JP2015195317A - 太陽電池用裏面保護シート、その製造方法および太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
詳しくは、本発明は、可視光および赤外線を反射する機能に優れた太陽電池用裏面保護シートおよび該太陽電池用裏面保護シートを具備してなる太陽電池モジュールに関する。
太陽電池素子には様々な形態があり、その代表的なものとして、結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、非晶質シリコン太陽電池素子、銅インジウムセレナイド太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子等が知られている。この中で薄膜結晶太陽電池素子、非晶質シリコン太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子は比較的低コストであり、また大面積化が可能であるため、各方面で活発に研究開発が行われている。またこれらの太陽電池素子の中でも、導体金属基板上にシリコンを積層し、更にその上に透明導電層を形成した非晶質シリコン太陽電池素子に代表される薄膜太陽電池素子は軽量であり、また耐衝撃性やフレキシブル性に富んでいるので、太陽電池における将来の形態として有望視されている。
多層構成の裏面保護シートは、その多層構造により、さまざま性能を付与することができる。例えば、ポリエステルフィルムを用いることで絶縁性を、フッ素系フィルムを用いることで耐候性を、アルミニウム箔を用いることで水蒸気バリア性を付与することができる。
どのような裏面保護シートを用いるかは、太陽電池モジュールが用いられる製品・用途によって、適宜選択され得る。
特許文献2−4記載の発明の場合、近赤外領域の光を反射させることによる放熱効果や太陽電池素子が吸収できなかった光の再利用効果は記載されているが、可視光領域の反射に劣り、全ての光を効率よく用いているとは言えない。
本発明の課題は、波長400−4000nmに亘る領域の光を効率よく反射でき、遮熱性に優れ、さらには、太陽電池のエネルギー変換効率を増大する機能を有する太陽電池用裏面保護シートを提供することである。
本発明は、平均粒子径が0.2μm以上、0.38μm未満の小粒径白色顔料(a)もしくは平均粒子径が0.38μm以上、2μm以下の大粒径白色顔料(b)のいずれか一方とバインダー(c)を含有する白色易接着性コーティング層(1)と、
前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)のいずれか他方を含有する白色フィルム(2)とからなる二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)に関する。
白色易接着性コーティング層(1)は、バインダー(c)としての水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)と、を含有する、ことが好ましい。
水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)はアクリル系樹脂である、ことが好ましく、
水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)のガラス転位温度は、10〜100℃であるアクリル系樹脂である、ことが好ましい。
さらに前記白色易接着性コーティング層(1)は、ブロック化ポリイソシアネート化合物(d1)を必須とするポリイソシアネート化合物(d)を含有する、ことが好ましい。
前記太陽電池裏面保護材(V)が、前記本発明のいずれかに記載の二層型太陽電池用裏面保護シートを、前記白色易接着性コーティング層(1)が前記非受光面側の封止材(IV)と接するように配置して、積層してなる太陽電池モジュールに関する。
本発明の太陽電池モジュールは、粒径の違う白色顔料を含有する2つの層を具備する裏面保護シートによって非受光面が保護されることによって、400−4000nmの波長の光を効率よく反射することができ、太陽電池のエネルギー変換効率を増大する効果を奏する。さらには、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子が吸収できずに透過した近赤外線を太陽電池用裏面保護材が反射することによって、太陽電池用裏面保護材が高温になることを防ぎ、太陽電池素子のエネルギー変換効率の低下を抑制することができる。
本発明の太陽電池用裏面保護シート(Z’)は、前記したように小粒径白色顔料(a)もしくは大粒径白色顔料(b)とバインダー(c)を含有する最表面としての白色易接着性コーティング層(1)と、前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)のいずれか他方を含有する白色フィルム(2)からなる。
白色易接着性コーティング層(1)は、太陽電池用裏面保護シート(Z’)の受光面側の最表面に位置し、太陽電池モジュールを構成する際、太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)と接し、太陽電池用裏面保護材(V)と封止材(IV)を強固に貼り合せる機能と、含まれる白色顔料が小粒径白色顔料(a)の場合は主に400〜700nmの波長の光を、含まれる白色顔料が大粒径白色顔料(b)の場合は主に700〜4000nmの波長の光を反射させる機能を担う。また、白色フィルム(2)に含まれる白色顔料が小粒径白色顔料(a)の場合は主に400〜700nmの波長の光を、大粒径白色顔料(b)の場合は主に700〜4000nmの波長の光を反射させる機能を担う。
一方、太陽電池用裏面保護シートが、大粒径白色顔料(b)を含有する白色層のみを有する場合、700〜4000nmの波長の光を中心に効率よく反射させることができるため、上記の理由により、太陽電池のエネルギー変換効率の向上と温度上昇の抑制が期待できる。しかし、反面、粒径の大きな白色顔料は400〜700nmの波長の光を効率よく反射させることができないため、太陽電池のエネルギー変換効率の向上が期待できない。
