EPE封止材ラミネートの層間剥離：線状

簡単な回答： EPE封止材フィルムは、共押出POE封止材とも呼ばれ、EVAスキン層の間にポリオレフィンコアを挟んだ三層フィルムです。この構造は、POEの低い透湿性とPID耐性を得ながら、POEの取り扱いの難しさを回避するために存在します。EVAスキン層が従来の封止材と同様にガラスとバックシートに接着するためです。EPEラミネートモジュールにおける線状の層間剥離は、通常、次の3つの原因のいずれかに起因します。コア層の架橋不足、ガラスまたはバックシート表面の接着を阻害する汚染、あるいは積層体が落ち着く前に温度ランプがフィルムを流動させてしまうラミネーションサイクルです。斑状ではなく線状の層間剥離であること自体が診断の手がかりとなります。それは封止材の流れ方向に沿っており、材料ロットではなくラミネーションサイクルを示唆しています。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

はじめに：EPEとは何か 封止材 フィルム？

EPE封止フィルムは、共押出POE封止材とも呼ばれ、POE樹脂とEVA樹脂を共押出して製造される太陽光発電用封止材料です。太陽電池モジュール製造では、主にEVAの加工のしやすさと、POEの防湿性および耐PID性能を組み合わせるために使用されます。

従来のEVAフィルムは、優れた耐PID性能、高い光透過率、耐UV・耐湿熱黄変性、耐スネイルトレイル性、およびガラスと バックシートへの強い接着性を提供するため、PVモジュール生産で広く使用されています。しかし、EVAには限界もあり、比較的弱い防湿性能、より高い水蒸気透過率、および特定の動作条件下でのPIDリスクの増加などが挙げられます。

一方、POEフィルムは水蒸気バリア性がより優れ、耐候性が強く、耐PID能力もより信頼性があります。しかし、POEにも独自の加工課題があります。ガラスやバックシートへの接着性は通常EVAより弱く、架橋反応が遅く、モジュール生産中にフィルムが滑ったりずれたりしやすく、生産効率を低下させる可能性があります。

こうした理由からEPEフィルムが開発されました。共押出プロセスにより、POEがEVA層で包まれ、EVA-POE-EVAサンドイッチ構造を形成します。この設計により、 高い防湿性 というPOEの特長を保ち、太陽電池を水蒸気から保護しながら、 良好なラミネーション適合性とより容易な加工性 というEVAの特長も維持します。通常の生産では、材料とラミネーションプロセスが適切に管理されていれば、EPEはモジュールの信頼性と製造歩留まりの両方を向上させることができます。

技術的メカニズム：EPEがラミネーション中に剥離する可能性がある理由

EPEはEVAとPOEの利点を兼ね備えていますが、ラミネーション中に両材料がまったく同じ挙動を示すわけではありません。それらの硬化曲線、架橋特性、極性、添加剤吸収能、および熱膨張挙動は異なります。これらの違いは、特に局所的な圧力と厚さの変動がより顕著な はんだリボン 領域の周辺で、層間剥離や気泡形成を引き起こす可能性があります。

EVAとPOEは極性が異なります。EVAは極性材料であるため、多くの添加剤との相溶性が良好です。POEは極性が低いため、極性添加剤を保持する能力が異なります。保管期間が長くなると、POE層内の添加剤は、より強い極性と優れた吸収能を持つEVA層へと徐々に移行する可能性があります。

この添加剤の移行は、EPEフィルムの内部構造と性能を変化させます。その結果、POE層とEVA層の間の接着力が低下する可能性があります。深刻な場合には、モジュールラミネーション中にPOE層が圧迫されたり、分離したり、局所的に層間剥離を起こす可能性があります。これは、EPEフィルムの貯蔵寿命が一般に単一のEVAまたは単一のPOE封止材フィルムよりも短い理由の一つでもあります。

技術分析：リボンに沿った線状気泡の形成

はんだリボンから延びる線状気泡は、添加剤の移動、架橋速度の不均一、およびEVAとPOE間の熱膨張挙動の違いが複合的に作用した結果に関連していることが多い。

ラミネーション中、EVAはPOEよりも速く架橋する。POE層が時間内に架橋しない場合、過酸化物分解中に生成された反応ガスが圧力印加前に完全に排出されない可能性がある。これらのガスはモジュール内部に閉じ込められ、気泡を形成することがある。

もう一つの一般的な原因は、リボンおよびバスバー位置でのEPEフィルムの局所的な薄肉化である。EPEの中間POE層は、原材料要因によりTD方向で厚みの不均一が生じることがある。さらに、ラミネーション中、リボンとバスバーの重なり厚みが局所的な圧力を増加させる。これによりその位置でEPEが薄くなり、接着剤不足やガス蓄積がより起こりやすい弱点が生じる可能性がある。

簡単に言えば、リボン領域はラミネーション中により高い圧力を受ける。EVA層がすでに架橋を開始している一方で、リボン付近のPOE層がまだ流動状態にある場合、EPE構造が局所的に分離する可能性がある。リボン位置に残る封止材はPOEにより近い挙動を示し、架橋が遅く流動傾向が高くなることがある。ラミネーション圧力下で、これによりリボンから外側に広がる着色または透明な線状気泡が生じることがある。

注視すべき主要なプロセス症状

• 気泡はモジュール全体にランダムにではなく、主にはんだリボンの経路に沿って現れる。

• 欠陥は、リボンまたはバスバー領域から外側に延びる細い線状の空気痕のように見えることがある。

• EPEフィルムがより長期間保管されている場合に、問題がより顕著になることがある。

• ラミネーション温度、真空時間、圧力タイミング、または硬化度が特定のEPE配合と十分に適合していない場合に、欠陥が増加することがある。

EPEラミネーション欠陥に対する実践的な管理提案

EPE封止材の固有の材料挙動に起因する気泡については、解決策は材料管理とラミネーションプロセスの最適化を組み合わせるべきである。フィルムの保管状態、ラミネーションカーブ、およびリボン領域の圧力分布を確認せずに、一つのパラメータのみを調整するだけでは不十分である。

1. EPE材料の保管時間の管理

EPE封止材の調達と生産使用量を慎重に計画する。生産に影響を与えない条件下で、EPEフィルムの在庫期間を可能な限り短縮する。保管期間が短いほど、POE層からEVA層への添加剤の移行が減少し、元の層間接着と架橋挙動がより安定に保たれる。

2. 第1チャンバーのラミネーション温度を適切に上げる

第1チャンバーのラミネーション温度を適切に上げることで、EPEフィルム内のPOE架橋を促進できる。これにより、EVAがすでに比較的高い架橋度に達している一方でPOEがまだ溶融状態にあるという状況を避けるのに役立つ。EVAとPOEの硬化の同期性が向上すると、層間応力が低減し、リボン位置付近の線状気泡の防止に役立つ。

3. 真空、圧力、硬化タイミングを適合させる

POE層がまだ高い流動性を持つ段階で早すぎる圧力をかけると、ガスが閉じ込められたり、リボン領域に沿って押し出されたりする可能性がある。適切に設計されたラミネーションレシピでは、完全な圧力をかける前に、脱気と材料軟化のための十分な時間を確保する必要がある。正確な設定は、架橋度試験、ピール強度試験、およびラミネーション後の外観検査によって検証する必要がある。

4. リボンとバスバーの積層高さを確認する

リボンやバスバーの周囲では局所的な圧力が高くなるため、積層厚が過剰だとこれらの箇所でEPEが薄くなる可能性がある。生産チームは、はんだ付けの平坦性、リボンの位置合わせ、バスバーの重なり、および積層の一貫性を確認する必要がある。局所的な高さの差を減らすことで、局所的な封止材の変形や気泡形成のリスクを低減できる。

5. 入荷EPEの品質を検証する

EPEフィルムについては、入荷検査で外観と厚さを確認するだけでなく、厚さの均一性、保管期限、保管条件、ゲル含有率挙動、および接着性能にも注目する必要がある。可能であれば、サプライヤー、ロット、またはモジュール構造を変更する際は、量産前に試作ラミネーションを行うべきである。

このブログは、PVモジュール生産における実際の異常分析と以下の参考文献に基づいています：

1. 太陽光発電モジュール生産中の異常欠陥分析からの現場経験

2. Dow Chemical、張文新、「POEが高性能太陽光発電モジュールを実現」

3. Southwest Securities、「N型イテレーション、POE産業が高成長サイクルを開く」

4. Chemical Production and Technology、「太陽光発電用ポリオレフィン封止フィルムの架橋反応に関する研究」

Ooitechの見解

設備サプライヤーとして、私たちは次のように考えています。EPE関連のリボンラインの気泡は材料だけの問題ではなく、ラミネーション温度プロファイル、真空効率、加圧タイミング、積層の平坦性に依存するプロセスウィンドウの問題でもあります。先進的なセル技術やより大きなフォーマットを使用するモジュールメーカーにとって、封止材の流動性と局所的な積層高さに対する許容範囲ははるかに小さくなるため、材料の保管寿命管理とラミネーションレシピの検証は、同じ品質システムの一部として扱うべきです。安定した太陽電池パネル生産ラインには、優れた封止材の選定と、量産前の規律あるプロセス検証の両方が必要です。