JP2011503851A - 太陽電池用バックシート及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、太陽電池用バックシート及びその製造方法に関する。太陽電池用バックシートは、基板と、フルオロポリマー層とを備え、フルオロポリマー層の重量に基づく構成要素は、２５部〜４５部のフッ素樹脂、１．５部〜３部の変性樹脂、０．５部〜３部のポリマー充填剤、０．１部〜１部の無機充填剤、及び５０部〜７０部の溶剤である。本発明により提供される太陽電池用バックシートは、低いコスト、並びに高剥離強度、良好な耐水性能、及び良好な耐候性等の優れた性能を有する。本発明により提供される太陽電池用バックシートの製造方法は、プロセスが簡単であるため、継続的な工業生産を達成することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池用バックシート及びその製造方法に関する。
電気エネルギーを発生させる従来方法に対するグリーン代替物として、太陽光を利用することによって電気を発生させるような光起電力セルモジュールが使用されている。光起電力セルモジュールは、様々な半導体部品システムを組立てることによって形成されるため、湿分、酸素及び紫外線等の環境からの影響及び損傷を軽減するために保護されていなければならない。光起電力セルモジュールの一般的な構造は、シリコンウエハと、シリコンウエハの両側に積層される保護層とを備え、該保護層はガラス又はプラスチックフィルムであり得る。その優れた強度、耐候性、耐紫外線性及び断湿性のために、フルオロポリマーフィルム及びポリエステル（ＰＥＴ）フィルムを積層することによって形成されるバックシートは光起電力セルモジュールにおいて重要な役割を果たしている。バックシートの従来の製造は、事前に製造されたフルオロポリマーフィルム、とりわけポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）フィルムを、ポリエステル（ＰＥＴ）基板、典型的には、サンドイッチ状構造を形成するようにＰＥＴフィルムの両側に接着させることを伴う。フルオロポリマーフィルム、例えばＰＶＦフィルムが、光起電力セルモジュール用バックシートとして使用される場合、その特性から、モジュールの耐用寿命が著しく改善され、その結果、モジュールの耐用寿命が２５年もの長い期間となることが確実なものとなる。
しかしながら、数年間屋外に曝された後であっても剥離が決して起こらないように、事前に製造されたフルオロポリマーフィルムとポリマー基板との十分な接着性を得ることは難しい。特許文献１、特許文献２及び特許文献３等の従来技術では、フルオロポリマーフィルムを接着させる前に基板上に下地層又は接着剤層をプレコーティングすることによって、積層構造を有する耐久性バックシートを得る方法が記載されている。しかしながら、これらの方法は全て、実際の積層工程前に少なくとも１つの接着剤層又は下地層を設けることを必要とし、その後積層工程において、熱及び圧力を与えることによって積層が達成される。それゆえ、事前に製造されたフルオロポリマーフィルムを積層することを含む方法は、実に多くの工程及び比較的高いコストを伴う。他方、事前に製造されたフルオロポリマーフィルムは、接着及び後処理プロセス中におけるその強度要件を満たすのに十分な厚みを有していなければならず、これにより、フィルムの実厚さが保護性能をもたらすのに必要なものよりも厚くなり、結果として高価なフッ素樹脂フィルムの無駄及び製品のコストの増大が生じる。
米国特許第３１３３８５４号明細書 米国特許第５１３９８７８号明細書 米国特許第６６３２５１８号明細書
本発明が解決しようとする１つの技術的課題は、如何なる付加的な下地層又は接着剤層も使用することなく、低コスト且つ性能の優れた太陽電池用バックシートを提供することである。
本発明が解決しようとする別の技術的課題は、継続的な工業生産を実現し得る、太陽電池用バックシートを製造する簡単な方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決策を提供する。
本発明は、基板と、フルオロポリマー層とを備える太陽電池用バックシートであって、重量に基づく該フルオロポリマー層の構成要素及びその重量部が：
フッ素樹脂 ２５部〜４５部、
変性樹脂 １．５部〜３部、
ポリマー充填剤 ０．５部〜３部、
無機充填剤 ０．１部〜１部、
溶剤 ５０部〜７０部、
である、太陽電池用バックシートを提供する。
上述の太陽電池用バックシートにおいて、上記フッ素化樹脂は、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン若しくはヘキサフルオロプロピレンのホモポリマー、又はそれらのコポリマーである。
上述の太陽電池用バックシートにおいて、上記変性樹脂は、カルボン酸基、スルホン酸基、アザシクロプロパン基、イソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基又は活性メチレン基により変性されるポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂である。
上述の太陽電池用バックシートにおいて、上記フルオロポリマー層は、チタン、アルミニウム、スズ又はケイ素の酸化物から選択される無機充填剤を含む。
上述の太陽電池用バックシートにおいて、上記溶剤は、トルエン、メチルエチルケトン、エチルアセテート及びブチルアセテートの１つ又は複数である。
上述の太陽電池用バックシートにおいて、上記フルオロポリマー層の厚みは２５μｍ〜５０μｍである。
加えて、本発明はさらに、フルオロポリマー層を基板の表面上にコーティングすること、及びその後、硬化して太陽電池用バックシートを得ることを伴う、本発明により提供される上述の太陽電池用バックシートの製造方法を提供する。
ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又はそれらの二層共押出物が包括的に、太陽電池のバックシートのための基板として使用される。基板は、様々な目的に応じて透明、白色又は黒色であってもよい。
耐候性、耐溶剤性及び絶縁性（insulation properties）等のフルオロポリマーの特徴をより活用するために、本発明で使用されるフッ素樹脂は、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン若しくはヘキサフルオロプロピレンのホモポリマー、又はそれらのコポリマーであってもよく、好ましくは：
ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）樹脂、
ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン）（ＰＶＤＦ−ＰＴＦＥ）樹脂、
ポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）樹脂、
ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）（ＰＶＤＦ−ＰＴＦＥ−ＨＦＰ）樹脂、
が挙げられる。
本発明のフルオロポリマー層は変性樹脂を含有する。かかる変性樹脂を使用することによって、フルオロポリマーコーティング層と基板との接着性は、付加的な下地層又は接着剤層を使用することなくフルオロポリマーコーティング層と基板との接着性を保証して、２５年を超える耐用寿命の要求を満たし得るような結合強度へと著しく改善され得る。本発明に有用な変性樹脂は、カルボン酸基、スルホン酸基、アザシクロプロパン基、イソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基、活性メチレン基、又はそれらの混合物により変性される、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン若しくはヘキサフルオロプロピレンのホモポリマー、又はそれらの２つ若しくは３つのコポリマーであり、好ましくは、本発明に有用な変性樹脂は、以下の変性樹脂：
アミノ変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、
ヒドロキシル変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、
アザシクロプロパン変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、
から成る群から選択される。
フルオロポリマー層の強度をさらに高めるために、本発明のフルオロポリマー層は、１μｍ〜４μｍの平均粒径を有するアクリレートポリマー粒子、ビニルポリマー粒子、フッ素含有ビニルポリマー粒子及びポリアミド粒子であり得るポリマー充填剤を含有する。粒子は、規則的な球、若しくはシート、ロッド、又は他の不規則な形状であってもよく、粒径は均一に分布していてもよいし、不規則に分布していてもよい。
フルオロポリマー層の耐候性、耐溶剤性及び絶縁性を高めるために、本発明のフルオロポリマー層は、石英粒子、マイカ粒子及び二酸化チタン粒子等の、チタン、アルミニウム、スズ及びケイ素の酸化物の１つ又は複数から選択される無機充填剤を含有する。
本発明に好適な溶剤は、トルエン、メチルエチルケトン、エチルアセテート及びブチルアセテートの１つ又は複数であり得る。
本発明では、フルオロポリマー層用のコーティング液を初めに調製する。該コーティング液は、上記に挙げられるフッ素樹脂、変性樹脂、ポリマー充填剤及び無機充填剤を含み、この組成物の粘度は、溶剤によって、コーティングを実行するのに適切な範囲に調節される。フルオロポリマー層の構成要素及びその重量部は：
フッ素樹脂 ２５部〜４５部、
変性樹脂 １．５部〜３部、
ポリマー充填剤 ０．５部〜３部、
無機充填剤 ０．１部〜１部、
溶剤 ５０部〜７０部、
である。
本発明により提供される太陽電池用バックシートは、以下の方法：
基板を広げると共に、フルオロポリマー層を基板の表面上にコーティングすること、及びその後、硬化して太陽電池用バックシートを得ること、
によって製造することができる。
本発明により提供される太陽電池用バックシートの製造方法において用いられる硬化方法は、紫外線照射を通じてフルオロポリマーを架橋することにより硬化すること、又は照射源としてＸ線、コバルト６０、静電加速器若しくは高出力電子線形加速器を用いた高エネルギー照射を通じてフルオロポリマーを架橋することにより硬化することを含む。
本発明により提供される太陽電池用バックシートの製造方法において、フルオロポリマー層は、浸漬塗工法、エアブレード塗工法、スクレーパー塗工法、グラビア塗工法、スリット塗工法等によって基板上に塗布することができる。
本発明により提供及び／又は製造される太陽電池用バックシートでは、フルオロポリマー層の厚みが、２５μｍ〜５０μｍ、好ましくは３０μｍ〜４０μｍである。
従来技術と比べ、本発明は以下の有益な効果を有する。
付加的な下地層又は接着剤層は本発明によりもはや必要ないため、本発明により提供される太陽電池用バックシートは、低いコスト、並びに高剥離強度、良好な耐水性能及び良好な耐候性のような優れた性能を有する。
本発明により提供される太陽電池用バックシートの製造方法は、プロセスが簡単であるため、継続的な工業生産を達成することができる。
本発明の具体的な実施例を参照して本発明を以下でさらに例示するが、一切限定するものではない。
実施例１
ポリビニリデンフルオライド（Aldrichから入手可能） ２５部
ヒドロキシル変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） ３部