また、太陽電池用裏面保護シートが、小粒径白色顔料(a)と大粒径白色顔料(b)の両方を含有する白色接着剤層を一層有する場合は、中途半端な性能しか発現できず、太陽電池のエネルギー変換効率の向上と温度上昇の抑制の問題は解決できない。
すなわち、受光面側から入射した光は、小粒径白色顔料(a)を含有する層は、可視光を中心に反射させることができ、近赤外領域の光は大粒径白色顔料(b)を含有する層によって反射させることができるため、400〜4000nmの波長の光を万遍なく反射することが可能となる。
最表面としての白色易接着性コーティング層(1)は走査型電子顕微鏡で計測した平均粒子径が0.2〜0.38μmの小粒径白色顔料(a)あるいは0.38〜2μmの大粒径白色顔料(b)を含有することを特徴とする。最表面としての白色易接着性コーティング層(1)は、
・太陽光を反射させて、太陽電池素子(III)に可視光を再入射させることによる変換効率の向上と、
・太陽電池用裏面保護シート(Z’)と非受光面側封止材層(IV)との接着性の向上、という2つの大きな役割を担う。
着色力、耐候性、コストの観点から酸化チタンが好ましい。最表面がシリカ処理または有機処理された酸化チタンであることが好ましい。
一般的な酸化チタンは分散性や耐候性を向上させるためにアルミナやジルコニアで表面処理を行っている。しかしながら、非受光面側封止材層の中で最も良く使われるEVA樹脂と、アルミナやジルコニアで表面処理した酸化チタンを含有する白色易接着剤層が接した状態で150℃の真空ラミネートを行うと、白色易接着性コーティング層が黄変しやすい。黄変の細かなメカニズムは明らかではないが、故意にアルミニウム源を白色易接着性コーティング層に混入させても黄変することから、アルミニウムやジルコニウムといった金属とEVA由来の微量の酢酸が白色易接着コーティング層を黄変させていると考えられる。
特開2008−081578に記載されているように、酸化チタンを水または水を主成分とする媒液中に分散させて水性スラリー状にした後、PHを調整しながら被覆させたい無機化合物や有機化合物を添加し、酸化チタンの表面に被着形成させる方法や、酸化チタンの粉砕時に、有機化合物を添加して被着形成する方法などがある。
表面処理量としては、酸化チタンと表面処理剤の重量比が75/25〜95/5が好ましい。
小粒径白色顔料(a)あるいは大粒径白色顔料(b)の含有量を10質量%以上とすることで隠蔽性を向上でき、太陽光の反射を向上できる点において、より好ましい。また、小粒径白色顔料(a)あるいは大粒径白色顔料(b)の含有量を70質量%以下にすることで接着力を向上できる点でより好ましい。
水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合を有する樹脂(c1)は、小粒径白色顔料(a)あるいは大粒径白色顔料(b)のバインダーの役割を果たすとともに、太陽電池用裏面シート(Z’)と太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)と接着する機能を持っている。
一般的に太陽電池の封止材は有機過酸化物を含有しており、モジュール作成時の真空ラミネート工程時の加熱にて、ラジカル反応により封止材(II)、封止材(IV)を架橋させる。このとき、白色易接着性コーティング層(1)が二重結合を有することで、太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)内で発生したラジカルと、水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合を有する樹脂(c1)内の二重結合が反応を起こし、封止材と架橋するため、白色易接着性コーティング層(1)と非受光面側に位置する封止材(IV)は強固に接着する。ラジカルとの反応性を考慮すると、水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合を有する樹脂(c1)は(メタ)アクリル系の炭素−炭素不飽和二重結合を有することが好ましい。
また、白色易接着性コーティング層(1)がバインダー成分として水酸基を有する樹脂(c1)を含有し、さらにブロック化ポリイソシアネート化合物を必須とするポリイソシアネート化合物(d)を含有することで、白色易接着性コーティング層(1)内で架橋反応が起こり、耐湿熱性や耐候性が向上する。
また、さらに耐候性を向上するため、水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合を有する樹脂(c1)に紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤等を結合してもよいし、水酸基と二重結合を有する樹脂(c1)に紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤等を添加してもよい。
ポリエステル系樹脂を構成する水酸基成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1、3−ブチレングリコール、1、6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリエチレングリコール、3−メチルペンタンジオール、1、4−シクロヘキサンジメタノール等のジオール成分の他、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどの多官能アルコールが例示できる。
常法に従いこれらのカルボン酸成分と水酸基成分とを重合させて所定のポリエステル樹脂としたものが本発明で使用できる。
