JP2007070430A

JP2007070430A - 太陽電池用ポリエステルフィルム

Info

Publication number: JP2007070430A
Application number: JP2005257456A
Authority: JP
Inventors: Yoriyuki Takagi; 順之高木; Kenta Morishita; 健太森下
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】
本発明によれば、比較的安価なＰＥＴフィルムを用いながら、耐加水分解性が改善され、更に軽量化が実現することが出来る。
【解決手段】
二軸延伸されたポリエステルフィルムであって、該フィルムのＩＶが０．６〜１．８の範囲であり、面配向度ｆｎの範囲が０．１６５〜０．１８０であることを特徴とする太陽電池用ポリエステルフィルムであることを特徴とするものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、安価で耐環境性（耐加水分解）に優れ、かつ、軽量性、設置の柔軟性が要求される分野に最適な太陽電池用フィルムに関するものである。

近年、地球温暖化の原因となる石油エネルギーに代わる、エネルギー手段として、太陽電池が注目を浴びており、その需要が高まっている。太陽電池の需要増に対して、太陽電池用バックシートにおいても、供給性、低コスト化が求められているが、一方で、太陽電池の効率を向上させるための要求も高まっている。さらには太陽電池の、自然環境に対する耐久性（耐加水分解性）も要求されている。
太陽電池用途フィルムとしては、例えばポリエチレン系の樹脂やポリエステル系樹脂シートを用いたり、フッ素系フィルムを用いたりすることが知られている（特許文献１、２）。またフッ素系フィルムの代替としての多層ポリエステルフィルムを用いられることも知られている（特許文献３）。
特開平１１−２６１０８５号公報特開平１１−１８６５７５号公報特開２００５−１１９２３号公報

しかしながら、これらフィルム構成ではコストダウンの要求を満たせないことや、フッ素系フィルムでは環境性から不適である。またポリエステルフィルムについては、環境に対する配慮から、高寿命化の要求が高まり、更なる耐久性向上の要求がある。

従来、この分野に用いられていた二軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＢＯ−ＰＥＴ）は、耐環境性で最も要求される加水分解性に乏しいために、この分野での使用が制限されていた。

また、フッ素系フィルムは、耐環境性に優れるが、フィルムの腰が弱いことや、電気絶縁特性に劣るため、ＢＯ−ＰＥＴフィルムにより電気絶縁性を補う構成が採られていた。また、ポリエチレンシートを用いたものは、比較的安価であるが、高温（１００℃〜１２０℃）にさらされた時の耐熱性に難があった。

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、安価で優れた機械特性を有するＢＯ−ＰＥＴを用い、耐加水分解性の耐環境特性を改良することを目的とする、太陽電池用フィルムを提供せんとするものである。

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、二軸延伸されたポリエステルフィルムであって、該フィルムのＩＶが０．６〜１．８の範囲あり、面配向度ｆｎの範囲が０．１６３〜０．１８０であることを特徴とする太陽電池用ポリエステルフィルム。

本発明は、前記課題、つまり安価で優れた機械特性、耐熱性を有するＢＯ−ＰＥＴを用い耐環境性を改良する太陽電池用フィルムについて鋭意検討し特定なポリエチレンテレフタレートフィルムを構成させたところ、かかる問題を解決することを究明したものである。

本発明で言う太陽電池とは、太陽光を電気に変換し該電池を蓄えるシステムを言い、好ましくは高光線透過材、太陽電池モジュール、充填樹脂層及びバックシートを基本構成とするものであり、例えばハウスの屋根に組み込まれるものや、電気、電子部品に使用されるものである。

本発明で言う高光線透過材とは、太陽光を効率的に入射させ、内部の太陽電池モジュールを保護するもので、好ましくはガラスや高光線透過プラスチックやフィルムなどが用いられる。

本発明で言う太陽電池モジュールとは、太陽光を電気に変換して蓄えるものである。該モジュールは、シリコン、カドミウム−テルルなどの半導体が用いられる。現在多用されているものに、単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどがある。

本発明で言う充填樹脂層とは、太陽電池内の太陽電池モジュールの固定および保護、電気絶縁の目的に用いられ、なかでもエチレンビニルアセテート樹脂（ＥＶＡ）が性能と価格面で好ましく使用される。

