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JP2011044690A - 太陽電池用シート及び太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池用シート及び太陽電池モジュール Download PDF

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JP2011044690A
JP2011044690A JP2010152296A JP2010152296A JP2011044690A JP 2011044690 A JP2011044690 A JP 2011044690A JP 2010152296 A JP2010152296 A JP 2010152296A JP 2010152296 A JP2010152296 A JP 2010152296A JP 2011044690 A JP2011044690 A JP 2011044690A
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solar cell
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JP2010152296A
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English (en)
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Akira Miyashita
陽 宮下
Jun Nishioka
潤 西岡
Koichiro Taniguchi
浩一郎 谷口
Chiharu Okawara
千春 大川原
Shigenobu Yoshida
重信 吉田
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Plastics Inc
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Abstract

【課題】耐久性、難燃性、寸法安定性及び水蒸気等のガスバリア性に優れるとともに、封止樹脂層等との密着性が高い太陽電池用シート、及びこれを具備する太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】下記(I)層、(II)層、及び(III)層を各々少なくとも1層以上有してなる太陽電池用シート。
(I)層:ポリフェニレンエーテル又はポリフェニルサルファイドを主成分とする樹脂組成物からなる層、
(II)層:水蒸気透過率(測定方法:JIS K7129)が10g/m2・24hr未満であるガスバリア性層
(III)層:遮光性着色層
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池モジュールの保護のために用いられる太陽電池用シート及びこれを具備する太陽電池モジュールに関する。
近年、地球温暖化等の環境問題に対する意識が高まる中、特に太陽光発電については、そのクリーン性や無公害性という点から期待が高まっている。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中心部を構成するものである。その構造としては一般的に、複数枚の太陽電池素子(セル)を直列、並列に配線し、セル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透明基材(ガラス/透光性太陽電池シート;フロントシート)で覆い、熱可塑性プラスチック(例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体)からなる封止樹脂層(封止材)で間隙を埋め、裏面を裏面封止用シート(バックシート)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主に屋外で使用されるため、その構成や材質構造等に種々の特性が必要とされる。上記バックシートにおいても、屋外での使用を考慮して、水蒸気や、酸素等のガスバリア性、耐久性、難燃性、寸法安定性、高い機械強度等が要求される。また、太陽電池モジュールの前面側から入射した光が、その一部につき太陽電池素子を透過した場合にも、その光が反射されて太陽電池素子に再入射し、光を有効に利用することを主目的に、光反射性が要求される。また、クリーン性や無公害性という点からは環境負荷を低減させることも求められている。さらに、封止樹脂層やジャンクションボックスとの密着性も重要な要求特性として挙げられる。近年、上記の要求特性を満足すべく種々の層構成からなるバックシートが提案、上市されている。
上記のバックシートとしては、特許文献1では、特定のIV値を有する二軸延伸されたポリエステルフィルムからなるバックシートが提案されている。特許文献2には、2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を有するポリエステルフィルム(以下「PENフィルム」ということがある)からなるバックシートが提案されている。しかし、これらのフィルムは実用的な面から、耐熱性、耐加水分解性といった耐久性や難燃性が劣ってしまう。また、封止樹脂との密着性も必ずしも十分とされてはいない。
これらに対し、環状オレフィン共重合体フィルム(以下、「COCフィルム」ということがある)からなるバックシートが提案されている(例えば、特許文献3及び4参照)。特許文献5では、ポリメチルメタクリレートよりなるフィルムとCOCフィルムとの積層体からなるバックシートが提案されている。また、特許文献6では、ポリプロピレン系樹脂フィルムを積層してなるバックシートが提案されている。しかしながら、このバックシートでは耐加水分解性は改良され、封止樹脂との密着性向上も期待できるが、難燃性、耐久性(特に、耐熱性)に劣るという問題がある。
また、耐候性、難燃性に優れたフッ素系樹脂を用いることが提案されている(例えば、特許文献7及び8参照)。しかしながら、フッ素系樹脂は表面の滑り性が悪いためにシートのハンドリング性(加工性)に劣るという問題がある。さらにフッ素系樹脂は表面エネルギーが低いため隣接する層との接着性に劣り、上記ジャンクションボックスや封止樹脂との密着性に劣るという問題があった。特許文献8は、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルフィルムをフッ素系樹脂からなるフィルムで挟んだバックシートを提案しているが、ポリエステルフィルムは耐加水分解性に劣るという問題があり、さらには、フッ素系樹脂からなるフィルムを外層に設けていることから、上述したフッ素系樹脂が有する問題を解消できない。
特開2007−70430号公報 特開2007−7885号公報 特開2006−294780号公報 特開2006−198922号公報 特開平8−306947号公報 特開2003−243679号公報 特許第4177590号公報 US5593532
以上から本発明は、耐久性、難燃性、寸法安定性及び水蒸気等のガスバリア性に優れるとともに、封止樹脂層等との密着性が高い太陽電池用シート、及びこれを具備する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
上記課題に鑑み鋭意検討した結果、本発明者らは、本発明に想到し当該課題を解決した。すなわち、本発明は、
1.下記(I)層、(II)層、及び(III)層を各々少なくとも1層以上有してなる太陽電池用シート。
(I)層:ポリフェニレンエーテル又はポリフェニルサルファイドを主成分とする樹脂組成物からなる層、
(II)層: 水蒸気透過率(測定方法:JIS K7129)が10g/m2・24hr未満であるガスバリア性層
(III)層:遮光性着色層
2.前記(II)層が、下記(a)〜(e)から選択されてなる上記1に記載の太陽電池用シート。
(a)金属薄膜層
(b)無機薄膜層
(c)環状オレフィン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリクロロトリフルオロエチレンから選択される樹脂を主成分とする樹脂層
(d)平板状無機粒子を含有する樹脂層
(e)ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂、及びエポキシ系樹脂から選択される樹脂を主成分とするコーティング層
3.前記(III)層が、遮光性白色フィルム、又は遮光性黒色フィルムからなる上記1又は2に記載の太陽電池用シート。
4.上記1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池用シートが設けられてなる太陽電池モジュール。
5.前記(I)層が太陽電池モジュールを構成する封止樹脂層に接着されてなる上記4に記載の太陽電池モジュール。
6.前記封止樹脂層が、ポリオレフィン系樹脂及びエチレン酢酸ビニル系樹脂のいずれかを含んでなる上記5に記載の太陽電池モジュール。
7.前記封止樹脂層が、ラジカル発生剤を含んでなる上記5又は6に記載の太陽電池モジュール。
8.太陽電池用シートの一方の面にジャンクションボックスが接着されてなる上記4〜7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
に関するものである。
本発明によれば、耐久性、難燃性、寸法安定性及び水蒸気等のガスバリア性に優れた、封止樹脂層等との密着性が高い太陽電池用シート、及びこれを具備する太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
<太陽電池用シート>
本発明の太陽電池用シートは、太陽電池モジュールを構成するために用いられるシートであり、特に表面または裏面封止シート(フロントシートまたはバックシート)や、基板シート等が挙げられ、特にバックシートとして好適に使用できる太陽電池用シートである。
本発明の太陽電池用シートは、少なくとも(I)層、(II)層、及び(III)層を各々少なくとも1層以上有する積層シートからなり、各構成層の内容は以下の通りである。
なお、本明細書において、一般的に「フィルム」とは、長さ及び幅に比べて厚さが極めて小さく、最大厚さが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい(JIS K6900)、一般的に「シート」とは、JISにおける定義上、薄く、その厚さが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいう。しかし、シートとフィルムの境界は定かでなく、本発明において文言上両者を区別する必要がないので、本発明においては、「フィルム」と称する場合でも「シート」を含むものとし、「シート」と称する場合でも「フィルム」を含むものとする。
<(I)層>
(I)層は、ポリフェニレンエーテル(以下「PPE」と略することがある)、又はポリフェニルサルファイド(以下「PPS」と略することがある)を主成分とする樹脂組成物からなることを必要とする。
ここで「主成分」とは、(I)層に含有される樹脂組成物のうち最大の割合を占めることを表し、下限値は特に決められないが、PPE又はPPSが50質量%以上であることが好ましく、65質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。この範囲であれば、耐久性、難燃性、寸法安定性及び高い機械強度、封止樹脂層等との高い密着性を達成することができる。
<ポリフェニレンエーテル(PPE)>
ポリフェニレンエーテル(PPE)の具体的な例としては、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジエチル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2−メチル−6−エチル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2−メチル−6−プロピル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジプロピル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2−エチル−6−プロピル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジメトキシ−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジクロロメチル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジブロモメチル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジフェニル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジトリル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジクロロ−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,6−ジベンジル−1,4−フェニレン)エーテル、ポリ(2,5−ジメチル−1,4−フェニレン)エーテル等が挙げられる。中でも、工業的に入手しやすいことからポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレン)エーテルが好適に使用される。
またポリフェニレンエーテルに、スチレン系化合物がグラフトした共重合体であってもよい。スチレン系化合物がグラフト化したポリフェニレンエーテルとしては、上記ポリフェニレンエーテルにスチレン系化合物として、たとえば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン等をグラフト重合して得られる共重合体が挙げられる。
さらに、ポリフェニレンエーテルは、極性基を有する変性剤により変性されていても良い。例えば、酸ハライド、カルボニル基、酸無水物、酸アミド、カルボン酸エステル、酸アジド、スルフォン基、ニトリル基、シアノ基、イソシアン酸エステル、アミノ基、イミド基、水酸基、エポキシ基、オキサゾリン基、チオール基等が挙げられる。
