(57)【要約】【課題】  内容物保護のために要求される諸特性を具備し、汎用の方法で成形、加工ができ、低コストで安全、且つ、耐久性に優れ、特に温度上昇による電力変換効率の低下を効果的に抑制することができる太陽電池モジュールとそれを実現する太陽電池バックシートを提供することが課題である。【解決手段】  金属箔の両面にプラスチックフィルムが積層された、太陽電池モジュールの裏面保護に用いる積層体シートであって金属箔が銅箔であることを特徴とする太陽電池バックシート及びこの太陽電池バックシートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。【選択図】図２
2009170771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔の両面にプラスチックフィルムが積層された、太陽電池モジュールの裏面保護に用いる積層体シートであって金属箔が銅箔であることを特徴とする太陽電池バックシート
【請求項２】
裏面保護に用いるバックシートとして、請求項１の太陽電池バックシートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用シート部材に関し、特に太陽電池モジュールの裏面側に配置して使用する材料に関する。より詳しくは、耐熱性、耐候性、水蒸気や酸素ガス等に関するガスバリア性、耐久性その他諸物性に優れ、かつ、モジュールの温度上昇を抑制して太陽電池の起電力の低下を抑える効果のある太陽電池バックシート及びそれを利用した太陽電池モジュールに関するものである。
【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、半導体からできている。また、その構造は、太陽電池素子（セル）単体をそのままの状態で使用するのではなく、一般的に数枚〜数十枚の太陽電池素子を直列あるいは並列に配線し、素子を長期間に亘って保護するための種々のパッケージングが施され、ユニット化されている。その一例の構成の断面説明図を図１に示した。
【０００３】
この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前面ガラスで覆い、熱可塑性プラスチックからなる充填材で間隙が埋められている。そして、裏面が耐熱性、耐湿性、耐水性、耐候性プラスチック材料などのシート（バックシート）で保護された構造になっている。
これらの太陽電池モジュールは、屋外で使用されるため、その構成、材質構造などにおいて、十分な耐熱性、耐候性、耐水性、防湿性、耐風圧性、耐光性、耐降雹性、耐薬品性、防湿性、防汚性、光反射性、光拡散性、その他の諸特性が要求される。太陽電池モジュールは、例えば、結晶シリコン太陽電池素子あるいはアモルファスシリコン太陽電池素子等を使用し、表面保護シート層、充填剤層、光起電力素子としての太陽電池素子、充填剤層、および、裏面保護シート層等の順に積層し、真空吸引して加熱圧着するラミネーション法等を利用して製造されている。
その一般的な構造の一例の構成を断面説明図（図１）に示した。
図１では、受光側（表面）から順に前面ガラス（表面保護シート）１、充填剤２、太陽電池素子３、バックシート４の順に積層されたモジュールとなっており、太陽電池素子の間をリード線５で連結して端子箱７から電力を取り出すようになっている。これらの構成要素をモジュールとして固定するためにシール材６を介してアルミ枠８で囲む構造になっている。
この例の太陽電池モジュールの代表的な製法としては、前面ガラス１に順次に、充填剤層２の約半分、太陽電池素子３、充填剤層２の約半分、および、太陽電池モジュール用バックシート４を積層し、次いで、真空吸引して加熱圧着するラミネーション法等の通常の成形法を利用して上記の各層を一体成形体として太陽電池モジュールを製造する方法がある。
【０００４】
この太陽電池モジュールの構成要素のなかで、バックシートは太陽電池素子とリード線等の内容物を保護するために、機械的強度に優れ、かつ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性、防湿性、防汚性、その他等の諸特性に優れ、特に、水分、酸素等の侵入を防止するバリア性が高く、長期的な性能劣化を最小限に抑え、耐久性に富み、かつ、より低コストで安全な太陽電池モジュールを構成するバックシートであることが求められている。
【０００５】
これらの諸特性を実現するために太陽電池モジュールを構成するバックシートとしては、絶縁性が高く、蒸着加工やコーティング加工等の二次加工が容易である特徴を生かしてプラスチックのフィルムあるいはシートが広く用いられており、単層のプラスチックシート以外に性能向上のための層を積層した積層シートが種々提案されている。
【０００６】
