KR20130133698A - 태양 전지 모듈의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 2매의 패널 각각의 한쪽면에, 그 면의 외주 부분을 제외하고 경화성 실리콘겔 조성물을 도포하고 경화하여 JIS K2220에 의한 침입도가 30 내지 200인 실리콘겔 경화막을 형성하는 공정과, 한쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에, 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하고 실리콘겔 경화막보다도 두꺼운 밀봉 부재를 설치함과 함께, 실리콘겔 경화막 상에 태양 전지 소자를 배치하는 공정과, 다른쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면을 태양 전지 소자로 향하게 하고, 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 밀봉 부재가 접촉하는 위치로서, 실리콘겔 경화막끼리 태양 전지 소자를 사이에 끼우도록 다른쪽 패널을 배치하는 공정과, 상기 2매의 패널을 진공 하에서 가열하면서 가압하여 태양 전지 소자를 밀봉하는 공정을 포함한다.

Description

태양 전지 모듈의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 소자를 수지 밀봉하는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지 모듈의 고효율화 및 20년 내지 30년이 넘는 장기간 신뢰성을 확보하기 위한 방책으로서, 밀봉재에 주목한 보고나 제안이 이루어지고 있다. 고효율화라는 점에서는 현재, 밀봉재의 주류인 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(이하, EVA 라고 함)와 비교하여 실리콘 재료가 파장 300 내지 400 nm 부근의 광 투과율 특성에 기초한 내부 양자 효율의 우위성이 보고되고 있으며(예를 들면 비특허문헌 1 참조), 실제로 EVA와 실리콘 재료를 밀봉재에 이용했을 때의 출력 전력의 비교 실험도 보고되고 있다(예를 들면 비특허문헌 2 참조).
원래 실리콘 재료를 밀봉재로서 이용하는 것은, 이미 1970년대 전반에 우주용 태양 전지를 제작하는 데 있어서 이루어낸 것인데, 그것을 지상 용도용으로 제조함에 있어서, 실리콘 재료의 비용 문제나 밀봉할 때의 작업성의 문제가 있었기 때문에, 당시 저비용이고, 필름에 의해 공급 가능한 EVA로 치환되었다는 경위가 있다.
그러나, 최근 태양 전지의 고효율화나 장기간 신뢰성이 새삼 클로즈업됨과 동시에, 실리콘 재료의 밀봉재로서의 성능, 예를 들면, 저모듈러스성, 고투명성, 고내후성 등이 직시되어 실리콘 재료를 이용한 새로운 밀봉 방법도 다양하게 제안되고 있다.
예를 들면, 일본 특허 공표 제2009-515365호 공보(특허문헌 1)에서는, 유기폴리실록산 주체의 핫멜트 타입의 시트에 의한 밀봉이 제안되어 있다. 그러나, 고투명성을 유지한 채 시트상으로 가공하는 것은 어렵고, 예를 들면 1 mm 전후의 두께로 가공하기 위해서는, 그 「취약함」 때문에 주형법이나 프레스법 등의 가공 방법에 한정되어, 양산에 맞지 않다. 또한 그 「취약함」을 개선하기 위해서는 필러 등의 충전재를 혼합하여 성형성을 향상시킬 수 있지만, 그렇게 하면 고투명성을 유지할 수 없게 되는 결점이 있다. 또한, 일본 특허 공표 제2007-527109호 공보(특허문헌 2)에서는, 기판 상에 코팅된 액체 실리콘 재료 상 또는 액체 실리콘 재료 중에, 접속된 태양 전지를 다축 로봇에 의해 배치하고, 그 후에 액체 실리콘 재료를 경화함으로써 기포를 혼입시키지 않고 봉입하는 것이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공표 제2011-514680호 공보(특허문헌 3)에서는, 이동 가능한 플레이트를 가진 셀 프레스를 사용하여, 진공 하에서 태양 전지 셀을 배치함으로써 기포를 혼입시키지 않고 봉입하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 어느 방법에 있어서든, 그 태양 전지 모듈의 단부면의 처리에 관하여 언급되어 있지 않고, 특히 실리콘을 이용한 경우에는, 그의 투습성에 기초한 수분의 혼입이 우려되며, 어느 쪽의 방법이든 종래의 태양 전지의 밀봉 방법과는 크게 상이하여 현행의 양산 장치로는 대처하지 못할 가능성이 있다.
한편, 국제 공개 제2009/091068호(특허문헌 4)에서는, 유리 기판에 밀봉제, 태양 전지 소자, 실리콘 액상 물질을 배치하고, 마지막으로 이면 보호 기판을 중첩하여 가적층체로 하고, 실온의 진공 하에서 가압 밀착시켜 밀봉하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법으로는 태양 전지 모듈의 실용 크기에 대한 전개는 어려울 가능성이 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2011-231309호 공보(특허문헌 5)에서는, 실링 조성물을 유리 주변부의 두께 방향으로 배치하고, EVA 등의 수지를 상기 실링 조성물의 내측에 배치한 뒤에 감압 하에서 가열 압착하는 것에 의한 복층 유리 및 태양 전지 패널의 밀봉 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법으로는 가열 압착시에 용융된 EVA가 유리 주변 부분으로부터 밀려 나옴으로써 실링 조성물의 유리에 대한 접착 성능을 방해하게 될 가능성이 있다.
일본 특허 공표 제2009-515365호 공보 일본 특허 공표 제2007-527109호 공보 일본 특허 공표 제2011-514680호 공보 국제 공개 제2009/091068호 일본 특허 공개 제2011-231309호 공보
S.Ohl, G.Hahn, "Increased internal quantum efficiency of encapsulated solar cell by using two-component silicone as Encapsulant material", Proc. 23rd, EU PVSEC, Valencia(2008), pp.2693-2697 Barry Ketola, Chris Shirk, Philip Griffith, Gabriela Bunea, "DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONE ENCAPSULATION OF PV MODULES IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY", Dow Corning Corporation
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 경화성 실리콘겔 조성물을 밀봉재로서 이용하여 태양 전지 소자를 밀봉할 때에 기포를 혼입시키지 않고, 종래의 태양 전지 모듈의 제조 장치를 사용하여 태양 전지 소자를 손상시키지 않고 밀봉할 수 있고, 태양 전지 모듈의 단부면으로부터의 수분의 침입을 방지하여 내구성이 우수한 태양 전지 모듈을 제조할 수 있는 태양 전지 모듈의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 하기의 태양 전지 모듈의 제조 방법을 제공한다.
