(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズが相互に異なる複数個の半球形凹部が透明軟質フィルムの一面又は両面にランダム(random)なパターンで配列されて形成された構成を有する太陽電池モジュール用封止材シートであって、
前記半球形凹部は、半球形凹部の総個数を基準として直径(d1)が500乃至750μmであり、深さ(h)が200乃至300μmである半球形凹部の個数が10乃至50％、直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が45乃至60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が5乃至30％に分布することを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シート。
。
【請求項２】
サイズが相互に異なる複数個の半球形凹部が透明軟質フィルムの一面又は両面にランダム(random)なパターンで配列されて形成された構成を有する太陽電池モジュール用封止材シートであって、
前記半球形凹部は、半球形凹部の総個数を基準として直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が30乃至60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が40乃至70％に分布することを特徴とする太陽電池モジュール用封止材シート。
【請求項３】
請求項１または２による太陽電池モジュール用封止材シートを含む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、太陽電池モジュール用封止材シート及びこれを含む太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光エネルギーを直接電気に変える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであって、単結晶、多結晶又は非結晶シリコン系半導体を利用して製造される。
【０００３】
太陽電池セルはそのまま使用することはほとんどなく、一般的に数枚乃至数十枚の太陽電池素子を直列又は並列に配線し、セルを長期間保護するために様々なものをパッケージング(packaging)してユニット化するのであるが、このパッケージに編入されるユニットを太陽電池モジュールという。
【０００４】
最近、環境問題やエネルギー問題等により太陽電池が注目されており、開発が進められている。太陽電池モジュールは一般的に図１のような構造を有する。表面側透明保護部材であるガラス基板(11)と、裏面側保護部材である裏面保護フィルム(14)との間に封止材シート(12a、12b)2枚が太陽電池モジュール用太陽電池セル(13)を覆っている構成からなる。このような太陽電池モジュールは、ガラス基板(11)、封止材シート(12a)、太陽電池セル(13)、封止材シート(12a)、及び裏面保護フィルム(14)の順に積層され、加熱及び加圧して封止材シート(12a、12b)を架橋硬化させることによって一体に接着される。
【０００５】
太陽電池モジュールの封止工程は、加熱及び加圧により封止材シートが完全に溶融された時点で上下方向に圧力を与え、脱気して行われる。このとき、架橋剤を含む封止材シートは熱により架橋反応が起こり、その結果太陽電池セルがガラス基板と裏面保護フィルムの間に張り合わされた状態の太陽電池モジュールが製造される。
【０００６】
一般的に太陽電池モジュール用封止材シートは、架橋剤を含む透明軟質樹脂からなるシートを使用し、樹脂の主成分はエチレン-ビニルアセテート(EVA)共重合体であるのが一般的である。
【０００７】
ところが、従来の方法では封止材シートを太陽電池セルに接着するときに加えられる圧力により太陽電池モジュールがひび割れるという問題があった。また、脱気が不十分な状態で架橋反応を行った場合、太陽電池モジュール中に気泡が発生し、発電効率が低下したり信頼性が悪化する問題を招いた。このような問題点を改善するために日本特許公開第2000-183388号はエンボシング加工により凹凸面が連続的に形成され、凸凹面の深さが15乃至50μmである太陽電池モジュール用封止材シートを開示している。この凸凹面は張合せ工程において融着性や加圧接着性の向上をもたらし、太陽電池セルに接触する際にクッション効果を高めるために形成されたものである。
【０００８】
また、特許文献１には、保護フィルムの表面にエンボシング加工を施すことにより多数の溝部及び/又は凸部が形成された封止材を開示している。特に凸部が形成された封止材の場合、凸部の形成は横の直径が0.1乃至2mm程度であり、高さはフィルム厚みの20乃至95％である半球形状であり、フィルム面積に対する凸部形状の面積合計が1乃至50％であることが好ましいと開示されている。
【０００９】
