CN101341598B - 太阳能电池用密封膜和使用该密封膜的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供耐热性、耐光性提高的太阳能电池用密封膜和具有该密封膜的太阳能电池。太阳能电池用密封膜,该太阳能电池用密封膜包含乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和有机过氧化物,其特征在于,作为该有机过氧化物使用特定的过氧化酯,且为了防止黄变而使用二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不使用受阻胺系光稳定剂;和太阳能电池用密封膜,该太阳能电池用密封膜包含乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和有机过氧化物,其特征在于,作为该有机过氧化物使用特定的二烷基过氧化物,且为了防止黄变而使用二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不使用单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂;和具有该密封膜的太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主成分的太阳能电池用密封膜和使用该密封膜的太阳能电池,特别是涉及防黄变性优异的太阳能电池用密封膜和太阳能电池。
背景技术
近年来,从资源的有效利用和防止环境污染等方面出发,将太阳光直接转换为电能的太阳能电池受到瞩目,正在进行开发。
太阳能电池通常如图1所示,其结构为:在作为表面侧透明保护部件的玻璃基板1与里面侧保护部件(后罩)2之间,通过EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)薄膜的密封膜3A、3B,密封硅发电元件等太阳能电池用单元4。另外,以下,将相对于单元配置于受光面侧的密封膜称为“表面侧密封膜”,将配置于单元的后方侧的密封膜称为“里面侧密封膜”。
这样的太阳能电池如下制造:按照玻璃基板1、表面侧密封用EVA薄膜3A、硅发电元件4、里面侧密封用EVA薄膜3B和后罩2的顺序层叠,加热加压,使EVA交联固化并粘合一体化。
上述太阳能电池中,从提高发电效率方面出发,强烈期望将入射到太阳能电池中的光尽量有效地纳入太阳能电池用单元内。因此,期望密封用EVA薄膜尽量具有高的透明性、且不吸收或反射所入射的太阳光、使大部分太阳光透过。进而在长期使用太阳能电池时,由于光、热的影响,密封用EVA薄膜黄变,可看到太阳光的透过率降低的现象以及由该黄变导致外观不良的问题。
为了防止这样的黄变,在密封用EVA薄膜中使用各种紫外线吸收剂、光稳定剂等。例如,在专利文献1(日本特开平7-169986号公报)中,作为有机过氧化物(交联剂)使用过氧化酯系的过氧化物、即2,5-二甲基-2,5-二(过氧化叔丁基)己烷,作为紫外线吸收剂使用单羟基烷氧基二苯甲酮系的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。此外,在专利文献2(日本特开2000-183381号公报)中,作为有机氧化物使用1,1-双(过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷,作为紫外线吸收剂使用与上述相同的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
专利文献1:日本特开平7-169986号公报
专利文献2:日本特开2000-183381号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据本发明人的研究,明确了目前通常使用的紫外线吸收剂或光稳定剂在与其他紫外线吸收剂并用时,有时对防止黄变带来不良影响。本发明人反复进一步研究,还发现带来上述不良影响的紫外线吸收剂等的种类因所使用的有机过氧化物的种类而不同。
因此,本发明的目的在于解决上述目前的问题、提供耐光性、耐热性提高的太阳能电池用密封膜。
此外,本发明的目的在于,提供使用了上述太阳能电池用密封膜的耐光性、耐热性提高的太阳能电池。
解决问题的方法
上述目的可通过如下来实现:
太阳能电池用密封膜,该太阳能电池用密封膜包含乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和有机过氧化物(交联剂),其特征在于, 作为该有机过氧化物,包含下述式I:
[化学式1]
[其中,R1表示碳原子数3~5的支链烷基,而且R2表示碳原子数6~9的支链烷基。]
所示的过氧化酯,且为了防止黄变而含有二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不含有受阻胺系光稳定剂;和,
太阳能电池用密封膜,该太阳能电池用密封膜包含乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和有机过氧化物(交联剂),其特征在于,
作为该有机过氧化物,含有下述式II:
[化学式2]
[其中,R3各自独立表示碳原子数1~3的烷基,R4表示碳原子数3~5的支链烷基,而且R5表示碳原子数3~5的支链烷基。]
