JP2015046614A - 太陽光モジュール用バックシート及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽光モジュール用バックシートの製造方法を提供すること。【解決手段】ａ）ポリエステル樹脂を溶融押出してポリエステルシートを製造する段階と、ｂ）前記ポリエステルシートを縦方向に延伸する段階と、ｃ）前記縦方向に延伸されたポリエステルフィルムの一面または両面に、特定の組成を有するアクリル系エマルジョンを塗布して易接着性アクリル系コーティング層を形成した後、横方向に延伸する段階と、ｄ）前記二軸延伸されたポリエステルフィルムを熱固定する段階と、ｅ）前記易接着性アクリル系コーティング層の上部に特定のフッ素樹脂と二酸化チタンを含有するフッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成する段階、とを含む、太陽光モジュール用バックシートの製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、太陽光モジュール用バックシートに関し、従来ＰＶＦ（Ｔｅｄｌａｒ）フィルム／ＰＥＴフィルム／ＰＶＦ（Ｔｅｄｌａｒ）フィルムを積層し、各層を接着剤を用いて接着する代わりに、ポリエステルフィルム上にコーティングを施してフッ素コーティング層を形成することにより、製造コストを下げ、フッ素コーティング層との接着力を向上したバックシートに関する。
太陽光発電のための太陽電池はシリコンまたは各種化合物から出発し、ソーラセル（Ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）形態になると電気を出力する。しかし、一つのセルでは十分な出力が得られないため、それぞれのセルを直列または並列状態に連結しなければならず、このように連結された状態を「太陽光モジュール」と称する。
太陽光モジュールは、バックシート（ｂａｃｋ ｓｈｅｅｔ）、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニルコポリマー）、ソーラセル、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニルコポリマー）、ガラスを積層して構成される。バックシートは、モジュールの最底部に設けられる素材であって、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）型が主に用いられており、リボンは電流を流す通路として用いられるため、銅に銀または錫鉛（ＳｎＰｂ）でコーティングした素材が用いられる。
太陽光モジュール用バックシートは、太陽電池モジュールの最裏面に取り付けてセルを保護する核心素材であり、耐久性／耐候性／絶縁性／透湿防止性などの特性を要し、通常、フッ素フィルムとＰＥＴフィルムを積層して製造する。
フッ素フィルムは耐候性と耐久性に優れたフッ素フィルムが用いられる。現在、デュポン社が１９６１年開発したＰＶＦ樹脂で製造されたテドラー（Ｔｅｄｌａｒ）フィルムが主に用いられているが、供給不足現象により一部企業ではＰＥＴなど他のフィルムに代替して使用することもある（特許文献１）。
ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニルコポリマー）は、１９７０年ＮＡＳＡとデュポン社が人工衛星に用いられる太陽電池用材料として共同開発したものであり、現在、太陽電池用封止材（Ｓｅａｌｉｎｇ）の標準として用いられる。日本の三井化学社とブリヂストン社が世界市場の７０％以上を占めており、太陽電池の内部でセル（Ｃｅｌｌ）をシールし、充填する機能を果たす。また、ＥＶＡは強度、透明性、絶縁性に優れる。
ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｌｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）フィルムは、所定の厚さと物性を有する面状のプラスチックフィルムを使用し、強度に優れており、バックシートの基本骨格を形成する。また、物理的、化学的、機械的、光学的に優れた特性を有しており、食品包装材及び事務用品から半導体、ディスプレイなど先端の電気電子製品に至るまで幅広く用いられている。近年、耐久性と耐候性に優れており、太陽電池用バックシートへの使用が増加している。
ガラスは光の反射を防止する機能を果たすために鉄分の含量が少ないものを用いる。
従来、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）型のバックシートは、ＴｅｄｌａｒフィルムとＰＥＴフィルムを積層するためにそれぞれ接着剤を用いて積層する工程を要し、また、バックシートと封止材であるＥＶＡ（エチレン酢酸ビニルコポリマー）フィルムを接着をするためにポリウレタン接着剤などを用いて接着する段階をさらに要した。しかし、このようなＴｅｄｌａｒフィルムはコストが高く、現在バックシートの製造工程コストの８０％以上を占めており、バックシートのコスト上昇の原因となっている。
