JP2013518405A - 光電池モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は、支持基板；前面基板；及び前記支持基板と前記前面基板との間で光電変換素子をカプセル化しており、且つシリコーン樹脂と、紫外線領域の光を吸収し、可視光線または近赤外線領域の光を放出することができる光変換物質とを含む封止材を有する光電池モジュールに関する。前記シリコーン樹脂は、分子中にケイ素原子に結合されているアリール基を含む。前記シリコーン樹脂に含まれている全体のケイ素原子に対するケイ素原子に結合されたアリール基のモル比は、０．７以上が好ましい。本発明において、発電効率及び耐久性に優れた光電池モジュールが提供される。
Description
本発明は、光電池モジュールに関する。
光電池（Ｐｈｏｔｏ ｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌまたはｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）は、光を受けると光起電力を発生させる素子である光電変換素子を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに転換させることができる電池である。光電池は、光を受けると、端子を介して電圧を発生させ、電子の流れを誘発する。電子の流れの大きさは、電池の表面に形成された光電池接合部に対する光の衝突強度に比例する。
光電池の種類としては、シリコーンウェーハ系光電池及び薄膜型光電池などがある。シリコーンウェーハ系光電池は、単結晶または多結晶シリコーンインゴット（ｉｎｇｏｔ）を用いて製造した光電変換素子を使用し、薄膜型光電池において光電変換素子は、スパッタリングまたは蒸着などの方式で基板または強誘電体などに沈着させて形成する。
光電池は、脆性を有するので、電池を支持する支持部材が要求される。支持部材は、光電変換素子の上部に配置される光透過性前面基板であることができる。または、支持部材は、光電変換素子の裏面に配置されるバックシートであることができる。光電池は、前述のような光透過性前面基板及びバックシートを同時に含むことができる。前面基板またはバックシートは、通常、ガラスのような剛性材料；金属フィルムまたはシートのような可撓性材料；またはポリイミドのような高分子系の可塑性材料であることができる。
バックシートは、通常、光電池の裏面を保護するための剛直性バックスキン形態である。このようなバックシートに適用されることができる多様な材料は公知であり、例えば、ガラスのような強誘電体、ＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）のような有機フッ素系重合体またはＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）のようなポリエステル系素材などがある。前記材料は、単独で適用されるか、ＳｉＯｘのような素材に被覆された状態で適用されることもできる。
光電池は、光電変換素子または電気的に相互連結されている光電変換素子、すなわち光電変換素子のアレイを含む。光電変換素子または光電変換素子のアレイは、封止材（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）によってカプセル化される。封止材は、外部環境から素子を保護し、カプセル化し、一体型モジュールを形成するために使用される。
汎用されている封止材は、ＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）系素材である。しかし、ＥＶＡ系素材は、モジュール内で他の部品との接着性が劣化し、これにより、長期間使用すれば、層間剥離が容易に誘発され、効率低下や、水分浸透による腐食などを誘発する。また、ＥＶＡ系素材は、紫外線に対する低い耐性により、脱色または変色を誘発し、やはりモジュール効率を低下させる。また、ＥＶＡ系素材は、硬化過程で応力を発生させて、素子の損傷を誘発する問題がある。
本発明の目的は、光電池モジュールを提供することにある。
本発明は、支持基板と；前面基板と；前記支持基板と前記前面基板との間で光電変換素子をカプセル化しており、且つ、シリコーン樹脂、及び紫外線領域の光を吸収し、可視光線または近赤外線領域の光を放出することができる光変換物質を含む封止材（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）とを備える光電池モジュールに関する。
以下、本発明の光電池モジュールを具体的に説明する。
本発明の光電池モジュールは、前面基板と裏面基板を含み、また、前記前面基板と前記裏面基板との間に封止材によってカプセル化されている光電変換素子を含む。前記封止材は、シリコーン樹脂及び光変換物質を含む。本発明において、光電変換素子をカプセル化している封止材が２層以上の多層で構成される場合、前記複数の層のうち１つ以上、好ましくは、すべての層がシリコーン樹脂及び光変換物質を含むことができる。
本発明の光電池モジュールは、前面基板と裏面基板を含み、また、前記前面基板と前記裏面基板との間に封止材によってカプセル化されている光電変換素子を含む。前記封止材は、シリコーン樹脂及び光変換物質を含む。本発明において、光電変換素子をカプセル化している封止材が２層以上の多層で構成される場合、前記複数の層のうち１つ以上、好ましくは、すべての層がシリコーン樹脂及び光変換物質を含むことができる。
本発明の光電変換素子には、光を電気信号に転換させることができるすべての素子が含まれることができ、その例には、バルク型または薄膜型シリコーン系光電変換素子及び化合物半導体系光電変換素子などが含まれることができる。
本発明において封止材に含まれるシリコーン樹脂は、モジュールに含まれ、封止材と接触する多様な部品及び素材に対して優れた接着性を示し、また、耐湿性、耐候性及び耐光性などに優れている。
