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JP2015019069A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】水分の浸入による黄変や腐食を防止し、積層されたモジュール材料の接合に必要な溶融時間を短縮して生産性を向上させるだけでなく、ポリオレフィンからなる封止材に対するバックシートの接合性を向上させ、表面屈曲が生じないようにして構造的安定性を向上させることのできる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による太陽電池モジュール１０は、少なくとも１つの太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の上面及び下面を覆うように積層される封止材１２と、封止材１２の上面に積層される透明絶縁基板１３と、封止材１２の下面に積層されるバックシート１４とを含み、封止材１２は、ポリオレフィン系材料からなり、バックシート１４は、封止材１２の下面からＰＥ層／ＰＥＴ層／ＰＶＤＦ層の順に配列される。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特にポリオレフィンを封止材として用いる太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
太陽電池は、太陽光を吸収してそこからエネルギーを得る装置である。太陽電池は、電池容量などの要求に応じてパッケージ内に複数の太陽電池セルが配列されたモジュール形態で製作されている。このような太陽電池モジュールは、エネルギー源が清浄であり、無制限に使用することができるだけでなく、メンテナンスコストが低いので、石油資源の枯渇や地球温暖化などの環境問題を解決するための１つの代案として注目されている。
太陽電池モジュールは、太陽電池セルを外部環境から保護するために、多層構造からなる。太陽電池モジュールは、太陽電池セルと太陽電池セルの上面及び下面に積層される材料を強固に接合するために、通常ＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）系フィルムを接合して用いる。ＥＶＡフィルムは、太陽電池セルと他の材料との接合を強固にするだけでなく、太陽電池セルを外部の衝撃から保護し、光透過性を向上させる。
しかし、ＥＶＡフィルムは、太陽電池の下面に配置されるバックシートや太陽電池の側面からの湿気に非常に脆弱であるという弱点がある。すなわち、ＥＶＡを封止材として用いた場合、多湿環境ではバックシートや太陽電池の側面から内部に湿気が入り込み、それによりＥＶＡフィルムの接着力が低下して剥離現象が起こることがあった。
また、ＥＶＡフィルムは、ＥＶＡ系の特性上、内部に入り込んだ水分と反応して酢酸を生成し、それにより黄変を引き起こすことがあった。酢酸による黄変は、太陽電池モジュールの光透過率を低下させ、太陽電池の電極部を腐食させる。つまり、従来の太陽電池モジュールは、多湿環境で用いられた場合、太陽電池モジュールの寿命が短縮し、効率性が低下するという問題があった。
さらに、ＥＶＡから生成された酢酸は、酢酸０．１〜１．５％の酢酸廃液を発生することがある。酢酸廃液は、周辺の土地を酸性化し、人の目や鼻を刺激するなど健康に悪影響を及ぼす。さらに、酢酸廃液処理コストが高価であり、酢酸廃液処理工程中に二酸化炭素が大量発生するなどの環境汚染問題を引き起こすことがある。
これに鑑みて本発明の出願人が出願して登録された特許文献１（発明の名称：耐湿用太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール製造方法、出願日：２０１１年７月８日、登録日：２０１３年１月３日）においては、ポリオレフィン系のＬＤＰＥ（Low Density PolyEthylene）保護フィルムを適用し、耐湿性が高いことから多湿条件でも黄変を引き起こさない高効率の太陽電池モジュールを提案している。
図４は従来のポリオレフィン系保護フィルムを適用した耐湿用太陽電池モジュールの斜視図であり、図５は図４に示す太陽電池モジュールのＩ−Ｉ線断面図である。
同図に示すように、従来の耐湿用太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セル１１０と、太陽電池セル１１０の上面及び下面を覆って外部の機械的衝撃から保護する封止材１２０と、長方形の平板状に形成されて封止材１２０の上面を覆う透明絶縁基板１３０と、封止材１２０の下面に接着されるバックシート１４０とを含む積層構造からなる。
封止材１２０は、ポリオレフィン系材料、例えばＬＤＰＥからなり、バックシート１４０は、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ（PolyVinyl Fluoride））層、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate））層及びポリフッ化ビニル層が順次積層されて形成される。
韓国登録特許第１０−１２２０１１３号公報
しかし、前述したように太陽電池セル１１０を覆う封止材１２０がポリオレフィンからなる場合、ポリオレフィンからなる封止材１２０に接するバックシート１４０を通常のＰＶＦ層／ＰＥＴ層／ＰＶＦ層で形成すると、封止材１２０とバックシート１４０との接着力が弱いので耐湿力が低下したり、バックシート１４０の表面に屈曲が生じて製品の構造的安定性が低下するという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ポリオレフィンからなる封止材が用いられた場合、当該封止材に接するバックシートの接着力を高めて耐湿力を向上させ、製品の構造的安定性を向上させることのできる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの太陽電池セルと、前記太陽電池セルの上面及び下面を覆うように積層される封止材と、前記封止材の上面に積層される透明絶縁基板と、前記封止材の下面に積層されるバックシートとを含み、前記バックシートは、前記封止材の下面からＰＥ（PolyEthylene）層／ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）層／ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）層の順に配列される、太陽電池モジュールを提供する。
ここで、前記ＰＥ層の厚さと前記ＰＥＴ層の厚さが前記ＰＶＤＦ層の厚さより厚くてもよい。
また、前記ＰＥ層の厚さが８０〜２５０μｍであり、前記ＰＥＴ層の厚さが１５０〜２００μｍであり、前記ＰＶＤＦ層の厚さが１０〜５０μｍであってもよい。
さらに、前記封止材の表面の少なくとも一部にＵＶ吸収剤が塗布されてもよい。
さらに、前記複数の太陽電池セルは、複数の連結リボンで連結されてもよい。
さらに、前記封止材は、ポリオレフィン系材料からなってもよい。
さらに、前記封止材は、１つの二重結合を有する鎖状炭化水素単量体を重合して得られる単独重合体からなってもよい。
さらに、前記封止材は、異種オレフィンとの共重合体からなってもよい。
さらに、前記封止材は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を含んでもよい。
さらに、前記封止材は、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ（Linear Low Density Polyethylene））をさらに含んでもよい。
さらに、前記封止材は、エチレンを重合して製造される合成樹脂からなってもよい。
さらに、前記封止材は、常温で透明な固体として存在し、０．９１ｇ／ｃｍ2〜０．９４ｇ／ｃｍ2の密度値を有する合成樹脂からなってもよい。
上記目的を達成するために、本発明は、セル、封止材、透明絶縁基板及びバックシートをラミネータの加熱板の上部に積層する段階と、前記封止材を溶融し、前記セルの前面と前記透明絶縁基板の背面を接合すると共に、前記セルの背面と前記バックシートの前面を接合する段階と、接合された積層体を室温で冷却する段階とを含む、太陽電池モジュール製造方法を提供する。
ここで、前記封止材を溶融する段階においては、前記ラミネータにより前記封止材を１４０〜１６０℃の温度条件で７〜１０分間加熱して溶融してもよい。
本発明による太陽電池モジュール及びその製造方法においては、セルを覆う封止材がポリオレフィン系材料からなり、バックシートが封止材の下面からＰＥ層／ＰＥＴ層／ＰＶＤＦ層の順に配列されて形成されることにより、水分の浸入による黄変や腐食が防止され、積層されたモジュール材料の接合に必要な溶融時間が短縮されて生産性が向上するだけでなく、ポリオレフィンからなる封止材に対するバックシートの接合性が向上し、表面屈曲が生じないので構造的安定性が向上する。
本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの断面図である。 図１のＡ部の断面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュール製造方法のラミネート工程を示すフローチャートである。 従来の太陽電池モジュールの斜視図である。 図４に示す太陽電池モジュールのＩ−Ｉ線断面図である。
以下、本発明による太陽電池モジュール及びその製造方法を、添付図面に示す一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態によるポリオレフィン系保護フィルムを適用した太陽電池モジュールの断面図であり、図２は図１のＡ部の断面図である。
本実施形態による太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１の上面及び下面が封止材１２で覆われて外部の衝撃から保護され、封止材１２の上面が長方形の平板状に形成される透明絶縁基板１３で覆われ、封止材１２の下面にはバックシート１４が接着されて結合される。太陽電池モジュール１０は、長方形の平板状に形成されたものに限定されるものではなく、他の形状に形成されてもよい。
太陽電池セル１１は、入射する太陽光を吸収してそれを電気エネルギー又は熱エネルギーに変換する。複数の太陽電池セル１１は、複数の連結リボン１１ａで連結される。例えば、複数の連結リボン１１ａにより複数の太陽電池セル１１がそれぞれ直列又は並列に接続される。ここで、太陽電池セル１１は、様々な波長帯域の光を全て吸収するか、特定の波長帯域の光のみを吸収するか、又は特定の波長帯域の光のみを反射するようにしてもよい。
封止材１２は、太陽電池セル１１の両面に積層された材料間の接着力をより強固にし、破損しやすい太陽電池セル１１を封止して外部の衝撃などから保護する役割を果たす。本実施形態においては、封止材１２としてポリオレフィンが用いられる。ポリオレフィンとは、１つの二重結合を有する鎖状炭化水素単量体を重合して得られる単独重合体、又は異種オレフィンとの共重合体をいい、本実施形態においては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を代表例として説明する。
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）は、非常に優れた防湿性及び電気絶縁性を有し、従来のＥＶＡ系封止材とは異なり、水分にさらされても酢酸を生成しないという特徴がある。低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）系樹脂は、エチレンを重合して製造される合成樹脂であって、常温で透明な固体として存在し、通常０．９１ｇ／ｃｍ2〜０．９４ｇ／ｃｍ2の密度値を有し、結晶化度が低いので加工性及び柔軟性に非常に優れ、酸・アルカリ溶剤に強く、透明性にも優れる。
ポリオレフィン系の種類には、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の他にも、耐久性に優れた直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）などがある。直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）に比べて、融点が高いのでヒートシール温度が高いのに対し、ヒートシール強度に優れているという特性を有する。しかし、加工性の面では、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）のほうが低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）より押出負荷が高くバブル安定性が低い。本実施形態において、太陽電池セル１１の保護及び接合用フィルムとして特に低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を用いた場合、太陽電池セル１１に接合力を与えるための成形がより容易になり、溶融時間をより短縮することができる。
本実施形態による封止材１２は、約１５０℃の温度条件で約７〜１０分間加熱又は加圧することにより、それぞれ太陽電池セル１１の前面と透明絶縁基板１３の背面を接合すると共に、太陽電池セル１１の背面とバックシート１４の前面を接合することができる。従来のＥＶＡ系封止材を約１５０℃の温度条件で約１５〜３０分間加熱又は加圧していたのと比較すると、ＬＤＰＥ保護フィルムを適用した太陽電池モジュール１０の製造方法においては、ラミネート処理のためのラミネート工程時間を大幅に短縮することができる。
また、本実施形態による封止材１２は、約４００μｍ〜６００μｍの厚さを有することが好ましく、約４５０μｍ〜５５０μｍの厚さを有することがより好ましい。
さらに、本実施形態による封止材１２は、ＬＤＰＥ保護フィルムの少なくとも一部の表面に所定量のＵＶ吸収剤を塗布して積層してもよい。この場合、耐湿性だけでなく、光透過率がさらに向上する。
さらに、本実施形態による封止材１２は、太陽電池セル１１との接着力をより強化するために、少なくとも１つの異なる保護フィルムと共に積層してもよい。この場合、耐湿性だけでなく、接着力がさらに向上する。
このような構造を有する太陽電池モジュール１０は、ＥＶＡフィルムを用いてセルを封止した場合に発生していた水分の浸入による黄変や電極腐食を防止することができるので、多湿な海洋環境でも太陽電池モジュール１０を安定して用いることができる。
透明絶縁基板１３としては、光透過性が高く光反射度が低い低鉄分強化ガラスを用いてもよい。透明絶縁基板１３は、外部の衝撃から太陽電池セル１１を保護する緩衝材の役割を果たし、太陽電池モジュール１０の設計に応じて様々な形状に製造される。
バックシート１４は、太陽電池セル１１の下面を覆う封止材１２の下面に貼り付けられ、外部環境から太陽電池セル１１を保護する役割を果たす。バックシート１４は、ポリオレフィン系材料からなる封止材１２との接着を容易かつ強固に行える材質で形成されることが好ましい。
例えば、バックシート１４は、封止材１２の下面から遠ざかる方向に、ポリエチレン（ＰＥ）層１４ａ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層１４ｂ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）層１４ｃの順に配列されて製造される。
バックシート１４は、ＰＥ層１４ａの厚さを約８０〜２５０μｍ、ＰＥＴ層１４ｂの厚さを約１５０〜２００μｍ、ＰＶＤＦ層１４ｃの厚さを約１０〜５０μｍにしてもよい。
ここで、ＰＥ層１４ａはポリオレフィン系材料からなる封止材１２との接着力に優れ、ＰＥＴ層１４ｂは防水性に優れ、ＰＶＤＦ層１４ｃは太陽電池モジュール１０の強度向上に有利である。
一方、図３は本発明の一実施形態による太陽電池モジュール製造方法のラミネート工程を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態による太陽電池モジュール製造方法のラミネート工程においては、同図に示すように、まず、太陽電池セル１１、封止材１２、透明絶縁基板１３及びバックシート１４をラミネータ（図示せず）の加熱板の上部に積層する（Ｓ１０）。
