JP2011035276A - 太陽電池モジュール用バックシートに用いられるｐｅｔフィルム及びこれを用いた太陽電池モジュール用バックシート - Google Patents

Abstract

【課題】十分に硬化されたエポキシ樹脂コーティング層が形成された、太陽電池バックシート用のＰＥＴフィルムを提供する。
【解決手段】バックシート５において最外層に配置される第３ＰＥＴ層５３は、耐候性を担う。そのために、第３ＰＥＴ層５３は、特に耐加水分解性の向上が図られている。つまり、第３ＰＥＴ層５３は、ＰＥＴフィルムの表裏のいずれか一面、好ましくは両面に、耐加水分解性のコーティング層が形成されている。このコーティング層は、分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂が１０〜３０質量％、メラミン樹脂が５〜１０質量％、残部が分子量３００〜１００００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂からなり、硬化後の厚みが３〜１０μｍである。このコーティング層は、ＰＥＴフィルムの耐熱温度である１８０℃以下の温度で焼付けが可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュールの裏面側に配置されるバックシートに関するものである。

太陽電池モジュ−ルは、当初電卓に使用されたのを皮切りに、その後、各種の電子機器等に応用されてきた。しかるに、クリーンエネルギを供給する太陽電池モジュールは、環境問題に対する意識の高まりから、家庭用、産業用電力の供給源として注目度が高くなっている。
太陽電池モジュールは、結晶シリコン、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子を主たる構成要素としており、より具体的には、フロントシートと称される表面保護層、充填材層、光起電力素子としての太陽電池素子、充填材層、および、バックシートと称される裏面保護層の順に積層し、例えば真空吸引して加熱圧着するラミネ−ション法により製造されている。なお、太陽電池素子の材質、太陽電池モジュールの積層構造はあくまで一例である。また、太陽光が照射される面を表面とする。

太陽電池モジュールの中で、バックシートは電気絶縁性を備えていることを前提に、水蒸気その他のガスバリヤ性を供え、内部に装着されている太陽電池素子の劣化を防止することを目的として設けられる。そのために、当初は厚手のアルミニウム箔を中間層に積層した積層フィルムが用いられていた。しかし、アルミニウム箔を中間層に積層したバックシートは、ガスバリヤ性は優れるものの、コストが高いため、太陽電池モジュールを広く普及させる妨げとなる。また、アルミニウム箔は導電性を有するので、使用中に事故などで太陽電池回路に短絡（ショート）が生じるおそれがある。そこで、アルミニウム箔を用いないバックシートが種々提案されている（特許文献１〜特許文献３）。例えば特許文献１には、太陽電池素子側に配置される方から、光反射性を有する基材フィルム、接着層、無機酸化物の蒸着層、耐候性樹脂フィルムが順に積層された構成のバックシートが記載されている。このバックシートは、アルミニウム箔などの金属箔を使用することなく、光反射性およびガスバリヤ性を優れたものとすることができ、性能、および耐候性など長期信頼性を有すると特許文献１に記載されている。

特開２０００−１１４５６５号公報 特開２００２−２６３４３号公報 特開２００６−２５３２６４号公報

例えば特許文献１のバックシートにおける基材フィルム、耐候性樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が主に用いられている。ところが、このＰＥＴフィルムは、フッ素フィルムやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムに比べると耐加水分解性に劣る。したがって、ＰＥＴフィルムをそのまま使用したのでは、バックシートとしての耐久性が十分得られない。
しかし、フッ素フィルムやＰＥＮフィルムは高価である。そのため、ＰＥＴフィルムにエポキシ樹脂をコーティングして耐加水分解性を向上させることが考えられる。しかし、エポキシ樹脂は２００℃以上での焼付けが必要であり、この温度はＰＥＴフィルムの耐熱温度（１８０℃程度）を超える。したがって、エポキシ樹脂を実際にコーティングする場合には、ＰＥＴフィルムの耐熱温度未満の温度までしか焼付け温度を上げない。そのために、コーティングされるエポキシ樹脂の硬化が不十分となり、コーティング樹脂層が白化する。この樹脂は、水分を透過しやすいので、ＰＥＴフィルムの耐加水分解性を向上することができない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、十分に硬化されたエポキシ樹脂コーティング層が形成された、太陽電池モジュール用バックシート用のＰＥＴフィルム及びそのフィルムを使用したバックシートを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明者らは一般的に使用される分子量３００〜１００００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂剤に、分子量が４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂を添加することにより、ＰＥＴフィルムに焼付け可能な１８０℃以下の温度で充分な硬化が得られ、促進試験時に白化現象が発生しなくなることを知見した。この知見に基づく本発明の太陽電池バックシート用のＰＥＴフィルムは、ＰＥＴフィルム層と、ＰＥＴフィルム層の少なくとも表裏一方の面に被着される樹脂コーティング層と、を備える。そして本発明は、コーティング層が、分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂が１０〜３０質量％、メラミン樹脂が５〜１０質量％、残部が分子量３００〜１００００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂からなり、その硬化後の厚みが３〜１０μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、分子量が４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂を樹脂コーティング層に添加することにより、ＰＥＴフィルムの耐熱温度である１８０℃以下の温度で焼付けが可能となる。したがって、高価なフッ素フィルム、ＰＥＮフィルムを用いることなく、耐加水分解性に優れた太陽電池バックシート用の樹脂フィルムが本発明により提供される。