本発明において、アリール基、具体的には、ケイ素原子に結合されているアリール基を含むシリコーン樹脂を使用して、耐湿性、耐候性、接着特性などに優れていて、また、光電変換素子への光伝達効率に優れた封止材を形成することができる。ケイ素原子に結合されるアリール基の具体的な種類は、特に限定されないが、好ましくは、フェニル基である。
本発明におけるシリコーン樹脂では、前記シリコーン樹脂の全体のケイ素原子Ｓｉに対する前記ケイ素原子に結合されているアリール基Ａｒのモル比Ａｒ／Ｓｉが０．３を超過し、好ましくは０．５を超過することができ、より好ましくは、０．７以上であることができる。前記モル比Ａｒ／Ｓｉが０．３を超過するように調節すると、封止材の耐湿性、耐候性及び硬度などを優秀に維持し、且つ光電池モジュールの発電効率を高めることができる。本発明において、前記モル比Ａｒ／Ｓｉの上限は、限定されず、例えば、１．５以下または１．２以下であることができる。
１つの例示において、前記シリコーン樹脂は、下記化学式１の平均組成式で表示されることができる。
［化学式１］
（Ｒ３ＳｉＯ１／２）ａ（Ｒ２ＳｉＯ２／２）ｂ（ＲＳｉＯ３／２）ｃ（ＳｉＯ４／２）ｄ
（Ｒ３ＳｉＯ１／２）ａ（Ｒ２ＳｉＯ２／２）ｂ（ＲＳｉＯ３／２）ｃ（ＳｉＯ４／２）ｄ
前記化学式１で、Ｒは、ケイ素原子に直接結合している置換基であって、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基または１価炭化水素基を示し、Ｒのうち少なくとも１つは、アリール基を示し、ａは０〜０．６であり、ｂは０〜０．９５であり、ｃは０〜０．８であり、ｄは０〜０．４であり、但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄは１であり、ｂ及びｃは同時に０ではない。
本発明においてシリコーン樹脂が特定の平均組成式で表示されるというのは、単一のシリコーン樹脂が特定の平均組成式で表示される場合は勿論、多数の樹脂成分が存在するが、各樹脂成分の組成の平均を取れば、特定の平均組成式で表示される場合をも含む。
前記化学式１で、Ｒは、ケイ素原子に直接結合されている置換基であり、それぞれのＲは、互いに同一であるか、異なることができ、独立に水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基または１価炭化水素基を示し、必要に応じて１つまたは２つ以上の置換基によって置換されてもよい。
前記化学式１で、アルコキシは、炭素数１〜１２、好ましくは１〜８、より好ましくは１〜４の直鎖状、分岐状または環状アルコキシであることができ、具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシまたはｔｅｒｔ−ブトキシなどが含まれることができる。
また、前記１価炭化水素基の例として、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはアリールアルキル基であることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基またはアリール基であることができる。
前記アルキル基は、炭素数１〜１２、好ましくは、１〜８、より好ましくは、１〜４の直鎖状、分岐状または環状アルキル基であることができ、好ましくはメチル基であることができる。
また、前記アルケニル基は、炭素数２〜１２、好ましくは、２〜８、より好ましくは、２〜４のアルケニル基であることができ、好ましくは、ビニル基であることができる。
また、前記アリール基は、炭素数６〜１８、好ましくは炭素数６〜１２のアリール基であることができ、好ましくは、フェニル基であることができる。
また、前記アリールアルキル基は、炭素数６〜１９、好ましくは、炭素数６〜１３のアリールアルキル基であり、例えば、ベンジル基であることができる。
前記化学式１で、Ｒの少なくとも１つは、アリール基、好ましくは、フェニル基であり、前記置換基は、前述のモル比Ａｒ／Ｓｉを満足するようにシリコーン樹脂内に含まれてもよい。
また、前記化学式１で、Ｒの少なくとも１つは、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはビニル基であることが好ましく、より好ましくは、エポキシ基であることができる。このような官能基は、封止材の接着特性などをさらに向上させることができる。
前記化学式１で、ａ、ｂ、ｃ及びｄは、各シロキサン単位のモル分率を示し、その総計は、１である。また、前記化学式１で、ａは０〜０．６、好ましくは、０〜０．５であることができ、ｂは０〜０．９５、好ましくは０〜０．９であることができ、ｃは０〜０．８、好ましくは０〜０．７であることができ、ｄは０〜０．４、好ましくは０〜０．２であることができ、但し、ｂ及びｃは同時に０ではない。
本発明において前記化学式１のシリコーン樹脂は、下記化学式２または３で表示されるシロキサン単位のうち少なくとも１種以上を含むことが好ましい。また、前記シリコーン樹脂に含まれるケイ素原子に結合されたアリール基の全体が、下記化学式２または３で表示されるシロキサン単位に含まれることが好ましい。
［化学式２］
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２／２
［化学式３］
Ｒ３ＳｉＯ３／２
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２／２
［化学式３］
Ｒ３ＳｉＯ３／２
前記化学式２及び３で、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立にアルキル基またはアリール基を示すが、Ｒ１及びＲ２のうち少なくとも１つは、アリール基であり、Ｒ３は、アリール基を示す。
前記化学式２のシロキサン単位は、少なくとも１つのケイ素原子に結合されたアリール基を含むシロキサン単位であり、前記アリール基は、好ましくはフェニル基であることができる。また、前記化学式２のシロキサン単位に含まれるアルキル基は、好ましくはメチル基である。
