JP7452567B2 - 太陽電池モジュール用の封止材シート - Google Patents
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Description
図1は、本発明の太陽電池モジュールについて、その層構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、ガラス基板等の透明基材からなる表面側保護基材2、表面側の封止材シート31、太陽電池素子4、裏面側の封止材シート32、及び、裏面側保護基材5が、順に積層されている。一対の封止材シート31、32は、太陽電池素子4の両面に密着配置されて、これらを封止する封止材層3を構成している。
本明細書において、「太陽電池素子を封止する封止材層」とは、代表的な例としては、図1に示すように、太陽電池素子を、その両面に配置される一対の封止材シートで挟持する態様によってこれを封止している層のことを言う。しかし、「太陽電池素子を封止する」態様は、必ずしもこれに限られない。例えばガラス基板に薄膜系の太陽電池素子が形成されてなるセルガラスを封止材シートで被覆してなる構成を有する薄膜系の太陽電池モジュールにおいては、上記のセルガラス上に形成されている薄膜系の素子を被覆している封止材シートを、当該太陽電池モジュールにおいて「太陽電池素子を封止する封止材層」とみなすものとする。
又、本明細書において、「封止材層に内在するアウトガス量」とは、架橋処理を終えて完成品となった段階の太陽電池モジュールにおいて、「太陽電池素子を封止する封止材層」内に存在するガス量であり、詳しくは、これを、トルエン換算した単位質量当りのガス量(μg/g)のことを言う。そして、この定義によるアウトガス量は、以下に記す各方法により、(検量線の作成)、(アウトガス量の測定)、及び、(アウトガス量の算出)を順次行うことにより、特定の値としてこれを得ることができる。
酢酸エチルとトルエンとを、酢酸エチル5.05566g=5.06494ml、トルエン0.99237g=1.150841mlを秤量し混合する。混合液を0.5μl、1.0μl、3.0μl、5.0μlの量を、それぞれバイアル瓶に取り分ける。トルエンの含有量は0.073446μg、0.14689μg、0.44068μg、0.73446μgとなっている。次に各バイアル瓶を、165℃30分加熱後、10mlのガスを採取し、FID-GCでスペクトルを検出し、トルエンのピークの面積を積算し下記表1の関係を得る。そして、表1の各値から以下の一次式で示される検量線を規定する。
Y=(1.3488×10-5)X
Y:トルエン量(μg)
X:面積値(pA/sec)
予め、架橋処理を行った測定対象とする封止材層の試験サンプルを200mg秤量し、バイアル瓶に取り分ける。165℃30分加熱後10mlのガスを採取し、FID-GCでスペクトルを取得し全てのピークの面積を積算する。
上記検量線にこの積算値をあてはめ、試験サンプルからのトルエン換算のアウトガス発生量を算出する。
トルエン換算アウトガス発生量(μg/g)=(1.3488×10-5)X×(1000/200)=(0.6744×10-6)X
尚、上記のスペクトル検出は、以下の測定装置を用いた下記条件での測定により、ガスクロマトグラフィー分析(定性・定量分析)により行うことができる。
装置:Agilent6890(Agilent Technologies社製)
カラム:Agilent J&W GCカラム「HP-5MS」(Agilent Technologies社製)
カラム温度:40℃~320℃
ガス:He
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
太陽電池モジュール1の封止材層3を構成する封止材シート31、32(以下、単に「封止材シート」とも言う)は、下記にその詳細を説明する封止材組成物を、従来公知の方法で成型してフィルム状又はシート状にしたものである。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。
太陽電池モジュール1の封止材層3を構成する封止材シート31、32の製造に用いる封止材組成物(以下、単に「封止材組成物」とも言う)は、低密度のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、架橋剤を必須とする熱硬化系の樹脂組成物である。尚、本明細書において「ベース樹脂」とは、当該ベース樹脂を含有してなる樹脂組成物において、当該樹脂組成物の樹脂成分中で含有量比の最も大きい樹脂のことを言うものとする。
‘特定炭素数のα-オレフィンの含有量(mol%)の測定方法’
封止材シート、又は、架橋後の封止材層の測定用試料をODCB/C6D6(4/1)溶媒に溶かし、濃度を10wt%にする。この溶媒の温度を130℃とした状態で、13C-NMRを利用して測定し、トリアッド(三連子)に特有のピークを定量する。モノマーのシーケンス分率(全シーケンスを100%に規格化)を算出した後、シーケンス分率から各モノマー比(C3成分濃度)を算出する。
太陽電池モジュール1は、例えば、上記の表面側保護基材2、封止材シート31、太陽電池素子4、封止材シート32、及び裏面側保護基材5からなる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1を構成する封止材シート31、32については、一体化のための工程に先駆けて、予め、上記の封止材組成物を、ゲル分率を10%以下に保持したまま、シート状に成膜して、未架橋の封止材シートを得る工程により得ることができる。溶融成形はTダイによる成膜等、従来公知の各種の成膜方法によることができる。
上記封止材成膜工程で得た未架橋の封止材シートを含む各部材を、上述の通り、真空過熱ラミネーション等の成形方法により、一体成形体として加熱圧着成形する。この一体化のための工程内で、未架橋の封止材シートのゲル分率が65%以上80%以下となるように架橋を進行させる。尚、ラミネーション条件に応じて必要であれば、別途の熱架橋処理を更にモジュール化後に行ってもよい。
下記の材料からなる封止材組成物を溶融し、常法Tダイ法により厚さ460μmとなるように成膜して太陽電池モジュール用の未架橋の単層の封止材シートを得た。成膜温度は90℃~100℃とした。
(ベース樹脂)
