JP7311613B2 - 太陽電池封止材用樹脂組成物、太陽電池封止材、太陽電池封止材の製造方法および太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
まず、熱可塑性樹脂を用いた太陽電池封止材は、熱可塑性樹脂の融点以上での耐クリープ性が劣る。熱可塑性樹脂の融点を高く設計することで、耐クリープ性を改善した場合、透明性が悪化してしまう場合があることが明らかになった。すなわち、本発明者らは、従来の熱可塑性太陽電池封止材には、透明性および耐クリープ性をバランスよく向上させるという観点において、改善の余地があることを見出した。
太陽電池封止材を形成するために用いられる樹脂組成物であって、
エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)と、を含み、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)が2種以上の金属イオンを含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[2]
上記[1]に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する金属イオンがリチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、銀イオン、銅イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、バリウムイオン、ベリリウムイオン、ストロンチウムイオン、錫イオン、鉛イオン、鉄イオン、コバルトイオンおよびニッケルイオンからなる群から選択される二種以上を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[3]
上記[1]または[2]に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する金属イオンが第1金属イオンおよび前記第1金属イオンとは異なる第2金属イオンを含み、
前記第1金属イオンがナトリウムイオン、リチウムイオン、カリウムイオンおよびマグネシウムイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含み、
前記第2金属イオンが亜鉛イオン、銅イオン、鉄イオン、アルミニウムイオン、銀イオン、コバルトイオンおよびニッケルイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[4]
上記[3]に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の前記第1金属イオンのモル数を価数で乗じた値に対する前記第2金属イオンのモル数を価数で乗じた値の比が0.10以上10.0以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。
[5]
上記[1]乃至[4]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の含有量が、前記太陽電池封止材用樹脂組成物の全体を100質量%としたとき、10.0質量%未満である太陽電池封止材用樹脂組成物。
[6]
上記[1]乃至[5]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
シランカップリング剤(C)をさらに含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[7]
上記[6]に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記シランカップリング剤(C)がアミノ基を有するシランカップリング剤を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[8]
上記[1]乃至[7]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)が、エチレンと不飽和カルボン酸との2元系共重合体のアイオノマー(A1)およびエチレンと不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸エステルとの3元系共重合体のアイオノマー(A2)を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[9]
上記[1]乃至[8]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する不飽和カルボン酸がアクリル酸およびメタクリル酸から選ばれる少なくとも一種を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[10]
上記[1]乃至[9]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)はエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体、およびエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・(メタ)アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも一種を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。
[11]
上記[1]乃至[10]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)において、前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体を構成する構成単位の全体を100質量%としたとき、不飽和カルボン酸から導かれる構成単位が5質量%以上35質量%以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。
[12]
上記[1]乃至[11]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の中和度が5%以上95%以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。
[13]
上記[1]乃至[12]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の少なくとも一部のカルボキシ基と、前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の少なくとも一部のエポキシ基とが反応して架橋構造が形成される太陽電池封止材用樹脂組成物。
[14]
上記[1]乃至[13]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるヘイズが3.5%未満である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた前記膜を120mm×75mm×3.2mmのガラス板で挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた前記合わせガラスのヘイズをJIS K7136:2000に準じてヘイズメータにより測定する。
