JPWO2012046456A1 - 太陽電池封止材および太陽電池モジュール - Google Patents
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- Sealing Material Composition (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
Description
また、剛性と架橋特性のバランスと押出成形性に優れるエチレン・α−オレフィン共重合体を用いた太陽電池封止材用樹脂組成物も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
さらに本発明の課題とするところは、この様な太陽電池用封止材を用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
以下の要件a1)〜a4)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体を含む太陽電池封止材。
a1)エチレンに由来する構成単位の含有割合が80〜90mol%であるとともに、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有割合が10〜20mol%である。
a2)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが10〜50g/10分である。
a3)ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.865〜0.884g/cm3である。
a4)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60〜85である。
当該太陽電池封止材が以下の要件a5)をさらに満たす[1]に記載の太陽電池封止材。
a5)JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1.0×1018Ω・cmである。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体が以下の要件a6)をさらに満たす[1]に記載の太陽電池封止材。
a6)前記エチレン・α−オレフィン共重合体中のアルミニウム元素の含有量が10〜500ppmである。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体が以下の要件a6)をさらに満たす[2]に記載の太陽電池封止材。
a6)前記エチレン・α−オレフィン共重合体中のアルミニウム元素の含有量が10〜500ppmである。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定される前記エチレン・α−オレフィン共重合体のMFRが、10〜27g/10分である、[1]〜[4]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、1分間半減期温度が100〜170℃の範囲にある有機過酸化物を0.005〜5重量部さらに含む[1]〜[5]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体が、メタロセン化合物と、有機アルミニウムオキシ化合物および有機アルミニウム化合物からなる群より選択される少なくとも一種の化合物と、からなるオレフィン重合用触媒の存在下で重合された、[1]〜[6]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、シランカップリング剤0.1〜5重量部と、架橋剤0.1〜3重量部と、を含むエチレン系樹脂組成物からなる[1]〜[7]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン系樹脂組成物は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、紫外線吸収剤、耐熱安定剤、およびヒンダートアミン型光安定化剤からなる群より選択される少なくとも一種を0.005〜5重量部さらに含む[8]に記載の太陽電池封止材。
前記エチレン系樹脂組成物は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、架橋助剤を0.05〜5重量部さらに含む[8]または[9]に記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体と、添加剤とを溶融混錬後、シート状に押出成型して得られた、[1]〜[10]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a7)13C−NMRスペクトルおよび下記式(1)から求められるB値が0.9〜1.5であり、
a8)13C−NMRスペクトルにおける、Tααに対するTαβの強度比(Tαβ/Tαα)が1.5以下である[1]〜[11]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
B値=[POE]/(2×[PO]×[PE]) ・・・(1)
(式(1)中、[PE]は前記エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるエチレンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[PO]は前記エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[POE]は全dyad連鎖に含まれるα−オレフィン・エチレン連鎖の割合(モル分率)を示す)
前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a9)ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)に基づく分子量分布Mw/Mnが1.2〜3.5の範囲にある[1]〜[12]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a10)固相抽出処理後の抽出液からイオンクロマトグラフィーにより検出される塩素イオンの含有割合が2ppm以下である[1]〜[13]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a11)酢酸メチルへの抽出量が5.0重量%以下である[1]〜[14]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
シート状である[1]〜[15]のいずれかに記載の太陽電池封止材。
表面側透明保護部材と、
裏面側保護部材と、
太陽電池素子と、
[1]〜[16]のいずれかに記載の太陽電池封止材を架橋させて形成される、前記太陽電池素子を前記表面側透明保護部材と前記裏面側保護部材との間に封止する封止層と、
を備えた太陽電池モジュール。
JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1×1018Ω・cmである、樹脂組成物からなる太陽電池封止材。
シート状である[18]に記載の太陽電池封止材。
表面側透明保護部材と、
裏面側保護部材と、
太陽電池素子と、
[18]または[19]に記載の太陽電池封止材により形成される、前記太陽電池素子を前記表面側透明保護部材と前記裏面側保護部材との間に封止する封止層と、
を備えた太陽電池モジュール。
さらに、上記材料物性を兼ね備えた封止材をもちいることにより、フレームとセル間に高電圧を印加した状態を維持してもPIDの発生を大幅に抑制できる太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池封止材は、以下に示す特定の要件を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体を含む。
