JP2014027198A - 太陽電池封止シート、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面側封止材の回り込みを低減した太陽電池封止シートを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールの発電素子に対する受光面側封止シートと裏面側封止シートとからなる一対の太陽電池封止シートであって、受光面側封止シートはエチレン共重合体（Ａ）を含んでなり、裏面側封止シートはエチレン共重合体（Ｂ）及び着色剤（Ｃ）を含んでなり、受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）と裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が、下記式１の関係を満たす事を特徴とする太陽電池封止シート；並びに、この太陽電池封止シートの受光面側封止シート及び裏面側封止シートを用いた太陽電池モジュール及びその製造方法。
［式１］ ＴＢ／ＴＦ＜０.８５
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池封止シート、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

従来より、太陽電池の発電効率向上の為に、入射した光を出来るだけ効率良く太陽電池用発電素子に集光することが求められている。したがって、受光面側（表面側）の封止材は、出来るだけ高い透明性を有し、入射した光を吸収したり反射したりすること無く透過させるものが望ましい。

一方、裏面側（受光面の反対側）の封止材としては、二酸化チタン等の白色着色剤を配合し、裏面と受光面との界面における光の反射や着色剤による光の乱反射によって、複数の太陽電池用素子の間に入射した光や太陽電池用素子を透過した光を反射させ、光の利用効率を高める封止材料が開発されている（例えば特許文献１〜３）。

一般に太陽電池モジュールは、受光面側透明保護部材、受光面側封止材、太陽電池セル、裏面側封止材及び裏面側保護部材（バックシート）をこの順で積層した積層体を、減圧下で脱気し、加熱加圧して接着一体化することにより製造されている。この工程において、溶融した裏面側封止材が流動し、積層体の側面や太陽電池用セル間の隙間から受光面側に回り込み、太陽電池用セルと受光面側封止材との間に侵入する場合がある。特に裏面側封止材が着色した材料からなる場合は、この裏面側封止材の回り込みによって発電効率の低下や外観不良が起こる場合がある。

特許文献１では、１４ｇ／１０ｍｉｎ以下のメルトフローレートを有する封止膜が提案されている。また特許文献２では、着色した裏面側封止膜のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）の酢酸ビニル含有量よりも、透明な受光面側封止膜のＥＶＡの酢酸ビニル含有量を高くした太陽電池が提案されている。また特許文献３では着色した裏面側封止膜のＥＶＡのメルトフローレートよりも、透明な受光面側封止膜のＥＶＡのメルトフローレートを高くした太陽電池が提案されている。また特許文献４では、太陽電池用セルと着色した裏面側封止材との間に、さらに透明な封止材層を設ける事により着色した裏面側封止材の回り込みを防止している。

しかしながら、特許文献１〜３の方法では、製造工程における加熱加圧条件によっては、上記の現象を防止できない場合がある。また特許文献４の方法では、裏面側封止材として透明層と着色層の２層を設ける必要があり、製造負荷やコスト増を招いてしまう。

特開平６−１７７４１２号公報 特開２００３−２５８２８３号公報 特開２００５−０５０９２８号公報 特開２０１１−２１６８０４号公報

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであって、裏面側封止材の回り込みを低減した太陽電池封止シート、並びにこの封止シートを用いた太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、太陽電池モジュールの発電素子に対する受光面側封止シートと裏面側封止シートとからなる一対の太陽電池封止シートであって、前記受光面側封止シートはエチレン共重合体（Ａ）を含んでなり、前記裏面側封止シートはエチレン共重合体（Ｂ）及び着色剤（Ｃ）を含んでなり、前記受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）と前記裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が、下記式１
［式１］ ＴＢ／ＴＦ＜０.８５
の関係を満たす事を特徴とする太陽電池封止シートである。

また本発明は、受光側保護部材と、受光面側封止シートと、発電素子と、裏面側封止シートと、裏面側保護部材とをこの順に積層してなる太陽電池モジュールであって、前記受光面側封止シート及び前記裏面側封止シートが、本発明の太陽電池封止シートの受光面側封止シート及び裏面側封止シートである事を特徴とする太陽電池モジュールである。

また本発明は、受光側保護部材と、受光面側封止シートと、発電素子と、裏面側封止シートと、裏面側保護部材とをこの順に重ねて、加熱圧着して積層体を得る工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記受光面側封止シート及び前記裏面側封止シートが、本発明の太陽電池封止シートの受光面側封止シート及び裏面側封止シートである事を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。

本発明の受光面側及び裏面側に用いられる一対の太陽電池封止シートによれば、裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が受光面側封止シート（ＴＦ）よりも十分薄いのでラミネート時における回り込みを抑制でき、その結果、発電効率の低下や外観不良を防止出来る。

