(57)【要約】【課題】優れた接着性と電気的特性が両立された太陽電池用封止材、及び剥離等の接着不良が生じにくく、優れたＰＩＤ耐性を有する太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】封止用樹脂と、シランカップリング剤と、架橋剤とを含み、前記封止用樹脂が前記架橋剤で架橋された状態での表面の水接触角θが８０〜８６°である、太陽電池用封止材。また、複数の太陽電池セル１１，１１・・・と、前記した構成の一対の太陽電池用封止材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モジュール１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止用樹脂と、シランカップリング剤と、架橋剤とを含み、前記封止用樹脂が前記架橋剤で架橋された状態での表面の水接触角θが８０〜８６°である、太陽電池用封止材。
【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、請求項１に記載の太陽電池用封止材とを備える、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、太陽電池用封止材及び太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルを封止して固定するために、透明性、加工性、架橋性に優れたエチレン−極性基含有モノマー共重合体（エチレン−酢酸ビニル共重合体等）等の封止用樹脂で形成された太陽電池用封止材（以下、単に封止材ともいう。）が広く用いられている。また、封止材には、太陽電池モジュールの表面側に配置されるガラス板等の透明保護材や、バックシート等との接着性を高める目的で、シランカップリング剤が配合されることが多い（例えば、特許文献１）。特に透明保護材がガラス板の場合に、シランカップリング剤が無機物であるガラス板と有機物である封止用樹脂とを結びつけ、接着性に重要な役割を果たす。
【０００３】
しかし、シランカップリング剤は、ガラスとの反応に加えて、自己縮合してシリコン樹脂を形成する。シリコン樹脂は電気的特性が低く、封止材自体の電気的特性の低下を招くため、結果として太陽電池モジュールのＰＩＤ耐性も低下する。
どの程度のシリコン樹脂が形成されるかはシランカップリング剤の配合条件によって異なるため、封止材の接着性と電気的特性を安定して両立させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、優れた接着性と電気的特性が両立された太陽電池用封止材、及び剥離等の接着不良が生じにくく、優れたＰＩＤ耐性を有する太陽電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の太陽電池用封止材は、封止用樹脂と、シランカップリング剤と、架橋剤とを含み、前記封止用樹脂が前記架橋剤で架橋された状態での表面の水接触角θが８０〜８６°である。
【０００７】
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、本発明の太陽電池用封止材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明太陽電池用封止材は、優れた接着性と電気的特性が両立されている。
また、本発明の太陽電池モジュールは、剥離等の接着不良が生じにくく、優れたＰＩＤ耐性を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜封止材＞
本発明の封止材は、封止用樹脂と、シランカップリング剤と、架橋剤と、を含む。また、本発明の封止材は、封止用樹脂、シランカップリング剤及び架橋剤以外の他の添加剤を含んでもよい。
【００１１】
［封止用樹脂］
封止用樹脂としては、封止材に通常使用される樹脂を使用することができる。
封止用樹脂としては、透明性、加工性及び架橋性に優れる点から、エチレン−極性基含有モノマー共重合体が好ましい。
前記極性基としては、例えば、エステル基（−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ又はＲ−Ｃ（Ｏ）Ｏ−（ただし、Ｒはアルキル基）等）、カルボキシ基等が挙げられる。
【００１２】
極性基を有するモノマーの具体例としては、例えば、ビニルエステル（酢酸ビニル等）、（メタ）アクリル酸アルキルエステル（（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル等）、不飽和カルボン酸（（メタ）アクリル酸等）、不飽和ジカルボン酸の無水物（無水マレイン酸等）、不飽和ジカルボン酸のエステル（マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル等）等が挙げられる。
【００１３】
エチレン−極性基含有モノマー共重合体としては、柔軟性及び透明性の点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡともいう。）、エチレン−（メタ）アクリル酸アルキルエステル共重合体が好ましく、ＥＶＡが特に好ましい。
