JP4738167B2 - 太陽電池モジュールの解体方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールの解体方法に関するものである。

近年、地球環境問題、省エネルギーへの関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、特に太陽光発電システムの住宅への普及が加速されている。

また、一方で資源の有効活用と環境保護の観点から太陽電池モジュールを解体し、使用できる部材についてのリサイクルの必要性が高まってきている。従来の太陽電池モジュールでは産業廃棄物として廃棄されていた構成部材の中にも再利用可能なものが多く含まれているが十分にリサイクルはされていなかった。こうした背景の中で有用な資源の再利用を促進し、廃棄物を減らすために、リサイクル可能な部材の比率が大きい太陽電池モジュールの製造技術と使用後の処理技術の確立の必要性が増大している。

一般的な太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子を直並列に接続し、光透過板・封入樹脂・耐候性フィルムでラミネートし、これを加熱することにより太陽電池素子を挟持する構造としている。

図５は太陽光発電システムに係る一般的な太陽電池モジュールの断面を示す構造図である。図中、１０ａ、１０ｂは太陽電池素子、１１は光透過板、１２は耐候性フィルム、１４は太陽電池モジュール、１５は、枠、１６は封止材、１７は端子ボックス、１８は導電材である。

図５に示すように、太陽電池モジュール１４はたとえばシリコン等から成る半導体の光電変換効果を利用して電力を発生させる太陽電池素子１０（１０ａ，１０ｂ）を複数個直列および並列に電気的に接続し、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得る。

太陽電池素子１０の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板１１を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン（登録商標）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１２を被着し、さらに光透過板１１と耐候性フィルム１２との間には、例えばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの透明な合成樹脂を介在させて、封止材１６とすることができる。

そして、これら光透過板１１、太陽電池素子１０および耐候性フィルム１２の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺の周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠１５を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール１４としての強度を高めている。

また、太陽電池モジュール１４の裏面、すなわち耐候性フィルム１２の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成した端子ボックス１７を接着し、太陽電池モジュール１４の出力電力を取り出すターミナルと成している。

上述のようにして、太陽電池モジュール１４は製造されるが、封止材１６で充填された太陽電池モジュール１４内に気密封止された太陽電池素子１０は、長期使用した後であっても、発電効率の劣化が少ないという性質がある。このように、例え封止材１６や、他の部材が劣化した場合であっても、太陽電池素子１０を取り出し、新たな太陽電池モジュール１４の太陽電池素子１０として再利用することが提案されている。

従来、このよう太陽電池モジュールの解体方法として、以下のような解体方法が提案されている。

例えば、太陽電池モジュールの部材間に熱可塑性樹脂である剥離層を設けて、これを加熱し、外的な剥離力を加えることによって、剥離層と接した部材同士を分離する方法や、封止材樹脂加熱した硝酸、アルカリ、有機溶剤などによって除去する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２８９１０３号 公報

しかしながら、上述した太陽電池モジュールの解体方法では、太陽電池素子を回収する際、太陽電池素子の割れ、欠けが生じ、太陽電池素子の回収率が低下する問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、太陽電池モジュールから太陽電池素子を回収する際に、太陽電池素子の割れ、欠けを抑制し、太陽電池素子の回収率を向上させた太陽電池モジュールの解体方法を提供することである。

上記目的を達成するために、発明者は鋭意検討した結果、以下の事実を知見した。

従来、多くの太陽電池モジュールの解体方法では、太陽電池モジュールから太陽電池素子を取り出す際に、太陽電池素子を気密保持している封止材を、硝酸などに浸漬させて、太陽電池モジュールから太陽電池素子を取り出すことができる。しかしながら、封止材を液体に浸漬した結果、封止材は、この液体を吸収して体積を増す現象が起こる。この現象を一般的に膨潤と呼ぶが、太陽電池モジュール解体時に、この封止材の膨潤によって、封止材が太陽電池素子に応力を与える可能性があった。

そこで、本発明の太陽電池モジュールの解体方法は、太陽電池素子と、該太陽電池素子と少なくとも一部で接する緩衝材と、該緩衝材と前記太陽電池素子を含有する封止材と、を含む太陽電池モジュールの解体方法であって、前記緩衝材を熱分解温度以上の温度に加熱して熱分解させる加熱工程と、前記封止材を膨潤させ、前記緩衝材を熱分解した状態で前記封止材を分解させる液体に浸漬させる膨潤工程とを含む。

太陽電池素子と、該太陽電池素子と少なくとも一部で接する緩衝材と、該緩衝材と前記太陽電池素子を含有する封止材と、を含む太陽電池モジュールの解体方法であって、前記緩衝材を熱分解させる加熱工程と、前記封止材を膨潤させる膨潤工程と、を含むようにした。

