JP2015046510A - 太陽電池モジュール用封止材及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶＡを含まないにもかかわらず、耐熱性に優れ、しかも太陽電池モジュール作製時又は使用時のインフレーション発生を防止できる太陽電池モジュール用封止材を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール用封止材は、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、１時間半減期が１００℃以上１３０℃未満の第１の有機過酸化物からなる架橋剤０．０５〜０．８質量部と、重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池セルを封止するための太陽電池モジュール用封止材およびこれを用いた太陽電池モジュールに関する。

近年、環境問題への関心の高まりに伴い、太陽光発電の普及が急速に拡大している。通常、太陽光発電では、発電素子である複数の太陽電池セルが電気的に接続された状態で一対のシート状の封止材に挟持され、さらにこれらが透明保護材とバックシートに挟持された太陽電池モジュールが使用される。太陽電池セルを封止するための封止材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ」という。）を主成分としたものが広く使用されている。
ところで、ＥＶＡにおいては、分解して酢酸を生成することがあり、酢酸の酸性によって太陽電池モジュールの配線を腐食させることがあった。そのため、封止材としてＥＶＡを用いた場合には、太陽電池モジュールの耐久性向上に限界があった。
太陽電池モジュールの耐久性を向上させる目的で、封止材として、ポリビニルブチラールやアイオノマーを用いることがある（特許文献１）。
しかし、ポリビニルブチラールやアイオノマーは価格が高い上に、架橋しないものであるため、耐熱性が低く、太陽電池モジュールの温度が封止材の融点近くまで上昇すると、封止材が剥離したり、ずれを生じたりすることがあった。

また、ＥＶＡ以外の封止材として、ポリエチレンやエチレン−アクリルモノマー共重合体を主成分としたシートを用いることが知られている（特許文献２）。
しかし、封止材として、ポリエチレンやエチレン−アクリルモノマー共重合体を主成分としたシートを用いた場合には、太陽電池モジュール作製時や太陽電池モジュール使用時において、封止材と、透明保護材又はバックシートとの間に、インフレーションと称される膨れが生じやすかった。インフレーションが生じると、太陽電池モジュールの外観が損なわれ、また、封止材による太陽電池セルの封止性が低下する傾向にあった。

特開２０００−１８６１１４号公報 特許第３５１０６４５号公報

本発明は、ＥＶＡを含まないにもかかわらず、耐熱性に優れ、しかも太陽電池モジュール作製時又は使用時のインフレーション発生を防止できる太陽電池モジュール用封止材を提供することを目的とする。また、封止材がＥＶＡを含まないにもかかわらず、耐熱性に優れ、しかもインフレーション発生が防止された太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者らは、未反応の架橋剤が分解してガスが発生し、そのガスがインフレーションを引き起こすことを発見した。そこで、架橋剤を減らすことによりインフレーションの発生を防止し、さらに、架橋剤を減らしても封止材としての性能を確保できる手段について検討した。これにより、ポリエチレンやエチレン−アクリルモノマー共重合体を主成分とした太陽電池モジュール用封止材を発明した。

本発明の第１態様の太陽電池モジュール用封止材は、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、１時間半減期が１００℃以上１３０℃未満の第１の有機過酸化物からなる架橋剤０．０５〜０．８質量部と、重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する。
本発明の第２態様の太陽電池モジュール用封止材は、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、１時間半減期が１３０℃以上１６０℃以下の第２の有機過酸化物からなる架橋剤０．０５〜１．０質量部と、重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する。
本発明の第３態様の太陽電池モジュール用封止材は、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、１時間半減期が１００℃以上１３０℃未満の第１の有機過酸化物及び１時間半減期が１３０℃以上１６０℃以下の第２の有機過酸化物の少なくとも一方からなる架橋剤０．０５〜１．０質量部と、重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、該太陽電池セルを挟持した一対の太陽電池モジュール用封止材とを備え、前記一対の太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方が、第１態様、第２態様及び第３態様のいずれかの太陽電池モジュール用封止材である。

本発明の太陽電池モジュール用封止材は、ＥＶＡを含まないにもかかわらず、耐熱性に優れ、しかも太陽電池モジュール作製時又は使用時のインフレーション発生を防止できる。
本発明の太陽電池モジュールは、封止材がＥＶＡを含まないにもかかわらず、耐熱性に優れ、しかもインフレーション発生が防止されている。