【００１４】
エチレン−極性基含有モノマー共重合体における極性基を有するモノマー単位の割合は、耐熱性、接着性、柔軟性、成形性、耐久性、絶縁性の点から、全構成単位（１００質量％）のうち、１０〜４０質量％が好ましく、１５〜３０質量％がより好ましい。
【００１５】
エチレン−極性基含有モノマー共重合体の質量平均分子量は、１０，０００〜３００，０００が好ましく、１００，０００〜１７０，０００がより好ましい。エチレン−極性基含有モノマー共重合体の質量平均分子量が前記下限値以上であれば、機械的物性が良好な封止材が得られやすい。エチレン−極性基含有モノマー共重合体の質量平均分子量が前記上限値以下であれば、加工性に優れた封止材が得られやすい。
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】
また、封止用樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂等を用いてもよい。
封止用樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
［シランカップリング剤］
シランカップリング剤は、太陽電池セル、透明保護材、バックシート等と封止材との接着性を改善する役割を果たす。シランカップリング剤としては、封止材に通常用いられるシランカップリング剤を使用することができる。
シランカップリング剤の具体例としては、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００１８】
シランカップリング剤としては、接着強度の点から、トリメトキシシラン基を有するシランカップリング剤が好ましく、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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシランがより好ましい。
シランカップリング剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
［架橋剤］
架橋剤は、封止用樹脂を架橋させる成分である。
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。
架橋剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２０】
［他の添加剤］
他の添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、架橋助剤、顔料、染料、充填材等が挙げられる。本発明の封止材は、架橋助剤を含むことが好ましい。
【００２１】
架橋助剤は、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１つ以上（好ましくは２つ以上）有する化合物である。
架橋助剤としては、例えば、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等が挙げられる。
架橋助剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
紫外線吸収剤としては、例えば、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、例えば、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、例えば、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。
【００２３】
［各成分の割合］
本発明の封止材におけるシランカップリング剤の含有量は、封止用樹脂の１００質量部に対して、０．０８〜０．１６質量部が好ましく、０．１〜０．１６質量部がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が前記下限値以上であれば、優れた接着性が得られやすい。シランカップリング剤の含有量が前記上限値以下であれば、優れた電気的特性が得られやすい。
【００２４】
本発明の封止材における架橋剤の含有量は、封止用樹脂の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。架橋剤の含有量が前記下限値以上であれば、十分な架橋が得られ高い耐熱性が得られやすい。架橋剤の含有量が前記上限値以下であれば、熱加工後の残サよる変色が抑えられる。
【００２５】
本発明の封止材が架橋助剤を含む場合、架橋助剤の使用量は、封止用樹脂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。
【００２６】
［水接触角］
本発者等は、接着性と電気的特性を両立した封止材を得ることを検討するに際して、シリコン樹脂が撥水性を有する点に着目した。そして、架橋後の封止材における表面の水接触角を基準にして、電気的特性の低下を抑制しつつ良好な接着性が得られるシランカップリング剤の配合条件を判別することを試みた。その結果、封止用樹脂が架橋剤で架橋された状態での表面の水接触角θが特定の範囲内であれば、良好な接着性と電気的特性を両立する封止材となることを見い出した。