前述のポリフェニレンエーテルに、押出成形性や耐衝撃性、耐熱性、難燃性、接着性等の物性を向上させる目的で、GPPS(汎用ポリスチレン)、HIPS(耐衝撃性ポリスチレン)、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、SEBS(水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体)、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体)、SEPS(水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体)等のスチレン系樹脂や、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/非共役ジエン共重合体、エチレン/アクリル酸エチル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/酢酸ビニル/メタクリル酸グリシジル共重合体及びエチレン/プロピレン−g−無水マレイン酸共重合体等のエチレン系樹脂、ポリエステルポリエーテルエラストマー、ポリエステルポリエステルエラストマー等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂を適量配合することが好ましい。中でも、相溶性に優れるスチレン系樹脂を配合することで、良好な物性を発現できるため好適に使用できる。
これらの添加量は、前述するポリフェニレンエーテルの質量%を超えない範囲で適量配合することが好ましい。例えば、ポリスチレン系樹脂とポリエチレン系樹脂は1質量%以上、好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、この範囲で配合することにより溶融加工性、耐衝撃性を向上させることができ、また、40質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下の添加であれば耐熱性を低下しすぎたり、難燃性を阻害する等の問題がなく好ましい。
ポリフェニレンエーテルは単位骨格中に芳香族環と酸素原子を有しているため、燃焼時に炭化層を形成させやすく、また、活性水素の存在によりラジカル捕捉能を有し、分子鎖の切断を抑制しやすいという特徴から、溶融樹脂の滴下(ドリップ)を発生させることなく難燃性に優れた樹脂である。
さらに、臭化ビフェニルエーテル等のハロゲン系難燃剤、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物難燃剤、窒素系化合物、アンチモン系化合物等の無機系難燃剤等を添加することで難燃性の向上が可能であるが、環境負荷や、難燃性の付与、機械強度の確保等の観点から下記に記すようなリン系難燃剤が好ましい。
リン系難燃剤としては、トリフェニルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、トリエチルホスフェート、クレジルフェニルホスフェート、キシレニルホスフェート、レゾルシノールビス(ジフェニル)ホスフェート、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェート、ジメチルメチルホスフェート、トリアリルホスフェート等のリン酸エステル系難燃剤、芳香族縮合リン酸エステル等の縮合リン酸エステル系難燃剤、ホスホニトリル酸フェニルエステル等のホスファゼン化合物、赤リン等が好ましく使用される。また、後述する押出温度を考慮すると、沸点や熱分解温度が400℃程度以上の難燃剤が好ましく、工業的に入手が容易なトリフェニルホスフェート、縮合リン酸エステル等が好適である。
これらは30質量%以下で添加されることが好ましく、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは15質量%以下である。この範囲であれば、難燃剤を添加することによって耐熱性が低下しすぎることや、溶融加工中に揮発ガスとして環境を汚染することがなく好適である。また、添加部数の下限値としては0.1質量%以上であり、好ましくは1.0質量%以上であり、さらに好ましくは3.0質量%以上である。この範囲であれば、難燃性を向上させる効果が得られるため好適である。
後述するように、ポリフェニレンエーテルを主成分とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を押出成形する場合、比較的高温(260℃〜320℃)で押出成形をすることから、添加する成分にも耐熱性が要求される場合がある。耐熱性の指標としては熱重量分析による重量減少温度が挙げられる。上述したリン系難燃剤については、不活性ガス雰囲気下、昇温速度10℃/分で常温から400℃まで加熱した時の5%重量減少温度が、好ましくは150℃以上であり、さらに好ましくは200℃以上であり、より好ましくは250℃以上であり、特に好ましくは275℃以上である。上記範囲であれば、成形加工中にリン系難燃剤が揮発して作業環境を悪化させたり、成形後のシートの難燃性を低下させたり、押出成形中に基材と反応を促進させシート外観を悪化させるなどの不具合を生じがたい。また、上限値は特に制限がなく、押出成形温度以上であれば好ましい。
上記の成分の他に、本発明の特徴及び効果を損なわない範囲で必要に応じて他の附加的成分、例えば、耐熱性や機械強度の向上ため、カーボンフィラー、ガラスフィラー、タルク、マイカ等の無機充填材、押出成形性向上のため、熱安定剤、酸化防止剤、可塑剤(オイル、低分子量ポリエチレン、エポキシ化大豆油、ポリエチレングリコール、脂肪酸エステル類等)、難燃性向上のため、難燃助剤、耐久性改良のため、耐候(光)性改良剤、造核剤及び各種着色剤を添加しても良い。
本発明において使用するポリフェニレンエーテルは、30℃のクロロホルム中で測定した粘度から求めた極限粘度の下限値が0.2dl/g以上であることが好ましく、0.3dl/g以上がより好ましく、0.4dl/g以上であることがさらに好ましい。極限粘度の値がこの範囲であれば、耐熱性、難燃性、機械強度に劣るなどの不具合を生じがたい。また、上限値は0.8dl/g以下であることが好ましく、0.7dl/g以下がより好ましく、0.6dl/g以下がさらに好ましい。極限粘度の値がこの範囲であれば、剪断粘度が高くなりすぎ生産性に劣る等の不具合を生じがたい。
また、成形性を改良するなどの目的で、異なる極限粘度を持つポリフェニレンエーテルを組み合わせて用いても構わない。
商業的に入手可能なポリフェニレンエーテルとしては、SABICイノベーションプラスチックス社より商品名「PPO646」「PPO640」「PPO630」として、旭化成ケミカルズ社より商品名「S201A」「S202」として、それぞれ販売されており入手可能である。
上述のポリフェニレンエーテルを主成分とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物は、ポリフェニレンエーテルに、必要に応じて上述の各種成分を添加して形成されるが、あらかじめ混合されている市販品を使用することも可能である。
商業的に入手可能なポリフェニレンエーテル系樹脂組成物としては、SABICイノベーションプラスチックス社より商品名「ノリルPX9406」、「ノリルLTA1350」、「ノリルN300」として、旭化成ケミカルズ社より商品名「ザイロン540Z」、「ザイロン640Z」、「ザイロン740Z」として、三菱エンジニアリングプラスチックス社より「ユピエースLN91」、「ユピエースAN70」、「ユピエースAH90」、「ユピエースTX903B」、「レマロイBX528−A3」として、それぞれ販売されており入手可能である。
<ポリフェニレンサルファイド(PPS)>
次に、(I)層において、使用するポリフェニレンサルファイド(PPS)とは、下記式(1)で表される繰り返し単位を80モル%以上、好ましくは90モル%以上有する重合体をいう。
上記ポリフェニレンサルファイドにおいて、繰り返し単位の20モル%未満、好ましくは10モル%未満であれば、共重合可能な他のスルフィド結合を含有する単位が含まれていてもよい。このような共重合可能な他のスルフィド結合を含有する単位としては、例えば、3官能単位、エーテル単位、スルホン単位、ケトン単位、メタ結合単位、アルキル基等の置換基を有するアリール単位、ビフェニル単位、ターフェニレン単位、ビニレン単位、カーボネート単位等が挙げられ、これらのうち1つ又は2つ以上共存させて構成することができる。この場合、該構成単位は、ランダム型又はブロック型のいずれの態様であってもよい。
また、ポリフェニレンサルファイドは、分岐鎖を有した高分子でも、一部架橋構造を有した高分子であってもよいが、直鎖・線状の分子量5万以上の高分子であることが押出成形性と物性を発現するうえで好ましい。
上記ポリフェニレンサルファイドに、押出成形性や耐衝撃性、耐熱性、難燃性、接着性等の物性を向上させる目的で、GPPS(汎用ポリスチレン)、HIPS(耐衝撃性ポリスチレン)、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、SEBS(水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体)、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体)、SEPS(水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体)等のスチレン系樹脂や、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/非共役ジエン共重合体、エチレン/アクリル酸エチル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/酢酸ビニル/メタクリル酸グリシジル共重合体及びエチレン/プロピレン−g−無水マレイン酸共重合体等のエチレン系樹脂、ポリエステルポリエーテルエラストマー、ポリエステルポリエステルエラストマー等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂を適量配合することが好ましい。中でも、相容性に優れるポリアミド系樹脂を配合することで、良好な物性を発現できるため好適に使用できる。
これらの添加量は、ポリフェニレンサルファイドの質量%を超えない範囲で適量配合することが好ましい。例えば、ポリスチレン系樹脂とポリエチレン系樹脂は1質量%以上、好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、この範囲で配合することにより溶融加工性、耐衝撃性を向上させることができ、また、40質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下の添加であれば耐熱性を低下しすぎたり、難燃性を阻害する等の問題が生じにくい。
ポリフェニレンサルファイドは単位骨格中に芳香族環と硫黄原子を有しているため、難燃性に優れた樹脂である。
さらに、臭化ビフェニルエーテル等のハロゲン系難燃剤、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物難燃剤、窒素系化合物、アンチモン系化合物等の無機系難燃剤等を添加することで難燃性の向上が可能であるが、環境負荷や、難燃性の付与、機械強度の確保等の観点から上述した<ポリフェニレンエーテル>の項で説明したリン系難燃剤の使用が好ましい。
上記の成分の他に、本発明の特徴及び効果を損なわない範囲で必要に応じて他の附加的成分、例えば、耐熱性や機械強度の向上ため、カーボンフィラー、ガラスフィラー、タルク、マイカ等の無機充填材、押出成形性向上のため、熱安定剤、酸化防止剤、可塑剤(オイル、低分子量ポリエチレン、エポキシ化大豆油、ポリエチレングリコール、脂肪酸エステル類等)、難燃性向上のため、難燃助剤、耐久性改良のため、耐候(光)性改良剤、造核剤及び各種着色剤を添加しても良い。
上述のポリフェニレンサルファイドを主成分とするポリフェニレンサルファイド系樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイドに上述の各種成分を加えて形成されるが、あらかじめ混合されている市販品を使用することも可能である。
商業的に入手可能なポリフェニレンサルファイド系樹脂組成物としては、ポリプラスチックス社製「フォートロン0220C9」、「フォートロン0220A9」、DIC社製「DIC.PPS LD10P11」、「DIC.PPS FZ2100」、「DIC.PPS Z200E5」、シェブロンフィリップス化学社製「ライトンQC160N」、「ライトンXE3202NA」等が例示できる。特にこの中でも成形性と機械物性に優れることからポリプラスチックス社製「フォートロン0220C9」が好適に使用できる。
<(I)層の製造方法>
上述した内容からなるPPEを主成分とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物、又は、PPSを主成分とするポリフェニレンサルファイド系樹脂組成物を用いて、(I)層を作製するが、その形態は通常フィルム又はシート形状であり、製造方法は、従来公知の成形方法により作製することができる。各組成物は事前に混練しても、作製(製膜)時に一括して混練しても良い。
成形方法は、押出成形法、カレンダー成形法、流延成形法のいずれの方式でも良いが、薄膜品採取のし易さと生産効率の観点から、押出成形法が好ましい。
押出成形法では、いずれの組成物も、比較的高温(260℃〜320℃程度)で押出成形をすることから、成形時にメヤニ(樹脂付着物)や異物等の熱分解生成物を発生し、得られるフィルム又はシートの外観が損なわれ易い。対策としては、口金のリップギャップを開放し剪断速度を落とす方法や口金流路面にメッキを施す方法、ポリフェニレンエーテル系樹脂組成物、又は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂組成物と金属との滑り性が良いその他の樹脂を共押出する方法などがある。その他の樹脂を共押出する場合、通常は冷却固化後にその他の樹脂を剥離する。但し、その他の樹脂を本発明の太陽電池用シートに積層して使用する場合には、当該その他の樹脂を片面又は両面剥離しない態様を取ることもできる。
