JP5281986B2 - 積層フィルムおよび複合フィルム - Google Patents
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Description
バックシートはセルを保護し、劣化を防ぐことで、発電効率の維持する役割を果たす。このバックシートには、優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性が要求される。例えば、特許文献1や特許文献2には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた太陽電池裏面保護膜が提案されている。
太陽電池は、永年にわたり野外に放置されるため、高いバリア性が求められる。そのため、基材フィルム上に、有機層と無機層を積層した積層フィルムを用いることが検討されている。かかる積層フィルムを低コストで製造するためには、大面積かつ高速で製造可能なロール トゥ ロール方式が選択される。ロール トゥ ロール方式で生産する場合、基材を高速で搬送する際のフィルムとパスローラー、もしくは、フィルム同士が重なりあったときの摩擦、滑り易さが重要なファクターとなる。いわゆる易滑性が最適でなければならない。積層フィルムが易滑性に劣ると搬送時や巻取り時にシワが発生することも多く、易滑性に対する要求度が高い。
本願発明は、上記課題を解決することを目的としたものであって、易滑性があり、かつ、太陽電池のバックシート用途において十分なバリア性を有する積層フィルムを提供することを目的とする。
具体的には、以下の手段により達成された。
Ra(100 μm 角) < 50 nm
Ra(10μm 角) < 2 nm
75 nm < Rz(100 μm 角) < 300 nm
(2)前記基材フィルムの表面が下記式の全てを満たす、(1)に記載の積層フィルム。
Ra(100μm 角) < 50 nm
300 nm < Rz(100μm 角) < 1200 nm
(3)前記有機層が(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、(1)または(2)に記載の積層フィルム。
(4)前記有機層が多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、(1)または(2)に記載の積層フィルム。
(5)前記有機層が、芳香族性炭素骨格を有する、多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、(1)または(2)に記載の積層フィルム。
(6)前記基材フィルムには微粒子が分散している、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(7)前記微粒子は、珪素酸化物、チタン酸化物およびジルコニウム酸化物から選択される1種または2種以上である、(6)に記載の積層フィルム。
(8)前記微粒子は、カーボンブラックである、(6)に記載の積層フィルム。
(9)前記基材フィルムが、着色剤を含む、(1)〜(8)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(10)前記有機層がシランカップリング剤を含有する、(1)〜(9)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(11)前記無機層が珪素酸化物および/またはアルミニウム酸化物を含む、(1)〜(10)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(12)前記無機層が真空蒸着法で製膜されたものである、(1)〜(11)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(12−2)前記無機層がプラズマアシスト蒸着法によって製膜されたものである、(1)〜(12)のいずれか1項に記載の積層フィルム。
(13)(1)〜(12−2)のいずれか1項に記載の積層フィルム2枚が、無機層を設けている側同士が向き合うように接着層を介して接合している複合フィルム。
(14)(1)〜(12−2)のいずれか1項に記載の積層フィルムまたは(13)に記載の複合フィルムを有する太陽電池用バックシート。
(15)(1)〜(12−2)のいずれか1項に記載の積層フィルムの製造方法であって、ロール トゥ ロールによってフィルムを搬送することを含む、製造方法。
2 基材フィルム
3 有機層
4 無機層
5 接着剤層
6 複合フィルム
7 太陽電池用バックシート
8 接着剤層
9 プラスチックフィルム
Ra(100μm 角) < 50 nm
Ra(10μm 角) < 2 nm
75 nm < Rz(100μm 角) < 300 nm
有機層の表面を上記のように設定することにより、ロール トゥ ロールで搬送する場合でも、シワや巻絞まりの発生を効果的に抑制でき、かつ、高いバリア性を達成することが可能になる。
また、Ra(100μm 角)は、100μm角におけるRaをいい、Ra(10μm 角)は10μm角におけるRaをいう。同様に、Rz(100μm 角) は100μm角におけるRzをいう。
20nm < Ra(100μm 角) < 40nm
0.5nm < Ra(10μm 角) < 1.0nm
100nm < Rz(100μm 角) < 250nm
Ra(100μm 角) < 50 nm
300 nm < Rz(100μm 角) < 1200 nm
