JP2016092353A - 太陽電池用封止フィルムおよび太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高いシステム電圧の太陽光発電設備で使用されても、ＰＩＤ現象の発生を抑制することができる太陽電池用封止フィルムを提供し、さらにはＰＩＤ現象の発生のない太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】エチレン−酢酸ビニル共重合体を主樹脂材とし、架橋剤として有機過酸化物、架橋助剤を添加した太陽電池用封止フィルムであって、１３０℃以上の温度で、熱反応し、自己重合性を有する添加剤を1種類以上含むこと、自己重合性を有する添加剤が、多官能アクリレートであること。
【選択図】なし

Description

本発明は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池用封止フィルム及びこの封止フィルムを用いた太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュールにおいて出力低下の不具合として起きるＰＩＤ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）現象を抑制することができる太陽電池用封止フィルムに関する。

近年、クリーンエネルギーとして太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池が広く普及し、さらに産業用としての発電事業としての取り組みも多く、１ＭＷ以上の出力を有する大規模な太陽光発電設備も増えている。

また、送電系の効率化等の理由から高いシステム電圧が必要であり、システム電圧を１０００Ｖ以上とした太陽光発電設備も建設されるようになった。

このような高いシステム電圧の太陽光発電設備においは、従来の太陽電池モジュールでは発生しなかった、ＰＩＤ現象と呼ばれる太陽電池モジュールの出力低下を引き起こす劣化が発生し問題となっている。このＰＩＤ現象は、システムの高電圧化によりセルとフレーム間に電位差が生じ、漏れ電流が発生することにより引き起こされる。

これは、太陽電池モジュールの内部回路で電荷の分極が生じ、セル内部での電子の移動が妨げられることで出力の著しい低下が起こる現象であり、ＰＩＤ現象は太陽電池モジュールの各部材それぞれの、影響により引き起こされるため、各部材ごとに発生を抑制するための検討が進められている。

太陽電池モジュールに用いられる封止フィルムとしては、エチレン酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡともいう）を主に、さまざまなエチレン-αオレフィンの共重合体を加えた高透明な樹脂が使用されている。

太陽電池の封止材は、できるだけ高い透明性を有し、入射した太陽光を吸収したり、反射したりすることがなく、太陽光のほとんどを透過させるものが望ましく、ＥＶＡではＶＡコンテントの高い樹脂が使用されている。

しかしながら、ＶＡコンテントが高いＥＶＡ樹脂は、電気を流し易くなってしまい絶縁性は低下する。また、ＥＶＡの透明性はＶＡ濃度に依存するため、絶縁性を向上させる為に高透明なＥＶＡに他樹脂やフィラーを入れると透明性が下がってしまう。

セルとフレーム間の絶縁性を保つためにも封止フィルムの役割は重要で、漏れ電流の防止効果を付与することで、ＰＩＤ現象を抑制させることが可能であると考えられている。

太陽電池の封止フィルムとしては、膜強度、耐熱性、耐久性、耐候性、接着性等を向上させるため、必要に応じて、架橋反応を開始させる架橋剤や、架橋密度を向上させる架橋助剤、接着性を向上させるシランカップリング剤が配合される。

前記のような添加剤のみでは、絶縁性を考慮した配合でも、ＰＩＤ耐性をもつ封止フィルムとしては十分な絶縁性が得られない。

封止フィルムの絶縁性は、体積固有抵抗で代用される。ＰＩＤ現象に対して抑制効果が
ある体積固有抵抗は、１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であり体積固有抵抗を向上させるためにはさまざまな方法が存在する。

最も簡単な方法としては、無機フィラーのような絶縁物を封止膜に含有する方法や、体積固有抵抗が高い樹脂を混ぜ込むことで、体積固有抵抗は向上する。特許文献１ではメタカオリンを添加して体積固有抵抗を向上させた太陽電池封止剤が記載されている。

体積固有抵抗を測定する際には一定の面積×厚みで測定されるために絶縁性として無機フィラーや樹脂混合は効いてくるが、ＰＩＤ現象を抑制するためには、セルからフレームに流れる漏れ電流を防止する必要があり、封止フィルム全体での体積固有抵抗の向上が必要になる。

また、無機フィラーや体積固有抵抗の高い樹脂を含有することは、封止フィルムとして選定した透明性の高い樹脂に対して透明性の低いフィラーや樹脂を混入させることなり、封止膜としての透過率を下げる恐れがあり、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールに使用する封止フィルムとしては致命的な特性低下となる。

