JP2012505542A - 太陽電池用多層耐候性フィルム - Google Patents

太陽電池用多層耐候性フィルム Download PDF

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Abstract

【課題】伸長変化率、強度変化率、及びヘイズに優れており、太陽電池に好適に使用可能な多層形態の耐候性フィルムを提供する。
【解決手段】ポリエステルまたはコポリエステル高分子樹脂を含む剛性層と、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有したポリブチレンテレフタレートグリコール共重合体を含む軟性層とが規則的または不規則に多層に積層された太陽電池用耐候性フィルムを特徴とする。

Description

本発明は、ポリエステルまたはコポリエステル高分子樹脂を含む剛性層と、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有するポリブチレンテレフタレートを含む軟性層とが、規則的または不規則に多層に積層された太陽電池用耐候性フィルムに関するものであって、伸長変化率（％）、強度変化率（％）、及びヘイズ（％）に優れており、太陽電池に好適に使用可能な多層形態の耐候性フィルムに関する。
最近、環境問題と原油価格の高騰のため、石油製品に代え、安くて汚染物質を出さないクリーンエネルギーや新規な再生可能エネルギーに対する需要が急増している。クリーンエネルギーや新しい再生可能エネルギーを得るために、太陽熱を用いた太陽エネルギー、風力エネルギー、バイオマスエネルギー、液体水素燃料エネルギー、燃料電池、地熱エネルギー、潮力エネルギーなど、数多くのエネルギー生成方法が存在する。それらのうち、太陽エネルギーを用いた方法が、エネルギー生産の効率性やその開発完成度から、次世代エネルギー生産方法として特に好適な方法と考慮されている。太陽エネルギーを用いた方法は、太陽のエネルギーを太陽電池モジュールを用いて電気エネルギーに変換する方法と、太陽のエネルギーを熱エネルギーに変換する方法の二つに分けられる。特に、太陽電池モジュールを用いて電気エネルギーに変換する方法は、太陽電池モジュールを屋外で長期間（１０年以上）使用するので、太陽電池モジュールを保護する装置が必要となる。この装置は、さまざまな異なる天候条件に対する耐候性と耐熱性を基本的に備えていなければならない。さらに近年、このような保護機能に加えて、光反射率の増大などの太陽電池の効率を最大化させるための機能がさらに要求されている。太陽電池を保護する装置としては様々なものがあり、現在は、耐候性、耐熱性を有するフィルムが主に用いられている。このようなフィルムは、基本的に太陽電池の下部に位置し、高耐候性、高耐熱性のフッ素基を含むポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）フィルムを主に用いるが、ＰＶＦフィルムの製造コストが非常に高いため、他の様々な代替品が考案または提案されている。
特開２００８−０８５２７０号公報、特開２００２−０２６３５４号公報及び特開２００２−１３４７７０号公報では、ＰＶＦフィルムの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた方法、ＰＶＦフィルムの代替のための三層共押出フィルム、耐候性を増加させるためのフィルムと、反射率を高めるための無機物を添加した層が開示されている。しかしながら、これらのフィルムは、太陽電池の裏面保護フィルムに対して最も求められる、５０時間の耐候性実験で２０％程度の伸長変化率を示し、１００時間の耐候性実験では伸長変化率が急激に減少したので、不都合である。
特開２００８−０８５２７０号公報 特開２００２−０２６３５４号公報 特開２００２−１３４７７０号公報
本願は、先行技術で遭遇する問題点を考慮して、通常の積層共押出法を用いながら、優れた光学的特性を確保するために特定の物質を用い、フィルムの組成物比を適正に制御した、優れた耐候性と耐熱性を確保する新規の耐候性フィルムを提供する。
本発明は、ポリエステルまたはコポリエステル高分子樹脂を含む剛性層と、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有するポリブチレンテレフタレートグリコール共重合体を含む軟性層とが規則的または不規則に多層に積層された、太陽電池用多層耐候性フィルムを提供することを目的とする。