ＰＴＦＥ（Solvay Solexisから入手可能） ２部
二酸化チタン粉末（DU PONTから入手可能） ０．２部
メチルエチルケトン ２０部
エチルアセテート ５０部
２０部のメチルエチルケトン及び５０部のエチルアセテートを、攪拌装置を備えた容器内に添加した。攪拌を開始し、２５部のポリビニリデンフルオライド、３部のヒドロキシル変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、２部のＰＴＦＥ粉末及び０．２部の二酸化チタン粉末を引き続き添加した。得られた混合物を６０分間攪拌し、フルオロポリマー層用のコーティング液を得た。その後、コーティング液をスクレーパー塗工法によりＰＥＴ基板に塗布した後に、熱風により乾燥させた。こうして、２５μｍの厚みを有するフルオロポリマー層を備える太陽電池用バックシートが得られ、その性能が試験される。
同様に、フルオロポリマー層が片側に塗布された基板を反転させ、上記の工程に従って第２のフルオロポリマー層を反対側にさらに塗布した。
実施例２
ＰＴＦＥ（Aldrichから入手可能） ４０部
アミノ変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） ２部
ポリアミド粒子（Solvay Solexisから入手可能） ３部
石英粒子（DU PONTから入手可能） ０．３部
ブチルアセテート ５５部
５５部のブチルアセテートを、攪拌装置を備えた容器内に添加した。攪拌を開始し、４０部のＰＴＦＥ、２部のアミノ変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、３部のポリアミド粒子及び０．３部の石英粒子を引き続き添加した。得られた混合物を５０分間攪拌し、フルオロポリマー層用のコーティング液を得た。その後、コーティング液を浸漬塗工法によりＰＥＮ基板に塗布した後に、熱風により乾燥させた。こうして、４０μｍの厚みを有するフルオロポリマー層を備える太陽電池用バックシートが得られ、その性能が試験される。
同様に、フルオロポリマー層が片側に塗布された基板を反転させ、上記の工程に従って第２のフルオロポリマー層を反対側にさらに塗布した。
実施例３
ポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）（3M Dyneonから入手可能） ４５部
アザシクロプロパン変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） ２．５部
ポリアクリレートポリマー粒子（Solvay Solexisから入手可能） ２．５部
マイカ粒子（DU PONTによる） ０．１部
トルエン ５０部
５０部のトルエンを、攪拌装置を備えた容器内に添加した。攪拌を開始し、４５部のポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）、２．５部のアザシクロプロパン変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、２．５部のポリアクリレートポリマー粒子及び０．１部のマイカ粒子を引き続き添加した。混合物を８０分間攪拌し、フルオロポリマー層用のコーティング液を得た。その後、コーティング液をグラビア塗工法によりＰＥＴ基板に塗布した後に、紫外線を照射した。こうして、５０μｍの厚みを有するフルオロポリマー層を備える太陽電池用バックシートが得られ、その性能が試験される。
同様に、フルオロポリマー層が片側に塗布された基板を反転させ、上記の工程に従って第２のフルオロポリマー層を反対側にさらに塗布した。
実施例４
ポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）（3M Dyneonから入手可能） ３０部
スルホン酸基変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） １．５部
ＰＴＦＥ粉末（Solvay Solexisによる） ０．５部
二酸化チタン粉末（DU PONTによる） １部
エチルアセテート ３０部
ブチルアセテート ３５部
３０部のエチルアセテート及び３５部のブチルアセテートを、攪拌装置を備えた容器内に添加した。攪拌を開始し、３０部のポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）、１．５部のスルホン酸基変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、０．５部のＰＴＦＥ粉末及び１部の二酸化チタン粉末を引き続き添加した。得られた混合物を６０分間攪拌し、フルオロポリマー層用のコーティング液を得た。その後、コーティング液をスクレーパー塗工法によりＰＥＮ基板に塗布した後に、熱放射により硬化させた。こうして、３０μｍの厚みを有するフルオロポリマー層を備える太陽電池用バックシートが得られ、その性能が試験される。
同様に、フルオロポリマー層が片側に塗布された基板を反転させ、上記の工程に従って第２のフルオロポリマー層を反対側にさらに塗布した。
実施例５
ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） ４５部
カルボキシル変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂（China Lucky Film Group Corporationから入手可能） ３．０部
ポリアミド粒子（Solvay Solexisから入手可能） １．５部
マイカ粒子（DU PONTから入手可能） ０．５部
ブチルアセテート ５０部
