CN104823285B - 太阳能电池密封材料及太阳能电池组件 - Google Patents

太阳能电池密封材料及太阳能电池组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池密封材料,该太阳能电池密封材料可抑制在进行太阳能电池组件制造时的太阳能电池密封材料的溢出和制造装置污染,而且抑制太阳能电池元件的破裂,长期可靠性也优异。本发明的太阳能电池密封材料包含乙烯·α-烯烃共聚物、和1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物。而且,所述太阳能电池密封材料的特征在于,通过在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、上述太阳能电池密封材料的复数粘度在100℃以上且小于135℃的温度下具有复数粘度的最小值(η*1),并且复数粘度的上述最小值(η*1)在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内;150℃时的上述太阳能电池密封材料的复数粘度(η*2)在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内;该太阳能电池密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。另外,以上述乙烯·α-烯烃共聚物为构成成分的、不易发生向太阳能电池元件上蔓延的太阳能电池背面密封材料也包含在本发明中。

Description

太阳能电池密封材料及太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池密封材料及太阳能电池组件。
背景技术
地球环境问题、能源问题等的深刻程度日益加剧,作为清洁且不必担心枯竭的电能的产生机构,太阳能电池受到关注。在建筑物的屋顶部分等室外使用太阳能电池的情况下,一般以太阳能电池组件的形式使用。
上述的太阳能电池组件通常可按照以下步骤制造。首先,制造结晶型太阳能电池元件(以下,有时也记作发电元件或单元电池(cell))或薄膜型太阳能电池元件等,所述结晶型太阳能电池元件由多晶硅、单晶形硅等形成,所述薄膜型太阳能电池元件是通过将非晶硅、结晶硅等在玻璃等基板上形成数μm的非常薄的膜而得到的。接下来,为了得到结晶型太阳能电池组件,按照太阳能电池组件用保护片材(表面侧透明保护构件)/太阳能电池密封材料/结晶型太阳能电池元件/太阳能电池密封材料/太阳能电池组件用保护片材(背面侧保护构件)的顺序进行层叠。
另一方面,为了得到薄膜系太阳能电池组件,按照薄膜型太阳能电池元件/太阳能电池密封材料/太阳能电池组件用保护片材(背面侧保护构件)的顺序进行层叠。
然后,通过利用对它们进行抽真空·加热压接的层压法等,可制造太阳能电池组件。这样制造的太阳能电池组件具有耐气候性,也适于在建筑物的屋顶部分等室外使用。
作为太阳能电池密封材料,乙烯·乙酸乙烯酯共聚物(EVA)膜由于透明性、柔软性及粘接性等优异,所以被广泛使用。例如,专利文献1中公开了由含有交联剂及偏苯三酸酯的EVA组合物形成的粘接性和制膜性两者都优异的密封膜。然而,当使用EVA组合物作为太阳能电池密封材料的构成材料时,担心有可能由EVA分解而产生的乙酸气体等成分对太阳能电池元件造成不良影响。
与此相对,聚烯烃系的材料、尤其是聚乙烯系材料由于绝缘性优异,因而提出了将其作为太阳能电池密封材料使用的方案(例如参照专利文献2)。
另外,还提出了在较短时间内发生交联、具有充分的粘接力、且刚性和交联特性的均衡性优异的使用了乙烯·α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材料用树脂组合物(例如参照专利文献3)。
专利文献1:日本特开2010-53298号公报
专利文献2:日本特开2006-210906号公报
专利文献3:国际公开第2011/162324号
发明内容
根据本发明的发明人们的研究可知,以往的密封材料有时发生污染层压装置的聚四氟乙烯(PTFE)片材、烘箱的不良情况。另外可知,专利文献3中记载的包含乙烯·α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材料用树脂组合物在长期可靠性方面还存在改善的余地。
另外,作为制造太阳能电池组件的方法,例如广泛采用以下方法:用一对保护材料夹持夹有太阳能电池单元电池的一对密封材料,进行加热,将它们层压。然而,该制造方法中,有时太阳能电池单元电池的背面侧的密封材料被挤出而蔓延至太阳能电池单元电池的表面侧。这种现象尤其是在太阳能电池单元电池的背面侧的密封材料被着色的情况下,可能引起下述问题:由于背面侧的密封材料蔓延至太阳能电池单元电池的表面侧,因而对太阳能电池组件的成品率造成影响,不仅如此,还遮挡入射到太阳能电池单元电池中的光,结果,妨碍太阳能电池单元电池发挥本来的发电性能,或者,引起光遮挡部分局部放热,加速材料劣化及太阳能电池单元电池的劣化。
因此,本发明的课题在于提供一种太阳能电池密封材料,可抑制在太阳能电池组件制造时的太阳能电池密封材料的溢出、蔓延(经着色的背面密封材料的情况)及制造装置的污染,而且抑制太阳能电池元件的破裂,长期可靠性也优异。
本发明的发明人们为了达成上述课题而进行了深入研究,结果发现,通过适当地控制该太阳能电池密封材料的复数粘度,可抑制上述的不良情况,从而完成本发明。
即,通过本发明,可提供以下所示的太阳能电池密封材料及太阳能电池组件。
[1]一种太阳能电池密封材料,其包含:
乙烯·α-烯烃共聚物,和
有机过氧化物,其1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内;
在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、上述太阳能电池密封材料的复数粘度,在100℃以上且小于135℃的温度下具有复数粘度的最小值(η*1),并且复数粘度的上述最小值(η*1)在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内,
150℃时的上述太阳能电池密封材料的复数粘度(η*2)在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内,
该太阳能电池密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。
[2]如[1]所述的太阳能电池密封材料,其中,
通过在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、150℃时的上述太阳能电池密封材料的储能模量(G′)在1.0×105~7.0×105Pa的范围内。
[3]如[1]或[2]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)~a4)。
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%(其中,来源于乙烯的结构单元与来源于α-烯烃的结构单元的总计为100mol%)。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1~8.0g/10分钟。
a3)按照ASTM D1505测得的密度为0.865~0.884g/cm3
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
[4]如[1]~[3]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,上述太阳能电池密封材料为片状。
[5]如[1]~[4]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,在对交联片材进行长期可靠性试验时,在将上述长期可靠性试验前的上述交联片材的黄色指数(yellow index)记为YI1、将上述长期可靠性试验后的上述交联片材的黄色指数记为YI2时,
(YI2-YI1)所定义的黄色指数的变化率小于2,
所述交联片材是通过在150℃的加热板上对已切割成厚0.5mm×长75mm×宽60mm的尺寸的片状的该太阳能电池密封材料进行3分钟减压、10分钟加热而得到的,
所述长期可靠性试验是在温度85℃/目对湿度85%的恒温恒湿槽中静置2000小时。
[6]一种太阳能电池背面密封材料,其被用于非受光面侧,包含乙烯·α-烯烃共聚物、着色剂和有机过氧化物,所述有机过氧化物的1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内,
该太阳能电池背面密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份,
该太阳能电池背面密封材料中的上述着色剂的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1~30重量份,
通过在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、该太阳能电池背面密封材料的复数粘度的最小值(η*3)在4.0×103~1.0×106Pa·s的范围内。
[7]如[6]所述的太阳能电池背面密封材料,其特征在于,上述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)~a4)。
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%(其中,来源于乙烯的结构单元与来源于α-烯烃的结构单元的总计为100mol%)。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1~8.0g/10分钟。
a3)按照ASTM D1505测得的密度为0.865~0.884g/cm3
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
[8]如[6]或[7]所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述着色剂为选自由有机颜料、染料及无机填充剂组成的组中的至少1种。
[9]如[6]~[8]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,
上述着色剂包含无机填充剂,
上述无机填充剂为选自由天然云母、合成云母、氧化钛、氧化铝、碳酸钙、滑石、粘土、碳酸镁、高岭石及硅藻土组成的组中的至少1种。
[10]如[9]所述的太阳能电池背面密封材料,其中,该太阳能电池背面密封材料中的酸性化合物的含量为8重量ppm以下。
[11]一种太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,所述密封层是使上述[1]~[5]中任一项所述的太阳能电池密封材料交联而形成的,将上述太阳能电池元件密封于上述表面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间。
[12]一种太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,所述密封层将上述太阳能电池元件密封于上述表面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间,
上述密封层是将上述[6]~[10]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料与太阳能电池表面密封材料加热压接而形成的。
[13]如[12]所述的太阳能电池组件,其中,上述太阳能电池背面密封材料的、通过在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的复数粘度的最小值(η*3),与在相同条件下测定的上述太阳能电池表面密封材料的复数粘度的最小值(η*0)满足以下关系。
-2.0≤Log(η*3*0)≤3.0
根据本发明,可提供一种太阳能电池密封材料,通过适当调整该太阳能电池密封材料的复数粘度,可抑制在太阳能电池组件制造时的太阳能电池密封材料的溢出、蔓延(经着色的背面密封材料的情况)及制造装置的污染,而且抑制太阳能电池元件的破裂,长期可靠性也优异。
附图说明
利用以下记载的适当的实施方式及其所附带的以下附图,进一步明确上述目的、及其他目的、特征及优点。
[图1]为示意性地表示本发明的太阳能电池组件的一个实施方式的剖面图。
[图2]为示意性地表示太阳能电池元件的受光面和背面的一个构成例的俯视图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的太阳能电池密封材料为:既可以用作太阳能电池组件的表面(受光面)用密封材料又可以用作背面(非受光面)用密封材料的太阳能电池密封材料(I),和专门用作背面用密封材料的经着色的太阳能电池密封材料(II)。太阳能电池密封材料(I)和太阳能电池密封材料(II),除了后者包含特定的着色剂之外,构成成分和密封材料的制造方法基本相同。以下,对于太阳能电池密封材料(I)及(II)进行说明。需要说明的是,在以下的说明中,有时也将太阳能电池密封材料(II)称为“太阳能电池背面密封材料”。另外,对于表示数值范围的符号“a~b”,只要没有特别说明,则表示a以上至b以下。
1.关于太阳能电池密封材料(I)
本实施方式的太阳能电池密封材料(I)包含作为必需成分的乙烯·α-烯烃共聚物、和1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物。相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,太阳能电池密封材料(I)中的上述有机过氧化物的含量为0.1~3重量份。
对于本实施方式的太阳能电池密封材料(I)而言,在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式下测定固体粘弹性时,在100℃以上且小于135℃的温度下具有复数粘度的最小值(η*1),并且最小值(η*1)在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内。最小值(η*1)的下限值优选为7.0×103Pa·s以上。最小值(η*1)的上限值优选为3.0×104Pa·s以下。
对于本实施方式的太阳能电池密封材料(I)而言,在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式下测定固体粘弹性后的、150℃时的该太阳能电池密封材料(I)的复数粘度(η*2)在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内。复数粘度(η*2)的下限值优选为4.0×104Pa·s以上、更优选为4.5×104Pa·s以上。
另外,本实施方式的太阳能电池密封材料(I)优选还满足以下条件。在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式下测定固体粘弹性后的、150℃时的该太阳能电池密封材料(I)的储能模量(G′)优选在1.0×105~7.0×105Pa的范围内。储能模量(G′)的下限值更优选为2.5×105Pa以上,进一步优选为3.0×105Pa以上。
通常,为了防止太阳能电池密封材料在太阳能电池组件的端部填充不足,以从表面侧透明保护构件(主要是玻璃)稍稍溢出的方式,进行层压加工或根据需要在烘箱中进行交联。例如,当以150℃下减压3分钟、加热10分钟的程度进行层压加工时,在交联前熔融而溢出的太阳能电池密封材料残留于层压装置上的PTFE片材上,有时发生污染PTFE片材的不良情况。上述150℃时的储能模量(G′)是指上述熔融时的太阳能电池密封材料的弹性模量,上述在100℃以上且小于135℃的温度下的复数粘度的最小值(η*1)及150℃时的复数粘度(η*2)是指上述熔融时的太阳能电池密封材料的粘度。
需要说明的是,剪切模式下的固体粘弹性测定可通过以下方式测定:制成厚0.5mm的加压片材(press sheet),使用ReoStress(HAAKE制),在从25℃(室温)至150℃的温度下一边施加1.0Hz的频率、一边以10℃/分钟的升温速度进行测定,然后,于150℃保持5分钟,由此进行测定。储能模量(G′)可从测定曲线读取。