〔1〕2매의 패널 사이에 반도체 기판을 포함하는 태양 전지 소자를 수지 밀봉하여 태양 전지 모듈을 제조하는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
(i) 2매의 패널 각각의 한쪽면에, 그 면의 외주 부분을 제외하고 경화성 실리콘겔 조성물을 도포하고 경화하여 JIS K2220에 의한 침입도가 30 내지 200인 실리콘겔 경화막을 형성하는 공정과,
(ii) 한쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에, 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하고 상기 실리콘겔 경화막보다도 두꺼운 밀봉 부재를 설치함과 함께, 상기 실리콘겔 경화막 상에 태양 전지 소자를 배치하는 공정과,
(iii) 다른쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면을 상기 태양 전지 소자로 향하게 하고, 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 상기 밀봉 부재가 접촉하는 위치로서, 실리콘겔 경화막끼리 상기 태양 전지 소자를 사이에 끼우도록 다른쪽 패널을 배치하는 공정과,
(iv) 상기 2매의 패널을 진공 하에서 가열하면서 가압하여 상기 태양 전지 소자를 밀봉하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔2〕상기 경화성 실리콘겔 조성물은,
(A) 하기 평균조성식 1로 표시되는 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 적어도 1개 갖는 오르가노폴리실록산: 100 질량부,
Figure pat00001
(1)
(이 중, R은 알케닐기, R1은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 비치환 또는 치환된 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기, a는 0.0001 내지 0.2의 양수, b는 1.7 내지 2.2의 양수이고, a+b는 1.9 내지 2.4임)
(B) 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자를 적어도 2개 함유하는 오르가노히드로젠폴리실록산: (A) 성분의 규소 원자 결합 알케닐기 1몰에 대하여 규소 원자에 결합한 수소 원자가 0.3 내지 2.5배몰이 되는 양,
(C) 부가 반응 촉매: 촉매량
을 함유하는 것을 특징으로 하는 〔1〕에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔3〕(B) 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산의 평균 중합도가 40 내지 400인 것을 특징으로 하는 〔2〕에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔4〕상기 실리콘겔 경화막의 막 두께가 200 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔5〕상기 (ii) 공정에서, 미리 테이프 형상 또는 끈 형상으로 형성한 밀봉 부재를 한쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 배치하는 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔6〕상기 (iv) 공정에서, 상기 2매의 패널을 진공 하에서 100 내지 150℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔5〕 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔7〕상기 (iv) 공정은 진공 라미네이터 장치에 의해 행하는 것임을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔6〕 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
〔8〕 상기 2매의 패널은 백판 강화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔7〕 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법에 따르면, 2매의 패널 각각에 형성한 침입도가 큰 실리콘겔 경화막에 의해, 태양 전지 소자를 끼워 넣고 진공 하에서 가압하기 때문에 기포를 혼입시키지 않고, 태양 전지 소자를 손상시키지 않고 상기 태양 전지 소자를 밀봉할 수 있다. 또한, 패널면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하는 밀봉 부재를 설치했기 때문에, 상기한 2매의 패널을 가열하면서 가압함으로써 밀봉 부재가 2매의 패널에 고착되어 내부의 실리콘겔 경화막을 밀봉하도록 되어, 태양 전지 모듈의 단부면으로부터의 수분 등의 가스의 침입을 방지할 수 있어, 내구성이 높은 태양 전지 모듈을 실현할 수 있다. 또한, 이 제조 방법에 따르면, 종래의 EVA 필름을 이용한 태양 전지 모듈 제조 장치인 진공 라미네이터 장치를 사용하는 것이 가능해지기 때문에, 새롭게 라미네이트하기 위한 장치를 준비하지 않고, 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
또한 금후, 태양 전지 소자의 두께가 100 ㎛ 이하로 된 경우, 본 발명에 따르면, 그 태양 전지 소자를 라미네이트할 때에, 저모듈러스, 저경도이고 내후성이 있는 실리콘겔 경화막으로 밀봉하기 때문에, 태양 전지 모듈로서 한층 더 광전 변환의 고효율화를 도모할 수 있고, 장기간 신뢰성을 유지하는 것도 가능하다.
도 1은 2매의 패널 상에 실리콘겔 경화막을 형성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 2는 한쪽 패널의 패널면의 외주 부분에 밀봉 부재를 설치함과 함께, 실리콘겔 경화막 상에 태양 전지 소자를 배치한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 태양 전지 소자를 사이에 두도록 한쪽 패널의 상측에 다른 쪽 패널을 배치한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4는 진공 라미네이터 장치에 의한 라미네이트 처리에 의해 태양 전지 소자를 밀봉한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 프레이밍 처리된 태양 전지 모듈의 구성을 도시하는 단면도이다.
이하에, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법의 바람직한 양태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 2매의 패널 상에 경화성 실리콘겔 조성물을 도포·경화한 층의 단면의 일례이고, 도 2는, 그 중 1매의 패널 상의 실리콘겔 경화막 상에 태양 전지 소자를 배치하고, 패널면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 밀봉 부재를 세워 설치한 것의 단면의 일례이다. 또한, 도 3은, 도 2에 도시한 패널 상측에, 실리콘겔 조성물을 도포·경화한 다른 1매의 패널을 배치한 상태의 일례이다. 도 4는, 도 3에 도시한 2매의 패널에 관하여 진공 라미네이트 처리한 상태의 일례이다. 도 5는, 2매의 패널 단부면을 프레임 부재로 고정한 상태의 일례이다.
(i) 실리콘겔 경화막 형성 공정(도 1)
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 부재의 패널인 2매의 패널 (1a, 1b) 각각의 한쪽 면에 경화성 실리콘겔 조성물을 도포하고 경화하여 실리콘겔 경화막 (2)을 형성한다.
여기서, 패널 (1a)은 태양광을 입사시키는 측으로 되는 투명 부재이고, 투명성, 내후성, 내충격성을 비롯하여 옥외 사용에 있어서 장기간의 신뢰 성능을 갖는 부재가 필요하다. 예를 들면 백판 강화 유리, 아크릴 수지, 불소 수지 또는 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있으며, 특히 두께 3 내지 5 mm 정도의 백판 강화 유리가 바람직하다.
