WO2014175368A1 - 太陽電池用封止膜製造用組成物及びこれを用いた太陽電池用封止膜の製造方法 - Google Patents

太陽電池用封止膜製造用組成物及びこれを用いた太陽電池用封止膜の製造方法 Download PDF

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solar cell
polyethylene
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央尚 片岡
聡 荒明
泰典 樽谷
加賀 紀彦
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Definitions

  • the present invention relates to a composition for producing a solar cell sealing film used for sealing a solar cell element of a solar cell, and a method for producing a solar cell sealing film using the same.
  • a solar cell generally includes a light receiving surface side transparent protective member 11 made of a glass substrate or the like, a light receiving surface side sealing film 13A, a solar cell 14 such as a silicon crystal power generation element, a back surface side seal.
  • the stop film 13B and the back surface side protection member (back cover) 12 are laminated in this order, and after deaeration under reduced pressure, the light receiving surface side sealing film 13A and the back surface side sealing film 13B are cross-linked and cured to bond together. Is manufactured.
  • an ethylene-polar monomer copolymer such as an ethylene-vinyl acetate copolymer (hereinafter also referred to as EVA) or an ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA) is used.
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • EAA ethylene-ethyl acrylate copolymer
  • a film is used.
  • EVA films are preferably used because they are inexpensive and have high transparency.
  • Patent Document 1 discloses at least one resin selected from an ethylene-vinyl acetate copolymer, an ethylene-aliphatic unsaturated carboxylic acid copolymer, and an ethylene-aliphatic unsaturated carboxylic acid ester copolymer,
  • a sealing resin sheet (sealing film) containing a mixed resin composed of a thermoplastic resin (such as polyethylene) other than the resin is disclosed.
  • an object of the present invention is to efficiently and satisfactorily produce a solar cell encapsulating film containing two types of resins, even when the composition for production contains an organic peroxide. It is providing the manufacturing method of the sealing film for solar cells which can be manufactured, and the sealing film for solar cells.
  • the above object is a composition for producing a sealing film for a solar cell comprising an ethylene-vinyl acetate copolymer, polyethylene and an organic peroxide,
  • the MFR specified in JIS K6922-1 of the polyethylene is more than 30 g / 10 min and 100 g / 10 min or less, and the vinyl acetate content in the ethylene-vinyl acetate copolymer is 17 to 27% by mass. This is achieved by the composition for producing a sealing film for solar cells.
  • Preferred embodiments of the composition for producing a sealing film for solar cells of the present invention are as follows.
  • the blending mass ratio (EVA: PE) of the ethylene-vinyl acetate copolymer and polyethylene is 8: 2 to 3: 7.
  • Each of the ethylene-vinyl acetate copolymer and polyethylene has a melting point of 110 ° C. or less according to DSC measurement.
  • the polyethylene is LDPE having Mw / Mn of 4 or more. (4) For calendar molding.
  • a method for producing a solar cell encapsulating film comprising a step of forming a kneaded material obtained by kneading the solar cell encapsulating film producing composition into a sheet.
  • the preferable aspect of the manufacturing method of the sealing film for solar cells of this invention is as follows. (1) Prior to the kneading, the ethylene-vinyl acetate copolymer, the polyethylene and the organic peroxide are premixed at a temperature lower than the kneading temperature. (2) The temperature of the premixing is 40 to 60 ° C. (3) The molding is performed by calendar molding.
  • the present invention provides a solar cell sealing film manufactured by the above-described manufacturing method, and a solar cell in which a power generation element is sealed with the solar cell sealing film.
  • the sealing film for a solar cell containing an organic peroxide is crosslinked in the production stage.
  • a film can be satisfactorily formed without reaction or unmelted residue. Therefore, it is possible to produce a solar cell sealing film having a high sealing property that can be heat-crosslinked with high quality and high efficiency.
  • the composition for producing a sealing film for a solar cell of the present invention includes an ethylene-vinyl acetate copolymer (hereinafter also referred to as “EVA”) and polyethylene (hereinafter also referred to as “PE”).
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • PE polyethylene
  • the vinyl acetate content of EVA is 17 to 27% by mass
  • the MFR of polyethylene is more than 30 g / 10 min and not more than 100 g / 10 min.
  • the blending mass ratio (EVA: PE) of the ethylene-vinyl acetate copolymer and polyethylene is preferably 8: 2 to 3: 7, and more preferably 6: 4 to 3: 7. If it is this range, the composition which a resin melt
  • the content of vinyl acetate in the ethylene-vinyl acetate copolymer is 17 to 27% by mass, preferably 20 to 26% by mass. If it is this range, inconvenience, such as a composition sticking to the molding machine at the time of shape
  • the vinyl acetate content of EVA is a value measured by the method described in JIS K6924.
  • the melt flow rate of the ethylene-vinyl acetate copolymer is preferably 3 to 25 g / 10 min, particularly 4 to 20 g / 10 min. If it is this range, the fluidity
  • the EVA melt flow rate (MFR) value is measured in accordance with JIS K7210 under the conditions of 190 ° C. and a load of 21.18 N.
  • the polyethylene used in the present invention is a polymer mainly composed of ethylene as defined in JIS.
  • An ethylene homopolymer, ethylene and an ⁇ -olefin having 3 or more carbon atoms of 5 mol% or less for example, butene-1) , Hexene-1,4-methylpentene-1, octene-1, etc.
  • PE is generally classified according to its density, and examples thereof include high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), and linear low density polyethylene (LLDPE).
