JP2009502030A

JP2009502030A - 太陽電池システムのカプセル化用の耐候性積層物の製造方法

Info

Publication number: JP2009502030A
Application number: JP2008521738A
Authority: JP
Inventors: デピネ，ニコル; ダニルコ，ヨアヒム
Original assignee: Isovolta AG
Current assignee: Isovolta AG
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2009-01-22
Also published as: AT502234A1; IL187314A0; CA2611594A1; MA29699B1; ZA200800306B; CA2611594C; CN101203379A; KR20080036001A; ECSP077911A; CR9732A; BRPI0613651A2; US20090151774A1; NO20080898L; EA012305B1; EA200800385A1; AT502234B1; MX2008000861A; SG164377A1; EP1904300A1; AU2006272417A1

Abstract

本発明は、太陽電池システム（７）をカプセル化するために耐候性積層物（１、１’）を製造する方法に関する。本発明の方法は、キャリア材料（４，４’）上に少なくとも１つの耐候性プラスチック層（２，２’）が施されることを特徴とする。本発明の被覆方法は、通常、フィルムの形で使用される比較的高価な出発製品が厚さおよび量において低減可能であるという点で有利である。前記の方法で製造される本発明の積層物は、特に、完成した太陽光発電モジュールと関連して耐候性層（２，２’）の層厚の調整が制御可能であることにより、複数の方法で使用可能である。前記の使用は、非常用電話またはキャンピングカー用の小エネルギーユニットから大面積の屋根およびファサードシステムの範囲および大型ユニットおよび太陽光発電所の範囲も含む。

Description

本発明は、太陽電池システムのカプセル化用に耐候性積層物を製造する方法、ならびに太陽光発電モジュールの製造にこれらを使用することに関する。

太陽光発電モジュールは、太陽光から電力を製造するのに使用され、コア層として例えばシリコン太陽電池などの太陽電池システムを含む積層物からなる。このコア層はカプセル化材料により覆われて、機械的な影響および天候により誘発される影響に対する保護を確保する。これらの材料は、ガラスおよび／またはプラスチックフィルムおよび／またはプラスチック積層物でできた１つ以上の層からなることができる。

太陽光発電セルのカプセル化用に耐候性積層物を製造する方法は、特許文献１、特許文献２ならびに特許文献３から既知である。これらのモジュールにおいては、太陽電池システムは、機械的損傷のみならず、水蒸気、特に天候の影響に対しても保護される。それゆえ、カプセル化材料においては、主としてフッ素ポリマーからできたフィルムなどの耐候性プラスチックが使用される。

これらのフッ素ポリマーフィルムは、別の工程で例えば押し出しまたはフィルムキャスティングにより製造される。しかしながら、これらの方法はエネルギー集約的で、高コストである。

更には、制限された引っ張り強さに基づくフッ素ポリマーフィルムの製造は、ある最小厚さでのみ可能である。

ここで、本発明はこのことを是正するように意図されている。
ＷＯ−Ａ−９４／２９１０６ＷＯ−Ａ−０１／６７５２３ＷＯ−Ａ−００／０２２５７

それゆえ、本発明の目的は、耐候性積層物がエネルギーおよびコストに関して経済的である小層厚でも製造可能である、上述のタイプの方法を示すことである。加えて、小層厚にも拘わらず、屋外使用のための満足な耐候性が達成されなければならない。

本発明によれば、キャリア材料上に少なくとも１つの耐候性プラスチック層を施す、太陽電池システムのカプセル化用に耐候性積層物を製造する方法が提案される。

本発明にしたがった方法の有利な態様は下位クレームで開示される。

更には、本発明は、太陽光発電モジュールの製造に本発明の方法にしたがって製造される少なくとも２つの積層物を使用し、積層物の１つに太陽電池システムを施すことに関する。この積層工程は連続もしくはバッチで運転可能である。

本発明は、例示の説明（図１から４を参照）ならびに可能な実施手段に基づいて下記に
更に詳細に説明される。

図１は、本発明にしたがった方法により製造されるカプセル化材料１、１’を含む太陽光発電モジュール１８の例示の設計を示す。カプセル化材料１、１’は、本質的に耐候性層２，２’とキャリア材料４、４からなり、この上で接着層５，５’は太陽電池システム７の接着剤として封止層６，６’と隣接する。

