JP6364005B2 - 太陽電池モジュール用防眩膜、防眩膜付き太陽電池モジュールおよびそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による一実施形態の太陽電池モジュール用防眩膜の概略構成を示す断面図であり、透明絶縁基板1上に、防眩膜50が形成されている。
第一の無機層10は、無機バインダ11中に透明な無機微粒子12を含有する。
第一の無機層の無機バインダ11としては、シリコン酸化物が好適に用いられ、中でも、Si−H結合およびSi−N結合の加水分解によって得られるSi−O結合を含有するシリコン酸化物が好適に用いられる。シリコン酸化物が、Si−H結合やSi−N結合の加水分解によるSi−O結合を含有する場合、バインダの透明性が高いことに加えて、ガラス等の透明絶縁基板との密着性や、耐光性、硬度等に優れる。
第一の無機層10に含まれる無機微粒子12としては、球状の微粒子が好ましく用いられる。粒子が球状の場合、膜表面の凸部が曲面形状となり、凹凸の起伏がなだらかとなるため、砂埃や花粉等の汚染物質の防眩膜表面の凹凸構造への入り込みが抑制される。なお、「球状」の微粒子は、必ずしも真球である必要はなく、表面が曲面状であれば扁平状等でもよい。
第一の無機層10の平均膜厚d1は、500nm〜2000nmが好ましく、750nm〜1750nmがより好ましく、1000nm〜1500nmがさらに好ましい。膜厚d1が500nm以上であれば、一次平均粒径が100nmを超える無機微粒子12を基板表面に強固に付着することができる。また、膜厚d1が2000nm以下であれば、第一の無機層10の表面に、微粒子12の形状に倣った凹凸が形成され、これに倣った凹凸パターンが防眩膜50表面に形成されるため、防眩性が高められる。第一の無機層10が塗布法により形成される場合、平均膜厚d1は、塗布液の固形分濃度、塗布量および塗布面積から算出することができる。
透明絶縁基板1上に第一の無機層10を形成する方法は特に制限されないが、シリコン酸化物バインダあるいはその前駆体、および微粒子を含有する溶液を、透明絶縁基板1上に塗布する方法が適している。塗布方法としては、ディッピング法、スピンコート法、バーコート法、ダイコート法、ロールコート法(印刷法)、フローコート法、スプレー法等が挙げられる。これらの塗布法のうち、スプレー法は特別な設備を必要とせず、セルの封止後や、モジュールを屋根等に設置した後でも、絶縁基板上に防眩膜を容易に形成できるため好ましい。
第一の無機層10上には、第二の無機層20が形成される。第二の無機層20は、バインダ21を含有する。
第二の無機層20を構成するバインダ21は、第一の無機層10との密着性に優れる材料が好ましく、無機バインダが好適に用いられる。無機バインダ21は、透明性を有するものであれば、特に限定されないが、シリコン系化合物が好適に用いられる。シリコン系化合物の具体例としては、テトラメチルシリケート、テトラエチルシリケート、テトラ−n−プロピルシリケート、テトラ−i−プロピルシリケート、テトラ−n−ブチルシリケート、テトラ−i−ブチルシリケート、テトラ−t−ブチルシリケート等のテトラアルキルシリケート;メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、メチルトリ−sec−オクチルオキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアリールトリアルコキシシラン、メチルトリフェノキシシラン等のアルキルトリアリールオキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシトリアルコキシシラン等のトリアルコキシシランまたはトリアリールオキシシラン等が挙げられる。
第二の無機層20の平均膜厚d2は、50nm〜1000nmが好ましく、75nm〜750nmがより好ましく、100nm〜500nmがさらに好ましい。また、第一の無機層10の平均膜厚d1と第二の無機層20の平均膜厚d2との比率d2/d1は、0.025〜0.5が好ましく、0.04〜0.4がより好ましく、0.06〜0.3がさらに好ましい。
第二の無機層20の平均屈折率n2は、第一の無機層10の平均屈折率n1よりも小さいことが好ましい。n2とn2との差は、0.03以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.07以上がさらに好ましく、0.10以上が特に好ましい。主に酸化シリコンからなる第一の無機層10の平均屈折率n1が1.45〜1.55程度であるのに対して、第二の無機層20の平均屈折率n2は、1.45以下が好ましく、1.40以下がさらに好ましい。
第二の無機層20中に無機微粒子22を含有する場合、防眩膜の断面観察から算出される平均一次粒子径は、10nm〜300nmが好ましく、20nm〜150nmがより好ましく、30nm〜100nmがさらに好ましい。また、第一の無機層10表面の凹凸形状を緩和するとの観点から、第二の無機層20中の無機微粒子22の平均一次粒径は、第一の無機層10中の無機微粒子12の平均一次粒径よりも小さいことが好ましい。
第一の無機層10上に第二の無機層20を形成する方法は特に制限されないが、第一の無機層10の形成と同様に、スプレー法等の塗布法が好ましい。
上記の防眩膜を、太陽電池モジュールの受光面側表面に設けることで、防眩膜付き太陽電池モジュールが形成される。図3は、一実施形態にかかる防眩膜付き薄膜太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。この太陽電池モジュールは、透明絶縁基板1と、透明絶縁基板1の第一の主面に形成された太陽電池セル5を備え、透光性基板の第二の主面に防眩膜50を備える。
