JP6314396B2 - 太陽電池モジュール用の封止材シート - Google Patents
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Description
本発明に用いられる封止材組成物は、密度0.870g/cm3以上0.910g/cm3以下の低密度ポリエチレンと、架橋剤と、を必須成分として含有する。又、本発明の封止材シートは、後に詳細を説明する通り、中間層と最外層とを含む多層シートであるが、最外層を形成する封止材組成物は、更に、低密度ポリエチレンと、その他の密着性樹脂と、をコモノマーとして共重合してなる密着性共重合体樹脂(以下、単に「密着性共重合体樹脂」とも言う)を、必須成分として含有する。一方、中間層を形成する封止材組成物は密着性共重合体樹脂を含有しないものとする。
本発明の封止材組成物においては、ベース樹脂として、密度0.870g/cm3以上0.910g/cm3以下の低密度ポリエチレン(LDPE)を用いる。低密度ポリエチレンの密度を上記範囲内とすることで、封止材シートのシート加工性を維持しつつ、封止材シートに良好な柔軟性と透明性を付与することができる。
上記低密度ポリエチレン(LDPE)は、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)であることが好ましく、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレン(M−LLDPE)であ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、所望の低密度にすることが容易であり、封止材シートに柔軟性を付与することができる。柔軟性が付与される結果、封止材シートと透明前面基板との密着性や封止材シートと裏面保護シートとの密着性等、封止材シートと基材との密着性が高まる。
本発明の封止材組成物のうち、最外層を形成するための封止材組成物については、シラン変性ポリエチレン系樹脂に代表される密着性共重合体樹脂を含有させる。本発明における密着性共重合体樹脂としては、密着性向上成分が予め重合している樹脂であれば、必ずしもシラン変性ポリエチレン系樹脂に限定されるものではない。その他のエポキシ変性、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたポリエチレン系樹脂等であってもよい。不飽和カルボン酸の例としては、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸が挙げられ、その誘導体の例としては、例えば、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、無水マレイン酸、イタコン酸モノエステル、イタコン酸ジエステル、無水イタコン酸、フマル酸モノエステル、フマル酸ジエステル、無水フマル酸等のエステル及び無水物が挙げられる。但し、ベース樹脂との相溶性や、ガラス基板等の他の太陽電池モジュール構成部材との密着性等の観点から、シラン変性ポリエチレン系樹脂を特に好ましく用いることができる。以下、密着性共重合体樹脂がシラン変性ポリエチレン系樹脂である場合について、本発明の好ましい実施形態の一具体例としてその詳細を説明する。
シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる低密度ポリエチレン、好ましくは直鎖低密度ポリエチレンに、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樹脂である。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ため、太陽電池モジュールにおける封止材シートの他の部材への密着性を向上することができる。尚、本明細書におけるシラン変性ポリエチレン系樹脂とは、例えば、下記の製造方法によって製造することができるシラン変性ポリエチレン系樹脂のことを言い、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン樹脂の少なくとも一部が、エチレン性不飽和シラン化合物とグラフト重合してなる樹脂のことを示す概念である。尚、上記の主鎖となる樹脂は、上記封止材組成物のベース樹脂と同様、密度0.870g/cm3以上0.910g/cm3以下のポリエチレン系樹脂であることが好ましい。
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、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が架橋助剤として用いることができる。又、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。これによって適度な架橋反応を促進させてゲル分率を80%以下とするとともに、本発明においてはこの架橋助剤が直鎖低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ透明性を維持する。これによってより透明性と低温柔軟性に優れる封止材シートを得ることができ、具体的にはEVAと同程度の透明性や低温柔軟性を得ることができる。
本発明においては、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、架橋の程度を調整して架橋処理後の封止材シートのゲル分率を細かく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、樹脂成分100質量部に対して、0.01質量部〜3質量部含まれることが好ましく、より好ましくは0.05質量部〜2.0質量部の範囲である。この範囲内であれば適度に架橋反応を抑制してゲル分率を80%以下に制御し、封止材シートの好ましい柔軟性を保持することができる。