積層シートの一例を示すと、特許文献１に挙げられているように、 フッ素系樹脂シートの片面に、無機酸化物の蒸着薄膜を設けた太陽電池モジュール用保護シートをバックシートに使用することが提案されている。例えば、フッ素系樹脂の高耐性という特徴を生かした、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）の構成の積層シートが代表的である。さらに、汎用性のあるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の内容物保護性を高めるためにＰＥＴの中間に無機酸化物の蒸着薄膜層を設けた、ＰＥＴ／ＰＥＴの無機酸化物蒸着シート／ＰＥＴのような構成の積層シートも用いられている。
【０００７】
さらに、モジュールの耐性をより高めるため、フッ素系樹脂シートの片面に、無機酸化物の蒸着薄膜を設けた太陽電池モジュール用保護シートを裏面保護シート（バックシート）として使用することにより、接着性等の諸特性を向上させて内容物保護と耐久性を確保する試みも提案されている（特許文献１）。
【０００８】
具体的には、フッ素系樹脂シートを基材シートとして使用し、その片面に、酸化珪素、あるいは、酸化アルミニウム等の透明な、ガラス質からなる無機酸化物の蒸着薄膜を設けて太陽電池モジュール用保護シートを製造し、太陽電池モジュール用バックシートとして使用し、例えば、上記の太陽電池モジュール用表面保護シートの無機酸化物の蒸着薄膜の面を内側にし、充填剤層、光起電力素子としての太陽電池素子、充填剤層、および、太陽電池モジュール用バックシート層等を順次に積層し、次いで、これらを一体的に真空吸引して加熱圧着するラミネーション法等を利用して太陽電池モジュールを製造して、太陽光の透過性に優れ、かつ、強度に優れ、更に、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性、防湿性、防汚性、その他等の特性に優れ、特に、水分、酸素等の侵入を防止するバリア性を著しく向上させ、その長期的な性能劣化を最小限に抑え、極めて耐久性に富み、保護能力性に優れ、より低コストで安全な太陽電池モジュールを安定的に製造することが提案されている。
【０００９】
太陽電池モジュールの機械的強度と内容物保護性の長期維持を目的としたバックシート材料の積層構成は上記以外にも多数提案されておりそれぞれの効果が示唆されているが、モジュール内部の温度制御に関する工夫は少ない。
【００１０】
特許文献２では、内容物保護のために要求される諸特性を具備し、入射光の反射能にも優れ、汎用の方法で成形、加工ができ、低コストで安全、且つ、耐久性に優れ、電力変換効率の高い太陽電池用モジュールを実現する目的で、基材フイルムと白色インキ層と無機蒸着フイルムからなることを特徴とした太陽電池用バックシートが提案されている。
【００１１】
この文献では、太陽電池モジュールのバックシートに必要な特性のうちで、基材フィルムと無機酸化物の蒸着フィルムによってモジュール内部の太陽電池セルとリード線等を保護し、白色インキ層によって入射光線を反射して太陽電池セルの発電効率を上げるというものである。白色インキ層のもう一つの効果として、入射光線を吸収しないでバックシート面で反射することによって光熱変換による温度上昇を防ぎ、それによってモジュール内部の素子等の劣化が抑えられることも挙げられている。
【００１２】
太陽電池モジュールの温度上昇によって影響を受ける特性としては、寿命以外にも太陽電池セルの発電効率が低下するということが知られている。特に、結晶性シリコンの太陽電池素子を用いた場合にモジュール内部の温度上昇にともなって発電効率が低下し出力の低下を招来することが知られている。太陽電池モジュールの夏場の使用時にこの現象は特に顕著である。太陽電池モジュールの構造から分かるように、裏面にバックシートが使用
されてモジュールの保護機能を果たしているがこのバックシートは通常プラスチックシートあるいは内容物保護を目的としたその積層体であり一般に熱伝導は悪い。
【００１３】
このために、太陽電池モジュール内部で発生した熱は外部に放散することが少なく内部に蓄積して内部温度を上昇させる要因になっていた。
【００１４】
通常のプラスチックシートを構成する熱可塑性樹脂は、熱伝導性が低いことから、発生する熱を効率よく拡散することができず、最近の電気・電子部品の高出力化の流れから、一部展開が制限されているのが実状である。そこで、これらの問題点を解決するために、これまでに種々の改良方法が提案されている。
【００１５】
従来より、この太陽電池バックシートとしては、ポリフッ化ビニルフイルム（商品名：テドラー）でアルミニウム箔をサンドイッチした積層構造の裏面保護シートが多く用いられていた。アルミニウム箔を使用することによって、水蒸気等のバリア性の確保とモジュール内部の熱の放散を同時に達成するねらいだが、アルミニウム箔では熱伝導の点で限界がありより効果的な熱放散の構成が求められていた。
