JP2011066286A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】日光や風雨に晒されるというような過酷な環境の中で長期に亘り使用しても、使用する封止樹脂の接着力の低下が抑制され、電極の腐食を生じず、しかも良好な耐燃焼性を示す太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】ガラス基板、第1の充填層、タブ線が接続された太陽電池セル、第2の充填層及び保護シートが積層されてなる太陽電池モジュールにおいて、第2の充填層を、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンドポリマーから形成する。ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比を、20:80〜50:50とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
太陽電池モジュールとして、受光面の表面電極にリード線が予め貼り付けられている太陽電池セルの両面に封止接着剤シートを配し、更にガラス基板と保護シート(即ち、バックシート)とで挟み込んで真空ラミネート処理したものが提案されている(特許文献1)。このような太陽電池モジュールの封止樹脂シートとしては、透明性、柔軟性、接着性、引張強度、耐候性に優れているエチレン酢酸ビニル樹脂(EVA樹脂)に、架橋剤、紫外線吸収剤等を配合してシート化したものが広く使用されている。
特開2004−311571号公報
ところで、太陽電池モジュールは、屋外で日光や風雨に晒されるという過酷な環境の中で長期に亘り使用されるため、封止樹脂の接着力が低下し、特に保護シート側から微量の水分がモジュール内部へ侵入する場合があり、このような場合、一部のエチレン酢酸ビニル樹脂が加水分解して酸を発生し、発生した酸が太陽電池モジュールの電極を腐食させ、結果的に太陽電池モジュールの性能が低下するという問題があった。また、EVA樹脂は燃焼し易い樹脂であるため、太陽電池モジュールに対しては、封止樹脂として良好な耐燃焼性を示すものを使用することも求められている、
本発明は、上述した従来の問題を解決しようとするものであり、日光や風雨に晒されるというような過酷な環境の中で長期に亘り使用しても、使用する封止樹脂の接着力の低下が抑制され、電極の腐食を生じず、しかも良好な耐燃焼性を示す太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明者らは、太陽電池モジュールの少なくとも保護シート(バックシート)側の封止樹脂として従来より使用されているEVA樹脂に代わり、良好な接着力を示すとともに、加水分解し難さと耐燃焼性とを示す樹脂を探索したところ、接着力が比較的強いが加水分解性が比較的高いエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂と、接着力が比較的弱いが加水分解性が比較的低いエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンドポリマーの特性が、それぞれの好ましい特性(即ち、良好な接着性と加水分解のし難さ)が強く反映したものとなり、他方、好ましくない特性は軽減したものとなり、しかも良好な耐燃焼性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、モジュール基板、第1の封止樹脂層、タブ線が接続されている太陽電池セル、第2の封止樹脂層及び保護シートが積層されてなる太陽電池モジュールにおいて、
該第2の封止樹脂層が、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成されており、且つ該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が20:80〜50:50であることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
また、本発明は、真空ラミネーターに、モジュール基板、第1の封止樹脂シート、タブ線が接続又は仮貼りされている太陽電池セル、第2の封止樹脂シート及び保護シートが積層されてなる積層体を投入し、該積層体を真空ラミネート処理により一括一体化することにより上述の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
第2の封止樹脂シートとして、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成された封止樹脂シートであって、該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が20:80〜50:50である封止樹脂シートを使用することを特徴とする製造方法を提供する。
本発明は、更に、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成された太陽電池モジュール用封止樹脂シートであって、該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が20:80〜50:50であることを特徴とする太陽電池モジュール用封止樹脂シートを提供する。
本発明は、加えて、保護シート上に、上述の太陽電池モジュール用封止樹脂シートが積層されていることを特徴とする太陽電池モジュール用保護層付き封止樹脂シートを提供する。
