JPWO2012014965A1 - 太陽電池封止材及びそれを用いて作製された太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
これらの太陽電池モジュールは主に屋外で使用されるため、その構成や材質構造等に種々の特性が必要とされる。上記の封止材には、太陽電池素子を保護する為の柔軟性や耐衝撃性、太陽電池モジュールが発熱した際の耐熱性、太陽電池素子へ太陽光が効率的に届く為の透明性(全光線透過率など)、耐久性、寸法安定性、難燃性、水蒸気バリア性等が主に要求される。
また、EVAシートを用いる太陽電池素子の封止材は、長期間における使用に際して、EVAの加水分解等により発生する酢酸による太陽電池の回路腐食やその懸念があり、さらには、架橋剤や架橋助剤、あるいは発生した酢酸などが原因となり、太陽電池素子との界面やフロントシートとの界面、または、バックシートとの界面で剥離が発生することがある等の問題があった。
また、特許文献3には、融点が100℃以上であるプロピレン系重合体とエチレン−α−オレフィン共重合体等を含有する太陽電池封止材が開示されている。
すなわち、本発明は、
下記(a)の条件を満足するオレフィン系重合体(A)と下記(b)の条件を満足するオレフィン系重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなることを特徴とする太陽電池封止材に関する。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃未満
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される補外結晶融解開始温度が100℃以上
また、架橋工程が省略可能であるため、太陽電池モジュール製造工程における生産性を向上させることが出来る。更に、製造設備についてもバッチ式の製造設備に加えて、ロール・ツー・ロール式の製造設備にも適用可能であり、結果、太陽電池モジュールの製造コストを大幅に低減させることが期待できる。
本発明の太陽電池封止材は、下記(a)の条件を満足するオレフィン系重合体(A)と下記(b)の条件を満足するオレフィン系重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなる。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃未満
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される補外結晶融解開始温度が100℃以上
本発明に用いられるオレフィン系重合体(A)は、上記の条件(a)を満足すれば特に限定されるものではないが、例えば、下記の(A−1)〜(A−4)の各々に示されるものが挙げられる。
(A−1)エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体
(A−2)プロピレンと共重合可能な他の単量体との共重合体あるいは、プロピレンの単独重合体
(A−3)エチレン、プロピレン等のα−オレフィンと脂肪族不飽和カルボン酸より選ばれた単量体とからなる共重合体の金属塩
(A−4)エチレンと、酢酸ビニルエステル、脂肪族不飽和カルボン酸および脂肪族不飽和モノカルボン酸アルキルエステルより選ばれる少なくとも1つの単量体とからなるエチレン系共重合体
本発明においては、得られる太陽電池封止材の柔軟性、フィッシュアイ(ゲル)の少なさ、回路の腐食性物質(酢酸など)の少なさおよび経済性などの観点から(A−1)や(A−2)に示されるものが好ましく、中でも更に低温特性に優れる点で(A−1)に示されるものが特に好適に用いられる。
上記の結晶融解熱量は、示差走査熱量計を用いて、JIS K7122に準じて加熱速度10℃/分で測定することができる。
本発明に用いられるオレフィン系重合体(B)は、既述の条件(b)を満足すれば特に限定されるものではないが、例えば、下記の(B−1)〜(B−2)に示されるものが挙げられる。
(B−1)エチレンと炭素数3〜20のα−オレフィンとの共重合体あるいは、エチレンの単独重合体
(B−2)プロピレンと共重合可能な他の単量体との共重合体あるいは、プロピレンの単独重合体
本発明においては、得られる太陽電池封止材の耐熱性、柔軟性、低温特性、腐食性物質の少なさおよび経済性などから(B−1)に示されるものが好適に用いられる。
該マルチブロック構造を有するエチレン−α−オレフィンブロック共重合体は、本発明において好適に使用でき、α−オレフィンとして1−オクテンを共重合成分とするエチレン−オクテンマルチブロック共重合体が好ましい。該ブロック共重合体としては、エチレンに対してオクテン成分が多く(約15〜20モル%)共重合されたほぼ非晶性のソフトセグメントと、エチレンに対してオクテン成分が少なく(約2モル%未満)共重合された結晶融解ピーク温度が110〜145℃である高結晶性のハードセグメントが、各々2つ以上存在するマルチブロック共重合体が好ましい。これらのソフトセグメントとハードセグメントの連鎖長や比率を制御することにより、柔軟性と耐熱性の両立を達成することができる。
該マルチブロック構造を有する共重合体の具体例としては、ダウ・ケミカル(株)製の商品名「インフューズ(Infuse)」が挙げられる。
