JP2013203852A - ポリマーシート、太陽電池用裏面保護シートおよび太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】視覚透過率及び視覚吸収率が下記式(1)および(2)を満足するポリマーシート。
5%≦視覚透過率≦50% 式(1)
10%≦視覚吸収率≦50% 式(2)
【選択図】なし
Description
しかしながら、従来使用されていた着色されたポリマーシートはこのような面状故障が生じたことを視認により識別することは困難であるのが実情であった。
[1] 視覚透過率及び視覚吸収率が下記式(1)および(2)を満足することを特徴とするポリマーシート。
5%≦視覚透過率≦50% 式(1)
10%≦視覚吸収率≦50% 式(2)
[2] [1]に記載のポリマーシートは、太陽電池用裏面保護シートであることが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載のポリマーシートは、有機ポリマー、無機ポリマーまたは有機・無機複合ポリマーからなるバインダーと、着色剤と、散乱粒子を1つの層中に含有し、前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層における前記着色剤の含有量W1と前記散乱粒子の含有量W2が下記式(3)を満足することが好ましい。
1000≦W2/W1≦30000 式(3)
(式中、W1は前記バインダーに対する着色剤の含有量(質量%)を表し、W2は前記バインダーに対する散乱粒子の含有量(質量%)を表す)
[4] [1]〜[3]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記着色剤がカーボンブラックであることが好ましい。
[5] [1]〜[4]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記散乱粒子が二酸化チタンであることが好ましい。
[6] [1]〜[5]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、2層以上の積層体であることが好ましい。
[7] [1]〜[6]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、さらにポリマー支持体を含むことが好ましい。
[8] [1]〜[7]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、さらに白色顔料を含有する白色層を含むことが好ましい。
[9] [1]〜[8]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、表裏の視覚反射率が3%以上異なることが好ましい。
[10] [1]〜[9]のいずれか一項に記載のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして具備する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。
本発明のポリマーシートは、視覚透過率及び視覚吸収率が下記式(1)および(2)を満足することを特徴とする。
5%≦視覚透過率≦50% 式(1)
10%≦視覚吸収率≦50% 式(2)
(光学濃度)
本発明のポリマーシートは上記の式(1)および(2)を満足する光学濃度を有することにより、容易に面状故障を識別することができる。このような光学濃度のポリマーシートは従来全く知られておらず、公知ではなかった。
面状故障は日常的な輝度の光源にポリマーシートを透かした透過光によって見極めることが有効である。ポリマーシートの視覚透過率が5%以上であれば、透過光が十分に多く面状故障が見えやすい。また、ポリマーシートの視覚透過率が50%以下であれば、諧調が十分につくため、透過光での面状検査ができる。
本発明のポリマーシートは、視覚透過率が5〜25%であることが好ましく、5〜18%であることがより好ましい。
また、面状故障は、ポリマーシートの透過光が着色剤による吸収むらを有していること見極めることができ、ポリマーシートの視覚吸収率が10%以上であれば、着色量が十分に多く、面状故障が見える。ポリマーシートの視覚吸収率が50%以下であれば、諧調が十分につくため、面状検査ができる。
本発明のポリマーシートは、視覚吸収率が10〜30%であることが好ましく、12〜26%であることがより好ましい。
−視覚反射率の差−
また、本発明のポリマーシートの好ましい態様では、ポリマーシートの表裏の識別性が良好である。
いかなる理論に拘泥するものでもないが、ポリマーシートの視覚反射率が、表裏で異なるような構成とすることにより、ポリマーシートの表裏の識別性も改善することができる。本発明のポリマーシートは、表裏の視覚反射率が3%以上異なることが好ましく、5%以上異なることがより好ましく、11%以上異なることが特に好ましい。
このような構成の本発明のポリマーシートは、シートの表裏の識別性が良好であるため、例えば本発明のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして用いた場合の太陽電池モジュールの製造工程において、ポリマーシートを落下させたりして表裏が不明となったときでも、視認により短い時間で表裏の識別ができる。そのため、本発明のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして用いることで、太陽電池モジュールの生産効率を高めることができる。
