JP2017098483A - 太陽電池表面保護シート及びその太陽電池表面保護シートを用いた太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロッキングを防止し、耐候性、耐久性を有する太陽電池表面保護シートを提供することを目的とする。【解決手段】基材の片面または両面に、耐候性層が形成されてなる太陽電池モジュールの表面保護シートにおいて、前記耐候性層は紫外線吸収剤を含むフッ素ポリマーからなる第一層目と、フッ素ポリマーにフッ素樹脂フィラーが分散された第二層目からなり、かつ、前記第一層目と前記第二層目の間が明瞭な界面が存在しない状態であることを特徴とする太陽電池表面保護シートを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池表面保護シートおよびその太陽電池表面保護シートを用いた太陽電池モジュールに関する。

今年、地球温暖化等の環境問題に伴い、クリーンエネルギーの推進の動きを背景に、太陽光発電への期待が高まっている。太陽光発電は、シリコン、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）、銅インジウムガリウムセレナイド（ＣＩＧＳ）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３に示すように、表面保護材４１と封止剤４２と光電変換素子３と裏面保護材４４が一体化された太陽電池モジュール５０の形態で用いられる。

太陽電池モジュール５０の表面保護材４１は、機械的強度や耐候性の観点から従来はガラス板が用いられてきたが、近年、軽量化やフレキシブル性に対する要望が高まっており、表面保護材４１のガラス板をプラスチックフィルムで代替した太陽電池表面保護シートを用いた太陽電池モジュールの実用化が始まっている。

例えば、特許文献１には、透明基材上に硬化性官能基含有含フッ素樹脂塗料の硬化塗膜が形成されてなる太陽電池用表面保護シートが報告されている。しかしながら、製造の巻取り工程時にブロッキングが発生するという課題が生ずる。ブロッキングとは、透明基材上に形成されたフッ素樹脂層の面（表面）と透明基材の一方の面（裏面）が接触し、圧力が掛かった状態で保存されると、フッ素樹脂層の面と透明基材の裏面が接触現象を起し剥がれ難くなってしまう、もしくは、フッ素樹脂層の一部が、透明基材の裏面に転移してしまう現象である。

特許文献２には、塗料にフッ素樹脂フィラーを添加し、耐ブロッキング性に優れた樹脂組成物が開示されている。しかし、フッ素樹脂フィラーを添加することで紫外線の遮蔽性の低下が認められるので、太陽電池表面保護シートの性能をさらに良くしたいという要求があった。

国際公開０７／０６３６９８号 特開２０１３−２０７２０５号公報

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、ブロッキングを防止し、かつ耐候性、耐久性を有する太陽電池表面保護シートを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、基材の片面または両面に、耐候性層を形成してなる太陽電池モジュールの表面保護シートにおいて、前記耐候性層が紫外線吸収剤を含むフッ素ポリマーからなる第一層目と、フッ素ポリマーにフッ素樹脂フィラーを分散させている第二層目からなり、また前記第一層目と前記第二層目の間が明瞭な界面が存在しない状態で一体化していることを特徴とする太陽電池表面保護シートである。

本発明の別の一態様は、フッ素樹脂フィラーの粒子径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、フッ素樹脂フィラーの含有量が耐候性層に対し１質量％以上４０質量％以下であることを特徴とする上述の太陽電池表面保護シートである。

本発明の別の一態様は、フッ素樹脂フィラーがテトラフルオロエチレンの重合体であることを特徴とする上述の太陽電池表面保護シートである。

本発明の別の一態様は、上述のいずれかに記載の表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である。

本発明の別の一態様は、基材の片面または両面に、紫外線吸収剤を含むフッ素ポリマーからなる第一耐候性層と、フッ素ポリマーにフッ素樹脂フィラーを分散させている第二耐候性層を順次塗布または同時塗布し、同時硬化することで、第一の耐候性層と第二の耐候性層の間が明瞭な界面が存在しないで一体化していることを特徴とする太陽電池表面保護シートの製造方法である。

