JP6046620B2 - 太陽電池裏面保護シート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
また、ポリエステルポリオールやポリエステルポリウレタンポリオールを含有する屋外用ポリウレタン系接着剤が提案されている(特許文献3)。
前記接着剤は、主剤固形分100重量部に対し、硬化剤の固形分を4〜12重量部とするものである。
(1)芳香族二塩基酸40〜70モル%と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸30〜60モル%とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール30〜40モル%を含む2価アルコール成分とを反応させてなる、重量平均分子量が70,000〜80,000の直鎖ポリエステルポリオール。
(2)芳香族二塩基酸60〜80モル%と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸20〜40モル%とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール70〜80モル%を含む2価アルコール成分とを反応させることにより得られるポリエステルポリオールに有機ジイソシアネートを反応させてなる、重量平均分子量が30,000〜40,000のポリエステルポリウレタンポリオール。
(3)数平均分子量が1,000〜2,000のビスフェノール型エポキシ樹脂。
(4)イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレートを有するポリイソシアネート。
前記最も厚い基材の厚みは125〜350μmとすることが好ましく、前記最も厚い基材と接する前記接着剤層の接着剤量は5g/m2を超えて30g/m2以下の範囲とすることが好ましい。
また、前記中間層基材は、複数あり、少なくとも一部において互いに前記接着剤層を介して接着されていることが好ましい。
また、前記直鎖ポリエステルポリオールと、前記ポリエステルポリウレタンポリオールとの合計100重量%中、前記直鎖ポリエステルポリオールが60〜80重量%であることが好ましい。
上記接着剤の硬化剤は、(4)イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレートを有するポリイソシアネートを含有する。本発明の接着剤は、主剤の固形分100重量部に対し、前記硬化剤の固形分を4〜12重量部含有する。より好ましくは、6〜12重量部であり、さらに好ましくは8〜10重量部である。
本発明で用いる直鎖ポリエステルポリオール(以下、単に「ポリエステルポリオール」とも言う)は、芳香族二塩基酸40〜70モル%と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸30〜60モル%とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール30〜40モル%を含む2価アルコール成分とを反応させてなる。上記条件を満たす範囲であれば、他の構造の二塩基酸や多価アルコール成分を含んでいてもよい。
なお、本発明における数平均分子量測定は東ソー社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)「HPC−8020」を用いた。GPCは溶媒(THF;テトラヒドロフラン)に溶解した物質をその分子サイズの差によって分離定量する液体クロマトグラフィーである。本発明における測定は、カラムに「LF−604」(昭和電工社製:迅速分析用GPCカラム:6MMID×150MMサイズ)を直列に2本接続して用い、流量0.6ML/MIN、カラム温度40℃の条件で行い、重量平均分子量(Mw)の決定はポリスチレン換算で行った。
本発明で用いるポリエステルポリウレタンポリオールは、芳香族二塩基酸60〜80モル%(好ましくは65〜75モル%)と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸20〜40モル%(好ましくは25〜35モル%)とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール70〜80モル%(好ましくは72〜78モル%)を含む2価アルコール成分とを反応させることにより得られるポリエステルポリオールに、有機ジイソシアネートを反応させてなる。
本発明で用いるビスフェノール型エポキシ樹脂は、数平均分子量が1,000〜2,000であり、更にエポキシ当量が500〜1,000g/eqであることが好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂を含むことにより、ビスフェノール骨格の疎水性によって、エポキシ基がエステル結合の加水分解により発生したカルボキシル基と反応して分子量低下を抑制することが期待される。
