JP6076598B2 - 低ヘイズ封入材を含む太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本出願は、米国仮特許出願第61/110486号明細書(出願日、2008年10月31日)および米国仮特許出願第61/141440号明細書(出願日、2008年12月30日)の優先権を主張するものである(それらの出願明細書の全てを、参照により引用し本明細書に組み入れる)。
以下の実施例のそれぞれにおいて使用されたアイオノマーは、以下のようにして製造した。最初に、アイオノマーの前駆体の酸含有コポリマー(すなわち、エチレンとメタクリル酸とのコポリマー)を、断熱連続撹拌式オートクレーブの中でフリーラジカル重合させることによって作製したが、これは、実質的に米国特許第5,028,674号明細書の実施例1に記載の手順に従ったが、以下の点で異なっていた:(1)エチレン対メタクリル酸の比率および重合開始剤の流量を調節することによって、反応器条件を、温度を約200℃〜約260℃、圧力を170〜240MPaの間に維持した;(2)反応器の中にプロパンテロゲンをフィードしなかった(CE13の場合を除く);(3)反応器中のメタノールの全濃度を、エチレン、メタクリル酸、メタノールおよび重合開始剤の溶液の全フィードを基準にして(または、CE13においては、プロパンテロゲン、エチレン、メタクリル酸、メタノール、および重合開始剤の溶液の全フィードを基準にして)約2〜5モル%に維持した;(4)反応器を通過して流れる原料の滞留時間が約5秒間〜2分間になるようにして、系を定常状態に維持した。さらに、合成する具体的な酸含有コポリマーに応じて、2種のフリーラジカル開始剤、過酢酸tert−ブチルまたは過オクタン酸tert−ブチルの一つを使用した。過酢酸tert−ブチルが重合開始剤である場合(E1、E2、E3、CE1、CE2、CE3、CE13、およびCE15)、無臭ミネラルスピリッツ中、50%濃度の溶液としてそれを使用した。過オクタン酸tert−ブチルが重合開始剤である場合(CE4、CE5、CE6、CE7、CE8、CE9、CE10、CE11、CE12、CE14、およびCE16)、無臭ミネラルスピリッツ中、90%濃度の混合物としてそれを使用した。次いで、溶融温度設定値200℃〜270℃での高剪断溶融混合条件下の単軸スクリュー押出機を使用するか、または米国特許第6,518,365号明細書の実施例1に記載されているような一般的な方法を使用するかのいずれかで、そのエチレンとメタクリル酸とからの前駆体コポリマーを、水酸化ナトリウム溶液を用いて部分的に中和させることによって、アイオノマーを得た。
2前駆体の酸含有コポリマー(それから、積層物中間層シートを形成するアイオノマーが誘導された)の中に含まれるメタクリル酸の共重合単位の重量パーセント;
3前駆体の酸含有コポリマーのメルトフローレート(MFR)は、アイオノマーのMFRに基づいて計算した;
4%中和ナトリウムは、中和された前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基のパーセントである;
5アイオノマーのメルトフローレート(MFR)、ASTM D1238に従い、190℃、2.16kgで測定;
6「n.d.」は、ASTM D3418−03に従って測定したときに、凍結エンタルピーが検出不能であるということを意味している。
表3に記載された12×12インチ(305×305mm)の太陽電池モジュールを組み立てて、以下に示す積層プロセス1(実施例E4〜13)または積層プロセス2(実施例E14〜23)のいずれかによって積層する。(適用できる場合には)層1および2はそれぞれ、入射層およびフロントシート封入材層を構成しており、層4および5はそれぞれ、バックシート封入材層およびバックシートを構成している。
・FPFは、コロナ表面処理したTedlar(登録商標)フィルム(厚み1.5ミル(0.038mm))であって、E.I.du Pont de Nemours and Co.,Inc.の製品である。
・ガラス1は、PPG Corporation製のStarphire(登録商標)ガラスである。
・ガラス2は、クリア焼き鈍しをしたフロートガラス板層(厚み2.5mm)である。
・ガラス3は、Solex(登録商標)ソーラーコントロールガラス(厚み3.0mm)である。
・アイオノマー1は、E1で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み60ミル(1.50mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー2は、E1で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー3は、E2で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー4は、E3で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー5は、E2で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み45ミル(1.14mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー6は、E2で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み35ミル(0.89mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー7は、E3で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み45ミル(1.14mm)のエンボス加工シートである。
