すべてのラミネートの気泡が封止材のせいではない：太陽光モジュールの気泡の本当の原因

はじめに

太陽光モジュールに気泡が現れるたびに、人々はEVA/EPEフィルムを責めがちです。しかし、それほど単純ではありません。

PVモジュールの封止工程において、ラミネート気泡は最も一般的で、最も根強く再発する品質欠陥です。業界の多くの人々は、ラミネート気泡はすべてEVA/EPE封止材の品質問題が原因であるという固定観念を持っています。それは真実ではありません。封止材の欠陥は多くの原因の一つに過ぎません。原材料の欠陥、ラミネート設備の異常、作業者の操作ミス、管理が行き届かない作業環境などが、異なるタイプのラミネート気泡を引き起こす可能性があります。

気泡は表面の外観上の欠陥のように見えますが、モジュールの出力、長期安定性、寿命に影響を及ぼし続けます。これらは、屋外での劣化、デラミネーション、故障の背後にある主要な隠れた原因の一つです。このブログでは、気泡の分類、根本原因、性能への損害を多角的に考察し、プロセス最適化と欠陥トレーサビリティのための正確な基盤を提供します。

PVモジュールのラミネート気泡の種類とその原因

気泡の形状、分布、形成メカニズムに基づき、ラミネート気泡は2つの主要なカテゴリに分類されます。

残留気泡

これらは主にセル間のギャップ、ストリング間隔、モジュール端部、四隅に現れます。密集した小さな気泡、帯状の気泡、または雪の結晶状の気泡として現れます。根本的な原因は、ラミネーション中の層間空気が完全に排出されず、真空脱気が不完全であることです。これらは物理的な残留気泡であり、主に設備パラメータ、操作プロセス、レイアッププロセスに関連し、材料欠陥の割合は非常に小さいです。これらの気泡は最初は小さく、隠れやすく、各工場の品質基準を通過する可能性があります。量産では見落とされがちですが、後で膨張するリスクは非常に高いです。

詳細分析：

• 真空システムの故障： 真空ポンプの性能低下、真空ラインの漏れ、真空度不足、排気時間が短すぎる、または排気速度が不十分な場合、層間の空気を完全に排出できません。これが残留気泡の主な原因です。

• 温度と圧力の不均衡： 加熱が速すぎる、または予熱温度が高すぎると、フィルム表面が急速に架橋・硬化し、内部の空気や水分が層間に閉じ込められ、包み込まれた気泡が形成されます。ラミネート圧力が不十分、または保持時間が短すぎると、フィルムが十分に流動・濡れ広がらず、層間の空隙を押し出せないため、広範囲にわたる中空気泡が発生します。加熱プレートの温度が不均一で局所的な温度差が大きいと、フィルムの硬化速度が不均一になり、局所的な気泡が発生します。

• 部品および機械の故障： シリコンシートが劣化、変形、しわがあり、通気性が悪いと、均一な圧力をかけて空気を排出できません。ラミネートフレームのサイズ不一致や高さのずれにより、角や端の接着が不十分になります。テーブル面が不均一、または搬送精度のずれにより積層体がずれ、脱気不良が発生し、端部の規則的な気泡や角部の雪の結晶状の気泡が発生します。

ガス発生による気泡

これらは主にセル表面、リボン周辺、モジュールの局所領域に現れ、主に単一の大きな気泡または局所的に密集した気泡として発生します。根本的な原因は、材料（フィルム、ガラス、リボン、セル）内部の水分、揮発性物質（フラックスなど）、または補助材料中の残留不純物です。高温ラミネート中に、水分や低分子不純物が熱で気化し、ガスが逃げられずに気泡として集まります。これは主に原材料の品質、補助材料の管理、材料の前処理に関連しています。そのため、材料側の原因も多くあります。気泡が発生した場合、必ずしもフィルムが原因とは限りません。詳細分析：

• 封止材の要因： EVA/EPEフィルムは吸湿性が高く、一般的な材料トリガーです。防湿保管が不十分、開封後に長時間空気にさらされる、または切断したフィルムをすぐに使用しないと、空気中の水分を大量に吸収します。フィルムの架橋度が規格外、配合に不純物が多い、またはバッチ品質が不安定な場合、高温ラミネート中に低分子揮発性物質を放出します。水分や揮発性物質が気化して時間内に逃げられないと、層間に均一に密集した気泡が形成されます。フィルムの厚みが不均一、または接着時のしわにより局所的な空気が閉じ込められ、間接的に気泡が発生します。

• ガラス要因： PV強化ガラスには、目に見えにくい汚れ、ほこり、油分が付着している場合があり、洗浄後に完全に乾燥していないと、端部に水跡が残ることがあります。ラミネーション時の熱により、水分や油分が蒸発し、ガラスとフィルムの界面に局所的な気泡が発生します。ガラスの平坦度のずれやエッジ面取りの異常により、積層後に密着が不十分となり、端部の空気が逃げられず、持続的な端部気泡が発生します。

• リボンとフラックスの要因： これは見落とされがちな気泡の引き金です。酸化したリボン表面、不均一なコーティング、残留油分は、はんだ付け後にリボンとフィルムの界面に隙間を残します。フラックスの過剰塗布、またははんだ付け後にフラックスが完全に蒸発・乾燥していない場合、有機残留物が残り、ラミネーション時の熱で急速に蒸発し、リボンの両側やセルのグリッドライン周辺に帯状または点状の気泡を形成します。これがリボン領域の気泡の核心的な原因です。

