JP2019062221A - 太陽電池モジュール用の封止材組成物、及び、太陽電池モジュール用の封止材シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の封止材シートは、中間層と最外層を含んでなる多層の封止材シートである。そして、多層の封止材シートの中間層を形成するための中間層用の封止材組成物は、波長変換剤を必須の成分として含有する。又、最外層を形成するための最外層用の封止材組成物も低密度ポリエチレン樹脂をベース樹脂とするが、中間層用の封止材組成物とは異なり、波長変換剤は含有しない。
中間層用の封止材組成物は、本発明の多層の封止材シートの中間層を成形するために用いる封止材組成物である。中間層用の封止材組成物は、ポリエチレン系樹脂からなる中間層用ベース樹脂と、有機系波長変換剤と、を必須の成分として含有する。
中間層用の封止材組成物のベース樹脂(以下「中間層用ベース樹脂」とも言う)として用いるポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン(M−LLDPE)を好ましく用いることができる。
末端ビニル基数=0.231/(d×t)×A(910cm−1)
ビニリデン基数=0.271/(d×t)×A(888cm−1)
トランスビニレン基数=0.328/(d×t)×A(965cm−1)
全二重結合数=末端ビニル基数+ビニリデン基数+トランスビニレン基数上記方法による2000炭素当たりの全二重結合数のことを言うものとする。
波長変換剤とは、太陽電池素子において吸収感度の低い波長領域の光を吸収感度の高い波長領域に波長変換して太陽池素子に入射させることによって、太陽電池モジュールの発電効率の向上に寄与するもののことを言う。無機系、有機系、或いは、それらのハイブリッド系の各種の波長変換剤が知られている。
中間層用の封止材組成物には、更には、架橋助剤が含有されることが好ましい。架橋助剤として、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好ましく用いることができる。架橋助剤としてより好ましくは、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を用いることができる。このような架橋助剤の添加により、低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ、低温柔軟性に優れる封止材シートを得ることができる。
最外層用の封止材組成物は、本発明の多層の封止材シートの両方の最外面に成形される最外層を成形するために用いる封止材組成物である。最外層用の封止材組成物は、ポリエチレン系樹脂からなるベース樹脂とし、好ましくは、シラン変性ポリエチレン系樹脂等の密着性共重合体樹脂を含有する。
最外層用の封止材組成物のベース樹脂(以下「最外層用のベース樹脂」とも言う)として用いるポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン(M−LLDPE)を適宜好ましく用いることができる。
最外層用の封止材組成物には、ベース樹脂に加えて、シラン変性ポリエチレン系樹脂が含有されることが好ましい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる低密度ポリエチレン、好ましくは直鎖低密度ポリエチレンに、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樹脂である。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封止材シートの他の部材への密着性を向上することができる。尚、本明細書におけるシラン変性ポリエチレン系樹脂とは、例えば、下記の製造方法によって製造することができるシラン変性ポリエチレン系樹脂のことを言い、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン樹脂の少なくとも一部が、エチレン性不飽和シラン化合物とグラフト重合してなる樹脂のことを示す概念である。尚、上記の主鎖となる樹脂は、上記ベース樹脂と同様、密度0.870g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂であることが好ましい。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、いずれについても、必要に応じて、適宜、以下の添加物を含有させることができる。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、必要最小限度の架橋剤を含有させてもよいが、架橋剤はいずれの層にも添加しないことがより好ましい。上記の中間層への架橋助剤の添加によって、十分に適切な架橋を進行させることができる一方で、有機過酸化物等の架橋剤を別途添加したには、太陽電池モジュールとの一体化のための熱ラミネート処理時に、デガスによる発泡等の問題が生じるリスクが高まるからである。架橋剤を添加する場合、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。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、いずれについても、適宜、密着性向上剤を添加することにより、更に、他基材との密着耐久性を高めることができる。