JP2012104612A - 太陽電池保護シート及びその製造方法、太陽電池用バックシート、並びに太陽電池モジュール - Google Patents
太陽電池保護シート及びその製造方法、太陽電池用バックシート、並びに太陽電池モジュール Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートを含む基材と、前記基材の表面処理された面上にフッ素系ポリマーを含む塗布層を有することを特徴とする太陽電池保護シート。
【選択図】なし
Description
なお、このようなフッ素系ポリマーと併用される表面処理技術としては、特許文献4に記載されているコロナ処理、火炎処理およびグロー放電処理のほか、特許文献5には特別な電磁波で照射する方法やプラズマ処理が記載されており、同文献実施例には特に真空に近い低圧条件下で特別な電磁波で照射する方法やプラズマ処理を行う態様が開示されている。
[1] シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートを含む基材と、前記基材の表面処理された面上にフッ素系ポリマーを含む塗布層を有することを特徴とする太陽電池保護シート。
[2] 前記塗布層が、カルボジイミド化合物系架橋剤およびオキサゾリン化合物系架橋剤のうち少なくとも1種由来の架橋構造を含むことを特徴とする[1]に記載の太陽電池保護シート。
[3] 前記塗布層が、少なくとも1種類のフィラーを含むことを特徴とする[1]または[2]に記載の太陽電池保護シート。
[4] 120℃、相対湿度100%の条件で50時間保存した後の破断伸びが、保存する前の破断伸びに対して50%以上であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[5] 150℃、30分保存前後の熱収縮率が0〜0.5%であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[6] 前記基材の表面処理面と前記塗布層が、接着剤または粘着剤を介さずに直接接していることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[7] 前記塗布層が膜厚0.5〜15μmであることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[8] 前記塗布層が最外層であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[9] 前記基板が、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剤側に用いられることを特徴とする[1]〜[8]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
[10] ポリエチレンテレフタレート基材の少なくとも一方の面に対し、火炎中にシラン化合物を導入して火炎処理する工程または大気圧下でプラズマ処理する工程と、前記基材の表面処理された表面上に、フッ素系ポリマーを含む塗布層用組成物を塗布する工程を含むことを特徴とする太陽電池保護シートの製造方法。
[11] 前記塗布層用組成物が、カルボジイミド化合物系架橋剤およびオキサゾリン化合物系架橋剤のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする[10]に記載の太陽電池保護シートの製造方法。
[12] 前記塗布層用組成物が、少なくとも1種類のフィラーを含むことを特徴とする[10]または[11]に記載の太陽電池保護シート。
[13] [10]〜[12]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートの製造方法で製造されたことを特徴とする太陽電池保護シート。
[14] [1]〜[9]および[13]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートを含むことを特徴とする太陽電池用バックシート。
[15] [1]〜[9]および[13]のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートを含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
[16] 太陽電池素子と、該太陽電池素子を封止する封止材とを含む電池側基板を有し、前記電池側基板の前記封止剤と、前記太陽電池保護シートの前記基板が接していることを特徴とする[15]に記載の太陽電池モジュール。
[17] 前記太陽電池保護シートの前記塗布層が最外層に配置されていることを特徴とする[15]または[16]に記載の太陽電池モジュール。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の太陽電池保護シート(以下、本発明のシートまたは本発明のフィルムとも言う)は、シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートを含む基材と、前記基材の表面処理された面上にフッ素系ポリマーを含む塗布層を有することを特徴とする太陽電池保護シートことを特徴とする。
以下、本発明の太陽電池保護シートについて、基材、塗布層、層構成、太陽電池保護シートの特性の順に説明する。
本発明の太陽電池保護シートは、シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートを含む基材を含む。以下、前記基材について説明する。
前記基材は、ポリエチレンテレフタレートを含む。前記基材はポリエチレンテレフタレート以外のその他の樹脂を含んでいてもよいが、ポリエチレンテレフタレートのみを樹脂として含むことが好ましい。
また、前記基材中のポリエチレンテレフタレートのカルボキシル基含有量は55当量/t以下が好ましく、より好ましくは35当量/t以下である。カルボキシル基含有量が55当量/t以下であると、耐加水分解性を保持し、湿熱経時したときの強度低下を小さく抑制することができる。これにより、120℃、相対湿度100%の条件で50時間保存した後の破断伸びが、保存する前の破断伸びに対して50%以上である太陽電池用バックシートが得ることができる。