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から作製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、それぞれ樹脂成分100質量部に対して、0.001質量部〜5質量部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。
本発明の封止材シートは、密着性共重合体樹脂を含有しない中間層形成用の封止材組成物と、所定含有量の密着性共重合体樹脂を含有する最外層形成用の封止材組成物とを、それぞれ各層用の原材料とし、従来公知の多層シートの成形方法で成形加工することによって得られるものである。即ち、本発明の封止材シートは、中間層と、中間層の少なくともいずれか一方、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シートである。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。但し、本発明はこの実施形態に限られるものではない。
本発明の封止材シートは、上記の封止材組成物を、その融点を超える温度で溶融成形するシート化工程によって未架橋封止材シートを得て、その後、太陽電池モジュールとしての一体化までのいずれかの段階で、架橋処理が施され、最終的に架橋済みのシート状又はフィルム状の封止材シートとなる。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。
上記封止材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。その際、成形温度の下限は封止材組成物の融点を超える温度であればよく、上限は使用する架橋剤の1分間半減期温度に応じて、押し出し製膜中に架橋が開始しない温度であればよく、それらの範囲内であれば特に限定されない。
上記のシート化工程後の封止材シートを架橋処理を施す架橋処理工程を、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としての一体化工程の開始前、或いは、太陽電池モジュールとしての一体化工程において行う。上述の通り、この架橋工程によって封止材シートのゲル分率は最終的に20%以上80%以下となる。
図2は、本発明の封止材シートを用いた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。本発明の太陽電池モジュール10は、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6が順に積層されている。本発明の太陽電池モジュール10は、前面封止材層3及び背面封止材層5の少なくとも一方の封止材層に本発明の封止材シート1を使用する。特に透明前面基板2と対向する前面封止材層3として、封止材シート1の最外層12が透明前面基板2のガラス面と密着する態様で配置されることが好ましい。
太陽電池モジュール10は、例えば、上記の透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、及び裏面保護シート6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。
以下において説明する封止材組成物の原材料を組成物中の含有量比が下記表1の割合(質量部)若しくは、以下に記載の定量割合(質量部)となるように混合し、それぞれ実施例、比較例の封止材の中間層用及び最外層用の樹脂シートを製造するため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100℃、引き取り速度1.1m/minで中間層用及び最外層用の単層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、中間層と両最外層に配置される最外層を備える実施例1〜4及び比較例1〜12の3層構造の封止材シートとした。実施例、比較例の各封止材シートの厚さは、いずれも、総厚さ600μmとした。又、3層構造とした各封止材シートの各層の厚さの比については、下記表1にそれぞれ記載する通りの比率とした。
ベース樹脂1(表1中で「PE」と示す):ポリエチレン系樹脂(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、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。
ベース樹脂2(表1中で「EVA」と示す):エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)。酢酸ビニル含量33%(三井デュポンポリケミカル製、商品名「EVAFLEX/EV150Rグレード」)
密着性共重合体樹脂(表1中で「S変樹脂」と示す):シラン変性ポリエチレン系樹脂。上記ベース樹脂1、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0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、MFRが24g/10分であるシラン変性ポリエチレン系樹脂。
架橋剤(表1中で「架橋剤」と示す):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」)
シランカップリング剤(表1中で「SC剤」と示す):ビニルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM1003」)
以下の原材料については、組成物の樹脂成分100質量部に対する含有量比(質量部)が下記に示す定量割合となるように、実施例、比較例の各封止材組成物に添加した。
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。
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。
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。
