JPH11261085A - 太陽電池用裏面保護シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、安価でかつ耐環境性能の高い太陽
電池用裏面保護シートと、それを用いた太陽電池及び太
陽電池モジュールを提供する。 【解決手段】 密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．
９７（ｇ／ｃｍ³ ）以下のポリエチレン系樹脂を用い、
耐候性と防湿性を備えたシートからなることを特徴とす
る太陽電池用裏面保護シート及びこのシートを用いた太
陽電池及び太陽電池モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安価でかつ耐環境
性能の高い太陽電池用裏面保護シートと、それを用いた
太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】屋外で用いる太陽電池モジュールの場
合、機械的強度や環境雰囲気下で劣化し難い耐環境性能
を高めて信頼性を確保するため、太陽電池を強化ガラス
板や金属基板上に合成樹脂を用いて封入する構造が一般
的に用いられている。より具体的にラミネート方法によ
るモジュール構造を説明すると、強化ガラス板上にエチ
レン−ビニルアセテート共重合体（以下、「ＥＶＡ」と
いう）シート、太陽電地、ＥＶＡシート、アルミニウム
箔をフッ化ビニルシートで挟んで構成したシート（以
下、「アルミ−フッ素複合シート」という）をこの順に
積層して加熱圧着した構造のものが用いられている。さ
らに、アルミ−フッ素複合シート表面には電源取出し用
の端子ボックスがシリコーン系シーラントより固定され
ている。

【０００３】また、太陽電池がアモルファスシリコンの
ような薄膜太陽電池の場合には、強化ガラス板上に直接
太陽電池を形成し、この上にＥＶＡシート、アルミ−フ
ッ素複合シートを積層して加熱圧着したものが用いられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の構造
においては、アルミ−フッ素複合シートを用いているの
でモジュールの信頼性が高く、かつ、生産性が極めて高
いという優れた特徴を有している。しかしながら、この
アルミ−フッ素複合シートが高価であるため、モジュー
ル価格が高価なものになってしまうという問題があっ
た。また、アルミ−フッ素複合シートを用いると太陽電
池素子と複合シートのアルミニウム箔との間で短絡を起
こし易いという問題もあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
問題点を解決でき、安価にして高い信頼性と生産性も極
めて高い太陽電池用裏面保護シートを提供し、そして、
この裏面保護シートを用いた太陽電池や太陽電池モジュ
ールを提供するものであり、その要旨とするところは、
密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．９７（ｇ／ｃｍ
³ ）以下のポリエチレン系樹脂を用い、耐候性と防湿性
を備えたシートからなることを特徴とする太陽電池用裏
面保護シート及びこのシートを用いた太陽電池及び太陽
電池モジュールにある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の太陽電池用裏面保護シートは耐候性と高防湿性
を備えたシートからなり、このシートが太陽電池あるい
は太陽電池モジュールの裏面に積層されることにより太
陽電池素子は裏面保護シートで封止されることになる。
これにより太陽電池素子は、雨水の浸入はもちろん、空
気中の水蒸気の浸入からも遮断され水分から保護され
る。

【０００７】また一方で、太陽電池素子の配置されてな
い箇所を通って表面側より入ったり太陽電池の設置され
ている屋外構造物の屋根、建材から逆に照り反される太
陽光や、風雪による裏面保護シートの劣化とそれに続い
て引起される水蒸気浸入による弊害からも保護される。
さらに従来のアルミ−フッ素複合シートのように金属箔
を用いていないため、太陽電池素子との短絡も生じな
い。

【０００８】本発明の耐候性と高防湿性を備えたシート
とは密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．９７（ｇ／
ｃｍ³ ）以下のポリエチレン系樹脂からなるシートであ
り、このポリエチレン系樹脂からなるシートは特に樹脂
の構造上耐候性に優れると共に、ＥＶＡシートと構造が
類似していることから、ＥＶＡシートとの接着性にも優
れている。

【０００９】また、ポリエチレン系樹脂の密度が０．９
４〜０．９７（ｇ／ｃｍ³ ）の範囲であることから防湿
性が良好で、水蒸気の効果的な遮断と侵入防止ができ、
耐候性・防湿性に優れた太陽電池あるいは太陽電池モジ
ュールが可能となる。上記の密度範囲のポリエチレン系
樹脂は融点が高いので裏面保護シートの耐熱性向上に寄
与し、太陽電池あるいは太陽電池モジュールの加工や使
用時の熱的負荷に対して、十分な耐性を示すことができ
る。さらに、上記ポリエチレン系樹脂を用いることは汎
用樹脂であり、価格の面で安価であるという利点があ
る。

