JP5806318B2 - 樹脂封止シート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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〔1〕
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
150℃の温度下でシートを吊下げた際の収縮率が0〜25%であり、かつゲル分率が0質量%以上1質量%未満である樹脂封止シート。
〔2〕
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
ムーニー粘度が70〜90MIである樹脂封止シート。
〔3〕
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
下記(1)及び(2)の条件を満たす樹脂封止シート。
(1)150〜250℃での溶融粘弾性測定によって算出した活性化エネルギーが75〜90kJ/molである。
(2)150℃、1rad/secでの貯蔵弾性率(G’)が6,000〜12,000Paである。
〔4〕
架橋処理が施されている〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の樹脂封止シート。
〔5〕
前記架橋処理が電離性放射線照射により施されている〔4〕に記載の樹脂封止シート。
〔6〕
前記電離性放射線照射は30kGy以上60kGy以下の電離性放射線照射量である〔5〕に記載の樹脂封止シート。
〔7〕
透光性絶縁基板と、前記透光性絶縁基板と対向して配置される裏面絶縁基板と、前記透光性絶縁基板と前記裏面絶縁基板との間に配置される発電素子と、前記発電素子を封止する、〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の樹脂封止シートと、を備える太陽電池モジュール。
〔8〕
前記太陽電池モジュールに含有される前記樹脂封止シートのゲル分率が0質量%以上1質量%未満である〔7〕に記載の太陽電池モジュール。
〔9〕
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まないシートに、30kGy以上60kGy以下の電離性放射線を照射する工程を有する樹脂封止シートの製造方法。
本実施形態の樹脂封止シートの第一の形態は、密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、150℃の温度下でシートを吊下げた際の収縮率(以下、「吊下げ収縮率」という場合がある。)が0〜25%であり、かつゲル分率が0質量%以上1質量%未満である樹脂封止シートである。
(1)150〜250℃での溶融粘弾性測定によって算出した活性化エネルギーが75〜90kJ/molである。
(2)150℃、1rad/secでの貯蔵弾性率(G’)が6,000〜12,000Paである。
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、下記(a)及び(b)の条件を満たす樹脂封止シート、が挙げられる。
(a)150℃の温度下でシートを吊下げた際の収縮率が0〜25%であり、かつゲル分率が0質量%以上1質量%未満である。
(b)ムーニー粘度が70〜90MIである。
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、下記(b)、(c)及び(d)の条件を満たす樹脂封止シート、が挙げられる。
(b)ムーニー粘度が70〜90MIである。
(c)150〜250℃での溶融粘弾性測定によって算出した活性化エネルギーが75〜90kJ/molである。
(d)150℃、1rad/secでの貯蔵弾性率(G’)が6,000〜12,000Paである。
密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、下記(a)〜(d)の全ての条件を満たす樹脂封止シート、が挙げられる。
(a)150℃の温度下でシートを吊下げた際の収縮率が0〜25%であり、かつゲル分率が0質量%以上1質量%未満である。
(b)ムーニー粘度が70〜90MIである。
(c)150〜250℃での溶融粘弾性測定によって算出した活性化エネルギーが75〜90kJ/molである。
(d)150℃、1rad/secでの貯蔵弾性率(G’)が6,000〜12,000Paである。
R−O−O−R → R−O・+・O−R
−CH2−CH2−CH2−CH2− → H・+ −CH2−C・H−CH2−CH2−
本実施形態の樹脂封止シートは、吊下げ収縮率及びゲル分率;ムーニー粘度;或いは活性化エネルギーと貯蔵弾性率(G’)、のいずれかが特定の条件を満たし、密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まない、単層の樹脂封止シートでもよい。良好な被接着物の接着性を確保する観点から、水酸基を持つオレフィン系共重合体、酸性官能基で末端若しくはグラフト変性された変性ポリオレフィン、グリシジルメタクリレートを含むエチレン共重合体からなる群より選択される少なくとも1種類の樹脂を含むことが好ましい。
