JP2009088310A - 太陽電池パネルの製造方法及び太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化や荷重がかかった際に破損しにくく、使用後や部品交換の際に容易に解体できる太陽電池やその製造方法を提供する。
【解決手段】（ａ）水添パラフィン系プロセスオイル、（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマー、（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂、（ｄ）粘着付与樹脂、（ｅ）酸化防止剤を必須成分とするホットメルト組成物を用いて、金属フレームとガラスのシールを行うことを特徴とする太陽電池の製造方法であり、前記製造方法により製造された太陽電池である。
【選択図】なし

Description

本発明は温度変化や荷重がかかった際に破損しにくく、使用後や部品交換の際に容易に解体できる太陽電池パネルとその製造方法に関する。

太陽電池は光エネルギーを電力に変換する発電装置であり、燃料等を必要とせず持続的に発電でき、可動部がなくメンテナンス性に優れ、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出せず、屋根や壁に設置可能で場所を取らない等の特長を有し、宇宙空間、山岳地、離島のように他の発電、給電方法が困難な場所や、クリーンな発電装置として事業所や家庭にも設置されるようになっている。

ところで太陽光発電は後発の発電方式であり、水力、火力、原子力等の既存の発電方式と比較して、発電コストや生産・稼動・廃棄に係るトータルでの環境負荷がしばしば比較され、議論されている。これらの課題に対する対応策として、廃棄時に部品を再利用することにより再生産品のコストを抑制しつつ、廃棄物を削減して環境負荷低減を図ることが検討されている。

太陽電池はセルと呼ばれる太陽電池素子を金属フレームとガラスで保護してモジュール化して製造されているため、セルを再利用するためには金属フレームとガラスを解体する必要がある。従来、金属フレームとガラスのシールには様々な樹脂が用いられてきたが、金属及びガラスへの密着性が必要であり、温度変化時の膨張率の差による内部応力や、モジュールの大型化によりガラスやフレームにかかる荷重に対して応力緩和性能が必要なことから、特許文献１記載のホットメルト樹脂等が使用されるようになっている。しかしながら、前記ホットメルト樹脂を用いた場合、使用後に金属フレームとガラスを解体することは困難であった。また、特許文献２には耐熱老化性及びはく離性に優れるホットメルト組成物が開示されているが、応力緩和性能に関する記載がなく、太陽電池用に使用できるかどうか明らかではなかった。
特開２００６−２９０９４３ 特開２００４−１８９８４４

本発明の課題は、温度変化や荷重がかかった際に破損しにくく、使用後や部品交換の際に容易に解体できる太陽電池やその製造方法を提供することである。

本発明は、（ａ）水添パラフィン系プロセスオイル、（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマー、（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂、（ｄ）粘着付与樹脂、（ｅ）酸化防止剤を必須成分とするホットメルト組成物を用いて、金属フレームとガラスのシールを行うことを特徴とする太陽電池パネルの製造方法であり、前記製造方法により製造された太陽電池パネルである。

本発明の太陽電池パネルの製造方法は、応力緩和性能及びはく離性に優れたホットメルト組成物を用いて金属フレームとガラスのシールを行っているため、太陽電池を輸送、設置、使用する際に応力がかかったり、温度変化によって金属フレームとガラスに膨張率差から歪みを生じても、ガラスが破損することなく応力を緩和できる。また、前記ホットメルト組成物は密着性が良好ながらはく離性にも優れるため、太陽電池パネルの金属フレームとガラスを容易に解体でき、セルを再利用し廃棄物を削減することができる。

本発明の太陽電池パネルの製造方法は、（ａ）水添パラフィン系プロセスオイル、（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマー、（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂、（ｄ）粘着付与樹脂、（ｅ）酸化防止剤を必須成分とするホットメルト組成物を用いて、金属フレームとガラスのシールを行うことを特徴とする。（ａ）水添パラフィン系プロセスオイルはホットメルト組成物の軟化、粘度調整、動粘度性、流動点等を確保するために配合されるもので、流動点が−２０〜−５℃、粘度指数が１００以上、１００℃における動粘度が５〜３５ｍｍ^２／ｓのものが好ましい。水添パラフィン系プロセスオイルの配合量は、ホットメルト組成物全体に対して４０〜８０重量％とすることが、硬さ、粘度、流動性等の点から好ましい。

（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマーとして、平均分子量が１００００〜５０００００のスチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、α−メチルスチレン−ブタジエン−α−メチルスチレンブロック共重合体、α−メチルスチレン−イソプレン−α−メチルスチレンブロック共重合体や、これらの水素添加変性物、例えばスチレン−エチレン−（エチレン−プロピレン）−スチレンブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。高分子量スチレン系ブロックポリマーの配合量は、ホットメルト組成物全体に対して５〜３０重量％とすることが、ゴム弾性、溶融粘度等の点から好ましい。

