JP5636837B2

JP5636837B2 - 太陽電池バックシート

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Publication number: JP5636837B2
Application number: JP2010207953A
Authority: JP
Inventors: 康裕佐々木; 谷　卓行; 卓行谷
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: JP2012064765A

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に関するものである。

従来、透明バリアフィルムは、長期安定保存を目的として、食品包装材や医薬品包装材に多く使用されてきた。

近年では、石油や石炭などの化石燃料などを燃焼させる際に発生するＣＯ_２の増加に起因する地球温暖化現象などの環境破壊が重要な問題となっている。そのような中、地球環境にやさしい新たなエネルギー源として、太陽電池が実用化され始めてきている。

太陽電池は主に、結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどから形成される太陽電池素子から出来ており、これらを直列、並列に配線し、長期間にわたって発電変換効率を維持することを求められている。そのためには、長期間屋外に放置した際の太陽電池モジュールとしての耐久性が課題となっている。

太陽電池モジュールを保護する為に、太陽電池バックシートには、機械的強度から、耐候性、耐熱性、耐水性などの諸特性、さらには水分や酸素などの浸入を防ぐ高いガスバリア性が求められ、１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下の水蒸気バリア性、使用環境によっては、１０^−２ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下が必要とも言われているが、ガスバリア性向上の対応は、無機化合物からなるガスバリア層にオーバーコートを積層または、ガスバリア層、オーバーコートを複数回積層することで耐久性の向上を図っている（特許文献１）。また、金属箔では、高いガスバリア性を得ることが可能であるが、リーク電流などによる対電圧性の問題や、用途によっては、透明性の観点からも対応策が求められている。さらに言えば、軽量化され、より安価で、電力変換効率の高い、太陽電池バックシートの提供が求められている。

特開２００５−１６９９９４号公報

本発明の目的は、軽量、高耐久性、高ガスバリア性優れ、安価で生産性の高い、さらには、透明性に優れた太陽電池モジュール用のバックシートを提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、透明樹脂フィルムと、接着剤と、基材としてポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートを使用した透明ガスバリアフィルムと、接着剤と、透明樹脂フィルムとをこの順で積層した太陽電池バックシートにおいて、前記透明ガスバリアフィルムを構成するバリア層が、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙＣｚ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＯｘＮｙ、ＡｌＯｘＮｙＣｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０．０１以上２．００以下の値を示す）から選択される少なくとも一の組成を有する化合物からなり、該バリア層が、該化合物を抵抗加熱法により蒸発させ、この蒸発した粒子をホロカソード放電による高密度プラズマ領域を通過させた蒸着粒子により形成された層であ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、該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシートである。
請求項３に記載の発明は、該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有する透明樹脂フィルムを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシートである。

本発明によれば、軽量、高耐久性、高ガスバリア性に優れ、安価で生産性の高い、さらには、透明性に優れた、太陽電池モジュール用のバックシートが得られる。とくに、本発明における透明ガスバリアフィルムを構成するバリア層は、高密度プラズマ領域を通過させた粒子または高密度プラズマ化させた粒子を蒸着させてなるので、高いガスバリア性を得ることが出来る。

本発明の太陽電池バックシートの一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一実施形態を詳細に示す断面図である。

本発明の太陽電池バックシートを一実施形態に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の太陽電池バックシートの一実施形態の断面図である。図１に示すように、太陽電池用バックシート（１）では、図上より透明樹脂フィルム（１０）と、接着剤（２０）と透明ガスバリアフィルム（３０）と接着剤（２０）と透明樹脂フィルム（１０）との順番に積層されたものである。

透明樹脂フィルム（１０）は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。透明樹脂フィルム（１０）の厚みは限定するものではないが、用途に応じて、２５μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。

透明ガスバリアフィルム（３０）は、無機化合物からなるバリア層を備えてなる。バリア層を蒸着する基材の透明樹脂フィルムは、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。バリア層を蒸着する基材の透明樹脂フィルムの厚みは限定するものではないが、用途に応じて、６μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。

前記透明ガスバリアフィルム（３０）は、防湿層として使用するものであり、透明樹脂フィルムの表面にＳｉＯｘなどの無機化合物を被着させたものであり、太陽電池素子に対して防湿効果を発揮するものである。前記無機化合物は絶縁性を有し、水分とも反応することが無く、化学的に安定である。従って、太陽電池モジュール用バックシートに使用した場合、電流がリークする危険性もなく、耐電圧性の高い材料となる。

