JP2012195491A

JP2012195491A - フレキシブル太陽電池用シート

Info

Publication number: JP2012195491A
Application number: JP2011059256A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kawasaki; 実川▲崎▼; Shigemi Sugiyama; 茂実杉山
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】フレキシブル太陽電池用シートに関し、フロントシート、封止剤、バックシートを一体化することで、フレキシブル太陽電池モジュールの製造工程の生産性向上、薄膜化、高信頼性、低コスト化などが可能なフレキシブル太陽電池用シートを提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも透明性基材の片面に、金属への接着性を有する封止材料層を積層してなり、また、該透明性基材が、フッ素系樹脂からなることを特徴とするフレキシブル太陽電池用シートである。
【選択図】図１

Description

本発明は、柔軟性、耐光性、透明性および封止性などに優れるフレキシブル太陽電池用シートに関する。

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。

太陽電池素子は、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、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系太陽電池素子、化合物半導体太陽電池素子、色素増感太陽電池素子および有機半導体太陽電池素子などがあり、太陽電池モジュールの形態として用いられる。

従来、太陽電池は屋外で専用の架台に設置して用いられるため、太陽電池モジュールには耐環境性、特に風雨に耐える構造が求められ、一般には透明で強固なガラス基板に太陽電池素子を封止した形態で使用される。

しかしながら、近年は使用する環境の多様性やそれに伴うデザイン性、さらには軽量、低コストなど、ガラス基板に替わる柔軟で軽量な太陽電池モジュールが求められている。

上記のようなフレキシブルな太陽電池モジュールを形成する為には、太陽電池素子を形成する基板のフレキシブル性に伴い、太陽電池素子を保護するためのフロントシートには、透明性、柔軟性、信頼性、低コストなどが求められ、また、バックシートにも柔軟性、信頼性、低コストなどが求められる。

例えば、特許文献１では、ガラス基板に替わって、透明性、水蒸気・ガスバリア性、耐候性や柔軟性のあるポリクロロトリフルオロエチレン樹脂からなるフロントシートが提案されている。しかしながら、この提案はフロントシートとしての作用効果を呈し、太陽電池モジュールを封止するために、別の構成であるバックシートを用いており、その分、生産工程が多くなり生産性やコストに問題がある。

特開２００６−１００５２７号公報

本発明は、フレキシブル太陽電池用シートに関し、フロントシート、封止剤、バックシートを一体化することで、フレキシブル太陽電池モジュールの製造工程の生産性向上、薄膜化、高信頼性、低コスト化などが可能なフレキシブル太陽電池用シート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、少なくとも透明性基材の片面に、架橋剤成分を入れずに金属への接着性を有する封止材料層を積層してなることを特徴とするフレキシブル太陽電池用シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記透明性基材が、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル太陽電池用シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記封止材料層の厚みが、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル太陽電池用シートである。

本発明の請求項４に係る発明は、前記透明性基材と前記封止材料層との間に、接着剤を介して透明なバリア層を設けてなること特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のフレキシブル太陽電池用シートである。

本発明の請求項５に係る発明は、前記バリア層が、耐熱性を有する延伸フィルムに酸化ケイ素の蒸着膜を形成してなることを特徴とする請求項４に記載のフレキシブル太陽電池用シートである。

本発明によれば、フレキシブル太陽電池モジュールの製造工程の生産性向上、薄膜化、高信頼性、低コスト化などが可能なフレキシブル太陽電池用シートを提供できる。

本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態１の模式的断面図を示す。本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態２の模式的断面図を示す。本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態２を用いたフレキシブル太陽電池モジュールの模式的断面図を示す。

本発明のフレキシブル太陽電池用シートは、少なくとも透明性基材の片面に、金属への接着性を有する封止材料層を積層することで、従来のフロントシート、封止剤、さらにはバックシートとしての作用効果を有することができる。これにより、フレキシブル太陽電池モジュールの生産工程での作業性が著しく向上し、また、薄膜化、高信頼性、低コスト化が可能なフレキシブル太陽電池用シートである。

以下、本発明のフレキシブル太陽電池用シートについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態１の模式的断面図、図２は本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態２の模式的断面図、図３は本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態２を用いたフレキシブル太陽電池モジュールの模式的構成断面図を示す。

本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態１は、図１に示すように、透明性基材（１）の片面に、接着剤層（２）を介して、金属への接着性を有する封止材料層（５）を設けてなるフレキシブル太陽電池用シートである。

また、本発明のフレキシブル太陽電池用シートの実施形態２は、図２に示すように、透明性基材（１）の片面に、接着剤層（２）を介して、透明なバリア層（３）を積層し、さらに該透明なバリア層（３）に、接着剤層（４）を介して、金属への接着性を有する封止材料層を設けてなるフレキシブル太陽電池用シートである。

