JP6464890B2 - 太陽電池モジュール用の裏面保護シート - Google Patents
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Description
先ず、本実施形態の太陽電池モジュール用の裏面保護シートが使用される太陽電池モジュールについて説明する。図1は、太陽電池モジュ−ルについて、その層構成の一例を例示する断面の模式図である。太陽電池を構成する太陽電池モジュール1は、図1に示すように入射光7の受光面側から、透明前面基板2、前面封止材層3、太陽電池素子4、背面封止材層5、裏面保護シート6が順に積層された構成である。これらを順次積層し、例えば真空熱ラミネート加工により一体化する。この際のラミネート温度は、130℃〜190℃の範囲内とすることが好ましい。又、ラミネート時間は、5分〜60分の範囲内が好ましく、特に8分〜40分の範囲内が好ましい。このようにして、上記の各層を一体形成体として加熱圧着形成して、太陽電池モジュ−ル1を製造することができる。
本実施形態の太陽電池モジュール用の裏面保護シートについて説明する。一般的に太陽電池モジュール用の封止材の多くは透明或いは半透明であるので、太陽電池モジュール1を透明前面基板2の側から見た場合、太陽電池素子4が配置されていない隙間の部分(非セル領域)については、太陽電池素子4が配置される面側からの平面視において太陽電池モジュール用の裏面保護シート6の色が視認できるようになる。又、太陽電池素子4については、表面が黒色又はそれに近い暗色である場合が多い。特に近年需要が増えている薄膜系の太陽電池素子については、ほとんどの製品においてその表面は黒色又はそれに近い暗色である。本実施形態の太陽電池モジュール用の裏面保護シートは、少なくとも裏面保護シート表面の一部分を、波長400nmから700nmの平均反射率が10%以下の暗色系領域とする。また、暗色系領域を含む裏面保護シート表面全面を波長750nmから1500nmの平均反射率が80%以上である反射領域とすることを特徴とする。
暗色インキ層63は、反射層61と透明密着層62の間に積層体として配置される。暗色インキ層63は、裏面保護シート全面に積層されていてもよく(図示せず)、或いは、図2に示す通り樹脂シートの表面の一部にのみに積層されていてもよい。暗色インキ層63が、樹脂シートの一部にのみに積層されていることにより裏面保護シートの表面に所望のパターンニングによる模様の付与が可能となり、意匠性の高い太陽電池モジュール用の裏面保護シートとすることができる。
顔料成分は、波長750nm以上1500nm以下の近赤外線を透過する顔料成分であれば、特に限定されない。例えば、オキサジン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ピロール系顔料、キナクリドン系顔料、アゾ系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサン系顔料、イソインドリノン系顔料、インダスレン系顔料、キノフタロン系顔料、ペリノン系顔料、フタロシアニン系顔料等の有機顔料を挙げることができる。これらの有機顔料を混合することで暗色インキ用の顔料成分とすることができる。
樹脂シートの表面に暗色インキ層又は中間層を形成するための近赤外線透過性暗色インキは、樹脂成分を含む主剤、硬化剤、溶剤、及び顔料成分を含み、必要に応じてその他の各種の添加剤を含むものであってもよい。その他の添加剤としては、密着性助剤等を例として挙げることができる。近赤外線透過性暗色インキは、主剤と硬化剤を使用直前に混合する2液タイプのものであることが好ましい。樹脂成分を含む主剤は、暗色インキ層を形成する際に、硬化剤と反応して架橋され高分子量化する。
樹脂成分を含む主剤は、成分(A)脂肪族ポリカーボネートジオール化合物(以下単に成分(A)ともいう)と、成分(B)ジイソシアネート化合物(以下単に成分(B)ともいう)とが、ウレタン結合してなるポリカーボネートポリウレタンの両末端を特定量の成分(C)アルキレンジオール化合物(以下単に成分(C)ともいう)との反応によりグリコール変性させ、更に特定量の成分(D)分子内にイソシアネート基を3つ以上有する変性イソシアネート化合物(以下、単に「変性イソシアネート化合物」、又は単に「成分(D)」ともいう)と、反応させて高分子量化することによって得た(E)グリコール変性ポリカーボネートポリウレタン(以下単に成分(E)ともいう)を主成分とする。
主剤には、必要に応じて密着性助剤としてシランカップリング剤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。尚、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1.0質量%以上3.0質量%以下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1.0質量%以上であると樹脂シートとの密着力が良好となるため好ましく、3.0質量%以下であると耐久性が向上するため好ましい。
硬化剤としては、イソシアネート化合物のうち、ジイソシアネート化合物を好適に使用することができる。上記のように、ジイソシアネート化合物は、主剤を架橋して硬化させ、暗色インキ層に含まれる架橋樹脂を形成させる。ジイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系、芳香族−脂肪族系等が挙げられるが、暗色インキ層が長期間に亘って外部環境に曝されることに伴う着色を抑制するという観点からは、脂肪族系、脂環式系のジイソシアネート化合物が好ましく使用される。
樹脂成分を含む主剤と硬化剤成分は、透明接着剤層を形成する透明接着剤と同様のものを使用することができる。主剤と硬化剤の配合比率は、主剤のOH価に対する硬化剤のNCO価の比であるNCO/OH比が1.0以上2.0以下の範囲とすることが好ましい。NCO/OH比を2.0以下とすることで、耐ブロッキング性が向上する。NCO/OH比を1.0以上とすることで、密着性が向上する。
樹脂成分を含む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、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルコール系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコルモノエチルエーテル等の多価アルコール系溶剤;ジメチルフォルムアミド等のアミド系溶剤;ジメチルスルホキサイド等のスルホキサイド系溶剤;及びこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。これらの内、好ましいのはアセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、及びこれらの2種以上の混合溶剤である。
近赤外線透過性暗色インキの製造方法は、特に限定されないが、以下に説明する製造方法を好適に用いることができる。
暗色インキ層は、樹脂シートの表面に近赤外線透過性暗色インキを塗布してコーティング塗膜を形成し、このコーティング塗膜に含まれる溶剤を蒸発後、コーティング塗膜に含まれる樹脂成分と硬化剤とを架橋反応させて硬化させることによって形成することができる。
透明接着剤層60は、主として反射層61と透明密着層62を接合するために設けられる接着層である。本実施形態において透明接着剤層60は、反射層61の上面、又は、該上面に対向する透明密着層62の下面に塗布された透明接着剤が積層後に硬化することによって形成される。
図2の反射層61は、白色顔料を含む樹脂シート又は白色顔料を含むコート層(塗布膜や印刷膜)を形成した樹脂シートからなり、近赤外線を含む太陽電池モジュールへの入射光を反射する白色樹脂層である。反射層61を設けることで、裏面保護シート中の暗色インキ層が積層されていないセル領域において、太陽電池素子を透過した近赤外線を含む入射光が反射層にて反射し、太陽電池素子4に入射する(回収される)ことにより、太陽電池モジュール1の発電効率向上に寄与する。なお、本明細書では、樹脂をシート状に加工したものの名称として樹脂シートという用語を使用するが、この用語は、樹脂フィルムも含む概念とする
透明密着層62は、エチレン−酢酸ビニルアルコール共重合体樹脂(EVA樹脂)、又はポリエチレン等のポリオレフィンを使用した背面封止材層5と、裏面保護シート6との接着性を向上させる機能を有する。又、透明密着層62には、反射層61で反射された近赤外線を透過するものであること、又、意匠性の要請より透明若しくは半透明であることが求められる。このような観点から透明密着層62には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いることが好ましい。なお、「全光線を透過」とは、全光線透過率が80%以上である。
裏面保護シート6には、本発明の効果を害さない範囲で、その他の層を設けてもよい。例えば、上記の反射層61の更に外側にフッ素系樹脂やポリエチレンテレフタレート(PET)等からなる耐候層(図示せず)を更に設けてもよい。この場合は意匠性向上のために耐候層を黒色としてもよい。或いは、反射層61と透明密着層62の間に、例えば裏面保護シート6の強度を増すための他の透明な補強層(図示せず)を設けてもよい。
本実施形態の太陽電池モジュール用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い。裏面保護シート6は、例えば顔料成分の濃度の異なる暗色インキを二種用意し、反射層(又は透明密着層)上に当該暗色インキをそれぞれ重ねて塗布することにより暗色インキ層及び中間層を積層し、透明接着剤層を介して透明密着層(又は反射層)を積層し、ドライラミネート加工により製造することができる。
[主剤]
攪拌機、温度計、窒素ガス導入管を備えた丸底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(50質量部)と、1,6ヘキサンジオール(70質量部)と、1,8−オクタンジオール(30質量部)と、イソホロンジイソシアネート(IPDI)(176.6質量部)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)のトリメチロールプロパン(TMP)アダクト変性物(10質量部)と、酢酸エチル(333.6質量部)を仕込み、窒素ガス導入下にて、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環流させ、グリコール変性量:10%、IPDI変性量:2%の実施例1の主剤樹脂を調整した。尚、本実施例において、グリコール変性量とは、上記の主剤樹脂成分の全成分質量に対するアルキレンジオール化合物(本実施例においては、1,6ヘキサンジオールとオクタンジオールの混合物)の質量(質量比%)をいい、IPDI変性量とは、上記の主剤の樹脂成分の全成分質量に対する変性イソシアネート化合物(本実施例においては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)のトリメチロールプロパン(TMP)アダクト変性物)の質量(質量比%)をいう。
ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)のヌレート体(40質量部)とイソホロンジイソシアネート(IPDI)のトリメチロールプロパン(TMP)アダクト変性物(60質量部)とからなる硬化剤を調整した。又、ポリイソシアネート化合物のNCO価と架橋性主剤樹脂のOH価の比であるNCO/OH比を1.0とした。
顔料:ベンズイミダゾロン系顔料(PigmentBrown25、粒径0.08μm)、非晶質型フタロシアニン系顔料青(PigmentBlue15、粒径0.15〜0.20μm)
溶剤:酢酸エチル
上記主剤、上記硬化剤、上記ベンズイミダゾロン系顔料及び上記非晶質型フタロシアニン系顔料(ベンズイミダゾロン系顔料とフタロシアニン系顔料との含有量比が52.5:47.5、主剤の樹脂成分100質量部に対して顔料成分が40質量部)を、上記溶剤に溶解させてそれをインキ1−1とした。
主剤の樹脂成分100質量部に対して顔料成分を20質量部とした以外は、インキ1−1と同様に製造し、それをインキ1−2とした。
[主剤]
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OH価は、32mgKOH/gであり、数平均分子量は約3500であった。
溶剤:酢酸エチル
上記主剤(固形分率50質量%)、上記硬化剤(固形分率10質量%)、ジオキサジン化合物16.7質量%(主剤の樹脂成分100質量部に対して顔料成分が20質量部)
主剤の樹脂成分100質量部に対して顔料成分を10質量部とした以外は、インキ2−1と同様に製造し、それをインキ2−2とした。
溶剤:酢酸エチル
上記インキ2−1の主剤と上記インキ2−1の硬化剤と上記溶剤を質量比で18:3.4:5.4で調整し、それを透明接着剤とした。
(実施例1)
白PET(東レ社製白PET、188μm)フィルムの表面に、インキ1−1をバーコーターにて3.0g/m2塗工し、塗工されたインキ液を120℃で2分間乾燥させて基材表面に暗色インキ層を形成した。その後、暗色インキ層の表面にインキ1−2をバーコーターにて2.0g/m2塗工し、塗工されたインキ液を120℃で2分間乾燥させて暗色インキ層上に中間層を形成した。そして乾燥直後の中間層表面に透明接着剤をグラビアコートし(塗布量は5.0g/m2)、厚み5.0μm(乾燥状態)の接着剤層を、その上にポリエチレン樹脂(60μm)を積層し、45℃〜55℃、168時間のエージング処理をして過熱硬化させることにより裏面保護シートを製造した。
実施例1において、インキ1−1の代わりにインキ2−1を、インキ1−2の代わりにインキ2−2を用いた以外には実施例1と同様に裏面保護シートを製造した。
