(57)【要約】【課題】耐紫外線性および難燃性、耐候性に優れた封止材と、その封止材を用いた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、樹脂封止材と、保護部材を有し、前記太陽電池セルは、受光面側と非受光面側に前記樹脂封止材を介して、保護部材が接着されて封止され、少なくとも前記受光面側の樹脂封止材は、木質系材料から抽出されたリグニン化合物を０．１重量パーセントから２０重量パーセントを含有するポリオレフィン樹脂組成物からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系材料から抽出されたリグニン化合物を０．１重量パーセントから２０重量パーセントを含有するポリオレフィン樹脂組成物からなる封止材。
【請求項２】
前記ポリオレフィン樹脂組成物は、
エチレン性不飽和シラン化合物と重合用ポリエチレンをグラフト重合させて得られるグラフト化ポリエチレン、またはエチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する、請求項１に記載の封止材。
【請求項３】
前記リグニン化合物は、
木質系材料をフェノール化合物により溶媒和した後、酸を添加し混合して得られるリグノフェノールあるいはその誘導体である請求項１に記載の封止材。
【請求項４】
前記木質系材料は、木粉、チップの他、古紙、間伐材、建築廃材のうち、少なくとも1種からなる請求項1記載の封止材。
【請求項５】
太陽電池セルと、樹脂封止材と、保護部材を有し、
前記太陽電池セルは、受光面側と非受光面側に前記樹脂封止材を介して、保護部材が接着されて封止され、
少なくとも前記受光面側の樹脂封止材が、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の封止材からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は封止材、並びにこれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池モジュールには、受光面側の最表面をガラスで覆うものと、透光性フィルムで覆うものとがある。受光面側を透光性フィルムで覆う太陽電池モジュールは、透光性フィルムと太陽電池セルとを封止材で接着する方法が一般的に採用されている。
受光面側の最表面を透光性フィルムで覆う太陽電池モジュールについては、前記封止に求められる機能としては、強度、耐熱性、耐紫外線性（以下耐ＵＶ性）、耐湿性、抗菌性などが挙げられる。屋上や屋根の上への設置が多いことを考えると、台風など強風時に風圧で損傷しないこと、雪や霜、雹などに耐えること、汚れがつきにくく、デザイン的にも優れたものであることなども求められている。また、太陽電池モジュールを住宅の屋根に搭載する場合、防火に対する法規制に合致することが建築物として認可される上で必要な用件の１つであり、難燃性を兼ね備えた封止材であることも望まれる。
例えば特許文献１は、吸湿性が少なく、酢酸発生の恐れのない太陽電池モジュール用封止材として、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体をベースポリマーとし、これと有機過酸化物及び架橋助剤を含有する架橋性の樹脂組成物からなる太陽電池モジュール用封止材を開示している。
また特許文献２は、透明性、耐熱性、柔軟性などに優れた太陽電池モジュール用封止材として、特定の非晶性又は低結晶性のα−オレフィン系共重合体からなる太陽電池封止材を開示している。
また、耐ＵＶ性を向上させる一般的な手法としては、封止材に有機系紫外線吸収剤を配合し、耐ＵＶ性である紫外線カット性能を付与する方法が取られる。特許文献３では、エチレン共重合体に有機系紫外線吸収剤であるトリアジン系化合物を含有するモジュール用を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０７／０９４４４５号
【特許文献２】特開２００６−２１０９０６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２の封止材は耐ＵＶ性が低く、屋外に長期間設置される太陽電池モジュールに適用するには改善する必要がある。
特許文献３では、耐ＵＶ性が向上した封止材が記載されているが、これらの有機系紫外線吸収剤は、低分子化合物であることから、樹脂などの高分子化合物との相溶性には限界があるため、例えば高い紫外線遮蔽効果を得るために高濃度に添加した場合には、紫外線吸収剤の析出や長期使用によるブリードアウトが生じ、ぬれ性、封止材-透明性フィルム界面の密着力などが低下するだけでなく、当初発現していた紫外線光遮断効果が失われるといった問題がある。
本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、耐ＵＶ性および難燃性に優れ、かつ、耐候性に優れた封止材、並びにその封止材を用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、木質系材料から抽出されたリグニン化合物を樹脂封止材に添加することにより、耐UV性と難燃性、耐候性を併せ持つ封止材及び太陽電池モジュールが得られた。
