JP2018060843A - 太陽電池モジュール用の封止材シート - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の封止材シート(以下、単に「封止材シート」とも言う)は、下記にその詳細を説明する封止材組成物を、従来公知の方法で成型加工してフィルム状又はシート状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。
本発明の封止材シートの製造に用いる封止材組成物(以下、単に「封止材組成物」とも言う)は、低密度のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、架橋剤を必須とする熱硬化系の樹脂組成物である。尚、本明細書において「ベース樹脂」とは、当該ベース樹脂を含有してなる樹脂組成物において、当該樹脂組成物の樹脂成分中で含有量比の最も大きい樹脂のことを言うものとする。
封止材組成物は、密度0.865g/cm3以上0.900g/cm3以下、好ましくは、密度0.880g/cm3以上0.895g/cm3以下、より好ましくは、密度0.885g/cm3以上0.890g/cm3以下のポリエチレンをベース樹脂とする。上記のような低密度のポリエチレンをベース樹脂とすることにより、封止材シートの透明性を向上させることができる。又、これによれば、ガラス保護基板等、太陽電池モジュールを構成する他の部材との密着性が高まり、又、ラミネート処理における各部材の圧着時におけるセル割れのリスクを低減させることもできる。封止材組成物の全樹脂成分に対する上記のベース樹脂の含有量は70質量%以上100質量%以下であり、好ましくは90質量%以上99質量%以下である。上記範囲内でこのベース樹脂を含むものである限りにおいて、封止材組成物中には、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の樹脂が含まれていてもよい。
(測定方法)
封止材シートをODCB/C6D6(4/1)溶媒に溶かし、濃度を10wt%にする。この溶媒の温度を130℃とした状態で、13C−NMRを利用して測定し、トリアッド(三連子)に特有のピークを定量する。モノマーのシーケンス分率(全シーケンスを100%に規格化)を算出した後、シーケンス分率から各モノマー比(C3成分濃度)を算出する。
封止材組成物に用いる架橋剤としては、活性酸素量が8.5%以上15.00%以下、好ましくは8.5%以上10.00%以下である。活性酸素量が上記範囲にある架橋剤を用いることによって、架橋剤の添加量を本発明特有の範囲に限定した場合においても、封止材シートに十分な耐熱性と耐光性、及び透明性を備えさせることができる。
封止材組成物には、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、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、ビニル基である架橋助剤を含有させることが好ましい。これによって適度な架橋反応を促進させて封止材シートのガラスや金属に対する密着性を向上させることに加えて、この架橋助剤が、封止材シートを形成する直鎖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。これにより、上記の密着性の向上の効果に加えて、封止材シートの透明性と低温柔軟性をより優れたものとすることができる。
封止材組成物には、耐光安定剤としてヒンダードアミン系耐光安定剤(HALS)を用いる。ヒンダードアミン系光安定剤はピペリジン骨格中の窒素原子の結合相手により大きく分けて、N−H型(窒素原子に水素が結合)、N−R型(窒素原子にアルキル基(R)が結合)、N−OR型(窒素原子にアルコキシ基(OR)が結合)の3タイプがある。本発明の封止材組成物では、これらのうち、N−H型又はN−R型のヒンダードアミン系耐光安定剤を用いる。
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、紫外線吸収剤、熱安定剤、密着性向上剤、核剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤、難燃剤、及びその他の各種フィラーを適宜添加することができる。これらの添加剤の含有量比は、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質量%以上60質量%以下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。