本発明において前記化学式２のシロキサン単位は、好ましくは下記化学式４及び５のシロキサン単位から選択される１つ以上の単位であることができる。
［化学式４］
（Ｃ６Ｈ５）（ＣＨ３）ＳｉＯ２／２
［化学式５］
（Ｃ６Ｈ５）２ＳｉＯ２／２
（Ｃ６Ｈ５）（ＣＨ３）ＳｉＯ２／２
［化学式５］
（Ｃ６Ｈ５）２ＳｉＯ２／２
また、前記化学式３は、ケイ素原子に結合されているアリール基を含む３官能性のシロキサン単位であり、好ましくは、下記化学式６で表示されるシロキサン単位であることができる。
［化学式６］
（Ｃ６Ｈ５）ＳｉＯ３／２
（Ｃ６Ｈ５）ＳｉＯ３／２
本発明のシリコーン樹脂において、好ましくは、前記樹脂に含まれるすべてのケイ素原子に結合されたアリール基が前記化学式２または３のシロキサン単位に含まれていることが好ましく、この場合、前記化学式２の単位は、化学式４または５の単位であり、前記化学式３の単位は、前記化学式６の単位であることが好ましい。
本発明において前記シリコーン樹脂は、分子量が５００〜１００，０００、好ましくは１，０００〜１００，０００であることができる。樹脂の分子量を上記のように調節すると、封止材が優れた硬度を有し、且つ工程性を優秀に維持することができる。本発明において、特に他に規定しない限り、用語「分子量」は、重量平均分子量（Ｍｗ：Ｗｅｉｇｈｔ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔ）を示す。また、前記重量平均分子量は、ＧＰＣ（Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ）で測定された標準ポリスチレンに対する換算数値である。
本発明の１つの例示において、前記シリコーン樹脂は、下記化学式７〜２０で表示されるシリコーン樹脂のうちいずれか１つの樹脂であることができるが、これに限定されるものではない。
［化学式７］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）３０
［化学式８］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式９］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１５（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１５（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１０］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０
［化学式１１］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＳｉＯ３／２）２
［化学式１２］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１３］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０
［化学式１４］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＥｐＳｉＯ３／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）２０
［化学式１５］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１６］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１．５
［化学式１７］
（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式１８］
（ＰｈＳｉＯ３／２）５（ＥｐＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式１９］
（ＰｈＳｉＯ３／２）５（ＡｃＳｉＯ３／２）５（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１０
［化学式２０］
（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＡｃＳｉＯ３／２）５（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）５
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）３０
［化学式８］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式９］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１５（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１５（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１０］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０
［化学式１１］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＳｉＯ３／２）２
［化学式１２］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１３］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０
［化学式１４］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＥｐＳｉＯ３／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）２０
［化学式１５］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＥｐＳｉＯ２／２）５