本発明によれば、耐候性層にフッ素樹脂フィラーを含むことでブロッキングを防止し、かつ、透明基材上に第一層目と第二層目を構成し、第一層と第二層目の密着性に優れた、耐候性と耐久性を有する太陽電池表面保護シートを提供することができる。

は本発明の太陽電池表面保護シートの一例の概略断面図である。 は本発明の太陽電池表面保護シートが使用される太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。 は従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は本発明の太陽電池表面保護シートの一例の概略断面図である。太陽電池表面保護シート１は、バリアフィルム１５の上に接着剤１６を介して基材フィルム１１があり、その上に耐候性層第一層目１２があり、その上にフッ素系樹脂フィラー１４が分散された耐候性層第二層目１３が形成されている。

基材フィルム１１は透明性と耐候性が重要であるが特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが用いられる。その他の材料系についても、耐熱性、強度物性、電気絶縁性等などの観点から適宜選択できる。

基材フィルム１１の厚さは特に限定されるものではないが、フッ素樹脂の塗布工程、および水蒸気バリア層やその他の部材との積層工程を少なくとも考慮し選択される。概ね２５μｍ以上３００μｍ以下が適当だが、５０μｍ以上１５０μｍ以下が選択されることが多い。

耐候性層第一層目１２はフッ素樹脂とイソシアネート系硬化剤と紫外線遮蔽材料が配合されている塗布液を基材フィルム１１の上に塗工して形成する。

耐候性層第一層目１２を形成するためのフッ素樹脂としては、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使用が考えられる。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）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）などとの共重合体、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）を主体とするテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）系ポリマーか、ビニリデンフルオライド（ＶｄＦ）単位を主体とするビニリデンフルオライド（ＶｄＦ）系ポリマーが、耐候性、共重合性、耐薬品性の点で好ましい。

耐候性層第一層目１２を形成するために塗布液に配合され塗布層を硬化するために必要なイソシアネート系硬化剤の具体例としては、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ｎ−ペンタン−１，４−ジイソシアネート、これらの三量体、これらのアダクト体やビュウレット体、これらの重合体で２個以上のイソシアネート基を有するもの、さらにブロック化されたイソシアネート類などがあげられる。イソシアネート基の水酸基に対する比（以下、（ＮＣＯ／ＯＨ）比）は、０．８以上１．５以下が好ましい。イソシアネート其の水酸其に対する比を０．８以上１．５以下の範囲とすることで、塗膜の機械的強度、及び基材密着性が良好となる。

耐候性層第一層目１２に使用される紫外線遮蔽性材料としては、紫外線吸収剤、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。紫外線吸収剤の種類は、特に限定されるものではなく、フッ素樹脂との相溶性や必要な紫外線遮蔽性を考慮して、適宜選択して用いられる。例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤や、ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤等を用いることができる。紫外線吸収剤の添加量は、フッ素樹脂１００質量部に対して、０．１質量部以上５０質量部以下であることが好ましく、０．５質量部以上１０質量部以下であることがより好ましい。このような紫外線吸収剤の例としては、ＢＡＳＦ社製のＴＩＮＵＶＩＮ４７７、ＴＩＮＵＶＩＮ４７９が挙げられる。

耐候性層第一層目１２の厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上４０μｍ以下である。塗布層の厚さを３μｍ以上５０μｍ以下とすることで、紫外線遮蔽性に優れ、且つ生産性に優れた耐候性層が形成される。

耐候性層第二層目１３はフッ素樹脂とイソシアネート系硬化剤が配合されたものにフッ素系樹脂フィラー１４が分散された塗布液を、耐候性層第一層目１２の上に塗工して形成される。

耐候性層第二層目１３で使用されるフッ素樹脂は、耐候性層第一層目１２で使用される樹脂と同じものであっても異なるものであっても構わない。

耐候性層第二層目１３を形成するための塗布液に配合され、塗布層を硬化するために必要なイソシアネート系硬化剤の具体例としては、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ｎ−ペンタン−１，４−ジイソシアネート、これらの三量体、これらのアダクト体やビュウレット体、これらの重合体で２個以上のイソシアネート基を有するもの、さらにブロック化されたイソシアネート類などがあげられる。イソシアネート基の水酸基に対する比（以下、（ＮＣＯ／ＯＨ）比）を０．８以上１．５以下が好ましい。イソシアネート基の水酸基に対する比を０．８以上１．５以下の範囲とすることで、塗布膜の機械的強度、及び基材密着性が良好となる。

