JP7056021B2 - 太陽電池モジュール、及び、その製造方法 - Google Patents

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。詳しくは、熱硬化系のポリエチレン系樹脂からなる封止材を備える太陽電池モジュールであって、耐熱性の向上と架橋剤由来のアウトガス発生の抑制とを両立させた太陽電池モジュールに関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。現在、種々の形態からなる太陽電池モジュールが開発され、提案されている。一般的な太陽電池モジュールは、ガラス保護基板等の表面側保護基材と、耐候性を有する樹脂シート等からなる裏面保護部材との間に、太陽電池モジュール用の封止材シートによって封止されている太陽電池素子が配置されている構成からなる。

太陽電池モジュールを構成する上記各部材、特には上記の封止材シートは、その使用時において、常時、強い紫外線、熱線、風雨等といった過酷な環境に曝される。このため、封止材シート等の上記各部材は、そのような過酷な環境下における長期使用に耐えうるだけの高度な耐久性を備えることが必須とされている。

例えば、そのような高度な耐久性を備える封止材シートとして、ＥＶＡ（エチレン－酢酸ビニル共重合体）をベース樹脂とし、架橋剤と、架橋助剤とを含有する樹脂組成物からなる封止材シートが知られている（特許文献１参照）。この場合、上記の樹脂組成物は、押し出し成形時に架橋反応が進むと、成膜時の負荷が過大となり生産性が低下、或いは成膜不能となってしまうため、一般的に５０℃～９０℃の低温加熱による押し出しで未架橋のまま成膜される。そして、成膜後にモジュール化の際の加熱処理等によって架橋される。

一方、封止材シートのベース樹脂が、ポリエチレン系樹脂である場合、シランカップリング剤の配合によってガラス等との密着性が向上することが知られているが、更に密着性を改善するため、アルコキシシランをグラフト重合させた変性エチレン系樹脂を用いた封止材も知られている（特許文献２参照）。これによれば、特許文献１に記載の封止材シートの場合のような架橋工程を不要としつつも、耐久性、接着性を有する封止材シートを提供することができる。

特開２００９－１３５２００号公報 特開２００２－２３５０４８号公報

特許文献２の封止材シートは、架橋剤を含有しない。つまり、最終製品段階まで架橋処理を行わないことを前提とする熱可塑系の樹脂シートである。このように、封止材シートのベース樹脂が熱可塑系のポリエチレンである場合、封止材シートに求められる必要十分な耐熱性を担保するためには、ある程度、高密度で高融点の樹脂を選択せざるを得ない。実際に、特許文献２の実施例において、シラン変性エチレン－αオレフィン共重合体（実施例２）の組成物が、１８０℃の高温で押出成形されているのもその必然的結果であると考えられる。

封止材シートのベース樹脂とするポリエチレン系樹脂の高密度化は、封止材シートの透明性の低下につながる。しかしながら、熱可塑系のポリエチレンをベース樹脂とする場合には、十分な耐熱性の確保のためには、ある程度の透明性の劣化については、これを甘受せざるを得ないのが実情であった。

一方、架橋剤を含有する熱硬化系のポリエチレンをベース樹脂とすれば、相対的に密度の低い低密度ポリエチレンの使用が可能となる。但し、この場合は封止材シートに十分な耐熱性や耐候性を備えさせるために、一定量以上の架橋剤を添加してポリエチレンを架橋させることが必須となる。

ポリエチレンは、一般に、特許文献１に開示されているＥＶＡと比べて架橋反応が進行しにくい。よって、太陽電池モジュール用の封止材シートとして十分な耐熱性を備えさせるためには、より多量の架橋剤を添加する必要がある。しかしながら、封止材組成物への架橋剤の多量の添加は、太陽電池モジュールとしての一体化のための真空加熱ラミネーション時に多量のアウトガスを発生させ、又、一体化後の太陽電池モジュールにおいて封止材層に内在するアウトガス量の増加を引き起こす。このアウトガス量が増加すると、封止材シートとセル界面での気泡の発生に起因する封止材シートの剥がれを誘発するリスクが高まるため、太陽電池モジュールの品質安定性を維持するためには、このアウトガス量を一定量以下に抑制することが強く望まれる。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものである。その目的は、ポリエチレンをベース樹脂とし架橋剤を含有する樹脂組成物を成膜し、その後に架橋を進行させて、必要十分な耐熱性を担保する熱硬化系の封止材シートからなる封止材層を備える太陽電池モジュールにおいて、耐熱性の向上と、封止材層内で発生するアウトガス量の抑制を両立することができる太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明者らは、例えば、太陽電池モジュールの封止材層を構成する封止材シートを形成する封止材組成物のベース樹脂を、特定炭素数のαオレフィンからなるポリエチレンとすることにより、必要な耐熱性を担保するに足る程度にまで架橋を進行させるための架橋剤の必要添加量を、従来よりも低減できることを見出した。そして、これにより、高ゲル分率でありながら、架橋剤由来のアウトガス量が極めて少ない封止材層を有する太陽電池モジュールを製造することに成功し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 表面側保護基材と、裏面側保護基材と、太陽電池素子と、該太陽電池素子を前記表面側保護基材と前記裏面側保護基材との間において封止する封止材層と、を含んでなる太陽電池モジュールであって、前記封止材層は、密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレンをベース樹脂とし、ゲル分率が６５％以上８０％以下である封止材シートからなり、前記封止材層に内在するアウトガス量が、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下である、太陽電池モジュール。

（２） 前記ポリエチレンが、炭素数３のαオレフィンを６ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下の割合で含有してなる、エチレンとα－オレフィンとの共重合体である、（１）に記載の太陽電池モジュール。