・太陽電池1は、厚み125μmのステンレス鋼基材を有する、10×10インチ(254×254mm)のa−Siベースの薄膜式太陽電池である(米国特許第6,093,581号明細書、実施例1)。
・太陽電池2は、10×10インチ(254×254mm)のCISベースの薄膜式太陽電池である(米国特許第6,353,042号明細書、カラム6、ライン19)。
・太陽電池3は、10×10インチ(254×254mm)のCdTeベースの薄膜式太陽電池である(米国特許第6,353,042号明細書、カラム6、ライン49)。
・太陽電池4は、10×10インチ(254×254mm)の多結晶EFG成長法ウェーハから作製したシリコン太陽電池である(米国特許第6,660,930号明細書、カラム7、ライン61)。
・太陽電池5は、12×12インチ(305×305mm)のガラスシートの上に支持された膜式太陽電池である(米国特許第5,512,107号明細書;米国特許第5,948,176号明細書;米国特許第5,994,163号明細書;米国特許第6,040,521号明細書;米国特許第6,137,048号明細書;および米国特許第6,258,620号明細書)。
本明細書において使用するのに適したアイオノマーおよび先行技術のアイオノマーの凍結エンタルピーを、上述の方法に従って、DSCにより求めた。図4に、比較例CE17の結果を示す。具体的には、図4は先行技術のアイオノマーのDSC曲線であるが、そのアイオノマーサンプルに出入りする熱の流れに相当するピークを明瞭に示している。それらのピークを積分すると、その物質の相転移のエンタルピーが得られる。図5に、実施例E24の結果を示すが、具体的には、それは、本明細書で使用するのに適したアイオノマーのDSC曲線である。対照的に図5は、本明細書で使用するのに適したアイオノマーの凍結エンタルピーが、微々たるほどに小さいか、または検出不能であることを示している。
以下の実施例においては、上述と類似のプロセスにより、2種のアイオノマー樹脂(ION AおよびION B)を製造した。次いで、それらのアイオノマーまたはそれらのブレンド物を、表1に記載の温度プロファイル設定とした、直径25mmのKillion押出機の中にフィードして、押出注型して、ポリマーシートとした。そのようにして得られたポリマーシートを、次いでガラス積層物を形成させるのに使用した。
E28およびCE20においては、亜鉛アイオノマー(ION C、E28)およびナトリウムアイオノマー(ION D、CE20)を、上述のようにして製造した。具体的には、ION Cは、23重量%のメタクリル酸の共重合単位を含むエチレンとメタクリル酸とのコポリマーを、亜鉛イオン含有塩基を用いて23%の中和を行ったものであり、24g/10分(190℃、2.16kg)のMFRを有していた。そのION Cの前駆体のエチレン−メタクリル酸コポリマーのMFRは、中和の前には、220g/10分(190℃、2.16kg)であった。ION Dは、19重量%のメタクリル酸の共重合単位を含むエチレンとメタクリル酸とのコポリマーを、ナトリウムイオン含有塩基を用いて45%の中和を行ったものであり、4.5g/10分(190℃、2.16kg)のMFRを有していた。そのION Dの前駆体のエチレン−メタクリル酸コポリマーのMFRは、中和の前には、225g/10分(190℃、2.16kg)であった。
表5に記載されている12×12インチ(305×305mm)の太陽電池モジュールを組み立てて、上述のE4〜E23のようにして、積層プロセス1(実施例E29〜38)または積層プロセス2(実施例E39〜48)のいずれかによって積層した。
・アイオノマー8は、E27で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み60ミル(1.50mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー9は、E25で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー10は、E26で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー11は、E27で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み20ミル(0.51mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー12は、E26で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み45ミル(1.14mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー13は、E26で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み35ミル(0.89mm)のエンボス加工シートである。