本発明によれば、加熱工程により、緩衝材を熱分解させることによって、緩衝材を構成する固体状態の原子配列が、熱分解温度を境として、変化し、ゲル状態又は、流動性が高まる。

そして、例えば、ゲル状態となった緩衝材が太陽電池素子の少なくとも一部において存在することで、例え、太陽電池素子を包有する封止材が膨潤した場合であっても、ゲル化した緩衝材が変形し、封止材が太陽電池素子に与える応力を緩和することができる。

また、封止材のうち、緩衝材の表面に存在する凹凸部の内部まで浸入していた封止材は、膨潤工程によって、緩衝材の表面近傍まで戻される。そして、太陽電池素子についても、緩衝材のうち、太陽電池素子の表面に存在する凹凸部の内部まで浸入していた緩衝材が、加熱工程によって、ゲル状態となっているため、簡易に太陽電池素子と緩衝材を分離することができる。

したがって、封止材が太陽電池素子に与える応力を緩和しつつ、封止材から太陽電池素子を取り出すことが可能となり、その結果、太陽電池素子の割れ・欠けが生じにくくした太陽電池モジュールの解体方法を提供することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールについて、図面を用いて説明する。

図１は本発明の太陽電池モジュールの断面を示す構造図である。図１において、１は緩衝材、２は太陽電池素子、３、３ａ、３ｂは封止材、４はフロントカバー、５はバックカバー、６は端子ボックス、７は配線、８は枠体、２０は太陽電池モジュール、２１はインナーリードである。

図１に示すように、本発明の太陽電池モジュール２０本体は、緩衝材１で少なくとも一部を覆われた太陽電池素子２を、耐候性に優れた封止材３で封止し、それを受光面側となるフロントカバー４と裏面のバックカバー５の間に挟んだ構成とする。その太陽電池モジュール２０本体の裏面に電気出力を取り出す端子ボックス６を設け電気配線７を引き出し、また側面の周囲には枠８を設ける。ここで、例えば封止材３としてＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）を、フロントカバー４としてガラスを、バックカバー５としてＰＥＴを使用してもよい。

緩衝材１には、シリコン樹脂、フッ素樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、太陽電池素子２の少なくとも一部と接するように、緩衝材１をスプレーコート、若しくはディップコート、はけ塗りなどによって、太陽電池素子２上に形成することができる。

また、封止材は太陽電池素子２の全面を覆うものであることが好ましい。

さらに、複数の太陽電池素子２同士をインナーリード２１によって接続してストリングスの状態で、緩衝材を形成してもよいし、個々の太陽電池素子２にそれぞれ緩衝材１を形成していってもよい。

特に、太陽電池素子２の一主面に設けられた電極部において、熱硬化性樹脂を含む緩衝材が存在することによって、後工程のラミネート工程で加熱する際に、この緩衝材が熱硬化するため、電極の位置づれを防止することができる。

そして、これらの部材を重ね合わせて加熱するラミネート工程を経ることによって、太陽電池モジュール２０とすることができる。

例えば、フロントカバー１上に受光面側封止材３ａ、インナーリード２１で接続した太陽電池素子２、さらにその上に裏面側封止材３ｂ、バックカバー５を順次積層する。このように、それぞれの部材を積層し、ラミネーターにセットし、５０〜１５０Ｐａの減圧下にて加圧しながら１００℃〜２００℃の温度で１５〜６０分程度加熱することによって、受光面側封止材３ａと裏面側封止材３ｂが溶融架橋して、太陽電池素子２と緩衝材１を封止材３によって包有し、これらを一体化し太陽電池モジュール２０とすることができる。

このようにして、太陽電池素子２と、該太陽電池素子２の少なくとも一部と接する緩衝材１と、該緩衝材１と前記太陽電池素子２を包有する封止材３と、を含む太陽電池モジュール２０とすることができる。

また、このような本発明に係る太陽電池モジュール２０は、長期信頼性を得ることができる。

通常、一般的な太陽電池モジュール１４を長期使用した場合、雨や湿度などによって、太陽電池素子１０を気密保持する封止材１６内で酢酸が発生する可能性があり、この酢酸が太陽電池素子１０まで到達した場合、太陽電池素子１０に備わる電極の腐食を引き起こし、太陽電池モジュール１４の長期信頼性を損なう恐れがある。

しかしながら、本発明によれば、封止材３内部で酢酸が生じ、この酢酸が太陽電池素子２まで到達した場合であっても、緩衝材１は、封止材３と異なる組成であるため、上述した酢酸が、太陽電池素子２まで到達することを防止できる。その結果、太陽電池素子２の長寿命化を可能にすることができる。

