太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムおよびその評価方法ならびに太陽電池モジュールの製造方法
【課題】容易に破損しない耐久性に優れた変性シリコーンゴム製ダイヤフラムおよびその評価方法ならびにそのダイヤフラムを用いた太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池セル５をＥＶＡシート７によりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に、真空プレス装置１を用いた熱プレスでＥＶＡシートを架橋させるプレス条件に使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラム２は、ＥＶＡシートを入れた円筒状容器の開放端面上に載せて該開放端面の全面を覆って２００℃×４８時間の条件で加熱した後の円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後のシート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上である。
【解決手段】太陽電池セル５をＥＶＡシート７によりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に、真空プレス装置１を用いた熱プレスでＥＶＡシートを架橋させるプレス条件に使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラム２は、ＥＶＡシートを入れた円筒状容器の開放端面上に載せて該開放端面の全面を覆って２００℃×４８時間の条件で加熱した後の円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後のシート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置用のダイヤフラムおよびその評価方法ならびに太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムとしては、ハロゲン化ブチルゴムを使用する例（特許文献１）、補強繊維を埋入させたシリコーンゴムを使用する例（特許文献２）等が知られている。
太陽電池モジュールは、太陽電池セルを耐熱ガラス板、エチレンビニルアセテート樹脂（以下、ＥＶＡという）などの接着樹脂シート、アルミ箔などの防湿シート等のラミネート材によりパッケージングして製造される。製造方法の一例として、耐熱ガラス板の上に、ＥＶＡシート、太陽電池セル、ＥＶＡシート、防湿シートの順に重ね、真空下で加熱しながらＥＶＡシートを架橋させて接着貼り合わせる方法がある。この貼り合わせを行なう方法として、真空プレス方式があり、これは貼り合わせ部材を下方のヒータ盤と上方のダイヤフラムとの間で挟圧してラミネートする方法である。
【０００３】
上記ＥＶＡを用いた太陽電池パネルの貼合せ工程においては、ＥＶＡ、太陽電池セルを含む積層体をＥＶＡが架橋する温度に設定されたヒータ盤の上にセットした後、上部よりダイヤフラムにて加圧し、積層体を圧着する。この際にＥＶＡが架橋する温度および時間領域に保持しなければならない。この架橋条件として、例えば、従来１３５〜１５５℃、５分程度で一次架橋を施し、１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度で二次架橋を行なっていた。一次架橋は熱プレス方式でなされており、プレス機に付属しているダイヤフラムのゴムシートの耐久性は、この一次架橋の条件に大きく影響される。二次架橋はＥＶＡシートの完全架橋を目的にオーブン方式でなされる場合が多い。
しかしながら、近年１４５℃を超える温度でＥＶＡシートの架橋を一次架橋のみで行ない二次架橋を省略することで、架橋時間を短縮する製造方法が採用されるようになっている。
【０００４】
貼合せ工程における従来のダイヤフラムは、一次架橋工程を一回のプレス回数として、５０００回以上のプレス回数に耐えるシリコーンゴム製ダイヤフラムが使用されている。このシリコーンゴム製ダイヤフラムに使用されているシリコーンゴムはミラブル型シリコーンゴムが使用されている。
しかし、上記架橋時間を短縮する製造方法に従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムを使用すると、約１０００回程度のプレス回数でシリコーンゴム製ダイヤフラムが破損する問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３０８７６９号
【特許文献２】特開２００４−２８１８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、比較的高温短時間でＥＶＡシートを一回の熱プレスで架橋させることで架橋時間を短縮する製造方法において、容易に破損しない耐久性に優れた変性シリコーンゴム製ダイヤフラムおよびその評価方法ならびにそのダイヤフラムを用いた太陽電池モジュールの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、太陽電池セルをＥＶＡシートによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に、真空プレス装置を用いた熱プレスで上記ＥＶＡシートを架橋させるプレス条件にて使用される。また、この変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内に上記ＥＶＡシート４ｇを入れ、該円筒状容器の開放端面上に厚さ３ｍｍの供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、この円筒状容器および供し試料を２００℃×４８時間の条件で加熱した後の円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後の上記シート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上であることを特徴とする。
ここで熱プレスとは、ダイヤフラム式の真空プレス装置において、下面の熱盤より加熱されながら、上面よりダイヤフラムにて圧着することをいう。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルをＥＶＡによりラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、
