JP6597011B2 - 太陽電池モジュール用の封止材一体型裏面保護シート及びそれを用いてなる太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール用の封止材一体型裏面保護シート及びそれを用いてなる太陽電池モジュール Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池モジュール用の封止材一体型裏面保護シート及びそれを用いてなる太陽電池モジュールに関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。現在、種々の形態からなる太陽電池モジュールが開発され、提案されている。一般に太陽電池モジュールは、ガラス等からなる透明前面基板と太陽電池素子と裏面保護シートとが、封止材シートを介して積層された構成である。
封止材シートには、透明性や、太陽電池素子の埋まり込み性を満たすために柔軟性が要求される。例えば、樹脂組成物としてポリエチレンを主剤樹脂とした封止材シートの場合には、ポリエチレンの密度を低密度にすることによって透明性や柔軟性を向上することができる。しかし、低密度化は、一方で、高温環境下での長期使用時において柔軟性が過剰に上昇することによる製品劣化のリスクにつながる基材樹脂の耐熱性不足という問題を生じさせる。
特許文献1及び特許文献2の封止材シートにおいては、架橋剤によって耐熱性を付与している。例えば特許文献1では1%程度の架橋剤が添加されており、特許文献2においてもゲル分率が30%以上となる量の架橋剤が添加されている。この場合、確かに耐熱性は向上するが、封止材に求められる太陽電池素子の保護性能を担保するための柔軟性の維持が困難となる。そして、成形中に架橋が進行すると製膜性が低下するため、特許文献1のように成形を低温で行なって架橋反応を成形後に再度行う等の配慮が必要であり、生産性の面での更なる改善が強く求められる。
又、長期使用時における製品劣化として、例えば発電効率の長期維持率の問題がある。太陽電池モジュールが温度昇降する環境下に晒されることにより、太陽電池モジュールの集電用の配線が伸縮する。ここで、集電用の配線は封止材シートに接触しており、封止材シートによって集電用の配線の伸縮が抑制される。しかし、封止材シートが集電用の配線の伸縮を十分に抑制することができない封止材シートである場合、集電用の配線の伸縮が大きくなるため、太陽電池素子と集電用の配線との接触が悪化する。そのため、太陽電池モジュールの長期使用により太陽電池素子と集電用の配線とが接触不良となった配線が増加し、太陽電池モジュールの発電効率が低下するという問題が生じる。
特開2000−91611号公報 特開2009−10277号公報
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、低密度ポリエチレンを主に用いた封止材一体型裏面保護シートであって、長期間にわたって太陽電池モジュールが温度昇降を繰り返す環境下に晒されることによって生じる太陽電池素子と集電用の配線との接触不良を抑えることが可能であり、太陽電池モジュールの発電効率の低下が少ない封止材一体型裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、封止材一体型裏面保護シートの封止材シートの熱機械分析(TMA試験)に着目し、熱機械分析(TMA)試験の各サイクル終了時の封止材シートへの針の押込み深さ(μm)からNサイクル終了時とN−1サイクル終了時との封止材シートへの針の押込み深さの差の絶対値Da(N、N−1)を求め、Da(N、N−1)が所定の範囲にある封止材一体型裏面保護シートであれば、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1)コア層とスキン層とを有する多層シートである封止材シートと、裏面保護シートと、が前記封止材シートの前記スキン層が最外層側に露出する態様で積層されてなる太陽電池モジュール用の封止材一体型裏面保護シートであって、前記封止材シートのコア層及びスキン層には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンが各層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有されていて、前記封止材シートの膜厚が200μm以上400μm以下であり、下記条件の熱機械分析(TMA)試験を5サイクル行うことによって得られ、所定の時間(分)と前記封止材一体型裏面保護シートの前記封止材シートからの針の押込深さ(μm)との関係を示すTMA曲線において、下記条件の熱機械分析(TMA)試験の各サイクル終了時の所定の時間(分)と前記封止材シートへの針の押込み深さ(μm)からNサイクル終了時とN−1サイクル終了時との前記封止材シートへの針の押込み深さの差の絶対値Da(N、N−1)(μm)を求め、前記Da(N、N−1)におけるDa(2、1)が10μm以下であり、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値が8.0μm以下である封止材一体型裏面保護シート。
(TMA試験:TMA装置にφ10mmの封止材一体型裏面保護シートをセットし、温度100℃定温とし、φ1mmの針に押込みその時の押込み深さ(μm)を測定する。押込み圧力は、試験開始0分から2分までは50kPa/分として昇圧し、2分から3分までは100kPaとして一定圧とし、3分から5分までは−50kPa/分として降圧し、5分から6分までは0kPaとし、6分経過した時点を1サイクルとする。)
(2)前記封止材シートがスキン層/コア層/スキン層の3層構造を有する多層シートである(1)に記載の封止材一体型裏面保護シート。
(3)前記封止材シートのコア層には、ポリプロピレンがコア層組成物の全樹脂成分中5質量%以上40質量%以下含有する(1)又は(2)に記載の封止材一体型裏面保護シート。
(4)前記裏面保護シートがポリエチレンテレフタレート樹脂及び/又は耐加水分解ポリエチレンテレフタレート樹脂を含んで構成されている(1)から(3)のいずれかに記載の封止材一体型裏面保護シート。
(5)(1)から(4)のいずれかに記載の封止材一体型裏面保護シートが太陽電池素子の非受光面側に、前記封止材シートの前記スキン層が対面する態様で、積層されている太陽電池モジュール。
