JPWO2015146780A1 - 太陽電池バックシート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
前記C層は、アクリル樹脂を主たる成分とし、バックシートの一方の最表面に配置され、
前記基材フィルムは、A層及びB層を有し、
前記A層は、ポリエステル樹脂を主たる成分とし、A層中に白色顔料を5.0質量%以上25質量%以下含み、厚さが5μm以上であり、バックシートの他方の最表面に配置され、
前記B層は、ポリエステル樹脂を主たる成分とし、B層の全成分中に白色顔料を1.0質量%以上5.0質量%未満含み、厚さがバックシート全体の70%以上である
太陽電池バックシート。
基材フィルム及びC層を有し、
前記C層は、バックシートの一方の最表面に配置され、
前記C層は下記C層形成用原料組成物(II)から得られたものである太陽電池バックシート。
ここで、C層形成用原料組成物(II)はイソシアネート基と反応性を有する官能基を有するアクリル樹脂ならびに2種以上のイソシアネート化合物を含み、当該イソシアネート化合物が、イソシアネート基がブロック基で保護されたブロックイソシアネート化合物及びイソシアネート基がブロック基で保護されていないイソシアネート化合物を含む。
本発明の太陽電池バックシートのC層が、裏側封止材の側を向くようにして、受光面側保護基材、受光面側封止材、セル、裏側封止材、及び太陽電池バックシートが、この順に配置された太陽電池モジュール。
第一の発明および第二の発明の太陽電池バックシートを以下に詳細に説明する。本発明の太陽電池バックシートは、基材フィルム及びC層を有する。
図2は第一の発明の太陽電池バックシートの概略図である。太陽電池バックシート(1)は、A層(30)及びB層(20)を含む1枚のポリエステルフィルムからな基材フィルム(2)、並びに、太陽電池モジュールを構成する際には封止材と貼り合されるC層(11)を有する。
第一の発明、第二の発明に共通して、太陽電池バックシートを構成する基材フィルムとしては、機械強度、寸法安定性、熱安定性に優れ、比較的安価であるポリエステルフィルムを用いることができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステルフィルムが例示できる。中でも機械強度、寸法安定性、熱安定性や加工適性、耐候性付与の対象として優れていることからポリエチレンテレフタレートを主な成分とするPETフィルムが特に好ましい。
第一の発明の太陽電池バックシートは、基材フィルムを1枚のみ有する。そして第一の発明の基材フィルムは、A層およびB層を有する。
第一の発明における基材フィルムは、A層及びB層を少なくとも有する。そしてA層は、バックシートの一方の最表面に配置される層である。まずはこのA層について説明する。
第一の発明の基材フィルムは、上述のとおりA層(30)及びB層(20)を有する。そしてB層は、その厚さがバックシート全体の厚さの70%以上を占める。B層の厚さがバックシート全体の70%以上を占めることで、B層はバックシートに対して機械強度および電気絶縁性を付与することができる。以下、B層について説明する。
第一の発明の太陽電池バックシートで特徴付けられるA層およびB層を有する基材フィルムの製膜方法については公知の方法を用いることができる。A層およびB層の主たる成分であるポリエステル樹脂を必要に応じて乾燥し、2台以上の押出機を用いて異なる流路から送り出されたポリエステル樹脂を、マルチマニホールドダイやフィールドブロックやスタティックミキサー、ピノール等を用いて多層に積層する方法等を使用することができる。また、これらを任意に組み合わせても良い。
第一の発明および第二の発明の太陽電池バックシートは、基材フィルム及びC層を有する。そしてこのC層は、バックシートの一方の最表面に配置される。このように最表面に配置されることで、太陽電池バックシートを用いて太陽電池モジュールを製造する際に、C層は裏側封止材と貼り合わされることとなる。このようなC層について、以下に説明する。
(i)第一の発明の太陽電池バックシートは、太陽電池モジュール製造工程において、高温処理に曝されることから、C層の耐熱性を向上するため。
(ii)C層の紫外線遮蔽性向上の目的などのため白色顔料の配合を行う場合があるが、その配合により生じるC層の脆化を抑制し、C層の靭性や強度の向上をするため。
