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TWI474925B - 樹脂密封片及太陽能電池模組 - Google Patents

樹脂密封片及太陽能電池模組 Download PDF

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TWI474925B
TWI474925B TW100130458A TW100130458A TWI474925B TW I474925 B TWI474925 B TW I474925B TW 100130458 A TW100130458 A TW 100130458A TW 100130458 A TW100130458 A TW 100130458A TW I474925 B TWI474925 B TW I474925B
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Taiwan
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resin
sealing sheet
resin sealing
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copolymer
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TW100130458A
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TW201309475A (zh
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Mitsuyoshi Itada
Masahiko Kawashima
Satoshi Matsunaga
Eri Yamamoto
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Asahi Kasei E Materials Corp
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Description

樹脂密封片及太陽能電池模組
本發明係關於樹脂密封片及使用該樹脂密封片之太陽能電池模組。
近年來因全球暖化現象使得環保意識提高,而不產生二氧化碳氣體等溫室氣體之新能源系統受到關注。藉由太陽能電池發電之能源不會產生二氧化碳氣體等。因此作為綠色能源而備受矚目,而進行產業用及家庭用能源之研究開發。
太陽能電池的代表例可例舉:使用單晶、多晶矽電池(結晶系矽電池)者,使用非晶矽(amorphous silicon)、化合物半導體者(薄膜系電池)等。太陽能電池多長時間在屋外曝於風雨下使用,將發電部分以玻璃板及背板(back sheet)等貼合而模組化,而防止水份由外部侵入,藉此以圖保護發電部分及防止漏電等。
保護發電部分之構件係為了確保發電所需的光穿透,而在光入射側之構件中使用透明玻璃及透明樹脂。在相反側(背側)的構件使用稱為背板之鋁箔、聚氟乙烯樹脂(PVF)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及二氧化矽等經障壁塗膜(barrier coat)加工之積層片。接著以樹脂密封片夾住發電元件,復以玻璃及背板覆蓋於外部,且藉由實施熱處理以熔融樹脂密封片,使整體一體化密封(模組化)。
上述樹脂密封片係要求以下(1)至(3)之特性。即(1)與玻璃、發電元件、背板之接著性良好、(2)防止在高溫狀態中,樹脂密封片熔融造成發電元件流動之性質(耐潛變性(creep resistance))、(3)不阻礙太陽光入射之透明性。
由此等觀點來看,樹脂密封片係於乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中調合對抗紫外線劣化之紫外線吸收劑、用以提升與玻璃之接著性之偶合劑(coupling agent)、交聯用之有機過氧化物等添加劑,且藉由壓延機(calender)成形及T模頭鑄型(T-die cast)而製膜。此外,鑒於需長時間曝曬於太陽光下,為謀求防止因樹脂劣化而造成光學特性降低,而調合耐光劑等各種添加劑。
如上述以樹脂密封片而將太陽能電池模組化之方法,可舉出使用專用之太陽能電池真空積層機(vacuum laminator)等之方法。具體來說可舉出以下方法:以玻璃/樹脂密封片/結晶系矽電池等發電元件/樹脂密封片/背板之順序疊合,經過以樹脂熔融溫度以上(EVA之情形係150℃左右之溫度條件)的溫度預熱之步驟及壓機(press)步驟,而將樹脂密封片熔融而貼合。
上述方法中,首先於預熱步驟將樹脂密封片之樹脂熔融,且於壓機步驟將接觸熔融樹脂之構件與熔融樹脂密合,且經真空積層。此積層步驟中,(i)將樹脂密封片所含有之交聯劑(例如有機過氧化物)熱分解且促進EVA之交聯後,(ii)使其與樹脂密封片所含之偶合劑接觸之構件共價鍵結。藉此而實現提升彼此之接著性,且防止在高溫狀態中,因樹脂密封片熔融而造成之發電元件流動(耐潛變性),玻璃、發電元件及背板之優異接著性。
專利文獻1中揭示一種太陽能電池密封用薄片,其由乙烯系共聚物樹脂所製成且輻射線交聯至一定程度之膠化率(gel fraction)。此外,專利文獻2中揭示一種太陽能電池密封用薄片,其由調合矽烷偶合劑之乙烯系共聚物樹脂所製成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-031232號公報
[專利文獻2]日本特開2005-019975號公報
但是,因為近年要求太陽能電池模組電力之高輸出化,而藉由加厚連接結晶系矽電池等發電元件之連接線(tab wire)等金屬連結線以減少電力損失,而以對應此減少電力損失模組的要求之觀點來看,有關於樹脂密封片於凹凸大之發電元件間隙之填覆性尚有改善的餘地。以往為了提升上述之耐潛變性而進行將樹脂密封片膠化(gelling)等,但若進行膠化,則會有在太陽能電池模組化時熱流動性變差,以及模組化後伴隨膠化而產生裂解氣之問題。因此無法得到充分之間隙填覆性。在具有用厚金屬線連結的凹凸大之發電元件的太陽能電池之情形,此問題更為顯著。
從發電效率的觀點來看,太陽能電池密封材較佳為無色透明者,而交聯構造及膠化率會對其造成影響。因以往交聯構造及膠化率主要係為了改善間隙填覆性及耐潛變性而設計,故事實上對於透明性及色差的安定性並無充分檢討。
本發明係鑑於上述情事而研究者,主要目的係提供間隙填覆性與耐潛變性優異,且透明性與色差的安定性優異之樹脂密封片。
本發明者們為解決上述問題而銳意研究之結果,發現以含有特定密度的聚乙烯系樹脂且不含交聯劑,且控制特定物性之樹脂密封片,可實現間隙填覆性與耐潛變性優異,且透明性與色差的安定性優異之樹脂密封片。
即本發明係如以下所述:
[1].一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,在150℃之溫度下懸掛時收縮率為0至25%,且膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
[2].一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,慕尼黏度(Mooney viscosity)為70至90M。
[3].一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,且滿足下述(1)及(2)之條件
(1)藉由測定150至250℃之熔融黏彈性而算出之活化能(activation energy)為75至90kJ/mol。
(2) 於150℃下,以1rad/秒所測定之儲存模數(G’)為6,000至12,000Pa。
[4]. 如[1]至[3]任一項所述之樹脂密封片,其係經施加有交聯處理。
[5]. 如[4]所述之樹脂密封片,其中,前述交聯處理係以照射電離輻射線而實施。
[6]. 如[5]所述之樹脂密封片,其中,前述照射電離輻射線之電離輻射線照射量係30kGy以上60kGy以下。
