JP2008130642A - 太陽電池モジュール裏面封止用シート及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＥＶＡとの接着性が良好で、かつ水蒸気バリアと耐候性を備えた太陽電池モジュール裏面封止用シートを提供する。
【解決手段】裏面封止用シートが、少なくとも透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層を形成し、無機酸化物層側に白色フィルムおよび耐候性フィルムを積層してなる積層体であり、かつ、透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層の両方を形成したフィルムの全光線透過率が８５％以上であって、かつ、その全体の積層構成の順序が、充填剤層に接する側から、接着改善層／透明基材フィルム／無機酸化物層／接着層／白色フィルム／接着層／耐候性フィルムの順に積層されてなり、 かつ、積層状態での接着改善層側から測定した波長４１０〜８００ｎｍの平均の反射率が８５％以上であるものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池モジュール裏面封止用シートに関するものである。特に機械的接着強度、耐環境性かつ低コストな太陽電池モジュール裏面封止用シートに関するものである。

近年、クリ−ンエネルギ−として太陽電池が急速に普及しつつある。この太陽電池モジュ−ルは、結晶シリコン太陽電池素子などの太陽電池素子を使用し、表面保護シ−ト層、充填剤層、光起電力素子としての太陽電池素子、エチレンービニルアセテート共重合体（以下ＥＶＡという）に代表される充填材層、および、裏面封止シ−ト層等を積層し、真空吸引加熱ラミネ−ション法等を利用して製造されている。ここで太陽電池モジュ−ルを構成する裏面封止シ−トとしては、軽量かつ強度に優れたプラスチック性シートが、一般的に使用されている。この裏面封止シ−トには、機械強度、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐化学性、光反射性に優れ、また、水分、酸素等の侵入を防止する観点からガスバリア性にも優れることが要求される。代表的な構成としては、耐候性、ガスバリア性に優れたポリエステル系フィルムを積層した構成がある（特許文献１および２）。一般的にポリエチレンテレフタレート樹脂に代表されるポリエステルフィルムとＥＶＡ樹脂との接着性はそれほど高い強度を有しないため、接着強度向上の対策としてＥＶＡ系充填材層との接着性を改善するために、スチレン・オレフィン共重合体樹脂の熱接着層（ホットメルト接着剤層）を設けた物が提案されている（特許文献３）。

一方、耐候性フィルムを最外層とし、透明蒸着フィルム、接着性フィルムを積層した複合フィルムの内部に太陽電池を封止する方法が開示されており、本複合フィルムを裏面（または表面）封止シートと見なすこともできる（特許文献４）。
特開２００２−０２６３５４号公報（［０００８］〜［００１０］段落） 特開２００２−１００７８８号公報 特開２００３−０６０２１８号公報（［０００８］〜［００１０］段落） 特開２０００−１６４９０７号公報

しかしながら、特許文献１や２のようにフィルムを積層させただけでは裏面封止シート自体の機能はともかく、ＥＶＡに代表される充填剤との接着力が不足する欠点があった。

一方、それらを解決する技術とされる特許文献３にあるような、ホットメルト系の熱接着層で良好な接着強度を得るためには、３μｍ程度の厚さが必要であり、コーティング時の乾燥速度が上げられず、かつ使用する塗材も多いことからコストが高くなる欠点があった。また、比較的粘着性が高いため、コートしたフィルムロールが、夏期に層間で疑似接着状態（ブロッキング）が発生しやすい難点があった。

また、特許文献４の構成は、複合フィルムにＥＶＡ樹脂からなる接着性フィルムを接着層を用いて予めドライラミネートすることで、充填剤層と封止シートを一体化させており、モジュール化工程とは別のドライラミネート工程が必要である。

