JP2012516060A - 太陽電池モジュール用のヒンダードアミン類を含むポリ（ビニルブチラール）封止材 - Google Patents

太陽電池モジュール用のヒンダードアミン類を含むポリ（ビニルブチラール）封止材 Download PDF

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Abstract

太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュールを提供する。本発明の太陽電池アセンブリは、ポリ（ビニルブチラール）封止材によって封止され、ポリ（ビニルブチラール）封止材に少なくとも部分的に接触する被酸化性金属部品を有する。本発明のポリ（ビニルブチラール）封止材は、ポリ（ビニルブチラール）と、ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として約１５〜約４５重量％の１種類以上の可塑剤と、約０．５〜約２重量％の１種類以上のヒンダードアミンとを含む。太陽電池モジュールを製造するためのアセンブリ；太陽電池モジュール中の被酸化性金属部品と接触するポリ（ビニルブチラール）封止材の変色を防止または軽減する方法；ならびに太陽エネルギーを電気に変換するための太陽電池モジュールの使用をさらに提供する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§ １２０に基づき、その記載内容全体が本明細書に援用される２００９年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／１４６，５２２号明細書の優先権を主張する。
本発明は、太陽電池モジュール用の封止材料として有用な改善されたポリ（ビニルブチラール）組成物に関する。特に、本明細書においてのポリ（ビニルブチラール）封止材は１種類以上のヒンダードアミン類を含む。
本発明が属する分野の最新技術をより十分に説明するため、本明細書の説明において、いくつかの特許および刊行物が引用される。それらの特許および刊行物のそれぞれの開示全体が、参照により本明細書に援用される。
太陽電池の使用は、持続可能なエネルギー資源を提供するため、急速に拡大している。太陽電池は、典型的には、使用される光吸収材料に基づいて２つの種類に分類することができ、すなわち、バルクまたはウエハ系太陽電池と薄膜太陽電池とに分類することができる。
単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多結晶（ポリ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）、およびリボンシリコンは、より伝統的なウエハ系太陽電池の形成に最も一般的に使用されている材料である。ウエハ系太陽電池から得られる太陽電池モジュールは、互いにはんだ付けされた厚さ約１８０および約２４０μｍの一連の自立ウエハ（またはセル）を含むことが多い。次に、このような太陽電池パネルは、その表面上に堆積された導電性ペースト層および／または導線およびバスバーとともにポリマー封止材によって封止されて、太陽電池アセンブリが形成され、これを２つの保護外層の間にさらに挟んで耐候性モジュールを形成することができる。保護外層は、ガラス、金属シートまたはフィルム、あるいはプラスチックシートまたはフィルムから形成することができる。しかし、一般に、太陽光に面する外層は、太陽電池に光子が到達するために十分に透明である必要がある。
ますます重要となる代替物の薄膜太陽電池に関しては、一般に使用される材料としては、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ2または「ＣＩＳ」）、二セレン化銅インジウム／ガリウム（ＣｕＩｎxＧａ(1-x)Ｓｅ2または「ＣＩＧＳ」）、光吸収染料、有機半導体などが挙げられる。たとえば、薄膜太陽電池は、米国特許第５，５０７，８８１号明細書、米国特許第５，５１２，１０７号明細書、米国特許第５，９４８，１７６号明細書、米国特許第５，９９４，１６３号明細書、米国特許第６，０４０，５２１号明細書、米国特許第６，１２３，８２４号明細書、米国特許第６，１３７，０４８号明細書、米国特許第６，２８８，３２５号明細書、米国特許第６，２５８，６２０号明細書、米国特許第６，６１３，６０３号明細書、および米国特許第６，７８４，３０１号明細書、ならびに米国特許出願公開第２００７０２９８５９０号明細書、米国特許出願公開第２００７０２８１０９０号明細書、米国特許出願公開第２００７０２４０７５９号明細書、米国特許出願公開第２００７０２３２０５７号明細書、米国特許出願公開第２００７０２３８２８５号明細書、米国特許出願公開第２００７０２２７５７８号明細書、米国特許出願公開第２００７０２０９６９９号明細書、米国特許出願公開第２００７００７９８６６号明細書、米国特許出願公開第２００８０２２３４３６号明細書、および米国特許出願公開第２００８０２７１６７５号明細書に記載されている。２μｍ未満の典型的な厚さを有する薄膜太陽電池は、基板上に半導体材料の多層を堆積することによって一般に製造される。基板は、ガラスまたは可撓性フィルムから形成することができ、これらのモジュール中で太陽光に面する「スーパーストレート」と呼ばれる場合もある。ウエハ系太陽電池モジュールと同様に、薄膜太陽電池は、ポリマー封止材によってさらに封止され、保護外層の間に挟まれる。あるモジュールにおいては、基板と反対側にある薄膜太陽電池の側のみがポリマー封止材によって封止され、さらに保護外層に積層される。さらに、導線およびバスバー、金属導電性コーティング、および／または金属反射フィルムを、薄膜太陽電池の表面上に堆積し、封止材によって薄膜太陽電池とともに封止することができる。
太陽電池モジュール中、導線およびバスバー、ウエハ系太陽電池モジュール中に使用される導電性ペースト、薄膜太陽電池中に使用される導電性コーティング、ならびに薄膜太陽電池モジュール中に使用される背面反射フィルムなどの一部の部品は、銀などの金属を含むことができる。さらに、これらの金属を含む部品は、ポリマー封止材と接触する場合がある。ポリ（ビニルブチラール）（ＰＶＢ）が封止材料として使用されるモジュールにおいては、被酸化性金属部品と接触するとＰＶＢが経時により変色する傾向にあることが分かった。したがって、太陽電池モジュールの寿命の間に被酸化性金属部品と接触しても変色に抵抗する、太陽電池モジュール用封止材料として有用なＰＶＢ組成物を開発する必要がある。
本発明は、太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュールを提供する。本発明の太陽電池アセンブリは、ポリ（ビニルブチラール）封止材によって封止され、ポリ（ビニルブチラール）封止材と少なくとも部分的に接触する被酸化性金属部品を有する。本発明のポリ（ビニルブチラール）封止材は、ポリ（ビニルブチラール）と、ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として約１５〜約４５重量％の１種類以上の可塑剤と、約０．５〜約２重量％の１種類以上のヒンダードアミンとを含む。
好ましくは、被酸化性金属部品は、１種類以上の被酸化性金属、または１種類以上の被酸化性金属の１種類以上の合金を含む。より好ましくは、被酸化性金属または金属合金は、銀、セリウム、銅、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、スズ、鉛、およびこれらの金属の２種類以上の組み合わせ、およびこれらの金属のいずれかを含有する合金からなる群から選択される。さらにより好ましくは、被酸化性金属は銀である。別の好ましいモジュールにおいては、被酸化性金属は、銀を含有する合金であり、好ましくは実質的な量の銀を含有する合金である。
好ましくは、被酸化性金属部品は、導電性ペースト、導線、バスバー、導電性コーティング、または反射フィルムからなる群から選択される。好ましいモジュールの１つにおいては、被酸化性金属部品は、銀または銀合金を含む反射フィルムである。
また好ましくは、本発明のポリ（ビニルブチラール）は、ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として最大約１．５重量％、より好ましくは最大約１．２重量％のヒンダードアミンを含む。より好ましくは本発明のポリ（ビニルブチラール）封止材は、ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として少なくとも約０．６重量％のヒンダードアミンを含む。
太陽電池モジュールを製造するためのアセンブリ；太陽電池モジュール中の被酸化性金属部品と接触するポリ（ビニルブチラール）封止材の変色を防止または軽減する方法；ならびに太陽エネルギーを電気に変換するための太陽電池モジュールの使用をさらに提供する。
特に定義しない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする
本明細書に記載のものと類似または同等の方法および材料を本発明の実施または試験に使用することができるが、好適な方法および材料について本明細書において説明する。
特に明記しない限り、すべてのパーセント値、部数、比率などは重量を基準としている。
ある量、濃度、あるいはその他の値またはパラメーターが、ある範囲、好ましい範囲、あるいは一連の好ましい上限値および好ましい下限値のいずれかで示される場合、これは、範囲が別々に開示されているかどうかとは無関係に、範囲の任意の上限または好ましい値と、範囲の任意の下限または好ましい値との任意の組から形成されるすべての範囲を明確に開示しているものと理解されたい。本明細書において数値の範囲が記載されている場合、特に明記しない限り、その範囲がそれらの端点、ならびにその範囲内のすべての整数および分数を含むことを意図している。ある範囲が画定される場合に、記載される特定の値に本発明の範囲が限定されることを意図するものではない。
本明細書において使用される場合、用語「含んでなる」、「含んでなること」、「含む」、「含むこと」、「含有すること」、「を特徴とする」、「有する」、「有すること」またはそれらの他の任意の変形は、非排他的な包含を扱うことを意図している。たとえば、ある一連の要素を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素にのみに必ずしも限定されるわけではなく、そのようなプロセス、方法、物品、または装置に関して明示されず固有のものでもない他の要素を含むことができる。さらに、反対の意味で明記されない限り、「または」は、包含的なまたはを意味するのであって、排他的なまたはを意味するのではない。
移行句の「から実質的になる」によって、特許請求の範囲は、特定の材料またはステップ、ならびに請求される本発明の基本的で新規な特徴に実質的に影響を与えない材料またはステップに限定される。
本出願人らが、「含む」などの制限のない用語を使用して発明またはその一部を規定している場合、特に明記しない限り、その記述が、用語「から実質的になる」および「からなる」を使用しても、そのような発明を記述できると解釈すべきであることは容易に理解できよう。
冠詞「ａ」および「ａｎ」を、本明細書に記載の組成物、プロセス、または構造の種々の要素および部品とに関連して使用することができる。これは単に便宜的なものであり、本発明の組成物、プロセス、または構造の一般的な意味を提供するためのものである。このような記述は、「１つまたは少なくとも１つ」の要素または部品を含んでいる。さらに、本明細書において使用される場合、特定の文脈から複数が排除されることが明らかである場合を除けば、単数形の冠詞は複数の要素または部品の記述をも含んでいる。
本明細書において使用される場合、用語「コポリマー」は、２種類以上のコモノマーの共重合の結果得られる共重合単位を含むポリマーを意味する。このようなコポリマーとしては、ジポリマー、ターポリマー、またはより高次のコポリマーが挙げられる。これに関連して、本明細書においてコポリマーは、その構成コモノマー、またはその構成コモノマーの量に関して説明する場合があり、たとえば「エチレンと１５重量％のアクリル酸とを含むコポリマー」または類似に説明が行われる場合がある。このような説明は、共重合した単位としてのコモノマーに言及しておらず；コポリマーの従来の命名法、たとえばＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（ＩＵＰＡＣ）命名法を含んでおらず；プロダクトバイプロセスによる生成物の専門用語を使用しておらず；または別の理由で、非公式なものと見なすことができる。しかし、本明細書において使用される場合、その構成コモノマーまたはその構成コモノマーの量に関連したコポリマーの説明は、コポリマーが明記されるコモノマーの共重合単位を（明記される場合には明記される量で）含有することを意味する。当然の結果として、限られた状況においてそのように明記されるのでなければ、コポリマーは、特定の量の特定のコモノマーを含有する反応混合物の生成物ではない。
用語「約」は、量、大きさ、処方、パラメーター、ならびにその他の量および特徴が、厳密ではなく厳密である必要もないが、許容範囲、換算率、端数計算、測定誤差など、ならびに当業者に周知のその他の要因を反映して、希望通りに概算値、および／またはより大きいまたはより小さい値であってもよいことを意味する。一般に、そのように明記されていてもいなくても、量、大きさ、処方、パラメーター、あるいはその他の量または特徴は、「約」または「おおよそ」のものである。値またはある範囲の端点の記述において用語「約」が使用される場合、その記述は言及されるその特定の値または端点を含むものと理解されたい。
本明細書において使用される場合、用語「または」は、包含的なものであり；すなわち語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ、Ｂ、あるいはＡおよびＢの両方」を意味する。より具体的には、条件「ＡまたはＢ」が満たされるのは：Ａが真であり（または存在し）Ｂが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）Ｂが真である（または存在する）、あるいはＡおよびＢの両方が真である（または存在する）のいずれか１つによってである。排他的な「または」は、本明細書においては「ＡまたはＢのいずれか」および「ＡまたはＢの一方」などの用語によって示される。
最後に、材料、方法、または機械が、用語「当業者に周知」、「従来の」、あるいは同義の単語または語句を使用して説明される場合、この用語は、本出願の出願時において従来通りである材料、方法、および機械がこの説明によって含まれることを示している。現在では従来通りではないが類似の目的で好適であるとして当分野において認識されるようになる材料、方法、および機械も含まれている。
太陽電池モジュール中の封止材料として有用な改善されたポリ（ビニルブチラール）組成物を本発明において提供する。本発明のポリ（ビニルブチラール）組成物はポリ（ビニルブチラール）樹脂を含む。封止材組成物中のポリ（ビニルブチラール）樹脂の量は、封止材組成物の他の部品に対する差によって決定されるが、一般に約４０〜約８０重量％の範囲内である。ポリ（ビニルブチラール）（ＰＶＢ）は、ポリ（ビニルアルコール）とブチルアルデヒドとの縮合によって得られるビニル樹脂である。ＰＶＢは、水性または溶媒アセタール化によって生成することができる。溶媒法においては、アセタール化は、ＰＶＢを溶解させ、アセタール化の終了時に均一な溶液が得られるのに十分な溶媒の存在下で行われる。ＰＶＢは、水によって固体粒子を沈殿させることによって溶液から分離され、次に洗浄および乾燥が行われる。使用される溶媒は、エタノールなどの低級脂肪族アルコール類である。水性法においては、アセタール化は、酸触媒の存在下でブチルアルデヒドをポリ（ビニルアルコール）水溶液に約２０℃〜約１００℃の温度において加え、その混合物を撹拌して中間ＰＶＢを微細な形態で沈殿させ、反応混合物が所望の終点に進行するまで加熱しながら撹拌を続け、続いて触媒を中和し、ＰＶＢを分離、安定化、および乾燥することによって行われる。たとえば、ＰＶＢは、米国特許第３，１５３，００９号明細書および米国特許第４，６９６，９７１号明細書に記載されるように生成することができる。
好適なＰＶＢ樹脂は、小角レーザー光散乱を使用したサイズ排除クロマトグラフィーによって測定される重量平均分子量が約３０，０００Ｄａ、または約４５，０００Ｄａ、または約２００，０００Ｄａ〜約６００，０００Ｄａ、または約３００，０００Ｄａである。ＰＶＢは、約１２重量％、または約１４重量％、または約１５重量％〜約２３重量％、または約２１重量％、または約１９．５重量％、または約１９重量％の、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）として計算したヒドロキシル基を含むことができる。ヒドロキシル価は、ＡＳＴＭ Ｄ１３９６−９２（１９９８）などの標準方法により測定することができる。さらに、好適なＰＶＢ樹脂は、最大約１０％、または最大約３％のポリビニルエステルとして計算される残留エステル基、典型的にはアセテート基を含むことができ、その残分はブチルアルデヒドアセタールである。米国特許第５，１３７，９５４号明細書に記載されるように、ＰＶＢはブチラール以外の少量のアセタール基、たとえば、２−エチルヘキサナールをさらに含むことができる。
