PV用封止フィルム：EVA、白色EVA、POE、EPE、そしてその先へ

簡単な回答： 商業的に使用されているすべての封止フィルムは、EVAまたはPOEという2つの樹脂ベースのいずれかに、何らかの添加物を加えたものである。EPEは2つのベースを共押出して1枚のシートにしたもの、白色EVAはEVAに白色顔料を加えたもの、変換フィルムはどちらかのベースに蛍光体を加えたものである。ベースと添加剤を理解すれば、どんな新しい製品名もすでに理解しているフィルムに分類できる。

このシリーズの前回の記事では、封止が果たすべき5つの役割を説明した。今回はその地図のもう半分、すなわちそれらの役割を担う材料、それぞれの得意分野、そしてそれぞれがどのモジュール構造のために作られたかである。

命名法のせいで、このファミリーは実際よりも大きく見える。カタログには透明EVA、白色EVA、EPE、POE、高透過EVA、UVカットEVA、変換フィルムが、まるで7つの材料であるかのように並んでいる。それらは2つのポリマーを異なる方法で配置したものであり、それが明確になれば選択の話はずっと短くなる。

2つの軸：ベースと添加剤

すべてのフィルムには樹脂ベースがあり、ベースがその特性を決める。量産されているものは2つだけである。EVA（エチレン酢酸ビニル）は、太陽電池グレードで酢酸ビニルをおよそ28～33パーセント含む。エステル基は極性があるため、EVAはガラスに接着しやすく、また加水分解しやすい。POE（通常エチレンとオクテンをベースとするポリオレフィンエラストマー）はエステル基をまったく持たないため、はるかに優れた水分バリアとなり、また配合が難しい。

第2の軸はベースに何を加えるかである。白色顔料は反射性の裏面フィルムにする。追加のUV吸収剤は高カットオフフィルムにする。蛍光体は変換フィルムにする。何も加えなければ透明な標準グレードになる。

EPEは両方の軸に同時に対応する唯一の組み合わせである。EVAスキン、POEコア、そして2つ目のEVAスキンを、ブレンドではなく一緒に押し出す。この単一の構造が、EPEがTOPConビジネスの大部分を獲得した理由であり、フィルムが異なる役割を持つ表面と裏面を持つと説明できるようになった理由でもある。

データシートの名前をこのツリーに照らして読めば、もはや曖昧さは残らない。白色EPEは裏面スキンに顔料を含む共押出フィルムである。変換POEは蛍光体を含む非極性ベースである。どちらの答えも一行で済み、どちらもブランド名よりも性能について多くを語る。

透明EVA：酸でその代償を払う汎用品

EVAは扱いやすさによってその地位を得た。極性エステル基は特別な配合作業なしにガラスやバックシートに接着し、架橋剤、シラン、安定剤と相性がよく、ラミネーションウィンドウに余裕を与えるほど流動性がよく、そして選択肢の中で最も安価である。20年間、その組み合わせがEVAをほぼ封止材の代名詞にした。

弱点は同じ官能基から生じる。湿熱下で酢酸側基が加水分解し、生成した酢酸がグリッドラインとリボンを侵食する。水蒸気透過率は高く、一般に38 °C、相対湿度90%で24時間あたり約25 g/m²とされ、これはPOEの数値のおよそ8倍であり、体積抵抗率も低いため、PID耐性はポリマーから得られるのではなく配合によって回復させなければならない。

これが、透明EVAがガラス-バックシート、単面モジュールのフィルムとして最もよく理解される理由である。その市場は縮小している。ガラス-バックシートは2023年に約60パーセントのシェアを持っていたが、2024年には半分を下回り、ITRPVロードマップでは10年後に約23パーセントとされている。フィルムが失敗しているのではなく、それが設計されたモジュール形式が地盤を失っているのである。

それでもなお、大規模で理にかなった用途がある。いくつかのモジュールメーカーは、前面にEVA、裏面にPOEベースのフィルムを使用している。前面は光とコスト性能のレバレッジがある場所であり、裏面はバリアが最も重要となる場所であるという理由からである。モジュールの2つの面は異なる役割を果たし、同じフィルムを使わなければならない理由は何もない。