本発明で言うバックシートとは、太陽電池の裏側の太陽電池モジュールの保護および電気絶縁が重要な役目である。本発明のフィルムは二軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＢＯ−ＰＥＴ）フィルムが好ましく使用される。

本発明で言うポリエチレンテレフタレートとは、時カルボン酸成分として、テレフタル酸およびその誘導体を、また、グリコール成分としてはエチレングリコールを用い、これらをエステル化反応によって高分子化してなる結晶性の熱可塑性樹脂である。かかるテレフタレートの融点は、２５０℃以上のものが耐熱性の上で好ましく、３００℃以下のものが生産性の上で好ましい。また、機械特性と生産性の上から問題ない範囲内であれば、他の成分が共重合されているか、ブレンドされていても良い。

本発明で言う２軸延伸フィルムとは、上記のポリマーを溶融成形して得られた未延伸、無配向シートを、２軸に延伸して、熱処理してなるフィルムを言う。該フィルムの厚さは、バックシート用途としての適正な腰の強さ、加工性、太陽電池の軽量性、電気絶縁性の上から、２０〜３５０μｍの範囲が好ましい。２０μｍ未満であると腰が弱くなり、ラミネーション時の熱しわ、ハンドリング不良を発生させる。３５０μｍを越えると、軽量化を達成できなくなる。

本発明で言うフィルムのＩＶとは、後述するオルトクロロフェノール中、２５℃で測定した溶液粘度から求めたもので、０．６〜１．８の範囲であることが耐加水分解性を良好に保持できるため必要である。ＩＶが０．６未満であると、太陽電池バックシートの寿命を著しく低下させる原因となり、また、ＩＶが１．８を越えると、バックシートの特性向上が大きく改善されるものの、固相重合時間が長く、産業上現実的ではない。ＩＶは更なる高寿命化を狙う上では、０．８〜１．８が好ましい。

本発明で言う面配向度ｆｎとは、後述する、アッベ屈折計を用いて測定したフィルムの屈折率より求めたもので、面配向度ｆｎの範囲が０．１６５〜０．１８０であることが、耐加水分解性を良好に保持できるために必要である。ｆｎが０．１６５未満であると、太陽電池バックシートの寿命を著しく低下させる原因となり、また、ｆｎが０．１８０を越えると、２軸延伸工程が不安定になり、産業上現実的ではない。

本発明でいう異方性は、野村商事社製のＳＳＴ−２５０型を用いて超音波パルスの縦波をフィルムに通過させ、その伝播速度を測定したものである。該フィルムをラミネート加工したときのカールを防止するために必要であり、その比は０．８０〜１．３０が必要である。異方性が０．８０未満でも、１．３０以上でもカールが発生して、太陽電池作成時に悪影響を及ぼす。

また、該太陽電池用ポリエステルフィルムを、太陽電池封止用フィルムとして使用する際は、シリコンセル裏面の反射特性を向上させるために、相対反射率８０％以上の白色フィルムを張り合わせすることが望ましい。

次に本発明の太陽電池封止用フィルムの製造方法について、その一例について説明する。

本発明のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の製造方法はテレフタル酸又はその誘導体とエチレングリコールとを周知の方法でエステル交換反応させることによって得ることが出来る。従来公知の反応触媒、着色防止剤を使用することが出来、反応触媒としてはアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、亜鉛化合物、鉛化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、アルミニウム化合物、アンチモン化合物、コバルト化合物、チタン化合物など、着色防止剤としては、リン化合物などを挙げることが出来る。好ましくは、通常PETの製造が完結する以前の任意の段階において、重合触媒としてアンチモン化合物又はゲルマニウム化合物、チタン化合物を添加することが好ましい。このような方法としては例えば、ゲルマニウム化合物を例に取ると、ゲルマニウム化合物粉体をそのまま添加する方法や特公昭５４−２２２３４号公報に記載されているようにＰＥＴの出発原料であるグリコール成分中にゲルマニウム化合物を溶解させ添加させる方法などを挙げることが出来る。

本発明の、ＩＶを０．６〜１．８（好ましくは０．８〜１．８）にコントロールする方法は、上記の方法で数平均分子量が１８０００レベルの通常ＰＥＴポリマーを重合した後、１９０℃〜ＰＥＴの融点未満の温度で、減圧または窒素ガスのような不活性気体の流通下で加熱する、いわゆる固相重合する方法が好ましい。該方法はＰＥＴの末端カルボキシリル基量を増加させることなくＩＶを高めることが出来る。

