JP2007273737A - 太陽電池用裏面保護シート及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐候性、防湿性などの諸特性が優れ、且つ優れた意匠性を有する太陽電池用裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
【解決手段】基材層の片面に少なくとも、酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合物からなる無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるガスバリア性積層フィルム層の蒸着薄膜層面に、着色層、耐候性樹脂層が順次積層されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、該着色層及び該耐候性樹脂層が蒸着薄膜層面に電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂層を順次積層後に電子線を照射して同時に硬化させたものからなり、その太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、求められる諸特性が優れ、安価で、かつ、優れた意匠性を有する太陽電池用裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールに関するものである。

近年、地球温暖化問題に対する内外各方面の関心が高まる中、二酸化炭素の排出抑制のために、種々努力が続けられている。化石燃料の消費量の増大は、大気中の二酸化炭素の増加をもたらし、その温室効果により地球の気温が上昇し、地球環境に重大な影響を及ぼす。化石燃料に代替えするエネルギーとしては、いろいろ検討されているが、クリーンなエネルギー源である太陽光発電に対する期待が高まっている。太陽光発電に使用される太陽電池は、太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、半導体からできている。その構造としては、太陽電池素子単体をそのままの状態で使用することはなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列、並列に配線し、長期間に亘って素子を保護するために種々パッケージングが行われ、ユニット化されている。このパッケージに組み込まれたユニットを太陽電池モジュールと呼び、一般的に太陽光が当たる面をガラスで覆い、熱可塑性プラスチックからなる充填材で間隙を埋め、裏面を耐熱、耐候性プラスチック材料などからなる白色シートで保護された構成になっている。白色シートを使用するのは光を反射させて発電効果を上げる為である。

これらの太陽電池モジュールは、屋外で使用されるため、使用される材料及びその構成などにおいて、十分な耐久性、耐候性が要求される。特に、裏面保護シートは白色で耐候性と共に水蒸気透過率の小さいことが要求される。これは水分の透過によりユニット内の充填材が剥離したりして配線の腐蝕を起こし、モジュールの出力そのものに悪影響を及ぼすためである。

従来、この太陽電池用裏面保護シートとしては、白色のフッ素系フィルムでアルミニウム箔を両側からサンドイッチした積層構成の裏面保護シートが多く用いられていた。しかし、このフッ素系フィルムは機械的強度も弱く、太陽電池モジュール作成時に加えられる１４０℃〜１５０℃の熱プレスの熱により軟化し、太陽電池素子電極部の突起物が充填材層を貫通し、さらに裏面保護シートを構成する内面のフッ素系フィルムを貫通し、裏面保護シート中のアルミニウム箔に接触することにより、太陽電池素子とアルミニウム箔が短絡して電池性能に悪影響を及ぼす等などの欠点があったと同時に高価であり、太陽電池モジュールの低価格化の点で一つの障害となっている。これらの問題点を改善するべく、特殊ポリマーからなる白色の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム層の片面にガスバリア層を積層した積層体からなる太陽電池裏面封止フィルムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２６３５４号公報

しかしながら、前記提案されている太陽電池裏面封止フィルムは、使用されている二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが全面白色であり、意匠性に乏しく、他製品との差別化が難しいなどの欠点があった。

本発明の課題は、耐候性、防湿性などの諸特性が優れると共に、優れた意匠性を有する太陽電池用裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、基材層の片面に少なくとも、無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるガスバリア性積層フィルム層の蒸着薄膜層面に、着色層、耐候性樹脂層が順次積層されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、該着色層及び該耐候性樹脂層が蒸着薄膜層面に電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂層を順次積層後に電子線を照射して同時に硬化させたものからなることを特徴とする太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明に於いて、前記無機酸化物が酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合物であることを特徴とする太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２記載の太陽電池用裏面保護シートを用いて、太陽電池用裏面保護シートの耐候性樹脂層が最外面になるようにしてユニット化したものからなることを特徴とする太陽電池モジュールである。

本発明の太陽電池用裏面保護シートは、基材層の片面に少なくとも、無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるガスバリア性積層フィルム層の蒸着薄膜層面に、着色層、耐候性樹脂層が順次積層されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、該着色層及び該耐候性樹脂層が蒸着薄膜層面に電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂層を順次積層後に電子線を照射して同時に硬化させたものからなっており、前記無機酸化物が酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合物であるので、優れた耐候性、防湿性、意匠性を有している。前記前記太陽電池用裏面保護シートを用いて、太陽電池用裏面保護シートの耐候性樹脂層が最外面になるようにユニット化された太陽電池モジュールは、耐候性が良くて長期使用に耐え、低価格化も可能であり、さらに、着色層を有しているので、他の製品との差別化がはかれる。

本発明の太陽電池用裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールを、実施の形態に沿って以下に詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池用裏面保護シートの一実施形態を示す側断面図であり、太陽電池用裏面保護シート（１）は、基材層（１１）の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層（１２）を積層してなるガスバリア性積層フィルム層（１０）の蒸着薄膜層（１２）面に、着色層（１３）、耐候性樹脂層（１４）を順次積層した構成である。

