JP2002083989A

JP2002083989A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2002083989A
Application number: JP2000273037A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Ishii; 良治石井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、表面保護フィルム材自体で防汚性を
持たせるのではなく、防汚剤からなる防汚層を表面保護
フィルムに形成した太陽電池モジュールの表面に、汚れ
が付着することを防止し、また付着・蓄積した大気中の
水性または油性の塵埃等の汚れが雨等によって容易に洗
い流され除去できる優れた防汚性を有する太陽電池モジ
ュールを提供することを目的とする。【解決手段】基材フィルム上に、撥水性および撥油性を
持つ防汚層を設けてなる表面保護フィルムの該基材フィ
ルム側と、光起電力素子を配置した受光面ととの積層体
より構成されたことを特徴とする太陽電池モジュールで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュー
ルに係わり、特に表面の防汚層に優れた表面保護フィル
ムを設けた太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、従来の化石燃料のエネルギ
ーに取って代わるクリーンなエネルギー源としてすでに
実用化されている。現段階では、光起電力素子の光電交
換効率の向上と使用用途ごとの応用展開の面で開発が進
められている。図２に示すように、一例として、従来の
太陽電池モジュール２０の構成は、絶縁基材２１に光起
電力素子２２（端子などは図示せず）が設けられ、前記
光起電力素子の保護層としての透明充填材層２３、さら
に表面フィルム２４が設けられている。光は表面フィル
ム２４、透明充填材層２３を通り光起電力素子２２で電
気エネルギーに変換する。

【０００３】表面フィルム２４および透明充填材層２３
は、光の透過性が良く、光劣化せず耐候性および耐熱性
が必要とされる。また、最表面は、常に大気中に接して
いることから、汚染物質が付着しにくく、かつ汚染物質
を除去しやすい防汚性が要求される。透明充填材層２３
には、外部からの衝撃から光起電力素子２２を保護する
ために耐衝撃性が求められる。

【０００４】こうした要求に対して、太陽電池に表面フ
ィルムを用いて、防汚性をもたせる技術が提案されてい
る。その材料として、テトラフルオロエチレン−エチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチ
レン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポ
リフッ化ビニリデン共重合体などの含フッ素重合体を用
い、充填材層２３にはエチレン−酢酸ビニル共重合体
（ＥＶＡ）、ブチラール樹脂を用いる太陽電池モジュー
ルが特開平７−２９７４３９号公報に記載されている。
しかし、含フッ素重合体は、本質的に他の材料との接着
性に劣り、表面フィルムや充填材層の剥離が問題とな
る。そこで、例えば、特開平１１−２１７５５８号公報
には、含フッ素系エチレン性単量体をヒドロキシルキ
基、カルボキシル基、カルボン酸塩、カルボキシルエス
テル基およびエポキシ基よりなる群から選ばれた少なく
とも１種の官能基を有する官能基含有フッ素系エチレン
性単量体とを共重合してなる官能基を有する含フッ素エ
チレン重合体を用いて、接着性に優れた含フッ素重合体
を持つ太陽電池モジュールが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】表面フィルム材自体で
防汚性を持たせた太陽電池モジュールにおける従来の防
汚層では、撥水性や撥油性を持っていても水分や油分が
表面に残り、太陽光の散乱や吸収が起こるので効率が低
下する恐れがある。また、太陽電池より得られる電力量
は、その面積に比例して大きくなるので、広い太陽電池
の設置場所が必要となるが、その設置場所として住宅の
屋根を使うことは電力消費場所に接近していることもあ
って適している。太陽電池モジュールの表面に付着・蓄
積した大気中の水性または油性の塵埃が雨等によって容
易に洗い流されるように大きく傾斜させて太陽電池モジ
ュールを屋根に設置することが望ましいが、屋根に大き
く傾斜させて太陽電池モジュールを設置しようとして
も、住宅や建築物の多種多様な形態から制限される場合
が多い。

【０００６】本発明は、上記従来技術の課題を解決しよ
うとするものであり、表面フィルム材自体で防汚性を持
たせるのではなく、防汚剤からなる防汚層を表面保護フ
ィルムに形成した太陽電池モジュールの表面に、汚れが
付着することを防止し、また付着・蓄積した大気中の水
性または油性の塵埃等の汚れが雨等によって容易に洗い
流され除去できる優れた防汚性を有する太陽電池モジュ
ールを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の発明は、基材フィルム上に、撥水性およ
び撥油性を持つ防汚層を設けてなる表面保護フィルムの
該基材フィルム側と、光起電力素子を配置した受光面と
との積層体より構成されたことを特徴とする太陽電池モ
ジュールである。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
太陽電池モジュールにおいて、前記防汚層が、蒸留水ま
たはｎ−ヘキサデカンでの転落角が３０°以下で、且つ
静摩擦係数および動摩擦係数が０．３以下であることを
特徴とする。

