JP5648169B1 - 太陽電池封止材用樹脂組成物および太陽電池封止材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明においてエチレン共重合体は、二種類以上の単量体の混合物を重合した共重合体である。前記エチレン共重合体は、重合に使用する単量体の少なくとも一種類がエチレン単量体であれば良く、ジエンモノマー、プロピレン、α−オレフィン等を共重合させてもよい。具体的には、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンメタクリル酸エチル共重合体、エチレン酢酸ビニル系多元共重合体、エチレンアクリル酸メチル系多元共重合体、エチレンアクリル酸エチル系多元共重合体、エチレンメタクリル酸メチル系多元共重合体、エチレンメタクリル酸エチル系多元共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1 − ブテン共重合体、エチレン・4 − メチル− 1 − ペンテン共重合体、エチレン・1 − ヘキセン共重合体、エチレン・1− オクテン共重合体、エチレン・プロピレン・ジシクペンタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・5 − エチリデン− 2 − ノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・1 ,6 − ヘキサジエン共重合体などが挙げられる。これらの中でも透明性、ラミネート性の面からEVAが好ましく、酢酸ビニルを15〜40重量%使用したEVAがより好ましく、同25〜35重量%のEVAがより好ましい。
本発明において無機イオン捕集剤を配合した封止材は、体積抵抗率が増加したことで絶縁性が向上した。さらに前記無機イオン捕集剤は、絶縁性および耐PID性を低下させる導電性物質(イオンおよびラジカル等)を捕集できることから、良好な耐PID性が得られる。前記導電性物質は、エチレン共重合中の加水分解物イオン(H+)、ガラスの電気分解により発生するNa+イオンや安定剤由来の金属イオン(例えばCa2+、Zn2+、M g2+)等の陽イオンが挙げられる。無機イオン捕集剤は、例えば、前記金属イオンを捕集するとイオン交換反応により、直ちに難水溶性のリン酸金属塩や金属含有のオキソアニオン塩を生成するため高い体積抵抗率、および良好な耐PID性を有する封止材が得られる。
前記五価金属の酸化物は、例えば五酸化バナジウム、含水五酸化バナジウム、バナジン酸チタン、バナジン酸アルミニウム、バナジン酸ジルコニウム、リンバナジン酸、バナジンモリブデン酸、フェロシアン化バナジウム、五酸化ニオブ、含水五酸化ニオブ、五酸化タンタル、含水五酸化タンタル、五酸化アンチモン、含水酸化アンチモン(V)が挙げられる。
前記六価金属の酸化物は、例えばアンチモンタングステン酸、アンチモン酸チタン、アンチモン酸ジルコニウム、アンチモン酸スズ、アンチモン酸鉄、アンチモン酸アルミニウム、アンチモン酸クロム、アンチモン酸タンタル、アンチモン酸マンガン、アンチモン酸ビスマス、リンアンチモン酸、アンチモンモリブデン酸が挙げられる。
前記七価金属の酸化物は、例えばアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを酸処理により溶出させて得られる過マンガン酸カリウム、過マンガン酸カルシウム、過マンガン酸アルミニウム等が挙げられる。
また、前記無機イオン捕集剤は、五価金属の酸化物、六価金属の酸化物または七価金属の酸化物を含有する鉱物もこの好ましい。具体的には、例えば自然アンチモン鉱およびバレンチン鉱等を砕いて、粉末化した形態が挙げられる。
前記リン酸金属塩は、例えばリン酸ジルコニウム、リン酸ビスマス、リン酸チタン、リン酸スズ、リン酸タンタル等が挙げられる。
本発明の太陽電池封止材用樹脂組成物は、エチレン共重合体および無機イオン捕集剤に加えて、任意成分として架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、光拡散剤、波長変換剤、着色剤、分散剤、および難燃剤等の添加剤を配合することができる。また、前記任意成分は、封止材を製造する際に別途配合することもできる。
架橋剤は、エチレン共重合体100重量部に対して、0.05〜3重量部配合するのが好ましい。
架橋助剤は、エチレン共重合体100重量部に対して、0.05〜3重量部配合するのが好ましい。
シランカップリング剤は、エチレン共重合体と無機イオン捕集剤の合計100重量部に対して、0.05〜3重量部配合するのが好ましい。
紫外線吸収剤は、エチレン共重合体100重量に対して、0.01〜3重量部配合するのが好ましい。
光安定剤は、エチレン共重合体100重量部に対して、0.01〜3重量部配合するのが好ましい。
酸化防止剤は、エチレン共重合体100重量部に対して、0.05〜3重量部配合するのが好ましい。
前記封止材の厚みは、0.1〜2mm程度が好ましい。
やII−VI族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができる。