なお、カルボキシル基含有量の下限は、前記基材上に形成される塗布層との間の接着性を保持する点から2当量/tが望ましい。
ポリエステル中のカルボキシル基含有量は、重合触媒種、製膜条件(製膜温度や時間)、固相重合により調整することが可能である。
前記基材は、(1)シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または(2)大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたことを特徴とする。このような表面処理方法により、表面処理を施されたポリエチレンテレフタレート基材表面に、フッ素系ポリマーを含む塗布層を塗布して形成した場合の、湿熱経時後の層間の密着性を改善することができる。従来はこれら前記(1)シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理、または(2)大気圧プラズマ処理で表面処理の表面処理方法をPET樹脂表面に施し、その表面上にフッ素系ポリマーを塗布した例は知られてなかったが、本発明ではこれらの表面処理方法を採用すると大幅にPET樹脂基材層と含フッ素系ポリマー塗布層との間の、湿熱条件下で経時させた後の密着性が高まることを見出した。
前記表面処理は、前記基材の塗布層を形成する側の表面に少なくとも施されている。ここで、塗布層を前記基材の一方の面に形成する場合は、前記基材の一方の面のみに前記表面処理が施されていても、前記基材の両表面に前記表面処理が施されていてもよく、例えば本発明の太陽電池保護シートに後述する他の機能層を塗布により形成する場合は両表面に前記表面処理が施されていることが好ましい。前記表面処理の詳細については、後述の本発明の太陽電池保護シートの製造方法の項において詳述する。
前記基材フィルムは、触媒としてチタン化合物を用いて得られたものが好ましい。チタン化合物は、チタン化合物以外の他の触媒(Sb、Ge,Al)に比べ、触媒の使用量が少なくて済むため、触媒を核とした球晶の発生を抑制することができる。チタン化合物の詳細については、後述の本発明のフィルムの製造方法の項において詳述する。
前記基材の厚みは30μm〜500μmであることが好ましく、より好ましくは40μm〜400μmであり、さらに好ましくは45μm〜360μmである。
前記基材は、厚膜化することも好ましいが、厚膜化すると一般的にフィルム中の含水率の向上につながり、耐加水分解性の低下に直結する。そのため、従来公知の基材をただ単に厚くすると耐加水分解性が低下し、所望とする長期耐久性はさらに得られにくくなる。これに対し、本発明の太陽電池保護シートでは前記基材に対して特別な表面処理を施した後にフッ素系ポリマーを塗布することにより、厚膜化した場合でも良好な湿熱経過後の破断伸度保持率を持つ構成とすることができる。
本発明の太陽電池保護シートは、前記基材の表面処理された面上にフッ素系ポリマーを含む塗布層(以下、含フッ素系ポリマー塗布層とも言う)を有する。以下、前記塗布層について説明する。
前記フッ素系ポリマーとは、−(CFX1−CX2X3)−で表される繰り返し単位を有するポリマーのことを言う(ただしX1、X2、X3は水素原子、フッ素原子、塩素原子又は炭素数1から3のパーフルオロアルキル基を示す。)。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層とは、フッ素系ポリマー(含フッ素系ポリマー)を主バインダーとして構成され、塗布により形成された層のことを言う。主バインダーとは、含フッ素系ポリマー塗布層において含有量が最も多いバインダーである。
これらの中でも、PTFE又はPCTFEを用いることが好ましい。
これらホモポリマーと共重合体の中でも、P(TFE/E)又はP(CTFE/VE)を用いることが好ましい。
また、前記フッ素系ポリマーは商業的に入手してもよく、例えば、オブリガートSW0011F(フッ素系バインダー、AGCコーテック(株)製)の他、ダイキン工業(株)製 ゼッフルなどを本発明では好ましく用いることができる。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層は、各種添加剤を含んでいてもよく、架橋剤、界面活性剤、フィラーを含むことが好ましい。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層に含まれることが好ましい。前記架橋剤としては、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。湿熱経時後の接着性を確保する観点から、これらの中でも特にカルボジイミド系架橋剤またはオキサゾリン系架橋剤を用いることが、表面処理として火炎中にシラン化合物を添加する火炎処理や大気圧プラズマ処理を採用した場合に、相乗的に湿熱経時後の接着性が改善できる観点から好ましい。すなわち、本発明では、前記塗布層が、カルボジイミド化合物系架橋剤およびオキサゾリン化合物系架橋剤のうち少なくとも1種由来の架橋構造を含むことが好ましい。
また、前記オキサゾリン系架橋剤として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS500、同WS700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層に用いられる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を用いることができる。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。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層は、少なくとも1種類のフィラーを含むことが好ましい。前記フィラーとしてはコロイダルシリカ、二酸化チタンなどの公知のフィラーを用いることができる。フィラーの添加量は、塗布層のバインダー当たり20質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以下である。フィラーの添加量が20質量%以下であると、塗布層の面状がより良好に保て、PET基材との接着性を改善することができる。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層の厚みは0.5〜15μmであることが好ましく、0.8〜12μmであることがより好ましく、1.0〜10μmであることが特に好ましい。塗布層の厚みが0.5μm以上であると太陽電池用バックシート用ポリマーシート、特に最外層として耐久性(耐候性)が十分に発揮でき、15μm以上であると前記基材との接着力が不十分となる。