上記樹脂組成物を使用して押出成形を行うためには、フローテスターによって測定される上記樹脂組成物の剪断粘度が、300℃における剪断速度100sec-1のときに50Pa・s(500poise)以上が好ましく、100Pa・s(1000poise)以上がより好ましく、500Pa・s(5000poise)以上がさらに好ましい。剪断粘度がこの範囲であれば物性が劣りすぎる等の不具合を生じ難く、また、5000Pa・s(50000poise)以下が好ましく、3500Pa・s(35000poise)以下がより好ましく、2000Pa・s(20000poise)以下がさらに好ましい。剪断粘度がこの範囲であれば押出性が良好で、成形機に負荷がかかりすぎることがなく、生産性の観点から好ましい。
剪断粘度を上記の値に調整するためには、(1)使用するPPE又はPPSの分子量を調整する、(2)他成分のスチレン系樹脂やエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂等の成分比率を調整する、(3)難燃剤の種類と添加量を調整する、(4)その他可塑剤等を添加する手法がある。
また、PPSは結晶性樹脂であるため、後述する耐熱性を得るためには、結晶化処理を施すことが必要になる。この結晶化は、結晶化に適した温度(110℃〜230℃)に非晶状態のシートを処理することで達成できる。ここで、結晶化に伴う寸法変化を抑制するためには、シート端部を拘束した状態で熱処理をすることが好適である。また、結晶化速度を高めて生産性を向上させるためには、結晶化が早く進む温度(通常150℃〜190℃)に熱処理温度を調整することや、非晶状態のシートを延伸し、分子を同一方向に配向させることで達成できる。前述した押出成形をおこなう際は、口金から吐出した樹脂を冷却ロールで固化させる際の温度を上述の結晶化温度に設定することで、後工程を必要とせずに所望の厚みの結晶化シートを得ることができ、生産性に優れ好ましい。
<(II)層>
本発明の太陽電池用シートにおける、(II)層は、特定のガスバリア性を有する層とする必要があり、水蒸気透過率(測定方法:JIS K7129)が10g/m2・24hr未満であることを要する。
通常、シートでのガスバリア性とは、酸素バリア性、及び水蒸気バリア性を指すが、特に太陽電池では太陽電池素子の水分による性能低下を抑制するために、優れた水蒸気バリア性が要求される。太陽電池の種類、構成によってその要求水準は異なるが、水蒸気バリア性の特性である水蒸気透過率で比較した場合、もっとも普及している結晶シリコン系の太陽電池用途であれば、水蒸気透過率が10g/m2・24hr未満であることが必要であり、5g/m2・24hr未満であることが好ましく、1g/m2・24hr未満であることがより好ましい。また、薄膜シリコン系、無機化合物系、有機化合物系、色素増感系等の次世代と呼ばれる太陽電池に関しては、更なる水蒸気バリア性を要求され水蒸気透過率としては0.1g/m2・24hr未満である。
このような、ガスバリア性を発現するために、
(II)層としては、要求されるガスバリア性等に応じて、下記(a)〜(e)から選択されてなることが好ましい。
(a)金属薄膜層
(b)無機薄膜層
(c)環状オレフィン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリクロロトリフルオロエチレンから選択される樹脂を主成分とする樹脂層
(d)平板状無機粒子を含有する樹脂層
(e)ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂、及びエポキシ系樹脂から選択される樹脂を主成分とするコーティング層
このうち、(a)金属薄膜層は最もガスバリア性を発現し易い。(b)無機薄膜層は優れたガスバリア性を発現するとともに、絶縁特性、透明化ができるという利点がある。(c)樹脂単体層は成形が容易であり、金属を含まないため絶縁特性に優れる。(d)無機粒子複合化は成形が容易であり、樹脂単体より優れたガスバリア性を発現できる。(e)樹脂コーティング層は成形が容易でガスバリア性も発現し易く、絶縁特性、透明化ができるという利点がある。
以下、上記(a)〜(e)各層について説明する。
<(a)金属薄膜層>
ハンドリング、入手の容易さからアルミニウム箔が好適に使用できる。厚みが20μm以上あればピンホールによるガスバリア性の低下を防止できる。
<(b)無機薄膜層>
無機薄膜層を形成する基材として、具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン等の単独重合体または共重合体等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、共重合ナイロン等のポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体部分加水分解物(部分けん化物、EVOH)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、ポリアリレート、アクリレート樹脂等が挙げられる。これらの中では、フィルム物性の点から、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンが好ましい。なかでも、フィルム強度の点から、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がより好ましい。更には、耐候性、耐加水分解性の点で、ポリエチレンナフタレートが好ましい。
なお、無機薄膜層を形成する基材として、耐久性、難燃性、寸法安定性、機械強度の点で、ポリフェニレンエーテル(PPE)又はポリフェニルサルファイド(PPS)を用いることも好ましい。
また、(I)層におけるポリフェニレンエーテル(PPE)又はポリフェニルサルファイド(PPS)を主成分とする樹脂組成物からなる層や、(III)層における遮光性着色層を、無機薄膜層を形成する基材として用いても良く、積層工程数を低減できる点などで好ましい。
無機薄膜層を構成する無機物質としては、珪素、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン、水素化炭素等、あるいはこれらの酸化物、炭化物、窒化物またはそれらの混合物が挙げられる。好ましくは酸化珪素、酸化アルミニウム、水素化炭素を主体としたダイアモンドライクカーボンである。特に、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウムは、高いガスバリア性が安定に維持できる点で好ましい。
基材への無機薄膜層の形成方法としては、蒸着法、コーティング法等の方法がいずれも使用できるが、ガスバリア性の高い均一な薄膜が得られるという点で蒸着法が好ましい。この蒸着法には、物理気相蒸着(PVD)、あるいは化学気相蒸着(CVD)等の方法が含まれる。物理気相蒸着法には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられ、化学気相蒸着法には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat−CVD)等が挙げられる。
更には、上記無機薄膜層は多層化することが、高いガスバリア性を厳しい環境下で長期間安定に維持、確保できる点で好ましい。その際には、公知の各種成膜方法を組み合わせても良い。例えば、耐候性コート層の上に、順に、真空蒸着膜/真空蒸着膜、真空蒸着膜/プラズマCVD膜、真空蒸着膜/プラズマ処理/真空蒸着膜、真空蒸着膜/プラズマCVD膜/真空蒸着膜、真空蒸着膜/Cat−CVD膜/真空蒸着膜、真空蒸着膜/耐候性コート/真空蒸着膜、プラズマCVD膜/真空蒸着膜、プラズマCVD膜/真空蒸着膜/プラズマCVD膜、等の多層無機薄膜構成が挙げられる。中でも、真空蒸着膜/プラズマCVD膜の多層化は、ガスバリア性の良さ、密着性、生産性の点で好ましい。
なお、無機薄膜層/基材で構成されるフィルムを例えば公知のドライラミネート法により複数枚重ね合わせてバリア性を向上させることも可能である。
各無機薄膜層の厚さは、一般に0.1〜500nm程度であるが、好ましくは0.5〜100nm、更に好ましくは1〜50nmである。上記範囲内であれば、十分なガスバリア性が得られ、また、無機薄膜層に亀裂や剥離を発生させることなく、生産性にも優れている。
化学気相蒸着に使用し得る材料ガスは、少なくとも1種以上のガスからなることが好ましい。例えば、珪素化合物薄膜の形成においては、珪素を含む第一原料ガスに対する第二原料ガスとして、アンモニア、窒素、酸素、水素やアルゴン等の希ガスを使用することが好ましい。
珪素を含む第一原料ガスとしては、モノシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン等を単独、或いは2種組み合わせて使用することができる。
また、原料ガスは、室温において液体でも気体でもよく、液体原料は、原料気化機により気化して装置内へ供給することができる。触媒化学気相成長法においては、加熱触媒体の劣化や反応性・反応速度の点から、モノシランガスが好ましい。
上記(II)層であるガスバリア性層を無機薄膜層として基材上に形成する場合、基材上に耐候性コート層を配した後、無機薄膜層を形成する方法が、耐候性、ガスバリア性が向上できるため好ましい。
この耐候性コート層は、(イ)ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールの架橋物、(ロ)変性ポリビニルアルコールの架橋物、及び(ハ)紫外線安定性基、紫外線吸収性基、及びシクロアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有するアクリル系共重合体、から選ばれる少なくとも一種からなる。
<(イ)ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールの架橋物>
従来、アンカーコート剤としては、ポリエステルポリオールやポリエーテルポリオールが多用されるが、ポリエステルポリオールは加水分解しやすい。ポリカプロラクトンポリオールは、アジーペートポリエステルポリオールに比べ耐水性が優れ、またポリエーテルポリオールに比べ耐候性、耐熱性に優れている。また、ポリカーボネートポリオールは、ポリエステルポリオールやポリエーテルポリオールに比べて、耐熱性、耐湿性、耐候性に優れる。上記観点から、本発明においては、耐候性コート剤として、ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールの架橋物が用いられる。
ポリカプロラクトンポリオールとポリカーボネートポリオールは、基材フィルムのコロナ処理などの表面処理度を調整する、架橋剤などの密着成分のみやシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤を極薄く先にコーティングする、コート材料において架橋性化合物の配合比を増加する、等の手段によりポリエステルポリオールに比べ層間密着性を改善することができ、それによりコート層の耐候性をより改善できる。
<ポリカプロラクトンポリオール>
ポリカプロラクトンポリオールは公知の方法に従い下記の多価アルコールを開始剤とした触媒の存在下、ε−カプロラクトンを開環重合することにより製造される。
ε−カプロラクトンの重合開始剤である多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられ、更にこれらの多価アルコールを開始剤として酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレンを開環重合した重合生成物もしくは共重合生成物等の脂肪族多価アルコール類;シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジオール、水素添加ビスフエノールAおよびこれらのグリコールを開始剤として酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレンを開環重合した重合生成物もしくは共重合生成物等のシクロヘキシル基を含有する多価アルコール類;ビスフエノールA、ハイドロキノンビス(2−ヒドロキシエチルエーテル)、p−キシリレングリコール、ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレートおよびこれらのグリコールを開始剤として酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレンを付加した重合生成物もしくは共重合生成物等の芳香族基を含有する多価アルコール類;及びジメチロールプロピオン酸、ジフエノール酸等のカルボキシル基を有するグリコール、N−メチルジエタノールアミン等の第3級アミンを有するグリコール等種々の官能基を有する多価アルコールも使用することができる。
<ポリカーボネートポリオール>
ポリカーボネートポリオールは、公知の方法で作製できる。ポリカーボネートジオールとしては1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオールなどの炭素数2〜12の脂肪族ジオール又はこれらの混合物に炭酸ジフェニルもしくはホスゲンを作用させて縮重合して得られるポリカーボネートジオールが好ましく使用される。
有機溶剤や架橋剤との相溶性の点からは、数平均分子量が10,000以下、好ましくは500〜5,000のポリアルキレンカーボネートポリオールと、数平均分子量が5,000以下のポリエチレングリコールモノアルキルエーテルとを反応させて得られる、繰り返し構造単位−[(CH23−OC(O)O]−、又は−[(CH22C(CH3)(CH22−OC(O)O]−を有するエーテル変性ポリカーボネートポリオールが好ましい。尚、数平均分子量は、前述のゲルパーミエーションクロマトグラフィ分析のポリスチレン換算値である。
また、ポリカーボネートポリオールは、これと架橋剤との架橋反応を均質的に行う、即ち部分的に高分子量化したりしないように、また生成物の分子量分布や架橋後の耐加水分解性を制御する点では、末端水酸基指数が92.5〜98.5であることが好ましく、より好ましくは95.0〜97.5である。尚、末端水酸基指数は、ガスクロマトグラフィーにより分析した、モノアルコールとポリオールのピーク面積総和に対するポリオールのピーク面積比率を%表記したものである。ガスクロマトグラフィーは、40℃から220℃まで10℃/minで昇温して15分間保持し、水素炎イオン化検出器(FID)を用いて分析した。
