CN105103304B - 具有吸湿层的太阳能电池用背板以及使用其的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够不大幅改变太阳能电池组件的制造工序来使用、并且能够长期赋予高吸湿性的太阳能电池用背板。一种太阳能电池用背板，其依次至少包含内侧皮层、含有粘结剂树脂和无机吸湿剂的吸湿层、外侧皮层以及阻隔层。
Description
技术领域
本发明涉及具有吸湿层的太阳能电池用背板，更具体而言，涉及依次包含内侧皮层、吸湿层、外侧皮层以及阻隔层的太阳能电池用背板。进一步而言，本发明涉及使用该太阳能电池用背板的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池作为清洁能源而受到瞩目，在世界范围内致力于太阳能电池的普及。普及的促进不仅需要低成本的供给，还需要在经济上取得平衡的长期耐久性。另外，太阳能电池多数设置于房屋的外壁、房屋上，屋顶等，因此要求在室外的极其严苛的自然环境下以高技术水平的品质来应对。
然而，已知有太阳能电池元件的发电电池部和导线部因水分而劣化，因此导致发电效率经时地降低的问题。于是，一直以来为了不使水分接触太阳能电池组件的发电电池和导线部，在进行各种研究。例如，专利文献1中公开了一种太阳能电池组件，其是包括太阳能电池元件、防湿薄膜、以及用于粘接太阳能电池元件和防湿薄膜的粘接剂的太阳能电池组件，粘接剂含有沸石等吸湿剂。然而，在该太阳能电池组件中，从在粘接剂中混合吸湿剂这一构成的性质来看，只能以30重量％以下添加少量吸湿剂。吸湿剂的添加量较多时，粘接剂的粘合力降低，因此背板从太阳能电池元件剥离，发电电池由其间隙暴露于水分、热中。
专利文献2公开了一种具有用于填充干燥剂的空间的太阳能电池组件。在该结构中，在其空间内设置加热器，利用加热器的热使水分蒸发，从而重复使用吸湿后的干燥剂。在该发明中，制造太阳能电池组件需要特殊的工序和部件。
专利文献3公开了具有3层结构的外侧防湿薄膜的太阳能电池组件。上述防湿薄膜从外侧朝向太阳能电池元件，按照防水薄膜、吸湿放湿层、高耐湿薄膜的顺序具有3层结构，作为吸湿放湿层，使用含有聚丙烯酸盐系聚合物的无纺布。然而，如图1所示，吸湿放湿层的聚丙烯酸盐系聚合物在低湿度区域中的吸湿性不高，因此这样的用途的效果受限。另外，在该情况下不能大量使用吸湿剂。
专利文献4公开了在背板和电极之间具有由尼龙制成的透明补水层的太阳能电池组件，但尼龙的吸湿性受限。
专利文献5公开了一种为了防止水从太阳能电池组件边缘部浸入而包含无机物氧化钙作为吸湿剂的边缘密封组合物。该组合物只能以30重量％以下的添加量少量添加吸湿剂，而且只吸收边缘部的水分，因此不能吸收进入内部的水分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-312440号公报
专利文献2：日本特开平9-45949号公报
专利文献3：日本特开2005-101404号公报
专利文献4：日本特开平7-321365号公报
专利文献5：日本特表平2013-509453号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供能够不大幅改变太阳能电池组件的制造工序来使用、并且能够长期赋予高吸湿性的太阳能电池用背板、以及使用其的发电效率长期不会降低的太阳能电池。
用于解决问题的方案
本发明人等发现通过以下方法能够解决上述课题。
[1]一种太阳能电池用背板，其依次至少包含内侧皮层、含有粘结剂树脂和无机吸湿剂的吸湿层、外侧皮层以及阻隔层，并且前述内侧皮层和外侧皮层包含热塑性树脂。
[2]根据[1]所述的太阳能电池用背板，其中，前述无机吸湿剂在1个大气压、相对湿度20％、25℃下的吸湿量为15重量％以上。
