JPWO2010104069A1 - 太陽電池用裏面保護シート、太陽電池モジュール及びガスバリアフィルム - Google Patents
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Abstract
本発明は、酸素や水蒸気などのガスバリア性に優れた太陽電池用裏面保護シートを提供する。本発明の太陽電池用裏面保護シートは、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率が10g/m2・day以下である高分子、及び、板状無機粒子を含有するコンポジット基材と、上記コンポジット基材上に積層一体化された、蒸着膜及び基材フィルムとを含むことを特徴とするので、酸素や水蒸気などに対して優れたバリア性を有している。
Description
本発明は、太陽電池用裏面保護シート、太陽電池モジュール及びガスバリアフィルムに関する。
ガスバリアフィルムは、内容物の品質を変化させる原因となる酸素や水蒸気などの影響を防止するために、食品や医薬品の包装袋に用いられている。また、ガスバリアフィルムは、太陽電池モジュール、液晶表示パネル、有機EL(エレクトロルミネッセンス )表示パネルなどに使用される素子が、酸素や水蒸気に触れて性能劣化するのを防止するために、製品構成体の一部として或いはそれら素子のパッケージ材料としても用いられている。
このようなガスバリアフィルムとして、ポリビニルアルコールフィルムやエチレンビニルアルコール共重合体フィルムも用いられているが、水蒸気バリア性が不充分であり、高湿度条件下においては酸素バリア性が低下するといった問題点を有している。
特許文献1には、ガスバリアフィルムの製造方法として、フィルム表面に真空蒸着法で酸化珪素などの無機酸化物を蒸着させることが提案されている。この製造方法で製造されたガスバリアフィルムは、上述したガスバリアフィルムに比較して優れたガスバリア性を有している。
しかしながら、真空蒸着法によって形成された蒸着膜は、ピンホールやクラックなどを有している場合が多く、蒸着膜のピンホールやクラックなどの欠陥部分を通じて酸素や水蒸気が透過し、その結果、ガスバリア性が未だ不充分であるといった問題点を有している。
ところで、上記太陽電池用モジュールは、シリコン半導体などの発電素子をエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムなどの封止材によって表裏面から封止していると共に、表側の封止材上に透明保護部材としてガラス板を積層一体化し、裏側の封止材上に太陽電池用裏面保護シートをバックシートとして積層一体化してなる。
特許文献2には、耐加水分解性樹脂フィルムと金属酸化物被着樹脂フィルム及び白色樹脂フィルムとの3層積層体からなることを特徴とする太陽電池カバー材用バックシートが提案されている。
しかしながら、上記太陽電池カバー材用バックシートは、その金属酸化物被膜が蒸着法によって形成されたものであり、上述の理由から、酸素や水蒸気などのガスバリア性が不充分であるといった問題点を有している。
本発明は、酸素や水蒸気などのガスバリア性に優れた太陽電池用裏面保護シート、太陽電池モジュール及びガスバリアフィルムを提供する。
本発明の太陽電池用裏面保護シートAは、図1に示したように、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率が10g/m2・day以下である高分子と、板状無機粒子とを含有するコンポジット基材1上に、蒸着膜3及び基材フィルム4がラミネート用接着剤を介して或いは介さずして積層一体化されていることを特徴とする。
JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率が10g/m2・day以下である高分子としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、液晶ポリマー、シクロオレフィン樹脂などが挙げられ、これらが単独で使用されてもよく、2種以上が混合されて使用されてもよい。高分子としては、それ自身が耐熱性及び防湿性に優れているので、シクロオレフィン樹脂や液晶ポリマーが好ましい。
液晶ポリマーとしては、例えば、全芳香族液晶ポリエステル、全芳香族液晶ポリイミド、全芳香族液晶ポリエステルアミドなどが挙げられ、全芳香族液晶ポリエステルが好ましい。全芳香族液晶ポリエステルは、サーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれるポリエステルであり、その代表例としては、例えば、(1)芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールと芳香族ヒドロキシカルボン酸とを反応させて得られる樹脂、(2)異種の芳香族ヒドロキシカルボン酸の組み合せを反応させて得られる樹脂、(3)芳香族ヒドロキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを反応させて得られる樹脂、(4)芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとを反応させて得られる樹脂、(5)ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させて得られる樹脂などが挙げられ、通常、400℃以下の温度で異方性溶融体を形成する樹脂である。なお、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシカルボン酸の代わりに、これらのエステル誘導体が使用されることもある。更に、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシカルボン酸は、芳香環の一部がハロゲン原子、アルキル基、アリール基などで置換されてもよい。
具体的には、液晶ポリエステルとして、パラヒドロキシ安息香酸(PHB)と、テレフタル酸と、4,4’−ビフェノールとから合成されるI型[下式(1)]、PHBと2,6−ヒドロキシナフトエ酸から合成されるII型[下式(2)]、PHBと、テレフタル酸と、エチレングリコールから合成されるIII型[下式(3)]が挙げられ、I型〜III型のいずれでもよいが、耐熱性、寸法安定性、防湿性の点から、全芳香族液晶ポリエステル(I型及びII型)が好ましい。
なお、全芳香族液晶ポリエステルフィルムは、例えば、ジャパンゴアテックス社から商品名「BIAC」にて市販されている。
又、シクロオレフィン樹脂としては、例えば、熱可塑性ノルボルネン系樹脂が挙げられる。この熱可塑性ノルボルネン系樹脂は、特開昭51−80400号公報、特開昭60−26024号公報、特開平1−168725号公報、特開平1−190726号公報、特開平3−14882号公報、特開平3−122137号公報、特開平4−63807号公報などにて開示されている。
熱可塑性ノルボルネン系樹脂としては、具体的には、ノルボルネン系単量体の開環重合体、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体、ノルボルネン系単量体とオレフィンの付加共重合体などが挙げられる。
ノルボルネン系単量体としては、例えば、2−ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、5,5−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネン、5−ヘキシル−2−ノルボルネン、5−オクチル−2−ノルボルネン、5−オクタデシル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−イソプロペニル−2−ノルボルネン、5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネン、5−シアノ−2−ノルボルネン、5−メチル−5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−5−メチル−ノルボルネンなどが挙げられる。
ノルボルネン系単量体としては、ノルボルネンに一つ以上のシクロペンタジエンが付加した単量体又はその誘導体や置換体であってもよく、シクロペンタジエンの多量体である多環構造の単量体又はその誘導体や置換体であってもよく、シクロペンタジエンとテトラヒドロインデン、インデン、ベンゾフランなどとその付加物又はその誘導体や置換体であってもよい。
熱可塑性ノルボルネン系樹脂は、上記ノルボルネン系単量体を少なくとも1種以上含有する単量体を重合させて得られ、上記ノルボルネン系単量体以外に、ノルボルネン系単量体と共重合可能な単量体を共重合させてもよい。ノルボルネン系単量体と共重合可能な単量体としては、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどのシクロオレフィンが挙げられる。
