JP2012174798A - 太陽電池裏面保護シート及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】厚み120〜350μmのポリマー基材と、厚み2μm以下の下塗層と、バインダーと白色顔料を含み、かつ前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合が80〜95質量%である白色顔料層とを、この順で有することを特徴とする太陽電池裏面保護シート。
【選択図】なし
Description
一方、本発明者らは、白色顔料を含む塗布液を延伸ポリエステルフィルムの基材上に塗布する場合にP/P+B比率を増加させて反射率を高めたシートを検討したところ、基材と白色顔料の間の密着性が低く、特に湿熱条件下で経時した後に密着性が悪化する問題があり、また、白色顔料塗布膜自体の膜強度も低いという問題があることがわかった。
[1] 厚み120〜350μmのポリマー基材と、厚み2μm以下の下塗層と、バインダーと白色顔料を含み、かつ前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合が80〜95質量%である白色顔料層とを、この順で有することを特徴とする太陽電池裏面保護シート。
[2] 前記白色顔料層および下塗層の少なくとも一方に、バインダーに対して5〜50質量%の架橋剤を含有することを特徴とする[1]に記載の太陽電池裏面保護シート。
[3] 前記架橋剤が、カルボジイミド基やオキサゾリン基を有する架橋剤であることを特徴とする[2]に記載の太陽電池裏面保護シート。
[4] 前記下塗層がポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含むことを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[5] 前記下塗層は、無機酸化物フィラーを含有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[6] 前記ポリマー基材が、コロナ処理、大気圧プラズマ処理、火炎処理およびシラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理の少なくとも1種の方法で表面処理されたことを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[7] 前記ポリマー基材の150℃、30分経時前後の熱収縮率が0〜0.5%であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[8] 前記ポリマー基材が、カルボキシル基の含量が35当量/トン以下であるポリエステルであることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[9] 波長550nmの光に対する反射率が75%以上であることを特徴とする[1]〜[8]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[10] 前記下塗層および前記白色顔料層がいずれも塗布により形成されたことを特徴とする[1]〜[9]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
[11] 太陽光が入射する透明性の基板と、太陽電池素子と、[1]〜[10]のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シートとを含むことを特徴とする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。
本発明の太陽電池裏面保護シート(以下、本発明のシートとも言う)は、厚み120〜350μmのポリマー基材と、厚み2μm以下の下塗層と、バインダーと白色顔料を含み、かつ前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合が80〜95質量%である白色顔料層とを、この順で有することを特徴とする。
このような構成により、本発明のシートは湿熱経時後の接着性、膜強度、面状および反射率がいずれも良好である。また、本発明のシートの上記特性により、本発明のシートを用いた太陽電池モジュールは、本発明のシートの良好な面状および高い光反射性により発電性能に優れており、湿熱環境下での経時で剥離等を起こすことなく、長期に亘って発電性能を安定して保つことが可能である。
以下、本発明の太陽電池保護シートについて説明する。
図1に、本発明の太陽電池保護シートの構成を示す。本発明の太陽電池裏面保護シートは、ポリマー基材1の上に、下塗層2が積層されており、さらに下塗層2の上に白色顔料層が積層されている。なお、図1は本発明を何ら限定するものでもなく、特に図1における各層の厚みの比率は便宜上実際の比率とは異なっている。
本発明のシートは、厚み120〜300μmのポリマー基材を含む。厚みが300μm以下であると、特にポリエステル基材の場合に耐加水分解性が良好となり、湿熱耐久性の向上効果が奏され、長期使用にも耐えることができる。一方、厚みが120μm以上であることが、太陽電池モジュールの耐電圧性能の観点から本発明では必須となる。但し、300μm以下であることが、シート生産性の観点から好ましい。
本発明においては、厚みが120μm以上300μm以下であって、かつ後述のポリエステル中のカルボキシル基含量が35当量/トン以下である場合に、より湿熱耐久性の向上効果が奏される。
前記ポリマー基材の厚みは、120〜300μmであることがより好ましく、200〜300μmであることが特に好ましい。
前記ポリエステル中のカルボキシル基含量は、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。
前記コロナ処理は、出力が0.5〜2.5kw/電極1mであることがより好ましく、0.7〜1.7kw/電極1mであることが特に好ましい。処理強度範囲は160〜450J/m2であることがより好ましく、170〜360J/m2であることが特に好ましい。
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。
