JP2018050026A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性やバリア性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールにおいて、十分な耐熱性を保持した上で、セル割れと、封止材の材料由来の気泡の残存と、を十分に抑制することにより、従来品よりも品質の安定性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、太陽電池素子6、非受光面側透明封止材3、非受光面側ガラス保護基板5が、順次積層されてなる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール、受光面側封止材2及び前記非受光面側透明封止材3が、いずれも0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%であって、コア層と、該コア層よりも低密度の層であって、封止材の両最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材である、太陽電池モジュール10とする。
【選択図】図1
【解決手段】受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、太陽電池素子6、非受光面側透明封止材3、非受光面側ガラス保護基板5が、順次積層されてなる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール、受光面側封止材2及び前記非受光面側透明封止材3が、いずれも0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%であって、コア層と、該コア層よりも低密度の層であって、封止材の両最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材である、太陽電池モジュール10とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池モジュールに関する。更に詳しくは両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールに関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。現在、種々の形態からなる太陽電池モジュールが開発されている。一般に、太陽電池モジュールは、透明な前面保護基板と太陽電池素子と樹脂製の裏面保護基板とが、封止材を介して積層された構成である。
太陽電池モジュールには様々な層構成のものがあるが、モジュール内への水分の侵入を防ぐバリア性や過酷な使用条件化における長期耐久性等において特に優れた構成として、上記の前面保護基板及び裏面保護基板をいずれもガラス製の保護基板で構成したガラス製の保護基板とした構成の太陽電池モジュールが考案されている(特許文献1、2参照)。本明細書においては、このようにモジュール本体の両最表面に配置される保護基板をガラス基板とした構成の太陽電池モジュールのことを「両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール」と称する。
ここで、太陽電池モジュールは、上記いずれの構成の場合であっても、太陽電子素子と、上記の封止材等を含むモジュール構成部材を、加熱加圧を伴うラミネート処理により一体化することによって製造される。このモジュールとしての一体化のための加熱加圧処理時には、封止材の流動性が不足した場合には太陽電池素子やリード線等の凹凸への追従や埋まり込み性(モールディング性)に欠け、太陽電池素子破損(セル割れ)のリスクが高まり、一方流動性の高い樹脂を封止材の材料樹脂とした場合には、太陽電池モジュールとして完成品となった段階における耐熱性が不十分となりやすい。
そこで、封止材の材料樹脂としては流動性の高い樹脂を材料樹脂として用いつつ、尚且つ、太陽電池モジュールとして一体化した段階における封止材の十分な耐熱性を担保するために、太陽電池モジュールとして一体化のためのラミネート処理時に、封止材を架橋することが広く行われている。
しかしながら、十分に架橋を進行させるために封止材の材料樹脂に有機過酸化物等の架橋剤を多量に添加した場合には、この架橋剤由来のガスが気泡としてモジュール積層体内に不要に残存してしまう問題が発生する。この封止材の材料由来の気泡のモジュール内への残存の問題は、ラミネート処理時に封止材により高い圧力や張力がかかりやすく、又、構造上発生したガスの逃げ場が極めて少ない、両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールの製造において特に顕在化しやすい。
このように、両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールにおいて、耐熱性を損なうことなく、「セル割れ」及び積層体における「気泡の残存」を十分に抑制することができる改善手段が望まれていた。
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、耐久性やバリア性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールにおいて、十分な耐熱性を保持した上で、セル割れと、封止材の材料由来の気泡の残存と、を十分に抑制することにより、従来品よりも品質の安定性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールを、ゲル分率が0%(即ち、非架橋)であって、尚且つ所定の多層構成からなる封止材によって構成することによって、耐熱性とモジュール化時の適切な流動性を保持したまま、樹脂材料由来のデガスの発生を回避して、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
(1) 受光面側ガラス保護基板、受光面側封止材、太陽電池素子、非受光面側透明封止材、非受光面側ガラス保護基板が、順次積層されてなる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールであって、前記受光面側封止材及び前記非受光面側透明封止材は、いずれも0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%であって、コア層と、該コア層の密度以下の密度を有し封止材の最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材である、太陽電池モジュール。
(2) 前記非受光面側透明封止材が、前記コア層の厚さが100μm以上600μm以下であって該コア層の融点が90℃以上135℃以下であり、前記スキン層の各層の厚さがそれぞれ30μm以上200μm以下であって該スキン層の融点が55℃以上100℃以下である、(1)に記載の太陽電池モジュール。
(3) 前記受光面側封止材が、密度0.870g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなる、ゲル分率0%の弱架橋系の封止材である(1)又は(2)に記載の太陽電池モジュール。
(4) 前記受光面側封止材及び前記非受光面側透明封止材にα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体が含有されている、(1)から(3)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(5) 前記非受光面側透明封止材と前記非受光面側ガラス保護基板との間に、更に、非受光面側白色封止材が積層されていて、前記非受光面側白色封止材は、白色コア層と、少なくともいずれかの最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材であって、前記白色コア層のみに白色の着色材料が含まれている、(1)から(4)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
(6) 前記非受光面側白色封止材は、コア層の厚さが100μm以上600μm以下であって該コア層の融点が90℃以上120℃以下であり、スキン層の厚さが30μm以上200μm以下であって該スキン層の融点が70℃以上100℃以下である(5)に記載の太陽電池モジュール。
本発明によれば、耐久性やバリア性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールにおいて、十分な耐熱性を保持した上で、ラミネート時における有色部分の回り込みや封止材の材料由来の気泡の残存を十分に抑制することにより、従来品よりも品質の安定性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールに用いる封止材について順次説明する。
<太陽電池モジュール>
図1は、本発明の両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール10について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール10は、入射光の受光面側から、受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、非受光面側白色封止材4、非受光面側ガラス保護基板5が、この順で積層され、受光面側封止材2と非受光面側透明封止材3の間に封止される態様で太陽電池素子6が配置されている。
