JP2010232463A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性を改善した太陽電池モジュールの提供。
【解決手段】太陽電池セルとこれを覆う封止材と前記封止材の裏面側に積層された裏面保護シートとを有する太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面にシクロオレフィン系樹脂接着層が積層され、該接着層が前記封止材の裏面側に接着されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性を改善した太陽電池モジュールに関する。

太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である太陽電池モジュールは、二酸化炭素を排出せずに発電できるシステムとして注目されている。その太陽電池モジュールには、高い発電効率とともに、屋外で使用した場合にも長期間の使用に耐えうる耐久性が求められている。
太陽電池モジュールの主な構成は、光発電素子である太陽電池セル、電気回路のショートを防ぐ電気絶縁体である封止材、およびそれらを保護する保護シートからなる。この太陽電池モジュールの受光面側（表面側）とその裏面側には、それぞれ表面保護シートと裏面保護シートが接着され、太陽電池モジュール内への水蒸気の浸入を防いでいる。このような太陽電池モジュール用保護シートには、優れた水蒸気バリア性が求められ、かつ太陽電池モジュールの封止材との接着性に優れることが要求されている。太陽電池モジュールの封止材としては、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと記す。）が挙げられる。

従来、耐熱性、耐候性、防湿性の諸機能を満たす太陽電池モジュール用表面保護シートとして、例えば、特許文献１に開示された技術が提案されている。
特許文献１には、環状オレフィンコポリマーフィルム或いは 環状オレフィンコポリマーフィルムの内面に、接着剤を介してＰＥＴフィルム、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂フィルムを積層したことを特徴とする太陽電池モジュール用表面保護層及びこれを用いた太陽電池モジュールが開示されている。

特開２００６−１６５４３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された太陽電池モジュール用表面保護層は、あくまでも太陽電池モジュールの表面（受光面）側に積層して使用するものであり、裏面保護シートに適用するものではない。
また、特許文献１には、環状オレフィンコポリマーフィルムの具体的な特性等に関して記載されておらず、唯一、段落００１２の「環状オレフィンコポリマーフィルム（原料樹脂名、ポリプラスチック（株）製、Ｔｏｐａｓ）」と記載されているだけである。ここに記載された環状オレフィンコポリマーフィルムは、ノルボルネンとエチレンをメタロセン触媒で共重合したエチレン-シクロオレフィン共重合体であり、この素材の太陽電池モジュールへの適用性、特に封止材との密着性に関しては、特許文献１中には十分に記載されていない。特に、特許文献１の表１中の実施例２では、無機化合物蒸着フィルム上に環状オレフィンコポリマーフィルムを貼り合わせ、無機化合物蒸着フィルムを太陽電池素子の封止材に接着して積層した構造が開示されているが、環状オレフィンコポリマーフィルムの封止材に対する密着性が良いのか悪いのかについて十分記載されていない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性を改善した太陽電池モジュールの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、太陽電池セルとこれを覆う封止材と該封止材の裏面側に積層された裏面保護シートとを有する太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面にシクロオレフィン系樹脂接着層が積層され、該接着層が前記封止材の裏面側に接着されていることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記シクロオレフィン系樹脂接着層がシクロオレフィンポリマーフィルムからなることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面にラミネート用接着剤層を介して前記シクロオレフィン系樹脂接着層が積層された構造であることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面に、ラミネート用接着剤層、アルミ（Ａｌ）層、ラミネート用接着剤層、前記シクロオレフィン系樹脂接着層がこの順に積層された構造であることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護シートが、前記シクロオレフィン系樹脂接着層のエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂製の封止材に対する接着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールは、基材シートの一方の面に、水蒸気バリア性と封止材ＥＶＡとの密着性に優れたシクロオレフィン系樹脂接着層が積層された裏面保護シートを積層した構成としたので、裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性に優れており、太陽電池モジュールの耐久性、防湿性を高めることができる。

本発明の太陽電池モジュールの実施形態を示す概略断面図である。 本発明の太陽電池モジュールに積層する裏面保護シートの第１の例を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールに積層する裏面保護シートの第２の例を示す断面図である。

