JP2012109294A - 太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ラミネート装置を用いて太陽電池モジュールと着色層を含む太陽電池用裏面保護シートとを積層して太陽電池を作製する際に、生産性や各種性能を損ねることなく、且つ、前記ラミネート装置に具備されるテフロン（登録商標）シートの汚染を防止できる太陽電池用裏面保護シート、及びこの太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池を提供することを目的とする。
【解決手段】基材の一方の面側に少なくとも耐候層が積層され、前記基材の他方の面側に多層着色層が積層されており、該多層着色層が封止材に接着する側から少なくとも透明層と、着色層と、が順次積層された構成である太陽電池用裏面保護シートであって、該多層着色層がポリオレフィン系樹脂からなり、その最外層がＭＩ値１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下で、その他の層がＭＩ値１．５〜８．０ｇ／１０ｍｉｎの樹脂で構成されることを特徴とする太陽電池用裏面保護シートである。
【選択図】図１

Description

本発明は、着色層を有した太陽電池用裏面保護シートに関し、太陽電池モジュールと前記太陽電池用裏面保護シートとをラミネート加工する際に、前記着色層によるラミネート装置の汚染が防止でき、生産性や各種耐性に優れる太陽電池用裏面保護シート及びそれを用いた太陽電池に関するするものである。

近年、地球温暖化問題に対する内外各方面の関心が高まる中、二酸化炭素の排出抑制のために、様々な努力が続けられている。化石燃料の消費量の増大は大気中の二酸化炭素の増加をもたらし、その温室効果により地球の気温が上昇し、地球環境に重大な影響を及ぼす。この地球規模の問題を解決するために様々な検討が行われており、特に太陽光発電については、そのクリーン性や無公害性という点から期待が高まっている。

太陽電池は、太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、単結晶、多結晶、又はアモルファスシリコン系の半導体からできている。太陽電池の構造としては、太陽電池素子単体（セル）をそのままの状態で使用することはなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列、並列に配線し、長期間（約２０年）に亘ってセルを保護するために種々パッケージングが行われ、ユニット化されている。このパッケージに組み込まれたユニットを「太陽電池モジュール」と呼んでいる。

一般的に、太陽電池モジュールは、太陽光が当たる面をガラス面で覆い、熱可塑性プラスチック（特にエチレン−酢酸ビニル共重合体(ＥＶＡ)）からなる封止材で間隙を埋め、裏面が耐熱、耐候性プラスチック材料などからなる白色および黒色の太陽電池用裏面保護シートで保護された構造となっている。なお、白色の太陽電池用裏面保護シートを使用するのは光を反射させて発電効果を上げるためである。

最近ではさらに太陽電池の用途が広がり、用いられる環境に応じては意匠性が求められる場合もある。意匠性に関しては、一般には太陽電池用裏面保護シートの構成に着色層を用いることで対応が可能である。

通常、太陽電池モジュールと太陽電池用裏面保護シートとの積層は、ラミネート装置の熱板にテフロン（登録商標）シートを具備し、高温に加熱した熱板の熱をテフロン（登録商標）シートを介して行われる。具体的には、加熱されたテフロン（登録商標）シートの上に太陽電池モジュールのガラス基板側が配置され、その上にガラス基板よりも大きなサイズの太陽電池用裏面保護シートが重ねて置かれて積層される。これは後工程でのトリミングを考慮して、トリミング（カット）し易い太陽電池用裏面保護シートをガラス板よりも大きさサイズにしていることによる。このような事情から、太陽電池モジュールと太陽電池用裏面保護シートとの積層工程では、太陽電池用裏面保護シートとテフロン（登録商標）シートが高温で接触することになる。

従って、太陽電池用裏面保護シートに着色層を用いると、着色層がテフロン（登録商標）シートに融けて付着することで、テフロン（登録商標）シートを汚すことになる。特に着色樹脂の付着は目立ち、テフロン（登録商標）シートが着色層で汚れると生産ラインも着色層で汚れ、太陽電池モジュール作製に悪影響を及ぼすことがある。

