JP2013118328A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】封止材層として、EVAとポリエチレンの長所を両方生かした構成の太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】この太陽電池モジュール1は、透明前面基板2/前面封止材層3/太陽電池素子4/背面封止材層5/裏面保護シート6の順に積層一体化されており、前面封止材層3を構成する第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であり、背面封止材層5を構成する第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂である。
【選択図】図1
【解決手段】この太陽電池モジュール1は、透明前面基板2/前面封止材層3/太陽電池素子4/背面封止材層5/裏面保護シート6の順に積層一体化されており、前面封止材層3を構成する第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であり、背面封止材層5を構成する第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂である。
【選択図】図1
Description
本発明は太陽電池モジュールに関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。現在、種々の形態からなる太陽電池モジュールが開発され、提案されている。一般に太陽電池モジュールは、透明前面基板と太陽電池素子と裏面保護シートとが、封止材シートを介して積層された構成である。
図1に例示するように、太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6が順に積層されており、太陽電池素子4を挟むように、太陽電池素子4の受光面側に前面封止材層3が、太陽電池素子4の裏面側に背面封止材層5が配置されている。
ここで、上記の封止材層を構成する封止材シートとしては、透明性や流動性の面からEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)を主として、架橋剤を含有する構成が知られている(特許文献1参照)。この場合、上記の組成物は未架橋で成形され、モジュール化工程又はその後の工程において、加熱等によって架橋される。
又、別の太陽電池モジュールの封止材シートとして、低結晶性のα−オレフィン系共重合体であるPBR(プロピレン−ブテン共重合体)や、EBR(エチレン−ブテン共重合体)や、EPR(エチレン−プロピレン共重合体)等と、架橋剤とを含有する構成が知られている(特許文献2参照)。
特許文献1のEVAは透明性や流動性に優れるという長所がある一方、水蒸気バリア性が劣るという基本的な欠点を有している。
特許文献2においては、PBR等の低結晶性のオレフィン系重合体をベースとすることで水蒸気バリア性が向上するものの、EVAに比べるとやはり透明性に劣るという欠点を有している。
このように、封止材シートの材料としては、EVA系、オレフィン系にそれぞれ長所短所があり、これらの要求を単一材料で同時に満たすことは困難であった。
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モジュールとして考えた場合の光線透過性に優れ、且つ、水蒸気バリア性や絶縁性という優れたオレフィン系の特徴も備える太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明者らは、上記のように、太陽電池素子4の受光面側に配置される前面封止材層3と、太陽電池素子4の裏面側に配置される背面封止材層5とでは、封止材シートとしての要求物性が異なることに着目した。具体的には、受光面側に配置される前面封止材層3としては透明性が重要視される一方、裏面側に配置される背面封止材層5としては、透明性というよりは、むしろ水蒸気バリア性や絶縁性が要求される。特に絶縁性については、近年多く用いられる、いわゆるバックコンタクト方式においては、発電効率向上のために電極の全部又は大半が裏面に配置されることから、特に裏面側の高い絶縁性が要求される。このような観点から、前面封止材層3と背面封止材層5の両層が必ずしも同一材料である必要はない。しかし、真空ラミネートによって両層は一体化されるため、両層には高い密着性が要求される。このような観点から、前面封止材層として所定のEVA系樹脂を用い、背面封止材層として所定のポリエチレン系樹脂を用いることで、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
(1) 太陽電池素子と、前記太陽電池素子の受光面側に配置される第1封止材シートと、前記太陽電池素子の裏面側に配置される第2封止材シートとを備え、前記第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であり、前記第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂であることを特徴とする太陽電池モジュール。
(2) 前記第1封止材シートは、ゲル分率が60%以上100%以下である(1)に記載の太陽電池モジュール。
(3) 前記第2封止材シートは、密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂である(1)又は(2)に記載の太陽電池モジュール。
(4) 前記第2封止材シートは、ゲル分率が0%以上90%以下である(1)から(3)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(5) 前記第2封止材シートのゲル分率が、前記第1封止材シートのゲル分率より小さい(1)から(4)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(6) 前記第2封止材シートは、ポリスチレン換算重量平均分子量が100,000g/mol以上300,000g/mol以下である(1)から(5)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(7) 前記太陽電池素子が、裏面側に電極が配置されるバックコンタクト方式である(1)から(6)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
本発明の太陽電池モジュールによれば、封止材層として、EVA系樹脂のもつ透明性と、ポリエチレン系樹脂のもつ水蒸気バリア性や絶縁性の長所を両方生かし、しかも封止材層間の密着性にも優れる太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池モジュールは、封止材層の材料構成に主たる特徴がある。まず、太陽電池モジュールの全体構成及びその製造方法について説明し、後に、封止材層を構成する太陽電池モジュール用封止材シートについて詳細に説明し、更に、その他の構成部材について説明する。
<太陽電池モジュール>
図1は、本発明の一実施形態である太陽電池モジュール1について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6が順に積層されている。
図1は、本発明の一実施形態である太陽電池モジュール1について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6が順に積層されている。
本明細書において、太陽電池素子とは、光導電効果及び/又は光起電力効果によって光を受けて電流を発生させる最小構成単位の意であり、例えば、10cm×10cm角〜20cm×20cm角のものが挙げられる。又、太陽電池モジュールとは、この太陽電池素子が複数連結されて構成されているものをいい、例えば、太陽電池素子を10〜50枚程度連結した、0.5m×0.5m角〜2.0m×2.0m角程度のものを挙げることができる。尚、本明細書では太陽電池モジュールの中には、モジュールの集合体である太陽電池パネルを含むものとする。
