JP2014108965A - 耐候性樹脂層、積層体及び太陽電池モジュール - Google Patents

耐候性樹脂層、積層体及び太陽電池モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】耐候性、及び耐水性に優れ、廃棄した際に生じる廃棄物からの有害物質の発生が抑制された耐候性樹脂層、及びそれを用いた積層体を提供する。
【解決手段】(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有することを特徴とする耐候性樹脂層。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐候性樹脂層及び積層体に関し、特に、太陽電池裏面保護シートに好適に用いられる耐候性樹脂層及び積層体、並びに、それを用いた太陽電池モジュールに関する。
従来から、太陽電池用裏面保護シート等の太陽電池、道路防音壁外装、一般建材(屋根・壁)、看板、農業用ビニールハウス等の屋外使用製品に、耐候性を示す耐候性樹脂層を有する積層体が必要とされている。このような耐候性樹脂層として、PVF、PVDF又はETFE等のフッ素樹脂フィルムが用いられている。これらのフッ素樹脂フィルムは、優れた耐候性、耐薬品性、及び耐汚染性を示す。
しかしながら、フッ素樹脂フィルムはハロゲン物質を含有しているため、焼却等により処理した際に、廃棄物から有害物質が発生するという問題がある。また、フッ素樹脂フィルムは水分透過性が高い。このため、フッ素樹脂フィルムを外層とし、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の他の樹脂フィルムを内層として積層体とした場合、樹脂フィルムが加水分解等の劣化を生じ易いという問題がある。
これらの問題を解消した耐候性樹脂層を有する積層体として、耐候性PETフィルムを備える積層体が開示されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。
しかしながら、上記特許文献1及び2に開示された積層体は、紫外線を浴びることにより耐候性PETフィルムが変色を生じ、且つ、強度の低下を生ずるという問題がある。特に、太陽電池用裏面保護シートに用いられた場合、紫外線により耐候性PETフィルムに変色が生じると脆くなり、外気中の水分が浸透し易くなったり、脆くなった箇所にクラックを生じて太陽電池裏面保護シートの絶縁性が低下したりするという問題がある。
特開2009−188072号公報 特開2000−114565号公報
本発明は、耐候性、及び耐水性に優れ、廃棄した際に生じる廃棄物からの有害物質の発生が抑制された耐候性樹脂層、及びそれを用いた積層体を提供する。
本発明者は上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、耐候性樹脂層が、特定のアクリルポリオール樹脂を含有する構成とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の耐候性樹脂層、積層体及び太陽電池モジュールに関する。
1.(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有することを特徴とする耐候性樹脂層。
2.前記アクリルポリオール樹脂の含有量は、前記耐候性樹脂層100質量%に対して5〜40質量%である、上記項1に記載の耐候性樹脂層。
3.酸化チタンを10〜60質量%含有する、上記項1又は2に記載の耐候性樹脂層。
4.エポキシ樹脂を0.5〜6.0質量%含有する、上記項1〜3のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
5.ポリカーボネート樹脂を0.5〜6.0質量%含有する、上記項1〜4のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
6.無黄変ポリイソシアネートを含む、上記項1〜5のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
7.上記項1〜6のいずれかに記載の耐候性樹脂層が、樹脂フィルムの少なくとも一方の面に積層されていることを特徴とする積層体。
8.前記樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含む、上記項7に記載の積層体。
9.太陽電池裏面保護シートである、上記項7又は8に記載の積層体。
10.上記項7〜9のいずれかに記載の積層体を用いて得られる太陽電池モジュール。
本発明の耐候性樹脂層は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有することにより、耐候性、及び耐水性に優れている。また、フッ素等のハロゲン物質を実質的に含有しないため、焼却等により廃棄した際に生じる廃棄物からの有害物質の発生が抑制されている。