[3]根据[1]或[2]所述的太阳能电池用背板，其中，前述无机吸湿剂为天然沸石、人工沸石或合成沸石。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的太阳能电池用背板，其中，前述无机吸湿剂以相对于前述吸湿层的重量为大于30重量％且80重量％以下的范围包含于前述吸湿层。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的太阳能电池用背板，其中，前述内侧皮层、前述粘结剂树脂以及前述外侧皮层分别选自由低密度聚乙烯、直链低密度聚乙烯、聚丙烯、氯化聚丙烯、饱和聚酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、离子交联聚合物、羧酸改性聚乙烯、羧酸改性聚丙烯、羧酸改性乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、及它们的衍生物、以及它们的混合物组成的组。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的太阳能电池用背板，其中，前述阻隔层包含铝箔。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的太阳能电池用背板，其中，前述粘结剂树脂的MFR在温度190℃且负荷2.16kg的条件下根据JIS K7210进行测定时，为10g/10分钟以上。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的太阳能电池用背板，其中，前述吸湿层的膜厚为10～190μm，前述皮层的膜厚为5～190μm。
[9]一种太阳能电池组件，其具备透明基材、发电电池、导线、用于密封发电电池和导线的密封树脂、以及[1]～[8]中任一项所述的太阳能电池用背板。
[10]根据[9]所述的太阳能电池组件，其中，前述密封树脂为乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
[11]根据[10]所述的太阳能电池组件，其中，前述内侧皮层和外侧皮层为厚度5～20μm的聚丙烯薄膜；
前述粘结剂树脂为低密度聚乙烯；
前述无机吸湿剂为沸石；
前述吸湿层的厚度为30～100μm；且
前述阻隔薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
发明的效果
本发明的太阳能电池用背板能够不大幅改变现有的太阳能电池组件的制造工序来使用，与太阳能电池元件的密合性高，并且能够大量包含强力的无机吸湿剂，因此还能够吸收在太阳能电池元件的密封树脂内少量存在的水。其结果，能够使太阳能电池元件内长期保持为低湿度。使用该太阳能电池用背板的太阳能电池不发生电极等的劣化，因此与现有的太阳能电池相比能够更长期地维持转换效率。
附图说明
图1是表示聚丙烯酸钠、尼龙和分子筛的吸水量与相对湿度的关系的图。
图2是现有的太阳能电池组件的示意图。
图3是本发明的太阳能电池组件的示意图。
具体实施方式
<本发明的太阳能电池用背板>
本发明的太阳能电池用背板至少包含内侧皮层、含有粘结剂树脂和无机吸湿剂的吸湿层、外侧皮层以及阻隔层。背板用于太阳能电池组件的入射光侧的相反侧，上述四个层从入射光侧起依次配置内侧皮层、吸湿层、外侧皮层以及阻隔层。通过配置内侧皮层和外侧皮层，能够分别提高太阳能电池元件的密封树脂与吸湿层的密合性以及阻隔层与吸湿层的密合性。另外，也可以在这些层间使用粘接剂来提高层间的粘接性。
(吸湿层)
对于吸湿层，在粘结剂树脂中分散有无机吸湿剂。
作为能够用于吸湿层的无机吸湿剂，可以举出氧化钙、硫酸镁、氯化钙、氧化铝、生石灰、硅胶、无机分子筛等吸湿剂。作为无机分子筛的例子没有限制，可以举出铝硅酸盐矿物、粘土、多孔玻璃、微孔性活性炭、天然沸石、人工沸石、合成沸石、活性炭、或者具有能够使水等小分子扩散的开口结构的化合物，尤其可以举出属于合成沸石的分子筛3A、分子筛4A、分子筛5A、分子筛13X。这样的无机吸湿剂即使在低湿度区域也能够得到高吸湿性，对于太阳能电池元件的封入树脂、尤其乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)中包含的微量水进行吸湿，特别优选使用即使在这样的相对湿度低的环境下也能够发挥高吸湿性的吸湿剂。