さらに、無機フィラーや体積固有抵抗の高い樹脂を含有することは、ガラスやバックシートと接着させる必要がある封止フィルムの密着力を減少させる恐れがある。ガラスやバックシートとの密着力は、長期信頼性において水分の浸入を防ぐ意味で重要な特性である。

特開平２０１３−６４１１５号公報

本発明の目的は、高いシステム電圧の太陽光発電設備で使用される太陽電池モジュールであってもＰＩＤ現象の発生を抑制することができる太陽電池用封止フィルムを提供し、さらにはＰＩＤ現象の発生のない太陽電池モジュールを提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主樹脂材とし、架橋剤として有機過酸化物、架橋助剤を添加した太陽電池用封止フィルムであって、
１３０℃以上の温度で、熱反応し、自己重合性を有する添加剤を1種類以上含むことを特徴とする太陽電池用封止フィルムである。

また、請求項２に記載の発明は、前記自己重合性を有する添加剤が、多官能アクリレートであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用封止フィルムである。

また、請求項３に記載の発明は、前記多官能アクリレートが、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池用封止フィルムである。

また、請求項４に記載の発明は、前記多官能アクリレートの添加量が、０．０１〜１．０質量％であることを特徴とする請求項２〜３のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルムである。

また、請求項５に記載の発明は、前記太陽電池用封止フィルムの体積固有抵抗値が、１×１０１５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルムである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルム用いたことを特徴とする太陽電池モジュールである。

本発明により、封止フィルム全体の体積固有抵抗を向上させることができ、必要な物性値を変化させることなく、ＰＩＤ現象に対して有効な封止フィルムを提供することができる。

本発明の太陽電池用封止フィルムにより、太陽電池を封止した太陽電池モジュールの構成を示した断面概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池用封止フィルムを用い太陽電池を封止した、太陽電池モジュールの構成を示しており、受光面側の表面側透明保護部材としてのガラス基板１と裏面側保護部材（バックシート）２の間に、本発明の太陽電池用封止フィルム３Ａ、シリコン等の発電素子からなる太陽電池セル４、本発明の太陽電池用封止フィルム３Ｂを挟持させてある。

発明者らが検討した結果、自己重合性を有する多官能アクリレートが、１３０℃以上の温度で、熱反応し、封止フィルム全体の体積固有抵抗を向上させることを見出した。

これにより、太陽電池モジュール作製時にかかる熱を利用して、封止フィルム内部で熱反応を起こさせ、封止フィルム全体の体積固有抵抗を向上させることで、封止フィルムとして従来必要である物性値を変化させることなく、ＰＩＤ現象に対して有効な封止フィルムを提供できるものである。

本発明の太陽電池用封止フィルムは、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主樹脂材とし、架橋剤として有機過酸化物、架橋助剤を添加した太陽電池用封止フィルムであって、１３０℃以上の温度で、熱反応し、自己重合性を有する添加剤を1種類以上含んでいる。

本発明に使用できる架橋剤としては、有機過酸化物が用いられる。有機過酸化物としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、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、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。

本発明に使用できる架橋助剤としては、トリアリルイソシアヌレートの他に、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート等を用いることができる。

本発明に使用できる、１３０℃以上の温度で、熱反応し、自己重合性を有する添加剤としては、多官能アクリレートであり、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等が挙げ
られる。

以下、実施例に基づき説明する。

太陽電池モジュールの封止フィルムとして、
エチレン酢酸ビニル共重合体 １００質量部架橋剤：２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン０．８質量部架橋助剤：トリアリルイソシアヌレート ０．５質量部シランカップリング剤：γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン ０．３質量部自己重合性添加剤：トリメチロールプロパントリアクリレート ０．３質量部を配合し、押出成形にて厚さ０．４５ｍｍの、実施例１の太陽電池用封止フィルムを得た。

実施例１に用いた自己重合性添加剤であるトリメチロールプロパントリアクリレートの代わりにトリメチロールプロパントリメタクリレートを用いた以外は同一条件で、厚さ０．４５ｍｍの、実施例２の太陽電池用封止フィルムを得た。

実施例１に用いた自己重合性添加剤であるトリメチロールプロパントリアクリレートの代わりにペンタエリスリトールトリアクリレートを用いた以外は同一条件で、厚さ０．４５ｍｍの、実施例３の太陽電池用封止フィルムを得た。