本発明の太陽電池裏面保護シートには、前記ポリマー基材(支持体)と前記白色顔料層との間に厚み2μm以下の下塗層を設けることを特徴とする。本発明のシートでは、このように薄い下塗層を設けることで、前記白色顔料層の白色顔料の割合が高いにも関わらず、湿熱経時後の接着性、膜強度および白色顔料層の面状を同時に改善することができる。特に前記下塗層の厚みが2μm以下であると、白色顔料層中において白色顔料の含有割合を高めたときに、塗布ハジキ欠陥や白色顔料のムラが生じにくくなることを本発明では見出したものである。
前記下塗層の厚みは、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。
前記下塗層は、バインダーを含有することができる。本発明では、バインダーとして、下塗層がポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましく、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より好ましい。また、これらのバインダーは単独で用いても、2種以上用いてもよい。
また、前記下塗層は、各種添加剤を含んでいてもよく、架橋剤、無機酸化物フィラー、界面活性剤を含むことが好ましい。
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、より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、前記下塗層が、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。
前記無機酸化物フィラーとしては、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く、シリカがより好ましい。
中でも、前記無機酸化物フィラーの含有量は、50〜300質量%の範囲がより好ましい。
本発明における白色顔料層は、バインダーと白色顔料を含み、かつ前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合(P/P+B比率)が80〜95質量%である。前記白色顔料層は、必要に応じて、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。
前記白色顔料層は、白色顔料の少なくとも一種を含有する。
前記白色顔料としては、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、前記白色顔料のより好ましい含量は、4.5〜8.0g/m2の範囲である。
前記白色顔料層は、バインダーの少なくとも1種を含有する。
バインダーの含有量は、前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合(P/P+B比率)が80〜95質量%であり、82〜93質量%であることがより好ましく、84〜90質量%であることが特に好ましい。このような高濃度で白色顔料を添加した白色顔料層を太陽電池裏面保護シート分野で用いた例は知られておらず、本発明の構成により、あわせて白色顔料層のその他物性を改善したことにより、このような組成を達成することができる。また、このような高濃度とすることで、本発明の太陽電池裏面保護シートは高い光反射率を有する。
本発明における白色顔料層には、バインダーおよび顔料以外に、必要に応じて、更に架橋剤、界面活性剤、フィラー等の添加剤を添加してもよい。
架橋剤を添加する場合、その添加量としては、白色顔料層中のバインダーに対して、5〜50質量%が好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であると、白色顔料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。
本発明のシートは、白色顔料層に顔料として白色顔料を添加して反射層とする場合、白色顔料層が設けられている側の表面における550nmの光反射率は、75%以上であることが好ましい。
なお、光反射率とは、本発明のシートの白色顔料層の表面から入射した光が反射層で反射して再び易接着性層から出射した光量の入射光量に対する比率である。
光反射率が75%以上であると、セルを素通りして内部に入射した光を効果的にセルに戻すことができ、発電効率の向上効果が大きい。着色剤の含有量を2.5〜8.5g/m2の範囲で制御することにより、光反射率を75%以上に調整しやすくなる。
本発明のシートは、その他の機能層を有していてもよい。
前記その他の機能層としては、易接着性層、バック層を挙げることができる。
本発明の太陽電池裏面保護シートは、上記のように、ポリマー基材の上に順次、本発明における上記下塗層と白色顔料層と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、ポリマー基材上に該ポリマー支持体側から順に、下塗層用塗布液と白色顔料層用塗布液とを塗布する工程(塗布工程)を設けて作製する方法(本発明の太陽電池裏面保護シートの製造方法)により好適に作製することができる。
(ポリマー基材用樹脂の調整)
本発明のシートは、ポリマー基材として上述の樹脂を用いることができる。このようなポリマー基材は合成により入手しても、商業的に入手してもよい。前記ポリマー基材としてポリエステルを用いる場合、合成により入手することが好ましい。以下、ポリマー基材としてポリエステルフィルム、その中でもより好ましいポリエチレンテレフタレート(以下、PETとも言う)を製造する方法について説明する。
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(好ましくはエチレングリコール)の使用量は、芳香族ジカルボン酸(好ましくはテレフタル酸)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。
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。