对于无机吸湿剂，从即使在低湿度区域也能够得到高吸湿性的观点出发，在1个大气压、相对湿度20％下，25℃下的吸湿量基于其吸湿前的吸湿材料的重量，优选为15重量％以上或20重量％以上。更优选地，在1个大气压、相对湿度10％下，25℃下的吸湿量基于其吸湿前的吸湿材料的重量为15重量％以上或20重量％以上。进一步优选地，在1个大气压、相对湿度5％下，25℃下的吸湿量基于其吸湿前的吸湿材料的重量为15重量％以上或20重量％以上。图1示出了聚丙烯酸钠、尼龙和分子筛的吸水量与相对湿度的关系，分子筛A在相对湿度20％下具有15重量％以上的吸湿量，因此是优选的吸湿剂。需要说明的是，对于吸湿量，若为粉末状的吸湿剂，则可以将计量后的吸湿剂预先保存于一定的保存环境(例如25℃20％RH)下，由保存前后的重量变化算出吸湿量。另外，若为分散于薄膜中的吸湿剂，则可以使切割成一定面积的薄膜(例如10cm×10cm)与上述同样地吸湿，由保存前后的重量变化算出吸湿量。
从吸湿能力的观点出发，无机吸湿剂相对于吸湿层的重量，能够以10重量％以上、20重量％以上、30重量％以上、大于30重量％、50重量％以上、60重量％以上、80重量％以上的范围包含于吸湿层，另外，从在粘结剂树脂中的分散性的观点出发，能够以90重量％以下、80重量％以下、70重量％以下、或60重量％以下的范围包含于吸湿层。无机吸湿剂在粘结剂树脂中的分散可以利用通常的混炼挤出机来进行。
从确保吸湿能力的观点出发，吸湿层的厚度优选为10μm以上、20μm或40μm以上。另外，从防止其与阻隔层贴合时由热收缩性的差异而产生卷缩的观点出发，吸湿层的厚度优选为500μm以下、200μm以下、190μm以下、150μm以下或100μm以下。
作为能够用于吸湿层的粘结剂树脂，可以举出低密度聚乙烯(LDPE)、直链低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、氯化聚丙烯、饱和聚酯、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、离子交联聚合物、羧酸改性聚乙烯、羧酸改性聚丙烯、羧酸改性乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、及它们的衍生物、以及它们的混合物。
从确保大量添加无机吸湿剂时有时会降低的吸湿层的成形性的观点出发，对粘结剂树脂的熔体流动速率(MFR)在温度190℃且负荷2.16kg的条件下根据JIS K7210进行测定时，为3g/10分钟以上、5g/10分钟以上、8g/10分钟以上、10g/10分钟以上、12g/10分钟以上、15g/10分钟以上或20g/10分钟以上。
(内侧皮层和外侧皮层)
吸湿层由于表面的平滑性低，因此无法仅凭其来提高与太阳能电池元件的密封树脂的密合性，但通过使用内侧皮层，能够提高吸湿层与密封树脂的密合性。用于内侧皮层的树脂只要是能够与密封树脂以及吸湿层良好地密合的热塑性树脂，就没有特别限制。作为能够使用的热塑性树脂，可以举出与上述吸湿层的粘结剂相同的树脂。
使用外侧皮层能够提高阻隔层与吸湿层的密合性。用于外侧皮层的树脂只要是能够与阻隔层和吸湿层良好地密合的热塑性树脂，就没有特别限制。作为能够使用的热塑性树脂，可以举出与上述吸湿层和粘结剂相同的树脂。
从确保与吸湿层的密合性的观点出发，内侧皮层和外侧皮层的厚度优选为3μm以上、5μm以上或7μm以上，从防止与阻隔层贴合时由热收缩性的差异而产生卷缩的观点以及确保内侧皮层对吸湿层的透湿性的观点出发，优选为100μm以下、50μm以下、30μm以下或20μm以下。对于内侧皮层和外侧皮层的表面粗糙度Ra，使用株式会社小坂研究所制造的ET4000A根据JIS B0601-1994进行测定时，为1.50μm以下，优选为1.30μm以下，更优选为1.00μm以下。
(阻隔层)
作为本发明中使用的阻隔层，可以使用氟系树脂薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯薄膜等以及它们的层叠体。在层叠体的情况下，能够用粘接剂等将各层粘接。另外，也可以进一步层叠金属层、例如铝箔和铜箔和/或金属氧化物层、例如氧化硅层和氧化铝层，层叠可以通过干式层压、蒸镀等来进行。另外，也可以直接使用以往一直使用的太阳能电池用背板。例如，可以举出Ripurea PKT HD(商标)、Ripurea TFB MD(商标)(均由Lintec Corporation制造)、Tedlar(商标)薄膜(杜邦公司制造)。
