説明

太陽電池モジュール用裏面保護シート

【課題】
耐候性、耐湿性に優れ、屋外での長期の使用において、各層間の剥離を著しく抑制した太陽電池用裏面保護シートを提供する。電気的特性、機械的特性などの長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とし、
【解決手段】
少なくとも、フッ化ビニリデン系樹脂を主成分とする層(A層)、アクリル系熱可塑性エラストマーを主成分とする層(B層)、スチレン−共役ジエンブロック共重合体及びその水素添加物から選択した1種以上からなる層(C層)、およびポリプロピレン系樹脂からなる層(D層)の各層を有し、A層からD層の順に積層された太陽電池モジュール用裏面保護シート。

【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用バックシートに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池モジュールは、ガラス基板等の表面側透明保護部材、封止膜充填材用のエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)フィルム、シリコン発電素子、封止膜充填材用のEVAフィルム及び裏面保護シートをこの順で積層し、EVAフィルムを加熱溶融して架橋硬化させることにより一体化した構成が一般的である。
【0003】
太陽電池モジュールは主に屋外で使用されるため、その構成や材質構造などにおいて、十分な耐久性、耐候性が要求される。また、水分の透過により封止膜充填材が剥離や変色を起こしたり、配線の腐蝕を起こした場合、モジュールの出力そのものに影響を与える恐れがあるため裏面保護シートには耐候性と共に水蒸気透過率の小さい(水分バリア性に優れる) ことが要求される。このような材料として、例えばアルミ箔の両面に耐候性に優れたポリフッ化ビニル樹脂(PVF)フィルムやポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)フィルムを、接着剤により積層したタイプ、或いはアルミ箔の両面にポリエステル樹脂フィルムを接着剤により積層したものが用いられている。
【0004】
これらフッ素系樹脂フィルムを用いた物は、フィルム自体の耐候性、耐熱性は優れているものの、積層の際に用いられる接着剤、一般的にはウレタン系樹脂接着剤、エポキシ系樹脂接着剤等が用いられるが、この接着剤が耐候性、耐熱性、耐湿性等の耐久性に劣っていた。従って長期の使用において、特にモジュール裏面側に配置された層の接着剤が、熱、湿気等により変質し、電気的特性、機械的特性の低下を招く結果となり、更にはフィルム層の剥離、破壊の原因となり、また3層に積層することから加工コストが高価になると言う欠点を有していた。また、太陽電池モジュール作成時に加えられる140℃〜150℃の熱プレスの熱によりフッ素系樹脂フィルムが軟化し、太陽電池素子電極部の突起物が充填材層を貫通し、さらに裏面保護シートを構成する内面のフッ素系樹脂フィルムを貫通して裏面保護シート中のアルミニウム箔に接触することにより、太陽電池素子とアルミニウム箔が短絡して電池性能に悪影響を及ぼすというような問題が生じる危険があった。
【0005】
このような欠点を解消するため、耐侯性および強度に優れたポリエステル樹脂フィルムをベースとした2層タイプの保護シートが提案されている。例えば、特許文献1には蒸着法によりポリエステルフィルムの片面に無機酸化物を積層させた材料が、また特許文献2にはポリエステルフィルムの片面にPVFを積層させた材料が例示されている。しかし、ポリエステルフィルムは高温領域での耐加水分解性に劣ると言う欠点を有しており、JIS C−8917に準拠した耐湿熱性試験で、劣化が進行し長期に亘る安定性の点で信頼性に劣るものであった。
【0006】
