JPWO2013190940A1 - 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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Abstract
【化1】
(式中、R1は、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、を表し、R2〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基、を表す。)
【化2】
(式中、R1は前述の置換基を表し、R5〜R8は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基を表す。)
Description
[1]
エチレン ・α−オレフィン共重合体、有機過酸化物、および紫外線吸収剤を含む太陽電池封止材であって、
前記紫外線吸収剤が、下記一般式(1)あるいは(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることを特徴とする太陽電池封止材。
(式中、R1は、水素原子、または炭素数 1〜6のアルキル基、を表し、R2〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基、を表す。)
(式中、R1は、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、を表し、R5〜R8は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基を表す。)
上記一般式(1)において、R1が水素原子を表し、R2〜R4が、相互に異なることを特徴とする[1]に記載の太陽電池封止材。
上記一般式(2)において、R1が水素原子を表し、R5とR8が、同一であり、R6とR7が、同一であることを特徴とする[1]または[2]に記載の太陽電池封止材。
太陽電池封止材中の上記紫外線吸収剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.05〜5.0重量部である、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
上記エチレン・α−オレフィン共重合体が、以下の要件a1)〜a4)を満たす[1]〜[4]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
a1)エチレンに由来する構成単位の含有割合が80〜90mol%であり、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。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定される上記エチレン・α−オレフィン共重合体のMFRが、10〜27g/10分である、[1]〜[5]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
上記有機過酸化物の1分間半減期温度が100〜170℃であり、かつ上記有機過酸化物の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.1〜3重量部である、[1]〜[6]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
シランカップリング剤をさらに含み、
上記シランカップリング剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.1〜5重量部である、[1]〜[7]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
ヒンダードフェノール系安定剤をさらに含み、
上記ヒンダードフェノール系安定剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.005〜0.1重量部である、[1]〜[8]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
ヒンダードアミン系光安定剤をさらに含み、
上記ヒンダードアミン系光安定剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.01〜2.0重量部である、[1]〜[9]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
リン系安定剤をさらに含み、
上記リン系安定剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.005〜0.5重量部である、[1]〜[10]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
架橋助剤をさらに含み、
上記架橋助剤の含有量が、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.05〜5重量部である、[1]〜[11]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
上記エチレン・α−オレフィン共重合体と、上記有機過酸化物と、上記紫外線吸収剤とを溶融混錬後、シート状に押出成形して得られる、[1]〜[12]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
シート状である、[1]〜[13]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材。
[15]
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]〜[14]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材を架橋させて形成された、上記太陽電池素子を上記表面側透明保護部材と上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。
上記太陽電池素子が、結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層してなる[15]に記載の太陽電池モジュール。
(エチレン・α−オレフィン共重合体)
本実施形態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。炭素数3〜20のα−オレフィンとしては、直鎖状または分岐状のα−オレフィン、例えば、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。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。
(要件a1)
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含有割合は、好ましくは80〜90mol%であり、より好ましくは80〜88mol%、さらに好ましくは82〜88mol%、とくに好ましくは82〜87mol%である。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)の含有割合は、好ましくは10〜20mol%であり、より好ましくは12〜20mol%、さらに好ましくは12〜18mol%、とくに好ましくは13〜18mol%である。
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、通常0.1〜50g/10分であり、好ましくは2〜50g/10分であり、より好ましくは10〜50g/10分であり、さらに好ましくは10〜40g/10分、特に好ましくは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0.1g/10分以上10g/10分未満であると、カレンダー成形によってシートを製造することができる。MFRが0.1g/10分以上10g/10分未満であると、エチレン・α−オレフィン共重合体を含む樹脂組成物の流動性が低いため、シートを太陽電池素子とラミネートする際にはみ出した溶融樹脂によるラミネート装置の汚れを防止できる点で好ましい。
さらに、MFRが2g/10分以上、好ましくはMFRが10g/10分以上であると、エチレン・α−オレフィン共重合体を含む樹脂組成物の流動性が向上し、シート押出成形時の生産性を向上させることができる。
MFRが50g/10分以下であると、分子量が大きくなるため、チルロールなどのロール面への付着を抑制できるため、剥離を不要とし、均一な厚みのシートに成形することができる。さらに、「コシ」がある樹脂組成物となるため、0.1mm以上の厚いシートを容易に成形することができる。また、太陽電池モジュールのラミネート成形時の架橋特性が向上するため、十分に架橋させて、耐熱性の低下を抑制することができる。
