JPWO2013051661A1 - 太陽電池用白色ポリエステルフィルム、これを用いた太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池用白色ポリエステルフィルム、これを用いた太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュール Download PDF

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Abstract

本発明の目的は、良好な光反射性を有しながら、耐光性および耐加水分解性に代表される環境耐久性に優れた太陽電池用白色ポリエステルフィルム、これを用いた太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュールを提供することである。上記目的を達成することができた本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、白色度が50以上、波長400〜800nmの範囲における平均反射率が50〜95%、酸価が1〜50eq/ton、厚みが30〜380μmである太陽電池用ポリエステルフィルムであり、10〜35質量%の無機微粒子を含有する無機微粒子集中含有層が少なくとも一方の最外層として配置された多層構造を有しており、上記無機微粒子集中含有層の厚みがポリエステルフィルム全体の厚みに対して5〜30%であり、ポリエステルフィルム全体における無機微粒子の含有量が2〜10質量%であることを特徴とする。

Description

本発明は、高い白色度と良好な光反射性を有しながら、耐光性および耐加水分解性に優れた太陽電池用白色ポリエステルフィルム、これを用いた太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュールに関する。
近年、太陽電池は次世代のクリーンエネルギー源として注目を集めている。太陽電池モジュールには、その裏面を封止する裏面封止シートなどの構成部材が使用され、これらの構成部材にはベースフィルムが用いられる。太陽電池は屋外で長期にわたり使用されるため、これらの構成部材やこれらの構成部材に使用されるベースフィルムには自然環境に対する耐久性が求められる。
太陽電池裏面封止シート用のベースフィルムとしては、耐UV性や隠蔽性などを高めるという目的で、白色顔料などが添加されたフッ素系フィルム、ポリエチレン系フィルムまたはポリエステル系フィルムが用いられてきた(特許文献1〜9)。
特開平11−261085号公報 特開2000−114565号公報 特開2004−247390号公報 特開2002−134771号公報 特開2006−270025号公報 特開2007−184402号公報 特開2007−208179号公報 特開2008−85270号公報 WO2007−105306号公報
特許文献1〜9にも記載のように、太陽電池裏面封止シートの構成部材として白色ベースフィルムを用いることにより、太陽光を反射させ、発電効率を上げることが可能であった。しかし、これらの白色ベースフィルムには多量の白色顔料粒子を添加する必要があり、多量に添加した粒子の分散性や混合状態を良好にするため、粒子と樹脂を予備混合した原料を作製する工程や、通常の押出工程でも溶融時間を長くすることなどの手法が採られており、こういった多数の熱履歴が加えられる結果、樹脂が劣化しやすくなり、得られたベースフィルムを太陽電池裏面封止シートに使用する場合に、高温高湿度下において耐久性に乏しいという問題があった。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、高い白色度と良好な光反射性を有しながら、耐光性および耐加水分解性に代表される環境耐久性に優れた太陽電池用白色ポリエステルフィルム、これを用いた太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュールを提供することにある。
上記問題を解決することができた本発明にかかる太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、白色度が50以上、波長400〜800nmの範囲における平均反射率が50〜95%、酸価が1〜50eq/ton、厚みが30〜380μmである太陽電池用ポリエステルフィルムであり、10〜35質量%の無機微粒子を含有する無機微粒子集中含有層が少なくとも一方の最外層として配置された多層構造を有しており、上記無機微粒子集中含有層の厚みがポリエステルフィルム全体の厚みに対して5〜30%であり、ポリエステルフィルム全体における無機微粒子の含有量が2〜10質量%であることを特徴とする。
上記無機微粒子はルチル型を主体とする二酸化チタンであることが好ましい。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、長手方向の150℃での熱収縮率が0.2〜3.0%であることが好ましい。105℃、100%RH、0.03MPa、200時間処理の条件で促進加水分解試験後の破断伸度保持率が60〜100%であることが好ましい。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、63℃、50%RH、UV照射強度100mW/cm2、100時間照射の条件で促進光劣化試験後の破断伸度保持率が35%以上であることが好ましい。上記促進光劣化試験後のカラーb*値の変化が12以下であることが好ましい。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、ポリエステルフィルムの少なくとも一方の表面に脂肪族系ポリカーボネートポリオールを構成成分とするポリウレタン樹脂を含有する塗布層が配置されてもよい。
なお、本発明は、上記太陽電池用白色ポリエステルフィルムを用いた太陽電池裏面封止シート、および、太陽電池裏面封止シートと太陽電池裏面封止シートに隣接する充填剤層と充填剤層に埋設された太陽電池素子を備える太陽電池モジュールも含まれる。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、光反射性と環境耐久性を両立したものである。本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムを用いることにより、良好な光反射性を有しながら、環境耐久性に優れた、安価で軽量な太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュールを提供することが可能となった。
本発明にかかる太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、白色度が50以上、波長400〜800nmの範囲における平均反射率が50〜95%、酸価が1〜50eq/ton、厚みが30〜380μmである太陽電池用ポリエステルフィルムであり、10〜35質量%の無機微粒子を含有する無機微粒子集中含有層が少なくとも一方の最外層として配置された多層構造を有しており、上記無機微粒子集中含有層の厚みがポリエステルフィルム全体の厚みに対して5〜30%であり、ポリエステルフィルム全体における無機微粒子の含有量が2〜10質量%であることを特徴とする。
<ポリエステル樹脂>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムに使用されるポリエステル樹脂とは、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸のごとき芳香族ジカルボン酸またはそのエステルと、エチレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールのごときグリコールとを重縮合させて製造されるものであり、ホモポリマーであってもよく、第三成分を共重合したコポリマーであってもよい。
かかるポリエステル樹脂の代表例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレートなどが挙げられる。