また、前記ガスバリア性積層フィルム（１０）は、蒸着薄膜層（１２）の上にさらにガスバリア性被膜層が積層されたものでも良く、そのガスバリア性被膜層には、ポリビニルアルコールと一種以上の金属アルコキシドおよびその加水分解物を含むものが好ましく、乾燥後の厚みは、５０μｍを越えるとクラックが生じやすくなるため、０．０１〜５０μｍとすることが望ましい。なお、この場合は着色層（１３）はガスバリア性被膜層の上に積層する。

前記基材層（１１）は耐熱性を有するフィルムからなっており、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等のエンプラフィルム等が用いられる。特に、これらの中で二軸方向に延伸されたフィルムが好ましく用いられ、二軸延伸ナイロンフィルム、二軸延
伸ポリエステルフィルムが好ましいが、中でも二軸延伸ポリエステルフィルムがより好ましい。フィルムの厚さは特に制限を受けるものでないが、一般には６〜３０μｍとすることがより好ましい。

前記蒸着薄膜層（１２）は酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合物からなっており、優れたガスバリア性を有し、防湿性が優れる。膜厚は５〜３００ｎｍの範囲内が望ましく、その値は適宜選択される。ただし、膜厚が５ｎｍ未満であると均一な膜が得られないことや膜厚が十分ではないことがあり、ガスバリア材としての機能を十分に果たすことができない場合がある。また、膜厚が３００ｎｍを越える場合は薄膜にフレキシビリティを保持させることができず、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、薄膜に亀裂を生じる恐れがある。好ましくは、１０〜１５０ｎｍの範囲内である。

前記蒸着薄膜層（１２）を形成する方法としては、通常の真空蒸着法により形成することができるが、その他の薄膜形成方法であるスパッタリング法やイオンプレーティング法、プラズマ気相成長法（ＣＶＤ）などを用いることもできる。但し、生産性を考慮すれば、現時点では真空蒸着法が最も優れている。

前記着色層（１３）は、電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層に電子線を照射して硬化させたものからなっている。本発明の太陽電池用裏面保護シート（１）は、種々の色の電子線硬化型アクリル系インキを用いて、着色層を形成することにより、優れた意匠性を付与することができる。

前記耐候性樹脂層（１４）は、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂層に電子線を照射して硬化させたものからなっており、優れた耐候性を有している。硬化させた後の厚みは、１０〜３００μｍである。前記塗布剤は、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、アクリルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、シリコーンアクリレート、ポリアセタールアクリレート、ポリブタジエン系アクリレート、メラミンアクリレート等のアクリル系オリゴマーに重合性モノマーを配合したものからなっている。重合性モノマーは粘度調節などの為に配合する。使用する重合性モノマーとしては、例えば、ヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、イソボニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、エトキシ−エチルアクリレート、ラウリルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、Ｎ−ビニルホルムアミド、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ビニル−カプロラクタム、Ｎ−ビニルピロリドン、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレートが挙げられ、これらの中でも、耐候性に優れることから、イソボニルアクリレートが好ましい。

前記着色層（１３）及び耐候性樹脂層（１４）の形成方法は、蒸着薄膜層（１２）の上に電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂膜層を、前記順序で例えばダイコート法で二層に積層し、上から電子線を照射して、二層を同時に硬化させて形成する。従って、着色層（１３）と耐候性樹脂層（１４）の間の接着強度が非常に強固になる。

図２は本発明の太陽電池用裏面保護シートを用いて、ユニット化した太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面説明図であり、太陽電池モジュール（１００）は上部透明材料（１０１）、充填材（１０２）、太陽電池素子（１０３）、配線（１０４）、太陽電池用裏面保護シート（１）、シール材（１０５）、枠体（１０６）で構成されており、太陽電池用裏面保護シート（１）が耐候性樹脂層（１４）面が外側になるようにして使用されている。従って、本発明の太陽電池用モジュール（１００）は、耐候性が良く、長期間の使用に耐え、且つ、優れた意匠性を有している。

前記上部透明材料（１０１）としては、光線透過率が良いこと、長期（約２０年）にわたり優れた耐候性を持ち、光線透過率の減少が少ないこと、埃などが付着しにくいこと、傷が付きにくいこと及び水蒸気透過率が極めて少ないこと等の諸機能を有する必要があり、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂などが使用される。

前記充填材（１０２）としては、太陽光線の透過率が高いこと、長期の屋外放置などにより、光線透過率に低下などの物性変化がないこと、絶縁耐性が高く、他の材料を腐蝕しないこと及び急激な外気条件の変化などによる樹脂の亀裂、界面剥離などが発生しないこと等の諸機能を有する必要があり、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂などが使用出来る。

前記シール材（１０５）は、密封できる材料であれば、特に限定されないが、例えば、ブチルゴムなどが使用される。

前記枠体（１０６）は、一般的にはアルミニウム枠材が使用される。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法の一例を以下に説明すると、前もって配線接続した太陽電池素子（１０３）を厚さ３００μｍのエチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材シート２枚でサンドイッチ状に挟んだ後に、片方の充填材シート上に強化ガラス板からなる上部透明材料（１０１）を置き、反対側の充填材シート上に太陽電池用裏面保護シート（１）を耐候性樹脂層（１４）が最外面になるようにかぶせ、しかる後に４０℃で５分間予備加熱し、さらに両側から減圧下で全体を１５０℃で３０分間程度熱プレスして太陽電池用裏面保護シート（１）を融着一体化させ、端部をブチルゴムでシールし、アルミニウムの枠体（１０６）で固定して太陽電池モジュールを製造する。

本発明の太陽電池用裏面保護シートを、以下に具体的な実施例に従って説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。

基材層（１１）として、厚さ１２μｍの２軸延伸ポリエスルフィルムを使用し、その２軸延伸ポリエスルフィルムの片面に厚さ５０ｎｍの酸化アルミニウムの蒸着薄膜層（１２）を積層してなるガスバリア性積層フィルム（１０）を作成し、続いて、ガスバリア性積層フィルム（１０）の蒸着薄膜層（１２）面に、昭和インク工業所（株）のメジウム（商品名：ＣＳＥＢ５メジウム）に青色顔料を配合し、さらにチバスペシャリティケミカルズ社の硬化開始剤（ＩＲＧＡＣＵＲＥ８１９）を添加した電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、ダイセルＵＣＢ社のアクリル系オリゴマー（商品名：ＫＲＭ７８１８）に、イソボニルアクリレート及びチバスペシャリティケミカルズ社の硬化開始剤（ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４）を添加した塗布剤からなる未硬化樹脂層を、ダイコート法で二層に積層した後に上から電子線を照射し、二層を同時に硬化させ、それぞれ着色層（１３）及び耐候性樹脂層（１４）を形成し、本発明の太陽電池用裏面保護シートを作成した。

実施例１において、酸化アルミニウムに代えて、酸化珪素の蒸着薄膜層（１２）を積層した以外は、同様にして本発明の太陽電池用裏面保護シートを作成した。

以下に本発明の比較用の実施例について説明する。

厚さ１２μｍの２軸延伸ポリエスルフィルムの片面に厚さ５０ｎｍの酸化アルミニウムの蒸着薄膜層を積層してなるガスバリア性積層フィルムの蒸着薄膜層面にポリウレタン系インキ被膜からなる着色層を積層し、その上に塗布量５ｇ／ｍ²（乾燥状態）のポリウレタン系接着剤を介して厚さ５０μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを積層して、比較用の太陽電池用裏面保護シートを作成した。

＜評価＞
実施例１〜２の本発明の太陽電池用裏面保護シート及び実施例３の比較用の太陽電池用裏面保護シートを以下の促進暴露試験方法で評価し、耐候性の良否を比較した。その結果を表１に示す。
（１）促進暴露試験方法
ＪＩＳ Ａ−１４１５規定の促進暴露試験方法に準拠した、サンシャインカーボンアーク燈を有する促進暴露試験装置を用いて、試作した太陽電池用裏面保護シートを２０００時間暴露試験し、暴露試験後の太陽電池用裏面保護シートのガスバリア性積層フィルムと反対側の表面の亀裂の有無を確認し、耐候性の良否を評価した。

表１に示すように、実施例１〜２の本発明の太陽電池用裏面保護シートは、２０００時間暴露試験後も、ガスバリア性積層フィルムと反対側の表面に亀裂が無く、耐候性は良好であり、一方、実施例３の比較用の太陽電池用裏面保護シートは、同様の暴露試験後、ガスバリア性積層フィルムの反対側の表面に亀裂が生じ、耐候性は悪かった。

本発明の太陽電池用裏面保護シートの一実施形態を示す側断面図である。 本発明の太陽電池用裏面保護シートを用いてユニット化した太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面説明図である。

符号の説明

１…太陽電池用裏面保護シート
１０…ガスバリア性積層フィルム
１１…基材層
１２…蒸着薄膜層
１３…着色層
１４…耐候性樹脂層
１００…太陽電池モジュール
１０１…上部透明材料
１０２…充填材
１０３…太陽電池素子
１０４…配線
１０５…シール材
１０６…枠体

Claims (3)

1. 基材層の片面に少なくとも、無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるガスバリア性積層フィルム層の蒸着薄膜層面に、着色層、耐候性樹脂層が順次積層されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、該着色層及び該耐候性樹脂層が蒸着薄膜層面に電子線硬化型アクリル系インキからなる未硬化被膜層、アクリル系オリゴマーを主成分とする塗布剤からなる未硬化樹脂層を順次積層後に電子線を照射して同時に硬化させたものからなることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
2. 前記無機酸化物が酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合物であ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。
3. 請求項１又は請求項２記載の太陽電池用裏面保護シートを用いて、太陽電池用裏面保護シートの耐候性樹脂層が最外面になるようにしてユニット化したものからなることを特徴とする太陽電池モジュール。

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