【０００９】また、請求項３の発明は、請求項１または
２記載の太陽電池モジュールにおいて、前記防汚層が、
下記一般式（１）で示されるパーフルオロポリエーテル
基含有シランカップリング剤からなることを特徴とす
る。

【００１０】

【化２】

【００１１】（但し、式中Ｒｆは炭素数１〜１６の直鎖
状または分岐状パーフルオロアルキル基、ｎは１〜５０
の整数、ｍは０〜３の整数、ｌは０〜３の整数、ｓは０
〜６の整数、Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基を表
し、且つ６≧ｍ＋ｌ>０を満たす。）

【００１２】また、請求項４の発明は、請求項１〜３の
いずれか１項に記載の太陽電池モジュールが、フィルム
状の形態を有することを特徴とする太陽電池モジュール
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一例としての実施
の形態について図を参照しながらを詳細に説明する。図
１は、本発明の太陽電池モジュールの一例の構成を示し
た断面図である。本発明の太陽電池モジュール１０は、
絶縁基材１１に光起電力素子１２（端子などは図示せ
ず）が設けられ、前記光起電力素子の保護層としての透
明充填材層１３、さらに表面保護フィルム１４に、定着
層１５を介して、防汚層１６が設けられている。光は防
汚層１６、定着層１５、表面フィルム１４、透明充填材
層１３を通り光起電力素子１２で電気エネルギーに変換
する。

【００１４】本発明において用いられる光起電力素子１
２は、特別の仕様とする必要はなく、特に限定されるも
のではないが、半導体活性層または化合物半導体層、と
くにシリコン系半導体層を含んでいるものが用いられ
る。シリコン系半導体層としては、たとえばアモルファ
スシリコン半導体層、単結晶シリコン半導体層、多結晶
シリコン半導体層などがあげられるが、量産性、低コス
ト化が可能なアモルファスシリコン半導体を含むのが好
ましい。

【００１５】本発明において用いられる充填材層１３
は、特にエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が透
明性、柔軟性があり、素子や絶縁基材などとの接着もよ
く安価である点からも好ましい。

【００１６】また、本発明において用いられる表面フィ
ルム１４としては、透明性があって、耐衝撃性、耐熱
性、耐久性などの点から、ポリオレフィン系（ポリエチ
レン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（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）、
ポリアミド#系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、
ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビ
ニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、アクリル、
セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセ
ルロース、セロファン等）が使用できる。

【００１７】本発明において用いられる絶縁基材１１も
しくは表面フィルム１４の基材は、単層、或いは複数の
有機高分子を積層したものでも良い。また、その厚み
は、特に限定されるものではないが、０．０１〜５ｍｍ
が好ましい。

【００１８】光起電力素子の光入射側に配置された表面
フィルムの最表面に形成された防汚層１４は、蒸留水ま
たはｎ−ヘキサデカンでの転落角が３０°以下、好まし
くは２０°以下、且つ、静摩擦係数と、動摩擦係数が
０．３以下、好ましくは０．１以下であるために、防汚
層表面の滑り性が高く、汚染物質との付着力が小さくな
る。従って、汚れを付着することを防止し、また、付着
しても容易に除去できるようになる。一方、防汚層の蒸
留水またはｎ−ヘキサデカンでの転落角が３０°以上、
且つ、静摩擦係数と、動摩擦係数が０．３以上の場合
は、防汚層表面の滑り性が低く、汚染物質との付着力が
高くなる。汚れが付着しやすく、また、除去しにくくな
る。

【００１９】上記の転落角は、転落角計（ＣＡ−Ｘ型：
協和界面科学(株)製）を用いて、乾燥状態（２０℃−６
５％ＲＨ）で６３μｌの蒸留水またはとｎ−ヘキサデカ
ンを使用した液滴を針先に作り、これを水平な基材表面
上に接触させて液滴を作り、基材を徐々に傾けていく
と、液滴は徐々に変形し、傾斜角度がある角度に達した
とき、液滴は下方へ滑り出す。このときの傾斜角度を転
落角と定義して、測定して得られた値である。