本発明の太陽電池保護シートは、前記フッ素系ポリマーを含む塗布層の上にさらに別の層を積層してもよいが、耐久性の向上、軽量化、薄型化、低コスト化などの観点から、塗布層が最外層であることが好ましい。
本発明の太陽電池保護シートは、基材と前記フッ素系ポリマーを含む塗布層のみからなってもよく、その他の層を有する積層体であってもよい。その場合は、その他のポリエステルフィルムや、その他の樹脂フィルムを用いた積層体、その他の塗布層を有する積層体であってもよい。
このような機能層の中でも、本発明のフィルムは、着色層(好ましくは、白色層(反射層))を前記基材上に積層した態様であることも好ましく、易接着性層および白色層(反射層)を前記基材の一方の表面上に積層した態様であることも好ましく、易接着性層および白色層(反射層)を前記基材の一方の表面上に塗布により積層した態様であることも好ましい。その中でも、基材の塗布層が設けられている側の反対側に着色層を設けることが好ましい。また、これらの機能層は、本発明の太陽電池保護シートの太陽電池素子を封止する封止材と好ましく貼り合わされる側に形成されていることが好ましい。すなわち、本発明の太陽電池保護シートの塗布層が形成されていない側の基材表面上に形成されていることが好ましく、前記基板が、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剤側に用いられることが好ましい。
(熱収縮)
本発明の太陽電池保護シートは、熱収縮率が0〜0.5%であることが好ましい。
より好ましい熱収縮量は0.05%〜0.5%であり、さらに好ましくは0.1〜0.45%、さらに好ましくは0.15%〜0.4%である。ここでいう熱収縮量は、150℃、30分保存前後での測定値のMD(フィルム搬送方向)、TD(フィルム搬送方向に直交する方向)の平均値を指す。
熱収縮が上記好ましい範囲の上限値以下であると、収縮により本発明の太陽電池保護シートの層間の剥離が発生し難くなる。一方、上記熱収縮量が0.05%以上であると、熱処理中の熱膨張による寸法変化(たるみ)に起因する皺が発生し難くなる観点からは、好ましい。
本発明の太陽電池保護シートは、120℃相対湿度100%で50時間熱処理した後の破断伸び(破断伸度保持率)が、保存する前の破断伸びに対して50%以上であることが好ましい。
前記破断伸度保持率は、60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、75%以上であることが特に好ましい。
本発明の太陽電池保護シートの製造方法(以下、本発明のフィルムの製造方法とも言う)は、ポリエチレンテレフタレート基材の少なくとも一方の面に対し、火炎中にシラン化合物を導入して火炎処理する工程または大気圧下でプラズマ処理する工程と、前記基材の表面処理された表面上に、フッ素系ポリマーを含む塗布層用組成物を塗布する工程を含むことを特徴とする。
以下、本発明の製造方法について説明する。
本発明のフィルムの製造方法は、固有粘度IVが0.74〜0.91dL/gのポリエステル樹脂を溶融製膜に供することが好ましい。
前記範囲のIVである原料PET樹脂は、合成および重合により入手しても、商業的に入手してもよい。
本発明においては、エステル化反応及び重縮合反応を設けてポリエステルを生成するエステル化工程を設けることができる。このエステル化工程では、(a)エステル化反応、及び(b)エステル化反応で生成されたエステル化反応生成物を重縮合反応させる重縮合反応を設けることができる。
脂肪族ジオール(エチレングリコール)の使用量は、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸)及び必要に応じそのエステル誘導体の1モルに対して、1.015〜1.50モルの範囲であるのが好ましい。該使用量は、より好ましくは1.02〜1.30モルの範囲であり、更に好ましくは1.025〜1.10モルの範囲である。該使用量は、1.015以上の範囲であると、エステル化反応が良好に進行し、1.50モル以下の範囲であると、例えばエチレングリコールの2量化によるジエチレングリコールの副生が抑えられ、融点やガラス転移温度、結晶性、耐熱性、耐加水分解性、耐候性など多くの特性を良好に保つことができる。
また、前記PETは後述する触媒によって性質が異なる場合があり、ゲルマニウム(Ge)系触媒、アンチモン(Sb)系触媒、アルミニウム(Al)系触媒、及びチタン(Ti)系触媒から選ばれる1種又は2種以上を用いて重合されるPETが好ましく、より好ましくはTi系触媒を用いたものである。
前記Ti系触媒を使用してエステル化されたポリエステル樹脂を含むフィルムは、耐候性が低下し難く、好ましい。いかなる理論に拘泥するものでもないが、以下の理由と推定される。耐候性ポリエステルフィルムの耐候性の低下は、ポリエステルの加水分解にある程度依存する。前記エステル化反応触媒は、エステル化の逆反応である加水分解反応も促進するが、Ti触媒は逆反応である加水分解反応の作用が低い。そのため、前記エステル化反応触媒が製膜後のフィルム中にある程度残存しても、Ti系触媒を使用してエステル化されたポリエステル樹脂は、他の触媒を使用してエステル化されたポリエステル樹脂よりも比較的耐候性を高くすることができる。
Ti系触媒の例としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネート等のチタンアルコキシド、チタンアルコキシドの加水分解により得られるチタン酸化物、チタンアルコキシドと珪素アルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドとの混合物の加水分解により得られるチタン−珪素もしくはジルコニウム複合酸化物、酢酸チタン、蓚酸チタン、蓚酸チタンカリウム、蓚酸チタンナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸−水酸化アルミニウム混合物、塩化チタン、塩化チタン−塩化アルミニウム混合物、チタンアセチルアセトナート、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体、等が挙げられる。