特表２００９−５２２４１４号公報
本発明者らは、前記のように従来の複数段階の接着剤の塗布工程による工程上の問題点及びＴｅｄｌａｒフィルム使用によるコスト上昇を解消するために鋭意研究した結果、ポリエステルフィルムに、従来のＴｅｄｌａｒフィルム層を代替するフッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成することにより工程及びコストを減少できることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明者らは、前記フッ素コーティング層とポリエステルフィルムの接着性を向上させるためにポリエステルフィルムの一面または両面に易接着用アクリル系コーティング層を形成することによりフッ素コーティング層とポリエステルフィルムの接着性が向上することを見出し、本発明を完成した。特に、ポリエステルフィルムの製造時に、前記易接着用アクリル系コーティング層をインラインコーティングにより形成することでポリエステルフィルムとの接着性を向上させることができることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明によると、従来太陽光モジュール用バックシートに用いられたＴｅｄｌａｒフィルム／ＰＥＴフィルム／Ｔｅｄｌａｒフィルムの積層構造においてＴｅｄｌａｒフィルム層を代替するためにフッ素コーティング組成物を開発することで製品コストを下げることができ、前記フッ素コーティング組成物とポリエステルフィルムとの間の接着性を向上させるために易接着性アクリル系コーティング層を形成することにより接着性に優れたバックシート用フィルムを提供することができる。
本発明は、従来のＴｅｄｌａｒフィルム／ＰＥＴフィルム／Ｔｅｄｌａｒフィルムの積層構造においてＴｅｄｌａｒフィルムをフッ素コーティング層に代替するための発明であって、前記の目的を解消するために、物性に優れたフッ素コーティング組成物を用いてオフラインコーティングによりフッ素コーティング層を形成することを特徴とする。
しかし、このようなフッ素コーティング組成物はＰＥＴフィルム上にオフラインで塗布する場合、弱い接着力のせいでデラミネーションされる問題が生じ得るため、本発明者らは、インラインコーティング法を用いてＰＥＴフィルムの製造工程における延伸工程中に水分散組成物（エマルジョン）を塗布して、薄い塗布厚みを有するＰＥＴフィルムと易接着性アクリル系コーティング層を形成することでフッ素コーティング層の接着力が向上することを見出し、本発明を完成した。
より具体的に、本発明は、一面または両面に易接着性アクリル系コーティング層が形成されたポリエステルフィルム層と、前記アクリル系コーティング層の上部にポリビニリデンフルオライドまたはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドから選択されるフッ素樹脂と二酸化チタンを含有するフッ素コーティング組成物を塗布したフッ素コーティング層と、を含む太陽光モジュール用バックシートに関する。
また、本発明は、ａ）ポリエステル樹脂を溶融押出してポリエステルシートを製造する段階と、ｂ）前記ポリエステルシートを縦方向に延伸する段階と、ｃ）前記縦方向に延伸されたポリエステルフィルムの一面または両面にアクリル系バインダー樹脂２〜１０重量％、メラミン系架橋剤０．２〜４重量％、硬化触媒０．０２〜０．５重量％、及び水を合計１００重量％になるように含有したアクリル系エマルジョンを塗布して易接着性アクリル系コーティング層を形成した後、横方向に延伸する段階と、ｄ）前記二軸延伸されたポリエステルフィルムを熱固定する段階と、ｅ）前記易接着性アクリル系コーティング層の上部にポリビニリデンフルオライドまたはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドから選択されるフッ素樹脂と二酸化チタンを含有するフッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成する段階と、を含む太陽光モジュール用バックシートの製造方法に関する。
本発明による太陽光モジュール用バックシートによると、製造工程が単純になり、コストダウンが可能で、かつ封止材との優れた接着性を有することができる。
以下、本発明についてより具体的に説明する。
本発明において、前記ポリエステルフィルム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を用いることができる。