（３） 前記ポリエチレンが、炭素数３のαオレフィンを１８ｍｏｌ％以上含有する、エチレンとα－オレフィンとの共重合体である、（２）に記載の太陽電池モジュール。

（４） （１）から（３）に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし架橋剤を含有してなる封止材組成物を、ゲル分率を１０％以下に保持したままシート状に成膜して、未架橋の封止材シートを得る封止材成膜工程と、前記未架橋の封止材シートと前記太陽電池素子とを含む太陽電池モジュールの構成部材を、真空過熱ラミネーションによって前記未架橋の封止材シートのゲル分率が６５％以上８０％以下となるように架橋させながら一体化するモジュール一体化工程と、を含み、前記ポリエチレン系樹脂は、炭素数３のαオレフィンを６ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下の割合で含有してなる、エチレンとα－オレフィンとの共重合体であり、前記架橋剤は、パーオキシケタール類、ジアルキルパーオキサイド類、又は、パーオキシカーボネート類である、太陽電池モジュールの製造方法。

本発明によれば、ポリエチレンをベース樹脂とする熱硬化系の封止材層を備える太陽電池モジュールにおいて、封止材層の架橋が十分に進んでいて、尚且つ、同層内に内在するアウトガス量も十分に抑制されている太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の太陽電池モジュールの層構成の一例を示す断面図である。

＜太陽電池モジュール＞
図１は、本発明の太陽電池モジュールについて、その層構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール１は、入射光の受光面側から、ガラス基板等の透明基材からなる表面側保護基材２、表面側の封止材シート３１、太陽電池素子４、裏面側の封止材シート３２、及び、裏面側保護基材５が、順に積層されている。一対の封止材シート３１、３２は、太陽電池素子４の両面に密着配置されて、これらを封止する封止材層３を構成している。

［封止材層］
本明細書において、「太陽電池素子を封止する封止材層」とは、代表的な例としては、図１に示すように、太陽電池素子を、その両面に配置される一対の封止材シートで挟持する態様によってこれを封止している層のことを言う。しかし、「太陽電池素子を封止する」態様は、必ずしもこれに限られない。例えばガラス基板に薄膜系の太陽電池素子が形成されてなるセルガラスを封止材シートで被覆してなる構成を有する薄膜系の太陽電池モジュールにおいては、上記のセルガラス上に形成されている薄膜系の素子を被覆している封止材シートを、当該太陽電池モジュールにおいて「太陽電池素子を封止する封止材層」とみなすものとする。

本発明の太陽電池モジュール１は、その封止材層３がポリエチレン系樹脂からなり、尚且つ、架橋度の指標としてのゲル分率が６５％以上となる程度に、封止材層３が十分に架橋されている。通常、封止材層３を構成するポリエチレン系樹脂をこの程度にまで架橋した場合には、少なくとも、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇを超えるアウトガスが、封止材層３に内在されることとなる蓋然性が極めて高い。これを安定的に回避することは従来の知見の範囲による製造方法では極めて困難であり、架橋度を６５％未満に止めない限り、アウトガス量の上記量程度の発生は、実質的には不可避であった。本発明の太陽電池モジュール１は、封止材層３の架橋を上記程度にまで十分に進行させたものでありながら、尚且つ、この層に内在するアウトガス量が、少なくともトルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下、より好ましくは同換算で１．３２μｇ／ｇ以下に抑制されているものである点を主たる特徴とする。

ここで、本明細書における「ゲル分率（％）」とは、封止材１．０ｇを樹脂メッシュに入れ、１１０℃キシレンにて１２時間抽出したのち、樹脂メッシュごと取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の質量比較を行い残留不溶分の質量％を測定しこれをゲル分率としたものである。尚、ゲル分率０％とは、上記残留不溶分が実質的に０であり、封止材組成物或いは封止材シートの架橋反応が実質的に開始していない状態であることを言う。より具体的には、「ゲル分率０％」とは、上記残留不溶分が全く存在しない場合、及び、精密天秤によって測定した上記残留不溶分の質量％が０．０５質量％未満である場合を言うものとする。尚、上記残留不溶分には、樹脂成分以外の顔料成分等は含まないものとする。これらの樹脂成分以外の混在物が、上記試験により残留不溶分に混在している場合には、例えば、予めこれらの混在物の樹脂成分中における含有量を別途測定しておくことで、これらの混在物を除く樹脂成分由来の残留不溶分について本来得られるべきゲル分率を算出することができる。

［封止材層に内在するアウトガス量］
又、本明細書において、「封止材層に内在するアウトガス量」とは、架橋処理を終えて完成品となった段階の太陽電池モジュールにおいて、「太陽電池素子を封止する封止材層」内に存在するガス量であり、詳しくは、これを、トルエン換算した単位質量当りのガス量（μｇ／ｇ）のことを言う。そして、この定義によるアウトガス量は、以下に記す各方法により、（検量線の作成）、（アウトガス量の測定）、及び、（アウトガス量の算出）を順次行うことにより、特定の値としてこれを得ることができる。

（検量線の作成）
酢酸エチルとトルエンとを、酢酸エチル５．０５５６６ｇ＝５．０６４９４ｍｌ、トルエン０．９９２３７ｇ＝１．１５０８４１ｍｌを秤量し混合する。混合液を０．５μｌ、１．０μｌ、３．０μｌ、５．０μｌの量を、それぞれバイアル瓶に取り分ける。トルエンの含有量は０．０７３４４６μｇ、０．１４６８９μｇ、０．４４０６８μｇ、０．７３４４６μｇとなっている。次に各バイアル瓶を、１６５℃３０分加熱後、１０ｍｌのガスを採取し、ＦＩＤ－ＧＣでスペクトルを検出し、トルエンのピークの面積を積算し下記表１の関係を得る。そして、表１の各値から以下の一次式で示される検量線を規定する。
Ｙ＝（１．３４８８×１０^－５）Ｘ
Ｙ：トルエン量（μｇ）
Ｘ：面積値（ｐＡ／ｓｅｃ）

