JP6750271B2 - 太陽電池用アンカーコート剤、保護材、および太陽電池モジュール - Google Patents
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Classifications
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Description
封止材との剥離強度を確保する方法として、(1)保護材の封止材と接する面にアンカーコート剤を塗布する方法や、(2)保護材の封止材と接する面に、封止材との剥離強度の高いフィルムを使用する方法が挙げられるが、コストや効率の観点から近年では上記(1)の方法が行われている。
アンカーコート剤としてはさまざまな種類が知られているが、例えば特許文献2には、側鎖の末端にエチレン性不飽和二重結合を有するビニル系重合体を含むアンカーコート剤が開示されている。
(メタ)アクリル系モノマーは、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステル、水酸基含有モノマー、カルボキシル基含有モノマー、グリシジル基含有モノマー、その他ビニルモノマーが挙げられる。なおモノマーは、エチレン性不飽和二重結合含有単量体である。
前記カルボン酸成分は、例えば安息香酸、p−tert−ブチル安息香酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、テトラクロル無水フタル酸、1、4−シクロヘキサンジカルボン酸、無水トリメリット酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物、無水ピロメリット酸、ε−カプロラクトン、脂肪酸等が挙げられる。
錫系化合物は、例えばジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジブロマイド、ジブチル錫ジマレエート、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫スルファイド、トリブチル錫スルファイド、トリブチル錫オキサイド、トリブチル錫アセテート、トリエチル錫エトキサイド、トリブチル錫エトキサイド、ジオクチル錫オキサイド、トリブチル錫クロライド、トリブチル錫トリクロロアセテート、2−エチルヘキサン酸錫等が挙げられる。
エポキシ樹脂は、単独または2種類以上を併用できる。
前記官能基が水酸基である場合、樹脂の水酸基価は0.1〜100mgKOH/gが好ましく、1〜50mgKOH/gがより好ましく、2〜30mgKOH/gがさらに好ましい。水酸基価が100mgKOH/g以下になると封止材との剥離強度がより向上する。また、水酸基価が0.1mgKOH/g以上になると湿熱試験後の剥離強度が低下し難い。
また、前記官能基がカルボキシル基である場合、樹脂の酸価は0.1〜100mgKOH/gが好ましく、1〜50mgKOH/gがより好ましく、2〜30mgKOH/gがさらに好ましい。酸価が100mgKOH/g以下になると封止材との剥離強度がより向上する。また、酸価が0.1mgKOH/g以上になると湿熱試験後の剥離強度が低下し難い。
有機粒子の素材別の融点は、例えば、オレフィン系有機粒子は、100〜150℃が好ましい、また、フッ素系有機粒子は、300〜350℃が好ましい。
球状粒子は、単独または2種類以上を併用できる。
イオウ系酸化防止剤は、例えば4,4'−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、ジラウリル−チオジプロピオネート、ビス[2−メチル−4−[3−n−アルキル(C12またはC14チオプロピオニルオキシ]−5−tert−ブチルフェニル]スルフィド、ペンタエリスリチル−テトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、ジトリデシル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−チオジプロピオネート、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、4,6−ビス[(オクチルチオ)メチル]o−クレゾール、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、ジミリスチル−3,3'−チオジプロピオネート、ジブチルメチレン−ビス−チオグルコレート等が挙げられる。
架橋促進剤は、単独または2種類以上を併用できる。
無機顔料は、例えばカーボンブラック、酸化チタン、炭酸カルシウム等が挙げられる。
有機顔料は、例えばトルイジンレッド、トルイジンマルーン、ハンザエロー、ベンジジンエロー、ピラゾロンレッド等の不溶性アゾ顔料;リトールレッド、ヘリオボルドー、ピグメントスカーレット、パーマネントレッド2B等の溶性アゾ顔料;アリザリン、インダントロン、チオインジゴマルーン等の建染染料からの誘導体;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等のフタロシアニン系有機顔料;キナクリドンレッド、キナクリドンマゼンタ等のキナクリドン系有機顔料;ペリレンレッド、ペリレンスカーレット等のペリレン系有機顔料;イソインドリノンエロー、イソインドリノンオレンジ等のイソインドリノン系有機顔料;ピランスロンレッド、ピランスロンオレンジ等のピランスロン系有機顔料、チオインジゴ系有機顔料、縮合アゾ系有機顔料、ベンズイミダゾロン系有機顔料、キノフタロンエロー等のキノフタロン系有機顔料;イソインドリンエロー等のイソインドリン系有機顔料:その他の顔料として、フラバンスロンエロー、アシルアミドエロー、ニッケルアゾエロー、銅アゾメチンエロー、ペリノンオレンジ、アンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ジオキサジンバイオレット等が挙げられる。