本発明の耐候性樹脂層を樹脂フィルムに積層して積層体とすることにより、耐候性及び耐水性に優れた積層体を得ることができる。本発明の耐候性樹脂層を用いた積層体を、特に、太陽電池裏面保護シートとして用い、太陽電池モジュールを形成することにより、耐候性、耐水性に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。
本発明の耐候性樹脂層を用いた積層体の一実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。
本発明の耐候性樹脂層は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有することを特徴とする。
上記特徴を有する本発明の耐候性樹脂層は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むことにより、耐候性に優れ、且つ、耐水性に優れている。また、フッ素等のハロゲン物質を実質的に含有しないため、焼却等により廃棄した際の有害物質の発生が抑制されている。また、本発明の積層体は、上記耐候性樹脂層が、樹脂フィルムの少なくとも一方の面に積層されているので、耐候性及び耐水性に優れている。更に、上記積層体を太陽電池モジュールに用いることにより、耐候性及び耐水性に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルとは、アクリル酸ヒドロキシエステル、メタクリル酸ヒドロキシエステル又は両者を含む意味で使用される。また、本明細書において、ハロゲン物質を実質的に含有しないとは、耐候性樹脂層を形成する主剤及び硬化剤に、ハロゲン物質が積極的に添加されていないことを意味する。従って、上記耐候性樹脂層が不可避不純物としてハロゲン物質を含む場合を除外する意味ではない。
(アクリルポリオール樹脂)
本発明の耐候性樹脂層は、アクリルポリオール樹脂を含有する。耐候性樹脂層中のアクリルポリオールの含有量は、耐候性樹脂層100質量%に対して5〜40質量%が好ましく、10〜20質量%がより好ましい。アクリルポリオール樹脂の含有量が少な過ぎると、耐候性樹脂層の柔軟性が低下し、樹脂フィルム等と積層された際に、経時的に剥離を生じるおそれがある。また、アクリルポリオール樹脂の含有量が多過ぎると、樹脂フィルムとしてPETフィルムが積層された際に、耐候性樹脂層と、樹脂フィルムとの間でブロッキングを生じるおそれがある。
上記アクリルポリオール樹脂は、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含む。
(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルとしては特に限定されないが、例えば、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘプチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシノニル(メタ)アクリレート、ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシウンデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシドデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体としては特に限定されないが、例えば、上記(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルとして列挙した化合物を共重合させたものを用いることができる。共重合の状態としては、例えば、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合(グラフト変性)などが挙げられる。
本発明の耐候性樹脂層は、アクリルポリオール樹脂の他に、他の成分を含有していてもよい。上記他の成分としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、酸化チタン等が挙げられる。
上記エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、アルキルフェノールモノグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、変性ノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格変性多官能型エポキシ樹脂、アルキルジフェノール型エポキシ樹脂、ポリエーテルエステル型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、変性フェノキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂の含有量は、耐候性樹脂層100質量%に対して0.5〜6.0質量%であることが好ましい。エポキシ樹脂の含有量が少な過ぎると、湿熱試験により耐候性樹脂層が劣化して粘着性が生じ、耐候性が低下するおそれがある。エポキシ樹脂の含有量が多過ぎると、耐候性樹脂層と樹脂フィルムとの密着性が低下するおそれがあり、また、樹脂フィルム上に均一に塗工できないおそれがある。
