太阳能电池背面保护片及太阳能电池模块的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有满足UL-1703规定的火焰蔓延试验的特性的阻燃性，且长期耐湿热性及长期室外耐候性优异、及又便宜的太阳能电池背面保护片。本发明的太阳能电池背面保护片是具备膜厚t（μm）的耐候性阻燃树脂层（1）、塑料薄膜（2）及易粘合剂层（3）而成，并且，太阳能电池背面保护片的一侧的面由耐候性阻燃树脂层（1）构成，另一侧的面由易粘合剂层（3）构成。耐候性阻燃树脂层（1）含有磷类阻燃剂（A）及耐候性树脂（B），其中，磷类阻燃剂（A）选自由磷腈化合物、次膦酸化合物及（聚）磷酸三聚氰胺构成的群组，耐候性树脂（B）选自由氟类树脂、氨基甲酸酯类树脂及聚酯类树脂构成的群组。耐候性阻燃树脂层（1）的膜厚t为总膜厚的2.5～20%，且耐候性阻燃树脂层（1）中的来自磷类阻燃剂（A）的总磷浓度为2.1～14.2重量%。
【专利说明】太阳能电池背面保护片及太阳能电池模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备耐候性阻燃树脂层、易粘合剂层及塑料薄膜的太阳能电池背面保护片。再者，本发明涉及一种使用所述太阳能电池背面保护片而成的太阳能电池模块。
【背景技术】
[0002]近年来，因对环境问题的意识提高，作为没有环境污染的清洁能源的太阳能电池受到注目，并从利用作为有用的能量资源的太阳能的角度进行了广泛的研究和积极推进着其实用化。太阳能电池元件有各式各样的形式，作为其代表，已知有结晶硅太阳能电池元件、多结晶硅太阳能电池元件、非晶质硅太阳能电池元件、铜铟硒化物太阳能电池元件、化合物半导体太阳能电池元件等。
[0003]在太阳能电池模块中，单纯的是呈现在太阳能电池元件的两面依次层合了填充剂、玻璃板的构成形式。玻璃板由于透明性、耐候性、耐擦伤性优异，在现在也一般被用作为太阳受光面侧的密封片。然而，在不需要透明性的非受光面侧，出于成本或安全性、加工性方面的考虑，各公司正积极开发着玻璃板以外的太阳能电池背面保护片(以下，也称之为“背面保护片”)，从而用来替代玻璃板。
[0004]就背面保护片而言，可列举聚酯薄膜等的单层薄膜，或在聚酯薄膜等上设置金属氧化物或非金属氧化物的蒸镀层的片，或层合聚酯薄膜、氟类薄膜、烯烃薄膜、铝箔等的薄膜的多层薄膜(专利文献I?3)。
[0005]为了提高尺寸稳定性，在专利文献4中提出了由厚度30 μ m以下的具有特定结构的氟类树脂片构成的背面保护片。并且，为了提高水蒸气阻隔性并获得耐弯曲性，在专利文献5中提出了在基材片上层合由氮化硅构成的气体阻隔层、氟树脂层的背面保护片。作为使用氟类树脂片的其他例子，在专利文献6中公开了在由特定结构的含氟树脂、和非含氟树脂成形而成的薄膜上形成含有吖丙啶基的粘合性树脂层而得到的片。并且，为了实现耐候性、耐热性、保色性、层与封入材料的粘合性、耐刮蹭性，在专利文献7中提出了使用无定形氟聚合物的背面保护片。
[0006]在专利文献8中提出了一种背面保护片，其是层合塑料薄膜基材、粘合剂层、水蒸气阻隔层、及由含有乙烯类共聚物(A)、聚异氰酸酯化合物(B)、聚酯(C)的树脂组合物形成的耐候性树脂层而成的背面保护片。再者，在专利文献9中提出了一种层合片，其是将外层片(背面保护片、或前片)和密封树脂层一体化层合而成的层合片。在该篇文献中，对于通过使用聚苯醚类树脂层作为外层片可以使耐久性、阻燃性、及尺寸稳定性变优异，且良好地保持与密封树脂层的粘合力，进而可以提高操作性的情况进行了描述。
