JP5034175B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
ら、ポリエステルフィルムを用いるディメリットとして挙げられるのは、太陽電池モジュールを構成する充填材(エチレン−酢酸ビニル共重合体)との密着性である。
互いに配線された複数の太陽電池素子の間隙を充填材で埋め、裏面を封止用シートで保護して構成される太陽電池モジュールにおいて、
前記充填材がシランカップリング材を含むエチレン−酢酸ビニル共重合体からなり、
前記封止用シートが、前記充填材と貼り合わさる面に易接着コート層を設けて構成されており、
前記封止用シートが、白色ポリエステル基材と、無機化合物蒸着層を設けたポリエステル基材と、耐加水分解性ポリエステル基材とを積層して構成され、かつ、充填材と貼り合わさる面が前記白色ポリエステル基材によって構成されており、
前記易接着コート層が、下記樹脂(A)と樹脂(B)との樹脂混合物(C)からなることを特徴とする太陽電池モジュールである。
樹脂(A);アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂、あるいはこれらの変性物から選ばれる樹脂。
樹脂(B);アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂あるいはこれらの変性物の樹脂骨格に、下記一般式(1)[ただし、式中、R1、R2、R3は、水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基、ビニル基、グリシジル基、イソシアネート基、メルカプト基、アミン基を有する置換基のいずれかから選択され、R4は、易接着コート層を構成するアクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂の骨格を表わす。]で表される化合物を共重合させた樹脂。
太陽電池裏面封止用シートの太陽電池モジュールを構成する充填材、特にエチレン−酢酸ビニル共重合体と貼り合わさる面に、アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂あるいはこれらの変性物から選ばれる樹脂(A)、あるいは樹脂(A)の樹脂骨格に下記一般式(1)で表される化合物を導入してなる樹脂(B)、あるいは前記樹脂(A)と樹脂(B)との樹脂混合物(C)の樹脂に、さらに下記一般式(2)で表される化合物を配合した易接着コート層を設けていることを特徴とする。
剤も配合されており、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどが配合されている。
チル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等)、N−アルコキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルコキシ(メタ)アクリルアミド、(アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基等)、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−フェニル(メタ)アクリルアミドなどのアミド基含有モノマー、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどの水酸基含有モノマー、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のグリシジル基含有モノマーなどを共重合させたものを用いることが可能である。さらにはビニルイソシアネート、アリルイソシアネート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、マレイン酸、アルキルマレイン酸モノエステル、フマル酸、アルキルフマル酸モノエステル、イタコン酸、アルキルイタコン酸モノエステル、(メタ)アクリロニトリル、塩化ビニリデン、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ブタジエン等のモノマーを共重合した、油性あるいは水性あるいは水分散性ポリマーを用いることが可能である。
ールプロパンなどの多価アルコールと反応させたアダクト体、水と反応させることで得られたビューレット体、あるいは三量体であるイソシアヌレート体などのポリイソシアネート類を作用させることによって得られたポリウレタンが挙げられる。また、上述したポリイソシアネートと作用させる官能基としてエチレンイミンやその誘導体、あるいはそのカルボン酸基やスルホン酸基やアミノ基あるいはこれらの塩も併用することも可能であり、このような油性、水性のポリウレタンを用いることが可能である。
(1)加熱された天板(およそ120〜160℃)上にガラス板、充填材、セル、充填材、裏面封止用シートをセットする。
(2)チャンバー1、2を真空引きする。
(3)チャンバー1を大気開放し、耐熱性を有するゴムシートをモジュールに密着させる。
4)その熱/圧力で充填材であるエチレン酢酸ビニル共重合体を溶融、セルの包埋、ガラス板/セル/裏面封止シートと接着、充填材の架橋・固化させる。
この時(4)の工程では、ラミネート後に別ラインに設けたオーブンにて架橋反応をさせるケースと、ラミネーター内部で架橋反応をさせるケースとに分類される。前者はスタンダードキュアといわれるタイプで、後者はファストキュアといわれるタイプである。それぞれのタイプでメリット/ディメリットを有するが、ファストキュアの場合はスタンダードキュアよりも熱をかける時間が短いため、太陽電池裏面封止用シートの密着に影響を与える可能性がある。よって、上述した易接着コート層は、スタンダードキュアタイプのように熱量を稼げるようなプロセスであれば適応可能であるが、ファストキュアタイプのように熱量が稼げない場合には、密着不良を伴う恐れがある。
