなってきた。

本発明者はこの原因を究明すべく検討した結果、添加剤として配合している紫外線吸収剤が黄変の原因であることが分かってきた。すなわち、架橋剤としてＥＶＡに添加されている有機過酸化物と紫外線との相互作用によって、紫外線吸収剤が黄変を呈する別の化合物に変化すると考えられる。これは、紫外線吸収剤の配合量を小さくした場合に黄変が軽減されること、また、有機過酸化物の配合量を大きくした場合に黄変が促進されることから間接的に推察される。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、長期間屋外で使用しても、受光面側の封止用有機高分子樹脂が黄変し難く、その結果、黄変を原因とした太陽電池素子への入射光減少による性能低下を抑制した信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような構成が最良であることを見いだした。

即ち、本発明は、太陽電池素子の受光面側が有機高分子樹脂とその外側の透光性部材とで封止されている太陽電池モジュールにおいて、前記有機高分子樹脂に、ヒンダードアミン系光安定化剤と、有機過酸化物からなる架橋剤とが含有されており、前記有機高分子樹脂に含まれる有機化合物からなる紫外線吸収剤の濃度が０．０１重量％以下であることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記紫外線吸収剤の濃度が０．００１重量％以下であることが好ましい。
また、前記ヒンダードアミン系光安定化剤の濃度が０．５〜１．０重量％であることが好ましい。
さらに、前記太陽電池素子の非受光面側が有機高分子樹脂とその外側の裏面保護部材とで封止されており、前記非受光面側の有機高分子樹脂に、前記受光面側の有機高分子樹脂よりも高濃度で紫外線吸収剤が含有されていることが好ましい。

本発明によれば、長期間屋外で使用しても、受光面側の封止用有機高分子樹脂が黄変し難く、その結果、黄変を原因とした太陽電池素子への入射光減少による性能低下を抑制した信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
また、前記紫外線吸収剤の濃度が０．００１重量％以下であることによって、長期間屋外で使用しても、受光面側の封止用有機高分子樹脂が黄変することなく、その結果、黄変を原因とする性能低下のない極めて信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
また、前記ヒンダードアミン系光安定化剤の濃度が０．５〜１．０重量％であることによって、有機高分子樹脂の黄変を効果的に抑制できる。
さらに、前記太陽電池素子の非受光面側が有機高分子樹脂とその外側の裏面保護部材とで封止されており、前記非受光面側の有機高分子樹脂に、前記受光面側の有機高分子樹脂よりも高濃度で紫外線吸収剤が含有されていることによって、紫外線による裏面保護部材の劣化を防ぎ、さらに信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。

図１に本発明の太陽電池モジュールの概略構成図の一例を示す。図１に於いて、１は太陽電池素子、４は表面封止用有機高分子樹脂、２は透光性部材、５は裏面封止用有機高分子樹脂、３は裏面保護部材、６はバスバー電極、７は集電電極である。

まず、本発明における封止用有機高分子樹脂４、５について以下に詳しく説明する。

表面封止用有機高分子樹脂４は太陽電池素子受光面の凹凸を樹脂で被覆し、外部環境から素子を保護するために必要である。また、透光性部材２を太陽電池素子１に接着する役割も果たす。したがって、高透明性の他に、耐候性、接着性、耐熱性が要求される。このような要求を満たす材料としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。中でもＥＶＡ樹脂は耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性など太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しているので好適に用いられる。

本発明における表面封止用有機高分子樹脂には、耐光性を高めるために有機化合物からなる紫外線吸収剤が含まれていてよいが、その濃度は０．０１重量％以下であり、より望ましくは０．００１重量％である。濃度が０．０１重量％を超えると、紫外線吸収剤の変質により長期間の屋外曝露に於いて有機高分子樹脂の黄変が顕在化し、太陽電池モジュールの性能が低下する。一方、０．０１重量％以下であれば、黄変による性能低下はほとんど無視できる程度に抑えることができ、さらに０．００１重量％以下であれば黄変による性能低下は認められなくなる。無論、濃度が０重量％、すなわち有機化合物からなる紫外線吸収剤が含まれない構成も本発明では採ることができる。

