JP2013237183A - 反射シート、及びこれを用いた太陽電池用バックシート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】白色基材10と、この白色基材10上に形成される白色層20とを含む反射シート4であって、前記白色層20が紫外線反射剤を含むことを特徴とする反射シート4。
【選択図】図1
Description
一般的な太陽電池としては、材料としてシリコンを用いるシリコン系、銅、インジウム、セレン、及びカリウム等を用いて化合物半導体を形成する化合物系、並びに光電変換層に有機化合物を用いた有機系が挙げられる。これらの太陽電池は、主に可視光線をエネルギーに変換することにより発電を行っている。
即ち、本発明の反射シートは、白色基材と、この白色基材上に形成される白色層とを含む反射シートであって、前記白色層が紫外線反射剤を含むことを特徴とする。この構成により、当該反射シートは、太陽光のうち特に近赤外線を高く反射することができる。
前記紫外線反射剤は、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、タルク又はバリウムの少なくとも1つであることが好ましい。この中でも酸化チタンを前記白色層に配合することにより、紫外線及び可視光を高反射することが可能となる。
上記構成において、前記樹脂層は、ポリエステルフィルム又はポリエステル樹脂を含む樹脂組成物の塗布層からなることが好ましい。更に好ましくは、前記樹脂層は、ポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリエチレンナフタレートフィルムからなる。
特に紫外線反射剤として酸化チタンを使用する場合、紫外線を反射するのみならず、可視光線を高反射することができる。また前記樹脂層と前記白色層とを重ねあわせることで、長波長の太陽光を高反射することが可能になる。
例えば具体的には、現在多く使用されているシリコン系のうち単結晶型、多結晶型といった液晶型の太陽電池は500nm〜900nmの波長の太陽光を利用して発電を行う。これに対しては可視光線の反射率の高い態様の反射シートを提供することができる。一方、アモルファス型と結晶型が組み合わさったダンデム型は300nm〜900nmの波長の太陽光を利用して発電を行う。これに対しては紫外線から可視光線の反射率の高い態様の反射シートを提供することができる。更に色素増感型は500nm〜1500nmの波長の太陽光を利用して発電を行う。これに対しては可視光線から近赤外線の反射率の高い態様の反射シートを提供することができる。このように最大発電帯が異なる太陽電池に対して、本発明の反射シートは適宜所望の発電帯の波長における高い反射率を選択することができる。
これにより、前記紫外線反射剤による乱反射を抑制でき、反射フィルムの劣化を防止することができる。
本発明の反射シートに用いられる白色基材としては、ガラス、樹脂基材、樹脂フィルム等、前記白色層と前記樹脂層を保持することができるものであれば制限なく使用できる。この中でも特に樹脂基材又は樹脂フィルムが好ましく用いられる。
このような白色顔料の平均粒径は、好ましくは0.25μm以上、さらに好ましくは0.28μm以上、特に好ましくは0.30μm以上である。平均粒径が0.25μm未満であると、効率的に散乱できる光の波長が低波長側へずれるため、近赤外光領域での反射率が低下することがある。白色顔料の平均粒径が10μmを超えると、粒度分布によっては粗大な粒子を含有するため、フィルムにピンホールを生じるなどの不具合が発生することがある。また白色顔料の配合比率は、通常0.5重量%以上、好ましくは3〜50重量%、さらに好ましくは5〜30重量%である。白色顔料の配合比率が0.5重量%未満であると、可視光線や近赤外線の反射率が低くなる傾向がある。他方、上記配合比率が50重量%を超えると、フィルムが脆くなり、実用的な機械的強度が得られないことがある。
ポリエチレンフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリエチレンナフタレートフィルムを好ましく用いることができる。
また、前記白色基材は、白色顔料を含有するポリエチレンフィルムと白色顔料を含まないポリエステルフィルムとを貼り合わせて形成することもできる。