図1は、本発明の両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュール10について、その層構成の一例を示す断面図である。太陽電池モジュール10は、入射光の受光面側から、受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、非受光面側白色封止材4、非受光面側ガラス保護基板5が、この順で積層され、受光面側封止材2と非受光面側透明封止材3の間に封止される態様で太陽電池素子6が配置されている。
太陽電池モジュール10においては、太陽電池素子の受光面側及び非受光面側にそれぞれ耐熱性と流動性のバランスに優れるポリエチレン樹脂系の封止材を配置した。非受光面側においては、非受光面側透明封止材3が配置されているが、更に、非受光面側白色封止材4が、非受光面側透明封止材3と非受光面側ガラス保護基板5との間に配置されていることが好ましい。
太陽電池モジュール10において、非受光面側白色封止材4が上述の通り配置されている場合には、受光面側からの入射光のうち、太陽電池素子6に入射せずに非受光面側に達した太陽光も非受光面側透明封止材3と非受光面側白色封止材4との界面において反射して、再度、太陽電池素子6の受光面側へと導かれることとなり、太陽電池モジュール10の発電効率が向上する。尚、これらの各封止材の詳細については別途後述する。
受光面側ガラス保護基板1、非受光面側ガラス保護基板5については、従来、太陽電池モジュールを構成する透光性を有する基板材料として用いられてきた各種のガラス板材を特に制限なく用いることができる。尚、本発明の太陽電池モジュール10は、上記部材以外の部材を含んでもよい。
太陽電池素子6についても特に制限はない。単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池に限らず、アモルファスシリコンや微結晶シリコン、或いはカルコパイライト系の化合物等を用いてなる薄膜系太陽電池(CIGS)も好ましく用いることができる。
[太陽電池モジュールの製造方法]
太陽電池モジュール10は、受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、非受光面側白色封止材4、非受光面側ガラス保護基板5、及び太陽電池素子6等を含む上記のモジュール構成部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。
太陽電池モジュール10は、受光面側ガラス保護基板1、受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、非受光面側白色封止材4、非受光面側ガラス保護基板5、及び太陽電池素子6等を含む上記のモジュール構成部材を順次積層してから真空吸引等により一体化し、その後、ラミネーション法等の成形法により、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造することができる。
そして、太陽電池モジュール10を構成する各封止材の材料として用いる封止材組成物は架橋剤を含まないか、或いは、成膜後に架橋剤が実質的に残存しない封止材組成物を用いるため、成膜後、太陽電池モジュールの製造過程における架橋処理は不要であり、この点においても従来の架橋処理を必須とする太陽電池モジュールの製造よりも生産性の向上が望めるものである。
<封止材>
太陽電池モジュール10を構成する受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、及び非受光面側白色封止材4は、いずれも、密度0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂がベース樹脂であり、いずれもゲル分率が0%である非架橋の樹脂フィルムによって形成されている。
太陽電池モジュール10を構成する受光面側封止材2、非受光面側透明封止材3、及び非受光面側白色封止材4は、いずれも、密度0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂がベース樹脂であり、いずれもゲル分率が0%である非架橋の樹脂フィルムによって形成されている。
本明細書における「ゲル分率(%)」とは、封止材0.1gを樹脂メッシュに入れ、120℃トルエンにて24時間抽出したのち、樹脂メッシュごと取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の質量比較を行い残留不溶分の質量%を測定しこれをゲル分率としたものである。尚、ゲル分率0%とは、上記残留不溶分が実質的に0であり、封止材組成物の架橋反応が実質的に開始していない状態であることを言う。より具体的には、「ゲル分率0%」とは、上記残留不溶分が全く存在しない場合、及び、精密天秤によって測定した上記残留不溶分の質量%が0.05質量%未満である場合を言うものとする。尚、上記残留不溶分には、樹脂成分以外の顔料成分等は含まないものとする。これらの樹脂成分以外の混在物が、上記試験により残留不溶分に混在している場合には、例えば、予めこれらの混在物の樹脂成分中における含有量を別途測定しておくことで、これらの混在物を除く樹脂成分由来の残留不溶分について本来得られるべきゲル分率を算出することができる。
[受光面側封止材及び非受光面側透明封止材(透明封止材)]
受光面側封止材2及び、非受光面側透明封止材3は、以下に詳細を説明する封止材組成物を、従来公知の方法で成型加工してフィルム状又はシート状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。
受光面側封止材2及び、非受光面側透明封止材3は、以下に詳細を説明する封止材組成物を、従来公知の方法で成型加工してフィルム状又はシート状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、単層フィルムであってもよいが、図2及び図3に示す通り、コア層21(31)と、コア層の両面に配置されるスキン層22(32)によって構成される多層フィルムである。尚、本明細書における多層フィルムとは、少なくともいずれかの最外層、好ましくは両最外層に成形されるスキン層と、スキン層以外の層であるコア層とを有する構造からなるフィルム又はシートのことを言う。受光面側封止材2や非受光面側透明封止材3が多層フィルムである場合、少なくとも受光面側ガラス保護基板1或いは非受光面側ガラス保護基板5と対面することとなるスキン層22(32)が、以下に詳細を説明する封止材組成物からなる非架橋の樹脂層であればよい。
太陽電池モジュール10を構成する封止材は、後に説明する非受光面側白色封止材も含めいずれの太陽電池素子6の受光面側及び非受光面側のいずれに配置される封止材についても、0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%の樹脂フィルムによって形成されている。
上述のゲル分率が0%である非受光面側透明封止材3は、先ず一の実施形態として、熱可塑系の封止材として形成することができる。又、他の実施形態として、成膜時に成膜に支障をきたさずゲル分率の変化を伴わない程度のごく弱い架橋(弱架橋)を進行させる弱架橋系の封止材として形成することもできる。「弱架橋」とは、その詳細が、国際公開第2011/152314号に開示されている製造方法であり、ゲル分率を0%程度に保持したままごく弱い架橋を進行させる公知の成膜技術である。本明細書においては、この弱架橋処理を得て成膜されている封止材のことを「弱架橋系の封止材」又は「弱架橋済の封止材」というものとする。上記いずれの製造方法によるものとするにしても、少なくとも、成膜後において材料樹脂の架橋が進行しないものであるという意味において、これらは、いずれも広義における「非架橋系の封止材」である。太陽電池モジュール10は、太陽電池素子6の受光面側及び非受光面側に配置する封止材を、いずれも、この意味での「非架橋系の封止材」とした点が、その層構成の基本的特徴の一つとなっている。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、上述の通り、一の実施形態として、架橋剤を含まない封止材組成物からなる熱可塑系の封止材として形成することができる。この場合においては、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、コア層21(31)と、両最表面に配置されるスキン層22(32)と、を含む複数の層によって構成される多層フィルムとすることが好ましい。そして、この場合においては、コア層21(31)は、密度0.910g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とすることが好ましく、スキン層22(32)については、密度0.890g/cm3以上0.910g/cm3以下であって、コア層用のベース樹脂の密度以下の密度であって、好ましくはより低密度の、ポリエチレン系樹脂をベース樹脂とすることが好ましい。
