太阳能电池模块的制作方法

文档序号:11236646阅读:1141来源:国知局
太阳能电池模块的制造方法与工艺

技术区域

本发明涉及太阳能电池模块。



背景技术:

地球环境问题、能源问题等的严重性正在增加,作为洁净并且不担心枯竭的能量生成方法,太阳能电池受到关注。在将太阳能电池在建筑物的房顶部分等室外使用的情况下,一般以太阳能电池模块的形式使用。

上述太阳能电池模块一般通过以下步骤来制造。首先,制造通过多晶硅、单晶硅等形成的结晶型太阳能电池元件(以下,也有时表述为发电元件或组件(cell),但表示相同意思。),或将无定形硅、结晶硅等在玻璃等基板上形成数μm的非常薄的膜而得的薄膜型太阳能电池元件等。

接下来,为了获得结晶型太阳能电池模块,按照太阳能电池模块用保护片(正面侧透明保护构件)/太阳能电池密封材片/结晶型太阳能电池元件/太阳能电池密封材片/太阳能电池模块用保护片(背面侧保护构件)的顺序层叠。

另一方面,为了获得薄膜型太阳能电池模块,按照薄膜型太阳能电池元件/太阳能电池密封材片/太阳能电池模块用保护片(背面侧保护构件)的顺序层叠。然后,利用将它们抽真空而加热压接的层压法等,来制造太阳能电池模块。

这样制造的太阳能电池模块具有耐气候性,适于在建筑物的房顶部分等室外使用。

作为太阳能电池密封材,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(eva)膜的透明性、柔软性和粘接性等优异,因此被广泛使用。例如,专利文献1中,公开了由包含交联剂和偏苯三甲酸酯的eva组合物形成的、粘接性与制膜性两者均优异的密封膜。然而,在使用eva组合物作为太阳能电池密封材的构成材料的情况下,eva分解而产生的乙酸气体等成分有可能对太阳能电池元件带来影响。

与此相对,聚烯烃系的材料、特别是乙烯系材料也因为绝缘性优异,因此被提出用作密封膜材料(例如,参照专利文献2)。

此外,也提出了使用了刚性与交联特性的平衡和挤出成型性优异的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材用树脂组合物(例如,参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-53298号公报

专利文献2:日本特开2006-210906号公报

专利文献3:日本特开2010-258439号公报



技术实现要素:

发明所要解决的问题

然而,根据本发明人等的研究,聚烯烃系组合物难以同时满足透明性、耐粘连性和挤出加工时的成型性等各种特性。此外,专利文献2所记载的聚烯烃系共聚物有交联特性不充分,或伴随交联而产生的歪斜变大等问题,因此有发生玻璃基板的变形、开裂的可能性。进一步,专利文献3所记载的包含乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材用树脂组合物的电特性与交联特性的平衡不充分。

此外,随着近年来的太阳光发电的普及,大规模太阳能发电站等发电系统的大规模化进展,以减少传输损耗等为目的,也有系统电压的高电压化的动向。由于系统电压上升,在太阳能电池模块中,框与组件之间的电位差变大。即,太阳能电池模块的框一般被接地,如果太阳能电池阵列的系统电压变为600v~1000v,则在电压变得最高的模块中,框与组件间的电位差直接变为系统电压的600v~1000v,在施加高电压的状态下维持日间的发电。

此外,玻璃与密封材相比电阻低,经由框而在玻璃与组件间也产生高电压。即,在日间发电的状况下,串联连接的模块中组件与模块间和组件与玻璃面的电位差从接地侧起电位差依次变大,最大的地方几乎维持系统电压的高电压的电位差。

在这样的状态下使用的太阳能电池模块中,也报告有使用了发生了输出大幅降低、产生特性劣化的pid(potentialinduceddegradation的缩写)现象的结晶系发电元件的模块的例子。

本发明是鉴于上述情况而提出的,其提供具备以n型半导体作为基板、在其上形成有p型半导体层的n型结晶硅系太阳能电池元件,并且pid耐性优异的太阳能电池模块。

用于解决课题的方法

根据本发明人的研究,n型结晶硅系太阳能电池模块与p型结晶硅系太阳能电池模块相比易于发生pid,即使使用聚烯烃系太阳能电池密封材也有时发生pid。

本发明人等为了实现上述课题而进行了深入研究,结果发现,通过使用乙烯单元的含有比例、密度、mfr、肖氏a硬度满足预定要件的特定乙烯-α-烯烃共聚物,从而可获得透明性、粘接性、耐热性、柔软性、外观、交联特性、电特性和挤出成型性等各特性的平衡优异的太阳能电池密封材,以及具备n型结晶硅系太阳能电池元件作为发电组件并且使用了上述太阳能电池密封材的太阳能电池模块具有极其优异的pid耐性。进一步发现通过使铝元素的含量满足特定范围,从而交联特性和电特性进一步优异,由此完成本发明。

进一步本发明人等发现,通过使用依照jisk6911测定的体积电阻率在特定范围内、进而兼具上述的各种材料物性的太阳能电池密封材,从而即使维持在太阳能电池模块的框与组件间施加了高电压的状态,也可以抑制太阳能电池模块的输出降低,可以大幅度抑制pid的发生,从而完成本发明。

即,根据本发明,提供以下所示的太阳能电池模块。

[1]

一种太阳能电池模块,是具备n型结晶硅系太阳能电池元件作为发电元件的太阳能电池模块,其是上述n型结晶硅系太阳能电池元件的至少一面被包含满足以下要件a1)~a4)的乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池密封材密封而成的。

a1)来源于乙烯的构成单元的含有比例为80~90mol%,并且来源于碳原子数3~20的α-烯烃的构成单元的含有比例为10~20mol%。

a2)依照astmd1238,在190℃、2.16kg荷重的条件下测定的mfr为0.1~50g/10分钟。

a3)依照astmd1505测定的密度为0.865~0.884g/cm3

a4)依照astmd2240测定的肖氏a硬度为60~85。

[2]

根据上述[1]所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材进一步满足以下要件a5)。

a5)依照jisk6911,在温度100℃、施加电压500v下测定的体积电阻率为1.0×1013~1.0×1018ω·cm。

[3]

根据上述[1]所述的太阳能电池模块,上述乙烯-α-烯烃共聚物进一步满足以下要件a6)。

a6)上述乙烯-α-烯烃共聚物中的铝元素的含量为10~500ppm。

[4]

根据上述[2]所述的太阳能电池模块,上述乙烯-α-烯烃共聚物进一步满足以下要件a6)。

a6)上述乙烯-α-烯烃共聚物中的铝元素的含量为10~500ppm。

[5]

根据上述[1]~[4]的任一项所述的太阳能电池模块,依照astmd1238,在190℃、2.16kg荷重的条件下测定的上述乙烯-α-烯烃共聚物的mfr为2~27g/10分钟。

[6]

根据上述[1]~[5]的任一项所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,进一步包含1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物0.005~5.0质量份。

[7]

根据上述[1]~[6]的任一项所述的太阳能电池模块,上述乙烯-α-烯烃共聚物是在由金属茂化合物、与选自由有机铝氧化合物和有机铝化合物所组成的组中的至少一种化合物构成的烯烃聚合用催化剂的存在下聚合而得的。

[8]

根据上述[1]~[7]的任一项所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材包含乙烯系树脂组合物,所述乙烯系树脂组合物相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,包含硅烷偶联剂0.1~5质量份和交联剂0.1~3质量份。

[9]

根据上述[8]所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材所包含的上述乙烯系树脂组合物相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,进一步包含选自由紫外线吸收剂、耐热稳定剂和光稳定剂所组成的组中的至少一种0.005~5质量份。

[10]

根据上述[8]或[9]所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材所包含的上述乙烯系树脂组合物相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,进一步包含交联助剂0.05~5质量份。

[11]

根据上述[1]~[10]的任一项所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材是将上述乙烯-α-烯烃共聚物与添加剂熔融混炼后,挤出成型为片状而得的。

[12]

根据上述[1]~[11]的任一项所述的太阳能电池模块,上述太阳能电池密封材为片状。

[13]

根据上述[1]~[12]的任一项所述的太阳能电池模块,其具备:

正面侧透明保护构件,

背面侧保护构件,

使上述太阳能电池密封材交联而形成的、将上述n型结晶硅系太阳能电池元件密封在上述正面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间的密封层。