本発明の太陽電池封止材は、上述したオレフィン系重合体(A)とオレフィン系重合体(B)を含有する樹脂組成物(C)からなる。ここで、樹脂組成物(C)中におけるオレフィン系重合体(A)とオレフィン系重合体(B)の含有量は、特に制限されるものではないが、得られる太陽電池封止材の柔軟性、耐熱性、透明性等を考慮すると、それぞれ、好ましくは、50〜99質量%、1〜50質量%であり、より好ましくは、60〜98質量%、2〜40質量%であり、更に好ましくは、70〜97質量%、3〜30質量%である。また、オレフィン系重合体(A)とオレフィン系重合体(B)の混合(含有)質量比は、特に制限されるものではないが、好ましくはオレフィン系重合体(A)/オレフィン系重合体(B)=99〜50/1〜50、より好ましくは、98〜60/2〜40、より好ましくは、97〜70/3〜30、より好ましくは、97〜80/3〜20、更に好ましくは、97〜90/3〜10である。但し、(A)と(B)の合計を100質量部とする。ここで、混合(含有)質量比が該範囲内であれば、柔軟性、耐熱性、透明性等のバランスに優れた太陽電池封止材が得られ易い為好ましい。
該紫外線吸収剤の添加量は、樹脂組成物(C)100質量部に対し、通常、0.01〜2.0質量部程度であり、0.05〜0.5質量部添加することが好ましい。
本発明の太陽電池封止材は、上述した樹脂組成物(C)からなる。
本発明の太陽電池封止材は、適用される太陽電池の形状や厚み、設置場所などを考慮して、その柔軟性を適宜調整することができるが、例えば、動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃の貯蔵弾性率(E´)が1〜2000MPaであることが好ましい。太陽電池素子の保護や柔軟性を考慮すると、1〜100MPaであることが好ましく、5〜50MPaであることがより好ましい。また、シート形状などで本発明の太陽電池封止材を採取した場合のハンドリング性やシート表面同士のブロッキング防止、あるいは、太陽電池モジュールにおける軽量化(通常3mm程度に対して、薄膜ガラス(1.1mm程度)が適用可能、あるいはガラスレスの構成が適用可能)などを考慮すると、100〜800MPaであることが好ましく、200〜600MPaであることがより好ましい。該貯蔵弾性率(E´)は、粘弾性測定装置を用いて、振動周波数10Hzで所定温度範囲を測定し、温度20℃における値を求めることで得られる。
次に、本発明の太陽電池封止材の製造方法について説明する。シート状の太陽電池封止材の製膜方法としては、公知の方法、例えば単軸押出機、多軸押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなどの溶融混合設備を有し、Tダイを用いる押出キャスト法、カレンダー法やインフレーション法等を採用することができ、特に限定されるものではないが、本発明においては、ハンドリング性や生産性等の面からTダイを用いる押出キャスト法が好適に用いられる。Tダイを用いる押出キャスト法での成形温度は、用いる樹脂組成物(C)の流動特性や製膜性等によって適宜調整されるが、概ね130〜300℃、好ましくは、150〜250℃である。
次に本発明の太陽電池封止材を用い、太陽電池素子を上下の保護材であるフロントシートおよびバックシートで固定することにより太陽電池モジュールを製作することができる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができ、好ましくは、本発明の太陽電池封止材と、上部保護材と、太陽電池素子と、下部保護材とを用いて作製された太陽電池モジュールが挙げられ、具体的には、上部保護材/封止材(封止樹脂層)/太陽電池素子/封止材(封止樹脂層)/下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止材で挟むような構成のもの(図1参照)、下部保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と上部保護材を形成させるような構成のもの、上部保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子、例えばフッ素樹脂系透明保護材上にアモルファス太陽電池素子をスパッタリング等で作製したものの上に封止材と下部保護材を形成させるような構成のものなどを挙げることができる。なお、本発明の太陽電池封止材を用いた太陽電池モジュールにおいて、封止材が2箇所以上の部位に使用される場合、全ての部位に本発明の太陽電池封止材を用いてもかまわないし、1箇所のみの部位に本発明の太陽電池封止材を用いてもかまわない。また、封止材が2箇所以上の部位に使用される場合、各々の部位に使用される本発明の太陽電池封止材を構成する樹脂組成物(C)は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7121に準じて、試料約10mgを加熱速度10℃/分で−40℃から200℃まで昇温し、200℃で1分間保持した後、冷却速度10℃/分で−40℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから結晶融解ピーク温度(Tm)(℃)を求めた。
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7121に準じて、試料約10mgを加熱速度10℃/分で−40℃から200℃まで昇温し、200℃で1分間保持した後、冷却速度10℃/分で−40℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから補外開始点(℃)を求めた。
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JIS K7122に準じて、試料約10mgを加熱速度10℃/分で−40℃から200℃まで昇温し、200℃で1分間保持した後、冷却速度10℃/分で−40℃まで降温し、再度、加熱速度10℃/分で200℃まで昇温した時に測定されたサーモグラムから結晶融解熱量(ΔHm)(J/g)を求めた。
アイティ計測(株)製の粘弾性測定装置、商品名「粘弾性スペクトロメーターDVA−200」を用いて、試料(縦4mm、横60mm)を振動周波数10Hz、ひずみ0.1%、昇温速度3℃/分、チャック間25mmで横方向について、−150℃から150℃まで測定し、得られたデータから20℃における貯蔵弾性率(E´)(MPa)を求めた。
厚み3mmの白板ガラス(サイズ;縦75mm、横25mm)と厚み5mmのアルミ板(サイズ;縦120mm、横60mm)の間に厚みが0.5mmのシート状の封止材を重ね、真空プレス機を用いて、150℃、15分の条件で積層プレスした試料を作製し、該試料を85℃、85%RHの恒温恒湿槽内で60度に傾斜して設置し2000時間経過後の状態を観察し、下記の基準で評価した。
(○)ガラスが初期の基準位置からずれなかったもの
(×)ガラスが初期の基準位置からずれたり、シートが溶融したもの
オレフィン系重合体(A)として、エチレン−オクテンランダム共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:エンゲージ8200、オクテン含有量:10.1モル%(31質量%)、MFR(温度:190℃、荷重:21.18N):5、Tm:65℃、ΔHm:53J/g)(以下、A−1と略する)を95質量部とオレフィン系重合体(B)として、エチレン−オクテンブロック共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:インフューズ9000、オクテン含有量:11.9モル%(35質量%)、MFR(温度:190℃、荷重:21.18N):0.5、補外結晶融解開始温度(Tim):115℃、Tm:122℃、ΔHm:44J/g)(以下、B−1と略する)を5質量部およびシランカップリング剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製、商品名:KBM503)を0.5質量部の割合で混合した樹脂組成物(C)をTダイを備えた40mmφ同方向二軸押出機を用いて設定温度190〜200℃で溶融混練し、20℃のキャストロールで急冷製膜することにより厚みが0.5mmのシート状の太陽電池封止材(以下、単にシートと略する)を得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(A−1)80質量部とエチレン−オクテンブロック共重合体(ダウ・ケミカル(株)製、商品名:インフューズ9107、オクテン含有量:16.4モル%(44質量%)、MFR(温度:190℃、荷重:21.18N):1、補外結晶融解開始温度(Tim):114℃、Tm:119℃、ΔHm:19J/g)(以下、B−2と略する)を20質量部との樹脂組成物に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(A−1)をプロピレン−ブテンランダム共重合体(三井化学(株)製、商品名:タフマーXM−7070、ブテン含有量:25.2モル%(31質量%)、MFR(温度:230℃、荷重:21.18N):7、Tm:79℃、ΔHm:43J/g)(以下、A−2と略する)に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
両表層の軟質層として、実施例1で使用した樹脂組成物(シランカップリング剤を含む)を用い、また、中間層の硬質層として、実施例3で使用した樹脂組成物(シランカップリング剤を含まない)を用い、それぞれ、別々の押出機を用いて設定温度190〜200℃で溶融混練し、3層ダイにより共押出し、20℃のキャストロールで急冷製膜することにより厚みが0.5mm(軟質層/硬質層/軟質層=0.125mm/0.25mm/0.125mm)の2種3層の太陽電池封止材シートを得た。積層構成とすることにより、表面層(軟質層)が柔軟であるにもかかわらず、シート全体としては、ハンドリング性が向上した。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
真空ラミネーター((株)エヌ・ピー・シー製、商品名:LM30×30)を用いて、熱板温度:150℃、加工時間:20分(内訳、真空引き:5分、プレス:5分、圧力保持:10分)、圧着速度:急速の条件で、熱板側から順に、上部保護材として厚みが3mmの白板ガラス(旭硝子(株)製、商品名:ソライト)、実施例1で採取した厚みが0.5mmのシート(封止材)、厚みが0.4mmの太陽電池素子(セル)(フォトワット社製、型式:101×101MM)、実施例1で採取した厚みが0.5mmのシート(封止材)、下部保護材として厚みが0.125mmの耐候性PETフィルム(東レ(株)製、商品名:ルミラーX10S)の5層を真空プレスして太陽電池モジュール(サイズ:150mm×150mm)を作製した。得られた太陽電池モジュールは透明性や外観などに優れるものであった。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(B−1)を用いることなく、(A−1)100質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例1において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(B−1)をプロピレン−ブテン共重合体(三井化学(株)製、商品名:タフマーXR110T、ブテン含有量:24.3モル%(30質量%)、MFR(温度:230℃、荷重:21.18N):6、補外結晶融解開始温度(Tim):97℃、Tm:112℃、ΔHm:31J/g)(以下、P−1と略する)に変更した以外は、実施例1と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
実施例2において、シートを構成する樹脂組成物を表1に示すように、(B−1)を比較例1で用いたP−1に変更した以外は、実施例2と同様にして、厚みが0.5mmのシートを得た。得られたシートを用いて、評価した結果を表1に示す。
12A,12B・・・封止樹脂層
14A,14B・・・太陽電池素子
16・・・バックシート
18・・・ジャンクションボックス
20・・・配線
Claims (14)
- 下記(a)の条件を満足するオレフィン系重合体(A)と下記(b)の条件を満足するオレフィン系重合体(B)とを含有する樹脂組成物(C)からなることを特徴とする太陽電池封止材。
(a)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される結晶融解ピーク温度が100℃未満
(b)示差走査熱量測定における加熱速度10℃/分で測定される補外結晶融解開始温度が100℃以上 - オレフィン系重合体(A)の結晶融解ピーク温度が30〜95℃であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池封止材。
- オレフィン系重合体(B)の補外結晶融解開始温度が100〜130℃であることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池封止材。
- オレフィン系重合体(A)の結晶融解ピーク温度(Tm(A))とオレフィン系重合体(B)の補外結晶融解開始温度(Tim(B))の差(Tim(B)−Tm(A))が、35℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- オレフィン系重合体(A)がα−オレフィンランダム共重合体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- オレフィン系重合体(B)がエチレン−α−オレフィンブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- オレフィン系重合体(B)がエチレン−オクテンマルチブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 樹脂組成物(C)中におけるオレフィン系重合体(A)とオレフィン系重合体(B)の質量比(オレフィン系重合体(A)/オレフィン系重合体(B))が、99〜50/1〜50であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 樹脂組成物(C)が、シランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤及び耐候安定剤から選ばれる少なくとも一種の添加剤が添加されてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 積層構成であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 少なくとも2層の積層構成を有し、該少なくとも2層が、動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃における貯蔵弾性率(E´)が互いに異なる層を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の太陽電池封止材。
- 前記貯蔵弾性率(E´)が互いに異なる層が、下記(1)の条件を満足する層(D−1)及び下記(2)の条件を満足する層(D−2)を含むことを特徴とする請求項11に記載の太陽電池封止材。
(1)動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃の貯蔵弾性率(E´)が100MPa未満
(2)動的粘弾性測定における振動周波数10Hz、温度20℃の貯蔵弾性率(E´)が100MPa以上 - 少なくとも2層の積層構成が、層(D−1)/層(D−2)/層(D−1)の2種3層構成であることを特徴とする請求項12に記載の太陽電池封止材。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の太陽電池封止材を用いて作製された太陽電池モジュール。
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