ベースを維持しつつ弱点を修正する第3の道もある。酸生成が少なく、より強力なPIDパッケージを備えた最適化EVAグレードである。それらは標準EVAより高価で、POEより安価であり、ラインは同じラミネーションレシピのままでいられる。それで十分かどうかは、あなたの気候でモジュールがどれだけ長持ちする必要があるかによる。それは材料の問題ではなく保証の問題である。

白色EVA：セル間から漏れた光を取り戻す

単面モジュールにはセル間の隙間、そしてセルストリングとフレームの間の隙間がある。透明な裏面フィルムでそこに当たった光はバックシートへと進み失われる。白色顔料を配合したEVAである白色EVAは、セルの背後に位置し、その光を上方へ散乱させる。その一部は内側のガラス表面で反射し、セルに戻る。仕組みは単純で効果は実在するため、白色フィルムは単面モジュールの裏面で標準となった。

また、これは裏面専用の材料であり、2つの厳しい限界がある。透過しないため、両面モジュールには使えない。利得は、製品が売りにしている裏面照射を遮ることに費やされてしまうからである。そして流動する。ラミネーション中に白色層がセル端を越えて這い上がり、悪い場合には前面にまで及ぶことがあり、これは業界でホワイトオーバーフローと呼ばれる欠陥である。標準的な対策は、出荷前に部分的に硬化させた予備架橋白色フィルムであり、これにより接着はするがもはや移動しない。

白色EVAは2024年に中国市場の約16パーセントを占め、CPIAは単面量の減少に伴いシェアはその水準付近にとどまると予想している。まさに上記の理由により、ガラス-バックシート移行の敗者側にある。単面を運用しているなら、ほぼ無料の性能向上である。両面を運用しているなら、それは選択肢ではなく、どれだけの認定試験もそれを変えない。

POE：酢酸を作り得ないフィルム

POEは飽和主鎖を持ち、加水分解されるエステルを持たないエチレン-オクテン共重合体である。そこから導かれるすべては直接的な利点である。金属化を腐食させる酢酸がないこと、EVAが約25であるのと同じ基準で24時間あたり約3 g/m²の水蒸気透過率、PID耐性を添加剤パッケージではなく材料そのものの特性にするのに十分な高い体積抵抗率、そしてEVAがマイナス20度付近で著しく硬くなる低温下でも維持される弾性である。

無極性表面もまた問題です。添加剤はPOEとの相溶性が低いため、より容易に移行してブルームしやすくなります。ガラスへの接着は配合により大きく左右されます。溶融流動性が低いため、ラミネーションに時間がかかり、プロセスウィンドウが狭くなります。ラミネーションプレスにおける狭いウィンドウは、電気試験の失敗ではなく、セルシフトやストリングスリップとして現れます。だからこそPOEラインは、検査よりもプロセス規律をより必要とする傾向があります。

コストは話のもう半分です。POE樹脂は歴史的に限られたサプライヤー — その中にはDow、ExxonMobil、Mitsui、LG Chemが含まれます — から供給されてきたため、価格と割当は需要だけでなく能力増強に連動して動きます。より優れた性能と構造的に高い価格というこの組み合わせが、EPEの活路を生み出しました。

EPE：EVAとPOEを1枚のシートに積層

EVAが良好に接着し、POEが良好に水分を遮断するなら、明らかな策は選択をやめることです。EPEはEVA、POE、EVAを共押出して単一のシートにします。スキン層が接着と流動性を与え、コア層がバリア性と絶縁性を与えます。コア層が水分の役割を担うため、モジュール内のPOE量は急減し、これがコストの論拠となり、電気性能は純粋なPOEに近いまま保たれ、これが信頼性の論拠となります。