特開２００９−２１２１２２号公報 特開２００９−２１２１２３号公報 特開２００５−１１９２３号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ラミネート装置を用いて太陽電池モジュールと着色層を含む太陽電池用裏面保護シートとを積層して太陽電池を作製する際に、生産性や各種性能を損ねることなく、且つ、前記ラミネート装置に具備されるテフロン（登録商標）シートの汚染を防止できる太陽電池用裏面保護シート、並びにこの太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、基材の一方の面側に少なくとも耐候層が積層され、前記基材の他方の面側に多層着色層が積層されており、該多層着色層が封止材に接着する側から少なくとも透明層と、着色層と、が順次積層された構成である太陽電池用裏面保護シートであって、
該多層着色層がポリオレフィン系樹脂からなり、その最外層がＭＩ値１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下で、その他の層がＭＩ値１．５〜８．０ｇ／１０ｍｉｎの樹脂で構成されることを特徴とする太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記多層着色層が、押し出しラミネート加工方法により施されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、ガラス板と、前記ガラス板と対向して配置された裏面保護シートと、前記ガラス板と前記裏面保護シートとの間に配置された太陽電池モジュールとを備え、前記裏面保護シートに、請求項１または２に記載の太陽電池用裏面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池である。

本発明によれば、太陽電池モジュールと着色層を含む太陽電池用裏面保護シートとの積層工程において、ラミネータ装置内に具備されたテフロン（登録商標）シートを汚染することなく、太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池を製造することができる。

本発明を説明するための一例を示す断面図。 本発明を説明するための第２の例を示す断面図。

以下、本発明を適用した太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池について、図面を参照して詳細に説明する。

＜太陽電池用裏面保護シート及びこれを用いた太陽電池＞
先ず、図１に示すように、本発明に係る裏面保護シート４は、基材１を多層着色層２と耐候層３とが挟み込んだ状態で積層されてなる構造を有している。

（基材）
基材１は、太陽電池用裏面保護シート４自体の剛性および太陽電池モジュール内で発生した電気を外部との絶縁性を保つために設けている。基材１として使用されるフィルムは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)のフィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ
）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、エポキシ等を使用することができる。

ＰＥＮはＰＥＴと比較して耐候性に優れており、また、経時劣化が非常に起こりにくいため、上述した従来のＰＥＴを用いた場合の不具合を大幅に抑えることができる。なお、基材の厚さは、２５〜２５０μｍが好ましい。

（耐候層）
長時間の太陽光、風雨に暴露されても著しい劣化が起こらないものが望ましく、耐候層３に用いる素材としては、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、低オリゴマーＰＥＴをフィルム化したものや、またはそれらの樹脂を液化してコーティングしても構わない。耐候層３の厚みは、３〜１００μｍが好ましい。

（多層着色層）
多層着色層２は、少なくとも透明層と着色層とから構成されている。太陽電池モジュールの一構成部材である封止材に接触する側から、透明層２ａと、着色層２ｂと、透明層２ｃと、が順次積層された三層構成である。多層着色層２に用いる樹脂としては、ポリビニルアセテート（ＥＶＡ）、アイオノマー、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂であり、前記封止材と融解して接着するものであれば特に限定するものではない。

ここで用いられる封止材は、特に限定はしないが、代表的な樹脂としては、ポリビニルアセテート（ＥＶＡ）、アイオノマー、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等の樹脂をシート状にしたもの、または、シランカップリング剤、架橋剤等の添加物をブレンドした後にシート状にして用いてもよい。

