JP2011146658A - 太陽電池用バックシート及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】EVA系封止材との接着性と反射性又は装飾性とを併せ持ち、かつ安価に製造可能な太陽電池用バックシートを提供する。
【解決手段】ポリマー基材上に、2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層と、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層と、を前記ポリマー基材の側から順に有している。
【選択図】なし

Description

本発明は、太陽電池素子の太陽光入射側の反対側に設けられる太陽電池用バックシート及びその製造方法、並びに太陽電池モジュールに関する。
太陽電池は、発電時に二酸化炭素の排出がなく環境負荷が小さい発電方式であり、近年急速に普及が進んでいる。
太陽電池モジュールは、通常、太陽光が入射する側のオモテ面ガラスと、太陽光が入射する側とは反対側(裏面側)に配置される、いわゆるバックシートとの間に、太陽電池セルが挟まれた構造を有しており、オモテ面ガラスと太陽電池セルとの間、及び太陽電池セルとバックシートとの間は、それぞれEVA(エチレン−ビニルアセテート)樹脂などで封止されている。
バックシートは、太陽電池モジュールの裏面からの水分の浸入を防止する働きを有するもので、従来はガラスやフッ素樹脂等が用いられていたが、近年では、コストの観点からポリエステルが用いられるようになってきている。そして、バックシートは、単なるポリマーシートではなく、以下に示すような種々の機能が付与される場合がある。
前記機能として、例えば、バックシートに酸化チタン等の白色無機微粒子を添加し、反射性能を持たせたものが要求される場合がある。これは、モジュールのオモテ面から入射した太陽光のうち、セルを素通りした光を乱反射して、セルに戻すことで発電効率を上げるためである。この点について、白色無機微粒子が添加された白色ポリエチレンテレフタレートフィルムの例が開示されており(例えば、特許文献1、3参照)、また白色顔料を含有する白色インキ層を有する裏面保護シートの例も開示されている(例えば、特許文献3参照)。
また、バックシートに装飾性が要求される場合がある。この点、装飾性を改良するため、黒色顔料であるペリレン系顔料を添加した太陽電池用バックシートの例が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
更に、バックシートとEVA封止材との間の強固な接着を得るために、バックシートの最表層に易接着性層を設ける場合がある。この点について、白色のポリエチレンテレフタレートフィルムの上に熱接着層を設ける技術が記載されている(例えば、特許文献1参照)。
以上のような機能を付与するためには、バックシートは、支持体上に他の機能を有する層が積層された構造になる。積層の手段としては、色々な機能を持つシートを支持体に貼合する方法がある。例えば、複数の樹脂フィルムの貼合によりバックシートを形成する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。更に、貼合より低コストでバックシートを形成する方法として、支持体に色々な機能を持つ層を塗布する方法が開示されている(例えば、特許文献3〜4参照)。
特開2003−060218号公報 特開2002−100788号公報 特開2006−210557号公報 特開2007−128943号公報
しかしながら、貼合によるバックシートの形成方法については開示された技術はあるが、コストが高く、しかも層間の長期使用での接着性に劣り、耐久性の点で不充分であった。すなわち、バックシートは直接、水分や熱、光に曝されるため、これらに対する耐久性が要求される。特に、バックシートは一般にEVA系封止材に接着された構造を有しているが、この場合はバックシート/EVA間の経時での接着耐久性は極めて重要である。また、支持体と各層の間の接着耐久性も不可欠である。
また、塗布による方法に関する開示もあるものの、光反射性又は装飾性とEVA系封止材との間の接着性とを両立させた太陽電池用のバックシートが提供されるには至っていない。
以上のように、長期経時に耐えるEVA系封止材との接着性とその他の機能(例えば反射性能や装飾)との両方を兼ね備えるとともに、安価に製造可能で、しかも湿熱耐久性を満足できる太陽電池用のバックシートは、未だ提供されるに至っていないのが実情である。
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、下記目的を達成することを本発明の課題とする。すなわち、
本発明は、長期経時でのEVA系封止材との間の接着耐久性と反射性又は装飾性とを併せ持ち、かつ安価に製造可能な太陽電池用バックシートを提供することを目的とする。更には、良好な湿熱耐久性を有する太陽電池用バックシートを提供することを目的とする。また、
本発明は、長期経時でのEVA系封止材との間の接着耐久性と反射性又は装飾性とを併せ持つ太陽電池用バックシートを安価に製造することができる太陽電池用バックシートの製造方法を提供することを目的とする。更には、良好な湿熱耐久性を持つ太陽電池用バックシートを安価に製造することができる太陽電池用バックシートの製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、安定した発電効率を有する安価な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> ポリマー基材上に、2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層と、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層と、を前記ポリマー基材の側から順に有する太陽電池用バックシートである。
<2> 前記着色層及び前記易接着性層の少なくとも一方は、更に、バインダーに対して5〜50質量%の架橋剤を含有することを特徴とする前記<1>に記載の太陽電池用バックシートである。
<3> 120℃、100%RHの雰囲気下に48時間保存した後の前記封止材との接着力が、保存前の前記封止材との接着力の75%以上であることを特徴とする前記<1>又は前記<2>に記載の太陽電池用バックシートである。
<4> 前記着色層は、前記ポリマー基材の表面に直に有し、あるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して有することを特徴とする前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の太陽電池用バックシートである。