通过使150℃时的复数粘度(η*2)为上述下限值以上,能减少在层压加工时从太阳能电池组件溢出的树脂的量。另外,通过使复数粘度(η*2)为上述上限值以下,能减少在层压加工时从太阳能电池组件溢出的树脂的量,还可抑制层压加工时的太阳能电池元件的破裂。
通过使150℃时的储能模量(G′)为上述下限值以上,能使在层压加工时溢出的太阳能电池密封材料不残留于层压装置的PTFE片材或烘箱,能抑制产生污染的不良情况。另外,通过使储能模量(G′)为上述上限值以下,能使得与层压装置的PTFE片材的剥离容易进行。进而可抑制层压加工时的太阳能电池元件的破裂。
另外,例如,当以150℃下减压3分钟、加热10分钟的程度进行层压加工时,在减压后的加热时,成为大气压下。虽然也取决于组件构成、层压装置,但成为大气压下的温度范围为80~140℃左右,在该范围内有时也产生由于加热而软化的树脂溢出的太阳能电池密封材料污染层压装置的不良情况。通过在100℃以上且小于135℃的温度下具有复数粘度的最小值(η*1),并且使上述最小值(η*1)在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内,可减少层压加工时从太阳能电池组件溢出的树脂的量。另外,通过使100℃~150℃间的复数粘度的最小值(η*1)为上述上限值以下,可抑制层压加工时的太阳能电池元件的破裂。
本实施方式的太阳能电池密封材料(I)中,相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,包含0.1~3重量份的1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物。在加热太阳能电池密封材料时复数粘度下降,但通过包含这样的有机过氧化物,在100℃以上且小于135℃的范围内发生有机过氧化物的分解和交联,复数粘度转为上升,因此产生最小值(η*1)。
为了使在100℃以上且小于135℃的温度下的复数粘度的最小值(η*1)为上述范围,例如,使用按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR优选为3.0g/10分钟以下、更优选小于2.0g/10分钟的树脂时,可使复数粘度的最小值(η*1)为6.0×103Pa·s以上。
为了将本实施方式的太阳能电池密封材料(I)的150℃时的上述复数粘度(η*2)及上述储能模量(G′)调节至上述范围内,例如,针对(1)乙烯·α-烯烃共聚物的组成及分子量、(2)有机过氧化物等各种添加剂的组合及其配合比例等因子进行高度控制是重要的。
复数粘度及储能模量(G′)通常随温度而减少,交联反应开始时转为上升。基线的高低例如取决于共聚物的分子量及有机过氧化物的含量,交联反应开始的温度例如与有机过氧化物的分解温度及有机过氧化物的含量相关。
例如,使用分子量较大的乙烯·α-烯烃共聚物时,复数粘度曲线及储能模量曲线整体向上方移动,因此可进一步提高150℃时的上述复数粘度(η*2)及上述储能模量(G′)。另外,通过使用半衰期温度较小的有机过氧化物,交联反应开始的温度向更低温度侧移动,因而能进一步提高150℃时的上述复数粘度(η*2)及上述储能模量(G′)。
因此,通过高度控制这些因子,可将本实施方式涉及的太阳能电池密封材料的150℃时的上述复数粘度(η*2)及上述储能模量(G′)调节至上述范围内。
以下,对构成本实施方式的太阳能电池密封材料(I)的各成分进行详细说明。
(乙烯·α-烯烃共聚物)
对于本实施方式的太阳能电池密封材料(I)而言,包含满足以下所示的特定条件的乙烯·α-烯烃共聚物是优选方式之一。
本实施方式的太阳能电池密封材料(I)中使用的乙烯·α-烯烃共聚物可通过将乙烯与碳原子数为3~20的α-烯烃共聚而得到。作为α-烯烃,通常,可单独使用1种或组合使用2种以上的碳原子数为3~20的α-烯烃。其中,优选的是碳原子数为10以下的α-烯烃,特别优选的是碳原子数为3~8的α-烯烃。作为这样的α-烯烃的具体例,可举出丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、3-甲基-1-丁烯、3,3-二甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。其中,从获得的容易性考虑,优选丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯及1-辛烯。需要说明的是,乙烯·α-烯烃共聚物可以是无规共聚物,也可以是嵌段共聚物,从柔软性的观点考虑,优选无规共聚物。
本实施方式涉及的乙烯·α-烯烃共聚物优选满足下述条件a1)~a4)中的至少一个条件,特别优选满足全部下述条件a1)~a4)。
以下,对条件a1)~a4)进行说明。
(条件a1)
乙烯·α-烯烃共聚物中包含的来源于乙烯的结构单元的含有比例优选为80~90mol%。另外,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元(以下也记为“α-烯烃单元”)的比例优选为10~20mol%,更优选为12~20mol%,进一步优选为12~18mol%,特别优选为13~18mol%(其中,来源于乙烯的结构单元与α-烯烃单元的总量为100mol%)。α-烯烃单元的含有比例为上述下限值以上时,结晶性适度,透明性良好。另外,柔软性也适度,在进行太阳能电池组件的层压成型时,可抑制太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的碎裂等。
另一方面,α-烯烃单元的含有比例为上述上限值以下时,树脂组合物的发粘性小,可抑制片材粘连,片材的送出性良好。另外,交联变得充分,耐热性也良好。
(条件a2)
按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的乙烯·α-烯烃共聚物的熔体流动速率(MFR)优选为0.1~8.0g/10分钟。MFR的下限值更优选为0.2g/10分钟以上,进一步优选为0.5g/10分钟以上。另外,上述MFR的上限值更优选为7.0g/10分钟以下,进一步优选为5.0g/10分钟以下,进一步优选为3.0g/10分钟以下,特别优选小于2.0g/10分钟。本实施方式中,优选使用MFR为0.1g/10分钟以上、且小于2.0g/10分钟的乙烯·α-烯烃共聚物。
乙烯·α-烯烃共聚物的MFR可通过调整后述的聚合反应时的聚合温度、聚合压力以及聚合体系内的乙烯及α-烯烃的单体浓度和氢浓度的摩尔比率等而进行调整。
MFR为上述下限值以上时,包含乙烯·α-烯烃共聚物的树脂组合物的储能模量(G′)、复数粘度适度,可抑制层压加工时的溢出量,与层压装置的PTFE片材的剥离容易进行。进而可抑制层压加工时的太阳能电池元件的破裂。
另一方面,MFR为上述上限值以下或小于上述上限值时,包含乙烯·α-烯烃共聚物的树脂组合物的弹性模量、复数粘度适度,可抑制层压加工时的溢出量,不残留于层压装置的PTFE片材或烘箱中,可抑制产生污染的不良情况。
(条件a3)
按照ASTM D1505测得的乙烯·α-烯烃共聚物的密度优选为0.865~0.884g/cm3,更优选为0.866~0.883g/cm3,进一步优选为0.866~0.880g/cm3,特别优选为0.867~0.880g/cm3。乙烯·α-烯烃共聚物的密度例如可根据乙烯单元的含有比例与α-烯烃单元的含有比例的平衡来进行调整。即,提高乙烯单元的含有比例时,结晶性升高,可得到密度高的乙烯·α-烯烃共聚物。另一方面,降低乙烯单元的含有比例时,结晶性降低,可得到密度低的乙烯·α-烯烃共聚物。
乙烯·α-烯烃共聚物的密度为上述上限值以下时,结晶性适度,透明性良好。另外,柔软性也适度,在进行太阳能电池组件的层压成型时,可抑制太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的碎裂等。
另一方面,乙烯·α-烯烃共聚物的密度为上述下限值以上时,树脂组合物的发粘性小,可抑制片材粘连,片材的送出性良好。另外,交联变得充分,耐热性也良好。
(条件a4)
按照ASTM D2240测得的乙烯·α-烯烃共聚物的肖氏A硬度优选为60~85,更优选为62~83,进一步优选为62~80,特别优选为65~80。乙烯·α-烯烃共聚物的肖氏A硬度可通过将乙烯·α-烯烃共聚物的乙烯单元的含有比例、密度控制为上述数值范围来进行调整。即,对于乙烯单元的含有比例高、密度高的乙烯·α-烯烃共聚物来说,肖氏A硬度变高。另一方面,对于乙烯单元的含有比例低、密度低的乙烯·α-烯烃共聚物来说,肖氏A硬度变低。
肖氏A硬度为上述下限值以上时,乙烯含量变低(α-烯烃含量变高)。因此,树脂组合物的发粘性小,可抑制片材粘连,片材的送出性良好。另外,交联变得充分,耐热性也良好。
另一方面,肖氏A硬度为上述上限值以下时,结晶性适度,透明性良好。另外,柔软性也适度,在太阳能电池组件的层压成型时,可抑制太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的碎裂等。
本实施方式涉及的乙烯·α-烯烃共聚物优选除了满足上述的条件a1)~a4)之外、还同时满足下述条件a5)。
(条件a5)
乙烯·α-烯烃共聚物的基于差示扫描量热测定(DSC)的熔融峰优选存在于30~90℃的范围内,更优选存在于33~90℃的范围内,特别优选存在于30~88℃的范围内。熔融峰为上述上限值以下时,结晶性适度,透明性良好。另外,柔软性也适度,存在以下倾向:在太阳能电池组件的层压成型时可抑制太阳能电池元件的破裂、薄膜电极的碎裂等。熔融峰为上述下限值以上时,树脂组合物的发粘性小,可抑制片材粘连,片材的送出性良好。另外,交联变得充分,耐热性也良好。
(乙烯·α-烯烃共聚物的制造方法)
对于乙烯·α-烯烃共聚物而言,可使用以下所示的各种茂金属化合物作为催化剂来制造。作为茂金属化合物,可使用例如日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报、日本特开2005-314680号公报等中记载的茂金属化合物。但也可使用与上述专利文献中记载的茂金属化合物结构不同的茂金属化合物,也可组合使用二种以上的茂金属化合物。
作为使用茂金属化合物的聚合反应,作为优选例可举出例如以下所示的方式。
在由(I)茂金属化合物、和(II)化合物构成的烯烃聚合用催化剂的存在下,供给选自乙烯和α-烯烃等中的一种以上的单体,所述(II)化合物为选自由(II-1)有机铝氧化合物(organic aluminumoxy compounds)、(II-2)与上述茂金属化合物(I)反应而形成离子对的化合物、及(II-3)有机铝化合物组成的组中的至少一种的化合物(也称为催化助剂)。
作为(II-1)有机铝氧化合物、(II-2)与上述茂金属化合物(I)反应而形成离子对的化合物、及(II-3)有机铝化合物,可使用例如日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报、及日本特开2005-314680号公报等中记载的茂金属化合物。但也可以使用与上述专利文献中记载的茂金属化合物结构不同的茂金属化合物。这些化合物可以单独地投入到聚合气氛中、或预先接触从而投入到聚合气氛中。进而,也可担载于例如日本特开2005-314680号公报等中记载的微粒状无机氧化物载体而使用。
需要说明的是,优选实质上不使用上述(II-2)与上述茂金属化合物(I)反应而形成离子对的化合物而进行制造。这是因为,(II-2)与茂金属化合物(I)形成离子对的化合物残留于乙烯·α-烯烃共聚物中时,存在引起电气特性降低的倾向。
另外,也可利用使用了现有公知的齐格勒纳塔催化剂和(II-3)有机铝化合物的体系,来制造乙烯·α-烯烃共聚物。此时,通过用酸等对制造后的树脂进行脱灰处理,减少树脂中的金属成分、离子含量,从而可得到电气特性优异的乙烯·α-烯烃共聚物。然而,在利用该方法而得到的乙烯·α-烯烃共聚物中,存在以下倾向:酸、碱容易残留,这些酸、碱引起电极腐蚀。另外,由于实施脱灰处理,所以乙烯·α-烯烃共聚物的成本也升高。
因此,乙烯·α-烯烃共聚物优选在下述烯烃聚合用催化剂的存在下进行聚合、制造,所述烯烃聚合用催化剂由茂金属化合物(I)和选自(II-1)有机铝氧化合物及(II-3)有机铝化合物组成的组中的至少一种的化合物构成。
乙烯·α-烯烃共聚物的聚合可利用现有公知的气相聚合法、及浆料聚合法、溶液聚合法等液相聚合法中的任一种方法进行。优选利用溶液聚合法等液相聚合法进行。当使用上述那样的茂金属化合物进行乙烯与碳原子数为3~20的α-烯烃的共聚来制造乙烯·α-烯烃共聚物时,以每1升反应容积中通常为10-9~10-1摩尔、优选为10-8~10-2摩尔的量使用(I)的茂金属化合物。
对于化合物(II-1)来说,可以以化合物(II-1)与化合物(I)中的全部过渡金属原子(M)的摩尔比[(II-1)/M]通常为1~10000、优选为10~5000的量进行使用。对于化合物(II-2)来说,可以以与化合物(I)中的全部过渡金属(M)的摩尔比[(II-2)/M]通常为0.5~50、优选为1~20的量进行使用。对于化合物(II-3)来说,可以以每1升聚合容积中通常为0~5毫摩尔、优选为约0~2毫摩尔的量进行使用。
溶液聚合法中,通过在上述那样的茂金属化合物的存在下,进行乙烯与碳原子数为3~20的α-烯烃的共聚,能高效地制造共聚单体含量高、组成分布窄、分子量分布窄的乙烯·α-烯烃共聚物。此处,乙烯与碳原子数为3~20的α-烯烃的装入摩尔比通常为乙烯:α-烯烃=10∶90~99.9∶0.1、优选为乙烯:α-烯烃=30∶70~99.9∶0.1、更优选为乙烯:α-烯烃=50∶50~99.9∶0.1。
作为碳原子数为3~20的α-烯烃,可举出直链状或支链状的α-烯烃,例如丙烯、1-丁烯、2-丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。可在溶液聚合法中使用的α-烯烃的例子,也包括含有极性基团的烯烃。作为含有极性基团的烯烃,可举出例如丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、马来酸酐等α,β-不饱和羧酸类、及它们的钠盐等金属盐类;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等α,β-不饱和羧酸酯类;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等乙烯基酯类;丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等不饱和缩水甘油酯类等。另外,也可以在反应体系中共存有芳香族乙烯基化合物,例如苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、邻,对-二甲基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯苄基乙酸酯(vinylbenzyl acetate)、羟基苯乙烯、对氯苯乙烯、二乙烯基苯等苯乙烯类;3-苯基丙烯、4-苯基丙烯、α-甲基苯乙烯等,进行高温溶液聚合。以上所述的α-烯烃中,可优选使用丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯及1-辛烯。另外,溶液聚合法中,可以并用碳原子数为3~20的环状烯烃类,例如环戊烯、环庚烯降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯等。
所谓“溶液聚合法”,是在聚合物溶解于后述的惰性烃溶剂中的状态下进行聚合的方法的总称。溶液聚合法中的聚合温度通常为0~200℃,优选为20~190℃,更优选为40~180℃。溶液聚合法中,当聚合温度低于0℃时,其聚合活性极度降低,聚合热的除热也变得困难,从生产率方面考虑是不实用的。另外,聚合温度高于200℃时,聚合活性极度降低,因此,从生产率方面考虑是不实用的。
聚合压力通常为常压~10MPa表压、优选为常压~8MPa表压的条件下。共聚可利用分批式、半连续式、连续式中的任一种方法进行。反应时间(当以连续法实施共聚反应时,为平均滞留时间)随着催化剂浓度、聚合温度等条件的不同而不同,可适当选择,通常为1分钟~3小时、优选为10分钟~2.5小时。进而,也可分成反应条件不同的2阶段以上来进行聚合。得到的乙烯·α-烯烃共聚物的分子量也可通过改变聚合体系中的氢浓度、聚合温度来进行调节。此外,也可通过所使用的化合物(II)的量来调节。当添加氢时,对于其量来说,相对于每1kg所生成的乙烯·α-烯烃共聚物为0.001~5,000NL左右是合适的。另外,存在于所得乙烯·α-烯烃共聚物的分子末端的乙烯基及亚乙烯基(vinylidene group)可通过提高聚合温度、极力减少氢添加量来进行调整。
