(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールにおいて、封止樹脂層との接着性に優れ、かつその接着性が長時間持続するバックシートを提供する。【解決手段】本発明により、バックシートの封止樹脂層と接する面の表面自由エネルギーの成分のうち、双極子成分γｂが３［ｍＮ/ｍ]以下であり、水素結合成分γｃが２０[ｍＮ/ｍ]以下である、太陽電池無ジュール用のポリエステル樹脂製バックシートが提供される。本発明のポリエステル樹脂製バックシートは、紫外線オゾン処理されていることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と、前記ガラス基板面に搭載された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆う封止樹脂層と、前記封止樹脂層を覆うバックシートと、を含む太陽電池モジュールに用いられるバックシートであって、
前記バックシートの、前記封止樹脂層と接する層はポリエステル樹脂組成物からなり、
前記バックシートの、前記封止樹脂層と接する表面の表面自由エネルギーの成分のうち、双極子成分γｂが３［ｍＮ/ｍ]以下であり、かつ水素結合成分γｃが２０[ｍＮ/ｍ]以下であるバックシート。
【請求項２】
ガラス基板と、前記ガラス基板面に配置された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆うように積層した封止樹脂シートと、前記封止樹脂シートを覆うように積層した請求項１に記載のバックシートと、をラミネートしてなる太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記封止樹脂がポリオレフィン樹脂である、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
ガラス基板と、前記ガラス基板面に配置された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆うように配置された封止樹脂シートと、前記封止樹脂シートとを覆うように配置されたポリエステル樹脂組成物からなるバックシートとを含む積層体を、加熱及び加圧下でラミネートする工程を含む、太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記バックシートの前記封止樹脂シートと接合する面は、紫外線オゾン処理されていることを特徴とする製造方法。
【請求項６】
前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記封止樹脂がポリオレフィン樹脂である、請求項５に記載の製造方法。
【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、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、前面ガラスと、光発電素子と、バックシートと、を含む積層構造を有する。そして、光発電素子とバックシートとは、封止樹脂（例えばＥＶＡ樹脂）層を介して接合されている。また、光発電素子の態様にもよるが、前面ガラスと光発電素子とも、封止樹脂層を介して接合されている。
【０００３】
太陽電池モジュール用バックシートの多くは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含有する（特許文献１などを参照）。ところが、ポリエチレンテレフタレートからなる太陽電池モジュール用バックシートは、太陽電池モジュールにおいて、封止材との密着力が十分でないことが報告されている。そこで、ポリエチレンテレフタレートからなるバックシートと封止剤との間に接着層を介することで、接着性を高めることが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
一方、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂フィルムの表面に大気圧プラズマ処理を行って表面改質をして、当該表面の接着強度を高める技術が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３４７７０号公報
