JP2014107288A - 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】モジュール状態での長期間の密着性を維持し、外観が良好で意匠性に優れる封止材シート、及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールは、表面保護部材１、表側封止材シート２、光電変換セル３、裏側封止材シート６、裏面保護部材５をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる。裏側封止材シート６は、エチレン−メタクリル酸共重合体からなる基材に、白色着色剤、金属酸化物を含み、上記白色着色剤が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１〜３０質量部添加され、上記金属酸化物が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１〜１０質量部添加されている太陽電池モジュール用封止材シートを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用封止材シート及びそれ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。
従来の一般的な太陽電池モジュールは、図２に示すとおり、表面保護部材１、表側封止材シート２、光電変換セル３、裏側封止材シート４、及び裏面保護部材５を、この順に積層してなる。

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。中でも表側封止材シート２，裏側封止材シート４は、表面保護部材１、裏面保護部材５、及び光電変換セル３を接着保持する材料であるため、長期間の高い密着性が必要である。また、表側封止材シート２、及び裏側封止材シート４のうち、光電変換セル３の受光面側に配置される封止材シートは、透明性が失われないことも求められている。

ここで、従来の太陽電池モジュールにおいては、受光面から入射した光のうち、光電変換セル３の隙間を通過する光や、薄膜セルよりなる光電変換セル３を透過した光が、そのまま裏面保護部材５を通過し、発電に寄与することができないという問題がある。また、バックコンタクト型太陽電池として使用する際に、背面の導線が見えてしまうといった問題や、屋根一体型とする際に、回りの屋根材との色の違いから浮いて見えるという問題もあった。

そこで、近年では、これらの問題を解決するために、裏側封止材シート４が着色されたものも開発されており、注目を集めている。このような着色された封止材シートを用いた太陽電池モジュールとしては、特許文献１に記載の封止材シートが提案されている。
しかし、白色の着色封止材シートとして一般的に用いられる酸化チタン等の金属化合物は吸水性が高いことが知られている、したがって、封止材シート樹脂の種類によっては水分と反応し、短期間で密着性が低下するおそれがある。
その対策として、特許文献２に記載の太陽電池モジュールでは、白色着色層を、接着層で挟持することが提案されている。

特開２００９−９４３２０号公報 特開２０１０−９３１２０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された技術では、所望の太陽電池モジュール用封止材シートを得るのに共押出しや３層積層などを行う必要性があり、生産性が高くないという問題がある。また、シート状態での長期信頼性は改善されているが、モジュール状態での長期信頼性については改善がなされていない。
本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、モジュール状態での長期間の密着性を維持し、外観が良好で意匠性に優れる太陽電池モジュール用封止材シート、及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のある態様の太陽電池モジュール用封止材シートは、エチレン−メタクリル酸共重合体からなる基材に、白色着色剤、及び金属酸化物を含み、上記白色着色剤が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１〜３０質量部添加され、上記金属酸化物が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１〜１０質量部添加されている。

また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記白色着色剤が酸化チタンであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記金属酸化物がシリカであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）であることが好ましい。

また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメタクリル酸含有量が１〜３０質量％であることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記白色着色剤の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、上記金属酸化物の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることが好ましい。

また、本発明の他の態様の太陽電池モジュール用封止材シートとしては、反射率が８０％以上であることが好ましい。
また、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、表面保護部材、表側封止材シート、光電変換セル、裏側封止材シート、及び裏面保護部材をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなり、上記裏側封止材シートが、エチレン−メタクリル酸共重合体からなる基材に、白色着色剤、及び金属酸化物を含み、上記白色着色剤が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１〜３０質量部添加され、上記金属酸化物が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１〜１０質量部添加されている。

また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記白色着色剤が酸化チタンであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記金属酸化物がシリカであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）であることが好ましい。

また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメタクリル酸含有量が１〜３０質量％であることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記白色着色剤の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、上記金属酸化物の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の他の態様の太陽電池モジュールとしては、反射率が８０％以上であることが好ましい。

本発明によれば、モジュール状態での長期間の密着性を維持し、外観が良好で意匠性に優れる封止材シート、及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明のある態様の太陽電池モジュールの構成を模式的に表す断面図である。 従来の太陽電池モジュールの構成を模式的に表す断面図である。

以下、本発明に係る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のある実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（太陽電池モジュール用封止材シート）
本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、エチレン−メタクリル酸共重合体からなる基材に、白色着色剤、及び金属酸化物を含む太陽電池モジュール用封止材シートである。本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、必要に応じて、その他の添加剤を添加してもよい。

（太陽電池モジュール）
本実施形態の太陽電池モジュールは、図１に示すように、表面保護部材１、表側封止材シート２、光電変換セル３、裏側封止材シート６、及び裏面保護部材５をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなる。
ここで、裏側封止材シート６は着色された裏側封止材シートであり、上記太陽電池モジュール用封止材シートが用いられる。