本発明のポリマーシートは、表裏のうち視覚反射率が低い方の面の視覚反射率が40〜90%であることが好ましく、50〜90%であることがより好ましく、60〜90%であることが特に好ましい。
本発明のポリマーシートは、前記バインダーと、前記着色剤と、前記散乱粒子を、1つの層中に含有することが好ましい。このような構成とすることで、上記の光学濃度の範囲に制御しやすい。本発明のポリマーシートに入射した光が散乱粒子によって散乱されるときに、着色剤によって吸収されながら層内で散乱してからポリマーシート外に出射するために、少量着色剤量で十分にポリマーシートの視覚吸収率を好ましい範囲に制御することができる。
本発明のポリマーシートが2層以上の積層体である場合、ポリマー支持体と、前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層とを少なくとも含むことが好ましい。
さらに、本発明のポリマーシートは、前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層の他に、さらに白色顔料を含有する白色層を含むことが、光学濃度を好ましい範囲に制限する観点と、ポリマーシートの表裏の識別性を容易にする観点から好ましい。
1000≦W2/W1≦30000 式(3)
(式中、W1は前記バインダーに対する着色剤の含有量(質量%)を表し、W2は前記バインダーに対する散乱粒子の含有量(質量%)を表す)
前記W2/W1の値は、1000〜10000であることがより好ましく、1000〜5000であることが特に好ましい。
以下、本発明のポリマーシートの好ましい構成を図1に記載する。図1に記載のポリマーシートは、ポリマー支持体16の一方の面側にバインダーと、着色剤と、散乱粒子を含有する層3が設けられ、他方の面側に白色層1が設けられている。
図2は、本発明のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして用いた場合における、本発明のポリマーシートと本発明の太陽電池モジュールの構成の一例を概略的に示している。本実施形態のポリマーシートは、ポリマー支持体16の一方の面側にバインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層を耐候性層3として有し、ポリマー支持体16の他方の面側(太陽光が入射する側)に、白色層1が設けられている。
本発明のポリマーシートは、太陽光が入射する側に配置された透明性の基材(ガラス基板等のフロント基材)と、素子構造部分(太陽電池素子及びこれを封止する封止材を含む)と、太陽電池用バックシートとが積層された「透明性のフロント基材/素子構造部分/バックシート」の積層構造を有する太陽電池において、バックシートに適用される。ここで、バックシートは、電池側基板の素子構造部分からみてフロント基材が位置していない側に配置された裏面保護シートである。
なお、図2の太陽電池モジュール10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20を、太陽光が入射する透明性の基板24と既述の本発明のポリマーシート12との間に配置し、該基板とポリマーシート12との間をエチレン−ビニルアセテート系封止材22で封止して構成されている。
以下、本発明のポリマーシートについて、本発明のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして用いた場合にしたがって、各層の好ましい態様の詳細を説明する。ただし、本発明のポリマーシートは太陽電池モジュール用裏面保護シートとして用いた以下の態様に限定されるものではない。
本発明のポリマーシートは、ポリマー支持体を含むことが好ましい。
本発明のポリマーシートは、前記着色剤、前記散乱粒子をポリマー支持体中に含んでもよいが、ポリマー支持体以外の層に含むことが光学濃度を上記好ましい範囲への制御しやすさの観点からは好ましい。なお、前述のとおりポリマー支持体に散乱粒子が含まれており、着色剤が後述の耐候性層に含まれている場合、W2の値はポリマー支持体のバインダー(たとえばPET)に対するポリマー支持体中の散乱粒子の含有量として計算され、W1の値は後述の耐候性層のバインダーに対する耐候性層中の着色剤の含有量から計算される。
なお、本明細書中、前記ポリマー支持体の両面のうち、後述の耐候性層が積層される側の表面をA面ということがあり、後述の白色層が積層される側の表面をB面ということがある。
また、近年、太陽電池の出力が向上に併せて、太陽電池用バックシートに対して、電気絶縁性の改善が求められており、一般的に、電気絶縁性は、バックシートの厚みに比例するため、より厚手のバックシートが求められている。これに対し、前記ポリマー支持体の厚みを上記好ましい範囲とすることで、電気絶縁性も良好な太陽電池用裏面保護シートとすることができる。
ポリエステル中のカルボキシル基含量は、製膜前の重合触媒種および通常の重合後の固相重合条件、並びに、製膜条件(製膜温度や時間、延伸条件および熱緩和条件)などにより調整することが可能である。特に、ポリマー支持体をフィルム状に製膜する前の固相重合条件によって制御することが好ましい。固相重合後のポリマー支持体をフィルム状に製膜する前の原料ポリエステルの末端カルボキシル基含有量が、1〜20eq/tであることが好ましく、3〜18eq/tであることがより好ましく、6〜14eq/tであることが特に好ましい。
