太陽電池バックシート
【課題】ＰＶＤ法やＣＶＤ法では、膜厚の増加に対してガスバリア性が飽和しやすい問題に対して、更に高いガスバリア性を持った太陽電池モジュール用のバックシートを提供すること。
【解決手段】透明樹脂フィルム（１０）、接着剤（２０）、透明ガスバリアフィルム（３０）、接着剤（２０）、透明樹脂フィルム（１０）をこの順で積層した太陽電池バックシート（１）であって、前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート。
【解決手段】透明樹脂フィルム（１０）、接着剤（２０）、透明ガスバリアフィルム（３０）、接着剤（２０）、透明樹脂フィルム（１０）をこの順で積層した太陽電池バックシート（１）であって、前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールを構成する一部材である太陽電池用バックシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明ガスバリアフィルムは、長期安定保存を目的として、食品包装材や医薬品包装材に多く使用されてきた。
【０００３】
近年では、石油や石炭などの化石燃料などを燃焼させる際に発生するＣＯ２の増加に起因する地球温暖化現象などの環境破壊が重要な問題となっている。そのような中、地球環境にやさしい新たなエネルギー源として、太陽電池が実用化され始めてきている。
【０００４】
太陽電池は主に、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から形成される太陽電池素子から出来ており、これらを直列、並列に配線し、長期間にわたって発電変換効率を維持することを求められている。そのためには、長期間屋外に放置した際の太陽電池モジュールとしての耐久性が課題となっている。
【０００５】
太陽電池モジュールを保護する為に、太陽電池バックシートには、機械的強度から、耐候性、耐熱性、耐水性などの諸特性、さらには水分などの浸入を防ぐ高いガスバリア性が求められ、１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下の水蒸気バリア性、使用環境によっては、１０−２ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下が必要とも言われているが、ガスバリア性向上の対応は、無機化合物からなるガスバリア層にオーバーコートを積層または、ガスバリア層、オーバーコートを複数回積層している（特許文献１）。また、金属箔では、高いガスバリア性を得ることが可能であるが、リーク電流などによる対電圧性の問題や、用途によっては、透明性の観点からも対応策が求められている。
【０００６】
これまで、透明ガスバリアフィルムのバリア層は、真空蒸着法である、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの物理的気相成長法(以下ＰＶＤ法)により成膜されることが多く、大面積化やロール・ツー・ロールでの成膜も検討されている（特許文献２）。
【０００７】
また、化学的気相成長法（以下ＣＶＤ法）は、その膜成長過程において、成膜条件によっては、柱状の成長や島状の成長がしにくく、このため膜中のグレイン・バウンダリー発生頻度が低いため、高いガスバリア性を発現することが期待されている。
【０００８】
一方、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下ＡＬＤ法）は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを基板に対し交互に提供することにより、原子層単位で薄膜を形成することが可能であるため、成膜速度が遅いという欠点はあるが、ＣＶＤ法以上に欠陥レスの密な膜を成膜することが可能であり、また膜厚制御が容易であることや、大面積化も比較的容易であるなどの良い点が多い。また、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガス減少を促せるプラズマＡＬＤ法もある（特許文献３）。
従来技術において、ＡＬＤ法やプラズマＡＬＤ法を透明ガスバリアフィルムの作製に適用し、これを太陽電池バックシートに採用することは開示も示唆もされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６９９９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７５２５１号公報
【特許文献３】特表２００８−５３７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ＰＶＤ法を用いる場合、薄膜の成長過程において、柱状または島状の成長をすることが一般的で、膜中にグレイン・バウンダリーが発生するため、高いガスバリア性を発現させることが困難である。このため、膜厚を厚くすることでガスバリア性を発現させることが考えられるが、膜厚が厚くなると、薄膜の内部応力が無視できなくなり、クラック等が発生し、逆にガスバリア性の低下を招く。さらには、成膜中に発生するピンホールなどの膜欠陥がある状況で薄膜を成長させてもガスバリア性が飽和することが分っている。
【００１１】
また、ＣＶＤ法を用いる場合、良好な膜厚分布を得ることが比較的難しく、大面積化の困難さという大きな問題を抱えている。
【００１２】
そこで、本発明は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法では、膜厚の増加に対してガスバリア性が飽和しやすい問題に対して、更に高いガスバリア性を持った太陽電池モジュール用のバックシートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、透明樹脂フィルム、接着剤、透明ガスバリアフィルム、接着剤、透明樹脂フィルムをこの順で積層した太陽電池バックシートであって、前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート太陽電池バックシートある。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、該ＡＬＤ法が、プラズマを用いたプラズマＡＬＤ法であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシートである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、該透明ガスバリアフィルムのバリア層が、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシートである。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池バックシートである。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池バックシートである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、透明ガスバリアフィルムのバリア層成膜の際、ＡＬＤ法を用いることにより、ＰＶＤ法で問題となるクラックまたは膜中のグレイン・バウンダリーもしくはピンホールなどの欠陥や、ＣＶＤ法で問題となる成膜速度の遅さまたは大面積化の困難さを解消し、高ガスバリア性に優れた、太陽電池モジュール用のバックシートを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池バックシートの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明の太陽電池バックシートの別の実施形態の断面図である。
【図３】ＡＬＤ法の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の太陽電池バックシートを一実施形態に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の太陽電池バックシートの一実施形態の断面図である。図１に示すように、太陽電池バックシート（１）は、図上より透明樹脂フィルム（１０）と、接着剤（２０）と透明ガスバリアフィルム（３０）と接着剤（２０）と透明樹脂フィルム（１０）とをこの順で積層したものである。
【００２１】
透明樹脂フィルム（１０）は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。基材フィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、２５μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。
【００２２】
透明ガスバリアフィルム（３０）は、無機化合物からなるバリア層を備えた透明ガスバリアフィルムである。バリア層を蒸着する基板の透明樹脂フィルムは、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。基材フィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、６μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。
【００２３】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）は、防湿層として使用するものであり、基板の透明樹脂フィルムの表面に、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなる無機化合物を被着させたものであり、太陽電池素子に対して防湿効果を発揮するものである。前記無機化合物は絶縁性を有し、水分とも反応することが無く、化学的に安定である。従って、太陽電池モジュール用バックシートに使用した場合、電流がリークする危険性もなく、耐電圧性の高い材料となる。無機化合物を被着させる手法としては、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などの物理成膜法（ＰＶＤ法）を用いることで、大面積化やロール・ツー・ロールへの展開が容易であることから、これらの方式が多く用いられている。しかしながら、ＰＶＤ法は、成膜の成長過程において、柱状の成長や島状の成長をすることが一般的であるため、膜中にグレイン・バウンダリーが発生することや、表面拡散距離が短い為、凹凸形状に対して厚膜化してもボイドが発生し、膜厚に比例してガスバリア性が上がりつらくなり、結果として高いガスバリア性を発現させることが困難である。また、厚膜化により、薄膜の内部応力が無視できなくなり、クラック等が発生し、逆にガスバリア性の低下を招く場合もある。
【００２４】
一方、ＣＶＤ法による成膜は、プラズマＣＶＤ法などでは、膜中のグレイン・バウンダリーの発生頻度も少なく、凹凸形状に対しても、コンフォーマルな膜堆積となるため、高いガスバリア性を発現することが期待できるが、成膜速度が遅い欠点がある。成膜速度を上げるために、気圧等の成膜条件を変更したりすることで、グレイン・バウンダリーが発生し、高いガスバリア性を得ることが困難である。
【００２５】
それらに対してＡＬＤ法は、原料ガスと反応ガスを交互に導入し、原料ガスが吸着可能なサイトには全て吸着するため、基材表面の形状によらず緻密で欠陥レスな高いガスバリア性の膜が得られる。
【００２６】
図３は、ＡＬＤ法の原理を説明するための図である。ＡＬＤ法は、真空チャンバーが、十分に減圧下となった状態で、ヒーターにより、基材を所望の温度まで加熱する。加熱終了後、昇温した温度を維持しながら、成膜を開始すべく、原料ガスを真空チャンバーに供給する（原料ガス供給＝ステップ１）。基材表面に原料ガスが吸着した後、原料ガスの供給を止め、不活性ガスを供給し、原料ガスの残余を排気する（不活性ガス供給＝ステップ２）。その後、不活性ガスの供給を止め、反応ガスを真空チャンバーに供給し、基材表面の原料と反応させる（反応ガス供給＝ステップ３）。反応終了後、反応ガスの供給を止め、再び不活性ガスを供給し、残余の反応ガスを排気する（不活性ガス供給＝ステップ４）。この作業を１サイクルとして、原子層が基材に成膜され、所望の膜厚まで繰り返しこのサイクルを行っていく。減圧状態、基材温度等にもよるが、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３場合は、０．１ｎｍ／サイクル程度であり、物理膜厚１０ｎｍを求める場合は、約１００サイクル行うこととなる。このサイクル中は、一般的に常に真空ポンプで排気を行いながら各ガスを供給していくものである。このため、膜厚のコントロールが容易である上、原子層が１層ごと形成されていくため、ステップ・カバレッジに優れ、どのような複雑な形状の面にでも射影効果無しに成膜することが可能である。本発明では、真空チャンバーにプラズマを供給しながら前記堆積を行うプラズマＡＬＤ法を用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化を達成することができる。
