JP2015170735A - 太陽電池用裏面保護シートおよび該裏面保護シートを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐ブロッキング性を有し、作業性に優れ、かつ耐候性のよい太陽電池用裏面保護シートを提供することにある。
【解決手段】プラスチック基材の片面または両面に、フッ素樹脂層が形成されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、
前記フッ素樹脂層１１が、紫外線吸収性を有する無機顔料フィラー１２を含有し、
前記フッ素樹脂層の表面粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定される）が、０．２〜１０μｍの範囲であることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート５である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用裏面保護シートおよび該裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールに関するものである。

太陽光を利用するクリーンな発電技術として、太陽電池が近年注目を集めている。太陽電池は、シリコン、ＣｄＴｅ（カドミウムテルル）、ＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムセレナイド）などの光電変換素子により起電力を得るものである。一般に光電変換素子は必要出力を得るため複数個接続され、また、外部環境で長期間の使用において発電性能を保持する必要性から、図２に示すように、表面保護材２、封止材３、光電変換素子４、裏面保護シート５からなる構成の太陽電池モジュール１になっている。

この太陽電池モジュールの構成要素のなかで、裏面保護シートは、太陽電池を保護するために、機械的強度に優れ、かつ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐薬品性、防湿性、防汚性、電気絶縁性、その他などの諸特性に優れ、長期的な性能劣化を最小限に抑え、耐久性を有し、かつ、より低コストで安全なことが求められている。

このような特性を発現するために、基材フィルム層にフッ素樹脂を含む塗布液を塗布してフッ素樹脂層を形成したものが使用されている。

フッ素樹脂層の形成方法としては、フッ素樹脂からなるフィルムを接着剤で基材フィルム層に積層する方法や、上記のようなフッ素樹脂を含む塗布液を塗布して形成する方法がある。塗布して形成する方法は、プロセスの簡便性、各種添加剤によるフッ素樹脂層への機能付与の自由度が大きいなど、フィルムラミ方式に対する利点が多いが、その反面、塗布時における課題が生じる場合があり、特に、塗布、乾燥直後の巻き取りロールでのブロッキングの問題がある。

特許文献１、２には、保護シートのフッ素樹脂層にフィラーを添加し、耐ブロッキング性、作業性などに優れた樹脂組成物が開示されている。しかし、フィラーを添加することで紫外線への耐候性が低下し、保護シートに要求される性能を満たさないという問題が生じてしまう問題がある。

特開２０１０‐２１２４９６号公報 特開２０１３‐２０１３４１号公報

本発明は、このような背景技術に鑑みなされたものであり、耐ブロッキング性を有し、作業性に優れ、かつ耐候性のよい太陽電池用裏面保護シートを提供することにある。

上記の課題を解決するために、発明者は鋭意検討を行い、本発明を完成した。

本発明の請求項１に係る発明は、プラスチック基材の片面または両面に、フッ素樹脂層
が形成されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、
前記フッ素樹脂層が、紫外線吸収性を有する無機顔料フィラーを含有し、
前記フッ素樹脂層の表面粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定される）が、０．２〜１０μｍの範囲であることを特徴とする太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記無機顔料フィラーが、二酸化チタン、チタンブラック、カーボンブラックのうち、少なくとも１つ以上から選ばれたものからなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用裏面保護シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の太陽電池用裏面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。

本発明の太陽電池用裏面保護シートは、フッ素樹脂層に紫外線吸収性を有する無機顔料フィラーを含有し、かつフッ素樹脂層の表面粗さを規定することで、耐ブロッキング性を有し生産性に優れ、かつ耐候性のよいものである。

また、プラスチック基材の片面または両面に、フッ素樹脂層が形成され、該フッ素樹脂層が、紫外線吸収性を有する無機顔料フィラーを含有し、かつフッ素樹脂層の表面粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定される）が０．２〜１０μｍの範囲であることにより、耐ブロッキング性を有し、かつ耐候性の優れた太陽電池用裏面保護シートを形成できる。