熱可塑性ノルボルネン系樹脂がノルボルネン系単量体とオレフィンの付加共重合体である場合、オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンなどのα−オレフィンが用いられる。
熱可塑性ノルボルネン系樹脂には、必要に応じて、フェノール系やリン系などの酸化防止剤、ベンゾフェノン系などの紫外線吸収剤、耐光安定剤、帯電防止剤、脂肪族アルコールのエステル、多価アルコールの部分エステル及び部分エーテルなどの滑剤などの添加剤が含有されていてもよい。
コンポジット基材を構成している高分子の融点又はガラス転移温度は、低いと、太陽電池用裏面保護シートの耐熱性が低下して寸法安定性が低下することがあるので、120℃以上が好ましく、125〜300℃がより好ましい。なお、高分子の融点又はガラス転移温度は、JIS K0064に準拠して測定されたものをいう。
JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの高分子の水蒸気透過率は、高いと、太陽電池用裏面保護シートのガスバリア性が低下するので、10g/m2・day以下に限定され、3g/m2・day以下が好ましい。なお、厚みが100μmのときの23℃における高分子の水蒸気透過率はJIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定されたものをいう。
コンポジット基材は、上記高分子中に板状無機粒子が分散されてなる。この板状無機粒子としては、例えば、合成雲母、アルミナ、ベーマイトなどが挙げられる。
板状無機粒子は、その厚み方向に複数枚が積層されて層状に形成された無機層状化合物であってもよい。無機層状化合物としては、例えば、カオリナイト族、スメクタイト族、マイカ族などの粘土鉱物が挙げられる。スメクタイト族の無機層状化合物としては、例えば、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイトなどが挙げられ、モンモリロナイトが好ましい。
板状無機粒子の平均サイズは、大き過ぎると基材の外観を損ねることがあるので、10nm〜500μm程度が好ましい。板状無機粒子のアスペクト比は、小さいと、太陽電池用裏面保護シートのガスバリア性が低下することがあるので大きいほど望ましく、3以上が好ましい。板状無機粒子の平均サイズとは、TEM法による観察によって確認された板状無機粒子の最大長さと最小長さの和の相加平均値をいう。
なお、板状無機粒子の平均サイズはTEM法で測定することができ、アスペクト比は下記の通りに定義する。
アスペクト比=結晶表面の平均長さ/板状無機粒子の最大厚み
但し、結晶表面の平均長さとは、TEM観察時の各板状無機粒子の最大長さの相加平均値と定義し、板状無機粒子の最大厚みとは、TEM観察時の各板状無機粒子の厚みの相加平均値と定義する。
アスペクト比=結晶表面の平均長さ/板状無機粒子の最大厚み
但し、結晶表面の平均長さとは、TEM観察時の各板状無機粒子の最大長さの相加平均値と定義し、板状無機粒子の最大厚みとは、TEM観察時の各板状無機粒子の厚みの相加平均値と定義する。
コンポジット基材1中における板状無機粒子の含有量は、高分子100重量部に対して3重量部以上配合すると、基材自身のガスバリア性を有効に向上させることができるとともに、蒸着層のピンホールなどの欠陥に対する目止め効果を高めることができる。但し、過剰に配合すると基材が脆くなって必要な強度を維持できなくなったり、製膜困難になったりするので、高分子100重量部に対して5〜80重量部配合するのが好ましい。
コンポジット基材1の厚みは、薄いと、太陽電池用裏面保護シート全体の酸素及び水蒸気に対するバリア性が低下することがあるので20μm以上とされるのが好ましく、上限は、特に限定されるものではないが、ハンドリング性等を勘案すれば400μm程度とされるのが好ましい。
上記コンポジット基材1上には必要に応じてラミネート用接着剤2を介して蒸着膜3及び基材フィルム4がこの順序で又は反対の順序で積層一体化されている。即ち、コンポジット基材1上には必要に応じてラミネート用接着剤2を介して蒸着膜3が積層一体化されていると共に、上記蒸着膜3上に基材フィルム4が積層一体化されている。又は、コンポジット基材1上には必要に応じてラミネート用接着剤2を介して基材フィルム4が積層一体化されていると共に、基材フィルム4上に蒸着膜3が積層一体化されている。コンポジット基材1上に蒸着膜3及び基材フィルム4を積層一体化する方法としては、(1)個別に製造されたコンポジット基材1と、蒸着膜3が形成された基材フィルム4とを熱融着する方法、(2)個別に製造されたコンポジット基材1と、蒸着膜3が形成された基材フィルム4とを高周波ウェルダーのような接着剤を必要としない方法で積層一体化する方法、(3)個別に製造されたコンポジット基材1と、蒸着膜3が形成された基材フィルム4とをラミネート用接着剤や接着性樹脂を介在させて積層一体化させる方法が挙げられる。接着剤としては、ドライラミネーション可能なラミネート用接着剤を選択することが好ましい。また、接着性樹脂を介在させる溶融押出ラミネーションが採用されてもよい。これらラミネート用接着剤や接着性樹脂は、蒸着膜や基材の種類に応じて適宜のものが選択されればよい。なお、接着に先立ち、基材の表面に公知の易接着処理を施すことは任意である。
また、蒸着膜3が形成された基材フィルム4の一方の面側に、コンポジット基材1を押出ラミネートすることで積層一体化する方法も挙げられる。
また、蒸着膜3が形成された基材フィルム4の一方の面側に、コンポジット基材1を押出ラミネートすることで積層一体化する方法も挙げられる。
上記ラミネート用接着剤や接着性樹脂中に板状無機粒子が含有されていてもよい。ラミネート用接着剤や接着性樹脂中に板状無機粒子を含有させることによって、太陽電池用裏面保護シートの酸素や水蒸気に対するバリア性を向上させることができる。なお、板状無機粒子は、コンポジット基材に含有されている板状無機粒子と同様のものが使用できる。
コンポジット基材1上には上述のように必要に応じてラミネート用接着剤2を介して、蒸着膜3及び基材フィルム4が好ましくはこの順序で積層一体化されている(図1参照)。蒸着膜3は通常、基材フィルム4の表面に形成された上で、コンポジット基材1上にラミネート用接着剤2を介して蒸着膜3及び基材フィルム4が積層一体化される。
上記基材フィルム4を構成している合成樹脂としては、その表面に蒸着膜を形成することができればよく、例えば、ポリ乳酸などの生分解性プラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂、ナイロン−6、ナイロン−66などのポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。なお、基材フィルム4は、延伸フィルム又は未延伸フィルムの何れであってもよいが、機械強度や寸法安定性、耐熱性に優れるものが好ましい。
基材フィルム4には、必要に応じて、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤などの公知の添加剤が含有されていてもよい。又、基材フィルム4の表面に、コロナ処理、オゾン処理、プラズマ処理などの表面改質処理を施して蒸着膜との密着性を向上させてもよい。基材フィルム4の厚さは、3〜200μmが好ましく、3〜30μmがより好ましい。
蒸着膜3を構成している材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタンなどが挙げられ、酸化ケイ素、酸化アルミニウムが好ましく、酸化ケイ素がより好ましい。
酸化ケイ素からなる蒸着膜は、主たる構成要素であるケイ素及び酸素の他に、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、ナトリウム、チタン、ジルコニウム、イットリウムなどの金属や、炭素、ホウ素、窒素、フッ素などの非金属原子を含んでいてもよい。
蒸着膜3は、単一層であっても、バリア性を向上させるために複数層を積層一体化させたものであってもよい。蒸着膜3が複数層を積層一体化させてなるものである場合、各層を構成している材料は、同種類であっても異種類であってもよい。
蒸着膜3の厚みは、薄いと、太陽電池用裏面保護シートの酸素や水蒸気に対するバリア性が低下することがあり、厚いと、蒸着膜3の形成時に基材フィルムとの間における収縮率の差に起因してクラックなどが生じやすくなり、かえって太陽電池用裏面保護シートのバリア性が低下することがあるので、5nm〜5000nmが好ましく、50nm〜1000nmがより好ましく、100nm〜500nmが特に好ましい。蒸着膜3が酸化アルミニウム又は酸化ケイ素から形成されている場合には、蒸着膜3の厚みは10nm〜300nmが好ましい。