本発明で用いられる有機化合物からなる紫外線吸収剤としては、従来より公知なものを種々選択して用いることができる。例えば、そのような紫外線吸収剤の代表的な化学構造は、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系に大別される。

サリチル酸系としてはフェニルサリシレート、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルサリシレート、ｐ−オクチルフェニルサリシレートがある。

ベンゾフェノン系では２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ドデシルオ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、２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルホベンゾフェノン、ビス（２−メトキシ−４−ヒドロキシ−５−ベンゾフェノン）メタンが挙げられる。

ベンゾトリアゾール系としては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’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−オクチルフェニル）−ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−アミルルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−｛２’−ヒドロキシ−３’−（３”，４”，５”，６”−テトラヒドロフタルイミドメチル）−５’−メチルフェニル｝ベンゾトリアゾール、２，２ーメチレンビス｛４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）フェノール｝が挙げられる。

シアノアクリレート系では２−エチルヘキシル−２−シアノ−３，３’−ジフェニルアクリレート、エチル−２−シアノ−３，３’−ジフェニルアクリレートが挙げられる。

トリアジン系としては、２−{４’，６’−ビス（２”，４”−ジメチルフェニル）−１’，３’，５’−トリアジン−２’−イル}−５−（オクチルオキシ）フェノール、２−（４’，６’−ジフェニル−１’，３’，５’−トリアジン−２’−イル）−５−（ヘキシルオキシ）フェノールが挙げられる。

このうち、有機高分子樹脂への相溶性や紫外線吸収剤自体の安定性を考慮して、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系の紫外線吸収剤を使用するのが好ましく、低揮発性を考慮してトリアジン系の紫外線吸収剤を使用するのがさらに好ましい。

本発明の表面封止用有機高分子樹脂には、耐光性、耐熱性を高め、屋外での使用に対して十分な耐久性を付与するために、ヒンダードアミン系光安定化剤が添加される。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しないが、有機高分子樹脂の光劣化あるいは熱劣化過程で生ずるラジカル種を補足して劣化反応を阻害する。添加量は通常、０．１〜０．３重量％程度であるが、本発明に於いては、紫外線吸収剤の添加量が小さく、樹脂が多くの紫外線に晒される。したがって、光安定化剤を通常よりも多く添加して光劣化に対する耐久性を高めておくことが望ましく、添加量は０．５〜１．０重量％が望ましい。添加量が１．０重量％を超えると光安定化剤のブリードアウトによって有機高分子樹脂の白化が起こりやすくなるので望ましくない。また、ヒンダードアミン系以外にも光安定化剤として機能するものはあるが、着色している場合が多く本発明の表面封止用有機高分子樹脂には好ましくない。

ヒンダードアミン系光安定化剤としてはコハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ［｛６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル｝｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝ヘキサメチレン｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝］、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン・２，４−ビス［Ｎ−ブチル−Ｎ−（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）アミノ］−６−クロロ−１，３，５−トリアジン縮合物、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）［｛３，５−ビス（１，１−ジメチルエチル）−４−ヒドロキシフェニル｝メチル］ブチルマロネート、Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’’−テトラキス−（４，６−ビス−（ブチル−（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−イル）アミノ）−トリアジン−２−イル）−４，７−ジアザデカン−１，１０−ジアミン、ジブチルアミン・１，３，５−トリアジン・Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル−１，６−ヘキサメチレンジアミンとＮ−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）ブチルアミンの重縮合物などが知られている。

表面封止用有機高分子樹脂は高温使用条件下で軟化して流動するのを防ぎ、また、他部材との接着性を向上させるために有機過酸化物によって架橋される。有機過酸化物による架橋は、有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行われる。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドックス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。すなわち、あらかじめ有機過酸化物を添加した有機高分子樹脂のシートを作製して、これを太陽電池素子に加熱圧着すると同時に架橋が進行する。

