JP4781068B2 - 樹脂シートの検査方法および太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂シートの検査方法（以下、単に「検査方法」とも称する）に関し、詳しくは、太陽電池用の封止材等として好適に使用される樹脂シートの検査方法および太陽電池封止材（以下、単に「封止材」とも称する）用樹脂シートの評価方法に関する。

近年、太陽光を利用したクリーンなエネルギー資源として、太陽電池に対する関心が高まってきている。太陽電池の発電素子は、一般に、シリコン等の半導体からなり、水分や埃等の異物や外気の影響から保護するための容器や樹脂中に封入されて太陽電池モジュール（パネル）として使用される。

図１に、このような太陽電池モジュールの構造の一例を示す。図示する太陽電池モジュール１０は、ガラス基板１、封止膜２、シリコン等の発電素子３、封止膜４およびバックカバー５を順次積層してなる構造を有し、この場合、発電素子３は、樹脂材料からなる封止膜２，４内に封入されて保護されている。封止材として用いられる樹脂としては、低コスト等の観点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が、現在一般に使用されている。

上記のような構造の太陽電池素子モジュールは、一般に、ガラス基板１−バックカバー５間に押圧力を加えつつ封止膜２，４を加熱溶着して、発電素子３間の空隙を封止膜２，４の樹脂で埋めるようにして一体化を行うことにより作製される。この際、封止膜を形成する樹脂シートの加熱収縮率が大きいと、封止膜２，４とガラス基板１またはバックカバー５との間に気泡が残留して密着性の低下を引き起こしたり、収縮により発電素子３が損傷したりする恐れがある。このような不良の発生を防止するために、樹脂シートとしては加熱収縮率が低いものを用いることが好適である。

樹脂シートの熱収縮率を検査するための方法としては、従来、温水中収縮検査法が知られている。これは、作製された樹脂シートから短冊状の試験片を切り取って、この試験片を所定の温度に保たれた温水中に一定時間フリーの状態で浸漬した後引き上げ、あらかじめ上記試験片に付けられていた標線の長さを測定して加熱収縮率を求めるものである。

また、特許文献１には、基板材料上に加熱により被着される熱可塑性樹脂フィルムの実用的な熱収縮検査方法を提供すべく、熱可塑性樹脂フィルムを基板材料上に載せたうえで、所定の加熱温度で加熱後、収縮するようにして、熱可塑性樹脂フィルムの収縮率を実際に使用される条件下で測定するフィルムの加熱収縮検査方法が記載されている。
特開２００１−１８３３１８号公報（特許請求の範囲等）

上記特許文献１に記載の技術によれば、従来の温水中収縮検査法の欠点を改良した基板材料上での収縮検査方法により、樹脂フィルムの加熱溶着（ラミネート）工程における品質管理の向上を図ることが可能である。しかしながら、当該技術は、測定感度や測定のばらつきの点で未だ十分なものとは言えず、より検査精度が高い検査方法により、加熱溶着時における収縮の小さい樹脂シートを実現することが求められていた。

そこで本発明の目的は、測定感度を向上するとともに測定のばらつきを抑えることができ、これにより、より高精度で樹脂シートの加熱収縮率の検査を行うことができる樹脂シートの検査方法、および、この検査方法を適用することで、より加熱溶着時における収縮が少なく、結果として最終製品における品質不良を生ずることがない太陽電池封止材を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明者らは鋭意検討した結果、下記構成とすることにより、より精度の高い検査を行うことが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の第一の樹脂シートの検査方法は、樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査する樹脂シートの検査方法であって、前記温水の温度を、前記樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定することを特徴とするものである。

また、本発明の第二の樹脂シートの検査方法は、樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査する樹脂シートの検査方法であって、前記温水の温度を、４０℃以上、前記樹脂の融点−１０℃以下に設定することを特徴とするものである。

さらに、本発明の第三の樹脂シートの検査方法は、樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査する樹脂シートの検査方法であって、前記温水の温度を、前記樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定する第一の検査と、４０℃以上、前記樹脂の融点−１０℃以下に設定する第二の検査とを組合せて行うことを特徴とするものである。

また、本発明の第一の太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法は、樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法であって、上記本発明の第一の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が１５％以上４５％以下である場合を良と判定することを特徴とするものである。

さらに、本発明の第二の太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法は、樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法であって、前記太陽電池封止材用樹脂シートを４０℃以上、前記樹脂の融点−１０℃以下に設定した温水に一定時間浸漬して得られる収縮率が４％以下である場合を良と判定することを特徴とするものである。

さらに、本発明の第三の太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法は、樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法であって、上記本発明の第三の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が、第一の検査において１５％以上４５％以下であり、かつ、第二の検査において４％以下である場合を良と判定することを特徴とするものである。

本発明によれば、上記構成としたことで、測定のばらつきが少なく、より高精度で樹脂シートの加熱収縮率の検査を行うことができる検査方法を実現することができ、また、この検査方法を適用することで、特には加熱溶着時における収縮が少なく、結果として最終製品における品質不良を生ずることがない太陽電池封止材を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明の樹脂シートの検査方法は、樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査するものである。

