JP6093209B2

JP6093209B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP6093209B2
Application number: JP2013050416A
Authority: JP
Inventors: 高好松田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: JP2014179365A

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

従来、太陽電池モジュールの実装構造のひとつに、強化ガラス上に形成された表面封止材の上に、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）のフィルムを載せて光起電力素子を並べ、裏面封止材としてＥＶＡと裏面被覆材を載せてラミネートする技術が開示されている。

溶融プラスチックの流動性の大きさを表すのに、ＭＦＲ（メルトフローレート)というインデックスがある。ＭＦＲとは、熱可塑性プラスチックの品質管理用インデックスを示すもので、ｇ／１０分で表す（ＳＩ単位）。典型的な「メルトフロー」装置は、小型で使用が簡単である。基本原理は、粒、粉あるいはフレーク状の熱可塑性材料が、加熱されて流動化し、キャピラリーダイをとおして強制的にシリンダーから押し出されることにある。押出し用のピストンには、通常最大２１．６ｋｇまでのおもりがのせられる。ＭＦＲ（及びＭＶＲ）は、材料の種類ごとに決められる標準条件の温度および載荷荷重の下で、通常固定式ダイ（内径２．０９５ｍｍ、長さ８ｍｍ）を用いて得られる。

基本的な方法では、オペレータによる押出しタイミング、切断および重量を予測して、ＭＦＲの値を直接得る。最新の装置を用いることで可能となる半自動法では、ピストン移動量の直接測定値を使用し、それによりＭＶＲの値が直接得られる。メルト密度は、入力あるいは測定することが可能であり、それによりＭＦＲの結果も得ることができる。半自動法ではさらに高い精度を得ることができ、またより広範囲の測定可能速度が保証される。さらに進歩した方法では、同一の試験において荷重を数回かけて、そのたびにＭＦＲ（ＭＶＲ）を求める測定を行う。この方法は多重おもり試験と呼ばれ、粘度のせん断依存性に関するある程度の情報など、サンプルの付加的な情報が得られる。１つのおもりのＭＦＲ試験は、平均分子質量と相互に関連付けることができるが、せん断依存性は分子質量の分布に依存する。

ＭＦＲは、材料特性を詳しく理解する必要が無い場合、同じ材料のバッチを比較するか、あるいは（通常は押出しプロセス用の）さまざまな材料の流動特性を推定するための迅速なツールである。正しい流動性のキャラクタライゼーションは、レオメーターを用いて実施することができる。ＭＦＲは、（せん断）粘度に反比例するが、粘度を測定するためには用いられない（単に概略の推定値は得ることができる）。

例えば、太陽電池モジュールを形成するに際し、ＭＦＲが１４ｇ／１０ｍｉｎ以下の表面封止材を用いた場合、光透過率をあげて出力の向上を図るために表面封止材の厚さを０．４５ｍｍ以下にすると光起電力素子が割れて出力の低下が発生することがある。

また、ＭＦＲが１５ｇ／１０ｍｉｎ以上の表面封止材を用いた場合には太陽電池モジュールの製造装置に貼り付き易く、メンテナンス回数が増加してしまう。

そこで、上記の問題を解決する方法として特許文献１に記載されているように、厚さの減少率が５〜５０％である封止材を用いた封止技術が開示されている。

特開２０１０−２２６０５０号公報

上記従来の技術によれば、強化ガラス上に、表面封止材としての、ＥＶＡのフィルムを載せて光起電力素子を並べ、裏面封止材としてＥＶＡと裏面側被覆材を載せてラミネートする。しかしながら、この場合、厚さ０．４５ｍｍ以下のＥＶＡを用いるとセル(光起電力素子)の割れが発生することがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、厚さ０．４５ｍｍ以下の薄い表面封止材を用いてもセル割れが発生しない、高出力かつ生産性に優れた太陽電池モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光透過性基板と、表面封止材と、光起電力素子と、裏面封止材と、裏面被覆シートとの積層封止体で構成され、表面封止材が、光透過性基板側に位置する第１の表面封止材と、光起電力素子側に位置する第２の表面封止材とで構成され、第２の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ１５〜３０ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあり、第１の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ０．１〜１４ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあり、第２の表面封止材のＭＦＲは使用限界が３０ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴としている。

本発明によれば、薄い表面封止材を用いて光起電力素子に入射する光量を低下させることなく、セル割れの発生を防止することができ、高出力かつ生産性に優れた太陽電池モジュールを得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の断面を模式的に示す図である。図２−１は、同太陽電池モジュールの製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。図２−２は、同太陽電池モジュールの製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。図３は、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる太陽電池モジュール製造装置を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。

実施の形態１．
本実施の形態１の太陽電池モジュールは、図１に示すように光透過性のガラス基板からなる光透過性基板１上に、光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａ、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂ、光起電力素子３、裏面封止材４、裏面側被覆材５の積層封止体で構成され、第２の表面封止材２ｂの厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ１５〜３０ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあることを特徴とする。なお、加熱加圧工程で厚さは若干小さくなるが、本実施の形態及び実施例で記載している厚さは加熱加圧後の厚さとする。

ここでは光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａに厚さＴ₁=０．０５〜０．４ｍｍ、ＭＦＲが０．１〜１４ｇ／１０ｍｉｎの硬いＥＶＡを用い、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂに厚さＴ₂=０．０５〜０．４ｍｍ、ＭＦＲが１５〜３０ｇ／１０ｍｉｎの柔らかいＥＶＡを用いる。かかる構成により、光起電力素子３が割れることなくＥＶＡを薄肉化することで、光の透過量を向上させ出力の向上が可能となる。光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａは硬い方がよく、第２の表面封止材２ｂは柔らかい方がよい。これにより、硬い光透過性基板１から徐々に柔らかくなっており、外部からの応力を緩和することができ、薄型で信頼性の高い太陽電池モジュールを得ることができる。なお、ＭＦＲについては、３０ｇ／１０ｍｉｎ程度が使用限界である。

次に、この太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、図２−１に示すように、光透過性のガラス基板からなる光透過性基板１上に、第１の表面封止材２ａ、第２の表面封止材２ｂ、光起電力素子３、裏面封止材４、裏面側被覆材５を積層する。

そして図２−２に示すように、上記積層によって得られた積層構造体１０Ｓを加熱し、溶融した積層構造体を加圧する溶融加圧工程を実施する。そしてこの後、冷却硬化させ、図１に示したような太陽電池モジュールが形成される。

図３は、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる太陽電池モジュール製造装置（ラミネート装置：樹脂封止装置）を模式的に示す断面図である。この太陽電池モジュール製造装置は、プロセスチャンバ１０１は、積層構造体１０Ｓを加熱するためのヒータ１０１Ｈを備え、下方に位置する第１チャンバ１０１ａと、封止材溶融後にプレスする機能を備え、上方に位置する第２チャンバ１０１ｂと、積層構造体１０Ｓを搬送するための搬送シート１０１ｃで構成されている。プロセスチャンバ１０１の下流側には、溶融加圧処理がなされ、プロセスチャンバ１０１から排出された太陽電池モジュールすなわち積層封止体１０を冷却する機能と搬送コンベアを備えた冷却コンベア１０３が設置されている。冷却コンベア１０３は、複数個のローラで構成されているが、搬送シートおよび搬送チェーンで構成されていてもよい。

このようにして得られた太陽電池モジュールにおいて、光起電力素子３は、複数の太陽電池セルがアレイ状に配置され、電気的に接続されて構成されている。

第１及び第２の表面封止材２ａ，２ｂとしては、ＭＦＲの異なる２層のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の透光性を有する熱硬化性樹脂の積層体が用いられる。ただし、ＭＦＲの異なる２層の表面封止材に限定されることなくＭＦＲが同一の２層の表面封止材を積層しても、１層の場合よりは光起電力素子３のセルクラックの発生は低減される。ただ光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａは、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂよりもＭＦＲが低いほうがよりセルクラックの発生は低減される。また、ＥＶＡに限定されることなく、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。本実施の形態では第１及び第２の表面封止材２ａ，２ｂとしてはエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）を用いたが、この他、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、ポリオレフィン系樹脂などの他の樹脂も使用することが可能である。さらにまた、これら第１及び第２の表面封止材用樹脂内部には耐候性、強度、接着性(ＥＶＡ、ガラス、バックフィルム)を向上させるために架橋させることが効果的である。架橋の方法としては熱によりラジカルを生成するものが有効である。さらに、耐光性を向上させるため紫外線吸収剤を添加することが好ましい。