（アウトガス量の測定）
予め、架橋処理を行った測定対象とする封止材層の試験サンプルを２００ｍｇ秤量し、バイアル瓶に取り分ける。１６５℃３０分加熱後１０ｍｌのガスを採取し、ＦＩＤ－ＧＣでスペクトルを取得し全てのピークの面積を積算する。

（アウトガス量の算出）
上記検量線にこの積算値をあてはめ、試験サンプルからのトルエン換算のアウトガス発生量を算出する。
トルエン換算アウトガス発生量（μｇ／ｇ）＝（１．３４８８×１０^－５）Ｘ×（１０００／２００）＝（０．６７４４×１０^－６）Ｘ
尚、上記のスペクトル検出は、以下の測定装置を用いた下記条件での測定により、ガスクロマトグラフィー分析（定性・定量分析）により行うことができる。
装置：Ａｇｉｌｅｎｔ６８９０（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）
カラム：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｊ＆Ｗ ＧＣカラム「ＨＰ－５ＭＳ」（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）
カラム温度：４０℃～３２０℃
ガス：Ｈｅ
検出器：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）

［封止材シート］
太陽電池モジュール１の封止材層３を構成する封止材シート３１、３２（以下、単に「封止材シート」とも言う）は、下記にその詳細を説明する封止材組成物を、従来公知の方法で成型してフィルム状又はシート状にしたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。

又、封止材シート３１、３２は、成膜温度を９０℃から１２０℃の低温域に限定し、未架橋のまま成膜する。架橋処理は、例えば、太陽電池モジュールの製造時の高温加熱処理によって完了させる。

封止材シート３１、３２は、密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは、密度０．８８０ｇ／ｃｍ^３以上０．８９５ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは、密度０．８８５ｇ／ｃｍ^３以上０．８９０ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレン系樹脂がベース樹脂であり、ゲル分率が０％以上１０％以下、より好ましくは０％である未架橋の樹脂フィルムによって形成されている。

但し、成膜後未架橋の段階における封止材シート３１、３２は、所定量の架橋剤を含有するものであり、太陽電池モジュールとしての一体化後までの間におけるいずれかのプロセス中において、架橋が進行することが想定されている、所謂、熱硬化系（或いは架橋系）の樹脂フィルムである。太陽電池モジュール１として一体化後の架橋完了後における封止材シートのゲル分率、即ち封止材層３のゲル分率は、６５％以上８０％以下であればよく、７０％以上８０％以下であることがより好ましい。

又、封止材シート３１、３２は、太陽電池モジュール１として一体化後の架橋完了後において、即ち、封止材層３のゲル分率が６５％以上となる十分な架橋が進行した段階においても、封止材層３に内在するアウトガス量が、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下となるように設計されている。

成膜後未架橋の段階における封止材シート３１、３２のメルトマスフローレート（ＭＦＲ）は、ＪＩＳ－Ｋ６９２２－２により測定した１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲ（本明細書においては、以下、この測定条件による測定値を「ＭＦＲ」と言う。）は、５ｇ／１０分以上２５ｇ／１０分以下であることが好ましく、１０ｇ／１０分以上２０ｇ／１０分以下であることがより好ましい。ＭＦＲが上記の範囲であることにより、ガラス、金属等からなる太陽電池モジュールの他の部材との密着性に優れた封止材とすることができる。尚、封止材シートが下記に説明するような多層フィルムである場合のＭＦＲについては、全ての層が一体積層された多層状態のまま、上記処理による測定を行い、得た測定値を当該多層の封止材シートのＭＦＲ値とするものとする。

封止材シート３１、３２のそれぞれの厚さは、２００μｍ以上１０００μｍ以下であればよく、３００μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の封止材シートは、単層フィルムであってもよいが、コア層と、コア層の両面に配置されるスキン層によって構成される多層フィルムであってもよい。尚、本明細書における多層フィルムとは、少なくともいずれかの最外層、好ましくは両最外層に成形されるスキン層と、スキン層以外の層であるコア層とを有する構造からなるフィルム又はシートのことを言う。

封止材シートを多層フィルムとする場合には、本発明の必須の構成要件を満たす範囲内において、各層毎にＭＦＲが異なる層構成とすることがより好ましく、この場合、ＭＦＲがより高い層をスキン層として最外層側に配置することが好ましい。本発明の封止材シートは、単層の封止材シートである場合においても、十分に好ましい透明性と耐熱性、及び適度の柔軟性を備えるものではあるが、このように相対的にＭＦＲの高い層を最外層に配置することにより、封止材シートとして上記の好ましい透明性や耐熱性を保持しつつ、更に密着性やモールディング特性を高めることができる。

例えば、３層以上の層からなる多層フィルムである封止材シートにおいては、最外層の厚さは、３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、且つ、最外層以外の全ての層からなる中間層と最外層の厚さの比は、最外層：中間層：最外層＝１：３：１～１：８：１の範囲であることが好ましい。このようにすることにより、封止材としての好ましい耐熱性を保持しつつ、最外層における好ましいモールディング特性を備えることができる。