本発明の太陽電池封止材に用いられるエチレン・α−オレフィン共重合体は、エチレンと、炭素数3〜20のα−オレフィンとを共重合することによって得られる。α−オレフィンとしては、通常、炭素数3〜20のα−オレフィンを1種類単独でまたは2種類以上を組み合わせて用いることができる。中でも好ましいのは、炭素数が10以下であるα−オレフィンであり、とくに好ましいのは炭素数が3〜8のα−オレフィンである。このようなα−オレフィンの具体例としては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセンなどを挙げることができる。中でも、入手の容易さからプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンが好ましい。なお、エチレン・α−オレフィン共重合体はランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよいが、柔軟性の観点からランダム共重合体が好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位(以下、「α−オレフィン単位」とも記す)の割合は10〜20mol%であり、好ましくは12〜20mol%、より好ましくは12〜18mol%、さらに好ましくは13〜18mol%である。α−オレフィン単位の含有割合が10mol%未満であると、結晶性が高く、透明性が低下する傾向にある。さらに、低温での押出成形が困難となり、例えば130℃以上の高温での押出成形が必要となる。このため、エチレン・α−オレフィン共重合体に有機過酸化物を練り込む場合に、押出機内での架橋反応が進行してしまい、太陽電池封止材のシートにゲル状の異物が発生し、シートの外観が悪化する傾向にある。また、柔軟性が低く、太陽電池モジュールのラミネート成形時に太陽電池素子であるセルの割れや、薄膜電極のカケなどが発生する場合がある。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるエチレン・α−オレフィン共重合体のメルトフローレ−ト(MFR)は10〜50g/10分であり、好ましくは10〜40g/10分、より好ましくは10〜35g/10分、さらに好ましくは12〜27g/10分、最も好ましくは15〜25g/10分である。エチレン・α−オレフィン共重合体のMFRは、後述する重合反応の際の重合温度、重合圧力、並びに重合系内のエチレンおよびα−オレフィンのモノマー濃度と水素濃度のモル比率などを調整することにより、調整することができる。
MFRが27g/10分以下であると、さらに、シート成形時のネックインを抑制でき幅の広いシートを成形でき、また架橋特性および耐熱性がさらに向上し、最も良好な太陽電池封止材のシートを得ることができる。
ASTM D1505に準拠して測定されるエチレン・α−オレフィン共重合体の密度は0.865〜0.884g/cm3であり、好ましくは0.866〜0.883g/cm3、より好ましくは0.866〜0.880g/cm3、さらに好ましくは0.867〜0.880g/cm3である。エチレン・α−オレフィン共重合体の密度は、エチレン単位の含有割合とα−オレフィン単位の含有割合とのバランスにより調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合を高くすると結晶性が高くなり、密度の高いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。一方、エチレン単位の含有割合を低くすると結晶性が低くなり、密度の低いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
ASTM D2240に準拠して測定される、エチレン・α−オレフィン共重合体のショアA硬度は60〜85であり、好ましくは62〜83、より好ましくは62〜80、さらに好ましくは65〜80である。エチレン・α−オレフィン共重合体のショアA硬度は、エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン単位の含有割合や密度を後述の数値範囲に制御することにより、調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合が高く、密度が高いエチレン・α−オレフィン共重合体は、ショアA硬度が高くなる。一方、エチレン単位の含有割合が低く、密度が低いエチレン・α−オレフィン共重合体は、ショアA硬度が低くなる。
本発明の太陽電池封止材は、JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1.0×1018Ω・cmであることが好ましい。体積固有抵抗が小さい太陽電池封止材は、PIDを発生し易い特性を有する傾向にある。さらに、太陽光が照射される時間帯には、従来の太陽電池モジュールではモジュール温度が例えば70℃以上になることがあるので、長期信頼性の観点から、従来報告されている常温(23℃)での体積固有抵抗より高温条件下での体積固有抵抗が求められており、温度100℃での体積固有抵抗が重要となる。
体積固有抵抗は、好ましくは1.0×1014〜1.0×1018Ω・cm、さらに好ましくは5.0×1014〜1.0×1018Ω・cm、最も好ましくは1.0×1015〜1.0×1018Ω・cmである。
体積固有抵抗が1.0×1013Ω・cm未満であると、85℃,85%rhでの恒温恒湿試験において1日程度の短期間でPID現象を発生する傾向にある。体積固有抵抗が、1.0×1018Ω・cm超過であると、シートに静電気が帯びてしまいゴミを吸着しやすくなり、太陽電池モジュール内にゴミが混入し、発電効率や長期信頼性の低下を招く傾向にある。
なお、体積固有抵抗が、5.0×1014Ω・cm超過であると、85℃,85%rhでの恒温恒湿試験においてPID現象の発生がさらに長期化できる傾向にあり、望ましい。
体積固有抵抗は、封止材シートに成形した後、真空ラミネーター、熱プレス、架橋炉などで架橋および平坦なシートに加工された後に測定される。また、モジュール積層体中のシートは、他の層を除去して測定する。
エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、アルミニウム元素(以下、「Al」とも記す)の含有量(残渣量)が好ましくは10〜500ppmであり、より好ましくは20〜400ppm、さらに好ましくは20〜300ppmである。Al含有量は、エチレン・α−オレフィン共重合体の重合過程において添加する有機アルミニウムオキシ化合物や有機アルミニウム化合物の濃度に依存する。Al含有量が10ppm未満の場合は、エチレン・α−オレフィン共重合体の重合過程において添加された有機アルミニウムオキシ化合物や有機アルミニウム化合物の濃度が小さく、メタロセン化合物の活性が十分発現せず、メタロセン化合物と反応してイオン対を形成する化合物を添加する必要が発生する。該イオン対を形成する化合物がエチレン・α−オレフィン共重合体中に残留することにより、電気特性の低下を起こす傾向にある。例えば100℃などの高温での電気特性が低下する傾向にある。また、Al含有量を少なくするためには、酸やアルカリでの脱灰処理が必要となり、得られるエチレン・α−オレフィン共重合体中に残留する酸やアルカリが電極の腐食を起こす傾向にある。脱灰処理を施すために、エチレン・α−オレフィン共重合体のコストも高くなる。
一方、Al含有量が500ppm超過であると、押出機内での架橋反応が進行してしまい、太陽電池封止材のシートにゲル状の異物が発生し、シートの外観が悪化する傾向にある。
上記のような、エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるアルミニウム元素をコントロールする手法としては、例えば、後述のエチレン・α−オレフィン共重合体の製造方法に記載の(II−1)有機アルミニウムオキシ化合物および(II−2)有機アルミニウム化合物の製造工程における濃度、または、エチレン・α−オレフィン共重合体の製造条件のメタロセン化合物の重合活性を調整することによって、エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるアルミニウム元素をコントロールすることができる。
エチレン・α−オレフィン共重合体の、13C−NMRスペクトルおよび下記式(1)から求められるB値は0.9〜1.5であることが好ましく、0.9〜1.3であることがさらに好ましく、0.95〜1.3であることがより好ましく、0.95〜1.2であることがとくに好ましく、1.0〜1.2であることが最も好ましい。B値は、エチレン・α−オレフィン共重合体を重合する際の重合触媒を変更することにより調整可能である。より具体的には、後述するメタロセン化合物を用いることで、B値が上記の数値範囲にあるエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
B値=[POE]/(2×[PO]×[PE]) (1)
(式(1)中、[PE]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるエチレンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[PO]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[POE]は全dyad連鎖に含まれるα−オレフィン・エチレン連鎖の割合(モル分率)を示す)
エチレン・α−オレフィン共重合体の、13C−NMRスペクトルにおける、Tααに対するTαβの強度比(Tαβ/Tαα)は1.5以下であることが好ましく、1.2以下であることがさらに好ましく、1.0以下であることがとくに好ましく、0.7未満であることが最も好ましい。Tαβ/Tααは、エチレン・α−オレフィン共重合体を重合する際の重合触媒を変更することにより調整可能である。より具体的には、後述するメタロセン化合物を用いることで、Tαβ/Tααが上記の数値範囲にあるエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
(分子量分布Mw/Mn)