また、一般に、末端カルボキシル基量が多いほど耐加水分解性が悪化することが知られており、本発明の添加方法によって末端カルボキシル基量が少なくなることで、耐加水分解性の向上が期待される。
前記クエン酸キレートチタン錯体としては、例えば、ジョンソン・マッセイ社製のVERTEC AC−420など市販品として容易に入手可能である。
これにより、重合時の着色及びその後の溶融製膜時における着色が少なくなり、従来のアンチモン(Sb)触媒系のポリエステル樹脂に比べて黄色味が軽減され、また、透明性の比較的高いゲルマニウム触媒系のポリエステル樹脂に比べて遜色のない色調、透明性を持ち、しかも耐熱性に優れたポリエステル樹脂を提供できる。また、コバルト化合物や色素などの色調調整材を用いずに高い透明性を有し、黄色味の少ないPET樹脂が得られる。
重縮合は、エステル化反応で生成されたエステル化反応生成物を重縮合反応させて重縮合物を生成する。重縮合反応は、1段階で行なってもよいし、多段階に分けて行なうようにしてもよい。
基材を構成するポリエステルは、重合後に固相重合されていてもよい。これにより、好ましいカルボキシル基含有量を達成することができる。固相重合は、重合後のポリエステルを真空中あるいは窒素ガス中で170℃〜240℃程度の温度で5〜100時間程度加熱して重合度を増大させる手法である。具体的には、固相重合には、特許第2621563号、特許第3121876号、特許第3136774号、特許第3603585号、特許第3616522号、特許第3617340号、特許第3680523号、特許第3717392号、特許第4167159号等に記載の方法を適用することができる。
固相重合は、既述のエステル化反応により重合したポリエステル又は市販のポリエステルをペレット状などの小片形状にし、これを用いて好適に行なえる。
好ましい固相重合温度は、10時間〜80時間、より好ましくは15時間〜50時間、さらに好ましくは20時間〜30時間である。
このような熱処理は低酸素雰囲気下で行うのが好ましく、例えば窒素雰囲気下または真空中で行うことが好ましい。更に、多価アルコール(エチレングリコール等)を1ppm〜1%混合してもよい。
(1)溶融押出し・製膜
本発明の製造方法では、前記固相重合工程を経た後のポリエステルを溶融混練し、口金(押出ダイ)から押出すことにより、PETフィルムを成形することが好ましい。
押出し機は、一軸でも多軸でもよい。熱分解による末端COOHの発生をより抑制できる点で、押出し機内を窒素置換して行なうのがより好ましい。
リン酸カルシウムを添加する場合、その添加量は、PET樹脂に対する重量比で20〜500ppmであることが好ましく、50〜250ppmであることがより好ましく、70〜200ppmであることが特に好ましい。
前記支持体としては、特に制限はなく、通常の溶融製膜に用いられる冷却ロールを用いることができる。
本発明の製造方法では、上記製膜工程の後に、作製された押出フィルム(未延伸フィルム)を延伸する工程を含んでいてもよい。本発明の製造方法では、基材は、機械強度の点から2軸延伸したものであることが好ましい。
本発明の製造方法は、ポリエチレンテレフタレート基材の少なくとも一方の面に対し、火炎中にシラン化合物を導入して火炎処理する工程または大気圧下でプラズマ処理する工程を含む。
以下、これらの表面処理方法について説明する。
前記シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理としては、ケイ酸炎処理を挙げることができ、その中でもイトロ処理が好ましい。前記イトロ処理とは、フレームバーナーによる酸化炎を介して被塗布物の表面にナノレベルの酸化ケイ素膜を形成する表面処理方法のことを言う。すなわち、前記イトロ処理は従来の基材表面のみを改質する前処理(フレーム処理、コロナ処理、プラズマ処理)とは異なり、易接着性物質を積極的に表面に付加する表面処理のことを言う。
また、このようなアルキルシラン化合物やアルコキシシラン化合物の好適例としては、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジフェニルシラン、ジエチルジクロロシラン、ジエチルジフェニルシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメチルジエチルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、ジクロロジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
より具体的には、ヘキサメチルジシラザン(沸点:126℃)、ビニルトリメトキシシラン(沸点:123℃)、ビニルトリエトキシシラン(沸点:161℃)、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(沸点:144℃)、トリフルオロプロピルトリクロロシラン(沸点:113〜114℃)、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(沸点:215℃)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(沸点:217℃)、ヘキサメチルジシロキサン(沸点:100〜101℃)、及び3−クロロプロピルトリメトキシシラン(沸点:196℃)の少なくとも一つの化合物であることが好ましい。このようなシラン化合物であれば、キャリアガスとの混合性が向上し、炭素化合物の表面に、粒状物(シリカ層)を形成して改質がより均一になるとともに、沸点等の関係で、かかるシラン化合物が炭素化合物の表面に一部残留しやすくなり、フッ素系ポリマーを含む塗布層との間で、より優れた密着力を得ることができる。
また、バーナー以外に別の熱源を備えることも好ましい。かかる熱源の種類は特に制限されるものではないが、例えば、レーザー、ハロゲンランプ、赤外線ランプ、高周波コイル、誘導加熱装置、熱風ヒーター、及びセラミックヒーターからなる群から選択される少なくとも一つの加熱手段が好ましい。