溶液聚合法中使用的溶剂通常为惰性烃溶剂,优选为常压下的沸点为50℃~200℃的饱和烃。具体而言,可举出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、煤油等脂肪族烃;环戊烷、环己烷、甲基环戊烷等脂环族烃。需要说明的是,苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类,二氯乙烷、氯苯、二氯甲烷等卤代烃也属于“惰性烃溶剂”的范畴,不限制其使用。
如上所述,溶液聚合法中,不仅可使用目前常用的溶解于芳香族烃中的有机铝氧化合物,而且还可使用溶解于脂肪族烃、脂环族烃中的MMAO之类的修饰甲基铝氧烷。结果,若采用脂肪族烃、脂环族烃作为溶液聚合用的溶剂,则能几乎完全排除在聚合体系内、生成的乙烯·α-烯烃共聚物中混入芳香族烃的可能性。即,溶液聚合法还具有能减轻环境负担、使对人体健康的影响最小化这样的特征。需要说明的是,为了抑制物性值的偏差,对于利用聚合反应而得到的乙烯·α-烯烃共聚物、及根据需要添加的其他成分而言,优选利用任意的方法实施熔融、混炼、造粒等。
(有机过氧化物)
本实施方式的太阳能电池密封材料(I)包含有机过氧化物。有机过氧化物可作为硅烷偶联剂与乙烯·α-烯烃共聚物的接枝改性时的自由基引发剂使用,并且可作为乙烯·α-烯烃共聚物在太阳能电池组件层压成型时进行交联反应时的自由基引发剂使用。通过在乙烯·α-烯烃共聚物中接枝硅烷偶联剂进行改性,可得到与表面侧透明保护构件、背面侧保护构件、单元电池、电极的粘接性良好的太阳能电池组件。进而,通过将乙烯·α-烯烃共聚物交联,可得到耐热性、粘接性优异的太阳能电池组件。
使用的有机过氧化物具有在乙烯·α-烯烃共聚物中接枝硅烷偶联剂进行改性、将乙烯·α-烯烃共聚物交联的能力,从太阳能电池组件在层压成型时的交联速度的均衡性考虑,可使用1分钟半衰期温度为100~170℃的有机过氧化物。有机过氧化物的1分钟半衰期温度为100℃以上时,在片材成型时在由树脂组合物得到的太阳能电池密封片材中不易产生凝胶。另外,可抑制因产生的凝胶物而导致在片材的表面产生凹凸,因此可防止外观变差。另外,当施加电压时,可防止在片材内部产生裂缝,因此,可防止绝缘击穿电压(dielectric breakdown voltage)的降低。而且还可防止透湿性的降低。另外,由于能抑制在片材表面产生凹凸,所以在太阳能电池组件的层压加工时与表面侧透明保护构件、单元电池、电极、背面侧保护构件的密合性变得良好,粘接性也提高。若有机过氧化物的1分钟半衰期温度为170℃以下,则可抑制在太阳能电池组件的层压成型时交联速度降低,因此,可防止太阳能电池组件的生产率降低。另外,也可防止太阳能电池密封材料的耐热性、粘接性的降低。此外,能使得层压加工后和在烘箱中的交联适度,能抑制层压装置和烘箱的污染。
作为有机过氧化物,可使用公知的有机过氧化物。作为1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物的优选具体例,可举出过氧化二月桂酰、过氧化2-乙基己酸1,1,3,3-四甲基丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化2-乙基己酸叔戊酯、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化马来酸叔丁酯、1,1-二(叔戊基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔戊基过氧化)环己烷、过氧化异壬酸叔戊酯、过氧化正辛酸叔戊酯、1,1-二(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷、叔丁基过氧化碳酸异丙酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰过氧化)己烷、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化异壬酸叔丁酯、2,2-二(叔丁基过氧化)丁烷、过氧化苯甲酸叔丁酯等。可优选举出过氧化二月桂酰、叔丁基过氧化碳酸异丙酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化异壬酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化苯甲酸叔丁酯。上述有机过氧化物可以单独使用一种,也可混合使用2种以上。
相对于上述的乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,太阳能电池密封材料(I)中的有机过氧化物的含量为0.1~3.0重量份。该含量更优选为0.2~3.0重量份,特别优选为0.2~2.5重量份。
有机过氧化物的含量为上述下限值以上时,能够抑制太阳能电池密封材料的交联程度、交联速度等交联特性的降低,使硅烷偶联剂向乙烯系共聚物主链中进行接枝的接枝反应良好地进行,可得到粘接性良好的太阳能电池密封材料。进而,能使层压加工后或在烘箱中的交联适度,能抑制层压装置、烘箱的污染。
有机过氧化物的含量为上述上限值以下时,在片材成型时在由树脂组合物得到的太阳能电池密封片材中不产生凝胶,在片材的表面无凹凸,外观良好。另外,由于无凝胶,所以即使施加电压也不会产生因片材内部的凝胶物而导致的裂缝,因此,绝缘击穿电阻(insulating fracture resistance)良好。另外,透湿性也良好。进而,由于在片材表面无凹凸,因而在进行太阳能电池组件的层压加工时,与表面侧透明保护构件、单元电池、电极、背面侧保护构件的粘接性也良好。
(硅烷偶联剂)
本实施方式的太阳能电池密封材料(I)优选还包含硅烷偶联剂。本实施方式的太阳能电池密封材料(I)中的硅烷偶联剂的含量相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言优选为0.1~5重量份,更优选为0.1~4重量份,特别优选为0.1~3重量份。
硅烷偶联剂的含量为上述下限值以上时,粘接性提高。另一方面,硅烷偶联剂的含量为上述上限值以下时,可抑制在太阳能电池组件的层压时用于使硅烷偶联剂与乙烯·α-烯烃共聚物进行接枝反应的有机过氧化物的添加量。因此,在片材成型时在由树脂组合物得到的太阳能电池密封片材中不产生凝胶,在片材的表面无凹凸,外观良好。另外,由于无凝胶,所以即使施加电压也不会产生因片材内部的凝胶物而导致的裂缝,因此绝缘击穿电阻良好。另外,透湿性也良好。
另外,也存在硅烷偶联剂自身发生缩合反应、在太阳能电池密封材料中以白色条纹的形式存在、产品外观变差的情况,但硅烷偶联剂为上述上限值以下时,也可抑制白色条纹的产生。
对于硅烷偶联剂而言,可使用现有公知的硅烷偶联剂,没有特别限制。具体而言,可使用乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基硅烷)、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-丁叉)丙基胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等。可优选举出粘接性良好的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。
(紫外线吸收剂、光稳定化剂、耐热稳定剂)
本实施方式涉及的太阳能电池密封材料(I)中,优选含有选自由紫外线吸收剂、光稳定化剂及耐热稳定剂组成的组中的至少一种添加剂。这些添加剂的配合量相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言优选为0.005~5重量份。进而,优选含有选自上述三种中的至少两种添加剂,特别优选含有全部的上述三种。上述添加剂的配合量在上述范围内时,能充分确保下述效果,即,提高对高温高湿的耐性、热循环的耐性、耐气候稳定性及耐热稳定性,并且能防止太阳能电池密封材料的透明性降低,能防止与玻璃、背板(back sheet)、太阳能电池元件、电极、铝的粘接性的降低,因而优选。
作为紫外线吸收剂,具体而言,可使用2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-4-羧基二苯甲酮、2-羟基-4-N-辛氧基二苯甲酮等二苯甲酮系;2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)苯并***、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并***等苯并***系;水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯等水杨酸酯系的紫外线吸收剂。
作为光稳定化剂,可使用癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]等受阻胺系、受阻哌啶系化合物等。
另外,也可使用下述通式(1)的低分子量受阻胺系光稳定剂。
上述通式(1)中,R1,R2表示氢、烷基等。R1和R2可以相同也可以不同。R1和R2优选为氢或甲基。R3表示氢、烷基、链烯基等。R3优选为氢或甲基。
作为上述通式(1)表示的受阻胺系光稳定剂,具体而言,可举出4-丙烯酰基氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰基氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶、4-丙烯酰基氧基-1-乙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰基氧基-1-丙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰基氧基-1-丁基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰基氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰基氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶、4-甲基丙烯酰基氧基-1-乙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰基氧基-1-丁基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-巴豆酰基氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-巴豆酰基氧基-1-丙基-2,2,6,6-四甲基哌啶等。
另外,也可使用下述式(2)~(11)表示的高分子量受阻胺系光稳定剂。高分子量受阻胺系光稳定剂是指分子量为1000~5000的受阻胺系光稳定剂。
作为耐热稳定剂,具体而言,可举出亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸双[2,4-双(1,1-二甲基乙基)-6-甲基苯基]乙基酯、四(2,4-二叔丁基苯基)[1,1-联苯]-4,4′-二基二亚膦酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯等亚磷酸酯系耐热稳定剂;3-羟基-5,7-二叔丁基-呋喃-2-酮与邻二甲苯的反应产物等内酯系耐热稳定剂;3,3′,3″,5,5′,5″-六叔丁基-a,a′,a″-(亚甲基-2,4,6-三基)三对甲酚、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)苄基苯、季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、硫代二亚乙基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]等受阻酚系耐热稳定剂;硫系耐热稳定剂;胺系耐热稳定剂等。另外,可单独使用它们中一种或组合使用两种以上。其中,优选亚磷酸酯系耐热稳定剂及受阻酚系耐热稳定剂。
(其他添加剂)
在构成太阳能电池密封材料(I)的树脂组合物中,可以在不损害本发明的目的的范围内,适当含有除以上详细说明的各成分以外的各种成分。可举出例如除了乙烯·α-烯烃共聚物以外的各种聚烯烃、苯乙烯系或乙烯系嵌段共聚物,丙烯系聚合物等。相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言,可以含有0.0001~50重量份、优选0.001~40重量份的这些成分。另外,可适当含有选自除聚烯烃以外的各种树脂、及/或各种橡胶、增塑剂、防静电剂、抗菌剂、防霉剂、阻燃剂、交联助剂及分散剂中的一种以上添加剂。构成太阳能电池密封材料(I)的树脂组合物也可含有着色剂,但此时的着色剂的添加量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言通常小于1重量份、优选为0.5重量份以下、更优选不含着色剂。
特别地,当含有交联助剂时,交联助剂的配合量相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.05~5重量份时,能具有适度的交联结构,能提高耐热性、机械物性、粘接性,因而优选。
作为交联助剂,可使用针对烯烃系树脂通常使用的现有公知的交联助剂。这样的交联助剂是在分子内具有双键的化合物。具体而言,可举出丙烯酸叔丁基酯、丙烯酸月桂基酯、丙烯酸鲸蜡基酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-甲氧基乙基酯、乙基卡必醇丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇丙烯酸酯等单丙烯酸酯;甲基丙烯酸叔丁基酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸鲸蜡基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲氧基乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯等单甲基丙烯酸酯;1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯等二丙烯酸酯;1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等二甲基丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯;二乙烯基苯、二异丙烯基苯等二乙烯基芳香族化合物;三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯等氰脲酸酯;邻苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物;三烯丙基化合物;对苯醌二肟、二苯甲酰对醌二肟(p,p’-dibenzoyl quinonedioxime)等肟;苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺。这些交联助剂中更优选的是二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、二乙烯基芳香族化合物、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯等氰脲酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物、三烯丙基化合物、对苯醌二肟、二苯甲酰对醌二肟等肟、苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺。进而,这些之中特别优选的是三烯丙基异氰脲酸酯,层压后的太阳能电池密封材料的气泡产生、交联特性的均衡性最优异。
如后文所述,本实施方式的太阳能电池密封材料(I)的整体形状优选为片状。另外,将已切割成尺寸为厚0.5mm×长75mm×宽60mm的片状的该太阳能电池密封材料(I)在150℃的加热板上进行3分钟减压、10分钟加热,从而得到交联片材,在对该交联片材进行长期可靠性试验(在温度85℃/目对湿度85%的恒温恒湿槽中静置2000小时)时,将长期可靠性试验前的上述交联片材的黄色指数记为YI1、将长期可靠性试验后的上述交联片材的黄色指数记为YI2时,(YI2-YI1)所定义的黄色指数的变化率优选小于2,更优选为1.5以下。