エチレン・α−オレフィン共重合体の、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布Mw/Mnは、1.2〜3.5の範囲にあることが好ましく、1.7〜3.0の範囲にあることがさらに好ましく、1.7〜2.7の範囲にあることがより好ましく、1.9〜2.4の範囲にあることがとくに好ましい。エチレン・α−オレフィン共重合体の分子量分布Mw/Mnは、重合に際し、後述のメタロセン化合物を用いることにより調整することができる。
エチレン・α−オレフィン共重合体の、固相抽出処理後の抽出液からイオンクロマトグラフィーにより検出される塩素イオンの含有割合は、2ppm以下であることが好ましく、1.5ppm以下であることがさらに好ましく、1.2ppm以下であることがとくに好ましい。塩素イオンの含有割合は、後述するメタロセン化合物の構造および重合条件を調整することにより調整することができる。すなわち、触媒の重合活性を高くすることにより、エチレン・α−オレフィン共重合体中の触媒残渣量を少なくし、塩素イオンの含有割合が上記の数値範囲にあるエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
エチレン・α−オレフィン共重合体の、酢酸メチルへの抽出量は5.0重量%以下であることが好ましく、4.0重量%以下であることがさらに好ましく、3.5重量%以下であることがより好ましく、2.0重量%以下であることがとくに好ましい。酢酸メチルへの抽出量が多いことは、エチレン・α−オレフィン共重合体に低分子量成分が多く含まれており、分子量分布または組成分布が広がっていることを示している。そのため、後述のメタロセン化合物を使用し、重合条件を調整することにより、酢酸メチルへの抽出量が少ないエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
エチレン・α−オレフィン共重合体の、示差走査熱量測定(DSC)に基づく融解ピークは30〜90℃の範囲に存在することが好ましく、33〜90℃の範囲に存在することがさらに好ましく、33〜88℃の範囲に存在することがとくに好ましい。融解ピークが90℃超であると、結晶化度が高く、得られる太陽電池封止材の柔軟性が低く、太陽電池モジュールをラミネート成形する際にセルの割れや、薄膜電極のカケが発生する場合がある。一方、融解ピークが30℃未満であると、樹脂組成物の柔軟性が高過ぎてしまい、押出成形にて太陽電池封止材シートを得ることが困難になる場合がある。また、シートにベタツキが発生してブロッキングしてしまい、シートの繰り出し性が悪化する傾向にある。
本発明の太陽電池封止材の第2の態様は、JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1.0×1018Ω・cmであり、樹脂組成物からなる。
体積固有抵抗が1.0×1013Ω・cm未満であると、85℃,85%rhでの恒温恒湿試験において1日程度の短期間でPID現象を発生する傾向にある。体積固有抵抗が、1.0×1018Ω・cm超過であると、シートに静電気が帯びてしまいゴミを吸着しやすくなり、太陽電池モジュール内にゴミが混入し、発電効率や長期信頼性の低下を招く傾向にある。
なお、体積固有抵抗が、5.0×1014Ω・cm超過であると、85℃,85%rhでの恒温恒湿試験においてPID現象の発生までの時間が、240時間、さらには500時間以上に長期化できる傾向にある。同様に、体積固有抵抗が5.0×1014Ω・cm超過であると、100℃ないし100℃を越える高温下でのPID現象の発生までの時間を、長期化できる傾向にある。さらには、電圧が1000Vないし、1000Vを超える高電圧下でのPID現象の発生までの時間を長期化できる傾向にある。
上記体積固有抵抗を満たす太陽電池封止材を形成する樹脂組成物としては、従来公知の樹脂を用いることができる。例えば、エチレンおよび炭素数3〜20のα−オレフィンからなるエチレン・α−オレフィン共重合体、高密度エチレン系樹脂、低密度エチレン系樹脂、中密度エチレン系樹脂、超低密度エチレン系樹脂、プロピレン(共)重合体、1−ブテン(共)重合体、4−メチルペンテン−1(共)重合体、エチレン・環状オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・環状オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体、エチレン・α−オレフィン・共役ポリエン共重合体、エチレン・芳香族ビニル共重合体、エチレン・α−オレフィン・芳香族ビニル共重合体などのオレフィン系樹脂、エチレン・不飽和無水カルボン酸共重合体、エチレン・α−オレフィン・不飽和無水カルボン酸共重合体、エチレン・エポキシ含有不飽和化合物共重合体、エチレン・α−オレフィン・エポキシ含有不飽和化合物共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体;エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタアクリル酸共重合体などのエチレン・不飽和カルボン酸共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・メタアクリル酸メチル共重合体などのエチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体、不飽和カルボン酸エステル(共)重合体、(メタ)アクリル酸エステル(共)重合体、エチレン・アクリル酸金属塩共重合体、エチレン・メタアクリル酸金属塩共重合体などのアイオノマー樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル酸系樹脂、メタアクリル酸系樹脂、環状オレフィン(共)重合体、α−オレフィン・芳香族ビニル化合物・芳香族ポリエン共重合体、エチレン・α−オレフィン・芳香族ビニル化合物・芳香族ポリエン共重合体、エチレン・芳香族ビニル化合物・芳香族ポリエン共重合体、スチレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・共役ジエン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・エチレン・α−オレフィン・共役ポリエン・スチレン共重合体、メタアクリル酸・スチレン共重合体、エチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、1,2ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、トランスポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマー、液晶性ポリエステル、ポリ乳酸などが挙げられる。
これらの樹脂は、後述するメタロセン化合物と反応してイオン対を形成する化合物を、実質的に使用せずに製造することが好ましい。または、製造後に樹脂を酸などにより処理する脱灰処理を行い、金属成分やイオン含有量を低減させることが好ましい。いずれの方法によっても、体積固有抵抗が1.0×1014Ω・cm以上となり、電気特性の優れる重合体を得ることができる。
さらに、エチレンおよび炭素数3〜20のα−オレフィンからなるエチレン・α−オレフィン共重合体がより好ましく、上述した特定の要件a1)〜a11)のうち、少なくとも一つを満たすエチレン・α−オレフィン共重合体がさらに好ましい。とりわけ、要件a1)、a2)、a3)およびa4)をそれぞれ満たすエチレン・α−オレフィン共重合体が好ましい。
前述した樹脂組成物は、シラン化合物によって変性されていても良い。
上記樹脂組成物からなる太陽電池封止材はシート状である事が好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体は、以下に示す種々のメタロセン化合物を触媒として用いて製造することができる。メタロセン化合物としては、例えば、特開2006−077261号公報、特開2008−231265号公報、特開2005−314680号公報などに記載のメタロセン化合物を用いることができる。ただし、これらの特許文献に記載のメタロセン化合物とは異なる構造のメタロセン化合物を使用してもよいし、二種以上のメタロセン化合物を組み合わせて使用してもよい。
なお、好ましくは、前述の(II−2)前記メタロセン化合物(I)と反応してイオン対を形成する化合物を実質的に使用せずに製造することで、電気特性の優れるエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
本発明の太陽電池封止材は、前述のエチレン・α−オレフィン共重合体100重量部とエチレン性不飽和シラン化合物などのシランカップリング剤0.1〜5重量部と、有機過酸化物などの架橋剤0.1〜3重量部とを含有するエチレン系樹脂組成物からなることが、好ましい態様である。