水酸基成分としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加したポリエーテル系ポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエン系ポリオールなどのポリマーポリオールなどが使用できる。
イソシアネート化合物としては、後述するポリイソシアネート化合物(C)と同様のものを例示できる。トリメチレンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、メチレンビス(4、1−フェニレン)=ジイソシアネート(MDI)、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(IPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)等のジイソシアネートや、これら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、これらジイソシアネートの三量体であるイソシアヌレート体、これらジイソシアネートのビューレット結合体、ポリメリックジイソシアネートなどが例示できる。
(メタ)アクリル系共重合体(c1−1)は、グリシジル基を有する(メタ)アクリル系モノマー(i)と、水酸基を有する(メタ)アクリル系モノマー(ii)と、グリシジル基も水酸基もカルボキシル基も有さない(メタ)アクリル系モノマー(iv)とを構成単位とする共重合体中の側鎖のグリシジル基に、カルボキシル基を有する(メタ)アクリル系モノマー(iii)を反応させてなる(メタ)アクリル系共重合体である。
即ち、グリシジル基を有する(メタ)アクリル系モノマー(i)と、水酸基を有する(メタ)アクリル系モノマー(ii)と、グリシジル基も水酸基もカルボキシル基も有さない(メタ)アクリル系モノマー(iv)とを構成単位とする共重合体を得、次いで、前記共重合対中の側鎖のグリシジル基の全部に又は一部に、カルボキシル基を有する(メタ)アクリル系モノマー(iii)を反応させることによって、グリシジル基を起点とし、炭素−炭素二重結合の側鎖を導入することができる。
前記メタ)アクリル系共重合体(c1−1)の場合と同様に、炭素−炭素不飽和二重結合の側鎖を導入する際、カルボキシル基の全部に又は一部にグリシジル基を反応させることができる。
また、本発明では、水酸基を有する(メタ)アクリル系モノマー(ii)以外のモノマーを、水酸基を有さない(メタ)アクリル系モノマー(vi)として定義する。
グリシジル基も水酸基もカルボキシル基も有さない(メタ)アクリル系モノマー(b4)としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、iso−ブチル(メタ)アクリレート、tert−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、オクチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、ここでのヨウ素価とは、以下の測定方法によって求めることができる。
三角フラスコに0.3〜1gの試料を0.1mgの桁まで量り取り、25℃の恒温水槽で30分間静置する。恒温水槽から三角フラスコを取り出し、ウィイス溶液25cm3をピペットを用いて加え、栓をして均一になるまで軽く振り混ぜた後、25℃の恒温水槽中で120分間静置する。恒温水槽から三角フラスコを取り出し、濃度が100g/Lのヨウ化カリウム水溶液を10cm3加え、栓をして強く振り混ぜる。次に、0.1mol/Lのチオ硫酸ナトリウム水溶液を用いて滴定する。上層の水槽が少し黄色になったときに1cm3のでんぷん溶液を加えて、溶液の紫色が消失するまで滴定を続ける。
ヨウ素価は次式により求める。水酸基価は易接着剤の固形分に換算した数値とする(単位:g/100g)。
ヨウ素価(g/100g)
=[{(V0−V1)×c×12.69}/m]/(固形分濃度/100)
ただし、m:試料の採取量(g)
V0:空試験の滴定量(cm3)
V1:資料の滴定量(cm3)
c:チオ硫酸ナトリウム溶液の濃度(mol/L)
本発明のヨウ素価は、上記の方法により測定した値を記載している。
三塩化ヨウ素4.8〜5.2gを0.1gの単位まではかり取り、ポリテトラフルオロエチレンで被覆した栓のついた1Lの褐色瓶に入れる。1Lの共栓付三角フラスコに、ヨウ素5.5gを0.1gの単位まではかり取り、酢酸640cm3を加えて溶解する。この溶液を三塩化ヨウ素の入った褐色瓶に加えて混合し、これをウィイス溶液とする。なお、本発明では溶液の調整後は冷暗所に保管し、溶液調整後30日以内のものを使用した。
溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、セロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチルなど、本発明の樹脂が溶解するものであれば何ら制限は無く、単独でも、複数の溶媒を混合しても良い。また、重合反応の際に使用される重合開始剤もベンゾイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドなどの有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系開始剤など公知のものを用いることができ、特に制限は無い。また、(メタ)アクリル系共重合体(c1−1)〜(c1−4)それぞれの場合において、例えば(メタ)アクリル系モノマー(ii)として、1種類のみを用いてもよいし、複数種類の化合物を併用してもよい。(メタ)アクリル系モノマー(i)、(iii)〜(vi)についても同様である。
