CN103222066A - 太阳能电池密封材料以及使用其的太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池密封材料以及使用其的太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供透明性、柔软性、粘接性、耐热性、外观、交联特性、电特性以及压延成型性等诸特性优异的太阳能电池密封材料。本发明提供包含满足条件a1)~a3)的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的太阳能电池密封材料。条件a1):源自乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,并且源自碳原子数3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为9.99~19.99mol%,且源自非共轭多烯的结构单元的含有比例为0.01~5.0mol%。条件a2):依照ASTM D1238在190℃、2.16kg载荷的条件下测定的MFR为2g/10分钟以上、小于10g/10分钟。条件a3):依照ASTM D2240测定的肖氏A硬度为60~85。

Description

太阳能电池密封材料以及使用其的太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及透明性、柔软性、粘接性、耐热性、外观、交联特性、电特性以及压延成型性优异的太阳能电池密封材料。本发明进一步涉及使用了这样的太阳能电池密封材料的太阳能电池模块。
背景技术
地球环境问题、能源问题等的深刻程度日益加剧,作为清洁且不必担心枯竭的能量产生手段,太阳能电池受到人们的注目。将太阳能电池在建筑物的屋顶部分等室外使用的情况下,一般以太阳能电池模块的形态使用。
太阳能电池模块一般按照以下的顺序制造。首先,获得包含多晶硅或者单晶形硅等的结晶型太阳能电池元件(以下,有时表述为发电元件或者组件(cell)的情况),或者包含成膜在玻璃等基板上的非晶硅和/或结晶硅等的薄膜(厚度数μm)的薄膜型太阳能电池元件等。接着,为了获得结晶型太阳能电池模块,按照太阳能电池模块用保护片(正面保护片)/太阳能电池密封材料/结晶型太阳能电池元件/太阳能电池密封材料/太阳能电池模块用保护片(背面保护片)的顺序而层叠。另一方面,为了获得薄膜系太阳能电池模块,按照薄膜型太阳能电池元件/太阳能电池密封材料/太阳能电池模块用保护片(背面保护片)的顺序而层叠。其后,利用将它们抽真空并加热压接的层压法等方法,制造太阳能电池模块。通过这样操作而制造的太阳能电池模块具有耐候性,也适应于在建筑物的屋顶部分等室外使用。
作为太阳能电池密封材料的材料,乙烯·乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的透明性、柔软性以及粘接性等优异,因而被广泛使用。例如在专利文献1中公开了一种由包含交联剂以及偏苯三酸酯的EVA组合物形成的、粘接性和制膜性两者均优异的密封膜。但是,将EVA组合物用作太阳能电池密封材料的构成材料的情况下,担心EVA分解而产生的乙酸气体等成分有可能会对太阳能电池元件带来影响。
相对于此,聚烯烃系的材料、特别是乙烯系材料的绝缘性也优异,因而提出了将其用作密封膜材料(例如,参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-53298号公报
专利文献2:日本特开2006-210906号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,根据本发明人等的研究可知,聚烯烃系组合物不易同时满足透明性、耐粘连性以及压延加工时的成型性这样的各种特性。另外,专利文献2中记载的聚烯烃系共聚物存在有交联特性不充分或者伴随着交联而发生的形变变大等问题,因此在太阳能电池模块中存在有发生玻璃基板的变形、破裂的可能性。
本发明是鉴于这样的现有技术中存在的问题而进行的,本发明的课题明确了向太阳能电池密封材料中所含的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物赋予必需的物性的准则,提供透明性、柔软性、粘接性、耐热性、外观、交联特性、电特性以及压延成型性等诸特性优异的太阳能电池密封材料。本发明的另一课题在于提供使用了这样的太阳能电池密封材料的太阳能电池模块。
另外,伴随着近年的太阳光发电的普及,大规模太阳光发电(megasolar)等大规模发电系统的开发正在进行。出于降低大规模发电系统中的传输损失等目的,也存在有将系统电压进行高电压化的情况。如果系统电压升高,则太阳能电池模块中的框架与太阳能电池元件之间的电位差变大。太阳能电池模块的框架一般接地,因而如果系统电压变为600V~1000V,则太阳能电池模块的框架与太阳能电池元件之间的电位差的最大值成为与系统电压相同的600V~1000V。进一步,由于玻璃与密封材料相比电阻低,因而介由框架而在玻璃与太阳能电池元件之间也产生高的电位差。
这样,在太阳能电池模块的玻璃与太阳能电池元件之间的电位差大的状态下,太阳能电池模块进行白天的发电。在这样的状态下进行发电的太阳能电池模块的输出特性有时会大大地劣化。也存在有在使用了发生了特性劣化的结晶系太阳能电池元件的模块中发生了PID(电势诱发衰减(Potential InducedDegradation))现象这样的报告。在本发明的优选实施方式中,通过改良直接接触于结晶系太阳能电池元件的密封构件,从而抑制太阳能电池模块中的PID的产生。
本发明的另一课题在于提供使用了这样的太阳能电池密封材料的太阳能电池模块。
另外,聚乙烯系弹性体组合物、尤其是含有非共轭多烯作为单体单元的聚乙烯系弹性体组合物存在有混炼时的粘度高、成型性低这样的问题。于是,正在寻求获得不损害透明性、交联特性,并且压延加工性优异的聚乙烯系弹性体组合物。
本发明的第2实施方式鉴于上述情形而开发,其目的在于提供一种太阳能电池密封材料,其包含不损害透明性、交联特性并且压延加工性优异的聚乙烯系弹性体组合物。
用于解决问题的方案
本发明人等为了实现上述课题而进行了深入研究,结果发现如下事实,以至完成本发明:通过使用乙烯单元、α-烯烃单元以及非共轭多烯单元的各自的含有比例、MFR以及肖氏A硬度满足规定条件的特定的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,从而可获得透明性、柔软性、粘接性、耐热性、外观、交联特性、电特性以及压延成型性等诸特性优异的太阳能电池密封材料。即,根据本发明,提供以下所示的太阳能电池密封材料。
[1]一种太阳能电池密封材料,其包含满足以下的条件a1)~a3)的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。
a1)源自乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,源自碳原子数3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为9.99~19.99mol%,且源自非共轭多烯的结构单元的含有比例为0.01~5.0mol%。
a2)依照ASTM D1238在190℃、2.16kg载荷的条件下测定的MFR为2g/10分钟以上且小于10g/10分钟。
a3)依照ASTM D2240测定的肖氏A硬度为60~85。
[2]根据[1]所述的太阳能电池密封材料,其中,前述太阳能电池密封材料满足以下的条件a4)。
a4)依照JIS K6911在温度100℃、外加电压500V测定的体积电阻率为1.0×1013~1.0×1018Ω·cm。
[3]根据[1]或者[2]所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含硅烷偶联剂0.1~5重量份、交联剂0.1~2.5重量份。
[4]根据[3]所述的太阳能电池密封材料,其中,前述交联剂为1分钟半衰期温度处于100~170℃的范围的有机过氧化物。
[5]根据[4]所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含0.005~5重量份的选自由紫外线吸收剂、耐热稳定剂以及受阻胺型光稳定剂组成的组中的至少一种。
[6]根据[3]所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含0.05~5重量份的交联助剂。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a5)。
a5)根据13C-NMR谱图以及下述式(1)而求出的B值为0.9~1.3。
B=(c+d)/(2×a×(e+f))     (1)
(式(1)中,a表示乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的源自乙烯的结构单元的比例(乙烯摩尔分率),c表示乙烯-α-烯烃链的结构单元的比例(乙烯·α-烯烃二元体(dyad)摩尔分率),d表示乙烯-非共轭多烯链的结构单元的比例(乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率),e表示源自α-烯烃的结构单元的比例(α-烯烃摩尔分率),f表示源自非共轭多烯的结构单元的比例(非共轭多烯摩尔分率))
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a6)。
a6)根据GPC-offline-FTIR求出的乙烯分布参数P的最大值Pmax与最小值Pmin的关系满足下述式(2)。
Pmax/Pmin≤1.4     (2)
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a7)。
a7)流动的活化能为28~45kJ/mol。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a8)。
a8)基于凝胶渗透色谱法(GPC)的分子量分布Mw/Mn处于1.2~3.5的范围。
[11]根据[1]~[10]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a9)。
a9)从固相萃取处理后的萃取液中利用离子色谱法检出的氯离子的含有比例为2ppm以下。
[12]根据[1]~[11]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,前述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a10)。
a10)在乙酸甲酯中的萃取量为5.0重量%以下。
[13]根据[1]~[12]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其为片状。
[14]一种太阳能电池模块,其具备:正面侧透明保护构件、背面侧保护构件、被前述正面侧透明保护构件与前述背面侧保护构件所夹持的太阳能电池元件、将前述太阳能电池元件密封于前述正面侧透明保护构件与前述背面侧保护构件之间的密封构件,
前述密封构件为[1]~[13]中任一项所述的太阳能电池密封材料的固化物。
[15]根据[1]~[13]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其如下获得:利用压延成型,将前述乙烯·α-烯烃·非共轭多烯共聚物和添加剂熔融混炼后,成型为片状。
另外,本发明人等为了提高所获得的太阳能电池密封材料的成型性,对向聚乙烯系弹性体组合物中添加油、增塑剂的情况进行了研究。结果发现:如果添加油、增塑剂,则存在有含有共轭多烯作为单体单元的聚乙烯系弹性体组合物的交联特性、固化物的透明性降低的情况。根据本发明的第2实施方式,提供以下所示的太阳能电池密封材料。
[16]一种太阳能电池密封材料,其包含:
(A)源自乙烯的结构单元的含量为50~95摩尔%并且门尼粘度ML(1+4)100℃为30~90的乙烯-α-烯烃-二烯共聚物,
(B)烷烃成分为55重量%~90重量%、芳香族成分小于5重量%、环烷成分小于40重量%、且硫成分为200ppm以下的烷烃系油,以及
(C)交联剂;
包含(A)和(B)的树脂组合物在190℃、载荷2.16kg时的MFR为2~10g/10min。
[17]根据[16]所述的太阳能电池密封材料,其中,前述(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物按照JIS-K7121测定的熔点为70℃以下。
[18]根据[16]或者[17]所述的太阳能电池密封材料,其中,前述太阳能电池密封材料的固化物的光线透射率为90%以上。
[19]根据[16]~[18]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其进一步包含选自由交联助剂、紫外线吸收剂、耐候稳定剂、抗氧化剂以及粘接性赋予剂组成的组中的至少一种添加剂。
[20][16]~[18]中任一项所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其包含如下步骤:将通过使前述(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物、(B)烷烃系油和(C)交联剂熔融混炼而获得的树脂组合物成型为膜状。
[21]根据[20]所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其中,通过压延成型法将前述熔融混炼而获得的树脂组合物成型为膜状。
[22]根据[21]所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其中,前述压延成型中的压延辊的温度为55~110℃。
[23]一种太阳能电池密封材料,其通过前述[20]~[22]中任一项所述的制造方法获得。
[24]一种太阳能电池模块,其具备:正面侧透明保护构件、背面侧保护构件、被前述正面侧透明保护构件与前述背面侧保护构件所夹持的多个太阳能电池元件、将前述太阳能电池元件密封于前述正面侧透明保护构件与前述背面侧保护构件中的至少一个之间的密封构件,
前述密封构件为[16]~[19]及[23]中任一项所述的太阳能电池密封材料的固化物。
发明的效果
本发明的太阳能电池密封材料包含特定的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,因而成为透明性、柔软性、粘接性、耐热性、外观、交联特性、电特性以及压延成型性等诸特性优异的太阳能电池密封材料。通过使用这样的太阳能电池密封材料,可获得诸特性平衡良好地高的太阳能电池模块,进一步,在使用太阳能电池模块时即使温度升高,也可抑制密封材料变形那样的故障。而且可提供不会损害太阳能电池的外观并且成本等经济性优异的太阳能电池模块。
进一步优选的是,通过使用本发明的太阳能电池密封材料,从而可提供一种太阳能电池模块,其即使在对框架与太阳能电池元件之间施加了高电压的状态下持续发电,也可大幅地抑制PID的产生。
附图说明
图1:示意地表示本发明的太阳能电池模块的一个实施方式的截面图。
图2:示意地表示太阳能电池元件的受光面和背面的一个结构例的平面图。
图3:表示添油前的树脂组合物的粘度与添油后的树脂组合物的MFR的关系的曲线图。
具体实施方式
上述的目的以及其它的目的、特征以及优点,通过以下叙述的优选实施方式、以及其所附带的以下的附图而进一步变明确。以下对本发明的实施方式进行说明。予以说明,“~”如果没有特别地预先说明,则表示以上至以下。
1.关于太阳能电池密封材料
(1)第1太阳能电池密封材料
本发明的第1实施方式的太阳能电池密封材料包含乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。
(乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物)
本发明的太阳能电池密封材料中使用的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物通过使乙烯、碳原子数3~20的α-烯烃、非共轭多烯共聚而获得。作为α-烯烃,通常可将碳原子数3~20的α-烯烃单独使用1种或者组合2种以上而使用。其中优选α-烯烃为碳原子数为10以下的α-烯烃,特别优选α-烯烃为碳原子数为3~8的α-烯烃。作为这样的α-烯烃的具体例子,可列举出丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、3-甲基-1-丁烯、3,3-二甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。其中,考虑到获取的容易程度,优选丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯。
作为非共轭多烯,可不受限制地使用具有2个以上非共轭不饱和键的化合物。具体而言,作为非共轭多烯,可使用非共轭环状多烯、非共轭链状多烯中的任一个,也可将非共轭环状多烯和非共轭链状多烯组合二种以上而使用。另外,作为非共轭多烯,可使用以下非共轭多烯中的任一个:碳·碳双键中可由催化剂聚合的碳·碳双键在1分子内仅存在1个的非共轭多烯,碳·碳双键中可由该催化剂聚合的碳·碳双键在1分子内存在2个的非共轭多烯。其中,在1分子中仅存在1个可聚合的碳·碳双键的非共轭多烯中不包括两末端为乙烯基(CH2=CH-)的链状多烯。在这样的非共轭多烯中存在2个以上的碳·碳双键的情况下,优选的是仅1个碳·碳双键是以乙烯基的方式存在于分子末端,其它的碳·碳双键(C=C)以内部烯烃结构的形式存在于分子链(包括主链及侧链)中。予以说明,非共轭环状多烯、非共轭链状多烯的概念也包括:上述的在1分子中仅存在1个可聚合的碳·碳双键的非共轭多烯、以及碳·碳双键中可由该催化剂聚合的碳·碳双键在1分子内存在2个的非共轭多烯。另外,作为共轭链状多烯,也包括共轭三烯或者四烯。
作为非共轭多烯的具体例子,可列举出国际公开第2005/105867号的段落0061~0084、以及日本特开2008-308696号公报的段落0026~0035中记载的化合物。
特别是,作为非共轭链状多烯,可列举出:1,4-己二烯、1,5-庚二烯、1,6-辛二烯、1,7-壬二烯、1,8-癸二烯、1,12-十四碳二烯、3-甲基-1,4-己二烯、4-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-己二烯、4-乙基-1,4-己二烯、3,3-二甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-庚二烯、5-乙基-1,4-庚二烯、5-甲基-1,5-庚二烯、6-甲基-1,5-庚二烯、5-乙基-1,5-庚二烯、4-甲基-1,4-辛二烯、5-甲基-1,4-辛二烯、4-乙基-1,4-辛二烯、5-乙基-1,4-辛二烯、5-甲基-1,5-辛二烯、6-甲基-1,5-辛二烯、5-乙基-1,5-辛二烯、6-乙基-1,5-辛二烯、6-甲基-1,6-辛二烯、7-甲基-1,6-辛二烯、6-乙基-1,6-辛二烯、6-丙基-1,6-辛二烯、6-丁基-1,6-辛二烯、7-甲基-1,6-辛二烯、4-甲基-1,4-壬二烯、5-甲基-1,4-壬二烯、4-乙基-1,4-壬二烯、5-乙基-1,4-壬二烯、5-甲基-1,5-壬二烯、6-甲基-1,5-壬二烯、5-乙基-1,5-壬二烯、6-乙基-1,5-壬二烯、6-甲基-1,6-壬二烯、7-甲基-1,6-壬二烯、6-乙基-1,6-壬二烯、7-乙基-1,6-壬二烯、7-甲基-1,7-壬二烯、8-甲基-1,7-壬二烯、7-乙基-1,7-壬二烯、5-甲基-1,4-癸二烯、5-乙基-1,4-癸二烯、5-甲基-1,5-癸二烯、6-甲基-1,5-癸二烯、5-乙基-1,5-癸二烯、6-乙基-1,5-癸二烯、6-甲基-1,6-癸二烯、6-乙基-1,6-癸二烯、7-甲基-1,6-癸二烯、7-乙基-1,6-癸二烯、7-甲基-1,7-癸二烯、8-甲基-1,7-癸二烯、7-乙基-1,7-癸二烯、8-乙基-1,7-癸二烯、8-甲基-1,8-癸二烯、9-甲基-1,8-癸二烯、8-乙基-1,8-癸二烯、6-甲基-1,6-十一碳二烯、9-甲基-1,8-十一碳二烯等。
作为非共轭三烯或者四烯,可列举出4-亚乙基-8-甲基-1,7-壬二烯、6,10-二甲基-1,5,9-十一碳三烯、5,9-二甲基-1,4,8-癸三烯、4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯、6,9-二甲基-1,5,8-癸三烯、6,8,9-三甲基-1,5,8-癸三烯、6,10,14-三甲基-1,5,9,13-十五碳四烯、6-乙基-10-甲基-1,5,9-十一碳三烯、4-亚乙基-8,12-二甲基-1,7,11-十三碳三烯等。予以说明,可将这些非共轭链状多烯使用单独一种,或者组合二种以上而使用。可优选使用7-甲基-1,6-辛二烯、4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯等。
作为在1分子中仅存在1个可聚合的碳·碳双键的非共轭多烯,可列举出:由具有1个碳·碳双键(不饱和键)的脂环部分和具有亚烷基等不由茂金属催化剂聚合或者聚合性差的内部烯烃键(碳·碳双键)的链状部分构成的多烯。具体可列举出5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、5-亚丙基-2-降冰片烯以及5-亚丁基-2-降冰片烯等。它们之中,优选5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)。作为其它的在1分子中仅存在1个可聚合的碳·碳双键的非共轭多烯,例如可列举出2-甲基-2,5-降冰片二烯、2-乙基-2,5-降冰片二烯等。这些在1分子中仅存在1个可聚合的碳·碳双键的非共轭多烯使用单独一种,或者组合二种以上而使用。