無料というわけではありません。2つの界面が保持されなければならず、コア層とスキン層の厚さ比はロットごとに管理する必要があり、添加剤は一方の層から他方へ移行する可能性があります。外側のEVAは依然としていくらかの酢酸を生成するため、EPEモジュールは純粋なPOEモジュールのように無酸ではありません。そしてEPEラミネートが故障する場合、界面で故障する傾向があり、そのため特徴的な欠陥は全体的なヘイズではなく、リボンに沿った気泡の列となります。

市場は投票しました。EPEは成長があるところであり、特にTOPConで顕著で、現在中国で最大の単一POEクラス製品です。モジュールメーカーにとって実用的な問いは、EPEが機能するかどうかではなく、どのEPEか — コア比、総厚、そしてどちらのスキン層がガラスに面するか — です。これら3行はデータシートの脚注ではなく、購買仕様書に記載されるべきです。

UV変換フィルムが適合する場所

変換フィルムはベースではなく、上記のベースのいずれかに載る添加剤です。N型セル、特にHJTが紫外線に敏感であることを受け入れれば、論理は単純です。従来の答えは、短波長をセルから遠ざけるのに十分なUV吸収剤を備えたフロントフィルムです。変換の答えは、同じ光子を吸収し、セルが依然として良好な量子効率を持つ青色で再放出することです。

したがって、変換フィルムと高カットオフフィルムは意図において正反対であり、両方とも何らかのUV吸収剤を含んでいます。一方はポリマーとセルを保護するために紫外線エネルギーを捨て、他方はその一部を回収しようとします。どちらが正しいかは、セルが実際にどれだけUVIDに晒されるか、そして蛍光体のコストによります。その比較はそれ自体が計算です。

このルートにおける未解決の問いは、メカニズムではなく、変換剤自体の耐久性です。サプライヤーは、フィールドでの数十年に相当する加速暴露後にごくわずかな損失を報告していますが、独立したダンプヒートとUVのシーケンスが完成したラミネートでそれらを再現するまでは、これらの数値はサプライヤーの主張として読むべきです。発光帯、シフト、変換効率は、当社の UV光変換フィルムに関するノート.

PVB、TPO、シリコーン：主流の外で勝つルート

3つの化学がEVAとPOEの系統の外にあり、それぞれが主流フィルムでは答えられない問いへの正しい答えです。

PVBは何十年もの間、建築用合わせガラスの中間膜でした。ガラスに強く接着し、衝撃を吸収して破片を保持します。これはまさに建築一体型ファサードや安全ガラスが必要とするものです。その弱点は水分です。PVBは吸湿性があり、端部シールが必要で、EVAより高コストです。BIPVカーテンウォールでは、製品がまず建築要素であるため、これらのトレードオフは許容されます。

建築用ガラスアセンブリ向けにPVBを加工する際、ダイヤフラム圧を加える前に初期真空段階を延長し、周囲とセルギャップから空気を徹底的に排気します。

TPOは架橋剤を全く必要としません。溶融し、接着し、冷却で固化するため、ラミネーションサイクルは短く、ラミネートは使用済み時のリサイクルが容易です。課題は使用温度でのクリープであり、そのためTPOは主流シリコン向けではなく、150 °Cの硬化が好ましくないペロブスカイトやその他の低温プロセス向けに注意深く注目されています。

シリコーンはこのグループで最も優れた耐候性とUV安定性を持ち、従来ラインとの適合性は最悪です。硬化化学が異なり、取り扱いが異なり、コストが高くなります。特殊用途や研究業務で生き残っており、主流の選択が材料性能ではなくライン適合性によってどれだけ左右されるかを示す基準点です。

これら3つはすべて、標準モジュールでコスト面でEVAに勝てなかったため周辺化されました。BIPV、フレキシブルおよび軽量モジュール、ペロブスカイトタンデムは、標準モジュールの前提が成り立たなくなる用途であり、そこがこれらのルートが再評価されている場所です。

フィルムをモジュールアーキテクチャに適合させる

以下の表は、一般的なアーキテクチャと通常指定されるフィルムを対にしています。これは認定計画の出発点として読み、規則として読まないでください。同じモジュールタイプを製造する2つのラインが、故障履歴だけで異なるフィルムを正当化することがあります。