基材フィルム4の表面に蒸着膜3を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的気相成長法(PVD)や、化学的気相成長法(CVD)などが挙げられ、基材フィルムへの熱の影響を比較的抑えることができ、更に、均一な蒸着膜を生産効率良く形成することができるので、化学的気相成長法(CVD)が好ましい。
図2に示したように、太陽電池用裏面保護シートの耐候性を向上させるために、太陽電池用裏面保護シートの表面にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されていてもよい。即ち、太陽電池用裏面保護シートのコンポジット基材1上にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されていてもよい。太陽電池用裏面保護シートの基材フィルム4又は蒸着膜3上にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されていてもよい。太陽電池用裏面保護シートの基材フィルム4上にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されていることが好ましい。図2では、基材フィルム4上に、ポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されてなる場合を示した。なお、ポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5の厚みは、1〜20μmが好ましい。
上記フッ素系コーティング層としては、例えば、ポリフッ化ビニル(PVF)層、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)層、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)層などが挙げられる。
次に、上記太陽電池用裏面保護シートの製造方法の一例について説明する。先ず、コンポジット基材1の製造方法としては、例えば、高分子及び板状無機粒子を押出機に供給して溶融混練しフィルム状に押出すことによってコンポジット基材を得ることができる。
一方、上述の要領で表面に蒸着膜3が形成された基材フィルム4を作製する。次いで、コンポジット基材1と、蒸着膜3が形成された基材フィルム4の好ましくは蒸着膜3の間に接着性樹脂を溶融押出して、両者を積層一体化して太陽電池用裏面保護シートAを製造することができる。
太陽電池用裏面保護シートAのコンポジット基材1、蒸着膜3又は基材フィルム4上に、最外層としてポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5を積層一体化させる場合には、上述の要領で製造された太陽電池用裏面保護シートA上に汎用の要領でポリフッ化ビニルフィルムを積層一体化させ或いはフッ素系塗料を塗布、乾燥させればよい。
図3に示したように、シリコンなどから形成される発電素子6はエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムなどの封止材7、8によって上下方向から挟持されることによって封止されており、表側の封止材7上には透明保護部材としてガラス板9が積層一体化されていると共に、裏側の封止材8上には太陽電池用裏面保護シートがバックシートとして積層一体化されることによって太陽電池モジュールBが構成されている。
なお、太陽電池用裏面保護シートAの蒸着膜3又は基材フィルム4が発電素子6側に隣接する状態に積層することが好ましい。太陽電池用裏面保護シートAがポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素コーティング層5を有する場合には、ポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素コーティング層5が最外層となるように積層することで、太陽電池用裏面保護シートAに優れた耐候性を付与することができる。
太陽電池モジュールBの発電素子6は酸素や水蒸気に触れると錆などの酸化劣化を生じて発電能力が低下する虞れがある。従って、発電素子6の表裏面は封止材7、8によって封止されているものの、封止材7、8の酸素や水蒸気に対するバリア性はそれほど充分ではない。
発電素子6の表面(受光面)側は保護層としてガラス板9が積層一体化されており、ガラス板9は、酸素や水蒸気に対するバリア性に優れているため、ガラス板9は封止材7のバリア性の不足を補っている。
一方、発電素子6の裏面側の封止材8上に太陽電池用裏面保護シートAを積層一体化させることによって、太陽電池用裏面保護シートAの有する優れた酸素や水蒸気に対するバリア性により発電素子6に裏面側から酸素や水蒸気が浸入することに起因する発電素子6の酸化劣化を防止して、発電素子6の発電性能を長期間に亘って良好に維持することができる。
上記では、発電素子4の裏面側を封止している封止材8上に太陽電池用裏面保護シートAを積層一体化させた場合を説明したが、図4に示したように、太陽電池用裏面保護シートA上に最外層としてエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層10を予め積層一体化させておくことが好ましい。太陽電池用裏面保護シートAにおける蒸着膜3又は基材フィルム4側の表面に最外層としてエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層10を予め積層一体化させておくことがより好ましい。太陽電池用裏面保護シートAを上述のように構成することによって、封止材8と太陽電池用裏面保護シートAを別部材としてではなく、一部材として取り扱うことができ作業の効率化が可能である。なお、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層10が発電素子6に対向した状態に積層一体化させる必要がある。
図4に示したように、太陽電池用裏面保護シートA上にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化されている場合には、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層10が、ポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層されていない面上に形成される必要がある。
更に、図4、5に示したように、太陽電池用裏面保護シートAの何れか一方の面に封止層11が積層一体化されていることが好ましい。太陽電池用裏面保護シートAの蒸着膜3又は基材フィルム4上に封止層11が積層一体化されていることがより好ましい。太陽電池用裏面保護シートAの基材フィルム4上に封止層11が積層一体化されていることが特に好ましい。なお、太陽電池用裏面保護シートAがポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5を有する場合には、ポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層されていない面上に封止層11が積層一体化される。即ち、太陽電池用裏面保護シートAの一方の面(第一の面)上に封止層11が積層一体化されると共に、太陽電池用裏面保護シートAの他方の面(第二の面)上にポリフッ化ビニルフィルム層5又はフッ素系コーティング層5が積層一体化される。
具体的には、封止層11は、変性ポリオレフィン系樹脂と、R1Si(OR2)3で示されるシラン化合物とを含有することによって構成されていていることが好ましく、不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つJIS K7121に準拠して測定された融点が120〜170℃である変性ポリオレフィン系樹脂100重量部と、R1Si(OR2)3で示されるシラン化合物0.001〜20重量部とを含有することがより好ましく、不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つJIS K7121に準拠して測定された融点が120〜170℃である変性ポリプロピレン系樹脂100重量部と、R1Si(OR2)3で示されるシラン化合物0.001〜20重量部とを含有することが特に好ましい。封止層11は、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムなどの封止材に比べて、酸素や水蒸気に対するバリア性が優れており、太陽電池用裏面保護シートは優れたガスバリア性を発揮する。但し、R1は、非加水分解性であって且つ重合性を有する官能基を示す。R2は、炭素数が1〜5であるアルキル基を示す。なお、図5では、蒸着膜3又は基材フィルム4上に封止層11を積層一体化させた場合を示した。この封止層11は、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムなどの封止材に比べて、酸素や水蒸気に対するバリア性が優れており、太陽電池用裏面保護シートAと積層一体化して優れたガスバリア性を発揮する。
