JP2013206935A - 太陽電池モジュール用封止材シート及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の各種構成材料と高い接着性を有する保存安定性の高い封止材及び、太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】透明樹脂と添加剤からなる封止材シートであって、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸無水物、エステル結合、アルコキシ基の少なくとも１種を含有し、少なくとも２個以上のイソシアネート基を含有する多官能イソシアネート化合物１ａを樹脂シート１ｂの少なくとも１方の面に塗布して含有または膜形成する封止材シート。また、該封止材シートを用いた太陽電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール等の製造工程で太陽電池セルを封止するために使用される封止材シート及び当該封止材シートを用いた太陽電池モジュールに関する。

太陽光を利用するクリーンな発電技術として、太陽電池が近年注目を集めている。太陽電池には、結晶シリコン、非晶シリコン、化合物半導体、有機色素等、多様な方式が存在する。中でも、結晶シリコン系太陽電池は耐候性、耐久性に優れ、比較的高い光電変換効率を有しているため、最も普及が進んでいる。

一般的な結晶シリコン太陽電池モジュールは、前面ガラス、バックシート、光電変換セル、封止材からなり、前面ガラスとバックシートの間に配置される光電変換セルが封止材で完全に封止された構造となっている。

このような太陽電池を構成する材料には、長期使用に耐え得る高い耐候性が求められている。特に変換効率の維持及び各構成材料間の接着性は重要であり、封止材は、前面ガラス、バックシート、光電変換セル、そしてセルに施された金属配線類と強固に接着する必要がある。

現在主流として用いられている封止材は、透明性や接着性に優れるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（以下ＥＶＡ）にラジカル発生剤等を添加した架橋反応性の樹脂である。

しかし、上述した樹脂系は、モジュール化工程での分解ガスの発生や、屋外での長期使用時に熱や水分などで分解して生成する酢酸や分解ガスを生じ、変換効率低下や材料間剥離など一因となっている。

そのため、特許文献１、２に挙げるような酸や分解性ガスの発生を低減した太陽電池封止材が提案されている。

特開２００２−２３５０４７公報 特開２００２−２３５０４９公報

しかしながら、従来技術に示されるような封止材では、各構成材料との接着力において必ずしも満足できるものではなく、バックシート、ガラス、セル表面の金属配線などとの接着力、特にＰＥＴなどの樹脂との接着力には改善の余地がある。

本発明は上記のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、バックシート、ガラス及び金属配線との接着力が高く、また、製造後の保存安定性の高い封止材シート及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

請求項１に係る封止材シートは、樹脂シートとコート層とから構成された太陽電池モジュール用封止材シートであって、
前記樹脂シートが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸無水物、エステル結合、アルコキシ基の少なくとも１種を含有する透明樹脂を含有するシートであり、
前記コート層が、少なくとも２個以上のイソシアネート基を含有する多官能イソシアネート化合物を含有し、前記樹脂シートの少なくとも１方の面に塗布して形成されたコート層であり、
この多官能イソシアネート化合物が、そのイソシアネートをブロックされたブロックイソシアネート化合物であって、その解離温度が８０〜１５０℃であることを特徴とする。

請求項２に係る封止材シートは、前記請求項１に記載の封止材シートを前提として、前記透明樹脂がエチレン−不飽和カルボン酸共重合体であることを特徴とする。

請求項３に係る封止材シートは、前記請求項１に記載の封止材シートを前提として、前記エチレン−不飽和カルボン酸共重合体の不飽和カルボン酸に由来する構成成分が３〜２０ｗｔ％であることを特徴とする。

請求項４に係る封止材シートは、前記請求項１〜３に記載の封止材シートを前提として、前記透明樹脂のメルトフローレートが、３〜３０ｇ／１０分であることを特徴とする。

請求項５に係る封止材シートは、前記請求項１〜４に記載の封止材シートを前提として、前記樹脂シートが複数のエポキシ基を含有するエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体を含み、そのグリシジルメタクリレートに由来する構成成分が４〜７０ｗｔ％であることを特徴とする。

請求項６に係る太陽電池モジュールは、請求項１〜５に記載の封止材シートを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、特定の透明樹脂シートの少なくとも１方の面に、イソシアネートをブロックした多官能のブロックイソシアネート化合物であって、その解離温度が８０〜１５０℃である多官能イソシアネート化合物を塗布して形成されたコート層を有している。

