JP4325965B2 - 太陽電池素子封止材料及び太陽電池モジュール - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明性、接着性、耐熱性等に優れた重合体組成物を用いた太陽電池素子封止材料及び太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池は、近年、一般住宅用に利用されるようになってきたが、未だ充分に普及するには至っていない。その理由として、太陽電池そのものの性能が充分優れているとは言い難いためモジュールを大きくせざるを得ないこと、モジュール製造における生産性が低いこと、その結果高価につくことなどが挙げられる。
【０００３】
太陽電池モジュールは、一般にシリコン、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレンなどの太陽電池素子を上部透明保護材と下部基板保護材とで保護し、太陽電池素子と保護材とを封止材で固定し、パッケージ化したものである。このため太陽電池素子封止材料としては、透明性や上下の各保護材との接着性が良好であることが要求されている。
【０００４】
例えば現在、太陽電池モジュールにおける太陽電池素子の封止材料としては、柔軟性、透明性等の観点から、酢酸ビニル含量の高いエチレン・酢酸ビニル共重合体が使用されている。しかしながら、その耐熱性、接着性が不足しているところから、有機過酸化物やシランカップリング剤などを併用する必要があった。この場合、これらの添加剤を配合したエチレン・酢酸ビニル共重合体のシートを作成し、得られたシートを用いて太陽電池素子を封止するという２段階の工程を採用する必要があった。このシートの製造段階では、有機過酸化物が分解しないような低温度での成形が必要であるため、押出成形速度を大きくすることができず、また太陽電池素子の封止段階では、ラミネーターにおいて数分乃至十数分かけての仮接着する工程と、オーブン内において有機過酸化物が分解する高温度で数十分ないし１時間かけて本接着する工程とからなる２段階の時間をかけての接着工程を経る必要があった。そのため太陽電池モジュールの製造には手間と時間がかかり、その製造コストを上昇させる要因の一つとなっていた。
【０００５】
このような問題に対し、本発明者らは特願平１０−２９４３５４号において、有機過酸化物を使用しなくてもガラスや金属等の保護材に対し優れた接着性を示し、また透明性、耐熱性にも優れる代替材料として、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体もしくはそのアイオノマーを用いることを提案した。
【０００６】
しかしながら太陽電池使用時においては、最高９０〜１００℃まで温度上昇することがあり、上記提案の材料では貯蔵弾性率の低下により、封止材が流動、変形する恐れがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは、透明性や接着性を実質的に損なうことなく高温域での貯蔵弾性率を向上させ、太陽電池モジュールの温度上昇時においても流動や変形を起こし難い改良処方につき、鋭意検討を行った。その結果、後記するような特定の無機フィラーを適量配合することによって高温域での弾性率が改善され、また透明性や接着性が実質的に損なわれないことを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
したがって本発明の目的は、透明性、耐熱性、接着性等に優れた太陽電池素子封止材料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー１００重量部に対し、該共重合体又はそのアイオノマーとの屈折率の差異が０．１５以下の範囲にある無機フィラーを１〜３０重量部配合してなる重合体組成物からなる太陽電池素子封止材料及びそれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーは、不飽和カルボン酸含量が４重量%以上、好ましくは５〜２０重量％で、ＤＳＣによる融点が８５℃以上、好ましくは９０〜１０５℃のものである。かかる共重合体又はそのアイオノマーは、エチレン・酢酸ビニル共重合体の場合のように、コモノマー含量の高いエチレン共重合体を使用しなくても優れた透明性を有しているという利点がある。
【００１１】
ここに不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸などであり、とくにアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。上記共重合体においては、柔軟性付与に効果的であるところから、ビニルエステルや（メタ）アクリル酸エステルなどが共重合されたものを使用してもよいが、一般的にはこれら共重合成分を含むものは融点が低くなるので、多量に含有するものは使用できない。
【００１２】
不飽和カルボン酸含量が４重量％より少ないような上記共重合体又はそのアイオノマーを使用した場合には透明性が優れたものが得られず、また接着性についても不充分なものとなる。また不飽和カルボン酸含量が大きくなると、透明性に関してはより優れたものが得られるが、融点が低くなったり、吸湿性が増すなどの問題がでてくる。本発明においては融点が８５℃以上のものと規定しているため、その含量には自ずから限度がある。
【００１３】