本発明の封止材一体型裏面保護シートは、長期間にわたって太陽電池モジュールが温度昇降を繰り返す環境下に晒されることによって生じる太陽電池素子と集電用の配線との接触不良を抑えることが可能であることから、太陽電池モジュールの発電効率の低下が少ない封止材一体型裏面保護シートである。
本発明の一実施形態の封止材シートの層構成を示す断面の模式図である。 本発明の一実施形態の封止材シートを用いてなる封止材一体型裏面保護シートの層構成を示す断面の模式図である。 本発明の一実施形態の封止材一体型裏面保護シートを用いてなる太陽電池モジュールの層構成の一例を示す断面の模式図である。 従来の一般的な太陽電池モジュールの層構成の一例を示す断面の模式図である。 実施例の封止材一体型裏面保護シートに係る熱機械分析試験(TMA試験)において、時間(分)と封止材シートへの針の押し込み深さ(μm)との関係を示したグラフである。なお、時間(分)は1サイクル終了時を0分としている。 比較例の封止材一体型裏面保護シートに係る熱機械分析試験(TMA試験)において、時間(分)と封止材シートへの針の押し込み深さ(μm)との関係を示したグラフである。なお、時間(分)は1サイクル終了時を0分としている。
以下、本発明の封止材一体型裏面保護シート、及び、それを用いた太陽電池モジュールの一実施態様について説明する。本発明は以下に記載される実施形態に何ら限定されるものではない。
<太陽電池モジュールの基本構成>
先ず、本実施形態の封止材一体型裏面保護シートを含んで構成される太陽電池モジュール10の基本構成について、図3を用いて説明する。太陽電池モジュール10は、非受光面側から、本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1、太陽電池素子2、受光面側封止材シート3、受光面側の最外層に配置される透明前面基板4が順に積層された構成である。
又、太陽電池素子2と受光面側封止材シート3との間には、太陽電池素子2から電気を取り出す配線である集電用の配線(図示せず)が配置されている。集電用の配線は、太陽電池素子2の受光面側に配置される。なお、集電用の配線の本数は特段限定されるものではないが、例えば2、3本程度配置される太陽電池モジュールを例示することができる。
ここで、図4は、従来の一般的な太陽電池モジュール(太陽電池モジュール10A)の層構成を示すものである。従来型の太陽電池モジュール10Aは、非受光面側から、裏面保護シート6、非受光面側封止材シート5、太陽電池素子2、受光面側封止材シート3、受光面側の最外層に配置される透明前面基板4が順に積層された構成を有する。
本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1は、耐熱性等を保持したまま薄型化が可能な本実施形態に関する封止材シート11と、バリア性を有する裏面保護シート12と、が一体積層されてなる多層シートである(図2参照)。よって、これを用いた太陽電池モジュール10においては、太陽電池素子3の両面に従来品の封止材シートを積層した従来一般的な太陽電池モジュール10Aよりも、太陽電池モジュールをより一層の薄型化を実現することができる。
太陽電池モジュール10に用いる太陽電池素子2としては、例えば、アモルファスシリコン型、結晶シリコン型、CdTe型、CIS型、GaAs型、その他、特に限定なく従来公知の様々な太陽電池素子を用いることができる。
受光面側封止材シート3は、太陽電池モジュール10内において、主には太陽電池素子2を外部衝撃から保護するために太陽電池素子2の表面を覆って配置される樹脂シートである。受光面側封止材シート3を形成する樹脂基材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、アイオノマー、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を適宜用いることができる。
透明前面基板4は、一般にガラス製の基板である。透明前面基板4は、又、太陽電池モジュール10の耐候性、耐衝撃性、耐久性を維持しつつ、且つ、太陽光線を高い透過率で透過させるものであれば特に限定されるものではない。
例えば、従来型の太陽電池モジュール10A(図4)における一般的な態様として、裏面保護シート6の厚さは70μm〜200μm程度であり、非受光面側封止材シート5の厚さは400〜600μm程度であるので太陽電池素子2の非受光面側に積層される封止材シートと裏面保護シートとを含んでなる樹脂基材層の総厚さは概ね500μmから800μm程度となる。これに対して本発明の太陽電池モジュール10(図3)においては、太陽電池素子2の非受光面側に積層される封止材一体型裏面保護シート1の総厚さを、300μm〜600μm程度とすることができる。又、有色顔料を含まない態様の封止材シートを、受光面側封止材シートとして配置することによって、太陽電池モジュールの総厚さをよりいっそう薄くすることも可能である。
<封止材一体型裏面保護シート>
図2に示す通り、封止材一体型裏面保護シート1は、封止材シート11と裏面保護シート12とを一体形成してなる多層の樹脂シートである。封止材一体型裏面保護シート1の厚さは、特に限定されないが、300μm以上600μm以下程度の範囲の厚さを一般的な例として、又、350μm以上480μm以下の範囲の厚さである例をより好ましい実施形態の具体的な例として挙げることができる。そして、封止材一体型裏面保護シート1は、封止材シート11が太陽電池素子2の非受光面側と対面する態様で太陽電池モジュール10内に配置されて用いられる。以下、本実施形態の封止材一体型裏面保護シートに関するTMA試験について説明する。
[TMA試験]
本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1は、熱機械分析試験(以下、TMA試験と表記することがある。)を5サイクル行い、各サイクル終了時の封止材シートへの針の押込み深さ(μm)を所定の範囲とする。具体的には、TMA試験から、所定の時間(分)と封止材一体型裏面保護シートの封止材シート11からの針の押込深さ(μm)との関係を示すTMA曲線を求める。そして、TMA試験の各サイクル終了時の封止材シート11への針の押込み深さ(μm)からDa(N、N−1)(μm)を求める。ここで本明細書において、Da(N、N−1)とは、上記TMA曲線において、Nサイクル終了時とN−1サイクル終了時との封止材シート11への針の押込み深さの差の絶対値を意味し、ある1つのサイクル数(Nサイクル)の針の押込み深さとそのサイクル数の1つ前のサイクル数(N−1サイクル)の針の押込み深さの差の絶対値(μm)を意味する。