MFRが27g/10分以下であると、さらに、シート成形時のドローダウ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シートを得ることができる。
なお後述する太陽電池モジュールのラミネート工程において樹脂組成物の架橋処理を行わない場合は、溶融押出工程において有機過酸化物の分解の影響が小さいため、MFRが0.1g/10分以上10g/10分未満、好ましくは0.5g/10分以上8.5g/10分未満の樹脂組成物を用い、押出成形によってシートを得ることもできる。樹脂組成物の有機過酸化物含有量が0.15重量部以下である場合には、MFRが0.1g/10分以上10g/10分未満の樹脂組成物を用い、シラン変性処理、または微架橋処理を行いつつ170〜250℃の成形温度で押出成形によってシートを製造することもできる。MFRがこの範囲にあるとシートを太陽電池素子とラミネートする際にはみ出した溶融樹脂によるラミネート装置の汚れを防止できる点で好ましい。
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好ましくは0.865〜0.884g/cm3であり、より好ましくは0.866〜0.883g/cm3、さらに好ましくは0.866〜0.880g/cm3、とくに好ましくは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硬度は好ましくは60〜85であり、より好ましくは62〜83、さらに好ましくは62〜80、とくに好ましくは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上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。
一方、ショアA硬度が85以下であると、結晶性が低くなり、透明性を高くすることができる。さらに、柔軟性が高いため、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を防ぐことができる。
(融解ピーク)
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℃以下であると、結晶化度が低くなり、得られる太陽電池封止材の柔軟性が高まるため、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の発生を防止することができる。一方、融解ピークが30℃以上であると、樹脂組成物の柔軟性を適度に高くできるため、押出成形にて太陽電池封止材シートを容易に得ることができる。また、シートのベタつきによるブロッキングを防止して、シートの繰り出し性の悪化を抑制することができる。
本実施形態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。体積固有抵抗が大きい太陽電池封止材は、PID現象の発生を抑制するという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。
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。
エチレン・α−オレフィン共重合体は、チーグラー化合物、バナジウム化合物、メタロセン化合物などを触媒として用いて製造することができる。中でも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好ましい。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。
従来公知のメタロセン化合物と、(II)(II−1)有機アルミニウムオキシ化合物、(II−2)上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、および(II−3)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(助触媒ともいう)と、からなるオレフィン重合用触媒の存在下に、エチレンとα−オレフィンなどから選ばれる一種以上のモノマーを供給する。
本実施形態の太陽電池封止材は、有機過酸化物を含んでいる。有機過酸化物は、シランカップリング剤と、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、シランカップリング剤をグラフト変性することにより、表面側透明保護部材、裏面側保護部材、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。
本実施形態の太陽電池封止材は、一般式(1)あるいは(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤を含んでいる。ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤は、光劣化が少なく、優れた耐久性を有している。さらに、300nm以下の波長での吸収能力を有している上に、340nm以上に最大級波長を有しており、広い波長領域での紫外線吸収能力に優れており、また長期間に亘り紫外線吸収能力を維持することができ、太陽電池モジュールの変換効率の低下を抑制することができる。
(式中、R1は、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、を表し、R2〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基、を表す。)
(式中、R1は、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、を表し、R5〜R8は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基を表す。)
上記式(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤として具体的には、2,2'−メチルレンビス[6−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール]、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−エトキシフェノール]、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−ブトキシフェノール]、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−オクチルオキシフェノール]などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
さらにエチレン性不飽和シラン化合物を含むのが好ましい。本実施形態の太陽電池封止材中のエチレン性不飽和シラン化合物の含有量は、エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して、好ましくは0.1〜5重量部であり、より好ましくは0.1〜4重量部であり、とくに好ましくは0.1〜3重量部である。
本実施形態の太陽電池封止材は、ヒンダードアミン系光安定剤をさらに含むのが好ましい。ヒンダードアミン系光安定剤を含むことで、エチレン・α−オレフィン共重合体に有害なラジカル種を捕捉し、新たなラジカルの発生を抑制できる。
上記一般式(3)中、R1,R2は、水素、アルキル基等を示す。R1とR2は、同一であっても異なっていてもどちらでもよい。R1とR2は、好ましくは水素またはメチル基である。R3は、水素、アルキル基、アルケニル基等を示す。R3は、好ましくは水素またはメチル基である。
本実施形態の太陽電池封止材は、ヒンダードフェノール系安定剤をさらに含むのが好ましい。ヒンダードフェノール系安定剤を含むことにより、酸素存在下でエチレン・α−オレフィン共重合体に有害なラジカル種を捕捉し、新たなラジカルの発生を抑制でき、酸化劣化を防止できる。
本実施形態の太陽電池封止材は、リン系安定剤をさらに含むのが好ましい。リン系安定剤を含んでいると、押出成形時の有機過酸化物の分解を抑制でき、外観が良好なシートを得ることができる。ヒンダードアミン系光安定剤、ヒンダードフェノール系安定剤を含んでいると発生したラジカルを消滅し、外観が良好なシートを生産することもできるが、シート押出工程で安定剤を消費してしまい、耐熱性、耐候性などの長期信頼性が低下する傾向にある。
リン系安定剤としては、従来公知の化合物を用いることができ、例えば、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、ビス[2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸、テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4'−ジイルビスホスフォナイト、およびビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトなどが挙げられる。中でも、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイトが好ましい。