本発明は、このようなポリエステルフィルムを製造する過程で一面または両面にインラインコーティングにより易接着性アクリル系コーティング層を形成する。本発明は、前記易接着性アクリル系コーティング層を用いてポリエステルフィルム上にフッ素コーティング層を塗布することができる。
前記易接着性アクリル系コーティング層は、５０〜３００ｎｍの乾燥塗布厚みを有するものが接着性に優れるため好ましい。
前記易接着性アクリル系コーティング層は、アクリル系バインダー樹脂２〜１０重量％、メラミン系架橋剤０．２〜４重量％、硬化触媒０．０２〜０．５重量％、及び水を合計１００重量％になるように含有したアクリル系エマルジョンを用いることが好ましい。
前記アクリル系バインダー樹脂は、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ノルマルブチルメチルメタクリレート、アクリル酸とメタクリル酸の共重合体または三元共重合体のようなアクリル系樹脂を用いることができる。このようなアクリル系バインダーとして市販されるものとしては、２液性であるＰｒｉｍａｌ １０１８、１液性であるＰｒｉｍａｌ−３２０８（ダウ社製）などが挙げられる。前記含量範囲は固形分に用いられる含量を意味する。
前記メラミン系架橋剤はアクリル系バインダーの架橋密度を増加させるためのものであって、ポリエステルフィルムとの密着力を向上させ、以降、後加工工程のフッ素系コーティング層との接着力も向上させる。具体的にはメトキシメチルメチロールメラミンを用いることが好ましく、その含量は０．２〜４重量％の範囲が好ましく、より好ましくは０．５〜３重量％を使用することが好ましい。
また、前記硬化触媒はチオシアン酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）などを使用することができ、その含量は０．０２〜０．５重量％であることがアクリル系バインダーの硬化度を高めることができるため好ましい。
本発明において、前記フッ素コーティング層は、ＰＶＦ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）からなるフッ素フィルムを代替するためのものであって、前記易接着性アクリル系コーティング層の上部に、オフライン法によりフッ素コーティング組成物を塗布して乾燥することで形成される。
本発明において、前記フッ素コーティング組成物は、ポリビニリデンフルオライドまたはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドから選択されるフッ素樹脂と二酸化チタンを含む。
前記フッ素樹脂として、ポリビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドなどを使用することができ、オフラインコーティングができるように、溶剤に溶解が可能なものであれば制限されない。このようなフッ素樹脂はフッ素コーティング組成物全含量に対して１０〜３０重量％を含むことが乾燥塗布厚みが好適であるため好ましい。
前記二酸化チタンは１５０〜３００ｎｍの粒径を有するルチル（ｒｕｔｉｌｅ）型のものを用いることがＵＶ遮断性に優れるため好ましい。その含量はフッ素樹脂の含量に対して３０〜４０重量％であることが好ましい。即ち、フッ素コーティング組成物の全含量に対して３〜１２重量％を用いることが好ましい。
また、前記フッ素コーティング組成物をオフラインで塗布するためには溶剤などを用いて樹脂を溶解して用いることができる。この際、使用可能な溶剤としては、ハイドロカーボン系、ケトン系などが挙げられ、好ましくはジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどが挙げられる。
前記オフラインで塗布する方法としては、ロールコティング法、ダイコーティング法、コンマコーティング法などのコーティング法が挙げられる。好ましくは、乾燥塗布厚みが１０〜３０μｍになるようにコーティングすることがＵＶ遮断性に優れるため好ましい。
次に、本発明のバックシートを製造する方法について具体的に説明する。
本発明は、ポリエステル樹脂を溶融押出してシートを製造し、これを一軸延伸した後、アクリル系エマルジョンを塗布して横方向に二軸延伸し、ポリエステルフィルムを製造する段階と、前記ポリエステルフィルムにフッ素コーティング組成物を塗布する段階と、を含む。
より具体的に本発明は、ａ）ポリエステル樹脂を溶融押出してポリエステルシートを製造する段階と、ｂ）前記ポリエステルシートを縦方向に延伸する段階と、ｃ）前記縦方向に延伸されたポリエステルフィルムの一面または両面にアクリル系バインダー樹脂２〜１０重量％、メラミン系架橋剤０．２〜４重量％、硬化触媒０．０２〜０．５重量％、及び水を合計１００重量％になるように含有したアクリル系エマルジョンを塗布して易接着性アクリル系コーティング層を形成した後、横方向に延伸する段階と、ｄ）前記二軸延伸されたポリエステルフィルムを熱固定する段階と、ｅ）前記易接着性アクリル系コーティング層の上部にポリビニリデンフルオライドまたはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドから選択されるフッ素樹脂と二酸化チタンを含有するフッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成する段階と、を含む。
