JP4950473B2

JP4950473B2 - 太陽電池用接着シート

Info

Publication number: JP4950473B2
Application number: JP2005302211A
Authority: JP
Inventors: 憲一井上
Original assignee: Sekisui Film Co Ltd
Current assignee: Sekisui Film Co Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP2007134352A

Description

本発明は、太陽電池モジュールを作製する際、太陽電池素子と保護材とを接合するのに好適に用いられる太陽電池用接着シートに関する。

シリコンやセレンの半導体ウエハーからなる太陽電池モジュールは、上下面に太陽電池用接着シートが積層された太陽電池素子の上面に上部透明保護材を、下面に下部基板保護材を重ね合わせた上で、太陽電池素子を減圧下にて脱気しながら加熱し、太陽電池素子の上下面に保護材を接着シートを介して積層一体化させることにより製造されている。

このような太陽電池モジュールに用いられる太陽電池用接着シートとしては、特許文献１に、有機過酸化物を配合するエチレン共重合体からなる太陽電池モジュール用保護シートにおいて、有機過酸化物として、ジアルキルパーオキサイド（Ａ）と、アルキルパーオキシエステル及びパーオキシケタールからなる群より選ばれる少なくとも一種の過酸化物（Ｂ）を、（Ａ）／（Ｂ）の重量比が１０／９０〜９０／１０の割合で配合してなる太陽電池モジュール用保護シートが提案され、接着性を高めるためにカップリング剤を配合させてもよいことが開示されている。

しかしながら、上記太陽電池モジュール用保護シートは、カップリング剤を配合しない場合においては、シートの接着性が不足し、太陽電池モジュールの製造時における生産性、及び、得られる太陽電池モジュールの耐久性に問題を生じていた。

又、上記太陽電池モジュール用保護シートにカップリング剤を配合することも提案されているが、カップリング剤を配合すると、エチレン系共重合体の架橋反応を阻害してしまい、その結果、太陽電池モジュール用保護シートの耐熱性が低下するといった別の問題を生じていた。

そこで、有機過酸化物の添加量を増加させることも考えられるが、このように有機過酸化物の添加量を増加させると、有機過酸化物の分解に伴って、アセトンや二酸化炭素などの低分子量化合物が大量に発生して、太陽電池素子と保護材との対向面間に気泡膨れが発生し、太陽電池素子と保護材とが部分的に剥離してしまうといった問題を生じた。

特開平１１−２６７９１号公報

本発明は、接着性及び耐熱性に優れていると共に、太陽電池モジュールを製造する際に、太陽電池素子と保護材との対向面間に気泡膨れが発生しない太陽電池用接着シートを提供する。

本発明の太陽電池用接着シートＡは、図１に示したように、エチレン系共重合体１００重量部及び有機過酸化物０．０５〜３重量部からなるシート層１、１・・・が三層以上、積層一体化されてなる太陽電池用接着シートであって、上記シート層１、１・・・のうちの両側最外シート層1a、1bにのみ、エチレン系共重合体１００重量部に対してシランカップリング剤が０．０５〜３重量部含有されてなる。

上記シート層１は、エチレン系共重合体１００重量部及び有機過酸化物０．０５〜３重量部からなる。上記シート層１を構成しているエチレン系共重合体としては、エチレンと、エチレンと共重合しうる共重合性モノマーとの共重合体が挙げられる。

上記エチレンと共重合しうる共重合性モノマーとしては、特に限定されず、例えば、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸エステルなどが挙げられ、酢酸ビニルが好ましい。なお、上記共重合性モノマーは、単独でエチレンと共重合されていても、二種以上がエチレンと共重合されていてもよい。

又、上記エチレン系共重合体に含まれる共重合性モノマーの総量は、少ないと、得られる太陽電池用接着シートの透明性が不足し、太陽電池の発電性能が低下することがある一方、多いと、太陽電池用接着シートの製膜安定性や機械的強度が不十分になることがあるので、５〜５０重量％であることが好ましい。

上記エチレン系共重合体は、透明性や接着性などの優れた物性を有するものの、耐熱性が低いため、太陽電池モジュールの製造工程中の高温条件下では、変形してしまうという問題点がある。そこで、各シート層１に架橋剤として有機過酸化物を含有させて、エチレン系共重合体を架橋させることにより、太陽電池用接着シートＡの耐熱性を向上させている。

即ち、上記太陽電池用接着シートＡは、太陽電池モジュールの作製時に、上部透明保護材及び下部基板保護材と、太陽電池素子との間に介在させて用いられ、減圧下での加熱圧着によって太陽電池素子と上下保護材とを接着させている。太陽電池用接着シートＡに含有されている有機過酸化物は、上記加熱圧着工程中に加えられる熱によって分解され、エチレン系共重合体を架橋させる。

