JP2006310461A - 太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびそれを用いた太陽電池裏面保護膜 - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性を有しながら、大型の太陽光発電システムを構築し得る、優れた絶縁性を有する太陽電池裏面保護膜用易接着性ポリエステルフィルムを提供する。
【解決手段】 滑剤の含有量が５００ｐｐｍ以下であり、紫外線吸収剤の含有量が４重量％以下である、太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびそれを用いた太陽電池裏面保護膜に関する。さらに詳しくは、絶縁特性に優れる太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびそれを用いた太陽電池裏面保護膜に関する。

近年、太陽光発電システムはクリーンエネルギーを利用する発電手段の一つとして普及が進んでいる。太陽電池モジュールの構造は、例えば実開平６−３８２６４号公報に記載があるように、一般的には受光側のガラス基板と裏面側の保護膜との間に複数の板状太陽電池素子を挟み内部の隙間に封止樹脂を充填した構造をとる。

裏面の保護膜には優れた機械的性質、耐熱性および耐湿性を有するポリエステルフィルムが用いられている。例えば、特開２００２−２６３５４号公報や特開２００３−６０２１８号公報には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた太陽電池裏面保護膜が提案されている。

特開２００２−２６３５４号公報 特開２００３−６０２１８号公報

しかしながら、通常のポリエステルフィルムを太陽電池裏面保護膜として用いる場合、部分放電の開始電圧が低く、十分な絶縁特性が得られない場合があり、特に大型の太陽光発電システムを構築する場合には、安全上この部分放電の問題が無視できない。

本発明は、優れた機械的性質、耐熱性および耐湿性を有しながら、かかる従来技術の問題点を解消し、特に部分放電の開始電圧が実用上十分に高く、大型の太陽光発電システムを構築し得る優れた絶縁性を有する太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびこれを用いた太陽電池裏面保護膜を提供することを課題とする。

すなわち本発明は、滑剤の含有量が５００ｐｐｍ以下であり、紫外線吸収剤の含有量が４重量％以下である、太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムである。
本発明はまた、この太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを用いた太陽電池裏面保護膜である。

本発明によれば、優れた機械的性質、耐熱性および耐湿性を有しながら、かかる従来技術の問題点を解消し、特に部分放電の開始電圧が実用上十分に高く、大型の太陽光発電システムを構築し得る優れた絶縁性を有する太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびこれを用いた太陽電池裏面保護膜を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
［ポリエステルフィルム］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを構成するポリエステルとしては、芳香族ジカルボン酸とグリコール成分とからなるポリエステルを用いることができる。例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、２，６―ナフタレンジカルボン酸、４，４′―ジフェニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸成分と、例えばエチレングリコール、１，４―ブタンジオール、１，４―シクロヘキサンジメタノール、１，６―ヘキサンジオール等のグリコール成分とから構成される芳香族ポリエステルが好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン―２，６―ナフタレンジカルボキシレートが好ましい。これらのポリエステルは共重合ポリエステルであっても良い。

［滑剤］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、滑剤の含有量が５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下であることが肝要である。含有量が５００ｐｐｍを超えると、部分放電が発生する電圧が低下し、絶縁特性が低下する。

滑剤としては、無機微粒子および／または有機微粒子を用いることができる。無機微粒子としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、カオリン、酸化珪素、酸化亜鉛を例示することができる。有機微粒子としては、架橋アクリル樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、架橋シリコーン樹脂を例示することができる。なかでも、カオリン、酸化珪素が好ましい。特に酸化珪素の塊状粒子は好ましく、特に良好な絶縁特性を得ることができる。

滑剤の含有量は、製膜時のポリエステルフィルムの巻取り性および加工工程での搬送性の確保の観点から、滑剤を２０ｐｐｍ以上含有することが好ましい。すなわち、滑剤により巻き取り性を得ようとする場合には、フィルムの滑剤の含有量は好ましくは２０ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０〜５００ｐｐｍである。

ポリエステルフィルムに含有させる滑剤の濃度はこの範囲で選べばよいが、この範囲の中でも低い値とすることは好ましい態様である。滑剤濃度を低くするためには、ポリエステルフィルムを２層以上の構成とし、フィルム表面を構成する層にのみ滑剤を添加する方法をとることもできる。この方法として、例えば特開２００１−３０４４９号公報に記載される方法を用いることができる。この場合も、フィルムの総重量に対して、全滑剤の重量濃度が５００ｐｐｍ以下となるようにすれば、良好な絶縁特性を得ることができる。

