TWI556458B - Reflective solar panels for the back of the protective film - Google Patents

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TWI556458B
TWI556458B TW101125072A TW101125072A TWI556458B TW I556458 B TWI556458 B TW I556458B TW 101125072 A TW101125072 A TW 101125072A TW 101125072 A TW101125072 A TW 101125072A TW I556458 B TWI556458 B TW I556458B
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Masataka Saruwatari
Hiroshi Asahi
Takanobu Terasawa
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Toyo Aluminium Kk
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Description

具反射性之太陽電池用背面保護片 發明領域
本發明係關於一種藉由太陽能發電之太陽電池用背面保護片。
發明背景
現今太陽能發電領域中使用最多者，係晶態矽做成之半導體電池(太陽電池)。該電池係於受光面具有玻璃，於相反面具有背面保護片，且於其等之間使用以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等熱塑性樹脂做成之密封材並經加熱壓接而成者。繼之，藉由太陽能通過玻璃到達電池，進行發電。
然而，此種電池在考慮到用以取出電池發電電力之配線或配置之誤差等情況下，以平面視之時並非無縫配置於太陽電池模組全體。亦即，以平面視之時，無電池之部分成為直接可見到背面保護片之部分。該無電池之部分當然無助於發電。又，電池本身亦非將光100%吸收，觸及電池之光的一部分在穿透電池後，經過密封劑到達背面保護片。該穿透電池之光亦有無助於發電之問題。
為解決上述問題，專利文獻1提供一種方法，係於用以隔著密封材與晶圓相接之樹脂製薄膜部分，使用混有氧化鈦等填充劑之背面保護片，藉以提高光反射率同時使光漫反射，令穿過間隙之光到達電池背面。然而，因於 樹脂製薄膜混入填充劑等固形物，將產生該樹脂製薄膜本身容易破壞之問題。又，為使光有效反射，必須於樹脂製薄膜混入許多填充劑。
又，用以包封電池之密封材及背面保護片，於製作模組階段時以真空貼合機等進行接著，其接著強度需要高強度以保護電池。因此，若於樹脂製薄膜混入大量填充劑，即使背面保護薄膜之表層充分接著，仍將使混有填充劑之樹脂製薄膜本身容易破壞，以致妨害保護電池之機能。此外，縱然混有填充劑之樹脂製薄膜本身破裂等破壞並未發生，若延厚度方向產生表層破壞，即使與密封材已充分接著，仍有樹脂製薄膜在微小力量下剝離，對電池無法保持充分機能之問題。
特別是太陽電池模組中，配置於其背面之保護片係設有孔或狹縫，可供用以收集接線盒所發電力之配線通過。該太陽電池模組之框體四方係使用橡膠類密封材等形成密閉。亦即，導致撕裂背面保護片與密封材之部分即該孔或狹縫，故保持此部分乃重要之一環。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2006-270025號公報
發明概要
本發明之目的在於提供一種用以配置於太陽電 池模組之背面側之太陽電池用背面保護片，係穿透層具有充分穿透性，反射層具有充分反射性，同時用以與密封材接著之前述穿透層具有充分接著力，且該穿透層之用以接觸密封材之部分具有充分強度者。
本發明人為達成上述目的反覆鑽研，發現使用具有特定穿透層及反射層之太陽電池用背面保護片時，可達成上述目的，因而完成本發明。
即，本發明係有關於下列之太陽電池用背面保護片。
1.一種太陽電池用背面保護片，其係配置於太陽電池模組之背面側者，該太陽電池用背面保護片係至少依用以接觸密封材之穿透層(1)、反射層(2)及保護層(3)之順序積層而成；前述穿透層(1)係使波長400nm~1400nm之光線平均穿透70%以上；前述反射層(2)係含白色填充劑，並用以反射波長400nm~1400nm之光者。
2.如上述第1項之太陽電池用背面保護片，其中該穿透層(1)係包含選自於由聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子聚合物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、乙烯-乙烯醇共聚物及氯乙烯所構成群組中之至少1種聚合物者。