前記多層着色層２の形成方法としては、Ｔダイによる多層共押し出し加工方法、多層インフレーション加工方法、単層フィルムによる多層ドライラミネーション加工方法が利用できる。より好ましくは、広幅での加工が可能であり、生産性、コストに優れたＴダイによる多層共押し出し加工方法が良い。本来、Ｔダイによる製膜法は、ＭＩ値が１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下の場合、単層での製膜は困難であるが、本発明によれば、第一層の樹脂のＭＩ値が１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下であっても、その他の層に用いる樹脂のＭＩ値が１．５ｇ〜８．０／１０ｍｉｎであれば、フィルム全体の溶融張力および流動性が確保でき、多層共押し出しにて製膜することができる。

前記着色層２ｂは、ポリオレフィン系樹脂に着色顔料、例えば、白色であれば、酸化チタン、硫酸バリウムなどを、黒色であれば、カーボンブラックを分散してなる樹脂から得られる。

また、前記封止材と接触する多層着色層２の最外層である透明層２ａは、ＭＩ値（ＭＦＲ値）が１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下が望ましい。これよりも高いＭＩ値になると、モジュールラミネート時の熱で透明層２ａ自体が融解して、テフロン（登録商標）シートを汚すことになる。

また、多層着色層２の他の着色層２ｂ及び最内層である透明層２ｃは、ＭＩ値（ＭＦＲ値）が１．５〜８．０ｇ／１０ｍｉｎが望ましい。ＭＩ値が１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下であると、フィルム全体の溶融張力が変動し、フィルム切れを起こす不具合が生じる。また、ＭＩ値が８．０ｇ／１０ｍｉｎ以上であると、その他の層との樹脂同士のＭＩに異差が生じ過ぎ、フィルムの合流が上手くいかない場合があり、フィルム外観に悪い影響を及ぼす。

また、バリア層（図示していない。）は、基材１と耐候層３との間に積層され、アルミ箔、無機蒸着フィルムを用いることができる。また、基材１または耐候層３に無機蒸着膜を施してもよい。バリア層の水蒸気バリアは、１ｇ／ｍ^２ｄａｙ以下が好ましい。

前記無機蒸着膜は、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ_ｘ）などの無機酸化物やインジウムとスズの複合酸化物（ＩＴＯ）が望ましく、その中でも、ＳｉＯ_ｘやＩＴＯは透明性、防湿性とも他の金属酸化物より優れているためより好ましい。また若干窒素が入ったＳｉＯ_ｘＮ_yでもよい。また混合された材料でもよい。

前記無機酸化物層の形成方法としては抵抗加熱式真空蒸着法、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）加熱式真空蒸着法、誘導加熱式真空蒸着法、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣ ＶＤ法）などが挙げられる。特にＥＢ加熱、誘導加熱式の真空蒸着法は高速加工できるという点で望ましい。

前記無機酸化物層の膜厚は、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。さらには、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが好ましい。無機酸化物層の膜厚が５ｎｍ未満であると、十分なバリア性能を得ることができない。また、無機酸化物層膜厚が３００ｎｍより大きいと、収縮の増加によりクラックが発生し、防湿性が低下する。さらに、材料使用量の増加、膜形成時間の長時間化等に起因してコストが増加し、経済的観点からも好ましくない。

また、前記無機酸化物層上に少なくとも一種以上の金属アルコキシド或いはその加水分解物を原料とする保護層を積層することで、前記無機酸化物層への傷等が生じ難くなり、安定したガスバリア性が得られる。金属原子としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉなどが望ましく、特にＳｉが望ましい。

＜太陽電池＞
次に、図２に示す本発明を適用した太陽電池５について説明する。この太陽電池５は、図２に示すように、ガラス板６と、配線を配設した光起電力素子としての太陽電池モジュール７と、上記太陽電池用裏面保護シート４と、封止材８とから概略構成されている。

また、上記太陽電池用裏面保護シート４は、多層着色層２の透明層２ａが封止材８と接触するように配置されている。

以上のような構造を有する太陽電池５では、上述した本発明の太陽電池用裏面保護シート４を用いることによって、太陽電池モジュール７をラミネートする際に、ラミネート装置内に具備されたテフロン（登録商標）シートと、太陽電池用裏面保護シート４とが、高温で接触することによるテフロン（登録商標）シートの汚染を防止できる。

