JP2012069866A

JP2012069866A - 太陽電池用封止シート及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP2012069866A
Application number: JP2010215308A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hiraike; 宏至平池; Takahiko Sawada; 貴彦澤田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-05

Abstract

【課題】本発明は、幅広い温度条件下において短時間のうちに架橋可能で且つ保護材との界面において気泡膨れの生じることのない太陽電池用封止シートを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池用封止シートは、上述の如き構成を有しており、有機過酸化物としてｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを用いているので、太陽電池用封止シートと保護材との界面において膨れ現象を発生させることなく、幅広い温度範囲にて短時間のうちに太陽電池用封止シートを架橋させて、太陽電池用封止シートに耐熱性及び耐候性を付与することができ、よって、得られる太陽電池モジュールは、その太陽電池が太陽電池用封止シート及び表裏保護材によって長期間に亘って確実に保護され、長期間に亘って安定した発電性能を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用封止シート及び太陽電池モジュールに関する。

旧来の石油原料に依存したエネルギー源とは異なり、二酸化炭素の低減などの地球環境に配慮した新エネルギー源として、太陽電池が急速に普及している。しかしながら、太陽電池の発電コストは、火力発電や原子力発電といった既存の発電システムよりも高く、太陽電池モジュールの発電コストの低減が求められている。

太陽電池モジュールの発電コストを下げるためには、太陽電池モジュールの製造コストを下げること、太陽電池モジュールの発電効率を上げること、太陽電池モジュールの寿命を延ばすことの大きく分けて３点の課題がある。

太陽電池モジュールの製造コストについては、使用する部材の単価を下げること、製造プロセスのコストを下げるといった２点の課題が含まれている。太陽電池モジュールは、太陽電池の両面にエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる太陽電池用封止シートを積層し、太陽電池用封止シートの上面に上部保護材を、下面に下部保護材を重ね合わせて真空中で脱気すると共に加熱することにより太陽電池を太陽電池用封止シートで封止すると共に、太陽電池用封止シートを介して太陽電池と上下保護材とを接着一体化したものが用いられている。

上記太陽電池用封止シートは、透明性、耐候性及び接着性などが要求され、エチレン系共重合体と有機過酸化物とからなる太陽電池用封止シートが提案されている。この太陽電池用封止シートは、加熱溶融されて太陽電池と上下保護材とを接着一体化し、更に、有機過酸化物の分解によって太陽電池用封止シートが架橋されて耐熱性及び耐候性の高い太陽電池モジュールが得られる。

上記太陽電池用封止シートの架橋は、特許文献１に記載のような真空プレス機が用いられ、特許文献２には太陽電池用封止膜が開示されているが、この太陽電池用封止膜の架橋に数十分の時間を要しており、製造コストの上昇の原因となっている。

そこで、太陽電池用封止シートの架橋時間の短縮化を図るために、特許文献３に開示のようにラミネート装置の改良と共に、太陽電池用封止シートの改良も行われている。特許文献４には、所定の架橋剤を二種類用いた太陽電池モジュール用保護シートが開示されているが、この太陽電池モジュール用保護シートにおいても架橋に２０分以上を必要としており、架橋時間の短縮は不十分である。

又、太陽電池用封止シート中の架橋剤の含有量を多くすることや、分解温度の低い架橋剤を用いることで架橋速度が速くなることは一般的に知られているが、何れの方法も架橋時に架橋剤の分解に起因した低分子量化合物が、太陽電池用封止シートと上下保護材との界面に気泡となって溜まり（気泡溜まり）、太陽電池用封止シートと上下保護材との密着性が低下するという問題点を有している。

更に、太陽電池用封止シートの架橋温度を上げることによって、太陽電池用封止シートの架橋速度を上昇させることも考えられるが、製造装置への負荷が大きいと共に、太陽電池用封止シートと上下保護材との界面に上述の気泡溜まりが発生するという問題点も有している。

特公平４−６５５５６号公報特開２００７−２８１１３５号公報特開平９−１４１７４３号公報特開２００８−２９１２２２号公報

本発明は、幅広い温度条件下において短時間のうちに架橋可能で且つ保護材との界面において気泡膨れの生じることのない太陽電池用封止シートを提供する。

本発明の太陽電池用封止シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体及び下記式（１）で示されるｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを含有していることを特徴とする。

太陽電池用封止シートを構成しているエチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル量は、少ないと、太陽電池モジュールの透明性が低下し、太陽電池の発電性能が低下することがあり、多いと、太陽電池用封止シートの製膜が困難となり、或いは、太陽電池用封止シートの機械的強度が低下することがあるので、５〜５０重量％が好ましい。

