JP5466926B2 - 太陽電池封止材用シート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Classifications
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Description
本発明は、架橋処理が実質不要で、架橋のための加熱処理を要せずとも実用に適した接着性及び接着安定性(特にポリエステルなどの樹脂製のバックシートに対する接着性)、並びに耐熱性を有する太陽電池封止材用シートを提供することを目的とする。また、
本発明は、従来に比べ電池性能がより安定で耐久性に優れ、より生産性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
<1> (A)融点が90℃以上の、エチレン由来の構成単位を含む下記(1a)〜(5a)からなる群より選択されるエチレン系共重合体の少なくとも1種と、(B)グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位の含有割合が12質量%〜30質量%である下記(1b)〜(3b)からなる群より選択されるエチレン系共重合体の少なくとも1種とを含有する太陽電池封止材用シートである。
[エチレン系共重合体(A)]
(1a)酢酸ビニルに由来の構成単位の含有割合が15質量%以下のエチレン・酢酸ビニル共重合体
(2a)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合が15質量%以下のエチレン・アクリル酸エステル共重合体
(3a)高圧法低密度ポリエチレン
(4a)密度が0.895g/cm3以上のエチレン・α−オレフィン系共重合体
(5a)下記エチレン系共重合体(B)の(1b)以外のエチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
[エチレン系共重合体(B)]
(1b)エチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
(2b)酢酸ビニルに由来の構成単位の含有割合が30質量%以下のエチレン・酢酸ビニル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
(3b)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合が30質量%以下のエチレン・アクリル酸エステル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
太陽電池封止材用シートを上記構成とすることで、従来使用されてきたエチレン・酢酸ビニル系の共重合体からなる太陽電池封止材用シートに比較して、接着性、および、接着安定性が向上し、特にポリエステル等の樹脂製の保護材であるバックシートに対して改良されるとともに、従来のエチレン・酢酸ビニル系の共重合体からなる太陽電池封止材用シートのように耐熱性を付与するために架橋を行なう必要が無く、より短時間で太陽電池モジュールを生産することができる。
本発明の太陽電池封止材用シートを構成する(A)成分である、90℃以上の融点を持つエチレン系共重合体としては、(1a)エチレン・酢酸ビニル共重合体、(2a)エチレン・アクリル酸エステル共重合体、(3a)高圧法低密度ポリエチレン、(4a)エチレン・α−オレフィン系共重合体から選ばれる。また、(A)成分は、グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位を含有するエチレン系共重合体であってもよいが、グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位の含有割合が12質量%〜30質量%のエチレン系共重合体は、「(B)エチレン系共重合体」に相当し、(A)成分には含まれない。
上述のように、エチレン系共重合体(A)には、エチレン系共重合体(B)で規定するエチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体(1b)以外のエチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体(5a)を使用可能である。
一方、(A)成分における前記エチレン・酢酸ビニル共重合体中のエチレンに由来の構成単位の含有割合は99質量%〜85質量%であることが好ましく、99質量%〜88質量%であることがより好ましい。エチレンに由来の構成単位の含有割合が上記範囲内であると、共重合体の耐熱性が良好である。
以下、「酢酸ビニル」をVA、「酢酸ビニルに由来する構成単位の含有割合」をVA含量と略記することもある。
一方、エチレン・アクリル酸エステル共重合体のうち、エチレンに由来する構成単位の含有割合は、99質量%〜85質量%であることが好ましく、99質量%〜88質量%であることがより好ましい。エチレンから導かれる構成単位が上記範囲内であると、共重合体の耐熱性が良好である。
太陽電池封止用シートにおいて、前記エチレン・α−オレフィン系共重合体は、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
エチレン・α−オレフィン系共重合体は、メタロセン系触媒だけでなく、可溶性バナジウム化合物と有機アルミニウムハライドとからなるバナジウム系触媒、あるいはシクロペンタジエニル基等が配位したジルコニウム化合物等のメタロセン化合物と有機アルミニウムオキシ化合物とからなるメタロセン系触媒の存在下に、エチレン及びその他α−オレフィン類を共重合させることによって製造することもできる。