本発明の目的は、現在の主流の工程である、ガラスに代表される表面透明封止部材の上に表側充填剤、結線された太陽電池セル、裏側充填剤、裏面封止シートを順に配置し、真空下でヒートシールすることでモジュール化する場合に使用される裏面封止シートについて、充填剤との接着強度を高くすることができ、太陽電池モジュールに必要な水蒸気バリア性と耐候性を備えた裏面封止シートを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用する。すなわち、本発明の太陽電池モジュール裏面封止用シートは、
少なくとも裏面封止用シートと、この裏面封止用シートに隣接するエチレン−ビニルアセテート共重合体からなる充填材層と、充填材層に埋設された太陽電池素子を備えてなる太陽電池モジュールに用いられる裏面封止用シートにおいて、
裏面封止用シートが、少なくとも透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層を形成し、無機酸化物層側に白色フィルムおよび耐候性フィルムを積層してなる積層体であり、
かつ、該透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層の両方を形成したフィルムの全光線透過率が８５％以上であり、
かつ、その全体の積層構成の順序が、充填剤層に接する側から、接着改善層／透明基材フィルム／無機酸化物層／接着層／白色フィルム／接着層／耐候性フィルムの順に積層されてなり、
かつ、該積層状態での接着改善層側から測定した波長４１０〜８００ｎｍの平均の反射率が８５％以上であることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＥＶＡ系充填材層という特定な充填材層との良好な接着強度と、輸送時や、保存時の経時安定性に優れた太陽電池モジュール裏面封止シートを提供することができる。

本発明は、太陽電池素子を埋設されて備えてなる太陽電池モジュールの裏面封止用シートに関し、しかもこの裏面封止用シートに隣接する充填材層が、エチレン−ビニルアセテート共重合体からなる充填材層という特定な充填材層であり、かかる充填材層との接着強度と水蒸気バリア性と耐候性を改善するために、無機酸化物層と接着改善層の両方をその各々一面ずつに形成した透明基材フィルムと、白色フィルムと、耐候性フィルムの３つのフィルムをこの順に積層した特定な層構成の裏面封止用シートに関するものである。

無機酸化物と接着改善層を形成する透明基材フィルムは、延伸ポリエステルフィルムであることが好ましく、周知の２軸延伸ポリエステルフィルムが強度、寸法安定性、熱安定性に優れていることから好適に用いられる。この２軸延伸ポリエステルフィルムは、その全光線透過率が８５％以上である必要がある。

これは、太陽電池モジュールにおいて、裏面封止用シートは太陽電池セルの間の隙間を通り抜けた光を反射させて再びセルに入射させることで光の利用効率を向上させる機能を持つ必要があるが、本発明の裏面封止用シートは光入射面側に無機酸化物と接着改善層を形成した透明基材フィルムの次に反射性の白色フィルムが位置するため、この透明基材フィルムの透過率が十分高くないと、この機能を十分発揮させることができなくなるためである。また、この透明基材フィルムは、加熱収縮率が低いことが好ましい。具体的には、１６０℃１５分の加熱で２．０％以下であることが好ましい。これよりも大きな値であると、３枚のフィルムを貼り合わせる際にシワが入りやすく、好ましくない。

また、この透明基材フィルムの厚みとしては５０μｍ以下、好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは４〜１５μｍである。あまり薄すぎると取り扱いが困難になり、他のフィルムと貼り合わせたり無機酸化物層や接着改善層を形成するときにシワが入りやすいことから好ましくない。厚すぎるとやはり無機酸化物層を形成するときに熱によるシワが入ることがあって好ましくなく、無機酸化物層や接着改善層を形成する工程に一度に入れられる長さが短くなってしまうため低コストでの加工がしにくくなって好ましくない。

かかる透明基材フィルム上に形成する無機酸化物層は、モジュール内部への酸素・水蒸気バリア性を持たせるために形成する。かかる無機酸化物層としては、太陽電池セルや充填剤が要求する一定のバリア性をもつものであれば特に限定はないが、周知の金属酸化物薄膜、具体的には酸化アルミニウム薄膜や酸化ケイ素薄膜が使用される。この金属酸化物薄膜も、前述の透明基材フィルムと同様透明性が要求されるので、透明酸化物薄膜であることが好ましい。また、この酸化物薄膜の製造方法としては、公知の真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相蒸着法などがあり、特に限定はないが、コストと性能のバランスから真空蒸着法が好ましい。

