JP2014090113A - 太陽電池モジュール用バックシート - Google Patents

Abstract

【課題】セルに向けた光の反射効率を向上することで、モジュールの高い発電効率を達成できる太陽電池用バックシートを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール用バックシート５は、太陽光の入射側から、順次積層される、透明な樹脂からなるマトリクス１２と、マトリクス１２に保持されるＴｉＯ_２粒子及びＳｉＯ_２からなる拡散反射粒子１１ａ、１１ｂとを備える拡散反射層１１と、白色樹脂層１３と、バリア層１５とを備える。拡散反射層１１は、ＴｉＯ_２粒子及びＳｉＯ_２粒子の含有量が、５〜４０質量％であり、粒子の含有比率（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２）が５〜５０であり、ＴｉＯ_２粒子及びＳｉＯ_２粒子の平均粒子径が、０．３５〜０．７５μmであり、さらに太陽光の入射側表面の鏡面光沢度が４〜１２％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの裏側に配置されるバックシートに関する。

太陽電池モジュール（以下、モジュールと称する）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（以下、セルと称する）を主たる構成要素としており、フロントシートと称される表面保護層と、セルが配置されるセル保持層と、バックシートと称される裏面保護層とを順に積層し、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。太陽光は、フロントシートの側からモジュールに入射する。なお、セルの材質、モジュールの積層構造はあくまで一例である。

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セル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、バックシートは、フロントシートの側から入射してバックシートまで透過した太陽光をセルに向けて反射し、その反射光を用いてセルにおける発電効率を向上させるという効果も発揮する。
そこで、バックシートにはセルに対向する側に、光学反射性の良い白色の樹脂層が設けられている。しかし、光の反射が正反射のみだと、反射光はセルに当たらずそのままセル保持層（セルのない部分）及びフロントシートを透過して外部に抜けてしまい、発電に寄与しない場合がある。これを避けるためには、色々な角度の反射光をバックシートで生成させることが必要である。しかし、一般的な白色の樹脂層は、正反射の方が多く発生してしまう。

そこで、例えば、特許文献１は、高い白色度を有する白色ポリエチレンテレフタレート層（白色樹脂層）に加えて、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を設けることを提案している。特許文献１のバックシートによると、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、とされている。

特開２００９−３０２３６１号公報

自然エネルギによる発電の期待がますます高くなる中で、発電効率を向上することがモジュールにおける重要な課題となっている。
そこで本発明は、セルに向けた光の反射効率を向上することで、モジュールの高い発電効率を達成できるバックシートを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた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、拡散反射層と、白色樹脂層と、バリア層とを備える。
本発明における拡散反射層は、透明な樹脂からなるマトリックスと、前記マトリックスに保持されるＴｉＯ_２粒子、及び、ＳｉＯ_２粒子からなる拡散反射粒子と、を備える。
ＴｉＯ_２粒子及びＳｉＯ_２粒子は、合計の含有量が５〜４０質量％、かつ、含有比率（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２）が５〜５０であり、ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子を含む拡散反射粒子としての平均粒子径が０．３５〜０．７５μｍであり、拡散反射層は、太陽光の入射側表面の鏡面光沢度（ＪＩＳ Ｚ８７４１によるＧｓ（６０°））が４〜１２（％）であることを特徴とする。

本発明によれば、セルに向けた光の反射効率を向上することで、高い発電効率のモジュールか得られるバックシートが提供される。

本実施の形態における太陽電池用バックシートの断面図を示している。 本実施の形態における太陽電池用バックシートが適用される太陽電池モジュールの概略的な断面図を示している。 本実施の形態において剥離性の評価方法（端部垂下法）について説明する図である。

以下、拡散反射層と、白色樹脂層と、バリア層と、を備える、本実施形態における太陽電池用バックシート５（以下、バックシート５）を、図面を参照して説明する。
初めに、図２を参照して、バックシート５が用いられる太陽電池モジュール１００（以下、モジュール１００）について説明する。
モジュール１００は、フロントカバー２と、例えばＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合）樹脂からなるセル保持層７と、バックカバー３と、がこの順で積層されており、セル保持層７の中に、光起電力素子としての複数個のセル１（以下、セル１）が並んで配設されている。モジュール１００は、フロントカバー２の側で太陽光の照射を受ける。

モジュール１００を構成する光起電力素子としてのセル１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。

フロントカバー２は、セル１を保護する。したがって、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。ただし、照射された太陽光がセル１に到達するために、フロントカバー２は光透過性に優れることが必要である。フロントカバー２は、具体的には、透明な耐候性樹脂フィルムからなるフロントシート４と、接着剤層６ａと、から構成されている。接着剤層６ａはフロントシート４のセル保持層７に対向する側の面に配置されており、フロントシート４は接着剤層６ａを介してセル保持層７に接合される。