基材フィルムの表面はさらに好ましくは、それぞれ、以下の式を満たすことが好ましい。
20nm < Ra(100μm 角) <40nm
400nm < Rz(100μm 角) <700nm
本発明における有機層は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特にさだめるものではないが、(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化してなる層であることが好ましく、多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化してなる層であることがより好ましく、芳香族性炭素骨格を有する多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化してなる層であることがさらに好ましい。芳香族性炭素骨格を有する(メタ)アクリレートを採用することにより、基材フィルムに対する塗布性に優れ、バリア性が向上する傾向にあり好ましい。
芳香族性炭素骨格としては、ベンゼン骨格、ビフェニル骨格、ナフタレン骨格、ビナフチル骨格、アズレン骨格、ビフェニレン骨格、アセナフチレン骨格、フェナントレン骨格、アントラセン骨格、トリフェニレン骨格、ピレン骨格、クリセン骨格、ナフタセン骨格、ピセン骨格、ペリレン骨格、ベンゾピレン骨格が好ましい例として挙げられる。本発明における、芳香族性炭素骨格は、1つまたは2つ以上の芳香環を有することが好ましく、芳香環を2つ以上有する重合性化合物を硬化させてなる樹脂がより好ましい。1つまたは2つ以上の芳香環を有する芳香族性炭素骨格を有する樹脂を採用することにより、プラズマプロセス中でもより分解されにくい層を形成することができる。この結果、バリア性が良い向上する傾向にある。
本発明における有機層に含まれる樹脂は、3次元架橋性を有する樹脂を用いることも好ましい。このような樹脂を採用することにより、有機層をより緻密な構造とすることができる。
また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、他の重合性モノマーを含んでいてもよい。他の重合性モノマーとしては、芳香族性炭素骨格を有さない(メタ)アクリレートが挙げられる。
本発明において、光重合開始剤を用いる場合、重合性組成物中の含量は、重合性化合物の合計量の0.1モル%以上であることが好ましく、0.5〜2モル%であることがより好ましい。このような組成とすることにより、活性成分生成反応を経由する重合反応を適切に制御することができる。光重合開始剤の例としてはチバ・スペシャルティー・ケミカルズ社から市販されているイルガキュア(Irgacure)シリーズ(例えば、イルガキュア651、イルガキュア754、イルガキュア184、イルガキュア2959、イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア819など)、ダロキュア(Darocure)シリーズ(例えば、ダロキュアTPO、ダロキュア1173など)、ランベルティ(Lamberti)社から市販されているエザキュア(Ezacure)シリーズ(例えば、エザキュアTZM、エザキュアTZT、エザキュアKTO46など)が挙げられる。
有機層の形成方法としては、特に定めるものではないが、例えば、溶液塗布法や真空成膜法により形成することができる。
本発明における基材フィルムは、通常、プラスチックフィルムを用いる。用いられるプラスチックフィルムは、有機層、無機層等のバリア層を保持できるフィルムであれば材質、厚み等に特に制限はなく、使用目的等に応じて適宜選択することができる。前記プラスチックフィルムとしては、具体的には、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
無機層は、通常、金属化合物からなる薄膜の層である。無機層は、好ましくは、真空蒸着法またはプラズマアシスト蒸着法によって形成され、真空蒸着法によって形成されることが好ましい。ここで、プラズマアシスト蒸着法とは、真空蒸着中に、プラズマにより蒸着材料をイオン化しながら蒸着する、あるいは別に設けたイオン源から気体イオンを照射する方法をいう。このような方法によって、無機層を設けることにより、緻密な膜を高速に製膜することができる。
本発明により形成される無機層の表面は、それぞれ、以下の式を満たすことが好ましい。
20nm < Ra(100μm 角) < 40nm
0.5nm < Ra(10μm 角) < 2.0nm
400nm < Rz(100μm 角) <700nm
無機層は、プラスチックフィルムの少なくとも片側に設けられていればよく、両面に設けられていてもよい。さらに、蒸着に使用する金属酸化物もしくは非金属無機酸化物は、2種以上の混合物で使用した場合には、異種の材質が混合された蒸着膜を構成することができる。
本発明の積層フィルムは、そのままの状態で用いてもよいが、好ましくは、該積層フィルム同士を、無機層を設けている側同士が向き合うように接着層を介して接合させた複合フィルムとして用いることが好ましい。積層する場合は、ドライラミネート、エクストルージョンラミネート、サーマルラミネート法など従来公知のラミネート方法で貼り合わせることができる。以下、複合フィルムについて詳細に説明する。図1は、2枚の積層フィルム1を、接着剤を用いて貼りあわせて複合フィルム6を作成する工程の概略図をしたものであって、1は積層フィルムを、2は基材フィルムを、3は有機層を、4は無機層をそれぞれ示している。そして、2枚の積層フィルムは、無機層が設けられている側が、向き合うように接着剤層5を介して設けられる。積層フィルムの基材フィルムが薄い場合、塗布や蒸着によって、積層フィルムのカールが発生しやすいが、複合フィルムとすることにより、積層フィルムのカールが発生しても、貼りあわせることにより相殺でき、また無機層表面を保護できるので好ましい。