本発明による太陽電池用多層耐候性フィルムは、時間経過による長さの変化が少なく、耐候性に優れ、強度と可視透過率が高く、紫外線に対する安定度が高い。
以下、ポリエステルまたはコポリエステル高分子樹脂を有する剛性層と、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）を含有したポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）グリコール共重合体を有する軟性層とが、規則的または不規則に多層に積層された本発明の太陽電池用耐候性フィルムについて詳細に説明する。
本発明による太陽電池用耐候性フィルムにおいて、前記剛性層はポリエステルまたはコポリエステルの高分子樹脂を含む。前記高分子樹脂は、ポリアルキレンテレフタレート樹脂で構成されており、ポリアルキレンのアルキレンは、炭素数１〜６を有し、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、及び共重合されたＰＥＴから選択された１種または２種以上である。また、前記高分子樹脂は、結晶化度が７５％以上、より好ましくは８０〜９５％である。前記高分子樹脂の結晶化度が７５％未満の場合は、強度が劣化するので、前記範囲内に結晶度が維持されることが望ましい。
前記軟性層のＰＢＴグリコール共重合体は、ＰＴＭＥＧを前記ＰＢＴグリコール共重合体の全重量に対して９０重量％以下、より好ましくは１０〜７０重量％含有している。前記ＰＴＭＥＧの量が前記ＰＢＴグリコール共重合体の全重量に対して９０重量％を超えると、耐熱性が乏しくなる。対照的に、ＰＴＭＥＧの量が１０重量％未満の場合は耐久性に問題が生じる。
また、前記軟性層は、ＰＴＭＥＧを含有したＰＢＴグリコール共重合体に加えて、エステル基を含むあらゆるポリマーを用いることができる。特に、軟性層は、ＰＴＭＥＧを含有したＰＢＴグリコールだけでなく、ポリアルキレンエステル、ポリウレタン及びポリアセテートから選択された１種または２種以上を含むことができる。
前記軟性層では、前記ポリアルキレンのアルキレンは、炭素数が１〜１０であり、より好ましくは炭素数が２〜４である。前記ポリアルキレンの一例としては、１，４−シクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）を含むポリエチレンがある。
本発明による太陽電池用耐候性フィルムにおいて、前記剛性層と軟性層は０．１〜１００：１の重量比であり、（押出量比、ｋｇ／ｈｒ）、より好ましくは１〜３０：１の重量比である。前記剛性層と軟性層の重量比が０．１：１未満の場合は、強度を維持しにくい。対照的に、重量比が１００：１を超えると、耐候性に問題が生じる。そのため、重量比を前記範囲内におくことが望ましい。
本発明による太陽電池用耐候性フィルムは、当該分野で一般に用いられる押出法で製造される。具体的には、各層を形成する物質をフィードブロック（ｆｅｅｄ ｂｌｏｃｋ）を通して交互に積層した後、共押出ダイを通過させてシートを押し出す。剛性層と軟性層は重量比が１〜３０：１となるように、押出機の量を適切に調節する。押出されたシートは、キャスティングロールを用いて急冷され、それによって固化したシートが得られる。シートの均一な厚さ及び表面改善のために、静電印加を行ってキャスティングロールに密着させる。この時、静電印加は４〜６ｋｖの条件で行なわれるが、当該分野で一般に行われる範囲であって、特に限定されない。その後、前記シートを縦方向及び横方向に順次２軸延伸する。
延伸率は縦方向及び横方向が両方とも１．２〜５倍である。前記延伸率が１．２倍未満の場合は、強度の低下及び厚さが不均一になる。対照的に、延伸率が５倍を超えると、フィルムが切れたり収縮率が著しく増大するので、延伸率は前記範囲内にあることが望ましい。
上述したように、剛性層と軟性層が規則的または不規則に多層に積層された本発明の太陽電池用耐候性フィルムは、５０μｍのときに可視透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上であり、ヘイズ（Ｈａｚｅ）は７％以下、好ましくは５％以下である。さらに、本発明の太陽電池用耐候性フィルムの厚さは５〜７００μｍ、好ましくは５０〜４００μｍである。前記フィルムの厚さが５μｍ未満の場合は、耐候性が非常に低くなり、電気絶縁性が乏しくなる。対照的に、フィルムの厚さが７００μｍを超えると、耐候性は増大するが、価格、重さ、後加工に関して問題が生じるため、フィルムの厚さは前記の範囲内にあることが望ましい。
