JP5650737B2 - 光起電力セル用の架橋性封止材 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第119条に基づいて、その全体が参照により本明細書に援用される2009年7月31日に出願された米国仮特許出願第61/230,238号明細書の優先権を主張する。
本発明は、太陽電池モジュール用の架橋済みまたは架橋性の封止材に関する。特に、本発明の架橋性封止材は、2種類のエチレンコポリマーのブレンド組成物から実質的になり、エチレンコポリマーは、不飽和カルボン酸の残基を有し、エチレンコポリマーは、エポキシ基含有部分の残基を有する。架橋した封止材層中では、カルボン酸基は、エポキシ基との反応が起こっている。
本発明が関連する最新技術をより十分に説明するために、本明細書の説明においていくつかの特許および刊行物が引用されている。これらの特許および刊行物のそれぞれの開示全体が、参照により本明細書に援用される。
太陽電池は持続可能なエネルギー資源となるので、それらの使用が急速に拡大している。太陽電池は、典型的には、使用される光吸収材料に基づいて2つの種類、すなわち、バルクまたはウエハ型太陽電池および薄膜太陽電池に分類することができる。
単結晶シリコン(c−Si)、ポリ結晶または多結晶シリコン(ポリ−Siまたはmc−Si)、ならびにリボンシリコンは、より伝統的なウエハ型太陽電池の形成に最も一般的に使用されている材料である。ウエハ型太陽電池から得られる太陽電池モジュールは、互いにはんだ付けされ電気的に接続された厚さ約180〜約240μmの一連の自立ウエハ(またはセル)を含むことが多い。このような太陽電池パネルは、その表面上に堆積された導電性ペースト層および/または続線とともに、太陽電池アセンブリと呼ばれる場合がある。太陽電池アセンブリは、ポリマー封止材の間に挟んだり積層したりすることによって封止することができる。この結果得られた構造は、2つの保護外層(すなわち、前面シートおよび裏面シート)の間にさらに挟むことで耐候性モジュールを形成することができる。保護外層は、ガラス、金属のシートまたはフィルム、あるいはプラスチックのシートまたはフィルムから形成することができる。しかし一般に、太陽光に面する外層は、フォトンが太陽電池に到達できるように十分透明である必要がある。
ますます重要となる別の方法である薄膜太陽電池においては、一般に使用される材料として、非晶質シリコン(a−Si)、微結晶シリコン(μc−Si)、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化銅インジウム(CuInSe2またはCIS)、二セレン化銅インジウム/ガリウム(CuInxGa(1-x)Se2またはCIGS)、光吸収性染料、有機半導体などが挙げられる。例としては、薄膜太陽電池は、たとえば、米国特許第5,507,881号明細書、第5,512,107号明細書、第5,948,176号明細書、第5,994,163号明細書、第6,040,521号明細書、第6,123,824号明細書、第6,137,048号明細書、第6,288,325号明細書、第6,258,620号明細書、第6,613,603号明細書、および第6,784,301;ならびに米国特許出願公開第20070298590号明細書、第20070281090号明細書、第20070240759号明細書、第20070232057号明細書、第20070238285号明細書、第20070227578号明細書、第20070209699号明細書、第20070079866号明細書、第20080223436号明細書;および第20080271675号明細書に記載されている。
典型的な厚さが2μm未満である薄膜太陽電池は、一般に複数の層で基体上に半導体材料を堆積することによって製造される。さらに、接続線、金属の導電性コーティング、および/または金属反射フィルムを、薄膜太陽電池の表面上に堆積して、薄膜太陽電池アセンブリの部品を構成することができる。基体は、ガラスまたは可撓性フィルムから形成することができ、基体が太陽光に面するモジュールではスーパーストレートと呼ばれる場合もある。ウエハ型太陽電池モジュールと同様に、薄膜太陽電池アセンブリは、ポリマー封止材の間に積層または挟まれることによってさらに封止され、それが保護外層の間にさらに積層されたり挟まれたりする。ある実施形態においては、薄膜太陽電池アセンブリは、封止材によって部分的にのみ封止することができ、これは、基体(またはスーパーストレート)とは反対の薄膜太陽電池アセンブリの側でのみポリマー封止材に積層され次に、保護外層が積層されることを意味する。このような構造では、薄膜太陽電池アセンブリは、基体(またはスーパーストレート)と封止材との間に挟まれる。
封止材は、太陽電池モジュールにおいていくつかの重要な機能を果たす。たとえば、脆い場合があり他の場合には摩耗などの物理的な損傷が生じやすい場合がある太陽電池材料を、封止材が包み込んで保護する。さらに、ある太陽電池モジュールにおいては、封止材は、太陽電池をモジュールの外層に接着させる。耐久性で、透明で、容易に加工可能な封止材の必要性から、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリ(ビニルブチラール)(PVB)、およびエチレン酸コポリマーのアイオノマーなどの熱可塑性ポリマーの研究が行われている。これらの材料は、安全ガラス積層体中の中間層として使用される長い歴史を有し、したがって、太陽電池モジュール中の封止材としてそれらを使用することの利点は容易に明らかとなる。これらの利点としては、たとえば、良好な光学的性質、好適な安定性、耐久性、加工の容易さ、貫入抵抗性、および好ましい経済的要因の1つ以上が挙げられる。さらに、安全ガラス積層体の製造者は、これらの精通している材料が封止材として混入される太陽電池モジュールの積層に必要な技術および設備の開発に適している。
さらに、熱可塑性ポリマー封止材の安定性、耐久性、および貫入抵抗性をさらに改善する手段として、架橋反応の研究が行われている。たとえば、未審査の特開2003−212967号公報には、熱硬化前には流体であり薄膜に成形することができる熱硬化性樹脂が記載されている。
架橋性エチレン酢酸ビニル(EVA)も、その低コスト、高い透明性、低弾性率、低初期粘度、少ない平衡水分量、および良好な耐熱性のため、太陽電池モジュール中の封止材料として広く使用されている。しかし、架橋性EVAの封止材料としての使用は、欠点なしには行えない。たとえば、EVAによる酢酸の遊離が、腐食およびEVA封止材の黄変の原因となりうる。また、架橋反応の試薬として過酸化物類がEVA封止材中に混入されることが多い。したがって、EVA封止材の貯蔵寿命は、過酸化物類の分解によって短縮されうる。さらなる欠点として、過酸化物類は分解して酸素を発生し、このことが、EVA封止材中に気泡が形成されるなどの光学的欠陥の原因となりうる。
最後に、早期の架橋、すなわち太陽電池モジュールを形成する積層の前の架橋を防止するために、これらのEVAシートは比較的低い押出温度で製造する必要がある。早期の架橋によってEVAが加工できなくなる場合があるので、太陽電池モジュールの積層を典型的な温度で行うことができない。早期に架橋したEVAは、流動して太陽電池および太陽電池モジュールの他の部品と適合することがないし、太陽電池をモジュールの外層に接着させることもない。
したがって、典型的な押出温度および典型的な積層温度において溶融物中で加工可能な架橋性熱可塑性ポリマー封止材料が必要とされていることは明らかである。
したがって、架橋性封止材層として有用であり、2種類のエチレンコポリマーと、場合により1種類以上の添加剤とから実質的になるブレンド組成物を本発明において提供する。エチレンコポリマーは、エチレンと、場合により式CH2=C(R1)CO22で表される第1のオレフィンと、式CH2=C(R3)COOHで表される第2のオレフィンとの共重合単位を含む。エチレンコポリマーは、エチレンと、場合により式CH2=C(R1)CO22で表される第1のオレフィンと、式CH2=C(R4)Dで表される第3のオレフィンとの共重合単位から実質的になる。R1、R3、およびR4は水素またはアルキル基を表し;R2はアルキル基を表し;Dはエポキシ基を含有する部分を表す。封止材層を含む太陽電池モジュールをさらに提供する。この封止材層は、本発明のブレンド組成物、または本発明のブレンド組成物が架橋して第2のオレフィンの一部の酸性基が第3のオレフィンの一部のエポキシ基と反応した生成物を含む。
本発明を特徴付けるこれらおよび種々の他の新規な利点および特徴は、特に、本明細書に添付され本発明の一部を形成する特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明、その利点、およびその使用によって得られる目的をより十分に理解するためには、本発明のさらなる一部を形成する図面、および付属する説明事項を参照すべきであり、その中で、本発明の好ましい実施形態が例示され説明される。
太陽電池モジュールの断面図であり、縮尺通りには描かれていない。 第2の太陽電池モジュールの断面図であり、縮尺通りには描かれていない。 第3の太陽電池モジュールの断面図であり、縮尺通りには描かれていない。
特定の場合で他の意味に限定されることを除けば、以下の定義は、本明細書全体にわたって使用される用語に対して適用される。
特に定義しない限り、本明細書において使用されるあらゆる技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする。
本明細書において使用される場合、用語「含んでなる」、「含んでなること」、「含む」、「含むこと」、「含有すること」、「を特徴とする」、「有する」、「有すること」またはそれらの他のあらゆる変形は、非排他的な包含を扱うことを意図している。たとえば、ある一連の要素を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されるわけではなく、そのようなプロセス、方法、物品、または装置に関して明示されず固有のものでもない他の要素を含むことができる。
移行句「からなる」は、クレームに明記されていないあらゆる要素、ステップ、および成分を除外するものであり、通常は関連する不純物を除けば記載のもの以外の材料が含まれることから請求項が閉じられる。語句「からなる」が、クレームの前文の直後ではなく特徴部分の節中に現れる場合、それによってその節に記載の要素のみに限定され;他の要素が、全体的にそのクレームから排除されるものではない。
移行句「から実質的になる」は、規定の材料またはステップ、ならびに請求される発明の基本的および新規な特徴に実質的に影響を与えないものにクレームの範囲を限定する。クレームの「から実質的になる」は、「からなる」方式で書かれたクローズドクレームと、「含む」方式で書かれた完全オープンクレームとの間の中間にある。本明細書において規定される、適切となる量における場合による添加剤、および少量の不純物は、用語「から実質的になる」の組成からは排除されない。
組成物、プロセス、構造、あるいは組成物、プロセス、または構造の一部が、「含む」などの制限のない用語を使用して本明細書において記載される場合、特に明記しない限り、その記載は、その組成物、プロセス、構造、あるいはその組成物、プロセス、または構造の一部の要素「から実質的になる」または「からなる」一実施形態をも含んでいる。
本明細書において組成物および成分に関して使用される場合、用語「実質的に含有しない」は、偶発的な量以下の量でその成分を含む組成物を意味する。言い換えると、その組成物は、添加された量でのその成分は含まず、その組成物が製造される原材料中に一般に存在する量でのみ含む。ある市販材料においては、偶発的な成分の量は、その市販材料の重量を基準として、2.5重量%未満未満、1.0重量%、0.5重量%未満、または0.1重量%未満である。
冠詞「a」および「an」は、本明細書に記載の組成物、プロセス、または構造の種々の要素および部品に関連して使用することができる。これは単に便宜的なものであり、本発明の組成物、プロセス、または構造の一般的な意味を提供するためのものである。このような記述は、「1つまたは少なくとも1つ」の要素または部品を含んでいる。さらに、本明細書において使用される場合、特定の文脈から複数が排除されることが明らかである場合を除けば、単数形の冠詞は複数の要素または部品の記述をも含んでいる。
