説明

太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム

【課題】耐湿熱性、耐光性、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性に優れた太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムを提供する。
【解決手段】ポリエステルA層、ポリエステルB層およびポリエステルC層の少なくとも3層からなる積層ポリエステルフィルムであって、ポリエステルA層が一方の最外層に位置し、ポリエステルC層がもう一方の最外層に位置し、ポリエステルA層とポリエステルB層が接しており、ポリエステルA層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルA層に対して0.5重量%以上4重量%未満であり、ポリエステルC層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルC層に対して0重量%以上4重量%未満であり、積層ポリエステルフィルムの二酸化チタンの含有量が4重量%以上10重量%以下の、太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】

本発明は、耐湿熱性、耐光性、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性に優れた太陽電池用積層ポリエステルフィルムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、クリ−ンなエネルギー源としての太陽電池発電システムが発電手段の一つとして普及が進んでいる。太陽電池は太陽光をエネルギー源としているように、屋外に設置されるため、太陽光中の有害光、とくに紫外線や、年間を通して高温や低温に曝され、さらにはその温度差による、或いは風雨に暴露されることによる水気や湿気による、内蔵される太陽電池セルや配線等の腐食や劣化を生じさせることなく、長期間にわたる安定した発電が可能なように、太陽電池モジュールの最外面に用いられるバックシートは、内蔵される太陽電池セルや配線等を保護可能とする機能とともに自らは高い耐久性を求められている。
【0003】
太陽電池モジュ−ルを構成するバックシートとしては、強度、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐薬品性、光反射性、光拡散性、防湿性、防汚性等に優れ、その経時的な耐久性が高いことが必要とされ、 ポリエチレン系の樹脂やポリエステル系樹脂を用いたり、フッ素系フィルムを用いたりすることが知られている。(特許文献1〜3参照)。フッ素系のシートは、耐加水分解性や耐候性には優れるが、ガスバリア性に乏しく、シートの腰が弱いという欠点がある。一方、ポリエステル系シートは比較的安価であり、耐光性を向上させるために白色に着色された2軸延伸ポリエステルシートも提案されている(特許文献4参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−261085号公報
【特許文献2】特開平11−186575号公報
【特許文献3】特開2002−314102号公報
【特許文献4】国際公開第2007/105306号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ポリエステル系バックシートは、バリア性の改良と裏面の充填材の強度を持たすために、アルミニウム等の金属箔などを積層して使用されていたが、積層界面からの剥離が問題となり、太陽電池製造の際や、屋根などに施工する際に問題となっており、また、耐光性を向上させるために白色に着色された2軸延伸ポリエステルシートは、耐光性は向上するものの、電気系統の端子ボックス(ジャンクションボックス)との密着性が劣ったり、耐湿熱性が劣る問題がある。そのため長期間の厳しい環境下に対する耐久性に対して改善が要望されている。従って、特許文献1〜4の記載のフィルムをもってしても、耐湿熱性を維持したまま耐光性とジャンクションボックスおよび充填材との接着性を十分な性能にすることが不十分であり、太陽電池を屋外で長期使用することを妨げている。
【0006】
そこで、本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、耐湿熱性、耐光性、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性に優れた太陽電池バックシート、および太陽電池を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、太陽電池用バックシート用フィルムとして、ポリエステル樹脂を用いてなるポリエステルA層、ポリエステルB層およびポリエステルC層の少なくとも3層からなる積層ポリエステルフィルムであって、ポリエステルA層が一方の最外層に位置し、ポリエステルC層がもう一方の最外層に位置し、ポリエステルA層とポリエステルB層が隣接しており、ポリエステルA層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルA層に対して0.5重量%以上4重量%未満であり、ポリエステルC層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルC層に対して0重量%以上4重量%未満であり、積層ポリエステルフィルムの二酸化チタンの含有量が4重量%以上10重量%以下であり、ポリエステルA層、B層およびC層には実質的に空洞を含まず、積層ポリエステルフィルム全体の数平均分子量が17,000〜35,000である太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムを採用するものである。
【発明の効果】
【0008】

本発明によれば、耐湿熱性を維持したまま、耐光性とジャンクションボックスおよび充填材との接着性を両立した太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムが得られる。また、それを用いることで、太陽電池バックシートの従来以上の耐久性向上が可能となり、太陽電池の耐久性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の積層ポリエステルフィルムを用いてなる太陽電池モジュールの断面摸式図を示す。
