JP2016042506A

JP2016042506A - 太陽電池用金属箔積層体及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP2016042506A
Application number: JP2014165344A
Authority: JP
Inventors: 熊井　晃一; Koichi Kumai; 晃一熊井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-03-31

Abstract

【課題】製造される際にアルミニウム箔パターンが破断されるのを抑制した太陽電池用金属箔積層体を提供する。
【解決手段】太陽電池用金属箔積層体１は、シート状に形成された基材１１と、基材の一方の面１１ａに積層された接着層１２と、接着層の基材とは反対側に積層されたアルミニウム箔パターン１３と、接着層とアルミニウム箔パターンとの間に積層された補強フィルムパターン１４と、を備え、補強フィルムパターンの破断強度がアルミニウム箔パターンの破断強度よりも大きく、アルミニウム箔パターンの破断伸度が補強フィルムパターンの破断伸度よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用金属箔積層体及び太陽電池モジュールに関する。

近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールは、例えば図９に示す太陽電池モジュール１００のように、光の入射面に配置されたフロントパネル１０１と、その裏面側に配置された太陽電池モジュール用基材（基材）１０２と、フロントパネル１０１と太陽電池モジュール用基材１０２との間に封止された多数の太陽電池セル１０３とを有している。また、太陽電池セル１０３は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等で形成された封止用フィルム１０４に挟まれて封止されている。
この太陽電池モジュール１００では、多数の太陽電池セル１０３が配線材１０５で電気的に直列に接続されている。太陽電池セル１０３は、太陽光の受光面である表面１０３ａ側にマイナス電極、裏面１０３ｂ側にプラス電極が設けられているため、配線材１０５で接続すると、表面１０３ａに配線材１０５が重なり、光電変換の面積効率が低下する欠点があった。

また、上述した太陽電池セル１０３の電極配置では、配線材１０５が太陽電池セル１０３の表面１０３ａ側から裏面１０３ｂ側に回り込む構造になるため、各部材の熱膨張率の差が原因で配線材１０５が断線するおそれがあった。
そこで、特許文献１、２では、プラス電極とマイナス電極の両電極が裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池セルが提案されている。この方式の太陽電池セルは、裏面で直列に接続することが可能であり、表面の受光面積が犠牲にならない。したがって、受光率と光電変換の面積効率の低下を防止できる。また、配線材を表面側から裏面側に回り込む構造にしなくてもよいため、各部材の熱膨張率の差による配線材の断線も防止できる。

このような太陽電池モジュールでは、絶縁性の基材の表面に接着剤層を介して太陽電池セルに接続するための配線パターンを有する金属箔を被着した太陽電池用金属箔積層体（以下、「金属箔積層体」とも略称する）を、太陽電池用バックシート（基材）に積層させてなる部品を、市場に流通させることがある。

例えば図１０に示す太陽電池モジュール１１０用の金属箔積層体１１５では、基材１１６の上に絶縁性接着剤層１１７を介して配線パターンを形成した金属箔１１８を積層させている。絶縁性接着剤層１１７と金属箔１１８との間には、配線パターンを形成した補強フィルム１１９及び絶縁性接着層１２０が積層されている。
この金属箔積層体１１５の金属箔１１８には、太陽電池セル１２１の裏面に設けた図示しない電極が導電性接続部材１２２を介して接合される。そして、金属箔積層体１１５の金属箔１１８と太陽電池セル１２１とが通電することになる。

ところで、上述した金属箔積層体１１５において、金属箔１１８を形成する金属として主に銅が用いられていた。しかしながら、銅は高価であるため、例えば特許文献３のように、金属箔に比較的低廉なアルミニウム箔を用いることが提案されている。

特開２００５−１１８６９号公報特開２００９−１１１１２２号公報特開２００７−７６２８８号公報

しかしながら、アルミニウム箔は銅箔等に比べて破断耐性が弱い。このため、アルミニウム箔を配線等の形状にパターン化してアルミニウム箔パターンとする製造工程中、ならびに、製造後の金属箔積層体において、アルミニウム箔パターンが破断して断線しやすい問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、製造時にアルミニウム箔パターンが破断されるのを抑制した太陽電池用金属箔積層体、及びこの太陽電池用金属箔積層体を備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の太陽電池用金属箔積層体は、シート状に形成された基材と、前記基材の一方の面に積層された接着層と、前記接着層の前記基材とは反対側に積層されたアルミニウム箔パターンと、前記接着層と前記アルミニウム箔パターンとの間に積層された補強フィルムパターンと、を備え、前記補強フィルムパターンの破断強度が前記アルミニウム箔パターンの破断強度よりも大きく、前記アルミニウム箔パターンの破断伸度が前記補強フィルムパターンの破断伸度よりも大きいことを特徴としている。

