TW201810700A - 薄膜太陽電池模組及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種長期可靠性及阻燃性優良的薄膜太陽電池模組。
一種薄膜太陽電池模組(10)，其係在設於作為受光面之透光性基板(1)的背面上之薄膜太陽電池單元(2)的背面側，層合配置被覆於薄膜太陽電池單元(2)的聚矽氧橡膠密封層(3)、水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板(4)而成。

Description

薄膜太陽電池模組及其製造方法
本發明係有關於一種長期可靠性及阻燃性優良的薄膜太陽電池模組及其製造方法。
以降低太陽電池的價格為目的，薄膜太陽電池模組備受矚目。薄膜太陽電池模組其構成為，在玻璃等的透光性基板上形成透明導電膜，層合形成有助於發電的半導體層，進而在背面形成電極並在形成薄膜太陽電池單元的整體結構之元件背面電極側應用密封材，以及在最背面應用背面保護材(背板)。
此形態之薄膜太陽電池模組係使用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(下稱EVA)作為密封材。又，最背面之背板，為了防止水蒸氣向薄膜太陽電池模組內部滲入，而使用對水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為0.01~0.1g/(m2‧24h)左右的二氧化矽蒸鍍PET(聚對苯二甲酸乙二酯)薄膜或者鋁箔層合PET薄膜而成的薄片。
薄膜太陽電池模組，當少量的水分滲入內部時，由於構成薄膜太陽電池的成分發生分解，而無法維持 發電；就此，展開許多提高水蒸氣阻隔性的研究(例如日本特開2003-142717號公報、日本特開2009-277891號公報、日本特開2008-305945號公報(專利文獻1、2、3))。其中，專利文獻2中有此記載：『聚矽氧具水蒸氣穿透性，對於薄膜太陽電池無法預期改善長期可靠性』。
為補足此缺點，日本特開2015-012114號公報(專利文獻4)中揭示一種將太陽電池模組以矽凝膠被覆，並將其外周部以水蒸氣非穿透性橡膠系熱塑性密封材包圍而密封的方法。
對於薄膜太陽電池，上述之改善皆為用來提高水蒸氣阻隔性者，以改善或強化外框之密封方法等為目的，就薄膜太陽電池模組的結構而言係變得更為複雜。
又，作為密封材使用的EVA，暴露於室外時，因水蒸氣滲入而水解而產生乙酸。此乙酸會引起太陽電池模組的腐蝕等，而導致電池本身的發電能力劣化。再者，由於EVA為可燃性樹脂，從而降低燃燒性為其課題。尤其是使用於住宅屋頂時，由飛火所引起的火焰，導致受光面側的透光性基板，例如玻璃等發生破裂，且因EVA等的密封材著火，而發生太陽電池模組持續燃燒的現象。
又，當太陽電池模組持續燃燒時，由於背板主要是以PET為主劑，無法遏止燃燒，而於背板產生燃燒孔，使得玻璃或單元的碎片朝下部落下。
將太陽電池模組設置於住宅的屋頂上時，需通過根據防火相關法規的試驗；由上述飛火所引起的火 焰，導致太陽電池模組經延燒而燒穿，燃燒物或玻璃、發電元件的碎片等朝下部落下，而無法通過本試驗。
作為用以改善此種問題之方策，有對太陽電池的單元背面側密封材添加氯系或紅磷系阻燃材的方法(日本特開平9-27633號公報(專利文獻5))。
然而，專利文獻5之將氯系或紅磷添加於密封材的方法，於燃燒時會產生戴奧辛類而不佳。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-142717號公報
[專利文獻2]日本特開2009-277891號公報
[專利文獻3]日本特開2008-305945號公報
[專利文獻4]日本特開2015-012114號公報
[專利文獻5]日本特開平9-27633號公報
本發明係有鑑於上述實情而完成者，茲以提供一種幾乎無須改變以往太陽電池模組製造步驟地製造薄膜太陽電池模組的製造方法、以及長期可靠性及阻燃性優良的薄膜太陽電池模組為目的。
本案發明人等為達成上述目的而進行研究的結果發現，在配設於薄膜太陽電池模組的背面之密封材應用聚矽氧橡膠，並進一步與具有既定水蒸氣穿透率的背板組合，對改善長期可靠性係屬有效，並進一步致力進行研究而完成本發明。
亦即，本發明係提供下述之薄膜太陽電池模組及其製造方法。
[1]一種薄膜太陽電池模組，其係在設於作為受光面之透光性基板的背面上之薄膜太陽電池單元的背面側，層合配置被覆於薄膜太陽電池單元的聚矽氧橡膠密封層、水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板而成。
