JP5954281B2 - 太陽電池封止用シリコーン接着剤シート並びにそれを用いた太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いて形成された太陽電池を信頼性高く封止するのに有用なシリコーン接着剤シート、及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関する。

近年、太陽光を利用したエネルギー資源として、太陽光発電に対する関心が高まっている。ここで太陽電池の発電素子は、一般的にシリコン等の半導体からなり、太陽電池モジュールは、個々の太陽電池セルを電気的に相互接続した状態で、受光面ガラス基板などに積載される。

その際、太陽電池セルは、その光が当たる表面又は裏面側が封入材料で覆われることにより、外的環境、例えば、雨、風、雪、埃等から保護されることになる。封入材料として一般的には、シート状で取り扱いやすく、低コスト等の観点から熱可塑性樹脂であるエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が使用されている。ＥＶＡを用いて太陽電池をモジュール化するのは、受光面／ＥＶＡシート／太陽電池セル／ＥＶＡ／背面パネル（バックシート）を積層したものを真空ラミネータに入れ、１３０〜１５０℃で１５〜３０分プレスする方法が一般的である。

しかしながら、封止材としてＥＶＡを使用した場合、特に高温高湿環境下において酢酸が発生するため、この発生酢酸が原因となって、太陽電池セル電極を腐食するなどの影響により、発電性能が劣化するという問題があった。特に、太陽電池は数十年単位の長期使用が期待されるため、経時劣化は保証の観点から早急な解消が望まれている。

また、ＥＶＡは、上記問題に留まらず、ＵＶ耐性が低く、長期間屋外に暴露されることにより変色が生じ、黄色あるいは褐色となるために、外観を損ねるという問題もあった。

これらの問題が生じない封止材として、シリコーンが挙げられる。例えば、シリコーンを封止材として使用した場合、酢酸の発生がないことにより電極腐食が抑えられるだけでなく、黄色又は褐色の変色問題も解消される。また、ＥＶＡのように低温で弾性率が急激に上昇するようなことがなく、電極の接続の信頼性も高くなる。例えば、非特許文献１では、屋外に２９年暴露されたシリコーン封止太陽電池モジュールの再評価が行われ、最大出力の低下が僅か−０．２２％／年と非常に高い信頼性を有することが紹介されている。

シリコーン封止太陽電池を得るために、これまでにさまざまな封止方法が検討されてきた。特表２００７−５２７１０９号公報（特許文献１）では、基板上にコーティングされた液状のシリコーン材料上又はシリコーン材料中に、接続された太陽電池を多軸ロボットにより配置し、その後でシリコーン材料を硬化することにより気泡を取り込まずに封入することが提案されている。また、特表２０１１−５１４６８０号公報（特許文献２）では、移動可能なプレートを有したセルプレスを使用し、真空下で太陽電池セルを硬化あるいは半硬化のシリコーン上に配置することにより気泡を取り込まずに封入することが提案されている。一方、国際公開２００９／０９１０６８号（特許文献３）では、ガラス基板に封止剤、太陽電池素子、シリコーン液状物質を配置し、最後に裏面保護基板を重ねて仮積層体とし、室温の真空下で加圧密着させて密封する方法が提案されているが、この方法では太陽電池モジュールの実用サイズへの展開は難しいと考えられる。しかし、いずれの方法においても、太陽電池セル封止工程において液状シリコーンを塗布あるいはポッティングするという煩雑な工程を含む。このことは、昨今太陽電池のモジュール化にＥＶＡシートを用いているという製造メーカーには到底受け入れられない現状がある。また、塗布、ポッティングに最適な低粘度のシリコーンを用いた硬化物はＥＶＡに比べ物理強度が弱く、更に接着強度も低いことから、長期間の屋外暴露あるいは加速劣化試験（８５℃／８５％ＲＨ）における封止信頼性の確保が課題となる。

特表２００７−５２７１０９号公報 特表２０１１−５１４６８０号公報 国際公開２００９／０９１０６８号

伊藤厚雄，大和田寛人，降籏智欣，金享培，山川直樹，柳沼篤，今瀧智雄，渡邉百樹，阪本貞夫：第９回次世代の太陽光発電システムシンポジウム予稿集，２０１２，ｐ．５４

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、特に受光面パネルとの接着強度が高いシリコーンゴム組成物をシート状に加工し、このシートを介して太陽電池セルを封止することにより、取り扱いが容易で封止性が高い太陽電池封止用シリコーン接着剤シート並びにそれを用いた太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、受光面パネルに対する硬化物の接着強度が２．５Ｎ／ｃｍ以上のシリコーンゴム組成物をシート状に加工してシリコーン接着剤シートを形成し、受光面パネル、第１のシリコーン接着剤シート、複数の太陽電池セル（太陽電池ストリングス）、第２のシリコーン接着剤シート、背面パネルを積層し、真空・加熱下で押圧することで、従来の液状シリコーンを用いることなく太陽電池モジュールが得られることを見出し、本発明に至った。