上記ポリカーボネート樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリカーボネートジオール等が挙げられる。
ポリカーボネート樹脂の含有量は、耐候性樹脂層100質量%に対して0.5〜6.0質量%であることが好ましい。ポリカーボネート樹脂の含有量が少な過ぎると、湿熱試験により耐候性樹脂層が劣化して粘着性が生じ、耐候性が低下するおそれがある。エポキシ樹脂の含有量が多過ぎると、耐候性樹脂層と樹脂フィルムとの密着性が低下するおそれがあり、また、樹脂フィルム上に均一に塗工できないおそれがある。
耐候性樹脂層に上記酸化チタンを添加することにより、耐候性樹脂層に紫外線への耐久性を付与することができる。酸化チタンの含有量は、耐候性樹脂層100質量%に対して10〜60質量%であることが好ましい。酸化チタンの含有量が少な過ぎると、紫外線が耐候性樹脂層透過して、樹脂フィルムであるPET樹脂を劣化させるおそれがある。酸化チタンの含有量が多過ぎると、耐候性樹脂層と樹脂フィルムとの密着性が低下するおそれがある。
本発明の耐候性樹脂層は、上記アクリルポリオール樹脂、及び他の成分を、溶剤に溶解させた主剤を塗布することにより形成することができる。溶剤としては特に限定されないが、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、トルエン等が挙げられる。
本発明の耐候性樹脂層は、また、上記主剤に硬化剤を混合し、ウレタン樹脂として用いてもよい。上記硬化剤としては、ポリイソシアネート化合物を用いることができ、特にヘキサメチレンジイソシアネート等の無黄変ポリイソシアネートを用いることが好ましい。
ウレタン樹脂中の主剤と硬化剤との配合割合は、主剤を100重量部として、硬化剤が2〜10重量部であることが好ましく、3〜4重量部であることがより好ましい。硬化剤の割合が少な過ぎると、ウレタン樹脂の硬化が不十分となり、耐候性が十分に発揮できないおそれがある。硬化剤の割合が多過ぎると、硬化エージングにより発泡が発生して、生産性が低下するおそれがある。
本発明の耐候性樹脂層は、樹脂フィルムの少なくとも一方の面に積層することにより、積層体とすることができる。このような積層体も、本発明の一つである。図1に、本発明の積層体の一実施形態を示す。図1において、積層体10は、樹脂フィルム12の上に、耐候性樹脂層11が積層されている。
樹脂フィルムを形成する樹脂としては特に限定されないが、ハロゲン物質を実質的に含有しない樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートを含有する樹脂が挙げられる。ポリエチレンテレフタレートを含有する樹脂を内層とし、外層に上記耐候性樹脂層を積層した積層体とすることにより、外部からの紫外線を遮断することができ、内層の樹脂フィルムを紫外線から保護することができる。また、上記積層体は、フッ素等のハロゲン物質を実質的に含有しないため、焼却等により廃棄した際に生じる廃棄物からの有害物質の発生が抑制される。更に、上記積層体は、耐水性に優れており、PCT試験(プレッシャークッカー試験:試験条件120℃、湿度100%、0.2Mpa)を50hr行い、初期の破断伸度を100%として破断伸度の保持率を算出した場合に、高い破断伸度保持率を示す。
樹脂フィルムの少なくとも一方の面上に上記主剤、又は、主剤と硬化剤とを混合したウレタン樹脂組成物を塗工することにより、本発明の積層体を形成することができる。
塗工方法としては、均一な塗膜を形成することができれば特に限定されないが、例えば、グラビアコート、リバースコート、コンマコート、キスコート、ナイフコート、カーテンコート、押し出しコート、浸漬塗工、スプレー塗工等が挙げられる。
本発明の積層体を太陽電池裏面保護シートとして用いる場合は、積層体の太陽電池封止材と接着される面には、積層体と太陽電池封止材との密着性を向上させる目的で、更に、易接着層が設けられていてもよい。上記易接着層は、コート剤として積層体に塗布されることにより形成されてもよいし、フィルムとして積層されることにより形成されてもよい。
上記易接着層を形成する樹脂としては、積層体と太陽電池封止材との密着性を発現できれば特に限定されないが、例えば、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリエチレン樹脂等が挙げられる。