发明的效果

根据本发明,可以提供即使维持在框与组件间施加了高电压的状态也可以大幅度抑制pid现象的发生的n型结晶硅系的太阳能电池模块。

附图说明

上述目的和其它目的、特征和优点通过以下记载的优选实施方式及其附带的以下附图进一步明确。

图1是示意性示出本发明的n型结晶硅系的太阳能电池模块的一实施方式的截面图。

图2是示意性示出太阳能电池元件的受光面与背面的一构成例的俯视图。

具体实施方式

以下,使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外,在全部附图中,对同样的构成要素附上同样的符号,适当省略说明。此外,数值范围的“~”如果没有特别指明,则表示以上至以下。

1.关于太阳能电池密封材

本实施方式的太阳能电池密封材包含至少满足以下所示要件a1)~a4)的乙烯-α-烯烃共聚物。

(乙烯-α-烯烃共聚物)

本实施方式的太阳能电池密封材所使用的乙烯-α-烯烃共聚物通过将乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃共聚来获得。

作为α-烯烃,通常,可以单独使用1种或组合使用2种以上碳原子数3~20的α-烯烃。其中优选的是碳原子数为10以下的α-烯烃,特别优选的是碳原子数为3~8的α-烯烃。作为这样的α-烯烃的具体例,可以举出丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、3-甲基-1-丁烯、3,3-二甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。其中,从获得的容易性考虑,优选为丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。另外,乙烯-α-烯烃共聚物可以为无规共聚物,也可以为嵌段共聚物,但从柔软性的观点考虑,优选为无规共聚物。

以下,对要件a1)~a4)进行说明。

(要件a1)

乙烯-α-烯烃共聚物所包含的来源于乙烯的构成单元的含有比例为80~90mol%,优选为80~88mol%,更优选为82~88mol%,特别优选为82~87mol%。

乙烯-α-烯烃共聚物所包含的来源于碳原子数3~20的α-烯烃的构成单元(以下,也记为“α-烯烃单元”)的比例为10~20mol%,优选为12~20mol%,更优选为12~18mol%,进一步优选为13~18mol%。

如果乙烯-α-烯烃共聚物所包含的α-烯烃单元的含有比例为上述下限值以上,则可获得高透明性。此外,可以容易地进行低温下的挤出成型,能够实现例如130℃以下的挤出成型。因此,在乙烯-α-烯烃共聚物中混入有机过氧化物的情况下,也可以抑制挤出机内的交联反应进行,可以防止太阳能电池密封材片产生凝胶状的异物而片的外观恶化。此外,由于可获得适度的柔软性,因此在太阳能电池模块的层压成型时可以防止太阳能电池元件的开裂、薄膜电极的缺损等的发生。

如果乙烯-α-烯烃共聚物所包含的α-烯烃单元的含有比例为上述上限值以下,则乙烯-α-烯烃共聚物的结晶速度变得适度,因此由挤出机挤出的片不发粘,冷却辊上的剥离容易,可以有效率地获得片状的太阳能电池密封材。此外,由于片不发生发粘因此可以防止粘连,片的送出性变得良好。此外,也可以防止耐热性的降低。

(要件a2)

依照astmd1238,在190℃、2.16kg荷重的条件下测定的乙烯-α-烯烃共聚物的熔体流动速率(mfr)为0.1~50g/10分钟,优选为2~50g/10分钟,更优选为10~50g/10分钟,进一步优选为10~40g/10分钟,特别优选为12~27g/10分钟,最优选为15~25g/10分钟。乙烯-α-烯烃共聚物的mfr可以通过调整后述的聚合反应时的聚合温度、聚合压力、以及聚合体系内的乙烯和α-烯烃的单体浓度与氢浓度的摩尔比率等来调整。

(压延成型)

如果mfr为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟,则可以通过压延成型来制造片。如果mfr为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟,则包含乙烯-α-烯烃共聚物的树脂组合物的流动性低,因此可以防止在将片与电池元件层压时渗出的熔融树脂所引起的层压装置的污染,在这方面是优选的。

(挤出成型)

进一步,如果mfr为2g/10分钟以上,优选mfr为10g/10分钟以上,则包含乙烯-α-烯烃共聚物的树脂组合物的流动性提高,可以使片挤出成型时的生产率提高。

如果mfr为50g/10分钟以下,则分子量变大,因此可以抑制对冷却辊等的辊面的附着,因此不需要剥离,可以成型为均匀厚度的片。进一步,由于成为有“黏弹性”的树脂组合物,因此可以容易地成型0.1mm以上的厚片。此外,由于太阳能电池模块的层压成型时的交联特性提高,因此可以充分地交联,抑制耐热性的降低。

如果mfr为27g/10分钟以下,则进一步,可以抑制片成型时的垂伸,可以成型宽度宽的片,此外交联特性和耐热性进一步提高,可以获得最良好的太阳能电池密封材片。

另外,在后述的太阳能电池模块的层压工序中不进行树脂组合物的交联处理的情况下,在熔融挤出工序中有机过氧化物的分解的影响小,因此也可以使用mfr为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟,优选为0.5g/10分钟以上且小于8.5g/10分钟的树脂组合物,通过挤出成型来获得片。在树脂组合物的有机过氧化物的含量为0.15质量份以下的情况下,也可以使用mfr为0.1g/10分钟以上且小于10g/10分钟的树脂组合物,进行硅烷改性处理或微交联处理,同时在170~250℃的成型温度通过挤出成型来制造片。如果mfr在该范围内,则可以防止在将片与太阳能电池元件层压时渗出的熔融树脂所引起的层压装置的污染,在这方面是优选的。

(要件a3)

依照astmd1505测定的乙烯-α-烯烃共聚物的密度为0.865~0.884g/cm3,优选为0.866~0.883g/cm3,更优选为0.866~0.880g/cm3,进一步优选为0.867~0.880g/cm3。乙烯-α-烯烃共聚物的密度可以通过乙烯单元的含有比例与α-烯烃单元的含有比例的平衡来调整。即,如果提高乙烯单元的含有比例,则结晶性变高,可以获得密度高的乙烯-α-烯烃共聚物。另一方面,如果降低乙烯单元的含有比例,则结晶性变低,可以获得密度低的乙烯-α-烯烃共聚物。

如果乙烯-α-烯烃共聚物的密度为上述上限值以下,则结晶性变低,可以提高透明性。进一步,低温下的挤出成型变得容易,例如可以在130℃以下进行挤出成型。因此,即使在乙烯-α-烯烃共聚物中混入有机过氧化物,也可以防止挤出机内的交联反应进行,可以抑制太阳能电池密封材片产生凝胶状的异物,抑制片的外观的恶化。此外,由于柔软性高,因此在太阳能电池模块的层压成型时可以防止作为太阳能电池元件的组件的开裂、薄膜电极的缺损等的发生。

另一方面,如果乙烯-α-烯烃共聚物的密度为上述下限值以上,则可以加快乙烯-α-烯烃共聚物的结晶速度,因此由挤出机挤出的片不易发粘,冷却辊上的剥离变得容易,可以容易地获得太阳能电池密封材片。此外,由于片不易发生发粘,因此可以抑制粘连的发生,使片的送出性提高。此外,由于充分地交联,因此可以抑制耐热性的降低。

(要件a4)

依照astmd2240测定的乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏a硬度为60~85,优选为62~83,更优选为62~80,进一步优选为65~80。乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏a硬度可以通过将乙烯-α-烯烃共聚物的乙烯单元的含有比例、密度控制为后述的数值范围来调整。即,乙烯单元的含有比例高、密度高的乙烯-α-烯烃共聚物,其肖氏a硬度变高。另一方面,乙烯单元的含有比例低、密度低的乙烯-α-烯烃共聚物,其肖氏a硬度变低。另外,肖氏a硬度是在负载于试验片片材后,经过15秒以上后测定的。

如果肖氏a硬度为上述下限值以上,则乙烯-α-烯烃共聚物的结晶速度变得适度,因此由挤出机挤出的片不发粘,冷却辊上的剥离容易,可以有效率地获得太阳能电池密封片。此外,由于片不发生发粘,因此可以防止粘连,片的送出性变得良好。此外,也可以防止耐热性的降低。

