JP5359393B2 - 太陽電池モジュール封止用シートおよび太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
太陽電池は、通常、太陽電池素子単体(太陽電池セル)は、長期間(約20年)にわたって保護されるように、数枚〜数十枚単位でパッケージングされてモジュール化されている。具体的な太陽電池モジュールとしては、直列、並列に配線された複数の太陽電池セルと、太陽電池セルを封止する封止体と、太陽光が当たる表面側に配置された透明ガラス部材と、裏面側に配置された裏面保護用シートとを具備するものが挙げられる。ここで、封止体としては、太陽電池セルを挟むように積層された一対の封止用シートが広く使用されている。
さらに、透明ガラス部材および裏面保護用シートとの接着性を高めると共にエチレン共重合体に架橋性を付与するために、封止用シートに、シランカップリング剤、架橋剤、架橋助剤等を配合することもある。
封止体の耐熱性・耐光性・耐候性を高めるためには、安定剤の含有量を高めればよい。ところが、本発明者が、安定剤含有量を増やした封止体を用いた場合の、前記促進試験後の接着性を評価したところ、透明ガラス部材および裏面保護用シートに対する封止体の接着力が低下することが判明した。とりわけ、保護部材については、封止体がシランカップリング剤を含有しても接着力が低下することが判明した。
そこで、安定剤の添加量を調整することで、耐熱性・耐光性・耐候性と、接着性とを両立させることも検討したが、これらの性能を両立させるような添加量は見出せなかった。そのため、耐熱性・耐光性・耐候性、接着性のどちらかの性能を犠牲にせざるを得なかった。
これらの知見に基づき、本発明者が、耐熱性・耐光性・耐候性を高くしつつ接着性の低下を防止する手段について検討した結果、以下の太陽電池モジュール封止用シートおよび太陽電池モジュールを発明した。
[1] 透明軟質樹脂および高分子固定型安定剤を含有するシートであり、
高分子固定型安定剤は、熱可塑性高分子に安定化成分が結合した化合物であって、反応性添加剤と、反応性添加剤と反応し得る官能基を有する高分子とが反応したものであり、高分子固定型安定剤の含有量は、安定化成分の量が、前記透明軟質樹脂100質量部に対して0.05質量部を超え2質量部以下になる量にされていることを特徴とする太陽電池モジュール封止用シート。
[2] 透明軟質樹脂が、架橋構造を形成しうる架橋性エチレン系共重合体であることを特徴とする[1]に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[3] 架橋性エチレン系共重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体またはエチレン−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体であることを特徴とする[1]または[2]に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[4] 架橋性エチレン系共重合体が、エチレン−α,β不飽和カルボン酸共重合体またはエチレン−α,β不飽和カルボン酸−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体であることを特徴とする[1]または[2]に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[5] 高分子固定型安定剤の安定化成分が、光安定剤および/または紫外線吸収剤であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[6] 光安定剤が、ヒンダードアミン系光安定剤であることを特徴とする[5]に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[7] 紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることを特徴とする[5]または[6]に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
[8] 太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する層状の封止体と、該封止体の一方の面側に配置された透明ガラス部材と、前記封止体の他方の面側に配置された裏面保護用シートとを具備し、
前記封止体が、[1]〜[7]のいずれかに記載の太陽電池モジュール封止用シートにより形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
本発明の太陽電池モジュールは、発電出力低下が抑制されている。
本発明の太陽電池モジュール封止用シート(以下、封止用シートと略す。)は、透明軟質樹脂および高分子固定型安定剤を必須成分として含有するシートである。
透明軟質樹脂としては、例えば、エチレン系共重合体、ポリビニルアセタール系樹脂(例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール(PVB樹脂)、変性PVB樹脂)、ポリ塩化ビニル系重合体、スチレン系共重合体を用いることができるが、中でも、エチレン系共重合体、ポリビニルアセタール系樹脂が好ましい。