また、緩衝材１を熱硬化性樹脂とすれば、ラミネート工程時の加熱温度（１００℃〜２００℃）により、緩衝材１は熱硬化し緩衝材１を構成する分子間での結合が強固なものとなる。このように、緩衝材１が熱硬化し分子間が結合エネルギーが高くなるため、常温に戻した場合であっても、特に太陽電池素子２の電極部に緩衝材１を形成すれば、太陽電池素子２の電極部を強固に保持することができる。

このように、太陽電池素子２は封止材３内で強固に保持されるため、太陽電池モジュール２０を設置する際や、太陽電池モジュール２０設置後に風などの外力が加わった場合であっても、太陽電池素子２の電極と、インナーリード２１との間の半田付け部分にストレスが加わることを防止できる。この結果、外力によって電極部の電気的導通が妨げられる可能性を低減できるため、太陽電池モジュール２０の長期信頼性を得ることができる。

また、緩衝材１を薄膜とすれば、熱硬化性樹脂の熱硬化に要する時間が短時間となり、太陽電池素子２に対する熱履歴を小さくすることができるため、より長期信頼性を得ることができる。また、太陽電池モジュール２０を製造する際のタクトアップにも繋がる。

薄膜の緩衝材１を形成する方法は、周知の技術を用いることができ、スプレーコート等によって太陽電池素子２に緩衝材１を形成することができる。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの解体方法について詳細に説明する。

図２の流れ図は、図１に示す太陽電池モジュール２０を解体する際の手順を示したものである。図２に示すように太陽電池モジュール２０を解体するために、以下の手順に従って解体する。

（１） 太陽電池モジュール２０から、枠８、端子ボックス６、電気配線７を除去する
（２） 太陽電池モジュール２０を加熱し緩衝材１を熱分解する（加熱工程）
（３） 溶液９に浸漬し封止材３を膨潤させる（膨潤工程）
（４） 太陽電池モジュール２０を構成する部材を回収する
以下に、上述した手順について、図２を用いて詳細に説明する。

まず、太陽電池モジュール２０の枠８を外す。例えば、枠８同士を固定しているネジを外したり、引き剥がしたり、物理的な方法で太陽電池モジュール２０から枠８を取り外すことができ、さらに、切断等により電気配線７も取り外すことができる。

そして、端子ボックス６も引き剥がすなどの物理的な方法で除去する。尚、枠８や端子ボックス６がブチルやシリコンなどの接着剤で取り付けられている場合は、接着力を弱めるために適宜加熱を行ってもよい。

この加熱方法としては、周知の技術を用いることができ、例えば、スポットドライヤーや集光型ヒーター、熱風用ヒーター等で接着部分を部分的に加熱を行い、接着剤の温度を高め、接着力が弱まっている間に機械的に取り外しても良い。また、太陽電池モジュール全体を電気炉や連続炉などで加熱しても良い。

[加熱工程]また、本発明に係る太陽電池モジュール２０の解体方法は、緩衝材１を熱分解させる加熱工程を含むようにした。

こうすることで、緩衝材１は熱分解によって、緩衝材１を構成する固体状態の原子配列が、熱分解する温度（転移点）を境として変化し、ゲル状態または流動性を高めることができる。

具体的には、緩衝材１は、封止材３よりも熱分解する温度が低い材料であることが好ましい。このような材料を選択することにより、太陽電池モジュール２０を均一な温度下で加熱した場合、先に緩衝材１が熱分解するため、太陽電池モジュール２０の形態を維持したまま緩衝材１を熱分解できるため、太陽電池素子２に加わる応力を緩和することができる。

このような、緩衝材１と封止材３の組合せとして、例えば、緩衝材１として熱硬化性樹脂であるシリコン樹脂やフッ素樹脂を使用し、封止材３としてＥＶＡを用いることが好ましい。

例えば、緩衝材１としてシリコン樹脂、封止材３としてＥＶＡを使用した場合、太陽電池モジュール２０を２００℃〜３００℃、より好ましくは２３０℃〜２７０℃で加熱することによって、緩衝材１だけを熱分解することができる。

この結果、緩衝材１は、熱分解によって高分子の主鎖が切断され、常温に戻した場合でもゲル状態を保つものとできる。

また、このとき、太陽電池素子２に荷重が出来るだけ加わらないように、太陽電池モジュール２０のフロントカバー４がある面を下にして電気炉や連続炉を用いて加熱を行うことが簡易であるため好ましい。