［封止材組成物］
太陽電池モジュール１の封止材層３を構成する封止材シート３１、３２の製造に用いる封止材組成物（以下、単に「封止材組成物」とも言う）は、低密度のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、架橋剤を必須とする熱硬化系の樹脂組成物である。尚、本明細書において「ベース樹脂」とは、当該ベース樹脂を含有してなる樹脂組成物において、当該樹脂組成物の樹脂成分中で含有量比の最も大きい樹脂のことを言うものとする。

封止材組成物は、密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは、密度０．８８０ｇ／ｃｍ^３以上０．８９５ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは、密度０．８８５ｇ／ｃｍ^３以上０．８９０ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレンをベース樹脂とする。上記のような低密度のポリエチレンをベース樹脂とすることにより、封止材シート３１、３２の透明性を向上させることができる。又、これによれば、表面側保護基材２として積層されるガラス基板等、太陽電池モジュール１を構成する他の部材との密着性が高まり、又、ラミネート処理における各部材の圧着時におけるセル割れのリスクを低減させることもできる。封止材組成物の全樹脂成分に対する上記のベース樹脂の含有量は、７０質量％以上１００質量％以下であり、好ましくは、９０質量％以上９９質量％以下である。上記範囲内でこのベース樹脂を含むものである限りにおいて、封止材組成物中には、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の樹脂が含まれていてもよい。

封止材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレンは、エチレンとα－オレフィンとの共重合体である直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）である。又、このベース樹脂は、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレン（Ｍ－ＬＬＤＰＥ）であることが更に好ましい。メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンは、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものである。このようなポリエチレンは、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一である。このため、分子量分布が狭く、上記のような超低密度にすることが可能であり封止材に対して柔軟性を付与できる。封止材に柔軟性が付与される結果、封止材とガラス、金属等との密着性が高まる。

又、直鎖低密度ポリエチレンは、結晶性分布が狭く、結晶サイズが揃っているので、結晶サイズの大きいものが存在しないばかりでなく、低密度であるために結晶性自体が低い。このため、封止材シート３１、３２としてシート状に加工した際の透明性に優れる。したがって、これをベース樹脂とする封止材組成物からなる封止材シート３１、３２は、太陽電池モジュール１において、太陽電池素子４の受光面側に配置された場合に、太陽電池素子４への入射光の減衰による発電効率の低下を防ぐことができる。

封止材組成物のベース樹脂として用いる直鎖低密度ポリエチレンのα－オレフィンとしては、炭素数が３のプロピレンを所定量以上の割合で用いる。これにより、封止材層３の架橋処理後のゲル分率を６５％以上としつつ、尚且つ、そのような架橋処理後において同層に内在するアウトガス量を、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下とすることができる。封止材組成物は、この特定の炭素数のα－オレフィンを、ベース樹脂中に１８ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下、好ましくは１５ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下含有する。従来、太陽電池モジュール用の封止材シートに用いるポリエチレン系樹脂のα－オレフィンは、炭素数が６～８のα－オレフィンである１－ヘキセン、１－ヘプテン又は１－オクテンが多く用いられていたが、これを炭素数が３のプロピレンに置き換えることで、より少ない架橋剤の添加で封止材層３に十分な耐熱性を備えさせることができる。

封止材組成物中の特定炭素数のα－オレフィンの上記含有量を１８ｍｏｌ％以上とすることにより、相対的に少ない架橋剤添加量であっても、封止材シート３１、３２に十分な耐熱性を付与することが可能であり、同時に、封止材シート３１、３２に含まれる耐光安定剤の劣化を抑えることもできる。一方この含有量が２５ｍｏｌ％を超えると融点が下がり、封止材シートの製造過程においてブロッキングが発生しやすくなるため、上記含有量は、２５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

封止材組成物のベース樹脂中のα－オレフィンは、必ずしも全てが炭素数３のものであることが必須ではないが、例えば、１－オクテン等、炭素数８以上のα－オレフィンは含有しないことが好ましい。

尚、成膜後、未架橋の段階における封止材シート３１、３２及び架橋後の封止材層３の「特定炭素数のα－オレフィンの含有量（ｍｏｌ％）」は、何れも、以下の測定方法で算出することができる。
‘特定炭素数のα－オレフィンの含有量（ｍｏｌ％）の測定方法’
封止材シート、又は、架橋後の封止材層の測定用試料をＯＤＣＢ／Ｃ６Ｄ６（４／１）溶媒に溶かし、濃度を１０ｗｔ％にする。この溶媒の温度を１３０℃とした状態で、１３Ｃ－ＮＭＲを利用して測定し、トリアッド（三連子）に特有のピークを定量する。モノマーのシーケンス分率（全シーケンスを１００％に規格化）を算出した後、シーケンス分率から各モノマー比（Ｃ３成分濃度）を算出する。

封止材組成物には、α－オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体（以下、「シラン共重合体」とも言う）を、適量添加することが好ましい。これにより、表面側保護基材２として積層されるガラス基板や金属製或いはセラミック製の太陽電池素子４等の他の部材と封止材シート３１、３２との密着性を更に向上させることができる。

シラン共重合体は、例えば、特開２００３－４６１０５号公報に記載されているものである。当該共重合体を封止材組成物の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、且つ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸特性に優れ、更に、太陽電池モジュールを製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を有し、安定的に、低コストで、種々の用途に適する封止材シートを製造し得る。

シラン共重合体としては、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、及びグラフト共重合体のいずれであっても好ましく使用することができるが、グラフト共重合体であることがより好ましく、重合用ポリエチレンを主鎖とし、エチレン性不飽和シラン化合物が側鎖として重合したグラフト共重合体が更に好ましい。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、封止材シートの他部材との間の接着性を向上させることができる。