本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1は、Da(2、1)が10μm以下であり、且つ、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値が8.0μm以下とする。Da(2、1)の値と、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値を最適化することによって、長期間にわたって太陽電池モジュールが温度昇降を繰り返す環境下に晒されることによって生じる太陽電池素子と集電用の配線との接触不良を抑えることが可能であるため、太陽電池モジュールの発電効率の低下が少ない封止材一体型裏面保護シートとすることができる。なお、本明細書において、封止材シート11への針の押込み深さ(μm)とは、封止材シート11の表面を基準にして表面に押し込まれた針の深さの絶対値を意味する。
ここで本発明におけるTMA試験とは、TMA装置にφ10mmの封止材一体型裏面保護シートをセットし、温度100℃定温とし、φ1mmの針に押込みその時の押込み深さ(μm)を測定する。押込み圧力は、試験開始0分から2分までは50kPa/分として昇圧し、2分から3分までは100kPaとして一定圧とし、3分から5分までは−50kPa/分として降圧し、5分から6分までは0kPaとし、6分経過した時点を1サイクルとするものである。
サイクル終了時の封止材シート11への針の押込み深さ(μm)は、封止材シート11の集電用の配線の伸縮を抑制することのできる特性を表す指標である。Nサイクル終了時とN−1サイクル終了時との封止材シート11への針の押込み深さの差の絶対値が大きい封止材一体型裏面保護シートは、針の押込み深さの差の絶対値が小さい封止材一体型裏面保護シートと比較して、集電用の配線の伸縮を十分に抑制することができない封止材一体型裏面保護シートであることを意味する。
そのため、Da(2、1)やNサイクル終了時とN−1サイクル終了時との封止材シート11への針の押込み深さの差の絶対値が大きい封止材一体型裏面保護シートは、太陽電池モジュールの長期使用により太陽電池素子と集電用の配線とが接触不良となった配線が増加し、太陽電池モジュールの発電効率の低下を起こし得る封止材一体型裏面保護シートである。
一方、本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1は、Da(2、1)が10μm以下であり、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値が8.0μm以下であるため、太陽電池モジュールの封止材シート11の集電用の配線の伸縮を十分に抑えることが可能である。そのため、本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1は、長期間にわたって太陽電池モジュールが温度昇降を繰り返す環境下に晒されることによって生じる太陽電池素子と集電用の配線との接触不良を抑えることが可能であることから、太陽電池モジュール10の発電効率の低下が少ない封止材一体型裏面保護シート1である。
なお、TMA試験開始時(0サイクル時)の封止材シートへの針の押込み深さ(μm)は、針の設置方法、設置条件等によって大きく変動し得る。そのため、本発明においては、TMA試験開始時(0サイクル時)の封止材シートへの針の押込み深さ(μm)の値ではなく、1サイクル終了時以降の封止材シートへの針の押込み深さを基準として、封止材シートへの針の押込み深さの差の絶対値を求めている。
Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値は、5.0μm以下とすることが好ましく、3.0μm以下とすることがより好ましく、2.0μm以下とすることが更に好ましい。
又、ここで本発明におけるTMA試験は、各サイクルにおいて試験開始0分から2分までは50kPa/分として昇圧し、2分から3分までは100kPaとして一定圧とする。サイクル開始時の針の押込み深さ(μm)と、サイクル開始時から3分経過時(TMA曲線上で振幅の極小となっている地点)の針の押込み深さ(μm)との差の絶対値Dm(μm)を各サイクル毎に求め、2サイクル目のDmと、3サイクル目のDmと、4サイクル目のDmと、5サイクル目のDmと、の平均値は40μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。Da(2、1)やDa(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値に加え、2サイクルのDmと、3サイクルのDmと、4サイクルのDmと、5サイクルのDmと、の平均値をこのような範囲にすることで、太陽電池モジュールの封止材シート11の集電用の配線の伸縮をより抑えることが可能である。そのため、太陽電池モジュール10の発電効率の低下をより少ない封止材一体型裏面保護シート1とすることができる。
次に、本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1を構成する封止材シート11及び裏面保護シート12について各々説明する。
[封止材シート]
本実施形態に関する封止材シート11は、コア層111とスキン層112を有する多層シートである。封止材シート11は、コア層111における一方の面にのみスキン層112が積層される層構成であってもよいが、図1に示す通り、封止材シート11がスキン層/コア層/スキン層の3層構造を有する多層シートであることが好ましい。上記いずれの構成においても、封止材シート11は、各層毎に以下に説明する樹脂組成物成分を、それぞれ最適な組成で配合することにより、太陽電池モジュール用の封止材シート11に求められる耐熱性、熱加工適性や、柔軟性、基材密着性等の各種要求物性を保持したまま、太陽電池モジュールの薄型化の要請にも十分に対応することができる。
封止材シート11の厚さは、200μm以上400μm以下の範囲であり、250μm以下とした場合においても、十分に上記の耐熱性他、諸々の要求物性を保持することができる。尚、封止材シート11がスキン層/コア層/スキン層の3層構造を有する多層シートの場合においては、それらの厚さ比は、スキン層:コア層:スキン層の厚さ比において、1:3:1〜1:30:1の範囲であることが好ましい。