【特許文献２】特開２００３−６０２１８号公報
【特許文献３】特開２０１０−５９３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、太陽電池モジュールのバックシートの材質としてポリエチレンテレフタレートが使われるようになっている。ところが、ポリエチレンテレフタレートは、封止樹脂層を構成する樹脂とは異なる樹脂であるので、封止樹脂層との接着力が弱い。そのため、太陽電池モジュールの耐久性や長期信頼性に問題を引き起こしうる。
【０００７】
特許文献２の方法のように、接着層を介して接着力を高めることは可能であるが、接着層を介在させると積層した層間で熱膨張係数が異なるため、カールが発生しやすい、といった問題があった。
【０００８】
異なる樹脂部材同士の接着力を向上する方法として表面処理がある。樹脂部材の表面処理方法として、前述の特許文献３に記載のような大気圧プラズマ処理のほか、代表的な方法としてコロナ放電処理が知られている。本発明者らの検討により、これらの処理によってポリエチレンテレフタレート樹脂組成物フィルムを表面処理すると、封止樹脂との初期接着力こそ高いバックシートが得られるものの、太陽電池を長時間放置した後の接着力が低下しやすいという問題を有していることが見出された。太陽電池は、直射日光下で長期間使用されるため、太陽電池モジュールにおけるバックシートには、湿度や熱に関して過酷な環境下における高度な接着耐久性が要求される。
【０００９】
本発明は、太陽電池モジュールにおいて封止樹脂層との接着性に優れ、かつその接着性が長時間持続するバックシート、ならびにその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
樹脂フィルムの接着力を向上させるためには、その表面を改質することで極性基を増やすことが効果的であると考えられている。しかしながら、太陽電池モジュール用バックシートに極性基を増やすような表面改質を施すと、封止樹脂層との初期接着力こそ高いものの、長期的には接着力が低下しやすいことがわかった。
【００１１】
これに対して本発明者らは、極性基を増やすような表面改質（例えば、コロナ放電処理による表面改質）よりも、一般的に表面洗浄として用いられる紫外線処理による表面処理の方が、太陽電池モジュール用バックシートの接着力を長期間にわたって維持できることを見出した。
【００１２】
それらの知見に基づいて、封止樹脂層との接着性に優れかつその接着性が長時間持続する太陽電池モジュール用バックシートは、特定の表面自由エネルギー成分を有することを見出して、本発明を完成させた。
【００１３】
すなわち本発明の要旨は、以下にある：
［１］ガラス基板と、前記ガラス基板面に搭載された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆う封止樹脂層と、前記封止樹脂層を覆うバックシートと、を含む太陽電池モジュールに用いられるバックシートであって、
前記バックシートの、前記封止樹脂層と接する層はポリエステル樹脂組成物からなり、
前記バックシートの、前記封止樹脂層と接する表面の表面自由エネルギーの成分のうち、双極子成分γｂが３［ｍＮ/ｍ]以下であり、かつ水素結合成分γｃが２０[ｍＮ/ｍ]以下であるバックシート。
【００１４】
［２］ガラス基板と、前記ガラス基板面に配置された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆うように積層した封止樹脂シートと、前記封止樹脂シートを覆うように積層した［１］に記載のバックシートと、をラミネートしてなる太陽電池モジュール。
［３］前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである、［２］に記載の太陽電池モジュール。
［４］前記封止樹脂がポリオレフィン樹脂である、［２］に記載の太陽電池モジュール。
【００１５】