[7]. 一種太陽能電池模組,其具有:透光性絕緣基板、相對向於前述透光性絕緣基板而配置之背面絕緣基板、配置於前述透光性絕緣基板與前述背面絕緣基板間之發電元件、及密封前述發電元件之[1]至[6]任一項所述之樹脂密封片。
[8]. 如[7]所述之太陽能電池模組,其中,前述太陽能電池模組所含之前述樹脂密封片之膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
[9]. 一種樹脂密封片之製造方法,其具有以30kGy以上60kGy以下之電離輻射線照射薄片之步驟,此薄片含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑。
根據本發明可提供間隙填覆性與耐潛變性優異,且透明性與色差的安定性優異之樹脂密封片。
以下詳細說明實施本發明之型態(以下簡稱為「本實施型態」)。以下本實施型態係為了說明本發明而例示,但並不代表本發明受限於以下內容。本發明可於其要旨之範圍內適宜變化而實施。此外,圖式中,上下左右之位置關係只要無特別註明,即依據圖式所示之位置關係。並且圖式之尺寸比例並不受限於圖示之比例。
<樹脂密封片>
本實施型態之樹脂密封片之第一型態係含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,在150℃溫度下懸掛時收縮率(以下稱為「懸掛收縮率」)為0至25%,且膠化率為0質量%以上且未滿1質量%之樹脂密封片。
在150℃之溫度下懸掛薄片時之收縮率(以下稱為「懸掛收縮率」)之下限值為0%以上即可,較佳為1%以上。懸掛收縮率之上限值為25%以下即可,較佳為15%以下。懸掛收縮率可藉由後述實施例所記載之方法測定。
此外,由熱鬆弛(thermal relaxation)而造成之分子運動,使得樹脂密封片中之殘留應力釋出,而產生懸吊所致之收縮。因此,可藉由調整後面詳述之聚乙烯系樹脂等的樹脂成分之分子量與分支構造(交聯密度等),而控制懸掛收縮率。分支構造的分支程度高且由熱鬆弛而造成之分子運動受到抑制時,例如若藉由高電離輻射線照射量之電離輻射線照射分子量高之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可降低懸掛收縮率。相反的,分支構造的分支程度低且由熱鬆弛而造成之分子運動難以抑制時,例如若藉由低電離輻射線量之電離輻射線照射分子量低之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可提高懸掛收縮率。
本實施型態之樹脂密封片係施以膠化率0質量%以上且未滿1質量%之交聯處理。以耐潛變性的觀點來看,膠化率的下限值為0質量%以上即可,較佳為0.2質量%以上。以間隙填覆性,尤其是填覆以厚金屬連結線連結的凹凸大之發電元件間隙的觀點來看,膠化率的上限值為未滿1質量%即可,較佳為0.8質量%以下。膠化率可藉由後述實施例所記載之方法測定。
此外,可藉由調整後面詳述之聚乙烯系樹脂等的樹脂成分之分子量與分支構造(交聯密度等),而控制膠化率。例如若藉由高電離輻射線照射量之電離輻射線照射分子量高之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可提高膠化率。相反的,若藉由低電離輻射線量之電離輻射線照射分子量低之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可降低膠化率。
本實施型態之樹脂密封片之第二型態係含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,慕尼黏度為70至90M之樹脂密封片。此樹脂密封片之慕尼黏度為70至90M即可,較佳為75至85M,更佳為78至82M。慕尼黏度係高溫流動時的黏度,可作為依據樹脂的交聯構造之分子運動之容易度的指標。藉由使慕尼黏度為70M以上,則可抑制流動性且提升耐潛變性,藉由使其在90M以下,則可提升間隙埋覆性。
此外,可藉由調整後面詳述之聚乙烯系樹脂等的樹脂成分之分子量與分支構造(交聯密度等),而控制慕尼黏度。例如若藉由高電離輻射線量之電離輻射線照射分子量高之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可提高慕尼黏度。相反的,若藉由低電離輻射線量之電離輻射線照射分子量低之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可降低慕尼黏度。
本實施型態之樹脂密封片之第三型態係含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,且滿足下述(1)及(2)之條件的樹脂密封片。
(1) 藉由測定150至250℃之熔融黏彈性而算出之活化能(activation energy)為75至90kJ/mol。
(2) 於150℃下,以1rad/秒所測定之儲存模數(G’)為6,000至12,000Pa。
活化能及儲存模數(G’),係可作為依據樹脂的交聯構造之分子運動容易度的指標,而此樹脂的交聯構造的樹脂膠化率僅有極小差別。藉由使活化能為75kJ/mol以上,則可抑制流動性並再提升耐潛變性,藉由使活化能為90kJ/mol以上,則可再提升間隙填覆性。接著,藉由使活化能及儲存模數(G’)兩者在上述範圍中,則可再提升耐潛變性與間隙填覆性之平衡性。
第三型態中,活化能可為75至90kJ/mol,更佳為78至88kJ/mol,又更佳為80至85kJ/mol。儲存模數(G’)可為6,000至12,000Pa,又更佳為7,000至10,000Pa。
此外,活化能會受高分子鏈的分子運動的容易度影響。因此,可藉由調整後面詳述之聚乙烯系樹脂等的樹脂成分之分子量與分支構造(交聯密度等),而控制活化能。例如若藉由高電子射線照射量之電離輻射線照射分子量高之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可提高活化能。相反的,若藉由低電子射線照射量之電離輻射線照射分子量低之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可降低活化能。
此外,儲存模數(G’)會受高分子鏈的分子運動的容易度影響。因此,可藉由調整後面詳述之聚乙烯系樹脂等的樹脂成分之分子量與分支構造(交聯密度等),而控制儲存模數(G’)。例如若藉由高電子射線照射量之電離輻射線照射分子量高之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可提高儲存模數(G’)。相反的,若藉由低電子射線照射量之電離輻射線照射分子量低之聚乙烯系樹脂而進行交聯處理,可降低儲存模數(G’)。
縱使樹脂密封片具有後述單層構造或多層構造之任一構造,除非特別註明,否則上述之懸掛收縮率、膠化率、慕尼黏度、活化能及儲存模數(G’)等各物性值皆代表樹脂密封片整體平均值。可藉由上述物性值在上述範圍中,使樹脂密封片具有以下性能:沒有間隙地密封發電元件及配線等被密封物之間的高低差之性能(間隙填覆性)與耐潛變性優異,且透明性與色差安定性亦優異。
接著,藉由滿足上述第一型態、第二型態及第三型態所說明有關各物性的條件而可發揮更優異的效果。例如藉由使其為以下所示之構成而可發揮更優異的效果。
例如將第一型態與第二型態組合者,可舉出滿足含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,並滿足下述條件(a)與(b)之樹脂密封片。
(a)在150℃的溫度下懸掛薄片時,收縮率為0至25%,且膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
(b)慕尼黏度為70至90M。
例如將第二型態與第三型態組合者,可舉出滿足含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,並滿足下述條件(b)、(c)及(d)之樹脂密封片。
(b)慕尼黏度為70至90M。
(c)藉由測定150至250℃之熔融黏彈性而算出之活化能為75至90kJ/mol。
(d)於150℃下,以1rad/秒所測定之儲存模數(G’)為6,000至12,000Pa。
