CN111373549B - 太阳能电池密封材及太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池密封材及太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明的太阳能电池密封材是用于密封太阳能电池元件的太阳能电池密封材,其包含乙烯‑α‑烯烃共聚物、1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)以及1小时半衰期温度超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B),上述太阳能电池密封材中的上述有机过氧化物(B)的含量X2相对于上述有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下。

Description

太阳能电池密封材及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池密封材以及太阳能电池模块。
背景技术
近年来,作为清洁的能源,太阳能发电引人注目,太阳能发电用的太阳能电池模块的开发正在进行。一般而言,太阳能电池模块是保护玻璃(正面侧透明保护构件)、受光面侧太阳能电池密封材、太阳能电池元件、背面侧太阳能电池密封材、背片(背面侧保护构件)这样的构成。在太阳能电池模块的制造时,通过在将上述各层进行了层叠的状态下,将太阳能电池密封材进行加热,从而太阳能电池密封材中的树脂熔融以将太阳能电池元件进行密封,进而与保护玻璃、背片进行粘接。
作为太阳能电池密封材,已知使用了低熔体流动速率(MFR)型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材(例如,参照专利文献1)。
专利文献1中记载了:包含低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物以及作为交联剂具有特定结构的过氧化缩酮的太阳能电池密封材。
此外,专利文献1中记载了:使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材的压延成型性优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2013/024599号
发明内容
发明所要解决的课题
根据本发明人等的研究发现,使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材存在以下情况:成型时转矩上升而不能良好地进行片成型的情况;即使能够进行片成型,将太阳能电池元件进行密封时,太阳能电池密封材的交联反应也不充分地进行的情况等。
即,根据本发明人等的研究发现,使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材在一边具有良好的成型性一边获得良好的交联特性这一方面具有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而提出的,提供成型性和交联特性的平衡优异的由低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物构成的太阳能电池密封材。
用于解决课题的方法
本发明人等为了提供成型性和交联特性的平衡优异的由低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物构成的太阳能电池密封材而进行了深入研究。其结果发现,通过作为交联剂,将1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物与1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物以特定的比例组合使用,从而能够获得一边具有良好的成型性一边交联特性良好的太阳能电池密封材,由此完成了本发明。
即,根据本发明,可提供以下所示的太阳能电池密封材以及太阳能电池模块。
[1]
一种太阳能电池密封材,是用于密封太阳能电池元件的太阳能电池密封材,其包含:
乙烯-α-烯烃共聚物、
1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)、以及
1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B),
上述太阳能电池密封材中的上述有机过氧化物(B)的含量X2相对于上述有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下。
[2]
根据上述[1]所述的太阳能电池密封材,
按照ASTM D1238,以190℃、2.16kg载荷的条件测定得到的上述乙烯-α-烯烃共聚物的MFR为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟。
[3]
根据上述[1]或[2]所述的太阳能电池密封材,
上述太阳能电池密封材中的上述有机过氧化物(A)的含量X1和上述有机过氧化物(B)的含量X2的合计量相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上3.0质量份以下。
[4]
根据上述[1]~[3]中任一项所述的太阳能电池密封材,其凝胶分率为55%以上100%以下。
[5]
根据上述[1]~[4]中任一项所述的太阳能电池密封材,
上述有机过氧化物(A)包含选自过氧化缩酮类和过氧化碳酸酯类中的至少一种。
[6]
根据上述[5]所述的太阳能电池密封材,
上述有机过氧化物(A)包含过氧化缩酮类,
上述过氧化缩酮类包含1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷。
[7]
根据上述[1]~[6]中任一项所述的太阳能电池密封材,
上述有机过氧化物(B)包含二烷基过氧化物类。
[8]
根据上述[7]所述的太阳能电池密封材,
