JP5706541B2 - 太陽電池用バックシート及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本明細書は、太陽電池用バックシート及びその製造方法に関する。
一般に、太陽電池は半導体素子110を含んでいて、前記半導体素子110には、その上面及び下面の双方にエチレンビニルアルコール(EVA)シート120が形成されている。また、一方側のEVAシート120にはガラス基板130が形成され、他方側のEVAシート120にはバックシート140が形成されていてよい(図1参照)。
この太陽電池では、一般に、EVA高分子物質を用いるため、太陽電池及び周辺器機から発生する熱を放出させる効果が劣り、これは太陽電池の効率の低下をもたらす。
太陽電池におけるEVAシートと接する従来のバックシートは、基材142の一方側及び他方側に形成されるフッ素樹脂層144を含んでなる。前記フッ素樹脂の例としては、PVDF(Polyvinylidene Fluoride)またはPVF(Polyvinyl Fluoride)が挙げられる(図2参照)。前記フッ素樹脂層144(例えば、PVDF層またはPVF層)は耐久性に優れている。
しかしながら、従来のバックシートは、高価であるため製造コストの効率が低くなる。さらには、従来のバックシートは、熱の放出機能がないか、あるとしても弱いため、太陽電池の発電効率を低下させる。
本発明の具現例では、耐久性に優れ且つ放熱性能に優れ、太陽電池の効率性を高められる太陽電池用バックシートを提供する。また、前記太陽電池用バックシートを製造する方法を提供する。
本発明の具現例では、基材と、前記基材の一方側に位置するフッ素樹脂層、及び前記基材の他方側に位置する放熱インク層と、を含む太陽電池用バックシートを提供する。
本発明の他の具現例では、基材の一方側にフッ素樹脂層を形成するステップ、及び基材の他方側に放熱インク層を形成するステップを含む太陽電池用バックシートの製造方法を提供する。
本発明のまた他の具現例では、前記太陽電池用バックシートを含む太陽電池を提供する。
本発明の例示的な具現例において、前記太陽電池用バックシートは、基材と放熱インク層との間に金属層をさらに含む。
本発明の他の例示的な具現例において、前記太陽電池用バックシートは、金属層と放熱インク層との間に金属腐食防止層をさらに含む。
本発明の具現例に係る太陽電池用バックシートは、従来の太陽電池用バックシートの一方側に形成されるフッ素樹脂層に代わって放熱インク層を含む。これにより、前記バックシートは放熱性能に優れている。また、前記バックシートは製造コストの効率性を有する。さらに、フッ素樹脂層に代わる放熱インク層に金属層がさらに形成される場合、優れた耐久性及び放熱性能を有するようになる。本発明の具現例に係る太陽電池用バックシートの製造方法によれば、コスト効率的に太陽電池を製造することができる。
本発明の具現例の前記側面やまた他の側面、特徴、利点などは添付する図面と後述する詳細な説明を通じて明らかになるであろう。
一般的な太陽電池の構成を示す概路図である。 従来の太陽電池用バックシートを示す概路図である。 本発明の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。 本発明の他の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、金属層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。 本発明のまた他の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、金属層、金属腐食防止層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。
本発明の例示的な具現例について添付の図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、様々な形で具現できるし、本発明がここに開示された例示的な具現例に制限されると解釈されてはならない。むしろ、このような例示的な具現例は、本発明に係る開示をより完全にするためのものであって、当該分野の通常の技術者らに本発明の内容を充分に伝達するためのものである。また、本発明の具現例を不要に不明瞭にさせないように、本明細書では周知の特徴や技術についての説明は省略することにする。
ここで用いられる用語は、特定の具現例を説明するための目的から用いられており、本発明を制限することを意図したものではない。また、ここで用いられるように、明示的に区別して記述しない限り、単数形態は複数形態をも含むように意図される。
明細書中の「含む」といった用語は、記述された特徴、領域、核心、ステップ、作動、要素及び/または成分が存在することを示すものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴、領域、核心、ステップ、作動、要素、成分及び/またはこれらの組み合わせの存在を排除するものではない。
図3は、本発明の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。
図3に示したように、太陽電池用バックシートは、基材10、フッ素樹脂層20、及び放熱インク層50を含む。前記フッ素樹脂層20は基材10の一方側に形成され、前記放熱インク層50は基材10の他方側に形成される。