他方、製膜時のフィルムの巻き取り性と加工工程での搬送性を、フィルムへの滑剤添加以外の方法で確保する場合には、ポリエステルフィルムは滑剤を実質的に含有しないことが好ましい。この場合、滑剤を含有させる場合よりもさらに良好な絶縁特性を得ることができ、部分放電をさらに効果的に抑制することができる。なお、実質的に滑剤を含まないとは、フィルム中の滑剤の含有量が２０ｐｐｍ未満であることをいう。この場合、フィルムの巻き取り性と搬送性は、例えばフィルムに滑剤を含むコーティングを施す方法を用いて確保することができる。例えば、特開平１１−３２３２７１号公報に記載される方法を用いることができる。

［紫外線吸収剤］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムには、フィルムの耐候性を向上させるために、紫外線吸収剤を含有させることができるが、その含有量はフィルムを構成する組成物の全重量の４重量％以下とする必要がある。紫外線吸収剤の含有量が４重量％を超えると部分放電が発生する電圧が低下して絶縁特性が低下する。フィルムに含有させる紫外線吸収剤としては、少量で効果のある吸光係数の大きい化合物が好ましく、２，２’−ｐ−フェニレンビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）、２，２’−（４，４’−ジフェニレン）ビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）および２，２’−（２，６−ナフチレン）ビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）が好ましい。

［フィルムの製造方法］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、予め滑剤を添加したポリエステル組成物、またはポリエステルを押出す際に滑剤を別のフィーダーより供給し滑剤を含有させた溶融樹脂をフィルム状に溶融押出し、キャスティングドラムで冷却固化させて未延伸フィルムとし、この未延伸フィルムをＴｇ〜（Ｔｇ＋６０）℃で長手方向に１回もしくは２回以上合計の倍率が３倍〜６倍になるよう延伸し、その後Ｔｇ〜（Ｔｇ＋６０）℃で幅方向に倍率が３〜５倍になるように延伸し、必要に応じて更にＴｍ１８０℃〜２５５℃で１〜６０秒間熱処理を行うことにより得ることができる。

長手方向と横方向の延伸は、逐次二軸延伸で行なってもよく、同時二軸延伸で行ってもよい。加熱時の寸法安定性を高めるためには、特開平５７−５７６２８号公報に示されるような熱処理工程で縦方向に収縮せしめる方法や、特開平１−２７５０３１号公報に示されるようなフィルムを懸垂状態で弛緩熱処理する方法を用いることができる。得られるフィルムの厚みは、好ましくは２５〜３００μｍ、より好ましくは５０〜２５０μｍである。

本発明において、実質的に滑剤を含まないポリエステルフィルムを製造する場合には、少なくとも片面に滑剤を含有する皮膜のコーティングを施すとよい。コーティングは、延伸可能なポリエステルフィルムに、皮膜を形成する成分を含む水性液を塗布した後、乾燥、延伸し、熱処理することにより行うことが好ましい。この水性塗液の固形分濃度は、通常３０重量％以下、好ましくは１０重量％以下である。

前記の延伸可能なポリエステルフィルムとしては、未延伸ポリエステルフィルム、一軸延伸ポリエステルフィルムまたは二軸延伸ポリエステルフィルムを用いることができる。このうちフィルムの押出し方向（縦方向）に一軸延伸した縦延伸ポリエステルフィルムが好ましい。

水性塗液をフィルムに塗布する際には、塗布性を向上させるための予備処理としてフィルム表面にコロナ表面処理、火炎処理、プラズマ処理等の物理処理を施すか、あるいは組成物と共にこれと化学的に不活性な界面活性剤を併用することが好ましい。

ポリエステルフィルムに水性塗液を塗布する場合は、通常の塗工工程、即ち二軸延伸熱固定したポリエステルフィルムに該フィルムの製造工程と切り離した工程で行うと、芥、塵埃等を巻込み易く、好ましくない。かかる観点より、クリーンな雰囲気での塗布、即ちフィルム製造工程での塗布が好ましい。そして、この塗布によれば、皮膜のポリエステルフィルムへの密着性がさらに向上する。