第三成分を共重合した場合、エチレンテレフタレート単位、ブチレンテレフタレート単位またはエチレン−2,6−ナフタレート単位のモル比率は、70モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましい。
上記ポリエステル樹脂は、芳香族ジカルボン酸とグリコールとを直接重縮合させる方法のほか、芳香族ジカルボン酸のアルキルエステルとグリコールとをエステル交換反応させた後に重縮合させる方法、芳香族ジカルボン酸のジグリコールエステルを重縮合させる方法などによって製造することができる。
重縮合触媒としては、アンチモン化合物、チタン化合物、ゲルマニウム化合物、スズ化合物、アルミニウムおよび/またはアルミニウム化合物、芳香環を分子内に有するリン化合物、リン化合物のアルミニウム塩などが挙げられる。
重縮合反応の後、ポリエステル樹脂から触媒を除去するか、またはリン系化合物などを添加することで触媒を失活させることによって、ポリエステル樹脂の熱安定性をさらに高めることができる。また、ポリエステル樹脂の特性、加工性、色調に問題が生じない範囲内において、重縮合触媒は適量共存してもよい。
ポリエステル樹脂を製造する際には、テレフタル酸のエステル化反応時やテレフタル酸ジメチルのエステル交換反応時にジアルキレングリコールが副生する。ジアルキレングリコールがポリエステル樹脂に多く含まれると、得られたフィルムは高温環境に曝される場合、耐熱性が低下するおそれがある。そのため、本発明で使用されるポリエステル樹脂におけるジアルキレングリコールの含有量は一定範囲に抑えることが好ましい。
具体的には、代表的なジアルキレングリコールとしてジエチレングリコールを例にすると、ポリエステル樹脂におけるジエチレングリコールの含有量は2.3モル%以下が好ましく、2.0モル%以下がより好ましく、1.8モル%以下がさらに好ましい。ジエチレングリコールの含有量を2.3モル%以下とすることで、熱安定性を高めることができ、乾燥時、成形時の分解による酸価の上昇を抑えることができる。なお、ジエチレングリコールは少ない方がよいが、ポリエステル樹脂を製造する際に副生するものなので、現実的にはその含有量の下限は1.0モル%、さらには1.2モル%である。
本発明ではポリエステルフィルムに耐久性を付与するために、用いるポリエステル樹脂の固有粘度は0.65dl/g以上が好ましく、0.67dl/g以上がより好ましく、0.90dl/g以下が好ましく、0.75dl/g以下がより好ましい。ポリエステル樹脂の固有粘度を上記範囲にすることで、良好な生産性を得るとともに、形成したフィルムの耐加水分解性、耐熱性を高めることができる。一方、固有粘度が0.65dl/gより低い場合は、形成したフィルムの耐加水分解性、耐熱性が劣る場合がある。また、0.90dl/gより高い場合は、生産性が低下する場合がある。ポリエステル樹脂の固有粘度を上記範囲に調整するためには、重合後に固相重合を施すことが望ましい。
酸価で表されるポリエステル樹脂のカルボキシル末端は自己触媒作用により加水分解を促進する作用がある。太陽電池用部材として高度な耐加水分解性を得るために、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの酸価はポリエステルに対して1〜50eq/tonの範囲にあることが重要である。上記酸価はポリエステルに対して2eq/ton以上が好ましく、3eq/ton以上がより好ましく、40eq/ton以下が好ましく、30eq/ton以下がより好ましい。酸価が50eq/tonより大きい場合は、フィルムの耐加水分解性が低下し、早期劣化が生じやすくなる。
フィルムの酸価を上記範囲にするには、原料樹脂として用いるポリエステル樹脂の酸価を一定範囲に抑えることが好ましい。具体的には、ポリエステル樹脂の酸価は50eq/ton未満が好ましく、25eq/ton以下がより好ましく、20eq/ton以下がさらに好ましい。また、フィルムの酸価は小さい方が好ましいが、生産性の点から0.5eq/tonが下限である。ポリエステル樹脂やフィルムの酸価は後記する滴定法により測定することができる。
ポリエステル樹脂の酸価を上記範囲に制御するためには、樹脂の重合条件、詳しくは、エステル化反応装置の構造などの製造装置要因や、エステル化反応装置に供給するスラリーのジカルボン酸とグリコールの組成比、エステル化反応温度、反応圧および反応時間などのエステル化反応条件もしくは固層重合条件などを適宜設定すればよい。また、押出機へ供給するポリエステルチップの水分量を制御したり、溶融工程での樹脂温度を制御することも有効である。さらに、エポキシ化合物やカルボジイミド化合物などによりカルボキシル末端を封鎖することも好ましい方法である。
例えば、ポリエステルチップを押出機に供給する際、酸価上昇を抑えるためには、十分乾燥したポリエステルチップを用いることが好ましい。具体的には、ポリエステルチップの水分量は100ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、30ppm以下がさらに好ましい。
ポリエステルチップの乾燥方法は、減圧乾燥や加熱乾燥など公知の方法を用いることができる。例えば、加熱乾燥の場合、加熱温度は100〜200℃が好ましく、120〜180℃がより好ましい。乾燥時間は1時間以上が好ましく、3時間以上がより好ましく、6時間以上がさらに好ましい。
また、ポリエステル樹脂の酸価を抑えるために、溶融工程での樹脂温度を一定範囲に制御することも有効である。具体的には、溶融温度は280〜310℃であることが好ましく、290〜300℃であることがより好ましい。溶融温度を上げることにより押出機内での濾過時の背圧が低下し、良好な生産性を奏することができるが、溶融温度が310℃よりも高くなると、樹脂の熱劣化が進行し、樹脂の酸価が上昇するため、得られたフィルムの耐加水分解性が低下する場合がある。
なお、ポリエステル樹脂中には、使用する目的に応じて、蛍光増白剤、紫外線防止剤、赤外線吸収色素、熱安定剤、界面活性剤、酸化防止剤などの各種添加剤を1種もしくは多種含有させることもできる。
酸化防止剤としては、芳香族アミン系、フェノール系などの酸化防止剤が使用可能であり、熱安定剤としては、リン酸やリン酸エステル等のリン系、イオウ系、アミン系などの熱安定剤が使用可能である。
<無機微粒子>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムに使用される無機微粒子としては、特に限定されるものではなく、二酸化チタン、硫酸バリウム、シリカ、カオリナイト、タルク、炭酸カルシウム、ゼオライト、アルミナ、カーボンブラック、酸化亜鉛、硫化亜鉛などが例示できる。白色度と生産性を向上させる点からは白色顔料である二酸化チタンまたは硫酸バリウムが好ましく、二酸化チタンがより好ましい。
上記無機微粒子の平均粒径は、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、3μm以下が好ましく、2.5μm以下がより好ましい。無機微粒子の平均粒径を上記範囲にすることで、光散乱効果によるフィルムの白色度を高めると共に、好適に製膜を行うことができる。一方、平均粒径が0.1μm未満の場合は、光散乱効果の不足でフィルムに必要な白色度が得られないおそれがある。また、平均粒径が3μm超の場合は、製膜中にフィルムの破断が生じやすくなり、製膜をうまく行えないおそれがある。
本発明において無機微粒子の平均粒径は以下の電子顕微鏡法により求めることができる。具体的には、無機微粒子を走査型電子顕微鏡で観察し、粒子の大きさに応じて適宜倍率を変え、写真を撮影し、写真撮影したものを拡大コピーし、ランダムに選んだ少なくとも100個以上の微粒子について、各粒子の外周をトレースし、画像解析装置にてこれらのトレース像から粒子の円相当径を測定し、それらの平均値を平均粒径とする。
太陽電池は屋外において長時間で太陽光の照射を受けるため、光劣化に対する耐久性(耐光性)が要求される。耐光性を向上させる点からは、本発明のフィルムに用いる無機微粒子はルチル型を主体とする二酸化チタン微粒子が好ましい。