かかる透明基材フィルムの無機酸化物層を形成しない側の面上には、接着改善層を形成する必要がある。これは、ＥＶＡとポリエステルフィルムでは、ＥＶＡによる接着力だけでは太陽電池モジュールに必要な接着力に対して不足することが起こりうるからである。この接着改善層に必要な性質としては、ＥＶＡとの接着力を向上させることはもちろん、接着改善層を形成した透明基材フィルムを巻き取った後、および前記３種のフィルムを順に張り合わせた後の巻き取り後において、ブロッキング（巻き取ったフィルムが相互に貼り付いてしまう現象）が起こらないことである。これらを満たすため、かかる接着改善層としては、ポリエステル系樹脂及びポリエステルポリウレタン系樹脂から選ばれる少なくとも一種の樹脂で構成されることが好ましい。ここで、「ポリエステル系樹脂及びポリエステルポリウレタン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂」とは、ポリエステル系樹脂の中から１種類以上の樹脂を選択する場合や、ポリウレタン系樹脂の中から１種類以上の樹脂を選択する場合や、ポリエステル系樹脂及びポリウレタン系樹脂の中からそれぞれ１種類以上の樹脂を選択する場合を意味する。かかる接着性改善層の樹脂として、これらの樹脂を選択することで、ＥＶＡとの良好な接着性と、保存時にブロッキング、張り付きなどが起きない良好な保存性が得られる。とりわけポリエステル系樹脂がブロッキングを生じにくいことから好ましい。特に、前記の接着改善層を構成するポリエステル系樹脂、ポリエステルポリウレタン系樹脂が、アルキル化メラミン及びポリイソシアネートから選ばれた少なくとも１種の架橋剤により架橋されていることが、より高い接着強度が得られることから好ましい。さらに接着改善層を構成する樹脂が、かかる架橋剤により架橋されていることが、耐水性、接着性がさらに向上できることから好ましい。

かかる接着改善層の形成方法としては、周知のウエットコート法、たとえばダイレクトグラビアコート法、リバースグラビアコート法などが用いられる。

かかる接着改善層の厚さは、接着強度が高く、強度塗剤コストが低く、加工速度が高くできることから０．５〜３μｍの膜厚である。さらに前述の効果が優れることから、０．１〜２μｍが好ましい。

本発明の太陽電池モジュール裏面封止用シートには、白色フィルムを積層する。この白色フィルムは、前述したとおり太陽電池モジュールの光利用効率を向上させ、発電効率を向上させる機能がある。従って、反射率が高いことが必要である。かかる白色フィルムとしては、白色塗料を前述の延伸ポリエステルフィルム上に塗布する方法、あるいは顔料を含んだり発泡させてある白色ポリエステル系フィルムなどの白色樹脂フィルムを積層する方法があげられる。これらの中でも、材料コストが安価で、かつ高い反射率が得られることから白色のポリエステル系フィルムを用いることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュール裏面封止用シートでは、優れた耐候性を得るため裏面封止用シートの外気に触れる側の最外層にフッ素樹脂フィルムや耐候性（耐加水分解性）の２軸延伸ポリエステルフィルムなど耐候性フィルムを積層するのが好ましい。これらフイルムの中でも、フッ素樹脂フィルムは高い耐候性を持つが、コストの面から、耐候性延伸ポリエステルフィルムを用いることが好ましい。

つまり、本発明の太陽電池モジュール裏面封止用シートにおいいては、該透明基材フィルム、該白色フィルム、および該耐候性フィルムの３種のフィルムは、いずれも延伸ポリエステルフィルムで構成されているのが好ましい。

上記の透明基材フィルム、白色フィルム、耐候性フィルムの３枚のフィルムを貼り合わせて積層する際に用いる接着剤としては、ポリエーテルポリウレンタン系、ポリエステルポリウレタン系、ポリエステル系などを主剤としポリイソシアネートを硬化剤とするドライラミネート用接着剤を用いることが作業性がよいことから好適である。

本発明の太陽電池モジュール裏面封止用フィルムは、前述した無機酸化物層と接着改善層の両方を形成したフィルムと、白色フィルムと、耐候性フィルムとを、充填剤層に接する側から、接着改善層／透明基材フィルム／無機酸化物層／接着層／白色フィルム／接着層／耐候性フィルムの順に積層することを特徴とする。接着改善層／白色フィルム／接着層／無機酸化物層／透明基材フィルム／接着層／耐候性フィルムという順や、接着改善層／白色フィルム／接着層／透明基材フィルム／無機酸化物層／接着層／耐候性フィルムという順では、接着改善層を形成する面が白色フィルムとなり、透明基材フィルムに形成する場合に比べて、充填剤との接着力が低くなることから好ましくない。