[2]如[1]之薄膜太陽電池模組，其中聚矽氧橡膠密封層的水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為100g/(m2‧24h)以上。
[3]如[1]或[2]之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層的厚度為0.05~3mm。
[4]如[1]~[3]中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層為包含：(A)下述平均組成式(I)：R1 aSiO(4-a)/2 (I)
(式中，R1表示相同或相異之未取代或取代之1價烴基，a為1.95~2.05之正數)
所示之聚合度為100以上的有機聚矽氧烷，100質量 份；(B)比表面積為50m2/g以上的補強性二氧化矽，20~150質量份；(C)硬化劑，可使(A)成分硬化的有效量，的聚矽氧橡膠組成物之硬化物。
[5]如[1]~[4]中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述背板係由氟樹脂薄膜與聚對苯二甲酸乙二酯薄膜之層合薄膜所構成。
[6]如[1]~[5]中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層進一步包含賦阻燃性材料。
[7]一種薄膜太陽電池模組之製造方法，其係在設於作為受光面之透光性基板的背面上之薄膜太陽電池單元的背面側，以被覆於薄膜太陽電池單元的方式配置未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物薄片，並在該聚矽氧橡膠組成物薄片上配置水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板後，一邊按壓上述經層合之聚矽氧橡膠組成物薄片及背板一邊加熱使上述聚矽氧橡膠組成物薄片硬化來密封薄膜太陽電池單元。
根據本發明，藉由組合密封薄膜太陽電池單元的聚矽氧橡膠密封層與具有既定水蒸氣穿透率的背板來密封太陽電池模組的背面側，可提升太陽電池模組的長期可靠性以及阻燃性，而能夠提供一種適合於飛火試驗等之 作為屋頂材料的薄膜太陽電池模組。又，此太陽電池模組，對於太陽電池模組製造步驟無大幅度改變，可使用真空層疊裝置容易地製作，而能夠提供製造步驟。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧薄膜太陽電池單元
3‧‧‧聚矽氧橡膠密封層
3’‧‧‧添加賦阻燃性材料之聚矽氧橡膠密封層
3a‧‧‧聚矽氧橡膠組成物薄片
3a’‧‧‧添加賦阻燃性材料之聚矽氧橡膠組成物薄片
4‧‧‧背板
9‧‧‧EVA層(薄片)
10、20、90‧‧‧太陽電池模組
第1圖為表示本發明之太陽電池模組之一實施形態的構成的剖面圖。
第2圖為表示在透光性基板的主面上形成有薄膜太陽電池之狀態的剖面圖。
第3圖為表示在透光性基板的薄膜太陽電池形成面上層合未硫化狀態之聚矽氧橡膠薄片及背板之狀態的剖面圖。
第4圖為表示實施例2之太陽電池模組的構成的剖面圖。
第5圖為表示比較例1之太陽電池模組的構成的剖面圖。
[實施發明之形態] [薄膜太陽電池模組]
以下，就本發明之薄膜太陽電池模組加以說明。
第1圖為表示本發明之薄膜太陽電池模組之一實施形 態的構成的剖面圖。
如第1圖所示，薄膜太陽電池模組10，其特徵為在設於作為受光面之透光性基板1的背面上之薄膜太陽電池單元2的背面側，層合配置被覆於薄膜太陽電池單元2的聚矽氧橡膠密封層3、水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板4而成。
於此，透光性基板1係作為太陽光入射側之透明構件，需為具有透明性、耐候性、耐衝擊性例舉之在室外使用的長期可靠性能之構件。例如，作為透光性基板1的實例可舉出透明玻璃，較佳為藍板玻璃或白板強化玻璃，尤以厚度3~5mm左右的白板強化玻璃為佳。
薄膜太陽電池單元2可為向來周知之薄膜型太陽電池單元，可舉出例如以下者。
(黃銅礦系化合物薄膜太陽電池)
金屬電極層為藉由DC磁控濺鍍法所形成的Mo蒸鍍膜。
光電轉換層係具有由CIGS(Copper-Indium-Gallium-Selenide)系或CIS(Copper-Indium-Selenide)系黃銅礦系化合物半導體所構成的p型光吸收層；及形成於其上且由CdS所構成的n型高電阻緩衝層。p型光吸收層宜藉由三階段蒸鍍法形成，n型高電阻緩衝層宜藉由溶液成長法形成。
透光性電極層為ZnO系透明導電膜窗層，係以濺鍍法形成。