패널 (1b)은 태양광 입사의 반대면측의 패널이고, 태양 전지 소자의 온도를 효율적으로 방열하는 것이 요구되고, 재료로서 유리재, 합성 수지재, 금속재 또는 이들의 복합 부재를 들 수 있다. 유리재의 예로서는, 청판 유리, 백판 유리 또는 강화 유리 등을 들 수 있으며, 합성 수지재로서는, 아크릴 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 또는 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또한 금속재로서는, 구리, 알루미늄 또는 철 등을 들 수 있으며, 복합재로서는, 실리카를 비롯하여, 산화티타늄, 알루미나, 질화알루미늄 등 높은 열전도성을 갖는 재료를 담지한 합성 수지 등을 들 수 있다.
또한, 태양광 입사의 반대면측의 패널 (1b)로서, 태양광을 입사시키는 패널 (1a)과 함께 투명성을 갖는 부재를 이용함으로써, 태양광의 직달광 및 산란광의 일부를 태양광 입사의 반대면측에 투과시킬 수 있어, 예를 들면 초원 등에 설치한 경우, 태양 전지 모듈의 입사면과 반대측인, 즉, 본래 응달이 되어 버리는 부분에도 태양광의 일부가 조사됨으로써, 식물의 생육을 촉진시켜 가축의 방목 등에도 이용할 수 있게 된다.
실리콘겔 경화막 (2)은, 투명성, 내후성을 비롯하여 옥외 사용에 있어서 20년 이상의 장기간 신뢰성이 필요하고, 그 때문에 자외선 내성이 높고, 저모듈러스이고, 상기 패널 (1a, 1b)과의 밀착성이 양호한 것이 필요하다.
이 실리콘겔 경화막 (2)의 형성에 이용되는 경화성 실리콘겔 조성물은, 그의 가교 방법이 습기 경화형, UV 경화형, 유기 과산화물 경화형, 백금 촉매를 이용하는 부가 경화형 중 무엇이든 상관없지만, 부생성물이 없고, 변색이 적은 부가 경화형 실리콘 조성물을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서 이용하는 경화성 실리콘겔 조성물은,
(A) 하기 평균조성식 1로 표시되는 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 적어도 1개 갖는 오르가노폴리실록산: 100 질량부,
Figure pat00002
(1)
(식 중, R은 알케닐기, R1은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 비치환 또는 치환된 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기, a는 0.0001 내지 0.2의 양수, b는 1.7 내지 2.2의 양수이고, a+b는 1.9 내지 2.4임)
(B) 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자를 적어도 2개 함유하는 오르가노히드로젠폴리실록산: (A) 성분의 규소 원자 결합 알케닐기 1몰에 대하여 규소 원자에 결합한 수소 원자가 0.3 내지 2.5배몰이 되는 양,
(C) 부가 반응 촉매: 촉매량
을 함유하는 것이 바람직하다.
(A) 성분은 이 조성물의 주요제(베이스 중합체)이고, 상기 평균조성식 1로 표시되는, 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 적어도 1개 갖는 오르가노폴리실록산이다.
상기 식 1 중에서, R은 독립적으로, 통상 탄소 원자수 2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4, 보다 바람직하게는 2 내지 3의 알케닐기이다. 그의 구체예로서는, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기, 이소부테닐기 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 비닐기이다.
R1은 독립적으로, 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기이고, 그의 탄소 원자수는 통상 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6이다. 그의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 옥틸기, 데실기 등의 직쇄상, 분지상 또는 환상 알킬기; 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기; 벤질기, 페닐에틸기 등의 아르알킬기; 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부를, 염소, 브롬, 불소 등의 할로겐 원자로 치환한 클로로메틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이한 점에서, 메틸기, 페닐기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기가 바람직하다. 내UV 특성을 감안하면 특히 메틸기인 것이 바람직하다.
또한, a는 0.0001 내지 0.2의 양수일 필요가 있고, 바람직하게는 0.0005 내지 0.1의 양수이다. b는 1.7 내지 2.2의 양수일 필요가 있고, 바람직하게는 1.9 내지 2.02의 양수이다. 단, a+b는 1.9 내지 2.4의 범위를 만족시킬 필요가 있고, 바람직하게는 1.95 내지 2.05의 범위이다.
본 성분은 1 분자 중에 규소 원자 결합 알케닐기를 적어도 1개, 바람직하게는 2개 이상 갖는 것이 필요하고, 보다 바람직하게는 2 내지 50개, 더욱 바람직하게는 2 내지 10개 갖는다. 이 규소 원자 결합 알케닐기의 조건을 만족시키도록 상기 a 및 b의 값을 선택할 수 있다.
본 성분의 오르가노폴리실록산의 분자 구조는 특별히 한정되지 않으며, 직쇄상일 수도 있고, 예를 들면 RSiO3 /2 단위, R1SiO3 /2 단위, SiO2 단위(R, R1은 상기와 동일함) 등을 포함하는 분지상일 수도 있지만, 하기 일반식 1a로 표시되는 오르가노폴리실록산, 즉 주쇄가 기본적으로 디오르가노실록산 단위의 반복을 포함하고, 분자쇄 양쪽 말단이 트리오르가노실록시기로 봉쇄된 직쇄상의 디오르가노폴리실록산인 것이 바람직하다.
Figure pat00003
(식 중, R2는 독립적으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기이고, R3은 독립적으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기 또는 알케닐기이되, 단, 적어도 1개, 바람직하게는 2개 이상의 R3은 알케닐기이고, 분자쇄 양쪽 말단의 R3 중 어느 하나가 알케닐기인 경우에는, k는 40 내지 1,200의 정수이고, m은 0 내지 50의 정수이고, n은 0 내지 50의 정수이고, 분자쇄 양쪽 말단의 R3이 모두 알케닐기가 아닌 경우에는, k는 40 내지 1,200의 정수이고, m은 1 내지 50의 정수이고, n은 0 내지 50의 정수이되, 단, m+n은 1 이상임)
상기 식 1a 중, R2로 표시되는 독립적으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기는, 통상 탄소 원자수 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6의 것이다. 그의 구체예로는, R1로 예시한 것을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이하기 때문에, 메틸기, 페닐기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기가 바람직하다.
또한, R3으로 표시되는, 알케닐기 이외의 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기는, 통상 탄소 원자수 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6의 것이다. 그의 구체예로는, R1로 예시한 것을 들 수 있다. 그 중에서도 합성이 용이하기 때문에, 메틸기, 페닐기 또는 3,3,3-트리플루오로프로필기가 바람직하다. R3으로 표시되는 알케닐기는, 통상 탄소 원자수 2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4, 보다 바람직하게는 2 내지 3의 것이다. 그의 구체예로는, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기, 이소부테닐기 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 비닐기이다.