(塗布液の調製)
第一の無機層形成用の塗布液(第一塗布液)として、ポリシラザン含有溶液(ジブチルエーテル中に固形分濃度20重量%のパーヒドロポリシラザンを含有するAZエレクトロマテリアル株式会社製の商品名:「アクアミカ NAX120−20」)20重量部に、シリカビーズ(株式会社アドマテックス製、平均一次粒子径:1.2μm)を2.5重量部添加し、さらに溶媒としてジブチルエーテルを77.5重量部添加して、塗布液を調製した。この塗布液は、ポリシラザン100重量部に対して微粒子を62.5重量部含有し、総固形分濃度は6.5重量%であった。
厚み3.2mm、サイズ1400mm×1100mmの透明ガラス基板を水道水により洗浄した後、エアナイフにて水滴を飛ばし、乾燥を行った。乾燥後のガラス基板の一方の面に、上記の第一塗布液を、乾燥後の膜厚が1.0μmとなるようにスプレー法により塗布した。第一塗布液をスプレー後、約20秒後(塗膜表面が乾燥した状態となった後)に、第二塗布液を、乾燥後の膜厚が300nm程度となるようにスプレー法により塗布した。
実施例2では、第二の無機層中に微粒子を含有する防眩膜が形成された。第二塗布液として、ポリシラザン含有溶液(アクアミカ NAX120−20」)20重量部に、中空コロイダルシリカの分散液(メチルイソブチルケトン中に固形分濃度20重量%のコロイダルシリカ(平均二次粒子径50nm)を含有する分散液)を20重量部添加し、さらに溶媒としてジブチルエーテルを40重量部添加して、塗布液を調製した。この塗布液は、ポリシラザンの固形分100重量部に対して微粒子を100重量部含有し、総固形分濃度は8.0重量%であった。
実施例1と同様の第一塗布液をスプレー法によりガラス基板上に塗布した後、第二塗布液のスプレーを行わず、第一の無機層のみからなる防眩膜を形成した。
第一塗布液の調製において、シリカビーズに代えて、粉砕ガラス粉末(日本フリット株式会社製、平均二次粒子径:1.0μm)を1.5重量部添加した。それ以外は実施例1と同様にして、スプレー法により、平均膜厚d1が約1000nmの第一の無機層上に、平均膜厚d2が約300nmの第二の無機層を備える防眩膜が形成された。
比較例2と同様の第一塗布液をスプレー法によりガラス基板上に塗布した後、第二塗布液のスプレーを行わず、第一の無機層のみからなる防眩膜を形成した。
<防眩性>
防眩膜が形成されたガラス基板に、白色蛍光灯の光を照射し、その反射光を目視観察したところ、いずれの実施例および比較例の防眩膜も、蛍光灯の像がぼやけて見え、防眩性に優れることが確認された。
各実施例および比較例のそれぞれの防眩膜上に、硬度6Bの鉛筆で長さ約5cmの線を3本描き、水道水で湿らせたベンコットを押し当て、一定の押圧で防眩膜上を往復させて水拭きを行い、何往復で鉛筆の汚れが消えるかを確認した。実施例1および実施例2の防眩膜は、いずれも5往復で鉛筆の線が拭き取られた。一方、比較例1の防眩膜は、5往復では消え残りがあり、20往復で鉛筆の線が拭き取られた。比較例2の防眩膜は、20往復でも消え残り(比較例1の5往復の場合と同程度)があり、約200往復で鉛筆の線がほぼ拭き取られた。比較例3の防眩膜は、200往復でも消え残りがあった。実施例2および比較例1の防眩膜の5往復拭き取り時の写真を図9に示す。図9の各写真において、ガラス板の左側(a)は拭き取り前、ガラス板の右側(b)は5回拭き取り後である。
ガラス基板上に、透明電極層、pin接合の非晶質シリコン光電変換ユニットおよびpin接合の結晶質シリコン光電変換ユニットからなる積層光電変換ユニット、および金属裏面電極を順次形成して、図3示す集積型薄膜太陽電池モジュール(ただし、防眩膜50を有さず、フレーム8が設置されていない)を作製した。同様のモジュールを計20個作製し、ソーラーシミュレータを用いて、各モジュールの出力特性を測定した。
11,21 バインダ
12 微粒子(非中空微粒子)
22 微粒子(中空微粒子)
50 防眩膜
1 透明絶縁基板
2,4 電極層
3 光電変換ユニット
5 太陽電池セル
6 充填樹脂
7 裏面封止板
8 フレーム
Claims (22)
- 太陽電池モジュールの透明絶縁基板上に形成して用いられる太陽電池モジュール用防眩膜であって、
基板側から、第一の無機層および第二の無機層をこの順に有し、
前記第一の無機層は、無機バインダ中に透明な球形無機微粒子を含有し、クラックを有していない連続皮膜であり、
前記第一の無機層中の前記無機バインダは、Si−H結合およびSi−N結合の加水分解によって得られる、Si−O結合を含有するシリコン酸化物を主成分とするものであり、
前記第一の無機層中の前記無機微粒子は、防眩膜の断面観察から算出される平均一次粒子径が0.1μm〜5.0μmであり、
前記第二の無機層は、無機バインダを含有し、
前記第二の無機層は、前記第二の無機層中の前記無機バインダよりも低屈折率の無機微粒子をさらに含有し、前記第二の無機層の平均屈折率n2が、前記第一の無機層の平均屈折率n1よりも小さく、
前記第一の無機層の平均膜厚d1が500nm〜2000nmであり、前記第二の無機層の平均膜厚d2が50nm〜1000nmであり、かつd2/d1が0.025〜0.5である、太陽電池モジュール用防眩膜。 - 前記第二の無機層中の前記無機微粒子は、防眩膜の断面観察から算出される平均一次粒子径が10nm〜300nmであり、かつ前記第一の無機層中の前記無機微粒子よりも平均一次粒子径が小さい、請求項1に記載の防眩膜。
