JP2015023070A - 太陽電池モジュール、車両用部材、車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】裏面保護層として、樹脂基板を樹脂と異なる材質の2つの基板で挟んだ積層体を使用し、その樹脂基板を挟む2つの基板の厚みの合計が、裏面保護層の厚みに対して一定の範囲であること、
【選択図】図2
Description
太陽電池モジュールの多くは、太陽光受光面側の表面保護層に厚みのあるガラス板を、また、非太陽光受光面側の裏面保護層に樹脂シートを用いた太陽電池モジュール、あるいは表面保護層/裏面保護層の両方にガラス板を用いた太陽電池モジュール(たとえば、特許文献1)が一般的であった。しかし、太陽電池モジュールを設置する場所によっては、振動が激しい場所があり、そのような振動が激しい場所に設置する場合や、モジュールの表面保護層などに物が当たるなど物理的衝撃が想定される場所に設置する場合には、耐振動性や耐衝撃性が十分ではなかった。
また、太陽電池モジュール自体が非常に重いため、設置する場所によっては、耐荷重の問題が生じ、あるいは車両に取り付ける場合には重量増に伴う移動効率(燃費など)低下の問題が生じ、これらの太陽電池モジュールの適用が困難なケースがあった。
この課題を解決するために、特許文献4には、樹脂と鋼板を一体化させた太陽電池モジュールが提案されている。しかしながら、この太陽電池モジュールは裏面の鋼板1枚で剛性を出すために重くなりやすい。また、太陽電池モジュールの裏面側のみが高剛性であるため、太陽電池モジュールが上下に振動を受けた際、モジュールが撓んで光電変換層が圧縮および引っ張り応力を受けやすく、光電変換層を損傷してしまうリスクが高いという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、軽量でありながら且つ剛性に優れ、振動や冷熱変化を受けても故障しにくい太陽電池モジュールを提供することにある。
すなわち、本発明の要旨は以下の[1]〜[9]に存する。
0.1≦(Ti1+Ti2)/Tb≦0.4
[2]前記樹脂基板を挟む2枚の基板の材質が金属を含むことを特徴とする[1]に記載の太陽電池モジュール。
[3]前記裏面保護層の曲げ弾性率が10〜100GPaであることを特徴とする[1]または[2]に記載の太陽電池モジュール。
[4]前記表面保護層と前記光電変換層の間に、線膨張係数が−10〜40ppm/Kの補強層をさらに有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
[5]前記光電変換層と前記裏面保護層との間に、絶縁層を更に有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
[6]前記表面保護層の厚みが0.05mm以上0.3mm以下であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
[7]前記裏面保護層の形状が略矩形状であり、長辺の長さ(L)が、Tbの100〜1000倍の範囲であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
[8][1]〜[7]のいずれかに記載の太陽電池モジュールを用いてなる車両用部材。[9][1]〜[7]のいずれかに記載の太陽電池モジュールを搭載した車両。
本発明の太陽電池モジュールにおける表面保護層について説明する。
表面保護層は、太陽電池モジュールに機械的強度、耐候性、耐スクラッチ性、耐薬品性、ガスバリア性などを付与するための層である。表面保護層は光電変換層より受光面側に位置するため、光電変換層の光吸収を妨げない観点から、全光線透過率は80%以上が好ましく、より好ましくは90%以上である。全光線透過率の測定方法は、例えば、JIS
K 7361−1によって測定できる。
中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、4−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体(PFA)、4−フッ化エチレン−6−フッ化プロピレン共重合体(FEP)、2−エチレン−4−フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリ3−フッ化塩化エチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びポリフッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。
表面保護層の厚みは特に規定されないが、一般的には10μm以上、2000μm以下である。特に、耐候性、耐擦傷性、光電変換層に加わる外的衝撃緩和性、軽量性の観点から、通常50μm以上、好ましくは75μm以上、より好ましくは100μm以上であり、また、通常300μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以
下である。
また耐候層には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。
本発明の太陽電池モジュールにおける光電変換層について説明する。
