JP2011151391A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】加工時に熱変形し難い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽光入射側から、表面保護樹脂シート、充填材、光起電力素子、充填材および裏面保護シートの順に積層された太陽電池モジュールであって、前記表面保護樹脂シートが、その少なくとも片面に硬化膜を有する透明性樹脂シートであり、前記表面保護樹脂シートの硬化膜が少なくとも前記充填材側に配置されている太陽電池モジュール。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

近年、環境意識の高まりによって有限な資源である化石燃料に依存した火力発電から、クリーンなエネルギーである太陽光発電への発電方法のシフトが進んでおり、現在様々な種類の太陽電池モジュールが開発されている。かかる太陽電池モジュールに使用される表面保護部材としてはガラス板を使用したものが一般的であるが、ここで使用されるガラス板には、保護部材としての強度を維持するために３ｍｍ以上の厚さが必要とされている。太陽電池モジュールから一般家庭に必要な電力を供給するためには、２０ｍ^２以上の面積が必要とされることから、ガラス板の重量は１００ｋｇ以上にも達する。また、一般家庭にて太陽電池モジュールを使用する場合は、太陽光を有効に活用できる屋根上に設置するのが一般的である。したがって、かかる重量物を屋根上に設置する際には、家屋の構造を補強するための施工が必要となり、設置コストの増加を招く場合があるという問題があった。

ところで、表面保護部材の透過率が良好であると太陽電池の変換効率が向上することから、表面保護部材には高い光透過性が望まれる。太陽電池表面保護部材として従来使用されているガラス板の透過率は９２％程度であるのに対し、ポリメチルメタクリレート板（以下、アクリル系樹脂板という）は９４％程度の透過率を示すことから、アクリル系樹脂板は表面保護部材として最適である。

ところで、太陽電池モジュールを製造する従来の方法として、真空ラミネーターにて１２〜１６０℃程度に加熱する方法が挙げられる。しかしながら、上記製造プロセスにおいて、太陽電池モジュール用表面保護部材としてガラス板の代わりにアクリル系樹脂板を使用すると、加熱した際にアクリル系樹脂板が変形し、その後にモジュールが組み立てられないという問題があった。即ち、当該モジュール製造プロセスは、真空ラミネーターのヒーター上に、網目状の離型シート、表面保護部材、充填層、光起電力素子、充填層、裏面保護部材を順次積層させた後、これらを一体的に真空吸引して加熱圧着することでモジュールを得る公知のラミネーション方法であるところ、加熱圧着時の温度が１２０〜１６０℃程度に達するため、アクリル系樹脂板が軟化し、反りが発生したり、表面形状が変形したりするためである。モジュールに反りが生じると、アルミフレームで固定できなくなり、さらには光起電力素子として使用されるシリコンウエハーの割れや配線の断線の恐れがある。従って、アクリル樹脂板を太陽電池モジュールの保護部材として使用するためには、上記課題を解決する必要があった。

例えば特許文献１には、アクリル系樹脂板を表面保護部材として使用することが提案されているが、公知のラミネーション方法における上記課題を克服する手段については明らかにされておらず、軽量かつ高い変換効率を有する太陽電池モジュールが得られ難かった。

特開２００３−１８００９３号公報

本発明の目的は、加工時に熱変形し難い太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明は、太陽光入射側から、表面保護樹脂シート、充填材、光起電力素子、充填材および裏面保護シートの順に積層された太陽電池モジュールであって、前記表面保護樹脂シートが、その少なくとも片面に硬化膜を有する透明性樹脂シートであり、前記表面保護樹脂シートの硬化膜が少なくとも前記充填材側に配置されている太陽電池モジュールである。

本発明により、加工時に熱変形し難く、軽量かつ変換効率に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。

以下、本発明の詳細を説明する。
（樹脂シート）
本発明において、太陽電池モジュール用表面保護樹脂シート（基材）として透明性樹脂シートが用いられる。この透明性樹脂シートは特に限定されないが、例えば透明性に優れた（メタ）アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂等のシートが挙げられる。その中でも、４００ｎｍ以上の透過率に優れる（メタ）アクリル樹脂シートが好ましい。より具体的には、メタクリル酸メチル単独重合体またはメタクリル酸メチルおよびこれと共重合可能なビニル系単量体との共重合体からなるメタクリル樹脂が挙げられる。

メタクリル酸メチルと共重合可能なビニル系単量体としては、例えば（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル等のメタクリル酸メチル以外の（メタ）アクリル酸エステルが挙げられる。ここで「（メタ）アクリル酸」とは、アクリル酸又はメタクリル酸を意味する。これらメタクリル酸メチルと共重合可能なビニル系単量体は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
（硬化膜）
本発明で使用される前記透明性樹脂シートは、少なくとも片面に硬化膜が形成されている。