上記の通り、熱可塑系の多層フィルムとして受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を形成する場合、その総厚さは250μm以上600μm以下であることが好ましく、300μm以上550μm以下であることがより好ましい。総厚さが250μm未満であると充分に衝撃を緩和することができないが、総厚さが250μm以上であれば、例えば、総厚さ250μm程度に受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を薄膜化した場合においても、モールディング性と耐熱性とを十分に好ましい水準において兼ね備えるものとすることができる。尚、総厚さが600μmを超えた場合、それ以上の衝撃緩和効果向上の効果は得がたく、太陽電池モジュールの薄膜化の要請にも対応できず、且つ、不経済であるので好ましくない。
又、この熱可塑系の多層フィルムとして形成された受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3におけるコア層21(31)の厚さは、100μm以上400μm以下であることが好ましく、より好ましくは、250μm以上350μm以下である。又、この場合におけるスキン層22(32)の各層毎の厚さは、30μm以上200μm以下である。受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3の各層の厚さをこのような範囲とすることにより、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3の耐熱性とモールディング特性を良好な範囲に保持することができる。
上述した通り、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、他の好ましい実施形態として弱架橋系の封止材として形成することもできる。この場合においては、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、密度0.870g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、後述の通りのごく微量の架橋剤を含む組成物からなるものであることが好ましい。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を弱架橋系の封止材として形成する場合、この透明封止材は、単層フィルムであってもよいが、図3示す通り、コア層21(31)と、コア層の両面に配置されるスキン層22(32)によって構成される多層フィルムであってもよい。この場合、後述するこの透明封止材用の封止材組成物の組成範囲内であって、組成や成分比の異なるものを各層毎に用いることができる。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を弱架橋系の多層フィルムでとする場合には、各層ごとのMFRが異なる封止材とすることがより好ましい。弱架橋系の樹脂フィルムからなる透明封止材は、単層フィルムである場合においても、好ましい透明性、柔軟性及び耐熱性を備えるものではあるが、太陽電池素子の電極面と密着する面については、更にこのようなモールディング特性に優れるものであることがより好ましい。各層のMFRが異なる多層フィルムであるこの透明封止材は、MFRの高い層を太陽電池素子の電極面と密着させて使用する側の最外層に配置することにより、封止材として上記の好ましい透明性及び耐熱性を保持しつつ、更に太陽電池素子との密着面におけるモールディング特性を高めることができる。尚、この弱架橋系の多層フィルムは実施例において示す通り、非架橋系の封止材でもありながら、透明性に優れるため、受光面側封止材2として、特に好ましく用いることができる。
例えば、3層以上の層からなる弱架橋系の多層フィルムである受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3においては、最外層の厚さは、30μm以上200μm以下であることが好ましい。このようにすることにより、封止材としての好ましい耐熱性を保持しつつ、最外層における好ましいモールディング特性を備えることができ、更に製造コストも低く抑えることができる。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3は、以下に詳細を説明する透明封止材用の封止材組成物を、従来公知の方法で成型加工してフィルム状又はシート状としたものである。尚、本発明におけるシート状とはフィルム状も含む意味であり両者に差はない。
(受光面側封止材及び非受光面側透明封止材(透明封止材)用の封止材組成物)
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を熱可塑系の封止材として形成する場合、各層の製造に用いる透明封止材用の封止材組成物は、各層毎に密度範囲等の異なる組成物をベース樹脂とする。以下、先ずは、これらの封止材を熱可塑系の封止材として形成する場合に好ましく用いることが封止材組成物について説明する。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を熱可塑系の封止材として形成する場合、各層の製造に用いる透明封止材用の封止材組成物は、各層毎に密度範囲等の異なる組成物をベース樹脂とする。以下、先ずは、これらの封止材を熱可塑系の封止材として形成する場合に好ましく用いることが封止材組成物について説明する。
この場合において、透明封止材用の封止材組成物は、コア層21(31)用の封止材組成物とスキン層22(32)用の封止材組成物とを、それぞれ各層の形成に使い分ける。そして、これらコア層用、スキン層用の各封止材組成物により、所定の層厚さで、両最表面にスキン層が配置されている3層構造の多層フィルムを成形することにより、図2及び図3に示す受光面側封止材2や非受光面側透明封止材3を製造することができる。
これらの透明封止材のコア層21(31)用の封止材組成物のベース樹脂としては、低密度ポリエチレン系樹脂(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)を好ましく用いることができる。中でも、太陽電池モジュールの長期信頼性の観点から、低密度ポリエチレン系樹脂(LDPE)をコア層用の組成物として特に好ましく用いることができる。
コア層21(31)用の封止材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂の密度は、0.910g/cm3以上0.930g/cm3以下であり、より好ましくは、0.920g/cm3以下である。コア層21(31)用の封止材組成物のベース樹脂の密度を上記範囲とすることにより、架橋処理を経ることなく、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3に必要十分な耐熱性を備えさせることができる。
コア層21(31)用の封止材組成物の融点については、融点90℃以上135℃以下であることが好ましく、融点100℃以上115℃以下であることがより好ましい。コア層21(31)の融点を上記融点範囲とすることにより、これらの透明封止材の耐熱性とモールディング特性とを、好ましい範囲内に保持することができる。尚、コア層の組成物にポリプロピレン等の高融点の樹脂を添加することによって、封止材組成物の融点を135℃程度にまで高めることが可能である。
コア層21(31)用の封止材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂のメルトマスフローレート(MFR)は、190℃、荷重2.16kg、において2.0g/10分以上7.5g/10分以下であることが好ましく、3.0g/10分以上6.0g/10分以下であることがより好ましい。コア層21(31)用の封止材組成物のベース樹脂のMFRを上記範囲とすることにより、これらの透明封止材の耐熱性とモールディング特性とを、好ましい範囲内に保持することができる。又、製膜時の加工適性を十分に高めて受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3の生産性の向上にも寄与することができる。尚、封止材が多層フィルムである場合のMFRについては、全ての層が一体積層された多層状態のまま、上記処理による測定を行い、得た測定値を当該多層の封止材のMFR値とするものとする。
コア層21(31)用の封止材組成物中の全樹脂成分に対する上記のベース樹脂の含有量は70質量%以上99質量%以下であり、好ましくは90質量%以上99質量%以下である。上記範囲内でベース樹脂を含むものである限りにおいて、他の樹脂を含んでいてもよい。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3のスキン層22(32)用の封止材組成物のベース樹脂としては、コア層21(31)用の封止材組成物と同様に、低密度ポリエチレン系樹脂(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)を好ましく用いることができる。中でも、モールディング特性の観点から、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)をスキン層用の組成物として特に好ましく用いることができる。
スキン層22(32)用の封止材組成物のベース樹脂として用いる上記のポリエチレン系樹脂の密度は、0.890g/cm3以上0.910g/cm3以下であり、より好ましくは、0.899g/cm3以下である。スキン層用の封止材組成物のベース樹脂の密度を上記範囲とすることにより、これらの透明封止材の密着性を好ましい範囲に保持することができる。
