JP5920215B2 - 波長変換型太陽電池封止材、及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
また、特開2006−303033号公報には、波長変換材料として、蛍光物質である希土類錯体を封止材中に含有させる方法の提案がされている。
即ち、本発明は以下の通りである。
前記太陽電池セルの受光面側に設けられた、前記<1>又は<2>に記載の波長変換型太陽電池封止材と、
を有する太陽電池モジュール。
また、蛍光物質を含む第二の封止層の厚さは、波長変換効率の観点から、1μm〜800μmであることが好ましく、10μm〜600μmであることがより好ましい。
図1の太陽電池モジュールでは、太陽電池セル10の受光面側の表面に、保護ガラス(カバーガラスともいう)20を備える。保護ガラス20としては特に制限されないが、耐衝撃性を考慮して強化ガラスが好んで用いられる。なお、下記に示す封止材(充填材ともいう)との密着性を向上させるために、保護ガラス20の封止材側の表面はエンボス加工による凹凸模様が施されることが好ましい。保護ガラス20の受光側表面は平滑であってもよいし、太陽光の導入効率を高めるため、凹凸形状が施されていてもよい。
以下では、本発明の波長変換型太陽電池封止材に用いる物質について、詳細に説明する。
本発明に用いる好適な蛍光物質としては、希土類金属の有機錯体が挙げられる。なかでもユーロピウム錯体又はサマリウム錯体が好ましく、ユーロピウム錯体がより好ましい。
蛍光物質にユーロピウム錯体を用いることで、高い発電効率を有する太陽電池モジュールを実現できる。ユーロピウム錯体は、紫外線域の光を高い波長変換効率で赤色の波長域の光に変換し、この変換された光が太陽電池セルで発電に寄与する。
また前記蛍光物質を樹脂粒子に内包する方法としては、通常用いられる方法を特に制限はなく用いることができる。例えば、前記蛍光物質と樹脂粒子を構成するモノマー化合物の混合物を調製し、これを重合することで調製することができる。具体的には、例えば、蛍光物質およびビニル化合物を含む混合物を調製し、ラジカル重合開始剤を用いてビニル化合物を重合することで、蛍光物質が内包された樹脂粒子(球状蛍光体)として波長変換用蛍光材料を構成することができる。尚、本発明において波長変換用蛍光材料とは、蛍光物質を含んだビニル化合物を重合して得られる状態のものを指す。
波長変換用蛍光材料の平均粒子径は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター社製、LS13320)を用いて行なうことができる。
有機過酸化物としては例えば、イソブチルパーオキサイド、α,α’ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−s−ブチルパーオキシジカーボネート、1,1,3,3−テトラメチルブチルネオデカノエート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ビス(エチルヘキシルパーオキシ)ジカーボネート、t−ヘキシルネオデカノエート、ジメトキシブチルパーオキシジカーボネート、ビス(3−メチル−3−メトキシブチルパーオキシ)ジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、サクシニックパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイル)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、4−メチルベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、m−トルオイルベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)2−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス(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−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサノン、2,2−ビス(4,4−ジブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、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−ビス(m−トルオイルパーオキシ)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−ビス(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−ビス(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−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、ジ−t−ブチルパーオキシイソフタレート、α,α’ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(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−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、t−ブチルトリメチルシリルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン等を使用することができる。
蛍光物質の好ましい含有量は、ビニル化合物100質量部に対し0.001〜30質量部であることが好ましく、0.01〜20質量部であることがより好ましく、0.01〜10質量部であることが更に好ましい。
本発明の波長変換型太陽電池封止材は、前記蛍光物質又は前記波長変換用蛍光材料を分散させる分散媒樹脂を含有する。分散媒樹脂の具体的な例としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、これらの共重合体等が挙げられる。
前記分散媒樹脂は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルとして具体的には、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジルなどを例示することができる。
これらの不飽和単量体は、1種単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