太陽電池モジュール1は、前面封止材層3として、ゲル分率が所定の範囲内にあるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂からなる第1封止材シートを用いたものであり、且つ、背面封止材層5として、密度が所定の低密度の範囲内にあるポリエチレン系樹脂からなる第2封止材シートを用いたものである。第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂を主たる樹脂とし、必要な柔軟性や密着性を保持しつつ、特に光線透過性に優れるものであり、第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂を主たる樹脂とし、必要な柔軟性や密着性を保持しつつ、特に水蒸気バリア性や絶縁性に優れるものである。太陽電池モジュール1は、これらの異なる物性を備える上記の各封止材シートを、太陽電池モジュール内の各層において使い分け、それらの特徴を生かして最適に配置することによって、太陽電池モジュールとしての光線透過性、水蒸気バリア性及び封止材層の絶縁性を同時に充分に好ましい範囲にまで高めたものである点に特徴がある。尚、第1封止材シート及び第2封止材シートのそれぞれの詳細については後述する。
前面封止材層3と背面封止材層5以外の部材である透明前面基板2、裏面保護シート6については、従来公知の材料を特に制限なく使用することができる。透明前面基板2としてはガラス等、又、裏面保護シート6については、ETFE、耐加水PET等の樹脂シート等を用いることができる。尚、本発明の太陽電池モジュール1は、上記部材以外の部材を含んでもよい。
太陽電池素子4についても特に制限はないが、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池に限らず、アモルファスシリコンや微結晶シリコン、或いはカルコパイライト系の化合物等を用いてなる薄膜系太陽電池(CIGS)が好ましく用いられ、太陽電池モジュールの構成としては、従来の前面コンタクトタイプはもちろん、特に、非受光面側に極性が異なる複数の電極が設けられたバックコンタクト型の太陽電池素子を好ましく用いることができる。
上記のうちでも、太陽電池素子4として、メタルラップスルー(MWT)方式、或いはエミッタラップスルー(EWT)方式等のバックコンタクト型の太陽電池素子を特に好ましく用いることができる。これらのバックコンタクト型の太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールにおいては、非受光面側に設けられた電極間を絶縁して短絡を防止する必要がある。太陽電池モジュール1は、太陽電池素子4の非受光面側と接する背面封止材層5として、絶縁性の高いポリエチレン系樹脂からなる第2封止材シートを用いるものであるため、太陽電池素子4としてバックコンタクト型の太陽電池素子を特に好ましく用いることができる。
<太陽電池モジュール用封止材シート>
これら第1封止材シート及び第2封止材シート(以下、両者を併せて、「封止材シート」とも言う。)は、以下に詳細を説明する封止材組成物を、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により成型加工して、シート状又はフィルム状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。以下、第1封止材シート、第2封止材シートのそれぞれについて順次詳細を説明する。
これら第1封止材シート及び第2封止材シート(以下、両者を併せて、「封止材シート」とも言う。)は、以下に詳細を説明する封止材組成物を、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により成型加工して、シート状又はフィルム状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。以下、第1封止材シート、第2封止材シートのそれぞれについて順次詳細を説明する。
[第1封止材シート]
前面封止材層3として用いる第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、架橋剤を必須成分として含有し、更に必要に応じて架橋助剤及びその他の成分を含有する第1封止材組成物からなる。第1封止材シートは、この第1封止材組成物を上述の成型法によって成膜し、成形後に架橋処理を行って適度な架橋を進行させることによって得ることができる。製膜温度は90℃から120℃とすればよい。
前面封止材層3として用いる第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、架橋剤を必須成分として含有し、更に必要に応じて架橋助剤及びその他の成分を含有する第1封止材組成物からなる。第1封止材シートは、この第1封止材組成物を上述の成型法によって成膜し、成形後に架橋処理を行って適度な架橋を進行させることによって得ることができる。製膜温度は90℃から120℃とすればよい。
架橋方法としては、太陽電池モジュールの製造時点で150から250℃の高温による加熱を行い架橋を完了するか、或いは、モジュール化後に更に加熱処理によるキュア工程を施して架橋を完了させてもよい。
第1封止材シートは、太陽電池モジュール1として一体化された後の、上記架橋完了後のゲル分率が60%以上である。上記ゲル分率が60%以上であることによって、モジュール化工程における不要な流動を抑制することができる。又、上記ゲル分率は、80%以上であることが好ましい。上記ゲル分率を80%以上とすることによって、100℃以上150℃以下における好ましい耐熱性を得ることができる。
ここで、ゲル分率(%)とは、封止材シート0.1gを樹脂メッシュに入れ、60℃トルエンにて4時間抽出したのち、樹脂メッシュごと取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の質量比較を行い残留不溶分の質量%を測定しこれをゲル分率としたものである。
第1封止材シートの厚さは、100μm以上600μm以下であることが好ましく、300μm以上550μm以下であることが更に好ましい。100μm未満であると充分に衝撃を緩和することができない。又、600μmを超えてもそれ以上の効果が得られず、不経済であるので好ましくない。
第1封止材シートの色については、透明であることが必須である。より具体的には、太陽電池モジュール1として一体化された時点での、厚さ400μmにおけるヘーズ値が10%以下、より好ましくは5%以下であることが好ましい。このようにして採光面側の透明度を高めることにより、太陽電池モジュールの発電効率向上に寄与することができる。
[第1封止材組成物]
(EVA)
第1封止材シートの材料である第1封止材組成物の主剤樹脂として用いるEVAは、従来公知のものを使用でき特に限定されず、太陽電池モジュール1として一体化された時点でのゲル分率を、60%以上、好ましくは、80%以上とすることができるものであればよい。又、そのような高架橋度のものとするために、酢酸ビニル含有量(VA含量)が24質量%以上35質量%以下であることが好ましい。
(EVA)
第1封止材シートの材料である第1封止材組成物の主剤樹脂として用いるEVAは、従来公知のものを使用でき特に限定されず、太陽電池モジュール1として一体化された時点でのゲル分率を、60%以上、好ましくは、80%以上とすることができるものであればよい。又、そのような高架橋度のものとするために、酢酸ビニル含有量(VA含量)が24質量%以上35質量%以下であることが好ましい。
EVAのメルトマスフローレート(MFR)は、JISK7210法190℃において1g/10分以上40g/10分以下であることが好ましく、15g/10分以上40g/10分以下であることがより好ましい。JISK7206法のビカット軟化点では30℃から40℃の範囲が好ましい。MFRや軟化点が上記の範囲であることにより、樹脂を加熱溶融、添加剤と均一流動化させ一定形状に冷却まで変形する特性に優れる。
(架橋剤)
第1封止材組成物は、架橋剤を含有する。架橋剤は公知のものが使用でき特に限定されず、例えば公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4‐ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、又は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジクミルパーオキサイド、といったシラノール縮合触媒等を挙げることができる。これらは1種類でも2種以上を組み合わせてもよい。具体的には、太陽電池モジュール作製の真空加熱ラミネーション工程におけるファストキュア法(真空加熱ラミネーションのみで封止材を高架橋させ、約150から160℃で30分から1時間静置し封止材を後架橋させるキュア工程を省略する方法)への適応の点からt‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(TBEC)が好ましく用いられる。