図１は、本発明の太陽電池モジュールの実施形態を示す概略断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール５０は、太陽電池セル４０と、これを覆う封止材３０と、前記封止材３０の表面（受光面）側に積層された表面保護シート１０と、封止材３０の裏面側に積層された裏面保護シート（以下、バックシートと記す）２０とを備えて構成されている。

図２は、本発明の太陽電池モジュール５０の裏面側に積層されるバックシートの第１の例を示す断面図である。このバックシート２０Ａは、基材シート２１の一方の面にラミネート用接着剤層２２を介してシクロオレフィン系樹脂接着層２３が積層されてなり、このシクロオレフィン系樹脂接着層２３が前記封止材３０の裏面側に接着されている。

前記基材シート２１として用いうる樹脂シートとしては、一般に太陽電池モジュール用保護シートにおける樹脂シートとして使用されているものが使用できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６）、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエステルウレタン、ポリｍ−フェニレンイソフタルアミド、ポリｐ−フェニレンテレフタルアミド等のポリマーからなるシートが挙げられる。なかでも、ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＰＥＮ等のポリエステルからなるシートが好ましく、特にＰＥＴシートが好ましいものとして挙げられる。

前記基材シート２１の厚さとしては、太陽電池システムが要求する電気絶縁性に基づいて選択すればよい。例えば、前記基材シート２１が樹脂シートである場合には、該膜厚が１０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。より具体的には、前記基材シート２１がＰＥＴシートである場合には、軽量性および電気絶縁性の観点から、該ＰＥＴシートの厚さは１０〜３００μｍの範囲であることが好ましく、３０〜２００μｍの範囲であることがより好ましく、５０〜１５０μｍであることがさらに好ましい。

また前記基材シート２１には、耐候性、耐湿性等を高めるための表面改質処理を施すこともできる。例えば前記ＰＥＴシートにシリカ（ＳｉＯ_２）および／またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を蒸着させることにより、前記保護シートの耐候性、耐湿性等を高めることができる。なお、該シリカおよび／またはアルミナの蒸着処理は、前記基材シート２１の両面に行ってもよく、いずれか一方の面にのみ行ってもよい。前記基材シート２１の耐候性等を高める観点から、前記基材シート２１が前記太陽電池セル４０に面する側とは反対の面に、該シリカおよび／またはアルミナの蒸着処理を行うことが好ましい。

前記ラミネート用接着剤層２２の材料となる接着剤は、基材シート２１とシクロオレフィン系樹脂接着層２３との各層を強固に接着できれば特に制限されず、例えばアクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、エステル系接着剤などが挙げられる。これらの接着剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記シクロオレフィン系樹脂接着層２３として用いうるシクロオレフィン系樹脂としては、主鎖及び／または側鎖に脂環式構造を有するものの開環重合体またはその水素添加物であり、耐候性および防湿性などの観点から、主鎖に脂環式構造を含有するものの開環重合体またはその水素添加物が好ましい。

重合体の脂環式構造としては、飽和環状炭化水素（シクロアルカン）構造、不飽和環状炭化水素（シクロアルケン）構造などが挙げられるが、機械的強度、耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造を有するものが好ましい。脂環式構造を構成する炭素原子数は、格別な制限はないが、通常４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲であるときに、機械的強度、耐熱性、及び成形性の特性が高度にバランスされ、好適である。

前記シクロオレフィン系樹脂の分子量は、使用目的に応じて適宜選択されるが、シクロヘキサン溶液（重合体樹脂が溶解しない場合はトルエン溶液）のゲル・パーミエーション・クロマトグラフ法で測定したポリイソプレン換算の重量平均分子量で、５，０００以上、好ましくは５，０００〜５００，０００、より好ましくは８，０００〜２００，０００、特に好ましくは１０，０００〜１００，０００の範囲であるときに、シートの機械的強度および成形加工性が高度にバランスし、好適である。

