JP5103801B2 - Solar cell backsheet and solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュールを構成する一部材である太陽電池用バックシート及びそれを用いた太陽電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a solar cell backsheet which is a member constituting a solar cell module, and a solar cell module using the same.
近年、太陽電池は、無公害で地球環境にやさしい新たなエネルギー源として実用化されており、太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、半導体からできている。その構造としては、太陽電池素子単体をそのままの状態で使用することはなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列、並列に配線し、長期間に亘って素子を保護するため種々パーケージングが行われ、ユニット化されている。このパッケージに組み込まれたユニットを太陽電池モジュールと呼び、一般的に太陽光が当たる面をガラスで覆い、熱可塑性プラスチックからなる充填材で間隙を埋め、裏面を耐熱、耐候性プラスチック材料などのバックシートで保護された構成になっている。太陽電池モジュールは、屋外で使用されるため、その構成、材質構造などにおいて、十分な耐久性、耐候性が要求される。特に、裏面に使用するバックシートは耐候性と共に水蒸気透過率の小さいことが要求される。これは水分の透過により充填材が剥離、変色したり、配線の腐蝕を起こした場合、モジュールの出力そのものに影響を及ぼす恐れがあるためである。従来、この太陽電池モジュールに使用するバックシートとしては、白色のポリフッ化ビニルフイルムでアルミニウム箔をサンドイッチした積層構造のバックシートが多く用いられていたが、前記ポリフッ化ビニルフイルムは機械的強度も弱く、太陽電池モジュール作成時に加えられる140℃〜150℃の熱プレスの熱により軟化し、太陽電池素子電極部の突起物が充填材層を貫通し、さらにバックシートを構成する内面のポリフッ化ビニルフイルムを貫通し、バックシート中のアルミニウム箔に接触することにより、太陽電池素子とアルミニウム箔が短絡して電池性能に悪影響を及ぼすという欠点があったと同時に高価であり、太陽電池モジュールの低価格化の点で一つの障害となっていた。これらを改善するものとして、種々の積層構成の太陽電池用バックシートが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記提案されている太陽電池用バックシートは、防湿性の点でまだ不十分であった。 However, the proposed solar cell backsheet is still insufficient in terms of moisture resistance.
本発明の課題は、安価で、優れた防湿性を有し、他の諸特性も優れる太陽電池用バックシート及びその太陽電池用バックシートを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。 The subject of this invention is providing the solar cell module using the back sheet | seat for solar cells which is cheap, has the outstanding moisture-proof property, and is excellent also in other characteristics, and the back sheet | seat for solar cells.
本発明の請求項1に係る発明は、透明なフィルム基材層の片面もしくは両面に、アクリルポリオールとイソシアネート化合物とシランカップリング剤との混合物からなるプライマー層、無機化合物からなる蒸着薄膜層、一般式Si(OR1)4 及び一般式R2Si(OR3)3(式中、R1、R3は加水分解性基、R2は有機官能基)で表されるケイ素化合物あるいはその加水分解物と、水酸基を有する水溶性高分子との複合物からなるガスバリア性
被膜層を順次積層してなるガスバリアフィルムの両面に高分子フィルム層を積層した積層体からなり、
プライマー層の前記シランカップリング剤が、イソシアネート基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする太陽電池用バックシートである。
The invention according to
The back sheet for solar cell , wherein the silane coupling agent of the primer layer is a silane coupling agent having an isocyanate group .
本発明の請求項2に係る発明は、上記請求項1に係る発明において、前記一般式R2Si(OR3)3中の有機官能基(R2)が、イソシアネート基が重合したイソシアヌレートであることを特徴とする太陽電池用バックシートである。
The invention according to
本発明の請求項3に係る発明は、上記請求項1又は請求項2に係る発明において、前記無機化合物が酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素であることを特徴とする太陽電池用バックシートである。
The invention according to
本発明の請求項4に係る発明は、上記請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の太陽電池用バックシートを用いて、ユニット化したものからなることを特徴とする太陽電池モジュールである。
The invention according to
本発明の太陽電池用バックシートは、透明なフィルム基材層の片面もしくは両面に、無機化合物からなる蒸着薄膜層、一般式Si(OR1)4 及び一般式R2Si(OR3)3(式中、R1、R3は加水分解性基、R2は有機官能基)で表されるケイ素化合物あるいはその加水分解物と、水酸基を有する水溶性高分子との複合物からなるガスバリア性被膜層を順次積層してなるガスバリアフィルムの両面に高分子フィルム層を積層した積層体又は透明なフィルム基材層の片面もしくは両面に、アクリルポリオールとイソシアネート化合物とシランカップリング剤との混合物からなるプライマー層、無機化合物からなる蒸着薄膜層、一般式Si(OR1)4 及び一般式R2Si(OR3)3(式中、R1、R3は加水分解性基、R2は有機官能基)で表されるケイ素化合物あるいはその加水分解物と、水酸基を有する水溶性高分子との複合物からなるガスバリア性被膜層を順次積層してなるガスバリアフィルムの両面に高分子フィルム層を積層した積層体からなっており、前記一般式R2Si(OR3)3中の有機官能基(R2)が、イソシアネート基が重合したイソシアヌレートであり、前記無機化合物が酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素であるので、軽量で安価であり、防湿性が良く、長期間にわたって優れた保護機能を有する。また、少なくとも片面の高分子フィルム層に耐候性フィルムを使用すれば、さらに優れた保護性が得られ、あるいは両面の高分子フルム層に透明フィルムを使用すれば、採光部側の表用保護シートとしても使用でき、さらに、最外面あるいは中間に印刷層を設ければ、他との差別化が可能となる。前記太陽電池用バックシートを用いた太陽電池モジュールは、長期使用に耐え、低価格化も可能である。 The solar cell backsheet of the present invention has a vapor-deposited thin film layer made of an inorganic compound, a general formula Si (OR 1 ) 4 and a general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 (on one or both sides of a transparent film base layer. Wherein R 1 and R 3 are hydrolyzable groups, R 2 is an organic functional group) and a gas barrier film comprising a composite of a hydrolyzate thereof and a water-soluble polymer having a hydroxyl group A primer comprising a mixture of an acrylic polyol, an isocyanate compound, and a silane coupling agent on one side or both sides of a laminate in which a polymer film layer is laminated on both sides of a gas barrier film obtained by sequentially laminating layers or a transparent film base layer Layer, vapor-deposited thin film layer composed of an inorganic compound, general formula Si (OR 1 ) 4 and general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 (wherein R 1 and R 3 are hydrolyzable groups, R 2 is an organic functional group) ) From a laminate in which a polymer film layer is laminated on both sides of a gas barrier film obtained by sequentially laminating a gas barrier film layer composed of a composite of a silicon compound or a hydrolyzate thereof and a water-soluble polymer having a hydroxyl group The organic functional group (R 2 ) in the