JP2009032781A - 太陽電池モジュール用裏面保護シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、ポリエチレンナフタレート(PEN)シートにリアクティブイオンエッチング(RIE)処理を施し、処理表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα)を行ったときに、C1s波形分離解析により求めた官能基比(C=O/C−C)が0.03〜0.15、C−C結合ピークの半値幅が1.22〜1.60、(COO/C−C)が0.10〜0.25、官能基比(C−O/C−C)が0.10〜0.25、かつ原子数比(O/C)が0.20〜0.30の範囲内であることにより、PENフィルム基材表面と無機酸化物層との密着性が劣化しない太陽電池モジュール用裏面保護シートを提供することができる。
【選択図】 図1
Description
このため、太陽電池モジュール用裏面保護シートは、太陽電池モジュールと同様に耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性等の諸特性が要求され、さらに水分、酸素の侵入を防ぐ防湿性及び強密着性が必要とされる。
前記PENフィルムの少なくとも前記無機酸化物層を設ける面に、プラズマを利用したリアクティブイオンエッチング処理(以下RIE処理と記す)が施されており、
前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、C1s波形の解析から求めた官能基比(C=O/C−C)が0.03〜0.15の範囲内であることを特徴とする太陽電池モジュール用裏面保護シートである。
これによると、RIE処理を施すことで、生成した官能基C=O基が無機酸化物層と相互作用し、無機酸化物層とPENフィルムとの接着性を強固にすることができる。
これによると、官能基比(COO/C−C)が0.10〜0.25の範囲内となるようPENフィルム表面の化学状態を制御することにより、表面自由エネルギーが無機酸化物層に近いエネルギーになり密着性を強固にすることができる。
これによると、発生したラジカルやイオンを利用して元素濃度を制御することができ、無機酸化物層とPENフィルムとの接着性を強固にすることができる。
これによると、官能基比(C−O/C−C)が0.10〜0.25の範囲内となるようPENフィルム表面の化学状態を制御することにより、表面自由エネルギーが無機酸化物層に近いエネルギーになり接着性を強固にすることができる。
これによると、PENフィルム表面の分子配列を乱し、シート表面層の凝集力を強固にすることができる。
これによると、PENフィルム表面は、基材がアノード側に設置されたプラズマ処理あるいはコロナ処理等のアーク放電と比べて均一な処理が可能で、接着に寄与する表面から約10nmの処理深さで処理層を形成することができる。
これによると、処理液を用いた化学処理に比べて環境を汚染しない処理が可能となる。
これによると、REI処理を行った後に大気中に暴露した場合より、生成した官能基、ラジカルと前記無機酸化物との反応がしやすくなり、両者の接着が強固になる。
これによると、金属箔または金属薄膜を用いた太陽電池用裏面保護シートと比較して、本発明における無機酸化物層を用いた太陽電池用裏面保護シートは、廃棄、焼却の際に環境に無害である。
これによると、複合層は無機酸化物膜の保護層となり傷やクラックが生じることを防ぐことがでる部材になる。
これによると、この複合層はこれ自体にガスバリア性を有するため、防湿性に優れた部材になる。
これによると、この複合層はこれ自体にガスバリア性を有するため、防湿性に優れた部材になる。
PENフィルム表面は、プラズマ処理等の表面処理が施されていない未処理状態において、原子数比(O/C)は、一般的に約0.30程度の値を示す。また、C1s波形はPEN分子構造に由来するC−C結合、C−O結合、COO結合に分離でき、これらのピーク強度比は、C−C:C−O:COO=5:1:1程度となり、C−CとC−Oの比(C−O/C−C)は約0.20程度となり、C−CとCOOの比(COO/C−C)は約0.20程度となり、C−C結合ピークの半地幅は約1.20eV程度の値を示す(X線源がMgkα、アナライザー透過エネルギーが10eVの条件で測定)。このような(O/C)、(C−O/C−C)、(COO/C−C)、ナフタレン環由来のC−C結合ピークの半値幅を示し、これらの他に極性官能基が存在しない未処理状態のPENフィルムは、高温高湿環境下に放置すると無機酸化物蒸着膜とデラミネーションを起こし、密着性が著しく低い。