本実施形態の太陽電池封止材を構成する樹脂組成物には、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。太陽電池封止材中の各種成分の含有量は、上記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して、好ましくは0.0001〜50重量部であり、より好ましくは0.001〜40重量部である。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、ヒンダードフェノール系安定剤およびリン系安定剤以外のその他の耐熱安定剤、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。
カレンダー成形機としては、公知の各種カレンダー成形機を用いることができ、ミキシングロール、三本カレンダーロール、四本カレンダーロールを用いることができる。四本カレンダーロールとしては、とくに、I型、S型、逆L型、Z型、斜Z型などを用いることができる。また、カレンダーロールに掛ける前に、エチレン系樹脂組成物を適度な温度まで熱しておくことも好ましく、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、押出機などを設置することも好ましい実施形態の一つである。カレンダー成形の温度範囲は、ロール温度を、通常40〜100℃とすることが好ましい。
VA(mm3)=tmax(mm)×106(mm2) (12)
V0(mm3)=W/ρ (13)
VH(mm3)=VA−V0=VA−(W/ρ) (14)
空隙率P(%)=(VH/VA)×100
=((VA−(W/ρ))/VA)×100
=(1−W/(ρ・VA))×100
=(1−W/(ρ・tmax・106))×100
構造を単純にしてコストを下げる観点、および界面反射を極力小さくし光を有効に活用する観点などからは、その他の層を設けず、本実施形態の太陽電池封止材からなる層のみで太陽電池封止材シートを作製すればよい。ただし、目的との関係で必要または有用なその他の層があれば、適宜そのようなその他の層を設ければよい。その他の層を設ける場合における、本実施形態の太陽電池封止材からなる層と他の層との積層方法についてはとくに制限はないが、キャスト成形機、押出シート成形機、インフレーション成形機、射出成形機などの公知の溶融押出機を用いて共押出して積層体を得る方法、あるいは予め成形された一方の層上に他方の層を溶融または加熱ラミネートして積層体を得る方法が好ましい。また、適当な接着剤(例えば、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂(三井化学社製の商品名「アドマー(登録商標 )」、三菱化学社製の商品名「モディック(登録商標 )」など)、不飽和ポリオレフィンなどの低(非)結晶性軟質重合体、エチレン/アクリル酸エステル/無水マレイン酸三元共重合体(住化シーディエフ化学社製の商品名「ボンダイン(登録商標 )」など)をはじめとするアクリル系接着剤、エチレン/酢酸ビニル系共重合体、またはこれらを含む接着性樹脂組成物など)を用いたドライラミネート法、あるいはヒートラミネート法などにより積層してもよい。接着剤としては、120〜150℃程度の耐熱性があるものが好ましく使用され、ポリエステル系あるいはポリウレタン系接着剤などが好適なものとして例示される。また、両層の接着性を改良するために、例えば、シラン系カップリング処理、チタン系カップリング処理、コロナ処理、プラズマ処理などを用いてもよい。
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封止材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(表面側透明保護部材)/太陽電池封止材/太陽電池素子/太陽電池封止材/太陽電池モジュール用保護シート(裏面側保護部材)という構成になっている。ただし、本実施形態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側透明保護部材24と裏面側保護部材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、本実施形態の太陽電池用封止材を貼り合わせた後、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。
その結果、発電セルと表面側透明保護部材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/裏面側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/裏面側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、裏面側保護部材、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側透明保護部材は、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側保護部材は、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、上述の表面側透明保護部材と同様に、耐候性、機械強度などの諸特性を求められる。したがって、表面側透明保護部材と同様の材質で太陽電池モジュール用裏面側保護部材を構成してもよい。すなわち、表面側透明保護部材として用いられる上述の各種材料を、裏面側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、裏面側保護部材は、太陽光の通過を前提としないため、表面側透明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み、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金属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。
本実施形態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、本実施形態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。
工程(ii)において、工程(i)で得られた積層体を、常法に従って真空ラミネーター、または熱プレスを用いて、加熱および加圧して一体化(封止)する。封止において、本実施形態の太陽電池封止材は、クッション性が高いため、太陽電池素子の損傷を防止することができる。また、脱気性が良好であるため空気の巻き込みもなく、高品質の製品を歩留り良く製造することができる。
上記ゲル分率が上記下限値以上であると、太陽電池封止材の耐熱性が良好となり、例えば85℃×85%RHでの恒温恒湿試験、ブラックパネル温度83℃での高強度キセノン照射試験、−40℃〜90℃でのヒートサイクル試験、耐熱試験での接着性の低下を抑制することができる。一方、ゲル分率が上記上限値以下であると、高い柔軟性を有する太陽電池封止材となり、−40℃〜90℃でのヒートサイクル試験での温度追従性が向上するため、剥離の発生を防止することができる。
本実施形態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)で濾過した後、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。日本電子社製の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。
[MFR]
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。
[密度]
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。
[ショアA硬度]
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。
得られたシートを12cm×7.5cmのサイズに裁断した後、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(厚さ3.2mm)を使用し、その白板ガラスに厚さ500μmの太陽電池封止材のシートサンプルを白板ガラス/太陽電池封止材/白板ガラスの順で積層し、150℃、真空5分、加圧5分でラミネート装置(NPC社製、LM−110X160S)でラミネートし、圧着した。次いで、150℃のオーブン中に45分間保持し、積層体を作製した。
次に、上記積層体を、メタルハライドランプを光源とする促進耐候性試験機(KU−R5NW、ダイプラウィンテス社製 )を用い、温度80℃の空気中で、300〜400nmにおける紫外線強度が1000W/m 2の紫外線を250時間照射した後取り出した。