<架橋剤>
ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールの架橋物を得るための架橋剤としては、上記ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールが有する水酸基と架橋硬化反応する官能基を1分子当たり2個以上含む化合物又は重合体であれば特に限定されず、1種又は2種以上を適宜選択して使用することができる。
例えば架橋剤として、フェノール基、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基、ジアルデヒド基を持つ化合物又は重合体が例示される。架橋反応性、ポットライフの点で、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基を含有する化合物又は重合体が好ましく、ポットライフ制御の点からイソシアネート化合物及び/又はエポキシ化合物が更に好ましい。特に、イソシアネート化合物が、二液反応性コート剤として、成分の反応性、及びそれに由来する耐候性、コート層の硬度・柔軟性の点で望ましい。
<(ロ)変性ポリビニルアルコールの架橋物>
変性ポリビニルアルコールとしては、ポリビニルアルコールの水酸基を、シラノール基、シリル基、アミノ基、アンモニウム基、アルキル基、イソシアネート基、オキサゾリン基、メチロール基、ニトリル基、アセトアセチル基、カチオン基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホン基、燐酸基、アセタール基、ケタール基、炭酸エステル基、シアノエチル基等に変性した樹脂が挙げられる。中でもアセトアセタール化、ブチラール化による変性が、高温高湿下の耐水性の点で好ましい。
また、変性ポリビニルアルコールは、水酸基が残存するので、その水酸基を架橋させることにより、更に耐水性を向上させることが出来る。
<ポリビニルブチラール>
上記のブチラール化による変性体であるポリビニルブチラールは、公知の方法で作製することができるが、良好な耐候性を持つと共に、溶剤溶解性を上げ、均一なコート層を得る点において、ブチラール化度50〜80mol%が好ましく、更に好ましくは60〜75mol%であり、且つアイソタクティックトライアド型残存水酸基量が好ましくは1mol%以下、更に好ましくは0.5mol%以下であるポリビニルブチラールであることが望ましい。
ポリビニルブチラールの耐候性及び溶剤溶解性は、ブチラール化度に依存し、ブチラール化度が高いことが望ましいが、ポリビニルアルコールを100mol%ブチラール化することは出来ず、またブチラール化度を極限まで高めることは工業生産的に効率的でない。また、残存水酸基の種類によって、溶媒相溶性が変わり、アイソタクティックトライアド型水酸基が多いと、有機溶剤の溶解性が劣る。
<ポリビニルアセトアセタール>
また、上記アセトアセタール化による変性体であるポリビニルアセトアセタールは、公知の方法で作製することが出来るが、耐熱性の点においてアセタール化度が高いことが望ましく、好ましくはアセタール化度50〜80mol%、更に好ましくは65〜80mol%であり、溶剤溶解性を上げ均一なコート層を成膜するために粒径分布の狭いポリビニルアセトアセタール樹脂を得る点において、炭素数3以上のアルデヒドを適量混合し、アセタール化物析出後に適温で保持することが望ましい。
<架橋剤>
変性ポリビニルアルコールの架橋物を得るための架橋剤としては、架橋硬化反応する官能基を1分子当たり2個以上含む化合物又は重合体であれば特に限定されず、上記変性ポリビニルアルコールが有する官能基の種類に応じて1種又は2種以上を適宜選択して使用することができる。
例えば、変性ポリビニルアルコールの水酸基と架橋させる場合、架橋性化合物として例えば、フェノール基、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基、ジアルデヒド基を持つ化合物又は重合体が例示される。架橋反応性、ポットライフの点で、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基を含有する化合物又は重合体が好ましく、ポットライフ制御の点から特にイソシアネート基が好ましい。
<(ハ)紫外線安定性基、紫外線吸収性基、及びシクロアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有するアクリル系共重合体>
ポリマーに耐候性を付与する方法として、一般に紫外線安定剤、紫外線吸収剤を含有する方法があるが、比較的低分子量物であるそれらは、長期間使用においては主材質からブリードアウトしてしまい、耐候性が維持され難い。当該耐候性コートにおいては、紫外線安定性基、紫外線吸収性基を耐水性のあるシクロアクリル基と共重合することで、ブリードアウトせずに長期間耐候性を示すことができる。
上記の紫外線安定性基とは、発生したラジカルを捕捉し、不活性化する作用を有するものであり、上記の点から、具体的にはヒンダードアミン基が好ましく挙げられる。即ち、ヒンダードアミン基に発生した安定なニトロキシラジカルが、活性なポリマーラジカルと結合して、自身は元の安定なニトロキシラジカルに戻り、これを繰り返す。
また、紫外線吸収性基とは、照射される紫外線を吸収することにより、ラジカルの発生を抑制するものであり、この点から、具体的にはベンゾトリアゾール基及び/又はベンゾフェノン基が好ましく挙げられる。
シクロアルキル基は、耐候性コート層を構成するアクリル系共重合体等の樹脂に耐水性及び耐水蒸気透過性を付与する作用を有するものである。
従って、紫外線安定性基、紫外線吸収基、及びシクロアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有するアクリル系共重合体等の樹脂をコート層に使用することによりガスバリア性フィルムのガスバリア劣化を防止することができる。本発明においては、紫外線安定性基、紫外線吸収基、及びシクロアルキル基を兼ね備えることによって、耐候性の点において相乗効果を得ることができる。
上記アクリル系共重合体は、少なくとも、重合性紫外線安定性単量体、重合性紫外線吸収性単量体、及びシクロアルキル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも一種を共重合させて得ることができる。
<重合性紫外線安定性単量体>
重合性紫外線安定性単量体は、ヒンダードアミン基を有するものが好ましく、より好ましくは、ヒンダードアミン基と重合性不飽和基をそれぞれ分子内に少なくとも1個有するものである。
重合性紫外線安定性単量体として、好ましくは下記式(2)又は(3)で表される化合物である。
(式中、R1は水素原子またはシアノ基を表し、R2及びR3はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1又は2の炭化水素基を表し、R4 は水素原子または炭素数1〜18の炭化水素基を表し、Xは酸素原子またはイミノ基を表す。)
(式中、R1 は水素原子またはシアノ基を表し、R2及びR3はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1又は2の炭化水素基を表し、Xは酸素原子またはイミノ基を表す。)
一般式(2)又は(3)で表される紫外線安定性単量体において、R4で示される炭素数1〜18の炭化水素基としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等の鎖式炭化水素基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、フェネチル基等の芳香族炭化水素基などが挙げられる。これらのうち、本発明において、R4としては光安定化反応性の点から、水素原子やメチル基が好ましい。
2及びR3の各々で表される炭素数1又は2の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基等が挙げられ、好ましくはメチル基である。
前記一般式(2)で表される紫外線安定性単量体としては、具体的には4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどが挙げられ、これらのうち、本発明においては、光安定化反応性の点から、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンが好ましく、4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−メタクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンがより好ましい。これらは一種のみで用いてもよく、また二種以上を適宜混合して用いてもよい。もちろん一般式(2)の紫外線安定性単量体はこれら化合物に限定されるものではない。
前記一般式(3)で表される紫外線安定性単量体としては、具体的には、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどが挙げられ、これらのうち、本発明においては、原料汎用性の点から、1−アクリロイル−4−アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−メタクリロイル−4−メタクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが好ましく、1−メタクリロイル−4−メタクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンがより好ましい。これらは一種のみで用いてもよく、また二種以上を適宜混合して用いてもよい。なお一般式(3)の紫外線安定性単量体はこれらに限定されるものではない。
上記重合性紫外線安定性単量体は、アクリル系共重合体を得るための全重合性単量体成分中に光安定化性能の点から、0.1〜50質量%含有されることが好ましく、より好ましくは0.2〜10質量%、更に好ましくは0.5〜5質量%の範囲内で含有される。含有量が上記範囲内であれば、耐候性が十分に発揮される。
<重合性紫外線吸収性単量体>
本発明に用いられる重合性紫外線吸収性単量体としては、重合性ベンゾトリアゾール類及び/又は重合性ベンゾフェノン類が好ましく挙げられる。
<重合性ベンゾトリアゾール類>
本発明において、重合性ベンゾトリアゾール類としては、具体的には、下記式(4)、式(5)で表される化合物が好ましい。
(式中、R5は水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基を表し、R6は低級アルキレン基を表し、R7は水素原子またはメチル基を表し、Yは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜8の炭化水素基、低級アルコキシ基、シアノ基またはニトロ基を表す。)
(式中、R8は炭素数2又は3のアルキレン基を表し、R9は水素原子またはメチル基を表す。)
上記式中、R5で表される炭素数1〜8の炭化水素基は、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などの鎖式炭化水素基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などの脂環式炭化水素基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、フェネチル基などの芳香族炭化水素基が上げられる。R5としては、好ましくは水素原子又はメチル基である。
6で表される低級アルキレン基としては、炭素数1〜6のアルキレン基であることが好ましく、具体的にはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基などの直鎖状アルキレン基及びイソプロピレン基、イソブチレン基、s−ブチレン、t−ブチレン基、イソペンチレン基、ネオペンチレン基などの分枝鎖状アルキレン基が挙げられ、好ましくはメチレン基、エチレン基、プロピレン基である。
Yで表される置換基としては、水素;フッ素、塩素、シュウ素、ヨウ素などのハロゲン;R5で表される炭素数1〜8の炭化水素基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、ヘプトキシ基など炭素数1〜8の低級アルコキシ基;シアノ基;ニトロ基が挙げられ、反応性の点で、好ましくは水素原子、塩素原子、メトキシ基、t−ブチル基、シアノ基、ニトロ基である。
前記一般式(4)で表される紫外線吸収性単量体としては、具体的には2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシメチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[ 2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル] −2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−3' −t−ブチル−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −t−ブチル−3' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2'−ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−5−メトキシ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−5−シアノ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−5−ニトロ−2H−ベンゾトリアゾールなどが挙げられ、紫外線吸収性の点から、好ましくは2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシメチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[ 2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル] −2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−3' −t−ブチル−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2' −ヒドロキシ−5' −(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールであり、より好ましくは2−[2’−ヒドロキシ−5’−(メタクリロイルオキシメチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−5’−(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾールである。一般式(4)で表されるこれら紫外線吸収性単量体は一種類のみを用いてもよく、また二種類以上を適宜混合して用いてもよい。