第一の発明および第二の発明に共通して、本発明の太陽電池モジュールは、上述のようにして得た太陽電池バックシートのC層が、裏側封止材の側を向くようにして、受光面側保護基材、受光面側封止材、セル、裏側封止材、及びバックシートを、この順に配置して、加熱してラミネートすることで得られる。ラミネート工程における加熱温度は封止材層の架橋反応及びブロックイソシアネート化合物のブロック基脱離反応を考慮すると、120℃以上180℃以下の範囲が好ましく、130℃以上170℃以下の範囲がさらに好ましい。
本実施例で用いた特性の評価方法は、下記のとおりである。
全体の厚みをJIS C2151(1990年)に準じて測定し、積層断面をミクロトームで厚み方向に断面を切る前処理をしたのち、日立製作所製電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−800を用い、厚み断面を全体像が写る倍率(×1000)で撮像し、その断面写真の厚みを採寸した。
前記(1)の方法で各層厚みを断面写真から採寸した結果から下式に基づいてB層の厚み比率を算出した。
B層の厚み比率[%]=(B層の厚み)/(全体の厚み)×100 。
太陽電池バックシートをサンプルとし、蛍光X線元素分析装置(堀場製作所製、MESA−500W型)により、酸化チタン特有の元素であるチタンの元素量を求めた。そのチタン元素量から酸化チタン含有量を換算した。
日立製分光光度計U−3310を用い、標準白色板用開口部および試験片開口部ともに標準白色板として硫酸バリウムを用いた。試験片の開口部の傾斜角度を10°として560nmで拡散反射率を測定し(T0)とし、そのときの反射率を100%とした。その後、試験片開口部の標準白色版を試験片に取り替え560nmで拡散反射率を測定した。その後、下記式により、相対反射率(R)に換算した。
R(%)=T1/T0×100
T0:標準白色板の反射率
T1:試験片の反射率。
日立分光光度計U−3310を用い、標準白色板用開口部と試験片開口部ともに標準白色板として酸化アルミナを用いて300〜350nmで試験片開口部の傾斜角度を10°付けて試料のない状態の透過率を測定し(A0)とし、そのときの透過率を100%とした。その後、入射光前面に、紫外光領域に吸収が少ないフィルム(以下「ETFEフィルムという。)(50μm、透明)を配置し、300〜350nmの透過率を波長5nmおきに測定し、350nmにおける透過率Tetfeを得た。次に前記ETFEフィルムにC層を形成したフィルムを配置し、同様に350nmにおける透過率Tetfe/cを測定した。これら2つの透過率から下式のとおり波長350nmにおけるC層の透過率T(%)を求めた。
T(%)=Tetfe/c(%)/Tetfe(%)×100 。
作製した太陽電池バックシートの両表面(A層およびC層)についてISO2409(2013年版)に記載の方法でクロスカットテストを行い、ISO2409に記載の「Table 1 Classification of test results」にしたがって特性分類をした。
JIS K6854−2(1999年版)に基づいて、太陽電池バックシートと封止材として用いたEVAシートと接着強度を測定した。試験した疑似太陽電池モジュールサンプルは、作製した太陽電池バックシートのC層面にEVAシートを重ね、さらにその上に厚さ0.3mmの半強化ガラスを重ね、市販の真空ラミネーターを用いて減圧後に、142℃加熱条件下1気圧の荷重で15分プレス処理をしたものを用いた。EVAシートは、サンビック(株)製の450μm厚さのシート(Fast cureタイプ)を用いた。接着強度試験の試験片の幅は10mmとし、2つの試験片について各々測定を1回行い、2つの測定値の平均値を接着強度の値とした。
また、上記の方法で封止材との接着強度を測定した試験片を、エスペック(株)製恒温恒湿オーブンにて、温度85℃、相対湿度85%RHの条件下にて2000時間処理を行い、その後上記の方法にしたがって湿熱試験後の封止材との接着強度を測定した。
接着強度は30N/10mm以上あることが実用上問題ないレベルと判断した。
JIS C 2151(2006年版)に基づいて、オーブン内で150℃で30分間の熱処理を行い、加熱処理前後の寸法変化を、作製した太陽電池バックシートの長手方向(MD)および幅方向(TD)について評価した。測定した寸法変化値から下式にしたがって加熱収縮率を算出した。
