JPH0434835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は太陽電池モジユールに関する。更に詳
しくは半導体素子が封止材で封止されている太陽
電池モジユールにおいて、該封止材がエチレン−
酢酸ビニル共重合体ケン化物の酸変性樹脂である
太陽電池モジユールに関する。 新しいエネルギー資源の開発の必要性が急速に
クローズアツプされている中で、代替エネルギー
源としての太陽電池を用いた太陽光発電がクリー
ンでかつ永久的であることから、最近特に注目さ
れている。太陽電池は、光が照射されると電流を
生ずる機能のあるシリコン半導体素子やセレン半
導体素子のウエハーをインターコネクターを用い
て直列または並列に接続し、ガラス、ポリアクリ
レート、ポリカーボネートなどの上部透明保護材
とガラス、ステンレス、アルミニウム、プラスチ
ツクなどの下部基板保護材とで保護することによ
つてパツケージ化したものであり、半導体素子と
これらの各保護材との間は、普通封止材を用いて
接合されている。 封止材としては、急激な外気条件の変化による
半導体素子の損傷および充填材の亀裂や界面剥離
現象などを発生させないためにエラストマー的特
性を有することが必要であり、また太陽光を受け
る側に使用される場合には、太陽光線の透過率が
高くかつ長期間にわたる屋外放置により光線透過
率の低下などの物性面での変化の少ないものが好
ましい。従来は、こうした目的のために、加熱架
橋タイプの液状シリコンが用いられてきている
が、高価であること、塗布および接着の工程が長
く、自動化に適さないなどの欠点があつた。 このため、最近では合せガラスで実績のあるポ
リビニルブチラール樹脂のシートが利用され始め
ているが、これも太陽電池用の充填材としては必
ずしも満足できるものとはいえない。即ち、ポリ
ビニルブチラールシートは、その表面にブロツキ
ング防止のためにでん粉が付着されており、使用
に先立つて、それを水洗除去し、乾燥しなければ
ならない。また、貼り合せには、樹脂の流動性が
悪いためオートクレーブを用いる必要があり、従
つて工程時間が長く、自動化にも適さない。更
に、品質的には、対湿度特性が悪く、長時間高湿
度下に放置されると失透現象を起し、光線透過率
が低下するばかりではなく、接着強度も著しく低
下し、上部透明保護材、下部基板保護材と太陽電
池素子との界面で剥離現象を起す。また、低温特
性が必ずしもよくない。 こうした問題点のあるポリビニルブチラールシ
ートに代つて、エチレン−酢酸ビニル共重合体シ
ートが太陽電池モジユールの低コスト化の視点か
ら、最近検討され始めている。しかしながら、通
常用いられているエチレン−酢酸ビニル共重合体
では、太陽電池用の封止材として求められている
特性を満足させることができない。即ち、この共
重合体中の酢酸ビニル含量が増すと、透明性、柔
軟性などは向上するが、シートの成形性、ブロツ
キング性などが悪化し、その両方の特性を同時に
満足させることが難かしく、また耐熱性、対候性
も不十分である。更に、太陽電池モジユールの信
頼性を決定づける上部透明保護材および下部基板
保護材との耐久接着性も十分ではない。 更に、これらを改良したものとして、有機過酸
化物を含有したエチレン−酢酸ビニル共重合体を
封止材シートとして用い、かつ上部透明保護材お
よび下部基板保護材を接着する際、接着すべき保
護材の表面および／または封止材シートの表面を
予めプライマー処理を施し、モジユール貼り合わ
せ過程で有機過酸化物の分解温度以上に加熱する
ことによつて太陽電池を製造することが提案され
ている（たとえば特開昭58−23870号公報）。 しかしながら、予め保護材や封止材シートをプ
ライマー処理しておくことは、作業上非常に煩雑
となる。更には120〜160℃という高温で加熱処理
して過酸化物架橋を行なう工程は保護材の熱によ
る変質等の悪影響を及ぼすのみならず、封止材シ
ートの架橋収縮が起つて、ひいては太陽電池の寸
