JP6361235B2 - 遮光シート、並びにそれを使用した太陽電池モジュール用裏面保護シート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
先ず、本発明の太陽電池モジュール用裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールの基本構成について図1を用いて説明する。図1に示すように、太陽電池モジュール1は、受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、そして、本発明に係る裏面保護シート6が順に積層された構成となっている。
図2に示すように、本発明の裏面保護シート6は、少なくとも遮光層61と密着強化層62とを備える多層構造の積層体である。
本実施形態である遮光層について説明する。本実施形態の太陽電池モジュール用裏面保護シートは、密着強化層及び遮光層を少なくとも含む。遮光層はコーティング剤を乾燥させることによるか又はフィルムを積層することにより形成される。コーティング剤を乾燥させる場合、遮光層に含まれる樹脂は、少なくともフッ素樹脂と前記(メタ)アクリル樹脂との合計質量に対して(メタ)アクリル樹脂が60質量%以上90質量%以下含まれていることが望ましく、前記(メタ)アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は100℃以下にすることが望ましく、30℃以下60℃以下であることがより望ましい。その硬化剤であるポリイソシアネート化合物の使用量は、NCO/OH比(硬化剤のNCO価/主剤樹脂のOH価の比)が1.0以上2.0以下であることが望ましい。遮光層に含まれる樹脂は、複数の架橋性置換基を有する樹脂化合物とポリイソシアネート化合物との反応物であり、コーティング液に含まれる複数の架橋性置換基を有する樹脂化合物がポリイソシアネート化合物によって架橋されて形成する。また、この遮光層には、樹脂と白色顔料とが少なくとも含まれ、遮光層中、樹脂の100質量部に対して白色顔料が50質量部以上300質量部以下分散されていることが望ましい。なお、本明細書の以下の説明では、複数の架橋性置換基を有する樹脂化合物、すなわちポリイソシアネート化合物で架橋されて硬化する前の樹脂化合物のことを「主剤樹脂」と呼び、遮光層に含まれる樹脂、すなわち硬化して遮光層を形成した樹脂と区別する。
主剤樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応するための架橋性置換基を複数有するフッ素樹脂及び(メタ)アクリル樹脂が用いられ、これらがポリイソシアネート化合物と反応して架橋されることにより、硬化して強固な被膜を形成する。また、これらは、フッ素樹脂と前記(メタ)アクリル樹脂との合計質量に対して(メタ)アクリル樹脂が60質量%以上90質量%以下含まれることが望ましい。
まず、フッ素樹脂について説明する。フッ素樹脂は、いわゆる変性フッ素樹脂であり、例えば、フルオロオレフィンと架橋性置換基を含むモノマーとの共重合体である。この共重合体を構成するモノマーとして、さらに、エチレン性不飽和結合を有するその他のモノマーを併用してもよい。このようなフッ素樹脂は、耐光性や耐候性を付与するフッ素原子を含み、遮光層に耐光性や耐候性等を付与する。
次に、フッ素樹脂と架橋性置換基を複数有する(メタ)アクリル樹脂との混合物について説明する。これは、架橋性置換基を複数有するフッ素樹脂と、架橋性置換基を複数有する(メタ)アクリル樹脂とを混合させたものであり、フッ素樹脂による耐光性や耐候性等と、(メタ)アクリル樹脂による基材への密着性とを遮光層に付与することができる。架橋性置換基を複数有するフッ素樹脂としては、上記で説明したものを使用することができる。架橋性置換基を複数有する(メタ)アクリル樹脂としては、一種又は二種以上の(メタ)アクリル酸化合物と架橋性置換基を有するモノマーとを共重合させたものや、一種又は二種以上の(メタ)アクリル酸化合物と架橋性置換基を有するモノマーと、一種又は二種以上のエチレン性モノマーとを共重合させたものが使用される。ここで、(メタ)アクリル酸樹脂を得るために使用するモノマーとして、上記のモノマーに加えて、(メタ)アクリル酸樹脂に耐光性を付与するための置換基を有するモノマーを使用してもよい。なお、本発明において、「(メタ)アクリル」という用語は、「アクリル及び/又はメタクリル」という意味で使用される。