本明細書において使用される場合、用語「または」は、包含的なものであり;すなわち語句「AまたはB」は、「A、B、あるいはAおよびBの両方」を意味する。より具体的には、条件「AまたはB」が満たされるのは:Aが真であり(または存在し)Bが偽である(または存在しない)、Aが偽であり(または存在せず)Bが真である(または存在する)、あるいはAおよびBの両方が真である(または存在する)のいずれか1つによってである。排他的な「または」は、本明細書においては「AまたはBのいずれか」および「AまたはBの一方」などの用語によって示される。
用語「約」は、量、大きさ、処方、パラメータ、ならびにその他の量および特徴が、厳密ではなく厳密である必要もないが、許容範囲、換算率、端数計算、測定誤差など、ならびに当業者に周知のその他の要因を反映して、希望通りに概算値、および/またはより大きいまたはより小さい値であってよいことを意味する。一般に、そのように明記されていてもいなくても、量、大きさ、処方、パラメータ、あるいはその他の量または特徴は、「約」または「おおよそ」のものである。
さらに、特に明記しない限り、本明細書に記載される範囲は、その範囲の端点を含んでいる。さらに、量、濃度、あるいはその他の値またはパラメータが、ある範囲、1つ以上の好ましい範囲、または上位の好ましい値と下位の好ましい値との一覧として与えられる場合、このことを、あらゆる上限値または上位の好ましい値とあらゆる下限値または下位の好ましい値とのあらゆる組から形成されるすべての範囲を、このような組が別々に開示されているかどうかとは無関係に、明確に開示しているものとして理解すべきである。本発明の範囲は、ある範囲が規定される場合に記載される特定の値に限定されるものではない。
本明細書において材料、方法、または機械が用語「当業者に周知」、「従来の」、あるいは同義の単語または語句とともに記載される場合、その用語は、本出願の出願時に従来技術である材料、方法、および機械が本明細書の説明に含まれていることを意味する。現在では従来通りではないが類似の目的で好適であるとして当分野において認識されるようになる材料、方法、および機械も含まれている。
特に明記しない限り、すべてのパーセント値、部数、比率、および類似の量は重量によって規定されている。
本明細書において使用される場合、用語「コポリマー」は、2種類以上のコモノマーの共重合の結果得られる共重合単位を含むポリマーを意味する。これに関連して、本明細書においてコポリマーは、その構成コモノマー、またはその構成コモノマーの量に関して説明される場合があり、たとえば「エチレンと18重量%のアクリル酸とを含むコポリマー」または類似に説明が行われる場合がある。このような説明は、共重合単位としてのコモノマーに言及しておらず;コポリマーの従来の命名法、たとえば国際純正応用化学連合(International Union of Pure and Applied Chemistry)(IUPAC)命名法を含んでおらず;プロダクトバイプロセスによる専門用語を使用しておらず;または別の理由で、非公式なものと見なすことができる。しかし、本明細書において使用される場合、その構成コモノマーまたはその構成コモノマーの量に関連したコポリマーの説明は、コポリマーが、明記されるコモノマーの共重合単位を(明記される場合には明記される量で)含有することを意味する。当然の結果として、限られた状況においてそのように明記されるのでなければ、コポリマーは、特定の量の特定のコモノマーを含有する反応混合物の生成物ではない。用語「ターポリマー」は、3種類のモノマーから実質的になるポリマーを意味する。
用語「エポキシ基」、「エチレンオキシド基」、および「オキシラン環」は、類義語であり、本明細書においては同義で使用され、式−CROCR2で表され、酸素原子が両方の炭素に結合し、炭素が互いに結合している置換または非置換の基を意味する。R基が水素原子である場合、そのエチレンオキシド基は非置換である。エチレンオキシド基は、一置換または多置換であってよい。言い換えると、1つ、2つ、または3つのR基が、水素原子以外である場合がある。
本明細書において、単独、またはたとえば「アルコキシ基」などのように複合形態で使用される場合、用語「アルキル基」および「アルキレン基」は、1〜8個の炭素原子を有し,分岐の場合の非分岐の場合もある飽和炭化水素基を意味する。アルキル基は、置換に使用できる炭素原子に1つの結合を有し、アルキレン基は、置換に使用できる1つ以上の炭素原子に2つの結合を有する。
最後に、本明細書において使用される場合、用語「太陽電池」は、電気エネルギーに変換することができるあらゆる物品を含んでいる。本発明において有用な太陽電池としては、ウエハ型太陽電池(たとえば、c−Siまたはmc−Si系の太陽電池)、薄膜太陽電池(たとえば、a−Si、μc−Si、CdTe、またはCI(G)S系の太陽電池)、および有機太陽電池が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(A)エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2の架橋済みまたは架橋性のブレンド組成物を含む少なくとも1種類の封止材層と、B)1つまたは複数の太陽電池を含む太陽電池アセンブリとを含む太陽電池モジュールを本発明において提供する。
エチレンコポリマー1は、エチレンと、場合により式CH2=C(R1)CO22の第1のオレフィンと、式CH2=C(R3)COOHの第2のオレフィンとの共重合単位を含むコポリマーであり、式中、R1は水素またはアルキル基であり;R2はアルキル基であるか、またはR2は、ヒドロキシエチル基などの−OH基で置換されたアルキル基であるか、またはR2は、メトキシエチル基またはエトキシエチル基などのアルコキシ基で置換されたアルキル基であり;R3は水素またはアルキル基である。
式CH2=C(R1)CO22で表される好適な第1のオレフィンとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、およびメタクリル酸ブチルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、式CH2=C(R1)CO22で表される第1のオレフィンは、アクリル酸n−ブチル.アクリル酸イソブチル、メタクリル酸メチル、およびメタクリル酸n−ブチルから選択される。式CH2=C(R3)COOHで表される好適な第2のオレフィンとしては、アクリル酸類およびメタクリル酸類が挙げられるがこれらに限定されるものではない。エチレンコポリマー1はアイオノマーではない。特に、エチレンコポリマー1のカルボン酸基は、プロトン化した形態で存在し、これらのカルボン酸基の有意でない量が中和されてカルボン酸塩となっている。
さらに、エチレンコポリマー1は、2〜10個、好ましくは3〜8個の炭素を有する不飽和カルボン酸、またはそれらの誘導体などの他の好適な追加のコモノマーを場合によりさらに含むことができる。好適な酸誘導体としては、酸無水物、アミド、およびエステルが挙げられる。エステル類が好ましい。不飽和カルボン酸の好ましいエステルの具体例としては、アクリル酸メチル類、メタクリル酸メチル類、アクリル酸エチル類、メタクリル酸エチル類、アクリル酸プロピル類、メタクリル酸プロピル類、アクリル酸イソプロピル類、メタクリル酸イソプロピル類、アクリル酸ブチル類、メタクリル酸ブチル類、アクリル酸イソブチル類、メタクリル酸イソブチル類、アクリル酸tert−ブチル類、メタクリル酸tert−ブチル類、アクリル酸オクチル類、メタクリル酸オクチル類、アクリル酸ウンデシル類、メタクリル酸ウンデシル類、アクリル酸オクタデシル類、メタクリル酸オクタデシル類、アクリル酸ドデシル類、メタクリル酸ドデシル類、アクリル酸2−エチルヘキシル類、メタクリル酸2−エチルヘキシル類、アクリル酸イソボルニル類、メタクリル酸イソボルニル類、アクリル酸ラウリル類、メタクリル酸ラウリル類、アクリル酸2−ヒドロキシエチル類、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル類、アクリル酸グリシジル類、メタクリル酸グリシジル類、ポリ(エチレングリコール)アクリレート類、ポリ(エチレングリコール)メタクリレート類、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート類、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート類、ポリ(エチレングリコール)ベヘニルエーテルアクリレート類、ポリ(エチレングリコール)ベヘニルエーテルメタクリレート類、ポリ(エチレングリコール)4−ノニルフェニルエーテルアクリレート類、ポリ(エチレングリコール)4−ノニルフェニルエーテルメタクリレート類、ポリ(エチレングリコール)フェニルエーテルアクリレート類、ポリ(エチレングリコール)フェニルエーテルメタクリレート類、酢酸ビニル類、プロピオン酸ビニル類、およびそれら2種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましいコモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸メチル類、(メタ)アクリル酸ブチル類、酢酸ビニル類、およびそれら2種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
しかし、第1のオレフィン、第2のオレフィン、およびその他の好適な追加のコモノマーのいずれも、ジカルボン酸、ならびにジカルボン酸のジエステル、モノエステル、および無水物ではない。ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸などが挙げられる。さらに、エチレンコポリマー1は、好ましくは他のコモノマーを有意な量で含まない。言い換えると、エチレンコポリマー1は、エチレンと、第2のオレフィンとの共重合残基から実質的になる、またはエチレンコポリマー1は、エチレンと、場合による第1のオレフィンと、第2のオレフィンとの共重合残基から実質的になることが好ましい。
エチレンコポリマー1は、第1のオレフィンが存在する場合、約5〜約40重量%、または約10〜約35重量%、または約10〜約30重量%の式CH2=C(R1)CO22の第1のオレフィンの共重合残基を含む。エチレンコポリマー1は、コポリマーの全重量を基準として約2〜約30重量%、または約5〜約20重量%、または約5〜約15重量%の式CH2=C(R3)COOHのオレフィンの共重合残基をさらに含む。エチレンコポリマー1の残部は、エチレンと、存在する場合には最大約5重量%の場合による追加のコモノマーとの共重合残基を含む。これらの重量パーセント値は、エチレンコポリマー1の全重量を基準としている。
さらに、エチレンコポリマー1は、ASTM D1238に準拠して190℃において2.16kgの重量下で測定されるメルトフローレートまたはメルトインデックス(MFRまたはMI)が約5g/10分以上、または約30g/10分以上、または約30〜約500g/10分、または約60g/10分以上、または約60〜約200g/10分である。
特定の一例においては、エチレンコポリマー1は、E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE(「DuPont」)より商標Nucrel(登録商標)で入手可能なものなどのエチレン/アクリル酸n−ブチル/アクリル酸のコポリマーである。
エチレンコポリマー2は、エチレンと、場合により式CH2=C(R1)CO22の第1のオレフィンと、式CH2=C(R4)Dの第3のオレフィンとの共重合単位を含むコポリマーであり、式中、R4は水素またはアルキル基であり;Dは−CO25、−CO26−R5、−R6−R5、−O−R5、−R5から選択され;R6はアルキレン基であり、R5は、グリシジル基、1,2−シクロヘキセニルオキシド基、または1,2−エポキシ基などのエポキシ基を含有する部分である。第1および第2のオレフィンならびに場合による追加のコモノマーと同様に、第3のオレフィンも、ジカルボン酸、ならびにジカルボン酸のジエステル、モノエステル、および無水物ではない。
