JP2011222968A - 太陽電池用バックシート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の前記封止材に接触して配置される太陽電池用バックシートであって、
下記式(1)を満たす支持体と、
バインダー、および、前記バインダーの全質量に対して50体積%〜200体積%の無機微粒子を含有する易接着性層と、
を有し、
85℃、85%RHの雰囲気下に1,000時間保存した後の前記封止材と前記易接着性層との剥離強度が、10N/20mm以上である太陽電池用バックシートである。
【選択図】なし
Description
この点について、バックシートの最表層に易接着性層を設けることが知られている。例えば、ポリエステル支持体上に硬膜剤を塗設したり、熱接着層を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
本発明は、湿熱環境下でも封止材との密着性に優れた太陽電池用バックシートを提供することを目的とする。
<1> 太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の前記封止材に接触して配置される太陽電池用バックシートであって、下記式(1)を満たす支持体と、バインダーおよび前記バインダーの全体積に対して50体積%〜200体積%の無機微粒子を含有する易接着性層と、を有し、85℃、85%RHの雰囲気下に1,000時間保存した後の前記封止材と前記易接着性層との剥離強度が、25N/20mm以上である太陽電池用バックシートである。
本発明の太陽電池用バックシートは、太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の前記封止材に接触して配置される太陽電池用バックシートであって、下記式(1)を満たす支持体と、バインダーおよび前記バインダーの全体積に対して50体積%〜200体積%の無機微粒子を含有する易接着性層と、を有し、85℃、85%RHの雰囲気下に1,000時間保存した後の前記封止材と前記易接着性層との剥離強度が、10N/20mm以上である太陽電池用バックシートである。
本発明の太陽電池用バックシートがかかる密着性能を発現する理由は明らかではないが、下記理由によるものと推測される。
なお、支持体を、120℃、100%RHの雰囲気下に50時間保存する湿熱保存処理を「湿熱保存処理1」とも称する。また、太陽電池用バックシートを、85℃、85%RHの雰囲気下に1,000時間保存する湿熱保存処理を「湿熱保存処理2」とも称する。また、太陽電池用バックシートを、単に「バックシート」と称することもある。
封止材とバックシートとの密着は、バックシートの支持体とバックシートの易接着性層との界面、および、バックシートの易接着性層と封止材との界面、の2つの界面での相対的な強度となると考えられる。封止材とバックシートとの密着を高めるには、両界面での密着力向上が望ましいものの、中でも、バックシートの支持体とバックシートの易接着性層との界面における剥離を抑制するとよいことがわかった。従って、易接着性層を、例えば2層以上で構成する場合には、支持体に近い易接着性層、望ましくは支持体に隣接する易接着性層に含まれるバインダーおよび無機微粒子を調整するとよいと考えられる。
常温常湿度(例えば、20℃、30%RH)では、十分な強度や柔軟性を有する支持体であっても、支持体を120℃、100%RHの湿熱雰囲気下におくと、支持体は、通常、劣化し、脆くなり、強度や柔軟性が低下し易い。本発明では、易接着性層を支える支持体が、120℃、100%RHの湿熱雰囲気下に50時間保存する湿熱保存処理(湿熱保存処理1)をした後も、破断伸度が低下し難い耐久性を有する。
このように、本発明の太陽電池用バックシートは、湿熱保存処理1の如き湿熱環境下でも耐久性を有する支持体と、アンカー効果を有する易接着性層とを有するため、易接着性層と封止材との密着性を高めることができると考えられる。
以下、本発明の太陽電池用バックシートを構成する各部材について、詳細に説明する。
支持体は、下記式(1)を満たすものであれば特に制限されず、ガラスあってもポリマーであってもよい。
便宜上、下記式(2)のように表現する。
破断伸度保持率は、0.8〜1.0であることが好ましい。
ポリマーとしては、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素系ポリマー等が挙げられる。これらの中では、コストや機械強度などの点から、ポリエステルが好ましい。以下、ポリエステルを用いて形成される支持体をポリエステル基材とも称する。
ポリエステル中のカルボキシ基含量は、重合触媒種、製膜条件(製膜温度や時間)により調整することが可能である。
さらに、必要に応じて180〜230℃で1〜60秒間の熱処理を行なったものでもよい。
特にポリエステル基材は、厚みが増すに伴なって耐加水分解性が悪化し、長期使用に耐えない傾向にあり、本発明においては、厚みが120μm〜300μmであって、かつポリエステル中のカルボキシ基含量が2当量/t〜35当量/tであることが好ましく、この場合に、より湿熱耐久性の向上効果が奏される。ポリエステル基材のポリエステル中のカルボキシ基含量は、支持体と塗布層との密着に寄与するため、湿熱耐久性と密着力を総合的に考慮すると10当量/t以上であることがより好ましい。
