(57)【要約】【課題】ロール・ツー・ロール方式によりガスバリア積層体を製造した後、断裁後の積層体に太陽電池素子等との貼り合わせに不都合なカールが発生した場合であっても、貼り合わせ工程に好適なカール形状となるよう調整することができる製造方法を提供する。【解決手段】第１のフィルム基材、バリア層、第２のフィルム基材を備えるガスバリア積層体の製造方法であって、前記ガスバリア積層体を積層し断裁した後に加熱処理を施す工程を含み、前記加熱処理を施す温度における前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材の熱収縮率は異なっており、前記加熱処理を施す温度は、前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材のうちの前記熱収縮率が大きい方のガラス転移温度以上とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフィルム基材、第２のフィルム基材、及び前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材との間にバリア層を備えるガスバリア積層体の製造方法であって、
前記ガスバリア積層体を積層し断裁した後に加熱処理を施す工程を含むことを特徴とするガスバリア積層体の製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理を施す温度における前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材の熱収縮率が異なることを特徴とする請求項１に記載のガスバリア積層体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理を施す温度は、前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材のうち前記熱収縮率が大きい方のフィルム基材のガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項２に記載のガスバリア積層体の製造方法。
【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などに用いるガスバリア積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽光のエネルギーを直接電気に換える太陽光発電システムの心臓部を構成するものであり、シリコン、カドミウム‐テルル、ゲルマニウム‐ヒ素などの半導体が用いられる。現在、多用されているものに、単結晶、多結晶シリコン、アモルファスシリコンがある。
【０００３】
太陽電池は、素子単体をそのままの状態で使用することはなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列、並列に配線し、長期間（約２０年）にわたって素子を保護するため、種々パッケージングが行われ、ユニット化されている。
【０００４】
前記のようにパッケージに組み込まれたユニットを太陽電池モジュールと呼び、一般的に太陽光が当たる面をガラスで覆い、太陽電池素子の固定及び保護、電気絶縁の目的で熱可塑性プラスチックからなる封止材で間隙を埋め、さらに太陽電池素子のガラス面と反対側の面をバックシートで保護した構造から成っている。
【０００５】
これらの太陽電池モジュールは屋外で使用されるため、前記バックシートには、その材質、構造などにおいて、長期間にわたる過酷な自然環境に耐え得る、耐熱性、耐候性、耐加水分解性、防湿性等の耐久性、紫外線耐性が要求されると共に、外部からの水蒸気(水分)や酸素の進入を遮断するためのガスバリア性が要求される。
【０００６】
これは水蒸気の透過により封止材が剥離、変色、配線の腐蝕等を起こし、出力に影響を及ぼす恐れがあるためである。特にアモルファスシリコンやカルコパイライト系薄膜多結晶太陽電池は、太陽電池素子が水によって変質しやすく、特に高いバリア性を必要とする。
【０００７】
そこで、バックシートとして、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる２対のフィルム基材の間に、アルミニウム箔などからなるバリア層を積層した構成のガスバリア積層体が作製されている（例えば特許文献１）。図１は太陽電池モジュールのうち、ガスバリア積層体４を太陽電池素子５に貼り合わせた断面構造を示したものである。尚、太陽電池素子５は、ガラス、封止材等を含めて一括して図示している。
【０００８】
図１のようにガスバリア積層体４を太陽電池素子５に貼り合わせる方法としては、通常、断裁されたバックシートを太陽電池素子５と熱ラミネートする方法が用いられる。このため、両者を剥がれにくいように貼り合わせるためには、ガスバリア積層体４は太陽電池素子５に向かって両端が離れる方向へ、凹状に大きく変形（図４（ｂ）参照。以下、凹カールと記す）していては不都合であり、平坦に近いか、もしくは凸状に変形（図４（ａ）参照。以下、凸カールと記す）していることが望ましい。