可採用包含化合物半導體層的化合物薄膜太陽電池，該化合物半導體層係將CIGS黃銅礦系半導體層其構成元素以由Cd，Zn，Te，S，Se等所構成的硫屬半導體層取代其中一部分者。
除以上的薄膜太陽電池單元外，亦可為光電轉換層由非晶矽層所構成者、由微結晶型薄膜矽層所構成者或由含鍺之薄膜層所構成者之薄膜太陽電池單元。例如，亦可作成在透光性基板1的背面上依序形成電極層、薄膜矽半導體層、透明電極層、引出電極層之構成的薄膜矽太陽電池單元。
薄膜太陽電池單元2的厚度為例如0.5~2.0μm。
聚矽氧橡膠密封層3係以被覆於薄膜太陽電池單元2的方式配置者，較佳為可與透光性基板1、薄膜太陽電池單元2及背板4良好地密接的聚矽氧橡膠。
又，聚矽氧橡膠密封層3的厚度較佳為0.3~3mm，更佳為0.1~1mm。
再者，聚矽氧橡膠密封層3的水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))較佳為100g/(m2‧24h)以上，更佳為100~200g/(m2‧24h)，特佳為110~160g/(m2‧24h)。
此外，於本發明中，水蒸氣穿透率係指以JIS Z0208：1976所記載的方法，採用條件B(40℃、90%RH)所測得的值。
又，聚矽氧橡膠密封層3較佳為包含下述 (A)~(C)成分的聚矽氧組成物之硬化物：(A)下述平均組成式(I)：R1 aSiO(4-a)/2 (I)
(式中，R1表示相同或相異之未取代或取代之1價烴基，a為1.95~2.05之正數)
所示之聚合度為100以上的有機聚矽氧烷，100質量份；(B)比表面積為50m2/g以上的補強性二氧化矽，20~150質量份；(C)硬化劑，可使(A)成分硬化的有效量。
此外，以提升聚矽氧橡膠密封層3的阻燃性為目的，亦可進一步摻混(D)賦阻燃性材料。
若對聚矽氧橡膠組成物進一步詳細敘述，於上述(A)成分中，平均組成式(I)中，R1表示相同或相異之未取代或取代之1價烴基，通常，較佳為碳數1~12、尤為碳數1~8者，具體而言，可舉出甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基等烷基、環戊基、環己基等環烷基、乙烯基、烯丙基、丙烯基等烯基、環烯基、苯基、甲苯基等芳基、苯甲基、2-苯基乙基等芳烷基、或者將此等基之一部分或全部的氫原子以鹵素原子或氰基等取代的基，較佳為甲基、乙烯基、苯基、三氟丙基，尤以甲基、乙烯基為佳。
具體而言，較佳為對該有機聚矽氧烷之主鏈由二甲基矽氧烷單元重複所構成者、或由構成此主鏈之二 甲基矽氧烷單元重複所構成的二甲基聚矽氧烷結構的一部分導入具有苯基、乙烯基、3,3,3-三氟丙基等的二苯基矽氧烷單元、甲基苯基矽氧烷單元、甲基乙烯基矽氧烷單元、甲基-3,3,3-三氟丙基矽氧烷單元等者等。
特別是，有機聚矽氧烷較佳為一分子中具有2個以上之烯基、環烯基等脂肪族不飽和基者，尤以具乙烯基者為佳。此時，係以全R1中的0.01~20莫耳%、尤為0.02~10莫耳%為脂肪族不飽和基為佳。此外，此脂肪族不飽和基可於分子鏈末端與矽原子鍵結，或與分子鏈的中段之矽原子鍵結，亦或是為此兩者皆可，惟以至少與分子鏈末端的矽原子鍵結為佳。又，a為1.95~2.05，較佳為1.98~2.02，更佳為1.99~2.01之正數。
(A)成分之有機聚矽氧烷可較佳舉出分子鏈末端經三甲基矽烷氧基、二甲基苯基矽烷氧基、二甲基羥基矽烷氧基、二甲基乙烯基矽烷氧基、甲基二乙烯基矽烷氧基、三乙烯基矽烷氧基等三有機矽烷氧基封端者。作為特佳者，可舉出甲基乙烯基聚矽氧烷、甲基苯基乙烯基聚矽氧烷、甲基三氟丙基乙烯基聚矽氧烷等。
此類有機聚矽氧烷例如可藉由將有機鹵代矽烷的1種或2種以上(共)水解縮合，或者藉由使環狀聚矽氧烷(矽氧烷之三聚物、四聚物等)使用鹼性或酸性之觸媒進行開環聚合而得。此等基本上為直鏈狀之二有機聚矽氧烷，惟作為(A)成分，亦可為分子量(聚合度)或分子結構相異的2種或3種以上之混合物。
再者，上述有機聚矽氧烷的聚合度為100以上，較佳為100~100,000，特佳為3,000~20,000。此外，此聚合度能以採用凝膠滲透層析(GPC)分析所致之聚苯乙烯換算的重量平均聚合度來測定之。
[測定條件]
展開溶媒：甲苯
流量：1mL/min
檢測器：示差折射率檢測器(RI)
管柱：LF-805L×2根(Shodex公司製)
管柱溫度：25℃
試料注入量：30μL(濃度0.2質量%的甲苯溶液)