本発明における易接着性層はバインダー、および、前記バインダーの全体積に対して10体積%〜500体積%の無機微粒子を含有するように構成されている。易接着性層は、必要に応じて、さらに添加剤などの他の成分を含んで構成されてもよい。
湿熱保存処理2の湿熱条件は、通常の太陽電池バックシートの使用環境からすると、相当過酷な条件であり、バックシートとしての長期信頼性を評価するための加速条件である。
剥離強度の測定は、封止材としてEVA封止材を用いるとき、具体的には次のように行なうことができる。
支持体上に易接着性層が形成されたバックシートを、幅20mm×長さ150mmにカットして2枚準備する。また、幅20mm×長さ100mm長にカットしたEVAシート〔三井化学ファブロ社製、EVAシート:SC50B〕を準備する。2枚のバックシートを互いに易接着性層側を内側にして、用意したEVAシートを挟み、真空ラミネータ〔日清紡社製、真空ラミネート機〕にて、ホットプレス接着させる。このようにして易接着性層とEVA封止材を接着させる。このときのEVA封止材と易接着性層との接着条件は、次のように1回に分けてもよいし、2回にわけて接着させてもよい。
・1回処理の場合
150℃30分の接着処理(真空ラミネーター)
・2回処理の場合
128℃で、3分間真空引きした後、2分間加圧し、仮接着する(真空ラミネーター)。その後、ドライオーブンを用い、150℃で30分間本接着処理をする。
易接着性層は、無機微粒子の少なくとも一種を含有する。
無機微粒子としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化錫等が挙げられる。中でも、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性の低下が小さい点で、酸化錫、シリカの微粒子が好ましい。
中でも、無機微粒子の含有量は、75体積%〜180体積%範囲が好ましい。
易接着性層は、バインダーの少なくとも一種を含有する。
易接着性層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、アクリル系ポリマー、ポリウレタン等が挙げられ、中でも耐久性の観点から、ポリオレフィン、ポリエステル、及びアクリル系ポリマーが好ましく、アクリル樹脂、ポリオレフィンがより好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。
本発明における易接着性層には、必要に応じて、更に、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等の公知のマット剤、アニオン系やノニオン系などの公知の界面活性剤などを添加してもよい。
易接着性層の形成は、バインダー及び既述の量の無機微粒子を含有するポリマーシートを支持体に貼合する方法や、バインダー及び既述の量の無機微粒子を含有する塗布液(易接着性層用塗布液)を塗布することによる方法が挙げられる。中でも、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。
塗布液の調製に用いる塗布溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
易接着性層のバインダーを架橋させるのに好適な架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。中でも、湿熱経時後の接着性を確保する観点から、オキサゾリン系架橋剤が特に好ましい。従って、易接着性層中のバインダーは、オキサゾリン系架橋剤による架橋構造を有していることが好ましい。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS−500、同WS−700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
本発明の太陽電池用バックシートには、支持体と易接着性層との間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層の厚みは、厚み2μm以下の範囲が好ましく、より好ましくは0.05μm〜2μmであり、更に好ましくは0.1μm〜1.5μmである。厚みが2μm以下であると、面状を良好に保つことができる。また、厚みが0.05μm以上であることにより、必要な接着性を確保しやすい。
塗布方法としては、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
塗布液に用いる溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
また、塗布は、2軸延伸した後のポリマー基材に塗布してもよいし、1軸延伸後のポリマー基材に塗布した後に初めの延伸と異なる方向に延伸する方法でもよい。さらに、延伸前の基材に塗布した後に2方向に延伸してもよい。
本発明の太陽電池用バックシートには、着色層を有していてもよい。
本発明における着色層は、顔料と、バインダーとを含有して構成することができ、さらに各種添加剤などの他の成分を含んで構成されてもよい。
顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、群青、紺青、カーボンブラック等の無機顔料、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の有機顔料を、適宜選択して含有することができる。