得られた積層体の450nmでの試験前後の透過率の差を評価した。
○:透過率の差が5%以下
△:透過率の差が5%超過8%以下
×:透過率の差が8%超過
(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40NL/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。
(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、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、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤として2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−ドデシル−4−メチルフェノールを0.3重量部、シランカップリング剤として3−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、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、ヒンダードアミン系光安定剤としてビス(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、ヒンダードフェノール系安定剤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0.05重量部、リン系安定剤としてトリス(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。
紫外線吸収剤2:2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ペンチルフェノール
紫外線吸収剤3:2,2'−メチルレンビス[6−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール]
紫外線吸収剤4:2−ヒドロキシ−4−ノルマル−オクチルオキシベンゾフェノン
[1]
エチレン ・α−オレフィン共重合体、有機過酸化物、および紫外線吸収剤を含む太陽電池封止材であって、
前記紫外線吸収剤が、下記一般式(1)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、下記一般式(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤または2,2'−メチレンビス[6−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール]であることを特徴とする太陽電池封止材。
本実施形態の太陽電池封止材は、下記一般式(1)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、下記一般式(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤または2,2'−メチレンビス[6−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール]を含んでいる。ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤は、光劣化が少なく、優れた耐久性を有している。さらに、300nm以下の波長での吸収能力を有している上に、340nm以上に最大級波長を有しており、広い波長領域での紫外線吸収能力に優れており、また長期間に亘り紫外線吸収能力を維持することができ、太陽電池モジュールの変換効率の低下を抑制することができる。
上記式(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤として具体的には、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−エトキシフェノール]、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−ブトキシフェノール]、4,4'−メチレンビス[2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−オクチルオキシフェノール]などが挙げられる。また、本実施形態のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては2,2'−メチレンビス[6−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール]を用いることができる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
Claims (16)
- エチレン ・α−オレフィン共重合体、有機過酸化物、および紫外線吸収剤を含む太陽電池封止材であって、
前記紫外線吸収剤が、下記一般式(1)あるいは(2)で表されるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることを特徴とする太陽電池封止材。
(式中、R1は、水素原子、または炭素数 1〜6のアルキル基、を表し、R2〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基、を表す。)
(式中、R1は、水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、を表し、R5〜R8は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、水酸基、炭素数1〜22のアルコキシ基、または炭素数1〜22のアルキルオキシカルボニル基を表す。) - 前記一般式(1)において、R1が水素原子を表し、R2〜R4が、相互に異なることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記一般式(2)において、R1が水素原子を表し、R5とR8が、同一であり、R6とR7が、同一であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池封止材。
- 前記紫外線吸収剤の含有量が、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.05〜5.0重量部である、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が、以下の要件a1)〜a4)を満たす請求項1に記載の太陽電池封止材。
a1)エチレンに由来する構成単位の含有割合が80〜90mol%であり、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。 - 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。
- 前記有機過酸化物の1分間半減期温度が100〜170℃であり、かつ前記有機過酸化物の含有量が、前記エチレン・α−オレフィン共重合体100重量部に対して0.1〜3重量部である、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重量部に対してさらにシランカップリング剤を0.1〜5重量部含む、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100重量部に対してさらにヒンダードフェノール系安定剤を0.005〜0.1重量部含む、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100重量部に対してさらにヒンダードアミン系光安定剤を0.01〜2.0重量部含む、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100重量部に対してさらにリン系安定剤を0.005〜0.5重量部含む、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100重量部に対してさらに架橋助剤を0.05〜5重量部含む、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と、前記有機過酸化物と、前記紫外線吸収剤とを溶融混錬後、シート状に押出成形して得られる請求項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た、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。 - 前記太陽電池素子が、結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層してなる請求項15に記載の太陽電池モジュール。
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