図4は、本発明の他の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、金属層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。
図4に示したように、太陽電池用バックシートは、基材10、フッ素樹脂層20、金属層30、及び放熱インク層50を含む。前記フッ素樹脂層20は基材10の一方側に形成され、前記放熱インク層50は基材10の他方側に形成され、前記金属層30は基材10と放熱インク層50との間に形成される。
図5は、本発明の他の具現例に係る基材、フッ素樹脂層、金属層、金属腐食防止層、及び放熱インク層を含む太陽電池用バックシートを示す概路図である。
図5に示したように、前記太陽電池用バックシートは、前記金属層30と放熱インク層50との間に形成される金属腐食防止層40をさらに含む。
本発明の例示的な具現例に係る、太陽電池用バックシートの製造方法は、基材10の一方側にフッ素樹脂層20を形成するステップ及び基材10の他方側に放熱インクをコーティングして基材10の他方側に放熱インク層50を形成するステップとを含む。
他の例示的な具現例によれば、前記方法は、基材10の一方側にフッ素樹脂層20を形成するステップと、基材10の他方側に金属層30を形成するステップと、 金属層30に放熱インクをコーティングして金属層30に放熱インク層50を形成するステップとを含む。
他の例示的な具現例によれば、前記方法は、金属層30に放熱インク層50を形成する前に、金属層30に金属腐食防止層40を形成し、前記金属腐食防止層40を放熱インクでコーティングして金属腐食防止層40に放熱インク層50を形成するステップをさらに含む。
前記放熱インクは熱伝導性物質を含む熱伝導性インクである。例示的な具現例において、前記放熱インクは、炭素素材または金属フィラーを含んでいてよい。前記炭素素材は、グラファイト、炭素ナノ繊維、または炭素ナノチューブを含んでいてよく、より好ましくは、グラファイトであってよい。前記金属フィラーは、熱伝導性に優れた金属フィラーとして金属粉末を含んでいてよく、その例としては、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、タングステン、ステンレス、鉄などからなる群より選択される一種以上の金属粉末を含んでいてよい。
詳述すれば、前記放熱インクは、放熱物質(熱伝導性物質)及びバインダー樹脂を含んでいてよい。前記放熱物質は粒状のものを用いてよく、これは熱伝導性有効物質として作用し得る。前記バインダー樹脂は、粒状の放熱物質のような放熱物質間に結合力を付与する。前記バインダー樹脂は、放熱物質及び金属層(または金属腐食防止層)間に結合力を付与する。上述したように、具現例では、前記放熱物質は金属フィラーである金属粒子または炭素物質またはこれらの組み合わせであってよい。前記炭素物質は、グラファイト、グラフェン、CNT(炭素ナノチューブ)、CNF(炭素ナノ繊維)またはこれらの組み合わせであってよい。非制限的な例示において、炭素物質の粒径は200μm以下、好ましくは、5nm〜200μmである。上述したように、金属粒子としては、Al、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Zn、W、Fe、またはこれらの組み合わせが用いられていてよい。特に、金属粒子として、一つの単一金属(例えば、前記金属から選択される一種の金属)、または金属の混合物(例えば、前記金属から選択される二種以上の金属の混合物)、または金属合金(例えば、前記金属から選択される二種以上の金属の合金)が用いられていてよい。金属合金としては、ステンレススチールが用いられていてよい。
前記バインダー樹脂は、接着性を有する限り、特定のバインダー樹脂に制限されず、天然樹脂または合成樹脂から適宜選択すればよい。バインダー樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、またはこれらの組み合わせを用いていてよい。
前記放熱インク層は、バインダー樹脂100重量部に対して、放熱物質20〜300重量部を含む放熱インク組成物をコーティングして形成していてよい。前記放熱インク組成物は、液体またはペースト形態であってよい。前記放熱物質の量が20重量部未満の場合は、熱伝導度が低く、放熱性能の改善効果も微々たるものだ。前記放熱物質の量が300重量部を超えると、コーティング性が劣化し、且つ放熱インク中のバインダー樹脂の量が相対的に少なくなるため、接着力が低下するようになる。
また、必要に応じては、前記放熱インク組成物は、光開始剤、硬化剤、分散剤、溶媒、抗酸化剤、消泡剤などや、これらの組み合わせをさらに含んでいてよい。
前記放熱インク組成物は、スピンコーティング、バーコーティング、インクジェットコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、キスグラビアコーティング、コンマナイフコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、ワイヤーバーコーティング、スロットダイコーティング、リバースコーティング、フレキソコーティング、オフセットコーティングなどのようなコーティング法を用いて、1回以上コーティングしていてよい。