密着性向上剤としては、公知のシランカップリング剤を用いることができる。シランカップリング剤は特に限定されないが、例えば、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリロキシ系シランカップリング剤等を好ましく用いることができる。尚、これらは単独で又は二種以上を混合して使用することもできる。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、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の組合せセットを用いて製造された封止材シート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、それぞれの封止材組成物に対して0.001質量%以上5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、封止材シートに対して、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。
本発明の封止材シートは、中間層と、中間層の両面に配置される最外層によって構成される多層の封止材シートである。そして、中間層のみに、特定分子量範囲にある上述の有機系波長変換剤を添加して製造したものである。この結果、成膜後における最外層中の波長変換剤の含有量比は、中間層中の波長変換剤の含有量比よりは小さく、少なくとも、製膜直後においては、中間層中の波長変換剤の含有量比の1/2以下に抑制されている。より具体的には、成膜後の封止材シートにおける中間層中の波長変換剤の含有量は、0.05質量%以上0.5質量%以下の範囲にあり、最外層中の波長変換剤の含有量は、0質量%以上0.25質量%以下の範囲にある。
[シート化工程]
上記においてそれぞれその詳細を説明した中間層用及び最外層用の各組成物の溶融成形は、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により行われる。多層シートとしての成形方法としては、一例として、二種以上の溶融混練押出機による共押出により成形する方法が挙げられる。
上記のシート化工程後の未架橋の封止材シートに対して、電離放射線による架橋処理を施す架橋工程を、シート化工程の終了後、且つ、封止材シートを他の部材と一体化する太陽電池モジュール一体化工程の開始前に行うことが好ましい。この架橋処理によってゲル分率が2%以上80%以下となる封止材シートとする。
次に、本発明の太陽電池モジュールの好ましい一実施形態について、図2を参照しながら説明する。図2は、波長変換機能を備える本発明の封止材シート1を太陽電池素子3の受光面側に配置した太陽電池モジュール10について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール10は、入射光の受光面側から、透明前面基板4、受光面側用の封止材シート1、太陽電池素子3、非受光面側用の封止材シート2、及び裏面保護シート5が順に積層されている。
以下において説明する封止材組成物の原料を、封止材組成物中の含有量が、それぞれ下記表1の割合になるように混合し、それぞれ実施例、比較例、参考例の封止材シートの内層用及び外層用封止材シートを作成するための封止材組成物とした。それぞれの封止材組成物をφ30mm押出し機、200mm幅のTダイ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で内層用及び外層用封止材シートを作製し、これらの内層用及び外層用封止材シートを積層して、1層又は3層の太陽電池モジュール用封止材シート(実施例、比較例及び参考例)とした。これらの封止材シートは、いずれも、厚さ600μm、外層:内層:外層の厚さの比を1:5:1とした。尚、封止材組成物の原料としては、以下の原料を使用した。
メタロセン系直鎖低密度ポリエチレン(M−LLDPE):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をベース樹脂として用いた(表1中「PE」と記載)。
シラン架橋性樹脂:密度0.881g/cm3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質量部とからなるシラン架橋性樹脂をベース樹脂に混合するシラン変性ポリエチレン樹脂として用いた。この樹脂の密度は0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分である(表1中「S−PE」と記載)。
光安定剤として、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、ヒンダードアミン系光安定化剤(ケミプロ化成株式会社製:KEMISTAB62)2.28質量部を混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチ(MB)を作成した(表1中「HALS」と記載)。
紫外線吸収剤として、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(ケミプロ化成株式会社製:KEMISORB12)3.32質量部とベンゾフェノン系光安定化剤(ケミプロ化成株式会社製:KEMISORB79)0.6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(MB)を作成した。