从层叠加工性的观点出发，阻隔层的厚度为12μm以上且600μm以下，优选为20μm以上且400μm以下。
(粘接剂)
作为既可以在制作阻隔层时使用的粘接剂，也可以用于粘接密封树脂与内侧皮层以及外侧皮层与阻隔层的粘接剂，可以举出氨基甲酸酯系粘接剂、烯烃系树脂粘接剂、丁基橡胶系粘接剂、丙烯酸树脂系粘接剂、聚酯树脂系粘接剂、环氧树脂系粘接剂、有机硅树脂系粘接剂等。
<本发明的太阳能电池组件>
本发明的太阳能电池组件包括太阳能电池元件和上述太阳能电池用背板。太阳能电池元件包含透明基材、发电电池、导线、用于密封发电电池和导线的密封树脂。作为透明基材，可以举出以往已知的太阳能电池用的玻璃基板，作为发电电池，可以举出以往已知的单晶型、多晶型、非晶型、化合物半导体型的电池等。作为密封树脂，可以使用乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛等，尤其可以使用EVA。
另外，本发明涉及将上述内侧皮层、吸湿层以及外侧皮层与上述阻隔层组合来制造太阳能电池用背板的方法。进一步而言，本发明涉及将该太阳能电池用背板与上述太阳能电池元件组合来制造太阳能电池组件的方法。
图2示出现有构成的太阳能电池组件的示意图。太阳能电池组件100从入射光侧起具备太阳能电池元件10以及包含阻隔层5的背板20，所述太阳能电池元件10包括：属于透明基材的玻璃1以及用于密封导线3和发电电池4的密封树脂2。虽然未图示，但通常太阳能电池元件10和背板20用粘接剂进行了粘接。
图3示出本发明构成的太阳能电池组件的示意图。太阳能电池组件100从入射光侧起具备太阳能电池元件10和背板20，所述太阳能电池元件10包括：属于透明基材的玻璃1以及用于密封导线3和发电电池4的密封树脂2，所述背板20包括：内侧皮层6、吸湿层7、外侧皮层8以及阻隔层5。
实施例
以下示出实施例1～3以及比较例1的评价用试样的制作方法、评价方法以及评价结果。
实施例1
使用充气制模机来制作吸湿层、内侧皮层和外侧皮层的层叠体。此处，将吸湿层制成60μm，将内侧皮层和外侧皮层分别制成10μm。吸湿层是将沸石50wt％和粘结剂树脂50wt％混炼来制作而成的。在该层叠体的外侧皮层上使用粘接剂进行干式层压，由此层叠属于阻隔层的200μm的白色PET薄膜，得到背板。进而，使用真空层压机在130℃、10分钟的条件下进行真空压接，将该背板和太阳能电池元件进行面板化。此处，玻璃基板的厚度为5mm，包含发电电池和导线的密封树脂的厚度为600μm。
实施例2
替代阻隔层的白色PET，在外侧皮层上将12μm的PET薄膜和9μm的铝箔以铝箔作为粘接面进行干式层压，使其层叠，除此以外，按照与实施例1同样的步骤得到太阳能电池组件。
实施例3
替代阻隔层的白色PET，将两层的透明蒸镀PET薄膜(GX-P-F12μm/GX-P-F12μm)按照PET薄膜·蒸镀面/PET薄膜·蒸镀面/外侧皮层的顺序进行干式层压，使其层叠，除此以外，按照与实施例1同样的步骤得到太阳能电池组件。
比较例1
除了不使用吸湿层、内侧皮层和外侧皮层的层叠体以外，按照与实施例1同样的步骤得到太阳能电池组件。即，将200μm的白色PET薄膜制成背板，将其与太阳能电池元件进行面板化。
将上述各试样的详细内容示于以下表中。另外，将该构成的4个太阳能电池组件根据JIS C8917-1998在温度85℃、相对湿度85％下的条件下保存3000小时，测定保存前后的转换效率。将其结果示于以下表中。
表1
组装有本发明的太阳能电池用背板的实施例1～3的太阳能电池组件即使在温度85℃、相对湿度85％下经过3000小时，转换效率仍然保持了初期的90％以上，与此相对，未使用本发明的太阳能电池用背板的比较例中，转换效率降低至初期的76.1％。
需要说明的是，玻璃、单晶硅型发电电池以及阻隔层的白色PET使用了太阳能电池组件中通常使用的市售品。需要说明的是，该白色PET具有0.2g/m2·天以下的水蒸汽透过率。其它材料的型号(商标)、供应来源等、以及制作时使用的设备的详细情况如下所示。
EVA：SOLAR EVA(三井化学东赛璐株式会社制造)
聚丙烯：F-704NP(Prime Polymer Co.,Ltd.制造)
