JP2003037281A - 被覆材及び光起電力素子 - Google Patents

被覆材及び光起電力素子

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JP2003037281A JP2002133446A JP2002133446A JP2003037281A JP 2003037281 A JP2003037281 A JP 2003037281A JP 2002133446 A JP2002133446 A JP 2002133446A JP 2002133446 A JP2002133446 A JP 2002133446A JP 2003037281 A JP2003037281 A JP 2003037281A
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秀則 塩塚
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一郎 片岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光起電力素子上に入射した光を有効に利用す
ることにより変換効率を向上させ、且つ耐候性の優れた
被覆材を提供する。 【解決手段】 光起電力素子受光面側を樹脂被覆する被
覆材において、前記樹脂が、少なくとも第一の高分子材
料と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）とが結
合することにより形成される第二の高分子材料とを含有
するポリマーブレンド体であり、前記ポリマー成分
（Ａ）は、前記第一の高分子材料と比較的相溶性が高い
官能基を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）は、該ポリマー
成分（Ａ）が有する前記官能基より前記第一の高分子材
料との相溶性が低い官能基を含み、前記ポリマー成分
（Ｂ）が凝集体を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は被覆材、及び光起電
力素子に関り、特に入射光側が樹脂被覆された光起電力
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光起電力素子の変換効率（電気出力）を
上げるための手段のひとつとして、テクスチャーと呼ば
れる物理的な凹凸のある基板上に光起電力素子を形成す
る技術がある。
【０００３】例えば、平板ガラス上に不均一にＩＴＯ膜
やＳｎＯ2膜を形成して、その表面を凹凸化させる方法
（特公昭５７−３１３１２号公報）、基板のサンドブラ
スチングやスパッタによる粗面の形成（特公昭５８−１
７６１０１号公報）、プラズマＣＶＤなどによって形成
された金属薄膜表面がテクスチャー構造を有する光起電
力素子基板（特公平０１−３１９４６号公報）がある。
これらは、いずれも物理的な凹凸により、入射光を光起
電力素子構成部内で乱反射させることによって起電力を
発生するための光電変換層中を通る光の総光量を増加さ
せる、いわゆる、“光閉じ込め効果”としての技術であ
る。しかしながら、物理的な凹凸を有するテクスチャー
構造の場合、特に凸部では光電変換層の欠陥が生じた
り、光電変換層の膜厚にばらつきが生じたりすることに
より、生産性の低下や素子間の特性のばらつきを招くと
いう問題点があった。また、光電変換層と電極間におけ
る接合破壊や電流のリーク、オーミックロスなどが生
じ、変換効率の低下を引き起こす事があった。更に、こ
れらの技術は設備投資に莫大な費用を要するという問題
点があった。
【０００４】また、光起電力素子の受光面側に微粒子を
含有した光拡散樹脂層を設けることで上記技術と同様に
入射光を効率的に光電変換層に到達させる方法が検討さ
れている。
【０００５】具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹
脂、シリコーン樹脂、ＥＶＡ、ＰＶＡ、ＰＶＢから選択
される１種類以上の樹脂混合物に、屈折率が０．０１以
上異なる充填材を加えた樹脂組成物を光起電力素子表面
に設ける方法（特公平５−５４２２７号公報）、透明樹
脂成分に非相溶性の樹脂を分散した透明樹脂を光起電力
素子上に設ける方法（特開平０９−８３４１号公報）、
バインダー樹脂と前記バインダー樹脂と少なくとも同材
料からなる微粒子を含む１種類以上の微粒子を含む混合
溶液を光起電力素子上に塗布し、光起電力素子表面に凹
凸を形成する方法（特開平１０−３２６９０３号公
報）、微粒子を有する感光性樹脂により拡散層を形成す
る方法（特開平１１−１３５８１７号公報）が開示され
ている。
【０００６】これらの技術は、光閉じ込め効果による変