상기 식 1a 중, 분자쇄 양쪽 말단의 R3 중 어느 하나가 알케닐기인 경우에는, k는 40 내지 1,200의 정수이고, m은 0 내지 50의 정수이고, n은 0 내지 50의 정수이고, 바람직하게는 k는 100 내지 1,000의 정수이고, m은 0 내지 40의 정수이고, n은 0이다. 또한, 분자쇄 양쪽 말단의 R3이 모두 알케닐기가 아닌 경우에는, k는 40 내지 1,200의 정수이고, m은 1 내지 50의 정수이고, n은 0 내지 50의 정수이고, 바람직하게는 k는 100 내지 1,000의 정수이고, m은 2 내지 40의 정수이고, n은 0이다.
상기 식 1a로 표시되는 오르가노폴리실록산으로는, 예를 들면 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·비닐메틸실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·비닐메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 비닐메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 말단 트리메틸실록시기·디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양쪽 말단 메틸디비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 메틸트리플루오로프로필폴리실록산, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸트리플루오로프로필실록산·메틸비닐실록산 공중합체 등을 들 수 있다.
본 성분의 오르가노폴리실록산의 점도는 특별히 한정되지 않지만, 조성물의 취급 작업성, 얻어지는 겔 경화물의 강도 및 유동성이 양호해진다는 점에서, 50 내지 100,000 mPa·s인 것이 바람직하고, 100 내지 10,000 mPa·s인 것이 보다 바람직하다. 또한, 점도는 회전 점도계를 이용하여 25℃에서 측정되는 값이다(이하, 동일함).
다음으로, (B) 성분은 상기 (A) 성분과 반응하여, 가교제로서 작용하는 것이다. 상기 (B) 성분은, 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자(즉, SiH기(히드로실릴기))를 적어도 2개 갖는 오르가노히드로젠폴리실록산이다. 이 오르가노히드로젠폴리실록산이 1 분자 중에 갖는 규소 원자 결합 수소 원자는 바람직하게는 2 내지 30개, 보다 바람직하게는 2 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 5개이다.
본 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산 중에 함유되는 규소 원자 결합 수소 원자는, 분자쇄 말단 및 분자쇄 도중 중 어디에도 위치할 수 있고, 이 양쪽에 위치할 수도 있다. 또한, 그의 분자 구조는 특별히 한정되지 않으며, 직쇄상, 환상, 분지상 및 삼차원 메쉬상 구조(수지상) 중 어느 것이어도 된다.
본 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산 1 분자 중 규소 원자의 수(즉, 평균 중합도)는 통상 20 내지 1,000개이지만, 조성물의 취급 작업성 및 얻어지는 겔 경화물의 특성(저탄성률, 저응력)이 양호해진다는 점에서, 바람직하게는 40 내지 1,000개, 보다 바람직하게는 40 내지 400개, 더욱 바람직하게는 60 내지 300개, 특히 바람직하게는 100 내지 300개, 가장 바람직하게는 160 내지 300개이다. 또한, 본 발명에서 말하는 평균 중합도는, 겔 투과 크로마토그래피 분석(GPC)(용매: 톨루엔)에 있어서의 폴리스티렌 환산의 중량 평균 중합도이다(이하, 동일함).
또한, 본 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산의 점도는 통상 10 내지 100,000 mPa·s, 바람직하게는 20 내지 10,000 mPa·s, 보다 바람직하게는 50 내지 5,000 mPa·s이며, 실온(25℃)에서 액상인 것이 바람직하게 사용된다.
또한, 본 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산은, 하기 평균조성식 2로 표시되는 것이 바람직하게 이용된다.
Figure pat00004
(2)
(식 중, R4는 독립적으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기이고, c는 0.7 내지 2.2의 양수이고, d는 0.001 내지 0.5의 양수이되, 단, c+d는 0.8 내지 2.5임)
상기 식 2 중, R4는 독립적으로 지방족 불포화 결합을 포함하지 않는 비치환 또는 치환된 1가 탄화수소기이고, 그의 탄소 원자수는 통상 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 6이다.
그의 구체예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 직쇄상, 분지상 또는 환상 알킬기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기 등의 아랄킬기; 이들 기의 수소 원자의 일부 또는 전부를, 염소, 브롬, 불소 등의 할로겐 원자로 치환한 3,3,3-트리플루오로프로필기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 3,3,3-트리플루오로프로필기이고, 보다 바람직하게는 메틸기, 페닐기, 3,3,3-트리플루오로프로필기이다.
또한, c는 1.0 내지 2.1의 양수인 것이 바람직하고, d는 0.001 내지 0.1의 양수인 것이 바람직하고, 0.005 내지 0.1의 양수인 것이 보다 바람직하고, 0.005 내지 0.05의 양수인 것이 더욱 바람직하고, 0.005 내지 0.03의 양수인 것이 특히 바람직하며, c+d는 1.0 내지 2.5의 범위를 만족시키는 것이 바람직하고, 1.5 내지 2.2의 범위를 만족시키는 것이 특히 바람직하다.
상기 식 2로 표시되는 오르가노히드로젠폴리실록산으로는, 예를 들면 메틸히드로젠실록산·디메틸실록산 환상 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠폴리실록산, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로젠실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸히드로젠실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양쪽 말단 디메틸히드로젠실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로젠실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로젠실록산·디페닐실록산·디메틸실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸히드로젠실록시기 봉쇄 메틸히드로젠실록산·디메틸실록산·디페닐실록산 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 (CH3)3SiO1/2 단위와 SiO4 /2 단위를 포함하는 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 SiO4 /2 단위를 포함하는 공중합체, (CH3)2HSiO1 /2 단위와 (C6H6)SiO3 /2 단위와 SiO4 /2 단위를 포함하는 공중합체 등을 들 수 있다.