封止層11を構成している変性ポリオレフィン系樹脂としては、不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物でグラフト変性したポリオレフィン樹脂、エチレン又は/及びプロピレンと、アクリル酸又はメタクリル酸との共重合体、金属架橋ポリオレフィン樹脂などが挙げられ、不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物でグラフト変性されたポリプロピレン系樹脂が好ましい。なお、変性ポリオレフィン系樹脂は、必要に応じて、ブテン成分、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体、非晶質のエチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−α−オレフィン共重合体などが5%重量以上添加されていてもよい。
上記ポリプロピレン系樹脂としては、ポリプロピレン、プロピレン成分を50重量%含有するプロピレンとα−オレフィンなどの他のモノマーとの共重合体などが挙げられ、エチレン−プロピレンランダム共重合体、プロピレン−ブテン−エチレン三元共重合体が好ましい。なお、α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、ネオヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセンなどが挙げられる。
エチレン−プロピレンランダム共重合体におけるエチレン成分の含有量は、少ないと、封止層の接着性が低下することがあり、多いと、太陽電池用裏面保護シートがブロッキングすることがあるので、1〜10重量%が好ましく、1.5〜5重量%がより好ましい。
不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸などが挙げられ、マレイン酸が好ましい。又、不飽和カルボン酸の無水物としては、例えば、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸などが挙げられ、無水マレイン酸が好ましい。
ポリオレフィン系樹脂を不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物で変性する方法としては、例えば、有機過酸化物の存在下に、結晶性ポリプロピレンと、不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物とを、溶媒中若しくは溶媒の不存在下で結晶性ポリプロピレンの融点以上に加熱処理する方法や、ポリオレフィン系樹脂を重合する際に、不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物を共重合させることが挙げられる。
変性ポリオレフィン系樹脂中における不飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の無水物の総含有量(以下「変性率」という)は、小さいと、封止層の接着性が低下することがあり、大きいと、太陽電池用裏面保護シートがブロッキングする虞れがあるので、0.01〜20重量%が好ましく、0.05〜10重量%がより好ましい。
封止層11を構成している変性ポリオレフィン系樹脂におけるJIS K7121に準拠して測定された融点は、低いと、製膜性が低下し、高いと、封止層の接着性が低下するので、120〜170℃が好ましく、120〜145℃がより好ましい。
更に、封止層11には、太陽電池を構成している透明基板との長期接着性を確保するために、R1Si(OR2)3で示されるシラン化合物が含有されている。但し、R1は、非加水分解性であって且つ重合性を有する官能基を示す。R2は、炭素数が1〜5であるアルキル基を示す。
R1としては、例えば、ビニル基、グリシドキシ基、グリシドキシエチル基、グリシドキシメチル基、グリシドキシプロピル基、グリシドキシブチル基などが挙げられる。R2としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基などが挙げられる。
R1Si(OR2)3で表されるシラン化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α−グリシシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシエトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシエトキシシラン、γ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、δ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、δ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシランなどが挙げられる。なお、これらシラン化合物は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
封止層11中におけるシラン化合物の含有量は、少ないと、シラン化合物を添加した効果が発現しないことがあり、多いと、製膜性が低下することがあるので、変性ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して0.001〜20重量部が好ましく、0.005〜10重量部が好ましい。
なお、上記封止層11には、その物性を損なわない範囲内において、光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤などの添加剤が含有されていてもよい。
更に、太陽電池モジュールの作製の際に熱プレスなどを一定時間行うため、太陽電池用裏面保護シートが熱収縮を起こし、熱収縮に起因して太陽電池用裏面保護シートに皺が発生するなどの不具合を生じることがある。そこで、図6に示したように、太陽電池用裏面保護シートAと封止層11との間に太陽電池用裏面保護シートAを熱から保護するために熱緩衝層12が介在されていてもよい。熱緩衝層12は、融点が160℃以上で且つ曲げ弾性率が500〜1500MPaであるポリオレフィン系樹脂からなる。なお、図6では、蒸着膜3又は基材フィルム4上に、熱緩衝層12及び封止層11をこの順序で積層一体化させた場合を示した。
熱緩衝層12を構成しているポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂が挙げられる。
ポリエチレン系樹脂としては、ポリエチレン、エチレン成分を50重量%以上含有するエチレンとα−オレフィンなどの他のモノマーとの共重合体などが挙げられる。なお、α−オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、ネオヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセンなどが挙げられる。
ポリプロピレン系樹脂としては、ホモポリプロピレン、プロピレン成分を50重量%含有するプロピレンとα−オレフィンなどの他のモノマーとの共重合体などが挙げられる。なお、α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、ネオヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセンなどが挙げられる。
熱緩衝層12を構成しているポリオレフィン系樹脂におけるJIS K7121に準拠して測定された融点は、低いと、太陽電池用裏面保護シートを熱から保護できないことがあるので、160℃以上が好ましく、高すぎると、取扱いが困難となることがあるので、160〜175℃がより好ましい。
熱緩衝層12を構成しているポリオレフィン系樹脂の曲げ弾性率は、低いと、ポリオレフィン系樹脂の融点が低すぎる傾向にあるため、積層シートを熱から保護できないことがあり、高いと、取扱いが困難となることがあるので、500〜1500MPaが好ましく、700〜1200MPaがより好ましい。なお、ポリオレフィン系樹脂の曲げ弾性率は、JIS K7127に準拠して測定されたものをいう。
太陽電池用裏面保護シートAの何れか一方の面に封止層11を積層一体化する方法としては、特に限定されず、例えば、封止層11を構成する樹脂組成物を押出機に供給して溶融混練し、押出機から太陽電池用裏面保護シートAの何れか一方の表面に押出ラミネートすることによって、太陽電池用裏面保護シートA上に封止層11を積層一体化することができる。
又、太陽電池用裏面保護シートAと封止層11との間に熱緩衝層12が介在している場合には下記の方法で、太陽電池用裏面保護シート上に熱緩衝層12及び封止層11を積層一体化することができる。