以下に、本発明の具体的実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

＜実施例１＞
ポリオレフィン系樹脂として、エチレンが９５％、酢酸ビニルが５％の共重合体（ＶＡ５％）を用いてＴダイ製膜法により以下の構成の多層着色層（膜厚１００μｍ）を作製した。
第１層：透明層（MFR＝１．５） 膜厚３０μｍ
第２層：着色層（MFR＝３．０、酸化チタン１０％添加） 膜厚４０μｍ
第３層：透明層（MFR＝３．０） 膜厚３０μｍ

次に、厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｓ１０」東レ株式会社製）の基材に、２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、上記多層着色層（膜厚１００μｍ）の第３層側と積層した。

次に、上記ＰＥＴフィルム基材の片方の面に、上記２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、厚さ２５μｍのＰＶＦフィルム（商品名：型番「ＰＶ２１１１」デュポン株式会社製）の耐候層と積層し、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

その後、上記太陽電池用裏面保護シートを１０００ｍｍ×１４００ｍｍに切断し、接触面にテフロン（登録商標）シートを具備したラミネート装置を用いて、太陽電池モジュールと加熱ラミネート（加熱温度：１５０℃、真空時間：３分、保持時間：１０分）し、太陽電池を作製した。

＜比較例１＞
ポリオレフィン系樹脂として、エチレンが９５％、酢酸ビニルが５％の共重合体（ＶＡ５％）を用いてインフレーション製膜法により以下の構成の多層着色層（膜厚１００μｍ）を作製した。
第１層：透明層（MFR＝１．５） 膜厚３０μｍ
第２層：着色層（MFR＝１．５、酸化チタン１０％添加） 膜厚４０μｍ
第３層：透明層（MFR＝１．５） 膜厚３０μｍ

次に、厚さ１２μｍのＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｓ１０」東レ株式会社製）の基材に、２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、上記多層着色層（膜厚１００μｍ）の第３層側と積層した。

次に、上記ＰＥＴフィルム基材の片方の面に、上記２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、厚さ５０μｍの耐加水分解ＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｘ１０Ｓ」東レ株式会社製）の耐候層と積層し、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

その後、上記太陽電池用裏面保護シートを１０００ｍｍ×１４００ｍｍに切断し、接触面にテフロン（登録商標）シートを具備したラミネート装置を用いて、太陽電池モジュールと加熱ラミネート（加熱温度：１５０℃、真空時間：３分、保持時間：１０分）し、太陽電池を作製した。

＜比較例２＞
基材として、厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｓ１０」東レ株式会社製）を用い、その両面に２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、厚さ２５μｍのＰＶＦフィルム（商品名：型番「ＰＶ２１１１」デュポン株式会社製）の耐候層と積層し、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

その後、上記太陽電池用裏面保護シートを１０００ｍｍ×１４００ｍｍに切断し、接触
面にテフロン（登録商標）シートを具備したラミネート装置を用いて、太陽電池モジュールと加熱ラミネート（加熱温度：１５０℃、真空時間：３分、保持時間：１０分）し、太陽電池を作製した。

＜比較例３＞
ポリオレフィン系樹脂として、エチレンが９５％、酢酸ビニルが５％の共重合体（ＶＡ５％）を用いて、インフレーション製膜法により以下の単層着色層を作製した。
単層着色層（MFR＝８．０、酸化チタン１０％添加） 膜厚１００μｍ

次に、厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｓ１０」東レ株式会社製）の基材に、２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、上記多層着色層（膜厚１００μｍ）と積層した。次に、該基材の非積層面に、上記２液硬化型ポリウレタン系ドライラミネート用接着剤（三井化学社製、商品名：タケラックＡ５１５）を介して、厚さ５０μｍの耐加水分解ＰＥＴフィルム（商品名：型番「Ｘ１０Ｓ」東レ株式会社製）の耐候層と積層し、太陽電池用裏面保護シートを作製した。

