(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和カルボン酸含量が5〜20重量％のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーであって、その中和度が５〜30％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が８５〜１０５℃のアイオノマーであることを特徴とする太陽電池モジュールにおける太陽電池素子封止材料。
【請求項２】
アイオノマーが、不飽和カルボン酸含量5〜20重量％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が８５〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、不飽和カルボン酸含量5〜20重量％、DSCによる融点が８５〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーとのブレンドによって得られ、その平均中和度が５〜30％であるアイオノマーであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池素子封止材料。
【請求項３】
アイオノマーが、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が９０〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、不飽和カルボン酸含量が上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体の不飽和カルボン酸含量より１重量％以上少なく、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が1℃以上高いエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーとを、両者の合計量を１００重量部として、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体２０〜９５重量部、アイオノマー８０〜５重量部の割合でブレンドしたものであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子封止材料。
【請求項４】
アイオノマーの融点が９０〜１０５℃であることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の太陽電池素子封止材料。
【請求項５】
アイオノマーの、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）が１〜２００ｇ／１０分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池素子封止材料。
【請求項６】
周波数１０Hz、振幅2μm、正弦波、昇温速度3℃/分の条件で、温度１５０℃における貯蔵弾性率が１０3Ｐａ以上、ＪＩＳ  Ｋ７１０５の方法による全光線透過率が９０％以上である請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池素子封止材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池素子封止材料を用いた太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールにおける太陽電池素子の封止材料及びそれを用いた太陽電池モジュールに関する。さらに詳しくは、太陽電池モジュールの形成が容易で、透明性、耐熱性、接着性等に優れた封止材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池は、近年、一般住宅用に利用されるようになってきたが、未だ充分に普及するには至っていない。その理由として、太陽電池そのものの性能が充分優れているとは言い難いためモジュールを大きくせざるを得ないこと、モジュール製造における生産性が低いこと、その結果高価につくことなどが挙げられる。
【０００３】
太陽電池モジュールは、一般にシリコン、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレンなどの太陽電池素子を上部透明保護材と下部基板保護材とで保護し、太陽電池素子と保護材とを封止材で固定し、パッケージ化したものである。このため太陽電池封止材料としては、透明性や上下の各保護材との接着性が良好であることが要求されている。
【０００４】
例えば現在、太陽電池モジュールにおける太陽電池素子の封止材料としては、柔軟性、透明性等の観点から、酢酸ビニル含量の高いエチレン・酢酸ビニル共重合体が使用されている。しかしながら、その耐熱性、接着性が不足しているところから、有機過酸化物やシランカップリング剤などを併用する必要があった。この場合、これらの添加剤を配合したエチレン・酢酸ビニル共重合体のシートを作成し、得られたシートを用いて太陽電池素子を封止するという２段階の工程を採用する必要があった。このシートの製造段階では、有機過酸化物が分解しないような低温度での成形が必要であるため、押出成形速度を大きくすることができず、また太陽電池素子の封止段階では、ラミネーターにおいて数分乃至十数分かけて仮接着する工程と、オーブン内において有機過酸化物が分解する高温度で数十分ないし１時間かけて本接着する工程とからなる２段階の時間をかけての接着工程を経る必要があった。