JP2013518406A - 光電池モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は、光電池モジュールに関する。本発明の光電池モジュールは、支持基板；前面基板；前記支持基板と前面基板との間で光電変換素子をカプセル化しており、また珪素原子に結合されているアリール基を有するシリコーン樹脂を含み、前記シリコーン樹脂に含まれる全体珪素原子に対する前記アリール基のモル比が０.３を超過する封止材；を有し、前記シリコーン樹脂に含まれるアリール基は、好ましくはフェニル基である。本発明では、発電効率及び耐久性が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(Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ 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の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、端子を通じて電圧を発生させて電子の流れを誘発する。電子の流れの大きさは、電池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。
光電池の種類には、シリコーンウェ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)を使用して製造した光電変換素子を使用し、薄膜型光電池での光電変換素子は、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か、または、光電変換素子の裏面に配置されるバックシートであってもよい。光電池は、前記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、通常的に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列の可塑性材料からなる。
通常、バックシートは、光電池の裏面を保護するための強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、単独に適用するか、ＳｉＯｘのような素材で被覆された状態で適用してもよい。
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)によりカプセル化される。封止材は、外部環境から素子を保護し、カプセル化して一体型モジュールを形成するために使われる。
汎用されている封止材は、ＥＶＡ(ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ)系素子である。しかし、ＥＶＡ系素子は、モジュール内で他の部品との接着性が低下するので、長期間使えば、層間剥離が誘発しやすく、効率低下や水分浸透による腐食などを誘発する。また、ＥＶＡ系素子は、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、モジュール効率を低下させる。また、ＥＶＡ系素子は、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。
したがって、本発明は、前記のような従来の諸問題点を解消するために提案されたものであって、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、前記支持基板と前面基板との間で光電変換素子をカプセル化しており、珪素原子に結合されているアリール基を有するシリコーン樹脂を含み、前記シリコーン樹脂に含まれる全体の珪素原子(Ｓｉ)に対する前記アリール基(Ａｒ)のモル比(Ａｒ/Ｓｉ)が０.３を超過する封止材(Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ)と、を有す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について具体的に説明する。
本発明の光電池は、前面基板と裏面基板とを含み、また、前記前面基板と裏面基板との間で封止材により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、具体的には珪素原子に結合しているアリール基を含むシリコーン樹脂を含む。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、前記複数の層の中で一つ以上、好ましくは、全ての層が前記のようなシリコーン樹脂を含むことができる。
本発明において、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全ての素子が含まれ、その例としては、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ある。
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て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、耐湿性、耐候性及び耐光性などに優れる。
本発明では、アリール基、具体的には珪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することで、耐湿性、耐候性、接着特性などに優れて、且つ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。珪素原子に結合されるアリール基の具体的な種類は特別に制限されないが、好ましくは、フェニル基である。
本発明のシリコーン樹脂では、前記シリコーン樹脂の全体の珪素原子(Ｓｉ)に対する前記珪素原子に結合されているアリール基(Ａｒ)のモル比(Ａｒ/Ｓｉ)は０.３を超過し、好ましくは、０.５を超過し、より好ましくは、０.７以上である。前記モル比(Ａｒ/Ｓｉ)が０.３を超過するようにすることで、封止材の耐湿性、耐候性及び硬度などを優秀に維持し、光電池モジュールの発電効率を高めることができる。本発明では、前記モル比(Ａｒ/Ｓｉ)の上限は制限されず、例えば、１.５以下または１.２以下である。
一例として、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することができる。
［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において、Ｒは、珪素原子に直接結合している置換基であって、各々独立的に、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の中で少なくとも一つは、アリール基を示し、ａは、０乃至０.６であり、ｂは、０乃至０.９５であり、ｃは、０乃至０.８であり、ｄは、０乃至０.４である。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場合は、単一のシリコーン樹脂が特定平均組成式で表示される場合だけではなく、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ると、特定の平均組成式で表示される場合も含む。
前記化学式１において、Ｒは、珪素原子に直接結合されている置換基であり、各々のＲは互いに同一であるかまたは相異なっていることがあり、独立的に、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、必要によって、一つまたは二つ以上の置換基により置換されている。
前記化学式１において、アルコキシは、炭素数１乃至１２、好ましくは、１乃至８、より好ましくは、１乃至４の直鎖状、分枝状または環状アルコキシであり、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−ブトキシなどを含む。
