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JP5237569B2 - 太陽電池用裏面保護シートとそれを備えた太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池用裏面保護シートとそれを備えた太陽電池モジュール Download PDF

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Description

この発明は、一般的には、太陽電池モジュールの裏面側に配置される太陽電池用裏面保護シートとそれを備えた太陽電池モジュールに関し、特定的には、耐候性を有する太陽電池用裏面保護シートとそれを備えた太陽電池モジュールに関するものである。
太陽電池モジュールは、その性質上屋外に設置されることが多いので、太陽電池素子、電極、配線等を保護する目的で、表面側には、たとえば透明ガラス板が配置され、裏面側には、たとえば、アルミニウム箔と樹脂フィルムとの積層シート、または、樹脂フィルムの積層シート等が配置される。
たとえば、特開平１１−２６１０８５号公報（特許文献１）では、密度が０．９４ｇ／ｃｍ３以上０．９７ｇ／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太陽電池用裏面保護シートが提案されている。
また、たとえば、特開２０００−２９４８１３号公報（特許文献２）では、外皮フィルムと防湿フィルムとをエチレン‐酢酸ビニル共重合体系接着剤により積層一体化してなる太陽電池用バックカバー材で、防湿フィルムが、基材フィルムの表面に無機酸化物のコーティング膜を形成したフィルムを有するものが提案されている。ここで、外皮フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）フィルム等のフッ素樹脂フィルムが用いられ、外皮フィルムの厚みは１２〜２００μｍである。
特開平１１−２６１０８５号公報 特開２０００−２９４８１３号公報
ところで、太陽電池用裏面保護シートは、太陽電池素子を封止するために用いられる充填材としてのエチレン‐酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂の外表面に加熱プレスによって接着される。
しかしながら、上記の特開平１１−２６１０８５号公報（特許文献１）で提案された太陽電池用裏面保護シートは、使用初期の段階では耐候性を有するが、太陽電池素子を封止するために用いられる充填材としてのＥＶＡ樹脂との密着性に劣るという問題がある。このため、この太陽電池用裏面保護シートは、その密着性を経時的に維持することができないので、剥離し、太陽電池モジュールの裏面を保護することができなくなり、長期間にわたって耐候性を維持することができない可能性がある。
特開２０００−２９４８１３号公報（特許文献２）で提案された太陽電池用バックカバー材は、外皮フィルムとしてＰＶＤＦ、ＰＶＦフィルム等のフッ素樹脂フィルムが用いられているので、耐候性を有する、しかし、これらのフッ素樹脂フィルムは加工性が悪いので、４０μｍ以下の厚み程度まで薄くすることが困難である。そのため、裏面保護シートとともに太陽電池モジュール全体を軽量化することが困難である。また、これらのフッ素樹脂フィルムは、濡れ性が悪いので、他の樹脂フィルムに積層した場合に充分な接着力を得ることができないという問題もある。
そこで、この発明の目的は、太陽電池素子を封止するために用いられる充填材としてのＥＶＡ樹脂との密着性を高めることができ、長期間にわたって耐候性を維持することができるとともに、軽量化を図ることが可能な太陽電池用裏面保護シートとそれを備えた太陽電池モジュールを提供することである。
この発明に従った太陽電池用裏面保護シートは、太陽電池モジュールの裏面側に配置される太陽電池用裏面保護シートであって、太陽電池モジュールにおけるエチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材の外表面に接するように固着され、密度が０．９１ｇ／ｃｍ3以上０．９３ｇ／ｃｍ3以下の直鎖低密度ポリエチレンからなる第１のフィルムと、この第１のフィルムに積層された、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートの混合樹脂フィルムからなる第２のフィルムとを備える。
この発明に従った太陽電池モジュールは、太陽電池素子を封止するために配置されたエチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材と、当該太陽電池モジュールの裏面側の充填材の外表面に固着された太陽電池用裏面保護シートとを備える。太陽電池用裏面保護シートは、充填材の表面に接するように固着され、密度が０．９１ｇ／ｃｍ3以上０．９３ｇ／ｃｍ3以下の直鎖低密度ポリエチレンからなる第１のフィルムと、この第１のフィルムに積層され、当該太陽電池用裏面保護シートの最外層に配置された、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートの混合樹脂フィルムからなる第２のフィルムとを含む。
この発明の太陽電池用裏面保護シートにおいては、密度が０．９１ｇ／ｃｍ３以上０．９３ｇ／ｃｍ３以下の直鎖低密度ポリエチレンを含有する第１のフィルムは、太陽電池素子を封止するために配置されたエチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材との密着性に優れ、その密着性を経時的に維持することができる。また、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートを含有する第２のフィルムは、太陽電池用裏面保護シートの最外層に配置されることにより、耐候性を示すとともに、フッ素樹脂フィルムと比べて加工性がよいので４０μｍ以下まで薄くすることができ、たとえば、ドライラミネート用接着剤を用いてドライラミネート法で第１のフィルムに積層した場合に充分な接着力を得ることができる。
したがって、この発明によれば、太陽電池素子を封止するために用いられる充填材としてのＥＶＡ樹脂と裏面保護シートとの密着性を高めることができ、長期間にわたって裏面保護シートの耐候性を維持することができるとともに、太陽電池用裏面保護シートと太陽電池モジュールの軽量化を図ることが可能である。
図１は、この発明に従った一つの実施の形態としての太陽電池用裏面保護シートが適用される太陽電池モジュールの概略的な断面構造を示す図である。
図１に示すように、太陽電池モジュール１００には、多数個の太陽電池素子１が配列されている。これらの太陽電池素子１は電極２を介して相互に接続配線３によって電気的に接続され、太陽電池モジュール１００全体としてはリード線４によって裏面側に端子５が取り出され、端子５は端子箱６に収納されている。エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂からなる充填材７が多数個の太陽電池素子１を封止するために配置されている。太陽電池モジュール１００の受光面側に位置する充填材７の外表面には、透明ガラス層８が固着されている。太陽電池モジュール１００の設置面側に位置する充填材７の外表面には、本発明の太陽電池用裏面保護シート１０が固着されている。なお、太陽電池モジュール１００の側面にはアルミニウム製枠部材９がシール材を介して取り付けられている。
図２は、本発明の太陽電池用裏面保護シートの一つの実施の形態を示す断面図である。
図２に示すように、太陽電池用裏面保護シート１０は、太陽電池モジュール１００に相対的に近い側（内側）に配置される内層から、密度が０．９１ｇ／ｃｍ３以上０．９３ｇ／ｃｍ３以下の直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を含有する第１のフィルム１１、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含有する混合樹脂フィルムからなる第２のフィルム１２の順に積層されている。第１のフィルム１１と第２のフィルム１２との間には、接着剤層１３が配置されている。第１のフィルム１１は、充填材７の表面に接するように固着される。この固着は、加熱プレスを用いて行われる。第２のフィルム１２は、太陽電池用裏面保護シート１０の最外層に配置される。接着剤層１３は、ドライラミネート用接着剤からなる。第１のフィルム１１の厚みは３０〜１００μｍ程度であり、第２のフィルム１２の厚みは５〜３０μｍ程度である。第２のフィルム１２としての混合樹脂フィルムを構成するポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の混合比率は、ＰＶＤＦ／ＰＭＭＡ＝１／９〜９／１であるのが好ましい。
第１のフィルム１１と第２のフィルム１２のそれぞれの表面には、必要に応じてアンカーコート剤等をコーティングしてもよい。
第２のフィルム１２には、紫外線を吸収または反射する目的で、酸化チタン、硫酸バリウム等の白色顔料を混入してもよい。
第１のフィルム１１の受光面側には、充填材７との密着性を改善するために、プライマー層を形成してもよい。プライマー剤としては、アクリル系プライマー、ポリエステル系プライマー等を使用するのが好ましい。プライマー剤の塗布量は２〜１５ｇ／ｍ２程度とすればよい。
第１のフィルム１１と第２のフィルム１２は、公知の方法を用いて積層することができる。たとえば、２液硬化型ウレタン系接着剤、ポリエーテルウレタン系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリエステルポリオール系接着剤、ポリエステルポリウレタンポリオール系接着剤等を用いたドライラミネーションを採用して、図２に示すように接着剤層１３を介在させて、第１のフィルム１１と第２のフィルム１２を積層する方法以外に、共押出し、押出しコート、アンカーコート剤を用いた熱ラミネーション等による方法を採用してもよい。ドライラミネーション法を採用して第１のフィルム１１と第２のフィルム１２を積層するのが好ましく、特に、ウレタン樹脂を含む接着剤を用いてドライラミネーション法によって積層するのが好ましい。
太陽電池用裏面保護シートの実施例、比較例、参考例の試料を次のようにして作製した。
（実施例１）
第１のフィルムとして厚みが６０μｍのＬＬＤＰＥフィルム（東セロ株式会社製、製品名Ｔ．Ｕ．Ｘ−ＨＣ、密度０．９１４ｇ／ｃｍ３）の表面に、第２のフィルムとして厚みが２０μｍの混合樹脂フィルム（混合比率：ＰＶＤＦ８重量部、ＰＭＭＡ２重量部）（電気化学工業株式会社製、製品名デンカＤＸ）を、ドライラミネート用接着剤を用いてドライラミネート法で接着した。ドライラミネート用接着剤としては、三井化学ポリウレタン株式会社製の製品名タケラックＡ３１５（１００重量部）と製品名タケネートＡ５０（１０重量部）とを混合したウレタン系接着剤を、固形分の塗工量が３ｇ／ｍ２となるように用いた。このようにして、本発明の実施例としての裏面保護シートを作製した。
（比較例１）
厚みが８０μｍの高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）フィルム（タマポリ株式会社製、製品名ＨＤ、密度０．９４５ｇ／ｃｍ３）を本発明の裏面保護シートの比較例として用いた。
（比較例２）
厚みが４０μｍのＰＶＦフィルム（デュポン社製、製品名テドラー）の表面に、厚みが４０μｍのＰＶＦフィルム（デュポン社製、製品名テドラー）を、ドライラミネート用接着剤を用いてドライラミネート法で接着した。ドライラミネート用接着剤としては、三井化学ポリウレタン株式会社製の製品名タケラックＡ３１５（１００重量部）と製品名タケネートＡ５０（１０重量部）とを混合したウレタン系接着剤を、固形分の塗工量が３ｇ／ｍ２となるように用いた。このようにして、本発明の比較例としての裏面保護シートを作製した。
（参考例）
第１のフィルムとして厚みが８０μｍのＨＤＰＥフィルム（タマポリ株式会社製、製品名ＨＤ、密度０．９４５ｇ／ｃｍ３）の表面に、第２のフィルムとして厚みが２０μｍの混合樹脂フィルム（混合比率：ＰＶＤＦ８重量部、ＰＭＭＡ２重量部）（電気化学工業株式会社製、製品名デンカＤＸ）を、ドライラミネート用接着剤を用いてドライラミネート法で接着した。ドライラミネート用接着剤としては、三井化学ポリウレタン株式会社製の製品名タケラックＡ３１５（１００重量部）と製品名タケネートＡ５０（１０重量部）とを混合したウレタン系接着剤を、固形分の塗工量が３ｇ／ｍ２となるように用いた。このようにして、本発明の参考例としての裏面保護シートを作製した。
得られた太陽電池用裏面保護シートを用いて、擬似の太陽電池モジュールを作製した。具体的には、擬似の太陽電池モジュールは、厚みが３ｍｍ、面積が１５ｃｍ２×１８ｃｍ２のガラス板の上に、厚みが０．８ｍｍ、面積が１５ｃｍ２×１８ｃｍ２のＥＶＡ樹脂（三井ファブロ株式会社製、製品名ＳＯＬＡＲ ＥＶＡ ＲＣ−０１）、面積が１５ｃｍ２×１８ｃｍ２のそれぞれの裏面保護シートを３辺が重なるように順に積層し、加熱大気圧プレスを用いて加圧することによって作製した。なお、次の二つの加熱大気圧プレス条件で擬似の太陽電池モジュールを作製した。
Ａ）１５０℃の温度で１５分間、真空脱泡処理後、１５０℃の温度で５分間、大気圧プレスを用いて加圧した。
Ｂ）１２０℃の温度で１５分間、真空脱泡処理後、１２０℃の温度で５分間、大気圧プレスを用いて加圧した。
以上のようにして作製された擬似の太陽電池モジュールの初期物性と耐候性を次のようにして評価した。
（初期物性）
裏面保護シートの表面側から、ＥＶＡ樹脂に向かって（（裏面保護シートの厚み）＋５μｍ）の深さで、幅１５ｍｍ、長さ１８ｃｍの切り込みを入れることによって、一方端が開放された１５ｍｍ幅の試験片を作製し、この試験片を引張速度１００ｍｍ／分で引っ張った。このときの破断応力値を測定し、ＥＶＡ樹脂と裏面保護シートとの間の接着力（Ｎ／１５ｍｍ）とした。ただし、この破断応力値が４０（Ｎ／１５ｍｍ）を超える場合には、ＥＶＡ樹脂と裏面保護シートの間で剥離が起こる前に裏面保護シートの破断が起こるため、正確な接着力を評価することができないが、接着力を４０（Ｎ／１５ｍｍ）以上と評価した。
（耐候性）
加熱大気圧プレス条件Ａで作製した擬似の太陽電池モジュールを、温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気で３０００時間保持した後、裏面保護シートの外観を観察するとともに、ＥＶＡ樹脂と裏面保護シートとの間の接着力（Ｎ／１５ｍｍ）を測定した。接着力の測定は、上記の（初期物性）と同様にして行った。
以上の結果を表１に示す。
Figure 0005237569
表１の結果から、本発明の実施例では、充填材としてのＥＶＡ樹脂と裏面保護シートとの密着性を高めることができ、長期間にわたって裏面保護シートの耐候性を維持することができることがわかる。
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
この発明に従った一つの実施の形態としての太陽電池用裏面保護シートが適用される太陽電池モジュールの概略的な断面構造を示す図である。 本発明の太陽電池用裏面保護シートの一つの実施の形態を示す断面図である。
符号の説明
１０：太陽電池用裏面保護シート、１１：第１のフィルム、１２：第２のフィルム、１００：太陽電池モジュール。

Claims (2)

  1. 太陽電池モジュールの裏面側に配置される太陽電池用裏面保護シートであって、
    太陽電池モジュールにおけるエチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材の外表面に接するように固着され、密度が０．９１ｇ／ｃｍ3以上０．９３ｇ／ｃｍ3以下の直鎖低密度ポリエチレンからなる第１のフィルムと、
    前記第１のフィルムに積層された、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートの混合樹脂フィルムからなる第２のフィルムとを備えた、太陽電池用裏面保護シート。
  2. 太陽電池素子を封止するために配置されたエチレン‐酢酸ビニル共重合体樹脂からなる充填材と、
    当該太陽電池モジュールの裏面側の前記充填材の外表面に固着された太陽電池用裏面保護シートとを備えた太陽電池モジュールであって、
    前記太陽電池用裏面保護シートは、
    前記充填材の表面に接するように固着され、密度が０．９１ｇ／ｃｍ3以上０．９３ｇ／ｃｍ3以下の直鎖低密度ポリエチレンからなる第１のフィルムと、
    前記第１のフィルムに積層され、当該太陽電池用裏面保護シートの最外層に配置された、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートの混合樹脂フィルムからなる第２のフィルムとを含む、太陽電池モジュール。
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