加熱収縮率[%]={(加熱処理前の長さ−加熱処理後の長さ)/加熱処理前の長さ}×100
(9)破断伸度の測定
ASTM−D882(ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDS1999年版)に基づいて破断伸度を測定した。なお作製した太陽電池バックシートを1cm×20cmの大きさに切り出し、チャック間5cm、引っ張り速度300mm/minにて引っ張ったものである。サンプル数はn=5とし、太陽電池バックシートの長手方向について測定し、その結果を初期破断伸度E0とした。
試料を測定片の形状(1cm×20cm)に切り出した後、エスペック(株)製恒温恒湿オーブンにて、温度85℃、相対湿度85%RHの条件下にて2000時間処理を行い、その後上記(9)項にしたがって破断伸度を測定した。なお、測定はn=5とし、また、太陽電池バックシートの長手方向について測定した後、その平均値を破断伸度E1とした。上記(9)項にしたがって測定した初期破断伸度E0と耐湿熱試験後の破断伸度E1を用いて、次の式により破断伸度保持率を算出した。
破断伸度保持率(%)=E1/E0×100
得られた伸度保持率について、以下のように判定した。
破断伸度保持率が50%以上の場合:A
破断伸度保持率が40%以上50%未満の場合:B
破断伸度保持率が30%以上40%未満の場合:C
破断伸度保持率が30%未満の場合:D。
作製した太陽電池バックシートを7cm×20cmの形状に切り出し、スガ試験機(株)製キセノン耐候性試験装置“SX−75”にて、ブラックパネル温度65℃、相対湿度50%RH、照度180W/m2(光源:キセノンランプ、波長範囲:300〜400nm)の条件とし、下記のサイクル1、2を繰り返して3000時間照射し、その後、紫外線照射試験済み試験片から1cm×20cmの短冊状サンプルに切り出した後、上記(9)項にしたがって破断伸度を測定した。
サイクル1 紫外線照射のみを108分間行う。
サイクル2 紫外線照射と水噴霧とを12分間行う(この間は湿度制御無し)。
なお、測定はn=5とし、また、フィルムの長手方向について測定した後、その平均値を破断伸度E2とした。上記(9)項にしたがって測定した初期破断伸度E0と耐候性試験後の破断伸度E2を用いて、次の式により破断伸度保持率を算出した。
破断伸度保持率(%)=E2/E0×100
得られた伸度保持率について、以下のように判定した。
破断伸度保持率が50%以上の場合:A
破断伸度保持率が40%以上50%未満の場合:B
破断伸度保持率が30%以上40%未満の場合:C
破断伸度保持率が30%未満の場合:D 。
太陽電池バックシートのA層およびC層について、耐候性試験に伴う色調変化を、JISK 7105(2006年度版)に基づいて、スガ試験機社製カラーメータSMカラーコンピューターSM−6を使用して、表色系b値を測定し、試験前後のb値の差であるΔb(b値(試験後)−b値(試験前))を求めた。n数は2で評価を実施した。b値が高いほど黄色の度合いが強く、Δb値が大きいほど試験前に比べて黄色に変化していることを意味する。
縦20cm、横20cmのサイズに切り出した本太陽電池バックシートのC層が熱板に接する向きになるように加熱可能な熱板上に平置きし、熱板を150℃に加熱して30分間放置した。その際、太陽電池バックシートの4角の立ち上がり高さ(4角それぞれと熱板との垂直距離)で評価した。
シートの4角の全ての立ち上がりが10mm以下:A
AおよびCのいずれにも該当しない:B
シートの4角のいずれかの立ち上がりが30mmを超える:C 。
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸100部)にエチレングリコール64部を混合し、さらに触媒として酢酸亜鉛を0.1部および三酸化アンチモン0.03部を添加し、エチレングリコールの環流温度でエステル交換を実施した。
の温度で5時間重合を行った。得られたポリエチレンテレフタレートの固有粘度は0.5
5であった。該ポリマーを長さ4mmのチップ状に切断した。