上記太陽電池セルは、上記ＥＶＡシートを変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いた真空プレス装置により熱プレスで架橋させてラミネートする工程を有し、
上記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムが上記本発明の太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法は、太陽電池セルをＥＶＡによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置に用いられ、該真空プレス装置での熱プレスで上記ＥＶＡを架橋させるプレス条件で使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法であって、
一方が開放されている円筒状容器内に所定量のエチレンビニルアセテート樹脂シートを入れ、上記円筒状容器の開放端面上に供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、円筒状容器および供し試料を所定の条件で加熱した後のゴム特性を測定することを特徴とする。
特に、上記円筒状容器が直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有し、この容器内に収容されるＥＶＡシートが４ｇのシートであり、供し試料の厚さが３ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、ＥＶＡシートの架橋が熱プレスによる一次架橋のみでなされるので、太陽電池モジュールの生産性が向上する。また、変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの耐久性などのゴム特性を所定の評価方法で評価できることで、安定して太陽電池モジュールを生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの使用状態を示す図である。
【図２】使用不可能になったダイヤフラムの平面図である。
【図３】太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを説明する。太陽電池モジュール等を製造する際に使用される真空プレス装置の断面図を図１に示す。図１（ａ）は真空プレス開始前の状態を示す図であり、図１（ｂ）は真空プレス時の状態を示す図である。
真空プレス装置１は、第１の室３と第２の室４とがダイヤフラム２により分離されている二重真空方式の装置である。
太陽電池セル５は、全体の構造的支持体６の片面に、ＥＶＡシート７ｂを介して載置され、その表面にＥＶＡシート７ａを被せて真空プレス装置１内に配置される（図１（ａ））。
プレス工程として、例えば、第１の室３と第２の室４とをそれぞれ０．００２Ｐａ程度の真空度にして、ＥＶＡシート７で囲まれた太陽電池セル５を加熱する。加熱が所定の温度に達したら第１の室３を大気圧に戻す（図１（ｂ））。第１の室３を大気圧に戻すことで、ダイヤフラム２とともに、ＥＶＡシート７が太陽電池セル５に真空圧着される。
この状態を所定時間維持することで、ＥＶＡシート７の架橋反応が進むとともに太陽電池セル５をＥＶＡシート７にて封止する。
真空プレス装置１を冷却後、第２の室４を大気圧に戻すことでプレス工程が終了する。プレス工程において、ダイヤフラム２は、真空圧着および加熱により機械的および熱的応力を印加されながら使用され、複数回のプレス工程後毎に交換される。このため、ダイヤフラム２の耐久性は直接太陽電池モジュール等の生産性に影響を与える。
【００１３】
一般に、ＥＶＡが溶融する温度は約８５℃であり、架橋反応が開始する温度は約１３０℃と言われている。このため、従来は、１３５〜１５５℃、５分程度で熱プレスを用いて一次架橋を施し、その後、１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度で二次架橋をオーブン等を用いて行なっていた。一次架橋を５分程度とするのは、ＥＶＡの発泡や黄変を抑えるためであり、二次架橋を１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度にするのは、屋外での温度変化に対しＥＶＡが軟化現象等を起こすことがないように、ＥＶＡの架橋反応を十分にするためである。
【００１４】
一方、太陽電池モジュール等の生産性の向上を図るため、本発明においては、ＥＶＡの架橋条件として真空プレス装置１を用いた熱プレス単独でＥＶＡシートを架橋させる製造方法を採用する。すなわち、従来の一次架橋のみでＥＶＡを架橋する。そのため、プレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件が熱プレスの条件として採用される。従来のシリコーンゴム製ダイヤフラム２は、プレス温度が１５５℃を超えると極めて短時間に使用不可能になった。具体的には取り替えないで使用できる回数が約１／５程度まで低下した。
図２は、プレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件下において、約１０００回のプレス回数で使用不可能になったダイヤフラム２の平面図である。図２に示すように、太陽電池セル５の貼り合わせ工程において、ダイヤフラム２は、その機械的応力が繰り返し印加される箇所において、応力印加方向、すなわち伸び縮みが発生する方向にクラック８やクラックに至らない微小なクレージング９などが入りやすくなり、破壊しやすくなることが判明した。
【００１５】
破壊が生じた従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムの劣化が生じていない部分（クラックが全く見られない未劣化部分で図中Ａ部分）、クラックに至らない微小なクレージング９などの僅かな劣化が生じている劣化が少ない部分（図中Ｂ部分）、大きなクラックが生じている劣化が大きい部分（図中Ｃ部分）に関し、未使用の従来シリコーンゴム製ダイヤフラムと比較して調査した。調査項目は、密度（ｇ／ｃｍ3）、硬さ（ＩＲＨＤ）、アセトン抽出量（質量％）、ＩＲ分光分析、ラマン分光分析である。
