JP2009212123A - 太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】白色性、長期耐久性、耐候性に優れるとともに、環境負荷が非常に少なく、しかもコストを低く抑えることが可能な太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池用裏面保護シート１は、樹脂からなる第１の耐候性基材３と、樹脂を白色に着色してなる白色層４ａを含むとともに、第1の耐候性基材３側に無機化合物からなるバリア層５が蒸着された第２の耐候性基材４と、を積層し一体化してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用裏面保護シート（太陽電池裏面封止用シート）に関し、さらに詳細には、太陽電池で求められる高温多湿下における過酷な保存環境においても密着不良に伴う外観不良やガスバリア性能の低下を伴わない、耐湿熱密着性に優れる太陽電池用裏面保護シート、並びにこの太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池に関する。

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、様々な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。この地球規模の問題を解決するために様々な検討が行われており、特に太陽光発電については、そのクリーン性や無公害性という点から期待が高まっている。

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、単結晶、多結晶、又はアモルファスシリコン系の半導体からできている。太陽電池の構造としては、太陽電池素子単体（セル）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（約２０年）に亘ってセル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」と呼んでいる。

一般的に、太陽電池モジュールは、太陽光が当たる面をガラス面で覆い、熱可塑性プラスチック（特にエチレン−酢酸ビニル共重合体(ＥＶＡ)）からなる充填材で間隙を埋め、裏面が耐熱、耐候性プラスチック材料などからなる白色の裏面保護シートで保護された構造となっている。なお、白色の裏面保護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ためである。

ところで、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、変色したり、配線の腐蝕を起こしたりした場合、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、このような太陽電池用裏面保護シートには、図３（ａ）に示すように、フッ素樹脂層１０１，１０３の間に、ＰＥＴからなるバリア層１０２を挟んで積層される構成が一般的であり、水蒸気バリアの有無にかかわらず外層基材にフッ素樹脂層１０１，１０３が使用されている。太陽電池向けに一般的に用いられているフッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニル(ＰＶＦ)（デュポン社製のＰＶＦテドラーなど）がある（例えば、特許文献１などを参照。）。フッ素樹脂は、分子間水素結合が非常に強固であるために分解しにくく、長時間使用される太陽電池用裏面保護シートとして理想的な耐候性を有している。一方、フッ素樹脂は、環境に残留しやすく、燃やすと有害なフッ化水素が発生するなど地球環境に与える影響は決して小さくない。また、フッ素樹脂は非常に高価であり、同じ厚さの一般的なポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)と比較すると約２０〜３０倍もする場合もあり、太陽電池用裏面保護シートを作製する上で非常に大きな障害となっている。

これに対して、上述したフッ素樹脂の代わりに、耐候性のポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)などのポリエステルフィルムを用いた太陽電池用裏面保護シートも提案されている（例えば、特許文献２，３などを参照。）。しかしながら、従来のＰＥＴを用いた太陽電池用裏面保護シートにおいては、図３（ｂ）に示すように、耐候性ＰＥＴ２０１，２０３の間に挟まれて積層されるバリア層２０２は通常のＰＥＴ樹脂をベースに作製されているため、このバリア層２０２が時間の経過と共に劣化してバリア性を失ったり、シートの層間剥離を誘発したりするなどの不具合を生じることがあった。

また、白色性を高めるため、白顔料で着色した耐候性基材を備えた太陽電池用裏面保護シートが開発されているが、白顔料を混合することによって、今度は樹脂そのものの凝集力が低下することになる。これは長時間使用された場合、接着剤との密着力が確保されていたとしても、樹脂の表面が破壊されて剥離が発生する可能性がある。
特開２０００−１６４９０７号公報 特開２００２−２６３５４号公報 特開２００５−１１９２３号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、白色性、長期耐久性、耐候性に優れるとともに、環境負荷が非常に少なく、しかもコストを低く抑えることが可能な太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は以下のとおりである。
〔１〕 樹脂からなる第１の耐候性基材と、
樹脂を白色に着色してなる白色層を含むとともに、前記第1の耐候性基材側に無機化合物からなるバリア層が蒸着された第２の耐候性基材と、
を積層し一体化してなることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
〔２〕 前記第２の耐候性基材は、着色されていない樹脂からなる透明層を、第１の耐候性基材側に備えたことを特徴とする前記〔１〕に記載の太陽電池裏面用保護シート。
〔３〕 前記第２の耐候性基材は、着色されていない樹脂からなる透明層を第１の耐候性基材側に備えるとともに、前記白色層と前記透明層との間に、前記白色層よりも着色度の低い準白色層を備えたことを特徴とする前記〔１〕に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔４〕 前記白色層層は、固相重合したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に白色顔料を混合してなることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔５〕 前記準白色層は、固相重合したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に白色顔料を混合してなることを特徴とする前記〔３〕に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔６〕 前記第２の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を主体とする樹脂からなることを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔７〕 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を主体とする樹脂を発泡させて白色にしたことを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔８〕 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させて白色にしたことを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔９〕 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させて白色にした基材の両面にポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を積層してなることを特徴とする前記〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔１０〕 前記無機化合物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸化物からなることを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
〔１１〕 ガラス板と、前記ガラス板と対向して配置された裏面保護シートと、前記ガラス板と前記裏面保護シートとの間に配置された太陽電池モジュールとを備え、
前記裏面保護シートに、前記〔１〕〜〔１０〕の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シートを用い、且つ、この裏面保護シートを前記第１の耐候性基材側が前記ガラス板と対向するように配置したことを特徴とする太陽電池。

