JP2007276225A - 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】全体厚みが薄くても良好な電気絶縁性を有すると共に、安価で、使用する時の加工適性が良い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又は両面に、誘電率３．５以下の高分子フィルムからなる外側フィルム層を積層した積層体からなり、前記高分子フィルムがポリエステル系樹脂とポリオレフィン系樹脂の混合樹脂又はポリエステル系樹脂単独からなり、前記積層体の流れ方向及び幅方向の加熱収縮率が１．２％以下である太陽電池用裏面保護シートと、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、耐候性、防湿性、寸法安定性、電気絶縁性等の諸特性が優れ、かつ、安価な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、良好な電気絶縁性を得る為には厚さ２５０μｍ以上の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用する必要があり、材料コストが高くなり、太陽電池モジュールを作成する時の加工適性も劣る問題があった。

本発明の課題は、全体厚みが薄くても良好な電気絶縁性を有すると共に、安価で、使用
する時の加工適性が良い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又は両面に、誘電率３．５以下の高分子フィルムからなる外側フィルム層を積層した積層体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に係る発明に於いて、前記高分子フィルムが、ポリエステル系樹脂とポリオレフィン系樹脂の混合樹脂又はポリエステル系樹脂単独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４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に係る発明に於いて、前記積層体の流れ方向及び幅方向の加熱収縮率が１．２％以下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５に係る発明は、上記請求項１乃至請求項４のいずれか１項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外側フィルム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又は両面に、誘電率３．５以下の高分子フィルムからなる外側フィルム層を積層した積層体からなっており、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り、前記高分子フィルムが、ポリエステル系樹脂とポリオレフィン系樹脂の混合樹脂又はポリエステル系樹脂単独からなっているので、防湿性、耐候性が優れており、高い電気絶縁性を有しおり、また、前記積層体の流れ方向及び幅方向の加熱収縮率が１．２％以下であるので、寸法安定性が優れている。前記太陽電池用裏面保護シートを用いて外側フィルム層が最外面になるようにしてユニット化する場合に配線が曲がったり、太陽電池素子のズレがなく、得られた太陽電池モジュールは良好な発電効率を長期間保持し、低価格化が可能である。

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（ａ）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、接着剤層（１５）を介して外側フィルム層（１３）を積層した構成であり、（ｂ）は本発明の太陽電池用裏面保護シートの他の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（２）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）の両面にそれぞれ接着剤層（１５、１６）を介して外側フィルム層（１３、１４）を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。

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）、ポリトリメチレンテレフタレート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系フィルムが好ましいが、中でも二軸延伸ポリエステル系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。

前記外側フィルム層（１３、１４）は、それぞれ、誘電率が３．５以下の高分子フィルムからなっている。厚みは２５〜２５０μｍの範囲で要求品質により適宜選択される。高分子フィルムに使用する樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂とポリエステル系樹脂との混合樹脂、ポリエステル系樹脂単独、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、フッ素樹脂などが挙げられるが、コスト、耐熱性、電気絶縁性などを考慮するとポリオレフィン系樹脂とポリエステル系樹脂との混合樹脂を二軸延伸したフィルムが好ましい。なお、前記混合樹脂にはポリアルキレングリコールまたはその共重合体などの相溶化剤が配合されていても良く、また、混合樹脂の混合割合はポリオレフィン系樹脂／ポリエステル系樹脂＝３／９７〜３０／７０（重量％比）の範囲、好ましくは５／９５〜２０／８０（重量％比）の範囲である。

前記ポリエステル系樹脂としては、多塩基酸又はエステル形成誘導体と、ポリオール又はそのエステル形成誘導体を用いて得られたものであり、多塩基酸成分として、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、無水フタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ダイマー酸、マレイン酸、イタコン酸などの酸成分を２種以上使用し、ポリオール成分として、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、ペンタエリストール、キシレングリコール、ジメチロールプロパン、ポリ（エチレンオキシド）グリコール、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、さらにはカルボン酸基、スルホン酸基、アミノ基あるいはこれらの塩を含有す
るポリオール成分を１種あるいは２種以上使用することで得られるポリエステル系樹脂が挙げられるが、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、ポリトリメチレンテレフタレートなどの汎用的なポリエステル系樹脂を用いることも可能である。

なお、二軸延伸のポリエステルフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いる場合には、太陽電池用裏面保護シートとして必要とされる要求機能に応じた材料選定を行うことが必要であり、耐候性が求められる時はベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、トリアジンなどの紫外線吸収剤、ヒンダードフェノール系、リン系、イオウ系、トコフェロール系の酸化防止剤、ヒンダードアミン系の光安定剤なども適宜配合しても良い。また、耐候性という点で、加水分解が懸念される場合には、数平均分子量が１８０００〜４００００の範囲で、環状オリゴマー含有量が１．５ｗｔ％以下、好ましくは０．５ｗｔ％以下で、固有粘度が０．５ｄｌ／ｇ以上のポリエステル系樹脂を用いた方が好ましい。また、ポリエステル分子末端がカルボン酸基の場合、熱、水、さらには酸触媒としての作用が働き、加水分解に最も影響を受ける為、この末端カルボン酸量を上昇させることなく数平均分子量を増加させることが可能な固相重合法によるポリエステル系樹脂を用いたり、あるいは末端カルボン酸基をカルボジイミド系化合物、エポキシ系化合物、オキサゾリン系化合物により封止したポリエステル系樹脂を用いても良い。