另一方面,如果肖氏a硬度为上述上限值以下,则可获得高透明性。此外,可以容易地进行低温下的挤出成型,能够实现例如130℃以下的挤出成型。因此,即使在乙烯-α-烯烃共聚物中混入有机过氧化物的情况下,也可以抑制挤出机内的交联反应的进行,可以使太阳能电池密封片的外观变得良好。此外,由于可获得适度的柔软性,因此在太阳能电池模块的层压成型时可以防止太阳能电池元件的开裂、薄膜电极的缺损等的发生。

此外,本实施方式的太阳能电池密封材优选进一步满足以下要件a5)~a6)的要件。

(要件a5)

本实施方式的太阳能电池密封材优选依照jisk6911,在温度100℃、施加电压500v下测定的体积电阻率为1.0×1013~1.0×1018ω·cm。

体积电阻率大的太阳能电池密封材倾向于具有抑制pid现象的发生这样的特性。进一步,在照射太阳光的时间段,以往的太阳能电池模块有时模块温度变为例如70℃以上,因此从长期可靠性的观点考虑,由以往报告的常温(23℃)下的体积电阻率求出高温条件下的体积电阻率,温度100℃时的体积电阻率变得重要。

体积电阻率优选为1.0×1014~1.0×1018ω·cm,进一步优选为5.0×1014~1.0×1018ω·cm,最优选为1.0×1015~1.0×1018ω·cm。

如果体积电阻率为上述下限值以上,则在85℃、85%rh下的恒温恒湿试验中也可以抑制1天左右的短期的pid现象的发生。如果体积电阻率为上述上限值以下,则由于片不易产生静电,因此可以防止污染物的吸附,可以抑制在太阳能电池模块内混入污染物,而导致发电效率、长期可靠性的降低。

另外,如果体积电阻率为5.0×1014ω·cm以上,则在85℃、85%rh下的恒温恒湿试验中有pid现象的发生可以进一步延长的倾向,是期望的。

体积电阻率是在成型为密封材片后,用真空层压机、热压机、交联炉等进行交联并加工成平坦的片后测定的。此外,模块层叠体中的片除去其它层而测定。

(要件a6)

乙烯-α-烯烃共聚物所包含的、铝元素(以下,也记为“al”)的含量(残渣量)优选为10~500ppm,更优选为20~400ppm,进一步优选为20~300ppm。

al含量取决于乙烯-α-烯烃共聚物的聚合过程中添加的有机铝氧化合物、有机铝化合物的浓度。

在al含量为上述下限值以上的情况下,乙烯-α-烯烃共聚物的聚合过程中,有机铝氧化合物、有机铝化合物可以以使金属茂化合物的活性充分表现的程度的浓度添加,因此不需要添加与金属茂化合物反应而形成离子对的化合物。在添加该形成离子对的化合物的情况下,由于该形成离子对的化合物残留在乙烯-α-烯烃共聚物中,有时发生电特性的降低(有例如100℃等高温下的电特性降低的倾向),但能够防止这样的现象。此外,为了减少al含量,利用酸、碱的脱灰处理变得必要,有残留在所得的乙烯-α-烯烃共聚物中的酸、碱引起电极腐蚀的倾向,为了实施脱灰处理,乙烯-α-烯烃共聚物的成本也变高,但这样的脱灰处理变得不需要。

此外,如果al含量为上述上限值以下,则可以防止挤出机内的交联反应进行,因此可以使太阳能电池密封片的外观变得良好。

作为上述那样的控制乙烯-α-烯烃共聚物所包含的铝元素的方法,例如,通过调整后述的乙烯-α-烯烃共聚物的制造方法所记载的(ii-1)有机铝氧化合物和(ii-3)有机铝化合物的制造工序中的浓度、或乙烯-α-烯烃共聚物的制造条件的金属茂化合物的聚合活性,从而可以控制乙烯-α-烯烃共聚物所包含的铝元素。

(熔融峰)

乙烯-α-烯烃共聚物的、基于差示扫描量热测定(dsc)的熔融峰优选存在于30~90℃的范围内,进一步优选存在于33~90℃的范围内,特别优选存在于33~88℃的范围内。

如果熔融峰为上述上限值以下,则结晶性适度,透明性良好。此外,柔软性也适度,有在太阳能电池模块的层压成型时可以抑制太阳能电池元件的开裂、薄膜电极的缺损等的倾向。如果熔融峰为上述下限值以上,则树脂组合物的发粘小,可以抑制片粘连,片的送出性良好。此外,交联变得充分,耐热性也良好。

本实施方式的太阳能电池模块优选为具备正面侧透明保护构件、背面侧保护构件、n型结晶硅系太阳能电池元件、和由上述太阳能电池密封材形成的将上述太阳能电池元件密封在上述正面侧透明保护构件与上述背面侧保护构件之间的密封层的太阳能电池模块。上述太阳能电池密封材根据需要可以交联,也可以不交联。如果模块所使用的上述太阳能电池元件为结晶系发电元件,则有观测到pid现象的可能性,因此可以特别适合适用本实施方式。

(乙烯-α-烯烃共聚物的制造方法)

乙烯-α-烯烃共聚物可以使用以下所示的各种金属茂化合物作为催化剂来制造。作为金属茂化合物,例如,可以使用日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报、日本特开2005-314680号公报等所记载的金属茂化合物。但是,也可以使用与这些专利文献所记载的金属茂化合物不同结构的金属茂化合物,也可以组合使用两种以上金属茂化合物。

作为使用金属茂化合物的聚合反应,可以举出例如以下所示的形态作为优选例。

在由以往公知的金属茂化合物、(ii)选自由(ii-1)有机铝氧化合物、(ii-2)与上述金属茂化合物(i)反应而形成离子对的化合物和(ii-3)有机铝化合物所组成的组中的至少一种化合物(也称为助催化剂)构成的烯烃聚合用催化剂的存在下,供给乙烯和选自α-烯烃等中的一种以上单体。

作为(ii-1)有机铝氧化合物、(ii-2)与上述金属茂化合物(i)反应而形成离子对的化合物和(ii-3)有机铝化合物,也可以使用例如,日本特开2006-077261号公报、日本特开2008-231265号公报和日本特开2005-314680号公报等所记载的金属茂化合物。但是,也可以使用与这些专利文献所记载的金属茂化合物不同结构的金属茂化合物。这些化合物可以个别地投入到聚合气氛中或预先接触而投入到聚合气氛中。进一步,可以担载于例如日本特开2005-314680号公报等所记载的微粒状无机氧化物载体而使用。

另外,优选通过实质上不使用上述(ii-2)与上述金属茂化合物(i)反应而形成离子对的化合物来进行制造,可以获得电特性优异的乙烯-α-烯烃共聚物。

乙烯-α-烯烃共聚物的聚合可以通过以往公知的气相聚合法、和淤浆聚合法、溶液聚合法等液相聚合法中的任一方法来进行。优选通过溶液聚合法等液相聚合法来进行。在使用上述那样的金属茂化合物,进行乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃的共聚来制造乙烯-α-烯烃共聚物的情况下,(i)的金属茂化合物以每1升反应容积通常为10-9~10-1摩尔,优选为10-8~10-2摩尔那样的量使用。

化合物(ii-1)以化合物(ii-1)与化合物(i)中的全部过渡金属原子(m)的摩尔比[(ii-1)/m]通常为1~10000,优选为10~5000那样的量使用。化合物(ii-2)以与化合物(i)中的全部过渡金属(m)的摩尔比[(ii-2)/m]通常为0.5~50,优选为1~20那样的量使用。化合物(ii-3)以每1升聚合容积通常为0~5毫摩尔,优选为约0~2毫摩尔那样的量使用。

溶液聚合法中,通过在上述那样的金属茂化合物的存在下,进行乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃的共聚,从而可以高效率地制造共聚单体含量高、组成分布窄、分子量分布窄的乙烯-α-烯烃共聚物。这里,乙烯与碳原子数3~20的α-烯烃的加入摩尔比通常为乙烯:α-烯烃=10:90~99.9:0.1,优选为乙烯:α-烯烃=30:70~99.9:0.1,更优选为乙烯:α-烯烃=50:50~99.9:0.1。