法安定性が悪くなるという欠点を有する。更に
は、加熱硬化を行つた後でも、極微量の有機過酸
化物が残存するため、対候性が悪くなるという欠
点を有している。 本発明者等は、上部透明保護材と下部基板保護
材の間に太陽電池用半導体素子を封止する封止材
について鋭意検討した結果、エチレン−酢酸ビニ
ル共重体ケン化物の酸変性樹脂が、前記欠点を改
良した封止材になり得ることを見い出し本発明に
到達した。 すなわち、本発明は酢酸ビニル含量が約20〜50
重量％であるエチレン−酢酸ビニル共重合体の約
10〜80％部分ケン化物を酸変性した樹脂で半導体
素子を封止した、太陽電池モジユールである。 本発明で用いられる酸変性樹脂はすでに公知の
樹脂であり公知の方法で製造することができる。
このような樹脂として具体的にはデユミラン ｃ
−2280，ｃ−1590，ｃ−1553A，ｃ−1570Aなど
（武田薬品工業(株)製）を挙げることができる。 本発明において特に好ましい酸変性樹脂は次の
方法により製造したものである。 すなわち、酢酸ビニルの含量が約20〜50重量％
であるエチレン−酢酸ビニル共重合体を50℃以上
の沸点を有する有機溶媒に溶解させ、この溶液中
で共重合体をアルカリアルコラートを用いて、こ
のアルコラート１モルに対して0.1〜３モルの水
の存在化にケン化し、次いでこのケン化物を含む
溶液に不飽和カルボン酸またはジカルボン酸無水
物を加えて反応させ、さらにこの反応液を水と接
触させることにより製造したものであり、このよ
うな樹脂としては、デユミラン ｃ−1550，ｃ−
1570，ｃ−2270など（武田薬品工業(株)製）を挙げ
ることができる。 以下、このようなエチレン−酢酸ビニル共重合
体ケン化物の酸変性樹脂（以下、HEVA−Ｃと
略すこともある）の製造法について説明する。 エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下EVAと
略する）として酢酸ビニル含量が約20〜50重量％
のもので、メルトインデツクス（ASTMD−
1238による）が0.5〜500を有するものが挙げられ
る。該EVAは、公知のたとえば米国特許第
2200429号明細書などに記載された方法により合
成する事ができる。 本発明の方法においては、まずこのような
EVAを50℃以上の沸点を有する有機溶媒に溶解
させる。かかる有機溶媒としては、たとえばベン
ゼン，トルエン，ｏ−キシレン，ｍ−キシレン，
エチルベンゼン，プロピルベンゼンなどの芳香族
炭化水素類、あるいはたとえばｎ−ヘキサン，シ
クロヘキサンなどの樹脂族、脂環族炭化水素類を
挙げることが出来る。これら有機溶媒のうち、好
ましいものとして水と共沸するキシレン，トルエ
ンなどの芳香族炭化水素類および100℃以上の沸
点を有する溶媒を挙げることができる。これら溶
媒はEVAを溶解させるに必要な量を用いれば充
分であるが、次の反応を円滑に進行させるために
は通常EVA100重量部に対して150重量部以上の
溶媒を用いるのが好ましい。 次いで、このようにして調整されたEVA溶液
は、これに低級アルコールが加えられたのち、特
定量の水の存在下にアルカリアルコラート触媒を
用いてケン化反応に付される。 低級アルコールとしては、たとえばメチルアル
コール，エチルアルコール，プロピルアルコー
ル，イソプロピルアルコール，ブチルアルコー
ル，イソブチルアルコール，sec−ブチルアルコ
ール，tert−ブチルアルコールなどを挙げること
ができ、通常メタノールが用いられる。これら低
級アルコールは、意図するケン化度によつても異
なるが、通常原料EVA中の酢酸ビニルのモル数
に対し、ほぼ0.1〜10倍モルが用いられる。触媒
としてのアルカリアルコラートとしては、たとえ
ばナトリウムメトキサイド，ナトリウムエトキサ
イド，カリウムメトキサイド，カリウムエトキサ
イド，リチウムメトキサイド，カリウム−ｔ−ブ
トキサイドなどアルカリ金属のアルコラートが用
いられる。これらアルカリアルコラート触媒の使
用量は意図するケン化度によつて変わるが通常原
料EVA中に存在する酢酸ビニルのモル数のほぼ
0.01〜１倍モルである。 本発明の方法では、このようなケン化反応の工
程においてアルカリアルコラート１モルに対して
0.1〜３モルの水を存在させることを特徴とする
ものであり、0.1モルより少ない場合には、ケン
化物の着色防止効果はほとんど認められず、また
３モルを越えた場合には意図するケン化度を有す
るケン化物を導びくために過剰のアルカリ触媒お
よびアルコールを必要とし、このことは経済的に
不利なばかりでなく、このような条件下に製造さ
れたケン化物から得られるカルボキシル変性体
は、不透明さが増すなど品質面においても問題が
生じる。 本発明のケン化反応は、従来から行なわれてい
る条件、たとえば40゜〜60℃で行なわれ、ケン化
度が意図する値に達した時点で、反応系に水を加
えて反応を完全に停止させる。意図するケン化度
のものを得るためには、低級アルコールおよび触
媒の量を調節すればよい。水の存在下でのケン化
反応は、水が存在しない条件下でのケン化反応と
比べ一般に過剰量のアルコールを必要とする。本
発明のこの工程におけるケン化度については、特
に制限はないが通常ほぼ10〜80％、好ましくは30
〜70％のケン化度を有するケン化物を生成させ
る。 上記ケン化反応での反応液は、引き続いて不飽
和カルボン酸あるいは酸無水物による酸変性反応
に付されるが、この反応に先だつてケン化反応液
を加熱して、反応の停止に用いた水および反応に
よつて副生した低沸点物を留去させ取り除いてお
く処理をしておくことが好ましい。特に酸無水物
を用いる場合には、水が反応系に存在すると変性
反応に支障を来たすため、実質的に水を取り除い
ておくことが必要である。 不飽和カルボン酸を反応させるには、ラジカル
形成物質の存在下に加熱することによつて行なわ
れる。ここで、不飽和カルボン酸とは一般式
CHR′−CRCOOHにおいてＲおよびR′が水素，
アルキル基，カルボキシル基またはカルボン酸エ
ステルで示されるものであり、具体的にはたとえ
ばアクリル酸，メタクリル酸，クロトン酸，イタ
コン酸などのモノカルボン酸，ジカルボン酸があ
げられる。不飽和カルボン酸の使用量は、該ケン
化物に対して多くとも約５重量％、好ましくは約
0.2〜３重量％程度である。ラジカル形成物質と
はグラフト重合の実施温度で容易に分解してラジ
カルを形成することのできる物質であり、たとえ
ば過酸化ベンゾイル，過酸化ラウロイル，過酸化
ジクミルなどの有機過酸化物やα，α′−アゾビス
イソブチロニトリルなどの含窒素化合物などがあ
げられる。これらのラジカル形成物質は、該ケン
化物に対して約0.05〜３重量％、好ましくは約
0.1〜１重量％の量で用いられる。加熱温度は用
いられる不飽和カルボン酸あるいは溶剤の種類な
どによつて一概にはいえないが、およそ50〜150
℃であり、加熱時間は約0.1〜５時間である。ま
た酸無水物を反応させるには、熱処理した反応液
に酸無水物を加え、約50〜150℃で約0.1〜５時間
加熱することによつておこなわれる。ここで用い
られる酸無水物とは、一般式

【式】で表わ されるもので、Ｒはたとえば二価の芳香族あるい
は脂肪族残基を示し、具体的には、たとえば無水
マレイン酸、無水コハク酸、無水グルタル酸、無
水フタル酸、無水イタコン酸、無水トリメリツト
酸、無水ハイミツク酸などがあげられる。上記の
反応で酸無水物はケン化物中に含有されるOH基
により開環して

【式】となつているも のと推定される。酸無水物の量は該ケン化物中に
含有されるビニルアルコール単位のうち、少なく
とも約２モル％以上、好ましくは約５〜50モル％
を反応させる（エステル化する）に必要な量であ
る。 このような酸変性反応によつて得られた反応液
は、次いで水と接触させる。水と接触させる方法
としては、たとえば反応液中に水を注入する方法