【００１０】ポリエチレン系樹脂は、エチレン単独の重
合体でも良いが、上記の特性を損なわない範囲で、他の
モノマーとの共重合体であっても構わない。例えば、無
水マレイン酸とグラフト重合したポリエチレンを用いて
ＥＶＡシートやシリコンシーラントとの接着性をより強
固にすることも可能である。ポリエチレン系樹脂からな
るシートの厚みは０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が耐
候性、防湿性や成型加工性、太陽電池あるいは太陽電池
モジュールへの積層加工性、さらには、価格の面から好
適な範囲である。ポリエチレン系樹脂からなるシートは
一般に知られている方法によりシートに成形加工でき、
具体的にはカレンダー成形、押出し成形、プレス成形等
の成形方法が好適である。

【００１１】上記のポリエチレン系樹脂からなるシート
は、その性能の信頼性をより高めるために板状充填剤、
紫外線遮蔽剤、紫外線吸収剤を添加したものも本発明に
含まれる。

【００１２】板状充填剤は樹脂中に分散してより効果的
な防湿性を確保することができる。防湿性改良の理由は
定かでないが、シートの表面に対してほぼ平行に充填剤
が、分散配向して効果的な水蒸気ブロックを形成するた
めと考えられる。さらに、上記板状充填剤の添加によ
り、耐熱性をより高めることができる。耐熱性として
は、太陽電池あるいは太陽電池モジュールの成形加工時
の加工温度１２０〜１５０℃での耐熱性と、炎天下で使
用される場合の温度、８０℃程度における耐熱性が要求
され、板状充填剤の添加で両者の耐熱性を改良できる。

【００１３】板状充填剤としては、具体的にはタルク、
マイカ、炭酸カルシウム、セリサイト、黒鉛、水酸化ア
ルミニウム、酸化鉄、各種金属箔等が挙げられ、２種以
上を混合しても良い。

【００１４】充填する板状充填剤の平均粒径はシートの
厚さによっても左右されるが、１０〜３００μｍの範囲
が好ましく、１０μｍ未満の場合は防湿性の改良効果が
少なく、３００μｍを越えると充填剤のシート中への分
散保持効果が低く、さらにシートに亀裂を生じることも
あり、同様に防湿効果が低くなる。板状充填剤の添加量
はポリエチレン系樹脂に対し４０重量％以下が望まし
い。防湿性は添加量の増大に比例して効果が上がるが、
充填剤の量が増加すると機械的強度が低下するばかりで
なく、充填剤の樹脂への分散不良やシート加工設備への
高負荷等の弊害も生じ易い。

【００１５】さらに、紫外線遮蔽剤、酸化防止剤、紫外
線吸収剤はいずれも樹脂中に分散してより効果的な耐候
性を発揮する。紫外線遮蔽剤としては、酸化チタン、酸
化亜鉛、カーボンブラックが代表的であるが、実用的に
はルチル型の結晶構造の酸化チタンが耐候性劣化による
着色が少ないので望ましい。酸化チタンが耐候性を改良
するのは、主に紫外線を遮蔽することによるので、添加
量は３〜２０重量％が望ましい。３重量％未満では遮蔽
率の効果が不十分であり、２０重量％を越えると遮蔽効
果の改良が少なくなるからである。

【００１６】酸化防止剤、紫外線吸収剤としては、一般
にプラスチックシート、フイルムに通常使用されている
ものを使用でき、酸化防止剤としてはフェノール誘導
体、アリルアミン誘導体、亜燐酸エステル等がある。紫
外線吸収剤としてはベンゾフェノン誘導体、サリチル酸
エステル、ベンゾトリアゾール誘導体、ピペリジン誘導
体、ベンゾエート誘導体、スズ有機化合物、チアゾリド
ン等が代表的なものである。

【００１７】本発明の保護シートは上記のポリエチレン
系樹脂シートを用い複数の層からなる積層シートが使用
でき、積層シートとしては次の構成からなる２種類のも
のが、好適に使用できる。（１）：ポリエチレン系樹脂
に板状充填剤を添加してなるシートを内層（太陽電池
側）、ポリエチレン系樹脂に耐候性に効果的な紫外線遮
蔽剤、酸化防止剤もしくは紫外線吸収剤のうち少なくと
も１種を添加してなるシートを外層とした構成であり、
内容、作用については上記と同様である。 （１）のシートは別々にカレンダー成形、押出し成形、
プレス成形等で得た後に熱ロールによるラミネート法や
プレス法により積層する方法の他、共押出しで同時に積
層する方法により加工することができる。