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、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材3、太陽電池素子4、背面封止材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3及び/又は背面封止材5として、本発明の封止材シートを用いて製造することができる。
下記の材料からなる封止材組成物を溶融し、常法Tダイ法により厚さ460μmとなるように成膜して太陽電池モジュール用の未架橋の単層の封止材シートを得た。成膜温度は90℃〜100℃とした。
(ベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのメルトマスフローレート(MFR)が20g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンと以下の各α−オレフィンとの共重合体を、全ての実施例及び比較例の封止材シートのベース樹脂として、各封止材組成物に85質量部ずつ用いた。但し、各α−オレフィンの種類と含有量は、下記表1に記載されている通り、実施例、比較例毎に異なる炭素数(3、6、8)のものが、異なる含有量(mol%)で含まれるものとした。
各ベース樹脂に含まれるα−オレフィンは、以下の通りである。各ベース樹脂におけるα−オレフィンの含有量(mol%)は、表1に記載の通りである。
プロピレン:炭素量3(表1にて「C3」と表記)
1−ヘキセン:炭素量6(表1にて「C6」と表記)
1−オクテン:炭素量8(表1にて「C8」と表記)
(シラン変性ポリエチレン)
ベース樹脂に用いた上記のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン95質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン5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6g/10分であるシラン変性ポリエチレン(シラン共重合体)を得た。このシラン変性ポリエチレンを全ての実施例及び比較例の封止材シートのその他の添加樹脂として各封止材組成物に15質量部ずつ用いた。
(架橋剤)
架橋剤については、各封止材組成物毎に表2に記載の3種類の架橋剤(A〜C)をそれぞれ表1に記載の通りの配合で使い分けた。各封止材組成物毎の樹脂成分中における各架橋剤の含有量(質量%)は表1に記載の通りとした。各架橋剤(A〜C)の分子量、活性酸素量、1時間半減期温度は表2に記載の通りである。
(ヒンダードアミン系耐光安定剤)
ヒンダードアミン系耐光安定剤(HASLS)については、各封止材組成物毎に表3に記載の5種類のHASLS(H1〜H5)をそれぞれ表1に記載の通りの配合で使い分けた。各封止材組成物毎の樹脂成分中におけるHALSの含有量(質量%)は表1に記載の通りとした。各HALS(H1〜H5)の型と分子量は表3に記載の通りである。
各封止材シートにおけるベース樹脂のエチレン・αオレフィン共重合体のαオレフィンの状態(分岐の状態)について、上述の方法の通り、13C−NMRで測定して表1に記載の通りの状態であることを確認した。
太陽電池モジュールとして一体化された状態での各封止材シートの架橋度を評価するために、上記各封止材をETFEフィルムで挟み込んで、真空加熱ラミネーション及びその後のキュア処理により架橋処理を行ったものについて、上述の測定方法により、ゲル分率を測定した。結果は表4に「ゲル分率」として示す。評価基準は以下の通りとした。尚、成膜後、上記架橋処理前の状態においては、いずれの封止材シートについてもゲル分率が0%であることも併せて確認されている。
(真空加熱ラミネート条件) (a)真空引き:4.0分
(b)加圧:(0kPa〜50kPa):10秒
(c)圧力保持:(50kPa):6分
(d)温度:110℃
(キュア条件) (a)時間40分、温度150℃又は160℃
(評価基準) A:キュア処理後のゲル分率が、60%以上。
B:キュア処理後のゲル分率が、50%以上60%未満。
C:キュア処理後のゲル分率が、50%未満。
上記の各封止材シート、及び、下記の透明前面基板、裏面保護シート及び太陽電池素子を用いて、実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料を作成した。上記各部材を、図1に示す一般的な層構成に沿って積層し、上記の評価例2と同一の真空加熱ラミネート条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用試料を得た。
(透明前面基板):白板半強化ガラス(JPT3.2 75mm×50mm×3.2mm)
(裏面保護シート)::ポリエチレンテレフタレート(PET)基材:厚さ188μm(「ルミラーS10」、東レ株式会社製)
を用いた。