ルチル型酸化チタンとしては、例えばタイペーク(登録商標)R−550、タイペークR−630、タイペークR−670、タイペークR−680、タイペークR−780、タイペークR−820、タイペークR−830、タイペークR−850、タイペークR−930、タイペークCR−50、タイペークCR−57、タイペークCR−58、タイペークCR−60、タイペークCR−63、タイペークCR−67、タイペークCR−80、タイペークCR−85、タイペークCR−90、タイペークCR−93、タイペークCR−95、タイペークCR−97、タイペークUT771(以上、石原産業(株)製)、タイピュア(登録商標)R−100、タイピュアR−101、タイピュアR−102、タイピュアR−103、タイピュアR−104、タイピュアR−105、タイピュアR−108、タイピュアR−706、タイピュアR−900、タイピュアR−902、タイピュアR−960、タイピュアR−931(以上、デュポン(株)製)、R−21、R−25、R−32、R−42、R−44、R−7E、R−5N、R−61N、R−62N、R−45M、R−49S、GTR−100、GTR−300、D−918、TCR−29、TCR−52、FTR−700(以上、堺化学工業(株)製)等が挙げられる。
また、アナターゼ型酸化チタンとしては、例えばTITON A−110、TITON A−190、TITON A−197、TITON TCA−123E、TITON SA−1、TITON SA−1L(以上、堺化学工業(株)製)、TA−100、TA−200、TA−300、TA−400、TA−500、TP−2(以上、富士チタン工業(株)製)、TITANIX(登録商標) JA−1、TITANIX JA−3、TITANIX JA−4、TITANIX JA−5、TITANIX JA−C、TITANIX JR−603(以上、テイカ(株)製)、KA−10、KA−15、KA−20、KA−30(以上、チタン工業(株)製)、タイペークA−100、タイペークA−220、タイペークW−10(以上、石原産業(株)製)等が挙げられる。
本発明の反射シートの白色層は、例えば、白色基材上に前記紫外線反射剤と、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の少なくとも1つと、酸化チタンとを含む白色樹脂組成物を前記白色基材上に塗布し、これを硬化させることにより形成される。また当該白色層の塗膜の厚みを増すことにより、可視光線の反射率をより高めることができる。
当該白色樹脂組成物に配合される紫外線反射剤としては、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、タルク又はバリウムが好ましく用いられる。これらは単独又は複数を組み合わせて使用することができる。またこれらの中でも特に水酸化アルミニウムが好ましく用いられる。当該紫外線反射剤は、主に白色層に入射される紫外線を反射する役割を果たす。
紫外線反射剤として水酸化アルミニウムを用いる場合、その配合率は、白色樹脂組成物全量に対して0.5〜5重量%であることが好ましい。
また上記酸化チタンの粒径は、0.2μm以上1.0μm以下であることが好ましい。
紫外線反射剤として酸化チタンを用いる場合、その配合率は、前記白色樹脂組成物全量に対して30〜70重量%であることが好ましい。当該配合率が70重量%を超えると、酸化チタンの分散性が悪化するため好ましくない。一方、当該配合率が30重量%未満であると、白色層の反射率が低下し、太陽光を効率よく反射することができなくなるため好ましくない。
前記ポリエステルとしては、例えば、ニッポラン(登録商標)800、1100、121、1004、136、141、4070(以上、日本ポリウレタン工業(株)製)等を挙げることができる。
このようなイソシアネート化合物としては、例えば、トリメチ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、メチレンビス(4、1−フェニレン)=ジイソシアネート、3−イソシアネートメチル−3、5、5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート及びキシリレンジイソシアネート等のジイソシアネート;ジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体;ジイソシアネートの三量体であるイソシアヌレート体;ジイソシアネートのビュレット結合体、並びにポリメリックジイソシアネート等が挙げられる。
このようなイソシアネート化合物の配合量は、前記熱可塑性樹脂100重量部に対して0.03〜10重量部であることが好ましい。
また、密着性付与剤としても機能するグアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、2,4−ジアミノ−6−メタクリロイルオキシエチル−S−トリアジン、2−ビニル−4,6−ジアミノ−S−トリアジン、2−ビニル−4,6−ジアミノ−S−トリアジン・イソシアヌル酸付加物、2,4−ジアミノ−6−メタクリロイルオキシエチル−S−トリアジン・イソシアヌル酸付加物等のS−トリアジン誘導体を配合することもできる。