なお、ここでのガラス転移温度とは、水酸基と二重結合を有するアクリル系樹脂を乾燥させて固形分100%にした樹脂について、示差走査熱量分析(DSC)によって計測したガラス転移温度のことを示す。例えば、ガラス転移温度は、試料約10mgを秤量したサンプルを入れたアルミニウムパンと、試料を入れていないアルミニウムパンとをDSC装置にセットし、これを窒素気流中で、液体窒素を用いて−50℃まで急冷処理し、その後、20℃/分で200℃まで昇温し、DSC曲線をプロットする。このDSC曲線の低温側のベースライン(試験片に転移および反応を生じない温度領域のDSC曲線部分)を高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点から、補外ガラス転移開始温度(Tig)を求め、これをガラス転移温度として求めることができる。本発明のガラス転移温度は、上記の方法により測定した値を記載している。
なお、上記の数平均分子量は、水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合を有するアクリル系樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の値である。例えば、カラム(昭和電工(株)製KF−805L、KF−803L、及びKF−802)の温度を40℃として、溶離液としてTHFを用い、流速を0.2ml/minとし、検出をRI、試料濃度を0.02%とし、標準試料としてポリスチレンを用いて行ったものである。本発明の数平均分子量は、上記の方法により測定した値を記載している。
ポリイソシアネート化合物(d)は、ブロック化ポリイシシアネート化合物(d1)と非ブロック化ポリイシシアネート化合物(d2)との割合が、(d1):(d2)=50〜100:50〜0(質量比)であることが好ましい。
ポリイソシアネート化合物(d)は、水酸基を有する樹脂(c)同士を架橋させ、強靱で且つ伸張性、柔軟性、成形加工性、耐擦傷性、長期耐候性、長期耐湿熱性、耐薬品性を有する耐候性樹脂層を形成するために用いられる。
ポリイソシアネート化合物(d)は、1種類でも良く、2種類以上の化合物を併用してもよい。
得られる白色易接着性コーティング層(1)が経時で黄色から褐色に変色することを防ぐために、脂環族または脂肪族の化合物のみを用いることが好ましい。
特に、ポリイソシアネート化合物(d)がイソシアヌレート変性体、特にイソシアヌレート環含有トリイソシアネートを含む場合には、より強靱、且つ伸張性を有する耐候性樹脂層を得ることができるため好ましい。イソシアヌレート環含有トリイソシアネートとして具体的には、イソシアヌレート変性イソホロンジイソシアネート(例えば、住友バイエルウレタン株式会社製のデスモジュールZ4470)、イソシアヌレート変性ヘキサメチレンジイソシアネート(例えば、住友バイエルウレタン株式会社製のスミジュールN3300)、イソシアヌレート変性トルイレンジイソシアネート(例えば、住友バイエルウレタン株式会社製のスミジュールFL−2、FL−3、FL−4、HL BA)が挙げられる。また、イソシアヌレート環をさらに反応可能な官能基を2個以上有するポリエステル(c)と反応させて、1分子中のイソシアネート基を増やしても良いし、生成したウレタン結合とさらに1等量のイソシアネート基を反応させてアロファネート化して、さらに1分子中のイソシアネート基を増やしても良い。イソシアネート基と反応可能な官能基を2個以上有するポリエステル(c)としては、周知のポリエステル樹脂を用いることができる。
非ブロック化ポリイソシアネート化合物(d2)は、1種、もしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
両末端にイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物(e)としては、例えば、トルイレンジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、o−トルイ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、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、水添トリレンジイソシアネート等が挙げられる。
溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、などの内から樹脂組成物の組成に応じ適当なものを使用できるが、沸点が50℃〜200℃のものを好ましく用いることができる。沸点が50℃よりも低いと、易接着剤を塗布する際に溶剤が揮発しやすく、固形分が高くなって均一な膜厚で塗布することが難しくなる。沸点が200℃よりも高いと、溶剤を乾燥しづらくなる。なお、溶剤は2種以上用いてもよい。
固有粘度が0.6(dl/g)以上で、かつ、環状三量体含有量が1重量%以下のポリエステル樹脂は固相重合法で得られる。環状三量体を多く含む樹脂は、高温高湿下の加水分解が促進されやすいが、環状三量体含有量を1重量%以下にすることで、高温高湿下での加水分解を抑えることができ、耐湿熱性に優れる。一般的に使用されるポリエステルフィルムは、環状三量体含有量が1重量%を超えているため、屋外などでの長期暴露により機械強度も劣化し、加水分解して亀裂などが生じ好ましくない。
比粘度ηsp= (η/η0)−1 を濃度cで除した量、ηsp/cを濃度0へ外挿する。
η0:溶媒の粘度 c(g/mL):溶媒中の樹脂の濃度
η:c(g/mL)における樹脂溶液の粘度
ηspp:樹脂溶液の粘度と溶媒の粘度の比
なお、ここでいう樹脂組成物とは、樹脂と白色顔料を含む場合の他、複数の樹脂を含む場合や、樹脂に各種添加剤を含む場合をいう。
太陽電池用裏面保護シート(Z’)は、白色フィルム(2)の表面に、前記白色易接着性コーティング層(1)を設けることができる。
例えば、太陽電池用裏面保護シート(Z’)は、白色フィルム(2)に、白、最表面としての白色易接着性コーティング層(1)用塗液を塗工した後、乾燥工程を経て、白色易接着性コーティング層(1)を形成させ、得ることができる。
