JP6205913B2 - 太陽電池裏面保護シートならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
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。
一般的に黒色顔料としては、着色力が高く、安価であることからカーボンブラックが使われている。しかし、カーボンブラックは可視光領域だけでなく近赤外領域にまで吸収を持つため、裏面保護シートが高温になりやすく、その結果太陽電池モジュール全体が高温になりやすいという問題がある。太陽電池素子は一般的に高温になるほど出力が低下しやすいため、太陽電池モジュールが高温になることが望ましくない。
しかし、カーボンブラックを用いて裏面保護シートの受光面側を黒色にした場合、可視領域から近赤外領域までのすべての光が吸収されてしまうため、透過した光を再利用することができない。
本発明は、黒色外観、遮熱性に優れ、低コストの太陽電池用裏面保護シートを提供することを目的とする。
そして、前記白色フィルム(2−1)又は透明フィルム(2−2)−aが、ポリエステルフィルムであることが好ましい。
前記水酸基を有する樹脂(C)は、アクリル系樹脂(C1)であることが好ましく、
前記アクリル系樹脂(C1)は、(メタ)アクリロイル系の二重結合を有するアクリル系樹脂(C11)であることが好ましい。
前記太陽電池裏面保護シート中の黒色接着剤層(1)が、前記非受光面側封止剤層(IV)に接していることを特徴とする太陽電池モジュールに関する。
前記本発明の太陽電池モジュールは、前記非受光面側封止剤層(IV)がエチレンービニルアセテート共重合体充填剤層であることが好ましい。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子とほぼ同色となって外観を損なうことがない。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反射させ、反射した近赤外線を発電に有効利用することで、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、太陽電池素子が吸収できずに透過した近赤外線を反射させ、太陽電池裏面保護シートが高温になるのを防ぐことによって、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、700〜1200nmの波長領域の反射率が60〜100%のフィルム(2)の表面に、黒色接着剤層(1)を担持してなる太陽電池用裏面保護シートであって、前記黒色接着剤層(1)が、フタロシアニン系青色顔料もしくはジオキサジン系紫色顔(A)と、ジケトピロロピロール系赤色顔料(B)とを、(A)/(B)=40/60〜80/20(重量比)で含有する、太陽電池用裏面保護シートである。
本発明における最表面としての黒色接着剤層(1)は、フィルム(2)と非受光面側封止剤層(IV)との接着性を向上するために設けられた層であり、フタロシアニン系青色顔料もしくはジオキサジン系紫色顔料、およびジケトピロロピロール系赤色顔料を所定の割合で含有する。このような顔料を含有することによって、人の目には黒っぽい色に映るにも関わらず、入射した近赤外線を吸収することなく通過することができる。そして、後述する太陽電池裏面保護シートを構成する他の層、即ちフィルム(2)の反射機能利用することにより、黒色接着剤層(1)を通過した近赤外線を反射させ、前記反射光を黒色接着剤層(1)の受光面側に通過させ、発電に有効活用することができる。しかも、黒色接着剤層(1)は前述の通り、近赤外線を吸収することなく通過させるので、太陽電池裏面保護シート自体及び太陽電池モジュールが高温になることを抑制することもできる。
例えば、黒色接着剤をフィルム(2)に塗工して、硬化性接着剤層を形成し、最表面としての黒色接着剤層(1)とすることができる。太陽電池用裏面保護シートを非受光面側封止剤(IV)と貼り合わせ、太陽電池モジュールを形成する際、前記黒色の硬化性接着剤層(1)は、非受光面側封止剤(IV)と接触させた状態にて硬化させる。
あるいは、非受光面側封止剤(IV)と加熱下に付着し得る樹脂と、フタロシアニン系青色顔料もしくはジオキサジン系紫色顔料(A)、およびジケトピロロピロール系赤色顔料(B)を含有するフィルムを、接着剤を介して又は直にフィルム(2)上に積層し、前記樹脂フィルムを最表面としての黒色接着剤層(1)として用いることもできる。後者の場合、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂や、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等に上記顔料を混合し、T−ダイ押出機等を用いてフィルム化することにより得ることができる。
太陽電池モジュールは、屋外で20−30年の長期にわたって太陽光に曝される。太陽電池モジュールを構成する太陽電池用裏面保護シート、そして太陽電池用裏面保護シートを構成する黒色接着剤層(1)も同様に太陽光に曝される。