スキン層22(32)用の封止材組成物の融点については、融点55℃以上100℃以下であることが好ましく、融点80℃以上95℃以下であることがより好ましい。スキン層22(32)用の封止材組成物の融点を上記範囲とすることにより、太陽電池モジュールとしての一体化時における封止材の密着性を更に確実に向上させることができる。
スキン層22(32)用の封止材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂のメルトマスフローレート(MFR)は、190℃、荷重2.16kg、において2.0g/10分以上7.0g/10分以下であることが好ましく、2.5g/10分以上6.0g/10分以下であることがより好ましい。スキン層22(32)用の封止材組成物のベース樹脂のMFRを上記範囲とすることにより、これらの透明封止材の密着性を更に確実に好ましい範囲内に保持することができる。又、製膜時の加工適性を十分に高めて受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3の生産性の向上に寄与することができる。
スキン層22(32)用の封止材組成物中の全樹脂成分に対する上記のベース樹脂の含有量は60質量%以上99質量%以下であり、好ましくは90質量%以上99質量%以下である。上記範囲内でベース樹脂を含むものである限りにおいて、他の樹脂を含んでいてもよい。
受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を上述の弱架橋系の封止材として形成する場合、これに用いる非受光面側透明封止材用の封止材組成物は、ベース樹脂として密度0.900g/cm3以下の低密度ポリエチレン(LDPE)、好ましくは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いる。直鎖低密度ポリエチレンはエチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、本発明においては、その密度が0.900g/cm3以下であることが好ましく、より好ましくは0.870g/cm3以上0.890g/cm3以下の範囲である。この範囲であれば、シート加工性を維持しつつ良好な透明性と耐熱性と、を弱架橋処理によって付与することができる。
又、受光面側封止材2及び非受光面側透明封止材3を上述の弱架橋系の封止材として形成する場合、ベース樹脂とするポリエチレン系樹脂のメルトマスフローレート(MFR)は、190℃、荷重2.16kg、において1.0g/10分以上40g/10分以下であることが好ましく、2g/10分以上40g/10分以下であることが更に好ましい。MFRが上記の範囲であることにより、これらの透明封止材の製膜時の加工適性を優れたものにすることができる。
弱架橋を進行させることによって耐熱性を付与する製造方法によってこれらの透明封止材を製造する場合には、非受光面側透明封止材用の封止材組成物の全樹脂成分に対して、0.02質量%以上0.5質量%未満の架橋剤を添加することにより、非受光面側透明封止材3に好ましい耐熱性を付与することができる。架橋剤の添加量が0.5質量%を超えると、成形中にゲルが発生する等して製膜性が低下し、透明性も低下するため好ましくない。
上記の弱架橋系の封止材の製造に用いる架橋剤の種類については特に限定はなく、以下に例示する各種の架橋剤を適宜用いることができる。架橋剤として具体的には、例えば以下に例示する各種のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、n−ブチル4,4−ジ(t−ブチルパーオキシ)バレレート、エチル3,3−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブチレート、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン等のパーオキシケタール類、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾ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等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、又は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジクミルパーオキサイド、といったシラノール縮合触媒等を挙げることができる。
尚、弱架橋を進行させることによって耐熱性を付与する製造方法によって非受光面側透明封止材3を製造する場合において、架橋助剤については、一般的な架橋処理とは異なり、これを使用しないことが好ましい。
以上説明した透明封止材のうちでも、特に受光面側封止材用の封止材組成物のベース樹脂は、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンを用いることがより好ましい。メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンは、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものである。このようなポリエチレンは、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一である。このため、分子量分布が狭く、上記のような超低密度にすることが可能であり封止材に対して柔軟性を付与できる。封止材に柔軟性が付与される結果、封止材とガラス、金属等との密着性が高まる。
又、直鎖低密度ポリエチレンは、結晶性分布が狭く、結晶サイズが揃っているので、結晶サイズの大きいものが存在しないばかりでなく、低密度であるために結晶性自体が低い。このため、封止材としてシート状に加工した際の透明性に優れる。したがって、これをベース樹脂とする受光面側封止材用の封止材組成物からなる封止材が、受光面側ガラス保護基板1と太陽電池素子6との間に配置された場合における入射光の減衰による発電効率の低下を防ぐことができる。
以上説明した全ての透明封止材層用の封止材組成物には、α−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体を、必要に応じて、各封止材組成物に一定量含有させることがより好ましい。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、太陽電池モジュールにおける他の部材への非受光面側透明封止材3の接着性を向上させることができる。このシラン変性ポリエチレン系樹脂の封止材組成物の全樹脂成分に対する含有量は、コア層21(31)用の封止材組成物においては2質量%以上20質量%以下、同スキン層22(32)用の封止材組成物においては、5質量%以上40質量%以下であることが好ましい。特にスキン層用の封止材組成物には、10%以上のシラン変性ポリエチレンが含有されていることがより好ましい。尚、上記のシラン変性ポリエチレン系樹脂におけるシラン変性量は、1.0質量%以上3.0質量%以下程度であることが好ましい。上記の封止材組成物中における好ましいシラン変性ポリエチレン系樹脂の含有量範囲は、上記シラン変性量がこの範囲内であることを前提としており、この変性量の変動に応じて適宜微調整することが望ましい。
全ての透明封止材層用の封止材組成物には、又、適宜、密着性向上剤を添加することができる。密着性向上剤の添加により、他基材との密着耐久性をより高いものとすることができる。密着性向上剤としては、公知のシランカップリング剤を用いることができるが、エポキシ基を有するシランカップリング剤又は、メルカプト基を有するシランカップリングを、特に好ましく用いることができる。
全ての透明封止材用の封止材組成物には、ポリマーに対して有害なラジカル種を補足し、新たなラジカルを発生しないようにするため耐光安定剤が添加されることが好ましい。これらの封止材組成物に添加する耐光安定剤としては、高分子量タイプのヒンダードアミン系耐光安定剤を特に好ましく用いることができる。
一般的に、ヒンダードアミン系光安定化剤には、低分子量のものから高分子量のものまで多くの種類の化合物が知られている。太陽電池モジュール用の封止材組成物への使用に際しては、低分子量のもの、即ち、分子量が1200未満のものを用いるとブリードアウトが発生する場合が多く、この場合には、光線透過率が小さくなり透明性が低下してしまう。封止材の透明性の低下は太陽電池モジュールの発電効率の低下につながるため、封止材組成物に用いる耐光安定化剤としては、分子量が1200以上の高分子量のものを用いることが好ましい。好ましく用いることができる高分子量タイプのヒンダードアミン系耐光安定剤の一例として、ブタン二酸1−[2−(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノ)エチル]を挙げることができる。
封止材組成物へのヒンダードアミン系耐光安定剤添加量については、封止材組成物中の全樹脂成分に対して0.005質量%以上0.2質量%未満であればよく、0.03質量%以上0.20質量%以下であることが好ましい。上記含有量を、0.005質量%以上とすることにより、耐光安定化の効果が十分に得られる。又、上記含有量を、0.2質量%未満とすることによって、ブリードアウトを抑制することができ、又、ヒンダードアミン系耐光安定剤の過剰な添加による樹脂の変色を抑えることもできる。