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態例を示す断面図である。

＜太陽電池モジュール用封止材＞
本発明の太陽電池モジュール用封止材（以下、「封止材」と略す。）は、エチレン系重合体と架橋剤と架橋助剤とを含有するシートである。

（エチレン系重合体）
本発明におけるエチレン系重合体は、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方である。
ポリエチレンとしては、分岐状低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンのいずれか１種又は２種以上を使用することができる。
エチレン−アクリルモノマー共重合体は、エチレンとアクリルモノマーとの共重合体であり、例えば、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体が挙げられる。エチレン−アクリルモノマー共重合体は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
本発明における封止材では、前記エチレン系重合体の他にＥＶＡを含まないことが好ましいが、耐久性の向上効果を損なわない範囲で、ＥＶＡを少量含んでも構わない。

エチレン系重合体の質量平均分子量は１０，０００〜３００，０００であることが好ましく、３０，０００〜１００，０００であることがより好ましい。エチレン系重合体の質量平均分子量が前記下限値以上であれば、太陽電池モジュールにした際の封止材の機械的物性を良好にでき、前記上限値以下であれば、封止材の加工性を良好にできる。

（架橋剤）
架橋剤は、エチレン系重合体を架橋させる成分である。
本発明では、架橋剤は、１時間半減期が１００℃以上１３０℃未満である第１の有機過酸化物及び１時間半減期が１３０℃以上１６０℃以下である第２の有機過酸化物の少なくとも一方からなる。
第１の有機過酸化物としては、例えば、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、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、１，１−ビス（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等が挙げられる。
第２の有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（t−ブチルパーオキシ）ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド等が挙げられる。
架橋剤が第１の有機過酸化物のみからなる場合、封止材における架橋剤の含有量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して０．０５〜０．８質量部であり、０．１〜０．５質量部であることが好ましい。
架橋剤が第２の有機過酸化物のみからなる場合、封止材における架橋剤の含有量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して０．０５〜１．０質量部であり、０．１〜０．６質量部であることが好ましい。
架橋剤が第１の有機過酸化物及び第２の有機過酸化物の両方からなる場合、封止材における架橋剤の含有量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して０．０５〜１．０質量部であり、０．１〜０．５質量部であることが好ましい。さらに、架橋剤が第１の有機過酸化物及び第２の有機過酸化物の両方からなる場合、第１の有機過酸化物と第２の有機過酸化物との質量比率は、第１の有機過酸化物：第２の有機過酸化物＝１０：９０〜９０：１０であることが好ましく、２０：８０〜８０：２０であることがより好ましい。
架橋剤の含有量が前記下限値未満であると、封止材としての耐久性が得られないことがあり、前記上限値を超えると、高コストになる上に、インフレーション発生を防止できないことがある。

（架橋助剤）
架橋助剤は、重合性不飽和基（ビニル基、アリル基、（メタ）アクリロキシ基等）を２つ以上有する化合物である。該化合物としては、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられる。
架橋助剤の含有量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して、０．３〜５．０質量部であり、０．５〜３．０質量部がより好ましい。架橋助剤の含有量が前記下限値未満であると、インフレーション発生を防止できないことがあり、前記上限値を超えると、高コストになる。

（添加剤）
封止材には、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、顔料、染料、充填材等の添加剤が含まれてもよい。

紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤等が挙げられる。
光安定剤としては、ヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤等が挙げられる。

シランカップリング剤は、後述する太陽電池セル、透明保護材、バックシート等との接着性を改良する成分である。シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
シランカップリング剤の配合量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して、０〜１０質量部が好ましく、０〜５質量部がより好ましい。

（厚み）
シート状の封止材の厚みは、作製する太陽電池モジュールに応じて０．０５〜１ｍｍの範囲内で適宜選択される。封止材の厚みが０．０５ｍｍ以上であれば、太陽電池セルを充分に封止でき、１ｍｍ以下であれば、太陽電池モジュールを薄型化できる。

（封止材の製造方法）
封止材の製造方法としては、エチレン系樹脂と架橋剤と架橋助剤と必要に応じて添加剤とを混合して混合物を調製し、該混合物を成形してシート化する方法が挙げられる。
シート化方法としては、例えば、Ｔダイを用いた押出成形法、プレス成形法等が挙げられる。また、離型シートに封止材の溶液を塗工し、乾燥することにより、シート化することもできる。