[15]
上記[1]乃至[14]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるガラス板に対する接着強度が10N/15mm以上である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた前記膜を120mm×75mm×3.9mmのガラス板のスズ面に積層し、真空ラミネーターにて160℃、690秒真空保持、0.06MPa(ゲージ圧)で15分間プレスを行い、前記膜を前記ガラス板のスズ面に接着させる。次いで、引張速度100mm/分で前記膜を前記ガラス板から、ピール角度180°で引き離し、最大応力をガラス板に対する接着強度(N/15mm)として算出する。
[16]
上記[1]乃至[15]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるクリープ距離が5mm未満である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された180mm×160mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた膜二枚を重ね、180mm×180mm×3.2mmのフロートガラスで2cmずらして挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた合わせガラスの一方を固定し、もう一方のガラスが自由に変位できるようにし、105℃、200時間経過後のガラスの変位長を測定する。
[17]
上記[1]乃至[16]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された層を含む太陽電池封止材。
[18]
上記[1]乃至[16]のいずれか一つに記載の太陽電池封止材用樹脂組成物をシート状に押し出しする工程を含む太陽電池封止材の製造方法。
[19]
太陽電池素子と、
前記太陽電池素子を封止するための上記[17]に記載の太陽電池封止材により構成された封止樹脂層と、
を備える太陽電池モジュール。
本実施形態に係る太陽電池封止材用樹脂組成物(以下、樹脂組成物(P)とも呼ぶ。)は、太陽電池封止材を形成するために用いられる樹脂組成物であって、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)と、を含み、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)が2種以上の金属イオンを含む。
すなわち、本実施形態に係る樹脂組成物(P)は二種以上の金属イオンを含むエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)と、を含むことで、得られる太陽電池封止材の透明性および耐クリープ性の性能バランスを良好にすることができる。
まず、樹脂組成物(P)が、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)と、を含むことで、得られる太陽電池封止材において、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の少なくとも一部のカルボキシ基と、前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の少なくとも一部のエポキシ基とが反応して架橋構造が形成される。これにより、得られる太陽電池封止材の機械的特性や耐熱性を向上させることができる。その結果、太陽電池封止材の耐クリープ性を向上できる。
また、通常は、樹脂組成物がエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)を含むと、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)とエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)との架橋反応により、得られる太陽電池封止材にゲルが発生しやすくなる。そのため、通常は、得られる太陽電池封止材の透明性や外観が悪化しやすい。しかし、本実施形態に係るエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)は二種以上の金属イオンを含むため、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)との急激な架橋反応を抑制でき、架橋反応を穏やかに進めることができる。これにより、ゲルの発生を抑制することができ、その結果、太陽電池封止材の透明性および外観を良好にできる。
以上の理由から、本実施形態に係る太陽電池封止材用樹脂組成物を用いることにより、透明性および耐クリープ性の性能バランスに優れた太陽電池封止材を得ることができる、と考えられる。
本実施形態に係るエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)は、エチレンと、不飽和カルボン酸の少なくとも1種とを共重合した重合体に対し、カルボキシル基の少なくとも一部を金属イオンで中和した樹脂である。エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体としては、エチレンと不飽和カルボン酸とを含む共重合体や、エチレンと不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸エステルとを含む共重合体等を例示することができる。
これらの中でも、上記不飽和カルボン酸は、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体の生産性や衛生性等の観点から、アクリル酸およびメタクリル酸から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの不飽和カルボン酸は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、1種単独または2種以上のエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマーに、さらにアクリル酸やメタクリル酸等の上記不飽和カルボン酸を構成単位として含有するエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体を加えてエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)とすることもできる。
二種以上の金属イオンを含むエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマーに対し、さらにエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体を加えてアイオノマー(A)とすることにより樹脂組成物(P)の加工性(製膜性)を良好に保ちながら、より高い接着性を発現し、透明性および耐水性の性能バランスをさらに向上させることができる。