また、本発明に使用する光透過性基板１側の第１の表面封止材２ａの厚みは０．０５〜０．４ｍｍが好ましく、光起電力素子３側の第２の表面封止材２ｂの厚みも０．０５〜０．４ｍｍであることが好ましい。さらに、出力向上のための薄肉化を実施する場合には、第１の表面封止材の厚み２ａ／第２の表面封止材２ｂの厚みの割合は、割れを防止するために０．１２５〜８の間であることが好ましい。ラミネート時のプレス圧力については５０ｋＰａ以下であることが好ましく、それ以上の圧力をかけた場合セル割れが発生する可能性がある。

光透過性基板１の表面には、太陽光が入射する。なお、ここでは光透過性基板１として透光性のガラス基板を用いているが、透光性を有する材料であれば例えば樹脂板などを使用してもよい。透光性基板１は、太陽電池モジュールの受光面側に位置する２層構造の表面封止材２の外表面に固着されている。

裏面封止材５は、裏面側で裏面封止材４に封止された光起電力素子３を保護する。裏面封止材５は、太陽電池モジュールの設置面側に位置する裏面封止材４の外表面に固着されている。なお、裏面封止材４についての制約はない。また、裏面側被覆材５に用いる樹脂はＰＥＴ、オレフィン系樹脂の積層物などであることが好ましい。

光起電力素子３を構成する太陽電池セルとしては、例えば結晶系太陽電池等の公知の太陽電池セルを用いることができる。結晶系太陽電池セルとしては、例えば単結晶シリコン太陽電池セル、多結晶シリコン太陽電池セルなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

上記構成によれば、表面封止材を薄く形成しても、２層構造で構成され、そのＭＦＲを所望の値に調整しているため、セル割れの発生を防止することができ、高出力かつ生産性に優れた太陽電池モジュールを得ることができるという効果を奏する。

以下、実施例について説明する。
実施例１．
光透過性基板１として白板ガラス（２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３．２ｍｍ）を準備した。光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ２０ｇ／１０ｍｉｎ）を用いた。そして第１及び第２の表面封止材２ａ，２ｂ、裏面封止材４、裏面被覆材５を２７０ｍｍ×２７０ｍｍに裁断した。そして、光起電力素子３に配線を取り付けて通電時のＩＲ（赤外線）画像を確認できるようにした。

そしてそれら、光透過性基板１、第２の表面封止材２ａ、第２の表面封止材２ｂ、光起電力素子３、裏面側封止材４、裏面側被覆材５を積層し、図３に示した樹脂封止装置を用い、１６０℃の高温で真空引きを５ｍｉｎ行い、プレス時圧力５０ｋＰａ、プレス時間５ｍｉｎでラミネート処理を行った。

ラミネート処理を行った積層封止体を１５０℃のオーブンの中で３０ｍｉｎ間保持して架橋処理を行った。それら、積層封止体を８０℃の高温に加熱してＩＲ画像を観察してセル割れの有無を確認した。その構成及び評価結果を表１及び表２に示す。

実施例２．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ７ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

実施例３．
さらにまた、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

実施例４．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２０ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

実施例５．
さらにまた、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２０ｍｍ、ＭＦＲ１０ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

実施例６．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２０ｍｍ、ＭＦＲ１２ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

実施例７．
さらにまた、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．３５ｍｍ、ＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．１ｍｍ、ＭＦＲ２０ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

比較例１．
表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材および光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材としていずれもエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．５ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）を用い、単層構造の表面封止材としたこと以外は実施例１に従った。同一部位には同一符号を付した。

比較例２．
表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材および光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材としていずれもエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．４５ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）を用い、単層構造の表面封止材としたこと以外は実施例１に従った。

比較例３．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

比較例４．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ１４ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

