JP2012164719A - 太陽電池用裏面保護シート、及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂シート(I)と、該樹脂シート(I)表面に位置するプラスチックフィルム(II)とを具備する太陽電池用裏面保護シートであって、前記樹脂シート(I)が、ポリオレフィン樹脂(A)と、酢酸の吸着量が0.1〜0.8μmol/gである、特定の層状複合金属化合物またはその焼成物(B)を含有する。
【選択図】なし
Description
太陽電池素子には様々な形態があり、その代表的なものとして、結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、非晶質シリコン太陽電池素子、銅インジウムセレナイド太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子等が知られている。この中で薄膜結晶太陽電池素子、非晶質シリコン太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子は比較的低コストであり、また大面積化が可能であるため、各方面で活発に研究開発が行われている。またこれらの太陽電池素子の中でも、導体金属基板上にシリコンを積層し、更にその上に透明導電層を形成した非晶質シリコン太陽電池素子に代表される薄膜太陽電池素子は軽量であり、また耐衝撃性やフレキシブル性に富んでいるので、太陽電池における将来の形態として有望視されている。
どのような裏面保護シートを用いるかは、太陽電池モジュールが用いられる製品・用途によって、適宜選択され得る。
しかし、EVAフィルムは、酢酸ビニルをその構成成分として含んでいるため、高温時の湿気の通過ないし水の透過より、EVAが加水分解して酢酸を生じやすい傾向にあり、これが原因となって時間経過に伴い太陽電池の発電性能の劣化が進行してしまうという問題があった(特許文献1〜3)。
前記樹脂組成物(I)が、ポリオレフィン樹脂(A)と、酢酸の吸着量が、それぞれ0.1〜0.8μmol/gである層状複合金属化合物またはその焼成物(B)を含有する樹脂組成物(I)であって、
前記層状複合金属化合物またはその焼成物(B)が、下記(i)〜(iv)からなる群より選ばれる一種である、太陽電池用裏面保護シートに関する。
(i)平均板面径が0.01〜0.9μm、BET比表面積が5〜200m2/gであり、下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物、
Mg1−a・Ala(OH)2・Ann− a/n・bH2O 一般式(1)
(一般式(1)中、0.2≦a≦0.35、0≦b≦1、An:n価の陰イオン)
(ii)前記層状複合金属化合物(i)の焼成物、
(iii)平均板面径が0.02〜0.9μmであり、下記一般式(2)で表される層状複合金属化合物、
(Mc Mg1−c)1−d・Ald(OH)2・Bmm− d/m・eH2O 一般式(2)
(一般式(2)中、MはNi、Zn及びCaより選ばれる金属を示し、c、d及びeはそれぞれ、0.2≦c≦1、0.2≦d≦0.4、0≦e≦4、Bm:m価の陰イオン)
(iv)前記層状複合金属化合物(iii)の焼成物。
前記太陽電池裏面保護シートが、前記発明のいずれかに記載の太陽電池用裏面保護シートを用いてなり、前記樹脂組成物(I)が前記非受光面側EVA系封止材層に接してなることを特徴とする、太陽電池モジュールに関する。
本発明における樹脂シート(I)は、プラスチックフィルム(II)と封止材であるEVAとの接着性を向上するための層である。樹脂シート(I)は、ポリオレフィン樹脂(A)を含む。樹脂シート(I)において、ポリオレフィン樹脂(A)が主として接着力の発現を担う成分である。
本発明において用いられるポリオレフィン樹脂(A)としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブテン樹脂、ポリペンテン樹脂、または、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。本発明においてはコスト、熱融着性の面からポリエチレン樹脂を好ましく用いることが出来る。
(i)下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物、
(ii)前記一般式(1)で表される層状複合金属化合物の焼成物、
(iii)下記一般式(2)で表される層状複合金属化合物、及び
(iv)前記一般式(2)で表される層状複合金属化合物の焼成物
の少なくともいずれか1つを含有する。