ところが、このような封止材シートは太陽電池セルの破損を防止し、気泡の発生を抑制するのに依然として十分でないことから、さらに改善された封止材シートが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１８５０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的はセルの破損を防止し、気泡の発生を抑制する改善された封止材シート、及びこれを含む太陽電池モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的にしたがって、本発明ではサイズが相互に異なる複数個の半球形凹部が透明軟質フィルムの一面又は両面にランダム(random)なパターンで配列されて形成された構成を有し、半球形凹部は、半球形凹部の総個数を基準として直径(d1)が500乃至750μmであり、深さ(h)が200乃至300μmである半球形凹部の個数が10乃至50％、直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が45乃至60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が5乃至30％に分布する、太陽電池モジュール用封止材シートを提供する。また、本発明では上記太陽電池モジュール用封止材シートを含む太陽電池モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による太陽電池モジュール用封止材シートは、一面又は両面の封止材シート表面にサイズが相互に異なる多数のランダム(random)なパターンで配列されて形成された半球形凹部を備え、当該半球形凹部を上記のように分布させることにより、封止材シートと太陽電池セルとの張合せ工程時に圧力を分散させて太陽電池セルの破損をなくし、空気が抜けやすいようにして気泡の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の封止材シートを含む太陽電池モジュールの概略図
【図２】本発明の一実施形態による半球形凹部の断面図
【図３】本発明の一実施形態による半球形凹部の平面図
【図４】本発明の封止材シートを含む太陽電池モジュールの概略図
【図５】比較例として提示されたピラミッド型凹部の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の上記及び他の目的と特徴は、添付の図面と共に下記本発明の説明から明確になるはずである。
【００１６】
以下、本発明に対してさらに詳細に説明する。
【００１７】
図２に示されているように、封止材シートに備えられた半球形凹部は長軸の長さ(l1)及び短軸の長さ(l2)の比率に応じて円形又は楕円形の形が可能である。半球形凹部長軸の長さ(l1)は100乃至1500μm、特に500乃至1200μmの範囲であることが好ましく、短軸の長さ(l2)は100乃至1500μm、特に500乃至1200μmの範囲であることが好ましい。上記半球形凹部は短軸の長さ(l2)の0.5倍以下に陥没しているのが好ましい。上記半球形凹部の直径(d1)は100乃至1500μm、特に500乃至1200μmの範囲であることが好ましく、半球形凹部の深さ(h)は50乃至750μm、特に200乃至600μmの範囲であることが好ましい。封止材シート厚み(d)は200乃至1000μm、特に300乃至800μmの範囲であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい一実施形態において、上記半球形凹部は半球形凹部の総個数を基準として直径(d1)が500乃至750μmであり、深さ(h)が200乃至300μmである半球形凹部の個数が10乃至50％、直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が45乃至60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が5乃至30％の分布を有する。
【００１９】
さらに、本発明の好ましい他の実施形態において、上記半球形凹部は半球形凹部の総個数を基準として直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が30乃至60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が40乃至70％の分布を有する。
【００２０】
図３に示されているように、本発明による太陽電池モジュール用封止材シートは、サイズが相互に異なる複数個の半球形凹部が透明軟質フィルムの一面又は両面に形成されている構成を有する。また、図３に示されているように、複数個の半球形凹部はランダムなパターンに配列されるのが好ましい。
【００２１】
図４に示されているように、本発明による太陽電池モジュールはガラス基板(41)、封止材シート(42a)、太陽電池セル(43)、封止材シート(42b)、及び裏面保護フィルム(44)の順に積層されるのが好ましい。封止材シート(42a、42b)を張り合わせる際にサイズが相互に異なる多数の半球形凹部が設けられた面が太陽電池セル(43)を押圧するようになり、半球形凹部を介して圧力が分散されるため太陽電池セル(43)に加えられる圧力が小さくて太陽電池セルの破損がなくなり、凹部の隙間に空気が抜け出るようになって気泡の発生を抑制することができる。これにより、加熱及び加圧下に封止材シート(42a、42b)を架橋硬化して直接一体化された形態に太陽電池モジュールを構成することができる。
【００２２】
以下、本発明の封止材シートの材料として適合するエチレン-ビニルアセテート(EVA)樹脂組成物について説明する。
【００２３】
本発明の材料として使用されるEVA樹脂は、溶融流動指数(melt-flow rate)が0.7乃至50g/10min、特に10乃至45g/10minであることが好ましい。
【００２４】