前記シクロオレフィン系樹脂は、実質的に不飽和結合を有さないものが好ましく、必要に応じて水素添加を行ってもよい。水素添加を必要とする場合、その水素添加率は、炭素−炭素２重結合の全モル数に対し、水素添加されたもののモル数との割合で表され、その値は、通常９５％以上、好ましくは９８％以上、より好ましくは９９％以上であるときに、耐候性および防湿性の点で好ましい。

前記シクロオレフィン系樹脂の、２８０℃、荷重２．１６ｋｇｆにおけるＪＩＳ−Ｋ７２１０により測定したメルトフローレート（ＭＦＲ）は、使用目的に応じて適宜選択すれば良いが、通常１〜１００ｇ／１０ｍｉｎ．、好ましくは１０〜７０ｇ／１０ｍｉｎ．の範囲が好適である。メルトフローレートが低すぎると成形時に成形材料を加温する温度がより高温となるため加工しにくい場合が生じ、高すぎると成形時にバリなどの成形不良の発生する場合が生じる。

前記接着層２１には、必要に応じてその他のポリマーや各種の配合剤を添加してもよい。
その他のポリマーとしては軟質重合体や、その他の有機高分子充填剤が用いられる。
また各種の配合剤としては、有機化合物、無機化合物のいずれであってもよく、樹脂工業において通常用いられる配合剤が用いられる。例えば、老化防止剤、安定剤、二酸化チタンなどの顔料、難燃剤、可塑剤、結晶核剤、塩酸吸収剤、帯電防止剤、無機フィラー、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤が用いられる。

本発明の好ましい実施形態において、前記シクロオレフィン系樹脂接着層２３は、シクロオレフィンポリマーフィルムからなることが好ましい。このようなシクロオレフィンポリマーフィルムとしては、シクロオレフィンポリマー樹脂の市販品、例えば、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＯＲ（商品名）をＴダイ製膜機を用いてフィルムにしたものが挙げられる。
シクロオレフィンポリマーフィルムを用いる場合、前記基材シート２１の一方の面上にラミネート用接着剤を塗布し、その上にシクロオレフィンポリマーフィルムを重ね、ラミネート処理を施すことにより、これらが積層したバックシート２０Ａを簡単に製造することができ、バックシート製造工程が簡略化、省力化できる。

このバックシート２０Ａは、ＥＶＡからなる封止材３０に対するシクロオレフィン系樹脂接着層２３の接着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であることが好ましい。この接着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であれば、太陽電池モジュール５０の裏面に積層したバックシート２０Ａが短期〜長期に剥がれることが無くなり、太陽電池モジュール５０の耐久性、防湿性を長期にわたり確保することができる。

本実施形態の太陽電池モジュール５０は、基材シート２１の一方の面に、水蒸気バリア性と封止材ＥＶＡとの密着性に優れたシクロオレフィン系樹脂接着層２３が積層されたバックシート２０Ａを積層した構成としたので、バックシート２０Ａの水蒸気バリア性、封止材との密着性に優れており、太陽電池モジュール５０の耐久性、防湿性を高めることができる。

図３は、バックシートの第２の例を示す断面図である。
このバックシート２０Ｂは、基材シート２１の一方の面に、第１のラミネート用接着剤層２２、Ａｌ層２４、第２のラミネート用接着剤層２２、前記シクロオレフィン系樹脂接着層２３がこの順に積層された構造になっている。この基材シート２１，ラミネート用接着剤層２２及びシクロオレフィン系樹脂接着層２３の詳細は、前記第１の例での基材シート２１，ラミネート用接着剤層２２及びシクロオレフィン系樹脂接着層２３と同様である。

このＡｌ層２４は、バックシート２０Ｂの水蒸気透過性を低減させて防湿性をさらに向上させるために形成されたものであり、その厚さは防湿性向上効果が発揮できれば特に限定されないが、通常は１μｍ〜１００μｍの範囲である。
このＡｌ層２４としては、アルミ箔、アルミ−鉄合金箔からなるシート、Ａｌ蒸着ＰＥＴシート、Ａｌ箔やアルミ−鉄合金箔をラミネートしたＰＥＴシートなどを使用することができる。