上述二烷基过氧化物类包含2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷。
[9]
根据上述[1]~[8]中任一项所述的太阳能电池密封材,
上述乙烯-α-烯烃共聚物满足以下要件a1)和a2)中的至少一者。
a1)按照ASTM D1505测定得到的密度为0.865~0.895g/cm3
a2)按照ASTM D2240测定得到的肖氏A硬度为60~95。
[10]
根据上述[1]~[9]中任一项所述的太阳能电池密封材,
其进一步包含硅烷偶联剂,
上述太阳能电池密封材中的上述硅烷偶联剂的含量相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上5.0质量份以下。
[11]
根据上述[1]~[10]中任一项所述的太阳能电池密封材,
其进一步包含交联助剂,
上述太阳能电池密封材中的上述交联助剂的含量相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上3.0质量份以下。
[12]
根据上述[1]~[11]中任一项所述的太阳能电池密封材,其为片状。
[13]
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、
太阳能电池元件、以及
密封层,所述密封层由上述[1]~[12]中任一项所述的太阳能电池密封材的交联物构成,并且将上述太阳能电池元件密封于上述正面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间。
发明的效果
根据本发明,能够提供成型性和交联特性的平衡优异的由低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物构成的太阳能电池密封材。
附图说明
上述目的及其它目的、特征和优点通过以下所述的优选实施方式,以及其所附带的以下附图而进一步明示。
图1为示意性地示出本发明的太阳能电池模块的代表性的实施方式的截面图。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式,使用附图进行说明。另外,数值范围的“A~B”如果没有特别规定,就表示A以上B以下。
1.关于太阳能电池密封材
本实施方式涉及的太阳能电池密封材是用于密封太阳能电池元件的太阳能电池密封材,其包含乙烯-α-烯烃共聚物、1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)以及1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)。
而且,上述太阳能电池密封材中的上述有机过氧化物(B)的含量X2相对于上述有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下。
如上所述,根据本发明人等的研究发现,使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材存在以下情况:成型时转矩上升而不能良好地进行片成型的情况;即使能够进行片成型,将太阳能电池元件进行密封时,太阳能电池密封材片的交联反应也不充分地进行的情况等。即,根据本发明人等的研究发现,使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材在一边具有良好的成型性一边获得良好的交联特性这一方面具有改善的余地。
因此,本发明人等为了提供成型性和交联特性的平衡优异的由低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物构成的太阳能电池密封材而进行了深入研究。其结果发现,通过作为交联剂,将1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)与1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)以上述比例组合使用,从而能够获得一边具有良好的成型性一边交联特性良好的太阳能电池密封材。
即,本实施方式涉及的太阳能电池密封材通过使有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下,从而能够使成型性和交联特性的平衡变得良好。
对于其理由并不一定清楚,但认为这是因为1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)作为减轻熔融混炼时的乙烯-α-烯烃共聚物的摩擦的润滑剂起作用而能够抑制熔融混炼时的剪切发热,其结果是能够一边维持有机过氧化物(A)和有机过氧化物(B)所具有的良好的交联特性,一边抑制熔融混炼时的凝胶化。
首先,由于低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的分子量大,熔融混炼时易于发生剪切发热,因此认为预料之外的交联反应易于进行。因此,推测使用了低MFR型的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材有时在成型时转矩上升而不能良好地进行片成型。
然而,1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)由于1小时半衰期温度高,因此熔融混炼时难以发生热分解。因此,熔融混炼时,有机过氧化物(B)作为减轻乙烯-α-烯烃共聚物的摩擦的润滑剂起作用,其结果认为能够抑制熔融混炼时的乙烯-α-烯烃共聚物的剪切发热。此外,有机过氧化物(B)在将太阳能电池密封材成型时作为润滑剂起作用,但在使用太阳能电池密封材将太阳能电池元件进行密封时也作为交联剂起作用,因此也能够期待太阳能电池密封材的交联特性的提高。进一步,有机过氧化物(B)在太阳能电池模块中,作为交联剂而与乙烯-α-烯烃共聚物结合,在太阳能电池模块中不会带来不良影响,有机过氧化物(B)从太阳能电池模块的可靠性的观点考虑,与一般用于聚烯烃系树脂的润滑剂相比也是优选的。