(B)成分之BET比表面積50m2/g以上的補強性二氧化矽係為了獲得硬化前後之機械強度優良的組成物而添加者。此時，為提升聚矽氧密封材料的透明性，BET比表面積較佳超過200m2/g，更佳為250m2/g以上。BET比表面積若為200m2/g以上，容易提升硬化物的透明性。此外，其上限不特別限制，通常為500m2/g以下。
作為此類(B)成分之補強性二氧化矽，可舉出煙霧質二氧化矽(乾式二氧化矽或發煙二氧化矽)、沉降二氧化矽(濕式二氧化矽)等。又，對此等的表面以氯矽烷、烷氧基矽烷、六甲基二矽氮烷等實施疏水化處理者亦可適用。特別是使用六甲基二矽氮烷所進行的處理因其透明性提升而較佳。為提升透明性，較佳使用煙霧質二氧化矽作 為補強性二氧化矽。補強性二氧化矽可單獨使用1種，亦可併用2種以上。
作為(B)成分之補強性二氧化矽，可使用市售品，可舉出例如AEROSIL 130、AEROSIL 200、AEROSIL 300、AEROSIL R-812、AEROSIL R-972、AEROSIL R-974等AEROSIL系列(日本AEROSIL(股)製)；Cabosil MS-5、MS-7(Cabot公司製)；REOLOSIL QS-102、103、MT-10(TOKUYAMA(股)製)等表面未處理或經表面疏水化處理之(亦即親水性或疏水性之)發煙二氧化矽、或TOKUSIL US-F(TOKUYAMA(股)製)、NIPSIL-SS、NIPSIL-LP(日本SILICA工業(股)製)等表面未處理或經表面疏水化處理之沉降二氧化矽等。
(B)成分之補強性二氧化矽的摻混量，相對於(A)成分之有機聚矽氧烷100質量份為20~150質量份，較佳為30~90質量份，更佳為50~90質量份。(B)成分的摻混量若為20質量份以上，容易獲得硬化前後的補強效果，且聚矽氧密封材料於硬化後的透明性不會降低。若為150質量份以下，則二氧化矽在聚矽氧密封材料中的分散良好，同時加工成薄片狀的加工性亦佳。惟，若包含(D)成分之賦阻燃性材料時，(B)成分的下限可設為5質量份。
作為(C)成分之硬化劑，只要為可使(A)成分硬化者則不特別限定，較佳為作為聚矽氧組成物之硬化劑廣為人知的(a)加成反應(矽氫化反應)型硬化劑，亦即有機氫聚矽氧烷(交聯劑)與矽氫化反應觸媒的組合、或(b)有機過 氧化物。
上述(a)作為加成反應(矽氫化反應)中的交聯劑之有機氫聚矽氧烷為一分子中含有至少2個與矽原子鍵結的氫原子(SiH基)者，可應用下述平均組成式(II)R2 bHcSiO(4-b-c)/2 (II)
(式中，R2為碳數1~6之未取代或取代之1價烴基，較佳為不具脂肪族不飽和鍵者；作為具體例，係為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等烷基、環己基、環己烯基、苯基等未取代之1價烴基、3,3,3-三氟丙基、氰甲基等上述1價烴基之氫原子的至少一部分經鹵素原子或氰基取代之取代烷基等的取代之1價烴基；b為滿足0.7~2.1、c為滿足0.01~1.0，且b+c為滿足0.8~3.0，較佳為b滿足0.8~2.0、c滿足0.2~1.0，且b+c滿足1.0~2.5之正數)
所示之向來廣為人知的有機氫聚矽氧烷。又，有機氫聚矽氧烷的分子結構可為直鏈狀、環狀、分支狀、立體網狀之任一種結構。此時，可適合使用一分子中之矽原子的數目(或聚合度)為2~300個、尤為4~200個左右且於室溫下呈液狀者。此外，與矽原子鍵結的氫原子(SiH基)可位於分子鏈末端或側鏈，也可位於此兩者，係使用一分子中含有至少2個(通常為2~300個)，較佳為3個以上(例如3~200個)，更佳為4~150個左右者。
作為此有機氫聚矽氧烷，具體而言，可舉出1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、甲基氫環聚矽氧烷、甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷環狀共聚 物、參(二甲基氫矽烷氧基)甲基矽烷、參(二甲基氫矽烷氧基)苯基矽烷、兩末端三甲基矽烷氧基封端甲基氫聚矽氧烷、兩末端三甲基矽烷氧基封端二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫矽烷氧基封端二甲基聚矽氧烷、兩末端二甲基氫矽烷氧基封端二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封端甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封端甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫聚矽氧烷、環狀甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、(CH3)2HSiO1/2單元與SiO4/2單元所構成之共聚物、(CH3)2HSiO1/2單元、SiO4/2單元與(C6H5)SiO3/2單元所構成之共聚物等或在上述各例示化合物中，一部分或全部的甲基由乙基、丙基等其他的烷基或苯基等芳基取代者。