作为前述碳·碳双键中的可聚合的碳·碳双键在1分子内存在2个的非共轭多烯的具体例子,可列举出5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、5-烯丙基-2-降冰片烯等5-烯基-2-降冰片烯;2,5-降冰片二烯、双环戊二烯(DCPD)、四环[4,4,0,12.5,17.10]癸-3,8-二烯等脂环族多烯;1,7-辛二烯、1,9-癸二烯等α,ω-二烯等。它们之中,优选为5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、双环戊二烯、2,5-降冰片二烯、1,7-辛二烯以及1,9-癸二烯,特别优选为5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、双环戊二烯。
作为乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的具体例子,可列举出乙烯·丙烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)共聚物、乙烯·丙烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)共聚物、乙烯·丙烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)共聚物、乙烯·丙烯·双环戊二烯共聚物、乙烯·丙烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、乙烯·丙烯·5-亚丁基-2-降冰片烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、以及乙烯·丙烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、乙烯·1-丁烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)共聚物、乙烯·1-丁烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)共聚物、乙烯·1-丁烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)共聚物、乙烯·1-丁烯·双环戊二烯共聚物、乙烯·1-丁烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、乙烯·1-丁烯·5-亚丁基-2-降冰片烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、以及乙烯·1-丁烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、乙烯·1-辛烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)共聚物、乙烯·1-辛烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)共聚物、乙烯·1-辛烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)共聚物、乙烯·1-辛烯·双环戊二烯共聚物、乙烯·1-辛烯·4,8-二甲基-1,4,8-癸三烯(DMDT)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、乙烯·1-辛烯·5-亚丁基-2-降冰片烯·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物、以及乙烯·1-辛烯·5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)·5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)四元共聚物等。予以说明,乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物可以为无规共聚物,也可以为嵌段共聚物,但是从柔软性的观点考虑优选无规共聚物。
本发明的第1实施方式的太阳能电池密封材料中所含的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物满足以下的条件a1)~a3)。
(条件a1))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的源自碳原子数3~20的α-烯烃的结构单元(以下也记作“α-烯烃单元”)的比例为9.99~19.99mol%,优选为11~19.99mol%,进一步优选为12.5~19mol%。
如果α-烯烃单元的含有比例小于9.99mol%,则共聚物的结晶性倾向于高,透明性倾向于降低。进一步,在压延成型之时发生乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物向压延辊间的树脂积存处(以下也记作“贮料处(bank)”)的侵入不良,或向压延辊的卷绕发生恶化。由此,需要将压延成型之时的温度设为高温(例如100℃以上)。如果提高压延成型时的温度,则存在如下倾向:因掺入于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的有机过氧化物而使交联反应进行,在太阳能电池密封材料中产生凝胶状异物,使片的外观恶化。另外,如果在高温条件下压延成型,则硅烷偶联剂、有机过氧化物以及其它的稳定剂等容易挥发,因而存在粘接性、耐热性、长期可靠性降低的情况。另外存在如下情况:共聚物的柔软性降低,在太阳能电池模块制造中的层压时发生太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的缺损等。
另一方面,如果α-烯烃单元的含有比例超过19.99mol%,则树脂组合物发粘,因而在压延成型时片容易粘贴于压延辊表面。由此,存在不易将片从压延辊剥离,不易获得厚度均匀的太阳能电池密封材料的片的情况。另外,如果片产生发粘,则发生粘连,片的送出性也倾向于恶化。另外,存在交联变得不充分,耐热性降低的可能。
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的、源自非共轭多烯的结构单元(以下亦称为“非共轭多烯单元”)的比例为0.01~5.0mol%,优选为0.01~4.5mol%,进一步优选为0.05~4.0mol%。非共轭多烯单元的含有比例小于0.01mol%时,则有交联特性降低的情况。另一方面,非共轭多烯单元的含有比例超过5.0mol%时,则有在乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中存在长支链,或乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物容易凝胶化的倾向。因此,有在太阳能电池密封材料的片中产生凝胶状的异物,片的外观恶化的情况。
(条件a2))
依照ASTM D1238,在190℃、2.16kg载荷的条件下测定的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的熔体流动速率(MFR)通常为2g/10分钟以上,优选为2.5g/10分钟以上;通常小于10g/10分钟,优选小于9.5g/10分钟。关于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的MFR,可通过调整后述的聚合反应之时的聚合温度、聚合压力、以及聚合体系内的乙烯和α-烯烃的单体浓度与氢气浓度的摩尔比率等从而调整。
MFR小于2g/10分钟时,则包含乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的树脂组合物的弹性模量变高。由此,在压延成型时,为了进行树脂组合物中的各种添加剂的均匀分散,混炼次数变多,生产率降低。另外存在如下情况:树脂组合物的焦烧性变高而容易凝胶化,因凝胶物而导致在成型物(片)的表面产生凹凸,外观恶化。进一步,对这样的成型物外加电压时则在凝胶物的周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,在凝胶物界面容易透湿,透湿性降低。另外,由于弹性模量高,因而存在有不易成型为厚度薄的片,或难以进行厚度控制的情况。另外存在如下情况:因片表面上产生的凹凸,使得在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接变得不充分,或者太阳能电池元件发生破裂。
另一方面,MFR为10g/10分钟以上时,则共聚物的分子量变低,弹性模量也降低,因而发生树脂组合物向压延辊面的附着,难以剥离。因此,均匀厚度的片成型倾向于变困难。另外存在如下情况:不仅仅卷绕于一根压延辊,而分别地卷绕于二根压延辊(以下亦称为“泣别”),或者凭自身重力从压延辊垂落。进一步,由于树脂组合物中“黏弹性”消失,因而倾向于难以成型出例如0.3mm以上的厚的片。
(条件a3))
依照ASTM D2240测定的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的肖氏A硬度为60~85,优选为60~83,进一步优选为65~80。关于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的肖氏A硬度,可通过将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的乙烯单元的含有比例控制为前述的数值范围的操作等来调整。即,乙烯单元的含有比例高、密度高的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的肖氏A硬度变高。另一方面,乙烯单元的含有比例低、密度低的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的肖氏A硬度变低。
肖氏A硬度小于60时,则乙烯含量变低(α-烯烃含量以及非共轭多烯含量变高)。因此,在压延成型时片容易粘贴于压延辊表面。因此,倾向于不易将片从压延辊剥离,不易获得均匀厚度的太阳能电池密封材料片。另外,由于片产生发粘,因而发生粘连,片的送出性也倾向于恶化。另外,存在有交联变得不充分,耐热性降低的可能。
另一方面,肖氏A硬度超过85时,则有共聚物的结晶性高,透明性降低的倾向。进一步,在压延成型时乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物向贮料处的侵入性降低,或者向压延辊的卷绕变得不充分。由此,需要在例如100℃以上的高温进行压延成型。在高温进行压延成型时,则存在如下倾向:掺入于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的有机过氧化物使共聚物的交联反应进行,在太阳能电池密封材料的成型物中产生凝胶状异物,使片外观恶化。另外,在高温条件下进行压延成型时,则硅烷偶联剂、有机过氧化物以及其它的稳定剂等容易挥发,因而存在有粘接性、耐热性、长期可靠性降低的情况。另外存在有如下情况:柔软性低,在太阳能电池模块的层压成型时发生太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的缺损等。
进一步,优选乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物满足以下的条件a5)~a10)。
(条件a5))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的根据13C-NMR谱图以及下述式(1)而求出的B值优选为0.9~1.3,进一步优选为0.95~1.3,更优选为0.95~1.2。
B=(c+d)/(2×a×(e+f))     (1)
(在式(1)中,a表示乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的源自乙烯的结构单元的比例(乙烯摩尔分率),c表示乙烯-α-烯烃链的结构单元的比例(乙烯-α-烯烃二元体摩尔分率),d表示乙烯-非共轭多烯链的结构单元的比例(乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率),e表示源自α-烯烃的结构单元的比例(α-烯烃摩尔分率),f表示源自非共轭多烯的结构单元的比例(非共轭多烯摩尔分率)。)
关于式(1)中的a、c、d、e以及f,可通过测定13C-NMR谱图,基于J.C.Randall(Macromolecules(大分子),15,353(1982))、以及J.Ray(Macrimolecules,10,773(1977))等人的报告而求出。在这些报告中,通过使用包含乙烯-丙烯的共聚物,根据13C-NMR谱图而求出处于聚合物主链的碳原子(亚甲基)的二元体。另外,关于作为共聚物的共聚的形态的无规性、嵌段性,与共聚物的序列相关联地论述。
式(1)中,α-烯烃与非共轭多烯的二元体摩尔分率、以及非共轭多烯彼此的二元体摩尔分率中的任一个摩尔分率都低,因而没有考虑。另外,乙烯与非共轭多烯的二元体摩尔分率为非共轭多烯的摩尔分率的2倍。
关于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的各成分的摩尔分率,利用基于非共轭多烯的特定的碳的吸收强度而另行算出。基于此,算出了乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率。关于基于其它亚甲基碳的链归属,遵照上述文献进行。
B值可通过变更将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物聚合时的聚合催化剂而调整。更具体而言,通过使用后述的茂金属化合物,可获得B值处于上述的数值范围的共聚物。B值越大,则乙烯单元或者α-烯烃单元的嵌段链变短,乙烯单元和α-烯烃单元和非共轭多烯单元的分布越一样,乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的组成分布越变窄。
B值小于0.9时,则乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的组成分布变宽。特别是存在如下倾向:乙烯单元的嵌段链变多,结晶性高,透明性降低。进一步,在压延成型时乙烯-α-烯烃共聚物向贮料处的侵入性降低,或向压延辊的卷绕变得不充分。由此存在有如下倾向:需要进行例如100℃以上的高温下的压延成型,因掺入于乙烯-α-烯烃共聚物的有机过氧化物而使交联反应进行,在太阳能电池密封材料的片产生凝胶状的异物,片的外观恶化。另外,在高温条件下进行压延成型时,则硅烷偶联剂、有机过氧化物以及其它的稳定剂等容易挥发,因而存在有粘接性、耐热性、长期可靠性降低的情况。另外存在有如下情况:柔软性低,在太阳能电池模块的层压成型时发生太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的缺损等。
以下,具体地示出由作为乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的乙烯和丙烯和5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)获得的非共轭环状多烯系共聚物的B值的求出方法。
求出了下述结构式所示的9种亚甲基碳的NMR信号强度的积分值。
(1)αβ、(2)αγ+αδ、(3)βγ、(4)βδ、(5)γδ、(6)δδ、(7)3E、(8)3Z、(9)αα+1Z+5E+5Z+6E+6Z
【化学式1】
Figure BDA00003205177200141
(7)~(9)中的包含数字和英文字符的符号表示源自ENB的碳。(1)~(9)的数字表示上述结构式中的位置,E表示E体,Z表示Z体。另外,希腊文字表示位于最短的2个结合有甲基的主链上的碳原子之间的亚甲基碳原子的位置,将结合有甲基的碳原子的相邻的碳原子设为α。例如,主链上的某个碳原子是结合有一个甲基的碳原子的相邻碳原子,从另一个结合有甲基的碳原子起为第3个的情况下,该碳原子成为αγ。
NMR的各峰的鉴定遵照上述文献而进行。
(2)求出了37~39ppm附近的多个峰的积分值的合计,(6)求出了从29~31ppm附近的多个峰的积分值的合计除去γγ和γδ峰的积分值而得到的数值,(9)求出了44~48ppm附近的多个峰的积分值的合计。
αα如以下算出。
αα=αα+1Z+5E+5Z+6E+6Z-2×3E-3×3Z
=(9)-2×(7)-3×(8)
接着,通过以下的方法,由所获得的积分值算出由3种单体之间获得的6种二元体。予以说明,源自组成为少量的ENB的二元体的NN(ENB-ENB链)和NP(ENB-丙烯链)为0。涉及NE的二元体成为:与根据归属于ENB的环状上的碳原子的吸收强度而算出的摩尔分率相当的值的2倍。
PP(丙烯-丙烯链)=αα+αβ/4
PE(丙烯-乙烯链)=αγ+αδ+αβ/2
EE(乙烯-乙烯链)=(βδ+δδ)/2+(γδ+βγ)/4
NE(ENB-乙烯链)=(3E+3Z)×2
各成分的摩尔分率如以下算出。
a(乙烯摩尔分率)=(EE+PE/2)/(PP+PE+EE+3E+3Z)
c(乙烯-α-烯烃二元体摩尔分率)=PE/(PP+PE+EE+NE)
d(乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率)=NE/(PP+PE+EE+NE)
e(α-烯烃摩尔分率)=(PP+PE/2)/(PP+PE+EE+3E+3Z)
f(非共轭多烯摩尔分率)=(3E+3Z)/(PP+PE+EE+3E+3Z)
将如以上那样求出的组成的各摩尔分率代入上述式(1)而成为下述式(A),算出B值。
B=[(PE+NE)/(PP+PE+NE+EE)]/[(EE+PE/2)[(PP+PE/2)+(3E+3Z)]/(PP+PE+EE+3E+3Z)2]     (A)
式(A)中,B值越大,则表示α-烯烃(丙烯)单元或者非共轭多烯单元的嵌段链越短,α-烯烃(丙烯)单元以及非共轭多烯单元的分布越一样。反过来说,B值越变小则表示非共轭多烯系共聚物的分布越不一样,嵌段链越长。
(条件a6))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的、根据GPC-offline-FTIR求出的乙烯分布参数P的最大值Pmax与最小值Pmin的关系优选满足Pmax/Pmin≤1.4,进一步优选满足Pmax/Pmin=1.0~1.4。乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的Pmax/Pmin可通过如下而调整:通过使用了茂金属化合物(后述)的聚合反应而获得共聚物。
“乙烯分布参数P”按照以下所示的方法测定。对于将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物溶解于环己烷而获得的测定样品,通过使用GPC-offline-FTIR,将洗提液设为环己烷,在流量1.0mL/min、温度60℃测定IR谱图。可将所获得的IR谱图的721±20cm-1的范围的最大峰(A721cm-1)与4320±20cm-1的范围的最大峰(A4320cm-1)的峰强度比(A721cm-1/A4320cm-1)设为“乙烯分布参数P”。可根据该“乙烯分布参数P”而获得最大值Pmax和最小值Pmin。
乙烯分布参数P可成为:表示测定的馏分中的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物(A)中的源自乙烯的结构单元的含量的指标。乙烯分布参数P越大,则表示源自乙烯的结构单元的含量越多。予以说明,可推测:721±20cm-1的范围的最大峰(A721cm-1)表示来自源自乙烯的结构单元的C-H面内摇摆(rockingvibration)振动的峰。另一方面可推测:4320±20cm-1的范围的最大峰(A4320cm-1)表示源自烯烃骨架中共通的C-H变形振动(deformation vibration)的峰。
Pmax/Pmin处于上述数值范围内时,则乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的高分子量成分与低分子量成分之中源自乙烯的结构单元的含量的差小,组成分布变得均匀。Pmax/Pmin超过上述范围时,则特别是高分子量成分中的源自乙烯的结构单元的含量变多,压延成型时的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物向贮料处的侵入性降低,或者向压延辊的卷绕变得不充分。由此存在有如下倾向:需要在例如100℃以上的高温进行压延成型,因掺入于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的有机过氧化物而使交联反应进行,在太阳能电池密封材料的片中产生凝胶状的异物,片的外观恶化。另外,在高温条件下进行压延成型时,则硅烷偶联剂、有机过氧化物以及其它的稳定剂等容易挥发,因而存在有粘接性、耐热性、长期可靠性降低的情况。另外存在有如下情况,柔软性低,在太阳能电池模块的层压成型时发生太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的缺损等。
