JP5971178B2 - 太陽電池モジュール用シリコーン封止材及び太陽電池モジュール - Google Patents
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-
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Description
またEVAは、上記問題に留まらず、UV耐性が低く、長期間屋外に暴露されることにより変色が生じ、黄色あるいは褐色となるために、外観を損ねるという問題もあった。
(A)下記平均組成式(1)
RaR’bSiO(4-a-b)/2 (1)
(式中、Rはアルケニル基、R’は脂肪族不飽和結合を持たない非置換又は置換の炭素数1〜10の一価炭化水素基、a、bは、0<a≦2、0<b<3、0<a+b≦3を満たす数である。)
で表される一分子中に2個以上のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン 100質量部、
(B)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(A)成分のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対してケイ素
原子に結合した水素原子が0.4〜2.5倍モルとなる量、
(C)付加反応触媒 触媒量
を含んでなり、かつ該シリコーン封止材の硬化物の40℃・1mm厚みにおける水蒸気透過率が80g/m2・day以上であってその弾性率が0.1〜5.0MPaであることを特徴とする太陽電池モジュール用シリコーン封止材を提供する。また、本発明はかかるシリコーン封止材を用いてなる太陽電池モジュールを提供する。
熱硬化性シリコーン樹脂組成物
(A)成分のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンは、この組成物のベースポリマーであり、下記平均組成式(1)で表される、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するものである。
RaR’bSiO(4-a-b)/2 (1)
(式中、Rはアルケニル基、R’は脂肪族不飽和結合を持たない非置換又は置換の炭素数1〜10の一価炭化水素基、a、bは、0<a≦2、0<b<3、0<a+b≦3を満たす数である。)
(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、一分子中に少なくとも2個(通常、2〜300個)、好ましくは3個以上(例えば、3〜150個程度)、より好ましくは3〜100個程度のケイ素原子に結合した水素原子(すなわち、SiH基)を含有するものであり、直鎖状、分岐状、環状、あるいは三次元網状構造の樹脂状物のいずれでもよい。
HcR3 dSiO(4-c-d)/2 (2)
(式中、R3は独立に脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の一価炭化水素基、又はアルコキシ基であり、c及びdは、0<c<2、0.8≦d≦2かつ0.8<c+d≦3となる数であり、好ましくは0.05≦c≦1、1.5≦d≦2かつ1.8≦c+d≦2.7となる数である。また、一分子中のケイ素原子の数(又は重合度)は、2〜100個、特に3〜50個が好ましい。)
(式中、R3は前記と同じであり、s、tはそれぞれ0又は1以上の整数である。)
等で表されるものが挙げられる。
また、接着性をより向上させるために、(B)成分の少なくとも一部に、一分子中にエポキシ基及び/又はアルコキシ基を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることが好ましい。例えば、エポキシ基含有オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては下記のものが挙げられる。
(式中、R4はメチル基、エチル基等の炭素数1〜4のアルキル基であり、mは0以上、特に0〜40の整数、nは2以上、特に2〜20の整数、pは1以上の整数、特に1〜10、q、rは1〜3の整数である。)
本発明に用いる付加(ヒドロシリル化)反応触媒は、前記アルケニル基とケイ素原子に結合した水素原子(すなわち、SiH基)との付加反応を促進するための触媒であり、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として白金族金属系触媒等の周知の触媒が挙げられる。
特に、加速劣化試験として、プレッシャークッカー試験の他、温度サイクル試験、結露凍結試験を取り上げ、上記シリコーン封止材の硬化物がこれらの試験に耐え得るよう、上記物性値の範囲を満足するように予めシリコーン封止材を構成するそれぞれの成分の配合量にフィードバックをかけることが好ましい。
封止材がシリコーン樹脂の場合においては、硬化後のシリコーン樹脂が、水蒸気透過率が80g/m2・day以上、また弾性率0.1MPa以上5.0MPa以下の範囲内のいずれかであれば、このような現象は確認されない。
従って、上記熱硬化性シリコーン樹脂組成物の硬化物を太陽電池モジュール用シリコーン封止材として使用するに際し、該硬化物が、水蒸気透過率が80g/m2・day以上、また弾性率0.1MPa以上5.0MPa以下のいずれかの物性を満たすようにしておくことにより、上記加速劣化試験のいずれかに対してもバランスのよいものとなる。
先ず、図1(第一工程)のように、太陽光を入射させる表面ガラス2上にシリコーン封止材(熱硬化性シリコーン樹脂組成物)3を塗布し、温度80〜150℃、硬化時間1〜30分で熱硬化させ、図2(第二工程)のように、その上に予め個々の太陽電池セル4を電気的に接続して組みセルとしたセル・ストリングスを載置する。このとき、上記熱硬化性シリコーン樹脂組成物3は、完全に熱硬化させずに部分的に硬化した状態を保っていてもよい。次に、図3(第三工程)のように、セル・ストリングスの上に更にシリコーン封止材(熱硬化性シリコーン樹脂組成物)5を塗布することによって、セル・ストリングスを上記熱硬化性シリコーン樹脂組成物3,5又はその硬化物中に封入し、最後に、図4(第四工程)のように、その上に太陽光入射の反対側となる裏面シート又は裏面ガラス6を載置すると共に、再び、温度80〜150℃、硬化時間1〜30分で熱硬化させ、太陽電池セル4を完全に封止した太陽電池モジュール1とする。