カルボキシル基含量(AV)は、H. A. Pohl, Anal. Chem. 26 (1954) 2145に記載の方法に従い、測定することができる。具体的には、目的とするポリエステルを粉砕し、60℃の真空乾燥機で30分乾燥する。次に、乾燥直後のポリエステルを、0.1000g秤量し、5mlのベンジルアルコールを添加後、205℃で2分間、加熱攪拌溶解する。溶解液を、冷却後、15mlのクロロホルムを加え、指示薬としてフェノールレッドを用い、アルカリ基準液(0.01N KOH−ベンジルアルコール混合溶液)で、中和点(pH=7.3±0.10)まで滴定し、その適定量から算出する。
前記ポリマー支持体の固有粘度IV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。特に、ポリマー支持体をフィルム状に製膜する前の固相重合条件によって制御することが好ましい。特に、ポリマー支持体をフィルム状に製膜する前の原料ポリエステルの固有粘度IVが0.68〜0.90dl/gであることが好ましく、0.70〜0.85dl/gであることがより好ましく、0.72〜0.83dl/gであることが特に好ましい。
IV値は、目的とするポリエステルを粉砕後、1,2,2−テトラクロルエタン/フェノール(=2/3[質量比])混合溶媒を用いて、0.01g/mlに溶解し、ウベローデ型の粘度計(AVL−6C,旭化成テクノシステム社)を用いて、25℃の温度で測定する。なお、サンプルの溶解は、120℃で、15〜30分で行う。
前記ポリマー支持体のTanδのピークは、製膜前の重合触媒種および通常の重合後の固相重合条件、並びに、製膜条件(製膜温度や時間、延伸条件および熱緩和条件)などにより調整することが可能である。特に、オンラインで調整が可能な、延伸条件(延伸倍率と熱固定温度)によって制御することが特に好ましい。
Tanδのピークは、25℃・相対湿度60%で2時間以上調湿した後に、市販の動的粘弾性測定装置(バイブロン:DVA−225(アイティー計測制御株式会社製))を用いて、昇温速度2℃/分、測定温度範囲30℃〜200℃、周波数1Hzの条件で、測定した。
さらに、本発明における前記ポリマー支持体は、延伸後に熱処理を行なって製膜されてなることが、耐加水分解性の向上と、熱収縮率を制御する観点から好ましい。前記熱処理は150〜230℃であることが好ましく、より好ましくは180〜225℃、さらに好ましくは190〜215℃である。また、熱処理時間は、好ましくは5〜60秒、より好ましくは10〜40秒、さらに好ましくは10〜30秒である。
これらの表面処理によってポリマー支持体(例えばポリエステル基材)表面にカルボキシル基や水酸基が増加することにより、ポリマー支持体と塗布層との接着性が高められるが、架橋剤(特にカルボキシル基と反応性の高いオキサゾリン系もしくはカルボジイミド系の架橋剤)を併用した場合により強力な接着性が得られる。これは、コロナ処理による場合により顕著である。したがって、特にポリマー支持体の表面がコロナ処理されていることが好ましい。
本発明のポリマーシートが前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層としての耐候性層を有する場合について説明する。
前記バインダーは、有機ポリマー、無機ポリマーまたは有機・無機複合ポリマーからなるバインダーであり、ポリマーを含むことで、ポリマー支持体に対する接着や、バック層が2層以上からなる場合の層間における接着が良化するとともに、更には湿熱環境下での劣化耐性が得られる。
前記無機ポリマーとしては特に制限はなく、公知の無機ポリマーを用いることができる。
前記有機ポリマーまたは有機・無機複合ポリマーとしては特に制限はないが、フッ素系ポリマーおよびシリコーン系ポリマーの少なくとも一方を含むことが好ましく、フッ素系有機ポリマーおよびシリコーン−アクリル有機・無機複合樹脂の少なくとも一方を含むことがより好ましく、シリコーン−アクリル有機・無機複合樹脂を含むことが特に好ましい。
前記シリコーン系ポリマーとは、分子鎖中に(ポリ)シロキサン構造を有するポリマーの少なくとも一種を含有するもののことを言う。このシリコーン系ポリマーを含有することにより、ポリマー支持体や前記含フッ素ポリマー層である耐候性層などの隣接材料との接着性及び湿熱環境下での耐久性により優れる。
中でも、調製が容易なこと及び耐加水分解性に優れる点から、ビニル系重合体及びポリウレタン系重合体が好ましく、ビニル系重合体が特に好ましい。
なお、非シロキサン系構造単位を構成する重合体は、一種単独でもよいし、2種以上の併用であってもよい。
前記(ii)の方法で用いられるシラン化合物としては、各種シラン化合物が挙げられるが、アルコキシシラン化合物が特に好ましい。
また、前記(ii)の方法により前記シリコーン−アクリル複合樹脂を調製する場合、例えば、前駆ポリマーとアルコキシシラン化合物の混合物に、水とシラノール縮合触媒を添加して、20〜150℃程度の温度で30分〜30時間程度(好ましくは50〜130℃で1〜20時間)加水分解縮合を行なうことにより調製することができる。
上記範囲の中では、前記耐候性層の表面強度の観点から、0.5g/m2〜10.0g/m2の範囲が好ましく、1.0g/m2〜5.0g/m2の範囲がより好ましい。
また、前記シリコーンーアクリル複合樹脂を含む耐候性層の厚みは0.8〜12μmの範囲内であることが好ましい。前記シリコーンーアクリル複合樹脂を含む耐候性層の厚みが0.8μm以上であると太陽電池用バックシート用ポリマーシート、特に最外層として耐久性(耐候性)が十分であり、12μm以下である面状が悪化しにくくなり、他の層との接着力が十分となる。前記シリコーンーアクリル複合ポリマーを含む耐候性層の厚みが0.8〜12μmの範囲にあると耐久性と面状を両立することができ、特に1.0〜10μm程度の範囲が好ましい。