本発明の太陽電池用裏面保護シートによれば、白色性が高く、長期耐久性に優れるとともに、フッ素を用いないために、環境負荷が非常に少なく、かつコストも低く抑えられる上に耐候性も優れた太陽電池用裏面保護シートを製造することができる。
また、本発明の太陽電池裏面保護シートは、第２の耐候性基材が、樹脂を白色に着色してなる白色層と、着色されていない樹脂からなる透明層とを含むことにより、バリア層が蒸着された接着面に透明層を用いて樹脂の凝集力を確保するとともに、外面には白色層を用いて黄変が見えることを防ぐという二つの要求を同時に満足させることができる。

以下、本発明を適用した太陽電池用裏面保護シート（太陽電池裏面封止用シート）及びこれを用いた太陽電池について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜太陽電池用裏面保護シート＞
先ず、図１に示す本発明を適用した太陽電池用裏面保護シート（以下、裏面保護シートという。）１について説明する。
この裏面保護シート１は、図１（ａ）に示すように、第１の耐候性基材３と第２の耐候性基材４とが積層されて一体化されてなる構造を有している。

（第１の耐候性基材）
第１の耐候性基材３は、白色性の樹脂からなるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、樹脂を発泡させて白色にしたり、白色顔料を混合して着色により白色性を有する樹脂にしたりすればよく、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を主体とする樹脂を白色に発泡させたフィルムなどを用いることが好ましい。第１の耐候性基材３は、発泡させることで密度が低下するため、軽量化と共に材料の単価を下げることが可能である。なお、第１の耐候性基材３の厚みは、５０〜２００μｍ程度であることが好ましい。

また、第１の耐候性基材３には、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させてなるものを用いることが好ましい。ＴＰＸをブレンドすることで、この第１の耐候性基材３の白色性が増し、絶縁性も向上させることができる。
また、これらの基材３，４の他にポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などからなる基材を用いる場合、ＰＥＮは経時劣化が起こりにくい代わりに褐変が発生することがあるため、この第１の耐候性基材３の白色性をＴＰＸによって増しておけば、時間の経過と共にＰＥＮの色が透けて太陽電池そのものが褐色に見えてくるといった不具合を未然に防ぐことができる。

さらに、第１の耐候性基材３には、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させてなる基材の両面に耐候性のポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を積層したものを好適に用いることができる。なお、混合樹脂の両面に積層されるＰＥＴは、製造する上で必要な厚みを最低限確保したものであればよい。具体的に、ＰＥＴとＴＰＸとの混合樹脂の厚みは、５０〜１２０μｍ程度であることが好ましく、両面の耐候性ＰＥＴの厚みは、５〜１０μｍ程度であることが好ましい。

（第２の耐候性基材）
第２の耐候性基材４は、樹脂を白色に着色してなる白色層４ａを含むとともに、第１の耐候性基材３側に無機化合物からなるバリア層５が蒸着されている。バリア層５には、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸化物が用いられていることが好ましい。

第２の耐候性基材４は、バリア層５が蒸着されている側に、着色されていない樹脂からなる透明層４ｂを備えていることが好ましい。
第２の耐候性基材４の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂と顔料の混合比が異なる樹脂を共押し出しすることによって、白色層４ａ、透明層４ｂで構成された第２の耐候性基材４を製造することができる。