【００１８】（２）：上記（１）の構成であって、さら
に中間層としてポリエチレンテレフタレート層を積層し
た構成で、そのポリエチレンテレフタレート層により効
果的な防湿性、耐熱性を確保することができる。その他
の構成の内容については上記と同様である。（２）の積
層シートはポリエチレンテレフタレートとそれに隣接す
る層を予めシート化した後、（１）と同じ方法で加工す
ることができる。

【００１９】本発明の保護シートでは、さらに上述まで
の構成の各シートを架橋したものが好適に使用でき、架
橋の導入により、より効果的な耐熱性、接着性を確保す
ることができる。架橋度はゲル分率で１０〜８０％の範
囲が好ましく、１０％未満では架橋効果がなく、８０％
を越えると架橋効果が飽和になる上、接着性を損ない易
い。なお、ゲル分率はシートを１８０℃のトルエン中で
７時間浸漬させた後の不溶解重量分率（％）により求め
たものである。

【００２０】架橋方法としては、ポリエチレン系樹脂の
一部をシラン変性したものをシートに成形、積層加工し
た後、高温高湿下で縮合により架橋させるシラン架橋、
ポリエチレン系樹脂に過酸化物を添加してシートに成
形、積層した後に高温でラジカル反応により架橋させる
過酸化物架橋、上述までの構成のシートを成形積層加工
した後、放射線（Ｘ線、ガンマ線、ベータ線、電子線
等）を照射して架橋させる放射線架橋、等の方法により
架橋して得ることができる。

【００２１】架橋に当たっては架橋効率の調整のために
架橋反応に関する官能基を二つ以上有する架橋剤等添加
することも可能である。また、放射線架橋については、
放射線の透過性の低い電子線を用いることによってシー
トの厚さ方向に架橋反応を傾斜的に変化させて、シート
の裏と表で架橋度ならびに架橋反応と平行して起こる酸
化反応による酸化反応度を変化させて耐熱性や接着性を
調整することができる。

【００２２】上述した内容の耐候性と高防湿性を備えた
シートは、それ自身、ＥＶＡシートとの接着性を有して
いることから、隣接して改めて接着性樹脂層を設ける必
要は無いが、接着性の信頼性を高めるために、ポリエチ
レン系樹脂等からなる接着性樹脂層を設ける他、ＥＶＡ
シートとの接着面側、あるいは、端子ボックスとの接着
面側のそれぞれの面に、コロナ処理、オゾン処理等の表
面処理を行なってもよい。

【００２３】本発明の裏面保護シートについて説明した
が、次にこの裏面シート用いて裏面側を封止した太陽電
池について説明する。通常、太陽電池は強化ガラスから
なるガラス基板上に透明導電薄膜からなる透明電極とア
モルファスシリコン系半導体と金属電極を所定の形状に
積層して太陽電池素子を複数形成するとともに、この太
陽電池素子を必要に応じて直列または並列に接続して必
要とする電圧と電流を得るように構成されている。

【００２４】この太陽電池は、太陽電池素子を保護する
ため、太陽電池素子側の面に、上記裏面保護シートが配
設され、加熱接着される。裏面保護シートによって封止
された太陽電池は耐候性と高防湿性を備えたポリエチレ
ン系樹脂を主成分とする本発明の保護シートによって、
太陽電池素子が覆われている。したがって、太陽電池素
子は優れた耐水蒸気透過性を有し、その特性の維持確保
を図ることができる。また、前述と同様の構成にかかる
太陽電池素子の側に、前述と同様のシートからなる裏面
保護シートをＥＶＡシートによって真空ラミネート法を
用いて加熱接着しても良い。

【００２５】つぎに、以上ではアモルファスシリコン系
半導体層を用いた太陽電池素子を例に説明したが、本発
明における太陽電池素子は結晶系のものであってもよ
い。すなわち、太陽電池素子はシリコン単結晶のウエハ
ーから作製された半導体層の片面に透明電極を形成する
とともに他の片面に金属電極を形成して構成されてい
て、複数の太陽電池素子はワイヤーボンデイングにより
直列・並列に接続され、所定の電流・電圧を出力し得る
ように太陽電池が構成されている。