光電変換層は、太陽光受光面側から入射される太陽光に基づき発電を行う素子である。この光電変換層は、光エネルギーを電気エネルギーに変換でき、変換によって得られた電気エネルギーを外部に取り出せるものでありさえすれば良い。
従って、光電変換層としては、一対の電極で、発電層(光電変換層、光吸収層)を挟んだもの、一対の電極で、発電層と他層(バッファ層等)との積層体を挟んだもの、そのようなもの(以下、セルと表記する)を、複数個、直列若しくは/かつ並列接続したものなどを用いることが出来る。
例えば、シリコン系太陽電池セルは市販のものでよく、例えば、シャープ社製、Shinsung社製、Sunpower社製、Gintech社製、NeoSolarPower社製、TaiwanSolarEnergy社製、SunriseGrobalSolarEnergy社製、DelSolar社製、デルタ電子社製などの太陽電池セルが挙げられる。また、多接合型光電変換層、HIT光電変換層等を採用してもよい。
発電層をアモルファスシリコン層としておけば、可視域での光学吸収係数が大きく、厚さ1μm程度の薄膜でも、太陽光を十分に吸収できる光電変換層を実現できる。しかも、アモルファスシリコンや微結晶シリコン、無機半導体材料、有機色素材料、有機半導体材料は、非結晶質の材料、または結晶性の低い材料であるが故に、変形にも耐性を有している。従って、光電変換層を、発電層としてアモルファスシリコン層を備えたものとしておけば、特に軽量な、変形に対しても或る程度の耐性を有する太陽電池モジュールを実現できることになる。
ィリン、テトラベンゾ銅ポルフィリン、テトラベンゾ亜鉛ポリフィリン等のプルフィリン化合物;フタロシアニン、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン等のフタロシアニン化合物;テトラセンやペンタセンのポリアセン;セキシチオフェン等のオリゴチオフェン及びこれら化合物を骨格として含む誘導体が例示できる。さらに、有機半導体層を構成し得るp型の半導体として、ポリ(3−アルキルチオフェン)などを含むポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール等の高分子等も例示できる。
また、有機半導体層の具体的な構成例としては、p型半導体とn型半導体が層内で相分離した層(i層)を有するバルクヘテロ接合型、それぞれp型半導体を含む層(p層)とn型半導体を含む層(n層)を積層した積層型(ヘテロpn接合型)、ショットキー型およびそれらの組み合わせを、挙げることが出来る。
電極の形成方法にも特に制限はない。従って、電極を、真空蒸着、スパッタ等のドライプロセスにより形成することも、導電性インク等を用いたウェットプロセスにより形成することもできる。なお、導電性インクとしては、任意のもの(導電性高分子、金属粒子分散液等)を使用することができる。
また、光電変換層の各電極の厚さ及び発電層の厚さは、必要とされる出力等に基づき、決定することが出来るが、厚すぎると電気抵抗が大きくなり、薄すぎると耐久性が低下する恐れがある。
光電変換層基材は、本発明の太陽電池モジュールの光電変換層に必要に応じて用いられるものであり、その一方の面上に、光電変換層が形成される部材である。従って、光電変換層基材は、機械的強度が比較的に高く、耐候性、耐熱性、耐水性等に優れ、且つ、軽量なものであることが望まれる。また、光電変換層基材は、変形に対して或る程度の耐性を有するものであることも望まれる。一方で形成される光電変換層と材料物性(例えば、線膨張係数、融点など)が著しく異なると形成後の界面で歪や剥離などが生じる恐れがある。
そのため、光電変換層基材としては、金属箔や、融点が85℃以上あるいは融点がない樹脂フィルム、幾つかの金属箔/樹脂フィルムの積層体を採用しておくことが好ましい。
また、融点が85℃以上あるいは融点がない樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、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、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹脂、ACS樹脂、AES樹脂、ASA樹脂、これらの共重合体、PVDF、PVFなどのフッ素樹脂、シリコーン樹脂、セルロース、ニトリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、アイオノマー、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリイミドなどからなるフィルムを、例示できる。また、金属樹脂複合基材の生産性の観点から、樹脂は熱可塑性樹脂が好ましい。なお、発電素子基材として使用する樹脂フィルムは、上記のような樹脂中に、酸化アンチモン、水酸化アンチモン、ホウ酸バリウム、ガラス繊維などの無機物、有機繊維、炭素繊維等を分散させたフィルムであってもよい。
従って、光電変換層基材(又は、その構成要素)として使用する樹脂フィルムの融点は、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましく、150℃以上であることが特に好ましく、180℃以上であることが最も好ましい。