一方で、フッ素系樹脂としてPVDFとPMMAのアロイフィルムとすることにより、前記のフッ素樹脂の引き裂き力等の機械的強度等欠点を改善したフィルムが提案されている(特許文献3)。しかしなら、このアロイフィルムでも他のフッ素系樹脂フィルムと同様に、太陽電池の裏面保護シートとして用いるには、前記の機械的強度物性や、水分の浸透を抑制するには不十分であり、これらの特性を補うために、フッ素系樹脂フィルムを、水分の浸透を防止できるポリプロピレン等のオレフィン系樹脂のシートと積層することが提案されている(例えば特許文献4)。しかしながら、PVDF系フィルムとポリプロピレン等のオレフィン系フィルムは、それらの積層が極めて困難で、アクリル系やウレタン系の接着剤を用いて積層しても、長期屋外の直射日光下で使用したときに、剥離を防止することは困難であり、その改善が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2000−174296 号公報
【特許文献2】特開2002−83978号公報
【特許文献3】特開平2−30528号公報
【特許文献4】特開2001−111077号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、耐候性、耐湿性に優れ、電気的特性、機械的特性などの長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とし、その裏面保護シートとして、少なくともフッ化ビニリデン系樹脂層およびポリプロピレン系樹脂層を有する熱可塑性樹脂の積層シートからなり、特に屋外での長期の使用において、各層間の剥離を著しく抑制した裏面保護シートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者等は、太陽電池用裏面保護シートの屋外での長期の使用において、耐候性の良好なフッ化ビニリデン系樹脂層と耐湿性の良好なポリプロピレン系樹脂層間の接着力を維持する方法を鋭意検討し、本発明に至った。
即ち本発明は、少なくとも、フッ化ビニリデン系樹脂を主成分とする層(A層)、アクリル系熱可塑性エラストマーを主成分とする層(B層)、スチレン−共役ジエンブロック共重合体及びその水素添加物から選択した1種以上からなる層(C層)、およびポリプロピレン系樹脂からなる層(D層)の各層を有し、A層からD層の順に積層された太陽電池モジュール用裏面保護シートである。A層は、フッ化ビニリデン系樹脂を95〜50質量部、メタクリル酸エステル系樹脂を5〜50質量部含有する樹脂組成物からなることが好ましい。
B層に用いるアクリル系熱可塑性エラストマー中のアクリル酸−n−ブチルの含量が50〜90質量%であることが好ましい。
C層に共役ジエン含有量が50〜80質量%のスチレン−共役ジエンブロック共重合体を用いることが好ましい。
【0010】
更に、前記A〜Dの各層が以下の範囲の厚みを有することが好ましい。
A層:10〜50μm
B層:10〜30μm
C層:10〜30μm
D層:100〜300μm
【0011】
本発明の太陽電池モジュール用裏面保護シートの製造方法は、少なくとも、A〜Dの各層を構成する原料を、それぞれ個別の押出機で溶融して押出し、フィードブロックまたはマルチマニホールドダイにて積層することを特徴とする。
【0012】
また本発明は、前記の裏面保護シートを用いた太陽電池モジュールを包含する。
【発明の効果】
【0013】
本発明の太陽電池用裏面保護シートは、耐候性および耐湿性に優れ、特に太陽電池モジュールに積層して長期に屋外で使用した際に、フッ化ビニリデン系樹脂層およびポリプロピレン系樹脂層間で剥離することがなく、太陽電池モジュールの電気的特性、機械的特性などの長期信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の太陽電池モジュール用裏面保護シートは、フッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂を主成分とする層(A層)、アクリル系熱可塑性エラストマーを主成分とする層(B層)、芳香族ビニル−ジエンブロック共重合体及びその水素添加物から選択した1種以上からなる層(C層)、およびポリプロピレン系樹脂からなる層(D層)の各層を有し、A層からD層の順に積層された太陽電池モジュール用裏面保護シートである。
【0015】