なお、シート成形の観点からは、EVAにおける酢酸ビニル単位の含有率が10〜50質量%であることが好ましく、20〜35質量%であることがより好ましい。
EVAは市販されているものを適用でき、市販品としては、例えば、東ソー(株)製のウルトラセン、三井・デュポンポリケミカル株式会社製のエバフレックス、旭化成ケミカルズ社製のサンテックEVA、宇部丸善ポリエチレン社製のUBE EVAコポリマー、住友化学社製のエバテート、日本ポリエチレン社製のノバテックEVAなどを挙げることができる。
架橋性モノマーとしては、例えば、多価アルコールにα,β−不飽和カルボン酸を反応させて得られる化合物(例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(エチレン基の数が2〜14のもの)、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(プロピレン基の数が2〜14のもの)、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAポリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAトリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAデカオキシエチレンジ(メタ)アクリレート等);グリシジル基含有化合物にα,β−不飽和カルボン酸を付加して得られる化合物(例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルトリアクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート等);多価カルボン酸(例えば、無水フタル酸)と水酸基及びエチレン性不飽和基を有する物質(例えば、β−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート)とのエステル化物;ウレタン(メタ)アクリレート(例えば、トリレンジイソシアネートと2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸エステルとの反応物、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートとシクロヘキサンジメタノールと2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸エステルとの反応物等);等を挙げることができる。
なお、上記架橋性モノマーは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
前記ラジカル重合開始剤としては、特に制限なく通常用いられるラジカル重合開始剤を用いることができる。例えば、上述の過酸化物等が挙げられる。
具体的には、例えば、スペーサーを介して2枚の離型シートを対向させ、2枚の離型シート間に形成された空隙に前記溶融混練した組成物を付与し、両側から熱プレスして第二の封止層を形成し、更に同様の方法で但し蛍光物質を含有しない第一の封止層を形成し、この第二の封止層と第一の封止層を積層して、これを離型シートに挟んで両側から熱プレスすることで、波長変換型太陽電池封止材が得られる。
本発明において、太陽電池モジュールは、反射防止膜(図示せず)、保護ガラス20、上記説明の波長変換型太陽電池封止材30、太陽電池セル10、裏面用封止材36、バックフィルム40、セル電極(図示せず)、タブ線(図示せず)等の必要部材から構成される。
詳細には、太陽電池セル10及び太陽電池セル10よりも光入射側に設けられる層がm層(mは2以上)からなり、前記m個の層のそれぞれの屈折率を、光入射側から順にn1、n2、・・・、nm−1、nmとしたときに、n1≦n2≦・・・・≦nm−1≦nmが成り立つことが望ましい。なお、本発明の波長変換型太陽電池封止材30は、2層以上の封止層で構成されるため、2層の封止層の屈折率も上記関係を満たすことが望ましい。
nb=(na・nc)0.5
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
<蛍光物質の合成>
4,4,4−トリフルオロ−1−(チエニル)−1,3−ブタンジオン(TTA)200mgを7mlのエタノールに溶解し、ここへ1Mの水酸化ナトリウム1.1mlを加え混合した。7mlのエタノールに溶かした6.2mgの1,10−フェナントロリンを先の混合溶液に加え、1時間攪拌した後、EuCl3・6H2Oを103mg含む3.5ml水溶液を加え、沈殿物を得た。これを濾別し、エタノールで洗浄し、乾燥して、蛍光物質Eu(TTA)3Phenを得た。
蛍光物質として上記で得られたEu(TTA)3Phenを0.3質量部、ビニル化合物としてメタクリル酸メチルを60質量部、連鎖移動剤としてn−オクタンチオールを0.012質量部用い、これらを混合攪拌してモノマー混合液を用意した。また、イオン交換水を300質量部、界面活性剤として花王(株)製アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、G−15を3.65質量部加え、ここに前述したモノマー混合液を加え、還流管、窒素流下のフラスコを用い、攪拌をしながら、60℃に保ち、ラジカル重合開始剤として過硫酸カリウムを0.03質量部加え、乳化重合を4時間行い、最後に90℃に昇温して、重合反応を完結させた。
ここで得られた波長変換用蛍光材料は、一次粒子径が100nm程度の粒子状となり、イソプロピルアルコールなどで適宜後処理をし、これを濾別、乾燥し、適宜ふるいわけをし、粒子状の波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)を得た。
透明分散媒樹脂として東ソー(株)製のエチレン−酢酸ビニル樹脂(EVA):NM30PWを100質量部、アルケマ吉富(株)製の過酸化物熱ラジカル重合開始剤(本実施例では、架橋剤としても働く):ルペロックス101を1.5質量部、東レ・ダウコーニング(株)製のシランカップリング剤:SZ6030を0.5質量部、及び蛍光物質として0.01質量部〔波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)の形態で添加した。波長変換用蛍光材料1質量部が、蛍光物質に関しては0.005質量部に相当する〕を90℃のロールミルで混練して、波長変換用樹脂組成物を得た。