コア層111及びスキン層112には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンが各層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有する。このような範囲で封止材シート11に低密度ポリエチレンが含まれることで、透明性及び柔軟性を有する封止材シート11とすることができる。なお、各層組成物の全樹脂成分中とは、コア層111ならコア層111の組成物の全樹脂成分中を意味し、スキン層112ならスキン層112の組成物の全樹脂成分中を意味する。
(コア層)
コア層111は、封止材シート11に、主として、耐熱性や適度な剛性を付与する機能を有する。コア層111には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンがコア層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有するが、ラミネート加工時の封止材由来の樹脂の溶融に起因するラミネータ汚染を防止する観点から、低密度ポリエチレンよりも耐熱性の高い耐熱性樹脂(以下、単に耐熱性樹脂と表記することがある)を更に含有することが好ましい。このような耐熱性樹脂としては、例えば密度0.940g/cm以上の高密度ポリエチレンやポリプロピレン等を挙げることができる。
コア層111の厚さは、一例として、40μm以上240μm以下が挙げられ、特に限定されない。コア層111の厚さが40μm以上であることにより、封止材シート11に、良好な寸法安定性を付与することがでる。又、コア層111の厚さが240μm以下であることにより、封止材シート11に、ラミネート加工時のシート搬送適性を付与することができる。
(コア層組成物)
コア層111には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンがコア層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有されていれば特に制限はされない。コア層111に含有される低密度ポリエチレンは、密度0.910g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。又、低密度ポリエチレンは、コア層組成物の全樹脂成分中60質量%以上95質量%以下であることが好ましく、より好ましくは75質量%以上85質量%以下である。そして、コア層組成物には、更に耐熱性樹脂が含有されることが好ましく、耐熱性樹脂の中でもポリプロピレンが含有されることが好ましい。ポリプロピレンは、コア層組成物の全樹脂成分中5質量%以上40質量%以下が好ましく、より好ましくは10質量%以上30質量%以下、更に好ましくは10質量%以上25質量%以下である。コア層111が、低密度ポリエチレンとポリプロピレンの混合樹脂からなる層であり、主として封止材11に耐熱性及び寸法安定性を付与する層として機能する層である。
コア層組成物に上記の所定量範囲で含有させることのできるポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレン(ホモPP)樹脂を用いることがより好ましい。ホモPPは、ポリプロピレン単体のみからなる重合体であり結晶性が高いため、ブロックPPやランダムPPと比較して、更に高い剛性を有する。これをコア層組成物への添加樹脂として用いることにより、封止材シート11の寸法安定性を更に高めることができる。又、ホモPPの230℃におけるMFRは、5g/10分以上125g/10分以下であることが好ましい。上記MFRが5g/10分未満であると、分子量が大きくなり剛性が高くなりすぎて、封止材シート11の好ましい十分な柔軟性がスキン層112の物性によっても担保できなくなる。又、上記MFRが125g/10分を超えると、加熱時の流動性が十分に抑制されず、封止材シート11に、上記のように耐熱性及び寸法安定性を十分に付与することが出来ない。尚、本明細書における「MFR」とは、他に特段の断りのない限り、JIS7210に準じて測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRの値(但し、ポリプロピレン樹脂のMFRについては、同、230℃、荷重2.16kgにおけるMFRの値)のことを言うものとする。
但し、ポリプロピレンは、上記のいずれの構造体であっても、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンよりも遙かに高い剛性を有する。よって、例えば、上記の適切な添加量範囲を超えて、40質量%を超えるポリプロピレンをコア層組成物に添加した場合には、コア層111においてポリプロピレンの物性が過剰に優位となり、封止材シート11全体としての好ましい柔軟性がスキン層112の物性によっても担保できなくなる。
上記含有量範囲でポリプロピレン等の耐熱性樹脂を混合することにより、封止材シート11を400μm以下の薄型のシートとした場合においても良好な耐熱性を封止材シート11に備えさせることができるので好ましい。又、封止材シート11に十分な耐熱性を付与することによって、特に太陽電池モジュールの製造における真空ラミネート加工時に問題となり易い封止材シート11カール変形の発生も抑制することができる。
コア層111には、更に、無機フィラーを含有させることができる。これにより、コア層111の剛性が高まり、封止材シート11の好ましくないカール変形の発生を抑制することができる。そのような無機フィラーとしては、タルク(含水珪酸マグネシウム)、又は、酸化チタン、その他として、炭酸カルシウム、カーボンブラック、チタンブラック、Cu−Mn系複合酸化物、Cu−Cr−Mn系複合酸化物、或いは、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ケイ素、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、チタンイエロー、クロムグリーン、群青、アルミニウム粉、雲母、炭酸バリウム等を用いることができる。コア層111を形成するコア層組成物中の無機フィラーの含有は必須ではなく、その含有量は、コア層組成物の全樹脂成分中、0質量%以上30質量%以下の範囲であればよい。
尚、裏面保護シート12が有色の外観を有するものであることが求められる場合には、上記の無機フィラーの中でも、耐候性に優れ、塗料化が容易であること及び価格を含め入手が安易であることから、白色顔料としては、酸化チタン等を、黒色顔料としては、カーボンブラック等を更に含むものとしてもよい。これらの有色顔料が含まれることにより、太陽光線の再反射による発電効率の向上や、或いは意匠面での要請に応えることができる点において好ましい。