また前記一般式(5)で表される紫外線吸収性単量体においては、式中、R8 で表される炭素数2または3のアルキレン基としては、具体的にはエチレン基、トリメチレン基、プロピレン基などである。
前記一般式(5)で表される紫外線吸収性単量体としては、たとえば、2−〔2' ヒドロキシ−5' −(β−メタクリロイルオキシエトキシ)−3' −t−ブチルフェニル〕−4−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2' ヒドロキシ−5' −(β−アクリロイルオキシエトキシ)−3' −t−ブチルフェニル〕−4−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2' ヒドロキシ−5' −(β−メタクリロイルオキシn−プロポキシ)−3' −t−ブチルフェニル〕−4−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2' ヒドロキシ−5' −(β−メタクリロイルオキシi−プロポキシ)−3' −t−ブチルフェニル〕−4−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールが挙げられ、紫外線吸収性の点から、好ましくは2−[2’−ヒドロキシ−5’−(β−メタクリロイルオキシエトキシ)−3’−t−ブチルフェニル]−4−t−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールである。一般式(5)で表されるこれら紫外線吸収性単量体は一種類のみを用いてもよく、また二種類以上を適宜混合してもよい
<重合性ベンゾフェノン類>
重合性紫外線吸収性単量体として用いられる重合性ベンゾフェノン類としては、例えば2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン又は、2,2’,4−トリヒドロキシベンゾフェノンとグリシジルアクリレート又は、グリシジルメタクリレートを反応して得られる2−ヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン等のモノマーが挙げられる。原料汎用性の点で、好ましくは2−ヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノンである。
重合性紫外線吸収性単量体は、得られるアクリル共重合体を含むコート層の耐候性を更に向上させるために用いるものであり、全重合性単量体成分中における含有割合は次の通りである。重合性ベンゾトリアゾール類の場合、十分な紫外線吸収性能及び紫外線照射による着色防止の点から、好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは0.5〜40質量%、更に好ましくは1〜30質量%である。重合性ベンゾフェノン類の場合、十分な紫外線吸収性能及び相溶性が良好である点から、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.2〜5.0質量%である。
<シクロアルキル(メタ)アクリレート>
シクロアルキル(メタ)アクリレートは、得られるアクリル共重合体を特に二液ウレタン樹脂塗料用として使用する場合、塗膜の硬度、弾性、耐溶剤性、耐ガソリン性、耐候性の向上のために用いられる成分である。シクロアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレートなどを好ましく挙げることができる。これらは1種で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。該シクロアルキル(メタ)アクリレートは重合性単量体成分中、好ましくは5〜80質量%、より好ましくは10〜70質量%、更に好ましくは15〜50質量%の範囲で使用する。使用量が上記範囲内であれば、塗膜の硬度、耐候性等の性能が充分に発揮され、乾燥性及びレベリング性が両立して得られ好ましい。
<架橋性官能基>
上記耐候性コート層では、アクリル系共重合体が架橋性官能基を有し、架橋剤と架橋することにより形成されることが好ましい。これにより、上記アクリル系共重合体は架橋構造を有することになるため、コート層の物性や耐候性が向上し、その結果、優れた耐候性能が長期に渡って維持されることになる。
上記アクリル系共重合体が有する架橋性官能基としては、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基又はその無水物、エポキシ基、アミド基等が挙げられる。これらの架橋性官能基は、アクリル系共重合体中に1種存在してもよく、2種以上存在してもよい。本発明においては、これらの架橋性官能基の中でも、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等の活性水素を有する基が、安定性の点で好ましい。
水酸基を含有する重合性不飽和単量体としては、例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート、フタル酸とプロピレングリコールとから得られるポリエステルジオールのモノ(メタ)アクリレートなど水酸基を有する(メタ)アクリルモノマー等を挙げることができ、好ましくはヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートである。これらは1種で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
架橋性官能基を含有する重合性単量体は、得られるアクリル系共重合体にポリイソシアネートをはじめその他の架橋性化合物を配合して熱硬化型塗料用樹脂組成物とする場合に、それら架橋性化合物との反応に必要な成分であり、全重合性単量体成分中2〜35質量%、好ましくは3.5〜23質量%の範囲で使用する。上記使用量範囲であれば、得られるアクリル系共重合体中の架橋性官能基の量が適性であり、該アクリル系共重合体と架橋性化合物との反応性が維持され、架橋密度が十分となり、目的とする塗膜性能が得られる。また、架橋性化合物を配合した後の保存安定性も良好である。
<その他の重合性不飽和単量体>
本発明においては、アクリル系共重合体を形成するためのその他の重合性不飽和単量体を用いることができる。
本発明に用いられるその他の重合性不飽和単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ターシャリーブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル;グリシジル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有不飽和単量体;(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、ビニルイミダゾールなどの窒素含有不飽和単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデンなどのハロゲン含有不飽和単量体;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族不飽和単量体;酢酸ビニルなどのビニルエステル;ビニルエーテル;(メタ)アクリロニトリルなどの不飽和シアン化合物などを挙げることができ、これらの群から選ばれた1種又は2種以上を使用することができる。
また、架橋反応時の内部触媒作用の点から、酸性官能基を含有する重合性不飽和単量体も使用することができ、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸及び無水マレイン酸などの如きカルボキシル基含有不飽和単量体;ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸及びスルホエチル(メタ)アクリレートなどの如きスルホン酸基含有不飽和単量体;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−クロロプロピルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシエチルフェニルリン酸などの酸性リン酸エステル系不飽和単量体などを挙げることができ、これらの群から選ばれる1種又は2種以上を使用することができる。
上記その他の重合性単量体は、必要に応じて本発明法におけるアクリル系共重合体の作用を損なわない範囲で使用することができ、その使用量は重合性単量体成分中0〜92.9質量%とすることができる。又、その他の重合性単量体のうちの酸性官能基を含有する重合性単量体は、アクリル系共重合体が架橋剤と架橋反応する際の内部触媒として作用するものであり、その量は重合性単量体成分中0〜5質量%、好ましくは0.1〜3質量%とすることができる。
<アクリル系共重合体の重合方法>
上記単量体を用いてアクリル系共重合体を得る方法は、特に限定されず従来公知の重合法を用いることができる。
例えば、溶液重合法を採用する場合、使用できる溶剤としては、例えば、トルエン、キシレンやその他の高沸点の芳香族系溶剤;酢酸エチル,酢酸ブチルやセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル系溶剤;メチルエチルケトン、メチルソブチルケトンなどのケトン系溶剤;イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノールなどの脂肪族アルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのアルキレングリコールモノアルキルエーテル類などを挙げることができ、これらの1種又は2種以上の混合物を使用することができる。
また、重合開始剤としては、2,2’−アゾビス−(2−メチルブチロニトリル)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイドなど通常のラジカル重合開始剤を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用しても良い。使用量は、特に限定されず、所望するアクリル樹脂の特性により適宜設定できる。
反応温度や反応時間などの反応条件としては、特に限定されず、例えば反応温度は室温から200℃の範囲、好ましくは40〜140℃の範囲である。反応時間は、単量体成分の組成や重合開始剤の種類に応じて、重合反応が完結するように適宜設定できる。
<架橋剤>
架橋剤としては、上述した架橋性官能基と架橋硬化反応する官能基を1分子当たり2個以上含む化合物又は重合体であれば特に限定されず、上記アクリル系共重合体が有する官能基の種類に応じて1種又は2種以上を適宜選択して使用することができる。
例えば、アクリル系共重合体が有する架橋性基が水酸基であれば、架橋剤として例えば、フェノール基、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基、ジアルデヒド基を持つ化合物又は重合体が例示される。架橋反応性、ポットライフの点で、エポキシ基、メラミン基、イソシアネート基を含有する化合物又は重合体が好ましく、ポットライフ制御の点から特にイソシアネート基が好ましい。
アクリル系共重合体が有する架橋性官能基がカルボキシル基又はその無水物である場合には、ポリイソシアネート化合物又はその変性物、アミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂等の架橋性化合物が挙げられ、架橋性官能基がエポキシ基である場合には、アミンやカルボン酸、アミド、N−メチロールアルキルエーテル等の化合物を含む架橋剤が挙げられ、架橋性官能基が水酸基やアミノ基である場合には、ポリイソシアネート化合物又はその変性物、エポキシ樹脂、アミノプラスト樹脂等の架橋剤が挙げられる。これらの中でも、活性水素を有する基との組み合わせにおいて、ポリイソシアネート化合物及び/又はエポキシ樹脂であることが好ましい。
上記アクリル系共重合体においては、架橋性官能基が水酸基であり、架橋剤がイソシアネート化合物である組み合わせが二液反応性コート剤として、成分の反応性、及びそれに由来する耐候性、コート層の硬度・柔軟性の点で望ましい。
<耐候性コート層における架橋剤>
前述のように、ガスバリア性層の耐候性コートには、架橋剤としてイソシアネート化合物を用いることが好ましく、イソシアネート化合物としては、ポリイソシアネートが好ましく用いられる。ポリイソシアネートは、ジイソシアネート、その二量体(ウレトジオン)、その三量体(イソシアヌレート、トリオール付加物、ビューレット)等の一種、またはそれら二種以上の混合物であってもよい。例えば、ジイソシアネート成分としては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、3,3'−ジメトキシ−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、2,6−ナフタレンジイソシアネート、4,4'−ジイソシアネートジフェニルエーテル、1,5−キシリレンジイソシアネート、1,3−ジイソシアネートメチルシクロヘキサン、1,4−ジイソシアネ−トメチルシクロヘキサン、4,4'−ジイソシアネートシクロヘキサン、4,4'−ジイソシアネートシクロヘキシルメタン、イソホロンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート等が挙げられる。また、無黄変性の点で、キシレンジイソシアネート(XDI)系、イソホロンジイソシアネート(IPDI)系、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)系などが好まれる。また、堅牢性、ガスバリア性、耐候性の点で、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体、ビュレット体が良い。