［化学式１６］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１．５
［化学式１７］
（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式１８］
（ＰｈＳｉＯ３／２）５（ＥｐＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
［化学式１９］
（ＰｈＳｉＯ３／２）５（ＡｃＳｉＯ３／２）５（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１０
［化学式２０］
（ＰｈＳｉＯ３／２）１０（ＡｃＳｉＯ３／２）５（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）５
前記化学式７〜２０で、Ｍｅはメチル基を示し、Ｐｈはフェニル基を示し、Ａｃはアクリロイル基を示し、Ｅｐはエポキシ基を示す。
上記のようなシリコーン樹脂は、この分野において公知である多様な方式で製造することができる。例えば、上記樹脂は、例えば、付加硬化型シリコーン系材料、縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料、紫外線硬化型シリコーン系材料またはペルオキシド加硫型シリコーン系材料などを使用して製造することができ、好ましくは、付加硬化型シリコーン系材料、縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料または紫外線硬化型シリコーン系材料を使用して製造することができる。
付加硬化型シリコーン系材料は、水素ケイ素化反応（ｈｙｄｒｏｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ）を用いて硬化する材料である。この材料は、ケイ素原子に直接結合している水素原子を有する有機ケイ素化合物及びビニル基のような脂肪族不飽和基を有する有機ケイ素化合物を少なくとも含み、上記化合物は、触媒の存在下に互いに反応して硬化される。触媒の例には、周期律表第８族の金属や、上記金属をアルミナ、シリカまたはカーボンブラックなどの運搬体に担持させた触媒または上記金属の塩や錯体などが含まれることができる。上記周期律表第８族の金属としては、白金、ロジウムまたはルテニウムなどを使用することができ、好ましくは、白金を使用することができる。
縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料を使用する方式は、ハロゲン原子やアルコキシ基などのような加水分解性官能基を有するシランやシロキサンなどのケイ素化合物またはその加水分解物の加水分解及び縮合反応を用いてシリコーン樹脂を製造する方式である。このような方式で使用することができる単位化合物としては、Ｒａ ３Ｓｉ（ＯＲｂ）、Ｒａ ２Ｓｉ（ＯＲｂ）２、ＲａＳｉ（ＯＲｂ）３及びＳｉ（ＯＲｂ）４などのシラン化合物が例示されることができる。上記化合物で、（ＯＲｂ）は、炭素数１〜８の直鎖状または分岐状アルコキシ基を示すことができ、具体的には、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、イソプロポキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシまたはｔ−ブトキシなどであることができる。また、上記化合物で、Ｒａは、ケイ素原子に結合している官能基であって、これは、目的のシリコーン樹脂に含まれる置換基を考慮して選択されることができる。
紫外線硬化型シリコーン系材料を使用する方式は、アクリロイル基などのような紫外線反応基を有するシランまたはシロキサンなどのケイ素化合物またはその加水分解物を加水分解及び縮合反応に適用して樹脂を製造し、さらに紫外線の照射によって反応させて、目的の樹脂を製造する方式である。
この分野では、上記のような付加硬化型、縮合または重縮合硬化型または紫外線硬化型シリコーン系材料が多様に公知であり、この分野の平均的な技術者は、目的とするシリコーン樹脂によって、上記のような公知の材料を容易に採用して目的の樹脂を製造することができる。
本発明において封止材は、前記シリコーン樹脂とともに光変換物質を含む。本発明において前記光変換物質は、入射される光のうち紫外線領域の光を可視光線領域または近赤外線領域に変換させ、これにより、発電効率を向上させる。特に、本発明の封止材においてシリコーン樹脂は、紫外線領域の光を吸収せず、これにより、光変換物質を使用する効果を極大化することができる。
本発明において使用することができる光変換物質の種類は、紫外線領域の光を吸収し、可視光線または近赤外線領域の光を放出することができる物質なら、特に限定されない。
本発明の１つの例示において前記光変換物質は、下記化学式２１で表示される物質であることができる。
［化学式２１］
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
前記化学式２１で、ｗは０．０１〜０．２であり、ｘは２〜３であり、ｙは２〜３であり、ｚは０〜１である。
本発明の封止材において、前記光変換物質は、前記シリコーン樹脂１００重量部に対して、０．１重量部〜１０重量部、好ましくは０．２重量部〜５重量部で含まれることができる。光変換物質の含量をこのように調節することによって、散乱による光効率の低下を防止しながら光変換効果を極大化することができる。本明細書で用語「重量部」は、特に他に規定しない限り、重量の割合を意味する。
本発明の封止材は、前記シリコーン樹脂と光変換物質以外にも、フィラーなどのような任意の公知成分をさらに含むこともできる。
本発明の光電池モジュールは、多様な形態で構成されることができる。
図１及び図２は、本発明の例示的な光電池モジュールを模式的に示す図である。