本発明の太陽電池モジュールは、そのような発電効率の低下や外観不良が防止された太陽電池モジュールである。また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、そのような優れた太陽電池モジュールを簡易且つ効率的に製造出来る方法である。

本発明の太陽電池封止シートは、発電素子に対して受光面側に用いられる封止シート（受光面側封止シート）と、裏面側に用いられる封止シート（裏面側封止シート）とからなる一対の封止シートである。そして、受光面側封止シートはエチレン共重合体（Ａ）を含み、裏面側封止シートはエチレン共重合体（Ｂ）及び着色剤（Ｃ）を含む。

エチレン共重合体（Ａ）及び（Ｂ）はエチレンと他のモノマーとの共重合体であり、エチレン−極性モノマー共重合体が好ましい。その具体例としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、エチレン系アイオノマーが挙げられる。中でも、エチレン−酢酸ビニル共重合体が好ましい。また、エチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含量は、エチレン及び酢酸ビニルの合計含量を１００質量％として、好ましくは１０〜４０質量％である。

エチレン共重合体（Ａ）および（Ｂ）のメルトフローレート（以下「ＭＦＲ」と称す）は、通常１〜３５ｇ／１０分、好ましくは５〜２５ｇ／１０分の範囲にある。このＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ−７２１０に準拠し、１９０℃、２.１６ｋｇ荷重の条件で測定した値である。

エチレン共重合体（Ａ）および（Ｂ）のＭＦＲは同じでも異なっていても構わないが、エチレン共重合体（Ｂ）のＭＦＲは、エチレン共重合体（Ａ）のＭＦＲよりも小さいことが好ましい。具体的には、エチレン共重合体（Ａ）のＭＦＲは、好ましくは１０〜３５ｇ／１０分、より好ましくは１０〜２５ｇ／１０分である。また、エチレン共重合体（Ｂ）のＭＦＲは、好ましくは１ｇ／１０分以上、１０ｇ／１０分未満であり、より好ましくは５〜９ｇ／１０分である。

裏面側封止シートに用いる着色剤（Ｃ）は、無機又は有機微粒子であり、例えば白色、黒色ないし青や赤等に着色するために配合される。炭酸カルシウム、二酸化チタン等の白色着色剤は、入射した光を反射させ、光の利用効率を高めるのに用いられる。同じ白色である水酸化マグネシウムは、難燃剤としても配合出来る。またカーボンブラック等の黒色着色剤は、パネルの意匠性を高めるのに用いることも出来る。他にウルトラマリンブルー、ウルトラマリンレッドも使用出来る。着色剤（Ｃ）としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛及び二酸化チタンからなる群より選ばれる白色着色剤が好ましく、特に二酸化チタンが好ましい。

着色剤（Ｃ）の配合量は、エチレン共重合体（Ｂ）１００質量部に対して、好ましくは０.１〜１０質量部、より好ましくは０.１〜５質量部である。

受光面側封止シートにおいては、エチレン共重合体（Ａ）に対して架橋剤（Ｄ１）を配合しても良い。また裏面側封止シートにおいては、エチレン共重合体（Ｂ）に対して架橋剤（Ｄ２）を配合しても良い。一般に、有機過酸化物等の架橋剤の分解温度が低いほど、架橋反応が早く進行する。また一般に、架橋剤の配合量が多いほど、架橋反応が早く進行する。架橋剤（Ｄ１）および（Ｄ２）は同じでも異なっていても構わないが、架橋剤（Ｄ２）の一時間半減期温度は、架橋剤（Ｄ１）よりも高いことが好ましい。エチレン共重合体（Ａ）および／または（Ｂ）に対して２種以上の架橋剤を配合する場合、高い方の一時間半減期温度を比較して、（Ｄ２）＞（Ｄ１）となることが好ましい。

架橋剤（Ｄ１）及び（Ｄ２）の具体例としては、ｔ−ブチルーパーオキシ２−エチルヘキシルカーボネート（一時間半減期温度１２１℃）、１,１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン（一時間半減期温度９５℃）、ｔ−ブチルーパーオキシ２−エチルヘキサノエート（一時間半減期温度１１６℃）等の一時間半減期温度が１３０℃未満の有機過酸化物；２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（一時間半減期温度１４０℃）等の一時間半減期温度が１３０℃以上の有機過酸化物が挙げられる。これら有機過酸化物は、一種を単独で又は二種以上を併用出来る。