ン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリエトキシシランなどの、シラノール基以外の反応性官能基としてグリシジル基、アミノ基、イソシアネート基、メルカプト基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基などを有する各種シラン化合物を、上記ポリマー骨格の官能基と作用させることで形成させることが可能である。
ム、酸化珪素、酸化錫、酸化マグネシウム、酸化インジウムあるいはこれらの複合酸化物などが挙げられ、透明で、かつ、酸素、水蒸気等のガスバリア性を有するものであればよい。その中では、特に酸化アルミニウム及び酸化珪素が好ましい。その厚さは、用いられる無機酸化物の種類・構成により最適条件は異なるが、一般的には5〜300nmの範囲内が望ましく、その値は適宜選択される。膜厚が5nmより薄いと均一な膜が得られず、かつ、バリア機能を発現させるための十分な膜厚でない。膜厚が300nmより厚い場合は薄膜の柔軟性にかけ、外的応力により用意に亀裂を生じるおそれがある。好ましくは、10〜150nmの範囲内である。これらの蒸着層を設ける方法としては、通常の真空蒸着法により形成することができるが、その他の薄膜形成方法であるスパッタリング法やイオンプレーティング法、プラズマ気相成長法(CVD)などを用いることも可能である。また、必要に応じては更なるガスバリア性の向上という点から、上記無機化合物の蒸着層上に、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分あるいは完全けん化物とシラン化合物からなるオーバーコート層を設けても構わない。これらのオーバーコート層は主にグラビアコートなどの手法により設けることが可能である。この構成の太陽電池裏面封止用シートの具体例を図5に示す。
<基材:1−1>
厚さ50μmの「微発泡タイプ」白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。このポリエステルフィルムは、中間層に微発泡層を設けた2種3層の多層フィルムであり、中間層が80%を占める。この白色ポリエチレンテレフタレートフィルムの両面にコロナ処理を施した。この基材を太陽電池モジュール充填材に貼り合わさる基材として用いた。
<基材:2−1>
厚さ12μmの通常の2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムにPVD法でアルミナ蒸着層を20nm、さらにオーバーコート層としてエチレン−酢酸ビニル共重合体の完全けん化物にシラン化合物からなるコーティング層を1μm設けた。この基材をガスバリア基材として用いた。
<基材:3>
厚さ125μmの耐加水分解性ポリエチレンテレフタレートフィルムを主基材として用いた。この基材のオリゴマーコンテントは0.5wt%、数平均分子量は19500、固
有粘度は0.7dl/gである。
基材:1−1と基材:2−1を蒸着層を貼り合わせ面側にくるように、ウレタン系接着剤{ポリエステル系主剤+(イソホロンジイソシアネート/キシリレンジイソシアネート)系硬化剤}にてドライラミネート手法によりラミネートを行った。この積層体をさらに基材:3と同様の手法により積層させた。得られた積層体は50℃環境下で96時間エージングを施した。このようにして得られた積層体を太陽電池裏面封止用シートとして用いた。
太陽電池モジュール用充填剤として、スタンダードキュアタイプ、ファストキュアタイプのエチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂組成物を用いた。太陽電池セルは多結晶系シリコンのものを用いた。A4サイズの強化ガラス上に、同じサイズで厚さ600μmの上記エチレン−酢酸ビニル共重合体シートで挟み込んだセルを乗せ、さらにその上に下記実施例記載の裏面封止用シートを設けた。事前に40℃で3分予備加熱を行った後、150℃で真空引き6分、圧着8分の条件、圧力1気圧でラミネートを施した。ファストキュアタイプはこのラミネートサンプルを評価として用いた。スタンダアードキュアタイプは、さらに150℃に加温したオーブン中に30分保管し、架橋反応を進行させた。その後、アルミフレームで枠組みを行った。
上記サンプルのラミネート直後および85℃−85%RH環境で1000時間促進試験を行った時のラミネート強度(15mm幅)をテンシロンにてクロスヘッドスピード300mm/minで測定し、上記保存評価前後の強度の変化率が50%以上の場合に合格とした。また、太陽電池の電気出力特性はJIS−C8913に従い測定し、上記保存評価前後の最大出力の変化率が95%以上の場合に合格とした。
易接着コート層を設けずに、上記太陽電池裏面封止用シートを用いて評価を行った。結果を表1および表2に示す。
基材:1−1にあらかじめ、共重合ポリエステル主剤をイソシアネート伸長させたポリエステルウレタン系易接着コート層を設けた以外は、比較例1と同じである。
基材:1−1にあらかじめ、<比較例2>記載のポリウレタン系樹脂をシランカップリング剤によりハイブリッド化させたウレタンシリカハイブリッド体(荒川化学製ユリアーノ)を設けた以外は、比較例1と同じである。なお、<比較例2>はこのウレタンシリカハイブリッド体のシラン未変性物である。