3.如上述第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該穿透層(1)係具有10N/cm以上之斷裂強度者。
4.如上述第1~3項中任一項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層(2)係使波長400nm~1400nm之光線平均反射80%以上者。
5.如上述第1~4項中任一項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層(2)係含氣泡。
6.如上述第1~5項中任一項之太陽電池用背面保護片，其中該白色填充劑係選自於由氧化鈦、氧化矽、氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鈣、硫酸鋇及氧化鋇所構成群組中之至少1種物質。
7.如上述第1~6項中任一項之太陽電池用背面保護片，其中該白色填充劑係於前述反射層(2)中含5重量%以上。
8.如上述第1~7項中任一項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層(2)係含聚對苯二甲酸乙二酯作為樹脂成分。
9.一種太陽電池模組，係使用如上述第1~8項中任一項之太陽電池用背面保護片做成者。
以下針對本發明之太陽電池用背面保護片詳細說明。
本發明之太陽電池用背面保護片係用以配置於太陽電池模組之背面側者，並至少由用以接觸密封材之穿透層(1)、反射層(2)及保護層(3)依序積層而成；且前述穿透 層(1)係使波長400nm~1400nm之光線平均穿透達70%以上者，前述反射層(2)係含白色填充劑，並用以反射波長400nm~1400nm之光者。
承上述，關於本發明之太陽電池用背面保護片，用以接著密封材之穿透層(1)不含填充劑，可使太陽光充分穿透，且穿透層(1)下層之反射層(2)具有使太陽光充分反射或漫反射之機能。進而，用以接著密封材之穿透層(1)因不含填充劑等故具有充分接著力，且穿透層(1)之用以接觸密封材之部分具有充分強度。如此一來，本發明之太陽電池用背面保護片可同時具有良好之接著性與太陽光線之反射性。
密封材與太陽電池用背面保護片間若有造成剝離之要因，則可能導致撕裂。以太陽電池模組為例，為對接線盒通電，而於太陽電池用背面保護片開設之孔或狹縫，即相當於該要因。然而，本發明之太陽電池用背面保護片誠如上述具有於穿透層(1)之下層設有反射層(2)之構造，因此可使太陽電池用背面保護片充分接觸密封材。
太陽電池用背面保護片中，穿透層與反射層之層間將欲剝離時，恐因反射層之破壞而無法保持層間強度。然而，本發明之太陽電池用背面保護片誠如上述具有於穿透層(1)之下層設有反射層(2)之構造，因此無撕裂各層之機會，不會產生剝離，故無各層間之接著強度變低之慮。如此一來，上述之孔或狹縫部分之下層全面存有密封材，撕裂之機會將發生於密封材與太陽電池用背面保護片全體 間。因此，於太陽電池用背面保護片設置反射層(2)作為第二層之收效甚大。
圖1係用以顯示本發明之太陽電池用背面保護片之實施型態之截面圖。
如圖1所示，太陽電池用背面保護片係由相對接近太陽電池單元之側開始，依序積層1.穿透層(1)、2.反射層(2)及3.保護層(3)形成積層體而構成。太陽電池單元與太陽電池用背面保護片係藉由密封材以穿透層接著。太陽電池用背面保護片於太陽電池與太陽電池單元業已接著之狀態下，係呈保護層(3)為最外層之狀態。
以下詳細說明構成本發明之太陽電池用背面保護片之穿透層(1)、反射層(2)及保護層(3)。
密封材
密封材係用以使太陽電池用背面保護片與太陽電池單元之背面經由熱封合接著之層形材。密封材僅以可藉由熱封合與太陽電池單元之背面接著之材料為限定條件，但宜含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。密封材之厚度並無限定，但基於填補電池單元或配線之厚度所造成之階差之理由，宜為200~1000μm，若為400~600μm更佳。
穿透層(1)
用以與密封材接著之穿透層須具有充分之接著力，且穿透層之用以接觸密封材之部分其基材本身須具備強度。因此，與密封材相接之層宜不含填充劑等，重點在於使太陽光充分穿透。
穿透層(1)係使波長400nm~1400nm之光線平均穿透70%以上者。
將穿透層(1)與密封材撕裂時之力量若僅扯開穿透層(1)，則剝離之界面將轉移至第二層亦即強度弱之反射層(2)(後述)。若然，則無法與密封材達到充分接著。因此，穿透層(1)之斷裂強度必須強過穿透層(1)之與密封材之接著力，故穿透層(1)宜為薄膜而非塗膜。此外，穿透層(1)之厚度宜為使穿透層(1)具有充足斷裂強度之厚度。
