JP5636850B2 - 太陽電池モジュール用積層部材 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュール用積層部材に関する。さらに詳しくは、複数のシート状基材を主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して接合した接着性及び耐久性に優れた太陽電池モジュール用積層部材に関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池が注目されている。一般に、太陽電池を構成する太陽電池モジュールは、受光面側から、透明前面基板、表面側充填材、太陽電池素子、裏面側充填材及びバックシート(裏面保護シートとも呼ばれる)が順に積層された構成であり、太陽光が上記太陽電池素子に入射することによって発電する機能を有している。
太陽電池モジュールは、屋外に設置されることが一般的である。このため、太陽電池モジュールを構成する各部材は、常時、強い紫外線、熱線、風雨等といった過酷な環境に曝されることになる。このため、太陽電池モジュールを構成する各部材は、これらの条件において、長期間に亘る耐久性を備える必要がある。そこで、特に、上記部材のうち充填材やバックシートでは、要求される耐久性や機能に応じて複数種の樹脂シートや金属箔シートといったシート状部材を選択した上で、これらのシート状部材を積層させて積層体とすることにより、諸特性を付与することが行われている。
そして、これらのシート状部材同士を接合させて積層体を形成させるために、一般に、ドライラミネート接着剤が使用される(例えば、特許文献1を参照)。ドライラミネート接着剤は、主として、水酸基を有するポリエステル等の樹脂化合物とポリイソシアネート化合物とを含み、樹脂化合物の水酸基とポリイソシアネート化合物とが反応してウレタン結合を形成することで、樹脂化合物が架橋されて硬化物となる。この硬化物が上記のシート状部材同士を強力に接合し、上記積層体が層間剥離を起こすことを防止する。
特開2001−44472号公報
ここで、一例として、太陽電池モジュールを構成するバックシートに注目する。バックシートは、太陽電池モジュールの裏面において最も外側、つまり湿度を含んだ大気に面して設けられる部材なので、特に夏場等では、水蒸気の多い環境に置かれる部材である。加えて、バックシートは、太陽電池モジュールへの太陽光の照射に伴って、高温となる。そして、バックシートは、上記のように、ドライラミネート接着剤の硬化物によってシート状基材が接合された積層体であるので、このような高温、高湿度の環境に長時間置かれると、接着剤に含まれるエステル結合やウレタン結合が加水分解を受けて低分子量化し、層間剥離を引き起こす可能性がある。バックシートに生じた層間剥離は、太陽電池モジュールの内部に酸素や水蒸気の進入を引き起こし、太陽電池モジュールの性能を低下させる一因となる。
このような接着剤の加水分解に伴う層間剥離の問題は、バックシートのみで生じるものではなく、積層体が使用された他の太陽電池モジュール用積層部材にも生じ得るものであり、やはり、太陽電池モジュールの性能を低下させる一因となる。
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤で接合された積層体で構成され、高温、高湿度環境下において、接着剤の加水分解に伴う層間剥離が抑制された接着性及び耐久性に優れた太陽電池モジュール用部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤の主剤に特定のものを使用することによって、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。
(1) 複数のシート状基材を、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して積層させた太陽電池モジュール用積層部材であって、前記接着剤の主剤は、下記のポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物を含むことを特徴とする太陽電池モジュール用積層部材。
ポリウレタンジオール(A):少なくとも脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と、
1,6へキサンジオール(D)と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール
(2) 前記ポリウレタンジオール(A)が、数平均分子量が1000から2000の
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、1,6へキサンジオール(D)の5から15質量部と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール、である(1)記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(3) 前記ポリウレタンジオール(A)が、数平均分子量が1000から2000の
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、1,6へキサンジオール(D)の2から8質量部と、数平均分子量が3000から4000ポリエステルジオール(H)の50から100質量部と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール、である(1)記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(4) 前記脂肪族ポリカーボネートジオール(B)が数平均分子量1000から2000の脂肪族ポリカーボネートジオールである、(1)から(3)いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(5) 前記ポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との質量比率が、ポリウレタンジオール(A)100質量部に対して、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)が10から20質量部、である(1)から(4)いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(6) 前記接着剤の硬化剤は、イソホロンジイソシアネートのヌレート体(F)と、