【００２７】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）のバリア層の材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯなどが挙げられるが、これに限られることはなく、用途により自由に選択することが可能である。また、各ガスの導入時間や成膜温度を調整することによりＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＮｂＯｘ、ＺｒＯｘなどの中間酸化物、窒化物なども可能であり、必要により使用することは問題ない。本発明において使用する基材は透明樹脂フィルムであるため、成膜する薄膜はなるべく低温で成膜が可能である材料を選択することが好ましい。上記材料のうち、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２を用いるとよりバリア性が向上するためより好ましい。特に、耐久性を考慮するとＳｉＯ２を用いることがより好ましい。
【００２８】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）におけるバリア層の厚みは、バリア性、透明性、生産性を考慮し、０．１〜５００ｎｍ程度が好ましい。
【００２９】
上述の透明ガスバリアフィルム（３０）は水蒸気透過度が、１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが好ましい。
【００３０】
また、本発明の好ましい形態としては、透明樹脂フィルム（１０）の一方、又は両方が、紫外線カット機能を有する形態が挙げられる。なお、接着剤（２０）は、透明樹脂フィルム（１０）と透明ガスバリアフィルム（３０）を耐久性よく接着できるものであれば特に制限されず、公知のものから適宜選択すればよい。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の具体的な実施例を示す。
【００３２】
＜実施例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、ＡＬＤ法で１０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜した。この際、原料ガスはトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡという）、パージガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＤｒｙＡｉｒを用いた。
【００３３】
＜実施例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、ＡＬＤ法で２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜した。この際、原料ガスはＴＭＡ、パージガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＤｒｙＡｉｒを用いた。
【００３４】
＜比較例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＡｌ材料を蒸発させ、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３５】
＜比較例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、電子ビーム蒸着法によりＡｌ材料を蒸発させ、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３６】
＜比較例３＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、スパッタリング法によりＡｌ材料をスパッタリングし、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３７】
上記の実施例１、実施例２、および比較例１、比較例２、比較例３に示す、太陽電池バックシートを作製して、水蒸気透過度を以下の方法で測定した。
【００３８】
（評価方法）
水蒸気透過度をＭＯＣＯＮ法により測定した。用いた測定器はＭＯＣＯＮ ＡＱＵＡＴＲＡＮ ｍｏｄｅｌ１により、４０℃、９０％Ｒｈにて測定した。
【００３９】
表１に実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３で作成したサンプルの水蒸気透過度を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の結果より、本発明の太陽電池バックシートは、透明ガスバリアフィルムからなる層を作製する際に、ＡＬＤ法にて成膜を行うことで、ガスバリア性が向上する結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、軽量、高ガスバリア性優れ、安価で生産性の高い、さらには、透明性に優れた太陽電池モジュール用のバックシートへの展開が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０・・・透明樹脂フィルム
１０ａ、１０ｂ・・・ＰＥＴフィルム
２０、２０ａ、２０ｂ・・・接着剤
３０、３０ａ・・・透明ガスバリアフィルム
３１ａ・・・ＰＥＴフィルム
３２ａ・・・ＡｌＯｘ蒸着膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールを構成する一部材である太陽電池用バックシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明ガスバリアフィルムは、長期安定保存を目的として、食品包装材や医薬品包装材に多く使用されてきた。
【０００３】
近年では、石油や石炭などの化石燃料などを燃焼させる際に発生するＣＯ２の増加に起因する地球温暖化現象などの環境破壊が重要な問題となっている。そのような中、地球環境にやさしい新たなエネルギー源として、太陽電池が実用化され始めてきている。
【０００４】
太陽電池は主に、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から形成される太陽電池素子から出来ており、これらを直列、並列に配線し、長期間にわたって発電変換効率を維持することを求められている。そのためには、長期間屋外に放置した際の太陽電池モジュールとしての耐久性が課題となっている。
【０００５】