• セル要因： セルの洗浄が不十分な場合、テクスチャリングや拡散工程からの化学残留物、ほこり、微粒子が残ることがあります。セルが湿気を帯びて保管されたり、表面に結露が生じたりすると、ラミネーション時の熱で不純物が分解し、水分が蒸発して、セル表面に散在する気泡が形成されます。セルのマイクロクラックや表面損傷も、局所的な接着不良を引き起こし、空気を閉じ込めます。

設備、プロセス、材料を超えて：オペレーターと環境

設備、プロセス、材料に加えて、人的な操作ミスや作業場の環境も気泡欠陥を引き起こす可能性があります。

• 非標準的な人的操作 ランダムで不規則な気泡を引き起こします。単一バッチの散発的な欠陥は、主に人的要因によるものです。積層時に、ガラス、フィルム、セル、バックシートを手で配置する際の位置ずれに加え、フィルムの伸び、しわ、ずれが生じると、局所的な空気の閉じ込めが発生します。素手で材料表面に触れると、指紋、汗、油分が残り、高温で蒸発して界面気泡になります。補助材料の敷設やリボン配置が不均一だと、局所的な突起や浮きが生じ、ラミネーション後に接着ボイドになります。材料の前処理を厳格に守らず、湿ったフィルムや未乾燥のリボンをそのまま生産に投入するオペレーターも、気泡の原因となります。

• 管理が行き届いていない作業場環境 バッチ気泡問題を容易に引き起こし、量産品質の変動の主要な引き金となります。清浄度が悪く、空気中のほこりや粒子が多すぎて材料に付着すると、絶縁層が形成され、フィルムの濡れ性が悪くなり、微細な気泡が発生します。温度と湿度の管理が失敗し、湿度が高いと、露出したすべての材料が急速に水分を吸収し、ガス放出による気泡率が急激に上昇します。乱流気流や作業台に直接吹き付ける空気出口は、材料表面の急速な結露やほこりの原因となり、大きな温度変動は積層精度やフィルム前処理の安定性を損なう可能性があります。さらに、ゴキブリ、蚊、ハエなどの昆虫標本による気泡も一般的で、5Sの不備が原因です。

影響は外観だけではない：信頼性と安全性にも

ラミネート気泡はモジュールの外観だけでなく、信頼性と安全性にも影響を与えます。

外観：直接不合格、歩留まり低下

気泡はモジュール表面の平坦で均一な外観を壊し、目に見える外観不良を形成します。これらは初回検査における主要な不良項目です。PVモジュールの検査基準によると、気泡の数、サイズ、位置が仕様を超えると、モジュールは外観不良として直接判定され、出荷できません。これはスクラップやリワークの損失、ライン歩留まりと効率の低下を意味します。不規則な気泡は表面の光透過を不均一にし、製品の一貫性と市場での認識を損なう可能性があります。

性能：出力低下、出力劣化の加速

気泡は本質的に層間の密閉された空洞であり、残留空気、水分、または放出されたガスを含み、モジュールの内部光学構造を変化させます。一方で、気泡領域は光を屈折、反射、散乱させ、セルの有効受光面積を減らし、光電変換効率を低下させます—初期出力が低くなります。他方で、気泡領域では封止材がセル、ガラス、バックシートとしっかり接着できず、熱伝導が急激に低下し、動作中に局所的な熱が蓄積してホットスポットのリスクを生み出します。長期間の運転では、ホットスポットがセルを焦がし続け、マイクロクラックや劣化の加速を引き起こすため、年間出力損失が標準値を大幅に超え、有効発電寿命が大幅に短縮されます。

信頼性：封止不良と安全上の危険

これは、ラミネートバブルによる最も核心的で致命的な損傷です。モジュールは屋外で何年にもわたり、暑さ、寒さ、雨、雪、風、砂、紫外線にさらされます。昼夜や季節の温度変化により、バブル内部のガスが何度も膨張と収縮を繰り返し、常に中間層の界面に引っ張り応力を与えます。長期間の応力下で、微小なバブルは徐々に成長・合体し、最終的にフィルムとガラス、セル、バックシートの間でデラミネーション（層間剥離）や剥がれを引き起こします。デラミネーションが発生すると、モジュールのシールは完全に破壊され、湿気や湿潤、腐食性媒体が浸透し続け、リボンの酸化、セルの腐食、PID劣化、カビの発生や黒変を引き起こします。深刻な場合には、絶縁低下、漏電、短絡などの安全障害を引き起こし、発電所の安定性を損ない、O&Mコストを増大させ、発電所の安全事故リスクをもたらし、25年間のサービス寿命保証を大きく損なうことになります。

Ooitechの見解

バブルは単一の原因から発生することはほとんどなく、そのため「封止材の問題」として扱うと、間違ったフィルムのロットを追いかけて時間を浪費することになります。当社が納入するラインから見えるパターンは次の通りです：残留バブルは真空、圧力、レイアップに起因し、ガス発生バブルは水分とフラックス管理に起因します。したがって、安定したラミネーターのレシピと、規律ある前処理および5Sが、フィルムを交換するよりも多くの問題を解決することが通常です。実際の生産ラインで適切な脱気、保持圧力、レイアップの整合性がどのように機能するかを確認したい場合は、当社のYouTubeチャンネルのウォークスルー www.youtube.com/ooitech をご覧になる価値があります。まずプロセスを正しく設定し、その後にフィルムを公平に評価するべきです。