JP2015150688A - 太陽電池用封止材シートの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】EVA樹脂からなる樹脂シート素材のアニール処理を経済的に行うことができる太陽電池用封止材シートの成形方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池用封止材シートの成形方法は、Ｔダイから供給されるエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂を冷却ロールで冷却し、その冷却により厚みと表面性が調整されて固化した樹脂シート素材を、アニール炉内を一定速度で搬送してアニール処理を行う太陽電池用封止材シートの成形方法であって、前記冷却ロールは、第１ロールとそれよりは高温に保持された第２ロールとが並列して配列され、その第１ロールと第２ロールとの間に前記Ｔダイからの溶融樹脂が供給されるようになっており、前記樹脂シート素材は、加熱されアニール前処理がされた上で前記アニール炉内に導入されるように行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エチレン-酢酸ビニール共重合体樹脂からなる太陽電池用封止材シートの成形方法に係り、特にアニール処理されてなる太陽電池用封止材シートの成形方法に関する。

太陽電池は、バックシート、太陽電池用封止材シート、太陽電池セル、ガラス基板などが積層されたものを加熱・加圧することにより成形される。耐候性に優れた太陽電池用封止材シートとして、エチレン-酢酸ビニール共重合体樹脂（EVA樹脂）からなるものが好適に使用されているが、太陽電池成形時の加熱・加圧に伴う太陽電池用封止材シートの収縮による太陽電池セルの損傷などが問題になっている。この太陽電池用封止材シートの熱収縮の問題に対し、太陽電池用封止材シート成形時のアニール処理が有効であり、アニール処理を施す種々の成形方法が提案されている。

特許文献１に、溶融樹脂をフィルム状に成形した後冷却することにより封止用熱可塑性樹脂フィルムを製造する方法において、該樹脂フィルムの温度が該熱可塑性樹脂の軟化点以下に低下する前に、該樹脂フィルムをアニール処理する封止用熱可塑性樹脂フィルムの製造方法が提案されている。そして、上記アニール処理は、樹脂フィルムが弛んだ状態で行うのがよく、アニール炉内の搬送コンベアは、入口側で速く、出口側で遅くなるようにするのが有利であると記載されている。また、アニール処理はEVAフィルムが70〜75℃の範囲であるうちに開始し、1.0〜2.0分間に亘って60〜80℃に保持することによりアニール処理を行うのが好ましいと記載されている。

特許文献２に、樹脂又は樹脂組成物をＴダイで溶融押出して溶融シートとし、前記溶融シートを、表面が平滑であるキャスティングロールを用いて冷却することで、15m/分以上の製膜速度で平滑シートを得る製膜工程と、前記平滑シートをアニールするアニーリング工程と、前記平滑シートを加熱することで軟質化させ、前記軟質化された平滑シートをエンボスロールに接触させることよって、前記平滑シートの表面の少なくとも一部にエンボス加工を施すエンボス工程と、前記エンボス加工が施された平滑シートを冷却する冷却工程と、を含む、太陽電池封止シートの製造方法が提案されている。そして、上記アニーリング工程は、エンボス加工前に行ってもよいし、エンボス加工後に行ってもよいと記載されている。

特許文献３に、エチレン系共重合体と有機過酸化物とを含有する樹脂組成物を押出機に供給して溶融混練し、上記押出機に取り付けた金型から樹脂シートを押出し、この樹脂シートを上記エチレン系共重合体の融点よりも25〜50℃高い温度にて冷却ロールの表面に載せ、上記樹脂シートを上記冷却ロールの表面に載せた状態で搬送しながら冷却し、上記樹脂シートを上記エチレン系重合体の融点よりも20℃低い温度以上で且つ上記エチレン系重合体の融点よりも15℃高い温度以下に冷却した状態で上記冷却ロールとエンボスロールとの間に供給して上記樹脂シートにエンボスを形成する太陽電池用接着シートの製造方法が提案されている。そして、上記冷却ロールにのせた樹脂シートは外側面から保温手段により保温するのがよく、アニール処理は必要に応じて行えばよいと記載されている。