【０００９】
ガスバリア積層体４を工業的に生産する方法としては、接着剤を介して２対のフィルム基材の間に、アルミニウム箔などからなるバリア層を挿入し、ロール・ツー・ロール方式によりドライラミネートする方法が用いられる。ここで、２対のフィルム基材として、熱収縮率に差がある基材を選択し、ドライラミネート時に８０℃程度で加熱するようにすれば、断裁後、ガスバリア積層体４は熱収縮率の小さいフィルム基材側を凸面とする前記凸カール形状となる。その後、凸カールを太陽電池素子５に向けて熱ラミネートすれば、剥
がれにくく貼り合わせることができるはずである。
【００１０】
しかしながら、ガスバリア積層体の製造に限らず、一般にロール・ツー・ロール方式により積層体を作製する方法においては、巻き出したフィルムが搬送（走行）中に、特にＴＤ（幅）方向（図２参照）の端近傍で、弛み（ゆるみ）が生じることがある。また、延伸フィルムにおいては、延伸処理の不均一性によるバラツキや膜厚むらが存在する場合がある。これらが原因となり、積層体の製造においては、ドライラミネート後の積層体にカールが発生することがある。
【００１１】
前記のロール・ツー・ロール方式におけるカール発生の問題に対し、特許文献２では、積層するフィルムの送出速度を増減させることで、それらを加圧ローラー間に送り出す際の張力を適宜調整し、ドライラミネート後のカールを調整する方法が提案されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献２の方法は、フィルム全幅に対して均一に張力を加えることが難しいだけでなく、ガスバリア積層体の製造に適用すると、印加する張力によりクラックが発生して、物性が低下し品質不良となるとともに、バリア層が損傷を受けるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許４８９９２９８号公報
【特許文献２】特許３８２４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ロール・ツー・ロール方式によるガスバリア積層体の製造において、複雑な装置調整を必要とせず、断裁後の積層体に凹カールが発生した場合であっても、クラック等の発生による品質不良を生じることなく、太陽電池素子等との貼り合わせのために好適なカール形状となるよう調整することができる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係わる発明は、第１のフィルム基材、第２のフィルム基材、及び前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材との間にバリア層を備えるガスバリア積層体の製造方法であって、
前記ガスバリア積層体を積層し断裁した後に加熱処理を施す工程を含むことを特徴とするガスバリア積層体の製造方法としたものである。
【００１６】
本発明の請求項２に係わる発明は、前記加熱処理を施す温度における前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材の熱収縮率が異なることを特徴とする請求項１に記載のガスバリア積層体の製造方法としたものである。
【００１７】
本発明の請求項３に係わる発明は、前記加熱処理を施す温度は、前記第１のフィルム基材と前記第２のフィルム基材のうち前記熱収縮率が大きい方のフィルム基材のガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項２に記載のガスバリア積層体の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のガスバリア積層体の製造方法によれば、ロール・ツー・ロール方式による製造において、ドライラミネート、断裁後の積層体に凹カールが発生した場合においても、カ
ールの高さ（大きさ）に応じた最適な温度と時間を設定し熱処理を行うことで、後工程の貼り合わせに支障がないカール形状に調整することができる。従って、ガスバリア積層体、及びそれを用いた太陽電池モジュール等の生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の製造方法により製造されたガスバリア積層体、及び該ガスバリア積層体を太陽電池素子に貼り合わせた構造を例示する模式断面図である。
【図２】本発明を実施するための形態及び実施例に係り、ロール・ツー・ロール方式におけるＭＤ（搬送）方向、ＴＤ（幅）方向、Ｍ側、Ｇ側、及び断裁方向を説明するための模式図である。
【図３】本発明を実施するための形態及び実施例に係り、ＴＤ方向に平行に断裁したときのカール状態の例を説明するための、断裁面側から見た模式断面図である。