図1のように、340mm×360mmの厚さ3.2mmの白板強化ガラス2上に第1の熱硬化性シリコーン樹脂組成物3をフローコーティングにより600μmの厚さで塗布した後、100℃のオーブンに投入し10分間の硬化時間で硬化させた。次に、図2のように、硬化させたシリコーン樹脂3の上にシリコン単結晶太陽電池セル4を2直×2並の組みセルにしたセル・ストリングスを載置した。次いで、図3のように、セル・ストリングス上に第2の熱硬化性シリコーン樹脂組成物5をフローコーティングにより100μmの厚さで塗布した後、更に図4に示すように、上部から縦340mm×横360mm×厚3.2mmの白板強化ガラス6を載置し、100℃のオーブンに投入し10分間の硬化時間で硬化させ、太陽電池モジュール1を完成させた。
得られた太陽電池モジュール1の初期の発電効率を測定するとともに、太陽電池モジュール1を2気圧、125℃、100RH%のプレッシャークッカー試験器に投入し、100時間経過後の発電効率を測定し、両者の発電効率差を求めた。
熱硬化性シリコーン樹脂組成物3,5に、これまで述べた配合範囲の(A)〜(C)成分を含む硬化後の弾性率が0.05、0.1、1、5、9(MPa)の5種類のメチル系シリコーン樹脂を使用したときの評価結果を表1〜3に示す。なお、それぞれの条件の水蒸気透過率は、弾性率が低い順から順に、165、160、145、80、40g/m2・dayである。
ここで、実施例1〜3、比較例1,2の組成は以下の通りである。
分子鎖両末端がビニルジメチルシロキシ基で封鎖された、23℃における粘度が1,000mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.012mol/100gであるジメチルポリシロキサン100質量部と、白金原子として1wt%含有する塩化白金酸ビニルシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液0.05質量部、付加反応制御剤として1−エチニル−1−ヘキサノール0.01質量部を加え、均一に混合した後、側鎖にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.0055mol/g)0.15質量部、末端にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.001mol/g)8質量部を混合し、100℃で1時間加熱硬化させた。この硬化物の弾性率は0.1MPaであった。
分子鎖両末端がビニルジメチルシロキシ基で封鎖された、23℃における粘度が1,000mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.012mol/100gであるジメチルポリシロキサン100質量部、(CH3)3SiO1/2単位、(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位及びSiO2単位からなる樹脂質共重合体[〔(CH3)3SiO1/2単位と(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位との合計〕/SiO2単位=0.8(モル比)、ビニル基含有量=0.0085mol/g]25質量部、白金原子として1wt%含有する塩化白金酸ビニルシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液0.06質量部、付加反応制御剤として1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルテトラシロキサン0.1質量部を混合した後、下記式で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン16質量部を均一に混合し、100℃で1時間加熱硬化させた。この硬化物の弾性率は1MPaであった。
分子鎖両末端がビニルジメチルシロキシ基で封鎖された、23℃における粘度が5,000mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.006mol/100gであるジメチルポリシロキサン100質量部、(CH3)3SiO1/2単位、(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位及びSiO2単位からなる樹脂質共重合体[〔(CH3)3SiO1/2単位と(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位との合計〕/SiO2単位=0.8(モル比)、ビニル基含有量=0.0085mol/g]100質量部、白金原子として1wt%含有する塩化白金酸ビニルシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液0.2質量部、付加反応制御剤として1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルテトラシロキサン0.8質量部、1−エチニル−1−ヘキサノール0.08質量部を混合した後、側鎖にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.015mol/g)8質量部、及び下記式で示されるオルガノハイドロジェンシロキサン1.5質量部を均一に混合し、100℃で1時間、続いて150℃で1時間加熱硬化させた。この硬化物の弾性率は5MPaであった。