無機化合物を被着させる手法としては、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などの物理成膜法（ＰＶＤ法）を用いることで、大面積化やロール・ツー・ロールへの展開が容易であることから、これらの方式を用いることが好ましい。しかしながら、ＰＶＤ法は、大きく分けて誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法などの蒸着法とスパッタリング法に分けられるが、蒸着法は、成膜速度は速いが緻密でガスバリア性の高い膜を得ることが困難な手法であり、一方スパッタリング法は、成膜速度は遅いが緻密でガスバリア性の高い膜を得ることが可能である。このため、一般的に軟包装材料用のガスバリアフィルムは蒸着法を用いる場合が多く、スパッタリング法を用いた大面積成膜は精密な膜厚コントロールを求められる光学膜用途に用いられることが多く、ｍ^２当たりの価格は蒸着法に比較して高くなる。この生産性とガスバリア性が両立しない問題について、生産性は蒸着法とスパッタリング法の中間を、またガスバリア性に関しても蒸着法とスパッタリング法の中間をとる手段として、蒸着法において、高密度プラズマを用いて、蒸着粒子を活性化させ、蒸発時より高い運動エネルギーを持って基材に入射することにより、通常の蒸着法より緻密な膜を得ることが可能となり、高いガスバリア性を得ることができる。

高密度プラズマは、マイクロ波放電、ヘリコン波プラズマ、ＩＣＰ放電、ホロカソード放電のいずれか一つを使用することにより得られる。ここで、マイクロ波放電とは、一般に、マイクロ波を伝送する導波管に挿入されたプラズマ発生管にマイクロ波を与えることにより発生させるプラズマのことをいう。また、ヘリコン波プラズマとは、一般に、高周波電界をアンテナに印加して発生させたヘリコン波と磁界により発生させるプラズマのことをいう。また、ＩＣＰ放電とは、一般に、高周波電流が流れる誘導コイル内の高周波磁界により発生する誘導電流から生じるプラズマのことをいう。また、ホロカソード放電とは、一般に、円筒状のホロカソード内にて、シース電圧により加速された電子が、ホロカソード内を移動することにより、電離が繰り返され、発生するプラズマのことをいう。蒸着粒子は、上記の方法により得られる高密度プラズマにより、活性化され、緻密な膜を形成することができる。

蒸着粒子に高密度プラズマ領域を通過させる方法としては、蒸着材料から上記の蒸着方法により生成した蒸着粒子が、基材表面に到達するまでの間に、高密度プラズマ領域を通過する方法であれば特に限定されない。また、蒸着粒子を高密度プラズマ化させる方法としては、蒸着粒子自体を上記の高密度プラズマを得る方法を用いて高密度プラズマ化させる方法などが挙げられる。特に、上記の高密度プラズマを得る方法のうち、ＩＣＰ放電は、蒸着粒子自体を高密度プラズマ化させる方法として好適である。

前記透明ガスバリアフィルム（３０）に被着させる無機化合物は、真空成膜が可能である、金属酸化物、金属窒化物、もしくはこれらの混合物で構成された薄膜が好ましく、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙＣｚ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＯｘＮｙ、ＡｌＯｘＮｙＣｚなどが挙げられる。ここで、ｘ、ｙ、ｚは、０．０１以上２．００以下の値を示す。

前記透明ガスバリアフィルム（３０）に被着させる無機化合物の厚みは、バリア性、透明性、生産性を考慮し、１〜２００ｎｍ程度が好ましい。

透明ガスバリアフィルム（３０）は、基材と無機化合物の薄膜との間に、アンカーコート層を設けてもよく、また、無機化合物の薄膜の表面に、オーバーコート層を設けてもよい。アンカーコート層およびオーバーコート層としては、アクリル構造、ウレタン構造、エステル構造およびシリカマトリックス構造から選ばれる少なくとも１種類以上の構造（有機または有機無機混合層）を含むことが望ましい。

アクリル構造から成る場合は具体的な架橋方法としてカルボキシル基含有アクリルポリマーとイソシアネート、メラミン、尿素、エポキシ、多価金属などを用いた架橋や、分子内カルボキシル基の反応を用いた架橋、メチロール基含有アクリルポリマーを用いた酸触媒や水酸基反応、エポキシ基による自己架橋、水酸基含有アクリルポリマーとイソシアネートを用いた架橋や、光重合開始剤を用いたラジカル重合反応が挙げられる。

ウレタン構造としては水酸基含有アクリルポリマーとイソシアネートの反応や、ポリエーテルポリオールとイソシアネートの反応、ポリエステルポリオールとイソシアネートの反応を用いた架橋方法が挙げられる。

シリカマトリックス構造としては、ポリシラザンやシロキサンを用いた樹脂を用いた膜や、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランのようなシラン樹脂を用いたゾルゲル反応物が挙げられる。

これらの樹脂は水または有機溶媒に溶解または分散させ固形分を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。

有機または有機無機混合層には、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、さらなるバリア性向上のために、ポリビニルアルコールなども加えてもよい。硬化方式により光重合開始剤やエポキシ、イソシアネート硬化剤などを加えてもよい。

また有機または有機無機混合層の塗工方式としては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。

このようにして作成された透明ガスバリアフィルム（３０）の水蒸気透過度は、５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好適である。

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。

なお、透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有する透明樹脂フィルムであることも、本発明の好適な実施形態である。