エチレン性不飽和シラン化合物が0.1重量部未満であると、接着性が低下する。一方、エチレン性不飽和シラン化合物が5重量部超であると、太陽電池封止材のコストと性能のバランスが悪く、また、エチレン性不飽和シラン化合物を太陽電池モジュールのラミネート時にエチレン・α−オレフィン共重合体にグラフト反応させるための有機過酸化物の添加量が多くなる。このため、太陽電池封止材を押出機でシート状にして得る際にゲル化を起こし、押出機のトルクが上昇し、押出シート成形が困難となる場合がある。また、シートが得られたとしても、押出機内で発生したゲル物によりシートの表面に凹凸が発生し、外観が悪くなる場合がある。さらに、電圧をかけるとシート内部のゲル物周辺にクラックが生じ、絶縁破壊電圧が低下する。また、ゲル物界面での透湿が起こり易くなり、透湿性が低下する。さらに、シート表面に凹凸が発生するため、太陽電池モジュールのラミネート加工時にガラス、セル、電極、バックシートとの密着性が悪化し、接着性も低下する。また、エチレン性不飽和シラン化合物自体が縮合反応を起こし、太陽電池封止材に白い筋として存在し、製品外観が悪化する。さらに、過剰のシランカップリング剤は、ガラスなどの被着体と縮合反応をした後、有機過酸化物の量が少ない場合は、エチレン・α−オレフィン共重合体の主鎖へのグラフト反応が不十分となり、接着性が低下する傾向にもある。
有機過酸化物は、エチレン性不飽和シラン化合物と、エチレン・α−オレフィン共重合体とのグラフト変性の際のラジカル開始剤として、さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体の太陽電池モジュールのラミネート成形時の架橋反応の際のラジカル開始剤として用いられる。エチレン・α−オレフィン共重合体に、エチレン性不飽和シラン化合物をグラフト変性することにより、ガラス、バックシート、セル、電極との接着性が良好な太陽電池モジュールが得られる。さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を架橋することにより、耐熱性、接着性に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。
エチレン系樹脂組成物には、紫外線吸収剤、光安定化剤、および耐熱安定剤からなる群より選択される少なくとも一種の添加剤が含有されることが好ましい。これらの添加剤の配合量は、エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して、0.005〜5重量部であることが好ましい。さらに、上記三種から選ばれる少なくとも二種の添加剤を含有することが好ましく、とくに、上記三種の全てが含有されていることが好ましい。上記添加剤の配合量が上記範囲にあると、高温高湿への耐性、ヒートサイクルの耐性、耐候安定性、および耐熱安定性を向上する効果を十分に確保し、かつ、太陽電池封止材の透明性やガラス、バックシート、セル、電極、アルミニウムとの接着性の低下を防ぐことができるので好ましい。
太陽電池封止材を構成するエチレン系樹脂組成物には、以上詳述した諸成分以外の各種成分を、本発明の目的を損なわない範囲において、適宜含有させることができる。例えば、エチレン・α−オレフィン共重合体以外の各種ポリオレフィン、スチレン系やエチレン系ブロック共重合体、プロピレン系重合体などが挙げられる。これらは、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して、0.0001〜50重量部、好ましくは0.001〜40重量部含有されていてもよい。また、ポリオレフィン以外の各種樹脂、および/または各種ゴム、可塑剤、充填剤、顔料、染料、帯電防止剤、抗菌剤、防黴剤、難燃剤、架橋助剤、および分散剤などから選ばれる一種以上の添加剤を適宜含有することができる。
本発明の太陽電池封止材は、ガラス、バックシート、薄膜電極、アルミニウム、太陽電池素子などの各種太陽電池部材との接着性、耐熱性、押出成形性および架橋特性のバランスに優れ、さらに、透明性、柔軟性、外観、耐候性、体積固有抵抗、電気絶縁性、透湿性、電極腐食性、プロセス安定性のバランスに優れている。このため、従来公知の太陽電池モジュールの太陽電池封止材として好適に用いられる。本発明の太陽電池封止材の製造方法としては通常用いられている方法が利用できるが、ニーダー、バンバリミキサー、押出機などにより溶融ブレンドすることにより製造することが好ましい。とくに、連続生産が可能な押出機での製造が好ましい。
VA(mm3)=tmax(mm)×106(mm2) (3)
一方、この単位面積の太陽電池封止材の実際の体積V0(mm3)は、太陽電池封止材を構成する樹脂の比重ρ(g/mm3)と単位面積(1m2)当りの太陽電池封止材の実際の重さW(g)と、を下記式(4)に当てはめることにより算出される。
V0(mm3)=W/ρ (4)
太陽電池封止材の単位面積当りの凹部の合計体積VH(mm3)は、下記式(5)に示されるように、「太陽電池封止材の見掛けの体積VA」から「実際の体積V0」を差し引くことによって算出される。
VH(mm3)=VA−V0=VA−(W/ρ) (5)
したがって、空隙率(%)は次のようにして求めることができる。
空隙率P(%)=VH/VA×100
=(VA−(W/ρ))/VA×100
=1−W/(ρ・VA)×100
=1−W/(ρ・tmax・106)×100
太陽電池モジュールは、例えば、通常、多結晶シリコンなどにより形成された太陽電池素子を太陽電池用封止シートで挟み積層し、さらに、表裏両面を保護シートでカバーした結晶型太陽電池モジュールが挙げられる。すなわち、典型的な太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール用保護シート(表面保護部材)/太陽電池用封止シート/太陽電池素子/太陽電池用封止シート/太陽電池モジュール用保護シート(裏面保護部材)という構成になっている。ただし、本発明の好ましい実施形態の1つである太陽電池モジュールは、上記の構成には限定されず、本発明の目的を損なわない範囲で、上記の各層の一部を適宜省略し、または上記以外の層を適宜設けることができる。上記以外の層としては、例えば接着層、衝撃吸収層、コーティング層、反射防止層、裏面再反射層、および光拡散層などを挙げることができる。これらの層は、とくに限定はないが、各層を設ける目的や特性を考慮して、適切な位置に設けることができる。
図1は、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。なお、図1においては、結晶シリコン系の太陽電池モジュール20の構成の一例が示されている。図1に示されるように、太陽電池モジュール20は、インターコネクタ29により電気的に接続された複数の結晶シリコン系の太陽電池素子22と、それを挟持する一対の表面保護部材24と裏面保護部材26とを有し、これらの保護部材と複数の太陽電池素子22との間に、封止層28が充填されている。封止層28は、本発明の太陽電池用封止シートを貼り合わせた後、加熱圧着されて得られ、太陽電池素子22の受光面および裏面に形成された電極と接している。電極とは、太陽電池素子22の受光面および裏面にそれぞれ形成された集電部材であり、後述する集電線、タブ付用母線、および裏面電極層などを含む。
太陽電池素子には、通常、発生した電気を取り出すための集電電極が配置される。集電電極の例には、バスバー電極、フィンガー電極などが含まれる。一般に、集電電極は、太陽電池素子の表面と裏面の両面に配置した構造をとるが、受光面に集電電極を配置すると、集電電極が光を遮ってしまうため発電効率が低下するという問題が生じうる。
その結果、発電セルとガラスまたはアルミフレームとの間に封止される、太陽電池封止材には、高い電気絶縁性、高抵抗などの良好な電気特性が求められる。
薄膜シリコン系の太陽電池モジュールは、(1)表面側透明保護部材(ガラス基板)/薄膜太陽電池素子/封止層/裏面保護部材をこの順に積層したもの;(2)表面側透明保護部材/封止層/薄膜太陽電池素子/封止層/裏面保護部材をこの順に積層したものなどでありうる。表面側透明保護部材、裏面保護部材、および封止層は、前述の「結晶シリコン系の太陽電池モジュール」の場合と同様である。
太陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用表面保護部材は、とくに制限はないが、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、耐候性、撥水性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するための性能を有することが好ましい。また、太陽光を有効に活用するために、光学ロスの小さい、透明性の高いシートであることが好ましい。
太陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用裏面保護部材は、とくに制限はないが、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、上述の表面保護部材と同様に、耐候性、機械強度などの諸特性を求められる。したがって、表面保護部材と同様の材質で太陽電池モジュール用裏面保護部材を構成してもよい。すなわち、表面保護部材として用いられる上述の各種材料を、裏面保護部材としても用いることができる。とくに、ポリエステル樹脂、およびガラスを好ましく用いることができる。また、裏面保護部材は、太陽光の通過を前提としないため、表面保護部材で求められる透明性は必ずしも要求されない。そこで、太陽電池モジュールの機械的強度を増すために、あるいは温度変化による歪、反りを防止するために、補強板を張り付けてもよい。補強板は、例えば、鋼板、プラスチック板、FRP(ガラス繊維強化プラスチック)板などを好ましく使用することができる。
