CN102549771B - 密封材料片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封材料片，所述密封材料片能够在层叠太阳能电池模块的构成部件阶段减少层叠体内部的空气进入量，并且能够减少在太阳能电池模块制造工序中真空下加热脱气所需的时间。本发明的密封材料片，作为太阳能电池模块的部件使用，所述太阳能电池模块是对依次层叠第一保护部件(5)、第一密封材料片(6)、光电转换单元(7)、第二密封材料片(8)、第二保护部件(9)而成的层叠体进行加热压合来形成，其特征在于，在前述第一密封材料片(6)和第二密封材料片(8)的单面或双面，实施有通过模压加工进行的凹凸图案，并且以使前述第一密封材料片(6)和第二密封材料片(8)的空隙率P成为1～4％的方式实施了模压加工。

Description

密封材料片
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池模块制造工序中的密封材料片。
背景技术
作为利用太阳光的清洁发电技术，太阳能电池在近年备受关注。对通常的太阳能电池模块而言，如图1所示，太阳能电池单元3配置于密封材料层2中，并通过表面保护部件1和背面保护部件4保护其外侧。
在制造该太阳能电池模块时，如图2所示，将依次层叠表面保护部件1、密封材料片22、太阳能电池单元3、密封材料片24、背面保护部件4的构成部件而成的层叠体，在真空中进行加热、脱气后，在真空中施加一个大气压的负荷并进行加热，从而使密封材料树脂发生交联固化而粘接成一体。
作为该密封材料片22、24的材料，多数情况下使用EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)作为主要树脂。另外，为了赋予粘着性、耐气候性、耐光性等各种功能，在多数情况下，在该EVA树脂中以规定比例含有交联剂、交联助剂、硅烷偶联剂、稳定剂、紫外线吸收剂、防老化剂、防变色剂之类的添加物。
作为该密封材料片的制造方法，采用“从具有直线状缝隙的模具中挤出熔融状态的树脂并用冷却辊或水槽进行快速冷却固化的T模法(T-diemethod)”或者“压延法”等，通过这些制膜工序，使500μm左右厚度的密封材料片得以成膜。另外，在这些制膜工序中，也有时实施模压加工以在密封材料片表面赋予凹凸。
此外，如上所述的太阳能电池模块的制造方法，例如，在下述专利文献1和2中均有公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3473605号公报
专利文献2：日本特许第3174531号公报
发明内容
发明要解决的问题
以往，在制备太阳能电池模块时，由于在其密封工序中的加热加压时将密封材料片挤压于太阳能电池用单元上，因此存在太阳能电池用单元在该挤压力下产生裂纹的问题。另外，由于在密封时的脱气不良会卷入空气，因此导致在模块内残留气泡，存在制品成品率降低的问题。对于上述问题，以往采用在密封材料片表面赋予凹凸的模压加工或者对密封材料片赋予通孔的方法，来改善加热加压工序中的缓冲性、脱气性(参照上述专利文献1和2)。
尤其是，对于模压加工而言，若以使密封材料片每单位面积的凹部的合计体积VH与该单位面积乘以最大厚度的该片的表观体积VA之间的百分比VH/VA×100％(下称“空隙率P”)成为5～80％(优选为20～50％)的方式施加模压加工，则能够改善缓冲性、脱气性(参照上述专利文献1)。
但是，在施加了空隙率P为5～80％的深的模压加工的密封材料片或者赋予了通孔的EVA树脂片中，在以表面保护部件、密封材料片、太阳能电池单元、密封材料片、背面保护部件的顺序层叠太阳能电池模块的构成部件的阶段，在层叠体内部已经包含有一定量的空气，导致在真空中的加热脱气需要耗费时间的问题。
本发明的目的在于解决上述课题。
解决问题的方法