本発明で利用するEVA樹脂組成物には耐候性向上のために架橋剤を配合することができるが、架橋剤としては一般的に100℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が使用され、特に配合時の安定性を考慮して半減期が10時間以上であり、分解温度が70℃以上であることが好ましい。このような有機過酸化物としては、例えば2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジヒドロパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、3-ジ-t-ブチルパーオキサイド、α,α'-ビス(t-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、n-ブチル-4,4-ビス(t-ブチルパーオキシ)ブタン、2,2-ビス(t-ブチルパーオキシ)ブタン、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン, t-ブチルパーオキシベンゾエート、ベンゾイルパーオキサイド等を利用することができる。このような有機過酸化物の配合量は、一般的にEVA樹脂100質量部を基準として5質量部以下、好ましくは0.3乃至2質量部であり得る。
【００２５】
また、太陽電池モジュール用封止材シートとして太陽電池セルとの接着力向上を目的として、EVA樹脂にシラン結合剤を添加することができる。シラン結合剤としては公知にされているものを使用することができ、例えば、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリス-(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-メトキシプロピルトリメトキシシラン、β-(3,4-エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-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。このようなシラン結合剤の配合量は、一般的にEVA樹脂100質量部を基準として5質量部以下、好ましくは0.1乃至2質量部であり得る。
【００２６】
また、EVA樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上させるためにEVA樹脂に架橋助剤を添加することができる。架橋助剤としては公知のものを使用することができ、例えばトリアリルイソシアヌレート、トリアリルイソシアネート等の3個の官能基を有する架橋助剤、エステル等の1個の官能基を有する架橋助剤が挙げられる。このような架橋助剤の配合量は、一般的にEVA樹脂100質量部を基準として10質量部以下、好ましくは0.1乃至3質量部であり得る。
【００２７】
さらに、EVA樹脂の安定性を向上させるためにヒドロキノン、ヒドロキノンメチルエチル、p-ベンゾキノン、メチルヒドロキノン等を添加することができ、この配合量は一般的にEVA樹脂100質量部を基準として5質量部以下であり得る。
【００２８】
また、必要に応じて上記以外の着色剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、変色防止剤等を添加することもできる。着色剤の例としては金属酸化物、金属粉等の無機顔料；アゾ系、フタロシアニン系、酸性又は塩基性顔料系レーキ等の有機顔料が挙げられる。紫外線吸収剤の例としては、2-ヒドロキシ-4-オクトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシ-5-スルホンベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物；2-(2'-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系化合物；フェニルサリシレート、p-t-ブチルフェニルサリシレート等のサリシレート系化合物が挙げられる。老化防止剤の例としてはアミン系、フェノール系、ビスフェニル系化合物が可能であり、例えば、t-ブチル-p-クレゾール、ビス-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート等が挙げられる。
【００２９】
本発明の封止材シートは、上述したようなEVA樹脂組成物を使用して、T-ダイ圧出やカレンダー工程で200乃至1000μmの厚みに形成した後、所望のパターンにエンボシング加工して製造することができる。
【００３０】
本発明の封止材シートを利用した太陽電池モジュールは、ガラス基板、封止材シート、太陽電池セル、封止材シート、及び裏面保護フィルムの順に積層し、積層体を一定の規則にしたがって真空ラミネーター(laminator)で温度100乃至150℃、脱気時間4乃至12分、プレス圧力0.5乃至1気圧、プレス時間8乃至45分で加熱及び加圧して製造することができる。本発明の封止材シートは、クッション性が良好であることから加熱及び加圧段階において未溶融の封止材シートが太陽電池セルに押圧されて太陽電池セルが損傷するのを防止し、高品質の製品を高収率で製造することができる。
【００３１】
以下、下記実施例により本発明をさらに詳細に説明することにする。但し、下記実施例は本発明を例示するためのものであるだけであり、本発明の範囲がこれらのみに限定される訳ではない。
【００３２】
（実施例１）
EVA樹脂としてEV150(三井・デュポンポリケミカル社；溶融流動指数：30g/10min)10質量部、架橋剤としてLuporox101(アルケマ社)1.5質量部、シラン結合剤としてZ-6030(ダウ-コーニング社)0.5質量部、及び安定剤としてUV531(サイテック社)0.2質量部、Tinuvin770(チバ・スペシャルティ・ケミカル社)0.2質量部、及びIrganox1076(チバ・スペシャルティ・ケミカル社)0.2質量部を混合して、磁気粘着性表面保護用フィルム(EVA)樹脂組成物を製造した。
【００３３】
上記磁気粘着性表面保護用フィルム(EVA)樹脂組成物としてT-ダイ圧出やカレンダー工程を実施し、フィルムの一面にランダムなパターンを有する半球形凹部が形成されたサイズ1000×1000μm及び厚み(d)600μmの封止材シートを形成した。