general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 is an isocyanurate in which an isocyanate group is polymerized, and the inorganic compound is aluminum oxide or silicon oxide. It is inexpensive, has good moisture resistance, and has an excellent protective function over a long period of time. Further, if a weather resistant film is used for at least one polymer film layer, further excellent protection can be obtained, or if a transparent film is used for both polymer film layers, the protective sheet for the front side of the daylighting part is used. Further, if a printing layer is provided on the outermost surface or in the middle, it is possible to differentiate from others. The solar cell module using the solar cell backsheet can withstand long-term use and can be reduced in price.
本発明の太陽電池用バックシートを以下に説明する。図1(a)は本発明の太陽電池用バックシートの一実施形態を示す側断面図であり、太陽電池用バックシート(1)は、厚み方向に順に、高分子フィルム層(21)、接着剤層(23)、ガスバリアフイルム(10)、接着剤層(24)、高分子フイルム層(22)を積層した構成になっており、前記ガスバリアフィルム(10)は透明なフィルム基材層(11)の片面に無機化合物の蒸着薄膜層(12)、ガスバリア性被膜層(13)を積層したものからなっており、(b)は太陽電池用バックシートの他の実施形態を示す側断面図であり、太陽電池用バックシート(2)は、厚み方向に順に、高分子フィルム層(21)、接着剤層(23)、ガスバリア
フイルム(10′)、接着剤層(24)、高分子フイルム層(22)を積層した構成になっており、前記ガスバリアフィルム(10′)は透明なフィルム基材層(11)の片面にプライマー層(14)、無機化合物の蒸着薄膜層(12)、ガスバリア性被膜層(13)を積層したものからなっている。
The solar cell backsheet of the present invention will be described below. Fig.1 (a) is a sectional side view showing one embodiment of the solar cell backsheet of the present invention. The solar cell backsheet (1) is, in order in the thickness direction, a polymer film layer (21) and an adhesive. The agent layer (23), the gas barrier film (10), the adhesive layer (24), and the polymer film layer (22) are laminated, and the gas barrier film (10) is a transparent film base layer (11). ) Is formed by laminating a vapor-deposited thin film layer (12) of an inorganic compound and a gas barrier coating layer (13) on one side, and (b) is a side sectional view showing another embodiment of a solar cell backsheet. Yes, the solar cell backsheet (2) has a polymer film layer (21), an adhesive layer (23), a gas barrier film (10 '), an adhesive layer (24), and a polymer film layer in this order in the thickness direction. (22) laminated structure The gas barrier film (10 ') was formed by laminating a primer layer (14), an inorganic compound vapor-deposited thin film layer (12), and a gas barrier coating layer (13) on one side of a transparent film base layer (11). It consists of things.
前記高分子フィルム層(21)及び高分子フィルム層(22)のいずれかの表面、あるいはガスバリアフィルム(10、10′)のガスバリ性被膜層(13)と接着剤層(24)の間やフィルム基材層(11)と接着剤層(21)の間に印刷層を積層しても良い。前記印刷層を設ければ、遮光性が得られ、また差別化などができるメリットがある。 The surface of any one of the polymer film layer (21) and the polymer film layer (22), or the gas barrier film (10, 10 ') between the gas-barrier coating layer (13) and the adhesive layer (24) or the film A printing layer may be laminated between the base material layer (11) and the adhesive layer (21). Providing the printing layer has the advantage of providing light shielding and differentiation.
前記フィルム基材層(11)は透明なフィルムからなっており、種類としては、例えば、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(PEN)などのポリエステル系フィルム、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、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等のエンプラフィルム等が用いられ、延伸、未延伸のどちらでも良く、また機械強度や寸法安定性を有するものが良い。特にこれらの中で二軸方向に任意に延伸された二軸延伸ポリアミドフィルム、二軸延伸ポリエステル系フィルムが好ましいが、中でも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムがより好ましい。厚さは特に制限を受けるものでないが、実用的には3〜200μmの範囲で、一般には6〜30μmとすることがより好ましい。また、前記フィルムは種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤などが添加されていても良く、密着性を良くするために表面にコロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理などが施されていても良く、また薬品処理、溶剤処理が施されていても良い。 The film base layer (11) is made of a transparent film, and as a type, for example, a polyester film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN), a polyolefin film such as polyethylene or polypropylene, An engineering plastic film such as a polystyrene film, a polyamide film, a polycarbonate film, a polyacrylonitrile film, or a polyimide film is used, and it may be either stretched or unstretched, and preferably has mechanical strength and dimensional stability. Among these, a biaxially stretched polyamide film and a biaxially stretched polyester film that are arbitrarily stretched in the biaxial direction are preferable, and among them, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film is more preferable. Although the thickness is not particularly limited, it is practically more preferably in the range of 3 to 200 μm and generally 6 to 30 μm. In addition, the film may be added with various additives and stabilizers, such as antistatic agents, plasticizers, lubricants, antioxidants, etc., and in order to improve adhesion, corona treatment, plasma treatment, Ozone treatment or the like may be performed, or chemical treatment or solvent treatment may be performed.
