JP5434078B2 - 太陽電池裏面封止用シートの製造方法および太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、剥離などの機械強度や耐環境性に優れた太陽電池裏面封止用シートの製造方法および太陽電池モジュールに関するものである。

近年、クリ−ンエネルギ−として太陽電池が急速に普及しつつある。この太陽電池モジュ−ルは、結晶シリコン太陽電池素子などの太陽電池素子を使用し、表面保護シ−ト層、充填剤層、光起電力素子としての太陽電池素子、エチレンービニルアセテート共重合体に代表される充填材層、および、裏面封止シ−ト層等を積層し、真空吸引加熱ラミネ−ション法等を利用して製造されている。ここで太陽電池モジュ−ルを構成する裏面封止シ−トとしては、軽量かつ強度に優れたプラスチック性シートが一般的に使用されている。この裏面封止シ−トには、機械強度、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐化学性、光反射性に優れ、また、水分、酸素等の侵入を防止する観点からガスバリア性にも優れることが要求される。代表的な構成としては、耐候性、ガスバリア性に優れたポリエステル系フィルムを積層した構成がある（特許文献１）。一般的にポリエチレンテレフタレート樹脂に代表されるポリエステルフィルムとエチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着性はあまり高くない。そこで、接着強度向上の対策としてエチレンービニルアセテート共重合体系充填材層との接着性を改善するために、スチレン・オレフィン共重合体樹脂の熱接着層（ホットメルト接着剤層）を設けたものが提案されている（特許文献２）。
特開２００２−０２６３５４号公報（［０００８］〜［００１０］段落） 特開２００３−０６０２１８号公報（［０００８］〜［００１０］段落）

しかしながら、ホットメルト系の熱接着層で良好な接着強度を得るためには、３μｍ程度の厚さが必要である。そのため、十分な乾燥が必要なことからコーティング時の速度が上げられない。また使用する塗材も多いことからコストが高くなる欠点もある。さらに、比較的粘着性が高いため、コートしたフィルムロールが、夏期に層間で疑似接着（ブロッキング）してしまう問題もある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、太陽電池裏面封止シートとして必要とされるエチレンービニルアセテート共重合体系充填材層との十分な接着強度、フィルムロールの保存安定性、および生産性に優れた太陽電池裏面封止用シートの製造方法を提供することである。さらに好ましくはガスバリア性、耐候性にも優れた太陽電池裏面封止用シートの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の太陽電池裏面封止用シートの製造方法は以下の構成を有する。すなわち、基材ポリエステルフィルムの片面に、相溶性樹脂層と接着層との積層体が接着層をポリエステルフィルム側に向けて積層され、相溶性樹脂層がエチレンービニルアセテート共重合体系樹脂に相溶性のある樹脂で形成され、相溶性樹脂層の膜厚が０．２〜２μｍのものであり、接着層がウレタン系接着剤で形成されたものであり、相溶性樹脂層と接着層の両方を２ヘッドのタンデム型ダイレクトグラビアコーターを用いて、ウエットコート法で形成するものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池裏面封止用シートの製造方法で製造された太陽電池裏面封止用シートと、エチレンービニルアセテート共重合体系樹脂で形成された充填材層とを含み、太陽電池裏面封止用シートの相溶性樹脂層と充填材層とが面するように積層されたものである。

本発明によれば、エチレン−ビニルアセテート共重合体系充填材層との良好な接着強度を有し、ロール状態で輸送や保存をしてもブロッキングが発生しない太陽電池裏面封止用シートの製造方法を提供できる。

本発明の製造方法で得られる太陽電池裏面封止用シートは、太陽電池モジュールを構成するエチレンービニルアセテート共重合体系樹脂で形成された充填材層（以下、エチレン−ビニルアセテート共重合体系充填材層）と接着するための接着改善層を基材ポリエステルフィルムに積層して構成したものである。ここで、「接着改善層」とはエチレン−ビニルアセテート共重合体系樹脂と基材ポリエステルフィルムとを強固に接着するために設けられた層のことである。本発明は、この接着改善層を、エチレンービニルアセテート共重合体系樹脂に相溶性のある樹脂で形成された相溶性樹脂層と接着層との積層体で構成し、接着改善層の接着層を基材ポリエステルフィルム側へ向けて基材ポリエステルフィルムに積層したところに特徴を有するものである。このような構成とすることで、本発明の太陽電池裏面封止用シートの製造方法で製造された太陽電池裏面封止用シートを太陽電池モジュールに使用したときに、接着改善層の相溶性樹脂層がエチレン−ビニルアセテート共重合体系充填材層と接するように構成できる。かかる接着改善層を設けたことによって、エチレン−ビニルアセテート共重合体系充填材層との良好な接着性と、保存時にブロッキング、貼り付きなどが起きない良好な保存性を得るこができる。