図２は、図１に示すようなカプセル化材料１の例示の設計を示し、ここにおいては耐候性を更に改善するのに蒸気相から堆積される酸化物層８が設けられる。

図３は、ポリマー溶液でできた耐候性層２，２’を塗布するための可能な装置を示す。

図４は、太陽光発電モジュール用に予備複合体１７を製造するための可能な積層装置を示す。

図１または図２にしたがってカプセル化材料１を製造するためには、耐候性層２，２’と接着層５，５’が第１の工程段階においてキャリア材料４，４’に塗布される。

実施例ａ）からｄ）は、それぞれの層における構成材料を選択するために可能な変形を再現する。

実施例ａ）
耐候性層２，２’：キャリア材料４，４’上に直接被覆するための選択的に可溶性のフッ素ポリマーまたはフルオロコポリマー、アクリレート、ポリウレタン、シリコンおよびこれらの混合物。

接着層３，３’：ポリウレタン、ポリエステル；
キャリア材料４，４’：種々の厚さのフィルムまたは積層物の形のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ならびにこれらの共押し出し物、アルミニウム箔；
接着層５，５’：ポリウレタン、ポリアクリレートまたは表面処理されたフッ素ポリマー層；
封止層６，６’：エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、イオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリエステルまたはホットメルト。

実施例ｂ）
耐候性層２，２’：前処理されたキャリア材料４，４’上に直接被覆するための選択的に可溶性のフッ素ポリマーまたはフルオロコポリマー、アクリレート、ポリウレタン、シリコンおよびこれらの混合物；
キャリア材料４，４’：種々の厚さのフィルムまたは積層物の形のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ならびにこれらの共押し出し物、アルミニウム箔；
接着層５，５’：ポリウレタン、ポリアクリレートまたは表面処理されたフッ素ポリマー層；
封止層６，６’：エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、イオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリエステルまたはホットメルト。

実施例ｃ）
耐候性層２，２’：キャリア材料４，４’上に直接被覆するための積層温度以下の融点の選択可溶性／分散性のフッ素ポリマーもしくはフルオロコポリマー；
接着層：ポリウレタン、ポリエステル；
キャリア材料４，４’：種々の厚さのフィルムまたは積層物の形のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ならびにこれらの共押し出し物、アルミニウム箔；
接着層５，５’：ポリウレタン、ポリアクリレートまたは表面処理されたフッ素ポリマー層；
封止層６，６’：エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、イオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリエステルまたはホットメルト。

実施例ｄ）
耐候性層２，２’：前処理されたキャリア材料４ａ、４ａ’上に直接被覆するための積層温度以下の融点の選択可溶性／分散性のフッ素ポリマーもしくはフルオロコポリマー；
キャリア材料４ａ、４ａ’：種々の厚さのフィルムまたは積層物の形のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ならびにこれらの共押し出し物、アルミニウム箔；
接着層５，５’：ポリウレタン、ポリアクリレートまたは表面処理されたフッ素ポリマー層；
封止層６，６’：エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、イオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリエステルまたはホットメルト。

実施例ａ）からｄ）にしたがって選択されるキャリア材料４，４’は耐候性層２，２’を有する。耐候性層２，２’を製造するためのポリマーは実施例ａ）からｄ）にしたがって選択される。この場合、実施例ｃ）およびｄ）に述べられているように、フッ素ポリマーまたはフルオロコポリマーを主に耐候性層として使用する場合には、化学的構成において均一なフィルムが製造される。しかしながら、実施例ａ）およびｂ）に述べられているように、化学的に異なるポリマーを使用する場合には、耐候性層２，２’にポリマー混合物を使用することも可能である。この場合には、使用されるポリマー原材料の比率は、完成した耐候性層２，２’の物理的および／または化学的性質が所望されるいかなる形にも変成もしくは最適化可能であるように変えられる。

