JP2002170971A - 太陽電池封止材膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低価格で生産性が良い太陽電池用の封止材膜
を提供する。 【構成】 ガラス１０、太陽電池封止材膜としてエチレ
ン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）シート層２６、シリ
コン発電素子１２、太陽電池封止材膜としてＥＶＡシー
ト層２８、バックカバー１４を一体化して加熱圧着して
なる太陽電池モジュールにおける該ＥＶＡシートが、１
４ｇ／10min.以下のメルトフローレートを有し、かつ、
１３０℃での半減期が１時間以下の有機過酸化物を含有
し、また、ＥＶＡシート層２８がチタン白等の着色剤を
含有し、更に、バックカバー１４であるアルミ箔等の金
属層又はテドラー等のプラスチックフィルム層とＥＶＡ
シート層とが接着してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池封止材膜
に係り、詳しくは、太陽電池モジュールを低価格で、生
産性よく提供できる太陽電池封止材膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に絡み、太陽光がクリー
ンなエネルギー源として広く注目され、この太陽光を直
接電力に変換する装置つまり太陽電池の開発が盛んに行
われている。太陽電池は、従来の太陽エネルギー利用の
主役として期待され、高効率化とコスト低下を中心に研
究開発が続けられている。

【０００３】従来、太陽光発電に用いられる太陽電池モ
ジュールは、通常、基板としてガラス、封止材膜として
エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）シート、光電
変換素子としてシリコン発電素子、封止材膜としてＥＶ
Ａシート、保護層としてバックカバーの各層をこの順に
積層して製造する。

【０００４】しかし、この太陽電池モジュールは真空加
熱圧着法により製造されるため、加熱圧着時にガラス端
部から封止材膜であるＥＶＡがはみ出し（バリ）てしま
い、仕上げの段階でこのバリを切り取る工程を設ける必
要が生じ、生産性を上げることができず、元来高価な太
陽電池モジュールのコストを引き下げることができなか
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
考慮し、加熱圧着時のＥＶＡのはみ出しをなくし、低価
格で、生産性が良い太陽電池用の封止材膜及びそれを用
いた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の太陽電池
封止材膜は、シリコン発電素子を配置し、該シリコン発
電素子の両側に封止材膜を介在させ、一体化して加熱圧
着してなる太陽電池モジュールにおける該封止材膜が、
１４ｇ／10min.以下のメルトフローレートを有するＥＶ
Ａシートであり、且つ前記シリコン発電素子のバックカ
バー側に介在するエチレン−酢酸ビニル共重合体シート
が、着色剤を含有することを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の太陽電池封止材膜は、請求
項１において、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体シー
トが、金属層及び／又はプラスチックフィルム層と接着
されていることを特徴とする。

【０００８】本発明者らは、太陽電池封止材膜としての
ＥＶＡシートの分子構造、物性及び反応性に着目し、鋭
意検討を重ねた結果、ＥＶＡの分子量を大きくし、メル
トフローレートを小さくし、また、これと併せてＥＶＡ
の硬化時間を短縮すること等によって目的が達成できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
太陽電池モジュールの基本積層物の状態を表す概略断面
図を図１に示し、これに基づいて説明する。

【００１０】この太陽電池モジュールの積層物は、通
常、基板としてのガラス１０と、シリコン発電素子１２
と、バックカバー１４と、これら３者の間を接着するた
めに用いられる封止材膜ＥＶＡシート層１６、１８とか
らなる。この積層物が加熱圧着されることにより、所望
の太陽電池モジュールが得られる。ここで太陽光は、図
１の下方よりガラス１０に向かって入射し、ガラス１０
及びＥＶＡシート層１６を透過してシリコン発電素子１
２に照射される。

【００１１】このＥＶＡシート層１６及び１８に使用さ
れるＥＶＡは、ＪＩＳ Ｋ７２１０で規定されるメルト
フローレートが１４ｇ／10min.以下、好ましくは６ｇ／
10min.以下のもので、更に、ＥＶＡ中の酢酸ビニルの含
有率が１０重量％以上が好ましく、１５〜３０重量％の
ものが特に好ましい。メルトフローレートが１４ｇ／10
min.を越えると、太陽電池モジュール製造時の加熱圧着
によって、基板であるガラス１０からはみ出してしまう
ため、好ましくない。また、酢酸ビニルの含有率が、１
０重量％未満では、ＥＶＡの融点が高く、シート加工が
困難であるため、好ましくない。