【００２６】かかる太陽電池は、強化ガラス／ＥＶＡシ
ート／、太陽電池／ＥＶＡシート／裏面保護シートの順
に積層し、真空ラミネート法を用いて加熱接着されて、
強化ガラスと裏面保護シートとの間に封止される。裏面
保護シートは、前述と同様に耐候性とともに高防湿性を
確保することができる。

【００２７】以上本発明について種々説明したが、本発
明は説明に用いた例に限定されるものでないことはいう
までもなく、たとえば、上述の例を種々組み合わせて実
施することも可能である。

【００２８】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。

【００２９】

【実施例】［実施例１］ポリエチレン樹脂（密度０．９
５２（ｇ／ｃｍ³ ）、メルトフローレート０．５５（ｇ
／１０分）を押出機を用いて２１０℃の温度の口金か
ら、厚さ０．２０ｍｍのシートを押出し、これを太陽電
池用裏面保護シートとした。このシートを用いて耐候
性、防湿性、耐熱性を評価し、その結果を表１に示し
た。なお、各特性の評価方法は以下の通りである。

【００３０】（耐候性）５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさ
で厚さ３ｍｍのガラス板上に、同じ大きさで厚さ０．４
mmのＥＶＡシート、太陽電池用裏面保護シートの順に重
ね、１００℃の温度で熱プレスして仮接着し、１５０℃
のオーブン中で１時間放置して、接着（ＥＶＡシートの
架橋）を完了し、太陽電池に相当する評価用サンプルを
得た。これを太陽電池用裏面保護シートが光源側に向く
ようにして、サンシャインウエザーメータにより、５０
０時間、促進劣化させた後、サンプルの状態を、目視、
触感により以下の４段階評価で評価し、その結果を表１
に示した。

【００３１】 ◎…色、外観、密着性ともに全く変化なし。 ○…色、外観、密着性に僅かに変化が見られ、実用性は
損なわれない。 △…色、外観、密着性に変化が見られ、部分的に実用性
が損なわれる。 ×…色、外観、密着性がかなり変化して、実用に耐えな
い。

【００３２】（防湿性）太陽電池用裏面保護シートその
ものを、４０℃、９０％（相対湿度）下にて、ＪＩＳＫ
７１２９により、透湿度を測定し、以下の４段階評価を
行った。 ◎…透湿度が１（ｇ／ｍ² ・２４ｈｒ・ａｔｍ・０．１
ｍｍ）未満 ○…透湿度が１〜２（ 〃 ） △…透湿度が２．１〜５（ 〃 ） ×…透湿度が５（ 〃 ）を越えるもの。

【００３３】（耐熱性）５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさ
で厚さ３ｍｍのガラス板上に、同じ大きさで厚さ０．４
ｍｍのＥＶＡシート、太陽電池裏面保護シートの順に重
ね、１００℃の温度で熱プレスして仮接着し、太陽電池
の加工完了直前に相当する評価用サンプルを得た。これ
を１５０℃のオーブン中で１時間、この向きを保ったま
ま放置した直後の太陽電池用裏面保護シートの状態を目
視により観察して、以下の４段階評価を行った。 ◎…寸法変化、端部の撓みが全く見られない。 ○…寸法変化は無く、端部が僅かに撓む程度で、実用性
は損なわれない。 △…寸法変化、端部の撓みが見られ、部分的に実用性が
損なわれる。 ×…寸法が大きく変化し、実用性は損なわれる ［実施例２］実施例１と同じポリエチレン樹脂１００重
量部に、平均粒径３０μｍのマイカを４０重量部、ルチ
ル型の酸化チタン１０重量部、ピペリジン系紫外線吸収
剤０．５重量部、フェノール系酸化防止剤０．１重量部
を混合し、押出機を用いて、厚さ０．１５ｍｍに成形し
て太陽電池用裏面保護シートを得た。このシートを用い
て実施例１と同様の評価を行い、その結果を表１に示し
た。

