JP2018511942A - 光起電力セル - Google Patents
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Abstract
Description
ポリエステルフィルムの性能を向上させるために、複合構造を形成するように相補的特性を有する多層フィルムを形成することが知られている。場合によっては、多層フィルムは、フィルムの機械的強度を向上させるために、またはフィルムの他の機能特性を強化するために、同じ種類のフィルムを2つ以上含むことがある。あるいは、多層フィルムは、異なる種類のフィルムを2つ以上含むことによって、異なるポリエステルフィルムの特性を同時に実現できるようにすることがある。例えば、多層ポリエステルフィルムは、望ましい機械的特性を有するベースフィルム上に望ましい機能特性を有する1つまたは複数のフィルムを配置することによって機能性ポリエステルフィルムの取扱い特性を向上させるために使用されてきた。積層されたポリエステルフィルムは、共押出成形、被覆または積層技法によって好適に調製することができる。
封止材料は、光活性層および電極層を保護し、ガスおよび溶媒の浸透に対する高い耐性をもたらす、バリア材料である。封止バリア材料は、典型的には自立フィルムまたはシートの形態で利用され、当技術分野で公知のように積層技法を典型的には真空下で使用して、光活性層および電極層を含む複合材に施される。封止された複合材は、次いでフロントプレーンとバックプレーンとの間に挟まれる。
先行技術のデバイスに伴う問題は、バックプレーンと封止材との間の接着性を向上させるために、1つもしくは複数の追加的なプライマー層または表面処理が必要となることであった。特に、バックプレーンを第1の接着中間層で被覆し、次いで、PVセルの封止材への高い接着性を有する材料であるか、または封止材と同じ材料である、第2の接着層で被覆することが必要であった。製造効率を増大させ、コストを低減させるために、これらの追加的な接着層、およびこれらを施すのに必要とされる追加的な処理工程を両方とも省くことが望ましいであろう。加えて、先行技術のデバイスと比較して、バックプレーンと封止材との間の接着性を向上させることが望ましいであろう。
有利なことに、本発明によるPVセルにおいて、バックプレーンを形成するポリエステルフィルムは、追加的な接着層またはプライマー層を必要とすることなく、封止樹脂に直接接着される。これは、PVセルの製造に必要とされる製造工程の数を低減させるので、望ましいことである。
したがって、さらなる態様では、本発明は、透明なフロントプレーンおよび封止樹脂を含む光起電力セルを製造するための方法であって、ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティング(A)を含むポリエステルフィルムを封止樹脂に直接積層するステップを含み、ポリエステルフィルムが、不透明なバックプレーンを光起電力セル内で形成し、接着剤コーティングが、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物に由来する方法を提供する。
ポリエステルフィルム基材(B)は、自立フィルムまたはシートであり、これは、フィルムまたはシートが、支持ベースの非存在下で独立して存在する能力があることを意味している。好ましくは、ポリエステルフィルムは、二軸配向ポリエステルフィルムである。
ポリエステルフィルム基材は、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムまたはポリエチレン−2,6−ナフタレート(PEN)フィルムであり、より好ましくはポリエチレンテレフタレートフィルムである。PETまたはPENポリエステルは、1種または複数のコモノマーとして、比較的少量の、好ましくは20質量%未満、10質量%未満、または5質量%未満の、他のジカルボン酸および/またはジオールに由来する1種または複数の残基を含んでもよい。他のジカルボン酸として、イソフタル酸、フタル酸、1,4−、2,5−、もしくは2,7−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、1,10−デカンジカルボン酸、および一般式CnH2n(COOH)2(式中、nは2〜8)の脂肪族ジカルボン酸、例えば、コハク酸、グルタル酸、セバシン酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、またはピメリン酸が挙げられる。他のジオールとして、脂肪族および脂環式グリコール、例えば、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、および1,4−シクロヘキサンジメタノールが挙げられる。好ましくは、ポリエステルは、ただ1種のジカルボン酸、すなわち、テレフタル酸または2,6−ナフタレンジカルボン酸、好ましくはテレフタル酸を含有する。好ましくは、ポリエステルは、ただ1種のジオール、すなわち、エチレングリコールを含有する。