エポキシ化合物としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ソルビタンポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、トリグリシジル、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールタイプのエポキシ樹脂等が挙げられる。
上記架橋剤の使用量としては特に限定されず、架橋剤の種類等によって適宜決定することができるが、上記ポリカプロラクトンポリオール、上記ポリカーボネートポリオール、上記変性ポリビニルアルコール、上記アクリル系共重合体の架橋性基(例えば水酸基)と架橋性化合物の架橋基との反応基比率は、水酸基:架橋基=1:1〜1:20が層内凝集力、層間密着性の点で望ましく、更に、1:1〜1:10が好ましい。架橋基比率が上記範囲であれば密着性、高温高湿耐性、ガスバリア性、耐ブロッキング性等の点で有利である。
また、上記架橋剤は、架橋反応を促進させるために、塩類や無機物質、有機物質、酸物質、アルカリ物質等の架橋触媒を1種又は2種以上添加してもよい。例えば、架橋剤としてポリイソシアネート化合物を用いる場合、ジブチル錫ジラウレート、第3級アミン等の公知の触媒を1種又は2種以上添加が例示される。
また、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、光線遮断剤、紫外線吸収剤、安定剤、潤滑剤、ブロッキング防止剤、酸化防止剤等を含有したり、それらを上記樹脂と共重合させたものを使用することができる。
<耐候性コート層の形成方法>
耐候性コート層は、公知のコーティング方法を適宜採択して形成することができる。例えば、リバースロールコーター、グラビアコーター、ロッドコーター、エアドクタコーター、スプレイあるいは刷毛を用いたコーティング方法等の方法がいずれも使用できる。塗布後は、80〜200℃程度の温度での熱風乾燥、熱ロール乾燥などの加熱乾燥や、赤外線乾燥などの公知の乾燥方法を用いて溶媒を蒸発させることができる。また、耐水性、耐久性を高めるために、電子線照射による架橋処理を行うこともできる。
耐候性コート層の厚さは0.005〜5μm程度、更に0.01〜1μmであることが好ましい。上記5μm以下の厚さであれば、滑り性が良好であり、耐候性コート層自体の内部応力による基材フィルムからの剥離もほとんどなく、また、0.005μm以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。
また、耐候性コート層による基材フィルム表面の平坦化により、無機薄膜層を形成する粒子が緻密に堆積し、且つ均一な厚さに形成しやすいことから、高いガスバリア性を得ることができる。
<(c)樹脂単体層>
樹脂単体でガスバリア性を有する樹脂であり、結晶性を有するシートや、延伸配向したフィルムが好適に使用できる。結晶や配向によって気体の透過経路が長くなり、ガスバリア性を発現する。環状オレフィン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリクロロトリフルオロエチレンから選択される樹脂が好適に使用できる。最も好適に使用できるのはガスバリア性に優れている環状オレフィンである。
<(d)平板状無機粒子を含有する樹脂層>
熱可塑性樹脂に平板状無機粒子を含有することでガスバリア性を向上することができる。平板状無機粒子としては、マイカやクレイが例示され、このような平板状の粒子を含有することで気体の透過経路が長くなり、ガスバリア性を発現できる。樹脂成分に対する含有量は通常10〜50%程度であり、樹脂と平板状無機粒子を二軸押出機で混練しながら押出成形することで、樹脂中に平板状無機粒子を均一に分散させることが出来、また生産性にも優れるために好適である。また、例えばナイロンとクレイのナノコンポジット化したものを成形し、フィルム又はシートとして好適に使用できる。
<(e)樹脂コーティング層>
樹脂成分として、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂、及びエポキシ系樹脂から選択される樹脂を主成分とするものであり、基材に通常の溶剤により溶解させた樹脂成分をコートすることができる。ポリ塩化ビニリデンがガスバリア性に優れており好適に使用できる。
<(III)層>
本発明の太陽電池用シートにおける、(III)層は遮光性着色層であり、太陽電池セルを透過した太陽光線を反射させ、発電効率を高める目的と、紫外線を反射或いは吸収させることにより太陽電池用シート構成材の紫外線劣化を防ぎ、シートの耐候性、耐久性、耐熱性、熱的寸法安定性、強度等の諸特性を向上させる目的で、通常、太陽電池用バックシートとして、封止樹脂層に接する側の構成材として用いられるものである。
特に、太陽光を光反射させ、太陽電池を通過した光を再利用することで発電効率を向上させる点においては、白色化による遮光性付与が有効である。
また更に、黒色化、青色化、を始めとする各種着色による遮光性付与により太陽電池モジュールの意匠性、装飾性を向上することができる。
なお、遮光性着色層における「光反射」には、光反射とともに光散乱も包含する。
遮光性着色層によって、光線を反射あるいは吸収させ、紫外線劣化を防ぐ目的のためには、300nm〜400nmの波長領域の光線透過率の最大値が10%未満であることが好ましく、5%未満であることがより好ましく、1%未満であることがさらに好ましい。
また、光反射によって発電効率を向上させるためには、一般的な太陽電池の吸収強度のある500nm〜700nmにおける反射率の平均値が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。
遮光性着色層の着色方法としては、着色剤として顔料を分散添加する方法及び/又は基材に非相溶なポリマーや微粒子を添加し、フィルム延伸時にブレンド界面で空隙、気泡を形成させる方法を用いることができる。
遮光性着色層を構成する樹脂としては、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。
なお、遮光性着色層を構成する基材として、ポリフェニレンエーテル(PPE)又はポリフェニルサルファイド(PPS)を用いても良い。
上記樹脂の中でも、高い耐熱性、強度、耐候性、耐久性、水蒸気等に対するガスバリア性を有するポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂が好ましい。特にポリエステル系樹脂からなる層は、銀蒸着などが容易で反射率を高める機能を付加し易く、ポリプロピレン系樹脂からなるフィルムは、耐加水分解性や耐候性が高く、経時安定性に優れ、且つ太陽電池モジュールの封止樹脂層との熱溶融接着性が良好であるという特徴を有する。
上記ポリエステル系樹脂としては、例えばポリ乳酸、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等が挙げられる。これらのポリエステル系樹脂の中でも、耐熱性、耐候性等の諸機能面及び価格面のバランスが良好なポリエチレンテレフタレートが特に好ましく用いられる。また、ポリエステルの黄変を防ぐためにフィルム表面処理を施したものも好ましく用いられる。
上記環状ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、シクロペンタジエン及びその誘導体、ジシクロペンタジエン及びその誘導体、シクロヘキサジエン及びその誘導体、ノルボルナジエン及びその誘導体等の環状ジエンを重合させてなるポリマー、当該環状ジエンとエチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン系モノマーの1種又は2種以上とを共重合させてなるコポリマー等が挙げられる。これらの環状ポリオレフィン系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるシクロペンタジエン及びその誘導体、ジシクロペンタジエン及びその誘導体又はノルボルナジエン及びその誘導体等の環状ジエンのポリマーが好ましい。
上記ポリエチレン系樹脂としては、エチレンの単独重合体、低密度ポリエチレン、直線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、メタロセン系触媒を用いて重合して得られたエチレン−α−オレフィン共重合体、及びこれらの混合物が挙げられる。
また、上記ポリプロピレン系樹脂としては、プロピレンの単独重合体、プロピレンの共重合体、リアクター型のポリプロピレン系熱可塑性エラストマー、及びこれらの混合物が例示できる。
プロピレンの共重合体としてはプロピレンとエチレンまたは他のα−オレフィンとのランダム共重合体(ランダムポリプロピレン)、またはブロック共重合体(ブロックポリプロピレン)、ゴム成分を含むブロック共重合体あるいはグラフト共重合体等が挙げられる。前記プロピレンと共重合可能な他のα−オレフィンとしては、炭素原子数が4〜12のものが好ましく、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、1−デセン等が挙げられ、その1種または2種以上の混合物が用いられる。通常、α−オレフィンの混合割合はプロピレンに対して1〜10質量%程度である。
着色に用いる顔料としては、白色顔料、黒色顔料等が好ましく挙げられる。白色顔料としては、特に限定されるものではないが、例えば炭酸カルシウム、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸鉛、硫酸バリウム、塩基性炭酸鉛、塩基性硫酸鉛、塩基性けい酸鉛、亜鉛華、硫化亜鉛、リトポンなどを使用することができる。酸化チタンとしては、ルチル型の方がアナターゼ型よりも光線を長時間ポリエステルフィルムに照射した後の黄変が少なく、色差の変化を抑制するのに適していることから好ましい。上記白色顔料の中でも、安定性、非重金属化合物の点から、ルチル型酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムおよび二酸化珪素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の無機微粒子が好ましく、硫酸バリウム、ルチル型酸化チタンがより好ましく、硫酸バリウムが更に好ましい。
硫酸バリウムは、物理的にも化学的にも安定であり、可視光線のほぼ全領域にわたって99%以上の反射率を示す良好な白色素材であり、白色の基準として用いられる物質である。また、着色化性、隠蔽性の高い材質であり、効率的に白色化が行われ、太陽電池用バックシートとして光線反射性の効果が高い。
また、黒色顔料としては、特に限定されるものではないが、カーボンブラック、黒色酸化鉄などが用いられ、中でも、長期安定性などの観点からカーボンブラックが好ましく用いられる。その他の色(青色、赤色、黄色など)を発現させるためには、染料や顔料を添加させること上述した樹脂に添加することが挙げられるが、長期安定性の観点から顔料の添加のほうが好ましい。
結晶シリコン型太陽電池は、温度が上がるにつれ発電効率が下がることが知られている一方で、色素増感型太陽電池では室温付近に発電効率のピークが存在するため、バックシートが光を吸収することで発電効率を向上させることが出来ると言われている。
結晶系太陽電池は、単結晶であれば黒色に近い色調を示し、多結晶であれば青色に近い色調を示す。そのため、バックシートが白色だと、モジュール全体が格子状に見え、意匠性が損なわれることがある。そこで、バックシートを黒色化、あるいは青色化することによってモジュール全体が一体化して見え、意匠性を高めることが出来る。
その他、赤色や黄色等とすることにより意匠性を高めることが出来る。
黒色化するには、カーボンブラック、黒色酸化鉄などが用いられる。長期安定性などの観点から、カーボンブラックが好ましく用いられる。その他の色(青色、赤色、黄色等)を発現させるためには、染料や顔料を添加させること上述した樹脂に添加することが挙げられるが、長期安定性の観点から顔料の添加のほうが好ましい。
<太陽電池用シートの層構成>
本発明の太陽電池用シートは、上述した内容の(I)層、(II)層、及び(III)層を各々少なくとも1層以上有する層構成とするものであり、下記に示す層構成が例示できる。なお、これ以外の層構成についても本発明の要旨に反しない限り、種々のものが可能である。
1:[(I)層/(II)層/(III)層]→ 封止樹脂層側
2:[(I)層/(II)層/(I)層/(III)層]→ 封止樹脂層側
3:[(I)層/中間層/(II)層/(III)層]→ 封止樹脂層側
4:[(I)層/(II)層/(I)層/(III)層/易接着層]→ 封止樹脂層側
上記層構成で(I)層、(II)層、及び(III)層以外の層は、太陽電池用シートに要求される特性に対応した層であり、当該層の具体的な内容については、後述する。
また、(I)層を複数記載しているものでは、その組成物の内容が相違するものも含まれている。
中でも、1の構成では、構成を簡素化することによる生産性の向上や、層界面が少ないことによる信頼性の観点から好ましく、2や4の構成では、耐熱性、耐久性、難燃性に優れる(I)層が全体に占める割合が大きいため高い信頼性を得ることができ、好ましい。
これらの層構成からなるシートは、使用する樹脂によっては、共押出成形法によって形成することができ、また、単層のフィルムとして形成した後に、ポリウレタン系接着剤等の公知の接着剤によってドライラミネーション法により形成することができる。その際、各層との接着性を向上するため、また、封止材やジャンクションボックスとの接着性を向上させるために、コロナ放電処理等の公知の処理を施しても構わない。
上記の例示した太陽電池用シートでは、全て(I)層が外表面に配置されており、後述する太陽電池モジュールに付属するジャンクションボックスや、鋼板や樹脂板等の被着体との長期にわたる密着性を発現し易い。
ここで、「外表面」とは太陽電池モジュールに組み込んだ場合の外部に露出する面を意味し、「内表面」とは太陽電池モジュールに組み込んだ際の封止樹脂層に接する面を意味する。
