JP4634535B1 - 太陽電池封止材及びそれを用いて作製された太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記(a)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)と下記(b)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなることを特徴とする太陽電池封止材。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解熱量が0〜70J/g
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃以上であり、かつ、結晶融解熱量が5〜70J/g
【選択図】なし
Description
すなわち、本発明は、
下記(a)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)と下記(b)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなることを特徴とする太陽電池封止材に関する。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解熱量が0〜70J/g
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃以上であり、かつ、結晶融解熱量が5〜70J/g
また、酢酸発生による回路腐食などの懸念もなく、架橋工程も省略可能であるため、太陽電池モジュール製造工程における生産性を向上させることが出来る。更に、製造設備についてもバッチ式の製造設備に加えて、ロール・ツー・ロール式の製造設備にも適用可能であり、結果、太陽電池モジュールの製造コストを大幅に低減させることが期待できる。
本発明の太陽電池封止材は、下記(a)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)と下記(b)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなることが重要である。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解熱量が0〜70J/g
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃以上であり、かつ、結晶融解熱量が5〜70J/g
本発明に用いられるエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)は、上記の条件(a)を満足すれば特に限定されるものではないが、通常、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとのランダム共重合体が好適に用いられる。ここでエチレンと共重合するα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−へキセン、1−へプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、3−メチル−ブテン−1、4−メチル−ペンテン−1等が例示される。本発明においては、工業的な入手し易さや諸特性、経済性などの観点からエチレンと共重合するα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−へキセン、1−オクテンが好適に用いられる。エチレンと共重合するα−オレフィンは1種のみを単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもかまわない。
当該結晶融解熱量は、示差走査熱量計を用いて、JIS K7122に準じて加熱速度10℃/分で測定することができる。
当該結晶融解ピーク温度は、示差走査熱量計を用いて、JIS K7121に準じて加熱速度10℃/分で測定することができる。
本発明に用いられるエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)は、既述の条件(b)を満足すれば特に限定されるものではないが、通常、エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとのブロック共重合体が好適に用いられる。ここでエチレンと共重合するα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−へキセン、1−へプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、3−メチル−ブテン−1、4−メチル−ペンテン−1等が例示される。本発明においては、工業的な入手し易さや諸特性、経済性などの観点からエチレンと共重合するα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−へキセン、1−オクテンが好適に用いられる。エチレンと共重合するα−オレフィンは1種のみを単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもかまわない。
該マルチブロック構造を有するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体は、本発明において好適に使用でき、α−オレフィンとして1−オクテンを共重合成分とするエチレン−オクテンマルチブロック共重合体が好ましい。該ブロック共重合体としては、エチレンに対してオクテン成分が多く(約15〜20モル%)共重合されたほぼ非晶性のソフトセグメントと、エチレンに対してオクテン成分が少なく(約2モル%未満)共重合された結晶融解ピーク温度が110〜145℃である高結晶性のハードセグメントが、各々2つ以上存在するマルチブロック共重合体が好ましい。これらのソフトセグメントとハードセグメントの連鎖長や比率を制御することにより、柔軟性と耐熱性の両立を達成することができる。
該マルチブロック構造を有する共重合体の具体例としては、ダウ・ケミカル(株)製の商品名「インフューズ(Infuse)」が挙げられる。
本発明の太陽電池封止材は、上述したエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)とエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなる。ここで、これらの共重合体(A)及び共重合体(B)の各々に用いられるα−オレフィンの種類は、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、本発明においては、同一である方が、混合した際の相溶性や太陽電池封止材の透明性が向上する、すなわち、太陽電池の光電変換効率が向上するため好ましい。