前記耐候性層は、フッ素系ポリマー(含フッ素ポリマー)を主バインダーとして構成されてもよい。主バインダーとは、層中において含有量が最も多いバインダーである。
前記着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料や公知の顔料などを用いることができる。ただし、本明細書における着色剤は、散乱粒子を除く。
本発明では、前記着色剤は、黒色の着色剤、グリーン系の着色剤、ブルー系の着色剤、レッド系の着色剤であることが好ましい。
ここで、前記黒色の複合金属酸化物としては、鉄、マンガン、コバルト、クロム、銅、ニッケルのうち少なくとも1種を含む複合金属酸化物が好ましく、コバルト、クロム、鉄、マンガンおよび銅、ニッケルのうち2種以上を含むことがより好ましく、カラーインデックスがPBk26、PBk27およびPBk28、PBr34から選ばれる少なくとも1つ以上の顔料がより特に好ましい。
なお、PBk26の顔料は、鉄、マンガン、銅の複合酸化物であり、PBk27の顔料は鉄、コバルト、クロムの複合酸化物であり、PBk−28は銅、クロム、マンガンの複合酸化物であり、PBr34はニッケル、鉄の複合酸化物である。
前記シアニン系カラーおよびキナクリドン系カラーとしては、シアニングリーン、シアニンブルー、キナクリドンレッド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等が挙げられる。
なお、カーボンブラックは商業的に入手することができるものを使用することができ、例えばMF−5630ブラック(大日精化(株)製や、特開2009−132887号公報の[0035]段落に記載のものなどを用いることができる。
前記散乱粒子としては、特に制限はなく、公知の散乱粒子を用いることができる。本明細書中、散乱粒子とは、粒子そのものに、光吸収がほとんどない粒子のことを言い、前記着色剤を含まない。
本発明では前記散乱粒子として、白色顔料を用いることが好ましい。
その中でも、本発明のポリマーシートは、前記散乱粒子が二酸化チタンであることが好ましい。
(1)顔料を目開き1.0mmのふるいを通す。
(2)上記の顔料について、約100gの顔料を秤量し(m)、250mLメスシリンダーに静かに入れる。必要に応じて、顔料層の上面を圧密せずに注意深くならし、体積(V)を測定する。
(3)下記の式に従って、嵩比重を求める。
嵩比重=m/V (単位:g/cm3)
本発明のポリマーシートが前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層としての耐候性層を有する場合、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。
前記耐候性層中に含むことができる他の成分については、架橋剤、界面活性剤、フィラー等が挙げられる。
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。これらの中で、カルボジイミド系架橋剤、オキサゾリン系架橋剤およびイソシアネート系架橋剤から選ばれる少なくとも1種以上の架橋剤であることが好ましい。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS−500、同WS−700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
架橋剤の添加量は、前記耐候性層を構成するバインダーに対して0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは3質量%以上15質量%未満である。架橋剤の添加量は、0.5質量%以上であると、前記耐候性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、30質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保て、15質量%未満であると塗布面状を改良できる。
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。環境負荷の観点から、水を塗布溶媒とした水系塗布液に調製されることが好ましい。
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。バインダーを水分散した水系塗布液を形成して、これを塗布する方法が好ましい。この場合、溶媒中の水の割合は60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。
また、ポリマー支持体が2軸延伸フィルムである場合は、2軸延伸した後のポリマー支持体に前記耐候性層を形成するための塗布液を塗布した後、塗膜を乾燥させてもよいし、1軸延伸後のポリマー支持体に塗布液を塗布して塗膜を乾燥させた後に、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、延伸前のポリマー支持体に塗布液を塗布して塗膜を乾燥させた後に2方向に延伸してもよい。
前記耐候性層の1層の厚みとしては、通常は0.3μm〜22μmが好ましく、0.5μm〜15μmがより好ましく、0.8μm〜12μmの範囲が更に好ましく、1.0μm〜8μmの範囲が特に好ましく、2〜6μmの範囲が最も好ましい。前記耐候性層の厚みが0.3μm、更には0.8μm以上であることで、湿熱環境下に曝されたときに前記耐候性層表面から内部に水分が浸透し難く、前記耐候性層とポリマー支持体との界面に水分が到達し難くなることで接着性が顕著に改善される。また、前記耐候性層の厚みが22μm以下、更には12μm以下であると、耐候性層自身が脆弱になり難く、湿熱環境下に暴露したときに耐候性層の破壊が生じにくくなることで接着性が改善される。