第1封止材組成物は、架橋剤を含有する。架橋剤は公知のものが使用でき特に限定されず、例えば公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4‐ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、又は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジクミルパーオキサイド、といったシラノール縮合触媒等を挙げることができる。これらは1種類でも2種以上を組み合わせてもよい。具体的には、太陽電池モジュール作製の真空加熱ラミネーション工程におけるファストキュア法(真空加熱ラミネーションのみで封止材を高架橋させ、約150から160℃で30分から1時間静置し封止材を後架橋させるキュア工程を省略する方法)への適応の点からt‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(TBEC)が好ましく用いられる。
架橋剤の10時間半減期温度は、押出機内で架橋反応が開始しない樹脂温度の上限の点から100℃〜120℃の有機過酸化物が好ましい。
架橋剤の含有量は、第1封止材組成物中に0.5質量%以上1.0質量%以下含まれることが好ましい。0.5質量%未満であると、架橋不足により高温での耐熱性が劣るので好ましくなく、1.0質量%を超えると封止材の柔軟性が低下するので好ましくない。
(架橋助剤)
第1封止材組成物は、更に架橋助剤を含有してもよい。炭素−炭素二重結合及び/又はエポキシ基を有する多官能モノマー好ましく用いることができ、より好ましくは多官能モノマーの官能基がアリル基、(メタ)アクリレート基、ビニル基を用いることができる。これによって適度な架橋反応を促進させる。
第1封止材組成物は、更に架橋助剤を含有してもよい。炭素−炭素二重結合及び/又はエポキシ基を有する多官能モノマー好ましく用いることができ、より好ましくは多官能モノマーの官能基がアリル基、(メタ)アクリレート基、ビニル基を用いることができる。これによって適度な架橋反応を促進させる。
具体的な架橋助剤としては、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、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等のポリアリル化合物、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル及びエポキシ基を2つ以上含有する1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等のエポキシ系化合物を挙げることができる。これらは単独でもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
上記のなかでも、比較的反応速度が遅く反応による収縮率が低い点からトリアリルイソシアヌレート(TAIC)が好ましく使用できる。
尚、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、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、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート等のポリ(メタ)アクリロキシ化合物、二重結合とエポキシ基を含むグリシジルメタクリレート、等は反応速度が速いために好ましくない。
架橋助剤の含有量は、第1封止材組成物中に0.5質量%以上1.0質量%以下含まれることが好ましい。0.5質量%未満であると、架橋不足により高温での耐熱性が劣り、又、架橋時間が長くなってファストキュアできないので好ましくない。1.0質量%を超えると、後述するアニール処理で架橋が進んで封止材の柔軟性が低下するので好ましくない。
(ラジカル吸収剤)
第1封止材組成物に、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を調整してゲル分率を更に細かく調整してもよい。このようなラジカル吸収剤としては、ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤や、ヒンダードアミン系の耐候安定化等が例示できる。架橋温度付近でのラジカル吸収能力が高い、ヒンダードフェノール系のラジカル吸収剤が好ましい。ラジカル吸収剤の含有量は、第1封止材組成物中に0.01質量%以上3質量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%以上2.0質量%以下の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制できる。
第1封止材組成物に、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を調整してゲル分率を更に細かく調整してもよい。このようなラジカル吸収剤としては、ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤や、ヒンダードアミン系の耐候安定化等が例示できる。架橋温度付近でのラジカル吸収能力が高い、ヒンダードフェノール系のラジカル吸収剤が好ましい。ラジカル吸収剤の含有量は、第1封止材組成物中に0.01質量%以上3質量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%以上2.0質量%以下の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制できる。
(その他の成分)
第1封止材組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、第1封止材シートに耐候性を付与するための耐候性マスターバッチ、各種フィラー、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の成分が例示される。これらの含有量は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ太陽電池モジュール用封止材組成物中に0.001質量%以上5質量%以下の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、太陽電池モジュール用封止材組成物に対して、長期に亘って安定した機械強度や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。
第1封止材組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、第1封止材シートに耐候性を付与するための耐候性マスターバッチ、各種フィラー、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の成分が例示される。これらの含有量は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ太陽電池モジュール用封止材組成物中に0.001質量%以上5質量%以下の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、太陽電池モジュール用封止材組成物に対して、長期に亘って安定した機械強度や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。
耐候性マスターバッチとは、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤及び上記の酸化防止剤等をEVA等の樹脂に分散させたものであり、これを第1封止材組成物に添加することにより、第1封止材シートに良好な耐候性を付与することができる。耐候性マスターバッチは、適宜作製して使用してもよいし、市販品を使用してもよい。耐候性マスターバッチに使用される樹脂としては、第1封止材シートに用いるEVAでもよく、その他の樹脂であってもよい。尚、これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤及び酸化防止剤は、それぞれ1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
更に、第1封止材組成物に用いられる他の成分としては上記以外に、シランカップリング剤等の接着性向上剤、核剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤、難燃剤等を挙げることができる。
[第2封止材シート]
背面封止材層5として用いる第2封止材シートは、低密度ポリエチレン系樹脂を主剤樹脂とし、更に必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、その他の成分とを含有する第2封止材組成物からなる。第2封止材シートは、この第2封止材組成物を上述した通り、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法によって成形することによって得ることができる。
