JP2012234974A - 太陽電池モジュール用バックシート - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを上昇することなく、太陽光の反射量を増加させることのできる太陽電池モジュール用バックシートを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール用バックシート４は、太陽光の入射側から順次積層される光反射樹脂（白ペット）層５１とアルミニウム箔層５２とを備え、アルミニウム箔層５２を構成するアルミニウム箔の一方の面がマット面、他方の面が光沢面をなし、マット面５２ａを光反射樹脂層５１に対向させて配置する。アルミニウム箔層５２のマット面５２ａを光反射樹脂層５１に向けて配置するという簡易な構成により、光反射樹脂層５１を透過した長波長域の太陽光をより高い反射率で反射することができ、バックシート４における太陽光の反射量の増加を低コストにて実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュールの裏面に配置されるバックシートに関するものである。

太陽電池モジュ−ルは、当初電卓に使用されたのを皮切りに、その後、各種の電子機器等に応用されてきた。しかるに、クリーンエネルギを供給する太陽電池モジュールは、環境問題に対する意識の高まりから、家庭用、産業用電力の供給源として注目度が高くなっている。
太陽電池モジュールは、結晶シリコン、アモルファスシリコンからなる太陽電池素子を主たる構成要素としており、より具体的には、フロントシートと称される表面保護層、充填材層、光起電力素子としての太陽電池素子、充填材層、および、バックシートと称される裏面保護層の順に積層し、例えば真空吸引して加熱圧着するラミネ−ション法により製造されている。なお、太陽電池素子の材質、太陽電池モジュールの積層構造はあくまで一例である。また、太陽光が照射される面を表面とする。

太陽電池モジュールの中で、バックシートは電気絶縁性を備えていることを前提に、水蒸気その他のガスバリヤ性を供え、内部に装着されている太陽電池素子の劣化を防止することを主たる目的として設けられる。また、バックシートには、フロントシートから入射してバックシートまで透過した太陽光を太陽電池素子の側に反射させ、その反射光を用いて太陽電池素子における発電効率を向上させるという効果も期待されている。

そこで、例えば、特許文献１には、透過してきた太陽光の反射率を高めることができるバックシートの構成が提案されている。このバックシートは、耐候性樹脂層と、裏面保護シート内の水分に対し高い耐性を有するシリコン酸化物蒸着層と、高い白色度を有し透過してきた太陽光の反射率の向上に寄与する白色ポリエチレンテレフタレート（白色ペット）層と、透過してきた太陽光を乱反射する球状粒子を含む球状粒子含有透明層と、から構成されている。このように構成されたバックシートでは、バックシートまで透過した太陽光をシリコン酸化物蒸着層の表面で反射し、その反射光が球状粒子含有透明層中の球状粒子の表面で拡散されて乱反射することにより、透過した太陽光の反射率を高めることができる。

特開２００９−３０２３６１号公報

しかしながら、特許文献１のバックシートは、太陽光を反射するシリコン酸化物蒸着層及び白色ペット層に加えて球状粒子含有透明層を備える。この球状粒子含有透明層は、所定範囲の真球度や平均粒径を満たす球状粒子を用意し、その球状粒子を溶媒に分散させて塗布し乾燥する、という手間のかかる工程を経て作製される。したがって、特許文献１によるとバックシートの製造コストの上昇を招く。
そこで本発明は、製造コストの上昇を招くことなく、太陽光の反射量を増加することのできる太陽電池モジュール用バックシートを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明者らは、バックシートを構成し得る種々の素材について光の反射率を測定した。その結果、以下説明するように、素材によって高い反射率が得られる波長域が異なることを確認した。
すなわち、白ペットは４００〜５００ｎｍの波長域において平均で９０％以上の高い反射率を示すものの、長波長域となるに従い反射率は比例的に低下し、８００ｎｍ以上の波長域では反射率が８０％未満となる。
これに対し、アルミニウム箔は、８００ｎｍ以上の長波長域において反射率が８０％以上の範囲で比例的に上昇し、９０％を超える反射率が得られる。そしてアルミニウム箔の場合、マット面と光沢面とで反射率が異なり、マット面の反射率は８５０ｎｍ以上の波長域において光沢面の反射率を超える（図３）。
つまり、白ペットとアルミニウム箔のマット面とを組み合わせることで、４００〜５００ｎｍの波長域の光を白ペットにより高い反射率で反射させ、さらに白ペットの反射率が低下する８００ｎｍ以上の長波長域の光をアルミニウム箔のマット面により高い反射率で反射させることができる。したがって、白ペットにアルミニウム箔のマット面を対向させて積層するだけで、複雑な構成の反射層の作製を要することなく、広範囲の波長域の太陽光をより高い反射率で反射することができるので、バックシートにおける太陽光の反射量を増加することができる。
この知見に基づく本発明の太陽電池モジュール用バックシートは、太陽光の入射側から順次積層される白色ポリエチレンテレフタレート層と、アルミニウム箔層とを備える。そして、アルミニウム箔層は、一方の面がマット面、他方の面が光沢面であるアルミニウム箔が、マット面を白色ポリエチレンテレフタレート層側に向けて配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、太陽光の入射側から白色ポリエチレンテレフタレート層とアルミニウム箔が順次積層され、アルミニウム箔のマット面が白色ポリエチレンテレフタレート層に対向して配設されているという簡易な構成であるにもかかわらず、フロントシートから入射し、バックシートまで透過してきた太陽光を広範囲にわたる波長域において高い反射率で反射することができる。したがって、製造コストの上昇を招くことなく、太陽光の反射量を増加することのできる太陽電池モジュール用バックシートを提供することができる。