【００１６】
以上のように,従来の技術においては、太陽電池バックシートに要求される内容物保護機能、代表的には、太陽電池の出力低下を引き起こすセルや配線の腐食等を防止するためのバリア性や屋外での長期使用に耐えうる耐候性を備えた上でさらにモジュールが高温になることによる発電効率の低下を効果的に防止する点で課題が残されていた。
【特許文献１】特開２０００−１８８４１２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
内容物保護のために要求される諸特性を具備し、汎用の方法で成形、加工ができ、低コストで安全、且つ、耐久性に優れ、特に温度上昇による電力変換効率の低下を効果的に抑制することができる太陽電池モジュールを実現する太陽電池バックシートを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題に対して本発明の太陽電池バックシートは以下のような構成を有するものである。
【００１９】
請求項１の発明は、金属箔の両面にプラスチックフィルムが積層された、太陽電池モジュールの裏面保護に用いる積層体シートであって金属箔が銅箔であることを特徴とする太陽電池バックシートである。
【００２０】
請求項２の発明は、裏面保護に用いるバックシートとして、請求項１の太陽電池バックシートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の太陽電池バックシートによれば、耐熱性、耐候性、水蒸気や酸素ガス等に関するガスバリア性、耐久性その他諸物性に優れ、かつ良好な製造性及びコスト性を有する、太陽電池モジュールを得ることが出来る。特に、積層要素として、アルミニウム箔の代わりに銅箔を使うことにより、モジュール内部での発熱を外部に放散させることによって温度上昇を防ぎ、温度上昇による構成要素の劣化を防止し、出力低下を抑制することがより効果的に実現出来る太陽電池モジュールを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態の一例について図を参照しながら詳細に説明する。
図１は太陽電池モジュールの一例の構成断面説明図である。図２は太陽電池バックシートの一例の構成断面説明図である。
【００２３】
請求項１の発明は、金属箔の両面にプラスチックフィルムが積層された、太陽電池モジュールの裏面保護に用いる積層体シートであって金属箔が銅箔であることを特徴とする太陽電池バックシートである。
【００２４】
本発明の実施形態の一つを示す太陽電池バックシートの層構成は、図２に示すように、プラスチックフィルム、接着剤層、銅箔、接着剤層、プラスチックフィルムが順次積層された積層構成になっている。
【００２５】
本発明の太陽電池バックシートに使用するプラスチックフィルムは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステルフィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィンフィルムあるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のフィルムから適宜選択できる。
【００２６】
また、本発明の太陽電池バックシートに使用するプラスチックフィルムとして、水蒸気等のバリア性付与をはじめとする耐性付与のための蒸着あるいはコーティング等の処理を行ったものも、熱放散の改善という本発明の本来の趣旨を逸脱しない範囲で使用が可能である。
【００２７】
上記のプラスチックフィルムから本発明に使用するフィルムを選択するに当たり格別の制約条件はないが、考慮すべき条件としては、次の２つが挙げられる。
【００２８】
一つは、本発明の目的である、太陽電池モジュール内部の熱を裏面から外部に放散する程度に関する事柄であり、この観点からは金属箔を挟むプラスチックフィルムのうちで内側のフィルムと外側のフィルム、正確には内側のフィルムの内面と外側のフィルムの外面の色は変えた方がより放熱の効率が高まるので望ましい。内面を白として外面を黒とするのがその一例であるが、内面を白色にするとモジュール内部での入射光線の反射が多くなりこれによる発電効率の上昇も同時に期待できる。また、熱放散の観点からはプラスチックフィルムの厚さもその他の必要な条件を満たす範囲内で薄いほうが好ましい。
【００２９】
二つ目は、太陽電池バックシートとしての銅箔を使用することにより、モジュールの製造工程の加熱でバックシートが反り変形してプラスチックシートを突き破り配線のショートなどのトラブルを引き起こすことに対する配慮である。この点からは、内側のフィルムと外側のフィルムは熱機械的な性質が類似していることが理想的であり、同じ仕様のフィルムを使うのがその一例である。
【００３０】