<5> 前記顔料が白色顔料であり、前記着色層及び前記易接着性層が設けられた面における波長550nmの光に対する反射率が75%以上であることを特徴とする前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の太陽電池用バックシートである。
<6> 前記ポリマー基材は、カルボキシル基の含量が35当量/t以下であるポリエステルであることを特徴とする前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載の太陽電池用バックシートである。
<7> 前記着色層及び前記易接着性層は、塗布により形成されたことを特徴とする前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載の太陽電池用バックシートである。
<8> 太陽光が入射する透明性の基板と、太陽電池素子と、前記<1>〜前記<7>のいずれか1つに記載の太陽電池用バックシートとを備えた太陽電池モジュールである。
<9> ポリマー基材上に、2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層用塗布液と、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層を形成するための易接着性層用塗布液と、を前記ポリマー支持体側から順に塗布する工程を含む太陽電池用バックシートの製造方法である。
<10> 前記着色層用塗布液は、更に溶媒を含有し、該溶媒の60質量%以上が水である水系塗布液であることを特徴とする前記<9>に記載の太陽電池用バックシートの製造方法である。
<11> 前記工程は、前記ポリマー基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して、前記着色層用塗布液を塗布し、ポリマー基材上に着色層を形成することを特徴とする前記<9>又は前記<10>に記載の太陽電池用バックシートの製造方法である。
本発明によれば、長期経時でのEVA系封止材との間の接着耐久性と反射性又は装飾性とを併せ持ち、かつ安価に製造可能な太陽電池用バックシート、更には良好な湿熱耐久性を有する太陽電池用バックシートを提供することができる。また、
本発明によれば、長期経時でのEVA系封止材との間の接着耐久性と反射性又は装飾性とを併せ持つ太陽電池用バックシートを安価に製造できる太陽電池用バックシートの製造方法、更には良好な湿熱耐久性を持つ太陽電池用バックシートを安価に製造できる太陽電池用バックシートの製造方法を提供することができる。さらに、
本発明によれば、安定した発電効率を有する安価な太陽電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明の太陽電池用バックシート及びその製造方法、並びに太陽電池モジュールについて詳細に説明する。
<太陽電池用バックシート及びその製造方法>
本発明の太陽電池用バックシートは、ポリマー基材上に該ポリマー基材側から順次、2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層と、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層と、を設けて構成されたものである。
本発明においては、所定量の顔料(好ましくは白色顔料)を含む着色層(好ましくは反射層)と、該着色層上に所定量のバインダーと無機微粒子を含んでEVA系封止剤に対する接着性が与えられた易接着性層とが積層されていることで、太陽電池用途に好適な光反射性又は装飾性を有しており、さらに電池本体との接着(特に太陽電池素子を封止するEVA系封止剤との接着)に優れており、湿熱環境下での経時で剥離等を起こすことなく安定的に保つことができ、長期に亘って発電性能を安定して保つことが可能である。
−ポリマー基材−
ポリマー基材としては、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、又はポリフッ化ビニルなどのフッ素系ポリマー等が挙げられる。これらの中では、コストや機械強度などの点から、ポリエステルが好ましい。
本発明における基材(支持体)として用いられるポリエステルとしては、芳香族二塩基酸又はそのエステル形成性誘導体とジオール又はそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルである。かかるポリエステルの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6−ナフタレートなどを挙げることができる。このうち、力学的物性やコストのバランスの点で、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレン−2,6−ナフタレートが特に好ましい。
前記ポリエステルは、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。更に、前記ポリエステルに他の種類の樹脂、例えばポリイミド等を少量ブレンドしたものであってもよい。
本発明におけるポリエステルを重合する際には、カルボキシル基含量を所定の範囲以下に抑える観点から、Sb系、Ge系、Ti系の化合物を触媒として用いることが好ましく、中でも特にTi系化合物が好ましい。Ti系化合物を用いる場合、Ti系化合物を1ppm以上30ppm以下、より好ましくは3ppm以上15ppm以下の範囲で触媒として用いることにより重合する態様が好ましい。Ti系化合物の割合が前記範囲内であると、末端カルボキシル基を下記範囲に調整することが可能であり、ポリマー基材の耐加水分解性を低く保つことができる。
Ti系化合物を用いたポリエステルの合成には、例えば、特公平8−301198号公報、特許第2543624号、特許第3335683号、特許第3717380号、特許第3897756号、特許第3962226号、特許第3979866号、特許第3996871号、特許第4000867号、特許第4053837号、特許第4127119号、特許第4134710号、特許第4159154号、特許第4269704号、特許第4313538号等に記載の方法を適用できる。
ポリエステル中のカルボキシル基含量は50当量/t以下が好ましく、より好ましくは35当量/t以下である。カルボキシル基含量が50当量/t以下であると、耐加水分解性を保持し、湿熱経時したときの強度低下を小さく抑制することができる。カルボキシル基含量の下限は、ポリエステルに形成される層(例えば着色層)との間の接着性を保持する点で、2当量/tが望ましい。
ポリエステル中のカルボキシル基含量は、重合触媒種、製膜条件(製膜温度や時間)により調整することが可能である。
