(57)【要約】【課題】厚みを持たせず又は圧着温度を高くしなくても、圧着工程の際の太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止できる太陽電池モジュール用封止材を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュール用封止材は、融点が７１℃以下で、且つ、ＪＩＳ  Ｋ６９２４−２：１９９７に従い、温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定したメルトマスフローレートが１５ｇ／１０分以上のエチレン系重合体を含有する。本発明の太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１を挟持した一対の太陽電池モジュール用封止材１２と、太陽電池セル１１の少なくとも一方の面に接合されたストリングリボン１５とを備え、前記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上記太陽電池モジュール用封止材である。【選択図】図１
2015170640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点が７１℃以下で、且つ、ＪＩＳ  Ｋ６９２４−２：１９９７に従い、温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定したメルトマスフローレートが１５ｇ／１０分以上のエチレン系重合体を含有する、太陽電池モジュール用封止材。
【請求項２】
太陽電池セルと、該太陽電池セルを挟持した一対の太陽電池モジュール用封止材と、前記太陽電池セルの少なくとも一方の面に接合されたストリングリボンとを備え、前記一対の太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方が請求項１に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルを封止するための太陽電池モジュール用封止材およびこれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への関心の高まりに伴い、太陽光発電の普及が急速に拡大している。通常、太陽光発電では、発電素子である複数の太陽電池セルが一対のシート状の封止材に挟持され、さらにこれらが透明保護材とバックシートに挟持された太陽電池モジュールが使用される。太陽電池セルを封止するための封止材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ」という。）等のエチレン系重合体を主成分としたものが広く使用されている。
太陽電池モジュールにおいては、通常、複数の太陽電池セルは、帯状導電体であるストリングリボンによって電気的に接続されている。太陽電池セルにおいては、表側の面（第１面）と裏側の面（第２面）とに電極が設けられ、第１面の電極と第２面の電極では電荷の正負が異なっている。したがって、隣接する太陽電池セルをストリングリボンによって電気的に接続する際には、ストリングリボンを、一方の太陽電池セルの第１面に設けられた電極と、他方の太陽電池セルの第２面に設けられた電極とに接合する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７８５２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、太陽電池セルの第１面に接合したストリングリボンは、太陽電池セルに入射する光を遮るため、太陽電池セルへの光の入射量を低下させる原因になる。太陽電池セルへの光の入射量を増加させるためには、ストリングリボンの幅を狭くすればよいが、ストリングリボンの幅を狭くすると、ストリングリボンの電気抵抗が大きくなり、電気伝導性が低下する。ストリングリボンの幅を狭くしながらも電気伝導性を維持するためには、ストリングリボンの断面積を維持すればよく、具体的には、ストリングリボンを厚くすればよい。
太陽電池モジュールの製造においては、太陽電池セルに封止材を圧着する工程を有し、その圧着工程の際には、シート状であった封止材が熱溶融し、外圧により太陽電池セルに密着する。ところが、ストリングリボンを厚くすると、シート状の封止材と太陽電池セルとの間の隙間に存在していた空気が完全には脱気され難いため、圧着工程の際に、太陽電池セル上、すなわち太陽電池セルと封止材との間に気泡を生じることがあった。封止材を厚くすれば、封止材が緩衝材となってストリングリボンを包み込み気泡の発生を防ぐことは可能であるが、太陽電池モジュールには薄さも求められるから、封止材を厚くすることは実質的に困難である。
また、太陽電池のモジュール内の気泡発生を防止するために、圧着工程の温度（圧着温度）を高くする方法も考えられるが、温度を高くすると、封止材の劣化及び意図しない封止材の架橋の進行が起こるため、圧着温度を高くする対応は適切ではない。
【０００５】
本発明は、厚みを持たせず又は圧着温度を高くしなくても、圧着工程の際の太陽電池モジュール内の気泡発生を防止できる太陽電池モジュール用封止材を提供することを目的とする。また、本発明は、太陽電池モジュール内の気泡発生を防止された太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の太陽電池モジュール用封止材は、融点が７１℃以下で、且つ、ＪＩＳ  Ｋ６９２４−２：１９９７に従い、温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定したメルトマスフローレートが１５ｇ／１０分以上のエチレン系重合体を含有する。