本発明における無機酸化物層は、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化錫、酸化マグネシウム、あるいは、それらの混合物等の無機酸化物からなる層であり、透明性を有し、かつ、酸素、水蒸気等のガスバリア性を有する層であればよい。高温高湿環境下での耐久性を考慮すると、これらの中では、特に酸化アルミニウム及び酸化珪素を用いることが好ましい。ただし、本発明の無機酸化物層は、上述した無機酸化物に限定されず、上記条件に適合する材料であれば用いることが可能である。
本発明における複合層4は、ガスバリア性を有する被膜層であり、水溶性高分子と、1種類以上の金属アルコキシドまたはその加水分解物を含む水溶液と、水とアルコールの混合液とを主剤とするコーティング剤を用いて形成される。例えば、水溶性高分子を水系(水とアルコール混合)溶媒で溶解させたものに金属アルコキシドを直接、或いは予め加水分解させる等の処理を行ったものを混合し、溶液とする。このような溶液を無機酸化物層にコーティングした後、加熱乾燥し形成する。この複合層は無機酸化物膜の保護層となり傷やクラックの発生を防止するものである。
また、複合層は単層であっても、2層以上を積層してもよく、特に制限される事項ではない。
(OR1、OR3は加水分解性基であり、R2は有機官能基である。)
また、複合層は加熱乾燥することが好ましい。加熱乾燥することにより金属アルコキシドが加水分解し、さらに加水分解物と水溶性高分子の水酸基と強い水素結合を起こすためである。
測定装置は、日本電子株式会社製JPS−90MXV(以下、実施例においてXPSと記す)を用い、X線源としては非単色化MgKα(1253.6eV)を使用し、X線出力は100W(10kV−10mA)で測定した。定量分析にはO1sで2.28、C1sで1.00の相対感度因子を用いて計算した。C1s波形の波形分離解析には装置付帯の波形分離ソフトを用い、ガウシアン関数とローレンツ関数の混合関数を使用して、C−C結合ピークは285.0eV、C−O結合ピークは286.6eV、COO結合ピークは289.0eVとして波形分離解析を行った。
厚さ25μmのPENフィルムの片面に、処理方法としてホロアノード・プラズマ処理器を用いてリアクティブイオンエッチング(RIE)による前処理を施した。この時、電極には周波数13.56MHzの高周波電源を用い、処理ガスに水素ガスを用いた。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.03、COO/C−Cが0.22、O/Cが0.30、C−O/C―Cが0.22、C−C結合ピークの半値幅が1.25eVであった。この上に、抵抗加熱方式を用いて、酸化珪素(無機酸化物層)を約40nmの厚さで成膜し、太陽電池モジュール用裏面保護シートとした。
処理ガスに酸素ガスを用いたこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.06、COO/C−Cが0.18、O/Cが0.36、C−O/C−Cが0.18、C−C結合ピークの半値幅が1.38eVであった。
処理ガスにアルゴン/酸素混合ガスを用いたこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.07、COO/C−Cが0.16、O/Cが0.34、C−O/C―Cが0.18、C−C結合ピークの半値幅が1.42eVであった。
処理ガスに窒素ガスを用いたこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.09、COO/C−Cが0.15、O/Cが0.30、C−O/C―Cが0.12、C−C結合ピークの半値幅が1.55eVであった。
処理方法として冷却ドラム側から電圧を印加する方式のプレーナ型を用い、処理ガスにアルゴンガスを用いたこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.00、COO/C−Cが0.08、O/Cが0.25、C−O/C―Cが0.12、C−C結合ピークの半値幅が1.65eVであった。
処理ガスに酸素/窒素混合ガスを用いたこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるRIE処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.01、COO/C−Cが0.38、O/Cが0.46、C−O/C―Cが0.36、C−C結合ピークの半値幅が1.30eVであった。
PENフィルムにRIE処理に代わってコロナ処理装置を用いて、コロナ処理を施したこと以外は、実施例1と同様に太陽電池モジュール用裏面保護シートを形成した。XPS測定におけるコロナ処理を施したPENフィルム表面の化学状態は、C=O/C−Cが0.02、COO/C−Cが0.43、O/Cが0.44、C−O/C―Cが0.41、C−C結合ピークの半値幅が1.25eVであった。
A液:テトラエトキシシラン10.4gに塩酸(0.1N)89.6gを加え、30分間撹拌し加水分解させた固形分3wt%(SiO2換算)の加水分解溶液。