太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子は、半導体の光起電力効果を利用して発電できるものであれば、とくに制限はない。太陽電池素子は、例えば、シリコン(単結晶系、多結晶系、非結晶(アモルファス)系)太陽電池、化合物半導体(III−III族、II−VI族、その他)太陽電池、湿式太陽電池、有機半導体太陽電池などを用いることができる。これらの中では、発電性能とコストとのバランスなどの観点から、多結晶シリコン太陽電池が好ましい。
太陽電池モジュールに用いられる電極の構成および材料は、とくに限定されないが、具体的な例では、透明導電膜と金属膜の積層構造を有する。透明導電膜は、SnO2、ITO、ZnOなどからなる。金属膜は、銀、金、銅、錫、アルミニウム、カドミウム、亜鉛、水銀、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル、バナジウムなどの金属からなる。これらの金属膜は、単独で用いられてもよいし、複合化された合金として用いられてもよい。透明導電膜と金属膜とは、CVD、スパッタ、蒸着などの方法により形成される。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、(i)表面側透明保護部材と、本発明の太陽電池封止材と、太陽電池素子(セル)と、太陽電池封止材と、裏面側保護部材とをこの順に積層して積層体を形成する工程と、(ii)得られた積層体を加圧および加熱して一体化する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の太陽電池モジュールは、生産性、発電効率、寿命などに優れている。このため、この様な太陽電池モジュールを用いた発電設備は、コスト、発電効率、寿命などに優れ、実用上高い価値を有する。上記の発電設備は、家屋の屋根に設置する、キャンプなどのアウトドア向けの移動電源として利用する、自動車バッテリーの補助電源として利用するなどの、屋外、屋内を問わず長期間の使用に好適である。
[エチレン単位およびα−オレフィン単位の含有割合]
試料0.35gをヘキサクロロブタジエン2.0mlに加熱溶解させて得られた溶液をグラスフィルター(G2)濾過した後、重水素化ベンゼン0.5mlを加え、内径10mmのNMRチューブに装入した。日本電子製のJNM GX−400型NMR測定装置を使用し、120℃で13C−NMR測定を行った。積算回数は8000回以上とした。得られた13C−NMRスペクトルより、共重合体中のエチレン単位の含有割合、およびα−オレフィン単位の含有割合を定量した。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件にてエチレン・α−オレフィン共重合体のMFRを測定した。
ASTM D1505に準拠して、エチレン・α−オレフィン共重合体の密度を測定した。
エチレン・α−オレフィン共重合体を190℃、加熱4分、10MPaで加圧した後、10MPaで常温まで5分間加圧冷却して3mm厚のシートを得た。得られたシートを用いて、ASTM D2240に準拠してエチレン・α−オレフィン共重合体のショアA硬度を測定した。
エチレン・α−オレフィン共重合体を湿式分解した後、純水にて定容し、ICP発光分析装置(島津製作所社製、ICPS−8100)により、アルミニウムを定量し、アルミニウム元素の含有量を求めた。
上述の13C−NMRスペクトルより、下記式(1)に従ってエチレン・α−オレフィン共重合体の「B値」を算出した。
B値=[POE]/(2×[PO]×[PE]) ・・・(1)
(式(1)中、[PE]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるエチレンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[PO]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[POE]は全dyad連鎖に含まれるα−オレフィン・エチレン連鎖の割合(モル分率)を示す)
前述の文献の記載を参考にし、上述の13C−NMRスペクトルよりエチレン・α−オレフィン共重合体の「Tαβ/Tαα」を算出した。
Waters社製のゲル浸透クロマトグラフ(商品名「Alliance GPC−2000型」)を使用し、以下のようにしてエチレン・α−オレフィン共重合体の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定し、Mw/Mnを算出した。分離カラムには、商品名「TSKgel GMH6−HT」を2本、および商品名「TSKgel GMH6−HTL」を2本使用した。カラムサイズは、いずれも内径7.5mm、長さ300mmとし、カラム温度は140℃とし、移動相にはo−ジクロロベンゼン(和光純薬工業社製)および酸化防止剤としてBHT(武田薬品社製)0.025重量%を用いた。移動相を1.0ml/分の速度で移動させ、試料濃度は15mg/10mlとし、試料注入量は500μlとし、検出器として示差屈折計を用いた。標準ポリスチレンは、分子量がMw≦1000およびMw≧4×106については東ソー社製のものを用いた。また、分子量が1000≦Mw≦4×106についてはプレッシャーケミカル社製のものを用いた。
オートクレーブなどを用いて滅菌洗浄されたガラス容器にエチレン・α−オレフィン共重合体を約10g精秤し、超純水を100ml加えて密閉した後、常温で30分間超音波(38kHz)抽出を行って抽出液を得た。得られた抽出液を、ダイオネクス社製のイオンクロマトグラフ装置(商品名「ICS−2000」)を用いて分析することにより、エチレン・α−オレフィン共重合体中の塩素イオンの含有割合を測定した。
エチレン・α−オレフィン共重合体を約10g程度精秤し、酢酸メチルを用いて、酢酸メチルの沸点以上の温度でソックスレー抽出を行った。抽出前後のエチレン・α−オレフィン共重合体の重量差または抽出溶媒を揮発させた残渣量から、エチレン・α−オレフィン共重合体の酢酸メチル抽出量を算出した。
太陽電池用の表面側透明保護部材である透明ガラス板と、厚さ500μmのシートサンプルとを積層して真空ラミネーター(NPC社製、LM−110X160S)内に仕込み、150℃に温調したホットプレート上に載せて3分間減圧、15分間加熱し、透明ガラス板/シートサンプルの積層体である接着強度用サンプルを作製した。この接着強度用サンプルのシートサンプル層を15mm幅に切り、ガラスとの剥離強度(ガラス接着強度)を180度ピールにて測定した。測定には、インストロン社製の引張試験機(商品名「Instron1123」)を使用した。180度ピールにて、スパン間30mm、引張速度30mm/分で23℃にて測定を行い、3回の測定の平均値を採用した。
波長350〜800nmの範囲内において吸収域を有しない白板ガラスを使用し、白板ガラス/シートサンプル/白板ガラスの構成で、上記接着強度用サンプルの調製と同様の条件で積層体を得た。日立製作所社製の分光光度計(商品名「U−3010」)にφ150mmの積分球を取り付けたものを使用し、350〜800nmの波長域における、上記積層体中のシートサンプルの分光全光線透過率を測定した。そして、測定結果に、標準光D65および標準視感効率V(λ)を乗じ、可視光の全光線透過率(Tvis)を算出した。
得られたシートを10cm×10cmのサイズに裁断した後、150℃、真空3分、加圧15分でラミネート装置(NPC社製、LM−110X160S)でラミネートして測定用の架橋シートを作製した。作製した架橋シートの体積固有抵抗(Ω・cm)を、JIS K6911に準拠し、印加電圧500Vで測定した。なお、測定時、高温測定チャンバー「12708」(アドバンスト社製)を用いて温度100±2℃とし、微小電流計「R8340A」(アドバンスト社製)を使用した。
中央部に銀をスパッタリングした一対のガラス板(薄膜電極)の間に、シートサンプルを挟んだ。これを、上述の接着強度用サンプルを作製した際の条件と同様の条件で処理して積層体を得た。得られた積層体を、JIS C8917に準拠し、スガ試験機社製の商品名「XL75」特殊仕様にて、試験槽内温度85℃、湿度85%の条件下で積層体の促進試験を2000時間行った。得られた促進試験サンプルの薄膜電極の状態を目視観察して、電極腐食性を評価した。
厚さ150μmのシリコンセルをインゴットより切削採取し、白板ガラス/シートサンプル/シリコンセル/シートサンプル/PET製バックシートの構成で、上記接着強度用サンプルの調製と同様の条件で積層体を得た。得られた積層体内のシリコンセルを目視観察し、割れを評価した。