由此,本实施方式涉及的太阳能电池密封材通过使有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为上述下限值以上,从而能够抑制熔融混炼时的凝胶化,能够提高成型性和交联特性的平衡。
此外,本实施方式涉及的太阳能电池密封材通过使有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为上述上限值以下,从而交联特性优异的有机过氧化物(A)的比例增加,由此能够提高太阳能电池密封材的交联特性。进一步,能够减少有机过氧化物(A)和有机过氧化物(B)的合计量,由此在熔融混炼时,能够抑制乙烯-α-烯烃共聚物的凝胶化,其结果能够提高成型性。
由以上来看,本实施方式涉及的太阳能电池密封材通过使有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下,从而能够抑制成型时的乙烯-α-烯烃共聚物的凝胶化,其结果是能够使成型性和交联特性的平衡变得良好。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)的下限值为0.05以上,但从进一步抑制成型时的凝胶的产生,进一步提高成型性的观点考虑,优选为0.08以上,更优选为0.10以上,进一步优选为0.12以上,特别优选为0.14以上。
此外,本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)的上限值为1.10以下,但从进一步抑制成型时的凝胶的产生,进一步提高成型性的观点考虑,优选为1.00以下,更优选为0.90以下,进一步优选为0.80以下。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中的有机过氧化物(A)的含量X1和上述有机过氧化物(B)的含量X2的合计量的下限值相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为0.1质量份以上,更优选为0.3质量份以上,进一步优选为0.5质量份以上,特别优选为0.6质量份以上。如果有机过氧化物(A)的含量X1和有机过氧化物(B)的含量X2的合计量为上述下限值以上,则太阳能电池密封材的交联特性变得更良好,太阳能电池密封材的耐热性进一步提高。而且,使硅烷偶联剂对于乙烯-α-烯烃共聚物的主链的接枝反应变得更良好,耐热性和粘接性变得更良好。
此外,从进一步抑制成型时的凝胶的产生,进一步提高成型性的观点考虑,本实施方式涉及的太阳能电池密封材中的有机过氧化物(A)的含量X1和上述有机过氧化物(B)的含量X2的合计量的上限值相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为3.0质量份以下,更优选为2.0质量份以下,进一步优选为1.5质量份以下,进一步更优选小于1.3质量份,特别优选为1.2质量份以下。如果有机过氧化物(A)的含量X1和有机过氧化物(B)的含量X2的合计量为上述上限值以下或小于上述上限值,则交联特性、耐热性和粘接性更良好,并且能够进一步抑制片成型时的凝胶化,能够使成型性变得更良好。进一步,有机过氧化物(A)和有机过氧化物(B)的分解产物等的产生量进一步降低,能够进一步抑制太阳能电池密封材中产生气泡。
此外,从使交联特性变得良好的同时,进一步抑制成型时的凝胶的产生而进一步提高成型性的观点考虑,本实施方式涉及的太阳能电池密封材的凝胶分率优选为55%以上100%以下,更优选为57%以上95%以下,进一步优选为60%以上90%以下。凝胶分率的计算能够利用下述方法来进行。首先,将太阳能电池密封材进行交联而得的交联体的样品采集1g,加入至二甲苯100mL中,在110℃的防爆烘箱中静置12小时。接着,利用30目的不锈钢筛进行过滤,将筛在110℃干燥8小时。测定残存于筛上的残存物的质量,将残存于筛上的残存物的质量相对于处理前的样品量(1g)之比(%)设为凝胶分率。
如果上述凝胶分率为上述下限值以上,则太阳能电池密封材的耐热性变得良好,例如能够抑制高温下的粘接性的降低。另一方面,如果凝胶分率为上述上限值以下,则成为具有高柔软性的太阳能电池密封材,高温下的温度追随性提高,因此能够抑制剥离的发生。
以下,对于构成本实施方式涉及的太阳能电池密封材的各成分进行说明。
<乙烯-α-烯烃共聚物>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材包含乙烯-α-烯烃共聚物。
上述乙烯-α-烯烃共聚物例如,通过将乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃进行共聚来获得。作为α-烯烃,通常能够将碳原子数3~20的α-烯烃单独使用1种或将2种以上组合使用。
作为碳原子数3~20的α-烯烃,可举出例如,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、1-十二碳烯等直链状或支链状的α-烯烃。其中优选碳原子数为10以下的α-烯烃,特别优选碳原子数为3~8的α-烯烃。从获得的容易性考虑,优选为丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。另外,乙烯-α-烯烃共聚物可以为无规共聚物,也可以为嵌段共聚物,从柔软性的观点考虑,优选为无规共聚物。
进一步,上述乙烯-α-烯烃共聚物可以为包含乙烯、碳原子数3~20的α-烯烃以及非共轭多烯的共聚物。α-烯烃与上述同样,作为非共轭多烯,可举出例如,5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、5-乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、二环戊二烯(DCPD)等。能够将这些非共轭多烯单独使用1种,或将2种以上组合使用。
上述乙烯-α-烯烃共聚物也可以并用例如,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、3-苯基丙烯、4-苯基丙烯、α-甲基苯乙烯等芳香族乙烯基化合物;环戊烯、环庚烯、降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯等碳原子数为3~20的环状烯烃类等。