また別には、前記(A)成分は、太陽電池モジュールの構成部材であるガラスやポリエステルシートとの接着性を高める点で、エチレン・酢酸ビニル共重合体(1a)又はエチレン・アクリル酸エステル共重合体(2a)がより好ましい。
本発明における各共重合体の融点は、DSC(示差走査熱量測定)により測定される値である。
(A)エチレン系共重合体の太陽電池封止材用シート中における含有量としては、シート全質量に対して、40質量%〜90質量%が好ましく、50質量%〜80質量%がより好ましい。エチレン系共重合体の含有量が前記範囲内であることにより、シートの耐熱性をより高めることができる。
本発明の太陽電池封止材用シートを構成する(B)成分としてのエチレン系共重合体(エチレン系共重合体(B))は、グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位の含有割合が12質量%〜30質量%である、(1b)エチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、(2b)エチレン・酢酸ビニル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体、および(3b)エチレン・アクリル酸エステル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体から選ばれる。
具体的には、エチレンに由来の構成単位と、グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位とを含有する共重合体のほか、この2つの構成単位のほかに、さらに酢酸ビルに由来の構成単位及びアクリル酸エステルに由来の構成単位の少なくとも一方を含有する共重合体が挙げられる。
前記(2b)及び(3b)の各共重合体において、酢酸ビニルに由来の構成単位またはアクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合が、それぞれ30質量%以下であることで、太陽電池封止材用シートの透湿性を抑えることができる。
なかでも、(C)共重合体におけるα−オレフィンとしては、耐ブリード性、加工性、コストの点から、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、1−ヘプタン、1−オクテン、1−ノネン、および1−デセンであることが好ましく、エチレン、プロピレン、及び1−ブテンがより好ましい。
(C)共重合体におけるα−オレフィンは、単独種であっても、複数種であってもよい。
この場合、エチレン性不飽和シラン化合物としては、アミノ基またはエポキシ基を有することが好ましく、上記列挙した中でも、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメトキシシラン、及び2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルジメトキシシランがより好ましい。
中でも、(D)シランカップリング剤としては、接着性を高め、ガラス等の基板やバックシート等の保護材との接着加工を安定して行なう点で、アミノ基を含有するアルコキシシランが好ましい。
前記光安定剤としては、例えばヒンダードアミン系のものが挙げられる。
前記酸化防止剤としては、各種ヒンダードフェノール系やホスファイト系のものが挙げられる。
前記着色剤としては、顔料、無機化合物及び染料等が挙げられ、特に白色の着色剤として、酸化チタン、酸化亜鉛及び炭酸カルシウムが挙げられる。
前記光拡散剤としては、無機系の球状物質としてガラスビーズ、シリカビーズ、シリコンアルコキシドビーズ、中空ガラスビーズなどが挙げられ、また、有機系の球状物質としてアクリル系やビニルベンゼン系などのプラスチックビーズなどが挙げられる。
前記難燃剤としては、臭素化物などのハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの金属水和物などが挙げられる。
これらの添加剤を含有するシートを太陽電池素子の太陽光を受光する受光側の封止材として用いる場合、透明性を損なう場合があるが、太陽電池素子の受光側と反対面の封止材として用いる場合には好適に用いられる。
例えば、上記の(A)〜(D)成分、並びに、酸化防止剤、光安定剤、及び紫外線吸収剤等の添加剤を予めドライブレンドして押出機のホッパーから供給し、シート状に押出成形することによって得ることができる。
また、予め(A)成分及び(B)成分をメルトブレンドしてから、(C)成分および(D)成分の少なくとも一方並びに酸化防止剤、光安定剤、及び紫外線吸収剤等の添加剤とドライブレンドして押出機のホッパーから供給し、シート状に押出成形することによって得ることができる。
更に別の手段として、(C)成分、並びに酸化防止剤、光安定剤、及び紫外線吸収剤等の添加剤を予めマスターバッチにして添加することも可能である。
加工温度は120℃から250℃の範囲で用いる成分の加工性に合わせて選択することができる。
本発明の太陽電池モジュールは、少なくとも、太陽光が入射する基板と、太陽電池素子と、本発明の太陽電池封止材用シートとを備える。本発明の太陽電池モジュールは、必要に応じて、更に保護材を備えていてもよい。なお、太陽光が入射する基板を、単に、基板と称することもある。
本発明の太陽電池モジュールは、前記基板上に、本発明の太陽電池封止材用シートにより封止された太陽電池素子を固定することで、製作することができる。
なお、前記保護材は、太陽光が入射する基板を太陽電池モジュールの上部としたとき、太陽電池モジュールの基板側とは反対側、すなわち下部に備えられるため、下部保護材と称することもある。