[0007]并且，目前也提出了一种层合薄膜，其是在不具有阻燃性的热塑性树脂薄膜上通过设置含有磷类或无机类阻燃剂的涂布层，从而具有与美国UNDERWRITERS LABORATORIES公司规格(以下，缩写为“UL”)UL-94所规定的HB、V-2相当的阻燃级别，并且，也提出了将该层合薄膜用于太阳能电池的技术方案(专利文献10?14)。
[0008]在专利文献15中公开了一种配置在发电元件与背面保护片之间的密封材料的构成，其可满足日本建筑基准法施行令第109条第I款规定的阻燃性。具体而言，公开了一种通过使用含有聚烯烃树脂和0.1重量％至10重量％范围的阻燃性粒子的密封材料组合物所形成的密封材料。并且，作为能够满足UL-94HB规格的构成，在专利文献16中公开了在含有乙烯乙酸乙烯酯共聚物及有机过氧化物的太阳能电池密封膜中，含有相对于乙烯乙酸乙烯酯共聚物100质量份而言为0.1?30质量份的具有特定结构磷腈化合物的构成。并且，作为满足依据日本建筑基准法的防火、防灾规定的阻燃性的构成，在专利文献17中公开了一种太阳能电池模块，其是按绝缘体层、绝缘性中间层、太阳能电池、作为被覆材料的有机树脂中间层依次被层合，且进一步层合有被覆了绝缘性中间层、太阳能电池、有机树脂中间层的氟树脂层的太阳能电池模块。此外，还公开了在与氟树脂相比为可燃性的有机树脂层中通过掺混溶剂可溶性氟树脂的材料来构成被覆材料，并掺混磷腈化合物的例子。
[0009]另外，虽然有一篇专利文献是在作为优先权基础的在先申请提出之后被公开的，但作为用于将阻燃性赋予至太阳能电池背面保护片的涂布剂，在该专利文献中提出了一种在氟类树脂中含有无机颜料及阻燃剂的涂布剂，并对于能够满足UL-94的HB规格的情况进行了描述(专利文献18)。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2004-200322号公报
[0013]专利文献2:日本特开2004-223925号公报
[0014]专利文献3:日本特开2001-119051号公报
[0015]专利文献4:日本特开2003-347570号公报
[0016]专利文献5:日本特开2010-219196号公报
[0017]专利文献6:日本特开2004-352966号公报
[0018]专利文献7:日本特表2010-519742号公报
[0019]专利文献8:日本特开2008-098592号公报
[0020]专利文献9:日本特开2011-146671号公报
[0021]专利文献10:日本特开2009-179037号公报
[0022]专利文献11:日本特开2010-89334号公报
[0023]专利文献12:日本特开2010-120321号公报
[0024]专利文献13:日本特开2010-149447号公报
[0025]专利文献14:日本特开2010-234741号公报
[0026]专利文献15:日本特开2011-134986号公报
[0027]专利文献16:日本特开2011-114118号公报
[0028]专利文献17:日本特开平06-196742号公报
[0029]专利文献18:日本特开2011-162598号公报
【发明内容】
[0030]发明要解决的问题
[0031]针对太阳能电池模块的高性能化问题，迄今为止已提出了各种方案。并且，就实现阻燃化的途径而言，已提出了在密封材料或背面保护片等的部件中使用氟类树脂的方法、或在热塑性树脂薄膜中含有阻燃剂的薄膜。