このバックシート２０Ｂは、前述した第１の例によるバックシート２０Ａと同様の効果を得ることができ、さらにＡｌ層２４を積層したことによって、太陽電池モジュール５０の防湿性をより向上させることができる。

［実施例１］
ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム社製、商品名「テイジンテトロンフィルム ＨＢ」、厚さ１２５μｍ）上にウレタン系接着剤（三井化学ポリウレタン社製、商品名「タケラックＡ−５１５」と同社製の商品名「タケネートＡ−３」とを質量比９：１の割合で混合）をロッドコーターで塗布して、８０℃、１分間乾燥して厚さ１０μｍのラミネート用接着剤層を形成した。次に、この接着剤層にシクロオレフィンポリマーフィルム（日本ゼオン社製シクロオレフィンポリマー樹脂、商品名「ＺＥＯＮＯＲ １０２０Ｒ」をＴダイ製膜機を用いて厚さ５０μｍのフィルムにしたもの）を重ね合わせ、ラミネートして実施例１のバックシートを作製した。

［実施例２］
シクロオレフィンポリマーフィルムの厚みを１００μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２のバックシートを作製した。

［比較例１］
シクロオレフィンポリマーフィルムをＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム社製、商品名「ＭＥＬＩＮＥＸ Ｓ」、厚さ１２５μｍ）に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１のバックシートを作製した。

前記のように作製した実施例１，２及び比較例１の各バックシートについて、封止材ＥＶＡとの接着力、及び水蒸気透過度の測定を行った。各測定方法は下記の通りとした。その結果を表１にまとめて記す。

＜封止材ＥＶＡとの接着力＞
作製したバックシートを、ＥＶＡフィルムに温度１５０℃、３０分の条件で加熱しながら貼り合わせた後、１０ｍｍ×２００ｍｍに切断して試験片を作製した。２３℃５０％ＲＨの環境下で試験片を万能引張試験のチャックに固定し、バックシートとＥＶＡシートを引張速度３００ｍｍ／分で引き剥がし、接着力を測定した。

＜水蒸気透過度の測定＞
作製したバックシートを９０ｍｍ×９０ｍｍに切断し、この試験片を水蒸気透過度測定装置（ＭＯＣＯＮ社製、商品名「ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ ３／３３」）を用いて、４０℃、９０％ＲＨの条件で各バックシートの水蒸気透過度を測定した。

表１に示したように、本発明に係る実施例１，２のバックシートは、比較例１のバックシートと比べ、封止材ＥＶＡとの接着力が大きく、また水蒸気透過度が低かった。
従って、本発明によれば、裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性を改善した太陽電池モジュールを提供できる。

本発明によれば、裏面保護シートの水蒸気バリア性、封止材との密着性を改善した太陽電池モジュールを提供できる。

１０ …表面保護シート
２０，２０Ａ，２０Ｂ…バックシート
２１ …基材シート
２２ …ラミネート用接着剤層
２３ …シクロオレフィン系樹脂接着層
２４ …Ａｌ層
３０ …封止材
４０ …太陽電池セル
５０ …太陽電池モジュール

Claims (5)

1. 太陽電池セルとこれを覆う封止材と該封止材の裏面側に積層された裏面保護シートとを有する太陽電池モジュールにおいて、
   前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面にシクロオレフィン系樹脂接着層が積層され、該接着層が前記封止材の裏面側に接着されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記シクロオレフィン系樹脂接着層がシクロオレフィンポリマーフィルムからな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。
3. 前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面にラミネート用接着剤層を介して前記シクロオレフィン系樹脂接着層が積層された構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記裏面保護シートが、基材シートの一方の面に、ラミネート用接着剤層、Ａｌ層、ラミネート用接着剤層、前記シクロオレフィン系樹脂接着層がこの順に積層された構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記裏面保護シートが、前記シクロオレフィン系樹脂接着層のエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂製の封止材に対する接着力が４０Ｎ／１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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