所示的二烷基过氧化物,且为了防止黄变而含有二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不含有单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂。
以下列示本发明的太阳能电池用密封膜的优选的形态。
(1)式I中,R1表示叔丁基,而且R2表示2-乙基己基。
(2)上述受阻胺系光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。基本上不使用的量是指:相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,不足0.1质量份(特别是不足0.01质量份)。
(3)式II中,R3表示甲基,而且R4和R5表示叔丁基。
(4)上述单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂为2-羟基-4-辛基氧基二苯甲酮。基本上不使用的量是指:相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,不足0.2质量份(特别是不足0.02质量份)。
(5)二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂为2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮。
(6)相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,含有0.01~1.0质量份二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂。使用上述有机过氧化物时的防黄变效果优异。
(7)密封膜相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物含有0.1~5.0质量份有机过氧化物。
(8)密封膜相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物含有0.1~5.0质量份交联助剂(具有自由基聚合性基的化合物)。
(9)相对于100质量份乙烯醋酸乙烯酯共聚物,乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯单元为20~35质量%的范围。显示优异的透明性。
进而本发明还有太阳能电池,其特征在于,
在表面侧透明保护部件与里面侧保护部件之间使用密封膜密封太阳能电池用单元而成太阳能电池中,使用上述的太阳能电池用密封膜作为夹设在该太阳能电池用单元与里面侧保护部件之间的密封膜,并使之交联一体化。
发明效果
本发明的太阳能电池用密封膜以乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为主成分,包含特定的有机过氧化物和特定的紫外线吸收剂,且不含一直以来通常使用的特定的紫外线吸收剂或光稳定剂。由此,可得到显著抑制长期使用时的黄变等的发生、 具有提高的耐光性、耐热性的太阳能电池用密封膜。
因此,具有这样的太阳能电池用密封膜的太阳能电池的耐光性、耐候性、耐热性也提高。
附图说明
图1为表示普通的太阳能电池的截面图。
符号说明
1玻璃基板
2后罩
3A、3B EVA薄膜
4硅发电元件
具体实施方式
本发明的太阳能电池用密封膜以乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为主成分,包含特定的有机过氧化物(交联剂)和特定的紫外线吸收剂,且不含目前通常使用的特定的紫外线吸收剂或光稳定剂。
即,本发明的太阳能电池用密封膜中,作为有机过氧化物,使用下述式I:
[化学式3]
[其中,R1表示碳原子数3~5的支链烷基,而且R2表示碳原子数6~9的支链烷基。]
所示的过氧化酯时,为了防止黄变而使用二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不使用一直以来通常使用的受阻胺系光稳定剂。受阻胺系光稳定剂为自由基捕获剂,是作 为对光的稳定剂而被开发的物质,作为最近具有宽的氧化防止功能的物质而被公知。为此,本发明人对目前使用的光稳定剂进行再评价,得到与上述有机过氧化物的组合是不优选的结果。特别是将受阻胺系光稳定剂与上述二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂并用时,可知该倾向显著。其原理尚不清楚。
式I中,R1为碳原子数3~5的支链烷基,例如表示异丙基、叔丁基、异丁基、仲丁基、异戊基、叔戊基、新戊基,特别是优选叔丁基,而且R2表示碳原子数6~9的支链烷基,例如表示1-乙基丁基、1-甲基庚基、1-甲基己基、1-乙基己基、1-乙基庚基、2-乙基丁基、2-甲基庚基、2-甲基己基、2-乙基己基、2-乙基庚基,特别是优选2-乙基己基。
作为上述受阻胺系光稳定剂,通常为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯[商品名的例子:サノ一ルLS770、三共化学(株)制造]。基本上不使用该化合物的量是指:相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,不足0.1质量份(特别是不足0.01质量份)。