本発明の太陽電池モジュールは、バックシート側の第2の封止樹脂層として、所定のブレンド比のエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンドポリマーをシート化したものを使用する。このブレンドポリマーは、良好な接着力と、加水分解し難さ(換言すれば、電極の腐食を実質的に抑制する性質や、接着力の劣化を抑制する性質)と、良好な耐燃焼性とを示す。従って、本発明の太陽電池モジュールは、その初期の性能を長期にわたり維持することができ、しかも良好な耐燃焼性を示す。第1の封止樹脂層も第2の封止樹脂層と同じ材料から構成することにより、本発明の太陽電池モジュールは、その初期の性能をより長期にわたり維持することができ、しかもより良好な耐燃焼性を示す。
また、本発明の製造方法によれば、真空ラミネーター処理により、所定のブレンド比のエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンドポリマーをシート化した太陽電池セル用封止樹脂シートを、少なくとも第2の封止樹脂層を作成するために使用する。従って、真空ラミネーター処理により、一括で一体化した太陽電池モジュールを高い生産性で製造することができる。
図1は、本発明の太陽電池モジュールの概略断面図である。 図2は、太陽電池モジュールの製造に使用する真空ラミネーターの本体から柔軟性蓋体を外した概略断面図である。 図3は、真空ラミネーターで行う真空ラミネート処理の説明図である。
本発明の太陽電池モジュールを、図1を参照しながら説明する。
本発明の太陽電池モジュールは、その概略断面図(図1)に示すように、モジュール基板1上に、第1の封止樹脂層2、太陽電池モジュール10の外部への導通を取るためのタブ線6が接続された太陽電池セル3、第2の封止樹脂層4、保護シート5が順次積層された構造を有する。また、タブ線6は、太陽電池セル3のガラス基板1側(即ち、受光面)の表面電極に接続されているが、好ましくは、導電接着剤(図示せず)により接続されていることが生産性向上や応力緩和のために好ましい。なお、このような層構成自体は、従来の太陽電池モジュールの構成と基本的に同一である。
本発明の太陽電池モジュールの特徴は、少なくとも第2の封止樹脂層4が、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂(以下、エステルポリオールポリウレタンと称することがある)とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂(以下、エーテルポリオールポリウレタンと称する)とのブレンドポリマーから形成されていることである。このようなブレンドポリマーを使用することにより、良好な接着力と加水分解し難さを第2の封止樹脂層4に付与することができる。しかも、太陽電池モジュールにUL規格94の難燃性を付与することができる。なお、少なくとも第2の封止樹脂層4を特定のブレンドポリマーから構成する理由は、太陽電池モジュールへの水分侵入が主として保護シート側から生じているからである。
エステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとのブレンド質量比は、前者が少なすぎると接着力が弱くなり、多すぎると加水分解し易くなり、表面電極に腐食が生じ易く、また、接着力の劣化も生じ易くなるので、20:80〜50:50、好ましくは30:70〜50:50である。
上述のブレンドポリマーには、必要に応じて、他の熱可塑性樹脂、シランカップリング剤、架橋剤、酸化防止剤などを含有させることができる。
第2の封止樹脂層の層厚は、太陽電池セル3のサイズにより異なるが、通常0.1〜0.6mm、好ましくは0.2〜0.5mmである。
本発明において第1の封止樹脂層は、従来と同様にEVA樹脂であってもよいが、第2の封止樹脂層と同様の特定のブレンドポリマーから形成することが好ましい。これにより、より良好な接着力と加水分解し難さとを第1の封止樹脂層2にも付与することができる。しかも、太陽電池モジュールにより良好なUL規格94の難燃性を付与することができる。
太陽電池セル3や保護シート5、タブ線6、導電接着剤としては、従来公知の太陽電池セル、保護シート、タブ線、導電接着剤を使用することができる。
例えば、太陽電池セル3としては、単結晶シリコン太陽電池セル、多結晶シリコン太陽電池セル、薄膜シリコン太陽電池セル、HIT太陽電池セル、CIGS系薄膜太陽電池セル等を使用することができる。保護シート5としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂シート、ガラス板等を使用することができる。また、タブ線6としては、150μm厚の銅リボンに40μm厚のハンダメッキを施したタブリボン等を使用することができる。導電接着剤としては、従来よりこの種のタブ線の接続に用いられている熱硬化性バインダー樹脂に金属粒子、金属被覆樹脂粒子等の導電粒子を分散させた熱硬化性導電接着剤等を使用することができる。
なお、第2の封止樹脂層4乃至第1の封止樹脂層2を形成するためのブレンドポリマー(即ち、エステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとを特定のブレンド比でブレンドしたもの)は、通常、シート状に成形して使用に供される。このようなシートは、太陽電池モジュール用封止樹脂シートとして本発明の一態様となる。このような太陽電池モジュール用封止樹脂シートは、溶融ブレンドポリマーを押し出しダイからシート状に押し出すという押出成形法により製造することもできるが、剥離シート上に、トルエン等の有機溶媒により希釈したブレンドポリマーコーティング液を公知のコーティング法により塗布し、乾燥するというキャスト法により製造することができる。太陽電池モジュール用封止樹脂シートの厚みは、使用目的に応じて適宜選択することができる。