本発明にかかる相溶性樹脂層は、エチレンービニルアセテート共重合体系充樹脂と相溶性があり、エチレンービニルアセテート共重合体系樹脂の軟化点以上で相溶性を生じるものであればよい。具体的には、エチレンービニルアセテート共重合体、エチレンービニルアセテート共重合体を基本構造として、アクリル、メタクリルモノマーなど第３成分を共重合した共重合ポリマーなどを使用することができる。特にエチレンービニルアセテート共重合体を水性エマルジョン化した塗料樹脂は、グラビアコーティングなどの生産性が高い塗工工程を採用することができるので、樹脂の使用量をより減らせる利点がある。

本発明にかかる接着層は、基材ポリエステルフィルムと接着改善層との接着性を向上させるため、ひいては基材ポリエステルフィルムとエチレン−ビニルアセテート共重合体系充填材層との接着性を向上させるために設けられる。基材ポリエステルフィルムと接着改善層を直接密着させても所望の接着力が得られにくいが、基材ポリエステルフィルムおよび接着改善層の両方と接着性のある接着層を介することで、基材ポリエステルフィルムと接着改善層との接着性を向上させることができる。このように接着層を介することで、基材ポリエステルフィルムとして劈開し易いフィルム、例えば白色ポリエステルフィルムを用いた場合でも、良好な接着性を得ることができる。接着層としては公知のドライラミネート用着剤を使用することができる。特にエーテル系、ポリエステル系、ポリオール系などのウレタン系接着剤が、基材ポリエステルフィルムとの接着強度が高く、さらにその接着強度の恒温安定性、長期耐久性に優れることから好ましく使用される。その中でも塗工直後に粘着性が低く、コーティングが容易であることからポリエステル系のウレタン系接着剤が好ましく使用される。また、このような接着剤はイソシアネート系硬化剤を含有することが一般的である。イソシアネート基は相溶性樹脂層に含まれる水酸基などの活性水素含有官能基とも架橋反応を生じることから、接着層と相溶性樹脂層との接着強度の向上にも寄与し好ましい。

本発明にかかる基材ポリエステルフィルムは延伸されていることが強度、寸法安定性、熱安定性に優れていることから好ましい。特に二軸延伸ポリエステルフィルムが好適に用いられる。

また、相溶性樹脂層、接着層の形成方法としては、周知のウエットコート法、たとえばダイレクトグラビアコート法、リバースグラビアコート法などが用いられる。

相溶性樹脂層の厚さは、接着強度が高く、塗剤コストが低く、加工速度が速くできることから０．２〜２μｍ、好ましくは０．２〜１μｍの膜厚に制御することが重要である。かかる相溶性樹脂層の厚さが０．２μｍより薄い場合には、塗膜形成時に膜切れ等を生じやすくなるだけでなく、エチレン−ビニルアセテート共重合体充填層との相溶部分が薄くなることから接着強度が安定的に得られにくい。また、２μｍより厚い場合には塗料塗布量が多くなるために十分な乾燥が必要にあることから塗工速度が上げられずに生産性が低下するだけでなく、保存時のブロッキングを生じやすくなる。

なお、接着層の厚さは特に限定するものではないが、好ましくは０．１μｍ以上１．５μｍ以下である。接着層の厚みが０．１μｍより薄い場合には、塗工時に膜切れを生じたり、基材フィルムと相溶性樹脂層との間の接着力を安定的に発現させることができない場合がある。一方、厚みが１．５μｍより厚い場合には接着剤層特有の塗膜表面の粘着性が強くなることから搬送ロールと粘着するなど生産工程において問題を生じる場合がある。接着力を安定的に発現させる目的に加えてコーティング加工適性を考慮すると、接着層の厚みはさらに好ましくは０．２μｍ以上０．５μｍ以下である。

