JP4977111B2 - 太陽電池モジュールの分離回収方法 - Google Patents
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Description
更に、EVAシートは他のモジュール構成部材と強固に結合しており、モジュールから受光面保護層や太陽電池セル、封止材層、裏面保護層を分離し、受光面保護層や太陽電池セルを回収することは困難である。
<1> 受光面保護層、太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および裏面保護層を有する太陽電池モジュールに、アルコール溶液を付与するアルコール溶液処理工程と、前記受光面保護層、前記太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、前記不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および前記裏面保護層を分離・回収する部材分離回収工程と、を有する太陽電池モジュールの分離回収方法である。
本発明の太陽電池モジュールの分離回収方法は、受光面保護層、太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および裏面保護層を有する太陽電池モジュールに、アルコール溶液を付与するアルコール溶液処理工程と、前記受光面保護層、前記太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、前記不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および前記裏面保護層を分離・回収する部材分離回収工程と、を有する。
さらに、本発明の効果を損なわない限度において、分離した各部材を洗浄したり乾燥する工程を有していてもよい。
本発明の太陽電池モジュールの分離回収方法におけるアルコール溶液処理工程は、受光面保護層、太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および裏面保護層を有する太陽電池モジュールに、アルコール溶液を付与する工程である。
本発明における太陽電池モジュールは、後述するように、例えば、受光面保護層と、太陽電池セルが封止された封止材層と、裏面保護層とが順次積層された積層体を含んで構成することができる。このような太陽電池モジュールに、アルコール溶液を付与して処理することにより、受光面保護層と封止材層と裏面保護層とを分離し、各々の部材として回収することができる。封止材層に封止された太陽電池セルは、封止材の加熱溶融により回収することができる。
前記アルコールは、それぞれ1種類以上を混合して用いることができる。前記アルコールには、水や他の低沸点溶剤、アセトン、酢酸エチル、エーテルなどを50%程度まで加えてもよい。
本発明の太陽電池モジュールの分離回収方法における部材分離回収工程は、前記受光面保護層、前記太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、前記不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および前記裏面保護層を分離・回収する工程である。
本発明において用いられる太陽電池モジュールは、受光面保護層と、太陽電池セルと、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層と、裏面保護層とを有する。
前記太陽電池モジュールは、受光面保護層と太陽電池セルが封止された封止材層と裏面保護層とが順次積層されてなる積層体を含んで構成される。
受光面保護層と太陽電池セルは、太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、すなわち、太陽電池セルが直接受光保護層に蒸着して一体となっているものを用いてもよい。
封止材層は、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する。前記不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物は、封止材として機能する。以下、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を単に「封止材」とも称する。
前記不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸モノエステルなどが挙げられ、特にアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。エチレン・アクリル酸共重合体およびエチレン・メタクリル酸共重合体の亜鉛アイオノマーは、特に好ましいアイオノマーの例である。
なお本発明で不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマーとはエチレン系亜鉛アイオノマーのベースポリマーのエチレン・不飽和カルボン酸共重合体中の不飽和カルボン酸単位含量が1質量%以上であるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体の亜鉛アイオノマーを意味する。
また、エチレン系亜鉛アイオノマーの融点の低下抑制、吸湿性の増加防止、および接着性が不充分なものとなることを防止する観点から、エチレン系亜鉛アイオノマーのベースポリマーであるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体の不飽和カルボン酸単位含量は、20質量%以下、好ましくは15質量%以下であることが望ましい。
前記エチレン系亜鉛アイオノマー組成物は、アミノ基を有するアルコキシシランを含有することが好ましい。