また、前記１価炭化水素基の例としては、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が挙げられ、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。
前記アルキル基は、炭素数１乃至１２、好ましくは、１乃至８、より好ましくは、１乃至４の直鎖状、分枝状または環状アルキル基であり、好ましくは、メチル基である。
また、前記アルケニル基は、炭素数２乃至１２、好ましくは、２乃至８、より好ましくは、２乃至４のアルケニル基であり、好ましくは、ビニル基である。
また、前記アリール基は、炭素数６乃至１８、好ましくは、炭素数６乃至１２のアリール基であり、好ましくは、フェニル基である。
また、前記アリールアルキル基は、炭素数６乃至１９、好ましくは、炭素数６乃至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。
前記化学式１において、Ｒのうち少なくとも一つは、アリール基、好ましくは、フェニル基であり、前記置換基は、上述のモル比(Ａｒ/Ｓｉ)を満足するようにシリコーン樹脂内に含まれる。
また、前記化学式１において、Ｒのうち少なくとも一つは、好ましくは、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り、より好ましくは、エポキシ基である。このような官能基は、封止材の接着特性などを一層向上させることができる。
前記化学式１において、ａ、ｂ、ｃ及びｄは、各シロキサン単位のモル分率を示し、その合計は１である。また、前記化学式１において、ａは、０乃至０.６、好ましくは、０乃至０.５であり、ｂは、０乃至０.９５、好ましくは、０乃至０.８であり、ｃは、０乃至０.８、好ましくは、０乃至０.７であり、ｄは、０乃至０.４、好ましくは、０乃至０.２である。但し、ｂ及びｃは同時に０ではない。
本発明の前記シリコーン樹脂は、下記化学式２及び３で表示されるシロキサン単位からなる群より選択された一つ以上の物質を含む。
［化学式２］
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２/２
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２/２
［化学式３］
Ｒ３ＳｉＯ３/２
Ｒ３ＳｉＯ３/２
前記化学式２及び３において、Ｒ１及びＲ２は、各々独立的にアルキル基またはアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２のうち少なくとも一つは、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、少なくとも一つの珪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。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。
本発明では、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及び化学式５のシロキサン単位からなる群より選択される一つ以上の物質である。
［化学式４］
(Ｃ６Ｈ５)(ＣＨ３)ＳｉＯ２/２
(Ｃ６Ｈ５)(ＣＨ３)ＳｉＯ２/２
［化学式５］
(Ｃ６Ｈ５)２ＳｉＯ２/２
(Ｃ６Ｈ５)２ＳｉＯ２/２
また、前記化学式３は、珪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。
［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全ての珪素原子に結合されたアリール基が前記化学式２または化学式３のシロキサン単位に含まれており、この場合、前記化学式２の単位は、化学式４または化学式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。
本発明において、前記シリコーン樹脂は、分子量が５００乃至１００,０００、好ましくは、１,０００乃至１００,０００である。樹脂分子量を前記のように調節することで、封止材が優れた硬度を有し、工程性も優秀に維持される。本発明で、特定しない限り、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。
本発明の一つの例示において、前記シリコーン樹脂は、下記化学式７乃至２０で表示されるシリコーン樹脂の中でいずれの一つの樹脂であるが、これに制限されるものではない。
［化学式７］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)３０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)３０
［化学式８］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(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
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１０］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
［化学式１１］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＳｉＯ３/２)２
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＳｉＯ３/２)２
［化学式１２］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１３］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
［化学式１４］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)２０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)２０
［化学式１５］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１６］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
［化学式１７］
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化学式１８］
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＥｐＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＥｐＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化学式１９］
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０
［化学式２０］
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)５
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)５
前記化学式７乃至２０において、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。
