JP2006186233A - 太陽電池封止材 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸化セリウムを含有しないガラスを保護層とする太陽電池モジュールに使用可能な、耐紫外線性が改良された太陽電池封止材、及びそれを使用した発電効率の改良された太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 エチレン単位含有量が６０〜８５重量％であるエチレン系共重合体を主成分とし、該共重合体１００重量部に対して酸化セリウムを０．０５〜１重量部の割合で含有する樹脂組成物からなる太陽電池封止材、及び該封止材で太陽電池素子を封止してなる太陽電池モジュール。
【選択図】 なし

Description

本発明は、紫外線による劣化傾向の低減された太陽電池封止材に関する。とりわけセリウムを含有しないガラスを保護層とする太陽電池モジュールにおいて好適に使用できる太陽電池封止材に関する。

太陽電池モジュールは、通常、太陽光受光側から順に、保護ガラス、太陽電池封止材、太陽電池素子、太陽電池封止材、バックフィルムという構成になっている。最外部の保護ガラスとしては、通常、太陽電池素子や太陽電池封止材の劣化を促進させる波長域３００〜４００ｎｍの紫外線の透過を防ぐために、意図的に酸化セリウムを含有させたものが用いられている。しかしながら近年、太陽電池の更なる発電効率の改良が求められており、保護ガラス中への酸化セリウムの添加を省略することによって光線透過率を向上させ、発電効率を高めようとする検討が、太陽電池モジュールメーカーやガラスメーカーで行われてきている。

セリウムを含有しないガラスを用いる場合、セリウムを含有するガラスを用いた場合に比較して、確かに波長域３００〜４００ｎｍの紫外線の透過量は多くなり、例えば波長３８０ｎｍの紫外線透過率は、セリウムを含有するガラスの場合では３８％であるのに対し、セリウムを含有しないガラスでは７７％と約２倍になる。しかしながらその一方で、紫外線透過量が増大するため、封止材や太陽電池素子の劣化が問題となっている。

現在、セリウムを含有するガラスを使用する場合でも、透過する紫外線による太陽電池封止材自体や太陽電池素子の劣化を防止するために、各種の紫外線吸収剤が封止材に添加されている。そのためセリウムを含有しないガラスを用いる場合に促進される劣化を抑制するために、太陽電池封止材に添加される紫外線吸収剤を増量することは考えられるが、その抑制効果には限界があり、一定量以上増量しても太陽電池封止材の変色等の劣化現象が観察されることがあった。また一般に紫外線吸収剤は融点が低いため、その添加量を多くすると、太陽電池封止材を押出成形やカレンダー成形等により作製する場合、押出成形法では押出機内でサージングし、一定厚みのシートを安定して生産することが困難になる場合があった。またカレンダー成形法では、紫外線吸収剤の滑剤効果により、ロールにシートが巻きつき難くなり、安定したシート成形が困難になるなど成形上の問題があった。

本発明の目的は、かかる現状に鑑み、上述のセリウムを含有しないガラスを表面保護層とする太陽電池モジュールにおいても、汎用の紫外線吸収剤を多量に添加することなく、したがって上述のような成形上の問題を生じることなく、太陽電池素子や太陽電池封止材の紫外線による劣化を効果的に抑制する処方を提供することにある。

すなわち本発明によれば、エチレン単位含有量が６０〜８５重量％であるエチレン系共重合体を主成分とし、該共重合体１００重量部に対して酸化セリウムを０．０５〜１重量部の割合で含有する樹脂組成物からなる太陽電池（太陽電池素子）封止材が提供される。

本発明の太陽電池封止材を用いることにより、セリウムを含有しない保護ガラスを受光側に用いても、太陽電池素子や太陽電池封止材の紫外線による劣化を効果的に抑制することができる。したがって発電効率の改善された太陽電池モジュールを得ることができる。

本発明の太陽電池封止材は、エチレン単位含有量が６０〜８５重量％、好ましくは６５〜８０重量％であるエチレン系共重合体を主成分とし、エチレンと共重合するモノマー単位含有量が４０〜１５重量％、好ましくは３５〜２０重量％、該共重合体１００重量部に対して酸化セリウムを０．０５〜１重量部、好ましくは０．１〜０．５重量部の割合で含有する樹脂組成物からなる。上記エチレン系共重合体としてはまた、成形性、機械的強度等を考慮すると、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＪＩＳ Ｋ７２１０−１９９９）が０．５〜１５０ｇ／１０分、とくに１〜１００ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。エチレン系共重合体として上記のようなエチレン含量及びメルトフローレートのものを使用することにより、柔軟性、透明性、成形性、耐ブロッキング性、太陽電池素子保護性に優れた太陽電池封止材を得ることができる。

