(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線照射を施した、エチレンと不飽和カルボン酸を必須成分とする共重合体からなり、１５０℃における貯蔵弾性率が１０3Ｐａ以上であって、全光線透過率が９０％以上であ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】
請求項１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】
このような問題に対し、本発明者らは特願平１０−２９４３５４号において、有機過酸化物を使用しなくてもガラスや金属等の保護材に対し優れた接着性を示し、また透明性、耐熱性にも優れる代替材料として、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体もしくはそのアイオノマーを用いることを提案した。
【０００６】
しかしながら太陽電池使用時には最高９０〜１００℃まで温度上昇することがあり、上記提案の材料では貯蔵弾性率の低下により、封止材が流動、変形する恐れがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは、高温域での貯蔵弾性率が向上し、太陽電池モジュールの温度上昇時においても流動や変形を起こし難くかつ透明性や接着性を実質的に損なわれない材料につき、鋭意検討を行った。その結果、後記する材料が高温域での弾性率が優れ、また透明性や接着性も実質的に損なわれず、太陽電池封止材料として要求される性能を満足していることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、電子線照射を施した、エチレンと不飽和カルボン酸を必須成分とする共重合体からなり、１５０℃における貯蔵弾性率が１０3Ｐａ以上であって、全光線透過率が９０％以上である太陽電池モジュールにおける太陽電池素子封止材料に関する。本発明はまた、上記太陽電池素子封止材料を用いた太陽電池モジュールに関する。
【０００９】
【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。
【００１０】
本発明の封止材料として用いられるエチレン共重合体は、エチレンと不飽和カルボン酸を必須成分とする共重合体であって、ＪＩＳ  Ｋ−７１０６で規定される弾性率が好ましくは１〜５００ＭＰａ、一層好ましくは３〜３００ＭＰａのものである。
【００１１】
エチレンと共重合させる単量体は、不飽和カルボン酸が必須成分であり、エチレン共重合体の具体例としては、エチレンとアクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸との共重合体、エチレン・ビニルエステル・不飽和カルボン酸共重合体、エチレン・不飽和カルボン酸エステル・不飽和カルボン酸共重合体などを例示することができる。このような共重合体はまた、不飽和カルボン酸や不飽和珪素化合物などでグラフト変性されたものであってもよい。
【００１２】
これらエチレンと不飽和カルボン酸を必須成分とする共重合体は透明性、接着性、柔軟性、熱収縮性、強度等を考慮すると、エチレン含量が６０〜９５重量％、とくに７０〜９０重量％であって、融点が８５℃以上のものを使用するのが好ましい。もっとも受光側でない裏面保護シートには、透明性は要求されないのでエチレン含量のさらに高い共重合体も好ましく使用できる。エチレン共重合体としてはまた、加工性、強度等を考慮すると、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレートが０．１〜５００ｇ／１０分、とくに１〜２００ｇ／１０分程度のものを使用するのが好ましい。
【００１３】
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、チタンカップリング剤のようなカップリング剤、架橋助剤などを例示することができる。架橋助剤の具体例としては、ポリアリル化合物やポリ（メタ）アクリロキシ化合物のような多不飽和化合物を例示することができる。より具体的には、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルフマレート、ジアリルマレエートのようなポリアリル化合物、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートのようなポリ（メタ）アクリロキシ化合物を挙げることができる。とくにエチレン共重合体としてエチレン・不飽和エステル共重合体を使用するときには、接着性向上のためシランカップリング剤を配合することが望ましい。
【００１４】
本発明の封止材料としては、架橋により高温域での貯蔵弾性率を向上させるために上記エチレン共重合体に電子線を照射させたものを使用する。他の高エネルギー電磁波、たとえば紫外線等を用いても架橋することはできるが、光開始剤を使用する必要があること、それによる毒性の懸念、架橋後のシートの着色や屋外暴露による経時劣化などの問題があるため、電子線による架橋が好ましい。
【００１５】
電子線照射における加速電圧は、被照射体であるシート厚みによって決まり、厚いシートほど大きな加速電圧を必要とする。例えば、０．５ｍｍ厚みのシートでは１５０ｋＶ以上、好ましくは３００ｋＶ以上で照射する。加速電圧がこれより低いと、照射側と反対面の架橋が充分に行われない。照射線量は、０．１〜１００Ｍｒａｄ、好ましくは１〜３０Ｍｒａｄの範囲である。照射線量が０．１Ｍｒａｄより小さいと充分な架橋が行われず、また１００Ｍｒａｄを越えると発生する熱によるシートの変形や着色等が懸念されるようになる。
【００１６】
電子線照射によるエチレン共重合体の架橋としてはまた、エチレン共重合体ゲル化率（電子線照射したシート１ｇをエチレン共重合体の良溶媒、例えばキシレン１００ｍｌに浸漬し、その溶媒の沸点付近の温度まで加熱した後、金網で濾過し、不溶解分を捕集、乾燥、秤量することにより測定）が６５％以上、好ましくは７０％以上となるように行うのが好ましい。
【００１７】
本発明の封止材料は、前記したエチレン共重合体から０．１〜１ｍｍ程度の厚みのシートを製造し、これに電子線照射を行うことによって得ることができる。電子線照射は、一度成形したシートを巻き取った後、改めて電子線照射装置にかけて行ってもよいが、シート成形時の巻取りの前に工程ライン内で照射を行えば生産効率がよくなる。
【００１８】
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。例えば上部透明保護材／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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
太陽電池モジュールの製造に当たっては、上記のように作成したシート状の封止材料を、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。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。
【００２２】
【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、電子線照射条件及び物性の評価方法は以下の通りである。
【００２３】
１．原料
（１）エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）
メタクリル酸含量１５重量％、ＭＦＲ２５ｇ／１０分
（２）シランカップリング剤
γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ５０３  信越      化学（株）製）
【００２４】
２．電子線照射条件
電子線照射装置：ＥＰＳ−７５０（日新ハイボルテージ（株）製）
加速電圧：７５０ｋＶ
照射線量：表１に示す
【００２５】
３．物性評価方法
（１）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℃
プレスシートサンプル厚み０．５ｍｍ
【００２６】
（２）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。  プレスシートサンプル厚み：０．５ｍｍ
【００２７】
（３）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、後記する方法で作成した０．５ｍｍ厚みのプレスシート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／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、ガラスとプレスシート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
【００２８】
（Ｂ）対アルミ板
アルミ板とＰＥＴフイルムとの間に後記する方法で作成した０．５ｍｍ厚みの上記プレスシート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／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、アルミ板とプレスシート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
【００２９】
［実施例１］
原料のエチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）を用いて、プレス成形（成形温度１６０℃）により、厚さ０．５ｍｍのシートを作成した後、上記記載の照射条件によって電子線照射を行った。これらのシートを用いて上記（１）〜（３）の方法により、貯蔵弾性率、全光線透過率、接着性を評価した。結果を表１に示す。
【００３０】
［比較例１〜２］
ＥＭＡＡ及びＥＶＡ単体を用いてプレス成形（成形温度１６０℃）により厚さ０．５ｍｍのシートを作成し、同様の評価を行った。結果を表１に併記する。
【００３１】
【表１】
0004437349.tif 000002
【００３２】
表１に示すように本発明に係る封止材料は、電子線照射を行っていないＥＭＡＡやＥＶＡと比べて、透明性、接着性を大きく損なうことなく、高温域での弾性率が優れている。
【００３３】
【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。とくに適切な電子線照射条件を選択することにより、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。また過酸化物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。