(57)【要約】【課題】太陽電池モジュール内の封止材の熱伝導性を向上させることにより、ホットスポットが発生しても太陽電池セルの発熱を抑え、セルの破損による発電量の低下を防ぐとともに、温度上昇を抑え発電効率の低下を防ぐ。【解決手段】透明樹脂と、ダイヤモンド粒子又は窒化珪素粒子と、合金とを含むことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。また、光透過性表面保護部材、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記裏面側封止材シートが前記太陽電池モジュール用封止材シートであることを特徴とする太陽電池モジュールとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂と、ダイヤモンド粒子又は窒化珪素粒子と、合金とを含むことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項２】
前記合金が粒子状であり、その粒径が０より大きく前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項３】
前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子の粒径が０より大きく６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項４】
前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子が前記透明樹脂１．０質量部に対して０．３質量部以上２．５質量部以下含まれていることを特徴とする請求項１乃至３記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項５】
前記合金が前記透明樹脂１．０質量部に対して０．２質量部以上０．４質量部以下含まれていることを特徴とする請求項１乃至４記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項６】
前記合金の融点が１２５℃以上１３５℃以下であることを特徴とする請求項１乃至５記載の太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項７】
光透過性表面保護部材、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記裏面側封止材シートが請求項１乃至６記載の太陽電池モジュール用封止材シートであ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、放熱性を向上させた太陽電池モジュールを与えることのできる封止材シート及びそれを用いて封止材とした太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用するクリーンな発電技術として、太陽電池が近年注目を集めている。太陽電池には、結晶シリコン、非晶シリコン、化合物半導体、有機色素等、多様な方式が存在する。中でも、結晶シリコン系太陽電池は耐候性、耐久性に優れ、比較的高い光電変換効率を有している。
【０００３】
しかし、屋外に設置された太陽電池モジュールでは、何らかの物体によって太陽電池の一部が陰になってしまい、発電が不十分になると陰になった太陽電池セルが抵抗となり、発熱する。この状態をホットスポットといい、このホットスポットが長く続くと太陽電池セルの破損を招き、発電量が低下してしまう。
【０００４】
また、真夏には太陽電池モジュール内のセル温度が６０〜８０℃位まで上がってしまい、発電効率が低下する。
【０００５】
上記のような、太陽電池モジュールに発生するホットスポットや温度上昇などをふせぐために、特許文献１では太陽電池モジュールの裏面保護部材側に放熱フィンとしての凹凸加工を施すことなどが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような太陽電池モジュールの裏面保護部材側に放熱フィンとしての凹凸加工を施す方法では、一般に多く使われているＥＶＡなどの封止材の熱伝導性が悪いので、封止材部分に熱がこもってしまい、十分な放熱効果が得られない。
【０００８】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュール内の封止材の熱伝導性を向上させることにより、ホットスポットが発生しても太陽電池セルの発熱を抑え、セルの破損による発電量の低下を防ぐとともに、温度上昇を抑え変換効率の低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、透明樹脂と、ダイヤモンド粒子又は窒化珪素粒子と、合金とを含むことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
さらに、前記構成に加えて、前記合金が粒子状であり、その粒径が０より大きく前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子よりも小さいことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
さらに、前記構成に加えて、前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子の粒径が０より大きく６０μｍ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
さらに、前記構成に加えて、前記ダイヤモンド粒子又は前記窒化珪素粒子が前記透明樹脂１．０質量部に対して０．３質量部以上２．５質量部以下含まれていることを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
【００１０】
さらに、前記構成に加えて、前記合金が前記透明樹脂１．０質量部に対して０．２質量部以上０．４質量部以下含まれていることを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
さらに、前記構成に加えて、前記合金の融点が１２５℃以上１３５℃以下であることを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シートとする。