上記エチレン系共重合体としては、エチレンと極性モノマーの共重合体及びエチレンと炭素数３以上のα−オレフィンの共重合体から選ばれる一種又は二種以上を例示することができる。具体的にエチレン・極性モノマー共重合体の極性モノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのようなビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソオクチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸イソブチル、マレイン酸ジメチル等の不飽和カルボン酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸、これら不飽和カルボン酸の塩、一酸化炭素、二酸化硫黄などの一種又は二種以上などを例示することができる。不飽和カルボン酸の塩としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどの１価金属、マグネシウム、カルシウム、亜鉛などの多価金属の塩などを挙げることができる。また上記エチレンと炭素数３以上のα−オレフィンの共重合体における炭素数３以上のα−オレフィンとしては、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテンなどを挙げることができる。

好適なエチレン系共重合体としてより具体的には、エチレン・酢酸ビニル共重合体のようなエチレン・ビニルエステル共重合体、エチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸イソブチル共重合体、エチレン・アクリル酸ｎ−ブチル共重合体のようなエチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体、エチレン・アクリル酸イソブチル・メタクリル酸共重合体のようなエチレン・不飽和カルボン酸共重合体及びそのアイオノマーなどを代表例として例示することができる。これらの中では、エチレン・酢酸ビニル共重合体又はエチレン・アクリル酸エステル共重合体が好ましく、とりわけ易入手性、成形性、透明性、柔軟性、接着性、耐光性等の太陽電池封止材の要求物性に対する適合性を考慮すると、エチレン・酢酸ビニル共重合体がとくに好ましい。

本発明で使用される酸化セリウムは、化学式ＣｅＯ_２で示される化合物であって、通常淡黄色の微粒子として入手することができる。酸化セリウムとしては、水分散、溶剤分散あるいはシリカ等による表面被覆等の処理が施されたものを使用することができる。また使用される酸化セリウムの粒径は、０．００５〜５０μｍ程度であることが好ましい。酸化セリウムの添加量は、耐紫外線効果を発現するために、上記エチレン系共重合体１００重量部に対し０．０５重量部以上配合する必要があるが、あまり多量に配合すると封止材の透明性を損ね、発電効率を低下させるので、エチレン系共重合体１００重量部に対し１重量部以下とされる。

本発明の太陽電池封止材に用いられるエチレン系共重合体と酸化セリウムからなる樹脂組成物には、汎用の紫外線吸収剤を配合することが望ましい。このような紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、サリチル酸エステル系など各種タイプのものを使用することができる。

ベンゾフェノン系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−オクトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−ドデシルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクタデシルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ベンジルオ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、２−ヒドロキシ−５−クロロベンゾフェノン、２，４−ジヒドロ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、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノンなどを挙げることができる。

ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、ヒドロキシフェニル置換ベンゾトリアゾール化合物であって、例えば、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−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３−メチル−５−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−アミルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３、５−ジメチルフェニル）−５−メトキシベンゾトリアゾール、２−（２−ｎ−オクタデシルオキシ−３、５−ジメチルフェニル）−５−メチルベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−メトキシフェニル）−５−メチルベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３−ｔ−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−５−ｔ−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−５−フェニルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）−５，６−ジクロロベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−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−ｔ−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−メチルフェニル）−５−ブトキシカルボニルベンゾトリアゾール、２−（２−アセトキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−［２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α，α−ジメチルベンジル）フェニル］−２Ｈベンゾトリアゾールなどを挙げることができる。またトリアジン系紫外線吸収剤としては、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）フェノールなどを挙げることができる。サリチル酸エステル系としては、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などを挙げることができる。

これらの中では、酸化セリウムとの併用効果の発現性及び紫外線領域での広範な紫外線吸収能力を考慮すると、ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤を使用するのが好ましい。これら紫外線吸収剤は、上記エチレン系共重合体１００重量部に対して、０．１〜２重量部、とくに０．１〜１重量部の割合で配合するのが効果的である。すなわちその配合量が上記割合より少ないと、配合効果が発現し難い一方で、その配合量が上記範囲より多くなると、封止材を押出成形法やカレンダー成形法で作成する場合において、すでに述べたように押出成形法では紫外線吸収剤のブリードにより、押出機内でサージング発生の恐れがあり、一定厚みのシート成形が難しくなる場合がある。またカレンダー成形法においては、ブリードした紫外線吸収剤が滑剤として働き、ロールにうまく巻きつかなくなる可能性が生じる。