特許文献４に、加熱により溶融した樹脂組成物をシート状に成形し、冷却することで工程シートを得る製膜工程と、該工程シートの少なくとも一方の表面の最高温度が少なくともこの表面部分を構成する樹脂組成物の融点以上の温度となるように、22〜55秒間、再加熱するアニール処理工程と、前記表面部分を構成する樹脂組成物の融点より10℃低い温度から表面部分を構成する樹脂組成物の融点より20℃高い温度範囲内に前記工程シートの表面温度を調節した後、エンボスローラーに導入し、該工程シート表面にエンボス模様を付与するエンボス加工工程とからなる太陽電池封止材シートの製造方法が提案されている。そして、Ｔダイを用いて押し出された工程シートは、ポリシングローラー13a、13b、13cでシート状に成形する。ポリシングローラーは、0〜30℃の範囲に温度調整することが好ましいと記載されている。

特開2000-84996号公報 特開2011-116014号公報 特開2010-100032号公報 特開2012-214050号公報

溶融EVA樹脂が冷却されて形成された樹脂シート素材のアニール処理は、特許文献１又は２に記載されている10連又は12連のローラや特許文献４の図２に記載されている多連のローラが配せられたアニール炉において、樹脂シート素材のヒータ加熱、ローラ加熱、熱風加熱などにより行われる。太陽電池用封止材シートを経済的に効率よく製造するには、このアニール炉の小型化、経済性向上又は効率化が有効である。

特許文献３に記載されたアニール処理は、明確ではないが２連のアニーリングロールで行われ、また、アニール処理は必要に応じて行えばよいと記載されている。このため、特許文献３に記載された太陽電池用接着シートの製造方法は、経済的で効率のよい方法であるとも解される。しかしながら、製膜工程においては先ず樹脂シート素材の厚みと表面性が調整されていることが必要であるところ、この特許文献３に記載の製造方法においては樹脂シート素材の厚みと表面性が調整されていないおそれがある。

本発明は、溶融EVA樹脂が厚みと表面性が調整されて冷却されてなる樹脂シート素材のアニール処理を経済的に効率よく行うことができる太陽電池用封止材シートの成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池用封止材シートの成形方法は、Ｔダイから供給されるエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂を冷却ロールで冷却し、その冷却により厚みと表面性が調整されて固化した樹脂シート素材を、アニール炉内を一定速度で搬送してアニール処理を行う太陽電池用封止材シートの成形方法であって、前記冷却ロールは、第１ロールとそれよりは高温に保持された第２ロールとが並列して配列され、その第１ロールと第２ロールとの間に前記Ｔダイからの溶融樹脂が供給されるようになっており、前記樹脂シート素材は、加熱されアニール前処理がされた上で前記アニール炉内に導入されるように行われる。

上記発明において、樹脂シート素材のアニール前処理は、その樹脂シート素材を冷却ロールの下流側に設けられた加熱ロールに巻きかけて行うのがよい。

また、冷却ロールに供給される溶融樹脂は、その表面部がＴダイ吐出口における溶融樹脂温度を超える温度に加熱されて供給されるようになっているのがよい。

本発明に係る太陽電池用封止材シートの成形方法においては、小型で経済性の高いアニール炉を使用し、厚みと表面性が調整された樹脂シート素材を経済的に効率よくアニール処理することができ、経済的な太陽電池用封止材シートを提供することができる。

本発明に係る太陽電池用封止材シートの成形方法を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明に係る太陽電池用封止材シートの成形方法は、Ｔダイから供給されるエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂を冷却ロールで冷却し、その冷却により厚みと表面性が調整されて固化した樹脂シート素材を、アニール炉内を一定速度で搬送してアニール処理を行う太陽電池用封止材シートの成形方法であり、樹脂シート素材のアニール処理が以下のように行われる。すなわち、先ず、Ｔダイから供給されたエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂が、第１ロールとそれよりは高温に保持された第２ロールとが並列して配列されてなる冷却ロールの第１ロールと第２ロールとの間に供給されて冷却され、厚みと表面性が調整された固化状の樹脂シート素材が成形される。そして、この樹脂シート素材は加熱されてアニール前処理がされる。つぎに、そのアニール前処理がされた樹脂シート素材がアニール炉内に一定速度で導入され、搬送されてアニール処理が行われる。