【図４】本発明を実施するための形態及び実施例に係り、図３のＭ側端近傍、Ｇ側端近傍におけるカール状態を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の実施例に係り、断裁後の加熱処理温度に対するカール高さを測定した結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のガスバリア積層体の製造方法における実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２１】
図１は、本発明の製造方法により製造されたガスバリア積層体４、及び該ガスバリア積層体４を太陽電池素子５に貼り合わせた構造を例示する模式断面図である。ガスバリア積層体４の層構成は、太陽電池素子５に近い順に第１のフィルム基材１、バリア層３、第２のフィルム基材２となっている。第１のフィルム基材１とバリア層３、バリア層３と第２のフィルム基材２の層間には、通常接着剤を使用するが、図示を省略している。
【００２２】
本発明の製造方法によるガスバリア積層体４は、ロール・ツー・ロール方式により長尺状に作製された後、断裁され、その後加熱処理を施されたものである。本発明の製造方法に係る第１のフィルム基材１、第２のフィルム基材２は前記加熱処理を施す温度における熱収縮率が異なっているものである。
【００２３】
図１のように、第１のフィルム基材１側を太陽電池素子５等貼り合わせ対象へ向けて貼り合わせる場合は、第１のフィルム基材１の方が、第２のフィルム基材２よりも前記加熱処理を施す温度における熱収縮率が大きいものとする。
【００２４】
本発明のガスバリア積層体の製造方法では、ロール・ツー・ロール方式によるドライラミネートで作製し、断裁後に凹カールが生じたガスバリア積層体に対して熱処理を施し、第１のフィルム基材１と第２のフィルム基材２の熱収縮率の差を利用して、凹カール、凸カールの高さが許容範囲内となるよう調整を行う。
【００２５】
熱処理時の温度は、熱収縮率が大きい方の第１のフィルム基材のガラス転移温度（ＰＥＴの場合は約７０℃）以上であることが望ましい。
【００２６】
加熱処理によるカールの調整量は、後述の実施例で示すように、熱処理温度に依存するため、本発明のガスバリア積層体の製造方法では、断裁後に発生しているカールの高さを測定し、最適な温度と時間を設定し加熱処理を行うことで、目標とする調整量を得ること
ができる。
【００２７】
断裁後のガスバリア積層体に加熱処理を施す方法は、積み重ねた状態で、梱包材で固定または上部に錘を載せた状態で温調された室内に投入する方法が、作業性およびカール矯正後の荷崩れを防止できるという理由から望ましい。
【００２８】
以下、ロール・ツー・ロール方式によるドライラミネートで作製したガスバリア積層体に、断裁後凹カールが生じる理由を説明し、次に、本発明により、断裁後熱収縮率が大きい第１のフィルム基材のガラス転移温度以上で熱処理することで、凹カールを凸カール方向に調整できる理由を説明する。
【００２９】
図２は、ロール・ツー・ロール方式におけるＭＤ（搬送）方向、ＴＤ（幅）方向、Ｍ側、Ｇ側を説明するための模式図を示している。ＭＤとはＭａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎの略語であり、ＴＤはＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎの略語である。また、Ｍ側、Ｇ側はそれぞれＭａｎ側、Ｇｅａｒ側の略語であり、ＴＤ方向におけるフィルムの両端を表わしている。
【００３０】
一般に、ロール・ツー・ロール方式で用いるフィルムとしては、機械的強度などの利点から、２軸延伸フィルムなどの延伸フィルムが用いられることが多い。延伸フィルムの場合は、延伸処理の不均一性によるバラツキや膜厚むらが、断裁後カール形状を発生する要因となる。
【００３１】
すなわち、フィルム成型時の延伸過程で生じた内部応力の一部が、ドライラミネート時の加熱により開放されるため、常温に冷却後は加熱前よりも収縮した状態となる。従って、ドライラミネート時の熱収縮率の差だけでなく、延伸処理の不均一性によるバラツキや膜厚むらが原因となって、凹カールが発生することがある。
【００３２】
さらに、ロール・ツー・ロール方式で搬送状態にあるフィルムには、フィルムを張設状態で搬送するために機械的な張力（引張方向の外力）が加わっており、ドライラミネート後の常温冷却後の熱収縮を抑える効果を有している。しかしながら、搬送中に例えばＴＤ方向の端近傍などに弛み（ゆるみ）が生じると、張力がかからなくなり、常温冷却後の熱収縮が大きくなって、凹カールの発生をエンハンスする要因となる。
【００３３】