基材:1−1にあらかじめメタクリル酸メチルを主骨格とする共重合アクリル系コート層を設けた以外は比較例1と同じである。
基材:1−1にあらかじめ<比較例3>記載のアクリル系樹脂をシランカップリング剤によりハイブリッド化させたアクリルシリカハイブリッド体(荒川化学製コンポセラン)を設けた以外は、比較例1と同じである。なお、<比較例3>はこのアクリルシリカハイ
ブリッド体のシラン未変性物である。
基材:1−1にあらかじめビスフェノールA型エポキシ樹脂をメラミン系硬化剤で熱硬化させたコート層を設けた以外は比較例1と同じである。
基材:1−1にあらかじめ比較例4記載のビスフェノールA型エポキシ樹脂をシランカップリング剤によりハイブリッド化させた、エポキシシリカハイブリッド体(荒川化学製コンポセラン)を設けた以外は、比較例1と同じである。なお、比較例4はこのエポキシシリカハイブリッド体のシラン変生物である。
基材:1−1にポリエステル骨格を導入したアクリル樹脂(綜研化学工業製サーモラック)を設けた以外は比較例1と同じである。
比較例5のコート剤に、メタアクリル酸メチル骨格を主とし、(メタ)アクリル系シランカップリング剤を共重合させたアクリル系樹脂(綜研化学工業製アクトフロー)を配合した以外は、比較例1と同じである。
基材:1−1に溶剤可溶型共重合ポリエステル(東洋紡製バイロン)を設けた以外は比較例1と同じである。
比較例6のコート剤に、イソシアネートシラン(アズマックス社製)およびヘキサメチレンジイソシアネートのビューレット体(三井武田ケミカル製)を設けた以外は比較例1と同じである。
厚さ50μmの「顔料練りこみタイプ」白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。このポリエステルフィルムは、単層フィルムである。この白色ポリエチレンテレフタレートフィルムの両面にコロナ処理を施した基材を用いた以外は、実施例1と同じである。以下基材:1−2とする。
厚さ50μmの「顔料練り込みタイプ」白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。このポリエステルフィルムは、中間層に顔料練り込み層を設けた2種3層の多層フィルムである。この白色ポリエチレンテレフタレートフィルムの両面にコロナ処理を施した基材を用いた以外は、実施例1と同じである。以下基材:1−3とする。
<比較例7>
未蒸着のポリエステルフィルム基材12μmを用いた以外は実施例1と同じである。以下基材:2−2とする。
着性で易接着コート層の効果が明瞭であることが確認される。その結果、太陽電池としての電気特性保持率も良好な結果が得られている。また、この易接着コート層も充填材であるエチレン−酢酸ビニル共重合体の架橋タイプ(スタンダードキュア、ファストキュア)によって密着性が大きく異なり、前出の一般式(1)、(2)で表される化合物が未添加の場合は、ラミネート強度の変化率が大きく、スタンダードキュアでは合格のレベルでも、ファストキュアの場合では、不合格の構成も見受けられる。そのため、スタンダード、ファストとも双方に良好な密着性を与えるためには、一般式(1)、(2)で表される化合物の添加が有効であることが確認される。また、白色ポリエステルフィルムを用いる場合には、多層の中間層に白色ポリエステル樹脂層を設けたほうが、密着性に関して有効であることが確認される。さらに、ガスバリア層の存在は、太陽電池モジュール自体の電気特性を保証するという意味でも、外観という意味でも必須であることが確認される。
A−1:太陽電池セル
A−2:充填材
A−3:ガラス板
B:裏面封止シート
B−1:易接着コート層
B−2:ポリエステル層
B−3:白色ポリエステル層
B−4:接着剤層
B−5:無機化合物蒸着層
B−6:オーバーコート層
C:ラミネーター
C−1:天板
C−2:チャンバー1
C−3:チャンバー2
C−4:ゴムシート
Claims (2)
- 互いに配線された複数の太陽電池素子の間隙を充填材で埋め、裏面を封止用シートで保護して構成される太陽電池モジュールにおいて、
前記充填材がシランカップリング材を含むエチレン−酢酸ビニル共重合体からなり、
前記封止用シートが、前記充填材と貼り合わさる面に易接着コート層を設けて構成されており、
前記封止用シートが、白色ポリエステル基材と、無機化合物蒸着層を設けたポリエステル基材と、耐加水分解性ポリエステル基材とを積層して構成され、かつ、充填材と貼り合わさる面が前記白色ポリエステル基材によって構成されており、
前記易接着コート層が、下記樹脂(A)と樹脂(B)との樹脂混合物(C)からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
樹脂(A);アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂、あるいはこれらの変性物から選ばれる樹脂。
樹脂(B);アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂あるいはこれらの変性物の樹脂骨格に、下記一般式(1)[ただし、式中、R1、R2、R3は、水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基、ビニル基、グリシジル基、イソシアネート基、メルカプト基、アミン基を有する置換基のいずれかから選択され、R4は、易接着コート層を構成するアクリル系、エポキシ系、フェノール系、ポリエステル系、ウレタン系、スチレン系樹脂の骨格を表わす。]で表される化合物を共重合させた樹脂。
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