前記の方法で作製したPETポリマーaと酸化チタン(ルチル型、平均粒子径200nm)をコンパウンドして酸化チタンが50質量%のマスターチップとした。このマスターチップをPETポリマーbとした。マスターチップの密度は2.5g/cm3であった。マスターチップのチップ形状を長さ:2.40〜4.60mm、幅:3.20〜4.80mm、高さ:1.70〜2.30mmの円柱形のチップ形状とした。
前記の方法で作製したPETポリマーaおよびPETポリマーbを表1に示す配合比で混合し、ポリエステルフィルム形成用樹脂原料PETポリマーc〜mを得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート80部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温した。次いで、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。続いて、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行うことにより、メタクリル系共重合体溶液を得た。
前記の方法で得た酸化チタン含有アクリルポリマー溶液(C2)を50部量りとり、紫外線吸収剤および光安定化剤をポリマーの繰り返し構造中に含むアクリル樹脂を成分とする株式会社日本触媒製“ハルスハイブリット”(登録商標)ポリマーUV−G13、50部を配合して酸化チタン含有アクリルポリマー溶液(C4)を得た。次に酸化チタン含有アクリルポリマー溶液(C4)100部に、ポリイソシアネート硬化剤として住化バイエルウレタン社製ヘキサメチレンポリイソシアネート(HDI)含有硬化剤溶液N−3200を1部配合した後、メチルイソブチルケトンを追加配合して、全固形分質量が10質量%となるように濃度を調整して、C層形成用原料組成物(C5)を得た。
前記の方法で得たアクリルポリマー溶液(C1)をメチルイソブチルケトンで希釈して全固形分濃度が50質量%になるように調整した。そのアクリルポリマー溶液100部に対して前記のヘキサメチレンポリイソシアネート(HDI)含有硬化剤溶液“N−3200”を1部配合した後、メチルイソブチルケトンを追加配合して、全固形分質量が30質量%となるように濃度調整して、C層形成用原料組成物(C6)を得た。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、メチルメタクリレート18部、n−ブチルメタクリレート80部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2部、トルエン100部を仕込み、窒素雰囲気下で撹拌しながら100℃まで昇温した。次いで、アゾビスイソブチロニトリルを0.15部加えて2時間重合反応を行った。続いて、アゾビスイソブチロニトリルを0.07部加えてさらに2時間重合反応を行い、更に0.07部のアゾビスイソブチロニトリルを加えてさらに2時間重合反応を行うことにより、メタクリル系共重合体溶液を得た。
表1に示すPETポリマーeをA層形成用原料として、PETポリマーkをB層形成用原料としてB層/A層となるように積層装置を通して積層し、Tダイよりシート状に成形した。積層構成は、表2に示すとおりA層の厚みが50μm、B層の厚みが200μmで総厚みが250μmとなるようにした。厚みは押出機の吐出量の調整により制御した。Tダイより吐出したシート状成形物を表面温度25℃の冷却ドラムで冷却固化した未延伸シートを85〜98℃に加熱したロール群に導き、長手方向に3.3倍縦延伸し、21〜25℃のロール群で冷却した。続いて、縦延伸したフィルムの両端をクリップで把持しながらテンターに導き130℃に加熱された雰囲気中で長手に垂直な方向に3.6倍横延伸した。その後テンター内で220℃の熱固定を行い、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取り厚み250μmの2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを得た。
表2に示すPETポリマー原料をそれぞれ用いてA層およびB層を所定の厚みになるように実施例1に記載の方法と同様にして2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを製膜した以外は、実施例1に記載の方法と同様にして表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS2〜BS5をそれぞれ製造した。