全ての透明封止材用の封止材組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、架橋助剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、密着性向上剤、核剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤、難燃剤、及びその他の各種フィラーを適宜添加することができる。これらの添加剤の含有量比は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれ封止材組成物中に0.001質量%以上60質量%以下の範囲内であることが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、封止材組成物に対して、長期に亘って安定した機械強度や、黄変やひび割れ等の防止効果等を付与することができる。
[非受光面側白色封止材]
非受光面側白色封止材4は、密度0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%の樹脂フィルムによって形成されていることが好ましい。この非受光面側白色封止材4は、又、上記の各透明封止材と同様の材料、製法により、熱可塑系、或いは弱架橋系の封止材として形成することができる。
非受光面側白色封止材4は、密度0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%の樹脂フィルムによって形成されていることが好ましい。この非受光面側白色封止材4は、又、上記の各透明封止材と同様の材料、製法により、熱可塑系、或いは弱架橋系の封止材として形成することができる。
但し、図4に示すように、非受光面側白色封止材4は、白色コア層41と、少なくともいずれかの最表面に配置されるスキン層42と、を含む複数の層によって構成される多層フィルムであって、白色コア層41のみに着色材料が含まれている点において、上記の各透明封止材とは異なる。
多層フィルムである非受光面側白色封止材4は、上記の各透明封止材のコア層用の封止材組成物と同様の樹脂組成からなり、これに白色の着色材料を更に添加した白色コア層41用の封止材組成物と、上記の各透明封止材のスキン層用の封止材組成物と同様の樹脂組成からなるスキン層42用の封止材組成物とを、それぞれ各層毎に使い分け、これらの各封止材組成物により、所定の層厚さで、両最表面にスキン層が配置されている3層構造の多層フィルムを成形することにより製造することができる。
非受光面側白色封止材4における白色コア層41は、非受光面側白色封止材4において、基板層として主たる部分を構成し、又、この層内に非受光面側白色封止材4の外観において、白色の外観を発現させるための白色顔料等の着色剤が含有されている。非受光面側白色封止材4は、この白色コア層41において、上記の通り、太陽光を反射させることにより、太陽電池モジュール10の発電効率の向上に寄与することができる。
(非受光面側白色封止材用の封止材組成物)
非受光面側白色封止材4の白色コア層41を形成するために用いる非受光面側白色封止材4の白色コア層用の封止材組成物は、非受光面側透明封止材用のコア層31用の封止材組成物と同様の所定の密度範囲にある低密度ポリエチレン樹脂をベース樹脂とし、これに酸化チタン等の無機系の白色顔料を添加したものを用いることができる。
非受光面側白色封止材4の白色コア層41を形成するために用いる非受光面側白色封止材4の白色コア層用の封止材組成物は、非受光面側透明封止材用のコア層31用の封止材組成物と同様の所定の密度範囲にある低密度ポリエチレン樹脂をベース樹脂とし、これに酸化チタン等の無機系の白色顔料を添加したものを用いることができる。
非受光面側白色封止材4の白色コア層用の封止材組成物は、白色封止材としての好ましい外観や光反射性能を発現させるための着色材料を含有する。そのような着色材料としては、無機化合物からなる無機系の白色顔料を用いることができる。そのような白色顔料を含有させることにより、本発明の白色封止材は、太陽電池モジュールにおける非受光面側に配置された場合に、太陽電池モジュール内への入射光を反射し、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。又、非受光面側白色封止材4の白色コア層41に無機系の白色顔料が含まれる場合、可視光域における光反射性能に優れるのみならず、これらの顔料が紫外線を吸収する作用も奏するものであるため、裏面側が透明なガラス基板からなる太陽電池モジュール10において、裏面側からの紫外線を遮断して各封止材の紫外線劣化を防ぐことができる。
上記の無機系の白色顔料としては、例えば、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛及び酸化チタン等を好ましく用いることができる。それらの中でも汎用性の観点から酸化チタンを特に好ましく用いることができる。
上記白色顔料は、粒径が0.2μm以上1.5μm以下であることが好ましい。白色顔料の粒径が上記範囲にあれば、それからなる白色層は可視光線の領域に加えて近赤外線をも効率よく反射するため、太陽電池モジュールの発電効率向上に更に大きく寄与することができる粒径が0.3μm以上1.5μm以下の白色顔料の代表例は酸化チタンであり、太陽光線の反射性能を高めるためにも、白色顔料として、酸化チタンを用いることが好ましい。この無機系の白色顔料は、白色コア層41にのみ含有されていて、白色コア層41における含有量が5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。又、非受光面側白色封止材4は、白色コア層41のみに白色顔料が含有される構成とすることにより、スキン層42の密着性が、白色顔料の影響によって低下することを抑止できる。
[受光面側ガラス保護基板、非受光面側ガラス保護基板]
受光面側ガラス保護基板1及び非受光面側ガラス保護基板5については、従来、太陽電池モジュールを構成する透光性を有する基板材料として用いられてきた各種のガラス板材を特に制限なく用いることができる。
受光面側ガラス保護基板1及び非受光面側ガラス保護基板5については、従来、太陽電池モジュールを構成する透光性を有する基板材料として用いられてきた各種のガラス板材を特に制限なく用いることができる。
以上、実施形態を示して本発明を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲において、適宜変更を加えて実施することができる。
<封止材の製造>
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
[透明封止材(熱可塑系:封止材A1)の製造]
以下において説明する封止材組成物原料を下記割合(質量部)で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材のコア層用の封止材組成物及びスキン層用の封止材組成物とした。それぞれの封止材組成物をφ30mm押出し機、200mm幅のTダイを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minでコア層用及びスキン層用とするための各樹脂フィルムを作製し、これらの各樹脂フィルムを積層して、コア層と両最表面に配置されるスキン層とを備える熱可塑系の封止材を製造した。これを実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる封止材A1とした。この封止材の厚さは、いずれも、総厚さ450μmとし、各層の厚さの比については、スキン層:コア層:スキン層の厚さ比が、1:8:1となるようにした。この多層シートのコア層の密度は、0.92g/cm3、スキン層の密度は、0.89g/cm3である。
以下において説明する封止材組成物原料を下記割合(質量部)で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材のコア層用の封止材組成物及びスキン層用の封止材組成物とした。それぞれの封止材組成物をφ30mm押出し機、200mm幅のTダイを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minでコア層用及びスキン層用とするための各樹脂フィルムを作製し、これらの各樹脂フィルムを積層して、コア層と両最表面に配置されるスキン層とを備える熱可塑系の封止材を製造した。これを実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる封止材A1とした。この封止材の厚さは、いずれも、総厚さ450μmとし、各層の厚さの比については、スキン層:コア層:スキン層の厚さ比が、1:8:1となるようにした。この多層シートのコア層の密度は、0.92g/cm3、スキン層の密度は、0.89g/cm3である。
この熱可塑系の封止材組成物原料としては、以下の原料を使用した。
(コア層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。77質量部添加。