本発明の太陽電池用シートにおける(I)層の合計厚みのシート全体厚みに対する比率は、全体の厚みの50%を超えることが好ましく、65%以上とすることがより好ましく、80%以上とすることがさらに好ましい。(I)層を50%を超える範囲で形成することにより、難燃性、耐熱性、機械強度等、厚みが影響する特性を良好に発揮することができる。
複層構成のシートにおけるシート全体のガスバリア性は、最もガスバリア性が高い層によって決定され、厚み比の影響は小さい。そのため、(II)層の厚み比率は特に制限されることがなく、(II)層を配置することでバリア性に関する効果を発揮できる。
上述した各層を複層化した構成のシート全体の厚みは25μm以上であることが好ましく、50μm以上がより好ましく、75μm以上であることがさらに好ましく、100μm以上であることがさらに好ましい。厚みがこの範囲であれば機械強度が不足する等の不具合を生じがたく、また、上限値は特に決まっていないが、厚くなりすぎるとハンドリング性が低下するため、実用的には500μm以下であることが好ましく、400μm以下がより好ましく、300μm以下がさらに好ましい。
<その他の層構成 易接着層>
上記4にて示した層構成では、内表面に易接着層を設けている。この層を設けることにより、封止樹脂層との密着性を向上できる。易接着層は共押出、ドライラミネーション、コーティング等の公知の方法によって形成することができる。
共押出により形成する場合は、ポリオレフィン系樹脂(例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレンやポリプロピレン、環状ポリオレフィン)や変性ポリオレフィン系樹脂(例えば、不飽和カルボン酸変性ポリオレフィン系樹脂)、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の共重合ビニル化合物を使用することが好ましい。
また、上述の層をそれぞれ単独で形成したのち、ドライラミネーションにより複合化しても良い。コーティングにより形成する場合は、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を使用することが耐久性の観点から好ましい。
なお、この易接着層は上記1、3の内表面に設けても良い。易接着層の厚みは、共押出やドライラミネーションによって形成される場合は5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、25μm以上がさらに好ましい。この範囲であれば良好な接着性を発現することができ好ましい。上限値は特に定まっていないが、150μm以下であればハンドリング性の観点から好ましい。
コーティングにより形成する場合は0.5μm以上が好ましく、1μm以上が好ましく、2μm以上が好ましい。上限値は特に定まっていないが、20μm以下であれば効率的に作製可能であり好適である。
<その他の層構成 中間層>
上記3にて示した層構成では、(I)層と(II)層の間に中間層を配置しており、中間層を形成することにより、太陽電池用シート全体としての厚みを増すことができ、機械強度、絶縁性、耐熱性をさらに向上させることができる。中間層に使用する樹脂としては、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。
上記の中でも、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等のオレフィン系樹脂は耐加水分解性に優れるため耐久性に優れ、また比重が軽いことからシート全体の軽量化を図れるという利点があり、ポリエステル系樹脂のうち、特に二軸延伸してなるものは非常に高い機械強度(弾性率)を有するため好ましい。フッ素系樹脂は難燃性と耐久性を兼ね備えており物性を向上させることができる。
<その他の層構成>
また、太陽電池モジュールとして形成されるときに外表面となる側に、耐擦傷性や防汚性等の表面特性を発現させるために公知のハードコート処理や防汚処理を施しても構わない。
上述した内容の層構成からなる太陽電池用シートでは、(I)層として、難燃性に優れているポリフェニレンエーテル系樹脂、又はポリフェニルサルファイド系樹脂を使用することで、シート全体での難燃性を向上することができる。難燃性を有することで、火災が発生した際の延焼を防止することができる。難燃性の評価は燃焼試験による燃焼挙動によって判断される。
(I)層で使用する樹脂は、前述のとおり難燃性に優れる樹脂であり、さらに難燃性を向上するためには(I)層中のPPE又はPPSの含有量を上げる、難燃剤の添加量を上げる、滑剤等成分を少なくする方法があり、さらには(I)層厚みの全体に対する厚み比率を大きくする等の方法がある。
太陽電池用シートは、外部環境にさらされるため、太陽電池素子を長期間安定して保護するためには、耐久性の1つである耐加水分解性が必要になる。これは、任意の環境下における促進評価後の物性を測定することで評価される。耐加水分解性を付与するには、(添加剤等の)低分子量成分を少なくしたり、加水分解性を有する組成(ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート等)を少なくしたりすればよい。また、加水分解防止剤(カルボジイミド等)を混合することも可能である。
引張弾性率や引張破断伸度等で代替される機械強度は、モジュール形成工程におけるハンドリング性や、モジュール設置後の外部衝撃からの太陽電池素子の保護等のために必要となるが、これ付与するには太陽電池用シートの厚みを大きくしたり、エラストマー等の耐衝撃性を有する成分を層中に添加したりすればよい。
また、一般的な封止樹脂である架橋EVAは、架橋工程が150℃程度で、30分ほどである。従って、太陽電池モジュール形成工程においてトラブルを回避するためには、耐熱性を有し、寸法変化が小さいことが必要となる。この耐熱性を発現するためには、荷重たわみ温度が100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがさらに好ましく、140℃以上であることがより好ましい。荷重たわみ温度が100℃以上であれば耐熱性に不足し寸法変化が大きくなる等の不具合を生じがたく、また、上限値は特に定められていないが、200℃以下であることが好ましく、180℃以下であることがより好ましく、160℃以下でることがさらに好ましい。荷重たわみ温度が200℃以下であれば上述の剪断粘度が高くなりすぎ生産性に劣る等の不具合を生じがたい。
(I)層にポリフェニレンエーテル系樹脂を使用する場合、一般的にポリフェニレンエーテルとポリスチレンとの2成分ブレンド系では、配合比率によって荷重たわみ温度が線形に推移し、ポリフェニレンエーテルが100%から0%までの間で、荷重たわみ温度は約190℃から約80℃まで変化する。従って、荷重たわみ温度を向上させるためには、ポリフェニレンエーテルの含有量を上げることが有効であり、また、荷重たわみ温度を低下させる難燃剤や可塑剤等の添加量を下げたり、ポリフェニレンサルファイドやポリアミド等の高耐熱性樹脂をブレンドしたり、無機充填材を配合したりすることも有効である。
また、表面の滑り性を向上させ、モジュール組み立て時や施工時のハンドリング性を向上させる目的で、表面に凹凸を形成する処理を施しても良い。表面に凹凸を形成するためには、フィルム成形時にエンボスを施す方法や、表面層にシリカやタルク等の無機粒子を入れる方法、無機粒子を含有する層を共押出して、冷却固化後に剥離する方法等、任意の手段を用いて構わない。もちろん、意匠性等の観点からコーティング等公知の手法を用いて表面を平滑化しても良い。
また、PPEおよびPPSは汎用エンプラとして大量に供給されているため、今後の需要の増加が予想される太陽電池用途として、今後さらに消費量が拡大しても供給安定性を有するという点でも好ましい。
<太陽電池モジュール>
本発明の太陽電池モジュールは、既述の本発明の太陽電池用シートが設けられてなる。具体的には、図1に示すように、太陽光受光側から順に、透明基板10、封止樹脂層12A、太陽電池素子14A,14B、封止樹脂層12B、本発明の太陽電池用バックシート16が積層されてなり、さらに、太陽電池用バックシート16の下面にジャンクションボックス18(太陽電池素子から発電した電気を外部へ取り出すための配線を接続する端子ボックス)が接着されてなる。太陽電池素子14A及び14Bは、発電電流を外部へ電導するために配線20により連結されている。配線20は、太陽電池用バックシート16に設けられた貫通孔(不図示)を通じて外部へ取り出され、ジャンクションボックス18に接続されている。
太陽電池モジュールは内部へ水分が浸入すると劣化が生じるため、ジャンクションボックスのような付属品を取り付ける際には、太陽電池モジュールの内部に外気が侵入することのないよう、シール性を十分に確保する必要があるが、本発明の太陽電池用シートによれば、加熱処理だけで接着できるため、容易で確実に外気の浸入を防ぐことが可能となる。
ここでジャンクションボックス18と太陽電池用バックシート16との接着方法としては、シリコンやエポキシ等のシーラントで接着する方法、発泡EPDMラバーにアクリル粘着剤を塗布した粘着テープ等で接着する方法、ネジ等を用いて機械的に接着する方法などが挙げられるが、作業工程の簡便さと長期接着性からシリコンシーラントによる接着が一般的である。
透明基板としては、ガラス又はプラスチックのシート及び/又はフィルムが使用される。プラスチックの場合は、ガスバリア性を付与する目的で、これに当該太陽電池用バックシートを構成するガスバリア性フィルムと同様にして無機薄膜を形成したり、耐熱性、耐候性、機械強度、帯電性、寸法安定性等を改良する目的で、架橋剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、強化繊維、難燃剤、防腐剤等を添加したり、また、これに各種シート及び/又はフィルムを積層することができる。透明基板の厚みは、強度、ガスバリア性、耐久性等の点から適宜設定できる。
<太陽電池モジュール 封止樹脂層>
封止樹脂層には、透光性、衝撃吸収性や、透明基板、太陽電池素子、太陽電池用バックシートとの接着性を兼ね備える各種樹脂が使用される。例えば、ポリオレフィン系樹脂(1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、4−メチル−1− ペンテンのようなα−オレフィン等の1種又は2 種以上の共重合成分とエチレンの共重合体、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/非共役ジエン共重合体、エチレン/アクリル酸エチル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/酢酸ビニル/メタクリル酸グリシジル共重合体及びエチレン/プロピレン−g−無水マレイン酸共重合体等のエチレン系樹脂)、エチレン酢酸ビニル系樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリオレフィン系樹脂及びエチレン酢酸ビニル系樹脂が好ましい。なお、封止樹脂層の厚みは50μm〜600μmのものが一般に用いられている。
また、封止樹脂層には、ラジカル発生剤、架橋剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等を添加することができる。
ポリフェニレンエーテル系樹脂層はオレフィン系樹脂やエチレン酢酸ビニル系樹脂と親和性を有するため、良好な密着性を発現でき好ましい。さらに、これらの樹脂に後述するラジカル発生剤を含有させることで、ポリフェニレンエーテルが有する活性水素とラジカルとが反応し架橋構造を形成することで、両層の密着性を著しく向上させることができる。
ラジカル発生剤としては、特に制限はないが、有機過酸化物や、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、高分子アゾ化合物等のアゾ化合物、アリル錫、トリエチルボラン等の有機金属化合物等が挙げられる。中でも、後述する有機過酸化物を用いることが好ましい。
なお、ポリオレフィン系樹脂、エチレン酢酸ビニル系樹脂を封止樹脂層に使用する場合には、耐熱性向上や機械強度を高める等の目的のため架橋剤を配合して架橋構造を持たせることが好ましく、この架橋剤としては、有機過酸化物や、シランカップリング剤等が用いられるが、中でも、有機過酸化物を使用すれば上述のラジカル発生剤としても作用し好ましい。特に100℃以上でラジカルを発生し、半減期10時間の分解温度が70℃以上であるものが反応速度と配合時の安全性の観点から好適に使用される。
このような有機過酸化物としては、例えば2,5−ジメチルヘキサン;2,5−ジハイドロパーオキサイド;2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン;3−ジ−t−ブチルパーオキサイド;t−ジクミルパーオキサイド;2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン;ジクミルパーオキサイド;α,α'−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン;n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン;2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン;1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン;1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン;t−ブチルパーオキシベンゾエート;ベンゾイルパーオキサイド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、成形加工上、基材樹脂100質量部に対して5質量部以下であることが好ましく、3質量部以下であることがより好ましく、架橋反応を進行させるためには0.25質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、0.75質量部以上であることがさらに好ましい。
<太陽電池モジュール 太陽電池素子>