また、上記の太陽電池用金属箔積層体において、前記アルミニウム箔パターンは、回路状に形成されていることがより好ましい。
また、上記の太陽電池用金属箔積層体において、前記アルミニウム箔パターンと前記補強フィルムパターンとの間に第二の接着層パターンが積層されていることがより好ましい。

また、上記の太陽電池用金属箔積層体において、前記アルミニウム箔パターンは、焼きなまし処理をされていることがより好ましい。
また、本発明の太陽電池モジュールは、上記のいずれかに記載の太陽電池用金属箔積層体を備えることを特徴としている。

本発明の太陽電池用金属箔積層体及び太陽電池モジュールによれば、製造時にアルミニウム箔パターンが破断されるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態の金属箔積層体の側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。同金属箔積層体の製造方法を説明する側面の断面図である。従来の太陽電池モジュールの側面の断面図である。従来の太陽電池モジュールの側面の断面図である。

以下、本発明に係る金属箔積層体の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の金属箔積層体１は、シート状に形成されたバックシート（基材）１１と、バックシート１１の一方の面１１ａに積層された接着樹脂層（接着層）１２と、接着樹脂層１２のバックシート１１とは反対側に積層されたアルミニウム箔パターン１３と、接着樹脂層１２とアルミニウム箔パターン１３との間に積層された補強フィルムパターン１４とを備えている。
この例では、アルミニウム箔パターン１３と補強フィルムパターン１４との間に第二の接着層パターン１５が積層されている。
すなわち、本金属箔積層体１は、バックシート１１、接着樹脂層１２、補強フィルムパターン１４、第二の接着層パターン１５、及びアルミニウム箔パターン１３を、バックシート１１の厚さ方向である積層方向Ｄに、順次積層した構成となっている。

バックシート１１は、フィルム状またはシート状に形成されている。バックシート１１の材料には、例えばアクリル、ポリカーボネート、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、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、スチレン、又はこれらを共重合した樹脂を用いることが可能である。断熱性や弾力性や光学特性の制御のため、必要に応じてバックシート１１中に有機または無機フィラー等の混入を行うことも可能である。

接着樹脂層１２には、例えば熱硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、又はこれらを共重合した接着剤を使用することができる。紫外線照射により接着樹脂層１２を硬化させることが困難であるため、加熱により接着樹脂層１２を硬化させることが好ましい。
接着樹脂層１２の厚さ（積層方向Ｄの長さ）は、２０μｍ（マイクロメートル）以上であることが望ましい。接着樹脂層１２の厚さが２０μｍ未満だと、後述するように刃型Ｂを接着剤１２Ａの層内で止めることが困難となる。

補強フィルムパターン１４には、例えばアクリル、ポリカーボネート、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、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、ナイロン、スチレン、又はこれらを共重合した樹脂を用いることが可能である。断熱性や弾力性や機械特性の制御のため、必要に応じて補強フィルムパターン１４中に有機または無機フィラー等の混入を行うことも可能である。
補強フィルムパターン１４は、アルミニウム箔パターン１３の破断耐性を補強するために用いられている。

第二の接着層パターン１５には、例えば熱硬化性樹脂もしくは紫外線硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、又はこれらを共重合した電気的絶縁性を有する接着剤を使用することができる。第二の接着層パターン１５の硬化には、加熱もしくは紫外線照射等の手段を用いることができる。
第二の接着層パターン１５は、アルミニウム箔パターン１３に接触接するため絶縁性を有する必要がある。具体的には、第二の接着層パターン１５の絶縁抵抗値が１０^６Ω（オーム）以上であることが好ましい。
第二の接着層パターン１５は、後述するように、刃型Ｂによる切断時ならびに積層体不要領域Ｒ２を剥離し除去する行程において、アルミニウム箔１３Ａと補強フィルム１４Ａとの密着性を保持する必要がある。このため、第二の接着層パターン１５の密着強度は４０Ｎ／ｃｍ（ニュートン・パー・センチメートル、４０００Ｎ／ｍ）以上であることが望ましい。