为了防止黄变,作为本发明中使用的二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,可列举例如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮[商品名的例子:ユピナ一ル3040、BASF公司制造]、2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮[商品名的例子:ユピナ一ル3049、BASF公司制造],特别是优选2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮。
此外,在本发明的太阳能电池用密封膜中,作为有机过氧化物,使用下述式II:
[化学式4]
[其中,R3各自独立表示碳原子数1~3的烷基,R4表示碳原子数3~5的支链烷基,而且R5表示碳原子数3~5的支链烷基。]
所示的二烷基过氧化物时,为了防止黄变而使用二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,基本上不使用单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂。单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂是作为紫外线吸收剂一直以来使用的物质,根据本发明人的紫外线吸收剂的再评价,得到了与上述有机过氧化物的组合是不优选的结果。特别是将单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂与上述二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂并用时,可知该倾向显著。
式II中,R3各自独立表示碳原子数1~3的烷基,例如甲基、乙基、异丙基,R4表示碳原子数3~5的支链烷基,例如异丙基、叔丁基、异丁基、仲丁基、异戊基、叔戊基、新戊基,而且R5 表示碳原子数3~5的支链烷基,例如异丙基、叔丁基、异丁基、仲丁基、异戊基、叔戊基、新戊基。R3优选全部相同,特别是优选甲基。R4和R5优选相互相同,优选叔丁基、异丁基、仲丁基,特别是优选叔丁基。
作为上述单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂,可列举例如2-羟基-4-辛基氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮,通常为2-羟基-4-辛基氧基二苯甲酮[商品名的例子:スミソ一プ130、住友化学(株)制造],其特别有效。基本上不使用该化合物的量是指:相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,不足0.2质量份(特别是不足0.02质量份)。
这里所使用的二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂如 前所述。
如上述那样,本发明的太阳能电池用密封膜显著抑制了褪色导致的黄变等的发生,可得到提高的耐光性、耐热性。
本发明的太阳能电池用密封膜通过例如根据常规方法将具有上述组成的EVA树脂组合物成膜,从而可容易地制造。
所得的本发明的太阳能电池用密封膜的厚度通常为50μm~2mm的范围。
接着,对本发明的EVA树脂组合物进行说明。
作为本发明的EVA树脂组合物中所使用的有机树脂,使用乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。进而还可使用聚乙烯醇缩醛系树脂(例如,聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛(PVB树脂)、改性PVB)、氯乙烯树脂作为第二有机树脂。此时,特别是优选PVB。
上述EVA的醋酸乙烯酯含有率通常为10~40质量%、10~36质量%、特别是10~33质量%,其中优选10~28质量%。该醋酸乙烯酯含有率超过40质量%时,树脂的粘性降低、密封时容易从玻璃基板与后罩之间流出,故不优选。进而,粘合性增大,处理变困难。醋酸乙烯酯含有率不足10质量%时,加工性降低,所得的薄膜变得过硬,因此脱气性降低、太阳能电池制造时容易对单元带来损伤。
本发明中使用的EVA的熔体流动速率为0.7~40g/10分钟,特别是优选1.5~15g/10分钟。
本发明中使用的EVA树脂组合物中为了提高耐候性而含有有机过氧化物(交联剂),由此得到交联结构。本发明中含有前述的特定的有机过氧化物。但可以附带含有其他有机过氧化物。
作为该有机过氧化物(交联剂),通常使用在100℃以上产生自由基的有机过氧化物,特别是从配合时的稳定性考虑,优 选半衰期10小时的分解温度为70℃以上的有机过氧化物。作为这样的有机过氧化物,可使用例如2,5-二甲基己烷;2,5-二过氧化氢;3-二-叔丁基过氧化物;过氧化叔二异丙苯;2,5-二甲基-2,5-二(过氧化叔丁基)己炔;过氧化二异丙苯;α,α’-双(过氧化叔丁基异丙基)苯;正丁基-4,4-双(过氧化叔丁基)丁烷;2,2-双(过氧化叔丁基)丁烷;1,1-双(过氧化叔丁基)环己烷;1,1-双(过氧化叔丁基)3,3,5-三甲基环己烷;过氧化叔丁基苯甲酸酯;过氧化苯甲酰等。