[0032]对于一般的高分子材料的燃烧性，是通过上述UL-94所规定的HB试验或V (VTM)试验，并通过测定着火后至灭火为止的时间来进行评价。在上述现有技术的例子中，也提出了满足与UL-94规定的HB、V-2相当的阻燃性级别的层合薄膜。然而，对于太阳能电池模块以及太阳能电池背面保护片的燃烧性的规格，是由作为太阳能电池的标准规格的IEC61730-l、IEC61730-2及UL-1703来规定，其中关于太阳能电池背面保护片，市场要求满足UL-1703所规定的火焰蔓延试验(辐射板试验，ASTM E162)。火焰蔓延试验是以由(i)燃烧温度(N热释放系数)、(i i )燃烧速度(N火焰扩散系数)所求出的火焰蔓延模式，即以火焰蔓延系数为评价标准，与根据着火后至灭火为止的时间进行评价的HB试验或V (VTM)试验并不相同。
[0033]为了提高阻燃性，作为背面保护部件使用玻璃板的方法虽然有效，但如上所述，基于成本性、安全性、加工性方面的考虑，现已逐步替换为玻璃板以外的材料。因此,就太阳能电池背面保护片而言，提供满足UL-1703的背面保护片成为了重要课题。并且，关于太阳能电池模块，除了阻燃性之外，对于能够经受室外恶劣条件的优异的长期耐湿热性及长期室外耐候性也提出了要求。再者，为了加速太阳能电池模块的普及，能够廉价地进行提供也是重要的前提性要素。
[0034]鉴于上述背景，本发明的目的在于，提供具有满足UL-1703所规定的火焰蔓延试验的特性的阻燃性，且长期耐湿热性及长期室外耐候性优异，并能够廉价地进行提供的太阳能电池背面保护片、及使用该太阳能电池背面保护片而成的太阳能电池模块。
[0035]解决问题的方法
[0036]为了实现上述目的，本发明人进行了潜心研究，其结果发现通过以下方式可以解决本发明的课题，从而完成了本发明。即，本发明的太阳能电池背面保护片是具备膜厚t(μ m)的耐候性阻燃树脂层(I )、塑料薄膜(2)及易粘合剂层(3)而成的太阳能电池背面保护片，所述太阳能电池背面保护片的一侧的面由所述耐候性阻燃树脂层(I)构成，所述太阳能电池背面保护片的另一侧的面由所述易粘合剂层(3)构成。并且，所述耐候性阻燃树脂层(I)含有选自由磷腈化合物、次膦酸化合物、及(聚)磷酸三聚氰胺构成的群组的磷类阻燃剂
(A)、及选自由氟类树脂、氨基甲酸酯类树脂及聚酯类树脂构成的群组的耐候性树脂(B)，所述耐候性阻燃树脂层(I)的膜厚t为太阳能电池背面保护片总膜厚的2.5?20%，且将所述耐候性阻燃树脂层(I)中的来自所述磷类阻燃剂(A)的总磷浓度控制在2.1?14.2重量％。
[0037]作为所述耐候性阻燃树脂层(I)中的磷类阻燃剂(A)，优选为含有20?50重量％。作为所述耐候性阻燃树脂层(I)中的来自所述磷类阻燃剂(A)的总磷浓度，优选为3?10重量％。作为所述耐候性树脂(B)，优选为氟类树脂、或固有粘度在0.6 (dl/g)以上且环状三聚物含量在I重量％以下的低聚聚酯类树脂。
[0038]本发明的太阳能电池模块是具备位于太阳能电池的受光面侧的太阳能电池表面密封片(I)、位于所述太阳能电池的受光面侧的密封材料层(II)、太阳能电池元件(III)、位于所述太阳能电池的非受光面侧的密封剂层(IV)、及与所述非受光面侧密封剂层(IV)接触而成的上述太阳能电池背面保护片(V)的太阳能电池模块，其中，构成所述太阳能电池背面保护片的耐候性阻燃树脂层(I)位于离所述太阳能电池表面密封片(I)最远的位置。
