JP2017135419A - 封止材シート - Google Patents

Abstract

【課題】流動抑制性と凹凸追従性とを両立させる封止材シートを提供する。【解決手段】ポリエチレン系樹脂製の多層封止材シートであって、太陽電池素子と密着する側に配置される外層と、それ以外の内層とを備えており、内層樹脂の融点が、外層樹脂の融点より高い。内層樹脂のＭＦＲは１．０ｇ／１０分以上５．０ｇ／１０分以下、外層樹脂のＭＦＲは２．０ｇ／１０分以上１０．０ｇ／１０分以下が好ましい。透明前面基板上に形成される薄膜太陽電池素子と、この封止材シートと、背面基板とを備える薄膜系太陽電池モジュールは、モジュール化工程後のトリミング工程が不要である。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用のポリエチレン系樹脂製の封止材シートに関し、更に詳しくは、薄膜系太陽電池モジュールに好適に用いられるトリミングレス封止材シートに関する。

太陽電池モジュール用の封止材シートの課題として、流動抑制によるいわゆる「はみ出し」の防止と、太陽電池素子等への凹凸追従性との両立があり、例えば下記の特許文献１においては、ポリエチレン系樹脂のせん断弾性率による調整が記載されている。

特開２００３−４９００４号公報

特許文献１においても、はみだし防止や凹凸追従性の両立は不十分である。特に薄膜系太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板上に形成された太陽電池素子と、ガラス等の背面基板が封止材シートを介して積層され、この際には封止材シートの周縁端部をモジュール化工程後にトリミングして取り除いていたが、このトリミング工程を不要とするトリミングレス封止材シートが要望されている。しかし、従来このトリミングレスを可能とする封止材シートは特許文献１の封止材シートでも得られていない。

本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、流動抑制性と凹凸追従性とを両立させてトリミングレスに対応可能な封止材シートを提供することにある。

本発明者らは、封止材シートを多層化し、層によって融点を調整することにより、上記のはみだし防止と凹凸追従性の両立を可能とすることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 太陽電池モジュール用のポリエチレン系樹脂製の封止材シートであって、前記封止材シートは２種３層の多層構成であり、両最表面の外層と、それ以外の内層とを備えており、前記内層を構成する内層樹脂の融点が、１３０℃以下であって、前記外層を構成する外層樹脂の融点より２０℃以上高く、前記外層樹脂の融点が、６０℃以上１１０℃以下である封止材シート。

（２） 前記内層樹脂の１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲが１．０ｇ／１０分以上５．０ｇ／１０分以下であり、前記外層樹脂の１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲが２．０ｇ／１０分以上１０．０ｇ／１０分以下である（１）記載の封止材シート。

本発明によれば、はみだし防止と凹凸追従性の両立を可能とすること太陽電池モジュール用の封止材シートを提供できる。

本発明の太陽電池モジュールの層構成の一例を模式的に示す断面図である。

＜太陽電池モジュール＞
以下、本発明の太陽電池モジュールの一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の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（図中矢印方向で標記）の受光面側から、ガラス等の透明前面基板２、薄膜の太陽電池素子４、封止材シート３、ガラス等の背面基板５が順に積層されている、いわゆる薄膜系太陽電池モジュールである。

太陽電池モジュール１は、上記の透明前面基板２の上にあらかじめ形成された太陽電池素子４と、封止材シート３と、背面基板５上と、を順次重ねて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。封止材シート３が、本発明の封止材シートを構成する。

＜封止材シート＞
本発明においては、封止材シートとして、ポリエチレン系樹脂製の多層の封止材シートを用い、それぞれの層の融点を調整して、はみだし防止と凹凸追従性の両立を達成するものである。

封止材シートを構成する封止材シート組成物としては、以下のような密度が０．９５０ｇ／ｃｍ^３以下の低密度ポリエチレンが好ましく用いられる。

［低密度ポリエチレン］
本発明においては密度が０．９５０ｇ／ｃｍ^３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る。