［５］ガラス基板と、前記ガラス基板面に配置された光発電素子と、前記光発電素子の少なくとも裏面を覆うように配置された封止樹脂シートと、前記封止樹脂シートとを覆うように配置されたポリエステル樹脂組成物からなるバックシートとを含む積層体を、加熱及び加圧下でラミネートする工程を含む、太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記バックシートの前記封止樹脂シートと接合する面は、紫外線オゾン処理されていることを特徴とする製造方法。
［６］前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレートである、［５］に記載の製造方法。
［７］前記封止樹脂がポリオレフィン樹脂である、［５］に記載の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（太陽電池モジュール）
太陽電池モジュールは、一般的に、ガラス基板と、前記ガラス基板に搭載された光発電素子と、前記光発電素子の裏面を覆う封止樹脂層と、前記封止樹脂を覆うバックシートと、を有する。
【００１７】
太陽電池モジュールにおける光発電素子は、結晶系（単結晶系および多結晶系のいずれでもよい）であっても、薄膜系（アモルファス系）であってもよい。
【００１８】
光発電素子が結晶系である太陽電池モジュールは、光発電素子の表側（受光側）と裏側（受光側の反対側）の両方に封止樹脂層を有する。つまり、「前面（受光側）ガラス基板/封止樹脂層/結晶系光発電素子/封止樹脂層/バックシート」の積層構成を有する。
【００１９】
一方、光発電素子が薄膜系である太陽電池モジュールは、光発電素子の裏側（受光側の反対側）にのみ、封止樹脂層を有する。薄膜系光発電素子は、前面ガラス基板に成膜手法で形成されるからである。つまり、「前面（受光側）ガラス基板/薄膜系光発電素子/封止樹脂層/バックシート」の積層構成を有する。
【００２０】
（封止樹脂層）
封止樹脂層は、光発電素子の少なくとも裏面を保護し、光発電素子とバックシートとを接着する役割を有する。封止樹脂層は、重合体成分と、架橋剤と、必要に応じて接着性付与剤等の各種添加剤とからなる組成物の硬化物である。
【００２１】
封止樹脂材料の重合体成分の例には、ポリオレフィン樹脂、エチレン-プロピレン-ジエン系ゴム、エチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）などが用いられる。なかでも、封止樹脂層の電気絶縁性や長期安定性を付与する観点で、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。
【００２２】
封止樹脂層を構成するポリオレフィン樹脂の例には、エチレン・α-オレフィン・ジエン共重合体、エチレン・α-オレフィン共重合体、エチレン・環状オレフィン共重合体などが含まれる。これらは、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよい。
【００２３】
本発明の封止樹脂層に含まれるエチレン・α-オレフィン・ジエン共重合体の例には、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）が含まれる。エチレン・α-オレフィン・ジエン共重合体のジエン成分の例には、５-エチリデン-２-ノルボルネン、５-プロピリデン-５-ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、５-ビニル-２-ノルボルネン、５-メチレン-２-ノルボルネン、５-イソプロピリデン-２-ノルボルネン、ノルボルナジエンなどの環状ジエン；１,４-ヘキサジエン、４-メチル-１,４-ヘキサジエン、５-メチル-１,４-ヘキサジエン、５-メチル-１,５-ヘプタジエン、６-メチル-１,５-ヘプタジエン、６-メチル-１,７-オクタジエン、７-メチル-１,６-オクタジエンなどの鎖状の非共役ジエンなどが含まれる。前記ジエン成分の一部は、２,３-ジイソプロピリデン-５-ノルボルネン、４-エチリデン-８-メチル-１,７-ノナジエンなどのトリエンなどであってもよい。なかでも、太陽電池封止膜の成形性の観点から、５-エチリデン-２-ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、５-ビニル-２-ノルボルネンなどがジエン成分として好ましい。
【００２４】
（バックシート）
