JP6248669B2 - 太陽電池モジュール用の封止材シート - Google Patents
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Description
[トルク値の測定条件]
トルク値は、JIS K6300−2に準拠し、キュラストメーターを用いて、温度150℃、ねじり振動数100±6回/分の条件で測定する。
本発明の封止材組成物としては、ポリエチレン系樹脂をベースとする樹脂組成物を用いる。本発明の封止材シートの製造においては、多層の封止材シートの中間層、或いは、最外層の各層を成形するために、各層毎に最適な組成物を使い分けることが好ましい。具体的には、各層用の封止材組成物を、成形後の封止材シートの上記各層のトルク値を、各層毎にそれぞれ異なる本発明独自の最適トルク値範囲に調整することができる範囲で、各層用の封止材組成物を適宜選択すればよい。尚、本発明独自の最適トルク値とは、具体的には、上述の通り、封止材シート各層のトルク値について、中間層のトルク値は0.11N・m以上、最外層のトルク値は、0.11N・m未満である。
中間層用組成物は、多層の封止材シートである本発明の封止材シートの中間層を成形するために用いる封止材組成物である。尚、本明細書において、多層の封止材シートとは、封止材シートの少なくともいずれか一方の最表面側に成形される層である最外層と、最外層以外の層である中間層と、からなる2層以上の複数層構造を有する封止材シートのことを言う。中間層とは、最外層以外の層のことを言い、単層構造であってもよく、或いは、中間層それ自体が複数の層からなる多層構造を有するものであってもよい。
最外層用組成物は、多層の封止材シートである本発明の封止材シートの最外層を成形するために用いる封止材組成物である。本明細書における最外層の定義については上述の通りである。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、いずれについても、適宜、シラン変性ポリエチレン系樹脂を含有させることができる。但し、封止材シートと他部材との密着性を効率よく高めるためには、他部材との密着面となる最外層への重点的な同樹脂の添加がとりわけ好ましい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)等に、エチレン性不飽和シラン化合物を側鎖としてグラフト重合してなるものである。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。これにより、封止材シートの他部材への密着性を向上させることができる。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、いずれについても、適宜、架橋剤を含有させることができる。架橋剤は公知のものが使用でき特に限定されず、例えば公知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、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。
本発明においては架橋助剤として、炭素−炭素二重結合及び/又はエポキシ基を有する多官能モノマーを用いることができる。架橋助剤としてより好ましくは、多官能モノマーの官能基がアリル基、(メタ)アクリレート基、ビニル基であるものが用いられる。このような架橋助剤の添加により、低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ、低温柔軟性に優れる架橋済みの封止材シートを得ることができる。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、いずれについても、適宜、密着性向上剤を添加することにより、更に、他基材との密着耐久性を高めることができる。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。シランカップリング剤は特に限定されないが、例えば、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリロキシ系シランカップリング剤等を好ましく用いることができる。尚、これらは単独で又は2種以上を混合して使用することもできる。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物において、ラジカル重合開始剤となる上記の架橋助剤と、それをクエンチするラジカル吸収剤とを併用することにより、架橋の程度を更に微細に調整することができる。このようなラジカル吸収剤としては、ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤や、ヒンダードアミン系の耐候安定化等が例示できる。架橋温度付近でのラジカル吸収能力が高い、ヒンダードフェノール系のラジカル吸収剤が好ましい。ラジカル吸収剤の使用量は、封止材組成物の全樹脂成分に対して0.01質量%以上3質量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量%以上2.0質量%以下の範囲である。
中間層用及び最外層用の各封止材組成物には、更にその他の成分を含有させることができる。例えば、本発明の封止材組成物の組合せセットを用いて製造された封止材シートに耐候性を付与するための耐候性マスターバッチ、各種フィラー、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の成分が例示される。これらの含有量は、その粒子形状、密度等により異なるものではあるが、それぞれの封止材組成物の全樹脂成分に対して0.001質量%以上5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、封止材シートに対して、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。
本発明の封止材シートは、中間層と、中間層のいずれか一方、好ましくは両方の最外面に配置される最外層と、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。そして、本発明の封止材シートは、封止材シートの総厚さと、中間層と各単独の最外層の厚さの総厚さに対する厚さ比、及び、各層のトルク値に着目して、それらの組合せを最適化することによってのみ得られるものである。本明細書において「各単独の最外層の厚さ」とは、上記の両方の最外面に配置される計2層の最外層のうちの1層の単層の厚さのことを言い、最外層が中間層の片面のみに形成されている場合には、当該片面に形成されている最外層の単層の厚さのことを言う。以下、本発明の好ましい一実施形態として、図1を参照しながら、単層である中間層の上下に各1層計2層の単層の最外層を含む3層構造の封止材シート1について説明する。本明細書における但し、本発明はこの実施形態に限られるものではない。