本実施の形態における太陽電池モジュールの概略的な断面構造を示す図である。 本実施の形態における太陽電池モジュール用バックシートを示す断面図である。 アルミニウム箔のマット面及び光沢面、白ペット（光反射樹脂層）、光反射層における、それぞれの反射率と波長の関係を示すグラフである。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るバックシート４が用いられる太陽電池モジュール１０は、フロントシート１と、樹脂からなる充填材層２と、バックシート４が順次に積層して構成されたものである。充填材層２の中には、光起電力素子としての複数個の太陽電池素子３が並んで配設され、電極５を介して接続配線６によって相互に電気的に接続されている。なお、この構成はあくまで太陽電池モジュールの一例であって、本発明におけるバックシートが適用される対象を限定するものでない。

＜フロントシート１＞
フロントシート１は、光起電力素子としての太陽電池素子３を保護するものである。照射された太陽光が太陽電池素子３に到達するために、フロントシート１は光透過性に優れることが必要である。また、太陽電池素子３を保護するものであるから、耐候性、水蒸気その他のガスバリヤ性に優れることが必要である。フロントシート１としては、公知の材料、典型的にはガラスを用いることができる。

＜充填材層２＞
充填材層２は、アモルファスシリコンや結晶性シリコンなどからなる太陽電池素子３を埋め込んで安定化させるために、複数個の太陽電池素子３を封止するように設けられている。充填材層２は、熱流動性および熱接着性に優れた各種の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、または、シリコ−ン系樹脂の１種ないし２種以上の樹脂からなる樹脂組成物を使用することができる。これら樹脂は、いずれも、透明性を有して太陽光を透過するとともに、耐スクラッチ性、衝撃吸収性に優れている。また、これら樹脂は、熱の作用により劣化ないし分解等を起こしにくい耐熱性を有する。耐熱性は、太陽電池モジュ−ル１０を製造する際に真空吸引して加熱圧着するラミネ−ション法における加熱作用、太陽電池モジュ−ル１０として使用している間に太陽光の照射による加熱作用に対して要求される。
充填材層２の厚みは、２００〜１０００μｍとすることが好ましく、３５０〜６００μｍとすることがより好ましい。

＜太陽電池素子３＞
太陽電池モジュ−ル１０を構成する光起電力素子としての太陽電池素子３としては、従来公知の単結晶シリコン型太陽電池素子、多結晶シリコン型太陽電池素子に代表される結晶シリコン太陽電子素子、シングル接合型あるいはタンデム構造型等からなるアモルファスシリコン太陽電池素子等、公知のものを広く適用できる。

＜バックシート４＞
バックシート４は、図２に示されるように、接着剤層５４を除き、３層構造をなしている。つまり、太陽電池素子３側から、光反射樹脂層（白ペット層）５１、アルミニウム箔層５２及び耐加水分解性樹脂層５３が接着剤層５４を介して順次積層されている。アルニミウム箔層５２を構成するアルミニウム箔は、一方の面がマット面５２ａ、他方の面が光沢面５２ｂをなしているが、そのマット面５２ａを光反射樹脂層５１の側に向けて配置される。アルミニウム箔層５２は、光反射樹脂層５１とともに光反射層５５を構成する。

光反射樹脂層５１は、ポリエチレンテレフタレートに白色顔料を練りこんだ白色ポリエチレンテレフタレートからなるフィルムにより構成される。ポリエチレンテレフタレート（以下、白ペット）に添加する白色顔料としては、二酸化チタンや酸化亜鉛など公知の白色着色剤が用いられる。このように作製された白ペットは高い白色度を有し、光反射性に優れている。光反射樹脂層５１は、バックシート４において、充填材層２を透過してきた太陽光を、太陽電池素子３に向けて反射させる機能を主に担う。一般的に、太陽電池モジュールは、３５０〜５５０ｎｍの波長域における太陽光により最も効率的に発電することが知られているが、光反射樹脂層（白ペット層）５１は、図３に示すとおり、４００〜５００ｎｍの波長域で平均９０％以上の高い反射率を有している。したがって、バックシート４において光反射樹脂層５１を太陽電池素子３に近い側に積層することにより、上述の波長域における太陽光を太陽電池素子３に向けて多く反射することができ、太陽電池モジュール１０の効率的な発電に寄与することができる。なお、光反射樹脂層５１は、電気絶縁性をも担う。