(条件a7))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的“流动的活化能”优选为28~45kJ/mol,进一步优选为28~43kJ/mol,特别优选为28~42kJ/mol。乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的流动的活化能(Ea)是表示乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的长链分支的程度的指标。流动的活化能(Ea)小于28kJ/mol的情况下,存在有乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的长链分支度少,交联效率降低,耐热性降低的情况。进一步,存在有粘接强度也变差的情况。另外,流动的活化能(Ea)超过45kJ/mol的情况下,存在如下倾向:乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的长链分支度大,包含乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的树脂组合物的收缩性变大,压延成型后的片宽度变小。另外存在有如下情况:树脂组合物的焦烧性变高而变得容易凝胶化,因凝胶物而在成型物(片)的表面产生凹凸,外观变差。予以说明,如果对成型物外加电压,则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,在凝胶物界面变得容易透湿,透湿性降低。另外,在作为成型物的片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接变得不充分。
对“流动的活化能”进行说明。一般而言,聚合物熔融物的粘度,与流动学上的单纯的液体的情况同样地,伴随温度提高而降低。例如已知,在比玻璃化转变温度(Tg)高100℃的温度下,粘度(η0)的温度依存性遵照由下述式(i)表示的阿伦尼乌斯(Arrhenius)型的式子。
粘度(η0)=Aexp(Ea/RT)     (i)
R:气体常数,A:频度因素,Ea:流动的活化能,T:绝对温度
流动的活化能不依赖于分子量及分子量分布,仅受分子结构的影响,因此成为表示聚合物的结构信息的有用的指标。
在使用齐格勒催化剂制造的烯烃系聚合物中,难以进行分子结构的精密控制,算出了包含各种各样的结构信息的流动的活化能。但是,通过茂金属催化剂的开发和制造技术的进步,控制组成分布、分子量分布、短支链度(短鎖分岐度)以及长链分支度已成为可能。已知:高密度聚乙烯(HDPE)的流动的活化能为约27kJ/mol,低密度聚乙烯(LDPE)的流动的活化能为约56kJ/mol。
已经报告了:在使用茂金属催化剂制造的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中,共聚了的二烯成分均匀地分布于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的分子结构中(B.a.Harrington以及M.G.Williams、“美国化学会橡胶部会技术会议”,2003年10月,p.14-17)。即,通过使用茂金属催化剂,可进行EPDM的分子结构的精密控制,与此同时也可实现交联活性的均匀化。即,可掌握流动的活化能与、橡胶组合物、交联橡胶以及交联发泡体的物性的关系。
可认为流动的活化能的差异起因于长链分支,通过核磁共振(NMR)法、光散射法而进行着长链分支的解析。但是,也存在未必能获得正确的结果的情况,着眼于流变特性的研究现在也仍然活跃地进行着(山口政之著,“成型加工”,2008年,第20卷、第7号、p.400-404、F.J.Stadler、C.Gabriel以及H.Munstedt著,“Macromolecular Chemistry and Physics(大分子化学和物理学)”,2007年,第208卷,p.2449-2454)。
具有上述范围内的流动的活化能的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物可以通过使用后述的茂金属催化剂将二烯成分均匀地导入聚合物中从而获得。例如,通过增减5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)等具有末端双键的非共轭多烯的共聚比,从而改变长链分支的导入比例,将流动的活化能调整为所希望的值。流动的活化能(Ea)是:基于时温叠加原理,根据在制成显现190℃下的熔融复数粘度(单位:Pa·s)的频率(单位:rad/s)依存性的总曲线(master curve)之时的位移因素(shift factor)(aT),通过阿伦尼乌斯型的方程式而计算的数值。
给出求流动的活化能(Ea)的方法。根据170℃以及210℃的温度(T(℃))下的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的熔融复数粘度-频率曲线,基于时温叠加原理,叠合于190℃下的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的熔融复数粘度-频率曲线,从而求出位移因素(aT)。根据各个温度(T)和该温度(T)下的位移因素(aT),通过最小自乘法而算出[ln(aT)]与[1/(T+273.16)]的一次近似式(I)。接着,可根据所算出的一次近似式(I)的斜率m和下述式(II)求出流动的活化能(Ea)。
ln(aT)=m[1/(T+273.16)]+n     (I)
Ea=0.008314×m     (II)
aT:位移因素
Ea:流动的活化能(kJ/mol)
T:温度(℃)
n:Y轴截距
上述计算例如可通过使用市售的计算软件(TA仪器日本公司(TAInstruments Japan Inc.)制,商品名“RSI Orchestrator VER.6.6.3”)而进行。予以说明,位移因素(aT)是:将170℃以及210℃的各温度(T)下的熔融复数粘度-频率的曲线(双对数)在log(Y)=-log(X)轴方向移动(其中,将Y轴设为熔融复数粘度,将X轴设为频率),叠合于190℃下的熔融复数粘度-频率曲线时的移动量。在该叠合中,各温度(T)下的熔融复数粘度-频率的双对数曲线为:使频率移动aT倍,使熔融复数粘度移动1/aT倍。予以说明,通过最小自乘法求出由在170℃、190℃以及210℃的温度下的位移因素(aT)与温度获得的一次近似式(I)时的相关系数通常为0.99以上。
熔融复数粘度-频率曲线通过使用以下所示的粘弹性测定装置测定而制成。试验片是:在190℃将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物压制而获得2mm厚的片,将该片冲压为直径25mm的圆盘状而得到的圆盘物。予以说明,试验片也可包含适量(例如1000ppm左右)的抗氧化剂。
粘弹性测定装置:商品名“RDS-2”(Rheometric公司制)
测定条件:
几何形状:平行板
测定温度:170℃、190℃、210℃
频率:0.5~79.577Hz
失真系数:1.0%
在上述条件下测定粘度的频率依存性,通过上述的阿伦尼乌斯型的方程式而算出流动的活化能。数据处理软件可使用商品名“RSI OrchestratorVER.6.6.3”(TA仪器日本公司制)的软件。予以说明,具有上述特定的流动的活化能(Ea)的共聚物可通过调节乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的非共轭多烯单元的含量而制备。
(条件a8))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的由凝胶渗透色谱法(GPC)测定出的重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比所表示的分子量分布Mw/Mn优选处于1.2~3.5的范围,进一步优选处于1.7~3.0的范围,更优选处于1.7~2.7的范围,特别优选处于1.9~2.4的范围。关于分子量分布Mw/Mn,通过使用了茂金属化合物(后述)的聚合反应而制造乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,从而可调节为所希望的范围。
为了使分子量分布Mw/Mn小于1.2,需要活性聚合性地将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行聚合,但是在活性聚合中无法获得充分的生产率。另外,为了使分子量分布Mw/Mn小于1.2,需要从通过公知的聚合方法获得的乙烯-α-烯烃共聚物分离低分子量成分、高分子量成分,因此制造成本变高。另外存在如下倾向:可进行压延成型的温度范围也狭窄,不易获得均匀的厚度的片,不易进行片成型。
另一方面,分子量分布Mw/Mn超过3.5时,则低分子量成分变多,因而存在片产生发粘,发生粘连,片的送出性恶化的倾向。另外已知:一般而言,分子量分布Mw/Mn变宽时则组成分布也变广。因此,在压延成型时片容易粘贴于压延辊表面。由此存在如下倾向:不易将片从压延辊剥离,不易获得均匀厚度的太阳能电池密封材料片。进一步,存在有产生泣别的情况。另外,有交联变得不充分,耐热性降低的可能。进一步,低分子量成分渗出于片表面,因而有时成为粘接的阻碍,使粘接性降低。
重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)通过使用Waters公司制的凝胶渗透色谱仪(商品名“Alliance GPC-2000型”),如以下那样操作而测定。分离色谱柱使用了2根商品名“TSKgel GMH6-HT”、以及2根商品名“TSKgelGMH6-HTL”的色谱柱。色谱柱尺寸都为内径7.5mm、长度300mm,色谱柱温度为140℃,流动相使用了邻二氯苯(和光纯药工业株式会社制)以及作为抗氧化剂的BHT(武田药品公司制)0.025重量%。使流动相以1.0ml/分钟的速度移动,将试样浓度设为15mg/10ml,将试样注入量设为500μl,使用差示折射计作为检测器。关于分子量为Mw≤1000以及Mw≥4×106,标准聚苯乙烯使用了TOSOH CORPORATION制的标准聚苯乙烯。另外,关于分子量为1000≤Mw≤4×106,使用了压力化学(Pressure Chemical)公司制的标准聚苯乙烯。分子量是:进行普适校正,对应于所使用的各α-烯烃而换算为乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物而得到的值。
(条件a9))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的、从固相萃取处理后的萃取液中利用离子色谱法检出的氯离子的含有比例优选为2ppm以下,进一步优选为1.5ppm以下,特别优选为1.2ppm以下。氯离子的含有比例可通过调整后述的茂金属化合物的结构以及聚合条件而调整。即,通过提高聚合催化剂的聚合活性,从而可减少乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的催化剂残渣量,可获得氯离子的含有比例处于上述数值范围的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。另外,通过使用不包含氯原子的茂金属化合物,可获得实质上不包含氯离子的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的氯离子的含有比例超过2ppm时,则存在有使太阳能电池元件的电极(由银等构成)腐蚀,使太阳能电池模块的长期可靠性降低的情况。
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的氯离子的含有比例例如可通过如下而测定:在使用高压釜等进行了杀菌洗涤的玻璃容器中精确称量约10g乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,加入100ml超纯水而密闭,然后使用在常温下进行30分钟超声波(38kHz)萃取而获得的萃取液,使用Dionex公司制的离子色谱仪装置(商品名“ICS-2000”)进行测定。
(条件a10))
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物在乙酸甲酯中的萃取量优选为5.0重量%以下,进一步优选为4.0重量%以下,更优选为3.5重量%以下,特别优选为2.0重量%以下。乙酸甲酯中的萃取量多,则表示在乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中包含很多低分子量成分,分子量分布或者组成分布变宽。
通过使用茂金属化合物(后述)而调整聚合条件,可获得在乙酸甲酯中的萃取量少的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。例如,如果通过缩短在聚合器内的聚合滞留时间从而将聚合活性降低了的茂金属化合物去除至聚合体系外,则可抑制低分子量成分的生成。基于索格利特萃取法的在乙酸甲酯中的萃取量超过5.0重量%时,则存在片产生发粘而发生粘连,片的送出性恶化的倾向。
另外已知,一般而言,分子量分布Mw/Mn大的聚合物的组成分布变宽。因此,在压延成型时片容易粘贴于压延辊表面。由此存在如下倾向:不易将片从压延辊剥离,不易获得厚度均匀的太阳能电池密封材料的片。另外也存在有如下倾向:在片上产生发粘,因而发生粘连,使片的送出性恶化。另外存在有交联变得不充分,耐热性降低的可能。进一步,低分子量渗出于片表面,因而成为粘接的阻碍,粘接性降低。
在乙酸甲酯中的萃取量例如可以如下算出:精确称量约10g左右的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,添加于乙酸甲酯,在溶剂沸点以上的温度下进行索格利特萃取,根据萃取前后的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的重量差或者使萃取溶剂挥发而得到的残渣量算出。
(熔解热峰)
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的基于差示扫描热量测定(DSC)的熔解峰优选处于30~90℃的范围内,进一步优选处于33~90℃的范围内,特别优选处于30~88℃的范围内。
熔解峰超过90℃时,则共聚物的结晶性倾向于高,透明性倾向于降低。进一步,压延成型时的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物向贮料处的侵入性降低,或者向压延辊的卷绕变得不充分。由此,需要在例如100℃以上的高温进行压延成型。存在有如下倾向:在高温进行压延成型时,则因掺入于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的有机过氧化物而使交联反应进行,从而在太阳能电池密封材料的片上产生凝胶状的异物,片的外观恶化。另外,在高温条件下进行压延成型时,则硅烷偶联剂、有机过氧化物以及其它的稳定剂等容易挥发,因而存在粘接性、耐热性、长期可靠性降低的情况。另外存在如下情况:柔软性低,在太阳能电池模块的层压成型时发生太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的缺损等。
熔解峰小于30℃时,则在压延成型时片容易粘贴于压延辊表面。由此存在如下倾向:不易将片从压延辊剥离,不易获得厚度均匀的太阳能电池密封材料的片。另外也存在如下倾向:片上产生发粘,因而发生粘连,片的送出性恶化。另外有交联变得不充分,耐热性降低的可能。
(结晶度)
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物优选为结晶性低,通过X射线衍射法测定的结晶度更优选为40%以下。为了降低乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的结晶性,例如增多α-烯烃含量即可。另一方面,从防止粘连的观点考虑,优选乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物相比于完全的非晶性为低结晶性。这是因为,低结晶性乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物具有优异的柔软性、透明性。
(乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的制造方法)
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物可通过将以下所示的各种茂金属化合物用作催化剂的聚合反应来制造。茂金属化合物记载于例如日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报、日本特开2005-314680号公报、日本特开2009-138076号公报等中。但是,可使用与这些专利文献中记载的茂金属化合物不同结构的茂金属化合物,也可组合二种以上的茂金属化合物而使用。
使用茂金属化合物的聚合反应的优选例中,例如可列举出下面所示的实施方式。在如下烯烃聚合用催化剂的存在下供给单体,所述烯烃聚合用催化剂包含:以往公知的茂金属化合物(I)与,选自由有机铝氧化合物(II-1)、与茂金属化合物(I)形成离子对的化合物(II-2)、以及有机铝化合物(II-3)组成的组中的至少一种化合物(亦称为助催化剂(II))。
有机铝氧化合物(II-1)、与茂金属化合物(I)形成离子对的化合物(II-2)以及有机铝化合物(II-3)记载于例如日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报、以及日本特开2005-314680号公报等中,但是没有特别限定。这些助催化剂(II)可个别地或者预先接触而在聚合气氛投入。进一步,例如也可负载于日本特开2005-314680号公报等中记载的微粒状无机氧化物载体而使用。
但是,通过实质性地不使用与茂金属化合物(I)形成离子对的化合物(II-2)而进行聚合反应,可获得电特性优异的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。
另外,由使用了以往公知的齐格勒-纳塔催化剂和有机铝化合物(II-3)的聚合体系制造的聚合物中的金属成分、离子含量可通过由酸等进行处理的脱灰处理而减低。由此,可获得电特性优异的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。但是存在有如下倾向:在用作太阳能电池密封材料时,则进行了脱灰处理的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中残留的酸、碱使太阳能电池模块的电极发生腐蚀。另外,脱灰处理提高乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的制造成本。
因此,乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物优选通过使用包含茂金属化合物(I)、以及选自由有机铝氧化合物(II-1)和有机铝化合物(II-3)组成的组中的至少一种化合物的烯烃聚合用催化剂而制造。
乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的聚合反应可通过以往公知的气相聚合法、以及淤浆聚合法、溶液聚合法等液相聚合法中的任一种方法而进行,优选通过溶液聚合法等液相聚合法来进行。使用上述那样的茂金属化合物,使乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃与非共轭多烯进行共聚反应而制造乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的情况下,反应体系中的茂金属化合物(I)的量,相对于反应容积1升,通常为10-9~10-1摩尔,优选为10-8~10-2摩尔。
调整反应体系中的化合物(II-1)的量,使其相对于化合物(I)的全部过渡金属原子(M)的摩尔比[(II-1)/M]为1~10000,优选为10~5000。调整反应体系中的化合物(II-2)的量,使其相对于化合物(I)的全部过渡金属(M)的摩尔比[(II-2)/M]为0.5~50,优选为1~20。调整反应体系中的化合物(II-3)的量,使其相对于聚合容积1升为0~5毫摩尔,优选为约0~2毫摩尔。
在茂金属化合物的存在下,通过溶液聚合法使乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃与非共轭多烯共聚,可高效制造共聚单体含量高、组成分布狭窄、分子量分布狭小的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。此处,乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃与非共轭多烯的加料摩尔比为乙烯:α-烯烃:非共轭多烯=10:90:1~99.9:0.1:0.01,优选为乙烯:α-烯烃:非共轭多烯=30:70:1~99.9:0.1:0.01,进一步优选为乙烯:α-烯烃:非共轭多烯=50:50:1~99.9:0.1:0.01。
碳原子数3~20的α-烯烃以及非共轭多烯的例子如前所述。另外,在溶液聚合法中可使用的α-烯烃可以为含极性基团的烯烃。在含极性基团的烯烃的例子中,可列举出丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、马来酸酐等α,β-不饱和羧酸类,以及它们的钠盐等金属盐类;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等α,β-不饱和羧酸酯类;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等乙烯基酯类;丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等不饱和缩水甘油基类等。另外,也可使乙烯基环己烷、二烯、或者多烯;芳香族乙烯基化合物例如苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、邻,对-二甲基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基苄基乙酸酯、羟基苯乙烯、对氯苯乙烯、二乙烯基苯等苯乙烯类;3-苯基丙烯、4-苯基丙烯、α-甲基苯乙烯等在反应体系中共存,从而进行高温溶液聚合。