ヘキサメチレンジイソシアネート系2官能ポリウレタンジイソシアネート(G)との混合物を含み、これらの質量比率が(F):(G)=30:70〜50:50、である(1)から(5)いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(7) 前記接着剤の主剤と硬化剤との合計100質量部に対し、1から3質量%のシランカップリング剤を含む、(1)から(6)いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(8) 太陽電池モジュール用の裏面保護シートである(1)から(7)いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(9) 前記裏面保護シートは、耐候性樹脂からなる最外層と、一又は複数の中間層と、最内層と、順次備え、それぞれの層間接着剤として前記接着剤を用いる(8)記載の太陽電池モジュール用積層部材。
(10)(1)から(9)のいずれかに記載の太陽電池モジュール用積層部材が使用された太陽電池モジュール。
本発明によれば、高温、高湿度環境下において、接着剤の加水分解に伴う層間剥離が抑制された接着性及び耐久性に優れた太陽電池モジュール用積層部材が提供される。
本発明の太陽電池モジュール用積層部材の一例である裏面保護シートを模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
本発明の太陽電池モジュール用積層部材の一例である、裏面保護シート1の第一実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、裏面保護シート1の断面図である。本実施形態の裏面保護シート1は、耐候性基材2、中間層基材3及び内層基材4が接着剤層5及び接着剤層6を介して接合されてなる3層からなる積層体である。ここで本発明の特徴は、接着剤層5及び接着剤層6にあるので、まず、これら接着剤層について説明し、その後に積層体たる裏面保護シート1について説明する。
<接着剤層>
上記接着剤層5及び接着剤層6(以下、「接着剤層」ということがある)は、上記耐候性基材2、中間層基材3及び内層基材4を接合するために設けられる層である。接着剤層は、耐候性基材2、中間層基材3及び内層基材4に塗布された主剤と硬化剤からなる2液
タイプの接着剤が硬化することにより形成される。
本実施態様で使用される主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤とは、主剤と硬化剤とを使用直前に混合するタイプの接着剤であり、主剤と硬化剤には、塗布性、ハンドリング性の観点から、溶剤が含まれることが好ましい。以下、2液タイプの接着剤を構成する主剤、硬化剤及び溶剤等について説明する。
[主剤]
上記接着剤の主剤成分は、ポリウレタンジオール(A)と脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物を含むことを特徴とする。主剤を構成するポリウレタンジオール(A)及び脂肪族ポリカーボネートジオール(B)は、ともに水酸基を有するポリオールであり、イソシアネート基を有する硬化剤と反応して、接着剤層を構成するものである。本発明においては、主剤を特定のポリウレタンジオール(A)と脂肪族ポリカーボネートジオール(B)を所定量配合した混合物とすることによって、接着剤層の接着性及び耐候性を向上させている。
主剤成分のポリウレタンジオール(A)は、ウレタン構造をその繰り返し単位とし、その両末端に水酸基を有するポリウレタンである。ポリウレタンジオール(A)の数平均分子量は、7000〜13000であることが好ましい。7000以上であると、硬化剤との反応性が良いため好ましく、13000以下であると溶剤への溶解が向上するためで好ましい。
ポリウレタンジオール(A)の水酸基価は、10〜50mgKOH/gの範囲であることが好ましい。ポリウレタンジオール(A)の水酸基価が10mgKOH/g以上であると、添加された硬化剤成分の多くが主剤成分に含まれる水酸基と反応することとなり好ましく、50mgKOH/g以下であると硬化剤との反応がより進行するため好ましい。
ポリウレタンジオール(A)は、接着剤の主剤成分として、その接着性及び耐候性を向上させるため、脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と、1,6へキサンジオール(D)とイソホロンジイソシアネート(E)を反応させて得られることを特徴としている。以下、ポリウレタンジオール(A)の構成成分である脂肪族ポリカーボネートジオール(C)、1,6へキサンジオール(D)及びイソホロンジイソシアネート(E)について説明する。
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)は、下記のイソホロンジイソシアネート(E)と反応することができるポリウレタンジオール(A)の構成成分である。脂肪族ポリカーボネートジオール(C)は、カーボネート構造を繰り返し単位とし、その両末端に水酸基を有するものである。その両末端の水酸基は、イソシアネート基と硬化反応することができる。
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)は、アルキレンカーボネートとジオールを原料に用いて製造する方法、ジアルキルカーボネートやジアリールカーボネートとジオールを用いて製造する方法等を用いて製造することができる。本発明において使用される脂肪族ポリカーボネートジオール(C)は、主剤成分に必要とされる性能に応じて、上記製造方法を適宜選択することにより製造することができる。
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)の製造に使用できるアルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、1,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート等が挙げられる。また、ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等が、ジアリールカーボネートとしては、ジフェニルカーボネート等が挙げられる。
ジオールとしては、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール等の側鎖を持たないジオール、2−メチル−1,8オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール等の側鎖を持ったジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール等の環状ジオールを挙げることができる。なお、1種類のジオールを使用しても良いし、2種類以上のジオールを原料とした共重合ポリカーボネートジオールでもよい。