一般式(1)
Mg1−a・Ala(OH)2・Ann− a/n・bH2O
(0.2≦a≦0.35、0≦b≦1、An:n価の陰イオン)
一般式(2)
(Mc Mg1−c)1−d・Ald(OH)2・Bmm− d/m・eH2O
(MはNi、Zn及びCaより選ばれる金属を示し、c、d及びeはそれぞれ、0.2≦c≦1、0.2≦d≦0.4、0≦e≦4、Bm:m価の陰イオン)
前記(i)は平均板面径が0.01〜0.9μmであり、BET比表面積が5〜200m2/gとする。また、前記(iii)は平均板面径が0.02〜0.9μmとする。
なお、本発明において、「任意の数A〜任意の数B」の記載は数A及び数Aより大きい範囲であって、数B及び数Bより小さい範囲を意味する。
上記一般式(2)において、Al含有量割合dは0.2≦d≦0.4の範囲にすることが重要である。0.2未満の場合、層状複合金属化合物を製造するのが難しく、0.4を超える場合、金属間のプラス荷電による反発が強くなりすぎ、製造が難しい。水分含有量eは0≦e≦4が好ましい。
上記一般式(1)または、上記一般式(2)におけるアニオンAnn−、およびBmm−の種類は、特に限定されるものではないが、例えば水酸化物イオン、炭酸イオン、ケイ酸イオン、有機カルボン酸イオン、有機スルフォン酸イオン、有機リン酸イオンなどが挙げられる。なお一般式(1)における指数a、一般式(2)における指数dは、層状複合金属化合物を酸で溶解し、「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」で分析して求めた。
また、上記(ii)又は(iv)の場合、それぞれ0.01〜5重量部の範囲で用いることが好ましい。使用量の好適上限を超えるとプラスチックフィルム(II)との密着性が悪化する恐れがある。また、0.01重量部未満の場合は、酸・水補足効果が不十分となる恐れがある。
本発明におけるマグネシウム塩水溶液としては、硫酸マグネシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、及び硝酸マグネシウム水溶液などを使用することができ、好ましくは硫酸マグネシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液である。また、酸化マグネシウム粉末や水酸化マグネシウム粉末のスラリーを代用しても良い
本発明におけるアルミニウム塩水溶液としては、硫酸アルミニウム水溶液、塩化アルミニウム水溶液、及び硝酸アルミニウム水溶液などを使用することができ、好ましくは硫酸アルミニウム水溶液、塩化アルミニウム水溶液である。また、酸化アルミニウム粉末や水酸化アルミニウム粉末のスラリーを代用しても良い。
アニオンを含有するアルカリ水溶液、マグネシウム及びアルミニウムの混合順序は、特に限定されるものではなく、また、各水溶液あるいはスラリーを同時に混合してもよい。好ましくは、アニオンを含有するアルカリ水溶液に、あらかじめマグネシウム及びアルミニウムを混合した水溶液もしくはスラリーを添加する。
ポリオレフィン樹脂(A)に上記(i)〜(iv)を高濃度に含有するマスターバッチを予め得ておき、前記マスターバッチをポリオレフィン樹脂(A)で所望の濃度に希釈し、樹脂シート(I)用の樹脂組成物を得ることが、層状複合金属化合物やその焼成物(B)の分散やハンドリングの面から好ましい。
プラスチックフィルム(II)としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリシクロペンタジエンなどのオレフィンフィルム、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体フィルムなどのフッ素系フィルム、アクリルフィルム、トリアセチルセルロースフィルムなどを用いることができる。フィルム剛性、コストの観点からポリエステル系樹脂フィルムであることが好ましく、ポリエチレンテレフタレートフィルムであることが好ましい。
またこれらのフィルムは、1層または2層以上の複層構造でも構わない。
あるいは、樹脂シート(I)用の樹脂組成物をシート状に押出成形し、プラスチックフィルム(II)の表面に溶融状態のシートを直に積層し、冷めた後、樹脂シート(I)とプラスチックフィルム(II)とを具備する太陽電池用裏面保護シートを得ることもできる。
(A)ポリオレフィン樹脂
(A−1)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(プライムポリマー社製、ネオゼックス0434N)