エチレン系共重合体において、エチレンに共重合する成分としては、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1、4−メチルペンテン−1あるいはそれ以上高級の各種αオレフィン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチル等のα,β−不飽和カルボン酸アルキルエステル、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン等のα,β−不飽和カルボン酸及びその塩などが挙げられる。
また、エチレン系共重合体としては、耐熱性、耐光性、耐候性をより高くできることから、架橋構造を形成しうる架橋性エチレン系共重合体が好ましい。
ここで、エチレン−酢酸ビニル共重合体およびエチレン−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体は、有機過酸化物および/または架橋助剤の存在下で架橋しうる重合体である。また、エチレン−α,β不飽和カルボン酸共重合体およびエチレン−α,β不飽和カルボン酸−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体は、金属イオンの存在下で架橋しうる重合体である。
エチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有率は10〜40質量%であることが好ましく、25〜35質量%であることがより好ましい。酢酸ビニル含有率が10質量%以上であれば、充分に軟質になり、太陽電池モジュールを製造する際に太陽電池セルの破壊を防止でき、40質量%以下であれば、充分な粘性を確保でき、取扱い性が高くなる。
エチレン−酢酸ビニル共重合体またはエチレン−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体を架橋する際に用いる有機過酸化物としては、反応性の点から、半減期10時間の分解温度が145℃以下のものが好ましい。
半減期10時間の分解温度が145℃以下の有機過酸化物としては、ジラウロイルパーオキサイド、1,1,3,3,−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジベンゾイルパーオキサイド、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、1,1−ジ(t−アミルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−アミルパーオキシ)シクロヘキサン、t−アミルパーオキシイソノナノエート、t−アミルパーオキシノルマルオクトエート、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−アミル−パーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシイソノナノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、n−ブチル−4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)バレレート、ジ(2−t−ブチルパーオキシプロピル)ベンゼン、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、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3等が挙げられる。これら有機過酸化物は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋助剤は、透明軟質樹脂の架橋度を高めて、封止用シートにより得られる封止体の接着性、機械的強度、耐熱性、耐湿熱性、耐候性をより向上させるための助剤である。
架橋助剤の具体例としては、(メタ)アクリロキシ基を含有する化合物、アリル基を含有する化合物などが挙げられる。
(メタ)アクリロキシ基を含有する化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステルや(メタ)アクリル酸アミドが挙げられる。(メタ)アクリル酸アルキルエステルのアルキル基としては、メチル、エチル、ドデシル、ステアリル、ラウリル等が挙げられる。
また、(メタ)アクリル酸アルキルエステルのアルキル基の代わりに、シクロヘキシル基、テトラヒドロフルフリル基、アミノエチル基、2−ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル基などで置換されていてもよい。
また、(メタ)アクリロキシ基を含有する化合物としては、(メタ)アクリル酸とエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多官能アルコールとのエステルが挙げられる。
アリル基含有化合物としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、マレイン酸ジアリル等が挙げられる。
光重合開始剤としては、例えば、水素引き抜き型、内部開裂型のものが挙げられる。