即ち、本発明は下記の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート並びにそれを用いた太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
〔１〕
それぞれ剛性または可撓性を有する受光面パネル及び背面パネルの間に配設される複数の太陽電池セルを封止するシリコーン接着剤シートであって、
前記受光面パネル、背面パネル及び太陽電池セルに接する態様で積層して用いられる、
硬化後のシリコーン接着剤シートと受光面パネルとのＪＩＳ Ｋ６２５６による１８０度ピール接着強度が２．５Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする未加硫状態の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
〔２〕
（Ａ）Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2 （Ｉ）
（式中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基を示し、ａは１．９５〜２．０５の正数である。）
で表され、重合度が１００以上のオルガノポリシロキサン １００質量部、
（Ｂ）比表面積が５０ｍ²／ｇ以上の補強性シリカ １０〜１５０質量部、
（Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子と結合した水素原子を含有し、アルコキシ基、エポキシ基、（メタ）アクリル基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン ０．１〜３０質量部、
（Ｄ）ヒドロシリル化反応触媒 触媒量、
（Ｅ）接着付与剤 ０〜１０質量部
を含有するシリコーンゴム組成物からなる〔１〕記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
〔３〕
（Ｅ）成分の配合量が、（Ａ）成分１００質量部に対し０．０１〜１０質量部であり、（Ｅ）成分が、アルコキシ基、エポキシ基、アクリル（メタクリル）基のいずれかを１つ以上含む〔２〕記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
〔４〕
（Ｅ）成分が、ＳｉＨ基を含む〔３〕の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
〔５〕
厚さが０．３〜２．５ｍｍである〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
〔６〕
受光面パネル、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の第１のシリコーン接着剤シート、複数の太陽電池セル、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の第２のシリコーン接着剤シート、背面パネルを、前記第１の接着剤シートが、前記受光面パネル及び複数の太陽電池セルに接する態様、かつ、前記第２の接着剤シートが、前記背面パネル及び複数の太陽電池セルに接する態様で積層した後、真空ラミネータを用いて真空下加熱押圧することによりモジュール化することを特徴とする太陽電池が第１及び第２のシリコーン接着剤シートの硬化物によって封止されたシリコーン封止太陽電池モジュールの製造方法。
〔７〕
前記シリコーン接着剤シートを、カレンダーロール又は押し出し成形加工により形成する〔６〕記載のシリコーン封止太陽電池モジュールの製造方法。

本発明のシリコーンゴム組成物からなる接着剤シートは、押し出し成形、カレンダー成形等が可能なミラブルタイプの接着剤シートであり、受光面パネル、第１のシリコーン接着剤シート、複数の太陽電池セル、第２のシリコーン接着剤シート、及び背面パネルを積層して真空ラミネータを用いてモジュール化することができる。また、接着性も良好であり、ラミネート終了後、セルの封止性が高いモジュールを従来の液状シリコーンを用いることなく簡便に得ることができる。

本発明によるシリコーン封止太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。 本発明による、真空ラミネータにセットする積層体の一例を示す断面図である。 接着試験用被着体ガラスにマスキングテープを貼った例を示す平面図である。 接着試験片の断面図である。 接着試験の途中状態を示す断面図である。

本発明に係るシリコーン接着剤シートは、複数の太陽電池セル（該複数のセルを互いに接続してなる太陽電池ストリングス）を封止するためのものである。太陽電池セルを封止したシリコーン接着剤シートは、受光面パネルと裏面パネルとにサンドウィッチされて太陽電池モジュールが形成されるものである。
図１は、このようなシリコーン封止太陽電池モジュールの一例を示すもので、図中１が受光面パネル、２が裏面パネル、３が太陽電池セルストリングスで、１０がシリコーン接着剤シートである。

ここで、太陽電池ストリングスを封止してある状態のシリコーン接着剤シートは、加硫（硬化）されたもの（硬化シート）であり、本発明に係るシリコーン接着剤シートは未加硫のシリコーンゴム組成物からなるシリコーン接着剤シート（未硬化シート）であるが、その硬化後のシリコーン接着剤シート（硬化シート）と受光面パネルとの１８０度ピール接着強度が、ＪＩＳ Ｋ６２５６による測定法で、２．５Ｎ／ｃｍ以上、好ましくは３．０Ｎ／ｃｍ以上のものである。その上限は特に制限されないが、通常１０Ｎ／ｃｍ以下である。
この場合、シリコーンゴム組成物の硬化型はいずれのものでもよく、有機過酸化物硬化型、紫外線硬化型、縮合反応硬化型等が挙げられるが、特に付加反応硬化型のものが反応副生成物による変色の心配がないという点で好ましい。