耐候性層第二層目１３で使用されるフッ素樹脂フィラー１４を構成するフッ素樹脂のフッ素含有率は、使用目的などによって適宜選定してもよいが、６５質量％以上、さらには７０質量％以上であることがフッ素樹脂との複合分散性の向上の点から好ましい。具体例としては、テトラフルオロエチレンの単独重合体ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。

耐候性層第二層目１３で使用されるフッ素樹脂フィラー１４の添加量としては、樹脂固形分に対して１質量％以上４０質量％以下である。添加量が１％以上４０％以下の範囲とすることで、ブロッキングを防止し、耐候性に優れた耐候性層が形成される。フィラーの平均粒子径は、合成樹脂、特にフッ素樹脂との複合分散性の向上と物性向上の点から０．５μｍ以上２０μｍであり、特に１以上１０μｍ以下（平均粒子径の測定は、ＪＩＳ Ｚ８８２６に準拠する）であることが好ましい。

耐候性第二層目１３の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上１５μｍ以下である。塗布層の厚さを５μｍ以上２０μｍ以下の範囲とすることで、保護シート表面へ紫外線吸収剤のブリードアウト発生を防止し且つ、紫外線の遮蔽性に優れた耐候性層を形成することが可能となる。この塗布層の厚さは、透過型電子顕微鏡、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。

耐候性層第一層目１２及び耐候性層第二層目１３を塗布するための塗布方式にはスライドコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、ダイコーティング等、各種多層塗布方式の中から任意に選ぶことができる。

耐候性層第一層目１２と耐候性層第二層目１３の界面付近では、界面が明瞭に存在しない状態で一体化していることが好ましい。界面が明瞭にあると、その後の経時変化により層間剥離などを起こしやすくなる。

耐候性層第一層目１２と耐候性層第二層目１３の界面を明瞭に存在しないようにするためには、第一層目１２と、第二層目１３を硬化させずに順次塗布または同時多層塗布し、その後同時に硬化させることを行えばよい。

図２は、本発明の太陽電池表面保護シートが使用される太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池表面保護シート１と封止材２と光電変換素子３と裏面保護シート４が順次積層され形成されている。太陽電池表面保護シート１の耐候性層第二層目が最表面になるように積層される。太陽光は太陽電池表面保護シート１から入光し光電変換素子３にて発電される。本発明の太陽電池表面保護シートは、耐候性、耐久性を有しているために、長時間、高い発電効率を維持することができる。なお、封止剤２はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が一般的に用いられている。

以下に本発明の具体的実施例について説明する。
＜実施例１＞
耐候性層第一層目１２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（ＮＶ６５［
ｗｔ％］、水酸基価：６５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］）を用い、イソシアネート系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）（ＮＶ７５［ｗｔ％］、ＮＣＯ含有率１１［ｗｔ％］）を前記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、さらに酢酸ブチルを固形分濃度が５０ｗｔ％となるよう添加し、紫外線吸収剤（商品名：チヌビン４７７（ＢＡＳＦ））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、混合し、耐候性層第一層目１２の塗布液を調製した。

次に、耐候性層第二層目１３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（ＮＶ６５［ｗｔ％］、水酸基価：６５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］）を用い、イソシアネート系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）（ＮＶ７５［ｗｔ％］、ＮＣＯ含有率１１［ｗｔ％］）を前記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、さらに酢酸ブチルを固形分濃度が５０ｗｔ％となるよう添加し、フッ素系樹脂フィラー１４として粒子径６μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィラーを樹脂固形分に対して２０質量％添加し、混合し、耐候性層第二層目１３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）。

耐候性層第一層目１２と、耐候性層第二層目１３の塗布液を、基材フィルム１１として用いるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（商品名：Ｓ１０（東レ）、厚み１２５μｍ）にドライ厚を、耐候性層第一層目１２が８μｍ、耐候性層第二層目１３が１０μｍ、となる条件で多層塗布形成後、熱乾燥とエージングを行い、フッ素ポリマー樹脂層が形成された透明基材を得た。

