シリコーン接着剤の太陽光発電モジュールへの応用と一般的な問題点は何ですか？

太陽電池は、太陽光発電システムの中核部品です。太陽電池は薄くて脆く、酸化しやすいといった物理的・化学的欠陥があるため、高湿度、高温、低温、強紫外線、オゾン、微生物、風雨などの自然条件下に長期間さらされると、永久的な損傷を受けやすく、大規模な適用が困難です。したがって、太陽光発電の産業応用、特に20年以上の耐用年数を達成するためには、安定した性能を持つ太陽電池モジュールを形成するための保護パッケージングを行う必要があります。他の接着剤と比較して、シリコーン接着剤は、優れた耐候性、耐熱性、シール性、電線絶縁性、耐紫外線性、簡単な塗布工程、優れた接着性、高い物理的特性により、電池部品のパッケージングと製造に広く使用されています。.

 

シリコーン接着剤シーラントには、特性の異なる多くの製品があります。. 太陽電池モジュール業界の電子機器については、以下の点を重視する必要があります。 

1) 加工性：均一な粘度、良好な押出率、滑らかでチキソ性、気泡や皮張りがないこと。; 2) 機械的特性：中程度の硬度、伸びと引張強さの変化が小さいこと。; 3) 接着強度：バックシート、アルミ合金、ジャンクションボックス本体、バスバーとの接着強度が十分に高いこと。; 4) 耐黄変性：高温高湿エージング後のシリカゲルの表面色の変化が小さいこと。; 5) 耐湿熱性：湿熱エージング後のシリカゲルの強度、硬度、電気的特性の損失が小さいこと。; 6) 耐紫外線性：紫外線エージングボックスでの長期エージング後の性能変化が小さいこと。.

 

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塗布位置と性能要件

シリコーン接着剤の塗布方法

太陽電池モジュール適用におけるシリコーン接着剤の一般的な問題

1. 気泡と膨れの問題の分析

• 気泡の原因
• 膨れの原因

(1) Bulging occurs during assembly

(2) The change in the placement environment produces bulging

(3) シーリング面の不規則性による膨れ

(4) 補給プロセス中に膨れが発生する

2. コロイド保管中の黄変
3. コロイドが24時間以上完全に硬化していない

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塗布位置と性能要件

太陽光発電モジュールにおけるシリコーン接着剤の用途は、シリコーン接着剤、シリコーンシーラント、シリコーン封止材の3つに大別できます。太陽電池セルにおけるシリコーン接着剤の重要な4つの部分は、ラミネーション後のアルミニウム合金フレームとの接着・シーリング、ジャンクションボックスとバックシートとの接着、ジャンクションボックスの封止、薄膜セルと金属バックレールとの構造接着であり、図1に示されています。.

図1 結晶シリコンセル用接着ドット

 

(1) Aラミネートとアルミフレームの組み立てにおいては、接着剤がアルミおよびラミネート端部に対して良好な接着性を有することに加え、接着層が十分な機械的強度を持ち、外部荷重下で一定の変形・変位能力を有することで、ソーラーパネルアセンブリの剛性破壊を防ぐ必要があります。また、ソーラーパネルアセンブリのシーリング要求は非常に厳格であり、硬化剤によって硬化した接着剤自体が気泡なく均一であることを確保するとともに、液体やガスの浸入を防ぐためにケーブルをシーリングし、優れたバリア機能を果たす必要があります。.

 

(2) T接続箱とバッキング材は固定され、接着剤にはバッキング材および接続箱材料への十分な接着性が求められます。耐候性が必要であり、長期使用において剥がれ落ちず、高い引き裂き強度を有する必要があります。.

 

(3) J接続箱のポッティングには二液型シリコーン接着剤が多く使用され、ポッティング工程では接着剤に良好な流動性と脱泡性が要求され、硬化後の接着層は良好な電気絶縁性、熱伝導性、および耐候性を備える必要があります。.

 

(4) フィルムセルと金属レール間の接着は構造接着です（図2参照）。接着剤には良好な接着性と耐老化性が求められます。金属ガイドと電池プレートの接触幅がいずれも3cmを超える場合、深部硬化効果を確保するために二液型が推奨されます。 3cm未満の場合は一液型を使用できます。もちろん、ダウコーニングが提供する両面接着剤+構造用接着剤のような複合プロセスも使用可能です。.

図2 薄膜用接着ドット cells

シリコーン接着剤の塗布方法

組立ラインで使用される一液型有機シリコーン接着剤は、310mlの丸チューブまたは55ガロンドラムに包装されています。アルミフレームの組立前に、4本のアルミ材のコーキング溝にあらかじめ均一に接着剤を注入します。一般的に空気圧式の注入が採用され、空気圧は0.6〜0.8MPaです。注入前に、適合する先端ノズルを準備し、アルミコーキング溝の幅、単位接着剤消費量、作業習慣に応じて適切な直径のノズルを作成します。一定の空気圧下で均一に接着剤を注入し、その後、接着剤の切れ目部分を補填します。一般的な一液型バケットシリカゲルポンプ装置については図3を参照してください。.

