TWI655787B - Solar cell back protection sheet - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種太陽電池用背面保護片，其最外層使用了氟系樹脂薄膜，且可抑制氟系樹脂薄膜產生黃變及龜裂。
具體而言，本發明提供一種太陽電池用背面保護片，其配置於太陽電池單元之背面側，且特徵在於：(1)前述太陽電池用背面保護片自最外層起依序至少積層有第1樹脂層及第2樹脂層，且與前述太陽電池單元黏合時，乃使與前述最外層為相反側之最內層與前述太陽電池單元黏合；(2)前述第1樹脂層含有聚二氟亞乙烯，且前述聚二氟亞乙烯中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶。
Description
本發明是有關於一種配置於太陽電池單元之背面側之太陽電池用背面保護片。
於太陽電池單元之背面側一般會積層太陽電池用背面保護片，且一般將該等合稱為太陽電池模組。
近年來，特別是由地球環境問題之觀點來看，將太陽光能直接轉換成電能之太陽電池可作為下一世代之能源之期待急遽地升高。以自太陽電池單元之背面保護與絕緣為目的而使用背面保護片。
太陽電池模組通常設置於野外，並暴露於風雨、直射日光等嚴苛之環境下。由於太陽電池模組會要求即使於此種嚴苛之環境下亦可超過25年之長期耐用年數，因此，保護太陽電池單元之背面保護片亦會要求對自然環境之高耐氣候性。為了滿足該要求，背面保護片之各種材料乃使用具有高耐氣候性能者。
圖1顯示太陽電池用背面保護片之一般層構造。
背面保護片10乃依序積層有第1樹脂層11、接著劑層12a、第2樹脂層13、接著劑層12b及第2樹脂層14。與太陽電池單元黏合時，乃黏合太陽電池單元與第2樹脂層14。即，第1樹脂層11為最外層，第2樹脂層14為最內層(以下，將距離太陽電池單元最遠層稱為「最外層」)。
最外層之第1樹脂層11乃使用具有耐氣候性之氟
系樹脂薄膜(聚二氟亞乙烯、聚氟乙烯、乙烯四氟乙烯)，第2樹脂層13乃使用以確保絕緣性為目的之厚型(~250μm)通用聚對酞酸乙二酯(PET)薄膜，第2樹脂層14一般乃使用烯烴薄膜，其至與屬於太陽電池單元之封裝材的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)薄膜層熔合之120℃左右具有熔點。
太陽電池用背面保護片如上述，以保護太陽電池
單元之背面為目的而要求高耐氣候性，屬於最外層的第1樹脂層乃使用即使於嚴苛環境下亦不易劣化之氟系樹脂薄膜。由於該氟系樹脂薄膜具有高耐氣候性，因此，即便假使第2樹脂層(例如PET薄膜)劣化，亦具有維持背面保護片之強度及形狀之作用。
氟系樹脂薄膜一般乃使用聚氟乙烯(PVF)樹脂薄
膜，然而，若由耐氣候性、防污性、耐熱性等觀點來看，則相較於PVF樹脂薄膜而大多使用聚二氟亞乙烯(PVDF)樹脂薄膜。關於PVDF樹脂薄膜，舉例言之，於專利文獻1中揭示，為了抑制後收縮，使用含有二氟亞乙烯系樹脂及(甲基)丙烯酸酯系單體(MMA單體)與苯乙烯系單體(SM單體)之共聚合樹脂(MS樹脂)之薄膜。
另，太陽電池背面保護片主要是要求耐氣候性，
然而，由於太陽電池模組大多設置於房屋之屋頂等屋外，因此，設計性亦變得重要。即，不僅是耐氣候性，背面保護片亦會要求長期使用時不易產生外觀變化(變色等)。
[專利文獻1]日本專利公開公報特開2011-018851號
當太陽電池用背面保護片之最外層(第1樹脂層)使用氟系樹脂薄膜時，會有下述2個問題。
(1)依照鄰接之接著劑層之成分，若長時間暴露於高溫環境下，則氟系樹脂薄膜會黃變。
(2)因屋外急遽之氣溫變化，於最外層之氟系樹脂薄膜產生龜裂(裂紋)。具體而言，氟系樹脂薄膜會因高溫/低溫急遽之變化而膨脹/收縮，以致產生龜裂。特別是太陽電池單元中有稱作匯流排之厚度0.2mm之金屬配線，因此，就有匯流排之厚度程度的微小落差，若屋外有急遽之氣溫變化，將以該微小落差為起點而產生龜裂。
依此，本發明之目的在提供一種太陽電池用背面保護片，其最外層使用了氟系樹脂薄膜，且可抑制氟系樹脂薄膜之黃變及龜裂產生。
發明人為了達成上述目的反覆鑽研之結果，發現當最外層含有特定之聚二氟亞乙烯時可達成上述目的，臻至完成本發明。