（作用効果）
本発明の封止材は、主成分として、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方を用いており、ＥＶＡを使用しないため、分解により酢酸が生じることがなく、太陽電池モジュールの耐久性を向上させることができる。
また、本発明の封止材は、ポリビニルブチラールやアイオノマーを用いる必要がないため、耐熱性に優れる。
また、本発明では、架橋剤の含有量を少なめとしているため、太陽電池モジュール作製時又は作製後において未反応架橋剤の分解によるガスの発生が抑制されている。そのため、インフレーションが防止されている。
架橋剤の含有量が少ないと、架橋度が低くなる傾向にあるが、本発明では、架橋助剤を多めとしているため、架橋剤の含有量が少なくても充分な架橋度が確保されている。そのため、封止材としての基本的な性能（耐久性等）が確保されている。

＜太陽電池モジュール＞
次に、上記封止材を用いた太陽電池モジュールの一実施形態例について説明する。
図１に、本実施形態例の太陽電池モジュールの断面図を示す。本実施形態の太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１，１１・・・と一対の封止材１２，１２と透明保護材１３とバックシート１４とを備える。太陽電池セル１１は、一対の封止材１２，１２に挟持されて固定されている。また、封止材１２，１２は、透明保護材１３とバックシート１４との間に配置されている。
太陽電池モジュール１０においては、一対の封止材の一方が本発明の封止材であってもよいし、両方が本発明の封止材であってもよい。
また、太陽電池セル１１の裏側の封止材１２は、光の反射率を向上させて光の利用効率を高めるために、白色等に着色されていても構わない。

（太陽電池セル）
太陽電池セル１１としては、ｐ型とｎ型の半導体を接合した構造を有するｐｎ接合型太陽電池素子が挙げられる。ｐｎ接合型太陽電池素子としては、シリコン系（単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系等）、化合物系（ＧａＡｓ系、ＣＩＳ系、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系）等が挙げられる。
本実施形態例では、複数の太陽電池セル１１は、導線および半田接合部を備えたタブストリング１５を介して電気的に直列に接続されている。

（透明保護材）
透明保護材１３としては、ガラス板、樹脂板等が挙げられる。ガラス板としては、光透過性の点から、表面に凹凸をつけた型板ガラスが好ましい。型板ガラスの材料としては、鉄分の少ない白板ガラス（高透過ガラス）が好ましい。

（バックシート）
バックシート１４の材料としては、ポリフッ化ビニル、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリオレフィン（ポリエチレン等）、ガラス、金属（アルミニウム等）等が挙げられる。バックシート１４は、単層であってもよく、複層であってもよい。

（太陽電池モジュールの製造方法）
太陽電池モジュール１０の製造方法としては、タブストリング１５を用いて電気的に接続した複数の太陽電池セル１１，１１・・・を一対の封止材１２，１２で挟み、さらに封止材１２，１２を透明保護材１３とバックシート１４とで挟んだ後、加熱して、封止材１２，１２同士、封止材１２と透明保護材１３、封止材１２とバックシート１４とを接着する方法が挙げられる。
封止材１２が架橋剤を含有する場合には、架橋剤の分解温度以上に加熱することが好ましい。架橋剤の分解温度以上に加熱すれば、封止材１２に含まれるエチレン系樹脂を架橋でき、封止材１１の耐久性をより向上させることができる。

（作用効果）
本発明の太陽電池モジュールでは、ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなる封止材を使用するため、耐熱性に優れています。また、封止材における架橋剤の含有量が少なめであり、未反応架橋剤によるガス発生が抑制されているため、インフレーション発生が防止されている。

＜実施例１＞
ポリエチレン（日本ポリエチレン社製カーネルＫＪ６４０Ｔ）１００質量部、第１の有機過酸化物（化薬アクゾ社製トリゴノックス４２、１時間半減期：１１９℃）０．８質量部、架橋助剤（日本化成社製タイク）０．５質量部、紫外線吸収剤（ＢＡＳＦジャパン社製ＴＩＮＵＶＩＮ Ｐ）０．５質量部と、光安定剤（ＢＡＳＦジャパン社製ＴＩＮＵＶＩＮ１１４）０．５質量部、シランカップリング剤（信越化学工業社製ＫＢＭ−５０３）０．５質量部とを混合して、封止材用組成物を得た。次いで、得られた封止材用組成物をプレス成形して、厚さ５００μｍのシート状の封止材を得た。

＜実施例２＞
第１の有機過酸化物０．８質量部を、第２の有機過酸化物（化薬アクゾ社製カヤブチルＤ、１時間半減期：１４７℃）１．０質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。

＜実施例３＞
第１の有機過酸化物０．８質量部を、第１の有機過酸化物０．１質量部及び第２の有機過酸化物０．８質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。