太陽電池モジュールを保護する為に、太陽電池バックシートには、機械的強度から、耐候性、耐熱性、耐水性などの諸特性、さらには水分などの浸入を防ぐ高いガスバリア性が求められ、１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下の水蒸気バリア性、使用環境によっては、１０−２ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下が必要とも言われているが、ガスバリア性向上の対応は、無機化合物からなるガスバリア層にオーバーコートを積層または、ガスバリア層、オーバーコートを複数回積層している（特許文献１）。また、金属箔では、高いガスバリア性を得ることが可能であるが、リーク電流などによる対電圧性の問題や、用途によっては、透明性の観点からも対応策が求められている。
【０００６】
これまで、透明ガスバリアフィルムのバリア層は、真空蒸着法である、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの物理的気相成長法(以下ＰＶＤ法)により成膜されることが多く、大面積化やロール・ツー・ロールでの成膜も検討されている（特許文献２）。
【０００７】
また、化学的気相成長法（以下ＣＶＤ法）は、その膜成長過程において、成膜条件によっては、柱状の成長や島状の成長がしにくく、このため膜中のグレイン・バウンダリー発生頻度が低いため、高いガスバリア性を発現することが期待されている。
【０００８】
一方、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下ＡＬＤ法）は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを基板に対し交互に提供することにより、原子層単位で薄膜を形成することが可能であるため、成膜速度が遅いという欠点はあるが、ＣＶＤ法以上に欠陥レスの密な膜を成膜することが可能であり、また膜厚制御が容易であることや、大面積化も比較的容易であるなどの良い点が多い。また、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガス減少を促せるプラズマＡＬＤ法もある（特許文献３）。
従来技術において、ＡＬＤ法やプラズマＡＬＤ法を透明ガスバリアフィルムの作製に適用し、これを太陽電池バックシートに採用することは開示も示唆もされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６９９９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７５２５１号公報
【特許文献３】特表２００８−５３７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ＰＶＤ法を用いる場合、薄膜の成長過程において、柱状または島状の成長をすることが一般的で、膜中にグレイン・バウンダリーが発生するため、高いガスバリア性を発現させることが困難である。このため、膜厚を厚くすることでガスバリア性を発現させることが考えられるが、膜厚が厚くなると、薄膜の内部応力が無視できなくなり、クラック等が発生し、逆にガスバリア性の低下を招く。さらには、成膜中に発生するピンホールなどの膜欠陥がある状況で薄膜を成長させてもガスバリア性が飽和することが分っている。
【００１１】
また、ＣＶＤ法を用いる場合、良好な膜厚分布を得ることが比較的難しく、大面積化の困難さという大きな問題を抱えている。
【００１２】
そこで、本発明は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法では、膜厚の増加に対してガスバリア性が飽和しやすい問題に対して、更に高いガスバリア性を持った太陽電池モジュール用のバックシートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、透明樹脂フィルム、接着剤、透明ガスバリアフィルム、接着剤、透明樹脂フィルムをこの順で積層した太陽電池バックシートであって、前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート太陽電池バックシートある。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、該ＡＬＤ法が、プラズマを用いたプラズマＡＬＤ法であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシートである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、該透明ガスバリアフィルムのバリア層が、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシートである。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池バックシートである。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池バックシートである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、透明ガスバリアフィルムのバリア層成膜の際、ＡＬＤ法を用いることにより、ＰＶＤ法で問題となるクラックまたは膜中のグレイン・バウンダリーもしくはピンホールなどの欠陥や、ＣＶＤ法で問題となる成膜速度の遅さまたは大面積化の困難さを解消し、高ガスバリア性に優れた、太陽電池モジュール用のバックシートを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池バックシートの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明の太陽電池バックシートの別の実施形態の断面図である。
【図３】ＡＬＤ法の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の太陽電池バックシートを一実施形態に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の太陽電池バックシートの一実施形態の断面図である。図１に示すように、太陽電池バックシート（１）は、図上より透明樹脂フィルム（１０）と、接着剤（２０）と透明ガスバリアフィルム（３０）と接着剤（２０）と透明樹脂フィルム（１０）とをこの順で積層したものである。
【００２１】
透明樹脂フィルム（１０）は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。基材フィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、２５μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。
【００２２】