例えば、レーザーを用いることにより、スポット的に、極めて迅速に加熱して、シラン化合物を熱分解させて、炭素化合物の表面処理が可能となる。
また、ハロゲンランプや赤外線ランプを用いることにより、極めて均一な温度分布でもって、大量のシラン化合物の熱分解が可能となり、炭素化合物の効率的な表面処理が可能となる。
また、高周波コイルや誘導加熱装置を用いることにより、極めて迅速に加熱して、シラン化合物を熱分解させて、炭素化合物の効率的な表面処理が可能となる。
さらに、熱風ヒーターやセラミックヒーターを用いることにより、例えば、2000℃を超える温度処理が、小規模から大規模まで各種サイズにおいて可能となり、シラン化合物を容易に熱分解させて、炭素化合物の効率的な表面処理が可能となる。
大気圧プラズマは、高周波を用いて大気圧下で安定なプラズマ放電を起こさせて方法である。
大気圧プラズマでは、キャリアガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等を用いてこれに酸素ガス等を一部混合したものを用いることが好ましく、空気にアルゴンガスを混合したものがより好ましい。
大気圧プラズマ処理は、大気圧またはその近傍下の500〜800Torr程度の圧力下で行うことが好ましく、700〜800Torrで行うことがより好ましい。
また、放電の電源周波数は1〜100kHz、より好ましくは1〜10kHz程度が好ましい。電源周波数が1kHz以上であれば安定した放電が得られ、好ましい。逆に100kHz以下であれば、高価な装置を必要とせず、製造方法上、コストの観点から好ましい。
前記大気圧プラズマ処理の放電強度は特に制限はないが、本発明では50W・min/m2〜500W・min/m2程度が好ましい。大気圧プラズマ処理の放電強度が500W・min/m2以下であればアーク放電が起こり難くなり、安定した大気圧プラズマ処理を行うことができる。また、50W・min/m2以上であれば充分な表面処理効果を得ることができる。
処理時間は0.05〜100秒、より好ましくは0.5〜30秒程度が好ましい。処理時間が0.05以上であれば接着性改良効果が充分となり、逆に100秒以下であれば支持体の変形や着色等の問題が生じ難くなる。
大気圧プラズマ処理において、プラズマを発生させる方法としては特に制限はないが、本発明では例えば、直流グロー放電、高周波放電、マイクロ波放電等の装置を利用して行うことができる。特に、3.56MHzの高周波を用いた放電装置を利用して行う方法は好ましい。
本発明のポリエステルフィルムの製造方法は、前記基材の表面処理された表面上に、フッ素系ポリマーを含む塗布層用組成物を塗布する工程を含む。そのとき、乾燥ゾーンにおいて該塗布層を乾燥する工程を含むことが、好ましい。
前記フッ素系ポリマーを含む塗布層は、前記フッ素系ポリマーを含む塗布層を構成するフッ素系ポリマー等を含む塗布液を前記基材の表面処理された面上に塗布して塗膜を乾燥させることにより形成することができる。乾燥後、加熱するなどして硬化させてもよい。塗布方法や塗布液の溶媒には、特に制限はない。
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。ただし、フッ素系ポリマー等のバインダー等を水分散した水系塗布液を形成して、これを塗布する方法が好ましい。この場合、溶媒中の水の割合は60質量%以上が好ましく、より好ましくは80質量%以上である。塗布層を形成する塗布液に含まれる溶媒の60質量%以上が水であれば、環境負荷が小さくなるので好ましい。
また、フッ素系ポリマーの前記塗布層中における量としては、バインダー量としての塗布量で0.5g/m2〜15g/m2であることが塗膜の耐候性保持の観点から好ましく、1g/m2〜4g/m2であることがより好ましく、1.5g/m2〜2.5g/m2であることが特に好ましい。
本発明のフィルムは、太陽電池モジュールの日光が入射する側の透明性フロント基板として用いても、太陽電池用バックシートとして用いてもよいが、太陽電池用バックシートとして用いることが好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートは、本発明のフィルムを含むことを特徴とする。さらに、本発明の太陽電池用バックシートは、被着物に対して易接着性の易接着性層、紫外線吸収層、光反射性のある白色層などの機能性層を少なくとも1層設けて構成することができる。
以下、太陽電池用バックシートとして用いるときの各種機能層を、前記基材と塗布層にさらに積層する方法について、説明する。
また、これらの塗設前に表面処理(火炎処理、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理等)を実施してもよい。さらに、粘着剤を用いて貼り合わせることも好ましい。
本発明のフィルムには、着色層を設けることができる。着色層は、フィルムの表面に接触させて、あるいは他の層を介して配置される層であり、顔料やバインダーを用いて構成することができる。
本発明における着色層は、顔料の少なくとも1種を含有することができる。顔料は、2.5〜8.5g/m2の範囲で含有されるのが好ましい。より好ましい顔料含有量は、4.5〜7.5g/m2の範囲である。顔料の含有量が2.5g/m2以上であることで、必要な着色が得られやすく、光の反射率や装飾性をより優れたものに調整することができる。顔料の含有量が8.5g/m2以下であることで、着色層の面状をより良好に維持することができる。
入射した太陽光を反射する反射層として着色層を構成する場合、顔料の反射層中における好ましい添加量は、用いる顔料の種類や平均粒径により変化するため一概には言えないが、1.5〜15g/m2が好ましく、より好ましくは3〜10g/m2程度である。添加量は、1.5g/m2以上であることで必要な反射率が得られやすく、15g/m2以下であることで反射層の強度をより一層高く維持することができる。
本発明における着色層は、バインダーの少なくとも1種を含有することができる。バインダーを含む場合の量としては、前記顔料に対して、15〜200質量%の範囲が好ましく、17〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの量は、15質量%以上であることで着色層の強度を一層良好に維持することができ、200質量%以下であることで反射率や装飾性が低下する。