上記ポリエステルポリオールとポリエステルポリウレタンポリオール(以下、これらをまとめて「ポリオール成分」とも称する)の組成比は、特に限定されないが、ポリエステルポリオールを、ポリオール成分の合計100重量%中、60〜80重量%使用することが好ましく、65〜75重量%使用することがより好ましい。ポリオール成分中のポリエステルポリオールの割合を、80重量%以下とすることにより耐湿熱性をより効果的に引き出すことができる。一方、ポリエステルポリオールの割合を60重量%以上にすることにより低温での接着力をより良好にできる。従って、湿熱耐性と低温での接着力のバランスから、ポリオール成分中のポリエステルポリオールの割合は、60〜80重量%の範囲であることが好ましい。
本発明で用いる硬化剤は、イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレートを有するポリイソシアネートを含む。このイソシアヌレートは、主剤と混合した後のポットライフが長く、溶液安定性が良好である上、接着剤の長期に亘る耐湿熱性が得られる。このイソシアヌレートの含有量はポリイソシアネート中に50〜100重量%である。なお、イソシアヌレートとは、ジイソシアネートの三量体の意である。
また、主剤中のポリエステルポリオール及びポリエステルポリウレタンポリオールの水酸基の合計に対して、硬化剤中のイソシアネート基が当量比にして1.0〜10.0になるように配合されることが好ましく、空気中の水分との反応によるイソシアネート基の消失や、ラミネート後のエージング時間を考慮すると3.0〜7.0であることが好ましい。
耐候性を有する外層基材1)としては、例えば、ポリエチレン(PE)(高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン)、ポリプロピレン(PP)、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、フッ素樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリフッ化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリアミド系樹脂、その他の各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。これらの樹脂のフィルムまたはシートは、一軸又は二軸方向に延伸されているものでもよい。
太陽電池用裏面保護シートには、太陽電池モジュールを電圧印加による破損から保護する為に、太陽電池セルの発電容量に応じ、部分放電電圧600V、若しくは1,000Vの耐性が要求されることがある。部分放電電圧は、太陽電池裏面保護シートの厚みに依存するので、太陽電池裏面保護シートを構成する基材は、食品包装用積層体を構成する基材よりも厚いことが求められる。太陽電池裏面保護シートを構成する基材のうち、耐電圧性を担う中間層基材2)が、主として「厚さ」を担う。そこで、中間層基材2)の厚みは前記の通り、100〜350μmであることが好ましい。一方、太陽電池裏面保護シートを構成する基材が厚くなると、価格が高くなる。そこで、中間層基材2)の厚みは125〜350μmであることが好ましい。
密度0.91g/cm3の低密度ポリエチレン樹脂(LDPE)100kgに酸化チタン粒子25kgを添加し、十分に混練してLDPE樹脂組成物を調製した。次いで押出機で押出して厚み50μmの第1フィルムを作製した。
なお、ドライラミネート用接着剤は次の通りである。
なお、主剤1中のポリオールAとポリオールBとの合計のエステル結合度は、以下のようにして求めると0.89である。
即ち、各ポリオールの原料である二塩基酸:2価アルコール=1:1 (モル比)で反応したとして、そのエステル結合数を1とする。そのポリオール中の二塩基酸と2価アルコールの平均分子量(当量)を算出する。(反応時の脱水などを差し引いた)エステル結合数をその分子量で割り算したものを、エステル結合度と規定する。
式)エステル結合度=1/分子量値 (単位 /g)=100/分子量値 (単位 /100g)
ポリオールAのエステル結合度が0.93であり、ポリオールBのエステル結合が0.79であるので、主剤1のエステル結合度は、
(0.93×100+0.79×40)/(100+40)=0.89
となる。
後述する方法にて、接着力(25℃、15℃)、耐候性試験後の接着力(25℃)、トンネリングを評価した。
100部の主剤1に対して、硬化剤1をそれぞれ10部(実施例2)、6部(実施例3)、4部(実施例4)とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
固形分100部の主剤1に対して、硬化剤1の固形分を14部とした以外は、実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
実施例2の接着剤溶液を用い、乾燥後の接着剤層の量が3g/m2(実施例5)、5g/m2(実施例6)、15g/m2(実施例7)、20g/m2(実施例8)、25g/m2(実施例9)、30g/m2(実施例10)、35g/m2(比較例11)となるように調整した以外は、実施例2と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