ポリエステルの固有粘度は、好ましくは少なくとも約0.60、好ましくは少なくとも約0.65、好ましくは少なくとも約0.70、好ましくは少なくとも約0.75、好ましくは少なくとも約0.80である。好ましくは、ポリエステルの固有粘度は、0.85以下、好ましくは0.83以下である。比較的高い固有粘度を有するポリエステルを使用すると、加水分解安定性が向上するが、粘度が高すぎると、フィルムの製造が困難になるおよび/または特化されたより頑丈なフィルム形成機器が必要となる可能性がある。例えば、粘度を大きく増大させ過ぎるということは、安定なフィルムの製造を実現するために、生産量を低減させるか(すなわち、単位時間当たりに押出されるPETの量を低減させるということであり、これによって、より不経済な方法となる)、または溶融物の粘度を低減させるために押出温度を増大させる(ひいては、ポリマーの熱分解および関連する特性の喪失を引き起こしかねない)ことが妥当であるということを意味し得る。
さらなる実施形態では、ポリエステルフィルム基材(B)は、白色化効果を有する粒子状フィラーと暗色化効果を有する粒子状フィラーとの組合せを含んでもよい。好適なフィラーは上記の通りであり、ポリエステルフィルム基材(B)中のフィラーの総量は、好ましくは、層の中のポリエステルの質量を基準にして、1質量%〜30質量%、好ましくは2質量%〜20質量%の範囲である。本発明のこの実施形態によるフィルムは、典型的には、少なくとも1.0、より好ましくは少なくとも2.0、より好ましくは少なくとも3.0のTODを示す。
(式中、
R1およびR2は独立に、アルキルから選択され、
R3は、水素およびアルキルから、好ましくはアルキルから選択され、
ここでは、R1、R2、およびR3基中の炭素原子の総数は、3〜48、好ましくは3〜23、好ましくは3〜13、好ましくは6〜10、好ましくは7〜9、一実施形態では8である)
を有するものが挙げられる。
好ましい実施形態では、R1およびR2のうち少なくとも1つはメチルである。より好ましくは、R1はメチルであり、R2は、少なくとも2個の炭素原子を含むアルキル基である。
好ましい実施形態では、グリシジルエステルの混合物がポリエステルフィルム基材(B)に使用されてもよく、ここでは、グリシジルエステルのそれぞれが独立に、式(I)に従って選択され、好ましくは、混合物の各グリシジルエステルにおけるアルキル基R1、R2、およびR3中の炭素原子の総数が同一であるように選択される。
上記のグリシジルエステルは、キラル化合物を含む。キラルグリシジルエステルは、鏡像異性体として存在しても、鏡像異性体の混合物として存在しても、いずれであってもよい。一般的には、いずれのキラルグリシジルエステルも、ラセミ混合物として存在するであろう。
ポリエステルフィルム基材(B)中に使用されるグリシジルエステルまたはグリシジルエステルの混合物の粘度は、ASTM D445に従って測定すると、20℃で100mPa.秒未満、好ましくは50mPa.秒未満、好ましくは25mPa.秒未満である。
1.ポリエステルフィルム基材(B)をそのモノマーから製造する間にグリシジルエステルを添加することによって行う。この場合、グリシジルエステルは、好ましくは、重合プロセスの終了時に、ポリエステルをペレットに押出する直前に添加する。一実施形態では、修飾ポリエステルは、IVを所望の値まで増大させるために、次いで固相重合によってさらに処理してもよい。
2.ペレットを溶融させ、その溶融物を添加剤と混合し、次いで修飾されたポリエステルをペレットに再押出することによって、グリシジルエステルをポリエステルペレットとオフラインで反応させることによって行う。
3.フィルム製造プロセスに使用する押出機にポリエステルを導入する前または間に、(典型的には液体としての)グリシジルエステルをポリエステルペレットに添加することによって(例えば、押出機のホッパー内でグリシジルエステルをポリエステルに添加することによって)行う。グリシジルエステルおよびポリエステルは、混合物が押出されるときに押出機内で反応する。好ましくは、二軸スクリュー押出機が使用される。
4.押出プロセス中(すなわち、押出機、典型的には二軸スクリュー押出機内でポリエステルが溶融状態になった時点で、典型的にはポリエステルが任意の脱揮ゾーンを通過した後)であるが、ポリエステルがフィルムにキャストされる前に、(典型的には液体としての)グリシジルエステルを溶融ポリエステルに注入することによって行う。
5.ポリエステルをそのモノマーから製造する間にグリシジルエステルを添加することによって行い、ここでは、ポリエステルは、直接押出されてフィルムとなる。グリシジルエステルは、好ましくは、重合プロセスの終了時に、ポリエステルを押出してフィルムにする直前に、溶融ポリエステルに添加する。
金属カチオンは、好適には、加水分解安定剤と、ポリエステルフィルム基材(B)のポリエステルの少なくとも幾つかの末端基との間の反応を触媒するのに十分な量で存在する。
第I族または第II族のカチオンの触媒効果は、結合するアニオンに依存せず、したがって任意の妥当な対イオンが使用されてもよい。一実施形態では、アニオンは、水酸化物イオン、ポリアクリル酸イオン、炭酸水素イオン、カルボン酸イオン、塩素イオン、酢酸イオン、ギ酸イオン、および硝酸イオンから選択されてもよい。好ましい実施形態では、アニオンは、水酸化物イオンまたはポリアクリル酸イオンから選択される。好適なポリアクリル酸イオンとして、約1,000〜約10,000の分子量を有するものが挙げられる。