本発明のポリ（ビニルブチラール）組成物は、ＰＶＢ組成物の全重量を基準にして約１５重量％、または約２０重量％、または約２５重量％〜約４５重量％、または約３５重量％、または約３０重量％の範囲の量の１種類以上の可塑剤をさらに含む。当該技術分野において周知の任意の可塑剤が、本明細書に記載のＰＶＢ組成物中での使用に好適となりうる。たとえば、米国特許第３，８４１，８９０号明細書、米国特許第４，１４４，２１７号明細書、米国特許第４，２７６，３５１号明細書、米国特許第４，３３５，０３６号明細書、米国特許第４，９０２，４６４号明細書、米国特許第５，０１３，７７９号明細書、および米国特許第５，８８６，０７５号明細書を参照されたい。一般に使用される可塑剤の中では、多塩酸基または多価アルコールのエステル類が挙げられる。好ましい封止材組成物においては、可塑剤としては、１種類以上の、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコールと、６〜１０個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸との反応から得られるジエステル類；セバシン酸と、１〜１８個の炭素原子を有する脂肪族アルコールとの反応から得られるジエステル類；オリゴエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート；テトラエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート；アジピン酸ジヘキシル；アジピン酸ジオクチル；アジピン酸ジブトキシエチル；アジピン酸ヘプチルおよびアジピン酸ノニルの混合物；セバシン酸ジブチル；トリブトキシエチルホスフェート；イソデシルフェニルホスフェート；トリイソプロピルホスフィット；油変性セバシドアルキド（ｓｅｂａｃｉｄ ａｌｋｙｄ）類などのポリマー可塑剤；ホスフェート類およびアジペート類の混合物；アジペート類およびフタル酸アルキルベンジル類の混合物；ならびに２種類以上のこれらの可塑剤の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。別の好ましい封止材組成物においては、可塑剤としては、１種類以上の、トリエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、テトラエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、セバシン酸ジブチル、およびそれらの２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに別の好ましい封止材組成物においては、可塑剤としては、１種類以上の、トリエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、テトラエチレングリコールジ−ｎ−ヘプタノエート、およびそれらの２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに別の好ましい封止材組成物においては、可塑剤は、トリエチレングリコールジ−２−エチル−ヘキサノエートである。
本発明のポリ（ビニルブチラール）組成物は、ポリ（ビニルブチラール）組成物の全重量を基準にして、約０．０１重量％、０．５重量％、または約０．６重量％、または約０．７重量％、または約０．８重量％〜約２重量％、または約１．５重量％、または約１．２重量％、または約１重量％の範囲の量の１種類以上のヒンダードアミン類をさらに含む。ヒンダードアミンは、第２級または第３級ヒンダードアミン類であってもよい。好適な第２級ヒンダードアミン類の例としては、２，２，６，６−テトラメチルピペラジン（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒａｄｉｎｅ）、２，２，６，６−テトラメチルピペラジノール（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒａｄｉｎｏｌ）、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好適な第３級ヒンダードアミン類の例としては、２−（ジメチルアミノ）ピリジン、４−（ジメチルアミノ）ピリジン、Ｎ−ブチルピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジエチルシクロヘキシルアミン、およびそれらのいずれかの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好ましいモジュールの１つにおいては、ヒンダードアミン類は、ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）であり、これらは、典型的には第２級、第３級、アセチル化、Ｎ−ヒドロカルビルオキシ置換、ヒドロキシ置換、Ｎ−ヒドロカルビルオキシ置換、またはその他の置換が行われた環状アミン類であって、アミン官能基に隣接する炭素原子上で脂肪族置換から一般に誘導される立体障害をさらに含む。ＨＡＬＳは当該技術分野において周知であり、市販されている。たとえば、Ｃｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）製造のＴｉｎｕｖｉｎ（商標）１１１、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）１２３、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）１４４、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）１５２、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）２９２、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）６２２、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）７６５、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）７７０、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）７８３、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）７９１、Ｃｈｉｍａｓｓｏｒｂ（商標）１１９、Ｃｈｉｍａｓｓｏｒｂ（商標）２０２０、またはＣｈｉｍａｓｓｏｒｂ（商標）９４４、Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）製造のＣｙａｓｏｒｂ（商標）３３４６またはＣｙａｓｏｒｂ（商標）３８５３Ｓ、あるいはこれらのＨＡＬＳの任意の２種類以上の組み合わせを本明細書に記載のＰＶＢ組成物中に使用することができる。
さらに、本発明のＰＶＢ組成物は、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として約０．０１重量％、または約０．０５重量％、または約０．０８重量％〜約１重量％、または約０．８重量％、または約０．５重量％の範囲の量で１種類以上のＵＶ吸収剤をさらに含むことができる。ＵＶ吸収剤は当該技術分野において周知である。任意の周知のＵＶ吸収剤は、本発明のＰＶＢ組成物において有用性を見いだすことができる。好適なＵＶ吸収剤の例としては、ベンゾトリアゾール誘導体類、ヒドロキシベンゾフェノン類、ヒドロキシフェニルトリアジン類、置換および非置換の安息香酸類のエステル類、ならびにそれらのいずれかの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明において使用可能な市販のＵＶ吸収剤としては、Ｃｉｂａ製造のＴｉｎｕｖｉｎ（商標）Ｐ、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）１１３０、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）３２６、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）３２７、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）３２８、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）５７１、Ｔｉｎｕｖｉｎ（商標）９９−ＤＷ、またはＣｈｉｍａｓｓｏｒｂ（商標）８１、ＢＡＳＦ（Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製造のＵｖｉｎｕｌ（商標）３０００、Ｕｖｉｎｕｌ（商標）３００８、Ｕｖｉｎｕｌ（商標）３０４０、またはＵｖｉｎｕｌ（商標）３０５０、Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．製造のＣｙａｓｏｒｂ（商標）５４１１、あるいはこれらのＵＶ吸収剤のいずれか２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明のＰＶＢ組成物は、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として、約０．０１重量％、または約０．０５重量％、または約０．０８重量％〜約１重量％、または約０．８重量％、または約０．５重量％の範囲の量の１種類以上の熱安定剤をさらに含むことができる。