这里,作为乙烯-α-烯烃共聚物,可举出例如,三井化学公司制的Tafmer(商标注册)、DOW公司制的ENGAGE(商标注册)、埃克森美孚公司制的EXACT(商标注册)、日本聚乙烯公司制的Kernel(商标注册)等。
按照ASTM D1238,以190℃、2.16kg载荷的条件测定得到的乙烯-α-烯烃共聚物的熔体流动速率(MFR)优选为0.1/10分钟以上,更优选为0.5g/10分钟以上,进一步优选为1.0g/10分钟以上,特别优选为2.0g/10分钟以上,而且优选小于10g/10分钟,更优选小于9.0g/10分钟,进一步优选小于8.0g/10分钟,特别优选小于7.0g/10分钟。
如果MFR在上述范围内,则包含乙烯-α-烯烃共聚物的树脂组合物的流动性降低,从能够防止由于将太阳能电池密封材片与太阳能电池元件进行层压时溢出的熔融树脂所引起的层压装置的污染这一方面考虑,是优选的。
乙烯-α-烯烃共聚物的MFR能够通过调整聚合反应时的聚合温度、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浓度的摩尔比率等来进行调整。
上述乙烯-α-烯烃共聚物优选满足以下要件a1)和a2)中的至少一者。
(要件a1)
按照ASTM D1505测定得到的乙烯-α-烯烃共聚物的密度优选为0.865g/cm3以上,更优选为0.866g/cm3以上,进一步优选为0.867g/cm3以上,而且优选为0.895g/cm3以下,更优选为0.890g/cm3以下,进一步优选为0.884g/cm3以下,特别优选为0.880g/cm3以下。
乙烯-α-烯烃共聚物的密度能够通过乙烯单元的含有比例与α-烯烃单元的含有比例的平衡来进行调整。即,如果提高乙烯单元的含有比例,则结晶性提高,能够获得密度高的乙烯-α-烯烃共聚物。另一方面,如果降低乙烯单元的含有比例,则结晶性降低,能够获得密度低的乙烯-α-烯烃共聚物。
如果乙烯-α-烯烃共聚物的密度为上述上限值以下,则结晶性变得更加适度,能够进一步提高所得的太阳能电池密封材的透明性。进一步,能够使交联特性变得更良好。此外,柔软性更优异,在进行层压成型时能够进一步抑制太阳能电池元件的开裂、薄膜电极的缺口等的产生。
另一方面,如果乙烯-α-烯烃共聚物的密度为上述下限值以上,则能够加快乙烯-α-烯烃共聚物的结晶速度,因此由挤出机挤出的片难以发粘,利用冷却辊的剥离变得容易,能够容易地获得太阳能电池密封材的片。此外,由于片难以产生发粘,因此能够抑制粘连的发生,提高片的输出性。此外,由于能够使其充分地交联,因此能够抑制太阳能电池密封材的耐热性的降低。
(要件a2)
按照ASTM D2240测定得到的乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏A硬度优选为60以上,更优选为62以上,进一步优选为63以上,特别优选为65以上,而且优选为95以下,更优选为90以下,进一步优选为85以下,特别优选为80以下。乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏A硬度能够通过控制乙烯-α-烯烃共聚物的乙烯单元的含有比例、密度的数值范围来进行调整。即,乙烯单元的含有比例高、且密度高的乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏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-烯烃共聚物的肖氏A硬度变低。
如果肖氏A硬度为上述下限值以上,则易于片化而能够获得耐粘连性良好的片,进一步还能够提高耐热性。
另一方面,如果肖氏A硬度为上述上限值以下,则能够提高透明性和柔软性,并且使片成型变得容易。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,在将该太阳能电池密封材所包含的树脂成分的整体设为100质量%时,上述乙烯-α-烯烃共聚物的含量优选为80质量%以上,更优选为90质量%以上,进一步优选为95质量%以上,而且特别优选为100质量%。由此,能够获得透明性、粘接性、耐热性、柔软性、外观、交联特性、电气特性和挤出成型性等各特性的平衡更优异的太阳能电池密封材。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,在将该太阳能电池密封材的整体设为100质量%时,上述树脂成分的含量优选为40质量%以上,更优选为50质量%以上,进一步优选为60质量%以上,进一步更优选为70质量%以上,进一步更优选为80质量%以上,特别优选为90质量%以上。由此,能够获得透明性、粘接性、耐热性、柔软性、外观、交联特性、电气特性和挤出成型性等各特性的平衡更优异的太阳能电池密封材。
<有机过氧化物(A)>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材包含1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)作为交联剂。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,通过含有1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A),从而上述乙烯-α-烯烃共聚物的交联速度提高,能够减少所使用的交联剂的总量,因此能获得能够抑制成型时的凝胶的产生,能够提高成型性这样的优异的效果。
作为有机过氧化物(A),只要是1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物,就没有特别限定,优选包含选自过氧化缩酮类和过氧化碳酸酯类中的至少一种。
