JP5353319B2

JP5353319B2 - 太陽電池バックシート

Info

Publication number: JP5353319B2
Application number: JP2009054813A
Authority: JP
Inventors: 健西川
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP2010212341A

Description

本発明は、太陽電池モジュールを構成する一部材である太陽電池バックシートに関するものである。

太陽電池は無公害で地球環境にやさしい新たなエネルギー源として実用化されており、結晶系シリコン太陽電池は一般家庭に普及されており、そして原料であるシリコン不足を背景に薄膜シリコン系の太陽電池技術も急速に進歩しつつある。

太陽電池を屋根部材と一体化した構成で使用する際には、複数個の太陽電池素子を組み合わせ、その素子グループの表面及び裏面を所定の機能を持つカバー材料で前記素子グループを保護した太陽電池モジュールとして使用することが一般的である。

太陽電池素子の受光面側のカバー材料は透明ガラス基板を使用し、その裏面側のカバー材料（以下、太陽電池バックシートと記述する）は、例えば高耐候性樹脂フィルムからなるバックシートを使用する。そしてその間をＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）フィルムで封止する方法がとられている。

そのバックシートには太陽電池素子が水分に弱いため防湿性が必要であり、そのためには金属箔を用いることで改善できるが、しかし金属箔を用いた場合、耐電圧が低くなってしまい、また積層時にクラックが入りやすいなど取扱が難しい。
そこで特許文献１（特開２００５−３２２６８１号公報）にはアルミニウム蒸着膜を用いた積層太陽電池バックシートを提案しており、確かにこの方法では金属箔を用いずに初期の防湿性の値を出すことができるが、しかし耐久防湿性には課題が残る。すなわち、アルミニウム蒸着膜自身が水分で劣化し防湿性が下がってしまう。

特開２００５−３２２６８１号公報

本発明は、上記のような課題を鑑み、耐久性、防湿性を備えた太陽電池バックシートを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、厚みが２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエチレンテレフタレートフィルムを２枚（１、２）用いて、厚みが６μｍ以上１００μｍ以下のポリエチレンテレフタレートフィルム（３）を、接着剤を介して挟んだ太陽電池バックシートにおいて、
前記フィルム（３）の少なくとも一方の面に複数の機能層を積層し、
前記機能層が前記フィルム（３）側から順に、少なくとも、アクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜、酸化珪素層、アクリル樹脂層、酸化珪素層およびテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を備えることを特徴とする太陽電池バックシートである。

本発明の太陽電池バックシートは、厚みが２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエステルフィルムを２枚（１、２）用いて、厚みが６μｍ以上１００μｍ以下のフィルム（３）を、接着剤を介して挟んだ構成を有し、前記フィルム（３）の少なくとも一方の面に複数の機能層を積層し、前記機能層が前記フィルム（３）側から順に、少なくとも、有機または有機無機混合層（４）、金属酸化物層（５）、有機または有機無機混合層（６）、金属酸化物層（７）であるので、優れた耐久性、防湿性を提供できる。

本発明の太陽電池バックシートの一実施形態における断面図である。本発明の太陽電池バックシートの別の実施形態における断面図である。

本発明の太陽電池バックシートは、図１に示すように、厚みが２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエステルフィルムを２枚（１、２）用いて、厚みが６μｍ以上１００μｍ以下のフィルム（３）を、接着剤を介して挟んだ構成を有し、前記フィルム（３）の少なくとも一方の面に複数の機能層を積層し、前記機能層が前記フィルム（３）側から順に、少なくとも、有機または有機無機混合層（４）、金属酸化物層（５）、有機または有機無機混合層（６）、金属酸化物層（７）である。
また図２に示すように、金属酸化物層（７）にさらに有機または有機無機混合層（８）を積層することも好ましい態様である。