본 성분의 배합량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여 적어도 1 질량부, 바람직하게는 적어도 3 질량부이다. 상한을 고려한 경우에는, 바람직하게는 15 내지 500 질량부이고, 보다 바람직하게는 20 내지 500 질량부이고, 더욱 바람직하게는 30 내지 200 질량부이다. 본 성분의 배합량은, 상기 조건을 만족시킴과 동시에, (A) 성분 중 규소 원자 결합 알케닐기 1몰당 본 성분 중 규소 원자 결합 수소 원자가 0.3 내지 2.5배몰이 되는 양일 필요가 있고, 바람직하게는 0.5 내지 2배몰, 보다 바람직하게는 0.6 내지 1.5배몰이 되는 양이다. 이 배합량이 1 질량부보다 적은 경우에는, 얻어지는 경화물은 오일 블리딩이 발생하기 쉬워진다. 규소 원자 결합 수소 원자가 0.3배몰보다 적은 경우에는, 가교 밀도가 지나치게 낮아져 얻어지는 조성물이 경화하지 않거나, 경화하여도 경화물의 내열성이 저하되는 경우가 있고, 2.5배몰보다 많은 경우에는, 탈수소 반응에 의한 발포의 문제가 발생하거나, 얻어지는 경화물의 내열성이 저하되거나, 오일 블리딩이 발생하는 경우가 있다.
또한, (C) 성분은, 상기 (A) 성분 중 규소 원자 결합 알케닐기와 상기 (B) 성분 중 규소 원자 결합 수소 원자와의 부가 반응을 촉진시키기 위한 촉매로서 사용되는 것이다. 상기 (C) 성분은 백금계 촉매(백금 또는 백금계 화합물)이고, 공지된 것을 사용할 수 있다. 그의 구체예로는, 백금 블랙, 염화백금산, 염화백금산 등의 알코올 변성물; 염화백금산과 올레핀, 알데히드, 비닐실록산 또는 아세틸렌알코올류 등과의 착체 등이 예시된다.
본 성분의 배합량은 유효량(촉매량)일 수 있고, 원하는 경화 속도에 의해 적절하게 증감시킬 수 있지만, 통상 (A) 성분 및 (B) 성분의 합계량에 대하여 백금 원자의 질량으로, 통상 0.1 내지 1,000 ppm, 바람직하게는 1 내지 300 ppm의 범위이다. 이 배합량이 너무 많으면 얻어지는 경화물의 내열성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명에서 이용하는 경화성 실리콘겔 조성물은, 상기 (A) 내지 (C) 성분(임의 성분이 배합되는 경우에는, 임의 성분도 포함함)의 조성물을 통상법에 준하여 혼합함으로써 제조할 수 있다. 이 때에 혼합되는 성분을 필요에 따라 2 파트 또는 그 이상의 파트로 분할하여 혼합할 수도 있고, 예를 들면 (A) 성분의 일부 및 (C) 성분을 포함하는 파트와, (A) 성분의 잔부 및 (B) 성분을 포함하는 파트로 분할하여 혼합하는 것도 가능하다.
이와 같이 하여 얻어진 경화성 실리콘겔 조성물을 상기 태양광을 입사시키는 투명 부재의 패널 (1a) 및 상기 태양광 입사의 반대면측의 패널 (1b) 각각의 한쪽면에 다음과 같이 도포하고 경화시켜, 실리콘겔 경화막 (2)을 형성한다.
(도포 처리)
도포의 방법으로서는, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 나이프 코팅법, 스크린 코팅법 등이 있지만, 그 중 어떠한 방법도 이용할 수 있다.
이 때, 도포량을 경화 후의 실리콘겔 경화막 (2)으로서의 막 두께가 200 내지 1,000 ㎛가 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300 내지 800 ㎛의 범위로 한다. 막 두께가 200 ㎛보다 얇으면, 저모듈러스, 저경도와 같은 실리콘겔 경화막의 특징을 발휘할 수 없게 되고, 반도체 기판을 포함하는 태양 전지 소자를 패널 사이에 끼워 제조하는 공정에서 태양 전지 소자에 균열이 발생하거나, 특히 온도 승강이 발생하는 옥외 환경 하에 있어서는, 태양 전지 소자 표면의 배선 접속부와의 선팽창 계수 및 모듈러스의 차이를 흡수할 수 없게 되어 태양 전지 소자의 취화를 초래할 가능성이 있다. 한편, 막 두께가 1,000 ㎛보다 두꺼우면 경화하기 위한 시간을 필요로 하고, 경화성 실리콘겔 조성물의 사용량도 증가하여 비용이 많이 들 가능성이 있다.
(경화 처리)
이어서, 패널 (1a, 1b)에 경화성 실리콘겔 조성물을 도포한 후, 통상법에 의해 80 내지 150℃ 사이에서 5 내지 30분간 경화 처리를 행하여, 패널 (1a, 1b) 상에 실리콘겔 경화막 (2)을 형성한다.
이상과 같이 하여 형성되는 실리콘겔 경화막 (2)의 JIS K2220으로 규정되는 1/4콘에 의한 침입도는 30 내지 200이 되고, 바람직하게는 40 내지 150의 범위가 된다. 침입도가 30보다 작으면, 저모듈러스, 저경도와 같은 실리콘겔 경화물의 특징을 발휘할 수 없게 되고, 반도체 기판을 포함하는 태양 전지 소자를 패널 사이에 끼워 제조하는 공정에서 태양 전지 소자에 균열이 발생하거나, 특히 온도 승강이 발생하는 옥외 환경 하에 있어서는, 태양 전지 소자 표면의 배선 접속부와의 선팽창 계수 및 모듈러스의 차이를 흡수할 수 없게 되어 태양 전지 소자의 취화를 초래할 가능성이 있다. 한편, 침입도가 200을 초과하면, 실리콘겔 경화물로서의 형태를 유지할 수 없게 되어 유동하여 버린다.
또한, 패널 (1a, 1b)에의 도포 시에 상기 패널 도포면(즉, 실리콘겔 경화막 형성면)의 외주 부분, 예를 들면 폭 5 내지 20 mm의 프레임상으로 경화성 실리콘겔 조성물이 미도포된 부분을 형성할 필요가 있다. 이 미도포된 부분에는 다음 공정에 필요한 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하는 밀봉 부재를 배치하는데, 이 배치 부분에 조금이라도 실리콘겔 조성물(실리콘 재료)이 잔류하면, 밀봉 부재와 패널과의 밀착성이 열화되는 원인이 되고, 나아가서는 이 밀착 불량 부분으로부터 수분이 침입함으로써 태양 전지 모듈의 장기간 신뢰성을 위협하게 되기 때문이다. 패널 도포면의 외주 부분에 미도포된 부분을 형성하기 위해서는, 경화성 실리콘겔 조성물을 도포하기 전에 미리 패널면의 외주 부분에 마스킹 테이프에 의해 프레임상으로 마스킹하여 경화성 실리콘겔 조성물이 부착되지 않도록 해둘 수도 있다.