[0039]发明的效果[0040]本发明具有以下优异的效果。即，能够提供一种具有满足UL-1703所规定的火焰蔓延试验的特性的阻燃性，且长期耐湿热性及长期室外耐候性优异，并能够廉价地进行提供的太阳能电池背面保护片、及使用该太阳能电池背面保护片而成的太阳能电池模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是表示本发明的太阳能电池用模块的剖面的示意图。
[0042]图2A是表示本发明的太阳能电池背面保护片的一个例子的示意性剖面图。
[0043]图2B是表示本发明的太阳能电池背面保护片的一个例子的示意性剖面图。
[0044]图2C是表示本发明的太阳能电池背面保护片的一个例子的示意性剖面图。
[0045]附图符号说明
[0046]1:位于太阳能电池的受光面侧的太阳能电池表面密封片、I1:位于太阳能电池的受光面侧的密封材料层、II1:太阳能电池元件、IV:位于太阳能电池的非受光面侧的密封剂层、V:太阳能电池背面保护片、1:耐候性阻燃树脂层、2:塑料薄膜、3:粘合剂层、4:水蒸气阻隔层、5:层间粘合剂层
【具体实施方式】
[0047]以下，详细地说明本发明。此外，毋庸多言，符合本发明宗旨的其他实施方式也属于本发明的范畴。并且，在本说明书，有关于“任意的数A?任意的数B”的描述是指数A及较数A更大的范围，且为数B及较数B更小的范围。
[0048]作为太阳能电池背面保护片，如上所述，要求满足UL-1703所规定的火焰蔓延试验。并且，对于太阳能电池模块的寿命现在要求具备15?25年的长期保证，因此，对于太阳能电池背面保护片也要求具有长期耐候性、长期耐湿热性。再者，对于太阳能电池背面保护片也要求满足耐电压性。
[0049]基于确保耐电压性的观点，太阳能电池背面保护片的膜厚虽可因构成材料或密封材料的厚度而产生变动，但优选在250 μ m以上。并且，基于太阳能电池背面保护片的柔软性、生产性、成本的观点，优选为400 μ m以下的厚度。并且，能够廉价地提供太阳能电池背面保护片也是重要的。因此，理想的结果是增加作为构成太阳能电池背面保护片的主要部件的塑料薄膜(2)的厚度的比率，同时防止太阳能电池背面保护片整体的燃烧扩大、且实现防火性或灭火性。基于该观点，当将太阳能电池背面保护片的厚度控制在250?400 μ m的范围时，优选将塑料薄膜(2)的厚度控制在125?250 μ m的范围。并且，对于塑料薄膜(2)的材料没有特别的限定，但基于能够廉价地进行提供的观点，优选为如聚酯类薄膜或烯烃类薄膜的热塑性树脂。
[0050]经潜心研究的结果，本发明人惊讶地发现，通过全部满足以下(i)?(V)的构成，能够提供具有满足UL-1703所规定的火焰蔓延试验的特性的阻燃性，且长期耐湿热性及长期室外耐候性优异，耐电压性优异，并能够廉价地进行提供的太阳能电池背面保护片。
[0051](i)作为本发明的太阳能电池背面保护片，是具备膜厚t ( ym)的耐候性阻燃树脂层(I)、塑料薄膜(2 )及易粘合剂层(3 )而成。
[0052](ii)在太阳能电池背面保护片中，在太阳能电池元件侧配置的最外层为易粘合剂层(3 )、另一侧的最外层为耐候性阻燃树脂层(I)。[0053](iii)耐候性阻燃树脂层(I)含有选自由磷腈化合物、次膦酸化合物、及(聚)磷酸三聚氰胺构成的群组的磷类阻燃剂(A)，及选自由氟类树脂、氨基甲酸酯类树脂及聚酯类树脂构成的群组的耐候性树脂(B )。
[0054](iv)耐候性阻燃树脂层(I)的膜厚t为太阳能电池背面保护片总膜厚的2.5?20%。
[0055](V)耐候性阻燃树脂层(I)中的来自磷类阻燃剂(A)的总磷浓度为2.1?14.2重量％。