金属酸化物層を形成し防湿層として用いることで、高防湿性を得ることができる。このための金属酸化物層形成法としては抵抗加熱式真空蒸着法、ＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）加熱式真空蒸着法、誘導加熱式真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、デュアルマグネトロンスパッタリング法、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）などが挙げられる。上記のスパッタリング以降の項目ではプラズマを用いているが、ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）方式、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）方式、ＭＦ（ＭｉｄｄｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）方式、ＤＣパルス方式、ＲＦパルス方式、ＤＣ＋ＲＦ重畳方式などプラズマの生成法が挙げられるが、特に真空蒸着法やスパッタリング法が望ましい。

金属酸化物層は、酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、インジウムとスズの複合酸化物（ＩＴＯ）、インジウムとセリウムの複合酸化物（ＩＣＯ）、スズを含むインジウムとセリウムの複合酸化物（ＩＣＯＳｎ）、チタンを含むインジウムとセリウムの複合酸化物（ＩＣＯＴｉ）、スズおよびチタンを含むインジウムとセリウムの複合酸化物（ＩＣＯＳｎＴｉ）が望ましく、その中でも、ＳｉＯ_ｘやＩＴＯは透明性、防湿性とも他の金属酸化物より優れているためより好ましい。

金属酸化物層の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。さらには、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが好ましい。硬化膜厚が５ｎｍ未満であると、十分なバリア性能を得ることができない。また、硬化膜厚が１００ｎｍより大きいと、収縮の増加によりクラックが発生し、防湿性が低下する。さらに、材料使用量の増加、膜形成時間の長時間化等に起因してコストが増加し、経済的観点からも好ましくない。

本発明に用いられる厚み２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエステルフィルム（１、２）としては、代表的なものとしてポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムが挙げられる。これらのフィルムには必要に応じて帯電防止剤や紫外線吸収剤、可塑剤、滑り剤といった添加剤が含まれていても構わない。また、表面がコロナ処理、フレーム処理、プラズマ処理、易接着処理等改質されたものであっても差し支えない。また、白色顔料が含有されていると光散乱特性の点から望ましい。
なお、ポリエステルフィルムの厚さが２５μｍより小さい場合、バックシートとしての耐候性が弱くなり、２５０μｍより大きい場合、コストが高くなり実用的ではない。

白色顔料としては、特に限定されるものではないが、例を挙げれば炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸鉛などが挙げられ、単独で用いても複数混合して用いても差し支えない。また顔料の結晶性は特に制限はなく、また粒子が表面処理されていてもよい。平均粒子径は１００ｎｍ以上３０μｍ以下が望ましく、さらに望ましくは３００ｎｍ以上１０μｍ以下がよい。粒子径が小さすぎると光散乱特性が小さくなり、大きすぎると耐熱性等の特性が低下するおそれがある。

本発明に用いられるフィルム（３）としては、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂フィルム、またはノルボルネン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられる。その中でも生産性、コスト等を考慮するとＰＥＴやＰＥＮが望ましい。また、これらのフィルムには必要に応じて帯電防止剤や紫外線吸収剤、可塑剤、滑り剤といった添加剤が含まれていても構わない。また、表面がコロナ処理、フレーム処理、プラズマ処理、易接着処理等改質されたものであっても差し支えない。
本発明に用いられるフィルム（３）は、厚さが６μｍ以上１００μｍ以下である。フィルム（３）の厚さが６μｍより小さい場合、多層積層において熱負けしてしまい、１００μｍより大きい場合、コストが高くなり望ましくない。

有機または有機無機混合層としては、アクリル構造、ウレタン構造、エステル構造およびシリカマトリックス構造から選ばれる少なくとも１種類以上の構造を含むことが望ましい。

アクリル構造から成る場合は具体的な架橋方法としてカルボキシル基含有アクリルポリマーとイソシアネート、メラミン、尿素、エポキシ、多価金属などを用いた架橋や、分子内カルボキシル基の反応を用いた架橋、メチロール基含有アクリルポリマーを用いた酸触媒や水酸基反応、エポキシ基による自己架橋、水酸基含有アクリルポリマーとイソシアネートを用いた架橋や、光重合開始剤を用いたラジカル重合反応が挙げられる。