また、本発明は、必要に応じて、前記アクリル系エマルジョンを塗布する前にコロナ処理を施すことも可能であり、前記フッ素コーティング組成物の塗布前にコロナ処理を施すことも可能である。
前記ａ）段階は、ポリエステルフィルムを製造するために樹脂をシリンダーで溶融押出し、Ｔ−ダイを用いてシートに製造する過程である。
前記ｂ）段階は、ポリエステルシートを二軸延伸してポリエステルフィルムを製造するための過程であって、縦方向延伸は一つ以上のローラを用いて延伸をすることが好ましい。
次に、ｃ）段階において、インラインコーティング法により易接着性アクリル系コーティング層を形成し、この際、インラインコーティングに用いるために水分散したエマルジョンを用いることが好ましい。
この際、前記易接着性アクリル系コーティング層を構成するためのエマルジョンの組成は前記のとおりであり、塗布時に延伸後の乾燥塗布厚みが５０〜３００ｎｍになるように塗布することが好ましい。
アクリル系エマルジョンを塗布して易接着性アクリル系コーティング層を形成した後、横方向に延伸する。この際、横方向延伸はテンターを用いることができる。
次に、前記易接着性アクリル系コーティング層に用いられた水分を除去し、硬化させ、フィルムが収縮されることを予防するために乾燥及び熱固定する過程を経る。
その後、フッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成し、この際、フッ素コーティング層は１０〜３０μｍの乾燥塗布厚みを有するように塗布することが好ましい。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を参照して説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
物性測定方法は下記のとおりである。
１．接着性
ＡＳＴＭ Ｄ３３５９−９７ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｂｙ Ｔａｐｅ Ｔｅｓｔを利用した。
評価指標は下記のとおりである。
Ａ：コーティング層剥離現象無し
Ｂ：コーティング層剥離現象１０％
Ｃ：コーティング層剥離現象１４％
Ｄ：コーティング層剥離現象３１％
−合格：Ａ
−不合格：Ｂ、Ｃ、Ｄ
２．ＵＶ遮断性
測定装備：ベリアン社製、Ｃａｒｙ５０００ＵＶ−ｖｉｓｉｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒを用いて測定した。
ＵＶ透過度（％）：バックシートを製造した後、フッ素コーティング層をＵＶ光源側に向けてから全ＵＶ波長領域（２００〜４００ｎｍ）でＵＶ透過度を測定した。測定した範囲で４００ｎｍにおけるＵＶ透過度を示す値を用いた。
−合格：１％以下
−不合格：１％以上
［実施例１］
易接着性アクリル系エマルジョン（１）の製造
アクリル系バインダー樹脂（Ｐｒｉｍａｌ−３２０８（ダウ社製）の固形分含量基準）４重量％、メラミン系架橋剤としてメトキシメチルメチロールメラミン１．５重量％、硬化触媒としてチオシアン酸アンモニウム０．１５重量％及び水 ９４．３５重量％を混合してアクリル系エマルジョンを製造した。
バックシート用ポリエステルフィルムの製造
水分が１００ｐｐｍ以下に除去されたポリエチレンテレフタレートチップを溶融押出機に注入して溶融した後、Ｔ−ダイを用いて押出しながら、表面温度が２０℃であるキャスティングドラムで急冷、固化し、２０００μｍの厚さを有するポリエチレンテレフタレートシートを製造した。
製造されたポリエチレンテレフタレートシートを１１０℃にて縦方向（ＭＤ）に３．５倍延伸した後、常温に冷却した。その後、前記易接着性アクリル系エマルジョン（１）をバーコーティング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）法で一面にコーティングした後、１４０℃にて予熱、乾燥して横方向（ＴＤ）に３．５倍延伸した。その後、５段テンターで２３５℃にて熱処理を施し、２００℃にて縦方向及び横方向に１０％弛緩して熱固定し、一面に易接着性アクリル系コーティング層が形成された２５０μｍの二軸延伸フィルムを製造した。前記易接着性アクリル系コーティング層を延伸した後、乾燥塗布厚みは８０ｎｍであった。
太陽光モジュール用バックシートの製造