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、コロナ処理、大気圧プラズマ処理、火炎処理およびシラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理の少なくとも1種の方法で前記ポリマー基材を表面処理することが好ましい。
下塗層用塗布液を前記ポリマー基材に塗布することが好ましい。
下塗層を塗布するための方法や用いる塗布液の溶媒には、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。
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。
前記下塗層用塗布液の塗布量は、求める下塗層の厚みに応じて変えることが好ましく、2g/m2以下であることが好ましく、より好ましくは0.05g/m2〜2g/m2であり、更に好ましくは0.1g/m2〜1.5g/m2である。
前記下塗層が前記無機酸化物フィラーを含む場合、その塗布量は0.005〜0.05g/m2であることが好ましく、0.005〜0.03g/m2であることがより好ましく、0.005〜0.02g/m2であることが特に好ましい。
白色顔料層の形成は、顔料を含有するポリマーシートを基材に貼合する方法、基材形成時に白色顔料層を共押出しする方法、塗布による方法等により行なえる。具体的には、ポリマー基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗層を介して、貼合、共押出し、塗布等することにより白色顔料層を形成することができる。形成された白色顔料層は、ポリマー基材の表面に直に接した状態であっても、あるいは下塗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。
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。
白色顔料層用塗布液を前記下塗層上に塗布することが好ましい。
前記白色顔料用塗布液の塗布量は、求める白色顔料層の厚みに応じて変えることが好ましいが、本発明では下塗層の厚みに起因して白色顔料層の面状が乱れることを見出した。そのため、白色顔料層の反射率やその他の物性を変化させる目的では塗布量を変化させる必要はなく、白色顔料層に含まれる白色顔料の量を調整する方が好ましい。前記白色顔料用塗布液の塗布量は5.0〜10.0g/m2であることが反射率及び接着性維持の観点から好ましく、より好ましくは6.0〜9.0g/m2であり、更に好ましくは7g/m2〜9g/m2である。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽光が入射する透明性の基板と、太陽電池素子と、本発明の太陽電池裏面保護シートとを含む。本発明の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裏面保護シートとの間に配置し、該基板とバックシートとの間をエチレン−ビニルアセテート系封止材で封止して構成されていることが好ましい。
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。
<ポリマー基材の作製>
−ポリエステルの合成−
高純度テレフタル酸(三井化学(株)製)100kgとエチレングリコール(日本触媒(株)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。
引き続いて、エステル化反応生成物が移送された重縮合反応槽に、エチレングリコールを、得られるポリマーに対して0.3質量%添加した。5分間撹拌した後、酢酸コバルト及び酢酸マンガンのエチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対してそれぞれ30ppm、15ppmとなるように加えた。更に5分間撹拌した後、チタンアルコキシド化合物の2質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その5分後、ジエチルホスホノ酢酸エチルの10質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その後、低重合体を30rpmで攪拌しながら、反応系を250℃から285℃まで徐々に昇温するとともに、圧力を40Paまで下げた。最終温度、最終圧力到達までの時間はともに60分とした。所定の攪拌トルクとなった時点で反応系を窒素パージし、常圧に戻し、重縮合反応を停止した。そして、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。なお、減圧開始から所定の撹拌トルク到達までの時間は3時間であった。
但し、前記チタンアルコキシド化合物には、特開2005−340616号公報の段落番号[0083]の実施例1で合成しているチタンアルコキシド化合物(Ti含有量=4.44質量%)を用いた。
上記で得られたペレットを、40Paに保たれた真空容器中、220℃の温度で30時間保持して、固相重合を行なった。
以上のように固相重合を経た後のペレットを、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、「2軸延伸PET」と称する。)を得た。
2軸延伸PET基材のベース厚みを下記表1に記載した。
2軸延伸PET約0.1gの重量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/L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xmLとして、次の式で2軸延伸PETのカルボキシル基量(COOH基量)を求めた。
カルボキシル基含量(当量/t)=0.01×(x/w)
得られた結果を下記表1に記載した。
2軸延伸PETフィルムを5cm×15cmの長方形にサンプリングし、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得られた結果として、表1に「熱収縮」として記載した。
−下塗層の調製−
下記組成中の成分を混合し、下塗層用塗布液を調製した。
<下塗層用塗布液の組成>