本実施形態において、特に好ましいエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体は、エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体およびエチレン・(メタ)アクリル酸・(メタ)アクリル酸エステル共重合体である。
エチレンから導かれる構成単位が上記下限値以上であると、得られる太陽電池封止材の耐熱性や機械的強度、耐水性、加工性等をより良好にすることができる。また、エチレンから導かれる構成単位が上記上限値以下であると、得られる太陽電池封止材の透明性や柔軟性、接着性等をより良好にすることができる。
不飽和カルボン酸から導かれる構成単位が上記下限値以上であると、得られる太陽電池封止材の透明性や柔軟性、接着性等をより良好にすることができる。また、不飽和カルボン酸から導かれる構成単位が上記上限値以下であると、得られる太陽電池封止材の耐熱性や機械的強度、耐水性、加工性等をより良好にすることができる。
また、本実施形態に係るエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する金属イオンは、第1金属イオンおよび第1金属イオンとは異なる第2金属イオンを含み、第1金属イオンがナトリウムイオン、リチウムイオン、カリウムイオンおよびマグネシウムイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含み、第2金属イオンが亜鉛イオン、銅イオン、鉄イオン、アルミニウムイオン、銀イオン、コバルトイオンおよびニッケルイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含むことがより好ましい。
第1金属イオンおよび第2金属イオンの両方を含むことにより、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)とエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)との急激な架橋反応をより一層抑制でき、その結果、太陽電池封止材の加工性を向上させることができ、さらに、太陽電池封止材シート中に生成するゲルの発生を抑制することができ、その結果、太陽電池封止材の透明性および外観をより一層良好にすることができる。
また、本実施形態に係る樹脂組成物(P)において、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の第1金属イオンのモル数を価数で乗じた値に対する第2金属イオンのモル数を価数で乗じた値の比は、得られる太陽電池封止材の透明性および耐水性のバランスをより良好にする観点から、10.0以下であることが好ましく、5.0以下であることがより好ましく、4.0以下であることがさらに好ましく、3.0以下であることがさらにより好ましく、2.5以下であることが特に好ましい。
これにより、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー1とエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー2との混合比を調整することで、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の第1金属イオンと第2金属イオンとの比率を容易に調整することができる。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)において、エチレンと不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸エステルとの3元系共重合体のアイオノマー(A2)の含有量は、得られる太陽電池封止材の柔軟性、透明性および柔軟性のバランスをより良好にする観点から、樹脂組成物(P)中のエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の含有量を100質量%としたとき、好ましくは1質量%以上60質量%以下、より好ましくは5質量%以上50質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上40質量%以下である。
エチレンと不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸エステルとの3元系共重合体のアイオノマー(A2)中の不飽和カルボン酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル等が挙げられる。これらの中でもメタ)アクリル酸イソブチルおよび(メタ)アクリル酸n-ブチルから選択される少なくとも一種が好ましい。
また、本実施形態に係るエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の中和度は特に限定されないが、得られる太陽電池封止材の透明性や耐熱性、耐水性等をより良好にする観点から、5%以上が好ましく、10%以上がより好ましく、15%以上がさらに好ましい。
ここで、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の中和度は、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体中に含まれる全カルボキシル基のうち、金属イオンによって中和されているカルボキシル基の割合(%)を指す。
エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)としては、例えば、グリシジル基含有エチレン系共重合体が挙げられる。
グリシジル基含有エチレン系共重合体としては、例えば、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体、およびエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・(メタ)アクリル酸エステル共重合体等から選択される少なくとも一種が挙げられる。
エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)中の(メタ)アクリル酸グリシジル等のモノマーに由来の構成単位の含有割合は、エポキシ基含有エチレン系共重合体を構成する構成単位の全体を100質量%としたとき、好ましくは2質量%以上30質量%以下、より好ましくは3質量%以上25質量%以下、さらに好ましくは3質量%以上15質量%以下である。
(メタ)アクリル酸グリシジル等のモノマーに由来の構成単位の含有割合が上記下限値以上であると、得られる太陽電池封止材の耐クリープ性や太陽電池モジュールの層間接着性がより良好になり、太陽電池封止材の透明性と柔軟性もより良好になる。また上記上限値以下であると、太陽電池封止材の加工性が向上する。