本実施の形態における太陽電池モジュールの概略構成を示す模式部分断面図である。 本実施の形態におけるバックシートの概略構成を示す模式部分断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明に係るバックシートが用いられる太陽電池モジュール１０は、フロントシート１と、樹脂層からなる充填材層２と、光起電力素子としての太陽電池素子３と、充填材層２と同様の充填材層４と、バックシート５が順次に積層して構成されたものである。なお、この構成はあくまで太陽電池モジュールの一例であって、本発明におけるバックシートが適用される対象を限定するものでない。

＜フロントシート１＞
フロントシート１は、光起電力素子としての太陽電池素子３を保護するものである。照射された太陽光が太陽電池素子３に到達するために、フロントシート１は光透過性に優れることが必要である。また、太陽電池素子３を保護するものであるから、耐候性、水蒸気その他のガスバリヤ性に優れることが必要である。フロントシート１としては、公知の材料、典型的にはガラスを用いることができる。

＜充填材層２、４＞
充填材層２、４は、アモルファスシリコンや結晶性シリコンなどからなる太陽電池素子３を埋め込んで安定化させるために、太陽電池素子３を挟んで設けられる。充填材層２、４は、熱流動性および熱接着性に優れた各種の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、または、シリコ−ン系樹脂の１種ないし２種以上の樹脂からなる樹脂組成物を使用することができる。これら樹脂は、いずれも、透明性を有して太陽光を透過するとともに、耐スクラッチ性、衝撃吸収性に優れている。また、これら樹脂は、熱の作用により劣化ないし分解等を起こしにくい耐熱性を有する。耐熱性は、太陽電池モジュ−ル１０を製造する際に真空吸引して加熱圧着するラミネ−ション法における加熱作用、太陽電池モジュ−ル１０として使用している間に太陽光の照射による加熱作用に対して要求される。
充填材層２、４の厚みは、２００〜１０００μｍとすることが好ましく、３５０〜６００μｍとすることがより好ましい。

＜太陽電池素子３＞
太陽電池モジュ−ル１０を構成する光起電力素子としての太陽電池素子３としては、従来公知の単結晶シリコン型太陽電池素子、多結晶シリコン型太陽電池素子に代表される結晶シリコン太陽電子素子、シングル接合型あるいはタンデム構造型等からなるアモルファスシリコン太陽電池素子等、公知のものを広く適用できる。

＜バックシート５＞
バックシート５は、図２に示されるように、接着剤層５４を除き、３層構造をなしている。つまり、太陽電池素子３（充填材層４）側から、第１ＰＥＴ層５１、第２ＰＥＴ層５２及び第３ＰＥＴ層５３が接着剤層５４を介して積層されている。ただし、この構成はあくまで一例であり、他の構成のバックシート５への本発明の適用を排除するものではない。

第１ＰＥＴ層５１は、バックシート５において、充填材層２、４を透過してきた光を、太陽電池素子３に向けて反射させる機能を主に担う。また、第１ＰＥＴ層５１は、電気絶縁性をも担う。第１ＰＥＴ層５１は、光反射性を備えるために二酸化チタンなどの白色顔料を練りこんだＰＥＴフィルムから構成される。