＜実施例４＞
第１の有機過酸化物０．８質量部を、第１の有機過酸化物０．８質量部及び第２の有機過酸化物０．１質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。

＜実施例５＞
第１の有機過酸化物の含有量を０．０５質量部に、架橋助剤の含有量を０．３質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。

＜実施例６＞
第２の有機過酸化物の含有量を０．０５質量部に、架橋助剤の含有量を０．３質量部に変更した以外は実施例２と同様にして、封止材を得た。

＜実施例７＞
第２の有機過酸化物の含有量を０．１質量部に、架橋助剤の含有量を０．３質量部に変更した以外は実施例３と同様にして、封止材を得た。

＜比較例１＞
第１の有機過酸化物の含有量を１．０質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。

＜比較例２＞
第２の有機過酸化物の含有量を１．２質量部に変更した以外は実施例２と同様にして、封止材を得た。

＜比較例３＞
架橋助剤の含有量を０．２質量部に変更した以外は実施例５と同様にして、封止材を得た。

＜比較例４＞
架橋助剤の含有量を０．２質量部に変更した以外は実施例６と同様にして、封止材を得た。

（評価）
耐熱テープを貼付したガラス板に封止材を重ね、さらに封止材に、ポリフッ化ビニルおよびポリエステルからなるバックシートを重ねて試験体を得た。
この試験体を用い、中速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際のインフレーション防止性、高速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際のインフレーション防止性、太陽電池モジュールを作製した後に加熱した際のインフレーション防止性を以下の方法により評価した。評価結果を表１，２に示す。

［中速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際のインフレーション防止性］
太陽電池モジュール作製用ラミネーターを用い、前記試験体を１３０℃、５分間、真空加熱した後、オーブンを用いて、１５０℃、１時間加熱した。その後、オーブンから試験体を取り出し、封止材とバックシートとの間のインフレーションの発生の有無を目視により評価した。

［高速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際のインフレーション防止性］
太陽電池モジュール作製用ラミネーターを用い、前記試験体を１５０℃、１５分間、真空加熱した。その後、オーブンから試験体を取り出し、封止材とバックシートとの間のインフレーションの発生の有無を目視により評価した。

［太陽電池モジュールを作製した後に加熱した際のインフレーション防止性］
作成した前記試験体を、オーブンを用いて、１５０℃、１時間加熱し、封止材とバックシートとの間のインフレーションの発生の有無を目視により評価した。異常が無ければ再度さらに１時間加熱し、目視により評価した。

第１の有機過酸化物及び第２の有機過酸化物の少なくとも一方からなる架橋剤と架橋助剤とを本願発明で規定する範囲で含む実施例１〜７では、太陽電池モジュールの作製時及び作製後の加熱でのインフレーションの発生が防止されていた。
第１の有機過酸化物の含有量が１．０質量部の比較例１、第２の有機過酸化物の含有量が１．２質量部の比較例２では、中速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際、作製後に加熱した際に、インフレーションが発生した。
架橋助剤の含有量が０．２質量部の比較例３，４では、中速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際、高速架橋条件で太陽電池モジュールを作製した際、作製後に加熱した際のいずれにおいても、インフレーションが発生した。

１０ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池セル
１２ 封止材
１３ 透明保護材
１４ バックシート
１５ タブストリング

Claims (4)

1. ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、
   １時間半減期が１００℃以上１３０℃未満の第１の有機過酸化物からなる架橋剤０．０５〜０．８質量部と、
   重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する、太陽電池モジュール用封止材。
2. ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、
   １時間半減期が１３０℃以上１６０℃以下の第２の有機過酸化物からなる架橋剤０．０５〜１．０質量部と、
   重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する、太陽電池モジュール用封止材。
3. ポリエチレン及びエチレン−アクリルモノマー共重合体の少なくとも一方からなるエチレン系重合体１００質量部と、
   １時間半減期が１００℃以上１３０℃未満の第１の有機過酸化物及び１時間半減期が１３０℃以上１６０℃以下の第２の有機過酸化物の少なくとも一方からなる架橋剤０．０５〜１．０質量部と、
   重合性不飽和基を２つ以上有する架橋助剤０．３〜５．０質量部とを含有する、太陽電池モジュール用封止材。
4. 太陽電池セルと、該太陽電池セルを挟持した一対の太陽電池モジュール用封止材とを備え、前記一対の太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方が請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用封止材である、太陽電池モジュール。

Images