黒色接着剤層(1)は、長期の曝露や長期の耐湿熱性等、過酷な環境変化に耐え得る必要がある。さらに、黒色接着剤層(1)は、非受光面側封止剤(IV)と接触するので、前記長期曝露の間に、非受光面側封止剤(IV)用樹脂として汎用されるエチレン−酢酸ビニル共重合体からわずかに発生する酸にも耐え得る必要がある。
また、複数の顔料を用いる場合、長期曝露や長期耐湿熱性試験や非受光面側封止剤(IV)用樹脂の影響で、退色の程度に差ができるだけ生じないことが重要である。一色のみが退色したり、一色のみが退色しなかったりすると、黒色度を損なうからである。
即ち、本発明に用いられる顔料は、近赤外領域の波長を透過することができるだけではなく、最高級の耐久性(耐候性、耐熱性、耐湿性等)を有するものでなくてはならない。
フタロシアニン系青色顔料及びジケトピロロピロール系赤色顔料の組み合わせ、ジオキサジン系紫色顔料及びジケトピロロピロール系赤色顔料の組み合わせ、あるいはフタロシアニン系青色顔料とジオキサジン系紫色顔料とジケトピロロピロール系赤色顔料との組み合わせが、前記課題に応えるものである。フタロシアニン系青色顔料、ジオキサジン系紫色顔料及びジケトピロロピロール系赤色顔料を組み合わせることもできる。
好ましくはPigment Blue 15,Pigment Blue 15:1,Pigment Blue 15:2,Pigment Blue 15:3,Pigment Blue 15:4,Pigment Blue 75が、耐候性、色味ともに良好である。
好ましくはment Red 254,Pigment Red 264が、耐候性、色味ともに良好である。
ポリエステル系樹脂(B1)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)アクリロイル系の二重結合を有することで、太陽電池モジュール作成時の熱硬化工程において、太陽電池の非受光面側に位置する封止材層(IV)と架橋反応することが可能となり、太陽電池の非受光面側に位置する封止材層(IV)と太陽電池裏面保護シート(Z)を強固に接着させることが可能となる。
水酸基と反応し得る官能基を有する硬化剤としては、イソシアネート化合物が好ましく、硬化後に太陽電池モジュールを構成する接着層(1)の耐久性の点からイソシアネート化合物としては、ポリイソシアネート化合物(D)が好ましい。
太陽電池モジュールの製造工程時の熱ラミ時の温度に耐え得るため、融点または軟化点は120℃以上であることが好ましい。
前記黒色接着剤層(1)は、本発明の太陽電池用裏面保護シートの最表面を成すものであり、後述する太陽電池モジュールを形成する際、反射機能を有する前記フィルム(2)と非受光面側封止剤層(IV)との間に配置される。
また、本発明の太陽電池用裏面保護シートの表面、即ち、黒色接着剤層(1)側は、350〜630nmの波長領域の反射率が20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。前記波長領域の反射率がより小さいことによって、太陽電池用裏面保護シートが暗色、黒色を呈し、太陽電池素子の色調と近しくなるので、太陽電池モジュールの外観が好ましい態様となる。
図2は、太陽電池用裏面保護シート(Z)を構成する最表面としての黒色接着剤層(1)以外のフィルム(2)が白色顔料を含有する白色フィルム(2−1)を具備する、第1の態様を示す。
第1の態様として、さらに(a)〜(b)の態様を例示できる。
図3に示す第2の態様として、さらに(a)〜(c)の態様を例示できる。
白色層(2−2)−bとしては、白色の層間接着剤層が例示できる。
なお、図3の(b)に示す態様は、最表面としての黒色接着剤層(1)/透明フィルム(2−2)−a/層間接着剤(3)/白色フィルム(2−1)ということもできる。
なお、図4、5における(1’)とは、非受光面側封止剤(IV)と加熱下に付着し得る樹脂と、フタロシアニン系青色顔料もしくはジオキサジン系紫色顔料(A)、およびジケトピロロピロール系赤色顔料(B)を含有するフィルムを黒色接着剤層(1)として使用したフィルム層を指す。
着色力、耐候性、コストの観点から酸化チタンが望ましい。
気泡を含有しない白色顔料含有白色フィルム(2−1)と、気泡を含有する発泡ポリエウステルフィルムを積層して用いることもできる。
金属箔としては、アルミニウム箔、鉄箔、亜鉛合板などを使用することができ、これらの中でも、耐腐食性の観点から、アルミニウム箔が好ましく、厚みは10μmから100μmであることが好ましく、更に好ましくは20μmから50μmであることが好ましい。
両者の積層には、従来公知の種々の接着剤を用いることができる。
蒸着される金属酸化物もしくは非金属無機酸化物としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、スズ、ナトリウム、ホウ素、チタン、鉛、ジルコニウム、イットリウムなどの酸化物が使用できる。また、アルカリ金属、アルカリ土類金属のフッ化物なども使用することができ、これらは単独もしくは組み合わせて使用することができる。