2.太阳能电池密封材料(II)(太阳能电池背面密封材料)
太阳能电池密封材料(II)是专门作为背面用密封材料使用的经着色的太阳能电池背面密封材料。太阳能电池密封材料(II)包含与构成太阳能电池密封材料(I)的乙烯·α-烯烃共聚物相同的乙烯·α-烯烃共聚物、与构成太阳能电池密封材料(I)的有机过氧化物相同的有机过氧化物、以及着色剂作为必需成分。作为太阳能电池密封材料(II)的构成成分的有机过氧化物的配合量与太阳能电池密封材料(I)的配合量相同。以下,对本实施方式的太阳能电池密封材料(II)固有显示的流变学特性、及太阳能电池密封材料(II)所包含的作为必需成分的着色剂进行说明。
对于对于本实施方式的太阳能电池密封材料(II)即太阳能电池背面密封材料而言,在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式下的固体粘弹性测定中的、复数粘度(η*3)的最小粘度为4.0×103Pa·s以上,优选为6.0×103Pa·s以上,进一步优选为2.0×104Pa·s以上。
另外,对于本实施方式的太阳能电池背面密封材料而言,在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式下的固体粘弹性测定中的、复数粘度(η*3)的最小粘度为1.0×106Pa·s以下,优选为5.0×105Pa·s以下。
通常,对于太阳能电池背面密封材料而言,随着温度的上升,复数粘度减少。而且,从某一温度开始复数粘度急剧上升。该复数粘度的急剧上升例如是如下引起的:太阳能电池背面密封材料中包含的有机过氧化物分解,由此引发太阳能电池背面密封材料的交联反应。因此,上述复数粘度的最小粘度是指,复数粘度急剧上升之前的某一温度下的粘度,是指交联反应开始时的复数粘度。
通过本发明的发明人们的研究可知,以低密度聚乙烯为主成分的现有的太阳能电池背面密封材料是热塑性的,因此,例如在层压加工时的140~170℃温度范围内,复数粘度低,在制造太阳能电池组件时的层压加工时或在烘箱中进行交联时,已着色的太阳能电池背面密封材料向太阳能电池元件、布线等的表面蔓延,导致发生太阳能电池元件的转换效率降低这样的不良情况。另外可知,现有的含有有机过氧化物的热交联性的太阳能电池密封材料中,也同样地由于交联反应开始时的复数粘度低,所以在制造太阳能电池组件时的层压加工时或在烘箱中进行交联时已着色的太阳能电池背面密封材料蔓延至太阳能电池元件、布线等的表面,导致发生太阳能电池元件的转换效率降低的不良情况。
因此,本发明的发明人们为了消除在制造太阳能电池组件时产生的上述不良情况而进行了深入研究。结果发现,通过将上述复数粘度(η*3)的最小粘度调整至特定的范围,可得到能抑制太阳能电池背面密封材料向太阳能电池元件、布线等的表面蔓延的太阳能电池背面密封材料,从而完成本发明。
通过使复数粘度(η*3)的最小粘度为上述下限值以上,能在制成太阳能电池组件时,抑制已着色的太阳能电池背面密封材料向太阳能电池元件、布线等的表面蔓延。
另外,通过使复数粘度(η*3)的最小粘度为上述上限值以下,能提高太阳能电池元件、布线周边的埋入性。进而,可抑制太阳能电池元件的破裂、布线材料的变形等。
本实施方式中,复数粘度(η*3)在25~180℃的测定温度范围内具有最小值是重要的,当粘度一律地降低时,即使是同样的MFR(190℃、2.16kg负荷),有时也发生蔓延。
因此,通过本发明,通过使复数粘度(η*3)的最小粘度在上述范围内,能够得到在制作太阳能电池组件时能抑制已着色的太阳能电池背面密封材料向太阳能电池元件、布线等的表面蔓延的太阳能电池背面密封材料。
为了将本实施方式涉及的太阳能电池背面密封材料的复数粘度(η*3)的最小粘度调整至上述范围内,例如,对(1)乙烯·α-烯烃共聚物的组成及分子量(2)有机过氧化物等各种添加剂的组合及其配合比例等因子进行高度控制是重要的。
复数粘度曲线通常随温度而减少,交联反应开始后转为上升。基线的高低取决于共聚物的分子量及有机过氧化物的含量,转为上升的点即显示最小粘度的温度与有机过氧化物的分解温度及有机过氧化物的含量有关。
例如,使用分子量较大的乙烯·α-烯烃共聚物时,复数粘度曲线整体向上方移动,因此可进一步提高复数粘度(η*3)的最小粘度。另外,通过使用半衰期温度较小的有机过氧化物,从而显示最小粘度的温度向更低温侧移动,因此,可进一步提高复数粘度(η*3)的最小粘度。
因此,通过高度控制这些因子,可将本实施方式涉及的太阳能电池背面密封材料的复数粘度(η*3)的最小粘度调整至上述范围内。
(着色剂)
本实施方式的太阳能电池背面密封材料即太阳能电池背面密封材料(II)含有相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1~30重量份的着色剂作为必需成分。通过含有着色剂,可期待由光反射能力带来的太阳能电池组件转换效率的提高、外观设计性的提高、导热性的提高等。特别是如果为白色的着色剂,则能期待由光反射能带来的太阳能电池组件的转换效率的提高。
作为着色剂,可使用现有公知的着色剂。本实施方式中,着色剂为选自有机颜料、染料、无机填充剂中的至少1种。作为本实施方式涉及的着色剂,优选使用包含无机填充剂的着色剂,更优选使用无机填充剂的含量为20重量%以上的着色剂,进一步优选使用无机填充剂的含量为40重量%以上的着色剂,使用仅由无机填充剂构成的着色剂时,容易呈现本发明的效果,而且能够使工序简单化,因而最优选。
作为无机填充剂,尤其是,可使用选自由天然云母(云母)、合成云母、氧化钛、氧化铝、碳酸钙、滑石、粘土、碳酸镁、高岭石、硅藻土组成的组中的至少1种。其中,优选氧化钛、氧化铝、碳酸钙、滑石、粘土、碳酸镁,进一步优选氧化钛、氧化铝、碳酸钙,特别优选氧化钛。需要说明的是,对于上述着色剂而言,只要以相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1~30重量份的量含有即可,也可以以与聚烯烃等公知树脂的母料的形态任意使用。母料中的着色剂的含量更优选为20重量%以上,着色剂的含量进一步优选为40重量%以上。
本发明的发明人们发现,为了确保本发明的太阳能电池组件在耐热耐湿下的长期稳定性,太阳能电池背面密封材料中包含的酸性化合物的含量是极其重要的。即,太阳能电池背面密封材料中包含的酸性化合物的含量优选为8重量ppm以下。对于更优选的耐热耐湿下的长期稳定性,可通过选择使太阳能电池背面密封材料中的硫酸根(SO4 2-)含量为8重量ppm以下、优选为5重量ppm以下、更优选为3重量ppm以下的无机填充剂种类和无机填充剂量来确保。
太阳能电池背面密封材料中的着色剂的含量上限相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为30重量份以下,优选为20重量份以下,更优选为10重量份以下,进一步优选为8重量份以下。另外,太阳能电池背面密封材料中的着色剂的含量下限相对于乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1重量份以上,优选为2重量份以上。对于着色剂而言,可以直接与乙烯·α-烯烃共聚物混合,也可预先制成高浓度的母料进行混合。
(有机过氧化物、硅烷偶联剂、其他添加剂)
如上所述,关于作为构成太阳能电池密封材料(II)的必需成分的有机过氧化物的种类和配合量、作为任选构成成分的硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂及其他添加剂的种类和配合量,与在太阳能电池密封材料(I)的说明中说明的种类和配合量相同。
(太阳能电池背面密封材料)
关于太阳能电池背面密封材料的制造方法、背面密封材料的形状、可在片材表面实施的压纹(emboss)加工,可将针对太阳能电池密封材料(I)所说明的内容直接应用于太阳能电池背面密封材料。
对于本实施方式的太阳能电池背面密封材料而言,430~800nm的波长范围的全光线透过率优选为10%以下,更优选为8%以下。全光线透过率为上述上限值以下时,能够使入射至太阳能电池背面密封材料的光反射,辅助太阳能电池元件中的能量转换,进一步提高发电效率。
另外,对于本实施方式的太阳能电池背面密封材料而言,430~800nm的波长范围的光线反射率优选为70%以上,更优选为80%以上。光线反射率为上述下限值以上时,能够使入射至太阳能电池背面密封材料的光反射,辅助太阳能电池元件中的能量转换,进一步提高发电效率。
3.太阳能电池密封材料(I)及(II)及其制造方法
对于本实施方式涉及的太阳能电池密封材料而言,太阳能电池密封材料(I)、太阳能电池密封材料(II)(下文中,在没有必要特别区分而说明的情况下,有时将两者统一记载为“太阳能电池密封材料”。)是共通的,与玻璃、背板、薄膜电极、铝框架、太阳能电池元件等各种太阳能电池构件的粘接性、耐热性、压延成型性及交联特性的均衡性优异,进而,透明性、柔软性、耐气候性、体积电阻率、电绝缘性、透湿性、电极腐蚀性、加工稳定性优异。因此,可合适地作为现有公知的太阳能电池组件的太阳能电池密封材料使用。作为本实施方式的太阳能电池密封材料的制造方法,可以通过通常使用的方法、利用捏合机、班伯里密炼机、挤出机、压延成型机等进行熔融混合而制造,其中优选利用压延成型机进行制造。
对于太阳能电池密封材料(I)、(II)而言,其整体形状为片状也是优选的实施方式之一。另外,具有至少一层由上述乙烯系树脂组合物形成的片材的、与其他层复合化而成的太阳能电池密封材料也可合适地使用。太阳能电池密封材料的层的厚度通常为0.01~2mm、优选为0.05~1.5mm,进一步优选为0.1~1.2mm、特别优选为0.2~1mm、更优选为0.3~0.9mm、最优选为0.3~0.8mm。厚度为上述范围内时,可抑制层压工序中的玻璃、太阳能电池元件、薄膜电极等的破损,并且,通过确保充分的透光率,可得到高的光发电量。进而由于能在低温下进行太阳能电池组件的层压成型,故为优选。
对于太阳能电池密封材料(I)、(II)的片材的成型方法没有特别限制,可采用公知的各种成型方法(浇铸成型、挤出片材成型、吹胀成型、注射成型、压缩成型、压延成型等)。尤其是,最优选的实施方式是:使用压延成型机(其通过利用已加热的金属辊(压延辊)将熔融树脂进行压延,制作所期望的厚度的片材、膜),一边将乙烯·α-烯烃共聚物与硅烷偶联剂、有机过氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂及根据需要使用的其他添加剂进行熔融混炼,一边进行压延成型,得到片状的太阳能电池密封材料。作为压延成型机,可使用公知的各种压延成型机,可以使用混合辊(mixing roll)、三根压延辊、四根压延辊。作为四根压延辊,特别地可使用I型、S型、倒置L型、Z型、斜Z型等。另外,还优选在应用于压延辊之前,预先将乙烯系树脂组合物加热至适当的温度,设置例如班伯里密炼机、捏合机、挤出机等也是优选的实施方式之一。
对于压延成型的温度范围而言,通常将辊温度设定为40~100℃。将辊温度设定为小于40℃时,乙烯系树脂组合物向储料器的侵入性降低,太阳能电池密封材料的生产率降低。另一方面,将辊温度设定为大于100℃时,利用压延成型机将太阳能电池密封材料制成片状而得到时,有时发生凝胶化,由于凝胶物而在片材的表面产生凹凸,外观变差。另外,对包含凝胶物的片材施加电压时,在片材内部的凝胶物周边产生裂缝,绝缘击穿电阻降低。此外,在凝胶物界面处,容易发生透湿,透湿性降低。另外,由于在片材表面产生凹凸,因此,在进行太阳能电池组件的层压加工时,与玻璃、太阳能电池元件、电极、背板的密合性变差,粘接性也降低。
另外,也可在太阳能电池密封材料的片材(或层)的表面实施压纹加工。利用压纹加工对太阳能电池密封材料的片材表面实施装饰,由此可防止密封片材之间、或密封片材与其他片材等之间的粘连。此外,压纹使太阳能电池密封材料的储能模量(G′)降低,因此在将太阳能电池密封材料和太阳能电池元件层压时,形成对太阳能电池元件等的缓冲物,可防止太阳能电池元件的破损。
由太阳能电池密封材料的片材的每单位面积中的凹部的总体积VH、与太阳能电池密封材料的片材的表观体积VA的百分比VH/VA×100表示的空隙率P(%)优选为10~50%,更优选为10~40%,进一步优选为15~40%。需要说明的是,太阳能电池密封材料的片材的表观体积VA通过单位面积乘以太阳能电池密封材料的最大厚度而得到。空隙率P低于10%时,无法充分降低太阳能电池密封材料的弹性模量,无法得到充分的缓冲性。因此,在组件的制造工序中,经两阶段进行层压加工(加压工序)时,有时产生以下问题:结晶系太阳能电池中,结晶型太阳能电池元件、固定结晶型太阳能电池元件与电极的焊料破裂;在薄膜系太阳能电池中,银电极破裂。即,如果包括由乙烯系树脂组合物形成的片材的太阳能电池密封材料的空隙率P小于10%,则在对太阳能电池密封材料局部施加压力时,被施加压力的凸部不会压坏变形。因此,在进行层压加工时,例如对结晶型太阳能电池元件等局部施加较大压力,结晶型太阳能电池元件破裂。另外,太阳能电池密封材料的空隙率P为上述上限值以下时,空气的通路少,因此,在进行层压加工时排气不良。因此,有时在太阳能电池组件中残留空气,外观变差,或者长期使用时,由于残留的空气中的水分而导致电极发生腐蚀。此外,在层压时,流动的乙烯系树脂组合物无法填埋空隙,因而有时也产生以下情况:向太阳能电池组件的各被粘合体的外部溢出,污染层压机。
另一方面,空隙率P大于上述上限值时,在进行层压加工的加压时无法将空气完全排出,空气容易残留在太阳能电池组件内。因此,太阳能电池组件的外观变差,长期使用时因残留的空气中的水分而导致电极腐蚀。另外,在进行层压加工的加压时无法将空气完全排出,因此,太阳能电池密封材料与被粘合体的粘接面积降低,无法获得充分的粘接强度。
空隙率P可通过下述计算而求出。对于实施了压纹加工的太阳能电池密封材料的表观体积VA(mm3),如下述式(2)所示地通过太阳能电池密封材料的最大厚度tmax(mm)与单位面积(例如1m2=1000×1000=106mm2)之积算出。
VA(mm3)=tmax(mm)×106(mm2) (2)
另一方面,该单位面积的太阳能电池密封材料的实际体积V0(mm3)通过将构成太阳能电池密封材料的树脂的比重ρ(g/mm3)和每单位面积(1m2)的太阳能电池密封材料的实际的重量W(g)代入下述式(3)而算出。
V0(mm3)=W/ρ (3)
太阳能电池密封材料的每单位面积中的凹部的总体积VH(mm3)如下述式(4)所示地通过从“太阳能电池密封材料的表观体积VA”减去“实际的体积V0”而算出。
VH(mm3)=VA-V0=VA-(W/ρ) (4)
因此,空隙率P(%)可按照以下方式求出
空隙率P(%)=VH/VA×100
=(VA-(W/ρ))/VA×100
=1-W/(ρ·VA)×100
=1-W/(ρ·tmax·106)×100
空隙率P(%)可通过上述的计算式求出,也可通过对实际的太阳能电池密封材料的剖面、实施了压纹加工的面进行显微镜摄影并进行图像处理等而求出。
通过压纹加工而形成的凹部的深度,优选为太阳能电池密封材料的最大厚度的20~95%,更优选为50~95%,进一步优选为65~95%。有时将凹部的深度D相对于片材的最大厚度tmax的百分比称为凹部的“深度率”。
所谓压纹加工的凹部的深度,表示通过压纹加工而产生的太阳能电池密封材料的凹凸面的凸部的最顶部与凹部的最深部之间的高低差D。另外,所谓太阳能电池密封材料的最大厚度tmax,当对太阳能电池密封材料的一面进行压纹加工时,表示从一面的凸部的最顶部至另一面的(太阳能电池密封材料厚度方向的)距离;当对太阳能电池密封材料的两面实施压纹加工时,表示从一面的凸部的最顶部至另一面的凸部的最顶部的(太阳能电池密封材料厚度方向的)距离。
压纹加工可以对太阳能电池密封材料的一面实施,也可对两面实施。当增大压纹加工的凹部的深度时,优选仅在太阳能电池密封材料的一面形成。当仅对太阳能电池密封材料的一面实施压纹加工时,太阳能电池密封材料的最大厚度tmax优选为0.01mm~2mm,更优选为0.05~1mm,进一步优选为0.1~1mm,进一步优选为0.15mm~1mm,进一步优选为0.2~1mm,进一步优选为0.2~0.9mm,进一步优选为0.3~0.9mm,最优选为0.3~0.8mm。太阳能电池密封材料的最大厚度tmax在上述范围内时,可抑制层压工序中的玻璃、太阳能电池元件、薄膜电极等的破损,即使在较低温度下也能进行太阳能电池组件的层压成型,因而优选。另外,太阳能电池密封材料能确保充分的透光率,使用了该太阳能电池密封材料的太阳能电池组件具有高光发电量。