なお、硬さ（ＩＲＨＤ）は、国際ゴム硬さを表し、ヤング率ゼロの材料の硬さを「０」、ヤング率無限大の材料の硬さを「１００」とした硬さスケールで、劣化が生じているゴム試料表面を球面で垂直に一定の力で押込んだときの押込み深さで示される値である。また、表１中、硬さの値における（ ）内は未使用品との比である。
調査の結果、ＩＲ分光分析およびラマン分光分析においてはシリコーン成分以外の吸収は見られなかった。その他の調査結果について、表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１に示すように、密度は、劣化が進むにつれて僅かに大きくなり、アセトン抽出量は劣化が大きい部分が少なくなる傾向を示した。
顕著な変化を示したのは、ゴムの硬さであり、劣化が進むにつれて硬くなり、最も劣化が進んだ部分（図２中Ｃ部分）では、未使用品の１．６０倍まで硬度が増加した。僅かに劣化が進んだ部分（図２中Ｂ部分）においても、ゴム硬度は未使用品の１．２８倍の硬度を示した。
使用後であってもダイヤフラムの劣化が見られない部分（図２中Ａ部分）でのゴム硬度は未使用品の１．１７倍であった。このため、シリコーンゴム製ダイヤフラムであってもゴム硬度が未使用ダイヤフラムの約１．２倍以下であれば、ＥＶＡの架橋条件がプレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の一次架橋のみの条件下においても耐久性に優れたシリコーンゴム製ダイヤフラムが得られることが判明した。
【００１８】
上記真空プレス装置１を用いて製造される太陽電池モジュールを図３に示す。図３は太陽電池モジュール１０のプレス前の断面構造を示す図である。
太陽電池モジュール１０は、下側に配置された透明なカバーガラス１１と、上側に配置された例えばポリエチレン樹脂などの透明な裏面材１２との間に、ＥＶＡシート７ａ、７ｂを介して太陽電池セル５をサンドイッチした構成を有する。太陽電池セル５は、電極１３、１４の間に太陽電池セル５を複数個配置しリード線１５で接続した構成である。
太陽電池モジュール１０は真空プレス装置１を用いて、上記構成部材を重ね合わせて真空状態で加熱しながら、ラミネートする。その結果、一次架橋のみの条件下において、ＥＶＡシート７ａ、７ｂが架橋されて各構成部材が重ね合わされた状態で接着されることで、太陽電池モジュールが製造される。
【００１９】
本発明に使用できる変性シリコーンゴムは、ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルアルコキシシロキサン、またはフロロシリコーン等で変性されたポリオルガノシロキサンである。この変性シリコーンゴムにシリカ粉末が配合された変性シリコーンゴム組成物であることが好ましい。変性シリコーンゴムとしては、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社品番ＸＥ２０−８５３Ｕ、信越化学工業株式会社の品番Ｘ−３０−４２７６−Ｕがある。
【００２０】
上記本発明に使用できる変性シリコーンゴムの耐熱特性を以下の方法で評価した。
供し試料は、従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムに使用されているシリコーンゴム、および、上記ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルアルコキシシロキサン、またはフロロシリコーン等で変性されたシリコーンゴムにシリカ粉末が配合された変性シリコーンゴムであり、変性シリコーンゴム１（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社品番ＸＥ２０−８５３Ｕ）および変性シリコーンゴム２（信越化学工業株式会社の品番Ｘ−３０−４２７６−Ｕ）を準備した。従来品を含めて、供し試料は合計３種類である。
供し試料を厚さ３ｍｍのシート状とする。一方、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内に上記ＥＶＡシート４ｇを収納する。シートの厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。ＥＶＡシートが収納された円筒状容器の開放端面上に上記供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆う。開放端面の全面を厚さ３ｍｍの供しシートで覆った状態で、恒温槽中に入れ、２００℃×４８時間の条件で加熱する。なお、円筒状容器の開放端面を覆う供しシートは該開放端面を密閉することなく、開放端面上に載せておく状態である。
加熱条件は、２００℃×４８時間の条件を維持できれば、２００℃×２４時間加熱した後、一端冷却して再度２００℃×２４時間加熱してもよい。また、一端冷却して再加熱時にＥＶＡシートを新規ＥＶＡシートに交換してもよい。
最も好ましい加熱条件は、２００℃×２４時間加熱した後、一旦冷却して新規ＥＶＡシート４ｇに交換して、再度２００℃×２４時間加熱する条件である。
加熱後、室温に戻し、室温でＪＩＳＫ６２５０に準じて劣化面でのゴム硬度（デュロメータ硬さ、表中ＨＡで表す）、ＪＩＳＫ６２５０に準じるダンベル形状に打ち抜いた試料を用いて、ＪＩＳＫ６２５０に準じて抗張力（単位：ＭＰａ、表中ＴＳで表す）、１００％モジュラス（単位：ＭＰａ、表中Ｍ１００で表す）、伸び（単位：％、表中Ｅｂで表す）を測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
表２に示すように、変性シリコーンゴム１および２は、従来のシリコーンゴムに比較して、ゴム硬度が高温度の熱劣化試験後においても硬くならず、伸びの低下が少なかった。
従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、ゴム硬度が未使用品の約１．２倍を超えると、ゴムの劣化がみられたことを考慮すると、上記評価方法において、ゴム硬度が未使用品の約１．２倍となる条件は２００℃×４８時間の条件である。なお、加熱条件を２２５℃×４８時間の条件で従来品を試験した場合、ゴム硬度が未使用品の１．３倍を超えた。
