JP6196061B2 - 透明保護膜で表面を被覆した太陽電池用カバーガラス及び該カバーガラスを備えた太陽電池モジュール並びに透明保護膜形成用塗布液及び透明保護膜の形成方法 - Google Patents
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Description
このような太陽電池用カバーガラスには、透明性などの光学特性のみならず、耐候性(耐UV光、耐湿、耐熱等)、機械的特性(引張強度、伸び、引裂き強度等)、封止樹脂層との接着一体化適合性などが必要となる。
また、カバーガラス表面で水分の濡れと乾燥が繰り返されるため、ガラスから溶け出す成分(ナトリウムやカルシウム等)と空気中の二酸化炭素や亜硫酸ガスなどの酸性ガスが反応してガラスの表面が白濁する、いわゆる「ガラスのヤケ」が生じることがある。
このような結果、カバーガラスの透過率が低下し、太陽電池モジュールの発電効率が低下する問題があった。
例えば、特許文献2にはガラス基板表面にフッ素樹脂コート層を有するカバーガラスが開示されている。
また、特許文献3には、透明ガラス基板の表面に、有機珪素化合物(A)、40〜270℃で熱分解するバインダー樹脂(B)および有機溶剤(C)を配合した処理液を塗布して乾燥し、得られた塗布膜付きのガラス基板を400〜800℃で焼成し、焼成後の被膜の気孔率が15〜25%になるように構成した太陽電池用カバーガラスが開示されている。また、特許文献4にはスパッタリング法で形成された酸化ケイ素(SiO2)と酸化ニオブ(Nb2O5)を含む低反射膜で被覆された太陽電池用カバーガラスが開示されている。
また、特許文献3で開示されたカバーガラスは、その表面に形成されるコート層を緻密化させるために、400℃以上の高温を必要とするため、ガラス基板の熱劣化のため、透過率が低下したり、ガラス基板とコート層との反応が問題になる場合がある。
また、特許文献4で開示されたカバーガラスでは、該低反射膜の構成成分である酸化ニオブは、近紫外よりの可視光から赤外までを透過波長に持ち、低反射膜の成分として適しているものの、アルカリに対する耐性が低く、ガラス基板に含まれるナトリウム、カルシウム等と反応するおそれがある。また、スパッタリング法による製膜方法であるため、真空設備などの高価な装置を必要とし、コスト高になるという問題もある。
また、ガラス基板に代えて、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等の透明プラスチック基板を使用することもできるが、太陽電池モジュールの使用年数に対応する安定性を確保できるといい難い。
<1> テルル化亜鉛を含む透明保護膜でガラス基板の表面を被覆した太陽電池用カバーガラス。
<2> 前記透明保護膜が、テルル化亜鉛をシリカ系バインダーで結合した透明保護膜である前記<1>に記載の太陽電池用カバーガラス。
<3> 前記透明保護膜が、酸化チタンを含む前記<1>又は<2>に記載の太陽電池用カバーガラス。
<4> 前記透明保護膜の厚みが、20〜1200nmである前記<1>から<3>のいずれかに記載の太陽電池用カバーガラス。
<5> 前記ガラス基板が、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含むガラス基板である前記<1>から<4>のいずれかに記載の太陽電池用カバーガラス。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の太陽電池用カバーガラスを備えてなる太陽電池モジュール。
<7> テルル化亜鉛を含み、かつ、pH9以上である透明保護膜形成用塗布液。
<8> 塗布液の全重量100重量%に対して、テルル化亜鉛を0.1〜20重量%含む前記<7>に透明保護膜形成用塗布液。
<9> 塗布液の全重量100重量%に対して、さらにシリカ系バインダーを、SiO2換算で0.1〜20重量%含む前記<7>又は<8>に透明保護膜形成用塗布液。
<10> 塗布液の全重量100重量%に対して、さらに酸化チタン:0.1〜20重量%を含む前記<7>から<9>のいずれかに記載の塗布液。
<11> 塗布液の全重量100重量%に対して、さらにヨウ素:0.1〜10重量%及び銀化合物:0.1〜10重量%を含む前記<7>から<10>のいずれかに記載の塗布液。