５０部のブチルアセテートを、攪拌装置を備えた容器内に添加した。攪拌を開始し、４５部のポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）、３部のカルボキシル変性ポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂、１．５部のポリアミド粒子及び０．５部のマイカ粒子を引き続き添加した。混合物を６０分間攪拌し、フルオロポリマー層用のコーティング液を得た。その後、コーティング液をスクレーパー塗工法によりＰＥＴ基板に塗布した後に、熱放射により硬化させた。こうして、５０μｍの厚みを有するフルオロポリマー層を備える太陽電池用バックシートが得られ、その性能が試験される。
同様に、フルオロポリマー層が片側に塗布された基板を反転させ、上記の工程に従って第２のフルオロポリマー層を反対側にさらに塗布した。
比較例
熱硬化性樹脂接着剤（Hexionによる）を、７５μｍの厚みを有するＰＥＴ基板（ChinaLucky Film Group Corporationから入手可能）の両側に塗布し、３８μｍの厚みを有するＰＶＦフィルム（DU PONTから入手可能）をホットプレスしてその上に接着させた。こうして、従来の太陽電池用バックシートが比較例として得られる。
Figure 2011503851
上記表中：
１．透湿度試験：
Ｍｏｃｏｎ Ｐｅｒｍａｔｒａｎ−Ｗ ７００装置を用い、ＡＳＴＭ １２４９規格に従って透湿度試験を行った。
２．耐候性試験：
Ｑ−Ｓｕｎ Ｘｅ−３−Ｈ型キセノンランプ促進耐候性チャンバを用い、ＩＳＯ ４８９２−２規格に従って耐候性試験を行った。
３．コーティング層接着性試験
ＡＳＴＭ ３３５９規格に従ってコーティング層接着性試験を行った。
クロスカットテスタを使用して、コーティング層上に直交格子パターンを切り出し、基板まで切り下げた。こうして１００個の小さい正方形から成る試験ユニットが得られる。
ＰＳＡ４６７テープ（3Mから入手可能）を、その長手方向が切れ目の一方向と平行となるように試験区域の表面に密接に貼り付け、力によってしっかりと付着させた。その後、コーティング層表面と０度角を成す方向にテープを素早く勢いよく剥がした。コーティング層表面の変化を観測し、いずれかの区域のコーティング層の剥離は、剥離強度に欠けているものと判断した。
表中のデータから、従来方法によって得られる太陽電池用バックシートの比較サンプルと比べ、本発明により提供されるフルオロポリマーフィルムが、光起電力モジュール製品のバックシートの要件を十分に満たすことが見出せた。

Claims (10)

  1. 基板と、フルオロポリマー層とを備える太陽電池用バックシートであって、重量に基づく該フルオロポリマー層の構成要素が：
    フッ素樹脂 ２５部〜４５部、
    変性樹脂 １．５部〜３部、
    ポリマー充填剤 ０．５部〜３部、
    無機充填剤 ０．１部〜１部、
    溶剤 ５０部〜７０部、
    であることを特徴とする、太陽電池用バックシート。
  2. 前記フッ素樹脂が、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン若しくはヘキサフルオロプロピレンのホモポリマー、又はそれらのコポリマーであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池用バックシート。
  3. 前記変性樹脂が、カルボン酸基、スルホン酸基、アザシクロプロパン基、イソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基又は活性メチレン基により変性されるポリ（ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン）樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池用バックシート。
  4. 前記無機充填剤が、チタン、アルミニウム、スズ及びケイ素の酸化物の１つ又は複数を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池用バックシート。
  5. 前記溶剤が、トルエン、メチルエチルケトン、エチルアセテート及びブチルアセテートの１つ又は複数であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池用バックシート。
  6. 前記フルオロポリマー層の厚みが２５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池用バックシート。
  7. 請求項１に記載の太陽電池用バックシートの製造方法であって、フルオロポリマー層を前記基板の表面上にコーティングし、且つ硬化して該太陽電池用バックシートを得ることを特徴とする、太陽電池用バックシートの製造方法。
  8. 浸漬塗工法、エアブレード塗工法、スクレーパー塗工法、グラビア塗工法又はスリット塗工法によって前記フルオロポリマー層を前記基板上に塗布することを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池用バックシートの製造方法。
  9. 硬化方法が、紫外線照射を通じてフルオロポリマーを架橋することにより硬化すること、又は照射源としてＸ線を用いた高エネルギー照射、コバルト６０、静電加速器若しくは高出力電子線形加速器を通じてフルオロポリマーを架橋することにより硬化することを含むことを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池用バックシートの製造方法。
  10. 前記基板上の前記フルオロポリマー層の厚みが、硬化後に２５μｍ〜５０μｍであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の太陽電池用バックシートの製造方法。
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