 

フレーム組立後、四隅の接着剤のはみ出しを処理し、太陽電池ラミネートを設置した後、フレーム周辺に空気圧で接着剤を注入しシールします。約2時間静置後に確認し、明らかな欠陥やコーキングクラックを補修します。.

 

ジャンクションボックスとバッキング材の接着は、主に手動での接着剤注入を採用しています。ジャンクションボックスとバッキング材の接触面に接着剤を注入した後、所定の位置に固定します。ジャンクションボックスへの充填は、手動および自動設備で行うことができます。二液型自動注入装置（図4参照）の改善は、生産性向上の基盤を提供します。.

図3 一液型バケットシリカゲルポンプ

図4 T二液型自動計量充填機

太陽電池モジュール用途における シリコン 接着剤の一般的な問題

1. 気泡と膨れの問題の分析

一液型シリコーンシーラントの気密性は、太陽電池パネルの品質保証における重要な指標の一つです。接着剤のシール性能に影響を与える多くの要因があり、その中でも気泡や膨れは生産工程で一般的な問題です。.

• 気泡の原因

不適切な工程は通常、シリカゲルの生産および充填中に気泡を発生させます。例えば、使用中のチューブやテールプラグの締まりが不十分な場合、気泡が発生します（図5参照）。静置混合を生産に使用する場合、気泡の発生は大幅に減少します。.

• 膨れの原因

膨らみは通常、不適切なサイジング工程の結果です。.

(1) 膨らみは組み立て中に発生します

熱ラミネーション後、太陽光パネルは直ちに接着されたアルミ合金フレームと組み立てられ、その後フレームシーラントが施されます。それができないため フレームコーキングに塗布される接着剤の量が、ラミネートとフレームコーキングの間の隙間よりも多い（かつ均等に多い必要がある）ことが保証されている場合、その後のフレームシーラントの作業において、接着剤の溢れが発生しない部分がわずかに現れることがあります。ガスはフレーム内に封入されます。熱処理後のラミネートの温度は周囲温度よりもはるかに高いため、封入された気泡が膨張して泡を生成します。この原因による気泡は、組み立て工程から調整可能であり、熱処理後の自然冷却または人工冷却により、ラミネートとフレームの温度を周囲温度と等しくすることができます。また、接着剤の量を増やして、塗布が確実に行われるようにすることができます。 均一な条件下では、塗布される接着剤の量は、ラミネートとフレームの間の隙間の必要な充填量よりも多いため、膨らみを防ぐことができます。.

(2) 設置環境の変化により膨らみが生じる

ソーラーパネルの初期組み立てとシール完了後、完全に硬化させるために数時間放置する必要があります。この過程で、配置初期に高温環境から低温環境へ移動された場合（例えば、夏場に組み立て後、冷房・空調の吹き出し口に置かれるなど）、シーラントにも気泡が発生します。このような場合、工業的な設置環境を調整し、接着剤塗布温度と配置温度をほぼ同一にする必要があります。.

(3) 塗布面の不規則性による膨らみの発生

アルミ製ドアフレームなどの部品には一定割合の不規則な部品が存在するため、接着面が完全に平らにならず、ある程度の湾曲が生じます。均一に接着剤を塗布した後、接着面同士が接触し、平均圧力が加わった後も一部の部位の気体が完全に排出されず、膨らみが生じます。この原因による膨らみは、不規則品の割合を低減または排除することで制御する必要があります。また、既に使用されている不規則な接着材料については、特殊な部位で接着剤の補修作業を行い、組み立て工程中に継続的に修正する必要があります。.

(4) 接着剤補充工程における膨らみの発生

人為的な塗布工程における不可避なずれやその他の客観的理由により、各箇所で接着剤の途切れや不足箇所を補充する必要があります。 サイジング工程; 修理加工。この工程中、接着剤修理工程の不備や新旧接着層間の界面接触不完全により気泡も発生する。.

 

この原因による膨れは、サイジング工程の標準化と接着剤割れ・不足の最小化により解決可能。接着剤補充が必要な場合は小径注入ノズルに交換し、追加接着剤が既存接着剤と完全な界面接触を形成できるようにする。総じて、膨れと気泡発生には様々な原因がある。各要因を分析し製造工程の各段階を厳密に管理することで、気泡の発生を低減・除去し生産性向上が可能。.

2. コロイド保管中の黄変

コロイド黄変は主にアミノ増粘剤分子中のアミン基が原因。通常、アミン基は紫外線や高温で空気中の酸化によりジアゾ構造に変化。この構造の二重結合は特定波長の可視光を吸収し黄色を呈する。シリコーン黄変は配合設計で最小化可能。市販の高性能製品は耐黄変性に優れる。シリコーンゲルは黄変しやすいが製品強度と耐老化性には影響しない。.

3. コロイドが24時間以上完全に硬化しない

シリコーンシーラントは一般に空気中の湿気吸収で硬化。硬化速度は配合だけでなく環境温湿度にも依存。温湿度が高いほどコロイド硬化に有利。寒冷な冬季、特に乾燥環境では硬化が遅延。対策として環境改善や硬化特性に優れた製品の選択に加え、2液性接着剤の採用も検討可能。.

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