前記シリコーン樹脂は、この分野で公知である多様な方式で製造することができる。例えば、前記樹脂は、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、紫外線硬化型シリコーン系材料または過酸化物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、水素珪素化反応(ｈｙｄｒｏ ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ)を通じて硬化する材料である。この材料は、珪素原子に直接結合されている水素原子を有する有機珪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珪素化合物を少なくとも含み、前記化合物は、触媒の存在下で互いに反応して硬化される。触媒の例としては、周期律表第８族の金属や、前記金属をアルミナ、シリカまたはカーボンブラックなどの担体に担持させた触媒または前記金属の塩や錯体などが含まれる。前記周期律表第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珪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通じ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を例示することができる。前記化合物において、(ＯＲｂ)は、炭素数１乃至８の直鎖状または分枝状アルコキシ基を示し、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。また、前記化合物において、Ｒａは、珪素原子に結合されている官能基であり、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することができる。
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珪素化合物、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、さらに紫外線照射により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、前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とされており、この分野の通常の知識を有した技術者は、目的とするシリコーン樹脂によって前記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。
本発明の封止材は、前記シリコーン樹脂とともに光変換物質を追加で含むことができる。本発明において、前記光変換物質は、入射光のうち紫外線領域の光を吸収し、吸収された光を可視光線領域または近赤外線領域に変換させて放出することができる物質であり、このような物質を含むことで、光電池モジュールの発電効率を極大化することができる。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しないので、光変換物質を使用する効果を極大化することができる。
本発明で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て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であれば、特別に制限されない。
本発明の一例において、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。
［化学式２１］
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
前記化学式２１において、ｗは、０.０１乃至０.２であり、ｘは、２乃至３であり、ｙは、２乃至３であり、ｚは、０乃至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重量部乃至１０重量部、好ましくは、０.１重量部乃至５重量部、より好ましくは、０.２重量部乃至５重量部で含まれる。光変換物質の含量をこのように調節することで、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。本明細書において用語「重量部」は、特定しない限り、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の以外にもフィラーなどのような任意の公知成分を追加で含むことができる。
本発明の光電池モジュールは、多様な形態で構成することができる。
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、本発明の一例として、光電変換素子としてウェ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(ＴＥＤＬＡＲ)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を含む。前記封止材は、素子１３をカプセル化しながら前面基板１１に付着される第１の封止材層１２ａと、素子１３をカプセル化しながら支持基板であるバックシート１４に付着される第２の封止材層１２ｂと、を含む。前記第１または第２の封止材層１２a、１２ｂの中でいずれか一つの封止材層が上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の封止材層１２a、１２ｂは両方とも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に示したように、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。
本発明で、前記のような多様な光電池モジュールを製造する方法は特別に制限されず、この分野で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て加熱圧着する方式でモジュールを製造する。
他の方式では、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してもよい。この場合、前記シリコーン樹脂組成物は、上述の化学式１の平均組成式で表示されるシリコーン樹脂や、あるいはその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。
本発明の光電池に含まれる封止材は、耐湿性、耐候性及び耐光性が優秀であり、光電池内の他の部品との接着性が優れる。また、前記封止材は、入射光を光電変換素子に効果的に伝達することができ、前記素子に適合する波長の光に転換させることができる。これによって、本発明では耐久性及び発電効率が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本発明によらない比較例を通じて本発明をより詳しく説明するが、本発明の範囲は、下記提示された実施例により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、Ｖｉは、ビニル基を示し、Ｍｅは、メチル基を示し、Ｐｈは、フェニル基を示し、Ｅｐは、エポキシ基を示す。
（第１の実施例）
＜封止材用組成物(Ａ)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、各々下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応により硬化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))(Ｐｔ(０)含量が２０ｐｐｍになる量)を配合し、均一に混合して封止材用組成物(Ａ)を製造した。
＜封止材用組成物(Ａ)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、各々下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応により硬化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))(Ｐｔ(０)含量が２０ｐｐｍになる量)を配合し、均一に混合して封止材用組成物(Ａ)を製造した。
［化学式Ａ］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化学式Ｂ］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１５