作为碳原子数3~20的α-烯烃,可以举出直链状或支链状的α-烯烃,例如丙烯、1-丁烯、2-丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。在溶液聚合法中可以使用的α-烯烃的例子中,也包含含有极性基团的烯烃。作为含有极性基团的烯烃,可以举出例如,丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、马来酸酐等α,β-不饱和羧酸类、和它们的钠盐等金属盐类;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等α,β-不饱和羧酸酯类;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等乙烯基酯类;丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等不饱和缩水甘油酯类等。此外,也能够使芳香族乙烯基化合物,例如苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、邻,对-二甲基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基苄基乙酸酯、羟基苯乙烯、对氯苯乙烯、二乙烯基苯等苯乙烯类;3-苯基丙烯、4-苯基丙烯、α-甲基苯乙烯等共存于反应体系而进行高温溶液聚合。在以上记载的α-烯烃中,优选使用丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。此外,在溶液聚合法中,可以并用碳原子数为3~20的环状烯烃类,例如环戊烯、环庚烯、降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯等。

所谓“溶液聚合法”,是在聚合物溶解在后述的非活性烃溶剂中的状态下进行聚合的方法的总称。溶液聚合法中的聚合温度通常为0~200℃,优选为20~190℃,进一步优选为40~180℃。在溶液聚合法中,在聚合温度不满0℃的情况下,其聚合活性极端降低,聚合热的除热也变得困难,在生产率方面是不实用的。此外,如果聚合温度超过200℃,则聚合活性极端降低,因此在生产率方面不实用。

聚合压力通常为常压~10mpa表压,优选为常压~8mpa表压的条件下。共聚可以通过间歇式、半连续式、连续式中的任一方法来进行。反应时间(共聚反应以连续法实施的情况下,平均滞留时间)根据催化剂浓度、聚合温度等条件而不同,可以适当选择,但通常为1分钟~3小时,优选为10分钟~2.5小时。进一步,也能够将聚合分成反应条件不同的2阶段以上来进行。所得的乙烯-α-烯烃共聚物的分子量也可以通过使聚合体系中的氢浓度、聚合温度变化来调节。进一步,也可以通过所使用的化合物(ii)的量来调节。在添加氢的情况下,其量是,每1kg生成的乙烯-α-烯烃共聚物为0.001~5,000nl程度是适当的。此外,在所得的乙烯-α-烯烃共聚物的分子末端存在的乙烯基和亚乙烯基可以通过提高聚合温度、极力减少加氢量来调整。

在溶液聚合法中使用的溶剂通常为非活性烃溶剂,优选为常压下的沸点为50℃~200℃的饱和烃。具体而言,可举出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、煤油等脂肪族烃;环戊烷、环己烷、甲基环戊烷等脂环族烃。另外,苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类、氯乙烯、氯苯、二氯甲烷等卤代烃也落入“非活性烃溶剂”的范畴,不限制其使用。

如上所述,在溶液聚合法中,不仅可以使用以往常用的溶解于芳香族烃的有机铝氧化合物,而且可以使用溶解于脂肪族烃、脂环族烃的mmao那样的改性甲基铝氧烷。其结果是,如果采用脂肪族烃、脂环族烃来作为溶液聚合用的溶剂,则能够几乎完全排除在聚合体系内、生成的乙烯-α-烯烃共聚物中混入芳香族烃的可能性。即,溶液聚合法也具有可以将环境负荷减轻化,可以将对人体健康的影响最小化这样的特征。另外,为了抑制物性值的偏差,通过聚合反应而获得的乙烯-α-烯烃共聚物、和根据需要添加的其它成分优选通过任意的方法被熔融,实施混炼、造粒等。

(乙烯系树脂组合物)

本实施方式的太阳能电池密封材的优选方式是包含含有上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份、烯属不饱和硅烷化合物等硅烷偶联剂0.1~5质量份、和有机过氧化物等交联剂0.1~3质量份的乙烯系树脂组合物。

进一步,在乙烯系树脂组合物中,优选相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,含有硅烷偶联剂0.1~4质量份和交联剂0.2~3质量份,特别优选相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,含有硅烷偶联剂0.1~3质量份、交联剂0.2~2.5质量份。

(硅烷偶联剂)

如果硅烷偶联剂的含量为上述下限值以上,则粘接性提高。

另一方面,如果硅烷偶联剂的含量为上述上限值以下,则太阳能电池密封材的成本与性能的平衡好,此外,可以抑制用于使硅烷偶联剂在太阳能电池模块的层压时与乙烯-α-烯烃共聚物进行接枝反应的有机过氧化物的添加量。因此,在将太阳能电池密封材用挤出机制成片状而获得时可以抑制凝胶化,可以抑制挤出机的转矩(torque),挤出片成型变得容易。此外,可以抑制由于在挤出机内产生的凝胶物而在片的表面产生凹凸,因此可以防止外观的降低。此外,可以防止在施加电压时片内部的开裂的发生,因此可以防止绝缘击穿电压的降低。进一步,也可以防止透湿性的降低。此外,由于可以抑制片表面产生凹凸,因此在太阳能电池模块的层压加工时与正面侧透明保护构件、组件、电极、背面侧保护构件的密合性变得良好,粘接性也提高。此外,可以抑制硅烷偶联剂本身发生缩合反应,在太阳能电池密封材上作为白线而存在,产品外观恶化。进一步,在有机过氧化物的量少的情况下,可以抑制对乙烯-α-烯烃共聚物的主链的接枝反应变得不充分而粘接性降低的情况。

硅烷偶联剂可以使用以往公知的硅烷偶联剂,没有特别限制。具体而言,可以使用乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基硅烷)、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等。优选可举出粘接性良好的γ-环氧丙氧基丙基甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。

(有机过氧化物)

有机过氧化物,作为硅烷偶联剂与乙烯-α-烯烃共聚物的接枝改性时的自由基引发剂,进一步作为乙烯-α-烯烃共聚物的太阳能电池模块的层压成型时的交联反应时的自由基引发剂来使用。通过对乙烯-α-烯烃共聚物接枝改性硅烷偶联剂,从而可获得与玻璃、背片、组件、电极的粘接性良好的太阳能电池模块。进一步,通过将乙烯-α-烯烃共聚物交联,可以获得耐热性、粘接性优异的太阳能电池模块。

优选使用的有机过氧化物只要是能够对乙烯-α-烯烃共聚物接枝改性硅烷偶联剂、或将乙烯-α-烯烃共聚物交联的有机过氧化物即可,但从挤出片成型的生产率与太阳能电池模块的层压成型时的交联速度的平衡考虑,优选有机过氧化物的1分钟半衰期温度为100~170℃。如果有机过氧化物的1分钟半衰期温度为上述下限值以上,则在片成型时由树脂组合物获得的太阳能电池密封片不易产生凝胶。此外,可以抑制由于产生的凝胶物而在片的表面产生凹凸,因此可以防止外观的降低。此外,可以防止在施加电压时片内部的开裂的发生,因此可以防止绝缘击穿电压的降低。进一步,也可以防止透湿性的降低。此外,可以抑制在片表面产生凹凸,因此在太阳能电池模块的层压加工时与正面侧透明保护构件、组件、电极、背面侧保护构件的密合性变得良好,粘接性也提高。如果有机过氧化物的1分钟半衰期温度为上述上限值以下,则可以抑制太阳能电池模块的层压成型时的交联速度的降低,因此可以防止太阳能电池模块的生产率的降低。此外,也可以防止太阳能电池密封材的耐热性,粘接性的降低。进一步,可以使层压加工后、烘箱中的交联适度,可以抑制层压装置、烘箱的污染。

作为有机过氧化物,可以使用公知的有机过氧化物。作为1分钟半衰期温度在100~170℃的范围内的有机过氧化物的优选的具体例,可举出过氧化二月桂酰、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化-2-乙基己酸酯、过氧化二苯甲酰、叔戊基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化异丁酸酯、叔丁基过氧化马来酸、1,1-二(叔戊基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔戊基过氧化)环己烷、叔戊基过氧化异壬酸酯、叔戊基过氧化正辛酸酯、1,1-二(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰过氧化)己烷、叔戊基-过氧化苯甲酸酯、叔丁基过氧化乙酸酯、叔丁基过氧化异壬酸酯、2,2-二(叔丁基过氧化)丁烷、叔丁基过氧化苯甲酸酯等。优选可举出过氧化二月桂酰、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、叔丁基过氧化乙酸酯、叔丁基过氧化异壬酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、叔丁基过氧化苯甲酸酯等。上述有机过氧化物可以单独使用一种,也可以混合使用两种以上。