本発明の太陽電池モジュールの光電変換層の熱膨張係数は、特に限定されないが、40ppm/K以下であることが好ましく、更に好ましくは35ppm/K以下であり、特に好ましくは30ppm/K以下である。熱膨張係数の測定方法は、例えば、ASTM D696などによる。熱膨張係数が40ppm/Kを越えると、温度変化に伴う変形が大きいため、加熱・冷却プロセス、あるいは実使用条件下で故障しやすくなる傾向にある。一方下限は特段限定されないが、通常−5ppm/K以上であり、0ppm/K以上であることが好ましい。
本発明の太陽電池モジュールにおける裏面保護層について説明する。
裏面保護層は、樹脂基板をその樹脂基板に使用される材質とは異なる2枚の基板で挟んだ積層構造を形成する。そして、裏面保護層の厚み(Tb)と、該裏面保護層中の樹脂基板を挟む2枚の基板の厚み(Ti1、Ti2)が下記式の関係を満足することを特徴とする。
0.1≦(Ti1+Ti2)/Tb≦0.4
裏面保護層に使用される樹脂基板を挟む2つの基板の厚さは、それぞれ通常0.02mm以上、0.1mm以上であることが好ましく、0.15mm以上であることがより好ましい。一方で通常0.5mm以下であり、0.4mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であることがより好ましい。厚さが小さすぎると太陽電池モジュール全体の剛性が低下し、厚すぎると太陽電池モジュール全体の重量が重くなりすぎる上、太陽電池モジュールが曲げ応力を受けた際に光電変換層に伝わる引張応力の増大をまねく。この裏面保護層に使用される樹脂基板を挟む2つの基板は、裏面保護層の剛性を担保するための基板であるため、高剛性、高耐熱性であることが重要である。また、樹脂基板を挟む2つの基板は、それぞれ材質や厚みが同一であっても、異なってもよいが、温度変化で変形を来さないため、あるいは外部応力を上下基板で均等分散させる観点から同一材料・同一厚みであることが好ましい。
また樹脂基板は1種類の樹脂のみを使用する単層でなく2種類以上の樹脂を使用して多層構造として使用することもできる。たとえば中心をなす厚い樹脂シートの両面に薄い接着性を有する樹脂層を積層した3層構造とすることもできる。
知の方法に従って、製造することができる。
曲げ弾性率が10GPa未満であると、太陽電池モジュールが搬送中や車載中に振動を受けるなどして曲げ応力を受けた際、光電変換層に引張あるいは圧縮応力がかかりやすくなる。曲げ弾性率が100GPaを超える場合、太陽電池モジュールが局所的に大きな衝撃を受けた場合に裏面保護層あるいは光電変換層などが損傷するリスクが増大する。
本発明の太陽電池モジュールに使用される封止材について説明する。
封止材は、本発明の太陽電池モジュールの構成層(表面保護層、光電変換層、裏面保護層、絶縁層、破損防止層など)を一体化するために用いられるとともに、光電変換層を補強するための構成要素である。光電変換層は薄いため通常は強度が弱く、ひいては太陽電池モジュールの強度が弱くなる傾向があるが、封止材により強度を高く維持することが可能である。
また、封止材は、太陽電池モジュールの強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。
具体的強度については、封止材以外の表面保護層や裏面保護層の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、太陽電池モジュール全体が良好な耐久性を有し、長期使用しても内部剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。
配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下であり、通常1重量部以上である。なお、架橋剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
・成分1:プロピレン系重合体が、通常0重量部以上、好ましくは10重量部以上であり、また、通常70重量部以下、好ましくは50重量部以下。
・成分2:軟質プロピレン系共重合体が、30重量部以上、好ましくは50重量部以上であり、また、通常100重量部以下、好ましくは90重量部以下。
なお、成分1および成分2の合計量は100重量部である。上記のように、成分1および成分2が好ましい範囲にあると、封止材のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材の耐熱性、透明性および柔軟性が良好となり、太陽電池モジュールに好適である。
以下、成分1及び成分2について詳しく説明する。
成分1はプロピレン系重合体であり、例えば、プロピレン単独重合体;プロピレンと、少なくとも1種のプロピレン以外の炭素原子数が2〜20のα−オレフィンとの共重合体;などが挙げられる。ここで、プロピレン以外の炭素原子数が2〜20のα−オレフィンとしては、例えば、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキ
サデセン、1−オクタデセン、1−エイコセンなどが挙げられる。中でも、エチレンまたは炭素原子数が4〜10のα−オレフィンが好ましい。なお、α−オレフィンは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