B液:ポリビニルアルコールの3wt%水/イソプロピルアルコール溶液(水:イソプロピルアルコール重量比で90:10)。
この溶液をグラビアコート法により塗布し、厚さ(乾燥膜厚)0.5μmの複合層を形成した。
上記積層サンプルの無機酸化物層側のPENフィルムと無機酸化物層との間のラミネート強度を、株式会社オリエンテック製のテンシロン万能試験機RTC−1250を用いて測定した(JIS Z1707準拠)。この際、測定の前に上記積層サンプルをプレッシャークッカーテスト器においての高温高湿環境下(105℃、100%飽和)に96時間放置した後にラミネート強度を測定した。結果を表1に示す。
2 無機酸化物層
3 RIE処理による表面処理層
4 複合層
5 接着剤
6 プラスチックシート
7 接着剤
8 プラスチックシート
9 C−C結合ピーク
10 C−O結合ピーク
11 COO結合ピーク
12 C=O結合ピーク
13 C−C結合ピークの半値幅
14 電極
15 プラズマ
16 処理ロール
17 PENフィルム
18 ガス導入口
19 マッチングボックス
20 遮蔽板
Claims (12)
- ポリエチレンナフタレートフィルム(以下PENフィルムと記す)の少なくとも一方の面に無機酸化物層を設けた太陽電池モジュール用裏面保護シートであって、
前記PENフィルムの少なくとも前記無機酸化物層を設ける面に、プラズマを利用したリアクティブイオンエッチング処理(以下RIE処理と記す)が施されており、
前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、C1s波形の解析から求めた官能基比(C=O/C−C)が0.03〜0.15の範囲内であることを特徴とする太陽電池モジュール用裏面保護シート。 - 前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、C1s波形の解析から求めた官能基比(COO/C−C)が0.10〜0.25の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、前記RIE処理を施したPENフィルム表面の酸素元素と炭素元素の原子数比(O/C)が0.20〜0.40の範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、C1s波形の解析から求めた官能基比(C−O/C−C)が0.10〜0.25の範囲内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用裏面保護シート。
- 前記RIE処理を施したPENフィルム表面のX線光電子分光測定(測定条件:X線源MgKα、X線出力100W)を行った場合、C1s波形の解析から求めた官能基のC−C結合ピークの半値幅(FWHM)が1.22〜1.60eVの範囲内であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記RIE処理が、直接電圧が印加される陰極側にPENフィルムを設置したプレーナ型のプラズマ処理、または、ホロアノード・プラズマ処理器を用いたプラズマ処理であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記RIE処理が、アルゴン、窒素、酸素、水素、シラン系化合物のうちの1種類のガス、または、これらの混合ガスを用いて1回以上行われる処理であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記RIE処理と無機酸化物層の積層が、同一製膜機にて行われることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記無機酸化物層が、酸化アルミニウム、または、酸化ケイ素、または、それらの混合物であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記無機酸化物層の上に、少なくとも水溶性高分子と、1種類以上の金属アルコキシドまたはその加水分解物を含む水溶液と、水とアルコールの混合液とを含有してなる複合層を設けたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記金属アルコキシドが、テトラエトキシシラン、または、トリイソプロポキシアルミニウム、または、それらの混合物であることを特徴とする請求項10に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記水溶性高分子が、ポリビニルアルコール、セルロース、デンプンのうちの少なくとも1種類以上を成分に持つことを特徴とする請求項10または11に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
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