此有機氫聚矽氧烷的摻混量，相對於(A)成分之有機聚矽氧烷100質量份，較佳取0.1~30質量份，更佳為0.1~10質量份，再更佳為0.3~10質量份。
此外，此有機氫聚矽氧烷係以相對於(A)成分中之與矽原子鍵結的烯基之(C)成分中之與矽原子鍵結的氫原子(亦即SiH基)的莫耳比為0.5~5莫耳/莫耳，較佳為0.8~4莫耳/莫耳，更佳為1~3莫耳/莫耳的量摻混為佳。
又，上述(a)加成反應(矽氫化反應)之交聯反應所使用的矽氫化反應觸媒可應用周知者，可舉出例如鉑黑、四氯化鉑、氯鉑酸、氯鉑酸與一元醇之反應物、氯鉑 酸與烯烴類之錯合物、雙乙烯乙酸鉑等鉑系觸媒、鈀系觸媒、銠系觸媒等。此外，此矽氫化反應觸媒的摻混量可視為觸媒量，通常，換算成鉑族金屬質量，相對於(A)、(B)成分與有機氫聚矽氧烷的合計質量，較佳為1~1,000ppm，更佳為5~100ppm之範圍。未達1ppm時加成反應未充分進行而有硬化不充分之虞；添加超過1,000ppm的量則不經濟。
再者，除上述反應觸媒外，以調整硬化速度或者使用期限為目的，亦可使用加成反應控制劑。具體而言可舉出乙炔基環己醇或四甲基四乙烯基環四矽氧烷等。
另一方面，作為(b)有機過氧化物，可舉出例如過氧化苯甲醯、過氧化-2,4-二氯苯甲醯、過氧化對甲基苯甲醯、過氧化鄰甲基苯甲醯、過氧化-2,4-二異丙苯、2,5-二甲基-雙(過氧化-2,5-三級丁基)己烷、過氧化二(三級丁基)、過氧苯甲酸三級丁酯、1,6-己二醇-雙-三級丁基過氧碳酸等。
此(b)有機過氧化物的添加量，相對於(A)成分100質量份，較佳為0.1~15質量份，特佳為0.2~10質量份。添加量若為0.1質量份以上，會充分進行交聯反應，而不易發生硬度降低或強度不足；若為15質量份以內，則於成本上較合宜，不會大量產生硬化劑的分解物，且不易擴大薄片的變色。
(D)成分之賦阻燃性材料可使用周知者，可摻混鉑化合物、碳黑、發煙氧化鈦、氧化鐵(Fe2O或Fe3O4)、 苯并三唑等的三唑系化合物。此賦阻燃性材料可為1種，亦可使用2種以上。又，藉由大量填充結晶性二氧化矽或氧化鋁粉末來相對地降低矽氧烷成分量，亦可提升阻燃性。藉由此等手法，無需選擇燃燒時可能產生戴奧辛類的氯系或紅磷，即可賦予阻燃性。
(D)成分的添加量不特別限定，相對於(A)~(C)成分的合計100質量份係以0.001~0.5質量份，更佳取0.002~0.05質量份為佳。
本發明中所使用之聚矽氧橡膠組成物，可藉由將上述成分的既定量以二輥磨機、捏合機、班布里混合機等進行混煉而得。
如此所調製之聚矽氧橡膠組成物於硬化前的可塑度為150~1,000，較佳為200~800，更佳為250~600。可塑度大於150時容易維持未硬化薄片的形狀，黏性不會過強而易於使用。又，若為1,000以下則整體均勻性佳，容易進行薄片化步驟。此外，可塑度可依據JIS K6249：2003來測定。
將本發明中所使用之未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物成形為薄片狀時，作為成形方法，不特別限定，可使用擠出成形、壓光成形等。此時，聚矽氧橡膠組成物薄片的厚度較佳為0.05~3mm，特佳為0.1~1mm。
此外，上述聚矽氧橡膠組成物的硬化可藉由在120~150℃加熱20~60分鐘來進行。
背板4係供保護太陽電池模組10的背面，且水 蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上者。此水蒸氣穿透率較佳為2.0g/(m2‧24h)以上，更佳為10g/(m2‧24h)以上。此外，背板4之水蒸氣穿透率的上限只要滿足該背板4所要求的其他特性則不特別限制。
又，作為背板4所要求的其他特性，可舉出模組中的發電部分與接地間的絕緣特性。又，為了長期耐受使用環境，而要求耐熱性、耐候性、耐濕性、耐電壓性、耐紫外線性、與聚矽氧橡膠密封層3之接著性。再者，只要可藉由使從薄膜太陽電池模組的上部流瀉而來的太陽光有效率地反射，而賦予使入射至太陽電池模組的太陽光增大等進一步使轉換效率提升之機能則更佳。
又，背板4較佳由組合氟樹脂薄膜與PET薄膜來調整水蒸氣穿透率之層合薄膜所構成，可舉出例如「PVF(聚氟乙烯)/接著劑/PET(聚對苯二甲酸乙二酯)/接著劑/PVF」或「PVF/接著劑/PET」等的層合薄膜。此外，將此層合薄膜應用於模組時，宜以構成層合薄膜的PVF薄膜成為薄膜太陽電池模組的外表面的方式配置。