前記アミノ基を有するアルコキシシランとしては、具体的には、例えば、3−アミノプロピルトリメトキシキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシキシシランなどのアミノートリアルコキシシラン類、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、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロプルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロプルメチルジエトキシシラン、3−メチルジメトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、3−メチルジメトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミンなどのアミノ−ジアルコキシシラン類などを挙げることができる。
特にジアルコキシシランを用いた場合には、アイオノマー100質量部に対し、アミノ基を含有するジアルコキシシラン3質量部以下を含有していることが好ましい。
また、エチレン系亜鉛アイオノマーには、太陽光線中の紫外線に基づく封止材の劣化を防ぐために、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤などの耐候安定剤の少なくとも一種を配合するのが効果的である。
酸化防止剤として、例えば各種ヒンダードフェノール系やホスファイト系のものが好適に使用することができる。また光安定剤としては、ヒンダードアミン系のものが好適に使用することができる。
これら、耐候安定剤は、エチレン系亜鉛アイオノマー100質量部に対し、5質量部以下、とくに0.1〜3質量部の割合でエチレン系亜鉛アイオノマー組成物に配合するのが効果的である。
ガラス、太陽電池セルに接する面にアミノ基を含有するジアルコキシシランを配合しないエチレン系亜鉛アイオノマー組成物の封止材を、裏面保護層に接する面にアミノ基を含有するジアルコキシシランを配合したエチレン系亜鉛アイオノマー組成物の封止材を用いるのが望ましい。そのため封止材は2層構成や3層構成、それ以上の多層構成であってもよい。
太陽電池セルを構成する太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、ガリウムー砒素、銅−インジウム−セレン、カドミウムーテルルなどのIII−V族やII−VI族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができる。本発明における封止材は、とくにアモルファス太陽電池素子、例えばアモルファスシリコンの封止に有用である。
太陽電池モジュールを構成する受光面保護層(上部受光面保護層)の保護材としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂などを例示することができるが、この中ではガラスが本発明の効果が最も発現する(すなわち処理後の保護層と封止材層の剥離性が優れる)ので好ましい。
また、裏面保護層(下部裏面保護層)の保護材としては、金属や各種熱可塑性樹脂フイルムなどの単体もしくは多層のシートであり、例えば、錫、アルミ、ステンレススチールなどの金属、ガラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィンなどの1層もしくは多層のシートを例示することができる。また接着性を改良するために表面にコロナ処理やプライマー処理が施されていてもよい。本発明における封止材は、これらの上部又は下部保護層に対して良好な接着性を示す。
分離回収された受光面保護層は容易に再利用することができる。より具体的には、受光面保護層が例えば強化ガラスの場合は、表面清浄し乾燥した後、再度保護層として、或いは再生ガラス原料として再利用することができる。
原料として、下記材料を準備した。
−A.樹脂−
a.エチレン系亜鉛アイオノマー(1)
〔エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸単位含量:15重量%)の亜鉛アイオノマー、MFR:5g/10分、亜鉛中和度:23%〕
b.エチレン系亜鉛アイオノマー(2)
〔メタクリル酸含量:8.5質量%、MFR:5.5g/10分、亜鉛中和度17%〕
c.エチレン系亜鉛アイオノマー(3)
〔メタクリル酸含量:10質量%、MFR:11g/10分、亜鉛中和度21%〕
a.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
b.3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
・酸化防止剤:Irganox1010(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)
・紫外線吸収剤:2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン
・耐光安定剤:ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート
・シランカップリング剤: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
基材として、下記材料を準備した。
a.白板熱処理ガラス(受光面保護層)
厚み3.2mm、サイズ7.5cm×12cm(旭硝子社製)
b.バックシート(裏面保護層)
アルミ箔入りPET(凸版印刷社製、構成:黒PET/PET/Al箔/白PET)
黒PET面にコロナ処理をかけたもの。
−封止材1の作成−
エチレン系亜鉛アイオノマー(1)4600gと、予めエチレン系亜鉛アイオノマー(1)に紫外線吸収剤6g及び耐光安定剤3gを練りこんだマスターバッチ400gと、酸化防止剤1.5gとをそれぞれ秤量し混合して混合物1を得た。混合物1を、押出機(L/D=26、フルフライトスクリュー、圧縮比2.6)を用いて加工温度180℃にて混練して、均一な厚み0.2mmのシートである封止材1を得た。
エチレン系亜鉛アイオノマー(2)4600gと、予めエチレン系亜鉛アイオノマー(2)に紫外線吸収剤6g及び耐光安定剤3gを練りこんだマスターバッチ400gと、酸化防止剤1.5gとをそれぞれ秤量し混合して混合物2を得た。混合物2を、押出機(L/D=26、フルフライトスクリュー、圧縮比2.6)を用いて加工温度180℃にて混練して、均一な厚み0.2mmのシートである封止材2を得た。