図１は、本発明の１つの例示において光電変換素子としてウェーハ系素子を含むモジュール１を示す。図１の光電池モジュールは、一般的にガラスのような強誘電体である前面基板１１と；テドラーやＰＥＴ／ＳｉＯｘ−ＰＥＴ／Ａｌ系積層シートであるバックシート１４と；前記シリコーンウェーハ系の光電変換素子１３と；前記素子１３をカプセル化している封止材１２ａ、１２ｂと；を含むことができる。前記封止材は、素子１３をカプセル化しながら、前面基板１１に付着される上部（第１）封止材層１２ａと；素子１３をカプセル化しながら、支持基板１４に付着される第２封止材層１２ｂと；を含むことができる。前記第１または第２封止材層１２ａ、１２ｂのうちいずれか１つの封止材層が前述の特徴的な成分を含むことができ、好ましくは、前記第１及び第２封止材層１２ａ、１２ｂがいずれも前述した特徴的な成分を含むことができる。
図１及び図２は、本発明の例示的な光電池モジュールを模式的に示す図である。
図１は、本発明の１つの例示において光電変換素子としてウェーハ系素子を含むモジュール１を示す。図１の光電池モジュールは、一般的にガラスのような強誘電体である前面基板１１と；テドラーやＰＥＴ／ＳｉＯｘ−ＰＥＴ／Ａｌ系積層シートであるバックシート１４と；前記シリコーンウェーハ系の光電変換素子１３と；前記素子１３をカプセル化している封止材１２ａ、１２ｂと；を含むことができる。前記封止材は、素子１３をカプセル化しながら、前面基板１１に付着される上部（第１）封止材層１２ａと；素子１３をカプセル化しながら、支持基板１４に付着される第２封止材層１２ｂと；を含むことができる。前記第１または第２封止材層１２ａ、１２ｂのうちいずれか１つの封止材層が前述の特徴的な成分を含むことができ、好ましくは、前記第１及び第２封止材層１２ａ、１２ｂがいずれも前述した特徴的な成分を含むことができる。
図２は、他の例示による薄膜型光電池モジュール２の模式図である。図２のように、薄膜型光電池モジュール２において、光電変換素子２３は、前面基板２１に蒸着などの方式で形成されることができる。
本発明において、前述のような多様な光電池モジュールを製造する方法は、特に限定されず、この分野において公知である多様な方法を適切に採用することができる。
例えば、前記封止材を形成する各成分を使用してシート状封止材を製造し、これをラミネーション方式に適用してモジュールを製造することができる。例えば、目的とするモジュールの構造によって前面基板、光電変換素子、バックシート及びシート状封止材を積層し、加熱圧着する方式でモジュールを製造する。
他の方式としては、前記光電池モジュールは、光変換物質を含む液状のシリコーン樹脂組成物を光電変換素子の周りにコーティングし、硬化させて、封止材を形成する方式で製造することもできる。この場合、前記シリコーン樹脂組成物は、前述の化学式１の平均組成式で表示されるシリコーン樹脂であるか、またはそのような樹脂を形成することができる付加硬化型、縮合または重縮合硬化型または紫外線硬化型シリコーン材料であることができる。
本発明の光電池に含まれる封止材は、耐湿性、耐候性及び耐光性に優れていて、光電池内の他の部品との接着性に優れている。また、前記封止材は、入射される光を光電変換素子に効果的に伝達することができ、また、前記素子に適した波長の光に転換させることができる。これにより、本発明において耐久性及び発電効率に優れた光電池を提供することができる。
以下、本発明による実施例及び比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲が下記提示された実施例に限定されるものではない。
以下実施例及び比較例において記号Ｖｉは、ビニル基を示し、記号Ｍｅは、メチル基を示し、記号Ｐｈは、フェニル基を示し、記号Ｅｐは、エポキシ基を示す。
（実施例１)
＜封止材用組成物Ａ及びＢの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ａ：１００ｇ、化合物Ｂ：１０ｇ、化合物Ｃ：２００ｇ、化合物Ｄ：６０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍとなる量で触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ａを製造した。前記組成物Ａに光変換物質(Ｅｕ０．０９Ｙ２Ｏ２Ｓ) ８ｇをさらに配合し、均一に混合し、封止材用樹脂組成物Ｂを製造した。
＜封止材用組成物Ａ及びＢの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ａ：１００ｇ、化合物Ｂ：１０ｇ、化合物Ｃ：２００ｇ、化合物Ｄ：６０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍとなる量で触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ａを製造した。前記組成物Ａに光変換物質(Ｅｕ０．０９Ｙ２Ｏ２Ｓ) ８ｇをさらに配合し、均一に混合し、封止材用樹脂組成物Ｂを製造した。
［化学式Ａ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＶｉＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）２０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｂ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＥｐＳｉＯ３／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｃ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１（ＰｈＳｉＯ３／２）７
［化学式Ｄ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１．５
