JP2022113709A - 太陽電池モジュール用の封止材シート及びそれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
前記封止材シートの同一面に、前記ガラス基板及び前記太陽電池素子が密着している構成を含んでなる太陽電池モジュール。
本発明の封止材シートは、以下に詳細を説明する封止材組成物を溶融成形することによって製造することができる。封止材組成物は、コア層用の封止材組成物とスキン層用の封止材組成物とを、それぞれ各層の形成に使い分ける。そして、これらコア層用、スキン層用の各封止材組成物により、所定の層厚さ及び厚さ比で、両最表面にスキン層が配置されている3層構造の多層シートを成形することにより、例えば図1に示す封止材シート1に代表される本発明の封止材シートを製造することができる。尚、本明細書において、スキン層とは、多層の封止材シートの両最表面側に配置される層のことをいい、コア層とは多層の封止材シートにおける上記スキン層以外の内層のことをいう。コア層自体が更に多層の内部構造を有するものであってもよいが、単層構造のコア層の両面にスキン層が積層されている3層構造の封止材シート1が本発明の代表的な実施形態であり、以下、この封止材シート1を中心に本発明の説明を行う。
コア層用の封止材組成物は、本発明の封止材シートのコア層を成形するために用いる樹脂組成物である。コア層用の封止材組成物の樹脂としては、低密度ポリエチレン系樹脂(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(M-LLDPE)を好ましく用いることができる。中でも、太陽電池モジュールの長期信頼性の観点から、低密度ポリエチレン系樹脂(LDPE)をコア層用の組成物として特に好ましく用いることができる。
高融点ポリエチレン系樹脂とは、融点が100℃以上120℃以下のポリエチレン系樹脂であり、コア層のベース樹脂となる樹脂である。コア層用の封止材組成物に含まれるコア層用のベース樹脂である高融点ポリエチレン樹脂の含有量は、コア層用の封止材組成物中の全樹脂成分に対して、好ましくは60質量%以上99質量%以下、より好ましくは65質量%以上99質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以上99質量%以下である。これらは、例えば添加用樹脂として用いてもよく、その他の添加成分をマスターバッチ化するための他の樹脂として使用してもよい。尚、本明細書において全樹脂成分という場合は、上記の他の樹脂を含む。尚、このコア層用の封止材組成物は、架橋剤を含有せず、封止材シートの成形時に架橋工程を必要としない熱可塑系の封止材組成物である。
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、多層の封止材シートのMFR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。
低融点ポリエチレン系樹脂とは、融点が55℃以上95℃以下のポリエチレン系樹脂であり、コア層の貯蔵弾性率(E´)を低下させる目的で含有される樹脂である。低融点ポリエチレン系樹脂の含有量は、コア層用の封止材組成物中の全樹脂成分に対して、5質量%以上50質量%以下であり、好ましくは8質量%以上30質量%以下であり、最も好ましくは、10質量%以上20質量%以下である。これらは、例えば添加用樹脂として用いてもよく、その他の添加成分をマスターバッチ化するための他の樹脂として使用してもよい。
スキン層用の封止材組成物は、本発明の封止材シートのスキン層を成形するために用いる樹脂組成物である。スキン層用の封止材組成物としては、従来太陽電池モジュール用の封止材組成物としては、通常、架橋処理等によって耐熱性を向上させる処理を行うことによって用いられていた融点が100℃以下、より好ましくは融点が50℃以上70℃以下の、相対的に融点が低いポリエチレン系樹脂をベース樹脂として用いる。
コア層用の封止材組成物及びスキン層用の封止材組成物(以下、併せて「封止材組成物」とも言う)ともに、α-オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体(以下、「シラン変性ポリエチレン系樹脂」とも言う)を、必要に応じて、各封止材組成物に一定量含有させることがより好ましい。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系樹脂(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シート1の接着性を向上することができる。このシラン変性ポリエチレン系樹脂の封止材組成物中の含有量は、コア層用の封止材組成物においては、コア層用の封止材組成物中の全樹脂成分に対して2質量%以上20質量%以下、スキン層用の封止材組成物においては、スキン層用の封止材組成物中の全樹脂成分に対して5質量%以上40質量%以下であることが好ましい。特にスキン層用の封止材組成物には、10質量%以上のシラン変性ポリエチレン系樹脂が含有されていることがより好ましい。尚、上記のシラン変性ポリエチレン系樹脂におけるシラン変性量は、1.0質量%以上3.0質量%以下程度であることが好ましい。上記の封止材組成物中における好ましいシラン変性ポリエチレン系樹脂の含有量範囲は、上記シラン変性量がこの範囲内であることを前提としており、この変性量の変動に応じて適宜微調整することが望ましい。
