JP5696172B2 - 太陽電池用保護シートおよびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
太陽電池モジュールを高温試験に供したときに、そのモジュールに組み込まれた太陽電池用保護シートの封止材接着層に生じる外観不良の具体例として、封止材接着層をその厚さ方向と平行な方向から見たときに、複数のスポット状の外観異常部が放射状に拡散するように配列し、外観不良が生じた領域全体として咲いている花のようなパターンを形作る外観不良が挙げられる。このようなパターンの外観不良を構成するスポット状の外観異常部では、個々に、太陽電池用保護シートの基材および/または封止材と封止材接着層とによって空隙部が画成されている。すなわち、外観異常部では、封止材接着層は基材と封止材との間を適切に充填できていない。かかる空隙部は、正常な部分(封止材接着層12を構成する材料が基材と封止材との間に適切に充填されている部分)に比べて絶縁性に劣るため、上記のような外観不良が生じると、その外観不良が生じている領域は電気的な欠陥部となってしまう。
太陽電池用保護シートが備える封止材接着層に含有される樹脂成分をエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)およびポリエチレン(PE)からなるものとし、これらの樹脂成分のそれぞれについて組成(樹脂の共重合比)や物理的特性を調整することにより、太陽電池用保護シートが組み込まれた太陽電池モジュールを高温試験に供しても、封止材接着層の部分欠陥が生じにくくなる。
1.太陽電池用保護シート
図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池用保護シート1は、基材11と、基材11の一方の面(図1中では上面)に積層された封止材接着層12とを備えている。図1に示される太陽電池用保護シート1は、本実施形態に係る太陽電池用保護シートの好ましい一具体例として、基材11と封止材接着層12との間にタイレイヤー12’が配置されている。以下、図1に示される太陽電池用保護シート1を構成する各要素について説明し、その後、本実施形態に係る太陽電池用保護シート1が備え得る他の構成について説明する。
基材11としては、電気絶縁性を有し、かつ封止材接着層12が積層可能なものであればよく、通常は、樹脂フィルムを主体とするものが用いられる。
本実施形態に係る太陽電池用保護シート1は、図1に示すように、基材11における使用時に封止材に対向する側の面に、基材11が封止材から剥離する可能性をより低減させるための封止材接着層12を備える。封止材接着層12は熱可塑性樹脂に基づく成分を含有し、その成分によって封止材に対して熱融着する。その結果、封止材接着層12によって基材11と封止材とが剥離する可能性は低減される。なお、封止材接着層12は、ダイボンディングレイヤー(diebonding layer)と称される場合もある。
本実施形態に係る封止材接着層12が含有するエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)は、共重合比に関する特性として、この共重合体に含まれる構成単位全体に対する酢酸ビニルに由来する構成単位の質量割合(以下、「VA割合」ともいう。)が10質量%以下である。VA割合が10質量%以下であることにより、封止材接着層12の部分欠陥が生じにくくなる。また、VA割合が10質量%を超えると、封止材接着層12としての形状安定性が低下し、太陽電池用保護シート1が容易にカールしてしまうなどの問題が生じる可能性も高まる。封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性をより安定的に低減させる観点から、VA割合は8質量%以下とすることが好ましく、7質量%以下とすることがより好ましく、6質量%以下とすることが特に好ましい。一方、封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性を低減させる観点からは、VA割合の下限は特に限定されない。ただし、VA割合が過度に低い場合にはEVAとしての性質を十分に有することが困難となる傾向が見られる場合があり、この場合には、封止材接着層としての機能、特に封止材に対する接着性が低下することが懸念される。したがって、VA割合の下限は2質量%以上とすることが好ましく、3質量%以上とすることがより好ましく、4質量%以上とすることが特に好ましい。
本実施形態に係る封止材接着層12が含有するポリエチレン(PE)は、密度が920kg/m3以上940kg/m3以下である。ここで、本明細書における樹脂成分の密度は、JIS K7112:1999(ISO 1183:1987)に準拠して測定して得られる値とする。上記の範囲の密度を有するポリエチレンとして、中密度ポリエチレン(MDPE,密度:930kg/m3以上942kg/m3未満)および低密度ポリエチレン(LDPE,密度:910kg/m3以上930kg/m3未満)が例示される。ポリエチレン(PE)がかかる密度に関する特性を有することにより、封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性を低減させることができる。封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性をより安定的に低減させる観点から、ポリエチレン(PE)の密度は925kg/m3以上935kg/m3以下であることが好ましい。