背面封止材層5として用いる第2封止材シートは、低密度ポリエチレン系樹脂を主剤樹脂とし、更に必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、その他の成分とを含有する第2封止材組成物からなる。第2封止材シートは、この第2封止材組成物を上述した通り、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法によって成形することによって得ることができる。
第2封止材シートの密度は、0.940g/cm3以下であり、好ましくは0.900g/cm3以下の範囲内、より好ましくは0.870〜0.890g/cm3の範囲である。低密度ポリエチレンは、単一種類の樹脂であってもよく、複数のポリエチレン系樹脂を組み合わせた封止材組成物からなるものであってもよい。第2封止材シートを、このような低密度ポリエチレン系樹脂とすることにより、第2封止材シートを、高い水蒸気バリア性及び高絶縁性に加えて、好ましい柔軟性と透明性をも備えるものとすることができる。
第2封止材シートは、架橋処理によって架橋済の封止材シートとしてもよい。架橋方法としては、その成形温度を150から250℃の高温とすることで、成形終了時点に架橋済みのシートとしてもよく、その成形温度を例えば90℃から100℃の低温とすることで未架橋とし、太陽電池モジュールの製造時点で高温加熱して架橋を完了してもよい。又、上記未架橋の封止材シートを、電離放射線による架橋処理によって架橋済みの封止材シートとしてもよい。
電離放射線の照射による架橋処理については、個別の架橋条件は特に限定されず、トータルな処理結果として、ゲル分率が下記範囲となるように適宜設定すればよい。具体的には、電子線(EB)、α線、β線、γ線、中性子線等の電離放射線によって行うことができるが、なかでも電子線を用いることが好ましい。電子線照射における加速電圧は、被照射体であるシート厚みによって決まり、厚いシートほど大きな加速電圧を必要とする。例えば、0.5mm厚みのシートでは100kV以上、好ましくは200kV以上で照射する。加速電圧がこれより低いと架橋が充分に行われない。照射線量は1〜100Mrad、好ましくは1〜30Mradの範囲である。照射線量が1Mradより小さいと充分な架橋が行われず、又50Mradを超えると発生する熱によるシートの変形や着色等が懸念されるようになる。尚、両面側から照射してもよい。又、照射は大気雰囲気下でもよく窒素雰囲気下であってもよい。
第2封止材シートは、太陽電池モジュール1として一体化されている状態におけるゲル分率が0%以上90%以下であることが好ましく、0%以上70%以下であることがより好ましい。上記ゲル分率が90%以下であることによって、特に0℃から70℃付近の低温領域で高弾性を得ることができる。又、上記ゲル分率が70%以上である場合には、太陽電池モジュールとしての一体化のための真空加熱ラミネーション時に流動性が不足し、好ましくない隙間空間を埋めるという機能が充分に発揮されないため、上記ゲル分率が70%以上であることがより好ましい。
一方、上記ゲル分率が0%であっても、樹脂の密度、MFR、架橋剤、架橋助剤の含有量、架橋方法等を適宜最適化することにより、ズリ応力を高めて流動防止を達することも可能である。
又、太陽電池モジュール1として一体化された時点での第2封止材シートのゲル分率は、第1封止材シートの同ゲル分率より小さいことが好ましい。太陽電池モジュール1の一般的な使用状態においては、入射光の受光面側に近い前面封止材層3の方が、受光面側から遠い背面封止材層5よりも、日中の太陽光の照射に伴う温度上昇による膨張率が大きくなる傾向がある。太陽電池素子4の上下に密着積層される前面封止材層3と背面封止材層5の膨張率の差異が大きくなると、応力の差異に起因して太陽電池素子4に反り等の変形が生じてしまう場合がある。とりわけ太陽電池素子4が、薄膜系太陽電池素子である場合にこの問題は生じやすい。しかし、第2封止材シートの上記ゲル分率を第1封止材シートの同ゲル分率より小さくすることにより、温度上昇の小さい背面封止材層5の膨張を適度に促進し、前面封止材層3との間の膨張率の差を吸収して、上記変形を防止することができる。
太陽電池モジュール1として一体化された時点での第2封止材シートのゲル分率を、第1封止材シートの同ゲル分率より小さくするためには、第1封止材シート及び第2封止材シートのそれぞれの架橋温度、架橋剤の封止材組成物中の含有量等の架橋条件を適宜調整することにより実現することができる。このように各封止材のゲル分率をそれぞれ上記の好ましい相対的範囲に調整した太陽電池モジュール1は、薄膜系の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールとして特に好ましく用いることができる。
後に実施例で示す通り、ポリエチレン系樹脂を用いた第2封止材シートは、優れた絶縁性を備えることを特徴とする。よって背面封止材層5として第2封止材シートを配置した太陽電池モジュール1は、裏面側に電極が配置されるバックコンタクト方式の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールとして特に好ましく用いることができる。
第2封止材シートの厚さは、100μm以上600μm以下が好ましく、100μm未満であると充分に衝撃を緩和することができず、又絶縁性も不十分となるので好ましくない。又、600μmを超えてもそれ以上の効果が得られず、バックコンタクト型の太陽電池素子から集電するための導通部のパターン形成が困難となり、又不経済であるので好ましくない。
第2封止材シートは、主剤樹脂とした低密度ポリエチレンのポリスチレン換算重量平均分子量が100,000g/mol以上300,000g/mol以下であることが好ましい。上記分子量が100,000g/mol未満であると、太陽電池モジュールの耐熱性能が不充分となり、又、300,000g/molを超える場合には、太陽電池モジュールとしての一体化のための真空加熱ラミネーション時に流動性が不足し、好ましくない隙間空間を埋めるという機能が充分に発揮されないため、好ましくない。尚、重量平均分子量の測定は、THF等の溶媒に溶解して、従来公知のGPC法により測定することができる。
第2封止材シートの色については特に限定されない。材料樹脂に特に着色を施さず、無色透明或いは半透明のままであってもよいし、又、任意の色を着色してもよい。例えば、白色等の光線反射率の高い色に着色することにより、入射光を反射して太陽電池モジュールの発電効率向上に寄与することができるし、又、白色又は黒色等に着色することにより、太陽電池モジュール1の意匠性を高めることもできる。
[第2封止材組成物]
(低密度ポリエチレン)
第2封止材シートの材料である第2封止材組成物の主剤樹脂としては、密度が0.940以下の低密度ポリエチレン(LDPE)、好ましくは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いる。直鎖低密度ポリエチレンはエチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、本発明においては、その密度が0.940g/cm3以下の範囲内、好ましくは0.900g/cm3以下の範囲内、より好ましくは0.870〜0.890g/cm3の範囲である。
(低密度ポリエチレン)
第2封止材シートの材料である第2封止材組成物の主剤樹脂としては、密度が0.940以下の低密度ポリエチレン(LDPE)、好ましくは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いる。直鎖低密度ポリエチレンはエチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、本発明においては、その密度が0.940g/cm3以下の範囲内、好ましくは0.900g/cm3以下の範囲内、より好ましくは0.870〜0.890g/cm3の範囲である。
本発明においてはメタロセン系直鎖低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンは、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものである。このようなポリエチレンは、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一である。このため、分子量分布が狭く、上記のような超低密度にすることが可能であり第2封止材シートに対して柔軟性を付与できる。柔軟性が付与される結果、第2封止材シートと裏面保護シート6との密着性が高まるため、太陽電池モジュール1内への水分の浸入を抑えることができる。