即，本發明是有關於下述太陽電池用背面保護片及太陽電池模組。
1.一種太陽電池用背面保護片，其配置於太陽電池單元之背面側，且特徵在於：(1)前述太陽電池用背面保護片自最外層起依序至少積層有第1樹脂層及第2樹脂層，且與前述太陽電池單元黏合時，乃使與前述最外層為相反側之最內層與前述太陽電池單元黏合；(2)前述第1樹脂層含有聚二氟亞乙烯，且前述聚二氟亞乙烯中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶。
2.如上述項1之太陽電池用背面保護片，其中相對於前述聚二氟亞乙烯100質量份，前述第1樹脂層含有甲基丙烯酸酯5~90質量份。
3.如上述項1或2之太陽電池用背面保護片，其中前述第1樹脂層之厚度為10~30μm。
4.如上述項1至3中任一項之太陽電池用背面保護片，其中前述第2樹脂層含有選自於由聚乙烯、聚烯烴系樹脂、(甲基)丙烯酸系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚苯乙烯系
樹脂、聚二氯亞乙烯系樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物皂化物、聚乙烯醇、聚碳酸酯系樹脂、氟系樹脂、聚乙酸乙烯酯系樹脂、縮醛系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚苯醚樹脂所構成群組中之至少1種。
5.如上述項1至4中任一項之太陽電池用背面保護片，其中前述第2樹脂層由2層以上所構成。
6.一種太陽電池模組，其具備：太陽電池單元；及如上述項1至5中任一項之太陽電池用背面保護片，其配置於該太陽電池單元之背面側。
本發明之太陽電池用背面保護片，其最外層之第1樹脂層含有聚二氟亞乙烯，且前述聚二氟亞乙烯中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶，故可抑制長時間暴露於高溫環境下後之黃變以及因急遽之溫度變化所造成的龜裂產生。
10‧‧‧太陽電池用背面保護薄膜
11‧‧‧第1樹脂層(最外層)
12a，12b‧‧‧接著劑層
13‧‧‧第2樹脂層(外層側)
14‧‧‧第2樹脂層(內層側：圖1之態樣中的最內層)
圖1所示者為本發明之太陽電池用背面保護片之層構造。
以下，詳細地說明本發明。
太陽電池用背面保護片
本發明之太陽電池用背面保護片配置於太陽電池單元
之背面，且特徵在於：(1)前述太陽電池用背面保護片自最外層起依序至少積層有第1樹脂層及第2樹脂層，且與前述太陽電池單元黏合時，乃使與前述最外層為相反側之最內層與前述太陽電池單元黏合；(2)前述第1樹脂層含有聚二氟亞乙烯(PVDF)，且前述PVDF中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶。
具有上述特徵之本發明之太陽電池用背面保護片，其最外層之第1樹脂層含有PVDF，且前述PVDF中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶，故可抑制長時間暴露於高溫環境下後之黃變以及因急遽之溫度變化所造成的龜裂產生。
以下，說明構成太陽電池用背面保護片之各層。
第1樹脂層(最外層)
第1樹脂層含有PVDF，且PVDF中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶。另，該α型、β型之差異是自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構(α型結晶、β型結晶)之差異。由於PVDF之結晶結構為上述比例，因此儘管最外層含有氟系樹脂，即便長時間暴露於高溫環境下仍可抑制黃變，且可抑
制因急遽之溫度變化所造成的龜裂產生。
第1樹脂層中除了α型結晶或β型結晶之結晶型
PVDF外，亦可含有非結晶型PVDF。不論有無非結晶型PVDF，第1樹脂層只要PVDF中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶即可。
