JP2012019179A - 太陽電池封止材用樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エチレン共重合体(A)と、下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物や焼成物(B)とを含む太陽電池封止材用樹脂組成物であって、前記一般式(1)で表される層状複合金属化合物が、平均板面径が0.02〜0.9μmであり、屈折率が1.48〜1.6であることを特徴とする太陽電池封止材用樹脂組成物。
(MaMg1-a)1-b・Alb(OH)2・Ann- b/n・cH2O 一般式(1)
(MはNi、Zn、およびCaより選ばれる金属を示し、a、bおよびcはそれぞれ式0.2≦a≦1、0.2≦b≦0.4、0≦c≦4、An:n価の陰イオン)
【選択図】図1
Description
そのため、高い透明性、耐水性を備えるエチレン酢酸ビニル共重合体が、封止材として多く用いられているが、エチレン酢酸ビニル共重合体は、熱・水等による劣化に伴う酸発生や、モジュール内へ透過した水蒸気により、透明性の悪化、電極配線の腐食、保護部材との密着性低下を誘発し、変換効率の低下を招くという問題があった。
また、特許文献7では、水酸化マグネシウムからなる平均粒径0.01〜10μmの受酸剤により、酸を低減することができるとした太陽電池封止膜が開示されている。
前記一般式(1)で表される層状複合金属化合物が、
平均板面径が0.02〜0.9μmであり、
屈折率が1.48〜1.6であることを特徴とする太陽電池封止材用樹脂組成物に関する。
(MaMg1-a)1-b・Alb(OH)2・Ann- b/n・cH2O 一般式(1)
(MはNi、Zn、およびCaより選ばれる金属を示し、a、bおよびcはそれぞれ式0.2≦a≦1、0.2≦b≦0.4、0≦c≦4、An:n価の陰イオン)
かつ屈折率が1.58〜1.72であることを特徴とする上記発明の太陽電池封止材用樹脂組成物に関する。
本発明の太陽電池封止材用樹脂組成物は、エチレン共重合体(A)と、下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物および/またはその焼成物(B)とを含むことが重要である。
(MaMg1-a)1-b・Alb(OH)2・Ann- b/n・cH2O 一般式(1)
(MはNi、Zn、およびCaより選ばれる少なくとも一種の金属を示し、a、bおよびcはそれぞれ式0.2≦a≦1、0.2≦b≦0.4、0≦c≦4、An:n価の陰イオン)
そして、これを太陽電池モジュールに用いられたときに、太陽電池封止材中に浸入した水をその層間に捕捉し、または、劣化等により、エチレン共重合体(A)として、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体を用いる場合、エチレン酢酸ビニル共重合体から発生した酢酸アニオン等の有機酸アニオンを層間へ捕捉し、中和することで太陽電池封止材や発電素子の劣化を防止する効果を奏する(以下、酸・水捕捉効果ともいう)。
そして酸・水捕捉効果は、層間に入り込むイオンの電荷密度の大小により決まり、価数が高く、イオン半径の小さい陰イオンの方が層間に取り込まれやすい。また、中和反応の効率は、層状複合金属化合物の塩基度が高い方が優れているが、エチレン共重合体(A)として、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体を用いる場合、エチレン酢酸ビニル共重合体の加水分解を促進してしまうため、中和と加水分解の関係より、一定範囲における塩基度が最も効率のよい酸の捕捉効果を示すことを見出した。
前記酸・水捕捉効果を有する化合物として層状複合金属化合物以外にも、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸化物等が知られているが、これらの化合物は屈折率が高いものや、触媒活性が高いものが多い。そのため、エチレン共重合体(A)に添加した場合、エチレン共重合体(Aとの屈折率差が大きくなり、光散乱を起こして不透明化や発電素子での受光量減少が起こり、変換効率が低下する。また、フィラーの触媒活性により、エチレン共重合体(A)として、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体を用いる場合、エチレン酢酸ビニル共重合体の加水分解を促進するため、樹脂が物性低下を起こし、発電効率の低下、短寿命化を招く。
そこで本発明では、通常は金属酸化物等の金属化合物を用いると太陽電池の初期変換効率が低下するものを、特定の層状複合金属化合物を用いることで逆に初期変換効率を向上できるという驚くべき効果を見出した。さらに透明性向上と酸・水捕捉効果も向上し、経時後の保護部材との密着性低下抑制と変換効率低下をも抑制できる優れた効果を見出した。
(MaMg1-a)1-b・Alb(OH)2・Ann- b/n・cH2O 一般式(1)
(MはNi、Zn、およびCaより選ばれる少なくとも一種の金属を示し、a、bおよびcはそれぞれ式0.2≦a≦1、0.2≦b≦0.4、0≦c≦4、An:n価の陰イオン)
マグネシウム塩水溶液、亜鉛塩水溶液、ニッケル塩水溶液、カルシウム塩水溶液の少なくとも1種とアニオンを含有したアルカリ性水溶液とおよびアルミニウム塩水溶液とを混合し、pHが8〜14の範囲の混合溶液とした後、該混合溶液を80〜100℃の温度範囲で熟成して得ることができる。
ゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−ドデシルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−オクタデシルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ベンジルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−5−クロロベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2'−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2'−ジヒドロキシ−4
,4'−ジメトキシベンゾフェノン、2,2',4,4'−テトラヒドロキシベ
ンゾフェノン、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−メチル−4−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3−メチル−5−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3、5−ジメチルフェニル)−5−メトキシベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3−t−ブチル−5−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−[4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン−2−イル]−5−(オクチルオキシ)フェノール、2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−(ヘキシルオキシ)フェノール、フェニルサリチレート、p−オクチルフェニルサリチレートなどが挙げられる。
(A−1)ウルトラセン751(東ソー社製、エチレン酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル含有量:28%、MFR:5.7)
(A−2)エバフレックスV523(三井・デュポンポリケミカル社製、エチレン酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル含有量:33%、MFR:14)
(B−1)〜(B−15)の化学組成は、表1に示した。
(B−16):層状複合金属化合物(B−2)を450℃で2時間熱処理した焼成物
(B−17):層状複合金属化合物(B−3)を400℃で2時間熱処理した焼成物
(B−18):層状複合金属化合物(B−11)を350℃で1時間熱処理した焼成物
(B−19):層状複合金属化合物(B−6)を650℃で3時間熱処理した焼成物
(B−20):層状複合金属化合物(B−10)を350℃で1時間熱処理した焼成物
エチレン共重合体85重量部と層状複合金属化合物15重量部とをスーパーミキサー(三井鉱山社製)に投入し温度20℃、時間3分の条件で撹拌した後、二軸押出し機(日本プラコン社製)により層状複合金属化合物マスターバッチを得た。また、エチレン共重合体に架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤を配合した架橋剤マスターバッチと、エチレン酢酸ビニル共重合体に紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤を配合した安定化剤マスターバッチを得た。
得られた層状複合金属化合物マスターバッチと、架橋剤マスターバッチと、安定化剤マスターバッチと、エチレン共重合体とを用いて、エチレン共重合体(A)と層状複合金属化合物若しくはその焼成物が表2の配合量となるように調製した。調製後、T−ダイ押出機で90℃にて押出し成形し、太陽電池封止材12A、12B、16、18、21(厚さ0.5mm)を作製した。
なお、太陽電池封止材中の架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤の種類と添加量は、エチレン共重合体と層状複合金属化合物の合計100重量部対して下記の通りに用いた。
架橋剤:2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.5重量部
架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート0.5重量部
シランカップリング剤:γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.5重量部
紫外線吸収剤:2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン0.25質量部
光安定剤:N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン−2,4−ビス[N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ]−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物0.5質量部
酸化防止剤:フェニルジイソデシルホスファイト0.25質量部
それぞれ表2、3に示す配合とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池封止材用樹脂組成物を調整して太陽電池封止材12A、12B、16、18、21を作成した。
図2に示すような耐久試験用サンプルを作製した。まず、実施例および比較例で得られた太陽電池封止材16を、透明基板(ガラス 厚さ3mm)15と耐加水分解ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ0.1mm)の保護部材17とで挟んで積層体とした。その後、真空ラミネーターによる真空下で、150℃、15分間加熱圧着した。次いで、オーブン内で150℃、15分間封止材を架橋させ、耐久試験用サンプルを作製し、加速試験により酸発生の速度を促進させた後、酸発生量を測定した。