また、上記フッ素樹脂と(メタ)アクリル樹脂との合計質量に対して30質量%以下の範囲であれば、さらに別の樹脂等を適宜加えることもできる。例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂又は電離放射線硬化樹脂に例示される樹脂等を必要に応じて加えてもよい。
硬化剤は、NCO基を有するポリイソシアネート化合物を用いる。ポリイソシアネート化合物は、1分子中にイソシアネート基を2個以上有する化合物である。上記のように、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂を架橋して硬化(高分子量化)させ、遮光層に含まれる樹脂を形成させる。このとき、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂とともに遮光層に含まれる樹脂の一部となる。ポリイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系、芳香族−脂肪族系等が挙げられるが、遮光層が長期間に亘って外部環境に曝されることに伴う着色を抑制するという観点からは、脂肪族系、脂環式系のポリイソシアネート化合物が好ましく使用される。
次に、白色顔料について説明する。白色顔料は、コーティング液を塗布し硬化させて作製された遮光層に遮光性及び密着性を付与するために添加される。
次に、コーティング液に使用される溶剤について説明する。溶剤は、基材に対する塗布性をコーティング液に付与し、白色顔料をコーティング液中に分散させるために添加される。コーティング液が基材に塗布された後、塗布されたコーティング液に含まれる溶剤が揮発し、次いで生じる硬化反応により、基材の表面に遮光層が形成される。そのため、遮光層における樹脂成分と白色顔料との比率は、コーティング液中における樹脂成分と白色顔料との比率と同一になる。
遮光層としてはコーティング層の代わりにフィルムを用いても良い。具体例としては、白色フッ素フィルム、あるいは白色ポリエステルフィルム等を密着強化層のスキン層の一方の面に、ウレタン系接着剤を用いてドライラミネートすることによって遮光層を設けることができる。なお、このフィルムは、10μm以上100μm以下にする。10μmに満たないと遮光性、及び耐傷性の点で好ましくなく、100μmを超えると生産性の面で好ましくない。
密着強化層62は、裏面保護シート6の一方の最外層に配置される層であり、太陽電池モジュール1において、背面封止材層5との間の密着面となり、裏面保護シート6と背面封止材層5との間の密着性を向上させる機能を備える層である。密着強化層62は、裏面保護シート6と背面封止材層5との間に高い密着性及び密着安定性が要求される。本発明における背面封止材層5としては、架橋剤を含有するエチレン−酢酸ビニルアルコール共重合体樹脂(EVA樹脂)が好ましく用いられるが、これに限らず、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂を用いてもよい。この場合、電離放射線を用いた架橋済みのポリオレフィン系樹脂、有機過酸化物を少量含有させて製膜終了時点で架橋を完了させたポリオレフィン系樹脂、有機過酸化物を含有させて製膜後に架橋を行うポリオレフィン系樹脂などを用いることができる。
スキン層622は、密着強化層62の封止材層に対する充分な密着性とともに、所定温度におけるリワーク性を発現させる機能を備える層である。そのために、スキン層622には、融点120℃以上135℃以下のポリプロピレン樹脂を50質量%以上含有する。融点120℃以上135℃以下のポリプロピレン樹脂が50質量%未満では常温での密着性が不十分となる。
次に、基材の表面に、上記コーティング液を塗布して、遮光層を形成させる方法を説明する。遮光層は、ポリプロピレン樹脂の表面に上記コーティング液を塗布してコーティング塗膜を形成させ、このコーティング塗膜に含まれる溶剤を蒸発後、コーティング塗膜に含まれる主剤樹脂とポリイソシアネート化合物とを架橋反応させて硬化させることによって形成される。