換効率向上が期待できるとともに、前記基板処理法や成
膜方法を変更するのに比べ設備投資が少なく、光電変換
層と電極間での接合破壊やリーク電流など光起電力素子
の電気特性を大きく損なう危険性をも回避することがで
きる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微粒子
または充填材を混合した樹脂で光拡散層を形成するた
め、屋外等の過酷な環境下での長期使用では樹脂と不溶
性樹脂や微粒子等の添加物の界面で剥離が発生し、光拡
散層に微細な空気層が無数に生じる。その結果、光拡散
層自体の光透過率が低下する為に光電変換層への到達光
が減少し、光起電力素子の変換効率の低下を招く。さら
に、そのような剥離部から水分が侵入し、光起電力素子
の電気特性を低下させる。前記の構成では、光起電力素
子、とりわけ太陽電池用途のような屋外環境下での使用
を考えた場合、耐久性を有しているとは言い難い。
【０００８】本発明は、前記課題を解決し、長期間の屋
外暴露においても光閉じ込め効果を持続できるとともに
安定である光拡散層を提供するとともに、変換効率の優
れた光起電力素子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、光起電力素子受光面側を樹脂被覆する被覆材
において、前記樹脂が、少なくとも第一の高分子材料
と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）とが結合
することにより形成される第二の高分子材料とを含有す
るポリマーブレンド体であり、前記ポリマー成分（Ａ）
は、前記第一の高分子材料と比較的相溶性が高い官能基
を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）は、該ポリマー成分
（Ａ）が有する前記官能基より前記第一の高分子材料と
の相溶性が低い官能基を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）
が凝集体を形成していることを特徴とする被覆材、及び
受光面側の少なくとも一部を樹脂被覆された光起電力素
子において、前記樹脂が、少なくとも第一の高分子材料
と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）とが結合
することにより形成される第二の高分子材料とを含有す
るポリマーブレンド体であり、前記ポリマー成分（Ａ）
は、前記第一の高分子材料と比較的相溶性が高い官能基
を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）は、該ポリマー成分
（Ａ）が有する前記官能基より前記第一の高分子材料と
の相溶性が低い官能基を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）
が凝集体を形成していることを特徴とする光起電力素子
を提供することにある。
【００１０】本発明の被覆材及び光起電力素子において
は、前記樹脂が、前記第一の高分子材料と前記第二の高
分子材料が架橋構造を形成したポリマーブレンド体であ
ることが好ましい。
【００１１】また、前記第一の高分子材料と前記ポリマ
ー成分（Ａ）が、ビニル基を含有する単量体からなる高
分子体であることが好ましい。
【００１２】また、前記第二の高分子材料が水酸基を含
有することが好ましく、前記ポリマー成分（Ａ）および
前記ポリマー成分（Ｂ）がともに水酸基を含有すること
がより好ましい。
【００１３】また、前記ポリマー成分（Ｂ）がポリシロ
キサン基を含有する重合体であることが好ましい。
【００１４】また、前記第二の高分子材料に含有される
前記ポリマー成分（Ａ）が１０乃至９０重量部であるこ
とが好ましい。
【００１５】また、前記ポリマー成分（Ｂ）を構成する
単量体がシロキサン基とビニル基とを含有し、シロキサ
ン基／ビニル基の数比率が１乃至１０００であることが
好ましい。
【００１６】さらに、前記ポリマー成分（Ｂ）の屈折率
が前記ポリマーブレンド体を構成する他のポリマー成分
と異なることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な被覆材及び
光起電力素子の実施形態を詳細に説明するが、本発明は
本実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１８】図１は、本発明の光起電力素子の１例を示
す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は、図１
（ａ）の１Ｂ−１Ｂ断面図である。図１において、１０
０は光起電力素子、１０１は導電性基体、１０２は裏面
反射層、１０３は半導体光活性層、１０４は透明導電