さらに、エチレンコポリマー2は、エチレンコポリマー1に関して前述した、別の好適な追加のコモノマーを場合によりさらに含むことができる。しかし好ましくは、エチレンコポリマー2は、有意な量の他のコモノマーを含まない。言い換えると、エチレンコポリマー2は、エチレンおよび第3のオレフィンの共重合残基から実質的になる、またはエチレンコポリマー2は、エチレンと、場合による第1のオレフィンと、第3のオレフィンとの共重合残基から実質的になることが好ましい。
第1のオレフィンがエチレンコポリマー2中に存在するかどうかは、第1のオレフィンがエチレンコポリマー1中に存在するかどうかとは独立しており、逆も同様である。さらに、第1のオレフィンが、エチレンコポリマー1および2の両方の中に存在する場合、そのオレフィン自体は、それぞれのコポリマー中で同じ場合も異なる場合もある。たとえば、エチレンコポリマー1は、エチレン/アクリル酸n−ブチル/アクリル酸のコポリマーであってよく、エチレンコポリマー2は、エチレン/アクリル酸n−ブチル/メタクリル酸グリシジルのコポリマーであってよい。あるいは、エチレンコポリマー1はエチレン/アクリル酸メチル/アクリル酸のコポリマーであってよく、エチレンコポリマー2はエチレン/アクリル酸エチル/メタクリル酸グリシジルのコポリマーであってよい。
エチレンコポリマー2は、約3〜約15重量%、または約3〜約10重量%、または約4〜約7重量%の式CH2=C(R4)−Dの第3のオレフィンの共重合残基を含む。これは、場合により、最大約40重量%、または約5〜約40重量%、または約10〜約40重量%、または約20〜約40重量%、または約20〜約35重量%の式CH2=C(R1)CO22の第1のオレフィンの共重合残基をさらに含むことができる。エチレンコポリマー2の残部は、エチレンと、存在する場合には最大約5重量%の場合による追加のコモノマーとの共重合残基を含む。これらの重量パーセント値は、エチレンコポリマー2の全重量を基準としている。
好ましくは、エチレンコポリマー2は、エチレンと第3のオレフィンとの共重合残基から実質的になる。また好ましくは、エチレンコポリマー2は、エチレンと、場合による第1のオレフィンと、第3のオレフィンとの共重合残基から実質的になる。特定の一例においては、エチレンコポリマー2は、DuPontより商標Elvaloy(登録商標)で入手可能なものなどのエチレン/アクリル酸n−ブチル/メタクリル酸グリシジルのコポリマーである。別の特定の一例においては、エチレンコポリマー2は、エチレンとメタクリル酸グリシジルとのコポリマーである。
さらに、エチレンコポリマー2は、ASTM D1238に準拠して190℃において2.16kgの重量下で測定されるメルトフローレートが約5〜約300または約5〜約100g/10分である。
本発明のブレンド組成物中のエチレンコポリマー1対エチレンコポリマー2の比は、ブレンド組成物中のエチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2の全重量を基準として重量比で、約90:10〜約10:90、または約80:20〜約20:80、または約70:30〜約30:70、または約60:40〜約40:60、または約45:55〜55:45の範囲であり、またはこの比は約50:50である。
エチレンコポリマー1中のカルボン酸基対エチレンコポリマー2中のエポキシ基のモル比は、好ましくは約10:1〜1:10、約5:1〜1:5、約3:1〜1:3、または約2〜1である。
エチレンコポリマー1とエチレンコポリマー2とのブレンド組成物は、溶融ブレンド、配合、ペレット化されたブレンドの押出成形などのあらゆる好適な方法によって調製することができる。好ましくは、ブレンドプロセス中に、水、有機溶媒および芳香族溶媒などの他の溶媒、ならびに可塑剤は、エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2には加えられない。言い換えると、好ましい方法においては、ニートのエチレンコポリマー1がニートのエチレンコポリマー2と溶融プロセス中に混合されて、ニートのブレンド組成物が形成される。好ましいプロセス中には、エチレンコポリマー1および2が、偶発的な量を超える水、他の溶媒、および可塑剤を含むことは決してない。
ブレンドおよび押出プロセス中、早期の架橋を防止するために、ブレンドの温度は、好ましくは約135℃以下に維持される。より好ましくは、ブレンドの温度は、約130℃以下、125℃以下、または120℃以下に維持される。約120℃以上の温度においては、エチレンコポリマー1中のカルボン酸基が、エチレンコポリマー2中のエポキシ基と反応して、架橋したブレンド組成物が形成される。より具体的には、アクリル酸残基を含むコポリマーと、メタクリル酸グリシジルの残基を含むコポリマーとの間の架橋反応は、以下のスキーム1により進行し、式中の用語「Poly」はポリマー鎖の残りの部分を意味する。
Figure 0005650737
当業者であれば、架橋反応が135℃未満、または120℃未満の温度で十分に進行しうることを認識している。しかし、反応速度論では、ブレンド組成物のさらなる加工が困難となる程度の架橋を引き起こさずに、ブレンド組成物を135℃以下において有意な時間(最長約15分)の間維持することができる。
さらに、当業者であれば、架橋した封止材層に望ましい物理的性質に基づいて適切な架橋度を決定することができる。たとえば、より高い架橋度は、より高い曲げ弾性率、より良好な高温接着性、より低いメルトインデックス、およびより良好な耐熱性と相関がある。
当業者は、所望の架橋度を得るために必要な時間は、カルボン酸基およびエポキシ基の濃度に直接依存することも認識している。同様に、所望の架橋度を得るために必要な時間は、架橋反応が行われる温度に逆依存し、ポリマーブレンドのメルトインデックスに対しても逆依存するか、または別の負の対数関係にある。
スキーム1は、架橋反応に熱が必要であることを示しているが、この反応は触媒作用を使用して、または熱と触媒作用との組み合わせを使用して行うこともできる。限定するものではないが、第3級アミン類、リン酸、三フッ化ホウ素エーテラート(BF3・Et2O)および三塩化アルミニウム(AlCl3)などのルイス酸類、ならびに置換ピリジン類などの酸触媒および塩基触媒の両方が好適である。酸類は腐食性となりうるので、塩基性触媒が好ましく、4−ジメチルアミノ−ピリジンなどの置換ピリジン類が特に好ましい。存在する場合、触媒の量は、ブレンドの全重量を基準として好ましくは約20〜約200ppmである。
反応時間および反応温度に対する触媒の効果は、当業者には周知である。しかし簡潔に述べると、触媒が存在する場合、同じエチレンコポリマー1および2を含むが触媒を含まないブレンド組成物と比較して、架橋反応は特定の温度においてより短時間で完了する。あるいは、同様に同じエチレンコポリマー1および2を含むが触媒を含まないブレンド組成物と比較して、架橋反応をより低温で完了させることができる。当業者であれば、所望の反応温度および時間を実現するために触媒量を調節することができる。
エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2に加えて、本発明のブレンド組成物は、当技術分野において周知の1種類以上の好適な添加剤をさらに含むことができる。このような添加剤としては、加工助剤、流動性向上剤、潤滑剤、顔料、染料、蛍光増白剤、難燃剤、衝撃改質剤、核剤、ブロッキング防止剤(たとえば、シリカ)、熱安定剤、ヒンダードアミン光安定剤(HALS)、UV吸収剤、UV安定剤、分散剤、界面活性剤、キレート剤、カップリング剤、接着剤、プライマー、補強添加剤(たとえば、ガラス繊維)、およびそれら2種類以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。前述したように、可塑剤は、本発明のブレンド組成物中への使用に適した添加剤ではない。添加剤は、Kirk−Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,5th Edition,John Wiley & Sons(New Jersey,2004)に詳細に記載されている。
好適な添加剤は、ブレンド組成物の全重量を基準として、合計で約0.01〜約15重量%、または約0.01〜約10重量%、または約0.01〜5重量%、または約0.01〜1重量%でブレンド組成物中に存在することができる。これらの量では、添加剤が、本発明のブレンド組成物の基本的及び新規な特性を損なうことがなく、本発明のブレンド組成物を含む封止材層の性能に顕著な悪影響を与えることもない。
場合による添加剤が存在する場合、それらをブレンド組成物中への混入は、たとえば、乾式ブレンド、種々の成分の混合物の押出成形、従来のマスターバッチ技術などのあらゆる周知の方法によって行うことができる。この場合もKirk−Othmer Encyclopediaを参照されたい。この場合も、ブレンド組成物の架橋を引き起こす条件下でこれらの手順を行うことを回避することが重要である。
本発明のブレンド組成物中で有用となる4種類の注目すべき添加剤が、熱安定剤、UV吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、およびシランカップリング剤である。第1の熱安定剤は、広範囲にわたって開示されている。あらゆる周知の熱安定剤が、多層シート中への使用に好適となりうる。熱安定剤の好ましい一般的な種類としては、フェノール系酸化防止剤、アルキル化モノフェノール類、アルキルチオメチルフェノール類、ヒドロキノン類、アルキル化ヒドロキノン類、トコフェロール類、ヒドロキシル化チオジフェニルエーテル類、アルキリデンビスフェノール類、O−、N−、およびS−ベンジル化合物類、ヒドロキシベンジル化マロネート類、芳香族ヒドロキシベンジル化合物類、トリアジン化合物類、アミン系酸化防止剤、アリールアミン類、ジアリールアミン類、ポリアリールアミン類、アシルアミノフェノール類、オキサミド類、金属不活性化剤、ホスフィット類、ホスホナイト類、ベンジルホスホネート類、アスコルビン酸(ビタミンC)、ヒドロキシルアミン類、ニトロン類、チオ相乗剤、ベンゾフラノン類、インドリノン類など、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明のブレンド組成物は、あらゆる有効量の熱安定剤を含有することができる。熱安定剤の使用は任意であり、場合によっては好ましくない。熱安定剤が使用される場合、それらは、ブレンド組成物中に、ブレンド組成物の全重量を基準として少なくとも約0.05重量%および最大約10重量%、または最大約5重量%、または最大約1重量%の量で存在することができる。
UV吸収剤を使用することができ、これらも広範囲にわたって開示されている。あらゆる周知のUV吸収剤が、本発明のブレンド組成物中への使用に好適となりうる。UV吸収剤の好ましい一般的な種類としては、ベンゾトリアゾール誘導体類、ヒドロキシベンゾフェノン類、ヒドロキシフェニルトリアジン類、置換および非置換安息香酸のエステル類など、ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明のブレンド組成物は、あらゆる有効量のUV吸収剤を含有することができる。UV吸収剤の使用は任意であり、場合によっては好ましくない。UV吸収剤が使用される場合、それらはブレンド組成物中に、ブレンド組成物の全重量を基準として少なくとも約0.05重量%、および最大約10重量%、または最大約5重量%、または最大約1重量%の量で存在することができる。
ヒンダードアミン光安定剤(HALS)を使用することができ、これらも当技術分野において周知である。一般に、ヒンダードアミン光安定剤は、第2級、第3級、アセチル化、N−ヒドロカルビルオキシ置換、ヒドロキシル置換N−ヒドロカルビルオキシ置換、またはその他の置換が行われた、環状アミン類であって、これらは、アミン官能基に隣接する炭素原子上の脂肪族置換によって一般に誘導される実質的な量の立体障害を特徴とする。本発明のブレンド組成物は、あらゆる有効量のヒンダードアミン光安定剤を含有することができる。ヒンダードアミン光安定剤の使用は任意であり、場合によっては好ましくない。ヒンダードアミン光安定剤が使用される場合、それらはブレンド組成物中に、ブレンド組成物の全重量を基準として少なくとも約0.05重量%、および最大約10重量%、または最大約5重量%、または最大約1重量%の量で存在することができる。