有机过氧化物通常相对于100重量份EVA通常为5质量份以下,优选为0.1~5质量份、特别是在0.1~3质量份的范围使用。
此外,作为太阳能电池的密封膜,为了提高与发电元件的粘合力,可在EVA树脂中添加硅烷偶联剂。作为用于该目的的硅烷偶联剂可列举公知的物质,例如γ-氯丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三氯硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷;乙烯基-三-(β-甲氧基乙氧基)硅烷;γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷;β-(3,4-乙氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷;γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三乙酰氧基硅烷;γ-巯基丙基三甲氧基硅烷;γ-氨基丙基三甲氧基硅烷;N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等。这些硅烷偶联剂相对于100质量份EVA为5质量份以下,优选以0.1~2质量份使用。
进而,为了提高EVA的凝胶分率、提高耐久性,可在EVA树脂中添加交联助剂(具有自由基聚合性基作为官能基的化合物)。作为用于该目的的交联助剂,作为公知的物质有三烯丙基氰脲酸酯;三烯丙基异氰脲酸酯等3官能交联助剂,除此之外还可列举(甲基)丙烯酸酯(例、NK酯等)的单官能或2官能的交联助剂等。这些交联助剂相对于100质量份EVA通常为10质量份以下,优选以0.1~5质量份使用。
此外,为了提高EVA的稳定性,可添加氢醌;氢醌单甲醚;对苯醌;甲基氢醌等,这些相对于100重量份EVA树脂通常以5质量份以下使用。
本发明中,如上所述,与EVA一起、与特定的有机过氧化物组合而使用特定的紫外线吸收剂。但可根据需要进一步添加上述以外的着色剂、紫外线吸收剂、防老剂、变色防止剂等。作为着色剂的例子,有金属氧化物、金属粉等无机颜料、偶氮系、酞氰系、叠氮系(azi type)、酸性或碱染料系色淀等有机颜料。作为紫外线吸收剂,有2-(2’-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑等苯并三唑系;水杨酸苯酯;水杨酸对叔丁基苯酯等受阻酚系。作为防老剂,可列举胺系;酚系;双苯基系。
通过将上述本发明的EVA树脂组合物通过例如挤出成形、压延成形等来加热压延以成膜,从而可通过常规方法制造本发明的太阳能电池用密封膜。另外,加热温度优选为交联剂不反应或几乎不反应的温度。例如,优选40~70℃。
为了使用本发明的太阳能电池用密封膜制造太阳能电池,如图1所示,在将玻璃基板1、EVA薄膜3A、硅发电元件4、EVA薄膜3B和后罩2层叠时,使用本发明的密封膜作为里面侧EVA薄膜3B,此外,表面侧的EVA薄膜3A也使用本发明的密封膜进行层叠,并将层叠体通过常规方法在真空层压机中温度120~150℃、脱气时间2~15分钟、加压压力0.5~1kg/cm2、加压时间8~45分钟进行加热加压压粘即可,该加热加压时,EVA薄膜3A、3B交联,可形成耐光性、耐热性和耐候性优异的密封膜。
本发明中使用的玻璃基板1通常为硅酸盐玻璃。玻璃板厚通常为0.1~10mm,优选为0.3~5mm。玻璃基板通常为进行了化学或热强化的基板。
本发明中使用的后罩2通常为塑料薄膜(例如聚对苯二甲酸 乙二酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)),从耐热性考虑而优选氟化聚乙烯薄膜。
以下示出实施例,对本发明进一步详述。
实施例
[实施例1]
[EVA树脂组合物配方1(质量份)]
EVA树脂: 100
(醋酸乙烯酯含量28重量%、熔体流动速率15g/10分钟)
交联剂1: 0.35
(过氧化叔丁基-2-乙基己酸酯)
交联助剂(三烯丙基异氰脲酸酯): 0.5
紫外线吸收剂1: 0.03
(2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮)
使用上述配方的EVA树脂组合物,在80℃下压延成形,将EVA薄膜成膜。薄膜的厚度为600μm。
将所得的EVA薄膜作为表面侧密封用EVA薄膜3A和里面侧密封用EVA薄膜3B使用,如图1所示,在厚3mm的玻璃板1、厚度38μm的由氟化聚乙烯薄膜形成的后罩2之间密封硅发电元件4,制造太阳能电池。另外,密封是通过在真空层压机中温度150℃、脱气时间3分钟、加压时间15分钟加热压粘并使EVA交联来进行。
[比较例1]
在EVA树脂组合物配方1中进一步加入0.1质量份受阻胺系光稳定剂[双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯],除此以外,与实施例1同样制造太阳能电池。
[实施例2]