α－オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を構成する際のエチレン性不飽和シラン化合物の含量としては、全共重合体質量に対して、例えば、０．００１質量％以上１５質量％以下、好ましくは、０．０１質量％以上５質量％以下、特に好ましくは、０．０５質量％以上２質量％以下が望ましい。本発明において、α－オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を構成するエチレン性不飽和シラン化合物の含量が多い場合には、機械的強度及び耐熱性等に優れるが、含量が過度になると、引っ張り伸び及び熱融着性等に劣る傾向にある。

封止材組成物に用いる架橋剤としては、十分な架橋処理を行ないつつ、架橋処理後において封止材層に内在するアウトガス量を、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下とすることができるように選択された架橋剤を適宜選択することができる。具体的には、封止材組成物のベース樹脂のエチレン・αオレフィン共重合体のαオレフィンの炭素数３の含有量を、上述の通り、１８ｍｏｌ％以上とした場合においては、活性酸素量が６％以上程度、より好ましくは８．５％以上１５．００％以下の架橋剤を用いることができる。反応性の高い上記組成からなるベース樹脂と活性酸素量が上記範囲にある架橋剤とを組合せて用いることにより、架橋剤の添加量を適量範囲内に抑えてアウトガスの過剰な発生を回避しつつ、同時にゲル分率が６５％以上となる程度にまで架橋を進行させて、封止材層３に十分な耐熱性を備えさせることができる。

又、封止材組成物に用いる架橋剤の１時間半減期温度については、１２５℃以上１４５℃以下のものを用いることが好ましい。これにより、封止剤組成物を、１２０℃以下での溶融押出し成形が可能な組成物とすることができる。

又、上記条件を満たす好ましい架橋剤の具体例として、ｔ－アミル－パーオキシ－２－エチルヘキシルカーボネート、ｔ－ブチルパーオキシ２―エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシカーボネート類、ｎ－ブチル４，４－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）バレレート、エチル３，３－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ブチレート、２，２－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ブタン等のパーオキシケタール類、ジ‐ｔ‐ブチルパーオキサイド、ｔ‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５‐ジメチル‐２，５‐ジ（ｔ‐ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５‐ジメチル‐２，５‐ジ（ｔ‐パーオキシ）ヘキシン‐３等のジアルキルパーオキサイド類を、封止材組成物に添加して用いることができる架橋剤として挙げることができる。それらのうちでも、活性酸素量が９．２２以上、１時間半減期温度が１４０℃のジアルキルパーオキサイド類の架橋剤（例えば、製品名「ルペロックス１０１」（アルケマ吉富株式会社製））、或いは、活性酸素量が８．６１以上、１時間半減期温度が１２９℃のパーオキシケタール類の架橋剤（例えば、製品名「ルペロックス２３０」（アルケマ吉富株式会社製））を、封止材組成物に用いる架橋剤として特に好ましく用いることができる。

封止材組成物における上記の架橋剤の含有量は、上記の各種の架橋剤毎に、十分な架橋処理を行ないつつ、架橋処理後において封止材層に内在するアウトガス量を、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下とすることができるように選択された各適量範囲とすればよい。具体的には、封止材組成物のベース樹脂のエチレン・αオレフィン共重合体のαオレフィンの炭素数３の含有量を、上述の通り、１８ｍｏｌ％以上とした場合において、封止材組成物中の全樹脂成分に対する架橋剤の含有量は、０．３質量％以上０．６質量％以下であることが好ましい。

封止材組成物における上記の架橋剤の含有量は、更に詳しくは、上記同様のベース樹脂との組合せにおいて選択する架橋剤が、パーオキシカーボネート類である場合には、封止材組成物中の全樹脂成分に対する含有量が０．４質量％以上０．６質量％以下であることが好ましい。同じく、パーオキシケタール類である場合には、同含有量が０．３７質量％以上０．４０質量％以下であることが好ましい。同じく、ジアルキルパーオキサイド類である場合には、同含有量が０．２９質量％以上０．４３質量％以下であることが好ましい。

上記範囲の架橋剤を添加することにより、封止材シート３１、３２に十分な耐熱性を付与することができる。又、上記範囲の添加量であれば、架橋剤由来のアウトガスの発生も十分に抑えることができる。尚、本発明にかかる封止材シートは、実質的な架橋を進行させずに成膜するものであり、成膜後のシート段階における封止材シート中の上記の架橋剤の含有量範囲も組成物段階と同様の範囲となる。

封止材組成物には、炭素－炭素二重結合及び／又はエポキシ基を有する多官能モノマー、より好ましくは多官能モノマーの官能基がアリル基、（メタ）アクリレート基、ビニル基である架橋助剤を含有させることが好ましい。これによって適度な架橋反応を促進させて封止材シート３１、３２のガラスや金属に対する密着性を向上させることに加えて、この架橋助剤が、封止材シート３１、３２を形成する直鎖低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ透明性を維持する。これにより、上記の密着性の向上の効果に加えて、封止材シート３１、３２の透明性と低温柔軟性をより優れたものとすることができる。

封止材組成物に用いることができる架橋助剤としては、具体的には、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルフマレート、ジアリルマレエート等のポリアリル化合物、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴ）、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、１，４－ブタンジオールジアクリレート、１，６－ヘキサンジオールジアクリレート、１，９－ノナンジオールジアクリレート等のポリ（メタ）アクリロキシ化合物、二重結合とエポキシ基を含むグリシジルメタクリレート、４－ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル及びエポキシ基を２つ以上含有する１，６－ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、１，４－ブタンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等のエポキシ系化合物を挙げることができる。これらは単独でもよく、２種以上を組合せてもよい。又、上記架橋助剤の中でも、封止材のガラス密着性向上にも顕著に寄与し、直鎖低密度ポリエチレンに対する相溶性が良好で、架橋によって結晶性を低下させ透明性を維持し、低温での柔軟性を付与する観点からＴＡＩＣを好ましく使用することができる。