本発明のA層を構成するPVDF系樹脂は、フッ化ビニリデンのホモポリマーであってもよく、またフッ化ビニリデンを主成分として、他の含フッ素モノマーを50質量%までの範囲で共重合した共重合体であってもよい。フッ化ビニリデンと共重合体を形成する含フッ素モノマーとしては、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、各種のフルオロアルキルビニルエーテルなどの公知の含フッ素モノマーが挙げられる。本発明のA層は、前記のPVDF系樹脂を、少なくとも50質量%以上含有する。これらのPVDF系樹脂は、フッ素系樹脂の中でも溶融流動性に優れ、熱分解温度も高く押出加工性が良好であり、フィルムの耐候性や機械的強度も優れており、本発明のA層に用いるのに適している。
【0016】
更に A層はアクリル系熱可塑性エラストマーを主成分とするB層との熱融着性を持たせるために、PVDFと相容性を有するポリメタクリル酸メチルエステル(PMMA)等のメタクリル酸エステル系(PMMA系)樹脂を含有させることが好ましい。本発明でいうPMMA系樹脂とは、メタクリル酸メチルの単独重合体、あるいは、メタクリル酸メチルと50質量%未満の共重合可能な単量体との共重合体をいう。共重合可能な単量体としては、炭素数2〜4のメタクリル酸エステル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチルをはじめとする炭素数1〜8のアクリル酸エステル、スチレン、α‐メチルスチレン、アクリロニトリル、アクリル酸および、その他のエチレン性不飽和モノマーなどがある。
【0017】
PVDF系樹脂とPMMA系樹脂の混合物でA層を形成する場合、樹脂成分配合比は、PVDF系樹脂が95〜50質量部、PMMA系樹脂が5〜50質量部であることが好ましく、更に好ましくはPVDF系樹脂が90〜70質量部、PMMA系樹脂が30〜10質量部である。PVDF系樹脂の含有量が50質量部未満だと、太陽電池用裏面保護シートとして用いたときに耐候性が不十分となり、PVDF系樹脂が多くなり過ぎると、B層との十分な融着性が得られない場合がある。PMMA系樹脂を混合することによって、B層のアクリル系熱可塑性エラストマーとの熱融着性が向上する。
【0018】
一方でこのA層には、隠蔽性を付与し反射性を高めて太陽電池の発電効率を上げる等の目的から、前記の樹脂成分に酸化チタンなどの無機粒子や有機または無機の顔料を適宜添加してもよい。
【0019】
本発明において、このA層の厚みは、10〜50μmが好ましく、より好ましくは10〜30μmである。このような範囲で、積層シートの製造を容易に行うことができ、且つ太陽電池用裏面保護シートとして用いたときに十分な耐候性を有するシートが得られる。
【0020】
本発明においてB層を構成するアクリル系熱可塑性エラストマーとしては、C層との接着性の観点から、メタクリル酸メチル/アクリル酸−n−ブチル/メタクリル酸メチルトリブロック共重合体が好ましく、特に、エラストマー中のアクリル酸−n−ブチル成分の含量が50質量%以上90質量%以下であるものが、後述する本発明の裏面保護シートの製造する際の押出成形性の点で好ましい。また、同様に押出成形性を向上させるために、B層を100としたときに30質量部を超えない範囲でPMMA系樹脂を含有させることができる。このB層は、A層およびC層のいずれにも熱融着性を示し、両者の接着剤としての役目を有する。B層の厚みは、10〜30μmの範囲が好ましく、より好ましくは20〜30μmである。10μm未満だと接着性が不十分になる場合があるばかりか、そのような薄い層を形成する方法が限定される場合がある。またB層の役割は前記のようにA層とC層の両者に十分な接着力で熱融着することであるので、通常は30μm以下で十分である。
【0021】
前記のように、太陽電池用の裏面保護シートには、直射日光による耐候劣化や、熱による特性低下がなく、且つ水分の浸透による変質、剥離等を起こさない特性が要求される。本発明者等は鋭意検討した結果、耐候性の優れたPVDF系樹脂のA層と、水分の浸透の防止効果を有するポリプロピレン系樹脂のD層を積層するのに、それらの中間にアクリル系熱可塑性エラストマーのB層、及び芳香族ビニル−ジエンブロック共重合体またはその水素添加物からなるC層を設けることにより、長期の使用においても各層間での剥離当を起こさない太陽電池モジュール用裏面保護シートが得られることを見出し、本発明の構成に至った。即ち本発明のC層は、B層およびD層のいずれにも熱融着性を示し、両者の接着剤としての役目を有する。
【0022】