本発明のポリマーシートは白色顔料を含有する白色層を有することが好ましい。白色層は、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。封止材に対する剥離力が5N/cm以上であることが好ましい。
前記白色層にはポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂から選ばれる1種以上のポリマーをバインダーとして用いることが、太陽電池モジュールの封止材として用いられているEVAなどに対する接着性を5N/cm以上にできる観点から好ましい。中でも耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。
前記白色層は、前記バインダーとして、水系のラテックス由来のバインダーを含むことがより好ましい。
前記白色層の、太陽電池モジュールの封止材として用いられているEVAに対する接着性は5N/cm以上であることが好ましく、30N/cmを超えることが好ましく、50〜150N/cmであることがより好ましい。
本発明における白色層は、白色顔料の少なくとも一種を含有することができる。
白色顔料としては、二酸化チタン、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、コロイタルシリカ等の無機顔料、中空粒子等の有機顔料が好ましく、その中でも二酸化チタンであることがより好ましい。
ここで、各ポリマー層における顔料の体積分率は、以下の式で計算できる。
顔料の体積分率(%)=顔料の体積/(バインダー体積+顔料の体積)
また、顔料やバインダーの体積は測定してもよいが、それぞれ顔料の体積は顔料質量/顔料比重を、バインダーの体積はバインダー質量/バインダー比重を計算して求めてもよい。
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。白色顔料の含有量を例えば2.5〜30g/m2の範囲で制御することにより、光反射率を75%以上に調整することができる。
本発明においては、前記白色層が、前記ポリマー間を架橋する架橋剤由来の構造部分を有していることが好ましい。
架橋剤の添加量は、層中のバインダー当たり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、着色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。
前記界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤を用いることができる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜15mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、15mg/m2以下であると、接着を良好に行なうことができる。
前記白色層の形成は、顔料を含有するポリマーシートを貼合する方法、基材形成時に着色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、ポリマー支持体の表面に直接または後述の下塗り層を介して、貼合、共押出し、塗布等することにより白色層を形成することができる。
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。
塗布による場合、塗布方法としては、例えば、グラビアコーター、バーコーターなどの公知の塗布方法を利用することができる。
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。バインダーを水分散した水系塗布液を形成して、これを塗布する方法が好ましい。この場合、溶媒中の水の割合は60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。
さらに、前記白色層が、塗布で形成されてなることがより好ましい。
なお、各ポリマー層が塗布型であることは、前記ポリマーシートの各ポリマー層全体に対する残留溶媒量が1000ppm以下であることにより確認することができる。前記ポリマーシートの各ポリマー層全体に対する残留溶媒量は、500ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であること特に好ましい。
本発明のポリマーシートは、ポリマー支持体と前記耐候性層および前記白色層以外に他の機能層を有していてもよい。他の機能層として、下塗り層を設けることができる。
下塗り層の厚みは、厚み2μm以下の範囲が好ましく、より好ましくは0.05μm〜2μmであり、更に好ましくは0.1μm〜1.5μmである。厚みが2μm以下であると、面状を良好に保つことができる。また、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。
