JP2008270685A - 太陽電池用裏面保護シート - Google Patents

Abstract

【課題】屋外に設置してもシート内の密着低下や基材フィルムの表層破壊を抑制させた太陽電池用裏面保護シートを提供すること。
【解決手段】基材フィルム１の少なくとも一方の面上に、少なくとも無機酸化物層２、接着層３−１、熱可塑性樹脂層４−１が順次積層してなる太陽電池用裏面保護シートであって、前記無機酸化物層２は膜厚が５０Å以上３０００Å以下の範囲内において１層以上から形成されており、前記接着層３−１は膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下であり、かつ、無水マレイン酸変性したポリオレフィン樹脂からなり、前記接着層３−１と熱可塑性樹脂層４−１は多層共押出ラミネーション法により積層されていることを特徴とする太陽電池裏面保護シート。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋外へ設置される太陽電池モジュールにおける裏面保護に使用するための太陽電池用裏面保護シートに関するものである。

太陽光発電に使用される太陽電池は、太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、半導体からできている。その構造としては、太陽電池素子単体をそのままの状態で使用することはなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列、並列に配線し、長期間に亘って素子を保護するために種々パッケージングが行われ、ユニット化されている。このパッケージに組み込まれたユニットを太陽電池モジュールと呼び、一般的に太陽光が当たる面をガラスで覆い、熱可塑性プラスチックからなる充填材で間隙を埋め、裏面を耐熱、耐候性プラスチック材料などからなる裏面保護シートで保護された構成になっている。

これらの太陽電池モジュールは、屋外で使用されるため、使用される材料及びその構成などにおいて、十分な耐久性、耐候性が要求される。特に、裏面保護シートは耐候性と共に水蒸気透過率の小さいことが要求される。これは水分の透過によりユニット内の充填材が剥離、変色したり、配線の腐蝕を起こした場合、モジュールの出力そのものに悪影響を及ぼすためである。

従来、太陽電池用裏面保護シートとしては、白色のポリフッ化ビニルフィルム（例えばデュポン（株）、商品名：テドラー）でアルミニウム箔をドライラミネート法によって、サンドイッチした積層構成の裏面保護シートが多く用いられていた。しかし、このポリフッ化ビニルフィルムは機械的強度も弱く、太陽電池モジュール作成時に加えられる熱プレスの熱により軟化し、太陽電池素子電極部の突起物が充填材層を貫通し、さらに裏面保護シートを構成する内面のポリフッ化ビニルフィルムを貫通し、裏面保護シート中のアルミニウム箔に接触することにより、太陽電池素子とアルミニウム箔が短絡して電池性能に悪影響を及ぼす等などの欠点があり、この問題を改善すべくアルミニウム箔の代替としてポリエステル基材フィルムに酸化珪素膜や金属酸化物膜を積層させ水蒸気透過性を抑制させたフィルムを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、屋外のアーケードや壁面に設置される太陽電池においては、太陽電池セルを透過してきた紫外線や風雨にさらされることで基材フィルムの加水分解による脆化が起こり、保護シート内密着力の低下による保護フィルム内のデラミネーション等による概観不良、出力低下といった問題がある。酸化物薄膜を形成する基材フィルムとしては汎用性のあるポリエチレンテレフタレートが従来使用され、これをポリエチレンナフタレートに代替することで上記問題点を改善することはできるが、基材フィルムの相手側の層構成やモジュール作成時の抜き加工あるいは、ラミネート加工時にかかるシートの内部応力によってポリエステル基材フィルムの表層破壊がおこり、デラミネーションが生じるといった問題がある。

ポリエチレンテレフタレートあるいはポリエチレンナフタレートのような、環状分子をもつポリマーはその環状分子の分子面が配向して結晶化する傾向があり、この配向密度が高いと基材フィルムに応力がかかった場合、基材フィルム表層で破壊が起こりやすい。対策としては、界面に柔軟な樹脂層を設け、かかる複層シート内部応力を分散させることによってポリエステル基材フィルムの表層破壊を抑制させることができる。
特開２００２−１３４７７１号公報