此外,该片材能够以对应于太阳能电池组件尺寸而裁切成的片状形式、或能够在即将制作太阳能电池组件之前对应于尺寸而裁切的卷形式作为太阳能电池密封材料使用。作为本发明的优选实施方式的片状的太阳能电池密封材料具有至少一层由太阳能电池密封材料形成的层即可。因此,包含本实施方式的太阳能电池密封材料的层的数目可以是一层,也可以是两层以上。从使结构简单、降低成本的观点以及极力减小层间的界面反射、有效地利用光的观点等考虑,优选为一层。
本实施方式的太阳能电池密封材料可以仅通过包含本实施方式的太阳能电池密封材料的层构成,也可以具有含有太阳能电池密封材料的层以外的层(以下也记为“其他层”)。作为其他层的例子,如果按照目的进行分类,则可举出用于保护表面或背面的硬涂层、粘接层、防反射层、阻气层、防污层等。如果按照材质进行分类,则可举出由紫外线固化性树脂形成的层、由热固性树脂形成的层、由聚烯烃树脂形成的层、由羧酸改性聚烯烃树脂形成的层、由含氟树脂形成的层、由环状烯烃聚合物/共聚物形成的层、由无机化合物形成的层等。
对于本实施方式的由太阳能电池密封材料形成的层与其他层的位置关系没有特别限制,可根据与本发明的目的的关系适当选择优选的层结构。即,其他层可以设置在2层以上的由太阳能电池密封材料形成的层之间,也可设置在太阳能电池密封材料的最外层,也可设置在除此之外的位置。另外,可以仅在由太阳能电池密封材料形成的层的一面设置其他层,也可在两面设置其他层。对于其他层的层数没有特别限制,可以设置任意数目的其他层,也可不设置其他层。
从使结构简单、降低成本的观点以及极力减小界面反射、有效利用光的观点等考虑,可以不设置其他层,仅通过由本实施方式的太阳能电池密封材料形成的层制作太阳能电池密封材料。但是,根据与目的的关系而存在必要或有用的其他层时,可以适当地设置上述其他层。在设置其他层时,对于由本实施方式的太阳能电池密封材料形成的层与其他层的层叠方法没有特别限制,例如优选以下方法:(i)使用浇铸成型机、挤出片材成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出而得到层叠体的方法;(ii)在预先成型的一层上熔融或加热层压另一层而得到层叠体的方法;或者(iii)排列多台压延成型机,将从各压延成型机中排出的片材重叠进行压延的方法;等等。
另外,也可利用使用了适当的粘接剂(例如,马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“ADOMER(注册商标)”、三菱化学公司制的商品名“MODIC(注册商标)”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、以乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(Sumika CdF Chemical Company Limited.制的商品名“BONDINE(注册商标)”等)为代表的丙烯酸系粘接剂、乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物、或包含它们的粘接性树脂组合物等)的干式层压法、或热层压法等进行层叠。作为粘接剂,优选使用具有120~150℃左右的耐热性的粘接剂,作为优选的粘接剂可例举聚酯系或聚氨酯系粘接剂等。另外,为了改善两层的粘接性,例如,可使用硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等。
4.太阳能电池组件
对于太阳能电池组件而言,作为代表例,可举出用太阳能电池密封材料夹持由多晶硅等形成的太阳能电池元件进行层叠、进而用保护片材覆盖表面背面两面而成的结晶型太阳能电池组件。即,典型的太阳能电池组件形成如下结构:太阳能电池组件用保护片材(表面侧透明保护构件)/太阳能电池密封材料1(密封材料1)/太阳能电池元件/太阳能电池密封材料2(密封材料2)/太阳能电池组件用保护片材(背面侧保护构件)。
对于本发明所包含的结晶型太阳能电池组件的、表面及背面太阳能电池密封材料的构成而言,形成表1所示的(A)~(C)三种模式。
[表1]
表1
对于模式(A)的太阳能电池组件而言,具有防止太阳能电池表面用密封材料1溢出、防止制造装置污染、防止太阳能电池元件破裂的效果,同时长期可靠性也优异。模式(B)的太阳能电池组件具有防止太阳能电池背面用密封材料2的蔓延、防止元件破裂的效果。模式(C)的太阳能电池组件是以下太阳能电池组件:不发生表面用密封材料1的溢出,也不发生装置污染,也不发生蔓延,也不易引起元件破裂,长期可靠性优异。
需要说明的是,在模式(B)或模式(C)的太阳能电池组件中,对于太阳能电池背面密封材料(II)的、通过在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、复数粘度的最小值(η*3),和可以是本发明的太阳能电池密封材料(I)也可以是该密封材料(I)以外的公知的密封材料的太阳能电池表面用密封材料的、在相同条件下测得的复数粘度的最小值(η*0)而言,优选满足以下关系式(Eq1),更优选满足关系式(Eq2),进一步优选满足关系式(Eq3),尤其优选满足关系式(Eq4)。
-2.0≤Log(η*3*0)≤3.0···(Eq1)
-1.0≤Log(η*3*0)≤2.5···(Eq2)
0≤Log(η*3*0)≤2.5···(Eq3)
0.6≤Log(η*3*0)≤2.3···(Eq4)
但是,本发明不受上述构成的任何限制,可以在不损害本发明的目的的范围内,适当省略上述的各层的一部分,或适当设置上述以外的层。作为上述以外的层,可举出例如粘接层、冲击吸收层、涂覆层、防反射层、背面再反射层及光漫射层等。对于这些层没有特别限制,可以考虑设置各层的目的、特性而设置于适当的位置。组件中使用的上述太阳能电池元件为结晶系发电元件时,存在可观测PID的可能性,因此可特别适合应用本发明。
本发明还可以将本发明的太阳能电池密封材料中的尤其是太阳能电池密封材料(I)用作结晶型太阳能电池组件以外的其他太阳能电池组件例如薄膜硅系(非晶硅系)太阳能电池组件、混合型太阳能电池组件、串联型太阳能电池组件、电场效应型太阳能电池组件等的密封材料,没有任何限制。
以下,说明可使用本发明的太阳能电池密封材料的各种太阳能电池组件。
(结晶硅系的太阳能电池组件)
图1为示意性地表示本发明的太阳能电池组件的一个实施方式的剖面图。需要说明的是,图1中示出了结晶硅系的太阳能电池组件20的构成的一例。如图1所示,太阳能电池组件20具有:通过内部连线29而被电连接的多个结晶硅系的太阳能电池元件22,和夹持上述多个结晶硅系的太阳能电池元件22的一对表面侧透明保护构件24和背面侧保护构件26,在上述保护构件与多个太阳能电池元件22之间,填充有密封层28。密封层28是贴合本实施方式涉及的太阳能电池密封材料后进行加热压接而得到的,与形成于太阳能电池元件22的受光面及背面的电极接触。电极是分别形成于太阳能电池元件22的受光面及背面的集电构件,包括后述的集电线、附极耳用母线、及背面电极层等。
图2是示意性地表示太阳能电池元件的受光面和背面的一个构成例的俯视图。图2中,示出了太阳能电池元件22的受光面22A和背面22B的构成的一例。如图2(A)所示,在太阳能电池元件22的受光面22A,形成有:多条形成为线状的集电线32;从集电线32收集电荷并且与内部连线29连接的附极耳用母线(汇流条(busbar))34A。另外,如图2(B)所示,在太阳能电池元件22的背面22B,在整个面形成有导电层(背面电极)36,在其上形成有从导电层36收集电荷并且与内部连线29连接的附极耳用母线(汇流条)34B。集电线32的线宽例如为0.1mm左右;附极耳用母线34A的线宽例如为2~3mm左右;附极耳用母线34B的线宽例如为5~7mm左右。集电线32、附极耳用母线34A及附极耳用母线34B的厚例如为20~50μm左右。
集电线32、附极耳用母线34A、及附极耳用母线34B优选包含导电性高的金属。这样的导电性高的金属的例子,包括金、银、铜等,从导电性、耐腐蚀性高等方面考虑,优选银、银化合物、含有银的合金等。从反射在受光面接受的光而提高太阳能电池元件的光电转换效率这样的观点等考虑,优选导电层36不仅包含导电性高的金属,还包含光反射性高的成分,例如包含铝。集电线32、附极耳用母线34A、附极耳用母线34B、及导电层36可通过以下方式形成:例如利用丝网印刷以50μm的涂膜厚度将包含上述导电性高的金属的导电材涂料涂布于太阳能电池元件22的受光面22A或背面22B,然后进行干燥,根据需要例如于600~700℃焙烧。
对于表面侧透明保护构件24而言,由于被配置于受光面侧,因而需要是透明的。表面侧透明保护构件24的例子包括透明玻璃板、透明树脂膜等。另一方面,背面侧保护构件26不需要是透明的,对其材质没有特别限制。背面侧保护构件26的例子包括玻璃基板、塑料膜等,从耐久性、透明性的观点考虑,优选使用玻璃基板。
太阳能电池组件20可利用任意的制造方法来制造。太阳能电池组件20例如可通过以下工序获得:将背面侧保护构件26、太阳能电池密封材料、多个太阳能电池元件22、太阳能电池密封材料、及表面侧透明保护构件24按照此顺序依次层叠形成层叠体的工序;利用层压机等将该层叠体加压贴合、同时根据需要进行加热的工序;在上述工序之后,进一步根据需要对层叠体进行加热处理,将上述密封材料固化的工序。
太阳能电池元件中,通常配置用于将产生的电取出的集电电极。集电电极的例子包括汇流条电极、指状电极等。通常,集电电极配置于太阳能电池元件的表面和背面两面。在受光面配置集电电极时,集电电极遮挡光,因此,可能产生发电效率降低这样的问题。
近年来,为了提高发电效率,提出了在受光面不配置集电电极的背接触型太阳能电池元件。对于背接触型太阳能电池元件的一个方式,可举出在太阳能电池元件的受光面的相反侧(背面侧)、交替地设置p掺杂区域和n掺杂区域的方式。另外,作为背接触型太阳能电池元件的其他方式,可举出如下方式:在设置有贯通孔(通孔(through hole))的基板上形成p/n结,形成表面(受光面)侧的掺杂层直至通孔内壁及背面侧的通孔周边部,在背面侧取出受光面的电流。
(薄膜硅系的太阳能电池组件)
薄膜硅系(非晶硅系)的太阳能电池组件可以是:(1)依次层叠表面侧透明保护构件(玻璃基板)/薄膜太阳能电池元件/密封层/背面侧保护构件而成的太阳能电池组件;(2)依次层叠表面侧透明保护构件/密封层/薄膜太阳能电池元件/密封层/背面侧保护构件而成的太阳能电池组件等。表面侧透明保护构件、背面侧保护构件、及密封层与上述的“结晶硅系的太阳能电池组件”的情况相同。
(1)的方式中的薄膜太阳能电池元件例如依次包括透明电极层/pin型硅层/背面电极层。透明电极层的例子包括In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(向In2O3中添加Sn而成的)等半导体系氧化物。背面电极层例如包括银薄膜层。各层可通过等离子体CVD(化学气相沉积)法、溅射法形成。密封层以与背面电极层(例如银薄膜层)接触的方式配置。透明电极层形成于表面侧透明保护构件上,因此,在表面保护构件与透明电极层之间不配置密封层的情况较多。
(2)的方式中的薄膜太阳能电池元件例如依次包括透明电极层/pin型硅层/金属箔或配置于耐热性高分子膜上的金属薄膜层(例如银薄膜层)。金属箔的例子包括不锈钢箔等。耐热性高分子膜的例子包括聚酰亚胺膜等。透明电极层及pin型硅层可与上述同样地通过CVD法、溅射法形成。即,pin型硅层形成于金属箔、或金属薄膜层(其配置于耐热性高分子膜上)上;进而,透明电极层形成于pin型硅层上。另外,配置于耐热性高分子膜上的金属薄膜层也可通过CVD法、溅射法形成。
该情况下,在透明电极层与表面侧透明保护构件之间,以及在金属箔或耐热性高分子膜与背面侧保护构件之间,可分别配置密封层。这样,由太阳能电池密封材料得到的密封层与太阳能电池元件的集电线、附极耳用母线及导电层等的电极接触。另外,对于(2)的方式中的薄膜太阳能电池用太阳能电池元件而言,由于硅层比结晶硅系的结晶型太阳能电池元件薄,所以不易因在制造太阳能电池组件时的加压、在上述组件工作时来自外部的冲击的原因而破损。因此,与结晶硅系的太阳能电池组件中使用的太阳能电池密封材料相比,薄膜太阳能电池组件中使用的太阳能电池密封材料的柔软性可以更低。另一方面,如上所述,上述薄膜太阳能电池元件的电极是金属薄膜层,因而当因腐蚀而劣化时,发电效率有可能显著降低。因此,包含由乙烯系树脂组合物(虽然与乙烯·乙酸乙烯酯共聚物(EVA)相比柔软性差、但不一定需要成为分解气体的产生源的交联剂)形成的片材的本发明的太阳能电池密封材料,作为薄膜太阳能电池组件用的太阳能电池密封材料使用是更优选的。
另外,作为其他的太阳能电池组件,有在太阳能电池元件中使用了硅的太阳能电池组件。作为在太阳能电池元件中使用了硅的太阳能电池组件,可举出层叠结晶硅与非晶硅而成的混合型(HIT型)太阳能电池组件、层叠吸收波长范围不同的硅层而成的多接合型(串联型)太阳能电池组件、在太阳能电池元件的背面侧(设置于受光面的相反侧)交替地设置p掺杂区域与n掺杂区域而成的背接触型太阳能电池组件、组合了无数球状硅粒子(直径1mm左右)和提高集光能力的直径2~3mm的凹面镜(兼作电极)的球状硅型太阳能电池组件等。另外,作为在太阳能电池元件中使用了硅的太阳能电池组件,也可举出具有下述结构的电场效应型太阳能电池组件等,所述结构中将以往的具有pin结结构的非晶硅型的p型窗层的作用从“绝缘的透明电极”置换成“通过电场效应而诱发的反转层”。另外,可举出:在太阳能电池元件中使用了单晶的GaAs的GaAs系太阳能电池组件;作为太阳能电池元件,代替硅而使用了由Cu、In、Ga、Al、Se、S等构成的被称为黄铜矿系的I-III-VI族化合物的CIS或CIGS系(黄铜矿系)太阳能电池组件;作为太阳能电池元件,使用了Cd化合物薄膜的CdTe-CdS系太阳能电池;Cu2ZnSnS4(CZTS)太阳能电池组件等。本实施方式的太阳能电池密封材料可作为上述全部的太阳能电池组件的太阳能电池密封材料使用。
特别地,对于层叠于构成太阳能电池组件的光电动势元件之下的密封材料层而言,需要具有与层叠于光电动势元件的上部的密封材料层·电极·背面保护层的粘接性。另外,为了保持作为光电动势元件的太阳能电池元件的背面的平滑性,需要具有热塑性。此外,为了保护作为光电动势元件的太阳能电池元件,需要耐擦伤性、冲击吸收性等优异。
作为上述密封材料层,优选具有耐热性。特别优选不会由于在制造太阳能电池组件时进行抽真空、加热压接的层压法等中的加热作用、或太阳能电池组件等的长期使用中的太阳光等的热作用等,而导致构成密封材料层的乙烯系树脂组合物变质或者劣化或分解。假设该乙烯系树脂组合物中包含的添加剂等溶出或产生分解物,则它们作用于太阳能电池元件的电动势面(元件面),使其功能、性能等劣化。因此,耐热性作为太阳能电池组件的密封材料层所具有的特性是必不可少的。此外,优选上述密封材料层的防湿性优异。该情况下,可防止水分从太阳能电池组件的背面侧透过,可防止太阳能电池组件的光电动势元件的腐蚀、劣化。
上述密封材料层与层叠于光电动势元件之上的密封材料层不同,不需要一定具有透明性。本实施方式的太阳能电池密封材料具有上述的特性,能够合适地用作结晶型太阳能电池组件的背面侧的太阳能电池密封材料、不耐水分浸透的薄膜型太阳能电池组件的太阳能电池密封材料。
(太阳能电池组件用表面侧透明保护构件)
对于太阳能电池组件中使用的太阳能电池组件用表面侧透明保护构件,没有特别限制,但由于位于太阳能电池组件的最表层,所以优选具有以耐气候性、防水性、耐污染性、机械强度为代表的、用于确保太阳能电池组件暴露于室外时的长期可靠性的性能。另外,为了有效利用太阳光,优选为光学损失小、透明性高的片材。
作为太阳能电池组件用表面侧透明保护构件的材料,可举出由聚酯树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、环状烯烃聚合物/共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等形成的树脂膜组、玻璃基板等。树脂膜优选为:透明性、强度、成本等方面优异的聚酯树脂,尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂;耐气候性优异的氟树脂等。作为氟树脂的例子,包括四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯树脂(PVF)、聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、聚四氟乙烯树脂(TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚三氟氯乙烯树脂(CTFE)。从耐气候性的观点考虑,聚偏氟乙烯树脂优异,但从兼具耐气候性及机械强度方面考虑,四氟乙烯-乙烯共聚物优异。另外,为了改善与构成密封材料层等其他层的材料的粘接性,优选对表面保护构件进行电晕处理、等离子体处理。另外,为了提高机械强度,也可使用实施了拉伸处理的片材,例如双轴拉伸的聚丙烯片材。