二酸化チタンでは、主にルチル型とアナターゼ型の2つの結晶形態が知られている。アナターゼ型は紫外線の分光反射率が非常に大きいのに対し、ルチル型は紫外線の吸収率が大きい(即ち、分光反射率が小さい)という特性を有する。二酸化チタンの結晶形態におけるこうした分光特性の違いに着目し、ルチル型の紫外線吸収性能を利用することで、フィルムの耐光性を好適に向上させることができ、フィルムの光劣化による着色も低減させることが可能となる。これにより、本発明のより好適な態様においては、ほかの紫外線吸収剤を実質的に添加しなくても耐光性に優れる。そのため、紫外線吸収剤のブリードアウトによる汚染や密着性の低下のような問題が生じにくい。
なお、ここでいう「主体」とは、全二酸化チタン微粒子中のルチル型二酸化チタンの含有量が50質量%を超えていることを意味する。また、全二酸化チタン微粒子中のアナターゼ型二酸化チタンの含有量は10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、0質量%が最も好ましい。アナターゼ型二酸化チタンの含有量が10質量%を超えると、全二酸化チタン微粒子中に占めるルチル型二酸化チタンの含有量が少なくなるために紫外線吸収性能が不十分となる場合があるほか、アナターゼ型二酸化チタンは光触媒作用が強いため、この作用によっても耐光性が低下する傾向にある。ルチル型二酸化チタンとアナターゼ型二酸化チタンとはX線構造回折や分光吸収特性により区別することができる。
なお、本発明のルチル型を主体とする二酸化チタン微粒子表面に、アルミナやシリカなどによる無機処理、またはシリコーン系やアルコール系などによる有機処理を施してもよい。
上記構成において本発明のフィルムは光照射下でも優れた耐光性を奏することができる。具体的には、63℃、50%RH、照射強度100mW/cm2で100時間UV照射した場合、フィルムの破断伸度保持率を好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上に維持することができる。このように光照射によっても本発明のフィルムは光分解や劣化が抑制されるため、屋外で用いられる太陽電池の裏面封止シートとして好適である。
フィルム中への無機微粒子の添加は公知の方法を用いることが可能であるが、熱履歴を低減させる点からは、予めポリエステル樹脂と無機微粒子を押出機で混合しておくマスターバッチ法(MB法)が好ましい。中でも、予め乾燥していないポリエステル樹脂と無機微粒子を押出機に投入し、水分や空気などを脱気しながらマスターバッチを作製する方法を採用することができるが、予め少しでも乾燥したポリエステル樹脂を用いてマスターバッチを作製する方がポリエステル樹脂の酸価上昇を抑えられるため好ましい。この場合、脱気しながらマスターバッチを作製する方法や、十分乾燥したポリエステル樹脂により脱気をせずに作製する方法が挙げられる。このようにポリエステル樹脂への無機微粒子の添加態様を制御することにより、高濃度の無機微粒子を含みながら好適にポリエステル樹脂の酸価を低く保持することができるから、高い白色度や光反射率を有しながら、耐光性と耐加水分解性とを両立したフィルムが得られやすい。
上記のように、マスターバッチを作製する際、投入するポリエステル樹脂は予め乾燥により水分率を低減させることが好ましい。乾燥条件としては、好ましくは100〜200℃、より好ましくは120〜180℃において、好ましくは1時間以上、より好ましくは3時間以上、さらに好ましくは6時間以上乾燥する。これにより、ポリエステル樹脂の水分量を好ましくは50ppm以下、より好ましくは30ppm以下になるように十分乾燥する。
脱気しながらマスターバッチを作製する場合は、250〜300℃、好ましくは270〜280℃の温度でポリエステル樹脂を融解し、予備混練機に一つ、好ましくは二つ以上の脱気口を設け、0.05MPa以上、好ましくは0.1MPa以上の連続吸引脱気を行い、混合機内の減圧を維持することなどの方法を採用することが好ましい。
なお、予備混合の方法は特に限定されず、バッチによる方法でもよいし、単軸もしくは二軸以上の混練押出機によってもよい。
<無機微粒子集中含有層>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムでは、10〜35質量%の無機微粒子を含有する無機微粒子集中含有層が少なくとも一方の最外層として配置される。また、無機微粒子集中含有層における無機微粒子の含有量は、11質量以上%が好ましく、28質量%以下が好ましく、21質量%以下がより好ましい。無機微粒子の含有量を上記範囲にすることで、高い白色度や反射率を有しながら、環境耐久性に優れた太陽電池用白色ポリエステルフィルムを得ることができる。一方、含有量が10質量%より低い場合、フィルムの白色度や反射率が不十分となり、フィルムの光劣化が進みやすくなる。また、35質量%を超えると、樹脂中に均一に分散させるため、多数の熱履歴が必要となり、前記した従来の問題を解決できない。
また、フィルム全体における無機微粒子の含有量は2〜10質量%とする。好ましくは、3質量%以上、8質量%以下である。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、少なくとも2層の積層構成であり、それ以上の多層構造であっても構わないが、無機微粒子含有量の多い層(無機微粒子集中含有層)が少なくとも一方の最外層となるような構成をとる。例えば、無機微粒子集中含有層をA層とし、無機微粒子集中含有層より無機微粒子含有量の少ない他の層をB層とする時、A層/B層、A層/B層/A層などの構成をとることができる。好ましい構成としては2層構成が挙げられ、バックシートとした時に、直接太陽光に接する側の最外層に無機粒子を多く含んだ層を配置することでフィルム自身、及びバックシートを構成する内層の部材フィルム、シートや接着層の紫外線などによる劣化を効率的に防止する。
紫外線などによる劣化防止のために設けられる層にはある程度高い濃度の無機微粒子を添加させるため、表面粗さも大きくなってしまい、層間の密着も得にくくなる。2層構成とすることの利点は、反対面の無機微粒子濃度を低く抑えることができるため、そのような問題は生じないことが好ましい理由の一つである。
2層構成(A層/B層)または3層構成(A層/B層/A層)とする場合、フィルム全層に対して最外層であるスキン層(A層)の厚み(片面、もしくは両面スキン層合計の厚み)は5〜30%とする。スキン層(A層)の厚み比率は8%以上が好ましく、10%以上がより好ましく、15%以上がさらに好ましい。また、28%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、25%以下がさらに好ましい。スキン層の厚み比率を上記範囲にすることで、白色度、反射率と環境耐久性とが両立した太陽電池封止用白色ポリエステルフィルムが得られる。一方、スキン層の厚み比率が上記下限よりも低い場合には、フィルム光劣化が徐々に厚み方向へ進むおそれがある。また、スキン層の厚み比率が上記上限よりも高い場合には、フィルム全体の耐加水分解性に劣る傾向にある。
特に、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、上記厚み比率を満足する2層からなる構成が好ましい。光劣化は太陽光が直接侵入する側の最外層から厚み方向へ徐序に進む。そのため、無機微粒子集中含有層は何層にも分けて設置するよりも、太陽光が直接侵入する側の最外層に一層設けることにより、この層に効率的に光劣化を防止する機能を集中させることができる。また、中間層に無機微粒子集中含有層を配置した場合には、樹脂劣化によりフィルム剥離が生じるおそれがあり、そのような観点からも、無機微粒子集中含有層は太陽光が直接侵入する側の最外層のみに存在することが好ましい。本発明のフィルムは2層構成とし、太陽光が直接侵入する側の最外層に無機微粒子含有量を集中させ、フィルム全体としては無機微粒子含有量を低めに抑えることで、高い白色度や光反射率、耐UV性能、耐加水分解性を高度に両立させることが可能となる。