あるいは水中に反応液を注入する方法などを挙げ
ることができる。これらいずれの方法においても
激しく撹拌下に注入混合して反応液と水とを充分
に接触せしめるのがよい。またカラムを用いてこ
の中で向流接触せしめる方法を採つてもよい。水
の量は特に制限があるものではないが、バツチ式
の場合通常反応液中の固型分100重量部に対して、
水はほぼ200〜1000（好ましくは300〜600）重量部
が用いられる。接触温度は室温でも充分である
が、通常加温（80゜〜120℃）された状態の中で接
触させる。 このように水と充分接触させた反応液は、たと
えばこれを加熱して反応液中に存在する溶媒をあ
る程度まで留去（水と共沸する溶媒を用いた場合
には、水と一緒に留去）してゆくと、反応液は次
第に乳化してくる。反応液中の固形分100重量部
に対して、溶媒の量を10〜100（好ましくは20〜
80）重量部と調節することにより最も良好の乳化
状態を保つことができる。なお、反応液から溶媒
を留去したのち、水と接触させ、次いで乳化させ
る方法を採つてもよい。乳化した系を激しく撹拌
しながら冷却（酸変性反応によつて生成したカル
ボキシル変性体の融点50〜100℃よりも低い温度
まで）することにより、HEVAケン化物のカル
ボキシル変性体が顆粒状で析出する。このように
して顆粒状で析出したカルボキシル変性体は、た
とえば過や遠心分離などの公知の分離手段を用
いて分離したあと、たとえば真空乾燥や流動乾燥
など公知の乾燥手段を用いて乾燥することにより
摂取することができる。 以上の方法に従つて製造したHEVA−Ｃは無
色で、かつ透明性に優れているため、太陽電池用
半導体素子を封止するための封止材として特に必
要な要件を満たしている。 HEVA−Ｃを封止材として用いる場合、通常
シートの形で用いられるが、そのシート成形は、
Ｔダイ押出機などを用いる常用の方法によつて行
うことができる。すなわち、実質的に分解しない
成形温度でシート状に押出し、好ましくはエンボ
ス模様入り引取ロールを通すことによつて成形が
行われる。任意のエンボス模様の形成は、シート
のブロツキング防止および太陽電地のモジユール
化過程での脱気に際して有効である。 シートの厚みは特に規定されないが、一般には
約0.1〜１mm程度である。 また、より厳しい耐光性が要求される場合に
は、HEVA−Ｃに耐光安定剤を添加しておくこ
とが好ましく、たとえば、封止材としての透明性
をそこなわない範囲において、２−ヒドロキシ−
４−メトキシベンゾフエノン、２，2′−ジヒドロ
キシ−４−メトキシベンゾフエノン、２−ビドロ
キシ−４−メトキシ−2′−カルボキシベンゾフエ
ノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベン
ゾフエノンなどのベンゾフエノン系、２−（2′−
ヒドロキシ−３，３−ジ第３ブチルフエニル）ベ
ンゾトリアゾール、２−（2′−ヒドロキシ−５−
メチルフエニル）ベンゾトリアゾール、２−
（2′−ヒドロキシ−５−第３オクチルフエニル）
ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール
系、フエニルサリチレート、ｐ−オクチルフエニ
ルサリチレートなどのサリチル酸エステル系、ニ
ツケル錯塩系、ヒンダードアミン系などが耐光安
定剤として用いられる。これらの耐光安定剤はま
た、ヒンダードフエノール系、ホスフアイト系な
どの酸化防止剤と併用することによつて、そこに
相乗効果が期待できる場合もある。 更に、太陽電池モジユールとしての性能を損な
わない範囲においてHEVA−Ｃに他の樹脂や無
機充填材を添加してもよい。 太陽電池のモジユール化は、次のようにして行
なうことができる。太陽電池用半導体素子がシリ
コンやセレンの半導体ウエハーからなる場合に
は、これらの素子を少くとも２枚の封止材シート
で挟み、更にその両側に保護材、即ち上部透明保
護材と下部基板保護材とを重ね合せ、真空下で加
