(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池用セルの裏面側保護部材を兼ねた封止膜において、フッ素樹脂フィルム及びポリエステルフィルムから選ばれる２枚の耐熱、耐候性フィルムを防湿フィルムを介して積層一体化してなる本体部と、該本体部の一方の面に設けられた接着層とを有する太陽電池用バックカバー材兼用封止膜であって、
該封止膜の透湿度が１．０ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であり、
該耐熱、耐候性フィルムと防湿フィルムとが水添ポリブタジエン変性ウレタン系接着剤で接着されており、
該防湿フィルムは、ポリエステルフィルムよりなる基材フィルムの表面に酸化ケイ素の蒸着膜を形成したフィルムであり、
該酸化ケイ素は、一般式ＳｉＯｘにおいて、ｘ＝１．７〜１．９の酸化ケイ素であり、
該酸化ケイ素の蒸着膜の膜厚が１００〜５００Åであることを特徴とする太陽電池用バックカバー材兼用封止膜。
【請求項２】
請求項１において、該無機酸化物の蒸着膜の膜厚が２００〜４００Åであることを特徴とする太陽電池用バックカバー材兼用封止膜。
【請求項３】
表面側保護部材と裏面側保護部材との間に太陽電池用セルを封止してなる太陽電池において、該裏面側保護部材兼用封止膜として請求項１又は２に記載される太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を用いたことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池用セルの裏面側保護部材として用いられるバックカバー材を兼ねた封止膜と、この封止膜を用いた太陽電池に係り、特に、防湿性、耐久性に優れ、しかも絶縁性が高く、リーク電流の問題のない太陽電池用バックカバー材兼用封止膜と、この封止膜を裏面側保護部材兼用封止膜として用いた高耐久性かつ高性能の太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が注目され、開発が進められている。
【０００３】
太陽電池は、一般に、図３に示す如く、受光面側の表面側透明保護部材１１と裏面側保護部材（バックカバー材）１２との間にエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム１３Ａ，１３Ｂの封止膜により、太陽電池用セル、即ち、シリコン等の発電素子１４を封止した構成とされている。
【０００４】
このような太陽電池１０は、ガラス基板等の表面側透明保護部材１１、封止膜用ＥＶＡフィルム１３Ａ、シリコン発電素子１４、封止膜用ＥＶＡフィルム１３Ｂ及びバックカバー材１２をこの順で積層し、ＥＶＡを加熱溶融して架橋硬化させることにより接着一体化することで製造される。
【０００５】
このような太陽電池のバックカバー材は、太陽電池の軽量薄肉化の観点から、それ自体も軽量かつ薄肉であることが要求されるが、更に、発電素子や配線等の内部部品を外力、湿気等から保護するための耐久性、防湿性が要求される。即ち、太陽電池は、通常屋外に設置されることから、バックカバー材には、長期にわたる耐久性を有することに加えて、湿気ないし水の透過による内部の発電素子や、導線、電極等の部品の発錆を防止するべく、防湿性に優れることが極めて重要な要件となる。
【０００６】
従来、太陽電池のバックカバー材としては、防湿層としてのアルミニウム、亜鉛めっき鉄等の金属箔を２枚の樹脂フィルム間に挟んだ積層フィルムが設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属箔を用いた従来のバックカバー材では、太陽電池に適用した場合、電流がリークする恐れがある。また、発電素子や内部配線等の突起が樹脂フィルムを貫通することにより、金属箔と短絡する恐れもある。これらの問題と環境面から、金属箔を用いる代わりに樹脂フィルムのみの積層体が開発されたが、この積層フィルムでは防湿性が不十分であった。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決し、太陽電池用セルの裏面側保護部材を兼ねた封止膜として用いられる太陽電池用バックカバー材兼用封止膜であって、軽量かつ薄肉で防湿性、耐久性に優れ、しかも絶縁性が高く、内部配線等の短絡やリーク電流の問題がない太陽電池用バックカバー材兼用封止膜と、この封止膜を裏面側保護部材を兼ねた封止膜として用いた、高耐久性かつ高性能の太陽電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜は、太陽電池用セルの裏面側保護部材を兼ねた封止膜において、フッ素樹脂フィルム及びポリエステルフィルムから選ばれる２枚の耐熱、耐候性フィルムを防湿フィルムを介して積層一体化してなる本体部と、該本体部の一方の面に設けられた接着層とを有する太陽電池用バックカバー材兼用封止膜であって、該封止膜の透湿度が１．０ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下であり、該耐熱、耐候性フィルムと防湿フィルムとが水添ポリブタジエン変性ウレタン系接着剤で接着されており、該防湿フィルムは、ポリエステルフィルムよりなる基材フィルムの表面に酸化ケイ素の蒸着膜を形成したフィルムであり、該酸化ケイ素は、一般式ＳｉＯｘにおいて、ｘ＝１．７〜１．９の酸化ケイ素であり、該酸化ケイ素の蒸着膜の膜厚が１００〜５００Åであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜は、積層フィルムよりなるため軽量かつ薄肉である。しかも、透湿度１．０ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下と、極めて耐透湿性に優れるため、高い防湿性を得ることができる上に、絶縁性であるため短絡やリーク電流の問題もない。
【００１２】
また、防湿フィルムは、基材フィルムの表面に無機酸化物の蒸着膜を形成したフィルムであって、この無機酸化物が一般式ＳｉＯｘにおいて、ｘ＝１．７〜１．９の酸化ケイ素であり、蒸着膜の膜厚は１００〜５００Åである。
【００１３】
本発明の太陽電池は、表面側保護部材と裏面側保護部材との間に太陽電池用セルを封止してなる太陽電池において、該裏面側保護部材兼用封止膜として上記本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を用いたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜の実施の形態を示す断面図、図２はこの太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を用いた本発明の太陽電池の実施の形態を示す断面図である。
【００１６】
図１に示す太陽電池用バックカバー材兼用封止膜１は、２枚の耐熱、耐候性フィルム２，２間に防湿フィルム３を介在させてこれらを積層一体化してなる本体部４と、この本体部４の一方の面に設けられた接着層５とを有する。
【００１７】
太陽電池の裏面からの水分の浸入を阻止するための防湿フィルム３としては、基材フィルムにＣＶＤ（化学蒸着）、ＰＶＤ（反応蒸着）法等による、酸化ケイ素等を主成分とする無機酸化物の蒸着膜を形成したものが用いられる。
【００１８】
防湿層としての無機酸化物の蒸着膜を構成する無機酸化物としては、酸化ケイ素が用いられる。湿熱条件下での耐久性に優れることから、特に酸化ケイ素が好適である。
【００１９】
なお、酸化ケイ素蒸着膜の組成はＳｉＯに近い状態が一般的であるが、ＳｉＯｘでｘ＝１．７未満であると耐久試験等で次第に透湿度が低下し、ｘ＝１．９を超えるものは生産性、コストの面から不利である。従って、防湿層としての酸化ケイ素蒸着膜のＳｉＯｘ組成はｘ＝１．７〜１．９である。
【００２０】
この蒸着膜の膜厚が薄過ぎると十分な防湿性を得ることができず、厚過ぎてもそれ以上の防湿性の改善効果は得られず、むしろクラックが入り易く、防湿性が低下する可能性があることから、この膜厚は１００〜５００Å、好ましくは２００〜４００Åとする。
【００２１】
一方、防湿フィルムの支持体となる基材フィルムとしては、太陽電池の作製時の熱や圧力条件に耐え得る耐熱性フィルムであれば良く、特に制限はないが、一般的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ３−フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂フィルムや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアミド等の各種樹脂フィルムを用いることができる。この基材フィルムは、これらの樹脂の２種以上を含むものであっても良く、また、２枚以上のフィルムの積層フィルムであっても良い。基材フィルムには、必要に応じて顔料、紫外線吸収剤等の各種添加剤を含浸、塗布又は練り込みにより付与しても良い。
【００２２】
このような基材フィルムの厚さは、耐久性、取り扱い性、薄膜化等の観点から５〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【００２３】
このような防湿フィルム３を介在させて積層一体化させることにより本体部４を構成する耐熱、耐候性フィルム２は、防湿フィルム３の保護と、太陽電池作製時の作業性の向上等の目的で設けられ、太陽電池作製時の熱や圧力条件に耐え、特に接着層５と反対側の耐熱、耐候性フィルム２としては、太陽電池組立時に最外層となるため、長期にわたる屋外曝露条件下でも劣化しないものであることが望まれるが、通常、前述の基材フィルムの材料として例示したものを用いることができる。この耐熱、耐候性フィルム２，２もまた、前述の基材フィルムと同様、前述の樹脂の２種以上を含むものであっても良く、また、２枚以上のフィルムの積層フィルムであっても良い。また、耐熱、耐候性フィルムには、必要に応じて顔料、紫外線吸収剤、カップリング剤等の各種添加剤を含浸、塗布又は練り込みにより付与しても良い。