- 前記第二の無機層中の前記無機微粒子が中空微粒子である、請求項1または2に記載の防眩膜。
- 前記第二の無機層中の前記無機微粒子が中空コロイダルシリカである、請求項3に記載の防眩膜。
- 第二の無機層側表面の最大高さRy2が1.0μm〜10μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 前記第二の無機層側表面の最大高さRy2が、前記第一の無機層の前記第二の無機層との界面における最大高さRy1よりも小さい、請求項5に記載の防眩膜。
- 前記第二の無機層側表面の算術平均粗さRa2が0.25μm〜2μmであり、かつ凹凸周期Sm2が1μm〜30μmである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 防眩膜の合計平均膜厚dと、防眩膜の第二の無機層側表面の最大高さRy2との比Ry2/dが1〜20である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 前記第二の無機層中の前記無機バインダは、Si−H結合およびSi−N結合の加水分解によって得られる、Si−O結合を含有するシリコン酸化物を主成分とするものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 前記第一の無機層中の前記無機微粒子は、SiO2を主成分とするものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 前記第一の無機層中に、顔料または染料をさらに含有する請求項1〜10のいずれか1項に記載の防眩膜。
- 透明絶縁基板の第一の主面に少なくとも1つの太陽電池セルを備え、前記透明絶縁基板の第二の主面に請求項1〜11のいずれか1項に記載の防眩膜を備える、太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも1つの太陽電池セルは、前記透明絶縁基板側から第一電極層、光電変換ユニットおよび第二電極層を備え、これらの各層に線状の分離溝が設けられることにより複数のセルに分割されるとともに、複数のセルが電気的に直列または並列に接続されている、請求項12に記載の太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも1つの太陽電池セルは、結晶シリコン基板を備える結晶シリコン系太陽電池セルである、請求項12に記載の太陽電池モジュール。
- 前記透明絶縁基板の第二の主面上に、前記防眩膜が形成された防眩領域と、防眩膜が形成されていない非防眩領域とを有する、請求項12〜14のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の防眩膜を形成する方法であって、
透明絶縁基板の一方の主面に、第一の塗布液が塗布される第一塗布工程;
前記第一の塗布液の塗布膜上に、第二の塗布液が塗布される第二塗布工程;および
前記第一の塗布液および前記第二の塗布液中の溶媒が乾燥され塗布膜が硬化される硬化工程、を有し、
前記第一の塗布液は、透明な球形無機微粒子0.01〜20重量%、ポリシラザン0.1〜20重量%および溶媒を含有し、前記無機微粒子の平均一次粒子径が0.1μm〜5.0μmである、防眩膜の形成方法。 - 前記第二の塗布液は、ポリシラザン0.1〜20重量%、平均一次粒子径が10nm〜300nmの無機微粒子0.01〜20重量%、および溶媒を含有する、請求項16に記載の防眩膜の形成方法。
- 前記第一塗布工程および前記第二塗布工程が、いずれもスプレー法により行われる、請求項16または17に記載の防眩膜の形成方法。
- 請求項12〜15のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
前記透明絶縁基板の第一の主面に太陽電池セルが形成されるセル形成工程後に、前記透明絶縁基板の第二の主面に防眩膜が形成される防眩膜形成工程が実施される、太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記セル形成工程が屋内で行われた後、セル形成後の基板が屋外に搬出され、前記防眩膜形成工程が屋外で行われ、
前記透明絶縁基板の第二の主面上への前記防眩膜の形成がスプレー法によって行われる、請求項19に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項13に記載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
前記透明絶縁基板の第一の主面に太陽電池セルが形成されるセル形成工程後に、前記透明絶縁基板の第二の主面に防眩膜が形成される防眩膜形成工程が実施され、
前記セル形成工程において、前記透明絶縁基板の第二の主面側からレーザ光が照射されることにより、前記分離溝が形成される、太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項15に記載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
前記透明絶縁基板の表面の一部にマスク材が付設される被覆工程が行われた後、
前記透明絶縁基板の表面のマスクが付設されていない領域に前記防眩膜が形成される、太陽電池モジュールの製造方法。
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