【００３４】［実施例３］実施例１と同じポリエチレン
樹脂１００重量部に、平均粒径３０μｍのマイカを４０
重量部混合し、押出機を用いて、厚さ０．１０ｍｍに成
形したものと、実施例１と同じポリエチレン樹脂１００
重量部に、ルチル型の酸化チタン１０重量部、ピペリジ
ン系紫外線吸収剤０．５重量部、フェノール系酸化防止
剤０．１重量部を混合し、押出機を用いて、厚さ０．０
５ｍｍに成形したものをプレス法により１８０℃にて積
層成形し、マイカを混合したシートを内層とした太陽電
池用裏面保護シートを得た。このシートを用いて実施例
１と同様の評価を行い、その結果を表１に示した。

【００３５】［実施例４］実施例１と同じポリエチレン
樹脂を実施例１と同様にして厚さ０．０６ｍｍに成形
し、予め、用意したポリウレタン樹脂をアンカーコート
したポリエチレンテレフタレートフイルム（厚さ３８μ
ｍ）の両面に重ねて熱プレス法により、１８０℃にて積
層成形して太陽電池用裏面保護シートを得た。このシー
トを用いて実施例１と同様の評価試験を行い、その結果
を表１に示した。

【００３６】［実施例５］実施例１と同じシートを用
い、さらに片面より加速電圧１５０ｋｖで電子線を３０
Ｍｒａｄ照射して、ゲル分率４４％に架橋した。非照射
面を内層とした太陽電池用裏面保護シートを得た。この
シートを用いて、実施例１と同様の評価を行い、その結
果を表１に示した。

【００３７】［比較例１］ポリエチレン樹脂（密度０．
９２３（ｇ／ｃｍ³ ）、メルトフローレート０．３（ｇ
／１０分）を押出機を用いて、口金（温度２００℃）か
ら厚さ０．２０ｍｍに成形して、太陽電池用裏面保護シ
ートを得た。このシートを用いて実施例１と同様の評価
を行い、その結果を表１に示した。

【００３８】［比較例２］アルミニウム箔をフッ化ビニ
ルシートで挟んで構成したアルミ−フッ素複合シート
（厚さ０．０８ｍｍ）を用いて、実施例１と同様の評価
を行い、その結果を表１に示した。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１から本発明の太陽電池用裏面保護シー
トである実施例１乃至実施例５については、いずれの評
価項目についても優れていることが分かる。これに対し
て、密度が低すぎるポリエチレン樹脂を使用した比較例
１については防湿性、耐熱性に劣り、従来のアルミ−フ
ッ素複合シートを使用した比較例２では価格面で劣るこ
とが分かる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明の太陽電池用裏面保
護シートは、ポリエチレン系樹脂を主成分とする構成か
らなるため、安価でありながら耐環境性能に優れてい
る。そして、この太陽電池用裏面保護シートは汎用の方
法で成形、加工できるので大量生産にも適したものであ
り、耐環境性能の高い太陽電池や太陽電池モジュールを
得ることができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．
   ９７（ｇ／ｃｍ³ ）以下のポリエチレン系樹脂を用い、
   耐候性と防湿性を備えたシートからなることを特徴とす
   る太陽電池用裏面保護シート。
2. 【請求項２】 密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．
   ９７（ｇ／ｃｍ³ ）以下のポリエチレン系樹脂に板状充
   填剤と、紫外線遮蔽剤、酸化防止剤、もしくは紫外線吸
   収剤のうち、少なくとも１種を添加した配合物からなる
   請求項１記載の太陽電池用裏面保護シート。
3. 【請求項３】 熱可塑性ポリエステル樹脂フイルムの両
   側に、請求項１又は２記載のシート同志を積層してなる
   太陽電池用裏面保護シート。
4. 【請求項４】 密度０．９４（ｇ／ｃｍ³ ）以上、０．
   ９７（ｇ／ｃｍ³ ）以下のポリエチレン系樹脂に板状充
   填剤を添加した配合物からなるシートと、上記ポリエチ
   レン系樹脂に、紫外線遮蔽剤、酸化防止剤もしくは紫外
   線吸収剤のうち、少なくとも１種を添加した配合物から
   なるシートとを積層したことを特徴とする太陽電池用裏
   面保護シート。
5. 【請求項５】 請求項４の積層シートの中間に熱可塑性
   ポリエステル樹脂フイルムを挟んだことを特徴とする太
   陽電池用裏面保護シート。
6. 【請求項６】 耐候性と高防湿性を備えたシートが請求
   項１乃至請求項５のいずれかでゲル分率が１０〜８０％
   なる範囲に架橋されたことを特徴とする太陽電池用裏面
   保護シート。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６記載のシートを用
   いた太陽電池及び太陽電池モジュール。