上記太陽電池用封止材シートの成形方法の実施例について図１を基に説明すると以下の通りである。すなわち、押出機11、ギアポンプ12及びＴダイ13を有する押出装置10より、定量されたエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂が冷却ロール20に供給される。冷却ロール20は、第１ロール21と第２ロール22とが並列して配列されてなり、第１ロール21と第２ロール22との間にＴダイ13から溶融樹脂が供給されるようになっている。そして、本発明においては、以下に説明するように、第２ロール22が第１ロール21より高温に保持されている。

Ｔダイ13から供給された溶融樹脂は、第１ロール21と第２ロール22により冷却され、厚みと表面性が調整された樹脂シート素材50が成形される。この樹脂シート素材50は、加熱ロール23に巻きかけられており、加熱されるようになっている。すなわち、樹脂シート素材50は、加熱によるアニール前処理が行われた後でアニール炉40に導入される。樹脂シート素材50の加熱は、このように樹脂シート素材50が緊張された状態で加熱を行うのがよい。

冷却ロールにおいて、溶融状態又は高温度のシート状樹脂が容易かつ確実に上流側のロールから剥離されて下流側のロールに巻きかけられるように、下流側のロールの温度が上流側のロールの温度よりも高く（ΔT）されることは、従来の冷却ロールにおいて採用例がある。しかしながら、本冷却ロール20においては、下流側の第２ロール22の温度は、加熱ロール23の温度を考慮しつつ、第１ロール21の温度よりもΔTを超える温度以上の高い温度に保持される。そして、加熱ロール23の温度は、樹脂シート素材50が加熱ロール23に付着して巻き付かない温度以下の温度で、かつアニール処理温度を考慮した高い温度に保持される。

加熱ロール23で加熱されてアニール前処理が行われた樹脂シート素材50は、アニール炉40に導入される。樹脂シート素材50は、ニップロール41を経て搬送ロール42上を一定速度で搬送され、炉内ヒータ43により加熱されてアニール処理が行われる。これにより、搬送ロール42の速度調整装置を設ける必要がなく、アニール炉の小型化、経済性の向上を図ることができる。ニップロール41は、緊張状態で加熱ロール23から送られてきた樹脂シート素材50の緊張状態を緩和する。ニップロール41により、搬送中に樹脂シート素材50に歪みが生じないよう安定した一定速度で樹脂シート素材50の搬送を行うことができる。アニール処理が完了した樹脂シート素材は冷却ロール等を経て巻き取られ、太陽電池用封止材シートが成形される。

また、本発明においては、Ｔダイ13から供給される溶融樹脂を表面部（表裏面）から加熱する加熱装置31を設けることができる。加熱装置31による溶融樹脂の表面部の加熱は、冷却時に樹脂シート素材50内に発生する歪みを小さくすることができるので好ましい。すなわち、溶融樹脂の表面部は、Ｔダイ吐出口から冷却ロールに至る間、また、冷却ロールに接触したとき急冷される。溶融樹脂表面部の加熱装置31による加熱によって、溶融樹脂の表面部と中心部の冷却速度の相違を小さくして樹脂シート素材50内に生ずる歪みを小さくすることができる。加熱装置31による加熱は、溶融樹脂の表面部の温度が溶融樹脂のＴダイ吐出口温度を超える温度になるように行うのがよい。

図１に示す方法により、太陽電池用封止材シートの成形試験を行った。使用したEVA樹脂は、架橋剤が含まれておらず、EVA樹脂中の酢酸ビニル含有量（VA）が28%、メルトマスフローレート（MFR）が18 g/10min、融点（Tm）が65℃であった。VA値はJIS K7192に基づき、MFR値はJIS K7210に基づき、Tm値はJIS K7121に基づいた。加熱ロール23は、１連のロールからなり、第２ロール22との中心間距離が約5cmであった。アニール炉40は、加熱ロール23の中心から約50cm離れて配設され、５連の搬送ローラ42を有している。また、アニール炉40の入り口にはニップロール41を設けた。