前記透明性樹脂シートの少なくとも片面に硬化膜が形成されていると、太陽電池モジュールの製造プロセスにおける表面保護シートの変形が抑制され、太陽電池モジュールを製造することが出来る。

前記透明性樹脂シートの表面に形成する硬化膜の組成、形成方法、厚みは特に限定されず、活性エネルギー線硬化性重合体原料を表面に塗布し、紫外線等の活性エネルギー線を照射して硬化膜を得る方法、シリコン系、メラミン系の熱硬化性重合体原料を表面に塗布し、加熱して硬化膜を得る方法等、公知の方法を用いることが出来る。

活性エネルギー線硬化性重合体原料を使用する場合の硬化膜の形成方法は、分子中に少なくとも２個の（メタ）アクリロイルオキシ基を有する重合性化合物（ａ−１）１００質量部に対して、光開始剤（ａ−２）０．１〜１０質量部を加えた混合物を用い、該混合物を透明性樹脂シート表面に塗布した後、紫外線を照射する方法が、重合硬化速度の観点から好ましい。重合性化合物（ａ−１）は、分子中に少なくとも２個の（メタ）アクリロイルオキシ基を有する架橋反応性化合物であり、各（メタ）アクリロイルオキシ基を結合する残基が、炭化水素またはその誘導体であり、その分子内にはエーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合等を含むことができる。なお、（メタ）アクリロイルオキシとは、アクリロイルオキシ及び／又はメタクリロイルオキシを意味する。

これらの化合物の主な例としては、１モルの多価アルコールと、２モル以上の（メタ）アクリル酸またはそれらの誘導体とから得られるエステル化物；多価アルコールと多価カルボン酸またはそれの無水物と（メタ）アクリル酸またはそれらの誘導体とから得られる、１分子中に２個以上の（メタ）アクリロイルオキシ基を有する線状のエステル化物等を挙げることができる。

１モルの多価アルコールと、２モル以上の（メタ）アクリル酸とから得られるエステルの例としては、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等のポリエチレングリコールのジ（メタ）アクリレート；１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、ペンタグリセロールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、トリペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、等を挙げることができる。

多価アルコールと多価カルボン酸またはそれの無水物と（メタ）アクリル酸とから得られる１分子中に２個以上の（メタ）アクリロイルオキシ基を有する線状のエステル化物において、多価アルコールと多価カルボン酸またはそれの無水物と（メタ）アクリル酸の好ましい組合わせとしては、マロン酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、マロン酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、コハク酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、コハク酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、アジピン酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、アジピン酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、グルタル酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、グルタル酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、セバシン酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、セバシン酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、フマル酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、フマル酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、イタコン酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、イタコン酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸、無水マレイン酸／トリメチロールエタン／（メタ）アクリル酸、無水マレイン酸／トリメチロールプロパン／（メタ）アクリル酸等を挙げることができる。

重合性化合物（ａ−１）の他の例としては、トリメチロールプロパントルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート等の３量化により得られるポリイソシアネートと、活性水素を有するアクリルモノマー、例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−メトキシプロピル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等とを、１モル当たり３モル以上を反応させて得られるウレタン（メタ）アクリレート；トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌル酸のジ（メタ）アクリレート、トリ（メタ）アクリレート等のポリ[（メタ）アクリロイルオキシエチレン]イソシアヌレート；公知のエポキシポリアクリレート；公知のウレタンポリアクリレート等を挙げることができる。

これら重合性化合物（ａ−１）としては、以上の化合物を１種以上使用できる。

光開始剤（ａ−２）は特に限定されないが、具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、アセトイン、ブチロイン、トルオイン、ベンゾフェノン、ｐ−メトキシベンゾフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、α，α−ジメトキシ−α−フェニルアセトフェノン等のカルボニル化合物；テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド等の硫黄化合物；２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ベンゾイルジエトキシフォスフィンオキサイド等を挙げることができる。

光開始剤（ａ−２）の添加量は、重合性化合物（ａ−１）１００質量部に対し、０．１〜１０質量部である。０．１質量部以上であると、光硬化性重合体原料の硬化性が向上し、１０質量部以下であると硬化膜の着色が発生しない傾向がある。開始剤は１種以上を使用できる。

光硬化重合体原料には、目的に応じて従来から使用されている種々の添加剤を加えることができる。添加剤としては、界面活性剤、レベリング剤、染料、顔料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、難燃剤、可塑剤等を挙げることができる。添加剤の添加量は、得られる硬化膜の物性が損なわれない範囲内で適宜選択できるが、重合性化合物（ａ−１）、光開始剤（ａ−２）の合計１００質量部当たり、１０質量部以下であることが好ましい。