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)の数平均分子量は、1000〜2000であることが好ましい。1000以上であると、ジイソシネートとの硬化反応が起こり易いため好ましく、2000以下であると接着剤成分である溶剤への溶解性が向上するため好ましい。ポリカーボネートジオール(C)の製造においては、モノマーの反応性が高く、高分子量化し易いため、所定の数平均分子量を有するポリカーボネートジオールを得るためには、反応速度等の制御が必要となる。
脂肪族ポリカーボネートジオール(C)は、市販のものを使用することもできる。耐久性、耐候性、耐熱性、耐加水分解性に優れた接着剤を得るため、例えば、数平均分子量1000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5651」)、数平均分子量2000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5662」を好適に使用することができる。
1,6へキサンジオール(D)は、脂肪族ジオールであり、下記イソホロンジイソシアネート(E)と反応してポリウレタンジオール(A)を形成することができる。1,6へキサンジオール(D)は、常温で液状を示すもので、接着剤成分である溶剤に溶解し得るものである。
1,6へキサンジオール(D)と共にポリエステルジオール(H)を使用することができる。ポリエステルジオール(H)は、1,6へキサンジオール(D)と同様に水酸基を2つ以上有するポリオールであるが、その基本骨格に嵩高い芳香族環を有するカルボン酸とのエステルとすることもできることから、イソホロンジイソシアネート(E)と反応して得られるポリウレタンジオール(A)に優れた硬化速度と凝集力を付与することができる。ポリエステルジオール(H)としては、例えば、イソフタル酸を使用して製造した芳香族ポリエステルジオールを挙げることができる。なお、本発明においてポリエステルジオール(H)は、定法に従って、所定のカルボン酸化合物とジオールの組み合わせを採択することによって製造することができる。
ポリエステルジオール(H)の数平均分子量は、3000〜4000であることが好ましい。ポリエステルジオール(H)の数平均分子量が3000以上であると、硬化剤との反応性が良くなるため好ましく、ポリエステルジオール(H)の数平均分子量が4000以下であると溶剤への溶解性が向上するため好ましい。
イソホロンジイソシアネート(E)は、ポリウレタンジオール(A)の構成成分であり、脂環族系ポリイソシアネートである。イソホロンジイソシアネート(E)は、上記脂肪族ポリカーボネートジオール(C)、1,6へキサンジオール(D)又はポリエステルジオール(H)の水酸基と反応し、主剤成分であるポリウレタンジオール(A)を形成する。
以上説明した脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と、脂肪族ジオール(D)とイソホロンジイソシアネート(E)を溶剤に溶解させ、混合し加熱還流することにより反応させて、主剤成分であるポリウレタンジオール(A)の溶液を得ることができる。上記反応においては、脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と脂肪族ジオール(D)のそれぞれが有する両末端の水酸基がイソホロンジイソシアネート(E)のイソシアネート基と反応し、ウレタン結合を形成して硬化する。
主剤成分であるポリウレタンジオール(A)を製造する反応系における1,6へキサンジオール(D)の配合量は、脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、5〜15質量部、好ましくは2〜8質量部であることが好ましい。1,6へキサンジオール(D)の配合量が5質量部以上であると、耐久性のある接着剤成分を得ることができるため好ましく、15質量部以下であると溶剤への溶解性が向上するため好ましい。
また、ポリウレタンジオール(A)を製造する反応系におけるポリエステルジオール(H)の配合量は、脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、50〜100質量部であることが好ましい。ポリエステルジオール(H)の配合量が50質量部以上であると、耐久性のある接着剤成分を得ることができるため好ましく、100質量部以下であると溶剤への溶解性が向上するため好ましい。
なお、脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と、脂肪族ジオール(D)とイソホロンジイソシアネート(E)を反応させる場合に使用することができる溶剤としては、これらの化合物を溶解させることができ、溶剤と反応しないものであれば、特に制限されるものではないが、溶剤等との相溶性とラミネート時の加工性の観点より酢酸エチル等のカルボン酸エステル系の溶剤を挙げることができる。
主剤成分である脂肪族ポリカーボネートジオール(B)は、イソシアネート基を有する硬化剤成分と反応する。脂肪族ポリカーボネートジオール(B)は、ポリウレタンジオール(A)を製造する際に使用した上記の脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と同一のものを使用することができる。
主剤成分は、上記説明したポリウレタンジオール(A)と脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物である。混合物中におけるポリウレタンジオール(A)と脂肪族ポリカーボネートジオール(B)の質量比率は、ポリウレタンジオール(A)100質量部に対して、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)10から20質量部であることが好ましい。脂肪族ポリカーボネートジオール(B)の量が10質量部以上であると、密着力が適度に低下するため好ましく、20質量部以下であると、ポリウレタンジオール(A)と硬化剤との反応が起こりやすくなるため好ましい。
なお、主剤には、主剤成分であるポリウレタンジオール(A)、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)の他に、必要に応じて、粘着付与剤、安定化剤、充填剤、可塑剤、軟化点向上剤、触媒等を添加剤として混合することができる。粘着付与剤としては、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂等が挙げられる。安定化剤としては、酸化防止剤、紫外線防止剤等が挙げられる。充填剤としては、無機フィラー等が挙げられる。