穿透層(1)必須於與密封材加熱貼合後具有充分接著性。此種穿透層(1)宜為包含選自於由聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子聚合物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、乙烯-乙烯醇共聚物及氯乙烯所構成群組中之至少1種聚合物者。若考慮價格及處理，由聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物構成之薄膜層更適合作為穿透層(1)。
其中，前述所謂「平均穿透達70%以上」，係可用分光光度計將波長400~1400nm範圍內每1nm之值平均後求出。如此一來，因穿透層(1)之穿透度平均為70%以上，將使光有效穿透至毗連該穿透層(1)之反射層(2)，且由反射層(2)反射之光可有效返回太陽電池單元。
若由光之穿透度加以考量，穿透層(1)之厚度宜薄，但就強度之觀點而言則以厚者為佳。因此，穿透層(1)之厚度宜為10~100μm，若為20~60μm更佳。
密封材與太陽電池用背面保護片之接著強度，係與用以與密封材接著之太陽電池用背面保護片之穿透層(1)有關。密封材與太陽電池用背面保護片之接著強度並無規定，但若為10N/cm(15N/15mm)以上則達充分接著，若為20N/cm(30N/15mm)以上更佳。因此，若上述穿透層(1)之斷裂強度亦為10N/cm，即可控制界面轉移至反射層。接著強度係按玻璃、密封材(Bridgestone公司製S-11)、太陽電池用背面保護片之順序進行積層，並以150℃進行10分鐘真空貼合。此時，密封材與穿透層(1)融合。繼之，由太陽電池用背面保護片側以切割機切出2道縫隙，其間隔為10mm。在此狀態下，可藉由撕扯2道縫隙間之太陽電池用背面保護片，以推拉力計測量密封材與太陽電池用背面保護片間之接著強度。此外，斷裂強度可將積層前之穿透層(1)裁成寬15mm之長條狀，並以拉伸壓縮試驗機Strograph測量斷裂時之強度。
穿透層(1)之厚度或材質，可依據穿透層(1)之穿透性、與密封材之接著強度及斷裂強度而定。
反射層(2)
本發明之太陽電池用背面保護片，係使太陽光穿透用以與密封材相接之穿透層(1)，且其正下層具備一具有使太陽光充分反射或漫反射之機能之反射層(2)。如此一來，本發明之太陽電池用背面保護片既具有接著性又可充分反射太陽光線。
密封材與太陽電池用背面保護片間若有造成剝 離之因素，則可能導致撕裂，以太陽電池模組為例，為對接線盒通電，而於太陽電池用背面保護片開設之孔或狹縫，即相當於該因素。因此，本發明之太陽電池用背面保護片於穿透層(1)之下層設有反射層(2)，此種太陽電池用背面保護片可藉由密封材，與太陽電池單元充分接著。
太陽電池用背面保護片中，穿透層與反射層之層間將欲剝離時，恐因反射層之破壞而無法保持層間強度。本發明之太陽電池用背面保護片因於上述之孔或狹縫部分之下層全面存有密封材，撕裂之機會將發生於密封材與太陽電池用背面保護片全體間。因此，於太陽電池用背面保護片設置反射層(2)作為第二層之收效甚大。
反射層(2)係含白色填充劑，並用以將波長400nm~1400nm之光反射者。
反射層(2)因含白色填充劑，故具有高反射率，並可藉由漫反射使太陽光經電池單元(太陽電池)間隙返回電池單元。白色填充劑容易與用以構成反射層(2)之樹脂混合，故氧化鈦、氧化矽、氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鈣、硫酸鋇及氧化鋇等更適於使用。
基於使反射率提昇同時維持薄膜強度之理由，反射層(2)中宜含5重量%以上之前述白色填充劑，若含7~15重量%更佳。
反射層(2)基於可反射或漫反射太陽光之理由，宜更含有氣泡。反射層(2)所含之氣泡大小宜為0.2~20μm，若為1~10μm更佳。反射層(2)中按體積比率而言，宜含有 5~30體積%之氣泡，若含有10~20體積%更佳。於使加熱發泡性之填充劑混入薄膜之狀態下進行加熱，可使反射層(2)含有氣泡。
反射層(2)宜為包含選自於由聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子聚合物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、乙烯-乙烯醇共聚物及氯乙烯所構成群組中之至少1種聚合物者。反射層(2)若考慮價格、製造容易度及熱收縮，則以聚對苯二甲酸乙二酯更適於使用。
反射層(2)宜為平均反射波長400nm~1400nm之光線達80%以上者。上述所謂「平均反射達80%以上」，係可用分光光度計將波長400~1400nm範圍內每1nm之值平均後求出。如此一來，因反射層(2)之反射平均為80%以上，可使光有效返回太陽電池單元。
基於提高反射率之理由，反射層(2)之厚度宜為30~350μm，若為50~250μm更佳。