その後、上記太陽電池用裏面保護シートを１０００ｍｍ×１４００ｍｍに切断し、接触面にテフロン（登録商標）シートを具備したラミネート装置を用いて、太陽電池モジュールと加熱ラミネート（加熱温度：１５０℃、真空時間：３分、保持時間：１０分）し、太陽電池を作製した。

＜比較例４＞
ポリオレフィン系樹脂として、エチレンが９５％、酢酸ビニルが５％の共重合体（ＶＡ５％）を用いてＴダイ製膜法により以下の構成の多層着色層（膜厚１００μｍ）の作製を実施したが、フィルムの膜切れが生じ製膜が不可能であった。
第１層：透明層（MFR＝１．５） 膜厚３０μｍ
第２層：着色層（MFR＝１．５、酸化チタン１０％添加） 膜厚４０μｍ
第３層：透明層（MFR＝１．５） 膜厚３０μｍ

上記実施例１および比較例１〜４から得られた太陽電池用裏面保護シートの構成を以下の表１に示す。

これら実施例１および比較例１〜３の太陽電池用裏面保護シートを用いて太陽電池モジュールとラミネートした際のテフロン（登録商標）シートへの汚れ、すなわちＥＶＡ付着の評価を行った。

封止材は三井ファブロ社製のＦＡＳＴキュアタイプを使用した。封止材は、ＳｔａｎｄａｒｄタイプとＦａｓｔタイプがある。Ｓｔａｎｄａｒｄタイプは、１３０℃〜１４０℃の温度で約１０分間の仮封止を行った後に、キュア炉で１５０℃の温度で３０分間の本キュアを行う。キュア炉が必要である。Ｆａｓｔタイプは、１５０℃の温度で約２０分間のキュアを行うだけなので、完成がＳｔａｎｄａｒｄタイプに比べ早く、またキュア炉も必要としない。

具体的には、太陽電池モジュールを１２０度から１７０度に加熱したテフロン（登録商標）シートを具備した熱板の上に配置し、その上に実施例で得た太陽電池用裏面保護シートを重ね、その熱板の上下に配置されたチャンバー内の空気を５分間抜いた。その後、上チャンバーの真空を開放することで、大気圧の力で１５分間プレスしてラミネートを行った。結果を表
２に示した。

＜比較評価＞
実施例１の本発明品は比較例１〜３の比較品に比べて、ＥＶＡ付着による汚染防止、封止材との密着力およびコスト面のいずれにおいても良好な結果を示した。

１…基材層
２…多層着色層
２ａ…透明層
２ｂ…着色層
２ｃ…透明層
３…耐候層
４…太陽電池用裏面保護シート
５…太陽電池
６…ガラス板
７…太陽電池モジュール
８…封止材

Claims (3)

1. 基材の一方の面側に少なくとも耐候層が積層され、前記基材の他方の面側に多層着色層が積層されており、該多層着色層が封止材に接着する側から少なくとも透明層と、着色層と、が順次積層された構成である太陽電池用裏面保護シートであって、
   該多層着色層がポリオレフィン系樹脂からなり、その最外層がＭＩ値１．５ｇ／１０ｍｉｎ以下で、その他の層がＭＩ値１．５〜８．０ｇ／１０ｍｉｎの樹脂で構成されることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
2. 前記多層着色層が、押し出しラミネート加工方法により施されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用裏面保護シート。
3. ガラス板と、前記ガラス板と対向して配置された裏面保護シートと、前記ガラス板と前記裏面保護シートとの間に配置された太陽電池モジュールとを備え、前記裏面保護シートに、請求項１または２に記載の太陽電池用裏面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池。

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