当使用玻璃基板作为太阳能电池组件用表面侧透明保护构件时,对于玻璃基板而言,波长为350~1400nm的光的全光线透过率优选为80%以上,更优选为90%以上。作为所述玻璃基板,通常使用红外部的吸收少的白板玻璃,但即使是青板玻璃,如果厚度为3mm以下,则对太阳能电池组件的输出特性的影响也少。另外,为了提高玻璃基板的机械强度,可利用热处理而得到强化玻璃,也可使用无热处理的浮板玻璃。另外,在玻璃基板的受光面侧,为了抑制反射也可施以防反射的涂布。
(太阳能电池组件用背面侧保护构件)
对于太阳能电池组件中使用的太阳能电池组件用背面侧保护构件,没有特别限制,但由于位于太阳能电池组件的最表层,所以与上述的表面侧透明保护构件同样地,要求耐气候性、机械强度等各特性。因此,可以用与表面侧透明保护构件相同的材质构成太阳能电池组件用背面侧保护构件。即,也可将作为表面侧透明保护构件使用的上述各种材料作为背面侧保护构件使用。尤其是,可优选使用聚酯树脂及玻璃。另外,对于背面侧保护构件而言,由于不以透过太阳光为前提,所以没必要要求具有在表面侧透明保护构件中要求的透明性。因此,为了增加太阳能电池组件的机械强度,或为了防止因温度变化而导致的变形、翘曲,也可以贴合增强板。增强板例如可优选使用钢板、塑料板、FRP(玻璃纤维强化塑料)板等。
此外,本实施方式的太阳能电池密封材料可以与太阳能电池组件用背面侧保护构件一体化。通过使太阳能电池密封材料与太阳能电池组件用背面侧保护构件一体化,从而在组装组件时,可缩短将太阳能电池密封材料及太阳能电池组件用背面侧保护构件裁切为组件尺寸的工序。另外,通过使分别层合(lay up)太阳能电池密封材料和太阳能电池组件用背面侧保护构件的工序变更为用经一体化的片材进行层合的工序,还可以缩短、省略层合工序。对于将太阳能电池密封材料与太阳能电池组件用背面侧保护构件一体化时的太阳能电池密封材料与太阳能电池组件用背面侧保护构件的层叠方法,没有特别限制。作为层叠方法,优选以下方法:(i)使用浇铸成型机、挤出片材成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出而得到层叠体的方法;(ii)在预先成型的一方的层上,熔融或加热层压另一方的层而得到层叠体的方法;或(iii)排列多台压延成型机,将来自各压延成型机的片材重叠进行压延的方法;等等。
另外,也可利用使用了适当的粘接剂(例如,马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“ADOMER(注册商标)”、三菱化学公司制的商品名“MODIC(注册商标)”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、以乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(Sumika CdF Chemical Company Limited.制的商品名“BONDINE(注册商标)”等)为代表的丙烯酸系粘接剂、乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物、或包含它们的粘接性树脂组合物等)的干式层压法、或热层压法等进行层叠。
作为粘接剂,优选具有120~150℃左右的耐热性的粘接剂,具体而言,优选聚酯系或聚氨酯系粘接剂等。另外,为了提高两层的粘接性,可以对至少一层,实施例如硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等。
(太阳能电池元件)
对于太阳能电池组件中使用的太阳能电池元件而言,只要能利用半导体的光电动势效果进行发电即可,没有特别限制。太阳能电池元件例如可使用硅(单晶系、多结晶系、非结晶(无定形)系)太阳能电池、化合物半导体(III-III族、II-VI族、其他)太阳能电池、湿式太阳能电池、有机半导体太阳能电池等。这些中,从发电性能与成本的均衡性等观点考虑,优选多晶硅太阳能电池。
已知硅太阳能电池元件、化合物半导体太阳能电池元件虽然均具有作为太阳能电池元件的优异的特性,但容易因来自外部的应力、冲击等而破损。本实施方式的太阳能电池密封材料的柔软性优异,因此,吸收针对太阳能电池元件的应力、冲击等、防止太阳能电池元件的破损的效果大。因此,本实施方式的太阳能电池组件中,优选由本实施方式的太阳能电池密封材料形成的层与太阳能电池元件直接接合。另外,若太阳能电池密封材料具有热塑性,则即使在已经制作了太阳能电池组件后,也能比较容易地将太阳能电池元件取出,因此再循环性优异。构成本实施方式的太阳能电池密封材料的乙烯系树脂组合物具有热塑性,因此,作为太阳能电池密封材料整体也具有热塑性,从再循环性的观点考虑,也是优选的。
(电极)
对于太阳能电池组件中使用的电极的构成及材料没有特别限制,作为具体的例子,具有透明导电膜和金属膜的层叠结构。透明导电膜包括SnO2、ITO、ZnO等。金属膜包括选自银、金、铜、锡、铝、镉、锌、汞、铬、钼、钨、镍、钒等中的至少一种金属。这些金属膜可以单独使用,也可以以经复合化的合金的形式使用。透明导电膜和金属膜可利用CVD、溅射、蒸镀等方法形成。
(太阳能电池组件的制造方法)
以下,以制造结晶硅系的太阳能电池组件的方法为例说明本实施方式的太阳能电池组件的制造方法。作为制造结晶硅系的太阳能电池组件的方法,例如可以是包括以下工序的方法等:(i)依次层叠表面侧透明保护构件、本实施方式的太阳能电池密封材料、太阳能电池元件(单元电池)、本实施方式的太阳能电池密封材料(I)或(II)、和背面侧保护构件而形成层叠体的工序;(ii)将得到的层叠体加压及加热而将其一体化的工序。
在层叠上述太阳能电池密封材料的工序(i)中,优选以将太阳能电池密封材料的具有凹凸形状(压纹形状)的面作为太阳能电池元件侧的方式进行配置。
另外,工序(ii)中,按照常规方法,使用真空层压机、或热压装置,将工序(i)中得到的层叠体加热及加压而将其一体化(密封)。本实施方式的太阳能电池密封材料的缓冲性高,因而可防止在密封时损伤太阳能电池元件。另外,本发明的太阳能电池密封材料的排气性良好,因此,可不混入空气地提高成品率地制造高品质的太阳能电池组件。
需要说明的是,在将层叠体加压及加热进行一体化(工序(ii))时,可使上述太阳能电池密封材料中包含的乙烯·α-烯烃系共聚物交联固化。工序(ii)中,例如可以在交联剂实质上不分解、并且本实施方式的太阳能电池密封材料熔融那样的温度下,将太阳能电池密封材料预粘接于太阳能电池元件、保护构件,然后进行乙烯·α-烯烃系共聚物的交联;也可加热至交联剂分解的温度,在使太阳能电池密封材料粘接于太阳能电池元件、保护构件同时,进行α-烯烃系共聚物的交联。
例如,在交联之前进行预粘接的情况下,以125~160℃的温度、10Torr以下的真空压,加热3~6分钟。接下来,利用大气压加压1~15分钟左右,将上述层叠体预粘接。然后,例如,隧道式(tunnel)式的连续式交联炉使用塔板式的分批式交联炉,使上述乙烯·α-烯烃共聚物交联。需要说明的是,此时的加热温度通常为130~155℃,加热时间为20~60分钟左右。
另一方面,在使太阳能电池密封材料粘接于太阳能电池元件、保护构件的同时进行交联的情况下,以145~170℃的温度、10Torr以下的真空压,在真空下加热3~6分钟。接下来,利用大气压加压6~30分钟左右,在交联的同时使上述层叠体一体化。
需要说明的是,当太阳能电池密封材料含有有机过氧化物时,具有优异的交联特性。因此,从太阳能电池组件的生产率等观点考虑,优选在进行一体化的同时进行交联。
另外,上述交联优选进行至如下程度,即,交联后的乙烯·α-烯烃共聚物的凝胶分率变为50~95%。凝胶分率更优选为50~90%,进一步优选为60~90%,最优选为65~90%。可按照下述方法进行凝胶分率的计算。例如,从太阳能电池组件采集1g密封材料片材的样品,利用沸腾甲苯进行10小时索格利特萃取。用30目的不锈钢网过滤萃取液,于110℃对网进行8小时减压干燥。测定残留于网上的残留物的重量,将残留于网上的残留物的重量相对于处理前的样品量(1g)的比(%)作为凝胶分率。
上述凝胶分率为上述下限值以上时,太阳能电池密封材料的耐热性良好,例如在85℃×85%RH下的恒温恒湿试验、黑色面板温度为83℃时的高强度氙照射试验、-40℃~90℃下的热循环试验、耐热试验中,可抑制粘接性的降低。另一方面,凝胶分率为上述上限值以下时,成为具有高柔软性的太阳能电池密封材料,在-40℃~90℃下的热循环试验中的温度追从性提高,因此,可防止剥离的产生。
(发电设备)
本实施方式的太阳能电池组件的生产率、发电效率、寿命等优异。因此,使用了这样的太阳能电池组件的发电设备的成本、发电效率、寿命等优异,在实用方面具有高价值。上述的发电设备适于在室外、室内长期使用,例如作为用于设置于房屋屋顶的电源、用于帐篷等户外的移动电源而使用,作为汽车电池的辅助电源而使用等。
实施例
以下,基于实施例具体地说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
(1)测定方法
[剪切模式下的固体粘弹性]
针对厚0.5mm的太阳能电池密封材料(I)的加压片材样品,利用剪切模式下的固体粘弹性装置(ReoStress、HAAKE制),以1.0Hz的频率、10℃/分钟的升温速度从25℃(室温)至150℃进行测定,然后于150℃保持5分钟。需要说明的是,板(plate)使用的一次性使用的平行板(disposable parallel plate),应变控制以0.01来进行。150℃时的复数粘度(η*2)、150℃时的储能模量(G′)及复数粘度的最小值(η*1)由测定曲线读取。
对于太阳能电池密封材料(II)的150℃时的复数粘度的最小值(η*3)而言,使用相同设备,以0.016Hz的频率、3℃/分钟的升温速度从25℃(室温)至180℃进行测定。150℃时的复数粘度的最小值(η*3)从测定曲线读取。
[乙烯单元及α-烯烃单元的含有比例]
使试样0.35g加热溶解于六氯丁二烯2.0ml,将得到的溶液用玻璃过滤器(G2)过滤,然后添加氘代苯0.5ml,装入到内径10mm的NMR管中。使用日本电子制的JNM GX-400型NMR测定装置,于120℃进行13C-NMR测定。累积次数为8000次以上。根据得到的13C-NMR谱,对共聚物中的乙烯单元的含有比例、及α-烯烃单元的含有比例进行定量。
[MFR]
按照ASTM D1238,在190℃、2.16kg负荷的条件下测定乙烯·α-烯烃共聚物的MFR。
[密度]
按照ASTM D1505,测定乙烯·α-烯烃共聚物的密度。
[肖氏A硬度]
将乙烯·α-烯烃共聚物于190℃加热4分钟,在10MPa下进行加压,然后在10MPa下进行5分钟加压冷却直到常温,得到了3mm厚的片材。使用得到的片材,按照ASTM D2240,测定乙烯·α-烯烃共聚物的肖氏A硬度。
[溢出试验]
在厚3.2mm、180mm见方的青板玻璃上,将已切割成100mm见方的尺寸的太阳能电池密封材料(I)的片材样品设置在玻璃的中央,以玻璃/片材样品/PET制背板的构成,装入到真空层压机(NPC公司制、LM-110X160S)内,放置在已将温度调节为150℃的加热板上进行3分钟减压、10分钟加热,得到了层叠体。然后,测定纵横尺寸相对于原尺寸的变化,将其平均值作为溢出量。
○:小于6mm
△:6mm以上且低于8mm
×:8mm以上
[层压装置的污染]
相对于厚3.2mm、长75mm×宽60mm的青板玻璃,将太阳能电池密封材料(I)的片材样品切割成长85mm×宽60mm的尺寸。以从青板玻璃超出10mm的方式设置片材样品,以玻璃/片材样品/PET制背板的构成,装入到真空层压机内,放置在已将温度调节为150℃的加热板上,进行3分钟减压、10分钟加热,得到了层叠体。然后,观察从真空层压机取出层叠体时的片材样品与真空层压机的PTFE片材的剥离状态。按照以下方式评价。
○:剥离,不存在片材样品的附着
△:虽然少量附着片材样品,但易于剥离
×:存在片材样品附着,如果不使用刮刀则不能剥离
[太阳能电池元件(单元电池)的破裂]
从结晶块(ingot)中切削采集厚150μm的硅结晶型太阳能电池元件,以白板玻璃/太阳能电池密封材料(I)的片材样品/硅结晶型太阳能电池元件/片材样品/PET制背板的构成,装入到真空层压机内,放置于已将温度调节为150℃的加热板上,进行3分钟减压、10分钟加热,得到了层叠体。目视观察得到的层叠体内的硅结晶型太阳能电池元件,对破裂进行评价。
[长期可靠性]
将已切割成厚0.5mm×长75mm×宽60mm的尺寸的太阳能电池密封材料(I)的片材样品装入到真空层压机中,在已将温度调节为150℃的加热板上,进行3分钟减压、10分钟加热,得到了交联片材。将得到的交联片材在温度85℃/目对湿度85%的恒温恒湿槽(制造商名称)中静置2000小时进行长期可靠性试验,测定了试验前后的黄色指数(YI)的变化(ΔYI=YI2-YI1)。此处,将长期可靠性试验前的上述交联片材的黄色指数记为YI1,将长期可靠性试验后的上述交联片材的黄色指数记为YI2
○:ΔYI小于2
△:ΔYI为2以上且小于4
×:ΔYI为4以上
[蔓延、太阳能电池元件(单元电池)破裂试验]
相对于厚3.2mm、长200mm×宽200mm的青板玻璃,将太阳能电池密封材料(II)的片材样品切割成长200mm×宽200mm的尺寸。从结晶块中切削采集100mm见方的厚120μm的硅结晶型太阳能电池元件,以玻璃/透明片材样品/硅结晶型太阳能电池元件/太阳能电池背面密封材料/PET制背板的构成,装入到真空层压机(NPC公司制、LM-110X160S)内,放置于已将温度调节为150℃的加热板上,进行3分钟减压、10分钟加热,得到了层叠体。然后,观察太阳能电池背面密封材料向层叠体的硅结晶型太阳能电池元件的蔓延、太阳能电池元件的状态(有无破裂)。如下所述地评价蔓延。
◎:不存在向太阳能电池元件上的蔓延
○:向太阳能电池元件上的蔓延为0.5mm以下
△:向太阳能电池元件上的蔓延大于0.5mm且为1mm以下
×:向太阳能电池元件上的蔓延大于1mm
[PCT评价]
将透明片材样品设置于受光面侧保护构件与太阳能电池元件之间,将太阳能电池背面密封材料设置于太阳能电池元件与背面侧保护构件之间,使用真空层压机制作太阳能电池组件,实施了组件评价。对于评价用组件中使用的结构而言,采用作为太阳能电池元件使用单晶单元电池、将18个单元电池串联连接而成的小组件。作为受光面侧保护构件,使用带有压纹的热处理玻璃,该带有压纹的热处理玻璃为AGC fabritech Co.,Ltd.制的白板浮法玻璃(white float glass plate),其厚度为3.2mm,被切割成24×21cm大小。太阳能电池元件使用将受光面侧的汇流条银电极置于中央、切割成5×3em的单元电池(ShinsungSolar公司制的单晶单元电池)。
该单元电池使用在铜箔表面涂覆共晶焊料而成的铜带状电极(copper ribbonelectrode),将18个单元电池串联连接。作为背面侧保护构件,使用包括蒸镀有二氧化硅的PET的PET系背板,在背板的一部分,在从单元电池取出的取出部位,用切割刀切入约2cm切口,将串联连接18个单元电池的单元电池的正端子和负端子取出,使用真空层压机(NPC公司制:LM-110x160-S),在热盘温度为150℃、真空时间为3分钟、加压时间为15分钟的条件下进行层压。然后,切割从玻璃溢出的密封片材、背板,向玻璃边缘赋予端面密封片材,并安装铝框,然后,对于从背板取出的端子部分的切口部位,赋予RTV聚硅氧烷并使其固化。将得到的组件放入到121℃×100%RH的压力锅试验机(pressure cooker tester)(简称:PCT)(平山制作所制、HASTEST PC-422R7)中400小时。针对放入前后的组件,使用具有AM(air mass)1.5级A的光强度分布的氙光源,对IV特性进行评价。IV评价中使用NisshinboMechatronics Inc.制的PVS-116i-S。评价结果如下所述地分类。
PCT试验后的IV特性的最大输出电力Pmax与初期值相比,
输出电力的降低小于2%:◎
输出电力的降低小于5%:○
输出电力的降低小于10%:△
输出电力的降低大于10%:×
[玻璃粘接强度]