<12> 前記溶媒が、エタノール:20〜40重量%及び水:40〜80重量%の混合溶媒である前記<7>から<11>のいずれかに記載の塗布液。
<13> 前記<7>から<12>のいずれかに記載の塗布液を、ガラス基板表面に塗布し、塗布された塗布液を硬化させる透明保護膜の製造方法。
太陽電池用カバーガラスは、図1に示すように太陽電池モジュールにおける、太陽電池セルを保護するための保護部材である。図2に示すように本発明の太陽電池用カバーガラス(以下、単に「本発明のカバーガラス」と称す場合がある。)は、ガラス基板の表面を透明保護膜で被覆した構造を有する。
以下、本発明のカバーガラスについて、詳細に説明する。
ガラス基板としては、太陽光が透過に適した透過率を有する、太陽電池用カバーガラスで一般的に使用されるガラス基板を使用することができる。ガラス基板を構成するガラスの具体的には、ソーダライムシリケートガラス、アルミノ珪酸ガラス、バリウム硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス等が挙げられる。これらは、通常ガラス製造に含有される範囲でカリウム(K)、ナトリウム(Na)等のアルカリ金属、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等のアルカリ土類金属を含んでいてもよい。また、これらのガラス基板は、着色ガラス、合せガラス等の機能性ガラスであってもよい。
本発明のカバーガラスにおいて、透明保護膜(以下、「本発明の透明保護膜」と記載する場合がある。)は、テルル化亜鉛(ZnTe)を必須成分として含み、ガラス基板を被覆するものである。
本発明の透明保護膜は、太陽光に対する優れた透過性を有し、ガラス基板の劣化(特にガラスやけ)を抑制することができる。なお、テルル化亜鉛を含まない場合には、ガラス焼けの抑制効果が認められない。
本発明の透明保護膜は、テルル化亜鉛のみで形成されてもよいが、機械的強度を高めるために通常バインダーが含まれる。バインダーとしては、光透過性が高いものが選択され、無機系バインダー、有機系バインダーのいずれも選択できる。
特に、光透過性が高く、かつ、光に対する耐久性が高く、さらに機械的強度が高いシリカ系バインダーが好ましく使用される。
カバーガラスの表面には、黄砂、灰、塵、ごみなどが付着し、太陽光の透過率が低下したり、付着物の酸化、分解による炭化などの化学反応によってガラスの劣化もおこる。
本発明の透明保護膜が酸化チタンを含むと、酸化チタンの光触媒効果により付着物を除去することができ、光透過率の低下、付着物に起因するガラスの劣化を抑制することができる。なお、本明細書において、光照射に起因する酸化チタンの超親水化も光触媒効果に含まれるものとし、該超親水化によって水(雨水含む)による洗浄で容易に表面の汚れを取り除くことができる。
また、酸化チタンは、紫外線を可視光帯域へ変調作用があり、発電効率をあげることができる。
酸化チタンの含有割合が大きすぎると透明保護膜の強度が不足したり、テルル化亜鉛に起因する上述の効果が弱くなる場合があるため、通常、透明保護膜の全重量に対し、40重量%以下程度である。
本発明の透明保護膜は、目的とする作用が発現するならば、製造方法はいかなる方法でもよく、蒸着法およびスパッタ法等の乾式製膜法、塗布液を塗布して製膜する湿式製膜法のいずれでもよいが、乾式製膜方法は真空装置など高価な設備を必要とするため、低コストで製膜できる湿式製膜法が好ましい。
塗布性を高め、高品質な膜が形成されるため、塗布液の溶媒が、エタノール:20〜40重量%及び水:40〜80重量%の混合溶媒であることが好ましい。
塗布液の全重量100重量%に対する、シリカ系バインダーの好適な割合は、SiO2換算で0.1〜20重量%である。
塗布液の硬化方法は、形成される透明保護膜が、十分な光透過性と機械的強度を有する限り制限はないが、通常、加熱処理することによって行われる。加熱雰囲気は特に制限はないが、通常、大気雰囲気である。
加熱時間は、透明保護膜が十分に硬化する時間であり、塗布液の組成や形成される透明保護膜の厚みなどを考慮して適宜決定される。
また、本発明の塗布液により形成される透明保護膜は、太陽電池用カバーガラス以外にも、自動車ガラス、照明器具、液晶表示素子等の他の用途での透明保護膜として使用することもできる。