“溶液聚合法”是指在将溶质溶解于后述的非活性烃溶剂中的状态下进行聚合的方法的总称。溶液聚合法中的聚合温度通常为0~200℃,优选为20~190℃,进一步优选为40~180℃。在溶液聚合法中,聚合温度低于0℃的情况下,聚合活性极端地降低,聚合热的除热也变难,从生产率的观点考虑不实用。另外,聚合温度超过200℃时,则聚合活性极端地降低,因而从生产率的观点考虑不实用。
溶液聚合法中的聚合压力通常为常压~10MPa表压(gauge pressure),优选为常压~8MPa表压。共聚反应可通过间歇式、半连续式、连续式的任一种方法而进行。反应时间(在连续法的情况下为“平均滞留时间”)因催化剂浓度、聚合温度等条件而不同,可适当选择,但是通常为1分钟~3小时,优选为10分钟~2.5小时。进一步,也可将聚合反应分为反应条件不同的两个以上阶段而进行。
所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的分子量可通过改变聚合体系中的氢气浓度、聚合温度而调节。进一步,也可通过助催化剂(II)的量而调节。添加氢气的情况下,加氢量相对于1kg所生成的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物为0.001~5,000NL左右是适当的。另外,存在于所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的分子末端的乙烯基以及亚乙烯基的量可以通过提高聚合温度、极力减少加氢量而调整。
溶液聚合法中使用的溶剂通常为非活性烃溶剂,优选为常压下的沸点为50~200℃的饱和烃。具体列举出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、煤油等脂肪族烃;环戊烷、环己烷、甲基环戊烷等脂环族烃。苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类,二氯乙烯、氯苯、二氯甲烷等卤代烃也是“非活性烃溶剂”,也可使用它们。
如前所述,在溶液聚合法中,不但可使用溶解于以往频繁使用的芳香族烃的有机铝氧化合物,也可使用溶解于脂肪族烃、脂环族烃的MMAO那样的修饰甲基铝氧烷。如果将溶液聚合用的溶剂设为脂肪族烃、脂环族烃,则芳香族烃不存在于聚合反应体系中,可几乎完全排除芳香族烃混入生成的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的可能性。由此,溶液聚合法可成为可减轻环境负荷,可使对人体健康造成的影响最小化的方法。为了抑制物性值的偏差,优选通过任意的方法将通过聚合反应而获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物、以及根据希望而添加的其它成分熔融,实施混炼、造粒等。
(乙烯系树脂组合物)
本发明的太阳能电池密封材料包含乙烯系树脂组合物;在乙烯系树脂组合物中,优选包含前述的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份、乙烯性不饱和硅烷化合物等硅烷偶联剂0.1~5.0重量份、以及有机过氧化物等交联剂0.1~2.5重量份。
进一步,在乙烯系树脂组合物中,优选相对于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,含有乙烯性不饱和硅烷化合物0.1~4重量份、以及有机过氧化物0.2~2.5重量份;进一步优选相对于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,含有乙烯性不饱和硅烷化合物0.1~3重量份、有机过氧化物0.2~2重量份。
(乙烯性不饱和硅烷化合物)
乙烯系树脂组合物中的乙烯性不饱和硅烷化合物小于0.1重量份时,则粘接性降低。另一方面,使乙烯系树脂组合物中的乙烯性不饱和硅烷化合物超过5重量份时,则太阳能电池密封材料的成本与性能的平衡变差。进一步,将乙烯系树脂组合物中的乙烯性不饱和硅烷化合物的量设为过量时,则必须增多乙烯系树脂组合物中的有机过氧化物的量。这是因为,在使乙烯系树脂组合物固化时,需要使乙烯性不饱和硅烷化合物与乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物接枝反应。有机过氧化物相对于硅烷偶联剂的量少时,则也存在如下倾向:无法使硅烷偶联剂与乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的主链充分地接枝反应,粘接性降低。
但是,将乙烯系树脂组合物中的有机过氧化物的量设为过量时,则存在如下情况:在利用压延成型机而获得片状的太阳能电池密封材料时,乙烯系树脂组合物发生凝胶化,因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差。进一步,如果对片施加电压,则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。另外,容易发生凝胶物界面处的透湿,片的透湿性降低。进一步,在片表面产生凹凸,因而在将太阳能电池密封材料层压而制成太阳能电池模块时,与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。另外,乙烯性不饱和硅烷化合物自身发生缩合反应,从而在太阳能电池密封材料中作为白条而存在,制品外观恶化。
乙烯性不饱和硅烷化合物可使用以往公知的物质,没有特别限制。具体例子包括:乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基硅烷)、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等。优选可以为可提高乙烯系树脂组合物的粘接性的γ-环氧丙氧基丙基甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等。
(有机过氧化物)
有机过氧化物作为用于以乙烯性不饱和硅烷化合物将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行接枝改性的自由基引发剂而起作用。进一步,关于有机过氧化物,将太阳能电池密封材料层压而获得太阳能电池模块时,作为用于使乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行交联反应的自由基引发剂而起作用。通过以乙烯性不饱和硅烷化合物将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行接枝改性,从而使太阳能电池模块中的密封层与玻璃、背片、太阳能电池元件、电极的粘接性变高。另外,通过将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物交联,从而可在太阳能电池模块中形成耐热性、粘接性优异的密封构件。
乙烯系树脂组合物中的有机过氧化物的含量小于0.1重量份时,则太阳能电池密封材料的交联程度、交联速度等交联特性降低,乙烯性不饱和硅烷化合物向乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的主链的接枝反应变得不充分,耐热性、粘接性降低。
乙烯系树脂组合物中的有机过氧化物超过2.5重量份时,则存在有如下情况:利用压延成型机而获得片状的太阳能电池密封材料时发生凝胶化,因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差。进一步,如果对片施加电压,则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。另外,容易发生凝胶物界面处的透湿,透湿性降低。进一步,在片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。进一步存在有如下情况:太阳能电池模块的层压成型时的交联过度进行,热收缩变大,太阳能电池模块的端部无法充分地被太阳能电池密封材料埋入,或者热收缩过大因而太阳能电池元件发生破裂。另外,交联过度进行时,则存在如下情况:乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的劣化也进行,耐热性、色调、柔软性恶化。
关于有机过氧化物,只要是可以以乙烯性不饱和硅烷化合物将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行接枝改性、能够使乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进行交联反应的有机过氧化物即可。另外,考虑到压延成型时的生产率与太阳能电池模块的层压成型时的交联速度的平衡,优选1分钟半衰期温度为100~170℃的有机过氧化物。
1分钟半衰期温度低于100℃的有机过氧化物在利用压延成型机而获得片状的太阳能电池密封材料时发生凝胶化。存在因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差的情况。另外,如果对片施加电压,则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,容易发生凝胶物界面处的透湿,透湿性降低。另外,在片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。进一步存在如下情况:在将太阳能电池密封材料长期保存后使用时,有机过氧化物发生反应,促进太阳能电池密封材料的交联,层压加工时的流动性降低,或用作乙烯性不饱和硅烷化合物的接枝反应的引发剂的有机过氧化物的量减少,粘接性降低。
1分钟半衰期温度超过170℃的有机过氧化物在将太阳能电池密封材料层压而获得太阳能电池模块时,延缓太阳能电池密封材料的交联速度,使太阳能电池模块的生产率大幅地降低。另外,降低太阳能电池密封材料的耐热性、粘接性。
作为有机过氧化物可使用公知的物质。1分钟半衰期温度处于100~170℃的范围的有机过氧化物的优选的具体例子包括:二月桂酰过氧化物、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化-2-乙基己酸酯、二苯甲酰过氧化物、叔戊基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化异丁酸酯、叔丁基过氧化马来酸、1,1-二(叔戊基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔戊基过氧基)环己烷、叔戊基过氧化异壬酸酯、叔戊基过氧化正辛酸酯、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧基)环己烷、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧基)己烷、叔戊基-过氧化苯甲酸酯、叔丁基过氧化乙酸酯、叔丁基过氧化异壬酸酯、2,2-二(叔丁基过氧基)丁烷、叔丁基过氧化苯甲酸酯等。优选列举出二月桂酰过氧化物、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、过氧化乙酸叔丁酯、叔丁基过氧化异壬酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、叔丁基过氧化苯甲酸酯等。
(条件a4)
关于本发明的太阳能电池密封材料,依照JIS K6911,在温度100℃、外加电压500V下测定的体积电阻率优选为1.0×1013~1.0×1018Ω·cm。体积电阻率小的太阳能电池密封材料存在容易在电池模块中产生PID的倾向。进一步,以往的太阳能电池模块的温度在太阳光照射时间带有时成为例如70℃以上。因此,为了获得模块的长期可靠性,因而与常温(23℃)下的体积电阻率相比,高温(例如100℃)条件下的体积电阻率是重要的。
太阳能电池密封材料的体积电阻率优选为1.0×1014~1.0×1018Ω·cm,进一步优选为5.0×1014~1.0×1018Ω·cm,尤其优选为1.0×1015~1.0×1018Ω·cm。体积电阻率小于1.0×1013Ω·cm时,则存在如下倾向:在85℃、85%RH条件下的恒温恒湿试验中在1天左右的短期间在太阳能电池模块中产生PID现象。体积电阻率超过1.0×1018Ω·cm的太阳能电池密封材料容易带上静电,容易吸附污染物。因此,存在有容易在太阳能电池模块内混入污染物,招致发电效率、长期可靠性的降低的倾向。另一方面,体积电阻率超过5.0×1014Ω·cm的太阳能电池密封材料倾向于可使在85℃、85%RH条件下的恒温恒湿试验中的太阳能电池模块产生PID现象为止的时间进一步长期化,是优选的。
关于太阳能电池密封材料的体积电阻率,利用真空层压机、热压机、交联炉等将进行了片成型的密封材料进行交联以及加工为平整片,然后进行测定。另外,也可从太阳能电池模块取出密封层(即,去除其它的层),对取出的密封层的体积电阻率进行测定。
(2)第2太阳能电池密封材料
作为本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料包含树脂组合物,所述树脂组合物包含:(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物、(B)烷烃系油、(C)交联剂、以及根据需要的粘接性赋予剂等各种添加剂。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物
本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料中所含的(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物是以乙烯、α-烯烃以及二烯为构成成分的共聚物。(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物可以为无规共聚物,也可以为嵌段共聚物。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的α-烯烃的例子包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯、1-二十碳烯等,优选碳原子数为3~10的α-烯烃。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的二烯的例子包括5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚丙基-5-降冰片烯、双环戊二烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、5-亚异丙基-2-降冰片烯、降冰片二烯等环状二烯;1,4-己二烯、4-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,5-庚二烯、6-甲基-1,5-庚二烯、6-甲基-1,7-辛二烯、7-甲基-1,6-辛二烯等链状的非共轭二烯等。前述二烯成分的一部分也可以为2,3-二亚异丙基-5-降冰片烯、4-亚乙基-8-甲基-1,7-壬二烯等三烯等。其中,从太阳能电池密封膜的成型性的观点考虑,5-亚乙基-2-降冰片烯、双环戊二烯、5-乙烯基-2-降冰片烯等优选作为二烯成分。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的典型例是以乙烯为主要成分、以α-烯烃为副成分、以二烯为少量成分的共聚物。其具体的例子可例示出:乙烯·丙烯·双环戊二烯共聚物、乙烯·丙烯·5-亚乙基-2-降冰片烯共聚物、以及乙烯·丙烯·乙烯基降冰片烯共聚物、乙烯·1-丁烯·双环戊二烯共聚物、乙烯·1-丁烯·5-亚乙基-2-降冰片烯共聚物、乙烯·1-丁烯·乙烯基降冰片烯共聚物等。它们之中特别优选乙烯·丙烯·二烯共聚物(EPDM)。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的源自乙烯的结构单元的含量优选为50~95摩尔%,更优选为70~90摩尔%,进一步优选为80~90摩尔%。乙烯含量处于上述范围内时,则具有透明性优异,低温下的压缩永久形变变小这样的优点。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的源自α-烯烃的结构单元的含量优选为4.5~49.5摩尔%,更优选为9.5~29.5摩尔%,进一步优选为9.5~19.5摩尔%。α-烯烃含量过少时,则(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物容易结晶化,因而柔软性、固化物的透明性变得容易降低。另一方面,α-烯烃含量过多时,则在压延加工时难以从压延辊表面剥离,压延加工性降低。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的源自二烯的结构单元的含量优选为0.5~5摩尔%,更优选为0.5~2摩尔%。前述二烯含量处于上述范围内时,则可获得良好的耐热性、耐侯性。
本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料中所含的(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的、依照ASTM D-1646在100℃测定的门尼粘度ML(1+4)100℃优选为30~90。门尼粘度ML(1+4)100℃是指,在L转子上预热1分钟、振动4分钟后在100℃下的粘度。如果乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的门尼粘度ML(1+4)100℃小于30,那么在熔融时具有适度的粘度,因而即使不添加烷烃系油也容易获得良好的成型性。另外,乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的门尼粘度ML(1+4)100℃超过90时,则加工时的粘度过高,因此即使添加烷烃系油也不易改善成型性。
优选(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的结晶性低,更优选通过X射线衍射法测定的结晶度为40%以下。为了降低(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的结晶性,增多例如α-烯烃含量即可。另一方面,从粘连防止的观点考虑,(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物相比于完全的非晶性而言优选为低结晶性。
另外,(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物按照JIS-K7121而测定的熔点优选为70℃以下。这是因为,这些(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的柔软性、透明性优异。
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物可通过如下而制造:在包含可溶性钒化合物和有机氢化铝的钒系催化剂、或者包含配位有环戊二烯基等的锆化合物等茂金属化合物和有机铝氧化合物的茂金属系催化剂的存在下,使乙烯、α-烯烃以及二烯共聚从而制造。
本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料中,除了(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物以外还可包含其它的树脂。
(B)烷烃系油
本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料中所含的(B)烷烃系油是以烷烃为主要成分的矿物油系油。通过将(B)烷烃系油添加于(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物,从而可提高太阳能电池密封材料的成型性。
(B)烷烃系油的烷烃含量优选为55~90重量%,更优选为65~90重量%。烷烃成分的含量小于55重量%时,则太阳能电池密封材料的固化物的透明性容易降低。另一方面,烷烃成分的含量超过90重量%时,则烷烃成分有时会析出。特别是正烷烃容易析出。
(B)烷烃系油的除了烷烃以外的成分之中,环烷成分的含量优选小于40重量%,更优选为小于35重量%。环烷成分为40重量%以上时,则(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的交联效率容易降低。另外,(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的固化物的透明性有时会降低。另一方面,环烷成分的含量越低则越良好,但是在环烷成分的萃取去除上花费成本。
(B)烷烃系油的除了烷烃以外的成分之中,芳香族成分的含量优选小于5重量%,更优选小于1重量%。芳香族成分为5重量%以上时,则(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的固化物的透明性容易降低。另外,与(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的相容性、交联效率也有时会降低。