本発明においてはメタロセン系直鎖低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンは、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものである。このようなポリエチレンは、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一である。このため、分子量分布が狭く、上記のような超低密度にすることが可能であり封止材に対して柔軟性を付与できる。柔軟性が付与される結果、封止材と透明前面基板との密着性、封止材と裏面保護シートとの密着性等の封止材と基材との密着性が高まる。

また、結晶性分布が狭く、結晶サイズが揃っているので、結晶サイズの大きいものが存在しないばかりでなく、低密度であるために結晶性自体が低い。このため、シート状に加工した際の透明性に優れる。したがって、本発明の封止材組成物からなる封止材が透明前面基板と太陽電池素子との間に配置されても発電効率はほとんど低下しない。

直鎖低密度ポリエチレンのα−オレフィンとしては、好ましくは分枝を有しないα−オレフィンが好ましく使用され、これらの中でも、炭素数が６〜８のα−オレフィンである１−ヘキセン、１−ヘプテン又は１−オクテンが特に好ましく使用される。α−オレフィンの炭素数が６以上８以下であることにより、封止材に良好な柔軟性を付与することができるとともに良好な強度を付与することができる。その結果、封止材と基材との密着性が更に高まる。

低密度ポリエチレンのメルトマスフローレート（ＭＦＲ）は、ＪＩＳ−Ｋ６９２２−２により測定した１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲ（本明細書においては、以下、この測定条件による測定値をＭＦＲという。）が０．５ｇ／１０分以上４０ｇ／１０分以下であることが好ましく、２ｇ／１０分以上４０ｇ／１０分以下であることがより好ましい。

本発明の封止材組成物には、更に、シラン変性ポリエチレン系樹脂を含有させてもよい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等に、エチレン性不飽和シラン化合物を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、太陽電池モジュールにおける他の部材への封止材の接着性を向上することができる。

シラン変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、特開２００３−４６１０５号公報に記載されている方法で製造でき、当該樹脂を太陽電池モジュールの封止材組成物の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、かつ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸特性に優れ、更に、太陽電池モジュールを製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を有し、安定的に、低コストで、種々の用途に適する太陽電池モジュールを製造し得る。

直鎖低密度ポリエチレンとグラフト重合させるエチレン性不飽和シラン化合物として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリペンチロキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリベンジルオキシシラン、ビニルトリメチレンジオキシシラン、ビニルトリエチレンジオキシシラン、ビニルプロピオニルオキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリカルボキシシランより選択される１種以上を使用することができる。

エチレン性不飽和シラン化合物の含量であるグラフト量は、後述するその他のポリエチレン系樹脂を含む封止材組成物中の全樹脂成分の合計１００質量部に対して、例えば、０．００１〜１５質量％位、好ましくは、０．０１〜５質量％位、特に好ましくは、０．０５〜２質量％位となるように適宜調整すればよい。本発明において、エチレン性不飽和シラン化合物の含量が多い場合には、機械的強度及び耐熱性等に優れるが、含量が過度になると、引っ張り伸び及び熱融着性等に劣る傾向にある。

本発明の封止材組成物には、更に、無水マレイン酸変性に代表されるような酸変性ポリエチレン系樹脂を含有させてもよい。酸変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等に、無水マレイン酸等を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト重合体は、接着力に寄与する酸の部分の極性が高く、太陽電池モジュールにおける金属部材への封止材シートの接着性を向上することができる。

酸変性ポリエチレン系樹脂の密度は好ましくは密度が０．９００ｇ／ｃｍ^３以下であり、より好ましくは密度が０．８９０ｇ／ｃｍ^３以下であり、特に好ましくは、密度が０．８７０ｇ／ｃｍ^３以上である。これにより、ブロッキングを抑えつつ、耐熱性及び金属への接着性を良好とすることができる。

酸変性ポリエチレン系樹脂の含有量は、全樹脂成分中の１５質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。かかる範囲とすることにより、ブロッキングや酸性ガスの発生が抑えられ、耐熱性及び金属への接着性を良好とすることができる。