耐候性を増大させ、隣接の複合層の結合も増大させるには、キャリア材料は耐候性層２，２’により被覆する前に前処理可能である。一方では、この前処理は、追加の接着剤の塗布により行うことができ、他方では、無機酸化物層、好ましくは蒸気相から堆積されるシリコン酸化物層を施すことにより行うことができる。更には、図３に示すように、キャリア材料４，４’の前処理をシステム１０中の物理的媒体により行うことが可能である。引き続いて、キャリア材料４，４’は、耐候性プラスチックが溶解もしくは分散された形で存在する、塗布ヘッド１１を被覆するためにフィードされる。溶剤として、環境的な理由ならびに処分の理由でハロゲンを含まない有機溶剤が使用される。更には、この溶液または分散液は染料を有することができる。

更には、分散液の製造時に、溶剤の量を著しく低減させることができるので、被覆時には分散液を使用することが有利であると判明した。例えば、フッ素ポリマーは、４０−１００℃および少なくとも２８００ｒｐｍの攪拌速度でインテンシブ攪拌機または溶解機により２−ブタノン中還流下で溶解される。使用され、ならびに分散液が形成されるフッ素ポリマーに対して３５％の比率まで二酸化チタンまたはカーボンブラックなどの種々の充填剤または染料をこの溶液に添加することができる。この溶液は塗布機１１により例えば前処理されたＰＥＴフィルムのキャリア材料４，４’に塗布される。例えば５から５０μｍの範囲にある耐候性層２，２’の層厚は、塗布機１１中のロール間隙を調整することにより制御される。次に、被覆された材料４，４’は偏行ロール９ａにより乾燥機１２にフィードされ、使用されている溶剤は８０℃と１８０℃の間の温度で蒸発される。乾燥機における排気および温度調整は、泡のない乾燥被膜が生成するように選択される。０．３−０．６％の残存溶剤含量が特定な温度調整の条件として使用される。

更には、層２、２’を有するキャリア材料４、４’は、偏行ロール９ｂにより貯蔵ロール１３にフィードされ、後者に巻き上げられる。

追加の工程段階においては、片側に耐候性層２，２’を有するキャリア材料４，４’は、なお非被覆の表面側上に接着層５，５’により被覆可能である。これは、出発製品としてポリウレタンならびにフッ素ポリマーが使用される、図３に図示されるシステムを使用することにより行われる。被覆後、このフッ素ポリマーは化学的もしくは物理的に表面処理可能である。

図１に示すようにカプセル化材料１、１’を製造するために、このロールは、バッチで長さに合せて切断され、実施例ａ）からｄ）にしたがって選択可能である封止層６に慣用の積層工程において接続される。

層２、４、５および６または２’、４’、５’および６’の複合物が積層工程により追加されるが、複合物中で使用されるプラスチックの更なる硬化は、太陽光発電モジュール１７の仕上げにおいて行われ、これは図４において示すように、例えばいわゆるロール・ツー・ロール法において実施可能である。

この場合には、例えば可撓性太陽電池タイプからなる太陽電池システム７がカプセル化材料１’上に施される。もう一つのカプセル化材料層１が相対する貯蔵ロール９から取り出され、太陽電池システム７にフィードされる。この場合には、貯蔵ロール９もしくは９ａから取り出される材料ウエブは、各々の場合、加熱ステーション１４もしくは１４ａにフィードされ、そこでカプセル化材料１、１’は少なくとも封止層６，６’の軟化温度まで加熱される。結果として、カレンダーステーション１５のロール間隙中で、一方では層１、１’の間の複合物、他方では太陽電池システム７の設計が確保される。この複合物の硬化と、カプセル化材料中で使用されるポリマーの完全な架橋を達成するために、この予備複合体は加熱ステーション１６にフィードされる。太陽光発電モジュール用の複合物１７は、貯蔵ロール９ｂ上で貯蔵可能であり、貯蔵ロールから好適な方法で取り出し可能である。

層設計が図１に示される太陽光発電モジュール１８において本発明にしたがった被覆工程により、特に耐候性層２，２’に関して比較的薄い材料システムが達成可能である。

これは、太陽光発電モジュールを除去することによって、市販のモジュール超構造体に比較してフッ素含有ポリマーの比率が低減可能であるという利点を有する。

更には、被膜２，２’用に化学的に均一なポリマーフィルムを製造するのみでなく、種々の比で種々のポリマー原材料からなる混合物を作製することも本発明にしたがった方法の範囲内で可能である。先行技術から既知であるように、ポリマーフィルムの使用は本質的にポリマータイプに限定される。しかしながら、本発明によれば、使用されるポリマー原材料の選択および量によって仕上がりの被膜２，２’の物理的および／または化学的性質が所望されるいかなる方法によっても変成および最適化可能である混合物を耐候性層２，２’用に製造することができる。

