(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色剤を５〜２０重量％含有するポリエステル組成物からなり、該着色剤の表面が親和性処理剤で処理されており、フィルムの密度が１．４５〜１．６０であることを特徴とする、太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム。
【請求項２】
フィルムのボイド率が０〜５％である、請求項１記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを含んでなる太陽電池裏面保護膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池裏面保護膜として用いるポリエステルフィルム、すなわち太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムは、クリーンエネルギーを利用する発電手段の一つとして普及が進んでいる。太陽電池モジュールの構造は、例えば実開平６−３８２６４号公報に記載があるように、一般的には受光側のガラス基板と裏面側の保護膜との間に複数の板状太陽電池素子を挟み、内部の隙間に封止樹脂を充填した構造となっている。
【０００３】
太陽電池モジュールの裏面には保護膜が設けられ、この保護膜には、優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性を有するポリエステルフィルムが用いられている。例えば、特開２００２−２６３５４号公報や特開２００３−６０２１８号公報には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた太陽電池裏面保護膜が提案されている。
【０００４】
太陽電池裏面保護膜には、太陽光の表面反射を増大させ、太陽電池の発電効率を高める目的で、白色に着色したものを用いることがある。また、意匠性を重視する建築分野への適用では、建造物のデザインに合わせ、白色だけではなく、黒色、青色などの着色が行われることもある。このように着色した保護膜を作成するには、保護膜を構成する樹脂フィルムに着色剤を添加する方法が知られている。特開２００２−１３４７７１号公報には、ポリエステルフィルムに、酸化チタンなどの白色顔料を練り込む白色とする方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６３５４号公報
【特許文献２】特開２００３−６０２１８号公報
【特許文献３】特開昭６０−２５０９４６号公報
【特許文献４】特開２００４−２４７３９０号公報
【特許文献５】特開２００２−１３４７７１号公報
【特許文献６】実開平６−３８２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、着色剤を添加したポリエステルフィルムを太陽電池裏面保護膜として用いる場合、構成によっては部分放電の開始電圧が低く、十分な絶縁特性が得られない場合があり、特に大型の太陽光発電システムを構築する場合には、部分放電の問題が無視できない。
【０００７】
本発明は、優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性を備え、着色剤を含有して高い意匠性を備えながら、大型の太陽光発電システムを構築し得る優れた絶縁性を備える太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルム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】
【０００８】
すなわち本発明は、着色剤を５〜２０重量％含有するポリエステル組成物からなり、該着色剤の表面が親和性処理剤で処理されており、フィルムの密度が１．４５〜１．６０であることを特徴とする、太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性を備え、着色剤を含有して高い意匠性を備えながら、大型の太陽光発電システムを構築し得る優れた絶縁性を備える太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
［ポリエステルフィルム］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、着色剤を含有するポリエステル組成物からなる。
