JP6946518B2 - 配線シート、構造体および光発電モジュール - Google Patents
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Description
近年、上述した長期使用に伴う樹脂の紫外線劣化を抑制しつつ、紫外線に由来する光エネルギーを利用できる樹脂シートを得るため、当該樹脂シート中に蛍光物質等の波長変換剤を含有させる技術について、種々の検討がなされている(特許文献2等)。しかし、本発明者らは、上記波長変換剤を含む樹脂シートでは、取り込んだ紫外線の波長を変換する際に、微量の光エネルギーが失われるという知見を得た。
樹脂シートと、
前記樹脂シートの一方の面に設けられた微細配線と、
を有し、
JIS−K7105に準じて測定した前記樹脂シートの350nmの波長における光線透過率が、70%以上である配線シートが提供される。
上記配線シートと、以下の(A)および(B)のいずれかを含む樹脂材料により形成されている封止材と、からなる構造体が提供される。
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、または前記共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体
透光性基板と、
上記配線シートと、
を備えた光発電モジュールが提供される。
<<配線シート100>>
図1は、本実施形態に係る配線シート100を示す断面図の一例である。
図1に示すように、本実施形態に係る配線シート100は、樹脂シート10と、上記樹脂シート10の一方の面に設けられた微細配線20と、を有するものである。そして、JIS−K7105に準じて測定した上記樹脂シート10の350nmの波長における光線透過率は、70%以上である。こうすることで、紫外線由来の光エネルギーをも効率よく発電に寄与させることのできる配線シート100を実現することができる。
図1に示すように、配線シート100において、微細配線20の一部は、樹脂シート10に埋設されていることが好ましい。こうすることで、微細配線20と樹脂シート10との接合状態を強固なものとすることができる。そのため、配線シート100を用いて封止された状態にある光発電素子400(図4参照)に対して加わる衝撃による影響を緩和させることができる。
図2に示すように、本実施形態に係る配線シート100における微細配線20は、光発電モジュールの低コスト化という観点から、平行に配置されてなる複数のワイヤにより形成されていることが好ましい。こうすることで、微細配線20を形成するために使用する金属材料の量を低減させることが可能となる。微細配線20を形成する金属材料としては、銀、銅、インジウムおよびスズ等が挙げられる。これらの中でも、インジウム、スズまたはインジウムとスズとの合金が好ましい。なお、微細配線20を形成する上記ワイヤは、集電効率の観点から、直径50μm以上500μm以下のワイヤであることが好ましく、直径100μm以上300μm以下のワイヤであることがより好ましい。
本実施形態に係る配線シート100の有する特性は、課題を解決するための手段で述べたとおり、使用する樹脂の種類、樹脂の密度、樹脂のメルトフローレート、樹脂の架橋状態、添加剤の種類や配合量等の各種因子の組み合わせ次第で変化するものであるが、当該配線シート100における樹脂シート10は、(A)エチレンと不飽和カルボン酸との共重合体、またはエチレンと不飽和カルボン酸との共重合体のアイオノマー、および(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジル(グリシジル(メタ)アクリレートとも呼ぶ。)を含む共重合体、のいずれかを含む樹脂材料により形成されたものであることが好ましい。こうすることで、長期間光発電モジュールを使用したとしても、紫外線により樹脂が劣化しにくい配線シート100を実現することができる。この理由として、上述した各樹脂材料は、いずれも、透明性が高い樹脂であるとともに、紫外線による影響を受けにくく、かつ引張強度等の機械的特性に優れた樹脂材料であることが挙げられる。そのため、上述した樹脂材料の配合組成を高度に制御した場合には、紫外線由来の光エネルギーを効率よく発電に寄与させることのできる樹脂シート10を実現できる可能性が高い。なお、樹脂シート10を形成する樹脂材料の詳細については、後述する。
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、またはエチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体
また、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、共重合体全量に対する不飽和カルボン酸エステルの含有量は、1重量%以上35重量%以下が好ましく、3重量%以上32重量%以下がより好ましく、5重量%以上30重量%以下がさらに好ましい。
また、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、共重合体の透明性および接着性を良好にする観点から、共重合体全量に対する不飽和カルボン酸エステルの含有量は1重量%以上であることが好ましく、3重量%以上であることがより好ましく、5重量%以上であることがさらに好ましい。一方、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、吸湿性を低減させる観点から、共重合体全量に対する不飽和カルボン酸エステルの含有量は、好ましくは35重量%以下であり、より好ましくは32重量%以下であり、さらに好ましくは30重量%以下である。
エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体としては、例えば、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体、およびエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・(メタ)アクリル酸エステル共重合体等から選択される一種または二種以上が挙げられる。
(メタ)アクリル酸グリシジルに由来の構成単位の含有割合が上記範囲内であると、得られる樹脂シート10の接着性や柔軟性、取扱い性、加工性等のバランスをより一層良好なものとすることができる。
酢酸ビニルに由来の構成単位および(メタ)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合は30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることがより好ましい。
エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体は、1種を単独でまたは共重合比等の異なる共重合体の2種以上またはモノマー種の異なる共重合体の2種以上を組み合わせて用いることができる。
シランカップリング剤の含有量はエチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体100重量%中0.01〜5重量%が好ましい。
中でも、上記α−オレフィンの炭素数は、汎用性(コストや量産性あるいは入手のしやすさ)の点で、3〜10が好ましく、さらには3〜8が好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体は、例えば、メタロセン系触媒を用いた、スラリー重合法、溶液重合法、塊状重合法、気相重合法等で製造できる。
エチレン・ビニルエステル共重合体としては、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・プロピオン酸ビニル共重合体、エチレン・酪酸ビニル共重合体、エチレン・ステアリン酸ビニル共重合体等から選択される一種または二種以上を用いることができる。
具体的には、エチレンと、不飽和カルボン酸のアルキルエステルと、からなる共重合体を例示することができる。
不飽和カルボン酸エステルにおける不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
不飽和カルボン酸のアルキルエステルにおけるアルキル部位としては、炭素数1〜12のものを挙げることができ、より具体的には、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、セカンダリーブチル、2−エチルヘキシル、イソオクチル等のアルキル基を例示することができる。本実施形態では、アルキルエステルのアルキル部位の炭素数は、1〜8が好ましい。
なお、本実施形態においてはエチレン・極性モノマー共重合体は、単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのその他の樹脂はシランカップリング剤で変性されていてもよい。
シランカップリング剤の含有量はその他の樹脂成分100重量%中0.01〜5重量%が好ましい。
紫外線吸収剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2'−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2−カルボキシベンゾフェノンおよび2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系;2−(2'−ヒドロキシ−3',5'−ジt−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2'−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾールおよび2−(2'−ヒドロキシ−5−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ペンチルフェノール等のベンゾトリアゾール系;フェニルサリチレートおよびp−オクチルフェニルサリチレート等のサリチル酸エステル系のものが用いられる。
樹脂シート10が多層構造の場合は3層構造が好ましい。この場合、表層(片面)の膜厚は1μm以上100μm以下が好ましく、中間層の膜厚は4μm以上400μm以下が好ましい。
本実施形態における配線シート100の製造方法は、従来の製造方法とは異なるものであって、樹脂シート10を形成する樹脂材料の配合組成や、樹脂シート10と微細配線20との接合方法に関する条件を高度に制御する必要がある。すなわち、以下の2つの条件に係る各種因子を高度に制御する製造方法によって初めて、JIS−K7105に準じて測定した樹脂シート10の350nmの波長における光線透過率の値が、上述した特定の条件を満たす配線シート100を得ることができる。