【００１２】また、本発明に用いられるＥＶＡシート
は、有機過酸化物を配合又は含浸することで熱架橋させ
ることもでき、これには１３０℃における半減期が１時
間以内の有機過酸化物が用いられる。この半減期が１時
間を越えるものでは、加圧によるＥＶＡのはみ出し防止
に効果的でないため、好ましくない。このような有機過
酸化物には、ＥＶＡとの相溶性の観点から例えば、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、ｎ−ブチル−４，４−ビス
（tert−ブチルパーオキシ）バレレート、２，２−ビス
（tert−ブチルパーオキシ）ブタン等が挙げられ、特に
好ましいのは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である。特に、
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）シクロヘキサンを用いた太陽電池封止材
膜は、架橋時間が特に短く、従来太陽電池封止材膜はラ
ミネーターで５分間脱気した後、１５０℃で３０分間程
度かけて行っていたＥＶＡのキュアー工程を半分程度に
大幅に短縮することが可能となる。他方、太陽電池モジ
ュールの製造方法として、脱気の後５分程度１５０℃で
大気圧プレスを行い、ＥＶＡを仮圧着した状態で、加熱
炉を通してＥＶＡを架橋する方法もあるが、本発明を用
いることによりこのキュアー工程を省略することも可能
である。これらの点は、太陽電池モジュールの製造コス
トを引き下げる要因となっている。これらの有機過酸化
物は、ＥＶＡ１００重量部に対して０〜１０重量部、好
ましくは、１〜５重量部で使用される。

【００１３】本発明におけるＥＶＡの架橋度を大きくす
るために、ＥＶＡに架橋助剤を配合又は含浸することが
できる。ここで用いられる架橋助剤は、アリル基含有化
合物、アクリロキシ基含有化合物、メタクリロキシ基含
有化合物よりなる群から選ばれた少なくとも１種であ
り、具体的には、アリル基含有化合物としては、例えば
トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアレート、
ジアリルフタレート、ジアリルフマレート、ジアリルマ
レエート等が好ましく用いられる。また、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としては、
アクリル酸誘導体又はメタクリル酸誘導体、例えば、そ
のエステルを用いることができる。この場合、エステル
のアルコール残基として、メチル基、エチル基、ドデシ
ル基、ステアリル基、ラウリル基のようなアルキル基の
他に、シクロヘキシル基、テトラヒドロフルフリル基、
アミノエチル基、２−ヒドロキシエチル基、３−ヒドロ
キシプロピル基、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル
基等を挙げることができる。更に、エチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール
等の多官能アルコールとのエステルも同様に用いること
ができる。これらの架橋助剤は、ＥＶＡ１００重量部に
対して１０重量部以下で用いられる。

【００１４】本発明におけるＥＶＡと他の物質材料との
接着力を更に向上させるために、接着向上剤としてシラ
ンカップリング剤を配合又は含浸することができる。こ
の場合、使用されるシランカップリング剤としては、例
えば、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリ
クロロシラン、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、β−（３，４−エト
キシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリ
アセトキシシラン、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
キシシラン等を挙げることができる。これらシランカッ
プリング剤の配合量はＥＶＡ１００重量部に対して５重
量部以下が好ましい。

【００１５】また、上記以外にも、紫外線吸収剤、酸化
防止剤、変色防止剤等を添加することができる。

【００１６】紫外線吸収性能を付与するために用いられ
る紫外線吸収剤としては公知のもの、特にベンゾフェノ
ン系の紫外線吸収剤が好適である。紫外線吸収剤として
は、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノ
ン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−５−スルホベンゾフェノ
ン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、
２，２′−ジヒドロキシ−４，４′−ジメトキシベンゾ
フェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−ドデシロキシベン
ゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、
２，２′−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン
等が挙げられる。

【００１７】光安定性、熱安定性を一層向上させる目的
で用いられる酸化防止剤としては、フェノール系、イオ
ウ系、リン系、アミン系、ヒンダードフェノール系、ヒ
ンダードアミン系、ヒドラジン系等を挙げることができ
るが、例えば、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−
４−ピペラジル）セバケート等が挙げられる。

【００１８】変色防止剤としては、カドミウム、バリウ
ム等の金属と高級脂肪酸との塩、即ち金属石鹸等が挙げ
られる。

【００１９】図１におけるＥＶＡシート層１８は、太陽
電池としての効率向上のため、着色剤を用いて着色され
ている。着色剤による着色は、チタン白、炭酸カルシウ
ム等による白色、ウルトラマリン等による青色、カーボ
ンブラック等による黒色、ガラスビーズ及び光拡散剤等
による乳白色等を挙げることができる。好ましくは、チ
タン白による白色への着色である。これらの着色剤の添
加量は、ＥＶＡ１００重量部に対して１０重量部以下、
好ましくは３重量部以下で添加することができ、予め着
色剤を高濃度で含有するマスターバッチによって、添加
することもできる。