本発明の太陽電池封止材は、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、エチレン系共重合体が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。そのために太陽電池封止材を構成する樹脂組成物には、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１１０〜１６０℃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。

架橋剤の好適な配合量は、架橋剤の種類によっても異なるが、エチレン系共重合体１００重量部に対し、０．１〜５重量部、とくに０．５〜３重量部の割合と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系共重合体１００重量部に対し、０．５〜５重量部程度の割合で配合するのが効果的である。

本発明の封止材を構成する樹脂組成物には、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、ヒンダードフェノール系やホスファイト系の酸化防止剤、ヒンダードアミン系の光安定剤、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。シランカップリング剤は、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化合物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。シランカップリング剤は、エチレン系共重合体１００重量部に対し、０．０１〜５重量部程度配合することが望ましい。

本発明の太陽電池封止材は、通常、０．１〜１．２ｍｍ、とくに０．１〜１．０ｍｍの厚みのシート状で使用することが好ましい。シート状太陽電池封止材の成形は、Ｔ−ダイ押出機、カレンダー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。例えばエチレン系共重合体に、酸化セリウム、必要に応じて添加される紫外線吸収剤、有機過酸化物、架橋助剤、シランカップリング剤、酸化防止剤、光安定剤等の添加剤を予めドライブレンドしてＴ−ダイ押出機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押出成形することによって得ることができる。勿論、これらドライブレンドに際して、一部又は全部の添加剤は、マスターバッチの形で使用することができる。またＴ−ダイ押出やカレンダー成形において、予めエチレン系共重合体に一部又は全部の添加剤を、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて溶融混合して得た樹脂組成物を使用することもできる。

本発明の封止材を用い、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、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。

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。本発明の封止材はとくにシリコン系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。本発明の封止材は、上部保護材として酸化セリウムを含有しないガラスを用いても、封止材及び太陽電池素子の紫外線による劣化傾向を抑制することができるので、発電効率のよい太陽電池モジュールを形成することができる。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、本発明の封止材に架橋剤を含有させる場合には、架橋剤が実質的に分解せず、かつ封止材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、封止材層におけるゲル分率（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％程度になるようにエチレン系共重合体を架橋するのがよい。したがってこれら諸条件を満足できるような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、実施例で用いる原料を以下に示す。
１．原料
（１）ＥＶＡ樹脂：エチレン・酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含量：２８重量％、ＭＦＲ：１５ｇ／１０分）
（２）酸化セリウム：日本電工（株）製ＳＣ−４０６０（１次粒径５０ｎｍ（長さ）×１０ｎｍ（直径）、平均粒径２．５μｍ）
（３）紫外線吸収剤：三共（株）製セイカライザーＥ
（４）架橋剤：２，５−ジメチル−２，５−ビス（第３ブチルパーオキシ）ヘキサン、商品名：ルパゾール１０１、アトフィナ吉富（株）製、１時間半減期温度：１４０℃
（５）シランカップリング剤：γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、商品名：ＫＢＭ５０３、信越化学（株）製

［実施例１］
上記ＥＶＡ樹脂ペレットを５０００ｇ、酸化セリウム５ｇ、上記架橋剤６０ｇ及び上記シランカップリング剤５ｇを混合し、含浸のため一昼夜放置する。得られた含浸ペレットを、押出機（Ｌ／Ｄ＝２６、フルフライトスクリュー、圧縮比２．６）を用いて加工温度１００℃にて混練して０．６ｍｍ厚みでシート化した。

[実施例２]
酸化セリウムの配合量を１５ｇに変えた以外は、実施例１と同様に行った。

[実施例３]
さらに上記紫外線吸収剤を１５ｇ配合した以外は、実施例１と同様に行った。

Claims (8)

1. エチレン単位含有量が６０〜８５重量％であるエチレン系共重合体を主成分とし、該共重合体１００重量部に対して酸化セリウムを０．０５〜１重量部の割合で含有する樹脂組成物からなる太陽電池封止材。
2. 上記共重合体１００重量部に対し、さらに紫外線吸収剤を０．１〜２重量部の割合で含有する請求項１記載の太陽電池封止材。
3. 紫外線吸収剤が、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤である請求項２記載の太陽電池封止材。
4. エチレン系共重合体が、エチレン・酢酸ビニル共重合体である請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池封止材。
5. シート状である請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池封止材。
6. 太陽電池素子を請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池封止材で封止してなる太陽電池モジュール。
7. 太陽電池封止材層が架橋されてなる請求項６記載の太陽電池モジュール。
8. セリウムを含有しない保護ガラスを使用してなる請求項６又は７記載の太陽電池モジュール。