(スキン層)
スキン層112は、主に封止材一体型裏面保護シート1の最外層に配置される層である。スキン層112は、太陽電池モジュール10において、太陽電池素子2の非受光面側の表面及び受光面側封止材シート3との密着面、又は、必要に応じて裏面保護シート12との密着面となる。特に前者の場合において、封止材シート11の密着性や、太陽電池モジュールとしての一体化のためのラミネート加工時における他部材の凹凸への追従性(以下「モールディング特性」と言う)の向上に寄与する。
スキン層112の厚さは、封止材シート11に要求される厚さ(薄さ)を考慮して適宜決定すればよい。一例として、スキン層112が、コア層111の一方の面に積層される層構成の場合、スキン層112の好ましい厚さとしては、3μm以上150μm以下が挙げられる。スキン層112の厚さが3μm以上であることにより、封止材シート11に十分な密着性とモールディング特性を付与することができる。
スキン層112がコア層111の両面に形成される場合、それら2層のうち、いずれか一方のスキン層112に有色顔料を含有させることができる。この場合、他方のスキン層112の少なくとも最表面には、好ましくは、当該他方のスキン層の略全層に亘っては、有色顔料が含有されていないことが好ましい。このような層構成を有する封止材一体型裏面保護シート1は、有色顔料を含有する一方のスキン層112が裏面保護シート12に対面するように太陽電池モジュール10内に配置することが好ましい。これにより、太陽電池モジュール10において、封止材シート11に太陽電池素子2の非受光面側での光反射機能を発揮させて、太陽電池モジュール10の発電率向上に寄与することができる。このとき、他方のスキン層112には、有色顔料を含有させないこととすれば、太陽電池モジュールとしての一体化の際のラミネート工程において、太陽電池素子への当該顔料由来の負荷を減らし、太陽電池素子の割れ発生を抑制することができる。又、上記ラミネート工程における発電効率低下の要因となる白色顔料の太陽電池素子の受光面側への回り込みを未然に回避することもできる。よって、他方のスキン層112には、有色顔料を含有させないことが好ましい。
(スキン層組成物)
スキン層112には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンがスキン層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有されていれば特に制限はされない。スキン層112に含有される低密度ポリエチレンは、密度0.880g/cm以上0.910g/cm未満の低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。又、低密度ポリエチレンは、スキン層組成物の全樹脂成分中80質量%以上100質量%以下であることが好ましく、より好ましくは98質量%以上100質量%以下である。そして、スキン層組成物は、コア層組成物と異なり、ポリプロピレン等の耐熱性樹脂を含有しないことが好ましい。この通り、スキン層112は、コア層組成物のベース樹脂よりも密度が低い低密度ポリエチレンを主たる成分とする層とすることが、スキン層にモールディング特性や密着性を付与する観点から好ましい。
スキン層組成物には、上記密度範囲の低密度ポリエチレン(LDPE)、より好ましくは、エチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、上記密度範囲にある直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いることができる。密着成分の種類、密度範囲及び含有量比を上述した組成範囲とすることにより、スキン層112を有する封止材一体型裏面保護シート1の封止材シート11に、好ましい柔軟性を付与することができる。
又、スキン層組成物には、シラン変性ポリエチレンが、所定の割合で含有されていることが好ましい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)等に、エチレン性不飽和シラン化合物を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、封止材一体型裏面保護シート1の封止材シート11の密着性を更に向上させることができる。
エチレン性不飽和シラン化合物の含量であるグラフト量は、スキン層を形成するポリエチレン系樹脂100質量部に対する前記エチレン性不飽和シラン化合物のグラフト量が、例えば、0.001質量部以上15質量部以下、好ましくは、0.05質量部2質量部以下、より好ましくは、0.1質量部以上1.0質量部以下となるように適宜調整すればよい。エチレン性不飽和シラン化合物の含量が多い場合には、機械的強度及び耐熱性等に優れるが、含量が過度になると、引っ張り伸び及び熱融着性等に劣る傾向にある。
シラン変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、特開2003−46105号公報に記載されている方法で製造でき、当該樹脂を太陽電池モジュール用の封止材組成物の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、且つ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸特性に優れ、更に、太陽電池モジュールを製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を有し、安定的に、低コストで、種々の用途に適する太陽電池モジュールを製造しうる。
直鎖低密度ポリエチレンとグラフト重合させるエチレン性不飽和シラン化合物として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリペンチロキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリベンジルオキシシラン、ビニルトリメチレンジオキシシラン、ビニルトリエチレンジオキシシラン、ビニルプロピオニルオキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリカルボキシシランより選択される1種以上を使用することができる。
(その他の成分)