水素引き抜き型(二分子反応型)としては、例えば、ベンゾフェノン、オルソベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、イソプロピルチオキサントン等が挙げられる。
内部開裂型としては、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタールが挙げられる。また、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アルキルフェニルグリオキシレート、ジエトキシアセトフェノン等のα−ヒドロキシアルキルフェノン型重合開始剤、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1等のα−アミノアルキルフェノン型重合開始剤、アシルフォスフィンオキサイド等も使用できる。
高分子固定型安定剤は、熱可塑性高分子に、耐熱性、耐光性、耐候性のいずれかを向上させる安定化成分が結合した化合物である。
このような高分子固定型安定剤としては、例えば、特開2008−195961号公報、特開2007−169660号公報、特開2005−154565号公報、特開2005−120137号公報、特開2005−54183号公報、特開2003−253248号公報などに記載されているものを用いることができる。
具体的には、高分子固定型安定剤としては、水酸基、カルボキシ基、酸クロライド基のいずれかの反応性官能基を有するヒンダードアミン系光安定剤またはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤と、前記反応性官能基と反応しうる熱可塑性高分子との反応により得られたものが挙げられる。
また、高分子固定型安定剤として、カルボキシ基または酸クロライド基を有するフェノール系酸化防止剤と、水酸基、アミノ基、カルボン酸アルキルエステル基及びカルボン酸ハロゲナイド基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する熱可塑性高分子との反応により得られたものも使用できる。
反応性官能基と付加・縮合反応し得る高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(エチレン−プロピレン)共重合体、ポリ(エチレン−プロピレン−αオレフィン)共重合体等のポリオレフィン系重合体、ポリプロピレングリコール、ポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)共重合体、(ポリエチレングリコール)−(ポリプロピレングリコール)ブロック共重合体、ポリテトラメチレングリコール鎖等のポリエーテル系重合体、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンセバケート等の脂肪族ポリエステル、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリネオペンチルテレフタレート等の芳香族ポリエステル、6−ナイロン、6,6−ナイロン等のポリアミド系重合体、ポリスチレン、スチレン共重合体、ポリビニルブチラール等のポリビニル系重合体、アクリル酸アルキルエステル(共)重合体、メタクリル酸アルキルエステル(共)重合体、アクリル−スチレン共重合体等の(メタ)アクリル系(共)重合体、ポリシリコーン系重合体、ポリウレタン系重合体、ポリ尿素系重合体、エポキシ樹脂、メラミン系樹脂、セルロース系重合体、キトサン系重合体等などが挙げられる。
反応性添加剤と反応し得る官能基を有する高分子としては、例えば、ポリ(エチレン−ビニルアルコール)共重合体、ポリ(エチレン−ビニルアルコール−酢酸ビニル)共重合体、ポリ(エチレン−アクリル酸)共重合体、ポリ(エチレン−アクリル酸メチル)共重合体、ポリ(エチレン−メタクリル酸)共重合体、ポリ(エチレン−メタクリル酸メチル)共重合体、ポリ(エチレン−ビニルアルコール−メタクリル酸)共重合体、ポリ(エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸)共重合体、ポリ(エチレン−ブチルアクリレート−無水マレイン酸)共重合体、ポリエチレン−無水マレイン酸グラフト共重合体、ポリ(エチレン−グリシジルメタアクリレート)共重合体、ポリエチレンモノアルコール、ポリエチレンモノカルボン酸等が挙げられる。
反応性官能基と反応し得る熱可塑性高分子の質量平均分子量は3000〜200000であることが好ましく、約5000〜100000であることがより好ましい。
上記高分子固定型安定剤としては、大日精化工業株式会社から「ハイステープP」が市販されており、これを使用することもできる。
この場合、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤のいずれかが高分子固定型であってもよいが、接着性の低下をより防止するためには、少なくとも紫外線吸収剤および光安定剤が高分子固定型であることが好ましく、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤の全てが高分子固定型であることがより好ましい。