塗工機(方法)としては、従来公知の方法で塗工する方法を挙げることができる。具体的にはコンマコーティング、グラビアコーティング、リバースコーティング、ロールコーティング、リップコーティング、スプレーコーティングなどが例示できる。これらの方法で各塗液を塗布し、加熱乾燥により溶剤を揮散させることで、白色易接着性コーティング層(1)を形成することができる。
コスト的、設備の汎用性を考慮すると、インラインで最表面としての白色易接着性コーティング層(1)用塗液を塗工・乾燥する方法が好ましい。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池の受光面側に位置する太陽電池表面保護材(I)、太陽電池の受光面側に位置する封止材(II)、太陽電池素子(III)、太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)、及び太陽電池の非受光面側に位置する太陽電池裏面保護材(V)を具備してなる太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池裏面保護材(V)が、本発明の太陽電池用裏面保護シート(Z’)を、最表面としての白色易接着性コーティング層(1)が、前記非受光面側の封止材(IV)と接するように配置して、前記太陽電池用裏面保護シート用白色易接着剤層を硬化することにより得たものである太陽電池モジュールである。
非受光面側封止材層(IV)と太陽電池用裏面保護シート(Z’)とを積層する際、減圧下に両者を接触させ、次いで加熱・加圧下に重ね合わせることによって得ることができる。最表面としての白色易接着性コーティング層(1)が熱硬化性の場合、常圧に戻した後、さらに高温条件下に置いて、最表面としての白色易接着性コーティング層(1)の硬化を進行させることもできる。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート78部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.40部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.05部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.05部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、グリシジルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が16,000、水酸基価が16.9(mgKOH/g)、Tgが30℃、ヨウ素価が3.6(g/100g)、固形分50%の水酸基と二重結合とを有する樹脂c1−1溶液を得た。
Mnの測定は、前述したGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって求めた。
ガラス転移温度の測定は、前述した示差走査熱量測定(DSC)法により求めた。
なお、Tg測定用の試料は、上記のアクリル樹脂溶液を150℃で約15分、加熱し、乾固させたものを用いた。
共栓三角フラスコ中に試料(樹脂の溶液:約50%)約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。酸価は次式により求めた。酸価は樹脂の乾燥状態の数値とした(単位:mgKOH/g)。
酸価(mgKOH/g)={(5.611×a×F)/S}/(不揮発分濃度/100)
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
共栓三角フラスコ中に試料(樹脂の溶液:約50%)約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。更にアセチル化剤(無水酢酸25gをピリジンで溶解し、容量100mlとした溶液)を正確に5ml加え、約1時間攪拌した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間持続する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。
水酸基価は次式により求めた。水酸基価は樹脂の乾燥状態の数値とした(単位:mgKOH/g)。
水酸基価(mgKOH/g)
=[{(b−a)×F×28.05}/S]/(不揮発分濃度/100)+D
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
b:空実験の0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
D:酸価(mgKOH/g)
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート78部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら80℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.075部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、グリシジルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が75,000、水酸基価が18.0(mgKOH/g)、Tgが30℃、ヨウ素価が3.6(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−2溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート40部、n−ブチルメタクリレート56部、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート4部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジブチルスズジラウレートを0.03部添加し、2−イソシアナトエチルメタクリレート:1.7部(前記、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート:4部のうち、約2部の変性に要する量)をメチルエチルケトン1.7部に溶解したものを、40℃で撹拌しながら2時間かけて滴下した。