JP2018039865A - 太陽電池モジュール用封止材及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高湿度環境下における優れた耐ＰＩＤ性が得られ、かつ太陽電池セルを高い信頼性で封止できる太陽電池モジュール用封止材、及び該太陽電池モジュール用封止材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。【解決手段】太陽電池モジュール用封止材。複数の太陽電池セル１１、一対の太陽電池モジュール用封止材１２、透明保護材１３及びバックシート１４とを備え、一対の太陽電池モジュール用封止材１２の少なくとも一方が、エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）と、トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）と、官能基含有シラン化合物（Ｃ）とを特定の比率で含む太陽電池モジュール用封止材である太陽電池モジュール１０。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用封止材及び太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールにおいて太陽電池セルを封止する太陽電池モジュール用封止材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を含有するものが広く用いられている（例えば特許文献１）。しかし、ＥＶＡ系封止材を使用した多数の太陽電池モジュールを直列に接続して使用すると、モジュール外周部に配置されるアルミフレームとの電位差によって漏れ電流が発生し、出力が低下するＰＩＤ現象が発生することがある。

耐ＰＩＤ性を向上させたＥＶＡ系封止材としては、例えば、ＥＶＡ及び架橋剤を含有し、６０℃雰囲気における体積固有抵抗値が１．０×１０^１３〜５．０×１０^１４Ω・ｃｍである太陽電池モジュール用封止材が提案されている（特許文献２）。しかし、前記太陽電池モジュール用封止材は成形しづらく、製造が困難である。また、前記太陽電池モジュール用封止材においても、高湿度環境下における耐ＰＩＤ性はまだ不充分である。高湿度環境下にある太陽電池モジュールでは特に、封止材のＥＶＡが加水分解されて酢酸イオンが発生しやすい。そのため、発生した酢酸イオンによって、モジュールの受光面側を保護するガラスの封止材側の表面が侵され、それによってナトリウムイオンが封止材側に溶出して太陽電池セルの性能を低下させやすい。

また、太陽電池モジュール用封止材においては、太陽電池セルの封止する際に充分に架橋が進行することが重要である。架橋が不充分になると、熱による流動や接着不良が生じることで、太陽電池セルの封止の信頼性が低下する。

特許第４７５１７９２号公報 特開２００８−２０５４４８号公報

本発明は、高湿度環境下においても優れた耐ＰＩＤ性が得られ、かつ太陽電池セルを高い信頼性で封止できる太陽電池モジュール用封止材、及び該太陽電池モジュール用封止材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。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）と、トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）と、官能基含有シラン化合物（Ｃ）とを含み、前記トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）の１００質量部に対して０．１〜０．４質量部であり、前記官能基含有シラン化合物（Ｃ）の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）の１００質量部に対して０．０５〜０．１５質量部である、太陽電池モジュール用封止材。
［２］受光面側封止材である、［１］に記載の太陽電池モジュール用封止材。
［３］太陽電池セルと、前記太陽電池セルを挟持した一対の受光面側封止材及び背面側封止材とを備え、前記受光面側封止材及び前記背面側封止材のいずれか一方又は両方が、［１］に記載の太陽電池モジュール用封止材からなる、太陽電池モジュール。
［４］太陽電池セルと、前記太陽電池セルを挟持した一対の受光面側封止材及び背面側封止材とを備え、前記受光面側封止材が、［２］に記載の太陽電池モジュール用封止材からなる、太陽電池モジュール。

本発明の太陽電池モジュール用封止材を用いれば、高湿度環境下においても優れた耐ＰＩＤ性が得られ、かつ太陽電池セルを高い信頼性で封止できる。
本発明の太陽電池モジュールは、高湿度環境下でも耐ＰＩＤ性に優れ、かつ太陽電池セルの封止の信頼性が高い。

本発明の太陽電池モジュールの一例を示した断面図である。

［太陽電池モジュール用封止材］
本発明の太陽電池モジュール用封止材（以下、単に「封止材」ともいう。）は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）（以下、「ＥＶＡ（Ａ）」ともいう。）と、トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）（以下、「化合物（Ｂ）」ともいう。）と、官能基含有シラン化合物（Ｃ）（以下、「化合物（Ｃ）」ともいう。）とを含む。