(1)樹脂シート10を形成する樹脂材料の選択
(2)樹脂シート10と微細配線20との接合方法
上記課題を解決するための手段の項で述べたとおり、長期間紫外線照射しても劣化することのない配線シート100に使用することが可能な樹脂材料を得るためには、使用する樹脂の種類、樹脂の密度、樹脂の架橋状態、添加剤の種類や配合量等の各種因子を適切に組み合わせる必要がある。そして、紫外線による影響を受けにくく、かつ強度等の機械的特性に優れた樹脂材料であるという点を踏まえると、本実施形態に係る樹脂シート10を形成する樹脂材料は、以下の(A)および(B)のいずれかを含むものであることが好ましい。
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、またはエチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体
本実施形態に係る配線シート100を得るためには、例えば、樹脂シート10のロールと、微細配線20を形成するワイヤを加熱接着して得られる。そして、本実施形態に係る配線シート100を製造する際には、押し付け部の加熱温度を、樹脂シート10の表面のみを溶融させる温度に制御する必要がある。具体的には、上記押し付け部の加熱温度を、50℃以上120℃以下に制御することが好ましい。こうすることで、微細配線20の位置ずれを防いだ配線シート100を実現することができる。また、樹脂シート10と微細配線20との接合は、例えば、特開2005−536894号公報に記載された方法で行ってもよい。
図3は、本実施形態に係る構造体200を示す断面図の一例である。
図3に示すように、本実施形態に係る構造体200は、上記配線シート100と、特定の樹脂材料により形成されている封止材50とからなるものである。ここで、封止材50を形成する樹脂材料としては、封止能力を有する樹脂であれば制限なく使用できるが、以下の(A)および(B)のいずれかを含む樹脂材料が好ましい。そして、構造体200をセル裏側に配する場合には、発電効率を向上させる観点から、封止材50を形成する樹脂材料中に白色顔料を配合することが好ましい。なお、封止材50を形成する樹脂材料と上述した樹脂シート10を形成する樹脂材料は、同一であってもよく、異なる配合であってもよい。
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、またはエチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、またはエチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体
また、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、不飽和カルボン酸エステルの含有量は、共重合体全量に対し1重量%以上35重量%以下が好ましく、3重量%以上32重量%以下がより好ましく、5重量%以上30重量%以下がさらに好ましい。
また、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、共重合体の透明性および接着性を良好にする観点から、共重合体全量に対する不飽和カルボン酸エステルの含有量は、1重量%以上であることが好ましく、3重量%以上であることがより好ましく、5重量%以上であることがさらに好ましい。一方、共重合体が不飽和カルボン酸エステルを含有する場合、吸湿性を低減させる観点から、共重合体全量に対する不飽和カルボン酸の含有量は、好ましくは35重量%以下であり、さらに好ましくは30重量%以下である。
エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体としては、例えば、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体、およびエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・(メタ)アクリル酸エステル共重合体等から選択される一種または二種以上が挙げられる。
(メタ)アクリル酸グリシジルに由来の構成単位の含有割合が上記範囲内であると、得られる封止材50の接着性や柔軟性、取扱い性、加工性等のバランスをより一層良好なものとすることができる。
酢酸ビニルに由来の構成単位および(メタ)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合は30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることがより好ましい。
エチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体は、1種を単独でまたは共重合比等の異なる共重合体の2種以上またはモノマー種の異なる共重合体の2種以上を組み合わせて用いることができる。
シランカップリング剤の含有量はエチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含む共重合体100重量%中0.01〜5重量%が好ましい。
中でも、上記α−オレフィンの炭素数は、汎用性(コストや量産性あるいは入手のしやすさ)の点で、3〜10が好ましく、さらには3〜8が好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体は、例えば、メタロセン系触媒を用いた、スラリー重合法、溶液重合法、塊状重合法、気相重合法等で製造できる。