本発明の積層フィルムおよび複合フィルムは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、バリア層の上等に機能層を有していても良い。機能層については、特開2006−289627号公報の段落番号0036〜0038に詳しく記載されている。これら以外の機能層の例としてはマット剤層、保護層、耐溶剤層、帯電防止層、平滑化層、密着改良層、遮光層、反射防止層、ハードコート層、応力緩和層、防曇層、防汚層、被印刷層、易接着層等が挙げられる。
本発明の積層フィルムおよび複合フィルム、特に複合フィルムは、太陽電池用のシートとして用いることができる。太陽電池用のシートは、フロントシートであっても、バックシートであってもよいが、バックシートとして好ましく用いることができる。図2は、本発明の複合フィルムを太陽電池用バックシートに応用した例を示した概略図であって、6は複合フィルムを示し、7は太陽電池用バックシートを示している。ここで、太陽電池用バックシート7は上側が太陽電池の表側となり、下側が太陽電池の裏側に相当する。必要に応じて、複合フィルム6の表側の基材フィルム2は、接着剤層8を介して、プラスチックフィルム9と貼り合わされることも可能である。例えば、基材フィルム2は白色顔料が添加されたものであり、それに対して絶縁性を向上させるために、透明なプラスチックフィルム9を貼り合わせることが可能である。本実施形態では、プラスチックフィルム9が基材フィルムに貼り合わされているが、基材フィルム2の厚さを厚くして、かつ着色剤を添加することで、プラスチックフィルム9を省略することも可能である。従って、本発明における基材フィルムが、着色剤を含むことも本発明の好ましい実施形態として例示される。一方、太陽電池の裏側に相当する部分に使用される基材フィルム2は耐候性を有するものが好ましく用いられ、もしくは、耐候性を向上させる目的でポリフッ化ビニルなどの耐候性樹脂からなるフィルムと貼り合わせてもよい。
上述のような太陽電池用バックシートと、太陽電池用フロントシートの間に太陽電池素子が設けられる。本発明のバックシートを好ましく適用できる太陽電池素子としては、特に制限はないが、例えば、単結晶シリコン系太陽電池素子、多結晶シリコン系太陽電池素子、シングル接合型、またはタンデム構造型等で構成されるアモルファスシリコン系太陽電池素子、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウム燐(InP)等のIII−V族化合物半導体太陽電池素子、カドミウムテルル(CdTe)等のII−VI族化合物半導体太陽電池素子、銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI−III−VI族化合物半導体太陽電池素子、色素増感型太陽電池素子、有機太陽電池素子等が挙げられる。中でも、本発明においては、上記太陽電池素子が、銅/インジウム/セレン系(いわゆる、CIS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン系(いわゆる、CIGS系)、銅/インジウム/ガリウム/セレン/硫黄系(いわゆる、CIGSS系)等のI−III−VI族化合物半導体太陽電池素子であることが好ましい。
ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、12μm厚、東レ社製、商品名:ルミラーS10)に以下の手順で有機層および無機層を形成して評価した。
PETフィルム上に、下記表に示す組成を有する重合性化合物(化合物A、化合物B、化合物Cのいずれか1つ)18重量部、シランカップリング剤(化合物S)2重量部、紫外線重合開始剤(ランベルティ社製、商品名:KTO46)0.6重量部、2−ブタノン190重量部からなる重合性組成物を、バーコート法により塗布し、窒素置換法により酸素濃度が0.1%となったチャンバー内にて高圧水銀ランプの紫外線を照射(積算照射量約1J/cm2)して有機層を硬化させ、膜厚が300〜2500nm±50nmの有機層を形成した。
真空蒸着装置を用いて、前記有機層の上に無機層(酸化珪素層)を形成した。蒸発材料としてSiOを用い、電子銃により電子線を照射するEB蒸着法により酸化珪素膜を形成した。製膜圧力は0.003Pa、膜厚は80nmであり、XPS測定から、SiOx(X=1.1)であった。このようにして有機層の上に無機層を積層して積層フィルムを作成した。但し、比較例4については、x=1.7となるように調整した。
得られた積層フィルムの特性値(平滑性(Ra、Rz)、水蒸気透過率)を下記表1および表2に示した。
原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、上記で使用したPETフィルムの平滑性を測定した。測定は、下記条件で行い、同一面内で5回繰り返して測定してその平均値を求めた。
装置 : 走査型原子間力顕微鏡(AFM)(セイコーインスツル社製 型式:SPI-3800N)