これらの金属酸化物もしくは非金属無機酸化物は、従来公知の真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどのPVD方式や、プラズマCVD、マイクロウェーブCVDなどのCVD方式を用いて蒸着することができる。
水蒸気バリア性付与層や耐候性付与層は、最表面としての黒色接着剤層(1)の形成に先んじて白色フィルム(2−1)に設けられていることが好ましい。
白色層(2−2)−bとしては、透明フィルムと蒸着層または耐候性付与層を接着するのに用いられる層間接着剤に、白色顔料や体質顔料を加え白色にした白色接着剤層や、多くの場合、太陽電池用裏面保護シート(Z)の最非受光面側に位置する耐候性付与層を白色にした白色耐候性付与層などが挙げられる。
白色の耐候性付与層は、耐候性に優れる白色のコーティング剤から形成することもできるし、接着剤を用いて耐候性に優れる白色のフィルムを貼り合せ、耐候性付与層とすることもできる。
白色層(2−2)−bを用いることで、受光面側から最表面としての黒色接着剤層(1)を透過した近赤外線を白色層(2−2)−bが反射し、受光面側に入射させることができる。
白色フィルム(2−1)上にもしくは透明フィルム(2−2)−a上に、あるいは白色フィルム(2−1)上にもしくは透明フィルム(2−2)−a上に水蒸気バリア性付与層(4)や耐候性付与層(5)を積層してなる多層フィルム上に、黒色接着剤を塗工し、有機溶剤等の揮発性生成を揮発・乾燥させ、最表面としての黒色接着剤層(1)を形成し、本発明の太陽電池用裏面保護シートを得ることができる。
形成される最表面としての黒色接着剤層(1)の厚みは、0.01〜30μmであることが好ましく、0.1〜10μmであることがより好ましい。
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封止シート(I)と、太陽電池の受光面側に位置する封止材層(II)、太陽電池素子(III)と、太陽電池の非受光面側に位置する封止材層(IV)と、詳述した太陽電池用裏面保護シート(Z)を必須の構成層とし、前記非受光面側封止材層(IV)に太陽電池用裏面保護シート(Z)の最表面としての黒色接着剤層(1)が接するように、太陽電池用裏面保護シート(Z)を積層することによって、得ることができる。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。
最表面としての黒色接着剤層(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、最表面としての黒色接着剤層(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%のアクリル系樹脂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)
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)
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。
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%のアクリル系樹脂溶液C1−2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98部、2−ヒドロキシル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0.07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35,000、水酸基価が8.8(mgKOH/g)、Tgが19℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%のアクリル系樹脂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、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート80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76,000、水酸基価が8.0(mgKOH/g)、Tgが34℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%のアクリル系樹脂溶液B4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0.6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0.05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時間重合反応を行うことにより、数平均分子量が16,000、水酸基価が16.2(mgKOH/g)、Tgが51℃、ヨウ素価が0(g/100g)、固形分50%のアクリル系樹脂C1−5溶液を得た。