さらに、図１（ｂ）に示すように、第２の耐候性基材４は、白色層４ａと透明層４ｂとの間に、白色層４ａよりも着色度の低い準白色層４ｃを備えていてもよい。この場合も、例えば、樹脂と顔料の混合比が異なる樹脂を共押し出しすることによって、白色層４ａ、準白色層４ｃ、透明層４ｂで構成された第２の耐候性基材４を製造することができる。

第２の耐候性基材４は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を主体とする樹脂からなることが好ましい。白色層４ａおよび／または準白色層４ｃは、これらの樹脂に酸化チタン、ルチル型酸化チタンなどの白色顔料を混合して白色に着色したフィルムからなることが好ましく、固相重合したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に白色顔料を混合してなることがより好ましい。

白色層４ａにおける白色顔料の混合量は１０〜２０質量％が好ましく、準白色層４ｃにおける白色顔料の混合量は１０質量％未満であることが好ましい。
白色顔料を混合することによって、樹脂そのものの凝集力が低下することになり、裏面保護シート１が長時間使用された場合、接着剤との密着力に影響を与える。また、第２の耐候性基材の凝集力が低下することで、接着剤との密着力が確保されていたとしても、樹脂の表面が破壊されて剥離が発生する可能性がある。
そのため、第２の耐候性基材を、白顔料を含む白色層４ａと、白顔料を含まない透明層４ｂとに分けることで、バリア層５と第２の耐候性基材の接着面には透明層４ｂを用いて樹脂の凝集力を確保し、接着されない外面は白色層４ａを用いて黄変が見えることを防ぐという二つの要求を同時に満足させることができる。
また、顔料が多量に入った層と入っていない層では凝集力に差があるので、この層間で剥離する可能性がある。そのため、この凝集力の差を緩和するために、中間に準白色層４ｃを設けることが好ましい。

また、この第２の耐候性基材４は、ＰＥＴを固相重合することで、ＰＥＴ分子の分子量を飛躍的に増大させ（８０００〜２００００が８００００〜１０００００程度に増大する。）、分子間の結合力を非常に強固なものとなる。固相重合されたＰＥＴ分子は非常に大きな分子量となるため、結晶構造が密なものになり加水分解や熱の影響を受けにくくなる。そのため、最外層にはこのような樹脂を用いることが望ましい。
これにより、特に耐候性が増し、経時劣化を通常のＰＥＴと比較して著しく抑えることができる。また、この第２の耐候性基材４に白色顔料を入れておけば、上述した第１の耐候性基材３の場合と同様に、時間の経過と共にＰＥＮの色が透けて太陽電池そのものが褐色に見えてくるといった不具合を未然に防ぐことができる。
なお、第２の耐候性基材４の厚みは、５０〜２００μｍ程度であることが好ましい。

裏面保護シート１は、上述した第１の耐候性基材３と第２の耐候性基材４とを積層し、例えばポリエステル系接着剤や、ポリウレタン系接着剤、ポリアクリル系接着剤、ポリカーボネート系接着剤などの接着剤（図示せず。）を用いて、これらの基材３，４間を貼り合わせることによって一体化されてなる。

以上のような構造を有する裏面保護シート１では、バリア層５と第２の耐候性基材４の接着性を高め、長期耐久性が良好であるとともに、第２の耐候性基材４の外面の黄変が見えることを防ぐことができる。また、外装基材にフッ素樹脂を用いることなく、非常に優れた耐候性を得ることが可能である。また、上述したフッ素樹脂を用いていないため、環境負荷が非常に少なく、且つコストを低く抑えることが可能である。

＜太陽電池＞
次に、図２に示す本発明を適用した太陽電池モジュール１０について説明する。
この太陽電池１０は、図２に示すように、ガラス板１１と、配線を配設した光起電力素子としての太陽電池モジュール１３と、上記裏面保護シート１と、充填材１４とから概略構成されている。

また、上記裏面保護シート１は、第１の耐候性基材３側がガラス板１１と対向するように配置されている。これにより、最外層には、耐候性に優れた第２の耐候性基材４が配置されている。

以上のような構造を有する太陽電池１０では、上述した本発明の裏面保護シート１を用いることによって、白色性が高く、低コストで長期の耐久性及び絶縁性を確保することが可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
実施例１では、第１の耐候性基材として、厚さ１２５μｍの発泡ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルム（商品名・型番「ルミラー ＫＴ−０１」東レ株式会社製）を用いた。
第２の耐候性基材として、白色顔料（ルチル型酸化チタン）を１０〜２０質量％混合した厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルム（商品名・型番「ルミラー ＱＧ−０１」東レ株式会社製）の透明層側に酸化珪素を蒸着したバリア層を設けたものを用いた。
第１の耐候性基材側に透明層を配置して、第２の耐候性基材を積層し、これらの基材間をポリエステル系接着剤（商品名・型番「ＡＤ−７６−Ｐ１」東洋モートン株式会社製）によるドライラミネートにより貼り合わせることによって、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