中でも、顔料のより好ましい含量は、4.5g/m2〜8.0g/m2の範囲である。
バインダーは、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等が挙げられ、耐久性の観点からは、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。具体的には、易接着性層に含まれるバインダーとして列挙した製品を用い得る。
バインダーの含有量は、着色層中の顔料全質量に対して、15質量%〜200質量%の範囲が好ましく、17質量%〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの含有量は、15質量%以上であると、着色層の強度が充分に得られ、また200質量%以下であると、反射率や装飾性を良好に保つことができる。
バインダー及び顔料以外に、界面活性剤、フィラー(無機微粒子)等の添加剤を着色層に添加してもよい。
前記界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤が挙げられる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜15mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、15mg/m2以下であると、接着を良好に行なうことができる。
着色層の形成は、顔料を含有するポリマーシートを支持体に貼合する方法、基材形成時に着色層を共押出しする方法、着色層用塗布液を塗布することによる方法等により行なえる。具体的には、ポリエステル基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して、貼合、共押出し、塗布等することにより着色層を形成することができる。形成された着色層は、支持体の表面に直に接した状態であっても、あるいは下塗り層を介して積層した状態であってもよい。
上記のうち、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。
着色層用塗布液は、塗布溶媒として水を用いた水系でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒を用いた溶剤系でもよい。中でも、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
架橋剤の添加量としては、着色層用塗布液中のバインダー全質量に対して、5質量%〜50質量%が好ましく、より好ましくは10質量%〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であると、着色層の強度及び接着性を保持しながら充分な架橋効果が得られ、50質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保てる。
本発明の太陽電池用バックシートは、表面電気抵抗が8.5以上、好ましくは12以上である。表面電気抵抗が8.5以上であることで絶縁性を発現し易い。なお、バックシートの絶縁性は、バックシートの表面電気抵抗により確認することができる。
バックシートの表面電気抵抗は、JIS−K6911−1979の抵抗率に基づいて測定される値(logSR)である。表面電気抵抗測定は、支持体と易接着性層とを有するバックシートに対し、定電圧電源〔TR−300C、タケダ理研工業社製〕、電流計〔TR−8651、タケダ理研工業社製〕及びサンプルチャンバー〔TR−42、タケダ理研工業社製〕を用いて測定される。
本発明の太陽電池用バックシートの表面電気抵抗(logSR)は、8.5以上であることが好ましく、12以上であることがより好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートは、支持体の上に、既述の易接着性層を形成することができる方法であればいずれの方法により作製されてもよい。本発明においては、支持体上に、易接着性層用塗布液を塗布する工程(塗布工程)を設けて作製する方法により好適に作製することができる。さらに、バックシートがさらに下塗り層、着色層等を有する場合には、前記塗布工程は、例えば、支持体上に、支持体側から順に、下塗り層用塗布液、着色層用塗布液、及び易接着性層用塗布液を塗布する工程とすることができる。
好適な塗布法も既述の通りであり、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
易接着性層用塗布液中の水の割合は、環境負荷の観点からは、さらに多い方が望ましく、水が全溶媒の90質量%以上含まれる場合がより好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートは、太陽電池モジュールを構成する部材として好ましく用いることができる。
例えば、太陽電池モジュールは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を、太陽光が入射する透明性の基板と既述の本発明の太陽電池用バックシートとの間に配置し、該基板とバックシートとの間を封止材(好ましくは、エチレン−ビニルアセテート系封止材)で封止して構成することができる。