本発明のブレンド組成物中に有用となるシランカップリング剤の例としては、γ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、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−ビニルベンジルプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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、ビニルトリクロロシラン、γ−メルカプトプロピルメトキシシラン、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、およびそれら2種類以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのグリシドキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤は好ましくは、ブレンド組成物中に、ブレンド組成物の全重量を基準として、約0.01〜約5重量%、または約0.05〜約1重量%の量で混入される。
太陽電池モジュール中に使用される封止材層は、ブレンド組成物を含むシートから得ることができる。このシートは、単層または多層の形態であってよい。用語「単層」は、前述のブレンド組成物でできている、または前述のブレンド組成物から実質的になるシートを意味する。多層形態の場合、シートは複数の副層を含み、少なくとも1つの副層が本発明のブレンド組成物でできている、または本発明のブレンド組成物から実質的になり、一方他の副層は、たとえば、α−オレフィン類とα,βエチレン系不飽和カルボン酸とのコポリマー類(すなわち酸コポリマー類)、特に中和されたイオン性の酸コポリマー類(すなわちアイオノマー類)、エチレン/酢酸ビニルコポリマー類、ポリ(ビニルアセタール)類(音響グレードのポリ(ビニルアセタール)類など)、ポリウレタン類、ポリビニルクロライド類、ポリエチレン類(たとえば、線状低密度ポリエチレン類)、ポリオレフィンブロックコポリマーエラストマー類、α−オレフィンとα,βエチレン系不飽和カルボン酸エステル類とのコポリマー類(たとえば、エチレンアクリル酸メチルコポリマー類およびエチレンアクリル酸ブチルコポリマー類)、シリコーンエラストマー類、エポキシ樹脂類、およびそれら2種類以上の組み合わせなどのあらゆる他の好適なポリマー材料でできていてよいし、それらを含むことができる。
本発明のブレンド組成物を含むシート全体の厚さは、約1〜約120ミル(約0.025〜約3mm)、または約10〜約90ミル(約0.25〜約2.3mm)、または約15〜約60ミル(約0.38〜約1.5mm)、または約20〜約60ミル(約0.51〜約1.5mm)、または約20〜約45ミル(約0.51〜約1.14mm)の範囲であってよい。本発明のブレンド組成物を含むシートが多層形態の場合、本発明のブレンド組成物を含む内部副層は約10〜約30ミル(約0.25〜約0.76mm)の範囲の厚さを有することができ,一方、本発明のブレンド組成物を含む表面副層は、約1〜約5ミル(約0.025〜約0.12mm)の範囲の厚さを有することができる。
本発明のブレンド組成物を含むシートは、一方または両方の側に平滑面または粗面を有することができる。好ましくは、積層プロセス中の脱気を促進するために、シートは両側に粗面を有する。粗面は、機械的なエンボス加工によって、またはシートの押出中にメルトフラクチャーを生じさせた後、表面粗さを取り扱い中に維持するために急冷することによって、形成することができる。周知の一般的な技術分野の方法によって表面パターンをシートに形成することができる。たとえば、押出シートは、押出機ダイ出口の近くに配置されたダイロールの特別に形成された表面上に通すことができる。これによって、ダイを出る溶融ポリマーの一方の側に所望の表面特性が付与される。したがって、このようなダイロールの表面が微細な山および谷を有する場合、それによって、ロールを通過するポリマーシートの側に粗面が付与され、この粗面は、ロール表面の谷および山のそれぞれと一般に適合する。このようなダイロールは、たとえば米国特許第4,035,549号明細書および米国特許出願公開第2003/0124296号明細書に記載されている。
本発明のブレンド組成物を含むシートは、あらゆる好適な方法で製造することができる。たとえば、本発明のシートは、溶液流延または浸漬コーティングによって形成することができる。キャストフィルム押出、圧縮成形、射出成形、積層、インフレーションフィルム法、押出コーティング、タンデム押出コーティング、溶融押出キャスティング、溶融同時押出キャスティング、溶融押出コーティング、インフレーションフィルム法、タンデム溶融押出コーティング法、または当業者に周知のあらゆる好適な溶融法などの溶融法が好ましい。
好ましくは、シートが形成される溶融物は、エチレンコポリマー1、エチレンコポリマー2、及び存在する場合には場合による添加剤から実質的になる。また好ましくは、溶融物は、水および有機溶媒を含めた溶媒を実質的に含有しない。より好ましくは、溶融物は、溶媒および可塑剤を実質的に含有しない。
押出プロセスの調製で溶融物を形成する場合、ニートのエチレンコポリマー1および2のペレットまたは粉末を提供することができる。これらのニートの粉末またはペレットは、溶融前に「ごま塩状」(salt and pepper)ブレンドで混合される。あるいは、エチレンコポリマー1および2をあらかじめ混合して、ブレンド組成物のペレットを形成することができる。次にこれらのペレットを溶融させて押出プロセスでの調製が行われる。添加剤は、溶融の前、最中、または後のペレットまたは粉末に加えることができる。
再び、ブレンドおよびシート形成プロセス中、早期の架橋を回避するため、エチレンコポリマーブレンドの温度を、約135℃以下、130℃以下、125℃以下、または120℃以下にすべきである。ある押出プロセスにおいては、溶融物の温度は約120℃以下に維持され、押出ダイにおける温度は約135℃以上である。未反応ブレンド組成物のより高温への短時間の曝露では、容認できない量の早期の架橋は発生しないと考えられる。
太陽電池モジュールの形成において、未架橋のブレンド組成物を含む封止材シートが太陽電池アセンブリに積層される。太陽電池アセンブリ中に含まれる太陽電池としては、光を電気エネルギーに変換することができるあらゆる物品または材料が挙げられる。本発明において有用な太陽電池としては、ウエハ型太陽電池(たとえば、背景技術の項で前述したようなc−Siまたはmc−Si系太陽電池)および薄膜太陽電池(たとえば、背景技術の項で前述したようなa−Si、μc−Si、CdTe、セレン化銅インジウム(CIS)、セレン化銅−インジウム−ガリウム(CIGS)、光吸収性染料、または有機半導体系の太陽電池)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。太陽電池アセンブリ中では、太陽電池は平坦面内で電気的に相互接続または配列されることが好ましい。さらに、太陽電池アセンブリは、クロスリボンおよびバスバーなどの電気配線をさらに含むことができる。
本発明の太陽電池アセンブリは両面型であってよい。このような一実施形態においては、太陽電池アセンブリの両方の側の上に配置されるすべての積層材料が、十分な太陽光または反射太陽光が太陽電池まで到達できるように十分透明であるべきである。あるいは、太陽電池アセンブリは、太陽に面する前面(前面とも呼ばれ、実際の使用条件では、一般に太陽に面する)および太陽に面しない裏面(裏面とも呼ばれ、実際の使用条件では、一般に太陽とは反対側を向いている)を有することができる。太陽電池は、太陽電池アセンブリの磨面および裏面の間の境界を画定する。このようなアセンブリにおいては、太陽電池アセンブリの太陽に面する前面中に位置するラミネート層中に存在するすべての材料が、十分な太陽光が太陽電池に到達できるようにするために十分透明であるべきである。太陽電池層の太陽に面しない裏側に位置するラミネート層中に存在する材料は、透明である必要はない。
さらにこの構成中、エチレンと、第2のオレフィンなどのα,β−不飽和カルボン酸の共重合残基からなるコポリマーは、比較的高い結晶化度を有する場合がある。同じことが、エチレンと、第3のオレフィンなどのエポキシ官能化オレフィンとの共重合からなるコポリマーについても言える。結晶性は、ヘイズおよびより低い光透過性に寄与しうる。第1のオレフィンなどのα,β−不飽和カルボン酸のエステルである第3のコモノマーを含むエチレン酸コポリマーは、一般に、低い結晶性を有する。したがって、本明細書に記載のブレンド組成物が前面封止材層中に使用される場合、エチレンコポリマー1および2の少なくとも一方が第1のオレフィンを含むことが好ましい。より好ましくは、エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2の両方が第1のオレフィンを含む。
本発明の太陽電池モジュールは、典型的には、本発明のブレンド組成物を含む少なくとも1つの封止材層を含み、これが太陽電池アセンブリに積層される。互いに「積層される」2つの構成要素は、直接(すなわち、2つの層の間に追加の材料を全く有さない)または間接的に(すなわち、2つの層の間に中間層または接着材料などの追加の材料を有する)接合される。ある積層体においては、本発明のブレンド組成物を含む封止材層が太陽電池層に直接接合される。
太陽電池アセンブリは、山および空隙を有する幾分平坦ではない表面を有することがある。したがって、積層プロセス中、本発明のブレンド組成物を含む封止材シートはある程度溶融または軟化して、典型的には太陽電池アセンブリの山の周囲に流れ、空隙を充填する。したがって、限定された状況で特に明記される場合を除けば、封止材層の厚さが本明細書において提供される場合、それは積層前の封止材層の厚さである。しかし一般に、最終的なモジュール中の封止材層は、依然として平均の全体厚さが約1〜約120ミル(約0.025〜約3mm)、または約10〜約90ミル(約0.25〜約2.3mm)、または約15〜約60ミル(約0.38〜約1.5mm)、または約20〜約60ミル(約0.51〜約1.5mm)、または約20〜約45ミル(約0.51〜約1.14mm)となる。
封止材材料として本明細書に記載される架橋性ブレンド組成物は、架橋性EVA組成物に対して多数の利点を有する。たとえば、本明細書に記載のブレンド組成物は、約135℃までの高さの押出温度で、有意な程度の架橋を進行させることなく、シートに成形することができる。さらに、本明細書に記載のブレンド組成物は初期粘度が比較的低いため、積層中に太陽電池アセンブリの周囲に封止材料が十分に流動することもでき、そのためセルの破壊が最小限となる。さらに、式CH2=C(R1)CO22(アクリル酸n−ブチル)のオレフィンをエチレンコポリマー1および2の一方または両方のコモノマーとして混入することで、ブレンド組成物の結晶性が低下し、それによって封止材層の透明性が改善される。
本発明の太陽電池モジュールは、酸コポリマー類、アイオノマー類、エチレン/酢酸ビニルコポリマー類、ポリ(ビニルアセタール)類(音響グレードのポリ(ビニルアセタール)類など)、ポリウレタン類、ポリ(塩化ビニル)類、ポリエチレン類(たとえば線状低密度ポリエチレン類)、ポリオレフィンブロックコポリマーエラストマー類、α−オレフィン類とα,βエチレン系不飽和カルボン酸エステル類とのコポリマー類)(たとえば、エチレンアクリル酸メチルコポリマー類およびエチレンアクリル酸ブチルコポリマー類)、シリコーンエラストマー類、エポキシ樹脂類、およびそれら2種類以上の組み合わせなどの他のポリマー材料を含む追加の封止材層をさらに含むことができる。