具体的にはまず、検査を行う樹脂シートから適宜寸法、形状のサンプルを切り出し、この樹脂シートサンプルを、特定の温度に設定した温水中に、一定時間フリーの状態で浸漬する。その後、温水中から引き上げて、収縮後の長さを測り、初期長さからの収縮率を算出する。この場合、樹脂シートサンプルにあらかじめ標線を引いておき、標線間隔を測る方法で収縮率を求めてもよい。ここで、収縮率とは、初期寸法と浸漬後の収縮量との比率で表される。

ここで、本発明の第一の樹脂シートの検査方法においては、上記温水の温度を、樹脂シートの主成分である樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定する点が重要である。一般に樹脂の融点近傍では測定値がばらつくため、測定精度も低下してしまう。そこで本発明では、構造変化が飽和する点の近傍である上記温度範囲において収縮率を検査することにより、高精度での測定を可能としたものである。また、上記温度範囲は加熱融着時の温度に相当するため、この温度範囲での収縮率の検査により、加熱融着時における寸法精度の向上にも寄与できる。

また、本発明の第二の樹脂シートの検査方法においては、上記温水の温度を、４０℃以上であって、樹脂シートの主成分である樹脂の融点−１０℃以下に設定する。この温度範囲は樹脂シートの保管時における環境温度に相当するものであり、これにより、保管時における樹脂シートの収縮率を高精度で評価することができるため、保管時に樹脂シートの寸法が変化して、実用に供し得なくなるような事態を回避することができる。

さらに、本発明の第三の樹脂シートの検査方法は、上記温水の温度を、樹脂シートの主成分である樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定する第一の検査と、４０℃以上であって、樹脂シートの主成分である樹脂の融点−１０℃以下に設定する第二の検査とを組合せて行う。この検査方法により、加熱融着時と保管時との双方において、樹脂シートの収縮率を高精度で評価することができるため、より寸法精度に対する信頼性の高い樹脂シートを得ることが可能となる。

本発明の樹脂シートの検査方法においては、温水の温度設定を上記に従い行う以外の点については、常法に従い行えばよく、特に制限されるものではない。

本発明の太陽電池封止材は、樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂シートであって、上記第一の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が１５％以上４５％以下、好適には１５％以上４０％以下であるか、上記第二の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が４％以下、好ましくは２％以下であるか、または、上記第三の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が、第一の検査において１５％以上４５％以下、好適には１５％以上４０％以下であり、かつ、第二の検査において４％以下、好ましくは２％以下である樹脂シートからなるものである。これらいずれかの基準を満足するものとすることで、加熱融着時および／または保管時における収縮の少ない太陽電池封止材を得ることができ、これにより、最終製品である太陽電池における品質不良の発生を防止することが可能となる。

本発明の太陽電池封止材は、上記収縮率に係る条件を満足するものであればよく、これにより、発電素子の加熱圧着による封入時における不良の発生を効果的に防止することができるものである。上記収縮率を満足する太陽電池封止材用の樹脂シートは、例えば、以下のように調製することができる。
（１）カレンダーバンク樹脂温度を適度に高温に維持して樹脂粘度を下げ、圧延する。
（２）複数本の冷却ロールを前半と後半とに分けて、そのうち前半の温度を高めに設定し、急冷を避けて除冷とする。また、樹脂が冷えると熱収縮するため、後半はロール速度も遅くして、過剰な張力負荷を避ける。
（３）再加熱（アニール処理）を行う。

本発明の太陽電池封止材の具体的な配合としては、ＥＶＡを主成分とする以外の点については特に制限はないが、例えば、ＥＶＡに、必要に応じてシランカップリング剤、有機過酸化物、光増感剤、架橋助剤、安定剤、着色剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、変色防止剤等を添加し、これら各成分を混合することにより得ることができる。

シランカップリング剤は、ＥＶＡの封止材としての性能と、主として太陽電池下部基板乃至発電素子との接着力をさらに向上させる目的で添加するものであり、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エトキシシクロヘキシル）エチル−トリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等を用いることができる。これらのシランカップリング剤の配合量はＥＶＡ１００重量部に対して５重量部以下である。

有機過酸化物は、あらかじめ加えて熱分解することでＥＶＡに架橋構造を持たせることができるものであり、１００℃以上でラジカルを発生するものであればいずれのものも使用可能であるが、配合時の安定性を考慮に入れれば、半減期１０時間、分解温度７０℃以上であることが好ましく、例えば、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジハイドロパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン−３、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、α，α′−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブシルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシベンズエート、ベンゾイルパーオキサイド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量はＥＶＡ１００重量部に対して５重量部以下で充分である。