<無機微粒子含有量が少ない他の層>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムでは、上記無機微粒子集中含有層より無機微粒子含有量の少ない他の層が含まれていもよい。この他の層における無機微粒子の含有量は、上記無機微粒子集中含有層における無機微粒子の含有量より少なければよいが、上記の理由で、無機微粒子集中含有層における無機微粒子の含有量との差が10質量%以上が好ましい。
<機能付与層>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムに易接着性、絶縁性、耐擦傷性などの各種機能が要求される場合、その表面がコーティングなどにより高分子樹脂で被覆されてもよい。また、易滑性が要求される場合、上記被覆層に無機および/または有機粒子が含まれてもよい。
易接着性が要求される場合、フィルムの少なくとも一方の表面に水溶性または水分散性の共重合ポリエステル樹脂、アクリル樹脂およびポリウレタン樹脂の内、少なくとも1種を含む水性塗布液を用いて塗布層を設けることが好ましい。これらの塗布液としては、例えば、特許第3567927号公報、特許第3589232号公報、特許第3589233号公報などに開示された水性塗布液が挙げられる。
特に本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、EVAやPVBなどのオレフィン樹脂の充填剤層と接する面に用いる場合、充填剤層に対する易接着性を奏するため、水性塗布液にポリウレタン樹脂を含有させることが好適である。中でも、耐熱性、耐加水分解性に優れて、太陽光による黄変防止の点から、脂肪族系ポリカーボネートポリオールを構成成分とするポリウレタン樹脂を含有させることが好ましい。このようなポリウレタン樹脂を含有させることで、フィルムの湿熱下での接着性を向上させることができる。
脂肪族系ポリカーボネートポリオールとしては、脂肪族系ポリカーボネートジオールや脂肪族系ポリカーボネートトリオールなどが挙げられるが、脂肪族系ポリカーボネートジオールの数平均分子量としては、好ましくは1500〜4000であり、より好ましくは2000〜3000である。脂肪族系ポリカーボネートジオールの数平均分子量が1500より小さいと、強硬なウレタン成分が増加し、基材の熱収縮による応力を緩和できず、接着性が低下する場合がある。また、数平均分子量が4000を超えると、接着性や高温高湿処理後の強度が低下する場合がある。
脂肪族系ポリカーボネートポリオールのモル比は、ポリウレタン樹脂の全ポリイソシアネート成分を100モル%としたときに、3モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましく、60モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。モル比が3モル%未満の場合は、水分散性が困難になる場合がある。また、60モル%を超えると、耐水性が低下するため耐湿熱性が低下する。
上記ポリウレタン樹脂のガラス転移温度は特に限定されないが、0℃未満が好ましく、−5℃未満がより好ましい。これにより、加圧接着の際に部分的に溶融したEVAやPVBなどのオレフィン樹脂と粘度が近くなり、部分的混合により接着性が向上し、好適な柔軟性が奏しやすい。
<太陽電池用白色ポリエステルフィルムの製造方法>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの製造方法は、特に制限されるものではないが、各層形成用のポリエステルチップを別々の押出機に供給した後、溶融状態で積層して同一のダイから押し出す共押出法が好ましい。例えば、無機微粒子集中含有層を含む2層構成のフィルムを製造する場合、無機微粒子を多く含んだポリエステルチップ(無機微粒子集中含有層用樹脂チップ)と、これより無機微粒子の含有量が少ないポリエステルチップ(他の層用樹脂チップ)を別々の押出機に供給した後、溶融状態で積層して同一のダイから押し出せばよい。
ポリエステルチップを押出機に供給する際、酸価上昇を抑えるためには、十分乾燥したポリエステルチップを用いることが好ましい。具体的には、ポリエステルチップの水分量は100ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、30ppm以下がさらに好ましい。
ポリエステルチップの乾燥方法は、減圧乾燥や加熱乾燥など公知の方法を用いることができる。例えば、加熱乾燥の場合、加熱温度は100〜200℃が好ましく、120〜180℃がより好ましい。乾燥時間は1時間以上が好ましく、3時間以上がより好ましく、6時間以上がさらに好ましい。
押出機内におけるポリエステルチップの溶融温度は、280〜310℃が好ましく、290〜300℃がより好ましい。溶融温度を上げることにより押出機内での濾過時の背圧が低下し、良好な生産性を奏することができるが、溶融温度が310℃よりも高くなると、樹脂の熱劣化が進行し、樹脂の酸価が上昇するため、得られたフィルムの耐加水分解性が低下する場合がある。
次いで、別々の押出機で溶融した各層形成用のポリエステル樹脂を溶融状態で積層して同一のダイからシート状に押し出し、冷却ロールで引き取ることにより未延伸フィルムを形成する。
得られた未延伸フィルムは二軸配向処理により延伸する。延伸方法としては、得られた未延伸フィルムを加熱ロールや非接触ヒーターで加熱した後、速度差をもったロール間で延伸(ロール延伸)を行い、次いでクリップにて一軸延伸したフィルムの両端部を把持し、オーブン内で加熱した後に幅方向に延伸(テンター延伸)を行い、さらに高い熱をかけて熱固定を行う逐次二軸延伸法や、縦、横方向に同時に延伸を行える機構を有するテンターで延伸(テンター同時二軸延伸)を行う同時二軸延伸法、空気圧で拡げることによる延伸を行うインフレーション延伸法などが挙げられる。これらの延伸工程において、得られたフィルムの破断伸度を好適に保持するために、縦横の延伸倍率比を適宜に制御することによって縦横の配向バランスをとることが好ましい。
高度な熱寸法安定性が要求される場合は、フィルムに縦緩和処理を施すことが望ましい。縦緩和処理の方法としては、公知の方法、例えばテンターのクリップ間隔を徐々に狭くして縦緩和処理を行う方法(特公平4−028218号公報)や、テンターの内で剃刀を入れフィルムの端部を切断してクリップの影響を避けて縦緩和処理を行う方法(特公昭57−54290号公報)などが例示できる。また、オフラインで熱をかけて緩和させる方法を用いてもよい。さらに、上記延伸工程において、延伸条件を適宜に制御することによってフィルムに高度な熱寸法安定性を付与することもできる。
なお、フィルムに各種機能を付与するために、フィルムの表面にコーティングなどにより高分子樹脂を被覆したり、被覆層中に無機および/または有機粒子を含有させたりすることもできる。付与する方法は特に限定されず、例えば、易接着性などを付与するための塗布層を形成する場合は、塗布層をフィルム製膜後(オフラインコート法)に設けてもよいし、フィルム製膜中(インラインコート法)に設けてもよい。生産性の点からはフィルム製膜中に設けることが好ましい。