(太陽電池素子):多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。(Motech、IM156B3)
そして、実施例、比較例の各太陽電池モジュール評価用試料について、190℃で6時間保管後に、封止材シートと他部材との界面における気泡の発生の有無を目視により観察した。結果は「気泡発生」として表4に示す。評価基準は以下の通りとした。
(評価基準) A:目視により気泡の発生が確認された。
C:目視により気泡が発生していないことが確認された。
上記の評価例3で用いた太陽電池モジュール評価用試料の層構成において、太陽電池素子を除き、裏面側にも上記の裏面保護シートに変えて上記の白板半強化ガラスを配置した層構成の積層体を上記評価例2と同一の条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について光学特性試験用の試料を作成した。これらの各試料について、光学特性(HAZE)(JIS K7136、株式会社村上色彩研究所、ヘーズ・透過率系HM150により測定)を測定した。結果は「光学特性」として表4に示す。評価基準は以下の通りとした。
(評価基準) A:ヘーズ5%以上
C:ヘーズ5%未満
上記の評価例3で透明前面基板として用いたガラス基板(白板半強化ガラス)に、実施例及び比較例の未架橋の各封止材シートを密着させて上記と上記評価例2と同一の条件で真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について密着性試験用の試料を作成した。
剥離試験方法:ガラス基板上に密着している封止材シートを15mm幅にカットし、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、封止材シートの密着性を測定した。結果は「密着性(初期)」として表4に示す。評価基準は以下の通りとした。
(評価基準) A:30N/15mm以上
B:20N/15mm以上30N/15mm未満
C:20N/15mm未満
[評価例6:耐光性]
本発明の封止材シートの耐光性を評価するために、評価例5で用いた試料について、下記の「高強度キセノン照射試験」を行い、2000時間経過後に評価例4と同一の密着性試験を行った。結果は「耐光性(密着維持率)」として表4に示す。評価基準は以下の通りとした。
高強度キセノン照射試験:アトラス・ウエザオメータCi4000を用い、放射照度60W/m2、ブラックパネル温度(BPT)63℃、湿度50%の条件で2000時間の照射試験を行った。
(評価基準) A:評価例5における密着性に対する、上記「高強度キセノン照射試験」後の密着性の維持率が 50%以上
B:同密着性維持率が30%以上50%未満
C:同密着性維持率が30%未満
2 透明前面基板
3 前面封止材
4 太陽電池素子
5 背面封止材
6 裏面保護シート
Claims (8)
- 密度0.865g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレンをベース樹脂とし、
架橋剤と、
ヒンダードアミン系耐光安定剤と、を含有してなる太陽電池モジュール用の封止材シートであって、
前記ポリエチレンは、炭素数3のαオレフィンを6mol%以上25mol%以下の割合で含有してなる、エチレンとα−オレフィンとの共重合体であって、
前記架橋剤は、活性酸素量が8.5%以上15.00%以下で1時間半減期温度が125℃以上145℃以下であり、前記封止材シートの樹脂成分中における含有量が0.2質量%以上0.5質量%以下であって、
前記ヒンダードアミン系耐光安定剤は、分子量が2000以上であり、N−H型又はN−R型のヒンダードアミン系耐光安定剤であって、前記封止材シートの樹脂成分中における含有量が0.1質量%以上0.5質量%以下である、太陽電池モジュール用の封止材シート。 - 前記ポリエチレンは、炭素数8以上のαオレフィンを含有しない請求項1に記載の封止材シート。
- 前記ポリエチレンは、炭素数3のαオレフィンを含有し、炭素数が3ではないαオレフィンを含有しない請求項1に記載の封止材シート。
- 前記架橋剤が、パーオキシケタール類又はジアルキルパーオキサイド類である請求項1から3のいずれかに記載の封止材シート。
- ゲル分率が0%以上10%以下である請求項1から4のいずれかに記載の封止材シート。
- ゲル分率が0%である請求項5に記載の封止材シート。
- 請求項1から6のいずれかに記載の封止材シートと、ガラス基板とが対面する態様で積層されている太陽電池モジュール。
- 前記封止材シートのゲル分率が50%以上90%以下である請求項7に記載の太陽電池モジュール。
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