直鎖低密度ポリエチレンのα−オレフィンとしては、好ましくは分枝を有しないα−オレフィンが好ましく使用され、これらの中でも、炭素数が6〜8のα−オレフィンである1−ヘキセン、1−ヘプテン又は1−オクテンが特に好ましく使用される。α−オレフィンの炭素数が6以上8以下であることにより、第2封止材シートに良好な柔軟性を付与することができるとともに良好な強度を付与することができる。その結果、第2封止材シートと裏面保護シート6との密着性が更に高まり、上記水分の浸入の問題を更に抑えることができる。
低密度ポリエチレンのショアD硬度は、80度以下であることが好ましく、15度以上40度以下であることが好ましく、15度以上35度以下であることがより好ましい。直鎖低密度ポリエチレンのショアD硬度が上記の範囲であることにより、第2封止材シートの柔軟性を維持することができる。又、直鎖低密度ポリエチレンのMFRは、190℃において0.5g/10分以上40g/10分以下であることが好ましく、2g/10分以上40g/10分以下であることがより好ましい。MFRが上記の範囲であることにより、製膜時の加工適性に優れる。
第2封止材組成物には、更に、シラン変性ポリエチレン系樹脂を含有させてもよい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)等に、エチレン性不飽和シラン化合物を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、太陽電池モジュールにおける他の部材への封止材の接着性を向上することができる。
シラン変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、特開2003−46105号公報に記載されている方法で製造でき、当該樹脂を太陽電池モジュールの封止材組成物の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、且つ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸特性に優れ、更に、太陽電池モジュールを製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を有し、安定的に、低コストで、種々の用途に適する太陽電池モジュールを製造し得る。
直鎖低密度ポリエチレンとグラフト重合させるエチレン性不飽和シラン化合物として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリペンチロキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリベンジルオキシシラン、ビニルトリメチレンジオキシシラン、ビニルトリエチレンジオキシシラン、ビニルプロピオニルオキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリカルボキシシランより選択される1種以上を使用することができる。
エチレン性不飽和シラン化合物の含量であるグラフト量は、後述するその他のポリエチレン系樹脂を含む封止材組成物中の全樹脂成分の合計100質量部に対して、例えば、0.001〜15質量%位、好ましくは、0.01質量%以上5質量%位、特に好ましくは、0.05質量%以上2質量%位となるように適宜調整すればよい。本発明において、エチレン性不飽和シラン化合物の含量が多い場合には、機械的強度及び耐熱性等に優れるが、含量が過度になると、引っ張り伸び及び熱融着性等に劣る傾向にある。
第2封止材組成物には、更に、無水マレイン酸変性に代表されるような酸変性ポリエチレン系樹脂を含有させてもよい。酸変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)等に、無水マレイン酸等を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト重合体は、接着力に寄与する酸の部分の極性が高く、太陽電池モジュールにおける金属部材への封止材シートの接着性を向上することができる。
第2封止材組成物に含まれる上記の密度が0.940g/cm3以下の直鎖低密度ポリエチレンの含有量は、組成物中で好ましくは10質量%以上99質量%以下、より好ましくは50質量%以上99質量%以下であり、更に好ましくは90質量%以上99質量%以下である。第2封止材シートの密度が0.940g/cm3以下となる限りにおいては、他の樹脂を含んでいてもよい。これらは、例えば添加用樹脂として用いてもよく、後述のその他の成分をマスターバッチ化するために使用できる。
(架橋剤)
第2封止材組成物には、必要に応じて架橋剤を含有させることにより、第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとしてもよい。この場合、架橋剤は第1封止材組成物と同様のものが使用でき特に限定されない。具体的には、各種の有機過酸化物、アゾ化合物、シラノール縮合触媒等を挙げることができる。これらは1種類でも2種以上を組み合わせてもよい。
第2封止材組成物には、必要に応じて架橋剤を含有させることにより、第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとしてもよい。この場合、架橋剤は第1封止材組成物と同様のものが使用でき特に限定されない。具体的には、各種の有機過酸化物、アゾ化合物、シラノール縮合触媒等を挙げることができる。これらは1種類でも2種以上を組み合わせてもよい。
架橋剤を用いる場合、その含有量は、第2封止材組成物中に0.01質量%以上2質量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%以上1.5質量%以下の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制できる。
(架橋助剤)
第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとする場合には、第2封止材組成物に架橋助剤を含有させてもよい。架橋助剤としては、多官能ビニル系モノマー及び/又は多官能エポキシ系モノマーを好ましく用いることができ、これによって適度な架橋反応を促進させてゲル分率を90%以下とするとともに、この架橋助剤が直鎖低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ透明性を維持する。これによって第2封止材シートをより透明性と低温柔軟性に優れる封止材シートとすることができる。
第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとする場合には、第2封止材組成物に架橋助剤を含有させてもよい。架橋助剤としては、多官能ビニル系モノマー及び/又は多官能エポキシ系モノマーを好ましく用いることができ、これによって適度な架橋反応を促進させてゲル分率を90%以下とするとともに、この架橋助剤が直鎖低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ透明性を維持する。これによって第2封止材シートをより透明性と低温柔軟性に優れる封止材シートとすることができる。
架橋助剤は第1封止材組成物と同様のものが使用でき特に限定されない。具体的には、第1封止材組成物において用いることのできるトリアリルイソシアヌレート(TAIC)等のポリアリル化合物等の他、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、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、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート等のポリ(メタ)アクリロキシ化合物、二重結合とエポキシ基を含むグリシジルメタクリレート、等アゾ化合物、シラノール縮合触媒等についても用いることができる。これらは1種類でも2種以上を組み合わせてもよい。
上記のなかでも、低密度ポリエチレンに対する相溶性が良好で、架橋によって結晶性を低下させ透明性を維持し、低温での柔軟性を付与する観点からTAICが好ましく使用できる。
架橋助剤を用いる場合、その含有量は、第2封止材組成物中に0.01質量%以上3質量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%以上2.0質量%以下の範囲である。この範囲内であれば適度な架橋反応を促進させてゲル分率を90%以下とすることができる。
(ラジカル吸収剤)