前記蒸着薄膜層(12)の無機化合物は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、錫、マグネシウムなどの酸化物からなり、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ気相成長法などの真空プロセスにより形成される。特に酸化アルミニウム、酸化ケイ素は無色透明であり、耐水性にも優れ、材料も安価である為に好ましい。 The inorganic compound of the deposited thin film layer (12) is made of an oxide such as silicon, aluminum, titanium, zirconium, tin, and magnesium, and is formed by a vacuum process such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a plasma vapor deposition method. . In particular, aluminum oxide and silicon oxide are preferable because they are colorless and transparent, have excellent water resistance, and are inexpensive.
前記蒸着薄膜層(12)の膜厚は、用途や、ガスバリア性被膜層(13)の膜厚によって多少異なるが、5〜500nmの範囲が望ましい。5nm未満では薄膜の連続性に問題があり、また500nmを超えるとクラックが発生しやすく、可撓性が低下するため、好ましくは10〜300nmである。 The film thickness of the vapor-deposited thin film layer (12) varies somewhat depending on the application and the film thickness of the gas barrier coating layer (13), but is preferably in the range of 5 to 500 nm. If it is less than 5 nm, there is a problem in the continuity of the thin film, and if it exceeds 500 nm, cracks are likely to occur and the flexibility is lowered, so the thickness is preferably 10 to 300 nm.
前記プライマー層(14)は、フィルム基材層(11)と蒸着薄膜層(12)の密着をより強固にし、各種耐性を向上させる為に設けるもので、アクリルポリオール、ポリビニルアセタール、ポリエステルポリオールあるいはポリウレタンポリオール等のポリオール類とイソシアネート化合物との反応によって得られる有機高分子、水とイソシアネート化合物の反応によって得られるウレア結合を有する有機化合物、ポリエチレンイミンまたはその誘導体、ポリオレフィン系エマルジョン、ポリイミド、メラミン、フェノール、有機変性コロイダルシリカのような無機シリカ、シランカップリング剤およびその加水分解物のような有機シラン化合物を主剤とするものなどが使用できるが、特に、アクリルポリオールとイソシアネート化合物とシランカップリング剤との複合物が好ましい。厚みは、一般的には乾燥後の厚さで、0.005〜5μmの範囲が望ましく、より好ましくは0.01〜1μmの範囲にある。0.01μm未満の場合は塗工技術の点から均一な塗膜が得られ難く、逆に1μmを越える場合は不経済である。 The primer layer (14) is provided to strengthen the adhesion between the film base layer (11) and the deposited thin film layer (12) and to improve various resistances. Organic polymers obtained by reaction of polyols such as polyols with isocyanate compounds, organic compounds having urea bonds obtained by reaction of water and isocyanate compounds, polyethyleneimine or derivatives thereof, polyolefin emulsions, polyimides, melamines, phenols, Inorganic silicas such as organically modified colloidal silica, organic silane compounds such as silane coupling agents and hydrolysates thereof, and the like can be used. In particular, acrylic polyols and isocyanate compounds Composite of silane coupling agents are preferred. The thickness is generally the thickness after drying, and is preferably in the range of 0.005 to 5 μm, more preferably in the range of 0.01 to 1 μm. When the thickness is less than 0.01 μm, it is difficult to obtain a uniform coating film from the viewpoint of coating technology.
前記ガスバリア性被膜層(13)は、一般式Si(OR1)4 及びR2Si(OR3)3(式中、R1、R3は加水分解性基、R2は有機官能基)で表されるケイ素化合物あるいはその加水分解物と、水酸基を有する水溶性高分子との複合物からなっている。 The gas barrier coating layer (13) has a general formula Si (OR 1 ) 4 and R 2 Si (OR 3 ) 3 (wherein R 1 and R 3 are hydrolyzable groups, and R 2 is an organic functional group). It consists of a composite of the silicon compound represented or its hydrolyzate and a water-soluble polymer having a hydroxyl group.
