JP2013077622A - 太陽電池用封止材および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールにした際に高い耐久性を有する上に、着色および発泡等による不透明化が抑制された太陽電池用封止材を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池用封止材は、エチレン−酢酸ビニル共重合体と、該エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．００１〜５質量部のトリアゾール化合物とを含有するシートからなる。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を挟持した一対の太陽電池用封止材１２とを備え、太陽電池用封止材１２は上記太陽電池用封止材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池セルを封止するための太陽電池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。

近年、環境問題への関心の高まりに伴い、太陽光発電の普及が急速に拡大している。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にて発電されている。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。
太陽電池モジュールは屋外に設置されるため、封止材には高い耐久性が求められる。そこで、特許文献１では、封止材にベンゾトリアゾールを含有させ、主成分であるエチレン−酢酸ビニル共重合体の劣化を抑制し、耐久性を向上させる方法が提案されている。

国際公開第２００５／１２１２２７号

しかしながら、特許文献１に記載の封止材を用いて太陽電池セルを封止した場合でも、劣化の抑制は不充分であり、得られる太陽電池モジュールにて着色や発泡等が生じ、光の透過性が低下して、単位面積当たりの発電量（以下、「発電効率」という。）および外観が損なわれるおそれがあった。
本発明は、太陽電池モジュールにした際に高い耐久性を有する上に、着色および発泡等による不透明化が抑制された太陽電池用封止材を提供することを目的とする。また、高い耐久性を有する上に発電効率および外観に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池用封止材は、エチレン−酢酸ビニル共重合体と、該エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．００１〜５質量部のトリアゾール化合物とを含有するシートからなることを特徴とする。
本発明の太陽電池用封止材においては、前記シートが、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．００１〜５質量部の、エポキシ基を有する化合物を含有することが好ましい。
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太陽電池用封止材とを備え、前記太陽電池用封止材は上記太陽電池用封止材であることを特徴とする。

本発明の太陽電池用封止材は、太陽電池モジュールにした際に高い耐久性を有する上に、着色および発泡等による不透明化が抑制されている。
本発明の太陽電池モジュールは、高い耐久性を有する上に発電効率および外観に優れている。

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。

＜太陽電池用封止材＞
本発明の太陽電池用封止材（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。）とトリアゾール化合物とを含有するシートからなる。

（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、接着性を高くでき、前記上限値以下であれば、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。

（トリアゾール化合物）
トリアゾール化合物とは、トリアゾールまたはトリアゾールの含窒素複素環の水素原子が置換基で置換された誘導体のことである。ただし、トリアゾール化合物は、ベンゾトリアゾールは含まない。
上記置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基が挙げられる。該アルキル基は、アミノ基、ハロゲン原子等でさらに置換されていてもよい。
なお、トリアゾール化合物としては、ＢＡＳＦジャパン株式会社より、商品名イルガメット３０（Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−１，２，４−トリアゾール−１−イルメタナミン）が、株式会社ＡＤＥＫＡより、商品名アデカスタブ ＣＤＡ−１（３−（Ｎ−サリシロイル）アミノ−１，２，４−トリアゾール）が市販されている。
トリアゾール化合物の含有量は０．００１〜５質量部であり、０．２〜１．０質量部であることが好ましい。トリアゾール化合物の含有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に、より高い耐久性を有し、不透明化がより抑制され、前記上限値以下であれば、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る。

（エポキシ化合物）
本発明の封止材は、エポキシ基を有する化合物（以下、「エポキシ化合物」という。）を含有することが好ましい。封止材にエポキシ化合物が含まれると、ＥＶＡの劣化により発生した酢酸を反応させることができる。これにより、酢酸を不活性化させることができるため、酢酸による太陽電池セルの電極やタブストリングの導線の腐食を抑制でき、取り出し電力量の低下を防止できる。しかも、エポキシ化合物は非粒子状の有機物であるから、封止材の透明性低下を抑制できる。そのため、封止材に入射した太陽光の殆どを太陽電池セルに入射させることができるため、充分な発電効率が得られる。