次に、太陽電池セル１１の前面と透明絶縁基板１３の背面を接合し、太陽電池セル１１の背面とバックシート１４の前面を接合するために、ラミネータを用いて封止材１２を溶融する（Ｓ２０）。ここで、封止材１２は、前記ラミネータにより約１４０〜１６０℃の温度条件で約７〜１０分間加熱して溶融してもよい。従来のように封止材としてＥＶＡフィルムを用いた場合は、ラミネータによる溶融時間が通常１５〜３０分以上であり、ラミネート処理時に加熱によりＥＶＡフィルムから発生するガスを周期的に外部に排出する追加処理過程が必要であるのに対し、本実施形態のように封止材１２としてＬＤＰＥ保護フィルムを用いた場合は、接合のための保護フィルムの溶融時間を大幅に短縮することができる。
次に、接合力をより強化するために、接合された積層体を室温で冷却することにより、太陽電池モジュール１０のラミネート工程を完了する（Ｓ３０）。
このような本実施形態による太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１１の両面を覆う封止材１２としてＬＤＰＥ保護フィルムを適用することにより、水分の浸入による黄変や電極腐食と光透過率の低下を防止し、多湿環境でも有利である。それに加えて、封止材１２のＬＤＰＥ保護フィルムの溶融時間を大幅に短縮し、生産性を向上させることができる。
また、ＬＤＰＥ系封止材１２を適用した場合、従来のＥＶＡ系封止材を適用した場合に用いていたＰＶＦ層／ＰＥＴ層／ＰＶＦ層からなるバックシートを用いると、ＬＤＰＥ系封止材１２との接着力が弱いだけでなく、外観に表面屈曲が生じることがあったが、本実施形態のようにＰＥ層／ＰＥＴ層／ＰＶＤＦ層からなるバックシート１４を用いることにより、ＬＤＰＥ系封止材１２との接着力を高めることができると共に、製品の外観に表面屈曲が生じることが防止されて製品の構造的安定性を向上させることができる。
１０ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池セル
１２ 封止材
１３ 透明絶縁基板
１４ バックシート（ＰＥ層／ＰＥＴ層／ＰＶＤＦ層）
１４ａ ＰＥ層
１４ｂ ＰＥＴ層
１４ｃ ＰＶＤＦ層

Claims (12)

  1. 少なくとも１つの太陽電池セルと、
    前記太陽電池セルの上面及び下面を覆うように積層される封止材と、
    前記封止材の上面に積層される透明絶縁基板と、
    前記封止材の下面に積層されるバックシートとを含み、
    前記バックシートは、前記封止材の下面からＰＥ層／ＰＥＴ層／ＰＶＤＦ層の順に配列される、太陽電池モジュール。
  2. 前記ＰＥ層の厚さと前記ＰＥＴ層の厚さが前記ＰＶＤＦ層の厚さより厚く形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記ＰＥ層の厚さが８０〜２５０μｍであり、前記ＰＥＴ層の厚さが１５０〜２００μｍであり、前記ＰＶＤＦ層の厚さが１０〜５０μｍである、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記封止材の表面の少なくとも一部にＵＶ吸収剤が塗布される、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記複数の太陽電池セルは、複数の連結リボンで連結される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記封止材は、ポリオレフィン系材料からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記封止材は、１つの二重結合を有する鎖状炭化水素単量体を重合して得られる単独重合体からなる、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記封止材は、異種オレフィンとの共重合体からなる、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記封止材は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）及び直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を含む、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記封止材は、エチレンを重合して製造される合成樹脂からなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
  11. セル、封止材、透明絶縁基板及びバックシートをラミネータの加熱板の上部に積層する段階と、
    前記封止材を溶融し、前記セルの前面と前記透明絶縁基板の背面を接合すると共に、前記セルの背面と前記バックシートの前面を接合する段階と、
    接合された積層体を室温で冷却する段階とを含む、太陽電池モジュール製造方法。
  12. 前記封止材を溶融する段階においては、前記ラミネータにより前記封止材を１４０〜１６０℃の温度条件で７〜１０分間加熱して溶融する、請求項１１に記載の太陽電池モジュール製造方法。
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