アルミニウム箔パターン１３には、アルミニウム箔パターン１３に要求される電気抵抗値に応じて、任意のアルミニウム材料ならびに膜厚のアルミニウム箔を使用することができる。
アルミニウム箔パターン１３を、導電性に優れた高純度アルミニウムで形成することで、金属箔積層体１の通電抵抗値を下げることができる。具体的には、アルミニウム箔パターン１３をアルミニウムの含有量が重量比で９９％以上の高純度アルミニウムで形成することが望ましい。

このアルミニウム箔パターン１３は、アルミニウム材料が焼きなまし処理された焼きなまし軟質材である。一般的に、アルミニウム材料は焼きなまし処理されることで、後述する破断強度及び破断伸度が小さくなる。アルミニウム箔パターン１３は、後述するアルミニウム箔１３Ａがパターン化されたものである。
なお、アルミニウム箔パターン１３に、マンガン、鉄、シリコン又は他の不純物金属を含ませることで、アルミニウム箔パターン１３自体の破断強度を向上（大きく）させることができる。
後述するように、アルミニウム箔パターン１３は刃型Ｂで切断されて形成されるため、アルミニウム箔パターン１３の厚さは５００μｍ以下であることが望ましい。アルミニウム箔パターン１３の厚さが５００μｍを超えると、刃型Ｂによるアルミニウム箔パターン１３の切断端面が変形し、大きなバリが形成される問題がある。

補強フィルムパターン１４、第二の接着層パターン１５、及びアルミニウム箔パターン１３は、積層方向Ｄに見たときに、互いに同一の回路状（配線パターン状）に形成されて重なる。ここで言う回路状とは、線状の部材が、基準面上において様々な方向に延びる直線状や、Ｕ字形やＳ字形等の曲線状に形成された形状のことを意味する。
図１において、補強フィルムパターン１４、第二の接着層パターン１５、及びアルミニウム箔パターン１３は、図１が表示される面（紙面）に直交する直交方向Ｅに延びているとする。
アルミニウム箔パターン１３を構成する配線の間には、積層方向Ｄに見たときに接着樹脂層１２が配置される。

補強フィルムパターン１４の破断強度は、アルミニウム箔パターン１３の破断強度よりも大きい。
ここで、破断強度について規定する。フィルム状や箔状の被検体が延びる方向の長さがＬ（ｍ）で、被検体の延びる方向に直交する平面による断面積がＡ（ｍ^２）であるとする。被検体に延びる方向に荷重Ｐ（Ｎ）をかけたときに、被検体が長さＬから△Ｌ（ｍ）伸びて破断したとする。すなわち、被検体の破断時の長さは（Ｌ＋△Ｌ）の値である。このとき、被検体の破断強度は、Ｐ／Ａ（Ｎ／ｍ^２）で規定される。
また、アルミニウム箔パターン１３の破断伸度が、補強フィルムパターン１４の破断伸度よりも大きい。
被検体の破断伸度は、前述の条件のときに、（△Ｌ／Ｌ）の値で規定される。

アルミニウム箔パターン１３の破断伸度、すなわち後述するアルミニウム箔１３Ａの破断伸度は、１０％（０．１）以上とすることが望ましい。アルミニウム箔パターン１３の破断伸度が１０％未満の場合、さらに破断伸度の少ない補強フィルムパターン１４、すなわち後述する補強フィルム１４Ａを選定する必要があり、補強フィルムパターン１４のコストが上昇する。
補強フィルムパターン１４、すなわち後述する補強フィルム１４Ａの破断強度は５０Ｎ／ｍｍ^２以上とすることが望ましい。補強フィルムパターン１４の破断強度が５０Ｎ／ｍｍ^２未満の場合、補強フィルムパターン１４の下地となる後述する接着剤１２Ａの接着力も５０Ｎ／ｍｍ^２以下とする必要が生じる。この場合、接着剤１２Ａの接着力不足により、補強フィルム１４Ａと接着剤１２Ａとが剥離してしまう不良が発生する。

次に、以上のように構成された金属箔積層体１の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、補強フィルム１４Ａ上に絶縁性の第二の接着剤１５Ａを塗工する。補強フィルム１４Ａは、補強フィルムパターン１４が回路状に形成される前のフィルム状のものである。第二の接着剤１５Ａは、第二の接着層パターン１５が回路状に形成される前であって、さらに硬化する前のシート状のものである。
第二の接着剤１５Ａの塗工には、グラビア印刷、マイクログラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷等、一般的な印刷法を使用することができる。補強フィルム１４Ａは、第二の接着剤１５Ａとの密着性を向上させるために、片面もしくは両面にコロナ処理などの易接着処理を施してもよい。