[硬化剤]
上記接着剤の硬化剤は、ポリイソシアネート化合物を主成分とするものである。ポリイソシアネート化合物は、1分子中に2以上のイソシアネート基を有する化合物であり、このイソシアネート基が上記主剤のポリウレタンジオール化合物中の水酸基と反応することにより、ポリウレタンジオール化合物を架橋する。このようなポリイソシアネート化合物としては、上記主剤のポリウレタンジオール化合物を架橋することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、「HDI」)、イソシアヌレート変性のイソホロンジイソシアネート(以下、「ヌレート変性IPDI」)等を例示することができる。これらのポリイソシアネート化合物の中でも、HDIとヌレート変性IPDIとを組み合わせた混合物が水酸基に対する反応性を向上させる観点より好ましい。なお、硬化剤をHDIとヌレート変性IPDIとの混合物とする場合、HDIとヌレート変性IPDIは、70:30〜50:50(質量比)の範囲で使用することが好ましい。
[溶剤]
上記接着剤成分である主剤及び硬化剤には、良好な塗布性及びハンドリング適正を得るために、溶剤成分を添加することが好ましい。このような溶剤成分としては、上記酢酸エチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステルを挙げることができるがこれに限定されない。なお、既に述べたように上記接着剤は、主剤と硬化剤の2液剤として構成されるが、主剤で使用される溶剤成分と硬化剤で使用される溶剤成分はそれぞれ独立に選択され、同一でも異なっていてもよい。
[シランカップリング剤等の添加剤]
接着剤成分には、主剤、硬化剤及び溶剤の他、必要に応じてシランカップリング剤、粘着付与剤、安定化剤、充填剤、可塑剤、軟化点向上剤、触媒等を添加剤として混合することができる。シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシラン、メチルトリエトキシシラン等のシランモノマー、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン、3−メタクリロキシプロピルエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメトキシシラン等のメタクリルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシシランを挙げることができる。粘着付与剤としては、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂等が挙げられる。安定化剤としては、酸化防止剤、紫外線防止剤等が挙げられる。充填剤としては、無機フィラー等が挙げられる。
なお、上記シランカップリング剤の添加量は、接着剤の主剤と硬化剤との合計100質量部に対し、1から3質量%のシランカップリング剤であることが好ましい、シランカップリング剤の添加量が1質量%以上であると密着力が良好となるため好ましく、3質量%以下であると耐久性が向上するため好ましい。
[主剤と硬化剤の配合]
接着剤成分は、主剤と硬化剤を主成分とするものであるが、主剤と硬化剤の配合比率は、(ポリイソシアネート化合物由来のイソシアネート基)/(ポリウレタンジオール化合物由来の水酸基)の比が1.0〜3.5の範囲であることが好ましく、さらに、1.2 〜3.0の範囲にあることが好ましい。主剤成分のポリウレタンジオール化合物と硬化剤成分のポリイソシアネート化合物との配合比率が上記範囲にあることにより、各基材を強固に接合することができる接着剤を得ることができるため好ましい。
(接着剤層の形成)
本実施態様において、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤は接合する基材の表面に塗布され、続いて塗布された接着剤から溶剤成分が蒸発することによって、基材の表面に接着剤層を形成させる。この接着剤膜は、被接合基材の表面と接合された状態で硬化し、接着剤層となる。基材の表面に接着剤を塗布する方法は、特に制限されるものではないが、グラビアコーター法、ロールコータ法、はけ塗り法等を挙げることができる。なお、そのコーティング量としては、1.0〜10.0g/m(乾燥状態)が望ましい。
接着剤層の厚さは、太陽電池モジュール用シート積層部材に必要な接着強度等に応じて適宜変更すれば良く、例えば1.0〜10μmが挙げられるが特に限定されない。
接着剤膜の内部において、接着剤の主剤成分であるポリウレタンジオールに含まれる水酸基成分と、硬化剤成分であるポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基とが反応して、ウレタン結合を形成する硬化反応が進行する。この反応によって、主剤成分は硬化剤成分によって架橋され、高分子量化する。主剤成分であるポリウレタンジオールが十分に架橋されると、接着剤膜は硬化し、接着剤層となる。
<裏面保護シート1>
本実施態様の裏面保護シート1は、耐候性基材2、中間層基材3及び内層基材4が接着剤層5及び接着剤層6を介して接合されてなる3層からなる積層体である。以下、各基材について説明する。
[耐候性基材2]
耐候性基材2は、裏面保護シート1に求められる物性を十分に満たし、且つ太陽電池モジュール用積層部材に使用される材料の中でも非常に優れた耐加水分解性を有するものである。本発明の裏面保護シート1は、裏面保護シートとして好適な物性を有する材料を使用することにより優れた耐久性を有する。なお、耐候性基材2は、シート状に成形された樹脂(「樹脂シート」)であり、フィルム等を含む概念である。
耐候性基材2として使用される基材の材質は、耐候性を有するものであれば特に限定されない。耐候性基材2として使用される樹脂シートは、機械的あるいは化学的強度に優れることが好ましく、具体的には耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降電性、耐薬品性、耐突き刺し性等の諸堅牢性に優れることが好ましい。耐候性基材2として使用される基材の材質としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン系共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、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のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中でも、特にポリエチレンテレフタレート系樹脂、フッ素系樹脂(例えばETFE:四フッ化エチレン・エチレン共重合体)やPDDF(ポリフッ化ビニリデン)のフィルム又はシートが好ましい。ETFEは、機械的あるいは化学的強度に優れ、裏面保護シート1の耐久性を向上させるので特に好ましい。なお、耐候性基材2には、加工性、耐熱性、耐水性、耐光製、耐候性等を改質する目的で種々の添加剤、樹脂等を添加することができる。
