JP2013207137A - 太陽電池モジュール用封止材シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池モジュール用の封止材シートを、密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂と、グリシジルメタクリレート(GMA)と、ラジカル重合開始剤と、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)と、を含有する太陽電池モジュール用の封止材組成物であって、前記GMAの前記封止材組成物中の含有量が、0.15質量%以上3.0質量%以下であり、前記TAICの前記封止材組成物中の含有量が、0.15質量%以上3.0質量%以下であり、前記ラジカル重合開始剤の前記封止材組成物中の含有量が、0.01質量%以上2.5質量%以下である太陽電池モジュール用の封止材組成物からなる封止材シートとする。
【選択図】図1
Description
まず、図1を参照しながら、本発明の一実施形態である太陽電池モジュール1を例として、本発明に係る封止材シートを用いた太陽電池モジュールの全体構成について簡単に説明する。
封止材組成物は、密度が0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂と、グリシジルメタクリレート(GMA)と、ラジカル重合開始剤と、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)と、を必須成分として含有する。以下、これらの必須成分について説明した後、その他の樹脂、その他の成分について説明する。
本発明においては密度が0.900g/cm3以下の低密度ポリエチレン(LDPE)、好ましくは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いる。直鎖低密度ポリエチレンはエチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、本発明においては、その密度が0.900g/cm3以下の範囲内、より好ましくは0.870〜0.890g/cm3の範囲である。この範囲であれば、封止材シートと、ガラス、金属との密着性が高まる。
本発明の封止材組成物には、金属密着性を向上させるための密着性向上剤としてGMAを用いる。ここで、金属密着性を向上させるための密着性向上剤としては、グリシジル基を持つシランカップリング剤を用いることもできるが、グリシジル基を持つシランカップリング剤はベース樹脂主鎖と結合することが難しく耐久性が出にくいという問題がある。その点、GMAは、グリシジル基を持つシランカップリング剤と異なり、メタクリル基を持つのでベース樹脂主鎖に直接結合することができ、より好ましい密着性、とりわけ、より好ましい耐久密着性を封止材に付与することができる。
本発明においては、GMAの架橋進行の阻害を防ぐために架橋助剤としてTAICを添加する。TAICを充分に添加することによって、架橋を適度に進行させて封止材シートの耐熱性を高めることができる。又、TAICの添加量の調整により、架橋の程度を弱めで分子量を増加した状態(以後、いわゆる「弱架橋」とも言う)を新規に形成でき、更に、成形中の加熱によって、製膜性を維持しながらこの弱架橋反応を進行させることもできる。そのような弱架橋処理を行うことにより、太陽電池モジュール用封止材シートの透明性と耐久性を十分に向上させることができる。
本発明の封止材組成物は、公知のラジカル重合開始剤を架橋剤として含有する。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4‐ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、又は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジクミルパーオキサイド、といったシラノール縮合触媒等を挙げることができる。
その他の密着性向上剤として、他に更に、公知のシランカップリング剤を併用してもよい。シランカップリング剤は特に限定されないが、例えば、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリロキシ系シランカップリング剤等を好ましく用いることができる。尚、これらは単独で又は2種以上を混合して使用することもできる。これらのうちでも、メタクリロキシ系シランカップリング剤を特に好ましく用いることができる。
本発明の封止材組成物においては、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を調整することができる。このようなラジカル吸収剤としては、ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤や、ヒンダードアミン系の耐候安定化等が例示できる。架橋温度付近でのラジカル吸収能力が高い、ヒンダードフェノール系のラジカル吸収剤が好ましい。ラジカル吸収剤の使用量は、組成物中に0.01質量%〜3質量%含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%〜2.0質量%の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制し、透明基板と封止材の密着性を向上させることができる。