有機系波長変換剤として、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、トリアゾール誘導体(数平均分子量:323)1質量部を混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチ(MB)を作成した。
有機系波長変換剤として、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、イミダゾール(和光純薬社製:数平均分子量:68.1)1質量部を混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチ(MB)を作成した。
無機系波長変換剤として、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、希土類無機蛍光粒子(シンロイヒ社製)1質量部を混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチ(MB)を作成した。
実施例、比較例の封止材シートについて、保存安定試験(温度40℃、湿度90%RH、3月間)を行い、保存安定試験前後の光学特性(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)及びガラス密着性を評価した。光学特性は、ヘーズが5.0%以下を“○”とし、ヘーズが5.0%超を“×”とした。ガラス密着性は、剥離試験装置(「株式会社エー・アンド・デイ」社製、商品名「TENSILON RTA−1150−H」)を用いて、180度ピールにて剥離条件50mm/minで23℃にて測定を行い、剥離で、20N/15mm以上を“○”とし、20N/15mm未満を“×”とした。その結果を表2に示す。
実施例1、参考例の封止材シートを用いて太陽電池モジュールを作成し、PV特性を測定した。具体的には、T−SEC製単結晶セル(TSS63TN)のセル部以外をアルミシールして光の回り込みを防止した状態でセル上に上記封止材を積層し、ソーラーシュミレータ(英弘精機株式会社製EWXS−300S−50)を用いて、セル裏面温度25℃、照度100mW/cm2の条件で行った。結果を表3に示す。
11 中間層
12 最外層
2 非受光面側用の封止材シート
3 太陽電池素子
4 透明前面基板
5 裏面保護シート
10 太陽電池モジュール
Claims (5)
- 太陽電池モジュール用の封止材シートの製造に用いる封止材組成物であって、
前記封止材シートは、中間層と、その両面に配置される最外層と、を含んでなる多層シートであり、
前記封止材組成物は、中間層用の封止材組成物と最外層用の封止材組成物と、からなり、
前記中間層用の封止材組成物は、密度0.870g/cm3以上0.970g/cm3以下であって、尚且つ、密度が前記最外層用の封止材組成物のベース樹脂の密度の101%以上107%以下であって、全二重結合数が、前記最外層用の封止材組成物のベース樹脂の全二重結合数よりも多い、低密度ポリエチレンをベース樹脂とし、トリアゾールの誘導体であって数平均分子量が300以上1000以下の有機系波長変換剤を含有し、数平均分子量が100未満の有機系波長変換剤は含有せず、
前記最外層用の封止材組成物は、密度0.870g/cm3以上0.970g/cm3以下であって、尚且つ、密度が前記中間層用の封止材組成物のベース樹脂の密度の93%以上99%以下である低密度ポリエチレンをベース樹脂とし、波長変換剤を含有しない、
封止材組成物。 - 前記中間層用の封止材組成物のベース樹脂の全二重結合数は、0.5個以上4.0個以下である、請求項1に記載の封止材組成物。
- 前記最外層用の封止材組成物は、シラン変性ポリエチレン系樹脂を更に含有する請求項1又は2に記載の封止材組成物。
- 太陽電池モジュール用の封止材シートの製造方法であって、
前記封止材シートは、中間層と、その両面に配置される最外層と、を含んでなる多層シートであり、
密度0.870g/cm3以上0.970g/cm3以下であって、尚且つ、密度が最外層用の封止材組成物のベース樹脂の密度の101%以上107%以下であるポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする中間層用の封止材組成物からなる中間層に、密度0.870g/cm3以上0.970g/cm3以下であって、尚且つ、密度が前記中間層用の封止材組成物のベース樹脂の密度の93%以上99%以下であるポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする最外層用の封止材組成物からなる最外層を、積層して、多層シートを成形するシート化工程を含み、
前記中間層用の封止材組成物のベース樹脂の全二重結合数が、前記最外層用のベース樹脂の全二重結合数よりも多く、
前記中間層用の封止材組成物には、トリアゾールの誘導体であって数平均分子量が300以上1000以下の有機系波長変換剤が、0.05質量%以上0.5質量%以下含有されており、数平均分子量が100未満の有機系波長変換剤は含有されておらず、
前記最外層用の封止材組成物には、波長変換剤が含有されていない封止材シートの製造方法。 - 前記多層シートに電離放射線の照射によって架橋処理を行う架橋工程と、を更に含んでなる請求項4に記載の封止材シートの製造方法。
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