次に、図３に示すように、第二の接着剤１５Ａ上にアルミニウム箔１３Ａを積層する。アルミニウム箔１３Ａは、アルミニウム箔パターン１３が回路状に形成される前の箔状のものである。
アルミニウム箔１３Ａの積層には、ドライラミネート、真空圧着、加熱ラミネート等、任意の積層法を用いることができる。

次に、図４に示すように、第二の接着剤１５Ａを硬化して第二の接着層１５Ｂにする。第二の接着層１５Ｂは、第二の接着層パターン１５が回路状に形成される前のシート状のものである。
第二の接着剤１５Ａの硬化には、加熱、紫外線照射、レーザー照射、電子線照射等、第二の接着剤１５Ａに適応した任意の手法をとることができる。第二の接着剤１５Ａの硬化に加熱を用いる場合、アルミニウム箔１３Ａと補強フィルム１４Ａとの熱膨張率の差に留意する必要がある。具体的には、補強フィルム１４Ａの軟化温度以下の温度で第二の接着剤１５Ａを加熱することが望ましい。

なお、前述の行程では、補強フィルム１４Ａ上に第二の接着剤１５Ａを塗布してからアルミニウム箔１３Ａを積層した。しかし、アルミニウム箔１３Ａ上に第二の接着剤１５Ａを塗布してから補強フィルム１４Ａを積層してもよい。

次に、図５に示すように、バックシート１１の上面に接着剤１２Ａを塗工する。接着剤１２Ａは、接着樹脂層１２が硬化する前のものである。
接着剤１２Ａの塗工には、グラビア印刷、マイクログラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、押出し塗工等、一般的な印刷法を使用することができる。接着樹脂層１２の厚さは２０μｍ以上が望ましい。バックシート１１の上面に接着剤１２Ａを１回塗工するだけでなく、接着剤１２Ａを複数回塗工することで、接着樹脂層１２の厚さを確保してもよい。

次に、図６に示すように、接着剤１２Ａの上面に補強フィルム１４Ａを積層する。補強フィルム１４Ａの積層には、ドライラミネート、真空圧着、加熱ラミネート等、任意の積層法を用いることができる。この段階では接着剤１２Ａは完全には硬化しておらず、加熱ラミネートを行う場合、接着剤１２Ａが硬化しない低温とすることが望ましい。具体的な温度は、接着剤１２Ａの硬化温度に依存する。

なお、前述の行程では、バックシート１１の上面に接着剤１２Ａを塗布してから接着剤１２Ａの上面に補強フィルム１４Ａを積層した。しかし、補強フィルム１４Ａの上面に接着剤１２Ａを塗布してから接着剤１２Ａの上面にバックシート１１を積層してもよい。

次に、図７に示すように、刃型Ｂをアルミニウム箔１３Ａ上から押し当てて、アルミニウム箔１３Ａ、第二の接着層１５Ｂ、及び補強フィルム１４Ａからなる予備積層体２０を全厚さにわたり切断する。刃型Ｂにはピナクル刃などの、ハーフカット工法が可能な刃型を使用することが望ましい。刃型Ｂの刃先端Ｂ１は、接着剤１２Ａの層内で止め、バックシート１１を切断しないことが望ましい。
予備積層体２０を刃型Ｂで切断することで、予備積層体２０を、金属箔積層体１に用いる積層体必要領域Ｒ１と、金属箔積層体１に用いない積層体不要領域Ｒ２とに切断して分離する。

次に、図８に示すように、接着剤１２Ａから積層体不要領域Ｒ２を剥離し除去する。積層体不要領域Ｒ２は、硬化した第二の接着層１５Ｂによりアルミニウム箔１３Ａと補強フィルム１４Ａとが強固に接着している。したがって、接着力がより弱い、接着剤１２Ａと補強フィルム１４Ａとの界面で剥離が発生する。