【００１１】
さらに、光透過性表面保護部材、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記裏面側封止材シートが前記構成の太陽電池モジュール用封止材シートであることを特徴とする太陽電池モジュールとする。
【発明の効果】
【００１２】
このような特徴の太陽電池モジュールによれば、前記裏面側封止材材料（例えばＥＶＡ樹脂は熱伝導率０．１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋ）に前記裏面側封止材材料より熱伝導率が非常に大きいダイヤモンド粒子（熱伝導率１０００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋ）または窒化珪素粒子（熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ）を含有することで、前記裏面側封止材材料の熱伝導率が上がり、加えて低融点合金を加えることで、当該ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の粒子間のつながりが強くなり、熱の放射をより迅速に行うことができ、ホットスポットが発生してもセルの発熱を抑え、セルの破損による発電量の低下を防ぐとともに、温度上昇を抑え変換効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
【００１５】
本発明の太陽電池モジュール用封止材シート（以下、単に封止材シートとする）は、透明樹脂と、ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子と、合金とを含む。
本発明の太陽電池モジュールは、光透過性表面保護部材、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られる太陽電池モジュールであって、前記裏面側封止材シートが本発明の封止材シートである。
【００１６】
本発明の封止材シートは、透明樹脂を含む。
封止材１０の主材料である透明樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン；アイオノマー；エチレン―酢酸ビニル共重合体；ポリフッ化ビニル；ポリ塩化ビニル、または、これらの共重合体を用いることができる。
【００１７】
また、封止材１０の主材料には、透明性の高いほかの樹脂を用いることもでき、エチレン―酢酸ビニル共重合体などが好ましく用いることができる。
【００１８】
本発明の封止材シートは、ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子を含む。
ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子は熱伝導性が高く、絶縁性も高いので、封止材シートに含ませることで、太陽電池モジュールの熱伝導性を向上させ、且つ絶縁性、耐電圧性の低下を防ぐことができる。
【００１９】
熱伝導性の向上のために用いられる粒子としては、ダイヤモンドや窒化珪素の他、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、酸化マグネシウム、窒化硼素、酸化ベリリウム等が挙げられる。
【００２０】
また、上記ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の粒径は０より大きく、６０μｍ以下であることが望ましい。この粒径のダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子は６０μｍの目を持つ篩を通して得ることができる。ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の粒径が大きすぎると封止材の接着強度が低下してしまう。
【００２１】
さらに、上記ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子は前記透明樹脂１．０質量部に対して０．３質量部以上２．５質量部以下添加されていることが望ましい。添加量が０．３質量部未満の場合は熱伝導性の向上が見られない、また添加量が２．５質量部より大きい場合は封止材の接着強度が低下してしまう。
【００２２】
本発明の封止材シートは、透明樹脂、ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子に加えて、さらに合金を含む。
ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子に加えて合金を含ませることで前記ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子間のつながりが強くなり、さらに熱伝導性を向上させることができる。
【００２３】
添加することでダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子間のつながりを強くすることができる合金の組成としては、ガリウム、カドミウム、インジウム、スズ、水銀、鉛、ビスマス、亜鉛等が挙げられる。
環境を考慮すると、ガリウム、インジウム、スズ、ビスマス、亜鉛等の合金が好ましい。
【００２４】
また、前記合金は、前記組成のうち2種以上の組み合わせからなり、必要溶融温度により、成分、組成を適宜選択し用いることができる。
【００２５】
また、この合金は粒子状が好ましく、その成分、組成により、各種アトマイズ法を用いることで得ることができる。
【００２６】
また、この合金粒子の粒径は０より大きく前記ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の粒径より小さいことが望ましい、目的とする粒径の合金粒子は前記ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の最大粒径より小さい目を持つ篩を通して得ることができる。合金粒子が大きすぎると封止材の接着強度が低下してしまう。
【００２７】