また、第2の封止樹脂層4と保護シート5とは、太陽電池モジュールの生産性を向上させる等のために、予め一体化しておき、保護層付き封止樹脂シートとして使用することができる。このようなシートも、太陽電池モジュール用保護層付き封止樹脂シートとして本発明の一態様となる。ここで、一体化は公知の技術を利用して行うことができ、押出形成法やキャスト法等により行うことができる。
本発明の太陽電池セル3は、公知の真空ラミネーターを使用して製造することができる。即ち、真空ラミネーターに、モジュール基板、第1の封止樹脂シート、タブ線が接続又は仮貼りされた太陽電池セル、第2の封止樹脂シート及び保護シートが積層されてなる積層体を投入し、該積層体を真空ラミネート処理で一括一体化することにより、図1に示す本発明の太陽電池モジュールを製造することができる。ここで、タブ線が接続された太陽電池セルとは、例えば、真空ラミネート処理に投入する前に、既に太陽電池セルにハンダや導電性接着剤によりタブ線が強固に接続した状態のものであり、タブ線が仮貼りされた太陽電池セルとは、例えば、導電性接着剤の粘着力より常温で貼り直しが可能な程度にタブ線が貼り付いた状態のものを意味している。
本発明で使用できる真空ラミネーターの一例を以下に説明する。図2に示すように、真空ラミネーター10は、ラミネート処理空間を形成するための、ステンレススチールなどの金属製の本体11と、その本体11上に被せてラミネート処理空間を密封するシリコーンラバーシートなどの柔軟性蓋体12とから構成されている。本体11は、その外周壁11aの内側に傾斜面11bが形成されており、減圧時にはこの傾斜面11bに柔軟性蓋体12が沿って変形する。また、本体11には、減圧装置には、排気口11cが設けられており、この排気口11cは真空ポンプ(図示せず)に接続されている。
次に、真空ラミネート処理について具体的に説明する。
まず、真空ラミネーター10の本体11の内底に剥離シート13を敷き、その上にモジュール基板1、第1の封止樹脂シート2′、受光面に設けられた表面電極にタブ線が接続又は仮貼りされた太陽電池セル3、第2の封止樹脂シート4′及び保護シート5を位置合わせして積層する。その積層体の上に別な剥離シート14を載せ、更に柔軟性蓋体12を被せる。この場合、第2の封止樹脂シート4′及び保護シート5に代えて、前述した太陽電池モジュール用保護層付き封止樹脂シートを使用することができる。
次に、真空ラミネーター10を加熱炉(図示せず)に投入して封止樹脂が軟化乃至溶融する温度に加熱しながら、排気口11cからラミネート処理空間内を真空引きする。これにより、柔軟性蓋体11が積層体を加圧し、真空ラミネート処理が達成され、太陽電池モジュールが得られる。この真空ラミネート処理の際、仮貼りされたタブ線は本接続される。
以下、発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1〜2及び比較例1〜3
(1)樹脂樹脂シートの作成
表1に記載の配合量のエステルポリオールポリウレタン(エラストランETHD95A、BASFジャパン(株))及びエーテルポリオールポリウレタン(エラストランET370、BASFジャパン(株))と、エポキシ系シランカップリング剤(KBM−403 、信越化学工業(株))0.5質量部とを、テトラヒドロフランを用いて溶解してブレンドし、キャスト法により0.4mm厚の封止樹脂シートを作成した。なお、比較例1では、封止樹脂として、厚さ0.5mmのEVA樹脂シートを使用した。
(2)太陽電池モジュールの作成
真空ラミネーター(1016S、日清紡メカトロニクス(株))内に、厚さ3mmのガラスモジュール基板を配置し、その上に、順次、上述の(1)で作成した封止樹脂シート、受光面にアルミニウム表面電極にハンダ被覆銅タブ線がエポキシ系熱硬化性導電接着剤で仮貼りされた厚さ180μmの太陽電池セル(多結晶Siセル:IM12525、Motech(株))、上述の(1)で作成した封止樹脂シート、及び厚さ230μmのポリエステル保護シート(BS−SP、凸版印刷(株))を積層し、150℃の加熱炉中で0.1MPaの圧力が積層体に付加されるように真空ラミネート処理を5分間行うことにより、太陽電池モジュールを作成した。
実施例3
(a)保護層付き封止樹脂シートの作成
接着層が片面に形成されたポリエステル保護シート(BS−SP、凸版印刷(株))上に、実施例1と同様にブレンドポリマーを押出成形することにより、保護層付きの封止樹脂シートを作成した。
(b)太陽電池モジュールの作成
太陽電池セル上に実施例1の(1)の封止樹脂シートと保護シートを積層することに代えて、上述の(a)の保護層付き封止樹脂シートを積層すること以外、実施例1と同様にして太陽電池モジュールを作成した。
実施例4
実施例1の第1の封止樹脂シートに代えて、比較例1で使用したEVA樹脂シートを使用すること以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュールを作成した。
<評価>
(接着力)
実施例1〜4及び比較例1〜3で得られた太陽電池モジュールを、真空ラミネート後および温度85℃、湿度85%の環境下で1000時間保存した後に、ガラスモジュール基板に対する接着力を、JIS―K6854−2に準じ、50mm/分の剥離速度で180度剥離試験を行い、接着力を測定した。得られた結果を表1に示す。
(耐腐食性)
実施例1〜4及び比較例1〜3で得られた太陽電池モジュールを、温度85℃、湿度85%の環境下で1000時間保存した後に、太陽電池セルのアルミニウム表面電極に腐食(変色)が生じたか否かを光学顕微鏡にて目視観察した。得られた結果を表1に示す。
(耐燃焼性)
実施例1〜4及び比較例1〜3で得た封止樹脂シートを、幅13mm、長さ125mmに切り出し、UL規格94に準じ、10秒間接火という条件で燃焼するか否かを観察した。得られた結果を表1に示す。