・アイオノマー14は、E27で使用したのと同一のアイオノマーから作製した、厚み45ミル(1.14mm)のエンボス加工シートである。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
1 太陽電池層およびアイオノマーシートを含む太陽電池モジュールであって、
(A)前記太陽電池層が、単一の太陽電池または複数の電気的に相互接続された太陽電池含むか、または前記太陽電池層が、フロントの太陽に面する側とバックの太陽に面さない側とを有するか、または前記太陽電池が、結晶質シリコンおよび多結晶シリコーンをベースとする太陽電池からなる群より選択されるウェーハベースの太陽電池であるか、または前記太陽電池が、非晶質シリコン、微結晶シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウムセレニド、銅インジウム/ガリウムジセレニド、吸光性色素、および有機半導体をベースとする太陽電池からなる群より選択される薄膜式太陽電池であり;
(B)前記アイオノマーシートが、アイオノマー組成物を含み、前記アイオノマー組成物が、第一のアイオノマーを含み、第二のアイオノマーを含んでいてもよく;
(C)前記第一のアイオノマーが、第一の前駆体の酸含有コポリマーの中和反応生成物であって、ここで、(i)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、2〜10個の炭素原子を有する第一のα−オレフィンの共重合単位、および前記第一の前駆体の酸含有コポリマーの全重量を基準にして約20〜約30重量%の、3〜8個の炭素原子を有する第一のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合単位を含んでおり;(ii)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、ASTM D1238に従い、190℃、2.16kgで測定して約70〜約1000g/10分のメルトフローレートを有しており;そして(iii)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、前記前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基の全数を基準にして、約40%〜約90%のレベルに中和され、かつ実質的にナトリウムカチオンからなる対イオンを含んでいる場合に、ナトリウムアイオノマーを生成し、そして前記ナトリウムアイオノマーが、約0.7〜約25g/10分(190℃、2.16kg)のメルトフローレート、およびASTM D3418に従った示差走査熱量測定によって求めたときに、検出不能であるか、または約3.0j/g未満である凍結エンタルピーを有しており;そして
(D)前記第二のアイオノマーが、第二の前駆体の酸含有コポリマーの中和反応生成物であって、ここで、(i)前記第二の前駆体の酸含有コポリマーが、2〜10個の炭素原子を有する第二のα−オレフィンの共重合単位、および約18〜約30重量%または約20〜約25重量%の3〜8個の炭素原子を有する第二のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合単位を有しており;(ii)前記第二のα−オレフィンが、前記第一のα−オレフィンと同じであっても、異なっていてもよく;(iii)前記第二のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸が、前記第一のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸と同じであっても、異なっていてもよく;(iv)前記第二の前駆体の酸含有コポリマーが、約60g/10分以下のメルトフローレート(190℃、2.16kg)を有しており;そして(v)前記第二のアイオノマーが、約10g/10分以下のメルトフローレート(190℃、2.16kg)を有している、太陽電池モジュール。
2 前記第一の前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基の全含量の約40%〜約70%が、ナトリウムイオン含有塩基によって中和されている、上記1に記載の太陽電池モジュール。
3 前記第一の前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基の全含量の約10%〜約60%が、亜鉛イオン含有塩基によって中和されている、上記1に記載の太陽電池モジュール。
4 前記第一および第二のアイオノマーがそれぞれ、ナトリウムイオン含有塩基によって中和されている、上記1に記載の太陽電池モジュール。
