JP2012216689A - 太陽電池モジュール用裏面保護シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この太陽電池モジュール用裏面保護シートは、750nm以上1500nm以下の近赤外線を反射する反射層と、透明密着層とを含む複数の層を、暗色系の有機顔料等を含む黒色接着剤からなる黒色接着剤層を介して積層してなる裏面保護シートであり、該黒色接着剤層は、波長750nm以上1500nm以下の近赤外線を透過することを特徴とする。このような裏面保護シートは、意匠性、耐久性、発電効率、生産性において優れたものとなっている。
【選択図】図2
Description
前記複数の層の間に形成される接着層のうちの少なくとも一つの層が、黒色接着剤層であり、前記黒色接着剤層は、主剤樹脂と暗色系の有機顔料を含む黒色接着剤からなり、波長750nm以上1500nm以下の近赤外線を透過することを特徴とする太陽電池モジュール用裏面保護シート。
本発明の第1実施形態に係る裏面保護シートを、図2を用いて説明する。裏面保護シート6は、黒色接着剤層60と、反射層61と、透明密着層62とを有する。反射層61と透明密着層62は黒色接着剤層60を介して接着される。太陽電池モジュール1においては、反射層61がモジュールの最外層側に、透明密着層62がモジュールの内層側即ち、背面封止材層5の側に配置される。
黒色接着剤層60は、主として反射層61と透明密着層62を接合するために設けられる接着層である。本実施形態において黒色接着剤層60は、反射層61の上面、又は、該上面に対向する透明密着層62の下面に塗布された黒色接着剤が積層後に硬化することによって形成される。後述する通り、本発明に係る裏面保護シートにおいて黒色接着剤層60の配置はこれに限定されるものではないが、黒色接着剤層60がこの位置に形成されることにより、裏面保護シートを意匠性の面において好ましいものとしやすいというメリットがある。
主剤成分は、ポリウレタンジオールと脂肪族ポリカーボネートジオールとの混合物を含む、ポリウレタン/ポリカーボネートジオール系が好ましい。主剤を構成するポリウレタンジオール及び脂肪族ポリカーボネートジオールは、ともに水酸基を有するポリオールであり、イソシアネート基を有する硬化剤と反応して、接着剤層を構成するものである。本発明においては、主剤を特定のポリウレタンジオールと脂肪族ポリカーボネートジオールを所定量配合した混合物とすることによって、接着剤層の接着性及び耐候性を向上させている。
黒色接着剤の硬化剤は、ポリイソシアネート化合物を主成分とするものである。ポリイソシアネート化合物は、1分子中に2以上のイソシアネート基を有する化合物であり、このイソシアネート基が上記主剤のポリウレタンジオール化合物中の水酸基と反応することにより、ポリウレタンジオール化合物を架橋する。このようなポリイソシアネート化合物としては、上記主剤のポリウレタンジオール化合物を架橋することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、「HDI」)、イソシアヌレート変性のイソホロンジイソシアネート(以下、「ヌレート変性IPDI」)等を例示することができる。これらのポリイソシアネート化合物の中でも、HDIとヌレート変性IPDIとを組み合わせた混合物が水酸基に対する反応性を向上させる観点より好ましい。なお、硬化剤をHDIとヌレート変性IPDIとの混合物とする場合、HDIとヌレート変性IPDIは、70:30〜50:50(質量比)の範囲で使用することが好ましい。
接着剤成分は、主剤と硬化剤を主成分とするものであるが、主剤と硬化剤の配合比率は、(ポリイソシアネート化合物由来のイソシアネート基)/(ポリウレタンジオール化合物由来の水酸基)の比が1.0〜3.5の範囲であることが好ましく、更に、1.2〜3.0の範囲にあることが好ましい。主剤成分のポリウレタンジオール化合物と硬化剤成分のポリイソシアネート化合物との配合比率が上記範囲にあることにより、各基材を強固に接合することができる接着剤を得ることができるため好ましい。
意匠性を備えるために接着剤を黒色とするための着色材料としては暗色系の有機顔料を用いる。合成樹脂の着色用途としては、一般的には黒色の顔料として、カーボンブラック等の無機系顔料が広く用いられているが、本発明では、これを暗色系の有機顔料とすることにより、黒色接着剤層60を近赤外線を透過する層とすることができる。接着剤に添加する暗色系の有機顔料の具体例としては、オキサジン系、ピロール系、キナクリドン系、アゾ系、ペリレン系、ジオキサン系、イソインドリノン系、インダスレン系、キノフタロン系、ペリノン系、フタロシアニン系等が挙げられる。耐UV接着性の観点から、特にオキサジン系の有機顔料を好ましく用いることができる。また、暗色系の有機顔料を添加することにより上記のポリウレタン/ポリカーボネートジオール系の接着剤は、熱耐久性や耐UV特性等の接着耐久性が向上する。この接着耐久性向上の観点からも、オキサジン系の有機顔料を特に好ましく用いることができる。