このフッ素樹脂層形成基材にバリアフィルム１５として用いる透明バリアフィルム（商品名：ＧＬ−ＡＥＨ（凸版印刷）、厚み１２μｍ）をウレタン硬化型接着剤１６で接着し積層化することで太陽電池表面保護シート１を得た。

＜比較例１＞
上記実施例１において、耐候性層第二層目の塗布液にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィラーを添加しない以外は全て実施例１と同様の条件で、基材フィルムとして用いるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにフッ素ポリマー樹脂層を形成、バリアフィルムを積層することで太陽電池表面保護シートを得た。

＜比較例２＞
上記実施例１において、多層塗布を行わず、紫外線吸収剤とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィラーを実施例１と等量となるように添加し、基材フィルムとして用いるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにドライ厚が１８μｍとなるよう一層のフッ素ポリマー樹脂層を形成、バリアフィルムを積層することで太陽電池表面保護シートを得た。

＜評価方法＞
実施例１及び、比較例１、２で作成した太陽電池表面保護シートをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムと積層し、２ｋｇ/ｃｍ２の加重を加えて、４０℃にて９６時間加圧した後のサンプルを観察し、以下のように分類した。

○：太陽電池表面保護シートとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが容易に剥離し、太陽電池表面保護シートの外観変化は見られない。
×：太陽電池表面保護シートとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを手で引き離さないと剥離せず、太陽電池表面保護シートの外観に変化が見られた。

また、上記の太陽電池表面保護シートに対して紫外線を６２．５ｋＷｈ／ｍ²照射し、耐候性・耐久性の評価として表面保護シートの巻き方向の引張強度を測定した。試験にはオリエンテック社テンシロン万能試験機ＲＴＣ−１２５０を用いた。

その評価結果と測定結果を、表１にまとめて示す。

実施例１で作成した本発明の太陽電池表面保護シートは、ブロッキングの発生も見られず、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、耐久性にすぐれた結果が明らかとなった。それに対して、フッ素樹脂フィラーを添加していない比較例１では、ブロッキングが発生し、部分的に剥離が発生して不十分なものとなった。また、一層の塗布膜を形成した比較例２では、耐ブロッキング性は保たれていたが、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・・・太陽電池表面保護シート
２・・・封止剤
３・・・光電変換素子
４・・・裏面保護シート
５・・・太陽電池モジュール
１１・・・基材フィルム
１２・・・耐候性層第一層目
１３・・・耐候性層第二層目
１４・・・フッ素樹脂フィラー
１５・・・バリアフィルム
１６・・・接着剤
４１・・・表面保護材
４２・・・封止剤
４４・・・裏面保護材
５０・・・太陽電池モジュール

Claims (5)

1. 基材の片面または両面に、耐候性層を形成してなる太陽電池モジュールの表面保護シートにおいて、前記耐候性層が紫外線吸収剤を含むフッ素ポリマーからなる第一層目と、フッ素ポリマーにフッ素樹脂フィラーを分散させている第二層目からなり、また前記第一層目と前記第二層目の間が明瞭な界面が存在しない状態で一体化していることを特徴とする太陽電池表面保護シート。
2. 前記フッ素樹脂フィラーの粒子径が０．５以上２０μｍ以下であり、前記フッ素樹脂フィラーの含有量が前記耐候性層に対し１質量％以上４０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池表面保護シート。
3. 前記フッ素樹脂フィラーがテトラフルオロエチレンの重合体であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池表面保護シート。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の表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。
5. 基材の片面または両面に、紫外線吸収剤を含むフッ素ポリマーからなる第一耐候性層と、フッ素ポリマーにフッ素樹脂フィラーを分散させている第二耐候性層を順次塗布または同時塗布し、同時硬化することで、第一の耐候性層と第二の耐候性層の間が明瞭な界面が存在しないで一体化していることを特徴とする太陽電池表面保護シートの製造方法。