  • LDPE generally has a long chain branch obtained by polymerizing ethylene in the presence of a radical generator such as an organic peroxide under a high pressure of 100 to 350 MPa, and its density (according to JIS K7112; the same applies hereinafter). Is generally 0.910 g / cm 3 or more and less than 0.930 g / cm 3 .
  • LLDPE is generally obtained by copolymerizing ethylene and an ⁇ -olefin in the presence of a transition metal catalyst such as a Ziegler type catalyst, a Phillips catalyst, or a metallocene type catalyst, and its density is generally 0.910-0. .940 g / cm 3 , preferably 0.910 to 0.930 g / cm 3 .
  • HDPE is a polyethylene whose density is generally between 0.942 and 0.970 g / cm 3 .
  • the polyethylene used in the present invention is preferably LDPE (low density polyethylene) having Mw / Mn of 4 or more. With such LDPE having a relatively wide molecular weight distribution, the temperature dependence of the viscosity becomes small, and temperature control during kneading becomes easy.
  • the weight average molecular weight Mw of polyethylene is preferably 30000-250,000, and the number average molecular weight Mn is preferably 2000-25000.
  • Mw and Mn are values calculated as standard polystyrene conversion values from an elution curve measured by gel permeation chromatography.
  • the MFR defined by JIS K6922-1 for polyethylene is more than 30 g / 10 min and not more than 100 g / 10 min, and preferably 50 to 90 g / 10 min.
  • it is 30 g / 10 min or less, unmelted residue is generated, and a portion where EVA and PE are not sufficiently mixed is generated, so that the adhesiveness and appearance of the obtained sealing film are deteriorated. If it exceeds 100 g / 10 min, the fluidity increases and it becomes impossible to form a film well.
  • the melting points of polyethylene and EVA by DSC are each preferably 110 ° C. or less. If it is 110 degrees C or less, since the film forming apparatus controlled by water temperature control can be used, thickness can be controlled with high precision and a sealing film can be manufactured at low cost.
  • the melting point in the present invention refers to a value measured using DSC according to JIS K7121.
  • the composition for producing a sealing film for solar cells before kneading of the present invention contains an organic peroxide.
  • Any organic peroxide can be used as long as it decomposes at a temperature of 100 ° C. or higher to generate radicals.
  • the organic peroxide is generally selected in consideration of the film formation temperature, the adjustment conditions of the composition, the curing temperature, the heat resistance of the adherend, and the storage stability. In particular, those having a decomposition temperature of 70 hours or more with a half-life of 10 hours are preferred.
  • organic peroxide examples include, from the viewpoint of processing temperature and storage stability of the resin, for example, benzoyl peroxide curing agent, tert-hexyl peroxypivalate, tert-butyl peroxypivalate, 3, 5, 5- Trimethylhexanoyl peroxide, di-n-octanoyl peroxide, lauroyl peroxide, stearoyl peroxide, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanoate, succinic acid peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (2-ethylhexanoylperoxy) hexane, 1-cyclohexyl-1-methylethyl Peroxy-2-ethylhexanoate, tert-hexylpa Oxy-2-ethylhexano
  • benzoyl peroxide-based curing agent any can be used as long as it decomposes at a temperature of 70 ° C. or higher to generate radicals, and those having a decomposition temperature of 50 hours or higher with a half-life of 10 hours are preferable, It can be appropriately selected in consideration of preparation conditions, film formation temperature, curing (bonding) temperature, heat resistance of the adherend, and storage stability.
  • Usable benzoyl peroxide curing agents include, for example, benzoyl peroxide, 2,5-dimethylhexyl-2,5-bisperoxybenzoate, p-chlorobenzoyl peroxide, m-toluoyl peroxide, 2, Examples include 4-dichlorobenzoyl peroxide and t-butyl peroxybenzoate.
  • the benzoyl peroxide curing agent may be used alone or in combination of two or more.
  • 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane or tert-butylperoxy-2-ethylhexyl monocarbonate is preferable, and in particular, tert-butylperoxy-2- Ethylhexyl monocarbonate is preferred.
  • the content of the organic peroxide is usually 0.1 to 5 parts by mass, preferably 0.2 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of EVA and PE. If the content of the organic peroxide is small, the crosslinking speed may be lowered during the crosslinking and curing, and if the content is large, the compatibility with the copolymer may be deteriorated.
  • composition for producing a sealing film for a solar cell of the present invention preferably further contains a crosslinking aid.
  • a crosslinking aid can improve the gel fraction of the sealing film for solar cells, and can improve the adhesiveness and durability.
  • the content of the crosslinking aid is usually 0.1 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 3 parts by weight, particularly preferably 0.5 to 2.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of EVA and PE. Used in parts by mass. Thereby, the sealing film which the hardness after bridge
  • crosslinking aid compound having a radical polymerizable group as a functional group
  • examples of the crosslinking aid include trifunctional crosslinking aids such as triallyl cyanurate and triallyl isocyanurate, and (meth) acrylic esters (eg, NK ester) ) Monofunctional or bifunctional crosslinking aids.
  • trifunctional crosslinking aids such as triallyl cyanurate and triallyl isocyanurate, and (meth) acrylic esters (eg, NK ester) ) Monofunctional or bifunctional crosslinking aids.
  • triallyl cyanurate and triallyl isocyanurate are preferable, and triallyl isocyanurate is particularly preferable.
  • the composition for producing a sealing film for a solar cell of the present invention may further contain an adhesion improver.
  • a silane coupling agent can be used.
  • the content of the silane coupling agent is 5 parts by mass or less, preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of EVA and PE.