エチレン・ビニルエステル共重合体としては、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・プロピオン酸ビニル共重合体、エチレン・酪酸ビニル共重合体、エチレン・ステアリン酸ビニル共重合体等から選択される一種または二種以上を用いることができる。
具体的には、エチレンと、不飽和カルボン酸のアルキルエステルと、からなる共重合体を例示することができる。
不飽和カルボン酸エステルにおける不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等が挙げられる。
不飽和カルボン酸のアルキルエステルにおけるアルキル部位としては、炭素数1〜12のものを挙げることができ、より具体的には、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、セカンダリーブチル、2−エチルヘキシル、イソオクチル等のアルキル基を例示することができる。本実施形態では、アルキルエステルのアルキル部位の炭素数は、1〜8が好ましい。
なお、本実施形態においてはエチレン・極性モノマー共重合体は、単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのその他の樹脂はシランカップリング剤で変性されていてもよい。
シランカップリング剤の含有量はその他の樹脂成分100重量%中0.01〜5重量%が好ましい。
特に、バックシート側に使用する封止材50には、透明性が要求されないため、発電効率を向上させる観点から、顔料、染料、無機充填剤を配合することが好ましい。上記顔料としては、酸化チタンや炭酸カルシウム等の白色顔料、ウルトラマリン等の青色顔料、カーボンブラックのような黒色顔料等が挙げられる。特に、酸化チタンのような無機顔料を配合することは、光発電モジュールの絶縁抵抗が低下することを防止する観点から好ましい。上記無機顔料の配合量は、封止材50に含まれる樹脂成分100重量部に対して、好ましくは、0重量部以上100重量部以下であり、さらに好ましくは、0.5重量部以上50重量部以下であり、最も好ましくは、4重量部以上50重量部以下である。
封止材50の膜厚は、好ましくは、50μm以上1000μm以下であり、より好ましくは、100μm以上500μm以下である。くわえて、光発電モジュールの受光面(光入射面)側に配置する封止材50は、JIS−K7105に準じて測定した350nmの波長における光線透過率が70%以上であることが好ましい。こうすることで、紫外線由来の光エネルギーをも効率よく発電に寄与させることのできるモジュールを実現することができる。
封止材50が多層構造の場合は3層構造が好ましい。この場合、表層(片面)の膜厚は10μm以上500μm以下が好ましく、中間層の膜厚は50μm以上1000μm以下が好ましい。
図4は、本実施形態に係る光発電モジュール300−1を示す断面図の一例である。
図4に示すように、本実施形態に係る光発電モジュール300−1は、透光性基板70と、上記配線シート100と、封止材50を備えている。この光発電モジュール300−1は、上述したように、350nmの波長領域における樹脂シート10の光線透過率が70%以上である配線シート100を備えるものであるため、紫外線由来の光エネルギーを効率よく発電に寄与させることができる。そのため、本実施形態に係る光発電モジュール300−1は、従来の光発電モジュールと比べて発電効率に優れている。
具体的に、本実施形態に係る光発電モジュールとしては、透光性基板70/配線シート100/光発電素子400/配線シート100/バックシート80(保護材)のように光発電素子400の両面を2枚の配線シート100で挟み込むように封止するもの、透光性基板70/封止材50/配線シート100/光発電素子400/配線シート100/封止材50/バックシート80(保護材)のように、光発電素子400の両面を2枚の配線シート100で挟み込むように封止するとともに、透光性基板70と配線シート100との間に封止材50を介在させるもの、透光性基板70の表面上に予め形成された光発電素子400を用い、透光性基板70/光発電素子400/配線シート100/バックシート80(保護材)のように構成するもの、透光性基板70上に例えば、フッ素樹脂系シート上にアモルファス光発電素子400をスパッタリング等で作製し、その上に配線シート100とバックシート80(保護材)を形成させるような構成のもの等を挙げることができる。
<<配線シート100>>
図5は、本実施形態に係る配線シート100を示す断面図の一例である。
図5に示す配線シート100は、樹脂シート10における微細配線20が接合している面とは反対側の面に対して、基材層30を積層しているという点で、第1の実施形態と異なる。具体的には、図5に示す配線シート100は、樹脂シート10における微細配線20が設けられている面とは反対側の面に、フッ素樹脂およびアクリル樹脂からなる群より選択される1以上を含む材料により形成された基材層30を有するものである。ここで、基材層30を形成する材料について、室温条件下、JIS−K7215に準じてタイプDデュロメータを用いて測定したショアD硬度は、10以上100以下であることが好ましく、20以上100以下であるとさらに好ましい。基材層30を形成する材料のショアD硬度を、上記数値範囲内とすることにより、微細配線20の樹脂シート10への埋め込みを適切に行うことができるため、発電効率をより一層向上させることができる。また、基材層30の厚みは、5μm以上100μm以下であることが好ましく、10μm以上80μm以下であるとさらに好ましい。くわえて、光発電モジュールの受光面(光入射面)側に配置する基材層30は、JIS−K7105に準じて測定した350nmの波長における光線透過率が70%以上であることが好ましい。こうすることで、紫外線由来の光エネルギーをも効率よく発電に寄与させることのできるモジュールを実現することができる。