本発明の太陽電池モジュールは、それぞれ太陽電池モジュールの太陽に面する側および太陽に面しない側のモジュールの最外層または層として機能する、入射層および/またはバッキング層をさらに含むことができる。入射層およびバッキング層は、あらゆる好適なシートまたはフィルムを含むことができる。好適なシートとしては、たとえば、ポリカーボネート類、アクリル類、ポリアクリレート類、環状ポリオレフィン類(たとえば、エチレンノルボルネンポリマー類)、ポリスチレン類(好ましくはメタロセン触媒の存在下で調製されたポリスチレン類)、ポリアミド類、ポリエステル類、フルオロポリマー類、またはそれら2種類以上の組み合わせなどのガラスまたはプラスチックのシートが挙げられる。さらに、アルミニウム、鋼、亜鉛めっき鋼などの金属シート、またはセラミック板をバッキング層中に使用することができる。
用語「ガラス」は、窓ガラス、板ガラス、ケイ酸塩ガラス、シートガラス、低鉄ガラス、強化ガラス、強化CeOフリーガラス、およびフロートガラスだけでなく、色ガラス、特殊ガラス(太陽熱を制御する成分を含有するガラスなど)、被覆ガラス(ソーラーコントロールの目的で金属(たとえば、銀またはインジウムスズ酸化物)がスパッタリングされたガラスなど)、低Eガラス,Toroglas(商標)ガラス(Saint−Gobain N.A.Inc.,Trumbauersville,PA)、Solexia(商標)ガラス(PPG Industries,Pittsburgh,PA)、およびStarphire(商標)ガラス(PPG Industries)も含んでいる。このような特殊ガラスは、たとえば、米国特許第4,615,989号明細書、第5,173,212号明細書、第5,264,286号明細書、第6,150,028号明細書、第6,340,646号明細書、第6,461,736号明細書、および第6,468,934号明細書に記載されている。しかし、個別のモジュールに対して選択されるガラスの種類は、意図する用途に依存することを理解されたい。
入射層またはバッキング層に好適なフィルムは、ポリマーであって、限定するものではないが、ポリエステル類(たとえば、ポリ(エチレンテレフタレート)およびポリ(エチレンナフタレート))、ポリカーボネート、ポリオレフィン類(たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、および環状ポリオレフィン類)、ノルボルネンポリマー類、ポリスチレン(たとえば、シンジオタクチックポリスチレン)、スチレン−アクリレートコポリマー類、アクリロニトリル−スチレンコポリマー類、ポリスルホン類(たとえば、ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど)、ナイロン類、ポリ(ウレタン)類、アクリル類、酢酸セルロース類(たとえば、酢酸セルロース、セルローストリアセテート類など)、セロファン、シリコーン類、ポリ(塩化ビニル)類(たとえば、ポリ(塩化ビニリデン))、フルオロポリマー類(たとえば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー類)、およびそれら2種類以上の組み合わせを含むポリマーを含む。ポリマーフィルムは、延伸されない場合もあるし、一軸延伸または二軸延伸される場合もある。
太陽電池モジュールの外層(たとえば、入射層またはバッキング層)中に使用できるフィルムの具体例としては、ポリエステルフィルム(たとえば、ポリ(エチレンテレフタレート)フィルム)、フルオロポリマーフィルム(たとえば、DuPontより入手可能なTedlar(登録商標)、Tefzel(登録商標)、およびTeflon(登録商標)フィルム)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。アルミニウム箔などの金属フィルムもバッキング層として使用することができる。さらに、太陽電池モジュール外層中に使用されるフィルムは、フルオロポリマー/ポリエステル/フルオロポリマー多層フィルム(たとえば、AustriaのIsovolta AGまたはWoburn,MAのMadicoより入手可能な、Tedlar(登録商標)/PET/Tedlar(登録商標)またはTPT積層フィルム)などの多層フィルムの形態であってよい。
本発明の太陽電池モジュールは、モジュール内に組み込まれた別の機能性フィルムまたはシート層(たとえば、誘電体層または障壁層)をさらに含むことができる。このような機能層は、前述のいずれかのポリマーフィルムまたは追加の機能性コーティングがコーティングされた層を含むことができる。たとえば、米国特許第6,521,825号明細書および第6,818,819号明細書、ならびに欧州特許第1182710号明細書に記載されるような金属酸化物コーティングでコーティングされたポリ(エチレンテレフタレート)(PET)フィルムは、積層体中の酸素および湿気の障壁層として機能することができる。
希望するなら、積層プロセス中の脱気の促進および/または封止材の補強としての機能のために太陽電池層と封止材層との間に不織ガラス繊維(スクリム)層を含めることもできる。このようなスクリム層の使用は、たとえば、米国特許第5,583,057号明細書、第6,075,202号明細書、第6,204,443号明細書、第6,320,115号明細書、および第6,323,416号明細書、ならびに欧州特許第0769818号明細書に記載されている。
封止材層および外層の両方の機能を果たす特殊なフィルムまたはシートを含めることができる。このような特殊なシートの一例は、DuPontより入手可能なSpallshield(登録商標)である。さらに、モジュール中に含まれるあらゆる2つ以上の隣接するフィルムまたはシート層は、あらかじめ形成された多層フィルムまたはシートの形態で提供することができる。
入射層フィルムおよびシート、バッキング層フィルムおよびシート、封止材層、ならびに太陽電池モジュール中に含まれるその他の層の片面または両面は、あらゆる好適な接着強化処理を行ってもよい。この接着強化処理は、当技術分野において周知のあらゆる形態であってよく、火炎処理(たとえば、米国特許第2,632,921号明細書、第2,648,097号明細書、第2,683,894号明細書、および第2,704,382号明細書を参照)、プラズマ処理(たとえば、米国特許第4,732,814号明細書参照)、電子ビーム処理、酸化処理、コロナ放電処理、化学処理、クロム酸処理、熱風処理、オゾン処理、紫外光処理、サンドブラスト処理、溶媒処理、およびそれら2種類以上の組み合わせが挙げられる。
また、接着強度は、ラミネート層の表面上に接着剤またはプライマーコーティングをさらに塗布することによって改善することができる。たとえば、米国特許第4,865,711号明細書には、片方または両方の表面上に堆積された薄い炭素層を有する、改善された接合性を有するフィルムまたはシートが記載されている。好適な接着剤およびプライマーの他の例としては、シラン類、ポリ(アリルアミン)系プライマー(たとえば、米国特許第5,411,845号明細書、第5,770,312号明細書、第5,690,994号明細書、および第5,698,329号明細書参照)、およびアクリル系プライマー(たとえば、米国特許第5,415,942号明細書参照)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。接着剤またはプライマーコーティングは、接着剤またはプライマーの単層の形態を取ることができ、厚さが約0.0004〜約1ミル(約0.00001〜約0.03mm)、または好ましくは、約0.004〜約0.5ミル(約0.0001〜約0.013mm)、またはより好ましくは、約0.004〜約0.1ミル(約0.0001〜約0.003mm)であってよい。
これより図面を参照すると、類似の参照番号は図面全体にわたって対抗する構造を示しており、特に図1を参照すると、太陽電池がウエハ型自立太陽電池ユニットから得られる場合、太陽電池モジュール(10)は、太陽に面する前面から太陽に面しない裏面までの位置の順番で、(a)入射層(11)、(b)前面封止材層(12)、(c)1つ以上の電気的に相互接続された太陽電池で構成される太陽電池アセンブリ(13)、(d)裏面封止材層(14)、および(e)バッキング層(15)を含むことができ、前面および裏面封止材層(12および14)の一方または両方が本発明の架橋性ブレンド組成物を含む。このようなモジュールにおいては、太陽電池アセンブリ(13)は、封止材層(12および14)および外部保護層(11および15)よりも小さい側面積を有することも可能である。このような構成においては、2つの封止材層(12および14)は、太陽電池アセンブリ(13)の周縁部の上で接触して、互いに接合し、太陽電池アセンブリ(13)の縁端部の周囲にシール(16)を形成することができる。
これより図2を参照すると、太陽電池モジュール20が薄膜太陽電池から得られる場合、これは、太陽に面する前面から太陽に面しない裏面までの位置の順番で、(a)スーパーストレート(23b)と、太陽に面しない側でその上に堆積されたおよび薄膜太陽電池層(23a)とを含む太陽電池層(23)、(b)本発明の架橋性ブレンド組成物を含む(裏面)封止材層(24)、および(c)バッキング層(25)を含むことができる。図3を参照すると、薄膜太陽電池から得られる別の太陽電池モジュール30は、再び太陽に面する前面から太陽に面しない裏面までの位置の順番で、(a)透明入射層(31)、(b)本発明の架橋性ブレンド組成物を含む(前面)封止材層(32)、および(c)太陽に面する側で基体(33b)上に堆積された薄膜太陽電池層(33a)を含む太陽電池層(33)を含むことができる。
この場合も、薄膜太陽電池(23aまたは33a)は、スーパーストレート(23b)または基体(33b)、ならびに封止材層(24または32)よりも小さい側面積を有することができ、したがって、封止材層(24または32)は、薄膜太陽電池(23aまたは33a)の周縁部の上でスーパーストレート(23b)または基体(33b)と接触して接合して、薄膜太陽電池(23aまたは33a)の縁端部の周囲でシール(26または36)を形成することができる。
希望するなら、太陽電池モジュールの縁端部は、太陽電池の効率および寿命を減少させる可能性のある水分および空気の侵入を減少させるためにシールすることができる。縁端部は、当技術分野において開示されているあらゆる手段によってシールすることができる。好適な縁端部シール材料としては、ブチルゴム、ポリスルフィド、シリコーン、ポリウレタン、ポリプロピレンエラストマー類、ポリスチレンエラストマー類、ブロックコポリマーエラストマー類(スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)など)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
さらに、所望の電圧および電流を得るために、前述の複数の太陽電池モジュールを、さらに並列または直列に連結して太陽電池アレイを形成することができる。
あらゆる好適な積層方法を使用して、太陽電池モジュールを作製することができる。しかし、一般に、エチレンコポリマー1とエチレンコポリマー2とのブレンドを約135℃以上、または約140℃〜約180℃の温度に加熱するステップを含む方法が好ましい。詳細に前述したように、この高温ステップ中にエチレンコポリマー1とエチレンコポリマー2との間の架橋が形成され、その反応が進行する速度は、ブレンドの温度およびメルトインデックス、触媒が存在する場合はその濃度、ならびに反応性モノマーの濃度に依存する。
しかし、積層体中、架橋反応が進行する速度は、熱伝達速度に依存し、より実際的には、積層体の構造にも依存する。たとえば、低い熱伝達係数を有するポリカーボネートシートなどの材料でできた外層を含む積層体は、より高い熱伝達係数を有するガラス外層を含む積層体よりも、高い温度または長時間の加熱が必要となり得る。あるいは、ガラスシートを外層として含む積層体と比較すると、ポリエステルフィルムを外層として含む積層体では、所望の架橋度を得るためにより短い時間またはより低い温度が必要となりうる。ポリエステル類はガラスよりも低い熱伝達係数を有しうるが、ポリエステルフィルムは比較的薄いため、比較的厚いガラスシートよりも速く加熱することができる。