一般的に、金属アルコキシドは加水分解後縮合し、ガラスなどのセラミック膜を形成するが、そのセラミック膜は硬く、さらに縮合時の体積縮小による歪みによりクラックが入りやすいため、フィルム上に薄く透明で均一な縮合被膜を形成することは非常に困難である。そこで、高分子を添加することによって構造体に柔軟性を付与しクラックを防止して造膜することができる。しかし、高分子の添加は目視では均一でも、微視的には金属酸化物と高分子部分とに分離していることが多く、バリアの孔になりやすい。そこで、水酸基を有する高分子物を添加する事により、高分子物の水酸基と金属アルコキシドの加水分解物の水酸基との強い水素結合を利用して、金属酸化物が縮合に際し高分子物との間にうまく分散して、セラミックに近い高いガスバリア性を発現する。また、この被膜を無機化合物からなる蒸着薄膜層の上に積層することで、それぞれ単層によって得られる効果よりも、非常に高いガスバリア性、耐水性、耐湿性を示す。しかし、金属アルコキシドあるいはその加水分解物と水酸基を有する水溶性高分子の混合物からなるガスバリア性被膜層は、水素結合からなるため、水により膨潤して溶解する。高温、高湿度下での過酷な条件では被膜が水により膨潤してバリア性が劣化しやすい。それに対し、ガスバリア性被膜層が、一般式Si(OR1)4及びR2Si(OR3)3(式中、R1、R3は加水分解性基、R2は有機官能基)で表されるケイ素化合物あるいはその加水分解物と、水酸基を有する水溶性高分子との複合物からなっている場合は、水による膨潤を防止でき、優れた防湿性が得られる。前記一般式R2Si(OR3)3の有機官能基(R2)が、ビニル、エポキシ、メタクリロキシ、ウレイド、イソシアネート等の非水性官能基であることが好ましく、さらに好ましいのは、イソシアネート基が重合したイソシアヌレートであることであり、これは一般式R2Si(OR3)3のR2にイソシアネート基をもつ3−イソシアネートアルキルアルコキシシランが重合してヌレート体になったもので、1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートである。1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートは、イソシアヌレート部に化学的反応性はなくなるが、ヌレート部の極性により反応と同様の性能を示すことが知られている。一般的には、イソシアネートアルキルアルコキシシランと同様に接着剤などに添加され、接着性向上剤として知られている。よって、1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートをSi(OR1)4と、水酸基を有する水溶性高分子に添加することにより、水素結合に基づき、ガスバリア性被膜層が膨潤することを防ぎ、耐水性を向上させることができる。
Generally, metal alkoxide condenses after hydrolysis to form a ceramic film such as glass, but since the ceramic film is hard and cracks easily due to distortion due to volume reduction during condensation, it is thin and transparent on the film. It is very difficult to form a uniform condensation film. Therefore, by adding a polymer, flexibility can be imparted to the structure and cracks can be prevented to form a film. However, even though the addition of the polymer is visually uniform, it is often microscopically separated into a metal oxide and a polymer portion, and tends to become a barrier hole. Therefore, by adding a polymer having a hydroxyl group, a strong hydrogen bond between the hydroxyl group of the polymer and the hydroxyl group of the hydrolyzate of the metal alkoxide is utilized, so that the metal oxide is condensed with the polymer upon condensation. It disperses well and exhibits high gas barrier properties close to those of ceramics. Further, by laminating this film on a vapor-deposited thin film layer made of an inorganic compound, the gas barrier property, water resistance, and moisture resistance are much higher than the effects obtained by each single layer. However, since the gas barrier coating layer made of a mixture of a metal alkoxide or a hydrolyzate thereof and a water-soluble polymer having a hydroxyl group is composed of hydrogen bonds, it swells and dissolves with water. Under severe conditions under high temperature and high humidity, the coating swells with water and the barrier properties are likely to deteriorate. On the other hand, the gas barrier coating layer is represented by the general formulas Si (OR 1 ) 4 and R 2 Si (OR 3 ) 3 (wherein R 1 and R 3 are hydrolyzable groups, and R 2 is an organic functional group). In the case where it is made of a composite of a silicon compound or a hydrolyzate thereof and a water-soluble polymer having a hydroxyl group, it is possible to prevent swelling due to water and to obtain excellent moisture resistance. The organic functional group (R 2 ) of the general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 is preferably a non-aqueous functional group such as vinyl, epoxy, methacryloxy, ureido, isocyanate, and more preferably an isocyanate group and that it is polymerized isocyanurates, which meant that the R 2 of the general formula R 2 Si (OR 3) 3 having an
また、前記3−イソシアネートアルキルアルコキシシランは反応性が高く、液安定性が低いのに対し、1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートは、ヌレート部は水溶性ではないが、その極性により水系液中に分散しやすく、液粘度を安定に保つことができ、その耐水性能は3−イソシアネートアルキルアルコキシシランと同等の耐水性を示す。さらに、ヌレート部は耐水性があるのみでなく、極性によりバリアの孔になりにくい。 The 3-isocyanate alkylalkoxysilane has high reactivity and low liquid stability, whereas 1,3,5-tris (3-trialkoxysilylalkyl) isocyanurate does not have a water-soluble nurate part. However, it is easy to disperse in an aqueous liquid due to its polarity, the liquid viscosity can be kept stable, and the water resistance performance is equivalent to that of 3-isocyanatoalkylalkoxysilane. Furthermore, the nurate part is not only water resistant but also difficult to become a barrier hole due to its polarity.
前記1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートは、3−イソシアネートアルキルアルコキシシランの熱縮合により製造されるのものであり、原料の3−イソシアネートアルキルアルコキシシランが含まれる場合もあるが、特に問題はない。 The 1,3,5-tris (3-trialkoxysilylalkyl) isocyanurate is produced by thermal condensation of 3-isocyanatealkylalkoxysilane, and contains 3-isocyanatealkylalkoxysilane as a raw material There is no problem.
前記1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートより、1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルプロピル)イソシアヌレートの方が好ましく、さらに好ましいのは、1,3,5−トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートである。このメトキシ基は、加水分解速度が速く、また、プロピル基を含むものは比較的安価に入手し得ることから、実用上有利である。 1,3,5-tris (3-trialkoxysilylpropyl) isocyanurate is preferable to 1,3,5-tris (3-trialkoxysilylalkyl) isocyanurate, more preferably 1,3 , 5-tris (3-trimethoxysilylpropyl) isocyanurate. This methoxy group is practically advantageous because it has a high hydrolysis rate, and those containing a propyl group can be obtained relatively inexpensively.