太阳能电池密封材中的有机过氧化物的含量,相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为0.005~5.0质量份,更优选为0.1~3.0质量份,进一步优选为0.2~3.0质量份,特别优选为0.2~2.5质量份。

(紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂)

在乙烯系树脂组合物中,优选含有选自由紫外线吸收剂、光稳定剂和耐热稳定剂所组成的组中的至少一种添加剂。这些添加剂的配合量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份,优选为0.005~5质量份。进一步,优选含有选自上述三种中的至少两种添加剂,特别优选含有全部上述三种。如果上述添加剂的配合量在上述范围内,则可以充分地确保提高对高温高湿的耐性、热循环的耐性、耐候稳定性和耐热稳定性的效果,并且可以防止太阳能电池密封材的透明性、与玻璃、背片、组件、电极、铝的粘接性的降低,因此优选。

作为紫外线吸收剂,具体而言,可使用2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-4-羧基二苯甲酮、2-羟基-4-n-辛氧基二苯甲酮等二苯甲酮系紫外线吸收剂;2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑等苯并三唑系紫外线吸收剂;水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯等水杨酸酯系紫外线吸收剂等。

作为光稳定剂,优选使用双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]等受阻胺系光稳定剂、受阻哌啶系光稳定剂等。

作为耐热稳定剂,具体而言,可以举出三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸双[2,4-双(1,1-二甲基乙基)-6-甲基苯基]乙基酯、四(2,4-二叔丁基苯基)[1,1-联苯]-4,4’-二基双膦酸酯和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯等亚磷酸酯系耐热稳定剂;3-羟基-5,7-二叔丁基-呋喃-2-酮与邻二甲苯的反应生成物等内酯系耐热稳定剂;3,3’,3”,5,5’,5”-六叔丁基-a,a’,a”-(亚甲基-2,4,6-三基)三-对甲酚、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)苄基苯、季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、硫代二亚乙基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]等受阻酚系耐热稳定剂;硫系耐热稳定剂;胺系耐热稳定剂等。此外,也可以将它们单独使用一种或两种以上组合使用。其中,优选为亚磷酸酯系耐热稳定剂和受阻酚系耐热稳定剂。

(其它添加剂)

构成太阳能电池密封材的乙烯系树脂组合物中,在不损害本发明的目的的范围内,可以适当含有以上详述的各成分以外的各种成分。可举出例如,乙烯-α-烯烃共聚物以外的各种聚烯烃、苯乙烯系、乙烯系嵌段共聚物、丙烯系聚合物等。它们相对于上述乙烯-α-烯烃共聚物100质量份可以含有0.0001~50质量份,优选含有0.001~40质量份。此外,可以适当含有选自聚烯烃以外的各种树脂、和/或各种橡胶、增塑剂、填充剂、颜料、染料、抗静电剂、抗菌剂、防霉剂、阻燃剂、交联助剂和分散剂等中的一种以上添加剂。

特别是,在含有交联助剂的情况下,如果交联助剂的配合量相对于乙烯-α-烯烃共聚物100质量份为0.05~5质量份,则可以具有适度的交联结构,可以提高耐热性、机械物性、粘接性,因此优选。

作为交联助剂,可以使用一般对烯烃系树脂使用的以往公知的交联助剂。这样的交联助剂是分子内具有两个以上双键的化合物。具体而言,可举出丙烯酸叔丁酯、丙烯酸月桂基酯、丙烯酸鲸蜡基酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、乙基卡必醇丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇丙烯酸酯等单丙烯酸酯;甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸鲸蜡基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲氧基乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯等单甲基丙烯酸酯;1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯等二丙烯酸酯;1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等二甲基丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯;二乙烯基苯、二-异丙烯基苯等二乙烯基芳香族化合物;氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯等氰脲酸酯;邻苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物;三烯丙基化合物;对醌二肟、p-p’-二苯甲酰醌二肟等肟;苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺。

这些交联助剂中更优选的是二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、二乙烯基芳香族化合物、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等三丙烯酸酯;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯;季戊四醇四丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯;氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯等氰脲酸酯;邻苯二甲酸二烯丙酯等二烯丙基化合物;三烯丙基化合物;对醌二肟、p-p’-二苯甲酰醌二肟等肟;苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺。进一步其中特别优选的是异氰脲酸三烯丙酯,层压后的太阳能电池密封材的气泡产生、交联特性的平衡最优异。

(太阳能电池密封材)

本实施方式的太阳能电池密封材与玻璃、背片、薄膜电极、铝、太阳能电池元件等各种太阳能电池构件的粘接性、耐热性、挤出成型性和交联特性的平衡优异,进一步,透明性、柔软性、外观、耐气候性、体积电阻率、电绝缘性、透湿性、电极腐蚀性、工艺稳定性的平衡优异。因此,适合用作以往公知的太阳能电池模块的太阳能电池密封材。作为本实施方式的太阳能电池密封材的制造方法,可以利用通常使用的方法,但优选通过捏合机、班伯里混合机、挤出机等进行熔融掺混来制造。特别优选为利用能够连续生产的挤出机制造。

太阳能电池密封材的整体形状为片状也是优选的实施方式之一。此外,具有至少一层包含上述乙烯系树脂组合物的片的、与其它层复合化而得的太阳能电池密封材也可以适合使用。太阳能电池密封材的层的厚度通常为0.01~2mm,优选为0.05~1.5mm,进一步优选为0.1~1.2mm,特别优选为0.2~1mm,更优选为0.3~0.9mm,最优选为0.3~0.8mm。如果厚度为该范围内,则可以抑制层压工序中的玻璃、太阳能电池元件、薄膜电极等的破损,并且确保充分的光线透射率,从而可以获得高的光发电量。进一步,可以实现低温下的太阳能电池模块的层压成型,因此优选。

太阳能电池密封材片的成型方法没有特别限制,能够采用公知的各种成型方法(浇铸成型、挤出片成型、压延成型、吹胀成型、注射成型、压缩成型等)。特别是,在挤出机中,将乙烯-α-烯烃共聚物与硅烷偶联剂、有机过氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、耐热稳定剂和根据需要的其它添加剂在例如塑料袋等袋中以人力掺混、使用亨舍尔混合机、转筒、高速混合机等搅拌混合机掺混,将所得的配合了乙烯-α-烯烃共聚物与各种添加剂的组合物投入到挤出片成型的料斗,进行熔融混炼的同时进行挤出片成型,获得片状的太阳能电池密封材是最优选的实施方式。

另外,以配合后的组合物一次性地用挤出机进行制粒,进一步通过挤出成型、压制成型进行片化时,一般使其从水层穿过或使用水下切割式的挤出机将线料冷却进行切割而获得颗粒。因此,由于水分附着,因此发生添加剂、特别是硅烷偶联剂的劣化,例如再次用挤出机进行片化时,有硅烷偶联剂彼此的缩合反应进行,粘接性降低的倾向,因此不优选。此外,预先使用挤出机将乙烯-α-烯烃共聚物与除了有机过氧化物、硅烷偶联剂以外的添加剂(耐热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂等稳定剂)母料化后,将有机过氧化物、硅烷偶联剂掺混并再次用挤出机等进行片成型的情况下,也因为耐热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂等稳定剂二次经过挤出机,因此有稳定剂劣化,耐气候性、耐热性等长期可靠性降低的倾向,是不优选的。

作为挤出温度范围,挤出温度为100~130℃。如果使挤出温度为上述下限值以上,则可以使太阳能电池密封材的生产率提高。如果使挤出温度为上述上限值以下,则将树脂组合物用挤出机片化而获得太阳能电池密封材时不易发生凝胶化。因此,可以防止挤出机的转矩的上升,使片成型容易。此外,由于在片的表面不易发生凹凸,因此可以防止外观变差。此外,在施加电压时可以抑制片内部的开裂的发生,因此可以防止绝缘击穿电压的降低。进一步,透湿性的降低也可以抑制。此外,由于在片表面不易产生凹凸,因此在太阳能电池模块的层压加工时与正面侧透明保护构件、组件、电极、背面侧保护构件的密合性变得良好,粘接性优异。