本发明的技术方案1：一种密封材料片，作为太阳能电池模块的部件使用，所述太阳能电池模块是对依次层叠第一保护部件、第一密封材料片、光电转换单元、第二密封材料片、第二保护部件而成的层叠体进行加热压合来形成，其特征在于，在前述第一密封材料片和第二密封材料片的单面或双面，实施有通过模压加工(压花加工，embossing)进行的凹凸图案，并且以使前述第一密封材料片和第二密封材料片的每单位面积的凹部的合计体积VH与前述单位面积乘以最大厚度而得到的该片的表观体积VA之间的百分比VH/VA×100％达到1～4％的方式实施了模压加工。
本发明的技术方案2：如技术方案1所述的密封材料片，其特征在于，用两张φ25mm的Al板夹住1mm厚度的前述密封材料片，并且在应变5％、频率1Hz、从测定起始温度40℃升温至测定结束温度150℃为止的过程中，当每升温1℃测定前述密封材料片的动态粘弹性时，存储弹性模量的最小值为104Pa以下。
发明效果
基于本发明，通过使用空隙率为1～4％的施加有模压加工的密封材料片，能够在层叠太阳能电池模块的构成部件的阶段减少层叠体内部的空气进入量，并且能够减少在太阳能电池模块制造工序中真空下进行加热脱气所需的时间。
另外，通过使密封材料片的空隙率达到1～4％，与空隙率为5～80％的密封材料片相比，虽然在制造太阳能电池模块时的加热加压工序中缓冲性降低，但通过将作为密封材料片主要材料的树脂选定弹性模量低的树脂，补偿缓冲性的降低，并且能够防止太阳能电池单元在加热加压工序中产生裂纹。另外，在上述真空中的加热脱气工序中的树脂流动性也增加，因此也具有提高脱气效率的效果。
基于上述效果，能够缩短加热脱气工序所需的时间，提高太阳能电池模块的制造效率。
附图说明
图1是用于说明以往的太阳能电池模块的层构成的图。
图2是用于说明以往的太阳能电池模块的制造工序的图。
图3是使用了本发明的密封材料片的太阳能电池模块的分解剖面图。
图4是用于说明实施例中制成的模拟太阳能电池模块的构成部件、装置构成和加热压合工序的图。
图5是用于说明从EVA树脂卷儿切取空隙率测定用试样(EVA树脂膜)的位置的图。
图6是用于说明从EVA树脂膜切取五片最大厚度测定用试样小片的位置的图。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的实施方式。在实施方式中，对相同构件赋予了相同的标记并且省略重复说明。
图3是使用了本发明的密封材料片的太阳能电池模块的分解剖面图。
图3中，太阳能电池模块是对依次层叠第一保护部件5、第一密封材料片6、太阳能电池单元7、第二密封材料片8、第二保护部件9而成的层叠体进行加热压合来形成。在第一密封材料片6和第二密封材料片7的单面或双面，实施有通过模压加工进行的凹凸图案。并且，以使前述第一密封材料片6和第二密封材料片7的每单位面积的凹部的合计体积VH与前述单位面积乘以最大厚度而得到的该片的表观体积VA之间的百分比VH/VA×100％达到1～4％的方式施加有模压加工。另外，在图3的方式中，由第一保护部件5形成表面保护部件，由第二保护部件9形成背面保护部件。
作为第一密封材料片6和第二密封材料片8的主要材料，能够使用：聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃；离聚物；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；聚氟乙烯；聚氯乙烯；或者，它们的共聚物。
另外，对第一密封材料片6和第二密封材料片8的主要材料而言，也可以使用透明性高的树脂，可优选使用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等。
以不损害透明性的范围内提高强度作为目的，可以在第一密封材料片6和第二密封材料片8中添加交联剂。作为交联剂，可以举出：1，1-二(叔丁基过氧化)环己烷、1，1-二(叔己基过氧化)环己烷、4，4-二-(叔丁基过氧化)戊酸正丁酯、叔丁基过氧化-3，5，5-三甲基己酸酯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷、叔丁基过氧化异丙苯、2，2-二-(叔丁基过氧化)丁烷等。