一般式R2Si(OR3)3の有機官能基(R2)が、ビニル、メタクリロキシである場合は製造過程で紫外線または電子線等の照射が必要となり、設備および工程の増加によりコスト高を招く傾向がある。またウレイド基は特有の臭気があり、エポキシ基をもつものの一部は変異原性を有する場合がある。イソシアネート基はポットライフが短い。以上のような理由から、イソシアネート基が重合したイソシアヌレートが好ましいと考えられる。 When the organic functional group (R 2 ) of the general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 is vinyl or methacryloxy, it is necessary to irradiate with ultraviolet rays or electron beams during the production process. There is a tendency to invite. Ureido groups have a specific odor, and some of those having epoxy groups may have mutagenic properties. Isocyanate groups have a short pot life. For the reasons described above, isocyanurate obtained by polymerizing isocyanate groups is considered preferable.
前記複合物中のR2Si(OR3)3の固形分は、Si(OR1)4をSiO2に換算し、R2Si(OR3)3をR2Si(OH)3に換算した場合、全固形分比で1〜50重量%であることが望ましい。1重量%未満であると耐水性効果は低く、50重量%を越えると官能基がバリアの孔になるために良くない。耐水性と高いバリア性を考慮すると、全固形分比で5〜30重量%であることが好ましい。 The solid content of R 2 Si (OR 3 ) 3 in the composite was converted from Si (OR 1 ) 4 to SiO 2 and from R 2 Si (OR 3 ) 3 to R 2 Si (OH) 3 . In this case, the total solid content ratio is desirably 1 to 50% by weight. If it is less than 1% by weight, the water resistance effect is low, and if it exceeds 50% by weight, the functional group becomes a pore of the barrier, which is not good. In consideration of water resistance and high barrier properties, the total solid content ratio is preferably 5 to 30% by weight.
また、Si(OR1)4をSiO2に換算し、R2Si(OR3)3をR2Si(OH)3に換算した場合、複合物中の固形分比がSiO2/(R2Si(OH)3+水溶性高分子)=100/100〜100/30(重量比率)の範囲内であれば、被膜柔軟性によるフレキシブル性が十分付与されて好ましい。 Further, when Si (OR 1 ) 4 is converted to SiO 2 and R 2 Si (OR 3 ) 3 is converted to R 2 Si (OH) 3 , the solid content ratio in the composite is SiO 2 / (R 2 Si (OH) 3 + water-soluble polymer) = 100/100 to 100/30 (weight ratio) is preferable because flexibility due to film flexibility is sufficiently imparted.
前記複合物中のSi(OR1)4は、R1がCH3、C2H5、C2H4OCH3等で表せるものが良いが、特に、テトラエトキシシランが加水分解後、水系の溶媒中において比較的安定であるため好ましい。 Si (OR 1 ) 4 in the composite is preferably one in which R 1 can be represented by CH 3 , C 2 H 5 , C 2 H 4 OCH 3, etc. In particular, after tetraethoxysilane is hydrolyzed, This is preferable because it is relatively stable in a solvent.
前記水酸基を有する水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、でんぷん、セルロース類が好ましい。特にポリビニルアルコール(以下PVA)を用いた場合にガスバリア性が最も優れる。なぜなら、PVAはモノマー単位中に最も多く水酸基を含む高分子であるため加水分解後の金属アルコキシドの水酸基と非常に強固な水素結合をもつ。ここで言うPVAとは、一般にポリ酢酸ビニルをケン化して得られるもので、酢酸基が数十%残存している、いわゆる部分ケン化PVAから酢酸基が数%しか残存していない完全ケン化PVAまでを含む。PVAの分子量は重合度が300〜数千まで多種あるがどの分子量のものを用いても効果に問題はない。しかし一般的にケン化度が高くまた重合度が高い高分子量のPVAは耐水性が高いため好ましい。 The water-soluble polymer having a hydroxyl group is preferably polyvinyl alcohol, starch, or cellulose. In particular, when polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) is used, the gas barrier property is most excellent. This is because PVA has a very strong hydrogen bond with the hydroxyl group of the metal alkoxide after hydrolysis because it is a polymer containing the most hydroxyl group in the monomer unit. PVA as used herein is generally obtained by saponifying polyvinyl acetate, and saponification is complete saponification in which only several percent of acetic acid groups remain from so-called partially saponified PVA in which several tens of percent of acetic acid groups remain. Includes up to PVA. The molecular weight of PVA has various degrees of polymerization ranging from 300 to several thousand. However, a high molecular weight PVA having a high saponification degree and a high polymerization degree is generally preferable because of high water resistance.
Si(OR1)4としてテトラエトキシシランを使用し、水溶性高分子としてPVAを使用した場合、金属アルコキシドあるいは金属アルコキシドの加水分解物を金属酸化物、例えば、SiO2に換算したときの金属酸化物と水溶性高分子との重量比率は、特にSiO2/PVA=100/10〜100/100であることがより好ましい。PVAが10以下の場合はガスバリア性被膜層が硬くてヒビ割れやすく、フレキシビリティーが低くバリアが劣化しやすい。またPVAが100を越えると耐水性阻害の原因となる。 When tetraethoxysilane is used as Si (OR 1 ) 4 and PVA is used as the water-soluble polymer, metal alkoxide or metal alkoxide hydrolyzate is converted into metal oxide, for example, metal oxide when converted to SiO 2 The weight ratio of the product to the water-soluble polymer is more preferably SiO 2 / PVA = 100/10 to 100/100. When PVA is 10 or less, the gas barrier coating layer is hard and easily cracked, the flexibility is low, and the barrier is likely to deteriorate. Moreover, when PVA exceeds 100, it will become a cause of water resistance inhibition.