次に、上記遮光シートが使用された太陽電池モジュール用裏面保護シートについて説明する。この太陽電池モジュール用裏面保護シートは、積層体であり、上記遮光層が最外層に存在する。これにより、太陽電池モジュール用裏面保護シートが太陽電池モジュールに適用された際に、遮光層が太陽電池モジュールの裏面側の表面となる。
次に、上記太陽電池モジュール用裏面保護シートが使用された太陽電池モジュールについて説明する。
複数の架橋性置換基を有するフッ素樹脂としてダイキン工業株式会社製、製品名ゼッフルGK−570(水酸基価90〜100mg/g)を、複数の架橋性置換基を有する(メタ)アクリル樹脂として新中村化学株式会社製、製品名バナレジンUVA−5080(OHV20)(質量平均分子量50,000、Tg80℃、水酸基価20mg/g)を、白色顔料として酸化チタン(堺化学工業株式会社製、製品名R−5N:平均粒径0.25μm、アルミナ処理)をフッ素樹脂と(メタ)アクリル樹脂との合計質量に対して200質量%、溶剤として酢酸エチル:酢酸ブチル=1:1の混合液をそれぞれ使用した。これらを表1に記載した配合量(質量%)にて各コーティング液の主剤を調製した。なお、主剤の固形分濃度は、43〜45質量%とした。各主剤の調製では、表1に記載した成分及び溶剤を組み合わせて混合物を作製した後、この混合物に対して、ペイントシェーカーを使用して60分間の撹拌を行った。その後、コーティング液のインキ分散性を目視で確認した。
○:分散性が良い
△:分散性が悪い
×:インキ化ができない
<遮光層用コーティング剤の製造>
製造例2のコーティング液にヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)とイソホロンジイソシアネート(IPDI)を表2に示すようにNCO/OH比に調整し、これを各コーティング液における硬化剤とした。これら主剤及び硬化剤は、使用(塗布)の直前に、ポリイソシアネート化合物の配合量が表2に記載した量となるように混合され、コーティング剤とした。
以下の密着性樹脂シート、を順次積層し、ドライラミネート加工により一体化して、実施例1の密着性樹脂シート試料を製造した。
ホモPP:三菱樹脂株式会社製、融点165℃
酸化チタン:Ti−pure R105(Dupont製)、平均粒径0.2〜0.25μm
スキン層:密着性樹脂シートのスキン層には、エチレンを含有するランダムPP樹脂(融点140℃、エチレン含有量3質量%)と、エラストマーPP樹脂(融点125℃、エチレン含有量7質量%)とを、エラストマーPP樹脂の割合が、1:1とし、エチレンユニット量が5.0質量%となるように混錬したPP系樹脂をスキン層用の組成物として用いた。
ランダムPP樹脂:融点140℃、エチレンユニットの含有量2.5%。
エラストマーPP樹脂:融点125℃、エチレンユニットの含有量7%。
密着性樹脂シートのスキン層の表面に上記のように調製した各コーティング液をバーコーターにて塗工し、塗工されたコーティング液を110℃で2分間乾燥させた後、40℃で3日間エージングして遮光層を形成し、実施例1〜3及び比較例4の裏面保護シートを作製した。
<遮光層用コーティング剤の製造>
製造例1及び2のコーティング液にヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)とイソホロンジイソシアネート(IPDI)を表2に示すようにNCO/OH比に調整し、これを各コーティング液における硬化剤とした。これら主剤及び硬化剤は、使用(塗布)の直前に、ポリイソシアネート化合物の配合量が表2に記載した量となるように混合され、コーティング剤とした。
密着強化層としてポリエチレン(PE)、ホモポリプロピレン(ホモPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用い、その表面に上記のように調製した各コーティング液をバーコーターにて塗工し、塗工されたコーティング液を110℃で2分間乾燥させた後、40℃で3日間エージングして遮光層を形成し、比較例1〜4の裏面保護シートを作製した。