IRでイソシアネートピーク(2260cm−1)が消失したことを確認し、数平均分子量が38,000、水酸基価が8.6(mgKOH/g)、Tgが50℃、ヨウ素価が3.9(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−3溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、n−ブチルメタクリレート96部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、グリシジルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が38,000、水酸基価が17.0(mgKOH/g)、Tgが20℃、ヨウ素価が3.5(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−4溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート90部、n−ブチルメタクリレート6部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、グリシジルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が41,000、水酸基価が17.0(mgKOH/g)、Tgが96℃、ヨウ素価が3.6(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−5溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート78部、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート4部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジブチルスズジラウレートを0.03部添加し、2−イソシアナトエチルメタクリレート:3.3部(前記、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート:4部の変性に要する量)をメチルエチルケトン3.3部に溶解したものを、40℃で撹拌しながら2時間かけて滴下した。IRでイソシアネートピーク(2260cm−1)が消失したことを確認し、数平均分子量が37,000、水酸基価が0(mgKOH/g)、Tgが34℃、ヨウ素価が7.8(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−6溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、n−ブチルメタクリレート30部、2−エチルヘキシルメタクリレート66部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が35,000、水酸基価が18.3(mgKOH/g)、Tgが0℃、ヨウ素価が3.6(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−7溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート96部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、グリシジルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行い、次に、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行った。
その後、ハイドロキノンを0.03部、ジメチルベンジルアミンを0.8部、アクリル酸を1部(前記、グリシジルメタクリレート:2部の変性に要する量)添加し、100℃で15時間加熱撹拌した。酸価が2以下であることを確認し、数平均分子量が30,000、水酸基価が16.7(mgKOH/g)、Tgが102℃、ヨウ素価が3.6(g/100g)、固形分50%の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂c1−8溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、n−ブチルアクリレート70部、n−ブチルメタクリレート28部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温した。次いで、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。続いて、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行うことにより、数平均分子量が40,000、水酸基価が8.8(mgKOH/g)、Tgが−34℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%の水酸基を有する樹脂c2−1溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、n−ブチルメタクリレート32部、2−エチルヘキシルメタクリレート66部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。