なお、「(メタ)アクリル酸グリシジル」とは、メタクリル酸グリシジルおよびアクリル酸グリシジルの一方または両方を表す。
エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)における「エチレン由来の構成単位」の占める割合は、エポキシ基含有エチレン系共重合体を構成する構成単位の全体を100質量%としたとき、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは55質量%以上であり、また、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下である。このとき、エポキシ基含有エチレン系共重合体は、エチレンおよびエポキシ基を有するモノマー以外の他のモノマー単位をさらに含むことができる。
他のモノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、エタクリル酸エステル、クロトン酸エステル、フマル酸エステル、マレイン酸エステル、無水マレイン酸エステル、イタコン酸エステル、無水イタコン酸エステル等の不飽和カルボン酸エステル等が挙げられる。エステル基としては炭素数1~12のアルキルエステル基を挙げることができ、より具体的には、メチルエステル、エチルエステル、n-プロピルエステル、イソプロピルエステル、n-ブチルエステル、イソブチルエステル、セカンダリーブチルエステル、2-エチルヘキシルエステル、イソオクチルエステル等のアルキルエステル基を例示することができる。
これらの中でも酢酸ビニルおよび(メタ)アクリル酸エステルから選択される少なくとも一種が好ましい。
酢酸ビニル等のビニルエステルに由来の構成単位および(メタ)アクリル酸エステル等の不飽和カルボン酸エステルに由来の構成単位の含有割合は、エポキシ基含有エチレン系共重合体を構成する構成単位の全体を100質量%としたとき、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。これにより、太陽電池封止材の透湿度が低下して防湿性をより一層良好なものとすることができる。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)中のエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の含有量の下限値は特に限定されないが、例えば、0.1質量%以上であってもよいし、0.5質量%以上であってもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)は、得られる太陽電池モジュールの層間接着性をより一層良好にする観点から、シランカップリング剤(C)をさらに含むことが好ましい。
本実施形態に係るシランカップリング剤(C)としては、例えば、ビニル基、アミノ基またはエポキシ基と、アルコキシ基のような加水分解基とを有するシランカップリング剤等を挙げられる。より具体的には、ビニルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプピルトリメトキシシランおよびN-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらのシランカップリング剤(C)は一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、得られる太陽電池モジュールの層間接着性をより一層良好にする観点から、アミノ基を有するシランカップリング剤、ジメトキシ基を有するシランカップリング剤およびトリメトキシ基を有するシランカップリング剤が好ましく、アミノ基およびジメトキシ基を有するシランカップリング剤がより好ましい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)には、本発明の目的を損なわない範囲内において、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)およびシランカップリング剤(C)以外の成分を含有させることができる。その他の成分としては特に限定されないが、例えば、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、波長変換剤、帯電防止剤、界面活性剤、着色剤、光安定剤、発泡剤、潤滑剤、結晶核剤、結晶化促進剤、結晶化遅延剤、触媒失活剤、熱線吸収剤、熱線反射剤、放熱剤、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、無機充填剤、有機充填剤、耐衝撃性改良剤、スリップ剤、架橋剤、架橋助剤、粘着付与剤、加工助剤、離型剤、加水分解防止剤、耐熱安定剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、難燃剤、難燃助剤、光拡散剤、抗菌剤、防黴剤、分散剤やその他の樹脂等を挙げることができる。その他の成分は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)において、下記方法により測定されるヘイズが3.5%未満であることが好ましく、3.0%未満であることがより好ましい。上記ヘイズが上記上限値未満であると、得られる太陽電池封止材の透明性をより良好にすることができる。
このようなヘイズを達成するためには、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の金属イオンの種類や、本実施形態に係る樹脂組成物(P)中のエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)およびエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の種類や割合等を適宜調整すればよい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)の上記ヘイズの下限値は特に限定されないが、例えば、0.01%以上である。
(方法)
本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた上記膜を120mm×75mm×3.2mmのガラス板で挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた上記合わせガラスのヘイズをJIS K7136:2000に準じてヘイズメータにより測定する。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)において下記方法により測定されるクリープ距離が5mm未満であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。上記クリープ距離が上記上限値以下であると、得られる太陽電池封止材の耐クリープ性をより良好にすることができる。