なお、体積平均粒子径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕を用いて測定した。
<支持体の作製>
−ポリエステルの合成−
高純度テレフタル酸〔三井化学社製〕100kgとエチレングリコール〔日本触媒社製〕45kgのスラリーを、予めビス(ヒドロキシエチル)テレフタレート約123kgが仕込まれ、温度250℃、圧力1.2×105Paに保持されたエステル化反応槽に、4時間かけて順次供給し、供給終了後もさらに1時間かけてエステル化反応を行なった。その後、得られたエステル化反応生成物123kgを重縮合反応槽に移送した。
上記で得られたペレットを、280℃で溶融して金属ドラムの上にキャストし、厚さ約3mmの未延伸ベースを作成した。その後、90℃で縦方向に3倍に延伸し、更に120℃で横方向に3.3倍に二軸延伸し、215℃で10分熱固定した後、210℃で10分熱緩和した。さらに、得られたフィルムの両面ともをコロナ放電処理を施してカルボキシ基含量が35当量/tのポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、厚さ188μm)を用意した。
支持体0.1gの質量w〔g〕を測定し、これを5mLのベンジルアルコールの入った丸底フラスコに入れて、栓をした状態で、温度205℃で24時間保持した。その後、内容物を15mLのクロロホルムに添加した。この液に少量のフェノールレッド指示薬を加えたものを、濃度0.01Nの水酸化カリウムのベンジルアルコール溶液で滴定した。滴定に要した水酸化カリウム溶液の量をx〔mL〕として、次の式で支持体中のカルボキシ基量含量(COOH基量)を求めた。
カルボキシ基含量(当量/t)=0.01×x/w
なお以下、「当量/t」を「eq./t」とも記載する。
得られたポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に、下記の組成の第1易接着性層用塗布液及び第2易接着性層用塗布液をこの順で塗布し、易接着性層を2層有する太陽電池用バックシートを作成した。
・バインダー
エチレン・アクリル酸共重合体のアンモニウム塩 2.39%
〔A1;ケミパールS75N、三井化学社製、固形分:24.5%〕
・界面活性剤
ポリオキシアルキレンアルキルエーテル 6.30%
〔ナロアクティーCL−95、三洋化成工業社製、固形分:1%〕
・架橋剤
オキサゾリン化合物 0.71%
〔B1;エポクロスWS700、日本触媒社製、固形分:25%〕
・無機微粒子
コロイダルシリカ 3.07%
〔C1;スノーテックスCM、日産化学工業社製、固形分:30%〕
シリカ微粒子 9.21%
〔C2;アエロジルOX−50、日本アエロジル社製、固形分:10%〕
・蒸留水 78.3%
・バインダー
アクリル酸エステル共重合体 2.33%
〔A2;ジュリマーET−410、固形分:30%〕
・界面活性剤
ポリオキシアルキレンアルキルエーテル 7.72%
〔ナロアクティーCL−95、三洋化成工業社製、固形分:1%〕
・架橋剤
エポキシ化合物 22.2%
〔B3;デナコール EX−614B、ナガセケムテックス社製、固形分:1%〕
・蒸留水 67.75%
実施例1の支持体の作製において、実施例1と同様にしてペレットを作製した後、ベース形成を行う前に、下記固相重合を行なった。次いで、得られた固相重合させたペレットについて、実施例1と同様にして、ベースを形成し、得られたベースを、二軸延伸、熱固定、および熱緩和することにより、表1に示すカルボキシ基含量の実施例2の支持体を作製した。
重合したポリエチレンテレフタレートのペレットについて、下記方法(バッチ法)で固相重合を実施した。
ペレットを耐真空容器に投入した後、容器内を真空にし、撹拌しながら、210℃で20時間保持して固相重合した。
実施例1の支持体の作製において、溶融温度を310℃に変更した他は実施例1と同様にしてペレットを作製し、作製したペレットからベースを得た。得られたベースを、実施例1と同様にして、二軸延伸、熱固定、および熱緩和することにより、表1に示すカルボキシ基含量の比較例1の支持体を作製した。
実施例3〜実施例19、及び比較例2〜比較例5の太陽電池バックシートは、実施例1の太陽電池バックシートの製造において、支持体、バインダー、架橋剤、無機微粒子添加量を表1のように変更したほかは同様にして太陽電池バックシートを製造した。
実施例1〜実施例19、及び比較例1〜比較例5の太陽電池用バックシートの支持体について、支持体の破断伸度を測定した。
既述の式(2)より、破断伸度保持率(湿熱保存処理1後の支持体の破断伸度/湿熱保存処理1前の支持体の破断伸度)を算出した。破断伸度保持率の算出にあたっては、支持体の破断伸度を次のようにして測定した。
湿熱保存処理1を施した支持体、および、湿熱保存処理1を施していない支持体(湿熱保存処理1前の支持体に相当)について、10cmのクリップ間に各支持体を挟み、各支持体の長さ方向両端部に、長さ方向に20mm/分の力を加えて引っ張り、破断伸度を測定した。破断伸度保持率〔式(2)〕の算出結果を、下記表1に示す。
実施例1〜実施例19、及び比較例1〜比較例5の太陽電池バックシートについて、次の密着性評価および絶縁性評価を行なった。評価結果を下記表1に示す。
A)EVA封止材と易接着性層(第2易接着性層)との密着性