以下、本発明を実施例を参照してより詳しく説明するが、本発明の権利範囲は下記実施例により限定されない。
太陽電池用耐候性フィルムの製造
＜実施例１＞
結晶化度７５％を有するＰＥＴ樹脂（ＳＫＣ製、韓国）を１２０℃で２時間以上、次いで１８０℃で約３時間以上真空乾燥し、２８０℃で溶融した後、押出機を用いてフィードブロック（ｆｅｅｄ ｂｌｏｃｋ）に投入した。ＰＴＭＥＧ（一般的なグレード）を６０％含有したＰＢＴグリコール共重合体を２４０℃で溶融した後、真空ベント押出機を用いてフィードブロックに投入した。
前記ＰＥＴ樹脂の層と前記ＰＢＴグリコール共重合体の層の重量比が２０：１になるように、約２８０℃の温度でフィードブロック共押出法により押出して、１５層のシートを製造した。その後、４５℃に維持した冷却ロール上で５ｋｖの静電印加条件でシートを処理した。
このように得られたシートを、先ず、９０℃で縦方向に約３．５倍延伸した後、フィルム表面の滑り性を高めるためにコーティングを施し、その後、約１１０℃で横方向に約３．８倍延伸して、厚さ５０μｍを有する耐候性フィルムを得た。
＜実施例２＞
前記剛性層と前記軟性層の重量比を１：１の比率で押出を行ったこと以外は前記実施例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜実施例３＞
前記剛性層と前記軟性層の重量比を５：１の比率で押出を行ったこと以外は前記実施例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例１＞
前記軟性層のＰＢＴグリコール共重合体の代わりに、ＣＨＤＭ基を１０〜７０％以上含有したＰＥＴグリコールを用いて剛性層と軟性層の重量比が２０：１になるように押出を行ったこと以外は前記実施例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例２＞
剛性層と軟性層の重量比が１：１になるように押出を行ったこと以外は前記比較例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例３＞
剛性層と軟性層の重量比が５：１になるように押出を行ったこと以外は前記比較例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例４＞
前記ＰＥＴ樹脂の代わりに、ポリエチレンナフタレートを用いて、剛性層と軟性層の重量比が２０：１になるように押出を行ったこと以外は前記比較例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例５＞
前記ＰＥＴ樹脂の代わりに、ポリメチルメタクリレートを用いて、剛性層と軟性層の重量比が２０：１になるように押出を行ったこと以外は前記比較例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例６＞
前記ＰＥＴ樹脂の代わりに、結晶化度７０％の共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いて、剛性層と軟性層の重量比が２０：１になるように押出を行ったこと以外は前記比較例１と同じ方法で、厚さ５０μｍを有する耐光性フィルムを製造した。
＜比較例７＞
結晶化度７５％のＰＥＴ樹脂（ＳＫＣ製）を１２０℃で約２時間以上、次いで１８０℃で約３時間以上真空乾燥し、２８０℃で溶融した後、押出機を用いてシートを製造した。
このシートを４５℃に維持した冷却ロール上で５ｋｖの静電を印加して処理した。
このように製造したシートを、先ず、１００℃で縦方向に約３．５倍延伸した後、フィルム表面の滑り性を高めるためにコーティングを施し、約１１０℃で横方向に約３．８倍延伸して、厚さ５０μｍの単層フィルムを得た。
＜比較例８〜１１＞
比較例８ではポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂を用い、比較例９ではポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂を用い、比較例１０ではＰＴＭＥＧ（一般的なグレード）を６０％含有したＰＢＴグリコール共重合体樹脂を用い、比較例１１では結晶化度７０％のＰＥＴグリコール共重合体樹脂をそれぞれ用いた事以外は、通常の押出方法を行い、比較例７と同じ方法で厚さ５０μｍを有する単層のフィルムを製造した。結果を下記表１に示す。
Figure 2012505542