テレフタル酸ジメチル99.6部、エチレングリコール92.2部、ネオペンチルグリコール72.2部、および酢酸亜鉛0.02部を反応缶に仕込み、窒素気流下で攪拌しながら160〜210℃に加熱し、エステル交換反応を行なった。理論量の97%のメタノールが留出した後、イソフタル酸77.5部、アゼライン酸166.9部を仕込み、160〜240℃に加熱し、エステル化反応を行なった。このまま反応缶を徐々に1〜2トールまで減圧し、酸価が0.8mgKOH/g以下となったところで減圧下での反応を停止し、数平均分子量が41、000、水酸基価が3.2(mgKOH/g)、酸価が0.7(mgKOH/g)、Tgが−10℃のポリエステルポリオールを得、酢酸エチルで希釈して、固形分50%のポリエステル樹脂溶液C2−1を得た。
別途、ポリエステル樹脂「バイロン200」(東洋紡(株)、数平均分子量17、000、水酸基価が6(mgKOH/g)、酸価が2(mgKOH/g)以下、Tg:67℃)をメチルエチルケトンに溶解し、固形分50%のポリエステル樹脂溶液C2−2を得た。
次いで、前記ポリエステル樹脂溶液C2−1と前記ポリエステル樹脂溶液C2−2とを重量比1:1で混合し、固形分50重量%のポリエステル樹脂溶液C2を得た。
ポリエステル樹脂溶液C2中のポリエステル樹脂は、水酸基価が4.6(mgKOH/g)、酸価が0.8(mgKOH/g)、Tgが28℃であった。
MEKオキシムでブロックされたヘキサメチレンジイソシアネートの三量体を、酢酸エチルで希釈して固形分50%の樹脂溶液としたものをポリイソシアネート化合物溶液Dとした。
青色顔料または紫色顔料(A)、赤色顔料(B)、水酸基を有する樹脂溶液(C)、ポリイソシアネート化合物溶液(D)を表2に示す組成にて混合し、接着剤1〜10を得た。
各黒色接着剤を東洋紡(株)製、テトロンS、厚み188μm、以下「透明基材A」という)に塗工、乾燥し、10μmの接着剤層を作成し、各接着剤層について、分光光度計V−570(日本分光製)を用いて波長600〜1200nmの範囲の透過率を測定した。
結果を表3に示す。カーボンブラックを含有する黒色接着剤層12は、波長700〜1200nmの領域の赤外線を透過せず吸収する。カーボンブラック以外の顔料を含有する黒色接着剤層1〜11は、波長700〜1200nmの領域の赤外線の大部分を透過する。
ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製、プライムポリプロF109V、以下同)に、ジオキサジン系紫色顔料(Pigment Violet 23)10重量部、およびジケトピロロピロール系赤色顔料(Pigment Red 254)10重量部をタンブラーでプレミックスした後、二軸押出機で、回転数300rpm、設定温度220℃の条件で混練・押出した後、ペレタイザーでカットし樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を用いて、T−ダイ押出機により設定温度220℃の条件で、厚さ20μmの黒接着シート1を作成した。
ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製、プライムポリプロF109V、以下同)に、カーボンブラック顔料(三菱化学(株)製、MA−100)10重量部をタンブラーでプレミックスした後、二軸押出機で、回転数300rpm、設定温度220℃の条件で混練・押出した後、ペレタイザーでカットし樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を用いて、T−ダイ押出機により設定温度220℃の条件で、厚さ20μmの黒接着シート2を作成した。
結果を表3に示す。カーボンブラックを含有する黒色接着シート2は、波長700〜1200nmの領域の赤外線を透過せず吸収する。カーボンブラック以外の顔料を含有する黒色接着シート1は、波長700〜1200nmの領域の赤外線の大部分を透過する。
<太陽電池用裏面保護シートの作成>
白色顔料含有白色ポリエステルフィルム(東レ(株)製、ルミラーE20、厚み50μm、以下「白基材B」という)の一方の面にポリエステル接着剤「ダイナレオVA−3020/HD−701」(トーヨーケム(株)製、配合比100/7、以下同)をグラビアコーターによって塗布し、溶剤を乾燥させ、塗布量:10g/平方メートルの接着剤層を設け、ポリフッ化ビニルフィルム(デュポン(株)製、テドラー、厚み50μm、以下「保護フィルムA」という)を重ね合わせた。
その後、50℃、4日間、エージング処理し、接着剤層を硬化させ、太陽電池用裏面保護シート形成時に「フィルム(2)」となる、「白基材B/層間接着剤/保護フィルムA」積層体を作成した。
得られた「フィルム(2)」の反射率を白基材B側から、分光光度計V−570(日本分光製)を用いて、波長600〜1200nmの範囲で測定した。結果を表4に示す。