セル保持層７は、複数個のセル１が埋め込まれることで、セル１を保持している。セル保持層７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、モジュール１００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、モジュール１００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。

バックカバー３は、セル１を保護する点では、フロントカバー２と同様の機能を果たす。ただし、バックカバー３は、フロントカバー２、セル保持層７を透過してきた太陽光を、セル１に向けて反射させる機能を有する点でフロントカバー２とは相違する。
バックカバー３は、具体的には透過してきた光を反射するバックシート５と、接着剤層６ｂと、から構成される。接着剤層６ｂはバックシート５のセル保持層７に対向する側の面に配置されており、バックシート５は接着剤層６ｂを介してセル保持層７に接合される。

太陽光はフロントカバー２の方向からモジュール１００に入射する。モジュール１００に入射した太陽光の内、セル１に入射した太陽光は、セル１で電力に変換される。一方、隣接するセル１の間を通過した太陽光は、バックシート５で反射されることでセル１に入射して電力に変換される。本実施形態は、バックシート５に特徴を有するものであり、以下詳細に説明する。

本実施形態におけるバックシート５は、図１に示すように、セル保持層７に対向する側から、拡散反射層１１と、白色樹脂層１３と、バリア層１５とが、この順で積層されている。
バックシート５の太陽光の入射側に位置する拡散反射層１１は、セル保持層７、接着剤層６ｂを透過してきた太陽光をセル１に向けて反射させる。太陽光は、拡散反射層１１の拡散粒子１１ａおよび１１ｂの表面で拡散反射することによってセル１に向かう。このように、拡散反射層１１は、光電交換効率を上昇させる作用をもつ。ただし、拡散反射層１１で反射されずに透過した太陽光は、白色樹脂層１３又はバリア層１５で反射され、拡散反射層１１に再度入射して、セル１に向けて反射される。
白色樹脂層１３は、拡散反射層１１を透過してきた光を、拡散反射層１１に向けて反射させる。
バリア層１５は、拡散反射層１１および白色樹脂層１３を透過してきた光を、拡散反射層１１に反射させる作用とともに、外部からの水分や酸素の浸入を防止する。
以下、太陽電池用バックシート５を構成する各層について、より詳細に説明する。

(Ａ)拡散反射層１１について
拡散反射層１１は、透明な樹脂からなるマトリクス１２と、樹脂中に分散されている２種類の拡散粒子１１ａおよび１１ｂと、からなり、受けた光を拡散粒子１１ａおよび１１ｂにより拡散させることで、セル１に向けて反射させる。
マトリクス１２を構成する樹脂としては、透明であることに加え、耐熱性および耐候性をもつものを使用することができる。例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂を用いることができる。
二種類の拡散粒子１１ａおよび１１ｂとして、本実施形態は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子および酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粒子を用いる。
なお、拡散反射層１１の厚さは、１〜１０μｍとすることが好ましく、２〜４μｍとすることがより好ましい。なお、長尺のフィルムとして作製されたものを必要な寸法に切断し、貼り付けられることで拡散反射層１１が構成される。

次に、本実施の形態における拡散反射層１１について詳しく説明する。
［鏡面光沢度：４〜１２］
拡散反射層１１は、４〜１２の鏡面光沢度を有する。鏡面光沢度を測定することにより、拡散反射層１１における光の拡散性を評価することができる。
鏡面光沢度が４未満では、拡散が大きくなることにより全体の反射率が低下し、結果として光電変換効率が低下する。一方、鏡面光沢度が１２を超えると、正反射の割合が大きくなり、セル１に向けて反射する光が少なくなるため、光電交換効率が低下する。したがって、拡散反射層１１の太陽光が入射する面の鏡面光沢度を、４〜１２とする。なお、同様の理由により、鏡面光沢度は、６．５〜１１とすることが望ましく、７〜１０．５とすることがさらに好ましい。
なお、本発明における鏡面光沢度は、ＪＩＳ Ｚ８７４１に準拠し、入射角を６０度として測定した値（６０度鏡面光沢度：Ｇｓ（６０°））をいうものとする。

