JP5211897B2

JP5211897B2 - 太陽電池バックシート

Info

Publication number: JP5211897B2
Application number: JP2008177493A
Authority: JP
Inventors: 健西川
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: JP2010021167A

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バックシートに関するものである。

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、結晶系シリコン太陽電池は一般家庭に普及されており、そして原料であるシリコン不足を背景に薄膜シリコン系の太陽電池技術も急速に進歩しつつある。

太陽電池を屋根部材と一体化した構成で使用する際には、複数個の太陽電池素子を組み合わせ、その素子グループの表面及び裏面を所定の機能を持つカバー材料で前記素子グループを保護した太陽電池モジュールとして使用することが一般的である。

太陽電池素子の受光面側のカバー材料は透明ガラス基板を使用し、その裏面側のカバー材料（以下、太陽電池バックシートと記述する）は、例えば高耐候性樹脂フィルムからなるバックシートを使用する。そしてその間をＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）フィルムで封止する方法がとられている。

そのバックシートには太陽電池素子が水分に弱いため防湿性が必要であり、そのためには金属箔を用いることで改善できるが、しかし金属箔を用いた場合、耐電圧が低くなってしまい、また、シースルータイプ太陽電池向けとしては透明性が低くなり適当ではない。そのために、例えば特許文献１では耐加水分解性の白色樹脂フィルムを用いた防湿性に優れたバックシートを提案している。
この方法であれば確かに防湿性、透明性の優れたバックシートを提供できるが、色味として半透明白色しかできず、特にシースルータイプの太陽電池としては装飾性に欠けるものである。白色樹脂フィルムに色味を持たせたフィルムに変えると、フィルムは厚いために色が濃くなってしまい、透明性が悪くなり、また色材のコストも高くなる。
特開２００２−１００７８８号公報

本発明は、上記のような課題を鑑み、透明性、防湿性、装飾性、光散乱性を備えた太陽電池バックシートを提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、少なくとも２枚以上の白色樹脂フィルムの間に３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の着色層および粘着層を設けることを特徴とする太陽電池バックシートである。
請求項２に記載の発明は、前記着色層の上層に金属酸化物層を設けることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシートである。
請求項３に記載の発明は、前記金属酸化物層は物理気相成長法もしくは化学気相成長法による成膜方法により作製され、膜厚が５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池バックシートである。
請求項４に記載の発明は、前記金属酸化物層の上層にさらに金属アルコキシドを原料とする塗布膜を設けることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池バックシートである。
請求項５に記載の発明は、前記金属アルコキシドが、（Ｒ^１）_ｍ−Ｍ^１−（ＯＲ^２）_４−ｍ（ただしＲ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜８の有機基を表し、Ｍ^１はＳｉ、ＺｒまたはＴｉを表す）で表されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池バックシートである。
請求項６に記載の発明は、前記金属アルコキシドが、Ａｌ−（ＯＲ^３）_３（ただしＲ^３は炭素数１〜８の有機基を表す）で表されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池バックシートである。

本発明により、少なくとも２枚以上の白色樹脂フィルムの間に１０ｎｍ以上１μｍ以下の着色層を設けることにより防湿性、透明性、装飾性、光散乱性を備えた太陽電池バックシートを提供することができる。とくに、着色層を設けることにより、自在に色味を変えることができる。

本発明は、少なくとも２枚以上の白色樹脂フィルムの間に１０ｎｍ以上１μｍ以下の着色層を設けることを特徴とする太陽電池バックシートである。図１〜３は、本発明の太陽電池バックシートの実施形態の断面図である。図１の太陽電池バックシート１は、２枚の白色樹脂フィルム１０の間に、着色層１２および粘着層１４が順次設けられた構成である。図２の太陽電池バックシート１は、２枚の白色樹脂フィルム１０の間に、着色層１２、金属酸化物層１６および粘着層１４が順次設けられた構成である。図３の太陽電池バックシート１は、２枚の白色樹脂フィルム１０の間に、着色層１２、金属酸化物層１６、金属アルコキシドを原料とする塗布膜１８および粘着層１４が順次設けられた構成である。

本発明に用いられるフィルムとしては、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂フィルム、またはノルボルネン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、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）などが挙げられる。その中でも生産性、コスト等を考慮するとＰＥＴやＰＥＮが望ましい。また、これらのフィルムには必要に応じて帯電防止剤や紫外線吸収剤、可塑剤、滑り剤といった添加剤が含まれていても構わない。また、表面がコロナ処理、フレーム処理、プラズマ処理、易接着処理等改質されたものであっても差し支えない。

