JPWO2014034406A1 - 一対の太陽電池用封止膜及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

一対の太陽電池用封止膜及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

製膜を効率的に行うことができ、太陽電池モジュールの各部材の接着一体化時における加熱を広範囲の温度域で行っても回り込みを防止することができる太陽電池用封止膜を提供すること。樹脂組成物Aから形成される受光面側封止膜13Aと、樹脂組成物Bから形成される裏面側着色封止膜13Bとからなる一対の太陽電池用封止膜であって、前記樹脂組成物Bは、粘度が50000Pa・sであるときの温度が95℃以下であり、且つ前記樹脂組成物Bの80℃及び100℃における粘度が前記樹脂組成物Aよりも高いことを特徴とする一対の太陽電池用封止膜13A、13B。

Description

本発明は一対の太陽電池用封止膜及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に裏面側着色封止膜の回り込みを防止することができる一対の太陽電池用封止膜及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関する。
近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を電気エネルギーに直接変換する太陽電池が広く使用され、さらなる開発が進められている。
太陽電池は、一般的に、受光面側透明保護部材と裏面側保護部材(バックカバー)との間に配置される受光面側封止膜及び裏面側封止膜により、発電素子を封止した構成とされている。従来の太陽電池は、高い電気出力を得るために、複数の発電素子を接続し、太陽電池モジュールとして用いられている。したがって、発電素子間の絶縁性を確保するために、絶縁性のある封止膜が用いられる。
受光面側および裏面側に用いられる封止膜としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のエチレン−極性モノマー共重合体フィルムなどが好ましく用いられている。
また、膜強度や耐久性を向上させるために、封止膜に有機過酸化物などの架橋剤を用いて架橋密度を向上させている。
上記太陽電池においては、太陽電池に入射した光をできるだけ効率よく発電素子内に取り込めるようにすることが発電効率の向上の点から強く望まれている。したがって、受光面側封止膜は、入射した太陽光を吸収したり、反射したりすることが無く、太陽光のほとんどを透過させるものが望ましい。そのため、透明性に優れる封止膜が受光面側封止膜として使用されている(例えば、特許文献1)。
一方、裏面側封止膜としては、二酸化チタン(TiO2)などの着色剤により着色されたエチレン−極性モノマー共重合体フィルムが用いられる(例えば、特許文献2)。このように着色された裏面側封止膜によれば、太陽電池内部における受光面側封止膜と裏面側着色封止膜との界面における光の反射や、着色剤自体による光の乱反射で、発電素子間に入射した光を乱反射させて発電素子に入射させることができる。これにより太陽電池に入射した光の利用効率が高まり、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
太陽電池モジュールを作製するには、図1に示すように、受光面側透明保護部材11、受光面側封止膜13A、接続タブ15により電気的に接続された複数の発電素子14、裏面側封止膜13B、及び裏面側保護部材12(バックカバー)をこの順で積層し、得られた積層体10を加圧及び加熱することにより受光面側封止膜及び裏面側封止膜を架橋硬化させ、各部材を接着一体化する方法が用いられる。
積層体10の各部材の接着一体化は、一般に真空ラミネータを用いて行われる。真空ラミネータとしては、例えば、図2に示すように、ダイヤフラム103を有する上側チャンバ102と、載置台105が設けられた下側チャンバ101とを備える二重真空室方式の真空ラミネータ100が使用される。接着一体化は、積層体10を、受光面側透明保護部材11が下側となるように載置台105上に載置した後、上側チャンバ102及び下側チャンバ101を真空状態とし、載置台105に内蔵されたヒータ(図示せず)により積層体10を加熱すると共に、上側チャンバ102を大気圧以上の圧力としてダイヤフラム103により積層体10の上面を押圧することにより行われる。
特開2008−053379号公報 特開平6−177412号公報 特許第4467222号
しかしながら、積層体を加圧する際、図3の発電素子14の受光面側平面図に示すように、加熱により溶融した裏面側着色封止膜13Bが発電素子14の受光面上に入り込む場合があった(以下、この現象を「回り込み」と称する)。回り込みが生じると、太陽電池の外観特性が低下するだけでなく、発電素子に入射する太陽光が減少して発電効率が低下するという問題がある。
この問題に対して、特許文献3では、裏面側着色封止膜に使用するEVAとして、表面側封止膜のEVAの酢酸ビニル含有率よりも低いEVAを使用することにより回り込みの防止が図られているが、EVAは酢酸ビニル含有率が低いと融点が高くなることから、封止膜を製造する段階でその製膜を効率的に行うことができないという不都合がある。
一方、太陽電池モジュールに使用される各部材やその部材に含まれる添加剤、あるいはラミネータ装置等の特性や制限等による都合上、上記接着一体化における加熱は、比較的広範囲の温度域で行うことができることが求められている。
従って、本発明の目的は、製膜を効率的に行うことができ、太陽電池モジュールの各部材の接着一体化時における加熱を広範囲の温度域で行っても回り込みを防止することができる太陽電池用封止膜を提供することにある。
また、本発明の目的は、この太陽電池用封止膜を使用することにより生産性が向上した太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
上記目的は、樹脂組成物Aから形成される受光面側封止膜と、樹脂組成物Bから形成される裏面側着色封止膜とからなる一対の太陽電池用封止膜であって、
前記樹脂組成物Bは、粘度が50000Pa・sであるときの温度が95℃以下であり、且つ前記樹脂組成物Bの80℃及び100℃における粘度が前記樹脂組成物Aよりも高いことを特徴とする一対の太陽電池用封止膜により達成される。
この構成によれば、接着一体化の際の加熱時において、より粘度の低い受光面側封止膜が裏面側着色封止膜よりも先に溶融し、発電素子との間に隙間を形成せずその表面と密着することにより、裏面側着色封止膜の発電素子受光面上への浸入が阻止され、回り込みを防止することが可能となる。また、上記各温度における粘度差があれば、80℃〜100℃の範囲を含む広範囲の温度域において、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bの粘度が受光面側封止膜の樹脂組成物Aの粘度を上回るので、接着一体化時における加熱を広範囲の温度域で行っても回り込み防止効果を得ることができる。更に、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bは、その製膜に適した粘度である50000Pa・sにおける温度が95℃以下であることから、設備投資が安く温調精度が高いため汎用に用いられている水温調での製膜装置により封止膜を低費用且つ高効率で製造することができる。
本発明の一対の太陽電池用封止膜の好適態様は以下の通りである。
(1)前記樹脂組成物Aはエチレン−極性モノマー共重合体を含み、前記樹脂組成物Bはエチレン−極性モノマー共重合体及びポリエチレンを含む。
エチレン−極性モノマー共重合体を含む樹脂組成物Aに対し、樹脂組成物Bはエチレン−極性モノマーに加えてポリエチレンを含んでいるので、樹脂組成物Bは樹脂組成物Aよりも相対的に高い粘度を広範囲の温度域で確保することができる。
(2)前記樹脂混合物Bは、80℃における粘度が10000〜100000Pa・sであり、100℃における粘度が10000〜50000Pa・sである。
(3)前記樹脂組成物Bと前記樹脂組成物Aとの、80℃における粘度の差が10000Pa・s以上であり、100℃における粘度の差が3000Pa・s以上である。
(4)前記樹脂組成物Bにおけるポリエチレン(PE)に対するエチレン−極性モノマー共重合体(EPM)の質量比(EPM:PE)が、8:2〜3:7である。
(5)前記エチレン−極性モノマー共重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はエチレン−メタクリル酸メチル共重合体である。
また、上記目的は、受光面側透明保護部材、受光面側封止膜、発電素子、裏面側着色封止膜及び裏面側保護部材をこの順で積層することにより積層体を得、該積層体を加圧及び加熱することにより一体化する工程を含む太陽電池モジュールの製造方法において、
前記受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜として、上記一対の太陽電池用封止膜を使用することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法によっても達成される。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法の好適態様は以下の通りである。
(1)前記加圧は、前記加熱により前記受光面側封止膜及び前記裏面側着色封止膜が80〜100℃となった状態で開始する。
本発明によれば、太陽電池モジュールの各部材を接着一体化する際における裏面側着色封止膜の発電素子受光面上への回り込みを防止することができる。また、受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜は何れとも水温調を用いる製膜装置で効率的に製膜することが可能である。したがって、外観特性及び発電効率の良好な太陽電池モジュールを高い生産性で得ることができる。
太陽電池モジュールの概略断面図である。 一般的な真空ラミネータ示す概略断面図である。 回り込みの様子を示す発電素子の受光面側平面図である。
上述したように、本発明の一対の太陽電池用封止膜は、樹脂組成物Aから形成される受光面側封止膜と、樹脂組成物Bから形成される裏面側着色封止膜とからなる二枚一対の封止膜であり、樹脂組成物Bは、粘度が50000Pa・sであるときの温度が95℃以下であり、その80℃及び100℃における粘度が受光面側封止膜の樹脂組成物Aの粘度よりも高いものとされている。
裏面側着色封止膜の樹脂混合物Bは、80℃における粘度が10000〜100000Pa・s、更に30000〜98000Pa・s、特に50000〜95000Pa・sであることが好ましく、100℃における粘度が10000〜50000Pa・s、更に10000〜40000Pa・s、特に15000〜30000Pa・sであることが好ましい。この範囲であれば、回り込みが効果的に防止できると共に、密着不良が生じることなく良好に接着一体化することができる。また、樹脂混合物Bの粘度50000Pa・sであるときの温度は95℃以下、特に93℃以下が好ましく、その下限は一般に60℃、特に70℃である。これにより、設備投資が安く温調精度が高いため汎用に用いられている水温調での製膜装置により封止膜を低費用且つ高効率で製造することができる。粘度50000Pa・sは、製膜を高効率且つ高品質で行うことができる粘度である。
更に、本発明の一対の太陽電池用封止膜は、樹脂組成物Bと樹脂組成物Aとの、80℃における粘度の差が10000Pa・s以上、更に20000Pa・s以上であることが好ましく、100℃における粘度の差が3000Pa・s以上、更に5000Pa・s以上であることが好ましい。これら十分な粘度差があれば回り込みを更に有利に防止することができる。
樹脂組成物Aの粘度は、例えば、80℃において6000〜50000Pa・s、好ましくは7000〜30000Pa・s、100℃において3000〜15000Pa・s、好ましくは4000〜12000Pa・sである。
上記粘度は、キャピログラフID(炉体径:φ9.55mm、キャピラリー:φ1.0×10mm、東洋精機製)を用い、試験速度1mm/minの条件にて、1℃刻みで粘度を計測することにより測定することができる。
本発明において、受光面側封止膜の樹脂組成物Aは、ベースポリマーとしてエチレン−極性モノマー共重合体を含むことが好ましく、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bは、ベースポリマーとしてエチレン−極性モノマー共重合体とポリエチレンとの樹脂混合物を含むことが好ましい。
エチレン−極性モノマー共重合体を含む樹脂組成物Aに対し、樹脂組成物Bはエチレン−極性モノマーに加えてポリエチレンを含んでいるので、樹脂組成物Bは樹脂組成物Aよりも相対的に高い粘度を広範囲の温度域で確実に確保することができる。
エチレン−極性モノマー共重合体(「EPM」とも称する。)の極性モノマーは、不飽和カルボン酸、その塩、そのエステル、そのアミド、ビニルエステル、一酸化炭素等を例示することができる。より具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸、これら不飽和カルボン酸のリチウム、ナトリウム、カリウムなどの1価金属の塩やマグネシウム、カルシウム、亜鉛などの多価金属の塩、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソオクチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチル、マレイン酸ジメチル等の不飽和カルボン酸エステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのようなビニルエステル、一酸化炭素、二酸化硫黄などの一種又は二種以上などを例示することができる。
エチレン−極性モノマー共重合体として、より具体的には、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸共重合体、前記エチレン−不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル共重合体、エチレン−アクリル酸n−ブチル共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸n−ブチル−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル−不飽和カルボン酸共重合体及びそのカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体のようなエチレン−ビニルエステル共重合体等を代表例として例示することができる。これらは一種単独で又はニ種以上を混合して使用することができる。
本発明では、樹脂組成物A及びBのいずれにおいても、エチレン−極性モノマー共重合体として、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)又はエチレン−メタクリル酸メチル(EMMA)を使用することが好ましい。これらは封止膜に必要な透明性に優れているだけでなく、適度な柔軟性を有するので、太陽電池モジュール作成時の加圧の際の回り込みを確実に防止することができる太陽電池用封止膜を形成することができる。
裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bにおけるポリエチレン(PE)に対するエチレン−極性モノマー共重合体(EPM)の質量比(EPM:PE)は8:2〜3:7であることが好ましく、更に6:4〜3:7であることが好ましい。この範囲であれば、樹脂組成物Aより高い粘度を広範囲の温度域で確保することができ、封止膜としての接着性も十分に得ることができる。
エチレン−極性モノマー共重合体としてEVAを用いる場合、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bに含まれるEVAの酢酸ビニル含有率は、20〜35質量%、さらに20〜32質量%であることが好ましい。一方、受光面側封止膜の樹脂組成物Aに含まれるEVAの酢酸ビニル含有率は、20〜35質量%、特に24〜32質量%であることが好ましい。この範囲であれば、本発明に適した粘度の樹脂組成物を得ることができる。
エチレン−極性モノマー共重合体としてEMMAを用いる場合には、裏面側着色封止膜に用いる場合及び受光面側封止膜に用いる場合の何れとも、EMMAのメタクリル酸メチル含有率は15〜35質量%、好ましくは18〜27質量%、特に20〜25質量%であることが好ましい。
受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜に使用され得るエチレン−極性モノマー共重合体としては、JIS K7210で規定されるメルトフローレートが、35g/10分以下、特に3〜30g/10分のものを使用するのが好ましい。回り込みの防止に有利であり、良好な封止性を得ることができる。なお、本発明において、メルトフローレート(MFR)の値は、JIS K7210に従い、190℃、荷重21.18Nの条件に基づいて測定されたものである。
裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bがポリエチレンを含む場合、そのポリエチレンは、JISに規定される通り、エチレンを主体とする重合体であり、エチレンの単独重合体、エチレンと5mol%以下の炭素数3以上のα−オレフィン(例えばブテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1等)との共重合体、およびエチレンと官能基に炭素、酸素、および水素原子だけを持つ1mol%以下の非オレフィン単量体との共重合体を含む(JIS K6922−1:1997)。PEは一般に、その密度によって分類され、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等が挙げられる。
LDPEは、一般に、100〜350MPaの高圧下で有機過酸化物等のラジカル発生剤の存在下でエチレンを重合して得られる長鎖分岐を有するもので、その密度(JIS K7112に準ずる。以下同じ。)は、一般に、0.910g/cm以上0.930g/cm未満である。LLDPEは、一般に、チーグラー型触媒、フィリップス触媒、メタロセン型触媒等の遷移金属触媒の存在下にエチレンとα−オレフィンとを共重合して得られるもので、その密度は、一般に0.910〜0.940g/cm、好ましくは0.910〜0.930g/cmである。HDPEは、その密度が一般に0.942〜0.970g/cmのポリエチレンである。本発明において使用するポリエチレンは、加工性の点から低密度ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンが好ましい。
樹脂組成物A及び樹脂組成物Bに使用する樹脂の組み合わせとしては、例えば、樹脂組成物AがEVAで樹脂組成物BがEVAとPEの混合物、樹脂組成物AがEVAで樹脂組成物BがEMMAとPEの混合物、樹脂組成物AがEMMAで樹脂組成物BがEVAとPEの混合物、樹脂組成物AがEMMAで樹脂組成物BがEMMAとPEの混合物が挙げられる。
樹脂組成物A及び樹脂組成物Bはそれぞれ、上記ポリマーに加えて、さらにポリビニルアセタール系樹脂(例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール(PVB樹脂)、変性PVB)、塩化ビニル樹脂を副次的に使用しても良い。その場合、特にPVBが好ましい。
本発明において、樹脂組成物A及び樹脂組成物Bは、それぞれに含まれるベースポリマーの架橋構造を形成するための架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤は、有機過酸化物又は光重合開始剤を用いることが好ましい。なかでも、接着力、耐湿性に優れる封止膜が得られることから、有機過酸化物を用いるのが好ましい。
有機過酸化物としては、100℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであれば、どのようなものでも使用することができる。有機過酸化物は、一般に、製膜温度、組成物の調整条件、硬化温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して選択される。特に、半減期10時間の分解温度が70℃以上のものが好ましい。
有機過酸化物としては、樹脂の加工温度・貯蔵安定性の観点から例えば、ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤、tert−ヘキシルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシピバレート、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ジ−n−オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、スクシニックアシドパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、tert−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、4−メチルベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、m−トルオイル+ベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサネート、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサネート、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサネート、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、tert−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert−ブチルパーオキシマレイックアシド、tert−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサン、tert−ブチルパーオキシラウレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(メチルベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、tert−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジ−メチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、等が挙げられる。
ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、70℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであればいずれも使用可能であるが、半減期10時間の分解温度が50℃以上のものが好ましく、調製条件、製膜温度、硬化(貼り合わせ)温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して適宜選択できる。使用可能なベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキシル−2,5−ビスパーオキシベンゾエート、p−クロロベンゾイルパーオキサイド、m−トルオイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤は1種でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
有機過酸化物として、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンを使用することが特に好ましい。有機過酸化物の含有量は、樹脂組成物A及びBともに、ベースポリマー100質量部に対して0.1〜5質量部、より好ましくは0.2〜3質量部であることが好ましい。