其中，較為理想的是40~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶。另，只要結晶型PVDF中的α型結晶與β型結晶之比例於上述範圍內，即使含有非結晶型PVDF，對於在高溫環境下的耐黃變性及龜裂產生之抑制亦無影響。
除了結晶型PVDF外更含有非結晶型PVDF之情
況下，在將結晶型與非結晶型之合計設成100%時，結晶型宜為20%~60%，且更宜為30%~50%。
本發明中的PVDF乃指二氟亞乙烯之單獨聚合物，以及將二氟亞乙烯作為主成分之二氟亞乙烯共聚物。舉例言之，與二氟亞乙烯單體形成共聚物之共聚單體可列舉如：六氟丙烯、二氟乙烯、四氟乙烯、氯三氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯二元共聚物、氯三氟乙烯-六氟丙烯二元共聚物等。該等共聚單體可單獨或作成2種以上之混合物來使用。另，二氟亞乙烯共聚物中的二氟亞乙烯單體之共聚合比率宜為二氟亞乙烯共聚物全體之70質量%以上，且更宜為80質量%以上。
又，為了改善加工性、耐衝擊性、接著性、耐熱性等特性，第1樹脂層除了PVDF外，亦可含有其他熱可塑
性樹脂。舉例言之，相對於PVDF100質量份，宜添加甲基丙烯酸酯5~90質量份，更宜添加5~50質量份。另，舉例言之，甲基丙烯酸酯可適當地使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
第1樹脂層之樹脂成分100質量%中，PVDF宜為質量50%以上，且更宜為60~90質量%。
第1樹脂層為單層，且厚度宜為10~30μm。當第1樹脂層之厚度比10μm薄時，製造太陽電池背面保護片時容易產生皺摺。又，比30μm厚時，太陽電池模組製造時屬於與積層於單元之封裝材(EVA)之接著步驟的真空層合時脫模片之模型會轉印於太陽電池用背面片之最外層，且外觀變差。若厚度為10~30μm，則可保持良好之加工適性及真空層合後之外觀。
第2樹脂層
第2樹脂層會要求耐氣候性及電絕緣性。
舉例言之，構成第2樹脂層之樹脂可使用聚乙烯(PE)(例如高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線狀低密度聚乙烯(LLDPE))、聚丙烯(PP)、聚丁烯等聚烯烴系樹脂、(甲基)丙烯酸系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚二氯亞乙烯系樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物皂化物、聚乙烯醇、聚碳酸酯系樹脂、氟系樹脂(聚二氟亞乙烯、聚氟乙烯、乙烯四氟乙烯)、聚乙酸乙烯酯系樹脂、縮醛系樹脂、聚酯系樹脂(聚對酞酸乙二酯(PET)、聚對酞酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯)、聚醯胺系樹脂、聚苯醚樹脂
等薄膜或片材。該等薄膜或片材可於單軸或雙軸方向拉伸。
第2樹脂層可為單層，亦可由2種以上之多層所構
成。為多層時，可賦予太陽電池用背面保護片高電絕緣性及耐氣候性，同時亦可賦予與作為太陽電池單元之封裝材的EVA之高接著性。
由於第2樹脂層具有賦予太陽電池用背面保護片
電絕緣性、高耐氣候性及耐久性之作用，因此，若由該觀點來看，則於上述樹脂中，宜使用PET。又，第2樹脂層為單一層之情況下，由賦予與EVA之高接著性之觀點來看，則宜設定為密度0.900~0.940g/cm3之低密度聚乙烯(LDPE)。
當第2樹脂層為多層時，宜設定自外層起朝內層
依序為PET層及密度0.900~0.940g/cm3之低密度聚乙烯層(LDPE)。藉由依前述順序形成，太陽電池用背面保護片便具有電絕緣性及高耐氣候性、耐久性，同時可獲得太陽電池用背面保護片與封裝材之高接著性。
不論是單一層或複數層，第2樹脂層之厚度宜為
50~350μm。這是因為若第2樹脂層之厚度小於50μm，則無法獲得充分之電絕緣性，若大於350μm，則電絕緣性飽和之故。
接著劑層
於第1樹脂層與第2樹脂層之層間及/或當第2樹脂層為複數層時之該層間可具備接著劑層。舉例言之，形成接著劑層之方法可採用依據下述等之方法，即：使用雙液硬化型胺基甲酸酯系接著劑、聚醚胺基甲酸酯系接著