就背板4的厚度，只要可保護太陽電池模組10的背面，並可確保上述既定的水蒸氣穿透率則不特別限定。
根據以上構成之薄膜太陽電池模組10，薄膜太陽電池單元2的背面側，由於係以由聚矽氧橡膠密封層3及背板4的組合所構成之具有既定水蒸氣穿透性者密封， 因此水分不會滯留於模組內部而排出，作為太陽電池模組的長期可靠性優良。又，阻燃性亦優異。
[薄膜太陽電池模組之製造方法]
其次，就本發明之薄膜太陽電池模組之製造方法加以說明。
本發明之薄膜太陽電池模組之製造方法，係在設於作為受光面之透光性基板的背面上之薄膜太陽電池單元的背面側，以被覆於薄膜太陽電池單元的方式配置未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物薄片，並在該聚矽氧橡膠組成物薄片上配置水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板後，一邊按壓上述經層合之聚矽氧橡膠組成物薄片及背板一邊加熱使上述聚矽氧橡膠組成物薄片硬化來密封薄膜太陽電池單元，而得到上述薄膜太陽電池模組。
具體而言，宜如下進行。此外，此處所使用的各材料可為上述薄膜太陽電池模組10中所說明者。
(i)薄膜太陽電池單元的製備(第2圖)
首先，如第2圖所示，製備在透光性基板1的單面，除此面之外周緣部分設置薄膜太陽電池單元2者。
(ii)聚矽氧橡膠組成物薄片3a及背板4的製備
其次，製備未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物薄片3a及 背板4。亦即，將上述之聚矽氧橡膠組成物進行壓光輥成形使其密接於背板4地進行成形為薄片狀。
(iii)面板層合(第3圖)
其次，如第3圖所示，配置成使背板4的聚矽氧橡膠組成物薄片3a配置面與透光性基板1的薄膜太陽電池單元2形成面相對向，而聚矽氧橡膠組成物薄片3a被覆於薄膜太陽電池單元2。此配置宜於後述之真空層疊裝置內進行。
(iv)真空層疊
其次，對如第3圖所示之在透光性基板1與背板4之間暫時層合薄膜太陽電池單元2及聚矽氧橡膠組成物薄片3a之狀態者，實施使用真空層疊裝置(未圖示)將此暫時層合體一邊在真空下(減壓下)加熱一邊按壓來密封薄膜太陽電池單元2的真空層疊處理。
此時，將此暫時層合體一邊加熱至例如較佳為100~150℃，更佳為120~150℃，一邊按壓20~60分鐘，則聚矽氧橡膠組成物薄片3a硬化而形成聚矽氧橡膠密封層3，與透光性基板1、背板4及薄膜太陽電池單元2固接而一體化。藉此，可獲得本發明之薄膜太陽電池模組10。
雖未圖示，惟如此形成之薄膜太陽電池模組10於其外周端部嵌入固定有鋁製或硬質樹脂製的外框。此外，亦能以丁基橡膠材等密封薄膜太陽電池模組10的外周緣部，但考量到水蒸氣穿透、排出時，係以設為不特別以 丁基橡膠等密封其外周緣部，而僅以外框包圍為較佳。又，在薄膜太陽電池模組10的背面(內面)側安裝電極取出之端子匣即成完成形態。
[實施例]
以下，示出實施例與比較例具體地說明本發明，惟本發明不受下述實施例所限制。此外，摻混量的單位「份」為質量份。又，重量平均分子量、重量平均聚合度為凝膠滲透層析(GPC)分析中的聚苯乙烯換算值。
[實施例1]
首先，就本實施例中使用之聚矽氧橡膠組成物加以說明。
<密封材用聚矽氧橡膠組成物的調製及聚矽氧橡膠組成物薄片的製作>
添加由二甲基矽氧烷單元99.85莫耳%、甲基乙烯基矽氧烷單元0.025莫耳%、二甲基乙烯基矽氧烷單元0.125莫耳%所構成，且平均聚合度為約6,000的有機聚矽氧烷100份、BET比表面積300m2/g的二氧化矽(商品名AEROSIL 300，日本AEROSIL(股)製)70份、作為分散劑之六甲基二矽氮烷16份、水4份，以捏合機進行混煉，於170℃進行2小時加熱處理而調製成複合物。
將上述複合物，相對於其100份，分別取0.5份/2.0份 之作為加成交聯硬化劑的C-25A(鉑觸媒)/C-25B(有機氫聚矽氧烷)(皆為信越化學工業(股)製)以二輥磨機加以均勻混合後，藉由壓光輥以將未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物薄片3a硬化後的厚度成為0.5mm的方式形成於背板4上。
此外，作為背板4係使用由PVF薄膜-PET薄膜-PVF薄膜所構成之厚度約300μm的3層結構薄膜(商品名：TedlarTPT，DuPont公司製)。此3層結構薄膜的水蒸氣穿透率為2.0g/(m2‧24h)。又，使上述聚矽氧橡膠組成物薄片3a硬化後的水蒸氣穿透率為150g/(m2‧24h)。