さらに、本発明の太陽電池モジュール裏面封止用フィルムは、上記積層状態での反射率が高いことが好ましく、具体的には波長４１０ｎｍ〜８００ｎｍでの反射率が８５％以上あることが好ましい。これより低いと太陽電池モジュールの光電変換効率が低くなり好ましくない。また、４１０ｎｍより低波長側の光は、通常の太陽電池モジュールであれば充填剤等に紫外線カットの機能が含まれているので反射率を高くする必要がない。また、８００ｎｍより長波長側の光すなわち赤外線は、太陽電池モジュールの温度に影響することから、反射率が高い方がよいかどうかは太陽電池セルの特性に依存するので、本発明では考慮しない。

次に、本発明に用いる測定法について説明する。

（１）膜厚測定
接着改善層の膜厚は、接着改善層を設けたフィルムまたはこれと他のフィルムを張り合わせたシートをフィルム面に対して垂直にカッターナイフで切断した小片を作成し、走査型電子顕微鏡で断面を観察することにより測定した。

（２）ＥＶＡとの接着強度の測定
ＪＩＳＫ ６８５４に基づき、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルムとの接着力を測定した。試験した疑似太陽電池サンプルは太陽電池裏面封止シートの接着改善層面にＥＶＡフィルムを重ね、さらにその上に厚さ０．３ｍｍの半強化ガラスを重ね、１５０℃加熱条件下、３Ｋｇ／ｃｍ^２ 荷重で３０分プレス処理をしたものを用いた。ＥＶＡフィルムは、三井化学ファブロ（株）製の０．７ｍｍ厚フィルムを用いた。接着強度試験の試験片の幅は１０ｍｍとした。接着強度は２ｋｇｗ／１０ｍｍ以上あることが実用上問題ないレベルと判断できる。

（３）ブロッキングの測定
太陽電池裏面封止シート２枚を接着改善層面が向かい合わない方向で重ね合わせ（すなわち 接着改善層／基材層／／接着改善層／基材層）、金属製板上に基材層が接するように置いた後、さらに底面３×４ｃｍの直方体の金属製おもりを２枚のシート上に置き、そのまま気温４０℃の環境に６５時間放置する。その後、おもりを外し、２枚それぞれを平面に沿った対向方向（おもり底面の長軸方向相当）に引っ張り、剪断力を測定した。ブロッキングが発生しない場合には、剪断力は０、ブロッキングが大きいほど高い値となる。この測定法での剪断力は０．０５ｋｇｗ以下であれば実用上支障がない。

（実施例１）
ガスバリアフィルムであるアルミナ透明蒸着フィルム（東レフィルム加工（株）製バリアロックス（登録商標）、１２μｍ厚）のＰＥＴ基材面上に接着改善層として、下記の水性塗剤をダイレクトグラビアコーターで塗布し、その後温度１２０℃ １０秒の乾燥条件で乾燥し、膜厚１μｍの接着改善層を形成した。接着改善層形成後の全光線透過率は８８％、１６０℃１５分熱処理後の加熱収縮率は１．０％であった。

水性塗剤：
（Ａ）：ポリエステル樹脂：
酸成分：テレフタル酸 ２８モル％イソフタル酸 ９モル％トリメリット酸 １０モル％、セバシン酸 ３モル％
グリコール成分：エチレングリコール １５モル％ネオペンチルグリコール１８モル％１，４−ブタンジオール １７モル％
上記酸成分とグリコール成分からなるポリエステル樹脂のアンモニウム塩型水分散体。

（Ｂ）：メチロール化メラミン樹脂
（Ａ）の固形分１００重量部に対して、（Ｂ）を固形分比で５重量部混合し、さらにブロッキング防止用粒子としてdegussa社のＯＫ４１２を０．０５ｗｔ％添加し接着改善層用塗剤を得た。