また、前記放熱インク層は、必要に応じて調節された厚さを有していてよい。非制限的な例示として、前記放熱インク層は、数十nm〜200μmの厚さを有していてよく、好ましくは、前記放熱インク層は、5μm〜90μm、より好ましくは、20μm〜60μmの厚さを有していてよい。前記放熱インク層の厚さが5μm未満の場合、放熱性及び耐久性の改善効果が微々たるもので、外部衝撃による表面スクラッチ現象によって局所的な放熱性の低下が生じるおそれがある。また、90μmを超える場合、製造コストの上昇をもたらし得る。前記放熱インク層の厚さが200μmを超える場合、バックシートの柔軟性を低下し、且つ価格の面でも好ましくないという不具合が生じる。
例示的な具現例において、前記放熱インク層は、放熱インク層の形成過程において前記放熱インク組成物が圧着されることで、水平及び垂直方向に優れた熱伝導性を有するようになる。
例示的な具現例において、図2に示す従来のPVDF層144に代わる放熱インク層は、優れた熱伝導性を有するため、従来の太陽電池用バックシートよりも優れた放熱効果を示し、太陽電池の発電効率を高められる。また、高温多湿な条件下でも、放熱インク層によって太陽電池の内部素材の水分への露出を防止することで、太陽電池用バックシートの耐腐食性、耐湿性などの物性が向上し、太陽電池の寿命を向上させることができる。また、従来のPVDF層144に代わって放熱インク層を用いることで、高い製造コスト効率性を達成することができる。
例示的な具現例において、前記フッ素樹脂層のフッ素樹脂は耐湿性に優れているため、太陽電池の裏面からの湿気の浸透を抑え、太陽電池の内部素材を外部の環境から保護する役割を果たす。このようなフッ素樹脂の非制限的な例示としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリフッ化ビニル(PVF)を含む。
例示的な具現例において、前記基材は、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、または紙からなるものであってよい。好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線形低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、及びポリプロピレン(PP)からなる群より選択された一種以上からなるものであってよい。
例示的な具現例において、前記金属層は、熱伝導性に優れた金属であれば特に制限されるものではなく、好ましくは、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、タングステン、ステンレス、及び鉄からなる群より選択される一種以上を用いていてよい。前記金属層は、既存のPVDF層などのようなフッ素樹脂層よりも優れた放熱効果を示すため、太陽電池の発電効率を高めることができる。
例示的な具現例において、前記金属層の厚さは、必要に応じて適宜調節していてよい。前記金属層の厚さは、好ましくは、15〜120μmであってよく、より好ましくは、60〜100μmであってよい。前記金属層の厚さが15μm未満の場合、熱伝導効果が僅かであるため、放熱効果の低下をもたらし得る。前記金属層の厚さが120μmを超える場合は、作業性やコスト効率の低下をもたらす。
高温多湿な地域では水分によって金属層が腐食しやすく、太陽電池の耐久性が劣化することがあるため、金属腐食防止層を用いれば、太陽電池の耐久性を高めることができる。
金属腐食防止層は、金属層の腐食を防止する限り、特に制限されるものではなく、金属の腐食を防止するために一般に用いられる公知の腐食防止剤を含んでいてよい。フォスフェイト系(フォスフェイト処理)またはクロム系(クロム酸処理)などのような一種以上の腐食防止剤を用いて金属腐食防止層を形成していてよい。また、例えば、金属とシロキサン結合(Si−O−Si)を形成するシラン系化合物や、金属−硫黄(S)共有結合を形成させるチオール基(−SH)含有アルカンチオール系化合物などのような有機物をコーティングして金属腐食防止層を形成していてよい。
例示的な具現例において、前記金属腐食防止層の厚さは0.5μm〜10μmであってよい。前記金属腐食防止層の厚さが0.5μm未満の場合、十分な金属腐食防止効果が得られない。前記金属防止層の厚さが10μmを超える場合は、放熱性が劣化し、且つコスト効率が低下することがある。
本発明の具現例においては、さらに、前記太陽電池用バックシートを含む太陽電池を提供する。
以下、本発明の実施例及び実験例を説明する。なお、次の実施例及び実験例は、説明を目的として記載したものに過ぎず、本発明を制限するためのものではない。
[実験1]放熱性の測定
PET基材の一方側にPVDF層を形成し、前記PET基材の他方側に放熱インク層を25μmの厚さで形成して、太陽電池用バックシートを作製した(実施例1、図3)。変形例として、PET基材の一方側にPVDF層を形成し、前記PET基材の他方側にアルミニウム(Al)層を80μmの厚さで形成し、前記アルミニウム(Al)層に放熱インク層を25μmの厚さで形成して、太陽電池用バックシートを作製した(実施例2、図4)。他の変形例として、PET基材の一方側にPVDF層を形成し、前記基材の他方側にアルミニウム(Al)層を80μmの厚さで形成し、前記アルミニウム(Al)層にフォスフェイト系金属腐食防止層を1μmの厚さで形成し、前記金属腐食防止層に放熱インク層を25μmの厚さで形成して、太陽電池用バックシートを作製した(実施例3、図5)。
ここで、前記放熱インク層は、アクリル樹脂とグラファイト粉末(アクリル樹脂とグラファイト粉末との重量比は1:1である。)を有する液状の放熱性インク組成物をコーティングして形成される。前記フォスフェイト系金属腐食防止層は、アルミニウム(Al)層上にアルミニウム表面をフォスフェイトで処理して形成される。