表2に示すPETポリマー原料をそれぞれ用いてA層およびB層を所定の厚みになるように、実施例1に記載の方法と同様にして2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを製膜した。
表1に示すPETポリマーfをA層およびD層形成用原料として、PETポリマーjをB層形成用原料としてA層/B層/D層の3層複合となるように積層装置を通して積層し、Tダイよりシート状に成形した。積層構成は、表2に示すとおりA層およびD層の厚みが35μm、B層の厚みが170μmで総厚みが240μmとなるように押出機の吐出量を調整して積層した。Tダイより吐出したシート状成形物を表面温度25℃の冷却ドラムで冷却固化した未延伸シートを85〜98℃に加熱したロール群に導き、長手方向に3.3倍縦延伸し、21〜25℃のロール群で冷却した。続いて、縦延伸したフィルムの両端をクリップで把持しながらテンターに導き130℃に加熱された雰囲気中で長手に垂直な方向に3.6倍横延伸した。その後テンター内で220℃の熱固定を行い、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取り厚み250μmの2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを得た。
表2に示すPETポリマー原料をそれぞれ用いてA層、B層およびD層を所定の厚みになるように実施例7に記載の方法と同様にしてA層/B層/D層の3層複合2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを製膜した。
表2に示すとおりB層をPETポリマーiを用いて形成した以外は実施例1に記載の方法と同様にして、表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS9を製造した。なお、このフィルムのB層の酸化チタン濃度は6質量%であった。
表2に示すC層形成用原料C3の代わりにC層形成用原料C8を用いて、乾燥後厚みが2.0μmとなるようにC層を形成した以外は実施例1に記載の方法と同様にして表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS10を製造した。
表2に示すPETポリマー原料をそれぞれ用いてA層およびB層を所定の厚みになるように実施例1に記載の方法と同様にして2軸延伸ポリエステルフィルムからなる基材フィルムを製膜した。なお、このフィルムのA層の酸化チタンの濃度は4.5質量%であった。
A層を表2に示すとおりPETポリマーcを用いて形成した以外は実施例1に記載の方法と同様にして、表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS12を製造した。なお、このフィルムのA層の酸化チタン濃度は28質量%であった。
表2に示すとおりB層をPETポリマーmを用いて形成した以外は実施例1に記載の方法と同様にして、表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS13を製造した。なお、このフィルムのB層の酸化チタン濃度は0.5質量%であった。
表2に示すとおりA層の厚みが100μm、B層の厚みが150μmで総厚みが250μmとなるように押出機の吐出量を調整して積層した以外は実施例1に記載の方法と同様にして。太陽電池バックシートBS14を製造した。
表2に示すC層形成用原料C3の代わりにC層形成用原料C6を用いて、乾燥後厚みが2.9μmとなるようにC層を形成した以外は実施例1に記載の方法と同様にして表2に示す積層構成の太陽電池バックシートBS15を製造した。
酸化チタン粒子を含有する白色EVAフィルム(50μm)と透明ポリエチレンテレフタレートフィルム“ルミラー”(登録商標)S10(東レ(株)製、210μm)および白色顔料を含有する白色ポリエチレンテレフタレートフィルム“ルミラー”(登録商標)MX11(東レ(株)製、50μm)を用意した。また、DIC(株)製ドライラミネート剤 ディックドライ(登録商標)LX−903を16部、硬化剤としてDIC(株)製KL−75を2部、および酢酸エチルを29.5部量りとり、15分間攪拌することにより固形分濃度20%のドライラミネート用接着剤を得た。