・ポリエステル樹脂 ・・・1.7質量%
(バイロナールMD−1200、東洋紡(株)製、固形分:17質量%)
・ポリエステル樹脂 ・・・3.8質量%
(ペスレジンA−520、高松油脂(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・1.5質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・無機酸化物フィラー ・・・1.6質量%
(スノーテックスC、日産化学(株)製、固形分:20質量%)
・カルボジイミド化合物 ・・・4.3質量%
(カルボジライトV−02−L2、日清紡(株)製、固形分:10質量%、架橋剤)
・蒸留水 ・・・87.1質量%
なお、上記下塗層用塗布液の組成のバインダー添加量(下記2種のポリエステル樹脂の合計5.5質量%)に対する、架橋剤添加量(4.3質量%)の割合を百分率で計算したところ、30%であった(質量比)。その結果を下記表1に記載した。
−白色顔料分散物の調製−
下記組成中の成分を混合し、その混合物をダイノミル型分散機により1時間、分散処理を施した。
<顔料分散物の組成>
・二酸化チタン(体積平均粒子径=0.42μm) ・・・44.9質量%
(タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100質量%)
・ポリビニルアルコール ・・・8.0質量%
(PVA−105、(株)クラレ製、固形分:10質量%)
・界面活性剤(デモールEP、花王(株)製、固形分:25質量%)・・・0.5質量%
・蒸留水 ・・・46.6質量%
下記組成中の成分を混合し、白色顔料層用塗布液を調製した。
<白色顔料層用塗布液の組成>
・上記の顔料分散物 ・・・70.9質量%
・ポリアクリル樹脂水分散液 ・・・19.2質量%
(バインダー:ジュリマーET410、日本純薬(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・3.0質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物 ・・・6.9質量%
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%、架橋剤)
なお、上記白色顔料層用塗布液の組成のバインダー添加量(下記ポリアクリル樹脂の固形分5.76質量%)に対する、架橋剤添加量(6.9質量%)の割合を百分率で計算したところ、30%であった(質量比)。その結果を下記表1に記載した。
前記下塗層用塗布液を、上記にて作製した2軸延伸PET上に塗布した。その後、180℃で1分間乾燥させて、塗設量が0.1g/m2の下塗層(厚み:0.1μm)を形成した。
更に、乾燥させた下塗層の上に、二酸化チタン量が6.5g/m2(P/P+B比率84.4質量%)になるように前記白色顔料層用塗布液を塗布し、180℃で1分間乾燥させて、白色顔料層(反射層)(厚み:1.4μm)を形成した。
−1.接着性−
[A]湿熱経時前の接着性
上記のようにして作製したサンプルシートを20mm巾×150mmにカットして、サンプル片を2枚準備した。この2枚のサンプル片を、互いに白色顔料層側が内側になるように配置し、この間に20mm巾×100mm長にカットしたEVAシート(三井化学ファブロ(株)製のEVAシート:SC50B)を挟み、真空ラミネータ(日清紡(株)製の真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることにより、EVAと接着させた。このときの接着条件は、以下の通りとした。
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、ドライオーブンを用いて150℃で30分間、本接着処理を施した。このようにして、互いに接着した2枚のサンプル片の一端から20mmの部分はEVAと未接着で、残りの100mmの部分にEVAシートが接着された接着評価用試料を得た。
得られた接着評価用試料のEVA未接着部分を、テンシロン(ORIENTEC製 RTC−1210A)にて上下クリップに挟み、剥離角度180°、引っ張り速度300mm/分で引っ張り試験を行ない、接着力を測定した。
測定された接着力をもとに以下の評価基準にしたがってランク付けした。このうち、ランク4、5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:密着が非常に良好であった(60N/20mm以上)
4:密着は良好であった (30N/20mm以上60N/20mm未満)
3:密着がやや不良であった (20N/20mm以上30N/20mm未満)
2:密着不良が生じた (10N/20mm以上20N/20mm未満)
1:密着不良が顕著であった (10N/20mm未満)
得られた接着評価用試料を、120℃、相対湿度100%の環境条件下で48時間保持(湿熱経時)した後、前記[A]と同様の方法にて接着力を測定した。また、測定された湿熱経時後の接着力をもとに、前記[A]と同様の方法にて接着力を評価した。
測定された保持後の接着力について、同じ接着評価用試料の前記[A]湿熱経時前の接着力に対する比率〔%;=湿熱経時後の接着力/[A]湿熱経時前の接着力×100〕を算出した。
上記のようにして作製したサンプルシートを、25℃、相対湿度65%の雰囲気で2時間保存した後、1kg/cm巾の荷重をかけた黒色紙と速度2460mm/分で擦り合わせる擦り試験を実施した。擦り試験後の黒色紙の上に付着した塗布層の粉落ちの程度を目視で観察し、粉落ちの程度を指標に下記の評価基準にしたがって評価した。このうち、ランク4、5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:全く粉落ちがなかった。
4:粉落ちが極僅かにみられた。
3:粉落ちがみられた。
2:強い粉落ちがみられた。
1:黒色紙のほとんど全面に粉落ちがみられた。
上記のようにして作製したサンプルシートの面状を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。このうち、ランク4、5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:ムラやハジキが全くみられなかった。