第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとする場合には、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋助剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を調整してゲル分率を更に細かく調整することができる。具体的なラジカル吸収剤としては、第1封止材組成物に用いることのできるものと同じものを同じ含有量範囲で用いることができる。その範囲内であれば適度に架橋反応を抑制できる。
第2封止材シートを架橋済みの封止材シートとする場合には、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋助剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を調整してゲル分率を更に細かく調整することができる。具体的なラジカル吸収剤としては、第1封止材組成物に用いることのできるものと同じものを同じ含有量範囲で用いることができる。その範囲内であれば適度に架橋反応を抑制できる。
(その他の成分)
第2封止材組成物には、耐候性マスターバッチ等、その他の成分を含有させることができる。第2封止材組成物に用いることができるその他の成分の種類、含有量及び、それらの成分による作用効果については、第1封止材組成物の場合と同様である。尚、耐候性マスターバッチについては、適宜作製して使用してもよいし、市販品を使用してもよい。耐候性マスターバッチに使用される樹脂としては、本発明に用いる直鎖低密度ポリエチレンでもよく、その他の樹脂であってもよい。
第2封止材組成物には、耐候性マスターバッチ等、その他の成分を含有させることができる。第2封止材組成物に用いることができるその他の成分の種類、含有量及び、それらの成分による作用効果については、第1封止材組成物の場合と同様である。尚、耐候性マスターバッチについては、適宜作製して使用してもよいし、市販品を使用してもよい。耐候性マスターバッチに使用される樹脂としては、本発明に用いる直鎖低密度ポリエチレンでもよく、その他の樹脂であってもよい。
<太陽電池モジュールの製造方法>
太陽電池モジュール1は、例えば、上記の透明前面基板2、第1封止材シートからなる前面封止材層3、太陽電池素子4、第2封止材シートからなる背面封止材層5、及び裏面保護シート6からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。
太陽電池モジュール1は、例えば、上記の透明前面基板2、第1封止材シートからなる前面封止材層3、太陽電池素子4、第2封止材シートからなる背面封止材層5、及び裏面保護シート6からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。
又、太陽電池モジュール1は、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、例えば、Tダイ押出成形等により、太陽電池素子4の表面側及び裏面側のそれぞれに、第1封止材組成物及び第2封止材組成物を溶融積層して、太陽電池素子4を前面封止材層3及び背面封止材層5でサンドし、次いで、透明前面基板2及び裏面保護シート6を順次積層し、次いで、これらを真空吸引等により一体化して加熱圧着する方法で製造してもよい。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<太陽電池モジュール用封止材シートの製造>
第1封止材シートの実施例及び第2封止材シートの比較例として、下記の通りそれぞれ酢酸ビニル含量等の異なるEVAを主剤樹脂とする封止材シートを形成し、それぞれ封止材シートEVA1〜2とした。
第1封止材シートの実施例及び第2封止材シートの比較例として、下記の通りそれぞれ酢酸ビニル含量等の異なるEVAを主剤樹脂とする封止材シートを形成し、それぞれ封止材シートEVA1〜2とした。
EVA1:下記の通りに配合した封止材組成物を用いて封止材シートEVA1を作成した。
EVA(酢酸ビニル含量28%、三井デュポンポリケミカル製、商品名EVAFLEX/EV250グレード)の100質量部に対して、架橋剤(アルケマ吉富株式会社製、商品名TBEC)1.0質量部、架橋助剤(サートマー社製、商品名:SR350)1.0質量部、酸化防止剤(BASFジャパン株式会社製、商品名Irganox1076)0.5質量部、UV吸収剤(ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB12)0.3質量部、耐候安定剤(BASFジャパン株式会社製、商品名Tinuvin770)0.1質量部を配合した封止材組成物を、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度90℃、引き取り速度1.1m/minで成形して、厚さ400μmの封止材シートEVA1を作製した。ゲル分率は0%であった。
EVA(酢酸ビニル含量28%、三井デュポンポリケミカル製、商品名EVAFLEX/EV250グレード)の100質量部に対して、架橋剤(アルケマ吉富株式会社製、商品名TBEC)1.0質量部、架橋助剤(サートマー社製、商品名:SR350)1.0質量部、酸化防止剤(BASFジャパン株式会社製、商品名Irganox1076)0.5質量部、UV吸収剤(ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB12)0.3質量部、耐候安定剤(BASFジャパン株式会社製、商品名Tinuvin770)0.1質量部を配合した封止材組成物を、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度90℃、引き取り速度1.1m/minで成形して、厚さ400μmの封止材シートEVA1を作製した。ゲル分率は0%であった。
EVA2:下記の通りに配合した封止材組成物を用いて封止材シートEVA2を作成した。
EVA(酢酸ビニル含量33%、三井デュポンポリケミカル製、商品名EVAFLEX/EV150グレード)の100質量部に対して、上記EVA1の封止材組成物と同じ架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、UV吸収剤、耐候安定剤を、上記EVA1の封止材組成物と同じ配合比(質量部)で配合した封止材組成物を、EVA1と同一条件で成形して、厚さ400μmの封止材シートEVA2を作製した。ゲル分率は0%であった。
EVA(酢酸ビニル含量33%、三井デュポンポリケミカル製、商品名EVAFLEX/EV150グレード)の100質量部に対して、上記EVA1の封止材組成物と同じ架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、UV吸収剤、耐候安定剤を、上記EVA1の封止材組成物と同じ配合比(質量部)で配合した封止材組成物を、EVA1と同一条件で成形して、厚さ400μmの封止材シートEVA2を作製した。ゲル分率は0%であった。
第2封止材シートの実施例として、下記の通り、それぞれ組成の異なる低密度ポリエチレン樹脂を主剤樹脂とする封止材組成物から未架橋の封止材シート(封止材シートLLDPE1及び2)を形成し、封止材シートLLDPE2に、下記の通り、異なる架橋条件で電離放射線の照射による架橋処理(表1において「EB照射」と記載)を行い、それぞれの架橋済みの封止材シート(封止材シートLLDPE3及び4)を作成し、封止材シートLLDPE1〜4とした。そして、各封止材シートのポリスチレン換算重量平均分子量とゲル分率を下記の評価例に示す方法で測定した。
LLDPE1:下記の通りに配合した封止材組成物を用いて封止材シートLLDPE1を作成した。
シラン変性透明樹脂1:密度0.898g/cm3であり、190℃でのメルトマスフローレートが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂(以下「S1」と言う。)を得た。
耐候性マスターバッチ1:密度0.920g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。
S1:20質量部、耐候性マスターバッチ1:5質量部、密度0.905g/cm3のメタロセン直鎖状低密度ポリエチレン:80質量部とを配合した封止材組成物を、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minで成形して、厚さ400μmの封止材シートLLDPE1を作製した。封止材シートLLDPE1のポリスチレン換算重量平均分子量は101,000g/mol、ゲル分率は0%であった。
LLDPE1:下記の通りに配合した封止材組成物を用いて封止材シートLLDPE1を作成した。