保護材(下部保護材)としては、金属や各種熱可塑性樹脂フィルムなどの単体もしくは多層のシートであり、例えば、錫、アルミ、ステンレススチールなどの金属、ガラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィンなどの1層もしくは多層のシートを例示することができる。本発明の太陽電池封止材用シートは、これらの基板または保護材に対して良好な接着性を示す。
<(A)成分>
(A−1)エチレン・1−ヘキセンランダム共重合体:密度 0.903g/cm3
(A−2)エチレン・α−オレフィン共重合体:密度 0.902g/cm3
(A−3)エチレン・4−メチル−1−ペンテンランダム共重合体:密度0.902g/cm3
(A−4)エチレン・ブテンランダム共重合体: 密度 0.900g/cm3
(A−5)エチレン・酢酸ビニルランダム共重合体(EVA):VA含量10質量%
(A−6)エチレン・酢酸ビニルランダム共重合体(EVA):VA含量28質量%
(B−1)
エチレン・グリシジルメタクリレート・酢酸ビニル共重合体(EGMAVA)
住友化学(株)製、ボンドファースト 7B
(B−2)
エチレン・グリシジルメタクリレート共重合体(EGMA)
住友化学(株)製、ボンドファースト E
(C−1)
(A−4)100質量部と、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、遊離ラジカル発生剤(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン)0.1質量部とを混合し、溶融温度220℃にて単軸押出機にてグラフト共重合させてシラン変性したシラン変性エチレン・α−オレフィン共重合体。
(C−2)
(A−5)100質量部と、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、遊離ラジカル発生剤(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン)0.1質量部とを混合し、溶融温度220℃にて単軸押出機にてグラフト共重合させてシラン変性したシラン変性EVA共重合体。
(D−1)シランカップリング剤:
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメトキシシラン
(D−2)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
<(E)各種添加剤>
(E−1)紫外線吸収剤:UVINUL3039 BASF社製
(E−2)耐光安定剤:UVINUL5050H BASF社製
(E−3)酸化防止剤:イルガノクス1010 チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製
(F−1)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
(F−2)架橋剤:t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート
(A−1)90質量部、(B−1)10質量部を、予め加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。
次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
得られた封止材用シート、下記基板、及び下記バックシート(保護材)、並びに下記貼り合わせ機を用い、下記(1)〜(3)の方法によりガラス接着強度、PET接着強度、及び耐熱性の評価を行なった。評価結果は、下記表3に示す。
材質 青色ガラス
厚み 3.2mm
サイズ 7.5cm×12cm
材質 PET(ポリエチレンテレフタレート)
厚み 100μm
なお、PETフィルムの片面はコロナ処理した。
NPC社製、LM−50x50S
T−ダイ成形機を用いて作製した封止材用シートを、ガラス上に載せて、その上にコロナ処理面が封止材用シートと接触するようPETフィルムを載せ、貼り合わせ装置で150℃×6分で貼り合わせ、試料構成が、「基板(ガラス)/封止材用シート/バックシート(PET)」の試料を得た。ガラスに対する封止材用シートの接着力の評価は、15mm幅短冊、引張速度100mm/分の条件で、封止用樹脂層/PET構成端を、ガラス面に対して垂直な方向に引っ張ることにより行なった。
なお、接着強度が10N/15mm以上、特に15N/15mmであると、接着性が良好であることを示す。
T−ダイ成形機を用いて作製した封止材用シートを、ガラス上に載せ、さらにこの封止材用シート上に、バックシート(PET)を載せて、貼り合わせ装置にて150℃で6分間、貼り合わせた。バックシート1は、コロナ処理が施された面を封止材用シートに貼り合わせた。試料構成は、「基板(ガラス)/封止材用シート/バックシート(PET)」である。
バックシートに対する封止材用シートの接着力の評価は、15mm幅短冊、引張速度100mm/分の条件でバックシート端を封止材用シート/ガラス面に垂直な方向に引っ張ることにより行なった。
なお、接着強度が15N/15mm以上であると接着性が良好なことを示す。
T−ダイ成形機を用いて作製した封止材用シートに黒マジックにて碁盤目を記入したシートを用い、ガラス上に封止材用シート、厚み400μm、封止材用シート、及びバックシート(PET)の順で載せて、貼り合わせ装置にて150℃で6分間、貼り合わせた。試料構成は、「基板(ガラス)/封止材用シート/バックシート(PET)」である。
得られた試料の碁盤目の歪み、および、エッジからの封止材のはみ出しの有無を目視で確認した。