熱安定剤は、フェノール系酸化防止剤と呼ばれることもあり、当産業においては周知である。好適な熱安定剤の例としては、Ｃｉｂａ製造のＩｒｇａｎｏｘ（商標）１０１０、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１０３５、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１０７６、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１０８１、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１０９８、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１１３５、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１３３０、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１４２５ ＷＬ、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）１５２０、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）２４５、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）３１１４、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）５６５、Ｉｒｇａｎｏｘ（商標）Ｅ ２０１、またはＩｒｇａｎｏｘ（商標）ＭＤ １０２４、Ｃｈｅｍｔｕｒａ（Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｙ，ＣＴ）製造のＬｏｗｉｎｏｘ（商標）１７９０、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）２２Ｍ４６、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）４４Ｂ２５、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＣＡ２２、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＣＰＬ、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＨＤ ９８、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＭＤ２４、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＴＢＭ−６、またはＬｏｗｉｎｏｘ（商標）ＷＳＰ、Ｃｙｔｅｃ製造のＣｙａｎｏｘ（商標）１７４１、Ｃｙａｎｏｘ（商標）２２４６、またはＣｙａｎｏｘ（商標）４２５、あるいはこれらの熱安定剤の任意の２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましいＰＶＢ組成物の１つにおいては、熱安定剤は、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）１７９０、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）２２Ｍ４６、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）４４Ｂ２５、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＣＡ２２、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＣＰＬ、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＨＤ ９８、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＭＤ２４、Ｌｏｗｉｎｏｘ（商標）ＴＢＭ−６、またはＬｏｗｉｎｏｘ（商標）ＷＳＰの１種類以上を含む。別の好ましいＰＶＢ組成物の１つにおいては、熱安定剤オクチルフェノール。さらに別の好ましいＰＶＢ組成物の１つにおいては、熱安定剤はブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）である。
本発明のＰＶＢ組成物は、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として、約０．０１重量％、または約０．０５重量％、または約０．０８重量％〜約１重量％、または約０．８重量％、または約０．５重量の範囲の量の１種類以上の不飽和複素環式化合物をさらに含むことができる。好適な不飽和複素環式化合物の例としては、トリアゾール、イミダゾール、ピロール、ピリジン、プリン、ピラジン、アデニン、トリアジン、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、２，２’−ジピリジル、２−メルカプトベンゾイミダゾール、チアゾール、およびこれらの不飽和複素環式化合物の任意の２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明の状況において使用される場合、用語「ベンゾトリアゾール」は、その化合物自体を意味し、ＵＶ吸収剤として使用することができ「ベンゾトリアゾールＵＶ吸収剤」と呼ばれることもあるベンゾトリアゾール誘導体は含まない。好適な不飽和複素環式化合物およびそれらの封止材組成物中での使用に関するさらなる情報は、２００９年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／１４６，５３５号明細書（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＰＰ００８７）、および２００９年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／２２１，７７１号明細書、２００９年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／２２６，４３５号明細書（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＰＰ００９８）に見ることができる。
本発明のＰＶＢ組成物は、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として約０．０１重量％、または約０．０５重量％、または約０．０８重量％〜約１重量％、または約０．８重量％、または約０．５重量％の範囲の量の１種類以上のキレート剤をさらに含むことができる。好適なキレート剤の例としては、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレンジアミン一酢酸、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン三酢酸、エチレンジアミン、トリス（２−アミノエチル）アミン、ジエチレントリアミン五酢酸、またはそれらのいずれかの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好適なキレート剤およびそれらの封止材組成物中での使用に関するさらなる情報は、２００９年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／１４６，５４７号明細書（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＰＰ００８８）に見ることができる。
前述の可塑剤および添加剤に加えて、本発明のＰＶＢ組成物は、１種類以上の好適な別の添加剤をさらに含むことができ、そのようなものとしては、接着調整剤、表面張力調整剤、加工助剤、流動性向上剤、潤滑剤、顔料、染料、難燃剤、衝撃改質剤、核剤、シリカなどのアンチブロッキング剤、分散剤、界面活性剤、カップリング剤、ガラス繊維などの補強添加剤、フィラーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの添加剤は、たとえば、Ｋｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，５th Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ，２００４）に記載されている。