ＥＶＡ（Ａ）は、エチレンに由来する構成単位と、酢酸ビニルに由来する構成単位（以下、「酢酸ビニル単位」という。）とを有する共重合体である。ＥＶＡにおける全構成単位に対する酢酸ビニル単位の割合は、１０〜４０質量％が好ましく、１５〜３０質量％がより好ましい。

ＥＶＡ（Ａ）のメルトマスフローレート（以下、「ＭＦＲ」という。）は、１〜１００ｇ／１０分が好ましく、２〜５０ｇ／１０分がより好ましい。ＥＶＡ（Ａ）のＭＦＲが下限値以上であれば、加工性に優れている。ＥＶＡ（Ａ）のＭＦＲが上限値以下であれば、封止材としての基本性能を確保しやすい。
なお、ＭＦＲ（Ａ）は、ＪＩＳ Ｋ６９２４−２：１９９７に従い、温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定した値である。

ＥＶＡ（Ａ）の密度は、０．９３０〜０．９７０ｇ／ｃｍ^３が好ましく、０．９４０〜０．９６０ｇ／ｃｍ^３がより好ましい。ＥＶＡ（Ａ）の密度が下限値以上であれば、体積固有抵抗率が高くなり、太陽電池モジュールにおけるＰＩＤ現象を抑制しやすい。ＥＶＡ（Ａ）の密度が上限値以下であれば、透明性及び柔軟性により優れる。
ＥＶＡ（Ａ）の密度は、ＪＩＳ Ｋ ７１１２：１９９９（ＩＳＯ １１８３：１９８７）に従い測定した値である。

ＥＶＡ（Ａ）の融点は、６０〜１００℃が好ましく、６５〜９０℃がより好ましい。ＥＶＡ（Ａ）の融点が下限値以上であれば、体積固有抵抗率が高い。ＥＶＡ（Ａ）の融点が上限値以下であれば、加工性に優れる。
ＥＶＡ（Ａ）の融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１：２０１２（ＩＳＯ ３１４６）に従い測定した値である。

本発明の封止材は、ＥＶＡ（Ａ）に加えて化合物（Ｂ）を含む。
本発明の封止材中の化合物（Ｂ）の含有量は、ＥＶＡ（Ａ）の１００質量部に対して、０．１〜０．４質量部であり、０．２〜０．４質量部が好ましく、０．２５〜０．４質量部がより好ましい。化合物（Ｂ）の含有量が下限値以上であれば、高湿度環境下においても優れた耐ＰＩＤ性を有する太陽電池モジュールが得られる。化合物（Ｂ）の含有量が上限値以下であれば、架橋が充分に進行し、封止後に熱による流動や接着不良を起こすことを抑制でき、高い信頼性で太陽電池セルを封止できる。

化合物（Ｃ）が有する官能基としては、例えば、（メタ）アクリル基、ビニル基、エポキシ基、アミノ基等が挙げられる。化合物（Ｃ）としては、官能基を有するシランカップリング剤が挙げられる。なお、（メタ）アクリル基とは、アクリル基又はメタクリル基を意味する。
化合物（Ｃ）の具体例としては、例えば、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。なかでも、樹脂との反応性が良く、耐加水分解性が高い点から、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。
化合物（Ｃ）としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明の封止材中の化合物（Ｃ）の含有量は、ＥＶＡ（Ａ）の１００質量部に対して、０．０５〜０．１５質量部であり、０．０８〜０．０１５質量部が好ましく、０．０８〜０．０１３質量部がより好ましい。化合物（Ｃ）の含有量が下限値以上であれば、封止材と透明保護層やバックシートとの間で充分な接着性が得られ、長期屋外暴露時でも剥離を抑制できる。化合物（Ｃ）の含有量が上限値以下であれば、化合物（Ｂ）による架橋が充分に進行し、優れた耐ＰＩＤ性が得られ、また高い信頼性で太陽電池セルを封止できる。

本発明の封止材は、ＥＶＡ（Ａ）、化合物（Ｂ）及び化合物（Ｃ）に加えて、添加剤を含有してもよい。添加剤としては、架橋剤、架橋助剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等が挙げられる。なかでも、本発明の封止材は、架橋剤を含有することが好ましい。添加剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

架橋剤は、ＥＶＡ（Ａ）を架橋させる成分である。架橋剤としては、公知の有機過酸化物（パーオキシケタール類、ジアルキルパーオキサイド類、パーオキシエステル類等）、光増感剤等が挙げられる。
本発明の封止材が架橋剤を含む場合、封止材中の架橋剤の含有量は、ＥＶＡ（Ａ）の１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部が好ましく、０．２〜１．０質量部がより好ましい。

