JP2016189417A - 太陽電池用モジュール用の裏面保護シート - Google Patents

Abstract

【課題】開口部を設けた裏面保護シートであっても熱ラミネート時にシワの発生を抑制することのできる裏面保護シートを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、裏面保護シートには電極や配線を通すための開口部を備える。その開口部の形状が直角又は鋭角の内角を有しない形状であることを特徴とする裏面保護シートは、裏面保護シートを熱ラミネートした場合であってもシワの発生を抑制することができる。また、裏面保護シートが、第一樹脂シート層と第二樹脂シート層の間に配置される金属箔層が接着剤層を介して積層されている構成であることが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュール用の裏面保護シートに関する。更に詳しくは、裏面保護シートに開口部が備えられた裏面保護シートに関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。一般に、太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、受光面側から、ガラス等の透明前面基板、表面側封止材シート、太陽電池素子、裏面側封止材シート、及び裏面保護シートの各部材が順に積層された構造であり、太陽光が上記太陽電池素子に入射することにより発電する機能を有している。

これらの構成部材のうち、裏面保護シートは、高い耐候性が要求されるとともに、太陽電池素子を水分や酸素等から保護するために、高い防湿性やガスバリア性を有することが求められている。このような観点から、特許文献１では、裏面保護シートとして、耐候性を有する基材に、アルミ箔等の金属箔を積層させた裏面保護シートが提案されている。

また、裏面保護シートには、太陽電池セルからの出力電力を取り出すためのジャンクションボックスを設ける。太陽電池セルからの出力電力を取り出すための電極や配線は、通常、裏面保護シートを貫通するように設けられ、ジャンクションボックス内に収納された端子に接続される。そのため、裏面保護シートには例えば電極や配線を通すために開口部を設けることが一般的である。

例えば、特許文献２では、ジャンクションボックスとの接着部からの水の浸入を防止することが可能な裏面保護シートが提案されている。

特開２００２−１３４７７０号公報 特開２０１４−００７３７１号公報

ところで、太陽電池モジュールは、裏面保護シートと封止材シートや太陽電池素子等を積層し、熱ラミネートされることにより製造される。しかし、熱ラミネートの際、裏面保護シートの電極や配線を通す目的等により形成された開口部の端部からシワが発生する場合がある。

裏面保護シートにシワが発生すると、裏面保護シートと裏面保護シートに重ねて積層された封止材シートの間に隙間が発生し、太陽電池モジュール内部に水蒸気が侵入しやすくなる。太陽電池モジュール内部に水蒸気が侵入すると、配線が腐食し電気抵抗が増加する。そのため、太陽電池モジュールとしての発電効率が低下し、性能を低下させる。

そのため、開口部を設けた裏面保護シートであっても熱ラミネート時にシワの発生を抑制することのできる裏面保護シートの開発が強く望まれていた。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、開口部の形状に着目し、シワができないように応力を逃がすことのできる形状にすることで、上記問題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

（１）太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、前記裏面保護シートには開口部が備えられており、前記開口部の形状が、直角又は鋭角の内角を有しない形状であることを特徴とする裏面保護シート。

（２）前記開口部の形状が鈍角の内角のみからなる多角形状である（１）に記載の裏面保護シート。

（３）前記開口部の形状が、１１０°以下の内角を有しない形状であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の裏面保護シート。

（４）前記裏面保護シートが、第一樹脂シート層と第二樹脂シート層の間に配置される金属箔層が接着剤層を介して積層されている構成を含む（１）から（３）いずれかに記載の裏面保護シート。

（５）（１）から（４）のいずれかに記載の裏面保護シートが積層された太陽電池モジュールであって、前記開口部が、配線取り出し口である太陽電池モジュール。

本発明によれば、開口部の形状をシワができないように応力を逃がすことのできる形状にすることで、裏面保護シートを熱ラミネートした場合であってもシワの発生を抑制することのできる優れた裏面保護シートとすることができる。