これらは必要に応じて単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。またこのような硬化触媒の配合量は、前記熱硬化性樹脂100重量部に対して0.05〜10重量部、更に好ましくは0.1〜3重量部であることが好ましい。
これらの有機溶剤の配合率は、白色樹脂組成物全量に対して50重量%以下であることが好ましい。
更に、前記白色樹脂組成物には、更に必要に応じて、微粉シリカ、有機ベントナイト、モンモリロナイト等の増粘剤、シリコーン系、高分子系等の消泡剤、レベリング剤、イミダゾール系、チアゾール系、トリアゾール系等のシランカップリング剤等といった添加剤を配合することができる。
本発明の反射シートの樹脂層は、ヘイズが15〜26%であることを特徴とする。このような樹脂層は、ポリエステルフィルム、又はポリエステル樹脂を含む樹脂組成物の塗布層からなることが好ましい。このような樹脂層のヘイズ値は、JIS規格K7105に準拠して測定される。
前記樹脂層がポリエステルフィルムからなる場合、そのヘイズ値を15〜28%に調整する方法としては、例えば、ポリエステル樹脂に微粒子や着色剤を含有させる、若しくはポリエステル樹脂の種類によってフィルムの厚みを調整する方法等が挙げられる。具体的には、ポリエステル樹脂自体の屈折率と微粒子の屈折率の差を大きくしたり、微粒子の平均粒径を大きくしたり、フィルムの厚みを厚くする方法等がある。
例えば、ポリエステルフィルムとしてポリエチレンナフタレートフィルムを使用する場合、その厚みを50μmとすることでヘイズ値を15%とすることができる。またその厚みを100μmとすれば、ヘイズ値を28%とすることができる。このようなポリエステルフィルムとしては、例えば帝人デュポンフィルム(株)製のテオネックス(登録商標)Q51、Q81、Q83(但し、いずれも厚みが50〜100μm)、韓国SKC社のSKYNEX等が挙げられる。
また例えば、ポリエステルフィルムの表面にポリエステル樹脂を含む樹脂組成物の塗布層を形成することにより、樹脂層のヘイズ値を15〜28%とすることも可能である。
尚、前記樹脂層に酸化チタンを配合する場合、配合率は樹脂層全量に対して20〜80重量%である。この場合、樹脂層、特にポリエステルフィルムは熱をかけて2軸延伸を行うため、酸化チタン架橋樹脂の間隔が白色層と異なっており、白色層への紫外線の入射を妨げないものと考える。
そしてこのようなポリエチレンナフタレートを溶解し、これをキャスティングドラムを用いて冷却固化させて未延伸フィルムとする。そしてこの未延伸フィルムをガラス転移温度Tg121℃〜(Tg+60)℃で長手方向に1回若しくは2回以上、その合計の倍率が3〜6倍になるように延伸する。更にこれをTg121℃〜(Tg+60)℃で幅方向に倍率が3〜6倍になるように延伸し、厚さが250μmであるポリエチレンナフタレートフィルムを作製する。また更に必要に応じて、当該フィルムを180℃〜230℃で1〜60秒間、熱処理を行ってもよい。
このようなドライフィルムは、例えばポリエチレンテレフタレート等からなるキャリアフィルムに白色樹脂組成物を塗布乾燥して白色樹脂層を形成し、その上に剥離可能なポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等のカバーフィルムとを積層したものである。具体的には、当該白色樹脂層は、キャリアフィルムに白色樹脂組成物をブレードコーター、リップコーター、コンマコーター、フィルムコーター、メイヤーバーコーター、マイクログラビアコーター等で塗布し、上記と同様にこれを乾燥することにより形成される。
そして、当該ドライフィルムのカバーフィルムを剥がし、当該白色樹脂層と前記白色基材とを重ね、ラミネーター等を用いてこれらを張り合わせることにより、前記白色基材上に白色樹脂層の塗膜が形成される。そして、当該塗膜を上記と同様に加熱すれば、前記基材上に白色層を形成することができる。
このような樹脂層としては、例えばポリエチレンナフタレートフィルムを用いることができる。このようなポリエチレンテレフタレートフィルムの製造方法としては、例えば溶解されたポリエチレンナレフタレートをキャスティングドラムを用いてこれを冷却固化させて未延伸フィルムとする。そしてこの未延伸フィルムをガラス転移温度Tg121℃〜(Tg+60)℃で長手方向に1回若しくは2回以上、その合計の倍率が3〜6倍になるように延伸する。更にこれをTg121℃〜(Tg+60)℃で幅方向に倍率が3〜6倍になるように延伸し、厚さが50μmであるポリエチレンナフタレートフィルムを作製する。また更に必要に応じて、当該フィルムを180℃〜230℃で1〜60秒間、熱処理を行ってもよい。