銅箔とプラスチックフイルムの積層方法はドライラミネート法などの公知の方法で行うことが出来る。接着剤層１２に使用する接着剤は、プラスチックフイルムである基材９及び１１と銅箔１０の接着強度が長期間の屋外使用で劣化し、デラミネーションなどを生じないこと、さらに接着剤が黄変しないことなどが必要であり、ウレタン系接着剤などが使用できる。例えば、ポリオール成分とイソシアネート成分の２液硬化型ポリウレタン樹脂系接着剤等が用いられる。
【００３１】
また、接着剤の加工方法としては、通常、接着する２つの面の片方、または両方に塗布した後、両者を重ね合わせて加圧するか、または、塗布後、一旦乾燥させた後に、両者を
重ね合わせ、加熱および加圧して接着する。
【００３２】
本発明に用いる銅箔としては、使用の目的である熱伝導性からは金属箔の厚さの下限に関して格別の制約はないが、銅箔を使用する目的の他の一つである内容物保護のためのバリア性を考慮すると、その厚さはピンホールなどの発生を防ぐ上で一定以上であることが好ましい。箔製造の安定性も考慮すると本発明に用いる銅箔の厚さとしては５μmから５０μmの範囲であることが望ましく、さらに内容物保護の観点からは２０μｍ以上であることがさらに好ましい。銅箔の製法としては、圧延銅箔と電解銅箔のいずれでも良い。
【００３３】
請求項２は請求項１に記載の太陽電池バックシートを用いた太陽電池モジュールである。
【００３４】
本発明の太陽電池バックシート４を使用して、太陽電池モジュールを作成した一例を断面説明図として図１、２を利用して説明する。厚み方向に順に、前面ガラス１、充填材２、太陽電池素子３、リード線５、端子箱７、太陽電池バックシート４の構成で、それらがシール材６を介してアルミ枠８に固定されている。
【００３５】
前面ガラス１は、光線透過率が良いこと、長期（約２０年）にわたり優れた耐候性を持ち、光線透過率の減少が少ないこと、埃などが付着しにくいこと、傷が付きにくいこと及び水蒸気透過率が極めて少ないこと等の諸機能を有する必要があり、材質としてはガラスが一般的であるが、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂なども使用されている。
【００３６】
充填材２としては、太陽光線の透過率が高いこと、長期の屋外放置などにより、光線透過率に低下などの物性変化がないこと、絶縁耐性が高く、他の材料を腐食しないこと及び急激な外気条件の変化などによる樹脂の亀裂、界面剥離などが発生しないこと等の諸機能を有する必要があり、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂などが使用出来るが、エチレンー酢酸ビニル共重合体樹脂が好ましく用いられる。枠体８としては、一般的にはアルミニウム型材が使用される。
【００３７】
次に、本発明の太陽電池バックシート４及びこのバックシートを使用して作成した太陽電池モジュールの具体的な実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
＜実施例１＞
本発明の太陽電池バックシートに用いるプラスチックフイルム９として、押出法により製造された厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムの片面にポリウレタン系接着剤を用いて厚さ２０μmの圧延銅箔を貼り合わせ、しかる後その銅箔面に、ポリウレタン系接着剤を用いて、プラスチックフイルム１１として、プラスチックフイルム９と同じ、厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムを貼り合わせ、白色ＰＥＴ５０μm／圧延銅箔２０μm／白色ＰＥＴ５０μｍの構成からなる本発明の太陽電池バックシート４を作成した。
【００３９】
続いて、このバックシートを用いて、前もって配線接続した太陽電池素子３を厚さ４００μｍのエチレンー酢酸ビニルの充填材シートを敷いた前面ガラス１の上に置き、その上から同材質の、もう一枚の充填材シートをかぶせ、その上にこの太陽電池バックシート４をかぶせ、減圧下で全体を１５０℃、１０分真空加熱により太陽電池バックシート４を融着一体化させ、端部をシール材６を介してアルミニウムの枠体８で固定し、図１の構成の本発明の太陽電池モジュールを作成した。
＜比較例１＞
太陽電池バックシートに用いるプラスチックフイルム９として、押出法により製造された厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムの片面にポリウレタン系接着剤を用いて厚さ２０μmのアルミニウム箔を貼り合わせ、しかる後そのアルミニウム箔面に、ポリウレタン系接着剤を用いて、プラスチックフイルム１１として、プラスチックフイルム９と同じ、厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムを貼り合わせ、白色ＰＥＴ５０μm／圧延銅箔２０μm／白色ＰＥＴ５０μｍの構成からなる太陽電池バックシート４を作成した。