【図2】本発明の積層ポリエステルフィルムを用いてなる太陽電池バックシートの一例の断面模式図を示すものである。
【図3】本発明の積層ポリエステルフィルムを用いてなる太陽電池バックシートの第二例の断面模式図を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明でいう太陽電池とは、太陽光を電気に変換する(以下、電換という。)システムをいい、好ましくは高光線透過材、太陽電池セル、充填材、バックシートからなる太陽電池モジュールを基本構成とするものである。バックシートの最表面に固定されるジャンクションボックスとは、太陽電池モジュールから出てくる配線を一つにまとめて、発電した電力をインバーターに送る機器である。
太陽電池は、例えば、図1に示す構造で、大型の太陽光発電所で用いられたり、建物の屋根に組み込まれたり、電気・電子部品になどに利用される。ここで高光線透過材とは太陽光を効率よく入射させ、内部の太陽電池セルを保護するもので、好ましくはガラスや高光線透過プラスチックやフィルムなどが用いられる。また太陽電池セルは、太陽光を電気に変換するもので、太陽電池の心臓部分である。太陽電池セルには、シリコン、カドミウム−テルル、ゲルマニウム−ヒ素などの半導体が用いられる。現在多用されているものに、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がある。また充填材とは、太陽電池モジュール内の太陽電池セルの固定および保護、電気絶縁の目的に用いられ、中でもエチレンビニルアセテート(EVA)樹脂が性能と価格面で好ましく使用される。
本発明の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムは、太陽電池モジュールのバックシートとして好適に用いられる。このバックシートは、ジャンクションボックスおよび充填材と接着するため、その接着力が、太陽電池の耐久性に寄与する。そこで、本発明は図2に示すように積層ポリエステルフィルム1枚をバックシートとして用いても良い。また、図3に示すように他の樹脂フィルムと貼り合わせて、バックシートとして用いても良い。このとき、本発明の積層ポリエステルフィルムが太陽電池モジュールの最表面になるように用いることが好ましい。
本発明の積層ポリエステルフィルムは、ポリエステル樹脂を用いてなるポリエステルA層、ポリエステルB層およびポリエステルC層の少なくとも3層からなり、ポリエステルA層が一方の最外層に位置し、ポリエステルC層がもう一方の最外層に位置し、ポリエステルA層とポリエステルB層が隣接している構成である必要がある。
本発明の積層ポリエステルフィルムのポリエステルA層は、ジャンクションボックスとの接着性の点から、太陽電池モジュールの最外面側、つまりジャンクションボックスとの接着面側になるように、そして、ポリエステルC層は、充填材との接着性の点から、太陽電池セル側つまり充填材との接着面側になるように用いることが好ましい。そのとき、ポリエステルB層は、ポリエステルA層に隣接していることが、耐光性の点で重要である。これにより、耐光性とジャンクションボックスおよび充填材との接着性を両立することができる。
【0011】
本発明に用いられるポリエステル樹脂とは、エチレンテレフタレート成分がポリエステルのエステル成分に対し90mol%以上から成ることが耐熱性、機械特性の点で好ましいが、その他共重合成分として各種ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールを共重合してもよい。共重合可能なジカルボン酸成分としては、例えばイソフタル酸、フタル酸、1,4- ナフタレンジカルボン酸、1,5- ナフタレンジカルボン酸、2,6- ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸などを挙げることができる。また、共重合しうる脂環族ジカルボン酸成分としては1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等を挙げることができる。また、ジオール成分としては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリアルキレングリコール、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン等の脂肪族、脂環族、芳香族ジオール等を挙げることができる。これらの成分は1種のみ用いてもよく、また2種以上併用しても良い。好ましく使用されるポリエステル樹脂の融点は、250℃以上のものが耐熱性の上で好ましく、300℃以下のものが生産性上好ましい。この範囲内であれば、他の成分が共重合しても、ブレンドしていてもよい。本発明におけるポリエステルA層、B層およびC層に用いられるポリエステル樹脂としては、耐水性、耐久性、耐薬品性に優れたポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【0012】
また、このポリエステル樹脂の中には、公知の各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子などが添加されていてもよい。
【0013】
特に、無機粒子や有機粒子は、フィルム表面に易滑性を与え、フィルムの取り扱い性を高めるために有効である。耐光性、経時での安定性、光学濃度の点で無機粒子をポリエステル樹脂中に添加することが好ましい。本発明におけるポリエステルA層、B層およびC層には、二酸化チタンを用いることが好ましく、さらにはルチル型二酸化チタンを用いることが耐光性の点から好ましい。
【0014】
ポリエステルA層、B層およびC層に用いるポリエステル樹脂は、従来公知の製造方法に従って製造することができる。すなわち、酸成分としてジアルキルエステルを用い、これとジオール成分とでエステル交換反応させた後、この反応の生成物を減圧下で加熱して、余剰のジオール成分を除去しつつ重縮合させることによって製造することができる。また、酸成分としてジカルボン酸を用いて、従来公知の直接重合法により製造することもできる。反応触媒としては従来公知のチタン化合物、リチウム化合物、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、アンチモン化合物、ゲルマニウム化合物等を用いることができる。こうして得られたポリエステルは、固相重合を施すことにより、さらに重合度を上げることができ、かつカルボキシル末端基濃度を低減させることができる。固相重合は、乾燥機中200℃〜250 ℃の温度で1torr以下の減圧下または窒素気流下で行われる。