エポキシ化合物は、少なくとも１個のエポキシ基を有すればよい。
市販されているエポキシ化合物としては、例えば、株式会社ＡＤＥＫＡ製商品名アデカレジンＥＰ４１００Ｅ（ビスフェノールＡ型エポキシ化合物）、ナガセケムテック社製商品名デナコールＥＸ−１２１（２−エチルヘキシルグリシジルエーテル），デナコールＥＸ−１４１（フェニルグリシジルエーテル），デナコールＥＸ−８１０（エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル）などが挙げられる。
なお、エポキシ化合物のうち、キレート変性エポキシ化合物は、封止材を変色させるおそれがあるため、好ましくない。
エポキシ化合物の分子量は、封止材からのブリードアウトを抑制できることから、１００以上であることが好ましい。ただし、分子量が大きすぎると、ＥＶＡとの相溶性が低くなるため、３００００以下であることが好ましい。分子量が１００〜３００００のエポキシ化合物としては、エポキシ樹脂の単量体に使用されるエポキシ化合物が挙げられる。

エポキシ化合物の含有量は０．００１〜５質量部であることが好ましく、０．５〜１．０質量部であることがより好ましい。エポキシ化合物の含有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に、より高い耐久性を有し、発電効率により優れ、前記上限値以下であれば、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る。

（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。

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。

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の配合量は、樹脂の１００質量部に対して、０〜１０質量部が好ましく、０〜５質量部がより好ましい。

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。
架橋剤の配合量は、ＥＶＡの１００質量部に対して、０〜５質量部が好ましく、０〜２質量部がより好ましい。

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。
架橋助剤の配合量は、ＥＶＡの１００質量部に対して、０〜５質量部が好ましく、０〜２質量部がより好ましい。

また、上記添加剤の他に、封止材には、変色防止剤（脂肪酸金属塩等）、顔料、染料、充填材等が含まれてもよい。

（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。

（封止材の製造方法）
封止材の製造方法としては、ＥＶＡとトリアゾール化合物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。

＜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。

（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。

（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。

（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。

（太陽電池モジュールの製造方法）
太陽電池モジュール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。

（作用効果）
太陽電池セル１１，１１同士を接続するタブストリング１５内に含まれる導線や半田接合部は長期使用した際に劣化して銅イオンを発生させ、その銅イオンによってＥＶＡが分解して劣化させることがある。しかも、ＥＶＡの分解によって生じた酢酸によってさらに導線および半田接合部から銅イオンを発生させるため、加速度的に劣化が生じる。
しかし、上記本発明の封止材では、トリアゾールによって導線や半田接合部からの銅イオンの発生を抑制できるため、ＥＶＡの分解を防ぐことができる。そのため、封止材は耐久性に優れ、ＥＶＡの分解による着色、発泡が抑制されており、該封止材を用いた太陽電池モジュールは発電効率および外観に優れる。

（実施例１）
エチレン−酢酸ビニル共重合体（ロッテ大山石油化学（Ｌｏｔｔｅ Ｄａｅｓａｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ）社製ＳＥＥＴＥＣ ＶＥ７００、酢酸ビニル単位の割合：３０質量％）１００質量部、紫外線吸収剤（ＢＡＳＦジャパン社製ＴＩＮＵＶＩＮ Ｐ）０．５質量部と、光安定剤（ＢＡＳＦジャパン社製ＴＩＮＵＶＩＮ１１４）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）０．５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、トリアゾール化合物Ａ（ＢＡＳＦジャパン社製イルガメット３０）１．０質量部を混合して、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。
次いで、上記のようにして得た２枚の封止材に、電気的に直列に接続した複数の多結晶シリコン系太陽電池セルを挟み、これらをガラス板と、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、袋内部を真空にすると共に１５０℃に加熱して、太陽電池モジュールを得た。