密度0.880g/cm3、融点60℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。20質量部添加。
(スキン層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.898g/cm3、融点90℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。85質量部添加。
(その他の添加剤)
耐候剤マスターバッチ::ベース樹脂(密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分の低密度ポリエチレン系樹脂)100質量部に対して、ヒンダードアミン系光安定化剤(「KEMISTAB62」(ケミプロ社製)):0.6質量部。UV吸収剤(「KEMISORB12」(ケミプロ社製)):3.5質量部。UV吸収剤(「KEMISORB79」(ケミプロ社製):0.6質量部。耐候剤マスターバッジは、コア層用及びスキン層用の組成物に10質量部ずつ添加した。
シラン変性ポリエチレン系樹脂:密度0.900g/cm3、MFRが2.0g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂100質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.901g/cm3、MFR1.0g/10分。融点100℃。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、コア層用の組成物に3質量部、スキン層用の組成物に15質量部添加した。
(コア層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。77質量部添加。
密度0.880g/cm3、融点60℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。20質量部添加。
(スキン層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.898g/cm3、融点90℃、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(M−LLDPE)。85質量部添加。
(その他の添加剤)
耐候剤マスターバッチ::ベース樹脂(密度0.919g/cm3、融点105℃、190℃でのMFRが3.5g/10分の低密度ポリエチレン系樹脂)100質量部に対して、ヒンダードアミン系光安定化剤(「KEMISTAB62」(ケミプロ社製)):0.6質量部。UV吸収剤(「KEMISORB12」(ケミプロ社製)):3.5質量部。UV吸収剤(「KEMISORB79」(ケミプロ社製):0.6質量部。耐候剤マスターバッジは、コア層用及びスキン層用の組成物に10質量部ずつ添加した。
シラン変性ポリエチレン系樹脂:密度0.900g/cm3、MFRが2.0g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂100質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.901g/cm3、MFR1.0g/10分。融点100℃。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、コア層用の組成物に3質量部、スキン層用の組成物に15質量部添加した。
[透明封止材(弱架橋系:封止材A2)の製造]
以下において説明する封止材組成物原料を下記配合比で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材のコア層用の封止材組成物及びスキン層用の封止材組成物とした。それぞれの封止材組成物をφ30mm押出し機、200mm幅のTダイを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minでコア層用及びスキン層用とするための各樹脂フィルムを作製し、これらの各樹脂フィルムを積層して、コア層と両最表面に配置されるスキン層とを備える弱架橋系の封止材を製造した。これを実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる封止材A2とした。この封止材の厚さは、いずれも、総厚さ450μmとし、各層の厚さの比については、スキン層:コア層:スキン層の厚さ比が、1:8:1となるようにした。
以下において説明する封止材組成物原料を下記配合比で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材のコア層用の封止材組成物及びスキン層用の封止材組成物とした。それぞれの封止材組成物をφ30mm押出し機、200mm幅のTダイを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度210℃、引き取り速度1.1m/minでコア層用及びスキン層用とするための各樹脂フィルムを作製し、これらの各樹脂フィルムを積層して、コア層と両最表面に配置されるスキン層とを備える弱架橋系の封止材を製造した。これを実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる封止材A2とした。この封止材の厚さは、いずれも、総厚さ450μmとし、各層の厚さの比については、スキン層:コア層:スキン層の厚さ比が、1:8:1となるようにした。
この弱架橋系の封止材組成物原料としては、以下の原料を使用した。
(コア層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.041質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。97質量部添加。
(スキン層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.032質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。80質量部添加。
(その他の添加剤)
耐候剤マスターバッチ:密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。この耐候剤マスターバッジは、コア層用及びスキン層用の組成物に5質量部ずつ添加した。
密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂を得た。このシラン変性ポリエチレン系樹脂は、コア層用の組成物に3質量部、スキン層用の組成物に15質量部添加した。この多層シートのコア層の密度は、0.88g/cm3、スキン層の密度は、0.88g/cm3である。
(コア層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.041質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。97質量部添加。
(スキン層用の封止材組成物用のベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.5g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン0.032質量部を含浸させコンパウンドペレットを得た。80質量部添加。
(その他の添加剤)
耐候剤マスターバッチ:密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチを得た。この耐候剤マスターバッジは、コア層用及びスキン層用の組成物に5質量部ずつ添加した。
密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂を得た。このシラン変性ポリエチレン系樹脂は、コア層用の組成物に3質量部、スキン層用の組成物に15質量部添加した。この多層シートのコア層の密度は、0.88g/cm3、スキン層の密度は、0.88g/cm3である。
[透明封止材(架橋系:封止材B)の製造]
下記組成の受光面側透明封止材用の封止材組成物を混合して溶融し、常法Tダイ法により厚さ450μmとなるように成膜して実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる単層の架橋系の封止材Bを得た。成膜温度は90℃〜100℃とした。
ベース樹脂(LLDPE):エチレンと1−ヘキセンとの共重合体であり、密度0.880g/cm3、190℃でのメルトマスフローレート(MFR)8g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン。ポリスチレン換算の数平均分子量77000。
架橋剤(TBEC):t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(アルケマ吉富株式会社製、商品名ルペロックスTBEC)。ベース樹脂100質量部に対して、0.7質量部添加。
架橋助剤(TAIC):トリアリルイソシアヌレート(Statomer社製、商品名SR533)。ベース樹脂100質量部に対して、0.5質量部添加。
UV吸収剤:ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB102。ベース樹脂100質量部に対して、0.25質量部添加。