特に、ｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートにより比較的、低温度であっても短時間で充分に架橋させることができることから、エチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有量は、２５〜４０重量％がより好ましく、３０〜４０重量％が特に好ましい。

又、太陽電池用封止シートを構成しているエチレン−酢酸ビニル共重合体のメルトフローレイトは、低いと、成型中の剪断発熱が高くなりゲル化の原因となることがあり、高いと、充分な架橋が得られなかったり、又は、太陽電池モジュールの製造時に太陽電池用封止シートのはみ出しの原因となることがあるので、１０〜１００ｇ／１０分が好ましく、１５〜１００ｇ／１０分がより好ましい。

なお、エチレン−酢酸ビニル共重合体のメルトフローレイトは、ＪＩＳＫ７２１０：１９９９に準拠して測定された値をいう。

太陽電池用封止シートには、太陽電池用封止シートを架橋させるためにｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートが含有されている。有機過酸化物としてｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートのみを用いることによって、太陽電池用封止シートと保護材との界面において膨れ現象を発生させることなく、幅広い温度範囲にて短時間のうちに太陽電池用封止シートを架橋させて、太陽電池用封止シートに耐熱性及び耐候性を付与することができる。

太陽電池用封止シート中におけるｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートの含有量は、少ないと、太陽電池用封止シートを充分に架橋させることができず、太陽電池用封止シートの耐熱性及び耐候性が低下することがあるので、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００重量部に対して１重量部以下が好ましく、多すぎると、太陽電池用封止シートの架橋中の気泡溜まりの原因となることがあるので、０．０１〜１．０重量部がより好ましく、０．５〜１．０重量部が特に好ましい。

又、太陽電池用封止シート中における有機過酸化物の含有量の目安として架橋後の太陽電池用封止シートのゲル分率が挙げられるが、架橋後の太陽電池用封止シートのゲル分率は、７０重量％以上が好ましい。

なお、架橋後の太陽電池用封止シートのゲル分率は下記の要領で測定されたものをいう。先ず、太陽電池用封止シートを秤量し（Ａｇ）、これを１１０℃のキシレン中に２４時間浸漬して不溶解分を２００メッシュの金網で濾過し、金網上の残渣を真空乾燥して乾燥残渣の重量を測定し（Ｂｇ）、下記式により算出することができる。
ゲル分率（重量％）＝（Ｂ／Ａ）×１００

又、太陽電池用封止シートには、カップリング剤が含有されていてもよい。このようにカップリング剤を含有させることによって、太陽電池用封止シートを介して太陽電池素子と上下保護材とを強固に一体化することができる。

上記カップリング剤としては、アミノ基、グリシジル基、メタクリロキシ基及びメルカプト基からなる群より選ばれる一種又は二種以上の官能基を有するシランカップリング剤が好ましく、例えば、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。なお、カップリング剤は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。

なお、太陽電池用封止シートには、その物性を損なわない範囲内において、架橋助剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、及び光安定剤などが含有されていてもよい。

次に、太陽電池用封止シートの製造方法について説明する。エチレン−酢酸ビニル共重合体及びｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートと、必要に応じて添加剤とを押出機に供給して好ましくはｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートの１時間半減期温度よりも１０℃以上低い温度にて溶融混練して押出機の先端に取り付けたＴダイから押出して太陽電池用封止シートを製造する方法が挙げられる。

又、太陽電池モジュールの製造時において、太陽電池素子又は上下保護材と、太陽電池用封止シートとの間における脱気性を向上させるために、太陽電池用封止シートの表面にエンボス加工を施すことが好ましい。

太陽電池用封止シートの表面にエンボス加工を施す方法としては、特に限定されず、Ｔダイから押出された直後の溶融シートを、表面にエンボス模様が施されたエンボスロールと、このエンボスロールに対峙して配設されたゴムロールとの間に供給し、エンボスロールを溶融シートに押圧させて、太陽電池用封止シートの表面にエンボス加工を施す方法が挙げられる。なお、一旦製造された太陽電池用封止シートを再度、加熱して溶融状態とした上で上述の要領でエンボス加工を施してもよい。