有機過酸化物は化学構造によってハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシケタール、アルキルパーオキシエステル、パーオキシカーボネート、パーオキシジカーボネートおよびケトンパーオキサイドに大別される。

ハイドロパーオキサイド系としてはｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、１，１，３，３−テトラメチル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、クメンハイドロパーオキサイド、ｐ−サイメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキサン２，５−ジハイドロパーオキサイド、シクロヘキサンハイドロパーオキサイド、３，３，５−トリメチルヘキサノンハイドロパーオキサイドなどである。

ジアルキルパーオキサイド系としてはジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、１，３−ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジベンゾイルパーオキシヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（パーオキシベンゾイル）ヘキシン−３、ジ−ｔ−アミルパーオキサイドなどである。

ジアシルパーオキサイド系としてはジアセチルパーオキサイド、ジプロピオニルパーオキサイド、ジイソブチリルパーオキサイド、ジオクタノイルパーオキサイド、ジデカノイルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジイソノナノイルパーオキサイド、ジ（３，３，５−トリメチルヘキサノイル）パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ（ｍ−トルイル）パーオキサイド、ジ（ｐ−クロロベンゾイル）パーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、パーオキシこはく酸などである。

パーオキシケタール系としては２，２−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレ−ト、エチル−３，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブチレートなどである。

アルキルパーオキシエステル系としてはｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシ３，３，５−トリメチルヘサノエート、ｔ−ブチルパーオキシ２−エチルヘキサノエート、（１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ）２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）アジペート、２，５−ジメチル２，５−ジ（パーオキシ２−エチルヘキサノイル）ヘキサン、ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）イソフタレート、ｔ−ブチルパーオキシマレート、アセチルシクロヘキシルスルフォニルパーオキサイドなどである。

パーオキシカーボネート系としてはｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｓｅｃ−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ（イソプロピルパーオキシ）ジカーボネート、ジ（２−エチルヘキシルパーオキシ）ジカーボネート、ジ（２−エトキシエチルパーオキシ）ジカーボネート、ジ（メトキシドプロピルパーオキシ）カーボネート、ジ（３−メトキシブチルパーオキシ）ジカーボネート、ビス−（４−ｔ−ブチルシクロヘキシルパーオキシ）ジカーボネートなどが挙げられる。

ケトンパーオキサイド系としてはアセチルアセトンパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルイソブチルケトンパーオキサイドなどがある。その他の構造ではビニルトリス（ｔ−ブチルパーオキシ）シランなども知られている。

これら有機過酸化物の添加量は１．０〜５．０重量％程度である。

上記有機過酸化物を有機高分子樹脂に混合し、加圧加熱しながら架橋および太陽電池モジュールの封止を行うことが可能である。加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が９０％、より好ましくは９５％以上進行する温度と時間をもって加熱を終了する。

上記架橋反応を効率良く行うためには、架橋助剤と呼ばれるトリアリルシアヌレートを用いることも可能である。一般には樹脂１００重量部に対して０．１〜５．０重量部の添加量である。

封止用有機高分子樹脂には高温下での安定性を付与するために熱酸化防止剤を添加することがしばしば行われる。添加量は樹脂１００重量部に対して０．１〜１．０重量部が適正である。酸化防止剤の化学構造としてはモノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型フェノール系、硫黄系、燐酸系に大別される。

モノフェノール系では２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニゾール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノールがある。

ビスフェノール系では２，２’−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレン−ビス−（４−エチル−６−ｔｅｒｔブチルフェノール）、４，４’−チオビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、４，４’−ブチリデン−ビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）が挙げられる。