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、該太陽電池セルを挟持した一対の太陽電池モジュール用封止材と、前記太陽電池セルの少なくとも一方の面に接合されたストリングリボンとを備え、前記一対の太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方が請求項１に記載の太陽電池モジュール用封止材である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の太陽電池モジュール用封止材は、厚みを持たせず又は圧着温度を高くしなくても、圧着工程の際の太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止できる。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール内の気泡の発生が防止されたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態例の断面図であって、ストリングリボンに沿って切断した断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態例の断面図であって、ストリングリボンに対して垂直に切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜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、「封止材」と略す。）は、エチレン系重合体を含有するシートである。
【００１０】
（エチレン系重合体）
本発明におけるエチレン系重合体は、エチレン単位を有する重合体であり、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン、エチレン−アクリルモノマー共重合体等が挙げられる。エチレン系重合体は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも、透明性及び接着性が高いことから、エチレン−酢酸ビニル共重合体が好ましい。
【００１１】
ＥＶＡにおける酢酸ビニル単位の割合は、２５〜４０質量％であることが好ましく、２８〜３５質量％であることがより好ましく、２８〜３３質量％が特に好ましい。ＥＶＡにおける酢酸ビニル単位の割合が前記下限値以上であれば、封止材の透明性、接着性をより高くでき、前記上限値以下であれば、封止材のブロッキングを防止できる。
【００１２】
ポリエチレンとしては、分岐状低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンのいずれか１種又は２種以上を使用することができる。
エチレン−アクリルモノマー共重合体は、エチレンとアクリルモノマーとの共重合体であり、例えば、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体が挙げられる。エチレン−アクリルモノマー共重合体は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
エチレン−アクリルモノマー共重合体におけるアクリルモノマー単位の割合は、２８〜４０質量％が好ましく、２８〜３５質量％がより好ましい。
【００１３】
エチレン系重合体の融点は７１℃以下であり、５７℃以上であることが好ましい。エチレン系重合体の融点が前記上限値を超えると、圧着工程における太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止することが困難になる。
また、エチレン系重合体の融点は、封止材としての基本性能を確保する点では、５７℃以上であることが好ましい。
エチレン系重合体の融点は、例えば、示差熱分析等によって測定することができる。
エチレン系重合体の融点は、例えば、エチレン系重合体の結晶化度によって調整することができ、結晶化度が大きい程、融点は高くなる。しかし、結晶化度が大きすぎると、可撓性が低下することがある。
【００１４】
エチレン系重合体のメルトマスフローレート（以下、「ＭＦＲ」という。）は１５ｇ／１０分以上であり、２０ｇ／分以上が好ましく、４０ｇ／分以上であることがより好ましい。本発明におけるＭＦＲ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。
また、エチレン系重合体のＭＦＲは、封止材としての基本性能を確保する点では、４５ｇ／１０分以下であることが好ましい。
【００１５】
エチレン系重合体のＭＦＲは、例えば、エチレン系重合体の質量平均分子量によって調整することができ、質量平均分子量が小さい程、ＭＦＲが大きくなる。しかし、ＭＦＲが小さすぎると、シート化が困難になり、シート化できても引張強度が不充分になる。
そのため、エチレン系重合体の質量平均分子量は１０，０００〜３００，０００であることが好ましく、３０，０００〜１００，０００であることがより好ましい。エチレン系重合体の質量平均分子量が前記下限値以上であれば、太陽電池モジュールにした際の封止材の機械的物性を良好にでき、前記上限値以下であれば、封止材の加工性を良好にできる。
なお、質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィを用いて測定した値である。
【００１６】
（架橋剤）
封止材は、エチレン系重合体を架橋させる架橋剤を含有することが好ましい。
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。
本発明の封止材における架橋剤の含有割合は、エチレン系重合体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。架橋剤の含有割合が前記下限値以上であれば、充分に架橋でき、高い耐熱性が得られやすい。架橋剤の含有割合が前記上限値以下であれば、熱加工後の残渣よる変色が抑えられる。
【００１７】
（架橋助剤）
封止材は、重合性不飽和基（ビニル基、アリル基、（メタ）アクリロキシ基等）を２つ以上有する化合物であり、封止材の架橋度を高める架橋助剤を含有することが好ましい。