(B)烷烃系油的烷烃成分、环烷成分以及芳香族成分的各含量可通过依照了n-d-M环分析ASTM D-2140的方法测定。
(B)烷烃系油的硫成分的含量优选为小于200ppm,更优选为小于100ppm。硫成分的含量多时,则(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的交联效率容易降低,或固化物的透明性、耐候稳定性容易降低(容易着色)。(B)烷烃系油的硫成分的含量通过依照了JIS K2541的方法测定。
(B)烷烃系油的、依照JIS K2249测定的密度优选为859~887kg/m3的范围。密度处于上述范围时,则容易将树脂组合物的熔融粘度调整为恰当的范围。
(B)烷烃系油的、依照JIS K2283测定的40℃时的运动粘度优选为30~440mm2/s。运动粘度处于上述范围时,则容易将树脂组合物的熔融粘度调整为恰当的范围。
(B)烷烃系油的依照JIS K2269测定的倾点优选为-25~-5℃,更优选为-25~-10℃左右。倾点处于上述范围时,则容易将树脂组合物的熔融粘度调整为恰当的范围。
(B)烷烃系油的例子包括:出光兴产(株)制的烷烃系加工油PW-100、PW-32、PW-90、PW-150、PW-360、PW-380、PS-32、PS-90、PS-430,Japan SunOil Co.Ltd制的SUNPAR115、120、150、2100、2280,Cosmo Oil Lubricants Co.,Ltd.制的Cosmo Neutral150、350、500,松村石油(株)制的Barrel Process OilP-46、P-56、P-150、P-380,JX NIPPON OIL&ENERGY CORPORATION制JOMO PROCESS P300、P400、P500,神户油化学工业株式会社制的SyntacsPA-100等。
(B)烷烃系油的含量通过考虑树脂组合物的成型性以及交联特性等而设定。具体而言,(B)烷烃系油的含量过少时,则无法充分提高熔融时的成型性,因而不易获得成型性的改善效果;(B)烷烃系油的含量过多时,则配合物的粘度过于降低,加工性降低。另外,(B)烷烃系油的含量过少时,则交联剂的分散性变差,(B)烷烃系油的含量过多时,则交联剂被稀释,因而任一个情况下交联特性都有时会降低。
进一步,关于(B)烷烃系油的含量,优选按照包含(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物和(B)烷烃系油的树脂组合物在190℃、载荷2.6kg时的MFR为2~10g/10min的方式设定,更优选按照成为3~10g/10min的方式设定。树脂组合物的MFR小于2g/10min时,则熔融时的粘度过高因而成型性差,不易获得均匀的膜厚的片。树脂组合物的MFR超过10g/10min时,则熔融时的粘度过低,因而容易粘贴于辊。
图3所示为使(B)烷烃系油的含量变化时的、添油前的树脂组合物的门尼粘度(y轴)与添油后的树脂组合物的MFR(x轴)的关系的曲线图。如图3所示,用于使添油后的树脂组合物的MFR为2~10g/10min的(B)烷烃系油的优选的含量因(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的门尼粘度ML(1+4)100℃而不同。
例如,(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的门尼粘度为约60的情况下,为了使添油后的树脂组合物的MFR为2~10g/10min,在图3的x=2~10的区域,与y=60的直线相交的线为“20重量份的线”、“40重量份的线”以及“60重量份的线”,因此使(B)烷烃系油的含量相对于(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物100重量份为20~60重量份左右即可。像这样,基于图3所示那样的数据而设定树脂组合物中的(B)烷烃系油的含量即可。
(C)交联剂
可添加于作为本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料的(C)交联剂,通过使太阳能电池密封材料中所含的聚合物成分进行交联反应,从而可提高太阳能电池密封膜的耐热性以及耐候性。交联剂一般优选为在100℃以上产生自由基的有机过氧化物,特别是在考虑配合时的稳定性时,则更优选为半衰期1小时的分解温度为100~150℃的有机过氧化物。
作为(C)交联剂的有机过氧化物的例子包括:2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、3-二-叔丁基过氧化物、t-过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔、过氧化二异丙苯、α,α’-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、正丁基-4,4-双(叔丁基过氧基)丁烷、2,2-双(叔丁基过氧基)丁烷、1,1-双(叔丁基过氧基)环己烷、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、1,1-双(叔丁基过氧基)3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化苯甲酸酯、1,6-二(叔丁基过氧化羰基氧基)己烷以及苯甲酰过氧化物等。
太阳能电池密封材料中的(C)交联剂的含量相对于聚合物成分100重量份优选为0.01~5.0重量份,更优选为0.1~4.0重量份。
作为本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料的肖氏A硬度优选为80以下。这是因为,太阳能电池密封膜的肖氏A硬度超过80时,则柔软性低因而将太阳能电池密封膜与太阳能电池组件层压时,容易使太阳能电池破损。太阳能电池密封材料的肖氏A硬度可通过依照JIS K6301的方法测定。
进一步,本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料的固化物的内部雾度优选为10%以下。另外,太阳能电池密封材料的、厚度0.5mm的固化物的全光线透射率优选为80%以上,更优选为90%以上。
固化物的内部雾度以及全光线透射率可通过如下测定而求出:将本发明的太阳能电池密封膜的样品片(厚度0.5mm)夹持于一对白板玻璃而层压(热压接)从而获得试样片;然后利用带有积分球的日立分光光度计U-3010测定该试样片的内部雾度以及全光线透射率从而求出。
进一步,本发明的第2实施方式的太阳能电池密封材料也可通过将前述的各成分(至少(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物、(B)烷烃系油以及(C)交联剂)进行混合以及混炼,然后成型为片状。
关于各成分的混合以及混炼,可将(A)~(C)成分同时地混合而混炼;也可将(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物与(B)烷烃系油混炼后,进一步混合(C)交联剂而混炼。关于混炼手段,根据制膜方法而适当选择即可,例如为混合辊、班伯里密炼机、加压捏合机、进料压出机(フィーダールーダー,Feeder Ruder)、挤出机等。利用混合辊混炼的情况下,将辊的温度设定为(A)成分的熔点以上、且可将各成分均匀地混炼的温度即可。
以往的乙烯系聚合物组合物在加热了的压延辊中出兜(bagging),因而无法加工。“出兜”是指,混炼物的粘度过高从而无法卷绕于辊(无法制作贮料处)的现象。“贮料处”是指,形成于夹持混炼物的二个压延辊间的树脂积存处。
与此相对,包含乙烯-α-烯烃-二烯共聚物的本发明的树脂组合物相对于加热了的压延辊不会出兜,可获得平滑的片和/或薄膜。
2.太阳能电池密封材料中所含的任意成分
(紫外线吸收剂、光稳定化剂、耐热稳定剂)
在构成太阳能电池密封材料的乙烯系树脂组合物中,优选含有选自由紫外线吸收剂、光稳定化剂以及耐热稳定剂组成的组中的至少一种添加剂。这些添加剂的配合量相对于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份优选为0.005~5重量份,进一步优选为0.05~5重量份。
进一步,乙烯系树脂组合物优选含有选自紫外线吸收剂、光稳定化剂以及耐热稳定剂中的至少二种添加剂,特别是优选含有全部三种。上述添加剂的配合量处于上述范围时,则可充分确保提高对恒温恒湿的耐受性、热循环的耐受性、耐候稳定性以及耐热稳定性的效果,且可防止太阳能电池密封材料的透明性、与玻璃、背片、太阳能电池元件、电极、铝的粘接性的降低,因而优选。
紫外线吸收剂的具体例子可使用2-羟基-4-正辛基氧化二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-4-羧基二苯甲酮、2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮等二苯甲酮系;2-(2-羟基-3,5-二-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑等苯并三唑系;苯基水杨酸酯、对辛基苯基水杨酸酯等水杨酸酯系的紫外线吸收剂。
光稳定剂的例子包括:双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]等受阻胺系、受阻哌啶系化合物等。
耐热稳定剂的具体例子可列举出:三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯、双[2,4-双(1,1-二甲基乙基)-6-甲基苯基]乙基亚磷酸酯、四(2,4-二-叔丁基苯基)[1,1-联苯基]-4,4’-二基双亚膦酸酯、以及双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯等亚磷酸酯系耐热稳定剂;3-羟基-5,7-二-叔丁基-呋喃-2-酮与邻二甲苯的反应产物等内酯系耐热稳定剂;3,3’,3”,5,5’,5”-六-叔丁基-a,a’,a”-(亚甲基-2,4,6-三基)三-对甲酚、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)苄基苯、季戊四醇四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、硫代二亚乙基双[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]等受阻酚系耐热稳定剂;硫系耐热稳定剂;胺系耐热稳定剂等。另外,它们可使用单独一种或者组合二种以上而使用。其中,优选亚磷酸酯系耐热稳定剂、以及受阻酚系耐热稳定剂。
(其它的添加剂)
在构成太阳能电池密封材料的乙烯系树脂组合物中,在不损害本发明的目的的范围,可进一步适当含有其它成分。例如列举出除了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物以外的各种聚烯烃、苯乙烯系、乙烯系嵌段共聚物、丙烯系聚合物等。它们相对于上述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份可含有0.0001~50重量份,优选0.001~40重量份。另外,可适当含有除了聚烯烃以外的各种树脂,和/或选自各种橡胶、增塑剂、填充剂、颜料、染料、抗静电剂、抗菌剂、防霉剂、阻燃剂、交联助剂以及分散剂等中的一种以上的添加剂。
特别是,乙烯系树脂组合物中的交联助剂的配合量相对于乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份为0.05~5重量份,进一步优选为0.2~4.0重量份。交联助剂的配合量处于上述范围时,则可具有适度的交联结构,可提高耐热性、机械物性、粘接性,因而优选。
交联助剂是烯烃系树脂中通常使用的以往公知的交联助剂。交联助剂在分子内具有双键。交联助剂的具体例子可以列举出:叔丁基丙烯酸酯、月桂基丙烯酸酯、十六烷基丙烯酸酯、硬脂基丙烯酸酯、2-甲氧基乙基丙烯酸酯、乙基卡必醇丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇丙烯酸酯等单丙烯酸酯;叔丁基甲基丙烯酸酯、月桂基甲基丙烯酸酯、十六烷基甲基丙烯酸酯、硬脂基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯等单甲基丙烯酸酯;1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯等二丙烯酸酯;1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等二甲基丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯;二乙烯基苯、二-异丙烯基苯等二乙烯基芳香族化合物;氰尿酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯等氰尿酸酯;苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物;三烯丙基化合物;对醌二肟、p-p’-二苯甲酰基醌二肟等肟;间苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺、1,2-聚丁二烯等。这些交联助剂之中更优选的是:二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、二乙烯基芳香族化合物、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯,氰尿酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯等氰尿酸酯,苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物;三烯丙基化合物;对醌二肟、p-p’-二苯甲酰基醌二肟等肟;间苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺,1,2-聚丁二烯。它们之中特别优选的是三烯丙基异氰脲酸酯。这些交联助剂抑制层压后的太阳能电池密封材料的气泡产生,可适度提高交联特性。
进一步,关于太阳能电池密封材料中使用的乙烯系树脂组合物,利用硫化仪(Curelasto meter)在150℃以反转速度100cpm测定得到的达到最大扭矩值的90%的时间(Tc90)优选为8~14分钟,更优选为8~13分钟,进一步优选为9~12分钟。Tc90小于8分钟时,则存在有如下情况:在利用压延成型机将太阳能电池密封材料成型为片状时发生凝胶化,因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差。另外,对片施加电压时则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,容易发生凝胶物界面处的透湿,透湿性降低。另外,在片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。Tc90超过14分钟的情况下,太阳能电池模块的层压工序时的交联所需要的时间倾向于变长,太阳能电池模块的制造时间倾向于变长。
太阳能电池密封材料中所含的乙烯系树脂组合物利用微流变混合器(Micro Rheology Compounder)在120℃、30rpm的条件下混炼时,扭矩从最低值升高到0.1Nm为止所花费的时间优选为10~100分钟,更优选为10~90分钟,进一步优选为10~80分钟。该时间小于10分钟时,则存在有如下情况:在利用压延成型机将太阳能电池密封材料成型为片状时产生凝胶化,因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差。另外,对片施加电压时则在凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,容易发生凝胶物界面处的透湿,片的透湿性降低。另外,在片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压工序时与玻璃、薄膜电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。另一方面,前述时间超过100分钟时,则太阳能电池模块的层压工序中的树脂的交联有时会变得不充分,耐热性、玻璃粘接性有时会降低。
3.太阳能电池密封材料的特性、制法
本发明的太阳能电池密封材料与各种太阳能电池构件的粘接性、透明性、柔软性、耐热性、压延成型性以及交联特性的平衡优异。太阳能电池构件的例子包括玻璃、背片、薄膜电极、铝、太阳能电池元件等。进一步本发明的太阳能电池密封材料的耐候性、体积电阻率、电绝缘性、透湿性、电极腐蚀性、工艺稳定性优异。由此,适于用作太阳能电池模块的太阳能电池密封材料。本发明的太阳能电池密封材料可通过利用捏合机、班伯里密炼机、挤出机、压延成型机等通常的方法将各成分熔融共混从而制造。其中,优选利用压延成型机将各成分熔融共混。
关于太阳能电池密封材料,其整体形状为片状的方式也是优选的实施方式之一。另外,太阳能电池密封材料可以为包含多层的层叠体,其至少一层包含前述的乙烯系树脂组合物。
片状的太阳能电池密封材料的厚度通常为0.01~2mm,优选为0.05~1.5mm,进一步优选为0.1~1.2mm,特别优选为0.2~1mm,更优选为0.3~0.9mm,尤其优选为0.3~0.8mm。该厚度范围内的太阳能电池密封材料在为了制成太阳能电池模块而被层压时,不易损坏玻璃、太阳能电池元件、薄膜电极等;并且确保充分的光线透射率,因而可提高太阳能电池的光发电量。进一步,可在低温进行用于制成太阳能电池模块的层压工序。
片状的太阳能电池密封材料的成型方法没有特别限制,可采用公知的各种成型方法,例如有浇铸成型、挤出片成型、吹胀成型、注射成型、压缩成型、压延成型等。特别优选用压延成型机进行成型,通过用加热了的金属辊(压延辊)将熔融树脂轧制,从而制成所希望的厚度。
更优选通过一边将乙烯-α-烯烃共聚物与、乙烯性不饱和硅烷化合物、有机过氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂以及根据需要使用的其它添加剂进行熔融混炼一边压延成型,从而制成片状的太阳能电池密封材料。压延成型机是公知的各种压延成型机即可,可使用混合辊、三辊压延辊、四辊压延辊。四辊压延机特别是可以是I型、S型、逆L型、Z型、斜Z型等。
另外,也优选在进行压延辊成型之前,事先将乙烯系树脂组合物加热至适度的温度。例如也优选设置混合辊、班伯里密炼机、(加压)捏合机、捏合压出机(ニーダールーダー,Kneader-Ruder)、挤出机等。压延成型时的压延辊温度通常为40~100℃。如果使辊温度低于40℃,则使乙烯系树脂组合物向贮料处的侵入性降低,太阳能电池密封材料的生产率降低。另一方面,如果使辊温度超过100℃,则存在有如下情况:在利用压延成型机而制成片状时,在片上产生凝胶化,因凝胶物而在片的表面产生凹凸,外观变差。另外,如果施加电压则在片内部的凝胶物周围生成裂纹,绝缘击穿电阻降低。进一步,容易发生凝胶物界面处的透湿,透湿性降低。另外,在片表面产生凹凸,因而在太阳能电池模块的层压加工时与玻璃、太阳能电池元件、电极、背片的密合性恶化,粘接性也降低。
另外,片状的太阳能电池密封材料的表面也可进行压纹加工。通过对太阳能电池密封材料的表面进行压纹加工,从而可防止密封片彼此、或者密封片与其它的片等的粘连。进一步,压纹使太阳能电池密封材料的储存弹性模量降低,因而在将太阳能电池密封材料与太阳能电池元件进行层压时成为对太阳能电池元件等的缓冲,从而可防止太阳能电池元件的破损。
由片状的太阳能电池密封材料的每单位面积的凹部的合计体积VH与片状的太阳能电池密封材料的表观的体积VA的百分比VH/VA×100表示的空隙率P(%)优选为10~50%,更优选为10~40%,进一步优选为15~40%。予以说明,片状的太阳能电池密封材料的表观的体积VA通过使单位面积乘以太阳能电池密封材料的最大厚度而获得。空隙率P小于10%时,则无法充分降低太阳能电池密封材料的弹性模量,无法获得充分的缓冲性。
如果片状的太阳能电池密封材料的空隙率小于10%,则即使对太阳能电池密封材料的一部分施加压力,该一部分的压纹的凸部也不变形。由此,在太阳能电池模块的层压工序中,对结晶型太阳能电池元件等的一部分施加大的压力,使得结晶型太阳能电池元件发生破裂。另外,在太阳能电池模块的二阶段层压工序(加压工序)中,结晶型太阳能电池元件自身或者将结晶型太阳能电池元件和电极固定的焊料有时会发生破损;或薄膜系太阳能电池中的银电极有时会发生破损。另外,如果片状的太阳能电池密封材料的空隙率小于10%,则空气的通道少因而在层压工序时成为脱气不良。由此,有时会使空气残留于太阳能电池模块而使外观恶化;或有时会在长期使用时,因残留下的空气中的水分而产生电极的腐蚀。进一步,在层压工序时,流动了的乙烯系树脂组合物不填埋空隙,因而也有时溢出到太阳能电池模块的各被粘物的外部,污染层压机。
另一方面,如果片状的太阳能电池密封材料的空隙率P大于80%,则在层压工序时无法将空气全部地脱气,空气容易残留于太阳能电池模块内。由此,太阳能电池模块的外观发生恶化,或在长期使用时因残留下的空气中的水分而引起电极的腐蚀。另外,在层压加工的加压时无法将空气全部地脱气,因而使太阳能电池密封材料与被粘物的粘接面积降低,无法获得充分的粘接强度。
空隙率P可根据以下的计算而求出。实施了压纹加工的太阳能电池密封材料的表观的体积VA(mm3)由太阳能电池密封材料的最大厚度tmax(mm)与单位面积(例如1m2=1000×1000=106mm2)的乘积,如下述式(3)那样地算出。