太陽電池素子は、封止樹脂層間に配置され配線される。例えば、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、各種化合物半導体型、色素増感型、有機薄膜型等が挙げられる。
<太陽電池モジュール 製造方法>
太陽電池モジュールの製造方法としては、特に限定されないが、一般的に、透明基板、封止樹脂層、太陽電池素子、封止樹脂層、太陽電池用バックシートの順に積層する工程と、それらを真空吸引し加熱圧着する工程を有する。
太陽電池モジュールは、当該太陽電池用シートの優れた耐久性、難燃性、寸法安定性及び高い機械強度により、小型、大型や屋内、屋外に関わらず各種用途に好適に使用できる。
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
以下に太陽電池用シートを作製する際に用いた構成材料を例示する。
複層構成の場合の層間の接着には、特に記載しない場合、東洋インキ製造社製ポリエステル系接着剤「DYNAGRAND IS−063」を主剤とし、ポリイソシアネート系硬化剤「DYNAGRAND LCR−085」を硬化剤とした硬化型接着剤を用いた。主剤100%に硬化剤12.5%を混合した後、酢酸エチルにて希釈しバーコーターを用い乾燥後膜厚み5μmになるよう塗布した。
PPE1:ポリフェニレンエーテル系樹脂組成物(荷重たわみ温度;150℃、ポリフェニレンエーテル89質量%含有、リン酸トリフェニル7質量%含有 SABICイノベーションプラスチックス社製、商品名「ノリルN300」)を用い、φ65mm押出機、バレル設定温度240〜300℃に設定し、1150mm巾単層口金(設定温度300℃)で押出、80℃に設定したキャストロールで冷却固化し、キャストロールの速度を調整することで、50μmの厚みのシートを作製した。
PPE2:キャストロールの速度を調整することで、50μmの厚みを100μmとした以外はPPE1と同様にしてシートを作製した。
PPS1:ポリフェニレンサルファイド系樹脂組成物(300℃、100sec-1における剪断粘度520pa・s、ポリプラスチックス社製、商品名「フォートロン0220C9」)を用い、φ65mm押出機、バレル設定温度240〜300℃に設定し、1150mm巾単層口金(設定温度300℃)で押出、150℃に設定したキャストロールで冷却固化し、キャストロールの速度を調整することで、100μmの厚みの結晶化シートを作製した。
PET1:ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂フィルム(東レ社製 ルミラーX10S、厚み50μm)。
PEN1:ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂フィルム(帝人デュポン社製 テオネックスQ51C、厚み25μm)。
ETFE1:ポリエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)樹脂フィルム(旭硝子社製 アフレックス、厚み25μm)。
PET2:白色PET樹脂フィルム(東レ社製 ルミラーE20、厚み188μm)。
PET3:シリカ蒸着PET樹脂フィルム(厚み12μm)。AL1:アルミニウム箔(20μm)。
COC1:環状オレフィンコポリマー(COC)樹脂フィルム(ポリプラスチックス社
製 TOPAS、厚み50μm)。
HDPE1:高密度ポリエチレン(HDPE)樹脂100質量%に対し、酸化チタンを20質量%含有する樹脂フィルム(厚み100μm)。
LDPE1:低密度ポリエチレン(LDPE)樹脂フィルム(厚み50μm)。
PP1:黒色顔料(カーボンブラック)を含有したポリプロピレン(PP)樹脂フィルム(厚み100μm)。
なお、以下の参考例に示す通り、(II)層であるガスバリア性層として無機薄膜層を基材上に形成したものを採用する場合には、基材上に特定の耐候性コート層を配することが組合せの点から有効である。
ガスバリア性フィルム:基材フィルムとして、厚さ12μmの二軸延伸PETフィルム(三菱樹脂社製「H100C12」)を用い、その片面にコロナ処理を施し、表1に示す耐侯性コート液をグラビアコート法で塗布し乾燥後膜厚0.1μmの耐候性コート層を形成した。
次いで、真空蒸着装置を使用して1×10-5Torrの真空下でSiOを高周波加熱方式で蒸発させ、コート層上に厚さ20nmのSiOx(x=1.7)薄膜を有するガスバリア性フィルムを得た。
ここで、無機薄膜の組成については、島津製作所製ESCA−3400を用い分析し、無機薄膜の厚みについては、ガスバリア性フィルムを樹脂に包埋し、その断面方向に超薄切片を作製したものを透過型電子顕微鏡で観測した。
耐侯コート液:下記原料を用い、表1に示す比率で混合し耐侯コート液とした。
PCL1:(ポリカプロラクトンジオール)ダイセル化学工業社製「プラクセル205」
EPX1:(エポキシ樹脂)ナガセケムテックス社製「デナコールEX252」
PCD1:(ポリカーボネートジオール)日本ポリウレタン社製「ニッポラン982R」
ICN1:(イソシアネート樹脂)日本ポリウレタン社製「コロネートL」
PVB1:(ポリビニルブチラール樹脂)積水化学工業社製「エスレックBL−1」
ACR1:(アクリル系共重合体)窒素ガス気流下、酢酸エチル中、以下に示す重合性単量体成分からなる原料と重合開始剤(ベンゾイルパーオキサイド)1質量%を80℃で混合し、アクリル系共重合とした。
[重合性紫外線安定性単量体]
4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6、−テトラメチルピペリジン(3質量%)
[重合性紫外線吸収性単量体]
2−[2’−ヒドロキシ−5’−(メタクリロイルオキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(1質量%)
[シクロアルキル(メタ)アクリレート]
シクロヘキシルメタクリレート(40質量%)
[水酸基を有する重合体不飽和単量体]
ヒドロキシエチルメタクリレート(5質量%)
[その他の重合体不飽和単量体]
n−ブチルメタクリレート(20質量%)
n−ブチルアクリレート(30.5質量%)
メタクリル酸(0.5質量%)
ICN2:(イソシアネート樹脂)住友バイエルウレタン社製「スミジュールN−3200」
上記のガスバリア性フィルムを下記フィルムで複合化し、評価用シートとした。
PET4:白色PET樹脂フィルム(硫酸バリウム15質量%含有、厚み150μm)。
PEN2:PEN樹脂フィルム(帝人デュポン社製 テオネックスQ65F、厚み50μm)。
コロナ処理を施したPEN2に接着剤を塗工し、ガスバリア性フィルムの無機薄膜面と貼り合わせた。次いで、コロナ処理を施したPET4に接着剤を塗工し、ガスバリア性フィルムのPET面と貼り合わせた。
接着剤としては、いずれも東洋モートン社製「AD−76P1」と「CAT−10L」との混合物を用い、乾燥後膜厚は10g/cm2とした。
・水蒸気透過率
ガラス板とエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)シート(三井化学ファブロ社「ソーラーエバSC4」と作製した太陽電池用バックシートを重ね、EVAシートとバックシートの間にはその中央部に剥離フィルムを挟んだ形態で、真空圧着を150℃15分行い一体化し、更に、ガラス板/EVAシート/太陽電池用バックシートを150℃30分加熱した。それらを85℃85RH%で1000時間、3000時間保管した後に、剥離フィルム面積部分のバックシートを切り出し、2日間室温下で風乾し、水蒸気透過率装置(イリノイ社製Model7002を用いて40℃90RH%条件で測定した。
参考例1〜4より、耐侯性コート層を配することで、耐湿熱試験後の水蒸気透過率が保持されることがわかる。参考例5より、耐侯性コート層がないものは、1000時間の処理により水蒸気透過率の値が上昇(ガスバリア性が低下)していることがわかる。
太陽電池用シートを構成する上記フィルムを用いて下記の評価を行った。その結果を表2に示す。
・耐熱性
100mm×100mm角にサンプルを切り取り、150℃に設定した循環式オーブン中で30分サンプルを処理した後、寸法変位量の原寸に対する割合の絶対値%値で測定し、フィルムの長手方向と直行方向のいずれか大きいほうの値を記し、下記基準で評価した。
◎:0.5%以下
○:1.0%以下
△:3.0%以下
×:3.0%を超える
・耐久性
高度加速寿命試験機(プレッシャークッカー試験機;エスペック製EHS−211M)中、温度120℃、湿度100%、2気圧の条件にて144時間サンプルを処理し、取り出したサンプルの引張破断応力値をJISK7127に準じて、温度23℃、試験速度200mm/分の条件で測定した。
初期の測定値に対する加速試験後の測定値の割合を%値で測定し、下記基準で評価した。
○:保持率が80%以上
△:保持率が50%以上80%未満
×:保持率が50%未満またはサンプル形状を維持できない
・難燃性
長さ200mm×幅50mmに試験片を切り出し、巾方向に円筒状にまき、側面を接着テープで固定した。この円筒をクランプで垂直に固定しクランプを用いて垂直にサンプルを固定し、ガスバーナを用いて20mm炎を下端に3秒間接炎を2回実施し、以下の判断基準に基づいてその難燃性を評価した。
○:燃焼持続時間が30秒以内で、溶融樹脂の滴下がない
×:燃焼持続時間が30秒を超える、あるいは溶融樹脂の滴下がある
・ジャンクションボックス接着性
サンプル表面にシリコンシーラント(モメンティブ社製「TSE392」)を塗布(乾燥後膜厚み:500μm)し、その密着力を評価した。
○:良好に密着している
×:浮きや剥がれがある。または、密着しているが容易に剥がれる
参考例6、7から明らかなように、PPEまたはPPSを用いることで耐熱性、耐久性、難燃性、ジャンクションボックス接着性に優れることが分かる。参考例8、9からPET、PENのポリエステル系樹脂を用いると耐久性、難燃性に劣ることが分かる。参考例10からCOCを用いると難燃性に劣ることが分かる。参考例11からETFEを用いるとジャンクションボックス接着性に劣ることが分かる。
つぎに、下記表3に示す構成で太陽電池用シートを作製した。上記以外の評価項目の測定方法は次の通りである。
・ガスバリア性
JIS K7129により、温度40℃、湿度90%の条件下で測定された水蒸気透過率の値(g/m2・24hr)。
・隠蔽性
サンプルを50mm角の大きさに切り出し、積分球が取り付けたられた分光光度計(「U―4000」、(株)日立製作所製)にて波長240nmから800nmまで走査周期0.5nmにて光線透過率を測定した。300nm〜400nmの光線透過率の最大値を表2に示した。
・反射性
サンプルを50mm角の大きさに切り出し、積分球が取り付けたられた分光光度計(「U―4000」、(株)日立製作所製)にて波長240nmから800nmまで走査周期0.5nmにて光線反射率を測定した。400nm〜700nmの光線反射率の平均値を表2に示した。
実施例1〜5は耐熱性、耐久性、難燃性、接着性に優れた(I)層とバリア性を有する(II)層および遮光性を有する(III)層を含んでいるため、太陽電池用シートとしての信頼性に優れるものである。また、実施例1〜5ではオレフィン系樹脂が封止材と接するために封止材密着性に優れる。さらに、実施例1〜3は反射性を有するため、太陽電池モジュールとして使用された際の発電効率向上に寄与できて好ましく、実施例4,5は黒色の外観を持つため、意匠性が要求される用途や、セルの温度を高めて発電効率を向上させる用途において好ましい。なお、実施例1、3〜5は簡素化された構成であり、生産性の観点からも優れている。
比較例1、3はポリエステル系樹脂が外表面に露出するために耐久性、難燃性に劣り(参考例8、9参照)、特に、比較例1ではポリエステル系樹脂が封止材と接するため封止材密着性に劣る。比較例2ではフッ素系樹脂が両表面に配置されるためにジャンクションボックス、封止材いずれとも十分な接着性を発現することができない(参考例11参照)うえ、光が透過するため、シートが耐侯変色(黄変)してしまう不具合がある。
10・・・透明基板
12A,12B・・・封止樹脂層
14A,14B・・・太陽電池素子
16・・・太陽電池用バックシート
18・・・ジャンクションボックス
20・・・配線

Claims (6)

  1. 下記(I)層、(II)層、及び(III)層を各々少なくとも1層以上有してなる太陽電池用シート。
    (I)層:ポリフェニレンエーテル又はポリフェニルサルファイドを主成分とする樹脂組成物からなる層、
    (II)層: 水蒸気透過率(測定方法:JIS K7129)が10g/m2・24hr未満であるガスバリア性層
    (III)層:遮光性着色層
  2. 前記(II)層が、下記(a)〜(e)から選択されてなる請求項1に記載の太陽電池用シート。
    (a)金属薄膜層
    (b)無機薄膜層
    (c)環状オレフィン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリクロロトリフルオロエチレンから選択される樹脂を主成分とする樹脂層
    (d)平板状無機粒子を含有する樹脂層
    (e)ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂、及びエポキシ系樹脂から選択される樹脂を主成分とするコーティング層
  3. 前記(III)層が、遮光性白色フィルム、又は遮光性黒色フィルムからなる請求項1又は2に記載の太陽電池用シート。
  4. 前記(II)層が耐侯性コート層および無機薄膜層を含み、該耐侯性コート層が、(イ)ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリカーボネートポリオールの架橋物、(ロ)変性ポリビニルアルコールの架橋物、及び(ハ)紫外線安定性基、紫外線吸収性基、及びシクロアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有するアクリル系共重合体、から選ばれる少なくとも一種からなる請求項1又は2に記載の太陽電池用シート。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池用シートが設けられてなる太陽電池モジュール。
  6. 太陽電池用シートの一方の面にジャンクションボックスが接着されてなる請求項5に記載の太陽電池モジュール。
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