【０００６】
すなわち、本願の第１の発明は、ポリオレフィン樹脂からなる封止材料組成物（Ａ）であって、封止材料組成物（Ａ）が、木質系材料から抽出されたリグニン化合物（Ｂ）を０．１重量パーセントから２０重量パーセントを含有することを特徴とする。
【０００７】
封止材料組成物（Ａ）は、エチレン性不飽和シラン化合物と重合用ポリエチレンをグラフト重合させて得られるグラフト化ポリエチレンまたはエチレン−酢酸ビニル共重合体を含有するものであってもよい。
リグニン化合物（Ｂ）は、木質系材料をフェノール化合物により溶媒和した後、酸を添加し混合して得られるリグノフェノールからなるものである。
木質系材料は、木粉、チップの他、古紙、間伐材、建築廃材のうち、少なくとも1種からなるものであってもよい。
また、本願の第２の発明は、太陽電池モジュールが、太陽電池素子と、樹脂封止材と、保護部材を有し、太陽電池素子は、受光面側と非受光面側に前記樹脂封止材を介して、保護部材が接着されて封止され、少なくとも前記受光面側の樹脂封止材が、上記に記載の封止材からなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、耐ＵＶ性および難燃性や耐候性に優れた封止材、並びにその封止材を用いた太陽電池モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の詳細について説明する。
本発明のポリオレフィン樹脂からなる封止材料組成物（Ａ）としては、エチレン性不飽和シラン化合物と重合用ポリエチレンをグラフト重合させて得られるグラフト化ポリエチレン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、エチレン‐ビニルアルコール共重合体などを挙げることができる。なかでもエチレン性不飽和シラン化合物と重合用ポリエチレンをグラフト重合させて得られるグラフト化ポリエチレンが好ましく、この場合重合用ポリエチレンとしては低密度ポリエチレンレンを使用することが好ましい。低密度ポリエチレンレンは一般に側鎖含有量が多く、エチレン性不飽和シラン化合物をグラフト重合しやすいためである。
【００１１】
また本発明におけるエチレン性不飽和シラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリカルボシキシランなどを挙げることができる。
【００１２】
本発明におけるグラフト化ポリエチレンにおける、上記エチレン性不飽和シラン化合物の含有量は、０．０１重量パーセント〜４重量パーセントが好ましく、さらに０．１重量パーセント〜３重量パーセントであることが好ましい。含有量が０．０１重量パーセント未満だと接着性樹脂封止材としての接着性が得られず、また４重量パーセントを超えるとコストが高くなりすぎるためである。
本発明のポリオレフィン樹脂からなる封止材料組成物（Ａ）に含まれるリグニン化合物（Ｂ）は、特開２０１０−１５９３８１号公報に開示されている手法により得られる。主として木材である各種材料、例えば、例えば、木粉、チップの他、古紙、孟宗竹の間伐材、建築廃材などをフェノール化合物により溶媒和した後、酸を添加し混合して得られるリグノフェノールあるいはその誘導体を用いる。リグノフェノール誘導体における導入フェノール誘導体の量や分子量は、原料となるリグノセルロース系材料及び反応条件により変動する。
【００１３】
フェノール化合物としては、１ 価のフェノール化合物、２ 価のフェノール化合物、または３ 価のフェノール化合物などを用いることができる。１ 価のフェノール化合物の具体例としては、１ 以上の置換基を有していてもよいフェノール、１ 以上の置換基を有していてもよいナフトール、１ 以上の置換基を有していてもよいアントロール、１ 以上の置換基を有していてもよいアントロキノンオールなどが挙げられる。２ 価のフェノール化合物の具体例としては、１ 以上の置換基を有していてもよいカテコール、１ 以上の置換基を有していてもよいレゾルシノール、１ 以上の置換基を有していてもよいヒドロキノンなどが挙げられる。３ 価のフェノール化合物の具体例としては、１ 以上の置換基を有していてもよいピロガロールなどが挙げられる。本発明においては１ 価のフェノール化合物、２ 価のフェノール化合物及び３ 価のフェノール化合物のうち、１ 種あるいは２ 種以上を用いることができるが、好ましくは１ 価のフェノールを用いる。
リグノフェノール誘導体を調製する際に用いる酸は、セルロースに対する膨潤性を有する酸が好ましい。酸の具体例としては、例えば濃度６５重量％以上の硫酸（例えば、７２重量％の硫酸）、８５重量％以上のリン酸、３８重量％以上の塩酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、ギ酸などを挙げることができる。
【００１４】