これらのα−オレフィンは、プロピレンとランダム共重合体を形成してもよく、ブロック共重合体を形成してもよい。これらのα−オレフィンから導かれる構成単位の存在割合は、ポリプロピレン中に通常35モル%以下、好ましくは30モル%以下である。
成分1の示差走査熱量計で観測される融点は、通常100℃以上、好ましくは110℃以上であり、また、通常160℃以下、好ましくは150℃以下である。
成分1はアイソタクチック構造、シンジオタクチック構造のどちらも用いることができるが、アイソタクチック構造の方が耐熱性などの点で好ましい。
また、成分1としては必要に応じて複数のプロピレン系重合体を併用することができ、例えば融点や剛性の異なる2種類以上の成分を用いることもできる。
成分2は軟質プロピレン系共重合体であり、例えば、プロピレンと、少なくとも1種のプロピレン以外の炭素原子数2〜20のα−オレフィンとの共重合体などが挙げられる。
また、成分2は、ショアーA硬度が、通常30以上、好ましくは35以上であり、また、通常80以下、好ましくは70以下である。
さらに、成分2の示差走査熱量計DSCで観測される融点は、100℃未満か、または融点が観測されない。ここで、融点が観測されないとは、−150〜200℃の範囲において、結晶融解熱量が1J/g以上の結晶融解ピークが観測されないことをいう。
成分2は、プロピレン由来の単位を通常45モル%以上、好ましくは56モル%以上、また、通常92モル%以下、好ましくは90モル%以下含み、コモノマーとして用いられるα−オレフィン由来の単位を通常8モル%以上、好ましくは10モル%以上、また、通常55モル%以下、好ましくは44モル%以下含む。
成分2は、JIS K6301に準拠して、JIS3号ダンベルを用い、スパン間:30mm、引っ張り速度:30mm/minで、23℃にて測定した、100%歪での応力(M100)が、通常4MPa以下、好ましくは3MPa以下、更に好ましくは2MPa以下である。軟質プロピレン系共重合体がこのような範囲にあると柔軟性、透明性、ゴム弾性に優れる。
また、成分2は単一のガラス転移温度Tgを有し、かつ示差走査熱量計(DSC)によって測定したガラス転移温度Tgが、通常−10℃以下、好ましくは−15℃以下の範囲にあることが望ましい。成分2のガラス転移温度Tgが前記範囲内にあると、耐寒性、低
温特性に優れる。
成分2のGPCにより測定した分子量分布(Mw/Mn、ポリスチレン換算、Mw:重量平均分子量、Mn:数平均分子量)は、4.0以下であることが好ましく、より好ましくは3.0以下、さらに好ましくは2.5以下である。
プロピレン由来の構成単位、エチレン由来の構成単位、および炭素数4〜20のα−オレフィン由来の構成単位を上記の量で含有するプロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体(成分2)は、プロピレン系重合体(成分1)との相溶性が良好となり、得られる封止材は、充分な透明性、柔軟性、耐熱性および耐傷付性を発揮する。
成分1および成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常100℃以上、好ましくは110℃以上である。また通常140℃以下、好ましくは135℃以下である。
また成分1および成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、0.98g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下がより好ましく、0.94g/cm3以下がさらに好ましい。
上記シランカップリング剤としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシーエトキシシラン)、γ−グリシドキシプロピルートリピルトリーメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。なお、カップリング剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、上記カップリング剤は、有機過酸化物を用いて、当該熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物(成分1および成分2の合計量)100重量部に対して、上記カップリング剤を0.1〜5重量部含むことが望ましい。シ
ラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラス、プラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。
有機過酸化物としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ジラウロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジベンゾイルパーオキサイド、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、などが挙げられる。なお、有機過酸化物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
・成分A:エチレン系樹脂。
・成分B:以下の(a)〜(d)の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
