(57)【要約】【課題】コストやプロセス面で優れているＥＶＡを用いながら、加水分解によって生じる酢酸がモジュール内の金属部分を腐食するのを防ぎ、耐久性に優れた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池セル（３）の受光面側に表側封止材（２ａ）を介して表面保護材１が配置され、太陽電池セル３の受光面とは反対側に裏側封止材（２ｂ）を介して裏側保護材４が配置される太陽電池モジュールである。表側封止材（２ａ）及び裏側封止材（２ｂ）は、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる樹脂製であり、上記共重合体の添加剤として０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを含む。裏面保護材（４）が水蒸気透過率０．１［ｇ／ｍ２・２４ｈｏｕｒ］以下である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルの受光面側に表側封止材を介して表面保護材が配置され、上記太陽電池セルの受光面とは反対側に裏側封止材を介して裏側保護材が配置される太陽電池モジュールであって、
上記表側封止材及び上記裏側封止材は、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる樹脂製であり、上記共重合体の添加剤として０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを含み、
上記裏面保護材が水蒸気透過率０．１［ｇ／ｍ２・２４ｈｏｕｒ］以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
上記裏側封止材に添加された炭酸カルシウムの添加量は、上記表側封止材に添加された炭酸カルシウムの添加量より多いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
上記裏面保護材は、プラスチック基材の少なくとも受光面側の面に、アンカー層とガスバリア層とがこの順で形成されたガスバリア性積層フィルムを有し、且つ上記ガスバリア性積層フィルムの両面に接着剤層を用いてプラスチック基材をそれぞれ貼り合せされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の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、耐久性に優れた封止材を有する太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源である太陽光発電に対する期待が高まっている。太陽光発電を行う太陽電池モジュールは、一般的に太陽光が当たる面をガラス製の表面保護材で保護し、また太陽電池セルの保護や電気絶縁の目的でエチレン酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡとも呼ぶ。）などの樹脂からなる封止材を充填し、さらに裏面保護材で保護する構成となっている（特許文献１，２参照）。ＥＶＡは透明性や柔軟性に優れているため広く用いられているが、屋外の環境変化などにより、ＥＶＡが加水分解して発生した酢酸が、モジュール内部の金属部分を腐食する可能性が懸念されている。
この課題に対して、ＥＶＡのように酢酸を発生しないオレフィン系やシリコーン系の封止材を用いるという提案がされている。しかし価格が高い、あるいはプロセスが複雑であるなどの理由から、ＥＶＡと置き換わるまでには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０９／１２５６８５号
【特許文献２】特開２０１３−２４３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、コストやプロセス面で優れているＥＶＡを用いながら、加水分解によって生じる酢酸がモジュール内の金属部分を腐食するのを防ぎ、耐久性に優れ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】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、太陽電池セルの受光面側に表側封止材を介して表面保護材が配置され、上記太陽電池セルの受光面とは反対側に裏側封止材を介して裏側保護材が配置される太陽電池モジュールであって、上記表側封止材及び上記裏側封止材は、エチレン酢酸ビニル共重合体からなる樹脂製であり、上記共重合体の添加剤として０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを含み、上記裏面保護材が水蒸気透過率０．