VA(mm3)=tmax(mm)×106(mm2)     (3)
另一方面,该单位面积的太阳能电池密封材料的实际的体积V0(mm3)通过将构成太阳能电池密封材料的树脂的比重ρ(g/mm3)与每单位面积(1m2)的太阳能电池密封材料的实际的重量W(g)代入下述式(4)而算出。
V0(mm3)=W/ρ     (4)
如下述式(5)所示,太阳能电池密封材料的每单位面积的凹部的合计体积VH(mm3)通过从“太阳能电池密封材料的表观的体积VA”减去“实际的体积V0”而算出。
VH(mm3)=VA-V0=VA-(W/ρ)     (5)
因此,空隙率(%)可如下求出。
空隙率P(%)=VH/VA×100
=(VA-(W/ρ))/VA×100
=1-W/(ρ·VA)×100
=1-W/(ρ·tmax·106)×100
空隙率(%)也可通过对太阳能电池密封材料的截面、实施了压纹加工的面进行显微镜拍摄,进行图像处理等而求出。
压纹的凹部的深度优选为太阳能电池密封材料的最大厚度的20~95%,更优选为50~95%,更优选为65~95%。有时将片的凹部的深度D相对于最大厚度tmax的百分比称为凹部的“深度率”。压纹的凹部的深度是指,通过压纹加工而得到的太阳能电池密封材料的凹凸面的凸部的最顶部与凹部的最深部的高低差D。另外,所谓太阳能电池密封材料的最大厚度tmax,在对太阳能电池密封材料的一面进行了压纹加工的情况下,表示从这一个面的凸部的最顶部到另一个面为止的(太阳能电池密封材料厚度方向的)距离;在对太阳能电池密封材料的两个面进行压纹加工的情况下,表示从一个面的凸部的最顶部到另一个面的凸部的最顶部为止的(太阳能电池密封材料厚度方向的)距离。
压纹加工可仅实施于太阳能电池密封材料的单面,也可实施于两面。增大压纹的凹部的深度的情况下,优选仅对太阳能电池密封材料的单面进行压纹加工。仅对太阳能电池密封材料的单面压纹加工的情况下,太阳能电池密封材料的最大厚度tmax为0.01mm~2mm,优选为0.05~1mm,进一步优选为0.1~1mm,进一步优选为0.15mm~1mm,进一步优选为0.2~1mm,进一步优选为0.2~0.9mm,进一步优选为0.3~0.9mm,尤其优选为0.3~0.8mm。太阳能电池密封材料的最大厚度tmax为此范围内时,则可抑制层压工序中的、玻璃、太阳能电池元件、薄膜电极等的破损;并且可在比较低的温度进行太阳能电池模块的层压工序。另外,这样的太阳能电池密封材料具有充分的光线透射率,提高太阳能电池模块的光发电量。
片状的太阳能电池密封材料可以是按照太阳能电池模块的尺寸而裁剪得到的单片形式,也可以是可在即将制作太阳能电池模块之前按照尺寸而裁剪的卷形式。
作为本发明的优选实施方式的片状的太阳能电池密封材料只要具有至少一层由前述的乙烯系树脂组合物形成的层即可。由前述的乙烯系树脂组合物形成的层可以为一层,也可以为二层以上。从成本减低的观点、以及减低在层间的界面反射、光的有效利用的观点等考虑,优选为由前述的乙烯系树脂组合物形成的一层的片状的太阳能电池密封材料片。
片状的太阳能电池密封材料可仅由前述的乙烯系树脂组合物来构成,也可具有除了由前述的乙烯系树脂组合物形成的层以外的层(以下也记作“其它的层”)。其它的层的例子包括用于保护正面或者背面的硬涂层、粘接层、防反射层、阻气层、防污层等。另外,其它的层的例子包括紫外线固化性树脂层、热固化性树脂层、聚烯烃树脂层、羧酸改性聚烯烃树脂层、含氟树脂层、含环状烯烃(共)聚合物的层、无机化合物层等。
由前述的乙烯系树脂组合物形成的层与其它的层的位置关系没有限制,根据与本发明的目的的关系而适当选择优选的层结构。其它的层也可被由2个以上的乙烯系树脂组合物形成的层夹持,也可设置于太阳能电池密封材料的最外层,也可设置于除此以外的场所。另外,可仅在太阳能电池密封材料的单面设置其它的层,也可在太阳能电池密封材料的两面设置其它的层。其它的层的数量为任意,也可不设置其它的层。
将由前述的乙烯系树脂组合物形成的层、其它的层进行层叠的手段没有限制,但是优选为通过使用浇铸成型机、挤出片成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出而获得层叠体的方法,或者在预先成型得到的一个层上将另一个层进行熔融或者加热层压而获得层叠体的方法。另外,也可通过使用了粘接剂的干式层压法、或者热层压法等进行层叠。粘接剂的例子包括:马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“ADMER”,三菱化学公司制的商品名“MODIC”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、以乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(住化CDF化学社制的商品名“Bondine”等)为代表的丙烯酸系粘接剂、或者包含乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物的粘接性树脂组合物等。粘接剂优选具有约120~150℃的耐热性,可以优选为聚酯系或者聚氨酯系粘接剂等。对于粘接层的表面,也可通过硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等进行处理,改良粘接性。
4.关于太阳能电池模块
作为太阳能电池模块的一个例子的结晶型太阳能电池模块通常具有太阳能电池元件、将其夹入的太阳能电池密封层、覆盖两面的保护片。即,典型的太阳能电池模块的结构为:“太阳能电池模块用保护片(正面保护构件)/密封层/太阳能电池元件/密封层/太阳能电池模块用保护片(背面保护构件)”。但本发明中的太阳能电池模块不限定于上述结构,可在不损害本发明的目的的范围而适当省略一部分的层,或适当附加其它的层。其它的层例如为粘接层、冲击吸收层、涂布层、防反射层、背面再反射层以及光散射层等。这些层可通过考虑设置各层的目的、特性,从而设置于恰当的位置。
包含作为结晶系发电元件的太阳能电池元件的太阳能电池模块存在有产生PID的可能性。本发明的太阳能电池密封材料具有抑制PID的产生的效果,因而可适宜适用于包含作为结晶系发电元件的太阳能电池元件的太阳能电池模块。
(结晶硅系太阳能电池模块)
图1表示了结晶硅系太阳能电池模块的结构的一个例子。图1所示的太阳能电池模块20具有通过互连件29而电连接的多个结晶硅系的太阳能电池元件22、以及夹持该太阳能电池元件22的一对正面保护构件24和背面保护构件26,在这些保护构件与多个太阳能电池元件22之间填充着密封层28。密封层28与形成于太阳能电池元件22的受光面以及背面的电极相接。电极是分别形成于太阳能电池元件22的受光面以及背面的集电构件,包含后述的集电线、用于附翼片的母线以及背面电极层等。密封层28通过将太阳能电池密封材料加热压接而获得。
图2表示太阳能电池元件22的受光面22A与背面22B的结构的一个例子。如图2(a)所示,在太阳能电池元件22的受光面22A形成有成为线状的多个集电线32、以及与集电线32连接并且与互连件29连接的用于附翼片的母线(汇流条(busbar))34A。另外,如图2(B)所示,在太阳能电池元件22的背面22B整面地形成有导电层(背面电极)36,在其上形成有与互连件29连接的用于附翼片的母线(汇流条)34B。集电线32的线宽例如为0.1mm左右;用于附翼片的母线34A的线宽例如为2~3mm左右;用于附翼片的母线34B的线宽例如为5~7mm左右。集电线32、用于附翼片的母线34A以及用于附翼片的母线34B的厚度例如为20~50μm左右。
集电线32、用于附翼片的母线34A以及用于附翼片的母线34B优选包含导电性高的金属。导电性高的金属的例子包括金、银、铜等,但是考虑到导电性、耐腐蚀性的观点等,优选为银、银化合物、含有银的合金等。导电层36优选的是,不仅包含导电性高的金属,而且考虑到将在受光面接受了的光反射而提高太阳能电池元件的光电转换效率这样的观点等,包含光反射性高的成分例如铝。集电线32、用于附翼片的母线34A、用于附翼片的母线34B以及导电层36如下形成:在太阳能电池元件22的受光面22A或者背面22B,通过例如丝网印刷将前述包含导电性高的金属的导电材料涂料涂布为50μm的涂膜厚度,然后进行干燥,根据需要在例如600~700℃烧结,从而形成。
正面保护构件24配置于受光面侧,因而需要其为透明。正面保护构件24的例子中包括透明玻璃板、透明树脂薄膜等。另一方面,背面保护构件26不需要为透明,其材质没有特别限定。背面保护构件26的例子中包括玻璃基板、塑料薄膜等,但是从耐久性、透明性的观点考虑优选使用玻璃基板。
太阳能电池模块20可以通过任意的方法来制造。例如,太阳能电池模块20可通过如下工序获得:获得将背面保护构件26、太阳能电池密封材料、多个太阳能电池元件22、太阳能电池密封材料以及正面保护构件24顺次层叠而成的层叠体的工序;通过层压机等将该层叠体加压并且贴合,同时根据需要进行加热的工序;在前述工序后,进一步根据需要将层叠体进行加热处理,将前述密封材料固化的工序。
(薄膜硅系(非晶硅系)太阳能电池模块)
进一步,也可通过将由硅烷气体等化学气相沉积(CVD)而成的数μm薄的非晶硅膜形成于玻璃或薄膜的基板上;进一步将银等溅射而形成电极,从而制成薄膜硅系太阳能电池元件。也可通过将薄膜硅系太阳能电池元件、太阳能电池密封材料以及太阳能电池模块用保护片(背面保护构件)顺次进行层叠,从而制成薄膜硅系太阳能电池模块。
薄膜硅系太阳能电池模块可以是:(1)将正面侧透明保护构件(玻璃基板)/薄膜型太阳能电池元件/密封层/背面保护构件顺次层叠而得到的薄膜硅系太阳能电池模块;(2)将正面侧透明保护构件/密封层/薄膜型太阳能电池元件/密封层/背面保护构件顺次层叠而得到的薄膜硅系太阳能电池模块等。正面侧透明保护构件、背面保护构件以及密封层与前述的“结晶硅系的太阳能电池模块”的情况同样。
(1)的形态中的薄膜型太阳能电池元件例如顺次包含透明电极层/pin型硅层/背面电极层。透明电极层的例子中包括In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(在In2O3中添加Sn而得到)等半导体系氧化物。背面电极层例如包括银薄膜层。各层通过等离子体CVD(化学气相沉积)法、溅射法而形成。密封层按照与背面电极层(例如银薄膜层)相接的方式配置。透明电极层形成于正面侧透明保护构件上,因而在正面保护构件与透明电极层之间往往不配置密封层。
(2)的形态中的薄膜型太阳能电池元件例如顺次包含透明电极层/pin型硅层/金属箔或配置于耐热性高分子薄膜上的金属薄膜层(例如,银薄膜层)。金属箔的例子中包括不锈钢箔等。耐热性高分子薄膜的例子中包括聚酰亚胺薄膜等。透明电极层以及pin型硅层与前述同样,通过CVD法、溅射法而形成。即,pin型硅层形成于金属箔或配置于耐热性高分子薄膜上的金属薄膜层上;进一步将透明电极层形成于pin型硅层上。另外,配置于耐热性高分子薄膜上的金属薄膜层也可通过CVD法、溅射法而形成。
在此情况下,密封层分别配置于透明电极层与正面保护构件之间、以及金属箔或者耐热性高分子薄膜与背面保护构件之间。像这样,由太阳能电池密封材料获得的密封层与太阳能电池元件的集电线、用于附翼片的母线、以及导电层等的电极接触。另外,(2)的形态中的薄膜型太阳能电池元件,与结晶硅系的太阳能电池元件相比,硅层薄,因而不易因在太阳能电池模块制造时的加压、在前述模块运作时源自外部的冲击而发生破损。由此,与用于结晶硅系的太阳能电池模块的太阳能电池密封材料相比,用于薄膜硅系太阳能电池模块的太阳能电池密封材料的柔软性即使低也可。另一方面,如果上述薄膜型太阳能电池元件的电极(金属薄膜)发生腐蚀劣化,则存在有发电效率显著降低的可能。包含乙烯系树脂组合物的本发明的太阳能电池密封材料相比于乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)而言,也存在有柔软性低劣的情况,但是未必需要成为分解气体的产生源的交联剂。因此,本发明的太阳能电池密封材料更优选用作薄膜太阳能电池模块用的太阳能电池密封材料。
在太阳能电池元件中,通常配置用于取出所产生的电的集电电极。集电电极的例子中包括汇流条电极(busbar electrode)、指状电极(finger electrode)等。一般而言,集电电极采用配置于太阳能电池元件的正面和背面的两面的结构,但是如果在受光面配置集电电极,则集电电极将光遮住因而可产生发电效率降低这样的问题。
近年,为了提高发电效率,正在研究不需要在受光面配置集电电极的背接触(back contact)型太阳能电池元件。背接触型太阳能电池元件的一个实施方式中,在太阳能电池元件的受光面的相反侧的背面侧,交替地设置p掺杂区域和n掺杂区域。背接触型太阳能电池元件的其它的实施方式中,在设置有贯通孔(通孔)的基板上形成p/n结,在通孔内壁以及背面侧的通孔周边部为止形成正面(受光面)侧的掺杂层,在背面侧取出受光面的电流。
一般而言在太阳能电池系统中,数台至数十台的太阳能电池模块相互地串联连接。住宅用的小规模太阳能电池系统的系统电压设定为50V~500V,称作大规模太阳光发电的大规模太阳能电池系统的系统电压设定为600~1000V。出于强度保持等目的太阳能电池模块的外框架大多为铝框架等,从安全上的观点考虑常常使铝框架接地。其结果,因太阳能电池进行发电,从而在玻璃基板(保护构件)与太阳能电池元件之间产生电压差。因此,要求处于发电太阳能电池元件与玻璃基板(保护构件)或者铝框架之间的密封层具有高的电绝缘性、高电阻等电特性。
另外,需要使处于构成太阳能电池模块的太阳能电池元件的背面的密封层具有:与处于太阳能电池元件的背面的密封层、电极或背面保护层的粘接性。另外,为了保持太阳能电池元件的背面的平滑性,需要具有热塑性。进一步,为了保护太阳能电池元件,需要使耐刮擦性、冲击吸收性等优异。
处于太阳能电池元件的背面的密封层与处于太阳能电池元件的正面的密封层不同,也可不具有透明性。本发明的太阳能电池密封材料更优选用于形成处于太阳能电池元件的背面的密封层;特别适于用作结晶型太阳能电池模块的背面侧的密封层、不耐水分渗透的薄膜型太阳能电池模块的背面侧的密封层。
太阳能电池模块中的密封层优选具有耐热性。例如,优选不会因太阳能电池模块的制造中的层压工序中的加热、太阳能电池模块的长期使用中的由太阳光等导致的加热等,导致构成密封层的乙烯系树脂组合物发生变质、劣化以及分解。如果乙烯系树脂组合物中所含的添加剂等溶出、或产生分解物,则它们作用于太阳能电池元件的电动势面(元件面),使其功能、性能等劣化。由此,太阳能电池模块的密封层的耐热性是必不可少的特性。进一步,优选密封层的防湿性优异。在此情况下,可防止水分从太阳能电池模块的背面侧透过,可防止太阳能电池模块的太阳能电池元件的腐蚀、劣化。
(太阳能电池模块中的正面保护构件)
太阳能电池模块中的正面保护构件没有特别限制,但是由于位于太阳能电池模块的最表层,因而优选具有以耐候性、防水性、耐污染性、机械强度为代表的、用于确保太阳能电池模块在室外暴露时的长期可靠性的性能。另外,为了将太阳光有效地利用,优选为光学损失小、透明性高的片。
太阳能电池模块中的正面保护构件的材料可以列举出:由聚酯树脂、氟树脂、丙烯酸类树脂、环状烯烃(共)聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等形成的树脂薄膜、玻璃基板等。树脂薄膜优选为在透明性、强度、成本等方面优异的聚酯树脂,特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、耐侯性好的氟树脂等。作为氟树脂的例子,有四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯树脂(PVF)、聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、聚四氟乙烯树脂(TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚三氟氯乙烯树脂(CTFE)。在耐候性的观点上聚偏氟乙烯树脂优异,但是在兼顾耐候性以及机械强度的方面四氟乙烯-乙烯共聚物优异。另外,为了改良与构成密封材料层等其它的层的材料的粘接性,优选对正面保护构件进行电晕处理、等离子体处理。另外也可使用为了提高机械强度而实施过拉伸处理的片,例如双轴拉伸的聚丙烯片。
在使太阳能电池模块中的正面保护构件为玻璃基板的情况下,是波长350~1400nm处的全光线透射率为80%以上的玻璃基板、优选为90%以上的玻璃基板。一般是红外部的吸收少的白板玻璃基板,也可以是青板玻璃。厚度为3mm以下的青板玻璃几乎不降低太阳能电池模块的输出特性。另外,玻璃基板可以是为了提高机械强度而热处理过的强化玻璃,但也可以是没有进行热处理的浮法板玻璃。另外,在玻璃基板的受光面侧,也可具有用于抑制反射的抗反射涂布。
(太阳能电池模块中的背面保护构件)
太阳能电池模块中的背面保护构件位于太阳能电池模块的最表层,因而可以要求耐候性、机械强度等诸特性。因此,也可用与正面保护构件同样的材质构成太阳能电池模块用背面保护构件。即,也可将用作正面保护构件的上述的各种材料用作背面保护构件。特别是,可优选使用聚酯树脂以及玻璃。
另一方面,背面保护构件不以太阳光的通过为前提,因而不一定要求透明性。因此,为了增加太阳能电池模块的机械强度,或者为了防止由温度变化导致的形变、翘曲,也可贴上增强板。优选的增强板可以是例如钢板、塑料板、FRP(玻璃纤维增强塑料)板等。
本发明的太阳能电池密封材料也可与背面保护构件进行一体化。通过将太阳能电池密封材料与背面保护构件一体化,可使模块装配时的工序简略化。例如,不需要将太阳能电池密封材料、背面保护构件剪裁为模块尺寸的工序。另外,也可将分别铺设(lay up)太阳能电池密封材料和背面保护构件的工序简略化或者省略。
为了将太阳能电池密封材料与背面保护构件一体化,将太阳能电池密封材料与背面保护构件层叠即可。层叠方法没有限制,但是优选为:使用浇铸成型机、挤出片成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出而获得层叠体的方法;在预先成型得到的一个层上,将另一个层进行熔融或者加热层压而获得层叠体的方法。
另外,也可通过使用了适当的粘接剂的干式层压法、或者热层压法等进行层叠。粘接剂的例子中包括:马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“ADMER”,三菱化学公司制的商品名“MODIC”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(住化CDF化学社制的商品名“Bondine”等)等丙烯酸系粘接剂、或者包含乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物的粘接性树脂组合物。粘接剂优选为具有120~150℃左右的耐热性的粘接剂,具体优选为聚酯系或者聚氨酯系粘接剂等。另外,也可对粘接的构件的至少一侧的表面实施硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等,从而提高粘接性。
(太阳能电池元件)
太阳能电池模块中的太阳能电池元件只要是可通过利用半导体的光电动势效果来发电的太阳能电池元件则没有限制。太阳能电池元件例如可以是:硅(单晶系、多晶系、非结晶(无定形)系)太阳能电池、化合物半导体(III-III族、II-VI族、其它)太阳能电池、湿式太阳能电池、有机半导体太阳能电池等。在它们之中,从发电性能与成本的平衡等观点考虑,优选多晶硅太阳能电池。
作为其它的太阳能电池元件之中的使用了硅的太阳能电池元件,可以列举出:将结晶硅与非晶硅层叠而得到的混合型(HIT型)太阳能电池元件、将吸收波长区域不同的硅层叠层而得到的多接合型(Tandem型)太阳能电池元件、在设置于太阳能电池元件的受光面的相反侧的背面侧交替地设置p掺杂区域和n掺杂区域而得到的背接触型太阳能电池元件、将无数的球状硅颗粒(直径1mm左右)与提高聚光能力的直径2~3mm的凹面镜(兼作电极)组合而得到的球状硅型太阳能电池元件等。
进一步,作为使用了硅的太阳能电池元件,也可列举出:将以往的具有pin结结构的非晶硅型的作为p型窗层的“被绝缘了的透明电极”置换为“由场效应诱发的反转层”而得到的场效应型太阳能电池元件等。
另外也存在有:使用了单晶GaAs的GaAs系太阳能电池元件;使用了包含Cu、In、Ga、Al、Se、S等的称作黄铜矿系的I-III-VI族化合物的CIS或者CIGS系(黄铜矿系)太阳能电池元件,在太阳能电池元件中使用了Cd化合物薄膜的CdTe-CdS系太阳能电池元件,Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池元件等。本发明的太阳能电池密封材料可用作包含它们全部的太阳能电池元件的太阳能电池模块的太阳能电池密封材料。
已知,硅太阳能电池元件、化合物半导体太阳能电池元件作为太阳能电池元件而言皆具有优异的特性,但是容易因源自外部的应力、冲击等而破损。由本发明的太阳能电池密封材料获得的密封层的柔软性优异,因而通过吸收朝向太阳能电池元件的应力、冲击等,从而可有效防止太阳能电池元件的破损。因此,由本发明的太阳能电池密封材料形成的密封层优选在太阳能电池模块中与太阳能电池元件直接接合着。另外,密封层具有热塑性,因而可比较容易地从太阳能电池模块取出太阳能电池元件,因而再循环利用性优异。由本发明的太阳能电池密封材料形成的密封层具有热塑性,因而从太阳能电池模块的再循环利用性的观点考虑也优选。
(电极)
太阳能电池模块的电极的构成以及材料没有特别限定,具体的例子中,具有透明导电膜与金属膜的层叠结构。透明导电膜由SnO2、ITO、ZnO等形成。金属膜由银、金、铜、锡、铝、镉、锌、水银、铬、钼、钨、镍、钒等金属形成。这些金属膜可单独使用,也可以以复合化了的合金的方式使用。透明导电膜和金属膜通过CVD、溅射、蒸镀等方法而形成。
(太阳能电池模块的制造方法)