(a)密度が0.86〜0.935g/cm3。
(b)メルトフローレート(MFR)が1〜50g/10分。
(c)温度上昇溶離分別(TREF)によって得られる溶出曲線のピークが1つであり;該ピーク温度が100℃以下である。
(d)温度上昇溶離分別(TREF)による積分溶出量が、90℃のとき90%以上である。
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしてのエチレン系樹脂の例としては、いわゆるラジカル重合法で製造される高圧法低密度ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・アクリル酸エステル共重合体、エチレン・フッ化ビニル共重合体などが挙げられる。また、イオン重合法で製造される、いわゆる線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどエチレンを主成分とする重合体または共重合体も挙げられる。中でも好ましくは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、高圧法低密度ポリエチレンである。なお、これらは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(i)メルトフローレート(MFR)
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしてのエチレン・酢酸ビニル共重合体のJIS
K7210によるMFR(メルトフローレート:Melt Flow rate:溶融流量)は、通常1g/10分以上、好ましくは2g/10分以上、より好ましくは3g/10分以上であり、また、通常50g/10分以下、好ましくは30g/10分以下、より好ましくは20g/10分以下である。MFRを高くすることで、成分Bとブレンドした際の透明性が高まる傾向があり、MFRを低くする事で、成形が容易となる傾向がある。
(ii)酢酸ビニル含量
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしてのエチレン・酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含量は、通常3重量%以上、好ましくは4重量%以上、より好ましくは5重量%以上
であり、また、通常30重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下である。酢酸ビニル含量を多くすることでヒートシール性が高まる傾向にあり、酢酸ビニル含量を少なくすることで封止材のべたつきを抑えることができる。
(i)メルトフローレート(MFR)
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしての高圧法低密度ポリエチレンのJIS K7210によるMFR(メルトフローレート:Melt Flow rate:溶融流量)は、通常1g/10分以上、好ましくは2g/10分以上、より好ましくは3g/10分以上であり、また、通常50g/10分以下、好ましくは30g/10分以下、より好ましくは20g/10分以下である。MFRを高くすることで押出が容易となる傾向にあり、MFRを低くすることで柔らかくなりすぎず垂れなどが起こりにくく成形性が高まる。
(ii)密度
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしての高圧法低密度ポリエチレンのJIS K7112による密度は、通常0.915g/cm3以上、好ましくは0.916g/cm3以上、より好ましくは0.917g/cm3以上であり、また、通常0.93g/cm3以下、好ましくは0.925g/cm3以下、より好ましくは0.923g/cm3以下である。密度を高くすることで封止材のべたつきが抑制される傾向にあり、密度を低くすることでヒートシール性が高まる傾向にある。
封止材用樹脂組成物を構成する成分Aとしての高圧法低密度ポリエチレンは、市販品の中から上記物性を示すものを適宜選択して使用することが出来る。
封止材用樹脂組成物を構成する成分Bは、上記成分A以外のエチレン・α−オレフィン共重合体である。成分Bは、下記の性状を有するものが好ましい。
(i)密度
封止材用樹脂組成物を構成する成分Bとしてのエチレン・α−オレフィン共重合体のJlS K7112による密度は、通常0.86g/cm3以上、好ましくは0.87g/cm3以上、より好ましくは0.88g/cm3以上であり、また、通常0.935g/cm3以下、好ましくは0.915g/cm3以下、より好ましくは0.91g/cm3以下である。密度を高くすることでフィルムとしたときのべたつきが抑制される傾向にあり、密度を低くすることでヒートシール性が高まる傾向にある。
(ii)メルトフローレート(MFR)
封止材用樹脂組成物を構成する成分Bとしてのエチレン・α−オレフィン共重合体のJlS K7210によるMFR(メルトフローレート:Melt Flow rate:溶融流量)は、通常1g/10分以上、好ましくは2g/10分以上、より好ましくは3g/10分以上であり、また、通常50g/10分以下、好ましくは30g/10分以下、より好ましくは20g/10分以下である。MFRを高くすることで押出が容易となる傾向にあり、MFRを低くすることで柔らかくなりすぎず垂れなどが起こりにくく成形性が高まる。