本実施形態の樹脂封止シートは多層構造であることが好ましい。多層構造とすることにより、層(樹脂層)ごとに異なる機能を付与することで樹脂封止シートの物性を向上させることができる。樹脂封止シートが多層構造である場合、シート全体が、特定の吊下げ収縮率及びゲル分率、粘弾性或いはムーニー粘度を満たせばよい。また、多層構造の樹脂封止シートである場合、少なくともいずれかの層で密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含有すればよい。多層構造である樹脂封止シート全体における密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂の含有量は、特に限定されないが、70質量%以上であることが好ましく、より好ましくは80質量%以上であり、更に好ましくは90質量%以上である。以下、各層について説明する。
多層構造の場合、被封止物と接触する層(表面層)は、接着性樹脂として水酸基を持つオレフィン系共重合体、酸性官能基で末端若しくはグラフト変性された変性ポリオレフィン、グリシジルメタクリレートを含むエチレン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する樹脂層であることが好ましい。
内層としては、密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含む層;又はエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−脂肪族不飽和カルボン酸共重合体、エチレン−脂肪族不飽和カルボン酸エステル共重合体、及びポリオレフィン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂からなる層であることが好ましい。
本実施形態の樹脂封止シートを用いて太陽電池モジュールとすることができる。図1は、本実施形態の太陽電池モジュールの一態様の概略断面図である。すなわち、本実施形態の太陽電池モジュール1は、透光性絶縁基板2と、裏面絶縁基板3と、前記透光性絶縁基板2と前記裏面絶縁基板3との間に配置される発電素子4と、前記発電素子4を封止する樹脂封止シート5と、を少なくとも備える。
透光性絶縁基板としては、特に限定されないが、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、耐候性、撥水性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するための性能を具備することが好ましい。また、太陽光を有効に活用するために、光学ロスの小さい、透明性の高い部材であることが好ましい。
裏面絶縁基板としては、特に限定されないが、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、上述の透光性絶縁基板と同様に、耐候性、機械強度等の諸特性を求められる。したがって、透光性絶縁基板と同様の材質で裏面絶縁基板を構成してもよい。すなわち、透光性絶縁基板において用いることができる上述の各種材料を、裏面絶縁基板においても用いることができる。特に、ポリエステル樹脂、及びガラス基板を好ましく用いることができ、中でも、耐候性、コストの観点から、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)がより好ましい。
発電素子は、半導体の光起電力効果を利用して発電できるものであれば特に限定はなく、例えば、シリコン(単結晶系、多結晶系、非結晶(アモルファス)系)、化合物半導体(3−5族、2−6族、その他)等を用いることができ、中でも、発電性能とコストのバランスの観点から、多結晶シリコンが好ましい。
本実施形態における太陽電池モジュールの製造方法としては、特に限定はなく、例えば、透光性絶縁基板/樹脂封止シートa/発電素子/樹脂封止シートb/裏面絶縁基板の順に重ね、真空ラミネート装置を用いて150℃、15分間の条件で真空ラミネートすることにより製造することができる。特に、本実施形態の樹脂封止シートは、発電素子と透光性絶縁基板との間の隙間を埋める樹脂封止シートaとして少なくとも用いられることが好ましい。太陽光が本実施形態の樹脂封止シートを経て発電素子に到達するため、発電効率の向上に効果的に寄与することができる。
本実施例で用いた樹脂は以下のとおりである。
(1)線状低密度ポリエチレン1
商品名「アフィニティEG8200G」、ダウケミカル社製
(密度=0.870g/cm3、MFR=5.0g/10分、融点=63℃)
(2)線状低密度ポリエチレン2
商品名「アフィニティPF1140G」、ダウケミカル社製
(密度=0.897g/cm3、MFR=1.6g/10分、融点=96℃)
(3)線状低密度ポリエチレン3
商品名「アフィニティKC8852G」、ダウケミカル社製
(密度=0.875g/cm3、MFR=3.0g/10分、融点=68℃)
(4)線状低密度ポリエチレン4
商品名「エンゲージ8403」、ダウケミカル社製
(密度=0.913g/cm3、MFR=30g/10分、融点=107℃)
(5)グリシジルメタクリレート(GMA)を含むエチレン共重合体
商品名「ボンドファースト7B」、住友化学社製
(GMA=12質量%、VA=5質量%、密度=0.950g/cm3、MFR=7.0g/10分、融点=95℃)