【００２４】
耐熱、耐候性フィルム２の色については特に限定されないが、発電効率の向上のためには、白色系が好ましく、家屋等に設置した際の外観の向上のためには黒色又は各色の濃色が用いられる。
【００２５】
このような耐熱、耐候性フィルム２の厚さは、耐久性、取り扱い性、薄膜化等の観点から５〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
なお、２枚の耐熱、耐候性フィルム２，２は必ずしも同材質である必要はなく異材質のものであっても良い。
【００２７】
特に、太陽電池の外面側となる耐熱、耐候性フィルムには、耐候性に優れたフッ素樹脂フィルムを用いるのが好ましく、内面側となる耐熱、耐候性フィルムには、顔料等を練り込んで反射性能を付与したフィルムを用いるのが好ましい。
【００２８】
なお、本体部４は、実用的には、耐熱、耐候性フィルム２と防湿フィルム３との間に接着剤６，６を介してドライラミネーション法又はヒートプレス法等の方法で接着一体化することにより製造される。
【００２９】
このようなフィルムの積層時に使用される接着剤としては、一般に、ポリエステル系又はポリエーテル系等のウレタン接着剤が用いられるが、ポリエーテル系のものは初期接着力が低く、耐熱性に劣り、また、ポリエステル系では耐熱性は良好なものの耐湿熱性は低いという欠点があった。これは、これらの接着成分が、骨格中に−Ｏ−又は−Ｃ＝Ｏ−Ｏ−鎖を含むためである。
【００３０】
この欠点を解決するために、本発明では、耐熱、耐候性フィルム２，２と防湿フィルム３との接着に、主鎖をブタジエン骨格とし、更に二重結合の開裂による劣化を防止するため水添した、水添ポリブタジエン変性ウレタン系接着剤を用いる。このものは、主鎖が−ＣＨ２−となり従来品に比べ接着耐久性が大幅に改善される。
【００３１】
このような本体部４の一方の面に形成される接着層５は、太陽電池の発電素子、その他の内部部品の封止と、緩衝材として機能するものであり、ガラス等の表面側透明保護部材、ＩＴＯ等の金属酸化物導電膜やシリコン発電素子との熱接着性に優れ、これらを容易に接着して複合化できるものであれば良く、特に制限はないが、通常はＥＶＡ系樹脂、ＰＶＢ系樹脂などが用いられる。また、シリコン系、アクリル系、ブチル系、エポキシ系等の接着剤樹脂を使用しても良い。特に、作業性やコストの面から、ＥＶＡ系樹脂が多用される。このＥＶＡ系接着樹脂に用いられるＥＶＡ樹脂組成物の詳細は後述の通りである。
【００３２】
この接着層５の厚さは、０．１〜１ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３３】
このような太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を用いて本発明の太陽電池を製造するには、図３に示す従来の太陽電池のバックカバー材と封止用ＥＶＡフィルムの代りに本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を用いて封止を行えば良い。
【００３４】
本発明の太陽電池１０Ａは、図２に示す如く、本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜１、シリコン発電素子１４等の太陽電池用セル、封止用ＥＶＡフィルム１３Ａ及び表面側透明保護部材１１としてのガラス板や高機能性積層フィルムの積層体を、常法に従って、真空ラミネーターで温度１２０〜１５０℃、脱気時間２〜１５分、プレス圧力０．５〜１ａｔｍ、プレス時間８〜４５分で加熱加圧圧着することにより容易に製造することができる。
【００３５】
なお、本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜及び太陽電池に用いられる封止用のＥＶＡ樹脂組成物には、好ましくは耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を持たせるが、この架橋剤としては、一般に、１００℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられ、特に、配合時の安定性を考慮に入れれば、半減期１０時間の分解温度が７０℃以上であるものが好ましい。