溶剤は、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル等のアルコール;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;
テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル;
ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素;
ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族;
酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル;等が挙げられる。これらの中でも沸点が50℃〜200℃の溶剤が好ましい。沸点が50℃以上によると塗工で均一な厚さのアンカーコート層を形成し易い。また、沸点が200℃以下になると塗工の際の乾燥性がより向上する。
溶剤は単独または2種類以上を併用できる。
プラスチックフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、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等のポリエステルフィルム;
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリシクロペンタジエンなどのオレフィンフィルム;
ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、エチレン‐テトラフルオロエチレン樹脂フィルム等のフッ素系フィルム;
アクリルフィルム、トリアセチルセルロースフィルム等が挙げられる。
また、基材は2層以上の多層構造でも良く、金属酸化物や非金属無機酸化物を蒸着した蒸着層が積層されていても良い。さらに、基材は透明であっても着色されていても良い。
基材の厚みは、通常10〜300μm程度である。
太陽電池モジュールの代表的な構成を図1の断面図を元に説明すると太陽電池素子3の受光面側に位置する表面保護材1を表面封止材2を介して積層し、裏面保護材5を太陽電池セルの非受光面側に位置する裏面封止材4を介して積層した積層体を加熱圧着することに作製することができる。
ガラス転移温度の測定は、前述した示差走査熱量測定(DSC)法により求めた。
なお、Tg測定用の試料は、測定する樹脂溶液を150℃で約15分、加熱し、乾固させた不揮発分を用いた。
共栓三角フラスコ中に試料(樹脂の溶液:約50%)約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。
酸価は次式により求めた。酸価は樹脂の乾燥状態の数値とした(単位:mgKOH/g)。
酸価(mgKOH/g)={(5.611×a×F)/S}/(不揮発分濃度/100)
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
共栓三角フラスコ中に試料約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。更にアセチル化剤(無水酢酸25gをピリジンで溶解し、容量100mlとした溶液)を正確に5ml加え、約1時間攪拌した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間持続する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.5Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。
水酸基価は次式により求めた。水酸基価は樹脂の乾燥状態の数値とした(単位:mgKOH/g)。
水酸基価(mgKOH/g)
=[{(b−a)×F×28.05}/S]/(不揮発分濃度/100)+D
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.5Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
b:空実験の0.5Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.5Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
D:酸価(mgKOH/g)
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコにトルエン50部、メチルエチルケトン50部を仕込み、窒素雰囲気下で100℃に昇温した。次にメチルメタクリレート28部、シクロヘキシルメタクリレート20部、ブチルアクリレート12部、n−ブチルメタクリレート20部、t−ブチルメタクリレート15部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート5部、アゾビスイソブチロニトリル0.30部を含むモノマー液を滴下ロートに仕込み、モノマー液を2時間かけて連続滴下した。続いて、フラスコ中に、アゾビスイソブチロニトリル0.12部を3分割して1時間ごとに添加して重合反応を行い、さらに1時間反応を継続した。反応終了後、冷却を行い、重量平均分子量が200,000、水酸基価が22.0(mgKOH/g)、酸価が0(mgKOH/g)、Tgが53℃、不揮発分50%の(メタ)アクリル系樹脂(A1)溶液を得た。