また、封止用シートには、必要に応じて、接着性を低下させない程度で、従来から封止用シートに使用されている安定剤が含まれてもよい。従来から使用されている安定剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、トリアジン系、ベンゾトリアゾール系、サリチル酸系の紫外線吸収剤、低分子量型あるいは高分子量型のヒンダードアミン系光安定剤、フェノール系、リン系、ラクトン系、硫黄系の酸化防止剤などが挙げられる。特に、フェノール系酸化防止剤としては、例えば、オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸、オクタデシル−3−(3’−t−ブチル−5’−メチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ安息香酸あるいはそれらの酸クロライドなどが挙げられる。
これら従来から使用されている安定剤の配合量は、接着性の低下をより防止する点で、透明軟質樹脂100質量部に対して0.5質量部以下であることが好ましく、0.3質量部以下であることがより好ましい。
シランカップリング剤の含有量は、透明軟質樹脂100質量部に対して0.1〜5質量部であることが好ましい。シランカップリング剤の含有量が0.1質量部以上であれば、より接着性を向上させることができ、5質量部以下であれば、充分な耐熱性、耐光性、耐候性が得られる。
エポキシ基含有化合物としては、トリグリシジルトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、アクリルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、フェノールグリシジルエーテル、p−t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエステル、o−フタル酸ジグリシジルエステル、グリシジルメタクリレート、ブチルグリシジルエーテル等の化合物や、エポキシ基を含有した質量平均分子量が数百から数千のオリゴマーや質量平均分子量が数千から数十万のポリマーなどが挙げられる。
無機系難燃剤としては、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、スルファミン酸グアニジン、リン酸グアニジン、リン酸グアニール尿素、水酸化マグネシウム等が挙げられる。
ハロゲン系難燃剤としては、塩素化パラフィン、テトラブロモビスフェノールA、デカブロモジフェニルオキサイド、ヘキサブロモシクロドデカン、オクタブロモジフェニルエーテル、1,2−ビス(トリブロモフェノキシ)エタン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ペンタブロモベンジルポリアクリレート、トリス(2,3−ジブロモプロピル−1)イソシアヌレート等が挙げられる
リン系難燃剤としては、トリフェニルホスフェート、レオフォストリアリルホスフェート、オクチルクレジルジフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート等が挙げられる。
封止用シートの厚さは1〜1000μmであることが好ましく、5〜500μmであることがより好ましい。封止用シートの厚さが1μm以上であれば、太陽電池セルの凹凸を隙間なく埋めることができ、太陽電池セルを充分に封止できる。一方、封止用シートの厚さが1000μm以下であれば、太陽電池モジュール全体を薄くでき、収納、組み立てが容易になり、また、光線透過性が高くなる。
封止用シートの製造方法としては、例えば、透明軟質樹脂と高分子固定型安定剤とを混合し、得られた混合物を各種押出機、ロール、ミキサーなどで混練した後、Tダイ押出成形、カレンダー成形、インフレーション成形などのシート成形方法を適用する方法が挙げられる。
上記製造方法では、成形性を向上させるために、機能を低下させない程度に、スリップ剤、離型剤やアンチブロッキング剤等の加工助剤を配合しても構わない。また、製膜時のロールのブロッキングや太陽電池モジュールを製造するときの脱気性を付与するため、表面にエンボス加工を施しても構わない。
上述した封止用シートでは、安定剤が高分子固定型であるため、高温高湿の環境下に配置されてもブリードアウトしにくい。そのため、透明ガラス部材および裏面保護用シートに対する接着性の低下を抑制できる。また、高分子固定型安定剤によって、耐熱性・耐光性・耐候性を高くできる。
本発明の太陽電池モジュールの一実施形態例について説明する。
図1に、本実施形態例の太陽電池モジュールを示す。この太陽電池モジュール1は、複数の太陽電池セル10と、太陽電池セル10を封止する層状の封止体20と、封止体20の一方の面側(表面側)に配置された透明ガラス部材30と、封止体20の他方の面側(裏面側)に配置された裏面保護用シート40とを具備する。
太陽電池セル10は、単結晶シリコン型セル、多結晶シリコン型セル、アモルファスシリコン型セル、化合物半導体型セルのいずれであっても構わない。
太陽電池セル10の形状は、厚さが1mm以下、一辺5cm以上の四角形状の薄板である。
互いに隣接する太陽電池セル10,10同士は配線11で直列に接続されている。
封止体20は、封止用シート20a,20bが積層され、太陽電池セル10を封止する層状体である。本実施形態例における封止体20を構成する封止用シート20a,20bは、上述した本発明の封止用シートからなっている。
透明ガラス部材30は、厚さ0.1〜10mmの板状の部材である。透明ガラス部材30の材質としては、ソーダライムガラスが好適に使用される。