積層体にガスバリア性及び水蒸気バリア性を付与するために、上記耐候性樹脂層上に、ガスバリア層が積層されていてもよい。上記ガスバリア層は、耐候性樹脂層上に一層積層されていてもよいし、複数層積層されていてもよい。上記ガスバリア層が積層された積層体の層構成の例としては、上から順に、ガスバリア層/耐候性樹脂層/樹脂フィルム、又は、ガスバリア層/ガスバリア層/耐候性樹脂層/樹脂フィルム、とする層構成が挙げられる。
上記ガスバリア層を形成する材料としては、ガスバリア性、又は水蒸気バリア性を示すことができれば特に限定されないが、アルミニウム箔や、アルミナ蒸着フィルム、シリカ蒸着フィルム等の無機酸化物蒸着フィルムを用いることができる。
本発明の積層体を太陽電池裏面保護シートとして用い、太陽電池モジュールを作製する場合、太陽電池裏面保護シートとして上記積層体を備える以外は、公知の構成を利用することができる。
本発明の太陽電池モジュールの例を図2に例示する。図2において、本発明の耐候性樹脂層を備える積層体10は、太陽電池裏面保護シートとして用いられ、発電セルを封止する封止材20、発電セル30、ガラス板40及びフレーム50と組み合わされて太陽電池モジュール1を構成している。
上記太陽電池モジュールにおいては、耐候性樹脂層、積層体以外の太陽電池裏面保護シートのフィルムの層構成、太陽電池モジュールの構成材料である発電セル、発電セルを封止する封止材、ガラス板、フレーム等の公知の構成をそのまま利用することができる。
以下に実施例、比較例及び試験例を示して本発明の特徴を一層明確にする。但し本発明の範囲は、実施例に限定されるものではない。
実施例1
(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を、ウレタン樹脂組成物100質量%に対して15質量%となるように採取した。このアクリルポリオール樹脂に、ウレタン樹脂組成物100質量%に対してエポキシ樹脂が0.5質量%、ポリカーボネート樹脂が0.5質量%、及び酸化チタンが50質量%となるようにこれらの添加剤を混合して、主剤を調製した。
調製した主剤に、硬化剤として無黄変ポリイソシアネートを添加して、ウレタン樹脂組成物とした。ウレタン樹脂組成物中の無黄変ポリイソシアネートの含有量は、主剤100重量部に対して4重量部であった。
次いで、樹脂フィルムとして厚み125μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡株式会社製:商品名 東洋紡エステルフィルムE5201)を用意した。この樹脂フィルム上に、上記のようにして調製したウレタン樹脂組成物をグラビア印刷にて5μmの厚みで塗工し、エージングにより硬化させることにより、樹脂フィルム上に耐候性樹脂層を形成して積層体を得た。
比較例1
耐候性ポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製、商品名:X10S 厚み50μm)を用意し、比較例1の耐候性樹脂層とした。
比較例2
耐候性樹脂層に代えて、耐候性ポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製、商品名:X10S 厚み50μm)を用い、樹脂フィルム上にウレタン系接着剤を用いて接着した以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
ウレタン系接着剤の塗布量は、固形分で10g/mであり、エージングを行なうことにより硬化させた。
比較例3
耐候性樹脂層に代えて、PVFフィルム(デュポン社製 厚み38μm)を用い、樹脂フィルム上にウレタン系接着剤を用いて接着した以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
ウレタン系接着剤の塗布量は、固形分で10g/mであり、エージングを行なうことにより硬化させた。
実施例1及び比較例1〜3で得られた積層体、又は耐候性樹脂層について、下記試験例1〜3に示す試験を行った。
試験例1
<耐候性(変色)評価>
耐候性の評価としてUV照射試験を行った。具体的には、実施例1及び比較例1〜3で得られた積層体、又は耐候性樹脂層の色差を、エックスライトMA68IINS試験機(X−Rite Inc.製)を用いて測定し、初期の色差とした。次いで、実施例1及び比較例1〜3で得られた積層体、又は耐候性樹脂層に、メタルハライドランプを用いて、1000w/m、300〜400nm、30hrの条件でUVを照射した。これらのUVが照射された積層体、又は耐候性樹脂層の色差を、上記試験機を用いて測定し、UV照射後の色差とした。初期の色差のΔb*値と、UV照射後の色差のΔb*値との差を算出した。Δb*値の差が≦3の場合、目視では変色の判断が困難なレベルであるので評価結果を「○」とした。また、Δb*値の差が>3の場合、目視にて変色が視認できるため評価結果を「×」とした。結果を表1に示した。
試験例2
<耐候性(破断伸度変化)評価>