実施例及び比較例のコーティング剤によって形成された遮光シートが使用された太陽電池モジュール用裏面保護シートのそれぞれについて、ASTM D3359−09、JIS5600に準じ、遮光シートの被膜及び基材にカッターで100マス目(100マスの全体の大きさは10mm×10mm)に傷をつけ、12mm幅のセロハンテープ(ニチバン株式会社製CT405AP−12)をこすり、60度の角度で、引き離した後、残っている部分の面積を、下記の評価基準で耐久接着性を評価し、結果を基材密着性の評価結果として表2に示した。
5B:塗膜剥離率0%
4B:塗膜剥離率0〜5%
3B:塗膜剥離率5〜15%
2B:塗膜剥離率15〜35%
1B:塗膜剥離率35〜65%
0B:塗膜剥離率65%以上
実施例、比較例の各試料を用いた密着性評価用のサンプルについて、密着性を評価した。評価は以下の方法で測定した数値に基づいて行った。
裏面保護シート試料について、上記密着強化層(密着性樹脂シート側)の表面に、試料と同サイズにカットした下記の封止材1又は2を140℃〜155℃で15分間、太陽電池モジュールの製造用の真空ラミネータを用いてラミネートし、密着性評価用のサンプルとした。
封止材シート(表1において「EVA」と表記):EVA架橋タイプ、厚さ500μm。
各密着性評価用のサンプルについて、剥離強度(N)を15mm幅の180度剥離にて密着性について密着強度を測定した。測定には、剥離試験装置(「株式会社エー・アンド・デイ」社製、商品名「TENSILON RTG−1210」)を用いて、180度剥離にて剥離条件50mm/minで23℃にて測定を行い評価した。評価結果については「封止材密着性」として下記表2に示した。
[評価基準]
○:50N/15mm以上
×:50N/15mm未満
実施例及び比較例の遮光シートが使用された太陽電池モジュール用裏面保護シートのそれぞれについて、株式会社平山製作所製HASTEST(MODEL PC−R8D)にて、120℃、85%RH、1.65atmの環境下にて96時間保管した。その後、上記[基材密着性試験]を以下の評価基準により評価した。評価結果については、「湿熱密着性」として、下記表2に示した。
5B:塗膜剥離率0%
4B:塗膜剥離率0〜5%
3B:塗膜剥離率5〜15%
2B:塗膜剥離率15〜35%
1B:塗膜剥離率35〜65%
0B:塗膜剥離率65%以上
実施例及び比較例の裏面保護シートの耐候性コーティング層側の表面に、ASTM D5402−06に準じた耐溶剤試験を実施した。溶剤にはアセトンを染み込ませたコットンを用い、1500gの力で約1秒間に1回の速度で30回擦り、表面を観察、以下の評価基準により評価した。評価結果については、「耐溶剤性」として、下記表2に示した。
○:剥がれ無し
×:剥がれ有り
実施例及び比較例の裏面保護シートについて、下記条件により、MW(メタルウェザー)試験を行い、同試験後の各裏面保護シートについて、接着性試験を行い、下記の評価基準で耐久接着性を評価し、結果を耐候性の評価結果として表2に示した。
メタルハライドランプ方式試験機 JTM G 01 2000 日本試験機工業会規格 JTM STANDARD Metalhalide Lamp type apparatus
装置名称:ダイプラ・メタルウェザー(ダイプラ・ウィンテス株式会社製)
型式:KU−R5CI−A
光源ランプ:MW−60W
フィルター:KF−1(照射範囲295nmから780nm)
照度:60±5 mW/cm2(ウシオ電機(株)製照度計使用)
試験条件:Lite(照射)63℃50%RH 20時間、Dew(結露)30℃98%RH 4時間、Rest(休止):30℃、98%RH、0.01時間、Dew前後に10sシャワー を1サイクルとして250時間試験実施。
尚、シャワーには25℃、導電率2μS/cm以下の純水を用いた。
5B:塗膜剥離率0%
4B:塗膜剥離率0〜5%
3B:塗膜剥離率5〜15%
2B:塗膜剥離率15〜35%
1B:塗膜剥離率35〜65%
0B:塗膜剥離率65%以上
実施例、比較例のそれぞれの上記裏面保護シート試料について、以下の基準で、リワーク性について評価した。評価方法は、モジュール形態でラミネートしたサンプルについて、145℃、20分間再加熱後、ラミネータ上でカッター、ペンチを用いて剥がし、そのリワーク性を確認した。
○:リワーク性が非常に良好である
△:リワーク性が良好である
×:リワーク性が悪い