封止材料組成物（Ａ）に対する上記リグニン化合物（Ｂ）の含有量としては、封止材料組成物（Ａ）の０．１重量パーセント〜２０重量パーセントが好ましく、さらに５重量パーセント〜１０重量パーセントであることが好ましい。含有量が０．１重量パーセント未満では十分な耐UV性及び難燃効果を得られず、また２０重量パーセントを超えると太陽電池モジュール用封止材として使用する場合、封止材料組成物（Ａ）の透明性が低下する。
例えば、封止材料組成物（Ａ）に対する上記リグニン化合物（Ｂ）の含有量が２０重量パーセントを超えると、太陽電池モジュール用封止材とした場合、光透過率が９０％以下になり、太陽電池セルの効率が下がる。
【００１５】
本発明の封止材には、以上の各成分のほか、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、酸化防止剤、充填材、加工助剤、架橋剤、架橋助剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、着色剤などの添加剤を配合することができる。例えば酸化防止剤としてはトリス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）フォスファイトなどのリン系酸化防止剤および３−ヒドロキシ−５，７−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フラン−２−オンなどのラクトン系酸化防止剤などが挙げられる。さらに、難燃剤や難燃助剤も、本発明の効果を阻害しない範囲で配合することができる。そのような難燃剤としては縮合リン酸エステル、フォスフィン酸金属塩などの有機リン系難燃剤、赤燐などの無機リン系難燃剤、ポリリン酸アンモニウムなどのイントメッセント系リン系難燃剤、臭素化ポリスチレンなどのハロゲン系難燃剤、メラミンなどの窒素系難燃剤、水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物、ホウ酸亜鉛などのホウ酸化合物、三酸化アンチモンなどのアンチモン系化合物などが挙げられる。
【００１６】
本発明の封止材の製造方法は、以上の各成分をバンバリーミキサ、加圧ニーダ、一軸または多軸押出機、ミキシングローラ、ブラベンダーなどにより溶融混練機を用いて混合および混練することで製造することができる。
成形方法は、一般的に太陽電池モジュール用接着性樹脂封止材の製造に用いられるのであれば、特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば押出成形、射出成形、中空成形、圧縮成形などの方法を挙げることができる。
本発明の樹脂封止材料を用いた太陽電池モジュールの実施形態の断面図を図１に示す。なお、本発明において、受光面とは、太陽電池セルが太陽光を受光する側の面のことである。また、非受光面とは、太陽電池セルが太陽光を受光する面の反対面を意味する。
図１に示す太陽電池モジュールは、受光面側保護部材１、受光面側封止材２、太陽電池セル３、非受光面側封止材４、非受光面側保護部材５で構成されている。
本発明で用いられる受光面側保護部材１としては、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂フィルムを用いることができる。
【００１７】
本発明で用いられる受光面側封止材２および非受光面側封止材４としては少なくとも受光面側封止材２がリグニン化合物（Ｂ）を含む封止材料組成物（Ａ）より形成されていることが好ましく、さらに受光面側封止材２と非受光面側封止材４がリグニン化合物（Ｂ）を含む封止材料組成物（Ａ）より形成されていることがより好ましい。
【００１８】
太陽電池セル３としては、特に限定はなく、単結晶材料の半導体pn接合や、非単結晶材料のpin接合、あるいはショットキー接合などの半導体接合などが用いられる。半導体材料としては、シリコン系化合物が用いられる。好ましくは、可とう性を有する太陽電池セルであり、特に好ましくは、ステンレス基板やポリイミドフィルム基板上に形成されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）半導体や化合物半導体、ＣＩＧＳ半導体である。
【００１９】
非受光面側保護部材５としては、受光面側保護部材１と同じ材料を用いることができる。また、光を透過しない材料も使用可能であり、溶融亜鉛メッキ鋼板、ガルバリウム鋼板、アルミ板、ステンレス板などの金属板、プラスチック板、ＦＲＰ板などを使用することができる。
【実施例】
【００２０】
次に、本発明の実施例をよりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に特に限定されるものではない。
<実施例１>
（グラフト化ポリエチレンの調製）
ポリオレフィン樹脂としてメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン１００重量部に対して、ビニルトリメトキシシラン２．５重量部とラジカル発生剤としてジクミルパーオキサイド０．１重量部とを混合し、２００℃で溶融混練し、グラフト化ポリエチレンを得た。
（マスターバッチの調製）