この付加硬化型のシリコーンゴム組成物としては、
（Ａ）Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2 （Ｉ）
（式中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基を示し、ａは１．９５〜２．０５の正数である。）
で表され、重合度が１００以上のオルガノポリシロキサン １００質量部、
（Ｂ）比表面積が５０ｍ²／ｇ以上の補強性シリカ １０〜１５０質量部、
（Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子と結合した水素原子を含有し、アルコキシ基、エポキシ基、（メタ）アクリル基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン ０．１〜３０質量部、
（Ｄ）ヒドロシリル化反応触媒 触媒量、
（Ｅ）接着付与剤 ０〜１０質量部
を含有してなるものが好ましい。

上記のシリコーンゴム組成物において、（Ａ）成分は下記平均組成式（Ｉ）で表される重合度が１００以上のオルガノポリシロキサンである。
Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2 （Ｉ）
（式中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基を示し、ａは１．９５〜２．０５の正数である。）

上記平均組成式（Ｉ）中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基を示し、通常、炭素数１〜１２、特に炭素数１〜８のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、シクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、２−フェニルエチル基等のアラルキル基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子又はシアノ基等で置換した基が挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基が好ましい。なお、（メタ）アクリル基は含まない。

具体的には、該オルガノポリシロキサンの主鎖がジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部にフェニル基、ビニル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等を有するジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、メチルビニルシロキサン単位、メチル−３，３，３−トリフルオロプロピルシロキサン単位等を導入したものなどが好適である。

特に、オルガノポリシロキサンは、１分子中に２個以上のアルケニル基、シクロアルケニル基等の脂肪族不飽和基を有するものが好ましく、特にビニル基であることが好ましい。この場合、全Ｒ¹中０．０１〜２０モル％、特に０．０２〜１０モル％が脂肪族不飽和基であることが好ましい。なお、この脂肪族不飽和基は、分子鎖末端でケイ素原子に結合していても、分子鎖の途中のケイ素原子に結合していても、その両方であってもよいが、少なくとも分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。また、ａは１．９５〜２．０５、好ましくは１．９８〜２．０２、より好ましくは１．９９〜２．０１の正数である。

（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、分子鎖末端がトリメチルシロキシ基、ジメチルフェニルシロキシ基、ジメチルヒドロキシシロキシ基、ジメチルビニルシロキシ基、メチルジビニルシロキシ基、トリビニルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基で封鎖されたものを好ましく挙げることができる。
特に好ましいものとしては、メチルビニルポリシロキサン、メチルフェニルビニルポリシロキサン、メチルトリフルオロプロピルビニルポリシロキサン等を挙げることができる。

このようなオルガノポリシロキサンは、例えばオルガノハロゲノシランの１種又は２種以上を（共）加水分解縮合することにより、あるいは環状ポリシロキサン（シロキサンの３量体、４量体等）をアルカリ性又は酸性の触媒を用いて開環重合することによって得ることができる。これらは基本的に直鎖状のジオルガノポリシロキサンであるが、（Ａ）成分としては、分子量（重合度）や分子構造の異なる２種又は３種以上の混合物であってもよい。

なお、上記オルガノポリシロキサンの重合度は１００以上、好ましくは１００〜１００，０００、特に好ましくは３，０００〜２０，０００である。なお、この重合度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）分析によるポリスチレン換算の重量平均重合度として測定することができる。

（Ｂ）成分のＢＥＴ比表面積５０ｍ²／ｇ以上の補強性シリカは、加硫前後の機械的強度の優れたゴム組成物を得るために添加されるものである。この場合、シリコーンゴム組成物の透明性向上のためには、ＢＥＴ比表面積が２００ｍ²／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは２５０ｍ²／ｇ以上である。ＢＥＴ比表面積が２００ｍ²／ｇ未満だと、硬化物の透明性が劣る場合がある。なお、その上限は特に制限されないが、通常５００ｍ²／ｇ以下である。但し、背面パネル側の接着剤シートについては、透明性を必要としない場合、ＢＥＴ比表面積が５０ｍ²／ｇ以上のもので十分である。