また、前記高分子フィルムは、透明でも構わないが、太陽電池素子の発電効率を向上させるという点から、白色ポリエステルフィルムや発泡ポリエステルフィルムを用いることが好ましく、特に、太陽電池用裏面保護シートが多層構成の場合は、少なくとも太陽電池モジュールの充填材と貼り合わされる面には白色ポリエステルフィルムが積層されているのが好ましい。この時用いる白色ポリエステルフィルムは、酸化チタン、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの白色添加物を添加したものが使用される。

本発明の誘電率とは、ＪＩＳ Ｃ−２１５１に準じた方法で測定した値で、２３℃、周波数１ｋＨｚでの測定値であり、また、本発明の加熱収縮率とは、ＪＩＳ−Ｃ−２３１８に準じた方法、即ち１５０℃で３０分間加熱した時の収縮率である。本発明の太陽電池用裏面保護シート（１、２）の流れ方向及び幅方向の加熱収縮率はが１．２％以下であり、寸法安定性が優れており、使用する時の加工適性が良い。

前記接着剤層（１５、１６）に使用する接着剤は、接着強度が長期間の屋外使用で劣化し、デラミネーションなどを生じないこと、さらに接着剤が黄変しないことなどが必要であり、ポリウレタン系接着剤などが使用できる。塗布量は１〜５ｇ／ｍ² （乾燥状態）が好ましい。

図２（ａ）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、（ｂ）は太陽電池モジュールの他の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）の外側フィルム層（１３）が最外面になるようにして使用されており、太陽電池モジュール（１００′）は同様な構成で、太陽電池用裏面保護シート（２）の外側フィルム層（１３）が最外面になるようにして使用されている。

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を外側フィルム層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軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用し、その２軸延伸ポリエチレンテレフタレート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、接着剤層（１５）として、武田薬品工業（株）製ポリウレタン系接着剤（主剤タケラックＡ５１１／硬化剤タケネートＡ５０＝１０／１溶液）を使用して、塗布量５ｇ／ｍ²（乾燥状態）の接着剤を積層し、その上に外側フィルム層（１３）として、ポリメチルペンテン樹脂／ポリエチレンテレフタレート樹脂＝１０／９０（重量％比）の配合割合の混合樹脂からなり、厚さ５０μｍで、誘電率２．５のポリエステル系フィルムを積層して、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に於いて、ガスバリア性積層フィルム（１０）の両面に、接着剤層（１５、１６）として、武田薬品工業（株）製ポリウレタン系接着剤（主剤タケラックＡ５１１／硬化剤タケネートＡ５０＝１０／１溶液）を使用して、塗布量５ｇ／ｍ²（乾燥状態）の接着剤を積層し、それぞれの接着剤の上に外側フィルム層（１３、１４）として、厚さ５０μｍで、誘電率２．５の発泡ポリエステル系フィルムを積層した以外は、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。

実施例１に於いて、外側フィルム層（１３）として、ポリメチルペンテン樹脂／ポリエチレンテレフタレート樹脂＝８／９２（重量％比）の配合割合の混合樹脂からなり、厚さ２００μｍで、誘電率２．８のポリエステル系フィルムを積層した以外は、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を説明する。

外側フィルム層（１３）として、厚さ５０μｍで、誘電率３．８の白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用した以外は、実施例１と同様に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１〜３の本発明の太陽電池用裏面保護シート及び実施例４の比較用の太陽電池用裏面保護シートを用いて、その部分放電電圧を以下の測定方法で測定した。その結果を表１に示す。
（１）部分放電電圧測定方法
作成した太陽電池用裏面保護シートを用いて、４０ｍｍ×４０ｍｍの寸法にカットして試験片を作成し、その試験片を３０Φ×１０ｍｍＨ（黄銅）からなる電極Ａと５０Φ×１０ｍｍＨ（黄銅）からなる電極Ｂで挟み、以下の部分放電試験器で交流５０Ｈｚを印加して部分放電電圧を測定し、５個の測定値の平均値を求めた。
（ａ）部分放電試験器：ＫＰＤ２０５０（Ｓ／Ｎ Ｘ０４）
（ｂ）測定レンジ：１０００ｐＣ・ＦＳＬ、試験環境：２４℃、７１％ＲＨ
（ｃ）印加方法：ランプ波形（１０ｓ−５ｓ−１０ｓ）

表１に示すように、実施例１〜３の本発明の太陽電池用裏面保護シートの部分放電電圧は実施例４の比較用の太陽電池用裏面保護シートに比べて高く、電気絶縁性が優れる。

（ａ）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、（ｂ）は太陽電池用裏面保護シートの他の実施形態を示す側断面図である。 （ａ）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、（ｂ）は太陽電池モジュールの他の実施形態を示す断面説明図である。

符号の説明

１，２…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
１３，１４…外側フィルム層
１５，１６…接着剤層
１００，１００′…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 (5)

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又は両面に、誘電率３．５以下の高分子フィルムからなる外側フィルム層を積層した積層体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. 前記高分子フィルムが、ポリエステル系樹脂とポリオレフィン系樹脂の混合樹脂又はポリエステル系樹脂単独からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池用裏面保護シート。
4. 前記積層体の流れ方向及び幅方向の加熱収縮率が１．２％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の太陽電池用裏面保護シート。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項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外側フィルム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。

Images