JP2015195283A - 太陽電池モジュール封止材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂を90質量%以上含有し、中間層と、この両側に配置される最外層とを備える。中間層のMFRが1.5g/10min以下であり、中間層中には、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤を実質的に含有せず、最外層のMFRが0.2g/10min以上10g/10min以下であり、最外層中には第1の架橋剤を含有し、全層中には第1の架橋剤を0.1質量%以上0.3質量%以下含有する。所定のラミネート条件後には、中間層のMFRが1.5g/10min以下であり、最外層のMFRが0.4g/10min以下となり、第1の架橋剤を実質的に含有しない。
【選択図】図1
Description
前記太陽電池モジュール用封止材は、
前記中間層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが1.5g/10min以下であり、
前記中間層中には、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤を実質的に含有せず、
前記最外層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.2g/10min以上10g/10min以下であり、
前記最外層中には、前記第1の架橋剤を含有し、
前記太陽電池モジュール用封止材の全層中には、前記第1の架橋剤を0.1質量%以上0.3質量%以下含有し、
前記太陽電池モジュール用封止材を130℃で15分間加熱し、150℃で20分間キュアした際の架橋後封止材は、
前記中間層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが1.5g/10min以下であり、
前記最外層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.4g/10min以下であり、前記第1の架橋剤を実質的に含有しないことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材。
前記太陽電池モジュール用封止材は、中間層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが1.5g/10min以下であり、中間層中には架橋剤を実質的に含有しない。最外層のMFRは0.2g/10min以上10g/10min以下であり、最外層に存在する1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤は、全層中の質量割合で0.1質量%以上0.3質量%以下含有する。また、この封止材を130℃で15分間加熱し、150℃で20分間キュアした際の架橋後封止材は、中間層のMFRが1.5g/10min以下であり、最外層のMFRが0.4g/10min以下であり、第1の架橋剤を実質的に含有しない。まず、上記の本発明の太陽電池モジュール用封止材の製造方法の一例を説明し、次に、本発明の太陽電池モジュール用封止材について説明する。
本発明の太陽電池モジュール用封止材の製造方法の一例は、(A)密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂の90質量%以上と、組成物中に0.02質量%以上0.5質量%未満含有する1分間半減期温度が160℃以上200℃以下の第2の架橋剤と、を含む中間層樹脂組成物と、密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂の90質量%以上を含み実質的に架橋剤を含有しない最外層樹脂組成物とを、第2の架橋剤の1分間半減期温度以上の温度で溶融成形して多層の基材シートを得る工程と、(B)基材シートの両表面上に、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤を0.25g/m2以上3.0g/m2以下の塗布量、すなわち両面合計で0.5g/m2以上6.0g/m2以下の塗布量で塗布する工程と、からなる。以下、それぞれの工程に分けて順次説明する。
<中間層樹脂組成物>
多層の基材シートの中間層を製造するための中間層樹脂組成物は、密度が0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂の90%以上と、第2の架橋剤と、を必須成分として含有する。
ベース樹脂として、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、好ましくは0.870〜0.890g/cm3の範囲である。この範囲であれば、シート加工性を維持しつつ良好な透明性と耐熱性を付与することができる。
MFR(g/10min):JIS K7210に準拠して測定。具体的には、ヒーターで加熱された円筒容器内で合成樹脂を、190℃で加熱・加圧し、容器底部に設けられた開口部(ノズル)から10分間あたりに押出された樹脂量を測定した。試験機械は押出し形プラストメータを用い、押出し荷重については2.16kgとした。
尚、多層フィルムである封止材シートについては、全ての層が一体積層された多層状態のまま、上記処理による測定を行い、得た測定値を当該多層の封止材シートのMFR値とした。
中間層においては、従来知られている太陽電池モジュール用封止材組成物の一般的な架橋処理を行う場合とは異なり、組成物に対する架橋剤の含有量が、一般的な架橋処理の場合よりも少ない特定の範囲の含有量となるように第2の架橋剤を使用する。第2の架橋剤の含有量は、太陽電池モジュール用封止材組成物中に0.02質量%以上0.5質量%未満であり、上限は好ましくは0.2質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下である。この範囲未満であると上記ポリエチレン系樹脂の弱架橋が進まず耐熱性が不足し、透明性も低下する。また、この範囲を超えると、成形中にゲルが発生する等して製膜性が低下する。
中間層樹脂組成物においては、実質的に架橋助剤は使用しないことが好ましい。ここで架橋助剤とは、例えば、多官能ビニル系モノマー及び/又は多官能エポキシ系モノマー等であり、具体的には、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルフマレート、ジアリルマレエート等のポリアリル化合物、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート等のポリ(メタ)アクリロキシ化合物、二重結合とエポキシ基を含むグリシジルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル及びエポキシ基を2つ以上含有する1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等のエポキシ系化合物を挙げることができる。
中間層樹脂組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、本発明の太陽電池モジュール用封止材組成物から作製された太陽電池モジュール用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、それぞれ太陽電池モジュール用封止材組成物中に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、太陽電池モジュール用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。
最外層樹脂組成物は、ベース樹脂は上記と同様のポリエチレン系樹脂を90質量%以上含み、架橋剤は0.01質量%以下で実質的に架橋剤を含有しない。そして、JIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.2g/10min以上10g/10min以下である。
ゲル分率(%):架橋後封止材1g秤量し、80メッシュの金網袋に入れる。次いで、ソックスレー抽出器内に金網ごとサンプル投入し、キシレンを沸点下において還流させる。10時間連続抽出したのち、金網ごとサンプルを取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の質量比較を行い残留不溶分の質量%を測定しこれをゲル分率とした。なお、多層フィルムである封止材シートのゲル分率については、全ての層が積層された多層状態のままで、上記処理を行い、得られた測定値を、当該多層の封止材シートのゲル分率とした。
次に、上記の基材シートの少なくとも一方の面上に、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤を、基材シートの両表面上に、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤をそれぞれ0.25g/m2以上3.0g/m2以下の塗布量、すなわち両面合計で0.5g/m2以上6.0g/m2以下の塗布量で塗布して、本発明の太陽電池モジュール用封止材が得られる。このときのゲル分率は上記の基材シートと同じ値である。
図1は、本発明の封止材を用いた太陽電池モジュールについて、その層構成の一例を示す断面図である。本発明の太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、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が順に積層されている。本発明の太陽電池モジュール1は、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上記の封止材を使用する。
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、真空ラミネート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。