また、無機顔料フィラーが、二酸化チタン、チタンブラック、カーボンブラックのうち、少なくとも１つ以上から選ばれたものからなることにより、さらに、耐候性の優れた太陽電池用裏面保護シートを形成することができる。

また、本発明の太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールは、耐候性、耐湿性、耐水性、耐薬品性などの諸特性に優れたものである。

本発明の太陽電池用裏面保護シートの層構成の一例を示す説明図である。 本発明の太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールの一例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態につき説明する。

図１は、本発明の太陽電池用裏面保護シートの層構成の一例を示す説明図である。裏面保護シート５は、プラスチック基材からなる基材フィルム層１０の表面にフッ素樹脂層１１が形成され、該フッ素樹脂層１１には、無機顔料フィラー１２が含有されている。

また、図１−２は、裏面保護シートの他の層構成の一例を示す説明図である。裏面保護シートにガスバリア層を積層した構成のものである。図１−１の裏面保護シート５にガスバリア層を積層したものである。層構成は、フッ素樹脂層１１／基材フィルム層１０／接着層１４／ガスバリア層１３の層構成になる。裏面保護シートにガスバリア層を積層することは、太陽電池モジュールへの水蒸気や酸素ガスのバリア性を向上させることができる。

また、図１−１、図１−２のフッ層樹脂層１１の表面は、その表面粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定される）が、０．２〜１０μｍの範囲で形成されている。このようにす
ることで、フッ素樹脂層を形成する製造時において、塗布、乾燥直後の巻き取りロールでのブロッキングを防止することができる。

さらに、本発明を実施するための形態につき詳しく説明する。

基材フィルム層１０としては、例えば、ポリエステルフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ナイロンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、ポリイミドフィルムなどが用いられ、中でも延伸されたものが好ましく、機械強度や寸法安定性を有するものが好ましい。特に、二軸方向に任意に延伸されたフィルムが好ましく用いられ、耐熱性、引張強度などの諸物性、電気絶縁性、価格面、防湿性などの観点から適宜選択できる。中でも二軸延伸ポリエステルフィルムが好ましく、耐加水分解性に優れたものが好ましい。

また、基材フィルム層に着色フィルムを用いてもよい。着色フィルムは、太陽電池モジュールの光利用効率を向上させ発電効率を向上させる機能があり、特に白色は、反射率が高くなり好ましい。白色フィルムとしては、酸化チタンなどの白色顔料をフィルム表面に塗布する方法や、フィルム成形時に練り込む方法、また発泡させたフィルムなどがあり、どれを用いても可能である。

また、基材フィルム層に、酸化チタンの他、酸化珪素、炭酸カルシウム、チッ化珪素、クレー、タルク、カオリン、ジルコニウム酸などの各種無機粒子や架橋高分子粒子、各種金属粒子などの粒子類、その他従来公知の抗酸化剤、金属イオン封鎖剤、イオン交換剤、着色防止剤、耐光剤、包接化合物、帯電防止剤、各種着色剤、ワックス類、シリコーンオイル、各種フッ素化合物、などを添加してもよい。

また、基材フィルム層とフッ素樹脂層との密着性を向上させるために、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、オゾン処理、グロー放電処理などの前処理を任意に施すことができる。

基材フィルム層の厚さは特に限定されるものではないが、フッ素樹脂層の塗布時での機械的強度、電気絶縁性、その他の太陽電池用部材との積層工程などを考慮して選択される。概ね２５〜３００μｍの範囲が適当であり、より５０〜１５０μｍの範囲が好ましい。