耐候性基材2は、上記各種の基材の材料となる樹脂の1種又はそれ以上を使用し、押し出し法、キャスト成形法、Tダイ法、切削法、インフレーション法、その他の成膜法を用いて作製することができる。本実施態様において、耐候性基材2の厚さは、5〜250μmが好ましく、10〜150μmがより好ましく、20〜80μmが最も好ましい。耐候性基材2の厚さが上記範囲であると加工時の樹脂シートに搬送性を付与することができるため好ましい。
[中間層基材3]
中間層基材3は、耐候性基材2と後述する内層基材4の中間層としての役割を有する基材である。この中間層基材3は、絶縁性、強度確保、水蒸気バリア性等の観点から配置される層である。
中間層基材3に使用することができる材料としては、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、ポリブチレンテレフタレート、アルミ箔等の金属箔等を例示することができる。中間層基材2の製造は耐候性基材2と同様に従来公知の成膜方法を用いて行うことができる。この中間基材層2は単層でもよく2層以上の積層であってもよい。積層の場合には上記の接着剤を用いて積層することが好ましい。中間層基材2の厚みとしては、特に制限されるものではないが、12〜250μmが好ましい。12μm以上であると、必要な機械強度を得ることが出来るため好ましく、250μm以下であると加工適性が向上し好ましい。
中間層基材3が樹脂フィルムの場合、その表面に金属酸化物蒸着膜を設けることもできる。金属酸化物蒸着膜は、耐候性基材2に防湿性や耐候性を付与するために設けられる。したがって、耐候性基材2の表面に金属酸化物蒸着膜を有する耐候性基材は、防湿性や耐候性を有する。また、この場合、裏面保護シート全体を透明にすることができる。
耐候性基材2の表面に金属酸化物の蒸着膜を形成する方法としては、特に制限されるものではなく、公知の蒸着方法を使用することができる。このような蒸着方法としては真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンクラスタービーム法等の物理気相成長法やプラズマ化学気相法、熱化学気相法、光化学気相法等の化学気相成長法が挙げられる。
金属酸化物の蒸着膜としては、金属酸化物を蒸着して形成された薄膜であれば特に制限されるものではない。金属酸化物の金属としては、珪素(Si)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、スズ(Sn)、ナトリウム(Na)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)等が例示される。これらの中でも、特に珪素、アルミニウム、の金属が好ましい。好ましい金属酸化物はシリカアルミナである。
金属酸化物の蒸着膜の厚さは、特に制限されるものではないが、5〜100nmであることが好ましく、10〜60nmであることが好ましい。蒸着膜の厚さが5nm以上であることにより、十分な防湿性や耐候性を付与することができ、蒸着膜の厚さが100nm以下であることにより、金属酸化物の蒸着膜自体の割れやクラッキングの発生を抑制することができるため好ましい。
[内層基材4]
内層基材4は、太陽電池モジュールを構成する充填材と接する。このため、内層基材4に使用する材料の選択は、例えば充填材との密着性を考慮して行うことができる。充填材としてポリオレフィン系の充填材を用い、内層基材4としてポリエチレンを使用することが好ましい。ポリエチレンは、ポリオレフィン系の充填材との密着性も高く、またこれらの材料の組み合わせは太陽電池モジュール用積層部材の耐久性向上に寄与する。内層基材4に使用する材料には、他の材料を含有させてもよい。また、内層基材4には、耐候性基材2に含有されるような各種添加剤を含有させてもよい。
内層基材4として好ましく使用されるポリエチレンについて説明する。ポリエチレンは特に限定されず、従来公知の高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンのいずれも使用することができる。
特に内層基材4の製造は、耐候性基材2と同様に公知の成膜方法を用いて行うことができる。内層基材4の厚みは、特に限定されるものではないが、15〜250μmであることが好ましい。内層基材4の厚みが15μm以上であると、必要な機械的強度が得られるため好ましく、250μm以下であると加工適性が向上するため好ましい。
内層基材4には、耐候性基材2と同様に他の基材との密着性を向上させるために表面処理を施してもよい。また内層基材4上には、バリア性等を向上させるために金属酸化膜、金属箔を公知の方法で設けてもよい。
本発明の太陽電池モジュール用積層部材の一例である裏面保護シートは、耐候性基材2、中間層基材3及び内層基材4が順次積層されてなる3層以上であればよく、本発明の範囲内で他の基材を加えて、3層以上としてもよい。他の基材に含有される成分、厚み等は適宜変更可能であり、その他の基材の製造方法も特に限定されず、上記の必須の基材と同様に公知の方法によって製造することができる。
[裏面保護シートの製造方法]
本発明の裏面保護シートの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば各基材間の間に接着剤層を設けて、ドライラミネート加工により製造することができる。なお、接着剤層は、上記説明した主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を使用する。
以上、実施態様を示して本発明を具体的に説明したが、本発明は上記の実施態様に限定されるものではなく、本発明の構成の範囲において、適宜変更を加えて実施することができる。例えば、上記実施態様では、3枚のシート状基材を積層させて太陽電池モジュール用積層部材としたが、これに限定されず、さらに複数のシート状基材を積層させて太陽電池モジュール用積層部材を作製してもよい。
<バスラインシートへの適用>