【0015】
本発明の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムは、上記のポリエステル樹脂を溶融成形して得られる未延伸、無配向シートを、2軸に延伸して、熱処理してなるフィルムをいう。該積層ポリエステルフィルムの全体の厚さは、太陽電池バックシートとしての適正な腰の強さ、加工性、太陽電池の軽量性、部分放電電圧の点から、20〜500μmの範囲が好ましく、より好ましくは38〜400μmであり、さらに好ましくは50〜350μmである。20μm以下では腰が弱く、加工しにくい問題点があり、500μm以上ではフィルムの生産性が良くなく、コストも高くなる問題がある。
【0016】
本発明においては、耐光性とジャンクションボックスとの接着性を両立させるために、バックシート最外層側のポリエステルA層は二酸化チタンを含有し、ポリエステルA層中の二酸化チタン含有量がA層全体に対して0.5重量%以上4重量%未満である必要がある。より好ましくは0.5重量%以上3重量%以下であり、さらに好ましくは0.5重量%以上2重量%以下である。0.5重量%未満になると、耐光性の点で著しく劣るため好ましくない。4重量%以上になるとジャンクションボックスとの接着性が著しく落ちるため好ましくない。用いる二酸化チタンはルチル型二酸化チタンが耐光性の点から好ましい。
【0017】
本発明において、さらに耐光性を向上させるために、ポリエステルA層の厚みが、2μm以上15μm以下であることがより好ましい。さらに好ましくは2μm以上7.5μm以下であり、特に好ましくは2μm以上3.5μm以下である。2μm未満になると、ジャンクションボックスとの接着性が著しく劣るため好ましくない。15μmより大きくなると耐光性の点で著しく劣るため好ましくない。
【0018】
本発明において、さらに耐光性を向上させるために、ポリエステルB層の厚みが10μm以上であり、かつポリエステルB層の二酸化チタン含有量がB層全体に対して7重量%以上50重量%以下であることがより好ましい。さらに好ましくは、厚み10μm以上50μm以下かつ二酸化チタン含有量7重量%以上40重量%以下であり、特に好ましくは、厚み10μm以上40μm以下かつ二酸化チタン含有量7重量%以上30重量%以下である。厚みが10μm未満かつ二酸化チタン含有量7重量%未満になると、耐光性の点で著しく劣るため好ましくない。二酸化チタン含有量50重量%より大きくなると製膜安定性が悪く、また隣接する層との剥離が起きるため好ましくない。
【0019】
本発明においては、充填材との接着性を向上させるために、ポリエステルC層は二酸化チタンを含有し、ポリエステルC層中の二酸化チタン含有量がC層全体に対して0重量%以上4重量%未満である必要がある。より好ましくは0重量%以上3重量%以下であり、さらに好ましくは0重量%以上1.5重量%以下である。4重量%以上になると充填材との接着性が著しく落ちるため好ましくない。
【0020】
本発明においては、耐湿熱性を維持したまま、耐光性を向上させるために、該積層ポリエステルフィルム全体の二酸化チタン含有量が4重量%以上10重量%以下である必要がある。より好ましくは5.5重量%以上10重量%以下であり、さらに好ましくは7重量%以上10重量%以下である。4重量%未満になると、耐光性の点で著しく劣るため好ましくない。10重量%より大きくなると積層ポリエステルフィルムの耐湿熱性が著しく落ちるため好ましくない。
【0021】
本発明においては、耐湿熱性を満たすために、積層ポリエステルフィルムの数平均分子量が17,000以上である必要がある。上限については、高いほどよいが該数平均分子量が35,000を越える場合は、実質上重合が出来ず、溶融成形性、2軸延伸性から考えて、35,000以下の分子量であるものがより好ましい。つまり、積層ポリエステルフィルムの数平均分子量が17,000〜35,000である必要があり、より好ましくは19,000〜33,000であり、さらに好ましくは、20,000〜30,000である。ここで、本発明でいう数平均分子量とは、後述するゾル浸透クロマトグラフ法(GPC)で測定したもので、数平均分子量は、重合度の指標である。数平均分子量が本発明の範囲にあると積層ポリエステルフィルムの加水分解反応が進行しても、反応スタート地点の重合度が高いため、17,000よりも低い数平均分子量に比べて経時での劣化は優位に低減することができる。
【0022】
本発明の範囲に数平均分子量を調整するためには、ポリエステル樹脂の重合において、高重合化する温度を例えば、190〜230℃、重合時間を10〜23時間で変化させ、異なる数平均分子量のポリマーを得ることが出来る。
【0023】
ポリエステル樹脂の数平均分子量はフィルムの数平均分子量よりも高くするとよい。例えば、数平均分子量23,000のフィルムをつくるために使用する樹脂の数平均分子量は28,000である。
【0024】
本発明においては、ポリエステルA層、B層およびC層には実質的に空洞を含まない必要がある。実質的に空洞を含まないとは、空洞を含有しないか、或いは空洞を含有してもULの難燃性に悪影響を及ぼさない程度の空洞であることを意味する。ULの難燃性に悪影響を及ぼさない程度の空洞とは、各ポリエステル層に対して空洞含有率が3%未満である空洞を意味する。一般的にフィルム中に空洞を形成させるためには、ポリエステル樹脂と非相溶な樹脂をポリエステル樹脂に添加して溶融押出し後、延伸することによって多数の空洞を形成させることができるが、本発明においては、空洞の形成材は使用しない。さらに、本発明においては、積層ポリエステルフィルムの延伸条件や熱処理条件を適性化することによって実質的に消滅させることができる。多数の空洞が積層ポリエステルフィルム中にあると、積層ポリエステルフィルム中の空気量が多いため、積層ポリエステルフィルムが燃えやすく、ULの難燃性登録ができない問題があるため、好ましくない。本発明ではポリエステルA層、B層およびC層に二酸化チタンを添加しているが、空洞を発現させるために加えていないため、また二酸化チタンの周りにできる空洞は小さく燃焼性には影響しないため、実質的に空洞を含まないと解釈する。