另外，在第一密封材料片6和第二密封材料片8中，除了添加上述交联剂之外，为了促进交联反应还可以添加添加剂。作为添加剂，可以举出：异氰尿酸三烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯等。
另外，除了上述以外，还可以添加硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂。
作为用于提高粘着性的硅烷偶联剂，可以举出：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基丙基硅烷、三甲氧基甲基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、三氯丙基硅烷、三乙氧基苯基硅烷等。
作为用于提高耐光性的紫外线吸收剂，可以举出：2-(5-甲基-2-羟苯基)苯并三唑、2-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑、2-(4，6-二苯基1，3，5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧基]-苯酚、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等
作为用于提高热稳定性的抗氧化剂，可以举出：1，6-己二醇-双[3-(3，5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]、季戊四醇-四[3-(3，5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]、三(2，4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯、2，4-双-(正辛基硫)-6-(4-羟基-3，5-二-叔丁基苯胺基)-1，3，5-三嗪等。
将使上述主要材料、添加剂加以混合并进行加热熔融而得到的树脂，使用T模法或压延法进行制膜，实施密封材料片的制造。在该制膜工序中，通过将热熔融状态的树脂片挂在表面实施有凹凸图案的辊(金属或橡胶制)，能够将该辊的凹凸图案转印到第一密封材料片6和第二密封材料片8的单面或双面上，能够在第一密封材料片6和第二密封材料片8的单面或双面上实施模压加工。
当实施该模压加工时，以使第一密封材料片6和第二密封材料片7的每单位面积的凹部的合计体积VH与前述单位面积乘以最大厚度得出的该片的表观体积VA之间的百分比VH/VA×100％所规定的空隙率P达到1～4％的方式，选定制膜工序的辊上的凹凸图案，并对密封材料片施行模压加工。
由上述VH/VA×100％所定义的空隙率P，能够通过如下方式进行计算来求出。即，在施行了模压加工的密封材料片中，密封材料片的表观体积VA(mm3)，是密封材料片的最大厚度tmax(mm)与单位面积(例如，1m2＝1000×1000＝106mm2)的乘积，可如下计算求出。
VA(mm3)＝tmax×106
另一方面，该单位面积密封材料片的实际体积V0(mm3)，根据构成密封材料片的树脂的比重ρ(g/mm3)与每单位面积(1m2)密封材料片的实际重量W(g)，可如下计算求出。
V0(mm3)＝W/ρ
密封材料片的每单位面积的凹部的合计体积VH(mm3)，是从密封材料片的表观体积VA减去实际体积V0所得到的值，可如下计算求出。
VH(mm3)＝VA-V0＝VA-(W/ρ)
因此，空隙率(％)可按如下计算求出。
空隙率P(％)＝VH/VA×100＝(VA-(W/ρ))/VA×100
＝1-W/(ρ·VA)×100＝1-W/(ρ·tmax·106)×100
此外，除了通过如上所述的计算式求出该空隙率(％)之外，也可以通过用显微镜拍摄实际的密封材料片的剖面或实施了模压加工的面并进行图像处理来求出该空隙率(％)。
并且，所谓密封材料片的最大厚度tmax，在密封材料片的一个面实施有模压加工时，表示从凸部的最顶部至背面的距离；在膜的双面实施有模压加工时，表示双面的凸部顶端相互之间的距离(膜厚方向上的距离)。优选最大厚度tmax为50～2000μm。
并且，如前面所述，通过使密封材料片的空隙率达到1～4％，与空隙率为5～80％的密封材料片相比，虽然在制造太阳能电池模块时的加热加压工序中的缓冲性降低，但通过将作为密封材料片主要材料的树脂选定弹性模量低的树脂，解决了上述问题，而且，由于加热加压工序中树脂的流动性也增加，因此起到了提高脱气效率的效果。
前述弹性模量低的树脂，在本发明中如下定义。
用两张φ25mm的Al板夹住1mm厚度的所述密封材料片，并且在应变5％、频率1Hz、从测定起始温度40℃升温至测定结束温度150℃为止的过程中，当每升温1℃测定所述密封材料片的动态粘弹性时，存储弹性模量的最小值为104Pa以下。前述动态粘弹性测定，例如，可通过使用TAInstruments(美国热分析仪器公司)制造的流变仪AR2000cx来实施。
可通过适当选定树脂或者适当调节添加剂的种类和量来获得前述弹性模量低的树脂。
实施例
下面，通过实施例和比较例进一步说明本发明，但本发明并不局限于下述例子。
实施例1
通过调节树脂组成和添加剂的配合量，制备了存储弹性模量的最小值为9200Pa的EVA树脂。即，对该EVA树脂而言，用两张φ25mm的Al板夹住1mm厚度的密封材料片，并且在应变5％、频率1Hz、从测定起始温度40℃升温至测定结束温度150℃为止的过程中，当每升温1℃测定所述密封材料片的动态粘弹性时，存储弹性模量的最小值为9200Pa。使用该EVA树脂，以使空隙率达到3～4％的方式，制备了在双面实施有模压加工的EVA树脂卷儿。
使用从上述EVA树脂卷儿切出的密封材料片，试制太阳能电池模拟模块，并确认密封材料片的脱气性能。下面示出该模拟模块的试制步骤和脱气性能的确认方法。
通过图4说明太阳能电池模拟模块的试制条件。如图4(a)所示，将依次层叠290mm×210mm的背板(背面保护部件11)、280mm×200mm的密封材料片12、太阳能电池单元13、280mm×200mm的密封材料片14、290mm×210mm大小·3mm厚度的强化玻璃(表面保护部件15)而成的层叠体，配置于可分别在上盖侧内部和层压室内(由层压装置上盖10与层压装置底部16所包围的空间)抽真空的层压装置内，在保持层压室内的温度为150℃的同时，在上盖内部和层压室内这两处进行抽真空90秒，从而在对该层叠体内部进行脱气的同时进行预压合(图4(a)，真空脱气、预压合工序)。另外，为了确认在缩短了真空脱气、预压合工序所用时间时的脱气性，对以与上述同样的材料按同样的顺序进行层叠而成的层叠体，进行真空脱气60秒的同时进行预压合。
在上述预压合结束后，将层压室内的温度调整为150℃，并解除层压装置上盖侧的真空状态，在大气压下将该层叠体热压合10分钟(图4(b)、主压合工序)。
对于经上述主压合工序后的太阳能电池模拟模块的外观，通过目测确认了内部是否残留有1mm2以上的气泡。
在本实施例中，分别以真空脱气、预压合时间设定为60秒时和设定为90秒时的条件，反复进行30次的上述模拟模块制作和气泡的目测。将本实施例中的气泡的目测确认结果示于表1中。
另外，在本实施例中所记载的空隙率P的值，是如下测量的值：如图5所示，从110cm宽度的EVA树脂卷儿18两端的两个部位(在宽度方向上从卷儿的端部向内侧10cm的部位)和卷儿中央，切出10cm×10cm大小的正方形EVA树脂膜17，并将该膜17作为试样测定的实际测量值。
计算空隙率P所需的每1m2的膜重量是如下所述地算出：用电子天秤称量10cm×10cm的膜20的重量，并且在所获得的测定重量的基础上，换算每1m2的重量而求出。另外，最大膜厚是如下方式进行测量：如图6所示，从该膜20内的五处切出1cm×2cm的试样小片19，将试样小片19浸于液体氮中进行冻结后，立刻使用切片机切割成约0.5cm×2cm的尺寸作为试样进行实际测量。通过光学显微镜，对该切片机所切割的剖面进行观察，并测量其最大膜厚，由此分别求出该膜20内五处的最大膜厚，并将五处最大膜厚的平均值作为该膜20的最大膜厚。
在本实施例中，将如此获得的三个最大膜厚值和一个每1m2的膜重量值代入前面所定义的空隙率的定义式中进行计算，将所求出的树脂卷儿宽度方向上三处(两侧和中央)的空隙率P作为EVA树脂卷儿的空隙率。
(比较例1)
除了作为层叠体的部件使用两张空隙率为7～9％并双面实施有模压加工的密封材料片以外，其它条件与实施例1同样地进行操作，确认在太阳能电池模拟模块内部有无1mm2以上的气泡。将该结果示于表1中。
(比较例2)
除了作为层叠体的部件使用两张空隙率为20～22％并双面实施有模压加工的密封材料片以外，其它条件与实施例1同样地进行操作，并确认在太阳能电池模拟模块内部有无1mm2以上的气泡。将该结果示于表1中。
(比较例3)
除了作为层叠体的部件使用两张空隙率为50～55％并双面实施有模压加工的密封材料片以外，其它条件与实施例1同样地进行操作，并确认在太阳能电池模拟模块内部有无1mm2以上的气泡。将该结果示于表1中。
实施例2
使用根据上述动态粘弹性测定的存储弹性模量的最小值为3300Pa的树脂，并且以使空隙率达到3～4％的方式在双面实施模压加工来制成膜以形成密封材料片，采用两张该密封材料片，经过60秒的上述“真空脱气、预压合”工序、10分钟的“主压合”工序制成太阳能电池模拟模块，并对该太阳能电池模拟模块进行目测确认有无1mm2以上的气泡以及有无单元裂纹。
在本实施例中，反复进行上述模拟模块的制作和气泡、单元裂纹的目测确认30次。将该气泡、单元裂纹的目测确认结果示于表2中。
实施例3
作为密封材料片使用根据上述动态粘弹性测定的存储弹性模量的最小值为9200Pa的树脂，并且以使空隙率达到1～2％的方式在双面实施模压加工来制成膜以形成密封材料片，采用两张该密封材料片，除此之外的其它条件与实施例2同样地进行操作，对太阳能电池模拟模块内部有无1mm2以上的气泡以及有无裂纹进行了确认。将该结果示于表2中。并且，将实施例1的结果也一并示于表2中。
表1
表2
根据上述表的结果可知，通过实施模压加工以使第一密封材料片和第二密封材料片的空隙率P为1～4％，能够在层叠太阳能电池模块的构成部件的阶段减少层叠体内部的空气进入量，并且能够减少在太阳能电池模块制造工序中在真空下加热脱气所需的时间。
工业实用性
基于本发明，在太阳能电池模块制造工序中，不仅能够防止模块内的脱气不良，而且能够缩短层压工序所需的时间，因此能够提高太阳能电池模块的制造成品率。
附图标记的说明
1     表面保护部件
2     密封材料层
3     太阳能电池单元
4     背面保护部件
5     表面保护部件
6     密封材料片
7     太阳能电池单元
8     密封材料片
9     背面保护部件
10    层压装置上盖
11    背面保护部件
12    密封材料片
13    太阳能电池单元
14    密封材料片
15    表面保护部件
16    层压装置底部
17    10cm×10cm EVA树脂膜
18    EVA树脂卷儿
19    1cm×2cm的最大厚度测定用试样小片
20    10cm×10cm EVA树脂膜

Claims (1)

1.一种密封材料片，作为太阳能电池模块的部件使用，所述太阳能电池模块是对依次层叠第一保护部件、第一密封材料片、光电转换单元、第二密封材料片、第二保护部件而成的层叠体进行加热压合来形成，其特征在于，
在所述第一密封材料片和第二密封材料片的单面或双面，实施有通过模压加工进行的凹凸图案，
并且以使所述第一密封材料片和第二密封材料片的每单位面积的凹部的合计体积VH与所述单位面积乘以最大厚度而得到的该片的表观体积VA之间的百分比VH/VA×100％达到1～4％的方式实施了模压加工，
用两张φ25mm的Al板夹住1mm厚度的所述密封材料片，并且在应变5％、频率1Hz、从测定起始温度40℃升温至测定结束温度150℃为止的过程中，当每升温1℃测定所述密封材料片的动态粘弹性时，存储弹性模量的最小值为104Pa以下。
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