層、１０４ａは透明導電層除去部、１０５は集電電極、
１０６は本発明の被覆材よりなる光拡散層である。
【００１９】（光起電力素子１００）本発明の光起電力
素子１００には、一般的な光起電力素子を適宜用いるこ
とができる。光起電力素子１００の受光面側の少なくと
も一部を、後述する樹脂により被覆することにより、本
発明の光起電力素子を作成することができる。
【００２０】その中でも、ａ−Ｓｉ系光起電力素子は製
造コストにおいて他の結晶系、化合物半導体系光起電力
素子より有利であり、機械的にも可とう性を有し、加工
しやすく様々な光起電力素子形態への応用ができるため
好ましい。
【００２１】（導電性基体１０１）導電性基体１０１は
光起電力素子の基体になると同時に、下部電極の役割も
果たす。材料としては、シリコン、タンタル、モリブデ
ン、タングステン、ステンレス、アルミニウム、銅、チ
タン、カーボンシート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成し
てある樹脂フィルムやセラミックスガラスなどがある。
【００２２】（裏面反射層１０２）前記導電性基体１０
１上には裏面反射層１０２として、金属層、あるいは金
属酸化物層、あるいは金属層と金属酸化物層を複数積層
して形成しても良い。金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕなどが用いら
れ、金属酸化物層には、例えば、ＺｎＯ，ＴｉＯ2，Ｓ
ｎＯ2，ＩＴＯなどが用いられる。前記金属層及び金属
酸化物層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビ
ーム蒸着法、スパッタリング法などがある。
【００２３】（半導体光活性層１０３）半導体光活性層
１０３としてはｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ショットキー接
合などの半導体接合を有する構造を持つことが必要であ
る。また、シングルセルだけでなくｐｉｎ接合またはｐ
ｎ接合を複数重ねたタンデムセル、トリプルセルも好適
に用いられる。前記タンデムセル構成の具体例としては
例えばａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎのトップセルとボ
トムセルとを積層した構成、ａ−Ｓｉのｉ層を有するｐ
ｉｎのトップセルとａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎ
のボトムセルを積層した構成が挙げられる。また、トッ
プセルをａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎ構造のものと
し、ボトムセルを薄膜多結晶のｐｎ構造のものにしても
よい。前記トリプルセル構成の具体例としては、ａ−Ｓ
ｉのｉ層を有するｐｉｎ構造のトップセルとミドルセ
ル、そしてａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎ構造のボ
トムセルを積層した構成、ａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉ
ｎ構造のトップセル、ａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉ
ｎ構造のミドルセル、そしてａ−ＳｉＧｅのｉ層を有す
るｐｉｎ構造のボトムセルを積層した構成が挙げられ
る。
【００２４】前記半導体光活性層１０３の形成方法とし
てはシランガスなどを原料とするプラズマＣＶＤ法、真
空蒸着法、スパッタ法、熱分解法などがある。
【００２５】（透明導電層１０４）透明導電層１０４は
光起電力素子の上部電極の役目を果たしている。用いる
材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ2
−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｃｄ2ＳｎＯ2
等を高濃度不純物ドープした結晶性半導体層などがあ
る。形成方法としては抵抗加熱蒸着、スパッタ法、スプ
レー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などがある。
【００２６】（集電電極１０５）透明導電層１０４の上
には電流を効率よく集電するために、格子形状の集電電
極（グリッド電極）１０５を設けてもよい。集電電極１
０５の具体的な材料としては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎやそれらの合
金、あるいは銀ペーストをはじめとする導電性ペースト
などが挙げられる。
【００２７】集電電極１０５の形成方法としては、マス