将作为太阳能电池用的表面侧透明保护构件的透明玻璃板、和厚500μm的太阳能电池背面密封材料层叠,装入到真空层压机(NPC公司制、LM-110X160S)内,放置于已将温度调节为150℃的加热板上,进行3分钟减压、15分钟加热,制作为透明玻璃板/太阳能电池背面密封材料的层叠体的粘接强度用样品。将该粘接强度用样品的太阳能电池背面密封材料层切成15mm宽,通过180度剥离测定与玻璃的剥离强度(玻璃粘接强度)。使用Instron公司制的拉伸试验机(商品名“Instron1123”)进行了测定。在180度剥离中,在跨距(spanintervals)为30mm、拉伸速度为30mm/分钟的条件下于23℃进行测定,采用3次测定的平均值。
(2)乙烯·α-烯烃共聚物(A)的合成
(合成例1)
向具有搅拌叶片的内容积为50L的连续聚合器的一个供给口中,按照以下比例供给各物质:以8mmol/hr供给作为共催化剂的甲基铝氧烷的甲苯溶液,以0.025mmol/hr供给作为主催化剂的双(1,3-二甲基环戊二烯基)二氯化锆的己烷浆料,以0.6mmol/hr供给三异丁基铝的己烷溶液,进而,连续供给经脱水纯化的正己烷,使得催化剂溶液与聚合溶剂合计为20L/hr。同时,向聚合器的另一个供给口中,按照以下比例连续供给各物质:以3kg/hr连续供给乙烯,以14kg/hr连续供给1-丁烯,以1.5NL/hr连续供给氢,在聚合温度为90℃、总压为3MPaG、滞留时间为1.0小时的条件下进行连续溶液聚合。
在聚合器中产生的乙烯·α-烯烃共聚物的正己烷/甲苯混合溶液,经由设置于聚合器的底部的排出口连续地排出,导入到护套部经3~25kg/cm2蒸汽加热的连接管,使得乙烯·α-烯烃共聚物的正己烷/甲苯混合溶液为150~190℃。需要说明的是,在即将达到连接管之前,附设有注入作为催化剂失活剂的甲醇的供给口,以约0.75L/hr的速度注入甲醇,使其与乙烯·α-烯烃共聚物的正己烷/甲苯混合溶液合流。
通过调节设置于连接管终端部的压力控制阀的开度,以维持约4.3MPaG的方式,连续地向闪蒸槽中输送在带有蒸汽护套的连接管内保持为约190℃温度的乙烯·α-烯烃共聚物的正己烷/甲苯混合溶液。需要说明的是,在向闪蒸槽内的输送中,以将闪蒸槽内的压力维持为约0.1MPaG、将闪蒸槽内的蒸汽部的温度维持为约180℃的方式,设定溶液温度和压力调节阀开度。然后,通过已将模温度设定为180℃的单螺杆挤出机,在水槽中冷却线料,用颗粒切割机切断线料,以颗粒形式得到了乙烯·α-烯烃共聚物。收量为2.0kg/hr。将物性示于表2。
(合成例2~12)
以合成例1的聚合条件为基础,调节各种供给量等,得到了乙烯·α-烯烃共聚物。将共聚物的各种性状值示于表2及表3。需要说明的是,在这些表中,C4表示1-丁烯,C8表示1-辛烯。
(合成例13)
[固体催化剂成分的制备]
按照日本特开平9-328520号公报中记载的方法,制备含有作为茂金属化合物的二甲基硅烷亚基双(3-甲基环戊二烯基)二氯化锆的固体催化剂成分。每1g中的锆含量为2.3mg。
[预聚合催化剂的制备]
同样地,按照日本特开平9-328520号公报中记载的方法,使用上述得到的固体催化剂4g,得到包含1-己烯和乙烯的预聚合催化剂。每1g固体催化剂中的锆含量为2.2mg,得到了将3g聚乙烯预聚合的预聚合催化剂。
向经充分氮气置换的内容积为2L的不锈钢制高压釜中,装入经脱水纯化的己烷788mL,将体系内用乙烯和氢的混合气体(氢含量;0.8摩尔%)置换。接下来,使体系内为60℃,添加1.5mmol的三异丁基铝、212ml的1-己烯、及以锆原子换算计为0.015mg原子的如上所述地制备的预聚合催化剂。然后,导入具有与上述同样的组成的乙烯和氢的混合气体,以总压为3MPaG开始聚合。然后,仅补充混合气体,将总压保持为3MPaG,于70℃进行1.5小时聚合。聚合结束后,过滤聚合物,于80℃干燥一夜,得到了90g的乙烯系聚合物。
对于反复进行上述聚合而得到的乙烯系聚合物,利用Thermo PlasticsCorporation制单螺杆挤出机(螺杆直径),在模温度=190℃条件下,得到乙烯系聚合物的颗粒。得到的乙烯系聚合物的密度为0.898g/cm3,MFR为2.1g/10分钟。
[表2]
表2
合成例1 合成例2 合成例3 合成例4 合成例5 合成例6
α-烯烃种类 C4 C4 C8 C4 C8 C4
α-烯烃(mol%) 13 18 11 14 16 14
密度(g/cm3) 0.873 0.865 0.884 0.870 0.865 0.870
MFR(g/10min) 4.5 1.8 6.5 1.0 0.3 0.05
A硬度 73 60 84 70 60 70
[表3]
表3
合成例7 合成例8 合成例9 合成例10 合成例11 合成例12
α-烯烃种类 C8 C4 C4 C4 C8 C4
α-烯烃(mol%) 11 14 18 11 11 14
密度(g/cm3) 0.884 0.870 0.865 0.884 0.884 0.870
MFR(g/10min) 8.5 1.8 4.0 7.6 10.0 20.0
A硬度 84 70 60 84 84 70
(3)太阳能电池密封材料(I)的片材制造和评价
(实施例1a)
相对于合成例2的乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,配合作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5重量份、作为有机过氧化物1的1分钟半衰期温度为166℃的过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯0.6重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯1.2重量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮0.4重量份、作为自由基捕获剂的癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯0.2重量份、作为耐热稳定剂1的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.05重量份、作为耐热稳定剂2的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯0.1重量份。
在东洋精机公司制Labo Plastomill中装入上述乙烯系组合物,在温度为100℃、转速为30rpm的条件下进行5分钟混炼。接下来,于100℃下,于0MPa进行3分钟加压,于10MPa进行2分钟加压,利用冷压机(cooling press),于10MPa进行3分钟加压,由此得到了0.5mm的片材。将得到的片材的各种评价结果示于表4。
(实施例2a~3a)
将乙烯系组合物的配合变更为表4所示的配合,除此之外,与前述的实施例1a同样地操作,得到了片材(太阳能电池密封材料片材)。将得到的片材的各种评价结果示于表4。
(比较例1a~4a)
将乙烯系组合物的配合变更为表4所示的配合,除此之外,与前述的实施例1a同样地操作,得到了片材(太阳能电池密封材料片材)。将得到的片材的各种评价结果示于表4。
(比较例5a)
将乙烯系组合物的配合变更为表4所示的配合,使作为有机过氧化物2的1分钟半衰期温度为181℃的2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷为0.8重量份,使耐热稳定剂1的配合为0.1重量份,除此之外,与前述的实施例1a同样地操作,得到了片材(太阳能电池密封材料片材)。将得到的片材的各种评价结果示于表4。
由表4所示可知,复数粘度的最小值(η*1)、显示最小值的温度、及150℃时的复数粘度(η*2)均满足本申请权利要求1的范围的太阳能电池密封材料(I),在溢出试验、装置污染、单元电池破裂、长期可靠性试验中均显示优异的性能。
(4)蔓延、单元电池破裂试验用的透明片材样品的制成
(制造例1)
相对于合成例12的乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,配合作为有机过氧化物的1分钟半衰期温度为166℃的过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯0.6重量份、作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯1.2重量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮0.4重量份、作为自由基捕获剂的癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯0.2重量份、作为耐热稳定剂1的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.05重量份、作为耐热稳定剂2的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯0.1重量份。
在东洋精机公司制Labo Plastomill中装入上述乙烯系树脂组合物,在温度为100℃、转速为30rpm的条件下进行5分钟混炼。针对得到的乙烯系树脂组合物,于100℃下,于0MPa进行3分钟加压,于10MPa进行2分钟加压,接下来,利用冷压机,于10MPa进行3分钟加压,由此得到了厚0.5mm的片材。将该片材的、通过在测定温度范围25℃(室温)~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、在100℃以上且小于135℃的温度下观测的复数粘度的最小值(η*0)示于表5。
(制造例2及3)
将乙烯系树脂组合物的配合变更为表5所示的配合,除此之外,与前述的制造例1同样地操作,得到了片材。将结果示于表5。
[表5]
表5
(5)太阳能电池密封材料(II)的片材制造
(实施例1b)
相对于合成例4的乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,配合作为有机过氧化物的1分钟半衰期温度为166℃的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯0.4重量份、作为着色剂的氧化钛(利用离子色谱法测得的硫酸离子含量;45重量ppm)5重量份、作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯1.2重量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮0.4重量份、作为自由基捕获剂的癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯0.2重量份、作为耐热稳定剂1的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.1重量份、作为耐热稳定剂2的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯0.1重量份。
在东洋精机公司制Labo Plastomill中装入上述乙烯系树脂组合物,在温度为100℃、转速为30rpm的条件下进行5分钟混炼。针对得到的乙烯系树脂组合物,于100℃下,于0MPa进行3分钟加压,于10MPa进行2分钟加压,接下来,利用冷压机,于10MPa进行3分钟加压,由此得到了厚0.5mm的片材。将得到的片材的各种评价结果示于表6。
(实施例2b~7b)
将乙烯系树脂组合物的配合变更为表6所示的配合,除此之外,与前述的实施例1b同样地操作,得到了片材(太阳能电池背面密封材料片材)。将得到的片材的各种评价结果示于表6。
(比较例1b及2b)
将乙烯系树脂组合物的配合变更为表6所示的配合,除此之外,与前述的实施例1b同样地操作,得到了片材(太阳能电池背面密封材料片材)。将针对得到的片材的各种评价结果示于表6。
(比较例3b)
相对于合成例13中得到的乙烯系聚合物98重量份,混合乙烯基三甲氧基硅烷2重量份、作为有机过氧化物的过氧化二异丙苯0.1重量份,于200℃进行加热熔融搅拌,得到了硅烷改性低密度聚乙烯(有时称为硅烷改性LL)。
接下来,相对于硅烷改性低密度聚乙烯100重量份,配合作为着色剂的氧化钛5重量份,装入到东洋精机公司制Labo Plastomill中,在温度为200℃、转速为50rpm的条件下进行5分钟混炼。将得到的乙烯系树脂组合物于200℃,于0MPa进行3分钟加压,于10MPa进行2分钟加压,接下来,利用冷压机,于10MPa进行3分钟加压,由此得到了厚0.5mm的片材。将针对得到的片材的各种评价结果示于表6。
比较例3b中得到的片材的复数粘度(η*)在25~180℃的测定温度范围内,随着温度的上升而持续下降。因此,未观测到比较例3b得到的片材的复数粘度(η*3)的最小粘度。
由表6所示可知,复数粘度的最小值(η*3)满足本申请权利要求6中定义的数值范围的太阳能电池密封材料(II),在该密封材料的蔓延和单元电池破裂试验中显示优异的性能。另外,由实施例3b的评价结果与实施例4b的评价结果的对比、实施例6b的评价结果与实施例7b的评价结果的对比可知,只要太阳能电池密封材料(II)的复数粘度的最小值(η*3)与在组件中成对使用的太阳能电池密封材料(I)(表6中记载为“透明片材样品”)的复数粘度的最小值(η*0)满足本申请权利要求13中定义的关系式,就能防止太阳能电池密封材料(II)的蔓延、元件破裂,认为这是值得关注的现象。
以下所示的实施例,是对着色剂中包含的硫酸离子含量对蔓延和元件破裂造成的影响及PCT试验后的输出变化的影响进行研究的结果。
(实施例1c)
相对于合成例8的乙烯·α-烯烃共聚物100重量份,配合作为有机过氧化物的1分钟半衰期温度为166℃的过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯0.4重量份、作为着色剂的氧化钛1(硫酸离子含量;15重量ppm)20重量份、作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5重量份、作为交联助剂的三烯丙基异氰脲酸酯1.2重量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮0.4重量份、作为自由基捕获剂的癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯0.2重量份、作为耐热稳定剂1的亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.05重量份、作为耐热稳定剂2的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯0.1重量份。
在东洋精机公司制Labo Plastomill中装入上述乙烯系树脂组合物,在温度为100℃、转速为30rpm的条件下进行5分钟混炼。针对得到的乙烯系树脂组合物,于100℃下,于0MPa进行3分钟加压,于10MPa进行2分钟加压,接下来,利用冷压机,于10MPa进行3分钟加压,由此得到了厚0.5mm的片材。将针对得到的片材的各种评价结果示于表7。
(实施例2c~5c)
将乙烯系树脂组合物的配合变更为表7所示的配合,除此之外,与前述的实施例1c同样地操作,得到了片材(太阳能电池背面密封材料片材)。将得到的片材的各种评价结果示于表7。
由表7可知,随着太阳能电池密封材料(II)、即太阳能电池背面密封材料中的硫酸离子浓度增加,呈现太阳能电池组件的PCT试验400小时后的输出降低的倾向,在该硫酸离子浓度量超过8重量ppm的时间点极度降低。
另外,随着太阳能电池背面密封材料中的氧化钛含量增加,呈现与玻璃的粘接强度降低的倾向,在氧化钛含量超过20重量份的时间点极度降低。
本申请分别主张以于2012年11月21日提出申请的日本专利申请特愿2012-255278、于2012年12月21日提出申请的日本专利申请特愿2012-278975及于2013年3月13日提出申请的日本专利申请特愿2013-050382为基础的优先权,将它们的全部公开内容并入本文。
以下,附记参考方式的例子。
[A1]太阳能电池背面密封材料,其包含乙烯·α-烯烃共聚物、着色剂和有机过氧化物,
在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式下的固体粘弹性测定中、该太阳能电池背面密封材料的复数粘度(η*)的最小粘度在4.0×103Pa·s~1.0×106Pa·s的范围内。