封止材接着層12は、上記のVA割合の条件を満たすエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の融解熱量に対する、上記の密度の条件を満たすポリエチレン(PE)の融解熱量の比率R(単位:%)が14%以上であることが、封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性が安定的に低減されるため、好ましい。
R=ΔHPE/ΔHEVA
比率Rが15%以上の場合には、封止材接着層12の部分欠陥が生じる可能性がより安定的に低減される。この可能性をさらに安定的に低減させる観点から、比率Rは17%以上であることが好ましい。比率Rの上限は特に限定されないが、比率Rが過度に高い場合には、封止材接着層の機能、特に封止材に対する接着性が低下することが懸念されるため、45%以下とすることが好ましく、30%以下とすることがより好ましい。
なお、PEの単独での融解ピーク温度が高い方が比率Rは大きくなる傾向を示す。
封止材接着層12は、上記の樹脂成分に加えて、必要に応じて、二酸化チタン、カーボンブラック等の着色材料、シリカ粒子などのブロッキング防止剤、ベンゾフェノン等の紫外線吸収剤、紫外線安定剤、難燃剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。以下、これらの成分を「その他の成分」ともいう。その他の成分のそれぞれの含有量は特に限定されない。その他の成分の含有量が過度に少ない場合にはこれらの成分を含有させた効果を得ることが困難となる。一方、その他の成分の含有量が過度に多い場合にはその成分が封止材接着層12の機械的特性や熱的特性に対して支配的な影響を与え、上記の樹脂成分を制御しても所望の効果が得られにくくなる。以上を考慮して、その他の成分の含有量を適宜設定すればよい。一例を挙げれば、二酸化チタンなどの着色材料の含有量は、封止材接着層12全体に対して1.0質量%以上30質量%以下とすることが好ましく、2.0質量%以上20質量%以下とすることがより好ましく、3.0質量%以上10質量%以下とすることが特に好ましい。
封止材接着層12の厚さは、被着体である封止材に対して所望の接着性を発揮するとともに、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。具体的には、1μm以上200μm以下であることが好ましく、電気絶縁性および軽量化などの観点から、10μm以上180μm以下であることがより好ましく、50μm以上150μm以下であることがさらに好ましく、80μm以上120μm以下であることが特に好ましい。
本実施形態に係る太陽電池用保護シート1は、基材11と封止材接着層12との間に、これらのそれぞれに対する接着性を有する接着性組成物からなるタイレイヤー(tie layer)12’を備える。換言すれば、タイレイヤー12’は、基材11の一方の面および封止材接着層12の一方の面の間に、それぞれの面に接するように配置されている。
本実施形態に係る太陽電池用保護シート1は、図2に示すように、基材11における封止材接着層12が積層されない側の面(図2中では下面)には、フッ素樹脂層13が設けられていてもよい。このようにフッ素樹脂層13を設けることで、太陽電池用保護シート1の耐候性および耐薬品性が向上する。なお、基材11が樹脂フィルムからなる場合には、当該樹脂フィルムのフッ素樹脂層13が積層される側の面は、フッ素樹脂層13との密着性を向上させるために、コロナ処理、プラズマ処理、プライマー処理等の表面処理(易接着処理)が施されることが好ましい。
本実施形態に係る太陽電池用保護シート1は、基材11における封止材接着層12が積層されない側の面には、図3に示すように、基材11とフッ素樹脂層13との間に蒸着層14が設けられてもよいし、図4に示すように、接着層15を介して金属シート16が積層されてもよいし、さらに蒸着層14または金属シート16の表面(図3および図4中では下面)には、上述したフッ素樹脂層13が設けられてもよい。なお、図3および図4では、図1に示される太陽電池用保護シート1に蒸着層14等が設けられている場合を例として示している。このように蒸着層14または金属シート16を設けることで、太陽電池用保護シート1の防湿性および耐候性を向上させることができる。なお、本実施形態において「金属シート」とは、金属系材料(すなわち金属元素を含む材料)からなるシート状の部材を意味する。
本実施形態に係る太陽電池用保護シート1の製造方法は特に限定されない。あらかじめシート状に形成された基材11の一方の面上に、図1に示す太陽電池用保護シート1のように、あらかじめシート状に形成された封止材接着層12を、タイレイヤー12’を介して貼付してもよい。あるいは、封止材接着層12を形成するための熱可塑性材料を溶融状態にして、シート状の基材11の一方の面上に供給して冷却固化させることにより、封止材接着層12を基材11の一方の面上に形成してもよい。このとき、タイレイヤー12’は基材11上にあらかじめ積層されていてもよいし、例えば共押出等の手法により封止材接着層12とともに基材11上に積層されてもよい。