これとは別に、耐候性層２，２’の厚さを低減し、したがって比較的高コストなフッ素ポリマーの量を低減することができるので、製造方法が経済的である。この方法は系内で実施可能であり、これによってこの方法の実施が本質的に容易となる。使用されるポリマーおよび溶剤を選択することにより、温度範囲（８０と１８０℃の間にあるのが有利である）が調整されて、この方法の省エネルギー的実施も可能となる。

加えて、目的に依って、耐候性層２，２’の厚さが調整可能である。層厚を調整することによって、太陽光発電モジュールの多数の用途が本発明にしたがって製造されるカプセル化材料の使用により可能であり、前記応用は、非常用電話またはキャンピングカー用の小エネルギーユニットから大面積の屋根およびファサードシステムの範囲、および大型ユニットおよび太陽光発電所の範囲も含む。

Claims

キャリア材料（４，４’）上に少なくとも１つの耐候性プラスチック層（２，２’）が塗布されることを特徴とする、太陽電池システム（７）をカプセル化するために耐候性積層物（１、１’）を製造する方法。
耐候性プラスチックが選択的に可溶性のフッ素ポリマーまたはフルオロコポリマー、アクリレート、ポリウレタン、シリコンならびにこれらの混合物の群から選択される、請求項１に記載の方法。
キャリア材料（４，４’）上に溶液および／または分散液からなる耐候性プラスチックが塗布される、請求項１もしくは２に記載の方法。
溶液または分散液が染料を含有する、請求項３に記載の方法。
工程温度が８０と１８０℃の間の範囲で調整される、請求項１から４の一つに記載の方法。
耐候性プラスチックが５から５０μｍの層厚で塗布される、請求項１から５の一つに記載の方法。
耐候性層（２，２’）が光ビームに対して可視光波長範囲および近ＵＶ波長範囲で透明である、請求項１から６の一つに記載の方法。
キャリア材料（４，４’）がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフテネート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）ならびにこれらの共押し出し物の群から選択される、請求項１から７の一つに記載の方法。
キャリア材料（４，４’）がアルミニウム箔である、請求項１から７の一つに記載の方法。
キャリア材料（４，４’）が被覆前に物理的および／または化学的に前処理される、請求項１から９の一つに記載の方法。
キャリア材料（４，４’）上に蒸気相から堆積される無機酸化物層が施される、請求項１から１０の一つに記載の方法。
接着剤がキャリア材料（４，４’）に施される、請求項１から１０の一つに記載の方法。
接着剤としてポリウレタンもしくはポリエステル接着剤が使用される、請求項１２に記載の方法。
キャリア材料（４，４’）の非被覆側上に接着層（５，５’）が施される、請求項１から１３の一つに記載の方法。
プライマーシステム、表面処理されたフッ素ポリマー／フルオロコポリマー層、またはポリウレタンもしくはポリアクリレート層により接着層（５，５’）が設けられる、請求項１４に記載の方法。
接着層（５，５’）と隣接して封止層（６，６’）が施される、請求項１４から１５に記載の方法。
封止層（６，６’）が群エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、イオノマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリエステルまたはホットメルトポリマーから形成される、請求項１６に記載の方法。
太陽光発電モジュール（１７）の製造に請求項１から１７の一つにしたがって製造し、積層物（１、１’）の１つの上に太陽電池システム（７）を施す、少なくとも２つの積層物（１、１’）の使用。
太陽光発電モジュール（１８）の製造が太陽光発電モジュール（１８）用の予備複合体（１７）を製造する連続的な積層工程により行われる、請求項１８に記載の使用。
予備複合体（１７）の製造に更に可撓性のタイプの太陽電池が使用される、請求項１９に記載の使用。
太陽光発電モジュール（１７）の製造がバッチ工程により行われる、請求項１８に記載の使用。
太陽電池システム（７）としてシリコン太陽電池からなるものが使用される、請求項１８から２１の一つに記載の使用。
太陽光発電モジュールの損傷を受けた裏側を補修するための請求項３にしたがって製造される分散液の使用。