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレンとアクリル酸またはメタクリル酸からなるポリマー等が好ましい。前記ポリオレフィン樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、アローベースSE−1010、SE−1013N、SD−1010、TC−4010、TD−4010(ともにユニチカ(株)製)、ハイテックS3148、S3121、S8512(ともに東邦化学(株)製)、ケミパールS−120、S−75N、V100、EV210H(ともに三井化学(株)製)などを挙げることができる。
前記アクリル樹脂としては、例えば、ホリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等を含有するポリマー等が好ましい。前記アクリル樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、AS−563A(ダイセルフアインケム(株)製)を好ましく用いることができる。
前記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン−2,6−ナフタレート(PEN)等が好ましい。前記ポリエステル樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、バイロナールMD−1245(東洋紡(株)製)を好ましく用いることができる。
これらの中でも、ポリマー支持体および前記白色層との接着性を確保する観点から、アクリル樹脂又はポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。また、これらのポリマーは単独で用いても2種以上併用して用いてもよく、2種以上併用する場合は、アクリル樹脂とポリオレフィン樹脂の組合せが好ましい。
本発明の太陽電池モジュールは、既述の本発明のポリマーシートを太陽電池用裏面保護シートとして設けて構成されている。本発明の太陽電池モジュールは、既述した本発明のポリマーシートを用いることにより、面状故障の少ない太陽電池用裏面保護シートを識別することにより、外観故障の少ない太陽電池モジュールとなる。
本発明のポリマーシートの構成で塗布形成されたポリマー層は膜強度が高く、引っ掻きや擦過等に対する耐傷性に優れ、耐光性、耐熱性、耐湿性が良好である。これにより、優れた耐候性能を示し、長期に亘り安定した発電性能を発揮する。
本明細書中において、太陽光が入射する側に配置された透明性の基材の上に素子構造部分が配置された「透明性のフロント基材/素子構造部分」の積層構造を有する電池部分を「電池側基板」という。
<ポリマーシートの材料組成と特性>
後述の表1に記載の材料組成のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
(1) ポリエステルの合成
特開2011−208125の実施例1に記載の方法に従って、固有粘度IV=0.80、カルボキシル基含量AV=14のポリエステル樹脂を合成した。
上記ポリエステル樹脂を、二軸溶融押出機により280℃で溶融押出して金属ドラムの上にキャストし、厚さ約2.5mmの未延伸ベースを作製した。その後、90℃でMD方向(縦方向;Machine Direction)に3.4倍に延伸した。更に120℃でTD方向(横方向;Transverse Direction)に4.5倍に延伸し、膜面200℃で15秒間の熱処理を行い、190℃で、MD・TD方向に、それぞれ5%及び11%の熱緩和を行った。厚み250μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート基材(以下、「ポリマー支持体」ということがある。)を得た。
(1)二酸化チタン分散物の調製
ダイノミル分散機を用いて二酸化チタンの平均粒径が0.42μmになるよう分散して二酸化チタン分散液を調整した。なお、二酸化チタンの平均粒径はハネウェル社製、マイクロトラックFRAを用いて測定した。
(二酸化チタン分散液の組成)
・二酸化チタン … 455.8質量部
(タイペークCR−95、石原産業(株)製、粉体)
・PVA水溶液 … 227.9質量部
(PVA−105、クラレ(株)製、濃度10質量%)
・分散剤 … 5.5質量部
(デモールEP、花王(株)製、濃度25質量%)
・蒸留水 … 310.8質量部
下記組成中の成分を下記順で混合し、白色層形成用塗布液を調製した。
<白色層形成用塗布液の組成>
・上記二酸化チタン分散液 … 298.5質量部
・ポリオレフィンバインダー … 568.7質量部
(アローベースSE−1010、ユニチカ(株)製、濃度20質量%)
・ノニオン界面活性剤 … 23.4質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・オキサゾリン系架橋剤 … 58.4質量部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、濃度25質量%)
・蒸留水 … 51.0質量部
得られた塗布液を、ポリマー支持体の上に、白色層形成用塗布液をバインダー塗布量が4.7g/m2、二酸化チタン塗布量が5.6g/m2となるよう塗布して170℃で2分間乾燥して、厚み5μmの白色層を形成した。
(1)シリコーン−アクリル系複合樹脂を含む耐候性層形成用塗布液の調製
下記組成中の各成分を下記順で混合し、ポリマーバインダーとして、有機・無機の複合樹脂である、シリコーン−アクリル系複合樹脂、着色剤としてカーボンブラック、散乱粒子としてニ酸化チタンを含む耐候性層形成用塗布液を調製した。
<耐候性層形成用塗布液の組成>
・シリコーンバインダー … 381.7質量部
(セラネートWSA1070、DIC(株)製、シリコーン−アクリル複合ポリマー、ポリシロキサン構造単位:約30%、濃度38質量%)