高分子フェノール系としては１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、テトラキス−｛メチレン−３−（３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４’−ヒドロキスフェニル）プロピオネート｝メタン、ビス（３，３’−ビス−４’−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ブチリックアシッドグルコールエステル、１，３，５−トリス（３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４’−ヒドロキシベンジル）−ｓ−トリアジン−２，４，６−（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）トリオン、トリフェノール（ビタミンＥ）が知られている。

一方、硫黄系ではジラウリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジステアリルチオプロピオネートなどがある。

燐酸系ではトリフェニルフォスファイト、ジフェニルイソデシルフォスファイト、フェニルジイソデシルフォスファイト、４，４’−ブチリデン−ビス−（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−ジ−トリデシル）フォスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス（オクタデシルフォスファイト）、トリス（モノ−ノニルフェニルフォスファイト）、ジイソデシルペンタエリスリトールジフォスファイト、９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナスレン−１０−オキサイド、１０−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナンスレン−１０−オキサイド、１０−デシロキシ−９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナンスレン、サイクリックネオペンタンテトライルビス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−メチルフェニル）フォスファイト、２，２−メチレンビス（４，６−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）オクチルフォスファイトがある。

なお、太陽電池モジュールの使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤、光安定化剤および熱酸化防止剤を用いることが好ましい。

より厳しい環境下で太陽電池モジュールの使用が想定される場合には有機高分子樹脂と太陽電池素子あるいは透光性部材との接着力を向上することが好ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を有機高分子樹脂に添加することで前記接着力を改善することが可能である。シランカップリング剤の具体例としては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（βメトキシエトキシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニ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、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

裏面封止用有機高分子樹脂５は太陽電池素子裏面の凹凸を樹脂で被覆し、外部環境から素子を保護するために必要である。また、裏面保護部材３を太陽電池素子１に接着する役割も果たす。したがって、表面封止用有機高分子樹脂と同様に耐候性、接着性、耐熱性が要求されるため、表面封止用有機高分子樹脂として好適な材料を裏面封止用有機高分子樹脂としても用いることが好ましい。通常は、表面封止用有機高分子樹脂と同じ材料を裏面封止用有機高分子樹脂にも用いる。また、表面封止用有機高分子樹脂同様に、紫外線吸収剤、光安定化剤、架橋剤等の添加剤も通常配合され、その添加量も表面封止用有機高分子樹脂に準ずる。ただし、裏面封止用有機高分子樹脂は黄変しても太陽電池モジュール性能に影響がないことと、後述する裏面保護部材が紫外線によって光劣化するのを防止することを理由として、表面封止用有機高分子樹脂よりも高濃度で紫外線吸収剤を配合することが望ましく、その添加量は０．１〜１．０重量％であることが好ましい。これによって、裏面保護部材としてフッ素樹脂フィルムのような耐光性に優れる材料を用いる必要が無くなり、耐光性はやや劣るものの、安価な材料を裏面保護部材として用いることができるようになる。一方、透明性に関しては必須ではないので、無機酸化物等のフィラーを加えて耐候性や機械的強度を向上させることが可能であり、また、顔料等によって着色してもよい。

以下、太陽電池モジュールを構成する各部材について説明する。

太陽電池素子１としては、１）結晶シリコン太陽電池、２）多結晶シリコン太陽電池、３）微結晶シリコン太陽電池、４）アモルファスシリコン太陽電池、５）銅インジウムセレナイド太陽電池、６）化合物半導体太陽電池など、従来公知な素子を目的に応じて種々選択して用いて良い。これら太陽電池素子は、所望する電圧あるいは電流に応じて複数個を直列または並列に接続する。また、これとは別に絶縁化した基板上に太陽電池素子を集積化して所望の電圧あるいは電流を得ることもできる。さらに、素子への逆バイアス印加を防止するためにバイパスダイオードを素子に接続することも必要に応じて行われる。