【0025】
本発明においては、耐光性試験後にポリエステルA層側から測定した積層ポリエステルフィルムの色調変化△b値が15未満であることが好ましい。より好ましくは色調変化△b値が10未満であり、さらに好ましくは色調変化△b値が5未満である。△b値が15以上なると、積層ポリエステルフィルムの色目が黄色くなり、外観上の点およびジャンクションボックスとの接着性が著しく劣るため好ましくない。
【0026】
耐光性試験後の色調変化△b値を上記の好ましい範囲内とするためには、積層ポリエステルフィルム全体の二酸化チタン含有量をより多くすることが好ましい。
【0027】
本発明において、ジャンクションボックスとの接着性とは、ポリエステルA層表面とジャンクションボックスを接着させるために使用されるシリコーン樹脂との接着性をさす。このため、前記ポリエステルA層が、該ジャンクションボックス側になるように用いられるのが好ましい態様である。ポリエステルA層表面とジャンクションボックスを接着させるために使用されるシリコーン樹脂との90°剥離強度が30N/15mm以上であり、かつ85℃×85%RH×1000時間処理後の剥離強度保持率が50%以上であることが好ましい。より好ましくは、90°剥離強度が40N/15mm以上、85℃×85%RH×1000時間処理後の剥離強度保持率が70%以上であり、さらに好ましくは90°剥離強度が50N/15mm以上、85℃×85%RH×1000時間処理後の剥離強度保持率が85%以上である。上記の好ましい範囲内とするためには、バックシート最外層側のポリエステルA層中の二酸化チタンの含有量を少なくすることが好ましい。
【0028】
本発明においては、積層ポリエステルフィルムの光学濃度が0.5以上であることが好ましい。より好ましくは、0.75以上であり、さらに好ましくは1.0以上である。積層フィルムの光学濃度が0.5未満であると、太陽電池の内部が透けて見えてしまうため、外観上の問題から好ましくない。上記好ましい範囲内とするためには、積層ポリエステルフィルム全体の二酸化チタンの含有量を大きくすることが好ましい。また、二酸化チタンに他の複数の種類の無機粒子を混合させてもよい。無機粒子としては、例えば、湿式および乾式シリカ、コロイダルシリカ、炭酸カルシウム、珪酸アルミ、リン酸カルシウム、アルミナ、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、酸化亜鉛(亜鉛華)、酸化アンチモン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化ランタン、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸亜鉛、塩基性炭酸鉛(鉛白)、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸鉛、硫化亜鉛、マイカ、雲母チタン、タルク、クレー、カオリン、フッ化リチウムおよびフッ化カルシウム等を使用することができるが、特に硫酸バリウムが隠蔽性の点から好ましい。
【0029】
本発明の太陽電池バックシート用ポリエステルフィルムの製造方法について、その一例を説明する。
【0030】
本発明にかかるポリエステル樹脂は、例えば、テレフタル酸またはその誘導体とエチレングリコールとを周知の方法でエステル交換反応させることよって、得ることができる。反応触媒としてはアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、亜鉛化合物、鉛化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、アルミニウム化合物、アンチモン化合物、チタン化合物など、着色剤としては、リン化合物などを挙げることが出来る。重合触媒としては、アンチモン化合物またはゲルマニウム化合物、チタン化合物を添加することが好ましい。このような方法としては例えば、ゲルマニウム化合物を例に挙げると、ゲルマニウム化合物粉体をそのまま添加することが好ましい。
【0031】
本発明の積層ポリエステルフィルムの数平均分子量を17,000〜35,000にコントロールする方法は、上記の方法で、数平均分子量が17,000レベルの通常のポリエステル樹脂を重合した後、190℃〜ポリエステル樹脂の融点未満の温度で、減圧または窒素ガスのような不活性気体の流通下で加熱する、いわゆる固相重合する方法が好ましい。該方法はポリエステル樹脂の末端カルボキシル基量を増加させることなく数平均分子量を高めることができる。
【0032】
次に、上記各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し、それらの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もできる。また、これらを任意に組み合わせても良い。
【0033】
本発明の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムをポリエステル樹脂による3層以上の構造からなる積層フィルムとして得るには、上記の共押出方式とするのが好ましい。コーティングや接着剤による貼り合わせでは、湿熱処理後の接着性が落ちる問題点と、環境面での影響が懸念される問題点、コストが高くなる問題点がある。低コストと積層樹脂間の接着強度を維持するためには、共押出とするのが好ましい。
【0034】
例えば、共押出による3層積層フィルムを得るには、押出機(M)と押出機(S1)を有する複合製膜装置において、まず、ポリエステルA層およびC層を形成するため、ポリエステル樹脂および無機粒子のマスターチップを混合し十分に真空乾燥する。次に、この乾燥原料を、240〜300℃の温度に加熱された押出機(S1)に供給し、溶融押出後、フィルターにて濾過し、Tダイ複合口金内に導入する。一方、ポリエステルB層を形成するため、ポリエステルA層およびC層と同様に、十分に乾燥したポリエステル樹脂および無機粒子のマスターチップを、240〜300℃の温度に加熱された押出機(M)に供給し、溶融押出後、フィルターにて濾過し、Tダイ複合口金内に導入する。Tダイ複合口金内では押出機(M)のポリマーが中央層に、押出機(S1)のポリマーが両最外層になるようにし、複合管内で積層し、A層/B層/C層からなる積層シートを得ることができる。さらに複合管内で両最外層に押出圧力差をつけることにより、両最外層の厚みの異なる積層シートも得ることができる。ポリエステルA層とC層の組成を異なるものとする場合には、さらにもう一台押出機(S2)を準備し、同様にして乾燥、溶融押出しをおこない、3種原料複合管を用いてA/B/Cからなる積層シートを作製することができる。