また、この加熱工程は、太陽電池モジュール２０の全面を加熱することが好ましい。

太陽電池素子２に加わる温度が均一になれば、太陽電池素子２の熱履歴が緩和され、熱履歴を起因とした太陽電池素子２の割れを抑制することができる。また、回収部材であるフロントカバー４にも熱応力が加わりにくくなるため、リサイクル部材のひとつとして、好適に再利用可能となる。

[膨潤工程]そして、本発明に係る太陽電池モジュール２０の解体方法は、封止材３を膨潤させる膨潤工程含むようにした。

このように、太陽電池素子２の少なくとも一部で接する緩衝材１を熱分解して、緩衝材１をゲル状態または流動性を高めることにより、封止材３を膨潤させた場合であっても、緩衝材１が変形し、封止材３が太陽電池素子に与える応力を緩和することができる。

また、封止材３のうち、緩衝材１の表面に存在する凹凸部の内部まで浸入していた封止材３は、膨潤工程によって、緩衝材１の表面近傍まで戻される。そして、太陽電池素子２についても、緩衝材１のうち、太陽電池素子２の表面に存在する凹凸部の内部まで浸入していた緩衝材１が、加熱工程によって、ゲル状態となっているため、簡易に太陽電池素子２と緩衝材１を分離することができる。

上述した膨潤工程のひとつである、封止材３を液体に浸漬させる場合の模式図を図３に示す。図３（ａ）は、太陽電池モジュール２０を液体９に全て浸漬した状態を示す図であり、図３（ｂ）は、フロントカバー４と、太陽電池素子２を含む部材とが分離した状態を示す図である。なお図中、１は緩衝材、２は太陽電池素子、３ａ、３ｂは封止材、４はフロントカバー、５はバックカバー、９は液体、２０は、太陽電池モジュール、２１はインナーリードである。

例えば、少なくとも太陽電池モジュール２０全体が水平方向に投入可能な寸法の槽内に封止材３を分解させる液体９を満たし、太陽電池モジュール２０を浸漬させる。浸漬方法は徐々に浸漬してもよいし、一度に太陽電池モジュール２０全てを浸漬させてもよい。槽の機能として太陽電池モジュール２０の端部を支持しつつ、連続的に水平移動し槽内に投入する搬送機能を持つとより好適である。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール２０を液体９に浸漬させることによって、封止材３は膨潤する。その結果、太陽電池モジュール２０は、フロントカバー４と、太陽電池素子２と、バックカバー５とに分離することができる。

そして、液体９に太陽電池モジュール２０を浸漬することにより、封止材３は膨潤するため、封止材３のうち、緩衝材１の表面に存在する凹凸部の内部まで浸入していた封止材３は、緩衝材１の表面近傍まで戻され、その結果、封止材３と、他の部材との接着力が減少する。

このように、本発明によれば、緩衝材１が熱分解し、上述したゲル状態または流動性を高めた状態で、太陽電池素子２の少なくとも一部で接していることから、封止材３が太陽電池素子２に与える応力を緩和しつつ、封止材３と緩衝材１との接着力を低下させることができる。その結果、太陽電池素子２の割れ・欠けが生じにくくした太陽電池モジュール２０の解体方法を提供することができる。

また、本発明に係る膨潤工程では、液体９をミストにして太陽電池モジュール２０全体に噴霧することとしてもよい。内圧エネルギーを持ったミストの粒子が封止材３に接触することで、より早く浸透するとともに層間の剥離を促し、短時間で分解することが可能となる。

その後、分離した部材の回収を行う。太陽電池素子２やフロントカバー４はもちろんのこと、他にも切断されたバックカバー５、ストリングをつなぐ配線材なども再利用可能な資源として回収することが好ましい。

そして、回収した部材の洗浄を行う。ここでは、太陽電池素子２に付着した緩衝材１、封止材３等の汚れを取り除くことが好ましい。

また、太陽電池素子２の表面状態を均一に、且つ、起電力を初期状態に近づけるために、トルエンまたはキシレンを主材料とする溶剤で一次洗浄を行う。

さらに、太陽電池素子２表面に付着した汚れたトルエンやキシレンなどを取り除くために、メタノール、又はエタノールを主材料とする溶剤にて、二次洗浄を行うなどすることが好ましい。

そして、割れ、欠けが発生した太陽電池素子についてはレーザーカット等で小型に加工することで使用可能であるため、別途分類することが好ましい。

尚、太陽電池モジュール２０に関して、封止材３の少なくとも一部に切り込みを入れることが好ましい。図４（ａ）に太陽電池モジュール２０に切り込みを入れる前の状態を示し、図４（ｂ）に太陽電池モジュール２０に切れ込みを入れた後の状態を示す。尚、図中、１は緩衝材、２は太陽電池素子、３ａ、３ｂは封止材、４はフロントカバー、５はバックカバー、２０は太陽電池モジュール、２１はインナーリードである。