本発明においてC層で用いるスチレン−共役ジエンブロック共重合体とは、その構造中にスチレン系単量体を主体とする重合体ブロックと、共役ジエン単量体を主体とする重合体ブロックを含有する重合体である。スチレン系単量体としては、スチレンを主成分として、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、1,3−ジメチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、1,1−ジフェニルエチレン等の一種以上を含有しても良い。 共役ジエン単量体とはその構造中に共役二重結合を有する化合物であり、例えば1,3−ブタジエン(ブタジエン)、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、2−メチルペンタジエン等があり、なかでもブタジエン、イソプレンは好適である。共役ジエン単量体は一種類あるいは二種類以上を用いることができる。スチレン系単量体を主体とする重合体ブロックとはスチレン系単量体に由来する構造のみからなる重合体ブロック、スチレン系単量体に由来する構造を50質量%以上含有する重合体ブロックのいずれをも意味する。共役ジエン単量体を主体とする重合体ブロックとは、共役ジエン単量体に由来する構造のみからなる重合体ブロック、共役ジエン単量体に由来する構造を50重量%以上含有する重合体ブロックのいずれをも意味する。スチレン−共役ジエンブロック共重合体の共役ジエン含有量は50〜80質量%が好ましい。共役ジエン含有量とは共役ジエン単量体に由来する構造の全共重合体中に占める質量の割合を意味する。スチレン−共役ジエンブロック共重合体は一種類あるいは二種類以上を用いることができる。スチレン−共役ジエンブロック共重合体は市販のものをそのまま用いることもできる。
【0023】
更にC層に用いるスチレン−共役ジエンブロック共重合体としては、スチレンと2元系のスチレン−ブタジエンブロック共重合樹脂、スチレン−イソプレンブロック共重合樹脂、3元系のスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合樹脂、およびスチレン−イソプレン−スチレン共重合体等があげられ、これらの重合体及びにこれらの重合体の水素添加物の中から選択した一種以上の樹脂を用いることができる。中でもスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合樹脂の水素添加樹脂であるスチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合樹脂(SEBS)を用いると熱安定性が良好であり、本発明の裏面保護シート製造上好ましい。このC層の厚みは、十分な接着力を与えるという観点から、10〜30μmが好ましく、より好ましくは20〜30μmである。
【0024】
D層は、太陽電池モジュールを屋外の水分による劣化を抑制するのが役割であり、水分の透過を抑制するためには、厚みが100〜300μmが好ましく、より好ましくは150〜250μmである。本発明のD層に用いるポリプロピレン系樹脂は、特に限定されるものではなく、その用途に合わせてプロピレンのホモポリマーであっても、他のオレフィンとのコポリマーであっても、前記の厚みでシートやフィルムに用いられている一般的な樹脂を用いることができる。
【0025】
前記のように本発明の太陽電池モジュール用裏面保護シートは、少なくとも順にA層、B層、C層、およびD層を有する。この積層シートの両表面に、帯電防止剤をコートすることもできる。また、水蒸気透過性や、ガス透過性を改善する目的で、金属酸化物の膜を堆積させることもできる。
【0026】
本発明の裏面保護シートを得る方法は、特に限定されるものではなく、原理的にはA〜Dの各層のフィルムを、インフレーション法またはTダイ法等の押出成形によって形成しておいて、それらのフィルムを熱ラミネーションによって4層の積層シートとすることでも製造できる。他の方法としては、各層の原料樹脂もしくは樹脂組成物を、それぞれ別個の押出機に供給して溶融混練してフィードブロックに供給した後Tダイを通す一般的な積層シートの製造方法によって、4層の積層シートを製造することができる。この方法では、製造工程が少なく効率的に製造できる。また、溶融混練された樹脂もしくは樹脂組成物を、4層構成のマルチマニホールドダイに供給して積層シートを製造する方法でも製造することができ、この方法は、各層の厚み分布が小さいシートが得られる点で好ましい。