シートサンプルを真空ラミネーター内に仕込み、150℃に温調したホットプレート上に載せて3分間減圧、15分間加熱し、架橋シートサンプルを得た。得られた架橋シートサンプルを、幅1cm、長さ5cmに切り出した。標線を3cmの長さで引き、切り出したサンプルの3倍の重さの重りを吊るして100℃のオーブン中に1時間放置し、耐熱試験を実施した。試験後サンプルの標線間の伸び率を測定した。なお、耐熱試験中に落下したサンプルについては、「落下」と評価した。
耐熱性試験は、架橋特性の指標として用いており、架橋が十分であると耐熱試験中の伸びが小さく、架橋が不十分であると耐熱試験中の伸びが大きく、さらに不十分であると「落下」することがある。
シートサンプルのエンボス面を上側にして二枚重ね、ガラス/シートサンプル/シートサンプル/ガラスの構成で、エンボス面を上側にし、その上に400gの重りを乗せた。40℃のオーブンで24時間放置した後、取り出して室温まで冷却し、シートの剥離強度を測定した。測定には、インストロン社製の引張試験機(商品名「Instron1123」)を使用し、シート間の180度ピールにて、スパン間30mm、引張速度10mm/分、23℃の条件で行った。3回の測定値の平均値を採用し、以下の基準に従ってシートブロッキング性を評価した。
良好:剥離強度が50gf/cm未満
ややブロッキングあり:剥離強度が50〜100gf/cm
ブロッキングあり:剥離強度が100gf/cm超
(合成例1)
撹拌羽根を備えた内容積50Lの連続重合器の一つの供給口に、共触媒としてメチルアルミノキサンのトルエン溶液を8.0mmol/hr、主触媒としてビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドのヘキサンスラリーを0.025mmol/hr、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液を0.5mmol/hrの割合で供給し、触媒溶液と重合溶媒として用いる脱水精製したノルマルヘキサンの合計が20L/hrとなるように脱水精製したノルマルヘキサンを連続的に供給した。同時に重合器の別の供給口に、エチレンを3kg/hr、1−ブテンを15kg/hr、水素を5NL/hrの割合で連続供給し、重合温度90℃、全圧3MPaG、滞留時間1.0時間の条件下で連続溶液重合を行った。重合器で生成したエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン/トルエン混合溶液は、重合器の底部に設けられた排出口を介して連続的に排出させ、エチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン/トルエン混合溶液が150〜190℃となるように、ジャケット部が3〜25kg/cm2スチームで加熱された連結パイプに導いた。なお、連結パイプに至る直前には、触媒失活剤であるメタノールが注入される供給口が付設されており、約0.75L/hrの速度でメタノールを注入してエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン/トルエン混合溶液に合流させた。スチームジャケット付き連結パイプ内で約190℃に保温されたエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン/トルエン混合溶液は、約4.3MPaGを維持するように、連結パイプ終端部に設けられた圧力制御バルブの開度の調整によって連続的にフラッシュ槽に送液された。なお、フラッシュ槽内への移送においては、フラッシュ槽内の圧力が約0.1MPaG、フラッシュ槽内の蒸気部の温度が約180℃を維持するように溶液温度と圧力調整バルブ開度設定が行われた。その後、ダイス温度を180℃に設定した単軸押出機を通し、水槽にてストランドを冷却し、ペレットカッターにてストランドを切断し、ペレットとしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.2kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒としての[ジメチル(t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)シラン]チタンジクロライドのヘキサン溶液を0.012mmol/hr、共触媒としてのトリフェニルカルベニウム(テトラキスペンタフルオロフェニル)ボレートのトルエン溶液を0.05mmol/hr、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液を0.4mmol/hrの割合でそれぞれ供給するとともに、1−ブテンを5kg/hr、水素を100NL/hrの割合で供給した以外は、前述の合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は1.3kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒としてビス(p−トリル)メチレン(シクロペンタジエニル)(1,1,4,4,7,7,10,10−オクタメチル−1,2,3,4,7,8,9,10−オクタヒドロジベンズ(b,h)−フルオレニル)ジルコニウムジクロリドのヘキサン溶液を0.003mmol/hr、共触媒としてのメチルアルミノキサンのトルエン溶液を3.0mmol/hr、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液を0.6mmol/hrの割合でそれぞれ供給したこと;エチレンを4.3kg/hrの割合で供給したこと;1−ブテンの代わりに1−オクテンを6.4kg/hrの割合で供給したこと;1−オクテンと触媒溶液と重合溶媒として用いる脱水精製したノルマルヘキサンの合計が20L/hrとなるように脱水精製したノルマルヘキサンを連続的に供給したこと;水素を60NL/hrの割合で供給したこと;および重合温度を130℃にしたこと以外は、合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は4.3kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒として[ジメチル(t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)シラン]チタンジクロライドのヘキサン溶液を0.013mmol/hr、共触媒としてメチルアルミノキサンのトルエン溶液を28mmol/hr、スカベンジャーとしてトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液を9.75mmolの割合でそれぞれ供給するとともに、1−ブテンを5kg/hr、水素を100NL/hrの割合で供給した以外は、前述の合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.1kg/hrであった。物性を表1に示す。
水素を4NL/hrの割合で供給したこと以外は、合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.1kg/hrであった。物性を表1に示す。
水素を6NL/hrの割合で供給したこと以外は、合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.1kg/hrであった。物性を表1に示す。
水素を95NL/hrの割合で供給したこと以外は、合成例2と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は1.3kg/hrであった。物性を表1に示す。
水素を95NL/hrの割合で供給したこと以外は、合成例4と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.1kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒としてビス(p−トリル)メチレン(シクロペンタジエニル)(1,1,4,4,7,7,10,10−オクタメチル−1,2,3,4,7,8,9,10−オクタヒドロジベンズ(b,h)−フルオレニル)ジルコニウムジクロリドのヘキサン溶液を0.004mmol/hr、メチルアルミノキサンのトルエン溶液を4.0mmol/hr、水素を62NL/hrの割合で供給したこと以外は、合成例3と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は5.1kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒としてビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドのヘキサンスラリーを0.04mmol/hr、メチルアルミノキサンのトルエン溶液を11mmol/hr、エチレンを2.5kg/hr、1−ブテンを21kg/hr、水素を2.4NL/hrの割合でそれぞれ供給したこと以外は、合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は2.0kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒としてビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライドのヘキサンスラリーを0.1mmol/hr、メチルアルミノキサンのトルエン溶液を15mmol/hr、1−ブテンを12kg/hr、水素を3NL/hrの割合でそれぞれ供給したこと以外は、合成例1と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は6.5kg/hrであった。物性を表1に示す。