フッ素樹脂層１１は、基材フィルム層との密着性や耐候性、耐熱性などの各種機能を付与する目的で、フッ素樹脂層に硬化剤が配合されることが多い。硬化剤は、硬化性フッ素樹脂が有する硬化性基の種類に応じて最適なものを選択すればよく、硬化性基が水酸基である場合、イソシアネート系硬化剤が好適である。フッ素樹脂層は、少なくとも、樹脂骨格に水酸基を有し、汎用溶剤に可溶なフッ素樹脂と、ポリイソシアネートと、汎用溶剤からなる塗布液を、基材フィルム層へ塗布し、乾燥し、フッ素樹脂の水酸基とポリイソシアネートのイソシアネート基とをウレタン結合により架橋硬化させることで形成される。

フッ素樹脂層としては、構成単位の観点から、例えば、次のものが例示できる。パーフルオロオレフィン単位を主体とするパーフルオロオレフィン系ポリマーの具体例としては、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）の単独重合体、またはテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）との共重合体、さらにはこれらと共重合可能な他の単量体との共重合体などがあげられる。

これらのうち、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）を主体とするＴＦＥ系ポリマー、ビ
ニリデンフルオライド（ＶｄＦ）単位を主体とするＶｄＦ系ポリマーが、耐候性、耐熱性、耐薬品性の点で好ましい。

ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、などのプレポリマーなどを用いることができる。基材フィルム層との接着性およびフッ素樹脂層の耐溶剤性の観点から、キシレンジイソシアネート変性体、水素添加キシレンジイソシアネート変性体が好ましい。

ポリイソシアネートの形態としては、単体（モノマー）、三量体（トリマー）、その他の多量体、各種アルコール付加体（アダクト体）などを用いることができるが、基材フィルム層との密着性および耐溶剤性の観点からアダクト体であることが好ましい。

また、フッ素樹脂層には耐候性を要求されるため、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系などの紫外線吸収剤、塩基性炭酸鉛、塩基性硫酸鉛、塩基性珪酸鉛、亜鉛華、硫化亜鉛、リトポン、三酸化アンチモン、酸化チタンなどの白色顔料、ヒンダードフェノール系、リン系、イオウ系、トコフェロール系などの酸化防止剤、ヒンダードアミン系の光安定剤も適宜配合することができる。

紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系、サリート系、シアノアクリレート系、ヒドロキシフェニルトリアジン系などの紫外線吸収剤などが挙げられるが特に限定されるものではなく、フッ素樹脂との相溶性および必要な紫外線カット性を考慮し、適宜選択して用いることができる。

フッ素樹脂層を形成する方法としては、通常用いられる、ロールコーティング法、ナイフコーティング法、グラビアコーティング法、シルクスクリーン法、スプレーコーティング法などで形成できる。

フッ素樹脂層の厚さは、３〜５０μｍの範囲、好ましくは５〜４０μｍの範囲がよい。フッ素樹脂層の厚さが３μｍ未満では、塗布時での塗布膜のバラツキから、耐候性が低下する場合がある。また、フッ素樹脂層の厚さが５０μｍを超えると、機械的強度の低下、および生産価格面で不利になる。フッ素樹脂層の厚さは、走査型電子顕微鏡、マイクロメーター等を用いることによって測定可能である。

無機顔料フィラーは、フッ素樹脂層に分散されて使用される。無機顔料フィラーとしては、紫外線吸収性を有する無機物からなるフィラーを使用することができる。フィラーとしては、二酸化チタン、チタンブラックなどの酸化物からなるフィラーまたはカーボンブラックなどの他のフィラーを使用することができる。これらの中で、二酸化チタン、チタンブラックなどのフィラー、カーボンブラックのフィラーが好ましい。耐候性をさらに向上させることができる。無機顔料フィラーの平均粒径は０．２〜１０μｍの範囲が好ましい。平均粒径が０．２μｍ未満であると、フッ素樹脂層の表面凹凸が小さくなるため、耐ブロッキング性を付与できなくなり、平均粒径が１０μｍを超えると、太陽電池モジュールを製造する際に封止材との接着性が低下し、太陽電池モジュール用の裏面保護シートとしては不適になってしまう。