先ず、熱緩衝層12を構成するポリオレフィン系樹脂を第一押出機に供給して溶融混練する一方、封止層11を構成する樹脂組成物を第二押出機に供給して溶融混練して共押出することによって、熱緩衝層12と封止層11とが積層一体化されてなる重合シートを製造する。次に、太陽電池用裏面保護シートAの何れか一方の面に重合シートをその熱緩衝層12が太陽電池用裏面保護シートAに対向した状態となるように汎用の接着剤を用いて積層一体化して、太陽電池用裏面保護シート上に熱緩衝層12及び封止層11をこの順序で積層一体化することができる。
封止層11を有する太陽電池用裏面保護シートAは、薄膜太陽電池を用いて太陽電池モジュールを製造するにあたって太陽電池用裏面保護シートとして好適に用いることができる。
図7に示したように、薄膜太陽電池Cは、透明基板13上に、アモルファスシリコン、ガリウム−砒素、銅−インジウム−セレン、化合物半導体などからなる太陽電池素子14が薄膜状に積層一体化されている。
薄膜太陽電池Cの透明基板13における太陽電池素子14の形成面上に、太陽電池用裏面保護シートAをその封止層11が透明基板13に対向した状態となるように重ね合わせて一体化することによって、薄膜太陽電池Cの太陽電池素子14を太陽電池用裏面保護シートAによって封止して太陽電池モジュールDを製造することができる(図7参照)。
上記構成の太陽電池用裏面保護シートAは、太陽電池用途の他に、食品用途、医薬品用途など様々な用途にガスバリアフィルムとして用いることもできる。
本発明の太陽電池用裏面保護シートは、コンポジット基材自体が板状無機粒子を分散状態で含有していることによって優れた防湿性を有しており、好ましくはシクロオレフィン樹脂や液晶樹脂等の耐熱性の高い高分子を選択することで、寸法安定性に優れ、高温環境下において用いられる場合にあっても寸法変化を殆ど生じない
加えて、蒸着膜も酸素や水蒸気に対して優れたバリア性を有しているので、本発明の太陽電池用裏面保護シートは優れたガスバリア性を発揮し、発電素子を裏面側から長期間に亘って安定的に保護し、太陽電池モジュールの性能を長期間に亘って安定的に維持することができる。
また、蒸着膜にピンホールが生じていた場合にあっても、コンポジット基材中に分散させた板状無機粒子が蒸着膜のピンホールを遮蔽し、ピンホールを通じて酸素及び水蒸気が浸入するのを防止している。
本発明の太陽電池用裏面保護シートは、アルミニウム箔などの金属箔を用いていないので、発電素子に対して短絡などの障害を生じさせることがない。
更に、上記太陽電池用裏面保護シートにおいて、ラミネート用接着剤中に板状無機粒子を含有している場合、本発明の太陽電池用裏面保護シートは、酸素や水蒸気に対して更に優れたバリア性を有している。
上記太陽電池用裏面保護シートの何れか一方の面に封止層が積層一体化されており、上記封止層が、不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つJIS K7121に準拠して測定された融点が120〜170℃である変性ポリプロピレン系樹脂及びR1Si(OR2)3で示されるシラン化合物を含有する太陽電池用裏面保護シートは、太陽電池との積層をロールツーロール(roll to roll)方式にて行うことが可能であり、太陽電池モジュールを効率よく製造することができる。
更に、上記太陽電池用裏面保護シートは、有機過酸化物を含有していないので、従来の封止材のように有機過酸化物による架橋工程を必要とせず、太陽電池モジュールを効率よく製造することができると共に、有機過酸化物の分解生成物の発生もなく、太陽電池との密着性を長期間に亘って維持することができ、太陽電池の性能を長期間に亘って安定的に維持することができる。
本発明の太陽電池用裏面保護シートが最外層としてポリフッ化ビニルフィルム層又はフッ素系コーティング層を有している場合には優れた耐候性を発揮し、太陽電池用裏面保護シートの耐久性が向上するので、太陽電池モジュールは長期間に亘って安定した性能を維持することができる。
本発明の太陽電池用裏面保護シートが最外層としてエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層を最外層として有する場合には、太陽電池モジュールを製造する際に、発電素子の受光面とは反対側に太陽電池用裏面保護シートを積層させることによって、発電素子の裏面側に封止材と太陽電池用裏面保護シートとを一部材として積層一体化させることができ、太陽電池モジュールの製造時の作業性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
(実施例1)
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」、平均サイズ:60nm、アスペクト比:5)15重量部と、メルトフローレイトが1.6g/10分のポリプロピレン(プライムポリマー社製 商品名「E203GV」、融点:169℃)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して250℃にて溶融混練して吐出量50kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材の片面にコロナ放電処理を施してコロナ処理面を形成した。なお、ポリプロピレンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、2.1g/m2・dayであった。
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」、平均サイズ:60nm、アスペクト比:5)15重量部と、メルトフローレイトが1.6g/10分のポリプロピレン(プライムポリマー社製 商品名「E203GV」、融点:169℃)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して250℃にて溶融混練して吐出量50kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材の片面にコロナ放電処理を施してコロナ処理面を形成した。なお、ポリプロピレンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、2.1g/m2・dayであった。
片面がコロナ処理面とされた厚さ12μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを用意した。この二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを蒸着室中において冷却ドラムに接触させながら走行させ、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムのコロナ処理面上に、酸化ケイ素(SiO)を厚さ600オングストロームとなるように真空蒸着(蒸着条件:エレクトロンビームパワー(32KV−0.60A),圧力1×10-4Torr)させて厚みが600Åの蒸着膜を形成した。
ポリウレタン系樹脂の初期縮合物にエポキシ系のシランカップリング剤を5.0重量%となるように添加して混練しプライマー樹脂組成物を作製し、このプライマー樹脂組成物を上記蒸着膜上にグラビアロールコートによって0.6g/m2(乾燥状態)となるように塗布し乾燥させてプライマー層を形成した。
紫外線吸収剤としてベンゾフェノン系紫外線吸収剤1.8重量%を含有する二液硬化型ウレタン系ラミネート用接着剤100重量部に板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」、平均サイズ:60nm、アスペクト比:5)5重量部を添加、混合することにより微粒子含有ラミネート用接着剤を得た。この微粒子含有ラミネート用接着剤をプライマー層上にグラビアロールコートによって5g/m2(乾燥状態)になるように塗布してラミネート用接着剤層を形成した。
ラミネート用接着剤層上にコンポジット基材をそのコロナ処理面がラミネート用接着剤層に対向した状態となるように重ね合わせて積層一体化して太陽電池用裏面保護シートを得た。
ドライラミネート用接着剤として主剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 商品名「タケラックA315」)100重量部と硬化剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 商品名「タケネートA50」)10重量部とからなる二液硬化型ウレタン系接着剤を用意した。
太陽電池用裏面保護シートの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム上に厚みが38μmのポリフッ化ビニルフィルムを上記ドライラミネート用接着剤を用いてドライラミネートにて積層一体化した。なお、ウレタン系接着剤の塗布量は、固形分にて4.5g/m2となるようにした。