実施例および比較例で得られた太陽電池封止材18を、透明基板(ガラス 厚さ3mm)19、20で挟み込み、3層にした(図3参照)。その後、真空ラミネーターによる真空下で、150℃、15分間加熱圧着した。次いで、オーブン内で150℃、15分間封止材を架橋させ、耐久試験用サンプルを作製し、加速試験前、試験後のヘーズ値をBYK Gardner製ヘーズメーターにより測定した。
図4に示すように、実施例および比較例で得られた太陽電池封止材21と耐加水分解ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ0.1mm)の保護部材22とを2層に積層した。次いで、真空ラミネーターによる真空下で、150℃、15分間加熱圧着し、その後、オーブン内で150℃15分間保持し封止材を架橋させることで、耐久試験用サンプルを作製した。そして耐久試験後の太陽電池封止材と保護部材との密着性を剥離試験により測定した。
実施例および比較例で得られた太陽電池封止材12A、12Bを用いて発電素子を挟み込み、図1に示すように透明基板(ガラス 厚さ3mm)11と耐加水分解ポリエチレンテレフタレート/アルミ/耐加水分解ポリエチレンテレフタレートの3層(厚さ1.0mm)の保護部材14とで挟んで積層体にした後、真空ラミネーターによる真空下で、150℃、15分間加熱圧着し、その後、オーブン内で150℃15分間保持し封止材を架橋させることで、太陽電池モジュールサンプルを作製した。試験はサンプルを、85℃85%RHの環境下、1000時間静置の条件で行った。
変換効率は、入光エネルギーと最適動作点での出力と、発電素子の面積から算出した。評価は、サンプルから層状複合金属化合物を除いて作成した基準サンプルの初期変換効率を100とした。そして初期変換効率に対するサンプルの試験後の変換効率を基準保持率とした。
実施例および比較例で得られた太陽電池封止材12A、12Bを用いて発電素子を挟み込み、図1に示すように透明基板(ガラス 厚さ3mm)11と耐加水分解ポリエチレンテレフタレート/アルミ/耐加水分解ポリエチレンテレフタレートの3層(厚さ1.0mm)の保護部材14とで挟んで積層体にした後、真空ラミネーターによる真空下で、150℃で15分間加熱圧着し、その後、オーブン内で150℃、15分間封止材を架橋させ、太陽電池モジュールサンプルを作製した。試験は、プレッシャークッカー試験機により、サンプルを温度121℃、湿度100%RH、圧力2kg/cm2の環境下、72時間静置の条件で行った。変換効率は、入光エネルギーと最適動作点での出力と、発電素子の面積から算出した。
評価は、発電素子単体の変換効率を100として、その変換効率に対するサンプル2の試験前の変換効率を初期変換効率保持率とした。そして、発電素子単体の変換効率に対するサンプル2の試験後の変換効率を経時変換効率保持率とした。
12A 表面太陽電池封止材
12B 裏面太陽電池封止材
13 発電素子
14 保護部材
15 透明基板
16 封止材
17 保護部材
18 封止材
19 透明基板
20 透明基板
21 封止材
22 保護部材
Claims (9)
- エチレン共重合体(A)と、下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物および/またはその焼成物(B)とを含む太陽電池封止材用樹脂組成物であって、
前記一般式(1)で表される層状複合金属化合物が、
平均板面径が0.02〜0.9μmであり、
屈折率が1.48〜1.6であることを特徴とする太陽電池封止材用樹脂組成物。
(MaMg1-a)1-b・Alb(OH)2・Ann- b/n・cH2O 一般式(1)
(MはNi、Zn、およびCaより選ばれる金属を示し、a、bおよびcはそれぞれ式0.2≦a≦1、0.2≦b≦0.4、0≦c≦4、An:n価の陰イオン) - 焼成物(B)が、平均板面径が0.02〜0.9μmであり、
かつ屈折率が1.58〜1.72であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 一般式(1)で表される層状複合金属化合物の酢酸の吸着量が、0.1〜0.8μmol/gであることを特徴とする請求項1または2記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。
- 焼成物(B)の酢酸の吸着量が、0.1〜0.8μmol/gであることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。
- エチレン共重合体(A)100重量部に対して、一般式(1)で表される層状複合金属化合物および/またはその焼成物(B)を0.01〜20重量部用いることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。
- 焼成物(B)が、一般式(1)で表される層状複合金属化合物を200〜800℃で熱処理されてなる焼成物であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。
- 請求項1〜6いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物から形成してなるマスターバッチ。
- 請求項1〜6いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物を含む混合物を用いて形成してなる太陽電池封止材。
- 請求項1〜6いずれか記載の太陽電池封止材用樹脂組成物を用いて形成してなる太陽電池モジュール。
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