さらに、上記合金は融点が、封止材の成形温度より高く、太陽電池モジュールの成形温度よりも低いことが好ましく、具体的には融点が１２５℃より高く１３５℃より低いことが望ましい。融点が１２５℃より低い場合は封止材としての製膜工程時の作業性に難が出る、また融点が１３５℃より高い場合はモジュール化の際に粒子間のつながりが強くならず、熱伝導性を向上させることが難しい。
このような融点を与える合金としては、ビスマスが５６％、スズが４０％、亜鉛が４％からなる合金（融点１３０℃）や、ビスマスが５８％、スズが４２％である合金（融点１３５℃）を挙げることができる。
【００２８】
さらに、上記合金は透明樹脂１．０質量部に対して０．２質量部以上０．４質量部以下添加されていることが望ましい。添加量が０．２質量部未満の場合は熱伝導性の向上が見られない。また添加量が０．４質量部より大きい場合は絶縁性、耐電圧性が低下してしまう。
【００２９】
透明樹脂には、透明性を損なわない範囲で強度を高めることを目的として、架橋剤を添加してもよい。架橋剤としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、ｎ−ブチル４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，２−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン等が挙げられる。
【００３０】
また、透明樹脂には、上記架橋剤の他に架橋反応を促進するための添加剤を添加してもよい。添加剤としては、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレート、トリアリルシアレート等が挙げられる。
【００３１】
また、透明樹脂には、上記以外にも、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤を添加してもよい。
【００３２】
密着性の向上のために用いられるシランカップリング剤としては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシプロピルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロロプロピルシラン、トリエトキシフェニルシラン等が挙げられる。
【００３３】
耐光性の向上のために用いられる紫外線吸収剤としては、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−［（ヘキシル）オキシ］−フェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン等が
挙げられる。
【００３４】
熱安定性の向上のために用いられる酸化防止剤としては、１，６−ヘキサンジオール−ビス［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］、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］、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン、ビス（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。
【００３５】
上記透明樹脂、ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子、合金、架橋剤等の添加剤を混合し、加熱溶融した樹脂組成物を、Ｔダイ法またはカレンダー法を用いて製膜し、封止材シートの製造を行う。この製膜工程の中で、熱溶融した状態の樹脂組成物を、表面に凹凸パターンが施されているロール（金属またはゴム製）に押し当てることで、成形された封止材シートの片面もしくは両面に該ロールの凹凸パターンを転写し、封止材シート表面にエンボス加工を施すことができる。
このとき、成膜温度が、添加される合金の融点よりも低いことで、封止材シート中における合金の分散状態を保つことができるので好ましい。
【００３６】
太陽電池モジュール２０の試作方法について説明する。図１のように光透過性表面保護部材１、表面側封止材シート１１、太陽電池セル３（図示しない配線を備えている）、裏面側封止材シート１２、裏面保護部材２を積層した積層体を、上蓋側とラミネート室内でそれぞれ真空引き可能なラミネーター内に配置し、ラミネート室内の温度を例えば１５０℃に維持しながら上蓋とラミネート室内の両方で９０秒間真空引きを行い、前記積層体内部を脱気しながら仮接着する。（真空脱気・仮接着）
上記仮接着完了後、ラミネート室内の温度をそのまま１５０℃にし、ラミネーター上蓋側の真空状態を解除して、該上蓋によって該積層体に圧力がかかるようにし、１０分間熱と圧力を保持する。こうして表面側と裏面側の封止材シートを硬化して封止材とし、積層体を太陽電池モジュールとする。（本圧着）
【００３７】
このほか、透明樹脂の種類によって、ラミネート時に仮接着工程を行わない場合や、キュア（硬化）が不要な場合があるが、いずれにおいてもラミネート温度が、添加される合金の融点を上回ることで、合金がダイヤモンド粒子などの熱伝導性粒子間のつながりを強化し、熱伝導性を向上させることができる。
【実施例】
【００３８】
＜実施例１〜１０、比較例１＞
透明樹脂としてＥＶＡ（酢酸ビニル単位の含有量が３０質量％）を１００質量部、架橋剤として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を０．６質量部、その他添加剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを０．４質量部、トリアリルイソシアヌレートを０．６質量部、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイトを０．１質量部と、それにダイヤモンド粒子を合金とを表１に示す粒径、融点、質量部で添加し、混合してそれぞれ実施例１〜１０の樹脂組成物を調整した。
また、ダイヤモンド粒子と合金とを添加しない他は、透明樹脂や架橋剤、添加剤等の組成を同じとして標準の樹脂組成物を調整した。
【００３９】
実施例１〜３及び比較例１〜７の樹脂組成物と、標準の樹脂組成物をＴダイ法にて、１１０℃で溶融し、封止材シートを成形した。全てにおいて、厚みは４００μｍであった。