次に、エチレン−酢酸ビニル共重合体(酢酸ビニル含有量:25重量%、メルトフローレイト:2.0g/10分)100重量部、架橋剤1.5重量部及びシランカップリング剤0.2重量部及び架橋助剤2.0重量部を押出機に供給して溶融混練し、太陽電池用裏面保護シートのポリフッ化ビニルフィルム上にエチレン−酢酸ビニル共重合体層を厚み350μmにて押出しラミネートした。
上述のようにして得られた太陽電池用裏面保護シートを使用し、下記の要領で太陽電池モジュールを作製した。厚さ3mmのガラス板、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子及び太陽電池用裏面保護シートをこの順序で重ね合わせて150℃で15分間に亘って加熱圧着することによって太陽電池モジュールを得た。なお、太陽電池用裏面保護シートのエチレン−酢酸ビニル共重合体層が太陽電池素子側となるように重ね合わせた。
(実施例2)
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」)15重量部と、環状オレフィン(日本ゼオン社製 商品名「Zeonor 1600」、ガラス転移温度:163℃、)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して300℃にて溶融混練して吐出量30kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材を用いたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。なお、環状オレフィンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、1.8g/m2・dayであった。
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」)15重量部と、環状オレフィン(日本ゼオン社製 商品名「Zeonor 1600」、ガラス転移温度:163℃、)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して300℃にて溶融混練して吐出量30kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材を用いたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。なお、環状オレフィンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、1.8g/m2・dayであった。
(実施例3)
実施例1と同様の要領で太陽電池用裏面保護シートを得た。変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製 商品名「アドマーQE060」、融点:142℃)100重量部及びビニルトリメトキシシラン3重量部を押出機に供給して溶融混練し押出機から上記太陽電池用裏面保護シートの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの表面にシート状に押出ラミネートして厚みが200μmの封止層を積層一体化して太陽電池用裏面保護シートAを得た。
実施例1と同様の要領で太陽電池用裏面保護シートを得た。変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製 商品名「アドマーQE060」、融点:142℃)100重量部及びビニルトリメトキシシラン3重量部を押出機に供給して溶融混練し押出機から上記太陽電池用裏面保護シートの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの表面にシート状に押出ラミネートして厚みが200μmの封止層を積層一体化して太陽電池用裏面保護シートAを得た。
次に、透明保護基板として厚さ1.8mmの非強化青板ガラス基板の一面に熱CVD法によってSnO2透明導電膜を形成したものを用意した。この非強化青板ガラス基板上に、公知のプラズマCVD法によって、pin素子構造のシングル構造アモルファスシリコン半導体膜を形成し、更に、公知のDCマグネトロンスパッタによって、ZnO透明導電膜及び銀薄膜からなる裏面電極を形成してアモルファスシリコン薄膜太陽電池Cを製造した。
続いて、アモルファスシリコン薄膜太陽電池Cの非強化青板ガラス基板におけるシングル構造アモルファスシリコン半導体膜の形成面上に上記太陽電池用裏面保護シートをその封止層が対向した状態となるように重ね合わせて積層体を形成し、この積層体を170℃にてその厚み方向にロールにて押圧することによって、アモルファスシリコン薄膜太陽電池Cおけるシングル構造アモルファスシリコン半導体膜の形成面上に上記太陽電池用裏面保護シートを積層一体化して太陽電池モジュールを得た。
(実施例4)
実施例1と同様の要領で太陽電池用裏面保護シートを得た。次に、変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製 商品名「アドマーQE060」、融点:142℃)100重量部及びビニルトリメトキシシラン3重量部を封止層を構成する組成物として第一押出機に供給する一方、融点が168℃で且つ曲げ弾性率1700MPaのホモポリプロピレン80重量部と、融点が160℃で且つ曲げ弾性率が550MPaの軟質ホモプロピレン20重量部とからなる曲げ弾性率が1200MPaのポリプロピレン系樹脂を熱緩衝層を構成する組成物として第二押出機に供給し、第一、第二押出機を共に接続させているTダイからシート状に共押出して、厚みが80μmの封止層と、厚みが120μmの熱緩衝層とが積層一体化されてなる重合シートを製造した。
実施例1と同様の要領で太陽電池用裏面保護シートを得た。次に、変性ポリプロピレン系樹脂(三井化学社製 商品名「アドマーQE060」、融点:142℃)100重量部及びビニルトリメトキシシラン3重量部を封止層を構成する組成物として第一押出機に供給する一方、融点が168℃で且つ曲げ弾性率1700MPaのホモポリプロピレン80重量部と、融点が160℃で且つ曲げ弾性率が550MPaの軟質ホモプロピレン20重量部とからなる曲げ弾性率が1200MPaのポリプロピレン系樹脂を熱緩衝層を構成する組成物として第二押出機に供給し、第一、第二押出機を共に接続させているTダイからシート状に共押出して、厚みが80μmの封止層と、厚みが120μmの熱緩衝層とが積層一体化されてなる重合シートを製造した。
次に、重合シートの熱緩衝層の表面に6KW及び処理速度20m/分の条件下にてコロナ放電処理を施してフィルム表面の表面張力が50dyne/cm以上となるように調整した。
しかる後、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤1.8重量%を含有する2液硬化型のウレタン系ラミネート用接着剤を用意し、このウレタン系ラミネート用接着剤を上記重合シートの熱緩衝層上にグラビアロ−ルコ−ト法によって乾燥状態にて膜厚5.0g/m2になるように塗布して乾燥させてラミネート用接着剤層を形成した。
なお、2液硬化型のウレタン系ラミネート用接着剤は、主剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 商品名「タケラックA315」)100重量部と、硬化剤(三井化学ポリウレタン株式会社製 商品名「タケネートA50」)10重量部とから構成されていた。
そして、重合シートのラミネート用接着剤層上に太陽電池用裏面保護シートをその二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが対向した状態となるように積層一体化して太陽電池用裏面保護シートを得た。
次に、実施例3と同様の要領でアモルファスシリコン薄膜太陽電池を製造した。実施例3と同様にして、アモルファスシリコン薄膜太陽電池おけるシングル構造アモルファスシリコン半導体膜の形成面上に上記太陽電池用裏面保護シートを積層一体化して太陽電池モジュールを得た。
(実施例5)
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」)15重量部と、環状オレフィン(日本ゼオン社製 商品名「Zeonor 1600」、ガラス転移温度:163℃、)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して300℃にて溶融混練して吐出量30kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材を用いたこと以外は実施例4と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。なお、環状オレフィンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、1.8g/m2・dayであった。