本发明的太阳能电池模块的制造方法的一个例子包含如下工序:(i)将正面侧透明保护构件、太阳能电池密封材料、太阳能电池元件(cell)、太阳能电池密封材料和背面侧保护构件顺次层叠而形成层叠体的工序,(ii)将所获得的层叠体进行加压以及加热而一体化的工序。
在工序(i)中,优选使太阳能电池密封材料的形成有凹凸形状(压纹形状)的面与太阳能电池元件对向而配置。
在工序(ii)中,按照常规方法使用真空层压机或者热压机,将由工序(i)获得的层叠体进行加热和加压而一体化(密封)。在密封中,本发明的太阳能电池密封材料的缓冲性高,因而可防止太阳能电池元件的损伤。另外,脱气性良好,因而也没有空气的卷入,可成品率良好地制造高品质的制品。
在制造太阳能电池模块时,使构成太阳能电池密封材料的乙烯-α-烯烃系树脂组合物进行交联固化。该交联可与工序(ii)同时地进行,也可在工序(ii)之后进行。
在工序(ii)之后进行交联工序的情况下,在工序(ii)中在温度125~160℃、真空压10Torr以下的条件下进行3~6分钟真空并加热;接着,利用大气压加压1~15分钟左右,将上述层叠体一体化。在工序(ii)之后进行的交联工序可通过一般的方法来进行,例如,可使用管道式的连续式交联炉,也可使用板式的间歇式交联炉。另外,交联条件通常为130~155℃、20~60分钟左右。
另一方面,与工序(ii)同时进行交联工序的情况下,将工序(ii)中的加热温度设为145~170℃,将利用大气压加压的时间设为6~30分钟,除此以外,可在与在工序(ii)之后进行交联工序的情况下的条件同样的条件下进行。本发明的太阳能电池密封材料通过含有特定的有机过氧化物而具有优异的交联特性,在工序(ii)中不需要经由两阶段的粘接工序,可在高温度在短时间结束,也可省略在工序(ii)之后进行的交联工序。因此,可提高太阳能电池模块的生产率。
总之,本发明的太阳能电池模块的制造中,在不使交联剂实质性地分解、且使本发明的太阳能电池密封材料发生熔融的那样的温度下,将太阳能电池密封材料预粘接于太阳能电池元件、保护材料,接着进行升温而进行充分的粘接和密封材料的交联即可。选择可满足各项条件那样的添加剂处方即可,例如,选择上述交联剂以及上述交联助剂等的种类以及浸渍量即可。
使在交联条件下层压加工而得到的本发明的太阳能电池密封材料的凝胶分率(gel fraction)为50~95%,优选为50~90%,进一步优选为60~90%,尤其优选为65~90%的范围。凝胶分率的算出例如可如下进行:从太阳能电池模块采取密封材料片样品1g,进行10小时在沸腾甲苯中的索格利特萃取,由30目的不锈钢筛进行过滤,将筛在110℃下进行8小时减压干燥,根据残存于筛上的滤取物的量算出。如果凝胶分率小于50%,则太阳能电池密封材料的耐热性不充分,在85℃×85%RH条件下的恒温恒湿试验、黑板温度83℃下的高强度氙照射试验、-40℃~90℃下的热循环试验、耐热试验中的粘接性倾向于降低。如果凝胶分率超过95%,则太阳能电池密封材料的柔软性降低,-40℃~90℃下的热循环试验中的温度追随性降低,因此有时发生剥离等。
(发电设备)
本发明的太阳能电池模块的生产率、发电效率、寿命等优异。由此,使用了这样的太阳能电池模块的发电设备的成本、发电效率、寿命等优异,具有很高的实用价值。上述的发电设备用作设置于房屋的屋顶的、适于露营等户外的移动电源,用作汽车电池的辅助电源等的电源等,不论室外、屋内都适合于长期使用。
实施例
以下,基于实施例来具体说明本发明,但本发明不受限于这些实施例而解释。
[乙烯单元、α-烯烃单元以及非共轭多烯单元的含有比例]
用玻璃过滤器(G2)将通过使试样0.35g在六氯丁二烯2.0ml中加热溶解而获得的溶液过滤,然后加入氘代苯0.5ml,装入于内径10mm的NMR管中。使用日本电子制的JNM GX-400型NMR测定装置,在120℃进行了13C-NMR测定。累积次数为8000次以上。根据所获得的13C-NMR谱图,定量出乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的乙烯单元的含有比例、α-烯烃单元的含有比例以及非共轭多烯单元的含有比例。
[MFR2]
依照ASTM D1238,在190℃、2.16kg载荷的条件下测定了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的MFR2。
[肖氏A硬度]
将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物在190℃加热4分钟,在10MPa加压,然后在10MPa下以5分钟加压冷却至常温而获得了3mm厚的片。使用所获得的片,依照ASTM D2240测定了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的肖氏A硬度。
[B值]
根据上述的13C-NMR谱图,按照下述式(1)算出乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的“B值”。
B=(c+d)/(2×a×(e+f))     (1)
(式(1)中,a表示乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的源自乙烯的结构单元的比例(乙烯摩尔分率),c表示乙烯-α-烯烃链的结构单元的比例(乙烯-α-烯烃二元体摩尔分率),d表示乙烯-非共轭多烯链的结构单元的比例(乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率),e表示源自α-烯烃的结构单元的比例(α-烯烃摩尔分率),f表示源自非共轭多烯的结构单元的比例(非共轭多烯摩尔分率))
[乙烯分布参数P]
将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物0.02g溶解于作为洗提液的环己烷10ml中,然后用0.45μm的过滤器过滤,获得了GPC-offline-FTIR测定用的测定样品。将环己烷用作洗提液,在流量1.0ml/min、温度60℃的条件下进行了GPC-offline-FTIR测定。作为装置,使用了凝胶渗透色谱仪(商品名“AllianceGPC2000型”,Waters公司制),色谱柱使用了TOSOH CORPORATION制的Gel(商品名“GMHHR-H”)(2根),检测器使用了TOSOH CORPORATION制的差示折射计(商品名“RI-8020”),FTIR装置使用了Lab Conection Inc.公司制的装置(商品名“LC-Transform Series300”)。
分子量通过进行聚异丁烯换算而求出。另外,在色谱柱出口的配管上,将检测器和FTIR装置按照流量大致成为等量的方式并列地连接。将通过测定而获得的FTIR的图中的721±20cm-1的最大峰强度设为“A721cm-1”,将4320±20cm-1中的最大峰强度设为“A4320cm-1”时,则乙烯分布参数P表示为“P=A721cm-1/A4320cm-1”。予以说明,721±20cm-1的最大峰强度为:源自通过将782±20cm-1的极小点与690±20cm-1的极小点连结而得到的基线的强度。同样地,4320±20cm-1的最大峰强度为:源自通过将4480±20cm-1的极小点与3500±20cm-1的极小点连结而得到的基线的强度。
[流动的活化能(Ea)]
将170℃以及210℃的各个温度(T(℃))下的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的熔融复数粘度-频率曲线(熔融复数粘度的单位:Pa/s、频率的单位:rad/s),基于温度-时间叠合的原理,按照各温度(T)下的熔融复数粘度-频率曲线逐一地叠合于190℃下的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的熔融复数粘度-频率曲线。根据各个温度(T(℃))与该温度(T)下的位移因素(aT),通过最小自乘法而算出了[ln(aT)]与[1/(T+273.16)]的一次近似式(I)。接着,根据所算出的一次近似式(I)的斜率m和下述式(II)而求出了流动的活化能(Ea)。
ln(aT)=m(1/(T+273.16))+n     (I)
Ea=[0.008314×m]     (II)
aT:位移因素
Ea:流动的活化能(kJ/mol)
T:温度(℃)
n:Y轴截距
上述计算通过使用市售的计算软件(TA仪器日本公司制,商品名“RSIOrchestrator VER.6.6.3”)而进行。予以说明,位移因素(aT)是:将各个温度(T)下的熔融复数粘度-频率的双对数曲线在log(Y)=-log(X)轴方向移动(其中,将Y轴设为熔融复数粘度、将X轴设为频率),叠合于190℃下的熔融复数粘度-频率曲线时的移动量。在该叠合中,就各个温度(T)下的熔融复数粘度-频率的双对数曲线而言,对于各曲线,使频率移动aT倍,使熔融复数粘度移动1/aT。予以说明,通过最小自乘法求出由在170℃、190℃以及210℃的温度下的位移因素(aT)与温度获得的一次近似式(I)时的相关系数为0.99以上。
熔融复数粘度-频率曲线通过使用以下所示的粘弹性测定装置测定而制成。试样片为:将在190℃压制乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物而获得的2mm厚的片冲压为直径25mm×2mm厚的圆盘状而得到的试样片。试样片也可预先包含适量(例如1000ppm左右)的抗氧化剂。
粘弹性测定装置:商品名“RDS-2”(Rheometric公司制)
测定条件:
几何形状:平行板
测定温度:170℃、190℃、210℃
频率:0.5~79.577Hz
失真系数:1.0%
在上述条件下测定粘度的频率依存性,通过上述的阿伦尼乌斯型的方程式而算出了流动的活化能。予以说明,数据处理软件使用了商品名“RSIOrchestrator VER.6.6.3”(TA仪器日本公司制)的软件。
[分子量分布(Mw/Mn)]
使用Waters公司制的凝胶渗透色谱仪(商品名“Alliance GPC-2000型”),如以下那样操作而测定了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的重均分子量(Mw)以及数均分子量(Mn)。根据测定值,算出了分子量分布Mw/Mn。
分离色谱柱使用了2根商品名“TSKgel GMH6-HT”、以及2根商品名“TSKgel GMH6-HTL”的色谱柱。色谱柱尺寸都为内径7.5mm、长度300mm,色谱柱温度为140℃,流动相使用了邻二氯苯(和光纯药工业株式会社制)以及作为抗氧化剂的BHT(武田药品公司制)0.025重量%。使流动相以1.0ml/分钟的速度移动,将试样浓度设为15mg/10ml,将试样注入量设为500μl,使用了差示折射计作为检测器。关于标准聚苯乙烯,分子量为Mw≤1000以及Mw≥4×106的标准聚苯乙烯使用了TOSOH CORPORATION制的产品。另外,分子量为1000≤Mw≤4×106的标准聚苯乙烯使用了压力化学公司制的产品。
[氯离子含有比例]
在使用高压釜等进行了杀菌洗涤的玻璃容器中精确称量约10g的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,加入100ml超纯水而密闭,然后在常温下进行30分钟超声波(38kHz)萃取而获得了萃取液。使用Dionex公司制的离子色谱仪装置(商品名“ICS-2000”)分析所获得的萃取液,从而测定了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的氯离子的含有比例。
[乙酸甲酯萃取量]
精确称量约10g左右的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,使用乙酸甲酯,在乙酸甲酯的沸点以上的温度进行了索格利特萃取。根据萃取前后的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的重量差或者挥发萃取溶剂而得到的残渣量,算出了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的乙酸甲酯萃取量。
[玻璃粘接强度]
将作为太阳能电池用的正面侧透明保护构件的透明玻璃板与厚度500μm的片样品层叠而放入真空层压机(NPC公司制,LM-110X160S)内,放置在调温为150℃的热板上而减压3分钟、加热9分钟,制作出作为透明玻璃板/片样品的层叠体的粘接强度用样品。将该粘接强度用样品的片样品层切为15mm宽,通过180度剥离而测定与玻璃的剥离强度(玻璃粘接强度)。在测定中,使用了Instron公司制的拉伸试验机(商品名“Instron1123”)。通过180度剥离,以跨距30mm、拉伸速度30mm/分钟在23℃下进行测定,采用了3次测定的平均值。
[全光线透射率]
在与上述粘接强度用样品的制备同样的条件下,获得了白板玻璃/片样品/白板玻璃的结构的层叠体。白板玻璃在波长350~800nm的范围内不具有吸收域。使用在日立制作所公司制的分光光度计(商品名“U-3010”)中安装
Figure BDA00003205177200561
的积分球而得到的设备,测定了350~800nm的波长区域的、层叠体中的片样品的分光全光线透射率。使测定结果乘以标准光D65以及标准视感效率V(λ),算出了可见光的全光线透射率(Tvis)。
[电极腐蚀性]
在中央部溅射有银的一对玻璃板(薄膜电极)之间,夹持片样品。将其在与上述的粘接强度用样品的制作条件同样的条件下处理而获得了层叠体。对于所获得的层叠体,依照JIS C8917,利用SUGA试验机公司(Suga Test InstrumentsCo.,Ltd.)制的商品名“XL75”特殊规格,在试验槽内温度85℃、湿度85%的条件下进行层叠体的加速试验2000小时。目视观察所获得的加速试验样品的薄膜电极的状态,将确认出腐蚀的情况设为有,将没有确认出腐蚀的情况设为没有,对电极腐蚀性进行了评价。
[太阳能电池元件(cell)的破裂]
从锭料切削采取厚度150μm的硅板。在与上述粘接强度用样品的制备同样的条件下,获得了白板玻璃/片样品/硅板/片样品/PET制背片的结构的层叠体。目视观察所获得的层叠体内的硅板,对破裂的有无进行了评价。
[耐热性]
将片样品加入真空层压机内,放置在调温为150℃的热板上而减压3分钟,加热9分钟,获得了交联片样品。将所获得的交联片样品切出为宽度1cm、长度5cm。以3cm的长度画出标记线,悬吊所切出的样品的3倍重量的秤锤而在100℃的烘箱中放置1小时,实施了耐热试验。试验后测定了样品的标记线间的伸长率。予以说明,将在耐热试验中落下的样品评价为“落下”。
耐热性试验成为交联特性的指标,交联充分时则耐热试验中的伸长小,交联不充分时则耐热试验中的伸长大,进一步不充分时则有时会“落下”。
[片粘连性]
准备2张片样品,使一个片样品的压纹面与另一个片样品的非压纹面对向地重叠而获得了层叠样品。获得了玻璃/层叠样品/玻璃的结构的层叠体。在压纹面为上侧的层叠体之上放置了400g的秤锤。在40℃的烘箱放置24小时,然后取出而冷却至室温,测定了片的剥离强度。在测定中,使用Instron公司制的拉伸试验机(商品名“Instron1123”),通过片间的180度剥离,在跨距30mm、拉伸速度10mm/分钟、23℃的条件下进行。采用3次的测定值的平均值,按照以下基准对片粘连性进行了评价。
○:剥离强度小于50gf/cm
△:剥离强度为50~100gf/cm
×:剥离强度超过100gf/cm
[压延辊加工性]
对在后述的压延辊条件下进行了压延成型时的“泣别”以及“剥离状态”进行了评价。“泣别”是指,不仅仅卷绕于一根压延辊,而且分别地卷绕于二根压延辊的状态。“剥离不良”是指粘着性高、粘贴于辊而不剥落的状态。
○:不发生泣别以及剥离不良,可进行压延辊加工的情况
△:发生泣别或者剥离不良,但是勉强可进行压延辊加工的情况
×:泣别以及剥离不良严重,不能进行压延辊加工的情况
[片外观]
对在后述的压延辊条件下压延成型后的片外观进行了评价。
○:没有流动印记,没有凹凸,以及厚度为均匀
△:具有若干流动印记、厚度不均匀、或者凹凸
×:流动印记、厚度不均匀、以及凹凸严重
[100℃下的体积电阻率]
将所获得的片裁剪为10cm×10cm的尺寸,然后以150℃、真空3分钟,加压15分钟,由层压装置(NPC公司制,LM-110X160S)层压而制作出测定用的交联片。依照JIS K6911,在外加电压500V下测定出所制作的交联片的体积电阻率(Ω·cm)。予以说明,测定时,使用高温测定室“12708”(爱得万特(アドバンスト)公司制),设为温度100±2℃,使用了微量电流计“R8340A”(爱得万特公司制)。
(2)乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的合成
(合成例1)
在充分地置换了氮气的2000ml的聚合装置内,加入了干燥己烷1000ml、5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)2ml以及三异丁基铝0.3mmol。将聚合装置的内温升温至80℃,然后放入氢气5Nml。向聚合装置内供给丙烯,按照使体系内压力成为0.25MPa的方式进行加压。接着,向聚合装置内供给乙烯,按照使体系内压力为0.8MPa的方式进行调整。将(叔丁基酰胺)二甲基(四甲基-η5-环戊二烯基)硅烷二氯化钛0.001mmol、以及三苯基碳离子(四(五氟苯基))硼酸酯0.005mmol的己烷溶液添加于聚合装置内。将聚合装置的内温设为80℃,一边将体系内压力保持于0.8MPa一边进行了10分钟聚合。添加2ml的甲醇而停止了聚合。脱压后,将聚合溶液与2L的甲醇混合而获得的析出物在真空下在130℃干燥12小时,从而获得了50g的乙烯-丙烯-5-乙烯基-2-降冰片烯共聚物。将所获得的共聚物的物性示于表1。
(合成例2、3、5、6、8、9以及12)
变更了(叔丁基酰胺)二甲基(四甲基-η5-环戊二烯基)硅烷二氯化钛和三苯基碳
Figure BDA00003205177200583
离子(四(五氟苯基))硼酸酯各自的浓度、丙烯的加入压力、氢气的加入量、以及5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)和5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)的用量,除此以外,在与前述的合成例1同样的条件下获得了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。将所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的物性示于表1。
(合成例4)
(i)用5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)25ml来替代5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB),(ii)使丙烯压力为0.33MPa,(iii)使用了氢气5Nml,(iv)使用了二苯基亚甲基环戊二烯基芴基二氯化锆来替代(叔丁基酰胺)二甲基(四甲基-η5-环戊二烯基)硅烷二氯化钛,以及(v)使用了甲基铝氧烷的甲苯溶液0.5mmol来替代三苯基碳
Figure BDA00003205177200582
离子(四(五氟苯基))硼酸酯,使三异丁基铝为0.5mmol,除此以外,在与前述的合成例1同样的条件下获得了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。将所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的物性示于表1。
(合成例7)
(i)用5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)2.5ml来替代5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB),(ii)使丙烯压力为0.28MPa,(iii)使用了氢气1Nml,除此以外,在与前述的合成例4同样的条件下获得了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。将所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的物性示于表1。
(合成例10)
在具备有搅拌翼的内容积15L的不锈钢制聚合器内,从聚合器的上部以如下速度连续地供给了如下物质:作为聚合溶剂的己烷5L/hr、乙烯370NL/hr、丙烯263NL/hr、氢气2NL/hr、以及5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)2.2g/hr。另一方面,从聚合器的下部,按照使聚合器内的聚合液的量为5L的方式,连续地将聚合液抽取出。将氧氯化钒按照聚合器内的钒浓度为0.3mmol/L的方式供给。另外,将乙基倍半氯化铝按照聚合器内的铝浓度成为3mmol/L的方式供给。聚合温度调整成为30℃。
向从聚合器的下部连续地被排出的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的正己烷混合溶液中,以约0.2mL/min的速度混合作为失活剂的甲醇,使催化剂失活而停止了聚合。将乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的正己烷混合溶液5L加入具备有搅拌翼的内容积15L的玻璃容器,分别添加0.5N的稀盐酸约10mL、纯水5L。搅拌后,分离水相。其后,添加纯水5L,同样地进行5次搅拌和水相分离,对乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中的催化剂残渣进行了脱灰处理。用130℃的真空干燥机将脱灰处理后的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的正己烷混合溶液进行干燥,获得了200g/hr的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。将所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的物性示于表1。