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＶｉＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）２０（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｂ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＥｐＳｉＯ３／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｃ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＰｈＳｉＯ２／２）１（ＰｈＳｉＯ３／２）７
［化学式Ｄ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（Ｐｈ２ＳｉＯ２／２）１．５
＜光電池モジュールの製造＞
上記で製造された組成物Ａを光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物Ａ上に光電変換素子を位置させ、その上に組成物Ｂを塗布した後、塗布された組成物Ｂを１５０℃で１時間硬化させ、バックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
上記で製造された組成物Ａを光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物Ａ上に光電変換素子を位置させ、その上に組成物Ｂを塗布した後、塗布された組成物Ｂを１５０℃で１時間硬化させ、バックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
（比較例１）
封止材用組成物Ｂの代わりに封止材用組成物Ａだけを使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で光電池モジュールを製造した。
封止材用組成物Ｂの代わりに封止材用組成物Ａだけを使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で光電池モジュールを製造した。
（比較例２）
＜封止材用組成物Ｃの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ｅ〜Ｇで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ｅ：１００ｇ、化合物Ｆ：２０ｇ、化合物Ｇ：５０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍになる量で触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ｃを製造した。
＜封止材用組成物Ｃの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ｅ〜Ｇで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ｅ：１００ｇ、化合物Ｆ：２０ｇ、化合物Ｇ：５０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍになる量で触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ｃを製造した。
［化学式Ｅ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＶｉＭｅＳｉＯ２／２）１５（ＭｅＳｉＯ３／２）５（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）５０
［化学式Ｆ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＳｉＯ３／２）４（ＰｈＳｉＯ３／２）１．５
［化学式Ｇ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＨＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＶｉＭｅＳｉＯ２／２）１５（ＭｅＳｉＯ３／２）５（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）５０
［化学式Ｆ］
（ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＳｉＯ３／２）４（ＰｈＳｉＯ３／２）１．５
［化学式Ｇ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＨＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
＜光電池モジュールの製造＞
製造された封止材用組成物Ｃを実施例１で使用したものと同一の光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物上に実施例１と同一の光電変換素子を位置させ、その上に封止材用組成物Ｃを塗布した後、塗布された組成物Ｃを１５０℃で１時間硬化させ、実施例１と同一のバックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
製造された封止材用組成物Ｃを実施例１で使用したものと同一の光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物上に実施例１と同一の光電変換素子を位置させ、その上に封止材用組成物Ｃを塗布した後、塗布された組成物Ｃを１５０℃で１時間硬化させ、実施例１と同一のバックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
（比較例３）
＜封止材用組成物Ｄの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ｈ〜Ｊで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ｈ：１００ｇ、化合物Ｉ：２０ｇ、化合物Ｊ：５０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍとなるように触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ｄを製造した。