(ii) 밀봉 부재 및 태양 전지 소자의 배치 공정(도 2)
이어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 한쪽 패널 (1a)의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막 (2)을 형성하지 않은 외주 부분에, 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하고 실리콘겔 경화막 (2)보다도 두꺼운 밀봉 부재 (3)를 설치함과 함께, 상기 실리콘겔 경화막 (2) 상에 태양 전지 소자 (4)를 배치한다.
여기서, 밀봉 부재 (3)는 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하는 것이며, 통상 시판되어 있는 부틸 고무계의 밀봉재일 수도 있지만, 다음 공정에서 진공 라미네이트 처리할 때에 100 내지 150℃의 온도를 가하기 때문에, 이 온도 영역에서 형상을 유지할 수 있는 핫 멜트 타입의 밀봉재가 바람직하고, 예를 들면 요코하마 고무 제조 태양광 발전 모듈용 밀봉재 「M-155P」가 바람직하게 이용된다.
밀봉 부재 (3)를 설치할 때에는, 패널 (1a)의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막 (2)을 형성하지 않은 외주 부분에 핫 멜트 어플리케이터에 의해 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 도포하는 형태로 설치할 수도 있고, 미리 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 테이프 형상 또는 끈 형상으로 가공한 것을 배치하도록 할 수도 있다.
태양 전지 소자 (4)는, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 중으부터 선택되는 1종 또는 2종의 실리콘 재료(실리콘 기판)를 이용하여 제작된 태양 전지 셀이며, 통상 2 내지 60개의 태양 전지 셀이 서로 탭선 등의 인터커넥터로 전기적으로 직렬로 접속되어 태양 전지 셀 스트링을 구성하고 있다. 또한, 태양 전지 소자 (4)는 양면 수광형인 것이 바람직하고, 이 경우 패널 (1a, 1b) 모두 투명한 것으로 한다.
본 공정에서는, 상기 밀봉 부재 (3)를 태양광 입사면측이 되는 패널 (1a)의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막 (2)을 형성하지 않은 외주 부분에 프레임상으로 배치한 후, 태양 전지 소자 (4)의 입사면측을 하측(패널 (1a)측)을 향하게 하여 상기 태양 전지 소자 (4)를 실리콘겔 경화막 (2) 상에 배치한다(도 2). 또한, 본 공정의 처리를 태양광 입사의 반대면측이 되는 패널 (1b)에 대하여 실시할 수도 있으며, 이 경우에는 상기 밀봉 부재 (3)를 패널 (1b)의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막 (2)을 형성하지 않은 외주 부분에 프레임상으로 배치한 후, 태양 전지 소자 (4)의 입사면측을 상측(패널 (1b)와는 반대측)을 향하게 하여 상기 태양 전지 소자 (4)를 실리콘겔 경화막 (2) 상에 배치한다. 이 때, 태양 전지 소자 (4)와 실리콘겔 경화막 (2)과의 사이에서 후술하는 진공 라미네이터 장치에 있어서 감압했을 때에 탈기 가능한 공간을 설치해둘 수도 있다.
(iii) 패널 협지 공정(도 3)
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 다른쪽 패널 (1b)의 실리콘겔 경화막 (2) 형성면을 패널 (1a)의 실리콘겔 경화막 (2) 상에 배치한 태양 전지 소자 (4)를 향하게 하고, 패널 (1b)의 실리콘겔 경화막 (2)을 형성하지 않은 외주 부분에 밀봉 부재 (3)가 접촉하는 위치로서, 실리콘겔 경화막 (2)끼리 태양 전지 소자 (4)를 끼우도록 다른쪽 패널 (1b)을 배치한다.
이 때, 패널 (1b)은 밀봉 부재 (3)에 지지되는데, 밀봉 부재 (3)와 패널 (1b)과의 사이에는 적어도 패널 (1b)의 외측과 패널 (1a, 1b) 사이의 공간과의 사이에서 통기 가능한 정도의 공간이 확보되어 있다. 또한, 패널 (1a)측의 실리콘겔 경화막 (2) 상에 배치된 태양 전지 소자 (4)는 패널 (1b)의 실리콘겔 경화막 (2)과 이격된 상태로 되어 있다.
이 배치는, 후술하는 진공 라미네이터 장치 내에서 행할 수도 있다.
(iv) 진공 라미네이트 공정(도 4)
이어서, 도 3에 도시한 바와 같은 2매의 패널 (1a, 1b)로 태양 전지 소자 (4)를 끼운 임시 적층의 상태에 대하여, 진공 라미네이터 장치(도시되지 않음)를 이용하여 2매의 패널 (1a, 1b)을 진공 하에 가열하면서 가압하여 태양 전지 소자 (4)를 밀봉하는 진공 라미네이트 처리를 실시한다.
여기서, 진공 라미네이터 장치로서는, 유연한 막체로 구획된 인접하는 2개의 감압조를 갖는 범용의 태양 전지 모듈 제작용의 라미네이터 장치를 채용할 수 있으며, 예를 들면 한쪽 감압조 내에 패널 (1a, 1b)을 도 3에 도시한 바와 같이 임시 적층한 상태로 세팅하여 2개의 감압조를 감압하고, 패널 (1a, 1b) 사이를 대략 진공 상태로 함과 함께 패널 (1a, 1b)의 적어도 외주 부분을 가열하고, 이어서 임시 적층된 패널 (1a, 1b)이 세팅된 감압조 내의 감압 상태를 유지한 채로 다른쪽 감압조의 감압을 개방하고, 상압으로 하거나 또는 가압하여 막체로 패널 (1a, 1b)을 그의 판 두께 방향으로 압축하도록 한다. 이 때, 패널 (1a, 1b)을 예를 들면 100 내지 150℃로 가열하면서 1 내지 5분간 가압하면 밀봉 부재 (3)가 패널 (1a, 1b)에 고착되게 된다.