スキン層組成物及びコア層組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、封止材シート11に、耐候性を付与するための各種の耐候性マスターバッチ、各種フィラー、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の成分が例示される。これらの含有量は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ封止材シート11の全樹脂組成物中に0.001質量%以上5質量%以下の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、封止材一体型裏面保護シート1の封止材シート11に、長期に亘る安定した機械強度の向上や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。
[裏面保護シート]
封止材一体型裏面保護シート1を構成する裏面保護シート12としては、従来、太陽電池モジュール用の裏面保護シートとして用いられてきた各種の樹脂シートを用いることができる。裏面保護シート12を形成する樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等、各種の樹脂シートを用いることができる。これらの中でも、絶縁性能、機械強度、コスト、透明性等の物性及び経済性の観点からポリエチレンテレフタレート(PET)を好ましく用いることができる。又、機械強度や水蒸気バリア性向上の更なる向上の観点から、上記PETの他に更に耐加水分解性PETを最外層に積層した多層シートを、裏面保護シート12として、特に好ましく用いることができる。
裏面保護シート12の厚さは、特に限定されないが、裏面保護シート12に要求される水蒸気のバリア性等の物性を維持することできる範囲で、封止材一体型裏面保護シート1に要求される厚さを考慮して適宜決定すればよい。裏面保護シート12の厚さは、50μm以上300μm以下であることが好ましく、50μm以上200μm以下であることがより好ましい。裏面保護シート12の厚さが50μm以上であることにより、封止材一体型裏面保護シート1に好ましい耐久性、耐候性を付与することができる。
尚、裏面保護シート12は、太陽電池モジュール10との一体化時に最外層側となることが想定される一方の面に、耐候層(図示せず)を更に積層したものも好ましく用いることができる。耐候層は、耐候性、耐熱性、耐光性等に優れたものを使用する。耐候層を形成する基材としては、耐加水分解性ポリエチレンテレフタレート(耐加水分解性PET)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニル・エステル共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ETFE(四フッ化エチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等のフッ素系樹脂等の樹脂シート、或いは、アルミニウムシート等が好ましく例示される。上記のうちでも、耐加水分解性PETを特に好ましく用いることができる。耐加水分解性PETとは、特開2012−62380号に記載の、耐加水分解性に優れたポリエチレンテレフタレートのことを言うものとする。この耐加水分解性PETは、アルカリ金属元素を2〜100ppm、且つ、リン元素を10〜250ppmを含有してなるポリエチレンテレフタレートであって、更にポリエチレンテレフタレート樹脂組成物100質量部に対してポリオキシアルキレングリコールを2〜20質量部含有してなる樹脂である。耐加水分解性PETは、耐加水分解性に優れる他、太陽電池モジュール用の裏面側に配置される保護シートに求められる耐熱耐久性にも優れる。又、加工適性にも優れ、コストも比較的低廉であるため、裏面保護シート12の耐候層を形成するための材料として極めて好ましく用いることができる。
尚、裏面保護シート12の耐候層は、フッ素コート、EBコート、シリカ蒸着等による表面加工によって基材層表面に耐候性コーティング層を形成したものであってもよい。更に、上記の耐候性を有する樹脂シート等を所定の厚さや加工によって必要な強度をもたせるようにしたものを、裏面保護シート12として用いることもできる。
封止材一体型裏面保護シート1における、封止材シート11と、裏面保護シート12との一体化は、接着剤層(図示せず)を介して行われるドライラミネート法によることが好ましい。但し、所望の密着性や耐久性を保持できる手段であれば、従来公知の他の手段による一体化であってもよい。例えば、裏面保護シート12の表面上に押し出し機で封止材シート11となる樹脂組成物を直接押し出して封止材シート11を形成する押出しコートラミネート法や、その応用形態であるサンドイッチラミネート法によっても封止材シート11と、裏面保護シートとを一体化して封止材一体型裏面保護シート1とすることができる。
<封止材一体型裏面保護シートの製造方法>
本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1の製造方法について説明する。封止材一体型裏面保護シート1は、裏面保護シート12を形成する「裏面保護シート形成工程」と、封止材シート11を形成する「封止材シート形成工程」と、裏面保護シート12に封止材シート11を積層して一体化する「一体化工程」と、を経ることによって製造することができる。
(裏面保護シート形成工程)
裏面保護シート12は、上記において説明したPET等の樹脂材料を、押し出し法、キャスト成形法、Tダイ法、切削法、インフレーション法、その他の成膜化法等により成膜することにより形成することができる。尚、裏面保護シート12は、本発明の効果を害さない範囲で、上記樹脂材料の他に顔料等のその他の添加物を含むものであってもよい。
(封止材シート形成工程)
封止材シート11は、上述のスキン層組成物とコア層組成物とを、公知の共押出し法により一体成形して多層シート化することにより得ることができる。
(一体化工程)
封止材シート11と、裏面保護シート12と、及び必要に応じて同様の方法によって形成したその他の層を形成するシートとを適宜積層して、更に一体化することにより、本実施形態の封止材一体型裏面保護シート1を得ることができる。各シートの一体化は従来公知のドライラミネート法によることができる。ラミネート接着剤は従来公知のものが利用でき特に限定されず、ウレタン系、エポキシ系等の主剤と硬化剤とからなる2液硬化型のドライラミネート接着剤等が適宜使用可能である。尚、この一体化工程は、押出しコートラミネート法や、その応用形態であるサンドイッチラミネート法によることもできる。