透光性部材２は太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外曝露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。本発明に好適に用いられる部材としては、（強化）ガラス板、フッ化物重合体フィルムが挙げられる。ガラス板としては光透過率の高い白板ガラスを用いることが好ましい。フッ化物重合体フィルムの具体例としては、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）がある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。フッ化物重合体フィルムと封止材との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理をフィルムに行うことが望ましい。また、機械的強度向上のために延伸処理が施してあるフィルムを用いることも可能である。

裏面保護部材３は、太陽電池素子を保護し、湿度の侵入を防ぎ、外部との電気的絶縁を保つために用いられる。材料としては、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる材料が好ましい。好適に用いられるものとしては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）フィルム、ガラス板等が挙げられる。フィルムに防湿性が要求される場合には、アルミラミネートＰＶＦフィルム、アルミ蒸着ＰＥＴフィルム、酸化珪素蒸着ＰＥＴフィルム等が用いられる。さらに、モジュールの耐火性を向上させるために、フィルムでラミネートした亜鉛メッキ鉄箔、ステンレス箔等を裏面保護部材として用いることもできる。

裏面保護部材の外側には、太陽電池モジュールの機械的強度を増すために、あるいは、温度変化による歪、ソリを防止するために、支持板を貼り付けても良い。例えば、金属板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板、セラミック板などがある。また、建材を貼り付けることにより建材一体型太陽電池モジュールとすることもできる。建材としては、金属板、スレートボード、石膏ボード、瓦、ガラス繊維強化プラスチック、ガラスなどから種々選択して用いることができる。

以上述べた太陽電池素子、表面封止用有機高分子樹脂、裏面封止用有機高分子樹脂、透光性部材、裏面保護部材を用いて太陽電池モジュールとする方法を次に説明する。

まず、シート状に成型した表面及び裏面封止用有機高分子樹脂を太陽電池素子のそれぞれ受光面側と裏面側に配し、更にその外側に透光性部材と裏面保護部材をそれぞれ受光面側と裏面側に配した積層体とする。これを真空ラミネーターを用いて減圧下で加熱圧着することにより太陽電池モジュールを得ることができる。その他、ロールラミネーションなどによっても作製することが可能である。

以下、本発明の太陽電池モジュールを実施例に基づき詳細に説明する。

（実施例１）
導電性基板上に裏面反射層、半導体光活性層、透明電極層を順次形成し、透明電極層の上に櫛型の集電電極とそれに接続したバスバー電極を有するアモルファスシリコン太陽電池（太陽電池素子）を用いて本発明の第一の実施例に従う太陽電池モジュールを作製する方法を図２を用いて以下に説明する。

複数の太陽電池素子１を直列に接続して太陽電池素子直列体８とし、直列端の太陽電池素子に設けられている電極に銅箔からなる出力取り出し電極（不図示）を取り付ける。さらに素子への逆バイアス印加を防止するためバイパスダイオード（不図示）を太陽電池素子に取り付ける。

次に、太陽電池素子直列体８を封止するための封止用有機高分子樹脂、透光性部材、裏面保護部材について説明する。

表面封止用有機高分子樹脂には、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂ペレット（酢酸ビニル含有量３３ｗｔ％）に、架橋剤として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン１．５重量％、シランカップリング剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン１．０重量％、紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン０．０１重量％、光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．５重量％、酸化防止剤としてトリス（モノ−ノニルフェニル）フォスファイト０．２重量％をそれぞれ添加したものを加熱溶融させ、Ｔダイのスリットから押し出して成形した厚さ４００μｍのシート状ＥＶＡ（以下、ＥＶＡシート）１１を用いる。

裏面封止用有機高分子樹脂には、紫外線吸収剤を添加しない以外は表面封止用と同じＥＶＡシート１２を用いる。

透光性部材には厚さ３．２ｍｍの白板強化ガラス９を、裏面保護部材には厚さ１００μｍのポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）フィルム１０を用いる。