裏面保護用シート40の一例を、図2に示す。図2に示す例の裏面保護用シート40aは、封止体20側に配置される第1の基材41と、封止体20と反対側に配置される第2の基材42と、第1の基材41および第2の基材42の間の第1の基材41側に配置され、部分放電電圧を高めるためのスペーサ層43と、第1の基材41および第2の基材42の間の第2の基材42側に配置されたガスバリア層44とを備える積層体である。
各層間は各種接着剤、例えば、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などを用いて、ドライラミネート等のラミネート方法により接着させることができる。
具体的には、第1の基材41としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンジメタノール−テレフタレート(PCT)、PETとPENの共重合体であるPET−G等のポリエステルからなるポリエステル基材、ポリカーボネートからなるポリカーボネート基材が使用される。
これら基材は、透明であってもよいし、白顔料または黒顔料が練りこまれた基材であってもよい。
また、封止体20との接着性をより高くできる点では、上記ポリエステル基材またはポリカーボネート基材に下記の塗工層を設けることが好ましい。
ここで、ポリウレタンはポリオールと鎖延長剤としてのポリイソシアネート類とを反応させて得たものである。
ポリオールとしては、例えば、多塩基酸またはそのエステル形成誘導体とポリオールまたはそのエステル形成誘導体を用いて得られたポリエステルポリオール、末端/側鎖に水酸基を有するアクリルポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテルポリオールなどが挙げられる。
ポリイソシアネート類としては、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートあるいはその水素添加物、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートあるいはその水素添加物、イソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネート類が挙げられる。また、ポリイソシアネート類として、前記ジイソシアネート類を、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールと反応させて得たアダクト体、水と反応させて得たビューレット体、ジイソシアネート類の三量体であるイソシアヌレート体などを使用することもできる。
親水性官能基は、ポリウレタン樹脂をエマルジョン化して水に対する分散性を向上させるための官能基であり、例えば、水酸基、アミノ基、スルホン酸基、カルボン酸基が挙げられる。これらは塩になっていても構わない。
親水性官能基は分散性の付与だけでなく、各種基材、特にポリエステル基材との接着性向上の効果も有する。基材との接着性という点では、親水性官能基はカルボン酸基、スルホン酸基、あるいはこれらの塩が好ましい。
架橋剤としては、例えば、上記ポリウレタン樹脂を製造する際に用いたポリイソシアネート類と同様のものを用いることができる。また、ポリイソシアネート類をアルコール類、ラクタム類、オキシム類などでブロック化させたブロックポリイソシアネート類を用いることが可能である。
また、アイオノマー型ポリウレタン樹脂の親水性官能基を架橋開始点として利用する架橋剤を用いることもできる。例えば、エポキシ系化合物、メラミン系化合物、一般式:R−Si(OR’)3で示されるオルガノシランあるいはこの加水分解物、あるいはこれらの誘導体(ただし、R=アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基から選択される官能基であり、R’はアルキル基である)などが挙げられる。
R−Si(OR’)3で示されるオルガノシランあるいはこの加水分解物、あるいはこれらの誘導体としては、例えば、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、ビニルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、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エトキシシラン、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、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシランなどの各種シランカップリング剤が挙げられる。
ポリアクリル酸の誘導体としては、(メタ)アクリル酸と、アルキル(メタ)アクリレートモノマー、アミド基含有モノマー、水酸基含有モノマー、アミド基含有モノマー、グリシジル基含有モノマー、シラン含有モノマー、イソシアネート基含有モノマーとの共重合体が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートモノマーとしては、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルであって、アルキル基が、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかであるモノマーが挙げられる。