封止材組成物における架橋助剤の含有量は、封止材組成物中の全樹脂成分に対して、０．０１質量％以上３質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５質量％以上２．０質量％以下である。この範囲内であれば適度な架橋反応を促進させて封止材シート３１、３２の密着性を向上させることができる。

封止材組成物には、耐光安定剤としてヒンダードアミン系耐光安定剤（ＨＡＬＳ）を用いることが好ましい。ヒンダードアミン系光安定剤はピペリジン骨格中の窒素原子の結合相手により大きく分けて、Ｎ－Ｈ型（窒素原子に水素が結合）、Ｎ－Ｒ型（窒素原子にアルキル基（Ｒ）が結合）、Ｎ－ＯＲ型（窒素原子にアルコキシ基（ＯＲ）が結合）の３タイプがあるがこれらのうち、Ｎ－Ｈ型又はＮ－Ｒ型のヒンダードアミン系耐光安定剤を特に好ましく用いることができる。

Ｎ－ＯＲ型のヒンダードアミン系耐光安定剤は、Ｎ－Ｈ型やＮ－Ｒ型のヒンダードアミン系耐光安定剤に比べ、反応スピードが速くラジカルトラップの機能が高い。しかし、本発明にかかる封止材シート３１、３２のように、成膜後、モジュール化の段階で架橋を進行させるタイプの封止材シートにおいては、モジュール化のための熱ラミネーション時に、架橋剤と反応して劣化しやすいため、それにより耐光性を十分に向上できなくなる場合が多い。ヒンダードアミン系耐光安定剤を、Ｎ－Ｈ型やＮ－Ｒ型のヒンダードアミン系耐光安定剤に特定することにより、架橋剤による劣化を回避して、光で発生したラジカルの補足機能をより安定的に良好に保つことができる。

又、一般的に、ヒンダードアミン系耐光安定剤には、低分子量のものから高分子量のものまで多くの種類の化合物が知られている。太陽電池モジュール用の封止材組成物への使用に際しては、低分子量のもの、即ち、分子量が２０００未満のものを用いるとブリードアウトが発生する場合が多く、この場合には、光線透過率が小さくなり透明性が低下してしまう。封止材の透明性の低下は太陽電池モジュールの発電効率の低下につながるため、封止材組成物に用いる耐光安定化剤としては、分子量が２０００以上の高分子量のものを用いることが好ましい。

封止材組成物に好ましく用いることができるヒンダードアミン系耐光安定剤の具体例としては、Ｎ－Ｈ型で且つ分子量が２０００以上のものとして、ジブチルアミン－１，３，５－トリアジン－Ｎ，Ｎ’－ビス（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル－１，６－ヘキサメチレンジアミンとＮ－（２，２，６，６－テトラメメチル－４－ピペリジル）ブチルアミンとの重縮合物を挙げることができる。この化合物はＣｈｉｍａｓｓｏｒｂ２０２０として市販されており、ＣＡＳ番号１９２２６８－６４－７の化合物である。分子量は２６００から３４００であり、融点は１３０℃から１３６℃である。

本発明に係る封止材組成物に好ましく用いることができるヒンダードアミン系耐光安定剤の他の具体例としては、Ｎ－Ｒ型で且つ分子量が２０００以上のものとして、ブタン二酸１－［２－（４－ヒドロキシ－２，２，６，６－テトラメチルピペリジノ）エチル］を挙げることができる。この化合物はＫＥＭＩＳＴＡＢ６２として市販されており、ＣＡＳ番号６５４４７－７７－０の化合物である。分子量は３１００から４０００であり、融点５５℃から７０℃である。

封止材組成物への上記のヒンダードアミン系耐光安定剤添加量については、封止材組成物中の全樹脂成分に対して、０．１質量％以上０．５質量％以下であればよく、０．２質量％以上０．４質量％以下であることがより好ましい。上記含有量を、０．１質量％以上とすることにより、耐光安定化の効果が十分に得られる。又、上記含有量を、０．５質量％以下とすることによって、ブリードアウトを抑制することができ、又、ヒンダードアミン系耐光安定剤の過剰な添加による樹脂の変色を抑えることもできる。

封止材組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、紫外線吸収剤、熱安定剤、密着性向上剤、核剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤、難燃剤、及びその他の各種フィラーを適宜添加することができる。これらの添加剤の含有量比は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ封止材組成物中に０．００１質量％以上６０質量％以下の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、封止材組成物に対して、長期に亘って安定した機械強度や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。

上述の通り、ベース樹脂における直鎖低密度ポリエチレンのα－オレフィンの炭素数、架橋剤の種類と添加量を好ましい範囲に調整することにより、ゲル分率が上記範囲となるように架橋反応を進行させながら、架橋剤由来のアウトガス発生を十分に抑制することできる。

太陽電池モジュール１を構成する太陽電池素子４としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、或いは、タンデムタイプのシリコン基板を用いて作製する各種の結晶シリコン型の太陽電池素子を好ましく用いることができる。但し、これに限られず、例えば、カルコパイライト系の化合物等を用いてなる薄膜系太陽電池素子（ＣＩＧＳ）等も含め従来公知の様々な太陽電池素子を特段の制限なく用いることができる。又、太陽電池素子４は、太陽電池モジュールの表面側から光のみを受光可能な片面受光型の素子であってもよいし、或いは、素子の両面において受光可能な両面受光型の素子であってもよい。