作为过氧化缩酮类,可举出例如,2,2-二(叔丁基过氧化)丁烷、正丁基-4,4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯、乙基-3,3-二(叔丁基过氧化)丁酸酯、2,2-二(叔戊基过氧化)丁烷、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-二(叔戊基过氧化)环己烷、1,1-二(叔己基过氧化)环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)-2-甲基环己烷、1,1-二(叔戊基过氧化)-2-甲基环己烷、1,1-二(叔己基过氧化)-2-甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔戊基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔己基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、2,2-二(4,4-二(叔丁基过氧化)环己基)丙烷等。
作为过氧化碳酸酯类,可举出例如,过氧化二碳酸二正丙酯、过氧化碳酸二异丙酯、过氧化碳酸二(4-叔丁基环己基)酯、过氧化碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二(3-甲氧基丁基)酯、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化异丙基碳酸叔戊酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、1,6-双(叔丁基过氧化羰氧基)己烷等。
其中,作为有机过氧化物(A),从交联特性优异方面考虑,优选为过氧化缩酮类,更优选为1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷。
<有机过氧化物(B)>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材包含1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)作为交联剂。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中,通过含有1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B),从而熔融混炼时能够抑制剪切发热,能够抑制由剪切发热引起的乙烯-α-烯烃共聚物的交联反应。因此,能获得能够抑制成型时的凝胶的产生,能够提高成型性这样的优异的效果。
作为有机过氧化物(B),只要是1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物,就没有特别限定,优选包含二烷基过氧化物类。
作为二烷基过氧化物类,可举出例如,过氧化二枯基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、1,3-双(叔丁基过氧化异丙基)己烷、过氧化叔丁基枯基、过氧化二叔丁基、过氧化二叔己基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己炔-3等。
其中,作为有机过氧化物(B),从交联特性优异方面考虑,更优选为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷。
<交联助剂>
从提高交联特性的观点考虑,本实施方式涉及的太阳能电池密封材可以进一步含有交联助剂。
作为上述交联助剂,能够使用例如选自由二乙烯基芳香族化合物、氰脲酸酯化合物、二烯丙基化合物、丙烯酸酯化合物、三烯丙基化合物、肟化合物和马来酰亚胺化合物所组成的组中的一种或两种以上。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中的交联助剂的含量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为3.0质量份以下,优选为2.0质量份以下,特别优选为1.5质量份以下。
此外,本实施方式涉及的太阳能电池密封材中的交联助剂的含量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上,优选为0.3质量份以上,更优选为0.5质量份以上。由此,能够使其成为适度的交联结构,能够提高太阳能电池密封材的耐热性、机械物性和粘接性。
作为二乙烯基芳香族化合物,可举出例如,二乙烯基苯、二异丙烯基苯等。
作为氰脲酸酯化合物,可举出例如,三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯等。
作为二烯丙基化合物,可举出例如,邻苯二甲酸二烯丙酯等。
作为三烯丙基化合物,可举出例如,季戊四醇三烯丙基醚等。
作为丙烯酸酯化合物,可举出例如,二甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯等。
作为肟化合物,可举出例如,对醌二肟、p-p’-二苯甲酰醌二肟等。
作为马来酰亚胺化合物,可举出例如,间亚苯基二马来酰亚胺等。
作为交联助剂,优选为1分子中具有3官能以上乙烯基等交联性不饱和键的化合物,其中,三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯的交联特性良好,因此优选。
<硅烷偶联剂>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材可以进一步包含硅烷偶联剂。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材中的硅烷偶联剂的含量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为0.1质量份以上5.0质量份以下,更优选为0.1质量份以上4.0质量份以下,特别优选为0.1质量份以上3.0质量份以下。