着色層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。バインダーは、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。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。好ましいバインダーの例として、以下のものが挙げられる。
前記ポリオレフィンの例としては、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)などが挙げられる。前記アクリル樹脂の例としては、ジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)などが挙げられる。前記アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例としては、セラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)、H7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)等を挙げることができる。
本発明における着色層には、バインダー及び顔料以外に、必要に応じて、さらに架橋剤、界面活性剤、フィラー等を添加してもよい。
着色層の形成方法としては、顔料を含有するポリマーシートをフィルムに貼合する方法、本発明のフィルム成形時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等がある。このうち、塗布による方法は、簡便でかつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。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などの公知の方法を利用することができる。塗布に用いられる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。しかし、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。
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。
着色層は、白色顔料を含有して白色層(光反射層)として構成されることが好ましい。反射層である場合の550nmの光反射率としては、75%以上であるのが好ましい。反射率が75%以上であると、太陽電池セルを素通りして発電に使用されなかった太陽光をセルに戻すことができ、発電効率を上げる効果が高い。
本発明の太陽電池保護シートには、下塗り層を設けることができる。下塗り層は、例えば、着色層が設けられるときには、着色層と基材フィルムとの間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層は、バインダー、架橋剤、界面活性剤等を用いて構成することができる。
下塗り層の厚みは、0.05μm〜2μmが好ましく、より好ましくは0.1μm〜1.5μm程度の範囲が好ましい。膜厚が0.05μm以上であることで必要な接着性が得られやすく、2μm以下であることで、面状を良好に維持することができる。
本発明の太陽電池保護シートは、太陽電池モジュールを構成する場合に太陽電池素子が封止剤で封止された電池側基板の該封止材と向き合う側に、易接着性層を有していてもよい。封止剤(特にエチレン−酢酸ビニル共重合体)を含む被着物(例えば太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の封止剤の表面)に対して接着性を示す易接着性層を設けることにより、バックシートと封止材との間を強固に接着することができる。
本発明の太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池保護シートを含むことを特徴とする。
図1は、本発明の太陽電池モジュールの構成の一例を概略的に示している。本発明の太陽電池モジュール10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20を、太陽光が入射する透明性のフロント基板24(本発明の太陽電池保護シートであってもよい)と太陽電池用バックシート12(本発明の太陽電池保護シートであることが好ましい)との間に配置して構成されている。透明性のフロント基板24とバックシート12との間は、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂22(いわゆる封止材)で封止して構成することができる。本発明の太陽電池モジュール10は、太陽電池素子20と、該太陽電池素子20を封止する封止材22とを含む電池側基板を有し、前記電池側基板の前記封止剤22と、本発明の太陽電池保護シート10の前記PET基板16が接していることが好ましい。また、本発明の太陽電池モジュール10は、本発明の太陽電池保護シート12のうち、前記塗布層14が最外層に配置されていることが、耐候性の観点からより好ましい。また、本発明の太陽電池保護シート12は、前記封止剤22と、本発明の太陽電池保護シート10の前記PET基板16との間に着色層(反射層)18を有していてもよい。
以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
(1)破断伸度保持率
<評価方法>
−破断伸び保持率−
試料を、幅10mm×長さ200mmに裁断して、測定用の試料A及びBを用意する。
試料Aに対して、25℃、相対湿度60%の雰囲気で24時間調湿した後、テンシロン(ORIENTEC製 RTC−1210A)で引っ張り試験を行う。なお、延伸される試料の長さは10cm、引っ張り速度は20mm/分である。この評価で得られた試料Aの破断伸びをL0とする。
別途、試料Bに対して、120℃、相対湿度100%の雰囲気で50時間湿熱処理した後、試料Aと同様にして引っ張り試験を行う。この時の試料Bの破断伸びをL1とする。
得られた試料について、以下の測定方法により得られた破断伸びの測定値L0及びL1に基づいて、下記式にて示される破断伸び保持率(%)を算出した。
破断伸び保持率(%)=L1/L0×100
その結果を、表1および表2に破断伸度保持率として記載した。