(A−1)EVA(酢酸ビニル含有量:28重量%、MFR:20g/10mIn)
(A−2)EVA(酢酸ビニル含有量:33重量%、MFR:14g/10mIn)
<フィラー>
(B−1)無機イオン捕集剤(無機陽イオン交換剤、IXE−100(リン酸金属塩)、東亞合成社製、平均粒子径:1.0μm)
(B−2)無機イオン捕集剤(無機陽イオン交換剤、IXE−300(酸化アンチモンとアンチモン酸金属塩の混合物)、東亞合成社製、平均粒子径:0.5μm)
(B−3)含水カオリン(はくとう土、ASP−200、東新化成社製、平均粒子径:0.4μm)
(B−4)ハイドロタルサイト(NAOX−91N、戸田工業社製、平均粒子径:0.15μm)
(B−5)イオン交換剤(無機陰イオン交換剤、IXE−700F、東亞合成社製、平均粒子径:1.5μm)
(B−6)三酸化ビスマス(202827、シグマアルドリッチジャパン社製、平均粒子径:7.0μm)
〔太陽電池封止材用マスターバッチの製造〕
(A−1)EVA 95部および(B−1)無機イオン捕集剤 5部をスーパーミキサー(カワタ社製)に投入し、温度25℃、時間3分間の条件で撹拌して混合物を得た。次いで前記混合物を二軸押出し機(日本プラコン社製)に投入し、押し出し、ペレタイザーでカットすることで太陽電池封止材用マスターバッチを得た。
別途、(A−1)EVA 91.25部、光安定剤8.75部を使用して、上記同様の方法で安定化剤マスターバッチを得た。
また別途、(A−1)EVA 85部、架橋剤5部、架橋助剤5部、シランカップリング剤を使用して、上記同様の方法で架橋剤マスターバッチを得た。
得られた太陽電池封止材用マスターバッチ、安定化剤マスターバッチ、架橋剤マスターバッチ、および希釈用の(A−1)EVAを用いて、(A−1)EVAが99.9部、(B−1)無機イオン捕集剤が0.1部の比率となるように調製して混合物を得た。次いで前記混合物をT−ダイ押出機に投入し温度110℃でシート状に押出し成形することで厚さ0.5mmの太陽電池封止材を作製した。なお、太陽電池封止材が含む原料は下記の通りであり、前記原料の配合量は、EVA 100重量部に対して、以下の量になるように配合している。
・原料
架橋剤:2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン 0.6部
架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート 0.6部
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 0.6部
光安定剤:N,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン−2,4−ビス[N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ]−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物 0.4部
得られた太陽電池封止材を使用して太陽電池封止12Aおよび太陽電池封止12Bを準備した。次いで、太陽電池封止材12A、発電素子13、太陽電池封止材12Bの順に重ね、さらに図1に示すように厚さ3mmの表面保護ガラス11および裏面保護部材14を使用して積層した後、真空ラミネーターに投入し、真空下、145℃17分間の条件で加熱及び加圧し、封止材を架橋させることで太陽電池モジュールを作製した。なお、真空ラミネーターは、LM−50×50−S(エヌ・ピー・シー社製)を使用した。
実施例1のエチレン共重合体およびフィラーを表1および表2の原料と配合量に変更した以外は、実施例1と同様に行うことでそれぞれ実施例2〜8および比較例1〜5の太陽電池封止材、ならびに太陽電池モジュールを得た。なお、表1および表2に表記された配合量は、重量部である。
得られた太陽電池封止材を前記真空ラミネーターを使用して、上記同様の条件で加熱加圧することで封止材を架橋することで試料とした。得られた試料について、ヘーズメーター(BYK Gardner社製)を使用して全光線透過率およびHAZEを測定することで外観を評価した。
剥離強度を測定することで密着性を評価した。
まず測定試料の作成方法について図2を示して説明する。得られた太陽電池封止材を使用して太陽電池封止材22を準備した。図2に示すように厚さ3mmのガラス板21、太陽電池封止材22、剥離処理面を下面に向けた剥離性シート23、および厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム24を順次重ね積層体とした。前記積層体を前記真空ラミネーターを使用して、上記同様の条件で加熱加圧することで封止材を架橋した。なお、剥離性シートは積層体全長の半分の長さであり、積層体の全長の60%部分について、ポリエチレンテレフタレートフィルム24は、封止材22と密着していない。