バックシートは、単層体であっても積層体であってもよいが、少なくとも封止樹脂層と接する層はポリエステル樹脂組成物からなる。ポリエステル樹脂の例には、ポレエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、およびポリエチレンイソフタレート、ならびにこれらの二種以上からなる共重合ポリエステルなどが含まれるが、なかでもポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【００２５】
バックシートを構成するポリエステル樹脂組成物は透明であってもよいが、酸化チタン等の白色顔料を添加した白色ポリエステル樹脂であってもよい。光発電素子を透過した紫外線を乱反射することで、光発電素子の発電能力を高めるためである。さらに、バックシートを構成するポリエステル樹脂組成物には、必要に応じて、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤などを配合してもよい。
【００２６】
バックシートの厚み（ポリエステル樹脂組成物からなる層の厚み）は、特に限定されないが、例えば２０〜２００μｍの範囲である。
【００２７】
本発明の太陽電池モジュールは、バックシートにおける封止樹脂層との接触面に特徴を有する。つまり、本発明の太陽電池モジュールは、封止樹脂層との接触面における表面自由エネルギーを適切に制御したバックシートを、封止樹脂層に積層（ラミネート）して得られる。
【００２８】
表面自由エネルギーを適切に制御するとは、表面自由エネルギーの成分のうちの、双極子成分と水素結合成分とを一定以下にすることをいう。
【００２９】
表面自由エネルギーγは、分散成分γａと、双極子成分γｂと、水素結合成分γｃとの３成分からなる。つまり、前記３成分の和が表面自由エネルギーの合計γとなる。このことは、日本接着協会紙８（３）、１３１−１４１（１９７２）に記載されており、拡張Fowkes理論とも称される。
γ  ＝  γａ＋γｂ＋γｃ
【００３０】
まず、水素結合成分γｃは、表面に水素結合可能な官能基が多いほど高くなる。つまり、表面に存在する水素結合可能な官能基を少なくすると、水素結合成分γｃを低下させることができる。水素結合可能な官能基の例には、ヒドロキシル基やカルボキシル基が含まれる。
【００３１】
本発明のバックシートの封止樹脂層との接触面における、表面自由エネルギーの水素結合成分（γｃ）は、２０ｍＮ／ｍ以下が好ましく、１０以ｍＮ／ｍ以下であることがより好ましい。水素結合成分が２０ｍＮ／ｍ以上であると、長時間使用後の太陽電池モジュールにおいて、バックシートと封止樹脂層とのピール強度が不十分となることがある。
【００３２】
そのため、本発明の太陽電池モジュール用バックシートの、封止樹脂層との接触面は、水素結合可能な官能基を生成させないような表面処理を施されることが好ましい。
【００３３】
次に、本発明の太陽電池モジュール用バックシートの、封止樹脂層との接触面における表面自由エネルギーの双極子成分（γｂ）は低いことが好ましい。双極子成分（γｂ）は、極性相互作用の寄与を示し、未処理のポリエステル基材、特にポリエチレンテレフタレートでは、３ｍＮ／ｍを超えることが多い。そのためバックシートは表面処理を施されていることが好ましい。
【００３４】
バックシートの表面を処理する手段には、ＵＶオゾン処理、コロナ放電処理、その他の処理（プラズマ処理など）が知られている。しかしながら、前述の通り本発明のバックシートの封止樹脂層との接触面は表面エネルギーの水素結合成分（γｃ）が少ないことが好ましい。コロナ放電処理では、双極子成分が低くなるものの、水素結合成分が増大しやすい。本発明では、双極子成分と水素結合成分がともに特定以下となるように表面処理を施されることが好ましい。後述するように、そのような表面処理としてＵＶオゾン処理がある。
【００３５】
バックシートの封止樹脂層との接触面における表面エネルギーのうち、双極子成分と水素結合成分をともに本発明の範囲とすることで、初期使用時における太陽電池モジュールにおけるバックシートと封止樹脂層とのピール強度（初期接着性）を高めることができるばかりか、さらに長時間使用後におけるピール強度（長期接着性）も維持される。  
【００３６】