<太陽電池用白色ポリエステルフィルムの特性>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの厚みは30〜380μmとする。35μm以上が好ましく、40μm以上がより好ましく、250μm以下が好ましく、230μm以下がより好ましい。フィルムの厚みを上記範囲にすることで、電気絶縁性に優れると共に、軽量化や薄膜化されやすい。一方、フィルムの厚みが380μmより大きい場合は、軽量化や薄膜化に対応しにくい。また、30μmより小さい場合は、電気絶縁効果が奏しにくい。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの白色度は50以上であり、好ましくは60以上である。白色度が50未満では、隠蔽性が劣ったり、太陽電池モジュール加工時に目視でのフィルム確認が困難となり、加工効率が下がるおそれがある。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの波長400〜800nmの範囲における平均反射率は50%以上であり、好ましくは60%以上である。また、平均反射率は高いほどよいが、現実的には95%程度が上限である。反射率が50%未満の場合、フィルム自身、および太陽電池内部部材の光による劣化が大きくなるので好ましくない。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの150℃での熱収縮率は、長手方向で0.2%以上が好ましく、0.4%以上がより好ましく、3.0%以下が好ましく、1.8%以下がより好ましい。これにより、加熱加工時や積層状態でのカールの発生などが抑制される。一方、熱収縮率が0.2%未満であると、加工時にフィルムがたわみとなる場合がある。また、3.0%より大きい場合は、加工時の収縮が大きく、洗濯板状のシワが発生する場合がある。150℃での熱収縮率を上記範囲にする方法としては、延伸条件を制御することや、もしくは熱固定工程において縦緩和処理および横緩和処理を施すことにより行うことができる。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、縦横の配向バランスをとることが好ましい。即ち、フィルム厚みを50μmに換算したときのMOR値(MOR−C)が、1.0以上が好ましく、1.3以上がより好ましく、2.0以下が好ましく、1.8以下がより好ましい。これにより、フィルムの縦横の配向バランスが調整され、機械的強度や耐久性が維持されやすい。また、積層時のカールの発生が抑制され、密着性も向上する。MOR−Cを上記範囲にする方法としては、延伸工程における縦横の延伸倍率の比を制御することにより行うことができる。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、屋外での長期使用に耐え得る高い耐加水分解性を奏することができる。具体的には、耐加水分解性の評価指標として、促進加水分解試験(105℃、100%RH、0.03MPa、200時間処理)後のフィルムの破断伸度保持率を60%以上、好ましくは70%以上、100%以下に維持することが可能である。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、光照射下でも光分解や劣化が抑制されたため、屋外での長期使用に耐え得る優れた耐光性を奏することができる。具体的には、耐光性の評価指標として、促進光劣化試験(63℃、50%RH、UV照射強度100mW/cm2、100時間照射)後のフィルムの破断伸度保持率を35%以上、好ましくは40%以上に維持することが可能である。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの上記促進光劣化試験後のカラーb*値の変化は12以下が好ましく、10以下がより好ましい。カラーb*値の変化が12より大きい場合は、経年変化により外観が悪くなり好ましくない。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムはさらに他層と積層して太陽電池裏面封止シートとして用いられるので、フィルム表面は平滑であることが好ましい。具体的には、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムの三次元表面粗さ(SRa)は0.1μm以下が好ましい。
上記のように、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、耐光性および耐加水分解性に代表される環境耐久性と白色度や光反射性とを両立し、かつ優れた電気絶縁性を奏するものであるから、従来の耐久層(耐加水分解層)、白色層および絶縁層を一体化することが可能となる。そのため、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムを太陽電池裏面封止シートに用いることで、軽量化と薄膜化に対応することができる。
<太陽電池裏面封止シート>
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、太陽電池裏面封止シートやフレキシブルな電子部材の貼合材の基材フィルム(ベースフィルム)として用いることができる。特に、高い環境耐久性が求められる太陽電池裏面封止シートのベースフィルムとして好適である。
本発明でいう太陽電池裏面封止シートとは、太陽電池モジュールの充填剤層に接する側の面および/または太陽電池モジュールの最外面に用いることで太陽電池の裏側の太陽電池モジュールを保護するものであり、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムを用いたことを特徴とする。
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、単独または2枚以上を貼り合わせて太陽電池裏面封止シートとして使用することができる。また、水蒸気バリア性を付与する目的で、本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムに水蒸気バリア性フィルムやアルミニウム箔などの水蒸気バリア層を積層することもできる。上記水蒸気バリア層の積層形態としては、接着層を介して積層したり、直接積層したり、サンドイッチ構造とすることができる。
上記水蒸気バリア性フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデンコートフィルム、酸化ケイ素蒸着フィルム、酸化アルミニウム蒸着フィルム、アルミニウム蒸着フィルムなどを用いることができる。
<太陽電池モジュール>
本発明でいう太陽電池モジュールとは、太陽光、室内光などの入射光を取り込んで電気に変換し、当該電気を蓄えるシステムをいい、上記太陽電池裏面封止シートと、太陽電池裏面封止シートに隣接する充填剤層と、充填剤層に埋設された太陽電池素子を備えることを特徴とする。
充填剤層に用いる樹脂は特に限定されず、EVAやPVBなどのオレフィン樹脂が例示できる。
なお、本発明の太陽電池モジュールは、表面保護シート、高光線透過材などを含んでもよく、用途によりフレキシブルな性状のものもある。
本願は、2011年10月7日に出願された日本国特許出願第2011−223049号に基づく優先権の利益を主張するものである。2011年10月7日に出願された日本国特許出願第2011−223049号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
次に、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に含まれる。本発明に用いる測定・評価方法は以下の通りである。
<無機微粒子の平均粒径>
無機微粒子を走査型電子顕微鏡で観察し、粒子の大きさに応じて適宜倍率を変え、写真を撮影した。写真撮影したものを拡大コピーし、ランダムに選んだ少なくとも100個以上の微粒子について、各粒子の外周をトレースし、画像解析装置にてこれらのトレース像から粒子の円相当径を測定し、それらの平均値を平均粒径とした。
<ポリエステルの固有粘度(IV)>
ポリエステルをフェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタンの6/4(質量比)混合溶媒に溶解し、温度30℃にて固有粘度を測定した。微粒子含有のマスターバッチおよびフィルムの場合は、遠心分離により固形分を除いた後、測定を行った。
<ジエチレングリコール(DEG)の含有量>
ポリエステル0.1gをメタノール2ml中に250℃で加熱分解させた後、ガスクロマトグラフィーにより定量した。
<酸価>
フィルムまたは原料ポリエステル樹脂の酸価は下記の方法により測定した。
(1)試料の調製