(6)シランカップリング剤
商品名「KBM503」、信越化学社製
(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、比重1.04)
樹脂の密度は、JIS K 7112に準拠して測定した。
樹脂の融点は、JIS K 7121に準拠して測定した。
樹脂のメルトフローレート(MFR;190℃、2.16kg)は、JIS K 7210に準拠して測定した。
表1及び表2に示す樹脂を用いて、3台の押出機を使用して樹脂を溶融し、その押出機に接続された環状ダイから樹脂をチューブ状に溶融押出し、溶融押出にて形成されたチューブを上向きのダイレクトインフレ方法により製膜して溶融した樹脂封止シートを得た。これに冷風を吹き付けて冷却固化させて樹脂封止シートを得た。次いで、冷却固化した樹脂封止シートを赤外線ヒーターにより本加熱して軟質化された樹脂封止シートを、バックアップロールとエンボスロールの間に通過させることによりエンボス加工(エンボス形状:四角錘台形状、エンボス深さ:50μm)を施した。得られた樹脂封止シート(エンボスシート)に、EPS−800の電子線照射装置(日新ハイボルテージ社製)を用いて電子線を照射することで架橋処理を行った。これにより実施例1〜3、比較例1〜8の3層構造からなる樹脂封止シートを得た。同様に表3に示す樹脂を用いて3台の押出機に同一組成の樹脂を溶融押し出して比較例10の単層構造からなる樹脂封止シートを得た。
線状低密度ポリエチレン2(「アフィニティPF1140G」;密度=0.897g/cm3、MFR=1.6g/10分、融点=96℃)98質量%に対して、シランカップリング剤(「KBM503」3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)2質量%、ラジカル発生剤としてジクミルパーオキサイド0.1質量%を混合し、200℃で加熱溶融攪拌し、シラン変性樹脂を得た。続いて、シラン変性樹脂5質量%と線状低密度ポリエチレン2(「アフィニティPF1140G」)95質量%を混合し、比較例10と同様な操作により、比較例9の単層構造からなる樹脂封止シートを得た。当該樹脂封止シートは架橋処理を行わなかった。
得られた樹脂封止シート、透明保護材としてAGC社製の太陽電池用エンボス付き白板ガラス(厚さ3.2mm×横700mm×縦1000mm、封止材面は150μmエンボスあり)、発電素子としてE−TON社製の多結晶Siセル(6インチ角×厚さ200μm)、裏面保護材(バックシート)として三菱アルミパッケージング社製のPVF(40μm厚)/PET(250μm厚)/PVF(40μm厚)を用いて、太陽電池モジュールを作製した。6インチ多結晶セルを16枚(4列×4枚)に配置し、透明基板(透明保護材)/樹脂封止シート(a)/発電素子(200μm)/樹脂封止シート(b)/バックシート(裏面保護材)の順に重ね、LM型真空ラミネート装置(NPC社製)を用いて、150℃予熱5分とプレス10分のラミネート条件で真空ラミネートすることで太陽電池モジュールを製造し、各評価試験を行った。
JIS K 6796に準拠して、p−キシレン中で試料を8時間±5分沸騰して抽出し、抽出後の試料である不溶解部分の抽出前の試料に対する割合を次式により表示したものをゲル分率、樹脂封止シートの架橋度の尺度として用いた。
ゲル分率(質量%)=(抽出後の試料の質量/抽出前の試料の質量)×100
また、樹脂封止シートを、オーブンを用いて150℃で15分の熱履歴を行い、これを上記と同様の操作によりゲル分率を得た。これを太陽電池モジュール製造後の樹脂封止シートの架橋度の尺度として用いた。
得られた樹脂封止シートを幅20mm×長さ130mmにカットし、長さ方向で両端を10mmと20mmを残した中央部の100mmの長さの部分に0.5〜1.0mm太さの油性ペンにて表線をいれた。次いで、長さ方向20mmを残した端部をクリップで挟んで150℃のオーブンに吊下げ、オーブン温度指示値が150℃に復帰してから10分後に取り出して、表線間100mmからの寸法変化を測定して、次式により収縮率を求めた。2倍以上に伸びたもの(収縮率が−100%以下)は、「流動」と表記した。
収縮率(%)=100−試験後の表線間長さ(mm)
太陽電池用ガラス板(AGC社製、白板ガラス5cm×10cm角:厚さ3mm)/樹脂封止シート(厚さ600μm)/発電部分/樹脂封止シート/太陽電池用ガラス板の順に重ね、LM50型真空ラミネート装置(NPC社)を用いて150℃にて真空ラミネートし、発電部分の単結晶シリコンセルの樹脂封止シートとの接触状況を目視にて確認した。発電部分の単結晶シリコンセル(厚さ200μm)の両面にタブ線(厚さ300μm)を2本ずつ配線した。発電部分は、厚さ200μmのセルの両面の一部分に300μmの凸部が存在する形状であり、発電部分全体は200μm〜800μmの厚さとなった。発電部分の接触状況の判定は目視にて以下の基準により行った。
〇:発電部分である単結晶シリコンセルとタブ線と樹脂封止シートとの接触部分がすべて良好。(隙間なし)
×:発電部分である単結晶シリコンセルとタブ線と樹脂封止シートとの接触部分に隙間が生じた。あるいは、ラミネート時に封止シートが熱流動にすることによりガラス板端部より食み出た。(外観不良)