これらの別の添加剤は、ＰＶＢ組成物の基本的で新規な性質を損なうことがなく、さらに、組成物の性能またはその組成物から作製される太陽電池モジュールの性能に大きな悪影響を与えることがない限りは、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として、一般に０．０１〜１５重量％、好ましくは０．０１〜１０重量％、または０．０１〜約５重量％、または０．１〜約１．０重量％の量で組成物中に存在することができる。これらの従来成分のＰＶＢ組成物中への場合による混入は、任意の周知の方法、たとえば、乾式混合、種々の成分の混合物の押出、マスターバッチ技術などによって行うことができる。これに関しても、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａを参照されたい。
本発明は、太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュールであって、（Ａ）太陽電池アセンブリが被酸化性金属部品を含み；（Ｂ）太陽電池アセンブリは、前述のＰＶＢ組成物によって封止され；（Ｃ）被酸化性金属部品がＰＶＢ封止材に少なくとも部分的に接触する太陽電池モジュールをさらに提供する。
本明細書において使用される場合、用語「金属部品」は、元素金属を含む、太陽電池アセンブリまたは太陽電池モジュールの１つの構成要素または複数の構成要素の任意の副次的な組み合わせを意味し、たとえば導電性ペースト、導線またはバスバー、金属導電性コーティング、あるいは金属反射フィルムなどである。特に、用語「元素金属」、「金属［元素］」、および「Ｍ0」、たとえば、「元素鉄」、「金属鉄」、および「Ｆｅ0」は同義語であり、本明細書においては交換可能に使用される。元素金属は、たとえば、銀が反射フィルム中に使用されるように、実質的にニートまたは純粋な形態で存在することができる。あるいは、元素金属は、たとえば担体またはフィラーなどの非金属材料と配合することもできるし、あるいは、固溶体中、合金中、結晶形態、粉末として、またはフレークとして、分散液の連続相または分散相として、あるいはその他の任意の形態で存在することもできる。たとえば、一部の接続線中に使用されるはんだ材料は、約２重量％の少量の銀を含有する銀およびアルミニウムの合金である。
金属部品の特定の種類としては導電性ペーストが挙げられ、これは典型的にはウエハ系太陽電池中に使用され、太陽電池に効率的に接触し、光生成電流を移送するために太陽電池の太陽と面する側に堆積される導電性フィルムである。
他の金属部品としては、ウエハ系太陽電池および薄膜太陽電池の両方に含まれることがある導線およびバスバーが挙げられ、これらは、個別の太陽電池の間に電気的接続を提供し、光生成電流をモジュール外に案内するために、典型的には太陽電池の表面上にはんだ付けされる。
さらに、薄膜太陽電池の製造中、第１の導電層（たとえば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）または金属コーティング）が最初に基板上にコーティングされ、その後、光子吸収材料がその上に堆積される。さらに、太陽電池の製造中、第２の導電層（たとえば、ＴＣＯまたは金属コーティング）が光子吸収材料上にさらに堆積される。本明細書において言及される被酸化性金属部品は、前述の２つの金属導電性コーティングの一方または両方であってもよい。
金属背面反射フィルムは、光子を太陽電池中に跳ね返らせ、したがって発電効率を改善するために、薄膜太陽電池中に組み込まれることが多い。
本明細書に記載の太陽電池モジュールにおいては、被酸化性金属部品はＰＶＢ封止材に完全または部分的に接触する。たとえば、あるモジュールにおいては、用語「部分的に接触する」は、被酸化性の部品の表面積の少なくとも約３．６×１０-5％がＰＶＢ封止材に接触することを示す。この量は、薄膜セル中のスクライブラインに対して計算したものであるが、多くの他の種類の金属部品の場合に接触する最小面積の近似値となる。対照的に、金属部品が封止材と完全に接触する場合もあり、たとえば太陽電池モジュール中において、銀反射フィルムの表面積の実質的に１００％がＰＶＢ封止材に接触する。しかし、たとえば用語「銀部品がＰＶＢ封止材に接触する」のように修飾せずに使用される場合、任意の０ではない量の接触を示している。言い換えると、部品の表面積の任意の０ではないパーセント値でＰＶＢ封止材に接触することができる。
あるモジュールにおいては、被酸化性金属部品が、被酸化性金属または被酸化性金属合金を含む。特に、金属は、太陽電池モジュールの通常の運転条件下で被酸化性である。ある好ましい被酸化性金属は、太陽電池モジュール中に使用されるポリマー封止材と接触して１，０００ボルトのバイアス下で８５℃および相対湿度８５％において１０００時間維持される場合に被酸化性となる。好適な被酸化性金属の例としては、銀、セリウム、銅、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ビスマス、カドミウム、銅、鉛、銀、スズ、鉛、および亜鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではない。被酸化性金属としては、上記の金属を含有する被酸化性金属合金、またはこれらの金属の２種類以上の組み合わせ、特に実質的な量のそれらの金属を含有する合金も挙げられる。特に、本明細書に記載のＰＶＢ組成物は、銀または銀含有合金に接触するＰＶＢ封止材の変色を防止または軽減することができる。したがって、好ましいモジュールの１つにおいては、被酸化性金属部品は銀を含む。
より具体的には、太陽電池モジュール中で、従来技術のＰＶＢ封止材が被酸化性金属部品に完全または部分的に接触すると、ＰＶＢ封止材は経時により変色する傾向があることが分かった。理論によって束縛しようと望むものではないが、高電圧および高水分条件下で金属が酸化され始め、その陽イオンがＰＶＢ中に移動すると考えられる。ＰＶＢ封止材中に、ヒンダードアミン類が加えられ、前述の別の添加剤も加えられてもよい場合に、酸化、移動、または変色の１つ以上が軽減または防止される。
本明細書に記載のＰＶＢ封止材が、太陽電池モジュール中に使用され、１種類以上の銀部品と接触する場合、経時によるＰＶＢ封止材の黄色度指数（ＹＩ）の変化が軽減されるか、または最小限となる。ＰＶＢ封止材のＹＩの変化は、１０００時間後、相対湿度（ＲＨ）８５％、８５℃、およびバイアス（１００〜１，０００Ｖ）のＰＶＢのサンプルシートを試験することによって計算することができる。あるいは、ＰＶＢ封止材のＹＩは、ＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠し、２°観察者を使用し、Ｉｌｌｕｍｉｎａｎｔ Ｃを光源として使用することによって求めることができる。これらの条件は「２°／Ｃ」と記載される場合もある。ＹＩは、単位のない数として報告され、直接比較するために特定のサンプル光路長に規格化する必要がある。一般に、本明細書に記載のＰＶＢ封止材のＹＩは、１．０ｃｍの光路長を有するサンプルの場合で、依然として約６０以下、または約５５以下、または約５０以下、または４０以下、または約３０以下、または約２０以下となる。また好ましくは、試験条件下または太陽電池モジュールの運転条件下で、ヒンダードアミンを含まないＰＶＢ封止材と比較して、本明細書に記載のＰＶＢ封止材のＹＩの変化は、５００％未満、３５０％未満、２００％未満、１００％未満、５０％未満、２５％未満、または１０％未満である。
好ましい封止材は、本明細書に記載のＰＶＢ組成物を含み、約０．２５ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さを有し、ポリ（ビニルブチラール）シートの全重量を基準として約１５〜約４５重量％の可塑剤と、約０．５〜約２重量％のヒンダードアミンとを含む、ポリ（ビニルブチラール）シートである。また好ましくは、本発明のポリ（ビニルブチラール）シートは、ＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠して相対湿度（ＲＨ）８５％および８５℃において１，０００Ｖのバイアスを使用して１０００時間後に約６０以下の黄色度指数を有する。
被酸化性金属が銀ではない場合、封止材上の金属の視覚的効果は、黄変以外にも存在しうる。たとえば、金属接触によって、フィルム中に曇りが生じる場合があるし、黄色以外の色への変色が生じる場合もある。これらの場合において、本明細書に記載の封止材の効果は、透明度測定、電子顕微鏡法、および光学顕微鏡法などの方法によって定量化することができる。たとえば、黄色以外の色への変色を生じさせる金属の場合、可視波長の別の範囲を観察することを除けば、ＹＩ測定と類似の方法を使用することができる。
本明細書において使用される場合、用語「太陽電池」は、光を電気エネルギーに変換することができる任意の物品を含んでいる。本発明において有用な太陽電池としては、ウエハ系太陽電池（たとえば、ｃ−Ｓｉまたはｍｃ−Ｓｉ系太陽電池）、薄膜太陽電池（たとえば、ａ−Ｓｉ、μｃ−Ｓｉ、ＣｄＴｅ、またはＣＩ（Ｇ）Ｓ系太陽電池）、ならびに光吸収染料または有機半導体などの材料を含む有機太陽電池が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好ましいモジュールの１つにおいては、太陽電池がウエハ系太陽電池であり、被酸化性金属部品が、その上に堆積された導電性ペースト、あるいはその上にはんだ付けされた導線またはバスバーである。金属部品は、前述のＰＶＢ封止材に完全または部分的に接触している。さらに、ウエハ系太陽電池および被酸化性金属部品を含む太陽電池アセンブリは、ＰＶＢ封止材によって封止され、２つの保護外層の間にさらに挟まれることがある。保護外層は、フロントシートおよびバックシートとも呼ばれ、これらは任意の好適なシートまたはフィルムから形成することができる。