封止材シート1は、コア層11を有し、コア層11の両面にスキン層12が配置されている。但し、コア層が多層構造を有し当該コア層内にその他の機能層が配置されている封止材シートであっても、本発明の構成要件を備えるコア層とスキン層を備え、且つ、本発明のその他の構成要件を備える封止材シートである限り本発明の範囲内である。
封止材シート1を用いた太陽電池モジュール10の基本構成について、図2を参照しながら説明する。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2、透明前面基板2の表面上に配置された薄膜系の太陽電池素子3、封止材シート1、及び裏面保護カバー4が順に積層された構成である。封止材シート1は、太陽電池素子3の非受光面側に積層されている。
以下において説明する封止材組成物原料を下記表1の割合(質量部)で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材シートのコア層用の封止材組成物及びスキン層用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でコア層用及びスキン層用とするための各樹脂シートを作製し、これらの各樹脂シートを積層して、コア層と両最表面に配置されるスキン層とを備える実施例及び比較例の3層構造の封止材シートを製造した。実施例及び比較例の各封止材シートの厚さは、いずれも、総厚さ450μmとした。実施例及び比較例の3層構造の封止材シートの各層の厚さの比については、いずれの封止材シートについてもスキン層:コア層:スキン層の厚さ比が、1:8:1(スキン層(2層の合計)の総厚さが、封止材シートの総厚さの1/4)となるようにした。
樹脂1(表中にて「1」と表記、以下同様):密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M-LLDPE)。
樹脂2:密度0.880g/cm3、融点60℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M-LLDPE)。
樹脂3:密度0.898g/cm3、融点90℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M-LLDPE)。
樹脂3:実施例1~5の封止材シートのスキン層用の封止材組成物のベース樹脂として、上記の樹脂3(融点90℃)を用いた。
樹脂2:実施例6~8の封止材シートのスキン層用の封止材組成物のベース樹脂として、上記の樹脂2(融点60℃)を用いた。
耐候剤マスターバッチ:樹脂(密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分の低密度ポリエチレン系樹脂)100質量部に対して、KEMISTAB62(HALS):0.6質量部。KEMISORB12(UV吸収剤):3.5質量部。KEMISORB79(UV吸収剤):0.6質量部。CHIMASORB202(UV吸収剤):0.07質量部添加。耐候剤マスターバッジは、全ての実施例、比較例のコア層用及びスキン層用の組成物に10質量部ずつ添加した。
シラン変性ポリエチレン系樹脂:密度0.900g/cm3、MFRが2.0g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂100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0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.900g/cm3、MFR1.0g/10分。融点90℃。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、全ての実施例、比較例のコア層用の組成物に3質量部ずつ、同スキン層用の組成物に15質量部ずつ添加した。
実施例、比較例のコア層の貯蔵弾性率(E´)をそれぞれ単膜にて以下の測定方法により、DMA測定し、85℃時点での貯蔵弾性率(E´)を各試料毎に比較した。
(測定方法) 実施例、比較例の封止材シートを5mm×20mmに切り出したものを試料とし、UBM社製レオゲル・E-4000で測定を実施。引っ張りモードにて下記条件のもと測定した。
初期荷重100g、連続加振モード、波形:正弦波、周波数10hz、昇温速度3℃/min.