[0056]关于上述(i)?(V)，详述如下。
[0057]作为本发明的太阳能电池背面保护片，通过满足(i)?(iii)实现了耐候性、阻燃性的同时能够廉价地进行提供，且能够良好地保持在太阳能电池模块内的密合性。就赋予阻燃性的方法而言，可以考虑向太阳能电池背面保护片整体添加阻燃剂的方法，或分别设置阻燃层及耐候性层后在中间层添加阻燃剂的方法，但在本发明中采用了在离太阳能电池元件最远的最外层配置耐候性树脂，并向其中添加阻燃剂的方式。耐候性阻燃树脂层(I)用于保护太阳能电池背面保护片的内部，以及用于保护太阳能电池模块免受紫外线或物理冲击等外在因素的损害。由此，可以抑制太阳能电池元件的输出变劣化，并可以提高与太阳能电池背面保护片的内部层的密合性。其结果，可以进一步确保阻燃性的效果。
[0058]这里，作为通常使用的阻燃剂，可列举磷类阻燃剂、氮类阻燃剂、硅类阻燃剂、无机类阻燃剂等。
[0059]作为磷类阻燃剂，可列举磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸胍、聚磷酸胍、磷酸铵、聚磷酸铵、磷酰胺铵、聚磷酰胺铵、磷酸氨基甲酸酯、聚磷酸氨基甲酸酯等的磷酸盐类化合物或聚磷酸盐类化合物、红磷、有机磷酸酯化合物、磷腈化合物、膦酸化合物、次膦酸化合物、氧化膦化合物、膦烷化合物、磷酰胺化合物等。
[0060]作为氮类阻燃剂，可列举三聚氰胺、蜜白胺、蜜勒胺、蜜弄、三聚氰胺氰尿酸盐等的三嗪类化合物、三聚氰酸化合物、异三聚氰酸化合物、三唑类化合物、四唑化合物、重氮化合物、尿素等。
[0061]作为硅类阻燃剂，可列举有机硅化合物或硅烷化合物等。
[0062]作为卤素类阻燃剂，可列举卤化双酚A、卤化环氧化合物、卤化苯氧化合物等的小分子含卤素化合物、经卤化了的寡聚物或聚合物等。
[0063]作为无机类阻燃剂,可列举氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锆、氢氧化钡、氢氧化钙等的金属氢氧化物、氧化锡、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化锌、氧化钥、氧化锑、氧化镍、碳酸锌、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、硼酸锌、水玻璃等。
[0064]如上述一个例子所示，阻燃剂的种类有多种。在多种阻燃剂中，经本发明人不断研究的结果发现，有用的是(iii)的磷腈化合物、次膦酸化合物、(聚)磷酸三聚氰胺中的任意一种磷类阻燃剂(A)。
[0065]首先，说明上述(iii)以外的阻燃剂并不适合的理由。就氮类阻燃剂或无机类阻燃剂而言，为了发挥阻燃性效果，有必要加大阻燃剂的添加量，但因此会产生诸如耐候性阻燃树脂层(I)的耐候性或耐湿热性大幅度降低的问题。并且，就卤素类阻燃剂而言，由于在耐湿热试验或耐候性试验中耐候性阻燃树脂层会大幅度地变黄，因此基于外观上的考虑应该适当回避。并且，会在耐候性试验中产生诸如阻燃剂促使耐候性树脂(B)变劣化的问题。[0066]并且，由于磷类阻燃剂在比较少的添加量即可发挥阻燃性，因此从这方面考虑是优选的。然而，例如在柔性印刷基板等中所使用的(聚)磷酸铵或(聚)磷酸氨基甲酸酯，会伴随着耐湿热试验的时间经过而缓缓地分解后生成作为强酸的磷酸，因此并不优选。生成的磷酸继而会成为耐候性树脂(B)水解的催化剂，并致使耐候性阻燃树脂层(I)大幅度地劣化。因此，即使是磷类阻燃剂，也并不优选在耐湿热试验中水解后生成酸的阻燃剂。