すなわち、上記評価条件で、２００℃×４８時間後のゴム硬度が加熱前のゴム硬度の値を１００として１１８以下、好ましくは９５〜１１８の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、プレス温度１３５〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件で二次架橋なしの真空プレス装置用ダイヤフラムとして使用できる。
【００２３】
表２において、従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、２００℃×４８時間後の伸びが初期値の３３．３％と大きく低下した。一方変性シリコーンゴム１および２の伸びは、それぞれ６３．９％、８４．１％であった。これらの値と、２００℃×４８時間後の従来品の伸びを基準にすると、上記評価条件で、２００℃×４８時間後の伸びが初期値の少なくとも３４％以上、好ましくは４０〜１００％、より好ましくは６０〜１００％の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、プレス温度１３５〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件で二次架橋なしの真空プレス装置用ダイヤフラムとして使用できる。
【実施例】
【００２４】
実施例１
従来例のシリコーンゴム、変性シリコーンゴム１、および変性シリコーンゴム２を用いて、製品サイズとして厚さ３ｍｍ、縦２．７ｍ、横３．９ｍの変性シリコーンゴム製ダイヤフラム２を製造した。
このダイヤフラム２を図１に示すプレス装置１に取り付けて、図３に示す太陽電池モジュール１０を製造した。太陽電池モジュール１０は１５０℃×１５分の熱プレスによる一次架橋のみでＥＶＡシート７を架橋させた。
その結果、従来例のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、２回の実験で、プレス回数８００回、１１００回でそれぞれダイヤフラムにクラックが入り破損したため使用不能となった。
変性シリコーンゴム１製ダイヤフラムおよび変性シリコーンゴム２製ダイヤフラムは、プレス回数２１２０回経過後もクレージング等の劣化を全く生じなく使用でき、ダイヤフラムを交換することがないので、太陽電池モジュールの生産性が向上した。
また、この変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いて製造した太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールとしての性能が製造初期品とプレス回数２１２０回経過後の製品とで有意差が認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本願発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを使用することで、太陽電池モジュールの生産性が向上し、かつ安定して太陽電池モジュールを生産できるので、今後の太陽電池モジュールの量産化に利用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１ 真空プレス装置
２ ダイヤフラム
３ 第１の室
４ 第２の室
５ 太陽電池セル
６ 構造的支持体
７ ＥＶＡシート
８ クラック
９ クレージング
１０ 太陽電池モジュール
１１ カバーガラス
１２ 裏面材
１３ 電極
１４ 電極
１５ リード線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置用のダイヤフラムおよびその評価方法ならびに太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムとしては、ハロゲン化ブチルゴムを使用する例（特許文献１）、補強繊維を埋入させたシリコーンゴムを使用する例（特許文献２）等が知られている。
太陽電池モジュールは、太陽電池セルを耐熱ガラス板、エチレンビニルアセテート樹脂（以下、ＥＶＡという）などの接着樹脂シート、アルミ箔などの防湿シート等のラミネート材によりパッケージングして製造される。製造方法の一例として、耐熱ガラス板の上に、ＥＶＡシート、太陽電池セル、ＥＶＡシート、防湿シートの順に重ね、真空下で加熱しながらＥＶＡシートを架橋させて接着貼り合わせる方法がある。この貼り合わせを行なう方法として、真空プレス方式があり、これは貼り合わせ部材を下方のヒータ盤と上方のダイヤフラムとの間で挟圧してラミネートする方法である。
【０００３】
上記ＥＶＡを用いた太陽電池パネルの貼合せ工程においては、ＥＶＡ、太陽電池セルを含む積層体をＥＶＡが架橋する温度に設定されたヒータ盤の上にセットした後、上部よりダイヤフラムにて加圧し、積層体を圧着する。この際にＥＶＡが架橋する温度および時間領域に保持しなければならない。この架橋条件として、例えば、従来１３５〜１５５℃、５分程度で一次架橋を施し、１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度で二次架橋を行なっていた。一次架橋は熱プレス方式でなされており、プレス機に付属しているダイヤフラムのゴムシートの耐久性は、この一次架橋の条件に大きく影響される。二次架橋はＥＶＡシートの完全架橋を目的にオーブン方式でなされる場合が多い。
しかしながら、近年１４５℃を超える温度でＥＶＡシートの架橋を一次架橋のみで行ない二次架橋を省略することで、架橋時間を短縮する製造方法が採用されるようになっている。
【０００４】
貼合せ工程における従来のダイヤフラムは、一次架橋工程を一回のプレス回数として、５０００回以上のプレス回数に耐えるシリコーンゴム製ダイヤフラムが使用されている。このシリコーンゴム製ダイヤフラムに使用されているシリコーンゴムはミラブル型シリコーンゴムが使用されている。
しかし、上記架橋時間を短縮する製造方法に従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムを使用すると、約１０００回程度のプレス回数でシリコーンゴム製ダイヤフラムが破損する問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３０８７６９号