（実施例２）
トリアゾール化合物Ａの配合量を０．０１質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

（実施例３）
トリアゾール化合物Ａの配合量を５．０質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

（実施例４）
トリアゾール化合物Ａをトリアゾール化合物Ｂ（株式会社ＡＤＥＫＡ、アデカスタブ ＣＤＡ−１）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

（実施例５）
封止材用組成物にエポキシ化合物Ａ（株式会社ＡＤＥＫＡ製アデカレジンＥＰ４１００Ｅ）をさらに配合したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

（実施例６）
封止材用組成物にエポキシ化合物Ｂ（ナガセケミテックス社製デナコールＥＸ−８１０）をさらに配合したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

（比較例１）
トリアゾール化合物の代わりにベンゾトリアゾール化合物（ＢＡＳＦ・ジャパン社製イルガメットＢＴＡ）を使用したこと以外は実施例１と同様にして、シート状の封止材を得た。そして、実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを作製した。

（比較例２）
トリアゾール化合物を混合しなかったこと以外は実施例１と同様にして、シート状の封止材を得た。そして、実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを作製した。

（比較例３）
トリアゾール化合物Ａの配合量を７．０質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュールを得た。

［評価］
・太陽電池モジュールの外観
得られた太陽電池モジュールの外観を目視により観察し、以下の基準で外観を評価した。評価結果を表１に示す。
○：曇り、着色、発泡のいずれもが見られない。
△：わずかに曇り、着色、発泡のいずれかが見られるが、使用可能。
×：曇り、着色、発泡のいずれかが見られ、使用不能。
・耐久性
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、得られた太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を測定して、初期の発電性能（最大発電量Ｐ_ｍａｘ）を求めた。
また、太陽電池モジュールを、温度８５℃、相対湿度８５％の湿熱環境下に１０００時間および５０００時間放置した後に、発電性能を以下の基準で評価した。評価結果を表１に示す。
○：初期の最大発電量Ｐ_ｍａｘに対して、湿熱環境下放置後の発電量が−５％以内。
×：初期の最大発電量Ｐ_ｍａｘに対して、湿熱環境下放置後の発電量が−５％より少ない。
初期の最大発電量Ｐ_ｍａｘに対して、湿熱環境下放置後の発電量が変化しない程、耐久性に優れる。
・太陽電池モジュールのタブストリングの外観
得られた太陽電池モジュールを、温度８５℃、相対湿度８５％の湿熱環境下に１０００時間放置した後、タブストリングの外観を目視により観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表１に示す。
○：錆び、変色、曇りのいずれもが見られない。
△：わずかに錆び、変色、曇りのいずれかが見られるが、使用可能。
×：錆び、変色、曇りのいずれかが見られ、使用不能。

封止材がトリアゾール化合物を含有する実施例１〜６の太陽電池モジュールは、耐久性に優れる上に、外観にも優れていた。特に、エポキシ化合物をさらに含有する実施例５，６の太陽電池モジュールは、湿熱環境下に放置した後のタブストリングの外観も優れていた。
封止材がベンゾトリアゾール化合物を含有する比較例１の太陽電池モジュールは、外観が不充分であった。
封止材がトリアゾール化合物およびベンゾトリアゾール化合物のいずれも含有しない比較例２の太陽電池モジュールは、耐久性が不充分であった。
封止材中のトリアゾール化合物含有量が７質量部の比較例３の太陽電池モジュールは、外観および耐久性が不充分であった。

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

Claims (3)

1. エチレン−酢酸ビニル共重合体と、該エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．００１〜５質量部のトリアゾール化合物とを含有するシートからなることを特徴とする太陽電池用封止材。
2. 前記シートが、エチレン−酢酸ビニル共重合体１００質量部に対して０．００１〜５質量部の、エポキシ基を有する化合物を含有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用封止材。
3. 太陽電池セルと、該太陽電池セルを挟持した一対の太陽電池用封止材とを備え、前記太陽電池用封止材は請求項１または２に記載の太陽電池用封止材であることを特徴とする太陽電池モジュール。

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