これらのフッ素樹脂、あるいはアクリル樹脂は、封止材50との密着を向上させるために表面をコロナ放電処理、プラズマ放電処理、フレーム処理等の表面処理や、接着剤を使用することができる。さらに、接着剤としては、耐水性に優れたものが好ましく、例えば、オレフィン系重合体のシラン変性体や無水マレイン酸変性体、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
本実施形態に係る光発電モジュール300−2は、上述した基材層30を有する配線シート100を用いているという点で、第1の実施形態と異なる。具体的には、本実施形態に係る光発電モジュール300−2は、例えば、以下のヘテロ接合型の光発電素子400を備えた態様とすることができる。ただし、本実施形態に係る光発電モジュール300−2は、以下のヘテロ接合型の光発電素子400を備えた例に限定されない。
図6に示すように、本実施形態に係る光発電モジュール300−2は、ヘテロ接合型の光発電素子400を備えている。
光発電素子400は、第1導電型の結晶半導体基板11を備えているとともに、結晶半導体基板11の一方の面側に、第1非晶質系半導体膜12と、第1導電型の第2非晶質系半導体膜13と、第1透光性電極膜14と、第1電極15と、をこの順に備えている。
光発電素子400は、更に、結晶半導体基板11の他方の面側に、真性の第3非晶質系半導体膜16と、第2導電型の第4非晶質系半導体膜17と、第2透光性電極膜18と、第2電極19と、をこの順に備えている。
第1非晶質系半導体膜12は、第2非晶質系半導体膜13よりも不純物濃度が低い第1導電型であるか、又は、真性である。
光発電モジュール300−2は、更に、光発電素子400の一方の面の第1電極15に第1樹脂シート22により接合固定された複数の第1微細配線21と、光発電素子400の一方の面との間に複数の第1微細配線21を挟んでいるとともに第1樹脂シート22を介して光発電素子400の一方の面に接合された第1基材層23と、透光性基板70と、透光性基板70と第1基材層23との間に充填された第1封止層500と、を備えている。
光発電モジュール300−2は、更に、光発電素子400の他方の面の第2電極19に第2樹脂シート52により接合固定された複数の第2微細配線51と、光発電素子400の他方の面との間に複数の第2微細配線51を挟んでいるとともに、第2樹脂シート52を介して光発電素子400の他方の面に接合された第2基材層53と、第2保護層600と、第2保護層600と第2基材層53との間に充填された第2封止層60と、を備えている。
第2非晶質系半導体膜13は、第1非晶質系半導体膜12の一方の面(図6における上面)に積層されている。
第1非晶質系半導体膜12と第2非晶質系半導体膜13との合計の膜厚は、例えば1nm以上20nm以下とすることができる。
第1透光性電極膜14を構成する透明電極材料の具体例としては、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide:ITO)、タングステンドープインジウム酸化物(Indium Tungsten Oxide:IWO)、セリウムドープインジウム酸化物(Indium Cerium Oxide:ICO)、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(アルミニウムドープZnO)、GZO(ガリウムドープZnO)等の公知の材料を挙げることができる。
また、非晶質系とは、非晶質体のみならず、微結晶体を含むことを意味する。
n型の非晶質半導体膜とは、薄膜中に含有される元素の数密度比として、シリコンに対して10−5程度以上の不純物が含有されているものをいう。
同様に、第2電極19は、フィンガー電極であるか、又は、第2透光性電極膜18の他方の面(図6における下面)の全面に成膜された金属膜である。
第1電極15及び第2電極19を構成するフィンガー電極の材料としては、銀ペースト等の導電性接着剤や、銅線等の金属導線を用いることができる。フィンガー電極の幅は、例えば、20μm以上80μm以下程度である。
また、第1電極15及び第2電極19を構成する金属膜としては、銀ペースト等の導電性接着剤を用いることができる。複数の第1微細配線21は、例えば、互いに平行に配置された複数のワイヤ又はバスバーである。
そして、第1マルチワイヤー部材を光発電素子400の一方の面の第1電極15と透光性基板70との間に介在させ、かつ、第1マルチワイヤー部材と透光性基板70との間に第1封止層500を介在させる。
同様に、第2基材層53、第2樹脂シート52及び第2微細配線51が一体化した第2マルチワイヤー部材と、第2保護層600と、シート状の第2封止層60とを準備する。