主触媒として[ジメチル(t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)シラン]チタンジクロライドのヘキサン溶液を0.01mmol/hr、メチルアルミノキサンのトルエン溶液を15mmol/hr、スカベンジャーとしてトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液を14mmol/hrの割合でそれぞれ供給するとともに、1−ブテンを5.5kg/hrの割合でそれぞれ供給したこと以外は、合成例4と同様にしてエチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は1.5kg/hrであった。物性を表1に示す。
撹拌羽根を備えた内容積2Lのガラス製の連続重合器の一つの供給口に、共触媒としてエチルアルミニウムセスキクロリドのヘキサン溶液を40mmol/hr、主触媒としてジクロロエトキシバナジウムオキシドのヘキサン溶液を2.0mmol/hrの割合で供給し、触媒溶液と重合溶媒として用いる脱水精製したノルマルヘキサンの合計が2L/hrとなるように脱水精製したノルマルヘキサンを連続的に供給した。同時に重合器の別の供給口に、エチレンを180NL/hr、1−ブテンを85NL/hr、水素を30NL/hrの割合で連続供給し、重合温度30℃、常圧、滞留時間0.5時間の条件下で連続溶液重合を行った。重合器で生成したエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン/トルエン混合溶液は、重合器の底部に設けられた排出口を介して連続的に排出させ、エチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン混合溶液に、触媒失活剤であるメタノールが注入される供給口が付設されており、約0.2mL/minの速度でメタノールを注入してエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン混合溶液に合流させた。このエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン混合溶液2Lを、内容積5Lの攪拌羽を供えたガラス容器に取り、0.5Nの希塩酸を約5mL、純水2Lを添加し、攪拌した後、水相を分離した。その後、純水を2L添加し、同様に攪拌と水相分離を5回行いエチレン・α−オレフィン共重合体中の触媒残渣を脱灰した。脱灰処理後のエチレン・α−オレフィン共重合体のノルマルヘキサン混合溶液は、130℃の真空乾燥機にて、乾燥し、エチレン・α−オレフィン共重合体を得た。収量は250g/hrであった。物性を表1に示す。
(実施例1)
合成例1のエチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、エチレン性不飽和シラン化合物としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを0.5重量部、有機過酸化物として1分間半減期温度が166℃のt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネートを1.0重量部、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレートを1.2重量部、紫外線吸収剤として2−ヒドロキシ−4−ノルマル−オクチルオキシベンゾフェノンを0.4重量部、ラジカル捕捉剤としてビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケートを0.2重量部、および耐熱安定剤1としてトリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト0.1重量部、耐熱安定剤2としてオクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート0.1重量部を配合した。
表2に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率は全て28%であった。得られたシートの各種評価結果を表2に示す。
表2に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得ようとした。しかしながら、押出機のトルクが高くなりすぎてしまい、トルクオーバーとなってシートを得ることができなかった。
表2に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得ようとした。しかしながら、シボロールおよびゴムロールへの粘着が強すぎてしまい、剥ぎ取ることができずにシートを得ることができなかった。
表2に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率はいずれも28%であった。得られたシートの各種評価結果を表2に示す。
表3に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率は全て28%であった。得られたシートの各種評価結果を表3に示す。
表3に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率はいずれも28%であった。得られたシートの各種評価結果を表3に示す。
実施例11記載の封止材を用いて、単結晶セルを用い18セル直列接続した小モジュールを作製し、評価した。ガラスには、24×21cmにカットした旭硝子ファブリテック製の白板フロートガラス3.2mm厚みのエンボス付き熱処理ガラスを用いた。結晶系セル(Shinsung製の単結晶セル)は受光面側のバスバー銀電極を中央にして5×3cmにカットしたものを用いた。このセルを銅箔に共晶ハンダを表面コートされた銅リボン電極を用いて18セル直列接続した。バックシートとして、シリカ蒸着PETを含むPET系バックシートを用い、バックシートの一部にセルからの取り出し部位にカッタ−ナイフで約2cm切り込みを入れ18セル直列接続したセルのプラス端子とマイナス端子を取り出し、真空ラミネーター(NPC製:LM−110x160−S)を用いて熱盤温度150℃、真空時間3分、加圧時間15分にてラミネートした。その後、ガラスからはみ出した封止材、バックシートをカットし、ガラスエッジには端面封止材を付与して、アルミフレームを取り付けた後、バックシートから取り出した端子部分の切れ込み部位はRTVシリコーンを付与して硬化させた。
測定結果、いずれの場合も高圧試験後のPmaxの変化量は0.5以下の低下のにとどまり、良好な結果であった。
実施例12記載の太陽電池封止材を用いた以外は実施例17と同様に試験した結果、Pmaxの低下はいずれの場合も0.5%以下であり良好な結果であった。
実施例15記載の封止材を用いた以外は実施例17と同様に試験を行った。24時間電圧を印加した後のPmaxの低下は0.5%以下で良好な結果であった。
(変性ポリビニルアセタール樹脂の合成)
エチレン含有量15モル%、けん化度98モル%、平均重合度1700のポリビニルアルコール(クラレ社製、PVA−117)100gを蒸留水に溶解し、濃度10重量%のポリビニルアルコール水溶液を得た。この水溶液を40℃にした状態でアンカー型攪拌翼を用いて攪拌しながら35重量%塩酸を32g添加後、ブチルアルデヒド60gを滴下した。水溶液中にポリビニルアセタール樹脂が析出したことを確認した後、さらに35重量%塩酸を64g添加しながら50℃まで昇温して4時間攪拌して反応を完結させ、変性ポリビニルアセタール樹脂の分散液を得た。得られた分散液を冷却し、30重量%水酸化ナトリウム水溶液により分散液のpHを7.5まで中和し、ろ過後、対ポリマー20倍量の蒸留水で水洗/乾燥して平均重合度1700、アセタール化度65モル%の変性ポリビニルアセタール樹脂を得た。
変性ポリビニルアセタール樹脂100質量部、トリエチレングリコール−ジ−2−エチルヘキサネート30質量部を100℃で5分間、30rpmの条件で、ラボプラストミル(東洋精機社製)で混練し、変性ポリビニルアセタール樹脂組成物を得た。得られた組成物を真空ラミネーターを用いて、厚み0.5mmの25×25センチの開口部をもつSUS製の金属枠を用いて枠の内部のシートをセットし熱盤温度100℃で真空時間3分加圧時間10分にて平坦なシートを作製した。
このシート体積固有抵抗は100℃では測定限界よりも低い抵抗値であり、108Ωcm以下の体積抵抗であった。また、このシートを用いて実施例16と同様にラミネーターの熱盤温度のみ125℃に設定し、モジュールを作製し、同様に高圧印加試験を実施した。