如果硅烷偶联剂的含量为上述下限值以上,则能够使太阳能电池密封材与其它构件的粘接强度变得更良好。另一方面,如果硅烷偶联剂的含量为上述上限值以下,则成本与性能的平衡良好,还能够防止透湿性降低。此外,在用作太阳能电池密封材的情况下,与正面侧透明保护构件、太阳能电池元件、电极、背面侧保护构件的密合性变得良好,粘接性也提高。此外,能够抑制:硅烷偶联剂自身发生缩合反应,以白色条纹的形态存在于太阳能电池密封材而制品外观恶化。
作为硅烷偶联剂,没有特别限定,能够使用选自例如,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)、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙基胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等中的一种或两种以上。优选地,能够使用选自粘接性良好的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等中的一种或两种以上。
<紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材可以进一步含有选自紫外线吸收剂、光稳定剂和耐热稳定剂中的至少一种添加剂。这些添加剂的配合量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为0.005质量份以上5质量份以下。进一步,优选含有从上述三种中选择的至少两种添加剂,特别优选含有全部上述三种。如果上述添加剂的配合量处于上述范围内,则能够充分地确保提高耐候稳定性和耐热稳定性的效果,并且能够防止透明性、与玻璃板的粘接性的降低,因此优选。
作为紫外线吸收剂,能够使用选自例如,2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮、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-2-羧基二苯甲酮、2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮等二苯甲酮系紫外线吸收剂;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、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑等苯并三唑系紫外线吸收剂;水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯等水杨酸酯系紫外线吸收剂等中的一种或两种以上。
作为光稳定剂,能够使用选自例如,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}]等受阻胺系化合物、受阻哌啶系化合物等中的一种或两种以上。
作为耐热稳定剂,能够使用选自例如,三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸双[2,4-双(1,1-二甲基乙基)-6-甲基苯基]乙酯、四(2,4-二叔丁基苯基)[1,1-联苯基]-4,4’-二基双亚膦酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯等亚磷酸酯系抗氧化剂;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抗氧化剂;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]等受阻酚系抗氧化剂;硫系抗氧化剂;胺系抗氧化剂等中的一种或两种以上。其中,优选为亚磷酸酯系抗氧化剂和受阻酚系抗氧化剂。
<太阳能电池密封材片>
对于本实施方式涉及的太阳能电池密封材而言,其整体形状为片状也是优选实施方式之一。
本实施方式中的太阳能电池密封材片(片状的太阳能电池密封材)的厚度没有特别限定,优选为0.01mm以上2.0mm以下,更优选为0.2mm以上1.2mm以下。如果厚度在该范围内,则能够抑制层压工序中的受光面侧保护构件、太阳能电池元件和薄膜电极等的破损,并且通过确保充分的光线透射率,从而能够获得高的光发电量。进一步能够使低温下的太阳能电池模块的层压成型变得良好,因此优选。
对于本实施方式涉及的太阳能电池密封材片,可以在不损害本发明的目的的范围内,层叠其它层。例如,可以具有用于保护正面或背面的硬涂层、粘接层、防反射层、阻气层、防污层等层。如果以材质进行分类,则可举出由紫外线固化性树脂形成的层、由热固性树脂形成的层、由聚烯烃树脂形成的层、由羧酸改性聚烯烃树脂形成的层、由含氟树脂形成的层、由环状烯烃(共)聚合物形成的层、由无机化合物形成的层等。
<太阳能电池密封材片的制造方法>
本实施方式涉及的太阳能电池密封材片的制造方法没有特别限定,能够采用公知的各种成型方法(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)。其中,优选为挤出片成型和压延成型。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材片的制造方法没有特别限定,例如,可举出以下方法。首先,将乙烯-α-烯烃共聚物、有机过氧化物(A)、有机过氧化物(B)、根据需要的交联助剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂以及进一步根据需要的其它添加剂,例如,在塑料袋等袋中利用人力进行掺混,或使用亨舍尔混合机、转筒、高速混合机等搅拌混合机进行掺混。
接着,将所得的树脂组合物例如供给至挤出片成型机的料斗进行熔融混炼。然后,从挤出片成型机的T形模头挤出成型为片状,获得太阳能电池密封材片。片成型也能够通过使用压延成型机、吹胀成型机等的公知的方法来进行。
此外,可以通过上述方法来制作不含有机过氧化物的太阳能电池密封材片,并通过含浸法向制作的片中添加有机过氧化物(A)和有机过氧化物(B)。
另外,也能够在投入至挤出片成型机之后,在熔融混炼的过程中添加一部分添加剂。