架橋剤（Ｄ１）及び（Ｄ２）の配合量は、エチレン共重合体（Ａ）及び（Ｂ）１００質量部に対して、好ましくは０.１〜１.６質量部である。

本発明における受光面側封止シート及び裏面側封止シートは、以上説明した樹脂成分、又は樹脂成分とその他の成分を含む樹脂組成物をシート状に成形することにより得られる。各成分はそのまま混合しても良い。ただし、裏面側封止シートの場合は着色剤（Ｃ）を含むので、着色剤（Ｃ）を均一に分散させる点から、まずエチレン共重合体（Ｂ）及び着色剤（Ｃ）からなるマスターバッチ（ＭＢ）を作製し、エチレン共重合体（Ｂ）に対してこのＭＢを配合する方法が好ましい。ＭＢ中の着色剤（Ｃ）の濃度及びＭＢの配合量は特に制限されない。通常、ＭＢ中の着色剤（Ｃ）の濃度は好ましくは２０〜６０質量％である。そして、例えばＭＢ中の着色剤（Ｃ）の濃度が５０質量％の場合、エチレン共重合体（Ａ）１００質量部に対するＭＢの配合量は好ましくは５〜２０質量部である。この樹脂組成物を、後述するように押出成形やカレンダ成形、特に押出成形により加工して樹脂シートを得る事が出来る。

本発明の封止シートは、以上説明した各成分の他に、必要に応じて、架橋助剤、接着促進剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等の添加剤が含まれていてもよい。

架橋助剤の具体例としては、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレート等のアリル基含有化合物が挙げられる。架橋助剤の配合量は、エチレン共重合体（Ａ）及び（Ｂ）１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以下である。

接着促進剤の具体例としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリス（β−メトキシ−エトキシ）シラン、β−（３,４−エポキシシクロヘキシル）−エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル−トリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが挙げられる。接着促進剤の配合量は、エチレン共重合体（Ａ）及び（Ｂ）１００質量部に対して、好ましくは５質量部以下である。

紫外線吸収剤の具体例としては、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２,２−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−２−カルボキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物；２−（２−ヒドロキシ−３,５−ジ第３ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−第３オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系化合物；フェニルサリチレート、ｐ−オクチルフェニルサリチレート等のサリチル酸エステル系化合物が挙げられる。光安定剤の具体例としては、ヒンダ−ドアミン系化合物が挙げられる。酸化防止剤の具体例としては、ヒンダ−ドフェノール系化合物やホスファイト系化合物が挙げられる。紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤は、本発明の目的及び効果を損なわない範囲の量で使用すればよい。

本発明は、受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）と前記裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が、下記式１
［式１］ ＴＢ／ＴＦ＜０.８５
の関係を満たす事を特徴とする。このように裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）を受光面側封止シート（ＴＦ）よりも十分薄くすることで、着色剤（Ｃ）を含む裏面側池封止シートの太陽電池セル上への回り込みを抑制出来る。さらに、このＴＢ／ＴＦは、好ましくは０.０８〜０.８５、より好ましくは０.６０〜０.８５である。

受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）は、好ましくは１００〜１０００μｍ、より好ましくは３００〜５００μｍである。また裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）は、好ましくは８５〜５００μｍ、より好ましくは２５０〜４００μｍである。

太陽電池封止シートの製造方法は、特に限定されない。例えば樹脂材料を押出成形、カレンダ成形等によりシート状に加工して樹脂シートを得る事が出来る。なお、裏面側封止シートは着色剤（Ｃ）を含むので、先に述べたようなマスターバッチを含む樹脂組成物を溶融混錬し、押出成形する方法が特に好ましい。受光面側封止シートは、透明性が要求されるので通常は着色剤は含有しない。

本発明の太陽電池モジュールは、受光側保護部材（表面側透明保護部材等）と、受光面側封止シート（本発明の太陽電池封止シートの受光面側封止シート）と、発電素子と、裏面側封止シート（本発明の太陽電池封止シートの裏面側封止シート）と、裏面側保護部材（バックシート）とをこの順に積層してなる。

受光面側保護部材としては、耐久性や透明性の点から、通常はガラス材が用いられる。裏面側保護部材としては、樹脂シートやガラス材が用いられるが、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂シートが好ましい。

発電素子は特に制限されず、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜アモルファスシリコン等のシリコン系、ＣＩＳ、ＣｄＴｅ等の化合物系のいずれも用いることができる。

太陽電池モジュールは、受光側保護部材（表面側透明保護部材等）と、受光面側封止シート（本発明の太陽電池封止シートの受光面側封止シート）と、発電素子と、裏面側封止シート（本発明の太陽電池封止シートの裏面側封止シート）と、裏面側保護部材（バックシート）とをこの順に重ね加熱圧着して積層体を得る工程により製造出来る。その具体的な製造条件は特に限定されず、公知の方法に従えばよい。加熱圧着の温度は、好ましくは１２０〜１７０℃である。また加熱時はまず一定時間真空に保持し、その後加圧してラミネートすることが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。以下の記載において「部」は「質量部」、「％」は「質量％」を意味する。