クパターンを用いたスパッタリング法、抵抗加熱法、Ｃ
ＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着した後で不必要な部分を
エッチングで取り除きパターニングする方法、光ＣＶＤ
により直接グリッド電極パターンを形成する方法、グリ
ッド電極パターンのネガパターンのマスクを形成した後
にメッキする方法、導電性ペーストを印刷する方法や導
電性ペーストでコーティングした金属ワイヤーをはりつ
ける方法などがある。導電性ペーストは、通常微粉末状
の銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどをバインダーポ
リマーに分散させたものが用いられる。バインダーポリ
マーとしては、例えば、ポリエステル、エポキシ、アク
リル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタ
ン、フェノールなどの樹脂が挙げられる。
【００２８】（光拡散層１０６）次に本発明に用いられ
る光拡散層１０６について以下に詳しく説明する。
【００２９】光拡散層１０６は、光起電力素子受光面側
の透明導電層１０４上に設けられる。
【００３０】光拡散層１０６は、少なくとも第一の高分
子材料と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）と
が結合することにより形成される第二の高分子材料とを
含有するポリマーブレンド体であり、前記ポリマー成分
（Ａ）は、前記第一の高分子材料と比較的相溶性が高い
官能基を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）は、該ポリマー
成分（Ａ）が有する前記官能基より前記第一の高分子材
料との相溶性が低い官能基を含み、前記ポリマー成分
（Ｂ）が凝集体を形成しているポリマーブレンド体から
構成される。
【００３１】このようなポリマーブレンド体からなる光
拡散層１０６は、微視的には第一の高分子材料と第一の
高分子材料と相溶性が高いポリマー成分が分散した部分
と第一の高分子材料と相溶性の低い部分とに相分離して
おり、そのような部分では互いに屈折率が異なる。この
ような光拡散層１０６においては、入射する場所により
屈折率が異なるため、一方向から入射してきた光は他方
向に散乱される。入射光は散乱を繰り返し、半導体光活
性層１０３に到達する。すなわち、光拡散層１０６は光
閉じ込め効果を有する。例えば、光起電力素子受光面側
にある非発電領域上に入射してきた光は、通常直進する
ため、発電に寄与できない。しかしながら、非発電領域
にこのような光拡散層１０６を設けることにより、非発
電領域に入射した光が散乱され、半導体光活性層１０３
に入射することができ、半導体光活性層１０３への入射
総光量を増加させ、変換効率を向上させることができ
る。
【００３２】第一の高分子材料としては、高透明性を有
するのはもちろんのこと、透明導電層１０４上に設けら
れた集電電極１０５等の凹凸を被覆できることが望まし
い。また、ビニル基を含有する単量体からなる高分子体
であることが好ましい。具体的な材料としては、ＥＶ
Ａ、ＥＭＡＡなどのエチレン−不飽和脂肪酸（エステ
ル）共重合体やアクリル樹脂、シリコン変性アクリル樹
脂、アクリルシリコン樹脂等が挙げられる。中でも、可
撓性のあるＥＶＡ、アクリル樹脂がより好ましい。
【００３３】次に、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分
（Ｂ）からなる第二の高分子材料について説明する。
【００３４】ポリマー成分（Ａ）は、前記第一の高分子
材料と相溶性の高い少なくとも一種類以上の官能基を含
む重合体である。このようなポリマー成分（Ａ）をポリ
マー成分（Ｂ）と結合することで、ポリマー成分（Ｂ）
が第一の高分子材料中で高次に凝集することを防ぎ、第
一の高分子材料に対しての分散性を向上させ、均一に分
散できる。加えて、ポリマー成分（Ａ）が第一の高分子
材料へのアンカーとして機能することで、ポリマー成分
（Ｂ）のブリーチングを防止し、耐候性を向上すること
が期待できる。
【００３５】具体的には、ビニル基を含有する単量体か
らなる高分子体が好ましく、ビニル基を含有する単量体
は、アクリル酸；アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピ
ル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、ア
クリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ヘキシル、
アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸２−エチルヘキ