其次，依以下程序製作薄膜太陽電池模組。
首先，準備形成有層合形成於作為受光面側之透光性基板1的藍板玻璃的多接合型薄膜矽太陽電池(薄膜太陽電池單元2)者(第2圖)。
接著，在薄膜太陽電池單元2的背面，以該聚矽氧橡膠組成物薄片3a被覆於薄膜太陽電池單元2的方式配置而載置如上述製作之聚矽氧橡膠組成物薄片3a/背板4的層合體(第3圖)。
其次，對此暫時層合體，使用真空層疊裝置，在真空下、140℃進行加熱按壓，而得到長×寬大小為約1,200mm×1,000mm的薄膜太陽電池模組10(第1圖)。此外，未進行模組外周部的外框設置。
[實施例2]
於本實施例中，係使用添加有賦阻燃性材料的聚矽氧 橡膠組成物來製作薄膜太陽電池模組。
<賦阻燃性聚矽氧橡膠組成物的調製及聚矽氧橡膠組成物薄片的製作>
添加由二甲基矽氧烷單元99.85莫耳%、甲基乙烯基矽氧烷單元0.025莫耳%、二甲基乙烯基矽氧烷單元0.125莫耳%所構成，且平均聚合度為約6,000的有機聚矽氧烷100份、BET比表面積200m2/g的二氧化矽(商品名AEROSIL 200，日本AEROSIL(股)製)30份、作為分散劑之六甲基二矽氮烷4份、水1.2份，以捏合機進行混煉，於170℃進行2小時加熱處理而調製成複合物。
對上述複合物100份混合平均粒徑4μm的結晶性二氧化矽(CRYSTALITE VX-S，龍森(股)製)50份、平均粒徑0.2μm的氧化鈦CR-60(石原產業(股)製)3份、苯并三唑0.015份，而得到賦阻燃性複合物。
將此複合物，相對於其100份，分別取0.5份/2.0份之作為加成交聯硬化劑的C-25A(鉑觸媒)/C-25B(有機氫聚矽氧烷)(皆為信越化學工業(股)製)以二輥磨機加以均勻混合後，藉由壓光輥以將未硫化狀態之添加賦阻燃性材料之聚矽氧橡膠組成物薄片3a’硬化後的厚度成為0.5mm的方式形成於背板4上。
此外，背板4係使用與實施例1相同者。又，使上述聚矽氧橡膠組成物薄片3a’硬化後者的水蒸氣穿透率為150g/(m2‧24h)。
其次，依以下程序製作薄膜太陽電池模組。
首先，與實施例1相同，準備形成有層合形成於作為受光面側之透光性基板1的藍板玻璃的多接合型薄膜矽太陽電池(薄膜太陽電池單元2)者(第2圖)。
接著，在薄膜太陽電池單元2的背面，以該聚矽氧橡膠組成物薄片3a’被覆於薄膜太陽電池單元2的方式配置而載置如上述製作之聚矽氧橡膠組成物薄片3a’/背板4的層合體(第3圖)。
其次，對此暫時層合體，使用真空層疊裝置，在真空下、140℃進行加熱按壓，而得到長×寬大小為約1,200mm×1,000mm的薄膜太陽電池模組20(第4圖)。此外，未進行模組外周部的外框設置。
[比較例1]
於本比較例中，係使用EVA替代聚矽氧橡膠而依以下程序製作薄膜太陽電池模組。
首先，與實施例1相同，準備形成有層合形成於作為受光面側之透光性基板1的藍板玻璃的多接合型薄膜矽太陽電池(薄膜太陽電池單元2)者(第2圖)。
接著，在薄膜太陽電池單元2的背面，以被覆於薄膜太陽電池單元2的方式配置EVA薄片9，進一步於其上載置與實施例1相同的背板4。此外，作為EVA薄片9，係使用厚度0.45mm的太陽電池用EVA薄片(商品名：Ultra Pearl PV，快速硬化型，SANVIC股份有限公司)。
其次，對此暫時層合體，使用真空層疊裝置，在真空下、140℃進行加熱按壓，而得到長×寬大小為約1,200mm×1,000mm的薄膜太陽電池模組90(第5圖)。此外，未進行模組外周部的外框設置。
對所得薄膜太陽電池模組，進行高溫高濕試驗及飛火試驗。
[高溫高濕試驗]
對剛製作後的薄膜太陽電池模組測定初始輸出功率後，置入高溫高濕試驗(85℃、85%RH)中。其次，進行高溫高濕試驗2,000小時。此時，每暴露時間500小時，亦即於總計暴露時間500、1,000、1,500、2,000小時取出試樣測定其輸出功率，求出設初始輸出功率為100%時的相對輸出功率。
[飛火試驗]
基於建築基準法第63條實施屋頂的飛火性能試驗。
本試驗係對將薄膜太陽電池模組視為屋頂鋪設材料的試驗體施予用來重現實際的屋頂斜度之傾斜角度與假想屋頂表面的自然風之氣流，並在表面依序設置2個模擬藉由飛火而飛來之火種的著火燃木(brand)(木垛，wood crib)並觀察燃燒性質狀態。
試驗條件係如下設定。
燃木(火種)係按每1試驗體(1個薄膜太陽電池模組試驗 體)準備2個大小80mm×80mm×60mm、重量155g的木製燃木，於溫度23±2℃、相對濕度50±5%預先使其進行熟化24小時以上。