本発明で用いられる白色樹脂フィルムとしては、高い反射率を持たせ太陽電池としての変換効率向上のために白色にする必要があり、上記フィルムに白色顔料を添加して製造されるものである。そのフィルムとしては白色度が８０％以上であり、膜厚が６〜３００μｍであるものが望ましい（さらに好ましくは１２〜２００μｍ）。白色顔料としては、粒径が１μｍ以上５００μｍ以下である酸化チタンや酸化亜鉛が好適に用いられる。

着色層の膜厚は、前述のとおり１０ｎｍ以上１μｍ以下である。膜厚が１０ｎｍ未満であると、良好な色彩を得ることができない。また膜厚が１μｍを超えると、顔料コストが増し、好ましくない。さらに好ましい膜厚は、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

本発明で用いられる着色層としては、有機バインダーに有機顔料もしくは無機顔料を添加した材料を用いることができる。有機顔料としてはアゾ系、キノン系、トリアリールメタン系、シアニン系、フタロシアニン系、インジゴ系、クマリン系、スチリル系などを用いることができる。無機顔料としてはクロム酸亜鉛、酸化チタンとニッケルとアンチモン縁の混合物、クロム酸亜鉛とモリブデン酸鉛の混合物、酸化鉄、アルミナ−シリカ−硫黄の混合物、マンガン有機錯体、ルテニウム有機錯体などが挙げられ、以上の顔料は複数混合してもよい。

有機バインダーとしてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル／スチレン共重合体樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルアルコール樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。硬化方法は特に問わないが、熱硬化方式や紫外線硬化方式が特に望ましい。

これらの樹脂は溶媒に溶かし固形分を１〜８０重量％、より好ましくは１〜３０重量％に調整し基材上に塗工することができる。

着色層には、ブロッキング防止や硬度付与、帯電防止性能付与、またはレベリング性向上の目的で添加剤を加えてもよい。また、硬化方式により光重合開始剤やイソシアネート硬化剤などを加えてもよい。

また着色層の形成方法としては、ウェットコーティングでもかまわず、公知の方法を用いることができる。具体的にはグラビアコーター、ディップコーター、リバースコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター等である。

本発明においては、着色層の上層に金属酸化物層をガスバリア層として設けることで、さらなる高防湿性を得ることができる。このための金属酸化物層は真空成膜で形成することが望ましく、その方式としては物理気相成長法もしくは化学気相成長法、例えば抵抗加熱式真空蒸着法、ＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）加熱式真空蒸着法、誘導加熱式真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、デュアルマグネトロンスパッタリング法、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）などが挙げられる。上記のスパッタリング以降の項目ではプラズマを用いているが、ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）方式、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）方式、ＭＦ（ＭｉｄｄｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）方式、ＤＣパルス方式、ＲＦパルス方式、ＤＣ＋ＲＦ重畳方式などプラズマの生成法が挙げられるが特に限定されるものではない。

金属酸化物層には酸化アルミニウム、酸化珪素、インジウムとスズの複合酸化物、インジウムとセリウムの複合酸化物、スズ、スズおよびチタン、またはチタンを含むインジウムとセリウムの複合酸化物が望ましく、その中でも、酸化アルミニウムや酸化珪素膜は透明性、ガスバリア性とも他の金属酸化物より優れているためより好ましい。
金属酸化物層の膜厚は、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が５ｎｍ未満であると、良好なバリア性を発揮することができない。また、膜厚が１０００ｎｍを超えると、膜割れが起き易くなり好ましくない。

また本発明では、金属酸化物層の上層にさらに金属アルコキシドを原料とする塗布膜を設けることが金属酸化物層との密着という理由から好ましい。
金属アルコキシドとしては、（Ｒ^１）_ｍ−Ｍ^１−（ＯＲ^２）_４−ｍ（ただしＲ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜８の有機基を表し、Ｍ^１はＳｉ、ＺｒまたはＴｉを表す）またはＡｌ−（ＯＲ^３）_３（ただしＲ^３は炭素数１〜８の有機基を表す）で表される化合物が好ましい。

金属Ｍ^１がＳｉである金属アルコキシドとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等を挙げることができる。

金属Ｍ^１がＺｒである金属アルコキシドとしては、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等を挙げることができる。

金属Ｍ^１がＴｉである金属アルコキシドとしては、テトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、テトラブトキシチタニウム等を挙げることができる。

金属がＡｌである金属アルコキシドとしては、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリブトキシアルミニウム等を挙げることができる。