好適な積層方法の以下の具体例は非限定的なものである。方法の1つにおいては、太陽電池モジュールの構成層は、所望の順序で積み重ねられて、予備積層組立体が形成される。次に、この組立体を、真空を維持できる袋(「真空バッグ」)中に入れ、真空ラインまたは他の手段によって袋から空気を抜き取り、真空を維持しながら(たとえば、少なくとも約27〜28インチHg(689〜711mmHg))袋をシールし、シールした袋をオートクレーブ中に入れ、圧力を約150〜約250psi(約1.0〜約1.7MPa)まで、約135℃〜約180℃、または約135℃〜約160℃、または約135℃〜約155℃、または約145℃〜約155℃の温度で、約10〜約50分、または約20〜約45分、または約20〜約40分、または約25〜約35分の時間上昇させる。真空バッグ用の真空リングを取り替えることができる。好適な真空バッグの種類の1つが、米国特許第3,311,517号明細書に記載されている。加熱および加圧のサイクルの後、オートクレーブ中の圧力を維持するための追加の空気を加えることなく、オートクレーブ中の空気を冷却する。約20分の冷却後、過剰の空気圧を排気し、積層体をオートクレーブから取り出す。
あるいは、予備積層組立体を、オーブン中で約80℃〜約120℃、または約90℃〜約100℃に約20〜約40分間加熱することができ、その後、加熱した組立体を一組のニップロールに通して、個別の層の間の空隙中の空気を絞り出して、組立体の縁端部をシールすることができる。この段階の組立をプリプレスと呼ぶ。
次にこのプリプレスを空気オートクレーブ中に入れ、そこで温度を約135℃〜約180℃、または約135℃〜約160℃まで、約100〜約300psi(約0.69〜約2.1MPa)、または好ましくは約200psi(1.38MPa)の圧力で上昇させる。これらの条件を約15〜約60分、または約20〜約50分維持し、その後、オートクレーブにさらに空気を導入することなく空気を冷却する。約20〜約40分の冷却後、過剰の空気を排気し、積層製品をオートクレーブから取り出す。
本発明の太陽電池モジュールは、非オートクレーブ法によって製造することもできる。このような非オートクレーブ法は、たとえば、米国特許第3,234,062号明細書、第3,852,136号明細書、第4,341,576号明細書、第4,385,951号明細書、第4,398,979号明細書、第5,536,347号明細書、第5,853,516号明細書、第6,342,116号明細書;および第5,415,909号明細書;米国特許出願公開第2004/0182493号明細書;欧州特許第1235683 B1号明細書;ならびに国際公開第91/01880号パンフレットおよび国際公開第03/057478号パンフレットに記載されている。一般に、非オートクレーブ法は、予備積層組立体の加熱と、真空、加圧、またはその両方との使用を含む。たとえば、組立体は、加熱オーブンおよびニップロールに連続して通すことができる。
以下の実施例は、本発明をさらに詳細に説明するために提供される。これらの実施例は、本発明を実施するための現在考えられる好ましい形態を示しており、本発明を説明することを意図しており、本発明の限定を意図するものではない。
実施例1
2種類のエチレンコポリマーを120℃において5分間、Brabenderミキサー中でブレンドした。エチレンコポリマーは、メルトフローレート(MFR)が300g/10分であり、エチレン(65.8重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、アクリル酸(6.2重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマーは、MFRが8g/10分であり、エチレン(66重量%)と、アクリル酸n−ブチル(25重量%)と、メタクリル酸グリシジル(9重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマー対エチレンコポリマーの重量比は60対40であった。エチレンコポリマー中の酸性基とエチレンコポリマー中のグリシジル基との間のモル比は2.04対1であった。これら2種類のエチレンコポリマーのブレンドのMFRは依然として200g/10分を越えた(限定された状況で特に明記されるのでなければ、本明細書において報告されるすべてのMFRは、ASTM D1238に準拠して190℃および2.16kgで測定しており、g/10分の単位で報告される)。
このブレンドの一部を160℃で15分間圧縮成形することによって、厚さ30ミル(0.76mm)のプラークを作製した。プラークのMFR測定を試みると、メルトインデクサー中で硬いゲルが形成されただけであった。したがって、プラーク中のポリマーブレンドが架橋したものとの結論を出した。さらに、プラークは透明であり、HunterLab Color Quest XE分光光度計を使用して測定した全透過値が92%であった。また、このプラークは、ASTM D1708に準拠して周囲温度において厚さ19ミル(0.48mm)の微小張力バー(microtensile bar)上でInstru−Met(Model 1122)を使用し2インチ/分(51mm/分)の速度で測定した引張弾性率が886psi(6.1MPa)であった。
さらに、ブレンドの第2の部分を120℃において5分間の架橋が起こらない条件下で圧縮成形することによって、厚さ30ミル(0.76mm)の第2のプラークを作製した。シランおよび他のプライマーを有さないこの未架橋プラークの、ガラス層と、Tedlar(登録商標)ポリフッ化ビニルフィルム(DuPont、供給はKrempelによってSupp 2242、RONOF 050423−002として行われる)層との間での積層を、Meier ICO LAM 10/08ラミネーター中、170℃において5分の真空、および170℃において加圧下(約800mbar(約80kPa))で10分間の条件下で行った。形成されたままの状態の積層構造を高温多湿(85℃および湿度85%)下で1800時間コンディショニングした。このコンディショニングの後、プラークとガラスとの間の接着、およびプラークおよびとTedlar(登録商標)フィルムとの間の接着は強いまま維持された。さらに、積層体の1インチ(25mm)のストリップの剥離強度を、Instron(モデル1122)を使用し、100mm/分の剥離速度、180度の剥離角度で測定した。ガラスからのプラークの剥離力は20kg/インチ(0.79kg/mm)を超えた。
実施例2
2種類のエチレンコポリマーを120℃において5分間、Brabenderミキサー中でブレンドした。エチレンコポリマーは、メルトフローレート(MFR)が210g/10分であり、エチレン(65.8重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、アクリル酸(6.2重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマーは、MFRが12g/10分であり、エチレン(66.75重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、メタクリル酸グリシジル(5.25重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマー対エチレンコポリマーの重量比は60対40であった。エチレンコポリマー中の酸性基とエチレンコポリマー中のグリシジル基との間のモル比は3.5対1であった。これら2種類のエチレンコポリマーのブレンドのMFRは70g/10分であった。
このブレンドの一部を175℃において15分間圧縮成形することによって厚さ125ミル(3.2mm)の透明プラークを作製した。この透明プラークのMFR測定を試みると、メルトインデクサー中で硬いゲルが形成されただけであった。したがって、この透明プラーク中のポリマーブレンドが架橋したものとの結論を出した。
実施例3
2種類のエチレンコポリマーを120℃において5分間、Brabenderミキサー中でブレンドした。エチレンコポリマーは、メルトフローレート(MFR)が60g/10分であり、エチレン(65.8重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、アクリル酸(6.2重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマーは、MFRが12g/10分であり、エチレン(66.75重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、メタクリル酸グリシジル(5.25重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマー対エチレンコポリマーの重量比は60対40であった。エチレンコポリマー中の酸性基とエチレンコポリマー中のグリシジル基との間のモル比は3.5対1であった。これら2種類のエチレンコポリマーのブレンドのMFRは25g/10分であった。
このブレンドの一部を175℃において15分間圧縮成形することによって厚さ125ミル(3.2mm)の透明プラークを作製した。この透明プラークのMFR測定を試みると、メルトインデクサー中で硬いゲルが形成されただけであった。したがって、この透明プラーク中のポリマーブレンドが架橋したものとの結論を出した。
実施例4
2種類のエチレンコポリマーを120℃において5分間、Brabenderミキサー中でブレンドした。エチレンコポリマーは、メルトフローレート(MFR)が210g/10分であり、エチレン(65.8重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、アクリル酸(6.2重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマーは、MFRが8g/10分であり、エチレン(66.0重量%)と、アクリル酸n−ブチル(25重量%)と、メタクリル酸グリシジル(9重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマー対エチレンコポリマーの重量比は60対40であった。エチレンコポリマー中の酸性基とエチレンコポリマー中のグリシジル基との間のモル比は2.04対1であった。これら2種類のエチレンコポリマーのブレンドのMFRは57g/10分であった。
このブレンドの一部を175℃において15分間圧縮成形することによって厚さ125ミル(3.2mm)の透明プラークを作製した。この透明プラークのMFR測定を試みると、メルトインデクサー中で硬いゲルが形成されただけであった。したがって、この透明プラーク中のポリマーブレンドが架橋したものとの結論を出した。
実施例5
300グラムの2種類のエチレンコポリマーおよびシランを、120℃において5分間、Brabenderミキサー(50rpm)中でブレンドした。エチレンコポリマーは、メルトインデックス(MI)が12であり、エチレン(66.75重量%)、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、メタクリル酸グリシジル(5.25重量%)との共重合単位を含んだ。エチレンコポリマーは、MIが60であり、エチレン(66.0重量%)と、アクリル酸n−ブチル(28重量%)と、アクリル酸(6重量%)との共重合単位を含んだ。このブレンドは、59.5重量%のエチレンコポリマー、40重量%のエチレンコポリマー、および0.5重量%のシラン(gamma−glycidoxypropyltrimethyoxysilane(γ−グリシドキシプロピルトリメチオキシシラン))。このブレンドのMIは20であった(125℃で測定し190℃まで外挿した)。メルトインデクサー中で指定の温度において10分維持した後、メルトインデクサー中で2160グラムの重量を使用していくつかの異なる温度において、メルトフロー(10分間)を測定した。結果を以下の表に示す。
Figure 0005650737
これらの結果は、メルトインデクサー中の温度が上昇すると架橋が起こり、160℃においてブレンドが完全に架橋することを示している。したがって、このブレンドから製造され太陽電池封止材として使用されるシートは、160℃において10分間積層すると完全に架橋すると考えられる。