이에 따라, 감압 하에서 패널 (1a, 1b) 각각의 실리콘겔 경화막 (2)끼리가 압접되기 때문에, 실리콘겔 경화막 (2)끼리는 도 4에 도시한 바와 같이, 사이에 기포를 혼입하지 않고 밀착되어 하나의 밀봉층이 된다. 또한, 실리콘겔 경화막 (2)의 침입도가 크기 때문에 태양 전지 소자 (4)는 손상을 받지 않고 그의 밀봉층 중에 밀봉된다. 또한, 밀봉 부재 (3)가 소정의 온도로 가열되면서 패널 (1a, 1b)로 압궤되는 방향으로 압력을 받기 때문에, 밀봉 부재 (3)는 패널 (1a, 1b)의 패널면의 외주 부분 및 실리콘겔 경화막 (2)의 외주부를 간극 없이 매립하게 됨과 함께, 패널 (1a, 1b)에 고착되게 된다. 그 결과, 밀봉 부재 (3)가 2매의 패널 (1a, 1b)과 함께 내부의 실리콘겔 경화막 (2)을 밀봉하게 되어, 태양 전지 모듈의 단부면으로부터의 수분 등의 가스의 침입을 방지할 수 있어, 내구성이 높은 태양 전지 모듈을 실현할 수 있다.
(v) 플레이밍(flaming) 공정(도 5)
도 5에 도시한 바와 같이, 밀봉 후의 패널 (1a, 1b)의 외주 단부(프레임 단부)에 프레임 부재 (5)를 장착하여, 태양 전지 모듈을 완성한다.
프레임 부재 (5)는, 충격, 풍압 또는 적설에 대한 강도가 우수하고, 내후성을 가지면서도 경량인 알루미늄 합금, 스테인리스강 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이들 재료로 성형된 프레임 부재 (5)가 태양 전지 소자 (4)를 협지한 패널 (1a, 1b)의 외주를 둘러싸도록 장착되고, 나사에 의해 고정되어 있다.
이상과 같이 제조된 태양 전지 모듈에서는, 태양 전지 소자 (4)가 실리콘겔 경화막 (2)을 통해 평탄한 패널 (1a, 1b)에 유지되도록 되기 때문에, 패널상의 태양 전지 모듈로서 본 경우에 태양광에 대한 수광 각도의 흔들림이 줄어들고, 일정 성능을 나타내게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 이러한 일정 성능의 태양 전지 모듈의 양산이 용이해진다.
[실시예]
이하에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 예에서 점도는 25℃에서 회전 점도계를 이용하여 측정한 값이다. 또한, 실시예 중, 「부」는 「질량부」를 나타내고, 「％」는 「질량％」를 나타내고, 「Vi」는 「비닐기」를 나타낸다.
[실시예 1]
점도가 1,000 mPaㆍs인 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 100부, 하기 식 3으로 표시되는 점도가 1,000 mPaㆍs인 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산ㆍ메틸히드로젠실록산 공중합체 63부((A) 성분 중의 규소 원자 결합 알케닐기 1개당 (B) 성분 중의 규소 원자 결합 수소 원자의 개수(이하, H/Vi라 함)는 1.05였음), 및 백금 원자로서 1％ 함유하는 염화백금산비닐실록산 착체의 디메틸폴리실록산 용액 0.05부를 균일하게 혼합하여 실리콘겔 경화막용의 조성물을 제조하였다. 또한, 얻어진 조성물을 오븐에 의해 150℃에서 30분간 가열하여 경화시킨 바, 침입도 70의 겔 경화물이 얻어졌다. 침입도는, JIS K2220으로 규정되는 1/4콘에 의한 침입도이며, 가부시끼가이샤 리고사 제조 자동 침입도 시험기 RPM-101을 이용하여 측정하였다.
Figure pat00005
(3)
이어서, 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판(이하, 유리 기판) 각각에 상기 조성물을 나이프 코팅법에 의해 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 200 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하였다. 또한, 상기 나이프코팅법에 의한 도포시에 미리 유리 기판의 외주 상에 5 mm 폭으로 프레임상으로 마스킹 테이프 처리를 행하였다.
경화 후, 마스킹 테이프를 박리하여 2매의 유리 기판 중 한쪽 마스킹 테이프를 박리한 부분에 미리 테이프 형상으로 가공한 부틸 고무계 열가소성 밀봉재(M-155P, 요코하마 고무(주) 제조)를 포함하는 밀봉 부재를 배치하고, 이어서 태양 전지 소자를 종횡 방향으로 2행 2열로 접속한 합계 4개의 단결정 실리콘 태양 전지 셀 스트링을 실리콘겔 경화막 상에 배치하였다.
이어서, 진공 라미네이터 장치 내에서 상기 단결정 실리콘 태양 전지 셀 스트링을 배치한 유리 기판 상에 다른 한쪽의 실리콘겔 경화막을 형성한 유리 기판을 배치하고, 감압 진공 하에 유리 기판을 120℃로 가온하여, 2분간 대기압 하에 압착함으로써 태양 전지 모듈 A를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 B를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해 도포하고, 오븐에 의해 150℃에서 10분간 가열하여 막 두께 800 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 C를 제조하였다.
[실시예 4]
점도가 5,000 mPa·s인 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 100부, 하기 식 4로 표시되는 점도가 600 mPa·s인 양쪽 말단 디메틸히드로젠실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로젠실록산 공중합체 25부(H/Vi은 1.3이었음), 및 백금 원자로서 1％ 함유하는 염화백금산비닐실록산 착체의 디메틸폴리실록산 용액 0.05부를 균일하게 혼합하여 실리콘겔 경화막용의 조성물을 제조하였다. 또한, 얻어진 조성물을 오븐에 의해 150℃에서 30분간 가열하여 경화시킨 바, 침입도 40의 겔 경화물이 얻어졌다.
Figure pat00006
(4)
다음으로, 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 상기 조성물을 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 200 ㎛의 실리콘겔 경화막을 얻었다.
다음으로, 얻어진 실리콘겔 경화막을 형성한 유리 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 D를 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 4에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여 태양 전지 모듈 E를 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 4에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 150℃에서 10분간 가열하여 막 두께 800 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여 태양 전지 모듈 F를 제조하였다.
[실시예 7]
하기 식 5로 표시되는 점도가 1,000 mPa·s인 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸비닐실록산 공중합체 100부에 대하여 하기 식 6으로 표시되는 점도가 600 mPa·s인 양쪽 말단 디메틸히드로젠실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산 40부(H/Vi는 0.95였다), 및 백금 원자로서 1％ 함유하는 염화백금산비닐실록산 착체의 디메틸폴리실록산 용액 0.05부를 균일하게 혼합하여 실리콘겔 경화막용의 조성물을 제조하였다. 또한, 얻어진 조성물을 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 경화시킨 바, 침입도 120의 겔 경화물이 얻어졌다.