好適なシートとしては、ガラスシート、アルミニウム、鋼、亜鉛メッキ鋼などの金属シート、セラミックプレート、あるいはポリカーボネート類、アクリル類、ポリアクリレート類、環状ポリオレフィン類（たとえば、エチレンノルボルネンポリマー類）、ポリスチレン類（好ましくはメタロセン触媒の存在下で調製されたポリスチレン類）、ポリアミド類、ポリエステル類、フルオロポリマー類などのプラスチックシート、あるいはそれらの２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好適なフィルムとしては、アルミニウム箔などの金属フィルム、あるいはポリマーフィルムであって、ポリエステル類（たとえば、ポリ（エチレンテレフタレート）およびポリ（エチレンナフタレート））、ポリカーボネート、ポリオレフィン類（たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、および環状ポリオレフィン類）、ノルボルネンポリマー類、ポリスチレン（たとえば、シンジオタクチックポリスチレン）、スチレン−アクリレートコポリマー類、アクリロニトリル−スチレンコポリマー類、ポリスルホン類（たとえば、ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど）、ナイロン類、ポリ（ウレタン）類、アクリル類、酢酸セルロース類（たとえば、酢酸セルロース、セルローストリアセテート類など）、セロハン、シリコーン類、ポリ（塩化ビニル）類（たとえば、ポリ（塩化ビニリデン））、フルオロポリマー類（たとえば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー類など）を含むフィルムなどのポリマーフィルム、またはそれらの２種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリマーフィルムは、延伸されない場合もあるし、一軸延伸または二軸延伸される場合もある。
好適なポリマーフィルムの具体例の一部としては、ポリエステルフィルム（たとえば、ポリ（エチレンテレフタレート）フィルム）、フルオロポリマーフィルム（たとえば、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＤｕＰｏｎｔ），Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥより入手可能なＴｅｄｌａｒ（登録商標）、Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標）、およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）フィルム）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、フルオロポリマー／ポリエステル／フルオロポリマー多層フィルム（たとえば、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）フィルム／ＰＥＴフィルム／Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）フィルム積層複合材料（ＴＰＴ））などの多層フィルムを本発明において使用することもできる。
別の好ましいモジュールの１つにおいては、太陽電池は、層状の基板上に堆積された光吸収材料を有する薄膜太陽電池である。基板は、保護外層に関して前述したようなガラス、あるいは任意の好適な金属またはポリマーシート、あるいはフィルムから製造することができる。薄膜太陽電池は、単一接合型または多接合型（タンデム接合型など）薄膜太陽電池であってもよい。太陽放射のスペクトルによって種々のエネルギーの光子が得られるので、太陽光が数層の太陽電池層を連続して通過する多接合太陽電池が開発された。多接合型太陽電池の個別の層は、特定の波長の光子を効率的に電気エネルギーに変化させるように調整されている。多接合型太陽電池は、通常は異なるエネルギーギャップの複数の層から構成される。より大きなエネルギーギャップを有する層は、光がモジュールに入る表面に隣接している。より低いエネルギーギャップを有する層は、モジュールのさらに内部または裏側に向かって配置される。原理上は、当該技術分野において周知の任意の種類の太陽電池が本発明において有用であり、そのような太陽電池としては、米国特許第４，０１７，３３２号明細書、米国特許第４，１７９，７０２号明細書、米国特許第４，２９２，４１６号明細書、米国特許第６，１２３，８２４号明細書、米国特許第６，２８８，３２５号明細書、米国特許第６，６１３，６０３号明細書、および米国特許第６，７８４，３６１号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２１３５４８号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１８５０３３号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２２３４３６号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２５１１２０号明細書；および米国特許出願公開第２００８／０２７１６７５号明細書、ならびに国際公開第２００４／０８４２８２号パンフレットおよび国際公開第２００７／１０３５９８号パンフレットに記載のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
薄膜太陽電池モジュールにおいては、被酸化性金属部品は、導線、バスバー、導電性コーティング、または背面反射フィルム、あるいはそれらの２種類以上の組み合わせから選択することができる。この場合も、金属部品は、前述のＰＶＢ封止材に完全または部分的に接触している。あるモジュールにおいては、被酸化性金属部品が、銀または銀合金を含む導電性コーティングである。被酸化性金属部品は、銀または銀合金を含む背面反射フィルムであってもよい。さらに、一方の面において基板上に堆積され、他方の面上をＰＶＢ封止材によって封止された薄膜太陽電池材料および被酸化性金属部品を含を含むモジュールは、ＰＶＢ封止材に積層された保護外層をさらに含むことができる。
本明細書に記載の太陽電池モジュールを製造するためには、任意の好適な方法を使用することができる。特に、当該技術分野において周知の任意の好適な積層方法（オートクレーブ法または非オートクレーブ法など）を使用して太陽電池モジュールを製造することができる。たとえば、典型的な積層方法の１つにおいては、最初に、太陽電池をＰＶＢ封止材（たとえばＰＶＢシートの形態）の間に積み重ねし、２つの保護フィルムまたはシートの間にさらに積み重ね、次に、この予備積層アセンブリに対して積層法を実施する。さらに、薄膜太陽電池モジュールの製造においては、基板上に堆積された太陽電池を、最初にＰＶＢ封止材（たとえばＰＶＢシートの形態）の上に積み重ね、次に１つの保護フィルムまたはシートの上に積み重ねて、予備積層アセンブリを形成する。
したがって、本発明は、太陽電池モジュールを製造するための予備積層アセンブリをさらに提供する。予備積層アセンブリは、太陽電池アセンブリを含み、この太陽電池アセンブリは、太陽電池と、被酸化性金属部品と、本明細書に記載のＰＶＢ組成物を含むポリ（ビニルブチラール）シートとを含む。好ましくは、ポリ（ビニルブチラール）シートは、約０．２５ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さを有し、相対湿度（ＲＨ）８５％および８５℃において１，０００Ｖのバイアスで１０００時間後にＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠した黄色度指数が約６０以下である。予備積層アセンブリは：上記ポリ（ビニルブチラール）シートと同じ場合も異なる場合もある第２のポリ（ビニルブチラール）シートであって、太陽電池アセンブリに接触する第２のポリ（ビニルブチラール）シート；上記ポリ（ビニルブチラール）シートに接触する保護外層；上記保護外層と同じ場合も異なる場合もある第２の保護外層であって、第２のポリ（ビニルブチラール）シートに接触する第２の保護外層；ならびに太陽電池アセンブリおよび上記ポリ（ビニルブチラール）シートに接触する基板またはスーパーストレートからなる群から選択される１つ以上の追加層をさらに含むことができる。