そして、第2マルチワイヤー部材を光発電素子400の他方の面の第2電極19と第2保護層600との間に介在させ、かつ、第2マルチワイヤー部材と第2保護層600との間に第2封止層60を介在させる。
そして、これらを一括して加熱及び両面から加圧することにより、第1樹脂シート22を介して第1微細配線21を第1電極15に対して溶着するとともに、第1封止層500を介して第1基材層23と透光性基板70とを溶着し、第2樹脂シート52を介して第2微細配線51を第2電極19に対して溶着するとともに、第2封止層60を介して第2基材層53と第2保護層600とを溶着する。こうして、光発電モジュール300−2を得ることができる。
−1.樹脂−
(A)層用の樹脂
・アイオノマー1:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸単位含有量=15重量%)の亜鉛アイオノマー(中和度23%、MFR5g/10分)
・アイオノマー2:エチレン・メタクリル酸・アクリル酸ブチル三元共重合体(メタクリル酸単位含有量=5重量%、アクリル酸ブチル7重量%)の亜鉛アイオノマー(中和度10%、MFR11g/10分)
・アイオノマー3:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸単位含有量=8.5重量%)の亜鉛アイオノマー(中和度18%、MFR6g/10分)
・アイオノマー4:エチレン・メタクリル酸・アクリル酸ブチル三元共重合体(メタクリル酸単位含有量=5重量%、アクリル酸ブチル7重量%)の亜鉛アイオノマー(中和度10%、MFR11g/10分)
・アイオノマー5:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸単位含有量=12重量%)の亜鉛アイオノマー(中和度36%、MFR1.5g/10分)
・酸化防止剤:ペンタエリトリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオナート](BASF社製、Irganox1010)
・紫外線吸収剤:2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ペンチルフェノール
・光安定剤:ビス(2,2,6,6,−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート
・シランカップリング剤:N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン
また、A層およびB層に用いられる安定剤マスターバッチ2としては、各層用の樹脂と同じ樹脂と、酸化防止剤、光安定剤とを、樹脂/酸化防止剤/光安定剤=96/2/2の重量比で混合し、あらかじめ2軸押出機にて作製したものを用いた。白色マスターバッチとしては、大日精化工業株式会社製白色マスターバッチPE−M 13N4700/酸化防止剤/紫外線吸収剤/光安定剤を所定重量比で混合し、あらかじめ2軸押出機にて作製したものを用いた。
また、A層に用いられる安定剤マスターバッチ3としては、ベース樹脂としてエチレン・α−オレフィン共重合体(三井化学製タフマーA−4090S)と、酸化防止剤、光安定剤とを、ベース樹脂/酸化防止剤/光安定剤=96/2/2の重量比で混合し、あらかじめ2軸押出機にて作製したものを用いた。
<A層>
・(A)−1:アイオノマー1/安定剤マスターバッチ1/シランカップリング剤=90/10/0.2
・(A)−2:アイオノマー2/安定剤マスターバッチ1/シランカップリング剤=90/10/0.2
・(A)−3:アイオノマー2/安定剤マスターバッチ2/シランカップリング剤=90/10/0.2
・(A)−4:アイオノマー3/安定剤マスターバッチ1/白色マスターバッチ/シランカップリング剤=85/10/5/0.2
・(A)−5:EVA1/安定剤マスターバッチ3=90/10
・(A)−6:EMA1/安定剤マスターバッチ3=90/10
・(A)−7:EOC1/安定剤マスターバッチ3=90/10
・(A)−8:EOC2/安定剤マスターバッチ3=90/10
エチレン・メタクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体(EGMAVA、住友化学(株)製、ボンドファースト7B、エチレン含有量:83重量%、メタクリル酸グリシジル含有量:12重量%、酢酸ビニル含有量:5重量%、MFR(190℃、2160g荷重):7g/10分):49.1重量部、エチレン・酢酸ビニル共重合体(酢酸ビニル含有量:10重量%):49.1重量部、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名「KBM503」):1.5重量部および2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(アルケマ吉富(株)製、商品名「ルペロックス101」):0.3重量部を予め混合し、溶融温度220℃にて40mmφ単軸押出機で、EGMAVAおよびエチレン・酢酸ビニル共重合体にシランカップリング剤である3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランをグラフト変性させることにより、シランカップリグ剤により変性されたエチレンと(メタ)アクリル酸グリシジルを含むEVA1を得た。