<太陽電池モジュールの製造方法>
太陽電池モジュール10は、例えば、上記の透明前面基板4、受光面側封止材シート3、太陽電池素子2、及び封止材一体型裏面保護シート1からなる部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。例えば真空熱ラミネート加工による場合、ラミネート温度は、130℃〜180℃の範囲内とすることが好ましい。又、ラミネート時間は、5〜20分の範囲内が好ましく、特に8〜15分の範囲内が好ましい。このようにして、上記各層を一体成形体として加熱圧着成形して、太陽電池モジュール10を製造することができる。
以下、実施例、比較例を示して、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<封止材シートの製造>
下記の材料を用いて、上記記載の「封止材シートの製造方法」により、各封止材シートを作成した。
下記の材料をそれぞれ表1の組成で混合したものを、それぞれ各封止材シートのコア層用及びスキン層のブレンドとして、それぞれ使い分けた。そして、これらの各ブレンドを、φ30mm押出し機、200mm幅のTダイスを有するシート成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/分でシート成型し、それらをスキン層/コア層/スキン層の3層の封止材シートとした。各封止材シートの総厚さと各層の厚さは、いずれの封止材シートについても、各スキン層50μm、コア層300μm、総厚さ400μmとした。なお、比較例2にはコア層用及びスキン層の代わりに単層として総厚さ400μmの封止材シートを同様に成形した。
封止材シートの材料として以下の原材料を使用した。
低密度ポリエチレン(LDPE、表中「LD」と表記):密度0.920g/cm、融点123℃。
直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE、表中「LLD」と表記):密度0.898g/cm、融点97℃。
ポリプロピレン(PP、表中「PP」と表記):ホモポリプロピレン。密度0.900g/cm、融点155℃、MFR8.5g/10分(230℃)。
EVA高速架橋タイプ(表中「EVA」と表記)
白色顔料:平均粒径0.2μmの酸化チタン。全ての実施例及び比較例の封止材シートのコア層のみに、樹脂成分100質量部当り7質量部添加。
紫外線吸収剤:ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB12。全ての実施例、比較例のコア層及びスキン層用の各封止材組成物に、いずれも0.3質量部添加。
耐候安定剤:BASF株式会社製、商品名Tinuvin622SF。全ての実施例、比較例のコア層及びスキン層用の各封止材組成物に、いずれも0.2質量部添加。
酸化防止剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Irganox1076。全ての実施例、比較例のコア層及びスキン層又は単層用の各封止材組成物に、いずれも0.05質量部添加。
<封止材一体型裏面保護シートの製造>
上記各封止材シートと、表面にコロナ処理を施したPETフィルム(帝人デュポン社製、「Melinex S」、厚さ125μm)と、を、従来公知のドライラミネート法で積層して各実施例、比較例の封止材一体型裏面保護シートを得た。
<熱機械分析(TMA)試験>
各実施例、比較例の封止材一体型裏面保護シートについてTMA試験を行った。具体的には、封止材一体型裏面保護シートをφ10mmに切り出し、TMA装置(SIIナノテクノロジー製TMA/SS7100)にセットし封止材一体型裏面保護シートを100℃の定温とし、φ1mmの針に押込みその時の押込み深さ(μm)を測定した。押込み圧力は、試験開始0分から2分までは50kPa/分として昇圧し、2分から3分までは100kPaとして一定圧とし、3分から5分までは−50kPa/分として降圧し、5分から6分までは0kPaとし、6分経過した時点を1サイクルとして、5サイクル(18分)行った。図5、図6に各実施例、比較例の封止材一体型裏面保護シートのTMA試験における時間(分)と封止材シートへの針の押し込み深さ(μm)との関係を表したTMA曲線を示す。なお、図5、図6は、時間(分)は1サイクル終了時を0分として5サイクル終了時(図5、6中、24分経過時)までのTMA曲線を示している。又、当該TMA曲線から1〜5サイクル終了時(図5、6中、0分、6分、12分、18分、24分経過時)の封止材シートへの針の押し込み深さ(μm)をそれぞれ求め、2サイクル終了時と1サイクル終了時との封止材シートへの針の押込み深さの差(表1中、「Da(2,1)」と表記)及び、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値を表1(表1中、「Da平均」と表記)に示す。
又、当該TMA曲線から2〜5サイクル目のサイクル開始時(図5、6中、0分、6分、12分、18分経過時)の針の押込み深さ(μm)と、サイクル開始時から3分経過時(図5、6のTMA曲線上で振幅の極小となっている地点であって、本TMA試験において、図5、6中、3分、9分、15分、21分経過時)の針の押込み深さ(μm)との差の絶対値Dm(μm)を求め、2サイクル目のDmと、3サイクル目のDmと、4サイクル目のDmと、5サイクル目のDmと、の平均値を表1(表1中、「Dm平均」と表記)に示す。
上記実施例、比較例の各封止材一体型裏面保護シートについて、下記記載の試験方法及び評価基準に基づいて、実際の使用環境を想定した場合の発電効率の維持率について測定して評価した。結果を表1に示す。
<ラミネート加工時のラミネータ汚染有無評価及び集電用の配線の寸法変化評価>
白板半強化ガラス、幅1.5mmの集電用の配線(厚さ250μm)を3本接続した太陽電池素子(Q−CELLS社製、セルQ6LTT−200/152 156mm)(2×2個)を、受光面側用の封止材シート、及び実施例、比較例の各「封止材一体型裏面保護シート」を、それぞれガラスシート/受光面側用の封止材シート/太陽電池素子/封止材一体型裏面保護シート/ガラスシートの順で積層し、下記のラミネート条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用サンプルを得た。