熱接着させてい貼り合せることにより行われる。
この際、太陽電池素子をHEVA−Ｃからなる少
くとも２枚の封止材シートで予めラミネート化
し、上部透明保護材および下部基板保護材と貼り
合せてもよい。加熱は、90〜110℃間で行うこと
が望ましい。この加熱処理によつて、封止材と各
保護材とは強固に接着され、太陽電池素子が２枚
の封止材シートでラミネート化され、かつそれが
その上部透明保護材と下部基板保護材とに強固に
貼り合された太陽電池モジユールがそこに形成さ
れる。 また、太陽電池用半導体素子がガラス、プラス
チツク、セラミツク、ステンレスなどの保護材上
に形成されている場合には、封止材シートを中間
層とし、いずれか一方の保護材の内向面（封止材
シート接触面）上に半導体素子を形成させた上部
透明保護材および下部基板保護材を前記中間層封
止材シートの上下に重ね、具体的には下部基板保
護材上面に形成させた半導体素子の上に封止材シ
ートおよび上部透明保護材を、または上部透明保
護材下面に形成させた半導体素子の下に封止材シ
ートおよび下部基板保護材をそれぞれ順次重ね、
これを前記の場合と同様に真空下で加熱接着させ
ると、半導体素子を形成させた一方の保護材、封
止材シートおよび他方の保護材が強固に貼り合さ
れる太陽電池モジユールが形成される。 このようにして、接着、形成された太陽電池モ
ジユールは、保護材と封止材との剥離強度が大き
く、湿度条件下における耐剥離性にすぐれている
などの良好な初期接着性および耐久接着性を示
し、また紫外線照射に対する変化が少なく、光線
透過率も良好であるなど、太陽電池モジユールに
求められる諸物性をいずれも十分に満足させてい
るということができる。 次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説
明する。 実施例 １ 撹拌機、コンデンサー、温度計ならびに窒素ガ
ス導入管を装備した20ステンレス製反応器に工
業用キシレン５および高圧重合法で合成された
メルトインデツクス（ｇ／10min；ASTM1238
−65Tによる。以下同じ）30、酢酸ビニル含量33
重量％のEVA2Kgを入れ、内温が40〜50℃になる
まで加温して均一の溶液とした。この溶液に予め
調整したメタノール194ｇ、24％のナトリウムメ
トキサイド−メタノール溶液69ｇおよび水7.2ｇ
を添加し、撹拌下45〜55℃で60分間反応させた
後、水27ｇを加えてケン化反応を完全に停止させ
た。得られたケン化物のケン化度は、ほぼ50％で
あつた。次いで窒素ガス気流下、内温をあげて低
沸点物を留去させながら120℃まで上昇させた。
アクリル酸20ｇと過酸化ベンゾイル２ｇを加え
120℃で30分間撹拌下にグラフト反応を行ないケ
ン化物を酸で変性させた。引き続いてこの粘調反
応溶液を窒素ガスの加圧下にコンデンサー、窒素
ガス導入管、温度計を装備した20ヘンシエルミ
キサーに移し、内温を100℃まで下げた後、80℃
に加温した温水12を加えた。この混合物を回転
数510rpmの撹拌下に加熱して系内に残存するキ
シレンの量が固形分100重量部に対し、60重量部
になるまでキシレンを水との共沸により留去し
た。キシレンの留去を終えた時点で、系は乳化し
た。 この乳化物をヘンシエルミキサーのジヤケツト
に冷水を入れながら、510rpmの撹拌下に冷却を
行なうと、平均粒径２mmの顆粒状物が得られた。
これを遠心分離し、さらに真空下50℃で４時間乾
燥し、カルボキシル変性樹脂1835ｇを得た。 こうして製造した樹脂に0.5部のチヌビン326
（チバ・ガイギー社製品）をメルトブレンドして
ペルツトを作成し、このペレツトをＴ−ダイ押出
成形機を用いて、樹脂温度95℃でシート状に押出
し、エンボス模様入り引取ロールでシート両面に
エンボス模様を付けることによつて、厚さ0.5mm
のエンボスシートに成形した。 このようにして得られた２枚のエンボスシート