＜実験例＞
＜物性測定＞
前記実施例１〜３及び比較例１〜１１により製造した太陽電池用耐候性フィルムの物性を以下の方法で測定し、その結果を下記表２に示した。
＜伸長変化率＞
１２０℃、２ａｔｍ雰囲気下でフィルムを５０時間エージングし、ＡＳＴＭ Ｄ８８２を用いてフィルムの破断伸長を測定した。この場合、エージングのないフィルムの破断伸長を１００％とする。
＜強度変化率＞
１２０℃、２ａｔｍ雰囲気下でフィルムを５０時間エージングし、ＡＳＴＭ Ｄ８８２を用いてフィルムの破断伸長を測定した。この場合、エージングのないフィルムの破断伸長を１００％とする。
＜可視透過率＞
フィルムを幅２１．０ｃｍ、長さ２９．７ｃｍサイズに切断した後、フィルムの表面についた異物を除去し、光透過率測定機に入れて透過率を測定した。この場合、単位は％で表記される（ＡＳＴＭ Ｄ１００３ ＭＯＤＥ）。
ヘイズ（Ｈａｚｅ）
フィルムを幅２１．０ｃｍ、長さ２９．７ｃｍサイズに切断した後、フィルムの表面についた異質物を除去し、ヘイズ測定機に入れて測定した。この場合単位は％で表記される（ＡＳＴＭ Ｄ１００３ ＭＯＤＥ）。
Figure 2012505542
実施例及び比較例により製造した太陽電池用耐候性フィルムの物性を示す表２からわかるように、従来太陽電池用のフィルムとして使用されてきた単層または多層形状の比較例７〜１１のフィルムと比較して、多層形状を有する本発明の実施例１〜３のフィルムは、伸長変化率（＝伸長維持率）及び強度変化率（＝強度維持率）に優れているのが分かり、結果として耐候性も良好である。また、比較例４、８、１０は実施例１〜３に比して同等またはそれ以上に優れた伸長変化率を示しているが、比較例４、８、１０で太陽電池用耐候性フィルムを製作する場合、実施例１〜３でフィルムを製造した場合よりも、少なくとも５倍以上の費用がかかると予想されるので、商業的な利益からは否定される。
比較例１〜３のフィルムは、低いヘイズを有するが、伸長変化率の低下が確認できる。比較例４のフィルムは強度変化率と伸長変化率が９０％以上で、良好な水準を示すが、コストと工程上の問題がある。比較例５、６のフィルムは、相当減少した伸長変化率と強度変化率を有している。
比較例７、９、１１のフィルムは、工程上の問題はなかったが、著しく低下した伸長変化率、強度変化率を有している。比較例８、１０のフィルムは、上述したように、コストの問題と工程上の安定性について実施例１〜３のフィルムに比べて劣る。
したがって、本発明によるフィルムは、耐候性と耐熱性に優れているので、太陽電池用フィルムとして商用利用に好適である。

Claims (8)

  1. ポリエステルまたはコポリエステル高分子樹脂を含む剛性層と、
    ポリテトラメチレンエーテルグリコールを含有したポリブチレンテレフタレートグリコール共重合体を含む軟性層とが
    多層形状に積層されたことを特徴とする太陽電池用耐候性フィルム。
  2. 前記高分子樹脂は、結晶化度が７５〜９５％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  3. 前記軟性層のポリブチレンテレフタレートグリコール共重合体は、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを１０〜６０％含有することを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  4. 前記剛性層と前記軟性層が０．１〜１００：１の重量比（押出量比、ｋｇ／ｈｒ）を有することを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  5. 前記フィルムは、押出後、縦方向及び横方向に１．５〜５．０倍の範囲で延伸することを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  6. 前記フィルムの厚さが５〜７００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  7. 耐加水分解性テストで、伸長変化率が２０〜９０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
  8. 前記フィルムの可視透過率が８０〜９５％、ヘイズが０．１〜５％であることを特徴とする請求項１に記載の耐候性フィルム。
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