太陽電池用ガラス板(AGC社製、白板ガラス5cm×10cm角:厚さ3mm)/樹脂封止シート/発電部分(単結晶シリコンセル(厚さ250μm)/樹脂封止シート/太陽電池用ガラス板の順に重ね、LM50型真空ラミネート装置(NPC社)を用いて真空ラミネートし、積層した太陽電池の一方のガラス板を85℃に設定した恒温槽の壁面に固定し、24時間放置し、他方のガラス板とのズレを測定した。
〇:ガラス板のズレが3mm未満。
×:ガラス板のズレが3mm以上。
ティー・エイ・インスツルメンツ社製の多目的SMTレオメーター(ARES)を用いて、150〜250℃範囲(50℃刻み)で周波数分散について0.1〜100ラジアン/secの条件で溶融粘弾性(貯蔵弾性率(G’))の測定を行った。サンプルは直径50mmφに調整し、パラレルプレートを使用した。
得られた貯蔵弾性率(G’)により、下記(1)〜(3)に従って活性化エネルギー(ΔH)を算出した。
(1)150℃、200℃、250℃、で貯蔵弾性率(G’)を周波数範囲10−1〜102rad/secで測定した。
(2)得られた各温度の貯蔵弾性率曲線を移動し、重ね合わせの原理により、基準温度150℃でのマスターカーブを作成する。これにより、各温度でのシフトファクター(aT)を得た。
(3)得られたシフトファクターからアレニウスプロットにより活性化エネルギー(ΔH)を求めた。(式(1)参照)
Log(aT)=(ΔH/R)・(1/T−1/T0) (1)
aT:基準温度に対する温度Tでのシフトファクター
ΔH:活性化エネルギー(KJ/mol)
R :8.31447(J・K−1・mol−1)
T :測定温度(K)
To :基準温度(K)
JIS K 6300−1に準拠して上島製作所社製、ムーニー粘度計(MVR) MODEL VR−1130によって測定した。ローター形状がL型のローターを用いて、試験温度100℃、予熱1分、測定時間4分、回転数2RPMにて測定した。なお、試験結果は一回の試験結果で得られた値をJIS Z 8401によって丸め整数位で表した。
ASTM D−1003に準拠して、日本電色工業社製、ヘーズメーター(濁度計)NDH2000にて測定した。評価用サンプルとしては、太陽電池用ガラス板(AGC社製、白板ガラス5cm×10cm角:厚さ3mm)/樹脂封止シート/太陽電池用ガラス板の順に積層し、LM型真空ラミネート装置(NPC社製)を用いて真空ラミネートしたものを用いた。
全光線透過率Tt (=Td+Tp)
拡散光透過率Td (Dfs)
平行光透過率Tp (P.t)
曇価Hz(ヘイズ):散乱光透過率[=(全光線透過率−平行線透過率)/全光線透過率]
上記の方法により初期の樹脂封止シートの曇価を測定後、オーブン内で120℃、120時間処理した後に再度曇価を測定した。
JIS Z 8722色の測定方法に準拠して日本電色工業社製、色差計Z−300Aを用いてb値を測定した。評価用サンプルとしては、太陽電池用ガラス板(AGC社製、白板ガラス5cm×10cm角:厚さ3mm)/樹脂封止シート/バックシート(裏面保護材)の順に積層し、LM型真空ラミネート装置(NPC社)を用いて真空ラミネートしたものを用いた。
上記の方法により初期の樹脂封止シートの色差を測定後、オーブン内で120℃、120時間処理した後に再度色差測定した。
Claims (8)
- 密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
150℃の温度下でシートを吊下げた際の収縮率が0〜25%であり、かつゲル分率が0質量%以上1質量%未満である樹脂封止シート。 - 密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
ムーニー粘度が70〜90MIである樹脂封止シート。 - 密度0.860〜0.910g/cm3のポリエチレン系樹脂を含み、かつ架橋剤を含まず、
下記(1)及び(2)の条件を満たす樹脂封止シート。
(1)150〜250℃での溶融粘弾性測定によって算出した活性化エネルギーが75〜90kJ/molである。
(2)150℃、1rad/secでの貯蔵弾性率(G’)が6,000〜12,000Paである。 - 架橋処理が施されている請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂封止シート。
- 前記架橋処理が電離性放射線照射により施されている請求項4に記載の樹脂封止シート。
- 前記電離性放射線照射は30kGy以上60kGy以下の電離性放射線照射量である請求項5に記載の樹脂封止シート。
- 透光性絶縁基板と、前記透光性絶縁基板と対向して配置される裏面絶縁基板と、前記透光性絶縁基板と前記裏面絶縁基板との間に配置される発電素子と、前記発電素子を封止する、請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂封止シートと、を備える太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池モジュールに含有される前記樹脂封止シートのゲル分率が0質量%以上1質量%未満である請求項7記載の太陽電池モジュール。
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