上記の酸変性ポリエチレン系樹脂の具体例としては、例えば、無水マレイン酸変性樹脂等を挙げることができる。具体的には、アドマーＳＦ７３１（三井化学（株）製，密度０．８８０ｇ／ｃｍ^３）、アドマーＳＦ７３０（三井化学（株）製，密度０．８８０ｇ／ｃｍ^３）等を挙げることができる。

封止材組成物に含まれる上記の密度が０．９００ｇ／ｃｍ^３以下のポリエチレン系樹脂の含有量は、組成物中で好ましくは１０質量％以上９９質量％以下、より好ましくは５０質量％以上９９％質量以下であり、更に好ましくは９０質量％以上９９％質量以下である。即ち、本発明の効果を損なわない範囲内であれば他の樹脂を含んでいてもよい。これらは、例えば添加用樹脂として用いてもよく、後述のその他の成分をマスターバッチ化するために使用してもよい。

［多層構成と白色顔料］
本発明の封止材シートは多層構成である。多層構成としては特に限定されないが、２種２層や２種３層等が好ましく用いられ、なかでもスキン層／内層／スキン層の２種３層構成が好ましい。ここでいうスキン層とは、内層より厚さが薄い層を意味し、少なくとも太陽電池セルと密着する側にスキン層が配置されている。好ましい層比としては、スキン層と内層との層厚比は１：１．２〜１：１０が好ましく、より好ましくは１：２〜１：７であり、特に好ましくは１：３〜１：５である。これらは従来公知の多層共押し出し法等により成膜可能である。

本発明においては、封止材シートの内層樹脂の融点が外層樹脂の融点より高い。好ましくは内層樹脂の融点範囲が６０℃以上１３０℃以下であり、外層樹脂の融点範囲が６０℃以上１１０℃以下であり、好ましい融点差である、外層樹脂の融点−内層樹脂の融点は２０℃以上の範囲が好ましい。この差が２０℃以下の場合、特にラミネート温度が高い場合に、はみ出しの点から好ましくなく、ラミネート温度が低い場合には、埋まり込みの点で好ましくない。

内層樹脂のＭＦＲ（以下、１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲで単位ｇ／１０分である）は、１以上５以下であり、外層樹脂のＭＦＲは２以上１０以下である。このＭＦＲは、樹脂単独であってもよいが、フィラー含有によりＭＦＲを上記範囲内に調整したものであってもよい。

［架橋剤］
封止材シート中には任意成分として架橋剤を適宜含有できる。架橋剤は公知のものが使用でき特に限定されず、例えば公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。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。架橋剤の含有量としては、組成物中に０．０１質量％〜２質量％含まれることが好ましく、より好ましくは０．０５質量％〜１．５質量％の範囲である。

［架橋助剤］
本発明においては炭素−炭素二重結合及び／又はエポキシ基を有する多官能モノマーを架橋助剤として用いてもよい。より好ましくは、多官能モノマーの官能基がアリル基、（メタ）アクリレート基、ビニル基であるものが用いられる。これによって適度な架橋反応を促進させるとともに、本発明においてはこの架橋助剤が低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ透明性を維持する。

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。これらは単独でもよく、２種以上を組み合わせてもよい。

上記のなかでも、低密度ポリエチレンに対する相溶性が良好で、架橋によって結晶性を低下させ透明性を維持し、低温での柔軟性を付与する観点からＴＡＩＣが好ましく使用できる。

架橋助剤の使用量は、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質量部〜２．０質量部の範囲である。この範囲内であれば適度な架橋反応を促進させてゲル分率を８０％以下とすることができる。

［ラジカル吸収剤］
本発明においては、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋助剤と、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、架橋の程度を調整してゲル分率を更に細かく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質量部〜２．０質量部の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制してゲル分率を調整できる。

［その他の成分］
封止材組成物には、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、シランカップリング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。

耐候性マスターバッチとは、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤及び上記の酸化防止剤等をポリエチレン等の樹脂に分散させたものであり、これを封止材組成物に添加することにより、封止材に良好な耐候性を付与することができる。耐候性マスターバッチは、適宜作製して使用してもよいし、市販品を使用してもよい。耐候性マスターバッチに使用される樹脂としては、本発明に用いる低密度ポリエチレンでもよく、上記のその他の樹脂であってもよい。