  • composition for producing a sealing film for solar cells of the present invention improves or adjusts various physical properties of the film (optical properties such as mechanical strength and transparency, heat resistance, light resistance, crosslinking speed, etc.), Various additives such as a plasticizer, an acryloxy group-containing compound, a methacryloxy group-containing compound, and / or an epoxy group-containing compound may be further included as needed for improving the mechanical strength.
  • the method for producing a sealing film for solar cells of the present invention includes a step of forming a kneaded material obtained by kneading the composition for producing a sealing film for solar cells of the present invention into a sheet.
  • a step of forming a kneaded material obtained by kneading the composition for producing a sealing film for solar cells of the present invention into a sheet before kneading, it is preferable to premix EVA, polyethylene and organic peroxide and, if necessary, other additives at a temperature lower than the kneading temperature.
  • additives such as organic peroxides penetrate into the resin, and a uniform sealing film can be obtained after film formation.
  • Premixing can be performed with a mixer such as a commonly used mixer.
  • the premixing temperature varies depending on the type of resin used, but is preferably 40 to 60 ° C. If it is lower than this range, there is a possibility that the organic peroxide and other additives cannot be sufficiently permeated into EVA and PE. If it is higher than this range, the viscosity of the resin may be lowered and mixing may not be performed properly. is there.
  • the premixing time is preferably 10 to 30 minutes. As a result, the organic peroxide and other additives are infiltrated into the resin (EVA and PE) uniformly.
  • the above kneading can be performed with a kneader such as a commonly used twin screw extruder.
  • the kneading temperature is, for example, 100 to 120 ° C.
  • the barrel temperature is preferably 5 to 15 ° C. higher than the one-hour half-life temperature of the organic peroxide contained in the composition, and the L / D ratio is 15 The above is preferable.
  • any method may be used for forming the kneaded material obtained by kneading into a sheet.
  • calendar molding, extrusion molding, press molding, or the like can be used.
  • the composition of the present invention can be satisfactorily formed without sticking to the calender roll or peeling from the calender roll. Therefore, the composition for producing a sealing film for a solar cell of the present invention can be advantageously used as a composition for calendering.
  • the thickness of the solar cell sealing film to be manufactured is not particularly limited, but is, for example, 0.05 to 2 mm.
  • the structure of the solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it includes a structure in which the solar cell element is sealed by the solar cell sealing film of the present invention.
  • a structure in which the solar cell is sealed by interposing the solar cell sealing film of the present invention between the light-receiving surface side transparent protective member and the back surface side protective member so as to be bridged and integrated. It is done.
  • the light-receiving surface side transparent protective member 11 the light-receiving surface side sealing film 13A, the solar cell 14 and the back surface side sealing.
  • the film 13B and the back surface side protection member 12 may be laminated, and the sealing film may be cross-linked and cured according to a conventional method such as heat and pressure.
  • a laminated body in which each member is laminated is heated with a vacuum laminator at a temperature of 135 to 180 ° C., a degassing time of 0.1 to 5 minutes, a press pressure of 0.1 to 1.5 kg / cm 2 , What is necessary is just to heat-press in 5 to 15 minutes.
  • the resin contained in the light-receiving surface side sealing film 13A and the back surface-side sealing film 13B is cross-linked so that the light-receiving surface passes through the light-receiving surface side sealing film 13A and the back surface side sealing film 13B.
  • the side transparent protective member 11, the back side transparent member 12, and the solar cell element 14 can be integrated to seal the solar cell 14.
  • the solar cell sealing film of the present invention is not limited to a solar cell using a single crystal or polycrystalline silicon crystal power generation element as shown in FIG. It can also be used for a sealing film of a thin film solar cell such as a battery or a copper indium selenide (CIS) solar cell.
  • a thin film solar cell such as a battery or a copper indium selenide (CIS) solar cell.
  • CIS copper indium selenide
  • a solar cell sealing film a structure in which a back surface side protective member is laminated and bonded and integrated, a solar cell element formed on the surface of the back surface side protective member, the solar cell sealing film of the present invention, and light reception
  • a surface-side transparent protective member is laminated and bonded and integrated, or a light-receiving surface-side transparent protective member, a light-receiving surface-side sealing film, a thin-film solar cell element, a back-side sealing film, and a back-side protective member in this order.
  • stacked by these and bonded and integrated are mentioned.
  • the cell for solar cells and a thin film solar cell element are named generically, and are called a solar cell element.
  • the light-receiving surface side transparent protective member 11 is usually a glass substrate such as silicate glass.
  • the thickness of the glass substrate is generally from 0.1 to 10 mm, and preferably from 0.3 to 5 mm.
  • the glass substrate may generally be chemically or thermally strengthened.
  • the back side protective member 12 is preferably a plastic film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide. Further, a film obtained by laminating a fluorinated polyethylene film, particularly a fluorinated polyethylene film / Al / fluorinated polyethylene film in this order in consideration of heat resistance and wet heat resistance may be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a film obtained by laminating a fluorinated polyethylene film, particularly a fluorinated polyethylene film / Al / fluorinated polyethylene film in this order in consideration of heat resistance and wet heat resistance may be used.
  • the composition for producing a sealing film for solar cells thus obtained is put into a twin screw extruder, the barrel temperature is set to 129 ° C., the composition is kneaded, and the kneaded product is formed into a sheet with a calendar molding machine. A solar cell sealing film (thickness 0.5 mm) was obtained.
  • the kneading conditions are as follows. L / D ratio: 20, screw configuration: kneading disc, rotation speed: 80 rpm.