板状ベーマイト微粒子(Sasol社製 商品名「Disperal 60」)15重量部と、環状オレフィン(日本ゼオン社製 商品名「Zeonor 1600」、ガラス転移温度:163℃、)85重量部とを混合した上で二軸押出機(東芝機械社製 商品名「TEM35B」)に供給して300℃にて溶融混練して吐出量30kg/時間にて押出してペレットを得た。このペレットを押出機で溶融混練して押出し、厚みが200μmのコンポジット基材を得た。このコンポジット基材を用いたこと以外は実施例4と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。なお、環状オレフィンにおいて、JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率は、1.8g/m2・dayであった。
(実施例6)
封止層を構成している変性ポリプロピレン系樹脂として、変性ポリプロピレン系樹脂(三菱化学社製 商品名「モディックP555」、融点:134℃、プロピレン成分:70重量%、ブテン成分:25重量%、エチレン成分:5重量%)を用いたこと以外は実施例5と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
封止層を構成している変性ポリプロピレン系樹脂として、変性ポリプロピレン系樹脂(三菱化学社製 商品名「モディックP555」、融点:134℃、プロピレン成分:70重量%、ブテン成分:25重量%、エチレン成分:5重量%)を用いたこと以外は実施例5と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
(実施例7)
ビニルトリメトキシシランを封止層に含有させなかったこと以外は実施例4と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
ビニルトリメトキシシランを封止層に含有させなかったこと以外は実施例4と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
(実施例8)
熱緩衝層を構成する組成物として、融点が143℃で且つ曲げ弾性率1200MPaのランダムポリプロピレン100重量部を用いたこと以外は実施例3と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
熱緩衝層を構成する組成物として、融点が143℃で且つ曲げ弾性率1200MPaのランダムポリプロピレン100重量部を用いたこと以外は実施例3と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
(比較例1)
厚さ3mmのガラス板、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、及び、厚みが50μmの白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを、この順序で重ね合わせて150℃で15分間に亘って加熱圧着して太陽電池モジュールを製造した。
厚さ3mmのガラス板、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、及び、厚みが50μmの白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを、この順序で重ね合わせて150℃で15分間に亘って加熱圧着して太陽電池モジュールを製造した。
(比較例2)
厚さ3mmのガラス板、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、及び、厚みが50μmの白色ポリフッ化ビニル樹脂シートをこの順序で重ね合わせて150℃で15分間に亘って加熱圧着して太陽電池モジュールを製造した。
厚さ3mmのガラス板、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子、厚さ400μmのエチレン−酢酸ビニル共重合体シート、及び、厚みが50μmの白色ポリフッ化ビニル樹脂シートをこの順序で重ね合わせて150℃で15分間に亘って加熱圧着して太陽電池モジュールを製造した。
(比較例3)
太陽電池用裏面保護シートの代わりに、厚みが50μmの白色のポリフッ化ビニル樹脂シートを用いたこと以外は実施例3と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
太陽電池用裏面保護シートの代わりに、厚みが50μmの白色のポリフッ化ビニル樹脂シートを用いたこと以外は実施例3と同様にして太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュールを得た。
実施例1〜8及び比較例3で得られた太陽電池用裏面保護シート、比較例1で用いられた白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、及び、比較例2で用いられた白色ポリフッ化ビニル樹脂シートについて、水蒸気透過率を下記の要領で測定し、その結果を表4、5に示した。
実施例1、2で得られた太陽電池用裏面保護シート、比較例1で用いられた白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、及び、比較例2で用いられた白色ポリフッ化ビニル樹脂シートについて剥離強度を下記の要領で測定し、その結果を表4に示した。
実施例及び比較例で得られた太陽電池モジュールの出力低下率を下記の要領で測定し、その結果を表4、5に示した。
実施例3〜8及び比較例3で得られた太陽電池用裏面保護シートの接着性を下記の要領で測定し、その結果を表2に示した。更に、実施例3〜8及び比較例3で得られた太陽電池モジュールのラミネート性を下記の要領で測定し、その結果を表5に示した。
(水蒸気透過率)
実施例1〜8及び比較例3で得られた太陽電池用裏面保護シート、比較例1で用いられた白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、及び、比較例2で用いられた白色ポリフッ化ビニル樹脂シートの水蒸気透過率を温度40℃、相対湿度90%の条件下にて、JIS K7126に準拠してGTR社から商品名「GTR−100GW/30X」にて市販されている測定機を用いて測定した。
実施例1〜8及び比較例3で得られた太陽電池用裏面保護シート、比較例1で用いられた白色二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、及び、比較例2で用いられた白色ポリフッ化ビニル樹脂シートの水蒸気透過率を温度40℃、相対湿度90%の条件下にて、JIS K7126に準拠してGTR社から商品名「GTR−100GW/30X」にて市販されている測定機を用いて測定した。
(剥離強度)
太陽電池用裏面保護シートを幅15mmの短冊状に切断して試験片を作製し、この試験片を用いて引っ張り試験機(エー・アンド・デー社製 商品名「テンシロン」)によって太陽電池用裏面保護シートの剥離強度を測定した。
太陽電池用裏面保護シートを幅15mmの短冊状に切断して試験片を作製し、この試験片を用いて引っ張り試験機(エー・アンド・デー社製 商品名「テンシロン」)によって太陽電池用裏面保護シートの剥離強度を測定した。
(出力低下率)
JIS C8917−1989に基づいて太陽電池モジュールの環境試験を行い、試験前後の光起電力の出力を測定して下記式に基づいて算出した。
出力低下率(%)=100×(試験後の光起電力の出力−試験前の光起電力の出力)/試験前の光起電力の出力
JIS C8917−1989に基づいて太陽電池モジュールの環境試験を行い、試験前後の光起電力の出力を測定して下記式に基づいて算出した。
出力低下率(%)=100×(試験後の光起電力の出力−試験前の光起電力の出力)/試験前の光起電力の出力
(初期接着性)
太陽電池用裏面保護シートから幅20mmの試験片を切り出した。ガラス板上に試験片をその封止層又はエチレン−酢酸ビニル共重合体シートによって接着し、JIS K6854に準拠して引張速度300mm/分にて90°剥離試験を行い、下記基準に基づいて評価した。
良(good):引張り力が19.6N以上を示すが、連続的に試験片をガラス板から剥離できず、封止層又はエチレン−酢酸ビニル共重合体層が凝集破壊した。
可(poor):引張り力が19.6N以上で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
不可(bad):引張り力が19.6N未満で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
太陽電池用裏面保護シートから幅20mmの試験片を切り出した。ガラス板上に試験片をその封止層又はエチレン−酢酸ビニル共重合体シートによって接着し、JIS K6854に準拠して引張速度300mm/分にて90°剥離試験を行い、下記基準に基づいて評価した。