(A−1)80質量部、(B−1)20質量部を、予め加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−2)80質量部、(B−1)20質量部を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−3)80質量部、(B−1)20質量部を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−5)80質量部、(B−1)20質量部を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−1)80質量部、(B−2)20質量部を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−1)80質量部、(B−1)10質量部、(C−1)10質量部 を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−1)80質量部、(B−1)10質量部、(C−2)10質量部 を、加工温度150℃でメルトブレンド(40mmφ単軸押出機、L/D=28、先端ダルメージスクリュー、40rpm)した。次いで、紫外線吸収剤(E−1)0.12質量部、耐光安定剤(E−2)0.06質量部、酸化防止剤(E−3)0.03質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度140℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−6)100質量部、(D−1)0.2質量部、架橋剤(F−1)0.1質量部、架橋剤(F−2)0.2質量部、紫外線吸収剤(E−1)0.3質量部、耐光安定剤(E−2)0.1質量部、酸化防止剤(E−3)0.02質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度100℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用いて、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
(A−6)100質量部、(D−2)0.2質量部、架橋剤(F−1)0.1質量部、架橋剤(F−2)0.2質量部、紫外線吸収剤(E−1)0.3質量部、耐光安定剤(E−2)0.1質量部、酸化防止剤(E−3)0.02質量部を配合した。この混合物を40mmφ単軸T−ダイ成形機を用いて、樹脂温度100℃にて0.4mm厚の封止材用シートを作製した。
この封止材用シートを用い、実施例1における貼り合わせ装置によるガラス、バックシート等との貼り合わせの後、さらに、オーブン中にて145℃で40分間のキュア(熱処理)を行なったこと以外は、実施例1と同様にして、ガラス接着、PET接着、及び耐熱性の評価を行った。結果を表3に示す。
Claims (6)
- (A)融点が90℃以上の、エチレン由来の構成単位を含む下記(1a)〜(5a)からなる群より選択されるエチレン系共重合体の少なくとも1種と、(B)グリシジル(メタ)アクリレートに由来の構成単位の含有割合が12質量%〜30質量%である下記(1b)〜(3b)からなる群より選択されるエチレン系共重合体の少なくとも1種とを含有する太陽電池封止材用シート。
[エチレン系共重合体(A)]
(1a)酢酸ビニルに由来の構成単位の含有割合が15質量%以下のエチレン・酢酸ビニル共重合体
(2a)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合が15質量%以下のエチレン・アクリル酸エステル共重合体
(3a)高圧法低密度ポリエチレン
(4a)密度が0.895g/cm3以上のエチレン・α−オレフィン系共重合体
(5a)下記エチレン系共重合体(B)の(1b)以外のエチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
[エチレン系共重合体(B)]
(1b)エチレン・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
(2b)酢酸ビニルに由来の構成単位の含有割合が30質量%以下のエチレン・酢酸ビニル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体
(3b)アクリル酸エステルに由来の構成単位の含有割合が30質量%以下のエチレン・アクリル酸エステル・グリシジル(メタ)アクリレート共重合体 - 前記(A)エチレン系共重合体、および前記(B)エチレン系共重合体は、メルトフローレート(JIS K7210−1999、190℃、2160g荷重)が0.1g/10分〜50g/10分である請求項1に記載の太陽電池封止材用シート。
- さらに、(C)少なくともα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とを共重合して得られる共重合体およびその変性ならびにその縮合体、並びに(D)シランカップリング剤からなる群より選択される少なくとも1種を含有する請求項1または請求項2に記載の太陽電池封止材用シート。
- 前記(C)共重合体は、更に、酢酸ビニルおよびアクリル酸エステルから選択される少なくとも1種に由来の構成単位を有する請求項3に記載の太陽電池封止材用シート。
- 前記(C)共重合体を構成するエチレン性不飽和シラン化合物が、アミノ基またはエポキシ基を有する請求項3に記載の太陽電池封止材用シート。
- 少なくとも、太陽光が入射する基板と、太陽電池素子と、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池封止材用シートとを備えた太陽電池モジュール。
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