シラン変性透明樹脂1:密度0.898g/cm3であり、190℃でのメルトマスフローレートが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂(以下「S1」と言う。)を得た。
耐候性マスターバッチ1:密度0.920g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。
S1:20質量部、耐候性マスターバッチ1:5質量部、密度0.905g/cm3のメタロセン直鎖状低密度ポリエチレン:80質量部とを配合した封止材組成物を、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minで成形して、厚さ400μmの封止材シートLLDPE1を作製した。封止材シートLLDPE1のポリスチレン換算重量平均分子量は101,000g/mol、ゲル分率は0%であった。
LLDPE2:下記の通りに配合した封止材組成物を用いて封止材シートLLDPE2を作成した。
シラン変性透明樹脂2:密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂(以下「S2」と言う。)を得た。
耐候性マスターバッチ2:密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。
架橋剤コンパウンド樹脂:密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.1質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。
S2:20質量部、耐候性マスターバッチ2:5質量部、架橋剤コンパウンド樹脂:80質量部を配合した組成物を、封止材シートLLDPE1と同一の条件で成形して、厚さ400μmの封止材シートLLDPE2を作製した。封止材シートLLDPE2のポリスチレン換算重量平均分子量は218,000g/mol、ゲル分率は0%であった。
シラン変性透明樹脂2:密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂(以下「S2」と言う。)を得た。
耐候性マスターバッチ2:密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。
架橋剤コンパウンド樹脂:密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.1質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。
S2:20質量部、耐候性マスターバッチ2:5質量部、架橋剤コンパウンド樹脂:80質量部を配合した組成物を、封止材シートLLDPE1と同一の条件で成形して、厚さ400μmの封止材シートLLDPE2を作製した。封止材シートLLDPE2のポリスチレン換算重量平均分子量は218,000g/mol、ゲル分率は0%であった。
LLDPE3:封止材シートLLDPE2に対して、電子線照射装置(岩崎電気株式会社製、製品名EC250/15/180L)を用い、加速電圧200kV、照射強度0.5Mradで両面照射し、計1.0Mradを照射して架橋済みの封止材シートLLDPE3とした。架橋済みの封止材シートLLDPE3のポリスチレン換算重量平均分子量は、247,000、ゲル分率は0%であった。
LLDPE4:封止材シートLLDPE2に対して、電子線照射装置(岩崎電気株式会社製、製品名EC250/15/180L)を用い、加速電圧200kV、照射強度4.0Mradで両面照射し、計8.0Mradを照射して架橋済みの封止材シートLLDPE4とした。架橋済みの封止材シートLLDPE4のポリスチレン換算重量平均分子量は、293,000、ゲル分率は40%であった。
<太陽電池モジュール評価用試料の製造>
上記の封止材シートEVA1〜2及び封止材シートLLDPE1〜4をそれぞれ第1封止材シート或いは、第2封止材シートとして用いて、実施例、比較例の太陽電池モジュール評価用試料を下記表1に示す構成で作成した。
上記の封止材シートEVA1〜2及び封止材シートLLDPE1〜4をそれぞれ第1封止材シート或いは、第2封止材シートとして用いて、実施例、比較例の太陽電池モジュール評価用試料を下記表1に示す構成で作成した。
太陽電池モジュール評価用試料は、透明前面ガラス基板(青板ガラス)、第1封止材シートからなる前面封止材層、太陽電池素子、第2封止材シートからなる背面封止材層、及び裏面保護シート(大日本印刷(株)製、型番VPEW280μm)からなる部材を順次積層してから真空加熱ラミネーションにより、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造し、これを実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料とした。太陽電池素子については、下記に説明する太陽電池素子A〜Cを用意し、1つの太陽電池モジュール評価用試料について同種類の太陽電池素子各42枚を接続部材にて電気的に直列接続した。各評価用試料における第1封止材シート、第2封止材シート、太陽電池素子は、下記のA、B、Cの3タイプのものを表1の通りに使い分けた。熱ラミネート条件は下記の通りとした。
<熱ラミネート条件> (a)真空引き:5.0分
(b)加圧(0kPa〜100kPa):1.5分
(c)圧力保持(100kPa):15.0分
(d)温度150℃
(太陽電池素子)
A:多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。集電のための電極が採光面側に配置されているもの。(Q−CELLS社製、セルQ6LTT−200/1520 156mm)
B:バックコンタクト型の太陽電池素子。太陽電池素子の表面には電極がなく、裏面にP型電極とN型電極が設けられている。裏面のP型電極とN型電極は、それぞれ櫛状に形成されており、それぞれが互い違いに櫛目の間に入り込んでいる。隣接する太陽電池セルの裏面にあるP型電極とN型電極とが接続され、封止材に封止されたもの。
C:薄膜系の太陽電池素子。n型透明導電膜窓層、n型高抵抗バッファ層、p型CIS系光吸収層、金属裏面電極層、ガラス基板からなるガラス基板を除くデバイス厚さ3μm程度の薄膜発電素子が形成されたもの。
<熱ラミネート条件> (a)真空引き:5.0分
(b)加圧(0kPa〜100kPa):1.5分
(c)圧力保持(100kPa):15.0分
(d)温度150℃
(太陽電池素子)
A:多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。集電のための電極が採光面側に配置されているもの。(Q−CELLS社製、セルQ6LTT−200/1520 156mm)
B:バックコンタクト型の太陽電池素子。太陽電池素子の表面には電極がなく、裏面にP型電極とN型電極が設けられている。裏面のP型電極とN型電極は、それぞれ櫛状に形成されており、それぞれが互い違いに櫛目の間に入り込んでいる。隣接する太陽電池セルの裏面にあるP型電極とN型電極とが接続され、封止材に封止されたもの。
C:薄膜系の太陽電池素子。n型透明導電膜窓層、n型高抵抗バッファ層、p型CIS系光吸収層、金属裏面電極層、ガラス基板からなるガラス基板を除くデバイス厚さ3μm程度の薄膜発電素子が形成されたもの。
又、太陽電池モジュールの各封止材層の物性を評価するための試料として、EVA1〜2及びLLDPE1〜4の封止材シートをETFEフィルムで挟み込み150℃×13.5分熱プレスし、加熱による架橋処理を行ったものを、それぞれ実施例及び比較例の太陽電池モジュールの封止材層評価用試料とした。
<評価例1>
実施例及び比較例の封止材層評価用試料について、分子量、ゲル分率、ヘーズ値(JIS K7136)、について測定した。その結果を表2に示す。尚、それぞれの試験条件は以下の通りである。
実施例及び比較例の封止材層評価用試料について、分子量、ゲル分率、ヘーズ値(JIS K7136)、について測定した。その結果を表2に示す。尚、それぞれの試験条件は以下の通りである。
分子量:封止材層評価用試料を、o−ジクロロベンゼンに溶解させて、下記条件で、封止材シートLLDPE1〜4からなる封止剤層評価用試料のポリスチレン換算重量平均分子量を測定した。封止材シートEVA1〜2からなる封止材層評価用試料については、完全に溶解せず測定不可能であったため測定していない。
測定機種:Wataers製GPC/V2000、
カラム:Shodex AT−G+AT−806MS×2本
溶離液:o−ジクロロベンゼン(0.3%BHT入り)
温度:カラム及びインジェクター 145℃
濃度:約1.0g/L
流速1.0ml/min
溶解性:完全溶解
検出器:示差屈折計(RI)
測定機種:Wataers製GPC/V2000、