ここで、本明細書におけるトルク値とは、JIS K6300−2に準拠し、キュラストメーターを用いて、温度150℃、ねじり振動数100±6回/分の条件で測定した値のことを言う。本発明の封止材シートは、このトルク値を、その中間層と最外層において、それぞれ異なる範囲内に最適化したものである。
封止材シート1の製造方法の第一の実施態様は、多層シートの各層のトルク値に着目して、中間層11と最外層12の各層毎に封止材組成物を選択し、更に、溶融形成後の電離放射線の照射による架橋度の進行程度を適切に制御することにより、封止材シート各層のトルク値を所定範囲に最適化する方法である。
中間層用及び最外層用の各組成物の溶融成形は、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられる成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により行われる。多層シートとしての成形方法としては、一例として、2種以上の溶融混練押出機による共押出により成形する方法が挙げられる。
上記のシート化工程後の未架橋の封止材シートに対して、電離放射線による架橋処理を施す架橋工程を、シート化工程の終了後、且つ、封止材シートを他の部材と一体化する太陽電池モジュール一体化工程の開始前に行う。この架橋処理によってゲル分率が2%以上80%以下となる封止材シートとする。架橋処理はシート化工程に続いて連続的にインラインで行われてもよく、オフラインで行われてもよい。
本発明の封止材シートの製造方法の第二の実施態様は、封止材組成物への架橋剤の添加量を製膜性の低下にはつながらない適量範囲で増量して、製膜中に弱架橋を進行させ、これを適切に制御することによって、封止材シート1の各層のトルク値をそれぞれ本願独自の最適範囲に調整する方法である。以下、本発明の封止材シートの製造方法の第二の実施態様について、第1の実施態様と同様の部分については説明を省略し、第1の実施態様と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の太陽電池モジュールの好ましい一実施形態について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態であるバックコンタクト型の太陽電池素子6と集電シート4とを備える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7の受光面側から、ガラス基板3、ガラス本発明の封止材シート1、集電シート4上に配置された太陽電池素子6、裏面側封止材シート2、及び裏面保護シート5が順に積層されている。集電シート4は樹脂基材41上に銅箔等からなる金属配線部42が密に形成されたものである。太陽電池モジュール10は、少なくとも金属配線部42等の金属配線部との密着が要求される層に本発明の封止材シート1を用いるものである。集電シートの樹脂基材41の背面に配置される裏面側封止材シート2については、表面側と同じく本発明の封止材シートを用いてもよいが、必須ではない。例えば、光反射性に優れる白色の封止材シートを用いる等、適宜最適な封止材シートを選択することができる。
以下において説明する封止材組成物原料を下記表1の割合(質量部)で混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材シートの中間層用組成物及び最外層用組成物とした。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で中間層用及び最外層用とするための各樹脂シートを作製し、これらの各樹脂シートを積層して、中間層と両最外層を備える実施例及び比較例の3層構造の封止材シートを製造した。実施例、比較例の各封止材の総厚さと、各層の厚さ及び総厚さに対する各層の厚さ比は、それぞれ下記表2に記載の通りとした。
ベース樹脂1(表1にて「P1」と表記、以下同様):密度0.880g/cm3、融点60℃であり、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(M−LLDPE)。
ベース樹脂2(「P2」):密度0.885g/cm3、融点66℃であり、190℃でのMFRが3.6g/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)。
ベース樹脂3(「P3」):密度0.885g/cm3、融点66℃であり、190℃でのMFRが19g/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)。
シラン変性ポリエチレン系樹脂1(「S1」):密度0.880g/cm3、MFRが30g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン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0.880g/cm3、MFR13.0g/10分。融点60℃。
シラン変性ポリエチレン系樹脂2(「S2」):密度0.880g/cm3、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0.880g/cm3、MFR1.0g/10分。融点60℃。
架橋剤(「架橋剤」):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」)
架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート(日本化成株式会社製、商品名「タイク」)。実施例、比較例の各封止材組成物に、いずれも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KEMISORB12。実施例、比較例の各封止材組成物に、0.3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。実施例、比較例の各封止材組成物に、いずれも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。実施例、比較例の各封止材組成物に、いずれも0.05質量部添加。