此外,可以对太阳能电池密封材片(或层)的表面实施压纹加工。通过将太阳能电池密封材片表面通过压纹加工进行装饰,从而能够防止密封片彼此、或密封片与其它片等的粘连。进一步,由于压纹使太阳能电池密封材(太阳能电池用密封片)的储存弹性模量降低,因此在将太阳能电池密封材片与太阳能电池元件层压时成为对太阳能电池元件等的缓冲物,可以防止太阳能电池元件的破损。

太阳能电池密封材片,可以仅由本实施方式的太阳能电池密封材形成的层构成,也可以具有含有太阳能电池密封材的层以外的层(以下,也记为“其它层”)。作为其它层的例子,如果按目的分类,则可以举出用于保护正面或背面的硬涂层、粘接层、防反射层、阻气层、防污层等。如果按材质分类,则可以举出由紫外线固化性树脂形成的层、由热固性树脂形成的层、由聚烯烃树脂形成的层、由羧酸改性聚烯烃树脂形成的层、由含氟树脂形成的层、由环状烯烃(共)聚合物形成的层、由无机化合物形成的层等。

本实施方式的由太阳能电池密封材形成的层、与其它层的位置关系没有特别限制,可以按与本发明的目的的关系适当选择优选的层构成。即,其它层可以设置在2层以上由太阳能电池密封材形成的层之间,也可以设置在太阳能电池密封材片的最外层,也可以设置在其以外的位置。此外,可以仅在由太阳能电池密封材形成的层的一面设置其它层,也可以在两面设置其它层。其它层的层数没有特别限制,可以设置任意数的其它层,也可以不设置其它层。

从使结构简单而降低成本的观点、和极力减小界面反射而有效地利用光的观点等考虑,不设置其它层,而仅以由本实施方式的太阳能电池密封材形成的层制作太阳能电池密封材片即可。然而,如果有按与目的的关系必要或有用的其它层,则只要适当设置那样的其它层即可。在设置其它层的情况下,对由本实施方式的太阳能电池密封材形成的层与其它层的层叠方法没有特别限制,优选为使用浇铸成型机、挤出片成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出而获得层叠体的方法,或在预先成型的一个层上熔融或加热层压另一个层而获得层叠体的方法。此外,也可以通过使用了适当的粘接剂(例如,以马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“admer(注册商标)”,三菱化学公司制的商品名“modic(注册商标)”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(住化cdf化学公司制的商品名“bondine(注册商标)”等)为代表的丙烯酸系粘接剂、乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物、或包含它们的粘接性树脂组合物等)的干式层压法、或热层压法等来层叠。作为粘接剂,优选使用具有120~150℃程度的耐热性的粘接剂,可以例示聚酯系或聚氨酯系粘接剂等作为适合的粘接剂。此外,为了改良两层的粘接性,可以使用例如,硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等。

2.关于太阳能电池模块

太阳能电池模块可举出例如通常将通过单晶硅、多晶硅等形成的太阳能电池元件用太阳能电池密封材片夹着而层叠,进一步用保护片覆盖了正反两面的结晶型太阳能电池模块。即,典型的太阳能电池模块成为以下的构成:太阳能电池模块用保护片(正面侧透明保护构件)/太阳能电池密封材片/太阳能电池元件/太阳能电池密封材片/太阳能电池模块用保护片(背面侧保护构件)。然而,作为本发明的优选的实施方式之一的太阳能电池模块不限定于上述构成,在不损害本发明的目的的范围内,可以适当省略上述各层的一部分,或适当设置上述以外的层。作为上述以外的层,可以举出例如粘接层、冲击吸收层、涂布层、防反射层、背面再反射层和光扩散层等。这些层没有特别限定,可以考虑设置各层的目的、特性来设置在适当的位置。

(n型结晶硅系的太阳能电池模块)

结晶硅系的太阳能电池元件中有:以n型半导体作为基板而在其上形成了p型半导体层的n型结晶硅系太阳能电池元件、和以p型半导体作为基板而在其上形成了n型半导体层的p型结晶硅系太阳能电池元件。已知以n型半导体作为基板的结构的n型结晶硅系的太阳能电池模块与以p型作为基板的结构相比,对杂质的耐性大,理论上易于提升能量转换效率。

图1是示意性示出本发明的n型结晶硅系的太阳能电池模块的一实施方式的截面图。如图1所示,太阳能电池模块20具有通过内部连线29电连接的多个n型结晶硅系的太阳能电池元件22、夹持该太阳能电池元件22的一对正面侧透明保护构件24和背面侧保护构件26,在这些保护构件与多个太阳能电池元件22之间填充有密封层28。密封层28通过在使本实施方式的太阳能电池密封材片贴合后加热压接而获得,与形成在太阳能电池元件22的受光面和背面的电极相接。所谓电极,是在太阳能电池元件22的受光面和背面分别形成的集电构件,包含后述的集电线、附极耳用母线和背面电极层等。

图2是示意性示出n型结晶硅系太阳能电池元件的受光面和背面的一构成例的俯视图。在图2中,示出太阳能电池元件22的受光面22a和背面22b的构成的一例。如图2(a)所示,太阳能电池元件22的受光面22a中形成有:多个形成为线状的集电线32、从集电线32收集电荷并且与内部连线29(图1)连接的附极耳用母线(汇流条(busbar))34a。此外,如图2(b)所示,在太阳能电池元件22的背面22b,整面形成有导电层(背面电极)36,在其上形成有从导电层36收集电荷并且与内部连线29(图1)连接的附极耳用母线(汇流条)34b。集电线32的线宽为例如0.1mm左右;附极耳用母线34a的线宽为例如2~3mm程度;附极耳用母线34b的线宽为例如5~7mm程度。集电线32、附极耳用母线34a和附极耳用母线34b的厚度为例如20~50μm程度。

集电线32、附极耳用母线34a和附极耳用母线34b优选包含导电性高的金属。这样的导电性高的金属的例子包括金、银、铜等,但从导电性、耐腐蚀性高的方面等考虑,优选为银、银化合物、含有银的合金等。导电层36优选不仅包含导电性高的金属,而且从使在受光面受到的光反射而使太阳能电池元件的光电转换效率提高这样的观点等考虑,包含光反射性高的成分,例如铝。集电线32、附极耳用母线34a、附极耳用母线34b和导电层36如下形成:在太阳能电池元件22的受光面22a或背面22b,将包含上述导电性高的金属的导电材涂料通过例如网版印刷而涂布成50μm的涂膜厚度后,进行干燥,根据需要在例如600~700℃烧结。

正面侧透明保护构件24由于配置在受光面侧,因此需要为透明的。正面侧透明保护构件24的例子包括透明玻璃板、透明树脂膜等。另一方面,背面侧保护构件26不需要为透明的,其材质没有特别限定。背面侧保护构件26的例子包括玻璃基板、塑料膜等,但从耐久性、透明性的观点考虑,适合使用玻璃基板。

太阳能电池模块20可以通过任意的制造方法来获得。太阳能电池模块20例如可以通过下述工序来获得:获得将背面侧保护构件26、太阳能电池密封材片、多个太阳能电池元件22、太阳能电池密封材片和正面侧透明保护构件24依次层叠而得的层叠体的工序;将该层叠体通过层压机等进行加压使其贴合,同时根据需要进行加热的工序;在上述工序后,进一步根据需要对层叠体进行加热处理,将上述密封材固化的工序。

在太阳能电池元件中通常配置用于取出产生的电的集电电极。集电电极的例子包括汇流条电极、指状电极等。一般而言,集电电极采用配置在太阳能电池元件的正面和背面这两面的结构,但如果在受光面配置集电电极,则可能产生集电电极遮住光,因此发电效率降低这样的问题。

近年来,为了使发电效率提高,考虑使用不需要在受光面配置集电电极的背接触型太阳能电池元件。在背接触型太阳能电池元件的一个形态中,在太阳能电池元件的设置于受光面的相反侧的背面侧,交替地设置p掺杂区域和n掺杂区域。在背接触型太阳能电池元件的其它形态中,在设置了贯通孔(通孔)的基板上形成p/n接合,直到通孔内壁和背面侧的通孔周边部形成正面(受光面)侧的掺杂层,在背面侧取出受光面的电流。