代替的にまたは追加的に、ポリエステルフィルム基材(B)は、UV安定剤を含んでもよい。UV安定剤としての使用に好適な化合物は、入射UV光の大半がポリエステルではなくUV安定剤によって吸収されるように、ポリエステルの吸光係数よりはるかに大きい吸光係数を有する。UV安定剤は、一般に、吸収したエネルギーを熱として消散させ、それによってポリマー鎖の分解を回避する。典型的には、UV安定剤は有機UV安定剤であり、好適な例として、Encyclopaedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Third Edition, John Wiley & Sons, Volume 23, Pages 615 to 627に開示されるものが挙げられる。UV安定剤の具体例として、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール(米国特許第4,684,679号、米国特許第4,812,498号、および米国特許第4,681,905号)、ベンゾオキサジノン(米国特許第4,446,262号、米国特許第5,251,064号、および米国特許第5,264,539号)、およびトリアジン(米国特許第3,244,708号、米国特許第3,843,371号、米国特許第4,619,956号、米国特許第5,288,778号、および国際公開公報第94/05645号)が挙げられる。UV安定剤は、本明細書に記載する方法のうちの1つによってポリエステルフィルム基材(B)に組込まれてもよい。一実施形態では、UV安定剤は、ポリエステル鎖に化学的に組込まれてもよい。例えば、欧州特許出願第0006686号、欧州特許出願第0031202号、欧州特許出願第0031203号、および欧州特許出願第0076582号は、ポリエステル鎖へのベンゾフェノンの組込みを記載している。UV安定剤に関する上述の文献の具体的な教示は、参照により本明細書に組込まれている。特に好ましい実施形態では、本発明における向上したUV安定性は、トリアジン、より好ましくはヒドロキシフェニルトリアジン、特に式(II)のヒドロキシフェニルトリアジン化合物によってもたらされる:
特に、第1の実施形態E1では、ポリエステルフィルム基材(B)は単一層を含み、よって、ポリエステルフィルムは、ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティング(A)から構成される。この実施形態では、フィルムは、接着剤コーティング(A)が封止樹脂に向けて(すなわち、封止された光活性層に向けて)配置され、かつポリエステルフィルム基材(B)が反対方向に、PVセルの外面に向けて配置されるように光起電力セル内に配置され、好ましくは、ポリエステルフィルム基材(B)がPVセルの最外層である。この実施形態では、ポリエステルフィルム基材(B)は、好ましくは、上記の通りの加水分解安定剤およびUV安定剤を含み、好ましくは粒子状フィラーも含む。接着剤コーティング(A)は、上記の通りのUV安定剤および/または粒子状フィラーを含んでもよい。
実施形態E2におけるポリエステル層(C)は、結晶性ポリエステルを含んでもよい。
ポリエステル層(C)が結晶性ポリエステルを含む場合、層(C)のポリエステルは、好ましくは、ポリエステルフィルム基材(B)について上文に記載したポリエステルから独立に選択され、ここでは、層(C)のポリエステルは、ポリエステルフィルム基材(B)のポリエステルと同一であっても異なっていてもよく、好ましくは、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートから選択され、好ましくはポリエチレンテレフタレートである。ポリエステル層(C)のポリエステル樹脂は、層の主要成分であり、層の全質量の少なくとも50質量%、好ましくは層の全質量の少なくとも65質量%、好ましくは少なくとも80質量%、好ましくは少なくとも90質量%、より典型的には少なくとも95質量%を占める。この実施形態では、層(C)は、好ましくはPVセルの最外層である。この実施形態では、前記層(C)は、好ましくは、上記の通りのUV安定剤および上記の通りの加水分解安定剤を含む。この実施形態では、前記層(C)は、好ましくは、不透明剤として粒子状フィラーを、好ましい粒子状フィラーの量およびポリエステルフィルム基材(B)が何であるかについて上文に記載した通りに、層の中のポリエステルの質量を基準にして約0.3〜約30質量%の量でさらに含む。この実施形態では、ポリエステルフィルム基材層(B)は、再生されたフィルムを含んでもよいが、さもなければ、層(B)には粒子状フィラーは添加されないまたは実質的に添加されない(ここでは、この文脈において「実質的にない」とは、層の中のポリエステルの質量を基準にして、2.5質量%以下、好ましくは2質量%以下、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.6質量%以下、好ましくは約0.3質量%以下を意味する)。
接着剤コーティング(A)は、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物に由来する。該組成物は、エポキシ樹脂、ブロックトジイソシアネート、および水を含む水性組成物であってもよい。