アミド基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド(アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等)、N−アルコキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルコキシ(メタ)アクリルアミド、(アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基等)、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−フェニル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
水酸基含有モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
グリシジル基含有モノマーとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
シラン含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシランなどが挙げられる。
イソシアネート基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリロキシプロピルイソシアネートなどが挙げられる。
ポリアクリル酸あるいはその誘導体の中でも、ポリアクリル酸のナトリウム塩またはアンモニウム塩が好ましく、ナトリウム塩がより好ましい。
フッ素樹脂フィルム基材には、封止体との接着性をより高めるために、コロナ処理、プラズマ処理、イオンボンバード処理などの表面処理が施されてもよい。
また、フッ素系フィルム基材についても、透明であってもよいし、白顔料または黒顔料が練りこまれたものであってもよい。
ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンジメタノール−テレフタレート(PCT)、PETとPENの共重合体であるPET−Gなどが挙げられる。
ポリエステルを用いる場合には、例えば、固相重合などの方法により、末端カルボン酸基の濃度を減少させ、数平均分子量を向上させて、耐久性を向上させることが好ましい。
フッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などが挙げられる。
太陽電池モジュール1は、図5に示す製造装置100を使用し、以下の工程を経ることにより製造される。
(1)チャンバ110内の約120〜160℃に加熱された天板120上に、下から順に、透明ガラス部材30、封止用シート20a、太陽電池セル10、封止用シート20b、裏面保護用シート40を積み重ねる。
(2)チャンバ110内を真空状態にする。
(3)チャンバ110内を大気圧に戻し、耐熱性を有するゴムシート130を裏面保護用シート40に上から押し付けて、透明ガラス部材30、封止用シート20a、太陽電池セル10、封止用シート20bおよび裏面保護用シート40を密着させる。これにより、封止用シート20a,20bを溶融させて、太陽電池セル10を封止用シート20a,20bの間に包埋する。
(4)さらに、加熱・加圧することにより、透明ガラス部材30と封止用シート20a、2つの封止用シート20a,20b同士、封止用シート20bと裏面保護用シート40とを接着すると共に、封止用シート20a,20bの透明軟質樹脂を架橋・固化させることにより一体化させて、封止体20にする。
上記(3)(4)の工程は、連続的にインラインで行ってもよい(ファストキュア)が、有機過酸化物の種類とチャンバ110内の温度によっては、(4)の工程を別のオーブン内で行うことができる(スタンダードキュア)。
封止体20と裏面保護用シート40とは、濡れ性、あるいは水素結合や双極子−双極子相互作用等の分子間相互作用により接着させているため、封止体20がシランカップリング剤を含んでも、安定剤のブリードアウトによって接着性が阻害されやすい。封止体20と裏面保護用シート40との接着性が低下すると、接着不良部分から水分が浸入しやすくなる。そのため、使用時間が長くなるにつれて太陽電池セル10が劣化して、発電効率を低下させることがある。しかし、上記太陽電池モジュール1では、封止体20に含まれる安定剤が高分子固定型であるため、ブリードアウトしにくく、封止体20と裏面保護用シート40との接着性が低下しにくい。
なお、封止体20がシランカップリング剤を含有する場合には、従来使用されていた安定剤を含んでも、透明ガラス部材30と封止体20との接着性、太陽電池セル10と封止体20との接着性はある程度は確保できる。しかし、封止体20が高分子固定型安定剤を含むことにより、透明ガラス部材30と封止体20との接着性、太陽電池セル10と封止体20との接着性を向上させることができる。
以下の例においては下記の材料を用いた。
[透明軟質樹脂]
・エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)