ポリエステル組成物のポリエステルとしては、公知の芳香族ポリエステルを用いることができる。例えばテレフタル酸、イソフタル酸、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等の芳香族ジカルボン酸成分と、例えばエチレングリコール、１，４―ブタンジオール、１，４―シクロヘキサンジメタノール、１，６―ヘキサンジオール等のグリコール成分とから構成される芳香族ポリエステルを用いることが好ましい。なかでも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン―２，６―ナフタレンジカルボキシレートが特に好ましい。ポリエステルは共重合ポリエステルであっても良い。
【００１２】
ポリエステル組成物は着色剤を含有する。着色剤の含有量は、ポリエステル組成物１００重量％あたり０．５〜５０重量％、好ましくは３〜３０重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％である。着色剤の含有量が０．５％未満であると白色の場合は太陽光反射率が低く発電効率向上効果が小さく、また着色も十分でなく意匠性を付与する効果も小さいものとなる。他方、５０重量％を越えるとフィルムが脆くなり、実用的な機械的強度が得られない。
【００１３】
白色の着色剤としては、白色の無機顔料を用いることが好ましく、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫酸バリウムなどの無機白色顔料を例示することができ、好ましくは二酸化チタンを用いる。白色以外の着色剤としては、無機有彩色顔料を用いることができ、例えば、黒色酸化鉄、カーボンブラックなどの黒色顔料、アゾ系、アントラキノン系、フタロシアニン系、チオインジゴ系、キナクリドン系、ジオキサジン等の有機染料・顔料、紺青、クロムバーミリオン、ベンガラなどを用いることができる。
【００１４】
本発明のポリエステルフィルムの密度は、１．３８〜１．８０、好ましくは１．４０〜１．７０以下、さらに好ましくは１．４５〜１．６０である。密度が１．３８未満であると部分放電が発生する電圧が低下し、絶縁特性が低下する。他方、密度が１．８０を超えるとフィルムが脆くなり、実用的な機械強度が得られなくなる。この密度を達成するためにポリエステル組成物に配合する着色剤は、密度の高いものが好ましく、好ましくは３．０ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは４．０  ｇ／ｃｍ３以上のものを用いる。
【００１５】
着色剤としては、典型的には白色の着色剤を用いるが、着色の目的によっては白色以外の着色剤を用いていてもよい。
なお、密度の高い着色剤を添加しても、フィルムの製造時にボイドと呼ばれる空隙が発生し、フィルム密度が低下する場合がある。本発明においては、下記式で表わされるフィルムのボイド率は、好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０〜３％である。ボイド率が５％を超えると部分放電が発生する電圧が低下し絶縁特性が低下するため好ましくない。
ボイド率（％）＝（（真密度−実密度）／真密度）×１００
【００１６】
このような密度が高くボイド率の低いポリエステルフィルムを得るためには、ポリエステルと親和性の高い着色剤を用いればよい。特に着色剤の表面をポリエステルと親和性の高い表面処理剤、すなわち親和性処理剤で処理した着色剤を用いることが好ましい。
【００１７】
このために用いる着色剤の表面処理剤としては、例えばアルミニウム、ケイ素、チタニウム、ジルコニウム、錫、セリウム、ビスマスといった金属の酸化物もしくは含水酸化物、例えば有機アルミニウム化合物、有機チタニウム化合物、有機ジルコニウム化合物といった有機金属化合物、例えばシランカップリング剤、ポリシロキサンといった有機ケイ素化合物、例えばリン酸アルミニウム、有機リン酸エステルといったリン化合物を挙げることができる。中でもアルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの酸化物もしくは含水酸化物、または有機ケイ素化合物が好ましい。
【００１８】
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムには、着色剤の他に、ハンドリング性を向上させるなどの目的で、絶縁特性を損なわない範囲で滑剤を含有させてもよい。滑剤としては、無機微粒子および／または有機微粒子を用いることができる。無機微粒子としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、カオリン、酸化珪素の微粒子を例示することができる。有機微粒子としては、架橋アクリル樹脂粒子、架橋ポリスチレン樹脂粒子、尿素樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、架橋シリコーン樹脂粒子を例示することができる。なかでも、カオリン、酸化珪素が好ましく、特に酸化珪素の塊状粒子が好ましい。