しかる後、アルミナ透明蒸着フィルムと白色フィルム（東レ（株）製 Ｅ２０ 厚さ５０μｍ）を市販のポリエステル系接着剤主剤ＬＸ７０３ＶＬとポリイソシアネート硬化剤ＫＲ９０（いずれも大日本インキ化学工業（株）製）を重量比で１５：１に混合した接着剤（乾燥重量４ｇ／ｍ^２ ）でアルミナ蒸着フィルムのアルミナ面と白色フィルム面が対向するようにドライラミネートした。さらに白色フィルム上に同様の接着剤を用いて、耐候性ポリエステルフィルム（東レ（株）性 Ｘ１０Ｓ、１８８μｍ厚）を積層して、本発明の太陽電池モジュール裏面封止用シートを得た。

ＥＶＡとの接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように高い接着強度が得られ、ブロッキングの発生もなかった。なお、４１０〜８００ｎｍの平均反射率は、８７％だった。

（実施例２）
ポリエステル・ウレタン系主剤ＭＥＴ７１９（大日本インキ化学工業（株）製）１００重量部に対し、ポリイソシアネート系硬化剤ＣＶＬハードナー １０（大日本インキ化学工業（株）製）４重量部を加え、さらにブロッキング防止用粒子としてdegussa社のＯＫ４１２を０．０５ｗｔ％添加して接着改善層としたことと、白色フィルムとして東レ（株）製 のＭＸ０１ （厚さ５０μｍ）を使用した他は、実施例１と同様の構成の太陽電池モジュール裏面封止用シートを作成した。 ＥＶＡとの接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように高い接着強度が得られ、ブロッキングの発生もなかった。なお、４１０〜８００ｎｍの平均反射率は８８％だった。

（比較例１）
実施例１において、接着改善層を白色フィルムに同様の方法で塗布し、白色フィルムの接着改善層を塗布していない面とアルミナ透明蒸着フィルムの透明基材フィルムを向かい合わせに貼り合わせ、次に、貼り合わせたフィルムのアルミナ透明蒸着面と耐候性フィルムを積層した点以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュール裏面封止用シートを作成した。

ＥＶＡとの接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１のようにブロッキングの発生はなかったが、接着強度が低かった。

（比較例２）
実施例１において、接着改善層を形成しない他は、実施例１と同様の構成の太陽電池モジュール裏面封止用シートを作成した。

ＥＶＡとの接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように低い接着強度しか得られなかった。

Claims (7)

1. 少なくとも裏面封止用シートと、この裏面封止用シートに隣接するエチレン−ビニルアセテート共重合体からなる充填材層と、充填材層に埋設された太陽電池素子を備えてなる太陽電池モジュールに用いられる裏面封止用シートにおいて、
   裏面封止用シートが、少なくとも透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層を形成し、無機酸化物層側に白色フィルムおよび耐候性フィルムを積層してなる積層体であり、
   かつ、透明基材フィルム上に無機酸化物層と接着改善層の両方を形成したフィルムの全光線透過率が８５％以上であり、
   かつ、その全体の積層構成の順序が、充填剤層に接する側から、接着改善層／透明基材フィルム／無機酸化物層／接着層／白色フィルム／接着層／耐候性フィルムの順に積層されてなり、
   かつ、積層状態での接着改善層側から測定した波長４１０〜８００ｎｍの平均の反射率が８５％以上である太陽電池モジュール裏面封止用シート。
2. 前記接着改善層が、ポリエステル系樹脂およびポリエステルポリウレタン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂で構成され、かつ、その膜厚が０．５〜３μｍである請求項１記載の太陽電池モジュール裏面封止用シート。
3. 前記無機酸化物層と接着改善層の両方を形成した透明基材フィルムの加熱収縮率が、１６０℃１５分で２．０％以下である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール裏面封止用シート。
4. 前記無機酸化物層が、酸化アルミニウムを蒸着した層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール裏面封止用シート。
5. 前記接着改善層を構成する樹脂が、アルキル化メラミンおよびポリイソシアネートから選ばれた少なくとも１種の架橋剤により架橋されている請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール裏面封止用シート。
6. 前記透明基材フィルム、前記白色フィルム、および前記耐候性フィルムの３種のフィルムが、いずれも延伸ポリエステルフィルムである請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール裏面封止用シート。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュール裏面封止用シートの接着改善層面と、太陽電池モジュールのエチレンービニルアセテート共重合体からなる充填材面とが接着積層してなる太陽電池モジュール。