沸石：ZEOLITE 4A(Union Showa Co.,Ltd.制造)
LDPE：Petrocene202(Tosoh Corporation制造)
PET：E5102(东洋纺公司制造)…实施例2
铝箔：vespa(住轻铝箔公司制造)…实施例2
透明蒸镀PET薄膜：GX-P-F(凸版印刷公司制造)…实施例3
氨基甲酸酯系粘接剂：LIS-073-50以及CR-001的混合物(东洋油墨公司制造)
充气制模机：多层充气制模机3SOIB(Placo Co.,Ltd.制造)
真空层压机：柏木式真空包装机(NPC corporation制造)
产业上的可利用性
本发明的太阳能电池用背板与太阳能电池元件的密合性高，且能够大量包含无机吸湿剂，因此能够使太阳能电池元件内长期保持低湿度，因而是有用的。使用该太阳能电池用背板的太阳能电池不会发生电极等的劣化，因此与现有的太阳能电池相比能够更长期地维持转换效率，因而是有用的。
附图标记说明
1 透明基材
2 密封树脂
3 导线
4 发电电池
5 阻隔层
6 内侧皮层
7 吸湿层
8 外侧皮层
10 太阳能电池元件
20 背板
100 太阳能电池组件
Claims (10)
1.一种太阳能电池组件，其具备透明基材、发电电池、导线、用于密封发电电池和导线的密封树脂、以及太阳能电池用背板，所述太阳能电池用背板依次至少包含内侧皮层、含有粘结剂树脂和无机吸湿剂的吸湿层、外侧皮层以及阻隔层，并且所述内侧皮层和外侧皮层包含热塑性树脂。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其中，所述无机吸湿剂在1个大气压、相对湿度20％、25℃下的吸湿量为15重量％以上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述无机吸湿剂为天然沸石或合成沸石。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述无机吸湿剂以相对于所述吸湿层的重量为大于30重量％且80重量％以下的范围包含于所述吸湿层。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述内侧皮层、所述粘结剂树脂以及所述外侧皮层分别选自由低密度聚乙烯、直链低密度聚乙烯、聚丙烯、氯化聚丙烯、饱和聚酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、离子交联聚合物、羧酸改性聚乙烯、羧酸改性聚丙烯、羧酸改性乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、及它们的衍生物、以及它们的混合物组成的组。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述阻隔层包含铝箔。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述粘结剂树脂的MFR在温度190℃且负荷2.16kg的条件下根据JIS K7210进行测定时，为10g/10分钟以上。
8.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述吸湿层的膜厚为10～190μm，所述内侧皮层和外侧皮层的膜厚为5～100μm。
9.根据权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其中，所述密封树脂为乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池组件，其中，所述内侧皮层和外侧皮层为厚度5～20μm的聚丙烯薄膜；
所述粘结剂树脂为低密度聚乙烯；
所述无机吸湿剂为沸石；
所述吸湿层的厚度为30～100μm；且
所述阻隔层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170808 Termination date: 20200303 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |