JP5833981B2 - ポリマーシートとその製造方法、太陽電池用バックシートおよび太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、ポリマーシートとその製造方法、太陽電池用バックシートおよび太陽電池モジュールに関する。
太陽電池は、発電時に二酸化炭素の排出がなく環境負荷が小さい発電方式であり、近年急速に普及が進んでいる。太陽電池モジュールは、一般に太陽光が入射するオモテ面側に配置されるフロント基材と、太陽光が入射するオモテ面側とは反対側(裏面側)に配置される、いわゆるバックシートとの間に、太陽電池素子が封止材で封止された太陽電池セルが挟まれた構造を有しており、フロント基材と太陽電池セルとの間及び太陽電池セルとバックシートとの間は、それぞれEVA(エチレン−ビニルアセテート)樹脂などで封止されている。
太陽電池モジュールを構成するバックシートは、太陽電池モジュールの裏面からの水分の浸入を防止する働きを有するもので、従来はガラスやフッ素樹脂等が用いられていたが、近年ではコスト等の観点からポリエステルが適用されるに至っている。そして、バックシートは、単に水分の透過を抑制する機能を有するだけでなく、耐久性(耐候性および耐光性)、光反射性なども求められるため、例えば、ポリマー支持体に耐候性を高める層や、酸化チタン等の白色顔料を添加し、反射性能を持たせた着色層などの機能性層をポリマー支持体上に積層して構成されていた。このような積層タイプのバックシートを製造する方法としてはコスト等の観点から塗布による積層を行う方法が知られているが、機能性塗布層どうしの剥離や、太陽電池モジュールの封止材との間での剥離が生じないように、塗布層と、ポリマー支持体または封止材間の密着性を高めることが求められていた。
これに対し、特許文献1では、湿熱経時後にも顔料の粉落ちを抑制し、封止材との接着力を維持することを目的として、シート本体を封止材に接着する接着層とを備え、接着層は、無機物からなる微粒子とオキサゾリン基をもつ化合物により架橋された第2のポリマーとを有し、前記微粒子の前記第2のポリマーに対する質量割合が少なくとも100%、前記オキサゾリン基をもつ化合物の前記第2のポリマーに対する質量割合が10%以上50%以下の範囲である構成の太陽電池用バックシートが提案されている。
また、特許文献2には耐候性が高いフッ素樹脂層を外層に用い、そのフッ素樹脂層用の塗布液に含まれる無機粒子(充填剤)の量を調整して、フッ素系樹脂層の欠けを防止した例が記載されている。具体的には、特許文献2には、基材フィルムと第一のフッ素樹脂層および第二のフッ素樹脂層とを備え、前記第一のフッ素樹脂層における充填剤の含有割合が前記第二のフッ素樹脂層における充填剤の含有割合よりも少なくなるように制御することによって、フッ素コート層の欠けを防止できる太陽電池モジュール用保護シートが提案されている。
特開2011−29397号公報 特表2010−232232号公報
しかしながら、本発明者らが特許文献1に記載の無機粒子を有する層を塗布により設けたバックシートは特許文献1に記載された方法で測定された粉落ちの問題は改善されていたものの、新たに、打ち抜き機でサンプルを切り出した際に粉塵が発生する問題には対処できていなかった。また、特許文献2のポリマーシートは同じ厚みと構成では反射率に不満が残ることがわかった。また、特許文献1および2に記載のバックシートを太陽電池モジュールに組み込んだところ、長期間の使用でバックシートの各層間と、太陽電池モジュールの封止材とバックシートとの間で剥離する問題が生じることがわかった。特に、バックシートの各層間の剥離は顔料などの無機粒子を有する層とポリマー支持体との間で起こることがわかった。また、フッ素系ポリマー層などの耐候性層は太陽電池モジュールに組み込んだときに最外層となるため、水分やUV光によりフッ素系ポリマー層とポリマー支持体との間でも剥離が起こることがわかった。
本発明は、上記問題を解決するために鑑みなされたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、白色顔料の粉落ちが抑制され、反射率が高く、湿熱環境下で経時させたときにバックシートの各層間で剥離が抑制され、太陽電池モジュールの封止材に貼り合わせて湿熱環境下で経時させたときに封止材との間で剥離が抑制されるポリマーシートを提供することにある。また、該ポリマーシート具備した太陽電池用バックシートと、該太陽電池用バックシートを具備した太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討したところ、透明ポリマー支持体の両面に白色顔料を特定量添加したポリマー層を、特性の厚みで積層し、特定のバインダーを用いることにより、上記課題をすべて同時に解決できることを見出すに至った。
すなわち、前記課題を解決するための具体的手段である本発明は以下のとおりである。
[1] 透明ポリマー支持体と;該透明ポリマー支持体の一方の面A上に配置され、白色顔料を含有する第1のポリマー層と;前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上に配置され、シリコーン系ポリマーおよび白色顔料を含有する第3のポリマー層と;さらにその前記第3のポリマー層上に配置され、シリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層と;を有し、前記第1のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜50%であり、かつ、前記第1のポリマー層の厚みが5〜10μmであり;前記第3のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜30%であり、かつ、前記第3のポリマー層の厚みが5〜10μmであることを特徴とするポリマーシート。
[2] [1]に記載のポリマーシートは、前記透明ポリマー支持体が、ポリエチレンテレフタレート支持体であることが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載のポリマーシートは、前記第4のポリマー層がフッ素系ポリマーを含有することが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記第1のポリマー層における顔料の体積分率が15〜30%であることが好ましい。
[5] [1]〜[4]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に、第2のポリマー層が配置されたことが好ましい。
[6] 前記第2のポリマー層の厚みが、0.01〜0.5μmであることを特徴とする[5]に記載のポリマーシート。
[7] [1]〜[6]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記第2のポリマー層が、前記透明ポリマー支持体を一軸方向に1回延伸した後に、第2のポリマー層形成用塗布液を塗布され、その後に、1回目の延伸方向と異なる方向に延伸されて形成されたことが好ましい。
[8] [1]〜[7]のいずれか一項に記載のポリマーシートは、前記透明ポリマー支持体がポリエステル支持体であり、前記ポリエステル支持体に、末端封止剤を含むことが好ましい。
[9] 透明ポリマー支持体の一方の面A上に、白色顔料を含有する第1のポリマー層を積層する工程と、前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上にシリコーン系ポリマーおよび白色顔料を含有する第3のポリマー層を積層する工程と、前記第3のポリマー層上にシリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層を積層する工程と、有することを特徴とするポリマーシートの製造方法。
[10] [9]に記載のポリマーシートの製造方法は、前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に第2のポリマー層を積層する工程を含み、前記第2のポリマー層の厚みが0.01〜0.5μmになるように制御することが好ましい。
[11] [9]または[10]に記載のポリマーシートの製造方法は、前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に第2のポリマー層を積層する工程を含み、前記第2のポリマー層を積層する工程の前に前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸する工程を含み、前記第2のポリマー層を積層する工程が、前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸した後に第2のポリマー層形成用塗布液を塗布する工程と、前記塗布後に前記透明ポリマー支持体および前記塗布膜を1回目の延伸方向と異なる方向に延伸する工程を含むことが好ましい。
[12] [1]〜[8]のいずれか一項に記載のポリマーシートを具備する太陽電池用バックシート。
[13] [12]に記載の太陽電池用バックシートを具備する太陽電池モジュール。
本発明によれば、白色顔料の粉落ちが抑制され、反射率が高く、湿熱環境下で経時させたときにバックシートの各層間で剥離が抑制され、太陽電池モジュールの封止材に貼り合わせて湿熱環境下で経時させたときに封止材との間で剥離が抑制されるポリマーシートを提供することができる。また、本発明によれば、該ポリマーシート具備した太陽電池用バックシートと、該太陽電池用バックシートを具備した長期に亘って安定した発電性能を発揮する太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明のポリマーフィルムの断面の一例を示す概略図である。 本発明のポリマーフィルムをバックシートとして用いた太陽電池モジュールの断面の一例を示す概略図である。 本発明のポリマーフィルムと封止材と強化ガラスの積層体試料を用いた封止材剥離力の評価方法を示す概略図である。
以下、本発明のポリマーシートとその製造方法、太陽電池用バックシートおよび太陽電池モジュールについて詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
[ポリマーシート]
本発明のポリマーシートは、透明ポリマー支持体と;該透明ポリマー支持体の一方の面A上に配置され、白色顔料を含有する第1のポリマー層と;前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上に配置され、シリコーン系ポリマーおよび顔料を含有する第3のポリマー層と;さらにその前記第3のポリマー層上に配置され、シリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層と;を有し、前記第1のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜50%であり、かつ、前記第1のポリマー層の厚みが5〜10μmであり;前記第3のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜30%であり、かつ、前記第3のポリマー層の厚みが5〜10μmであることを特徴とする。
まず、本発明のポリマーシートの好ましい構成を図1に記載する。図1に記載のポリマーシートは、透明ポリマー支持体16の一方オモテ面側(入射光側)に、任意に配置されていてもよい下塗り層である第2のポリマー層2および白色顔料を有する第1のポリマー層1が設けられており、他方の面側に(ウラ面側)に白色顔料を有する第3のポリマー層3とその上に第4のポリマー層4が設けられている。
以下、本発明のポリマーシートについて、各層好ましい態様の詳細を説明する。
(透明ポリマー支持体)
本発明のポリマーシートは、入射光に対して支持体の裏面に配置された第3のポリマー層中の白色顔料がポリマーシート全体の反射率を高めることに寄与できるように、支持体として透明ポリマーシートを用いる。前記透明ポリマー支持体としては、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、又はポリフッ化ビニルなどのフッ素系ポリマー等の支持体が挙げられる。支持体は、フィルム状でもシート状でもよい。これらの中では、透明度やコストや機械強度などの点から、ポリエステル支持体が好ましい。
本発明におけるポリマー支持体として用いられるポリエステル支持体としては、芳香族二塩基酸又はそのエステル形成性誘導体とジオール又はそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルである。かかるポリエステルの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6−ナフタレートなどのフィルム又はシートを挙げることができる。このうち、力学的物性やコストのバランスの点で、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレン−2,6−ナフタレートが特に好ましく、本発明のポリマーシートは、前記ポリマー支持体がポリエチレンテレフタレート支持体であることがより特に好ましい。
前記ポリエステル支持体は、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。更に、前記ポリエステルに他の種類の樹脂、例えばポリイミド等を少量ブレンドしたものであってもよい。
本発明におけるポリエステルを重合する際には、カルボキシル基含量を所定の範囲以下に抑える観点から、Sb系、Ge系、Ti系の化合物を触媒として用いることが好ましく、中でも特にTi系化合物が好ましい。Ti系化合物を用いる場合、Ti系化合物をTi元素換算値が1ppm以上30ppm以下、より好ましくは3ppm以上15ppm以下の範囲となるように触媒として用いることにより重合する態様が好ましい。Ti系化合物の使用量がTi元素換算で前記範囲内であると、末端カルボキシル基を下記範囲に調整することが可能であり、ポリマー支持体の耐加水分解性を低く保つことができる。
Ti系化合物を用いたポリエステルの合成には、例えば、特公平8−301198号公報、特許第2543624号、特許第3335683号、特許第3717380号、特許第3897756号、特許第3962226号、特許第3979866号、特許第3996871号、特許第4000867号、特許第4053837号、特許第4127119号、特許第4134710号、特許第4159154号、特許第4269704号、特許第4313538号等に記載の方法を適用できる。
ポリエステル支持体中のカルボキシル基含量は、55当量/t(eq/tまたはeq/トンと同義;以下同様)以下が好ましく、より好ましくは35当量/t以下である。カルボキシル基含量の下限は、ポリエステルフィルムに形成される層(例えば着色層である後述の第1のポリマー層)との間の接着性を保持する点で、2当量/tが望ましく、5当量/tがより好ましい。カルボキシル基含量が55当量/t以下であると、耐加水分解性を保持し、湿熱経時したときの強度低下を小さく抑制することができる。特に、前記ポリマー支持体がポリエチレンテレフタレート支持体である場合、前記ポリエチレンテレフタレート支持体のカルボキシル基含有量が5〜35当量/tであることが、後述の第1のポリマー層や第3のポリマー層との接着性が湿熱経時前後を通じて良好となる観点から、好ましい。
ポリエステル中のカルボキシル基含量は、重合触媒種、製膜条件(製膜温度や時間)により調整することが可能である。
カルボキシル基含量(AV)は、目的とするポリエステル支持体をベンジルアルコール/クロロホルム(=2/3;体積比)の混合溶液に完全溶解させ、指示薬としてフェノールレッドを用い、基準液(0.025N KOH−メタノール混合溶液)で滴定し、その適定量から算出される値である。
本発明におけるポリエステル支持体は、重合後に固相重合されたものが好ましい。これにより、好ましいカルボキシル基含量を達成することができる。固相重合は、連続法(タワーの中に樹脂を充満させ、これを加熱しながらゆっくり所定の時間滞流させた後、送り出す方法)でもよいし、バッチ法(容器の中に樹脂を投入し、所定の時間加熱する方法)でもよい。具体的には、固相重合には、特許第2621563号、特許第3121876号、特許第3136774号、特許第3603585号、特許第3616522号、特許第3617340号、特許第3680523号、特許第3717392号、特許第4167159号等に記載の方法を適用することができる。
固相重合の温度は、170℃以上240℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以上230℃以下であり、さらに好ましくは190℃以上220℃以下である。また、固相重合時間は、5時間以上100時間以下が好ましく、より好ましくは10時間以上75時間以下であり、さらに好ましくは15時間以上50時間以下である。固相重合は、真空中あるいは窒素雰囲気下で行なうことが好ましい。
本発明におけるポリエステル支持体は、例えば、上記のポリエステルをフィルム状に溶融押出を行なった後、キャスティングドラムで冷却固化させて未延伸フィルムとし、この未延伸フィルムをTg〜(Tg+60)℃で長手方向に1回もしくは2回以上合計の倍率が3倍〜6倍になるよう延伸し、その後Tg〜(Tg+60)℃で幅方向に倍率が3〜5倍になるように延伸した2軸延伸フィルムであることが好ましい。
さらに、必要に応じて180〜230℃で1〜60秒間の熱処理を行なったものでもよい。
ポリマー支持体(特にポリエステル支持体)の厚みは、25〜300μm程度が好ましい。厚みは、25μm以上であると力学強度が良好であり、300μm以下であるとコスト的に有利である。
特にポリエステル支持体は、ポリエチレンテレフタレート支持体であり、厚みが120μm以上300μm以下であって、かつポリエステル中のカルボキシル基含量が2〜35当量/tである場合に、より湿熱耐久性の向上効果が奏される。
ポリマー支持体は、コロナ処理、火炎処理、低圧プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、又は紫外線処理により表面処理が施された態様が好ましい。これらの表面処理を施すことで、湿熱環境下に曝された場合の接着性をさらに高めることができる。中でも特に、コロナ処理を行なうことで、より優れた接着性の向上効果が得られる。
これらの表面処理は、ポリマー支持体(例えばポリエステル支持体)表面にカルボキシル基や水酸基が増加することにより接着性が高められるが、架橋剤(特にカルボキシル基と反応性の高いオキサゾリン系もしくはカルボジイミド系の架橋剤)を併用した場合により強力な接着性が得られる。これは、コロナ処理による場合により顕著である。したがって、特にポリマー支持体のポリマー層が形成される側の表面がコロナ処理されていることが好ましい。
(末端封止剤)
本発明のポリマーシートは上述のとおり前記透明ポリマー支持体がポリエステル支持体であることが好ましいが、ポリエステル支持体は末端封止剤を含むことが好ましく、例えば、ポリエステルに対して0〜10質量%の末端封止剤を含むことができる。末端封止剤の添加量はより好ましくは0.2〜5質量%、さらに好ましくは0.3〜2質量%である。
さらに、本発明のポリマーシートは、前記透明ポリマー支持体がポリエチレンテレフタレート支持体であり、前記ポリエチレンテレフタレート支持体が、末端封止剤を含むことが好ましい。
ポリエステルの加水分解は、末端カルボン酸等から生じるH+の触媒効果により加速されるため、耐加水分解性(耐候性)を向上させるには、末端カルボン酸と反応する末端封止剤を添加することが有効である。従って末端封止剤が上記範囲の下限値以上であれば耐候性向上効果が発現しやすく好ましい。一方、上記範囲の上限値以下であればポリエステルに対し可塑剤として作用しにくく、力学強度、耐熱性が低下しにくく、好ましい。
前記末端封止剤はエポキシ化合物、カルボジイミド化合物(カルボジイミド系末端封止剤)、オキサゾリン化合物、カーボネート化合物等が挙げられるが、PETと親和性が高く末端封止能の高いカルボジイミドが好ましい。
末端封止剤(特にカルボジイミド末端封止剤)は高分子量であることが好ましい。これにより溶融製膜中の揮散を低減できる。分子量は200〜10万が好ましく、より好ましくは2000〜8万、さらに好ましくは1万〜5万である。末端封止剤(特にカルボジイミド末端封止剤)の分子量が上記下限値以上であるとポリエステル中に均一分散しにくく耐候性改良効果を充分に発現し難い。一方、この範囲未満では、押出し、製膜中に揮散し易く耐候性向上効果を発現し難く好ましくない。
なお、末端封止剤の分子量は、重量平均分子量を意味する。
カルボジイミド系末端封止剤:
カルボジイミド基を有するカルボジイミド化合物は、一官能性カルボジイミドと多官能性カルボジイミドがあり、一官能性カルボジイミドとしては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、t−ブチルイソプロピルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ジ−t−ブチルカルボジイミドおよびジ−β−ナフチルカルボジイミドなどが挙げられる。特に好ましくは、ジシクロヘキシルカルボジイミドやジイソプロピルカルボジイミドである。
また、多官能性カルボジイミドとしては、重合度3〜15のカルボジイミドが好ましく用いられる。具体的には、1,5−ナフタレンカルボジイミド、4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド、4,4’−ジフェニルジメチルメタンカルボジイミド、1,3−フェニレンカルボジイミド、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンカルボジイミド、2,6−トリレンカルボジイミド、2,4−トリレンカルボジイミドと2,6−トリレンカルボジイミドの混合物、ヘキサメチレンカルボジイミド、シクロヘキサン−1,4−カルボジイミド、キシリレンカルボジイミド、イソホロンカルボジイミド、イソホロンカルボジイミド、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−カルボジイミド、メチルシクロヘキサンカルボジイミド、テトラメチルキシリレンカルボジイミド、2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミドおよび1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−カルボジイミドなどを例示することができる。
カルボジイミド化合物は、熱分解によりイソシアネート系ガスが発生するため、耐熱性の高いカルボジイミド化合物が好ましい。耐熱性を高めるためには、分子量(重合度)が高いほど好ましく、より好ましくはカルボジイミド化合物の末端を耐熱性の高い構造にすることが好ましい。また、一度熱分解を起こすとさらなる熱分解を起こし易くなるため、ポリエステルの押出温度をなるべく低温下にするなどの工夫が必要である。
前記封止剤のカルボジイミドは、環状構造を持つものも好ましい(例えば、特開2011−153209号公報に記載のもの)。これらは低分子量でも上記高分子量カルボジイミド同等の効果を発現する。これはポリエステルの末端カルボン酸と環状のカルボジイミドが開環反応し、一方がこのポリエステルと反応、開環した他方が他のポリエステルと反応し高分子量化するため、イソシアネート系ガスが発生することを抑制するためである。
これらの環状構造を持つものの中でも、本発明では、前記末端封止剤が、カルボジイミド基を有し、その第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている環状構造を含むカルボジイミド化合物であることが好ましい。さらに、前記末端封止剤は、芳香環に隣接したカルボジイミド基を少なくとも1個有し、前記芳香環に隣接したカルボジイミド基の第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている環状構造を含むカルボジイミド(芳香族環状カルボジイミドとも言う)であることがより好ましい。
芳香族環状カルボジイミドは、環状構造を複数有していてもよい。
芳香族環状カルボジイミドは分子内に2つ以上のカルボジイミド基の第一窒素と第二窒素とが連結基により結合した環構造を有さない芳香族カルボジイミドであること、すなわち単環であるものも好ましく用いることができる。
環状構造は、カルボジイミド基(−N=C=N−)を1個有しその第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている。一つの環状構造中には、1個のカルボジイミド基のみを有するが、例えば、スピロ環など、分子中に複数の環状構造を有する場合にはスピロ原子に結合するそれぞれの環状構造中に1個のカルボジイミド基を有していれば、化合物として複数のカルボジイミド基を有していてよいことはいうまでもない。環状構造中の原子数は、好ましくは8〜50、より好ましくは10〜30、さらに好ましくは10〜20、特に、10〜15が好ましい。
ここで、環状構造中の原子数とは、環状構造を直接構成する原子の数を意味し、例えば、8員環であれば8、50員環であれば50である。環状構造中の原子数が8より小さいと、環状カルボジイミド化合物の安定性が低下して、保管、使用が困難となる場合があるためである。また反応性の観点よりは環員数の上限値に関しては特別の制限はないが、50を超える原子数の環状カルボジイミド化合物は合成上困難となり、コストが大きく上昇する場合が発生するためである。かかる観点より環状構造中の原子数は好ましくは、10〜30、より好ましくは10〜20、特に好ましくは10〜15の範囲が選択される。
前記環状構造を持つカルボジイミド封止剤の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。但し、本発明は以下の具体例により限定されるものではない。
Figure 0005833981
エポキシ系末端封止剤:
また、エポキシ化合物の好ましい例としては、グリシジルエステル化合物やグリシジルエーテル化合物などが挙げられる。
グリシジルエステル化合物の具体例としては、安息香酸グリシジルエステル、t−Bu−安息香酸グリシジルエステル、p−トルイル酸グリシジルエステル、シクロヘキサンカルボン酸グリシジルエステル、ペラルゴン酸グリシジルエステル、ステアリン酸グリシジルエステル、ラウリン酸グリシジルエステル、パルミチン酸グリシジルエステル、ベヘン酸グリシジルエステル、バーサティク酸グリシジルエステル、オレイン酸グリシジルエステル、リノール酸グリシジルエステル、リノレイン酸グリシジルエステル、ベヘノール酸グリシジルエステル、ステアロール酸グリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル、ナフタレンジカルボン酸ジグリシジルエステル、メチルテレフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、コハク酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、ドデカンジオン酸ジグリシジルエステル、オクタデカンジカルボン酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステルおよびピロメリット酸テトラグリシジルエステルなどを挙げられ、これらは1種または2種以上を用いることができる。
また、グリシジルエーテル化合物の具体例としては、フェニルグリシジルエ−テル、o−フェニルグリシジルエ−テル、1,4−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ブタン、1,6−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ヘキサン、1,4−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ベンゼン、1−(β,γ−エポキシプロポキシ)−2−エトキシエタン、1−(β,γ−エポキシプロポキシ)−2−ベンジルオキシエタン、2,2−ビス−[р−(β,γ−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパンおよび2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパンや2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)メタンなどのビスフェノールとエピクロルヒドリンの反応で得られるビスグリシジルポリエーテルなどが挙げられ、これらは1種または2種以上を用いることができる。
オキサゾリン系末端封止剤:
また、オキサゾリン化合物としては、ビスオキサゾリン化合物が好ましく、具体的には、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4,4’−ジエチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−プロピル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−ブチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−ヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−シクロヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−ベンジル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−o−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ヘキサメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−デカメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレンビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−9,9’−ジフェノキシエタンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−シクロヘキシレンビス(2−オキサゾリン)および2,2’−ジフェニレンビス(2−オキサゾリン)等を例示することができる。これらの中では、ポリエステルとの反応性の観点から、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)が最も好ましく用いられる。さらに、上記で挙げたビスオキサゾリン化合物は本発明の目的を達成する限り、一種を単独で用いても、二種以上を併用してもどちらでもよい。
このような末端封止剤を本発明において透明ポリマー支持体に用いる場合は、ポリエステルフィルム中に練り込むことが好ましい。ポリエステル分子と直接反応させると上記効果が得られる。PET上の塗布層に添加しても、ポリエステルと末端封止剤は反応しないためである。
(第1のポリマー層)
本発明のポリマーシートは、前記透明ポリマー支持体の一方の面A上に配置され、白色顔料を含有する第1のポリマー層を有し、前記第1のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜50%であり、かつ、前記第1のポリマー層の厚みが5〜10μmである。前記第1のポリマー層の厚みは5〜10μmであり、5〜9μmであることが好ましく、5〜8μmであることがより好ましい。前記第1のポリマー層の厚みを10μm以下とすることで製膜時に塗布膜の乾燥が良好となり、太陽電池モジュールの封止材であるEVAとの密着性を改善することができる。一方、前記ポリマー層の厚みを5μm以上とすることで、第1のポリマー層の反射率を高めることができる。
−ポリマー−
前記第1のポリマー層を構成するバインダーとしては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン系ポリマー等を用いることができる。これらの中でも、高い接着性を確保する観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましい。また複合樹脂を用いてもよく、例えばアクリル/シリコーン複合樹脂も好ましいバインダーである。太陽電池モジュールの封止材として用いられているEVAに対する接着性を5N/cm以上にでき、耐久性も良好である観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。中でもアクリル酸エステルとポリエチレンの共重合体を含む複合樹脂が好ましい。
これらのポリマーのなかで、エチレン又はプロピレンを70〜98mol%、アクリル酸またはメタクリル酸を0.1〜15mol%、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートから選ばれるモノマーを0.1〜20mol%からなるポリマーが特に好ましく、エチレン又はプロピレンを80〜96mol%、アクリル酸またはメタクリル酸を0.1〜10mol%、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートから選ばれるモノマーを3〜10mol%からなるポリマーがより好ましい。
好ましいバインダーの例としては、ポリオレフィンの具体例としてケミパールS−120、S−75N(ともに三井化学(株)製)、アローベースSE−1013N、(ユニチカ(株)製)、アクリル樹脂の具体例としてジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬(株)製)などを挙げることができる。
バインダーの前記第1のポリマー層中における含有量は、0.05〜5g/m2の範囲とすることが好ましい。中でも、0.08〜3g/m2の範囲がより好ましい。バインダーの含有量は、0.05g/m2以上であると所望とする接着力が得られやすく、5g/m2以下であるとより良好な面状が得られる。
前記第1のポリマー層の、太陽電池モジュールの封止材として用いられているEVAに対する接着性は5N/cm以上であることが好ましく、30N/cmを超えることが好ましく、50〜100N/cmであることがより好ましい。
−顔料−
前記第1のポリマー層は、白色顔料を少なくとも一種含有する。これにより、前記第1のポリマー層を、太陽電池に入射して太陽電池セルを通過した光を反射して太陽電池セルに戻す反射層として構成することができる。
前記白色顔料としては、二酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク等が好ましい。
本発明のポリマーシートは、前記第1のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が15〜50%であり、かつ、前記第1のポリマー層の厚みが5〜10μmである。本発明のポリマーシートは、前記第1のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が15〜50%であることがより好ましく、16%以上27%未満であることが特に好ましく、17〜25%であることがより特に好ましい。前記第1のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が15%以上であると良好な塗布面状が得られ、また、充分な反射率が得られる。一方、前記第1のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が50%以下であると、第1のポリマー層の強度の不足による凝集破壊が発生し難く、湿熱経時前後を通じて第1のポリマー層と封止材との接着性や、第1のポリマー層と第2のポリマー層間の接着性が良好となるため、好ましい。ここで、各ポリマー層における白色顔料の体積分率は、以下の式で計算できる。
白色顔料の体積分率(%)=白色顔料の体積/(バインダー体積+白色顔料の体積)
また、白色顔料やバインダーの体積は測定してもよいが、それぞれ白色顔料の体積は白色顔料質量/白色顔料比重を、バインダーの体積はバインダー質量/バインダー比重を計算して求めてもよい。
白色顔料の平均粒径としては、体積平均粒径で0.03〜0.8μmが好ましく、より好ましくは0.15〜0.5μm程度である。平均粒径が前記範囲内であると、光の反射効率が高い。平均粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される値である。
前記第1のポリマー層として白色層を設ける場合、白色層が設けられている側の表面(最外表面)における550nmの光反射率は、単独で80%以上とならなくてもよく、粉落ちを抑制できる程度で良好な反射率であればよい。例えば、前記第1のポリマー層の反射率は75%以上であれば好ましい。本発明では、後述する第3のポリマー層に含まれる白色顔料により、本発明のポリマーシート全体の反射率を80%以上にしつつ、白色顔料の粉落ちを抑制することができる。なお、光反射率とは、本発明のポリマーシートを太陽電池用バックシートとして用いた場合において、太陽電池モジュールの封止材側から入射した光が前記第1のポリマー層で反射して再び太陽電池モジュールの封止材側から出射した光量の入射光量に対する比率である。ここでは、代表波長光として、波長550nmの光が用いられる。
ポリマーシート全体の光反射率が80%以上であると、セルを素通りして内部に入射した光を効果的にセルに戻すことができ、発電効率の向上効果が非常に大きい。
前記第1のポリマー層には、必要に応じて、架橋剤、界面活性剤、フィラー等を添加してもよい。
−架橋剤−
本発明においては、前記第1のポリマー層が、前記ポリマー間を架橋する架橋剤由来の構造部分を有していることが好ましい。
前記架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。架橋剤で架橋されることにより、湿熱経時後の接着性、具体的には湿熱環境下に曝された場合の封止材などの隣接材料に対する接着をより向上させることができる。
前記架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。架橋剤の中でも、カルボジイミド系化合物やオキサゾリン系化合物などの架橋剤が好ましい。
前記オキサゾリン系架橋剤の具体例としては、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2、2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド等が挙げられる。さらに、これらの化合物の(共)重合体も好ましく用いられる。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS−500、同WS−700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
前記カルボジイミド系架橋剤の具体例としては、ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド、テトラメチルキシリレンカルボジイミド、ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド等を挙げることができる。また、特開2009−235278号公報に記載のカルボジイミド化合物も好ましい。具体的には、カルボジイミド系架橋剤として、カルボジライトSV−02、カルボジライトV−02、カルボジライトV−02−L2、カルボジライトV−04、カルボジライトE−01、カルボジライトE−02(いずれも日清紡ケミカル(株)製)等の市販品も利用できる。
架橋剤の添加量は、層中のバインダー当たり5〜50質量%が好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であると、着色層の強度及び接着性を保持しながら充分な架橋効果が得られ、50質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保てる。
−界面活性剤−
前記界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤を用いることができる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜15mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、15mg/m2以下であると、接着を良好に行なうことができる。
−第1のポリマー層の形成方法−
前記第1のポリマー層の形成は、白色顔料を含有するポリマーシートを貼合する方法、基材形成時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等により行なえる。具体的には、ポリマー支持体の表面に後述の第2のポリマー層を介して、貼合、共押出し、塗布等することにより第1のポリマー層を形成することができる。
上記のうち、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。
塗布による場合、塗布方法としては、例えば、グラビアコーター、バーコーターなどの公知の塗布方法を利用することができる。
塗布液は、塗布溶媒として水を用いた水系でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒を用いた溶剤系でもよい。中でも、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(第2のポリマー層)
本発明のポリマーシートは、前記第1のポリマー層1と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に、第2のポリマー層が配置されることが好ましい。さらに、第2のポリマー層は、前記ポリマー支持体の面Aと前記第1のポリマー層の間に配置され、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂およびポリエステル樹脂から選ばれる1種類以上のポリマーを含有することが好ましい。第2のポリマー層の厚みは、厚み2μm以下の範囲が好ましく、より好ましくは0.05μm〜2μmであり、更に好ましくは0.1μm〜1.5μmである。厚みが2μm以下であると、面状を良好に保つことができる。また、厚みが0.05μm以上であることにより、必要な接着性を確保しやすい。また、塗布後に少なくとも1回延伸を行う方法により、塗布層を形成する場合の第2のポリマー層の塗布厚みは0.01μm〜0.5μmが好ましく、さらに好ましくは0.05μm〜0.3μmの範囲である。
前記第2のポリマー層は、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂およびポリエステル樹脂から選ばれる1種類以上のポリマーを含有することが好ましい。
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレンとアクリル酸またはメタクリル酸からなるポリマー等が好ましい。前記ポリオレフィン樹脂は、オレフィン成分を50mol%以上含む樹脂であることが好ましい。前記ポリオレフィン樹脂としては、アクリル成分およびカルボン酸成分のうち少なくとも一方と、オレフィン成分とを含む共重合体であることが好ましい。前記ポリオレフィン樹脂を構成することが好ましいオレフィン成分としてはエチレン、プロピレン等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数の種類を混合して用いてもよい。前記ポリオレフィン樹脂を構成することが好ましいカルボン酸成分としてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、マレイン酸無水物等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数の種類を混合して用いてもよい。前記ポリオレフィン樹脂にはカルボン酸成分以外に、更にアクリルモノマー又はメタクリルモノマーを共重合した、いわゆるアクリル成分が含まれていてもよい。アクリルモノマー又はメタクリルモノマーの具体例としてはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。前記ポリオレフィン樹脂のオレフィン成分(エチレン、プロピレンなど)は合計で70〜98mol%、より好ましくは80〜96mol%の範囲が好ましい。また、アクリル成分(アクリルモノマー、メタクリルモノマーなど)は合計で0〜20mol%、より好ましくは3〜10mol%の範囲が好ましい。さらにカルボン酸成分は合計で0〜15mol%、より好ましくは0.2〜10mol%の範囲が好ましい。
モノマー組成をこの範囲にすることで良好な接着性と耐久性を両立することができる。本発明で用いられるポリオレフィン樹脂の分子量は2000〜200000程度が好ましい。ポリオレフィン樹脂は直鎖構造のものでも分岐構造のものでもよい。前記ポリオレフィン樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、アローベースSE−1013N、SD−1010、TC−4010、TD−4010(ともにユニチカ(株)製)、ハイテックS3148、S3121、S8512(ともに東邦化学(株)製)、ケミパールS−120、S−75N、V100、EV210H(ともに三井化学(株)製)などを挙げることができる。その中でも、本発明ではアローベースSE−1013N、ユニチカ(株)製を用いることが好ましい。
前記アクリル樹脂としては、例えば、ホリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等を含有するポリマー等が好ましい。前記アクリル樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、AS−563A(ダイセルフアインケム(株)製)を好ましく用いることができる。
前記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン−2,6−ナフタレート(PEN)等が好ましい。前記ポリエステル樹脂としては上市されている市販品を用いてもよく、例えば、バイロナールMD−1245(東洋紡(株)製)を好ましく用いることができる。
これらのポリマーのなかで、エチレン又はプロピレンを70〜98mol%、アクリル酸またはメタクリル酸を0.1〜15mol%、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートから選ばれるモノマーを0.1〜20mol%からなるポリマーが特に好ましく、エチレン又はプロピレンを80〜96mol%、アクリル酸またはメタクリル酸を0.1〜10mol%、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートから選ばれるモノマーを3〜10mol%からなるポリマーがより好ましい。
これらの中でも、透明ポリマー支持体および前記第1のポリマー層との接着性を確保する観点から、前記第2のポリマー層にはアクリル樹脂又はポリオレフィン樹脂を用いることが好ましいが、特にポリオレフィン樹脂を用いることが好ましく、アクリル成分およびカルボン酸成分のうち少なくとも一方と、オレフィン成分とを含む共重合体であり、前記オレフィン成分が70〜98mol%であるポリオレフィン樹脂を用いることがより好ましい。
また、これらのポリマーは2種以上併用して用いてもよく、この場合は、アクリル樹脂とポリオレフィン樹脂の組合せが好ましい。
−架橋剤−
前記第2のポリマー層に用いられる架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。第2のポリマー層に用いることができるカルボジイミド系架橋剤およびオキサゾリン系架橋剤の説明および好ましい範囲は前記第1のポリマー層に用いることができる各架橋剤の説明および好ましい範囲と同様である。前記イソシアネート系の架橋剤としては、ブロックイソシアネートが好ましく、ジメチルピラゾールでブロックされたイソシアネートがより好ましく、3,5−ジメチルピラゾールでブロックされたイソシアネートが特に好ましい。
架橋剤の添加量は、第2のポリマー層を構成するバインダーに対して0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは3質量%以上15質量%未満である。特に架橋剤の添加量は、0.5質量%以上であると、第2のポリマー層の強度及び接着性を保持しながら充分な架橋効果が得られ、30質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保て、15質量%未満であると塗布面状を改良できる。
前記第2のポリマー層は、アニオン系やノニオン系等の界面活性剤を含有することが好ましい。前記第2のポリマー層に用いることができる界面活性剤の範囲は前記第1のポリマー層に用いることができる界面活性剤の範囲と同様である。中でもノニオン系界面活性剤が好ましい。
界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜10mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜3mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、10mg/m2以下であると、ポリマー支持体前記第1のポリマー層との接着を良好に行なうことができる。
−マット剤−
前記第2のポリマー層は、マット剤の少なくとも一種を含有することが好ましい。マット剤を含有することで、後述する物性やポリマー層の滑り性の低下(すなわち動摩擦係数の上昇)をより低減することができる。
マット剤としては、粒子状の材料が好ましく、無機材料又は有機材料のいずれであってもよく、例えば無機粒子やポリマー微粒子を用いることができる。具体的には、前記無機粒子として、例えば、酸化チタン、シリカ、アルミナ、ジルコニア、マグネシア等の金属酸化物やタルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、カオリン、クレー等の粒子が好適に挙げられる。
前記ポリマー微粒子としては、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、エポキシ樹脂等の粒子が好適に挙げられる。また、第2のポリマー層を形成するための塗布液にラテックスを添加することも好ましく、その場合は前記第2のポリマー層がラテックス由来の成分を含有することも好ましい。
これらの中でも、本発明では前記第2のポリマー層がポリマー微粒子およびラテックス由来の成分のうち少なくとも一方を含有することが好ましく、ポリメタクリル酸メチル微粒子、エチルアクリレートラテックスなどを好ましく用いることができる。
前記マット剤の平均粒径としては、二次粒子径で0.1μm〜10μmが好ましく、0.1μm〜8μmがより好ましい。マット剤の二次粒子径は、10μm以下であると、ポリマー層を塗布形成したときに凝集物の発生や弾き故障の原因となり難く、良好な塗布面状を得やすい点で有利である。なお、ラテックスを用いる場合は、塗布液中の粒子径が上記範囲内であることが好ましい。
前記平均粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される二次粒子径である。
マット剤の第2のポリマー層中における含有量としては、0.3mg/m2〜30mg/m2の範囲が好ましく、10mg/m2〜25mg/m2の範囲がより好ましく、15mg/m2〜25mg/m2の範囲がさらに好ましい。マット剤の含有量は、30mg/m2以下であると、ポリマー層を塗布形成したときに凝集物の発生や弾き故障の原因となり難く、良好な塗布面状を得やすい点で有利である。
−第2のポリマー層の形成方法−
下塗り層である前記第2のポリマー層を塗布するための方法や用いる塗布液の溶媒には、特に制限はない。
塗布方法としては、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
塗布液に用いる溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
また、塗布は、2軸延伸した後のポリマー支持体に塗布してもよいし、1軸延伸後のポリマー支持体に塗布した後に初めの延伸と異なる方向に延伸する方法でもよい。さらに、延伸前の支持体に塗布した後に2方向に延伸してもよい。
本発明では、前記第2のポリマー層を積層する工程の前に前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸する工程を含み、前記第2のポリマー層を積層する工程が、前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸した後に第2のポリマー層形成用塗布液を塗布する工程と、前記塗布後に前記透明ポリマー支持体および前記塗布膜を1回目の延伸方向と異なる方向に延伸する工程を含むことが、支持体との密着性向上の観点や、ポリマー支持体の強度の観点や、第2のポリマー層の膜厚を特定の制御しやすい観点から好ましい。このような1軸延伸後の塗布を行う場合、形成された前記第2のポリマー層の膜厚が0.03μm〜1.5μmであることが好ましく、さらに好ましい範囲は上述のとおりである。また、2回目の延伸方向は、1回目の延伸方向と直角方向であることが好ましい。
本発明のポリマーシートの前記第2のポリマー層を製造するときは、塗布後80〜220℃、より好ましくは100℃から200℃程度の温度で1分〜10分、より好ましくは1.5分〜5分程度の時間乾燥させることが好ましい。
(第3のポリマー層)
本発明のポリマーシートは、前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上に配置され、シリコーン系ポリマーおよび顔料を含有する第3のポリマー層を有し、前記第3のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜30%であり、かつ、前記第3のポリマー層の厚みが5〜10μmである。
のポリマーシートでは、前記第3のポリマー層が設けられていることで、ポリマー支持体などの隣接材料との間の接着性が改善され、さらに、第1のポリマー層の太陽光の反射機能を補うことができる程度の反射性も有する。本発明における前記第3のポリマー層は、ポリマー支持体に直に形成された態様が好ましい。
以下、前記第3のポリマー層を構成する各成分について詳述する。
−シリコーン系ポリマー−
本発明における前記第3のポリマー層は、シリコーン系ポリマーを含有する。前記シリコーン系ポリマーとは、分子鎖中に(ポリ)シロキサン構造を有するポリマーの少なくとも一種を含有するもののことを言う。このシリコーン系ポリマーを含有することにより、ポリマー支持体や後述する含フッ素ポリマー層である第4のポリマー層などの隣接材料との接着性及び湿熱環境下での耐久性により優れる。
本発明におけるシリコーン系ポリマーは、分子鎖中に(ポリ)シロキサン構造を有している限り特に制限されるものではなく、(ポリ)シロキサン構造単位を有する化合物の単独重合体(モノポリマー)、又は(ポリ)シロキサン構造単位を有する化合物と他の化合物との共重合体、すなわち(ポリ)シロキサン構造単位と他の構造単位とを有する共重合ポリマーが好ましい。前記他の化合物は、非シロキサン系のモノマーもしくはポリマーであり、また前記他の構造単位は、非シロキサン系構造単位である。
本発明におけるシリコーン系ポリマーは、(ポリ)シロキサン構造として、下記一般式(1)で表される(ポリ)シロキサン構造単位を有するものが好ましい。
Figure 0005833981
前記一般式(1)において、R1及びR2は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の有機基を表す。ここで、R1とR2とは同一でも異なってもよく、複数のR1及びR2は各々、互いに同一でも異なってもよい。nは、1以上の整数を表す。
前記シリコーン系ポリマー中の(ポリ)シロキサンセグメントである「−(Si(R1)(R2)−O)n−」の部分(一般式(1)で表される(ポリ)シロキサン構造単位)において、R1及びR2は同一でも異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の有機基を表す。
「−(Si(R1) (R2)−O)n−」は、線状、分岐状あるいは環状の構造を有する各種の(ポリ)シロキサンに由来する(ポリ)シロキサンセグメントである。
1及びR2で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子等を挙げることができる。
1及びR2で表される「1価の有機基」は、Si原子と共有結合可能な基であり、無置換でも置換基を有してもよい。前記1価の有機基は、例えば、アルキル基(例:メチル基、エチル基など)、アリール基(例:フェニル基など)、アラルキル基(例:ベンジル基、フェニルエチルなど)、アルコキシ基(例:メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基など)、アリールオキシ基(例;フェノキシ基など)、メルカプト基、アミノ基(例:アミノ基、ジエチルアミノ基など)、アミド基等が挙げられる。
中でも、ポリマー支持体や第4のポリマー層などの隣接材料との接着性及び湿熱環境下での耐久性の点で、R1、R2としては各々独立に、水素原子、塩素原子、臭素原子、無置換の又は置換された炭素数1〜4のアルキル基(特にメチル基、エチル基)、無置換の又は置換されたフェニル基、無置換の又は置換されたアルコキシ基、メルカプト基、無置換のアミノ基、アミド基が好ましく、より好ましくは、湿熱環境下での耐久性の点で、無置換の又は置換されたアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基)である。
複合ポリマーの−(Si(R1) (R2)−O)n−部分(ポリシロキサン部分)の具体例としてはジメチルジメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/ビニルトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/2−ヒドロキシエチルトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/ジフェニル/ジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物等がある。
これらの中ではジメチルジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/ジフェニル/ジメトキシシランγ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物等はとくに好ましい。
前記nは、1〜5000であることが好ましく、1〜1000であることがより好ましい。
前記シリコーン系ポリマー中における「−(Si(R1) (R2)−O)n−」の部分(一般式(1)で表される(ポリ)シロキサン構造単位)の比率は、前記シリコーン系ポリマーの全質量に対して、15〜85質量%であることが好ましく、中でも、ポリマー支持体や第4のポリマー層などの隣接材料との接着性及び湿熱環境下での耐久性により優れる観点から、20〜80質量%の範囲がより好ましい。(ポリ)シロキサン構造単位の比率は、15質量%以上であると、ポリマー層表面の強度が向上し、引っ掻きや擦過、飛来した小石等の衝突で生じる傷の発生が防止され、また支持体をなすポリマー支持体などの隣接材料との接着性に優れる。傷の発生抑止により耐候性が向上し、熱や水分が与えられて劣化しやすい剥離耐性、形状安定性、並びに湿熱環境下に曝されたときの接着耐久性が効果的に高められる。また、(ポリ)シロキサン構造単位の比率が85質量%以下であると、液を安定に保つことができる。
本発明における前記シリコーン系ポリマーが(ポリ)シロキサン構造単位と他の構造単位とを有する共重合ポリマーである場合、分子鎖中に前記一般式(1)で表される(ポリ)シロキサン構造単位を質量比率で15〜85質量%と、非シロキサン系構造単位を質量比率で85〜15質量%とを含んでいる場合が好ましい。このような共重合ポリマーを含有することにより、ポリマー層の膜強度が向上し、引っ掻きや擦過等による傷の発生を防ぎ、支持体をなすポリマー支持体や第4のポリマー層との接着性、すなわち熱や水分が与えられて劣化しやすい剥離耐性、形状安定性、並びに湿熱環境下での耐久性を、従来に比べて飛躍的に向上させることができる。
前記共重合ポリマーとしては、シロキサン化合物(ポリシロキサンを含む)と、非シロキサン系モノマー又は非シロキサン系ポリマーから選ばれる化合物とが共重合し、前記一般式(1)で表される(ポリ)シロキサン構造単位と非シロキサン系の構造単位とを有するブロック共重合体であることが好ましい。この場合、シロキサン化合物及び共重合される非シロキサン系モノマー又は非シロキサン系ポリマーは、一種単独でもよく、二種以上であってもよい。
前記(ポリ)シロキサン構造単位と共重合する非シロキサン系構造単位(非シロキサン系モノマー又は非シロキサン系ポリマーに由来)は、シロキサン構造を有していないこと以外は特に制限されるものではなく、任意のポリマーに由来のポリマーセグメントのいずれであってもよい。ポリマーセグメントの前駆体である重合体(前駆ポリマー)としては、例えば、ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリウレタン系重合体等の各種の重合体等が挙げられる。
中でも、調製が容易なこと及び耐加水分解性に優れる点から、ビニル系重合体及びポリウレタン系重合体が好ましく、ビニル系重合体が特に好ましい。
前記ビニル系重合体の代表的な例としては、アクリル系重合体、カルボン酸ビニルエステル系重合体、芳香族ビニル系重合体、フルオロオレフィン系重合体等の各種の重合体が挙げられる。中でも、設計の自由度の観点から、アクリル系重合体が特に好ましい。すなわち、本発明のポリマーシートは、前記第3のポリマー層の前記シリコーン系ポリマーが、シリコーン樹脂とアクリル樹脂を含む複合ポリマーであることが好ましい。アクリル系ポリマーを構成するモノマーとしては、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸等が好ましい。
なお、非シロキサン系構造単位を構成する重合体は、一種単独でもよいし、2種以上の併用であってもよい。
また、非シロキサン系構造単位をなす前駆ポリマーは、酸基及び中和された酸基の少なくとも1つおよび/または加水分解性シリル基を含有するものが好ましい。このような前駆ポリマーのうち、ビニル系重合体は、例えば、(a)酸基を含むビニル系単量体と加水分解性シリル基および/またはシラノール基を含むビニル系単量体とを、これらと共重合可能な単量体と共重合させる方法、(2)予め調製した水酸基並びに加水分解性シリル基および/またはシラノール基を含むビニル系重合体にポリカルボン酸無水物を反応させる方法、(3)予め調製した酸無水基並びに加水分解性シリル基および/またはシラノール基を含むビニル系重合体を、活性水素を有する化合物(水、アルコール、アミン等)と反応させる方法などの各種方法を利用して調製することができる。
前記前駆ポリマーは、例えば、特開2009−52011号公報の段落番号0021〜0078に記載の方法を利用して製造、入手することができる。
本発明における前記第3のポリマー層は、バインダーとして、前記シリコーン系ポリマーを単独で用いてもよいし、他のポリマーと併用してもよい。他のポリマーを併用する場合、本発明における(ポリ)シロキサン構造を含む前記シリコーン系ポリマーの含有比率は、全バインダー量の30質量%以上が好ましく、より好ましくは60質量%以上である。(ポリ)シロキサン構造を含むポリマーの含有比率が30質量%以上であることで、ポリマー支持体や第4のポリマー層との接着性及び湿熱環境下での耐久性により優れる。
前記シリコーン系ポリマーの分子量としては、5,000〜100,000が好ましく、10,000〜50,000がより好ましい。
前記シリコーン系ポリマーの調製には、(i)前駆ポリマーと、前記一般式(1)で表される構造単位を有するポリシロキサンとを反応させる方法、(ii)前駆ポリマーの存在下に、前記R1及び/又は前記R2が加水分解性基である前記一般式(1)で表される構造単位を有するシラン化合物を加水分解縮合させる方法、等の方法を利用することができる。
前記(ii)の方法で用いられるシラン化合物としては、各種シラン化合物が挙げられるが、アルコキシシラン化合物が特に好ましい。
前記(i)の方法により前記シリコーン系ポリマーを調製する場合、例えば、前駆ポリマーとポリシロキサンの混合物に、必要に応じて水と触媒を加え、20〜150℃程度の温度で30分〜30時間程度(好ましくは50〜130℃で1〜20時間)反応させることにより調製することができる。触媒としては、酸性化合物、塩基性化合物、金属含有化合物等の各種のシラノール縮合触媒を添加することができる。
また、前記(ii)の方法により前記シリコーン系ポリマーを調製する場合、例えば、前駆ポリマーとアルコキシシラン化合物の混合物に、水とシラノール縮合触媒を添加して、20〜150℃程度の温度で30分〜30時間程度(好ましくは50〜130℃で1〜20時間)加水分解縮合を行なうことにより調製することができる。
本発明の、第3のポリマー層のバインダーの好ましい例としては、ポリシロキサンセグメントがジメチルジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物、ジメチルジメトキシシラン/ジフェニル/ジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物のいずれかからなり、ポリシロキサンセグメントと共重合するポリマー構造部分がエチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートメチルメタクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸から選ばれるモノマー成分からなるアクリルポリマーである複合ポリマーが好ましく、ポリシロキサンセグメントがジメチルジメトキシシラン/γ−メタクリロキシトリメトキシシランの加水分解縮合物を含有する加水分解縮合物とメチルメタクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸から選ばれるモノマー成分からなるアクリルポリマーである複合ポリマーがより好ましい。
また、(ポリ)シロキサン構造を有する前記シリコーン系ポリマーは、上市されている市販品を用いてもよく、例えば、DIC(株)製のセラネートシリーズ(例えば、セラネートWSA1070、同WSA1060等)、旭化成ケミカルズ(株)製のH7600シリーズ(H7650、H7630、H7620等)、JSR(株)製の無機・アクリル複合エマルジョンなどを使用することができる。
前記(ポリ)シロキサン構造を有する前記シリコーン系ポリマーの前記第3のポリマー層中における含有比率としては、0.2g/m2超15g/m2以下の範囲とすることが好ましい。ポリマーの含有比率が0.2g/m2以上であると、前記シリコーン系ポリマーの比率が十分となり、耐傷性を改善することができる。また、前記シリコーン系ポリマーの含有比率が15g/m2以下であると、前記シリコーン系ポリマーの比率が多過ぎず、前記第3のポリマー層の硬化が十分となる。
上記範囲の中では、前記第3のポリマー層の表面強度の観点から、0.5g/m2〜10.0g/m2の範囲が好ましく、1.0g/m2〜5.0g/m2の範囲がより好ましい。
−白色顔料−
本発明における前記第3のポリマー層が前記シリコーン系ポリマーに加え、さらに白色顔料を含有する。
前記白色顔料としては、二酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク等が好ましい。
白色顔料を含有する層の機能としては、第1に、入射光のうち太陽電池セルを通過して発電に使用されずにバックシートに到達した光を反射させて太陽電池セルに戻すことにより、太陽電池モジュールの発電効率を上げること、第2に、太陽電池モジュールを太陽光が入射する側(オモテ面側)から見た場合の外観の装飾性を向上すること、等が挙げられる。一般に太陽電池モジュールをオモテ面側から見ると、太陽電池セルの周囲にバックシートが見えており、バックシートに白色顔料を含有する層を設けることにより装飾性を向上させて見栄えを改善することができる。
本発明では、前記第3のポリマー層が前記シリコーン系ポリマーに加え、さらに白色顔料を含有することで、第1のポリマー層で反射されなかった光の一部をさらに第3のポリマー層で反射することにより、本発明のポリマーシートの反射率を高くできる。さらに、前記第3のポリマー層に白色顔料の添加することで、他の層との密着性もより改善することができる。
本発明のポリマーシートは、前記第3のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜30%である。本発明のポリマーシートは、前記第3のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が18〜30%であることがより好ましく、20%以上27%未満であることが特に好ましい。前記第3のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が15%以上であると、前記第1のポリマー層の反射率を補うという本発明の趣旨に充分な合致する反射率を第3のポリマー層で得ることができる。一方、前記第3のポリマー層に対する、前記白色顔料の体積分率が30%以下であると、第3のポリマー層と第4のポリマー層間の接着性が湿熱経時前後を通じて良好となる。
前記白色顔料の平均粒径としては、体積平均粒径で0.03〜0.8μmが好ましく、より好ましくは0.15〜0.5μm程度である。平均粒径が前記範囲内であると、光の反射効率が高い。平均粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される値である。
−第3のポリマー層の他の成分−
前記第3のポリマー層中に含むことができる他の成分については、架橋剤、界面活性剤、フィラー等が挙げられる。
前記第3のポリマー層を主に構成するバインダー(結着樹脂)に架橋剤を添加して前記第3のポリマー層を形成することで架橋剤に由来する架橋構造が得られる。
前記架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。中でもカルボジイミド系、オキサゾリン系が好ましく、さらにオキサゾリン系がより好ましい。架橋剤の添加量は、前記第3のポリマー層を構成するバインダーに対して0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは3質量%以上15質量%未満である。架橋剤の添加量は、0.5質量%以上であると、前記第3のポリマー層の強度及び接着性を保持しながら充分な架橋効果が得られ、30質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保て、15質量%未満であると塗布面状を改良できる。
前記界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤を用いることができる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜10mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜3mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、10mg/m2以下であると、ポリマー支持体及び含フッ素ポリマー層との接着を良好に行なうことができる。
前記第3のポリマー層には、更に、フィラーを添加してもよい。フィラーとしてはコロイダルシリカなどの公知のフィラーを用いることができる。
−第3のポリマー層の特性−
前記第3のポリマー層の1層の厚みは5〜10μmであり、5〜9μmであることが好ましく、5〜8μmであることがより好ましい。前記第1のポリマー層の厚みを10μm以下とすることで第3のポリマー自身が脆弱になり難く、湿熱環境下に暴露したときにポリマー層の破壊が生じにくくなることで、湿熱経時前後において後述する第4のポリマー層との間の接着性を改善することができる。一方、前記ポリマー層の厚みを5μm以上とすることで、第1のポリマー層の反射率を高めることができ、かつ、湿熱環境下に曝されたときにポリマー層表面から内部に水分が浸透し難く、前記第3のポリマー層とポリマー支持体との界面に水分が到達し難くなる。
前記第3のポリマー層は、該第3のポリマー層単独での波長550nmの光の反射率が70%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましい。
−第3のポリマー層の形成方法−
前記第3のポリマー層は、バインダー等を含む塗布液をポリマー支持体上に塗布して乾燥させることにより形成することができる。乾燥後、加熱するなどして硬化させてもよい。塗布方法や用いる塗布液の溶媒には、特に制限はない。
塗布方法としては、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
塗布液に用いる溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。バインダーを水分散した水系塗布液を形成して、これを塗布する方法が好ましい。この場合、溶媒中の水の割合は60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。
また、ポリマー支持体が2軸延伸フィルムである場合は、2軸延伸した後のポリマー支持体に前記第3のポリマー層を形成するための塗布液を塗布した後、塗膜を乾燥させてもよいし、1軸延伸後のポリマー支持体に塗布液を塗布して塗膜を乾燥させた後に、初めの延伸と異なる方向に延伸する方法でもよい。さらに、延伸前のポリマー支持体に塗布液を塗布して塗膜を乾燥させた後に2方向に延伸してもよい。
(第4のポリマー層)
本発明のポリマーシートは、前記第3のポリマー層上に配置され、シリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層を有する。
前記第4のポリマー層は、前記第4のポリマー層の上に直接設けられていることが好ましい。含フッ素ポリマー層である第4のポリマー層は、シリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマー(含フッ素ポリマー)を主バインダーとして構成される。主バインダーとは、含フッ素ポリマー層において含有量が最も多いバインダーである。その中でも、前記第4のポリマー層はフッ素系ポリマーを含有することが、第4のポリマー層を最外層として用いたときに防汚性を付与することができる観点から、好ましい。以下に第4のポリマー層について具体的に説明する。
−シリコーン系ポリマー−
第4のポリマー層に用いることができるシリコーン系ポリマーは、前記第3のポリマー層に用いることができるシリコーン系ポリマーと同様であり、好ましい範囲も同様である。
−フッ素系ポリマー−
前記第4のポリマー層に用いるフッ素系ポリマーとしては−(CFX1−CX23)−で表される繰り返し単位を有するポリマーであれば特に制限はない(ただしX1、X2、X3は水素原子、フッ素原子、塩素原子又は炭素数1から3のパーフルオロアルキル基を示す。)。具体的なポリマーの例としては、ポリテトラフルオロエチレン(以降、PTFEと表す場合がある)、ポリフッ化ビニル(以降、PVFと表す場合がある)、ポリフッ化ビニリデン(以降、PVDFと表す場合がある)、ポリ塩化3フッ化エチレン(以降、PCTFEと表す場合がある)、ポリテトラフルオロプロピレン(以降、HFPと表す場合がある)などがある。
これらのポリマーは単独のモノマーを重合したホモポリマーでも良いし、2種類以上を共重合したものでもよい。この例として、テトラフルオロエチレンとテトラフルオロプロピレンを共重合したコポリマー(P(TFE/HFP)と略記)、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンを共重合したコポリマー(P(TFE/VDF)と略記)等を挙げることができる。
さらに、前記第4のポリマー層に用いるポリマーとしては−(CFX1−CX23)−で表されるフッ素系モノマーと、それ以外のモノマーを共重合したポリマーでもよい。これらの例として4フッ化エチレンとエチレンの共重合体(P(TFE/E)と略記)、4フッ化エチレンとプロピレンの共重合体(P(TFE/P)と略記)、4フッ化エチレンとビニルエーテルの共重合体(P(TFE/VE)と略記)、4フッ化エチレンとパーフロロビニルエーテルの共重合体(P(TFE/FVE)と略記)、4フッ化エチレン/エチレン/アクリル酸共重合体、6フッ化プロピレン/4フッ化エチレン共重合体、6フッ化プロピレン/4フッ化エチレン/エチレン共重合体、塩化3フッ化エチレンとビニルエーテルの共重合体(P(CTFE/VE)と略記)、塩化3フッ化エチレンとパーフロロビニルエーテルの共重合体(P(CTFE/FVE)と略記)、塩化3フッ化エチレン/パーフロロエチルビニルエーテル共重合体、塩化3フッ化エチレン/パーフロロエチルビニルエーテル/メタクリル酸共重合体、塩化3フッ化エチレン/エチルビニルエーテル共重合体、塩化3フッ化エチレン/エチルビニルエーテル/メタクリル酸共重合体、フッ化ビニリデン/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、フッ化ビニル/エチルアクリレート/アクリル酸共重合体等を挙げることができる。このなかで、特に塩化3フッ化エチレン/パーフロロエチルビニルエーテル共重合体、塩化3フッ化エチレン/パーフロロエチルビニルエーテル/メタクリル酸共重合体、塩化3フッ化エチレン/エチルビニルエーテル共重合体、塩化3フッ化エチレン/エチルビニルエーテル/メタクリル酸共重合体、フッ化ビニリデン/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体、フッ化ビニル/エチルアクリレート/アクリル酸共重合体は好ましい。
これらのフッ素系ポリマーとしてはポリマーを有機溶剤に溶解して用いるものでも、ポリマー微粒子を水に分散して用いるものでもよい。環境負荷が小さい点から後者が好ましい。フッ素系ポリマーの水分散物については例えば特開2003−231722号公報、特開2002−20409号公報、特開平9−194538号公報等に記載されている。
前記第4のポリマー層のバインダーとしては上記のフッ素系ポリマーまたはシリコーン系ポリマーを単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。また、全バインダーの50質量%を超えない範囲でアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂などのフッ素系ポリマーおよびシリコーン系ポリマー以外の樹脂を併用してもよい。ただし、フッ素系ポリマーおよびシリコーン系ポリマー以外の樹脂が50質量%を超えるとバックシートに用いた場合に耐候性が低下する場合がある。
−有機系滑剤−
前記第4のポリマー層は、有機系滑剤の少なくとも一種を含有することが好ましい。有機系滑剤を含有することで、含フッ素系ポリマーを用いた場合に生じやすい滑り性の低下(すなわち動摩擦係数の上昇)が抑えられるので、引っ掻きや擦過、小石などの衝突などの外力で生じる傷付きやすさが飛躍的に緩和される。また、含フッ素系ポリマーを用いた場合に生じやすい塗布液の面状ハジキを改善することができ、面状が良好な第4のポリマー層を形成することができる。
前記有機系滑剤は、前記第4のポリマー層中に0.2〜500mg/m2の範囲で含有されることが好ましい。前記有機系滑剤の含有比率が0.2mg/m2以上であると、有機系滑剤を含有することによる動摩擦係数の低減効果による耐傷性の改善が十分となる。また、前記有機系滑剤の含有比率が500mg/m2以下であると、前記第4のポリマー層を塗布形成する際に、塗布ムラや凝集物が発生し難くなり、はじき故障が発生し難くなる。
上記範囲の中では、動摩擦係数低減効果と塗布適性の観点から、1mg/m2〜300mg/m2の範囲がより好ましく、5mg/m2〜200mg/m2の範囲が特に好ましく、10mg/m2〜150mg/m2の範囲がより特に好ましい。
前記有機系滑剤としては、例えば、合成ワックス系化合物、天然ワックス系化合物、界面活性剤系化合物、無機系化合物、有機樹脂系化合物などが挙げられる。中でも、前記第4のポリマー層の表面強度の点で、前記第4のポリマー層に含有される前記有機系滑剤が、ポリオレフィン系化合物、合成ワックス系化合物、天然ワックス系化合物、および界面活性剤系化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
前記ポリオレフィン系化合物としては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のオレフィン系ワックスなどが挙げられる。
前記合成ワックス系化合物としては、ステアリン酸、オレイン酸、エルカ酸、ラウリン酸、ベヘン酸、パルミチン酸、アジピン酸などのエステル、アミド、ビスアミド、ケトン、金属塩及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックスなどの(オレフィン系ワックス以外の)合成炭化水素系ワックス、リン酸エステル、硬化ヒマシ油、硬化ヒマシ油誘導体の水素化ワックスなどが挙げられる。
前記天然ワックス系化合物としては、例えば、カルナバワックス、キャンデリラワックス、木蝋などの植物系ワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油系ワックス、モンタンワックスなどの鉱物系ワックス、蜜蝋、ラノリンなどの動物系ワックスなどが挙げられる。
前記界面活性剤系化合物としては、例えば、アルキルアミン塩などのカチオン系界面活性剤、アルキル硫酸エステル塩などのアニオン系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのノニオン系界面活性剤、アルキルベタインなどの両性系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
前記有機系滑剤は、上市されている市販品を用いてもよく、具体的には、
ポリオレフィン系化合物の有機系滑剤として、例えば、三井化学(株)製のケミパールシリーズ(例えば、ケミパールW700、同W900,同W950等)、中京油脂(株)製のポリロンP−502などが挙げられ、
合成ワックス系の有機系滑剤として、例えば、中京油脂(株)製のハイミクロンL−271,ハイドリンL−536などが挙げられ、
天然ワックス系の有機系滑剤として、例えば、中京油脂(株)製のハイドリンL−703−35、セロゾール524、セロゾールR−586などが挙げられ、また、
界面活性剤系の有機系滑剤として、例えば、日光ケミカルズ(株)製のNIKKOLシリーズ(例えば、NIKKOL SCS等)、花王(株)製のエマールシリーズ(例えば、エマール40など)が挙げられる。
上記した中でも、前記有機系滑剤として、ポリエチレン系ワックス化合物を添加することが、耐傷性および面状改良の観点から好ましく、その中でも三井化学(株)製のケミパールシリーズを用いることが滑り性を大幅に改良でき、耐傷性および面状改良を改善できる観点からより好ましい。
−マット剤−
前記第4のポリマー層が、マット剤として、酸化チタン、シリカ、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウムおよび水酸化アルミニウムから選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。
マット剤を含有することで、ポリマー層の滑り性の低下(すなわち動摩擦係数の上昇)をより低減することができる。これにより、引っ掻きや擦過、小石などの衝突など外力を受けて生じる傷付きをより緩和され、耐加水分解性の向上、ひいては耐候性の向上が図れる。このような無機微粒子のマット剤を単独で使用する場合に比べ、前記有機系滑剤を併用すると、ハジキ面状を改良することができる。
前記マット剤の中でもシリカを用いることがより好ましく、コロイダルシリカを用いることが前記第3のポリマー層と前記第4のポリマー層の密着性を大幅に改善できる観点から好ましい。また、コロイダルシリカを用いる場合は、その他の添加剤として後述するアルコキシシラン化合物を併用することがより密着性改善の観点から好ましい。
前記マット剤の平均粒径としては、二次粒子径で0.3μm〜10μmが好ましく、1μm〜8μmがより好ましい。マット剤の二次粒子径は、0.3μm以上であると、マット剤含有による引っ掻きや擦過などによる傷の防止効果が高く、10μm以下であると、ポリマー層を塗布形成したときに凝集物の発生や弾き故障の原因となり難く、良好な塗布面状を得やすい点で有利である。
前記平均粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される二次粒子径である。
−その他の添加剤−
前記第4のポリマー層には、必要に応じて、シランカップリング剤、架橋剤、界面活性剤等を添加してもよい。
前記第4のポリマー層に前記マット剤としてシリカを用いる場合、シランカップリング剤を添加することが前記第3のポリマー層との密着性を改善する観点から好ましい。前記シランカップリング剤としては、アルコキシシラン化合物が好ましく、例えば、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシランなどが挙げられる。中でも、トリアルコキシシランが好ましく、特にアミノ基を有するアルコキシシラン化合物が好ましい。
前記第4のポリマー層に架橋剤を添加して含フッ素ポリマー層を形成することで架橋剤に由来する架橋構造が得られる。
前記第4のポリマー層に用いられる架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。カルボジイミド系架橋剤の例としては例えばカルボジライトV−02−L2(日清紡績(株)製)、オキサゾリン系架橋剤の例としては例えばエポクロスWS−700、エポクロスK−2020E(いずれも日本触媒(株)製)などがある。
前記第4のポリマー層に用いられる界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤を用いることができる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0〜15mg/m2が好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/m2である。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m2以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、15mg/m2以下であると、接着を良好に行なうことができる。
前記第4のポリマー層の厚みは0.8〜12μmの範囲内であることが好ましい。含フッ素ポリマー層の厚みが0.8μm以上であると太陽電池用バックシート用ポリマーシート、特に最外層として耐久性(耐候性)が十分であり、12μm以下である面状が悪化しにくくなり、前記第3のポリマー層との接着力が十分となる。前記第4のポリマー層の厚みが0.8〜12μmの範囲にあると耐久性と面状を両立することができ、特に1.0〜10μm程度の範囲が好ましい。
本発明のポリマーシートは、前記第4のポリマー層の上にさらに別の層を積層してもよいが、バックシート用ポリマーシートの耐久性の向上、軽量化、薄型化、低コスト化などの観点から、含フッ素ポリマー層またはシリコーン系ポリマー層である第4のポリマー層がバックシート用ポリマーシートの最外層であることが好ましい。
前記第4のポリマー層は、前記第4のポリマー層を構成するフッ素系ポリマーまたはシリコーン系ポリマー等を含む塗布液を、前記第3のポリマー層上に塗布して塗膜を乾燥させることにより形成することができる。乾燥後、加熱するなどして硬化させてもよい。塗布方法や塗布液の溶媒には、特に制限はない。
塗布方法としては、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
塗布液に用いる溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。ただし、フッ素系ポリマーまたはシリコーン系ポリマー等のバインダー等を水分散した水系塗布液を形成して、これを塗布する方法が好ましい。この場合、溶媒中の水の割合は60質量%以上が好ましく、より好ましくは80質量%以上である。含フッ素ポリマー層またはシリコーン系ポリマー層を形成する塗布液に含まれる溶媒の60質量%以上が水であれば、環境負荷が小さくなるので好ましい。
<ポリマーシートの製造方法>
本発明のポリマーシートは、上記のように、ポリマー支持体の上に本発明における第1のポリマー層〜第4のポリマー層を形成することができる方法であればいずれの方法により作製されてもよい。本発明のポリマーシートの製造方法は、透明ポリマー支持体の一方の面A上に、白色顔料を含有する第1のポリマー層を積層する工程と、前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上にシリコーン系ポリマーおよび白色顔料を含有する第3のポリマー層を積層する工程と、前記第3のポリマー層上にシリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層を積層する工程と、有することが好ましい。
前記第1のポリマー層〜第4のポリマー層の形成は、ポリマーシートをポリマー支持体に貼合する方法、ポリマー支持体形成時にポリマー層を共押出しする方法、塗布による方法等により行なえる。中でも、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布による場合、塗布方法としては、例えば、グラビアコーター、バーコーターなどの公知の塗布方法を利用することができる。
塗布による場合、塗布液としては、塗布溶媒として水を用いた水系とトルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒を用いた溶剤系のいずれでもよいが、環境負荷の観点から、水を塗布溶媒とした水系塗布液に調製されることが好ましい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
本発明においては、ポリマー支持体の一方の面に、分子鎖中に(ポリ)シロキサン構造を有するポリマー、白色顔料、水、及び好ましくは架橋剤を含有する水系塗布液を特定の膜厚で塗布して第3のポリマー層を形成し、その上に前記フッ素系ポリマーまたはシリコーン系ポリマーを含有する第4のポリマー層を最外層として塗布により形成するポリマー層形成工程を設け、前記ポリマー支持体の反対側の面に特定量の白色顔料を有する第1のポリマー層を特定の膜厚の範囲で作製する方法により、最も好適にポリマーシートを作製することができる。
塗布液としては、これに含まれる塗布溶媒の全質量に対して50質量%以上、好ましくは60質量%以上が水である水系塗布液であることが好ましい。水系塗布液は、環境負荷の点で好ましく、また水の割合が50質量%以上であることで環境負荷が特に軽減される。塗布液中に占める水の割合は、環境負荷の観点からはさらに多い方が望ましく、水が全溶媒の90質量%以上を占める場合が特に好ましい。
塗布後は、所望の条件で塗膜の乾燥を行なう乾燥工程が設けられてもよい。乾燥時の乾燥温度については、塗布液の組成や塗布量などの場合に応じて適宜選択すればよい
本発明のポリマーシートは、太陽電池用バックシートとして好ましく用いることができる。
本発明のポリマーシートは、太陽光が入射する側に配置された透明性の基材(ガラス基板等のフロント基材)と、素子構造部分(太陽電池素子及びこれを封止する封止剤を含む)と、太陽電池用バックシートとが積層された「透明性のフロント基材/素子構造部分/バックシート」の積層構造を有する太陽電池において、フロント基材とバックシートとのいずれに適用されてもよい。ここで、バックシートは、電池側基板の素子構造部分からみてフロント基材が位置していない側に配置された裏面保護シートである。
本明細書中において、太陽光が入射する側に配置された透明性の基材の上に素子構造部分が配置された「透明性のフロント基材/素子構造部分」の積層構造を有する電池部分を「電池側基板」という。
本発明のポリマーシートは、含フッ素ポリマー層またはシリコーン系ポリマー層を第4のポリマー層として有するため、熱や水分等の湿熱環境下での耐久性に優れ、さらに含フッ素ポリマー層を有する場合は防汚性も改善されている点から、本発明のポリマーシートは太陽電池モジュールに用いられる場合に、外部環境に暴露される最外層、つまり裏面側の最表層(バック層)として機能する太陽電池用バックシートことが特に好ましい。
<太陽電池モジュール>
本発明の太陽電池モジュールは、既述の本発明のポリマーシートを太陽電池用バックシートとして設けて構成されている。本発明の太陽電池モジュールは、既述した本発明の太陽電池用バックシートを備えることにより、白色顔料の粉落ちが抑制され、反射率が高く、耐光性、耐熱性、耐湿性が良好であって湿熱環境下で経時させたときにバックシートの各層間で剥離が抑制され、太陽電池モジュールの封止材に貼り合わせて湿熱環境下で経時させたときに封止材との間で剥離が抑制される。これにより、優れた耐候性能を示し、長期に亘り安定した発電性能を発揮する。
具体的には、本発明の太陽電池モジュールは、太陽光が入射する透明性の基材(ガラス基板等のフロント基材)と、前記基材上に設けられ、太陽電池素子及び前記太陽電池素子を封止する封止材を有する素子構造部分と、前記素子構造部分の前記基板が位置する側と反対側に配置された既述の本発明の太陽電池用バックシートとを備えており、「透明性のフロント基材/素子構造部分/バックシート」の積層構造を有していることが好ましい。具体的には、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子が配された素子構造部分を、太陽光が直接入射する側に配置された透明性のフロント基材と、既述の本発明の太陽電池用バックシートとの間に配置し、フロント基材とバックシートとの間において、太陽電池素子を含む素子構造部分(例えば太陽電池セル)をエチレン−ビニルアセテート(EVA)系等の封止材を用いて封止、接着した構成になっていることが好ましい。
図2は、本発明の太陽電池モジュールの構成の一例を概略的に示している。この太陽電池モジュール10は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子20を、太陽光が入射する透明性の基板24と既述の本発明のポリマーシート12との間に配置し、該基板とポリマーシート12との間をエチレン−ビニルアセテート系封止材22で封止して構成されている。本実施形態のポリマーシートは、ポリマー支持体16の一方の面側に第3のポリマー層3に接して含フッ素ポリマー層である第4のポリマー層4が設けられ、他方の面側(太陽光が入射する側)に、下塗り層として任意に設けてもよい第2のポリマー層2と、入射光側の白色層である第1のポリマー層1が設けられている。本発明の太陽電池モジュールは、透明性の基板24方向から入射した太陽光の一部が太陽電池素子20で電気エネルギーに変換され、残りの太陽光の一部が第1のポリマー層1で反射して太陽電池素子20でさらに電気エネルギーに変換され、さらに第1のポリマー層1で反射されずに第3のポリマー層に到達した残りの光の一部を第3のポリマー層で反射して太陽電池素子20でまたさらに電気エネルギーに変換することができる。
なお、本発明のポリマーシートはEVAである封止材22への密着性が良好であるため、封止材22と本発明のポリマーシートの第1のポリマー層1とを、接着剤などを介さずに直接隣接させて密着させることができる。
太陽電池モジュール、太陽電池セル、バックシート以外の部材については、例えば、「太陽光発電システム構成材料」(杉本栄一監修、(株)工業調査会、2008年発行)に詳細に記載されている。
前記透明性の基材は、太陽光が透過し得る光透過性を有していればよく、光を透過する基材から適宜選択することができる。発電効率の観点からは、光の透過率が高いものほど好ましく、このような基板として、例えば、ガラス基板、アクリル樹脂などの透明樹脂などを好適に用いることができる。
前記太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、銅−インジウム−ガリウム−セレン、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル、ガリウム−砒素などのIII−V族やII−VI族化合物半導体系など、各種公知の太陽電池素子を適用することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
[実施例1]
〈ポリマー支持体の作成〉
−ポリエステルの合成−
高純度テレフタル酸(三井化学(株)製)100kgとエチレングリコール(日本触媒化学工業(株)製)45kgのスラリーを、予めビス(ヒドロキシエチル)テレフタレート約123kgが仕込まれ、温度250℃、圧力1.2×105Paに保持されたエステル化反応槽に、4時間かけて順次供給し、供給終了後もさらに1時間かけてエステル化反応を行った。その後、得られたエステル化反応生成物123kgを重縮合反応槽に移送した。
引き続いて、エステル化反応生成物が移送された重縮合反応槽に、エチレングリコールを、得られるポリマーに対して0.3質量%添加した。5分間撹拌した後、酢酸コバルト及び酢酸マンガンのエチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対してそれぞれ30ppm、15ppmとなるように加えた。更に5分間撹拌した後、チタンアルコキシド化合物の2質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その5分後、ジエチルホスホノ酢酸エチルの10質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その後、低重合体を30rpmで攪拌しながら、反応系を250℃から285℃まで徐々に昇温するとともに、圧力を40Paまで下げた。最終温度、最終圧力到達までの時間はともに60分とした。所定の攪拌トルクとなった時点で反応系を窒素パージし、常圧に戻し、重縮合反応を停止した。そして、冷水にストランド状に吐出し、直ちにカッティングしてポリマーのペレット(直径約3mm、長さ約7mm)を作製した。なお、減圧開始から所定の撹拌トルク到達までの時間は3時間であった。
但し、前記チタンアルコキシド化合物には、特開2005−340616号公報の段落番号[0083]の実施例1で合成しているチタンアルコキシド化合物(Ti含有量=4.44質量%)を用いた。
−固相重合処理−
上記で得られたペレットを、40Paに保たれた真空容器中、220℃の温度で30時間保持して、固相重合を行った。これをペレットAとした。
−ポリエステルと末端封止剤を含むペレットBの製造−
上記ペレットAの90質量部と、末端封止剤(カルボジイミド:N、N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、Mw=206)10質量部とをブレンドし、2軸混練機に供給して280℃で溶融混練し、これをストランド状に水中吐出し、カッターで裁断しチップ化した。これをペレットBとした。
−PET1の形成−
以上のように固相重合を経た後のペレットAを、280℃で溶融して金属ドラムの上にキャストし、厚さ約2.5mmの未延伸ベースを作成した。その後、90℃で縦方向に3倍に延伸し、更に120℃で横方向に3.3倍に延伸した。さらに195℃で4分間熱処理を行った。こうして、厚み250μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート支持体(PET1)を得た。PET1のカルボキシル基含量は14eq/tであった。
なお、ポリマー支持体のカルボキシル基含量は以下の方法で求めた。
−カルボキシル基含量の測定−
ポリマー支持体約0.1gの重量w[g]を測定し、これを5mLのベンジルアルコールの入った丸底フラスコに入れて、栓をした状態で温度205℃の雰囲気下で24時間保持した。その後、内容物を15mLのクロロホルムに添加した。この液に少量のフェノールレッド指示薬を加えたものを、濃度0.01N/Lの水酸化カリウムのベンジルアルコール溶液で滴定した。滴定に要した水酸化カリウム溶液の量をxmLとして、次の式で2軸延伸PETのカルボキシル基量(COOH基量)を求めた。
カルボキシル基含量(eq/t)=0.01×x/w
―PET2の形成―
以上のように固相重合を経た後のペレットA(96質量%)とペレットB(4質量%)を用い、これらを180℃で3時間乾燥させた後、押出し機に投入し280℃で混練した。その後の工程はPET1と同様にして未延伸ベースを作成した後、縦方向および横方向に延伸し、厚み250μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート支持体(PET2)を得た。PET2のカルボキシル基含量は8eq/tであった。
<(1)ポリマー層2の作製>
〈(1−1)ポリマー層2(処方1)形成用塗布液の作成〉
下記の成分を混合し、ポリマー層2(処方1)形成用塗布液を調製した。
(ポリマー層2(処方1)形成用塗布液の組成)
・ポリエステルバインダー … 47.7質量部
(バイロナールMD−1245、東洋紡(株)製、濃度30質量%)
・PMMA微粒子 … 10.0質量部
(MP−1000、綜研化学(株)製、濃度5質量%)
・ノニオン界面活性剤 … 15.0質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・蒸留水 … 927.3質量部
〈(1−2)ポリマー層2(処方2)形成用塗布液の作成〉
下記の成分を混合し、ポリマー層2(処方2)形成用塗布液を調製した。
(ポリマー層2(処方2)形成用塗布液の組成)
・ポリオレフィンバインダー … 24.1質量部
(アローベースSE−1013N、ユニチカ(株)製、濃度20質量%)
・オキサゾリン系架橋剤 … 2.4質量部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、濃度25質量%)
・フッ素系界面活性剤 … 0.2質量部
(ナトリウム=ビス(3、3、4、4、5、5、6、6-ノナフルオロ)=2−スルホナイトオキシスクシナート、三協化学(株)製、濃度1質量%)
・蒸留水 … 71.8質量部
〈(1−2)ポリマー層2の形成〉
下記表1〜表3で、ポリマー層2の塗り方欄に延伸後と記載してあるものは、下記の条件で塗膜を形成した。
上記の方法で作成したPET1またはPET2の一方の面に、下記条件でコロナ処理を施した。
・電極と誘電体ロ−ルギャップクリアランス:1.6mm
・処理周波数:9.6kHz
・処理速度:20m/分
・処理強度:0.375kV・A・分/m2
PET1またはPET2のコロナ処理を施した面に上記のポリマー層2形成用塗布液をバインダー塗布量が0.12g/m2となるよう塗布して、180℃で2分間乾燥してポリマー層2を形成した。
また下記表2で、ポリマー層2の塗り方欄に横延伸前と記載してあるものは、下記のようにして塗膜を形成した。
上記のPET1またはPET2の作成において製膜した各未延伸ベースに対し、PET1およびPET2と同様の条件で縦方向に延伸を行った後、下塗り層形成用塗布液をポリマー支持体に、塗布量が5.1ml/m2となるように、横方向の延伸前にインラインコート法にて塗布を行い、その後横方向の延伸はPET1およびPET2と同様の条件で行うことにより、最終的な塗布層の厚さ0.1μmのポリマー層2を形成した。
なお、このようにして得られた縦延伸後にポリマー層2を形成してから横延伸して形成されたポリマー支持体は、いずれも2軸延伸後にポリマー層2を形成したポリマー支持体と同じ特性を示す。そのため、下記表2のポリマー支持体欄ではポリマー層2の形成時期によってポリマー支持体は区別せずに、縦延伸後にポリマー層2を形成してから横延伸して形成されたポリマー支持体がPET1と同じ組成の場合はPET1として、PET2と同じ組成の場合はPET2として記載した。
<(2)ポリマー層1の作製>
〈(2−1)二酸化チタン分散液の作成〉
ダイノミル分散機を用いて二酸化チタンの平均粒径が0.42μmになるよう分散して二酸化チタン分散液を調整した。なお、二酸化チタンの平均粒径はハネウェル社製、マイクロトラックFRAを用いて測定した。
(二酸化チタン分散液の組成)
・二酸化チタン … 455.8質量部
(タイペークCR−95、石原産業(株)製、粉体)
・PVA水溶液 … 227.9質量部
(PVA−105、クレハ(株)製、濃度10質量%)
・分散剤 … 5.5質量部
(デモールEP、花王(株)製、濃度25質量%)
・蒸留水 … 310.8質量部
〈(2−2)ポリマー層1形成用塗布液の作成〉
下記の成分を混合し、ポリマー層1形成用塗布液を調製した。
(ポリマー層1形成用塗布液の組成)
・上記二酸化チタン分散液 … 298.5質量部
・ポリオレフィンバインダー … 568.7質量部
(アローベースSE−1013N、ユニチカ(株)製、濃度20質量%)
・ノニオン界面活性剤 … 23.4質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・オキサゾリン系架橋剤 … 58.4質量部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、濃度25質量%)
・蒸留水 … 51.0質量部
〈(2−3)ポリマー層1の作成〉
上記(1−2)でPET1の上に形成したポリマー層2の上に、ポリマー層1形成用塗布液を、塗布厚み7μm、バインダー塗布量が3.1g/m2、二酸化チタン塗布量が5.6g/m2となるよう塗布して170℃で2分間乾燥してポリマー層1を形成した。
このポリマー層1の顔料の体積分率は、二酸化チタン(ルチル型)の比重を4.27とし、ポリマー層1のバインダーの比重を1.0として下記の式で計算した。
顔料体積分率=(5.6/4.27)/{(3.1/1.0)+(5.6/4.27)}*100(%)=30(%)
<(3)ポリマー層3の作製>
〈(3−1)ポリマー層3形成用塗布液の作成〉
下記の成分を混合し、ポリマー層3形成用塗布液を調製した。
(ポリマー層3形成用塗布液の組成)
・シリコーンバインダー … 396.5質量部
(セラネートWSA1070、DIC(株)製、濃度38質量%)
・チタン分散液(ポリマー層1と共通) … 493.9質量部
・ノニオン界面活性剤 … 15.0質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・蒸留水 … 94.6質量部
〈(3−2)ポリマー層3の形成〉
PET1のポリマー層1およびポリマー層2が形成された面の反対面に、下記条件でコロナ処理を施した。
・電極と誘電体ロ−ルギャップクリアランス:1.6mm