  • EVA1 Tosoh Ultrasen UE575
  • vinyl acetate content 6% by mass
  • MFR 25 g / 10 min
  • melting point 101 ° C
  • EVA2 Tosoh Ultrasen UE626
  • vinyl acetate content 15% by mass
  • MFR 3 g / 10 min
  • melting point 90 ° C
  • EVA3 Tosoh Ultrasen UE633
  • vinyl acetate content 20% by mass, MFR: 20 g / 10 min, melting point: 83 ° C.
  • EVA4 (Tosoh Ultrasen UE634), vinyl acetate content: 26% by mass, MFR: 4.3 g / 10 min, melting point: 76 ° C.
  • EVA5 (Tosoh Ultrasen UE720), vinyl acetate content: 28% by mass, MFR: 150 g / 10 min, melting point: 69 ° C.
  • EVA6 (Tosoh Ultrasen UE750), vinyl acetate content: 32% by mass, MFR: 30 g / 10 min, melting point: 66 ° C.
  • Polyethylene 1 (Tosoh Petrocene 228), LDPE, MFR: 1.5 g / 10 min, melting point: 111 ° C., Mw: 200000, Mn: 24000, Mw / Mn: 8.3, density: 0.924 g / cm 3
  • Polyethylene 2 (Tosoh Petrocene 208), LDPE, MFR: 23 g / 10 min, melting point: 111 ° C., Mw: 110000, Mn: 15000, Mw / Mn: 7.3, density: 0.924 g / cm 3 -Polyethylene 3 (Ube Maruzen Polyethylene J3519), LDPE, MFR: 35 g / 10 min, melting point: 108 ° C., Mw: 90000, Mn: 13000, Mw / Mn: 6.9, density: 0.916 g / cm 3
  • Polyethylene 4 (Tosoh Petrocene 249), LDPE, MFR: 70 g / 10 min
  • ⁇ Evaluation method> 1 Unmelted residue About the sealing film for solar cells obtained as described above, the presence or absence of unmelted resin was visually confirmed. 0.8 mm in diameter 2 or more melting what remainder is less than one / 300 mm 2 " ⁇ ", 0.8 mm in diameter 2 or more melting remainder was what is one / 300 mm 2 or more as " ⁇ ”. 2. Film forming property “ ⁇ ” indicates that continuous production was possible in one straight (8 hours) when the above calendar molding was performed, and “ ⁇ ” indicates that peeling occurred from the calendar roll during continuous production in one straight. The case where sticking occurred on the calendar roll during continuous production in one straight was designated as “x”.
  • Evaluation results are shown in Table 1.
  • Table 1 combinations using polyethylene 3 or 4 and EVA 3 or 4 are examples, and others are comparative examples.
  • the unit of VA% is “mass%”
  • the unit of MFR is “g / 10 min”
  • the unit of melting point Tm is “° C.”.

Abstract

 2種の樹脂を含む太陽電池用封止膜の製造において、その製造用組成物が有機過酸化物を含む場合であっても効率的且つ良好に製膜を行うことができる太陽電池用封止膜製造用組成物及び太陽電池用封止膜の製造方法を提供すること。 エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む太陽電池用封止膜製造用組成物であって、前記ポリエチレンのJIS K6922-1に規定されるMFRが30g/10minを超え100g/10min以下であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニル含量が17~27質量%であることを特徴とする太陽電池用封止膜製造用組成物。

Description

太陽電池用封止膜製造用組成物及びこれを用いた太陽電池用封止膜の製造方法
 本発明は、太陽電池の太陽電池素子を封止するために使用される太陽電池用封止膜の製造用組成物、及びこれを用いた太陽電池用封止膜の製造方法に関する。
 近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を電気エネルギーに直接変換する太陽電池が広く使用され、更に、耐久性や発電効率等の点から開発が進められている。
 太陽電池は、一般に、図1に示すように、ガラス基板等からなる受光面側透明保護部材11、受光面側封止膜13A、シリコン結晶系発電素子などの太陽電池用セル14、裏面側封止膜13B、及び裏面側保護部材(バックカバー)12をこの順で積層し、減圧下で脱気した後、受光面側封止膜13A及び裏面側封止膜13Bを架橋硬化させて接着一体化することにより製造される。
 従来から、太陽電池に用いられる封止膜としては、エチレン-酢酸ビニル共重合体(以下、EVAともいう)、エチレン-エチルアクリレート共重合体(EEA)等のエチレン-極性モノマー共重合体からなるフィルムが用いられている。特に、安価であり、高い透明性を有することからEVAフィルムが好ましく用いられている。
 近年では、太陽電池用封止膜の封止性や耐水蒸気透過性等を更に向上させるため、種々の封止膜が開発されている。例えば、特許文献1では、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-脂肪族不飽和カルボン酸共重合体及びエチレン-脂肪族不飽和カルボン酸エステル共重合体から選ばれる少なくとも1種の樹脂と、この樹脂以外の熱可塑性の樹脂(ポリエチレン等)とからなる混合樹脂を含有する封止用樹脂シート(封止膜)が開示されている。