図３に示す本発明のフレキシブル太陽電池モジュールは、透明性基材（１）、接着剤層（２）、透明なバリア層（３）、接着剤層（４）及び封止材料層（５）からなる本発明の実施形態２のフレキシブル太陽電池用シート（１０）を、２枚用いてセル（２０）を封止して作製された一例である。従来のフロントシート、封止材、バックシートを用いてセルをラミネートする作業性に比べて、本発明は同じ構成の２枚のシートでフロントシート、封止材、バックシートの作用効果が得られるため、生産性が大幅に向上することが期待できる。

＜透明性基材＞
前記透明性基材（１）としては、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）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリシクロヘキサンジメタノール−テレフタレート（ＰＣＴ）などのポリエステル系樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、塩化−３フッ化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、ポリカーボネート系樹脂、あるいはポリアクリルニトリル、アクリル系樹脂、メタクリル樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂から選択される樹脂フィルムが挙げられる。また、これらに限定されず、ポリサルホン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂など、耐熱性、強度物性、電気絶縁性等を考慮して適宜選択することが可能である。

特に、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、塩化−３フッ化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂は、長期間での耐候性に優れ好ましい。また、長期間での耐候性に加えて、強靭性などが必要な場合には、膜厚５０μｍ以下の前記フッ素樹脂を最表層にして、ＰＥＴと積層して用いることもできる。またさらに、長期間での耐候性をそれほど必要としない場合には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主体にした耐加水分解性ＰＥＴや紫外線カットＰＥＴを用いることもできる。

＜封止材料層＞
また、本発明に係る封止材料層（５）としては、例えば、金属に対する優れた接着性や１５０℃以下の低温溶着性を有する、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、アイオノマー樹脂が好ましい。

従来の封止材料層には通常ＥＶＡ系封止材が用いられており、一般には熱反応性の架橋剤が添加されている。したがって、従来のＥＶＡ系封止材を本発明の封止材料層に用いると、添加されている架橋剤の反応性により、常温保存でも最長６ヶ月が限度となり、長期保存安定性が問題となり生産効率の低下に大きく影響する。

上記の問題に対して、本発明に係る封止材料層（５）は、金属に対する優れた接着性や１５０℃以下の低温溶着性を有する、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、アイオノマー樹脂は、架橋剤が無く長期保存に対して極めて安定である。

また、前記封止材料層（５）の金属に対する優れた接着性は、イオン結合の作用効果があり、また、１５０℃以下の低温溶着性はモジュールのラミネート工程が従来より低温で、かつ、架橋工程が不要であるため短時間でモジュール生産することができ効率のよい生産が可能である。

前記透明性基材（１）の片面に前記封止材料層（５）を設ける方法としては、上記の樹脂を押出し法（エクストルージョン法）により直接設けてもよく、また、押出し法により一旦製膜してから、接着剤層を介してドライラミネートしてもよく、さらには、インフレーション法により製膜してから、接着剤層を介してドライラミネートしてもよい。

また、前記透明性基材（１）の膜厚は１０〜５００μｍが好ましい。１０μｍ未満であると、モジュール表面への引っかきキズ、雹などの落下物による打ちキズで脱落してしまい長期信頼性に問題があり、また、５００μｍを超えると、太陽電池モジュールのラミネート加工時のタクトタイムが長くなり生産効率が劣り、コストパフォーマンスが悪くなる。

＜バリア層＞
また、本発明に係る透明性の高い前記バリア層（３）としては、例えば、厚みが５〜１００μｍの延伸ＰＥＴ、延伸ＰＥＮ、ポリイミド、ポリアミドなどの基材に、耐候性と透明バリア性に優れた酸化ケイ素を蒸着膜としたバリア層を用いることができる。前記基材の厚みが５μｍ未満であると、蒸着加工でのシワや伸びの制御が困難であり、また、１００μｍを超えると、生産性が悪くなりコスト面が問題となる。

＜接着剤層＞
また、本発明に係る接着剤層（２、４）としては、例えば、ドライラミネート用接着剤として一般に使われているポリウレタン系接着剤を用いることができる。ただし、直射日光に晒されるので、紫外線耐性に優れた接着剤が求められる。接着剤の塗布量は、その固形分にも拠るが、乾燥時で４〜２０ｇ／ｍ^２が好ましい。４ｇ／ｍ^２未満であると十分なラミネート強度が得られず信頼性を損ねる。また、２０ｇ／ｍ^２を超えるとコスト面で好ましくない。