続いて、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.37部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行うことにより、数平均分子量が36,000、水酸基価が9.2(mgKOH/g)、Tgが2℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%の水酸基を有する樹脂c2−2溶液を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート82部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温し、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。続いて、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行うことにより、数平均分子量が42,000、水酸基価が0(mgKOH/g)、Tgが36℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%の水酸基を有する樹脂c2−3を得た。
3,5−ジメチルピラゾールでブロックされた、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を、酢酸エチルで75%に希釈し、ポリイソシアネート化合物(d1)溶液を得た。
デグサ社製 VESTANAT T1890(IPDIヌレート)を使用した。
小粒径白色顔料(a)、大粒径白色顔料(b)、水酸基と二重結合とを有する樹脂(c1)溶液、水酸基を有する樹脂(c2)溶液、ポリイソシアネート化合物(d)溶液、触媒を表5、6に示す組成にて混合し、受光面側の最表面としての白色易接着性コーティング層(1)形成用塗液を得た。
白色顔料を含有しない他は前記白色易接着性コーティング層(1)形成用塗液の場合と同様にして、表5に示す組成の透明易接着性コーティング層形成用塗液117を調整した。
小粒径白色顔料(a)、大粒径白色顔料(b)、固有粘度が0.55(dl/g)で環状三量体を1.2%含有するポリエチレンテレフタレート(PET)を表7、8に示す組成にて混合し、白色のPETフィルム301〜305、401〜405を得た。
小粒径白色顔料(a)、大粒径白色顔料(b)、固有粘度が0.67(dl/g)で環状三量体を0.5%含有するポリエチレンテレフタレート(PET)を表7、8に示す組成にて混合し、白色のPETフィルム306、406を得た。
<太陽電池用裏面保護シートの作成>
表8に示す大粒径白色顔料(b)を含有する白色のPETフィルム301(100μm)の一方の面に、表5に記載される受光面側の最表面としての白色易接着性コーティング層(1)形成用塗液101をグラビアコーターによって塗布し、溶剤を100℃で乾燥させた後、50℃の恒温室に4日間放置し、厚さ10μmの受光面側の最表面としての白色易接着性コーティング層(1)を設け、太陽電池用裏面保護シートZ’を作成した。
太陽電池用裏面保護シートZ’の反射率、接着力、遮熱性、太陽電池モジュールの黄色度、発電効率を以下の方法によって評価した。表9、10に反射率、表11、12に接着力、遮熱性、黄色度、発電効率の結果を示す。
反射率は、分光光度計V−570(日本分光製)を用いて、太陽電池用裏面保護シートZ’の受光面側の最表面としての白色易接着性コーティング層(1)面側から、波長400〜1600nmの範囲で測定した。
前記太陽電池用裏面保護シートZ’を2枚用意し、サンビック(株)製のEVAシート(厚み450μ、スタンダードキュアタイプ、以下同)の両面に白色易接着性コーティング層(1)が接するように、前記EVAシートを2枚の太陽電池用裏面保護シートZ’で挟み、真空ラミネーターで温度150℃、脱気時間5分、プレス圧力1atm、プレス時間10分、アフターキュア150℃−15分で加熱加圧圧着し、接着力測定用のサンプルを作製した。
接着力測定用のサンプルの一部について、温度121℃、相対湿度100%RH、2気圧の環境条件で72時間のプレッシャークッカー試験を行った。
プレッシャークッカー試験をしなかったもの(初期)、試験をしたもの(湿熱経時後)、それぞれを15mm幅の長方形にカットし、試験片とした。各試験片について、引っ張り試験機を用いて荷重速度100mm/minでT字剥離試験を行った。
◎:40N/15mm以上
○:20N/15mm以上〜40N/15mm未満
△:5N/15mm以上〜20N/15mm未満
×:5N/15mm未満
室温23℃に調整した室内に、縦280mm、横465mm、高さ190mmの発泡スチロールの箱の上に70mm×70mmに切断した黒色の紙を置き、さらに黒色の紙にちょうど重なる様に70mm×70mmに切断した太陽電池用裏面保護シートZ’を置き(白色易接着性コーティング層(1)を上方に向けて)、太陽電池用裏面保護シートZ’の真上15cmの地点から125Wの赤外線ランプを照射して、白色易接着性コーティング層(1)の表面から10cm下の箱の内部の温度上昇を測定した。
白板ガラス・・・太陽電池用表面保護材(I)
酢酸ビニル−エチレン共重合体フィルム(EVA)・・・太陽電池の受光面側に位置する封止材(II)
EVA・・・太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)
及び太陽電池用裏面保護材(V)として、太陽電池用裏面保護シートZ’を重ねた後、真空ラミネーターに入れ、1Torr程度に真空排気して、プレス圧力としては大気圧の圧力をかけた状態で、150℃30分間加熱後、さらに150℃で30分間加熱し、黄色度測定用太陽電池疑似モジュールを作製した。
色度は、色彩色差計CR−300(コニカミノルタ製)を用いて、太陽電池疑似モジュール1の白板ガラス側から太陽電池値用裏面保護シート1をXYZ表色系で測定した後、JIS K 7373に従って黄色度(YI値)を算出した。
○:5未満
△:5以上10未満
×:10以上
白板ガラス・・・太陽電池用表面保護材(I)