送風係確保吹出口高度250mm、寬度1,000mm以上，且吹出噴嘴的長度為1,200mm以上。
燃燒器溫度係以在距燃燒器上端60mm的位置成為900±50℃的方式設置；燃木係暴露於火焰240秒。
將如上述製作之薄膜太陽電池模組以受光面側透光性基板1朝上的方式設置成傾斜角30°。
燃木係如建築基準法第63條所規定，以2個載置於薄膜太陽電池模組試驗體的上表面指定處。持續進行試驗至燃木完全停止燃燒為止，觀察燃燒後之薄膜太陽電池模組試驗體的狀態。
將以上之高溫高濕試驗及飛火試驗的結果示於表1。
如表1所示，應用實施例1、2之聚矽氧橡膠密封層3以及添加賦阻燃性材料之聚矽氧橡膠密封層3’的薄膜太陽電池模組10、20，在高溫高濕試驗中輸出功率維持率較高，顯示良好的結果。另一方面，比較例1之應用EVA層9作為密封材的薄膜太陽電池模組90，在高溫高濕試驗中經1,500小時輸出功率大幅降低。從而，未進行2,000小時的測定。
又，在建築基準法第63條飛火試驗中，實施例1、2無薄膜太陽電池模組之燒穿，屬合格。又，應用添加賦阻燃性材料之聚矽氧橡膠密封層3’的實施例2，背面燒焦面積亦為長寬40×40mm以下而較小，為特別良好的結 果。另一方面，應用EVA層9作為密封材的比較例1，EVA著火且加速燃燒的結果，發生燒穿，燃木朝背面落下。又，燒穿孔為250×250mm，屬不合格。
由以上結果，根據本發明之薄膜太陽電池模組，薄膜太陽電池單元的背面側，由於係以由聚矽氧橡膠密封層及具有既定水蒸氣穿透率的背板之組合所構成之具有既定水蒸氣穿透性者密封，因此可提供一種在高溫高濕試驗中展現高輸出功率維持率的薄膜太陽電池模組。又，可提供一種以模組單質合格地適合於飛火試驗的薄膜太陽電池模組。尤其是，配設有阻燃性聚矽氧橡膠密封層的薄膜太陽電池模組，在飛火試驗中，可進一步展現有效的阻燃效果。
此外，迄此已依實施形態說明本發明，但本發明非限定於圖示所示之實施形態，其他的實施形態、追加、變更、刪除等，在本業者可思及的範圍內可加以變更，只要可發揮本發明之作用效果，任何形態皆包含於本發明之範圍。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧薄膜太陽電池單元
3‧‧‧聚矽氧橡膠密封層
4‧‧‧背板
10‧‧‧太陽電池模組

Claims (7)

  1. 一種薄膜太陽電池模組，其係在設於作為受光面之透光性基板的背面上之薄膜太陽電池單元的背面側，層合配置被覆於薄膜太陽電池單元的聚矽氧橡膠密封層、水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板而成。
  2. 如請求項1之薄膜太陽電池模組，其中聚矽氧橡膠密封層的水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為100g/(m2‧24h)以上。
  3. 如請求項1或2之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層的厚度為0.05~3mm。
  4. 如請求項1~3中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層為包含：(A)下述平均組成式(I)：R1 aSiO(4-a)/2 (I)(式中，R1表示相同或相異之未取代或取代之1價烴基，a為1.95~2.05之正數)所示之聚合度為100以上的有機聚矽氧烷，100質量份；(B)比表面積為50m2/g以上的補強性二氧化矽， 20~150質量份；(C)硬化劑，可使(A)成分硬化的有效量，的聚矽氧橡膠組成物之硬化物。
  5. 如請求項1~4中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述背板係由氟樹脂薄膜與聚對苯二甲酸乙二酯薄膜之層合薄膜所構成。
  6. 如請求項1~5中任一項之薄膜太陽電池模組，其中上述聚矽氧橡膠密封層進一步包含賦阻燃性材料。
  7. 一種薄膜太陽電池模組之製造方法，其係在設於作為受光面之透光性基板的背面上之薄膜太陽電池單元的背面側，以被覆於薄膜太陽電池單元的方式配置未硫化狀態之聚矽氧橡膠組成物薄片，並在該聚矽氧橡膠組成物薄片上配置水蒸氣穿透率(JIS Z0208：1976、條件B(40℃、90%RH))為1.5g/(m2‧24h)以上的背板後，一邊按壓上述經層合之聚矽氧橡膠組成物薄片及背板一邊加熱使上述聚矽氧橡膠組成物薄片硬化來密封薄膜太陽電池單元。
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