１［ｇ／ｍ２・２４ｈｏｕｒ］以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の封止材は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）に添加剤として０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを含んでいる。炭酸カルシウムがＥＶＡの加水分解により発生した酢酸と反応し、無害な二酸化炭素と酢酸カルシウムと水になることで、モジュール内の金属部分の腐食を防ぐことができる。また裏面保護材に水蒸気バリア性を有する積層体を用いることで、モジュール内に浸入する水分が最小限にとどめられ、ＥＶＡが加水分解する程度を小さくすることができる。
この結果、本発明によれば、コストやプロセス面で優れているＥＶＡを用いながら、加水分解によって生じる酢酸がモジュール内の金属部分を腐食するのを防ぎ、耐久性に優れた太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的な断面図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る裏面保護材の模式的な断面図である。
【図３】実施例における、加速劣化試験時間と最大出力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の太陽電池モジュールは、図１に示すように、表面に配置されるガラス製の表面保護材１と、太陽電池セル３と、裏面に配置される裏面保護材４とを備え、表面保護材１と裏面保護材４との間において、太陽電池セル３のまわりを封止する封止材２を備える。封止材２のうち受光面側の部分が表側封止材２ａであり、受光面とは反対側の部分が裏側封止材２ｂである。太陽電池セル３間に配置される封止材は、表側封止材でも裏側封止材でもどちらを採用しても良いが、以下の例では裏側封止材２ｂで構成されるとする。
【０００９】
本実施形態の太陽電池用の封止材２は、酢酸ビニル含有率が２５質量パーセント以上３５質量パーセント以下であるエチレン酢酸ビニル共重合体を主樹脂とし、架橋剤としてパーオキサイドなどの有機過酸化物を添加し、架橋助剤としてイソシアネート化合物を添加した樹脂組成物に０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを添加したものをフィルム状に成形することで得られる。
またこの樹脂組成物には、密着向上のためのシランカップリング剤や、安定剤、紫外線吸収剤、変色防止材などを添加することもできる。
【００１０】
本実施形態で用いられる炭酸カルシウムは、一次粒径が３０〜２００ｎｍ程度の粉末状であれば使用可能である。粒径が大きい場合、封止材の透明性を維持することが難しい他、十分な表面積を確保することができないために酢酸と反応させるために添加量を増加させる必要がある。粒状、フィラー状などの別はないが、封止材として太陽電池モジュールに組み込まれる際に透明性を維持するため、添加する炭酸カルシウムの形状や粒径は均一であることが望ましい。また炭酸カルシウムに含まれる不純物は、酢酸と反応して呈色する可能性があるため、１パーセント未満の含有であることが好ましい。
また、樹脂組成物中に均一に分散させるため、炭酸カルシウムに表面処理などを施してあっても構わない。
【００１１】
本実施形態の封止材２が太陽電池モジュールに組み込まれて使用される際に、封止材２の加水分解によって発生する酢酸と炭酸カルシウムを十分に反応させるため、炭酸カルシウムは０．２質量パーセント以上添加することが好ましい。しかし添加量が多いとＥＶＡの柔軟性や透明性が損なわれるため、５質量パーセント以下にすることが好ましく、２質量パーセント以下にすることがより好ましい。
太陽電池の受光面側と裏面側とで炭酸カルシウムの添加量を変えても良い。この場合、表側封止材２ａよりも裏側封止材２ｂの炭酸カルシウムの添加量を多く設定する。例えば、受光面側には透明性を優先させるため、表側封止材２ａには０．５質量パーセント以下を添加し、裏面側には効率的に酢酸を捕捉するため、裏側封止材２ｂには５質量パーセントまで添加する。
【００１２】