【００４０】
白板ガラス（３ｍｍ厚）を光透過性表面保護部材１として使用し、フッ化ビニルポリマーフィルム（３８μｍ厚）を裏面保護部材２として使用し、上記のとおり作製した標準の封止材シートを表面側封止材シート１１とし、実施例１〜１０及び標準の封止材シートを裏面側封止材１２とし、表面側及び裏面側封止材シートの間に太陽電池セル３を配置して、それぞれ積層体を形成した。比較例１においては表面側だけでなく裏面側も標準の封止材シートである。
実施例１〜１０、比較例１の積層体をそれぞれ真空ラミネーターにて１５０℃、９０秒で仮接着、１５０℃、１０分間圧力をかけて本圧着し、表面側及び裏面側封止材シートを硬化して太陽電池モジュールを作成した。
【００４１】
実施例１〜１０のダイヤモンド粒子の粒径、重量部、合金の粒径、重量部、融点は表１に示す通りである。
実施例１〜９に使用した合金はビスマス５６％、スズ４０％、亜鉛４％の比率のものをガスアトマイズ法で粒子状にしたものを使用した。融点は１３０℃である。
また、実施例１０には合金はビスマス５０％、スズ５０％の比率のものをガスアトマイズ法で粒子状にしたものを使用した。融点は１６０℃である。
【００４２】
上記の実施例１〜１０と比較例１の暴露試験時の温度、暴露試験時の変換効率、接着強度、及び抵抗値を測定した。結果を表１に示す。
【００４３】
＜温度＞
得られた太陽電池モジュールを野外に暴露（２４℃、５時間）し、温度センサ（ＫＯＮＩＣＡ  ＭＩＮＯＬＴＡ製  ＳＰＯＴ  ＴＨＥＲＭＯＭＥＴＥＲ  ＨＴ−２１）にて太陽電池セル表面の温度を測定した。
【００４４】
＜変換効率＞
上記暴露試験における温度での発電変換効率を測定し、太陽電池セル表面温度が２５℃の時の発電効率を１.００として、算出比較した。
【００４５】
＜接着強度＞
背面保護部材２と封止材１０との界面にカッターナイフで剥離きかっけとして切り込みを入れ、背面保護部材を接着強度測定機のチャックに固定し９０°の角度で接着強度を測定した。接着強度測定機としては、ＯＲＩＥＮＴＥＣ製ＴＥＮＳＩＬＯＮ（ＲＴＣ−１２５０）を用いた。測定条件としては、１．５ｃｍ幅の接着強度測定とし、剥離速度は３０ｍｍ／分とした。
表接着強度が、３０Ｎ／１５ｍｍ以上の場合は接着強度が十分であるとみなし「丸印」、３０Ｎ／１５ｍｍに満たない場合は接着強度が不十分であるとみなし「バツ印」とした。
【００４６】
＜抵抗率＞
実施例１〜１０、及び標準（比較例１）の封止材シートのみで１５０℃にて真空ラミネートを行って封止材サンプルを作成し抵抗率を測定した。抵抗率測定機としては、三菱化学株式会社製Ｈｉｒｅｓｔａ−ＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いた。測定条件としては、印加電圧１０００Ｖ、測定時間１０分とした。
抵抗率が、１．０×１０１５[Ω／□]以上の場合は抵抗率が十分であるとみなし「丸印」、１．０×１０１５[Ω／□]に満たない場合は抵抗率が不十分であるとみなし「バツ印」とした。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
ダイヤモンド粒子と合金とを添加した樹脂組成物から成形された封止材シートを、背面側封止材シートとして使用した太陽電池モジュールでは、全てにおいて、暴露試験時の温度の低下（６０℃以下）が確認できた。また、暴露試験時の変換効率も０．８５以上と高い水準を維持できた。なかでも、透明樹脂に含まれるダイヤモンド粒子の粒径が６０μｍ以下、その量が透明樹脂１．０質量部に対して０．３質量部以上２．５質量部以下、さらに透明樹脂に含まれる合金の粒径が前記ダイヤモンド粒子の粒径以下、その量が透明樹脂１．０質量部に対し０．２質量部以上０．４質量部以下、融点が１２５℃以上１３５℃以下である実施例１から３は、温度の上昇が抑えられただけでなく、変換効率が０．８７以上と高い水準を保ち、かつ接着強度も抵抗率も優れたものであった。
【００４９】
合金の添加量が少ない実施例４、合金の融点が高い実施例１０では温度は低く保てたものの変換効率向上効果が少なかった。また、合金の添加量が多い実施例５では、封止材の抵抗率が低くなった。また、ダイヤモンド粒子の添加量が多い実施例７、ダイヤモンド粒子の粒径が大きい実施例８、合金の粒径がダイヤモンド粒子より大きい実施例９では、背面側保護部材と封止材との接着強度が低かった。
背面側封止材シートに標準の封止材シートを用いた比較例１では、暴露試験において温度が上昇し、変換効率も低下していることがわかった。
【００５０】
以上の結果より実施例１〜１０の構成の封止材１０を用いることで温度の上昇が抑えられ、特に実施例１〜３の構成の封止材１０を用いることで、白板ガラス／封止材１０間の接着強度が良好でかつ、太陽電池モジュールの温度上昇を抑え発電効率の低下を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、前記裏面側封止材材料（例えばＥＶＡ樹脂は熱伝導率０．１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋ）に前記裏面側封止材材料より熱伝導率が非常に大きいダイヤモンド粒子（熱伝導率１０００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋ）または窒化珪素粒子（熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ）を含有することで、前記裏面側封止材材料の熱伝導率が上がり、加えて低融点合金を加えることで、当該ダイヤモンド粒子または窒化珪素粒子の粒子間のつながりが強くなり、熱の放射をより迅速に行うことができ、ホットスポットが発生してもセルの発熱を抑え、セルの破損による発電量の低下を防ぐとともに、温度上昇を抑え変換効率の低下を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・・光透過性表面保護部材
２・・・・裏面保護部材
３・・・・太陽電池セル
１０・・・封止材
１１・・・表面側封止材シート
１２・・・裏面側封止材シート
２０・・・太陽電池モジュール
【図１】
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