第2フィルムとして厚さ250μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの代わりに厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡績社製:東洋紡エステルフィルムE5100)を用い、実施例2と同様の接着剤溶液を用いた。そして、硬化剤1を10重量部となるように調整した以外は、実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
使用する樹脂製フィルムの種類は実施例1と同様とし、使用する接着剤を変更した。
ポリオールA40部(固形分20部)、ポリオールB100部(固形分50部)、数平均分子量1,200でエポキシ当量600g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂30部及びエポキシ基含有オルガノシランカップリング剤3部を70℃で加熱・溶解・混合し、酢酸エチルで希釈して得られた固形分50%の樹脂溶液を主剤2とした。
数平均分子量1,200のエポキシ樹脂の代わりに、数平均分子量1,400、エポキシ当量700g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(実施例17)、数平均分子量1,000、エポキシ当量500g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(実施例18)をそれぞれ30部用いた以外は、実施例2と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
ポリオールAを120部(固形分60部)、ポリオールBを20部(固形分10部)とした以外は比較例1と同様にして固形分50%の樹脂溶液を主剤3とした。
主剤3と硬化剤1を100:14(重量比)で配合し、酢酸エチルで希釈して固形分30%に調整した溶液を接着剤溶液として用いた以外は、実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
ポリオールBを使用せず、ポリオールAを140部(固形分70部)とした以外は、比較例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
ポリオールAを使用せず、ポリオールBを140部(固形分70部)とした以外は、比較例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
イソホロンジイソシアネートの三量体を酢酸エチルで希釈して固形分50%の樹脂溶液の代わりに、トリレンジイソシアネートのTMPアダクト体を酢酸エチルで希釈して固形分50%の樹脂溶液としたものを硬化剤2とした。また、固形分100部の主剤1に対して硬化剤2の固形分を14部用いた。これ以外は実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
テレフタル酸ジメチル99.6部、エチレングリコール92.2部、ネオペンチルグリコール72.2部、酢酸亜鉛0.02部を反応缶に仕込み、窒素気流下で攪拌しながら160〜210℃に加熱してエステル交換反応を行い、理論量の97%のメタノールが留出した後、イソフタル酸77.5部、アジピン酸129.6部を仕込み、160〜240℃に加熱してエステル化反応を行った。反応缶を徐々に1〜2トールまで減圧した。酸価が0.8mgKOH/g以下で減圧反応を停止し、重量平均分子量が60,000のポリエステルポリオール(エステル結合度0.90モル/100g)を得た。酢酸エチルで希釈して得られた固形分50%の樹脂溶液を、ポリオールCとした。
100部のポリオールAの代わりに100部のポリオールCを用いた。また、固形分100部の主剤1に対して硬化剤1の固形分を14部(比較例7)、または10部(比較例8)用いた。これ以外は実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
なお、前記ポリオールCは、重量平均分子量が60,000であり、炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸を含まないので、本願発明におけるポリエステルポリオールAには該当しない。
ポリオールA40部(固形分20部)、ポリオールB100部(固形分50部)及びエポキシ基含有オルガノシランカップリング剤3部を70℃で加熱・溶解・混合し、酢酸エチルで希釈して得られた固形分50%の樹脂溶液を主剤4とした。また、100部の主剤4に対して硬化剤1を14部用いた。これ以外は、実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
数平均分子量1,200のエポキシ樹脂の代わりに、数平均分子量800、エポキシ当量400g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂を30部用いた以外は、実施例2と同様にして太陽電池用裏面保護シートを作製し、評価した。