このような有機過酸化物としては、例えば、ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ヘキシルパーオキサイド、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サイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ジ（４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキシル）プロパン、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ−（３−メチルベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、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、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、２，２−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｎ−ブチル−４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレートなどが挙げられ、単独で用いられても、二種以上が併用されてもよい。又、各シート層において使用する有機過酸化物は、必ずしも同一でなくてもよいが、同一であることが好ましい。

そして、各シート層１に含まれる有機過酸化物の含有量は、少ないと、エチレン系共重合体の架橋が進まず、太陽電池用接着シートの耐熱性が不十分となって、得られる太陽電池モジュールの耐久性が不十分となる一方、多いと、有機過酸化物の分解に伴って、アセトンや二酸化炭素などの低分子量化合物が多量に発生して、太陽電池素子と保護材との対向面間に気泡膨れを生じ、太陽電池素子と保護材との接着性が低下して太陽電池素子の保護機能が低下するので、エチレン系共重合体１００重量部に対して、０．０５〜３重量部に限定され、０．２〜１重量部が好ましい。

本発明の太陽電池用接着シートＡには、その接着性を向上させる目的で、シランカップリング剤が含有されているが、上記シランカップリング剤が含有されると、太陽電池用接着シートを構成するエチレン系共重合体の架橋度が低下し、太陽電池用接着シートの耐熱性が低下する。そこで、太陽電池用接着シートＡの耐熱性を向上させるために有機過酸化物を増量することも考えられるが、上述のように、有機過酸化物の分解に伴って発生するアセトンや二酸化炭素などの低分子量化合物が原因となって、太陽電池素子と保護材との対向面間に気泡膨れが発生し、太陽電池素子と保護材とが部分的に剥離してしまうといった問題を生じる。

しかるに、本発明の太陽電池用接着シートＡを三層以上のシート層１、１・・・からなるものとし、上記シート層１のうち、両側最外シート層1a、1bにのみシランカップリング剤を含有させている一方、両側最外シート層1a、1b以外の残余のシート層（以下「中間シート層」という）1c、1c・・・にはシランカップリング剤を含有させないように構成している。

このように、太陽電池用接着シートＡのシート層１のうち、接着性を必要とする両側最外シート層1a、1bにのみシランカップリング剤を添加することによって、太陽電池用接着シートＡに含まれるシランカップリング剤の総量を太陽電池用接着シートＡの接着性を低下させることなく低減させていると共に、シランカップリング剤の影響を中間シート層1cに及ばないようにし、中間シート層1cを構成しているエチレン系共重合体の架橋反応が円滑に進行するように構成しており、よって、太陽電池用接着シートＡは、その全体の耐熱性が優れている上に、有機過酸化物の増量を要しないので、有機過酸化物の分解に伴って発生する低分子量化合物に起因した気泡膨れを生じることがない。

上記シランカップリング剤としては、ビニル基、アミノアルキル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基などの有機官能基と、メトキシ基、エトキシ基などの、無機質と反応性を有する置換基とを有するシラン化合物が挙げられ、特に限定はされないが、例えば、ビニ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−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられ、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルエトキシシランが好ましい。

上記太陽電池用接着シートＡの最外シート層1a、1bにおけるシランカップリング剤の含有量は、エチレン系共重合体１００重量部に対して、０．０５〜３重量部に限定され、０．０７〜１重量部が好ましい。これは、エチレン系共重合体１００重量部に対するシランカップリング剤の含有量が０．０５重量部よりも少ないと、太陽電池用接着シートの接着性が低下する一方、３重量部よりも多いと、上述のように、エチレン共重合体の架橋度が低下して太陽電池用接着シートの耐熱性が低下し、その結果、得られる太陽電池モジュールの耐久性が不足する虞れがあると共に、太陽電池用接着シートが変色してシートの外観や透明性にも悪影響を及ぼすからである。

なお、太陽電池用接着シートＡの両側最外シート層1a、1bのそれぞれに含有されるシランカップリング剤の量は、上記範囲内であれば、必ずしも同一でなくてもかまわないが、同一であることが好ましい。

そして、太陽電池用接着シートＡの両側最外シート層1a、1bの厚みは、薄いと、太陽電池用接着シートの接着性が低下することがある一方、厚いと、太陽電池モジュールの製造時に、太陽電池素子と保護材との対向面間に気泡膨れが発生することがあるので、両側最外シート層1a、1bの厚みの和が、太陽電池用接着シートＡの全厚みの１０〜４０％であることが好ましい。