耐候安定剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Tinuvin770。ベース樹脂100質量部に対して、0.2質量部添加。
酸化防止剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Irganox1076。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
シランカップリング剤:信越化学工業株式会社製、商品名KBM503。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
下記組成の受光面側透明封止材用の封止材組成物を混合して溶融し、常法Tダイ法により厚さ450μmとなるように成膜して実施例及び比較例の太陽電池モジュールにおいて透明封止材として用いる単層の架橋系の封止材Bを得た。成膜温度は90℃〜100℃とした。
ベース樹脂(LLDPE):エチレンと1−ヘキセンとの共重合体であり、密度0.880g/cm3、190℃でのメルトマスフローレート(MFR)8g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン。ポリスチレン換算の数平均分子量77000。
架橋剤(TBEC):t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート(アルケマ吉富株式会社製、商品名ルペロックスTBEC)。ベース樹脂100質量部に対して、0.7質量部添加。
架橋助剤(TAIC):トリアリルイソシアヌレート(Statomer社製、商品名SR533)。ベース樹脂100質量部に対して、0.5質量部添加。
UV吸収剤:ケミプロ化成株式会社製、商品名KEMISORB102。ベース樹脂100質量部に対して、0.25質量部添加。
耐候安定剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Tinuvin770。ベース樹脂100質量部に対して、0.2質量部添加。
酸化防止剤:チバ・ジャパン株式会社製、商品名Irganox1076。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
シランカップリング剤:信越化学工業株式会社製、商品名KBM503。ベース樹脂100質量部に対して、0.05質量部添加。
[非受光面側白色封止材(C1、C2、C3の製造]
上記の熱可塑系、弱架橋系、架橋系、の各封止材におけるコア層(封止材Bについては単層の樹脂層に)下記の白色顔料をいずれも樹脂成分100質量部に対して7質量部の割合で混合することにより、3種類の白色封止材を製造した。このようにして得た熱可塑系の白色封止材をC1、弱架橋系の白色封止材をC2、架橋系の白色封止材をC3とした。
(白色顔料)
平均粒径0.2μmの酸化チタン。
上記の熱可塑系、弱架橋系、架橋系、の各封止材におけるコア層(封止材Bについては単層の樹脂層に)下記の白色顔料をいずれも樹脂成分100質量部に対して7質量部の割合で混合することにより、3種類の白色封止材を製造した。このようにして得た熱可塑系の白色封止材をC1、弱架橋系の白色封止材をC2、架橋系の白色封止材をC3とした。
(白色顔料)
平均粒径0.2μmの酸化チタン。
[透明封止材(熱可塑系(高密度):封止材A1c)の製造]
熱可塑系の封止材A1のコア層用の組成物を上記成形方法により厚さ450μmの単層のフィルムとしたものを、封止材A1cとした。
熱可塑系の封止材A1のコア層用の組成物を上記成形方法により厚さ450μmの単層のフィルムとしたものを、封止材A1cとした。
[透明封止材(熱可塑系(低密度):封止材A1s)の製造]
熱可塑系の封止材A1のスキン層用の組成物を上記成形方法により厚さ450μmの単層のフィルムとしたものを、封止材A1sとした。
熱可塑系の封止材A1のスキン層用の組成物を上記成形方法により厚さ450μmの単層のフィルムとしたものを、封止材A1sとした。
[ゲル分率の測定]
太陽電池モジュールとして一体化された状態での各封止材の物性を評価するために、上記各封止材をETFEフィルムで挟み込んで、真空加熱ラミネーションにより架橋処理を行ったものについて、上述の測定方法により、ゲル分率を測定した。その結果、架橋系の封止材Cと白色封止材C3については、ゲル分率が60%。熱可塑系及び弱架橋系の封止材A1及びA2とC1及びC2については、いずれも、上記加熱処理後のゲル分率は0%であった。尚、真空加熱ラミネート条件は、下記の「太陽電池モジュール評価用サンプルの製造」における条件と同一条件とした。
太陽電池モジュールとして一体化された状態での各封止材の物性を評価するために、上記各封止材をETFEフィルムで挟み込んで、真空加熱ラミネーションにより架橋処理を行ったものについて、上述の測定方法により、ゲル分率を測定した。その結果、架橋系の封止材Cと白色封止材C3については、ゲル分率が60%。熱可塑系及び弱架橋系の封止材A1及びA2とC1及びC2については、いずれも、上記加熱処理後のゲル分率は0%であった。尚、真空加熱ラミネート条件は、下記の「太陽電池モジュール評価用サンプルの製造」における条件と同一条件とした。
<太陽電池モジュール評価用サンプルの製造>
上記の各封止材A1、A2、Bをそれぞれ、受光面側透明封止材、或いは、非受光面側透明封止材として使い分け、又、上記の各封止材C1〜C3を、それぞれ、非受光面側白色封止材として使い分けることにより、各実施例、比較例の太陽電池モジュール評価用サンプルを下記表1に示す構成により製造した。
上記の各封止材A1、A2、Bをそれぞれ、受光面側透明封止材、或いは、非受光面側透明封止材として使い分け、又、上記の各封止材C1〜C3を、それぞれ、非受光面側白色封止材として使い分けることにより、各実施例、比較例の太陽電池モジュール評価用サンプルを下記表1に示す構成により製造した。
太陽電池モジュール評価用サンプルは、受光面側ガラス保護基板(白板フロート強化ガラス、1700mm×1000mm×2.5mm)、受光面側透明封止材(1700mm×1000mm×0.45mm)、太陽電池素子、非受光面側透明封止材(1700mm×1000mm×0.45mm)、非受光面側白色封止材(1700mm×1000mm×0.45mm)、及び非受光面側ガラス保護基板(白板フロート強化ガラス、1700mm×1000mm×2.5mm)からなる部材を順次積層してから真空加熱ラミネーションにより、上記の部材を一体成形体として加熱圧着成形して製造し、これを実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用サンプルとした。太陽電池素子については、下記の太陽電池素子を用意し、一つの太陽電池モジュール評価用サンプルについて同種類の太陽電池素子各60枚を接続部材にて電気的に直列接続した。
(真空加熱ラミネート条件) (a)真空引き:6.0分
(b)加圧(0kPa〜70kPa):1.5分
(c)圧力保持(70kPa):11.0分
(d)温度165℃
(太陽電池素子)
多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。(Motech、IM156B3)
(真空加熱ラミネート条件) (a)真空引き:6.0分
(b)加圧(0kPa〜70kPa):1.5分
(c)圧力保持(70kPa):11.0分
(d)温度165℃
(太陽電池素子)
多結晶シリコン基板を用いて作製する結晶シリコン太陽電池素子。(Motech、IM156B3)
<ラミネート加工時の太陽電池素子保護性能評価>
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、EL発光試験機で測定し、ラミネート加工時の太陽電池素子の保護性能を評価した。評価結果を表1に「セル割れ」として示す。
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、EL発光試験機で測定し、ラミネート加工時の太陽電池素子の保護性能を評価した。評価結果を表1に「セル割れ」として示す。
(評価基準) ○:全ての太陽電池素子の全面に割れが無い
△:太陽電池素子の表面の一部に割れがあるが発光は確認できる
×:割れがあり発光が確認できない場所がある
△:太陽電池素子の表面の一部に割れがあるが発光は確認できる
×:割れがあり発光が確認できない場所がある
<ラミネート加工時の回り込み抑制効果評価>
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、目視観察により、下記の評価基準により、回り込み抑制効果試験を評価した。評価結果を表1に「回り込み」として示す。
(評価基準) ○:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んでいない。
×:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んでいる。
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、目視観察により、下記の評価基準により、回り込み抑制効果試験を評価した。評価結果を表1に「回り込み」として示す。
(評価基準) ○:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んでいない。
×:白色封止材が太陽電池素子の受光面側に回り込んでいる。