そのため太陽電池モジュールの製造には手間と時間がかかり、その製造コストを上昇させる要因の一つとなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは、このような有機過酸化物の使用を必要とせず、したがって太陽電池モジュールの生産効率を顕著に改善することができ、しかも太陽電池用封止材料として優れた特性を有する代替材料につき検討を行った。その結果、後記する材料が、透明性、耐熱性が優れ、また有機過酸化物等を使用しなくても、ガラスや金属などの保護材に対して優れた接着性を示し、代替材料として優れていることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不飽和カルボン酸含量が5〜20重量％のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーであって、その中和度が５〜30％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が８５〜１０５℃のアイオノマーであることを特徴とする太陽電池モジュールにおける太陽電池素子封止材料である。本発明はまた、太陽電池素子封止材料として上記のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーを用いた太陽電池モジュールである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の封止材料は、太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子と上部透明保護材及び下部基板保護材とを封止して太陽電池モジュールを形成させるものである。
【０００８】
上記本発明の封止材料として用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーは、不飽和カルボン酸含量が５〜２０重量％で、ＤＳＣによる融点が８５℃〜１０５℃好ましくは９０〜１０５℃のものである。かかる共重合体又はそのアイオノマーは、エチレン・酢酸ビニル共重合体の場合のように、コモノマー含量の高いエチレン共重合体を使用しなくても優れた透明性を有しているという利点がある。
なお本発明においてエチレン・不飽和カルボン酸共重合体及びアイオノマーの融点はＤＳＣ（ＪＩＳ  Ｋ−７１２１の方法）により測定した。
【０００９】
ここに不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸などであり、とくにアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、柔軟性付与に効果的であるところから、ビニルエステルや（メタ）アクリル酸エステルなどが共重合されたものを使用してもよいが、一般的にはこれら共重合成分を含むものは融点が低くなるので、多量に含有するものは使用できない。
【００１０】
本発明におけるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーとしては、その金属種として、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの多価金属などを例示することができる。このようなアイオノマーを使用する利点は透明性、高温における貯蔵弾性率が高いことであり、その中和度としては、接着性等を勘案するとあまり中和度の高いものを使用するのは得策ではなく、５〜３０％のものを使用する。
【００１１】
不飽和カルボン酸含量が５重量％より少ないような上記共重合体又はそのアイオノマーを使用した場合には透明性が優れたものが得られず、また接着性についても不充分なものとなる。また不飽和カルボン酸含量が大きくなると、透明性に関してはより優れたものが得られるが、融点が低くなったり、吸湿性が増すなどの問題がでてくる。本発明においては融点が８５℃以上のものと規定しているため、その含量には自ずから限度がある。
【００１２】
本発明においては、上記共重合体やアイオノマーとして、融点が８５℃より低いものを使用した場合には耐熱性が充分でなく、太陽電池素子封止材料に用いた場合、太陽電池使用時における温度上昇により変形の恐れがあり、また太陽電池モジュールを加熱圧着法で製造するときに、これら封止材料が必要以上に流れ出してバリを生じる恐れがあるので好ましくない。
【００１３】
上記共重合体やアイオノマーにおいて、透明性、接着性及び耐熱性のバランスを考慮すると、不飽和カルボン酸含量が５〜２０重量％、好ましくは７〜１７重量％のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーであって、中和度が５〜３０％、好ましくは５〜２０％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が９０〜１０５℃、好ましくは９２〜１０５℃のものを使用するのがとくに好ましい。