・ノニオン界面活性剤 … 13.1質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・オキサゾリン系架橋剤 … 105.1質量部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、濃度25質量%)
・カーボンブラック水分散液 … 1.38質量部
(MF−5630ブラック、大日精化(株)製 、濃度31.5質量%)
・蒸留水 … 15.3質量部
・上記二酸化チタン分散液(白色層と共通) … 483.4質量部
ポリマー支持体の白色層が形成された側とは反対側(以下、裏面側ともいう。)に、下記条件でコロナ処理を施した。
・電極と誘電体ロ−ルギャップクリアランス:1.6mm
・処理周波数:9.6kHz
・処理速度:20m/分
・処理強度:0.375kV・A・分/m2
次いで、シリコーン−アクリル系複合樹脂を含む耐候性層形成用塗布液をポリマー支持体の裏面側のコロナ処理面に、バインダー塗布量が5.1g/m2、二酸化チタン塗布量が7.6g/m2となるよう塗布して、175℃で2分間乾燥してシリコーン−アクリル系複合樹脂を含む、厚み10μmの耐候性層を形成した。
カラー濃度計X−rite 310TR(X−rite社製)を用いて、実施例1のポリマーフィルムの、視覚濃度を下記方法で測定した。得られた結果を下記表1に記載した。
ポリマーシートをカラー濃度計にセットし、透過視覚濃度を測定し、下記式を用いて、視覚透過率を計算した。
視覚透過率(%)=100/10透過視覚濃度
ポリマーシートの下に黒紙を敷き、ポリマーシートの両面の反射視覚濃度を測定し、反射視覚濃度と下記式を用いて、ポリマーシート両面の視覚反射率を計算した。
視覚反射率(%)=100/10透過反射濃度
また、ポリマーシートのA面側(耐候性層)とB面側(白色層側)の視覚反射率から、ポリマーシート表裏の視覚反射率の差も計算した。
ポリマーシートをカラー濃度計にセットし、透過視覚濃度を測定し、下記式にて、視覚吸収率を求めた。なお、両面で、視覚反射率が異なる場合には、小さい方の値を用いた。
視覚吸収率=100−視覚透過率−視覚反射率 (%)
実施例1において、下記表1に記載のように、耐候性層形成用塗布液のカーボンブラックと二酸化チタンの添加量を変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜7及び比較例1〜3のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
耐候性層形成用塗布液の、シリコーン−アクリル系複合樹脂を、有機ポリマーであるフッ素系樹脂(オブリガートSW0011F、AGCコーテック(株)製、濃度36質量%))に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例8のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
耐候性層形成用塗布液の、カーボンブラック水分散液を、キナクリドンレッド水溶液(AFレッドE−17、大日精化(株)製、濃度40%)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例9のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
耐候性層形成用塗布液の、チタン分散液を、中空粒子水溶液(ローペイクOP−84J、ローム&ハース(株)製、濃度43%)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例10のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
実施例1のフィルム状ポリマー支持体の作製において、二酸化チタン(タイペークCR−95、石原産業(株)製、粉体)を、ポリエステルの質量に対して、15質量%とカーボンブラック(カーボンブラックMA100、三菱化学(株)製、粉体)を0.053質量%添加し、灰色に着色した2軸延伸ポリエチレンテレフタレート基材を作成し、耐候層を塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
実施例11において、フィルム状ポリマー支持体中に、カーボンブラックを添加しなかったこと以外は実施例11と同様にして、比較例4のポリマーシートを作製し、その特性(光学濃度)を求めた。
フッ素フィルム/PETフィルム/フッ素フィルムを貼合わせた、市販の太陽電池用裏面保護シート(Icosolar 2442、イソボルタ(株)社製)を用いて、その特性(光学濃度)を求め、本発明のポリマーシートと比較した。
EVAフィルム/PETフィルム/変性フッ素フィルムを貼合わせた、市販の太陽電池用裏面保護シート(Scotchshiled 17T、3M(株)社製)を用いて、その特性(光学濃度)を求め、本発明のポリマーシートと比較した。
各実施例及び比較例で作製したポリマーシートについて、以下の評価を行った。評価結果は、下記表1に示した。
明るさ10000ルクスの室内で、1m角の各実施例および比較例のポリマーシートを透かし、面状故障の視認性を下記の評価基準にしたがって5段階で評価した。なお、本評価における面状故障とは、大きさが直径1mm以上のフィッシュアイやハジキ故障が確認できることを言う。
《評価基準》
5点:30秒以内に、面状故障の視認が可能である。
4点:60秒未満に、面状故障の視認が可能である。