ウレタン構造としては水酸基含有アクリルポリマーとイソシアネートの反応や、ポリエーテルポリオールとイソシアネートの反応、ポリエステルポリオールとイソシアネートの反応を用いた架橋方法が挙げられる。

シリカマトリックス構造としては、ポリシラザンやシロキサンを用いた樹脂を用いた膜や、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランのようなシラン樹脂を用いたゾルゲル反応物が挙げられる。

これらの樹脂は水または有機溶媒に溶解または分散させ固形分を１〜８０重量％、より好ましくは１〜３０重量％に調整し基材上に塗工することができる。

有機または有機無機混合層には、ブロッキング防止や硬度付与、帯電防止性能付与、またはレベリング性向上の目的で添加剤を加えてもよい。また、さらなるバリア性向上のために、ポリビニルアルコールなども加えてもよい。硬化方式により光重合開始剤やエポキシ、イソシアネート硬化剤などを加えてもよい。

また有機または有機無機混合層の塗工方式としては公知の方法を用いることができる。具体的にはグラビアコーター、ディップコーター、リバースコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター等である。

接着剤は透明であること以外は特に制限しない。一般的にはウレタン系接着剤をイソシアネート硬化剤で硬化させる方式が用いられる。

以下に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。太陽電池バックシートの性能は，下記の方法に従って評価した。
水蒸気透過度…ＪＩＳ−Ｚ０２０８に準じ測定を行った。
なお、下記実施例１および３は参考例である。

実施例１
東洋紡社製、１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工しその後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は０．０５ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は０．３ｇだった。

実施例２
１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にＵＶ硬化型アクリル樹脂を０．１μｍ加工しその後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。そしてさらにテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は０．０１ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は０．２ｇだった。

実施例３
１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後スパッタ法によりＩＴＯ層を４０ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工しその後スパッタ法によりＩＴＯ層を４０ｎｍ形成した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は０．０５ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は０．３ｇだった。

比較例１
１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は０．３ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は０．６ｇだった。

比較例２
１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５００ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工しその後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５００ｎｍ形成した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は１．０ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は２．０ｇだった。

比較例３
１６μｍＰＥＴフィルムＥ５１０７にアクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜を０．１μｍ加工し、その後真空蒸着法によりＡｌＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を０．１μｍ加工しその後真空蒸着法によりＡｌＯｘ層を５０ｎｍ形成した。そのフィルムの両面に東レ製白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇをウレタン接着剤４μｍで貼り合わせた。このフィルムの水蒸気透過度は０．０５ｇ、８５℃８５％耐湿熱試験１０００ｈ後の水蒸気透過度は２．０ｇだった。

上記実施例および比較例の層構成および実験結果を以下の表１に示す。

以上より、本発明の太陽電池バックシートは、厚みが２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエステルフィルムを２枚（１、２）用いて、厚みが６μｍ以上１００μｍ以下のフィルム（３）を、接着剤を介して挟んだ構成を有し、前記フィルム（３）の少なくとも一方の面に複数の機能層を積層し、前記機能層が前記フィルム（３）側から順に、少なくとも、有機または有機無機混合層（４）、金属酸化物層（５）、有機または有機無機混合層（６）、金属酸化物層（７）であるので、優れた耐久性、防湿性を提供できる。

１，２ポリエステルフィルム
３フィルム
４，６，８有機または無機有機混合層
５，７金属酸化物層

Claims

厚みが２５μｍ以上２５０μｍ以下のポリエチレンテレフタレートフィルムを２枚（１、２）用いて、厚みが６μｍ以上１００μｍ以下のポリエチレンテレフタレートフィルム（３）を、接着剤を介して挟んだ太陽電池バックシートにおいて、
前記フィルム（３）の少なくとも一方の面に複数の機能層を積層し、
前記機能層が前記フィルム（３）側から順に、少なくとも、アクリルポリオールとイソシアネートから成るアクリル−ウレタン硬化膜、酸化珪素層、アクリル樹脂層、酸化珪素層およびテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜を備えることを特徴とする太陽電池バックシート。