劑、聚酯系接著劑、聚酯多元醇系接著劑、聚酯聚胺基甲酸酯多元醇系接著劑等之乾式層合法、共押出法、押出塗佈法、使用增黏塗劑之熱層合法。
於本發明中，特別是可適當地採用乾式層合法，
其使用含有芳香族異氰酸酯或脂肪族異氰酸酯之至少1種之胺基甲酸酯系接著劑。
各層共通之添加劑
在吸收紫外線或使其反射之目的下，可於第1樹脂層、第2樹脂層及接著劑層之至少1層混入氧化鈦、硫酸鋇等白色顏料。又，亦可混入著色顏料以外之公知紫外線吸收劑、水分吸收劑(乾燥劑)、氧吸收劑、抗氧化劑等公知添加劑。再者，可含有公知之熱安定劑、抗氧化劑、光安定劑、紫外線吸收劑、抗老化劑、消光劑、潤滑劑、結晶核劑、機械物性改良劑等。
以下，顯示實施例及比較例而具體地說明本發明。然而，本發明並不限於實施例。
實施例1
第1樹脂層乃自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為70%、β型結晶為30%之厚度12μm之白色PVDF薄膜，第2樹脂層(外層側)是厚度250μm之透明PET薄膜，第2樹脂層(內層側)是厚度50μm之白色線狀低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜，且分別使用乾式層合用接著劑並藉由乾式
層合法將該等接著、黏合而製作成白色太陽電池用背面保護片。接著劑乃使用調製成固體成分塗佈量為10g/m2者。
實施例2
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為60%、β型結晶為40%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
實施例3
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為50%、β型結晶為50%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
實施例4
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為40%、β型結晶為60%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
實施例5
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為30%、β型結晶為70%之白色PVDF薄
膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
比較例1
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為80%、β型結晶為20%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
比較例2
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為20%、β型結晶為80%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
比較例3
除了第1樹脂層使用了自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，α型結晶為2%、β型結晶為98%之白色PVDF薄膜外，按照與實施例1相同方式製作成白色太陽電池用背面保護片。
試驗例1(太陽電池模組之製作及特性評價)
將藉由實施例及比較例所製作之白色太陽電池用背面保護片依太陽電池用強化玻璃(厚度3.2mm)/EVA(厚度0.460mm)/匯流排/結晶Si單元(厚度0.25~0.30mm)/匯流排
/EVA(厚度0.460mm)/白色太陽電池用背面保護片之順序積層，並藉由真空層合機(NPC股份有限公司製，LM-140X200S)層合，藉此，製作太陽電池模組。另，「/」表示各層之層間。
針對各太陽電池模組，測定PCT試驗(溫度120
℃、濕度100%、氣壓2atm×96小時)後之黃變程度及調查TC試驗後有無裂紋產生。另，PCT乃指壓力鍋試驗，TC乃指熱循環試驗。
(試驗方法1)黃變程度(⊿b值)之測定