7.5×5.0cmにカットした実施例、比較例の封止材シートを、ガラス基板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 150mm×150mm×3.2mm)上に2枚重ね置き、その上からガラス基板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 75mm×50mm×3.2mm)を重ね置き、下記の熱ラミネート条件(a)〜(d)により、真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について耐熱性評価用サンプルを得た。これらの耐熱性評価用サンプルについて、下記の試験条件における耐熱クリープ試験を行い、耐熱性を評価した。
測定は、上記の各耐熱性評価用サンプルを垂直に置き、120℃で12時間放置し、放置後のガラス基板(白板フロート半強化ガラス JPT3.2 75mm×50mm×3.2mm)の移動距離を計測することにより行い、測定結果を、以下の評価基準A〜Dにより評価した。
(熱ラミネート条件) (a)真空引き:4.0分
(b)加圧(0kPa〜100kPa):1.5分
(c)圧力保持(100kPa):7.0分
(d)温度150℃
(評価基準) A:1.5mm未満
B:1.5mm以上3.5mm未満
C:3.5mm以上5.5mm未満
D:5.5mm以上
15mm幅にカットした実施例、比較例の封止材シートを、それぞれ銅箔(75mm×50mm×0.035mm)上に密着させて、上記熱ラミネート条件(a)〜(d)と同条件で、真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について金属密着性評価用サンプルを得た。これらの各金属密着性評価用サンプルについて、下記の試験条件における密着強度を測定して金属密着性を評価した。
測定は、上記の金属密着性評価用サンプルにおいて、銅箔上に密着している封止材シートを、剥離試験機(テンシロン万能試験機 RTF−1150−H)にて垂直剥離(50mm/min)試験を行い、測定結果を、以下の評価基準A〜Dにより評価した。
を評価した。
(評価基準) A:20.0N/15mm以上
B:15.0N/15mm以上20.0N/15mm未満
C:10.0N/15mm以上15.0N/15mm未満
D:10.0N/15mm未満
11 中間層
12 最外層
2 裏面側封止材シート
3 透明前面基板
4 集電シート
41 樹脂基材
42 金属配線部
5 裏面保護シート
6 太陽電池素子
7 入射光
10 太陽電池モジュール
Claims (9)
- 密度0.870g/cm3以上0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする中間層と、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する最外層と、を含む複数の層によって構成され、
総厚さが300μm以上1000μm以下である多層の封止材シートであって、
前記中間層は、前記総厚さに対する厚さ比が、0.6以上0.94以下であって、下記測定条件でのトルク値が、0.11N・m以上であり、
前記最外層は、各単独の最外層の厚さの前記総厚さに対する厚さ比が、0.03以上0.2以下の範囲であって、前記トルク値が、0.11N・m未満である太陽電池モジュール用の封止材シート。
[トルク値の測定条件]
トルク値は、JIS K6300−2に準拠し、キュラストメーターを用いて、温度150℃、ねじり振動数100±6回/分の条件で測定する。 - 前記中間層の厚さが180μm以上であって、前記最外層の厚さが140μm以下である請求項1に記載の封止材シート。
- 前記ポリエチレン系樹脂がメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンである請求項1又は2に記載の封止材シート。
- 前記ポリエチレン系樹脂が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共重合体を含有する請求項1から3のいずれかに記載の封止材シート。
- 請求項1から4のいずれかに記載の封止材シートの製造方法であって、
密度0.870g/cm3以上0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする中間層用組成物を溶融成形してなる中間層と、密度0.870g/cm3以上0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする最外層用組成物を溶融成形してなる最外層と、を積層して未架橋の多層シートを成形するシート化工程と、
前記未架橋の多層シートに電離放射線の照射による架橋処理を行う架橋工程と、を備え、
前記中間層用組成物中の架橋剤の含有量が、0質量%以上0.5質量%未満であって、
前記最外層用組成物中の架橋剤の含有量が、0質量%以上0.02質量%未満である封止材シートの製造方法。 - 前記中間層用組成物中の架橋剤の含有量が、0.02質量%以上0.5質量%未満である請求項5に記載の封止材シートの製造方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の封止材シートの製造方法であって、
密度0.870g/cm3以上0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする中間層用組成物を溶融成形してなる中間層と、密度0.870g/cm3以上0.940g/cm3以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とする最外層用組成物を溶融成形してなる最外層と、を積層して予備多層シートを成形するシート化工程を備え、
前記中間層用組成物中の架橋剤の含有量が、0.02質量%以上0.5質量%未満であって、
前記最外層用組成物中の架橋剤の含有量が、0質量%以上0.02質量%未満である封止材シートの製造方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の封止材シートと、太陽電池素子と、を備える太陽電池モジュールであって、
前記封止材シートの最外層が、前記太陽電池モジュールを構成する他の部材の金属部分と対面するように配置されている太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池素子がバックコンタクト型の太陽電池素子であり、樹脂基材の表面に金属配線部が形成された集電シートを更に備え、前記封止材シートの最外層が、前記集電シートの金属配線部と対面するように配置されている請求項8に記載の太陽電池モジュール。
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