の間に、複数個の太陽電池用シリコン半導体ウエ
ハーをインターコネクターを用いて直列に配列
し、この上面に透明平板ガラスを、また下面にポ
リフツ素ビニルシートをそれぞれ重ね合せ、真空
ラミネーターを用いて、加熱温度100℃で５〜10
分間加熱して溶融貼り合せを行ない、両保護材と
も強固に接着させて、モジユールを作製した。 得られたモジユールについて、温湿度サイクル
試験を行なつた。試験は、楠本化成製温湿度サイ
クル試験機を用いて23℃、相対湿度50％で４時間
および40℃、相対湿度90％で10時間を１サイクル
として40サイクル実施し、その外観変化を剥離性
について観察した。 また、前記エンボスシートを、透明板ガラスま
たはポリフツ化ビニルシートにそれぞれ重ね合
せ、前記貼り合せ条件下で平板ガラス−エンボス
シート積層物およびポリフツ化ビニルシート−エ
ンボスシート積層物を作製し、これらの積層物の
剥離強度を、引張試験機を用いて、引張速度200
mm／分、温度23℃のＴ−型剥離で５試料片につい
て測定し、その平均値をとつて接着性の評価とし
た。 更に、前記作成した太陽電池モジユールを東洋
理化工業製サンシヤインウエザオメーターを用い
て、ブラツクパネル温度62℃、２時間サイクルの
条件で促進耐候試験を行ない、500時間、1000時
間及び2000時間での外観を観察した。 実施例 ２ 撹拌機、コンデーサー、温度計ならびに窒素ガ
ス導入管を装備した20ステンレス製反応器に工
業用キシレン５と高圧重合法で合成されたメル
トインデツクス30、酢酸ビニル含量33重量％の
EVA2Kgを入れ、内温が40〜50℃になるまで加温
して均一の溶液とした。この溶液に予め調整した
メタノール904ｇ、24％のナトリウムメトキサイ
ド−メタノール溶液103ｇおよび水6.6ｇを添加
し、撹拌下45〜55℃で60分間反応させた後、水40
ｇを加えてケン化反応を完全に停止させた。この
ようにして得られたケン化物のケン化度は約70％
であつた。次いで窒素ガス気流下で内温を上げて
低沸点物及び水を留去させながら125℃まで上昇
させた。この温度で工業用キシレン１Kgを留出さ
せた後、窒素ガスの供給を止め、内温が100℃に
なるまで冷却した。ヘキサヒドロ無水フタル酸
106ｇを反応器に添加し、撹拌下100〜105℃で60
分間反応を行なつた。この反応溶液で窒素ガスの
加圧下にコンデンサー、窒素ガス導入管、温度計
を装備した20ヘンシエルミキサーに移し、80℃
に加温した温水12を加えた。この混合物を回転
数510rpmの撹拌下に加熱を行ない系内に残存す
るキシレンの量が固形分100重量部に対し、70重
量部になるまで、キシレンを水との共沸により留
去した。キシレンの留去を終えた時点で系は乳化
していた。この乳化物をヘンシエルミキサーのジ
ヤケツトに水を入れながら510rpmの撹拌下に冷
却を行なうと平均粒径２mmの顆粒状物が得られ
た。これを遠心分離し、さらに真空下50℃で４時
間乾燥し、下記の物性を有するカルボキシル変性
体1920ｇを得た。 ビニルアルコール含量 7.0モル％ 酸含量 1.9モル％ 酢酸ソーダ含量 0.1wt％ メルトインデツクス（ｇ／10min） 15 着色度 全く着色せず このようにして製造した樹脂に0.5重量部のチ
ヌビン326（チバ・ガイギー社製品）をメルトブレ
ンドしてペレツトを作成し、押出機を用いて実施
例１と同様な厚さの800μの両面エンボスシート
を作成した。 このエンボスシートを用い、実施例１と同様な
方法で太陽電池モジユール及び各種積層物を作成
し、実施例１と同様な性能試験を行つた。 以上の各実施例で行つた性能試験の結果を表
にまとめた。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酢酸ビニル含量が約20〜50重量％であるエチ
   レン−酢酸ビニル共重合体の約10〜80％部分ケン
   化物を酸変性した樹脂で半導体素子を封止した太
   陽電池モジユール。