図３では、ＴＤ方向に平行な一点鎖線Ａ、Ｂ（図２参照）で断裁した後、Ｇ側端近傍に凹カールが発生した状況を示している（断裁線Ｂ側から見た図）。一方、Ｍ側端近傍には、ドライラミネート時の熱収縮率の差に起因する凸カールが発生している。凸カールは、第１、第２のフィルム基材の熱収縮率の差、ドライラミネート時の温度、搬送時の張力、延伸処理の影響がない等の条件によっては発生しない場合もある。
【００３４】
図４は、図３のように発生したカールの部分のみを取り出して図示したものである。図４（ａ）はＭ側端近傍で、ドライラミネート時の熱収縮率の差により発生した凸カールを示している。凸カールは発生したとしても、許容範囲内のカール高さであれば、シワ、歪み、折れ等を発生させずに貼り合わせることができる。図４（ｂ）はＧ側端近傍に発生した凹カールを示しており、両端が高くなっているので、太陽電池素子等に貼り合わせた後、剥がれの原因となる可能性が高くなる。
【００３５】
断裁後のフィルムには、ロール・ツー・ロール方式で搬送中のような張力は加わらず、フリーの状態にある。従って、本発明の製造方法のような熱処理を施すとき、第１のフィルム基材１の熱収縮率の方が第２のフィルム基材２の熱収縮率よりも大きければ、凹カールは凸カール側へ、凸カールはより大きくなる方向へ変形する。従って貼り合わせ上特に
問題となる凹カールを緩和し、凸カールは許容範囲内の高さに収めることが可能となる。
【００３６】
一般に、ＰＥＴなどのプラスチックフィルムに熱機械特性試験機（ＴＭＡ）を行うと、引張荷重（張力）を掛けたときは、温度上昇とともにフィルムは膨張していく。一方、圧縮荷重を掛けたときはガラス転移点付近で一旦膨張率の増加が見られるが、ガラス転移点以上の温度になると軟化による収縮挙動が見られるようになる。無荷重の場合は、軟化による収縮挙動が現れる温度は圧縮荷重の場合よりも高くなると考えられる。また、延伸フィルムでは、延伸した方向の収縮率が大きくなる。
【００３７】
本発明の製造方法では、熱処理温度を熱収縮率が大きいフィルム基材（図１の定義では第１のフィルム基材）に収縮挙動が現れるガラス転移温度以上とすることで、凹カール、凸カールの高さを許容範囲内に調整する。第２のフィルム基材の熱収縮率は第１のフィルム基材よりも小さいため、ガラス転移温度、従って収縮挙動が現れる温度は第１のフィルム基材よりも高くなり、結果として、第１のフィルム基材側の熱収縮が優勢となるので、第１のフィルム基材側を凹面とする方向へカール形状は変化し、目標とする調整が可能となる。
【００３８】
（フィルム基材）
第１のフィルム基材１、第２のフィルム基材２の材料としては、エチレン、プロピレン、ブテン等の単独重合体、または共重合体等のポリオレフィン、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のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、共重合ナイロン等のポリアミド、ポリカーボネート等が挙げられる。特に第１のフィルム基材１としては、太陽電池素子５との密着性の観点から表面にコロナ処理を施したポリエチレン、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などを好適に用いることができる。第２のフィルム基材２としては耐熱性および耐機械性に優れた基材として、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などを好適に用いることができる。第１のフィルム基材１、第２のフィルム基材２の厚みは、１０μｍ〜１０００μｍが好適である。また、バリア層３の密着性を高めるためにコロナ処理やプラズマ処理などの前処理を行ってもよい。
【００３９】
第１のフィルム基材１、第２のフィルム基材２の組合せは、熱収縮率が異なるものを選択する。フィルム基材の熱収縮率は、フィルム製膜時の延伸条件や熱負荷条件により変化させることができる。第１のフィルム基材の熱収縮率は、第２のフィルム基材の熱収縮率よりも大きいことが望ましい。
【００４０】
（バリア層）
無機材料からなるバリア層３は、ガスバリア性を付与するために設けられる。無機材料としては、アルミニウム箔などの箔状膜でもよいが、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ等の金属、これらの１種以上を含む金属酸化物、金属窒化物等の薄膜を好適に用いることができる。
【００４１】
バリア層３が薄膜の場合、成膜方法は真空蒸着などの公知の方法を用いればよい。バリア層３の透明性を上げるために、蒸着させる際に、蒸発した粒子と雰囲気中に導入した酸素ガスなどと反応させて蒸着させる反応蒸着を行ってもよい。酸素ガスなどとの反応蒸着を行うことにより、蒸着材料中の金属成分が酸化され、バリア層３の透明性を向上させることができる。ガスを導入する際は、成膜室の圧力を２×１０−１Ｐａ以下にすることが望ましい。成膜室の圧力が２×１０−１Ｐａよりも大きくなってしまうと、バリア層３が均一に積層されずバリア性が低下するおそれがある。