そして、本発明の太陽電池用封止シートを用いた太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば、（１）太陽電池の表面に表側太陽電池用封止シートを介してガラス板などの表側透明保護材を、裏面に裏側太陽電池用封止シートを介して裏側保護材を積層して積層体を製造し、この積層体を減圧下にて加熱した後に、大気圧によって加熱圧着することによって太陽電池を表裏太陽電池用封止シートによって表裏から封止すると共に太陽電池の表裏面に表裏太陽電池用封止シートを介して表裏保護材を積層一体化させる太陽電池モジュールの製造方法、（２）基板上に、光の照射によって電気を発生させる薄膜状の太陽電池素子が形成されてなる太陽電池を用意し、この太陽電池の基板における太陽電池素子の形成面上に太陽電池用封止シートを積層すると共に太陽電池用封止シート上に裏面側保護部材を積層して積層体を製造し、この積層体を減圧下にて加熱することによって太陽電池用封止シートを架橋させながら太陽電池素子を太陽電池用封止シートと基板とによって表裏から封止すると共に太陽電池素子上に太陽電池用封止シートを介して裏面側保護部材を積層一体化させる太陽電池モジュールの製造方法が挙げられる。

上述のようにして太陽電池用封止シートを用いて太陽電池モジュールを製造すると、太陽電池用封止シートは、有機過酸化物としてｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを用いているので、幅広い温度範囲にて５〜１５分という短時間のうちに架橋を完了させて太陽電池用封止シートに耐熱性及び耐候性を付与することができると共に、表裏保護材と太陽電池用封止シートとの界面に気泡溜まりを発生させることなく太陽電池用封止シートと表裏保護材とを確実に一体化させることができる。従って、得られる太陽電池モジュールは、屋外などの過酷な状況下において使用しても、長期間に亘って優れた発電性能を確実に維持することできる。

又、上記（２）にて用いられる太陽電池における基板としては、特に限定されず、例えば、ガラスなどの無機物の他に、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォンなどの耐熱性樹脂からなるシートが挙げられる。又、薄膜状の太陽電池素子は、アルモルファスシリコンなどのアモルファス系半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ₂Ｓ、ＣｕＩｎＳｅ₂、ＣｕＩｎＧａＳｅ₂などの化合物半導体、フタロシアニン、ポリアセチレンなどの有機半導体などから汎用の要領で形成される。

上記（１）で用いられる太陽電池としては、例えば、光が照射されると電流を生じる機能を有するシリコン半導体素子やセレン半導体素子のウエハをインターコネクターを用いて直接又は並列に接続してなる太陽電池素子を備えた太陽電池などが挙げられる。

本発明の太陽電池用封止シートは、上述の如き構成を有しており、有機過酸化物としてｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを用いているので、太陽電池用封止シートと保護材との界面において膨れ現象を発生させることなく、幅広い温度範囲にて短時間のうちに太陽電池用封止シートを架橋させて、太陽電池用封止シートに耐熱性及び耐候性を付与することができ、よって、得られる太陽電池モジュールは、その太陽電池が太陽電池用封止シート及び表裏保護材によって長期間に亘って確実に保護され、長期間に亘って安定した発電性能を発揮する。

実施例１〜３の架橋性の結果を示したグラフである。比較例１〜３の架橋性の結果を示したグラフである。比較例４〜６の架橋性の結果を示したグラフである。

（実施例１）
エチレン−酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含有量：３２重量％、メルトフローレイト：３０ｇ／１０分）１００重量部、有機過酸化物としてｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート（１分間半減期温度：１５３℃）０．５重量部、セバシン酸ビス（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−イル）０．３重量部、２−ヒドロキシ−４−オクチルオキシベンゾフェノン０．４重量部、トリアリルイソシアヌレート０．３重量部、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン０．１重量部をプラストミル（東洋精機社製）に供給して９０℃にて１０分間に亘って溶融混練して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物をプレス成形によって厚みが０．５ｍｍの太陽電池用封止シートを得た。

（実施例２）
エチレン−酢酸ビニル共重合体として、酢酸ビニル含有量が３２重量％で且つメルトフローレイトが６０ｇ／１０分であるエチレン−酢酸ビニル共重合体を用いたこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（実施例３）
エチレン−酢酸ビニル共重合体として、酢酸ビニル含有量が２８重量％で且つメルトフローレイトが１８ｇ／１０分であるエチレン−酢酸ビニル共重合体を用いたこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例１）
有機過酸化物としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）を用いたこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例２）
有機過酸化物として１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン（１分間半減期温度：１４９℃）を用いたこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例３）
有機過酸化物として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１分間半減期温度：１７９℃）０．２５重量部及びｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）０．２５重量部を併用したこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例４）
有機過酸化物としてｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）１．５重量部を用いたこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例５）
有機過酸化物として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１分間半減期温度：１７９℃）０．７５重量部及びｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）０．７５重量部を併用したこと以外は実施例１と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例６）
有機過酸化物として１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン（１分間半減期温度：１４９℃）を用いたこと以外は実施例２と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

（比較例７）
有機過酸化物として１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン（１分間半減期温度：１４９℃）を用いたこと以外は実施例３と同様にして太陽電池用封止シートを得た。