上記太陽電池素子直列体８、ＥＶＡシート１１、１２、ガラス９、ＰＶＦフィルム１０を図２の構成でラミネートする。すなわち、太陽電池素子直列体の受光面側に上記表面封止用ＥＶＡシートとガラスを、裏面側に裏面封止用ＥＶＡシートとＰＶＦフィルムを重ねて積層体とし、真空ラミネーターにて１５０℃で３０分間加熱圧着することによって太陽電池素子を封止する。

出力取り出し電極（不図示）は、あらかじめ裏面封止用ＥＶＡシートとＰＶＦフィルムに設けておいた開口部より導出する。

上記方法にて作製した太陽電池モジュールにメタルハライドランプで３００〜４００ｎｍの波長領域での照射強度が１．５０ｋＷ／ｍ²の紫外線を１０００時間照射した。なお、照射中はブラックパネル温度が６３℃、湿度が５０％ＲＨとなるように雰囲気をコントロールした。

封止前の太陽電池素子直列体と上記照射試験前後の太陽電池モジュールの電気特性をソーラーシミュレーターにて測定し、封止前を１とした試験前後の太陽電池モジュールの出力と短絡電流の相対値を表１に示す。また、試験後の太陽電池モジュール外観について観察を行い、その結果も表１に示した。なお、サンプル数は１０で行い、データはその平均値である。

（実施例２）
実施例１に於いて、表面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０．００１重量％とした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例１に於いて、表面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０重量％、すなわち添加しない以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例４）
実施例３に於いて透光性部材を、ＥＶＡとの接着面を放電処理した厚さ５０μｍのエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）フィルムに変えた以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表２に示す。

（実施例５）
実施例３に於いて、太陽電池素子として、多結晶シリコン太陽電池を用いた。それ以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表３に示す。

（実施例６）
実施例１において、裏面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０．３ｗｔ％とし、裏面保護部材として厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた。それ以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行い外観を観察した結果、変化は認められなかった。

（比較例１）
実施例１に於いて、表面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０．３重量％とした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例２）
実施例１に於いて、光安定化剤を表面封止用ＥＶＡシートに配合しなかった。それ以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例３）
実施例４に於いて、表面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０．３重量％とした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表２に示す。

（比較例４）
実施例５に於いて、表面封止用ＥＶＡシートに配合する紫外線吸収剤の添加量を０．３重量％とした以外は全く同様にして太陽電池モジュールを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表３に示す。

実施例と比較例との比較を容易にするために、太陽電池モジュールを太陽電池素子の種類と透光性部材によって分類し、データをまとめたのが以下に挙げる表である。

表１、２，３から明らかなように、本発明を実施した太陽電池モジュールは、いずれも長時間の紫外線照射に対しても素子受光面側のＥＶＡが黄変することなく、黄変による性能の低下はほとんどない。

実施例１は実施例２，３に比べて僅かに短絡電流の低下が大きく、ＥＶＡが目視で分からない程度に黄変していることが推察されるが、その出力への影響は極僅かであり、実使用上問題無い程度である。

また、実施例４では透光性部材をガラスからＥＴＦＥへ変更しているが、ガラス同様ＥＶＡの黄変は認められない。

実施例５では太陽電池素子として多結晶シリコン太陽電池を用いたが、アモルファスシリコン同様、試験後のＥＶＡの黄変は見られず、試験前後で出力の低下は僅かである。

なお、実施例４では透光性部材としてＥＴＦＥフィルムを用いているために、表面での反射損失がガラスよりも小さく、試験前の出力がガラスを用いた実施例よりも大きくなっている。

一方、表１、３から明らかなように、ガラスを透光性部材として用いた比較例１、２、４ではＥＶＡの黄変が顕在化し、同様にガラスを用いた対応する実施例と比べると、性能が大きく低下した。