【0035】
Tダイから吐出された積層されたシートは、キャスティングドラム等の冷却体上に押し出され、冷却固化され、キャスティングシートとなる。この際、ワイヤー状、テープ状、針状あるいはナイフ状等の電極を用いて、静電気力によりキャスティングドラム等の冷却体に密着させ、急冷固化させるのが好ましい。
【0036】
このようにして得られたキャスティングシートは、必要に応じて2軸延伸しても構わない。2軸延伸とは、縦方向および横方向に延伸することをいう。延伸は、逐次2軸延伸しても良いし、同時に2方向に延伸してもよい。また、さらに縦および/または横方向に再延伸を行ってもよい。
ここで、縦方向への延伸とは、フィルムに長手方向の分子配向を与えるための延伸を言い、通常は、ロールの周速差により施される。この延伸は1段階で行ってもよく、また、複数本のロール対を使用して多段階に延伸したものでもよい。かかる延伸の倍率としては樹脂の種類により異なるが、通常、面積倍率は、2〜15倍が好ましく、例えばポリエチレンテレフタレートを用いた場合には、縦方向延伸倍率としては、2〜4倍が特に好ましく用いられる。
【0037】
この後、横方向に延伸を施すため端部を保持したクリップを2〜4倍の条件にセットしたレール上をクリップで保持した状態でフィルムを通し横方向(マシン幅方向)に横延伸する。雰囲気温度は、フィルムの延伸温度が85〜110℃になるように雰囲気温度をセットし横方向に延伸する。その後の工程で寸法安定性を得るため180〜240℃熱処理を施し、本発明の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムを得る。
【実施例】
【0038】

以下に、本発明を実施例によって詳細に説明する。実施例中に示す測定、評価は、本文中に記載の条件以外は、次に示すような条件で行った。
【0039】
[物性および評価方法、評価基準]
(1)各ポリエステル層の厚み(μm)
積層ポリエステルフィルムの断面をミクロトーム(MICROTOME 型式RMS)でカットし、電子顕微鏡(TOPCON製走査電子顕微鏡SBT−32)で各層の厚みを確認した。各層の断面の全体像が写る倍率(1000倍〜5000倍)で撮像し、その断面写真の厚みを採寸した。
【0040】
(2)各ポリエステル層の二酸化チタン量(重量%)
積層ポリエステルフィルムの断面をミクロトーム(MICROTOME 型式RMS)でカットし、電子顕微鏡(TOPCON製 走査電子顕微鏡SBT−32)で各層の厚みを確認した。研磨剤で積層ポリエステル表面を削り、各層からサンプルを採取する。
ICPにより各層のサンプルに含まれるチタン元素量を求めた。得られたチタン元素量から二酸化チタン含有量を換算した。
ICPの評価方法を以下に示す。各層から採取したサンプルを白金るつぼに秤取り、硫酸を添加し、ホットプレートとバーナーを用いて炭化処理を行った。さらに電気炉にて550℃、2時間加熱を行い、灰化処理を行った。得られた灰化物に炭酸ナトリウム−ほう酸の混合融剤を加え、バーナーで加熱して融解処理を行い、放冷後、希硝酸と過酸化水素水を添加して、溶解させたものを試料溶液とした。得られた試料溶液をICP発光分析装置に導入し、チタン元素の定量を行った。
ICP発光分析装置: パーキンエルマー社製 OPTIMA 4300 DV。
【0041】
(3)積層ポリエステルフィルム全体の二酸化チタンの含有量(重量%)
ICPにより積層ポリエステルフィルム全体に含有するチタン元素量を求めた。得られたチタン元素量から二酸化チタン含有量を換算した。
【0042】
(4)積層ポリエステルフィルム全体の数平均分子量(Mn)
GCP法により数平均分子量を求めた。
条件を以下に示す。
装置: ゲル浸透クロマトグラフ GPC (機器No.GPC−8)
検出器: 示差屈折率検出器RI (昭和電工製RI−71型、感度64)
カラム: Shodex K80M、K806M、TSKgelG2000Hx1 各1本
溶媒: オルトクロロフェノール(OCP)/クロロホルム (容積比2/8)
流速: 0.8ml/min
カラム温度: 23℃
試料調整: 試料約10mgにOCPを1ml添加した後、80℃で約20分撹拌した。放冷後、クロロホルム4mlを添加して撹拌後、孔径0.2μmのフィルターを用いて濾過を行った。
注入量: 0.400ml
標準試料: 分子量既知単分散ポリスチレン(PS)
標準試料であるPSを用いて分子量校正を実施した。PSの分子量(Mn)の対数と溶出時間(T)の関係を、次の3次式で近似して、分子量校正曲線を作成した。
【0043】
Log(Mn)=A(0)+A(1)T+A(2)T+A(3)T
上記の条件で、該太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルムを用いて試料調製し、クロマトグラフへ注入した。示差屈折率検出器RIを用いて検出し、次式により数平均分子量を算出した。
【0044】
数平均分子量(Mn)=Σ(N)/ΣN
ここでMは分子量校正曲線を介して得られたGPC曲線のi番目の溶出位置における分子量、Nは分子量Mの分子数である。
【0045】
(5)積層ポリエステルフィルムの耐光性
促進試験器アイスーパーUVテスターを用い、バックシート最外層側のポリエステルA層側から48時間照射した。その後、色調測定器(装置名 SMカラーコンピューター;スガ試験機株式会社)で色調b値を測定し、照射前の初期値色調b値との差をΔbとする。
Δb=色調b値(照射後)−色調b値(照射前)
紫外線照射強度:160mW/cm
耐光性を下記基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:照射前後の色調b値の変化量Δb値が0以上5未満