また、PET基材の一方側及び他方側にPVDF層を形成して、従来の太陽電池用バックシートを作製した(比較例1、図2)。
前記作製した実施例1〜3と比較例1の太陽電池用バックシートに対し、耐久性テスト、放熱性能テスト、電気発電効率テストを行った。
耐久性テストは、Xenon Weather-Ometer(ATLAS Ci3000+)で3000時間実施し、恒温・恒湿チャンバ(80℃、80%RH)で3000時間実施した。各バックシートの耐久性を次のような基準にて評価し、これを表1に表した:優秀(◎)、良好(○)、不満足(△)。
放熱性能テストは、100℃の熱源を基準に降温程度を測定した。表1では、その結果による温度を評価等級(優秀(◎)、良好(△)、不満足(×))と一緒に表している。
電気発電効率に関して、比較例1及び実施例1〜3の各バックシートを顧客社に提供し、当該バックシートを用いた太陽電池の相対的な電気発電効率を、比較例1のバックシートを用いた太陽電池の発電効率100%に対するパーセンテージにて評価した。表1では、1日当たりの各発電量をそのパーセンテージとともに表している。
Figure 0005706541
太陽電池用バックシート及びその製造方法が提供される。前記太陽電池用バックシートは、従来の太陽電池用バックシートに比べて、放熱性能に優れ且つ製造コストを削減することができる。

Claims (17)

  1. 基材と、
    前記基材の一方側に位置するフッ素樹脂層と、
    前記基材の他方側に位置する放熱インク層と、
    を含み、前記放熱インク層が金属フィラーを含む太陽電池用バックシート。
  2. 前記基材と放熱インク層との間に金属層をさらに含む、請求項1に記載の太陽電池用バックシート。
  3. 前記金属層と放熱インク層との間に金属腐食防止層をさらに含む、請求項2に記載の太陽電池用バックシート。
  4. 前記放熱インク層は、金属フィラーとしてAl、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Zn、W及びFeからなる群より選択される一種以上及びバインダー樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  5. 前記放熱インク層の厚さは、5μm〜90μmである、請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  6. 前記フッ素樹脂は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリフッ化ビニル(PVF)である、請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  7. 前記基材は、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、または紙からなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  8. 前記基材は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線形低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、及びポリプロピレン(PP)からなる群より選択された一種以上からなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  9. 前記金属層の金属は、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛、タングステン、ステンレス、及び鉄からなる群より選択される一種以上である、請求項2または3に記載の太陽電池用バックシート。
  10. 前記金属層の厚さは、15μm〜120μmである、請求項2、3またはに記載の太陽電池用バックシート。
  11. 前記金属腐食防止層は、フォスフェイト系またはクロム系腐食防止層である、請求項3に記載の太陽電池用バックシート。
  12. 前記金属腐食防止層の厚さは、0.5μm〜10μmである、請求項3または11に記載の太陽電池用バックシート。
  13. 基材の一方側にフッ素樹脂層を形成するステップ、及び
    前記基材の他方側に放熱インク層を形成するステップ
    を含み、前記放熱インク層が金属フィラーを含む、太陽電池用バックシートの製造方法。
  14. 前記基材の他方側に金属層を形成するステップ、及び
    前記金属層に放熱インク層を形成するステップ
    をさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記基材の他方側に金属層を形成するステップ、
    前記金属層に金属腐食防止層を形成するステップ、及び
    前記金属腐食防止層に放熱インク層を形成するステップ
    をさらに含む、請求項13に記載の方法。
  16. 前記放熱インク層は、金属フィラーとしてAl、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Zn、W及びFeからなる群より選択される一種以上及びバインダー樹脂を含む、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシートを含む太陽電池。
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