フィルム一面の半球形凹部の分布は、半球形凹部の全体個数を基準として直径(d1)が500乃至750μmであり、深さ(h)が200乃至300μmである半球形凹部の個数が50％、直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が45％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が5％に分布するようにした。
【００３４】
その後、半球形凹部が太陽電池セルと接するように低鉄分強化ガラス基板、上記封止材シート、太陽電池セル(Q6LM、Q-セルズ(Q-Cell)社)、上記封止材シート、及び裏面保護フィルム(Dunsolar700、Dunmore社)の順に積層し、加熱温度150℃、脱気時間4分、プレス圧力1気圧、プレス時間15分の条件で100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同一の条件で実施するのであるが、フィルムの一面に半球形凹部の分布が、半球形凹部の全体個数を基準として直径(d1)が500乃至750μmであり、深さ(h)が200乃至300μmである半球形凹部の個数が10％、直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が30％に分布するようにして、100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００３６】
（実施例３）
実施例１と同一の条件で実施するのであるが、フィルムの一面に半球形凹部の分布が、半球形凹部の全体個数を基準として直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が60％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が40％に分布するようにして、100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００３７】
（実施例４）
実施例１と同一の条件で実施するのであるが、フィルムの一面に半球形凹部の分布が、半球形凹部の全体個数を基準として直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が50％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が50％に分布するようにして、100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００３８】
（実施例５）
実施例１と同一の条件で実施するのであるが、フィルムの一面に半球形凹部の分布が、半球形凹部の全体個数を基準として直径(d1)が750乃至1000μmであり、深さ(h)が300乃至400μmである半球形凹部の個数が30％、及び直径(d1)が1000乃至1200μmであり、深さ(h)が400乃至450μmである半球形凹部の個数が70％に分布するようにして、100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００３９】
（比較例１）
封止材シートのサイズが1000×1000μmであり、封止材シート厚み(d)が600μmである平面の封止材シートを使用したことを除いては、実施例1と同一の条件で100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００４０】
（比較例２）
封止材シートのサイズが1000×1000μmであり、封止材シート厚み(d)が600μmである平面の封止材シートに深さが400μmであるピラミッド形態の凹部(図５を参照)を100μmの間隔で形成したことを除いては、実施例1と同一の条件で100個の太陽電池モジュールのサンプルを製作した。
【００４１】
（試験例）
上記実施例１乃至５及び比較例１乃至２でそれぞれ製造されたサンプルを対象にして、気泡の発生による不良個数及び太陽電池セルの損傷による不良個数を調査した上で下記表１にまとめた。
【００４２】
【表１】
0005090570.tif 000002
【００４３】
上記表１から分かるように、比較例２は比較例1に比して気泡の発生による不良個数は減ったものの、太陽電池セルの損傷による不良はむしろ増えたことが分かる。ところが、実施例1乃至5により製造された太陽電池モジュールのサンプルは、比較例1及び2で製造された太陽電池モジュールのサンプルに比して気泡の発生による不良及び太陽電池セルの損傷による不良が全くなかった。
【００４４】
本発明を上記の具体的な実施例と関連して記述したが、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の範囲内において当分野の専門家は本発明を多様に変形及び変化させることができる。
【符号の説明】
【００４５】
11、41    ガラス基板
12a、12b    従来の封止材シート
42a、42b    本発明の一実施例による封止材シート
13、43    太陽電池セル
14、44    裏面保護フィルム
d1    半球形凹部の直径
h     半球形凹部の深さ
l1    半球形凹部長軸の長さ
l2    半球形凹部短軸の長さ
d     シート厚み
【図１】
0005090570.tif 000003
【図２】
0005090570.tif 000004
【図３】
0005090570.tif 000005
【図４】
0005090570.tif 000006
【図５】
0005090570.tif 000007