＜比較例１＞
実施例１〜３で用いた自己重合性添加剤を用いないこと以外は、実施例１〜３と同一条件で、厚さ０．４５ｍｍの、比較例１の太陽電池用封止フィルムを得た。

＜体積固有抵抗＞
作製した４種類の太陽電池用封止フィルムを１５ｃｍ角にカットし、テフロン（Ｒ）シートに挟み込んだ。テフロン（Ｒ）シートに挟み込んだサンプルを、太陽電池用の強化ガラスとバックシートに挟み込んだ状態にし、真空ラミネーターを用いて熱処理を行った。

真空ラミネーターの条件は、１４５℃設定とし、真空工程４分、加圧工程２分とし、架橋に必要な保持工程時間を０分、２分、４分、６分、８分、１０分と、６条件で評価サンプルを作成し、規格番号ＡＳＴＭ Ｄ２５７に基づき体積固有抵抗の測定を実施し、評価基準としては、１×１０^１５Ω・ｃｍ以上の値を示したものを良品とした。

＜全光線透過率＞
全光線透過率は、封止フィルムに必要な透明度であり、ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ７１０５に基づき測定をおこなった。試験サンプルに対して全光線透過率を測定した。評価基準として、９０％以上のものを良品とした。

＜ガラス密着力＞
封止フィルムのガラス密着力は、太陽電池モジュールの安定性に不可欠であり、引っ張り試験機を用い、１８０度剥離試験を３００ｍｍ／ｍｉｎのスピードで値を求めた。試験サンプルに対してガラスとの密着力を測定した。評価基準として、１００Ｎ／ｃｍ以上のものを良品とした。

＜ＰＩＤ評価＞
ＰＩＤ試験には、単結晶Ｓｉセルの４直モジュールを作製し評価に用いた。ＰＩＤ試験は、サンプルモジュールの初期状態でのＩＶ特性（Ｐｍ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ）を測定し、６０℃／８５％ＲＨに設定した恒温恒湿槽内にサンプルを設置、ガラスの表面に水を張り、プラス出力端子およびマイナス出力端子を−極に、金属フレームを＋極に１０００Ｖｄｃの電圧を印加した。

９６時間経過後にサンプルモジュールを取り出し、ＰＩＤ試験後のＩＶ特性（Ｐｍ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ）測定を行った。

ＰＩＤ評価の評価基準としては、ＩＶ特性の初期値に対するＰＩＤ試験後の値のＰｍ保持率で判断し、
Ｐｍ（Ｗ）：９０％以上
とした。

実施例１〜３および比較例１の太陽電池用封止フィルムに対する、体積固有抵抗、全光線透過率、ガラス密着力、ＰＩＤ試験の評価結果を表１に示す。

自己重合性添加剤である実施例１のトリメチロールプロパントリアクリレート、実施例２のトリメチロールプロパントリメタクリレート、実施例３のペンタトリスリトールトリアクリレートを加えた封止フィルムは、自己重合性添加剤を加えていない比較例１と比べ体積固有抵抗値の上昇が確認できた。

中でも実施例１のトリメチロールプロパントリアクリレートは、４．３×１０^１５Ω・ｃｍと有効な結果が得られた。

ＰＩＤ試験の結果からも、自己重合添加剤が入っていない比較例１ではＰＩＤ試験後の出力低下が起こったが、自己重合添加剤である多官能アクリレートを加えることによりＰｍ保持率が改善され特にトリメチロールプロパントリアクリレートを添加した実施例１では、出力低下はほとんど起こらない結果が得られ、ＰＩＤ現象の発生を抑制できる結果となった。

無機フィラーや体積固有抵抗の高い樹脂を含有した場合には、透過率の低下や密着力の低下が起こるが、本発明では、全光線透過率、ガラス密着力の低下は見られない。

１・・・受光面側の表面側透明保護部材としてのガラス基板
２・・・裏面側保護部材（バックシート）
３・・・太陽電池用封止フィルム
４・・・太陽電池セル

Claims (6)

1. エチレン−酢酸ビニル共重合体を主樹脂材とし、架橋剤として有機過酸化物、架橋助剤を添加した太陽電池用封止フィルムであって、
   １３０℃以上の温度で、熱反応し、自己重合性を有する添加剤を1種類以上含むことを特徴とする太陽電池用封止フィルム。
2. 前記自己重合性を有する添加剤が、多官能アクリレートであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用封止フィルム。
3. 前記多官能アクリレートが、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池用封止フィルム。
4. 前記多官能アクリレートの添加量が、０．０１〜１．０質量％であることを特徴とする請求項２〜３のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルム。
5. 前記太陽電池用封止フィルムの体積固有抵抗値が、１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池用封止フィルム用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。