【００１９】
［紫外線吸収剤］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムには、フィルムの耐候性を向上させるために、紫外線吸収剤を含有させてもよい。紫外線吸収剤としては、少量で効果のある吸光係数の大きい化合物を用いるとよく、例えば２，２’−ｐ−フェニレンビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）、２，２’−（４，４’−ジフェニレン）ビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）および２，２’−（２，６−ナフチレン）ビス（３，１−ベンゾオキサジン−４−オン）を挙げることができる。
【００２０】
［フィルムの製造］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、予め着色剤を含有させたポリエステル組成物をフィルム状に溶融押出し、キャスティングドラムで冷却固化させて未延伸フィルムとし、この未延伸フィルムをＴｇ〜（Ｔｇ＋６０）℃で長手方向に１回もしくは２回以上合計の倍率が２倍〜５倍になるよう延伸し、その後Ｔｇ〜（Ｔｇ＋６０）℃で幅方向に倍率が２〜５倍になるように延伸し、必要に応じて更に１８０℃〜２５５℃で１〜６０秒間熱処理を行うことにより得ることができる。
【００２１】
このとき、フィルム中にボイドを発生させにくくするためには、フィルムの縦延伸倍率および横延伸倍率を低倍率とし、好ましくは２〜４倍、さらに好ましくは２〜３．５倍とする。長手方向と横方向の延伸は同時に行ってもよく、この場合は同時２軸製膜機を用いて行なうとよい。
【００２２】
加熱時の寸法安定性を高めるためには、特開平５７−５７６２８号公報に示されるような、熱処理工程で縦方向に収縮せしめる方法や、特開平１−２７５０３１号公報に示されるような、フィルムを懸垂状態で弛緩熱処理する方法などを用いることができる。得られるフィルムの厚みは、好ましくは２５〜３００μｍ、さらに好ましくは３０〜２５０μｍである。
【００２３】
［易接着性コーティング］
本発明において、太陽電池の封止樹脂との接着性を向上させる目的で、ポリエステルフィルムの片面に易接着性のコーティングを施すとよい。この易接着性コーティングは、塗膜が、（Ａ）ガラス転移点が２０〜１００℃の範囲であるポリエステル樹脂またはアクリル樹脂、またはこれらの樹脂とポリビニルアルコールの混合物０〜９０重量％と、（Ｂ）架橋剤１０〜１００重量％からなる固形分を含む塗料を用いて形成されたものであることが好ましい。架橋剤（Ｂ）としては、オキサゾリン基含有ポリマー、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂等が好ましく挙げられ、特にオキサゾリン基含有ポリマーが好ましい。
【００２４】
コーティングは一般的な既知のコーティング方法を用いることができるが、より好ましくは、延伸可能なポリエステルフィルムに皮膜を形成する成分を含む水性液を塗布した後、乾燥、延伸し、熱処理することにより行うことが好ましい。この水性液の固形分濃度は、通常３０重量％以下であり、好ましくは１０重量％以下である。
【００２５】
前記の延伸可能なポリエステルフィルムとは、未延伸ポリエステルフィルム、一軸延伸ポリエステルフィルムまたは二軸延伸ポリエステルフィルムである。このうちフィルムの押出し方向（縦方向）に一軸延伸した縦延伸ポリエステルフィルムが特に好ましい。
【００２６】
水性塗液をフィルムに塗布する際には、塗布性を向上させるための予備処理としてフィルム表面にコロナ表面処理、火炎処理、プラズマ処理等の物理処理を施すか、あるいは組成物と共にこれと化学的に不活性な界面活性剤を併用することが好ましい。
【００２７】
ポリエステルフィルムへ水性液を塗布する場合は、通常の塗工工程、即ち二軸延伸熱固定したポリエステルフィルムに該フィルムの製造工程と切り離した工程で行うと、芥、塵埃等を巻込み易く、好ましくない。かかる観点より、クリーンな雰囲気での塗布、即ちフィルム製造工程での塗布が好ましい。そして、この塗布によれば、塗膜としての樹脂皮膜のポリエステルフィルムへの密着性がさらに向上する。
【００２８】
塗布方法としては、公知の任意の塗布法を適用することができる。例えばロールコート法、グラビアコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアーナイフコート法、含浸法およびカーテンコート法などを単独または組合せて用いることができる。塗布量は走行しているフィルム１ｍ２当り、例えば０．５〜２０ｇ、好ましくは１〜１０ｇである。水性液は水分散液または乳化液として用いるのが好ましい。なお、塗設は、必要に応じ、フィルムの片面のみに形成してもよいし、両面に形成してもよい。