活性エネルギー線硬化性重合体原料を用いて硬化膜を有する透明性樹脂シートを製造する方法は特に限定されないが、対向する一対の鋳型の少なくとも一方の内面に、光硬化性重合体原料を塗布し、塗布された光硬化性重合体原料を硬化させて硬化膜を形成し、鋳型のキャビティ内にメタクリル系重合性混合物を注入して注型重合し、鋳型を剥離することで硬化膜を得る方法が挙げられる。または、対向する一対の鋳型のキャビティ内にメタクリル系重合性混合物とラジカル重合開始剤を注入して注型重合し、鋳型を剥離して透明性樹脂シートを得た後、該樹脂シートの少なくとも片面に光硬化性重合体原料を塗布して硬化させて硬化膜を形成し、透明性樹脂シートを得る方法であってもよい。ここで使用されるラジカル重合の具体例としては、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ヘキシ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−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、２,２'−アゾビス（４−メトキシ−２,４−ジメチルバレロニトリル）、２,２'−アゾビス（２,４−ジメチルバレロニトリル）、２,２'−アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。これらは併用することが出来る。ラジカル重合開始剤の添加量は、重合性混合物１００質量部に対して、０．００１〜１質量部が好ましい。０．００１質量部以上であると重合が促進され、１質量部以下であると得られる表面保護シートの外観が良好となる。

その他、スピンコート、ダイコート、ディップコート、バーコート、フローコート、ロールコート、グラビアコート等公知の方法で活性エネルギー線硬化性重合体を透明性樹脂シート表面に塗布した後、活性エネルギー線を照射して硬化膜を形成させる方法であってもよい。

熱硬化性重合体原料を使用する場合の硬化膜の形成方法は、フェノール樹脂、尿素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノアルギッド樹脂、メラミン−尿素共縮合樹脂、珪素樹脂、ポリシロキサン樹脂、酢酸プロピオン酸セルロース等を含む熱硬化性組成物を用い、該熱硬化性組成物を透明性樹脂シート表面に塗布した後、加熱させて硬化膜を形成させる方法を使用することが出来る。透明性樹脂シート表面に該熱硬化性組成物を塗布する方法は特に限定されないが、スピンコート、ダイコート、ディップコート、バーコート、フローコート、ロールコート、グラビアコート等公知の方法を使用することが出来る。（モジュール構造）
本発明で得られる太陽電池モジュールの構造は特に限定されないが、太陽光入射側から、表面保護樹脂シート、充填材、光起電力素子、充填材および裏面保護シートの順に積層
された公知の構成とすることが出来る。

表面保護樹脂シートは、本発明の透明性樹脂シートが使用される。

充填材は、表面保護樹脂シートや光起電力素子、裏面保護シートとの密着性や、透明性、衝撃吸収性等に優れているものを使用できる。例えば、フッ素系樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸、またはメタクリル酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル樹脂等の樹脂の１種を単独で使用、または２種以上の混合物を使用することができる。

光起電力素子は、結晶性シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子、有機太陽電池素子等公知の光起電力素子を使用することが出来る。

裏面保護シートは、軽量化の観点から樹脂シートであることが好ましい。前記樹脂シートは、絶縁性のシートを使用することが好ましい。また前記樹脂シートは、耐熱性、耐候性、耐水性、水蒸気バリア性、酸素バリア性等を有し、物理的あるいは化学的な強度性に優れていることが好ましく、さらに光起電力素子の保護の観点から耐スクラッチ性や衝撃吸収性等に優れていることが好ましい。かかる裏面保護シートとしては、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂、（メタ）アクリル樹脂、その他等の各種の樹脂シートを使用することが出来る。前記樹脂シートとしては、例えば、２軸延伸した、厚さ１０〜５００μｍ程度の樹脂シートを使用することが出来る。なお、水蒸気バリア性ないし酸素バリア性を向上させるために、前記樹脂シートの少なくとも片面に無機膜を形成させることも出来る。

太陽電池モジュールの製造方法は特に限定されず、公知の方法で製造することが出来る。例えば、真空ラミネーターを用いる場合、ラミネーターのヒーター表面に離型シート、本発明の透明性樹脂シート、充填材、光起電力素子、充填材および裏面保護シートを順次積層し、更に、必要に応じて各層間にその他の素材を任意に積層し、次いで上記積層したものを、真空吸引等により一体化して加熱圧着するラミネーション法等の通常の成形法を利用し、上記積層したものを一体成形として加熱圧着成形して、太陽電池モジュールを製造する方法が挙げられる。なお、前記透明性樹脂シートの少なくとも片面に形成された硬化膜は、密着性の観点から少なくとも充填材側に配置することが好ましい。

以下、本発明を実施例で説明する。
[実施例１]
「ＴＡＳ」；コハク酸／トリメチロールエタン／アクリル酸（モル比１／２／４）縮合混合物（大阪有機化学工業（株）製）ＴＡＳ５０部と、「Ｃ６ＤＡ」；１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（大阪有機化学工業（株）製）５０部と、光重合開始剤としてベンゾインエチルエーテル１．５部とを混合溶解して、硬化性組成物を調製した。