【００２０】また、上記摩擦係数は、ＪＩＳＫ７１
２５（プラスチックフィルム及びシートの摩擦係数試験
方法)に基づいて定義された摩擦係数（静摩擦係数(μ
ｓ)および動摩擦係数(μｋ)）を、自動摩擦・摩耗解析
装置（ＤＦＰＭ−ＳＳ型：協和界面科学(株)製）を用い
て測定した値である。

【００２１】上記の性能を持つ防汚層は、パーフルオロ
ポリエーテル基含有シランカップリング剤からなってお
り、特に、下記一般式（１）で示されるパーフルオロポ
リエーテル基含有シランカップリング剤からなることに
よって上記の性能を実現できる。

【００２２】

【化３】

【００２３】上記一般式（１）において、Ｒｆは炭素
数１〜１６の直鎖状または分岐状パーフルオロアルキル
基であり、特に、ＣＦ₃−、Ｃ₂Ｆ₅−、Ｃ₃Ｆ₇−が好ま
しい。また、ｎは１〜５０の整数、ｍは０〜３の整数、
ｌは０〜３の整数、ｓは０〜６の整数、Ｒは炭素数１〜
１０のアルキル基を表し、且つ６≧ｍ＋ｌ>０を満た
す。特に、―ＣＨ₃、―Ｃ₂Ｈ₅が好ましい。これらの防
汚層は、ウエットコーティング法（ディップコーティン
グ法、スピンコーティング法、フローコーティング法、
スプレーコーティング法、ロールコーティング法、グラ
ビアコーティング法等）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法(真空蒸着法、反
応性蒸着法、イオンビームアシスト法、スパッタリング
#法、イオンプレーティング法等)、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法等の公
知の方法により形成される。特に、ウエットコーティン
グ法、ＰＶＤ法が好ましい。

【００２４】本発明における定着層１５は、防汚層１６
と表面保護フィルム１４の間に、例えば、二酸化ケイ素
などの金属酸化物からなり、定着層１５を介して防汚層
１６が表面保護フィルム１４に積層できるようにしてい
る。防汚層単体での表面保護フィルムとの密着性が悪い
ため、定着層１５を間に設けて防汚層の密着性を高め
る。

【００２５】上記金属酸化物は、例えば、金属酸化物な
らば二酸化珪素や一酸化珪素、二酸化チタンなどを用い
る。ただし、透明であるなら、特に限定されるものでは
ない。金属酸化物からなる定着層の形成方法としては、
ウエットコーティング法（ディップコーティング法、ス
ピンコーティング法、フローコーティング法、スプレー
コーティング法、ロールコーティング法、グラビアコー
ティング法等）、ＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏ
ｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（真空蒸着法、反応性蒸
着法、イオンビームアシスト法、スパッタリング#法、
イオンプレーティング法等）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法等の公知の
方法により形成される

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【００２７】＜実施例１＞表面フィルム（ポリエチレ
ン）上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を積層したものを
防汚層の被処理材とする。下記式（２）で示される防汚
剤として、パーフルオロポリエーテル基含有シランカッ
プリング剤をモリブデンボート上に乗せ、真空蒸着法
(抵抗加熱法)により、真空蒸着機内を５×１０^-3Ｐａ以
下に真空排気した後、ボートを４００℃に加熱蒸発さ
せ、防汚層の被処理材である表面フィルムのＳｉＯ₂積
層した面上に成膜し、防汚層を作製した。その防汚層を
下記に示した〈物性評価方法〉に基づいて、評価したそ
の結果を表１に示す。

【００２８】

【化４】

【００２９】〈物性評価方法〉（ａ）接触角測定接触角計（ＣＡ−Ｘ型：協和界面科学(株)製）を用い
て、乾燥状態（２０℃−６５％ＲＨ）で１．８μｌの液
滴を針先に作り、これを基材（固体）の表面に接触させ
て液滴を作った。接触角とは、固体と液体が接する点に
おける液体表面に対する接線と固体表面がなす角で、液
体を含む方の角度で定義した。測定液体には、蒸留水と
ｎ−ヘキサデカンを使用した。