保護層(3)
保護層(3)係設於太陽電池用背面保護片之最外層(與靠太陽電池單元側相反之另一側)者。保護層(3)宜具有耐候性及電性絕緣性。
保護層(3)之組成成分，舉例言之，有：聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等聚酯薄膜；聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟乙 烯(ETFE)等氟系薄膜；聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴薄膜；及，其他如聚苯乙烯薄膜、聚醯胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯腈薄膜、聚醯亞胺薄膜等。若將在戶外之耐久性考慮在內，則上述PET宜使用抗水解性PET。另外還有工程塑膠及氟系樹脂。工程塑膠舉例言之有：聚縮醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、改質聚苯醚(m-PPE)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、GF強化聚對苯二甲酸乙二酯(GF-PET)、超高分子量聚乙烯(UHPE)、間規聚苯乙烯(SPS)、非晶性聚芳酯(PAR)、聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚苯硫(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯亞胺(PI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚苯醚(PPE)、液晶聚合物(LCP)等。基於耐候性與經濟性理由，由聚氟乙烯或聚對苯二甲酸乙二酯構成之薄膜層更適於作為保護層(3)。
保護層(3)可為單層亦可為複層(積層薄膜)。保護層(3)為單層者，厚度宜為20~2000μm。若為複層，則宜為耐候性佳之薄膜與電性絕緣性佳之薄膜之積層體。此時，宜將電性絕緣性佳之薄膜配置於靠樹脂薄膜基材側，並將耐候性佳之薄膜作為最外層。耐候性佳之薄膜，以厚度20~150μm之氟系薄膜為佳，電性絕緣性佳之薄膜，則以厚度100~250μm之PET薄膜為佳。
根據本發明之太陽電池用背面保護片，可提供一種用以配置於太陽電池模組背面側之太陽電池用背面保護片，係穿透層具有充分穿透性，反射層具有充分反射性， 同時用以與密封材接著之前述穿透層具有充分接著力，且該穿透層之用以接觸密封材之部分具有充分強度者。
圖式簡單說明
圖1係本發明之太陽電池用背面保護片之層結構例示圖。1.穿透層(1)側係相對接近太陽電池單元之一側。
用以實施發明之形態
以下舉實施例及比較例具體說明本發明。惟，本發明並非以實施例為限。
實施例1
依如下方法做成太陽電池模組所用之太陽電池用背面保護片。
結構上依穿透層(1)、反射層(2)及保護層(3)之順序進行積層而製成背面保護片。
首先，反射層(2)係使用於聚對苯二甲酸乙二酯樹脂100份中混合氧化鈦15份，並藉一般的T字模以樹脂押出方法製成之厚度250μm之聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(A)(PET薄膜)。
其次，於PET(A)薄膜表面，將38μm之杜邦公司製泰德拉薄膜(Tedlar film；聚氟乙烯樹脂)以胺甲酸乙酯系接著劑並藉由乾燥積層法進行接著，形成保護層(3)。
繼之，於PET薄膜(A)之相反側，將50μm、密度0.94g/cm3之低密度線狀聚乙烯薄膜以胺甲酸乙酯系接著劑並藉由乾燥積層法進行接著，形成穿透層(1)。藉此，即可 製成背面保護片。
繼而，於該背面保護片之穿透層(1)外表面積層密封材(EVA)。
實施例2
反射層(2)係使用於聚對苯二甲酸乙二酯樹脂100份中混合硫酸鋇10份，並藉一般的T字模以樹脂押出方法製成之厚度250μm之聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(A)，其餘則按與實施例1相同之步驟製作太陽電池用背面保護片，並於穿透層(1)之外表面積層有密封材。
實施例3
穿透層(1)係使用厚度50μm之TAMAPOLY(股)製乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜SB-3，其餘則按與實施例1相同之步驟製作太陽電池用背面保護片，並於穿透層(1)之外表面積層有密封材。
比較例1
使用對密度0.94g/cm3之低密度線狀聚乙烯100份混合氧化鈦10份做成之厚度50μm之薄膜，作為相當於實施例1之穿透層(1)之層，再按與實施例1相同之步驟製作太陽電池用背面保護片，並於穿透層(1)之外表面積層有密封材。