次いで、鋳型となる強化ガラスシート上にこの硬化性組成物を塗布し、厚さ１２μｍのＰＥＴフィルムを被せ、ＪＩＳ硬度４０°のゴムロールを用い、過剰な硬化性組成物をしごき出しながら気泡を含まないように圧着させて、その厚みを２２μｍとした。次いで、このＰＥＴフィルム面を上にして、出力４０ｗの蛍光紫外線ランプ（東芝（株）製ＦＬ４０ＢＬ）の下２０ｃｍの位置を０．３ｍ／ｍｉｎのスピードで通過させて、硬化を行った。そして、強化ガラスシート上にその硬化塗膜を残して、ＰＥＴフィルムを剥離した。次いで、強化ガラスシートの硬化塗膜面を上にして、出力３０ｗ／ｃｍ^２の高圧水銀灯の下２０ｃｍの位置を０．３ｍ／ｍｉｎのスピードで通過させて、塗膜をさらに硬化させ、膜厚２０μｍの硬化膜を得た。

このようにして硬化膜を形成した２枚の強化ガラスシートを、硬化膜が内側になるように対向させ、周囲を軟質ポリ塩化ビニル製のガスケットで封じ、注型重合用の鋳型を作製した。そして、この鋳型内に、単官能（メタ）アクリレート単量体としメチルメタクリレート１００質量部と、熱重合開始剤としてｔ−ヘキシルパーオキシピバレート０．３質量部と、リン酸ジエチルエステル０．５質量部と、スルホ琥珀酸ナトリウム塩０．５質量部とを混合溶解させた重合性混合物を注入し、対向する強化ガラスシートの間隔を４．１ｍｍに調整し、気泡を除き、８０℃の温水槽に入れて１時間、１３５℃の熱風炉に入れて１時間重合を行った。その後鋳型を冷却し剥離したところ、鋳型内面の硬化膜は樹脂板表面に転写しており、両表面に硬化膜を有する厚み３ｍｍのメタクリル樹脂積層体を得た。

次いで、真空ラミネーターの表面に、フッ素系樹脂からなる離型シート、上記メタクリル樹脂積層体の上に、充填材（ＥＶＡシート、商品名ＳＣ５２Ｂ−Ｒ６０ＴＨ、三井化学ファブロ（株）製）、光起電力素子としての単結晶シリコンウエハー（ジンテック（株）製多結晶シリコン）、充填材（同上）、および裏面保護シート（（株）エムエーパッケージング製、ＰＥＴフィルム積層体）を順次積層させ、真空下において１５０℃で３０分加熱圧着して太陽電池モジュールを製造した。得られた太陽電池モジュールには反りは見られなかった。
[比較例１]
硬化膜を形成していない２枚の強化ガラスシートを使用したこと以外は、実施例１と同様にメタクリル樹脂シートを製造し、真空加熱圧着を行ったところ、真空加熱圧着時にメタクリル樹脂シートに反りが発生し、表面に網目形状が転写されため、良好な太陽電池モジュールが得られなかった。
[実施例２]
硬化塗膜を形成した１枚の強化ガラスシートと、硬化膜のない強化ガラスシートを使用したこと以外は、実施例１と同様の操作を行い、片面に硬化塗膜を有する厚み３ｍｍのメタクリル樹脂積層体を得た。このメタクリル樹脂積層体の硬化塗膜側を充填剤側に配置したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを製造した。得られた太陽電池モジュールには反りは見られなかった。
[実施例３]
太陽電池モジュールを作製するにあたり、実施例２で得られた片面に硬化膜を有する厚み３ｍｍの樹脂シート（メタクリル樹脂積層体）を裏面保護シートにも使用し、前記裏面保護シートの硬化膜を充填材側に配置したこと以外は、実施例２と同じ操作を行うことで、両面にメタクリル樹脂積層体を有する太陽電池モジュールを作製した。得られた太陽電池モジュールには反りは見られなかった。

Claims (3)

1. 太陽光入射側から、表面保護樹脂シート、充填材、光起電力素子、充填材および裏面保護シートの順に積層された太陽電池モジュールであって、前記表面保護樹脂シートが、その少なくとも片面に硬化膜を有する透明性樹脂シートであり、前記表面保護樹脂シートの硬化膜が少なくとも前記充填材側に配置されている太陽電池モジュール。
2. 前記裏面保護シートが、その少なくとも片面に硬化膜を有する樹脂シートであり、前記裏面保護シートの硬化膜が少なくとも前記充填材側に配置されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 硬化膜が、分子中に少なくとも２個の（メタ）アクリロイルオキシ基を有する重合性化合物を含有する混合物を重合することにより形成される請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。