＜白色着色剤＞
上記白色着色剤は、上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１〜３０質量部添加されている。これにより裏面保護部材との密着力に優れた封止材シートを得ることができる。
なお、上記白色着色剤の添加量が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１質量部未満の場合は、高い反射性を得られない可能性がある。また、上記白色着色剤の添加量が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して３０質量部より大きい場合は、上記白色着色剤同士が凝集してしまい、裏面保護部材との密着力が低くなってしまう可能性がある。

本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、上記エチレン−メタクリル酸共重合体、及び上記白色着色剤を用いることで高い光反射性、密着性を得ることができる。上記白色着色剤としては、例えば、酸化チタン、炭酸カルシウム、タルクなどが挙げられる。これらの中でも、高い光反射性、密着性を付与できることから、酸化チタンを用いることが好ましい。

［白色着色剤の平均一次粒径］
上記白色着色剤の平均一次粒径は、１〜５００ｎｍであることが好ましい。上記平均一次粒径が１ｎｍより小さい場合は、上記エチレン−メタクリル酸共重合体中の白色着色剤の割合が小さくなってしまい、高い光反射性が得られない可能性がある。また、上記平均一次粒径が５００ｎｍより大きい場合は、エチレン−メタクリル酸共重合体中で均一に分散しない可能性がある。

＜金属酸化物＞
上記金属酸化物は、上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１〜１０質量部添加されている。これにより裏面保護部材とのモジュール状態での長期間の密着力に優れた封止材シートを得ることができる。
なお、上記金属酸化物の添加量が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１質量部未満の場合は、エチレン−メタクリル酸共重合体の官能基と水分の反応の抑制が弱く裏面保護部材との密着力が低くなってしまう可能性がある。また、上記金属酸化物の添加量が上記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１０質量部より大きい場合は、金属酸化物が凝集してしまい、加工性が低下するおそれがある。

本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、上記金属酸化物を用いることで、モジュール状態での長期間の密着性を得ることができる。上記金属酸化物としては、例えば、シリカ、ジルコニア、アルミナなどが挙げられる。これらのうち、高い密着性を付与できることから、シリカを用いることが好ましい。

［金属酸化物の平均一次粒径］
上記金属酸化物の平均一次粒径は、１〜５００ｎｍであることが好ましい。上記平均一次粒径が１ｎｍより小さい場合は、金属酸化物同士が凝集してしまう能性がある。また、上記平均一次粒径が５００ｎｍより大きい場合は、エチレン−メタクリル酸共重合体中で均一に分散しない可能性がある。

＜エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレート＞
本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）であることが好ましい。上記メルトフローレートが０．１ｇ／１０ｍｉｎより小さい場合は、封止材シート加工時の成形性が悪くなる可能性がある。また、上記メルトフローレートが３０ｇ／１０ｍｉｎより大きい場合は、モジュール作成時のハンドリングが悪くなる可能性がある。

＜エチレン−メタクリル酸共重合体のメタクリル酸含有量＞
本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、上記エチレン−メタクリル酸共重合体のメタクリル酸含有量が１〜３０質量％であることが好ましい。上記メタクリル酸含有量が１質量％より小さい場合は、得られた封止材シートの透明性が悪い可能性がある。また、上記メタクリル酸含有量が３０質量％より大きい場合は、封止材シート加工時に気泡が発生する可能性がある。

＜反射率＞
本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、反射率が８０％以上であることが好ましい。本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートに対する全光線透過率が１％より大きい場合は、高い反射性が得られない可能性がある。

＜添加剤＞
本実施形態の太陽電池用封止材シートには、密着性、耐候性、熱安定性の観点から、架橋反応開始剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの添加剤を添加してもよい。

［架橋反応開始剤］
架橋反応開始剤としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、ｎ−ブチル４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，２−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン等が挙げられる。
また、上記架橋反応開始剤の他に架橋反応を促進するための添加剤を添加してもよい。この架橋反応促進用添加剤としては、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート等が挙げられる。

［シランカップリング剤］
密着性向上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等が挙げられる。

［紫外線吸収剤］
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。

上記紫外線吸収剤に加え、耐候性向上のために光安定剤を添加してもよい。光安定剤としては、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。

［酸化防止剤］
熱安定性を向上させる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。

本実施形態の太陽電池モジュール用封止材シートは、ブロッキング防止のため、最外層にエンボス加工が施されてもよい。具体的には、太陽電池モジュール用封止材シートの製膜工程において、熱溶融した状態の樹脂シートを、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）にかけて、上記最外層に上記該ロールの凹凸パターンを転写させる。

以下に、本発明の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の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜太陽電池モジュール用封止材シートの作製＞
エチレン−メタクリル酸共重合体（メタクリル酸含有量：１１質量％、メルトフローレート：８ｇ／１０ｍｉｎ）４０質量部に対して、白色着色剤として酸化チタン（一次粒径：２５０ｎｍ）６０質量部を溶融、混合してペレット状にして白色着色剤のマスターバッチを得た。