Figure 2011066286
表1からわかるように、第1及び第2の封止樹脂層の封止樹脂として、エステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとを30:70〜50:50の質量比で含有するブレンドポリマーを使用した実施例1〜3の太陽電池モジュールは、温度85℃、湿度85%の環境下で1000時間保存した後でも、接着力の低下が抑制され、腐食も生じなかった。また、耐燃焼性も良好であった。なお、受光面側の封止樹脂層としてEVA樹脂層を使用した以外、実施例1と同様にして作成した太陽電池モジュールについても良好な結果であったことから、少なくとも保護シート側の封止樹脂層について、エステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとを30:70〜50:50の質量比で含有するブレンドポリマーを使用すればよいことがわかった。
それに対し、比較例1及び2の太陽電池モジュールは、封止樹脂として使用したブレンドポリマーのエステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとが30:70〜50:50の質量比の範囲外であるため、接着力の低下が著しいものであった。なお、EVAを数詞樹脂として使用した比較例3の太陽電池モジュールは、耐腐食性と耐燃焼性とに問題があった。
本発明の太陽電池モジュールは、封止樹脂として、良好な接着力と、加水分解し難さ(換言すれば、電極の腐食を実質的に抑制する性質)と、良好な耐燃焼性とを示す、所定のブレンド比のエステルポリオールポリウレタンとエーテルポリオールポリウレタンとの熱可塑性ブレンドポリマーを使用する。従って、本発明の太陽電池モジュールは、初期の性能を長期にわたり維持することができ、しかも良好な耐燃焼性を示す太陽電離モジュールとして有用である。
1 モジュール基板
2 第1の封止樹脂層
3 太陽電池セル
4 第2の封止樹脂層
5 保護シート
10 真空ラミネーター
11 本体
11a 外周壁
11b 傾斜面
11c 排気口
12 柔軟性蓋体

Claims (9)

  1. モジュール基板、第1の封止樹脂層、タブ線が接続されている太陽電池セル、第2の封止樹脂層及び保護シートが積層されてなる太陽電池モジュールにおいて、
    該第2の封止樹脂層が、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成されており、且つ該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が20:80〜50:50であることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 該第1の封止樹脂層が、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成されており、且つ該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が30:70〜50:50である請求項1記載の太陽電池モジュール。
  3. 第2の封止樹脂シート及び保護シートが、予め一体化されている保護層付き封止樹脂シートである請求項1又は2記載の太陽電池モジュール。
  4. 太陽電池セルの受光面に設けられた表面電極にタブ線が導電性接着剤により接合されている請求項1又は2記載の太陽電池モジュール。
  5. 真空ラミネーターに、モジュール基板、第1の封止樹脂シート、タブ線が接続又は仮貼りされた太陽電池セル、第2の封止樹脂シート及び保護シートが積層されてなる積層体を投入し、該積層体を真空ラミネート処理により一括一体化することにより請求項1記載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
    第2の封止樹脂シートとして、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成された封止樹脂シートであって、該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が30:70〜50:50である封止樹脂シートを使用することを特徴とする製造方法。
  6. 第1の封止樹脂シートとして、エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成された封止樹脂シートであって、該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が30:70〜50:50である封止樹脂シートを使用する請求項5記載の製造方法。
  7. 第2の封止樹脂シート及び保護シートとして、予め一体化されている保護層付き封止樹脂シートを使用する請求項5又は6記載の製造方法。
  8. エステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂からなるブレンドポリマーから形成された太陽電池モジュール用封止樹脂シートであって、該ブレンドポリマーにおけるエステル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とエーテル系ポリオールユニットを有する熱可塑性ポリウレタン樹脂とのブレンド質量比が30:70〜50:50であることを特徴とする太陽電池モジュール用封止樹脂シート。
  9. 保護シート上に、請求項8記載の太陽電池モジュール用封止樹脂シートが積層されていることを特徴とする太陽電池モジュール用保護層付き封止樹脂シート。
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