本実施形態の反射シート4は、ポリエステルフィルムからなる白色基材10と、白色層20と、白色ポリエステルフィルムからなる樹脂層30からなる。約5°の入射角で樹脂層30に向かい入射する太陽光1のうち紫外線2は、樹脂層30によって屈折し、約45°の入射角となって白色層20に入射する。白色層20に含まれる紫外線反射剤はこの紫外線を正反射し、反射角が約45°の状態で樹脂層30に戻される。この樹脂層30に戻された紫外線は再び屈折し、約5°の反射角となって回帰反射する。
また、反射シートに入射する太陽光1のうち可視光線3は、樹脂層30に含まれる白色顔料により正反射される。
本実施形態の太陽電池モジュール5は、EVAからなる封止材41と、太陽電池セル42と、ガラスからなる表面保護材基材43と、反射シート2(太陽電池用バックシート)からなる。表面保護基材43から入射する太陽光は太陽電池セル42に吸収され、エネルギーに変換される。太陽電池セル42が吸収できなかった太陽光は、封止材43を透過して反射シート4に入射する。そして、反射シート4は、入射する太陽光を可視光線及び紫外線共に効率よく反射し、これを太陽電池セル42に戻すことができる。
以下の各成分を混合、撹拌することにより白色樹脂組成物を調製した。
ニッポラン136(日本ポリウレタン工業(株)製) 100重量部(熱可塑性樹脂)
タイペークCR−90(石原産業(株)製) 1000重量部(酸化チタン)
水酸化アルミニウム 20重量部
タケネートR600(三井化学(株)製) 10重量部(イソシアネート化合物)
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20重量部(有機溶剤)
エクアミドB100(出光興産(株)製) 200重量部(有機溶剤:アミド系溶剤)
AEROSIL200((株)日本アエロジル製) 20重量部(球状シリカ)
スチレン−無水マレイン酸共重合体 600重量部(スチレン系樹脂)
BYK−A515(ビックケミー・ジャパン(株)製) 20重量部(消泡剤)
沈降性硫酸バリウム#100(堺化学工業(株)製) 10重量部(硫酸バリウム)
厚さ30μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(帝人デュポンフィルム(株)製のテイジン(登録商標)テトロン(登録商標)フィルムU2)と厚さ125μmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、テオネックスQ51)とをポリウレタン系接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製のタケネート(登録商標)A3072)を用いて順に積層し白色基材を作成した。その上(PENフィルム上)に片面にスクリーン印刷により白色樹脂組成物を乾燥塗膜が30μmとなるように印刷し、これを120°で60分加熱して熱硬化させて白色層を形成した。更にこの白色層上に厚さ30μmであって、ヘイズが15.0%のPETフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製のテイジン(登録商標)テトロン(登録商標)フィルムU2)をポリウレタン系接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製のタケネート(登録商標)A3072)を用いて接着することにより試験片を作製した。
厚さ30μmのPETフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製の高耐久PETフィルムVW)と厚さ125μmのPENフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、テオネックスQ51)とをポリウレタン系接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製のタケネート(登録商標)A3072)を用いて順に積層し白色基材を作成した。その上(PENフィルム上)に片面にスクリーン印刷により白色樹脂組成物を乾燥塗膜が30μmとなるように印刷し、これを120°で60分加熱して熱硬化させて白色層を形成した。更にこの白色層上に厚さ30μmであって、ヘイズが15.0%のPETフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製の高耐久PETフィルムVW)をポリウレタン系接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製のタケネート(登録商標)A3072)を用いて接着することにより試験片を作製した。