−試料作成−
封止材として、幅20mm×長さ100mm長にカットしたEVAシート〔三井化学ファブロ社製、EVAシート:SC50B〕を用意した。次に、実施例1〜実施例19、及び比較例1〜比較例5の太陽電池バックシートを、それぞれ幅20mm×長さ150mmにカットして2枚準備し、互いに第2易接着性層(上層)側を内側にして、用意したEVAシートを挟み、真空ラミネータ〔日清紡社製、真空ラミネート機〕にて、ホットプレス接着させた。このようにして、実施例1〜実施例19、及び比較例1〜比較例5の太陽電池バックシートの第2易接着性層(上層)とEVAシートとを接着させ、EVA接着済みシートとした。このときのEVAシート接着条件は、150℃、30分間の接着処理の1回処理とした。
得られたEVA接着済みシートを、85℃、85%RHの雰囲気下で1000時間保存した。
テンシロン(ORIENTEC製 RTC−1210A)を用い、上下クリップに、EVA接着済みシートのEVA未接着部分を挟み、剥離角度180°、引っ張り速度300mm/分で、EVA封止材と第2易接着性層との間の剥離強度を測定した。
剥離強度測定は、湿熱保存処理2前(Fresh)と、湿熱保存処理2後(PC)の両サンプルについて行なった。密着性評価は、下記基準に基づき行った。
(評価基準)
◎:密着非常に良好(剥離強度が、75N/20mm以上)
○:密着良好(剥離強度が、50N/20mm以上75N/20mm未満)
△:密着普通(剥離強度が、10N/20mm以上50N/20mm未満)
×:密着不良(剥離強度が、10N/20mm未満)
実施例1〜実施例19、及び比較例1〜比較例5の太陽電池バックシートの表面電気抵抗は、JIS−K6911−1979の抵抗率に基づいて測定される値(logSR)である。表面電気抵抗測定は、支持体と易接着性層とを有するバックシートに対し、定電圧電源〔TR−300C、タケダ理研工業社製〕、電流計〔TR−8651、タケダ理研工業社製〕及びサンプルチャンバー〔TR−42、タケダ理研工業社製〕を用いて測定した。
−バインダー−
A1:ケミパールS75N、三井化学社製
A2:ジュリマーET−410、東亜合成化学社製
A3:ケミパールS120、三井化学社製
B1:エポクロスWS700、日本触媒社製
B2:カルボジライトV−02−L2、日清紡社製
B3:デナコールEX−614B、ナガセケムテックス社製
B4:ベッカミンM−3、北日本DIC社製
C1:スノーテックスCM、日産工業社製
〔コロイダルシリカ(平均粒径20nm〜30nm、固形分30質量%)〕
C2:アエロジルOX−50、日本アエロジル社製
〔シリカ(平均粒径0.3μm、固形分10質量%)〕
C3:TDL、三菱マテリアル電子化成社製
〔スズ−アンチモン系酸化物水分散液(平均粒径100nm、固形分17質量%)〕
Claims (11)
- 太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の前記封止材に接触して配置される太陽電池用バックシートであって、
下記式(1)を満たす支持体と、
バインダー、および、前記バインダーの全体積に対して50体積%〜200体積%の無機微粒子を含有する易接着性層と、
を有し、
85℃、85%RHの雰囲気下に1,000時間保存した後の前記封止材と前記易接着性層との剥離強度が、10N/20mm以上である太陽電池用バックシート。
- 前記無機微粒子の前記易接着層中の含有量が、前記バインダーの全体積に対して、75体積%〜180体積%である請求項1に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記バインダーが、オキサゾリン系架橋剤による架橋構造を有する請求項1または請求項2に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記バインダーが、ポリオレフィン、ポリエステル、及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記無機微粒子の体積平均粒径が、0.02μm〜2μmである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記支持体がポリエステルである請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項6に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記ポリエステルのカルボキシ基含量が35当量/t以下である請求項6または請求項7に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記ポリエステルのカルボキシ基含量が2当量/t〜35当量/tである請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
- 前記封止材が、エチレン−ビニルアセテート系封止材である請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
- 表面電気抵抗が、8.5以上である請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
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