2.关于太阳能电池模块
本实施方式涉及的太阳能电池密封材在太阳能电池模块中用于密封太阳能电池元件。
作为太阳能电池模块的构成,可举出例如将正面侧透明保护构件/受光面侧密封层/太阳能电池元件/背面侧密封层/背面侧保护构件(背片)依次进行了层叠的构成,但没有特别限定。
本实施方式涉及的太阳能电池密封材的交联物可用于上述受光面侧密封层和上述背面侧密封层中的任一者,或两者。
图1表示本实施方式涉及的太阳能电池模块10的截面图的一例。
太阳能电池模块10具备太阳能电池元件13、夹持太阳能电池元件13并进行密封的一对受光面侧密封层11和背面侧密封层12、以及正面侧透明保护构件14和背面侧保护构件(背片)15。
(太阳能电池元件)
作为太阳能电池元件13,能够使用例如,单晶硅、多晶硅、无定形硅等硅系、镓-砷、铜-铟-硒、镉-碲等III-V族、II-VI族化合物半导体系等各种太阳能电池元件。
太阳能电池模块10中,多个太阳能电池元件13经由具备导线和钎焊接合部的互连线16而串联地电连接。
(正面侧透明保护构件)
作为正面侧透明保护构件14,可举出例如,玻璃板;由丙烯酸系树脂、聚碳酸酯、聚酯、含氟树脂等形成的树脂板等。
(背面侧保护构件)
作为背面侧保护构件(背片)15,可举出例如,金属、各种热塑性树脂膜等的单独或多层的片。可举出例如,锡、铝、不锈钢等金属;玻璃等无机材料;由聚酯、无机物蒸镀聚酯、含氟树脂、聚烯烃等形成的各种热塑性树脂膜等。
背面侧保护构件15可以为单层,也可以为多层。
(太阳能电池模块的制造方法)
本实施方式涉及的太阳能电池模块10的制造方法没有特别限定,例如,可举出以下方法。
首先,将使用互连线16进行了电连接的多个太阳能电池元件13用一对太阳能电池密封材夹持,进一步将一对太阳能电池密封材用正面侧透明保护构件14和背面侧保护构件15夹持来制作层叠体。接着,在用一对太阳能电池密封材夹持了太阳能电池元件13的状态下将层叠体进行加热,将太阳能电池元件13密封于一对太阳能电池密封材之间。即,将所得的层叠体进行加热以分别使一对太阳能电池密封材交联,分别形成受光面侧密封层11和背面侧密封层12,从而将太阳能电池元件13密封于受光面侧密封层11与背面侧密封层12之间。进一步,将受光面侧密封层11与背面侧密封层12、受光面侧密封层11与正面侧透明保护构件14、背面侧密封层12与背面侧保护构件15进行粘接。这里,本实施方式涉及的太阳能电池密封材可用于一对太阳能电池密封材中的任一者,或两者。
更具体而言,将太阳能电池密封材加热至太阳能电池密封材所包含的交联剂实质上不分解且乙烯-α-烯烃共聚物发生熔融那样的温度,将受光面侧密封层11与背面侧密封层12、受光面侧密封层11与正面侧透明保护构件14、背面侧密封层12与背面侧保护构件15分别进行临时粘接。接下来,升温以进行充分的粘接,进而进行密封层内的乙烯-α-烯烃共聚物的交联。粘接和交联的温度只要是能够获得应满足的交联速度、且不发生鼓起那样的温度即可,例如能够采用100~180℃左右的温度范围。
以上,参照附图对于本发明的实施方式进行了描述,但它们是本发明的例示,还能够采用上述以外的各种构成。
实施例
以下,基于实施例具体地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例。
(1)乙烯-α-烯烃共聚物
作为乙烯-α-烯烃共聚物,使用了三井化学公司制的Tafmer(注册商标)A-4070S。Tafmer(注册商标)A-4070S的物性如下所述。
密度:0.870g/cm3
MFR:3.6g/10分钟
肖氏A硬度:73
这里,按照ASTM D1238,以190℃、2.16kg载荷的条件测定了乙烯-α-烯烃共聚物的MFR。
此外,按照ASTM D1505,测定了乙烯-α-烯烃共聚物的密度。
此外,乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏A硬度采用以下步骤进行测定。
首先,将乙烯-α-烯烃共聚物以190℃加热4分钟,以10MPa进行加压之后,以10MPa加压冷却5分钟直至常温,获得了3mm厚的片。使用所得的片,按照ASTM D2240测定了乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏A硬度。
(2)太阳能电池密封材的制作
利用微流变混合器(Thermo Haake公司制,MiniLaboII HAAKE Rhenomex CTW5)以125℃、螺杆转速30rpm的条件将乙烯-α-烯烃共聚物、有机过氧化物(A)、有机过氧化物(B)、交联助剂和硅烷偶联剂以表1所示的配方配合,进行熔融混炼,分别制作出宽度4mm的条状的太阳能电池密封材。
另外,表1中的各成分的配合比例的单位是质量份。此外,表1中的乙烯-α-烯烃共聚物以外的各成分的详细情况如下所述。
·有机过氧化物(A-1):1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷(1小时半衰期温度;116℃,Perhexa(注册商标)C-80,日油公司制)
·有机过氧化物(B-1):2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷(1小时半衰期温度;140℃,LUPEROX 101,阿科玛吉富公司制)
·交联助剂1:三烯丙基异氰脲酸酯
·硅烷偶联剂1:3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
(3)太阳能电池密封材的成型性评价
太阳能电池密封材的成型性通过测定焦烧时间进行了评价。
利用微流变混合器(Thermo Haake公司制,MiniLaboII HAAKE Rhenomex CTW5)以125℃、螺杆转速30rpm的条件进行实施例和比较例的树脂组合物的混炼,测定了从最低转矩值上升0.1Nm的时间,将该时间设为焦烧时间。
接着,通过以下基准评价了太阳能电池密封材的成型性。这里,在焦烧时间小于14分钟的情况下,观察到转矩的大幅上升,经验上确认到树脂组合物的成型性差。