○:照射前後の色調b値の変化量Δb値が5以上10未満
△:照射前後の色調b値の変化量Δb値が10以上15未満
×:照射前後の色調b値の変化量Δb値が15以上。
【0046】
(6)ジャンクションボックスとの接着性
(A)ポリエステルA層表面とシリコーン樹脂との接着強度
ジャンクションボックスをバックシートに接着させるために使用される専用のシリコーン樹脂と、バックシート最外層側のポリエステルA層表面との密着力を以下の方法で評価した。
ポリエステルA層上にダウコーニング社製シリコーンSolar PV(登録商標)804を塗布し、もう1枚の積層ポリエステルフィルムを、A層同士が向かい合うように重ね、接着した。この接着サンプルを室温下で2週間放置し、乾燥させた。この接着サンプルを幅15mmに切り、2本の短冊状試験片を得た。剥離角度を90°として試験片の剥離強度測定を行った。測定は2本の試験片それぞれについて1回行い、得られた剥離強度の平均値をシリコーン樹脂接着強度の値とした。その接着強度から、以下の基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:接着強度が50N/15mm以上
○:接着強度が40N/15mm以上50N/15mm未満
△:接着強度が30N/15mm以上40N/15mm未満
×:接着強度が30N/15mm未満。
【0047】
(B)85℃×85%RH×1000時間処理後のポリエステルA層表面とシリコーン樹脂との90°接着強度保持率
(A)と同様の方法で作成した接着サンプルを85℃×85%RHの雰囲気下で1000時間エージング処理した。エージング処理後の接着サンプルを幅15mmに切り、2本の短冊状試験片を得た。剥離角度を90°として試験片の剥離強度測定を行った。測定は2本の試験片それぞれについて1回行い、得られた剥離強度の平均値を85℃×85%RH×1000時間処理後のシリコーン樹脂接着強度の値とした。エージング処理後の接着強度保持率を次の式より求めた。
接着強度保持率(%)=X1/X0×100
X1: 85℃×85%RH×1000hr処理後のシリコーン樹脂接着強度
X0: 処理前のシリコーン樹脂接着強度
算出した接着強度保持率を以下の基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:接着強度保持率が85%以上
○:接着強度保持率が70%以上85%未満
△:接着強度保持率が50%以上70%未満
×:接着強度保持率が50%未満。
【0048】
(8)充填材との接着性
JISK6854に基づいて、EVAシートとの90°剥離強度を測定した。試験した疑似太陽電池モジュールサンプルはポリエステル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、市販のガラスラミネーターを用いて真空引き後に135℃加熱条件下、3Kgf/cm2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500μm厚シートを用いた。剥離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。接着強度から、以下の基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:接着強度が120N/50mm以上
○:接着強度が110N/50mm以上120N/50mm未満
△:接着強度が100N/50mm以上110N/50mm未満
×:接着強度が100N/50mm未満。
【0049】
(9)積層ポリエステルフィルムの光学濃度
光学濃度計(マクベス製:TD−904)で透過光束を測定し、下記式で算出した。
光源: 可視光線
分光組成: 色温度 3006°Kのタングステン電球
測定環境: 温度23℃±3℃、湿度65±10%RH
計算式: 光学濃度=log10(F0/F)
F:試料の透過光束、 F0 :試料無しの透過光束
積層ポリエステルフィルムの光学濃度を下記基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:光学濃度が1.0以上
○:光学濃度が0.75以上1.0未満
△:光学濃度が0.5以上0.75未満
×:光学濃度が0.5未満。
【0050】
(10)積層ポリエステルフィルムの耐湿熱性
破断伸度の測定はASTM−D882−97(1999年版ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDSを参照した)に準ずる。積層ポリエステルフィルムを10mm×200mmの大きさに切り出し、得られた試験片をチャック間50mm、引っ張り速度300mm/minにて引っ張り、破断伸度(初期)を測定した。なお、試験片5本について測定を実施し、その平均値でもって破断伸度(初期)Y0とした。次いで、積層ポリエステルフィルムを10mm×200mmの大きさに切り出し、得られた試験片をエスペック(株)製高度加速寿命試験装置EHS−221MDを用いて、125℃、湿度100%の条件下48時間処理した。ASTM−D882−97(1999年版ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARDSを参照した)に準じて、処理後の試験片をチャック間50mm、引っ張り速度300mm/minにて引っ張り、破断伸度(処理後)を測定した。なお、処理後の試験片5本について測定を実施し、その平均値でもって破断伸度(処理後)Y1とした。
【0051】
得られた破断伸度Y0,Y1を用いて、下記の式により伸度保持率を算出した。
伸度保持率(%)=Y1/Y0×100
積層ポリエステルフィルムの耐湿熱性を下記基準で評価した。◎、○、△の順に好ましいが、△以上であれば使用可能である。
◎:破断伸度保持率が80%以上
○:破断伸度保持率が60%以上80%未満
△:破断伸度保持率が40%以上60%未満
×:破断伸度保持率が40%未満。
【0052】
(10)各ポリエステル層の空洞含有率
積層ポリエステルフィルムの断面をミクロトーム(MICROTOME 型式RMS)でカットし、電子顕微鏡(TOPCON製走査電子顕微鏡SBT−32)で各ポリエステル層の断面写真を得た。得られた断面写真からポリエステル層の単位面積当たりの空洞の占有面積を算出し、各ポリエステル層の空洞含有率とした。
【0053】
[使用したポリエステル樹脂]