上記の他、必要に応じてシランカップリング剤、粘着付与剤、安定化剤、充填剤、可塑剤、軟化点向上剤、触媒等を添加剤として混合することができる。シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシラン、メチルトリエトキシシラン等のシランモノマー、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン、3−メタクリロキシプロピルエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメトキシシラン等のメタクリルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシシランを挙げることができる。粘着付与剤としては、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂等が挙げられる。安定化剤としては、酸化防止剤、紫外線防止剤等が挙げられる。充填剤としては、無機フィラー等が挙げられる。
上記の黒色接着剤組成物として、良好な塗布性及びハンドリング適正を得るために、溶剤成分を添加することが好ましい。このような溶剤成分としては、上記酢酸エチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステルを挙げることができるがこれに限定されない。なお、既に述べたように上記接着剤は、主剤と硬化剤の2液剤として構成されるが、主剤で使用される溶剤成分と硬化剤で使用される溶剤成分はそれぞれ独立に選択され、同一でも異なっていてもよい。
以上説明した黒色接着剤組成物を反射層61及び/又は透明密着層62上に塗布又は積層して乾燥硬化することにより黒色接着剤層60を形成することができる。塗布の方法としては、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法、その他等のコート法、或いは、印刷法等によって塗布することができる。塗布量は3g/m2以上7g/m2以下とし、黒色接着剤層60の厚さは、2.0〜8.0μmの範囲であることが好ましい。この範囲であれば、太陽電池モジュール用シート積層部材に必要な接着強度等に応じて適宜変更すればよく、また、この範囲であることにより、近赤外線を十分に透過できるため、近赤外線を効率よく透過することできる。
反射層61は、白色顔料を含む樹脂シート又は白色顔料を含むコート層(塗布膜や印刷膜)を形成した樹脂シートからなり、近赤外線を反射する白色樹脂層である。反射層61は黒色接着剤層60を透過してきた近赤外線を反射することにより、太陽電池モジュール1の発電効率向上に寄与する。なお、本明細書では、樹脂をシート状に加工したものの名称として樹脂シートという用語を使用するが、この用語は、樹脂フィルムも含む概念として使用される。
透明密着層62は、エチレン−酢酸ビニルアルコール共重合体樹脂(EVA樹脂)、又はポリエチレン等のポリオレフィンを使用した背面封止材層5と、裏面保護シート6との接着性を向上させる機能を有する。また、透明密着層62には、反射層61で反射された近赤外線を透過するものであること、また、意匠性の要請より透明若しくは半透明であることが求められる。このような観点から透明密着層62には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いることが好ましい。これらの樹脂のなかでも、とりわけ透明性が高く外観上の濁りが少なく意匠性の面で優れるPETを、特に好ましく用いることができる。なお、「全光線を透過」とは、全光線透過率が80%以上である。
本発明の裏面保護シート6には、本発明の効果を害さない範囲で、その他の層を設けてもよい。例えば、上記の反射層61の更に外側にフッ素系樹脂やポリエチレンテレフタレート(PET)等からなる耐候層(図示せず)を更に設けてもよい。この場合は意匠性向上のために耐候層を黒色としてもよい。或いは、反射層61と透明密着層62の間に、例えば裏面保護シート6の強度を増すための他の透明な補強層(図示せず)を設けてもよい。
裏面保護シート6は、反射層61と透明密着層62の間に黒色接着剤層60を設けて、ドライラミネート加工により製造することができる。なお、その他の層を設けることにより、接着剤層が複数の層となる場合にも、同様の方法で各層を密着させて積層することができる。
本発明の第2実施形態に係る裏面保護シート6aを、図3を用いて説明する。裏面保護シート6aは、黒色接着剤層60と、透明密着層62とを有する点で、第1実施形態に係る裏面保護シート6と同様の構成を備える。ただし、第2実施形態に係る裏面保護シート6aにおいては、反射層が、反射層基材612上に金属蒸着膜611を形成してなる金属反射層61aである点において裏面保護シート6と異なる。
本発明に係る裏面保護シートの接着性、接着耐久性を評価するために、以下に示す方法で2種の接着剤を製造し、該接着剤を用いた接着性測定用試料を作成した。
[主剤]
窒素雰囲気下、攪拌機、窒素導入管を備えたフラスコに、エチレングリコール(32.3質量部)、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(270.8質量部)、1、6−ヘキサンジオール(122.9質量部)、アジピン酸(228.1質量部)、イソフタル酸(664質量部)を加え、180℃から220℃にて窒素にてバブリングさせ、酸価2mgKOH/gまで反応させ、酢酸エチル(860質量部)を加え、ポリエステルジオールHの50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、32mgKOH/gであり、数平均分子量は約3500であった。
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコに数平均分子量1000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5651」以下、「PDC1000」と略す。)を100質量部、上記ポリエステルジオールH(50質量部)、1、6−ヘキサンジオール(2質量部)、イソホロンジイソシアネート(23.8質量部)、酢酸エチル(175.8質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールの50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
上記のポリウレタンジオール100質量部と脂肪族ポリカーボネートジオール(B)(PDC1000)の15質量部を混合して主剤を調整した。
ヘキサメチレンジイソシアネート(HDIアダクト:2官能)とイソシアヌレート変性のイソホロンジイソシアネート(ヌレート変性IPDI)の混合物を使用した。上記アダクト変性HDI及びヌレート変性IPDIの混合比(HDIアダクト)/(ヌレート変性IPDI)を6:4(質量比)とした。
有機顔料:ジオキサジン化合物
溶剤:酢酸エチル
上記主剤(固形分率50質量%)、上記硬化剤(固形分率10質量%)、上記有機顔料(固形分率20質量%)を、上記溶剤に溶解させて、固形分塗布量2〜15g/m2(硬化後膜厚2〜15μm)となるように調整して製造し、塗布、乾燥、硬化した。
[有機顔料を含まない接着剤(接着剤2)]
有機顔料を含有しないこと以外は接着剤1同様に調整して製造した。
[接着性測定用試料(実施例1〜3、参考例1〜3)]
以下の種類の樹脂シートを下記の表1に示す組み合わせにより接着剤1及び接着剤2で接着して、実施例1〜3及び参考例1〜3の接着性測定用試料を作成した。試料作成は、接着剤1又は2を、表1に示す樹脂シート1にグラビアコートし(塗布量は7g/m2)し、厚み3μm(乾燥状態)の接着剤層を形成し、表1に示す樹脂シート2を積層し、45〜55℃、168時間のエージング処理をして加熱硬化させることにより行った。
樹脂シート1、2については、それぞれ以下の樹脂を使用した。
ETFE:25μm、商品名:25PW、旭硝子社製
PET:50〜250μm、商品名:ルミラーS10、東レ社製
PE:50〜100μm、商品名:三菱樹脂社製
実施例1〜3、参考例1〜3の試料に対して下記の方法で接着性に関する試験を行い、測定結果により接着性を評価した。試験片はすべて15mm幅である。
(接着性試験)
JIS K6854−3に準拠し、T型はく離接着強さ試験方法によって、実施例1〜3、参考例1〜3の各試料の剥離強度(N)を初期値及び下記の各耐久試験実施後の値を測定することにより行った。各試料測定には、剥離試験装置(「株式会社エー・アンド・デイ」社製、商品名「TENSILON RTA−1150−H」)を用いて、剥離条件50mm/minで23℃にて測定を行い、3回の測定の平均値を採用した。
(プレッシャークッカー(P.C.T)試験)
JIS C60068−2−66に準拠し、温度120℃、湿度85%、圧力1.6気圧下で耐久性試験を96時間行った。試験後の試料を、恒温高湿槽により、5分間、温度120℃の環境下においた状態で上記接着性試験を実施した。
(ダンプヒート(D.H.)試験)
JIS C8917に準拠し、試験槽内温度85℃、湿度85%の条件下で各試料の耐久性試験を1000時間行った。試験後の試料を、恒温高湿槽により、5分間、温度120℃の環境下においた状態で上記接着性試験を実施した。
(高強度キセノン照射試験)
JIS C8917に準拠し、ブラックパネル温度(BPT)63℃、湿度50%の条件で各試料の耐久性試験を500時間行った。試験後の試料を、恒温高湿槽により、5分間、温度120℃の環境下においた状態で上記接着性試験を実施した。
本発明に係る裏面保護シートの近赤外線の反射性(透過性)を評価するために、実施例比較例及び参考例として、以下に示す方法で、反射性測定用資料を作製した。
[反射性測定用試料(実施例4、比較例1、参考例4)]
反射層となる樹脂基材として下記の樹脂を用いた。
反射層1:シリカ蒸着PET:12μm、商品名:テックバリアLX、三菱樹脂社製
黒色接着層を構成する接着剤として下記の接着剤を用いた。
黒色接着剤(接着剤1):試験例1で用いた接着剤1と同じものを用いた。
無機系顔料を含む黒色接着剤(接着剤3):接着剤1と同じ上記主剤、(配合接着剤全体に対する質量比で50質量%)、接着剤1と同じ上記硬化剤(同比10質量%)、カーボンブラック(同比40質量%)を、接着剤1と同じ上記溶剤に溶解させて、固形分塗布量2〜15g/m2(硬化後膜厚2〜15μm)となるように調整して製造した。なお、カーボンブラックについては、接着剤1と同程度の色味の黒色とするための必要量として上記の量を添加した。
[実施例4]:上記反射層1からなるシート上に、接着剤1をグラビアコートし(塗布量は7g/m2)し、厚み3μm(乾燥状態)の接着剤層を形成し、45〜55℃、168時間のエージング処理をして過熱硬化させることにより試料を作成した。
[参考例4]:上記反射層1からなる単層シートを試料とした。
[比較例1]:上記反射層1からなるシート上に、接着剤3をグラビアコートし(塗布量は7g/m2)し、厚み3μm(乾燥状態)の接着剤層を形成し、45〜55℃、168時間のエージング処理をして加熱硬化させることにより試料を作成した。
[接着性測定用試料(実施例1〜3、参考例1〜3)]
15mm幅に切断した以下の種類の樹脂シートを下記の表1に示す組み合わせにより接着剤1及び接着剤2で接着して、実施例1〜3及び参考例1〜3の接着性測定用試料を作成した。試料作成は、接着剤1又は2を、表1に示す樹脂シート1にグラビアコートし(塗布量は7g/m2)し、厚み3μm(乾燥状態)の接着剤層を形成し、表1に示す樹脂シート2を積層し、45〜55℃、168時間のエージング処理をして加熱硬化させることにより行った。
分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、「U−4100」)を用いて、実施例4、参考例4及び比較例1の試料について光を入射したときの、波長500nmから1750nmの光の反射率(%)を評価した。尚、実施例4、比較例1については、黒色層側(接着剤を塗布した側)から、光を入射したものである。評価結果を図4に示した。
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
60 黒色接着剤層
61 反射層
62 透明密着層
Claims (7)
- 太陽電池モジュール用裏面保護シートにおいて最外層に配置され、全光線を透過する透明密着層と、
750nm以上1500nm以下の近赤外線を反射する反射層とを、少なくとも含む複数の層を積層してなる太陽電池モジュール用裏面保護シートであって、
前記複数の層の間に形成される接着層のうちの少なくとも一つの層が、黒色接着剤層であり、
前記黒色接着剤層は、主剤樹脂と暗色系の有機顔料を含む黒色接着剤からなり、波長750nm以上1500nm以下の近赤外線を透過することを特徴とする太陽電池モジュール用裏面保護シート。 - 前記透明密着層の太陽電池用裏面保護シートにおける内側の面に、前記黒色接着剤層が配置されている請求項1に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記有機顔料がオキサジン系顔料である請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記反射層が、白色顔料を含む樹脂からなる白色樹脂層である請求項1から3いずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 前記反射層が、金属蒸着層を樹脂基材の上に積層してなるか又は金属箔からなる金属反射層である請求項1から3いずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 請求項1から5いずれかに記載の太陽電池モジュール用裏面保護シートを積層してなる太陽電池モジュール。
- 薄膜系太陽電池素子を積層してなる請求項6に記載の太陽電池モジュール。
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