例如將第一型態、第二型態及第三型態組合者,可舉出滿足含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,並滿足下述條件(a)至(d)之樹脂密封片。
(a)在150℃的溫度下懸掛薄片時,收縮率為0至25%,且膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
(b)慕尼黏度為70至90M。
(c)藉由測定150至250℃之熔融黏彈性而算出之活化能為75至90kJ/mol。
(d)於150℃下,以1rad/秒所測定之儲存模數(G’)為6,000至12,000Pa。
本實施型態中,較佳為將樹脂密封片施以交聯處理。藉由施以交聯處理,可高精度控制上述物性。本實施型態中「交聯處理」係指將構成樹脂的高分子,至少一部份以物理的或化學的方式交聯之狀態。
因本實施型態之樹脂密封片不含交聯劑,故可省略熱硬化(thennal curing)步驟。此外,因可緩和製造薄片時溫度的限制,故在薄片製膜時及後述之壓印(emboss)加工時可將薄片溫度設定在高溫。其結果可提升製膜速度及壓印加工速度,有利於生產性。復藉由作為交聯劑所使用之有機過氧化物之熱分解等,而可抑制氣體的產生,故而可抑制真空泵等裝置類之腐蝕傷害及油污等。此外,本實施型態中「不含有交聯劑」之意思包括實質上不含有交聯劑者,亦包括無積極添加交聯劑者。
本實施型態之樹脂密封片之交聯處理較佳為藉由照射電離輻射線進行。本實施型態所使用之電離輻射線可例舉:α射線、β射線、γ射線、中子射線、電子射線等。藉由調整此等電離輻射線之照射強度(加速電壓)與照射密度而可調整電子射線照射量,可高精度控制薄片厚度方向之懸掛收縮率、膠化率、慕尼黏度、活化能及儲存模數(G’)。藉由調整照射強度(加速電壓),可控制電子於薄片厚度方向之到達深度,藉由調整照射密度,可控制薄片每單位面積所照射之電子量的多寡。可對應施以交聯處理之樹脂,而適宜地調節電離輻射線之加速電壓,雖電離輻射線之照射量因所使用之樹脂而異,但由使樹脂密封片整體均一地交聯之觀點來看,一般較佳為3kGy至100kGy。更佳為30kGy至60kGy,又更佳為40kGy至50kGy。此外,加速電壓較佳為250kV至2000kV,更佳為500kV至1000kV。
有關藉由本實施型態之樹脂密封片所得之作用效果並未十分明瞭,但可推測如下。
首先,考慮間隙填覆性與耐潛變性為互償(trade-off)之關係,故難以兼顧。但因本實施型態之樹脂密封片不含有機過氧化物等交聯劑,故可抑制由交聯劑所產生之極性基等,故考慮是間隙填覆性與耐潛變性是否可兼顧。尤其是因不使用交聯劑而進行交聯處理,故可排除交聯劑及自由基起始劑等之不良影響,藉此可僅以源自樹脂成分之化學構造而構成樹脂成分之分子間交聯,故推測間隙填覆性與耐潛變性之兼顧性可更為優異。復因藉由電離輻射線照射而進行交聯處理,推測間隙填覆性與耐潛變性之兼顧性可更為優異。
若更具體的說明,使用有機過氧化物等交聯劑之以往技術中,藉由交聯劑及自由基起始劑之解離反應所產生之自由基種(例如R-O‧等)亦利用於樹脂成分之交聯反應(參考下述式)。其結果使來源為交聯劑及自由基起始劑之自由基種與樹脂反應,而形成交聯構造,因此在分子間交聯中含有交聯劑及自由基起始劑之末端基(例如-OR等),而被認為會對間隙填覆性與耐潛變性造成不良影響。
R-O-O-R→R-O‧+‧O-R
但本實施型態之樹脂密封片中,交聯反應係利用聚乙烯系樹脂等重複單元所含之[-(CH2 )-]的氫原子經電解解離所生成之[H‧](參考下述式)。其結果,因僅源自樹脂成分之自由基種與交聯反應有關,故分子間交聯僅由源自樹脂成分之化學構造所構成,而認為間隙填覆性與耐潛變性之兼顧性可更為優異(但本實施型態之作用等並不限於此)。
-CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -→H‧+-CH2 -C‧H-CH2 -CH2 -
此外,因熱處理而使樹脂密封片中之樹脂成分結晶化,而引起光學散射,產生霧度(haze)惡化,色差不安定之問題。但本實施型態之樹脂密封片中藉由照射電離輻射線而實施交聯處理,而可於樹脂成分之分子鏈上,因立體上的理由等而被認為是困難之位置(例如三級碳上)產生不具有極性基之交聯點。藉此,認為因加熱所致之結晶化所造成之分子運動受到抑制,可有效率的抑制霧度惡化,並可維持色差安定性(但本實施型態之作用等並不限於此)。
復過去藉由照射電離輻射使樹脂中之氫原子脫離,而產生共軛雙鍵,因為此共軛雙鍵發揮作為發色團(chromophor)之功能,而有增大色差之問題。但本實施型態之樹脂密封片中,藉由將電離輻射線照射量調節至特定範圍內,而可在適當的色差範圍設計樹脂密封片。此外,令人驚訝的是,本實施型態之樹脂密封片可抑制因加熱處理所致之熱劣化而引起之色差增大。其理由並不確定,此認為是因交聯反應未使用有機過氧化物,而沒有生成由過氧化物造成之極性基(羥基、羰基、過氧基、環氧基),故可維持聚乙烯系樹脂等之類的聚乙烯系樹脂本來所具有之高耐候性及耐熱性(但本實施型態之作用等並不限於此)。
接著說明有關可用於本實施型態之樹脂密封片之材料。
本實施型態之樹脂密封片含有密度為0.860至0.910g/cm3 以下之聚乙烯系樹脂。聚乙烯系樹脂係表示乙烯同元聚合物,或是乙烯與一種或兩種以上之其他單體的共聚物。藉由使用密度為0.910g/cm3 以下之聚乙烯樹脂,可大幅提升熱積層時之間隙填覆性及透明性(尤其是全光穿透率)。從提升浸射光穿透率使霧度提高之觀點來看,密度的下限值為0.860g/cm3 以上,較佳為0.880g/cm3 以上,更佳為0.890g/cm3 以上。從進一步改善透明性之觀點來看,更佳為對低密度聚乙烯系樹脂並用高密度聚乙烯系樹脂等不同種類之樹脂。更具體來說,對低密度聚乙烯系樹脂,更佳為以1至50質量%之比例添加高密度聚乙烯系樹脂。
聚乙烯樹脂更佳為鏈狀低密度聚乙烯。藉由使用鏈狀低密度聚乙烯而可更加抑制極性,亦可得更優異之絕緣性。復水蒸氣障壁性優異,即使在高溫高濕下也可確實的密封被密封物。尤其是施以交聯處理時,此優點更為顯著。
從樹脂密封片之加工性及熱積層的適宜性來看,鏈狀低密度聚乙烯的熔點較佳為在110℃以下。此外,以JIS K 7210為基準所測定之熔融流動速率(MFR;190℃,2.16kg)較佳為0.5至30g/10分鐘,更佳為0.8至30g/10分鐘,又更佳為1.0至25g/10分鐘。
鏈狀低密度聚乙烯可使用單點(single-site)系觸媒、多位點(multi-site)系觸媒等公知之觸媒而聚合。在此之中,以可抑制低分子成分之含量,且可高效率地合成低密度樹脂的觀點來看,較佳為使用單點系觸媒進行聚合。單點系觸媒並無特別限定,可使用公知者。例如可舉出具有環戊二烯之金屬錯合物。此等可使用市售品。
樹脂密封片可由含有除了密度為0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂以外的其他樹脂之樹脂組成物所構成。此時樹脂組成物整體中,其他樹脂含有率較佳為在10質量%以下,更佳為在5質量%以下,又更佳為在3質量%以下。
其他樹脂熔點較佳為在100℃以下,更佳為在80℃以下,又更佳為在75℃以下。藉此可賦予樹脂密封片充分的熱流動性。樹脂密封片所含之樹脂組成物含有複數樹脂時,樹脂組成物整體的熔點更佳為在100℃以下。熔點可由後述實施例所記載之方法測定。
其他樹脂例如可舉出由以下所成群組中所選出之任一種:乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物皂化物(soponified metter)、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物皂化物及聚烯烴系樹脂。此等可單獨使用一種,也可兩種以上並用。
乙烯-醋酸乙烯共聚物表示由乙烯單體與醋酸乙烯單體共聚合所得之共聚物。從光學特性、接著性及柔軟性的觀點來看,構成乙烯-醋酸乙烯共聚物之全部單體中,醋酸乙烯之比例較佳為10至40質量%,更佳為13至35質量%,又更佳為15至30質量%。由樹脂密封片之加工性的觀點來看,以JIS K 7210為基準所測定之MFR(190℃,2.16kg)較佳為0.3至30g/10分鐘,更佳為0.5至30g/10分鐘,又更佳為0.8至25g/10分鐘。
乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物表示由乙烯單體與脂肪族不飽和羧酸單體共聚合所得之共聚物。脂肪族不飽和羧酸單體可舉出例如丙烯酸、甲基丙烯酸等。共聚物可為三種成分以上之單體共聚合而得之多元共聚物。構成乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物之全部單體中,脂肪族不飽和羧酸單體之比例較佳為3至35質量%。MFR(190℃,2.16kg)較佳為0.3至30g/10分鐘,更佳為0.5至30g/10分鐘,又更佳為0.8至25g/10分鐘。
乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物表示由乙烯單體與脂肪族不飽和羧酸酯單體共聚合所得之共聚物。脂肪族不飽和羧酸酯單體可舉出例如丙烯酸或甲基丙烯酸與甲醇、乙醇等碳數1至8的醇類所成之酯等。共聚物可為三種成分以上之單體共聚合而得之多元共聚物。構成乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物之全部單體中,脂肪族不飽和羧酸酯之比例較佳為3至35質量%。MFR(190℃,2.16kg)較佳為0.5至30g/10分鐘,更佳為0.8至30g/10分鐘,又更佳為1至25g/10分鐘。
乙烯-醋酸乙烯共聚物皂化物可舉出例如乙烯-醋酸乙烯共聚物之部分或完全皂化物。乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物皂化物可舉出例如乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物之部分或完全皂化物。此等皂化物中羥基含量之上限值在樹脂組成物中較佳為10質量%以下,更佳為在5質量%以下,又更佳為在3質量%以下。此外,有關於下限值較佳為在0.1質量%以上。藉由使羥基含量為上述範圍中,可使接著性及相容性更為良好,且可有效抑制所得之樹脂密封片之白濁化。可藉由NMR測定皂化前樹脂與皂化後樹脂(皂化物),而求得醋酸乙烯共聚合比(VA%)、皂化物之皂化度、樹脂組成物中皂化物之含量。
從光學特性、接著性及柔軟性的觀點來看,皂化前之乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物中,醋酸乙烯的含量較佳為10至40質量%,更佳為13至35質量%,又更佳為15至30質量%。從透明性及接著性的觀點來看,各個皂化物之皂化度較佳為10至70%,更佳為15至65%,又更佳為20至65%。
皂化法可列舉例如:將乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物之粒(pellet)及粉末放入甲醇等低級醇中,使用鹼觸媒皂化之方法、以及將共聚物預先溶解於甲苯、二甲苯、己烷等有機溶媒後,使用少量醇類及鹼觸媒皂化之方法等。此外,可將含有羥基以外的官能基之單體施行接枝共聚合(graft copolymerization)於皂化後之共聚物。在此所例示之皂化物係因側鏈含有羥基,故與皂化前的共聚物相比其接著性可更為提升。藉由調整皂化度可控制透明性及接著性等物性。
聚烯烴系樹脂可舉出除了上述密度為0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂以外之聚烯烴系樹脂。由腐蝕性及水蒸氣障壁性的觀點來看,較佳為由聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂及聚丁烯系樹脂所成群組選出至少一種,由成本觀點來看,更佳為聚乙烯系樹脂。聚丙烯系樹脂表示丙烯之同元聚合物,或是丙烯與一種或兩種以上其他單體之共聚物。聚丁烯系樹脂表示丁烯之同元聚合物,或是丁烯與一種或兩種以上其他單體之共聚物。
除了上述以外,以賦予樹脂密封片接著性為目的,較佳為含有由以下所成群組中選出之至少一種樹脂:具有羥基之烯烴系共聚物、以酸性官能基改質末端或接枝部分之改質聚烯烴、含甲基丙烯酸環氧丙酯(以下略記為「GMA」。)之乙烯共聚物。
含有上述接著性樹脂時,例如含有含甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物時,因甲基丙烯酸環氧丙酯的反應性高,故可發揮安定之接著性。
構成具有羥基之烯烴系共聚物之烯烴以乙烯為宜。可藉由將乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物之醋酸基皂化而取代成為羥基,而可得羥基。具有羥基之烯烴系共聚物,具體來說可舉出乙烯-醋酸乙烯共聚物之部分或完全皂化物、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物之部分或完全皂化物。
以酸性官能基改質末端或接枝部分之改質聚烯烴,可舉出例如用以具有順丁烯二酸酐、硝基、羥基、羧基等極性基之化合物等,改質聚乙烯樹脂及聚丙烯樹脂之末端或接枝部分者。其中,從極性基之安定性的觀點來看,較佳為以順丁烯二酸酐改質末端或接枝部分之順丁烯二酸改質聚烯烴。此處所述之聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂,可使用與後述聚烯烴系樹脂所列舉者相同者。
含甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物,表示具有環氧基作為反應部位之甲基丙烯酸環氧丙酯與乙烯之共聚物、以及與乙烯之三元聚合物(terpolymer),例如可例舉:乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯-丙烯酸甲酯共聚物等。因甲基丙烯酸環氧丙酯之反應性高,故上述化合物係可發揮安定的接著性。
樹脂密封片所使用之樹脂組成物可復含電離輻射線裂解(degradation)型樹脂。電離輻射線裂解型樹脂係指具有藉由照射α射線、β射線、γ射線、中子射線、電子射線等電離輻射而裂解之性質的樹脂。
電離輻射線裂解型樹脂可舉出例如官能基鍵結於主鏈C-C鍵結之α位之裂解型樹脂。官能基例如可舉出由以下所成群組中選出之至少一種:鹵素原子、羥基、硝基、可取代之烷基、可取代之烷氧基、可取代之胺基、可取代之羧基、可取代之醯胺基、及可取代之芳基。
在此,可於烷基、烷氧基、胺基、羧基、醯胺基及芳基之可取代位置,以一個或兩個以上取代基取代之。相關之取代基例如可列舉:鹵素原子(例如氟原子、氯原子、溴原子)、碳數1至6之烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基)、芳基(例如苯基、萘基)、芳烷基(例如苄基、苯乙基)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基)等。
具體來說,電離輻射線裂解型樹脂例如可舉出由以下所成群組中選出之至少一種:聚丙烯、聚異丁烯、聚α-甲基苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯酸甲基環氧丙酯及纖維素。
構成樹脂密封片之樹脂中,可含有具有交聯性的部位與具有裂解性的部位兩者之電離輻射線交聯裂解型樹脂。此等樹脂可列舉如下:含有甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物、含有聚丙烯之乙烯共聚物、含有甲基丙烯酸甲酯之乙烯共聚物、含有異戊二烯橡膠之乙烯共聚物、含有丁二烯橡膠之乙烯共聚物、含有苯乙烯-丁二烯共聚合橡膠之乙烯共聚物等。
含甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物,係表示具有環氧基作為反應部位之甲基丙烯酸環氧丙酯與乙烯之共聚物、以及與乙烯之三元聚合物,亦可為多元共聚物。例如可例舉:乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸環氧丙酯-丙烯酸甲酯共聚物等。因甲基丙烯酸環氧丙酯之反應性高,故此等化合物係可發揮安定的接著性,且有降低玻璃轉移溫度且使柔軟性良好之傾向。