本発明におけるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーとしては、その金属種として、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの多価金属などを例示することができる。このようなアイオノマーを使用する利点は透明性が優れることであり、その中和度としては、例えば８０％以下程度のものを使用することが望ましいが、接着性等を勘案するとあまり中和度の高いものを使用するのは得策ではなく、例えば中和度が６０％以下、とくに３０％以下程度のものを使用するのが好ましい。
【００１４】
本発明においては、上記共重合体やアイオノマーとして、融点が８５℃以上のものが使用される。融点が上記範囲より低いものを使用した場合には、後述する無機フィラーを配合しても耐熱性が充分でなく、太陽電池素子封止材料に用いた場合、太陽電池使用時における温度上昇により変形の恐れがあり、また太陽電池モジュールを加熱圧着法で製造するときに、これら封止材料が必要以上に流れ出してバリを生じる恐れがあるので好ましくない。
【００１５】
上記共重合体又はそのアイオノマーとしてはまた、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）が０．１〜５００ｇ／１０分、とくに１〜２００ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。ＭＦＲが低いものを使用した場合には、若干低めの融点のものを使用しても上記のような封止材料の流れによるトラブルが生じ難いという利点はあるが、あまりＭＦＲの低いものを使用すると加工性が悪くなる。一方、あまりＭＦＲの高いものを使用すると、モジュール作成時に端部からはみ出してラミネート内に付着する量が多くなり、それを取り除く作業に手間がかかり、生産効率が悪くなる。
【００１６】
本発明においては透明性をあまり犠牲にすることなく高温での貯蔵弾性率を向上させるために、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーに、該共重合体又はそのアイオノマーとの屈折率の差異が０．１５以下、好ましくは０．１０以下の範囲にある無機フィラーが配合される。すなわち適当な無機フィラーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーの透明性を大きく損なうものであってはならず、これら共重合体又はそのアイオノマーの屈折率と近似した屈折率を有するものを使用して、少なくとも全光線透過率が９０％以上、好ましくは９１％以上を維持するようにする。上記共重合体又はそのアイオノマーの屈折率はその組成によっても異なるが、通常１．４７〜１．５３の範囲にあるので、使用する上記共重合体又はそのアイオノマーの種類に応じ、その屈折率と上下０．１５以内の範囲にある屈折率を有する無機フィラーが使用される。例えばシリカ、ガラスビーズ、ガラス繊維のような珪素酸化物、タルクのような珪酸マグネシウム、カオリン、モンモリロナイト、マイカのような層状珪酸アルミニウム、長石、沸石、合成ゼオライトのような網状珪酸アルミニウムなどの珪素化合物を好適例として挙げることができる。屈折率の差異が上記範囲を越えるような無機フィラーを使用すると大幅に透明性が損なわれるので好ましくない。
【００１７】
より具体的には、シリカとしては、平均粒径が１〜５０ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍ、嵩比重が３０〜１５０ｇ／Ｌ、好ましくは４０〜９０ｇ／Ｌ、比表面積が３０〜４００ｍ2／ｇ、好ましくは５０〜３００ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましい。このような性状を有するシリカとして、好ましくはヒュームドシリカ（乾式シリカ）の中から選択することができる。シリカとしてはまた、高温での貯蔵弾性率の向上度合と透明性のバランスを考慮すると、シラン化合物で表面処理されたものを使用するのが好ましい。
【００１８】
またガラスビーズとしては、平均粒径が１〜１００μｍ、好ましくは５〜７０μｍ、嵩比重が０．５〜５ｇ／ｍＬ、好ましくは１〜３ｇ／ｍＬのものを使用するのが好ましく、またガラス繊維としては、平均繊維長が１０〜１０００μｍ、好ましくは２０〜５００μｍ、平均繊維径が１〜３０μｍ、好ましくは３〜２０μｍのものを使用するのが好ましい。
【００１９】
さらに上記タルクとしては、平均粒径が０．５〜５０μｍ、とくに１〜３０μｍ、嵩比重が０．０５〜３ｇ／ｍＬ、とくに０．１〜１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／ｇ、とくに１〜５ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましく、マイカの場合には、平均粒径が１〜１００μｍ、とくに５〜６０μｍ、嵩比重が０．０５〜１ｇ／ｍＬ、とくに０．１〜０．５ｇ／ｍＬ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／ｇ、とくに１〜５ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましい。
【００２０】