次に、該ポリマーから２軸延伸フィルムにするには、該ポリマーを必要に応じて乾燥し、公知の溶融押出機に供給し、スリット状のダイからシートを押出し、金属ドラムに密着させ該ポリマーのガラス転移点温度以下の温度まで冷却して未延伸フィルムを得る。該フィルムを同時２軸延伸法や逐次２軸延伸法などの周知の方法で２軸延伸フィルムを得ることが出来る。この場合の条件としては、延伸温度は該ポリマーのガラス転移点（以下Ｔｇと略称する場合がある）以上Ｔｇ＋１００℃の任意の条件を選ぶことが出来、通常は８０〜１７０℃の温度範囲が最終的に得られるフィルムの物性と生産性から好ましい。また延伸倍率はフィルムの長手方向、幅方向とも１．６〜５．０の範囲が選べるが、ここで面配向係数ｆｎを０．１６５〜０．１８０に調整するためおよび、異方性が０．８０〜１．３０に調整する為には、延伸倍率はフィルムの長手方向、幅方向共に２．５〜４．０の範囲で調整するのが好ましい。また、延伸速度は１０００〜２０００００％／分であることが好ましい。更に延伸後にフィルムの熱処理を行うが、幅方向に延伸するテンターに接続する熱処理室で連続的に熱処理するか、別のオーブンで加熱することや、加熱ロールでも熱処理できる。熱処理条件は、温度が１２０〜２４５℃、時間が１〜６０秒の範囲が通常用いられる。熱処理時に幅方向、長手方向に熱寸法安定性を良くする目的でリラックス処理が行われてもよい。

また、本発明のポリエステルフィルムに相対反射率８０％以上のフィルムに張り合わせる方法としては、ドライラミネート方式、アンカーコート剤等による接着助剤層方式、溶融押出樹脂層等を介して積層する溶融押出積層方式のいずれの積層方式でも行い得る。

また、相対反射率８０％以上のフィルムは、廃棄時の環境性を考えると、ポリエステルフィルムが望ましく、長期安定性を考慮すると、白色顔料が添加されている事が望ましい。顔料は、酸化チタン、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどを添加する。
以下に、本発明で使用される物性及びその評価方法、評価基準について説明する。

（１）ＩＶ[η]
オルトクロロフェノール中、２５℃で測定した溶液粘度から、下式で計算した値を用いた。
ηｓｐ／Ｃ＝[η]＋Ｋ[η]²・Ｃ
ここで、ηｓｐ＝（溶液粘度／溶媒粘度）−１であり、Ｃは、溶媒１００ｍｌあたりの溶解ポリマ重量（ｇ／１００ｍｌ、通常１．２）、Ｋはハギンス定数（０．３４３とする）である。また、溶液粘度、溶媒粘度はオストワルド粘度計を用いて測定した。単位は［ｄｌ／ｇ］で示す。

（２）面配向係数（ｆｎ）
アタゴ社（株）製アッベ屈折率計を用い、光源をナトリウムランプとして、フィルム屈折率の測定を行った。

ｆｎ＝（ｎＭＤ＋ｎＴＤ）／２ − ｎＺＤ・・・（Ａ）
上記式（Ａ）におけるｎＭＤは二軸配向フィルムの機械方向の屈折率を表し、ｎＴＤは機械方向と直交する方向の屈折率を表し、ｎＺＤはフィルム厚み方向の屈折率を表している。

（３）異方性指数
野村商事社製のＳＳＴ−２５０型を用いて超音波パルスの縦波を通過させその伝播速度を測定することにより求める。フィルム面内の音速分布を、角度を５°ずつ変えて測定して、楕円状のデータを得る。この楕円体から（長軸／短軸）の比を求め、これを異方性指数とした。
（４）耐加水分解性
９５℃−９３％ＲＨの雰囲気にフィルムをエージングし、ＡＳＴＭ−Ｄ６１Ｔによりフィルムの破断伸度を１００％にしたときの比（保持率）を比較し下記の順で測定した。
◎：保持率が７０％以上
○：保持率が５０％以上
△：保持率が３０〜５０％
×：保持率が３０％未満。

（５）反射率
日立製分光光度計Ｕ−３４１０で、白色標準板に対しての分光反射率を測定したものであり、光波長範囲は３００〜９００ｎｍとし、５５０ｎｍの反射率を代表値とした。