＜実施例１＞
（受光面側封止シートの製造）
エチレン共重合体（Ａ）としてエチレン・酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含量２８％、ＭＦＲ１５ｇ／１０分）１００部に、架橋剤（Ｄ１）としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（一時間半減期温度１２１℃）０.４部と、トリアリルイソシアヌレート０.８部を配合して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物をＴダイ付押出機にて押し出し、厚さ４５０μｍの樹脂シート（受光面側封止シート）を成形した。

（裏面側封止シートの製造）
エチレン共重合体（Ｂ）としてエチレン・酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含量２８％、ＭＦＲ１５ｇ／１０分）１００部に、架橋剤（Ｄ２）として２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（一時間半減期温度１４０℃）０.１部及びｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルカーボネート（一時間半減期温度１２１℃）０.４部と、トリアリルイソシアヌレート０．８部と、着色剤（Ｃ）として二酸化チタンを含むマスターバッチ（二酸化チタン濃度５０％）６部を配合して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物をＴダイ付押出機にて押し出し、厚さ３５０μｍの樹脂シート（裏面側封止シート）を成形した。

（太陽電池モジュールの作製）
以上の各封止シートを用いて、３.２ｍｍ厚のガラス、受光面側封止シート、太陽電池セル、裏面側封止シート、ＰＥＴ系バックシート（裏面側保護部材）をこの順に積層し、真空ラミネーターを用いて１６５℃、真空５分、加圧１５分の条件にてラミネートして、太陽電池モジュールを作製した。

この太陽電池モジュールの裏面側封止シートの状態を、ガラスを介して目視で観察した。太陽電池セルの受光面上やバスバー電極上には、着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込みは観測されず、良好な太陽電池モジュールが得られた。

＜実施例２＞
裏面側封止シートの厚さを３００μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。太陽電池セルの受光面上やバスバー電極上には、着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込みは観測されず、良好な太陽電池モジュールが得られた。

＜実施例３＞
受光面側封止シートの厚さを３５０μｍ、裏面側封止シートの厚さを０.２９ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。太陽電池セルの受光面上やバスバー電極上には、着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込みは観測されず、良好な太陽電池モジュールが得られた。

＜比較例１＞
裏面側封止シートの厚さを４５０μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。太陽電池セルの受光面上及びバスバー電極上に、着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込みが観測された。

以上の各結果を表１にまとめて示す。

「○」：着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込み無し。
「×」：着色剤（Ｃ）を含む裏面側封止シート材の回り込み有り。

以上の結果から、裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）を受光面側封止シート（ＴＦ）よりも十分薄くすることで、着色剤（Ｃ）を含む裏面側池封止シートの太陽電池セル上への回り込みを抑制出来ることが分かる。したがって、本発明によれば特性を低下させることなく、太陽電池モジュールを良好に製造出来る。

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールの発電素子に対する受光面側封止シートと裏面側封止シートとからなる一対の太陽電池封止シートであって、
   前記受光面側封止シートはエチレン共重合体（Ａ）を含んでなり、
   前記裏面側封止シートはエチレン共重合体（Ｂ）及び着色剤（Ｃ）を含んでなり、
   前記受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）と前記裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が、下記式１
   ［式１］ ＴＢ／ＴＦ＜０.８５
   の関係を満たす事を特徴とする太陽電池封止シート。
2. 受光面側封止シートの厚み（ＴＦ）が１００〜１０００μｍであり、裏面側封止シートの厚み（ＴＢ）が８５〜５００μｍである請求項１記載の太陽電池封止シート。
3. 着色剤（Ｃ）が、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛及び二酸化チタンからなる群より選ばれる白色着色剤である請求項１記載の太陽電池封止シート。
4. エチレン共重合体（Ｂ）のメルトフローレートが、エチレン共重合体（Ａ）のメルトフローレートよりも小さい請求項１記載の太陽電池封止シート。
5. 受光側保護部材と、受光面側封止シートと、発電素子と、裏面側封止シートと、裏面側保護部材とをこの順に積層してなる太陽電池モジュールであって、
   前記受光面側封止シート及び前記裏面側封止シートが、請求項１記載の太陽電池封止シートの受光面側封止シート及び裏面側封止シートである事を特徴とする太陽電池モジュール。
6. 受光側保護部材と、受光面側封止シートと、発電素子と、裏面側封止シートと、裏面側保護部材とをこの順に重ねて、加熱圧着して積層体を得る工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記受光面側封止シート及び前記裏面側封止シートが、請求項１記載の太陽電池封止シートの受光面側封止シート及び裏面側封止シートである事を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。