(A−2)ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー社製、プライムポリプロF109V)
(A−3)エチレン−酢酸ビニル共重合体(住友化学社製、Sumitate DB−10)
(B−1)〜(B−7)、(B−12)〜(B−15)の化学組成は、表1に示した。
(B−8):層状複合金属化合物(B−1)を550℃で3時間熱処理した焼成物
(B−9):層状複合金属化合物(B−3)を400℃で4時間熱処理した焼成物
(B−10):層状複合金属化合物(B−4)を650℃で2時間半熱処理した焼成物
(B−11):層状複合金属化合物(B−7)を750℃で2時間半熱処理した焼成物
(B−16):層状複合金属化合物(B−15)を600℃で3時間半熱処理した焼成物
(C−1)〜(C−10)、(C−16)〜(C−18)の化学組成は、表2に示した。
(C−12):層状複合金属化合物(C−2)を450℃で2時間熱処理した焼成物
(C−13):層状複合金属化合物(C−3)を400℃で2時間熱処理した焼成物
(C−14):層状複合金属化合物(C−11)を350℃で1時間熱処理した焼成物
(C−15):層状複合金属化合物(C−6)を650℃で3時間熱処理した焼成物
(C−19):層状複合金属化合物(C−17)を350℃で1時間熱処理した焼成物
<樹脂シート(I)の作製>
ポリエチレン樹脂85重量部と層状複合金属化合物(B−1)15重量部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、同様の方法により、ポリエチレン樹脂80重量部に紫外線吸収剤10重量部、光安定剤5重量部、酸化防止剤5重量部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、安定化剤マスターバッチと、ポリオレフィン樹脂(A)とを用いて、ポリオレフィン樹脂(A)と層状複合金属化合物(B−1)が表3の配合量となるように調製し、樹脂シート(I)用の組成物を得た。
調製した樹脂シート(I)用の組成物を、T−ダイ押出機で300℃にて押出し成形し、厚さ0.05mmの樹脂シート(I)を作製した。
なお、安定化剤マスターバッチは、表3の配合量であるポリオレフィン樹脂と層状複合金属化合物の合計100重量部に対して、10重量部の割合で配合した。紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤の種類は下記の通りである。
紫外線吸収剤:2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン
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
酸化防止剤:フェニルジイソデシルホスファイト
ポリエステルフィルム(帝人デュポンフィルム社製、テトロンS、厚み188μm)の両面にコロナ処理し、一方の面に接着剤「ダイナレオVA−3020/HD−701」(東洋インキ製造社製、配合比100/7、以下同)をグラビアコーターによって塗布し、溶剤を乾燥させ、塗布量:10g/平方メートルの接着剤層を設け、該接着剤層に、得られた樹脂シート(I)を重ね合わせた。その後、50℃、4日間、エージング処理し、接着剤層を硬化させ、太陽電池用裏面保護シートを得た。
ポリオレフィン樹脂(A)と層状複合金属化合物もしくはその焼成物が、それぞれ表3、4、6、7に示す配合量となるように調製した以外は、実施例1と同様にして樹脂シート(I)を作製し、太陽電池裏面保護シートを作製した。
各実施例及び各比較例で得られた太陽電池裏面保護シートを以下の基準で評価し、評価結果を表5、8に示す。
透明基板(ガラス 厚さ3mm)、封止材(厚さ0.45mm)、前記太陽電池用裏面保護シートの順に積層し、真空ラミネーターによる真空下で、温度150℃、脱気時間5分、プレス圧力1atm、プレス時間15分間、アフターキュア150℃−30分で加熱加圧圧着し、耐久試験用サンプル1を作成した。
上記耐久試験用サンプル1を、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。
前記太陽電池用裏面保護シートと封止材(厚さ0.45mm)を樹脂シート(I)が封止材に接するように積層し、その後、真空ラミネーターによる真空下で、温度150℃、脱気時間5分、プレス圧力1atm、プレス時間15分間、アフターキュア150℃−30分で加熱加圧圧着し、耐久試験用サンプル2を作成した。
上記耐久試験用サンプル2から、幅15mmの短冊を切り取って試験片とし、加速試験前、加速試験後の樹脂シート/EVA間、樹脂シート/プラスチックフィルム間の剥離強度を引っ張り試験機により引っ張り条件100mm/minにて180°剥離試験を行った。