走査周波数 1.00Hz
エリア 100000nm
Xデータ数 256
Yデータ数 256
このとき、平滑性は
100μm角の測定面内に対する算術平均粗さ : Ra(100μm角)
100μm角の測定面内に対する十点平均粗さ : Rz(100μm角)
を測定した。
原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、上記で作製した有機層の表面の平滑性を測定した。このとき、測定は、100μm角の場合は上記条件で行い、10μm角の場合はエリアを10000nmに変更した以外は上記条件で行い、同一面内で5点測定してその平均値を求めた。このとき、平滑性は
10μm角の測定面内に対する算術平均粗さ : Ra(10μm角)
100μm角の測定面内に対する算術平均粗さ : Ra(100μm角)
100μm角の測定面内に対する十点平均粗さ : Rz(100μm角)
を測定した。
水蒸気透過率測定装置(モコン社製、型式:PERMATRAN−WR3/33シリーズ Gタイプ)を用いて水蒸気透過率(g/m2/day)を測定した。このときの温度は40℃、相対湿度は90%とした。
PETフィルム、PETフィルムに有機層を設けたフィルム、該フィルム上にさらに無機層を設けた積層フィルムを、それぞれロール トゥ ロールで搬送して、シワの発生の有無を確認し、発生しない場合を○、発生した場合を×とした。
化合物A:
化合物C:ビスフェノールA型エポキシアクリレート、VR−60(昭和高分子社製)
化合物S:信越シリコーン社製 KBM5103
上記1で作成した積層フィルムにおいて、有機層と無機層をそれぞれ2層づつ設け、他は同様に行い、多層積層フィルムを作成した。これらの多層積層フィルムは、それぞれ、対応する上記1で作成した積層フィルムよりも、バリア性能がより向上することが確認された。
上記1で作成した積層フィルムを、無機層が内側となるように、貼り合せて複合フィルムを作成した。複合フィルムにすることで、更にバリア性能が向上することを確認した。
上記1で作成した積層フィルムを用いて、太陽電池モジュールを作成した。具体的には、太陽電池モジュール用充填剤として、スタンダードキュアタイプのエチレンー酢酸ビニル共重合体を用いた。10cm角の強化ガラス上に厚さ450μmのエチレンー酢酸ビニル共重合体でアモルファス系のシリコン太陽電池セルを挟み込み充填し、さらにその上に前記積層フィルムを設置することで太陽電池モジュールを作成した。設置条件は、150℃にて真空引き3分行ったあと、9分間圧着を行った。本方法で作成した太陽電池モジュールは、良好に作動し、85℃、85%相対湿度の環境下でも良好な電気出力特性を示した。
Claims (14)
- 基材フィルムと、有機層と、無機層とを該順に有し、前記有機層の厚さが300nm〜2000nmであり、有機層の表面が下記式の全てを満たし、かつ無機層がSiOx(xは0.9〜1.3)で表される珪素酸化物からなる、積層フィルム。
Ra(100 μm 角) < 50 nm
Ra(10μm 角) < 2 nm
75 nm < Rz(100 μm 角) < 300 nm - 前記基材フィルムの表面が下記式の全てを満たす、請求項1に記載の積層フィルム。
Ra(100μm 角) < 50 nm
300 nm < Rz(100μm 角) < 1200 nm - 前記有機層が(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、請求項1または2に記載の積層フィルム。
- 前記有機層が多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、請求項1または2に記載の積層フィルム。
- 前記有機層が、芳香族性炭素骨格を有する、多官能(メタ)アクリレートを含む重合性組成物を硬化させてなる、請求項1または2に記載の積層フィルム。
- 前記基材フィルムには微粒子が分散している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 前記微粒子は、珪素酸化物、チタン酸化物およびジルコニウム酸化物から選択される1種または2種以上である、請求項6に記載の積層フィルム。
- 前記微粒子は、カーボンブラックである、請求項6に記載の積層フィルム。
- 前記基材フィルムが、着色剤を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 前記有機層がシランカップリング剤を含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 前記無機層が真空蒸着法で製膜されたものである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の積層フィルム2枚が、無機層を設けている側同士が向き合うように接着層を介して接合している複合フィルム。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の積層フィルムまたは請求項12に記載の複合フィルムを有する太陽電池用バックシート。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の積層フィルムの製造方法であって、ロール トゥ ロールによってフィルムを搬送することを含む、製造方法。
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