その表で1つのセルが意図的に空欄になっている。前面と背面は一致する必要はない。フィルムを分割することは、応力がかかる場所にコストをかける正当な方法であり、前面は透明を保ち、背面が防湿の役割を担わなければならない場合に複数のメーカーが採用している手法である。

配合は実際にどう動いたか

POE系フィルム、つまり純粋なPOEとEPEは、中国市場で2021年の約23パーセントから2022年には約35パーセント、2024年には41パーセントへと増加した。2024年の数値ではEPEだけで27.8パーセント、純粋なPOEが13.2パーセントであり、これは共押出の妥協案が今や賢い代替品ではなく主流製品であることを示す最も明確な単一の指標である。

その理由はモジュールであり、フィルムではない。ガラス-ガラスが標準となり、N型セルが販売される技術となったことで、湿気の侵入とPIDは二次的な懸念から故障リストの最上位へと移り、それらに対処するフィルムはプレミアムから標準へと移行した。サプライヤーとモジュールメーカーの試験では、信頼性の順序はPOEが第一、EPEが第二、EVAが最後となり、コストの順序も同じ方向に並ぶ。これは、業界がほぼ手の届く保護を購入しているということを簡潔に言い表している。

調査会社によってEPEの数え方が異なるため、絶対値はレポート間で変動するが、方向性は変わらない。トレンドは確実なものとして、小数は概算として扱い、ビジネスケースのために現在の数値が必要な場合は、顧客も使用しているCPIAロードマップ版から取得すること。

切り替える前に再認定すべきこと

フィルムの変更は部品の置き換えではなく、切り替え後に生じる故障は通常、材料ではなくプロセスに起因する。変更を生産に投入する前に、自社ラインで5つの事項を再確立する必要がある。

ラミネーションレシピ。 POEとEPEはEVAよりも流れにくいため、滞留時間と温度を再調整する。変更せずに引き継いだレシピは、材料特性が問題になるはるか前に気泡と不完全な充填を生じさせる。

POEとEPEのレシピを設定する際、コアが溶融する前に空気を排除するため、加熱と加圧を2つのチャンバーに分割し、リボンに沿ったボイドの形成を防いでいる。

硬化ターゲット。 ゲル含有量は同じ方法で測定されるが、目標範囲は化学組成によって変化し、抽出方法が重要となる。仕様に標準と抽出時間を固定すること。なぜなら、2つの異なる方法に従う2つのラボは同じロールについて意見が一致しないからである。

実際のバックシートに対する剥離。 接着は接合部の特性であり、フィルムの特性ではない。参照ラミネートに対して試験すればフィルムが一貫していることがわかるが、実際に購入するバックシートに対して試験すればモジュールが層間剥離するかどうかがわかる。

加速シーケンス。 完成したラミネートに対する耐湿熱、PID、UV前処理を、認証機関が使用する順序で実施する。フィルムはこれらのうち3つに合格し4つ目に不合格となることがあり、4つ目は通常、あなたの気候があなたをさらすものである。

電力と検査のベースライン。 背面を白色から透明に変更するとバイフェイシャリティが変化し、したがって銘板も変わる。EVAからEPEに変更すると、特徴的な欠陥がヘイズから界面気泡に変わるため、外観検査基準もそれに合わせて変更する必要がある。どちらも忘れやすく、どちらも後に顧客からの苦情として現れる。

次に、フィルムではなくペアを走らせる。前面と背面は一緒にラミネートされ、同じ熱サイクルで硬化するため、遅い背面コアの下の速硬化性前面は、一方の層が未硬化になるレシピである。出荷予定の正確なBOMから認定クーポンを構築し、比較用に旧BOMの参照ラミネートを保管すること。

よくある質問

POEは常にEVAより優れているのか？

バリア性とPID耐性については、はい、そしてPOE、次にEPE、次にEVAという信頼性ランキングはサプライヤーとモジュールメーカーの試験を通じて一貫している。それが自動的にあなたのラインにとって優れているわけではない。POEはより高価で、より長いラミネーションサイクルとより厳しいプロセスウィンドウを必要とし、モノフェイシャルのガラス-バックシート製品では、余分なバリアはアプリケーションが不要とする保護を購入することになる。