又、太陽電池モジュール１は、絶縁性の高いポリエチレン系樹脂からなる封止材シート３２を用いるものであるため、非受光面側に極性が異なる複数の電極が設けられたバックコンタクト型の太陽電池素子も好ましく用いることができる。

太陽電池モジュール１を構成する表面側保護基材２としては、太陽電池モジュールの受光面側において求められる透明性を有するガラス基板等、従来公知の材料を特に制限なく使用することができる。封止材層３を構成する表面側の封止材シート３１は、ガラス密着性及び密着耐久性にも優れるものであるため、太陽電池モジュール１は、封止材層３とガラスからなる表面側保護基材２の界面における密着性と密着耐久性に優れたモジュールとすることができる。

太陽電池モジュール１を構成する裏面側保護基材５としては、ＥＴＦＥ、耐加水ＰＥＴ等の樹脂シート或いはアルミ箔層をコア層として樹脂層を両面に積層したもの等、従来公知の太陽電池モジュール用の裏面保護シートを適宜用いることができる。

尚、本発明の太陽電池モジュール１の層構成は、上記の実施形態に限られず、上記において説明した各部材以外の構成部材を必要に応じて更に含むものであってもよい。

［太陽電池モジュールの製造方法］
太陽電池モジュール１は、例えば、上記の表面側保護基材２、封止材シート３１、太陽電池素子４、封止材シート３２、及び裏面側保護基材５からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。

（封止材成膜工程）
太陽電池モジュール１を構成する封止材シート３１、３２については、一体化のための工程に先駆けて、予め、上記の封止材組成物を、ゲル分率を１０％以下に保持したまま、シート状に成膜して、未架橋の封止材シートを得る工程により得ることができる。溶融成形はＴダイによる成膜等、従来公知の各種の成膜方法によることができる。

（モジュール一体化工程）
上記封止材成膜工程で得た未架橋の封止材シートを含む各部材を、上述の通り、真空過熱ラミネーション等の成形方法により、一体成形体として加熱圧着成形する。この一体化のための工程内で、未架橋の封止材シートのゲル分率が６５％以上８０％以下となるように架橋を進行させる。尚、ラミネーション条件に応じて必要であれば、別途の熱架橋処理を更にモジュール化後に行ってもよい。

このようにして得られる、太陽電池モジュール１は、耐熱性と耐光性に優れ、強い紫外線、熱線、風雨等といった過酷な環境に曝される場合であっても、長期間に亘るきわめて高い耐久性を備えるものとなっている。又、透明性においても優れたものであることにより太陽電池モジュールの発電効率の向上にも寄与することができる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

［太陽電池モジュール用の封止材シートの製造］
下記の材料からなる封止材組成物を溶融し、常法Ｔダイ法により厚さ４６０μｍとなるように成膜して太陽電池モジュール用の未架橋の単層の封止材シートを得た。成膜温度は９０℃～１００℃とした。
（ベース樹脂）
密度０．８８０ｇ／ｃｍ^３、１９０℃でのメルトマスフローレート（ＭＦＲ）が２０ｇ／１０分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン（表３にて「ＰＥ」と表記）と、以下の各α－オレフィンとの共重合体を、実施例及び比較例の封止材シートのベース樹脂として用いた。各ベース樹脂に含まれるα－オレフィンの種類（炭素数）と含有量（ｍｏｌ％）は、表３に記載されている通りであり、実施例、比較例毎に異なる炭素数（３、６、８）のものが、異なる含有量で含まれるようにした。
プロピレン：炭素量３（表３にて「Ｃ３」と表記）
１－ヘキセン：炭素量６（表３にて「Ｃ６」と表記）
１－オクテン：炭素量８（表３にて「Ｃ８」と表記）
このベース樹脂は各封止材組成物に１００質量部ずつ用いた。
（シラン変性ポリエチレン）
ベース樹脂に用いた上記のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン９５質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン５質量部と、ラジカル発生剤（反応触媒）としてのジクミルパーオキサイド０．１質量部とを混合し、２００℃で溶融、混練し、密度０．８８４ｇ／ｃｍ^３、１９０℃でのＭＦＲが６ｇ／１０分であるシラン変性ポリエチレン（シラン共重合体）を得た。このシラン変性ポリエチレンを全ての実施例及び比較例の封止材シートのその他の添加樹脂として各封止材組成物に１５質量部ずつ用いた。
（架橋剤）
架橋剤については、各封止材組成物毎に表２に記載の３種類の架橋剤（Ａ～Ｃ）をそれぞれ表３に記載の通りの配合で使い分けた。各封止材組成物毎の樹脂成分中における各架橋剤の含有量（質量％）は、表３に記載の通りとした。各架橋剤（Ａ～Ｃ）の分子量、活性酸素量、１時間半減期温度は表２に記載の通りである。
（架橋助剤）
各封止材組成物に下記の架橋助剤を添加した。各封止材組成物毎の樹脂成分中におけるこの架橋助剤の含有量（質量％）は表３に記載されている含有量となるようにした。
架橋助剤（ＴＡＩＣ）：トリアリルイソシアヌレート（Ｓｔａｔｏｍｅｒ社製、商品名「ＳＲ５３３」）
（ヒンダードアミン系耐光安定剤（ＨＡＳＬＳ））
各封止材組成物に下記のＨＡＳＬＳを添加した。このＨＡＳＬＳの各封止材組成物中の含有量（質量部）は、いずれにおいても０．１質量部となるようにした。
ＨＡＳＬＳ：アミノ基を有する、Ｎ－Ｒ型のヒンダードアミン系耐光安定剤（アデカ株式会社製、商品名「ＬＡ－７２」）