【００３０】（ｂ）転落角測定転落角計（ＣＡ−Ｘ型：協和界面科学(株)製）を用い
て、乾燥状態（２０℃−６５％ＲＨ）で６３μｌの液滴
を針先に作り、これを水平な基材（固体）表面上に接触
させて液滴を作った。次にこの固体試料を徐々に傾けて
いくと、液滴は徐々に変形し、傾斜角度がある角度に達
したとき、液滴は下方へ滑り出す。このときの傾斜角度
(転落角)、前進角、後退角を測定した。測定液体には、
蒸留水とｎ−ヘキサデカンを使用した。

【００３１】（ｃ）摩擦係数測定自動摩擦・摩耗解析装置（ＤＦＰＭ−ＳＳ型：協和界面
科学(株)製）を用いて、ＪＩＳＫ７１２５（プラスチ
ックフィルム及びシートの摩擦係数試験方法)に基づい
て、各試料の摩擦係数（静摩擦係数(μｓ)、動摩擦係数
(μｋ)）を測定した。測定条件は、以下のようにした。（１）サファイアによる点接触（２）荷重：２００ｇ（３）ストローク：５０．０ｍｍ（４）測定速度：１．７ｍｍ／ｓ

【００３２】＜比較例１＞防汚剤としてＣＦ₃（ＣＦ₂）
₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＮＨ）_3/2（信越化学工業(株)製、
商品番号「ＫＰ８０１Ｍ」）を用いた以外は、実施例１
と同様にして防汚層を作製した。その防汚層を実施例１
と同様の評価方法で評価した。その結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１の結果より、実施例１のパーフルオロ
ポリエーテル基含有シランカップリング剤を用いた防汚
層は、高い防汚性を示す。接触角が大きいことは、一
見、高い防汚性を示すかに見えるが、必ずしもそうとは
限らない。接触角は、表面の粗さや状態に影響され変化
するためである。転落角が小さいことが防汚性に優れ、
かつ汚染物質が滞留し難いと言える。転落角が小さく、
防汚性に優れていることは、液滴(汚染物質)に何らかの
力が加わった時、すぐに転がり(滑り)出す、いわゆる液
体(汚染物質)との付着力がいかに小さいかということで
ある。液体(汚染物質)と固体(基材)の界面に働く付着力
は、接触角とは別なものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、基材上の少なくとも片面
に、光起電力素子を有する太陽電池は、その最上層に防
汚層を形成している為、防汚層の水またはｎ−ヘキサデ
カンでの転落角が３０°以下、好ましくは２０°以下で
あり、且つ静摩擦係数および動摩擦係数が０．３以下、
好ましくは０．１以下とすることにより、汚れが付着す
ることを防止し、また付着・蓄積した大気中の水性また
は油性の塵埃等の汚れが雨等によって容易に洗い流され
除去できる優れた防汚性を有する太陽電池モジュールを
提供することが可能となった。

【００３６】屋根に太陽電池モジュールを設置する場
合、住宅や建築物の多種多様な形態から屋根の傾斜に制
限されずに、傾斜が小さい場合であっても、大気中の水
性または油性の塵埃等の汚れが付着・蓄積し難く、太陽
光を効率よく発電に利用でき、光電変換効率が高い太陽
電池モジュールが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例の構成を示
した断面図である。

【図２】従来の太陽電池モジュールの一例の構成を示し
た断面図である。

【符号の説明】

１０、２０…太陽電池モジュール１１、２１…絶縁基材１２、２２…光起電力素子層１３、２３…透明充填材層１４、２４…表面保護フィルム１５…定着層１６…防汚層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材フィルム上に、撥水性および撥油性を
持つ防汚層を設けてなる表面保護フィルムの該基材フィ
ルム側と、光起電力素子を配置した受光面との積層体よ
り構成されたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】前記防汚層が、蒸留水またはｎ−ヘキサデ
カンでの転落角が３０°以下で、且つ静摩擦係数および
動摩擦係数が０．３以下であることを特徴とする請求項
１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記防汚層が、下記一般式（１）で示され
るパーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング
剤からなることを特徴とする請求項１または２記載の太
陽電池モジュール。【化１】（但し、式中Ｒｆは炭素数１〜１６の直鎖状または分岐
状パーフルオロアルキル基、ｎは１〜５０の整数、ｍは
０〜３の整数、ｌは０〜３の整数、ｓは０〜６の整数、
Ｒは炭素数１〜１０のアルキル基を表し、且つ６≧ｍ
＋ｌ>０を満たす。）
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽
電池モジュールが、フィルム状の形態を有することを特
徴とする太陽電池モジュール。