前記ガスバリア性被膜層(13)を形成する為のコート液の作成は、加水分解したSi(OR1)4と水酸基をもつ水溶性高分子とR2Si(OR3)3とをどの順番で混合しても効果は発現するが、特に、Si(OR1)4とR2Si(OR3)3を別々に加水分解してから水溶性高分子に添加する方法が、SiO2の微分散及びSi(OR1)4の加水分解効率を考慮すると望ましい。前記コート液へ、インキ、接着剤との密着性、濡れ性、収縮によるクラック発生防止を考慮して、イソシアネート化合物、コロイダルシリカやスメクタイトなどの粘土鉱物、安定化剤、着色剤、粘度調整剤などの公知の添加剤などを、ガスバリア性や耐水性を阻害しない範囲で添加しても良い。 The coating liquid for forming the gas barrier coating layer (13) is prepared in any order by hydrolyzed Si (OR 1 ) 4 , a water-soluble polymer having a hydroxyl group and R 2 Si (OR 3 ) 3. Even if mixed, the effect is manifested. In particular, the method in which Si (OR 1 ) 4 and R 2 Si (OR 3 ) 3 are separately hydrolyzed and then added to the water-soluble polymer is a fine dispersion of SiO 2 . And the hydrolysis efficiency of Si (OR 1 ) 4 is desirable. In consideration of adhesion to ink and adhesive, wettability, and prevention of cracking due to shrinkage to the coating liquid, isocyanate compounds, clay minerals such as colloidal silica and smectite, stabilizers, colorants, viscosity modifiers, etc. These known additives may be added within a range that does not impair gas barrier properties and water resistance.
前記ガスバリア性被膜層(13)の形成方法は、コート液を公知のコート法、例えば、ディッピング法、ロールコート法、グラビアコート法、リバースコート法、エアナイフコート法、コンマコート法、ダイコート法やスプレーコート法等で形成する。さらに、乾燥
後の厚みは特に限定しないが、50μmを越えるとクラックが生じやすくなる可能性があるため、0.01〜50μmとすることが望ましい。
The gas barrier coating layer (13) can be formed by applying a coating solution to a known coating method, such as dipping method, roll coating method, gravure coating method, reverse coating method, air knife coating method, comma coating method, die coating method or spraying. It is formed by a coating method. Further, the thickness after drying is not particularly limited, but if it exceeds 50 μm, cracks are likely to occur, so it is desirable that the thickness be 0.01 to 50 μm.
また、より高いレベルのバリア性が要求される場合は、無機化合物からなる蒸着薄膜層(12)とガスバリア性被膜層(13)とを交互に重ね2〜6階層まで積層してもよく、あるいは、ガスバリアフィルム(10)又はガスバリアフィルム(10′)を複数枚重ねて積層しても良い。 When a higher level of barrier property is required, the vapor deposition thin film layer (12) and the gas barrier film layer (13) made of an inorganic compound may be alternately stacked to have 2 to 6 layers, or A plurality of gas barrier films (10) or gas barrier films (10 ') may be laminated and laminated.
前記接着剤層(23、24)は、透明で、接着力が強いものであればよく、例えば、イソシアネート等の硬化、加熱等の硬化、光等の硬化等を用いて接着するもの、あるいは粘着剤等が使用できる。 The adhesive layer (23, 24) may be transparent and has a strong adhesive force. For example, the adhesive layer (23, 24) is bonded using, for example, isocyanate curing, heating curing, light curing, or the like, or an adhesive. An agent can be used.
図2は本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面説明図であり、太陽電池モジュール(100)は太陽電池用バックシート(1)を用いてユニット化したものであり、上部透明材料(101)、充填材(102)、太陽電池素子(103)、配線(104)、太陽電池用バックシート(1)、シール材(105)、枠体(106)で構成されており、防湿性が良く、長期間の使用に耐える。また、太陽電池用バックシート(1)の代わりに、高分子フィルム層(21)の表面、又はフィルム基材層(11)の表面にさらに印刷層を積層した積層材からなる太陽電池用バックシートを用いれば、優れた意匠性を有し、他製品との差別化が可能になる。 FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing an embodiment of the solar cell module of the present invention. The solar cell module (100) is unitized by using a solar cell backsheet (1), and an upper transparent material ( 101), a filler (102), a solar cell element (103), a wiring (104), a solar cell backsheet (1), a sealing material (105), and a frame (106). Good and withstands long-term use. Moreover, the solar cell backsheet which consists of a laminated material which laminated | stacked the printing layer on the surface of the polymer film layer (21) or the surface of the film base material layer (11) instead of the solar cell backsheet (1). If it is used, it has an excellent design and can be differentiated from other products.
前記上部透明材料(101)としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが使用され、前記充填材(102)としては、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂などが使用され、前記シール材(105)としては、ブチルゴムなどが使用され、前記枠体(106)には、一般的にはアルミニウム枠材が使用される。 As the upper transparent material (101), glass, acrylic resin, polycarbonate resin or the like is used, and as the filler (102), polyvinyl butyral resin, silicone resin, vinyl chloride resin, polyurethane resin, ethylene / vinyl acetate are used. Polymer resin or the like is used, butyl rubber or the like is used as the sealing material (105), and an aluminum frame material is generally used for the frame (106).
