JP2012099713A - 太陽電池封止材 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池製造時の封止工程において、エアーの抜けが非常に良好で、しかも、太陽電池セルの破損を確実に防止することができる太陽電池封止材を提供する。
【解決手段】透明軟質樹脂組成物を成膜して得られるシートの少なくとも片面をエンボス加工してなる太陽電池封止材であって、（Ａ）前記シートのエンボス加工面の空隙率は５％未満、（Ｂ）エンボス加工面の凹部の深さは不均一であり、（Ｂ−１）エンボス加工面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍ、（Ｂ−２）最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍである太陽電池封止材。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池製造時の真空加熱貼着工程において、エアー溜まりや太陽電池用セルの破損が確実に防止できる太陽電池封止材に関する。

近年、資源の有効利用や環境汚染の防止などの面から、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が注目され、需要が急速に伸びている。
太陽電池は、図１に示すように、上層から、ガラスカバー１、封止材２、太陽電池セル３、封止材２、バックシート４と構成されることが一般的である。太陽電池セル３は、封止材２に挟まれたサンドイッチ構造となっていて、封止材２は、液体や気体などの物質が太陽電池セル３内に入らないように保護したり、太陽電池セル３がガラスカバー１やバックシート４に接触しないようにする役割がある。

このような封止材を構成する合成樹脂としては、透明性、加工性などの観点から、エチレン‐酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が広く用いられているが、ＥＶＡ以外にも、他のエチレン系共重合体、アクリル系樹脂などからなるものも開発されていて、通常、シート状に加工（成膜）される。
太陽電池は、ガラスカバー、シート状の封止材、太陽電池セル、シート状の封止材、バックシートをこの順で積層し、加熱加圧して封止材を溶融・硬化（架橋）させ、貼着一体化することで製造される。つまり、封止材は、太陽電池セルとガラスカバーおよびバックシートとの空隙を埋める充填物のようになる。

通常、太陽電池は、上記のような層構成で、ガラスカバー、太陽電池セルおよびバックシートの間で封止材を真空加熱貼着（以下、「封止工程」とも言う）されて製造されるが、未溶融状態の封止材が太陽電池セルに押し付けられる際に、封止材の表面が平滑であると、貼着時に空気を取り込み、真空引きしてもエアー抜け（脱気）が不十分になりやすい。
エアー抜けが不十分だと、発電効率の低下や装置の信頼性の悪化を招く虞があるので、例えば、特許文献１〜３に記載されるように、エアー溜まりを防ぐために、封止材の表面に均一なエンボス（凹凸）模様を施した様々なシートが提案されている。しかしながら、封止材の表面に均一なエンボス（凹凸）模様を施したシートは、封止工程において、セル上に載置する際に、セル面全体にわたって均等に密着しにくく、また、均一なエンボス（凹凸）模様を有するがために、部分的に不均等な密着と、空気の流れが遮断される箇所が必然的に生じ、エアー抜けされない部分がエアー溜まりとして発生することもあった。

一方、封止工程時には、加熱が不十分な封止材にプレス処理を施した場合、封止材の未溶融部分が太陽電池セル表面に局所的な応力集中を起こし、セルの破損を誘発することがあった。

このように、市場では、常に従来品よりもエアー抜けが良好でかつセルの破損が極力生じない封止材の開発が望まれており、太陽電池を歩留まり良くより効率的に製造できる封止材の開発が強く要望されている。

特公平１−５２４２８号公報 特許第３４７３６０５号公報 特開２００３−２０４０７４号公報

本発明は、以上の諸点を考慮し、太陽電池製造時の封止工程において、エアーの抜けが非常に良好であるゆえ、エアー溜まりが生じず、しかも、封止材の未溶融部の応力が太陽電池セルに集中しにくいので、該セルの破損を確実に防止することができる太陽電池封止材を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために、まず、シートのエンボス加工面の空隙率が５％未満だと、セルとの密着性がよく、確実にセル上に載置することが可能であることに着目し、
次いで、上記知見に基づき、さらなる検討を重ねた結果、エンボス加工面の凹部の深さを不均一とすることで、
従来公知の凹凸部の深さ、高さ、分散状態などが均一なエンボス模様を有するものとは異なり、エアー抜けされない部分が生じにくくなり、封止材の加熱が不十分なままプレス処理を施したとしても、未溶融部の応力集中の緩和作用が良好に発現し、優れたクッション効果となり、セル破損がほとんど生じない封止材が得られることを見出した。