チーグラー直鎖状低密度ポリエチレン１００重量部に対し、リン系酸化防止剤０．５重量部とリグニン化合物であるリグノクレゾール７重量部とを混合し、溶融加工し、マスターバッチを得た。
（封止材の作製）
上記グラフト化ポリエチレン２０重量部に対して、上記マスターバッチ５重量部とメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン８０重量部とを混合し、押出機、１０００ｍｍ幅のＴダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出温度２３０℃、引き取り速度４ｍ／ｍｉｎで４００μｍ厚の太陽電池モジュール用耐UV性封止材を得た。
（太陽電池モジュールの作製）
厚さ２５μｍのＥＴＦＥフィルム（受光面側保護部材１）、厚さ４００μｍの太陽電池モジュール用耐ＵＶ性封止材シート（受光面側封止材２）、プラスチック基板a-Si太陽電池素子（太陽電池セル３）、厚さ４００μｍの太陽電池モジュール用耐UV性封止材シート（非受光面側封止材４）、厚さ０．８ｍｍのフッ素樹脂塗装鋼板（非受光面側保護部材５）の順に重ね合わせた後、真空加熱圧着法により、温度１４０℃から１５０℃で、５分から２５分間、真空加熱圧着することで、ラミネート成型を行った。
【００２１】
<実施例２>
マスターバッチの調製において、チーグラー直鎖状低密度ポリエチレン１００重量部に対し、リン系酸化防止剤０．５重量部とリグニン化合物であるリグノカテコール７重量部とを混合し、溶融加工した以外は、実施例１と同様にして厚さ４００μｍの太陽電池モジュール用耐UV性封止材シートを作製し、さらに実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００２２】
<比較例１>
マスターバッチの調製において、チーグラー直鎖状低密度ポリエチレン１００重量部に対し、ヒンダートアミン系光安定剤５重量部とリン系酸化防止剤０．５重量部とベンゾフェノン系紫外線吸収剤３．５重量部とを混合した以外は、実施例１と同様にして厚さ４００μｍの太陽電池モジュール用耐ＵＶ性封止材シートを作製し、さらに実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００２３】
<比較例２>
マスターバッチの調製において、チーグラー直鎖状低密度ポリエチレン１００重量部に対し、リン系酸化防止剤０．５重量部を混合した以外は、実施例１と同様にして厚さ４００μｍの太陽電池モジュール用耐ＵＶ性封止材シートを作製し、さらに実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００２４】
<評価>
（性能試験結果）
実施例１、２、比較例１及び２の太陽電池モジュールに対し、耐光性試験、飛び火試験を実施した結果を表１に示す。各太陽電池モジュールの受光面側に用いた封止材の全光線透過率も表１に記載した。
耐光試験は、メタルハライドランプ（約２９０ｎｍ以下カットフィルター存在下）（商品名：アイスーパーＵＶテスター、岩崎電気製）で照度９０ｍＷ／ｃｍ２、温度６３℃、湿度５０％ＲＨの条件で光照射し、各太陽電池モジュールのＥＴＦＥフィルム及び封止材シートの積層フィルム部において光照射前の遮蔽率が１％である波長で、光照射後に遮蔽率が５％になるまでにかかった時間を評価した。比較例２を試験した際にかかった時間を１（基準）としたとき、耐光性を下記の基準で評価した。
【００２５】
○：比較例２に対して３以上の場合
△：比較例２に対して１以上３未満の場合
×：比較例２に対して０．１以上１未満の場合
また、飛び火試験は、建築基準法６３条に規定された屋根葺き材の飛び火性能試験・評価方法に準拠して評価し、令１０９条の第１号に記載の要求を満足するものを可とし、満足しないものを不可とした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
試験を実施した結果、本発明の実施例１および２の太陽電池モジュールは、全光線光透過率を良好に維持したまま、高い耐光性を有すると共に、飛び火試験にも合格した。一方、比較例１に示す太陽電池モジュールは、飛び火試験に不合格であり、比較例２に示す太陽電池モジュールは、耐光性が低く、さらに飛び火試験にも不合格であった。
【００２８】
＜実施形態の効果＞
本発明の封止材に含まれるリグニン化合物（Ｂ）は、分子構造内にベンゼン核を多く含むため、紫外線などの光線を吸収して熱エネルギーに変換する効果、及び、樹脂等が光吸収して分解して発生したラジカルを捕捉し、分解連鎖反応を抑制する効果を有し、優れた耐UV性を有する。
その他にも、分子構造内に多く含まれるフェノール基は黒鉛を形成し易いため、燃焼したときに優れた難燃性を有する。
本発明の封止材を用いることにより、耐ＵＶ性や難燃性等に優れた太陽電池モジュールが得られる。
【符号の説明】
【００２９】
１  受光面側保護部材
２  受光面側封止材
３  太陽電池セル
４  非受光面側封止材
５  非受光面側保護部材
【図１】
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