本発明のバックシートの封止樹脂層との接触面における、表面自由エネルギーの双極子成分γｂは、３ｍＮ／ｍ以下が好ましく、１．５ｍＮ／ｍ以下であることがより好ましい。双極子成分γｂが３ｍＮ／ｍ以上であると、封止樹脂層に対するピール強度が得られないことがある。
【００３７】
本発明のバックシートの封止樹脂層との接触面における、表面自由エネルギーの分散成分γａは、特に限定されない。
【００３８】
表面自由エネルギーの各成分（分散成分γａ、双極子成分γｂ、水素結合成分γｃ）は、自動接触角計により求めることができる。自動接触計の例には、協和界面科学製 ＣＡ-Ｖ型などがある。具体的には、蒸留水、ジヨードメタン、１-ブロモナフタレンのそれぞれを、バックシートの表面に滴下し；滴下１秒後に、各液滴の接触角を測定し；その測定結果から、表面自由エネルギーの各成分を算出する。当該算出は、「奈良県工業技術センター  研究報告  Ｎｏ２６．２０００」の第１ページから第２ページに記載の方法を参照して行えばよい。
【００３９】
従来から、太陽電池モジュールにおけるバックシートと封止樹脂層との密着力を高めるために、バックシートの表面が改質されてきた。にも係わらず、太陽電池モジュールにおいて、封止樹脂層とバックシートとの密着力が、長時間経過後に低下することがあった。従来の、バックシートの表面処理の代表的な手法としてコロナ放電処理があった。コロナ放電処理を施されたバックシートの表面には、極性基が生成すると考えられている。極性基とは、例えばヒドロキシル基やカルボキシル基である。その極性基が、封止樹脂層との接着性を高めうる。
【００４０】
このように、コロナ放電処理を施されたバックシートの表面には、水素結合可能な官能基が生成されているため、表面自由エネルギーγの水素結合成分γｃが高くなりやすく、２０ｍＮ／ｍ超となる。
【００４１】
本発明のバックシートは、封止樹脂層と接触する表面に、過剰の極性基を生成させることなく、表面自由エネルギーの双極子成分γｂを低下させるような表面処理を施すことで得る。そのような表面処理の例には、紫外線オゾン処理（酸素存在下で紫外線を照射する手法）がある。酸素存在下で紫外線を照射すると、酸素がオゾンとなる。発生したオゾンはバックシートの表面を清浄化するが、水素結合可能な官能基を過剰には生成させない。
【００４２】
バックシートへの紫外線照射は、短波長水銀ランプからの紫外線を照射して行えばよい。照射する紫外線の波長は、例えば１８５ｎｍ，２５４ｎｍである。紫外線照射は空気中で行ってもよい。
【００４３】
本発明の太陽電池モジュールは、ガラス基板と、光発電素子と、光発電素子の少なくとも裏面を覆うように積層した封止樹脂シートと、本発明のバックシートと、をこの順に重ね合わせて、熱ラミネートさせればよい。ラミネート温度/条件は特に限定されず、封止樹脂シートが十分に硬化できるように設定されればよい。
【００４４】
本発明の太陽電池モジュールは、封止樹脂層とバックシートとの接着力が強く、その接着力が長期にわたって維持されるという効果を有する。まず、本発明の太陽電池モジュール用バックシートは、表面改質によって表面自由エネルギーの双極子成分が抑制されているので、表面のぬれ性が高まり、封止樹脂層との接着力が高まっている。特に、封止樹脂層がオレフィン系樹脂層である場合に、本発明のバックシートの接着力が高まる。
【００４５】
さらに、本発明の太陽電池モジュール用バックシートの表面には、水素結合可能な官能基の生成が抑制されている。水素結合可能な官能基とは、ヒドロキシル基やカルボキシル基などであり、一般的に加水分解を促進しやすい。そのため、従来のコロナ放電処理などにより水素結合可能な官能基を生成させたバックシートの表面よりも、本発明のバックシートの表面は、水素結合可能な官能基の生成が抑制されているため加水分解しにくい。
【００４６】
これらの結果、封止樹脂層との高い接着力が長期にわたって維持される、という効果が得られる。
【実施例】
【００４７】
（バックシートの製造）
［実施例１］
ポリエチレンテレフタレート樹脂製のバックシート（リンテック（株）社製、リプレア）の一方の面（封止材との接合面）に、空気中で紫外線を照射（紫外線オゾン処理）して、実施例１のバックシートとした。ＵＶ照射装置からバックシート表面への照射エネルギー量を、紫外線光量計付き照度計（ＵＶ-Ｍ０３Ａ  （株）オーク製作所、測定波長範囲：２４０-２７０ｎｍ）で測定したところ、いずれの照射位置でも２．５ｍＷ/ｃｍ２〜１１．６ｍＷ/ｃｍ２の範囲内にあった。また、処理時間は５分間とした。