フィルムまたは原料ポリエステル樹脂を粉砕し、70℃で24時間真空乾燥を行った後、天秤を用いて0.20±0.0005gの範囲に秤量し、そのときの質量をW(g)とした。試験管にベンジルアルコール10mlと秤量した試料を加え、試験管を205℃に加熱したベンジルアルコール浴に浸し、ガラス棒で攪拌しながら試料を溶解させ、溶解時間を3分間、5分間、7分間としたときのサンプルをそれぞれA,B,Cとした。次いで、新たに試験管を用意し、ベンジルアルコールのみを入れ、同様の手順で処理し、溶解時間を3分間、5分間、7分間としたときのサンプルをそれぞれa,b,cとした。
(2)滴定
予めファクター(NF)が分かっている0.04mol/Lの水酸化カリウム溶液(エタノール溶液)を用いて滴定した。指示薬であるフェノールレッドが黄緑色から淡紅色に変化したところを終点とし、水酸化カリウム溶液の滴定量を求めた。サンプルA,B,Cの滴定量をXA,XB,XC(ml)とし、サンプルa,b,cの滴定量をXa,Xb,Xc(ml)とした。
(3)酸価の算出
各溶解時間に対しての滴定量XA,XB,XCから、最小2乗法により、溶解時間0分での滴定量V(ml)を求めた。同様にXa,Xb,Xcから、溶解時間0分での滴定量V0(ml)を求めた。次いで、次式に従い酸価(eq/ton)を求めた。
酸価(eq/ton)=[(V−V0)×0.04×NF×1000]/W
<フィルムの見かけ密度>
フィルムの見かけ密度は、JIS K 7222「発泡プラスチックおよびゴム−見かけ密度の測定」に準拠して測定した。但し、表記を簡便にするために単位をg/cm3に換算した。
<フィルムの白色度>
フィルムの白色度は、JIS L 1015−1981−B法により、日本電色工業社製のZ−1001DPを用いて行った。
<フィルムの平均反射率>
分光光度計(島津製作所社製、自記分光光度計「UV−3150」)に積分球を装着し、標準白色板(SphereOptics社製、白色標準板「ZRS−99−010−W」)の反射率を100%として校正し、分光反射率を測定した。測定は波長400〜800nmの領域で1nm刻みに行い平均値を求めた。なお、フィルム単体の場合は無反射の黒台紙を試料フィルム背面に配して測定した。無機微粒子集中含有層側から光を当てて測定した。
<フィルムの光反射変動率>
得られたフィルムロールについて、ロール巻き始めを0%、巻き終わりを100%とした場合に、10%、50%、90%の長さ位置の中央部から1m×1.8mのフィルム片を切り出した。それぞれのフィルム片の四隅および中央より20cm四方の正方形の5つのフィルム試料をサンプリングし、上記「フィルムの平均反射率」による方法でそれぞれの平均反射率を測定した。各フィルム試料の平均反射率の平均値を中心値とし、平均反射率の最大値と最小値の差を中心値で割ったものを光反射変動率とした。
<促進光劣化試験>
アイスーパーUVテスター(岩崎電気社製、SUV−W151)を用い、フィルムの無機微粒子集中含有層側に63℃、50%RH、照射強度100mW/cm2で100時間の連続UV照射処理を行った。
<促進加水分解試験>
JIS C 60068−2−66で規格化されているHAST(Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test)を行った。試料フィルムは70mm×190mmにカットし、治具を用い各々が接触しない距離を保ち設置した。エスペック社製のEHS−221を用い、105℃、100%RH、0.03MPa、200時間処理を行った。
<破断伸度保持率>
耐光性および耐加水分解性の評価は、破断伸度保持率で行った。促進光劣化試験および促進加水分解試験それぞれの処理前後の破断伸度を、JIS C 2318−1997 5.3.31(引張強さおよび伸び率)に準拠して測定し、下記式に従い破断伸度保持率(%)を算出した。
破断伸度保持率(%)=[(処理後の破断伸度)×100]/(処理前の破断伸度)
促進光劣化試験後の伸度保持率については、35%未満のものを×、35%以上、60%未満のものを○、60%以上のものを◎とした。
促進加水分解試験後の伸度保持率については、60%未満のものを×、60%以上、80%未満のものを○、80%以上のものを◎とした。
<カラーb*値の変化>
試料フィルムを40mm×40mmにカットし、X=94.19,Y=92.22,Z=110.58の標準白板を用いて、カラーb*値色差計(日本電色社製、ZE−2000)により、促進光劣化試験前後の試料フィルムのカラーb*値をJIS K 7105−1981 5.3.5(a)に準拠して測定した。下記式に従いカラーb*値の変化を求めた。
カラーb*値の変化=(促進光劣化試験後のカラーb*値)−(促進光劣化試験前のカラーb*値)
カラーb*値の変化については、12より高いものを×、5〜12のものを○、5未満のものを◎とした。
<長手方向の150℃での熱収縮率(HS150)>
試料フィルムを10mm×250mmにカットし、長辺を測定したい方向に合わせて、200mm間隔で印をつけ、5gの一定張力下で印の間隔Aを測った。続いて、試料フィルムを無荷重で150℃の雰囲気のオーブン中で30分間放置した後、オーブンから取り出し室温まで冷却した。その後、5gの一定張力下で印の間隔Bを求め、下記式により熱収縮率(%)を求めた。なお、上記熱収縮率は試料フィルムの幅方向に3等分した位置で測定し、3点の平均値を小数第3位の桁で四捨五入し、小数第2位の桁を丸めて用いた。
熱収縮率(%)=[(A−B)×100]/A
<MOR−C>
得られたフィルムを幅方向に5等分割し、それぞれの位置で長手方向、幅方向に100mmの正方形サンプルを採取し、マイクロ波透過型分子配向計(王子計測機器社製、MOA−6004)を用いて測定を行った。厚み補正を50μmとし、MOR−Cを求め5点の平均値を用いた。
<表面強度>
5cm×20cmに切り出した試料フィルムを、ポリエステル両面粘着テープAを用い、無機微粒子集中含有層側が外側となるように平板ガラスに全面接着した。試料フィルムの表面に幅24mmの粘着テープB(ニチバン社製、セロテープ(登録商標))を長さ35mmにわたって貼付し1分間放置した。この後、粘着テープBをガラス面に垂直な方向に一気に引き剥がして無機微粒子集中含有層側の表面を観察した。
粘着テープBの剥離部面積の50%以上で試料フィルム表面が剥がれたものを「剥離」とし、5回以上の繰り返しで「剥離」頻度が半数未満の場合を「○」(表面強度が優れる)、半数以上の場合を「×」(表面強度が劣る)と評価した。
<接着性>
実施例13で得られたフィルムを100mm×100mmに、下記のEVAシートを70mm×90mmに切り出したものを用意し、フィルム/EVAシート/フィルム(いずれのフィルムも塗布層面がEVAシートに対向するように設置した。)の構成で重ね、下記接着条件で加熱圧着し、サンプルを作製した。作製したサンプルを20mm×100mmに切り出した後、SUS板に貼りつけ、引張り試験機を用いて下記条件でフィルム層とEVAシート層の剥離強度を測定した。剥離強度は極大点を超えた後に安定して剥離している部分の平均値として求めた。下記の基準でランク分けした。
◎:100N/20mm以上、または、フィルムの材料破壊
○:75N/20mm以上、100N/20mm未満
△:50N/20mm以上、75N/20mm未満
×:50N/20mm未満
(サンプルの作製条件)
装置:真空ラミネーター(エヌ・ピー・シー社製、LM−30×30型)
加圧:1気圧
EVAシート:
A.スタンダードキュアタイプ
I.サンビック社製、Urtla Pearl(登録商標)PV(0.4μm)
ラミネート工程:100℃(真空5分、真空加圧5分)
キュア工程:熱処理150℃(常圧45分)
II.三井ファブロ社製、ソーラーエバ(登録商標)SC4(0.4μm)
ラミネート工程:130℃(真空5分、真空加圧5分)
キュア工程:熱処理150℃(常圧45分)
B.ファストキュアタイプ
I.サンビック社製 Urtla Pearl(登録商標)PV(0.45μm)
ラミネート工程:135℃(真空5分、真空加圧15分)
II.三井ファブロ社製 ソーラーエバ(登録商標)RC02B(0.45μm)
ラミネート工程:150℃(真空5分、真空加圧15分)
<ポリエステル樹脂ペレットの製造>
(1)PET樹脂ペレットI(PET−I)の製造