酢酸ビニル単位:33質量%、MFR:30g/10分、三井デュポンポリケミカル製商品名エバフレックス。なお、該エチレン−酢酸ビニル共重合体を使用する場合には、後述の有機過酸化物および架橋助剤を配合して、熱架橋型になるようにした。
・エチレン−メタクリル酸共重合体の亜鉛塩(Zn−IO)
メタクリル酸単位:15質量%、MFR:16g/10分、三井デュポンポリケミカル製商品名ハイミラン。なお、該エチレン−メタクリル酸共重合体を使用する場合には、後述の有機過酸化物および架橋助剤を配合せず、イオン架橋型になるようにした。
・有機過酸化物:1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(日油製)
・架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート(日本化成製)
・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(東レ・ダウ・シリコーン製)
・高分子固定型光安定剤(HP−HALS):ハイステープP−HALSタイプ(大日精化工業製)
・低分子量型光安定剤(HALS):チヌビン770(ヒンダードアミンタイプ:チバ・ジャパン製)
・高分子固定型紫外線吸収剤(HP−UVab):ハイステープP−トリアジンタイプ(大日精化工業製)
・低分子量紫外線吸収剤(UVab):チヌビン120(ベンゾフェノンタイプ:チバ・ジャパン製)
・高分子固定型酸化防止剤(HP−H−Ph):ハイステープP−ヒンダードフェノールタイプ(大日精化工業製)
・低分子量酸化防止剤(H−Ph):イルガノックス1010(ヒンダードフェノールタイプ、チバ・ジャパン製)
・低分子量酸化防止剤(P):イルガフォス168(リンタイプ、チバ・ジャパン製)
表1に示す割合で各成分をドライブレンドにより混合して、混合物を得た。その際、高分子固定型光安定剤を配合する場合には、エチレン系共重合体に高分子固定型光安定剤濃度5質量%になるように配合したマスターバッチを用いた。
次いで、得られた混合物をTダイキャスト製膜装置(Tダイを備えた押出機)により、樹脂温度が110℃を超えないように製膜して、厚さ0.5mm(うちエンボスの厚み0.1mm)の封止用シートを得た。
封止用シートと裏面保護用シートとの接着性、封止用シートの耐候性を以下の方法により評価した。評価結果を表2,3に示す。
また、総合評価結果を表3に示す。総合評価結果は、接着強度、耐候性で×が一つでもあった場合には×、△が一つでもあった場合には△とした。×および△がない場合には○とした。
なお、製造例1〜4は、高分子固定型安定剤の安定化成分の含有量を変えた例を評価したものである。製造例5〜8は、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤の少なくとも2つに従来の安定剤を用いた例を評価したものである。製造例9〜10は、エチレン−メタクリル酸共重合体の亜鉛塩を用いた例を評価したものである。
(1)接着強度
太陽電池モジュール製造装置の天板の上に、A4サイズの強化ガラス/封止用シート(2枚)/裏面保護用シートを順に積層し、ファストキュアの条件で加熱圧着して、接着強度測定用サンプルを得た。加熱圧着の条件は、温度150℃、真空引き4分、熱圧着10分とした。
上記接着強度測定用サンプルを、プレッシャークッカー試験槽内に配置し、温度105℃、相対湿度100%の環境下として、促進試験を行った。
促進試験後、封止体と裏面保護用シートとの接着強度を、オリエンテック製テンシロンを用いて測定した。
判定基準は、促進試験96時間でA〜Cのいずれかの裏面保護用シートに対して浮きが見られた場合には×、144時間で浮きが見られた場合には△、192時間でも浮きが見られないものを○とした。
A:耐熱ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚さ75μm、東レ社製ルミラー)/ポリウレタン系接着剤(東洋インキ製造社製ダイナグランド)/シリカ蒸着フィルム(12μm)/ポリウレタン系接着剤/耐熱白PETフィルム(厚さ125μm、東レ社製ルミラー)。耐熱白PETフィルムが封止用シート側になる。
B:Aの裏面保護用シートの耐熱白PETフィルムの表面に、アイオノマー型ポリウレタン樹脂DIC製ハイドラン100質量部/水系イソシアネート化合物2質量部と水系グリシジル化合物5質量部の混合物(DIC製ハイドランアシスター)/ポリアクリル酸ナトリウム5質量部を配合して得た組成物を、乾燥塗工量5〜6g/m2になるように塗工した後、125℃で焼き付けて、塗工層を形成したシート。
C:ポリフッ化ビニルフィルム(厚さ38μm、デュポン社製テドラー)/ポリウレタン系接着剤/一般PETフィルム(厚さ250μm、東レ社製ルミラー)/ポリウレタン系接着剤/ポリフッ化ビニル
A4サイズの強化ガラス/剥離フィルム/封止用シート(2枚)/PETフィルム(厚さ250μm)を積層し、接着強度測定用サンプルの作製と同様にして積層体を得た。その後、剥離フィルムを利用して、封止用シート/PETフィルムのみを剥離し、50×50mmのサイズに裁断した。
50×50mmに裁断したサンプルについて、封止用シートからPETフィルムに向かう方向に、岩崎電気製「アイ スーパーUVテスター」を用い、照度100mW/cm2、ブラックパネル温度63℃(相対湿度50%)、照射/結露サイクル=6時間/6時間の条件で600時間の耐候試験を行った。