積層体不要領域Ｒ２を剥離する工程において、アルミニウム箔１３Ａ（アルミニウム箔パターン１３）が補強フィルム１４Ａ（補強フィルムパターン１４）よりも先に破断すると、アルミニウム箔１３Ａの破断面が鋭利な刃物となって補強フィルム１４Ａを切断する不良が発生する。アルミニウム箔１３Ａの破断耐性を補強する補強フィルム１４Ａが切断されると、アルミニウム箔１３Ａが破断されやすくなる。補強フィルム１４Ａが切断されるのを防ぐために、アルミニウム箔１３Ａの破断伸度を補強フィルム１４Ａの破断伸度よりも大きくする必要がある。
破断伸度を大きくしたアルミニウム箔１３Ａは、一般的に破断強度が弱くなる。このため、補強フィルム１４Ａの破断強度をアルミニウム箔１３Ａの破断強度よりも大きくし、補強フィルム１４Ａで、補強フィルム１４Ａ及びアルミニウム箔１３Ａ全体としての破断強度を保持する必要がある。

接着剤１２Ａからの積層体不要領域Ｒ２の剥離は、接着剤１２Ａと積層体不要領域Ｒ２との密着力が最低となる剥離角度で行うことが望ましい。これにより、積層体不要領域Ｒ２の剥離に必要な力を低減し、積層体不要領域Ｒ２の破断を防ぐことができる。
積層体必要領域Ｒ１は回路状に形成されているため、積層体必要領域Ｒ１がバックシート１１の一方の面１１ａに平行な基準面上で様々な方向に延びるように形成されている場合がある。一方で、積層体不要領域Ｒ２は、基準面上で積層体必要領域Ｒ１を補完するように形成されている。アルミニウム箔パターン１３、補強フィルムパターン１４の破断強度、破断伸度を前述のように設定することで、接着剤１２Ａから積層体不要領域Ｒ２を容易かつ確実に剥離することができる。

次に、接着剤１２Ａを硬化して接着樹脂層１２とし、図１に示す金属箔積層体１を製造する。
接着剤１２Ａの硬化には、加熱、紫外線照射、レーザー照射、電子線照射等、接着剤１２Ａに適応した任意の手法をとることができる。接着剤１２Ａの硬化に加熱を用いる場合、アルミニウム箔パターン１３と補強フィルムパターン１４ならびにバックシート１１の熱膨張率の差に留意する必要がある。具体的には、補強フィルムパターン１４ならびにバックシート１１の軟化温度以下の温度で接着剤１２Ａを加熱することが望ましい。

なお、本実施形態の金属箔積層体１は、公知の太陽電池セルに接続して太陽電池モジュールを構成することができる。この太陽電池モジュールを製造する際にも、アルミニウム箔パターン１３が破断されるのが抑制される。

以上説明したように、本実施形態の金属箔積層体１及び太陽電池モジュールによれば、補強フィルムパターン１４の破断強度がアルミニウム箔パターン１３の破断強度よりも大きく、アルミニウム箔パターン１３の破断伸度が補強フィルムパターン１４の破断伸度よりも大きい。このため、補強フィルムパターン１４の破断伸度までアルミニウム箔パターン１３が破断することがなく、アルミニウム箔パターン１３の破断面で補強フィルムパターン１４が破断するのを防ぐことができる。
そして、製造時にアルミニウム箔パターン１３の破断耐性を補強していた補強フィルムパターン１４が破断しないことで、製造時にアルミニウム箔パターン１３が破断されるのを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、アルミニウム箔パターン１３が純度の高いアルミニウムで形成されている場合等には、アルミニウム箔パターン１３は焼きなまし処理されていなくてもよい。
また、金属箔積層体１が第二の接着層パターン１５を備えず、補強フィルムパターン１４にアルミニウム箔パターン１３が直接積層されていてもよい。

１金属箔積層体（太陽電池用金属箔積層体）
１１バックシート（基材）
１１ａ一方の面
１２接着樹脂層（接着層）
１３アルミニウム箔パターン
１４補強フィルムパターン
１５第二の接着層パターン

Claims

シート状に形成された基材と、
前記基材の一方の面に積層された接着層と、
前記接着層の前記基材とは反対側に積層されたアルミニウム箔パターンと、
前記接着層と前記アルミニウム箔パターンとの間に積層された補強フィルムパターンと、
を備え、
前記補強フィルムパターンの破断強度が前記アルミニウム箔パターンの破断強度よりも大きく、
前記アルミニウム箔パターンの破断伸度が前記補強フィルムパターンの破断伸度よりも大きいことを特徴とする太陽電池用金属箔積層体。
前記アルミニウム箔パターンは、回路状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用金属箔積層体。
前記アルミニウム箔パターンと前記補強フィルムパターンとの間に第二の接着層パターンが積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用金属箔積層体。
前記アルミニウム箔パターンは、焼きなまし処理をされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池用金属箔積層体。
請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池用金属箔積層体を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。