結果を表1に示す。
表面がフラットな370mm×370mm×3.2mmtのソーダライムガラスの面上に、リード線(幅25mm、長さ350mm、高さ350μm)を配置し、更に当該リード線を覆って、370mm×370mmにカットした実施例、比較例の各封止材シートを積層し、更に370mm×370mm×3.2mmtのソーダライムガラスを積層したものを、設定温度165℃、真空引き3分、大気圧加圧7分で真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用サンプルを得た。評価基準は下記の通りとした。
マイクロメーターを用いてリード線端部から150mmの位置の直上における上記評価用サンプルの総厚さと、リード線の直上から60mm横方向に離れた位置における同サンプルの総厚さを測定し、それらの厚さの差分を求め、下記の評価基準により、ガラス歪み防止性を評価した。
尚、上記太陽電池モジュール評価用サンプルについて50℃に恒温したオーブンに48時間保管試験後の状態を目視観察したところ、ガラス歪み防止性が85μm未満(評価A)の場合、50℃保管試験後のリード線凹凸周辺の空隙の形成は観察されなかった。85μm以上100μm未満(評価B)の場合、2mm2以内の気泡が5個以内観察された。100μm以上(評価C)の場合、リード線凹凸周辺に空隙が観察された。
(評価基準) A:85μm未満
B:85μm以上100μm未満
C:100μm以上
評価結果を「ガラス歪み」として表1に記す。
表面がフラットな白板強化ガラスの面上に、リード線(250μm径)を配置し、更に当該リード線を覆って、150mm×150mmにカットした実施例、比較例の各封止材シートを積層したものを設定温度165℃、真空引き3分、大気圧加圧7分で真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用サンプルを得た。この加熱処理中におけるラミネート中の封止材シートの樹脂温度(到達温度)は162℃であった。これらの太陽電池モジュール評価用サンプルについて、下記ダンプヒート(D.H.)試験後の状態を目視観察し、下記の評価基準により、モールディング耐久性を評価した。D.H.試験は、JIS C8917に準拠し、試験槽内温度85℃、湿度85%の条件下で評価用サンプルモジュールの耐久性試験を500時間行った。
(評価基準) A:封止材シートが対面する基材面の凹凸に完全に追従。空隙の形成は観察されなかった。
B:2mm2以内の気泡が5個以内観察された。
C:封止材シートの一部が対面する基材面の凹凸に完全に追従せず、リード線の近辺に一部ラミネート不良部分(空隙)が形成された。
評価結果を「モールディング耐久性」として表1に記す。
耐熱性試験として耐熱クリープ試験を行った。評価例1と同じガラス板に5cm×7.5cmに切り出した実施例、比較例の封止材シートを1枚重ね置き、その上から5cm×7.5cmの評価例1と同じガラス板を重ね置き、上記評価例1と同条件で真空加熱ラミネータ処理を行い評価用試料を作成した。この後、大判ガラスを垂直に置き、105℃で12時間放置し、放置後の5cm×7.5cmのガラス板の移動距離(mm)を測定し、評価した。評価は以下の基準で行った。
(評価基準) A:0.00mm
B:0.00mm超え1.0mm未満
C:1.0mm以上
評価結果を「耐熱性」として表1に記す。
11 コア層
12 スキン層
2 透明前面基板
3 太陽電池素子
31 金属電極
32 リード線
4 裏面保護カバー
10 太陽電池モジュール
Claims (1)
- コア層と、封止材シートの両最外層に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材シートであって、
前記コア層は、融点が100℃以上120℃以下の高融点ポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、融点が55℃以上95℃以下の低融点ポリエチレン系樹脂を5質量%以上50質量%以下含有し、
前記スキン層は、いずれも、融点が100℃以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、該スキン層の総厚さが、前記封止材シートの総厚さの1/20以上1/3以下である太陽電池モジュール用の封止材シート。
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