さらに、本発明の太陽電池モジュール用積層部材は、裏面保護シートのみならず、他の太陽電池部材、例えば、太陽電池モジュールを構成するバスラインシートにも適応可能である。太陽電池素子は、太陽光を受光する受光面と、その裏側に位置する非受光面とを含むが、受光面における太陽光線の受光効率を高めるために、受光面には電極を配置せず、非受光面に異なる極性を有する複数の電極を配置したバックコンタクト型の太陽電池素子が知られている。バックコンタクト形の太陽電池素子には種々の方式がある。受光面と非受光面とを貫通する複数のスルーホールを有する半導体基板を備え、非受光面に極性が異なる複数の電極が設けられたメタルラップスルー(MWT)方式、或いはエミッタラップスルー(EWT)方式の太陽電池素子がある他、スルーホールを有しない構造の太陽電池素子もある。バックコンタクト型の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールにおいては、バックコンタクト形の太陽電池素子から電気を取り出すにために、通常、回路になる金属箔を基材である樹脂シートの表面に積層させたバスラインシートが使用される。
バスラインシートの樹脂基材としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートが用いられ、その上に銅箔が積層された後に、エッチング処理によって回路形成される。この基材と銅箔との接着に上記の接着剤を用いることができる。
以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
<太陽電池モジュール用シート部材の製造>
複数のシート状基材を主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して接合して積層し、本発明の太陽電池モジュール用部材を製造した。なお、接着剤は、以下に示す主剤と硬化剤を特定の割合にて配合して製造した。
<接着剤の製造>
(主剤成分「ポリウレタンジオール(A)」の製造)
ポリウレタンジオール(A)を以下のように製造した。ポリウレタンジオールA−1〜A−10における各モノマー成分及びその割合を表1に示す。
1.ポリウレタンジオールA−1の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコに数平均分子量1000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5651」(以下、「PDC1000」と略す。)100質量部、1、6−ヘキサンジオール(5質量部)、イソホロンジイソシアネート(27.5質量部)、酢酸エチル(132.5質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−1の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
2.ポリウレタンジオールA−2の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を(50質量部)、数平均分子量2000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5662」(以下、「PDC2000」と略す。)50質量部、1、6−ヘキサンジオール(10質量部)、イソホロンジイソシアネート(31.5質量部)、酢酸エチル(141.3質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−2の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
3.ポリウレタンジオールA−3の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC2000を100質量部、1、6−ヘキサンジオール(15質量部)、イソホロンジイソシアネート(35.1質量部)、酢酸エチル(150.1質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−3の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
4.ポリエステルジオールHの製造
窒素雰囲気下、攪拌機、窒素導入管を備えたフラスコに、エチレングリコール(32.3質量部)、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(270.8質量部)、1、6−ヘキサンジオール(122.9質量部)、アジピン酸(228.1質量部)、イソフタル酸(664質量部)を加え、180℃から220℃にて窒素にてバブリングさせ、酸価2mgKOH/gまで反応させ、酢酸エチル(860質量部)を加え、ポリエステルジオールHの50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、32mgKOH/gであり、数平均分子量は約3500であった。
5.ポリウレタンジオールA−4の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、ポリエステルジオールH(50質量部)、1、6−ヘキサンジオール(2質量部)、イソホロンジイソシアネート(23.8質量部)、酢酸エチル(175.8質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−4の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
6.ポリウレタンジオールA−5の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、ポリエステルジオールH(100質量部)、1、6−ヘキサンジオール(8質量部)、イソホロンジイソシアネート(36.4質量部)、酢酸エチル(244.4質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−4の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
7.ポリウレタンジオールA−6の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、イソホロンジイソシアネート(18.5質量部)、酢酸エチル(118.5質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−6の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
8.ポリウレタンジオールA−7の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、1、6−ヘキサンジオール(20質量部)、イソホロンジイソシアネート(54.5質量部)、酢酸エチル(174.5質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−7の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