(PET−1)
ジメチルテレフタレート100重量部、およびエチレングリコール60重量部の混合物に、酢酸カルシウム0.08重量部、三酸化アンチモン0.03重量部を添加して、常法により加熱昇温してエステル交換反応を行った。次いで、該エステル交換反応生成物に、酢酸リチウム0.16重量部、リン酸トリメチル0.11重量部を添加した後、重合反応槽に移行する。次で、加熱昇温しながら反応系を徐々に減圧して1mmHgの減圧下、290℃で常法により重合し、数平均分子量16,000のポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート)を得た。該ポリエステル樹脂は各辺2mm×4mm×4mmの直方体に切断、チップ状にし、回転型真空重合装置を用いて、0.5mmHgの減圧下、230℃で20時間加熱処理し、数平均分子量26,000、カルボキシル末端基濃度10.5eq/tonのポリエステル樹脂「PET−1」を得た。
【0054】
(PET−2)
PET−1と同様の方法で、数平均分子量22,000、カルボキシル末端基濃度10.5eq/tonのポリエステル樹脂「PET−2」を得た。
【0055】
(PET−3)
PET−1と同様の方法で、数平均分子量40,000、カルボキシル末端基濃度10.5eq/tonのポリエステル樹脂「PET−3」を得た。
【0056】
(PET−4)
ジメチルテレフタレート100重量部、およびエチレングリコール60重量部の混合物に、酢酸カルシウム0.08重量部、三酸化アンチモン0.03重量部を添加して、常法により加熱昇温してエステル交換反応を行った。次いで、該エステル交換反応生成物に、酢酸リチウム0.16重量部、リン酸トリメチル0.11重量部を添加した後、重合反応槽に移行する。次で、加熱昇温しながら反応系を徐々に減圧して1mmHgの減圧下、290℃で常法により重合し、数平均分子量11,000、カルボキシル末端基濃度12.5eq/tonのポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート)「PET−4」を得た。
【0057】
[積層ポリエステルフィルムの作成]
[実施例1]
押出機(M)、押出機(S1)、押出機(S2)を有する複合製膜装置を使用した。
平均粒子径0.2μmのルチル型二酸化チタンマスターチップ(マスターチップ総量に対して二酸化チタン50重量部、PET−1 50重量部)を用いて、二酸化チタンが0.5重量部およびPET−1が99.5重量部の割合になるように混合したもの(ポリマーA)を、温度180℃、真空度0.5mmHgの条件下で2時間、減圧乾燥をした後、押出機(S1)側に供給し、290℃で溶融押出後、50μmカットフィルターにより異物濾過を行ったのちに、Tダイ複合口金に導入した。
【0058】
また、平均粒子径0.2μmのルチル型二酸化チタンのポリエチレンテレフタレートマスター(マスターチップ総量に対して二酸化チタン50重量部、PET−1 50重量部)を用いて、二酸化チタン4.6重量部およびPET−1が95.4重量部の割合になるように混合したもの(ポリマーB)を、温度180℃、真空度0.5mmHgの条件下で2時間減圧乾燥をしたものを用意し、これを290℃に加熱した押出機(b)に供給し、50μmカットフィルターにより異物濾過を行ったのちにTダイ複合口金に導入した。
【0059】
また、平均粒子径0.2μmのルチル型二酸化チタンマスターチップ(マスターチップ総量に対して二酸化チタン50重量部、PET−1 50重量部)を用いて、二酸化チタンが0.5重量部およびPET−1が99.5重量部の割合になるように混合したもの(ポリマーC)を、温度180℃、真空度0.5mmHgの条件下で2時間、減圧乾燥をした後、押出機(S2)側に供給し、290℃で溶融押出後、50μmカットフィルターにより異物濾過を行ったのちに、Tダイ複合口金に導入した。
【0060】
次いで、Tダイ複合口金内にて、押出機(S1)からのポリマーAと押出機(M)からのポリマーBおよび押出機(S2)からのポリマーCが3層に積層されるように合流せしめた後、シート状に共押出して溶融積層シートとした。なお、両押出機の押出量をコントロールし、上記吐出比〔ポリマーA:ポリマーB:ポリマーC〕を7:86:7にした。
【0061】
次いで、シート状に押出された溶融積層シートを、表面温度20℃に保たれたドラム上に静電印加法で密着冷却固化させて未延伸積層フィルムを得た。続いて、該未延伸フィルムを85℃の温度に加熱したロール群で予熱した後、90℃の温度の加熱ロールを用いて長手方向(MD)に3.5倍延伸を行い、25℃の温度のロール群で冷却して一軸延伸フィルムを得た。得られた一軸延伸フィルムの両端をクリップで把持しながらテンター内の95℃の温度の予熱ゾーンに導き、引き続き連続的に105℃の温度の加熱ゾーンで長手方向に直角な方向(TD)に4.0倍延伸した。さらに引き続いて、テンター内の熱処理ゾーンで205℃の温度(第1熱処理温度)で20秒間の熱処理を施した。引き続き、180℃の温度下において、フィルムを幅方向(TD)に3%の弛緩率にて弛緩させ、また、テンターのクリップ間隔を縮めることによって、長手方向(MD)に1.5%の弛緩率にて弛緩させた。
【0062】
次いで、25℃まで均一に冷却後、巻取り、厚み50μmの積層ポリエステルフィルムを得た。得られた積層ポリエステルフィルムは、ポリエステルA層の厚みが3.5μm、B層の厚みが43μm、C層の厚みが3.5μmであった。得られた積層ポリエステルフィルムを評価した結果を表1に示した。この積層ポリエステルフィルムの耐光性を評価したところ、良好であった。
【0063】
[実施例2、3]
表1のようにポリマーA、ポリマーBおよびポリマーCの処方を変更した以外は、実施例1と同じ製造方法にて、積層ポリエステルフィルムを得た。積層ポリエステルフィルムを評価した結果を表1に示した。
【0064】
[実施例4、5]
表1のようにポリエステル樹脂の種類を変更し、ポリマーA、ポリマーBおよびポリマーCの処方を変更した以外、実施例1と同じ製造方法にて、積層ポリエステルフィルムを得た。積層ポリエステルフィルムを評価した結果を表1に示した。
【0065】
[比較例1、2、4、5]
表1のようにポリエステル樹脂の種類を変更し、ポリマーA、ポリマーBおよびポリマーCの処方を変更した以外、実施例1と同じ製造方法にて、積層ポリエステルフィルムを得た。積層ポリエステルフィルムを評価した結果を表1に示した。