本発明の太陽電池モジュールは、上記本発明の太陽電池用カバーガラスを備えてなり、カバーガラス以外の構成要素は、従来公知の太陽電池モジュールと同様のものを使用することができる。具体的には、図1に示すようにセル部及びガラス基板とEVA等の封止材を含むものであり、これら以外の構成要素として、配線電極や取り出し電極等を含んでいてもよい。
「試薬」
・テルル化亜鉛(II)粉末(株式会社高純度化学研究所)
・酸化チタン(IV)(ルチル型)(和光純薬工業株式会社製)
「ガラス基板」
(組成)
SiO2:70〜72重量%
Na2O:13〜15重量%
CaO:8〜12重量%
MgO:1〜4重量%
Al2O3:1〜2重量%
Fe2O3:0.07〜0.15重量%
(1)塗布液の調製
実施例1に係る塗布液1は以下の手順で作製した。
まず、純水に水酸化ナトリウムを加え、pH12.5になるように調製した。次いで、pH12.5に調製した水370mLに対し、テルル化亜鉛粉末2gを添加して、均一になるまで十分に混合し、溶液Aを得た。
純水390mLに対し、酸化チタン粉末4gを添加し、均一になるまで十分に混合して溶液Bを得た。
エタノール270mLに対し、塩化銀1g、ヨウ素4gを添加し、均一になるまで十分に混合して溶液Cを得た。
溶液C275mLに対し、溶液A及び溶液Bをそれぞれ添加し、均一になるまで十分に混合して、塗布液1を調製した。
得られた塗布液1の組成は、以下の通りである。
酸化チタン:0.4重量%、
塩化銀:0.1重量%、
エタノール:35重量%、
水:60重量%
ガラス基板への透明保護膜の製膜は、以下の手順で行った。
ガラス基板(600×900mm、厚み:3mm)に、塗布液1を塗工し、乾燥することにより、ガラス基板表面を透明保護膜で被覆した、実施例1の太陽電池用カバーガラスを得た。
膜厚測定器(フィルメトリックス社製F20システム)により測定した透明保護膜の膜厚は、60nmであった。
実施例1の太陽電池用カバーガラスを、シリコン太陽電池の受光面を被覆するように配置して、発電効率を評価したところ、発電効率は107%であった。
発電効率は、透明保護膜を形成していない透明ガラス基板(比較例)の発電効率を100%としたときの相対値である。
(1)塗布液2の調製
・塗布液1:1000g、セラミック系樹脂:2000gを混合して塗布液2を得た。セラミック系樹脂にはバインダー成分としてのシリカが含まれる。
塗布液1に代えて、塗布液2を使用し、ガラス基板表面を透明保護膜で被覆した、実施例2の太陽電池用カバーガラスを得た。
実施例1の太陽電池用カバーガラスに代えて、実施例2の太陽電池用カバーガラスを使用した以外は、実施例1と同様にして発電効率を評価したところ、発電効率は107%であった。
Claims (9)
- テルル化亜鉛を含み、前記テルル化亜鉛をシリカ系バインダーで結合した透明保護膜でガラス基板の表面を被覆したことを特徴とする透明性とガラス焼け抑制効果を有する太陽電池用カバーガラス。
- 前記透明保護膜が、酸化チタンを含む請求項1に記載の太陽電池用カバーガラス。
- 前記透明保護膜の厚みが、20〜1200nmである請求項1又は2に記載の太陽電池用カバーガラス。
- 前記ガラス基板が、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含むガラス基板である請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池用カバーガラス。
- 請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池用カバーガラスを備えてなる太陽電池モジュール。
- 塗布液の全重量100重量%に対して、
テルル化亜鉛を0.1〜20重量%含み、
シリカ系バインダーを、SiO2換算で0.1〜20重量%含み、
ヨウ素を0.1〜10重量%及び銀化合物を0.1〜10重量%を含み、
かつ、pH9以上であることを特徴とする透明保護膜形成用塗布液。 - 塗布液の全重量100重量%に対して、さらに酸化チタン:0.1〜20重量%を含む請求項6に記載の塗布液。
- 前記溶媒が、エタノール:20〜40重量%及び水:40〜80重量%の混合溶媒である請求項6または7に記載の塗布液。
- 請求項6から8のいずれかに記載の塗布液を、ガラス基板表面に塗布し、塗布された塗布液を硬化させることを特徴とする透明保護膜の製造方法。
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