（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂は公知のものを用いることができ、例えばポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２−メチル−６−エチル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２，６−ジフェニル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２−メチル−６−フェニレン−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２，６−ジクロロ−１，４−フェニレンエーテル）や、２，６−ジメチルフェノールと１価のフェノール類との共重合体等のポリフェニレンエーテル共重合体を用いることができる。また、変性ポリフェニレンエーテル樹脂とは該ポリフェニレンエーテル樹脂に加工性の付与等を目的として、スチレン樹脂、ナイロン樹脂等をブレンドしたもので、市販品では旭化成ケミカルズ株式会社製のザイロン５００Ｈ等がある。

ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂を添加する目的は、接着性の無いポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂が高分子量スチレン系ブロックコポリマーのスチレン相に相溶することにより、高温時のスチレン相の被着材に対するぬれ性を低下させ、剥離性を付与すると共に、スチレン系ブロックコポリマーの耐熱性に関わるスチレン相の軟化温度を上昇させ、耐熱性を付与することにある。従って、添加するポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂の熱変形温度またはガラス転移点が、スチレンのガラス転移温度である９０〜１００℃を上回っていれば耐熱性付与の目的を達せられる。８０℃における耐熱性を少ない添加量で容易に得るためには、熱変形温度またはガラス転移点が１２０℃以上であることが望ましく、さらに８０℃以上の耐熱性を要望される場合は、熱変形温度またはガラス転移点が１５０℃以上のものを使用することが好ましい。また、市販品のポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂は熱変形温度１２０℃以上のタイプが容易に入手でき、配合量はホットメルト組成物全体に対し０．５〜１０重量％の範囲とすることが耐熱性、ホットメルト組成物の軟化点の点から好ましい。

（ｄ）粘着付与樹脂は耐熱性の付与等を目的として配合され、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、ロジン樹脂、水添ロジン樹脂、石油樹脂、水添石油樹脂等を単独または併用して用いる。

（ｅ）酸化防止剤は、耐熱老化性の付与を目的として添加するものであり、銅系酸化防止剤、銅塩系酸化防止剤、ハロゲン化銅系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ヒンダートアミン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤、芳香族アミン、キレート化剤からなる金属不活性化剤等が挙げられ、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、ヒンダートアミン系酸化防止剤を使用することが粘度保持率、抗張力保持率、解体性の性能の点から望ましい。

フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール誘導体、２−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール誘導体、オクタデシル３（３，５−ジブチル−４−ビトロキシフェニル）プロピオネート、４，４−ブチリデン−ビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、ペンタエリスリチル・テトラキス｛３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート｝、２−｛１−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ペンチルフェニル）−エチル｝−４，６−ジ−ｔ−ペンチルフェニルアクリレート等が挙げられる。

リン系酸化防止剤としては、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフェイト、サイクリックネオペンタンテトラビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルホスフェイト、ドステアリルペンタンエリスリトールジホスフェイト、リン酸２水素ナトリウム、リン酸１水素２ナトリウム等が挙げられる。

ヒンダートアミン系酸化防止剤としては、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）セバケート、１，２，３，４−テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルオキシカルボニル）ブタン、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシルエチル−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合体、１−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−１，１−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルオキシカルボニル）ペンタン、Ｎ，Ｎ−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、ビス（オクチロン−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート等が挙げられる。

ホットメルト組成物には前記必須成分の他、タルク、クレー、シリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、中空フィラー等の充填材や、オレフィン系やパラフィン系のワックス等を配合しても良い。特に中空フィラーは充填性、軽量化、流動性の調整等の機能を有するとともに沈降しにくいという特徴がある。具体例として、平均粒子径が１００μｍ以下、見かけ比重が１．０以下のガラスマイクロバルーン、パーライト、シリカバルーン、アルミナバルーン、カーボンバルーン、アルミノシリケートバルーンなどが挙げられるが、これらの中では、シリカバルーンが入手性、コスト面などの点で好ましい。

ホットメルト組成物は上記各配合成分をバンバリーミキサー、加熱ニーダー、１軸または２軸エクストルーダーなどで混練りすることにより得られる。ホットメルト組成物を加熱溶融し、通常は太陽電池を構成する金属フレーム側に塗布し、ガラスを貼り合わせることによって金属フレームとガラスのシールを行うことができる。貼り合わせはホットメルト組成物を塗布後にすぐに行っても良いし、ホットメルト組成物を塗布した金属フレームを別の場所に輸送し、そこで再加熱することによってホットメルト組成物を溶融させ、ガラスと貼り合わせても良い。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

ホットメルト組成物の製造
水添パラフィン系プロセスオイルとして、ＰＷ−９０（出光興産株式会社製、商品名）４０重量部、高分子量スチレン系ブロックコポリマーとして、ＳＥＥＰＳであるセプトン４０５５（株式会社クラレ製、商品名）１３．５重量部、変性ポリフェニレンエーテル樹脂として、ザイロン５００Ｈ（旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名）６重量部、脂環式粘着付与樹脂であるエスコレッツＥＣＲ−２３５Ｅ（トーネックス株式会社製、商品名）１８重量部、中空フィラーであるグラスバブルズＫ−３７（スリーエム社製、商品名）１８重量部、リン系酸化防止剤であるＩｒｇａｎｏｘ１６８（チバガイギー社製、商品名）１．５重量部、ヒンダードアミン系酸化防止剤であるアデカスラブＬＡ−６３（株式会社ＡＤＥＫＡ製、商品名）１．５重量部、フェノール系酸化防止剤であるＩｒｇａｎｏｘ１０１０（チバガイギー社製、商品名）１．５重量部を配合し、シグマブレイド型ニーダーで加熱混合してホットメルト組成物を得た。

実施例１
幅５ｍｍ、高さ５ｍｍの溝を有し断面形状が略Ｕ形であり、底部の長さ３９２ｍｍ、上部の長さ３８７ｍｍであるアルミフレーム２本と、断面形状が同一であり、底部の長さ２６２ｍｍ、上部の長さ２５７ｍｍのアルミフレーム２本の溝に、２２０℃に溶融したホットメルト組成物１を充填し、冷却して固化させた。各アルミフレームを再加熱してホットメルト組成物を溶融し、厚み３ｍｍ、縦３９０ｍｍ、横２６０ｍｍのガラス板の周囲をアルミフレームで囲うように配置し、各辺が３ｍｍまでアルミフレームの溝に挿入されるように組み付けて治具にてフレームを拘束し、３日間養生することによって実施例１の試験体を作成した。以下の試験方法によって評価を行った。

冷熱サイクル
試験体を−５０℃雰囲気下に１時間放置、次いで１１０℃雰囲気下に１時間放置を１サイクルとする冷熱サイクルを５０サイクル実施し、ガラスが破損しない場合を○、破損した場合を○と評価した。

解体性
冷熱サイクル試験後の試験体を強制破壊し、アルミフレーム及びガラスからホットメルト組成物を界面にてはく離できた場合を○、凝集破壊、材料破壊となった場合を×と評価した。

実施例２〜４、比較例１〜２
ホットメルト組成物１に使用した材料の他、ブチルゴムであるブチル０６５（日本ブチル株式会社製、商品名）、ＳＥＰＳであるセプトン２０６３（株式会社クラレ製、商品名）、ポリブテンであるＨＶ−３００（新日本石油化学株式会社製、商品名）、パラフィンワックスであるビスコール５５０Ｐ（三洋化成工業株式会社製、商品名）、シランカップリング剤である１，３−ビス（アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン（ＡＰＤＳ）、フェノール系酸化防止剤であるスミライザーＧＡ−８０（住友化学株式会社製、商品名）、リン系酸化防止剤であるＩｒｇａｎｏｘ１２００（チバガイギー社製、商品名）を表１記載の配合（重量部）にて配合し、シグマブレイド型ニーダーで加熱混合して各ホットメルト組成物を得た。各ホットメルト組成物を用いて実施例１と同様に試験体を作成し、評価を行った。

比較例３、４
ホットメルト組成物に代えて、比較例３ではエポキシ樹脂接着剤を用い、比較例４ではシリコーン樹脂接着剤を用いて試験体を作成し、評価を行った。

実施例の各試験体は、冷熱サイクル、解体性ともに良好であった。従って実施例１〜４のホットメルト組成物を用いて、金属フレームとガラスのシールを行うことにより、得られた太陽電池は温度変化に強く、使用後に容易に解体できることが分かる。一方、各比較例の試験体はいずれも解体性が悪かった。また、比較例２、３の試験体は冷熱サイクルでガラスが破損し、比較例３、４においてはホットメルト組成物と比較して硬化が遅かった。

Claims (4)

1. （ａ）水添パラフィン系プロセスオイル、（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマー、（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂、（ｄ）粘着付与樹脂、（ｅ）酸化防止剤を必須成分とするホットメルト組成物を用いて、金属フレームとガラスのシールを行うことを特徴とする太陽電池パネルの製造方法。
2. 前記（ｅ）酸化防止剤が、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤及びヒンダートアミン系酸化防止剤を含有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネルの製造方法。
3. 前記（ａ）水添パラフィン系プロセスオイルの配合割合が４０〜８０重量％、（ｂ）高分子量スチレン系ブロックコポリマーの配合割合が５〜３０重量％、（ｃ）ポリフェニレンエーテル樹脂または変性ポリフェニレンエーテル樹脂の配合割合が０．５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池パネルの製造方法。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の製造方法により製造された太陽電池パネル。