【特許文献２】特開２００４−２８１８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、比較的高温短時間でＥＶＡシートを一回の熱プレスで架橋させることで架橋時間を短縮する製造方法において、容易に破損しない耐久性に優れた変性シリコーンゴム製ダイヤフラムおよびその評価方法ならびにそのダイヤフラムを用いた太陽電池モジュールの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、太陽電池セルをＥＶＡシートによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に、真空プレス装置を用いた熱プレスで上記ＥＶＡシートを架橋させるプレス条件にて使用される。また、この変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内に上記ＥＶＡシート４ｇを入れ、該円筒状容器の開放端面上に厚さ３ｍｍの供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、この円筒状容器および供し試料を２００℃×４８時間の条件で加熱した後の円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後の上記シート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上であることを特徴とする。
ここで熱プレスとは、ダイヤフラム式の真空プレス装置において、下面の熱盤より加熱されながら、上面よりダイヤフラムにて圧着することをいう。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルをＥＶＡによりラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、
上記太陽電池セルは、上記ＥＶＡシートを変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いた真空プレス装置により熱プレスで架橋させてラミネートする工程を有し、
上記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムが上記本発明の太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法は、太陽電池セルをＥＶＡによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置に用いられ、該真空プレス装置での熱プレスで上記ＥＶＡを架橋させるプレス条件で使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法であって、
一方が開放されている円筒状容器内に所定量のエチレンビニルアセテート樹脂シートを入れ、上記円筒状容器の開放端面上に供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、円筒状容器および供し試料を所定の条件で加熱した後のゴム特性を測定することを特徴とする。
特に、上記円筒状容器が直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有し、この容器内に収容されるＥＶＡシートが４ｇのシートであり、供し試料の厚さが３ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、ＥＶＡシートの架橋が熱プレスによる一次架橋のみでなされるので、太陽電池モジュールの生産性が向上する。また、変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの耐久性などのゴム特性を所定の評価方法で評価できることで、安定して太陽電池モジュールを生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの使用状態を示す図である。
【図２】使用不可能になったダイヤフラムの平面図である。
【図３】太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを説明する。太陽電池モジュール等を製造する際に使用される真空プレス装置の断面図を図１に示す。図１（ａ）は真空プレス開始前の状態を示す図であり、図１（ｂ）は真空プレス時の状態を示す図である。
真空プレス装置１は、第１の室３と第２の室４とがダイヤフラム２により分離されている二重真空方式の装置である。
太陽電池セル５は、全体の構造的支持体６の片面に、ＥＶＡシート７ｂを介して載置され、その表面にＥＶＡシート７ａを被せて真空プレス装置１内に配置される（図１（ａ））。
プレス工程として、例えば、第１の室３と第２の室４とをそれぞれ０．００２Ｐａ程度の真空度にして、ＥＶＡシート７で囲まれた太陽電池セル５を加熱する。加熱が所定の温度に達したら第１の室３を大気圧に戻す（図１（ｂ））。第１の室３を大気圧に戻すことで、ダイヤフラム２とともに、ＥＶＡシート７が太陽電池セル５に真空圧着される。
この状態を所定時間維持することで、ＥＶＡシート７の架橋反応が進むとともに太陽電池セル５をＥＶＡシート７にて封止する。
真空プレス装置１を冷却後、第２の室４を大気圧に戻すことでプレス工程が終了する。プレス工程において、ダイヤフラム２は、真空圧着および加熱により機械的および熱的応力を印加されながら使用され、複数回のプレス工程後毎に交換される。このため、ダイヤフラム２の耐久性は直接太陽電池モジュール等の生産性に影響を与える。
【００１３】
一般に、ＥＶＡが溶融する温度は約８５℃であり、架橋反応が開始する温度は約１３０℃と言われている。このため、従来は、１３５〜１５５℃、５分程度で熱プレスを用いて一次架橋を施し、その後、１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度で二次架橋をオーブン等を用いて行なっていた。一次架橋を５分程度とするのは、ＥＶＡの発泡や黄変を抑えるためであり、二次架橋を１５０〜１６０℃、１５〜２０分程度にするのは、屋外での温度変化に対しＥＶＡが軟化現象等を起こすことがないように、ＥＶＡの架橋反応を十分にするためである。
【００１４】
一方、太陽電池モジュール等の生産性の向上を図るため、本発明においては、ＥＶＡの架橋条件として真空プレス装置１を用いた熱プレス単独でＥＶＡシートを架橋させる製造方法を採用する。すなわち、従来の一次架橋のみでＥＶＡを架橋する。そのため、プレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件が熱プレスの条件として採用される。従来のシリコーンゴム製ダイヤフラム２は、プレス温度が１５５℃を超えると極めて短時間に使用不可能になった。具体的には取り替えないで使用できる回数が約１／５程度まで低下した。