本実施形態で架橋剤として用いられる有機過酸化物としては、１４０℃以上での半減期が３０分以下のものであれば使用可能である。例としては２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサンなどが挙げられる。これらの有機過酸化物のエチレン−酢酸ビニル共重合体に対する添加量は３質量パーセント以下で十分である。
また架橋反応を促進する架橋助剤として、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレートなどが使用可能である。架橋助剤はエチレン酢酸ビニル共重合体に対して５質量パーセント以下の割合で用いられる。
架橋剤、架橋助剤を用いることで封止材の架橋率が高まり、耐久性を向上させることができる。
【００１３】
上記以外に、封止材２が接触する界面の密着力を向上させる目的で、シランカップリング剤を添加してもよい。例えばビニルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが使用可能であり、添加量としてはエチレン酢酸ビニル共重合体に対して０．５質量パーセント以下であることが好ましい。
この他、紫外線吸収剤や変色防止剤など添加する際は封止材２が呈色しない程度であることが好ましい。
【００１４】
このようにして得られた封止材２の樹脂組成物は、押出し成形機で溶融しフィルム状に成形される。このときフィルムの表面にエンボス加工を施し、太陽電池モジュールを製造する際に加工性を高めることも可能である。
裏面保護材４の役割は、太陽電池セルを外部環境から保護することであるが、特に水分の浸入を防ぐことで、封止材２の加水分解により酢酸が発生する量を抑え、太陽電池モジュールの耐久性を向上させることができる。従来よく用いられてきたフッ素系の裏面保護材などは耐候性に優れているが、水蒸気透過率が数ｇ／ｍ２・２４ｈｏｕｒであるためにモジュール内に多くの水分が浸入する点が課題であった。また水分の浸入を防ぐために、アルミ箔を用いた裏面保護材も存在するが、絶縁性が低いために問題となることもあった
【００１５】
本実施形態の裏面保護材４は、図２に示すように、プラスチック基材９の少なくとも一方の面（図２は受光面側にのみ設ける場合を例示している）にアンカー層８と、少なくとも水蒸気バリア性を有するガスバリア層７とが形成されたガスバリア性積層フィルムと、そのガスバリア性積層フィルムの両側にそれぞれ接着剤層６，１０を用いて貼り合わせたプラスチック基材５，１１と、を備えた積層体から成っている。
【００１６】
本実施形態で用いられるガスバリア性積層フィルムのプラスチック基材５，９，１１としては、耐熱性や寸法安定性に優れたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステルフィルムが好ましく用いられる。基材の厚みとしては、加工適正などを考慮して２５μｍ以上２００μｍ以下の範囲であることが好ましい。
本実施形態のガスバリア性積層フィルムにおいてアンカー層８の役割は、基材９の層の表面を平滑化することにより、その上に形成するガスバリア層７のバリア性を向上させる他、ガスバリア層７の高温環境におけるバリア性劣化を防ぐものである。アンカー層８は、ポリオール類とイソシアネート化合物からなるアンカー剤をプラスチック基材に塗布して形成する方法が有効であり、基材や後に積層するバリア層との密着力を向上させるためにシランカップリング剤を添加してもよい。
【００１７】
ポリオール類には、アクリルポリオールやポリエステルポリオールなどが好ましく用いられ、イソシアネート化合物にはＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）系、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）系、ＸＤＩ（キシリレンジイソシアネート）系、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）系などやそれらのアダクト体、ヌレート体が好ましく用いられる。
【００１８】
アンカー層８の膜厚は、０．０５μｍから２μｍの範囲にあることが好ましい。０．０５μｍより薄い場合、平滑なアンカー層８を形成することができず、次に積層するガスバリア層７のバリア性が悪化する原因となる。アンカー層８の膜厚が２μｍより厚い場合、アンカー層８の硬化収縮などにより基材９の層やガスバリア層７との密着が低下し、バリア性積層フィルムの耐久性が悪化する可能性がある。
アンカー層８の形成方法としては、ウェットコーティング法が経済的である。例えば、ポリオール類由来のヒドロキシル基とイソシアネート化合物由来のイソシアネート基が当量となるように混合し適宜溶剤などで希釈したアンカー剤を、周知のウェットコーティング法で基材９の層に塗布してアンカー層８を形成する。