また、光重合開始剤としては、公知のどのような光重合開始剤でも使用することができるが、配合後の貯蔵安定性の良いものが望ましい。このような光重合開始剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1などのアセトフェノン系、ベンジルジメチルケタ−ルなどのベンゾイン系、ベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系、イソプロピルチオキサントン、2−4−ジエチルチオキサントンなどのチオキサントン系、その他特殊なものとしては、メチルフェニルグリオキシレ−トなどが使用できる。特に好ましくは、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルホリノプロパン−1、ベンゾフェノン等が挙げられる。これら光重合開始剤は、必要に応じて、4−ジメチルアミノ安息香酸のごとき安息香酸系又は、第3級アミン系などの公知慣用の光重合促進剤の1種または2種以上を任意の割合で混合して使用することができる。また、光重合開始剤のみの1種単独または2種以上の混合で使用することができる。
光重合開始剤の含有量は、樹脂組成物A及びBともに、ベースポリマー100質量部に対して0.1〜5質量部、より好ましくは0.2〜3質量部であることが好ましい。
樹脂組成物A及び樹脂組成物Bは、必要に応じて、さらに架橋助剤を含んでいてもよい。架橋助剤は、各樹脂組成物に含まれる樹脂のゲル分率を向上させ、封止膜の接着性及び耐久性を向上させることができる。
架橋助剤の含有量は、樹脂組成物A及びBともに、ベースポリマー100質量部に対して一般に10質量部以下、好ましくは0.1〜5質量部、更に好ましくは0.1〜2.5質量部で使用される。これにより、接着性に優れる封止膜が得られる。
前記架橋助剤(官能基としてラジカル重合性基を有する化合物)としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等の3官能の架橋助剤の他、(メタ)アクリルエステル(例、NKエステル等)の単官能又は2官能の架橋助剤等を挙げることができる。なかでも、トリアリルシアヌレートおよびトリアリルイソシアヌレートが好ましく、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましい。
樹脂組成物A及び樹脂組成物Bは、太陽電池内部の封止性能を考慮すると、優れた接着力を有するのが好ましい。そのために、接着性向上剤をさらに含んでいても良い。接着向上剤としては、シランカップリング剤を用いることができる。これにより、優れた接着力を有する太陽電池用封止膜を形成することが可能となる。シランカップリング剤としては、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。これらシランカップリング剤は、単独で使用しても、又は2種以上組み合わせて使用しても良い。なかでも、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが特に好ましく挙げられる。
シランカップリング剤の含有量は、樹脂組成物A及びBともに、ベースポリマー100質量部に対して5質量部以下、好ましくは0.1〜2質量部であることが好ましい。
裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bは着色剤を含む。着色剤は、所望とする色調が得られるように適宜選択され、例えば、チタン白(二酸化チタン)や炭酸カルシウム等による白色着色剤;ウルトラマリン等による青色着色剤;カーボンブラック等による黒色着色剤;ガラスビーズ及び光拡散剤等による乳白色着色剤などを使用することができる。好ましくは、チタン白による白色着色剤を使用することができる。
着色剤の含有量は、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bのベースポリマー100質量部に対して、一般に0.1〜10質量部、より好ましくは0.5〜6質量部である。
受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜は、膜の種々の物性(機械的強度、光学的特性、耐熱性、耐光性、架橋速度等)の改良あるいは調整のため、必要に応じて、可塑剤、アクリロキシ基含有化合物、メタクリロキシ基含有化合物及び/又はエポキシ基含有化合物などの各種添加剤、紫外線吸収剤、光安定剤および老化防止剤を含んでいてもよい。
受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜を形成するには、公知の方法に準じて行えばよい。例えば、上述した各成分を含む組成物を、通常の押出成形、又はカレンダ成形(カレンダリング)等により成形してシート状物を得る方法により製造することができる。本発明の一対の太陽電池用封止膜は、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bの粘度50000Pa・sにおける温度が95℃以下であり、受光面側封止膜の樹脂組成物Aの粘度は樹脂組成物Bよりも低いことから、受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜何れとも水温調での製膜装置を用いて製造可能であり、低費用且つ高効率で製膜を行うことができる。製膜温度は各樹脂組成物の粘度によって異なるが、通常95℃以下、好ましくは70〜90℃である。受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜の厚さは特に限定されないが例えば0.5〜2mmである。
以下、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に使用される他の部材について詳細に説明する。
太陽電池モジュールに使用される受光面側透明保護部材は、通常珪酸塩ガラスなどのガラス基板等を使用することができる。受光面側透明保護部材の厚さは、0.1〜10mmが一般的であり、0.3〜5mmが好ましい。受光面側透明保護部材は、一般に、化学的に、或いは熱的に強化させたものであってもよい。
太陽電池モジュールに使用される裏面側保護部材は、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリアミドなどのプラスチックフィルムが好ましく用いられる。また、耐熱性、耐湿熱性を考慮してフッ化ポリエチレンフィルム、特にフッ化ポリエチレンフィルム/Al/フッ化ポリエチレンフィルムをこの順で積層させたフィルムや、ポリフッ化ビニル(商品名:テドラー)/PET/ポリフッ化ビニルをこの順で積層させたフィルムでも良い。
太陽電池モジュールに用いられる発電素子は、光電変換を行うものであり、従来公知の半導体基板が用いられる。半導体基板としては、単結晶、多結晶、あるいは非晶質によって構成された光半導体素子などが用いられる。具体的には、非晶質シリコンa−Si,水素化非晶質シリコンa−Si:H,水素化非晶質シリコンカーバイドa−SiC:H,非晶質シリコンナイトライドなどの他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、スズなどの他の元素との合金から成る非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶をpin型、nip型、ni型、pn型、MIS型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキーバリアー型あるいはこれらを組み合わせた型などに構成した半導体層が用いられる。その他、光半導体層はCdS系、GaAs系、InP系などであってもよい。
発電素子を太陽電池モジュールに組み込む際は、従来公知の方法に従って行えばよい。
例えば、発電素子の電極にハンダメッキなどで施した銅箔などのインナーリードを接続し、さらに太陽電池モジュールから所定の電気出力を取り出すことができるように、インナーリードで発電素子を直並列に接続する。
次に、本発明の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、図1に示すように、受光面側透明保護部材11、受光面側封止膜13A、発電素子14、裏面側着色封止膜13B及び裏面側保護部材12をこの順で積層することにより積層体10を得、この積層体10を加圧及び加熱することにより一体化する工程を有する。積層体10を加圧及び加熱するこの工程は、例えば、膨張自在なダイヤフラムを有する真空ラミネータ、特に図2に示す二重真空室方式による真空ラミネータを用いて行うことが好ましい。
図2に示す真空ラミネータ100は、ダイヤフラム103を具備する上側チャンバ102と、積層体10を載置するための載置台105を具備する下側チャンバ101とを有する。真空ラミネータ100では、上側チャンバ102及び下側チャンバ101内を真空引きした後、ダイヤフラム103により積層体10が加圧される。上側チャンバ102及び下側チャンバ101内の真空引きは、下側チャンバ用排気口106に接続された下側チャンバ用真空ポンプ107、及び上側チャンバ用排気口108に接続された上側チャンバ用真空ポンプ109により行われる。
このような真空ラミネータを用いて積層体10を加圧するには、初めに、下側チャンバ101内に設けられた載置台105に、受光面側透明保護部材11、受光面側封止膜13A、発電素子14、裏面側着色封止膜13B、及び裏面側保護部材12をこの順で積層した積層体10を載置する。次に、上側チャンバ102及び下側チャンバ101をそれぞれ上側チャンバ用真空ポンプ109及び下側チャンバ用真空ポンプ107により減圧して真空にした後、上側チャンバ102内を好ましくは大気圧以上の圧力とする。これにより、積層体10の最上面がダイヤフラム103により押圧され、積層体10が加圧される。
上側チャンバ102内及び下側チャンバ101内をそれぞれ真空とするには、まず上側チャンバ102及び下側チャンバ101内をそれぞれ、50〜150Pa、特に50〜100Paに減圧することにより行われるのが好ましい。真空時間は、例えば、0.1〜5分とする。その後、上側チャンバ内を40〜110kPa、特に60〜105kPaとすることでダイヤフラム103により、積層体が均一に加圧される。
積層体は、1.0×103Pa〜5.0×107Pa、特に60〜105kPaの圧力で加圧されるようにダイヤフラムの膨張度を調整するのが好ましい。プレス時間は、例えば、5〜15分である。
本発明の方法では、加圧と共に加熱を行う。加熱方法としては、図2に示す真空ラミネータ100全体をオーブンなどの高温環境において加熱する方法、図2に示す真空ラミネータ100の下側チャンバ101内に加熱板などの加熱媒体を導入して、積層体10を加熱する方法などが挙げられる。後者の方法は、例えば、載置台105として加熱板を用いたり、載置台105の上側及び/又は下側に加熱板を配置したり、積層体の上側及び/又は下側に加熱板を配置したりすることにより行われる。
これら加熱方法の中でも、載置台105として加熱板を用いる等して、受光面側透明保護部材11側から加熱を行うことが好ましい。これにより、受光面側封止膜13Bへの熱の伝達が裏面側着色封止膜13Bよりも早く行われることにより、受光面側封止膜13Aが裏面側着色封止膜13Bよりも相対的に早く溶融して発電素子14の受光面と密着するため、更に確実に回り込みを防止することができる。
積層体10は130〜170℃、好ましくは140〜160℃の温度まで加熱することが好ましい。上記ダイヤフラムによる加圧は、通常、加熱による昇温の途中で開始する。
すなわち、例えば140〜160℃に加熱する場合、その加熱過程において本発明の一対の太陽電池用封止膜13A、13Bが何れとも80〜100℃となった状態で加圧を開始する。そして、加圧開始後更に温度を上昇させ、140〜160℃の温度に達した後、その状態で一定時間保持する。
本発明では、積層体10の加熱により、より粘度の低い受光面側封止膜が裏面側着色封止膜よりも先に溶融し、発電素子との間に隙間を形成せずその表面と密着するため、裏面側着色封止膜の発電素子受光面上への浸入が阻止され、回り込みを防止することが可能となる。また、80℃及び100℃において樹脂組成物Aと樹脂組成物Bに上述した粘度差があれば、80℃〜100℃の範囲を含む広範囲の温度域において、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bの粘度が受光面側封止膜の樹脂組成物Aの粘度を上回るので、接着一体化時における加熱を広範囲の温度域で行っても回りこみ防止効果を得ることができる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
1.裏面側着色封止膜の作製
下記表に示した配合の各材料をロールミルに供給しチャンバー温度110℃で混練した。これにより得られた裏面側着色封止膜用樹脂組成物を80℃でカレンダ成形し、裏面側着色封止膜(厚さ0.5mm)を作製した。
2.受光面側封止膜(1)〜(6)の作製
・受光面側封止膜(1)
下記配合の材料をロールミルに供給し、90℃で混練した。これにより得られた受光面側封止膜用樹脂組成物を70℃でカレンダ成形し、受光面側封止膜(1)(厚さ0.5mm)を得た。この樹脂組成物の80℃における粘度は26000Pa・sであり、90℃における粘度は12000Pa・sであり、100℃における粘度は9800Pa・sであった。
(配合)
・エチレン−酢酸ビニル共重合体(酢酸ビニル含有率:26質量%、MFR:4.3g/10分、融点76℃) 100質量部
・架橋剤(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン)
(パーヘキサ25B:日本油脂製) 1.3質量部
・架橋助剤(トリアリルイソシアヌレート)
(TAIC:日本化成製) 1.5質量部
・シランカップリング剤(γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)
(KBM503:信越化学製) 0.3質量部
受光面側封止膜(2)は、EVAとしてUE750(融点66℃、酢酸ビニル含有率32質量%、MFR30g/10分、東ソー製)を使用したこと以外は受光面側封止膜(1)と同様にして作製した。受光面側封止膜(2)を構成する樹脂組成物の80℃の粘度は7000Pa・s、90℃の粘度は5500Pa・s、100℃の粘度は4000Pa・sであった。
受光面側封止膜(3)は、着色剤を配合しなかったこと以外は表1に示す実施例2の裏面側封止膜と同様にして作製した。受光面側封止膜(3)を構成する樹脂組成物の80℃の粘度は57000Pa・s、90℃の粘度は30000Pa・s、100℃の粘度は16000Pa・sであった。
受光面側封止膜(4)は、EVAの代わりにEMMA(融点80℃、MMA含有率25質量%、MFR7g/10分、住友化学製、アクリフトWK307)を使用したこと以外は受光面側封止膜(1)と同様にして作製した。受光面側封止膜(4)を構成する樹脂組成物の80℃の粘度は26000Pa・s、90℃の粘度は12000Pa・s、100℃の粘度は9800Pa・sであった。
受光面側封止膜(5)は、着色剤を配合しなかったこと以外は実施例11の裏面側封止膜と同様にして作製した。受光面側封止膜(5)を構成する樹脂組成物の80℃の粘度は57000Pa・s、90℃の粘度は30000Pa・s、100℃の粘度は16000Pa・sであった。
受光面側封止膜(6)は、着色剤を配合しなかったこと以外は実施例17の裏面側封止膜と同様にして作製した。受光面側封止膜(6)を構成する樹脂組成物の80℃の粘度は82000Pa・s、90℃の粘度は30000Pa・s、100℃の粘度は15000Pa・sであった。
3.太陽電池モジュールの作製
受光面側透明保護部材(白板強化ガラス(エンボス付)、230mm×230mm×3.2mm)/上記受光面側封止膜/発電素子(単結晶シリコンセル:125mm×125mm、厚さ:220μm)/上記裏面側着色封止膜/裏面側保護部材(PET、厚さ:350μm)の順で積層した後、この積層体を、図2に示すタイプの二重真空室方式真空ラミネータを用いて、真空時間5分、圧力0.1MPa、プレス時間15分で加熱加圧することにより接着一体化(ラミネート)し、太陽電池モジュールを作製した。
積層体の加圧は、受光面側透明保護部材が下側となるようにラミネータ内の載置台に載置し、これを裏面側保護部材側からダイヤフラムによって押圧することにより行った。また、加熱は載置台として加熱板を用い、下記表に示す140℃、150℃及び160℃まで昇温させることにより行った。加圧は、加熱温度が140℃、150℃及び160℃の場合、それぞれ受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜が80℃、90℃及び100℃となった時点で開始した。加圧開始時における各封止膜の温度の確認は、キーエンス製 NR1000に接続したK熱電対を封止膜に貼り付け、温度を測定することにより行った。
<評価方法>
1.ラミネート特性(回り込み)
作製した太陽電池モジュールについて、裏面側着色封止膜の発電素子の受光面上への回り込み量を測定した。回り込み量の測定は、発電素子の端部から裏面側着色封止膜が最も回り込んだ箇所までの長さ(mm)をスケールで計測することにより行った。回り込み長さが300μm以下のものを○、300μmを超えたものを×とした。また、密着不良が生じたものを△とした。評価において「―」は製膜の評価が悪くラミネートを行わなかったものである。
2.製膜(厚み偏差)
裏面側着色封止膜について、カレンダ成形した際の製膜性の評価を厚み偏差を測定することにより行った。具体的には、幅方向に50mm幅の短冊を切り出し、オフライン厚み測定装置TOF−4F(山文電機製)で測定を行った。500μm目標に対し450〜550μmの範囲内の場合を○とし、450〜550μmの範囲外の場合を×とした。厚み偏差が450〜550μmの範囲内にある封止膜は、うねり等が発生せず良好に製膜することができたものである。
結果を下記表に示す。なお、本実施例において粘度は、粘度計キャピログラフID(炉体径:φ9.55mm、キャピラリー:φ1.0×10mm、東洋精機製)を用い、試験速度1mm/minの条件にて、1℃刻みで粘度を計測することにより測定した。
Figure 2014034406
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各材料の詳細は以下の通りである。
EVA(1):融点66℃、酢酸ビニル含有率32質量%、MFR30g/10分(東ソー製、ウルトラセンUE750)