耐候試験後、東京電色製オートマチックヘーズメーターを用いてイエローインデックス値(YI値)を測定した。YIが10以下では○、10を超え20以下では△、20を超えた場合には×とした。
これに対し、高分子固定型安定剤を全く含まない製造例7,10の封止用シートを用いた場合には、接着性が顕著に低下した。
また、高分子固定型安定剤を、安定化成分の量が、透明軟質樹脂100質量部に対して0.1質量部未満になる量で含む製造例4の封止用シートを用いた場合には、耐候性が得られなかった。
また、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤のいずれかに高分子固定型安定剤を用いた例(製造例5,6,8)よりも、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤の全てに高分子固定型安定剤を用いた例(製造例1)の方が接着性に優れることが判明した。
また、裏面保護用シートの種類によって接着性が異なることも判明した。すなわち、裏面保護用シートAよりも、架橋構造を有するアイオノマー型ポリウレタン樹脂を含有する塗工層を有する裏面保護用シートB、フッ素樹脂系フィルムである裏面保護用シートCの方が接着性に優れることが判明した。
製造例1の封止用シートおよび製造例7の封止用シートを用いて、太陽電池モジュールを作製し、発電出力を評価した。
具体的には、A4サイズの強化ガラス/封止用シート/太陽電池セル/封止用シート/上記裏面保護用シートBを積層し、接着強度測定用サンプルの作製と同様に加熱圧着して、太陽電池モジュール用積層体を得た。得られた積層体の裏面保護用シート側に、ジャンクションボックスを設置し、アルミニウムフレームで枠組みした後、シーリング剤で太陽電池モジュールの側面部分を封止して、太陽電池モジュールのサンプルを得た。
得られた太陽電池モジュールを温度85℃、相対湿度85%の環境下で、1000時間、2000時間、3000時間保管した。保管後の発電出力低下度合いを評価した。
太陽電池の発電出力は、JIS C8913に従って測定した。そして、発電出力変化率を、保管後の出力/保管前の出力×100(%)の式により求めた。
その結果、製造例1の封止用シートを用いた場合には、3000時間保管後も発電出力変化率が92%であったが、製造例7の封止用シートを用いた場合には、2000時間保管後で発電出力が82%に低下し、さらに3000時間保管後では74%にまで低下した。
10 太陽電池セル
20 封止体
20a,20b 封止用シート
30 透明ガラス部材
40,40a,40b,40c 裏面保護用シート
41 第1の基材
42 第2の基材
43 スペーサ層
44 ガスバリア層
Claims (8)
- 透明軟質樹脂および高分子固定型安定剤を含有するシートであり、
高分子固定型安定剤は、熱可塑性高分子に、耐熱性、耐光性、耐候性のいずれかを向上させる安定化成分が結合した化合物であって、反応性添加剤と、反応性添加剤と反応し得る官能基を有する高分子とが反応したものであり、
高分子固定型安定剤の含有量は、安定化成分の量が、前記透明軟質樹脂100質量部に対して0.05質量部を超え2質量部以下になる量にされていることを特徴とする太陽電池モジュール封止用シート。 - 透明軟質樹脂が、架橋構造を形成しうる架橋性エチレン系共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 架橋性エチレン系共重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体またはエチレン−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体であることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 架橋性エチレン系共重合体が、エチレン−α,β不飽和カルボン酸共重合体またはエチレン−α,β不飽和カルボン酸−α,β不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体であることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 高分子固定型安定剤の安定化成分が、光安定剤および/または紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 光安定剤が、ヒンダードアミン系光安定剤であることを特徴とする請求項5に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項5または6に記載の太陽電池モジュール封止用シート。
- 太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する層状の封止体と、該封止体の一方の面側に配置された透明ガラス部材と、前記封止体の他方の面側に配置された裏面保護用シートとを具備し、
前記封止体が、請求項1〜7のいずれかに記載の太陽電池モジュール封止用シートにより形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
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