Figure pat00007
(5)
Figure pat00008
(6)
다음으로, 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 상기 조성물을 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 200 ㎛의 실리콘겔 경화막을 얻었다.
다음으로, 얻어진 실리콘겔 경화막을 형성한 유리 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 G를 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 7에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 H를 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 7에 있어서, 실리콘겔 경화막용의 조성물을 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 각각에 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 150℃에서 10분간 가열하여 막 두께 800 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하고, 그 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 I를 제조하였다.
[실시예 10]
2매의 백판 강화 유리 기판 중 한쪽의 유리 기판에 대해서 실시예 1에서 얻어진 실리콘겔 경화막용의 조성물을 이용하여 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 150℃에서 30분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하여 이것을 태양광의 입사면측의 패널로 하고, 다른쪽의 유리 기판에 대해서 실시예 4에서 얻어진 실리콘겔 경화막용의 조성물을 이용하여 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성하여 이것을 태양광의 입사면과 반대측의 패널로 하고, 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 태양 전지 모듈 J를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 4에서 얻어진 실리콘겔 경화막용의 조성물을 이용하여, 마스킹 테이프 처리하지 않고 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판의 전체에 각각 나이프 코팅법에 의해서 도포하고, 오븐에 의해 120℃에서 10분간 가열하여 막 두께 500 ㎛의 실리콘겔 경화막을 형성한 유리 기판을 얻었다. 이어서, 프레임상으로 밀봉 부재를 배치하지 않고, 그 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여 태양 전지 모듈 K를 제조하였다.
[비교예 2]
두께 500 ㎛의 EVA(에틸렌-아세트산비닐 공중합체; 아세트산비닐 함유율 28％)의 투명 필름 2매를 이용하여, 종래법에 기초하여 2매의 340 mm×360 mm의 백판 강화 유리 기판 사이에 실리콘 태양 전지 소자를, 진공 라미네이터 장치를 이용하여 감압 진공 하에서 120℃로 가온하고, 30분간 용융 압착함으로써 밀봉하여 태양 전지 모듈 L을 제조하였다.
이상과 같이 하여 제조한 태양 전지 모듈에 대해서, 하기의 태양 전지 소자의 균열 평가 및 과혹 열화 시험 평가를 행하였다.
(1) 태양 전지 소자의 균열 평가(초기 균열수)
제작한 태양 전지 모듈의 태양 전지 소자에 있어서의 균열 발생의 유무 평가를 행하였다. 평가는 통상법에 의해 육안 및 EL(전계 발광) 발광법으로 행하였다. 즉, 육안 관찰에 의해 태양 전지 소자에 있어서의 균열 유무를 확인하고, 검사 대상의 태양 전지 모듈에 순방향의 전류를 공급하고, EL 광원이 되어 발광하는 태양 전지 모듈의 발광 상태를 관찰하고, 발광하지 않은 부분을 균열 발생 개소로서 카운트하였다.
(2) 과혹 열화 시험 평가
태양 전지 모듈 A의 PCT(압력솥 테스트)에 의한 과혹 열화 시험을 행하였다. 조건은 온도 125℃, 습도 95 ％, 2.1 기압으로 100시간 행하고, 시험 후, EL 발광법에 의한 균열 평가(균열수), 육안에 의한 탭선 부식의 유무 평가, 육안에 의한 모듈 내의 수분 침입의 유무 평가를 행하였다.
표 1에 이들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure pat00009
또한, 지금까지 본 발명을 도면에 도시된 실시 형태를 갖고 설명하여 왔지만, 본 발명은 도면에 도시된 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다른 실시 형태, 추가, 변경, 삭제 등 당업자가 상도할 수 있는 범위 내에서 변경할 수 있고, 어느 양태에 있어서도 본 발명의 작용 효과를 발휘하는 한, 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
1a, 1b: 패널
2: 실리콘겔 경화막
3: 밀봉 부재
4: 태양 전지 소자
5: 프레임 부재

Claims (8)

  1. 2매의 패널 사이에 반도체 기판을 포함하는 태양 전지 소자를 수지 밀봉하여 태양 전지 모듈을 제조하는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    (i) 2매의 패널 각각의 한쪽면에, 그 면의 외주 부분을 제외하고 경화성 실리콘겔 조성물을 도포하고 경화하여 JIS K2220에 의한 침입도가 30 내지 200인 실리콘겔 경화막을 형성하는 공정과,
    (ii) 한쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에, 부틸 고무계 열가소성 밀봉재를 포함하고 상기 실리콘겔 경화막보다도 두꺼운 밀봉 부재를 설치함과 함께, 상기 실리콘겔 경화막 상에 태양 전지 소자를 배치하는 공정과,
    (iii) 다른쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면을 상기 태양 전지 소자로 향하게 하고, 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 상기 밀봉 부재가 접촉하는 위치로서, 실리콘겔 경화막끼리 상기 태양 전지 소자를 사이에 끼우도록 다른쪽 패널을 배치하는 공정과,
    (iv) 상기 2매의 패널을 진공 하에서 가열하면서 가압하여 상기 태양 전지 소자를 밀봉하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화성 실리콘겔 조성물은,
    (A) 하기 평균조성식 1로 표시되는 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 적어도 1개 갖는 오르가노폴리실록산: 100 질량부,
    Figure pat00010
    (1)
    (식 중, R은 알케닐기, R1은 지방족 불포화 결합을 갖지 않는 비치환 또는 치환된 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기, a는 0.0001 내지 0.2의 양수, b는 1.7 내지 2.2의 양수이고, a+b는 1.9 내지 2.4임)
    (B) 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자를 적어도 2개 함유하는 오르가노히드로젠폴리실록산: (A) 성분의 규소 원자 결합 알케닐기 1몰에 대하여 규소 원자에 결합한 수소 원자가 0.3 내지 2.5배몰이 되는 양,
    (C) 부가 반응 촉매: 촉매량
    을 함유하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, (B) 성분의 오르가노히드로젠폴리실록산의 평균 중합도가 40 내지 400인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘겔 경화막의 막 두께가 200 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (ii) 공정에서, 미리 테이프 형상 또는 끈 형상으로 형성한 밀봉 부재를 한쪽 패널의 실리콘겔 경화막 형성면의 실리콘겔 경화막을 형성하지 않은 외주 부분에 배치하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (iv) 공정에서, 상기 2매의 패널을 진공 하에서 100 내지 150℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (iv) 공정은 진공 라미네이터 장치에 의해 행하는 것임을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2매의 패널은 백판 강화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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