封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは55℃以上であり、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。融点を高くすることで太陽電池モジュールの使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。
さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材において、前記プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。
なお、封止材は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていても良い。また、封止材は単層フィルムにより形成されていても良いが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
封止材を設ける位置に制限は無いが、通常は光電変換層を挟み込むように設ける。光電変換層を確実に保護するためである。本実施形態では、光電変換層の正面及び背面にそれぞれ封止材を設けるようにしている。そして、封止材により光電変換層が封止されてなる層を本発明では封止層とする。
は3000μm以下、より好ましくは1500μm以下である。
厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、また光電変換層と基材との絶縁性を確保できる。薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。
本発明における太陽電池モジュールにおいて、補強層は表面保護層と光電変換層との間に配置される層であり、外からの物理衝撃から光電変換層を守る機能と、熱ラミネート後の冷却時に発生する表面保護層からの熱収縮応力により、光電変換層の太陽電池セルが破損したり、太陽電池セルに亀裂が生じたりすることを防ぐ機能を有する層である。
本発明の太陽電池モジュールに含まれる補強層の数は、特に限定されないが、通常は1〜2層である。
補強層の線膨張係数は、熱変形を抑制する観点からは小さいことが好ましいが、負の値が大きいと、太陽電池モジュール内部の熱歪みが増大するため好ましくない。具体的には、−10〜40ppm/Kが好ましく、0〜30ppm/Kがより好ましく、5〜20ppmが更に好ましい。
補強層の厚さは特段限定されないが、通常10μm以上、好ましくは50μm以上であり、より好ましくは100μm以上である。一方上限は、通常1000μm以下であり、好ましくは500μm以下である。
本発明の太陽電池モジュールの絶縁層について説明する。
本発明の太陽電池モジュールには、必要に応じて、絶縁層を更に設けてもよい。絶縁層に使用される材料としては、電気を通しにくい材質であれば特段限定されない。このような絶縁層を設けることで、光電変換層で生じた電気が、集電線以外から外部に抜けることを防止することができるため、太陽電池の発電効率が向上する。
絶縁層の材料としては、例えばETFE(テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)などのフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などを用いることができる。
なお、絶縁層の配置位置は特段限定されないが、裏面保護層と光電変換層の間の絶縁性確保、耐電圧性向上の観点から、光電変換層と裏面保護層の間に配置するのが好ましい。
絶縁層の線膨張係数は、熱変形を抑制する観点からは小さいことが好ましいが、負の値が大きいと、太陽電池モジュール内部の熱歪みが増大するため好ましくない。具体的には、通常、−20〜200ppm/Kであり、−10〜100ppm/Kが好ましく、0〜40ppm/Kがより好ましく、5〜30ppmが更に好ましい。
これらの層以外にも、ガスバリア層、紫外線カット層、接着性改良層など公知の機能層を積層してもよい。
上記の層構成を有する太陽電池モジュールの形状は特に限定されないが、通常は略矩形
状であり、長辺の長さ(L)が、Tbの100〜1000倍の範囲の範囲であるのが好ましい。100倍未満であると、剛性が必要以上に高くなり、単位面積当たりの重量が増大してしまう。1000倍を超えると、自重での撓みが大きくなりすぎると同時に、振動など外部からの曲げ応力を受けた際に光電変換層を損傷する恐れがある。
受光面側に凸に湾曲することにより、太陽電池モジュールを受光面を真上に向けた場合でも、雨水や塵、土砂、葉などが堆積、沈着しにくい(防汚効果)。また、太陽電池モジュールの周辺部の一部あるいは全部をレール等で固定し、周辺部以外が宙に浮いたように車両等に固定する場合、上下動に対する剛性が増すため、太陽電池モジュールが損傷しにくい(耐震効果)。
このとき、水平面と接していない太陽電池モジュール周辺部と水平面の最短距離には特に制限がないが、太陽電池モジュールの面積をA(単位:m2)としたとき、水平面から最も離れた位置となる太陽電池モジュール周辺部と水平面の最短距離は、通常A×1mm以上、A×100mm以下であり、A×2mm以上、A×50mm以下が好ましく、A×5mm以上、A×25mm以下がより好ましい。A×1mm未満であると、受光面側を凸にすることによる防汚効果、耐震効果が得られない一方、A×100mmを超えると、湾曲が大きすぎて成形時に表面保護層、光電変換層を損傷しやすい。