上記、波長変換用樹脂組成物の調製において、波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)を添加しない以外は同様にして樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を約6g離型シートに挟み、ステンレス製スペーサーを用い、熱板を90℃に調整したプレス機により、約328μmの厚みで蛍光物質を含有しない第一の封止シートを作製した。
上記で得られた波長変換用樹脂組成物を、スペーサーの厚みを変えた以外は上記第一の封止シートの作成と同様にして、約272μmの厚みで蛍光物質を含有する第二の封止シートを得た。
上記第一の封止シートと第二の封止シートを離型シートに挟み、ステンレス製スペーサーを用い、熱板を90℃に調整したプレス機により、2層構造の波長変換型太陽電池封止材を得た。得られた波長変換型太陽電池封止材の厚さは600μmであった。
上記第一の封止シートと同様の組成であって厚さが600μmとなるように調節した以外は同様の方法で、裏面用太陽電池封止シートを作製した。
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)の上に、波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)を含まない第一の封止シートが強化硝子に接するようにして上記波長変換型太陽電池封止材を載せ、その上に起電力を外部に取り出せるようにした太陽電池セル上を載せ、さらに裏面用太陽電池封止シート、及びバックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡(株)製、商品名:A−4300)を載せ、太陽電池用真空加圧ラミネータ((株)ネヌ・ピー・シー、LM−50x50−S)を用いて、熱板150℃、真空10分、加圧15分の条件でラミネートし、実施例1の太陽電池モジュールを作製した。
<2層構造の波長変換型太陽電池封止材の作製>
実施例1における第一、第二の封止シートの作製において、厚みが表1となるように変更した以外は同様にして、実施例2の波長変換型太陽電池封止材を作製した。
実施例1と同様にして、但し上記実施例2の波長変換型太陽電池封止材に変えて、実施例2の波長変換型太陽電池モジュールを作製した。
<1層構造の波長変換型太陽電池封止材の作製>
実施例1における第二の封止シートの作製において、厚みが表1となるように変更した以外は同様にして、比較例1及び比較例2の波長変換型太陽電池封止材を作製した。
保護ガラスとしての強化硝子(旭硝子(株)製)の上に、上記比較例1又は比較例2の波長変換型太陽電池封止材を載せ、その上に起電力を外部に取り出せるようにした太陽電池セル上を載せ、さらに裏面用太陽電池封止シート、及びバックフィルムとしてPETフィルム(東洋紡(株)製、商品名:A−4300)を載せ、太陽電池用真空加圧ラミネータ((株)ネヌ・ピー・シー、LM−50x50−S)を用いて、熱板150℃、真空10分、加圧15分の条件でラミネートし、比較例1及び比較例2の太陽電池モジュールを作製した。
上記作製した波長変換型太陽電池モジュールをワコム電創(株)製ソーラーシミュレータWXS−155S−10,AM1.5G、英弘精機(株)製ソーラーシミュレータ用I−Vカーブトレーサー、MP−160を用い、太陽電池I−V特性を得、JIS−C−8914に準拠して測定し得られたJsc(モジュール)とした。ΔJscは、この値とあらかじめ測定されたJsc(セル)を用いて、下記式から算出した。
<波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)2の調製>
上記で得られた蛍光物質Eu(TTA)3Phenを0.05g、メタクリル酸メチルを95g、エチレングリコールジメタクリレートを5g、熱ラジカル開始剤である2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を0.5g、それぞれ量り取って200mlスクリュー管に入れ、超音波洗浄器とミックスローターを用いて、攪拌混合した。冷却管をつけたセパラブルフラスコにイオン交換水500g、界面活性剤としてポリビニルアルコール1.69%溶液59.1gを加え、攪拌した。これに先に調製したメタクリル酸メチルとエチレングリコールジメタクリレートの混合液を加え、これを350rpmで攪拌しながら、50℃に加熱し、4時間反応させた。この懸濁液をベックマン・コールター社製Beckman Coulter LS13320(高分解能型レーザー回折散乱法 粒度分布測定装置)を用い、粒径を測定したところ、体積平均径が104μmであった。沈殿物を濾別し、イオン交換水で洗浄し、60℃で乾燥させ、懸濁重合による波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)2を得た。
透明分散媒樹脂として東ソー(株)製のエチレン−酢酸ビニル樹脂(EVA):NM30PWを100質量部、アルケマ吉富(株)製の過酸化物熱ラジカル重合開始剤(本実施例では、架橋剤としても働く):ルペロックス101を1.5質量部、東レ・ダウコーニング(株)製のシランカップリング剤:SZ6030を0.5質量部、及び前記で得られた重合後の波長変換用蛍光材料(球状蛍光体)2を1質量部(波長変換用蛍光材料1質量部が蛍光物質濃度に関しては、0.0005質量部に相当する)を90℃のロールミルで混練して、波長変換用樹脂組成物2を得た。
実施例1における第一の封止シートの作製において、上記波長変換用樹脂組成物2に変更した以外は同様にして、実施例3の波長変換型太陽電池封止材を作製した。
実施例1と同様にして、但し上記実施例3の波長変換型太陽電池封止材に変えて、実施例3の波長変換型太陽電池モジュールを作製した。
実施例3の波長変換型太陽電池モジュールの評価を上記方法により行ったところ、ΔJscは0.73mA/cm2であり、実施例1よりも変換効率に優れることが分かった。
20 保護ガラス
30 波長変換型太陽電池封止材
32 第一の封止層
34 第二の封止層
36 裏面用封止材
40 バックフィルム
Claims (3)
- 蛍光物質を含有しない第一の封止層と、蛍光物質及び分散媒樹脂を含有する第二の封止層と、を有し、前記分散媒樹脂がエチレン−酢酸ビニル共重合体であり、前記蛍光物質が、ビニル化合物をモノマー化合物とする樹脂粒子に内包されている波長変換型太陽電池封止材。
- 前記蛍光物質が、ユーロピウム錯体である請求項1に記載の波長変換型太陽電池封止材。
- 太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの受光面側に設けられた、請求項1又は請求項2に記載の波長変換型太陽電池封止材と、
を有する太陽電池モジュール。
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