上述各共聚物之共聚合係可因應構成共聚物之單體的種類,而藉由高壓法、熔融法等公知之方法進行,聚合反應之觸媒可使用多位點觸媒及單點系觸媒等。此外,上述共聚物中,各單體之鍵結形狀並無特別限定,可使用具有無規(random)鍵結、崁段(block)鍵結等鍵結形狀之樹脂。此外,從光學特性之觀點來看,上述共聚物較佳為使用高壓法並以無規鍵結所聚合之共聚物。
本實施型態之樹脂密封片中,在不損及其本來特性之範圍內可添加偶合劑(coupling agent)、防霧劑(antifogging agent)、塑化劑、抗氧化劑、界面活性劑、著色劑(coloring agent)、紫外線吸收劑、抗靜電劑(antistatic agent)、結晶成核劑(crystal nucleating agent)、助滑劑(slip agent)、抗結塊劑(antiblocking agent)、無機填充劑(inorganic filler)、交聯調整劑、防銹劑(antitarnish agent)等。此等添加劑可使用公知者。尤其是有必要長期維持透明性及接著性時,相對於樹脂總量,此等添加劑含量之總量較佳為0至10質量%,添加方法更佳為0至5質量%。可藉由將液體添加於熔融樹脂、直接揉捏添加入對象樹脂層、於製膜後塗佈等可發揮添加劑效果之公知添加方法,而將樹脂導入。
例如,可添加偶合劑以確保本實施型態之樹脂密封片中安定的接著性。偶合劑的添加量係根據所求接著性之程度及被接著物之種類,但相對於樹脂總量較佳為0.01至5質量%,更佳為0.03至4質量%,又更佳為0.05至3質量%。
偶合劑添加於乙烯系共聚物中,其較佳為賦予對太陽能電池及玻璃等有良好接著性的物質,前述乙烯系共聚物例如為從乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物所選出至少一種樹脂之乙烯系共聚物。偶合劑之具體例子可列舉:有機矽烷化合物、有機矽烷過氧化物、有機鈦酸鹽(titanate)化合物。上述中,較佳之偶合劑係可舉出具有不飽和基及環氧基者:γ-氯丙基甲氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基-三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane)、β-(3,4-乙氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷(γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、乙烯基三乙醯氧基矽烷(vinyltriacetoxysilane)、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷(γ-mercaptopropyltrimethoxysilane)、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-β-(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷等。
此外,只要以公知之添加方法即可無障礙的添加此等偶合劑,此公知方法可列舉:於擠壓機(extruder)內將偶合劑注入混合至樹脂中、於擠壓機漏斗(hopper)內將偶合劑混合導入、將偶合劑事前母粒化(masterbatch)而混合添加等。但因經由擠壓機,故會因擠壓機內的熱及壓力等而妨礙本來的功能,有必要依照偶合劑種類而增減添加量。此外,在與樹脂混合時,偶合劑的種類可從樹脂透明性、分散程度、對於擠壓機之腐蝕及擠壓(extrusion)安定性之觀點而適宜的選擇。
較佳之紫外線吸收劑可列舉如下:2-羥基-4-正辛氧基二苯基甲酮、2-羥基-4-正-5-磺酸基二苯基甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯基甲酮、2,2’-二羥基-4,4’-二甲氧基二苯基甲酮、2-羥基-4-正十二氧基二苯基甲酮、2,4-二羥基二苯基甲酮、2,2’-二羥基-4-甲氧基二苯基甲酮等。
較佳之抗氧化劑可列舉如下:酚系、硫系、磷系、胺系、受阻酚(hindered phenol)系、受阻胺系、聯胺(hydrazine)系等。
此等紫外線吸收劑、抗氧化劑等不僅可添加於乙烯系共聚物,亦可添加於構成樹脂層之其他樹脂,相對於構成各樹脂層之樹脂該添加劑較佳為0至10質量%,更佳為0至5質量%。
聚乙烯系樹脂之情形,可藉由將具有矽醇基之樹脂母粒化而混合,而更加提升接著性。
本實施型態之樹脂密封片可為單層構造、多層構造任一者。以下說明有關於各構造。在此,樹脂密封片為多層構造時,係將樹脂密封片表面的層稱為「表面層」,此外稱為「內層」(三層以上時)。即形成樹脂密封片之兩表面之兩層皆為「表面層」。例如由兩層構成多層構造時,係由兩個表面層所構成之構造,一邊的表面層與另一邊的表面層可為相同成分,亦可為相異成分。
[單層構造]
本實施型態之樹脂密封片可為滿足懸掛收縮率及膠化率;慕尼黏度;或活化能及與儲存模數(G’)任一特定條件,並含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑之單層樹脂密封片。從確保與被接著物之良好的接著性之觀點來看,較佳為含有由以下所成群組中所選出之至少一種樹脂:具有羥基之烯烴系共聚物、以酸性官能基改質末端或接枝部分之改質聚烯烴、含甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物。
[多層構造]
本實施型態之樹脂密封片較佳為多層構造。藉由多層構造可賦予各層(樹脂層)不同機能,而可提升樹脂密封片之物性。樹脂密封片為多層構造時,薄片整體滿足特定之懸掛收縮率及膠化率、黏彈性或是慕尼黏度即可。此外,多層構造之樹脂密封片中,至少任一層含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂即可。多層構造之樹脂密封片整體中,密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂的含量並無特別限定,但較佳為70質量%以上,更佳為80質量%以上,又更佳為90質量%以上。以下說明有關於各層。
(表面層)
多層構造之情形,與被密封物接觸的層(表面層)較佳為含有由以下所成群組中選出之至少一種接著性樹脂之樹脂層:具有羥基之烯烴系共聚物、以酸性官能基改質末端或接枝部分之改質聚烯烴、含甲基丙烯酸環氧丙酯之乙烯共聚物。
表面層可為僅以上述接著性樹脂所形成的層,但從確保良好的透明性、柔軟性、與被接著物之接著性以及操作性之觀點來看,較佳為上述接著性樹脂與由以下所成群組中所選出至少一種的樹脂之混合樹脂所形成的層:密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物皂化物、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物皂化物及聚烯烴系樹脂。該等樹脂可作為其它樹脂而使用上述者。例如乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物可使用上述乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物,具體來說可舉出乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物等。聚烯烴系樹脂可使用上述聚烯烴系樹脂,具體來說可舉出聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、聚丁烯系樹脂等。
表面層中之接著性樹脂含量並無特別限定,但從接著性的觀點來看,較佳為5至50質量%,更佳為5至40質量%,又更佳為5至35質量%。
樹脂密封片具有多層構造時,電離輻射線裂解型樹脂較佳為包含於與被密封物接觸的層(表面層)之中。若於與樹脂密封片之被密封物接觸的層中含有電離輻射線裂解型樹脂,則將發電元件及配線等的高低差無間隙地密封之性能(間隙填覆性)會有變良好的傾向。
表面層含有電離輻射線裂解型樹脂時,表面層中之電離輻射線裂解型樹脂之含量較佳為5至80質量%更佳為7至70質量%,又更佳為8至60質量%。
