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。
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）。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 前記放熱インク層の厚さは、５μｍ〜９０μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池用バックシート。
- 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１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池用バックシート。
- 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１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池用バックシート。
- 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１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池用バックシート。
- 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。
- 前記金属層の厚さは、１５μｍ〜１２０μｍである、請求項２、３または９に記載の太陽電池用バックシート。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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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