9.ポリウレタンジオールA−8の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、2、2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(10質量部)、イソホロンジイソシアネート(39質量部)、酢酸エチル(149質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−8の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
10.ポリウレタンジオールA−9の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、エチレングリコール(10質量部)、イソホロンジイソシアネート(53質量部)、酢酸エチル(163質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−9の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
11.ポリウレタンジオールA−10の製造
窒素雰囲気下、攪拌機を備えたフラスコにPDC1000を100質量部、ポリエステルジオールH(150質量部)、1、6−ヘキサンジオール(8質量部)、イソホロンジイソシアネート(38.1質量部)、酢酸エチル(296.1質量部)を加え、赤外線吸収スペクトルにて、2270cm−1のイソシアネートの吸収が消失するまで加熱還流させ、ポリウレタンジオールA−10の50%溶液を得た。得られた樹脂の水酸基価は、14mgKOH/gであり、数平均分子量は約8000であった。
Figure 0005636850
(主剤成分「脂肪族ポリカーボネートジオール(B)」)
主剤成分である脂肪族ポリカーボネートジオール(B)として、下記表2に示す脂肪族ポリカーボネートジオールB−1〜B−4を準備した。なお、脂肪族ポリカーボネートジオールB−1は、数平均分子量1000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5651」)、脂肪族ポリカーボネートジオールB−2は、数平均分子量2000の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5662」、脂肪族ポリカーボネートジオールB−3は、数平均分子量500の脂肪族ポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ社製、商品名「デュラノールT5650」であり、脂肪族ポリカーボネートジオールB−4は、エチレングリコール(57.1質量部)、2、2−ジメチル−1、3−プロパンジオール(220.3質量部)、1、6−ヘキサンジオール(184.7質量部)、アジピン酸(537.9質量部)から得られる数平均分子量1000の脂肪族ポリエステルジオールである。
Figure 0005636850
(主剤の調製)
上記で製造した主剤成分であるポリウレタンジオールA−1と脂肪族ポリカーボネートジオールB−1〜B−4を使用して、下記表3に示す主剤1〜12を調製した。また、同様に主剤成分であるポリウレタンジオールA−2〜A−10と脂肪族ポリカーボネートジオールB−1を使用して、下記表4に示す主剤13〜21を調製した。
Figure 0005636850
Figure 0005636850
(硬化剤の製造)
接着剤を構成する硬化剤として、表5に示す成分組成により、硬化剤1〜6を以下のように製造した。なお、硬化剤の材料としては、イソホロンジイソシアネートのヌレート体(F)と、ヘキサメチレンジイソシアネート系2官能ポリウレタンジイソシアネート(G)(旭化成ケミカルズ社製「デュラネートD101」)並びにイソホロンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト(IPDI−TMP)、ヘキサメチレンジイソシアネートのヌレート体を用いた。なお、表5に示す数値は、溶剤を含まない固形質量であるが、製造に際しては固形分50%に調製をした。
Figure 0005636850
(主剤と硬化剤の配合)
上記で製造した主剤1〜21と硬化剤1〜6を使用し、製造例1〜20及び比較製造例1〜14に示す接着剤を製造した。なお、上記実施例及び比較例における主剤と硬化剤の組合せ及びその配合割合を表6に示した。また、主剤と硬化剤の配合は、主剤、硬化剤を溶剤に溶解させて、それぞれ50質量%(酢酸エチル溶液)とし行った。なお、上記接着剤には、主剤と硬化剤の合計100質量部に対して1〜3質量部のシランカップリング剤を添加した。使用したシランカップリング剤は、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(「Si1」)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(「Si2」)である。
Figure 0005636850
<シート状基材の接合による積層体の製造>
(製造例1〜18及び比較製造例1〜14)
上記製造例及び比較製造例において製造した主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を使用して、シート状基材を接合して積層した太陽電池モジュール用積層部材を製造した。なお、シート状基材の接合は、公知のドライラミネート法により行った。
[太陽電池モジュール用積層部材の評価]
製造例1〜18で製造した太陽電池モジュール用積層部材について、その接着性及び耐久性を以下の評価方法によって評価を行った。評価結果を表6に示す。
<硬化速度の評価>
○ 実使用上、問題ない
× 実使用が難しい
<接着強度の評価>
接着強度は、JIS K6854−3に準じて行い。下記基準で評価した。
○ 接着強度 5N/15mm幅以上
× 接着強度 5N/15mm幅以上
<耐久性の評価>
耐久性の評価は、プレッシャークッカー試験(温度120℃ 、湿度85%、圧力1.6 気圧下、168時間)後の接着強度維持率を算出し、下記基準によって評価した。
接着強度維持率=(プレッシャークッカー試験後の接着強度/初期接着強度)×100[%]
○ 接着強度維持率70%以上
× 接着強度維持率70%以下