更に、A層のフィルムの片面にB層を形成した2層のフィルムを作製し、一方で一般的な2層共押出によって、C層とD層からなる2層シートを作成し、この2層シートのC層側の表面上に、前記のA層とB層からなる2層フィルムのB層側の表面を熱ラミネーション法によって積層する方法によっても製造することができる。前記のA層とB層からなる2層フィルムを得る方法は、特に限定されるものではなく、共押出法であってもB層を塗工により形成する方法であっても良い。
【0027】
本発明の裏面保護シートは、B層及び/またはC層が無い構成のシートと比べて、A〜D層の各層間で高い接着力で積層されている。従って耐候性の優れたフッ素系樹脂層と防湿性の優れたポリオレフィン系樹脂層を有しており、長期使用において各層間での剥離が起こらず、初期特性を長期間維持できる裏面保護シートを得ることができる。
【実施例】
【0028】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。まず、実施例および比較例において、以下の樹脂を用いた。
(使用した原料)
1.A層
(a−1) フッ化ビニリデン系樹脂: カイナーK720(アルケマ社製)
(a−2) メタクリル酸エステル樹脂: ハイペットHBS000(三菱レーヨン社製)
(a−3) 白色顔料 : チタン系顔料 D962S(堺化学社製)
2.B層
(b−1) アクリル系熱可塑性エラストマー: LA2140E(クラレ社製)
アクリル酸−n−ブチル成分含量;約80%のメタクリル酸メチル/アクリル酸−n−ブチル/メタクリル酸メチルトリブロック共重合樹脂(ペレット)
(b−2) アクリル系熱可塑性エラストマー: LA2250(クラレ社製)
アクリル酸−n−ブチル成分含量;約70%のメタクリル酸メチル/アクリル酸−n−ブチル/メタクリル酸メチルトリブロック共重合樹脂(ペレット)
3.C層
(c−1) スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体
:STR1602(電気化学工業社製) ※スチレン系単量体含有量40%
(c−2) スチレン−ブタジエンブロック共重合体の完全水素添加物
:セプトン8007(クラレ社製) ※スチレン系単量体含有量30%
4.D層
ポリプロピレン系樹脂: プライムポリプロF113G(三井化学社製)
【0029】
(実施例1)
A層の原料として、前記の(a−1)及び(a−2)の樹脂原料をそれぞれ80質量部及びとし、樹脂100質量部に対して(a−3)の原料を22質量部配合してタンブラーにてブレンドして混合物とし、φ30mm2軸押出機によって混練して、A層用のコンパウンドを得た。
次に、原料として、それぞれA層は前記のコンパウンド、B層としては樹脂(b−1)、C層としては(c−1)、及びD層としては前記ポリプロピレン系樹脂を用い、A層〜C層についてはそれぞれφ40mm単軸押出機を、D層についてはφ65mm単軸押出機を用いて、フィードブロック法により表1に示した各層の厚み構成の積層シートを作製し裏面保護シートとした。
(実施例2)
B層に用いる原料として、前記(b−2)を用いた以外は、実施例1と同様にして裏面保護シートを得た。
(実施例3)
C層に用いる原料として、前記の(c−2)を用いた以外は、実施例1と同様にして裏面保護シートを得た。
(実施例4および実施例5)
A層の原料として(a−1)と(a−2)の配合比を、それぞれ表1に示したものとした以外は、実施例1と同様にして裏面保護シートを得た。
【0030】
(比較例1〜3)
それぞれ、B層、C層、及びD層を設けないで、3層構成とした以外は、実施例1と同様にして裏面保護シートを得た。
(比較例4)
A層の原料として、(a−2)を100質量部、(a−3)を5質量部とした以外は、実施例と同様にして裏面保護シートを得た。
【0031】
(評価方法)
1)層間接着性(剥離強度)
各実施例および比較例で得られた裏面保護シートについて、JIS K6854−1に準拠して剥離強度を測定した。(剥離面は、実施例1〜5についてはB層とC層間で、各比較例については表2に示した。尚、比較例3のシートは各層の厚みが薄く、剥離強度の測定ができなかった。