本発明の太陽電池モジュールの製造方法の一例を以下に説明すると、前もって配線接続した太陽電池素子(103)を所定厚さのエチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材シート2枚でサンドイッチ状に挟んだ後に、片方の充填材シート上に強化ガラス板からなる上部透明材料(101)を置き、反対側の充填材シート上に太陽電池用バックシートをかぶせ、しかる後に40℃で5分間予備加熱し、さらに両側から減圧下で全体を150℃で30分間程度熱プレスして太陽電池用バックシートを融着一体化させ、端部をブチルゴムでシールし、アルミニウムの枠体(106)で固定して太陽電池モジュールを製造する。 An example of the method for producing the solar cell module of the present invention will be described below. A solar cell element (103) connected in advance with a wire is sandwiched between two filler sheets made of ethylene / vinyl acetate copolymer resin having a predetermined thickness. After being sandwiched between, the upper transparent material (101) made of a tempered glass plate is placed on one filler sheet, and the back sheet for solar cell is placed on the opposite filler sheet, and then spared at 40 ° C. for 5 minutes. Heat and press the entire body under reduced pressure from both sides at 150 ° C for about 30 minutes to fuse and integrate the solar cell backsheet, seal the ends with butyl rubber, and fix with aluminum frame (106) A solar cell module is manufactured.
本発明の太陽電池用バックシートを、以下に具体的な実施例に従って説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。 Although the solar cell backsheet of this invention is demonstrated according to a specific Example below, this invention is not limited to these Examples.
最初に、プライマー層用のプライマーコート液とガスバリア性被膜層用の塗布液を作成する為の各成分液を調整した。
〈プライマー層用のプライマーコート液の調整〉
アクリルポリオールとキシリレンジイソシアネートをアクリルポリオールのOH基に対し、NCO基が等量となるように加え、全固形分が5重量%になるよう酢酸エチルで希釈した。ここに3−イソシアネートプロピルトリメトキシシランを全固形分比で30重量%になるように添加して、プライマーコート液を調整した。
〈ガスバリア性被膜層用の塗布液を作成する為のa成分液の調整〉
テトラエトキシシラン〔Si(OC2H5)4 、以下、TEOSとする〕17.9gとメタノール10gに塩酸(0.1N)72.1gを加え、30分間攪拌し、加水分解させて固形分5重量%(SiO2換算)のa成分液を調整した。
〈ガスバリア性被膜層用の塗布液を作成する為のb成分液の調整〉
ポリビニルアルコール樹脂を水/メタノール=95/5(重量比)の混合溶媒で溶解し、固形分5重量%のb成分液を調整した。
〈ガスバリア性被膜層用の塗布液を作成する為のc成分液の調整〉
1,3,5−トリス(3−トリアルコキシシリルアルキル)イソシアヌレートを水/IPA=1/1溶媒で加水分解し、固形分5重量%(R2Si(OH)3換算)のc成分液を調整した。
〈ガスバリア性被膜層用の塗布液を作成する為のd成分液の調整〉
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランのIPA溶液に塩酸(1N)をゆっくり加え、30分間攪拌し加水分解させた後、水/IPA/=1/1溶媒で加水分解を行い、固形分5重量%(R2Si(OH)3換算)のd成分液を調整した。
〈ガスバリア性被膜層用の塗布液の調整〉
前記a〜dの各成分液を用いて、ガスバリア性被膜層用の塗布液を調整した。
(1)塗布液Aの調整
前記各成分液を用いて、a成分液/b成分液/c成分液=70/20/10(固形分重量比率)になるように配合して、塗布液Aを調整した。
(2)塗布液Bの調整
前記各成分液を用いて、a成分液/b成分液/d成分液=70/20/10(固形分重量比率)になるように配合して、塗布液Bを調整した
First, each component liquid for preparing a primer coat liquid for the primer layer and a coating liquid for the gas barrier coating layer was prepared.
<Preparation of primer coating solution for primer layer>
Acrylic polyol and xylylene diisocyanate were added with an equal amount of NCO groups with respect to the OH groups of the acrylic polyol, and diluted with ethyl acetate so that the total solid content was 5% by weight. Here, 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane was added to a total solid content ratio of 30% by weight to prepare a primer coating solution.
<Adjustment of component a liquid for preparing coating liquid for gas barrier coating layer>
Add 72.1 g of hydrochloric acid (0.1N) to 17.9 g of tetraethoxysilane [Si (OC 2 H 5 ) 4 , hereinafter referred to as TEOS] and 10 g of methanol, stir for 30 minutes, and hydrolyze to obtain a solid content of 5 A component liquid of wt% (SiO 2 equivalent) was prepared.
<Adjustment of component b liquid for preparing coating liquid for gas barrier coating layer>
A polyvinyl alcohol resin was dissolved in a mixed solvent of water / methanol = 95/5 (weight ratio) to prepare a component b liquid having a solid content of 5% by weight.
<Adjustment of component c solution for preparing coating solution for gas barrier coating layer>
1,3,5-tris (3-trialkoxysilylalkyl) isocyanurate is hydrolyzed with water / IPA = 1/1 solvent, and a component c solution having a solid content of 5% by weight (in terms of R 2 Si (OH) 3 ) Adjusted.
<Adjustment of d component liquid for preparing coating liquid for gas barrier coating layer>
Hydrochloric acid (1N) is slowly added to an IPA solution of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and the mixture is stirred for 30 minutes for hydrolysis, followed by hydrolysis with water / IPA / = 1/1 solvent to obtain a solid content of 5% by weight. % D component liquid (R 2 Si (OH) 3 conversion) was prepared.