図２は、プレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件下において、約１０００回のプレス回数で使用不可能になったダイヤフラム２の平面図である。図２に示すように、太陽電池セル５の貼り合わせ工程において、ダイヤフラム２は、その機械的応力が繰り返し印加される箇所において、応力印加方向、すなわち伸び縮みが発生する方向にクラック８やクラックに至らない微小なクレージング９などが入りやすくなり、破壊しやすくなることが判明した。
【００１５】
破壊が生じた従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムの劣化が生じていない部分（クラックが全く見られない未劣化部分で図中Ａ部分）、クラックに至らない微小なクレージング９などの僅かな劣化が生じている劣化が少ない部分（図中Ｂ部分）、大きなクラックが生じている劣化が大きい部分（図中Ｃ部分）に関し、未使用の従来シリコーンゴム製ダイヤフラムと比較して調査した。調査項目は、密度（ｇ／ｃｍ3）、硬さ（ＩＲＨＤ）、アセトン抽出量（質量％）、ＩＲ分光分析、ラマン分光分析である。
なお、硬さ（ＩＲＨＤ）は、国際ゴム硬さを表し、ヤング率ゼロの材料の硬さを「０」、ヤング率無限大の材料の硬さを「１００」とした硬さスケールで、劣化が生じているゴム試料表面を球面で垂直に一定の力で押込んだときの押込み深さで示される値である。また、表１中、硬さの値における（ ）内は未使用品との比である。
調査の結果、ＩＲ分光分析およびラマン分光分析においてはシリコーン成分以外の吸収は見られなかった。その他の調査結果について、表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１に示すように、密度は、劣化が進むにつれて僅かに大きくなり、アセトン抽出量は劣化が大きい部分が少なくなる傾向を示した。
顕著な変化を示したのは、ゴムの硬さであり、劣化が進むにつれて硬くなり、最も劣化が進んだ部分（図２中Ｃ部分）では、未使用品の１．６０倍まで硬度が増加した。僅かに劣化が進んだ部分（図２中Ｂ部分）においても、ゴム硬度は未使用品の１．２８倍の硬度を示した。
使用後であってもダイヤフラムの劣化が見られない部分（図２中Ａ部分）でのゴム硬度は未使用品の１．１７倍であった。このため、シリコーンゴム製ダイヤフラムであってもゴム硬度が未使用ダイヤフラムの約１．２倍以下であれば、ＥＶＡの架橋条件がプレス温度１３５℃〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の一次架橋のみの条件下においても耐久性に優れたシリコーンゴム製ダイヤフラムが得られることが判明した。
【００１８】
上記真空プレス装置１を用いて製造される太陽電池モジュールを図３に示す。図３は太陽電池モジュール１０のプレス前の断面構造を示す図である。
太陽電池モジュール１０は、下側に配置された透明なカバーガラス１１と、上側に配置された例えばポリエチレン樹脂などの透明な裏面材１２との間に、ＥＶＡシート７ａ、７ｂを介して太陽電池セル５をサンドイッチした構成を有する。太陽電池セル５は、電極１３、１４の間に太陽電池セル５を複数個配置しリード線１５で接続した構成である。
太陽電池モジュール１０は真空プレス装置１を用いて、上記構成部材を重ね合わせて真空状態で加熱しながら、ラミネートする。その結果、一次架橋のみの条件下において、ＥＶＡシート７ａ、７ｂが架橋されて各構成部材が重ね合わされた状態で接着されることで、太陽電池モジュールが製造される。
【００１９】
本発明に使用できる変性シリコーンゴムは、ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルアルコキシシロキサン、またはフロロシリコーン等で変性されたポリオルガノシロキサンである。この変性シリコーンゴムにシリカ粉末が配合された変性シリコーンゴム組成物であることが好ましい。変性シリコーンゴムとしては、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社品番ＸＥ２０−８５３Ｕ、信越化学工業株式会社の品番Ｘ−３０−４２７６−Ｕがある。
【００２０】
上記本発明に使用できる変性シリコーンゴムの耐熱特性を以下の方法で評価した。
供し試料は、従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムに使用されているシリコーンゴム、および、上記ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルアルコキシシロキサン、またはフロロシリコーン等で変性されたシリコーンゴムにシリカ粉末が配合された変性シリコーンゴムであり、変性シリコーンゴム１（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社品番ＸＥ２０−８５３Ｕ）および変性シリコーンゴム２（信越化学工業株式会社の品番Ｘ−３０−４２７６−Ｕ）を準備した。従来品を含めて、供し試料は合計３種類である。
供し試料を厚さ３ｍｍのシート状とする。一方、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内に上記ＥＶＡシート４ｇを収納する。シートの厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。ＥＶＡシートが収納された円筒状容器の開放端面上に上記供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆う。開放端面の全面を厚さ３ｍｍの供しシートで覆った状態で、恒温槽中に入れ、２００℃×４８時間の条件で加熱する。なお、円筒状容器の開放端面を覆う供しシートは該開放端面を密閉することなく、開放端面上に載せておく状態である。
加熱条件は、２００℃×４８時間の条件を維持できれば、２００℃×２４時間加熱した後、一端冷却して再度２００℃×２４時間加熱してもよい。また、一端冷却して再加熱時にＥＶＡシートを新規ＥＶＡシートに交換してもよい。