アルミニウム箔層５２は、一般的な太陽電池モジュール用のバックシートの中間層として使用されるアルミニウム箔を用いることができる。アルミニウム箔は、通常、箔を２枚重ねて箔の厚さをより薄くする重ね圧延により製造される。製造の際に箔と箔が接触した面は粗さが大きいために光沢度が小さく、圧延ロールと接触した面は粗さが小さいために光沢度が大きい。この光沢度の小さい面はマット面と、また、光沢度の大きい面は光沢面と、呼ばれている。本発明では、表面または裏面の一方がマット面、他方が光沢面であるアルミニウム箔を用い、マット面５２ａを光反射樹脂層５１に対向するように配置してアルミニウム箔層を構成する。このような向きで光反射樹脂層５１と積層されたアルミニウム箔層５２は、光反射樹脂層５１とともに光反射層５５を構成する。

光反射層５５を上述の構成とする理由は以下の通りである。なお、図３を参照願いたい。
白ペットからなる光反射樹脂層５１は、４００〜５００ｎｍの波長域の太陽光を９０％以上の高い反射率で反射するが、長波長域になるに従い反射率は低下する。これに対して、アルミニウム箔のマット面は、４００〜６００ｎｍの波長域で約９０％と高い値で推移し、６００ｎｍ〜８５０ｎｍ近傍の波長域で徐々に低下するが、８５０ｎｍ近傍で反射率が上昇に転じ、長波長域になるにつれて反射率が上昇し続ける。特に、マット面の反射率は８５０ｎｍ以上の波長域における反射率が光沢面の反射率を超え、９５０ｎｍ以上の長波長域で９０％に達し、さらに長波長域になるに従い反射率が上昇し続ける。つまり、フロントシートから入射し、充填剤層２を透過した太陽光をアルミニウム箔層５２のマット面５２ａで反射することで、長波長域の太陽光をより多く反射することができる。
したがって、光反射樹脂層５１と、光反射樹脂層５１にマット面５２ａを向けて積層したアルミニウム箔層５２とから構成される光反射層５５を用いることで、高範囲の波長域の太陽光をより高い反射率で反射することが可能となり、バックシート４全体における太陽光の反射量を増加させることができる。また、この効果は、アルミニウム箔層５２のマット面５２ａが光反射樹脂層５１に対向して配置されるという簡易な構成により得られるので、製造コストの上昇を招くことがない。

図３に示すとおり、アルミニウム箔の光沢面も８５０ｎｍ以上の長波長域の太陽光を高い反射率で反射することができるが、マット面の反射率よりは劣る。したがって、アルミニウム箔の光沢面を白ペットに対向させて積層するよりも、マット面を白ペットに対向させて積層したほうが（マット面を太陽光の入射側に向けて積層したほうが）、より高い反射率を得ることができる。マット面の反射率が光沢面の反射率よりも高い理由は定かではないが、マット面の粗さが光沢面よりも粗いため、光反射樹脂層５１を透過した太陽光がマット面で拡散され乱反射していることが原因と考えられる。
マット面５２ａと光沢面５２ｂは、目視により容易に区別することができるが、表面粗さとして特定すると以下のとおりである。すなわち、マット面５２ａの表面粗さ（Ｒａ：ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さの値）は０．２〜０．５μｍであり、光沢面５２ｂの表面粗さ（Ｒａ）は０．０３〜０．３μｍである。なお、アルミニウム箔のマット面５２ａおよび光沢面５２ｂの表面粗さ（Ｒａ）は、アルミニウム箔の厚さに依存する。このことはアルミニウム箔の厚さごとのマット面５２ｂおよび光沢面５２ａの表面粗さ（Ｒａ）の実測例を記載する表１に示されている。なお、表１に示されるように、マット面５２ｂおよび光沢面５２ａの表面粗さ(Ｒａ)は、アルミニウム箔の厚さに従い一定の比率で変化するわけではない。例えば、試料Ｎｏ．１はマット面５２ａの表面粗さが光沢面５２ｂの表面粗さの約２倍、試料Ｎｏ．４はマット面５２ａの表面粗さが光沢面５２ｂの表面粗さの８．５倍である。
なお、一般的な太陽電池用モジュールのバックシートの中間層としてアルミニウム蒸着層が使用されることがあるが、アルミニウム蒸着層の表面はアルミニウム箔の光沢面と同様の表面粗さを有するものである。また、Ｒａの値である。