【００４２】
バリア層３の成膜方法として真空蒸着について説明したが、スパッタリングによって成膜された、同様の無機膜であってもよい。
【００４３】
バリア層３は、透明性や、酸素ガスや水蒸気に対するバリア性に特に優れることから、金属ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料を真空蒸着させたものであることが好ましい。金属ケイ素と二酸化ケイ素の含有量の比率は特に限定されないが、ケイ素と酸素との原子数比Ｏ／Ｓｉで１．０以上１．８以下になる比率で含有することが好ましい。Ｏ／Ｓｉが１．０以上であると透明性が良好になり１．８以下であるとバリア性が良好になる。
【００４４】
バリア層３の膜厚は、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。５ｎｍ以上であると十分なバリア性が発現し、３００ｎｍ以上であると、後工程などでクラックの発生やそれによるバリア性の低下が生じやすくなる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例に基づいて、本発明のガスバリア積層体の製造方法をより具体的に説明するが、本発明は、趣旨を逸脱しない範囲で、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（ガスバリア積層体の作製）
第１のフィルム基材、第２のフィルム基材として、熱収縮率の異なる下記の２種類のＰＥＴフィルムを用意した。
【００４７】
＜第１のフィルム基材＞東レ製Ｘ３０、５０μｍ厚、黒顔料含有ＰＥＴフィルム、熱収縮率(１５０℃、３０ｍｉｎ)ＭＤ：１．０％、ＴＤ：０．４％。
【００４８】
＜第２のフィルム基材＞：帝人デュポン社製ＶＷ、５０μｍ厚、対候性ＰＥＴフィルム（酸化チタン白顔料を含む顔料層と透明層との２層構成)）、熱収縮率(１５０℃、３０ｍｉｎ)ＭＤ：０．９％、ＴＤ：０．０％。
【００４９】
さらにバリア層としてアルミニウム箔（サン・アルミニウム工業社製、２０μｍ厚）を用意した。接着剤（ウレタン樹脂系接着剤、５μｍ厚）を介して第１、第２のフィルム基材の間に、アルミニウム箔からなるバリア層を挿入し、ロール・ツー・ロール装置を用いて、８０℃で加熱しつつドライラミネートによりガスバリア積層体の作製を行ったところ、一部のロットにおいてＧ側端近傍に凹カールが発生した。
【００５０】
（評価用サンプルの作製）
凹カールが発生した領域のガスバリア積層体から、ＴＤ方向のＭ側端からＧ側端まで、ＴＤ方向に平行に、長辺をＭＤ方向として９５２ｍｍｘ２８９ｍｍの長方形のサンプルを７サンプル断裁した。
【００５１】
（カールの測定）
前記７サンプルのうちの６サンプルについて、１サンプルずつ通常のオーブンに投入し、各々５０、６０、７０、８０、９０、１００℃で３０分間の加熱処理を行った。その後、常温まで冷却後、四隅のカール高さを金尺で測定した。このとき、これまでの定義と同じく第２のフィルム基材側が凹面となっているカールを凹カール、第１のフィルム基材側が凹面となっているカールを凸カールとして、各々もっとも高い部分を測定し、凹カールの高さには−（マイナス）の符号を付け、凸カールの高さは無符号とした（図３参照）。
【００５２】
前記測定結果を図５に示し、図５からさらに凹カールと凸カールの平均を求めたものを表１にまとめて示す。尚、表１では加熱処理を行わなかったサンプルを比較例としている。
【表１】
2017159570.tif 000002
【００５３】
（評価）
図１、表１の結果より、加熱処理の温度上昇とともに、凹カールの高さが０に近づき（
小さくなり）、凸カールは次第に高くなる（大きくなる）ことが分る。太陽電池素子に良好に貼り合わせるためには、凹カール、凸カールともに許容範囲内にする必要があるので、下記範囲内にある場合を〇、ない場合を×として判定した。
−４０ｍｍ≦凹カール≦０
０≦凸カール≦５０ｍｍ
【００５４】
表１に示す判定結果より、本実施例では熱処理温度が６０〜９０℃の範囲で許容範囲を満たす結果となり、特にガラス転移点である７０℃付近より２０℃程度高い範囲で良好な結果となった。１００℃まで高くなると、凸カールが大きくなりすぎて許容範囲外となる結果となった。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・第１のフィルム基材
２・・・・第２のフィルム基材
３・・・・バリア層
４・・・・ガスバリア積層体
４ａ・・・断裁後のガスバリア積層体
５・・・・太陽電池素子
１１・・・巻き出し部
【図１】
2017159570.tif 000003
【図２】
2017159570.tif 000004
【図３】
2017159570.tif 000005
【図４】
2017159570.tif 000006
【図５】
2017159570.tif 000007