シル、アクリル酸オクチルなどのアクリル酸エステルや
メタアクリル酸；メタアクリル酸メチル、メタアクリル
酸エチル、メタアクリル酸ｎ−プロピル、メタアクリル
酸イソプロピル、メタアクリル酸ｎ−ブチル、メタアク
リル酸イソブチル、メタアクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、
メタアクリル酸ｎ−ヘキシル、メタアクリル酸２−エチ
ルヘキシル、メタアクリル酸オクチルなどのメタアクリ
ル酸エステルや酢酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステ
ル、水酸基含有ビニル型単量体等から好適なものが選択
される。
【００３６】第二の高分子材料に含有されるポリマー成
分（Ａ）は１０乃至９０重量部であることが好ましい。
【００３７】ポリマー成分（Ｂ）は、ポリマー成分
（Ａ）が有する第一の高分子材料と相溶性の高い官能基
より第一の高分子材料との相溶性が低い少なくとも一種
類以上の官能基を含む重合体である。ポリマー成分
（Ｂ）は、ポリマー成分（Ａ）よりも第一の高分子材料
に対して相溶性が低くなければならない。相溶性が低い
官能基を有することで第一の高分子材料とポリマー成分
（Ｂ）で相分離を引き起こして一部凝集体を形成し、部
分的に屈折率が異なる海島構造を呈する。このように構
成された樹脂内に入射した光は、屈折率の異なる部分で
散乱し、散乱を繰り返し、結果前記光閉じ込め効果を発
揮することができる。このようなポリマー成分（Ｂ）と
しては、第一の高分子材料との相溶性がポリマー成分
（Ａ）より低い重合体から適宜選択することができる
が、光起電力素子、とりわけ太陽電池用途を考えた場
合、耐候性をはじめとする耐久性が高いものがより好ま
しい。
【００３８】具体的には、ポリマー成分（Ｂ）として、
シロキサン結合の繰り返し構造を有するポリシロキサン
重合体、含フッ素重合体を含む重合体が挙げられる。こ
れらの重合体は、その分子末端にはポリマー成分（Ａ）
と重合できる重合性官能基を少なくとも一つ以上有す
る。このようなポリシロキサン重合体、含フッ素重合体
は、既知のシロキサンやポリシロキサンを含む単量体、
その誘導体から重合されるもので、適宜選択して用いら
れる。
【００３９】また、これらの重合体をさらに高分子化し
やすいようにその末端にビニル基が含まれても構わな
い。ポリマー成分（Ｂ）を構成するシロキサン基を含有
する単量体が含有するシロキサン基／ビニル基の数比率
が、１乃至１０００であることが望ましい。１０００を
越えると第一の高分子材料と相分離する可能性があり、
これが耐久性を低下させる原因となる。
【００４０】目的である光閉じ込め効果を有するために
は、ポリマー成分（Ｂ）の数平均分子量は２５０以上５
００００以下であることが望ましい。より望ましくは、
５００以上２００００以下である。数平均分子量が２５
０未満では光散乱が不十分となり、所望の光閉じ込め効
果が得られないおそれがある。一方、数平均分子量が５
００００を越えると第一の高分子材料との相分離が顕著
になり、耐久性が低下する恐れがある。
【００４１】第二の高分子材料は、第一の高分子材料に
対して０．１重量部乃至１０重量部混合することが望ま
しい。０．１重量部より少ない場合、所望の光閉じ込め
効果得られないおそれがある。１０重量部より大きい場
合、光散乱が著しくなり光透過率が低下してしまうこと
が懸念される。
【００４２】さらに、第一の高分子材料と第二の高分子
材料を架橋し、網目構造を形成することにより更に耐候
性を始めとした耐久性を向上させることが可能である。
中でも、耐候性を考える上では、イソシアネートによる
架橋がより好ましい。第一の高分子材料、第二の高分子
材料の少なくともどちらか一方、好ましくは第二の高分
子材料、さらに好ましくはポリマー成分（Ａ）およびポ
リマー成分（Ｂ）がともに水酸基を有する場合、イソシ
アネート化合物による架橋が可能となり、より耐候性を
向上することができる。第二の高分子材料の水酸基価と
しては、５乃至９０ｍｇ／ＫＯＨｍｇであることが望ま
しい。より望ましくは、２０乃至７５ｍｇ／ＫＯＨｍｇ
である。水酸基価が５ｍｇ／ＫＯＨｍｇより小さい場
合、架橋による耐候性向上の効果が小さい。９０ｍｇ／
ＫＯＨｍｇより大きい場合、架橋過多になり塗膜が堅く
なり、屋外の温度変化に弱くなる。
【００４３】このような架橋反応を行うイソシアネート
化合物としては、２，４−トリレンジイソシアネート、
イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、キシリレン
ジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアナトメチ
ル）シクロヘキサン（Ｈ6ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジ
イソシアネート（ＨＤＩ）等の単量体を重合した化合物
が挙げられる。この中でも、高透明が求められる用途で
は無黄変型であるＨ6ＸＤＩ、ＨＤＩが好ましい。上記
イソシアネートモノマーは、一般にはイソシアネートプ
レポリマーとして用いられており、テトラメチレンプロ
パノール（ＴＭＰ）のアダクト系、ビュウレット系、イ
ソシアヌレート系、アルファネイト系に大別される。耐
侯性、耐熱性が求められる用途ではＴＭＰアダクト系、
イソシアヌレート系を用いることが好ましい。イソシア
ネート基の樹脂中の混合比はＮＣＯ／ＯＨ（モル比）で
０．５〜５．０が好ましく、さらに０．５〜２．０がよ
り好ましい。
【００４４】また、光拡散層１０６は光起電力素子の表
面に設けられることから高い耐候性が要求され、紫外線
吸収剤（ＵＶＡ）を添加することにより光劣化を抑え耐
候性を向上させることが望ましい。ＵＶＡとしては、従
来公知のＵＶＡから適宜選択して使用することができる
が、本発明の光起電力素子に用いるＵＶＡとしては本発
明者の種々の検討結果より１つ以上の紫外線吸収基と結
合した１，３，５−トリアジン環を有する化合物である
ことが好ましい。添加量の使用量は適宜決定できるが、
樹脂１００重量部に対して０．０１〜５．０重量部程度
であり、より好ましくは０．１〜０．５重量部ある。
【００４５】前記ＵＶＡを前記添加量内で配合した光拡
散層１０６の光透過率は、光劣化抑制するために３７０
ｎｍより小さい波長光をほぼ完全に遮光することが望ま
しい。また、樹脂の光劣化に大きく寄与しない３７０ｎ
ｍ以上の光を透過し、光起電力素子に到達する光量減少
を抑えるために４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光
波長領域において８０％以上であることが望ましく、９
０％以上とすることがより望ましい。
【００４６】前記ＵＶＡとともに耐候性を付与する方法
としてはヒンダードアミン系光安定化剤を使用できるこ
とが知られている。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫
外線吸収剤のようには紫外線を吸収しないが、ＵＶＡを
併用することによって著しい相乗効果を示す。添加量は
樹脂１００重量部に対して０．１〜０．３重量部程度が
一般的である。もちろんヒンダードアミン系以外にも光
安定化剤として機能するものはあるが、着色している場
合が多く本発明には望ましくない。
【００４７】さらに、光拡散層１０６の高温下での安定
性をさらに向上させるために熱酸化防止剤を添加しても
よい。添加量は樹脂１００重量部に対して０．１〜１．
０重量部が適正である。従来公知である酸化防止剤の化
学構造としてはモノフェノール系、ビスフェノール系、
高分子型フェノール系、硫黄系、燐酸系が好適に用いら
れる。
【００４８】前記光安定化剤および前記熱酸化防止剤に
おいてもＵＶＡと同様に光起電力素子、特に太陽電池モ
ジュールとしての使用環境を考慮して低揮発性物質を用
いることが好ましい。これらの添加剤は相乗効果を考慮
し、適宜選択し併用して用いることが望ましい。
【００４９】（中間層）光拡散層１０６と透明導電層１
０４の間に、中間層を配置しても良い。中間層を配置す
ることにより、透明導電層１０４と光拡散層１０６との
密着性をより向上することができる。中間層の材料とし
ては、光拡散層１０６との密着性を考慮して、（光拡散
層１０６）で記述した第一の高分子材料から選択するこ
とが望ましい。更には、光拡散層１０６で用いられる第
一の高分子材料と同じであることがより望ましい。
【００５０】前記の手法で作製した光起電力素子は、所
望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接続され
る。また、絶縁化した基板上に光起電力素子を集積化し
て所望の電圧あるいは電流を得ることもできる。
【００５１】以上説明した構成の本発明の光起電力素子
では、以下の効果が期待できる。
【００５２】（１）初期特性の優れた光起電力素子 光起電力素子受光面側に前述した光拡散層を設けること
により、光拡散層の透明性を低下させることなく、非発
電領域に入射した光を散乱させ、半導体光活性層に入射
させる総光量を増加させる事ができ、変換効率を向上さ
せることができる。
【００５３】（２）耐候性の優れた光起電力素子 第一の高分子材料と第二の高分子材料で架橋構造を形成
することによって、本発明の光拡散層に耐候性を付与す
ることができる。さらに、前記第二の高分子材料に水酸
基を導入することで、イソシアネート化合物による架橋
が可能になり、透明性を損なうことなく耐候性を付与で
きる。