特開2010-59277号公報
 ところで、太陽電池用封止膜に含まれる樹脂を架橋する方法としては、有機過酸化物を含む封止膜を加熱により架橋する方法や、有機過酸化物を含まない封止膜を電子線照射により架橋する方法がある。ところが、特許文献1のように2種の樹脂を使用した場合には、封止膜を製造する過程において、組成物を混練する際のせん断に起因する発熱により温度制御が困難となることから、2種の樹脂に有機過酸化物を配合した場合には、混練中に有機過酸化物が反応し、意図せず架橋反応が進んでしまうという事情がある。そのため、封止膜の樹脂として2種の樹脂を使用する場合には、有機過酸化物を配合せずに封止膜を作製し、高価な装置を用いる電子線照射により架橋を行う必要があるのが現状である(特許文献1、実施例1及び2参照)。この問題を解消するためには、2種の樹脂を先に混練して温度を調整できる範囲となった後に有機過酸化物等の添加剤を添加して更に混練する方法が考えられるが、この方法では、混練工程が2段階となることから生産効率の低下を招くだけでなく、工程長さに起因する異物発生が問題となる。
 したがって、本発明の目的は、2種の樹脂を含む太陽電池用封止膜の製造において、その製造用組成物が有機過酸化物を含む場合であっても効率的且つ良好に製膜を行うことができる太陽電池用封止膜製造用組成物及び太陽電池用封止膜の製造方法を提供することにある。
 上記目的は、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む太陽電池用封止膜製造用組成物であって、
 前記ポリエチレンのJIS K6922-1に規定されるMFRが30g/10minを超え100g/10min以下であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニル含量が17~27質量%であることを特徴とする太陽電池用封止膜製造用組成物により達成される。
 有機過酸化物を含む樹脂組成物をシート状に成形する前には、架橋反応が起こらず且つ樹脂の融け残りが生じない温度で樹脂と各添加剤とを混練する必要がある。本発明では、上記特定のエチレン-酢酸ビニル共重合体及びポリエチレンを使用することにより、混練の際に架橋反応や樹脂の融け残りが生じることなく、良好に製膜を行うことが可能である。すなわち、ポリエチレンのMFRが上記範囲であれば混練時の発熱が抑えられるので有機過酸化物の反応を防止でき、また、ポリエチレンの融け残りも低減することができる。さらに、EVAの酢酸ビニル含量が上記範囲であれば成形機への貼り付きや剥離が生じず効率的に封止膜を量産することができる。
 本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物の好ましい態様は以下の通りである。
(1)前記エチレン-酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの配合質量比(EVA:PE)が8:2~3:7である。
(2)前記エチレン-酢酸ビニル共重合体及びポリエチレンのDSC測定による融点が、それぞれ110℃以下である。
(3)前記ポリエチレンが、Mw/Mnが4以上のLDPEである。
(4)カレンダー成形用である。
 また、上記目的は、上記太陽電池用封止膜製造用組成物を混練することにより得た混練物をシート状に成形する工程を含む太陽電池用封止膜の製造方法により達成される。
 本発明の太陽電池用封止膜の製造方法の好ましい態様は以下の通りである。
(1)前記混練の前に、前記エチレン-酢酸ビニル共重合体、前記ポリエチレン及び前記有機過酸化物を前記混練の温度よりも低い温度において予備混合する。
(2)前記予備混合の温度は、40~60℃である。
(3)前記成形をカレンダー成形により行う。
 さらに、本発明は上記製造方法により製造された太陽電池用封止膜、及びこの太陽電池用封止膜により発電素子を封止してなる太陽電池を提供する。
 本発明に係る太陽電池用封止膜製造用組成物及びこれを用いた太陽電池用封止膜の製造方法によれば、有機過酸化物を含む太陽電池用封止膜をその製造段階において架橋反応や融け残りが生じることなく良好に製膜することができる。したがって、加熱架橋可能な封止性の高い太陽電池用封止膜を高品質且つ高効率で生産することができる。
一般的な太陽電池の概略断面図である。
 以下、本発明を詳細に説明する。上述したように、本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物は、エチレン-酢酸ビニル共重合体(以下、「EVA」とも称する。)とポリエチレン(以下、「PE」とも称する。)とを含み、EVAの酢酸ビニル含量は17~27質量%であり、ポリエチレンのMFRは30g/10minを超え100g/10min以下である。
 エチレン-酢酸ビニル共重合体とポリチレンの配合質量比(EVA:PE)は8:2~3:7であることが好ましく、更に6:4~3:7であることが好ましい。この範囲であれば、樹脂の融け残りが生じにくい組成物が得られ、且つ封止膜としての接着性能を高い水準で確保することができる。
 本発明において、エチレン-酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニルの含量は17~27質量%であり、好ましくは20~26質量%である。この範囲であれば、シート状に成形する際の成形機に組成物が貼り付く等の不都合が生じず良好に製膜することができる。特に、カレンダー成形により成形する場合において、酢酸ビニルの含有量が17質量%未満であると組成物がカレンダーロールから剥離し、27質量%を超えるとカレンダーロールに貼り付きが生じて連続的に生産するのが困難となる。本発明において、EVAの酢酸ビニル含量は、JIS K6924に記載の方法により測定された値である。
 エチレン-酢酸ビニル共重合体のメルトフローレートは3~25g/10min、特に4~20g/10minであることが好ましい。この範囲であれば、製膜に好適な流動性が確保され、封止膜を更に効率的に製造することができる。本発明において、EVAのメルトフローレート(MFR)の値は、JIS K7210に従い、190℃、荷重21.18Nの条件に基づいて測定されたものである。
 本発明において使用するポリエチレンは、JISに規定される通り、エチレンを主体とする重合体であり、エチレンの単独重合体、エチレンと5mol%以下の炭素数3以上のα-オレフィン(例えばブテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1等)との共重合体、およびエチレンと官能基に炭素、酸素、および水素原子だけを持つ1mol%以下の非オレフィン単量体との共重合体を含む(JIS K6922-1:1997)。PEは一般に、その密度によって分類され、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等が挙げられる。