太陽電池モジュール用封止材には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、本発明の封止材組成物から作製された封止材に耐候性を付与するための耐候性マスターバッチ、各種フィラー、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の成分が例示される。これらの含有量は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ封止材組成物中に0.001〜5質量%の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、封止材組成物に対して、長期に亘って安定した機械強度や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。
上記封止材組成物のシート化は、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により行われる。但し、成形中に弱架橋反応を適切に促進させるためには、成形温度は前記ポリエチレン系樹脂の融点+50℃以上が好ましい。具体的には150℃から250℃の高温とすることが好ましく、より好ましくは190℃から230℃の範囲である。
上記方法でシート化した後の封止材シートに対して、電離放射線による架橋処理を施す電離放射線架橋処理工程を、シート化の工程後、且つ、太陽電池モジュールとしての一体化の工程前に行うことによって、本発明の封止材シートを更に好ましいものとすることができる。電離放射線架橋処理工程はシート化の工程に続いて連続的にインラインで行われてもよく、オフラインで行われてもよい。
本発明の太陽電池モジュール1は、封止材層である前面封止材層3及び背面封止材層5の少なくとも一方に本発明の単層の封止材シート又は本発明の多層共押し出しの層の封止材シート(以下、両者を併せて「本発明の封止材シート」とも言う。)を使用するものである。
太陽電池モジュール1は、例えば、上記の透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。この加熱圧着成形時に封止材シート中のGMAのグリシジル基が開環し、被密着基材と結合することにより、封止材シートと他の構成部材との密着性が高まるものと考えられる。
(単層のシート)
下記表1の組成の封止材組成物を混合し単層用のブレンドとした。上記ブレンドをφ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minで総厚400μmの単層の太陽電池モジュール用封止材を作製した(実施例1〜3、比較例1〜3)。
又、下記表2の組成の封止材組成物を混合し3層の多層共押し出し層のシートを成型するための内層用及び外層用のブレンドとした。上記ブレンドを、それぞれ、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minでフィルム成型し、それらを積層して、3層の多層共押し出し層のシートの封止材シートを作製した。この封止材シートの層厚は、総厚を400μmとし、外層:内層:外層の厚さの比を1:5:1とした。(実施例4、比較例4)。
シラン変性透明樹脂(表1及び2において「Si」と表記):密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂を得た。
耐候性マスターバッチ(表1及び2において「耐候」と表記):密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。
重合開始剤コンパウンド樹脂1(表1及び2において「重合1」と表記):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン(重合開始剤A)0.033質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。尚、封止材組成物中の重合開始剤(架橋剤)の含有量(質量%)を表1及び表2中にそれぞれ示した。
重合開始剤コンパウンド樹脂2(表1及び2において「重合2」と表記):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン(重合開始剤A)0.066質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。尚、封止材組成物中の架橋剤の含有量(質量%)を表1及び表2中にそれぞれ示した。
重合開始剤コンパウンド樹脂3(表1及び2において「重合3」と表記):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、t−アミル−パーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(重合開始剤B)0.33質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。尚、封止材組成物中の架橋剤の含有量(質量%)を表1及び表2中にそれぞれ示した。
重合開始剤コンパウンド樹脂4(表1及び2において「重合4」と表記):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン(重合開始剤A)0.66質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。尚、封止材組成物中の架橋剤の含有量(質量%)を表1及び表2中にそれぞれ示した。
重合開始剤コンパウンド樹脂5(表1及び2において「重合5」と表記):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン(重合開始剤A)0.041質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。
M−LLDPE(表1及び2において「ML」と表記):密度0.901g/cm3、190℃でのMFRが2.0g/10分のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン
GMA(表1及び2において「GMA」と表記):グリシジルメタクリレート(GMA)(三菱ガス化学株式会社製、商品名メタクリル酸グリシジル)を、封止材組成物中の含有量(質量%)が表1及び2に記載の含有量となるように添加量を調整した。
TAIC(表1及び2において「TAIC」と表記):トリアリルイソシアヌレート(TAIC)(Statomer社製、商品名SR533)を、封止材組成物中の含有量(質量%)が表1及び2に記載の含有量となるように添加量を調整した。
(電離放射線の照射による架橋処理)
電離放射線の照射強度は15kGy、加速電圧200kVで実施例1及び実施例3の封止材シートの両面に行った。
15mm幅にカットした実施例1〜4、比較例1〜4の封止材シートを、それぞれ酸化亜鉛板(75mm×50mm×0.1mm)上に密着させて、下記の熱ラミネート条件(a)〜(d)により、真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール密着性評価用サンプルを得た。これらの太陽電池モジュール密着性評価用サンプルについて、下記の試験条件における密着強度を測定して金属密着性を評価した。結果は表3に示す通りとなった。
[熱ラミネート条件]
(a)真空引き:5.0分
(b)加圧(0kPa〜100kPa):1.5分
(c)圧力保持(100kPa):8.0分
(d)温度150℃
[金属密着強度(N/15mm)の試験方法]
上記の太陽電池モジュール密着性評価用サンプルにおいて、酸化亜鉛板上に密着している封止材シートを、剥離試験機(テンシロン万能試験機 RTF−1150−H)にて垂直剥離(50mm/min)試験を行い金属密着強度を測定した。本試験においては、密着強度が10N/15mm以上であるものを好ましい金属密着性を備える封止材シートとして評価した。
250mm角の半強化ガラス上に上記実施例及び比較例の封止材シートを75mm×50mmの大きさにカットしたものを2枚、75mm×50mmの半強化ガラス1枚を順に積層した上で、上記熱ラミネート条件(a)〜(d)と同条件により、真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール耐熱性評価用サンプルを得た。これらの太陽電池モジュール耐熱性評価用サンプルについて、下記の試験条件における耐熱強度を測定して耐熱性を評価した。結果は表3に示す通りとなった。
[耐熱強度の試験方法]
上記の太陽電池モジュール耐熱性評価用サンプルを45度に傾けた状態で120℃のオーブン中で12時間静置し、半強化ガラスのズレた距離を以って耐熱性の評価を実施した。本試験においては、ガラスのズレた距離密着強度が10mm以下であるものを好ましい耐熱性を備える封止材シートとして評価した。
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
Claims (8)
- 密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂と、
グリシジルメタクリレートと、
ラジカル重合開始剤と、
トリアリルイソシアヌレートと、を含有する太陽電池モジュール用の封止材組成物であって、
前記グリシジルメタクリレートの前記封止材組成物中の含有量が、0.15質量%以上3.0質量%以下であり、
前記トリアリルイソシアヌレートの前記封止材組成物中の含有量が、0.15質量%以上3.0質量%以下であり、
前記ラジカル重合開始剤の前記封止材組成物中の含有量が、0.01質量%以上2.5質量%以下である太陽電池モジュール用の封止材組成物。 - 前記ラジカル重合開始剤の前記封止材組成物中の含有量が、0.01質量%以上0.5質量%以下である請求項1に記載の太陽電池モジュール用の封止材組成物。
- 前記ポリエチレン系樹脂がメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンである請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール用の封止材組成物。
- 前記ポリエチレン系樹脂は、少なくともα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール用の封止材組成物。
- 密着強化層を備える、単層又は多層共押し出し層の太陽電池モジュール用の封止材シートであって、
前記密着強化層は、請求項1から4のいずれかに記載の封止材組成物からなり、
前記封止材シートが単層である場合には、前記単層の封止材シートは前記密着強化層からなり、
前記封止材シートが多層共押し出し層である場合には、前記密着強化層が、少なくともいずれか一方の最外層に配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール用の封止材シート。 - 請求項1から4のいずれかに記載の封止材組成物を熔融成形する工程を備える封止材シートの製造方法であって、
前記グリシジルメタクリレートを、他の成分とは分離されている単体の状態で、前記ポリエチレン系樹脂と混合することによって、前記封止材組成物を調整することを特徴とする太陽電池モジュール用の封止材シートの製造方法。 - 請求項5に記載の封止材シートに、電離放射線の照射によって更に架橋処理を行い、電離放射線に照射による架橋済みの封止材シートを得る電離放射線架橋処理工程を備える太陽電池モジュール用の封止材シートの製造方法。
- 請求項5に記載の封止材シートと、
金属製の電極を備える太陽電池素子と、を備え、
前記封止材シートと、前記太陽電池素子とが、密着して積層されている太陽電池モジュール。
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