【0066】
[比較例3]
ポリマーAの二酸化チタン添加量を0.4重量%に変更した以外は、実施例3と同じ製造方法にて、積層ポリエステルフィルムを得た。積層ポリエステルフィルムを評価した結果を表1に示した。
【0067】
実施例1は、耐光性がやや劣るものの、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性、耐湿熱性に優れていた。実施例2は、耐光性、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性、耐湿熱性のいずれにおいても優れていた。実施例3は、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性、耐湿熱性がやや劣るものの、耐光性に優れていた。実施例4は、耐光性、耐湿熱性がやや劣るものの、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性に優れていた。実施例5では、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性がやや劣るものの、耐光性、耐湿熱性に優れていた。
【0068】
一方、比較例においては、いずれの積層ポリエステルフィルムも耐光性、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性、耐湿熱性のいずれかの特性のうち、1点以上が劣り実施例との間に明らかな差があった。比較例1では、酸化チタンの添加量が少なく、耐光性が劣る結果となったと考えられる。比較例2では、ポリエステルA層およびC層の酸化チタンの添加量が多く、耐ジャンクションボックスおよび充填材との接着性および耐湿熱性が劣る結果となったと考えられる。比較例3では、数平均分子量が小さく、耐湿熱性が劣る結果となったと考えられる。比較例4では、ポリエステルA層およびC層は酸化チタンを含有せず、耐光性が劣る結果となったと考えられる。比較例5では、ポリエステルA層およびC層の酸化チタンの添加量が多く、ジャンクションボックスおよび充填材との接着性が劣る結果となったと考えられる。
【0069】
【表1−1】

【0070】
【表1−2】

【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明の積層ポリエステルフィルムは、フィールド型で設置される太陽電池はもちろんのこと、フレキシブル性を有する太陽電池や電子部品、化粧版などの意匠性を要求される用途にも好適に使用することができる。
【符号の説明】
【0072】
1 高光線透過材
2 太陽電池セル
3 充填材
4、8、10 バックシート
5 フレーム
6 太陽電池モジュール
7 ジャンクションボックス
9、12 本発明の積層ポリエステルフィルム
11 樹脂フィルム

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリエステル樹脂を用いてなるポリエステルA層、ポリエステルB層およびポリエステルC層の少なくとも3層からなる積層ポリエステルフィルムであって、ポリエステルA層が一方の最外層に位置し、ポリエステルC層がもう一方の最外層に位置し、ポリエステルA層とポリエステルB層が隣接しており、ポリエステルA層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルA層に対して0.5重量%以上4重量%未満であり、ポリエステルC層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルC層に対して0重量%以上4重量%未満であり、積層ポリエステルフィルムの二酸化チタンの含有量が4重量%以上10重量%以下であり、ポリエステルA層、B層およびC層には実質的に空洞を含まず、積層ポリエステルフィルム全体の数平均分子量が17,000〜35,000である太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項2】
前記ポリエステルA層の厚みが2μm以上15μm以下である請求項1に記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項3】
前記ポリエステルB層の厚みが10μm以上であり、ポリエステルB層が二酸化チタンを含有し、該二酸化チタンの含有量がポリエステルB層に対し7重量%以上50重量%以下である請求項1または2に記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項4】
ジャンクションボックスを有する太陽電池に用いられ、前記ポリエステルA層が、該ジャンクションボックス側になるように、前記ポリエステルC層が太陽電池を構成するの充填材と接するように用いられる請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項5】
耐光性試験後の色調変化(△b値)が15未満である請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項6】
最外層に位置するポリエステルA層表面の、シリコーン樹脂との90°剥離強度が30N/15mm以上であり、かつ85℃×85%RH雰囲気下での1000時間処理後の剥離強度保持率が50%以上である請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。
【請求項7】
光学濃度が0.5以上である請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池バックシート用積層ポリエステルフィルム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−28058(P2013−28058A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−165259(P2011−165259)
【出願日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【出願人】(000003159)東レ株式会社 (7,677)
【Fターム(参考)】