塗布方法としては、公知の任意の塗布方法を適用することができる。例えばロールコート法、グラビアコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアーナイフコート法、含浸法およびカーテンコート法などを単独または組合せて用いることができる。塗布量は走行しているフイルム１ｍ^２当り、０．５〜２０ｇ、さらには１〜１０ｇが好ましい。水性液は水分散液または乳化液として用いるのが好ましい。なお、塗設は必要に応じフィルムの片面のみに形成してもよいし両面に形成してもよい。

水性塗液を塗布した延伸可能なポリエステルフィルムは、必要に応じて乾燥工程、延伸処理工程に導かれる。かかる処理は、従来から当業界に蓄積された条件で行うことができる。好ましい条件としては、乾燥条件は９０〜１３０℃×２〜１０秒であり、延伸温度は９０〜１５０℃、延伸倍率は縦方向３〜５倍、横方向３〜５倍、必要ならば再縦方向１〜３倍であり、熱固定する場合は１８０〜２５０℃×２〜６０秒である。このとき、塗膜の厚さは０．０１〜１μｍであることが好ましい。

［裏面保護膜］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、単独または２枚以上を貼り合わせて、太陽電池裏面保護膜として使用することができる。意匠性に優れた太陽電池を得る目的で、白色や黒色等の着色フィルムと貼り合せてもよい。

太陽電池裏面保護膜として用いる際には、水蒸気バリア性を付与する目的で、水蒸気バリア層を積層することが好ましい。この構成の太陽電池裏面保護膜は、ＪＩＳ Ｚ０２０８−７３に従い測定される水蒸気の透過率が５ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）以下であることが好ましい。

かかる水蒸気バリア層としては、水蒸気バリア性を有するフィルムや箔を用いることができる。フィルムとしては、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリ塩化ビニリデンコートフィルム、ポリフッ化ビニリデンコートフィルム、酸化ケイ素蒸着フィルム、酸化アルミニウム蒸着フィルム、アルミニウム蒸着フィルムを例示することができ、箔としては、アルミニウム箔、銅箔を例示することができる。

これらのフィルムまたは箔は、本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムのＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）接着面の反対側に積層したり、またＥＶＡ接着側を外側にして２枚の本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムで挟みこむ構造をとる形態で用いることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、各特性値は以下の方法で測定した。
（１）固有粘度
オルソクロロフェノール溶媒による溶液の粘度を３５℃にて測定し求めた。
（２）部分放電開始電圧
片面に厚さ８０ｎｍの酸化珪素の蒸着薄膜層を設けた厚み１２ミクロンの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムをガスバリアフィルムとして用意した。２枚のサンプルフィルムでこのガスバリアフィルムを挟み込み、両者の間に武田薬品工業（株）製ポリウレタン接着剤（主剤タケラックＡ５１５／硬化剤タケネートＡ５０＝１０／１溶液）を用いてドライラミネート機で貼り合わせて、太陽電池裏面保護膜を作成した。
この太陽電池裏面保護膜を、菊水電子工業（株）製部分放電試験器（モデルＫＰＤ２０５０）を用いて、ＩＥＣ６０６６４−１のｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔに準じて測定して部分放電開始電圧（Ｕｍａｘ）を求めた。なお、測定は１０点のサンプルについて行い、その平均値をとった。

[実施例１]
滑剤として、平均粒径１．５μｍの塊状酸化珪素粒子を３５０ｐｐｍおよび下記式に示す紫外線吸収剤を１重量％を含有するポリエチレンテレフタレート（固有粘度：０．６２）を２０℃に維持した回転冷却ドラム上に溶融押出しして未延伸フィルムとした。次いで縦方向に１００℃で３．５倍に延伸した後、横方向に１１０℃で３．８倍に延伸し、２３０℃で幅方向に２％収縮させながら熱固定し、厚さ１２５μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。

この太陽電池裏面保護膜用用ポリエステルフィルムを用いて部分放電開始電圧を測定したところ１０８０Ｖであり良好な絶縁性能を示した。

[実施例２〜４、および比較例１，２]
含有させる滑剤および紫外線吸収剤の量を表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして厚さ１２５μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。部分放電開始電圧の測定結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムおよびこれを用いた太陽電池裏面保護膜は良好な絶縁性能を示した。