なお、これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤及び酸化防止剤は、それぞれ１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。

更に、本発明の封止材組成物に用いられる他の成分としては上記以外に、接着性向上剤、核剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤、難燃剤等を挙げることができる。

＜太陽電池モジュール＞
太陽電池モジュール１は、透明前面基板２上にあらかじめ形成された太陽電池素子４、上記の封止材シート３、背面基板５、を順次重ねて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（モジュール化工程）。このとき、本発明においては、はみ出しを防止できるので、これをトリミングレス封止材シートとして用いることができる。具体的には、透明前面基板上に形成される薄膜太陽電池素子と、透明前面基板上の前記薄膜太陽電池素子側に配置される封止材シートと、封止材シート上に配置される背面基板と、を一体化する際に、透明前面基板と封止材シートと背面基板とが、いずれも同一形状の同一サイズで積層配置することができる。

モジュール化工程においては、内層樹脂の融点が、モジュール化の際の加熱温度−４０℃以上＋２０℃以下、好ましくは−１０℃以上０℃以下である。外層樹脂の融点は、モジュール化の際の加熱温度−１０℃以下、好ましくは−６０℃以上−４０℃以下となるようにあらかじめ設計されている。これにより、内層で流動化を抑制してはみ出しを防止し、外層で太陽電池素子等への凹凸追従性を付与できる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例及び比較例の封止材組成物は以下の通りであり、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、２種３層（層比１：５：１）の総厚３００μｍの封止材シートを作製した。
ベースポリエチレン樹脂：表１記載の融点とＭＦＲを有するメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン（Ｍ−ＬＬＤＰＥ）を組成物中に７０質量％含有。
シラン変性透明樹脂：密度０．８８１ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３、１９０℃でのＭＦＲが１．８ｇ／１０分であるシラン変性透明樹脂を組成物中に２９．７質量％含有。
ベンゾフェノール系紫外線吸収剤を組成物中に０．１質量％含有。
ヒンダードアミン系光安定化剤を組成物中に０．１質量％含有。
リン系熱安定化剤を組成物中に０．１質量％含有。

＜評価例１＞
実施例及び比較例の封止材シートについて、「埋り込み」「はみ出しを」下記の評価基準で評価した結果を表１に示す。
１５０ｍｍ□×３．２ｍｍ厚みの青板ガラスの表面上に、厚み９０μｍ×幅５ｍｍ×長さ１００mm配線２本を中央で重なるように十字に配置し、その上に１４８ｍｍ□の封止材をガラスより１ｍｍになるように内側に重ね、更に３．２ｍｍ厚みの青板ガラスを重ねて、真空ラミネータを用いて真空時間４分、プレス時間６分でラミネートを行った。冷却後、配線間に気泡がのこったものを埋まりこみ×、残っていないものを○とした。またガラスよりはみ出た封止材がはみ出したものを×、はみださなかったものを○とした

表１より、本発明の封止材シートは、はみだし防止と凹凸追従性の両立を可能とすることが理解できる。

１ 太陽電池モジュール
２ 透明前面基板
３ 封止材シート
４ 太陽電池素子
５ 背面基板

Claims (2)

1. 太陽電池モジュール用のポリエチレン系樹脂製の封止材シートであって、
   前記封止材シートは２種３層の多層構成であり、両最表面の外層と、それ以外の内層とを備えており、
   前記内層を構成する内層樹脂の融点が、１３０℃以下であって、前記外層を構成する外層樹脂の融点より２０℃以上高く、前記外層樹脂の融点が、６０℃以上１１０℃以下である封止材シート。
2. 前記内層樹脂の１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲが１．０ｇ／１０分以上５．０ｇ／１０分以下であり、
   前記外層樹脂の１９０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲが２．０ｇ／１０分以上１０．０ｇ／１０分以下である請求項１記載の封止材シート。

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