カラム:Shodex AT−G+AT−806MS×2本
溶離液:o−ジクロロベンゼン(0.3%BHT入り)
温度:カラム及びインジェクター 145℃
濃度:約1.0g/L
流速1.0ml/min
溶解性:完全溶解
検出器:示差屈折計(RI)
ゲル分率(%):封止材層評価用試料0.1gを樹脂メッシュに入れ、60℃トルエンにて4時間抽出したのち、樹脂メッシュごと取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の重量比較を行い残留不溶分の質量%を測定しこれをゲル分率とした。ゲル分率0%とは、上記残留不溶分が実質的に0であり、封止材組成物の架橋反応が実質的に開始していない状態であることを言う。より具体的には、「ゲル分率0%」とは、上記残留不溶分が全く存在しない場合、及び、精密天秤によって測定した上記残留不溶分の質量%が0.05質量%未満である場合を言うものとする。
ヘーズ値(%):封止材層評価用試料の上下に青板ガラスを積層した状態で、JISK7136に沿って、株式会社村上色彩研究所 ヘーズ・透過率系HM150にて測定した。
<評価例2>
実施例及び比較例の封止材層評価用試料を用いて各実施例、比較例の背面封止材層について、水蒸気バリア性、絶縁性を測定した。その結果を表3に示す。尚、それぞれの試験条件は以下の通りである。
実施例及び比較例の封止材層評価用試料を用いて各実施例、比較例の背面封止材層について、水蒸気バリア性、絶縁性を測定した。その結果を表3に示す。尚、それぞれの試験条件は以下の通りである。
水蒸気バリア性:JIS−K7129 B法により測定した。測定条件は下記の通りである。
40℃、90%RH、単位g/m2・d、測定器:MOCON水蒸気透過率測定装置PERMATRAN−W
40℃、90%RH、単位g/m2・d、測定器:MOCON水蒸気透過率測定装置PERMATRAN−W
絶縁性:絶縁性についての試験は、JIS K6911により、封止材層評価用試料の体積抵抗値を測定することにより行った。封止材サンプル50mmをアルミ箔下70mm、上30mmで挟み込みの上下に導電体を付着させる。測定機器としては、超絶縁計Agilent製:型番C4156)を用いた。
<評価例3>
実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料を用いて、太陽電池素子の反りから発生するマイクロクラックについて測定した。その結果を表4に示す。尚、試験条件は以下の通りである。
実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料を用いて、太陽電池素子の反りから発生するマイクロクラックについて測定した。その結果を表4に示す。尚、試験条件は以下の通りである。
太陽電池素子のマイクロクラック測定試験:上述した実施例、比較例のそれぞれの太陽電池モジュール評価用試料について、EL画像によるセルマイクロクラックの観察を行った。試験は下記に説明するサイクル試験の実施前後に行った。サイクル試験は、JIS C8917の温度サイクル試験に準拠した方法を使用した。45分かけて25℃から90℃まで上昇させ、この温度で90分間保持し、次いで90分かけて−40℃まで降下させ、この温度で90分間保持し、更に45分かけて25℃まで上昇させる。これを1サイクル(6時間)とする。このサイクルを400サイクル繰り返してサイクル試験を行った。EL画像によるセルマイクロクラックの観察は、以下の通り行った。太陽電池素子に対して、電流を順方向に導通させると、p層に少数キャリアの電子を導入することになり、その電子と正孔とがp層のなかで再結合することにより発光する発光検出工程では、太陽電池素子からの光の発光特性を検出できる従来公知の光検出手段を用いることができる。試験は、モジュールの出力端子から3Aの電流を流し、EL発光を撮影し、発光画像から目視、顕微鏡では確認できないレベルのマイクロクラックを確認した。そして42枚のセルで構成される1枚の太陽電池モジュール評価用試料中マイクロクラックが発生しているセルの数を記録した。尚、上記サイクル試験実施前のマイクロクラック発生数はいずれのマイクロクラックについても発生数0であった。表4に示した発生数は、各サイクル試験後の太陽電池モジュール評価用試料におけるマイクロクラック発生数である。
表1〜4より、本発明の太陽電池モジュールは、その独自の封止材層の構成により、受光面側における光線透過性に優れ、且つ、裏面層側における水蒸気バリア性や絶縁性に優れたものであることが分かる。
表3より、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの実際の使用環境として想定される高温環境下において、背面封止材層の絶縁性が特段に優れたものであることが分かり、よって、バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールとして特に好適に用いることができるものであることが分かる。
又、表4より、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の保護性能も高く、封止材の変形の悪影響を受けやすい薄膜型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールとしても好適に用いることができるものであることが分かる。
1 太陽電池モジュール
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
(1) 太陽電池素子と、前記太陽電池素子の受光面側に配置される第1封止材シートと、前記太陽電池素子の裏面側に配置される第2封止材シートとを備え、前記第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であり、前記第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂であって、前記第2封止材シートのゲル分率が、前記第1封止材シートのゲル分率より小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
(5) 前記第2封止材シートは、ポリスチレン換算重量平均分子量が100,000g/mol以上300,000g/mol以下である(1)から(4)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(6) 前記太陽電池素子が、裏面側に電極が配置されるバックコンタクト方式である(1)から(5)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
Claims (7)
- 太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の受光面側に配置される第1封止材シートと、
前記太陽電池素子の裏面側に配置される第2封止材シートとを備え、
前記第1封止材シートは、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂であり、
前記第2封止材シートは、密度0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂であることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記第1封止材シートは、ゲル分率が60%以上100%以下である請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2封止材シートは、密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂である請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2封止材シートは、ゲル分率が0%以上90%以下である請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2封止材シートのゲル分率が、前記第1封止材シートのゲル分率より小さい請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2封止材シートは、ポリスチレン換算重量平均分子量が100,000g/mol以上300,000g/mol以下である請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池素子が、裏面側に電極が配置されるバックコンタクト方式である請求項1から6のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
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