(合成例11)
使5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)为0.4ml,用-丁烯40g来替代丙烯,除此以外,在与前述的合成例4同样的条件下获得了乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物。将所获得的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物的物性示于表1。Pr表示丙烯。
表1
Figure BDA00003205177200601
(3)太阳能电池密封材料(片)的制造
(实施例1)
相对于合成例1的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,配合作为乙烯性不饱和硅烷化合物的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.3重量份、作为有机过氧化物的1分钟半衰期温度为166℃的叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯0.4重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯1.2重量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧二苯甲酮0.4重量份、作为自由基捕捉剂的双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.2重量份、以及作为耐热稳定剂1的三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1重量份、作为耐热稳定剂2的十八烷基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯0.1重量份,从而获得了乙烯系组合物。
将乙烯系组合物100g加入东洋精机公司制的混合辊(两根辊,辊径:5英寸,转速:18,15rpm),进行利用压延辊的成型,获得了厚度500μm的压延片(太阳能电池密封材料片)。将混合辊的表面温度调整为100℃。将所获得的片的各种评价结果示于表2。
(实施例2~6)
设为表2所示的配方,除此以外,与前述的实施例1同样地操作而获得了压延片(太阳能电池密封材料片)。将所获得的片的各种评价结果示于表2。
(比较例1~6)
设为表2所示的配方,除此以外,与前述的实施例1同样地操作而获得了压延片(太阳能电池密封材料片)。将所获得的片的各种评价结果示于表2。
表2
Figure BDA00003205177200621
(实施例7)
用5英寸辊将(A)乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化学株式会社制,商品名EPT3070,二烯:5-亚乙基-2-降冰片烯,没有熔点)100重量份、(B)烷烃系油(出光兴产(株)制,商品名PW100,密度872kg/cm3,运动粘度100mm2/s@40℃,色相+30(Saybolt))70重量份进行混炼。辊的表面温度为50℃,关于辊的转速,作业侧的辊为18rpm、其后侧的辊为15rpm。将所获得的包含(A)乙烯-丙烯-二烯共聚物和(B)烷烃系油的油展后树脂组合物的油展后MFR示于表3。
接着,相对于(A)乙烯-丙烯-二烯共聚物100重量份,进一步添加作为(C)交联剂的叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(日油(株)制,商品名PerbutylE)0.7重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC:DuPont制,商品名DiakNo.7)1.0重量份、作为硅烷偶联剂的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(东丽道康宁有机硅公司制Z-6030)0.2重量份,在与前述同样的条件(辊的表面温度为50℃,关于辊的转速,作业侧的辊为18rpm,其后侧的辊为15rpm)下用5英寸辊混炼,获得了树脂组合物。将所获得的树脂组合物的各种评价结果示于表3。
(实施例8)
使用乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化学株式会社制,商品名EPT3045、熔点45℃)来替代(A)乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化学株式会社制,商品名EPT3070),且使(B)烷烃系油的含量为40重量份,除此以外,与实施例7同样地操作而获得了树脂组合物。将所获得的树脂组合物的各种评价结果示于表3。
(实施例9)
使用乙烯-丙烯-二烯共聚物(合成例7)来替代(A)乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化学株式会社制,商品名EPT3070),且使(B)烷烃系油的含量为20重量份,除此以外,与实施例7同样地操作而获得了树脂组合物。将所获得的树脂组合物的各种评价结果示于表3。
(比较例7)
使(B)烷烃系油的含量为20重量份,除此以外,与实施例7同样地操作而获得了树脂组合物。
(比较例8)
使(B)烷烃系油的含量为70重量份,除此以外,与实施例8同样地操作而获得了树脂组合物。
(比较例9)
使用了环烷系油(日本太阳石油公司制,商品名Sunthene4240,密度939kg/cm3,运动粘度428mm2/s@40℃,色相L2.0)来替代(B)烷烃系油(出光兴产(株)制,商品名PW100),除此以外,与实施例7同样地操作而获得了树脂组合物。
通过以下的方法来评价由实施例7~9以及比较例7~9获得的树脂组合物的熔体流动速率(MFR)、辊加工性、交联特性以及固化物的全光线透射率。
1)熔体流动速率(MFR)
通过依照ASTM D1238的方法,测定所获得的油展后树脂组合物在载荷2.16kg、190℃下的熔体流动速率(MFR)。
2)辊加工性
对于所获得的树脂组合物的混炼物,通过卷绕于5英寸辊时的卷绕状态(出兜的有无)、对辊的粘贴(泣别的有无)、以及加工后的片的外观而进行了评价。辊的表面温度为50℃,关于辊的转速,作业侧的辊为18rpm,其后侧的辊为15rpm。
出兜是指,混炼物的粘度过高从而无法卷绕于辊(无法制作贮料处)的现象。泣别是指,混炼物的粘度过低,混炼物粘着于前后的辊,从而混炼物无法在前后的辊间制作贮料处,无法进行辊加工的现象。“贮料处”是指在夹持混炼物的二个压延辊间形成的树脂积存处。
以以下为基准而评价加工后的片的外观。
良好:在片表面没有波纹起伏,平滑
恶劣:在片表面具有波纹起伏,不平滑
3)交联特性
根据所获得的树脂组合物的、按照JIS-K6300-2在交联温度150℃、交联时间30分钟的测定条件下测定的交联曲线,求出了“最大扭矩值S’max”和“最小扭矩值S’min”。求出相当于前述的最大扭矩值S’max与最小扭矩值S’min的差的10%的扭矩值与、最低扭矩值S’min的和,将到达相当于该和的扭矩值为止的时间设为“Tc10(分钟)”。求出相当于前述的最大扭矩值S’max与最小扭矩值S’min的差的90%的扭矩值与、最低扭矩值S’min的和,将到达相当于该和的扭矩值为止的时间设为“Tc90(分钟)”。
4)全光线透射率
将树脂组合物的混炼物夹持于TEFLON(注册商标)片,进行在100℃加热3分钟并且在10MPa加压2分钟的热压以及在20℃在10MPa加压3分钟的冷却压制,成型出厚度0.5mm的片。用在波长350~800nm的范围内不具有吸收域的白板玻璃将所获得的片夹入成为白板玻璃/片样品/白板玻璃的结构,获得了层叠体。用调整为150℃的真空层压机将层叠体在真空3分钟、加压8分钟的条件下进行了层压。通过带有
Figure BDA00003205177200651
积分球的日立分光光度计U-3010测定所获得的试样的全光线透射率。使测定结果乘以标准光D65以及标准视感效率V(λ),算出了可见光的全光线透射率(Tvis)。
表3
Figure BDA00003205177200661
如表3所示可知,实施例7~9的树脂组合物不损害交联特性以及固化物的高的光透射性,可获得片成型时的良好的辊加工性。与此相对可知,比较例7~9的树脂组合物无法兼顾片成型时的辊加工性与交联特性及固化物的光透射性。
具体可知,比较例7的树脂组合物中烷烃系油的添加量少,因而交联特性良好,但是粘度过高而产生出兜,片厚度变得不均匀。可知,比较例8的树脂组合物中烷烃系油的添加量过多,因而粘度变得过低而产生泣别。另外可知,在比较例8的树脂组合物中,交联剂被稀释,因而交联特性低。另一方面可知,比较例9的树脂组合物中,使用环烷成分、芳香族成分的含量多的环烷系油,因此没有出兜、泣别等,辊加工性优异。但是可知,比较例9的树脂组合物中包含较多地含有环烷成分、芳香族成分的环烷系油,因而交联特性低,其固化物的光透射性也低。
(实施例10)
使用实施例6中记载的密封材料,制作将18个单晶组件串联连接而得到的小型模块,进行了评价。将切割为24×21cm的旭硝子Fabritech公司制的白板浮法玻璃(带有3.2mm厚度的压纹的热处理玻璃)作为模块的玻璃基板。结晶系组件(Shinsung制的单晶组件)的尺寸为5cm×3cm,在受光面侧的中央具有汇流条银电极。使用铜带电极将18个结晶系组件串联连接。铜带电极是指在铜箔上将共晶焊料进行表面涂布而得到的电极。
模块的背片为:在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上成膜出二氧化硅蒸镀膜而得到的片。在背片的一部分,用割刀割出约2cm切入口。通过该切入口,可取出串联连接得到的18个结晶系组件的正端子和负端子。
按玻璃基板/实施例6中记载的密封材料/结晶系电池/实施例6中记载的密封材料/背片的顺序进行层叠。使用真空层压机(NPC制:LM-110x160-S),以热板温度150℃、真空时间3分钟、加压时间15分钟,将层叠物进行了层压。其后,将从玻璃基板溢出的密封材料、背片切断而去除。对层叠体的玻璃边缘赋予端面密封材料,安装铝框架。在背片的切入部位涂布RTV(聚)硅氧烷而固化。通过这样操作,获得了将18个单晶组件串联连接而得到的小型模块。
将所获得的小型模块的正端子与负端子进行短路,将电源的高压侧电缆连接。电源的低压侧的电缆连接于铝框架,将铝框架接地。将小型模块设置于85℃、85%rh的恒温恒湿槽内。小型模块的温度升高后,在施加了-600V的状态下保持。高压电源使用了松定Precision公司制HARb-3R10-LF,恒温恒湿槽使用了ETAC制FS-214C2。
施加24小时以及240小时电压后,对于该模块,使用具有AM(air mass)1.5级A的光强度分布的氙光源对IV特性进行了评价。IV特性的评价中使用了日清纺Mechatronics公司制的PVS-116i-S。将试验后的IV特性的最大输出电力Pmax与初始值相比降低了5%以上的情况判断为不良。测定的结果是24小时以及240小时后的任一个情况下,Pmax的降低率皆为0.5%以下。
(实施例11)
使用了实施例5中记载的密封材料,除此以外,与实施例10同样地进行了试验。24小时以及240小时后的任一个情况下,Pmax的降低率皆为0.5%以下。
(实施例12)
使用了实施例1中记载的密封材料,除此以外,与实施例10同样地进行了试验。24小时后的Pmax的降低率为0.5%以下。
(比较例10)
(改性聚乙烯醇缩醛树脂的合成)
将乙烯含量15摩尔%、皂化度98摩尔%、平均聚合度1700的聚乙烯醇(Kuraray公司制,PVA-117)100g溶解于蒸馏水,获得了浓度10重量%的聚乙烯醇水溶液。将该水溶液一边在40℃的状态下使用锚型搅拌翼搅拌,一边添加35重量%盐酸32g,然后滴加丁醛60g。确认出在水溶液中析出了聚乙烯醇缩醛树脂。进一步,一边添加35重量%盐酸64g一边升温至50℃,搅拌4小时,结束反应,获得了改性聚乙烯醇缩醛树脂的分散液。
将所获得的分散液冷却,通过30重量%氢氧化钠水溶液将分散液的pH中和至7.5。滤取聚合物,用相对于聚合物的20倍量的蒸馏水将滤取了的聚合物水洗,干燥。通过这样操作,获得了平均聚合度1700、缩醛化度65摩尔%的改性聚乙烯醇缩醛树脂。
(片的制作)
在100℃在5分钟、30rpm的条件下,利用双螺杆挤出机(Labo-plastomill)(东洋精机公司制)将改性聚乙烯醇缩醛树脂100质量份、三乙二醇-二(2-乙基己酸酯)30质量份混炼,获得了改性聚乙烯醇缩醛树脂组合物。将所获得的组合物设置于厚度0.5mm的具有25×25厘米的开口部的SUS制的金属框架的内部。用真空层压机将设置后的树脂组合物在热板温度100℃、真空时间3分钟、加压时间10分钟的条件下层压,从而制作出平整的片样品。
所获得的片样品的片体积电阻率在100℃时是低于测定极限的电阻值,是108Ωcm以下的体积电阻。另外,使用该片样品,与实施例10同样地制作出小型模块。此时,将层压机的热板温度设定为125℃。进一步,与实施例10同样地实施了所获得的小型模块的高压施加试验。24小时后的Pmax的降低率为6%以下,引起了特性劣化。
产业上的可利用性
本发明的太阳能电池密封材料的透明性、柔软性、粘接性、耐热性以及压延成型性等诸特性优异。由此,如果使用本发明的太阳能电池密封材料,那么可提供外观良好并且性能以及成本等经济性优异的太阳能电池模块。
附图标记说明
20   太阳能电池模块
22   太阳能电池元件
22A  (太阳能电池元件的)受光面
22B  (太阳能电池元件的)背面
24   正面保护构件
26   背面保护构件
28   密封层
29   互连件
32   集电线
34A、34B用于附翼片的母线
36   导电层

Claims (24)

1.一种太阳能电池密封材料,其包含满足以下的条件a1)~a3)的乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物,
a1)源自乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,源自碳原子数3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为9.99~19.99mol%,且源自非共轭多烯的结构单元的含有比例为0.01~5.0mol%,
a2)依照ASTM D1238在190℃、2.16kg载荷的条件下测定的MFR为2g/10分钟以上且小于10g/10分钟,
a3)依照ASTM D2240测定的肖氏A硬度为60~85。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述太阳能电池密封材料满足以下的条件a4),
a4)依照JIS K6911在温度100℃、外加电压500V测定的体积电阻率为1.0×1013~1.0×1018Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含硅烷偶联剂0.1~5重量份、交联剂0.1~2.5重量份。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池密封材料,其中,所述交联剂为1分钟半衰期温度处于100~170℃的范围的有机过氧化物。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含0.005~5重量份的选自由紫外线吸收剂、耐热稳定剂以及受阻胺型光稳定剂组成的组中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的太阳能电池密封材料,其中,相对于所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物100重量份,进一步包含0.05~5重量份的交联助剂。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a5),
a5)根据13C-NMR谱图以及下述式(1)而求出的B值为0.9~1.3,
B=(c+d)/(2×a×(e+f))     (1)
式(1)中,
a表示乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物中所含的源自乙烯的结构单元的比例(乙烯摩尔分率),
c表示乙烯-α-烯烃链的结构单元的比例(乙烯-α-烯烃二元体摩尔分率),
d表示乙烯-非共轭多烯链的结构单元的比例(乙烯-非共轭多烯二元体摩尔分率),
e表示源自α-烯烃的结构单元的比例(α-烯烃摩尔分率),
f表示源自非共轭多烯的结构单元的比例(非共轭多烯摩尔分率)。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a6),
a6)根据GPC-offline-FTIR求出的乙烯分布参数P的最大值Pmax与最小值Pmin的关系满足下述式(2),
Pmax/Pmin≤1.4     (2)。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a7),
a7)流动的活化能为28~45kJ/mol。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a8),
a8)基于凝胶渗透色谱法(GPC)的分子量分布Mw/Mn处于1.2~3.5的范围。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a9),
a9)从固相萃取处理后的萃取液中利用离子色谱法检出的氯离子的含有比例为2ppm以下。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其中,所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物进一步满足以下的条件a10),
a10)在乙酸甲酯中的萃取量为5.0重量%以下。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其为片状。
14.一种太阳能电池模块,其具备:正面侧透明保护构件、背面侧保护构件、被所述正面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件所夹持的太阳能电池元件、将所述太阳能电池元件密封于所述正面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件之间的密封构件,
所述密封构件为权利要求1所述的太阳能电池密封材料的固化物。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其如下获得:利用压延成型,将所述乙烯-α-烯烃-非共轭多烯共聚物和添加剂熔融混炼后,成型为片状。
16.一种太阳能电池密封材料,其包含:
(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物,其中源自乙烯的结构单元的含量为50~95摩尔%,门尼粘度ML(1+4)100℃为30~90,
(B)烷烃系油,其中烷烃成分为55重量%~90重量%,芳香族成分小于5重量%,环烷成分小于40重量%,且硫成分为200ppm以下,以及
(C)交联剂;
包含(A)和(B)的树脂组合物在190℃、载荷2.16kg时的MFR为2~10g/10min。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池密封材料,其中,所述(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物按照JIS-K7121测定的熔点为70℃以下。
18.根据权利要求16所述的太阳能电池密封材料,其中,所述太阳能电池密封材料的固化物的光线透射率为90%以上。
19.根据权利要求16所述的太阳能电池密封材料,其进一步包含选自由交联助剂、紫外线吸收剂、耐候稳定剂、抗氧化剂以及粘接性赋予剂组成的组中的至少一种添加剂。
20.权利要求16所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其包含如下步骤:
将通过使所述(A)乙烯-α-烯烃-二烯共聚物、(B)烷烃系油和(C)交联剂熔融混炼而获得的树脂组合物成型为膜状。
21.根据权利要求20所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其中,通过压延成型法将所述熔融混炼而获得的树脂组合物成型为膜状。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池密封材料的制造方法,其中,所述压延成型中的压延辊的温度为55~110℃。
23.一种太阳能电池密封材料,其通过权利要求20所述的制造方法获得。
24.一种太阳能电池模块,其具备:正面侧透明保护构件、背面侧保护构件、被所述正面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件所夹持的多个太阳能电池元件、将所述太阳能电池元件密封于所述正面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件中的至少一个之间的密封构件,
所述密封构件为权利要求16所述的太阳能电池密封材料的固化物。
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