與被密封物接觸的層含有電離輻射線裂解型樹脂時,表面層的膠化率較佳為未滿3質量%,更佳為0.1質量%以上2質量%以下,又更佳為0.1質量%以上1質量%以下。若表面層的膠化率未滿3質量%,則間隙填覆性有變良好的傾向,若在0.1質量%以上,則在夏季等高溫狀態下不會有樹脂熔解使被密封物流動之情況,可有安定密封之傾向。
從防止阻塞(blocking)的觀點來看,表面層之密度較佳為0.870g/cm3 以上,從緩衝性(cushion)、透明性的觀點來看較佳為0.960g/cm3 以下。作為防止阻塞的方法而使用公知的壓印方法以減少表面之接觸面積,亦為有效的。從確保良好接著性之觀點來看,相對於樹脂密封片整體厚度,與被密封物接觸之表面層的層比例較佳為至少具有5%以上之厚度。若厚度在5%以上,則有可獲得與上述單層構造時相同之接著性的傾向。
(內層)
內層較佳為含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂的層,或是由其他樹脂所形成的層,其他樹脂係由以下所成群組中所選出至少一種:乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸共聚物、乙烯-脂肪族不飽和羧酸酯共聚物及聚烯烴系樹脂。
以賦予其他機能為目的,可於內層適宜地選擇樹脂材料、混合物、添加物等。例如,以新賦予的緩衝性為目的,可設置含有熱可性樹脂的層作為內層。作為內層而使用之熱可塑性樹脂可列舉:聚烯烴系樹脂、苯乙烯系樹脂、氯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂、聚胺甲酸酯系樹脂、氯系聚乙烯系樹脂、聚醯胺系樹脂等。復含有具有生物分解性者及源自植物之原料系者。上述之中,從與結晶性聚乙烯系樹脂之相容性佳、透明性良好之觀點來看,較佳為氫化崁段共聚物樹脂、丙烯系共聚物樹脂、乙烯系共聚物樹脂,更佳為氫化崁段共聚物樹脂及丙烯系共聚物樹脂。
氫化崁段共聚物樹脂較佳為乙烯芳族烴與共軛二烯之崁段共聚物。乙烯芳族烴可列舉:苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、對第三丁基苯乙烯、1,3-二甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯萘、乙烯蒽、1,1-二苯基乙烯、N,N-二甲基-對胺基乙基苯乙烯、N,N-二乙基-對胺基乙基苯乙烯等,尤其較佳為苯乙烯。此等可單獨使用一種,亦可並用兩種以上。共軛二烯係具有一對其軛雙鍵之二烯烴(diolefin),可列舉:1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯(異戊二烯)、2,3-二甲基-1,3-二丁烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯等。此等可單獨使用一種,亦可並用兩種以上。
丙烯系共聚物樹脂較佳為丙烯與乙烯或碳原子數4至20之α-烯烴所得之共聚物。此乙烯或碳原子數4至20之α-烯烴的含量較佳為6至30質量%。此碳原子數4至20之α-烯烴可列舉:1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯、1-二十烯(1-icosene)等。
丙烯系共聚物樹脂可使用多位點系觸媒、單點系觸媒及其他任意觸媒聚合。復可使用以奈米排序(nano order)控制樹脂結晶/非結晶構造(形態(morphology))之乙烯系共聚物。
乙烯系共聚物樹脂可以多位點系觸媒、單點系觸媒及其他任意觸媒聚合。此外,可使用以奈米排序控制樹脂結晶/非結晶構造(形態)之乙烯系共聚物。
此外,樹脂密封片可具有以下構造:於其中央層(位於多層構造中央位置的層)的兩面,以對稱於中央層之方式,積層一或二層以上同一成分的層。此等樹脂密封片可舉出例如以下之樹脂密封片:由兩層表面層(以下稱為「表層」)與三層內層所成的樹脂密封片中,兩層的表面層為同一成分所成,鄰接表面層之兩層的內層(以下稱為「基(base)層」)為同一成分所成。
具有上述構造之樹脂密封片中,相對於樹脂密封片整體的膜厚,表層的膜厚較佳為5至40%,相對於樹脂密封片整體的膜厚,基層的膜厚較佳為50至90%,相對於樹脂密封片整體的膜厚,基層所夾之內層(以下稱為「核心層」)的膜厚較佳為5至40%。
本實施型態之樹脂密封片較佳為至少於表面的一部分施以壓印加工。藉由壓印加工可防止阻塞(耐阻塞性)。進行壓印加工之方法並無特別限定,可使用公知方法。例如可於軟質化之樹脂密封膜表面以壓印輥按壓而賦予壓印形狀。或可使用附有壓印之離型紙而賦予壓印形狀。從壓印之轉印精度的觀點來看,較佳為將樹脂製膜為薄片狀後使其一時地冷卻固化,將前述冷卻固化後之樹脂密封片加熱使其軟化後,再施以壓印加工。此處「軟質化」(亦稱「軟化」)係指可用壓印輥壓印而賦予形狀之狀態,通常可藉由加熱至較樹脂熔點高10℃左右之溫度而軟質化。
壓印之形狀及大小並無特別限定,可根據樹脂密封片之用途等而選擇適宜的條件。壓印之形狀(花樣)並無特別限定,例如可列舉:條紋狀、交織狀、斑點狀(satin finished surface)、皮革紋(dermatoglyph)、菱形格狀(diamond lattice)、合成皮革花樣、皺紋花樣、四角椎狀(即金字塔花樣)、四角椎台狀(pyramid frustum)(即梯形杯子花樣)等。壓印加工部較佳為平面部分少者,更佳為壓印之凸部面積比例佔壓印加工部分整體面積之5至50%。
於樹脂密封片至少單面的一部分施以壓印加工即可,但亦可於樹脂密封片兩面施以壓印加工。從樹脂密封片之耐阻塞性的觀點來看,壓印深度較佳為5至300μm。此處壓印深度是指由壓印形狀凸部至凹部之深度。
本實施型態之樹脂密封片可用作為密封各種構件之密封材,但特別適用於作為太陽能電池用樹脂密封片。因本實施型態之樹脂密封片間隙填覆性及耐潛變性優異,故適合用於作為密封太陽能電池的發電元件之密封材。
本實施型態之樹脂密封片可由如上述之方式而得各種型態,其製法可採用適宜適合之條件。較佳之樹脂密封片製造方法例如可舉出具有以下步驟者:於含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑之薄片,照射30kGy以上60kGy以下之電離輻射線。電離輻射線之照射條件可適宜地選擇上述適合條件。此外,可在電離輻射線之照射步驟前後,適宜地組合上述各種的準備步驟及處理步驟等。
<太陽能電池模組>
本實施型態之樹脂密封片可用於太陽能電池模組。第1圖係本實施型態之太陽能電池模組之一樣態的概略截面圖。即本實施型態之太陽能電池模組1至少具有:透光性絕緣基板2、背面絕緣基板3、配置於前述透光性絕緣基板2與背面絕緣基板3之間的發電元件4、及密封前述發電元件4之樹脂密封膜5。
作為太陽能電池模組時,太陽能電池模組所含有之樹脂密封片之膠化率(太陽能電池模組化時樹脂密封片之膠化率)並無特別限定,但較佳為0質量%以上未滿1質量%。換句話說,若舉上述第一型態之樹脂密封片作為例子,因不僅可控制太陽能電池模組化前的樹脂密封片的膠化率,且可控制太陽能電池模組化後的樹脂密封片(即太陽能電池模組所含有之樹脂密封片)的膠化率,故可更加提升間隙填覆性、耐潛變性、透明性、色差的安定性。此外,上述之第二型態及第三型態之樹脂密封片可更加提升間隙填覆性、耐潛變性、透明性、色差的安定性係不需贅言。從耐潛變性之觀點來看,太陽能電池模組膠化率的下限值較佳為0質量%以上,更佳為0.2質量%以上。從間隙填覆性,尤其是填覆用厚金屬連線連結的凹凸大之發電元件間隙的觀點來看,太陽能電池模組膠化率的上限值較佳為未滿1質量%,更佳為0.8質量%以下。太陽能電池模組之膠化率可藉由後述實施例所記載之方法測定。
(透光性絕緣基板)
透光性絕緣基板並無特別限定,但因其位於太陽能電池模組的最表層,故較佳為具有以耐候性、疏水性、耐汙染性、機械強度為主之可確保太陽能電池暴露於屋外的長期信賴性之性能。此外,為了有效活用太陽光,較佳為光學損失少、透明性高之構件。
透光性絕緣基板材料可列舉:聚酯樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、環狀烯烴(共)聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等所成之樹脂薄膜及玻璃基板等,其中,從耐候性、耐衝擊性、成本平衡之觀點來看較佳為玻璃基板。樹脂薄膜特別適合透明性、強度、成本等數點優異之聚酯樹脂,尤其是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)樹脂。