加速試験はプレッシャークッカー試験により、試験片を温度121℃、相対湿度100%RH、圧力2kg/cm2の環境下、72時間静置の条件で行った。
白板ガラス・・・太陽電池表面保護材(III)
EVAシート・・・受光面側封止材層(IV)
多結晶シリコン太陽電池素子・・・太陽電池素子(V)
EVAシート・・・非受光面側封止材層(VI)
上記(III)−(VI)及び裏面保護シートを、裏面保護シートの樹脂シート(I)がEVA非受光面側封止材層(VI)に接するように順に重ねた後、真空ラミネーターで温度150℃、脱気時間5分、プレス圧力1atm、プレス時間15分、アフターキュア150℃―30分間加熱し、10cm×10cm角の光電変換効率評価用太陽電池モジュール1を作製した。
得られた太陽電池モジュール1の太陽電池出力を測定し、JIS C8912に従って、ソーラーシュミレーター(英弘精機製、SS−100XIL)を用いて光電変換効率を測定した。
さらに、温度85℃、相対湿度85%RHの環境条件で1000時間、2000時間静置した後の耐湿熱試験後の光電変換効率を、同様にして測定した。初期の光電変換効率に対する、耐湿熱試験後の光電変換効率低下の割合を計算し、変換効率保持率として、以下のように評価した。
○:出力の低下が5%未満
△:出力の低下が5%以上〜15%未満
×:出力の低下が15%以上
表5、8の結果より、実施例はすべての評価項目において比較例を上回る優れた物性が得られた。
Claims (5)
- 樹脂シート(I)と、該樹脂シート(I)の表面に位置するプラスチックフィルム(II)とを具備する太陽電池用裏面保護シートであって、
前記樹脂シート(I)が、ポリオレフィン樹脂(A)と、酢酸の吸着量が、それぞれ0.1〜0.8μmol/gである層状複合金属化合物またはその焼成物(B)を含有する樹脂シート(I)であって、
前記層状複合金属化合物またはその焼成物(B)が、下記(i)〜(iv)からなる群より選ばれる一種である、太陽電池用裏面保護シート。
(i)平均板面径が0.01〜0.9μm、BET比表面積が5〜200m2/gであり、下記一般式(1)で表される層状複合金属化合物、
Mg1−a・Ala(OH)2・Ann− a/n・bH2O 一般式(1)
(一般式(1)中、0.2≦a≦0.35、0≦b≦1、An:n価の陰イオン)
(ii)前記層状複合金属化合物(i)の焼成物、
(iii)平均板面径が0.02〜0.9μmであり、下記一般式(2)で表される層状複合金属化合物、
(Mc Mg1−c)1−d・Ald(OH)2・Bmm− d/m・eH2O 一般式(2)
(一般式(2)中、MはNi、Zn及びCaより選ばれる金属を示し、c、d及びeはそれぞれ、0.2≦c≦1、0.2≦d≦0.4、0≦e≦4、Bm:m価の陰イオン)
(iv)前記層状複合金属化合物(iii)の焼成物。 - 前記ポリオレフィン樹脂(A)がポリエチレン樹脂(A−1)、ポリプロピレン樹脂(A−2)、またはエチレン−酢酸ビニル共重合体(A−3)からなる群より選択されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 前記(ii)は前記(i)を、前記(iv)は前記(iii)を、それぞれ200〜800℃で熱処理した焼成物であることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池用裏面保護シート。
- ポリオレフィン樹脂(A)100重量部に対して、前記(i)〜(iv)からなる群より選ばれる1種以上の層状複合金属化合物またはその焼成物(B)を0.01〜20重量部用いることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 太陽電池の受光面側に位置する太陽電池表面保護材、太陽電池セル、太陽電池の受光面側及び非受光面側に位置するエチレン−酢酸ビニル共重合体系封止材層、及び前記非受光面側エチレン−酢酸ビニル共重合体系封止材層に接してなる前記太陽電池裏面保護シートを具備してなる太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池裏面保護シートが、請求項1〜4いずれか1項に記載の太陽電池用裏面保護シートを用いてなり、前記シート(I)が前記非受光面側エチレン−酢酸ビニル共重合体系封止材層に接してなることを特徴とする、太陽電池モジュール。
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