以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
透明性基材に厚さ５０μｍの耐加水分解ＰＥＴ（帝人デュポンフィルム社製、「ＶＮ」）を用いて、その片面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、膜厚１２μｍの透明蒸着ＰＥＴフィルム（凸版印刷社製、「ＧＬフィルム」）とドライラミネートし、さらに、該透明蒸着ＰＥＴフィルム面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、厚さ２００μｍのアイオノマーフィルムとドライラミネートした。その後、５０℃、３日間の条件でエージングしてフレキシブル太陽電池用シートを作製した。

＜実施例２＞
透明性基材に厚さ５０μｍの耐加水分解ＰＥＴ（帝人デュポンフィルム社製、「ＶＮ」）を用いて、その片面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、厚さ２００μｍのアイオノマーフィルムとドライラミネートした。その後、５０℃、３日間の条件でエージングしてフレキシブル太陽電池用シートを作製した。

＜実施例３＞
透明性基材に厚さ２５μｍのポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）（デュポン社製、「テドラーＰＶ２００１」）を用いて、その片面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、膜厚５０μｍのＰＥＴフィルム（東レ社製、「Ｓ１０」）とドライラミネートし、さらに、該ＰＥＴフィルム面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、厚さ２００μｍのアイオノマーフィルムとドライラミネートした。その後、５０℃、３日間の条件でエージングしてフレキシブル太陽電池用シートを作製した。

＜実施例４＞
透明性基材に厚さ３８μｍのポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）（デュポン社製、「テドラーＰＶ２００１」）を用いて、その片面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、厚さ２００μｍのアイオノマーフィルムとドライラミネートした。その後、５０℃、３日間の条件でエージングしてフレキシブル太陽電池用シートを作製した。

＜比較例１＞
透明性基材に厚さ５０μｍの耐加水分解ＰＥＴ（帝人デュポンフィルム社製、「ＶＮ」）を用いて、その片面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」）を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、膜厚１２μｍの透明蒸着ＰＥＴフィルム（凸版印刷社製、「ＧＬフィルム」）とドライラミネートし、さらに、該透明蒸着ＰＥＴフィルム面にドライラミネート用ポリウレタン系接着剤（三井化学社製、「Ａ５１１」を乾燥時の厚みが５μｍとなるように塗布して、厚さ２００μｍのＥＶＡ系封止材（凸版印刷社製、「ＥＦ１００１」架橋剤入りエチレンビニル共重合体）とドライラミネートした。その後、５０℃、３日間の条件でエージングしてフレキシブル太陽電池用シートを作製した。

＜比較例２＞
透明性基材に厚さ２５μｍの耐加水分解ＰＥＴ（デュポン社製、「テドラーＰＶ２００１」）を用い、また、封止材に厚さ２００μｍのＥＶＡ系封止材（凸版印刷社製、「ＥＦ１００１」架橋剤入りエチレンビニル共重合体）を用いて、モジュールラミネータによりセルを封止した。

＜評価項目及び方法＞
上記実施例１〜４および比較例１〜２から得られたフレキシブル太陽電池用シートについて、以下の評価項目について評価した。評価結果を下記の表１に示す。
・太陽電池モジュールのラミネート工程のタクトタイム
・太陽電池セルとの接着強度
・保存性（消費期限）

＜評価方法＞
・太陽電池モジュールのラミネート工程のタクトタイム〜基本工程である「真空引き」、「加圧」、「保持」のトータル時間。
・太陽電池セルとの接着強度〜接着部の１ｃｍ幅でのＴ字剥離強度を測定。
・保存性（消費期限）〜生産直後の材料を用いてラミネートしたものの接着強度を１００％とした時、一定期間保管したものを用いてラミネートしたものの接着強度が、７０％を下回るまでの保管期間で、６ヶ月以上を○、６〜４ヶ月を△、４ヶ月未満を×と判定。

＜比較評価＞
実施例の本発明品は比較例の比較例品に比べて、いずれにおいても良好な結果を示した。

１透明性基材
２接着剤層
３バリア層
４接着剤層
５封止材料層
１０フレキシブル太陽電池用シート
２０セル

Claims

少なくとも透明性基材の片面に、架橋剤成分を入れずに金属への接着性を有する封止材料層を積層してなることを特徴とするフレキシブル太陽電池用シート。
前記透明性基材が、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル太陽電池用シート。
前記封止材料層の厚みが、５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル太陽電池用シート。
前記透明性基材と前記封止材料層との間に、接着剤を介して透明なバリア層を設けてなること特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のフレキシブル太陽電池用シート。
前記バリア層が、耐熱性を有する延伸フィルムに酸化ケイ素の蒸着膜を形成してなることを特徴とする請求項４に記載のフレキシブル太陽電池用シート。