このようなクリープ距離を達成するためには、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の金属イオンの種類や、本実施形態に係る樹脂組成物(P)中のエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)およびエポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の種類や割合等を適宜調整すればよい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)の上記クリープ距離の下限値は0mmが好ましい。
(方法)
本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成された180mm×160mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた膜二枚を重ね、180mm×180mm×3.2mmのフロートガラスで2cmずらして挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた合わせガラスの一方を固定し、もう一方のガラスが自由に変位できるようにし、105℃、200時間経過後のガラスの変位長を測定する。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)において、下記方法により測定されるガラス板に対する接着強度が10N/15mm以上であることが好ましく、20N/15mm以上であることがより好ましく、30N/15mm以上であることが特に好ましい。上記ガラス板に対する接着強度が下限値以上であると、得られる太陽電池モジュールの層間接着性をより良好にすることができる。
このようなガラス板に対する接着強度を達成するためには、本実施形態に係る樹脂組成物(P)中のエチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)およびシランカップリング剤(C)の含有量や種類等を適宜調整すればよい。
(方法)
本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた上記膜を120mm×75mm×3.9mmのガラス板のスズ面に積層し、真空ラミネーターにて160℃、690秒真空保持、0.06MPa(ゲージ圧)で15分間プレスを行い、上記膜を上記ガラス板のスズ面に接着させる。次いで、引張速度100mm/分で上記膜を上記ガラス板から、ピール角度180°で引き離し、最大応力をガラス板に対する接着強度(N/15mm)として算出する。
本実施形態に係る太陽電池封止材は、本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層を含む。
本実施形態に係る太陽電池封止材は、単層構成であってもよいし、2層以上の多層構成であってもよい。
より具体的には、本実施形態に係る太陽電池封止材は、1層の本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層からなる単層構成の膜であってもよいし、2層以上の本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層からなる多層構成の膜であってもよいし、少なくとも1層の本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層と少なくとも1層の本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層以外の他の層とを有する多層構成の膜であってもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物(P)により構成される層を複数層有する多層構成の膜においては、各層の本実施形態に係る樹脂組成物(P)の組成や含有されるアイオノマーの種類(例えば、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体の共重合比、中和度、金属イオンの種類等)は同一であっても異なるものであってもよい。
太陽電池封止材の厚みが上記下限値以上であると、太陽電池封止材の機械的強度をより良好にすることができる。また、太陽電池封止材の厚みが上記上限値以下であると、得られる太陽電池封止材の透明性や層間接着性をより良好にすることができる。
上記厚みaは、1μm以上であることで、接着強度をより向上させることができ、500μm以下であることで、透明性により優れる。
また、本実施形態に係る太陽電池封止材が外層と中間層とを含む場合、透明性の点では全層厚に占める中間層の厚みは厚くてもよい。具体的には、中間層の厚みbとしては、好ましい総厚である0.1mm~10mmの範囲から、上記外層の好ましい厚みaを差し引いた範囲内で自在に設定することができる。
また、本実施形態に係る太陽電池封止材が外層と中間層とを含む場合、外層(厚みa)と中間層(厚みb)との厚みの比(a/b)は、1/20~5/1が好ましく、より好ましくは1/15~3/1であり、さらに好ましくは1/10~3/1である。ここで、本実施形態に係る太陽電池封止材が外層を2つ含む場合、外層の厚みaは、2つの外層の厚みの平均値である。
外層および中間層の厚みの比(a/b)が上記範囲内にあると、接着性および透明性がより向上する。
本実施形態に係る太陽電池封止材の製造方法としては、例えば、プレス成形法、押出成形法、Tダイ成形法、射出成形法、圧縮成形法、キャスト成形法、カレンダー成形法、インフレーション成形法等を用いることができる。これらの中でも押出成形法が好ましい。すなわち、本実施形態に係る太陽電池封止材は、例えば、本実施形態に係る樹脂組成物(P)をシート状に押し出しする工程を含む製造方法により得ることができる。押出工程における加工温度は特に限定されないが、架橋反応を抑制する観点から、220℃未満が好ましく、200℃未満がより好ましい。
図1は、本発明に係る実施形態の太陽電池モジュール1の構造の一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール1は、例えば、太陽電池素子3と、太陽電池素子3を封止するための本実施形態に係る太陽電池封止材より構成された封止樹脂層5と、を備える。本実施形態に係る太陽電池モジュール1は、必要に応じて、さらに太陽光が入射する基板2、保護材4等を備えていてもよい。なお、太陽光が入射する基板2を、単に基板2と称することもある。
本実施形態に係る太陽電池モジュール1は、例えば、基板2上に、本実施形態に係る太陽電池封止材により封止された太陽電池素子3を固定することで作製することができる。
なお、保護材4は、太陽光が入射する基板2を太陽電池モジュール1の上部としたとき、太陽電池モジュール1の基板2側とは反対側、すなわち下部に備えられるため、下部保護材と称することもある。
太陽電池モジュール1においては、複数の太陽電池素子3は、インターコネクタ6を介して電気的に直列に接続されている。
保護材4(下部保護材)としては、金属や各種熱可塑性樹脂フィルム等の単体もしくは多層のシートであり、例えば、錫、アルミ、ステンレススチール等の金属、ガラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィン等の1層もしくは多層のシートを例示することができる。本実施形態に係る太陽電池封止材は、これらの基板2または保護材4に対して良好な接着性を示す。