フッ素樹脂層の表面粗さは、表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される）が、０．２〜１０μｍの範囲であることにより、フッ素樹脂層を形成する製造時において、塗布、乾燥直後の巻き取りでのブロッキングを防止することができる。通常、表面の凹凸は粗さで数値化する事が多いが、本発明では、算術平均粗さＲａで表した。表面粗さは、規格ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１で定義され、接触式表面粗さ計を用いて、カットオフ値０．８ｍｍの条件で測定したときの平均値を意味する。

表面粗さＲａ値が０．２μｍ未満であると、フッ素樹脂層の表面凹凸が小さくなり、耐ブロッキング性を付与することができない。また、表面粗さＲａ値が１０μｍを超えると、太陽電池モジュールを製造する際に封止材との接着性が低下し、太陽電池モジュール用の裏面保護シートとしては不適になってしまう。

ガスバリア層としては、無機酸化物を蒸着したフィルムやアルミニウム箔が使用できる。これらを基材フィルム層に積層するには、例えば、２液硬化型ウレタン系接着剤を介してドライラミネート法にて可能である。

また、無機酸化物としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化カリウム、酸化錫、酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化チタン、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムなどの金属酸化物が使用できる。中でも生産性、価格面などから酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどが好ましい。

また、アルミニウム箔や無機酸化物が蒸着されたフィルムを積層する場合は、ドライラミネート用接着剤を用いドライラミネート法により可能である。接着剤としては、２液硬化型ウレタン系接着剤などを用いて行うことで可能である。

図２は、本発明の太陽電池用裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールの一例を示す説明図である。太陽電池モジュール１は、表側から表面保護シート２／封止材３／光電変換素子４／裏面保護シート５からなり、裏面保護シート５は、耐候性、耐湿性、耐水性、耐薬品性などを有しているため、太陽電池モジュールの品質（耐久性）を向上させることができる。

以下、本発明の具体的実施例について説明する。

フッ素樹脂層を形成するための塗布液を以下のように調整した。

フッ素樹脂として側鎖に水酸基を有するテトラフルオロエチレン共重合体（ＮＶ６５ｗｔ％、水酸基価：６５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］）と、
硬化剤として水素添加キシリレンジイソシアネート（アダクト変性体）（ＮＶ７５ｗｔ％、ＮＣＯ含有率１１ｗｔ％）と、
をフッ素樹脂と硬化剤の（ＮＣＯ／ＯＨ）比が１．２となるように添加し、
さらに、紫外線吸収剤（商品名：チヌビン４７７（ＢＡＳＦ製））を（紫外線吸収剤／フッ素樹脂）重量比が０．０４になるように添加し、
さらに、酢酸ブチルを固形分濃度が５０ｗｔ％となるよう添加し、フッ素樹脂層の塗布液を調製し、
さらに、無機顔料フィラーとして、平均粒子径６μｍのカーボンブラックを樹脂固形分に対して２０質量％を添加、混合してフッ素樹脂層の塗布液を調製した。フィラーの分散度の測定には深さ１５μｍの粒ゲージを用いた（ＪＩＳ−Ｋ５６００−２−５）。

上記塗布液を用い、ポリエステルフィルム（商品名：Ｓ１０、東レ（株）製、厚み１２５μｍ）の片面に塗布膜の厚みが１５μｍとなる条件で塗布、熱乾燥し、表面粗さＲａが０．２μｍのフッ素樹脂層を設けた。塗布方式はロールコーティング方式で行った。

次いで、上記ポリエステルフィルム面にガスバリアフィルム（商品名：ＧＬ−ＡＥＨ、凸版印刷（株）製、厚み１２μｍ）を２液硬化型ウレタン系接着剤を介して積層し太陽電
池用裏面保護シートを作成した。