上記金属アルコキシドは１種類のみ用いても２種以上混合して用いても差し支えない。また、ポリビニルアルコール等も混合してもよい。

２枚以上の白色樹脂フィルムを貼り合わせるためには接着剤からなる粘着層を採用するのが望ましい。接着剤は透明であること以外は特に制限しない。一般的にはウレタン系接着剤をイソシアネート硬化剤で硬化させる方式が用いられる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。太陽電池バックシートの性能は，下記の方法に従って評価した。
Ｈａｚｅ…日本電色製ＮＤＨ−２０００を用いＪＩＳ−Ｋ７１０５に準じ測定を行った。
水蒸気透過度…ＪＩＳ−Ｚ０２０８に準じ測定を行った。

実施例１
厚さ１００μｍの白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇ（東レ製、白色度：９３％）を用い、その上に、アクリルポリオールとイソシアネートにインジゴ系色素を混合させた色材をバーコート法により０．１μｍの膜厚で加工した。その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にウレタン系接着剤をバーコート法により４μｍの厚さで加工し、厚さ１００μｍの白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇを貼り合わせた。このフィルムの色味は青でＨａｚｅは８０％であった。水蒸気透過率は０．５ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

実施例２
厚さ１００μｍの白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇ（東レ製、白色度：９３％）を用い、その上に、アクリルポリオールとイソシアネートにインジゴ系色素を混合させた色材をバーコート法により０．１μｍの膜厚で加工した。その上層にウレタン系接着剤をバーコート法により４μｍの厚さで加工し１００μｍ白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇを貼り合わせた。このフィルムの色味は青でＨａｚｅは８０％であった。水蒸気透過率は３ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

実施例３
厚さ１００μｍの白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇ（東レ製、白色度：９３％）を用い、その上に、アクリルポリオールとイソシアネートにインジゴ系色素を混合させた色材をバーコート法により０．１μｍの膜厚で加工した。その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にテトラエトキシシランの加水分解により得られた膜をオーバーコートとして０．３μｍの膜厚で加工し、その後ウレタン系接着剤をバーコート法により４μｍの厚さで加工し１００μｍ白色ＰＥＴフィルムＥ２８Ｇを貼り合わせた。このフィルムの色味は青でＨａｚｅは８０％であった。水蒸気透過率は０．１ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

比較例１
厚さ１００μｍの透明ＰＥＴフィルムＡ４３００（東洋紡製）を用い、その上に、アクリルポリオールとイソシアネートにインジゴ系色素を混合させた色材をバーコート法により０．１μｍの膜厚で加工した。その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にウレタン系接着剤をバーコート法により４μｍの厚さで加工し１００μｍ透明ＰＥＴフィルムＡ４３００（東洋紡製）を貼り合わせた。このフィルムの色味は青でＨａｚｅは１％であった。水蒸気透過率は０．５ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

比較例２
厚さ１００μｍの透明ＰＥＴフィルムＡ４３００（東洋紡製）を用い、その上に、アクリルポリオールとイソシアネートとを混合させた色材をバーコート法により０．１μｍの膜厚で加工した。その後真空蒸着法によりＳｉＯｘ層を５０ｎｍ形成した。その上層にウレタン系接着剤をバーコート法により４μｍの厚さで加工し１００μｍ透明ＰＥＴフィルムＡ４３００（東洋紡製）を貼り合わせた。このフィルムの色味は透明でＨａｚｅは１％であった。水蒸気透過率は０．５ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

[表１]

上記のように本発明では、白色樹脂フィルム上に着色層を設けることにより高級感のある青味を付与することができ、高い水蒸気バリア性により太陽電池素子の耐久性を高め、さらにＨａｚｅも高いために光散乱効果により変換効率向上も期待される太陽電池バックシートを提供できる。

本発明の太陽電池バックシートの実施形態の断面図である。本発明の太陽電池バックシートの実施形態の断面図である。本発明の太陽電池バックシートの実施形態の断面図である。

符号の説明

１０白色樹脂フィルム
１２着色層
１４粘着層
１６金属酸化物層
１８金属アルコキシドを原料とする塗布膜

Claims

少なくとも２枚以上の白色樹脂フィルムの間に３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の着色層および粘着層を設けることを特徴とする太陽電池バックシート。
前記着色層の上層に金属酸化物層を設けることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシート。
前記金属酸化物層は物理気相成長法もしくは化学気相成長法による成膜方法により作製され、膜厚が５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池バックシート。
前記金属酸化物層の上層にさらに金属アルコキシドを原料とする塗布膜を設けることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池バックシート。
前記金属アルコキシドが、（Ｒ^１）_ｍ−Ｍ^１−（ＯＲ^２）_４−ｍ（ただしＲ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜８の有機基を表し、Ｍ^１はＳｉ、ＺｒまたはＴｉを表す）で表されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池バックシート。
前記金属アルコキシドが、Ａｌ−（ＯＲ^３）_３（ただしＲ^３は炭素数１〜８の有機基を表す）で表されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池バックシート。