本発明におけるポリエステルは、重合後に固相重合されていることが好ましい。これにより、好ましいカルボキシル基含量を達成することができる。固相重合は、連続法(タワーの中に樹脂を充満させ、これを加熱しながらゆっくり所定の時間滞流させた後、送り出す方法)でもよいし、バッチ法(容器の中に樹脂を投入し、所定の時間加熱する方法)でもよい。具体的には、固相重合には、特許第2621563号、特許第3121876号、特許第3136774号、特許第3603585号、特許第3616522号、特許第3617340号、特許第3680523号、特許第3717392号、特許第4167159号等に記載の方法を適用することができる。
固相重合の温度は、170℃以上240℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以上230℃以下であり、さらに好ましくは190℃以上220℃以下である。また、固相重合時間は、5時間以上100時間以下が好ましく、より好ましくは10時間以上75時間以下であり、さらに好ましくは15時間以上50時間以下である。固相重合は、真空中あるいは窒素雰囲気下で行なうことが好ましい。
本発明におけるポリエステル基材は、例えば、上記のポリエステルをフィルム状に溶融押出を行なった後、キャスティングドラムで冷却固化させて未延伸フィルムとし、この未延伸フィルムをTg〜(Tg+60)℃で長手方向に1回もしくは2回以上合計の倍率が3倍〜6倍になるよう延伸し、その後Tg〜(Tg+60)℃で幅方向に倍率が3〜5倍になるように延伸した2軸延伸フィルムであることが好ましい。
さらに、必要に応じて180〜230℃で1〜60秒間の熱処理を行なったものでもよい。
ポリマー基材(特にポリエステル基材)の厚みは、25〜300μm程度が好ましい。厚みは、25μm以上であると力学強度が良好であり、300μm以下であるとコスト的に有利である。
特にポリエステル基材は、厚みが増すに伴なって耐加水分解性が悪化し、長期使用に耐えない傾向にあり、本発明においては、厚みが120μm以上300μm以下であって、かつポリエステル中のカルボキシル基含量が2〜50当量/tである場合に、より湿熱耐久性の向上効果が奏される。
−着色層−
本発明における着色層は、少なくとも、顔料を2.5〜8.5g/mと、バインダーとを含有する。この着色層は、必要に応じて、さらに各種添加剤などの他の成分を含んで構成されてもよい。
本発明における着色層の第1の機能は、入射光のうち太陽電池セルを通過して発電に使用されずにバックシートに到達した光を反射させて太陽電池セルに戻すことにより、太陽電池モジュールの発電効率を上げることにある。第2の機能は、太陽電池モジュールを太陽光が入射する側(オモテ面側)から見た場合の外観の装飾性を向上することにある。一般に太陽電池モジュールをオモテ面側から見ると、太陽電池セルの周囲にバックシートが見えており、バックシートに着色層を設けることにより装飾性を向上させて見栄えを改善することができる。
(顔料)
本発明における着色層は、顔料の少なくとも一種を含有する。
顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、群青、紺青、カーボンブラック等の無機顔料、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の有機顔料を、適宜選択して含有することができる。
本発明における着色層中には、顔料を2.5〜8.5g/mの範囲で含有する。顔料の着色層中における含量が2.5g/m未満であると、必要な着色が得られず、反射率や装飾性が得られない。また、顔料の着色層中における含量が8.5g/mを超えると、着色層の面状が悪化し、膜強度が低下する。
中でも、顔料のより好ましい含量は、4.5〜8.0g/mの範囲である。
顔料の平均粒径としては、体積平均粒径で0.03〜0.8μmが好ましく、より好ましくは0.15〜0.5μm程度である。平均粒径が前記範囲内であると、光の反射効率が高い。平均粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される値である。
(バインダー)
本発明の着色層は、バインダーの少なくとも1種を含有する。
バインダーの含有量は、前記顔料に対して、15〜200質量%の範囲が好ましく、17〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの含有量は、15質量%以上であると、着色層の強度が充分に得られ、また200質量%以下であると、反射率や装飾性を良好に保つことができる。
本発明における着色層に好適なバインダーは、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等であり、耐久性の観点からは、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂としては、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例としては、ポリオレフィンの例としてケミパールS−120、S−75N(ともに三井化学(株)製)、アクリル樹脂の例としてジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬(株)製)、アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例としてセラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)、H7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)などを挙げることができる。
(添加剤)
本発明における着色層には、バインダー及び顔料以外に、必要に応じて、更に架橋剤、界面活性剤、フィラー等の添加剤を添加してもよい。
前記架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。中でも、オキサゾリン系の架橋剤が好ましく、具体的には後述の易接着性層に使用可能なものを好適に用いることができる。
架橋剤を添加する場合、その添加量としては、着色層中のバインダーに対して、5〜50質量%が好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であると、着色層の強度及び接着性を保持しながら充分な架橋効果が得られ、50質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保てる。
前記界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤が挙げられる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は0.1〜15mg/mが好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/mである。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m以上であると、ハジキの発生を抑えて良好な層形成が得られ、15mg/m以下であると、接着を良好に行なうことができる。
本発明における着色層には、上記の顔料とは別に、更に、シリカ等のフィラーなどを添加してもよい。フィラーを添加する場合、その添加量は、着色層中のバインダーに対して、20質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以下である。フィラーの添加量が20質量%以下であると、顔料の比率低下を抑えつつ必要な反射率や装飾性を得ることができる。
(着色層の形成方法)
着色層の形成は、顔料を含有するポリマーシートを基材に貼合する方法、基材形成時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等により行なえる。具体的には、ポリマー基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して、貼合、共押出し、塗布等することにより着色層を形成することができる。形成された着色層は、ポリマー基材の表面に直に接した状態であっても、あるいは下塗り層を介して積層した状態であってもよい。
上記のうち、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。
塗布による場合、塗布方法としては、例えば、グラビアコーター、バーコーターなどの公知の塗布方法を利用することができる。
塗布液は、塗布溶媒として水を用いた水系でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒を用いた溶剤系でもよい。中でも、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(下塗り層)
本発明の太陽電池用バックシートには、前記ポリマー基材(支持体)と前記着色層との間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層の厚みは、厚み2μm以下の範囲が好ましく、より好ましくは0.05μm〜2μmであり、更に好ましくは0.1μm〜1.5μmである。厚みが2μm以下であると、面状を良好に保つことができる。また、厚みが0.05μm以上であることにより、必要な接着性を確保しやすい。
下塗り層は、バインダーを含有することができる。バインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。また、下塗り層には、バインダー以外に、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤、アニオン系やノニオン系等の界面活性剤、シリカ等のフィラーなどを添加してもよい。
下塗り層を塗布するための方法や用いる塗布液の溶媒には、特に制限はない。
塗布方法としては、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
塗布液に用いる溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
また、塗布は、2軸延伸した後のポリマー基材に塗布してもよいし、1軸延伸後のポリマー基材に塗布した後に初めの延伸と異なる方向に延伸する方法でもよい。さらに、延伸前の基材に塗布した後に2方向に延伸してもよい。
(物性)
着色層に顔料として白色顔料を添加して反射層とする場合、着色層及び易接着性層が設けられている側の表面における550nmの光反射率は、75%以上であることが好ましい。なお、光反射率とは、易接着性層の表面から入射した光が反射層で反射して再び易接着性層から出射した光量の入射光量に対する比率である。
光反射率が75%以上であると、セルを素通りして内部に入射した光を効果的にセルに戻すことができ、発電効率の向上効果が大きい。着色剤の含有量を2.5〜8.5g/mの範囲で制御することにより、光反射率を75%以上に調整することができる。
着色層を反射層として構成する場合、反射層の厚みは、1〜20μmが好ましく、より好ましくは1.5〜10μm程度である。この厚みが1μm以上であると、必要な装飾性や反射率を得ることができ、また20μm以下であると、面状を良好に保つことができる。
−易接着性層−
本発明における易接着性層は、バインダーを0.05〜5g/mと、無機微粒子を前記バインダーに対して5〜400質量%と、を含み、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有するように構成されている。易接着性層は、必要に応じて、さらに添加剤などの他の成分を含んで構成されてもよい。
易接着性層は、バックシートを電池本体の太陽電池素子(以下、発電素子ともいう)を封止する封止材と強固に接着するための層である。具体的には、本発明における易接着性層は、電池本体の発電素子を封止するエチレン−ビニルアセテート(EVA;エチレン−酢酸ビニル共重合体)系封止材との間の接着力が10N/cm以上、好ましくは20N/cm以上となるように設けられる。この接着力が10N/cm未満であると、接着性を維持し得る湿熱耐性が足らず、経時で剥離を起こし、長期耐久性に優れた太陽電池モジュールが得られない。前記接着力は、易接着性層中のバインダー及び無機微粒子の量を上記の範囲に調節する方法などにより得られる。他の方法として、バックシートの封止材と接着させる面にコロナ処理を施す方法なども挙げられる。
(バインダー)
易接着性層は、バインダーの少なくとも一種を含有する。
易接着性層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等が挙げられ、中でも耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。
好ましいバインダーの例としては、ポリオレフィンの具体例としてケミパールS−120、S−75N(ともに三井化学(株)製)、アクリル樹脂の具体例としてジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬(株)製)、アクリルとシリコーンとの複合樹脂の具体例としてセラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)とH7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)などを挙げることができる。