【００２９】
水性液を塗布した延伸可能なポリエステルフィルムは、必要に応じて乾燥工程、延伸処理工程に導かれる。かかる処理は、従来から当業界に蓄積された条件で行うことができる。好ましい条件としては、乾燥条件は９０〜１３０℃×２〜１０秒であり、延伸温度は９０〜１５０℃、延伸倍率は縦方向３〜５倍、横方向３〜５倍、必要ならば再縦方向１〜３倍であり、熱固定する場合は１８０〜２５０℃×２〜６０秒である。このとき、塗膜の厚さは０．０１〜１μｍであることが好ましい。
【００３０】
［裏面保護膜の構成］
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、単独または２枚以上を貼り合わせて、太陽電池裏面保護膜として用いることができる。例えば、絶縁特性を向上させる目的で別の透明ポリエステルフィルムと貼り合わせたり、耐候性を向上させる目的でポリフッ化ビニルなどの耐候性樹脂からなるフィルムと貼り合わせて太陽電池裏面保護膜として用いてもよい。
【００３１】
太陽電池裏面保護膜として用いる際には、水蒸気バリア性を付与する目的で、水蒸気バリア層を積層することが好ましい。この構成の太陽電池裏面保護膜は、ＪＩＳ  Ｚ０２０８−７３に従い測定される水蒸気の透過率が５ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下であることが好ましい。
【００３２】
かかる水蒸気バリア層としては、水蒸気バリア性を有するフィルムや箔を用いることができる。フィルムとしては、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリ塩化ビニリデンコートフィルム、ポリフッ化ビニリデンコートフィルム、酸化ケイ素蒸着フィルム、酸化アルミニウム蒸着フィルム、アルミニウム蒸着フィルムを例示することができ、箔としては、アルミニウム箔、銅箔を例示することができる。
【００３３】
これらのフィルムまたは箔は、本発明のポリエステルフィルムのＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）接着面の反対側に積層したり、またさらにその外側に別の樹脂フィルムを積層して、フィルムで挟みこむ構造をとる形態で用いることができる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明をさらに説明する。なお、各特性値は以下の方法で測定した。
（１）固有粘度
オルソクロロフェノール溶媒による溶液の粘度を３５℃にて測定し求めた。
【００３５】
（２）ボイド率
下記式から求めた。
ボイド率（％）＝（（真密度−実密度）／真密度）×１００
なお、真密度はポリエステルポリマーの密度１．４と着色剤の密度とを用いて重量比から計算で求めた。実密度は、温度２３℃において硝酸カルシウム水溶液の密度勾配管を用いて測定した。
【００３６】
（３）部分放電開始電圧
片面に厚さ８０ｎｍの酸化珪素の蒸着薄膜層を設けた、厚み１２ミクロンの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムをガスバリアフィルムとし、２枚のサンプルフィルムでこのガスバリアフィルムを挟み込むようにして、武田薬品工業（株）製ポリウレタン接着剤（主剤タケラックＡ５１５／硬化剤タケネートＡ５０＝１０／１溶液）を用いて、ドライラミネート機で貼り合わせて、保護膜を作成した。この保護膜を、菊水電子工業（株）製部分放電試験器（モデルＫＰＤ２０５０）を用いて、ＩＥＣ６０６６４−１のｐａｒｔｉａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｔｅｓｔに準じて、部分放電開始電圧（Ｕｍａｘ）を求めた。なお、測定は１０点のサンプルで行い、その平均値とした。
【００３７】
［実施例１］
着色剤として、白色Ａ（アルミナ処理ルチル型酸化チタン：テイカ株式会社製ＪＲ−４０５、密度４．２）を１０重量％滑剤として含有するポリエチレンテレフタレート（固有粘度：０．６２）を２０℃に維持した回転冷却ドラム上に溶融押出しして未延伸フィルムとした。次いで縦方向に１００℃で２．９倍に延伸した後、その両面に下記の塗剤Ａをロールコーターで均一に塗布した。この塗布フィルムを引き続いて９５℃で乾燥し、横方向に１１０℃で３．２倍に延伸し、２３０℃で幅方向に２％収縮させながら熱固定し、厚さ１００μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。なお、塗膜の厚さは０．０８μｍであった。
【００３８】
＜塗剤Ａ＞
２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチル４８部、イソフタル酸ジメチル１４部、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル４部、エチレングリコール３１部、ジエチレングリコール２部を反応器に仕込み、これにテトラブトキシチタン０．０５部を添加して窒素雰囲気下で温度を２３０℃にコントロールして加熱し、生成するメタノールを留去させてエステル交換反応を行った。次いで反応系の温度を徐々に２５５℃まで上昇させ系内を１ｍｍＨｇの減圧にして重縮合反応を行い、ポリエステルを得た。このポリエステル２５部をテトラヒドロフラン７５部に溶解させ、得られた溶液に１００００回転／分の高速攪拌下で水７５部を滴下して乳白色の分散体を得、次いでこの分散体を２０ｍｍＨｇの減圧下で蒸留し、テトラヒドロフランを留去し、固形分が２５重量％のポリエステルの水分散体を得た。次に、四つ口フラスコに、界面活性剤としてラウリルスルホン酸ナトリウム３部、およびイオン交換水１８１部を仕込んで窒素気流中で６０℃まで昇温させ、次いで重合開始剤として過硫酸アンモニウム０．５部、亜硝酸水素ナトリウム０．２部を添加し、更にモノマー類である、メタクリル酸メチル３０．１部、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン２１．９部、ポリエチレンオキシド（ｎ＝１０）メタクリル酸３９．４部、アクリルアミド８．６部の混合物を３時間にわたり、液温が６０〜７０℃になるよう調整しながら滴下した。滴下終了後も同温度範囲に２時間保持しつつ、攪拌下に反応を継続させ、次いで冷却して固形分が３５％重量のアクリルの水分散体を得た。
【００３９】
一方で、シリカフィラー（平均粒径：１００ｎｍ）（日産化学株式会社製  商品名スノーテックスＺＬ）を０．２重量％、濡れ剤として、ポリオキシエチレン（ｎ＝７）ラウリルエーテル（三洋化成株式会社製  商品名ナロアクティーＮ−７０）の０．３重量％添加した水溶液を作成した。上記のポリエステルの水分散体１０重量部、アクリルの水分散体５重量部と水溶液８５重量部を混合して、塗剤Ａを作成した。
【００４０】
得られた太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムの実密度は１．４８、ボイド率は１．３％であった。
この太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを用いて、部分放電開始電圧を測定したところ、９６０Ｖであり、良好な絶縁性能を示した。
【００４１】
［実施例２〜４、および比較例１〜４］
含有させる着色剤の種類および量を表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして、厚さ１００μｍのポリエステルフィルムを得た。部分放電開始電圧の測定結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0005204375.tif 000002
【００４３】
表１の結果から明らかなように、本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、良好な絶縁性能を示した。
【００４４】
［実施例５］
着色剤として、着色剤Ａを８重量％含有するポリエチレン−２，６−ナフタレート（固有粘度：０．５８）を６０℃に維持した回転冷却ドラム上に溶融押出しして未延伸フィルムとした。次いで縦方向に１４０℃で２．８倍に延伸した後、その両面に下記の塗剤Ａをロールコーターで均一に塗布した。この塗布フィルムを引き続いて１５０℃で乾燥し、横方向に１１０℃で３．１倍に延伸し、２４５℃で幅方向に２％収縮させながら熱固定し、厚さ１００μｍの太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムを得た。なお、塗膜の厚さは０．０６μｍであった。
【００４５】
太陽電池裏面保護膜用フィルムの実密度は１．４５、ボイド率は２．０％であった。
この太陽電池裏面保護膜用フィルムを用いて、部分放電開始電圧を測定したところ、９３８Ｖであり、良好な絶縁性能を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の太陽電池裏面保護膜用ポリエステルフィルムは、大型の太陽光発電システムを構築し得る、優れた絶縁性を有する太陽電池裏面の保護膜として好適に用いることができる。