【００２０】更に、本発明におけるバックカバー１４
は、金属層及び／又はプラスチックフィルム層を含有
し、封止材膜であるＥＶＡシートと接着されており、太
陽電池モジュール全体の支持体であり、シリコン発電素
子１２の保護層としての役割も果たし、かつ、アルミ等
の金属層を挿入することで太陽電池としての耐久性を向
上させることができる。このバックカバー１４とシリコ
ン発電素子１２の間に本発明に用いられるＥＶＡシート
層１８を設けた場合に、このＥＶＡの流動性がコントロ
ールされているので、バックカバー１４のシリコン発電
素子側に金属層を挿入しても、太陽電池モジュール製造
時にシリコン発電素子１２とこの金属層との接触による
絶縁不良を発生させることがなく、太陽電池モジュール
が十分な耐電圧を維持することができる。

【００２１】本発明においてバックカバー１４の金属層
に使用できる金属は、アルミ、ステンレス、スズ等、外
部からの水蒸気の透過を防止する金属であれば制限され
ないが、経済面及び重量面からアルミが好ましい。ま
た、バックカバー１４のプラスチックフィルム層に使用
できるプラスチックには、フッ素樹脂等が含まれる。

【００２２】これを詳述すれば、本発明におけるバック
カバー１４は、水蒸気透過を防止する層の片面又は両面
に、耐候性を有するプラスチックを接着することで構成
することができる。水蒸気透過を防止する層をしては、
金属又はプラスチックフィルムを用いることができる。
ここで用いられる金属としては、アルミ、ステンレス、
スズ等があり、プラスチックフィルムとしては、塩化ビ
ニリデン、ポリエステル、ポリエチレン等があるが、水
蒸気透過を防止する層であればいずれでも構わない。

【００２３】また、耐候性を有するプラスチックフィル
ムとしては、デュポン社のテドラーフィルム等のフッ素
系プラスチックフィルム、白色のポリエステルフィルム
等があるが、耐候性を有するプラスチックフィルムであ
ればいずれでも構わない。

【００２４】本発明において、耐候性を有するプラスチ
ックを水蒸気透過を防止する層に接着する代わりに、水
蒸気透過を防止する層に、耐候性を有する塗料を塗布す
ることもできる。この塗料としては、ウレタン系の白色
塗料等、耐候性に富むものならばいずれでも構わない。

【００２５】また、本発明の太陽電池封止材膜使用の太
陽電池モジュールにおいて、太陽光の吸収の為の面は、
ガラスに限らず、光を透過することができるものであれ
ば使用でき、例えば、透明アクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂等に代えることができる。

【００２６】更に、本発明における発電素子としては、
シリコン発電素子に限らず、光エネルギーを電気に変換
できるものであれば使用可能である。

【００２７】

【実施例】以下に実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明の主旨を越えない限り本実施例に限定さ
れるものではない。

【００２８】また、本実施例中の部及び％は、特に断ら
ない限り重量基準である。エチレン−酢酸共重合体（Ｅ
ＶＡ）の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。

【００２９】〔実施例１〕図２は、実施例１に係る太陽
電池モジュール積層物の状態を示す概略断面図である。

【００３０】表１に示すＥＶＡと各化合物とを、表２に
従い配合し、片面にエンボスを施した０．６ｍｍ厚の１
ＡＳ〜５ＢＳの１０種のＥＶＡシートを作製した。バッ
クカバー１４は、２層のプラスチックシート層２１とこ
れらに挟まれた金属層２３とからなり、プラスチックシ
ート層２１には、テドラー（厚み：３８μｍ、デュポン
社商品名）を使用し、金属層２３にはアルミ箔（厚み：
３０μｍ）を使用した。更に、無色透明又は着色ＥＶＡ
シート層２８、シリコン発電素子１２、無色透明ＥＶＡ
シート層２６、厚さ３ｍｍのガラス板１０を、図２のよ
うに積層した。無色透明ＥＶＡシート層２６及び無色透
明又は着色ＥＶＡシート層２８に使用されるＥＶＡは表
３に記載したような組み合わせで、上記１０種のＥＶＡ
シートから選択され、１０種（Ｎo.１〜１０）の太陽電
池モジュール積層物が得られた。これらの積層物をラミ
ネーターを用いて１５０℃で３分間脱気して、その後１
５０℃で３分間大気圧プレスを行って１０種のモジュー
ルサンプルを作製し、ガラスからのＥＶＡのはみ出しを
目視にて確認した。図３は、上記積層物をラミネートし
た後の太陽電池モジュールの概略断面図である。

【００３１】プレス後の結果は、図３に示すように、ガ
ラスからのＥＶＡのはみ出しは、どの試料にも見られな
かった。

【００３２】〔比較例１〕ＭＦＲが２０ｇ／10min.、酢
酸ビニル含量２０％であるウルトラセン７５０（市販；
東ソー社商品名）をＥＶＡシートに使用した以外は、実
施例１のＥＶＡシートＮo.１ＡＳ、１ＢＳ（配合）、太
陽電池モジュールＮo.１、２と同様に行った。