比較例５．
さらにまた、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ１５ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ７ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

比較例６．
また、表１に示すように光透過性基板１側に位置する第１の表面封止材２ａとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２８％、厚さ０．２５ｍｍ、ＭＦＲ２０ｇ／１０ｍｉｎ）、光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＶＡ値２５％、厚さ０．２ｍｍ、ＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ）を用いたこと以外は実施例１に従った。

表１及び表２から明らかであるように、比較例１および比較例３は、第１の表面封止材２ａとしてのＥＶＡのＭＦＲが１４ｇ／１０ｍｉｎでも厚さ０．５ｍｍであればラミネート時にセルが割れることはない。しかし、比較例２に示すようにＥＶＡの厚さが０．４５ｍｍになるとセル割れが発生する。

つまり、比較例１は第１の表面封止材２ａとしてのＥＶＡのＭＦＲが１４ｇ／１０ｍｉｎで、厚さ０．５ｍｍであり、第２の表面封止材２ｂは存在しないがラミネート時にセルが割れることはない。しかしながら厚さが０．４５ｍｍを越えた値であり、透過性が低下し、光起電力素子３に入射する光量は低下する。一方、比較例２に示すようにＥＶＡの厚さが０．４５ｍｍになると透過性は向上するがセル割れが発生する。比較例３についても第１及び第２の表面封止材２ａ，２ｂの厚さが０．５ｍｍとなるためセルわれは発生しないが、透過性が低下する。

これに対し、実施例１，２，３は光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂのＥＶＡのＭＦＲが１５ｇ／１０ｍｉｎ以上であるため０．４５ｍｍでも割れることはない。

しかし、実施例４，５，６は光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂのＥＶＡのＭＦＲが１５ｇ／１０ｍｉｎであるためＥＶＡの厚さが０．４０ｍｍでもセル割れが発生することはほとんどない。

また、実施例７に示すように光起電力素子３に位置する第２の側封止材のＥＶＡが０．１ｍｍと薄くなってもセル割れが発生することは無い。

上記結果から分かるように光起電力素子３側に位置する第２の表面封止材２ｂとしてののＥＶＡのＭＦＲが１５ｇ／ｍｉｎ以上であれば厚さ０．４５ｍｍ以下であってもセル割れが発生することは無い。

これにより、高出力の太陽電池モジュールを安定的に生産することができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、高出力かつ生産性に優れた太陽電池モジュールを得ることができるという効果を奏する。

１光透過性基板、２ａ第１の表面封止材、２ｂ第２の表面封止材、３光起電力素子、４裏面封止材、５裏面側被覆材、１０１プロセスチャンバ、１０１ａ第１チャンバ、１０１ｂ第２チャンバ、１０１ｃ搬送シート、１０３冷却コンベア、１０Ｓ積層構造体、１０積層封止体。

Claims

光透過性基板と、
表面封止材と、
光起電力素子と、
裏面封止材と、
裏面被覆シートとの積層封止体で構成され、
前記表面封止材が、
前記光透過性基板側に位置する第１の表面封止材と、
前記光起電力素子側に位置する第２の表面封止材とで構成され、
前記第２の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ１５〜３０ｇ／１０ｍｉｎ、
前記第１の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ０．１〜１４ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあり、前記第２の表面封止材のＭＦＲは使用限界が３０ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする太陽電池モジュール。
光透過性基板と、表面封止材と、光起電力素子と、裏面封止材と、裏面被覆シートとを順次積層し、積層構造体を形成する工程と、
前記積層構造体を加熱して、溶融した前記積層構造体を加圧する溶融加圧工程と、
前記積層構造体を、冷却して硬化させる硬化工程とを備え、
前記表面封止材が、複数の表面封止材の積層体で構成され、
前記表面封止材が、
前記光透過性基板側に位置する第１の表面封止材と、
前記光起電力素子側に位置する第２の表面封止材とで構成され、
前記第２の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ１５〜３０ｇ／１０ｍｉｎ、第１の表面封止材の厚さが０．０５〜０．４ｍｍ以下、ＭＦＲ０．１〜１４ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあり、前記第２の表面封止材のＭＦＲは使用限界が３０ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。