好適な方法の１つにおいては、予備積層アセンブリを、真空を持続させることが可能なバッグ（「真空バッグ」）中に入れ、真空ラインまたはその他の手段によってバッグから空気を抜き取り、真空を維持しながら（たとえば、少なくとも約２７〜２８ｉｎ Ｈｇ（６８９〜７１１ｍｍ Ｈｇ））バッグを密封する。密封したバッグを、約１５０〜約２５０ｐｓｉ（約１１．３〜約１８．８ｂａｒ）の圧力および約１３０℃〜約１８０℃、または約１２０℃〜約１６０℃、または約１３５℃〜約１６０℃、または約１４５℃〜約１５５℃の温度のオートクレーブ中に入れる。これらの条件を約１０〜約５０分、または約２０〜約４５分、または約２０〜約４０分、または約２５〜約３５分の間維持する。真空バッグの代わりに真空リングを使用することができる。真空バッグの好適な種類の１つが米国特許第３，３１１，５１７号明細書に記載されている。熱および圧力のサイクルの後、オートクレーブ中の空気を冷却するが、オートクレーブ中の圧力を維持するために追加のガスは加えない。冷却から約２０分後、過剰の空気圧を放出し、積層体をオートクレーブから取り出す。
あるいは、予備積層アセンブリを約８０℃〜約１２０℃、または約９０℃〜約１００℃のオーブン中で約２０〜約４０分間加熱することができ、その後、加熱されたアセンブリをニップロールの組に通し、それによって個別の層の間の空間中の空気を絞り出すことができ、アセンブリの端部を封止することができる。この段階の予備積層アセンブリは、予備プレスアセンブリと呼ばれる。
次に、約１００〜約３００ｐｓｉ（約６．９〜約２０．７ｂａｒ）、または好ましくは約２００ｐｓｉ（１３．８ｂａｒ）の圧力において温度を約１２０℃〜約１６０℃、または約１３５℃〜約１６０℃に上昇させる空気オートクレーブ中に予備プレスアセンブリを入れることができる。これらの条件は約１５〜約６０分、または約２０〜約５０分の間維持され、その後、オートクレーブ中にさらなる空気を加えることなく、空気を冷却する。約２０〜約４０分の冷却の後、過剰の空気圧を放出し、積層製品をオートクレーブから取り出す。
太陽電池モジュールは、非オートクレーブ法によって製造することもできる。好適な非オートクレーブ法は、たとえば、米国特許第３，２３４，０６２号明細書、米国特許第３，８５２，１３６号明細書、米国特許第４，３４１，５７６号明細書、米国特許第４，３８５，９５１号明細書、米国特許第４，３９８，９７９号明細書、米国特許第５，５３６，３４７号明細書、米国特許第５，８５３，５１６号明細書、米国特許第６，３４２，１１６号明細書、および米国特許第５，４１５，９０９号明細書、米国特許出願公開第２００４０１８２４９３号明細書、欧州特許第１２３５６８３Ｂ１号明細書、ならびに国際公開第９１０１８８０号パンフレットおよび国際公開第０３０５７４７８号パンフレットに記載されている。一般に、非オートクレーブ法は、予備積層アセンブリを加熱し、真空、圧力、またはその両方を使用することを含む。たとえば、アセンブリは加熱炉およびニップロールに連続して通すことができる。積層方法のこれらの例は限定を意図したものではない。実質的に任意の積層方法を使用することができる。
本発明は、前述の太陽電池モジュールを２つ以上含む太陽電池アレイをさらに提供する。
本発明においては太陽エネルギーを電気に変換する方法をさらに提供する。この方法は、本明細書に記載の太陽電池モジュールと、電線などの電気接続と、抵抗器、コンデンサ、モーター、または光源、たとえば、電球またはＬＥＤなどの電気負荷とを含む閉電気回路を提供するステップと；太陽電池モジュールを太陽放射に曝露するステップとを含む。太陽電池モジュールによって発生した電流は、電気負荷を循環して、それによって電気負荷が動作する。
本発明は、太陽電池モジュール中のポリ（ビニルブチラール）封止材の変色を軽減または防止する方法をさらに提供する。太陽電池モジュールは、本明細書に記載のポリ（ビニルブチラール）封止材に完全または部分的に接触する被酸化性金属部品を含む太陽電池アセンブリを含む。この方法は、本明細書に記載の太陽電池モジュールを提供するステップと、一連の条件下で、ある期間、太陽電池モジュールを運転するステップとを含む。本明細書に記載の太陽電池モジュールにおいては、ＰＶＢ封止材の黄色度指数は、この運転期間後に変化しない。あるいは、運転期間後の黄色度指数の変化は、他の点では本明細書に記載の太陽電池モジュールと実質的に同一である第２の太陽電池モジュール中で同じ一連の条件下で同じ運転期間後のヒンダードアミンを含まないＰＶＢ封止材の黄色度指数の変化よりも小さい。
以下の実施例は、本発明をさらに詳細に説明するために提供している。本発明を実施するために現在考えられる好ましい形態を説明するこれらの実施例は、説明を意図したものであり、本発明の限定を意図したものではない。
対照例１
ＤｕＰｏｎｔより市販されるＢｕｔａｃｉｔｅ（登録商標）ＰＶＢシートは、ＰＶＢ組成物の全重量を基準として２６．７重量％のトリエチレングリコールジ−２−エチルヘキサノエート、０．１重量％のＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）Ｐ（Ｃｉｂａ）、０．００３重量％のＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）１２３ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）（Ｃｉｂａ）、および０．２２重量％のオクチルフェノールを含むものであった。このシートを、銀がコーティングされたガラス板の銀がコーティングされた側に積層した。８５％ＲＨおよび８５℃においてあるバイアス下で１０００時間のコンディショニング後、ＰＶＢシートの色は、ほぼ無色透明から暗褐色に変化した。
これと関連して、Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）Ｐなどの「ベンゾトリアゾールＵＶ吸収剤」と不飽和複素環類との間の区別については、詳細に前述していることに留意されたい。
対照例２〜４および実施例１〜５
これらの実施例において、硝酸銀と添加剤とをメタノール中に溶解させ、次にＰＶＢフレークのメタノール溶液中に加えることによって、ＰＶＢ（６．９×１０-5ｍｏｌ；分子量約１４５，０００Ｄａ；１８．８重量％のＯＨ；１．５％未満の酢酸ビニル）と、硝酸銀（１．２×１０-5ｍｏｌ）と、添加剤との溶液を調製した。次にこの溶液を６０℃で２〜８時間加熱し、その色の変化を監視した。色の変化はＨｕｎｔｅｒＬａｂ Ｕｌｔｒａｓｃａｎ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ（Ｈｕｎｔｅｒ Ｌａｂｓ，Ｒｅｓｔｏｎ，ＶＡ）上で測定した。黄色度指数（ＹＩ）をＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５により計算し、表１中にまとめた。
Figure 2012516060
Figure 2012516060
注：
*Ｃｉｂａ，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ．
**Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ．
表１の結果は、ＨＡＬＳ（Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）７７０）を含有する実施例Ｅ１の黄色度指数（ＹＩ）は、添加剤を含有しないＰＶＢ／硝酸銀対照溶液の比較例ＣＥ２よりも大きく低下した。さらに、実施例Ｅ１のＹＩは、ＵＶ吸収剤を含有するがＨＡＬＳは含有しない比較例ＣＥ３およびＣＥ４のＹＩと比較しても低下した。ＵＶ吸収剤（たとえば、Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）３２６またはＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）Ｐ）とＨＡＬＳとの組み合わせ（実施例Ｅ２およびＥ３）でも、比較例ＣＥ３およびＣＥ４よりも低下したＹＩが得られる。最後に、ＨＡＬＳと不飽和複素環式化合物（この場合、ベンゾトリアゾール）との組み合わせによってＹＩがさらに低下する。
本発明の特定の好ましい実施形態について説明を行い具体的に例示してきたが、本発明がこのような実施形態に限定されることを意図したものではない。以下の特許請求の範囲に記載されるような本発明の範囲および意図から逸脱せずに種々の変形を行うことができる。

Claims (15)

  1. 太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュールであって、前記太陽電池アセンブリが、少なくとも１つの太陽電池と被酸化性金属部品とを含み、前記太陽電池アセンブリはポリ（ビニルブチラール）封止材によって封止され、前記被酸化性金属部品は、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材と接触しており、さらに前記ポリ（ビニルブチラール）封止材が、ポリ（ビニルブチラール）樹脂と、前記ポリ（ビニルブチラール）の全重量を基準として約１５〜約４５重量％の可塑剤と、約０．５〜約２重量％のヒンダードアミンとを含む、太陽電池モジュール。