好ましくは、接着剤コーティング(A)が由来する組成物は、接着剤組成物の乾燥前に決定される、組成物中のエポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートの全質量を基準にして、約50質量%未満、好ましくは約40質量%、好ましくは約30質量%未満、好ましくは約20質量%未満のエポキシ樹脂を含む。有利なことに、この場合、ポリエステル基材上に連続的なコーティングを得ることができ、それによって、使用する際に、PVセル内における封止樹脂に対する有効な接着性が最終的にもたらされることが見出された。組成物が50質量%超のエポキシ樹脂を含有する場合、ポリエステル基材上へコーティングの湿潤の問題が観察されることがあり、それによって不連続なコーティングがもたらされ、ひいては接着不良を招くことになる。
好適なエポキシ樹脂は、各分子に少なくとも2つのエポキシ基を含有し、0.10〜0.80当量/100gの範囲、好ましくは約0.15〜0.70当量/100gの範囲のエポキシド価を有する。一実施形態では、エポキシ樹脂のエポキシド価は、約0.45〜約0.70当量/100gの範囲であってもよい。代替実施形態では、エポキシ樹脂のエポキシド価は、約0.10〜0.25当量/100gの範囲であってもよい。かかるエポキシ樹脂は、NMRもしくは他の分光法、湿式化学、またはゲル浸透クロマトグラフィーを使用する(好ましくはゲル浸透クロマトグラフィーによる)末端基分析によって測定される約4000未満の数平均分子量、および/または約150℃未満の溶融温度も有してもよい。
好ましくは、エポキシ樹脂は、脂肪族ポリオールのグリシジルエーテルである。「脂肪族ポリオール」という用語は、本明細書では、炭素が直鎖または分岐のいずれかの開鎖で連結されており、かつ2個以上のヒドロキシル基を含有する有機化合物を指すために使用される。好適なポリオールの例として、グリセロール、ポリグリコール、およびペンタエリスリトールが挙げられる。接着剤組成物に使用するのに特に好ましいエポキシ樹脂は、修飾されたグリセロールトリグリシジルエーテルである。「修飾された」という用語は、この文脈で使用される場合、グリセロールトリグリシジルエーテルの少なくとも1個の置換基が化学修飾されていることを指す。そのようなエポキシ樹脂の例は、EMS−Griltechから市販されているGrilbond(登録商標)GSTである。好適なエポキシ樹脂は、従来の技法を使用して、例えば、エピクロロヒドリンを脂肪族アルコールまたはポリオールと反応させてグリシジルエーテルまたは脂肪族カルボン酸を得ることによって、生成されてもよい。この反応は、中間体のクロロヒドリンの脱塩化水素を促進するために、通常、水酸化ナトリウムなどのアルカリの存在下で実施される。
接着剤組成物は、ブロックトジイソシアネートをさらに含む。
「ブロックトジイソシアネート」は、本明細書では、室温で安定であるが、熱の影響を受けると解離してジイソシアネートの官能基をそれぞれ再生する、ジイソシアネート反応生成物として定義される。言い換えれば、ジイソシアネートの官能基は、以降「ブロック基」と呼ばれる化学基の使用によって可逆的にブロックされている。
ブロック基を放出してジイソシアネートの官能基を解放するために、典型的には120〜250℃の範囲の温度が必要とされ、ブロック基は、組成物から揮発するように選択される。
好適なブロック基の例として、アルコール、カプロラクタム、フェノール、メチルエチルケトキシム、および活性メチレン化合物が挙げられる。ブロック基の選択は、ジイソシアネートが何であるかに依存するであろう。ジイソシアネートがブロックトMDIである場合、好ましくは、ブロック基はカプロラクタムである。代替的に、ジイソシアネートがブロックトHDIである場合、好ましくは、ブロック基は3,5−ジメチルピラゾール(DMP)である。本発明の一実施形態では、エポキシ樹脂は修飾されたトリグリシジルエーテルであり、ブロックトジイソシアネートはカプロラクタムでブロックされているMDI系ジイソシアネートである。
接着剤コーティングは、好ましくは、5.0μm以下、好ましくは2.0μm以下、より好ましくは1.5μm以下の乾燥膜厚(すなわち、完成したフィルムにおける接着剤コーティングの厚さ)を有する。さらなる好ましい実施形態では、コーティングは、1.0μm以下、0.8μm以下、または0.5μm以下の厚さを有していてもよい。好ましくは、接着剤コーティングは、0.005〜0.5μm、好ましくは0.03〜0.5μmの範囲の厚さを有する。
(i)エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを液体ビヒクル中に含む接着剤コーティング組成物をポリエステルフィルム基材の表面上に配置するステップ;
(ii)接着剤コーティング組成物を乾燥させるステップ;ならびに
(iii)乾燥した接着剤コーティング組成物を加熱して、硬化した接着剤コーティングを形成するステップ
を含む方法によって製造されてもよい。
コーティング組成物は、好ましくは、5.0μm以下、好ましくは2.0μm以下、より好ましくは1.5μm以下の乾燥膜厚をもたらす未乾燥塗膜厚で塗布される。さらなる好ましい実施形態では、コーティング組成物は、1.0μm以下、0.8μm以下、または0.5μm以下の乾燥膜厚で塗布される。好ましくは、コーティング組成物は、0.005〜0.5μmの範囲内、一実施形態では0.03〜0.5μmの範囲内の乾燥膜厚をもたらすように塗布される。この範囲であれば、コーティングの厚さは十分なのでポリエステル基材に対する優れた接着性が観察され、PVセルにおけるバックプレーンとして使用されたとき、その後湿気および/または湿度に長時間曝されても、封止樹脂に対する強固で優れた接着性が観察される。