（６）張り合わせ特性
アニール処理した反射シートと、本発明のポリエステルフィルムをラミネート加工した後１００ｃｍ^２四方にカットして、平板上に置いた時、４角の浮き上がりを測定した。この平均値をカールとし、下記に判定した。

カールが０〜２ｍｍ ○
２〜５ｍｍ △
５ｍｍ以上 ×。

実施例１
ジメチルテレフタレート１００部（以下重量部）にエチレングリコール６４部を混合し、さらに触媒として酢酸亜鉛を０．１部および三酸化アンチモン０．０３部を添加し、エチレングリコールの環流温度でエステル交換を行った。

これにトリメチルホスフェート０．０８部を添加して徐々に昇温、減圧にして２７１℃の温度で５時間重合を行った。得られたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の固有粘度は０．５５であった。該ポリマーを長さ４ｍｍのチップ状に切断した。

このチップを固相重合プロセス：温度２２０℃、真空度０．５ｍｍＨｇの条件の回転式の真空装置（ロータリーバキュームドライヤー）に入れ、５０時間攪拌しながら加熱した。得られたＰＥＴチップの固有粘度は０．８２であった
このＰＥＴチップを真空乾燥したのち、２９５℃に加熱した押出機に供給し、Ｔダイより押し出し２０℃の冷却ドラムで冷却固化し、未延伸フィルムを得た。さらにこのフィルムを９５℃に加熱し、長手方向に３．３倍延伸し、引き続き１２０℃に加熱したテンターで幅方向に３．５倍延伸し、２２０℃で熱処理を行い、２５℃まで均一に冷却後巻取り、厚み５０μｍのフィルムを得た。評価した結果を表１に示したが、フィルムの固有粘度は０．７２であった。また、面配向係数ｆｎは０．１６９であり、異方性は０．９５であった。このフィルムで耐加水分解性を評価した結果良好であった。

次にこのフィルムにドライラミネートにて厚さ５０μｍの白色ポリエステルフィルム（東レ（株）、商品名“ルミラー”Ｅ２０。以降の実施例では同様のポリエステルフィルムを使用して評価を行った）と張り合わせ、その特性を評価した結果、カール無く良好な結果となった。

実施例２
実施例１と同様な方法でＰＥＴチップを得た後に、実施例１と同様な製法でフィルムを得たが、延伸条件を、長手方向に３．５倍延伸し、幅方向に３．６倍延伸して、面配向係数０．１７５、異方性１．２３のフィルムを得たが、耐加水分解性が向上し、張り合わせ特性とも良好であった。

実施例３
実施例１と同様な方法でＰＥＴチップを得たが、真空装置（ロータリーバキュームドライヤー）での攪拌時間を、１００時間にしたところ、得られたＰＥＴチップの固有粘度は１．８０であった。延伸条件を長手方向３．１倍、幅方向３．４倍に延伸し、面配向係数０．１６６、異方性０．９５のフィルムを得た。耐加水分解性、張り合わせ特性とも良好であった。

比較例１
固相重合プロセスを経ないチップにて製膜を行い、実施例と同じ条件にて製膜を行ったが、得られたフィルムの耐加水分解性は悪く、フィルムを手で持ち上げるだけで割れた。

比較例２
比較例１と同様の、固相重合プロセスを経ないがＩＶが０．６を越えたチップにて延伸条件を変更した。長手方向に２．８倍、幅方向に２．９倍に延伸した結果、面配向０．１５３、異方性１．３３のフィルムを得たが、耐加水分解性は悪く、張り合わせ時にカールが発生した。

本発明の太陽電池用ポリエステルフィルムは、本発明に記載の構成以外にも、フレキシブル性を有する太陽電池や電子部品にも好適に使用することが出来る。

Claims

二軸延伸されたポリエステルフィルムであって、該フィルムのＩＶが０．６〜１．８の範囲であり、面配向度ｆｎの範囲が０．１６５〜０．１８０であることを特徴とする太陽電池用ポリエステルフィルム。
ＩＶが０．８〜１．８の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用ポリエステルフィルム
異方性指数が０．８０〜１．３０であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池用ポリエステルフィルム。
請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池用ポリエステルフィルムを相対反射率８０％以上のフィルムと張り合わせたことを特徴とする、太陽電池用ポリエステルフィルム。