良(good):引張り力が19.6N以上を示すが、連続的に試験片をガラス板から剥離できず、封止層又はエチレン−酢酸ビニル共重合体層が凝集破壊した。
可(poor):引張り力が19.6N以上で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
不可(bad):引張り力が19.6N未満で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
(耐久接着性)
太陽電池モジュールを85℃、相対湿度85%の環境下に1000時間に亘って放置した後、上記接着性同様に、JIS K6854に準拠して90°剥離試験を行い、下記基準に基づいて評価した。なお、実施例7及び比較例1、2は、試験片が自然剥離した。
良(good):引張り力が19.6N以上を示すが、連続的に試験片をガラス板から剥離できず、エチレン−酢酸ビニル共重合体層が凝集破壊した。
可(poor):引張り力が19.6N以上で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
不可(bad):引張り力が19.6N未満で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
太陽電池モジュールを85℃、相対湿度85%の環境下に1000時間に亘って放置した後、上記接着性同様に、JIS K6854に準拠して90°剥離試験を行い、下記基準に基づいて評価した。なお、実施例7及び比較例1、2は、試験片が自然剥離した。
良(good):引張り力が19.6N以上を示すが、連続的に試験片をガラス板から剥離できず、エチレン−酢酸ビニル共重合体層が凝集破壊した。
可(poor):引張り力が19.6N以上で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
不可(bad):引張り力が19.6N未満で且つ連続的に試験片をガラス板から剥離できた。
(ラミネート性)
得られた太陽電池モジュールにおけるアモルファスシリコン薄膜太陽電池の非強化青板ガラス基板上に一辺が90cmの平面正方形状の試験枠を任意の箇所に形成した。試験枠内において、太陽電池と太陽電池用裏面保護シートとの界面にて発生している直径が1mm以上の気泡数を目視により数えた。太陽電池モジュールを10個用意し、太陽電池モジュール毎の気泡数の相加平均値を気泡数とし、下記基準により評価した。なお、比較例3では、太陽電池と太陽電池用裏面保護シートとを積層一体化させる際に太陽電池用裏面保護シートに皺が発生したので気泡数を数えなかった。
良(good):気泡は発生していなかった。
可(poor):気泡は発生していたが2個以下であった。
不可(bad):気泡が2個を超えていた。
得られた太陽電池モジュールにおけるアモルファスシリコン薄膜太陽電池の非強化青板ガラス基板上に一辺が90cmの平面正方形状の試験枠を任意の箇所に形成した。試験枠内において、太陽電池と太陽電池用裏面保護シートとの界面にて発生している直径が1mm以上の気泡数を目視により数えた。太陽電池モジュールを10個用意し、太陽電池モジュール毎の気泡数の相加平均値を気泡数とし、下記基準により評価した。なお、比較例3では、太陽電池と太陽電池用裏面保護シートとを積層一体化させる際に太陽電池用裏面保護シートに皺が発生したので気泡数を数えなかった。
良(good):気泡は発生していなかった。
可(poor):気泡は発生していたが2個以下であった。
不可(bad):気泡が2個を超えていた。
1 コンポジット基材
2 接着剤
3 蒸着膜
4 基材フィルム
5 ポリフッ化ビニルフィルム層、フッ素系コーティング層
6 発電素子
7 封止材
8 封止材
9 ガラス板
10 エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層
11 封止層
12 熱緩衝層
13 透明基板
14 太陽電池素子
A 太陽電池用裏面保護シート(ガスバリアフィルム)
B 太陽電池モジュール
C 薄膜太陽電池
D 太陽電池モジュール
2 接着剤
3 蒸着膜
4 基材フィルム
5 ポリフッ化ビニルフィルム層、フッ素系コーティング層
6 発電素子
7 封止材
8 封止材
9 ガラス板
10 エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム層
11 封止層
12 熱緩衝層
13 透明基板
14 太陽電池素子
A 太陽電池用裏面保護シート(ガスバリアフィルム)
B 太陽電池モジュール
C 薄膜太陽電池
D 太陽電池モジュール
Claims (12)
- JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率が10g/m2・day以下である高分子、及び、板状無機粒子を含有するコンポジット基材と、上記コンポジット基材上に積層一体化された、蒸着膜及び基材フィルムとを含むことを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
- 蒸着膜又は基材フィルムと、コンポジット基材とがラミネート用接着剤を介して積層一体化されており、上記ラミネート用接着剤中に板状無機粒子が含有されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 表面に封止層が積層一体化されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 封止層は、変性ポリオレフィン系樹脂100重量部と、R1Si(OR2)3で示されるシラン化合物0.001〜20重量部とを含有していることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池用裏面保護シート。但し、R1は、非加水分解性であって且つ重合性を有する官能基を示す。R2は、炭素数が1〜5であるアルキル基を示す。
- 変性ポリオレフィン系樹脂が、不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つJIS K7121に準拠して測定された融点が120〜170℃である変性ポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 変性ポリオレフィン系樹脂が、不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つJIS K7121に準拠して測定された融点が120〜170℃である変性ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 変性ポリオレフィン系樹脂が、エチレン成分を1〜10重量%含有するエチレン−プロピレンランダム共重合体が不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つ不飽和カルボン酸又はその無水物の総含有量が0.01〜20重量%である変性ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 変性ポリオレフィン系樹脂が、プロピレン−ブテン−エチレン三元共重合体が不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性され且つ不飽和カルボン酸又はその無水物の総含有量が0.01〜20重量%である変性ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 太陽電池用裏面保護シートと封止層との間に、JIS K7121に準拠して測定された融点が160℃以上で且つ曲げ弾性率が500〜1500MPaであるポリオレフィン系樹脂からなる熱緩衝層が介在していることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 最外層としてポリフッ化ビニルフィルム層又はフッ素系コーティング層を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用裏面保護シート。
- 透明基板の一面に太陽電池素子が薄膜状に形成されている薄膜太陽電池における上記透明基板の一面に、請求項3に記載の太陽電池用裏面保護シートがその封止層を上記太陽電池素子に対向させた状態に積層一体化されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
- JIS K7126に準拠して23℃、相対湿度90%にて測定された厚みが100μmのときの水蒸気透過率が10g/m2・day以下である高分子、及び、板状無機粒子とを含有するコンポジット基材と、上記コンポジット基材上に積層一体化された、蒸着膜及び基材フィルムとを含むことを特徴とするガスバリアフィルム。
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