封止材接着層12をシート状の形状に成形する方法は特に限定されない。封止材接着層12を形成するための樹脂含有組成物から、公知の成形方法を用いてシート形状にすればよい。生産性を高める観点、加熱時の熱収縮の異方性を生じにくくする観点などから、インフレーション成形を用いてシート形状とすることが好ましい。
図5は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。本実施形態に係る太陽電池モジュール10は、光電変換素子である結晶シリコン、アモルファスシリコン等からなる複数の太陽電池セル41と、太陽電池セル41を封止する電気絶縁体からなる封止材42と、封止材42の表面(図5中では上面)に積層されたガラス板43と、封止材42の裏面(図5中では下面)に積層された裏面保護シート(バックシート)としての太陽電池用保護シートとから構成されている。本実施形態に係る太陽電池モジュール10はこの太陽電池用保護シートが前述の本実施形態に係る太陽電池用保護シート1である。
例2:熱ラミネーション(150℃、20分)
例3:真空ラミネーション(150℃、5分)、熱ラミネーション(150℃、20分)
例えば、図1に示される太陽電池用保護シート1はタイレイヤー12’を基材11と封止材接着層12との間に備えるが、基材11上に封止材接着層12がタイレイヤー12’を介さずに積層されていてもよい。この場合においても、基材11の封止材接着層12が積層される側の面には、封止材接着層12と基材11との間で層間剥離が生じる可能性を低減させるために易接着処理を施すことが好ましい。
(1)基材の用意
ポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製 ルミラーX10S、厚さ125μm)の一方の面にコロナ処理(出力2000W)を施すことにより、基材を用意した。
VA割合が5質量%のエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)と表1に示される密度のポリエチレン(PE)とを、表1に示される配合量(単位:質量部)で加熱混練し、インフレーション成形によって、表1に示されるPE含有率(単位:%)を有する複数種類のフィルム(厚さ:113μm)を作製し、このフィルムを封止材接着層とした。なお、いずれのフィルムについても、封止材接着層全体における5質量%相当の二酸化チタンを含有させてインフレーション成形を行った。なお、EVAおよびPEは次の材料を用いた。
EVA:旭化成ケミカルズ社製 BF0510
PE(密度:916kg/m3):プライムポリマー社製 SP2020
PE(密度:920kg/m3):日本ポリエチレン社製 UF240
PE(密度:936kg/m3):プライムポリマー社製 SP3505
ウレタン系の接着性組成物を、酢酸エチルを溶媒として希釈して、塗工用組成物を得た。
上記の基材のコロナ処理が施された面に上記の塗工用組成物を乾燥の厚さが15μmとなる量塗布して当該面上に塗膜を形成した。この塗膜を有する基材を120℃の環境下に1分間置いて、基材とタイレイヤーとからなる積層体を得た。この積層体のタイレイヤー側の面と、上記の封止材接着層の一方の面とを貼合し、得られた積層体を23℃の環境下に4日間置いて、太陽電池用保護シートを得た。
得られた太陽電池用保護シートから15cm×15cmのテストサンプルを得た。各テストサンプルについて、封止材接着層側が上を向くようにラミネーション装置に載置し、その封止材接着層側の面に、封止材としての厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)フィルム(サンビック社製 ウルトラパール)を2枚重ね、さらに、その上に、白板ガラス(AGCファブリテック社製)を重ねた。こうして得た重積体を、真空状態で135℃に加熱する真空ラミネーションを3分間実施し、続いて、135℃にて3分間加圧する熱ラミネーションを3分間実施し、さらに150℃の環境下に30分静置する熱処理を行って、15cm×15cmの疑似太陽電池モジュールを得た。
封止材接着層の作製に用いたエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)およびポリエチレン(PE)、ならびに実施例および比較例において作製した封止材接着層について、10mgサンプリングし、示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント社製 Q2000)を用いて、JIS K7121:1987(ISO 3146 1985)に準拠して、下記の条件で熱量変化の測定を行い、DSC曲線を得た。すなわち、試料を加熱速度10℃/分で−10℃から200℃まで加熱し、200℃で5分間保持した後、冷却速度5℃/分で−10℃まで冷却し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで加熱する過程でDSC曲線を得た。