冷却管、窒素導入管、撹拌装置、温度計、滴下ロートを備えた4つ口フラスコに、C−2090(クラレ(株)製、ポリカーボネートポリオール)355部、シクロヘキサンジメタノール11部、キシリレンジイソシアネート34部、トルエン100部を仕込み、触媒としてジブチル錫ジラウレート0.03部を仕込み、100℃まで徐々に昇温して、3時間反応を行った。IR測定によりNCOピークがないことを確認した後、酢酸エチル300部を添加して、重量平均分子量が40,000、水酸基価が13.8(mgKOH/g)、Tgが8℃、不揮発分50%のポリウレタン(A2)溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート41部、n−ブチルメタクリレート55部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行った。次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部の加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、側鎖に炭素−炭素二重結合を付与するためハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2(mgKOH/g)、以下であることを確認して反応を終了した。重量平均分子量が80,000、水酸基価が8.5(mgKOH/g)、Tgが51℃、不揮発分50%の(メタ)アクリル系樹脂(A3)溶液を得た。
3,5−ジメチルピラゾールでブロックされた、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体を、酢酸エチルで75%に希釈し、ポリイソシアネート化合物溶液(B)を得た。
(メタ)アクリル系樹脂(A1)溶液を80部と、ヒンダードフェノール系酸化防止剤としてIrganox1010(BASF社製、[3−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパノイルオキシ]−2,2−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパノイルオキシメチル]プロピル]3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパネート)を樹脂100質量部に対して3質量部、球状粒子として平均粒子径9μmのエポスターL15(日本触媒社製、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物)を樹脂100質量部に対して3質量部、イソシアネート硬化剤溶液(B)をNCO/OHのモル比が1.5となるように配合した溶液を、酢酸エチルで25%に希釈し、アンカーコート剤溶液1とした。
アンカーコート剤溶液1の(メタ)アクリル系樹脂(A1)溶液をポリウレタン(A2)溶液に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液2を作製した。
アンカーコート剤溶液1の(メタ)アクリル系樹脂(A1)溶液をポリウレタン(A2)溶液に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して18質量部、球状粒子を樹脂100に対して、18質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液2を作製した。
アンカーコート剤溶液2の(メタ)アクリル系樹脂(A1)溶液を(メタ)アクリル系樹脂(A3)溶液に変更した以外は、アンカーコート剤溶液2と同様にして、アンカーコート剤溶液4を作製した。
アンカーコート剤溶液1の酸化防止剤をリン系酸化防止剤;アデカスタブ2112(ADEKA社製、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液5を作製した。
アンカーコート剤溶液1の酸化防止剤をイオウ系酸化防止剤;DLTP「ヨシトミ」(三菱化学社製、ジラウリル−チオジプロピオネート)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液6を作製した。
アンカーコート剤溶液1をヒンダードフェノール系酸化防止剤の量を樹脂100質量部に対して30部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液7を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子の量を樹脂100質量部に対して30部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液8を作製した。
アンカーコート剤溶液1の酸化防止剤をIrganox1135(BASF社製、オクチル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロ肉桂酸)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液9を作製した。
アンカーコート剤溶液1の酸化防止剤をIrganox1330(BASF社製、2,4,6−トリス(3’、5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)メシチレン)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液10を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子をMX−3000(綜研化学社製、アクリレート樹脂)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液11を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子をエポスターS12(日本触媒社製、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液12を作製した。
アンカーコート剤溶液1の酸化防止剤を無添加とし、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液13を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子をエポスターSS(日本触媒社製、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液14を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子を無添加とし、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液15を作製した。
アンカーコート剤溶液1の球状粒子を偏平粒子である、RL−217(富士タルク工業社製、タルク)に変更し、酸化防止剤を樹脂100に対して10質量部、球状粒子を樹脂100に対して10質量部に変更した以外は、アンカーコート剤溶液1と同様にして、アンカーコート剤溶液16を作製した。
<剥離強度試験>
アンカーコート剤溶液1を、グラビアコーターを用いて厚さ188μmのポリエステルフィルム(東レ社製、ルミラーX10S)のコロナ処理面に塗布し、100℃1分で溶剤を乾燥させ、塗布量:3g/平方メートルのアンカーコート層を設けた。アンカーコート層の上に厚さ400μmのEVAシートを2枚、白板ガラス板を重ね、この積層体を140℃に加熱したモジュールラミネータPVL0505S(日清紡メカトロニクス社製)の熱板の上に、白板ガラスが下になるように置き、1Torr程度に真空排気して5分間放置した。次いで、140℃を維持したまま大気圧でプレスし、15分間放置して測定サンプルを作製した。得られた測定サンプルのポリエステルフィルム面を白板ガラスに達するようにカッターで15mm幅に切り、アンカーコート剤とEVAフィルムとの初期の剥離強度を測定した。測定は、引っ張り試験機を用い、荷重速度100mm/minで180度剥離試験を行った。得られた測定値に対して、以下のように評価した。
☆:70N/15mm以上 優れている
◎:50N/15mm以上70N/15mm未満 良好
○:30N/15mm以上50N/15mm未満 実用域
△:10N/15mm以上30N/15mm未満 実用不可
×:10N/15mm未満 実用不可
上記同様に作製した測定サンプルの上に厚み1mmのステンレス(SUS)板を置き、測定サンプルの半分の面積を覆った。次いでスーパーキセノンウェザーメーター(スガ試験機製)を用いて、SUS板で覆われた部分と、露出した部分に対して、以下の条件で1000cyの経時試験を行った。経時後測定サンプルのアンカーコート層について、密着性試験(クロスカット法)、黄変度評価、および膜減り評価を行った。
・経時条件
1)63℃95%160W/m2照射+降雨12min
2)63℃50%160W/m2照射108min
3)1)、2)を1cy(サイクル)として1000cy繰り返した。
JIS K−5400に従い、得られた経時後測定サンプルの露出した部分のアンカーコート層にカッターで、1mm幅間隔に縦11列・横11列をハーフカットして、合計100マスの試料を形成した。次いで試料の上から、セロハンテープを貼り付け直後に剥がしてアンカーコート層の残存状況を目視で観察し、以下の基準で評価した。
◎:100マス中95%以上100%が残った。 良好
△:100マス中50%以上95未満が残った。 実用不可
×:100マス中50%未満が残った。 実用不可
黄変度は、JIS−Z8722記載の方法に従って、得られた経時後測定サンプルの露出した部分のアンカーコート層について色彩色差計CR−300(コニカミノルタ製)を用いて測定し、L*a*b*表色系で表したときのΔb値で評価した。なお、b値の変化
が少ないほど黄変が少ないといえる。
◎:Δb値2未満 良好
〇:Δb値2以上4未満 実用域
△:Δb値4以上 実用不可
×:Δb値10以上 実用不可
アンカーコート層の分解による厚さの減少を膜減りとして評価した。得られた経時後測定サンプルのSUS板で覆われた部分と覆われていない部分の厚みの差を膜減りとして評価した。
◎:膜減りが1μm未満 良好
○:膜減りが1μm以上5μm以下 実用域
△:膜減りが5μm以上10μm以下 実用不可
×:膜減りが10μm以上 実用不可
実施例1のアンカーコート剤1をそれぞれアンカーコート剤溶液2〜16に変えた以外、実施例1と同様に剥離強度、耐候性の評価を行い、実施例2〜12ならびに比較例1〜4の評価結果を得た。評価結果を表2に示す。
ただし、実施例6〜10は参考例である。
2:表面封止材
3:太陽電池素子
4:裏面封止材
5:裏面保護材
Claims (3)
- 樹脂、硬化剤、平均粒子径1〜30μmの球状粒子、融点が100〜200℃である酸化防止剤を含む、太陽電池用アンカーコート剤であって、
前記樹脂が、(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン、またはポリオレフィンであり、
前記樹脂100質量部に対して、前記酸化防止剤を3〜18質量部と、前記球状粒子を3〜18質量部含む、太陽電池用アンカーコート剤。 - 太陽電池セル、封止材、保護材を備えた太陽電池モジュールに使用する保護材であって、
前記保護材が表面に樹脂、硬化剤、平均粒子径1〜30μmの球状粒子、融点が100〜200℃である酸化防止剤を含む太陽電池用アンカーコート剤の硬化物からなるアンカーコート層を備えてなり、前記樹脂が、(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン、またはポリオレフィンであり、
前記樹脂100質量部に対して、前記酸化防止剤を3〜18質量部と、前記球状粒子を3〜18質量部含む、保護材。 - 太陽光の受光側から表面保護材、表面封止材、太陽電池セル、裏面封止材、および裏面保護材の順に積層された太陽電池モジュールであって、
前記表面保護材および裏面保護材の少なくとも一方に、樹脂、硬化剤、平均粒子径1〜30μmの球状粒子、融点が100〜200℃である酸化防止剤を含む太陽電池用アンカーコート剤の硬化物からなるアンカーコート層を備えてなり、前記樹脂が、(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン、またはポリオレフィンであり、
前記樹脂100質量部に対して、前記酸化防止剤を3〜18質量部と、前記球状粒子を3〜18質量部含む、太陽電池モジュール。
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