【0032】
2)防湿性
各実施例および比較例で得られた裏面保護シートについて、水蒸気透過率の測定をJIS K7129Bに準拠し、25℃×90%RHで測定した。水蒸気透過率が低いほど、防湿性が優れている。
【0033】
3)耐候性
各実施例および比較例で得られた裏面保護シートの耐候性をJIS K7350−2に準拠し、サンシャインウエザーオメーターを用い、測定した。照射3000時間後のバックシートの評価としてJIS K7105に準拠し、色差測定を実施した。また、外観の表面状態を目視で評価した。評価基準は、「○=ほぼ変化なし」、「×=フィルム表面上にヒビ割れ発生など変化がわかる」とした。
【0034】
4)層間接着の耐湿熱性
各実施例および比較例で得られた裏面保護シートについて層間接着強度の耐湿熱性評価としてJIS C8990に準拠し、環境試験器を用いて、試験温度85℃±2℃、相対湿度(85±5)%の条件下でダンプヒート試験1000時間を実施した。試験後、シートの接着強度評価としてJIS K6854−1に準拠し、剥離強度を測定した。(剥離面は、実施例1〜5についてはB層とC層間で、各比較例については表2に示した。
【0035】
【表1】

【0036】
【表2】

【0037】
表1の実施例では、防質性、耐候性、層間接着性のすべて良好であるのに対して、表2に示した比較例では、A層にPVDFを用いない比較例4は、環境試験で耐候性が不良であり、他の比較例は特に1000時間の耐湿熱試験後の層間接着性が不良であった。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明の太陽電池モジュール用バックシートは、太陽電池用バックシート用の他に、印刷層を設けた耐候性装飾シートにも適応できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、フッ化ビニリデン系樹脂を主成分とする層(A層)、アクリル系熱可塑性エラストマーを主成分とする層(B層)、スチレン−共役ジエンブロック共重合体及びその水素添加物から選択した1種以上からなる層(C層)、およびポリプロピレン系樹脂からなる層(D層)の各層を有し、A層からD層の順に積層された太陽電池モジュール用裏面保護シート。
【請求項2】
A層が、フッ化ビニリデン系樹脂を95〜50質量部、メタクリル酸エステル系樹脂を5〜50質量部含有する樹脂組成物からなる、請求項1に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
【請求項3】
B層に用いるアクリル系熱可塑性エラストマー中のアクリル酸−n−ブチルの含量が50〜90質量%である請求項1または請求項2に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
【請求項4】
C層に共役ジエン含有量が50〜80質量%のスチレン−共役ジエンブロック共重合体を用いた請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
【請求項5】
前記A〜Dの各層が以下の厚みを有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
A層:10〜50μm
B層:10〜30μm
C層:10〜30μm
D層:100〜300μm
【請求項6】
少なくとも、A〜Dの各層を構成する原料を、それぞれ個別の押出機で溶融して押出し、フィードブロックまたはマルチマニホールドダイにて積層することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シートの製造方法。
【請求項7】
請求項1〜5のいずれか1項に記載の裏面保護シートを用いた太陽電池モジュール。

【公開番号】特開2012−59732(P2012−59732A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−198246(P2010−198246)
【出願日】平成22年9月3日(2010.9.3)
【出願人】(000003296)電気化学工業株式会社 (1,539)
【Fターム(参考)】