本発明の製造方法で得られる太陽電池裏面封止用シートは、さらに透明無機物層を積層することが好ましい。透明無機物層を積層することで高い水蒸気バリア性を得ることができる。具体的には、アルミナ蒸着フィルムやシリカ蒸着フィルムなどのガスバリアフィルムを、接着剤を介してさらに積層する方法や、本発明にかかる基材ポリエステルフィルム自体をアルミナ蒸着ポリエステルフィルムやシリカ蒸着ポリエステルフィルムなどのガスバリア性ポリエステルフィルムにする方法があげられる。

また、本発明の製造方法で得られる太陽電池裏面封止用シートは光線反射層を積層することが好ましい。光線反射層を積層することで発電効率を向上させることができる。かかる光線反射層の形成方法としては、白色塗料を前述の基材ポリエステルフィルム上に塗布する方法、白色樹脂フィルムをさらに積層する方法、あるいは本発明にかかる基材ポリエステルフィルム自体を白色ポリエステルフィルムにする方法があげられる。なかでも、材料コストが安価で、かつ高い反射率が得られることから、白色ポリエステルフィルムを接着剤を介してさらに積層することが好ましい。なお、白色ポリエステルフィルムは一般的に顔料の影響で劈開し易いものであるが、本発明の構成をとることで、白色ポリエステルフィルム自体を基材ポリエステルフィルムに用いた場合でも良好な接着性を得ることができる。 上記のように透明無機物層を形成したフィルムや白色ポリエステル系フィルムを積層する場合に使用する接着剤としては、ポリエーテルポリウレンタン系、ポリエステルポリウレタン系、ポリエステル系などを主剤としポリイソシアネートを硬化剤とするドライラミネート用接着剤を用いることが、作業性の上から好ましい。

また、優れた耐候性を得るためには、太陽電池裏面封止用シートの外気に触れる側の最外層にフッ素系フィルムや耐候性（耐加水分解性）の二軸延伸ポリエステルフィルムなど耐候性を有するフィルムを積層することが好ましく採用される。

本発明の製造方法で得られる太陽電池裏面封止用シートは光線反射層を積層することが好ましい。光線反射層を積層す太陽電池裏面封止用シートは、前記のように、その相溶性樹脂層面と、太陽電池モジュールのエチレンービニルアセテート共重合体系充填材層面とを接着積層して太陽電池モジュールを構成するものであるが、さらにその効果を助長させるための好ましい態様の積層例を次に列記する（各種フィルム間の接着剤層は表記していない）。
・接着改善層／白色ポリエステルフィルム（基材ポリエステルフィルム）／ガスバリアフィルム／耐候性フィルム
・接着改善層／ガスバリア性ポリエステルフィルム（基材ポリエステルフィルム）／白色の耐候性フィルム
・接着改善層／透明ポリエステルフィルム（基材ポリエステルフィルム）／白色の耐候性フィルム
・接着改善層／白色の耐候性ポリエステルフィルム（基材ポリエステルフィルム）

次に、本発明に用いる測定法について説明する。

（１）膜厚測定
相溶性樹脂層と接着層の膜厚は、接着改善層を設けたフィルムまたはこれと他のフィルムを張り合わせたシートをフィルム面に対して垂直にカッターナイフで切断した小片を作成した。走査型電子顕微鏡で切断面を観察して相溶性樹脂層と接着層の膜厚を測定した。小片の断面部内の３箇所について膜厚を測定し、得られた３つの厚み測定値の平均値を膜厚とした。

（２）エチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度の測定
ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３（１９９９年版）に基づいて、エチレン−ビニルアセテート共重合体樹脂との接着力を測定した。測定用サンプルは、太陽電池裏面封止用シートの接着改善層面にエチレンービニルアセテート共重合体フィルム（三井化学ファブロ（株）製 ０．７ｍｍ厚フィルム）を重ね、さらにその上に厚さ０．３ｍｍの半強化ガラスを重ね、１５０℃加熱条件下、３Ｋｇ／ｃｍ^２荷重で３０分プレス処理をしたものを用いた。試験片の幅は１０ｍｍとし、３つの試験片について測定した結果の平均値を接着強度とした。接着強度は２ｋｇｗ／１０ｍｍ以上であれば実用上支障がない。