EVA(2):融点76℃、酢酸ビニル含有率26質量%、MFR4.3g/10分(東ソー製、ウルトラセンUE634)
EVA(3):融点83℃、酢酸ビニル含有率20質量%、MFR20g/10分(東ソー製、ウルトラセンUE633)
EVA(4):融点102℃、酢酸ビニル含有率6質量%、MFR2g/10分(宇部丸善製、V206)
EVA(5):融点95℃、酢酸ビニル含有率10質量%、MFR4g/10分(宇部丸善製、V210)
EVA(6):融点89℃、酢酸ビニル含有率15質量%、MFR2g/10分(宇部丸善製、V215)
EVA(7):融点85℃、酢酸ビニル含有率19質量%、MFR15g/10分(宇部丸善製、V319)
PE(1):融点111℃、MFR1.5g/10分、LDPE、密度0.924g/cm(東ソー製、ペトロセン228−1)
PE(2):融点106℃、MFR24g/10分、LDPE、密度0.918g/cm(東ソー製、ペトロセン202)
PE(3):融点119℃、MFR1g/10分、LDPE、密度0.933g/cm(宇部丸善製、Z322)
PE(4):融点121℃、MFR1g/10分、LLDPE、密度0.921g/cm(日本ポリエチレン製、UF230)
PE(5):融点124℃、MFR50g/10分、LLDPE、密度0.928g/cm(日本ポリエチレン製、UJ790)
PE(6):融点102℃、MFR70g/10分、LDPE、密度0.916g/cm(東ソー製、ペトロセン249)
EMMA(1):融点79℃、MMA含有率25質量%、MFR20g/10分(住友化学製、アクリフトWK402)
EMMA(2):融点80℃、MMA含有率25質量%、MFR7g/10分(住友化学製、アクリフトWK307)
EMMA(3):融点86℃、MMA含有率20質量%、MFR20g/10(住友化学製、アクリフトWK401)
着色剤:二酸化チタン微粒子、平均粒径0.3μm(石原産業製)
架橋剤:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(日本油脂製、パーヘキサ25B)
架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート(日本化成製、TAIC)
接着性向上剤:γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学製、KBM503)
<評価結果>
裏面側着色封止膜の樹脂組成物の80℃及び100℃における粘度が受光面側封止膜の樹脂組成物のそれよりも高い場合には加熱温度140℃、150℃及び160℃の何れにおいても回り込みが防止されており、広範囲の温度域で良好に接着一体化できることが認められた。また、裏面側着色封止膜の樹脂組成物Bの粘度50000Pa・sにおける温度が95℃以下である場合には、厚み偏差が良好であり、うねり等が発生せず良好に製膜を行うことができることが認められた。
10 積層体
11 受光面側透明保護部材
12 裏面側保護部材
13A 受光面側封止膜
13B 裏面側着色封止膜
14 発電素子
15 接続タブ
100 真空ラミネータ
101 下側チャンバ
102 上側チャンバ
103 ダイヤフラム
105 載置台
106 下側チャンバ用排気口
107 下側チャンバ用真空ポンプ
108 上側チャンバ用排気口
109 上側チャンバ用真空ポンプ

Claims (8)

  1. 樹脂組成物Aから形成される受光面側封止膜と、樹脂組成物Bから形成される裏面側着色封止膜とからなる一対の太陽電池用封止膜であって、
    前記樹脂組成物Bは、粘度が50000Pa・sであるときの温度が95℃以下であり、且つ前記樹脂組成物Bの80℃及び100℃における粘度が前記樹脂組成物Aよりも高いことを特徴とする一対の太陽電池用封止膜。
  2. 前記樹脂組成物Aはエチレン−極性モノマー共重合体を含み、前記樹脂組成物Bはエチレン−極性モノマー共重合体及びポリエチレンを含むことを特徴とする請求項1に記載の一対の太陽電池用封止膜。
  3. 前記樹脂混合物Bは、80℃における粘度が10000〜100000Pa・sであり、100℃における粘度が10000〜50000Pa・sであることを特徴とする請求項1又は2に記載の一対の太陽電池用封止膜。
  4. 前記樹脂組成物Bと前記樹脂組成物Aとの、80℃における粘度の差が10000Pa・s以上であり、100℃における粘度の差が3000Pa・s以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の一対の太陽電池用封止膜。
  5. 前記樹脂組成物Bにおけるポリエチレン(PE)に対するエチレン−極性モノマー共重合体(EPM)の質量比(EPM:PE)が、8:2〜3:7であることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の一対の太陽電池用封止膜。
  6. 前記エチレン−極性モノマー共重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はエチレン−メタクリル酸メチル共重合体であることを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の一対の太陽電池用封止膜。
  7. 受光面側透明保護部材、受光面側封止膜、発電素子、裏面側着色封止膜及び裏面側保護部材をこの順で積層することにより積層体を得、該積層体を加圧及び加熱することにより一体化する工程を含む太陽電池モジュールの製造方法において、
    前記受光面側封止膜及び裏面側着色封止膜として、請求項1〜6の何れか1項に記載の一対の太陽電池用封止膜を使用することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 前記加圧は、前記加熱により前記受光面側封止膜及び前記裏面側着色封止膜が80〜100℃となった状態で開始することを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
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