エチレン系亜鉛アイオノマー(2)4600gと、予めエチレン系亜鉛アイオノマー(2)に紫外線吸収剤6g及び耐光安定剤3gを練りこんだマスターバッチ400gと、酸化防止剤1.5gと、シランカップリング剤(a)10gとをそれぞれ秤量し混合して混合物3を得た。混合物3を、押出機(L/D=26、フルフライトスクリュー、圧縮比2.6)を用いて加工温度180℃にて混練して、均一な厚み0.2mmのシートである封止材3を得た。
エチレン系亜鉛アイオノマー(3)4600gと、予めエチレン系亜鉛アイオノマー(3)に紫外線吸収剤6g及び耐光安定剤3gを練りこんだマスターバッチ400gと、酸化防止剤1.5gと、シランカップリング剤(a)20gとをそれぞれ秤量し混合して混合物4を得た。混合物4を、押出機(L/D=26、フルフライトスクリュー、圧縮比2.6)を用いて加工温度180℃にて混練して、均一な厚み0.2mmのシートである封止材4を得た。
以上のようにして得た基材(白板ガラス、バックシート)と太陽電池セルと封止材1〜4とを、下記条件で貼り合わせて積層体を作成した。
・条件:150℃で、真空3分と加圧3分との計6分で基材と封止材とを貼り合わせた。
・貼り合わせ装置:NPC製ラミネーターLM−50x50S
・貼り合わせ構成:白板ガラス/封止材/バックシート
白板ガラス上に、封止材1、ついで封止材4を重ねて、その上にバックシートを置き、温度150℃で、6分間で貼り合わせて、積層体を得た。得られた積層体に、バックシートの上から千枚通しを用いて0.5mm間隔で穴を開けて、積層体1を得た。この積層体1について下記<5.試験方法>により、アルコール溶液浸漬処理を行いアルコール溶液浸漬による剥離試験〔リサイクル試験〕を行った。
白板ガラス上に封止材2、ついで封止材3を重ねて、その上にバックシートを置き、温度150℃で、6分間で貼り合わせて、積層体を得た。得られた積層体をバックシートの上から千枚通しを用いて0.5mm間隔で穴を開けて、積層体2を得た。この積層体2について下記<5.試験方法>により、アルコール溶液浸漬処理を行いアルコール溶液浸漬による剥離試験〔リサイクル試験〕を行った
白板ガラス上に封止材1、ついで封止材3を重ねて、その上にバックシートを置き、温度150℃で、6分間で貼り合わせて、積層体を得た。得られた積層体をバックシートの上から千枚通しを用いて0.5mm間隔で穴を開けて、積層体3を得た。この積層体3について下記<5.試験方法>により、アルコール溶液浸漬処理を行いアルコール溶液浸漬による剥離試験〔リサイクル試験〕を行った。
白板ガラス上に封止材1、ついで封止材3を重ねて、その上にバックシートを置き、温度150℃で、6分間で貼り合わせて、積層体4を得た。得られた積層体4は千枚通しでは穴を開けなかった。この積層体4について下記<5.試験方法>により、アルコール溶液浸漬処理を行いアルコール溶液浸漬による剥離試験〔リサイクル試験〕を行った。
得られた積層体1〜4を用い、アルコール溶液処理工程前におけるガラス/封止材間、およびバックシート/封止材間の接着強度試験(a.接着強度試験)、およびアルコール溶液処理工程後におけるガラス/封止材間、およびバックシート/封止材間の接着強度試験(b.アルコール溶液浸漬による剥離試験〔リサイクル試験〕)を行った。
積層体1〜4を、それぞれ15mm幅に切り出し、島津製作所社製AG-Xを用いて引張速度100mm/分で、ガラス/封止材間、およびバックシート/封止材間の接着強度を測定した。ガラス/封止材間の接着強度は、バックシートと封止材一体でガラスから剥離することにより測定した。測定結果を下記表1の「処理前」の欄に示す。
積層体1〜4を、それぞれ83℃に加温したエタノールに浸漬し、16時間後に取りして、液をふき取り、島津製作所社製AG-Xを用いて引張速度100mm/分で、ガラス/封止材間、およびバックシート/封止材間の剥離強度を測定した。ガラス/封止材間の接着強度は、バックシートと封止材一体でガラスから剥離することにより測定した。測定結果を下記表1の「処理後」の欄に示す。
Claims (7)
- 受光面保護層、太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および裏面保護層を有する太陽電池モジュールに、アルコール溶液を付与するアルコール溶液処理工程と、
前記受光面保護層、前記太陽電池セル若しくは太陽電池セルを直接受光保護材に蒸着した層、前記不飽和カルボン酸を1質量%以上含有するエチレン系亜鉛アイオノマー組成物を含有する封止材層、および前記裏面保護層を分離・回収する部材分離回収工程と、を有する太陽電池モジュールの分離回収方法。 - 前記エチレン系亜鉛アイオノマー組成物が、エチレン系亜鉛アイオノマー100質量部に対し、アミノ基を有するジアルコキシシラン3質量部以下を含有する請求項1に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
- 前記封止材層が、前記エチレン系亜鉛アイオノマー組成物を2以上積層した層である請求項1又は請求項2に記載に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
- 前記アルコール溶液処理工程は、前記太陽電池モジュールを温度40℃以上のアルコール溶液に浸漬する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
- 前記アルコール溶液が、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
- 前記アミノ基を有するジアルコキシシランが、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である請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
- 前記アルコール溶液処理工程が、前記太陽電池モジュールを前記アルコール溶液に浸漬する前に、前記裏面保護層に2以上の穴を開ける工程をさらに有する請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールの分離回収方法。
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