エチレン−メタクリル酸共重合体（メタクリル酸含有量：１１質量％、メルトフローレート：８ｇ／１０ｍｉｎ）９０質量部に対して、金属酸化物としてシリカ（一次粒径：３０ｎｍ）１０質量部を溶融、混合してペレット状にして金属酸化物のマスターバッチを得た。
上記の処理で得られた各マスターバッチと、エチレン−メタクリル酸共重合体（メタクリル酸含有量：１１質量％、メルトフローレート：８ｇ／１０ｍｉｎ）とを表１の配合になるようにＴダイ法にて製膜を行い、太陽電池モジュール用封止材シートを得た。

＜太陽電池モジュールの作製＞
太陽電池モジュール用封止材シートを、着色された裏側封止材シート６として、表面保護部材１、表側封止材シート２、光電変換セル３、裏側封止材シート６、裏面保護部材５を図１に示すように重ね合わせ、１気圧で加圧しながら１５０℃で１０分キュアして太陽電池モジュールを作製した。
表面保護部材１としては、白板ガラス（３ｍｍ厚）を用いた。また、裏面保護部材５としては、フッ化ビニルポリマー（３８μｍ厚）にアルミ（３５μｍ厚）を積層したフィルムを用いた。また、表側封止材シート２としては、エチレン−メタクリル酸共重合体を用いた。

（実施例２〜５、比較例１〜４）
エチレン−メタクリル酸共重合体、及び白色着色剤の配合比を表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２〜５、及び比較例１〜４の太陽電池モジュール用封止材シートを作製した。また、それぞれの太陽電池モジュール用封止材シートを用いて実施例２〜５、及び比較例１〜４の太陽電池モジュールを作製した。

（評価）
実施例１〜５、及び比較例１〜４で得られた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の評価（測定）として、「密着強度評価」、「反射率評価」、「メルトフローレート測定」、「酸含有率測定」、及び「一次粒径測定」を行った。

＜密着強度評価＞
実施例１〜５及び比較例１〜４の太陽電池モジュールについて、初期と、恒温恒湿槽を用いて、温度８５℃、湿度８５％で１０００時間保存後のものとに、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５を密着強度測定機のチャックに固定し、１８０°の剥離角度、剥離速度３００ｍｍ／分、測定サンプル幅１０ｍｍの条件で評価を行った。評価基準としては、初期の密着力４０Ｎ以上、であり、かつ恒温恒湿槽（温度８５℃、湿度８５％）を用いて、１０００時間保存後の密着力が、初期密着力の５０％以上であるものを合格とした。測定結果を表１に示す。

＜反射率評価＞
実施例１〜５及び比較例１〜４の太陽電池モジュール用封止材シートについて、分光光度計を用いて、ＪＩＳ Ｒ ３１０６−１９９８に従って評価を行った。評価基準としては、反射率８０％以上を合格とした。測定結果を表１に示す。

＜メルトフローレート測定＞
実施例１〜５及び比較例１〜４の太陽電池モジュール用封止材シートについて、メルトインデクサを用いてＪＩＳ Ｋ ７２１０−１９９９に従って測定を行った。測定結果を表１に示す。

＜酸含有率測定＞
実施例１〜５及び比較例１〜４の太陽電池モジュール用封止材シートについて、赤外分光分析装置を用いて測定を行った。

＜一次粒径測定＞
実施例１〜５及び比較例１〜４の太陽電池モジュール用封止材シートについて、透過型電子顕微鏡により１００万倍で観測、１００個の白色着色剤粒子及び金属酸化物粒子のそれぞれの平均値の測定を行った。測定結果を表１に示す。

以上説明したように、本実施形態によれば、モジュール状態での長期間の密着性を維持し、外観が良好で意匠性に優れる太陽電池モジュール用封止材シート、及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することができる。特に、本実施形態は、単層構成で成膜可能であるため、特別な装置を必要とする共押出しや多くの手順が必要となる積層を行う必要がないので、生産性が向上する。

１ 表面保護部材
２ 表側封止材シート
３ 光電変換セル
４ 裏側封止材シート
５ 裏面保護部材
６ 裏側封止材シート

Claims (9)

1. エチレン−メタクリル酸共重合体、白色着色剤、及び金属酸化物を含み、
   前記白色着色剤が前記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して１〜３０質量部添加され、
   前記金属酸化物が前記エチレン−メタクリル酸共重合体１００質量部に対して０．１〜１０質量部添加されてい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. 前記白色着色剤が酸化チタン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. 前記金属酸化物がシリカ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。
4. 前記エチレン−メタクリル酸共重合体のメルトフローレートが０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）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。
5. 前記エチレン−メタクリル酸共重合体のメタクリル酸含有量が１〜３０質量％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。
6. 前記白色着色剤の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
7. 前記金属酸化物の平均一次粒径が１〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は３に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
8. 反射率が８０％以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
9. 表面保護部材、表側封止材シート、光電変換セル、裏側封止材シート、裏面保護部材をこの順で積層した積層体を加熱圧着してなり、
   前記裏側封止材シートが請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用封止材シートであることを特徴とする太陽電池モジュール。

Images