エステル化反応缶を昇温し、200℃に到達した時点で、テレフタル酸86.4質量部およびエチレングリコール64.4質量部からなるスラリーを仕込み、攪拌しながら、触媒として三酸化アンチモンを0.017質量部およびトリエチルアミンを0.16質量部添加した。次いで、加圧昇温を行いゲージ圧3.5kgf/cm2(343kPa)、240℃の条件で、加圧エステル化反応を行った。その後、エステル化反応缶内を常圧に戻し、酢酸マグネシウム四水和物0.071質量部、次いでリン酸トリメチル0.014質量部を添加した。さらに、15分かけて260℃に昇温し、リン酸トリメチル0.012質量部、次いで酢酸ナトリウム0.0036質量部を添加した。15分後、得られたエステル化反応生成物を重縮合反応缶に移送し、減圧下で260℃から280℃へ徐々に昇温し、285℃で重縮合反応を行った。
重縮合反応終了後、95%カット径が5μmのナスロン(登録商標)製フィルターで濾過処理を行い、ノズルからストランド状に押出し、予め濾過処理(孔径:1μm以下)を行った冷却水を用いて冷却、固化させ、ペレット状にカットした。得られたPET樹脂ペレット(PET−I)の固有粘度は0.616dl/gであり、酸価は15.1eq/tonであり、不活性粒子および内部析出粒子は実質上含有していなかった。
(2)PET樹脂ペレットII(PET−II)の製造
PET樹脂ペレットI(PET−I)を予め160℃で予備結晶化させた後、温度220℃の窒素雰囲気下で固相重合し、固有粘度0.71dl/g、酸価11eq/tonのPET樹脂ペレットII(PET−II)を得た。
(3)PET樹脂ペレットIII(PET−III)の製造
重縮合反応時間を変更した以外は、PET樹脂ペレットI(PET−I)と同様の方法で、固有粘度0.51dl/g、酸価39eq/tonのPET樹脂ペレットIII(PET−III)を得た。
(4)PET樹脂ペレットIV(PET−IV)の製造
(重縮合触媒溶液の調製)
ア)リン化合物のエチレングリコール溶液の調製
窒素導入管、冷却管を備えたフラスコに、常温常圧下、エチレングリコール2.0リットルを加えた後、窒素雰囲気下、200rpmで攪拌しながら、リン化合物としてIrganox(登録商標)1222(チバ・スペシャルティーケミカルズ社(現BASF社)製)200gを加えた。さらに2.0リットルのエチレングリコールを追加した後、ジャケット温度の設定を196℃に変更して昇温し、内温が185℃以上になった時点から60分間還流下で攪拌した。その後加熱を止め、直ちに溶液を熱源から取り去り、窒素雰囲気下を保ったまま、30分以内に120℃以下まで冷却した。得られた溶液中のIrganox1222のモル分率は40%、Irganox1222から構造変化した化合物のモル分率は60%であった。
イ)アルミニウム化合物のエチレングリコール溶液の調製
冷却管を備えたフラスコに、常温常圧下、純水5.0リットルを加えた後、200rpmで攪拌しながら、塩基性酢酸アルミニウム200gを純水とのスラリーとして加えた。さらに全体として10.0リットルとなるよう純水を追加して常温常圧で12時間攪拌した。その後、ジャケット温度の設定を100.5℃に変更して昇温し、内温が95℃以上になった時点から3時間還流下で攪拌した。攪拌を止め、室温まで放冷しアルミニウム化合物の水溶液を得た。
得られたアルミニウム化合物の水溶液に等容量のエチレングリコールを加え、室温で30分間攪拌した後、内温80〜90℃にコントロールし、徐々に減圧して、到達27hPaとして、数時間攪拌しながら系から水を留去し、20g/lのアルミニウム化合物のエチレングリコール溶液を得た。得られたアルミニウム溶液の27Al−NMRスペクトルのピーク積分値比は2.2であった。
(エステル化反応および重縮合)
3基の連続エステル化反応槽および3基の重縮合反応槽よりなり、かつ第3エステル化反応槽から第1重縮合反応槽への移送ラインに高速攪拌器を有したインラインミキサーが設置された連続式ポリエステル製造装置において、高純度テレフタル酸1質量部に対してエチレングリコール0.75質量部をスラリー調製槽に連続的に供給した。第1エステル化反応槽を250℃、110kPa、第2エステル化反応槽を260℃、105kPa、第3エステル化反応槽を260℃、105kPaとして、調製されたスラリーを連続的に供給し、ポリエステルオリゴマーを得た。なお、第2エステル化反応槽にエチレングリコール0.025質量部を連続的に投入した。得られたオリゴマーを3基の反応槽よりなる連続重縮合装置に連続的に移送すると共に、移送ラインに設置されたインラインミキサーに上記方法で調製したアルミニウム化合物のエチレングリコール溶液およびリン化合物のエチレングリコール溶液をそれぞれポリエステル中の酸成分に対してアルミニウム原子およびリン原子として0.015モル%および0.036モル%となるように連続式のミキサーで攪拌しながら連続的に添加し、初期重縮合反応槽を265℃、9kPa、中期重縮合反応槽を265〜268℃、0.7kPa、最終重縮合反応槽を273℃、13.3Paとして重縮合し、固有粘度0.63dl/g、酸価10.5eq/tonのPET樹脂ペレットIV(PET−IV)を得た。
(5)PET樹脂ペレットV(PET−V)の製造
得られたPET樹脂ペレットIV(PET−IV)を用いて回転型真空重合装置で、0.5mmHgの減圧下、220℃で固相重合を行い、固有粘度0.73dl/g、酸価5.0eq/tonのPET樹脂ペレットV(PET−V)を得た。
<微粒子含有マスターバッチペレットの製造>
(6)マスターバッチペレットI(MB−I)の製造
原料として、予め120℃、8時間ほど、10−3torr(約0.133Pa)下で乾燥したPET樹脂ペレットI(PET−I)50質量%に、平均粒径0.3μm(電子顕微鏡法により求めた値)のルチル型二酸化チタン50質量%を混合したものをベント式二軸押出機に供給して、混練りして脱気しながら275℃で押出し、ルチル型二酸化チタン微粒子含有マスターバッチペレットI(MB−I)を得た。このペレットの固有粘度は0.45dl/g、酸価は42.2eq/tonであった。
(7)マスターバッチペレットII(MB−II)の製造
マスターバッチペレットI(MB−I)を用いて回転型真空重合装置で、0.5mmHgの減圧下、220℃で固相重合を行い、固有粘度0.71dl/g、酸価23.5eq/tonのマスターバッチペレットII(MB−II)を得た。
(8)マスターバッチペレットIII(MB−III)の製造
PET樹脂ペレットI(PET−I)の代わりにPET樹脂ペレットIV(PET−IV)を用いた以外は、マスターバッチペレットI(MB−I)と同様の方法でルチル型二酸化チタン微粒子含有マスターバッチペレットIII(MB−III)を得た。このペレットの固有粘度は0.46dl/g、酸価は36.3eq/tonであった。
(9)マスターバッチペレットIV(MB−IV)の製造
マスターバッチペレットIII(MB−III)用いて回転型真空重合装置で、0.5mmHgの減圧下、220℃で固相重合を行い、固有粘度0.70dl/g、酸価19.4eq/tonのルチル型二酸化チタン微粒子含有マスターバッチペレットIV(MB−IV)を得た。
<塗布液の調製>
4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート43.75質量部、ジメチロールブタン酸12.85質量部、数平均分子量2000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール153.41質量部、ジブチルスズジラウレート0.03質量部、および溶剤としてアセトン84.00質量部を投入し、窒素雰囲気下、75℃において3時間撹拌し、この反応液を40℃にまで降温した後、トリエチルアミン8.77質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。ポリウレタンプレポリマー溶液に水450質量部を添加し、25℃に調整して2000min-1で攪拌混合することによって水分散した。その後、減圧下で、アセトンおよび水の一部を除去することにより、固形分35%の水溶性ポリウレタン樹脂溶液を調製した。得られたポリウレタン樹脂のガラス転移温度は−30℃であった。