バインダーの易接着性層中における含有量は、0.05〜5g/mの範囲とする。中でも、0.08〜3g/mの範囲が好ましい。バインダーの含有量は、0.05g/m未満であると所望とする接着力が得られず、5g/mを超えると良好な面状が得られない。
(微粒子)
易接着性層は、無機微粒子の少なくとも一種を含有する。
無機微粒子としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化錫等が挙げられる。中でも、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性の低下が小さい点で、酸化錫、シリカの微粒子が好ましい。
無機微粒子の粒径は、体積平均粒径で10〜700nm程度が好ましく、より好ましくは20〜300nm程度である。粒径がこの範囲内であると、より良好な易接着性を得ることができる。粒径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕により測定される値である。
無機微粒子の形状には、特に制限はなく、球形、不定形、針状形等のいずれのものを用いることができる。
無機微粒子の含有量は、易接着性層中のバインダーに対して、5〜400質量%の範囲とする。無機微粒子の含有量は、5質量%未満であると、湿熱雰囲気に曝されたときに良好な接着性が保持できず、400質量%を超えると、易接着性層の面状が悪化する。
中でも、無機微粒子の含有量は、50〜300質量%の範囲が好ましい。
(架橋剤)
易接着性層には、架橋剤の少なくとも一種を含有することができる。
易接着性層に好適な架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。中でも、湿熱経時後の接着性を確保する観点から、オキサゾリン系架橋剤が特に好ましい。
前記オキサゾリン系架橋剤の具体例としては、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2、2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド等が挙げられる。さらに、これらの化合物の(共)重合体も好ましく用いられる。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS-500、同WS-700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
架橋剤の易接着性層中における含有量としては、易接着性層中のバインダーに対して、5〜50質量%が好ましく、中でもより好ましくは20〜40質量%である。架橋剤の含有量は、5質量%以上であると、良好な架橋効果が得られ、着色層の強度や接着性を保持することができ、50質量%以下であると、塗布液のポットライフを長く保つことができる。
(添加剤)
本発明における易接着性層には、必要に応じて、更に、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、シリカ等の公知のマット剤、アニオン系やノニオン系などの公知の界面活性剤などを添加してもよい。
(易接着性層の形成方法)
易接着性層の形成は、易接着性を有するポリマーシートを基材に貼合する方法や、塗布による方法が挙げられる。中でも、塗布による方法は、簡便であると共に、均一性で薄膜での形成が可能である点で好ましい。
塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の塗布法を利用することができる。
塗布液の調製に用いる塗布溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(物性)
易接着性層の厚みには、特に制限はないが、通常は0.05〜8μmが好ましく、より好ましくは0.1〜5μmの範囲である。易接着性層の厚みは、0.05μm以上であると必要な易接着性を好適に得ることができ、8μm以下であると面状がより良好になる。
また、本発明の易接着性層は、着色層の効果を低減させないために、透明であることが必要である。
また、本発明の太陽電池用バックシートは、120℃、100%RHの雰囲気下に48時間保存した後の封止材との接着力が、保存前の封止材との接着力に対し、75%以上であることが好ましい。本発明の太陽電池用バックシートは、既述の通り、所定量のバインダーと該バインダーに対して所定量の無機微粒子とを含み、EVA系封止材に対して10N/cm以上の接着力を持つ易接着層を有することにより、前記保存後にも保存前の75%以上の接着力が得られる。これにより、作製された太陽電池モジュールは、バックシートの剥がれやそれに伴なう発電性能の低下が抑制され、長期耐久性がより向上する。
(バックシートの製造)
本発明の太陽電池用バックシートは、上記のように、ポリマー基材の上に順次、本発明における上記の着色層と易接着性層とを形成することができる方法であればいずれの方法により作製されてもよい。本発明においては、ポリマー基材上に該ポリマー支持体側から順に、着色層用塗布液と易接着性層用塗布液とを塗布する工程(塗布工程)を設けて作製する方法(本発明の太陽電池用バックシートの製造方法)により好適に作製することができる。
なお、(a)着色層用塗布液は、2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する塗布液であり、(b)易接着性層用塗布液は、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層を形成するための塗布液である。ポリマー基材、及び各塗布液を構成する成分や量的範囲の詳細については、既述の通りである。
好適な塗布法も既述の通りであり、例えばグラビアコーターやバーコーターを利用することができる。
着色層用塗布液としては、これに含まれる溶媒中の60質量%以上が水である水系塗布液であることが好ましい。水系塗布液は、環境負荷の点で好ましく、また水の割合が60質量%以上であることにより、環境負荷が特に小さくなる点で有利である。
着色層用塗布液中の水の割合は、環境負荷の観点からは、さらに多い方が望ましく、水が全溶媒の90質量%以上含まれる場合がより好ましい。
また、本発明における塗布工程では、ポリマー基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して、着色層用塗布液を塗布し、ポリマー基材上に着色層を形成することができる。
<太陽電池モジュール>
本発明の太陽電池モジュールは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を、太陽光が入射する透明性の基板と既述の本発明の太陽電池用バックシートとの間に配置し、該基板とバックシートとの間をエチレン−ビニルアセテート系封止材で封止して構成されている。
太陽電池モジュール、太陽電池セル、バックシート以外の部材については、例えば、「太陽光発電システム構成材料」(杉本栄一監修、(株)工業調査会、2008年発行)に詳細に記載されている。
透明性の基板は、太陽光が透過し得る光透過性を有していればよく、光を透過する基材から適宜選択することができる。発電効率の観点からは、光の透過率が高いものほど好ましく、このような基板として、例えば、ガラス基板、アクリル樹脂などの透明樹脂などを好適に用いることができる。
太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、銅−インジウム−ガリウム−セレン、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル、ガリウム−砒素などのIII−V族やII−VI族化合物半導体系など、各種公知の太陽電池素子を適用することができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
なお、体積平均粒子径は、レーザー解析/散乱式粒子径分布測定装置LA950〔(株)堀場製作所製〕を用いて測定した。
(実施例1)
<支持体の作製>
−ポリエステルの合成−
高純度テレフタル酸(三井化学(株)製)100kgとエチレングリコール(日本触媒(株)製)45kgのスラリーを、予めビス(ヒドロキシエチル)テレフタレート約123kgが仕込まれ、温度250℃、圧力1.2×10Paに保持されたエステル化反応槽に、4時間かけて順次供給し、供給終了後もさらに1時間かけてエステル化反応を行なった。その後、得られたエステル化反応生成物123kgを重縮合反応槽に移送した。
引き続いて、エステル化反応生成物が移送された重縮合反応槽に、エチレングリコールを、得られるポリマーに対して0.3質量%添加した。5分間撹拌した後、酢酸コバルト及び酢酸マンガンのエチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対してそれぞれ30ppm、15ppmとなるように加えた。更に5分間撹拌した後、チタンアルコキシド化合物の2質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その5分後、ジエチルホスホノ酢酸エチルの10質量%エチレングリコール溶液を、得られるポリマーに対して5ppmとなるように添加した。その後、低重合体を30rpmで攪拌しながら、反応系を250℃から285℃まで徐々に昇温するとともに、圧力を40Paまで下げた。最終温度、最終圧力到達までの時間はともに60分とした。所定の攪拌トルクとなった時点で反応系を窒素パージし、常圧に戻し、重縮合反応を停止した。そして、冷水にストランド状に吐出し、直ちにカッティングしてポリマーのペレット(直径約3mm、長さ約7mm)を作製した。なお、減圧開始から所定の撹拌トルク到達までの時間は3時間であった。
但し、前記チタンアルコキシド化合物には、特開2005−340616号公報の段落番号[0083]の実施例1で合成しているチタンアルコキシド化合物(Ti含有量=4.44質量%)を用いた。
−固相重合−
上記で得られたペレットを、40Paに保たれた真空容器中、220℃の温度で30時間保持して、固相重合を行なった。
−ベース形成−
以上のように固相重合を経た後のペレットを、280℃で溶融して金属ドラムの上にキャストし、厚さ約3mmの未延伸ベースを作成した。その後、90℃で縦方向に3倍に延伸し、更に120℃で横方向に3.3倍に延伸した。こうして、厚み300μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート支持体(以下、「2軸延伸PET」と称する。)を得た。
<反射層>
−顔料分散物の調製−
下記組成中の成分を混合し、その混合物をダイノミル型分散機により1時間、分散処理を施した。
<顔料分散物の組成>
・二酸化チタン(体積平均粒子径=0.42μm) ・・・39.9質量%
(タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100質量%)
・ポリビニルアルコール ・・・8.0質量%
(PVA−105、(株)クラレ製、固形分:10質量%)
・界面活性剤(デモールEP、花王(株)製、固形分:25質量%)・・・0.5質量%
・蒸留水 ・・・51.6質量%
−反射層用塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、反射層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・上記の顔料分散物 ・・・80.0質量%
・ポリアクリル樹脂水分散液 ・・・19.2質量%
(バインダー:ジュリマーET410、日本純薬(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・3.0質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物 ・・・2.0質量%
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%;架橋剤)
・蒸留水 ・・・7.8質量%
−反射層の形成−
得られた塗布液を、上記の2軸延伸PET上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて、顔料層として、二酸化チタン量が6.5g/mの白色層(反射層)を形成した。
<易接着性層>
−易接着性層塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、易接着性層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・ポリオレフィン樹脂水分散液 ・・・5.2質量%
(バインダー:ケミパールS75N、三井化学(株)製、固形分:24質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・7.8質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物 ・・・0.8質量%
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%;架橋剤)
・シリカ微粒子水分散物 ・・・2.9質量%
(アエロジルOX−50、日本アエロジル(株)製、体積平均粒子径=0.15μm、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・83.3質量%
−易接着性層の形成−
得られた塗布液を、バインダー量が0.09g/mになるように反射層の上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて、易接着性層を形成した。
以上のようにして、本発明の太陽電池用バックシート(以下、「サンプルシート」と称する。)を作製した。このバックシートについて、接着性、湿熱経時後の接着性、膜強度、面状の評価を以下に示す方法により行なった。結果は、下記表1に示す。
<評価>
−1.接着性−
[A]湿熱経時前の接着性
上記のようにして作製したサンプルシートを20mm巾×150mmにカットして、サンプル片を2枚準備した。この2枚のサンプル片を、互いに易接着性層側が内側になるように配置し、この間に20mm巾×100mm長にカットしたEVAシート(三井化学ファブロ(株)製のEVAシート:SC50B)を挟み、真空ラミネータ(日清紡(株)製の真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることにより、EVAと接着させた。このときの接着条件は、以下の通りとした。
真空ラミネータを用いて、128℃で3分間の真空引き後、2分間加圧して仮接着した。その後、ドライオーブンで150℃で30分間、本接着処理を施した。このようにして、互いに接着した2枚のサンプル片の一端から20mmの部分はEVAと未接着で、残りの100mmの部分にEVAシートが接着された接着評価用試料を得た。
得られた接着評価用試料のEVA未接着部分を、テンシロン(ORIENTEC製 RTC−1210A)にて上下クリップに挟み、剥離角度180°、引っ張り速度300mm/分で引っ張り試験を行ない、接着力を測定した。
測定された接着力をもとに以下の評価基準にしたがってランク付けした。このうち、ランク4、5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:密着が非常に良好であった(60N/20mm以上)
4:密着は良好であった (30N/20mm以上60N/20mm未満)
3:密着がやや不良であった (20N/20mm以上30N/20mm未満)
2:密着不良が生じた (10N/20mm以上20N/20mm未満)
1:密着不良が顕著であった (10N/20mm未満)
[B]湿熱経時後の接着性
得られた接着評価用試料を、120℃、100%RHの環境条件下で48時間保持(湿熱経時)した後、前記[A]と同様の方法にて接着力を測定した。測定された保持後の接着力について、同じ接着評価用試料の前記[A]湿熱経時前の接着力に対する比率〔%;=湿熱経時後の接着力/[A]湿熱経時前の接着力×100〕を算出した。また、測定された湿熱経時後の接着力をもとに、前記[A]と同様の方法にて接着力を評価した。
−2.膜強度−
上記のようにして作製したサンプルシートを、25℃、65%RHの雰囲気で2時間保存した後、1kg/cm巾の荷重をかけた黒色紙と速度2460mm/分で擦り合わせる擦り試験を実施した。擦り試験後の黒色紙の上に付着した塗布層の粉落ちの程度を目視で観察し、粉落ちの程度を指標に下記の評価基準にしたがって評価した。このうち、ランク3,4,5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:全く粉落ちがなかった。
4:粉落ちが極僅かにみられた。
3:やや粉落ちがみられた。
2:強い粉落ちがみられた。
1:黒色紙のほとんど全面に粉落ちがみられた。
−3.面状−
上記のようにして作製したサンプルシートの面状を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。このうち、ランク3,4,5が実用上許容可能な範囲である。
<評価基準>
5:ムラやハジキが全くみられなかった。
4:ムラが極わずかにみられたが、ハジキは確認できなかった。
3:ムラがややみられたが、ハジキは確認できなかった。
2:ムラがはっきり確認され、一部に(10個/m未満)ハジキがみられた。
1:ムラがはっきり確認され、ハジキが10個/m以上みられた。
−4.反射率−
分光光度計UV−2450((株)島津製作所製)に積分球付属装置ISR−2200を取り付けた装置を用い、サンプルシートの反射層及び易接着性層の形成面側における550nmの光に対する反射率を測定した。但し、リファレンスとして硫酸バリウム標準板の反射率を測定し、これを100%としてサンプルシートの反射率を算出した。
−5.2軸延伸PETのカルボキシル基含量−
2軸延伸PET約0.1gの重量w[g]を測定し、これを5mLのベンジルアルコールの入った丸底フラスコに入れて、栓をした状態で温度205℃で24時間保持した。その後、内容物を15mLのクロロホルムに添加した。この液に少量のフェノールレッド指示薬を加えたものを、濃度0.01N/Lの水酸化カリウムのベンジルアルコール溶液で滴定した。滴定に要した水酸化カリウム溶液の量をxmLとして、次の式で2軸延伸PETのカルボキシル基量(COOH基量)を求めた。
カルボキシル基含量(当量/t)=0.01×x/w
(実施例2〜18、比較例1〜10)
実施例1において、反射層の顔料塗布量とバインダー塗布量、易接着性層のバインダー塗布量と無機微粒子塗布量を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池用バックシート(サンプルシート)を作製すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
但し、比較例9〜10では、易接着性層を設けず、比較例10においては反射層に対して1.3kw/電極1m(電極1m当たりの出力を表す)の出力で、500J/mの処理強度のコロナ処理を施した。
(実施例19〜20、比較例11〜14)
実施例1において、顔料として二酸化チタンを、群青〔(株)尾関製のUltramarine Blue Nubiflow〕又はカーボンブラック(東海カーボン(株)製、トーカブラック #8500F)に代え、更に、易接着性層の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池用バックシート(サンプルシート)を作製すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
但し、易接着性層とコロナ処理の有無は、下記表1に示す通りである。なお、反射率の測定は行なわなかった。
(実施例21〜22)
実施例1において、「ベース形成」で2軸延伸PETを作成する際の溶融温度を280℃から295℃(実施例21)、310℃(実施例22)に上昇させたこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池用バックシート(サンプルシート)を作製すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
(実施例23〜25)
実施例1、21、22において、2軸延伸PETの上に下記の下塗り層を設けたこと以外は、実施例1、21、22と同様にして、太陽電池用バックシート(サンプルシート)を作製すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
−下塗り層の形成−
下記の組成の諸成分を混合して下塗り層液を調製し、この下塗り層液を2軸延伸PET上に塗布した。その後、180℃で1分間乾燥させて、塗設量が約0.1g/mの下塗り層(厚み:約0.1μm)を形成した。
<下塗り層の組成>
・ポリエステル樹脂 ・・・1.7質量%
(バイロナールMD−1200、東洋紡(株)製、固形分:17質量%)
・ポリエステル樹脂 ・・・3.8質量%
(ペスレジンA−520、高松油脂(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・1.5質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・カルボジイミド化合物 ・・・1.3質量%
(カルボジライトV−02−L2、日清紡(株)製、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・91.7質量%
(実施例26〜39)
実施例1において、反射層と易接着性層の組成を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、太陽電池用バックシート(サンプルシート)を作製すると共に、評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
(実施例40)
厚さ3mmの強化ガラスと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、結晶系太陽電池セルと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、実施例1のサンプルシート(本発明の太陽電池用バックシート)と、をこの順に重ね合わせ、真空ラミネータ(日清紡(株)製、真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることにより、EVAと接着させた。このとき、サンプルシートは、その易接着性層がEVAシートと接触するように配置した。また、EVAの接着条件は、以下の通りである。
真空ラミネータを用いて、128℃で3分間の真空引き後、2分間加圧して仮接着した。その後、ドライオーブンにて150℃で30分間、本接着処理を施した。
このようにして、結晶系の太陽電池モジュールを作製した。作製した太陽電池モジュールを用いて発電運転をしたところ、太陽電池として良好な発電性能を示した。
前記表1に示すように、実施例では、EVA系封止材への接着性と反射性に優れており、得られた太陽電池モジュールは、太陽電池として良好な発電性能を示した。これに対し、比較例では、反射率が低下するか、反射率は保たれても、接着性(特に湿熱経時後の接着性)の点で大幅に劣っていた。

Claims (11)

  1. ポリマー基材上に、
    2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層と、
    0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層と、
    を、前記ポリマー基材の側から順に有する太陽電池用バックシート。
  2. 前記着色層及び前記易接着性層の少なくとも一方は、更に、バインダーに対して5〜50質量%の架橋剤を含有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池用バックシート。
  3. 120℃、100%RHの雰囲気下に48時間保存した後の前記封止材との接着力が、保存前の前記封止材との接着力の75%以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の太陽電池用バックシート。
  4. 前記着色層は、前記ポリマー基材の表面に直に有し、あるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  5. 前記顔料が白色顔料であり、前記着色層及び前記易接着性層が設けられた面における波長550nmの光に対する反射率が75%以上であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  6. 前記ポリマー基材は、カルボキシル基の含量が35当量/t以下であるポリエステルであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  7. 前記着色層及び前記易接着性層は、塗布により形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシート。
  8. 太陽光が入射する透明性の基板と、太陽電池素子と、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の太陽電池用バックシートとを備えた太陽電池モジュール。
  9. ポリマー基材上に、
    2.5〜8.5g/mの顔料とバインダーとを含有する着色層用塗布液と、0.05〜5g/mのバインダーと該バインダーに対して5〜400質量%の無機微粒子とを含有し、エチレン−ビニルアセテート系封止材に対して10N/cm以上の接着力を有する易接着性層を形成するための易接着性層用塗布液と、を前記ポリマー支持体側から順に塗布する工程を含む太陽電池用バックシートの製造方法。
  10. 前記着色層用塗布液は、更に溶媒を含有し、該溶媒の60質量%以上が水である水系塗布液であることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池用バックシートの製造方法。
  11. 前記工程は、前記ポリマー基材の表面に直にあるいは厚み2μm以下の下塗り層を介して、前記着色層用塗布液を塗布し、ポリマー基材上に着色層を形成することを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の太陽電池用バックシートの製造方法。
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