【００３３】プレス後の結果、ガラスからのＥＶＡのは
み出しが認められた。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】〔実施例２〕実施例１で得られたＥＶＡシ
ート３ＡＳと４ＢＳを、各々無色透明ＥＶＡシート層２
６と透明又は着色ＥＶＡシート層２８に使用し、バック
カバー１４は、２層のプラスチックシート層２１に挟ま
れた金属層２３とからなり、プラスチックシート層２１
にはテドラー（厚み：３８μｍ）を使用し、金属層２３
にはアルミ箔（厚み：３０μｍ）を使用した。更に、無
色透明又は着色シート層２８、シリコン発電素子１２、
無色透明ＥＶＡシート層２６、厚みが３ｍｍのガラス板
１０を図２にように積層した。これらの積層物をラミネ
ーターを用いて１５０℃で３分間脱気して、その後１５
０℃で４分間大気圧プレスを行い、太陽電池モジュール
を作製した。ＥＶＡの架橋は終了しており、ＥＶＡは良
好にガラス１０、シリコン発電素子１２、バックカバー
１４と接着しており、ガラスからのＥＶＡのはみ出しも
なかった。

【００３８】〔実施例３〕図４は、実施例３に係る、太
陽電池モジュール積層物の状態を示す概略断面図であ
る。

【００３９】実施例１で得られたＥＶＡシートの２ＡＳ
と２ＢＳを、各々無色透明ＥＶＡシート層２６と無色透
明又は着色ＥＶＡシート層２８に使用し、他の例ではＥ
ＶＡシートの３ＡＳと４ＢＳを同様に使用し、バックカ
バー１４は、プラスチックシート層２１と金属層２３と
の２層からなり、各々、テドラー（厚み：３８μｍ）と
アルミ箔（厚み：３０μｍ）とを使用して、厚み３ｍｍ
のガラス板１０とシリコン発電素子１２を用いて図４に
従って積層し、２種の太陽電池モジュール積層物を得
た。これらの積層物を、ラミネーターにより１５０℃で
３分間脱気した後、１５０℃で３分間の大気圧プレスを
行い、その後１５０℃にて２ＡＳと２ＢＳの組み合わせ
のみ１５分間加熱処理して、２種の太陽電池モジュール
を作製し、ガラスからのＥＶＡのはみ出しを目視にて確
認した。図５は、上記積層物を加熱圧着した後の太陽電
池モジュールの概略断面図である。

【００４０】プレス後の結果は、図５に示すように、ガ
ラスからのＥＶＡのはみ出しは、どの試料にも見られな
かった。

【００４１】バックカバー１４の金属層２３とシリコン
発電素子１２の間の耐電圧を測定したところ、２種の太
陽電池モジュールは、共にＤＣ２０００Ｖ以上の耐電圧
を有していることがわかった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の太陽電池封止材膜は、上記構成
としたので、太陽電池モジュール製造に関し、高い太陽
電池効率を損なうことなく、一方、製造時の加熱圧着に
よるガラスからのＥＶＡのはみ出しがなく、短時間で製
造することができるので、低価格で生産性が良い太陽電
池用の封止材膜を提供することができるという優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュールの基本積層物の状
態を示す概略断面図である。

【図２】本発明の実施例１に係る、太陽電池モジュール
積層物の状態を示す概略断面図である。

【図３】本発明の実施例１に係る、太陽電池モジュール
の概略断面図である。

【図４】本発明の実施例３に係る、太陽電池モジュール
積層物の状態を示す概略断面図である。

【図５】本発明の実施例３に係る、太陽電池モジュール
の概略断面図である。

【符号の説明】 １０ ガラス １２ シリコン発電素子 １４ バックカバー １６ ＥＶＡシート層 １８ ＥＶＡシート層 ２１ プラスチックシート層 ２３ 金属層 ２６ 無色透明ＥＶＡシート層 ２８ 無色透明又は着色ＥＶＡシート層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン発電素子を配置し、該シリコン
   発電素子の両側に、封止材膜を介在させ、一体化し加熱
   圧着してなる太陽電池モジュールにおける該封止材膜
   が、１４ｇ／10min.以下のメルトフローレートを有する
   エチレン−酢酸ビニル共重合体シートであり、且つ前記
   シリコン発電素子のバックカバー側に介在するエチレン
   −酢酸ビニル共重合体シートが、着色剤を含有すること
   を特徴とする太陽電池封止材膜。
2. 【請求項２】 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体シー
   トが、金属層及び／又はプラスチックフィルム層と接着
   されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池封
   止材膜。