表6によれば、シート状基材を主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を使用し、主剤に特定のものを使用することによって、接着性及び耐久性に優れた太陽電池モジュール用積層部材が得られることが分かる。
<裏面保護シートの製造>
(実施例1〜20及び比較例1〜20)
製造例14及び製造例17で製造した主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を使用して、シート状基材を接合して積層した太陽電池モジュール用積層部材の一例として裏面保護シートを製造した。表7に裏面保護シートの構成を示す。表7における使用フィルムは下記であり、積層は接着剤を溶剤酢酸エチルに溶解し、固形分塗布量2〜15g/m(硬化後膜厚2〜15μm)となるようにグラビアコートし、30〜50℃、70〜200時間のエージング処理をして硬化させた。なお、実施例1から20について、下記公知の接着剤を実施例と同様の塗布条件で用いた積層体をそれぞれ比較例1から20とした。
ETFE:25μm、商品面 25PW、旭硝子製 社製
PET:50〜250μm、商品面 ルミラーS10、東レ 社製
シリカ蒸着PET:12μm、商品面 テックバリアLX、三菱樹脂社製
耐候性PET:50〜250μm、商品面 ルミラーX10S、東レ 社製
ポリオレフィン: HDPE
比較例接着剤(公知の接着剤):商品名 タケラック1143(登録商標)/タケネートA50(登録商標)、 三井化学 社製
Figure 0005636850
Figure 0005636850
実施例1から20及び比較例1から20の裏面保護シートすべてについて、保存条件120℃×85%、1.6atmの条件で保存し、デラミについて(層間剥離の状況を目視で確認)の結果を表9に示す。なお表9において、○は、目視でデラミなしであり、×は、目視でデラミ有りである。
Figure 0005636850
表9より、本発明の裏面保護シートは、比較例に比べてデラミが生じ難く耐久性に優れていることが理解できる。
1 裏面保護シート
2 耐候性基材
3 中間層基材
4 内層基材
5 接着剤層
6 接着剤層

Claims (10)

  1. 複数のシート状基材を、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して積層させた太陽電池モジュール用積層部材であって、前記接着剤の主剤は、下記のポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物を含み、
    前記接着剤の硬化剤は、イソホロンジイソシアネートのヌレート体(F)と、ヘキサメチレンジイソシアネート系2官能ポリウレタンジイソシアネート(G)との混合物を含む太陽電池モジュール用保護シート。
    ポリウレタンジオール(A):少なくとも脂肪族ポリカーボネートジオール(C)と、
    1,6へキサンジオール(D)と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール。
  2. 複数のシート状基材を、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して積層させた太陽電池モジュール用積層部材であって、前記接着剤の主剤は、下記のポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物を含み、
    前記ポリウレタンジオール(A)が、数平均分子量が1000から2000の脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、1,6へキサンジオール(D)の5から15質量部と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール、である太陽電池モジュール用積層部材。
  3. 複数のシート状基材を、主剤と硬化剤からなる2液タイプの接着剤を介して積層させた太陽電池モジュール用積層部材であって、前記接着剤の主剤は、下記のポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との混合物を含み、
    前記ポリウレタンジオール(A)が、数平均分子量が1000から2000の脂肪族ポリカーボネートジオール(C)100質量部に対し、1,6へキサンジオール(D)の2から8質量部と、数平均分子量が3000から4000ポリエステルジオール(H)の50から100質量部と、イソホロンジイソシアネート(E)と、を反応させて得られる数平均分子量が7000から13000のポリウレタンジオール、である太陽電池モジュール用積層部材。
  4. 前記脂肪族ポリカーボネートジオール(B)が数平均分子量1000から2000の脂肪族ポリカーボネートジオールである、請求項1から請求項3いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  5. 前記ポリウレタンジオール(A)と、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)との質量比率が、ポリウレタンジオール(A)100質量部に対して、脂肪族ポリカーボネートジオール(B)が10から20質量部、である請求項1から請求項4いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  6. 前記接着剤の硬化剤は、イソホロンジイソシアネートのヌレート体(F)と、
    ヘキサメチレンジイソシアネート系2官能ポリウレタンジイソシアネート(G)との混合物を含み、これらの質量比率が(F):(G)=30:70〜50:50、である請求項1から請求項5いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  7. 前記接着剤の主剤と硬化剤との合計100質量部に対し、1から3質量%のシランカップリング剤を含む、請求項1から請求項6いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  8. 太陽電池モジュール用の裏面保護シートである請求項1から請求項7いずれか記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  9. 前記裏面保護シートは、耐候性樹脂からなる最外層と、一又は複数の中間層と、最内層と、順次備え、それぞれの層間接着剤として前記接着剤を用いる請求項8記載の太陽電池モジュール用積層部材。
  10. 請求項1から請求項9のいずれかに記載の太陽電池モジュール用積層部材が使用された太陽電池モジュール。
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