(考察)
実施例1〜8、実施例10は第一の発明に属するものである。第一の発明の特性を有するA層およびB層を有することにより、耐光性試験を行っても破断伸度保持率が高く、色調の変化が少ない。実施例1〜9は第二の発明に属するものである。これら実施例のものは対封止材接着強度及び対封止材接着強度の耐久性に優れている。
2 基材フィルム
3 太陽電池セル
4 接着剤
5 受光面側保護基材
6 封止材
7 端子箱
8 接着剤
9 配線材
10 フレーム
11 C層
20 B層
30 A層
40 D層
50 封止材接着面
Claims (13)
- 1枚のみの基材フィルム及びC層を有し、
前記C層は、アクリル樹脂を主たる成分とし、バックシートの一方の最表面に配置され、
前記基材フィルムは、A層及びB層を有し、
前記A層は、ポリエステル樹脂を主たる成分とし、A層中に白色顔料を5.0質量%以上25質量%以下含み、厚さが5μm以上であり、バックシートの他方の最表面に配置され、
前記B層は、ポリエステル樹脂を主たる成分とし、B層の全成分中に白色顔料を1.0質量%以上5.0質量%未満含み、厚さがバックシート全体の70%以上である
太陽電池バックシート。 - 白色顔料が酸化チタンである請求項1に記載の太陽電池バックシート。
- 前記C層が、水酸基を有するアクリル樹脂、イソシアネート化合物、及び白色顔料を含むC層形成用原料組成物(I)から得られたものである請求項1または2に記載の太陽電池バックシート。
- 前記C層形成用原料(I)が、2種以上のイソシアネート化合物を含み、
当該イソシアネート化合物が、イソシアネート基がブロック基で保護されたブロックイソシアネート化合物、及び、イソシアネート基がブロック基で保護されていないイソシアネート化合物を含む請求項3に記載の太陽電池バックシート。 - 前記C層が、水酸基を有するアクリル樹脂、ウレタン結合を有するアクリル樹脂、イソシアネート化合物、及び白色顔料を含む請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
- 基材フィルム及びC層を有し、
前記C層は、バックシートの一方の最表面に配置され、
前記C層は下記C層形成用原料組成物(II)から得られたものである太陽電池バックシート。
ここで、C層形成用原料組成物(II)はイソシアネート基と反応性を有する官能基を有するアクリル樹脂ならびに2種以上のイソシアネート化合物を含み、当該イソシアネート化合物が、イソシアネート基がブロック基で保護されたブロックイソシアネート化合物及びイソシアネート基がブロック基で保護されていないイソシアネート化合物を含む。 - イソシアネート基と反応性を有する官能基が水酸基である請求項6記載の太陽電池バックシート。
- C層形成用原料組成物(II)がさらに白色顔料を含有する請求項6または7に記載の太陽電池バックシート。
- 縦20cm、横20cmのサイズに切り出したシートを、150℃で30分間加熱した後に、シートの四隅の立ち上がりがいずれも30mm以下である請求項1〜8いずれかに記載の太陽電池バックシート。
- 前記C層が、波長350nmの光の透過率が50%以下である請求項1〜9のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
- ISO2409(2013年版)の記載にしたがって測定したA層及びC層の表層凝集強度が、クラス0であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の太陽電池バックシートのC層が、裏側封止材の側を向くようにして、受光面側保護基材、受光面側封止材、セル、裏側封止材、及び太陽電池バックシートが、この順に配置された太陽電池モジュール。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の太陽電池バックシートのC層が、裏側封止材の側を向くようにして、受光面側保護基材、受光面側封止材、セル、裏側封止材、及び太陽電池バックシートを、この順に配置し、加熱することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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