前記太陽電池用裏面保護シート1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)の両面に接着剤層が接するように、前記EVAシートを2枚の太陽電池用裏面保護シート1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48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)、プレッシャークッカー試験をしたもの(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。
◎:50N以上
○:20N以上
△:5N以上〜20N未満
×:5N未満
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1の黒接着剤面側から、波長600〜1200nmの範囲で測定した。結果を表3に示す。
室温23℃に調整した部屋内で、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いた。前記黒色の紙にちょうど重なる位置に、70mm×70mmに切断した太陽電池用裏面保護シート1を黒接着剤層が上面を向くように置き、太陽電池用裏面保護シート1の真上15cmの地点から125Wの赤外線ランプを照射して、前記黒接着剤層の直下約10cmの地点の箱内部の温度上昇を測定した。
白板ガラス・・・太陽電池表面封止シート(I)、
酢酸ビニル−エチレン共重合体フィルム(EVA)・・・受光面側封止材層(II)、
多結晶シリコン太陽電池素子・・・太陽電池素子(III)、
EVA非受光面側封止材層(IV)、及び
太陽電池裏面保護シート1(前記(IV)に前記黒接着剤層が接するように)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1を作製した。
以下の方法に従い発電変換効率を求めると共に、ガラス越しに太陽電池裏面保護シート表面を目視観察し、黒色に見えるか否か確認した。黒色に見える場合を「○」、黒色には見えない場合を「×」とする。
得られた太陽電池モジュール1の太陽電池出力を測定し、JISC8912に従って、ソーラーシミュレーター(英弘精機製、SS−100XIL)を用いて光電変換効率を測定した。
スーパーキセノンウェザーメーター(スガ試験機製)を用いて、以下の条件で太陽電池モジュール1に耐候性試験を行い、5000h(2500cy)後の光電変換効率を測定した。
1)63℃ 95% 160W/m2 照射+降雨12min
2)63℃ 50% 160W/m2 照射108min
3)1)、2)を1cyとして繰り返す。
表2に記載される黒色接着剤1〜19と、表4に示される「フィルム(2)」とを用い、実施例1と同様にして、表5に示す構成の太陽電池用裏面保護シート2−24を作成し、接着力、反射率の測定試験並びに遮熱性試験を行った。
さらに実施例1と同様にして、太陽電池モジュールを作成し、耐候性試験前・後における光電変換効率を求めると共に、太陽電池裏面保護シート表面を目視観察した。
白基材Bの一方の面にポリエステル系接着剤「ダイナレオVA−3020/HD−701」をグラビアコーターによって塗布し、溶剤を乾燥させ、塗布量:10g/平方メートルの接着剤層を設け、該接着剤層に、ポリフッ化ビニルフィルム(保護フィルムA)を重ね合わせた。その後、50℃、4日間、エージング処理し、接着剤層を硬化させ、「白基材B/層間接着剤/保護フィルムA」積層体を作成した。
さらに、前記積層体の白基材B面に、ポリエステル系接着剤「ダイナレオVA−3020/HD−701」をグラビアコーターによって塗布し、溶剤を乾燥させ、太陽電池用裏面保護シート形成時に「フィルム(2)」となる、「硬化性接着剤/白基材B/層間接着剤/保護フィルムA」積層体を得た。
得られた「フィルム(2)」の反射率を硬化性接着剤側から、分光光度計V−570(日本分光製)を用いて、波長600〜1200nmの範囲で測定した。結果を表4に示す。
前記硬化性接着剤に、表2に示される黒接着シート1を重ね合わせ、[白基材B/層間接着剤/保護フィルムA]積層体の作成と同様にして、前記硬化性接着剤を硬化させ、[黒色接着シート1/層間接着剤/白基材B/層間接着剤/保護フィルムA]という構成の太陽電池用裏面保護シート25を作成した。
さらに実施例1と同様にして、太陽電池モジュールを作成し、耐候性試験前・後における光電変換効率を求めると共に、太陽電池裏面保護シート表面を目視観察した。
黒接着シート1、2と、表4に示される「フィルム(2)」とを用い、実施例19と同様にして、表6に示す構成の太陽電池用裏面保護シート26−32を作成し、接着力、反射率の測定試験並びに遮熱性試験を行った。
さらに実施例19と同様にして、太陽電池モジュールを作成し、耐候性試験前・後における光電変換効率を求めると共に、太陽電池裏面保護シート表面を目視観察した。
なお、表4〜6において、
白色硬化性接着剤、白層間接着剤、:ポリエステル接着剤「ダイナレオVA−3020/HD−701」(トーヨーケム(株)製、配合比100/7、以下同)100重量部に酸化チタンを50重量部配合した接着剤、および前記接着剤の硬化物。