まず、インターコネクタ6を用いて電気的に接続した複数の太陽電池素子3を太陽電池封止材で挟み、さらにこれら太陽電池封止材を基板2と保護材4とで挟んで積層体を作製する。次いで、積層体を加熱・加圧して、各部材間を接着することで、太陽電池モジュール1が得られる。
[クリープ試験]
実施例および比較例で得られた樹脂組成物により構成された膜を180mm×160mm×0.4mmのサイズに裁断した。次いで、得られた膜二枚を重ね、180mm×180mm×3.2mmのフロートガラスで2cmずらして挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得た。なお、ガラスをずらす距離は、9kg/m2のせん断応力が膜に発生するように調整した。次いで、得られた合わせガラスの一方を固定し、もう一方のガラスが自由に変位できるようにし、105℃に設定した循環式高温乾燥機(三洋電機株式会社製、製品名:MOV-212F)に投入した。投入して200時間経過後のガラスの変位長を測定し、以下の基準により実施例および比較例で得られた樹脂組成物のクリープ耐性を評価した。
A(優):クリープ距離が1mm以下
B(良):クリープ距離が1mm超過5mm未満
C(不良):クリープ距離が5mm以上
実施例および比較例で得られた樹脂組成物により構成された膜を120mm×75mm×0.4mmのサイズに裁断した。次いで、得られた膜を120mm×75mm×3.2mmの白板ガラスで挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得た。次いで、得られた合わせガラスのヘイズをJIS K7136:2000に準じてヘイズメータ(スガ試験機株式会社製、製品名:ヘイズメーターHZ-V3)により測定した。次いで、以下の基準により実施例および比較例で得られた樹脂組成物の光学特性を評価した。
A(優):ヘイズが3.0%未満
B(良):ヘイズが3.0%以上3.5%未満
C(不良):ヘイズが3.5%以上
実施例および比較例で得られた樹脂組成物を製膜する際、ニップロールによる圧力を除荷した状態で得られた膜外観を目視により観察した。次いで、以下の基準により実施例および比較例で得られた樹脂組成物の製膜外観を評価した。
A(優):平滑かつ均一な外観
B(良):MD方向に沿った成型ムラが認められる
C(不良):MD方向に沿った成型ムラおよび著しいゲル発生が認められる
実施例および比較例で得られた樹脂組成物により構成された膜を120mm×75mm×0.4mmのサイズに裁断した。次いで、得られた上記膜を120mm×75mm×3.9mmのフロートガラスのスズ面に積層し、真空ラミネーターにて160℃、690秒真空保持、0.06MPa(ゲージ圧)で15分間プレスを行い、上記膜を上記ガラス板のスズ面に接着させた。次いで、引張速度100mm/分で上記膜を上記ガラス板から、ピール角度180°で引き離し、最大応力をガラス板に対する接着強度(N/15mm)として算出した。次いで、以下の基準により実施例および比較例で得られた樹脂組成物の合わせガラスにおける層間接着性を評価した。
A(優):ガラス板に対する接着強度が30N/15mm以上
B(良):ガラス板に対する接着強度が10N/15mm以上30N/15mm未満
C(不良):ガラス板に対する接着強度が10N/15mm未満
太陽電池封止材の作製に用いた材料の詳細は以下の通りである。
<樹脂>
樹脂-A:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸含量:15質量%)のZnアイオノマー(中和度:23%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):5g/10分)
樹脂-B:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸含量:15質量%)のZnアイオノマー(中和度:21%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):16g/10分)
樹脂-C:エチレン・メタクリル酸・i-ブチルアクリレート共重合体(メタクリル酸含量:10質量%、i-ブチルアクリレート含量:10質量%)のZnアイオノマー(中和度:70%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):1g/10分)
樹脂-D:エチレン・メタクリル酸共重合体(メタクリル酸含量:15質量%)のNaアイオノマー(中和度:54%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):0.9g/10分)
樹脂-E:エチレン・n-ブチルアクリレート・グリシジルメタクリレート共重合体(n-ブチルアクリレート含量:21質量%、グリシジルメタクリレート含量:9質量%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):8g/10分)
樹脂-F:エチレン・n-ブチルアクリレート・グリシジルメタクリレート共重合体(n-ブチルアクリレート含量:28質量%、グリシジルメタクリレート含量:5.3質量%、MFR(JIS K7210:1999に準拠し、190℃、2160g荷重の条件で測定):12g/10分)
SCA:アミノ基を有するシランカップリング剤(N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン)
表1に示す配合割合で、各材料を160℃で溶融混練し、樹脂組成物をそれぞれ得た。次いで、得られた樹脂組成物を押出機ダイ出口樹脂温度160℃、加工速度1.2~1.3m/minの条件で押出成形することにより、厚さ0.4mmのシート状の太陽電池封止材をそれぞれ得た。ここで、表1において、シランカップリング剤(SCA)およびエポキシ基含有エチレン系共重合体(樹脂-E、樹脂-F)の配合量の単位(phr)は、エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマーの合計を100質量部としたときの質量部を示す。
2 基板
3 太陽電池素子
4 保護材
5 封止樹脂層
6 インターコネクタ
Claims (18)
- 太陽電池封止材を形成するために用いられる樹脂組成物であって、
エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)と、エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)と、を含み、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)が2種以上の金属イオンを含み、