なお、上記太陽電池用接着シートＡには、その物性を損なわない範囲内において、トリアリルイソシアヌレートなどの架橋助剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤及び光安定剤などが添加されていてもよい。

次に、太陽電池用接着シートＡの製造方法を説明する。本発明の太陽電池用接着シートＡの製造には、一般的な多層Ｔダイ押出機を用いることができ、例えば、製造する太陽電池用接着シートの層数分の押出機を用意し、これらの押出機のうち、２機の押出機に両側最外シート層1a、1b用のエチレン系共重合体、有機過酸化物及びシランカップリング剤からなる樹脂組成物を供給すると共に、残余の押出機に中間シート層1c用のエチレン系共重合体及び有機過酸化物からなる樹脂組成物を供給して、それぞれ有機過酸化物が実質的に分解しない温度で溶融混練し、多層Ｔダイ押出機からシート状に押出成形し、この溶融シートを冷却ロールで冷却する太陽電池用接着シートＡの製造方法が挙げられる。なお、組成が同一であるシート層が複数層ある場合は、一の押出機で樹脂組成物を溶融混練し、押出機から押出された溶融樹脂を所定の層数分に分岐させた上でＴダイに供給してもよい。

又、両側最外シート層1a、1b用の樹脂組成物及び中間シート層1c用の樹脂組成物を押出機にて溶融混練する時の温度は、使用する有機過酸化物の１時間半減期温度より１０℃以上低いことが好ましく、二種以上の有機過酸化物を用いる場合においては、使用する有機過酸化物の中で、最も低い有機過酸化物の１時間半減期温度より１０℃以上低い温度で溶融混練することが好ましい。

更に、上記太陽電池用接着シートＡは、太陽電池モジュール作製時の加熱圧着工程における脱気性を向上させるために、表面にエンボス加工が施されるのが好ましい。なお、太陽電池用接着シートＡの表面にエンボス加工を施す方法としては、公知の方法が用いられ、例えば、Ｔダイから押出された直後の溶融シートを、表面にエンボス模様が施されたエンボスロールと、このエンボスロールに対峙して配設されたゴムロールとの間に供給し、エンボスロールを溶融シートに押圧させて、太陽電池用接着シートＡの表面にエンボス加工を施す方法が挙げられる。なお、一旦製造された太陽電池用接着シートＡを再度、加熱して溶融状態とした上で上述の要領でエンボス加工を施してもよい。

そして、本発明の太陽電池用接着シートを用いた太陽電池モジュールの製造方法としては、太陽電池素子の上面に太陽電池用接着シートＡを介して上部透明保護材を、下面に太陽電池用接着シートＡを介して下部基板保護材を積層して積層体を製造し、この積層体を減圧下にて加熱することによって、太陽電池素子の上下面に太陽電池用接着シートＡを介して保護材を積層一体化させる太陽電池モジュールの製造方法が挙げられる。

この太陽電池モジュールの製造時において、上述のように、太陽電池モジュールを構成する太陽電池用接着シートが耐熱性に優れている上に、太陽電池用接着シートに含有させる有機過酸化物を増量する必要がないことから、太陽電池モジュールを構成する太陽電池素子と保護材との対向面間に、有機過酸化物の分解によって発生する低分子量化合物に起因した気泡膨れが発生して、太陽電池素子と保護材とが部分的に剥離してしまうことがなく、太陽電池素子と保護材とを長期間に亘って強固に一体化させておくことができ、得られる太陽電池モジュールは優れた耐久性を有する。

本発明の太陽電池用接着シートは、エチレン系共重合体及び所定量の有機過酸化物からなるシート層が三層以上、積層一体化されてなると共に、上記シート層のうちの両側最外シート層にのみ、所定量のシランカップリング剤が含有された構成をとることから、接着性を必要とする両側最外シート層にのみシランカップリング剤を集中的に含有させ、少ないシランカップリング剤の量でもって必要な接着性能を付与していると共に、両側最外シート層を除いた残余のシート層（中間シート層）にはシランカップリング剤を含有させておらず、中間シート層に必要な架橋構造を必要最小限の有機過酸化物量でもって付与し、太陽電池用接着シートに充分な耐熱性を付与することができる。

従って、本発明の太陽電池用接着シートによれば、太陽電池モジュールを製造するに際して、有機過酸化物の分解に起因した気泡膨れを生じさせることがなく、太陽電池素子と保護材とを強固に接着一体化させることができる。