架橋助剤の具体例としては、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、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられる。
架橋助剤の含有割合は、エチレン系重合体の１００質量部に対して、０質量部超５質量部以下が好ましく、０質量部超２質量部以下がより好ましい。架橋助剤の含有割合が、前記上限値以下を超えると、未反応の架橋助剤が増え、高コストになる。
【００１８】
（添加剤）
封止材には、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、顔料、染料、充填材等の添加剤が含まれてもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
シランカップリング剤は、後述する太陽電池セル、透明保護材、バックシート等との接着性を改良する成分である。シランカップリング剤としては、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。
シランカップリング剤の配合量は、エチレン系重合体の１００質量部に対して、０〜１０質量部が好ましく、０〜５質量部がより好ましい。
【００２１】
（厚み）
シート状の封止材の厚みは、作製する太陽電池モジュールに応じて１ｍｍ以下の範囲内で適宜選択されるが、本発明では、封止材を薄め（例えば、２５０μｍ〜３５０μｍ）にしても圧着工程の際の太陽電池モジュール内の気泡の発生を容易に防ぐことができる。
また、封止材の厚みは、太陽電池モジュール内の気泡の発生をより防止できることから、後述する太陽電池モジュールを構成するストリングリボンの厚さよりも厚いことが好ましい。
【００２２】
（封止材の製造方法）
封止材の製造方法としては、エチレン系樹脂と架橋剤と架橋助剤と必要に応じて添加剤とを混合して混合物を調製し、該混合物を成形してシート化す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、離型シートに封止材の溶液を塗工し、乾燥することにより、シート化することもできる。
【００２３】
（作用効果）
上記の太陽電池モジュール用封止材は、ＭＦＲ及び融点が特定範囲にされており、８０℃程度の低めの温度でも溶融粘度が低くなる。そのため、圧着工程の際に封止材がストリングリボンの形状に沿って変形しやすく、封止材がストリングリボンを包み込んで太陽電池モジュール内に気泡が発生しにくくなる。そのため、ストリングリボン付近において、気泡発生による太陽電池モジュールの外観不良を防止することができる。したがって、ストリングリボンを厚め（例えば、２５０μｍ）にし、封止材を薄め（例えば、３００μｍ）にしても、圧着工程の際の太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止できる。
【００２４】
＜太陽電池モジュール＞
次に、上記封止材を用いた太陽電池モジュールの一実施形態例について説明する。
図１に、本実施形態例の太陽電池モジュールの断面図を示す。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１１，１１・・・と一対の封止材１２，１２と透明保護材１３とバックシート１４とを備える。太陽電池セル１１は、一対の封止材１２，１２に挟持されて固定され、複数の太陽電池セル１１，１１・・・はストリングリボン１５によって電気的に接続されている。また、封止材１２，１２は、透明保護材１３とバックシート１４との間に配置されている。
太陽電池モジュール１０においては、一対の封止材１２の一方が本発明の封止材であってもよいし、両方が本発明の封止材であってもよい。
また、太陽電池セル１１の裏側の封止材１２は、光の反射率を向上させて光の利用効率を高めるために、白色等に着色されていても構わない。
【００２５】
（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。
通常、太陽電池セル１１は、四角形の板状であり、表側の面（第１面１１ａ）と裏側の面（第２面１１ｂ）とに電極（図示せず）が各々設けられ、第１面１１ａの電極と第２面１１ｂの電極では正負が異なっている。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（ストリングリボン）
ストリングリボンは、複数の太陽電池セル１１を電気的に直列に接続する帯状導電体であり、例えば、導線および半田接合部を備える。半田接合部が太陽電池セル１１の電極に接合される。
【００２９】
ストリングリボン１５の幅は、太陽電池セル１１への光入射量を多くする点では、できるだけ細いことが好ましいが、細すぎると、導電性及び強度を確保できなくなる。これらのことから、ストリングリボン１５の幅は、１．０〜３．０ｍｍであることが好ましく１．５〜２．０μｍであることがより好ましい。
ストリングリボン１５の厚さは、導電性及び強度を向上させる点では、できるだけ厚いことが好ましい。しかし、ストリングリボン１５が厚すぎると、圧着工程の際、ストリングリボン１５の嵩高かい体積によって太陽電池セル１１との段差が大きくなり、太陽電池セル１１上に気泡が発生しやすい傾向にある。これらのことから、ストリングリボン１５の厚さは、１００〜４００μｍであることが好ましく、１５０〜３００μｍであることがより好ましい。
【００３０】
（太陽電池モジュールの製造方法）
太陽電池モジュール１０は、例えば、以下の製造方法で製造される。
すなわち、まず、複数の太陽電池セル１１，１１・・・を、ストリングリボン１５を用いて電気的に接続する。
太陽電池モジュール１０においては、通常、複数の太陽電池セル１１は、帯状導電体であるストリングリボン１５によって電気的に接続されている。太陽電池セル１１においては、第１面１１ａと第２面１１ｂとに電極が設けられ、第１面１１ａの電極と第２面１１ｂの電極では正負が異なっている。