次いで、水55.86質量%、イソプロパノール30.00質量%、上記で得られたポリウレタン樹脂溶液13.52質量%、粒子(平均粒径40nmのシリカゾル、固形分濃度40質量%)0.59質量%、界面活性剤(シリコーン系、固形分濃度100質量%)0.03質量%となるように混合し、塗布液を調製した。
<太陽電池用白色ポリエステルフィルムの製造>
実施例1
PET−IIを60質量%、MB−IIを40質量%混合した微粒子集中含有層(A層)の原料と、PET−IIを86質量%、MB−IIを14質量%混合した他の層(B層)の原料とをそれぞれ別々の押出機に投入し、285℃で混合、溶融し、続いてフィードブロックを用い、A層/B層となるように溶融状態で接合した。このとき、A層とB層の吐出量比率は、ギアポンプを用いて制御した。次いでT−ダイを用いて30℃に調節された冷却ドラム上に押出し、未延伸シートを作製した。
得られた未延伸シートを、加熱ロールを用いて75℃に均一加熱し、非接触ヒーターで100℃に加熱して3.3倍のロール延伸(縦延伸)を行った。得られた一軸延伸フィルムをテンターに導き、140℃に加熱して4.0倍に横延伸し、幅固定して215℃で5秒間の熱処理を施し、さらに210℃で幅方向に4%緩和させることにより、厚み80μmの太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例2
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例3
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例4
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例5
フィルムロール厚みが50μmとなるように吐出量と速度を変更した以外は、実施例4と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例6
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例5と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例7
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例5と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例8
縦延伸倍率を3.1倍にし、フィルムロール厚みが188μmとなるように吐出量と速度を変更した以外は、実施例5と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例9
縦延伸倍率を3.0倍に、横延伸倍率を3.7倍にし、フィルムロール厚みが350μmとなるように吐出量と速度を変更した以外は、実施例5と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例10
A層、B層の原料組成を表1のように変更した以外は、実施例5と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例11
実施例1で得られたフィルムロールを160℃の温度に設定されたオフラインコーターに通し、速度、張力を調整して弛緩処理を行い、太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例12
フィードブロックを変更してA層/B層/A層の構成となるようにした以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
実施例13
縦延伸を終えた一軸延伸フィルムのB層側に上記で調製した塗布液をロールコート法で、最終(二軸延伸後)の乾燥後の塗布量が0.15g/m2になるように塗布した後に80℃で20秒間乾燥した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
Figure 2013051661
実施例1〜13で得られたフィルムロールの物性を表2に示す。
Figure 2013051661
比較例1、2
A層、B層の組成を表3のように変更した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
比較例3〜5
A層、B層の組成を表3のように変更するとともに、フィルムロール厚みが50μmとなるように吐出量と速度を変更した以外は、実施例1と同じ方法で太陽電池用白色ポリエステルフィルムロールを得た。
Figure 2013051661
比較例1〜5で得られたフィルムロールの物性を表4に示す。
Figure 2013051661
本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムは、良好な白色度と光反射性を有しながら、環境耐久性に優れ、かつ良好な電気絶縁性を奏するものである。本発明の太陽電池用白色ポリエステルフィルムを用いることにより、環境耐久性に優れ、安価で軽量な太陽電池裏面封止シートおよび太陽電池モジュールを提供することができる。

Claims (9)

  1. 白色度が50以上、波長400〜800nmの範囲における平均反射率が50〜95%、酸価が1〜50eq/ton、厚みが30〜380μmである太陽電池用白色ポリエステルフィルムであり、
    10〜35質量%の無機微粒子を含有する無機微粒子集中含有層が少なくとも一方の最外層として配置された多層構造を有しており、上記無機微粒子集中含有層の厚みがポリエステルフィルム全体の厚みに対して5〜30%であり、ポリエステルフィルム全体における無機微粒子の含有量が2〜10質量%であることを特徴とする太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  2. 上記無機微粒子がルチル型を主体とする二酸化チタンである請求項1に記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  3. 長手方向の150℃での熱収縮率が0.2〜3.0%である請求項1または2に記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  4. 105℃、100%RH、0.03MPa、200時間処理の条件で促進加水分解試験後の破断伸度保持率が60〜100%である請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  5. 63℃、50%RH、UV照射強度100mW/cm2、100時間照射の条件で促進光劣化試験後の破断伸度保持率が35%以上である請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  6. 63℃、50%RH、UV照射強度100mW/cm2、100時間照射の条件で促進光劣化試験後のカラーb*値の変化が12以下である請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  7. ポリエステルフィルムの少なくとも一方の表面に、脂肪族系ポリカーボネートポリオールを構成成分とするポリウレタン樹脂を含有する塗布層が配置されるものである請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルム。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の太陽電池用白色ポリエステルフィルムを用いたことを特徴とする太陽電池裏面封止シート。
  9. 請求項8に記載の太陽電池裏面封止シートと、太陽電池裏面封止シートに隣接する充填剤層と、充填剤層に埋設された太陽電池素子を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
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