［化学式Ｃ］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１(ＰｈＳｉＯ３/２)９
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１(ＰｈＳｉＯ３/２)９
［化学式Ｄ］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
＜光電池モジュールの製造＞
製造された封止材用組成物(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、硬化された組成物上に光電変換素子を位置させて、その上に封止材用組成物(Ａ)を更に塗布した後、塗布された組成物(Ａ)を１５０℃で１時間硬化させて、バックシートを熱圧着させて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(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、硬化された組成物上に光電変換素子を位置させて、その上に封止材用組成物(Ａ)を更に塗布した後、塗布された組成物(Ａ)を１５０℃で１時間硬化させて、バックシートを熱圧着させて光電池モジュールを製造した。
（第１の比較例）
＜封止材用組成物(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、各々下記の化学式Ｅ乃至Ｇ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り硬化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、シロキサン組成物に触媒(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))(Ｐｔ(０)の含量が１０ｐｐｍになる量)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｂ)を製造した。
＜封止材用組成物(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、各々下記の化学式Ｅ乃至Ｇ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り硬化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、シロキサン組成物に触媒(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))(Ｐｔ(０)の含量が１０ｐｐｍになる量)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｂ)を製造した。
［化学式Ｅ］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＶｉＭｅＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＳｉＯ３/２)５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)５０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＶｉＭｅＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＳｉＯ３/２)５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)５０
［化学式Ｆ］
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＳｉＯ３/２)６
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＳｉＯ３/２)６
［化学式Ｇ］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(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(Ｂ)を第１の実施例で使用したものと同一な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第１の実施例と同一な光電変換素子を位置させて、その上に封止材用組成物(Ｂ)を塗布した後、塗布された組成物(Ｂ)を１５０℃で１時間硬化させて、第１の実施例と同一なバックシートを熱圧着させて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(Ｂ)を第１の実施例で使用したものと同一な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第１の実施例と同一な光電変換素子を位置させて、その上に封止材用組成物(Ｂ)を塗布した後、塗布された組成物(Ｂ)を１５０℃で１時間硬化させて、第１の実施例と同一なバックシートを熱圧着させて光電池モジュールを製造した。
（第２の比較例）
＜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、各々下記の化学式Ｈ乃至Ｊで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応により硬化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)含量が２０ｐｐｍになるように触媒(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)を合成して、均一に混合して樹脂組成物(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、各々下記の化学式Ｈ乃至Ｊで表示される化合物を混合し、ヒドロシリル化反応により硬化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)含量が２０ｐｐｍになるように触媒(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)を合成して、均一に混合して樹脂組成物(Ｃ)を製造した。
［化学式Ｈ］
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
［化学式Ｉ］
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＳｉＯ３/２)１０
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＳｉＯ３/２)１０
［化学式Ｊ］
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(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)を第１の実施例で使用したものと同一な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第１の実施例と同一な光電変換素子を位置させて、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時間硬化させて、第１の実施例と同一なバックシートを熱圧着させて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)を第１の実施例で使用したものと同一な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第１の実施例と同一な光電変換素子を位置させて、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時間硬化させて、第１の実施例と同一なバックシートを熱圧着させて光電池モジュールを製造した。