（３）ブロッキング剪断力の測定
太陽電池裏面封止用シート２枚を接着改善層面が向かい合わない方向で重ね合わせ（すなわち 接着改善層／基材ポリエステルフィルム／／接着改善層／基材ポリエステルフィルム）、金属製板上に基材ポリエステルフィルム面が接するように置いた。さらに底面３×４ｃｍの直方体の金属製おもりを２枚のシート上に置き、そのまま気温４０℃の環境に６５時間放置した。その後、おもりを外し、２枚それぞれを平面に沿った対向方向（おもり底面の長軸方向）に引っ張り、剪断力を測定した。この測定を３つの試験片について行い、その平均値を剪断力とした。ブロッキングが発生しない場合には、剪断力は０、ブロッキングが大きいほど高い値となる。この測定法での剪断力が０．０５ｋｇｗ以下であれば実用上支障がない。

（実施例１）
基材ポリエステルフィルムとして、ポリエステルフィルムの片面にアルミナを蒸着したアルミナ蒸着ポリエステルフィルム（東レフィルム加工（株）製バリアロックス（登録商標）１０１１ＨＧ−ＣＲ 、１２μｍ厚）を準備した。このアルミナ蒸着ポリエステルフィルムのポリエステルフィルム面上に接着改善層として、下記の接着層及び相溶性樹脂層をこの順に塗工した。塗工は２ヘッドのタンデム型ダイレクトグラビアコーターを用いて、下記条件で塗工した。

・接着層：三井化学ポリウレタン（株）製 芳香族エステル系接着剤
主剤 ：タケラック （登録商標）Ａ−３１０ １２部（液体）
硬化剤：タケネート （登録商標） Ａ−３ １部 （液体）
上記２液を混合
塗工条件：固形分 膜厚 ０．３μｍ 乾燥条件１２０℃ ４秒
・相溶性樹脂層：中央理化工業（株）製アクアテックス（登録商標）ＭＣ−３８００ （エチレンービニルアセテート共重合体エマルジョン）
塗工条件：固形分 膜厚 １．０μｍ 乾燥条件１２５℃ １０秒。

しかる後、アルミナ透明蒸着ポリエステルフィルムと白色ポリエステルフィルム（東レ（株）製ルミラー（登録商標）Ｅ２０ 厚さ５０μｍ）を、接着剤を用いてアルミナ蒸着ポリエステルフィルムのアルミナ面と白色ポリエステルフィルム面が対向するようにドライラミネートした。接着剤は市販のポリエステル系接着剤主剤ＬＸ７０３ＶＬ（大日本インキ化学工業（株）製）とポリイソシアネート硬化剤ＫＲ９０（大日本インキ化学工業（株）製）を重量比で１５：１に混合した接着剤（乾燥重量４ｇ／ｍ^２ ）を使用した。さらに白色フィルム上に同じ接着剤を用いて、耐候性ポリエステルフィルム（東レ（株）製ルミラー（登録商標）Ｘ１０Ｓ、２５μｍ厚）を積層して、本発明の太陽電池裏面封止用シートを得た。
エチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように高い接着強度が得られ、ブロッキングの発生もなかった。

（実施例２）
基材ポリエステフィルムとして白色ポリエステルフィルム（東レ（株）製ルミラー（登録商標）Ｅ２０ 厚さ５０μｍ）を準備した。この白色ポリエステルフィルムに接着改善層として、実施例１と同様にして接着層及び相溶性樹脂層を塗工した。
しかる後、白色ポリエステルフィルムとアルミナ蒸着ポリエステルフィルム（東レフィルム加工（株）製バリアロックス（登録商標）１０１１ＨＧ−ＣＲ 、１２μｍ厚）を、実施例１で使用したものと同じ接着剤を用いてアルミナ蒸着ポリエステルフィルムのアルミナ面と白色ポリエステルフィルム面が対向するようにドライラミネートした。さらにアルミナ蒸着ポリエステルフィルム上に同じ接着剤を用いて、耐候性ポリエステルフィルム（東レ（株）製ルミラー（登録商標）Ｘ１０Ｓ、２５μｍ厚）を積層して、本発明の太陽電池裏面封止用シートを得た。
エチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように高い接着強度が得られ、ブロッキングの発生もなかった。