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、太陽電池モジュールの裏面保護シートにおいて、屋外に設置してもシート内の密着低下や基材フィルムの表層破壊を抑制させた太陽電池用裏面保護シートを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、基材フィルムの少なくとも一方の面上に、少なくとも無機酸化物層、接着層、熱可塑性樹脂層が順次積層してなる太陽電池用裏面保護シートであって、
前記無機酸化物層は膜厚が５０Å以上３０００Å以下の範囲内において１層以上から形成されており、
前記接着層は膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下であり、かつ、無水マレイン酸変性したポリオレフィン樹脂からなり、
前記接着層と熱可塑性樹脂層は多層共押出ラミネーション法により積層されている
ことを特徴とする太陽電池裏面保護シートである。
請求項２に記載の発明は、前記接着層は曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠）が５００ＭＰａ以下であるポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用裏面保護シートである。
請求項３に記載の発明は、前記接着層が無水マレイン酸変性したポリプロピレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池用裏面保護シートである。

本発明によれば、太陽電池モジュールの裏面保護シートにおいて、屋外に設置してもシート内の密着低下や基材フィルムの表層破壊を抑制させた太陽電池用裏面保護シートを提供することができる。

以下に本発明の太陽電池用裏面保護シートを図面に基づき詳細に説明する。なお、本発明の太陽電池裏面保護シートの構成は図１に限定されるものではない。図１では本発明の太陽電池用裏面保護シートの一実施例の断面の構造を示す。図１において、本発明の太陽電池用裏面保護シート（以下、単に保護シートということがある）は、基材フィルム１の少なくとも一方の面上に、少なくとも無機酸化物層２、接着層３−１、熱可塑性樹脂層４−１が順次積層されている。なお図１では、基材フィルム１の他方の面にも接着層３−２、熱可塑性樹脂層４−２が順次積層されている。接着層３−１，３−２、と熱可塑性樹脂４−１，４−２は、多層共押出ラミネーション法により積層一体化されている。

本発明における基材フィルム１としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルフィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等が用いられ、延伸、未延伸のどちらでも良く、また機械的強度や寸法安定性を有するものが良い。特に二軸方向に任意に延伸されたポリエチレンテレフタレートが好適である。また、この基材フィルム１の表面に、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、滑剤などが使用されていても良い。

基材フィルム１の厚さはとくに制限を受けるものではないが、無機酸化物層２の成形の加工性、または多層共押出ラミネーション法による積層を考慮すると、６〜１２５μｍとすることが好ましい。

本発明による無機酸化物層２は、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化錫、酸化マグネシウム、あるいはそれらの混合物などの無機酸化物からなり、透明性を有しかつ酸素、水蒸気等のガスバリア性を有するものであればよい。その中では、特に酸化珪素が好ましい。ただし本発明の無機酸化物層２は、上述した無機酸化物に限定されず、上記条件に適合する材料であれば用いることができる。

無機酸化物層２の厚さは、用いられる無機化合物の種類、構成により最適条件が異なるが、一般的には５０〜３０００Åの範囲内が望ましく、その値は適宜選択される。ただし膜厚が５０Å未満であると均一な膜が得られないことや膜厚が十分ではないことがあり、ガスバリア材としての機能を十分に果たすことができない場合がある。また膜厚が３０００Åを越える場合は無機酸化物層２にフレキシビリティを保持させることができず、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、無機酸化物層２に亀裂を生じるおそれがある。好ましくは、１００〜１５００Åの範囲内である。

無機酸化物層２を基材フィルム１上に形成する手段としては各種手段が可能であるが、真空蒸着法により形成することが一般的である。この真空蒸着法以外の手段としてスパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマ気相成長法（ＣＶＤ）などを用いることもできる。但し生産性を考慮すれば、現時点では真空蒸着法が最も優れている。この真空蒸着法による真空蒸着装置の加熱手段としては電子線加熱方式、抵抗加熱方式、 誘導加熱方式のいずれかを適宜用いればよい。また無機酸化物層２と基材フィルム１の密着性及び無機酸化物層２の緻密性を向上させるために、プラズマアシスト法やイオンビームアシスト法を用いることも可能である。また、無機酸化物層２の透明性を上げるために蒸着の際、酸素ガスなど吹き込んだりする反応蒸着を行っても構わない。

基材フィルム１と無機酸化物層２の間に密着性を向上させるためにプライマー層を設けてもかまわない。上記目的達成のためにプライマー層として、有機官能基を有するシランカップリング剤あるいはその加水分解物と、ポリオール及びイソシアネート化合物等との複合物が好適である。