EVA1の調製において、エチレン・酢酸ビニル共重合体の代わりに、EMA:エチレン・メタクリル酸メチル共重合体(エチレン含有量:80重量%、メタクリル酸メチル含有量:20重量%)を使用した以外はEVA1と同様にしてEMA1を得た。
EVA1の調製において、エチレン・酢酸ビニル共重合体の代わりに、EOC1:エチレン・α−オレフィン共重合体(三井化学製 タフマーA−4090S)を使用した以外はEVA1と同様にしてEOC1を得た。
EVA1の調製において、エチレン・酢酸ビニル共重合体の代わりに、EOC2:エチレン・α−オレフィン共重合体(三井化学製 タフマーH−5030S)を使用した以外はEVA1と同様にしてEOC2を得た。
・(B)−1:アイオノマー4/安定剤マスターバッチ1=90/10
・(B)−2:アイオノマー4/安定剤マスターバッチ2=90/10
・(B)−3:アイオノマー5/安定剤マスターバッチ1/白色マスターバッチ=85/10/5
・樹脂シート2:表層(A)−2/中間層(B)−1/表層(A)−2
・樹脂シート3:表層(A)−3/中間層(B)−2/表層(A)−3
・樹脂シート4:単層(A)−3
・樹脂シート5:表層(A)−4/中間層(B)−3/表層(A)−4
・樹脂シート6:単層(A)−5
・樹脂シート7:単層(A)−6
・樹脂シート8:単層(A)−7
・樹脂シート9:単層(A)−8
・樹脂シート10:エチレン−酢酸ビニル共重合体系封止材(酢酸ビニル単位含有量=28重量%)
樹脂シート1〜3および5の多層樹脂シートを、それぞれ2種3層多層キャスト成形機(田辺プラスチックス機械社製)、フィードブロック式(EDI社製)、40mmφ単軸押出機、およびダイ幅500mm押出機を用いて加工温度140℃にてシート状に成形することにより作製した。
また、樹脂シート4、6〜10の単層樹脂シートは、単層T−ダイ成形機(田辺プラスチックス機械社製)、40mmφ単軸押出機、ダイ幅500mm押出機を用いて、上記樹脂シート1〜3、5と同様に、加工温度140℃にてシート状に成形し、作製した。
さらに、フッ素系フィルムあるいはアクリル系フィルムを基材層として利用した多層配線シートを作製する際には、上記成形機の繰出し部分よりフィルムを供給し、樹脂シート3〜4および6〜9を成形時にニップロールにて加熱圧着することで多層シートを製造した。
厚さ100μmの樹脂シート3の表面に対して、直径300μmの金属微細配線を等間隔に並べて加熱圧着することにより配線シート1を作製した。得られた配線シート1は、樹脂シート3にワイヤが埋設されていた。
樹脂シート3に代えて、厚さ75μmの樹脂シート4と、厚さ25μmのテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)により形成されたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート2を作製した。得られた配線シート2は、樹脂シート4にワイヤが埋設されていた。
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmの樹脂シート4と、厚さ25μmのテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)により形成されたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート3を作製した。得られた配線シート3は、樹脂シート4にワイヤが埋設されていた。
樹脂シート3に代えて、厚さ25μmの樹脂シート4と、厚さ25μmのテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)により形成されたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート4を作製した。得られた配線シート4は、樹脂シート4にワイヤが埋設されていた。
<実施例5>
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)により形成されたシートの両面に対して、厚さ50μmの樹脂シート4を接着して得られたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート5を作製した。得られた配線シート5は、樹脂シート4にワイヤが埋設されていた。
<実施例6>
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)により形成されたシートの片面に対して、厚さ60μmの樹脂シート6を接着して得られたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート6を作製した。得られた配線シート6は、樹脂シート6にワイヤが埋設されていた。
<実施例7>
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)により形成されたシートの片面に対して、厚さ60μmの樹脂シート7を接着して得られたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート7を作製した。得られた配線シート7は、樹脂シート7にワイヤが埋設されていた。
<実施例8>