酢酸ビニル−エチレン共重合体フィルム(EVA)・・・太陽電池の受光面側に位置する封止材(II)
多結晶シリコン太陽電池素子・・・太陽電池素子(III)
EVA・・・太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)
及び太陽電池用裏面保護材(V)として、太陽電池用裏面保護シートZ’を重ねた後、真空ラミネーターに入れ、1Torr程度に真空排気して、プレス圧力としては大気圧の圧力をかけた状態で、150℃30分間加熱後、さらに150℃で30分間加熱し、18cm×18cm角の光電変換効率評価用太陽電池モジュールを作製した。
得られた太陽電池モジュールの太陽電池出力を測定し、JIS C8912に従って、ソーラーシュミレーター(ウシオ電機製、USS−180S)を用いて光電変換効率を測定した。
また、上記ソーラーシミュレーターから1SUNの光を180分当てて温度を上昇させ、光電変換効率を測定した。
表12、13、14に示す白色PETフィルムと、表9、10、11に示す白色易接着性コーティング層(1)形成用塗液に変更した以外は、実施例1と同様にして太陽電池裏面保護シートZ’を作成した。
白色PETフィルムを透明なPETフィルム(帝人デュポンフィルム社製のポリエステルフィルム(テトロンS(登録商標)、厚み188μm、両面コロナ処理)にした以外は、実施例1と同様にして太陽電池裏面保護シートZ’を作成した。
(II):太陽電池の受光面側に位置する封止材
(III):太陽電池素子
(IV):太陽電池の非受光面側に位置する封止材
(V):太陽電池用裏面保護材
(1)−1:大粒径白色顔料(b)を含有する硬化性易接着コーティング層
(1)−2:小粒径白色顔料(a)を含有する硬化性易接着コーティング層
(2)−1:大粒径白色顔料(b)を含有するポリエステル系フィルム
(2)−2:小粒径白色顔料(a)を含有するポリエステル系フィルム
Claims (10)
- 平均粒子径が0.2μm以上、0.38μm未満の小粒径白色顔料(a)もしくは平均粒子径が0.38μm以上、2μm以下の大粒径白色顔料(b)のいずれか一方とバインダー(c)を含有する白色易接着性コーティング層(1)と、
前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)のいずれか他方を含有する白色フィルム(2)とからなる二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。 - 白色易接着性コーティング層(1)が、前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)とバインダー(c)との合計100重量%中、前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)を10〜70重量%含有する、ことを特徴とする請求項1記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 白色易接着性コーティング層(1)が、バインダー(c)としての水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)と、を含有する、ことを特徴とする請求項1または2記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 白色易接着性コーティング層(1)が、ブロック化ポリイソシアネート化合物(d1)を必須とするポリイソシアネート化合物(d)を含有する、ことを特徴とする請求項3記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)がアクリル系樹脂である、ことを特徴とする請求項3または4記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する樹脂(c1)のガラス転位温度が10〜100℃であるアクリル系樹脂である、ことを特徴とする請求項5記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 白色フィルム(2)が、ポリエステルフィルムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 白色フィルム(2)が、低オリゴマーポリエステルフィルムであることを特徴とする請求項7に記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 白色フィルム(2)が、平均粒子径が0.2μm以上、0.38μm未満の小粒径白色顔料(a)もしくは平均粒子径が0.38μm以上、2μm以下の大粒径白色顔料(b)のいずれか一方とバインダー(d)とを含有する組成物から形成され、前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)とバインダー(d)との合計100重量%中、前記小粒径白色顔料(a)もしくは前記大粒径白色顔料(b)を5〜50重量%含有するフィルムである、ことを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の二層型太陽電池用裏面保護シート(Z’)。
- 太陽電池の受光面側に位置する太陽電池表面保護材(I)、太陽電池の受光面側に位置する封止材(II)、太陽電池素子(III)、太陽電池の非受光面側に位置する封止材(IV)、及び太陽電池の非受光面側に位置する太陽電池裏面保護材(V)を具備してなる太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池裏面保護材(V)が、請求項1〜9いずれか1項に記載の二層型太陽電池用裏面保護シートを、前記白色易接着性コーティング層(1)が前記非受光面側の封止材(IV)と接するように配置して、積層してなる太陽電池モジュール。
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