前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の含有量が、前記太陽電池封止材用樹脂組成物の全体を100質量%としたとき、5.0質量%以下である、太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する金属イオンがリチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、銀イオン、銅イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、バリウムイオン、ベリリウムイオン、ストロンチウムイオン、錫イオン、鉛イオン、鉄イオン、コバルトイオンおよびニッケルイオンからなる群から選択される二種以上を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する金属イオンが第1金属イオンおよび前記第1金属イオンとは異なる第2金属イオンを含み、
前記第1金属イオンがナトリウムイオン、リチウムイオン、カリウムイオンおよびマグネシウムイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含み、
前記第2金属イオンが亜鉛イオン、銅イオン、鉄イオン、アルミニウムイオン、銀イオン、コバルトイオンおよびニッケルイオンからなる群から選択される少なくとも一種の金属イオンを含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項3に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)中の前記第1金属イオンのモル数を価数で乗じた値に対する前記第2金属イオンのモル数を価数で乗じた値の比が0.10以上10.0以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
シランカップリング剤(C)をさらに含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項5に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記シランカップリング剤(C)がアミノ基を有するシランカップリング剤を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)が、エチレンと不飽和カルボン酸との2元系共重合体のアイオノマー(A1)およびエチレンと不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸エステルとの3元系共重合体のアイオノマー(A2)を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)を構成する不飽和カルボン酸がアクリル酸およびメタクリル酸から選ばれる少なくとも一種を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)はエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル共重合体、およびエチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル・(メタ)アクリル酸エステル共重合体から選択される少なくとも一種を含む太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)において、前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体を構成する構成単位の全体を100質量%としたとき、不飽和カルボン酸から導かれる構成単位が5質量%以上35質量%以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の中和度が5%以上95%以下である太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
前記エチレン・不飽和カルボン酸系共重合体のアイオノマー(A)の少なくとも一部のカルボキシ基と、前記エポキシ基含有エチレン系共重合体(B)の少なくとも一部のエポキシ基とが反応して架橋構造が形成される太陽電池封止材用樹脂組成物。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるヘイズが3.5%未満である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた前記膜を120mm×75mm×3.2mmのガラス板で挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた前記合わせガラスのヘイズをJIS K7136:2000に準じてヘイズメータにより測定する。 - 請求項1乃至13のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるガラス板に対する接着強度が10N/15mm以上である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された120mm×75mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた前記膜を120mm×75mm×3.9mmのガラス板のスズ面に積層し、真空ラミネーターにて160℃、690秒真空保持、0.06MPa(ゲージ圧)で15分間プレスを行い、前記膜を前記ガラス板のスズ面に接着させる。次いで、引張速度100mm/分で前記膜を前記ガラス板から、ピール角度180°で引き離し、最大応力をガラス板に対する接着強度(N/15mm)として算出する。 - 請求項1乃至14のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物において、
下記方法により測定されるクリープ距離が5mm未満である太陽電池封止材用樹脂組成物。
(方法)
前記太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された180mm×160mm×0.4mmの膜を得る。次いで、得られた膜二枚を重ね、180mm×180mm×3.2mmのフロートガラスで2cmずらして挟み、真空ラミネーターにて150℃、3分真空保持、0.1MPa(ゲージ圧)で5分間プレスを行い、合わせガラスを得る。次いで、得られた合わせガラスの一方を固定し、もう一方のガラスが自由に変位できるようにし、105℃、200時間経過後のガラスの変位長を測定する。 - 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物により構成された層を含む太陽電池封止材。
- 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の太陽電池封止材用樹脂組成物をシート状に押し出しする工程を含む太陽電池封止材の製造方法。
- 太陽電池素子と、
前記太陽電池素子を封止するための請求項16に記載の太陽電池封止材により構成された封止樹脂層と、
を備える太陽電池モジュール。
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