 LDPEは、一般に、100~350MPaの高圧下で有機過酸化物等のラジカル発生剤の存在下でエチレンを重合して得られる長鎖分岐を有するもので、その密度(JIS K7112に準ずる。以下同じ。)は、一般に、0.910g/cm以上0.930g/cm未満である。LLDPEは、一般に、チーグラー型触媒、フィリップス触媒、メタロセン型触媒等の遷移金属触媒の存在下にエチレンとα-オレフィンとを共重合して得られるもので、その密度は、一般に0.910~0.940g/cm、好ましくは0.910~0.930g/cmである。HDPEは、その密度が一般に0.942~0.970g/cmのポリエチレンである。本発明において使用するポリエチレンは、Mw/Mnが4以上であるLDPE(低密度ポリエチレン)が好ましい。このような分子量分布が比較的広いLDPEであれば、粘度の温度依存が小さくなり、混練中の温度制御が容易となる。ポリエチレンの重量平均分子量Mwは30000~250000であることが好ましく、数平均分子量Mnは2000~25000であることが好ましい。
 なお、本発明において、Mw及びMnは、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーによって測定した溶出曲線より標準ポリスチレン換算値として算出される値である。
 本発明において、ポリエチレンのJIS K6922-1に規定されるMFRは30g/10minを超え100g/10min以下であり、好ましくは50~90g/10minである。30g/10min以下であると融け残りが生じ、EVAとPEが十分に混合されていない部分が生じるため、得られる封止膜の接着性や外観性が低下する。100g/10minを超えると流動性が増して良好に製膜を行うことができなくなる。
 ポリエチレン及びEVAのDSCによる融点は、それぞれ110℃以下であることが好ましい。110℃以下であれば水温調にて制御する製膜装置を使用できるので、高精度で厚みを制御することができ、また、低費用で封止膜を製造することができる。本発明における融点とは、DSCを用い、JIS K7121に準拠して測定した値をいう。
 本発明の混練前の太陽電池用封止膜製造用組成物には有機過酸化物が含まれる。有機過酸化物としては、100℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであれば、どのようなものでも使用することができる。有機過酸化物は、一般に、成膜温度、組成物の調整条件、硬化温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して選択される。特に、半減期10時間の分解温度が70℃以上のものが好ましい。
 前記有機過酸化物としては、樹脂の加工温度・貯蔵安定性の観点から例えば、ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤、tert-ヘキシルパーオキシピバレート、tert-ブチルパーオキシピバレート、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ジ-n-オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、スクシニックアシドパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(2-エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1-シクロヘキシル-1-メチルエチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、tert-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、4-メチルベンゾイルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、m-トルオイル+ベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-2-メチルシクロヘキサネート、1,1-ビス(tert-ヘキシルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサネート、1,1-ビス(tert-ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサネート、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1-ビス(tert-ヘキシルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,2-ビス(4,4-ジ-tert-ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)シクロドデカン、tert-ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert-ブチルパーオキシマレイックアシド、tert-ブチルパーオキシ-3,3,5-トリメチルヘキサン、tert-ブチルパーオキシラウレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(メチルベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート、tert-ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5-ジ-メチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、等が挙げられる。
 ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、70℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであればいずれも使用可能であるが、半減期10時間の分解温度が50℃以上のものが好ましく、調製条件、成膜温度、硬化(貼り合わせ)温度、被着体の耐熱性、貯蔵安定性を考慮して適宜選択できる。使用可能なベンゾイルパーオキサイド系硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキシル-2,5-ビスパーオキシベンゾエート、p-クロロベンゾイルパーオキサイド、m-トルオイルパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。ベンゾイルパーオキサイド系硬化剤は1種でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 上記有機過酸化物中でも、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン又はtert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネートが好ましく、特にtert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネートが好ましい。
 有機過酸化物の含有量は、EVAとPEの合計量100質量部に対して、通常0.1~5質量部、好ましくは0.2~3質量部である。有機過酸化物の含有量は、少ないと架橋硬化時において架橋速度が低下する場合があり、多くなると共重合体との相溶性が悪くなる恐れがある。
 本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物は、さらに架橋助剤を含んでいることが好ましい。架橋助剤は、太陽電池用封止膜のゲル分率を向上させ、その接着性及び耐久性を向上させることができる。