[A2]如上述[A1]所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)。
a1)按照ASTM D1238,在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1g/10分钟~8.0g/10分钟。
[A3]如上述[A 1]或[A2]所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物还满足以下条件a2)~a4)。
a2)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%。
a3)按照ASTM D1505测得的密度为0.865~0.884g/cm3
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
[A4]如上述[A1]~[A3]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述有机过氧化物的1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内,
该太阳能电池背面密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。
[A5]如上述[A1]~[A4]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述着色剂包含选自由有机颜料、染料及无机填充剂组成的组中的至少1种。
[A6]如上述[A1]~[A5]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,上述着色剂包含无机填充剂,
上述无机填充剂为选自由天然云母、合成云母、氧化钛、氧化铝、碳酸钙、滑石、粘土、碳酸镁、高岭石及硅藻土组成的组中的至少1种。
[A7]如上述[A1]~[A6]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,该太阳能电池背面密封材料中的上述着色剂的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1~20重量份。
[A8]如上述[A1]~[A7]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其中,430~800nm的波长范围内的全光线透过率为10%以下。
[A9]如上述[A1]~[A8]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料,其为片状。
[A10]太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,其将上述太阳能电池元件密封于上述表面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间,
上述密封层是将上述[A1]~[A9]中任一项所述的太阳能电池背面密封材料与太阳能电池前表面密封材料加热压接而形成的。
[B1]太阳能电池密封材料,其包含乙烯·α-烯烃共聚物、和1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物,
对于太阳能电池密封材料来说,对在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下的固体粘弹性进行测定后的、
150℃时的上述太阳能电池密封材料的复数粘度(η*)在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内。
[B2]如上述[B1]所述的太阳能电池密封材料,其中,
对于该太阳能电池密封材料来说,对在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下的固体粘弹性进行测定后的、
150℃时的上述太阳能电池密封材料的储能模量(G′)在1.0×105~7.0×105Pa的范围内。
[B3]如上述[B1]或[B2]所述的太阳能电池密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)~a4)。
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1~7.0g/10分钟。
a3)按照ASTM D1505测得的密度为0.865~0.884g/cm3
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
[B4]如上述[B3]所述的太阳能电池密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物还满足以下条件a2)。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1g/10分钟以上且小于2.0g/10分钟。
[B5]如上述[B1]~[B4]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,该太阳能电池密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。
[B6]如上述[B1]~[B5]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其为片状。
[B7]如上述[B1]~[B6]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,在150℃的加热板上,对已切割成厚0.5mm×长75mm×宽60mm的尺寸的片状的该太阳能电池密封材料进行3分钟减压、10分钟加热,由此得到交联片材,将该交联片材于温度85℃/相对湿度85%的恒温恒湿槽中静置2000小时,进行长期可靠性试验,此时,
将上述长期可靠性试验前的上述交联片材的黄色指数记为YI1、将上述长期可靠性试验后的上述交联片材的黄色指数记为YI2时,
(YI2-YI1)所定义的黄色指数的变化率小于2。
[B8]太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,其是将上述[B1]~[B7]中任一项所述的太阳能电池密封材料交联而形成的,将上述太阳能电池元件密封于上述表面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间。
[C1]太阳能电池密封材料,其包含乙烯·α-烯烃共聚物,
在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、
上述太阳能电池密封材料的复数粘度在100℃以上且小于135℃下具有复数粘度的最小值(η*1),并且复数粘度的上述最小值(η*1)在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内,
150℃时的上述太阳能电池密封材料的复数粘度(η*2)在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内。
[C2]如上述[C1]所述的太阳能电池密封材料,其中,还包含1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物。
[C3]如上述[C1]或[C2]所述的太阳能电池密封材料,其中,
在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、150℃时的上述太阳能电池密封材料的储能模量(G′)在1.0×105~7.0×105Pa的范围内。
[C4]如上述[C1]~[C3]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)~a4)。
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1~7.0g/10分钟。
a3)按照ASTM D1505测得的密度为0.865~0.884g/cm3
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
[C5]如上述[C4]所述的太阳能电池密封材料,其中,上述乙烯·α-烯烃共聚物还满足以下条件a2)。
a2)按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的MFR为0.1g/10分钟以上且小于2.0g/10分钟。
[C6]如上述[C2]所述的太阳能电池密封材料,其中,该太阳能电池密封材料中的上述有机过氧化物的含量相对于上述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。
[C7]如上述[C1]~[C6]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其为片状。
[C8]如上述[C1]~[C7]中任一项所述的太阳能电池密封材料,其中,在150℃的加热板上,对已切割成厚0.5mm×长75mm×宽60mm的尺寸的片状的该太阳能电池密封材料进行3分钟减压、10分钟加热,由此得到交联片材,将所得交联片材在温度85℃/相对湿度85%的恒温恒湿槽中静置2000小时,进行长期可靠性试验,此时,
将上述长期可靠性试验前的上述交联片材的黄色指数记为YI1、将上述长期可靠性试验后的上述交联片材的黄色指数记为YI2时,
(YI2-YI1)所定义的黄色指数的变化率小于2。
[C9]太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,其是将上述[C1]~[C8]中任一项所述的太阳能电池密封材料交联而形成的,将上述太阳能电池元件密封于上述表面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间。

Claims (13)

1.一种太阳能电池密封材料,其特征在于,
所述太阳能电池密封材料包含:
乙烯·α-烯烃共聚物,和
有机过氧化物,所述有机过氧化物的1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内;
按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的所述乙烯·α-烯烃共聚物的MFR为0.1g/10分钟以上且小于2.0g/10分钟,
按照ASTM D1505测得的所述乙烯·α-烯烃共聚物的密度为0.866g/cm3以上0.883g/cm3以下,
在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、所述太阳能电池密封材料的复数粘度在100℃以上且小于135℃的温度下具有复数粘度的最小值η*1,并且复数粘度的所述最小值η*1在6.0×103~4.0×104Pa·s的范围内,150℃时的所述太阳能电池密封材料的复数粘度η*2在2.0×104~1.0×105Pa·s的范围内,
所述太阳能电池密封材料中的所述有机过氧化物的含量相对于所述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份。
2.如权利要求1所述的太阳能电池密封材料,其特征在于,通过在测定温度范围25~150℃、频率1.0Hz、升温速度10℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、150℃时的所述太阳能电池密封材料的储能模量G',在1.0×105~7.0×105Pa的范围内。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料,其特征在于,所述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)和a4):
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%,其中,来源于乙烯的结构单元与来源于α-烯烃的结构单元的总计为100mol%;
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料,其中,所述太阳能电池密封材料为片状。
5.如权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料,其特征在于,在针对交联片材进行长期可靠性试验时,将所述长期可靠性试验前的所述交联片材的黄色指数记为YI1、将所述长期可靠性试验后的所述交联片材的黄色指数记为YI2时,黄色指数的变化率YI2-YI1小于2,
所述交联片材是通过在150℃的加热板上对已切割成厚0.5mm×长75mm×宽60mm的尺寸的片状的所述太阳能电池密封材料进行3分钟减压、10分钟加热而得到的,
所述长期可靠性试验是在温度85℃/相对湿度85%的恒温恒湿槽中静置2000小时。
6.一种太阳能电池背面密封材料,其特征在于,
所述太阳能电池背面密封材料用于非受光面侧,包含乙烯·α-烯烃共聚物、着色剂和1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物,
按照ASTM D1238在190℃、2.16kg负荷的条件下测得的所述乙烯·α-烯烃共聚物的MFR为0.1g/10分钟以上且低于2.0g/10分钟,
按照ASTM D1505测得的所述乙烯·α-烯烃共聚物的密度为0.866g/cm3以上0.883g/cm3以下,
所述太阳能电池背面密封材料中的所述有机过氧化物的含量相对于所述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为0.1~3重量份,
所述太阳能电池背面密封材料中的所述着色剂的含量相对于所述乙烯·α-烯烃共聚物100重量份而言为1~30重量份,
通过在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的、所述太阳能电池背面密封材料的复数粘度的最小值η*3,在4.0×103~1.0×106Pa·s的范围内。
7.如权利要求6所述的太阳能电池背面密封材料,其特征在于,所述乙烯·α-烯烃共聚物满足以下条件a1)和a4):
a1)来源于乙烯的结构单元的含有比例为80~90mol%,来源于碳原子数为3~20的α-烯烃的结构单元的含有比例为10~20mol%,其中,来源于乙烯的结构单元与来源于α-烯烃的结构单元的总计为100mol%;
a4)按照ASTM D2240测得的肖氏A硬度为60~85。
8.如权利要求6或7所述的太阳能电池背面密封材料,其特征在于,所述着色剂为选自由有机颜料、染料及无机填充剂组成的组中的至少1种。
9.如权利要求6或7所述的太阳能电池背面密封材料,其特征在于,
所述着色剂包含无机填充剂,
所述无机填充剂为选自由天然云母、合成云母、氧化钛、氧化铝、碳酸钙、滑石、粘土、碳酸镁、高岭石及硅藻土组成的组中的至少1种。
10.如权利要求9所述的太阳能电池背面密封材料,其特征在于,所述太阳能电池背面密封材料中的酸性化合物的含量为8重量ppm以下。
11.一种太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,所述密封层是使权利要求1~5中任一项所述的太阳能电池密封材料交联而形成的,将所述太阳能电池元件密封于所述表面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件之间。
12.一种太阳能电池组件,其具有:
表面侧透明保护构件,
背面侧保护构件,
太阳能电池元件,和
密封层,所述密封层将所述太阳能电池元件密封于所述表面侧透明保护构件与所述背面侧保护构件之间,
所述密封层是将权利要求6~10中任一项所述的太阳能电池背面密封材料与太阳能电池表面密封材料加热压接而形成的。
13.如权利要求12所述的太阳能电池组件,其特征在于,所述太阳能电池背面密封材料的、通过在测定温度范围25~180℃、频率0.016Hz、升温速度3℃/分钟、剪切模式的条件下进行固体粘弹性测定而测得的复数粘度的最小值η*3,与在相同条件下测定的所述太阳能电池表面密封材料的复数粘度的最小值η*0满足以下关系:
-2.0≤Log(η*3*0)≤3.0。
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