・処理周波数:9.6kHz
・処理速度:20m/分
・処理強度:0.375kV・A・分/m2
このようにしてPET1のコロナ処理を施した面に、上記のポリマー層3形成用塗布液を、塗布厚み7μm、バインダー塗布量が5.1g/m2、二酸化チタン塗布量が9.3g/m2となるよう塗布して、175℃で2分間乾燥してポリマー層3を形成した。
このポリマー層3の顔料の体積分率は、30%であった。
<(4)ポリマー層4の作製>
〈(4−1)ポリマー層4形成用塗布液の作成〉
下記の成分を混合し、ポリマー層4形成用塗布液を調製した。
(ポリマー層4形成用塗布液の組成)
・フッ素系バインダー … 345.0質量部
(オブリガートSW0011F、AGCコーテック(株)製、濃度36質量%)
・コロイダルシリカ … 3.9質量部
(スノーテックスUP、日産化学(株)製、濃度20質量%)
・シランカップリング剤 … 78.5質量部
(TSL8340、モメンティブ・パーフォーマンス・マテリアル社製、濃度1質量%)
・有機系滑剤 … 207.6質量部
(ケミパールW950、三井化学(株)製、濃度5質量%)
・ノニオン界面活性剤 … 60.0質量部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、濃度1質量%)
・蒸留水 … 305.0質量部
〈(4−2)ポリマー層4の形成〉
上記(3−2)でPET1の上に形成したポリマー層3の上に、ポリマー層4形成用塗布液をバインダー塗布量が1.3g/m2となるよう塗布して、175℃で2分間乾燥してポリマー層4を形成した。
以上により、PET1の一方の面Aに支持体から近い順にポリマー層2、ポリマー層1を設け、この反対面Bに支持体から近い順にポリマー層3、ポリマー層4を設けた実施例1のポリマーシートを作成した。
[実施例2〜15および比較例1〜9]
また、実施例1において、使用した材料を下記表1〜表3のように変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜15および比較例1〜9のポリマーシートを作成した。
なお、各実施例でポリマー層3および4に用いたバインダーは実施例1のバインダーと同様であり、実施例4でポリマー層4に用いたシリコーン系ポリマーは、実施例1のポリマー層3に用いたシリコーン系バインダーと同様である。
また、各実施例及び比較例で用いた第1のポリマー層形成用塗布液と第3のポリマー層形成用塗布液は、白色顔料の添加量とバインダーの添加量などを変化させてそれぞれの顔料の体積分率が下記表1〜表3に記載の値となるように調製した。
なお、第二のポリマー層の厚みを0.005μmとした以外は、実施例14と同様に作成してサンプル作成を試みたが、塗布層がかすれてしまいサンプルを作成できなかった。また、同様に第二のポリマー層の厚みを1μmとした以外は、実施例14と同様にしてサンプル作成を試みたが、塗布ムラが発生し、やはりサンプルを作成できなかった。
(評価)
各実施例及び比較例で作製したポリマーシートについて、以下の評価を行なった。評価結果は、下記表1〜表3に示す。
<粉落ち試験>
上記のようにして作製した縦100mm、横200mmの各実施例および比較例のポリマーシートを、25℃、相対湿度50%の雰囲気で1時間保存した後、巾10mm、長さ150mmの形に、打ち抜き機(商品名 スーパーダンベル、株式会社 ダンベル社製)を用いて、設置したポリマーシートのポリマー層1の方向からポリマー層4の下部まで刃が到達するようまで完全にポリマーシートを打ち抜き、粉落ち試験を実施した。刃に付着した白色の粉落ちの程度を目視で観察し、粉落ちの程度を指標に下記の評価基準にしたがって評価した。
≪評価基準≫
○:粉落ちが極僅かにみられた〜全く粉落ちがなかった。
△:粉落ちがみられた。
×:強い粉落ちがみられた。
<反射率の評価>
分光光度計UV−2450((株)島津製作所製)に積分球付属装置ISR−2200を取り付けた装置を用い、各実施例および比較例のポリマーシート試料のポリマー層1が形成されている面の550nmの光に対する反射率を測定した。但し、リファレンスとして硫酸バリウム標準板の反射率を測定し、これを100%としてサンプルシートの反射率を算出した。
○:80%以上。
×:80%未満。
<接着性の評価>
〈太陽電池モジュールの作成〉
厚さ3mmの強化ガラスと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、結晶系太陽電池セルと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、実施例1のポリマーシートとをこの順に重ね合わせ、真空ラミネータ(日清紡(株)製、真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることにより、EVAと接着させた。この時、各実施例および比較例のポリマーシートのポリマー層1がEVAシートと接触するように配置した。また、接着方法は、以下の通りである。
このようにして、各実施例および比較例のポリマーシートをバックシートとして用いた、各実施例および比較例の結晶系の太陽電池モジュールを作製した。
<接着方法>
真空ラミネータを用いて、128℃で3分間の真空引き後、2分間加圧して仮接着した。その後、ドライオーブンにて150℃で30分間、本接着処理を施した。
(A)フレッシュ状態の接着性の評価
上記の方法で作成した太陽電池モジュールに組み込まれた各実施例および比較例のポリマーシートのポリマー層4の表面にカミソリを用いて3mm間隔で縦横それぞれ6本ずつのキズをつけた。次いで、この上に幅20mmのマイラーテープを貼って、180度方向にすばやく剥離した。
剥離したマス目の数により次のようにランク付けを行った。
○:全く剥離が起こらない。
△:剥離したマス目が1マス未満。
×:剥離したマス目が5マス以上。
(B)湿熱経時後の接着性の評価
試料の太陽電池モジュールを120℃、相対湿度100%の雰囲気下で60時間保持した後、フレッシュ状態の場合と同様の方法で接着性を評価した。
<封止材密着性の評価>
縦25mm、横75mm、厚さ5mmの強化ガラスと、縦25mm、横75mmの封止材シート(三井化学ファブロ(株)製EVAシート、SC50B)、縦25mm、横250mmの各実施例および比較例のポリマーシート試料を重ね合わせて、上記接着性の評価における太陽電池モジュール作成の時と同じ条件で3者を接着して積層体試料を作成した。
ただし、各実施例および比較例のポリマーシート試料はポリマー層1と上記封止材シートとが接着されるように配置した。
また、各実施例および比較例のポリマーシート試料と強化ガラス、封止材シートとは3辺が重なるように配置して接着した。
続いて、得られた積層体試料にカミソリを用いて、各実施例および比較例のポリマーシートの表面に5mm間隔で平行な2本のキズをつけた。キズはガラスの横の辺と平行で、長さは75mmである。また、キズはカミソリの先端が強化ガラス表面に達する深さとした。
更に、実施例1のポリマーシートのガラスと接着されていない部分(長さ175mm)も幅が5mmの切り込みを入れて、各実施例および比較例のポリマーシートが3つの長方形に裁断された形態にした。このときの積層体試料の詳細を図3に示した。
この積層体試料の、各実施例および比較例のポリマーシートの幅5mmの部分を封止材シートから剥離する時の剥離強度を、テンシロン(Universal Testing Instrument社製RTF−1310)を用いて測定した。剥離は180度剥離で、剥離速度は30mm/分とした。
剥離力は幅5mmあたりの値を測定して、幅1cm当たりに換算した。
○:30N/cm以上。
△:5N/cm以上、30N/cm未満。
×:5N/cm未満。
<基材との密着性評価>
縦60mm、横150mmの実施例1のポリマーシートと、縦60mm、横150mmの封止剤シート(三井化学ファブロ(株)製EVAシート、SC50B)、縦60mm、横150mm、厚さ35μmのPENを重ねて上記接着性の評価における太陽電池モジュール作成の時と同じ条件で3者を接着して積層体試料を作成した。
ただし、各実施例および比較例のポリマーシート試料はポリマー層1と上記封止材シートとが接着されるように配置した。
また、各実施例および比較例のポリマーシート試料と、封止材シートと、PENは3辺が重なるように配置して接着した。
接着時に、ポリマーシートと封止剤シートの間に縦75mm、横75mmのリリースシートを50mm分挟みこみ、剥離開始点を作成した。接着後リリースシートは取り除いた。
続いて、得られた積層体試料を押し切りカッターを用いて、縦15mm、横150mmの4つの短冊状に裁断し、端部を除いた中央2つのサンプルを試験サンプルとした。
アルミ製の板にポリマーシートをメンディングテープを用いて固定し、PENが180度折り曲がる形態で、テンシロン(Universal Testing Instrument社製RTF−1310)を用いてポリマー層2とポリマー支持体の間の剥離力を測定した。剥離は180度剥離で、剥離速度は30mm/分とした。
≪評価基準≫
◎:9N/cm以上
○:7N/cm以上、9N/cm未満
△:5N/cm以上、7N/cm未満
×:5N/cm未満
<防汚性評価>
得られた各実施例および比較例のポリマーシートの第4のポリマー層(ポリマー層4)の表面に、油性マジック(商品名マッキー、ゼブラ社製)を用いて、縦5mm、横5mmを塗りつぶした。このマジックを、100%エタノールを浸した旭化成せんい社製BEMCOTを用いて汚れが見えなくなるまで、手で繰り返しこすり、ふき取った。
ふき取れたマジックの程度を指標に下記の評価基準にしたがって評価した。
≪評価基準≫
○:10回未満でふき取れた。
△:10回〜49回でふき取れた。
×:50回こすっても汚れが落ちなかった。
<耐加水分解性評価>
粉落ち試験で記載した方法で打ち抜いた各実施例および比較例のポリマーシートのサンプルを、テンシロン(Universal Testing Instrument社製RTF−1310)を用いて、チャック間距離は100mm、速度100mm/分、の条件で破断伸度測定を行った。サンプルは10本準備し、内5本を温度120℃湿度100%環境下で110時間保存した。保存有無のサンプルそれぞれ5本の破断伸度を測定した平均値を比較し、破断伸度保持率とした。
≪評価基準≫
◎:破断伸度保持率80%以上
○:破断伸度保持率50%以上、80%未満
△:破断伸度保持率30%以上、50%未満
×:破断伸度保持率30%未満
Figure 0005833981
Figure 0005833981
Figure 0005833981
上記表1〜表3より、本発明のポリマーシートは比較例のポリマーシートに比べて、粉落ちが少なく、ポリマーシートの層間の接着性が湿熱経時後も良好であり、太陽電池モジュールに組み込んだときの封止材であるEVAとの密着性も良好であることがわかった。
なお、本発明のポリマーシートにおける第3のポリマー層単独での反射率を測定したところ、いずれも82%以上であることがわかった。
1 第1のポリマー層(白色層)
2 第2のポリマー層(下塗り層)
3 第3のポリマー層(含シリコーン系ポリマー層)
4 第4のポリマー層(含フッ素ポリマー層)
12 バックシート(太陽電池用保護シート)
16 支持体
18 易接着層
22 封止材
20 太陽電池素子
24 透明性のフロント基板(強化ガラス)
10 太陽電池モジュール

Claims (12)

  1. 透明ポリマー支持体と;
    該透明ポリマー支持体の一方の面A上に配置され、白色顔料を含有する第1のポリマー層と;
    前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上に配置され、シリコーン系ポリマーおよび白色顔料を含有する第3のポリマー層と;
    さらにその前記第3のポリマー層上に配置され、シリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層と;
    を有し、
    前記第1のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜50%であり、かつ、前記第1のポリマー層の厚みが5〜10μmであり;
    前記第3のポリマー層における白色顔料の体積分率が15〜30%であり、かつ、前記第3のポリマー層の厚みが5〜10μmであることを特徴とするポリマーシート。
  2. 前記透明ポリマー支持体が、ポリエチレンテレフタレート支持体であることを特徴とする請求項1に記載のポリマーシート。
  3. 前記第4のポリマー層がフッ素系ポリマーを含有することを特徴とする請求項1または2に記載のポリマーシート。
  4. 前記第1のポリマー層における顔料の体積分率が15〜30%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリマーシート。
  5. 前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に、第2のポリマー層が配置されたことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリマーシート。
  6. 前記第2のポリマー層の厚みが、0.01〜0.5μmであることを特徴とする請求項5に記載のポリマーシート。
  7. 前記透明ポリマー支持体がポリエステル支持体であり、
    前記ポリエステル支持体が、末端封止剤を含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のポリマーシート。
  8. 透明ポリマー支持体の一方の面A上に、白色顔料を体積分率で15〜50%含有する厚みが5〜10μmの第1のポリマー層を積層する工程と、
    前記透明ポリマー支持体の面Aの反対側の面B上にシリコーン系ポリマーおよび体積分率で15〜30%の白色顔料を含有する厚みが5〜10μmの第3のポリマー層を積層する工程と、
    前記第3のポリマー層上にシリコーン系ポリマーまたはフッ素系ポリマーを含有する第4のポリマー層を積層する工程と、
    を有することを特徴とするポリマーシートの製造方法。
  9. 前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に第2のポリマー層を積層する工程を含み、
    前記第2のポリマー層の厚みが0.01〜0.5μmになるように制御することを特徴とする請求項に記載のポリマーシートの製造方法。
  10. 前記第1のポリマー層と前記透明ポリマー支持体の面Aとの間に第2のポリマー層を積層する工程を含み、
    前記第2のポリマー層を積層する工程の前に前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸する工程を含み、
    前記第2のポリマー層を積層する工程が、前記透明ポリマー支持体を一軸方向に延伸した後に第2のポリマー層形成用塗布液を塗布する工程と、前記塗布後に前記透明ポリマー支持体および前記塗布膜を1回目の延伸方向と異なる方向に延伸する工程を含むことを特徴とする請求項またはに記載のポリマーシートの製造方法。
  11. 請求項1〜のいずれか一項に記載のポリマーシートを具備する太陽電池用バックシート。
  12. 請求項11に記載の太陽電池用バックシートを具備する太陽電池モジュール。
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