太陽電池モジュールの層構成の一例を示す断面の模式図である。 開口部を裏面保護シートの表面を示す模式図である。 開口部の応力と開口部の端部に発生するシワの模式図である。 本発明の裏面保護シートの第一実施形態（実施例１）の開口部を示す模式図である。 本発明の裏面保護シートの第一実施形態（実施例１）の開口部の応力を示す模式図である。 本発明の裏面保護シートの第二実施形態（実施例２）の開口部を示す模式図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜太陽電池モジュールの基本構成＞
先ず、太陽電池モジュール用の裏面保護シートが使用される太陽電池モジュールの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態である太陽電池モジュ−ル１について、その層構成の一例を例示する断面の模式図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１は、受光面側から、透明前面基板２、前面封止材層３、太陽電池素子４、背面封止材層５、裏面保護シート６が順に積層された構成となっている。本発明の実施形態である裏面保護シート６は、このように太陽電池モジュール１において最外層に配置されるものであるため、高い耐候性やバリア性を備えることが必須となっている。更に、裏面保護シート６には主に配線７等を通すための開口部６１が設けられている。

透明前面基板２は、一般にガラス製の基板であり、太陽電池モジュール１の耐候性、耐衝撃性、耐久性を維持しつつ、且つ、太陽光線を高い透過率で透過させるものであればよい。前面封止材層３、背面封止材層５からなる封止材層は、太陽電池モジュール１内において、太陽電池素子４の位置を固定し、また外部からの衝撃を緩和するために配置される樹脂基材等からなる層である。封止材層を形成する樹脂基材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、アイオノマー、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂を用いることができる。中でも、一定の耐久性等を備え、加工性に優れ、比較的安価で入手可能なＥＶＡが広く用いられてきたが、近年においては、ＥＶＡの欠点である水蒸気バリア性の低下という問題を解決するため、低密度ポリエチレンに架橋処理を施した樹脂等、ポリオレフィン系の樹脂も多く用いられるようになっている。

＜裏面保護シート＞
［開口部］
図２に示すように本実施形態の裏面保護シート６には開口部６１が備えられる。開口部６１は、例えば、太陽電池素子からの出力電力を取り出すための配線等を通すために設けられる。しかし、熱ラミネートによって裏面保護シートの膨張、収縮が大きくなる場合には、図３に示すように開口部の頂点６３が起点となって、頂点６３から外側に向かってシワ６２が発生する。これは、裏面保護シートが膨張、収縮することにより、縦方向の応力ａ及び横方向の応力ｂが発生し、縦方向の応力ａと横方向の応力ｂとの衝突により、シワが発生するためである。

本実施形態の開口部６１はその形状が直角又は鋭角の内角を有しない形状であることを特徴とする。開口部６１の形状が直角又は鋭角の内角を有しない形状であることで、たとえ裏面保護シートが膨張、収縮したとしても、裏面保護シートにシワが発生しないように応力を逃がすことができる。そのため、熱ラミネートによる裏面保護シートのシワの発生を抑制することができる。以下、各実施形態を用いることにより具体的に説明する。なお、以下の各実施形態は具体例であり、本発明は、以下の各実施形態に何ら限定されるものではない。

（第一実施形態の裏面保護シート）
第一実施形態の裏面保護シートにおける開口部の形状を図４に示す。開口部６１の形状は、直角又は鋭角の内角を有しない形状であり、具体的には、開口部６１の形状が鈍角の内角のみからなる六角形とすることを特徴とする。本実施形態の開口部６１の形状のように、鈍角の内角６４のみで形成されることで、裏面保護シートが膨張、収縮することにより発生する縦方向、横方向の応力を開口部に逃がすことができる（図５参照）。そのため、図３に示すような開口部６１の頂点６３から生じるシワ６２の発生を抑制することができる。そのため、開口部の形状が鈍角の内角のみからなる多角形状であることがより好ましい。

開口部６１の形状が直角又は鋭角の内角を有しない形状であれば、開口部６１の頂点６３から発生するシワの発生を抑制することができるが、内角がより大きければ裏面保護シートが膨張、収縮することにより発生する縦方向、横方向の応力をより開口部に逃がしやすくなる。そのため、開口部の形状が１１０°以下の内角を有しない形状であることがより好ましい。例えば、開口部の形状の全ての内角を同じ大きさにした六角形形状の開口部であれば内角が全て１２０°となるため、シワの発生を抑制することができる優れた裏面保護シートとすることができる。