上記無機フィラ−の配合量は、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー１００重量部当り、１〜３０重量部、好ましくは３〜１５重量部の範囲である。シリカの配合量が上記範囲より少ない場合は高温域での貯蔵弾性率の向上が不充分であり、またその配合量が３０重量部を超えると透明性が著しく低下するので好ましくない。
【００２１】
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーと無機フィラーからなる本発明の太陽電池素子封止材料用組成物には、必要に応じ、種々の添加剤を配合することができる。このような添加剤として、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、光拡散剤、難燃剤、変色防止剤、シランカップリング剤などを例示することができる。このような添加剤は、透明性が要求される用途、例えば太陽電池素子の受光側の封止材料用途では透明性を損なうものは好ましくないが、本発明のような太陽電池素子の受光側の反対面の封止材料用途ではそのような制約を受けない。
【００２２】
本発明の太陽電池素子封止材料は、太陽電池素子と上部透明保護材及び下部基板保護材とを封止して太陽電池モジュールを形成するための封止材料として使用できる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができる。例えば透明保護材／封止材／太陽電池素子／封止材／下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止材で挟む構成のもの、下部基板保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と上部透明保護材を形成させるような構成のもの、上部透明保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と下部保護材を形成させるような構成のものなどを挙げることができる。
【００２３】
太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレン、カドミウムーテルルなどのIIIーＶ族やIIーＶＩ族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができ、本発明の封止材料はこれらいずれの太陽電池素子の封止にも適用することができる。
【００２４】
太陽電池モジュールを構成する上部保護材としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂などを例示することができる。また下部保護材としては、金属や各種熱可塑性樹脂フイルムなど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などの金属、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、ポリオレフィンなどの１層もしくは多層のシートを例示することができる。本発明の封止材料は、これらの上部又は下部保護材に対して良好な接着性を示す。
【００２５】
太陽電池モジュールの製造に当たっては、本発明の封止材料のシートを予め作っておき、封止材料が溶融する温度で圧着するという従来同様の方法によって、すでに述べたような構成のモジュールを形成することができる。この場合、封止材料に有機過酸化物を含有していないので、封止材料のシート成形を高温で生産性よく行うことができるとともに、モジュールの形成においても２段階の接着工程を経る必要はなく、高温度で短時間に完結することができる。さらに本発明の封止材料を押出コーティングすることによって太陽電池素子や上部保護材あるいは下部保護材と積層する方法を採用すれば、わざわざシート成形することなく一段階で太陽電池モジュールを製造することが可能である。かくして本発明の封止材料を使用すれば、モジュールの生産性を格段に改良することができる。
【００２６】
上記本発明の封止材料のシートを予め作る場合においては、接着層を設けた多層構造とすることができる。すなわち本発明の封止材料は充分な接着性を有しているものの、無機フィラーをブレンドすることによって若干の接着力の低下が懸念される場合がある。この場合は、高温域での貯蔵弾性率に影響を与えないように、５〜１００μｍ厚み程度の接着層を、上下のいずれか一方あるいは双方に設けて、接着力の低下を抑えることができる。この場合、接着層厚みが５μｍより薄いと接着力の改善は充分でなく、また成形も難しくなる。また接着層厚みを１００μｍを越えるほど厚くすると、高温域での弾性率の低下を招く恐れがでてくる。このような目的に使用される接着層としては、本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーに限定されるものではなく、例えばオレフィン系重合体のシラン変性体や無水マレイン酸変性体などの使用も可能である。
【００２７】
上記いずれの方法を採用するにしても封止材料の厚みは任意であり、例えば０．１〜１ｍｍ程度の厚みとすることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例及び比較例に用いた原料及び物性の評価方法は以下の通りである。
【００２９】
１．原料
（１）エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）