架橋助剤は、重合性不飽和基（ビニル基、アリル基、（メタ）アクリロイル基等）を１つ以上、好ましくは２つ以上有する化合物である。架橋助剤としては、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等が挙げられる。
本発明の封止材が架橋助剤を含む場合、封止材中の架橋助剤の含有量は、ＥＶＡ（Ａ）の１００質量部に対して、０〜５０質量部が好ましく、０〜２質量部がより好ましい。

紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤等が挙げられる。
光安定剤としては、ヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤等が挙げられる。

本発明の封止材の厚さは、０．０５〜１．０ｍｍが好ましく、０．３〜０．８ｍｍがより好ましい。封止材の厚さが下限値以上であれば、モジュール加工時のセル割れを抑制しやすい。封止材の厚さが上限値以下であれば、加工時の作業性に優れる。

本発明の封止材の全光線透過率は、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。なお、封止材の全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ ７１０５に従って測定される値である。

（製造方法）
本発明の封止材の製造方法は、特に限定されず、例えば、ＥＶＡ（Ａ）、化合物（Ｂ）及び化合物（Ｃ）と、必要に応じて使用する添加剤を混練して樹脂組成物を得た後に、該樹脂組成物をシート化する方法等が挙げられる。

混練方法としては、例えば、押出機、リボンブレンダー、プラストグラフ、ニーダー、バンバリーミキサー、カレンダーロール等を用いる方法が挙げられる。
シート化方法としては、例えば、Ｔダイを用いた押出成形法、プレス成形法等が挙げられる。また、樹脂組成物を溶液とする場合は、離型シートに樹脂組成物を塗工し、乾燥することにより、シート化することもできる。

以上説明した本発明の封止材においては、ＥＶＡ（Ａ）に化合物（Ｂ）が特定の比率で併用されている。これにより、高湿度条件下においても優れた耐ＰＩＤ性を有する太陽電池モジュールを得ることができる。これは、本発明の封止材によって太陽電池セルを封止する際に、封止材の架橋構造に化合物（Ｂ）のグリコール構造が取り込まれるためであると考えられる。化合物（Ｂ）のグリコール構造は、ナトリウムイオンが吸着する性質を有する。これにより、高湿度条件下でＥＶＡ（Ａ）が加水分解されて酢酸イオンが発生し、それによって透明保護材であるガラス表面からナトリウムイオンが封止材側に溶出したとしても、封止材の架橋構造に取り込まれた化合物（Ｂ）のグリコール構造にナトリウムイオンが吸着される。そのため、ナトリウムイオンが太陽電池セルまで到達しにくくなることで、太陽電池セルの性能が低下することが抑制されると考えられる。

また、以上説明した本発明の封止材においては、ＥＶＡ（Ａ）に化合物（Ｃ）が特定の比率で併用されている。化合物（Ｃ）が用いられることで、太陽電池モジュールにおいて、封止材と、透明保護材やバックシートとの接着性が充分となる。また、ＥＶＡ（Ａ）の１００質量部に対して化合物（Ｃ）が０．１５質量部以下であることで、架橋時にラジカルが余分に消費されて全体の架橋率が低下することを抑制できる。これにより、化合物（Ｂ）による架橋が充分に進行して上記した吸着効果が充分に得られるうえ、熱による流動や接着不良が抑制されるため太陽電池セルを高い信頼性で封止できる。

本発明の封止材は、受光側の透明保護材から封止材側にナトリウムイオンが溶出しても、そのナトリウムイオンを吸着して太陽電池セルの性能低下を抑制できることから、太陽電池モジュールにおける受光面側封止材として使用することが好ましい。

［太陽電池モジュール］
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、前記太陽電池セルを挟持した一対の受光面側封止材及び背面側封止材とを備えている。本発明の太陽電池モジュールにおいては、一対の受光面側封止材及び背面側封止材のいずれか一方又は両方が本発明の封止材である。本発明の太陽電池モジュールは、一対の受光面側封止材及び背面側封止材のいずれか一方又は両方として本発明の封止材を使用する以外は、公知の態様を採用できる。

以下、本発明の太陽電池モジュールの一例を示してさらに説明する。本実施形態の太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１を挟んで封止する一対の太陽電池モジュール用封止材１２（以下、「封止材１２」という。）と、封止材１２によって貼り合わされた透明保護材１３及びバックシート１４とを備える。太陽電池モジュール１０においては、複数の太陽電池セル１１は、導線及び半田接合部を備えたタブストリング１５を介して電気的に直列に接続されている。一対の封止材１２のうち、透明保護材１３側の封止材１２が受光面側封止材であり、バックシート１４側の封止材１２が背面側封止材である。

（太陽電池セル）
太陽電池セル１１としては、ｐ型とｎ型の半導体を接合した構造を有するｐｎ接合型太陽電池素子が挙げられる。ｐｎ接合型太陽電池素子としては、シリコン系（単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系等）、化合物系（ＧａＡｓ系、ＣＩＳ系、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系）等が挙げられる。

（太陽電池モジュール用封止材）
本発明では、受光面側封止材及び背面側封止材のいずれか一方又は両方が本発明の封止材である。この例では、一対の封止材１２の少なくとも一方が本発明の封止材である。本発明では、太陽電池モジュールにおける受光面側封止材が本発明の封止材であることが好ましい。具体的には、受光面側封止材のみが本発明の封止材であるか、受光面側封止材及び背面側封止材の両方が本発明の封止材であることが好ましい。なお、背面側封止材のみが本発明の封止材であってもよい。
受光面側封止材又は背面側封止材のいずれか一方が本発明の封止材である場合、もう一方の封止材には公知の封止材を使用することができる。

（透明保護材）
透明保護材１３としては、ガラス板、樹脂板等が挙げられる。ガラス板としては、光透過性の点から、表面に凹凸をつけた型板ガラスが好ましい。型板ガラスの材料としては、鉄分の少ない白板ガラス（高透過ガラス）が好ましい。

（バックシート）
バックシート１４の材料としては、ポリフッ化ビニル、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリオレフィン（ポリエチレン等）、ガラス、金属（アルミニウム等）等が挙げられる。バックシート１４は、単層であってもよく、複層であってもよい。

（太陽電池モジュールの製造方法）
太陽電池モジュールの製造方法としては、特に限定されず、例えば、以下の方法が挙げられる。タブストリング１５を用いて電気的に接続した複数の太陽電池セル１１を一対の封止材１２で挟み、さらに一対の封止材１２を透明保護材１３とバックシート１４とで挟んで積層体とする。次いで、該積層体を加熱して、一対の封止材１２同士、封止材１２と透明保護材１３、封止材１２とバックシート１４とを接着する。

封止材が架橋剤を含む場合は、封止材を架橋剤の分解温度以上に加熱する。架橋剤の分解温度以上に加熱すれば、封止材に含まれるＥＶＡを架橋でき、封止材の耐久性をより向上させることができる。

以上説明した本発明の太陽電池モジュールでは、本発明の封止材が用いられているため、優れたＰＩＤ耐性が発現されており、また太陽電池セルの封止の信頼性も高い。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［成形性］
各例における封止材の成形における成形性を評価した。封止材の成形が可能であったものを「○（合格）」、製膜できず封止材が得られなかったものを「×（不合格）」とした。

［３０分到達トルク（架橋度測定）］
各例で得た封止材から２０ｍｍ角の試料片を切り出し、合計質量を５ｇとなるように重ね、ＪＩＳ Ｋ ６３００−２：２００１のダイ加硫試験Ａ法（ねじり振動式平板ダイ加硫試験）に準拠したダイ加硫試験機（Ａ法）を用い、試験温度：１５０℃、ねじり振動数：１００±６回／分の条件にて３０分間トルクを測定した。３０分到達トルクが０．３７Ｎ・ｍ以上のものを合格とした。

［出力保持率］
各例で得た封止材を用いて、２００ｍｍ角の透明ガラスの上に、封止材、タブ線を配線した単結晶シリコンセル、封止材、ＰＥＴ系バックシートの順に積層し、１５０℃で３０分間加熱圧着し試験片とした。試験片から引き出したタブ線にクリップ電極を付け、ソーラーシミュレータ（日清紡メカトロニクス社製）を用いて初期の出力（Ｐｍａｘ）を測定した。次いで、両極のタブ線を短絡させ、ガラス面全体に銅箔を貼り付けたうえで、タブ線と銅箔に電極を取り付け、温度８５℃、湿度８５％の恒温槽内で１０００Ｖの直流電圧を印加した。この状態で９６時間経過後、恒温槽から試験片を取り出し、銅箔を剥がした。次いで、初期の出力（Ｐｍａｘ）と同様にして電圧印化後の出力（Ｐ）を測定し、下式により出力保持率を算出した。
（出力保持率）（％）＝Ｐ／Ｐｍａｘ×１００
出力保持率が７０％以上のものを合格とした。

［原料］
本実施例で使用した原料を以下に示す。
（ＥＶＡ（Ａ））
Ａ−１：酢酸ビニル単位の含有量が２８質量％であるＥＶＡ。
（化合物（Ｂ））
ＴＰＧＤＡ：トリプロピレングリコールジアクリレート（製品名「ＡＰＧ−２００」、新中村化学工業社製）。
（化合物（Ｘ）：比較対象）
ＨＰＧＤＡ：ヘプタプロピレングリコールジアクリレート（製品名「ＡＰＧ−４００」、新中村化学工業社製）。
ＮＥＧＤＡ：ノナエチレングリコールジアクリレート（製品名「Ａ−４００」、新中村化学工業社製）。
（化合物（Ｃ））
Ｃ−１：３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（シランカップリング剤、製品名「ＫＢＭ−５０３」、信越化学工業社製）。
（添加剤）
架橋剤：ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート（製品名「カヤヘキサＡＤ」、化薬アクゾ社製）。
架橋助剤：トリアリルイソシアヌレート（製品名「ＴＡＩＣ」、日本化成社製）。
紫外線吸収剤：ベンゾフェノン系紫外線吸収剤（製品名「ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ ８１」、ＢＡＳＦジャパン社製）。

［実施例１］
ＥＶＡ（Ａ−１）１００質量部と、化合物（Ｂ−１）０．３質量部と、化合物（Ｃ−１）０．１２質量部と、架橋助剤０．５質量部と、架橋助剤１．０質量部と、紫外線吸収剤０．３質量部とを混合し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を、Ｔダイにより製膜温度９０℃にて押出成形し、厚さ０．４５ｍｍのシート状の封止材を得た。

［比較例１〜３］
樹脂組成物の組成を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にしてシート状の封止材を得た。

［比較例４］
樹脂組成物の組成を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にしてシート状の封止材を得ようとしたところ、ブリードが生じ製膜できず、封止材が得られなかった。

表１に示すように、ＥＶＡ（Ａ）に対して、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）を本発明で規定する比率で組み合わせた実施例１では、出力保持率が高く耐ＰＩＤ性に優れるうえ、３０分到達トルクが高く、充分に架橋が進行していた。
一方、化合物（Ｂ）を用いなかった比較例１では、出力保持率が低く、耐ＰＩＤ性が劣っていた。
化合物（Ｂ）の含有量が多すぎる比較例２では、３０分到達トルクが低く、架橋が充分に進行しなかった。
化合物（Ｂ）の代わりにＨＰＧＤＡを用いた比較例３では、出力保持率が低く、耐ＰＩＤ性が劣っていた。
化合物（Ｂ）の代わりにＮＥＧＤＡを用いた比較例４では、充分な成形性が得られなかった。

１０ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池セル
１２ 太陽電池モジュール用封止材
１３ 透明保護材
１４ バックシート

Claims (4)

1. エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）と、トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）と、官能基含有シラン化合物（Ｃ）とを含み、
   前記トリプロピレングリコールジアクリレート（Ｂ）の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）の１００質量部に対して０．１〜０．４質量部であり、
   前記官能基含有シラン化合物（Ｃ）の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体（Ａ）の１００質量部に対して０．０５〜０．１５質量部である、太陽電池モジュール用封止材。
2. 受光面側封止材である、請求項１に記載の太陽電池モジュール用封止材。
3. 太陽電池セルと、
   前記太陽電池セルを挟持した一対の受光面側封止材及び背面側封止材とを備え、
   前記受光面側封止材及び前記背面側封止材のいずれか一方又は両方が、請求項１に記載の太陽電池モジュール用封止材からなる、太陽電池モジュール。
4. 太陽電池セルと、
   前記太陽電池セルを挟持した一対の受光面側封止材及び背面側封止材とを備え、
   前記受光面側封止材が、請求項２に記載の太陽電池モジュール用封止材からなる、太陽電池モジュール。

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