このような（Ｂ）成分の補強性シリカとしては、煙霧質シリカ（乾式シリカ又はヒュームドシリカ）、沈降シリカ（湿式シリカ）等が挙げられる。また、これらの表面をクロロシラン、アルコキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等で疎水化処理したものも好適に用いられる。特にヘキサメチルジシラザンによる処理が、透明性が高くなり、好ましい。透明性を高めるには、補強性シリカとして煙霧質シリカの使用が好ましい。補強性シリカは、１種単独で使用しても２種以上を併用してもよい。

（Ｂ）成分の補強性シリカとしては、市販品を用いることができ、例えば、アエロジル１３０、アエロジル２００、アエロジル３００、アエロジルＲ−８１２、アエロジルＲ−９７２、アエロジルＲ−９７４などのアエロジルシリーズ（日本アエロジル（株）製）、Ｃａｂｏｓｉｌ ＭＳ−５、ＭＳ−７（キャボット社製）、レオロシールＱＳ−１０２、１０３、ＭＴ−１０（トクヤマ社製）等の表面未処理又は表面疎水化処理された（即ち、親水性又は疎水性の）ヒュームドシリカや、トクシールＵＳ−Ｆ（トクヤマ社製）、ＮＩＰＳＩＬ−ＳＳ、ＮＩＰＳＩＬ−ＬＰ（日本シリカ（株）製）等の表面未処理又は表面疎水化処理された沈降シリカ等が挙げられる。

（Ｂ）成分の補強性シリカの配合量は、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサン１００質量部に対して１０〜１５０質量部であり、好ましくは３０〜１２０質量部であり、更に好ましくは５０〜１００質量部である。（Ｂ）成分の配合量が少なすぎる場合には加硫前後の補強効果が得られず、またシリコーン接着剤の硬化後の透明性が低下する。多すぎる場合、シリコーンポリマー中へのシリカの分散が困難になると同時にシート状への加工性が悪くなるおそれがある。

本発明のシリコーンゴム組成物の（Ｃ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子と結合した水素原子（ＳｉＨ基）を含有するもので、下記平均組成式（ＩＩ）
Ｒ² _bＨ_cＳｉＯ_(4-b-c)/2 （ＩＩ）
（ここで、Ｒ²は炭素数１〜６の非置換又は置換の１価炭化水素基で、好ましくは脂肪族不飽和結合を有さないものである。具体例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基、シクロヘキセニル基、フェニル基等の非置換の１価炭化水素基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、シアノメチル基等の上記１価炭化水素基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子やシアノ基で置換された置換アルキル基等の置換の１価炭化水素基である。なお、アルコキシ基、エポキシ基、（メタ）アクリル基は含有しない。ｂは０．７〜２．１、ｃは０．０１〜１．０、かつｂ＋ｃは０．８〜３．０、好ましくはｂは０．８〜２．０、ｃは０．２〜１．０、かつｂ＋ｃは１．０〜２．５を満足する正数で示される。）
で示される従来から公知のオルガノハイドロジェンポリシロキサンが適用可能である。

また、オルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網目状のいずれの構造であってもよい。この場合、一分子中のケイ素原子の数（又は重合度）は２〜３００個、特に４〜２００個程度の室温で液状のものが好適に用いられる。なお、ケイ素原子に結合する水素原子（ＳｉＨ基）は分子鎖末端にあっても側鎖にあっても、その両方にあってもよく、一分子中に少なくとも２個（通常２〜３００個）、好ましくは３個以上（例えば３〜２００個）、より好ましくは４〜１５０個程度含有するものが使用される。

上記の（Ｃ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとして具体的には、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、トリス（ジメチルハイドロジェンシロキシ）メチルシラン、トリス（ジメチルハイドロジェンシロキシ）フェニルシラン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、環状メチルハイドロジェンポリシロキサン、環状メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、環状メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、（ＣＨ₃）₂ＨＳｉＯ_1/2単位とＳｉＯ_4/2単位とからなる共重合体、（ＣＨ₃）₂ＨＳｉＯ_1/2単位とＳｉＯ_4/2単位と（Ｃ₆Ｈ₅）ＳｉＯ_3/2単位とからなる共重合体等や上記各例示化合物において、メチル基の一部又は全部がエチル基、プロピル基等の他のアルキル基やフェニル基等のアリール基で置換されたものなどが挙げられる。

このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、（Ａ）成分のオルガノポリシロキサン１００質量部に対して０．１〜３０質量部、より好ましくは０．１〜１０質量部、更に好ましくは０．３〜１０質量部とすることが好ましい。

また、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、（Ａ）成分中のケイ素原子に結合したアルケニル基に対する（Ｃ）成分中のケイ素原子に結合した水素原子（即ち、ＳｉＨ基）のモル比（以下、ＳｉＨ／ＳｉＶｉのモル比という）が０．５〜１５モル／モル、好ましくは３〜１２モル／モル、より好ましくは４〜１０モル／モルとなる量で配合することが好ましい。