（第二実施形態の裏面保護シート）
第二実施形態の裏面保護シートにおける開口部の形状を図６に示す。開口部６１は、その形状が直角又は鋭角の内角を有しない形状であり、具体的には、開口部６１の形状を楕円形状としたことを特徴とする。楕円形状は、直角又は鋭角の内角を有しない形状であるため、縦方向の応力と横方向の応力の衝突は生じにくく、またシワの起点となる頂点が存在しない。そのためシワの発生を抑制することができる。

（その他の裏面保護シート）
なお、本発明の裏面保護シートは多角形状の頂点６３を含む一定の範囲を占める部分や辺６５に開口部の中心から外側に向かって突出して形成された補助円形部が設けられていてもよい。補助円形部とは、開口部の中心から外側に向かって突出して形成された輪郭を有する開口部の一部分である。補助円形部が設けられていることで、たとえ裏面保護シートが膨張、収縮したとしても、裏面保護シートにシワが発生しないように補助円形部に応力を逃がすことができる。そのため、熱ラミネートによる裏面保護シートのシワの発生を抑制することができる。

また、本発明の裏面保護シートは第一及び第二実施形態の裏面保護シートに限定されるものではなく、例えば、正五角形以上の多角形等であってもよく、鈍角の内角と補助円形部の双方を有する形状であってもよく、円状、卵形又は長円形等であってもよい（図示せず）。

［裏面保護シート］
太陽電池モジュール１を構成する裏面保護シート６は特に限定されないが、一般に、樹脂シート、アルミ箔等の金属箔、又はそれらの積層体が使用される。樹脂シートとしては、例えば、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、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等、各種の樹脂シートを使用することができる。これらは単独層であってもよく、従来公知の接着剤等で積層された複数の層からなる積層体であってもよい。

裏面保護シートは、高い耐候性が要求されるとともに、太陽電池素子を水分や酸素等から保護するために、高い防湿性やガスバリア性を有することが求められている。このような観点から、第一樹脂シート層と第二樹脂シート層の間に配置される金属箔層が接着剤層を介して積層されている構成を含む裏面保護シート（図示せず）であることが好ましい。

金属箔層が積層された裏面保護シートは、接着剤層や樹脂シート層が熱ラミネートによる体積の変動率が大きいものである場合には、金属箔層が積層されていない裏面保護シートと比べても特にシワが発生しやすい。金属箔は樹脂に比べ熱による体積の変動率が小さく、体積の膨張収縮が小さい層と体積の膨張収縮が大きい層が積層されているときには、熱によるシワがより発生しやすいためである。そのため、直角又は鋭角の内角を有しない形状である開口部は、金属箔層が接着剤層を介して積層されている構成を含む裏面保護シートに備えられることが特に有効である。

＜裏面保護シートの製造方法＞
裏面保護シートは、例えば裏面保護シート６の樹脂シートをドライラミネート加工によって積層し密着させることにより製造することができる。ここで使用されるドライラミネート加工の方法は、従来公知の方法を使用することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例等に限定されるものではない。

本実施形態に係る太陽電池用の裏面保護シートのシワの発生のしやすさを評価するために、以下に示す方法で接着剤を製造し、該接着剤を用いた裏面保護シートサンプルを作成した。

［主剤］
窒素雰囲気下、攪拌機、窒素導入管を備えたフラスコに、エチレングリコール（３２．３質量部）、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール（２７０．８質量部）、１，６−ヘキサンジオール（１２２．９質量部）、アジピン酸（２２８．１質量部）、イソフタル酸（６６４質量部）を加え、１８０℃から２２０℃にて窒素にてバブリングさせ、酸価２ｍｇＫＯＨ／ｇまで反応させ、酢酸エチル（８６０質量部）を加え、ポリエステルジオールＨの５０％溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、３２ｍｇＫＯＨ／ｇであり、数平均分子量は約３５００であった。

窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコに数平均分子量１０００の脂肪族ポリカーボネートジオール（旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールＴ５６５１」以下、「ＰＤＣ１０００」と略す。）を１００質量部、上記ポリエステルジオールＨ（５０質量部）、１，６−ヘキサンジオール（２質量部）、イソホロンジイソシアネート（２３．８質量部）、酢酸エチル（１７５．８質量部）を加え、赤外線吸収スペクトルにて、２２７０ｃｍ^−１のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールの５０％溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、１４ｍｇＫＯＨ／ｇであり、数平均分子量は約８０００であった。