【００４０】
続いて、このバックシートを用いて、前もって配線接続した太陽電池素子３を厚さ４００μｍのエチレンー酢酸ビニルの充填材シートを敷いた前面ガラス１の上に置き、その上から同材質の、もう一枚の充填材シートをかぶせ、その上にこの太陽電池バックシート４をかぶせ、減圧下で全体を１５０℃、１０分真空加熱により太陽電池バックシート４を融着一体化させ、端部をシール材６を介してアルミニウムの枠体８で固定し、図１の構成の太陽電池モジュールを作成した。
＜比較例２＞
太陽電池バックシートに用いるプラスチックフイルム９として、押出法により製造された厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムの片面にポリウレタン系接着剤を用いて、少なくとも片面に酸化ケイ素の透明蒸着層を形成した厚さ１２μmのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムを貼り合わせ、しかる後透明ＰＥＴ樹脂フィルムの片面に、ポリウレタン系接着剤を用いて、プラスチックフイルム１１として、プラスチックフイルム９と同じ、厚さ５０μｍの白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂フイルムを貼り合わせ、白色ＰＥＴ５０μm／透明蒸着ＰＥＴ１２μm／白色ＰＥＴ５０μｍの構成からなる太陽電池バックシート４を作成した。
【００４１】
続いて、このバックシートを用いて、前もって配線接続した太陽電池素子３を厚さ４００μｍのエチレンー酢酸ビニルの充填材シートを敷いた前面ガラス１の上に置き、その上から同材質の、もう一枚の充填材シートをかぶせ、その上にこの太陽電池バックシート４をかぶせ、減圧下で全体を１５０℃、１０分真空加熱により太陽電池バックシート４を融着一体化させ、端部をシール材６を介してアルミニウムの枠体８で固定し、図１の構成の太陽電池モジュールを作成した。
【００４２】
＜評価＞実施例１及び比較例１〜２で作成した太陽電池バックシートを用いてＡＳＴＭ
Ｅ１５７０に準拠して定常比較法で厚み方向の熱伝導率を測定した（表１）。
【００４３】
【表１】
2009170771.tif 000003
＜評価＞実施例１及び比較例１〜３で作成した太陽電池モジュールを用いて、ＪＩＳ−Ｃ８９１３にもとづいた最大出力等の電池特性試験を実施し測定した（表２）。
【００４４】
【表２】
2009170771.tif 000004
・積層体の熱伝導率判定：  ◎→１０Ｗ／ｍＫ以上
○→１〜１０Ｗ／ｍＫ
×→１Ｗ／ｍＫ未満
・太陽電池素子の出力判定：◎→出力低下３％未満
○→出力低下３〜５％
×→出力低下５％以上
実施例１と比較例１の評価結果（表１と表２）から、銅箔を挟んだ構成の太陽電池バックシートでは熱伝導率がアルミニウムを挟んだ構成の場合に比べて上昇することと、それらをバックシートに用いて作成した太陽電池モジュールでは太陽電池素子の出力低下が抑制されることが明らかになった。
【００４５】
また、実施例１と金属箔を用いない比較例２の結果から、太陽電池モジュールで実施例１に対する比較例２の場合の方が実施例１に対する比較例１の場合よりも太陽電池素子の出力低下抑制の程度が少ないことが銅箔とアルミニウム箔とプラスチックフィルムの差すなわち熱伝導率の差で説明できると考えられる。
【００４６】
通常のＰＥＴフィルムに比べて無機酸化物を蒸着したＰＥＴは厚さが薄くてもバリヤー性が確保されることは周知であるがモジュール内部の熱上昇を抑える効果は比較的小さく、本発明の目的には適しないことも比較例２は示している。
【００４７】
以上の結果より、本発明の太陽電池バックシートからは、耐熱性、耐候性、水蒸気や酸素ガス等に関するガスバリア性、耐久性その他諸物性に優れ、かつ良好な製造性及びコスト性を有する、太陽電池モジュールを得ることが出来る。特に、従来の、中間層にアルミニウム箔を用いたバックシートに比べて、モジュール内部での発熱を外部に放散させることによって温度上昇を防ぎ、温度上昇による構成要素の劣化を防止し、出力低下を抑制することが効果的に出来る太陽電池モジュールの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】太陽電池モジュールの一例の構成断面説明図である。
【図２】太陽電池バックシートの一例の構成断面説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…前面ガラス
２…充填材
３…太陽電池セル
４…バックシート
５…リード線
６…シール剤
７…端子箱
８…アルミ枠
９…プラスチックフィルム
１０…銅箔
１１…プラスチックフィルム
１２…接着層
【図１】
2009170771.tif 000005
【図２】
2009170771.tif 000006