（実施例３）
実施例１において、相溶性樹脂層の固形分膜厚を２．０μｍとした以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。

（実施例４）
実施例１において、相溶性樹脂層の固形分膜厚を０．２μｍとした以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。

（実施例５）
実施例１において、接着層の固形分膜厚を０．２μｍとした以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。

（比較例１）
実施例１において、接着改善層を下記の樹脂及び塗工条件で形成した以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。

・接着改善層：スチレン・オレフィン共重合体樹脂“アロンメルト”（登録商標）ＰＰＥＴ−１４０１ＳＧ（東亞合成（株）製）
塗工条件：上記樹脂をトルエン／ｎーヘキサン＝４／１（重量比）の混合溶剤で２０重量％に希釈しリバースコータにて塗布し、その後１２０℃ ３０秒で乾燥し、固形膜厚３．５μｍとした。

エチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示す接着強度を得たが、ブロッキングが発生した。

（比較例２）
実施例１において、接着改善層を形成しない他は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。
エチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度の測定とブロッキングの評価を実施したところ、表１に示すように低い接着強度しか得られなかった。

（比較例３）
実施例１において、相溶性樹脂層の固形分膜厚を０．１μｍとした以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。

（比較例４）
実施例１において、相溶性樹脂層の固形分膜厚を３．０μｍとした以外は実施例１と同じ構成の太陽電池裏面封止用シートを作成した。しかし、巻き取ったロールサンプルは、相溶性樹脂層と基材反対面がブロッキングを生じた。

実施例１、３及び４の結果から、本発明にかかる相溶性樹脂層の厚みが０．２〜２．０μｍの範囲であれば、実用上支障がない接着強度が得られ、さらにブロッキングを生じないことがわかる。
実施例２の結果から、本発明の太陽電池裏面封止用シートの構成であれば、基材ポリエステルフィルムとして劈開し易い白色ポリエステルフィルムを用いても実用上支障がない接着強度が得られることが分かる。
比較例１のシートは公知の接着性樹脂をコーティングしたものである。このシートは一定の接着強度を示すが、実用上十分な強度ではないだけでなく、剪断力は大きく、ロールにするとブロッキングを生じるためにロール加工は行えない。
比較例２のシートは接着層及び相溶性樹脂層のいずれも設けないものである。このフィルムはエチレンービニルアセテート共重合体樹脂との接着強度は得られないことがわかる。
比較例３のシートは相溶性樹脂層の厚みが０．１μｍと薄く、さらにその塗膜にはじきやムラを生じているために十分な接着強度が得られない。
比較例４のシートは相溶性樹脂層の厚みが３．０μｍと厚く、コストが高いだけでなく、塗膜の剪断力が大きくなっているために、シートをロールにするとブロッキングを生じる。

本発明の製造方法で得られる太陽電池裏面封止用シートは、太陽電池モジュールの裏面封止シートとして好適に使用することができる。その他にもエチレン−ビニルアセテート共重合樹脂との接着性が要求される封止シートとしても好適に使用することができる。

Claims (3)

1. 基材ポリエステルフィルムの片面に、相溶性樹脂層と接着層との積層体が接着層をポリエステルフィルム側に向けて積層され、相溶性樹脂層がエチレンービニルアセテート共重合体系樹脂に相溶性のある樹脂で形成され、相溶性樹脂層の膜厚が０．２〜２μｍであり、接着層がウレタン系接着剤で形成されたものであり、相溶性樹脂層と接着層の両方を２ヘッドのタンデム型ダイレクトグラビアコーターを用いて、ウエットコート法で形成する、太陽電池裏面封止用シートの製造方法。
2. 前記相溶性樹脂層を形成する樹脂が、エチレンービニルアセテート共重合体あるいは、エチレンービニルアセテート共重合体を基本構造とする共重合ポリマーである請求項１に記載の太陽電池裏面封止用シートの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池裏面封止用シートの製造方法で製造された太陽電池裏面封止用シートとエチレンービニルアセテート共重合体系樹脂で形成された充填材層とを含み、太陽電池裏面封止用シートの相溶性樹脂層と充填材層とが面するように積層された太陽電池モジュール。