<25℃初期接着力、15℃接着力>
実施例及び比較例で作製した太陽電池裏面保護シート(試料)を15mm幅・約150mm長さに切り出し、JIS K6854T型剥離試験に準拠し、接着力(=剥離強度)を測定した。試験機を用いて、25℃、15℃の雰囲気下にて、引張速度100mm/minで各樹脂フィルム層を180°剥離することで剥離強度を測定し、以下の基準にて評価した。
◎:12N/15mm以上
○:9N/15mm以上12N未満
△:6N/15mm以上9N未満
×:6N/15mm未満
ダンプヒート(試験条件85℃、85%)、1,000時間後、2,000時間後(屋外実曝露状態10年以上に相当)の接着力を試験前と同様にして25℃の雰囲気下にて測定し、初期を100%として剥離強度の保持率(%)を算出し、以下の基準にて評価した。
◎:2,000時間後に95%以上強度保持
○:2,000時間後に85%以上95%未満強度保持
△:2,000時間後に60%以上85%未満強度保持
×:2,000時間後に60%未満強度保持
実施例及び比較例で第1フィルム〜第3フィルムのラミネートを行い、1m幅の長尺の積層体を、外径(直径)170mmの紙製の筒の外周に長さ10m分、巻き付け、ロール状積層体を得た。巻芯を天地方向にした状態で前記ロール状積層体を立て、60℃で7日間エージングし、太陽電池裏面保護シートを得た。ロール状の太陽電池裏面保護シートの浮きの有無を観察した。浮きの生じた箇所の数で以下の基準にて評価した。「浮き」とは、接着剤層と基材との間に隙間が生じることをいう。
○:浮き無し
△:浮き5箇所以内
×:浮き5箇所以上
IEC部分放電試験(IEC61730−2,IEC60664−1)に準拠した方法によって、気中および油中にて測定を行った。
○:気中及び油中測定方法で1,000V以上であるもの
△:油中測定方法のみで1,000V以上であるもの
×:どの測定方法でも1,000Vに満たないもの
部分放電評価は、必ずしも太陽電池裏面保護シートに必須の特性ではないが、第2のフィルムとして250μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの代わりに厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた実施例12以外は、いずれのサンプルにおいても良好な結果が得られた。
Claims (5)
- 少なくとも、1)耐候性を有する外層基材、2)中間層基材、及び3)太陽電池モジュールに用いられる発電素子を封止するための封止材と良好な接着性を有する内層基材から構成され、
前記外層基材、前記中間層基材、及び前記内層基材のうちの最も厚い基材の少なくとも片面を接合する接着剤層が下記(1)〜(3)を含有する主剤と、下記(4)の硬化剤を含有する接着剤により形成され、
前記接着剤は、主剤の固形分100重量部に対し、前記硬化剤の固形分を4〜12重量部含有する太陽電池裏面保護シート。
(1)芳香族二塩基酸40〜70モル%と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸30〜60モル%とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール30〜40モル%を含む2価アルコール成分とを反応させてなる、重量平均分子量が70,000〜80,000の直鎖ポリエステルポリオール。
(2)芳香族二塩基酸60〜80モル%と炭素数9〜10の脂肪族二塩基酸20〜40モル%とを含む二塩基酸成分と、炭素数5以上の脂肪族2価アルコール70〜80モル%を含む2価アルコール成分とを反応させることにより得られるポリエステルポリオールに有機ジイソシアネートを反応させてなる、重量平均分子量が30,000〜40,000のポリエステルポリウレタンポリオール。
(3)数平均分子量が1,000〜2,000のビスフェノール型エポキシ樹脂。
(4)イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレートを有するポリイソシアネート。 - 前記最も厚い基材の厚みが125〜350μmであり、前記最も厚い基材と接する前記接着剤層の接着剤量が5g/m2を超えて30g/m2以下の範囲である請求項1記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記中間層基材は、複数あり、少なくとも一部において互いに前記接着剤層を介して接着されている請求項1又は2に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記直鎖ポリエステルポリオールと、前記ポリエステルポリウレタンポリオールとの合計100重量%中、前記直鎖ポリエステルポリオールが60〜80重量%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シートを備えた太陽電池モジュール。
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