隣接する太陽電池セル１１をストリングリボン１５によって電気的に接続する際には、ストリングリボン１５を一方の太陽電池セル１１の第１面１１ａと他方の太陽電池セル１１の第２面１１ｂとに接合する。
次いで、ストリングリボン１５を用いて接続した一対の封止材１２，１２で挟み、さらに封止材１２，１２を透明保護材１３とバックシート１４とで挟む（図２参照）。その後、減圧且つ加熱しながら、太陽電池セル１１、封止材１２，１２、透明保護材１３及びバックシート１４を圧着する
【００３１】
太陽電池セル１１上の気泡の発生を防止できる点では、圧着温度が高いことが好ましい。しかし、圧着温度が高くなりすぎると、封止材１２の劣化及び意図しない封止材１２の架橋の進行が起こるため、高くすることは適切ではない。そのため、圧着温度は、融点＋５℃〜融点＋２５℃の範囲であることが好ましい。
また、封止材１２が架橋剤を含有する場合には、架橋剤の分解温度以上に加熱することが好ましい。架橋剤の分解温度以上に加熱すれば、封止材１２に含まれるエチレン系樹脂を架橋でき、封止材１２の耐久性をより向上させることができる。
【００３２】
（作用効果）
上記封止材１２を用いる本発明の太陽電池モジュール１０では、ストリングリボン１５を厚めにし、封止材１２を薄めにしても、太陽電池セル１１上の気泡の発生を防止できる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
以下の例における融点は、示差熱分析により測定した値である。ＭＦＲ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。
【００３４】
＜実施例１＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル単位：２８質量％、ＭＦＲ：２０ｇ／１０分、融点６９℃）をプレス成形して、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００３５】
＜実施例２＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体を、酢酸ビニル単位：２８質量％、ＭＦＲ：４０ｇ／１０分、融点：６８℃のものに変更した以外は実施例１と同様にして、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００３６】
＜実施例３＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体を、酢酸ビニル単位：２８質量％、ＭＦＲ：１５ｇ／１０分、融点：７１℃のものに変更した以外は実施例１と同様にして、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００３７】
＜実施例４＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体を、酢酸ビニル単位：３３質量％、ＭＦＲ：４０ｇ／１０分、融点：５７℃のものに変更した以外は実施例１と同様にして、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００３８】
＜実施例５＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体を、酢酸ビニル単位：３３質量％、ＭＦＲ：４５ｇ／１０分、融点：６２℃のものに変更した以外は実施例１と同様にして、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００３９】
＜比較例１＞
エチレン−酢酸ビニル共重合体を、酢酸ビニル単位：２４質量％、ＭＦＲ：５ｇ／１０分、融点：７３℃のものに変更した以外は実施例１と同様にして、厚さ３００μｍ、４００μｍ、５００μｍの封止材を得た。
【００４０】
（評価）
太陽電池セルを用い圧着工程時の太陽電池モジュール内の気泡の発生の有無を評価した。
具体的には、厚さ３２００μｍのガラス板に、封止材、厚さ２５０μｍで幅１．５ｍｍのストリングリボン、厚さ２００μｍの単結晶セル、封止材、厚さ２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレートシートフィルムを重ねて試験体を得た。なお、ポリエチレンテレフタレートシートは実際の太陽電池モジュールでは使用されないものであり、気泡の発生を観察しやすくするための役割を果たす。
設定温度を１２５℃とした太陽電池モジュール作製用ラミネーターを用い、ラミネーター内部を３分間脱気した後、試験体にゴム製プレス体を大気圧で押し当てて、試験体をプレスした。
圧着工程後に、セル表面を観察して気泡の有無を調べた。結果を表１に示す。
なお、表には、気泡の発生したモジュールの枚数／試験数で表した。
【００４１】
【表１】
2015170640.tif 000003
【００４２】
融点が７１℃以下で且つＭＦＲが１５ｇ／１０分以上のＥＶＡを含む実施例１〜４の封止材では、圧着工程時のセル表面の気泡の発生を防止できた。したがって、実施例１〜４の封止材を用いた場合には、圧着工程における太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止できると推測される。
融点が７１℃を超え且つＭＦＲが１５ｇ／１０分未満のＥＶＡを含む比較例１の封止材では、圧着工程時のセル表面の気泡の発生を防止できなかった。したがって、比較例１の封止材を用いた場合には、圧着工程における太陽電池モジュール内の気泡の発生を防止できないと推測される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  太陽電池モジュール
１１  太陽電池セル
１２  封止材
１３  透明保護材
１４  バックシート
１５  ストリングリボン
【図１】
2015170640.tif 000004
【図２】
2015170640.tif 000005