メタクリル酸含量１５重量％、ＭＦＲ２５ｇ／１０分、屈折率１．５０
（２）シリカ（いずれも日本アエロジル社製ヒュームドシリカ）
シリカ１［銘柄「３００」（親水性）：粒径約７ｎｍ、嵩比重約５０ｇ／Ｌ、比表面積３００±３０ｍ2／ｇ、屈折率１．４６］
シリカ２［銘柄「ＲＸ３００」（疎水性）：粒径約７ｎｍ、嵩比重約５０ｇ／Ｌ、比表面積２１０±２０ｍ2／ｇ、屈折率１．４６］
（３）タルク［松村産業社製 銘柄「ハイフィラー＃５０００ＰＪ」：平均粒径１．８μｍ、嵩比重０．１３ｇ／ｍＬ、屈折率１．５４〜１．５９］
（４）マイカ［山口雲母工業社製 銘柄「ＡＢ−３２」：平均粒径２２μｍ、嵩比重０．２３ｇ／ｍＬ、屈折率１．５８］
（５）ガラス繊維［旭ファイバーグラス社製 銘柄「ミルドファイバーＭＦ２０Ｈ−２−２０」：平均繊維長１００〜３００μｍ、平均繊維径１３μｍ、屈折率１．５４］
（６）ガラスビーズ［東芝バロティーニ社製 銘柄「ＧＢ７３１Ａ」：粒度４５μｍ通過８７％、比重２．５ｇ／ｍＬ、屈折率１．５１〜１．５２］
（７）ホウ酸アルミニウムウィスカー［平均繊維長１０〜３０μｍ、嵩比重０．１２ｇ／ｍＬ、屈折率１．７０］
【００３０】
２．物性評価方法
（１）屈折率（樹脂）
試験機：アッベ屈折計 （株）アタゴ製
光線：ナトリウムスペクタルＤ線（波長５８９．３ｎｍ）
【００３１】
（２）貯蔵弾性率（Ｅ’）
貯蔵弾性率を下記の装置を用い、下記条件で測定した。
装置：レオロジー社製 ＤＶＥ−Ｖ４ ＦＴ−レオスペクトラー
条件：引張モード、周波数１０Ｈｚ、振幅２μｍ、正弦波、昇温速度３℃／分測定温度１２０℃、１４０℃、１５０℃
プレスシートサンプル厚み２ｍｍ
【００３２】
（３）全光線透過率
スガ試験機製ヘーズメーターを用いて、ＪＩＳ Ｋ７１０５の方法で評価した。プレスシートサンプル厚み：０．５ｍｍ
【００３３】
（４）接着性評価
（Ａ）対ガラス
太陽電池用の上部透明保護材である透明ガラス板とＰＥＴフイルムとの間に、０．５ｍｍ厚みの後記する方法で作成したプレスシートを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、ガラス板／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、ガラスとプレスシート間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。
○：接着性良好 ×：接着性不良
【００３４】
（Ｂ）対アルミ板
アルミ板とＰＥＴフイルムとの間に０．５ｍｍ厚みの後記する方法で作成したプレスシートを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、アルミ板／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、アルミ板とプレスシート間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。
○：接着性良好 ×：接着性不良
【００３５】
実施例１〜７
各原料を表１に示す配合比で配合し、小型加圧ニーダーで加熱混練した後、プレス成形（成形温度１６０℃）により、厚さ０．５ｍｍ及び２ｍｍのシートを作成した。これらのシートを用いて（２）〜（４）の方法により、貯蔵弾性率、全光線透過率、接着性を評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
比較例１
無機フィラーを配合しないエチレン・メタクリル酸共重合体を使用し、同様に行った。結果を表１に併記する。
【００３７】
比較例２〜３
各原料を表１に示す配合比で配合し、実施例１〜７と同様に評価を行った。結果を表１に併記する。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１に示すように、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体に無機フィラーを適量配合したものは未配合のものに比べて、透明性、接着性を大きく損なうことなく高温域での貯蔵弾性率が優れている。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の太陽電池素子封止材料用重合体組成物は、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体及びそのアイオノマーが有する優れた透明性、接着性を実質的に損なうことなく、高温域での貯蔵弾性率が改善されている。例えば、１５０℃における貯蔵弾性率が１．０×１０3Ｐａ以上、好ましくは５．０×１０3Ｐａ以上で、光線透過率が９０％以上、好ましくは９１％以上の成形品を容易に得ることができる。したがって太陽電池素子封止材料として用いた場合、太陽電池モジュールの温度が上昇してもその流動や変形が見られず、その外観を損なうことが無い。また過酸化物やシランカップリング剤を使用しなくても優れた接着性を有することから、このような添加剤の配合が省略できると共に、太陽電池モジュール製造工程における生産性を著しく高めることが可能であるから、その製造コストを大幅に低減させることが可能である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明性、接着性、耐熱性等に優れた重合体組成物を用いた太陽電池素子封止材料及び太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池は、近年、一般住宅用に利用されるようになってきたが、未だ充分に普及するには至っていない。その理由として、太陽電池そのものの性能が充分優れているとは言い難いためモジュールを大きくせざるを得ないこと、モジュール製造における生産性が低いこと、その結果高価につくことなどが挙げられる。
【０００３】
太陽電池モジュールは、一般にシリコン、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレンなどの太陽電池素子を上部透明保護材と下部基板保護材とで保護し、太陽電池素子と保護材とを封止材で固定し、パッケージ化したものである。このため太陽電池素子封止材料としては、透明性や上下の各保護材との接着性が良好であることが要求されている。
【０００４】
例えば現在、太陽電池モジュールにおける太陽電池素子の封止材料としては、柔軟性、透明性等の観点から、酢酸ビニル含量の高いエチレン・酢酸ビニル共重合体が使用されている。しかしながら、その耐熱性、接着性が不足しているところから、有機過酸化物やシランカップリング剤などを併用する必要があった。この場合、これらの添加剤を配合したエチレン・酢酸ビニル共重合体のシートを作成し、得られたシートを用いて太陽電池素子を封止するという２段階の工程を採用する必要があった。このシートの製造段階では、有機過酸化物が分解しないような低温度での成形が必要であるため、押出成形速度を大きくすることができず、また太陽電池素子の封止段階では、ラミネーターにおいて数分乃至十数分かけての仮接着する工程と、オーブン内において有機過酸化物が分解する高温度で数十分ないし１時間かけて本接着する工程とからなる２段階の時間をかけての接着工程を経る必要があった。そのため太陽電池モジュールの製造には手間と時間がかかり、その製造コストを上昇させる要因の一つとなっていた。
【０００５】
このような問題に対し、本発明者らは特願平１０−２９４３５４号において、有機過酸化物を使用しなくてもガラスや金属等の保護材に対し優れた接着性を示し、また透明性、耐熱性にも優れる代替材料として、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体もしくはそのアイオノマーを用いることを提案した。
【０００６】
しかしながら太陽電池使用時においては、最高９０〜１００℃まで温度上昇することがあり、上記提案の材料では貯蔵弾性率の低下により、封止材が流動、変形する恐れがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは、透明性や接着性を実質的に損なうことなく高温域での貯蔵弾性率を向上させ、太陽電池モジュールの温度上昇時においても流動や変形を起こし難い改良処方につき、鋭意検討を行った。その結果、後記するような特定の無機フィラーを適量配合することによって高温域での弾性率が改善され、また透明性や接着性が実質的に損なわれないことを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
したがって本発明の目的は、透明性、耐熱性、接着性等に優れた太陽電池素子封止材料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー１００重量部に対し、該共重合体又はそのアイオノマーとの屈折率の差異が０．１５以下の範囲にある無機フィラーを１〜３０重量部配合してなる重合体組成物からなる太陽電池素子封止材料及びそれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーは、不飽和カルボン酸含量が４重量%以上、好ましくは５〜２０重量％で、ＤＳＣによる融点が８５℃以上、好ましくは９０〜１０５℃のものである。かかる共重合体又はそのアイオノマーは、エチレン・酢酸ビニル共重合体の場合のように、コモノマー含量の高いエチレン共重合体を使用しなくても優れた透明性を有しているという利点がある。
【００１１】
ここに不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸などであり、とくにアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。上記共重合体においては、柔軟性付与に効果的であるところから、ビニルエステルや（メタ）アクリル酸エステルなどが共重合されたものを使用してもよいが、一般的にはこれら共重合成分を含むものは融点が低くなるので、多量に含有するものは使用できない。
【００１２】
不飽和カルボン酸含量が４重量％より少ないような上記共重合体又はそのアイオノマーを使用した場合には透明性が優れたものが得られず、また接着性についても不充分なものとなる。また不飽和カルボン酸含量が大きくなると、透明性に関してはより優れたものが得られるが、融点が低くなったり、吸湿性が増すなどの問題がでてくる。本発明においては融点が８５℃以上のものと規定しているため、その含量には自ずから限度がある。
【００１３】
本発明におけるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマーとしては、その金属種として、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの多価金属などを例示することができる。このようなアイオノマーを使用する利点は透明性が優れることであり、その中和度としては、例えば８０％以下程度のものを使用することが望ましいが、接着性等を勘案するとあまり中和度の高いものを使用するのは得策ではなく、例えば中和度が６０％以下、とくに３０％以下程度のものを使用するのが好ましい。