最も好ましい加熱条件は、２００℃×２４時間加熱した後、一旦冷却して新規ＥＶＡシート４ｇに交換して、再度２００℃×２４時間加熱する条件である。
加熱後、室温に戻し、室温でＪＩＳＫ６２５０に準じて劣化面でのゴム硬度（デュロメータ硬さ、表中ＨＡで表す）、ＪＩＳＫ６２５０に準じるダンベル形状に打ち抜いた試料を用いて、ＪＩＳＫ６２５０に準じて抗張力（単位：ＭＰａ、表中ＴＳで表す）、１００％モジュラス（単位：ＭＰａ、表中Ｍ１００で表す）、伸び（単位：％、表中Ｅｂで表す）を測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
表２に示すように、変性シリコーンゴム１および２は、従来のシリコーンゴムに比較して、ゴム硬度が高温度の熱劣化試験後においても硬くならず、伸びの低下が少なかった。
従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、ゴム硬度が未使用品の約１．２倍を超えると、ゴムの劣化がみられたことを考慮すると、上記評価方法において、ゴム硬度が未使用品の約１．２倍となる条件は２００℃×４８時間の条件である。なお、加熱条件を２２５℃×４８時間の条件で従来品を試験した場合、ゴム硬度が未使用品の１．３倍を超えた。
すなわち、上記評価条件で、２００℃×４８時間後のゴム硬度が加熱前のゴム硬度の値を１００として１１８以下、好ましくは９５〜１１８の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、プレス温度１３５〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件で二次架橋なしの真空プレス装置用ダイヤフラムとして使用できる。
【００２３】
表２において、従来のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、２００℃×４８時間後の伸びが初期値の３３．３％と大きく低下した。一方変性シリコーンゴム１および２の伸びは、それぞれ６３．９％、８４．１％であった。これらの値と、２００℃×４８時間後の従来品の伸びを基準にすると、上記評価条件で、２００℃×４８時間後の伸びが初期値の少なくとも３４％以上、好ましくは４０〜１００％、より好ましくは６０〜１００％の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、プレス温度１３５〜１８０℃、プレス時間１０〜１５分の条件で二次架橋なしの真空プレス装置用ダイヤフラムとして使用できる。
【実施例】
【００２４】
実施例１
従来例のシリコーンゴム、変性シリコーンゴム１、および変性シリコーンゴム２を用いて、製品サイズとして厚さ３ｍｍ、縦２．７ｍ、横３．９ｍの変性シリコーンゴム製ダイヤフラム２を製造した。
このダイヤフラム２を図１に示すプレス装置１に取り付けて、図３に示す太陽電池モジュール１０を製造した。太陽電池モジュール１０は１５０℃×１５分の熱プレスによる一次架橋のみでＥＶＡシート７を架橋させた。
その結果、従来例のシリコーンゴム製ダイヤフラムは、２回の実験で、プレス回数８００回、１１００回でそれぞれダイヤフラムにクラックが入り破損したため使用不能となった。
変性シリコーンゴム１製ダイヤフラムおよび変性シリコーンゴム２製ダイヤフラムは、プレス回数２１２０回経過後もクレージング等の劣化を全く生じなく使用でき、ダイヤフラムを交換することがないので、太陽電池モジュールの生産性が向上した。
また、この変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いて製造した太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールとしての性能が製造初期品とプレス回数２１２０回経過後の製品とで有意差が認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本願発明の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを使用することで、太陽電池モジュールの生産性が向上し、かつ安定して太陽電池モジュールを生産できるので、今後の太陽電池モジュールの量産化に利用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１ 真空プレス装置
２ ダイヤフラム
３ 第１の室
４ 第２の室
５ 太陽電池セル
６ 構造的支持体
７ ＥＶＡシート
８ クラック
９ クレージング
１０ 太陽電池モジュール
１１ カバーガラス
１２ 裏面材
１３ 電極
１４ 電極
１５ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂シートによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置用の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムであって、
該変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、前記真空プレス装置を用いた熱プレスで前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを架橋させるプレス条件に使用されるダイヤフラムであり、
前記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内にエチレンビニルアセテート樹脂シート４ｇを入れ、前記円筒状容器の開放端面上に厚さ３ｍｍの供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、前記円筒状容器および供し試料を２００℃×４８時間の条件で加熱した後の前記円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後の前記シート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上であることを特徴とする太陽電池モジュール製造用ダイヤフラム。
【請求項２】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂によりラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池セルは、前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いた真空プレス装置により熱プレスで架橋させてラミネートする工程を有し、