厚さ250μmのPENフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、テオネックスQ51)の片面にスクリーン印刷により白色樹脂組成物を乾燥塗膜が30μmとなるように印刷し、これを120°で60分加熱して熱硬化させて白色層を形成した。更にこの白色層上に厚さ30μmであって、ヘイズが15.0%のPETフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製のテイジン(登録商標)テトロン(登録商標)フィルムU2)をポリウレタン系接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製のタケネート(登録商標)A3072)を用いて接着することにより試験片を作製した。
実施例1及び実施例2、及び比較例1について、紫外可視分光光度計(日本分光(株)製 V−670 ILN−725型:積分球装置付)を用いて、その入射角が5°となるよう、表面(封止材側)から300nm〜1000nmの反射率を測定した。これらの比較結果を図3に示す。
2…紫外線
3…可視光線
4…反射シート
5…太陽電池モジュール
10…白色基材
20…白色層
30…樹脂層
41…封止材
42…太陽電池セル
43…表面保護材
Claims (12)
- 白色基材と、この白色基材上に形成される白色層とを含む反射シートであって、
前記白色層が紫外線反射剤を含むことを特徴とする反射シート。 - 前記紫外線反射剤は、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、タルク又はバリウムの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の反射シート。
- 前記白色基材は、白色顔料を含むポリエステルフィルム又は白色顔料を含むポリエステルフィルムと白色顔料を含まないポリエステルフィルムとを貼り合わせてなるフィルムからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の反射シート。
- 前記白色顔料は酸化チタンであることを特徴とする請求項3に記載の反射シート。
- 前記白色層は、前記紫外線反射剤と、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の少なくとも1つとを含む白色樹脂組成物を前記白色基材上に塗布して形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の反射シート。
- 前記白色層上に樹脂層を形成し、この樹脂層のヘイズが15〜28%であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の反射シート。
- 前記樹脂層は、ポリエステルフィルム又はポリエステル樹脂を含む樹脂組成物の塗布層からなることを特徴とする請求項6に記載の反射シート。
- 前記樹脂層は、ポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリエチレンナフタレートフィルムからなることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の反射シート。
- 前記樹脂層は、白色顔料を含有することを特徴とする請求項6乃至請求項8の何れか一項に記載の反射シート。
- 前記白色顔料は、酸化チタンであることを特徴とする請求項9に記載の反射シート。
- 前記樹脂層に向かい約0°から約5°の入射角で入射する紫外線のうち当該樹脂層を透過する紫外線が前記白色層に約45°の入射角にて入射し、
この入射した紫外線を当該白色層に含まれる前記紫外線反射剤が正反射し、
この正反射される紫外線が前記樹脂層を透過することにより約0°から約5°の反射角で回帰反射することを特徴とする請求項6乃至請求項10の何れか一項に記載の反射シート。 - 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の反射シートを使用したことを特徴とする太陽電池用バックシート。
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