 架橋助剤の含有量は、EVAとPEの合計量100質量部に対して、通常0.1~5質量部、好ましくは0.1~3質量部、特に好ましくは0.5~2.5質量部で使用される。これにより、更に架橋後の硬度が向上する封止膜が得られる。
 前記架橋助剤(官能基としてラジカル重合性基を有する化合物)としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等の3官能の架橋助剤の他、(メタ)アクリルエステル(例、NKエステル等)の単官能又は2官能の架橋助剤等を挙げることができる。なかでも、トリアリルシアヌレートおよびトリアリルイソシアヌレートが好ましく、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましい。
 本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物は、更に、接着性向上剤を含んでいても良い。接着性向上剤としてはシランカップリング剤を用いることができ、例えば、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。これらシランカップリング剤は、単独で使用しても、又は2種以上組み合わせて使用しても良い。なかでも、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが特に好ましく挙げられる。
 シランカップリング剤の含有量は、EVAとPEの合計量100質量部に対して5質量部以下、好ましくは0.1~2質量部であることが好ましい。
 本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物は、膜の種々の物性(機械的強度、透明性等の光学的特性、耐熱性、耐光性、架橋速度等)の改良あるいは調整、特に機械的強度の改良のため、必要に応じて、可塑剤、アクリロキシ基含有化合物、メタクリロキシ基含有化合物及び/又はエポキシ基含有化合物などの各種添加剤をさらに含んでいてもよい。
 次に、本発明の太陽電池用封止膜の製造方法について詳細に説明する。上述したように、本発明の太陽電池用封止膜の製造方法は、本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物を混練して得た混練物をシート状に成形する工程を含む。特に、本発明では、混練を行う前に、EVA、ポリエチレン及び有機過酸化物並びに必要に応じて他の添加剤を、混練の温度よりも低い温度において予備混合することが好ましい。このように混練の前に予備混合を行うことにより樹脂中に有機過酸化物等の添加剤が浸透し、製膜後において均質な封止膜を得ることができる。
 予備混合は通常使用されるミキサー等の混合機で行うことができる。予備混合の温度は、使用する樹脂の種類によっても異なるが、40~60℃であることが好ましい。この範囲より低いと有機過酸化物その他添加剤をEVA及びPEに十分に浸透させることができなくなる恐れがあり、この範囲より高いと樹脂の粘度が低下して混合が適切に行われなくなる恐れがある。また、予備混合する時間は、10~30分であることが好ましい。これにより、有機過酸化物及びその他添加剤が樹脂(EVA及びPE)内に均質に浸透した状態となる。
 上記混練は、通常使用される二軸押出機等の混練機で行うことができる。混練の温度は、例えば、100~120℃である。混練を二軸押出機で行う場合には、バレル温度は組成物に含まれる有機過酸化物の1時間半減期温度よりも5~15℃高い温度であることが好ましく、L/D比は15以上であることが好ましい。
 混練により得られた混練物をシート状に成形する際の成形方法はどのような方法でもよい。例えば、カレンダー成形、押出成形、プレス成形等を用いることができる。特に、カレンダー成形の場合には、本発明の組成物がカレンダーロールに貼り付いたり、カレンダーロールから剥離することなく、良好に製膜を行うことができる。したがって、本発明の太陽電池用封止膜製造用組成物は、カレンダー成形用の組成物として有利に使用することができる。製造する太陽電池用封止膜の厚さは特に限定されないが、例えば、0.05~2mmである。
 本発明の太陽電池の構造は、本発明の太陽電池用封止膜により太陽電池素子が封止されてなる構造を含んでいれば特に制限されない。例えば、受光面側透明保護部材と裏面側保護部材との間に、本発明の太陽電池用封止膜を介在させて架橋一体化させることにより太陽電池用セルを封止させた構造などが挙げられる。
 前記太陽電池において、発電素子を十分に封止するには、例えば、図1に示すように受光面側透明保護部材11、受光面側封止膜13A、太陽電池用セル14、裏面側封止膜13B及び裏面側保護部材12を積層し、加熱加圧など常法に従って、封止膜を架橋硬化させればよい。
 加熱加圧するには、例えば、各部材を積層した積層体を、真空ラミネータで温度135~180℃、脱気時間0.1~5分、プレス圧力0.1~1.5kg/cm2、プレス時間5~15分で加熱圧着すればよい。この加熱加圧時に、受光面側封止膜13Aおよび裏面側封止膜13Bに含まれる樹脂を架橋させることにより、受光面側封止膜13Aおよび裏面側封止膜13Bを介して、受光面側透明保護部材11、裏面側透明部材12、および太陽電池素子14を一体化させて、太陽電池用セル14を封止することができる。
 なお、本発明の太陽電池用封止膜は、図1に示したような単結晶又は多結晶のシリコン結晶系の発電素子を用いた太陽電池だけでなく、薄膜シリコン系、薄膜アモルファスシリコン系太陽電池、セレン化銅インジウム(CIS)系太陽電池等の薄膜太陽電池の封止膜にも使用することもできる。この場合は、例えば、ガラス基板、ポリイミド基板、フッ素樹脂系透明基板等の受光面側透明保護部材の表面上に化学気相蒸着法等により形成された薄膜太陽電池素子層上に、本発明の太陽電池用封止膜、裏面側保護部材を積層し、接着一体化させた構造、裏面側保護部材の表面上に形成された太陽電池素子上に、本発明の太陽電池用封止膜、受光面側透明保護部材を積層し、接着一体化させた構造、又は受光面側透明保護部材、受光面側封止膜、薄膜太陽電池素子、裏面側封止膜、及び裏面側保護部材をこの順で積層し、接着一体化させた構造等が挙げられる。なお、本発明において、太陽電池用セルや薄膜太陽電池素子を総称して太陽電池素子という。
 受光面側透明保護部材11は、通常珪酸塩ガラスなどのガラス基板であるのがよい。ガラス基板の厚さは、0.1~10mmが一般的であり、0.3~5mmが好ましい。ガラス基板は、一般に、化学的に、或いは熱的に強化させたものであってもよい。
 裏面側保護部材12は、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリアミドなどのプラスチックフィルムが好ましく用いられる。また、耐熱性、耐湿熱性を考慮してフッ化ポリエチレンフィルム、特にフッ化ポリエチレンフィルム/Al/フッ化ポリエチレンフィルムをこの順で積層させたフィルムでも良い。
 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