また上記アイオノマーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体とエチレン・不飽和カルボン酸共重合体アイオノマーとのブレンドによって得ることもできる。具体的には不飽和カルボン酸含量が５〜２０重量％、好ましくは７〜１７重量％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が９０〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、不飽和カルボン酸含量が５〜２０重量％、好ましくは７〜１７重量％、DSCによる融点（JIS  K-7121の方法による）が９０〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体アイオノマーのブレンドであって、後者アイオノマーの金属成分と両者の不飽和カルボン酸成分を勘案した平均中和度が５〜３０％、好ましくは５〜２０％のものを使用するのがとくに好ましい。上記アイオノマーのみを使用する場合にも、不飽和カルボン酸含量が１重量％以上異なる２種以上のアイオノマーを併用するのが望ましく、また共重合体とアイオノマーをブレンドして用いる場合にも、不飽和カルボン酸含量が１重量％以上異なるものを使用するのが好ましい。ブレンドによるアイオノマーを得る場合の例として、例えば融点が９０〜１０５℃のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体と、酸含量が該共重合体より１重量％以上少なく、融点が１℃以上高いアイオノマーとを、両者の合計量を１００重量部として、前者２０〜９５重量部、好ましくは５０〜８０重量部と、後者８０〜５重量部、好ましくは５０〜２０重量部のブレンドのようなものを例示することができる。
【００１４】
上記共重合体又はそのアイオノマーとしてはまた、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）が１〜２００ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。ＭＦＲが低いものを使用した場合には、若干低めの融点のものを使用しても上記のような封止材料の流れによるトラブルが生じ難いという利点はあるが、あまりＭＦＲの低いものを使用すると加工性が悪くなる。一方、あまりＭＦＲの高すぎるものを使用すると、モジュール作成時に端部からはみ出してラミネート内に付着する量が多くなり、それを取り除く作業に手間がかかり、生産効率が悪くなる。
【００１５】
本発明の封止材料には、必要に応じ、種々の添加剤を配合することができる。
このような添加剤としては、太陽電池素子の受光側の封止材に配合する場合は、その透明性を損なうものは好ましくないが、太陽電池素子の受光側の反対面の封止材に配合する場合にはそのような制約を受けない。このような添加剤として具体的には、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、光拡散剤、難燃剤、変色防止剤、シランカップリング剤などを例示することができる。
【００１６】
本発明の封止材料を用い、太陽電池素子を上下の保護材で固定することにより太陽電池モジュールを製作することができる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができる。例えば透明保護材／封止材／太陽電池素子／封止材／下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止材で挟む構成のもの、下部基板保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と上部透明保護材を形成させるような構成のもの、上部透明保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と下部保護材を形成させるような構成のものなどを挙げることができる。
【００１７】
太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレン、カドミウムーテルルなどのIIIーＶ族やIIーVI族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができ、本発明の封止材料はこれらいずれの太陽電池素子の封止にも適用することができる。
【００１８】
太陽電池モジュールを構成する上部保護材としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂などを例示することができる。また下部保護材としては、金属や各種熱可塑性樹脂フイルムなどの単体もしくは多層のシートであり、例えば、錫、アルミ、ステンレススチールなどの金属、ガラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィンなどの１層もしくは多層のシートを例示することができる。本発明の封止材料は、これらの上部又は下部保護材に対して良好な接着性を示す。
【００１９】
太陽電池モジュールの製造に当たっては、本発明の封止材料のシートを予め作っておき、封止材料が溶融する温度で圧着するという従来同様の方法によって、すでに述べたような構成のモジュールを形成することができる。この場合、封止材料に有機過酸化物を含有していないので、封止材料のシート成形を高温で生産性よく行うことができるとともに、モジュールの形成においても２段階の接着工程を経る必要はなく、高温度で短時間に完結することができる。さらに本発明の封止材料を押出コーティングすることによって太陽電池素子や上部保護材あるいは下部保護材と積層する方法を採用すれば、わざわざシート成形することなく一段階で太陽電池モジュールを製造することが可能である。かくして本発明の封止材料を使用すれば、モジュールの生産性を格段に改良することができる。
【００２０】
上記いずれの方法を採用するにしても封止材料の厚みは任意であり、例えば０．１〜１ｍｍ程度の厚みとすることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例及び比較例に用いた原料及び物性の評価方法は以下の通りである。
【００２２】
１．原料
使用したアイオノマー及び、中和度を調整するためにアイオノマーと混合されるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体を表１に示す。
【表１】
0004565455.tif 000002
ＥＭＡＡ：エチレン・メタクリル酸共重合体
ＭＡＡ：メタクリル酸
ＥＡＡ：エチレン・アクリル酸共重合体
ＡＡ：アクリル酸
ＩＯ：アイオノマー
ＥＶＡ：エチレン・酢酸ビニル共重合体
ＶＡ：酢酸ビニル
【００２３】
２．物性評価方法
（１）融点・凝固点
Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＤＳＣ装置を用いてＪＩＳ  Ｋ−７１２１の方法で測定した。
（２）貯蔵弾性率（Ｅ’）
貯蔵弾性率を下記の装置を用い、下記条件で測定した。
装置：レオロジー社製  ＤＶＥ−Ｖ４  ＦＴ−レオスペクトラー
条件：引張モード、周波数１０Ｈｚ、振幅２μｍ、正弦波、昇温速度３℃／分
測定温度１２０℃、１４０℃、１５０℃
シートサンプル厚み２ｍｍ
【００２４】
（３）全光線透過率
スガ試験機製ヘーズメーターを用いて、ＪＩＳ  Ｋ７１０５の方法で評価した。  シートサンプル厚み：０．５ｍｍ
【００２５】
（４）接着性評価
（Ａ）対ガラス
太陽電池用の上部透明保護材である透明ガラス板とＰＥＴフイルムとの間に、０．５ｍｍ厚みの上記シートサンプルを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、ガラス板／シートサンプル／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、ガラスとシートサンプル間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。
○：接着性良好        ×：接着性不良
【００２６】
（Ｂ）対アルミ板
アルミ板とＰＥＴフイルムとの間に０．５ｍｍ厚みの上記シートサンプルを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、アルミ板／シートサンプル／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、アルミ板とシートサンプル間の接着強度をオートグラフを用いて１８０度剥離にて測定した。
【００２７】
実施例１〜２
表１に記載のエチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）及びエチレン・メタクリル酸共重合体アイオノマー（ＥＭＡＡ−ＩＯ）を、下記の成形機及び成形条件により、幅３５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシートに押出した。
成形機：４０ｍｍ単軸押出機
スクリュー：深溝フルフライトタイプ、Ｌ／Ｄ＝２６
ダイス：４００ｍｍ幅コートハンガーダイ
成形温度：１８０℃（ダイス設定温度）
【００２８】
得られた押出シートの融点、凝固点、全光線透過率及び接着性を測定した。結果を表２に示す。
【００２９】
比較例１
上記実施例において、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体またはアイオノマーの代わりに表１記載のエチレン・酢酸ビニル共重合体を用い、上記実施例と同様にして押出シートを作成し、同様の評価を行った。
結果を表２に併記する。
【表２】
0004565455.tif 000003
【００３０】
表２に示すように、太陽電池に要求される透明性を満足するような、酢酸ビニルを多量に含有する比較例１のエチレン・酢酸ビニル共重合体は、非架橋の状態では融点、凝固点が低く、耐熱性が著しく劣っている。これに対し本発明の対象とするエチレン・不飽和カルボン酸共重合体及びそのアイオノマーは、非架橋においても耐熱性、透明性が優れ、また太陽電池の保護材に使用されるような各部材との接着性が良好であった。
【００３１】
実施例３〜８および比較例２
表１に示すエチレン・メタクリル酸共重合体（Ａ−１）及びアイオノマー［ＩＯ−３（融点９６℃）及びＩＯ−４（融点１００℃）］を表３で示す配合比で配合し、下記の成形機及び成形条件により混練した後、プレス成形（成形温度１６０℃）により、厚さ０．５ｍｍ及び２ｍｍのシートを作成した。これらのシートを用いて物性評価を行った。結果を表３に示す。
成形機：４０ｍｍ単軸押出機
スクリュー：深溝フルフライトタイプ、Ｌ／Ｄ＝２６
成形温度：１８０℃（ダイス設定温度）
【００３２】
【表３】
0004565455.tif 000004
【００３３】
表３に示すように、エチレン・メタクリル酸共重合体は透明性、接着性が優れているが、耐熱性が若干不足気味である（比較例２）。これに高融点のアイオノマーを適量配合することにより、接着性を犠牲にすることなく耐熱性を改良することができる（実施例３〜８）。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の封止材料は、上部保護材としてのガラス、下部基板保護材としての金属、太陽電池素子などに対して、過酸化物やシランカップリング剤を使用しなくても優れた接着性を示し、また透明性、耐熱性においても優れている。とくに適切なアイオノマーを使用することにより、例えば、１５０℃における貯蔵弾性率が１．０×１０3Ｐａ以上、好ましくは５．０×１０3Ｐａ以上で、光線透過率が９０％以上、好ましくは９１％以上の封止材料を容易に得ることができる。したがって本発明によれば、太陽電池モジュールの使用時に温度上昇しても、封止材料が流動したり変形したりするトラブルを回避することが可能であり、太陽電池の外観を損なうことも無い。また上記のような添加剤の使用が省略できるので、太陽電池モジュール製造工程における生産性を著しく高めることが可能であり、太陽電池モジュールの製造コストを大幅に低減させることが可能である。