一般而言,在太阳能电池系统中,将上述太阳能电池模块以数台至数十台串联连接,住宅用的小规模的系统也以50v~500v运用,被称为大规模太阳能发电站的大规模的系统以600~1000v运用。在太阳能电池模块的外框中,以强度保持等作为目的而使用铝框等,从安全上的观点考虑,铝框被接地(earth)的情况多。其结果是通过太阳能电池发电,在电阻比密封材低的玻璃面与太阳能电池元件之间,产生发电引起的电压差。

其结果是,对被密封在发电组件与玻璃或铝框之间的太阳能电池密封材,要求高的电绝缘性、高电阻等良好的电特性。

特别是,在构成太阳能电池模块的光伏元件之下层叠的密封层需要具有与层叠在光伏元件的上部的密封层/电极/背面保护层的粘接性。此外,为了保持作为光伏元件的太阳能电池元件的背面的平滑性,需要具有热塑性。进一步,为了保护作为光伏元件的太阳能电池元件,需要耐刮擦性、冲击吸收性等优异。

作为上述密封层,期望具有耐热性。特别是期望构成密封层的乙烯系树脂组合物不会因为太阳能电池模块制造时进行抽真空而加热压接的层压法等中的加热作用、太阳能电池模块等的长期使用中的太阳光等的热的作用等而变质、或劣化或分解。假设该乙烯系树脂组合物所包含的添加剂等溶出或生成分解物,则它们作用于太阳能电池元件的电动势面(元件面),会使其功能、性能等劣化。因此,耐热性作为太阳能电池模块的密封层所具有的特性是不可或缺的。进一步,上述密封层优选防湿性优异。在该情况下,可以防止水分从太阳能电池模块的背面侧透过,可以防止太阳能电池模块的光伏元件的腐蚀、劣化。

上述密封层与层叠在光伏元件上的密封层不同,不一定需要具有透明性。本实施方式的太阳能电池密封材具有上述特性,可以适合用作结晶型太阳能电池模块的背面侧的太阳能电池密封材、不耐水分渗透的薄膜型太阳能电池模块的太阳能电池密封材。

本实施方式的太阳能电池模块,在不损害本发明的目的的范围内,可以适当具有任意的构件。典型地,可以设置粘接层、冲击吸收层、涂布层、防反射层、背面再反射层、光扩散层等,但不限定于此。设置这些层的位置没有特别限定,可以考虑设置这样的层的目的和这样的层的特性来设置在适当的位置。

(太阳能电池模块用正面侧透明保护构件)

太阳能电池模块所使用的太阳能电池模块用正面侧透明保护构件没有特别限制,但由于位于太阳能电池模块的最表层,因此优选具有以耐气候性、拒水性、耐污染性、机械强度为代表的、用于确保太阳能电池模块的室外暴露时的长期可靠性的性能。此外,为了有效地利用太阳光,优选为光学损耗小、透明性高的片。

作为太阳能电池模块用正面侧透明保护构件的材料,可举出由聚酯树脂、氟树脂、丙烯酸系树脂、环状烯烃(共)聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等形成的树脂膜、玻璃基板等。树脂膜优选为在透明性、强度、成本等方面优异的聚酯树脂,特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、耐气候性好的氟树脂等。作为氟树脂的例子,有四氟乙烯-乙烯共聚物(etfe)、聚氟乙烯树脂(pvf)、聚1,1-二氟乙烯树脂(pvdf)、聚四氟乙烯树脂(tfe)、四氟乙烯-六氟化丙烯共聚物(fep)、聚三氟化氯乙烯树脂(ctfe)。从耐气候性的观点考虑,聚1,1-二氟乙烯树脂优异,从兼顾耐气候性和机械强度考虑,四氟乙烯-乙烯共聚物优异。此外,为了改良与构成密封材层等其它层的材料的粘接性,期望对正面侧透明保护构件进行电晕处理、等离子体处理。此外,也能够使用为了提高机械强度而实施了拉伸处理的片,例如双轴拉伸的聚丙烯片。

在使用玻璃基板来作为太阳能电池模块用正面侧透明保护构件的情况下,玻璃基板优选波长350~1400nm的光的全光线透射率为80%以上,更优选为90%以上。作为这样的玻璃基板,一般使用红外部的吸收少的白玻璃,但也可以为蓝玻璃,只要是厚度为3mm以下,就对太阳能电池模块的输出特性的影响少。此外,为了提高玻璃基板的机械强度,可以通过热处理获得强化玻璃,但是也可以使用无热处理的浮法玻璃。此外,为了在玻璃基板的受光面侧抑制反射,可以进行防止反射的涂布。

(太阳能电池模块用背面侧保护构件)

太阳能电池模块所使用的太阳能电池模块用背面侧保护构件没有特别限制,但由于位于太阳能电池模块的最表层,因此与上述正面侧透明保护构件同样地要求耐气候性、机械强度等各特性。因此,可以以与正面侧透明保护构件同样的材质构成太阳能电池模块用背面侧保护构件。即,也可以使用作为正面侧透明保护构件而使用的上述各种材料作为背面侧保护构件。特别是可以优选使用聚酯树脂和玻璃。此外,背面侧保护构件由于不以太阳光的通过作为前提,因此不一定要求正面侧透明保护构件所要求的透明性。因此,为了增加太阳能电池模块的机械强度,或为了防止温度变化引起的歪斜、翘曲,可以张贴增强板。增强板可以优选使用例如钢板、塑料板、frp(玻璃纤维强化塑料)板等。

进一步,本实施方式的太阳能电池密封材可以与太阳能电池模块用背面侧保护构件一体化。通过使太阳能电池密封材与太阳能电池模块用背面侧保护构件一体化,从而可以在模块组装时缩短将太阳能电池密封材和太阳能电池模块用背面侧保护构件裁切成模块尺寸的工序。此外,通过使分别铺设(layup)太阳能电池密封材与太阳能电池模块用背面侧保护构件的工序成为以一体化的片进行铺设的工序,也可以缩短/省略铺设工序。使太阳能电池密封材与太阳能电池模块用背面侧保护构件一体化的情况下的、太阳能电池密封材与太阳能电池模块用背面侧保护构件的层叠方法没有特别限制。层叠方法中,优选为使用浇铸成型机、挤出片成型机、吹胀成型机、注射成型机等公知的熔融挤出机进行共挤出来获得层叠体的方法;在预先成型的一个层上,将另一个层熔融或加热层压而获得层叠体的方法。

此外,也可以通过使用了适当的粘接剂(例如,以马来酸酐改性聚烯烃树脂(三井化学公司制的商品名“admer(注册商标)”、三菱化学公司制的商品名“modic(注册商标)”等)、不饱和聚烯烃等低(非)结晶性软质聚合物、乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三元共聚物(住化cdf化学公司制的商品名“bondine(注册商标)”等)为代表的丙烯酸系粘接剂、乙烯/乙酸乙烯酯系共聚物、或包含它们的粘接性树脂组合物等)的干式层压法、或热层压法等来层叠。

作为粘接剂,优选具有120~150℃程度的耐热性的粘接剂,具体而言,优选为聚酯系粘接剂或聚氨酯系粘接剂等。此外,为了使两个层的粘接性提高,可以对至少一个层实施例如硅烷系偶联处理、钛系偶联处理、电晕处理、等离子体处理等。

(太阳能电池元件)

本实施方式的太阳能电池模块所使用的n型结晶硅系太阳能电池元件是指以n型半导体作为基板而在其上形成了p型半导体层的元件。

已知虽然硅系太阳能电池元件具有优异的特性,但因为来自外部的应力、冲击等而易于破损。本实施方式的太阳能电池密封材由于柔软性优异,因此吸收对太阳能电池元件的应力、冲击等,防止太阳能电池元件的破损的效果大。因此,在本实施方式的太阳能电池模块中,期望由本实施方式的太阳能电池密封材形成的层与太阳能电池元件直接接合。

(电极)

太阳能电池模块所使用的电极的构成和材料没有特别限定,具体例是具有透明导电膜和金属膜的层叠结构。透明导电膜由sno2、ito、zno等形成。金属膜由银、金、铜、锡、铝、镉、锌、汞、铬、钼、钨、镍、钒等金属形成。这些金属膜可以单独使用,也可以作为复合化的合金而使用。透明导电膜与金属膜通过cvd、溅射、蒸镀等方法来形成。