試験結果を表１に示す。表１において、冷却ロールと加熱ロールの構成とは、第１ロール21を10℃、第２ロール22を50℃、加熱ロール23を80℃に保持した場合がAタイプを示す。第１ロール21を8℃、第２ロール22を15℃、加熱ロール23を40℃に保持した場合がBタイプである。加熱装置31は、赤外線ヒータを使用した。なお、第１ロール21は弾性ロール、第２ロール22及び加熱ロール23は表面に梨地加工をした剛性ロールを使用した。弾性ロールは、剛性ロールより剛性が低く、剛性ロールの表面形状に添い易くなっている。

熱収縮率は、以下のように求めた。すなわち、一辺が100mの正方形に切断したサンプル片を、80℃に加熱した温水内に浸漬させ、60秒経過してから、サンプル片を取り出し、浸漬後の成形方向（MD方向）の辺の長さ（Xmm）を測定し、以下の式に基づいて熱収縮率を算出した。熱収縮率（％）＝（100−X）／100×100。

本試験において、太陽電池用封止材シート（EVAシート）の目標熱収縮率は30%以下である。表１によると試験番号１、２、５がこの目標値以内に入っている。試験番号４〜６を比較すると、試験番号５の熱収縮率が30%になっており、アニール炉によるアニール処理が有効であることが分かる。しかしながら、試験番号５の場合、炉内ヒータ表面温度を300℃にし、EVAシート温度を85℃にする必要がある。一方、試験番号６の熱収縮率は38%であり、この出口EVAシート温度は75℃である。アニール処理温度の熱収縮率に与える効果が大きいことが分かる。また、試験番号３、４を比較すると、試験番号３の場合の熱収縮率は35%であり、試験番号４の熱収縮率49%と比較すると小さくなっている。加熱装置31（赤外線ヒータ）によるＴダイから冷却ロールに供給される溶融樹脂の表面部の加熱が有効であることが分かる。

試験番号１、２を比較すると、ともにアニール処理温度（炉内ヒータ表面温度）は同じであるが、試験番号２の場合は加熱装置31による加熱を行っていることもあり、試験番号１の熱収縮率が29%であるのに対し、試験番号２の熱収縮率は18%である。しかしながら、試験番号１と試験番号５を比較すると、ともに熱収縮率は30%程度でほぼ同等であるが、アニール処理温度は試験番号５が300℃であるのに対し試験番号１は250℃であり、冷却ロールと加熱ロールの構成は試験番号１がAタイプであるのに対し、試験番号５はBタイプである。また、試験番号５の場合は、アニール炉内のEVAシート搬送速度を入り口側で早く出口側で遅くする速度調整装置を用いている。かかる結果によると、冷却ロールの第１ロール21と第２ロール22の温度差（ΔT1）、第２ロール22と加熱ロール23の温度差（ΔT2）をどの程度にするか重要であり、加熱ロール23の効果、すなわちアニール前処理の効果が大きいことも分かる。なお、試験番号１において、加熱ロール23の温度は80℃であったが、EVAシートの離型性が問題になる程度ではなかった。

10 押出装置
11 押出機
12 ギアポンプ
13 Ｔダイ
20 冷却ロール
21 第１ロール
22 第２ロール
23 加熱ロール
31 加熱装置
40 アニール炉
41 ニップロール
42 搬送ロール
43 炉内ヒータ
50 樹脂シート素材

Claims (3)

1. Ｔダイから供給されるエチレン-酢酸ビニール共重合体の溶融樹脂を冷却ロールで冷却し、その冷却により厚みと表面性が調整されて固化した樹脂シート素材を、アニール炉内を一定速度で搬送してアニール処理を行う太陽電池用封止材シートの成形方法であって、
   前記冷却ロールは、第１ロールとそれよりは高温に保持された第２ロールとが並列して配列され、その第１ロールと第２ロールとの間に前記Ｔダイからの溶融樹脂が供給されるようになっており、
   前記樹脂シート素材は、加熱されアニール前処理がされた上で前記アニール炉内に導入されるようになっている太陽電池用封止材シートの成形方法。
2. 樹脂シート素材のアニール前処理は、その樹脂シート素材を冷却ロールの下流側に設けられた加熱ロールに巻きかけて行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用封止材シートの成形方法。
3. 冷却ロールに供給される溶融樹脂は、その表面部がＴダイ吐出口における溶融樹脂温度を超える温度に加熱されて供給されるようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用封止材シートの成形方法。

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