以下に、本発明の具体的な実施例を示す。なお、下記実施例１は参考例である。

＜実施例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作成した。透明樹脂フィルム（１０ａ）、（１０ｂ）に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、透明樹脂フィルム（１０ａ）上に、接着剤（２０ａ）、透明ガスバリアフィルム（３０ａ）、接着剤（２０ｂ）、透明樹脂フィルム（１０ｂ）をこの順で積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＳｉＯ材料を蒸発させ、その蒸発材料をマイクロ波放電の高密度プラズマを用い、厚み３０ｎｍのＳｉＯｘ膜（３２ａ）を１２μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させたものである。

＜実施例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作成した。透明樹脂フィルム（１０ａ）、（１０ｂ）に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、透明樹脂フィルム（１０ａ）上に、接着剤（２０ａ）、透明ガスバリアフィルム（３０ａ）、接着剤（２０ｂ）、透明樹脂フィルム（１０ｂ）をこの順で積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＳｉＯ材料を蒸発させ、その蒸発材料をホロカソード放電の高密度プラズマを用い、厚み３０ｎｍのＳｉＯｘ膜（３２ａ）を１２μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させたものである。

＜実施例３＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作成した。透明樹脂フィルム（１０ａ）、（１０ｂ）に１００μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、透明樹脂フィルム（１０ａ）上に、接着剤（２０ａ）、透明ガスバリアフィルム（３０ａ）、接着剤（２０ｂ）、透明樹脂フィルム（１０ｂ）をこの順で積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＳｉＯ材料を蒸発させ、その蒸発材料をホロカソード放電の高密度プラズマを用い、厚み３０ｎｍのＳｉＯｘ膜（３２ａ）を１２μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させたものである。

＜比較例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作成した。透明樹脂フィルム（１０ａ）、（１０ｂ）に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、透明樹脂フィルム（１０ａ）上に、接着剤（２０ａ）、透明ガスバリアフィルム（３０ａ）、接着剤（２０ｂ）、透明樹脂フィルム（１０ｂ）をこの順で積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＳｉＯ材料を蒸発させ、厚み３０ｎｍのＳｉＯｘ膜（３２ａ）を１２μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させたものである。

＜比較例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作成した。透明樹脂フィルム（１０ａ）、（１０ｂ）に１００μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、透明樹脂フィルム（１０ａ）上に、接着剤（２０ａ）、透明ガスバリアフィルム（３０ａ）、接着剤（２０ｂ）、透明樹脂フィルム（１０ｂ）をこの順で積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＳｉＯ材料を蒸発させ、厚み３０ｎｍのＳｉＯｘ膜（３２ａ）を１２μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させたものである。

上記の実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２に示す、太陽電池用バックシートを作製して、水蒸気透過度を以下の方法で測定した。

（評価方法）
水蒸気透過度をＭＯＣＯＮ法により測定した。用いた測定器はＭＯＣＯＮＰＥＲＭＡＴＲＡＮ３／３３であり、４０℃、９０％Ｒｈにて測定した。
また耐久性加速試験として、高度加速寿命装置（ＥＳＰＥＣ社製）を用い、温度：１２０℃、湿度１００％ＲＨ、時間：９６ｈで試験した後に、水蒸気透過度をＭＯＣＯＮ法により測定した。

表１に実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２で作成したサンプルの水蒸気透過度を示す。

表１の結果より、本発明の太陽電池バックシートは、透明ガスバリアフィルムを作製する際に、高密度プラズマを用いて活性化蒸着を行っているので、水蒸気バリア性および耐久性が向上する結果が得られた。

本発明は、軽量、高耐久性、高ガスバリア性優れ、安価で生産性の高い、さらには、透明性に優れた太陽電池モジュール用のバックシートへの展開が可能である。

１０・・・透明樹脂フィルム
１０ａ、１０ｂ・・・ＰＥＴフィルム
２０、２０ａ、２０ｂ・・・接着剤
３０、３０ａ・・・透明ガスバリアフィルム
３１ａ・・・ＰＥＴフィルム
３２ａ・・・ＳｉＯｘ蒸着膜

Claims

透明樹脂フィルムと、接着剤と、基材としてポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートを使用した透明ガスバリアフィルムと、接着剤と、透明樹脂フィルムとをこの順で積層した太陽電池バックシートにおいて、
前記透明ガスバリアフィルムを構成するバリア層が、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙＣｚ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＯｘＮｙ、ＡｌＯｘＮｙＣｚ（ｘ、ｙ、ｚは、０．０１以上２．００以下の値を示す）から選択される少なくとも一の組成を有する化合物からなり、
該バリア層が、該化合物を抵抗加熱法により蒸発させ、この蒸発した粒子をホロカソード放電による高密度プラズマ領域を通過させた蒸着粒子により形成された層である
ことを特徴とする太陽電池バックシート。
該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が５ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシート。
該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有する透明樹脂フィルムを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシート。