(57)【要約】  本発明はポリマー層に関し、特に、光電池モジュールの保護外層としてのこのポリマー層の使用に関する。層のポリマーは、セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの保護外層と、太陽放射線を電気に変換することができる中間層と、モジュールの裏面の保護層（バックシート）とを含む光電池モジュールであって、保護外層が、以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含むことを特徴とする、光電池モジュール。
【請求項２】
前記ポリマーがエステルであることを特徴とする、請求項１に記載の光電池モジュール。
【請求項３】
前記ポリマーがセルロースエステルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電池モジュール。
【請求項４】
前記ポリマーがセルロースアセテートであることを特徴とする、請求項３に記載の光電池モジュール。
【請求項５】
前記保護外層がポリマーを少なくとも５０％含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【請求項６】
前記保護外層が可塑剤を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【請求項７】
前記保護外層が熱安定剤を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【請求項８】
前記保護外層が光安定剤を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【請求項９】
前記保護外層に付着する、（外部環境に暴露された）外面上の１つまたは複数のポリマーコーティングも含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【請求項１０】
集光型光電池モジュールであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポリマー層に関し、特に、光電池モジュールの保護外層としてのこのポリマー層の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料によって放出された温室効果ガスに伴う地球温暖化は、例えば光電池モジュールなど、それらの運転中にこのようなガスを放出しない代替エネルギーの解決策を発展させるに至った。光電池モジュールは「光電地」を含み、この電池は光エネルギーを電気に変換することができる。
【０００３】
光電池モジュールは一般に、高い光の透過率（＞９０．５％）および過酷な気候および環境条件に対する優れた耐性（主に防湿性、耐熱性および紫外線耐性）を必要とするため、ガラスから製造された保護外層を有する。しかしながら、ガラスから製造された保護外層は一般に重く（約２．５ｇ／ｃｍ３の密度）、脆い。
【０００４】
アクリルから製造された保護外層を使用することが公知である。このような層の欠点は、それが比較的低い耐熱性を有するということである。
【０００５】
ポリカーボネートから製造された保護外層を使用することも公知である。このような層の欠点は、それがガラスよりも低い光の透過率を有するということである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
新規な高性能材料が常に求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明は、少なくとも１つの保護外層と、太陽放射線を電気に変換することができる中間層と、モジュールの裏面の保護層（バックシート）とを含む光電池モジュールを提案し、保護外層が、以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含む。
【０００８】
保護外層のポリマーは例えば、以下のポリマー：セルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルローストリアセテート、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、スターチ、ヒドロキシプロピルスターチ、スターチアセテート、スターチプロピオネート、スターチブチラートまたはスターチの混合エステル、アラビアゴム、寒天、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸カルシウム、トラガカントゴム、ガーゴムおよびカルボゴムの１つであってもよい。
【０００９】
特に、ポリマーはセルロースの誘導体、例えばセルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルローストリアセテート、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースおよびヒドロキシメチルセルロースであってもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つの特定の実施形態によって、セルロース誘導体は、高級木材パルプから得られたセルロース、または綿リンターから得られたセルロースから得られる。「高級木材パルプ」という表現は、α−セルロースを少なくとも９５重量％含む木材パルプを意味すると理解される。α−セルロースの量は、ＩＳＯ６９２標準によって定量される。綿リンターから得られたセルロースに関して、それは好ましくはアセテートグレードである。
【００１１】
より詳しくは、ポリマーはセルロースエステルであってもよい。それらは一般に有機、特に脂肪族エステルである。
【００１２】
有利には、セルロースエステルは、エステル基として２〜４個の炭素原子を有するアシル基を有する。これらは、セルロースの混合エステルであってもよい。本発明の文脈で適したセルロースエステルの例として、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルロースアセトプロピオネート、セルロースアセトブチレート、セルロースアセトフタレートおよびセルロースアセテートプロピオネートブチラートを挙げることができる。ブチラートを形成するブチリル基は直鎖または分枝状であってもよい。
【００１３】
有利には、セルロースの置換度は２〜３、好ましくは２．３〜２．９である。セルロースの置換度はＡＳＴＭ  Ｄ８７１−７２標準によって測定される。
【００１４】
本発明のポリマーの固有粘度は有利には０．３〜０．４、好ましくは０．３２〜０．３５である。固有粘度はＡＳＴＭ  Ｄ８７１−７２標準によって測定される。
【００１５】
保護外層のポリマーはいくつかのポリマーのブレンドであってもよい。
【００１６】
好ましくは、ポリマーはセルロースアセテートである。
【００１７】
保護外層は有利には、ポリマーを少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも５５重量％含む。
【００１８】
本発明の１つの特定の実施形態によって、保護外層は可塑剤を含む。可塑剤の例として、トリアセチン、ジエチルフタレート、ジメチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、ジエチルシトレート、ジメトキシエチルフタレート、エチルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、ｎ−エチル−ｏ／ｐ−トルエンスルホンアミド、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、ジブトキシエチルフタレート、ジアミルフタレート、トリブチルシトレート、トリブチルアセチルシトレート、トリプロピルアセチルシトレート、トリプロピオニン、トリブチリン、ｏ／ｐ−トルエンスルホンアミド、ペンタエリトリトールテトラアセテート、ジブチルタルトレート、ジエチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジブチルアゼレート、トリクロロエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、ジ−ｎ−ブチルセバケート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、２−エチルヘキシルアジペートおよびジ−２−エチルヘキシルフタレートを挙げることができる。可塑剤の量は有利には保護外層の重量に対して１０％〜４５重量％、好ましくは２０％〜４０重量％である。
【００１９】
本発明の１つの特定の実施形態によって、保護外層は、（熱分解および／または熱酸化分解に対して保護する）熱安定剤、例えば酸化防止剤を含む。熱安定剤の例として、グリシジルエーテル、弱酸の金属塩、置換フェノール等を挙げることができる。特に、ヒドロキノンモノグリシジルまたはジグリシジルエーテル、シュウ酸カリウム、ナフテン酸ストロンチウム、レソルシノールジグリシジルエーテル、ギ酸マグネシウムまたはギ酸アルミニウム、マグネシア等を挙げることができる。
【００２０】
酸化防止剤の例として、ヒンダードフェノール酸化防止剤を挙げることができる。このような酸化防止剤は、例えば、特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットおよび国際公開第０２／０５３６３３号パンフレットに記載されている。Ｉｒｇａｎｏｘ  １０７６（登録商標）（オクタデシル３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）およびＩｒｇａｎｏｘ  １０１０（登録商標）（テトラキス（メチレン（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）メタン））がこのような酸化防止剤の例である。
【００２１】
また、酸化防止剤の例として、アルキル基および／またはアリール基によって置換されたホスフィットなどのリン含有安定剤、例えばＩｒｇａｆｏｓ  １６８（登録商標）（トリス−（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフィット）を挙げることができる。
【００２２】
本発明の１つの特定の実施形態によって、保護外層は光安定剤を含む。
【００２３】
光安定剤の例として、少なくとも１つのヒンダードアミン単位を有する安定剤（ヒンダードアミン光安定剤Ｈ．Ａ．Ｌ．Ｓ．）を挙げることができる。このような添加剤は、例えば、特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットおよび国際公開第２００５／０４０２６２号パンフレットに記載されている。
【００２４】
また、光安定剤の例として、紫外線吸収剤を挙げることができる。このような紫外線吸収剤は特に特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットに記載されている。紫外線吸収剤の例として、オキサニリド、Ｕｖｉｎｕｌ  ４００（登録商標）（２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン）などのベンゾフェノン、Ｔｉｎｕｖｉｎ  ３６０（登録商標）（二量体２−ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール）または２，２’−メチレンビス［６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェノール］などのベンゾトリアゾール、Ｔｉｎｕｖｉｎ  １５７７ＦＦ（登録商標）（２，４−ジフェニル−６−（２−ヒドロキシ−４−ヘキシルオキシフェニル）−ｓ−トリアジン）およびＴｉｎｕｖｉｎ  ２３４（登録商標）（２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４，６−ビス（１−エチル−１−フェニルエチル）フェノール）などの２−ヒドロキシフェニルトリアジンを挙げることができる。
【００２５】
また、保護外層は、充填剤、染料、顔料、帯電防止剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤、難燃剤、成形助剤および耐衝撃性改良剤から選択される１つまたは複数の添加剤（それは透明性を維持するために保護外層のポリマーの屈折率に近い屈折率を有さなければならない）を含んでもよい。これらは限定的ではない。添加剤は、保護外層を通しての太陽放射線の透過を妨げないように選択され、最少量で使用されなければならない。
【００２６】
本発明の１つの特定の実施形態によって、保護外層は、金属化合物を含まない。
【００２７】
保護外層は、例えば押出、射出成形、圧縮成形、流し込成形、カレンダリング等によって、公知の層製造法によって製造されてもよい。
【００２８】
最初に、例えば、保護外層を形成するポリマーまたはポリマーを含む組成物を棒状体の形態で押出し、次に粒体を形成するためにその棒状体を切断することにより、保護外層の構成化合物からなる粒体を作製することが可能である。可塑剤、安定剤等の添加剤を押出装置の異なった位置において、例えば二軸スクリュー押出機の異なった位置において導入してもよい。次に、粒体を上述したように層変形および造形装置に導入してもよい。
【００２９】
保護外層は一般にシートである。有利には、保護外層の厚さは０．０２５ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ〜８ｍｍ、より好ましくはさらに１ｍｍ〜８ｍｍ、特に２ｍｍ〜６ｍｍである。
【００３０】
本発明の保護外層の表面は、別の材料の１つまたは複数のコーティングで覆われてもよい。これは、ほこり、摩耗等に対する保護のためのコーティングであってもよい。この（これらの）コーティングは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフルオロポリマーから製造されてもよい。
【００３１】
光電池モジュールは剛性であっても可撓性であってもよい。
【００３２】
好ましくは、本発明の保護外層は光学的に透明であり、すなわち、それはＡＳＴＭ  Ｄ１００３標準によって少なくとも８８％の光の透過率を有する。
【００３３】
保護外層の他に、光電池モジュールは、太陽放射線を電気エネルギーに変換することができる中間層（この層は一般に封入される）と、モジュールの裏面の保護層（バックシート）とを含む。
【００３４】
光電池モジュールの中間層は、太陽放射線を電流に変換することができる材料からなる。
【００３５】
中間層を形成するために、単結晶または多結晶ドープトシリコンをベースとした「従来の」センサーを含めて、任意のタイプの光電池センサーを使用することが可能であり、また、例えば、非晶質シリコン、テルル化カドミウムもしくは二セレン化銅インジウム、または有機材料から形成された薄いフィルムセンサーを使用してもよい。
【００３６】
光電池センサーはしばしば脆く、したがって、それらは一般に、保護するために封入される。任意の公知の封入剤を用いてもよい。例として、過酸化物および安定剤を有するポリ（エチレンビニルアセテート）、またはα−オレフィン、イオノマー、シリコーン、ポリビニルブチラール等をベースとした熱可塑性樹脂封入剤が挙げられてもよい。
【００３７】
「バックシート」に関して、それは、光電池モジュールに不透湿性、良い耐クリープ性、良い引裂強さ（すなわち、組成物から製造されたフィルムは、良い機械的強度を有さなければならない）、および十分な電気絶縁を与えなければならない。これらは一般に、フルオロポリマー（例えばポリフッ化ビニルＰＶＦまたはポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ）および／または例えばテレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）などのポリエステルをベースとした多層フィルムである。
【００３８】
一般に、光電池モジュールを形成するために、「バックシート」上に封入剤の下部第１層、光電池の中間層、封入剤の上部第２層、次いで保護外層が連続的に配置される。また、付加的な層、特にバインダー層または接着剤層がこれらの層の間にあってもよい。モジュールを形成するためにこれらの様々な層が集成される。
【００３９】
様々な層を集成するために、あらゆるタイプの加圧技術、例えば、熱加圧、真空加圧または積層、特に熱積層を使用することが可能である。製造条件は、組成物の流れ温度に対して温度および圧力を調節することによって当業者によって容易に決定される。本発明による光電池モジュールを製造するために、当業者は例えばＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｉｌｅｙ，２００３を参照してもよい。例えば積層プロセスにおいて、封入剤の架橋を可能にするためにモジュールの構成要素は一般に１１０℃〜１５０℃の温度に加熱される。したがって、保護外層は特に、これらの温度に対して十分な耐性を有しなければならない。
【００４０】
本発明の１つの特定の実施形態によって、光電池モジュールは集光型光電池モジュールである。集光型光電池モジュールは当業者に公知である。このようなモジュールは一般に、光電地上に太陽放射線を集中させることを意図したＦｒｅｓｎｅｌレンズを含む。従来の光電池モジュールと比べてこれらのモジュールは、太陽放射線の集中のために、大きな熱応力がかかる。したがって、これらのモジュールの保護外層は、良い耐熱性を有しなければならない。
【００４１】
本発明の保護外層は、光電池モジュールにおいてのその用途のために非常に良い性質を有する。具体的には、それは透明であり（高い光の透過率を有する）、軽く、特に弾性率の観点から良い機械的性質を有する。それは様々なサイズおよび形状において得られ、大量生産に適している。本発明の保護外層の別の利点は、それがバイオ系材料から製造されることである。
【００４２】
本発明の他の詳細または利点は、以下に示される実施例を考慮に入れてより明らかになるであろう。
【実施例】
【００４３】
実施例１
光電池モジュールの保護外層のための可塑化セルロースアセテートの円板をこの実施例において作製した。
【００４４】
ＡＳＴＭ  Ｄ８７１−７２標準によって２．４５の置換度および０．３４２の固有粘度を有するセルロースアセテートが、Ｅａｓｔｍａｎ社によって販売されているトリアセチン３０重量％によって可塑化された。
【００４５】
この材料を以下の条件下で調製した。直径Ｄ＝３２ｍｍおよび長さ：直径の比Ｌ／Ｄ＝４４を有するＣｌｅｘｔｒａｌ社によって販売されたＥｖｏｌｕｍ３２（登録商標）同時回転二軸スクリュー押出機を使用した。セルロースアセテート粉末を供給ホッパーによって導入し、液体可塑剤（トリアセチン）を特定の供給路によってスクリューの始動時に導入した。適用された加工条件は以下の通りである。
−  スクリューの回転速度：１００ｒｐｍ、
−  処理量：１０ｋｇ／ｈ、
−  供給ホッパーからダイまでの温度分布：８０℃〜１６０℃
【００４６】
押出機を出た時、可塑化セルロースアセテートの棒状体を粒体化した。
【００４７】
次に、このように作製された粒体をＡｒｂｕｒｇ  ３５０−９０（登録商標）プレス（３５トンの閉型力）を用いて射出成形によって造形した。直径８５ｍｍおよび厚さ３ｍｍの可塑化セルロースアセテートの円板を以下の条件下で得た。
−  供給ホッパーからの一軸スクリュー押出機の温度分布：１６０℃〜１７２℃〜１７２℃〜１７９℃、
−  型の温度：７０℃
−  射出サイクルの長さ：３７．８秒。
【００４８】
次に、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３標準によって透過率を測定するためにＫｏｎｉｃａ  Ｍｉｎｏｌｔａ  ＣＭ−５（登録商標）分光光度計を使用した。この厚さ３ｍｍの試料について７００ｎｍにおいて９４．３％の透過率が得られた。
【００４９】
実施例２
この実施例において、Ｅａｓｔｍａｎ社によって販売されたセルロースアセテートブチレートＣＡＢ３８１−２（登録商標）が、Ａｌｄｒｉｃｈ社によって販売されたトリアセチン１０重量％によって可塑化された。以下の添加剤を調合物に添加した。
−  酸化防止剤
Ｉｒａｇｎｏｘ  １０１０（登録商標）（テトラキス（メチレン−（３，５−ジ−（ｔｅｒｔ）−ブチル−４−ヒドロシンナマート））メタン）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．５重量％、
Ｉｒｇａｆｏｓ  １６８（登録商標）（トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフィット）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．５重量％、
−  紫外線吸収剤
Ｔｉｎｕｖｉｎ  ２３４（登録商標）（２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４，６−ビス（１−エチル−１−フェニルエチル）フェノール）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．３重量％。
【国際調査報告】
2014501443.tif 000002
2014501443.tif 000003
2014501443.tif 000004
2014501443.tif 000005
2014501443.tif 000006
2014501443.tif 000007