<ポリエチレン系樹脂の原料>
以下の原料を使用した。
ベース樹脂(I):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE1)ペレットを用いた。
ベース樹脂(II):密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが30g/10分のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE1)ペレットを用いた。
シラン変性透明樹脂:密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるM−LLDPE2の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、シラン変性透明樹脂を得た。
架橋剤マスターバッチ:M−LLDPE1ペレット100質量部に対して、第2の架橋剤として、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン(アルケマ吉富株式会社製、商品名ルペロックス101、1分間半減期温度が181℃)0.5質量部を含浸させ、マスターバッチを得た。
耐候性マスターバッチ: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、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤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。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ7質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(I)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ4部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で0.4g/10min、中間層で0.3g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。
次に、上記の基材シートの両表面上に、第1の架橋剤として、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(アルケマ吉富株式会社製、商品名ルペロックスTBEC、1分間半減期温度が166℃)をトルエンに溶解し、両表面それぞれに第1の架橋剤の塗布量として2.0g/m2(両面で4.0g/m2、封止材の全層中で0.11質量%)となるようにバーコーターで塗布して乾燥させ、実施例1の太陽電池モジュール用封止材を得た。
その後、上記の封止材を130℃で15分間加熱し、150℃で20分間キュアした際の架橋後封止材は、MFRが、最外層で0.0g/10min(測定不可)、中間層で0.1g/10min、であった。この架橋後封止材のゲル分率は4%であった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ4質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(I)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ9部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で0.2g/10min、中間層で0.5g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ4質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(II)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ5部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で10.0g/10min、中間層で0.5g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ2質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(I)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ9部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で0.2g/10min、中間層で1.5g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ2質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(II)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ5部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で10.0g/10min、中間層で1.5g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。
実施例1と同様に封止材を製膜し、第1の架橋剤の塗布量を7.5g/m2(両面で15g/m2、封止材の全層中で0.3質量%)とした以外は実施例1と同様にして比較例4の太陽電池モジュール用封止材および架橋後封止材を得た。この架橋後封止材のゲル分率は17%であった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ7質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(I)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ10部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で0.1g/10min、中間層で0.3g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率は6%であった。成形する樹脂のMFRが低いため、成形機への負荷が非常に高く連続生産は困難な状態であった。
ベース樹脂(I)79質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ7質量部、耐候性マスターバッチ9質量部、を中間層組成物とし、ベース樹脂(II)86質量部、シラン変性透明樹脂5質量部、架橋剤マスターバッチ3部、耐候性マスターバッチ9質量部、を最外層組成物とし、最外層:中間層:最外層=1:5:1の層比の2種3層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で押し出し成形して厚さ600μmの基材シートを製造した。この封止材シートの密度は0.880g/cm3、190℃でのMFRは最外層で20.0g/10min、中間層で0.3g/10min、であった。この太陽電池モジュール用封止材のゲル分率はゼロであった。成形する樹脂のMFRが高いため冷却ロールへの貼り付き不良等が発生し、連続生産は困難な状態であった。
実施例1と同様に封止材を製膜し、架橋剤を塗布しないものを比較例3の封止材とした。
実施例1と同様に封止材を製膜し、第1の架橋剤の塗布量を10g/m2(両面で20g/m2、封止材の全層中で0.4質量%)とした。塗布した架橋剤全量を封止材に含浸させることは困難であり、所望の封止材を得ることができなかった。
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 (3)
- 密度0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂を90質量%以上含有し、中間層と、該中間層の両側に配置される最外層と、を少なくとも備える多層の太陽電池モジュール用封止材であって、
前記太陽電池モジュール用封止材は、
前記中間層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが1.5g/10min以下であり、
前記中間層中には、1分間半減期温度が130℃以上170℃未満の第1の架橋剤を実質的に含有せず、
前記最外層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.2g/10min以上10g/10min以下であり、
前記最外層中には、前記第1の架橋剤を含有し、
前記太陽電池モジュール用封止材の全層中には、前記第1の架橋剤を0.1質量%以上0.3質量%以下含有し、
前記太陽電池モジュール用封止材を130℃で15分間加熱し、150℃で20分間キュアした際の架橋後封止材は、
前記中間層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが1.5g/10min以下であり、
前記最外層のJIS K7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRが0.4g/10min以下であり、前記第1の架橋剤を実質的に含有しないことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材。 - 架橋前の前記太陽電池モジュール用封止材の全層のゲル分率が0%以上1%未満である請求項1に記載の太陽電池モジュール用封止材。
- 前記架橋後封止材の全層のゲル分率が1%以上40%以下である請求項1または2に記載の太陽電池モジュール用封止材。
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