[実施例５]
滑剤を実質的に含有しないポリエチレンテレフタレート（固有粘度：０．６２）を２０℃に維持した回転冷却ドラム上に溶融押出しして未延伸フィルムとした。次いで縦方向に１００℃で３．５倍に延伸した後、その両面に下記の塗剤Ａをロールコーターで均一に塗布した。この塗布フィルムを引き続いて９５℃で乾燥し、横方向に１１０℃で３．８倍に延伸し、２３５℃で幅方向に２％収縮させながら熱固定し、厚さ１２５μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。なお、塗膜の厚さは０．０８μｍであった。
この太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを用いて、部分放電開始電圧を測定したところ、１１７３Ｖであり、良好な絶縁性能を示した。

＜塗剤Ａ＞
２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチル４８部、イソフタル酸ジメチル１４部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル４部、エチレングリコール３１部、ジエチレングリコール２部を反応器に仕込み、これにテトラブトキシチタン０．０５部を添加して窒素雰囲気下で温度を２３０℃にコントロールして加熱し、生成するメタノールを留去させてエステル交換反応を行った。次いで反応系の温度を徐々に２５５℃まで上昇させ系内を１ｍｍＨｇの減圧にして重縮合反応を行い、ポリエステルを得た。このポリエステル２５部をテトラヒドロフラン７５部に溶解させ、得られた溶液に１００００回転／分の高速攪拌下で水７５部を滴下して乳白色の分散体を得、次いでこの分散体を２０ｍｍＨｇの減圧下で蒸留し、テトラヒドロフランを留去し、固形分が２５重量％のポリエステルの水分散体を得た。

次に、四つ口フラスコに、界面活性剤としてラウリルスルホン酸ナトリウム３部、およびイオン交換水１８１部を仕込んで窒素気流中で６０℃まで昇温させ、次いで重合開始剤として過硫酸アンモニウム０．５部、亜硝酸水素ナトリウム０．２部を添加し、更にモノマー類である、メタクリル酸メチル３０．１部、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン２１．９部、ポリエチレンオキシド（ｎ＝１０）メタクリル酸３９．４部、アクリルアミド８．６部の混合物を３時間にわたり、液温が６０〜７０℃になるよう調整しながら滴下した。滴下終了後も同温度範囲に２時間保持しつつ、攪拌下に反応を継続させ、次いで冷却して固形分が３５％重量のアクリルの水分散体を得た。

一方で、シリカフィラー（平均粒径：１００ｎｍ）（日産化学株式会社製 商品名スノーテックスＺＬ）を０．２重量％、濡れ剤として、ポリオキシエチレン（ｎ＝７）ラウリルエーテル（三洋化成株式会社製 商品名ナロアクティーＮ−７０）の０．３重量％添加した水溶液を作成した。
上記のポリエステルの水分散体１０重量部、アクリルの水分散体５重量部と水溶液８５重量部を混合して、塗剤Ａを作成した。

［実施例６］
滑剤として塊状酸化珪素粒子１００ｐｐｍを含有させた、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（固有粘度：０．５８）を６０℃に維持した回転冷却ドラム上に溶融押出しして未延伸フィルムとした。次いで縦方向に１４０℃で３．４倍に延伸した後、横方向に１５０℃で３．６倍に延伸し、２４０℃で幅方向に３％収縮させ熱固定し、厚さ１２５μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。
この太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを用いて、部分放電開始電圧を測定したところ、１１５５Ｖであり、良好な絶縁性能を示した。

本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは太陽電池裏面保護膜として用いることができる。また、本発明の太陽電池裏面保護膜は太陽電池の裏面に配置する構成部材として用いることができる。

Claims (5)

1. 滑剤の含有量が５００ｐｐｍ以下であり、紫外線吸収剤の含有量が４重量％以下である、太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム。
2. 滑剤の含有量が２０〜５００ｐｐｍである、請求項１記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム。
3. 滑剤が塊状無機粒子である、請求項２記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムフィルム。
4. 滑剤を実質的に含有しない、請求項１記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムフィルム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを用いた太陽電池裏面保護膜。