遮光層として、白色ポリフッ化ビニル樹脂(PVF)を用いた。具体的には、密着性樹脂シートにウレタン系接着剤を用いてドライラミネートすることによって遮光層を設けた。その点以外は、実施例1と同様に裏面保護シートを作成した。
遮光層として、白色ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)を用いた。具体的には、密着性樹脂シートにウレタン系接着剤を用いてドライラミネートすることによって遮光層を設けた。その点以外は、実施例1と同様に裏面保護シートを作成した。
遮光層として、白色ポリフッ化ビニル樹脂(PVF)を用いた。具体的には、表3に示した密着強化層にウレタン系接着剤を用いてドライラミネートすることによって遮光層を設けた。その点以外は、実施例1と同様に裏面保護シートを作成した。
実施例及び比較例の白色ポリフッ化ビニル樹脂(PVF)又は白色ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)の遮光シートが使用された太陽電池モジュール用裏面保護シートのそれぞれについて、剥離強度(N)を15mm幅の180度剥離にて密着性について密着強度を測定した。測定には、剥離試験装置(「株式会社エー・アンド・デイ」社製、商品名「TENSILON RTG−1210」)を用いて、180度剥離にて剥離条件50mm/minで23℃にて測定を行い評価した。評価結果については「遮光層密着性」として下記表3に示した。
[評価基準]
○:4N/15mm以上
×:4N/15mm未満
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
61 遮光層
62 密着強化層
621 コア層
622 スキン層
Claims (5)
- 太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、
前記裏面保護シートの最外層に配置されて封止材との密着を強化する密着強化層を設け、
前記密着強化層は、融点160℃以上のポリプロピレン樹脂を全樹脂中80質量%以上含有するコア層と、
エチレンユニットを含有する融点120℃以上135℃以下のポリプロピレン樹脂を50質量%以上含有して最外層に露出するスキン層と、を備え、
前記スキン層中の前記エチレンユニットの含有量が5.0質量%以上10.0質量%以下であり、
前記密着強化層が、スキン層/コア層/スキン層の三層共押し出しフィルムであって、
前記スキン層の一方の面には、厚さ1μm以上30μm以下のコーティング層又は厚さ10μm以上100μm以下のフィルムからなる遮光層が積層されていることを特徴とする裏面保護シート。 - 前記遮光層が樹脂中に白色顔料が分散されたコーティング層であり、
前記樹脂は、複数の架橋性置換基を有するフッ素樹脂と複数の架橋性置換基を有する(メタ)アクリル樹脂との混合物が、ポリイソシアネート化合物により架橋されたものであり、
前記フッ素樹脂と前記(メタ)アクリル樹脂との合計質量に対して、前記(メタ)アクリル樹脂が60質量%以上、90質量%以下である、請求項1に記載の裏面保護シート。 - 前記白色顔料が前記樹脂100質量部に対して50質量部以上300質量部以下である請求項2に記載の裏面保護シート。
- 請求項1から3のいずれかに記載の裏面保護シートを用いた太陽電池モジュール。
- 太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、
前記裏面保護シートの最外層に配置されて封止材との密着を強化する密着強化層を設け、
前記密着強化層は、融点160℃以上のポリプロピレン樹脂を全樹脂中80質量%以上含有するコア層と、
エチレンユニットを含有する融点120℃以上135℃以下のポリプロピレン樹脂を50質量%以上含有して最外層に露出するスキン層と、を備え、
前記スキン層中の前記エチレンユニットの含有量が5.0質量%以上10.0質量%以下であり、
前記密着強化層が、スキン層/コア層/スキン層がこの順に積層されてなる多層構造を有する層であって、
前記スキン層の一方の面には、厚さ1μm以上30μm以下のコーティング層又は厚さ10μm以上100μm以下のフィルムからなる遮光層が積層されていることを特徴とする裏面保護シート。
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