さらに、120℃において圧縮成形しその温度で2分間維持することによって未架橋ブレンドのプラーク(厚さ20ミル(0.51mm))を作製した。上記結果に基づくと、これらの条件下では架橋は起こらない。
以下の層:ガラス/Teflon(登録商標)500A FEP 100/TPT[Tedlar(登録商標)/PET/Tedlar(登録商標)]/封止材/Teflon(登録商標)500A FEP 100スリップシート/ガラスを記載の順序で積層することによって、プリプレス組立体を貼り合わせた。封止材は、未架橋ブレンドの20ミル(0.51mm)のプラークであった。Teflon(登録商標)スリップシートの寸法が1.5インチ×4インチ(38mm×102mm)であったことを除けば、各層の寸法は4インチ×6インチ(102mm×152mm)であった。ガラスは、St.Gobainより入手したままの状態で使用した(Diamantソーラーガラス)。Teflon(登録商標)FEP 500Aは、DuPontより入手したままの状態で使用した。TPT(Tedlar(登録商標)/ポリ(エチレン)テレフタレート/Tedlar(登録商標))は、Krempelより入手したままの状態で使用した。過フッ素化コポリマー樹脂フィルムとサンプルフィルムとの重なり合う一端の間にTeflon(登録商標)フィルムスリップシートを配置することで、後の剥離試験の開始点として機能する未積層(未接着)領域を形成した。
このプリプレス組立体を真空バッグ中に入れ、VWR Programmable OvenのModel No.1685を使用して真空積層した。加熱サイクルを始めるために、構造を周囲温度(約25℃)から140℃まで15分間で加熱し、次にその温度で5分間維持した。次に170℃まで加熱し10分間維持した。前出の表中のデータに示されるように、これらの条件下で、封止材ブレンドは完全に架橋した。
高温多湿(85℃、相対湿度85%)に高温多湿室(Tenny Product Solutions、Model No.BTRC)中で1180時間曝露する前と後の両方で、封止材のガラスに対する剥離強度(10インチ/分(254mm/分)における180度剥離)を測定した。Instru−Met接着試験機Model No.1122上で測定すると剥離強度は、曝露前は78psi(0.54MPa)となり、曝露後は91psi(0.63MPa)となった。
この構造のパーセント透過率を、3つの異なる波長においてHunter Lab Color Quest XE分光光度計上で測定すると、以下の結果が得られた:
Figure 0005650737
実施例6
前述の実施例5で使用した40重量%のエチレンコポリマーおよび59.925重量%のエチレンコポリマーのブレンド300グラムを、0.0175重量%の4−ジメチルアミノピリジンと、Brabenderミキサー中120℃において50rpmで5分間混合した。このブレンドのMIは15であった(125℃で測定し190℃まで外挿した)。メルトインデクサー中で指定の温度において10分維持した後、このブレンドの流動性を、メルトインデクサー中で10分間、2160グラムの重量を使用して、いくつかの異なる温度で測定した。結果を以下の表に示す。
Figure 0005650737
エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマーの第2のブレンドを調製した。第2のブレンドは前述のブレンドと類似しており、類似の条件下で調製したが、4−ジメチルアミノピリジンは含有しなかった。前述の手順によって第2のブレンドのメルトフローを測定すると以下の結果が得られた。
Figure 0005650737
これらの結果は、塩基性触媒を加えると架橋速度を増加させることが可能なことを示している。無触媒反応に対して流動性が減少していることから明らかなように、指定の各温度において架橋が速く進行した。触媒を有するブレンドで125℃において得られたメルトフロー(MI=15.3;190℃の場合で計算した値)は、押出および積層加工条件に適合している。したがって、このブレンドから封止材シートを形成する場合、早期の架橋を引き起こさずに、反応速度を増加させる触媒を使用可能である。
実施例7
エチレンコポリマー(89重量%のエチレン、11重量%のメタクリル酸、MI=100g/10分)および前述の実施例1に記載されるエチレンコポリマーの300グラムのブレンドを、Brabenderミキサー中120℃において50rpmで5分間混合した。このブレンド組成物は、60重量%のエチレンコポリマーおよび40重量%のエチレンコポリマーであった。このブレンドのメルトインデックス(MI)は45であった(125℃において測定し190℃まで外挿した)。メルトインデクサー中で指定の温度において10分維持した後、2160グラムの重量を取り付けたメルトインデクサー中で、このブレンドの流動性(10分間)をいくつかの異なる温度において測定した。結果は以下の通りである。
Figure 0005650737
実施例8
実施例1に記載の架橋性ブレンドのペレットを、未処理のポリ(エチレンテレフタレート(PET)の8ミル(0.20mm)のシートとともに、160℃において10分間圧縮成形した。成形後、架橋したブレンドの層の厚さは約20ミル(0.51mm)であった。この積層体は剥離することができず、接着性に優れることが示された。具体的には、初期状態、および高温多湿で(85℃および85%RH)1000時間後に、このブレンドを8ミル(0.20mm)のPETから分離することができなかった。
以上に、本発明の特定の好ましい実施形態について説明し具体例を挙げてきたが、本発明がこのような実施形態に限定されることを意図するものではない。むしろ、以上の説明中に本発明の多数の特徴および利点を本発明の構造および機能の詳細とともに記載してきたが、本開示は単に説明的なものであり、添付の特許請求の範囲が表現される用語の広い一般的な意味によって示される最大限の程度までの本発明の原理の範囲内で、詳細、特に物体の形状、大きさ、および部品の配置に関して変更を行えることを理解されたい。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
1. ブレンド組成物の全重量を基準として、約10〜約90重量%のエチレンコポリマー1と、約10〜約90重量%のエチレンコポリマー2とから実質的になり;加工助剤、流動性向上剤、潤滑剤、顔料、染料、蛍光増白剤、難燃剤、衝撃改質剤、核剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、ヒンダードアミン光スタブライザー(stablizer)、UV吸収剤、UV安定剤、分散剤、界面活性剤、キレート剤、カップリング剤、接着剤、プライマー、および補強添加剤からなる群から選択される1種類以上の添加剤を含んでもよいブレンド組成物であって;
前記エチレンコポリマー1が、エチレンの共重合単位と、約2〜約30重量%の式CH 2 =C(R 3 )COOHで表される第2のオレフィンの共重合単位とから実質的になり、約10〜約40重量%の式CH 2 =C(R 1 )CO 2 2 で表される第1のオレフィンの共重合単位を含んでもよく、前記第1のオレフィンおよび前記第2のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー1の全重量を基準としており;
式中、R 1 は水素またはアルキル基を表し、R 2 はアルキル基を表し、R 3 は水素またはアルキル基を表し;
前記エチレンコポリマー2が、エチレンの共重合単位と、約3〜約15重量%の式CH 2 =C(R 4 )−Dで表される第3のオレフィンの共重合単位とから実質的になり、約20〜約40重量%の前記第1のオレフィンの共重合単位を含んでもよく、前記第1のオレフィンおよび前記第3のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー2の全重量を基準としており;式中、R 4 は水素またはアルキル基を表し;−Dは、−CO 2 5 、−CO 2 6 −R 5 、−R 6 −R 5 、−O−R 5 、および−R 5 からなる群から選択される部分を表し;R 5 はエポキシ基を含有する部分を表し、R 6 はアルキレン基を表し;
但し、前記第1、第2、および第3のオレフィンはいずれも、ジカルボン酸、ならびに前記ジカルボン酸のジエステル、モノエステル、および無水物ではない、ブレンド組成物。
2. 上記1に記載のブレンド組成物の架橋生成物であって、エチレンコポリマー1のカルボン酸基の少なくとも一部が、エチレンコポリマー2のエポキシ基の少なくとも一部と反応して、エチレンコポリマー1とエチレンコポリマー2との間で架橋を形成している、架橋生成物。
3. R 1 が水素またはメチル基を表し、R 2 がブチル基を表し、R 3 が水素またはメチル基を表し、R 4 が水素またはメチル基を表し、−Dが−R 5 であり、R 5 がグリシジル基を含有する部分を表す、上記1に記載のブレンド組成物。
4. 前記第1のオレフィンがアクリル酸n−ブチルであり、前記第2のオレフィンがアクリル酸である、上記1に記載のブレンド組成物。
5. 前記第3のオレフィンがメタクリル酸グリシジルである、上記1に記載のブレンド組成物。
6. 上記1に記載のブレンド組成物から実質的になるシートの製造方法であって:
a)135℃未満の温度で前記エチレンコポリマー1および前記エチレンコポリマー2を溶融状態で混合するステップと;
b)前記溶融物からシートを形成するステップとを含む、方法。
7. 前記シートが押出法によって形成される、上記6に記載の方法。
8. 上記6に記載の方法によって形成されたシート。
9. 1つ以上の粗面を有する、上記8に記載のシート。
10. 太陽電池アセンブリと、少なくとも1つの封止材層とを含む太陽電池モジュールであって、前記少なくとも1つの封止材層が、上記1に記載のブレンド組成物、または前記ブレンド組成物の架橋生成物から実質的になる、太陽電池モジュール。
11. 前記少なくとも1つの封止材層が前記太陽電池アセンブリに直接積層される、上記10に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記太陽電池アセンブリが、太陽に面する前面と、太陽に面しない裏面とを有する、上記10に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面する前面に積層される前面封止材層と、前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面しない裏面に積層される裏面封止材層とを含み、前記前面および裏面封止材層の一方が、前記少なくとも1つの封止材層であり、前記前面および裏面封止材層の他方が、架橋または未架橋であって、α−オレフィンとα,βエチレン系不飽和カルボン酸とを含むコポリマー、α−オレフィンとα,βエチレン系不飽和カルボン酸とを含むコポリマーのアイオノマー、エチレンとエポキシ基を含む部分とのコポリマー、エチレン/酢酸ビニルコポリマー、ポリ(ビニルアセタール)、ポリウレタン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン、ポリオレフィンブロックコポリマーエラストマー、α−オレフィンとα,βエチレン系不飽和カルボン酸とのコポリマー、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される1種類以上のポリマー材料から実質的になる、上記12に記載の太陽電池モジュール。
14. 2つの封止材層を含み、前記2つの封止材層が、前記前面封止材層および前記裏面封止材層であり、前記2つの封止材層が、前記ブレンド組成物、または前記ブレンド組成物の架橋生成物から実質的になり、前記前面封止材層の前記ブレンド組成物と、前記裏面封止材層の前記ブレンド組成物とが、同じまたは異なるものである、上記13に記載の太陽電池モジュール。