  2. ＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠して、相対湿度（ＲＨ）８５％および８５℃において１，０００Ｖのバイアスで１０００時間後に測定した場合に、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材が約６０以下の黄色度指数を有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記被酸化性金属部品が、銀、セリウム、銅、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ビスマス、カドミウム、銅、鉛、銀、スズ、鉛、亜鉛、ならびに合金であって銀、セリウム、銅、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、ビスマス、カドミウム、銅、鉛、銀、スズ、鉛、および亜鉛の１種類以上を含む合金からなる群から選択される１種類以上の金属を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記被酸化性金属部品が、銀または銀合金を含む、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記被酸化性金属部品が、導電性ペースト、導線、バスバー、導電性コーティング、および反射フィルムからなる群から選択される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記ポリ（ビニルブチラール）封止材が、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として最大約１．５重量％の前記ヒンダードアミンを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記ヒンダードアミンがヒンダードアミン光安定剤である、あるいは前記ヒンダードアミンが第２級アミンまたは第３級アミンである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記ヒンダードアミンが、２，２，６，６−テトラメチルピペラジン、２，２，６，６−テトラメチルピペラジノール、２−（ジメチルアミノ）ピリジン、４−（ジメチルアミノ）ピリジン、Ｎ−ブチルピペリジン、およびＮ，Ｎ−ジエチルシクロヘキシルアミンからなる群から選択される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記ポリ（ビニルブチラール）封止材が、前記ポリ（ビニルブチラール）の全重量を基準として約０．０１〜約１重量％の少なくとも１種類のＵＶ吸収剤；約０．０１〜約１重量％の少なくとも１種類の熱安定剤；約０．０１〜約１重量％の少なくとも１種類の不飽和複素環式化合物；および約０．０１〜約１重量％の少なくとも１種類のキレート剤からなる群から選択される１種類以上の添加剤をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記ＵＶ吸収剤がベンゾトリアゾール誘導体類である；あるいは前記熱安定剤がオクチルフェノールまたはブチル化ヒドロキシトルエンを含む；あるいは前記不飽和複素環式化合物が、トリアゾール、イミダゾール、ピロール、ピリジン、プリン、ピラジン、アデニン、トリアジン、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、２，２’−ジピリジル、２−メルカプトベンゾイミダゾール、およびチアゾールからなる群から選択される；あるいは前記キレート剤が、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン一酢酸、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン三酢酸、エチレンジアミン、トリス（２−アミノエチル）アミン、およびジエチレントリアミン五酢酸からなる群から選択される、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記太陽電池が、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）および多結晶シリコーン（ｍｃ−Ｓｉ）系の太陽電池からなる群から選択されるウエハ系太陽電池である、あるいは前記太陽電池が、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶ケイ素（μｃ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、二セレン化銅インジウム／ガリウム（ＣＩＧＳ）、光吸収染料、および有機半導体系の薄膜太陽電池からなる群から選択される薄膜太陽電池である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記被酸化性金属部品が、銀または銀合金を含む反射フィルムである、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
  13. 太陽電池モジュールを製造するための予備積層アセンブリであって、前記予備積層アセンブリが：
    少なくとも１つの太陽電池と 被酸化性金属部品とを含む太陽電池アセンブリと；
    約０．２５ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さを有し、ポリ（ビニルブチラール）封止材を含むポリ（ビニルブチラール）シートであって、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材がポリ（ビニルブチラール）樹脂と、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として約１５〜約４５重量％の可塑剤と、約０．５〜約２重量％のヒンダードアミンとを含み；ＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠して、相対湿度（ＲＨ）８５％および８５℃において１，０００Ｖのバイアスで１０００時間後に測定した場合に、前記ポリ（ビニルブチラール）シートが約６０以下の黄色度指数を有してもよい、ポリ（ビニルブチラール）シートとを含み；
    前記ポリ（ビニルブチラール）シートが前記被酸化性金属部品に接触している、予備積層アセンブリ。
  14. 前記ポリ（ビニルブチラール）シートと同じ場合も異なる場合もある第２のポリ（ビニルブチラール）シートであって、前記太陽電池アセンブリに接触する第２のポリ（ビニルブチラール）シートと；
    前記ポリ（ビニルブチラール）シートに接触する保護外層と；
    前記保護外層と同じ場合も異なる場合もある第２の保護外層であって、前記第２のポリ（ビニルブチラール）シートに接触する前記第２の保護外層と；
    前記太陽電池アセンブリおよび前記ポリ（ビニルブチラール）シートに接触する基板またはスーパーストレートと
    からなる群から選択される１つ以上の追加層をさらに含む、請求項１３に記載の予備積層アセンブリ。
  15. 太陽電池モジュール中のポリ（ビニルブチラール）封止材の変色を軽減または防止する方法であって：
    ポリ（ビニルブチラール）封止材を含むポリ（ビニルブチラール）シートを提供するステップであって、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材が、前記ポリ（ビニルブチラール）封止材の全重量を基準として、ポリ（ビニルブチラール）樹脂と、約１５〜約４５重量％の可塑剤と、約０．５〜約２重量％のヒンダードアミンとを含み、ＡＳＴＭ Ｅ３１３−０５に準拠して、相対湿度（ＲＨ）８５％および８５℃において１，０００Ｖのバイアスで１０００時間後に測定した場合に、前記ポリ（ビニルブチラール）シートが約６０以下の黄色度指数を有してもよいステップと；
    太陽電池アセンブリを前記ポリ（ビニルブチラール）シート中に封止することによって太陽電池モジュールを形成するステップであって、前記太陽電池アセンブリが、前記ポリ（ビニルブチラール）シートに接触する被酸化性金属部品を含むステップと；
    前記太陽電池モジュールをある期間、一連の条件下で運転するステップとを含み；
    前記ポリ（ビニルブチラール）封止材の前記黄色度指数が前記期間後に変化しない；あるいは
    前記運転期間後の前記ポリ（ビニルブチラール）封止材の前記黄色度指数の変化が、前記太陽電池モジュールと実質的に同一である第２の太陽電池モジュール中、同じ一連の条件下で同じ運転期間後の第２のポリ（ビニルブチラール）封止材の黄色度指数の変化よりも小さく；前記第２のポリ（ビニルブチラール）封止材はヒンダードアミンを含まない、方法。
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