乾燥されたコーティング組成物は、約150℃〜約250℃、好ましくは約190℃〜約250℃、より好ましくは約200℃〜約230℃、最も好ましくは約215℃〜約230℃の温度のオーブン中で好適に硬化される。
乾燥および硬化ステップは、別々に逐次行っても、妥当な加熱プロファイルを含む単一の加熱処理に組合せてもよいことが理解されよう。
一実施形態では、コーティング組成物の乾燥および硬化は、約150℃〜約250℃、好ましくは約190℃〜約250℃、より好ましくは約200℃〜約230℃、最も好ましくは約215℃〜約230℃の温度で同時に行われる。
コーティング組成物は、ステップ(a)において、「インライン」(すなわち、被覆ステップが、フィルム製造中に行われ、用いる任意の延伸操作の前、最中、または間に行われる)または「オフライン」(すなわち、フィルム製造後)のいずれかでポリエステルフィルムの表面上に配置されてもよい。好ましくは、ステップ(a)は、インラインで行われる。
ポリエステルフィルム基材の横方向の延伸は、好ましくはポリエステルのTgより上の温度で、好ましくはTgより約15度高いが、延伸操作が完了する前にコーティングの急速な硬化が生じるほど高くない温度で実施される。これに関して、ポリエステルフィルム基材の横方向の延伸は、好ましくは、硬化剤の非ブロック化が行われる温度より低い温度で実施される。
フィルムのヒートセットは、好ましくはコーティングの硬化と同時に、より好ましくは、150℃〜250℃、好ましくは190℃〜250℃、より好ましくは200℃〜230℃、最も好ましくは215℃〜230℃の範囲の温度で、典型的には10〜40秒、好ましくは20〜30秒の範囲の加熱時間の間行われる。これらの条件下で、ブロックトジイソシアネートからブロック基が除去されて、接着剤コーティング組成物のエポキシ樹脂成分と反応する自由なジイソシアネート基がもたらされる。
本発明のフィルムは、PVセルにおける使用に特に好適であり、特に、PVセルのバックプレーンとして、またはその中に存在する層としての使用に好適である。上で述べた通り、PVセルは、典型的にはフロントプレーン、電極、および光起電活性層、およびバックプレーンを含み、前面封止材料および背面封止材料をさらに含む、多層組立体である。したがって、本発明のさらなる態様によれば、ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティングを含むポリエステルフィルムにおける、フィルムのポリエステルフィルム基材を封止樹脂に接着させるための、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物の接着剤コーティング(A)としての使用が提供される。
当業者であれば、かかる積層プロセスを行うべき条件を熟知しているであろう。例えば、一実施形態では、積層プロセスは、約150℃の温度および1.2トンの圧力で実施されてもよく、一実施形態では、A4面積のフィルム上に20分間で施される。
EVA樹脂に積層した直後に接着力が強力なだけでなく、高温での高湿度条件に長期間曝露された後でも強力なままであることも見出された。本明細書において、「高温での高湿度条件に長期間」という用語は、フィルムが例えばPVセルとして使用される間に受ける環境条件であって、好ましくは本明細書に記載する高温多湿試験(少なくとも500時間、好ましくは1000時間にわたって85℃および相対湿度85%)を使用する促進老化試験によって測定される環境条件を指す。
これに関して、本発明のフィルムは、好ましくは、少なくとも500時間の85℃および相対湿度85%での促進老化の後に、少なくとも40N/cm(本明細書に記載する通りに、線平均荷重として測定される)の封止材料(好ましくはEVA)に対するフィルムの接着剤コーティング(A)の接着強度を示す。
以下の分析法を使用して、本明細書に記載するフィルムの特性評価を行った。
(i)透明度は、標準試験方法ASTM D1003に従い、M57D球形ヘイズメーター(Diffusion Systems)を使用して、フィルムの全厚を通過する全輝度透過率(total luminance transmission)(TLT)およびヘイズ(散乱透過可視光の%)を測定することによって評価する。
(ii)透過光学濃度(TOD)は、Macbeth Densitometer TR 927(Dent and Woods Ltd.(ベージングストーク、英国)から入手)を透過モードで使用して測定する。
(iii)白色度は、Colorgard System 2000、Model/45(Pacific Scientificによって製造される)およびASTM D 313の原理を使用して測定する。
(iv)ポリエステルおよびポリエステルフィルムの固有粘度(単位dL/g)は、Viscotek(商標)Y−501C Relative Viscometerで、ASTM D5225−98(2003)に従う溶液粘度測定法によって(例えば、Hitchcock, Hammons & Yau in American Laboratory (August 1994) "The dual-capillary method for modern-day viscometry"を参照されたい)、25℃のo−クロロフェノール中0.5質量%のポリエステル溶液を使用することによって、また固有粘度を算出するためにBillmeyerの一点法:
η=0.25ηred+0.75(lnηrel)/c
(式中:
η=固有粘度(単位dL/g)、
ηrel=相対粘度、
c=濃度(単位g/dL)、
ηred=還元粘度(単位dL/g)であり、これは(ηrel−1)/cと等しい(ηsp/cとしても表され、式中、ηspは比粘度である))
を使用することによって測定する。
(1)初期乾燥接着強度として;
(2)上で述べた「高温多湿試験」処理に供した後の接着強度として。
本発明のフィルムは、好ましくは乾燥接着強度において少なくとも40N/cm(23lbf/in)の線平均接着強度を示し、好ましくは高温多湿試験においても同様である。
(vii)ポリエステルフィルムは、ISO4892−2に従って耐候性について試験する。
(ix)示差走査熱量計(DSC)スキャンは、Perkin Elmer DSC7測定器を使用して得る。5mgの質量のポリエステルフィルムの試料を、標準的なPerkin Elmer製アルミニウムDSCるつぼに封入した。加熱中の配向の緩和の作用を最小限にするために、フィルムおよびるつぼを平らに圧縮して、フィルムが部分的に拘束されるようにした。検体を測定器の試料ホルダーに入れ、毎分80℃で30℃から300℃まで加熱して、関連するトレースを記録した。乾燥不活性パージガス(窒素)を使用した。DSC測定器の温度および熱流量軸を、実験条件、すなわち加熱速度およびガス流量に対して十分に較正した。ピーク温度、すなわち、吸熱高温ピーク(A)および吸熱低温ピーク(B)の値を、各吸熱溶融過程の開始から各吸熱溶融過程の終了まで引いたベースラインを上回る最大変位として取った。ピーク温度測定値は、Perkin Elmerソフトウェア内の標準分析手順を使用して導出した。測定値の精度および正確度は±2℃であった。試料のプロットを図1に示す。
(x)最終フィルム中の加水分解安定剤の量は、1H NMR(溶媒としてD2−1,1,2,2−テトラクロロエタン;GSX−Delta 400測定器、80℃)によって測定することができる。
被覆したフィルムは以下の通りに調製した:
ポリエチレンテレフタレートを溶融押出し、冷却した回転ドラム上にキャストし、150℃の温度で押出方向にその元の寸法のおよそ3倍に延伸した。フィルムを120℃の温度のステンターオーブン内に移し、そこでフィルムを横方向にその元の寸法のおよそ3倍に延伸した。二軸延伸したフィルムを約220℃でヒートセットした。二軸延伸したポリエステルフィルムの表面上に接着剤コーティングをメイヤーバー(メイヤーバーの番号によって定められた特定の未乾燥塗膜厚をフィルム上に送達する)によって塗布した。最終的なポリエステル基材は、下の例に示す通りの膜厚および乾燥接着剤塗膜厚を有していた。
次いで、被覆したフィルムを、EVA封止樹脂に150℃の温度およびA4面積上に1.2トンの圧力で20分間積層した。封止樹脂に対するフィルムの接着強度を、「高温多湿試験(DHT)」(その手順は上に示す)を使用して、初期および湿気に長時間曝露した後の両方で試験した。
ポリエステルフィルム上に接着剤コーティング(A)を形成するために使用する接着剤組成物中に存在するエポキシ樹脂と硬化剤の相対的割合が、接着剤コーティングと封止樹脂との間に形成される結合の接着強度に及ぼす影響を評価するために、例1を実施した。
エポキシ樹脂および硬化剤成分を含むが、割合が異なるコーティングAの幾つもの接着剤組成物を、表2に示す通りに調製した。試験したすべてのコーティング組成物は、固形分が10質量%であった。
この例では、エポキシ樹脂としてGrilbond(登録商標)GSTを使用し、ブロックトジイソシアネートとしてGrilbond(登録商標)IL−6 60%GSTを使用した。これらは両方ともEMS−Griltechから市販されている。Grilbond(登録商標)GSTは、修飾されたグリセロールトリグリシジルエーテルである。Grilbond(登録商標)IL−6 60%GSTは、カプロラクタムでブロックされているMDIジイソシアネートである。
使用したポリエステル基材は、250μmの厚さを有するMelinex(登録商標)238(Dupont Teijin Filmsから入手可能)であった。
接着剤組成物を、乾燥接着剤塗膜厚が600nmとなる量でポリエステル基材に塗布した。硬化スケジュールは、220℃の温度で30秒間であった。
図1は、ポリエステルフィルムの接着剤コーティング(A)が由来する接着剤組成物中に存在するエポキシ樹脂対硬化剤の比が、接着強度および耐湿潤老化性(resistance to damp ageing)に及ぼす影響を示す。接着剤組成物が約50質量%未満のエポキシ樹脂を含有する場合、良好な接着力が観察され、DHTに1000時間供された後であっても強力な接着力が維持されることが分かる。
DHTの間の接着の強度をモニタリングし、その結果を表2および図2に示す。
ポリエステルフィルム上に接着剤コーティング(A)を形成するために使用する接着剤組成物中に存在するエポキシ樹脂と硬化剤の相対的割合が、接着剤コーティングと封止樹脂との間に形成される結合の接着強度に及ぼす影響を評価するために、例2を実施した。
例2で試験する接着剤組成物用に、エポキシ樹脂としてGrilbond(登録商標)GSTを使用し、硬化剤としてTrixene Aqua BI 201(登録商標)を使用した。Trixene Aqua BI 201(登録商標)は、Baxenden Chemicals Ltd.から市販されており、DMPでブロックされているHDI三量体である。