黃變程度之測定是藉由日本電色工業股份有限公司製之色彩白色度計(製品名：NW11)，測定上述PCT試驗前後之太陽電池用背面保護片之最外層(樹脂層11)，並以⊿b值來表示前後之黃色度之差。
令試驗前之試樣之b值為b1，並令試驗後之試樣之b值為b2時，b1與b2之差為⊿b=b2-b1。
評價基準如下述。
．⊿b<3.0…合格(A)：變色程度極少
．3.0≦⊿b≦3.5…合格(B)：稍微變色，但無實際使用上之問題
．3.5<⊿b…不合格(C)：黃變程度大，表面看來褐色度亦增加。
(試驗方法2)有無產生因急遽之氣溫變化所造成的龜裂之驗證
有無產生因急遽之氣溫變化所造成於氟系樹脂
薄膜上之龜裂之驗證乃使用熱循環試驗(TC試驗)。熱循環試驗乃使用愛斯佩克(Espec)製ARS-0680-J。試驗條件乃根據IEC61215 10.11。
熱循環設定為25℃→-40℃(41min)、保持-40℃
(30min)、-40℃→85℃(75min)、保持85℃(30min)、85℃→25℃(30min)。
又，於上述溫度為25℃以上之狀態下，將屬於模
組之最大輸出動作電流(Ipm)的電流施加於太陽電池模組，並進行試驗。
朝太陽電池模組施加之最大輸出動作電流(Ipm)
是在TC試驗前使用太陽光模擬器(岩崎電氣製，PXSS4K-1P)來測定發電輸出特性，藉此，獲得測定值。
TC試驗中朝太陽電池模組之電流之施加是使用
直流電源裝置(菊水(Kikusui)製，PAS20-18)。
確認試驗結束後太陽電池背面保護片有無裂紋。
確認試驗後有無裂紋。令無裂紋為：A，有裂紋
則為：B。
裂紋之確認乃進行目視確認及使用放大鏡之確
認。放大鏡乃使用東海產業股份有限公司製必佳(PEAK)放大鏡10X，有效直徑24mm ψ。
表1顯示以上結果。
如表1所示，第1樹脂層中含有將α型結晶與β型
結晶之合計設成100%時，α型結晶為30~70%、剩餘部分為β型結晶之PVDF的太陽電池用背面保護片，黃變程度(⊿b值)小於3.5，且未產生裂紋。
如比較例2、3，當PVDF中的α型結晶之比例小
於30%時，黃變程度(⊿b值)會大於3.5，當黃變程度(⊿b值)大於3.5時，即使目視，褐色度亦會增加，且設計性極差。
又，若PVDF中的α型結晶之比例大於70%，則無法承受急遽之溫度變化而產生裂紋。
Claims (6)
- 一種太陽電池用背面保護片，其配置於太陽電池單元之背面側，且特徵在於：(1)前述太陽電池用背面保護片自最外層起依序至少積層有第1樹脂層及第2樹脂層，且與前述太陽電池單元黏合時，乃使與前述最外層為相反側之最內層與前述太陽電池單元黏合；(2)前述第1樹脂層含有結晶型與非結晶型的聚二氟亞乙烯，且前述結晶型的聚二氟亞乙烯中自依據紅外線吸收譜之吸光度求出之結晶結構是將α型結晶與β型結晶之合計設成100%時，30~70%為α型結晶，剩餘部分為β型結晶；將前述結晶型與非結晶型的合計設成100%時，前述結晶型的含量為20~60%。
- 如請求項1之太陽電池用背面保護片，其中相對於前述聚二氟亞乙烯100質量份，前述第1樹脂層含有甲基丙烯酸酯5~90質量份。
- 如請求項1或2之太陽電池用背面保護片，其中前述第1樹脂層之厚度為10~30μm。
- 如請求項1或2之太陽電池用背面保護片，其中前述第2樹脂層含有選自於由聚乙烯、聚烯烴系樹脂、(甲基)丙烯酸系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚二氯亞乙烯系樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物皂化物、聚乙烯醇、聚碳酸酯系樹脂、氟系樹脂、聚乙酸乙烯酯系 樹脂、縮醛系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚苯醚樹脂所構成群組中之至少1種。
- 如請求項1或2之太陽電池用背面保護片，其中前述第2樹脂層由2層以上所構成。
- 一種太陽電池模組，其具備：太陽電池單元；及如請求項1至5中任一項之太陽電池用背面保護片，其配置於該太陽電池單元之背面側。
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