4:ムラが極わずかにみられたが、ハジキは確認できなかった。
3:ムラがみられたが、ハジキは確認できなかった。
2:ムラがはっきり確認され、一部に(10個/m2未満)ハジキがみられた。
1:ムラがはっきり確認され、ハジキが10個/m2以上みられた。
分光光度計UV−2450((株)島津製作所製)に積分球付属装置ISR−2200を取り付けた装置を用い、サンプルシートの反射層における550nmの光に対する反射率を測定した。但し、リファレンスとして硫酸バリウム標準板の反射率を測定し、これを100%としてサンプルシートの反射率を算出した。
実施例1において、2軸延伸PET基材のベース厚みと表面処理;下塗層の乾燥後の厚み、バインダー塗布量、無機微粒子塗布量および架橋剤量;白色顔料層の酸化チタン顔料塗布量、バインダー塗布量および架橋剤量を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池用裏面保護シート(サンプルシート)を作製した。但し、実施例9においては下塗層を塗布する前の二軸延伸PET基材に対して、1.3kw/電極1m(電極1m当たりの出力を表す)の出力で、500J/m2の処理強度のコロナ処理を施した。
また、比較例2では、実施例1と同等の反射率を発現させるための図2の構成の酸化チタン練り込み基材(白色フィルム)を作成した。また、比較例3および5では、下塗層を設けなかった。比較例6〜8では、比較例2において酸化チタン練り込み白色フィルムを作製するときのベース厚みを変更した。
得られた各実施例および比較例のフィルムについて、実施例1と同様に評価を行なった。その結果を、下記表1に示す。なお、酸化チタン練り込みタイプの基材を用いた比較例2および6〜8については、接着性および膜強度のデータを測定することができなかった。また、各実施例および比較例における白色顔料層の厚みは全て実施例1と同じく1.4μmであった。
一方、比較例1はバインダーと白色顔料の合計に対する白色顔料の割合を本発明の下限値未満としたものであり、得られたシートは反射率が悪かった。比較例2は実施例1と同等のベース厚みかつ反射率となるように作製した白色顔料錬り込みタイプのシートを作製したものであり、得られたシートは白色顔料が50g/m2必要であり、塗布方式(6.5g/m2)に比べて顔料が多く必要であることがわかった。比較例3は下塗層を設けなかったものであり、得られたシートは湿熱経時後の接着性と膜強度が悪かった。比較例4は下塗層の厚みを、本発明の上限値を超えるようにしたものであり、得られたシートは面状が悪かった。比較例5は、下塗層を設けず、かつバインダーと白色顔料の合計に対する白色顔料の割合を本発明の下限値未満としたものであり、得られたシートは湿熱経時後の接着性と膜強度が悪く、反射率は75%未満であった。比較例6〜8は、白色顔料錬り込みタイプのシートの厚みを比較例2よりも順に薄くしていったものであり、反射率は低下していくことがわかった。
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1のサンプルシート(本発明の太陽電池裏面保護シート)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、EVAと接着させた。このとき、サンプルシートは、その易接着性層がEVAシートと接触するように配置した。また、EVAの接着条件は、以下の通りである。
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。
2 下塗層
3 白色顔料層
4 白色顔料錬り込みタイプのポリマー基材
Claims (11)
- 厚み120〜350μmのポリマー基材と、
厚み2μm以下の下塗層と、
バインダーと白色顔料を含み、かつ前記バインダーと前記白色顔料の合計に対する前記白色顔料の割合が80〜95質量%である白色顔料層とを、
この順で有することを特徴とする太陽電池裏面保護シート。 - 前記白色顔料層および下塗層の少なくとも一方に、バインダーに対して5〜50質量%の架橋剤を含有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記架橋剤が、カルボジイミド基やオキサゾリン基を有する架橋剤であることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記下塗層がポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記下塗層は、無機酸化物フィラーを含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記ポリマー基材が、コロナ処理、大気圧プラズマ処理、火炎処理およびシラン化合物を導入した火炎を用いる火炎処理の少なくとも1種の方法で表面処理されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記ポリマー基材の150℃、30分経時前後の熱収縮率が0〜0.5%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記ポリマー基材が、カルボキシル基の含量が35当量/トン以下であるポリエステルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 波長550nmの光に対する反射率が75%以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 前記下塗層および前記白色顔料層がいずれも塗布により形成されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シート。
- 太陽光が入射する透明性の基板と、太陽電池素子と、請求項1〜10のいずれか1項に記載の太陽電池裏面保護シートとを含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
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