そして、後述する実施例から明らかなように、このコート層を太陽電池モジュールの前面側のガラスや裏面側の保護シートに向けて接着することにより、極めて耐候性に優れ、したがって、保存安定性に優れた太陽電池モジュールを製造することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る封止材シートの断面図 本発明の実施の形態に係る封止材シートを用いた太陽電池モジュール製造時の各部材の配列構成図 本発明の実施の形態に係る封止材シートを用いた太陽電池モジュールの断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。

本発明の実施の形態に係る封止材シート１は、図１の断面図に示すように、樹脂シート１ａとコート層１ｂからなるものである。

樹脂シート１ａは透明樹脂を主成分として構成されるもので、その他、添加剤を含んでいてもよい。この透明樹脂としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸無水
物、エステル結合、アルコキシ基の少なくとも一種は含有する樹脂単独、または混合樹脂を用いることができる。例えば、エチレンビニルアルコール、ポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体等のα−オレフィンと不飽和カルボン酸の共重体、またその一部金属中和物、またはそのエステル、エチレン−無水マレイン酸グラフト重合体、エチレン−アルコキシシラングラフト重合体、ポリ乳酸等が挙げられる。特にエチレン−不飽和カルボン酸共重合体が好ましく用いられる。より好ましくは、不飽和カルボン酸に由来する構成成分が３〜２０ｗｔ％であるエチレン−不飽和カルボン酸共重合体が用いられる。また、前記透明樹脂と別の透明性の高い樹脂の混合樹脂を用いても良い。

前記透明樹脂のメルトフローレート（ＪＩＳ Ｋ７２１０、１９０℃、２１６０ｇ荷重）は、３〜３０ｇ／１０分であることが好ましい。３ｇ／分以下では、封止材シート製造工程においてゲルを発生する可能性があり、３０ｇ／１０分では、太陽電池モジュールのラミネート工程においてセルずれを起こす可能性がある。

この透明樹脂に添加して前記樹脂シート１ａの一部を構成する前記添加剤としては、加工安定性、耐候性付与や接着性補助のため、多官能エポキシ化合物、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、シランカップリング剤等が好ましく用いられる。このほか、意匠性の観点から着色剤を添加してもよい。

耐候性向上、耐候接着性補助のために用いられる多官能エポキシ化合物としては、グリシジルメタクリレート共重合体やリシジルアクリレート共重合体が挙げられる。例えば、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン−グリシジルアクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−グリシジルアクリレート共重合体等のグリシジルメタクリレート共重合体、グリシジルアクリレート共重合体などである。特にエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体が好ましく用いられる。より好ましくは、グリシジルメタクリレートに由来する構成成分が４〜７０ｗｔ％の範囲にあるエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体が用いられる。グリシジルメタクリレート含有量が４ｗｔ％より低いと反応性が乏しく、充分な接着性・耐候接着性が得られず、７０ｗｔ％より高いと封止材製造工程においてゲルを発生し、生産性を低下させる可能性がある。

耐候性向上のために用いられる紫外線吸収剤としては、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−［（ヘキシル）オキシ］−フェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン等が挙げられる。

耐候性向上のために用いられる光安定化剤としては、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１−オクチロキシ−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジニル）セバケート等が挙げられる。

熱安定性向上のために用いられる酸化防止剤としては、１，６−ヘキサンジオール−ビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン等が挙げられる。

接着性補助のために用いられるシランカップリング剤としては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシプロピルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロロプロピルシラン、トリエトキシフェニルシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、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−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。

次に、コート層１ｂは少なくとも２個以上のイソシアネート基を含有する多官能イソシアネート化合物を含有し、前記樹脂シートの少なくとも１方の面に塗布して形成されたものである。

この多官能イソシアネート化合物は、そのイソシアネートをブロックされたブロックイソシアネート化合物であって、その解離温度が８０〜１５０℃である必要がある。イソシアネート基をブロックすることで、環境中に存在する水分等との反応を抑制し、前記封止材シートの保存安定性を高めることができる。

ブロックされる前の多官能イソシアネート化合物としては、芳香族ジイソシアネート類、脂環ジイソシアネート類、脂肪族ジイソシアネート類、またこれらをトリメチロールプロパン、イソシアヌレート、ビュレット、アロファネート等に付加させたポリイソシアネート類等を用いることができる。芳香族ジイソシアネート類としては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート等が例示できる。脂環ジイソシアネート類としては、１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルジイソシアネート等が例示できる。脂肪族ジイソシアネート類としては、６−ヘキサメチレンジイソシアネート等が例示できる。

多官能イソシアネート化合物は、例えば、ジメチルピラゾール、メチルエチルオキシム、ジメチルマロネート等の化合物を使用してブロックすることができ、これらの化合物を使用してブロックした場合、その解離温度が８０〜１５０℃にすることができる。解離温度が８０℃より低くなると封止材シートの保存安定性が低下する可能性があり、１５０℃より高いと太陽電池モジュール製造工程において、反応の進行が妨げられて充分な接着力を発現しない可能性がある。

封止材シート１の製造方法の一例としては、主材料・添加剤を混合して加熱溶融させた樹脂を、直線状スリットを有するＴダイを用いて、押し出し法にて成膜し、樹脂シート１ａの製造を行う。

また、ブロッキング防止のため、該成膜工程の中で、加熱溶融した状態の樹脂シート１ａを表面に凹凸パターンが施されているロール（金属またはゴム製）にかけることにより、樹脂シート１ａの片面もしくは両面に該ロールの凹凸パターンを転写させるエンボス加工を施しても良い。

コート層１ｂの塗布方法としては、イソシアネート化合物を有機溶媒に溶解させた塗布液をバーコート、スプレーコート等の塗布プロセスで透明樹脂層１ａに塗布・含浸させ、続く乾燥プロセスで溶媒を除去することで樹脂シート１ａに固定化することで、コート層１ｂを形成することができる。

次に、図２及び図３に示すように、本発明の実施に係る太陽電池モジュールは、表面保
護部材２、複数の光電変換セル３、２枚の封止材シート１、裏面保護部材４からなるものである。

表面保護材２の材料としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ等が挙げられる。透明性、耐候性、難燃性の点からガラスが好ましく用いられる。また、耐久性や耐候性、透明性の高い他の材料を用いても構わない。また、これら材料に耐久性や耐候性を付与するために、ハードコート層、ＵＶ吸収層、水蒸気バリア層等を積層しても構わない。

光電変換セル３の材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ等が挙げられる。

裏面保護部材４の材料としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ポリビニルフロライド、ＥＶＡ、アルミ箔及び、これらの積層体が挙げられる。耐久性や耐候性の高い他の材料を用いても構わない。また、水蒸気や酸素バリア性を付与するバリア層を積層しても構わない。

太陽電池モジュールの製造方法としては、表面保護部材２、表面保護部材２とコート層１ｂが接するように設置された封止材シート１、光電変換セル３、裏面保護部材４にコート層１ｂが接するように設置された封止材シート１、裏面保護部材４を順次積層し、真空ラミネートする方法を用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）
実施例１の封止材シート１では、メルトフローレートが２５ｇ／１０分のエチレン−メタクリル酸共重合体（メタクリル酸成分１５ｗｔ％）１００質量部に対し、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体（グリシジルメタクリレート含有量５０質量％）０．５質量部、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン０．１質量部、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．１質量部配合した組成物を用いて、Ｔダイ法により樹脂シート１ａを作製した。続いて、ブロックイソシアネート（１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートのアロファネート体をメチルエチルオキシムでブロック化したもの）を酢酸エチルで固形分５ｗｔ％になるように調整した溶液を、バーコート法でウェット膜厚６μｍ塗布し、８０℃５分乾燥してコート層１ｂを形成し、封止材シート１とした。

（実施例２）
エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが３ｇ／分である以外は実施例１と同様にして作製した。

（実施例３）
ブロックイソシアネートのブロック化剤がピラゾールである以外は実施例１と同様にして作製した。

（実施例４）
エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが３ｇ／分である以外は実施例３と同様にして作製した。

（比較例１）
イソシアネートコート層１ｂを形成せず、またエチレン−グリシジルメタクリレートを配合しない以外は実施例１と同様にして作製した。

（比較例２）
ブロックイソシアネートのブロック化剤がカプロラクタムである以外は実施例１と同様にして作製した。

（比較例３）
ブロックイソシアネートに代わりブロック化していない１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートのアロファネート体をコート層に用いる以外は実施例１と同様にして作製した。

（太陽電池モジュールの作製）
次に太陽電池モジュールの作製方法を説明する。図２に示すように表面保護部材２として厚さ３ｍｍの白板ガラスを、封止材シート１として実施例及び比較例の封止材シートを、光電変換セル３として多結晶シリコンセルを、裏面保護部材４として白色のポリエチレンテレフタレート（白色ＰＥＴ）を順次積層させた積層体を、上蓋側とラミネート室内でそれぞれ真空引き可能なラミネーター内に配置し、ラミネート室内の温度を１５０℃に維持しながら上蓋とラミネート室内の両方で９０秒間真空引きを行い、前期積層体内部を脱気しながら仮圧着した（真空脱気・仮圧着）。

上記仮圧着完了後、ラミネーター上蓋側の真空状態を解除して、該積層体を大気圧により１０分間熱圧着させた（本圧着）。

（接着強度評価サンプルの作製）
以上の実施例・比較例について、封止材とガラス、ＰＥＴフィルムとの接着強度を測定するためのサンプルを作製した。封止材と各材料は、上記太陽電池モジュールのラミネートと同様の条件で作製した。

（接着強度評価）
実施例及び比較例の各材料との密着強度は、ＯＲＩＥＮＴＥＣ製ＴＥＮＳＩＬＯＮ（ＲＴＣ−１２５０）を用いた。カッターナイフで剥離きっかけとして切込みを入れ、裏面保護部材を密着強度測定機のチャックに固定し、１８０°の角度、剥離速度３００ｍｍ／分、サンプル幅１０ｍｍの条件で測定を行った。

（保存安定性評価）
実施例及び比較例で作製した封止材シートを２５℃湿度５０％の環境に１４日間静置した後に、前記接着強度評価方法で接着強度の測定を行った。

各評価結果を下の表１に示す。

この結果から分かるように、コート層１ｂのない比較例１では、ガラスに対する接着力はともかくとして、ＰＥＴに対する接着強度が劣っている。そして、コート層１ｂを設けた場合であっても、このコート層１ｂに含まれるイソシアネートがブロックされていない比較例３では、ＰＥＴに対する接着強度が耐候性試験の後に急激に低下しており、したがって、その保存安定性に劣ることが分かる。そして、これら比較例１，３に比べて、ブロックイソシアネートを使用した実施例１〜４では、ガラスに対する接着強度とＰＥＴに対する接着強度の双方が優れており、しかも、耐候性試験の後にもこれら接着強度はまったく低下していない。この結果から、ブロックイソシアネートを含むコート層１ｂを形成した封止材シートを用いることで、表面保護材であるガラス及び裏面保護材である強固に接着し、保存安定性にも優れる太陽電池モジュールが得られることが分かる。なお、ブロックイソシアネートを使用した場合であっても、その解離温度が高い比較例２では、ＰＥＴに対する初期接着強度が極めて小さい。したがって、接着強度に優れた封止材シート１を得るためには、ブロックイソシアネートの解離温度の上限を１５０℃（実施例１〜２）程度とする必要がある。

１ 封止材シート
１ａ 透明樹脂層
１ｂ イソシアネートコート層（含有層）
２ 表面保護部材
３ 光電変換セル
４ 裏面保護部材

Claims (6)

1. 樹脂シートとコート層とから構成された太陽電池モジュール用封止材シートであって、
   前記樹脂シートが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸無水物、エステル結合、アルコキシ基の少なくとも１種を含有する透明樹脂を含有するシートであり、
   前記コート層が、少なくとも２個以上のイソシアネート基を含有する多官能イソシアネート化合物を含有し、前記樹脂シートの少なくとも１方の面に塗布して形成されたコート層であり、
   この多官能イソシアネート化合物が、そのイソシアネートをブロックされたブロックイソシアネート化合物であって、その解離温度が８０〜１５０℃であることを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シート。
2. 前記透明樹脂がエチレン−不飽和カルボン酸共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
3. 前記エチレン−不飽和カルボン酸共重合体の不飽和カルボン酸に由来する構成成分が３〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
4. 前記透明樹脂のメルトフローレートが、３〜３０ｇ／１０分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
5. 前記樹脂シートが複数のエポキシ基を含有するエチレン−グリシジルメタクリレート共重合体を含み、そのグリシジルメタクリレートに由来する構成成分が４〜７０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の封止材シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。

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