次いで、前記積層体を幅1cm幅の短冊状に切り取り試料とした。前記試料を温度23℃、湿度50%RH環境下に24時間静置した後、剥離速度100mm/min、剥離角180°の条件で剥離強度を測定した。なお図2の上側を上面、下側を下面とする。なお剥離強度の測定はJIS K 6854−2に準拠した。
得られた太陽電池封止材を前記真空ラミネーターを使用して、上記同様の条件で加熱加圧することで封止材を架橋することで試料とした。前記試料についてデジタル超高抵抗/微少電流計 R8340(アドバンテスト社製)を使用して、体積抵抗率を測定した。
太陽電池モジュールについて、まずI−V特性を測定し、初期変換効率を算出した後、
前記太陽電池モジュールを85℃85%RHに設定した恒温恒湿試験機に投入し1000時間静置を行い、前記の方法で変換効率を算出した。次いで、前記太陽電池モジュールを前記恒温恒湿試験機に投入し同条件でさら1000時間静置を行い前記の方法で変換効率を算出した。なお、変換効率は、入光エネルギーとI−V特性測定から算出した最大出力(Pm)と、発電素子の面積から算出した。評価は初期変換効率を100とし、太陽電池モジュールの試験後の変換効率に対する初期変換効率の割合から変換効率保持率とした。I−V特性の測定には、株式会社ウシオスペックス製太陽電池用ソーラシミュレータ MS−180AAA及びDENKEN製太陽電池特性検査テスター DKPVT−30を使用した。また、I−V特性の測定で得られたIsc(短絡電流)は、図4に示したI−V特性のグラフにおける電圧が0V時の電流値を示す。またVoc(開放電圧)は、電流値が0A時の電圧値を示し、Pm(最大出力)は、電流値と電圧値の積の最大値を示している。
PID試験を以下の方法で行い耐PID性を評価した。まず、図3に示す太陽電池モジュールを作製した。具体的には、厚さ3mmの表面保護ガラス31、太陽電池封止材32A、発電素子33、太陽電池封止材32B、裏面保護部材34の順に重ね、前記真空ラミネーターを使用して前記同様の条件で加熱圧着して太陽電池モジュールを得て、さらに金属フレームに固定した。次いで、図3の通りプラス出力端子及びマイナス出力端子を発電素子にマイナス極、金属フレームをプラス極として配線することで試料を作成した。そして試験前の試料について初期としてI−V特性(IscおよびPm)ならびに漏れ電流を測定し、初期の漏れ電流は全ての実施例及び比較例において、0Aであることを確認した。
なお、I−V特性は、太陽電池用ソーラシミュレータ MS−180AAA(ウシオスペックス社製)及び太陽電池特性検査テスター DKPVT−30(DENKEN社製)を使用して測定した。
また、漏れ電流は、発電素子をマイナス極、フレームをプラス極として出力端子を設置し、1000Vの電圧を印加することでフレームから封止材を通り、発電素子へと流れる電流値を測定した。
次いで、前記試料を下記条件でPID試験を行い試験後のI−V特性および漏れ電流を測定した。Pm保持率=(初期のPm値/試験後のPm値)×100
・耐PID試験条件
温度60℃、湿度85%RH環境下、印加電圧:1000Vで96時間経時した。
なお、前記測定は、PID現象を促進させるために、表面保護ガラスを水で覆い、発電素子と表面保護ガラスとの電位差をより高くした上で行った。
12A:受光面太陽電池封止材
12B:裏面太陽電池封止材
13:発電素子
14:保護部材
21:ガラス板
22:封止材
23:剥離性シート
24:ポリエチレンテレフタレートシート
31:透明基板
32A:太陽電池封止材
32B:太陽電池封止材
33:発電素子
34:保護部材
35:フレーム
41:Isc(短絡電流)
42:Voc(開放電圧)
43:Pm(最大出力)
Claims (5)
- エチレン共重合体および無機イオン捕集剤を含み、
前記無機イオン捕集剤が、五価金属の酸化物、六価金属の酸化物、七価金属の酸化物、リン酸金属塩からなる群より選択する1種以上を含み、
前記エチレン共重合体100重量部に対して、前記無機イオン捕集剤を0.01〜0.5重量部を含む、太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 前記無機イオン捕集剤の平均粒子径が0.01〜100μmである、請求項1記載の太陽電池封止材用樹脂組成物。
- エチレン共重合体100重量部に対して、無機イオン捕集剤を0.01〜0.5重量部を含む太陽電池封止材を成形するための太陽電池封止材用マスターバッチであって、
エチレン共重合体および無機イオン捕集剤を含み、
前記無機イオン捕集剤が、五価金属の酸化物、六価金属の酸化物、七価金属の酸化物、リン酸金属塩からなる群より選択する1種以上を含み、
前記エチレン共重合体100重量部に対して、前記無機イオン捕集剤を0.01〜20重量部を含む、太陽電池封止材用マスターバッチ。 - 請求項1または2項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物、または請求項3記載の太陽電池封止材用マスターバッチを含む混合物を成形してなる太陽電池封止材。
- 請求項4記載の太陽電池封止材を備えた太陽電池モジュール。
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