実施例1及び比較例1〜3の積層体、又は耐候性樹脂層について、耐候性(UV照射後破断伸度変化)評価を行なった。具体的には、実施例1及び比較例1〜3で得られた積層体、又は耐候性樹脂層について、破断伸度を測定して、初期破断伸度とした。また、上述の試験例1の条件でUVを照射した積層体、又は耐候性樹脂層についても破断伸度を測定し、UV照射後破断伸度とした。
なお、これらの破断伸度は、実施例1及び比較例1〜3の積層体、又は耐候性樹脂層を幅10mm・長さ150mmの大きさに切り出して試料とし、ストログラフ試験機を用いて、引張速度200mm/minの条件で試料を破断させたときの伸び率を測定することにより得られる値である。
初期破断伸度の測定値を100%とした場合のUV照射後破断伸度の測定値の割合を%で算出して、UV照射後の破断伸度保持率とした。破断伸度保持率が50%以上の場合、評価結果を「○」とし、50%未満の場合、評価結果を「×」とした。結果を表1に示した。
試験例3
<耐水性評価>
実施例1及び比較例1〜3の積層体、又は耐候性樹脂層について、耐候性(PCT試験後破断伸度変化)評価を行なった。具体的には、実施例1及び比較例1〜3で得られた積層体、又は耐候性樹脂層について、プレッシャークッカー(PCT)試験機を用いて、温度120℃、湿度100%、圧力0.2MPa、試験時間50hrの条件下でPCT試験を行った。
試験例2と同様の方法で初期破断伸度、及びPCT試験後破断伸度を測定し、初期破断伸度の測定値を100%とした場合のPCT試験後破断伸度の測定値の割合を%で算出して、PCT試験後の破断伸度保持率とした。破断伸度保持率が50%以上の場合、評価結果を「○」とし、50%未満の場合、評価結果を「×」とした。結果を表1に示した。
Figure 2014108965
表1に示すように、試験例1及び2の結果から、実施例1の積層体は、耐候性樹脂層が、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有するので、UV照射後の変色が抑制されており、且つ、UV照射後の破断伸度保持率が高く、耐候性に優れていることが分かった。また、試験例3の結果から、実施例1の積層体は、PCT試験後の破断伸度保持率が高く、耐水性に優れていることが分かった。
一方、比較例1の耐候性樹脂層、及び比較例2の積層体は、耐候性ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いているので、UV照射により変色を生じており、UV照射後の破断伸度保持率が低く、耐候性に劣っていた。また、比較例1の耐候性樹脂層、及び比較例2の積層体は、PCT試験後の破断伸度保持率が低く、耐水性に劣っていた。
また、比較例3の積層体は、耐候性樹脂層としてPVFフィルムを用いているので、耐候性樹脂層が水分を透過するため、下層の樹脂フィルムが劣化してしまい、PCT試験後の破断伸度保持率が低くなっており、耐水性に劣ることが分かった。
1.太陽電池モジュール
10.積層体
11.耐候性樹脂層
12.樹脂フィルム
20.封止材
30.発電セル
40.ガラス板
50.フレーム

Claims (10)

  1. (メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルと、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステルの共重合体とを含むアクリルポリオール樹脂を含有することを特徴とする耐候性樹脂層。
  2. 前記アクリルポリオール樹脂の含有量は、前記耐候性樹脂層100質量%に対して5〜40質量%である、請求項1に記載の耐候性樹脂層。
  3. 酸化チタンを10〜60質量%含有する、請求項1又は2に記載の耐候性樹脂層。
  4. エポキシ樹脂を0.5〜6.0質量%含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
  5. ポリカーボネート樹脂を0.5〜6.0質量%含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
  6. 無黄変ポリイソシアネートを含む、請求項1〜5のいずれかに記載の耐候性樹脂層。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の耐候性樹脂層が、樹脂フィルムの少なくとも一方の面に積層されていることを特徴とする積層体。
  8. 前記樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項7に記載の積層体。
  9. 太陽電池裏面保護シートである、請求項7又は8に記載の積層体。
  10. 請求項7〜9のいずれかに記載の積層体を用いて得られる太陽電池モジュール。
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