5 前記アイオノマー組成物が、前記アイオノマー組成物の全重量を基準にして、約60〜約95重量%の前記第一のアイオノマーおよび約5〜約40重量%の前記第二のアイオノマーを含む、上記1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6 前記アイオノマーシートが、単層シートの形態にあって、実質的に前記アイオノマー組成物からなるか、または、前記アイオノマーシートが、多層シートの形態にあって、2層以上の副層を含み、ここで前記副層の少なくとも1層が、実質的に前記アイオノマー組成物からなっており、その他の(1層または複数層の)副層のそれぞれが、酸含有コポリマー、酸含有コポリマーのアイオノマー、ポリ(エチレン酢酸ビニル)、ポリ(ビニルアセタール)、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、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−エチレン性不飽和カルボン酸エステルとのコポリマー、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂、およびそれらの2種以上の組合せ、からなる群より選択されるポリマーを含む、上記1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
7 前記アイオノマーシートが、約1〜約120ミル(約0.025〜約3mm)の全厚みを有する、上記1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
8 前記アイオノマーシートが、前記太陽電池層に直接積層されている、上記1〜7のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
9 前記太陽電池層の太陽に面する側に積層されたフロント封入材層、および前記太陽電池層の太陽に面さない側に積層されたバック封入材層を含み、前記フロント封入材層とバック封入材層の一方が前記アイオノマーシートであり、前記フロント封入材層とバック封入材層の他方が、酸含有コポリマー、酸含有コポリマーのアイオノマー、ポリ(エチレン酢酸ビニル)、ポリ(ビニルコポリマーアセタール)、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリオレフィンブロックエラストマー、α−オレフィンとα,β−エチレン性不飽和カルボン酸エステルとのコポリマー、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂、およびそれらの組合せからなる群より選択されるポリマー材料を含むか、または、前記太陽電池モジュールが、前記アイオノマーシートの内の2枚を含み、前記フロント封入材層とバック封入材層のそれぞれが、前記2枚のアイオノマーシートの内の1枚である、上記1〜8のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
10 入射層および/またはバッキング層をさらに含み、前記入射層が、前記モジュールの最外表面層であって、前記太陽電池層の太陽に面する側の上に位置しており、前記入射層が、(i)ガラスシート、(ii)ポリカーボネート、アクリル樹脂、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、およびそれらの2種以上の組合せからなる群より選択されるポリマーを含むポリマーシート、および(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、アクリル樹脂、セルロースアセテート、セロファン、ポリ(塩化ビニル)、フルオロポリマー、およびそれらの2種以上の組合せからなる群より選択されるポリマーを含むポリマーフィルム、からなる群より選択され、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、前記太陽電池層の受光しない側の上に位置しており、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より選択され、そして、前記ポリマーシートが、ポリカーボネート、アクリル樹脂、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、およびそれらの2種以上の組合せからなる群より選択されるポリマーを含み;そして、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、アクリル樹脂、セルロースアセテート、セロファン、ポリ(塩化ビニル)、フルオロポリマー、およびそれらの2種以上の組合せからなる群より選択されるポリマーを含む、上記9に記載の太陽電池モジュール。
11 その位置の順で、実質的に(i)入射層、(ii)前記太陽電池層の太陽に面する側に積層されたフロント封入材層、(iii)太陽電池層、(iv)前記太陽電池層の受光しない側に積層されたバック封入材層、および(v)バッキング層からなり、前記フロント封入材層または前記バック封入材層の内の一つが、アイオノマーシートである、上記1〜10のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