該紫外線吸収剤の添加量は、樹脂組成物(C)100質量部に対し、通常、0.01〜2.0質量部程度であり、0.05〜0.5質量部添加することが好ましい。
本発明の太陽電池封止材は、上述した樹脂組成物(C)からなる。
本発明の太陽電池封止材の柔軟性は、適用される太陽電池の形状や厚み、設置場所などを考慮して適宜調整すれば良いが、例えば、動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃の貯蔵弾性率(E´)が1〜2000MPaであることが好ましい。太陽電池素子の保護の観点からは貯蔵弾性率(E´)は、より低い方が好ましいが、シート形状などで本発明の太陽電池封止材を採取した場合のハンドリング性やシート表面同士のブロッキング防止などを考慮すると、3〜1000MPaであることがより好ましく、5〜500MPaであることがさらに好ましく、10〜100MPaであることが特に好ましい。貯蔵弾性率(E´)は、粘弾性測定装置を用いて、振動周波数10Hzで所定温度で測定し、温度20℃における値を求めることで得られる。
次に、本発明の太陽電池封止材の製造方法について説明する。厚みは、特に限定されるものではないが、通常、0.05〜1mm程度であり、好ましくは0.1〜0.7mmのシート状で用いられる。シート状の太陽電池封止材の製膜方法としては、公知の方法、例えば単軸押出機、多軸押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなどの溶融混合設備を有し、Tダイを用いる押出キャスト法やカレンダー法等を採用することができ、特に限定されるものではないが、本発明においては、ハンドリング性や生産性等の面からTダイを用いる押出キャスト法が好適に用いられる。Tダイを用いる押出キャスト法での成形温度は、用いる樹脂組成物(C)の流動特性や製膜性等によって適宜調整されるが、概ね130〜300℃、好ましくは、150〜250℃である。シランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐候安定剤等の各種添加剤は、予め樹脂とともにドライブレンドしてからホッパーに供給しても良いし、予め全ての材料を溶融混合してペレットを作製してから供給しても良いし、添加剤のみを予め樹脂に濃縮したマスターバッチを作製し供給してもかまわない。また、シート状で得られた本発明の太陽電池封止材の表面及び/または裏面には、必要に応じて、シートを巻物とした場合のシート同士のブロッキング防止や太陽電池素子の封止工程でのハンドリング性やエア抜きのし易さ向上などの目的のためエンボス加工や種々の凹凸(円錐や角錐形状や半球形状など)加工を行ってもかまわない。さらに、シートを製膜する際に、別の基材フィルム(延伸ポリエステルフィルム(OPET)や延伸ポリプロピレンフィルム(OPP)など)と押出ラミやサンドラミなどの方法で積層してもかまわない。
次に本発明の太陽電池封止材を用い、太陽電池素子を上下の保護材であるフロントシートおよびバックシートで固定することにより太陽電池モジュールを製作することができる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができ、好ましくは、本発明の太陽電池封止材と、上部保護材と、太陽電池素子と、下部保護材とを用いて作製された太陽電池モジュールが挙げられ、具体的には、上部保護材/封止材(封止樹脂層)/太陽電池素子/封止材(封止樹脂層)/下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止材で挟むような構成のもの(図1参照)、下部保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と上部保護材を形成させるような構成のもの、上部保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子、例えばフッ素樹脂系透明保護材上にアモルファス太陽電池素子をスパッタリング等で作製したものの上に封止材と下部保護材を形成させるような構成のものなどを挙げることができる。なお、本発明の太陽電池封止材を用いた太陽電池モジュールにおいて、封止材が2箇所以上の部位に使用される場合、全ての部位に本発明の太陽電池封止材を用いてもかまわないし、1箇所のみの部位に本発明の太陽電池封止材を用いてもかまわない。また、封止材が2箇所以上の部位に使用される場合、各々の部位に使用される本発明の太陽電池封止材を構成する樹脂組成物(C)は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7121に準じて、試料約10mgを加熱速度10℃/分で−40℃から200℃まで昇温し、200℃で5分間保持した後、冷却速度10℃/分で−40℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから結晶融解ピーク温度(Tm)(℃)を求めた。
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7122に準じて、試料約10mgを加熱速度10℃/分で−40℃から200℃まで昇温し、200℃で5分間保持した後、冷却速度10℃/分で−40℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから結晶融解熱量(ΔHm)(J/g)を求めた。
アイティ計測(株)製の粘弾性測定装置、商品名「粘弾性スペクトロメーターDVA−200」を用いて、試料(縦4mm、横60mm)を振動周波数10Hz、ひずみ0.1%、昇温速度3℃/分、チャック間25mmで横方向について、−150℃から150℃まで測定し、得られたデータから20℃における貯蔵弾性率(E´)(MPa)を求めた。
厚み3mmの白板ガラス(サイズ;縦75mm、横25mm)と厚み5mmのアルミ板(サイズ;縦120mm、横60mm)の間に厚みが0.5mmのシート状の封止材を重ね、真空プレス機を用いて、150℃、15分の条件で積層プレスした試料を作製し、該試料を100℃の恒温槽内で60度に傾斜して設置し500時間経過後の状態を観察し、下記の基準で評価した。
(○)ガラスが初期の基準位置からずれなかったもの
(×)ガラスが初期の基準位置からずれたり、シートが溶融したもの
厚み3mmの白板ガラス(サイズ;縦75mm、横25mm)2枚の間に厚みが0.5mmのシート状の封止材を重ね、真空プレス機を用いて、150℃、15分の条件で積層プレスした試料を作製し、JIS K7105に準じて全光線透過率を測定し、その値を記載するとともに、下記の基準で評価した結果も併記した。
(◎)全光線透過率が90%以上
(○)全光線透過率が85%以上、90%未満
(×)全光線透過率が85%未満、あるいは、明らかに白濁している場合(未測定)
エチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)として、エチレン−オクテンランダム共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:エンゲージ8200、オクテン含有量:7.3モル%(24質量%)、MFR:5、Tm:65℃、ΔHm:53J/g)(以下、A−1と略する)を95質量部とエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)として、エチレン−オクテンブロック共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:インフューズD9100.05、オクテン含有量:12.8モル%(37質量%)、MFR:1、Tm:119℃、ΔHm:38J/g)(以下、B−1と略する)を5質量部の割合で混合した樹脂組成物(C)をTダイを備えた40mmφ単軸押出機を用いて設定温度200℃で溶融混練し、20℃のキャストロールで急冷製膜することにより厚みが0.5mmのシート状の太陽電池封止材(以下、単にシートと略する)を得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(A−1)80質量部とエチレン−オクテンブロック共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:インフューズD9507.15、オクテン含有量:16.4モル%(44質量%)、MFR:5、Tm:123℃、ΔHm:21J/g)(以下、B−2と略する)を20質量部との樹脂組成物に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(A−1)をエチレン−プロピレン−ヘキセン3元ランダム共重合体(日本ポリエチレン(株)製、商品名:カーネルKJ640T、プロピレン含有量:7.4モル%(10質量%)、ヘキセン含有量:4.4モル%(10質量%)、MFR:30、Tm:53℃、ΔHm:58J/g)(以下、A−2と略する)に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(B−1)を用いることなく、(A−1)100質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(B−1)を汎用の結晶性ポリエチレン樹脂であるエチレン−オクテンランダム共重合体((株)プライムポリマー製、商品名:モアテック0238CN、オクテン含有量:1モル%(4質量%)、MFR:2.1、Tm:121℃、ΔHm:127J/g)(以下、P−1と略する)に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(A−1)及び(B−1)を用いることなく、(P−1)100質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
真空ラミネーター((株)エヌ・ピー・シー製、商品名:LM30×30)を用いて、熱板温度:150℃、加工時間:20分(内訳、真空引き:5分、プレス:5分、圧力保持:10分)、圧着速度:急速の条件で、熱板側から順に、上部保護材として厚みが3mmの白板ガラス(旭硝子(株)製、商品名:ソライト)、実施例1で採取した厚みが0.5mmのシート(封止材)、厚みが0.4mmの太陽電池セル(フォトワット社製、型式:101×101MM)、実施例1で採取した厚みが0.5mmのシート(封止材)、下部保護材として厚みが0.125mmの耐候性PETフィルム(東レ(株)製、商品名:ルミラーX10S)の5層を真空プレスして太陽電池モジュール(サイズ:150mm×150mm)を作製した。得られた太陽電池モジュールは透明性や外観などに優れるものであった。
12A,12B・・・封止樹脂層
14A,14B・・・太陽電池素子
16・・・バックシート
18・・・ジャンクションボックス
20・・・配線
Claims (10)
- 下記(a)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)と下記(b)の条件を満足するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなることを特徴とする太陽電池封止材。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解熱量が0〜70J/g
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃以上であり、かつ、結晶融解熱量が5〜70J/g - エチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)の結晶融解熱量が5〜70J/gであることを特徴とする請求項1記載の太陽電池封止材。
- エチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)の結晶融解ピーク温度が105〜145℃であることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池封止材。
- エチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)の結晶融解熱量が10〜60J/gであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- エチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)がエチレン−オクテンマルチブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- エチレン−α−オレフィンランダム共重合体(A)及びエチレン−α−オレフィンブロック共重合体(B)の各々を構成するα−オレフィンの種類が同一であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 樹脂組成物(C)が、シランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤及び耐候安定剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤が添加されてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃の貯蔵弾性率(E´)が10〜100MPa、示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が110〜145℃、かつ全光線透過率が90%以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池封止材を用いて作製された太陽電池モジュール。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池封止材と、上部保護材と、太陽電池素子と、下部保護材とを用いて作製された太陽電池モジュール。
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