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)により形成されたシートの片面に対して、厚さ60μmの樹脂シート8を接着して得られたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート8を作製した。得られた配線シート8は、樹脂シート8にワイヤが埋設されていた。
<実施例9>
樹脂シート3に代えて、厚さ50μmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)により形成されたシートの片面に対して、厚さ60μmの樹脂シート9を接着して得られたシートを使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート9を作製した。得られた配線シート9は、樹脂シート9にワイヤが埋設されていた。
樹脂シート3に代えて、樹脂シート10を使用したという点以外は、実施例1と同様の方法で、配線シート10を作製した。得られた配線シート10は、樹脂シート10にワイヤが埋設されていた。
下記表2に示すように、透光性基板、受光面封止材(樹脂シート2,3および10を封止材として使用)、配線シート、光発電素子の順に載せた。次に、光発電素子の上に、配線シート、非受光面封止材(樹脂シート1,5および10を封止材として使用)、バックシートをこの順で載せ、真空ラミネータを用いてラミネートし、実施例10〜19および比較例2の光発電モジュールを作製した。
各光発電モジュールのEL画像の取得には、EL画像検査装置(アイテス社製、PVX100)を用いた。また、EL画像を取得するための測定条件は、シャッター時間15秒、絞り8、ISO感度800、光発電モジュールへの入力電圧0.73V、光発電モジュールへの入力電流8Aという条件を採用した。
そして、得られたEL画像を目視にて確認し、配線接続良否の評価を行った。
評価結果は、A:影なし(接続良好)、C:影あり(配線接続の一部に難あり)、とした。
すなわち、各光発電モジュールに入力するバイアス電圧を変化させながら、電流を測定し、得られたデータをプロットすることにより、I−V曲線(図示略)を得た。
ここで、電流の測定には、住友重機械工業株式会社 太陽電池IV測定装置No.M130−DDYTB383 J−JAを用いた。
また、バイアス電圧は、−0.1Vから0.8Vの範囲で変化させ、この範囲のうち、−0.1Vから0.4Vまではバイアス電圧を0.02V刻みで変化させ、0.4Vから0.8Vまではバイアス電圧を0.01V刻みで変化させた。
また、測定条件として、AM1.5G、1SUNを採用し、25℃で測定を行った。
そして、得られたI−V曲線に関し、電圧と電流の積が最大になる点、すなわち「最大出力(Pmax)」を求めた。
ここで、電圧が0V時の電流は短絡電流(short−circuit current=Isc)といい、光発電モジュールに電流が流れていない時の電圧を開放電圧(open−circuit voltage=Voc)という。
フィルファクタ(FF)は、下記式にて算出した。
式:フィルファクタ(FF)=最大出力(Pmax)/(Voc×Isc)
Claims (7)
- 透光性基板と、以下の(A)および(B)のいずれかを含む樹脂材料により形成された封止材と、配線シートと、光発電素子とがこの順に積層されている構造を有する光発電モジュールであって、
前記封止材は、JIS−K7105に準じて測定した350nmの波長における光線透過率が70%以上であり、
前記配線シートは、樹脂シートと、前記樹脂シートの一方の面に設けられた微細配線と、を有し、JIS−K7105に準じて測定した前記樹脂シートの350nmの波長における光線透過率が、80%以上であり、
前記樹脂シートが、以下の(A)および(B)のいずれかを含む樹脂材料により形成されており、
室温条件下、JIS−K7215に準じてタイプDデュロメータを用いて測定した、前記樹脂シートを形成する材料のショアD硬度が、25を超えて100以下であり、
前記微細配線が、平行に配置されてなる複数のワイヤにより形成されている、光発電モジュール。
(A)エチレンと不飽和カルボン酸を含む共重合体、または前記共重合体のアイオノマー
(B)エチレンと、アクリル酸グリシジルおよび/またはメタクリル酸グリシジルと、を含む共重合体 - JIS−K7105に準じて測定した前記樹脂シートの全光線透過率が80%以上である、請求項1に記載の光発電モジュール。
- 前記微細配線の一部が、前記樹脂シートに埋設されている請求項1または2に記載の光発電モジュール。
- 前記樹脂シートが、多層構造を有している請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光発電モジュール。
- 前記樹脂シートにおける前記微細配線が設けられている面とは反対側の面に、フッ素樹脂およびアクリル樹脂からなる群より選択される1以上を含む材料により形成された層を有する、請求項4に記載の光発電モジュール。
- 前記封止材が紫外線吸収剤を含まない、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光発電モジュール。
- 前記光発電素子における前記配線シートがある側とは反対の面側に、前記封止材とは別の封止材をさらに備え、
前記別の封止材が、白色顔料を含む請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光発電モジュール。
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