［ＴｉＯ_２粒子およびＳｉＯ_２粒子の合計量：５〜４０質量％］
拡散反射層１１は、拡散粒子としてＴｉＯ_２粒子およびＳｉＯ_２粒子を含む。両者はともに受けた光を拡散反射させる点では共通するが、ＴｉＯ_２粒子は拡散反射効果が大きく、一方、ＳｉＯ_２粒子は拡散反射層１１をなすフィルムのブロッキング防止に有効である。そこで本発明は、ＴｉＯ_２粒子およびＳｉＯ_２粒子の両方を含有する。
そして、拡散反射層１１の鏡面光沢度は、拡散反射層１１に含まれるＴｉＯ_２粒子およびＳｉＯ_２粒子の合計量に影響を受ける。
合計量が５質量％未満では入射した光の拡散反射が小さくなり、結果として鏡面光沢度が大きくなる。一方、合計量が４０質量％を超えると、入射した光の拡散（乱反射）が大きくなりすぎて「つや消し」の状態に近づき、鏡面光沢度が小さくなる。したがって、拡散反射層１１に含有される拡散粒子の合計量は、５〜４０質量％とする。同様の理由により、拡散粒子の合計量は、７〜３０質量％とすることが望ましく、さらには、１２〜２２質量％とすることがより好ましい。なお、拡散粒子の合計量（質量％）は、拡散反射層１１の全体の質量に対する比率である。

［ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子の含有比率（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２）：５〜５０］
拡散反射層１１の鏡面光沢度は、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の含有比率にも影響を受ける。
つまり、含有比率が小さくなると鏡面光沢度が小さくなり、含有比率が５未満では鏡面光沢度が４未満になってしまう。逆に、含有比率が大きくなると鏡面光沢度が大きくなり、含有比率が５０を超えると鏡面光沢度が１２を超えてしまう。
したがって、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の含有比率は、５〜５０とする。なお、同様の理由により、当該比率を、６〜１０とすることが望ましく、さらには、７〜９とすることがより好ましい。

［拡散粒子（ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子）の平均粒子径：０．３５〜０．７５μｍ］
拡散反射層１１の鏡面光沢度は、含有している拡散粒子の平均粒子径にも影響を受ける。
つまり、平均粒子径が小さくなると、粒子同士の凝集が生じ、見かけの粒子径が大きくなるため、拡散反射が小さくなり、平均粒子径が０．３５μｍ未満では鏡面光沢度が１２を超えてしまう。また、平均粒子径が大きくなると、拡散反射が小さくなるため、鏡面光沢度が大きくなる。平均粒子径が０．７５μｍを超えると鏡面光沢度が１２を超えてしまう。したがって、平均粒子径は、０．３５〜０．７５μｍとする。なお、同様の理由により、平均粒子径は、０．４０〜０．７０μｍとすることが望ましく、さらには、０．５０〜０．６０μｍとすることがより好ましい。
なお、含有比率によっては、拡散粒子の平均粒子径がＴｉＯ_２の平均粒子径に依存する場合もある。しかし、鏡面光沢度は、粒子の材質に係らずに、あくまで粒子径の大小に影響されるものであるから、本発明は、ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子を含む拡散粒子としての平均粒子径を特定する。

(Ｂ)白色樹脂層１３について
白色樹脂層１３は、拡散反射層１１を透過してきた太陽光を拡散反射層１１（セル１）に向けて反射させる。白色樹脂層１３による反射は、正反射が主体となる。白色樹脂層１３がこのような作用をもつことで、拡散反射層１１で拡散反射する光を増大させることができるため、光電変換効率を向上させることができる。そのため、白色樹脂層１３には高い白色度を有することが望まれる。
さらに、拡散反射層１１やバリア層１５の剛性が低い場合には、白色樹脂層１３はバックシート５の機械的強度を担う。また、白色樹脂層１３には、耐水性、紫外線に対する耐久性等の耐候性を有するものが好ましい。
白色樹脂層１３としては、例えば、耐熱性、耐候性に優れるポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）に白色顔料を練り込んだ白色ポリエチレンテレフタレート（白色ＰＥＴ）からなるフィルムにより構成できる。また、他に、例えば、白色ポリエチレンナフタレート、白色ポリトリメチレンテレフタラート、白色ポリエチレンブチレンテレフタラートを使用することができる。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。また、白色樹脂層１３は、膜厚は２５〜１２５μｍとするのが好ましい。

(Ｃ)バリア層１５について
バリア層１５は、二つの作用をもつ。一つは、拡散反射層１１および白色樹脂層１３を透過してきた太陽光を反射することである。バリア層１５が透過してきた太陽光を反射することによって、拡散反射層１１で拡散反射する光を増大させることができる。二つ目は、外部からの水分や酸素等の浸入を防止することである。これらの浸入を防止することによって、拡散反射層１１および白色樹脂層１３の性能劣化を最小限に抑え、長期的に使用できる。したがって、バリア層１５には、光の反射性、ガス・水蒸気バリア性が求められる。
バリア層１５としては、アルミニウム箔を好適に使用することができるが、アルミニウム箔に限定されず、上記した作用を発揮しうる金属箔を使用することもできる。また、バリア層１５の厚さは、１０〜５０μｍとするのが好ましい。