（第３の比較例）
第１の実施例で製造された封止材用組成物(Ａ)を使わないで、光電池用封止材で汎用されているＥＶＡ系の封止材用シートを使用して光電変換素子を封止したこと以外は、第１の実施例と同一な方式で光電池モジュールを製造した。
第１の実施例で製造された封止材用組成物(Ａ)を使わないで、光電池用封止材で汎用されているＥＶＡ系の封止材用シートを使用して光電変換素子を封止したこと以外は、第１の実施例と同一な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レーター(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の光源を同一時間の間の照射し、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レーター(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の光源を同一時間の間の照射し、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) 水分透過性の測定
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｂ)及び第２の比較例の組成物(Ｃ)を１５０℃で１時間硬化させて厚さが１ｍｍである板状試片を製造し、また、第３の比較例で使用したＥＶＡ系の封止材用シートを使用して厚さが１ｍｍである板状試片を製造した後、各々の試片に対して水分透過性を測定した。具体的には、製造された試片の厚さ方向に対して、モコン装置を利用して同一な条件で水分透過性を測定して、その結果を下記表２に記載した。
(1) 水分透過性の測定
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｂ)及び第２の比較例の組成物(Ｃ)を１５０℃で１時間硬化させて厚さが１ｍｍである板状試片を製造し、また、第３の比較例で使用したＥＶＡ系の封止材用シートを使用して厚さが１ｍｍである板状試片を製造した後、各々の試片に対して水分透過性を測定した。具体的には、製造された試片の厚さ方向に対して、モコン装置を利用して同一な条件で水分透過性を測定して、その結果を下記表２に記載した。
(２) 高温高湿条件下での信頼性測定
ガラス基板上に第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｂ)及び第２の比較例の組成物(Ｃ)を同一厚さでコーティングして硬化させた後、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)を通じて前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て、その数値を下記基準によって評価して高温及び高湿条件下での信頼性を評価した。
ガラス基板上に第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｂ)及び第２の比較例の組成物(Ｃ)を同一厚さでコーティングして硬化させた後、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)を通じて前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て、その数値を下記基準によって評価して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
○：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
水分透過度測定に使用した各試片に対してＱ−ＵＶＡ(３４０ｎｍ、０.８９Ｗ/Ｃｍ２)装置を用いて６０℃で３日間光を照射して、黄変発生有無を下記基準によって評価してその結果を記載した。
水分透過度測定に使用した各試片に対してＱ−ＵＶＡ(３４０ｎｍ、０.８９Ｗ/Ｃｍ２)装置を用いて６０℃で３日間光を照射して、黄変発生有無を下記基準によって評価して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
○：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；
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、また珪素原子に結合されているアリール基を有するシリコーン樹脂を含み、前記シリコーン樹脂に含まれる全体の珪素原子に対する前記アリール基のモル比が０.３を超過する封止材を有する、光電池モジュール。 - 前記シリコーン樹脂に含まれる全体の珪素原子に対する珪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る全体の珪素原子に対する珪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るアリール基がフェニル基である、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は、下記化学式１の平均組成式で表示される、請求項１に記載の光電池モジュール。
［化学式１］
(Ｒ３ＳｉＯ１/２)ａ(Ｒ２ＳｉＯ２/２)ｂ(ＲＳｉＯ３/２)ｃ(ＳｉＯ４/２)ｄ
前記化学式１において、Ｒは、珪素原子に直接結合している置換基であって、各々独立的に、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の中で少なくとも一つは、アリール基を示し、ａは、０乃至０.６であり、ｂは、０乃至０.９５であり、ｃは、０乃至０.８であり、ｄは、０乃至０.４である。但し、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の中で少なくとも一つは、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５に記載の光電池モジュール。
- 前記Ｒの中で少なくとも一つは、エポキシ基である、請求項５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または化学式３のシロキサン単位を含む、請求項５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及び３において、Ｒ１及びＲ２は、各々独立的にアルキル基またはアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２の中で少なくとも一つは、アリール基であり、Ｒ３は、アリール基を示す。 - 前記シリコーン樹脂に含まれる珪素原子に結合されたアリール基が全て化学式２または化学式３のシロキサン単位に含まれる、請求項８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一つ以上である、請求項８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８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乃至１００,０００である、請求項１に記載の光電池モジュール。
- 前記封止材が光変換物質を追加で含む、請求項１に記載の光電池モジュール。
- 前記光変換物質は、下記化学式２１で表示される、請求項１３に記載の光電池モジュール。
［化学式２１］
ＥｕｗＹｘＯｙＳｚ
前記化学式２１において、ｗは、０.０１乃至０.２であり、ｘは、２乃至３であり、ｙは、２乃至３であり、ｚは、０乃至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重量部乃至１０重量部の光変換物質を含む、請求項１３に記載の光電池モジュール。
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