此外,亦適合使用耐候性特別良好之氟樹脂。具體來說可列舉:四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯樹脂(PVF)、聚偏二氟乙烯樹脂(PVDF)、聚四氟乙烯樹脂(TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚三氟氯乙烯樹脂(CTFE)。從耐候性之觀點來看較佳為聚偏二氟乙烯樹脂,但從使耐候性及機械強度兼顧之觀點來看較佳為四氟乙烯-乙烯共聚物。此外,為了改善與構成樹脂密封片等其他層之材料之間的接著性,較佳為於透光性絕緣基板進行電暈(corona)處理、電漿(plasma)處理。為了提升機械強度可使用施以延伸處理之薄片,例如二軸延伸之聚乙烯薄片。
使用玻璃基板作為透光性絕緣基板時,較佳為波長350至1400nm的光之全光穿透率在80%以上,更加為90%以上。一般使用紅外線部吸收少之白板玻璃作為此玻璃基板,但即使是青板玻璃,若厚度在3mm以下則對於太陽能電池模組之輸出特性的影響較少。此外,為了提高玻璃基板之機械強度,可藉由熱處理而得強化玻璃,但亦可使用無熱處理之浮板玻璃(float glass)。為了抑制反射,可於玻璃基板受光面施以防止反射之塗層(coating)。
(背面絕緣基板)
背面絕緣基板並無特別限定,但因其位於太陽能電池模組的最表層,故與上述透光性絕緣基板同樣要求耐候性、機械強度等諸特性。因此可用與透光性絕緣基板同樣的材質構成背面絕緣基板。即透光性絕緣基板可使用之上述各種材料,亦可使用於背面絕緣基板。尤其較佳為使用聚酯樹脂及玻璃基板,其中,從耐候性、成本之觀點來看,更佳為聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET)。
因背面絕緣基板不須以透過太陽光為前提,故沒有必要要求透光性絕緣基板所需之透明性(透光性)。在此,為了增加太陽能電池模組之機械強度,或是防止溫度變化所造成之彎曲、翹曲而可鋪設補強板。例如較佳可使用鋼板、塑膠板、FRP(玻璃纖維強化塑膠)板等。
背面絕緣基板可具有由兩層以上所成之多層構造。多層構造可舉例如以下構造:於中央層的兩面,以對稱中央層之方式積層一或二層以上同一成分的層。具有此等構造者例如可列舉:PET/鋁蒸鍍PET/PET、PVF(商品名「Tedlar」)/PET/PVF、PET/AI箔/PET等。
(發電元件)
發電元件只要為可利用半導體之光伏效應(photovoltaic effect)而發電者即無特別限定,例如可使用矽(單晶系、多晶系、非晶系(amorphous))、化合物半導體(3-5族、2-6族、其他)等,其中,從發電性能與成本平衡之觀點來看較佳為多晶矽。
(太陽能電池模組之製造方法)
本實施型態之太陽能電池模組之製造方法並無特別限定,例如可以藉由以下方式製造:以透光性絕緣基板/樹脂密封片a/發電元件/樹脂密封片b/背面絕緣基板之順序重疊,使用真空積層裝置,以150℃,15分鐘之條件真空積層。尤其較佳為本實施型態之樹脂密封片至少可作樹脂密封片a使用,此樹脂密封片a係填覆發電元件與透光性絕緣基板之間的間隙。因太陽光經過本實施型態之樹脂密封片而到達發電元件,故可對於提升發電效率有顯著的貢獻。
太陽能電池模組中,各構件的厚度並無特別限定,但從耐候性、耐衝擊性的觀點來看,透光性絕緣基板的厚度較佳為3mm以上;以絕緣性的觀點來看,背面絕緣基板的厚度較佳為75μm以上;以發電性能與成本平衡的觀點來看,發電元件的厚度較佳為140至250μm;以緩衝性、密封性的觀點來看,樹脂密封片的厚度較佳為250μm以上。
(實施例)
藉由以下實施例復詳細說明本實施型態,但本實施型態並不受限於以下實施例。
本實施例所使用之樹脂係如下:
(1) 鏈狀低密度聚乙烯1商品名「AFFINITY EG8200G」,陶氏化學公司製(密度=0.870g/cm3 ,MFR=5.0g/10分鐘,熔點=63℃)
(2) 鏈狀低密度聚乙烯2商品名「AFFINITY PF1140G」,陶氏化學公司製(密度=0.898g/cm3 、MFR=1.6g/10分鐘,熔點=96℃)
(3) 鏈狀低密度聚乙烯3商品名「AFFINITY KC8852G」,陶氏化學公司製(密度=0.877g/cm3 ,MFR=3.0g/10分鐘,熔點=68℃)
(4) 鏈狀低密度聚乙烯4商品名「ENGAGE 8403」,陶氏化學公司製(密度=0.913g/cm3 ,MFR=30g/10分鐘,熔點=107℃)
(5) 含有甲基丙烯酸環氧丙酯(GMA)之乙烯共聚物商品名「Bondfast7B」,住友化學公司製(GMA=12質量%,VA=5質量%,密度=0.950g/cm3 ,MFR=7.0g/10分鐘,熔點=95℃)
(6) 矽烷偶合劑商品名「KBM503」,信越化學公司製(3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷,比重1.04)以JIS K 7112為基準測定樹脂之密度。
以JIS K 7121為基準測定樹脂之熔點。
以JIS K 7210為基準測定樹脂之熔融流動速率(MFR;190℃,2.16k kg)。
<實施例1至3、比較例1至8、10(製作樹脂密封片)>
使用表1及表2所示之樹脂,並使用三台擠壓機將樹脂熔融,且從接於此擠壓機之環狀模頭(die)將樹酯以管狀熔融擠壓出,將融擠壓出所形成的管朝上,藉由直接膨脹(direct inflation)之方法製膜而得熔融之樹脂密封片。對其吹以冷風使其冷卻固化而得樹脂密封片。接著,將冷卻固化之樹脂密封片藉由紅外線加熱器進行主加熱,並將軟質化之樹脂密封膜通過加壓輥(back-up roller)與壓印輥之間,藉此施以壓印加工(壓印形狀:四角椎台狀,壓印深度:50μm)。將所得之樹脂密封片(壓印片)用EPS-800電子射線照射裝置(日新電機公司製),照射電子射線而進行交聯處理。藉此可得實施例1至3、比較例1至8之三層構造所成之樹脂密封片。同樣使用表3所示之樹脂,並使用三台擠壓機將同一組成之樹脂熔融擠壓出,而得到比較例10之單層構造所成之樹脂密封片。
<比較例9(製作使用矽烷改質樹脂之樹脂密封片)>
相對於鏈狀低密度聚乙烯2(「AFFINITY PF1140G」;(密度=0.897g/cm3 ,MFR=1.6g/10分鐘,熔點=96℃)98質量%,於其中混合矽烷偶合劑(「KBM503」3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷)2質量%、自由基產生劑之二異苯丙基過氧化物(dicumyl peroxide)0.1質量%,且於200℃加熱熔融攪拌而得矽烷改質樹脂。接著混合矽烷改質樹脂5質量%與鏈狀低密度聚乙烯2(「AFFINITY PF1140G」)95質量%,藉由與比較例10相同之操作,而得比較例9之單層構造所成之樹脂密封片。該樹脂密封片沒有進行交聯處理。
<製作太陽能電池模組>
使用以下所述材料製作太陽能電池模組:所得之樹脂密封片、以AGC公司製之附有壓印之太陽能電池用白板玻璃(厚度3.2mm×寬度700mm×長度1000mm,密封材面有150μm之壓印)作為透明保護材、以E-TON公司製之多晶矽電池(6吋見方×厚度200μm)作為發電元件、以三菱鋁包裝公司製之PVF(厚度40μm)/PET(厚度250μm)/PVF(厚度40μm)作為背面保護材(背板)。配置16枚(4列×4枚)6吋多晶電池,且以透明基板(透明保護材)/樹脂密封片(a)/發電元件(200μm)/樹脂密封片(b)/背板(背面保護材)之順序重疊,使用LM型真空積層裝置(NPC公司製),以150℃預熱5分鐘、壓機10分鐘之積層條件進行真空積層,而可製造太陽能電池模組,並進行各評價試驗。
<膠化率>
以JIS K 6796為基準,將試料於對二甲苯中沸騰8小時±5分鐘後萃取,如下式所表示,萃取後的試料之不溶解部分對萃取前的試料之比例即為膠化率,此膠化率係用作為樹脂密封片交聯度之基準。
膠化率(質量%)=(萃取後試料質量/萃取前試料質量)×100