カーボンブラックの量を調整しフッ素樹脂層の表面粗さＲａを２．０μｍにした以外、実施例１と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

カーボンブラックの代わりに二酸化チタンを使用し、平均粒子径６μｍの二酸化チタンの量を調整しフッ素樹脂層の表面粗さＲａを０．２μｍにした以外は、全て実施例１と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

平均粒子径６μｍの二酸化チタンの量を調整し樹脂層の表面粗さＲａを２．０μｍにした以外は、実施例３と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

以下、本発明の比較例について説明する。

＜比較例１＞
無機顔料フィラーを添加しない以外は、実施例１と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

＜比較例２＞
フッ素樹脂層の表面粗さＲａを０．１μｍとした以外は、実施例１と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

＜比較例３＞
無機顔料フィラーを酸化珪素とした以外は、実施例１と同様に行い太陽電池用裏面保護シートを作成した。

（ブロッキング評価）
実施例１〜４および比較例１〜３で作成した太陽電池用裏面保護シートのフッ素樹脂層の面とポリエステルフィルムと積層し、２ｋｇ/ｃｍ^２の加重を加えて、４０℃にて９６時間加圧した後、サンプルを観察し、以下のように分類した。
○：太陽電池裏面保護シートのフッ素樹脂層とポリエステルフィルムが容易に剥離し、太陽電池用裏面保護シートの外観に変化は見られない。
△：太陽電池裏面保護シートのフッ素樹脂層とポリエステルフィルムを剥離する際に音が発生するが、太陽電池裏面保護シートの外観に変化は見られない。
×：太陽電池裏面保護シートのフッ素樹脂層とポリエステルフィルムを手で引き離さないと剥離せず、太陽電池裏面保護シートの外観に変化が見られた。

（引張強度評価）
実施例１〜４および比較例１〜３で作成した太陽電池用裏面保護シートに対して、紫外線を６２．５ｋＷｈ／ｍ^２照射し、耐候性、耐久性評価として、裏面保護シートの巻き方向の引張強度を測定した。試験機はテンシロン万能試験機ＲＴＣ−１２５０（（株）オリエンテック製）を用いた。測定結果を以下のように分類した。
○：紫外線照射後の引張強度が紫外線照射前の９０％以上である。
×：紫外線照射後の引張強度が紫外線照射前の９０％以下である。

ブロッキング評価および引張強度評価の評価結果を表１に示す。

実施例１〜４で作成した太陽電池用裏面保護シートは、ブロッキングの発生が観られなかった。また、引張強度は紫外線照射後も照射前とほぼ同等の値が保持され、耐候性、耐久性に優れていた。それに対して、比較例１では、ブロッキングが発生し、比較例２においても部分的にブロッキングが発生し不十分なものとなった。また、比較例３では、耐ブロッキング性は保たれていたが、無機顔料フィラーが紫外線を透過する酸化珪素であるため、紫外線に対する耐候性は大幅に低下する結果となった。

１・・・太陽電池モジュール
２・・・表面保護シート
３・・・充填材
４・・・太陽電池セル
５・・・裏面保護シート
１０・・基材フィルム層（プラスチック基材）
１１・・フッ素樹脂層
１２・・無機顔料フィラー
１３・・ガスバリア層
１４・・接着層

Claims (3)

1. プラスチック基材の片面または両面に、フッ素樹脂層が形成されてなる太陽電池用裏面保護シートにおいて、
   前記フッ素樹脂層が、紫外線吸収性を有する無機顔料フィラーを含有し、
   前記フッ素樹脂層の表面粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定される）が、０．２〜１０μｍの範囲であることを特徴とする太陽電池用裏面保護シート。
2. 前記無機顔料フィラーが、二酸化チタン、チタンブラック、カーボンブラックのうち、少なくとも１つ以上から選ばれたものからなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用裏面保護シート。
3. 請求項１または請求項２に記載の太陽電池用裏面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。