［実施例］
以上説明した本実施形態におけるバックシートの効果を確認するために行った具体的な例を説明する。
[バックシート５の作成法]
拡散反射層１１、白色樹脂層１３及びバリア層１５として、下記のものを用意した。そして、アルミニウム箔（バリア層１５）の上に、白色ＰＥＴフィルム（白色樹脂層１３）をドライラミネート法によって接着させた。次に、白色ＰＥＴフィルムの上に、アクリル系樹脂溶液（拡散反射層１１）をコート法により塗布後、乾燥させて、試料（バックシート５）を作成した、なお、乾燥後の拡散反射層１１の厚さは４μｍである。また、平均粒子径は、メジアン径（ｄ５０）である。

拡散反射層１１：表1に示す量、平均粒子径を備えるＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子を、アクリル系樹脂溶液に混合し、撹拌することにより、コーティング原料を調製。なお、ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子は、実施例によって異なる。
白色樹脂層１３：白色ＰＥＴフィルム
（白色顔料：ＴｉＯ_２ １０質量％、厚さ：５０μｍ）
バリア層１５：アルミニウム箔（厚さ：２０μｍ）

[鏡面光沢度測定]
得られた試料を用いて、鏡面光沢度（Ｇｓ（６０°））をＪＩＳ Ｚ８７４１に準拠して測定した。その結果を表１に示す。

[光電交換効率測定]
得られた試料をバックシート５とするモジュール１００を作製して、光電交換効率を求めた。
モジュール１００は、概略以下の構成を備える。
セル１：微結晶シリコン薄膜（ＰＥ−ＣＶＤ法）
フロントカバー２：フロントシート４；板ガラス（厚さ：４ｍｍ）
接着剤層６ａ，６ｂ；ポリウレタン系接着剤
セル保持層７：ＥＶＡ樹脂（厚さ：３００μｍ）

得られた光電交換効率を下記基準により評価し、その結果を表１に示した。なお、評価基準には、拡散反射層１１を設けないことを除いて、上記バックシート５と同じ仕様の試料（表１ 参考例２）を用いた。
評価基準：＋０．５％以上：◎、＋０．３〜０．５％：○、＋０．３％未満：×

［剥離性（ブロッキング性）評価］
表１の実施例１〜１３、比較例１〜８の拡散反射層１１と同じ要素（樹脂、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２粒子）からなる厚さ５０μｍの樹脂フィルム２１を作製し、端部垂下法により剥離性を評価した。具体的には、図３に示したように、芯２０にロール状に巻いた樹脂フィルム２１の先端部を５０ｃｍ（垂下長さ）重力方向に垂下させ、下記基準により評価し、その結果を表１に示した。
評価基準：垂下部の自重により自然に巻きほぐれる場合：○
垂下部の自重により自然に巻きほぐれない場合：×

なお、上記実施の形態では、本発明の一実施形態を示したが、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 太陽電池素子（セル）
２ フロントカバー
３ バックカバー
４ フロントシート
５ 太陽電池用バックシート（バックシート）
６ａ，６ｂ 接着剤層
７ セル保持層
１１ 拡散反射層
１１ａ，１１ｂ 拡散粒子
１２ マトリクス
１３ 白色樹脂層
１５ バリア層
２０ 芯
２１ 樹脂フィルム
１００ モジュール

Claims (1)

1. 太陽光の入射側から、順次積層される、拡散反射層と、白色樹脂層と、バリア層とを備え、
   前記拡散反射層は、
   透明な樹脂からなるマトリックスと、前記マトリックスに保持されるＴｉＯ_２粒子、及び、ＳｉＯ_２粒子からなる拡散反射粒子と、を備え、
   ＴｉＯ_２粒子及びＳｉＯ_２粒子は、合計の含有量が５〜４０質量％、かつ、含有比率（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２）が５〜５０であり、
   ＴｉＯ_２粒子とＳｉＯ_２粒子を含む前記拡散反射粒子の平均粒子径が０．３５〜０．７５μmであり、
   太陽光の入射側表面の鏡面光沢度（ＪＩＳ Ｚ８７４１によるＧｓ（６０°））が４〜１２（％）である、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール用バックシート。