［評価例１：α－オレフィンの状態］
各封止材組成物段階におけるベース樹脂のエチレン・αオレフィン共重合体のαオレフィンの状態（分岐の状態）について、上述の方法の通り、１３Ｃ－ＮＭＲで測定して表３に記載の通りの状態であることを確認した。

［評価例２：ゲル分率］
太陽電池モジュールとして一体化された状態での封止材層の架橋度、即ち耐熱性を評価するために、上記各封止材シートをＥＴＦＥフィルムで挟み込んで、下記の真空加熱ラミネート（条件１：表３にて「高」と記載）又は、真空加熱ラミネート及びその後のキュア処理（条件２：表３にて「低」と記載）により架橋処理を行ったものについて、上述の測定方法により、ゲル分率を測定した。結果は表３に「ゲル分率」として示す。又、各ゲル分率の数値に基づく「耐熱性」の評価基準は、以下の通りとした。尚、成膜後、上記架橋処理前の状態においては、いずれの封止材シートについてもゲル分率が０％であることも併せて確認されている。
（条件１：（高））
真空加熱ラミネート条件 真空引き：６分／加圧：（０ｋＰａ～５０ｋＰａ）：１０秒／圧力保持：（５０ｋＰａ）：１１分／温度：１６５℃
（条件２：（低））
真空加熱ラミネート条件 真空引き：４分／加圧：（０ｋＰａ～５０ｋＰａ）：１０秒／圧力保持：（５０ｋＰａ）：７分／温度：１１０℃
キュア条件 時間４０分、温度１５０℃
（評価基準） Ａ：ゲル分率が、７０％以上。
Ｂ：ゲル分率が、６５％以上７０％未満。
Ｃ：ゲル分率が、６５％未満。

［評価例３：アウトガス量］
太陽電池モジュールとして一体化された状態での各封止材層に内在するアウトガス量を評価するために、評価例２のゲル分率の測定と同様の架橋処理を行った各封止材シートについて、本明細書段落＜００２４＞～＜００２６＞において説明した、（検量線の作成）、（アウトガス量の測定）、及び、（アウトガス量の算出）を順次行う方法により、アウトガス量を測定した。結果は表３に「アウトガス量」として示す。

［評価例４：気泡発生］
上記の各封止材シート、及び、下記の透明前面基板、裏面保護シート及び太陽電池素子を用いて、実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料を作成した。上記各部材を、図１に示す一般的な層構成に沿って積層し、上記の評価例２と同一の真空加熱ラミネート条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用試料を得た。
（透明前面基板）：白板半強化ガラス（ＪＰＴ３．２ ７５ｍｍ×５０ｍｍ×３．２ｍｍ）
（裏面保護シート）：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材：厚さ１８８μｍ（「ルミラーＳ１０」、東レ株式会社製）
を用いた。
（太陽電池素子）：多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。（Ｍｏｔｅｃｈ、ＩＭ１５６Ｂ３）
そして、実施例、比較例の各太陽電池モジュール評価用試料について、１９０℃で６時間保管後に、封止材シートと他部材との界面における気泡の発生の有無を目視により観察した。結果は「気泡発生」として表３に示す。評価基準は以下の通りとした。
（評価基準） Ａ：目視により気泡の発生が確認された。
Ｃ：目視により気泡が発生していないことが確認された。

表３より、本発明の太陽電池モジュールは、ポリエチレンをベース樹脂とし架橋剤を含有する樹脂組成物を成膜し、その後に架橋を進行させて、必要十分な耐熱性を担保する熱硬化系の封止材シートからなる封止材層を備える太陽電池モジュールであって、耐熱性の向上と、封止材層内に内在するアウトガス量の抑制を両立することができるものであることが分かる。

１ 太陽電池モジュール
２ 表面側保護基材
３ 封止材層
３１、３２ 封止材シート
４ 太陽電池素子
５ 裏面側保護基材

Claims (2)

1. 表面側保護基材と、裏面側保護基材と、太陽電池素子と、該太陽電池素子を前記表面側保護基材と前記裏面側保護基材との間において封止する封止材層と、を含んでなる太陽電池モジュールであって、
   前記封止材層は、密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレンをベース樹脂とし、ゲル分率が６５％以上８０％以下である封止材シートからなり、
   前記ポリエチレンが、エチレンとα－オレフィンとの共重合体であり、前記α－オレフィンの含有量が１５ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下であって、全ての前記αオレフィンは炭素数３のα－オレフィンであり、
   前記封止材層に内在するアウトガス量が、トルエン換算で１．８１μｇ／ｇ以下である、
   太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   密度０．８６５ｇ／ｃｍ^３以上０．９００ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし架橋剤を含有してなる封止材組成物を、ゲル分率を１０％以下に保持したままシート状に成膜して、未架橋の封止材シートを得る封止材成膜工程と、
   前記未架橋の封止材シートと前記太陽電池素子とを含む太陽電池モジュールの構成部材を、真空過熱ラミネーションによって前記未架橋の封止材シートのゲル分率が６５％以上８０％以下となるように架橋させながら一体化するモジュール一体化工程と、を含み、
   前記ポリエチレン系樹脂は、α－オレフィンの含有量が１５ｍｏｌ％以上２５ｍｏｌ％以下であり、全ての前記αオレフィンは炭素数３のα－オレフィンである、エチレンとα－オレフィンとの共重合体であり、
   前記架橋剤は、パーオキシケタール類、又は、ジアルキルパーオキサイド類である、
   太陽電池モジュールの製造方法。

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