また、表面保護層と裏面保護層の熱膨張率差を利用することで、通常のフラットラミネーターを用いて、受光面側に凸の太陽電池モジュールを形成する方法が好ましく例示できる。具体的には、補強層の熱膨張係数(αF)を−10〜25ppm/K(好ましくは0〜20ppm/K)、裏面保護層である金属板の熱膨張係数(αB)を0〜40ppm/K(好ましくは5〜30ppm/K)とし、(αB−αF)を1〜30ppm/K(好ましくは5〜20ppm/K)となるように組み合せる。これらを含め、表面保護層、封止層、光電変換層、封止層、裏面保護層の順に積層したものを、フラットな真空ラミネーターに投入し、加熱温度100℃以上(好ましくは120℃以上)で減圧下、大気加圧して一体化させた後、室温まで冷却させると、表面保護層と裏面保護層との熱膨張率差、つまり、好ましくは、裏面保護層の熱膨張係数が表面保護層の熱膨張係数よりも大きくすることで、受光面側が凸の太陽電池モジュールを得ることができる。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法に関して説明する。
具体的な製法としては特に限定されないが、例えば、表面保護層と裏面保護層との間に1個又は2個以上の太陽電池素子を直列および/または並列接続した光電変換層を、封止材と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常100℃以上、好ましくは120℃以上であり、通常170℃以下、好ましくは150℃以下である。また、加熱時間は通常5分以上、好ましくは10分以上であり、通常100分以下、好ましくは70分以下である。圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。
また、各層のいずれかに、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、UV照射、電子線照射、火炎処理などの表面処理を施してもよい。
本発明の太陽電池モジュールは、特に制限なく、任意の用途に任意の方法で設置が可能であるが、剛性、軽量性に優れるため、車両用として用いるのに特に適しており、施工性、設置安定性の観点から、太陽電池モジュールを矩形状とし、その2〜4辺を任意の固定手段(例えば、太陽電池モジュール周辺部をアルミ製等のレールやフレームで加締めるなど。リベット打ちやクッション材、滑り止め防止用ゴムパッキン、粘着材、コーキング材なども使用可能)で車両に固定するとともに、太陽電池モジュール裏面は車両本体とは接しないように設置するのが好ましい。
裏面が車両本体と接しないことで、車両表面の凹凸や曲面形状に追従する必要性がなくなるという利点がある。尚、固定する辺は、互いに対抗する2辺を固定するのが振動力学上、光電変換層のダメージが小さく、特に好ましいが、3辺固定、4辺固定でも可能である。また、振動を受けた際に車両本体と裏面が接触しあう可能性がある場合には、裏面と車両本体との間にクッション材を設置することも可能である。
太陽電池モジュールの耐振強度の評価方法は、市販の有限要素解析ソフトLS−DYNA ver5.1.1を用いて、JIS D1601(1995)に記載の方法で行った。即ち、太陽電池モジュール使用状態に近い状態に固定し、加速度45m/s2、振動数33Hzの正弦波振動を与えた。
太陽電池モジュールの撓みの評価方法は、市販の有限要素解析ソフトLS−DYNA ver5.1.1を用いて、太陽電池モジュール使用状態に近い状態に固定し、重力を与えた。
この方法で振動を受けている光電変換層の等方応力を評価した。その光電変換層は引っ張りにより破壊すると想定し、等方応力の最小値(引っ張りは数値的に負になる)をシミュレートすることにより行った。
また、太陽電池モジュールの撓み量は、自重条件下の最大変位をシミュレートすることにより行った。
太陽電池のモジュールを構成する太陽電池セルは図2に示す層構成とし、セルの配置は図1の(a)に示すとおりとした。太陽電池モジュール10の寸法は、長手方向12が1000mm、幅手方向13が890mm、周縁部14が47mm、周縁部15が22mmである。太陽電池セル11は156mm×156mmの大きさとし、セル間隔4mmで配置した。
図2において太陽電池セル100は、表面保護層として厚さ0.1mmのETFE樹脂を用いた。封止層102乃至は封止層108(封止層1〜封止層4)として厚さ0.3mmのエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂を用いた。補強層と絶縁層として、厚さ0.125mmのPET樹脂を用いた。裏面保護層として厚さ0.15mmのアルミニウム109及び111(金属層1と金属層2)にサンドイッチされた厚さ0.7mmのポリエチレン(PE)の樹脂層110を用いた。実施例で用いた各層の物性と厚みについて、表1に示す。なお、物性は23℃で測定した値である。
裏面保護層として、比較例1の樹脂層110(PE樹脂)の厚さを1.7mmに変更する以外は比較例1と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<実施例2>