【００２７】
本発明の封止材における、封止用樹脂が架橋剤で架橋された状態での表面の水接触角θは、８０〜８６°であり、８０〜８４°が好ましい。前記水接触角θが下限値以上であれば、優れた接着性を有する封止材が得られる。前記水接触角θが上限値以下であれば、優れた電気的特性を有する封止材が得られる。
なお、前記水接触角θは、１５０℃で３０分間加熱して架橋処理を行った後の封止材について、ＪＩＳ  Ｒ  ３２５７の「基盤ガラス表面の濡れ性試験方法」に準拠し、２５±５℃、５０±１０％ＲＨの環境下の静滴法により測定した値である。
【００２８】
シランカップリング剤が縮合反応により生成したシリコン樹脂は、エチレン−酢酸ビニルに比べ体積固有抵抗値が小さく、エチレン−酢酸ビニルより水接触角が大きい。そのため、シランカップリングの配合により水接触角θの値が大きくなる傾向が見られる。
【００２９】
［厚さ］
封止材の厚さは、太陽電池モジュールに応じて適宜設定すればよく、０．０５〜１ｍｍが好ましい。封止材の厚さを前記下限値以上とすれば、太陽電池セルを封止することが容易になる。封止材の厚さを前記上限値以下とすれば、太陽電池モジュールを薄型化できる。
【００３０】
［封止材の製造方法］
本発明の封止材の製造方法は、特に限定されず、例えば、封止用樹脂、シランカップリング剤及び架橋剤と、必要に応じて使用する他の添加剤を混合して樹脂組成物を得た後に、該樹脂組成物をシート化する方法等が挙げられる。
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、樹脂組成物を溶液とする場合、離型シートに樹脂組成物を塗工し、乾燥することにより、シート化することもできる。
【００３１】
［作用効果］
以上説明した本発明の封止材においては、架橋後の封止材の表面の水接触角θが特定の範囲内になっていることで、良好な接着性と電気的特性が両立される。そのため、本発明の封止材を用いることで、剥離等の接着不良が起きにくく、優れたＰＩＤ耐性を有する太陽電池モジュールを製造することができる。
【００３２】
＜太陽電池モジュール＞
以下、本発明の太陽電池モジュールの一例について図１に基づいて説明する。
本実施形態の太陽電池モジュール１０は、図１に示すように、複数の太陽電池セル１１，１１・・・と、一対の太陽電池用封止材１２，１２（以下、封止材１２という。）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。
封止材１２は、本発明の封止材である。
【００３３】
［太陽電池セル］
太陽電池セル１１としては、例えば、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、例えば、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。
本実施形態例では、複数の太陽電池セル１１は、導線及び半田接合部を備えたタブストリング１５を介して電気的に直列に接続されている。
【００３４】
［透明保護材］
透明保護材１３としては、太陽電池モジュールの表面側を保護するために通常使用さていれる部材が使用でき、例えば、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、表面に凹凸を形成し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。
【００３５】
［バックシート］
バックシート１４としては、太陽電池モジュールのバックシートとして通常使用されているものが使用できる。
バックシート１４の材料としては、例えば、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。
【００３６】
［太陽電池モジュールの製造方法］
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、本発明の封止材を用いる以外は公知の製造方法を採用できる。
例えば、太陽電池モジュール１０の製造方法としては、以下の方法が挙げられる。
タブストリング１５を用いて電気的に接続した複数の太陽電池セル１１，１１・・・を一対の封止材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。その後、加熱して、封止材１２，１２同士、封止材１２と透明保護材１３、封止材１２とバックシート１４とを接着する。
【００３７】
封止材１２による封止の際には、架橋剤の分解温度以上に加熱する。架橋剤の分解温度以上に加熱すれば、封止材１２に含まれる封止用樹脂が架橋剤によって架橋され、封止材１２の耐久性が向上する。
【００３８】
［作用効果］
以上説明した本発明の太陽電池モジュールは、良好な接着性と電気的特性を有する本発明の封止材を用いるため、剥離等の接着不良が生じにくく、優れたＰＩＤ耐性を有している。
なお、本発明の太陽電池モジュールは、前記した太陽電池モジュール１０には限定されない。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［化合物］
使用した化合物の略号を以下に示す。
（封止用樹脂）
ＥＶＡ−１：エチレン−酢酸ビニル共重合体（製品名「ＳＥＥＴＥＣ  ＶＥ７００」、酢酸ビニル単位の割合：２８質量％、湖南石油化学社製）。
【００４０】
（シランカップリング剤）
ａ−１：３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（製品名「ＫＢＭ−５０３」、信越シリコーン社製）。
【００４１】
（架橋剤）
ｂ−１：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（製品名「カヤヘキサＡＤ」、化薬アクゾ社製）。
【００４２】
（架橋助剤）
ｃ−１：トリアリルイソシアヌレート（製品名「ＴＡＩＣ（登録商標）」、日本化成社製）。
【００４３】
（紫外線吸収剤）
ｄ−１：２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン（製品名「ケミソーブ８１」、ＢＡＳＦジャパン社製）。
【００４４】
［実施例１］
ＥＶＡ−１を１００質量部と、シランカップリング剤（ａ−１）０．０８質量部と、架橋剤（ｂ−１）０．５質量部と、架橋助剤（ｃ−１）０．５質量部と、紫外線吸収剤（ｄ−１）０．２質量部と、を混合し、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を一軸押出機による押出成形によりシート化して封止材を得た。
【００４５】
［実施例２〜４］
各成分の組成を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして封止材を得た。
【００４６】
［比較例１〜２］
各成分の組成を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして封止材を得た。
【００４７】
［水接触角］
各例で得た封止材をオーブンにて１５０℃で３０分間加熱し、架橋済みの封止材を得た。次いで、ＪＩＳ  Ｒ  ３２５７の「基盤ガラス表面の濡れ性試験方法」に準拠し、２５±５℃、５０±１０％ＲＨの環境下の静滴法により、架橋済みの封止材の表面の水接触角θを測定した。
【００４８】
［接着性］
各例で得た封止材に、１枚の３．２ｍｍ厚の白板ガラス（旭硝子社製「シボ付き白ガラス」）を重ねて２層とし、ラミネーターで１２８℃、４分間真空脱気した後、圧力０．１ＭＰａで２分間圧着した。次いで、１５０℃で３０分間加熱することにより架橋処理した。２３℃×８５％ＲＨの条件下でダンプヒートテストを行った後、２３℃において、１８０°引張試験装置（島津製作所社製「ＡＧ−５０００Ａ」）を用いて１８０°剥離試験を行い、剥離強度（Ｎ／ｃｍ）を測定した。剥離強度が１９Ｎ／ｃｍ以下を不合格とした。
【００４９】
［ＰＩＤ耐性］
各例で得た２枚の封止材で、タブストリングを固定した多結晶シリコン系太陽電池セル１枚を挟み、これらをガラス板（３．２ｍｍ厚）と、ポリフッ化ビニル及びポリエステルからなるバックシートとで挟んで積層体を得た。この積層体を樹脂製の袋に入れ、太陽電池モジュール製造用のラミネーターを用いて、１２８℃に加熱すると共に、袋内部を４分間真空状態にした後に２分間プレスすることにより圧縮した。次いで、圧縮した積層体を、オーブンを用いて、１５０℃で３０分間加熱し、封止材を架橋した。その後、モジュール外に出したタブストリングを結線して、試験用太陽電池モジュールを得た。
その試験用太陽電池モジュールの初期の発電量Ｐ１を、ソーラーシミュレータ（日清紡メカトロニクス社製ＰＶＳ１１１４ｉＤ）を用いて測定した。
次いで、室温環境下、試験用太陽電池モジュールの太陽電池セルとバックシートとの間に、１０００Ｖの電圧を９６時間印加した。その後、試験用太陽電池モジュールの試験後の発電量Ｐ２を測定した。
そして、［（電圧印加後の発電量Ｐ２／初期の発電量Ｐ１）×１００］の式より、発電効率保持率を求めた。発電効率保持率が９０％以上を合格とした。
【００５０】
実施例及び比較例における封止材の各成分の組成、並びに架橋後の水接触角θ、剥離強度及び発電効率保持率の測定結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１に示すように、封止用樹脂が架橋された状態での表面の水接触角θが８０〜８６°の範囲内である実施例１〜４の封止材は、剥離強度が高く接着性に優れており、また電気的特性が良好で、太陽電池モジュールを作製した際の発電効率保持率が高く、優れたＰＩＤ耐性が得られた。
一方、封止用樹脂が架橋された状態での表面の水接触角θが８０°未満の比較例１の封止材は、剥離強度が１９Ｎ／ｃｍ以下であり、接着性が劣っていた。
封止用樹脂が架橋された状態での表面の水接触角θが８６°を超える比較例２の封止材は、電気的特性が劣っており、太陽電池モジュールを作製した際の発電効率保持率が低く、ＰＩＤ耐性が低かった。
【符号の説明】
【００５３】
１０  太陽電池モジュール
１１  太陽電池セル
１２  太陽電池用封止材
１３  透明保護材
１４  バックシート
１５  タブストリング
【図１】
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