接着層３−１，３−２に用いる材料としては、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂が一般的である。しかし、常温での十分なラミネート強度はもちろん、太陽電池モジュール作成の際、ＥＶＡとの貼り合わせ時に高温がかかる場合においても充分なラミネート強度を保持するため、接着性樹脂としては耐熱性の高い無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂で適度な柔軟性をもった接着性樹脂が好適に用いられる。無水マレイン酸の変性率は、接着層を構成する樹脂に対し、５〜２５重量％が好ましい。

接着層３−１，３−２の厚みは、１μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。厚みが１μｍ未満であると内部応力を吸収することができず、３０μｍより厚いと接着層自体の凝集力や耐熱性の点から接着強度を落としかねない。さらに２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
また、接着層３−１，３−２は、曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠）が５００ＭＰａ以下であるポリオレフィン樹脂からなることが好ましい。曲げ弾性率が５００ＭＰａ５００ＭＰａより大きいと剛性が増し、基材フィルムにおいて表層破壊が起こり易くなる。さらに好ましい曲げ弾性率は、４００〜４５０ＭＰａである。
また、この接着層３−１，３−２の形成方法は、接着強度向上の点から、かつ、接着層の柔軟性向上の点から、後述する熱可塑性樹脂層との多層共押出ラミネーション法を採用するのが好ましい。

接着層３−１と無機酸化物層２の間に密着を向上させるためのアンカー層を設けてもかまわない。この層がなくとも目標とする接着強度が得られるのであれば、存在させる必要はない。このアンカー層は、任意の樹脂系同志の接着強度向上に寄与するのであるならば、特に材料の限定はしない。また、材料的にはアクリル系、ポリエステル系、ポリウレタン系、エポキシ系等種々の材料が使用できるが、一般的には塗膜凝集力の高い二液硬化型のポリウレタン系接着剤を用いることが多い。また、その塗工方法も塗液粘度等によって適宜選択できるが、一般的にはグラビア版によるウェットコートがなされ、低塗布量管理の意味からも好ましい方法といえる。また、塗布量は接着強度、コスト等を考慮し適宜決定すると良いが、出来るだけ低塗布量が好ましい。

熱可塑性樹脂層４はコスト面、生産性、上記の接着層３とのとの多層共押出ラミネーション法による形成を考慮すると、ポリプロピレンが好ましく、単独重合体すなわちホモポリマー或いはエチレンやブテン等と共重合された二元、三元のランダムポリマー共重合体でも構わない。

保護シートとしての表面強度を持たせる場合、高結晶化ポリプロピレンを用いるのが好ましいが、限定されるものではない。但し、表面硬度等を維持し、その他必要物性あるいは加工性を維持していくために、他樹脂の混合も可能だが、高結晶化ポリプロピレンの物性に著しく悪影響を与えないならば、その目的の配合によって適宜選択は可能である。なお、本発明でいう高結晶化とは、曲げ弾性率１０００ＭＰａ以上、引張り破断伸び２００％以上を意味する。

熱可塑性樹脂層４には、必要に応じて着色剤、熱安定剤、難燃剤、紫外線吸収剤、光安定剤、ブロッキング防止剤、触媒促進剤、半透明化のための光散乱剤を添加することができる。また、酸化防止剤としては、フェノール系、イオウ系、リン系の酸化防止剤が用いられる。組み合わせは任意の組み合わせが可能であるが、多量添加による表面のブリードや着色、紫外線吸収剤や光安定剤との相乗・拮抗作用には留意する必要がある。熱安定剤としては、ヒンダードフェノール系、硫黄系、肥土レジン系等、難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシシウム等、クエンチャーとして、Ｎｉキレート系、紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベゾエート系、ベンゾフェノン系、トリアジン系、サリシレート系、シアノアクリレート系等、光安定剤としては、ヒンダードアミン系等を任意で組み合わせて添加するのが一般的である。

熱可塑性樹脂層４の厚さはとくに制限を受けるものではなく、構成するフィルムの総厚みを増すことによって電気絶縁性を向上させることができるが、総厚があまり厚過ぎると太陽電池モジュール製造時の作業性が悪くなるので３０〜３００μｍの範囲で必要とされる電気絶縁性を考慮して任意に選択すれば良い。