[0067]作为本发明的磷类阻燃剂(A)，在对耐候性或耐湿热性不产生影响程度的少量添加量时即可有效地展现阻燃性。并且，在不会通过水解生成酸的点上表现优异。并且，磷类阻燃剂(A)本身具有高耐湿热性，几乎不会伴随着湿热条件下的时间经过而产生水解。因此，可有效地防止耐候性阻燃树脂层(I)对塑料薄膜(2)等内部层的密合性降低的问题。即，可以认为，通过使用本发明的磷类阻燃剂(A)，与只使用耐候性树脂(B)单体时相比能够进一步提高耐湿热性，且能够良好地保持随时间经过的密合性，因此，在阻燃剂效果的基础上还有效地促使了( i )燃烧温度(N热释放系数)的降低、(i i )燃烧速度(N火焰扩散系数)的降低。
[0068]在磷类阻燃剂(A)中，尤其磷腈化合物及次膦酸化合物是疏水性极高的填充剂状化合物，因此，通过使用这些化合物可以更有效地提高耐候性阻燃树脂层(I)的疏水性。即，与只使用耐候性树脂(B)单体时相比能够展现更高的耐湿热性。因此，极适合作为太阳能电池背面保护片用的阻燃剂。
[0069]作为磷腈化合物，可列举由以下通式(I)或(2)所例示的磷腈寡聚物。
[0070]
【权利要求】
1.一种太阳能电池背面保护片，其是具备膜厚t (ym)的耐候性阻燃树脂层(I)、塑料薄膜(2)及易粘合剂层(3)而成的太阳能电池背面保护片， 所述太阳能电池背面保护片的一侧的面由所述耐候性阻燃树脂层(I)构成，所述太阳能电池背面保护片的另一侧的面由所述易粘合剂层(3)构成， 所述耐候性阻燃树脂层(I)含有磷类阻燃剂(A)及耐候性树脂(B)，其中，所述磷类阻燃剂(A)选自由磷腈化合物、次膦酸化合物及(聚)磷酸三聚氰胺构成的群组，所述耐候性树月旨(B)选自由氟类树脂、氨基甲酸酯类树脂及聚酯类树脂构成的群组， 所述耐候性阻燃树脂层(I)的膜厚t为所述太阳能电池背面保护片总膜厚的2.5?20%, 所述耐候性阻燃树脂层(I)中的来自所述磷类阻燃剂(A)的总磷浓度为2.1?14.2重量％。
2.如权利要求1所述的太阳能电池背面保护片，其特征在于，所述耐候性阻燃树脂层(I)含有20?50重量％的所述磷类阻燃剂(A)。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池背面保护片，其特征在于，所述耐候性阻燃树脂层(I)中的来自所述磷类阻燃剂(A)的总磷浓度为3?10重量％。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池背面保护片，其特征在于，所述耐候性树脂(B)为氟类树脂、或固有粘度为0.6 (dl/g)以上且环状三聚物含量为I重量％以下的低聚聚酯类树脂。
5.一种太阳能电池模块，其是具备位于太阳能电池的受光面侧的太阳能电池表面密封片(I)、位于所述太阳能电池的受光面侧的密封材料层(II)、太阳能电池元件(III)、位于所述太阳能电池的非受光面侧的密封剂层(IV)、及与所述非受光面侧密封剂层(IV)接触而成的权利要求1?4中任意一项所述的太阳能电池背面保护片(V)而成的太阳能电池模块， 其中，构成所述太阳能电池背面保护片的耐候性阻燃树脂层(I)位于离所述太阳能电池表面密封片(I)最远的位置。
【文档编号】H01L31/042GK103843151SQ201280037212
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】柳泽诚, 山口浩史, 前田谕志, 柳沼昌希, 松戸和规 申请人:东洋油墨Sc控股株式会社