【００１９】
ガスバリア層７の形成方法は特に、限定されるものではないが、最低限の膜厚でバリア性を発現し、良好な光学特性を得るためにはプラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）法などが好ましく、巻取り式の真空成膜装置を用いると大面積に連続してバリア層を形成することができる。
また裏面保護材４として用いる際にガスバリア性が長期間に渡って安定するため、ガスバリア層７は酸化珪素や酸化アルミニウムまたはその複合物からなることが好ましい。
ガスバリア層７の膜厚は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍより薄い場合は高いバリア性を発現することができず、また１０００ｎｍを超える場合はクラックなどが発生しバリア性が劣化する恐れがある。
【００２０】
上記のようにしてできたバリア性積層フィルムに、接着剤層６，１０を介してプラスチック基材５，１１を貼り合せる。このとき、太陽電池モジュールの裏面保護材４として大気側に位置するプラスチック基材１１には、耐久性に優れたものを用いるとよい。プラスチック基材５，１１としては、例えば、耐加水分解性、耐熱性を持つポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが好ましく用いられる。また、裏面保護材４として太陽電池セル３側を向き封止材２と接する側には、太陽光を効率よくセルに散乱させるために白色のＰＥＴが好ましく用いられる。その他、封止材２との密着性を高めるためにコロナ処理がなされる又はコーティング層が設けられていてもよい。
【００２１】
接着剤層６，１０は、裏面保護材４として長期間使用する際にデラミネーションなどが生じないこと、また黄変などが起こらないことが必要であり、２液硬化型ポリウレタン系接着剤などが好ましく用いられる。
ガスバリア性積層フィルムと両側のプラスチック基材５，１１との貼り合せ方法は、例えばドライラミネーション方式を用いることができ、例えば溶剤で適宜希釈した接着剤層をガスバリア性積層フィルムの片面あるいは両面に既知の方法で塗布し、乾燥炉を経由して溶剤を乾燥させた後にプラスチックフィルムと圧着して貼り合せる。
【００２２】
以上のようにして得られた封止材２および裏面保護材４を用いて、太陽電池モジュールを製造する。透明ガラス製の表面保護材１に表側封止材２ａ、太陽電池セル３、裏側封止材２ｂ、裏面保護材４を順次積層し、真空ラミネータを用いて加熱・脱気することで、封止材が架橋硬化され太陽電池モジュールを得ることができる。
【００２３】
（本実施形態の効果）
（１）エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）に添加剤として０．２質量パーセント以上５質量パーセント以下の炭酸カルシウムを含んでいる。
炭酸カルシウムがＥＶＡの加水分解により発生した酢酸と反応し、無害な二酸化炭素と酢酸カルシウムと水になることで、モジュール内の金属部分の腐食を防ぐことができる。また裏面保護材４にガスバリア性を有する積層体を用いることで、モジュール内に浸入する水分が最小限にとどめられ、ＥＶＡが加水分解する程度を小さくすることができる。
【００２４】
（２）炭酸カルシウムの添加量が太陽電池モジュールの裏面側で表面側より多く含まれている。
モジュール内への水分の浸入経路は裏面保護材側からが主であり、裏面保護材４に接しているＥＶＡの炭酸カルシウム添加量を多くすることで、より効率的にＥＶＡから発生する酢酸を捕捉することが可能となる。
（３）裏面保護材４のガスバリア性を発現させるための手段として、プラスチック基材９の層にアンカー層８、ガスバリア層７を形成したガスバリアフィルムの両面に対し、プラスチック基材５，１１で貼り合せた積層体とすることにより、目的とする裏面保護材４のガスバリア性を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明に係る太陽電池用封止材および太陽電池モジュールについて、実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明する。本発明は下記例に制限されるものではない。
【００２６】
〈封止材１〉