比較例2
使用對密度0.94g/cm3之低密度線狀聚乙烯100份混合氧化鈦20份做成之厚度50μm之薄膜，作為相當於實施例1之穿透層(1)之層，其餘則按與實施例1相同之步驟製作太陽電池用背面保護片，並於穿透層(1)之外表面積層有密封材。
<評價方法>
(A)反射率
反射層(2)之反射率係利用紫外線-可見光-近紅外線分光光度計(製品名「JASCO V570型」日本分光公司製)求得全光線之反射率。另外上述光度計之規格係設定為支座形式：積分球式、測量尺寸：長8mm×寬9mm、積分球內徑：60mm、積分球內壁塗佈劑：硫酸鋇。且，可藉由將波長400~1400nm範圍內每1nm之值平均後求出。
(B)穿透率
穿透層(1)之穿透率係利用紫外線-可見光-近紅外線分光光度計(製品名「JASCO V570型」日本分光公司製)求得全光線之穿透率。另外上述光度計之規格係設定為支座形式：積分球式、測量尺寸：長8mm×寬9mm、積分球內徑：60mm、積分球內壁塗佈劑：硫酸鋇。且，可藉由將波長400~1400nm範圍內每1nm之值平均後求出。
(C)穿透層(1)之斷裂強度
穿透層(1)之斷裂強度係藉由將試樣裁成寬15mm×長150mm之長條狀，並利用東洋精機公司製拉伸壓縮試驗機量測穿透層斷裂時之應力而求得。
(D)與密封材之接著強度
將厚度460μm之Bridgestone公司製密封材S11(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂)置於藍板玻璃上，再將實施例及比較例所做成之太陽電池用背面保護片呈使穿透層(1)與密封材相接之狀態置於密封材上後，利用真空貼合機以150℃進行 熱壓接(熱封合)10分鐘，藉以使太陽電池用背面保護片與密封材接著，製成虛擬模組。經充分冷卻後，於太陽電池用背面保護片形成寬15mm且150mm之長方形縫隙，撕扯太陽電池用背面保護片，並以推拉力計量測此時之應力。
試驗結果顯示於下列表1。
1‧‧‧穿透層(1)
2‧‧‧反射層(2)
3‧‧‧保護層(3)
圖1係本發明之太陽電池用背面保護片之層結構例示圖。1.穿透層(1)側係相對接近太陽電池單元之一側。
1‧‧‧穿透層(1)
2‧‧‧反射層(2)
3‧‧‧保護層(3)

Claims (9)

  1. 一種太陽電池用背面保護片，係配置於太陽電池模組之背面側者；其特徵在於：至少依用以接觸密封材之穿透層、反射層及保護層之順序積層而成；前述穿透層係使波長400nm~1400nm之光線平均穿透70%以上，且其厚度為10~100μm；前述反射層係含白色填充劑，並用以反射波長400nm~1400nm之光；前述保護層是由聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、或乙烯-四氟乙烯所構成之氟系薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽電池用背面保護片，其中該穿透層係包含選自於由聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子聚合物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、乙烯-乙烯醇共聚物及氯乙烯所構成群組中之至少1種聚合物者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該穿透層係具有10N/cm以上之斷裂強度者。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層係使波長400nm~1400nm之光線平均反射80%以上者。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層係含氣泡。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該白色填充劑係選自於由氧化鈦、氧化矽、氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鈣、硫酸鋇及氧化鋇所構成群組中之至少1種物質。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該白色填充劑係於前述反射層中含5重量%以上。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池用背面保護片，其中該反射層係含聚對苯二甲酸乙二酯作為樹脂成分。
  9. 一種太陽電池模組，係使用如申請專利範圍第1至8項中任一項之太陽電池用背面保護片做成者。
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