(57)【要約】【課題】透明性及び柔軟性に優れ、しかも、太陽電池モジュールの生産性低下を招くことなく、モジュール化した際の高電圧下での電流漏れを抑制できる太陽電池モジュール用封止材を提供する。また、生産性低下を招くことなく、高電圧下での電流の漏れを抑制でき、しかも発電性能が高い太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュール用封止材１２は、エチレン−酢酸ビニル共重合体と、芳香族第二級アミン（ただし、酸基を有するものは除く。）とを含有し、芳香族第二級アミンの含有量が、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．１〜１．０質量部である。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を挟持した一対の上記太陽電池モジュール用封止材１２とを備える。【選択図】図１
2015070084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレン−酢酸ビニル共重合体と、芳香族第二級アミン（ただし、酸基を有するものは除く。）とを含有し、芳香族第二級アミンの含有量が、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．１〜１．０質量部である、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、請求項１に記載の太陽電池モジュール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、再生可能エネルギーの利用拡大が進められており、太陽光発電についても急速に普及している。特に、メガソーラーと称される大規模太陽光発電所の建設が各地で進められている。
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電気的に接続された状態で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を主成分としたものが広く使用されている。
ところが、大規模太陽光発電所では、発電量が多いため、太陽電池モジュール内部の回路と該モジュールを固定するフレームとの間の電圧が高くなり、長時間の負荷がかかると、電流の漏れを起こすことがあった。この電流の漏れにより、発電の出力が低下することがあった。この出力低下は「ＰＩＤ現象」と称され、対策が求められている。
そこで、封止材として、酢酸ビニル単位含有量が少ないエチレン−酢酸ビニル共重合体又は酢酸ビニル単位を含まないポリオレフィンを用いて、封止材の体積固有抵抗を高め、電流の漏れを防ぐことが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３８８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、封止材として、酢酸ビニル単位含有量が少ないエチレン−酢酸ビニル共重合体又は酢酸ビニル単位を含まないポリオレフィンを用いると、下記（ａ）〜（ｃ）の問題を生じた。
（ａ）封止材の透明性が低下するため、封止材を透過して太陽電池セルに到達する太陽光量が減少して、太陽電池モジュールの発電効率が低下した。
（ｂ）モジュール作製時の封止材の架橋速度が低くなり、モジュール作製に要する時間が長くなって、生産性が低下した。
（ｃ）封止材の柔軟性が低下し、モジュール作製時に太陽電池セルが圧迫されて破損することがあった。
【０００５】
本発明は、透明性及び柔軟性に優れ、しかも、太陽電池モジュールの生産性低下を招くことなく、モジュール化した際の高電圧下での電流漏れを抑制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、生産性低下を招くことなく、高電圧下での電流の漏れを抑制でき、しかも発電性能が高い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、エチレン−酢酸ビニル共重合体と、芳香族第二級アミン（ただし、酸基を有するものは除く。）とを含有し、芳香族第二級アミンの含有量が、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．１〜１．０質量部である。
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上記太陽電池モジュール用封止材とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の太陽電池モジュール用封止材は、透明性及び柔軟性に優れ、しかも、太陽電池モジュールの生産性低下を招くことなく、モジュール化した際の高電圧下での電流漏れを抑制できる。
本発明の太陽電池モジュールは、生産性低下を招くことなく、高電圧下での電流の漏れを抑制でき、しかも発電性能が高い。
【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を示す断面図である。
【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−酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ」という。）と芳香族第二級アミンとを含有するシートである。