比較例１、４では素子受光面側でＥＶＡが黄変しており、反面、素子裏面側や素子の外側では黄変は認められない。ＥＶＡ黄変の原因としては、ＥＶＡ中に残留している有機過酸化物との相互作用による紫外線吸収剤の変質が可能性として挙げられることは前述した通りであるが、素子裏面側については紫外線が当たらないこと、素子の外側については裏面保護部材であるＰＶＦフィルムを通して残留していた有機過酸化物が抜けていくために黄変が起こり難いと推察される。

また、比較例２ではＥＶＡが全体に渡り大きく黄変している。すなわち、光安定化剤による光劣化及び熱劣化抑制がないために、ＥＶＡ全体が黄変したものと考えられる。

比較例３ではＥＶＡの黄変はなく、黄変による性能低下は認められない。これは、透光性部材であるＥＴＦＥフィルムから有機過酸化物が抜けていくことと、ＥＴＦＥフィルムの酸素透過性が大きいためだと推察される。すなわち、光入射側の最表面に位置する透明な表面保護フィルムにある程度の酸素透過度を持たせることによって、封止剤樹脂に生成した共役二重結合などの黄変を発現する化学構造が酸素によって解消される、いわゆる「フォトブリーチ」現象によって、長期間の屋外曝露や促進耐候性試験において、表面保護フィルムと太陽電池素子の間に配される封止材樹脂の黄変を抑制できるためである。これら理由により、透光性部材がＥＴＦＥフィルムの場合は、元来、ＥＶＡの黄変は発現しにくいものであり、本発明による黄変抑制効果は期待できない。しかしながら、表２から明らかなように、透光性部材としてＥＴＦＥフィルムを用いたアモルファスシリコン太陽電池モジュールである実施例４と比較例３を比較すると、試験前の出力が実施例４の方が大きいことが分かる。アモルファスシリコン太陽電池は結晶系に比べて紫外線領域での分光感度が大きく、紫外線吸収剤を多く含むＥＶＡで封止すると出力が大きく低下する。比較例３で試験前の出力が実施例４よりも小さいのはこれが原因であり、本発明が封止による出力の低下を最小限にできる効果も併せ持っていることを示しており、その効果はアモルファスシリコン太陽電池の場合、より顕著である。

さらに、実施例６では裏面封止用ＥＶＡの紫外線吸収剤の濃度を高くすることによって、裏面保護部材であるＰＥＴフィルムの紫外線による劣化を防ぐことができた。すなわち、他の実施例のように光劣化に強いＰＶＦフィルムを用いる必要が無く、ＰＥＴフィルムのような安価な部材でも十分信頼性の高い太陽電池モジュールを作製することができた。

本発明を実施した太陽電池モジュールの一実施形態の概略平面図及び概略断面図である。 実施例１の太陽電池モジュールの作製過程を表す概略断面図である。 従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略平面図及び概略断面図である。

符号の説明

１：太陽電池素子
２：透光性部材
３：裏面保護部材
４：表面封止用有機高分子樹脂
５：裏面封止用有機高分子樹脂
６：バスバー電極
７：集電電極
８：太陽電池素子直列体
９：ガラス（透光性部材）
１０：ＰＶＦフィルム（裏面保護部材）
１１：表面封止用ＥＶＡシート
１２：裏面封止用ＥＶＡシート
１３：有機高分子樹脂

Claims (4)

1. 太陽電池素子の受光面側が有機高分子樹脂とその外側の透光性部材とで封止されている太陽電池モジュールにおいて、前記有機高分子樹脂に、ヒンダードアミン系光安定化剤と、有機過酸化物からなる架橋剤とが含有されており、前記有機高分子樹脂に含まれる有機化合物からなる紫外線吸収剤の濃度が０．０１重量％以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記紫外線吸収剤の濃度が０．００１重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記ヒンダードアミン系光安定化剤の濃度が０．５〜１．０重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池素子の非受光面側が有機高分子樹脂とその外側の裏面保護部材とで封止されており、前記非受光面側の有機高分子樹脂に、前記受光面側の有機高分子樹脂よりも高濃度で紫外線吸収剤が含有されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

Images