使用したポリエステル基材は、250μmの厚さを有するMelinex(登録商標)238(Dupont Teijin Filmsから入手可能)であった。接着剤組成物を、乾燥接着剤塗膜厚が600nmとなる量でポリエステル基材に塗布した。硬化スケジュールは、220℃の温度で30秒間であった。
図3は、ポリエステルフィルムの接着剤コーティング(A)が由来する接着剤組成物中に存在するエポキシ樹脂対硬化剤の比が、接着強度および耐湿潤老化性に及ぼす影響を示す。接着剤組成物が約50質量%未満のエポキシ樹脂を含有する場合、良好な接着力が観察され(すなわち、40N/cm超の接着強度)、DHTに1000時間供された後であっても強力な接着力が維持されることが分かる。
DHTの間の接着の強度をモニタリングし、その結果を表4および図4に示す。
様々なポリエステル基材の使用が、接着剤コーティングと封止樹脂との間に形成される結合の接着強度に及ぼす影響を評価するために、例3を実施した。
2種の異なるポリエステル基材を、下の表5に示す通りに試験した。ポリエステル基材の詳細は以下の通りである:
A: Melinex(登録商標)238、厚さ250μm(Dupont Teijin Filmsから市販されている)
B: Melinex(登録商標)238PV(これは加水分解安定剤を含有する)、厚さ125μm(Dupont Teijin Filmsから市販されている)
接着剤組成物を、各場合において乾燥接着剤塗膜厚が600nmとなる量でポリエステル基材に塗布した。硬化スケジュールは、220℃の温度で30秒間であった。
例4は、形成された結合の接着強度を、以前に記載された接着剤コーティングについて観察された接着強度と比較するために実施した。
試験した接着剤コーティングを、下の表6に示す。
NeoRez(登録商標)R600は、DSM Coating Resins,LLCから入手可能な脂肪族ウレタン分散液である。
NeoRez(登録商標)R966は、DSM Coating Resins,LLCから入手可能な脂肪族ウレタンの水中乳濁液である。
Epocros(登録商標)WS700は、Nippon Shokubai Co.,Ltd.から入手可能なオキサゾリン官能化ポリマーである。
EVA積層後、得られた接着力の結果を下の表7に示す。
Claims (31)
- 透明なフロントプレーン、不透明なバックプレーン、および封止樹脂を含む光起電力セルであって、バックプレーンが、ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティング(A)を含むポリエステルフィルムであり、接着剤コーティングが、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物に由来し、封止樹脂およびポリエステルフィルムが、光起電力セル内で接着剤コーティング(A)が封止樹脂に接触するように配置されている、光起電力セル。
- 透明なフロントプレーンおよび封止樹脂を含む光起電力セルを製造するための方法であって、ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティング(A)を含むポリエステルフィルムを封止樹脂に直接積層するステップを含み、ポリエステルフィルムが、不透明なバックプレーンを光起電力セル内で形成し、接着剤コーティングが、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物に由来する、方法。
- ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティング(A)を含むポリエステルフィルムであって、接着剤コーティングが、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物に由来する、ポリエステルフィルム。
- ポリエステルフィルムを製造するための方法であって、
(i)エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを液体ビヒクル中に含む接着剤コーティング組成物をポリエステルフィルム基材の表面上に配置するステップ;
(ii)接着剤コーティング組成物を乾燥させるステップ;ならびに
(iii)乾燥した接着剤コーティング組成物を加熱して、硬化した接着剤コーティングを形成するステップ
を含む、方法。 - ポリエステルフィルム基材が、接着剤組成物で被覆される前に一方向に延伸されている、請求項4に記載の方法。
- ポリエステルフィルム基材が、接着剤組成物で被覆される前に機械方向に延伸されている、請求項5に記載の方法。
- ステップ(ii)の後およびステップ(iii)の前に、被覆されたフィルムを延伸するさらなるステップを含む、請求項4、5、および6のいずれか1項に記載の方法。
- 被覆されたフィルムが横方向に延伸される、請求項7に記載の方法。
- ポリエステルフィルム基材(B)および接着剤コーティングを含むポリエステルフィルムにおける、フィルムのポリエステルフィルム基材を封止樹脂に接着させるための、エポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートを含む組成物の接着剤コーティング(A)としての使用。