<Adjustment of coating solution for gas barrier coating layer>
A coating solution for a gas barrier coating layer was prepared using each of the component liquids a to d.
(1) Adjustment of coating liquid A Using each of the above component liquids, blending was performed so that a component liquid / b component liquid / c component liquid = 70/20/10 (solid content weight ratio). Adjusted.
(2) Adjustment of coating liquid B Using each of the above component liquids, blended so that a component liquid / b component liquid / d component liquid = 70/20/10 (solid content weight ratio). Adjusted
フィルム基材層(11)として、厚さ12μmの片面をコロナ処理した2軸延伸ポリエスルフィルム(東洋紡績(株)、商品名、P60)を使用し、その2軸延伸ポリエスルフィルムの片面に、前記調整したプライマーコート液を用いて、厚さ0.05μmのプライマー層(14)を積層し、その上に厚さ50nmの酸化アルミニウムの蒸着薄膜層(12)を積層し、さらにその上に前記調整した塗布液Aを用いて、厚さ0.3μmのガスバリア性被膜層(13)を積層してなるガスバリアフィルム(10)を作成し、前記ガスバリアフィルム(10)のフィルム基材層(11)面に塗布量3g/m2(乾燥状態)のウレタン系接着剤からなる接着剤層(23)を介して厚さ50μmのポリエステルフィルムからなる高分子フィルム層(21)を積層し、他方のガスバリア性被膜層(13)面に塗布量3g/m2(乾燥状態)のウレタン系接着剤からなる接着剤層(24)を介して厚さ50μmの耐光性ポリエステルフィルムからなる高分子フィルム層(22)を積層して、本発明の太陽電池用バックシート(1)を作成した。 As the film base layer (11), a biaxially stretched polyester film (Toyobo Co., Ltd., trade name, P60) obtained by corona-treating one side having a thickness of 12 μm is used. Using the prepared primer coating solution, a primer layer (14) having a thickness of 0.05 μm is laminated, and a vapor-deposited thin film layer (12) of aluminum oxide having a thickness of 50 nm is laminated thereon, and the adjustment is further performed thereon. A gas barrier film (10) formed by laminating a gas barrier coating layer (13) having a thickness of 0.3 μm is prepared using the coating liquid A, and the film base layer (11) surface of the gas barrier film (10) the coating amount to 3 g / m 2 polymer film layer comprising a polyester film having a thickness of 50μm through an adhesive layer made of urethane-based adhesive (23) of the (dry) (21) Laminated, composed of light polyester film having a thickness of 50μm through other gas barrier coating layer (13) faces the urethane consisting adhesive adhesive layer coating weight 3 g / m 2 (dry) (24) The polymer film layer (22) was laminated to produce the solar cell backsheet (1) of the present invention.
実施例1において、酸化アルミニウムに代えて、厚さ40nmの酸化珪素の蒸着薄膜層(12)を積層した以外は、同様にして本発明の太陽電池用バックシートを作成した。 In Example 1, a back sheet for solar cell of the present invention was prepared in the same manner except that a vapor-deposited thin film layer (12) of silicon oxide having a thickness of 40 nm was laminated instead of aluminum oxide.
実施例1において、前記調整した塗布液Bを用いて、ガスバリア性被膜層(13)を積層した以外は、同様にして本発明の太陽電池用バックシートを作成した。 A back sheet for a solar cell of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that the gas barrier film layer (13) was laminated using the prepared coating solution B.
実施例1において、プライマー層(14)を設けなかった以外は、同様にして本発明の太陽電池用バックシートを作成した。 In Example 1, the solar cell backsheet of this invention was created similarly except not providing the primer layer (14).
以下に、本発明の比較用の実施例について説明する。 Hereinafter, comparative examples of the present invention will be described.
ガスバリア性被膜層を積層しなかった以外は、実施例1と同様にして比較用の太陽電池
用バックシートを作成した。
A back sheet for comparison solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the gas barrier coating layer was not laminated.
〈評価〉
実施例1〜4の本発明の太陽電池用バックシート及び実施例5の比較用の太陽電池用バックシートを、85℃、85%RH条件下で5000時間保存後の外観の良否を評価した。その結果を表1に示す。
<Evaluation>
The back sheet for solar cells of Examples 1 to 4 and the back sheet for solar cell for comparison of Example 5 were evaluated for quality after storage for 5000 hours at 85 ° C. and 85% RH. The results are shown in Table 1.
1,2…太陽電池用バックシート
10,10′…ガスバリアフィルム
11…フィルム基材層
12…蒸着薄膜層
13…ガスバリア性被膜層
14…プライマー層
21,22…高分子フィルム層
23,24…接着剤層
100…太陽電池モジュール
101…上部透明材料
102…充填材
103…太陽電池素子
104…配線
105…シール材
106…枠体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
プライマー層の前記シランカップリング剤が、イソシアネート基を有するシランカップリング剤であることを特徴とする太陽電池用バックシート。 On one or both sides of the transparent film base layer, a primer layer made of a mixture of an acrylic polyol, an isocyanate compound, and a silane coupling agent, a vapor-deposited thin film layer made of an inorganic compound, a general formula Si (OR 1 ) 4 and a general formula R 2 Si (OR 3 ) 3 (wherein R 1 and R 3 are hydrolyzable groups, R 2 is an organic functional group) or a hydrolyzate thereof, a water-soluble polymer having a hydroxyl group, made of a laminate obtained by laminating a polymer film layers on both sides of the gas barrier film of the gas barrier coating layer formed by sequentially stacking of composite material,
The back sheet for solar cells , wherein the silane coupling agent of the primer layer is a silane coupling agent having an isocyanate group .
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