(太阳能电池模块的制造方法)

本实施方式的太阳能电池模块的制造方法的特征在于,包含下述工序:(i)将正面侧透明保护构件、本实施方式的太阳能电池密封材、太阳能电池元件(组件)、太阳能电池密封材和背面侧保护构件依次层叠而形成层叠体的工序,以及(ii)将所得的层叠体加压和加热而一体化的工序。

在工序(i)中,优选将太阳能电池密封材的形成了凹凸形状(压纹形状)的面以与太阳能电池元件侧相邻的方式配置。

在工序(ii)中,将工序(i)中获得的层叠体,按照常规方法使用真空层压机或热压机进行加热和加压而一体化(密封)。在密封中,本实施方式的太阳能电池密封材由于缓冲性高,因此可以防止太阳能电池元件的损伤。此外,由于脱气性良好,因此也没有空气的卷入,可以成品率良好地制造高品质的产品。

在太阳能电池模块的制造时,使构成太阳能电池密封材的乙烯系树脂组合物交联固化。该交联工序可以与工序(ii)同时进行,也可以在工序(ii)之后进行。

在工序(ii)之后进行交联工序的情况下,在工序(ii)中在温度125~160℃、真空压10托以下的条件下进行3~6分钟真空加热;接着,进行利用大气压的加压1~15分钟程度,将上述层叠体一体化。在工序(ii)之后进行的交联工序可以通过一般的方法来进行,例如,可以使用管道式的连续式交联炉,也可以使用塔板式的间歇式交联炉。此外,交联条件通常为130~155℃、20~60分钟程度。

另一方面,在将交联工序与工序(ii)同时进行的情况下,使工序(ii)中的加热温度为145~170℃,使利用大气压的加压时间为6~30分钟,除此以外,可以与在工序(ii)之后进行交联工序的情况同样地操作而进行。本实施方式的太阳能电池密封材通过含有特定的有机过氧化物而具有优异的交联特性,在工序(ii)中不需要经过两阶段的粘接工序,而可以在高温短时间结束,也可以省略在工序(ii)之后进行的交联工序,可以显著地改良模块的生产率。

不管怎样,本实施方式的太阳能电池模块的制造中,只要在交联剂实质上不分解并且本实施方式的太阳能电池密封材熔融那样的温度,对太阳能电池元件、保护材暂时粘接太阳能电池密封材,接着升温而进行充分的粘接和密封材的交联即可。只要选择可以满足各条件那样的添加剂处方即可,例如,只要选择上述交联剂和上述交联助剂等的种类和含浸量即可。

此外,上述交联优选进行至交联后的太阳能电池密封材的凝胶分率成为50~95%的程度。凝胶分率更优选为50~90%,进一步优选为60~90%,最优选为65~90%。凝胶分率的算出能够通过下述方法来进行。例如,从太阳能电池模块采集密封材片的样品1g,用沸腾甲苯进行索氏提取10小时。将提取液用30目的不锈钢筛过滤,将筛在110℃进行8小时减压干燥。测定筛上残存的残存物的重量,将筛上残存的残存物的重量相对于处理前的样品量(1g)之比(%)设为凝胶分率。

如果上述凝胶分率为上述下限值以上,则太阳能电池密封材的耐热性变得良好,可以抑制例如85℃×85%rh下的恒温恒湿试验、黑盘温度83℃时的高强度氙照射试验、-40℃~90℃时的热循环试验、耐热试验中的粘接性的降低。另一方面,如果凝胶分率为上述上限值以下,则成为具有高柔软性的太阳能电池密封材,-40℃~90℃时的热循环试验中的温度追随性提高,因此可以防止剥离的发生。

(发电设备)

本实施方式的太阳能电池模块的生产率、发电效率、寿命等优异。因此,使用了这样的太阳能电池模块的发电设备的成本、发电效率、寿命等优异,实用上具有高价值。上述的发电设备适合于设置在房屋的房顶、作为面向露营等户外环境的移动电源而利用、作为汽车蓄电池的辅助电源而利用等,无论室外、室内都可以长期使用。

实施例

以下,基于实施例具体地说明本发明,但本发明不受这些实施例的限定。

(1)测定方法

[乙烯单元和α-烯烃单元的含有比例]

将使试样0.35g加热溶解于六氯丁二烯2.0ml而得的溶液进行玻璃滤器(g2)过滤后,加入氘代苯0.5ml,装入到内径10mm的nmr管。使用日本电子公司制的jnmgx-400型nmr测定装置,在120℃进行13c-nmr测定。累计次数为8000次以上。根据所得的13c-nmr光谱,对共聚物中的乙烯单元的含有比例和α-烯烃单元的含有比例进行定量。

[mfr]

依照astmd1238,在190℃、2.16kg荷重的条件下测定乙烯-α-烯烃共聚物的mfr。

[密度]

依照astmd1505,测定乙烯-α-烯烃共聚物的密度。

[肖氏a硬度]

将乙烯-α-烯烃共聚物在190℃、加热4分钟、在10mpa加压后,以10mpa加压冷却5分钟直到常温而获得了3mm厚的片。使用所得的片,依照astmd2240测定乙烯-α-烯烃共聚物的肖氏a硬度。

[铝元素的含量]

将乙烯-α-烯烃共聚物湿式分解后,用纯水定容,通过icp发光分析装置(岛津制作所公司制,icps-8100),对铝进行定量,求出铝元素的含量。

(2)太阳能电池密封材(片)的制造

(实施例1)

相对于乙烯-α-烯烃共聚物(α-烯烃:1-丁烯,密度:0.870g/cm3,mfr20g/10分钟,来源于乙烯的构成单元的含有比例:86mol%,来源于α-烯烃的构成单元的比例:14mol%,肖氏a硬度:70,铝元素的含量:102ppm,按照wo2012/046456的第0178段所记载的合成例1合成。)100质量份,配合作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5质量份、作为有机过氧化物的1分钟半衰期温度为166℃的叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯1.0质量份、作为交联助剂的异氰脲酸三烯丙酯1.2质量份、作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮0.4质量份、作为光稳定剂的双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.2质量份、和作为耐热稳定剂1的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1质量份、作为耐热稳定剂2的十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯0.1质量份。

在thermoplastic公司制的单轴挤出机(螺杆直径20mmφ,l/d=28)安装衣架式t型模头(模唇形状:270×0.8mm),在模头温度100℃的条件下,以辊温度30℃、卷绕速度1.0m/min,第1冷却辊使用压纹辊进行成型,获得了厚度500μm的片(太阳能电池密封材片)。

使用所得的太阳能电池密封材片,使用单晶组件制作1组小模块,进行了评价。玻璃使用了切割成24×21cm的旭硝子fabritech公司制的白浮法玻璃(3.2mm厚度的带有压纹的热处理玻璃)。n型结晶硅系太阳能电池元件(topskytechnology制的n型单晶组件)使用了将受光面侧的汇流条银电极作为中央而切割成5×3cm的元件。作为背片,使用包含二氧化硅蒸镀pet的pet系背片,在背片的一部分在从组件取出的部位用切割刀切开约2cm切口而取出组件的正端子和负端子,使用真空层压机(npc公司制:lm-110x160-s)以热盘温度150℃、真空时间3分钟、加压时间15分钟进行层压。然后,切掉从玻璃渗出的密封材、背片,对玻璃边缘赋予端面密封材,安装铝框后,在从背片取出的端子部分的切口部位赋予rtv有机硅使其固化。

将该迷你模块的正端子与负端子短路,连接电源的高压侧电缆。此外电源的低压侧的电缆与铝框连接,铝框接地。将该模块安放在85℃、85%rh的恒温恒湿槽内,等待温度上升后,在施加-1000v的状态下保持。

高压电源使用了松定precision公司制harb-3r10-lf,恒温恒湿槽使用了etac公司制fs-214c2。

施加24小时电压后,将该模块使用具有am(airmass)1.5级a的光强度分布的氙光源对iv特性进行了评价。iv评价使用了日清纺mechatronics公司制的pvs-116i-s。

测定的结果是,在任何情况下高压试验后的最大输出电力pmax、黑测定时的并联电阻黑rsh都与初始几乎同等,未观察到降低。

本申请主张以2014年11月28日申请的日本特愿2014-241319号作为基础的优先权,将其公开的全部内容引入到本文中。

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