試料の含フッ素系ポリマー層の表面に片刃のカミソリで、縦横それぞれ6本ずつ3mm間隔に傷をつけ、25マスのマス目を形成する。この上にマイラーテープ(ポリエステル粘着テープ)を貼り付け、手動で試料表面に沿って180°方向に引っ張って剥離する。このとき、剥離されたマス目の数によって、バック層の接着力を下記の評価基準にしたがってランク分けする。評価ランク4、5が、実用上許容可能な範囲である。
5:剥離したマス目はなかった(0マス)。
4:剥離したマス目が0マスから0.5マス未満。
3:剥離したマス目が0.5マス以上2マス未満。
2:剥離したマス目が2マス以上10マス未満。
1:剥離したマス目が10マス以上。
試料を120℃、相対湿度100%の環境条件下で50時間保持した後、25℃、相対湿度60%の環境下において1時間調湿した。その後、前記「(1)湿熱経時前の接着性」の評価と同様の方法で含フッ素系ポリマー層の接着力を評価した。評価ランク3、4、5が、実用上許容可能な範囲である。
サンプルフィルムを5cm×15cmの長方形にサンプリング、MD(フィルム搬送方向)に平行に15cmの辺を切出したものをMDサンプル、TD(フィルム搬送方向に直交する方向)に平行に15cmの辺を切出したものをTDサンプルとし、各3枚ずつ切出した。これらのサンプルを、製膜幅を5等分した点で切出し、合計でMDサンプル15枚、TDサンプル15枚のサンプルを作成した。
各サンプルを25℃、相対湿度60%の下で3時間以上調湿、これに10cm基長の一対の孔を空け、ピンゲージで孔間を測長した(L1とする)。
各サンプルを150℃30分の空気恒温槽中で、無張力下で熱処理した。その後、各サンプルを25℃、相対湿度60%の下で3時間以上調湿後、ピンゲージで孔間を測長した(L2とする)。
100×(L1−L2)/L1を各サンプルの熱収縮(%)とした。これらのMD、TD全サンプルの平均値を表1および表2に「熱収縮」として記載した。
(1)耐候性ポリエステルフィルムの製膜
(ポリエチレンテレフタレート樹脂PET1の調製)
以下の方法で、Ti触媒を用いてポリエステル樹脂を重合した。
そして、得られたポリマー溶融物を冷水にストランド状に吐出し、直ちにカッティングしてポリマーのペレット(直径約3mm、長さ約7mm)を作製した。
上記にて得られたペレットを、以下の条件で固相重合を行った後、窒素気流下、二軸押出し機を用い280℃で溶融混練した。この溶融体(メルト)をギアポンプ、ろ過器、ダイを通して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。チルロールには静電印加を行い、10℃の冷媒を通し冷却した。メルトをこのチルロール上で固化した後、剥ぎ取り、未延伸フィルムを得た。
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倍に延伸した。こうして、厚み300μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート基材(以下、「PET1」と称する。)を得た。
−固相重合−
上記にて得られたペレットを140℃で10分間結晶化を行い、170℃で3時間乾燥した後、230℃、30時間で固相重合を行い、固相重合樹脂を得た。なお、結晶化、乾燥、固相重合は全て窒素気流中で実施した。得られた前記PET1基材中のポリエチレンテレフタレートのカルボキシル基含有量は18当量/tであった。
(イトロ処理)
ポリエチレンテレフタレート基材の一方の表面に、下記の条件でイトロ処理を行った。
エアー供給量154L/分、ガス供給量7L/分、イトロ処理液 1L/分
搬送速度60m/分、炎と表面の距離は20mm。
(4)塗布層(含フッ素系ポリマー層)の形成
(含フッ素系ポリマー層形成用塗布液の調製)
下記組成中の各成分を混合し、含フッ素系ポリマー層形成用塗布液を調製した。
(塗布液の組成)
・オブリガートSW0011F(バインダー)・・・247.8質量部
(フッ素系バインダー、AGCコーテック(株)製、固形分:39質量%)
・カルボジイミド化合物(架橋剤)・・・24.2質量部
(カルボジライトV−02−L2、日清紡績(株)製、固形分:40質量%)
・界面活性剤・・・24.2質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・蒸留水・・・703.8質量部
得られた含フッ素系ポリマー層形成用塗布液をPET基材のイトロ表面処理面の上に、バインダー量が塗布量で2.0g/m2になるように塗布し、180℃で1分間乾燥させて、乾燥厚み約2μmの含フッ素系ポリマー層を形成した。
得られた積層体を実施例1の太陽電池保護シートとした。
下記表1および表2に記載のように基材PET種類、表面処理、ポリマー、架橋剤、フィラーの有無を変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜10、比較例1〜10の太陽電池保護シートを得た。一部の実施例および比較例の詳細について、下記に説明する。
PET1を搬送させながら、空気にアルゴンガスを混合したプラズマガス(ガス圧力:750Torr)の雰囲気中において、5kHzの電源周波数を有した高周波放電装置を用いた放電によって発生した出力250W・min/m2の放電強度のプラズマをPET−1の表面に15秒間照射した。
実施例10では、基材搬送時の張力を変更することで、熱収縮率を0.6%とした以外は実施例5と同様にして、実施例10の太陽電池保護シートを得た。
PET1を搬送させながら、横長型バーナーを用い、プロパンガスと空気を1/17(体積比)に混合したガスを燃焼させた火炎をPET−1の表面に0.5秒間照射した。
搬送速度 70m/分;
照射エネルギー730J/m2。
比較例10では、基材搬送時の張力を変更することで、熱収縮率を0.6%とした以外は比較例1と同様にして、比較例10の太陽電池保護シートを得た。
実施例1で得られた太陽電池保護シート試料を用いて、以下の方法で太陽電池保護シートに反射層を備えさせ、太陽電池用バックシートとした。
−反射層形成用塗布液の調製−
下記組成中の各成分を混合し、反射層形成用塗布液を調製した。
(塗布液の組成)
・実施例1使用の二酸化チタン分散物・・・714.3質量部
・ポリアクリル樹脂水分散液・・・171.4質量部