得られた太陽電池用封止シートについて、下記の要領で架橋性及び気泡溜まりの有無を測定し、架橋性の結果を図１〜３に、気泡溜まりの結果を表１に示した。

（架橋性）
真空プレス機（ＳＰＩＲＥ社製商品名「ＳＰＩ−ＬＡＭＩＮＡＴＯＲ３５０」）を用意した。真空プレス機の硬質ガラス上に、下側ポリテトラフルオロエチレンシート、太陽電池用封止シート及び上側ポリテトラフルオロエチレンシートをこの順序で積層して積層体を作製した。そして、太陽電池用封止シートの下方における硬質ガラス上に熱電対を配設した。なお、太陽電池用封止シートが硬質ガラスに接触しないようにした。

次に、真空プレス機の設定温度を１４５℃とし、積層体を加熱しながら２．５分間に亘って真空引きを行って脱気した（脱気工程）後、積層体に大気圧の圧力を２．５分間に亘って加えた（加圧圧着工程）。この脱気工程及び加圧圧着工程中において、熱電対で測定された最高温度を架橋温度とした。なお、比較例５〜７の結果を示した図３において、比較例５は架橋温度１３３．６℃でゲル分率１．３重量％、比較例６は架橋温度１３３．７℃でゲル分率１．６重量％、比較例７は架橋温度１３３．７℃で１．６重量％であった。

そして、太陽電池用封止シートと上下ポリテトラフルオロエチレンシートとの界面に気泡溜まりが発生しているか否かを目視観察した。太陽電池用封止シートと上下ポリテトラフルオロエチレンシートとの界面の何れか一方に気泡溜まりが発生している場合は「発生している」と判断した。しかる後、太陽電池用封止シートを真空プレス機から取り出して、太陽電池用封止シートのゲル分率を測定した。

真空プレス機の設定温度を１５０〜１７０℃まで５℃毎に変化させたこと以外は、上述と同様の要領で、真空プレス機の設定温度毎に脱気工程及び加圧圧着工程を行った後、太陽電池用封止シートと上下ポリテトラフルオロエチレンシートとの界面に気泡溜まりが発生しているか否かを目視観察した。しかる後、太陽電池用封止シートを真空プレス機から取り出して、太陽電池用封止シートのゲル分率を測定した。

太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上である場合に、太陽電池用封止シートは充分に架橋されており、優れた耐熱性及び耐候性を有していると判断できる。

実施例１〜３では、架橋温度１５０℃以上において太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となっており、幅広い温度範囲において太陽電池用封止シートは充分に架橋されていた。

比較例１は、ｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）を用いた場合であるが、太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が約１６０℃以上であり、温度範囲が狭かった。

比較例２は、実施例で用いられているｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートの１分間半減期温度よりも低い１分間半減期温度を有する１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサンを用いたが、太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が１６０℃以上であり、温度範囲が狭かった。

比較例３は、有機過酸化物として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１分間半減期温度：１７９℃）０．２５重量部及びｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）０．２５重量部を併用した場合であるが、太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が１５５℃以上であり、温度範囲が狭かった。

比較例４は、ｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）を１．５重量部と多く用いた場合であるが、太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が１５５℃以上であり、温度範囲が狭かった。

比較例５は、有機過酸化物として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１分間半減期温度：１７９℃）０．７５重量部及びｔ−ブチルパ−オキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（１分間半減期温度：１６１℃）０．７５重量部を併用した場合であり、比較例３に比べて架橋剤量を３倍にしたが太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が１５７℃以上であり、温度範囲が狭かった。

比較例６、７は、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン（１分間半減期温度：１４９℃）を用いた場合であるが、太陽電池用封止シートのゲル分率が７０重量％以上となるのは、架橋温度が１６０℃以上であり、温度範囲が狭かった。

図１〜３及び表１に示すように、本願発明の太陽電池用封止シートは、低い温度条件下であっても短時間で且つ高いゲル分率で架橋硬化することができると共に、高い温度条件下では架橋剤の分解による気泡溜まりが発生することなく架橋硬化することができる。したがって、本願発明の太陽電池用封止シートは、幅広い温度条件下において短時間のうちに架橋可能であり、さらに保護材との界面における気泡膨れの発生も高く抑制することが可能となる。

Claims

エチレン−酢酸ビニル共重合体及びｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートを含有していることを特徴とする太陽電池用封止シート。
エチレン−酢酸ビニル共重合体１００重量部に対してｔ−ペンチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート１重量部以下含有していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用封止シート。
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池用封止シートによって封止されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。