【００４８】
［比較例１］
ポリエチレンテレフタレート樹脂製のバックシート（リンテック（株）社製、リプレア）の一方の面（封止材との接合面）に、コロナ放電処理を行って、比較例１のバックシートとした。
【００４９】
［比較例２］
ポリエチレンテレフタレート樹脂製のバックシート（リンテック（株）社製、リプレア）を処理することなく、比較例２のバックシートとして用いた。
【００５０】
【表１】
2012080038.tif 000002
【００５１】
（封止樹脂シート）
エチレン系重合体（直鎖状低密度ポリエチレン、密度９１０ｋｇ/ｍ３、ＭＦＲ８）（Ａ）を１００重量部と、エチレン性不飽和シラン化合物（Ｂ）としてビニルメトキシシランを２．０重量部と、有機過酸化物として２,５-ジメチル-２,５-ジ（ｔ-ブチルパーオキシ）ヘキサンを０．０３重量部と、紫外線吸収剤（Ｄ）として２-ヒドロキシ-４-ノルマル-オクチルオキシベンゾフェノンを０．３重量部と、ラジカル捕捉剤（Ｅ）としてビス（２,２,６,６-テトラメチル-４-ピペリジル）セバケートを０．１重量部と、耐熱安定剤（Ｆ）としてトリス（２,４-ジ-ｔｅｒｔ-ブチルフェニル）ホスファイトを０．１重量部と、を添加し、さらにドライブレンドして、エチレン系重合体のブレンド物を得た。
【００５２】
得られたエチレン系重合体のブレンド物を、サーモ・プラスチック（株）社製単軸押出機（スクリュー径２０ｍｍφ・Ｌ／Ｄ＝２８）で溶融混練した後、コートハンガー式Ｔ型ダイス（リップ形状；２７０×０．８ｍｍ）からダイス温度２１０℃の条件下で押出成形した。押出成形体を、ロール温度３０℃で冷却した後、巻き取り速度１．０ｍ／ｍｉｎで、第１冷却ロールにエンボスロールを用いて成形した。
【００５３】
これにより、エチレン系重合体（Ａ）をエチレン性不飽和シラン化合物（Ｂ）で変性した変性体を含有するエチレン系樹脂組成物からなるシートを得た。シートの最大厚みｔｍａｘは５００μｍであった。また、シートにはエンボス加工が施されており、空隙率Ｐは２８％であった。
【００５４】
（ラミネート）
ガラス板と、実施例１および比較例１−２のバックシート（使用前にオゾン洗浄を施した）との間に、前述の封止材シートを挟みこんで積層した。得られた積層体を、真空ラミネーター内の、１５０℃に温調したホットプレート上に載せて、３分間真空減圧した後、５分間加熱した。これにより、「ガラス／封止材シート／バックシート」の積層構造を有する積層体を作製した。
【００５５】
（ピール測定）
前記ラミネート直後の積層体、および得られた積層体を８５℃／８５％ＲＨ環境下で１０００時間保管した後の積層体について、封止樹脂層に対するバックシートの接着性を評価した。接着性の評価手順は、積層体を１０ｍｍ幅に切断し；切断サンプルを、インストロン社製引張試験機「Ｉｎｓｔｒｏｎ１１２３」にセットして、２３℃、スパン間３０ｍｍ、引張速度３００ｍｍ／分で１８０度ピールの条件にて、バックシートの剥離強度を測定した。３回の測定結果の平均値を「接着強度」として採用した。
【００５６】
【表２】
2012080038.tif 000003
【００５７】
ＵＶオゾン処理をした実施例１およびコロナ放電処理をした比較例１はいずれも、無処理の比較例２と比較して、初期のピール強度は顕著に高まっている。しかしながら、コロナ放電処理をした比較例１は、耐久試験後のピール強度が低下しているのに対して、ＵＶオゾン処理をした実施例１は耐久試験後もピール強度が低下せず、若干ではあるが向上した。
【００５８】
このように、太陽電池モジュール用バックシートの、封止樹脂層との接触面における表面自由エネルギーの水素結合成分および双極子成分を一定以下とすることで、太陽電池モジュールにおけるバックシートの高接着性が長期的に維持できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の太陽電池モジュール用バックシートは、太陽電池モジュールにおける封止樹脂層からの接着性が長期的に維持される。よって、太陽電池モジュールの長期信頼性を高めることができる。