裏面保護層として、実施例1のアルミニウム109及び111(金属層1及び2)の厚さをそれぞれ0.2mm、樹脂層110(PE樹脂)の厚さを1.6mmに変更する以外は実施例1と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<実施例3>
裏面保護層として、比較例1の樹脂層110(PE樹脂)の厚さを2.7mmに変更する以外は比較例1と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<実施例4>
裏面保護層として、比較例1のアルミニウム109及び111(金属層1及び金属層2)厚さをそれぞれ0.3mm、樹脂層110(PE樹脂)の厚さを2.4mmに変更する以外は比較例1と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<比較例2>
裏面保護層として、実施例2の樹脂層110(PE樹脂)の厚さを3.6mmに変更する以外は実施例2と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<実施例5>
モジュールのセルの配置として、図1の(b)の態様に変更する以外は実施例1と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
<実施例6>
モジュールのセルの配置として、図1の(b)の態様に変更する以外は実施例3と同様にして太陽電池のモジュールを得た。
実施例1乃至6、及び比較例2の太陽電池モジュールの評価結果を表2に示す。
11、11´ 太陽電池セル
12、12´ 太陽電池モジュールの長手方向
13、13´ 太陽電池モジュールの幅手方向
14、14´、15、15´ 太陽電池モジュールの周縁部
100 太陽電池セル
101 ETFE樹脂(表面保護層)
102 EVA樹脂(封止層1)
103 PET樹脂(補強層)
104 EVA樹脂(封止層3)
105 光電変換層
106 EVA樹脂(封止層4)
107 PET樹脂(絶縁層)
108 EVA樹脂(封止層2)
109 アルミニウム層(金属層1)
110 PE樹脂(樹脂層)
111 アルミニウム層(金属層2)
112 Ti
113 Tb
Claims (9)
- 太陽光受光面側から、表面保護層、光電変換層、裏面保護層の順に封止材を介して積層される太陽電池モジュールであって、
該裏面保護層は、樹脂基板を該樹脂基板の材料と異なる材質の2枚の基板で挟んだ積層構造を形成しており、
該裏面保護層の厚み(Tb)が1mmより大きく4mm未満であり、かつ該Tbと該裏面保護層中の樹脂基板を挟む2枚の基板の厚み(Ti1、Ti2)が下記式の関係を満足することを特徴とする太陽電池モジュール。
0.1≦(Ti1+Ti2)/Tb≦0.4 - 前記樹脂基板を挟む2枚の基板の材質が金属を含む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。
- 前記裏面保護層の曲げ弾性率が10〜100GPaであることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記表面保護層と前記光電変換層の間に、線膨張係数が−10〜40ppm/Kの補強層をさらに有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換層と前記裏面保護層との間に、絶縁層を更に有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記表面保護層の厚みが0.05mm以上0.3mm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏面保護層の形状が略矩形状であり、長辺の長さ(L)が、Tbの100〜1000倍の範囲であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールを用いてなる車両用部材。
- 前記請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールを搭載した車両。
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JP2016157777A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社東芝 | 太陽電池とその製造方法 |
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WO2011099538A1 (ja) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | 三菱化学株式会社 | 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 |
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- 2013-07-17 JP JP2013148111A patent/JP2015023070A/ja active Pending
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