以上のとおり、アルミニウム箔層５２は、バックシート４において、長波長域の太陽光を太陽光素子３に向けてより高い反射率で反射する役割を担う。この他にも、アルミニウム箔層５２は、水蒸気その他のガスが太陽電池素子３に透過することを防ぐガスバリヤ性も担う。このガスバリヤ性は、樹脂に比べて格段に優れる。アルミニウム箔層５２を構成するアルミニウム箔の厚みは、通常、５〜２００μｍ、典型的には５〜１００μｍの範囲から選択される。

バックシート４において最外層に配置される耐加水分解性樹脂層５３は、耐候性を担う。耐加水分解性樹脂層５３は、オリゴマー含有量が０．５〜０．８ｗｔ％のものが好ましく、フィルム状のフッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂から適宜選択して用いることができる。耐加水分解性樹脂層５３の厚さは、５〜２００μｍとするのが好ましく、２５〜１５０μｍとするのがより好ましい。

接着材層５４は、公知のものを広く適用することができ、例えば、２液硬化型ポリウレタン系接着剤、熱溶着性樹脂を、接着手法にあわせて適宜選択して使用することができる。

以上のように構成された本発明のバックシート４を太陽電池モジュール１０に適用すると、フロントシート１から入射した太陽光が太陽電池素子３で発電に寄与するとともに、充填材層２を透過した太陽光は光反射樹脂層５１の表面で反射し、光反射樹脂層５１を透過した高波長域の太陽光はアルミニウム箔層５２のマット面５２ａでより高い反射率で反射する。したがって、光反射樹脂層５１とアルミニウム箔層５２とから構成される光反射層５５は、充填材層２を透過してきた太陽光を広い波長域において反射することができ、太陽光の反射量を増加することができる。

［実施例］
太陽電池モジュール用のバックシート４を構成する光反射層５５を以下のようにして作製した。
白色顔料を練り込んだ厚さ５０μｍの白ペットフィルムと、厚さ２０μｍのアルミニウム箔を用意した。白ペットフィルムの一方の面にアルミニウム箔のマット面が対向するように配置して、白ペットフィルムとアルミニウム箔とを２液硬化型ポリウレタン系接着剤を用いてドライラミネーション法で貼り合わせ、光反射層５５を作製した。
光反射層５５の、アルミニウム箔が貼り合わされていない方の面（ＰＥＴフィルムが露出している面）に太陽光を照射し、光反射層５５の波長域２００〜１２００ｎｍにおける反射率を測定した。結果を図３に示す（実施例）。
また、比較例として、上述した白ペットフィルム単体に太陽光を照射した場合（図３の「白ペット」）、上述したアルニミウム箔の光沢面に直接太陽光を照射した場合（図３の「光沢面」）、上述したアルニミウム箔のマット面に直接太陽光を照射した場合（図３の「マット面」）についても反射率の測定を行った。
図３に示すとおり、実施例（光反射層５５）の反射率は、２００〜８５０ｎｍまでの波長域の太陽光に対しては白ペット単体の反射率とほぼ同じ傾向を示し、４００〜５００ｎｍの波長域では、平均で９０％以上の高い反射率を有することが確認された。また、実施例は、８５０ｎｍ以上の長波長域でも７５％以上の高い反射率を示し、さらなる長波長域でも反射率が上昇し続ける傾向を示した。これより、光反射層５５は、広範囲の波長の太陽光をより高い反射率で反射することができ、太陽光の反射量を増加することができることが確認された。

なお、上記実施の形態では、バックシート４の耐加水分解性樹脂層５３としてフィルム状のフッ素樹脂等を用いることを提案しているが、ＰＥＴフィルムに耐久性に優れた樹脂コーティング剤を塗布し耐加水分解性を向上させたものを用いることができる。また、バックシート４は、白ペット層５１とアルミニウム箔層５２と耐加水分解性樹脂層５３とからなる３層の構成に限らず、蒸着ペット層や黒ペット層などを適宜追加して設けることもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１…フロントシート、２…充填剤層、３…太陽電池素子、４…バックシート、５１…白ペット層（光反射樹脂層）、５２…アルミニウム箔層、５２ａ…マット面、５２ｂ…光沢面、５３…耐加水分解性樹脂、５４…接着材層、５５…光反射層

Claims (1)

1. 太陽光の入射側から順次積層される白色ポリエチレンテレフタレート層とアルミニウム箔層とを備え、
   前記アルミニウム箔層を構成するアルミニウム箔の一方の面がマット面、他方の面が光沢面をなし、
   前記アルミニウム箔層は、前記マット面が前記白色ポリエチレンテレフタレート層側に対向して配設されている、ことを特徴とする太陽電池モジュール用バックシート。

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