分子鎖両末端がビニルジメチルシロキシ基で封鎖された、23℃における粘度が1,000mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.012mol/100gであるジメチルポリシロキサン100質量部と、分子鎖の片末端がビニルジメチルシロキシ基で封止された、23℃における粘度が1,000mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.0035mol/100gであるジメチルポリシロキサン60質量部、白金原子として1wt%含有する塩化白金酸ビニルシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液0.05質量部、付加反応制御剤として1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルテトラシロキサン0.005質量部を加え、均一に混合した後、側鎖にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.0055mol/g)0.15質量部、末端にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.001mol/g)12質量部を混合し、100℃で1時間加熱硬化させた。この硬化物の弾性率は0.05MPaであった。
分子鎖両末端がビニルジメチルシロキシ基で封鎖された、23℃における粘度が60mPa.sであり、ビニル基(Vi)含有量が0.06mol/100gであるジメチルポリシロキサン100質量部、(CH3)3SiO1/2単位、(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位及びSiO2単位からなる樹脂質共重合体[〔(CH3)3SiO1/2単位と(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2単位との合計〕/SiO2単位=0.8(モル比)、ビニル基含有量=0.0085mol/g]300質量部、白金原子として1wt%含有する塩化白金酸ビニルシロキサン錯体のジメチルポリシロキサン溶液0.6質量部、付加反応制御剤兼硬度調整剤として1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルテトラシロキサン12.5質量部を混合した後、側鎖にSi−H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(Si−H量:0.015mol/g)40質量部、及び下記式で示されるオルガノハイドロジェンシロキサン20質量部を均一に混合し、100℃で1時間、続いて150℃で1時間加熱硬化させた。この硬化物の弾性率は9MPaであった。
2 表面ガラス
3 熱硬化性シリコーン樹脂組成物(シリコーン封止材)
4 太陽電池セル
5 熱硬化性シリコーン樹脂組成物(シリコーン封止材)
6 裏面シート又は裏面ガラス
Claims (5)
- 太陽光を入射する表面ガラスと太陽光入射の反対側に配置される裏面シート又は裏面ガラスの間に介装する太陽電池セルを封止する太陽電池モジュール用シリコーン封止材であって、該シリコーン封止材が、
(A)下記平均組成式(1)
RaR’bSiO(4-a-b)/2 (1)
(式中、Rはアルケニル基、R’は脂肪族不飽和結合を持たない非置換又は置換の炭素数1〜10の一価炭化水素基、a、bは、0<a≦2、0<b<3、0<a+b≦3を満たす数である。)
で表される一分子中に2個以上のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン 100質量部、
(B)一分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(A)成分のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対してケイ素
原子に結合した水素原子が0.4〜2.5倍モルとなる量、
(C)付加反応触媒 触媒量
を含んでなり、かつ該シリコーン封止材の硬化物の40℃・1mm厚みにおける水蒸気透過率が80g/m2・day以上であってその弾性率が0.1〜5.0MPaであることを特徴とする太陽電池モジュール用シリコーン封止材。 - (A)成分が、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなり分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状のジオルガノポリシロキサンと、直鎖状のジオルガノポリシロキサンと分岐鎖状あるいは三次元網状のレジン状のオルガノポリシロキサンとの混合物であって、その直鎖状のジオルガノポリシロキサンとレジン状のオルガノポリシロキサンとの配合割合がそれぞれ質量比で60:40〜100:0である請求項1に記載される太陽電池モジュール用シリコーン封止材。
- (B)成分が、下記平均組成式(2)
H c R 3 d SiO (4-c-d)/2 (2)
(式中、R 3 は独立に脂肪族不飽和結合を含有しない非置換又は置換の一価炭化水素基、又はアルコキシ基であり、c及びdは、0<c<2、0.8≦d≦2かつ0.8<c+d≦3となる数であり、また、一分子中のケイ素原子の数は、2〜10個である。)
で表される請求項1又は2に記載される太陽電池モジュール用シリコーン封止材。 - (B)成分の少なくとも一部に、一分子中にエポキシ基及び/又はアルコキシ基を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いる請求項1〜3のいずれか1項に記載される太陽電池モジュール用シリコーン封止材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載されるシリコーン封止材を用いてなる太陽電池モジュール。
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