本発明は、このような知見の下でなし得たものであり、以下を要旨とする。
（１）透明軟質樹脂組成物を成膜して得られるシートの少なくとも片面をエンボス加工してなる太陽電池封止材であって、（Ａ）前記シートのエンボス加工面の空隙率は、５％未満、（Ｂ）エンボス加工面の凹部の深さは不均一であり、（Ｂ−１）エンボス加工面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍ、（Ｂ−２）最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍであることを特徴とする太陽電池封止材。
（２）エンボス加工面の凹部において、凹部の谷深さ（Ｚｖ）が最大谷深さ（Ｒｖ）に対して、０＜Ｚｖ≦８Ｒｖ／１０が１０〜６０％、８Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦９Ｒｖ／１０が１０〜６０％、９Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦Ｒｖが１０〜６０％の割合で、Ｚｖが１００％となるように存在することを特徴とする前記（１）に記載の太陽電池封止材。
（３）算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１０μｍであるエンボス型によりエンボス加工面が形成されることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の太陽電池封止材。

本発明の太陽電池封止材は、太陽電池製造時の封止工程において、セルとの密着性がよく、確実にセル上に載置することが可能であり、エアー抜けが非常に良好で、しかも、太陽電池セル表面への未溶融部分の局所的な応力集中が起こりにくいので、封止材が完全に溶融する前にプレス処理が開始されたとしても、セルの損傷を有効に防止できるばかりか、真空加熱貼着における真空引きによる脱気時間の短縮化も可能なものである。
したがって、本発明の太陽電池封止材を用いることで、高品質の太陽電池を高い歩留まりで製造することができる。

太陽電池の一般的な構造を説明する断面模式図である。 （Ａ）は最大谷深さ（Ｒｖ）と谷深さ（Ｚｖ）についての説明図であり、（Ｂ）は最大高さ粗さ（Ｒｚ）についての説明図である。

本願発明において規定される、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ粗さ（Ｒｚ）、最大谷深さ（Ｒｖ）、谷深さ（Ｚｖ）、最大山高さ（Ｒｐ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ４２８７−１９９７準拠）に準拠するものである。
図２（Ａ）に示すように、エンボス加工における凹部の最大谷深さ（Ｒｖ）は、谷深さ（Ｚｖ）の最大のものをさす。図２（Ｂ）に示すように、最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、上記最大谷深さ（Ｒｖ）と最大山高さ（Ｒｐ）との和である。

本発明の太陽電池封止材は、透明軟質樹脂組成物を成膜して得られるシートの少なくとも片面をエンボス加工してなる。
透明軟質樹脂組成物は、太陽電池の封止材として常用されているものであれば特に限定されないが、例えば、エチレン‐酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、アイオノマー樹脂などが挙げられ、透明性や柔軟性、接着性、引張強度、耐候性などの機能性を付与するために、公知の各種添加剤を添加したものでもよい。

本発明では、太陽電池封止材の少なくとも片面をエンボス加工し、エンボス加工による空隙率が５％未満で、かつエンボス加工により形成される凹部の深さを不均一に、エンボス加工することが重要である。
太陽電池を製造する際には、上記のようなエンボス加工をした面が太陽電池セル側となるように積層し、真空加熱貼着されるものである。

＜（Ａ）空隙率＞
エンボス加工面の空隙率は５％未満、好ましくは１．０〜４．５％である。
空隙率が５％以上であると、セルとの密着性が不十分となりセル上に安定して載置しにくい。また、載置の際にエアーの巻き込み量が多くなるため、脱気処理に時間をかける必要が出てくる。
この空隙率（％）は、太陽電池封止材の単位面積当りの凹部の合計体積Ｖ_Hと、該単位面積に最大厚みを乗じた該太陽電池封止材の見掛けの体積Ｖ_Aとの百分比Ｖ_H／Ｖ_A×１００％により算出される。
なお、前記合計体積Ｖ_Hの算出方法としては、例えば、該太陽電池封止材の単位面積あたりの質量を測定し、使用される透明軟質樹脂組成物の比重で割ることにより、太陽電池封止材の単位面積当り実体積Ｖ₀を求め、Ｖ_A−Ｖ₀によりＶ_Hが算出される。
なお、上記のような計算式により算出するほか、実際の封止材について断面を顕微鏡観察し、画像処理を行うことにより求めることもできる。