密度0.880g/cm3、190℃でのメルトマスフローレート(MFR)が20g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(表3にて「PE」と表記)と、以下の各α-オレフィンとの共重合体を、実施例及び比較例の封止材シートのベース樹脂として用いた。各ベース樹脂に含まれるα-オレフィンの種類(炭素数)と含有量(mol%)は、表3に記載されている通りであり、実施例、比較例毎に異なる炭素数(3、6、8)のものが、異なる含有量で含まれるようにした。
プロピレン:炭素量3(表3にて「C3」と表記)
1-ヘキセン:炭素量6(表3にて「C6」と表記)
1-オクテン:炭素量8(表3にて「C8」と表記)
このベース樹脂は各封止材組成物に100質量部ずつ用いた。
(シラン変性ポリエチレン)
ベース樹脂に用いた上記のメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン95質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン5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6g/10分であるシラン変性ポリエチレン(シラン共重合体)を得た。このシラン変性ポリエチレンを全ての実施例及び比較例の封止材シートのその他の添加樹脂として各封止材組成物に15質量部ずつ用いた。
(架橋剤)
架橋剤については、各封止材組成物毎に表2に記載の3種類の架橋剤(A~C)をそれぞれ表3に記載の通りの配合で使い分けた。各封止材組成物毎の樹脂成分中における各架橋剤の含有量(質量%)は、表3に記載の通りとした。各架橋剤(A~C)の分子量、活性酸素量、1時間半減期温度は表2に記載の通りである。
(架橋助剤)
各封止材組成物に下記の架橋助剤を添加した。各封止材組成物毎の樹脂成分中におけるこの架橋助剤の含有量(質量%)は表3に記載されている含有量となるようにした。
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」)
(ヒンダードアミン系耐光安定剤(HASLS))
各封止材組成物に下記のHASLSを添加した。このHASLSの各封止材組成物中の含有量(質量部)は、いずれにおいても0.1質量部となるようにした。
HASLS:アミノ基を有する、N-R型のヒンダードアミン系耐光安定剤(アデカ株式会社製、商品名「LA-72」)
各封止材組成物段階におけるベース樹脂のエチレン・αオレフィン共重合体のαオレフィンの状態(分岐の状態)について、上述の方法の通り、13C-NMRで測定して表3に記載の通りの状態であることを確認した。
太陽電池モジュールとして一体化された状態での封止材層の架橋度、即ち耐熱性を評価するために、上記各封止材シートをETFEフィルムで挟み込んで、下記の真空加熱ラミネート(条件1:表3にて「高」と記載)又は、真空加熱ラミネート及びその後のキュア処理(条件2:表3にて「低」と記載)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。結果は表3に「ゲル分率」として示す。又、各ゲル分率の数値に基づく「耐熱性」の評価基準は、以下の通りとした。尚、成膜後、上記架橋処理前の状態においては、いずれの封止材シートについてもゲル分率が0%であることも併せて確認されている。
(条件1:(高))
真空加熱ラミネート条件 真空引き:6分/加圧:(0kPa~50kPa):10秒/圧力保持:(50kPa):11分/温度:165℃
(条件2:(低))
真空加熱ラミネート条件 真空引き:4分/加圧:(0kPa~50kPa):10秒/圧力保持:(50kPa):7分/温度:110℃
キュア条件 時間40分、温度150℃
(評価基準) A:ゲル分率が、70%以上。
B:ゲル分率が、65%以上70%未満。
C:ゲル分率が、65%未満。
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層に内在するアウトガス量を評価するために、評価例2のゲル分率の測定と同様の架橋処理を行った各封止材シートについて、本明細書段落<0024>~<0026>において説明した、(検量線の作成)、(アウトガス量の測定)、及び、(アウトガス量の算出)を順次行う方法により、アウトガス量を測定した。結果は表3に「アウトガス量」として示す。
上記の各封止材シート、及び、下記の透明前面基板、裏面保護シート及び太陽電池素子を用いて、実施例及び比較例の太陽電池モジュール評価用試料を作成した。上記各部材を、図1に示す一般的な層構成に沿って積層し、上記の評価例2と同一の真空加熱ラミネート条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用試料を得た。
(透明前面基板):白板半強化ガラス(JPT3.2 75mm×50mm×3.2mm)
(裏面保護シート):ポリエチレンテレフタレート(PET)基材:厚さ188μm(「ルミラーS10」、東レ株式会社製)
を用いた。
(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)
そして、実施例、比較例の各太陽電池モジュール評価用試料について、190℃で6時間保管後に、封止材シートと他部材との界面における気泡の発生の有無を目視により観察した。結果は「気泡発生」として表3に示す。評価基準は以下の通りとした。
(評価基準) A:目視により気泡の発生が確認された。
C:目視により気泡が発生していないことが確認された。
2 表面側保護基材
3 封止材層
31、32 封止材シート
4 太陽電池素子
5 裏面側保護基材
Claims (2)
- 密度0.865g/cm3以上0.900g/cm3以下のポリエチレンをベース樹脂とし、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と、架橋剤と、を含有する、太陽電池モジュール用の封止材シートであって、
前記ポリエチレンが、エチレンとα-オレフィンとの共重合体であり、前記α-オレフィンの含有量が15mol%以上25mol%以下であって、全ての前記αオレフィンは炭素数3のα-オレフィンであり、
前記架橋剤は、パーオキシケタール類、ジアルキルパーオキサイド類、又は、パーオキシカーボネート類であって、
ゲル分率が10%以下である、
封止材シート。 - ゲル分率が0%である、
請求項1に記載の封止材シート。
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