◎:焦烧时间为20分钟以上
〇:焦烧时间为14分钟以上且小于20分钟
×:焦烧时间为12分钟以上且小于14分钟
××:焦烧时间小于12分钟
(4)太阳能电池密封材的交联特性评价
太阳能电池密封材的交联特性通过凝胶分率进行了评价。
将获得的条状的太阳能电池密封材切断成5~10mm的长度,将5~6g所切断的太阳能电池密封材用经二氧化硅涂布的PET膜夹持。此时,使PET膜的二氧化硅涂布面分别为太阳能电池密封材侧来夹持。接着,将所得的层叠体用厚度1mm的SUS板夹持。接着,将用SUS板夹持的层叠体投入至设定为热板温度150℃的迷你测试压制机(东洋精机公司制,MP-SCL),以压制压力5MPa进行压制,在开始加压之后1分钟后实施脱气操作。这里,脱气操作是在30秒以内将施加压力至8MPa之后进行减压(抬起上侧的热板以使压力成为零)的操作重复8次。脱气操作后,将压制压力固定为11±1MPa。将层叠体投入至压制机,在开始加压之后10分钟后(包括脱气操作时间),取出用SUS板夹持的层叠体,从所得的层叠体剥取PET膜,获得了厚度0.02~0.04mm的片状的交联体。
将所制作的交联体称量约1g(称量值为A(g)),加入至二甲苯100mL,在110℃的防爆烘箱中静置12小时。接着,利用30目的不锈钢筛进行过滤后,对不锈钢筛以110℃进行8小时干燥。测定了不锈钢筛上的残存量B(g),使用下述式,算出凝胶分率。
凝胶分率(质量%)=100×B/A
接着,采用以下基准来评价太阳能电池密封材的交联特性。
◎:凝胶分率为60%以上90%以下
〇:凝胶分率为55%以上且小于60%或凝胶分率超过90%且为100%以下
×:凝胶分率小于55%
这里,经验上确认到在凝胶分率小于55%的情况下,太阳能电池密封材的交联特性不充分,交联后的太阳能电池密封材的耐热性、粘接性差。
将以上的评价结果示于表1中。
[表1]
太阳能电池密封材中的有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)为0.05以上1.10以下的实施例的太阳能电池密封材各自的成型性和交联特性的平衡都优异。另一方面,太阳能电池密封材中的有机过氧化物(B)的含量X2相对于有机过氧化物(A)的含量X1之比(X2/X1)处于0.05以上1.10以下的范围外的比较例的太阳能电池密封材各自的成型性和交联特性的平衡都差。
本申请主张以2017年11月20日申请的日本申请特愿2017-222823号作为基础的优先权,将其公开的全部内容并入本文中。

Claims (11)

1.一种太阳能电池密封材的制造方法,是用于制造密封太阳能电池元件的太阳能电池密封材的制造方法,其包括:
将乙烯-α-烯烃共聚物、1小时半衰期温度为100℃以上130℃以下的范围的有机过氧化物(A)和1小时半衰期温度为超过130℃且160℃以下的范围的有机过氧化物(B)熔融混炼的步骤,
所述太阳能电池密封材中的所述有机过氧化物(B)的含量X2相对于所述有机过氧化物(A)的含量X1的以质量比计的比,即X2/X1为0.05以上1.10以下,
按照ASTM D1238,以190℃、2.16kg载荷的条件测定得到的所述乙烯-α-烯烃共聚物的MFR为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述太阳能电池密封材中的所述有机过氧化物(A)的含量X1和所述有机过氧化物(B)的含量X2的合计量相对于所述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上3.0质量份以下。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,所述太阳能电池密封材的凝胶分率为55%以上100%以下。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述有机过氧化物(A)包含选自过氧化缩酮类和过氧化碳酸酯类中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述有机过氧化物(A)包含过氧化缩酮类,
所述过氧化缩酮类包含1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述有机过氧化物(B)包含二烷基过氧化物类。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述有机过氧化物(B)包含二烷基过氧化物类,
所述二烷基过氧化物类包含2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷。
8.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述乙烯-α-烯烃共聚物满足以下要件a1)和a2)中的至少一者,
a1)按照ASTM D1505测定得到的密度为0.865~0.895g/cm3
a2)按照ASTM D2240测定得到的肖氏A硬度为60~95。
9.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述太阳能电池密封材进一步包含硅烷偶联剂,
所述太阳能电池密封材中的所述硅烷偶联剂的含量相对于所述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上5.0质量份以下。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,
所述太阳能电池密封材进一步包含交联助剂,
所述太阳能电池密封材中的所述交联助剂的含量相对于所述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.1质量份以上3.0质量份以下。
11.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材的制造方法,所述太阳能电池密封材为片状。
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