EPEがPOEを含むのになぜ純粋なPOEより安いのか？

POEはコア層のみであるため。バリアの役割は全厚の一部が担うため、高価な樹脂は必要な場所に使用され、EVAが残りを埋める。2つの材料の間にある混合コストで、湿気性能の大部分を得ることができる。

白いEVAは両面モジュールに使用できますか？

いいえ。白色フィルムは透過しないため、製品が売りにしている背面の発電量を排除してしまう。その利点はモノフェイシャルモジュールにのみ存在し、そこでは背面に到達する光がそうでなければ失われる。

白色のオーバーフローの原因は何で、どのように防ぐのか？

白色フィルムはラミネーション中に流動し、セルエッジを越えて、時には前面にまで登ることがある。通常の対策は予備架橋である。白色層は出荷前に部分的に硬化されるため、依然として接着するが移動が制限される。残りはラミネーション制御、つまり温度ランプと圧力である。

EPEはEVAより層間剥離しやすいのか？

界面が多いため、故障する箇所が多く、典型的な欠陥は広範なヘイズではなくリボンに沿った気泡の線である。それは全体的に弱いというわけではない。そのコアはEVAよりも優れたバリアである。しかし、最初に目にする故障が異なるということであり、検査基準はそれを想定すべきである。

変換フィルムはUVカットフィルムの代わりになるのか？

それらは正反対である。高カットオフフィルムはポリマーとセルを保護するために紫外線を除去し、変換フィルムは同じ光子を吸収して可視光として再放出する。どちらを選ぶかはエネルギー計算の問題であり、好みではない。

HJTラインはどのフィルムを使用すべきか？

HJTの2つの弱点の両方に対処する組み合わせ、つまり高バリアフィルム、すなわちPOEまたは実質的なコアを持つEPE、そして紫外線をカットオフまたは変換によって管理する前面フィルムである。HJTは低温処理に最もさらされる技術でもあるため、バリア特性の前にセルに対する硬化温度を確認すること。

前面と背面で異なるフィルムを使用できるか？

はい、そしてそれは一般的です。前面は光学上の役割を担い、通常はより厳しいUV要件があります。背面は防湿の役割を担います。それらを分離することで、各フィルムを個別にではなくペアをシステムとして検証することを条件に、コストを負荷のかかる箇所に配分できます。

最終的な考察

このファミリーは、基材と添加剤で分類するまでは雑多に見えますが、分類すると短いリストに集約されます。コストとプロセスの許容性が重要な場合はEVA、湿気とPIDが重要な場合はPOE、その両方が重要で予算が現実的な場合はEPE、そしてモジュールが標準モジュールでなくなる特殊ケミストリーです。許容できない故障モードで選べば、ロールに書かれた名前は自ずと明らかになります。

データ注記：市場シェアは中国モジュール市場のものです。2021年と2022年のPOEクラスの数値は、QianzhanおよびGuanyan Tianxiaが集計したCPIA基準に従っています。2024年の内訳（EPE 27.8%、POE 13.2%）はGuanyan Tianxiaの集計であり、透明EVA（約42パーセント）と白色EVA（約16パーセント）の数値は、TaiyangNews、Backsheets & Encapsulation 2024-2025で報告されたCPIAの数値です。水蒸気透過率は、38 °C、相対湿度90%における一般的に公表されている値であり、厚さ、配合、方法によって異なります。ガラス-バックシートのシェアはITRPV第15版によるものです。フィルムの特性は、サプライヤー自身の技術データおよびお客様の認定結果と照合して確認する必要があります。

これらの封止材を扱うライン向けに、OOITechは OTcy 2754DD単層二重チャンバーBIPVラミネーター を製造し、EVA、POE、EPE、PVBスタックに対して安定した熱サイクルを実行します。モジュールスタック、図面、またはガラスサンプルをお送りいただければ、サイクルパラメータを評価し、当社の装置で架橋性能を検証します。