太陽電池モジュール２０に切り込みを入れることよって、封止材３を膨潤させる際に、液体９と封止材３との接触面積が増えるため、より短時間で封止材３を膨潤させることができる。

例えば、常温下に置かれた液体９に太陽電池モジュール２０を浸漬した場合、約２４時間から４８時間後で太陽電池素子２を封止材３から取り出すことができる。

封止材３への切り込みは、カッターや円盤型カッター、レーザーカッター等を用いて手作業によって行っても良いし、より好ましくは自動機を用いて円盤型カッターや円盤型砥石、レーザーカッターを用いて行っても良い。

こうすることにより、太陽電池素子２の回収時間の短縮が可能となり、タクトアップに繋がるため好ましい。

さらに、浸漬時間を短縮するため、太陽電池モジュール２０を浸漬した液体９を加熱した方が好ましい。この場合は、液体温度が８０℃〜１００℃、より好ましくは８５℃〜９５℃程度に加熱することで、封止材３を膨潤させ、１時間から２時間で封止材３から太陽電池素子２を取り出すことができる。

そして、この液体９は、有機溶剤を含んでなることが好ましい。

従来は硝酸などの酸性により、太陽電池素子２を構成する電極材料が酸化し、腐食する可能性があったが、封止材３を膨潤させる液体９を有機溶剤とすることで、太陽電池素子２として、別途、新たに電極部を形成しなくとも、太陽電池素子としてそのまま再利用することができる。

また、具体的には、この液体９はｄ−リモネン、キシレン、トルエンのうち少なくともいずれかを含むことが好ましい。

これらの有機溶剤は、好適に封止材３を膨潤させ、尚且つ、緩衝材１も好適に溶解できるため、液体９としてより好ましい。

なお、本発明に係る太陽電池モジュール２０の解体方法は、上述した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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、本発明に係る太陽電池素子２は、結晶系シリコン太陽電池が好ましいが、これに限ることはなく、化合物系太陽電池であってもよいし、その他の太陽電池素子であっても、封止材３に気密充填されるものであれば本発明の効果を奏することができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュール２０の解体方法では、加熱工程と膨潤工程を同時に行ってもかまわない。この場合、例えば、緩衝材１に放射線分解型樹脂を用いて、太陽電池モジュールを液体９に浸漬中に電離性放射線を照射して熱分解を行っても良い。

本発明に係る太陽電池モジュールの断面を示す構造図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを解体する際の手順を示した図である。 （ａ）は、太陽電池モジュール２０を液体９に全て浸漬した状態を示す図であり、（ｂ）は、フロントカバー４と、太陽電池素子２を含む部材とが分離した状態を示す図である。 （ａ）に太陽電池モジュールに切り込みを入れる前の状態を示し、（ｂ）に太陽電池モジュールに切れ込みを入れた後の状態を示す図である。 一般的な太陽電池モジュールの断面を示す構造図である。

符号の説明

１：緩衝材
２：太陽電池素子
３、３ａ、３ｂ：封止材
４：フロントカバー
５：バックカバー
６：端子ボックス
７：電気配線
８：枠
９：液体
２０：太陽電池モジュール
２１：インナーリード

Claims (8)

1. 太陽電池素子と、該太陽電池素子と少なくとも一部で接する緩衝材と、該緩衝材と前記太陽電池素子を含有する封止材と、を含む太陽電池モジュールの解体方法であって、
   前記緩衝材を熱分解温度以上の温度に加熱して熱分解させる加熱工程と、前記封止材を膨潤させ、前記緩衝材を熱分解した状態で前記封止材を分解させる液体に浸漬させる膨潤工程とを含む太陽電池モジュールの解体方法。
2. 前記緩衝材は、前記封止材よりも熱分解する温度が低い材料である請求項１に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
3. 前記緩衝材は、熱硬化性樹脂を含んでなる請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
4. 前記緩衝材は、前記太陽電池素子の全面を覆うものである請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
5. 前記加熱工程は、前記太陽電池モジュール全体を加熱するものである請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
6. 前記液体は、有機溶剤を含んでなる請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
7. 前記液体は、ｄ−リモネン、キシレン、トルエンのうち、少なくともいずれかを含んでなる請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの解体方法。
8. 前記膨潤工程の前に、前記封止材の少なくとも一部に切り込みを入れる工程を含んでなる請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの解体方法。

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