また、例えば太陽電池モジュール作成時に充填接着させるＥＶＡとの密着性を向上させるために、熱下塑性樹脂層４の表面には、多層共押出ラミネーション法による製膜直後にコロナ処理やプラズマ親水処理などの表面処理を行うことが望ましい。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されない。

＜実施例１＞
基材フィルムとして厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ（株）、商品名：ルミラー）フィルムの片面に、電子線加熱方式による真空蒸着装置を用い、厚さ４００Åの酸化珪素膜からなる無機酸化物層を形成した。
無機酸化物層上に、接着剤（三井化学ポリウレタン（株）、商品名：タケラック）をグラビアコートで１．５μｍの厚みで塗工、乾燥させ、その上にホモタイプの押出成形用ポリプロピレン樹脂（（株）プライムポリマー、商品名：プライムＴＰＯ）からなる熱可塑性樹脂を５０μｍと曲げ弾性率が４１０ＭＰａのポリプロピレン系接着性樹脂を１０μｍ（三井化学（株）、商品名：アドマー、無水マレイン酸の変性率１０重量％）を、該ポリプロピレン系接着性樹脂が無機酸化物層と接するように、多層共押出しラミネーション法によって積層させた。
無機酸化物層が形成されていない裏面にも同様な接着剤を用い、同様な多層共押出しラミネーション法で共押出し層を積層させ、本発明の保護シートを作製した。なお、裏面において、該ポリプロピレン系接着性樹脂は基材フィルムと接するように配置した。

＜実施例２＞
基材フィルム１として厚さ１２μｍのポリエチレンナフタレート（帝人デュポン（株）、商品名：テオネックス）を使用した以外は実施例１と同様な方法で実施例２の保護シートを作製した。

＜比較例１＞
基材フィルム１として厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（東レ（株）、商品名：ルミラー）フィルムの片面に、電子線加熱方式による真空蒸着装置を用い、厚さ４００Åの酸化珪素膜からなる無機酸化物層を形成した。
電気絶縁性フィルムとして、厚さ５０μｍの耐熱ポリエチレンテレフタレート（東レ（株）、商品名：ルミラー）を、基材フィルムの表裏各々についてドライラミネート法により、２液硬化型ポリウレタン系接着剤（三井化学ポリウレタン（株）、商品名：タケラック）を用いて積層して比較例２の保護シ−トを作成した。

＜比較例２＞
基材フィルム１として厚さ１２μｍのポリエチレンナフタレート（帝人デュポン（株）、商品名：テオネックス）を使用した以外は比較例１と同様な方法で比較例３の保護シートを作製した。

＜性能比較１＞
以上のように作製した実施例１、２および比較例１、２の保護シートついて、基材フィルムとホモタイプの押出成形用ポリプロピレン樹脂の間を幅１５ｍｍで剥離角度１８０度、剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎで剥離させ、ラミネート強度を測定した。

＜性能比較２＞
作製した実施例１、２および比較例１、２の保護シートついて、８５℃８５％ＲＨ環境下で５００時間放置後、上記性能比較１と同様の方法で基材フィルムとホモタイプの押出成形用ポリプロピレン樹脂の間のラミネート強度を測定した。
性能比較１と性能比較２の結果を表１に示した。

以上の結果より、本発明の保護シートは、従来の太陽電池用裏面保護シートと比較して、所期と耐熱耐湿試験後における密着力低下の抑制や基材フィルムの表層破壊を抑制することごできた。

本発明の太陽電池用裏面保護シートの一実施例の断面の構造を示す説明図である。

符号の説明

１…基材フィルム
２…無機酸化物層
３…接着層
４…熱可塑性樹脂層

Claims (3)

1. 基材フィルムの少なくとも一方の面上に、少なくとも無機酸化物層、接着層、熱可塑性樹脂層が順次積層してなる太陽電池用裏面保護シートであって、
   前記無機酸化物層は膜厚が５０Å以上３０００Å以下の範囲内において１層以上から形成されており、
   前記接着層は膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下であり、かつ、無水マレイン酸変性したポリオレフィン樹脂からなり、
   前記接着層と熱可塑性樹脂層は多層共押出ラミネーション法により積層されている
   ことを特徴とする太陽電池裏面保護シート。
2. 前記接着層は曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠）が５００ＭＰａ以下であるポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用裏面保護シート。
3. 前記接着層が無水マレイン酸変性したポリプロピレン樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池用裏面保護シート。

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