また、封止材接着層のDSC曲線は、EVAに由来する融解ピークとPEに由来する融解ピークとは連続して一つの融解ピークをなしていたため、EVAに由来するピークの頂点(低温側のピーク頂点)からEVAの融解ピーク温度Tm−EVAを求め、PEに由来するピークの頂点(高温側のピーク頂点)からPEの融解ピーク温度Tm−PEを求め、これらのピーク温度の間の谷のボトムにおける温度をしきい温度Tshとして求めた。そして、融解ピークの補外融解開始温度Timからしきい温度Tshまでの温度域の熱流量を積算してEVAの融解熱量ΔHEVAを求め、融解ピークの補外融解終了温度Temからしきい温度Tshまでの温度域の熱流量を積算してPEの融解熱量ΔHPEを求めた。得られたΔHEVAおよびΔHPEから比率R(単位:%)を下記式に基づき求めた。
R=ΔHPE/ΔHEVA
封止材接着層から求めたEVAの融解ピーク温度Tm−EVAおよびPEの融解ピーク温度Tm−PEならびに比率Rの測定結果を表2に示す。
上記の実施例および比較例に係る太陽電池モジュールを、JESD 22−A102−C(2008/6)に準拠して、121℃、相対湿度100%の環境(2気圧)下に24時間静置した。その後、太陽電池モジュールを室温(23℃)に至るまで放冷し、冷却後の太陽電池モジュールの外観を観察した。その結果、封止材接着層に起因する外観不良が認められなかった場合を良好と判定し、かかる外観不良が認められた場合を不良と判定した。評価結果を表2に示す。
上記の疑似太陽電池モジュールを作製する方法と同様の方法であるが、ラミネーションをする際に、封止材接着層と封止材との間の界面の一部(一端部を含む。)にポリプロピレンシートを挟み、この界面での剥離試験が可能な状態として、封止接着力の測定用の疑似太陽電池モジュールを作製した。
得られた封止接着力の測定用の疑似太陽電池モジュールから10mm×150mmの試験片を切断し、太陽電池用保護シートにおける封止材接着層側の面(封止材に対向する面)を測定対象面、封止材におけるガラス基板から遠位な面(封止材接着層に対向する面)を被着面として、JIS K6854−3:1999(ISO11339:1993)に準拠して180°引き剥がし試験を行った。この試験により測定された剥離力(N/10mm)を封止材接着層の封止接着力とした。測定結果を表2に示す。
11…基材
12…封止材接着層
12’…タイレイヤー
13…フッ素樹脂層
14…蒸着層
15…接着層
16…金属シート
10…太陽電池モジュール
41…太陽電池セル
42…封止材
43…ガラス板
Claims (6)
- ポリエチレンテレフタレートからなる基材と、前記基材の一方の面に積層された、エチレン−酢酸ビニル共重合体封止材に接着するための封止材接着層と、前記封止材接着層と前記基材との間に位置するウレタン系接着性組成物からなるタイレイヤーとを備えた太陽電池用保護シートであって、
前記封止材接着層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体およびポリエチレンを含有し、
前記封止材接着層に含有される前記エチレン−酢酸ビニル共重合体は、当該共重合体に含まれる構成単位全体に対する酢酸ビニルに由来する構成単位の質量割合が10質量%以下であって、
前記ポリエチレンは密度が920kg/m3以上940kg/m3以下であって、
前記封止材接着層における、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体の含有量(単位:質量%)と前記ポリエチレンの含有量(単位:質量%)との総和に対する、前記ポリエチレンの含有量(単位:質量%)の比率が25%以上90%以下であること
を特徴とする太陽電池用保護シート。 - 前記封止材接着層に含有される前記エチレン−酢酸ビニル共重合体の融解熱量に対する前記ポリエチレンの融解熱量の比率が14%以上である請求項1に記載の太陽電池用保護シート。
- 前記封止材接着層は着色材料を含有する請求項1または2に記載の太陽電池用保護シート。
- シート状に形成された前記基材とシート状に形成された前記封止材接着層とが前記タイレイヤーのそれぞれの面に積層されてなる請求項1から3のいずれか一項に記載の太陽電池用保護シート。
- 請求項4に記載された太陽電池用保護シートの製造方法であって、
シート状に形成された前記基材およびシート状に形成された前記封止材接着層の一方における一の面上に、前記タイレイヤーを形成するための接着剤組成物を塗布して当該面上に塗膜を形成し、
前記塗膜を乾燥させて前記タイレイヤーを形成し、
前記タイレイヤーの露出している面と前記基材および前記封止材接着層の他方における一の面とを貼合することを備える
ことを特徴とする太陽電池用保護シートの製造方法。 - 太陽電池セル、前記太陽電池セルを包容する、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主材とする封止材、および封止材の主面のそれぞれに積層される二つの保護部材を備える太陽電池モジュールであって、
前記保護部材のうち、前記太陽電池セルの受光面の反対側の面に対向して配置される保護部材は、請求項1から4のいずれか一項に記載される太陽電池用保護シートからなることを特徴とする太陽電池モジュール。
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