<ラミネート時における層間残存気泡の残存量評価>
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、目視観察により、下記の評価基準により、層間残存気泡の残存量を評価した。評価結果を表1に「気泡」として示す。
(評価基準) ○:いずれかのガラス保護基板と封止材との界面にも気泡が残存しない。
×:いずれかのガラス保護基板と封止材との界面に気泡が5mmφ以上の気泡が1個以上残存する。
上記の各太陽電池モジュール評価用サンプルについて、目視観察により、下記の評価基準により、層間残存気泡の残存量を評価した。評価結果を表1に「気泡」として示す。
(評価基準) ○:いずれかのガラス保護基板と封止材との界面にも気泡が残存しない。
×:いずれかのガラス保護基板と封止材との界面に気泡が5mmφ以上の気泡が1個以上残存する。
<封止材の耐熱性評価>
各封止材の耐熱性を測定するために耐熱クリープ試験を行った。ガラス板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 150mm×150mm×3.2mm)に、5cm×7.5cmに切り出したA、B1、B2、C1〜C3の各封止材を1枚重ね置き、その上から5cm×7.5cmの評価例1と同じガラス板を重ね置き、上記の<太陽電池モジュール評価用サンプルの製造>と同条件で真空加熱ラミネータ処理を行い、耐熱性評価用サンプルを作成した。この後、大判ガラスを垂直に置き、105℃で12時間放置し、放置後の5cm×7.5cmのガラス板の移動距離(mm)を測定し、評価した。評価は以下の基準で行った。評価結果を表2に「耐熱性」として示す。
(評価基準) ○:0.00mm超え1.0mm未満
×:1.0mm以上
評価結果を「耐熱性」として表2に記す。
各封止材の耐熱性を測定するために耐熱クリープ試験を行った。ガラス板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 150mm×150mm×3.2mm)に、5cm×7.5cmに切り出したA、B1、B2、C1〜C3の各封止材を1枚重ね置き、その上から5cm×7.5cmの評価例1と同じガラス板を重ね置き、上記の<太陽電池モジュール評価用サンプルの製造>と同条件で真空加熱ラミネータ処理を行い、耐熱性評価用サンプルを作成した。この後、大判ガラスを垂直に置き、105℃で12時間放置し、放置後の5cm×7.5cmのガラス板の移動距離(mm)を測定し、評価した。評価は以下の基準で行った。評価結果を表2に「耐熱性」として示す。
(評価基準) ○:0.00mm超え1.0mm未満
×:1.0mm以上
評価結果を「耐熱性」として表2に記す。
<封止材の透明性評価>
各封止材の透明性を評価するために、ヘーズ値(JIS K7136)を測定した。測定は、各封止材の上下に青板ガラスを積層した状態で、JISK7136に沿って、株式会社村上色彩研究所 ヘーズ・透過率系HM150にて測定した。評価結果を表2に「透明性」として示す。
(評価基準) ○:10.0%未満
△:10.0%以上
各封止材の透明性を評価するために、ヘーズ値(JIS K7136)を測定した。測定は、各封止材の上下に青板ガラスを積層した状態で、JISK7136に沿って、株式会社村上色彩研究所 ヘーズ・透過率系HM150にて測定した。評価結果を表2に「透明性」として示す。
(評価基準) ○:10.0%未満
△:10.0%以上
表1及び2より、本発明の太陽電池モジュールは、耐久性やバリア性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールにおいて、十分な耐熱性を保持した上で、ラミネート時における白色部分の回り込みも十分に抑制し、封止材から発生するガス由来の不要な気泡のモジュール内への残存を抑制して、従来品よりも品質の安定性に優れる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールであることが分かる。
1 受光面側ガラス保護基板
2 受光面側封止材
21 コア層
22 スキン層
3 非受光面側透明封止材
31 コア層
32 スキン層
4 非受光面側白色封止材
41 白色コア層
42 スキン層
5 非受光面側ガラス保護基板
6 太陽電池素子
10 太陽電池モジュール
2 受光面側封止材
21 コア層
22 スキン層
3 非受光面側透明封止材
31 コア層
32 スキン層
4 非受光面側白色封止材
41 白色コア層
42 スキン層
5 非受光面側ガラス保護基板
6 太陽電池素子
10 太陽電池モジュール
Claims (6)
- 受光面側ガラス保護基板、受光面側封止材、太陽電池素子、非受光面側透明封止材、非受光面側ガラス保護基板が、順次積層されてなる両面ガラス保護基板型の太陽電池モジュールであって、
前記受光面側封止材及び前記非受光面側透明封止材は、いずれも0.870g/cm3以上0.930g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなり、ゲル分率が0%であって、コア層と、該コア層の密度以下の密度を有し封止材の最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材である、太陽電池モジュール。 - 前記非受光面側透明封止材が、前記コア層の厚さが100μm以上600μm以下であって該コア層の融点が90℃以上135℃以下であり、前記スキン層の各層の厚さがそれぞれ30μm以上200μm以下であって該スキン層の融点が55℃以上100℃以下である、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記受光面側封止材が、密度0.870g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂としてなる、ゲル分率0%の弱架橋系の封止材である請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記受光面側封止材及び前記非受光面側透明封止材にα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体が含有されている、請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記非受光面側透明封止材と前記非受光面側ガラス保護基板との間に、更に、非受光面側白色封止材が積層されていて、
前記非受光面側白色封止材は、白色コア層と、最表面に配置されるスキン層と、を含む複数の層によって構成される多層の封止材であって、前記白色コア層のみに白色の着色材料が含まれている、請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。 - 前記非受光面側白色封止材は、コア層の厚さが100μm以上600μm以下であって該コア層の融点が90℃以上120℃以下であり、スキン層の厚さが30μm以上200μm以下であって該スキン層の融点が70℃以上100℃以下である、請求項5に記載の太陽電池モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016181066 | 2016-09-15 | ||
JP2016181066 | 2016-09-15 |
Publications (1)
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---|---|
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JP2017065711A Pending JP2018050026A (ja) | 2016-09-15 | 2017-03-29 | 太陽電池モジュール |
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---|---|
JP (1) | JP2018050026A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12015094B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-06-18 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Sealing material sheet for solar-cell module and solar-cell module using the same |
-
2017
- 2017-03-29 JP JP2017065711A patent/JP2018050026A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12015094B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-06-18 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Sealing material sheet for solar-cell module and solar-cell module using the same |
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