（Ｄ）成分のヒドロシリル化反応触媒は、公知のものが適用可能で、例えば、白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸と１価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等が挙げられる。なお、このヒドロシリル化反応触媒の配合量は触媒量とすることができ、通常、白金族金属質量に換算して、（Ａ）成分と（Ｃ）成分の合計に対して５〜１００ｐｐｍの範囲が好ましい。１ｐｐｍ未満であると付加反応が十分に進まず、硬化不十分となるおそれがあり、１，０００ｐｐｍを超える量を添加するのは不経済である。

（Ｅ）成分は、太陽電池パネルや太陽電池セル、あるいは表面がフッ素樹脂からなるバックシートへの接着力向上のために添加されるものであり、アルコキシ基、エポキシ基、アクリル（メタクリル）基のうちいずれか１つ以上のものを含む化合物であることが好ましく、これに加えてＳｉＨ基を有するものが更に好ましい。（Ｅ）成分の添加量は、（Ａ）成分１００質量部に対し０〜１０質量部であることが好ましく、配合する場合は０．０１〜１０質量部、好ましくは０．０１〜８質量部、より好ましくは０．２〜５質量部である。

（Ｅ）成分は具体的には、下記に示されるものが例示される。

これらの接着付与剤を微量添加することにより、受光面パネルとして広く使用されるガラス、及び同じセラミックスに含まれる太陽電池セル表面（ＳｉＮ膜）や裏面電極（Ａｌ）への接着性も向上し、加速劣化試験、例えば８５℃／８５％ＲＨ条件下放置後の接着性も維持されると考えられる。なお、これらの接着成分を添加した場合でも、（Ｃ），（Ｅ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサン総量は、（Ａ），（Ｅ）成分中のケイ素原子に結合したアルケニル基及び（メタ）アクリル基の合計に対する（Ｃ），（Ｅ）成分中のケイ素原子に結合した水素原子（即ち、ＳｉＨ基）の合計モル比（ＳｉＨ／ＳｉＶｉのモル比）が０．５〜１５モル／モル、好ましくは３〜１２モル／モル、より好ましくは４〜１０モル／モルとなる量で配合することが好ましい。

本発明のシリコーン接着剤組成物（シリコーンゴム組成物）には、上記反応触媒のほかに硬化速度を調整する目的で、付加反応制御剤を添加してもよい。具体的には、エチニルシクロヘキサノールやテトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンが挙げられる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、難燃性付与剤、ＵＶ吸収剤、着色剤等を添加することができる。

本発明のシリコーン接着剤組成物は、上述した成分の所定量を２本ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等で混練りすることによって得ることができる。

このように調製されたシリコーン接着剤組成物は、可塑度１５０〜１，０００、好ましくは２００〜８００、より好ましくは２５０〜６００である。可塑度が１５０より小さいと未硬化シートの形状維持が困難となったり、タックが強く使いづらくなる。また、１，０００を超えるとボソボソとなり、シート化工程が困難となる。なお、可塑度はＪＩＳ Ｋ６２４９に準じた方法で測定されたものである。

本発明のシリコーン接着剤組成物をシート状に成形する場合、成形方法としては、特に限定されないが、押し出し成形、カレンダー成形等が用いられる。この際、シリコーン接着剤シートの厚みは０．３〜２．５ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．０ｍｍである。０．３ｍｍより薄い場合、次工程である加熱硬化・太陽電池セルの封止工程において取り出し電極やバスバー電極の凹凸を空隙なく封止するのが困難な場合があり、２．０ｍｍより厚いと接着剤シートの質量が高くなり、結果としてモジュールの質量が増すことになる。

本発明によるシリコーン接着剤シートは未硬化状態であるため、いわゆる太陽電池用ＥＶＡのような表面がさらっとしたものではなく、表面タックを有し変形可能なものである。そこで、シート化する際、少なくとも片方の面にラミネートフィルムを施し、巻き取り時にシート同士が接着しないよう加工するのが好ましい。そして、モジュール化の際には、ラミネートフィルムを剥がして使用する。

以下、本発明による太陽電池のモジュール化方法について説明する。モジュール化は主に、ｉ）受光面側パネル積層体の形成、ｉｉ）背面側パネル積層体の形成、ｉｉｉ）、ｉ）及びｉｉ）のパネル積層体の貼り合わせ、ｉｖ）真空ラミネータを用いた太陽電池セルの封入、の４工程からなる。

ここで、受光面パネルとは、太陽光を入射させる側となる透明部材であるが、長期間屋外暴露されることから、透明性、耐候性、耐衝撃性に優れることが求められる。受光面パネルとしては、例えば白板強化ガラス、アクリル樹脂、フッ素樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられ、特に厚さ３〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが好ましい。

また、太陽光入射と反対側となる面である背面側パネルには、上記表面パネルと同様のガラスの他、フッ素樹脂やＰＥＴ樹脂の積層体からなるＴＰＴ等のバックシートも使用することができる。また、太陽電池モジュール内に生じる部分的なホットスポット現象を緩和するため、銅、アルミニウム、鉄等の金属シート、シリカをはじめ、酸化チタン、アルミナ、窒化アルミニウムなど高い熱伝導性を有する材料を担持した合成樹脂を用いてもよい。

［工程ｉ］
図２に示すように、受光面パネル１に第１の未加硫のシリコーン接着剤シート１０ａを載せ、その上に２〜６０個の太陽電池セルが接続されたセルストリングス３を、受光面を下にするように貼り付ける。これを、受光面パネル積層体とする。ここで、太陽電池セルは、一般的な単結晶シリコン又は多結晶シリコンのうちから選ばれる１種もしくは２種のシリコン半導体を用いてなるもので、太陽電池セルストリングス３は、ここでは、上記太陽電池セルをタブ線４で接続し組みセルとしたものが挙げられる。

［工程ｉｉ］
背面パネル２に第２の未硬化のシリコーン接着剤シート１０ｂを貼り付ける。これを、背面パネル積層体とする。

［工程ｉｉｉ］
受光面パネル積層体のセル裏面と背面パネル積層体のシリコーン接着剤シート１０ｂが接するように貼り合わせる。

［工程ｉｖ］
工程ｉｉｉで作製した「受光面パネル積層体／背面パネル積層体」を真空ラミネータにセットし、減圧空間内に一定時間脱泡後加熱しながら押圧して太陽電池セルを封止する。
ここで、「受光面パネル／背面パネル積層体」を減圧空間内に配置する場合、その減圧度は特に制限されないが、−０．０８〜−０．１０ＭＰａであることが好ましい。また、加熱・押圧条件も適宜選定されるが、７０〜１５０℃、特に１００〜１３０℃の加熱下、３〜５分の真空減圧後に大気圧で５〜３０分押圧することが好ましい。この押圧時にシリコーン接着剤シート１０ａ，１０ｂは架橋し、受光面パネル、第１のシリコーン接着剤シート１０ａ、太陽電池セルストリングス３、第２のシリコーン接着剤シート１０ｂ、及び背面パネル２が接着する。加熱温度が７０℃より低い場合、硬化速度が遅く成形時間内に加硫が完全に完了しない可能性があり、１５０℃より高い場合、硬化速度が速くなり、真空引き時間中に硬化が始まることで受光面あるいは背面パネルとの間に空隙が残る可能性がある。ここで、効果的に真空減圧するために、未硬化のシリコーン接着剤シートに「ゼブラ状」あるいは「ひし形状」の凹凸が形成することが有効である。

上記工程を経て、シリコーン封止太陽電池がモジュール化される。このモジュールの周囲にアルミニウム合金やステンレス鋼材からなるフレームを取り付け、ねじ等により固定されることにより、耐衝撃性が付与されたモジュールが完成する。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例１］
ジメチルシロキサン単位９９．８２５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％、ジメチルビニルシロキサン単位０．０２５モル％からなり、平均重合度が約８，０００であるオルガノポリシロキサン１００質量部、ＢＥＴ比表面積３００ｍ²／ｇの乾式シリカ Ａｒｏｓｉｌ３００（日本エアロジル（株）製）７０質量部、分散剤としてヘキサメチルジシラザン１６質量部、水４質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、１７０℃にて２時間加熱処理してコンパウンドを調製した。上記コンパウンド１００部に対し、付加架橋硬化剤としてＣ−２５Ａ（白金触媒）／Ｃ−２５Ｂ（オルガノハイドロジェンポリシロキサン）（共に、信越化学工業（株）製）をそれぞれ０．５質量部／２．０質量部を２本ロールで混練後添加し均一に混合し、未硬化のシリコーン接着剤組成物（シリコーンゴム組成物）を得た。なお、ＳｉＨ／ＳｉＶｉのモル比は５．４であった。

［接着力測定サンプルの作製］
図３に示したように、１２５ｍｍ×２５ｍｍ×５ｍｍ厚みの青板フロートガラス５の表面に７０ｍｍ×２５ｍｍの大きさにマスキングテープ６を貼った（残る５５ｍｍ×２５ｍｍが接着面）。このガラスを金型枠に入れ、上記均一に混合したシリコーン接着剤組成物７を、厚みが１ｍｍとなるよう、１２０℃、７０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で２０分間加熱硬化し、図４に示す接着力測定サンプルを得た。

［接着力の測定］
ＳＴＲＯＧＲＡＰＨ ＶＥ１０（東洋精機（株）製）を用い、図５に示すように５０ｍｍ／分の速度でゴムとガラスを引張り、１８０度ピール試験を行った。

［太陽電池モジュールの試作］
上記未硬化のシリコーン接着剤組成物を２本ロールで０．７ｍｍ厚みに分だしした。得られたシリコーン接着剤シートの両面に石島化学工業株式会社製のダイヤエンボスフィルム（エンボスＮＥＦタイプ；厚さ０．１５ｍｍ）のエンボスロール面をゴムロールにて押し付けて、２枚のシリコーン接着剤シートの両面にエンボス加工を施した。
次に、上記一方のエンボス加工を施したシリコーン接着剤シートの片面のエンボスフィルムを剥離した後、３４０ｍｍ×３６０ｍｍの受光面パネルとして旭ガラス（株）製の白板強化ガラス基板（以下、ガラス基板）にゴムロールにて貼り付けた。一方、背面パネルとして、２５０μｍ厚みの単層のＰＥＴフィルムを用い、上記と同様にしてその片面に、上記他方のエンボス加工を施したシリコーン接着剤シートの片面のエンボスフィルムを剥離した後、ゴムロールで貼り付けた。

次に、上記ガラス基板上に貼り付けた一方のシリコーン接着剤シートのもう片面のエンボスフィルムを剥離した後、その上に太陽電池素子を縦横方向に２行２列に接続した合計４直の単結晶シリコン太陽電池セルストリングスを載置し、更に上記背面パネルに貼り付けた他方のシリコーン接着剤シートのもう片面のエンボスフィルムを剥離した後、その剥離面を下にして太陽電池セルストリングス上に載置した。これにより、受光面ガラス／シリコーン接着剤シート／太陽電池セル／シリコーン接着剤シート／透明ＰＥＴの一体積層体が得られた。

この一体積層体を、真空ラミネータ装置に入れ、１１０℃加熱下、３分間減圧した後、１５分間大気圧で圧着することにより、太陽電池モジュールが得られた。この太陽電池モジュールについて、以下の評価を行った。
［太陽電池モジュールの外観評価（空隙・セル割れ）］
受光面ガラスと硬化したシリコーン接着剤シートの接着性を評価するため、接着界面にカッターの刃を入れ、引き剥がし試験を行った。この際、接着良好なものを○、受光面ガラスから剥離したものを×とした。
太陽電池モジュールを８５℃／８５％で５００時間の耐久試験を行い、外観及び接着性の評価を行った。受光面及び受光面と反対側の面において、隙間なく封止されている状態を「良好」、空隙が残った場合を「不良」とした。

［実施例２］
実施例１の通り調製したコンパウンド１００質量部に、ジメチルシロキサン単位９９．８２５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％、ジメチルビニルシロキサン単位０．０２５モル％からなり、平均重合度が約８，０００であるオルガノポリシロキサン１０質量部を後添加し、コンパウンドを得た。これを実施例１と同様にして組成物化し、接着試験、太陽電池の成形を行った。なお、ＳｉＨ／ＳｉＶｉモル比は４．６であった。

［実施例３］
実施例１の通り調製したコンパウンド１００質量部に、上記式（ｉ）の化合物を０．３質量部添加し、コンパウンドを得た。これを実施例１と同様にして組成物化し、接着試験、太陽電池の成形を行った。なお、ＳｉＨ／ＳｉＶｉモル比は７．０であった。

［実施例４］
実施例１の通り調製したコンパウンド１００質量部に、Ｃ−１５３Ａ（オルガノハイドロジェンシロキサン）（信越化学工業（株）製）を１質量部添加し、コンパウンドを得た。これを実施例１と同様にして組成物化し、接着試験、太陽電池の成形を行った。なお、ＳｉＨ／ＳｉＶｉモル比は８．６であった。

［比較例１］
ジメチルシロキサン単位９９．８２５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％、ジメチルビニルシロキサン単位０．０２５モル％からなり、平均重合度が約８，０００であるオルガノポリシロキサン１００質量部、ＢＥＴ比表面積２００ｍ²／ｇの乾式シリカ Ａｒｏｓｉｌ２００（日本エアロジル（株）製）７０質量部、分散剤としてジメチル−ジメトキシシラン２０質量部、ビニルトリメトキシシラン０．６質量部、ｐＨ３．５塩酸水６質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、１７０℃にて２時間加熱処理してコンパウンドを調製した。上記コンパウンド１００質量部に対し、付加架橋剤としてＣ−２５Ａ（白金触媒）／Ｃ−２５Ｂ（オルガノハイドロジェンポリシロキサン）（共に、信越化学工業（株）製）をそれぞれ０．５質量部／２．０質量部を２本ロールで混練後添加し、均一に混合し、未硬化のシリコーン接着剤組成物を得た。このときのＳｉＨ／ＳｉＶｉモル比は１．２であった。これを用い、実施例１と同様の接着試験、太陽電池の成形を行った。

［比較例２］
ジメチルシロキサン単位９９．８２５モル％、メチルビニルシロキサン単位０．１５モル％、ジメチルビニルシロキサン単位０．０２５モル％からなり、平均重合度が約８，０００であるオルガノポリシロキサン１００質量部、ＢＥＴ比表面積２００ｍ²／ｇの乾式シリカ Ａｒｏｓｉｌ２００（日本エアロジル（株）製）６０質量部、分散剤としてジメチル−ジメトキシシラン１０質量部、ビニルトリメトキシシラン０．３質量部、ｐＨ３．５塩酸水６質量部を添加し、ニーダーにて混練りし、１７０℃にて２時間加熱処理してコンパウンドを調製した。この組成物を比較例１と同様にして未硬化のシリコーン接着剤組成物を得た。このときのＳｉＨ／ＳｉＶｉモル比は２．２であった。これを用い、実施例１と同様の接着試験、太陽電池の成形を行った。

本発明のシリコーン接着剤シートを用いることで、従来のような取り扱い難い液状シリコーンを用いることなく、太陽電池セルを信頼性高く効果的に封止することが可能となった。また、シリコーン封止モジュールの生産性を大幅に向上させることができた。

１：受光面パネル
２：背面パネル
３：太陽電池セルストリングス
１０：硬化後のシリコーン接着剤シート
１０ａ，１０ｂ：未硬化のシリコーン接着剤シート

Claims (7)

1. それぞれ剛性または可撓性を有する受光面パネル及び背面パネルの間に配設される複数の太陽電池セルを封止するシリコーン接着剤シートであって、
   前記受光面パネル、背面パネル及び太陽電池セルに接する態様で積層して用いられる、
   硬化後のシリコーン接着剤シートと受光面パネルとのＪＩＳ Ｋ６２５６による１８０度ピール接着強度が２．５Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする未加硫状態の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
2. （Ａ）Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2 （Ｉ）
   （式中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換もしくは置換の１価炭化水素基を示し、ａは１．９５〜２．０５の正数である。）
   で表され、重合度が１００以上のオルガノポリシロキサン １００質量部、
   （Ｂ）比表面積が５０ｍ²／ｇ以上の補強性シリカ １０〜１５０質量部、
   （Ｃ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子と結合した水素原子を含有し、アルコキシ基、エポキシ基、（メタ）アクリル基を含有しないオルガノハイドロジェンポリシロキサン ０．１〜３０質量部、
   （Ｄ）ヒドロシリル化反応触媒 触媒量、
   （Ｅ）接着付与剤 ０〜１０質量部
   を含有するシリコーンゴム組成物からなる請求項１記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
3. （Ｅ）成分の配合量が、（Ａ）成分１００質量部に対し０．０１〜１０質量部であり、（Ｅ）成分が、アルコキシ基、エポキシ基、アクリル（メタクリル）基のいずれかを１つ以上含む請求項２記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
4. （Ｅ）成分が、ＳｉＨ基を含む請求項３記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
5. 厚さが０．３〜２．５ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項記載の太陽電池封止用シリコーン接着剤シート。
6. 受光面パネル、請求項１〜５のいずれか１項記載の第１のシリコーン接着剤シート、複数の太陽電池セル、請求項１〜５のいずれか１項記載の第２のシリコーン接着剤シート、及び背面パネルを、前記第１の接着剤シートが前記受光面パネル及び複数の太陽電池セルに接する態様、かつ、前記第２の接着剤シートが前記背面パネル及び複数の太陽電池セルに接する態様で積層した後、真空ラミネータを用いて真空下加熱押圧することによりモジュール化することを特徴とする太陽電池が第１及び第２のシリコーン接着剤シートの硬化物によって封止されたシリコーン封止太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記シリコーン接着剤シートを、カレンダーロール又は押し出し成形加工により形成する請求項６記載のシリコーン封止太陽電池モジュールの製造方法。

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