【００１０】
（ＥＶＡ）
ＥＶＡは、酢酸ビニル単位の割合が１０〜４０質量％であることが好ましく、１５〜３５質量％であることがより好ましい。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、太陽電池モジュールにした際に該封止材の透明性、柔軟性及び接着性をより高くでき、前記上限値以下であれば、太陽電池モジュールの耐久性をより高くできる。
ＥＶＡ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。ＥＶＡ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。
【００１１】
（芳香族第二級アミン）
本発明における芳香族第二級アミンは、Ｒ１Ｒ２ＮＨの化学式で表される化合物である。前記Ｒ１、Ｒ２は、各々独立して、フェニル基、ナフチル基、アントラセン基のいずれかである。フェニル基、ナフチル基及びアントラセン基は、アルキル基等の置換基を有してもよい。ただし、本発明における芳香族第二級アミンは、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基等の酸基を有さないものである。
本発明における芳香族第二級アミンとしては、ジフェニルアミン、ジナフチルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、アルキル化ジナフチルアミン等が挙げられる。これらの中でも、高電圧下での電流漏れをより抑制でき、透明性、柔軟性及びモジュールの生産性をより高くできることから、アルキル化ジフェニルアミンが好ましい。
アルキル化ジフェニルアミンとしては、ジ（４−ブチルフェニル）アミン（「ブチル化ジフェニルアミン」と称されることもある。）、ジ（４−ヘキシルフェニル）アミン（「ヘキシル化ジフェニルアミン」と称されることもある。）、ジ（４−オクチルフェニル）アミン（「オクチル化ジフェニルアミン」と称されることもある。）、ジ（４−デシルフェニル）アミン（「デシル化ジフェニルアミン」と称されることもある。）等が挙げられる。これらの中でも、入手容易であることから、オクチル化ジフェニルアミンが好ましい。
【００１２】
芳香族第二級アミンの含有量は、ＥＶＡを１００質量部とした際に０．１〜１．０質量部であることが好ましく、０.２〜０．５質量部であることがより好ましい。芳香族第二級アミンの含有量が前記下限値未満であると、モジュール化した際の高電圧下での電流漏れを抑制できず、前記上限値を超えると、透明性が低下する傾向にある。また、前記上限値を超えると、芳香族第二級アミンがブリードアウトして、封止材としての重要な機能である接着性が低下する傾向にあり、さらには、封止材が黄色味を呈して外観が損なわれる傾向にある。
【００１３】
（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、架橋剤、架橋助剤等の添加剤が含まれてもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
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を含む場合、シランカップリング剤の配合量は、ＥＶＡの１００質量部に対して、０質量部超１０質量部以下が好ましく、０質量部超５質量部以下がより好ましい。
【００１６】
架橋剤は、ＥＶＡ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。
架橋剤を含む場合、架橋剤の配合量は、ＥＶＡ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。
【００１７】
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。該化合物としては、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等が挙げられる。
架橋助剤を含む場合、架橋助剤の配合量は、ＥＶＡ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。
【００１８】
また、上記添加剤の他に、封止材には、顔料、染料、充填材等が含まれてもよい。
【００１９】
（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０．０５〜１ｍｍの範囲内で適宜選択される。封止材の厚みが０．０５ｍｍ以上であれば、太陽電池セルを充分に封止でき、１ｍｍ以下であれば、太陽電池セルを薄型化できる。
【００２０】
（封止材の製造方法）
封止材の製造方法としては、ＥＶＡと芳香族第二級アミン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。
【００２１】
（作用効果）
前記芳香族第二級アミンはＥＶＡとの相溶性が高く、封止材の内部に保持されやすいものである。ＥＶＡを主成分とする封止材の内部には、電流の漏れの原因になる遊離酸性物質（例えば、酢酸等）を生じることがあるが、前記芳香族第二級アミンは塩基性を有しているため、その遊離酸性物質を捕捉することができる。したがって、本発明の封止材においては、その内部に含まれる前記芳香族第二級アミンによって、高電圧下での電流の漏れを減らすことができる。
上記のように、前記芳香族第二級アミンを含有することにより、本発明の封止材では、通常の酢酸ビニル単位含有量のＥＶＡを使用でき、柔軟性を高くすることができる。また、酢酸ビニル単位含有量が少ないエチレン−酢酸ビニル共重合体又は酢酸ビニル単位を含まないポリオレフィンを用いなくてもよいため、モジュール化する際の封止材の架橋性を維持でき、生産性の低下を防ぐことができる。
また、前記芳香族第二級アミンの含有量は上限値を有しており、芳香族第二級アミンが過剰に含まれることがなく、ＥＶＡを主成分とする封止材の透明性を低下させにくくなっている。
【００２２】
前記芳香族第二級アミンの代わりに、前記芳香族第二級アミン以外のアミンを用いた場合には、上記作用効果は得られない。
例えば、芳香族第一級アミンは、ラミネート時の加熱により着色が激しい。
芳香族第三級アミンは、ＥＶＡとの相溶性が低く、封止材の透明性を低下させやすい。
脂肪族第一級アミン、脂肪族第二級アミンはラミネート時の加熱により着色が激しい。また、遊離酸性物質の捕捉が困難であり、電流の漏れを抑制することが困難である。
脂肪族第三級アミンは、ＥＶＡとの相溶性が低く、封止材の透明性を低下させやすい。
窒素複素環第一級アミン（特殊芳香族第一級アミン）は、遊離酸性物質の捕捉が困難であり、電流の漏れを抑制することが困難である。
【００２３】
＜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、一対の太陽電池用封止材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。
【００２４】
（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。
本実施形態例では、複数の太陽電池セル１１は、導線およ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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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２４は、単層であってもよく、複層であってもよい。
【００２７】
（太陽電池モジュールの製造方法）
太陽電池モジュール１０の製造方法としては、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とで挟んだ後、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とを接着する方法が挙げられる。
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ＥＶＡを架橋でき、封止材１１の耐久性をより向上させることができる。
【００２８】
（作用効果）
上記太陽電池モジュール１０は、上記封止材１２を用いたものであるから、高電圧下での電流の漏れが抑制されている。したがって、太陽電池モジュール１では、長時間、高電圧負荷がかかっても、出力低下を抑制することができる。
また、封止材１２の主成分はＥＶＡであるため、太陽電池モジュールを製造する際の架橋速度が充分に高く、生産性の低下が防止され、さらに、太陽電池セル１１の破損を防ぐことができる。
また、封止材１２の透明性が高く、太陽電池セル１１に太陽光が充分に到達するため、発電性能に優れている。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
エチレン−酢酸ビニル共重合体（湖南石油化学社製ＳＥＥＴＥＣ  ＶＥ７００、酢酸ビニル単位の割合：２８質量％）１００質量部、架橋剤（化薬アクゾ社製カヤヘキサＡＤ）０．５質量部、架橋助剤（日本化成社製タイク）０．５質量部、シランカップリング剤（信越シリコーン社製ＫＢＭ−５０３）０．３質量部、耐候剤（ＢＡＳＦジャパン社製ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ  ８１）０．３質量部と、芳香族第二級アミンＡ（オクチル化ジフェニルアミン）０．０５質量部とを混合して、封止材用組成物を得た。次いで、得られた封止材用組成物をプレス成形して、厚さ５００μｍのシート状の封止材を得た。
【００３０】
（実施例２）
オクチル化ジフェニルアミンの量を０．２質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３１】
（実施例３）
オクチル化ジフェニルアミンの量を０．５質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３２】
（実施例４）
オクチル化ジフェニルアミンの量を１．０質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３３】
（実施例５）
オクチル化ジフェニルアミン０．２質量部の代わりに、芳香族第二級アミンＢ（Ｎ-フェニル−１−ナフチルアミン）０．２質量部を配合した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た
【００３４】
（比較例１）
オクチル化ジフェニルアミンを添加しなかった以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３５】
（比較例２）
オクチル化ジフェニルアミンの量を２．０質量部に変更した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３６】
（比較例３）
オクチル化ジフェニルアミン０．０５質量部の代わりに、芳香族第一級アミンであるエチルアニリン０．２質量部を配合した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３７】
（比較例４）
オクチル化ジフェニルアミン０．０５質量部の代わりに、脂肪族第二級アミンであるポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）０．５質量部を配合した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３８】
（比較例５）
オクチル化ジフェニルアミン０．０５質量部の代わりに、脂肪第一級アミンである３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン０．２質量部を配合した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００３９】
（比較例６）
オクチル化ジフェニルアミン０．０５質量部の代わりに、窒素含有複素環第一級アミンであるアセトグアナミン０．２質量部を配合した以外は実施例１と同様にして、封止材を得た。
【００４０】
＜評価＞
得られた各封止材の透明性、架橋性、体積固有抵抗値を以下のように測定した。また、各封止材を用いて作製した太陽電池モジュールについて、ＰＩＤ試験をおこなって出力維持率を以下のように測定した。それらの結果を表１，２に示す。
【００４１】
［透明性］
封止材を一対の１ｍｍ厚のガラス板で挟んで積層体を作製した。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、封止材を架橋して試験片を得た。
その試験片を用い、曇り度計ＮＤＨ２０００（日本電色工業（株）製）を用い、ＪＩＳ  Ｋ  ７１３６に準拠してヘイズ値を測定した。ヘイズ値が小さい程、透明性が高く、１０％以下を合格（表中では「○」と表記）とし、１０％超を不合格（表中では「×」と表記）した。
【００４２】
［架橋性］
３．２ｍｍ厚のガラス／離型フィルム／封止材／離型フィルム／バックシートの積層構成で積層して積層体を得た。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、封止材を架橋して試験片を得た。
その試験片から封止材を取り出し、これを１１０℃のキシレンで溶解した後、濾過して未溶解物を回収した。そして、［（未溶解物の質量）／（試験片の質量）］×１００の式より架橋率を求めた。架橋率が高い程、架橋性が高く７５％以上を合格とした。
【００４３】
［体積固有抵抗値］
封止材を一対の１ｍｍ厚のガラス板で挟んで積層体を作製した。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、封止材を架橋して試験片を得た。
Agilent Technologies社製ハイ・レジスタンス・メータを用いて、架橋した封止材の体積固有抵抗値を測定した。体積固有抵抗値が大きい程、電流が漏れにくくなり、１．０×１０１５以上を合格とした。
【００４４】
［ＰＩＤ試験］
上記のようにして得た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、ポリフッ化ビニルおよ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７００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、出力維持率を求めた。出力維持率が高い程、出力低下が小さく９０％以上を合格とした。
【００４５】
【表１】
2015070084.tif 000003
【００４６】
【表２】
2015070084.tif 000004
【００４７】
芳香族第二級アミンが含まれた実施例１〜５の封止材は、ヘイズ値が小さく、架橋率が高く、体積固有抵抗値が大きかった。実施例１〜５の太陽電池モジュールは、出力維持率が高かった。
芳香族第二級アミンが含まれない比較例１の封止材は、体積固有抵抗値が小さかった。比較例１の太陽電池モジュールは、出力維持率が低かった。
芳香族第二級アミンの含有量が過剰な比較例２の封止材は、ヘイズ値が大きく、架橋率が小さかった。
芳香族第二級アミンの代わりに芳香族第一級アミンが含まれた比較例３の封止材は、ヘイズ値が大きく、体積固有抵抗値が小さかった。比較例３の太陽電池モジュールは、出力維持率が低かった。
芳香族第二級アミンの代わりに脂肪族第二級アミンが含まれた比較例４の封止材は、体積固有抵抗値が小さかった。比較例４の太陽電池モジュールは、出力維持率が低かった。
芳香族第二級アミンの代わりに脂肪族第一級アミンが含まれた比較例５の封止材は、ヘイズ値が小さかった。
芳香族第二級アミンの代わりに窒素含有複素環第一級アミンが含まれた比較例６の封止材は、体積固有抵抗値が小さかった。比較例６の太陽電池モジュールは、出力維持率が低かった。
【符号の説明】
【００４８】
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  タブストリング
【図１】
2015070084.tif 000005