上記のポリウレタンジオール１００質量部と脂肪族ポリカーボネートジオール（Ｂ）（ＰＤＣ１０００）の１５質量部を混合して主剤を調整した。

［硬化剤］
ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩアダクト：２官能）とイソシアヌレート変性のイソホロンジイソシアネート（ヌレート変性ＩＰＤＩ）の混合物を使用した。上記アダクト変性ＨＤＩ及びヌレート変性ＩＰＤＩの混合比（ＨＤＩアダクト）／（ヌレート変性ＩＰＤＩ）を６：４（質量比）とした。

［接着剤］
上記で製造した主剤と硬化剤を使用し、接着剤を製造した。また、主剤と硬化剤の配合は、主剤、硬化剤を溶剤に溶解させて、それぞれ５０質量％（酢酸エチル溶液）とし行った。主剤と硬化剤は質量比１８：３．７で調製した。

（サンプルの作成）
第一樹脂シート層を構成する樹脂フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム（三菱樹脂社製Ｐ１００）、金属箔層を構成する金属箔としてアルミ箔「ニッパク＃」（日本製箔株式会社製）、第二樹脂シート層を構成する樹脂フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ社製Ｔ６０）を用いた。第一接着剤層及び第二接着剤層を形成する接着剤としては、上記接着剤を用いて、それぞれ、塗布量５ｇ／ｍ^２（乾燥状態）でコーティングして接着剤層を形成し、上記各フィルム部材を従来公知のドライラミネート法により第一樹脂シート層／第一接着剤層／金属箔層／第二接着剤層／第二樹脂シート層となるように積層した。そして、表１に示した開口部を設け、実施例及び比較例の裏面保護シートのサンプルを得た。

（（シワ発生試験））
実施例１、２及び比較例の裏面保護シートのサンプルを用いて疑似モジュールを作成した。疑似モジュールは、透明前面基板としてガラスを、封止材層としてエチレン−酢酸ビニルアルコール共重合体樹脂（ＥＶＡ）４５０μｍを、裏面保護シートとして実施例１、２及び比較例に係るサンプルを、透明前面基板／前面封止材層／背面封止材層／裏面保護シートの順番で積層させ、真空ラミネートにより作成し、目視にてシワ発生の有無を確認した。（真空ラミネート条件：温度１５０℃、真空時間５分間、プレス時間９分間）結果については、「シワ」として、下記表１に示す。

［評価基準］
◎：シワが発生しなかった
×：シワが発生した

表１より、開口部の内角が全て１２０°である六角形形状の実施例１や楕円形状の開口部２は、内角を全て９０°とした長方形形状の開口部の比較例１に比べ、シワの発生が抑制されている。そのため、直角又は鋭角の内角を有しない形状の開口部を備えた裏面保護シートは、直角の角度を有する長方形形状の開口部を備えた裏面保護シートに比べシワの発生を抑制することのできる優れた裏面保護シートであることが分かる。

１ 太陽電池モジュール
２ 透明前面基板
３ 前面封止材層
４ 太陽電池素子
５ 背面封止材層
６ 裏面保護シート
７ 太陽光
８ 配線
６１ 開口部
６２ シワ
６３ 頂点
６４ 内角
６５ 辺
ａ 縦方向の応力
ｂ 横方向の応力

Claims (5)

1. 太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、
   前記裏面保護シートには開口部が備えられており、
   前記開口部の形状が、直角又は鋭角の内角を有しない形状であることを特徴とする裏面保護シート。
2. 前記開口部の形状が鈍角の内角のみからなる多角形状である請求項１に記載の裏面保護シート。
3. 前記開口部の形状が、１１０°以下の内角を有しない形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の裏面保護シート。
4. 前記裏面保護シートが、第一樹脂シート層と第二樹脂シート層の間に配置される金属箔層が接着剤層を介して積層されている構成を含む請求項１から３のいずれかに記載の裏面保護シート。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の裏面保護シートが積層された太陽電池モジュールであって、
   前記開口部が、配線取り出し口である太陽電池モジュール。
   

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