透明ガスバリアフィルム（３０）は、無機化合物からなるバリア層を備えた透明ガスバリアフィルムである。バリア層を蒸着する基板の透明樹脂フィルムは、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすい。基材フィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、６μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。
【００２３】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）は、防湿層として使用するものであり、基板の透明樹脂フィルムの表面に、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなる無機化合物を被着させたものであり、太陽電池素子に対して防湿効果を発揮するものである。前記無機化合物は絶縁性を有し、水分とも反応することが無く、化学的に安定である。従って、太陽電池モジュール用バックシートに使用した場合、電流がリークする危険性もなく、耐電圧性の高い材料となる。無機化合物を被着させる手法としては、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などの物理成膜法（ＰＶＤ法）を用いることで、大面積化やロール・ツー・ロールへの展開が容易であることから、これらの方式が多く用いられている。しかしながら、ＰＶＤ法は、成膜の成長過程において、柱状の成長や島状の成長をすることが一般的であるため、膜中にグレイン・バウンダリーが発生することや、表面拡散距離が短い為、凹凸形状に対して厚膜化してもボイドが発生し、膜厚に比例してガスバリア性が上がりつらくなり、結果として高いガスバリア性を発現させることが困難である。また、厚膜化により、薄膜の内部応力が無視できなくなり、クラック等が発生し、逆にガスバリア性の低下を招く場合もある。
【００２４】
一方、ＣＶＤ法による成膜は、プラズマＣＶＤ法などでは、膜中のグレイン・バウンダリーの発生頻度も少なく、凹凸形状に対しても、コンフォーマルな膜堆積となるため、高いガスバリア性を発現することが期待できるが、成膜速度が遅い欠点がある。成膜速度を上げるために、気圧等の成膜条件を変更したりすることで、グレイン・バウンダリーが発生し、高いガスバリア性を得ることが困難である。
【００２５】
それらに対してＡＬＤ法は、原料ガスと反応ガスを交互に導入し、原料ガスが吸着可能なサイトには全て吸着するため、基材表面の形状によらず緻密で欠陥レスな高いガスバリア性の膜が得られる。
【００２６】
図３は、ＡＬＤ法の原理を説明するための図である。ＡＬＤ法は、真空チャンバーが、十分に減圧下となった状態で、ヒーターにより、基材を所望の温度まで加熱する。加熱終了後、昇温した温度を維持しながら、成膜を開始すべく、原料ガスを真空チャンバーに供給する（原料ガス供給＝ステップ１）。基材表面に原料ガスが吸着した後、原料ガスの供給を止め、不活性ガスを供給し、原料ガスの残余を排気する（不活性ガス供給＝ステップ２）。その後、不活性ガスの供給を止め、反応ガスを真空チャンバーに供給し、基材表面の原料と反応させる（反応ガス供給＝ステップ３）。反応終了後、反応ガスの供給を止め、再び不活性ガスを供給し、残余の反応ガスを排気する（不活性ガス供給＝ステップ４）。この作業を１サイクルとして、原子層が基材に成膜され、所望の膜厚まで繰り返しこのサイクルを行っていく。減圧状態、基材温度等にもよるが、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３場合は、０．１ｎｍ／サイクル程度であり、物理膜厚１０ｎｍを求める場合は、約１００サイクル行うこととなる。このサイクル中は、一般的に常に真空ポンプで排気を行いながら各ガスを供給していくものである。このため、膜厚のコントロールが容易である上、原子層が１層ごと形成されていくため、ステップ・カバレッジに優れ、どのような複雑な形状の面にでも射影効果無しに成膜することが可能である。本発明では、真空チャンバーにプラズマを供給しながら前記堆積を行うプラズマＡＬＤ法を用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化を達成することができる。
【００２７】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）のバリア層の材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯなどが挙げられるが、これに限られることはなく、用途により自由に選択することが可能である。また、各ガスの導入時間や成膜温度を調整することによりＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＮｂＯｘ、ＺｒＯｘなどの中間酸化物、窒化物なども可能であり、必要により使用することは問題ない。本発明において使用する基材は透明樹脂フィルムであるため、成膜する薄膜はなるべく低温で成膜が可能である材料を選択することが好ましい。上記材料のうち、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２を用いるとよりバリア性が向上するためより好ましい。特に、耐久性を考慮するとＳｉＯ２を用いることがより好ましい。
【００２８】
前記透明ガスバリアフィルム（３０）におけるバリア層の厚みは、バリア性、透明性、生産性を考慮し、０．１〜５００ｎｍ程度が好ましい。
【００２９】
上述の透明ガスバリアフィルム（３０）は水蒸気透過度が、１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることが好ましい。
【００３０】
また、本発明の好ましい形態としては、透明樹脂フィルム（１０）の一方、又は両方が、紫外線カット機能を有する形態が挙げられる。なお、接着剤（２０）は、透明樹脂フィルム（１０）と透明ガスバリアフィルム（３０）を耐久性よく接着できるものであれば特に制限されず、公知のものから適宜選択すればよい。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の具体的な実施例を示す。
【００３２】
＜実施例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、ＡＬＤ法で１０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜した。この際、原料ガスはトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡという）、パージガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＤｒｙＡｉｒを用いた。
【００３３】
＜実施例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、ＡＬＤ法で２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜した。この際、原料ガスはＴＭＡ、パージガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＤｒｙＡｉｒを用いた。
【００３４】
＜比較例１＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、抵抗加熱法によりＡｌ材料を蒸発させ、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３５】
＜比較例２＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、電子ビーム蒸着法によりＡｌ材料を蒸発させ、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３６】
＜比較例３＞
図２に示すような太陽電池バックシートを作製した。透明樹脂フィルム（１０ａ）として５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用いた。このＰＥＴフィルム上に、接着剤（２０ａ）をコートし、その上に透明ガスバリアフィルム（３０ａ）を積層し、さらに接着剤（２０ｂ）をコートし、その上に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムからなる透明樹脂フィルム（１０ｂ）を積層した。透明ガスバリアフィルム（３０ａ）は、スパッタリング法によりＡｌ材料をスパッタリングし、厚み２０ｎｍのＡｌＯｘ膜（３２ａ）を１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（３１ａ）上に成膜させた。
【００３７】
上記の実施例１、実施例２、および比較例１、比較例２、比較例３に示す、太陽電池バックシートを作製して、水蒸気透過度を以下の方法で測定した。
【００３８】
（評価方法）
水蒸気透過度をＭＯＣＯＮ法により測定した。用いた測定器はＭＯＣＯＮ ＡＱＵＡＴＲＡＮ ｍｏｄｅｌ１により、４０℃、９０％Ｒｈにて測定した。
【００３９】
表１に実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３で作成したサンプルの水蒸気透過度を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の結果より、本発明の太陽電池バックシートは、透明ガスバリアフィルムからなる層を作製する際に、ＡＬＤ法にて成膜を行うことで、ガスバリア性が向上する結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、軽量、高ガスバリア性優れ、安価で生産性の高い、さらには、透明性に優れた太陽電池モジュール用のバックシートへの展開が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０・・・透明樹脂フィルム
１０ａ、１０ｂ・・・ＰＥＴフィルム
２０、２０ａ、２０ｂ・・・接着剤
３０、３０ａ・・・透明ガスバリアフィルム
３１ａ・・・ＰＥＴフィルム
３２ａ・・・ＡｌＯｘ蒸着膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂フィルム、接着剤、透明ガスバリアフィルム、接着剤、透明樹脂フィルムをこの順で積層した太陽電池バックシートであって、
前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート。
【請求項２】
該ＡＬＤ法が、プラズマを用いたプラズマＡＬＤ法であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシート。
【請求項３】
該透明ガスバリアフィルムのバリア層が、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシート。
【請求項４】
該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
【請求項５】
該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
【請求項１】
透明樹脂フィルム、接着剤、透明ガスバリアフィルム、接着剤、透明樹脂フィルムをこの順で積層した太陽電池バックシートであって、
前記透明ガスバリアフィルムが、原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて形成されたバリア層を有してなることを特徴とする太陽電池バックシート。
【請求項２】
該ＡＬＤ法が、プラズマを用いたプラズマＡＬＤ法であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池バックシート。
【請求項３】
該透明ガスバリアフィルムのバリア層が、ＡｌｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉｎＮｘ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＮｂｎＯｘ、ＮｂＯｘ、ＴａｎＯｘ、ＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＭｇＯｘおよびＺｎＯｘ（式中、ｎ、ｘは任意の実数を表す）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池バックシート。
【請求項４】
該透明ガスバリアフィルムの水蒸気透過度が１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
【請求項５】
該透明樹脂フィルムの一方、又は両方が、紫外線カット機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池バックシート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８２３０３（Ｐ２０１２−１８２３０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４０４０（Ｐ２０１１−４４０４０）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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