〔バインダー:ジュリマーET410、日本純薬(株)製、固形分:30%〕
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル・・・26.8質量部 〔ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1%〕
・オキサゾリン化合物・・・17.9質量部
〔エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25%;架橋剤〕
・蒸留水・・・69.6質量部
得られた塗布液を、PET基材上の下塗り層と含フッ素系ポリマー層の設けられた面の反対側の面に塗布し、180℃で1分間乾燥させて、二酸化チタン量が5.5g/m2、厚みが約2μmの反射層を形成した。
以上の工程により、反射層/PET基材/含フッ素系ポリマー層の積層構造を有する太陽電池用バックシートを形成した。
厚さ3mmの強化ガラスと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、結晶系太陽電池セルと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、実施例11のサンプルシート(太陽電池用バックシート)と、をこの順に重ね合わせ、真空ラミネータ(日清紡(株)製、真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることにより、強化ガラス、太陽電池セル、及びサンプルシートを、それぞれEVAと接着させた。このとき、サンプルシートは、その反射層がEVAシートと接触するように配置した。
真空ラミネータを用いて、128℃で3分間の真空引き後、2分間加圧して仮接着した。その後、ドライオーブンにて150℃で30分間、本接着処理を施した。
このようにして、結晶系の太陽電池モジュールを作製した。作製した太陽電池モジュールを用いて発電運転をしたところ、太陽電池として良好な発電性能を示した。
12 バックシート(本発明の太陽電池保護シート)
14 塗布層(含フッ素系ポリマー層)
16 PET支持体
18 反射層
20 太陽電池素子
22 封止材
24 透明性のフロント基板
Claims (17)
- シラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理または大気圧プラズマ処理で表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートを含む基材と、
前記基材の表面処理された面上にフッ素系ポリマーを含む塗布層を有することを特徴とする太陽電池保護シート。 - 前記塗布層が、カルボジイミド化合物系架橋剤およびオキサゾリン化合物系架橋剤のうち少なくとも1種由来の架橋構造を含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池保護シート。
- 前記塗布層が、少なくとも1種類のフィラーを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池保護シート。
- 120℃、相対湿度100%の条件で50時間保存した後の破断伸びが、保存する前の破断伸びに対して50%以上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保護シート。
- 150℃、30分保存前後の熱収縮率が0〜0.5%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
- 前記基材の表面処理面と前記塗布層が、接着剤または粘着剤を介さずに直接接していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
- 前記塗布層が膜厚0.5〜15μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
- 前記塗布層が最外層であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
- 前記基板が、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剤側に用いられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の太陽電池保護シート。
- ポリエチレンテレフタレート基材の少なくとも一方の面に対し、火炎中にシラン化合物を導入して火炎処理する工程または大気圧下でプラズマ処理する工程と、
前記基材の表面処理された表面上に、フッ素系ポリマーを含む塗布層用組成物を塗布する工程を含むことを特徴とする太陽電池保護シートの製造方法。 - 前記塗布層用組成物が、カルボジイミド化合物系架橋剤およびオキサゾリン化合物系架橋剤のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項10に記載の太陽電池保護シートの製造方法。
- 前記塗布層用組成物が、少なくとも1種類のフィラーを含むことを特徴とする請求項10または11に記載の太陽電池保護シート。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートの製造方法で製造されたことを特徴とする太陽電池保護シート。
- 請求項1〜9および13のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートを含むことを特徴とする太陽電池用バックシート。
- 請求項1〜9および13のいずれか一項に記載の太陽電池保護シートを含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
- 太陽電池素子と、該太陽電池素子を封止する封止材とを含む電池側基板を有し、
前記電池側基板の前記封止剤と、前記太陽電池保護シートの前記基板が接していることを特徴とする請求項15に記載の太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池保護シートの前記塗布層が最外層に配置されていることを特徴とする請求項15または16に記載の太陽電池モジュール。
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