3点:面状故障の視認に、60秒以上の時間がかかる。
2点:面状故障の識別に、5分以上の時間がかかる。
1点:目視では、面状故障の視認が、不可能である。
明るさ10000ルクスの室内で、1m角の各実施例および比較例のポリマーシートを透かし、表裏の識別性を下記の評価基準にしたがって5段階で評価した。
《評価基準》
5点:30秒以内に、表裏の識別が可能である。
4点:60秒未満に、表裏の識別が可能である。
3点:表裏の識別に、60秒以上の時間がかかる。
2点:表裏の識別に、5分以上の時間がかかる。
1点:目視では、表裏の識別が、不可能である。
−太陽電池モジュールの作製−
実施例及び比較例のポリマーシートに対して、事前に明るさ10000ルクスの室内で、目視にて面状検査を実施した。その後、目視にて判断できた面状不良部分を取り除き、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(縦1×横2m)と、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、実施例及び比較例のポリマーシートとを、ポリマーシートの白色層がEVAシートと直接接するように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、結晶系の太陽電池モジュールを作製した。なお、接着方法は以下の通りである。
<接着方法>
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。
得られた、結晶系太陽電池セル(縦1×横2m)の外観を、明るさ10000ルクスの室内で、目視にて調べ、下記の評価基準にしたがって5段階で評価した。
次に、作製された太陽電池モジュールを120℃、相対湿度100%の環境条件下に120時間放置した後の、外観を、明るさ10000ルクスの室内で、目視にて調べ、下記の評価基準にしたがって5段階で評価した。
《評価基準》
5点:外観故障が見当たらない。
4点:大きさ1mm以上の外観故障がなく、大きさ1mm未満の外観故障が1個以内である。
3点:大きさ1mm以上の外観故障がなく、大きさ1mm未満の外観故障が3個以内である。
2点:大きさ1mm以上の外観故障が1個以上ある。
1点:大きさ1mm以上の外観故障が1個以上あり、大きさ1mm未満の外観故障が3個以上ある。
一方、視覚吸収率が本発明で規定する下限値を下回る比較例1、2、4および6のポリマーシートは面状故障の視認性が悪く、各比較例のポリマーシートを用いて製造した太陽電池モジュールは外観故障率が高いことがわかった。
視覚透過率が本発明で規定する上限値を上回り、かつ、視覚吸収率が本発明で規定する下限値を下回る比較例3のポリマーシートは面状故障の視認性が悪く、比較例3のポリマーシートを用いて製造した太陽電池モジュールは外観故障率が高いことがわかった。
視覚透過率が本発明で規定する下限値を下回る比較例5のポリマーシートは面状故障の視認性が悪く、比較例5のポリマーシートを用いて製造した太陽電池モジュールは外観故障率が高いことがわかった。
3 バインダーと、着色剤と、散乱粒子を含有する層(耐候性層)
12 本発明のポリマーシート(本発明の太陽電池モジュール用裏面保護シート)
16 ポリマー支持体
22 封止材
20 太陽電池素子
24 透明性のフロント基板(強化ガラス)
10 太陽電池モジュール
Claims (10)
- 視覚透過率及び視覚吸収率が下記式(1)および(2)を満足することを特徴とするポリマーシート。
5%≦視覚透過率≦50% 式(1)
10%≦視覚吸収率≦50% 式(2) - 太陽電池用裏面保護シートであることを特徴とする請求項1に記載のポリマーシート。
- 有機ポリマー、無機ポリマーまたは有機・無機複合ポリマーからなるバインダーと、着色剤と、散乱粒子を1つの層中に含有し、
前記バインダー、着色剤および散乱粒子を含有する層における前記着色剤の含有量W1と前記散乱粒子の含有量W2が下記式(3)を満足することを特徴とする請求項1または2に記載のポリマーシート。
1000≦W2/W1≦30000 式(3)
(式中、W1は前記バインダーに対する着色剤の含有量(質量%)を表し、W2は前記バインダーに対する散乱粒子の含有量(質量%)を表す) - 前記着色剤がカーボンブラックであることを特徴とする請求項3に記載のポリマーシート。
- 前記散乱粒子が二酸化チタンであることを特徴とする請求項3または4のいずれか一項に記載のポリマーシート。
- 2層以上の積層体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリマーシート。
- さらにポリマー支持体を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマーシート。
- さらに白色顔料を含有する白色層を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリマーシート。
- 表裏の視覚反射率が3%以上異なることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリマーシート。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリマーシートを太陽電池モジュール用裏面保護シートとして具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
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