このサンプルをラミネータから取り出した直後に、ガラスシート部分を目視で観察して、ラミネート加工時のラミネータ汚染の有無について評価した。評価結果を表1(表1中、「ラミネート汚染」と表記)に示す。
(ラミネート条件) 真空引き:5.0分
加圧(0kPa〜100kPa):1.0分
圧力保持(100kPa):10.0分
温度150℃
(ラミネータ汚染有無評価基準)
A:樹脂汚れなし。
B:ラミネータ付属の刷毛で1往復、撫でることにより除去可能な程度の樹脂汚れがある。
C:上記刷毛による除去が不可能な程度の樹脂汚れがある。
<発電効率長期維持率評価>
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、サーマルサイクル試験前後のPmax値をそれぞれ測定し、発電効率の維持率を算出し、発電効率長期維持率を評価した。尚、Pmax値とは、太陽電池の出力が最高となる動作点での最高出力値であり、JIS−C8935−1995に基づき、下記サーマルサイクル試験前後のモジュールの発電出力を測定した。サーマルサイクルは、上記の評価用サンプルを、温度が下記所定サイクルで変化するオーブンに投入して、前記サンプルのオーブンへの投入し、500サイクル経過前後での発電効率を測定しその比率を算出した。オーブンのサイクル条件は、−20℃と90度の温度を往復し、前期温度の変更にかかる時間を5時間、前記温度を維持する時間を1時間とし、−20℃からスタートして90℃を経由し−20℃に戻るプロセスを1サイクルとした。結果を表1に示す。又、500サイクル経過後での太陽電池モジュール評価用サンプルの集電用の配線の寸法の差の絶対値を表1に示す(表1中、「タブ線寸法変化」と表記)。なお、後述するように、表1中のタブ線寸法変化はいずれも伸び量を表している。
(発電効率長期維持率評価基準)
A:発電効率維持率98%以上である。
B:発電効率維持率96%以上である。
C:発電効率維持率96%未満である。
Figure 0006597011
(なお、サーマルサイクル試験において、500サイクル経過後は、いずれの太陽電池モジュールにおいても集電用の配線が伸びる方向に寸法が変化したため、表1中の「タブ線寸法変化」はいずれも初期の集電用の配線の寸法からの伸び量を表している。)
表1より、熱機械分析(TMA)試験における2サイクル終了時と1サイクル終了時との封止材シートへの針の押込み深さの差が10μm以下であり、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値が8.0μm以下である実施例及び比較例2の封止材一体型裏面保護シートは、比較例1の封止材一体型裏面保護シートと比べ、発電効率維持率が好ましいものであることが分かる。又、実施例及び比較例2の封止材一体型裏面保護シートは、比較例1の封止材一体型裏面保護シートと比べ、500サイクル後の集電用の配線の寸法変化が小さい。
又、封止材シートにEVA樹脂を用いている比較例2は、発電効率維持率や集電用の配線の寸法変化が好ましいものの、ラミネータ汚染を生じてしまっており、ラミネート時に封止材シートが過剰に流動することで、ラミネート装置を汚染する封止材一体型裏面保護シートであることが分かる。よって、本発明の封止材一体型裏面保護シートは、長期間にわたって太陽電池モジュールが温度昇降を繰り返す環境下に晒されることによって生じる太陽電池素子と集電用の配線との接触不良を抑えることが可能であるため、太陽電池モジュールの発電効率の低下が少ない封止材一体型裏面保護シートであることが分かる。
1 封止材一体型裏面保護シート
11 封止材シート
111 コア層
112 スキン層
12 裏面保護シート
2 太陽電池素子
3 受光面側封止材シート
4 透明前面基板
5 非受光面側封止材シート
6 裏面保護シート
10 太陽電池モジュール
10A 太陽電池モジュール

Claims (5)

  1. コア層とスキン層とを有する多層シートである封止材シートと、
    裏面保護シートと、が前記封止材シートの前記スキン層が最外層側に露出する態様で積層されてなる太陽電池モジュール用の封止材一体型裏面保護シートであって、
    前記封止材シートのコア層及びスキン層には、密度0.880g/cm以上0.940g/cm以下の低密度ポリエチレンが各層組成物の全樹脂成分中60質量%以上含有されていて、
    前記封止材シートの膜厚が200μm以上400μm以下であり、
    下記条件の熱機械分析(TMA)試験を5サイクル行うことによって得られ、所定の時間(分)と前記封止材一体型裏面保護シートを構成する前記封止材シートの側の表面からの針の押込深さ(μm)との関係を示すTMA曲線において、
    下記条件の熱機械分析(TMA)試験の各サイクル終了時の前記の押込み深さ(μm)からNサイクル終了時とN−1サイクル終了時との前記の押込み深さ(μm)の差の絶対値Da(N、N−1)(μm)と定義した場合に、
    前記Da(N、N−1)におけるDa(2、1)が10μm以下であり、Da(5、4)とDa(4、3)とDa(3、2)とDa(2、1)との平均値が8.0μm以下である封止材一体型裏面保護シート。
    (TMA試験:TMA装置にφ10mmの封止材一体型裏面保護シートをセットし、温度100℃定温とし、φ1mmの針押込みその時の押込み深さ(μm)を測定する。押込み圧力は、試験開始0分から2分までは50kPa/分として昇圧し、2分から3分までは100kPaとして一定圧とし、3分から5分までは−50kPa/分として降圧し、5分から6分までは0kPaとし、6分経過した時点を1サイクルとする。)
  2. 前記封止材シートがスキン層/コア層/スキン層の3層構造を有する多層シートである請求項1に記載の封止材一体型裏面保護シート。
  3. 前記封止材シートのコア層には、ポリプロピレンがコア層組成物の全樹脂成分中5質量%以上40質量%以下含有する請求項1又は2に記載の封止材一体型裏面保護シート。
  4. 前記裏面保護シートがポリエチレンテレフタレート樹脂及び/又は耐加水分解ポリエチレンテレフタレート樹脂を含んで構成されている請求項1から3のいずれかに記載の封止材一体型裏面保護シート。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の封止材一体型裏面保護シートが太陽電池素子の非受光面側に、前記封止材シートの前記スキン層が対面する態様で、積層されている太陽電池モジュール。
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