前記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムが請求項１記載の太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムであることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂によりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置に用いられ、該真空プレス装置での熱プレスで前記エチレンビニルアセテート樹脂を架橋させるプレス条件で使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法であって、
一方が開放されている円筒状容器内に所定量の前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを入れ、前記円筒状容器の開放端面上に供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、前記円筒状容器および供し試料を所定の条件で加熱した後のゴム特性を測定することを特徴とする変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法。
【請求項４】
前記円筒状容器が直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有し、この容器内に収容される前記エチレンビニルアセテート樹脂シートが４ｇのシートであり、前記供し試料の厚さが３ｍｍであることを特徴とする変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法。
【請求項１】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂シートによりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置用の変性シリコーンゴム製ダイヤフラムであって、
該変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、前記真空プレス装置を用いた熱プレスで前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを架橋させるプレス条件に使用されるダイヤフラムであり、
前記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムは、直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有する一方が開放されている円筒状容器内にエチレンビニルアセテート樹脂シート４ｇを入れ、前記円筒状容器の開放端面上に厚さ３ｍｍの供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、前記円筒状容器および供し試料を２００℃×４８時間の条件で加熱した後の前記円筒状容器内面側のゴム硬度が加熱前の変性シリコーンゴム硬度の値を１００として１１８以下であり、同２００℃×４８時間の条件で加熱した後の前記シート全体の伸びが加熱前の伸びの値を１００として３４以上であることを特徴とする太陽電池モジュール製造用ダイヤフラム。
【請求項２】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂によりラミネートする太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池セルは、前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを変性シリコーンゴム製ダイヤフラムを用いた真空プレス装置により熱プレスで架橋させてラミネートする工程を有し、
前記変性シリコーンゴム製ダイヤフラムが請求項１記載の太陽電池モジュール製造用ダイヤフラムであることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
太陽電池セルをエチレンビニルアセテート樹脂によりラミネートして太陽電池モジュールを製造する際に使用される真空プレス装置に用いられ、該真空プレス装置での熱プレスで前記エチレンビニルアセテート樹脂を架橋させるプレス条件で使用される変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法であって、
一方が開放されている円筒状容器内に所定量の前記エチレンビニルアセテート樹脂シートを入れ、前記円筒状容器の開放端面上に供し試料を載せて、該開放端面の全面を覆い、前記円筒状容器および供し試料を所定の条件で加熱した後のゴム特性を測定することを特徴とする変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法。
【請求項４】
前記円筒状容器が直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの内容積を有し、この容器内に収容される前記エチレンビニルアセテート樹脂シートが４ｇのシートであり、前記供し試料の厚さが３ｍｍであることを特徴とする変性シリコーンゴム製ダイヤフラムの評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−６００８１（Ｐ２０１２−６００８１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４７５９（Ｐ２０１０−２０４７５９）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９１００５００６）クレハエラストマー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９１００５００６）クレハエラストマー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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