（比較例１）
比較例１では、発泡耐候性基材として、厚さ１２５μｍの発泡ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルム（商品名・型番「ルミラー ＫＴ−０１」東レ株式会社製）と、耐候性バリア基材として、厚さ１２μｍのポリエチレンテレタレート(ＰＥＴ)フィルムの両面を蒸着したバリア層を設けた積層体フィルムと、着色耐候性基材として、厚さ５０μｍの白色顔料（酸化チタン）混合ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルム（商品名・型番「ルミラー ＱＧ−０１」東レ株式会社製）とを順次積層し、各層の間をポリエステル系接着剤（商品名・型番「ＡＤ−７６−Ｐ１」東洋モートン株式会社製）によるドライラミネートにより貼り合わせることによって、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

そして、これら実施例１及び比較例１の太陽電池用裏面保護シートについて、作製直後（初期）から、８５℃−８５％ＲＨ環境で、５００、１０００、１５００、２０００、２５００時間の促進試験を行ったときの接着強度の低下について測定した。測定は、第１の耐候性基材と耐候性バリア基材の層間（１層／２層間）、および耐候性バリア基材と第２の耐候性基材（２層／３層）の各層間で行なった。その結果を表１に示す。
なお、接着強度については、各裏面保護シートから幅１５ｍｍの短冊を切り取って試験片とし、この試験片を３００ｍｍ／ｍｉｎの速さでＴ字剥離試験により測定した。

表１に示す測定結果から、実施例１の太陽電池用裏面保護シートは、比較例１の太陽電池用裏面保護シートと比較して、経時劣化に対する接着強度の低下が小さく、優れた耐候性を示していることがわかる。

図１は、本発明を適用した太陽電池用裏面保護シートの一構成例を示す断面図である。 図２は、本発明を適用した太陽電池の一構成例を示す断面図である。 図３は、従来の太陽電池用裏面保護シートの一例を示す断面図である。

符号の説明

１…太陽電池用裏面保護シート、３…第１の耐候性基材、４…第２の耐候性基材、４ａ…白色層、４ｂ…透明層、４ｃ…準白色層、５…バリア層、１０…太陽電池、１１…ガラス板、１３…太陽電池モジュール、１４…充填材。

Claims (11)

1. 樹脂からなる第１の耐候性基材と、
   樹脂を白色に着色してなる白色層を含むとともに、前記第1の耐候性基材側に無機化合物からなるバリア層が蒸着された第２の耐候性基材と、
   を積層し一体化してなることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
2. 前記第２の耐候性基材は、着色されていない樹脂からなる透明層を、第１の耐候性基材側に備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池裏面用保護シート。
3. 前記第２の耐候性基材は、着色されていない樹脂からなる透明層を第１の耐候性基材側に備えるとともに、前記白色層と前記透明層との間に、前記白色層よりも着色度の低い準白色層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用裏面保護シート。
4. 前記白色層層は、固相重合したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に白色顔料を混合してなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
5. 前記準白色層は、固相重合したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に白色顔料を混合してなることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池用裏面保護シート。
6. 前記第２の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を主体とする樹脂からなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
7. 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を主体とする樹脂を発泡させて白色にしたことを特徴とする請求項１〜６に記載の太陽電池用裏面保護シート。
8. 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させて白色にしたことを特徴とする請求項１〜７に記載の太陽電池用裏面保護シート。
9. 前記第１の耐候性基材は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)とメチルペンテン樹脂(ＴＰＸ)とからなる混合樹脂を発泡させて白色にした基材の両面にポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を積層してなることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
10. 前記無機化合物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種以上の無機酸化物からなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シート。
11. ガラス板と、前記ガラス板と対向して配置された裏面保護シートと、前記ガラス板と前記裏面保護シートとの間に配置された太陽電池モジュールとを備え、
    前記裏面保護シートに、請求項１〜１０の何れか一項に記載の太陽電池用裏面保護シートを用い、且つ、この裏面保護シートを前記第１の耐候性基材側が前記ガラス板と対向するように配置したことを特徴とする太陽電池。

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