15. 入射層をさらに含み、前記入射層が、前記モジュールの最外表面層であって、前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面する前面上に配置され、前記入射層が、(i)ガラスシートと、(ii)ポリカーボネート、アクリル、ポリアクリレート、環状ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、フルオロポリマー、およびそれら2種類以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマーを含むポリマーシートと、(iii)ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ノルボルネンポリマー、ポリスチレン、スチレン−アクリレートコポリマー、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、ポリスルホン、ナイロン、ポリウレタン、アクリル、酢酸セルロース、セロファン、ポリ(塩化ビニル)、フルオロポリマー、およびそれら2種類以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマーを含むポリマーフィルムとからなる群から選択される材料でできている、上記12に記載の太陽電池モジュール。
16. バッキング層をさらに含み、前記バッキング層が、前記モジュールの最外表面層であって、前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面しない裏面上に配置され、前記バッキング層が、(i)ガラスシート、(ii)ポリマーシート、(iii)ポリマーフィルム、(iv)金属シート、および(v)セラミック板からなる群から選択される材料でできており、前記ポリマーシートが、ポリカーボネート、アクリル、ポリアクリレート、環状ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、フルオロポリマー、およびそれら2種類以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマーを含み;前記ポリマーフィルムが、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ノルボルネンポリマー、ポリスチレン、スチレン−アクリレートコポリマー、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、ポリスルホン、ナイロン、ポリウレタン、アクリル、酢酸セルロース、セロファン、ポリ(塩化ビニル)、フルオロポリマー、およびそれら2種類以上の組み合わせからなる群から選択されるポリマーを含む、上記12に記載の太陽電池モジュール。
17. 前記太陽電池が、結晶シリコン(c−Si)および多結晶シリコーン(mc−Si)系太陽電池からなる群から選択されるウエハ型太陽電池であり、前記モジュールが、位置の順に、(i)入射層、(ii)前記前面封止材層、(iii)前記太陽電池アセンブリ、(iv)前記裏面封止材層、および(v)バッキング層から実質的になる、上記13に記載の太陽電池モジュール。
18. 前記太陽電池が、非晶質シリコン(a−Si)、微結晶シリコン(μc−Si)、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化銅インジウム(CIS)、二セレン化銅インジウム/ガリウム(CIGS)、光吸収性染料、および有機半導体系の太陽電池からなる群から選択される薄膜太陽電池であり、前記太陽電池モジュールが、位置の順に、(i)入射層と、(ii)前記ブレンド組成物、または前記ブレンド組成物の架橋生成物を含む前記少なくとも1つの封止材層である前面封止材層と、(iii)前記太陽電池アセンブリとから実質的になり、前記太陽電池アセンブリが、前記薄膜太陽電池が上に堆積される基体をさらに含み、前記基体が、前記モジュールの最外表面となるように配置され、前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面しない裏面上に配置される、上記12に記載の太陽電池モジュール。
19. 前記太陽電池が、非晶質シリコン(a−Si)、微結晶シリコン(μc−Si)、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化銅インジウム(CIS)、二セレン化銅インジウム/ガリウム(CIGS)、光吸収性染料、および有機半導体系の太陽電池からなる群から選択される薄膜太陽電池であり、前記太陽電池モジュールが、位置の順に、(i)前記太陽電池アセンブリと、(ii)前記ブレンド組成物を含む前記少なくとも1つの封止材層である裏面封止材層と、(iii)バッキング層とから実質的になり、前記太陽電池アセンブリが、前記薄膜太陽電池が上に堆積されるスーパーストレートをさらに含み、前記太陽電池アセンブリの前記太陽に面する前面上の前記モジュールの最外表面となるように、前記スーパーストレートが配置される、上記12に記載の太陽電池モジュール。
20. 太陽電池モジュールの製造方法であって:(i)太陽電池アセンブリと少なくとも1つの封止材層とを提供するステップであって、前記少なくとも1つの封止材層が、上記1に記載のブレンド組成物から実質的になり、前記ブレンド組成物が未架橋であり、前記少なくとも1つの封止材層が、約135℃以下の温度で溶融物からの押出成形によって形成されるステップと;(ii)前記アセンブリを約135℃以上の積層温度で積層して太陽電池モジュールを得るステップであって、前記ブレンド組成物が架橋されるステップとを含む、方法。
21. 前記積層ステップが、前記アセンブリを熱にさらすことによって行われ、前記アセンブリを真空または圧力にさらしてもよい、上記20に記載の方法。
22. 上記20に記載の方法で得られる製品であるソーラーコントロールモジュール。
23. 上記1に記載のブレンド組成物の製造方法であって:
a)エチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2を提供するステップと;
b)135℃未満の温度でエチレンコポリマー1およびエチレンコポリマー2を溶融状態で混合するステップとを含む、方法。
24. 上記6に記載の方法で得られる製品である押出シートであって、約1〜約120ミル(約0.025〜約3mm)の厚さを有する押出シート。
25. 上記7に記載の方法で得られる製品である押出シートであって、前記押出法が多層押出法であり、前記ブレンド組成物を含む少なくとも1つの層を含む、押出シート。
26. 前記ブレンド組成物を含む前記層が、約10〜約30ミル(約0.25〜約0.76mm)の厚さの内層であるか、または前記ブレンド組成物を含む前記層が約1〜約5ミル(約0.025〜約0.12mm)の厚さの表面層である、上記25に記載の多層押出シート。
27. 1つ以上の粗面を有する、上記24に記載の押出シート。
28. フィルム層をさらに含み、前記フィルム層が前記封止材層と直接接触しており、前記フィルム層がポリ(エチレンテレフタレート)を含む、上記10に記載のソーラーコントロールモジュール。

Claims (3)

  1. 太陽電池アセンブリと、少なくとも1つの封止材層とを含む太陽電池モジュールであって、前記少なくとも1つの封止材層が、ブレンド組成物、または前記ブレンド組成物の架橋生成物を含み、
    前記ブレンド組成物が、
    ブレンド組成物の全重量を基準として、10〜90重量%のエチレンコポリマー1と、10〜90重量%のエチレンコポリマー2とを含み;加工助剤、流動性向上剤、潤滑剤、顔料、染料、蛍光増白剤、難燃剤、衝撃改質剤、核剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、ヒンダードアミン光スタブライザー(stablizer)、UV吸収剤、UV安定剤、分散剤、界面活性剤、キレート剤、カップリング剤、接着剤、プライマー、および補強添加剤からなる群から選択される1種類以上の添加剤を含んでもよいブレンド組成物であって;
    前記エチレンコポリマー1が、エチレンの共重合単位と、10〜40重量%の式CH 2 =C(R 1 )CO 2 2 で表される第1のオレフィンの共重合単位と、2〜30重量%の式CH 2 =C(R 3 )COOHで表される第2のオレフィンの共重合単位とを含み、前記第1のオレフィンおよび前記第2のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー1の全重量を基準としており;
    式中、R 1 は水素またはアルキル基を表し、R 2 はアルキル基を表し、R 3 は水素またはアルキル基を表し;
    前記エチレンコポリマー2が、エチレンの共重合単位と、20〜40重量%の前記第1のオレフィンの共重合単位と、3〜15重量%の式CH 2 =C(R 4 )−Dで表される第3のオレフィンの共重合単位とを含み、前記第1のオレフィンおよび前記第3のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー2の全重量を基準としており;式中、R 4 は水素またはアルキル基を表し;−Dは、−CO 2 5 、−CO 2 6 −R 5 、−R 6 −R 5 、−O−R 5 、および−R 5 からなる群から選択される部分を表し;R 5 はエポキシ基を含有する部分を表し、R 6 はアルキレン基を表し;
    但し、前記第1、第2、および第3のオレフィンはいずれも、ジカルボン酸、ならびに前記ジカルボン酸のジエステル、モノエステル、および無水物ではない、ブレンド組成物である、太陽電池モジュール。
  2. 太陽電池モジュールの製造方法であって:(i)太陽電池アセンブリと少なくとも1つの封止材層とを提供するステップであって、前記少なくとも1つの封止材層が、ブレンド組成物を含み、前記ブレンド組成物が未架橋であり、前記少なくとも1つの封止材層が、135℃以下の温度で溶融物からの押出成形によって形成されるステップと;(ii)前記アセンブリを135℃以上の積層温度で積層して太陽電池モジュールを得るステップであって、前記ブレンド組成物が架橋されるステップとを含み、
    前記ブレンド組成物が、
    ブレンド組成物の全重量を基準として、10〜90重量%のエチレンコポリマー1と、10〜90重量%のエチレンコポリマー2とを含み;加工助剤、流動性向上剤、潤滑剤、顔料、染料、蛍光増白剤、難燃剤、衝撃改質剤、核剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、ヒンダードアミン光スタブライザー(stablizer)、UV吸収剤、UV安定剤、分散剤、界面活性剤、キレート剤、カップリング剤、接着剤、プライマー、および補強添加剤からなる群から選択される1種類以上の添加剤を含んでもよいブレンド組成物であって;
    前記エチレンコポリマー1が、エチレンの共重合単位と、10〜40重量%の式CH 2 =C(R 1 )CO 2 2 で表される第1のオレフィンの共重合単位と、2〜30重量%の式CH 2 =C(R 3 )COOHで表される第2のオレフィンの共重合単位とを含み、前記第1のオレフィンおよび前記第2のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー1の全重量を基準としており;
    式中、R 1 は水素またはアルキル基を表し、R 2 はアルキル基を表し、R 3 は水素またはアルキル基を表し;
    前記エチレンコポリマー2が、エチレンの共重合単位と、20〜40重量%の前記第1のオレフィンの共重合単位と、3〜15重量%の式CH 2 =C(R 4 )−Dで表される第3のオレフィンの共重合単位とを含み、前記第1のオレフィンおよび前記第3のオレフィンの前記共重合単位の重量パーセント値は、前記エチレンコポリマー2の全重量を基準としており;式中、R 4 は水素またはアルキル基を表し;−Dは、−CO 2 5 、−CO 2 6 −R 5 、−R 6 −R 5 、−O−R 5 、および−R 5 からなる群から選択される部分を表し;R 5 はエポキシ基を含有する部分を表し、R 6 はアルキレン基を表し;
    但し、前記第1、第2、および第3のオレフィンはいずれも、ジカルボン酸、ならびに前記ジカルボン酸のジエステル、モノエステル、および無水物ではない、ブレンド組成物である、方法。
  3. 請求項に記載の方法で得られる製品であるソーラーコントロールモジュール。
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