白PET(東レ社製白PET、188μm)フィルムの表面に、インキ1−1をバーコーターにて4.0g/m2塗工し、塗工されたインキ液の乾燥前に暗色インキ層表面に透明接着剤をグラビアコートし(塗布量は5.0g/m2)、厚み5.0μm(乾燥状態)の接着剤層を、その上にポリエチレン樹脂(60μm)を積層し、45℃〜55℃、168時間のエージング処理をして過熱硬化させることにより裏面保護シートを製造した。なお、層構成の断面をSEM及びEDXで確認したところ、暗色インキ層上に顔料成分の一部を含む新たな層として中間層が積層されていることが確認された。なお、当該中間層の顔料成分の濃度はEDX測定により得られた、顔料由来のピーク比で確認したところ、樹脂成分100質量部に対して2.0〜5.0質量部であった。
白PET(東レ社製白PET、188μm)フィルムの表面に、インキ1−1をバーコーターにて3.0g/m2塗工し、塗工されたインキ液を120℃で2分間乾燥させて基材表面に暗色インキ層を形成した。また、ポリエチレン樹脂(60μm)の表面に透明接着剤をグラビアコートし(塗布量は5.0g/m2)、厚み5.0μm(乾燥状態)白PETの暗色インキ層形成側に合わせて積層し、45℃〜55℃、168時間のエージング処理をして過熱硬化させることにより裏面保護シートを製造した。
比較例1において、インキ1−1の代わりにインキ2−1を用いて暗色インキ層の表面に中間層を形成したこと以外には比較例2と同様に裏面保護シートを製造した。
実施例及び比較例に係る裏面保護シート表面の色味を目視で観察したところ、実施例1、3及び比較例1については、太陽電池用素子(PVG−S社製N型6インチ単結晶両面受光タイプ)に近い色味であったのに対し、実施例2及び比較例2については太陽電池用素子に比べ若干紫がかった色味であった。そのため、実施例1及び3は意匠性の面でも特に優れた裏面保護シートであることが分かる。
実施例及び比較例の裏面保護シートを用いて、太陽電池モジュール評価用試料を製造した。透明前面基板としては、白板半強化ガラス(JPT3.2 180mm×180mm×3.2mm)、を用いた。太陽電池素子としては、PVG−S社製N型6インチ単結晶両面受光タイプの1セルを用いた。封止材層としては、エチレン−酢酸ビニルアルコール共重合体樹脂(EVA)450μmを用いた。各部材を、透明前面基板/前面封止材層/太陽電池素子/背面封止材層/裏面保護シートの順で積層し、下記のラミネート条件で、真空加熱ラミネート処理を行い、それぞれの実施例、比較例について太陽電池モジュール評価用試料を得た。
真空引き:5.0分
加圧(0kPa〜100kPa):1.0分
圧力保持(100kPa):10.0分
温度165℃
各試料の初期の出力を測定することにより、それぞれのPV特性を評価した。具体的には、ソーラーシュミレータ(英弘精機株式会社製EWXS−300S−50)を用いて、セル裏面温度25℃、照度100mW/cm2の条件で行った。測定結果と評価結果を表1に示す。
2 透明前面基板
3 前面封止材層
4 太陽電池素子
5 背面封止材層
6 裏面保護シート
60 透明接着剤層
61 反射層
62 透明密着層
63 暗色インキ層
64 中間層
Claims (6)
- 全光線を透過する透明密着層と、
750nm以上1500nm以下の近赤外線を反射する反射層と、を含む複数の層を積層してなる太陽電池モジュール用の裏面保護シートであって、
前記透明密着層と前記反射層との間には、
暗色インキ層と、中間層と、透明接着剤層がこの順で積層されていて、
前記暗色インキ層及び前記中間層は、樹脂成分と、波長750nm以上1500nm以下の近赤外線を透過する顔料成分と、を含み、
前記暗色インキ層に含まれる顔料成分の濃度が、前記暗色インキ層に含まれる樹脂成分100質量部に対して20質量部以上50質量部以下であり、
前記中間層に含まれる顔料成分の濃度が、前記暗色インキ層に含まれる顔料成分の濃度未満である裏面保護シート。 - 前記暗色インキ層及び前記中間層に含まれる顔料成分が、オキサジン系顔料を含んでなる顔料成分である請求項1に記載の裏面保護シート。
- 前記暗色インキ層及び前記中間層に含まれる顔料成分が、ベンズイミダゾロン系顔料及びフタロシアニン系顔料を含んでなる顔料成分である請求項1に記載の裏面保護シート。
- 前記ベンズイミダゾロン系顔料と前記フタロシアニン系顔料との含有量比が、質量比で40:60〜70:30の範囲にある請求項3に記載の裏面保護シート。
- 前記暗色インキ層が前記透明密着層及び/又は前記反射層の一部のみに積層されている請求項1から4のいずれかに記載の裏面保護シート。
- 請求項1から5のいずれかに記載の裏面保護シートを積層してなる太陽電池モジュール。
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