＜封止材用組成物Ｄの製造＞
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、それぞれ下記の化学式Ｈ〜Ｊで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応によって硬化することができるシロキサン組成物を製造した（配合量：化合物Ｈ：１００ｇ、化合物Ｉ：２０ｇ、化合物Ｊ：５０ｇ）。次に、前記組成物にＰｔ（０）の含量が２０ｐｐｍとなるように触媒（プラチナ（０）−１、３−ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキサン（Ｐｌａｔｉｎｕｍ（０）−１、３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１、１、３、３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ））を配合し、均一に混合し、樹脂組成物Ｄを製造した。
［化学式Ｈ］
（ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｉ］
（ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＳｉＯ３／２）１０
［化学式Ｊ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＨＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
（ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）２０
［化学式Ｉ］
（ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１／２）３（ＭｅＳｉＯ３／２）１０
［化学式Ｊ］
（ＨＭｅ２ＳｉＯ１／２）２（ＨＭｅＳｉＯ２／２）２（Ｍｅ２ＳｉＯ２／２）１０
＜光電池モジュールの製造＞
製造された封止材用組成物Ｄを実施例１で使用したものと同一の光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物上に実施例１と同一の光電変換素子を位置させ、その上に封止材用組成物Ｄを塗布した後、塗布された組成物Ｄを１５０℃で１時間硬化させ、実施例１と同一のバックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
製造された封止材用組成物Ｄを実施例１で使用したものと同一の光電池モジュール用ガラス基板に塗布し、１００℃で１時間硬化させた。その後、硬化された組成物上に実施例１と同一の光電変換素子を位置させ、その上に封止材用組成物Ｄを塗布した後、塗布された組成物Ｄを１５０℃で１時間硬化させ、実施例１と同一のバックシートを熱圧着し、光電池モジュールを製造した。
（比較例４）
組成物Ａ及びＢの代わりに、光電池モジュールの製造に通常的に使用されるＥＶＡ系の封止材用シートを使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で光電池モジュールを製造した。
組成物Ａ及びＢの代わりに、光電池モジュールの製造に通常的に使用されるＥＶＡ系の封止材用シートを使用したことを除いて、実施例１と同一の方式で光電池モジュールを製造した。
１．光電池モジュールの電力評価
実施例及び比較例で製造された光電池モジュールの効率をサムシミューレータ（ｓｕｍ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）を使用して評価した。具体的には、製造されたモジュールのガラス基板側に約１ｋＷの光源を同一時間照射し、光電池モジュールの電力発生量を測定した。前記測定された結果は、下記表１に整理して記載した。
実施例及び比較例で製造された光電池モジュールの効率をサムシミューレータ（ｓｕｍ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）を使用して評価した。具体的には、製造されたモジュールのガラス基板側に約１ｋＷの光源を同一時間照射し、光電池モジュールの電力発生量を測定した。前記測定された結果は、下記表１に整理して記載した。
２．水分透過性、耐久信頼性及び黄変抑制効果
（１）水分透過性測定
実施例１の組成物Ａ、比較例２の組成物Ｃ、比較例３の組成物Ｄをそれぞれ１５０℃で１時間硬化させて、厚さが１ｍｍの板状試験片を製造し、また、比較例４で使用したＥＶＡ系の封止材用シートを使用して厚さが１ｍｍの板状試験片を製造し、それぞれの板状試験片に対して水分透過性を測定した。水分透過性は、板状試験片の厚さ方向に対して、ＭＯＣＯＮ装置を使用して同一の条件で測定し、その結果を下記表２に記載した。
（１）水分透過性測定
実施例１の組成物Ａ、比較例２の組成物Ｃ、比較例３の組成物Ｄをそれぞれ１５０℃で１時間硬化させて、厚さが１ｍｍの板状試験片を製造し、また、比較例４で使用したＥＶＡ系の封止材用シートを使用して厚さが１ｍｍの板状試験片を製造し、それぞれの板状試験片に対して水分透過性を測定した。水分透過性は、板状試験片の厚さ方向に対して、ＭＯＣＯＮ装置を使用して同一の条件で測定し、その結果を下記表２に記載した。
（２）高温及び高湿条件下での信頼性測定
実施例１の組成物Ａ、比較例２の組成物Ｃ、比較例３の組成物Ｄをガラス基板に同一厚さでコーティング及び硬化させた後、８５℃の温度及び８５％の相対湿度で５００時間放置した。その後、剥離試験（ｐｅｅｌ ｔｅｓｔ）を通じて、上記組成物の硬化物のガラス基板に対する剥離力を評価し、その数値を下記基準によって評価し、高温及び高湿条件下での信頼性を評価した。
〈評価基準〉