第２ＰＥＴ層５２は、バックシート５において、主に水蒸気その他のガスが太陽電池素子３に透過することを防ぐガスバリヤ性を担う。そのために、第２ＰＥＴ層５２は、ＰＥＴフィルムの表裏のいずれか一面、好ましくは両面に無機化合物からなる蒸着層が形成される。無機化合物としては、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化錫、あるいはこれらの混合物を用いることができる。この中では、酸化アルミニウムが好ましい。蒸着膜の厚みは、用いられる無機化合物の種類、構成により適宜設定されるが、通常、５〜３００ｎｍの範囲から選択される。

バックシート５において最外層に配置される第３ＰＥＴ層５３は、耐候性を担う。そのために、第３ＰＥＴ層５３は、特に耐加水分解性の向上が図られている。つまり、第３ＰＥＴ層５３は、ＰＥＴフィルムの表裏のいずれか一面、好ましくは両面に、耐加水分解性のコーティング層が形成されている。このコーティング層は、コーティング層を構成する樹脂に１０〜３０質量％で分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂を添加することからなる。このコーティング層は、ＰＥＴフィルムの耐熱温度である１８０℃以下の温度で焼付けが可能である。

コーティング層に添加するエポキシ樹脂の分子量が４００００ｇ／ｍｏｌよりも小さいと促進試験時に白化してしまい、４５０００ｇ／ｍｏｌよりも大きいとＰＥＴフィルムとの密着性が悪くなる。そこで、本発明では、コーティング層に添加するエポキシ樹脂の分子量を４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌとする。
分子量が４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂は、コーティング層を構成する樹脂の１０〜３０質量％を占める。１０質量％未満では、コーティング層に白化が生じて、コーティング層の耐加水分解性向上の効果が不十分である。したがって、第３ＰＥＴ層５３を構成するＰＥＴフィルムの特性劣化が危惧される。また、３０質量％を超えると、コーティング層自身が硬くなってしまい、ＰＥＴフィルムへの密着不良が生じる。

コーティング層における分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂以外の部分には、分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌ以外の分子量のエポキシ樹脂（分子量３００〜１００００ｇ／ｍｏｌ）を用いることができるし、メラミン等の樹脂を用いることができる。
メラミン樹脂は、エポキシ樹脂を架橋する（固める）ために必要である。含有量は５〜１０質量％が好ましい。５％未満であると架橋が少なくなり未反応のエポキシ樹脂が残るため、加水分解（白濁化）しやすくなり、１０％を超えると架橋しすぎて形成膜が硬くなってしまい、耐水性が低下する。

接着剤層５４は、公知のものを広く適用することができ、例えば、２液硬化型ポリウレタン系接着剤、熱接着性樹脂を、接着手法にあわせて適宜選択して使用することができる。

表１に示すエポキシ樹脂系コーティング剤をＰＥＴフィルム基材（東レ Ｘ１０Ｓ（厚み：５０μ）の両面に溶剤にて希釈して塗工した後に、１５０℃で３０秒間乾燥、硬化させて、コーティング層を表裏両面に有するＰＥＴフィルム（供試材）を得た。なお、コーティング層の硬化後の厚みは７μｍである。
供試材を用いて促進試験を行い、破断強度及び伸びが当初の５０％に低下する時間を測定した。促進試験（プレッシャークッカー試験）は、温度：１０５℃、湿度：１００％の環境下に供試材を置き、４８時間毎に破断強度、伸びを測定した。なお、コーティング層を形成しないＰＥＴフィルム基材についても同様の促進試験を行った。その結果を表２に示す。また、硬化後に、コーティング層に白化現象が生じるかを目視により観察した。

コーティング層の樹脂の組成を表３のように変える以外は、実施例１と同様にして促進試験を行った。結果を表３に併せて示す。

コーティング層の塗布厚みを表４に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして促進試験を行った。結果を表４に併せて示す。

１…フロントシート、２，４…充填材層、３…太陽電池素子、５…バックシート、
１０…太陽電池モジュール

Claims (2)

1. ＰＥＴフィルム層と、
   前記ＰＥＴフィルム層の少なくとも表裏一方の面に被着されるコーティング層と、を備え、
   前記コーティング層は、
   分子量４００００〜４５０００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂が１０〜３０質量％、メラミン樹脂が５〜１０質量％、残部が分子量３００〜１００００ｇ／ｍｏｌのエポキシ樹脂からなり、
   硬化後の厚みが３〜１０μｍであることを特徴とする太陽電池モジュール用バックシート用のＰＥＴフィルム。
2. 請求項１に記載のＰＥＴフィルムを使用した太陽電池モジュール用バックシート。

Images