更に、太陽電池用接着シートは、各シート層に充分な架橋構造が付与され耐熱性に優れていることから、長期間に亘って優れた接着性を確実に維持し、得られる太陽電池モジュールは優れた耐久性を有している。

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１〜３、比較例１〜５）
エチレン−酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含有量：２８重量％、メルトフローレイト：２０ｇ／１０分）１００重量部、表１に示した所定量のジクミルパーオキサイド（１時間半減期温度：１３６℃）、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１時間半減期温度：１３８℃）、３−アミノプロピルトリメトキシシラン及び３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、トリアリルイソシアヌレート０．３重量部、紫外線吸収剤０．２重量部、並びに、ヒンダードアミン系光安定剤０．２重量部からなる樹脂組成物を三機の押出機のそれぞれに供給して１２０℃で溶融混練した後、三機の押出機から一のフィードブロックに供給し、フィードブロックの先端に配設されたＴダイから押出して、厚みが０．５ｍｍの太陽電池用接着シートＡを得た。なお、太陽電池用接着シートＡにおける最外シート層1a、中間シート層1c及び最外シート層1bの厚み比が１：１０：１となるように調整した。

そして、表面にエンボス模様が施されたエンボスロールと、このエンボスロールに対峙して配設されたゴムロールとの間に、溶融状態の太陽電池用接着シートＡを供給し、エンボスロールを溶融状態の太陽電池用接着シートＡに押圧させて、太陽電池用接着シートの表面に深さ０．２ｍｍのエンボス加工を施した。

得られた太陽電池用接着シートＡのゲル分率及び接着性、並びに、太陽電池モジュールの接着性及び耐久性を下記に示した要領で測定し、その結果を表１に示した。

（ゲル分率）
得られた太陽電池用接着シートをその厚み方向に１５０℃にて２０分間に亘って熱プレスした後、太陽電池用接着シートから試験片０．２ｇを切り出した。

上記試験片を１１０℃のキシレン５０ミリリットル中に１２時間に亘って浸漬して、不溶解分を２００メッシュの金網で濾過し、金網上の残渣を真空乾燥して、乾燥残渣の重量Ａ（ｇ）を測定し、下記式を用いて算出した。
ゲル分率（重量％）＝１００ × Ａ／０．２

（接着性）
得られた太陽電池用接着シートを２０ｍｍ幅の短冊状に切断して試験片を作製した。この試験片をガラス板上に載置し、真空引きしながら１４５℃で１０分間に亘って熱処理して、試験片とガラス板とを接着させた後、ＪＩＳＺ１７０７（７．５ヒートシール強さ（３）操作）に準拠して１８０℃剥離試験を実施し、その剥離強度を測定して、下記基準にて判定した。
○ ：２０Ｎ／２０ｍｍ以上
× ：２０Ｎ／２０ｍｍ未満

（太陽電池モジュールの耐久性）
太陽電池用シリコン半導体ウエハーの上面に太陽電池用接着シートを介して透明平板ガラスを積層し、太陽電池用シリコン半導体ウエハーの下面に太陽電池用接着シートを介してポリフッ化ビニルシートを積層させて積層体を作製した。

この積層体を１．３ｋＰａの減圧下にて１５０℃に加熱して、太陽電池用シリコン半導体ウエハーの上面に太陽電池用接着シートを介して透明平板ガラスが積層一体化され且つ下面に太陽電池用接着シートを介してポリフッ化ビニルシートが積層一体化されてなる太陽電池モジュールを作製した。

得られた太陽電池モジュールを１５０℃に維持された恒温槽内に５時間に亘って放置した後、太陽電池モジュールを目視観察し、太陽電池モジュールの太陽電池用接着シートの変色、太陽電池用シリコン半導体ウエハーと透明平板ガラスとの間の剥離の有無、及び、太陽電池用シリコン半導体ウエハーとポリフッ化ビニルシートとの間の剥離の有無などの異常の有無から下記基準に基づいて判定した。
○ ：問題発生なし
△ ：膨れ・剥離箇所の発生が二箇所以内
× ：変色若しくは膨れ・剥離が三箇所以上発生

本発明の太陽電池用接着シートの一例を示した縦断面図である。

符号の説明

１シート層
1a、1b 最外シート層
1c 中間シート層
Ａ太陽電池用接着シート

Claims

エチレン系共重合体１００重量部及び有機過酸化物０．０５〜３重量部からなるシート層が三層以上、積層一体化されてなる太陽電池用接着シートであって、上記シート層のうちの両側最外シート層にのみ、エチレン系共重合体１００重量部に対してシランカップリング剤が０．０５〜３重量部含有されていることを特徴とする太陽電池用接着シート。