前記アクリル系コーティング層が形成された二軸延伸されたポリエステルフィルムのアクリル系コーティング層の上部にポリビニリデンフルオライド２０重量％、二酸化チタン（ルチル型、粒径２２０ｎｍ）５重量％及び溶剤（ジメチルアセトアミド）７５重量％をサンドミル法により分散したフッ素コーティング組成物を１５μｍの乾燥塗布厚みで塗布した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［実施例２］
前記実施例１で、バックシート製造時に二酸化チタンの含量を６重量％に調節したこと以外は実施例１と同様な方法で製造した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［実施例３］
前記実施例１で、バックシート製造時に二酸化チタンの含量を７重量％に調節したこと以外は実施例１と同様な方法で製造した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［実施例４］
前記実施例１で、バックシート製造時に二酸化チタンの含量を８重量％に調節したこと以外は実施例１と同様な方法で製造した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［実施例５］
前記実施例１で、バックシート製造時にポリビニリデンフルオライドの代わりにテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライド（ＴＨＶ）を用いて、１５０ｎｍの粒径を有する二酸化チタンを用いること以外は実施例１と同様な方法で製造した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［比較例１］
前記実施例１で、バックシート製造時に二酸化チタンが含まれていないフッ素コーティング組成物を用いたこと以外は同様に製造した。
即ち、ポリビニリデンフルオライド２０重量％と溶剤（ジメチルアセトアミド）８０重量％を混合したフッ素コーティング組成物を１５μｍの乾燥塗布厚みで塗布した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［比較例２］
前記実施例１で、バックシート製造時にフッ素コーティング組成物としてポリビニリデンフルオライド２０重量％、二酸化チタン（ルチル型、粒径２２０ｎｍ）４重量％及び溶剤（ジメチルアセトアミド）８０重量％をサンドミル法で分散したフッ素コーティング組成物を１５μｍの乾燥塗布厚みで塗布した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［比較例３］
前記実施例１で、アクリル系コーティング層の乾燥塗布厚みを４０ｎｍに製造したこと以外は実施例１と同様に製造した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
［比較例４］
コロナで表面処理された二軸延伸されたポリエステルフィルムの上部にポリビニリデンフルオライド２０重量％、二酸化チタン（ルチル型、粒径２２０ｎｍ）５重量％及び溶剤（ジメチルアセトアミド）７５重量％をサンドミル法で分散したフッ素コーティング組成物を１５μｍの乾燥塗布厚みで塗布した。
このように得られたバックシートの物性を下記表１に示した。
Figure 2015046614

Claims (4)

  1. ａ）ポリエステル樹脂を溶融押出してポリエステルシートを製造する段階と、
    ｂ）前記ポリエステルシートを縦方向に延伸する段階と、
    ｃ）前記縦方向に延伸されたポリエステルフィルムの一面または両面にアクリル系バインダー樹脂２〜１０重量％、メラミン系架橋剤０．２〜４重量％、硬化触媒０．０２〜０．５重量％、及び水を合計１００重量％になるように含有したアクリル系エマルジョンを塗布して易接着性アクリル系コーティング層を形成した後、横方向に延伸する段階と、
    ｄ）前記二軸延伸されたポリエステルフィルムを熱固定する段階と、
    ｅ）前記易接着性アクリル系コーティング層の上部にポリビニリデンフルオライドまたはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライドから選択されるフッ素樹脂と二酸化チタンを含有するフッ素コーティング組成物をオフラインで塗布してフッ素コーティング層を形成する段階と、
    を含む、太陽光モジュール用バックシートの製造方法。
  2. 前記二酸化チタンは１５０〜３００ｎｍの粒径を有するルチル型であり、含量が３０〜４０重量％である、請求項１に記載の太陽光モジュール用バックシートの製造方法。
  3. 前記メラミン系架橋剤はメトキシメチルメチロールメラミンである、請求項１に記載の太陽光モジュール用バックシートの製造方法。
  4. 前記易接着性アクリル系コーティング層は乾燥塗布厚みが５０〜３００ｎｍであり、フッ素コーティング層は乾燥塗布厚みが１０〜３０μｍである、請求項１に記載の太陽光モジュール用バックシートの製造方法。

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