このような有機過酸化物としては、例えば２，５−ジメチルヘキサン；２，５−ジハイドロパーオキサイド；２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン；３−ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド；ｔ−ジクミルパーオキサイド；２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン；ジクミルパーオキサイド；α，α’−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン；ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン；２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン；１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン；１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン；ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート；ベンゾイルパーオキサイド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、一般にＥＶＡ樹脂１００重量部に対して５重量部以下、好ましくは１〜３重量部である。
【００３６】
また、接着力向上の目的で、ＥＶＡ樹脂にシランカップリング剤を添加することができる。この目的に供されるシランカップリング剤としては公知のもの、例えばγ−クロロプロピルトリメトキシシラン；ビニルトリクロロシラン；ビニルトリエトキシシラン；ビニル−トリス−（β−メトキシエトキシ）シラン；γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン；β−（３，４−エトキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン；γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン；ビニルトリアセトキシシラン；γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン；γ−アミノプロピルトリメトキシシラン；Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、一般にＥＶＡ樹脂１００重量部に対して５重量部以下、好ましくは０．１〜２重量部である。
【００３７】
更に、ＥＶＡ樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するためにＥＶＡ樹脂に架橋助剤を添加することができる。この目的に供される架橋助剤としては、公知のものとしてトリアリルイソシアヌレート；トリアリルイソシアネート等の３官能の架橋助剤の他、ＮＫエステル等の単官能の架橋助剤等も挙げることができる。これらの架橋助剤の配合量は、一般にＥＶＡ樹脂１００重量部に対して１０重量部以下、好ましくは１〜５重量部である。
【００３８】
更に、ＥＶＡ樹脂の安定性を向上する目的でハイドロキノン；ハイドロキノンモノメチルエーテル；ｐ−ベンゾキノン；メチルハイドロキノンなどを添加することができ、これらの配合量は、一般にＥＶＡ樹脂１００重量部に対して５重量部以下である。
【００３９】
更に、必要に応じ、上記以外に着色剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、変色防止剤等を添加することができる。着色剤の例としては、金属酸化物、金属粉等の無機顔料、アゾ系、フタロシアニン系、アヂ系、酸性又は塩基染料系レーキ等の有機顔料がある。紫外線吸収剤には、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン；２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルフォベンゾフェノン等のベンゾフェノン系；２−（２’−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系；フェニルサルシレート；ｐ−ｔ−ブチルフェニルサルシレート等のヒンダートアミン系がある。老化防止剤としては、アミン系；フェノール系；ビスフェニル系；ヒンダートアミン系があり、例えばジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール；ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペラジル）セバケート等がある。
【００４０】