- 接着剤コーティング(A)が封止樹脂と接触している、請求項9に記載の使用。
- ポリエステルフィルムが封止樹脂に積層されている、請求項10に記載の使用。
- ポリエステルフィルムが光起電力セル内での不透明なバックプレーンであり、光起電力セルが透明なフロントプレーンおよび封止樹脂をさらに含む、請求項9から11までのいずれか1項に記載の使用。
- 封止樹脂がEVAである、請求項1から12までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- ポリエステルフィルム基材(B)がPETを含む、請求項1から13までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 接着剤コーティング(A)が由来する組成物が、エポキシ樹脂、ブロックトジイソシアネート、および水を含む水性コーティングである、請求項1から14までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- エポキシ樹脂が、0.10〜0.80当量/100gの範囲のエポキシド価を有する、請求項1から15までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- エポキシ樹脂が、脂肪族ポリオールのグリシジルエーテルである、請求項1から16までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- エポキシ樹脂が、修飾されたグリセロールトリグリシジルエーテルである、請求項17に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- ブロックトジイソシアネートが、ブロックト脂肪族ジイソシアネートである、請求項1から18までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- ブロックトジイソシアネートが、ブロックトヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)である、請求項19に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 硬化剤がブロックト芳香族ジイソシアネートである、請求項1から20までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 硬化剤がブロックトメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)である、請求項21に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- ブロックトジイソシアネートが、アルコール、カプロラクタム、フェノール、メチルエチルケトキシム、および活性メチレン化合物からなる群から選択される基でブロックされている、請求項1から22までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- エポキシ樹脂が、修飾されたトリグリシジルエーテルであり、硬化剤が、カプロラクタムでブロックされているMDI系ジイソシアネートである、請求項1から15までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- エポキシ樹脂が、修飾されたトリグリシジルエーテルであり、硬化剤が、DMPでブロックされているHDI系ジイソシアネートである。請求項1から15までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 接着剤が、接着剤組成物の乾燥前のエポキシ樹脂およびブロックトジイソシアネートの全質量を基準として50質量%以下のエポキシ樹脂を含む水性組成物に由来する、請求項1から25までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 接着剤コーティング(A)が5μm以下の乾燥膜厚を有する、請求項1から26までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- フィルムが二軸配向される、請求項1から27までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- フィルムが白色である、請求項1から28までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- フィルムが、好ましくは少なくとも500時間の85℃および相対湿度85%での促進老化の後に、線平均荷重として測定される、少なくとも40N/cmの封止材料に対するフィルムの接着層(A)の接着強度を示す、請求項1から29までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
- 少なくとも500時間の、好ましくは少なくとも1000時間の85℃および相対湿度85%での促進老化の後に、封止材料に対するフィルムの接着層(A)の接着強度が、初期接着強度の少なくとも25%である、請求項1から30までのいずれか1項に記載の光起電力セル、方法、フィルム、または使用。
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