【００１４】
本発明においては、上記共重合体やアイオノマーとして、融点が８５℃以上のものが使用される。融点が上記範囲より低いものを使用した場合には、後述する無機フィラーを配合しても耐熱性が充分でなく、太陽電池素子封止材料に用いた場合、太陽電池使用時における温度上昇により変形の恐れがあり、また太陽電池モジュールを加熱圧着法で製造するときに、これら封止材料が必要以上に流れ出してバリを生じる恐れがあるので好ましくない。
【００１５】
上記共重合体又はそのアイオノマーとしてはまた、１９０℃、２１６０ｇ荷重におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）が０．１〜５００ｇ／１０分、とくに１〜２００ｇ／１０分のものを使用するのが好ましい。ＭＦＲが低いものを使用した場合には、若干低めの融点のものを使用しても上記のような封止材料の流れによるトラブルが生じ難いという利点はあるが、あまりＭＦＲの低いものを使用すると加工性が悪くなる。一方、あまりＭＦＲの高いものを使用すると、モジュール作成時に端部からはみ出してラミネート内に付着する量が多くなり、それを取り除く作業に手間がかかり、生産効率が悪くなる。
【００１６】
本発明においては透明性をあまり犠牲にすることなく高温での貯蔵弾性率を向上させるために、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーに、該共重合体又はそのアイオノマーとの屈折率の差異が０．１５以下、好ましくは０．１０以下の範囲にある無機フィラーが配合される。すなわち適当な無機フィラーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーの透明性を大きく損なうものであってはならず、これら共重合体又はそのアイオノマーの屈折率と近似した屈折率を有するものを使用して、少なくとも全光線透過率が９０％以上、好ましくは９１％以上を維持するようにする。上記共重合体又はそのアイオノマーの屈折率はその組成によっても異なるが、通常１．４７〜１．５３の範囲にあるので、使用する上記共重合体又はそのアイオノマーの種類に応じ、その屈折率と上下０．１５以内の範囲にある屈折率を有する無機フィラーが使用される。例えばシリカ、ガラスビーズ、ガラス繊維のような珪素酸化物、タルクのような珪酸マグネシウム、カオリン、モンモリロナイト、マイカのような層状珪酸アルミニウム、長石、沸石、合成ゼオライトのような網状珪酸アルミニウムなどの珪素化合物を好適例として挙げることができる。屈折率の差異が上記範囲を越えるような無機フィラーを使用すると大幅に透明性が損なわれるので好ましくない。
【００１７】
より具体的には、シリカとしては、平均粒径が１〜５０ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍ、嵩比重が３０〜１５０ｇ／Ｌ、好ましくは４０〜９０ｇ／Ｌ、比表面積が３０〜４００ｍ2／ｇ、好ましくは５０〜３００ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましい。このような性状を有するシリカとして、好ましくはヒュームドシリカ（乾式シリカ）の中から選択することができる。シリカとしてはまた、高温での貯蔵弾性率の向上度合と透明性のバランスを考慮すると、シラン化合物で表面処理されたものを使用するのが好ましい。
【００１８】
またガラスビーズとしては、平均粒径が１〜１００μｍ、好ましくは５〜７０μｍ、嵩比重が０．５〜５ｇ／ｍＬ、好ましくは１〜３ｇ／ｍＬのものを使用するのが好ましく、またガラス繊維としては、平均繊維長が１０〜１０００μｍ、好ましくは２０〜５００μｍ、平均繊維径が１〜３０μｍ、好ましくは３〜２０μｍのものを使用するのが好ましい。
【００１９】
さらに上記タルクとしては、平均粒径が０．５〜５０μｍ、とくに１〜３０μｍ、嵩比重が０．０５〜３ｇ／ｍＬ、とくに０．１〜１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／ｇ、とくに１〜５ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましく、マイカの場合には、平均粒径が１〜１００μｍ、とくに５〜６０μｍ、嵩比重が０．０５〜１ｇ／ｍＬ、とくに０．１〜０．５ｇ／ｍＬ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／ｇ、とくに１〜５ｍ2／ｇのものを使用するのが好ましい。
【００２０】
上記無機フィラ−の配合量は、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー１００重量部当り、１〜３０重量部、好ましくは３〜１５重量部の範囲である。シリカの配合量が上記範囲より少ない場合は高温域での貯蔵弾性率の向上が不充分であり、またその配合量が３０重量部を超えると透明性が著しく低下するので好ましくない。
【００２１】
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーと無機フィラーからなる本発明の太陽電池素子封止材料用組成物には、必要に応じ、種々の添加剤を配合することができる。このような添加剤として、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、光拡散剤、難燃剤、変色防止剤、シランカップリング剤などを例示することができる。このような添加剤は、透明性が要求される用途、例えば太陽電池素子の受光側の封止材料用途では透明性を損なうものは好ましくないが、本発明のような太陽電池素子の受光側の反対面の封止材料用途ではそのような制約を受けない。
【００２２】
本発明の太陽電池素子封止材料は、太陽電池素子と上部透明保護材及び下部基板保護材とを封止して太陽電池モジュールを形成するための封止材料として使用できる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができる。例えば透明保護材／封止材／太陽電池素子／封止材／下部保護材のように太陽電池素子の両側から封止材で挟む構成のもの、下部基板保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と上部透明保護材を形成させるような構成のもの、上部透明保護材の内周面上に形成させた太陽電池素子上に封止材と下部保護材を形成させるような構成のものなどを挙げることができる。
【００２３】
太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、ガリウムー砒素、銅ーインジウムーセレン、カドミウムーテルルなどのIIIーＶ族やIIーＶＩ族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができ、本発明の封止材料はこれらいずれの太陽電池素子の封止にも適用することができる。
【００２４】
太陽電池モジュールを構成する上部保護材としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂などを例示することができる。また下部保護材としては、金属や各種熱可塑性樹脂フイルムなど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などの金属、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、ポリオレフィンなどの１層もしくは多層のシートを例示することができる。本発明の封止材料は、これらの上部又は下部保護材に対して良好な接着性を示す。
【００２５】
太陽電池モジュールの製造に当たっては、本発明の封止材料のシートを予め作っておき、封止材料が溶融する温度で圧着するという従来同様の方法によって、すでに述べたような構成のモジュールを形成することができる。この場合、封止材料に有機過酸化物を含有していないので、封止材料のシート成形を高温で生産性よく行うことができるとともに、モジュールの形成においても２段階の接着工程を経る必要はなく、高温度で短時間に完結することができる。さらに本発明の封止材料を押出コーティングすることによって太陽電池素子や上部保護材あるいは下部保護材と積層する方法を採用すれば、わざわざシート成形することなく一段階で太陽電池モジュールを製造することが可能である。かくして本発明の封止材料を使用すれば、モジュールの生産性を格段に改良することができる。
【００２６】
上記本発明の封止材料のシートを予め作る場合においては、接着層を設けた多層構造とすることができる。すなわち本発明の封止材料は充分な接着性を有しているものの、無機フィラーをブレンドすることによって若干の接着力の低下が懸念される場合がある。この場合は、高温域での貯蔵弾性率に影響を与えないように、５〜１００μｍ厚み程度の接着層を、上下のいずれか一方あるいは双方に設けて、接着力の低下を抑えることができる。この場合、接着層厚みが５μｍより薄いと接着力の改善は充分でなく、また成形も難しくなる。また接着層厚みを１００μｍを越えるほど厚くすると、高温域での弾性率の低下を招く恐れがでてくる。このような目的に使用される接着層としては、本発明で用いられるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーに限定されるものではなく、例えばオレフィン系重合体のシラン変性体や無水マレイン酸変性体などの使用も可能である。
【００２７】
上記いずれの方法を採用するにしても封止材料の厚みは任意であり、例えば０．１〜１ｍｍ程度の厚みとすることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例及び比較例に用いた原料及び物性の評価方法は以下の通りである。
【００２９】
１．原料
（１）エチレン・メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）
メタクリル酸含量１５重量％、ＭＦＲ２５ｇ／１０分、屈折率１．５０
（２）シリカ（いずれも日本アエロジル社製ヒュームドシリカ）
シリカ１［銘柄「３００」（親水性）：粒径約７ｎｍ、嵩比重約５０ｇ／Ｌ、比表面積３００±３０ｍ2／ｇ、屈折率１．４６］
シリカ２［銘柄「ＲＸ３００」（疎水性）：粒径約７ｎｍ、嵩比重約５０ｇ／Ｌ、比表面積２１０±２０ｍ2／ｇ、屈折率１．４６］
（３）タルク［松村産業社製 銘柄「ハイフィラー＃５０００ＰＪ」：平均粒径１．８μｍ、嵩比重０．１３ｇ／ｍＬ、屈折率１．５４〜１．５９］
（４）マイカ［山口雲母工業社製 銘柄「ＡＢ−３２」：平均粒径２２μｍ、嵩比重０．２３ｇ／ｍＬ、屈折率１．５８］
（５）ガラス繊維［旭ファイバーグラス社製 銘柄「ミルドファイバーＭＦ２０Ｈ−２−２０」：平均繊維長１００〜３００μｍ、平均繊維径１３μｍ、屈折率１．５４］
（６）ガラスビーズ［東芝バロティーニ社製 銘柄「ＧＢ７３１Ａ」：粒度４５μｍ通過８７％、比重２．５ｇ／ｍＬ、屈折率１．５１〜１．５２］
（７）ホウ酸アルミニウムウィスカー［平均繊維長１０〜３０μｍ、嵩比重０．１２ｇ／ｍＬ、屈折率１．７０］
【００３０】
２．物性評価方法
（１）屈折率（樹脂）
試験機：アッベ屈折計 （株）アタゴ製
光線：ナトリウムスペクタルＤ線（波長５８９．３ｎｍ）
【００３１】
（２）貯蔵弾性率（Ｅ’）
貯蔵弾性率を下記の装置を用い、下記条件で測定した。
装置：レオロジー社製 ＤＶＥ−Ｖ４ ＦＴ−レオスペクトラー
条件：引張モード、周波数１０Ｈｚ、振幅２μｍ、正弦波、昇温速度３℃／分測定温度１２０℃、１４０℃、１５０℃
プレスシートサンプル厚み２ｍｍ
【００３２】
（３）全光線透過率
スガ試験機製ヘーズメーターを用いて、ＪＩＳ Ｋ７１０５の方法で評価した。プレスシートサンプル厚み：０．５ｍｍ
【００３３】
（４）接着性評価
（Ａ）対ガラス
太陽電池用の上部透明保護材である透明ガラス板とＰＥＴフイルムとの間に、０．５ｍｍ厚みの後記する方法で作成したプレスシートを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、ガラス板／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、ガラスとプレスシート間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。
○：接着性良好 ×：接着性不良
【００３４】
（Ｂ）対アルミ板
アルミ板とＰＥＴフイルムとの間に０．５ｍｍ厚みの後記する方法で作成したプレスシートを挟んで真空ラミネーター内に仕込み、１６０℃に温調したホットプレート上に載せて１５分間加熱し、アルミ板／プレスシート／ＰＥＴフイルムの積層体を作成した。この積層体について、アルミ板とプレスシート間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記２段階で評価した。
○：接着性良好 ×：接着性不良
【００３５】
実施例１〜７
各原料を表１に示す配合比で配合し、小型加圧ニーダーで加熱混練した後、プレス成形（成形温度１６０℃）により、厚さ０．５ｍｍ及び２ｍｍのシートを作成した。これらのシートを用いて（２）〜（４）の方法により、貯蔵弾性率、全光線透過率、接着性を評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
比較例１
無機フィラーを配合しないエチレン・メタクリル酸共重合体を使用し、同様に行った。結果を表１に併記する。
【００３７】
比較例２〜３
各原料を表１に示す配合比で配合し、実施例１〜７と同様に評価を行った。結果を表１に併記する。
【００３８】
【表１】
表１に示すように、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体に無機フィラーを適量配合したものは未配合のものに比べて、透明性、接着性を大きく損なうことなく高温域での貯蔵弾性率が優れている。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の太陽電池素子封止材料用重合体組成物は、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体及びそのアイオノマーが有する優れた透明性、接着性を実質的に損なうことなく、高温域での貯蔵弾性率が改善されている。例えば、１５０℃における貯蔵弾性率が１．０×１０3Ｐａ以上、好ましくは５．０×１０3Ｐａ以上で、光線透過率が９０％以上、好ましくは９１％以上の成形品を容易に得ることができる。したがって太陽電池素子封止材料として用いた場合、太陽電池モジュールの温度が上昇してもその流動や変形が見られず、その外観を損なうことが無い。また過酸化物やシランカップリング剤を使用しなくても優れた接着性を有することから、このような添加剤の配合が省略できると共に、太陽電池モジュール製造工程における生産性を著しく高めることが可能であるから、その製造コストを大幅に低減させることが可能である。
Claims (4)
- 不飽和カルボン酸含量が４重量％以上であって、融点が８５℃以上のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー１００重量部に対し、該共重合体又はそのアイオノマーとの屈折率の差異が０．１５以下の範囲にある無機フィラーを１〜３０重量部配合してなる重合体組成物からなる太陽電池素子封止材料。
- 無機フィラーが珪素化合物である重合体組成物からなる請求項１記載の太陽電池素子封止材料。
- 重合体組成物の１５０℃における貯蔵弾性率が１０3Ｐａ以上であって、全光線透過率が９０％以上である請求項１記載の太陽電池素子封止材料。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池素子封止材料を用いた太陽電池モジュール。
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