また、本発明のバックカバー材兼用封止膜は図３で示される単結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉなどを用いたいわゆるバルク太陽電池素子だけでなく、図４に示すようなＳｉ系薄膜、II−VI化合物（ＣｄＴｅ）、カルコパライト薄膜（ＣＩＳ）、有機半導体、その他各種薄膜太陽電池２０にも同様の構造で適用することができ、更に、これらの薄膜太陽電池の表面側透明保護部材としてガラスの代わりに透明樹脂フィルムを用いた図５に示すようなフレキシブル太陽電池にも使用可能である。なお、図４において、２１はガラス、２２は透明電極、２３は薄膜半導体、２４は金属電極、２５は封止材、２６はバックカバー材を示す。また、図５において、３１は透明樹脂フィルム、３２は封止材、３３は薄膜太陽電池素子、３４はフィルム基材、３５は封止材、３６はバックカバー材を示す。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４２】
実施例１，２
一方の耐熱、耐候性フィルムとして白色顔料練り込みポリエステルフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製「Ｕ２」厚さ３８μｍ）を用い、他方の耐熱、耐候性フィルムとしてＥＴＦＥフィルム（旭硝子（株）製「アフレックス」厚さ２１μｍ）を用い、これらの耐熱、耐候性フィルム間に、厚さ１２μｍのＰＥＴフィルムの表面に防湿層として厚さ２００ÅのＳｉＯｘ（ｘ＝１．８）の蒸着膜を形成してなる防湿フィルムを、表１に示す接着剤で接着して一体化し、更に、ポリエステルフィルム側に厚さ５０μｍのＥＶＡ接着層を形成して本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を製造した。
【００４３】
得られた太陽電池用バックカバー材兼用封止膜について、一般的な条件（６５℃、９５％ＲＨ）よりも過酷な、８５℃、９０％ＲＨの条件下に１０００時間放置する耐久試験を行い、耐久試験後の透湿度をＭＯＣＯＮ法（４０℃、９０％ＲＨ）により測定すると共に、耐久試験前後の接着力をＴ型剥離試験により測定し、結果を表１に示した。
【００４４】
比較例１
白色ＰＶＦフィルム（デュポン社製「テドラー」厚さ３８μｍ）／透明ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム社製「Ｓ−ＰＥＴ」厚さ５０μｍ）／白色ＰＶＦフィルム（デュポン社製「テドラー」厚さ３８μｍ）の積層フィルムを実施例１と同様にして作成し、実施例１と同様に耐透湿性と接着性の耐久試験を行い、結果を表１に示した。
【００４５】
比較例２，３
実施例１において、耐熱、耐候性フィルムと防湿フィルムとの接着に表１に示す接着剤を用いたこと以外は同様にして太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を作製し、同様に耐透湿性と接着性の耐久試験を行い、結果を表１に示した。
【００４６】
【表１】
0004887551.tif 000002
【００４７】
表１より本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜は、耐透湿性、接着性及びその耐久性に優れることがわかる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜は、軽量かつ薄肉で防湿性、耐久性に優れ、短絡やリーク電流の問題もないため、この太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を太陽電池の裏面側保護部材を兼ねる封止膜として用いることにより、高防湿性で発錆の問題もなく、耐久性に優れ、短絡やリーク電流による性能低下の問題もない高性能の太陽電池を提供することができる。
【００４９】
本発明の太陽電池は、本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜を裏面側保護部材兼用封止膜として用いたものであり、高性能で耐久性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池用バックカバー材兼用封止膜の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の実施の形態を示す断面図である。
【図３】従来の太陽電池を示す断面図である。
【図４】本発明のバックカバー材兼用封止膜が適用される太陽電池の一例を示す断面図である。
【図５】本発明のバックカバー材兼用封止膜が適用される太陽電池の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  太陽電池用バックカバー材兼用封止膜
２  耐熱、耐候性フィルム
３  防湿フィルム
４  本体部
５  接着層
６  接着剤
１０，１０Ａ  太陽電池
１１  表面側透明保護部材
１２  バックカバー材
１３Ａ，１３Ｂ  封止用ＥＶＡフィルム
１４  シリコン発電素子
【図１】
0004887551.tif 000003
【図２】
0004887551.tif 000004
【図３】
0004887551.tif 000005
【図４】
0004887551.tif 000006
【図５】
0004887551.tif 000007