太陽電池用封止材として、酢酸ビニル含有率が３０質量パーセントであるエチレン酢酸ビニル共重合体に対して架橋剤を１．２質量パーセント、架橋助剤を０．４質量パーセント、さらに炭酸カルシウムを０．５質量パーセント添加し、押出し成形にて厚さ４５０μｍの封止材を作成した。なお架橋剤には２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、架橋助剤にはトリアリルイソシアヌレート、炭酸カルシウムは粒径１００ｎｍ粒状のものを用いた。
【００２７】
〈封止材２〉
炭酸カルシウムを０．２質量パーセント添加し、その他は封止材１と同様にして作製した。
〈封止材３〉
炭酸カルシウムを２質量パーセント添加し、その他は封止材１と同様にして作製した。
〈封止材４〉
炭酸カルシウムは添加せず、その他は封止材１と同様にして作成した。
〈封止材５〉
炭酸カルシウムを１５質量パーセント添加し、その他は封止材１と同様にして作製した。
【００２８】
〈裏面保護材１〉
厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上に、アクリルポリオール（１４０ＫＯＨｍｇ／ｇ）とヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）を１当量になるように混合したアンカー剤をグラビアコート法によりコーティングし、乾燥・硬化させ厚さ０．３μｍのアンカー層を形成した。アンカー層上にプラズマＣＶＤ法を用い、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）／酸素＝１０／１００ｓｃｃｍの混合ガスを電極間に導入し、電力を０．５ｋＷ印加してプラズマ化し、ＳｉＯｘ（ｘ＝１．８）で表される厚さ１５０ｎｍのバリア層を積層した。こうして得られたガスバリア性積層フィルムのバリア層側に、ウレタン系接着剤を介して耐加水分解性に優れた５０μｍＰＥＴをドライラミネーション方式で貼り合せた。またバリア性積層フィルムのもう一方側に、同じくウレタン系接着剤を介して１００μｍの白色ＰＥＴを貼り合せた。
【００２９】
〈裏面保護材２〉
ガスバリア層の厚さを３５０ｎｍとし、その他は裏面保護材１と同様にして作製した。
〈裏面保護材３〉
厚さ１００μｍのＰＥＴの片面にウレタン系接着剤を介して５０μｍの耐加水分解性ＰＥＴを、もう片面に１００μｍの白色ＰＥＴを貼り合せた。
【００３０】
〈テスト用太陽電池モジュールの作製方法〉
１８ｃｍ角の白板強化ガラス（厚さ３ｍｍ）に封止材、太陽電池セル（１５．６ｃｍ角、多結晶シリコン、金属配線付）、封止材、裏面保護材を順次積層し、真空ラミネータで１４０℃２０分間のラミネートを行い太陽電池モジュールを作製した。
【００３１】
〈実施例１〉
封止材１、裏面保護材１を用いてテスト用太陽電池モジュールを作製した。
〈実施例２〉
受光面側に封止材２、裏面側に封止材３を用い、裏面保護材１を用いてテスト用太陽電池モジュールを作製した。
〈実施例３〉
封止材１、裏面保護材２を用いてテスト用太陽電池モジュールを作製した。
【００３２】
〈比較例１〉
封止材４、裏面保護材３を用いてテスト用太陽電池モジュールを作製した。
〈比較例２〉
封止材５、裏面保護材３を用いてテスト用太陽電池モジュールを作製した。
【００３３】
〈評価方法〉
作製した太陽電池モジュールは、８５℃８５％ＲＨの加速劣化試験を行い、試験前後の電流電圧特性を測定した。
また裏面保護材は、太陽電池モジュールを作製する前にＭＯＣＯＮ社製の水蒸気透過率計（AQUATRAN）を用いて水蒸気透過率を測定した。
〈評価〉
裏面保護材１、２、３の水蒸気透過率を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2015185595.tif 000003
【００３５】
各テスト用太陽電池モジュールの加速劣化試験を行い、試験前および、試験後の最大出力をプロットしたものが図３である。最大出力の測定は試験前を０時間とし、１０００時間ごとに行っている。
図３から分かるように、実施例の太陽電池モジュールは、４０００時間を過ぎても最大出力の低下が見られず、比較例に比べて大幅に耐久性に優れている。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・表側保護材
２・・・封止材
２ａ    表側封止材
２ｂ    裏側封止材
３・・・太陽電池セル
４・・・裏面保護材
５・・・プラスチック基材
６・・・接着剤層
７・・・ガスバリア層
８・・・アンカー層
９・・・プラスチック基材
１０・・・接着剤層
１１・・・プラスチック基材
【図１】
2015185595.tif 000004
【図２】
2015185595.tif 000005
【図３】
2015185595.tif 000006