 ペレット状のEVA及びポリエチレンを40℃に予熱したミキサー内に仕込み、下記添加剤を入れ、混合しながら、15分かけて混合物の温度を50℃まで上昇させ、EVA及びポリエチレンに添加剤を浸透させた。これにより得た太陽電池用封止膜製造用組成物を二軸押出機に入れ、バレル温度を129℃に設定して組成物を混練し、その混練物をカレンダー成形機でシート状に成形し、太陽電池用封止膜(厚さ0.5mm)を得た。なお、混練の条件は次の通りである。L/D比:20、スクリュー構成:ニーディングディスク、回転数:80rpm。
 EVA及びポリエチレンの配合質量比は表1に示しており、各材料の詳細は以下の通りである。
・EVA1(東ソー製ウルトラセンUE515)、酢酸ビニル含量: 6質量%、MFR:25g/10min、融点:101℃
・EVA2(東ソー製ウルトラセンUE626)、酢酸ビニル含量:15質量%、MFR:3g/10min、融点:90℃
・EVA3(東ソー製ウルトラセンUE633)、酢酸ビニル含量:20質量%、MFR:20g/10min、融点:83℃
・EVA4(東ソー製ウルトラセンUE634)、酢酸ビニル含量:26質量%、MFR:4.3g/10min、融点:76℃
・EVA5(東ソー製ウルトラセンUE720)、酢酸ビニル含量:28質量%、MFR:150g/10min、融点:69℃
・EVA6(東ソー製ウルトラセンUE750)、酢酸ビニル含量:32質量%、MFR:30g/10min、融点:66℃
・ポリエチレン1(東ソー製ペトロセン228)、LDPE、MFR:1.5g/10min、融点:111℃、Mw:200000、Mn:24000、Mw/Mn:8.3、密度:0.924g/cm
・ポリエチレン2(東ソー製ペトロセン208)、LDPE、MFR:23g/10min、融点:111℃、Mw:110000、Mn:15000、Mw/Mn:7.3、密度:0.924g/cm
・ポリエチレン3(宇部丸善ポリエチレン製J3519)、LDPE、MFR:35g/10min、融点:108℃、Mw:90000、Mn:13000、Mw/Mn:6.9、密度:0.916g/cm
・ポリエチレン4(東ソー製ペトロセン249)、LDPE、MFR:70g/10min、融点:102℃、Mw:35000、Mn:5000、Mw/Mn:7、密度:0.916g/cm
・ポリエチレン5(東ソー製ペトロセン353)、LDPE、MFR:145g/10min、融点:100℃、Mw:15000、Mn:2000、Mw/Mn:7.5、密度:0.915g/cm
[添加剤]
・有機過酸化物(t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート:日本油脂製パーブチルE、1時間半減期温度119℃)1.3質量部
・架橋助剤(トリアリルイソシアヌレート:日本化成製TAIC)1.5質量部
・接着性向上剤(γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン:信越シリコーン製KBM503)0.3質量部
<評価方法>
1.融け残り
 上記の通り得た太陽電池用封止膜について目視により樹脂の融け残りの有無を確認した。φ0.8mm以上の融け残りが1個/300mm未満であるものを「○」、φ0.8mm以上の融け残りが1個/300mm以上であるものを「×」とした。
2.製膜性
 上記カレンダー成形した際に、1直(8時間)での連続生産が可能であったものを「○」、1直での連続生産時にカレンダーロールから剥離が発生したものを「△」、1直での連続生産時にカレンダーロールに貼りつきが発生したものを「×」とした。
 評価結果を表1に示す。なお、表1においてポリエチレン3又は4とEVA3又は4を使用した組み合わせが実施例であり、他は比較例である。また、表中のVA%の単位は「質量%」、MFRの単位は「g/10min」、融点Tmの単位は「℃」である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
<評価結果>
 ポリエチエレン3(MFR:35g/10min)又はポリエチエレン4(MFR:70g/10min)と、EVA3(VA%:20質量%)又はEVA4(VA%:26質量%)とを組み合わせて使用した場合には、混練時に有機過酸化物が反応することはなく、また、融け残りが生じず製膜性も良好であることが認められた。一方、MFRが低いポリエチレン1及びポリエチレン2を使用した場合には融け残りが生じた。MFRが高いポリエチレン5を使用した場合は製膜性が低下することが認められた。また、VA%が低いEVA1及び2を使用した場合はカレンダーロールから組成物が剥離して連続生産ができなかった。さらに、VA%が高いEVA5及び6を使用した場合にはカレンダーロールへの貼り付きが生じ、連続生産ができなかった。
 11       受光面側透明保護部材
 12       裏面側保護部材
 13A      受光面側封止膜
 13B      裏面側封止膜
 14       太陽電池用セル

Claims (11)

  1.  エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む太陽電池用封止膜製造用組成物であって、
     前記ポリエチレンのJIS K6922-1に規定されるMFRが30g/10minを超え100g/10min以下であり、
     前記エチレン-酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニル含量が17~27質量%であることを特徴とする太陽電池用封止膜製造用組成物。
  2.  前記エチレン-酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの配合質量比(EVA:PE)が8:2~3:7であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用封止膜製造用組成物。
  3.  前記エチレン-酢酸ビニル共重合体及びポリエチレンのDSC測定による融点が、それぞれ110℃以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池用封止膜製造用組成物。
  4.  前記ポリエチレンが、Mw/Mnが4以上のLDPEであることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の太陽電池用封止膜製造用組成物。
  5.  カレンダー成形用である請求項1~4の何れか1項に記載の太陽電池用封止膜製造用組成物。
  6.  請求項1~5の何れか1項に記載の太陽電池用封止膜製造用組成物を混練することにより得た混練物をシート状に成形する工程を含む太陽電池用封止膜の製造方法。
  7.  前記混練の前に、前記エチレン-酢酸ビニル共重合体、前記ポリエチレン及び前記有機過酸化物を前記混練の温度よりも低い温度において予備混合することを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
  8.  前記予備混合の温度は、40~60℃であることを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
  9.  前記成形をカレンダー成形により行うことを特徴とする請求項6~8の何れか1項に記載の製造方法。
  10.  請求項6~9の何れか1項に記載の製造方法により製造された太陽電池用封止膜。
  11.  請求項10に記載の太陽電池用封止膜により太陽電池素子を封止してなる太陽電池。
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