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。
実施例、比較例の各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 75mm×50mm×3.2mm)に密着させて、150℃、5分間の真空引きによる真空加熱ラミネータ処理を行い、100kPaにて10分間プレスを行った。更にその後、150℃オーブン内で60分間架橋処理を行い、評価用試料を作成した。上記の評価用試料において、ガラス基板上に密着している封止材シートを15mm幅にカットし、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、ガラス密着強度を測定し、評価した。評価は以下の基準で行った。
A:50N/15mm以上
B:45N/15mm以上50N/15mm未満
C:40N/15mm以上45N/15mm未満
D:40N/15mm未満
評価結果を「初期密着性」として表2中に記す。
上記の各評価用試料について、一定期間保管後の密着性を測定し、その維持率を検証した。各評価用試料を、温度30℃、湿度90%Rhの保存条件で1ヶ月間保管後に、上記と同一の試験方法でガラス密着強度を再測定し、初期ガラス密着強度に対する密着強度の維持率(%)を算出し評価した。評価は以下の基準で行った。
A: 95%以上
B: 85%以上95%未満
C: 80%以上85%未満
D: 80%未満
評価結果を「保管後密着性維持率」として表2中に記す。
上記の各評価用試料について、下記ダンプヒート(D.H.)試験後のガラス密着強度の初期ガラス密着強度に対しての維持率を測定した。D.H.試験は、JIS C8917に準拠し、試験槽内温度85℃、湿度85%の条件下で評価用試料の耐久性試験を500時間行った。試験後の評価用試料について、上記と同一の試験方法でガラス密着強度を再測定し、初期ガラス密着強度に対する密着強度の維持率(%)を算出し評価した。評価は以下の基準で行った。
A: 95%以上
B: 85%以上95%未満
C: 80%以上85%未満
D: 80%未満
評価結果を「耐候密着維持率」として表2中に記す。
上記の各評価用試料について、JIS−K6922−2の方法に準じて、100℃、荷重2.16kgにおけるMFRを測定した。この測定値を初期MFR値とした。そして、その後、一定期間保管後のMFRを測定し、MFRの維持率を検証した。各評価用試料を、温度30℃、湿度90%Rhの保存条件で1ヶ月間保管後に、上記と同一の試験方法でMFRを再測定し、初期MFR値に対するMFRの維持率(%)を算出し評価した。評価は以下の基準で行った。評価は以下の基準で行った。
A: 95%以上
B: 92%以上95%未満
C: 89%以上92%未満
D: 89%未満
評価結果を「保管後MFR維持率」として表2中に記す。
実施例、比較例の各封止材シートの製膜後架橋処理前、及び、架橋処理後のそれぞれのゲル分率を測定した。架橋処理の条件は、150℃、真空引き4分、加圧100kPaにて6分の条件で真空加熱ラミネータ処理を行い各部材を圧着した後、オーブンに投入し150℃で60分保持する条件とした。製膜後架橋処理前、及び、この条件での架橋処理後のそれぞれの封止材シートについて、上述の通りのゲル分率測定方法、即ち、封止材シート0.1gを樹脂メッシュに入れ、60℃トルエンにて4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%を測定する方法により、ゲル分率を測定した。測定結果を表3に記す。
11 中間層
12 最外層
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
10 太陽電池モジュール
Claims (7)
- 太陽電池モジュール用の封止材シートであって、
前記封止材シートは、中間層と最外層とを有する多層シートであり、
前記中間層は、密度0.870g/cm3以上0.910g/cm3以下の低密度ポリエチレンからなるベース樹脂と、架橋剤と、を含有してなり、
前記最外層は、前記低密度ポリエチレンからなるベース樹脂と、低密度ポリエチレンとその他の密着性樹脂とをコモノマーとして共重合してなる密着性共重合体樹脂と、架橋剤と、を含有してなり、
前記中間層は、前記密着性共重合体樹脂を含有せず、
前記最外層は、前記ベース樹脂と前記密着性共重合体樹脂からなる樹脂成分100質量部中の前記密着性共重合体樹脂の含有量が8質量部以上であり、
前記中間層及び前記最外層は、前記樹脂成分100質量部に対する前記架橋剤の含有量が0.3質量部以上2.0質量部以下であって、
下記の保管後MFR維持率算出方法により測定した保管後MFR維持率が、92%以上である、封止材シート。
保管後MFR維持率算出方法:試料について、JIS−K6922−2の方法に準じて、100℃、荷重2.16kgにおけるMFRを測定する。この測定値を初期MFR値とし、その後、一定期間保管後のMFRを測定し、MFRの維持率を検証する。各試料を、温度30℃、湿度90%Rhの保存条件で1ヶ月間保管後に、上記と同一の試験方法でMFRを再測定し、初期MFR値に対するMFRの維持率(%)を算出する。 - 前記密着性共重合体樹脂が、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である請求項1に記載の封止材シート。
- 前記中間層及び前記最外層のゲル分率がいずれも0%である請求項1又は2に記載の封止材シート。
- 前記多層シートが中間層の両面に最外層が積層された3層構造である請求項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太陽電池モジュール用封止材シートを封止材層として備える太陽電池モジュール。
- 前記封止材シートの最外層がガラス面と密着している請求項5に記載の太陽電池モジュール。
- 前記封止材層のゲル分率が20%以上80%以下である請求項5又は6に記載の太陽電池モジュール。
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