＜（Ｂ）凹部の深さの不均一性＞
本発明の太陽電池封止材のエンボス加工面は、深さが異なる複数個の凹部を有するものである。
これら凹部の深さの不均一性が、応力集中の緩和作用を良好に発現し、優れたクッション効果をもたらすと推察される。
なお、深さの異なる複数個の凹部を有するエンボス加工面は、
（Ｂ−１）算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍ、かつ
（Ｂ−２）最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍ、
となる場合において、本発明の目的とするセルとの密着性がよく、エアー溜まりが生じないばかりか、太陽電池セル表面に局所的な応力集中が起こりにくい太陽電池封止材を提供することができる。

（Ｂ−１）算術平均粗さ（Ｒａ）、（Ｂ−２）最大高さ粗さ（Ｒｚ）
本発明の太陽電池封止材のエンボス加工面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍである。
このように、深さ、高さの異なる複数個の凹凸を有するエンボス加工面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍで、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍであることにより、本願発明の太陽電池封止材は、セルとの密着性が良く、エアー溜まりが生じないばかりか、太陽電池セル表面に局所的な応力集中が起こらない効果を奏する。

エンボス加工面の凹部の最大谷深さ（Ｒｖ）に対する谷深さ（Ｚｖ）
本発明の太陽電池封止材のエンボス加工面の凹部は、該凹部の谷深さ（Ｚｖ）が、最大谷深さ（Ｒｖ）に対して、０＜Ｚｖ≦８Ｒｖ／１０が１０〜６０％、８Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦９Ｒｖ／１０が１０〜６０％、９Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦Ｒｖが１０〜６０％の割合で、それぞれの割合の総和であるＺｖが１００％となるように存在することが好ましい。
このように、異なる深さの複数種の凹部を一定の割合で有していると、より良好にエアー溜まりを防止するとともに、セル上に載置する際にセル面全体にわたってより均等に密着しやすくなる。

本発明の太陽電池封止材は、少なくとも片面に上記エンボス加工面を有するものであるが、もう一方の面については、上記エンボス加工面を施してもよいし、深さの均一な凹凸面を有する一般的なエンボス加工を施してもよいし、エンボス加工を施さない平滑面としてもよい。真空加熱貼着におけるエアー抜け、クッション性の点で優れるので、両面に同様のエンボスを施したものが好ましい。

本発明の太陽電池封止材を製造するには、例えば、前述したような透明軟質樹脂組成物を溶融混練させ、ダイから押し出し、冷却ロールまたは水槽で急冷固化するＴダイ法やカレンダー法等により、厚さが３００〜６００μｍ程度のシート状に成形すればよい。
エンボス加工は、上記急冷固化する際と同時に施してもよいし、あるいは、一旦シートを養生させた後に施すこともできる。

エンボス加工を施す方法については、太陽電池封止材のエンボス加工面が、前述したような特定の空隙率と凹凸部の深さや高さにおける特定の不均一性とを達成できるものであればよく、例えば、使用されるエンボス型としては、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１０μｍであり、エンボスロールのギャップ、成形速度等で転写率を調整することにより、本願発明の太陽電池封止材に形成されるエンボス加工面の空隙率及び不均一性等を達成することができる。
このようなエンボス型として、刻設したり、サンドブラストを施したり、あるいは砂入りしたロールなどが好ましく用いられる。
他には、針エンボスなどの手法を用いることもできる。

実施例１〜５
下記配合の透明軟質樹脂組成物を押出機で溶融混練し、Ｔダイから押出した溶融シートを、エンボス型ロールと冷却ロールとによって挟圧して、エンボス型ロールに接する側に、表１に示す空隙率や凹部深さの不均一性となるようにエンボス加工を施し、厚さ４５０μｍの太陽電池封止材を製造した。

使用したエンボス型ロールとしては、実施例１〜５は、いずれも、最表面材質をフッ素系樹脂とし、サンドブラストにより凹凸を設けた算術平均粗さ（Ｒａ）が６．０μｍのものを用いた。なお、成形速度等で転写率を調整することにより、シートに形成されるエンボス加工面の空隙率等が異なるものとなっている。

≪透明軟質樹脂組成物配合≫
・エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（酢酸ビニル含有量２８％、ＭＦＲ＝１８（ｋｇ／１０ｍｉｎ））：１００重量部
・架橋剤１（トリアリルイソシアネート 日本化成(株)製）：２重量部
・架橋剤２（日油(株)製 商品名“ルペロックス３３１”）：２重量部
・シランカップリング剤（信越化学工業(株)製 商品名“ＫＢＭ５０３”）：０．３重量部
・ヒンダートフェノール系酸化防止剤（住友化学(株)製 商品名“ＳｕｍｉｌｉｚｅｒＧＰ”）：０．１重量部
・有機リン系酸化防止剤（共同薬品(株)製 商品名“ＧＳＹ−１０１Ｐ”）：０．０５重量部
・紫外線吸収剤（共同薬品(株)製 商品名“Ｖｉｏｓｏｒｂ ５９１”）：０．３重量部

（Ａ）シートのエンボス加工面（エンボス型ロールに接した側）の空隙率について
１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルシートの凹部の合計体積Ｖ_Hと、該単位面積（１０，０００ｍｍ²）に最大厚み（最大山高さ（Ｒｐ）部の厚み）を乗じた該シートの見掛けの体積Ｖ_Aとの百分比Ｖ_H／Ｖ_A×１００％の計算式により算出した。なお、合計体積Ｖ_Hは、単位面積あたりの質量を測定し、使用した透明軟質樹脂組成物の比重で割ることにより、太陽電池封止材の単位面積当り実体積Ｖ₀を求め、Ｖ_A―Ｖ₀によりＶ_Hを算出した。

（Ｂ）凹部深さの不均一性について
上記エンボス加工面の算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ粗さ（Ｒｚ）、最大谷深さ（Ｒｖ）および谷深さ（Ｚｖ）については、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に準拠して測定した。なお、谷深さ（Ｚｖ）のばらつきについては、任意の１００点の凹部の深さを計測し、算出した。

比較例１
エンボス型ロールの最表面を平滑面とし、鏡面状（平滑）に形成する以外は、実施例１と同様にして封止材を得た。

比較例２
エンボス型ロールの最表面をダイヤモンド格子型パターンであるエンボス型とし、凹凸部の深さや高さを均一に形成する以外は、実施例１と同様にして封止材を得た。

参考例１
梨地のエンボス型ロールを用いた以外は、実施例１と同様にして封止材を得た。

実施例１〜５、比較例１，２、参考例１の各封止材について、太陽電池製造時の封止工程における、載置のしやすさ、エアー抜けの状況、および太陽電池セルの破損状況を評価し、その結果を併せて表１に示す。
なお、太陽電池の封止工程については、図１に示すように各材料を積層し、真空ラミネーターを用いて、熱板温度１６０℃、脱気時間１．５分、プレス圧力１気圧で５時間加熱圧着して行った。

≪評価≫
・「載置のしやすさ」
セルにフィットしやすかったものを「◎」
セルにフィットするが、部分的にセルからずれやすかったものを「○」
載置時にセルからずれやすかったものを「×」
・「エアー抜けの状況」
エアーが残ったものを「×」
エアーが若干残ったものを「○」
エアーが全く残らなかったものを「◎」
・「セルの破損状況」
セルの損傷が無かったものを「○」
一部にセルの損傷が認められたものを「×」

表１に示すように、実施例１〜５の太陽電池封止材は、いずれも、セル上に載置する際にはフィットしやすく、エアー抜けが良好で、セルの損傷もなかった。

本発明の太陽電池封止材は、太陽電池製造時の封止工程において、太陽電池セルの破損の発生が有効に防止され、高い歩留まりが実現されるものである。また、封止材が完全に溶融する前にプレス処理が開始可能であり、短時間に脱気処理が完了することにより、封止工程の時間的な短縮化が図られ、高い生産効率が確保できるものである。

１ 強化ガラス（ガラスカバー）
２ 封止材
３ セル
４ バックシート
１０ 太陽電池

Claims (3)

1. 透明軟質樹脂組成物を成膜して得られるシートの少なくとも片面をエンボス加工してなる太陽電池封止材であって、
   （Ａ）前記シートのエンボス加工面の空隙率は、５％未満、
   （Ｂ）エンボス加工面の凹部の深さは不均一であり、
   （Ｂ−１）エンボス加工面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０〜３．０μｍ、
   （Ｂ−２）最大高さ粗さ（Ｒｚ）が５〜１５μｍ、
   であることを特徴とする太陽電池封止材。
2. 前記エンボス加工面の凹部において、
   凹部の谷深さ（Ｚｖ）が最大谷深さ（Ｒｖ）に対して、０＜Ｚｖ≦８Ｒｖ／１０が１０〜６０％、８Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦９Ｒｖ／１０が１０〜６０％、９Ｒｖ／１０＜Ｚｖ≦Ｒｖが１０〜６０％の割合で、Ｚｖが１００％となるように存在することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池封止材。
3. 算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１０μｍであるエンボス型によりエンボス加工面が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池封止材。