○：ガラス基板に対する剥離力が１５ｇｆ／ｍｍ以上の場合
×：ガラス基板に対する剥離力が１５ｇｆ／ｍｍ未満の場合
実施例１の組成物Ａ、比較例２の組成物Ｃ、比較例３の組成物Ｄをガラス基板に同一厚さでコーティング及び硬化させた後、８５℃の温度及び８５％の相対湿度で５００時間放置した。その後、剥離試験（ｐｅｅｌ ｔｅｓｔ）を通じて、上記組成物の硬化物のガラス基板に対する剥離力を評価し、その数値を下記基準によって評価し、高温及び高湿条件下での信頼性を評価した。
〈評価基準〉
○：ガラス基板に対する剥離力が１５ｇｆ／ｍｍ以上の場合
×：ガラス基板に対する剥離力が１５ｇｆ／ｍｍ未満の場合
（３）黄変発生程度の測定
水分透過性測定に使用した各試験片に対してＱ−ＵＶＡ（３４０ｎｍ、０．８９Ｗ／ｃｍ２）装置を用いて６０℃で３日間光を照射し、黄変発生有無を下記基準によって評価し、その結果を記載した。
〈評価基準〉
○：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％未満の場合
×：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％以上の場合
水分透過性測定に使用した各試験片に対してＱ−ＵＶＡ（３４０ｎｍ、０．８９Ｗ／ｃｍ２）装置を用いて６０℃で３日間光を照射し、黄変発生有無を下記基準によって評価し、その結果を記載した。
〈評価基準〉
○：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％未満の場合
×：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％以上の場合
１ ウェーハ系光電池モジュール
２ 薄膜型光電池モジュール
１１、２１ 前面基板
１２ａ、１２ｂ、２２ 封止材層
１３、２３ 光電変換素子
１４、２４ バックシート
２ 薄膜型光電池モジュール
１１、２１ 前面基板
１２ａ、１２ｂ、２２ 封止材層
１３、２３ 光電変換素子
１４、２４ バックシート
Claims (15)
- 支持基板；前面基板；及び前記支持基板と前記前面基板との間で光電変換素子をカプセル化しており、且つシリコーン樹脂と、紫外線領域の光を吸収し、可視光線または近赤外線領域の光を放出することができる光変換物質とを含む封止材を有する光電池モジュール。
- 前記シリコーン樹脂は、分子中にケイ素原子に結合されているアリール基を含む、請求項１に記載の光電池モジュール。
- 前記シリコーン樹脂に含まれている全体のケイ素原子に対するケイ素原子に結合されたアリール基のモル比が、０．３を超過する、請求項２に記載の光電池モジュール。
- 前記シリコーン樹脂に含まれている全体のケイ素原子に対するケイ素原子に結合されたアリール基のモル比が、０．５を超過する、請求項２に記載の光電池モジュール。
- 前記シリコーン樹脂に含まれている全体のケイ素原子に対するケイ素原子に結合されたアリール基のモル比が、０．７以上である、請求項２に記載の光電池モジュール。
- 前記シリコーン樹脂は、下記化学式１の平均組成式で表示される、請求項２に記載の光電池モジュール：
［化学式１］
（Ｒ３ＳｉＯ１／２）ａ（Ｒ２ＳｉＯ２／２）ｂ（ＲＳｉＯ３／２）ｃ（ＳｉＯ４／２）ｄ
前記化学式１で、Ｒは、ケイ素原子に直接結合している置換基であって、それぞれ独立に、水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基または１価炭化水素基を示し、Ｒのうち少なくとも１つは、アリール基を示し、ａは、０〜０．６であり、ｂは、０〜０．９５であり、ｃは、０〜０．８であり、ｄは、０〜０．４であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄは、１であり、ｂ及びｃは、同時に０ではない。 - 前記Ｒのうち少なくとも１つは、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはビニル基である、請求項６に記載の光電池モジュール。
- 前記Ｒのうち少なくとも１つは、エポキシ基である、請求項６に記載の光電池モジュール。
- 前記化学式１の平均組成式で表示されるシリコーン樹脂は、下記化学式２または３のシロキサン単位を含む、請求項６に記載の光電池モジュール：
［化学式２］
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２／２
［化学式３］
Ｒ３ＳｉＯ３／２
前記化学式２または３で、Ｒ１及びＲ２は、アルキル基またはアリール基を示すが、Ｒ１及びＲ２のうち少なくとも１つは、アリール基を示し、Ｒ３は、アリール基を示す。 - 前記シリコーン樹脂に含まれるケイ素原子に結合されたアリール基全体が化学式２または化学式３のシロキサン単位に含まれている、請求項９に記載の光電池モジュール。
- 前記化学式２のシロキサン単位が下記化学式４及び化学式５のシロキサン単位から選択される１つ以上である、請求項９に記載の光電池モジュール：
［化学式４］
（Ｃ６Ｈ５）（ＣＨ３）ＳｉＯ２／２
［化学式５］
（Ｃ６Ｈ５）２ＳｉＯ２／２。 - 前記化学式３のシロキサン単位が下記化学式６のシロキサン単位である、請求項９に記載の光電池モジュール：
［化学式６］
（Ｃ６Ｈ５）ＳｉＯ３／２。 - 前記シリコーン樹脂は、重量平均分子量が５００〜１００，０００である、請求項１に記載の光電池モジュール。
- 前記光変換物質が下記化学式２１で表示される、請求項１に記載の光電池モジュール：
［化学式２１］
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
前記化学式２１で、ｗは、０．０１〜０．２であり、ｘは、２〜３であり、ｙは、２〜３であり、ｚは、０〜１である。 - 前記封止材は、シリコーン樹脂１００重量部に対して、０．１重量部〜１０重量部の光変換物質を含む、請求項１に記載の光電池モジュール。
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