12 その位置の順で、実質的に(i)入射層、(ii)前記アイオノマーシートを含むフロント封入材層、および(iii)前記太陽電池層、からなり、前記太陽電池層が、その上に前記薄膜式太陽電池が析出される基材を含み、そして前記基材が、前記基材が前記モジュールの最外表面となるような位置にあり、かつ前記太陽電池層の前記太陽に面さない側の上に位置している、上記1〜9のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
13 その位置の順で、実質的に(i)前記太陽電池層、(ii)前記アイオノマーシートを含むバック封入材層、および(iii)バッキング層、からなり、前記太陽電池層が、その上に前記薄膜式太陽電池が析出される上側基材を含み、前記上側基材が、前記上側基材が前記太陽電池層の太陽に面する側の上で、前記モジュールの最外表面であるように位置している、上記1〜9のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
14 太陽電池モジュールを製造するための方法であって、(i)上記1〜13のいずれかに記載の前記成分層をすべて含むアセンブリを備えるステップ、および(ii)前記太陽電池モジュールを形成させるために前記アセンブリを積層するステップ、を含む方法。
15 前記積層するステップが、前記アセンブリを加熱することによって実施され、減圧または加圧してもよい、上記14に記載の方法。
Claims (3)
- 太陽電池層およびアイオノマーシートを含む太陽電池モジュールであって、
(A)前記太陽電池層が、単一の太陽電池または複数の電気的に相互接続された太陽電池を含むか、または前記太陽電池層が、フロントの太陽に面する側とバックの太陽に面さない側とを有するか、または前記太陽電池が、結晶質シリコンおよび多結晶シリコーンをベースとする太陽電池からなる群より選択されるウェーハベースの太陽電池であるか、または前記太陽電池が、非晶質シリコン、微結晶シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウムセレニド、銅インジウム/ガリウムジセレニド、吸光性色素、および有機半導体をベースとする太陽電池からなる群より選択される薄膜式太陽電池であり;
(B)前記アイオノマーシートが、アイオノマー組成物を含み、前記アイオノマー組成物が、第一のアイオノマーを含み;そして
(C)前記第一のアイオノマーが、第一の前駆体の酸含有コポリマーの中和反応生成物であって、第一の前駆体の酸含有コポリマーは、第一の前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基の全数を基準にして、ナトリウムイオンにより40〜60重量%のレベルになるように中和され、ここで、(i)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、2〜10個の炭素原子を有する第一のα−オレフィンの共重合単位、および前記第一の前駆体の酸含有コポリマーの全重量を基準にして20〜30重量%の、3〜8個の炭素原子を有する第一のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合単位を含んでおり;(ii)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、ASTM D1238に従い、190℃、2.16kgで測定して100〜500g/10分のメルトフローレートを有しており;そして(iii)前記第一の前駆体の酸含有コポリマーが、前記前駆体の酸含有コポリマーの中に存在しているカルボン酸基の全数を基準にして、40%〜90%のレベルに中和され、かつナトリウムカチオンからなる対イオンを含んでいる場合に、ナトリウムアイオノマーを生成し、そして前記ナトリウムアイオノマーが、0.7〜25g/10分(190℃、2.16kg)のメルトフローレート、およびASTM D3418に従った示差走査熱量測定によって求めたときに、検出不能であるか、または3.0j/g未満である凍結エンタルピーを有している、太陽電池モジュール。 - 前記アイオノマー組成物がさらに第二のアイオノマーを含み、
(D)前記第二のアイオノマーが、第二の前駆体の酸含有コポリマーの中和反応生成物であって、ここで、(i)前記第二の前駆体の酸含有コポリマーが、2〜10個の炭素原子を有する第二のα−オレフィンの共重合単位、および18〜30重量%または20〜25重量%の3〜8個の炭素原子を有する第二のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合単位を有しており;(ii)前記第二の前駆体の酸含有コポリマーが、60g/10分以下のメルトフローレート(190℃、2.16kg)を有しており;そして(iii)前記第二のアイオノマーが、10g/10分以下のメルトフローレート(190℃、2.16kg)を有している、請求項1に記載の太陽電池モジュール。 - 太陽電池モジュールを製造するための方法であって、(i)請求項1に記載の前記成分層をすべて含むアセンブリを備えるステップ、および(ii)前記太陽電池モジュールを形成させるために前記アセンブリを積層するステップ、を含む方法。
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