此外使用烤箱(oven),將此樹脂密封片以150℃進行15分之熱歷程(thermal history),並藉由與上述相同之操作而得其膠化率。此膠化率係用作為太陽能電池模組製作後之樹脂密封片交聯度之基準。
<150℃懸掛收縮率>
將所得之樹脂密封片切割為寬20mm×長130mm,於距離長方向兩端保留10mm與20mm後之中央100mm長度部分,以粗細為0.5至1.0mm之油性筆畫上表示線。接著以夾子(clip)夾著長方向餘留20mm之端部,並懸掛於150℃烤箱中,於烤箱溫度指示值回歸至150℃之後10分鐘取出,測定表示線間100mm之尺寸變化,並以下式求收縮率。伸長為兩倍以上者(收縮率為-100%以下)係以「流動」表記之。
收縮率(%)=100-試驗後表示線間長度(mm)
<評價發電部分之間隙填覆>
以太陽能電池用玻璃板(AGC公司製,白板玻璃5cm×10cm見方:厚度3mm)/樹脂密封片(厚度600μm)/發電部分/樹脂密封片/太陽能電池用玻璃板之順序重疊,使用LM50型真空積層裝置(NPC公司)於150℃真空積層,且以目視確認發電部分的單晶矽電池與樹脂密封片之接觸狀況。於發電部分之單晶矽電池(厚度200μm)的兩面,分別配線有兩條連接線(厚度300μm)。發電部分之形狀為在厚度200μm的電池兩面之其中一部分,存在有300μm凸起部。使得發電部分整體厚度成為200μm至800μm。以目視判定發電部分接觸狀況,並藉由以下基準進行。
○:發電部分之單晶矽電池以及連接線,其與樹脂密封片之接觸部分全部良好。
×:發電部分之單晶矽電池以及連接線,其與樹脂密封片之接觸部分產生間隙。或是積層時密封片因為熱流動而超出玻璃板端部。
<評價耐潛變性>
以太陽能電池用玻璃板(AGC公司製,白板玻璃5cm×10cm見方:厚度3mm)/樹脂密封片/發電部分(單晶矽電池(厚度250μm))/樹脂密封片/太陽能電池用玻璃板之順序重疊,使用LM50型真空積層裝置(NPC公司)進行真空積層,將積層之太陽能電池一邊的玻璃板固定於設定在85℃之恆溫槽的壁面放置24小時,並測定另一邊玻璃板之滑動。
○:玻璃板的滑動未滿3mm。
×:玻璃板的滑動在3mm以上。
<測定熔融黏彈性及活化能>
使用TA儀器公司製多功能SMT流變儀(ARES),在150至250℃之範圍內(刻度50℃)以頻率分散(frequency dispersion)0.1至100弧度(radian)/秒之條件進行熔融黏彈性(儲存模數(G’))的測定。將樣品調整為直徑50mmΦ ,且使用平行板(parallel plate)。
藉由所得之儲存模數(G’),依照下述(1)至(3)而算出活化能(ΔH)
(1) 於150℃、200℃、250℃,以頻率範圍10-1至102rad/秒測定儲存模數(G’)。
(2) 藉由將所得之各個溫度之儲存模數曲線移動而重疊之原理,而作成基準溫度150℃之主曲線(master curve)。藉此得到各個溫度之平移因子(shift factor)(aT )。
(3) 藉由阿瑞尼氏圖(Arrhenius plot)而由所得平移因子求得活化能(ΔH)。(參照式(1))
Log(aT )=(ΔH/R)‧(1/T-1/T0) (1)
aT =相對於基準溫度,溫度T之平移因子
ΔH=活化能(KJ/mol)
R=8.31447(J‧K-1 ‧mol-1 )
T=測定溫度(K)
T0 =基準溫度(K)
<慕尼黏度>
以JIS K 6300-1為基準,藉由上島製作所公司製之慕尼黏度計(MVR)MODEL VR-1130測定。輥形狀用L型輥,以試驗溫度100℃,預熱1分鐘,測定時間4分鐘,旋轉數2RPM測定。此外,依據JIS Z 8401將一次的試驗結果所得值進位至整數位以表示試驗結果。
<全光穿透率及霧度>
以ASTM D-1003為基準,以日本電色工業公司製之霧度計(濁度計)NDH2000測定。評價用樣品使用如下所製者:以太陽能電池用玻璃板(AGC公司製,白板玻璃5cm×10cm見方:厚度3mm)/樹脂密封片/太陽能電池用玻璃板之順序積層,並使用LM型真空積層裝置(NPC公司製)進行真空積層者。
全光穿透率Tt (=Td+Tp)
浸射光穿透率Td(Dfs)
平行光穿透率Tp(P.t)
霧度Hz(haze):散射光穿透率[=(全光穿透率-平行光穿透率)/全光穿透率]
藉由上述方法測定起初之樹脂密封片之霧度後,於烤箱內以120℃,120小時處理後再度測定霧度。
<色差>
以JIS Z 8722色測定方法為基準,藉由日本電色工業公司製之色差計Z-300A測定b值。評價用樣品使用如下所製者:以太陽能電池用玻璃板(AGC公司製,白板玻璃5cm×10cm見方:厚度3mm)/樹脂密封片/背板(背面保護材)之順序積層,並使用LM型真空積層裝置(NPC公司)進行真空積層者。
藉由上述方法測定起初之樹脂密封片之色差後,於烤箱內以120℃,120小時處理後再度測定色差。
此外,作為一例子,將實施例3中,於150℃、200℃、250℃各溫度所得薄片之儲存模數(G’)繪製為圖表,並示於第2圖。藉此所得之平移因子(aT )示於表4,且所得平移因子之阿瑞尼氏圖示於第3圖。藉此所得之活化能值表示於表1。其他實施例及比較例係藉由相同操作而求得所得活化能(ΔH),其值示於表1、表2、表3。
各實施例及各比較例之製造條件及評價結果示於表1、表2、表3。
如表1所示,可確認各實施例之樹脂密封片之間隙填覆性、耐潛變性、加熱處理後的霧度與色差皆優異。另一方面,如表2及表3所示,可確認各比較例之樹脂密封片之各評價結果,其至少有一者為不良。
(產業上的可利用性)
本實施型態之樹脂密封片係具有以下之產業上的可利用性:作為密封構成太陽能電池之發電元件等各種構件之密封材等。
1...太陽能電池模組
2...透光性絕緣基板
3...背面絕緣基板
4...發電元件
5...樹脂密封片
第1圖表示本實施型態太陽能電池模組之一樣態的概略截面圖。
第2圖係實施例3中,以於150℃、200℃、250℃各溫度所得薄片之儲存模數(G’)而繪製的圖表。
第3圖表示實施例3中所得之平移因子之阿瑞尼氏圖的圖表。
1...太陽能電池模組
2...透光性絕緣基板
4...發電元件
5...樹脂密封片

Claims (8)

  1. 一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,在150℃之溫度下懸掛時收縮率為0至25%,且膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
  2. 一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,慕尼黏度為70至90M。
  3. 一種樹脂密封片,其含有密度0.860至0.910g/cm3 之聚乙烯系樹脂,且不含交聯劑,且滿足下述(1)及(2)之條件(1)藉由測定150至250℃之熔融黏彈性而算出之活化能為75至90kJ/mol;(2)於150℃下,以1rad/秒所測定之儲存模數(G,)為6,000至12,000Pa。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所述之樹脂密封片,其係經施加有交聯處理。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之樹脂密封片,其中,前述交聯處理係以電離輻射線照射而實施。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之樹脂密封片,其中,前述電離輻射線照射之電離輻射線照射量係30kGy以上60kGy以下。
  7. 一種太陽能電池模組,其具有:透光性絕緣基板、相對向於前述透光性絕緣基板而配置之背面絕緣基板、配置於前述透光性絕緣基板與前述背面絕緣基板間之發電 元件、密封前述發電元件之申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之樹脂密封片。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池模組,其中,前述太陽能電池模組所含之前述樹脂密封片之膠化率為0質量%以上且未滿1質量%。
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