[EVA树脂组合物配方2(质量份)]
EVA树脂: 100
(醋酸乙烯酯含量26重量%、熔体流动速率4g/10分钟)
交联剂2: 1.3
(2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷)
交联助剂(三烯丙基异氰脲酸酯): 2.0
紫外线吸收剂1: 0.03
(2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮)
受阻胺系光稳定剂 0.1
[双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯]
使用上述配方的EVA树脂组合物,在80℃下压延成形,将EVA薄膜成膜。薄膜的厚度为600μm。
将所得的EVA薄膜作为表面侧密封用EVA薄膜3A和里面侧密封用EVA薄膜3B使用,如图1所示,在厚3mm的玻璃板1、厚度38μm的由氟化聚乙烯薄膜形成的后罩2之间密封硅发电元件4,制造太阳能电池。另外,密封是通过在真空层压机中温度150℃、脱气时间3分钟、加压时间15分钟加热压粘并使EVA交联来进行。
[比较例2]
EVA树脂组合物配方2中,不使用紫外线吸收剂1(2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮),代替其使用0.2质量份紫外线吸收剂2(2-羟基-4-辛基氧基二苯甲酮),除此以外,与实施例2同样制造太阳能电池。
<上述太阳能电池用密封膜的评价>
(1)耐热性(耐热130℃耐久试验)
将实施例和比较例中得到的密封用EVA薄膜夹入2张浮法玻璃中,使用真空层压机,在90~100℃的温度、2分钟的脱气时间和8分钟的加压时间的条件下进行预成形,接着在设定为 150℃的耐热烘箱中使其交联45分钟。
将所得的交联EVA薄膜(被玻璃夹持的状态)在130℃的环境下保存1000小时,为了调查保存导致的黄变的程度,求出保存前后的YI值之差(ΔYI值)。
ΔYI值基于JIS-K-7105-6(1981年)来测定。
(2)耐光性(耐候性)(促进耐久性试验)
将与(1)同样操作得到的交联EVA薄膜在63℃、50%RH的环境下进行1000小时的紫外线照射(条件100mW/cm2),为了调查照射导致的黄变的程度,求出保存前后的YI值之差(ΔYI值)。
ΔYI值与(1)同样测定。
所得结果在以下示出。
表1
由上述结果可知,本发明的密封膜为本发明的特定的交联剂与特定紫外线吸收剂的组合、且在不使用特定的紫外线吸收剂或光稳定剂的条件(即、实施例1中使用交联剂1、使用紫外线吸收剂1但不使用光稳定剂;实施例2中使用交联剂2、使用紫外线吸收剂1但不使用紫外线吸收剂2的条件)下,耐热性和耐光性(耐久性)格外提高。另一方面,比较例中,使用本发明 中不使用的添加剂的情形中,得不到满足的耐久性。
因此,具有上述本发明的密封膜的太阳能电池的耐热性和耐光性(耐久性)也同样格外提高。
Claims (12)
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用密封膜,R1表示叔丁基,而且R2表示2-乙基己基。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能电池用密封膜,受阻胺系光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池用密封膜,R3表示甲基,而且R4和R5表示叔丁基。
6.根据权利要求2或5所述的太阳能电池用密封膜,单羟基烷氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂为2-羟基-4-辛基氧基二苯甲酮。
7.根据权利要求1~6任一项所述的太阳能电池用密封膜,二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂为2,2-二羟基-4,4-二甲氧基二苯甲酮。
8.根据权利要求1~7任一项所述的太阳能电池用密封膜,相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,含有0.01~1.0质量份二羟基二甲氧基二苯甲酮系紫外线吸收剂。
9.根据权利要求1~8任一项所述的太阳能电池用密封膜,相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,含有0.1~5.0质量份有机过氧化物。
10.根据权利要求1~9任一项所述的太阳能电池用密封膜,相对于100质量份乙烯/醋酸乙烯酯共聚物,含有0.1~5.0质量份交联助剂。
11.根据权利要求1~10任一项所述的太阳能电池用密封膜,相对于100质量份乙烯醋酸乙烯酯共聚物,乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯单元在10~36质量%的范围。
12.一种太阳能电池,该太阳能电池在表面侧透明保护部件与里面侧保护部件之间使用密封膜密封太阳能电池用单元而成,其特征在于,在该太阳能电池用单元与里面侧保护部件之间夹设权利要求1~11任一项所述的太阳能电池用密封膜并使之交联一体化。
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