白色保護フィルムA:デュポン(株)製、テドラー、厚み50μm
白色保護フィルムB:東レ(株)製、ルミラーX10S、厚み50μm
保護コーティング液C層:ミクニペイント製、スプラ#005UV、厚み15μm
である。
赤外線を吸収するカーボンブラック顔料を用いた比較例5及び7は、近赤外線を反射できないため、太陽電池モジュールの温度上昇を招き、出力低下が起こると考えられる。
また、比較例5〜8は、近赤外線の有効活用ができないので、光電変換効率が向上することは無い。
また、ペリレンブラックを用いた比較例4は、スーパーキセノンウェザーメーター5000hでは多少の耐候劣化が見られる他、また、あまりに高価であるため、太陽電池・太陽光発電の普及の点からは好ましくない。
(II):太陽電池の受光面側に位置する封止材層
(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剤層
(Z):太陽電池裏面保護シート
(1)、(1’):太陽電池用裏面保護シート(Z)の表面に位置し、太陽電池用裏面保護シート(Z)と太陽電池の非受光面側に位置する封止剤層(IV)とを積層するための最表面としての黒色接着剤層(1)
(2):太陽電池用裏面保護シート(Z)を構成する、最表面としての黒色接着剤層(1)以外の層であって、近赤外線反射機能を有するフィルム
(2−1):近赤外線反射機能を有するフィルム(2)を構成する、白色顔料、体質顔料もしくは気泡を含有する白色フィルム
(2−2)−a:近赤外線反射機能を有するフィルム(2)を構成する、透明フィルム
(2−2)−b:近赤外線反射機能を有するフィルム(2)を構成する、白色の接着剤層もしくは白色のコーティング層
(3):太陽電池用裏面保護シート(Z)を構成する層間接着剤層であって、近赤外線通過機能及び反射機能のいずれをも有しない接着剤層
(4−1):太陽電池用裏面保護シート(Z)を構成する、耐候性付与フィルム
(4−2):太陽電池用裏面保護シート(Z)を構成する、耐候性付与コーティング層
Claims (8)
- 700〜1200nmの波長領域の反射率が60〜100%のフィルム(2)の表面に、黒色接着剤層(1)を担持してなる太陽電池用裏面保護シート(Z)であって、
前記黒色接着剤層(1)が、フタロシアニン系青色顔料とジオキサジン系紫色顔料とからなる群より選ばれる少なくとも一種の顔料(A)と、ジケトピロロピロール系赤色顔料(B)とを、(A)/(B)=40/60〜80/20(重量比)で含有し、
前記黒色接着剤層(1)100重量%中、前記顔料(A)とジケトピロロピロール系赤色顔料(B)とを合計で3〜77.4重量%含有することを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。 - フィルム(2)が、白色顔料、体質顔料もしくは気泡を含有する白色フィルム(2−1)を具備するか、または透明フィルム(2−2)−aと白色の接着剤層もしくは白色のコーティング層(2−2)−bとを具備することを特徴とする請求項1記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 白色フィルム(2−1)又は透明フィルム(2−2)−a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2記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 黒色接着剤層(1)が、水酸基を有する樹脂(C)と、ポリイソシアネート化合物(D)とを含有する接着剤から形成されることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 水酸基を有する樹脂(C)が、アクリル系樹脂(C1)であることを特徴とする請求項4記載の太陽電池用裏面保護シート。
- アクリル系樹脂(C1)が、(メタ)アクリロイル系の二重結合を有するアクリル系樹脂(C11)であることを特徴とする請求項5記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 太陽電池の受光面側に位置する太陽電池表面封止シート(I)、太陽電池の受光面側に位置する封止材層(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剤層(IV)、及び請求項1〜6いずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート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シート中の黒色接着剤層(1)が、前記非受光面側封止剤層(IV)に接していることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 非受光面側封止剤層(IV)がエチレンービニルアセテート共重合体充填剤層であることを特徴とする、請求項7に記載の太陽電池モジュール。
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