24時間電圧を印加した後のPmaxの低下量は6%であり、特性劣化が起こった。
A1)エチレンに由来する構成単位の含有割合が80〜90mol%であるとともに、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有割合が10〜20mol%である。
A2)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが10〜50g/10分である。
A3)ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.865〜0.884g/cm3である。
A4)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60〜85である。
B値=[POE]/(2×[PO]×[PE]) ・・・(1)
(式(1)中、[PE]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるエチレンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[PO]はエチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[POE]は全dyad連鎖に含まれるα−オレフィン・エチレン連鎖の割合(モル分率)を示す)
B1)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが10〜50g/10分である。
B2)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60〜85である。
B3)エチレン・α−オレフィン共重合体中のアルミニウム元素の含有量が10〜500ppmである。
表2に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率は全て28%であった。得られたシートの各種評価結果を表2に示す。
表3に示す配合としたこと以外は、前述の実施例1と同様にしてエンボスシート(太陽電池封止材シート)を得た。得られたシートの空隙率は全て28%であった。得られたシートの各種評価結果を表3に示す。
Claims (20)
- 以下の要件a1)〜a4)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体を含む太陽電池封止材。
a1)エチレンに由来する構成単位の含有割合が80〜90mol%であるとともに、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の含有割合が10〜20mol%である。
a2)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが10〜50g/10分である。
a3)ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.865〜0.884g/cm3である。
a4)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60〜85である。 - 当該太陽電池封止材が以下の要件a5)をさらに満たす請求項1に記載の太陽電池封止材。
a5)JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1.0×1018Ω・cmである。 - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体が以下の要件a6)をさらに満たす請求項1に記載の太陽電池封止材。
a6)前記エチレン・α−オレフィン共重合体中のアルミニウム元素の含有量が10〜500ppmである。 - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体が以下の要件a6)をさらに満たす請求項2に記載の太陽電池封止材。
a6)前記エチレン・α−オレフィン共重合体中のアルミニウム元素の含有量が10〜500ppmである。 - ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定される前記エチレン・α−オレフィン共重合体のMFRが、10〜27g/10分である、請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、1分間半減期温度が100〜170℃の範囲にある有機過酸化物を0.005〜5重量部さらに含む請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン・α−オレフィン共重合体が、メタロセン化合物と、有機アルミニウムオキシ化合物および有機アルミニウム化合物からなる群より選択される少なくとも一種の化合物と、からなるオレフィン重合用触媒の存在下で重合された、請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、シランカップリング剤0.1〜5重量部と、架橋剤0.1〜3重量部と、を含むエチレン系樹脂組成物からなる請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン系樹脂組成物は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、紫外線吸収剤、耐熱安定剤、およびヒンダートアミン型光安定化剤からなる群より選択される少なくとも一種を0.005〜5重量部さらに含む請求項8に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン系樹脂組成物は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対し、架橋助剤を0.05〜5重量部さらに含む請求項8に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン・α−オレフィン共重合体と、添加剤とを溶融混錬後、シート状に押出成型して得られた、請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a7)13C−NMRスペクトルおよび下記式(1)から求められるB値が0.9〜1.5であり、
a8)13C−NMRスペクトルにおける、Tααに対するTαβの強度比(Tαβ/Tαα)が1.5以下である請求項1に記載の太陽電池封止材。
B値=[POE]/(2×[PO]×[PE]) ・・・(1)
(式(1)中、[PE]は前記エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれるエチレンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[PO]は前記エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位の割合(モル分率)を示し、[POE]は全dyad連鎖に含まれるα−オレフィン・エチレン連鎖の割合(モル分率)を示す) - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a9)ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)に基づく分子量分布Mw/Mnが1.2〜3.5の範囲にある請求項1に記載の太陽電池封止材。 - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a10)固相抽出処理後の抽出液からイオンクロマトグラフィーにより検出される塩素イオンの含有割合が2ppm以下である請求項1に記載の太陽電池封止材。 - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体の、
a11)酢酸メチルへの抽出量が5.0重量%以下である請求項1に記載の太陽電池封止材。 - シート状である請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 表面側透明保護部材と、
裏面側保護部材と、
太陽電池素子と、
請求項1に記載の太陽電池封止材を架橋させて形成される、前記太陽電池素子を前記表面側透明保護部材と前記裏面側保護部材との間に封止する封止層と、
を備えた太陽電池モジュール。 - JIS K6911に準拠し、温度100℃、印加電圧500Vで測定される体積固有抵抗が1.0×1013〜1×1018Ω・cmである、樹脂組成物からなる太陽電池封止材。
- シート状である請求項18に記載の太陽電池封止材。
- 表面側透明保護部材と、
裏面側保護部材と、
太陽電池素子と、
請求項18に記載の太陽電池封止材により形成される、前記太陽電池素子を前記表面側透明保護部材と前記裏面側保護部材との間に封止する封止層と、
を備えた太陽電池モジュール。
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