光増感剤は、あらかじめ加えて光照射により分解することでＥＶＡに架橋構造を持たせることができるものであり、光照射でラジカルを生じるものであればいかなるものでもよく、例えば、ベンゾイン、ベンゾメチルエーテル、ベンゾインイソエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ジベンゾイル、５−ニトリアセナフテン、ヘキサクロロシクロペンタジエン、パラニトロジフェニル、パラニトロアニリン、２，４，６−トリニトロアニリン、１，２−ベンズアントラキノン等を用いることができる。これらの光増感剤はＥＶＡ１００重量部に対して、通常１０重量部以下の量で用いられる。

また、ＥＶＡ封止材は長期にわたり使用され、風雨等に曝露されることが予測されるため、耐久性を向上させる目的で、架橋剤を添加してゲル分率を向上させることも可能である。この目的に用いられる架橋助剤としては、公知のものとしてトリアリルイソシアヌレートまたはトリアリルイソシアネート等の３官能性架橋助剤の他、２官能性の架橋助剤等を挙げることができる。これらの架橋助剤はＥＶＡ１００重量部に対して１０重量部以下の割合で用いられる。

着色剤としては、金属酸化物、金属粉等の無機顔料、アゾ系、フタロシアニン系、アチ系、酸性、または塩基染料系レーキ等の有機顔料がある。

紫外線吸収剤としては、例えば、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルホベンゾフェノン等のベンゾフェノン系、２−（２′−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系、フェニルサルシレート、ｐ−ｔ−ブチルフェニルサリシレート等のヒンダードアミン系が挙げられる。

老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、ビスフェニル系、ヒンダードアミン系があり、具体的には例えば、ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ビス（２，２，６．６−テトラメチル−４−ピペラジル）セバケート等が挙げられる。

さらに、安定性を向上する目的でハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、Ｐ−ベンゾキノン、メチルハイドロキノン等をＥＶＡ１００重量部に対して５重量部以下で加えることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（サンプルの作製）
以下に示す配合にて、それぞれ下記表１に示す融点を有するＥＶＡ組成物からなる樹脂シートを作製し、寸法１００ｍｍ（流れ方向）×１００ｍｍ（幅方向）に裁断して、樹脂シートサンプルを得た。
ＥＶＡ樹脂（表の欄外参照） ９５重量％
架橋剤（２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン） １重量％
シランカップリング剤（γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン）０．３重量％
架橋助剤（トリアリルイソシアヌレート） ５重量％

（温水中収縮率の測定）
下記表１中に示す２種類の温度（融点＋１０℃および融点−１０℃）に設定した温水を満たしたウォーターバス中に、上記樹脂シートサンプルを１分間浸漬し、その後取り出して、浸漬後の流れ方向の寸法を測定した。初期寸法（１００ｍｍ）と浸漬後の収縮量（（１００−浸漬後寸法）ｍｍ）とから、温水中収縮率を下記式に従い求めた。
温水中収縮率（％）＝｛浸漬後の収縮量（ｍｍ）／１００（ｍｍ）｝×１００

（製膜生産性の評価）
カレンダーバンク樹脂の温度が高温になりすぎて樹脂粘度の低下によりカレンダーロールに貼りつきを生じやすくなることに起因する、生産速度の低下や装置停止等のトラブルが発生した場合を「劣」とし、発生しなかった場合を「良」とした。

（ラミネート評価）
樹脂シートサンプルを用いて、図１に示す構成の積層体を作製した際に、樹脂シート２，４の収縮に伴い端部に樹脂シート２，４の欠けが生じて端部封止不良となったり、樹脂シート２，４の収縮に伴い発電素子３が移動してラミネート不良となるなどの不良が生じたか否かについて評価した。
これらの結果を、下記の表１中に示す。

＊１）ＥＶＡ樹脂（Ａ）：酢酸ビニル基含有量２８重量％、メルトインデックス１５
ＥＶＡ樹脂（Ｂ）：酢酸ビニル基含有量２６重量％、メルトインデックス４
ＥＶＡ樹脂（Ｃ）：酢酸ビニル基含有量２４重量％、メルトインデックス３
＊２）速い速度で製膜を行ったことで樹脂シートの歪（応力）が大きくなったもの。

太陽電池モジュールの一構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２，４ 太陽電池封止材（ＥＶＡシート）
３ 発電素子
５ バックカバー
１０ 太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査する樹脂シートの検査方法であって、前記温水の温度を、前記樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定することを特徴とする樹脂シートの検査方法。
2. 樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法であって、請求項１記載の検査方法により得られる収縮率が１５％以上４５％以下である場合を良と判定することを特徴とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法。
3. 樹脂を主成分とするシートを一定時間温水中に浸漬して、浸漬後における収縮率を検査する樹脂シートの検査方法であって、前記温水の温度を、前記樹脂の融点＋５℃以上１７℃以下に設定する第一の検査と、４０℃以上、前記樹脂の融点−１０℃以下に設定する第二の検査とを組合せて行うことを特徴とする樹脂シートの検査方法。
4. 樹脂としてのエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法であって、請求項３記載の樹脂シートの検査方法により得られる収縮率が、第一の検査において１５％以上４５％以下であり、かつ、第二の検査において４％以下である場合を良と判定することを特徴とする太陽電池封止材用樹脂シートの評価方法。

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