【００５４】（３）透光性に優れた光起電力素子 ポリマー成分（Ｂ）がポリシロキサン基を含む重合体と
することにより、初期透光性が優れ、さらに透光性の長
期保持が可能となる。
【００５５】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。
【００５６】（実施例１） ＜光起電力素子の作製＞アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）光起電力素子を以下のようにして製作した。
【００５７】すなわち、洗浄したステンレス基板上に、
スパッタ法で裏面反射層としてＡｌ層（膜厚５００ｎ
ｍ）とＺｎＯ層（膜厚５００ｎｍ）を順次形成した。次
いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4とＰＨ3とＨ2
の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＨ2の混合
ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＢＦ3とＨ2の混
合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚
１５ｎｍ／ｉ層膜厚４００ｎｍ／ｐ層膜厚１０ｎｍ／ｎ
層膜厚１０ｎｍ／ｉ層膜厚８０ｎｍ／ｐ層膜厚１０ｎｍ
の層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ半導体光活性層を形成し
た。透明導電層として、Ｉｎ2Ｏ3薄膜（膜厚７０ｎｍ）
を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することに
よって形成した。この後、光起電力素子の欠陥除去処理
を行った。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳとなる
ように調整した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電
力素子と、素子の透明導電層と対向するように電極板を
浸漬し、素子をアースとして電極板に３．５ボルトの正
電位を２秒間印加することによりシャントしている部分
の透明導電層を選択的に分解した。この処理により、光
起電力素子のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ2乃至
１０ｋΩ・ｃｍ2であったのに対し、処理後５０ｋΩ・
ｃｍ2乃至２００ｋΩ・ｃｍ2に改善された。
【００５８】次に、集電用のグリッド電極を設ける。導
電性ペーストでコーティングした直径１００ミクロンの
銅線を配置した後、これらを加熱圧着して集電電極とし
た。
【００５９】＜光拡散層の形成＞アクリル樹脂からなる
コーティング材（架橋材としてＭＥＫオキシムでブロッ
クしたＨＤＩイソシアヌレートをＮＣＯ／ＯＨ（モル
比）１．５となるように添加。更に、固形分が３５ｗｔ
％となるようキシレン、ＭＩＢＫにて希釈）に、ビニル
基を有する単量体から重合されたポリマー成分とポリシ
ロキサンが結合してなる第二の高分子材料（水酸基価
６０ｍｇ／ＫＯＨ、平均分子量２０，０００）を混合す
る（混合量は、アクリル樹脂固形分１００重量部に対し
て固形分で０．４５重量部）。十分攪拌した後に、前記
コーティング剤を光起電力素子受光面上にスプレー塗布
した後、１８０℃にて１０分間加熱して硬化し、平均膜
厚２０μｍの光拡散層を設けた。
【００６０】以上の工程により、本発明を実施した光起
電力素子を得、以下の項目について評価を行った。評価
結果を表１に示す。
【００６１】（１）初期全光線透過率測定 透明白板（厚み０．９ｍｍ）を基板とし、光拡散層を前
記作製方法と同様な方法で成膜した。次いで、３００ｎ
ｍ乃至１０００ｎｍの波長範囲においての全光線透過率
を測定した。
【００６２】評価基準 ガラスの全光線透過率を１００とした場合、 ◎：１０１以上。 ○：９８以上で１０１より小さい。 ×：９８より小さい。
【００６３】（２）耐侯性試験 試験箱に光起電力素子を投入し、メタルハライドランプ
による１００ｍＷ／ｃｍ2の強度での波長域３００ｎｍ
〜４００ｎｍの紫外線照射と結露を繰り返すデューサイ
クル試験を行い、１００００時間後の外観上の変化をみ
た。
【００６４】評価基準 ○：外観上問題無し。 ×：光起電力素子表面でチョーキングが生じ、白化し
た。
【００６５】（３）温度サイクル試験 環境箱に光起電力素子を投入し、箱内の環境を８５
℃、８５％ＲＨ状態で２２時間、続いて−４０℃状態
で１時間とし、を繰り返し行なう。また、→、
→の移行は各３０分間としで計２４時間にて１サイ
クルとして２０、５０サイクルを行った。
【００６６】評価基準 ○：外観上異常無し。 ×：光起電力素子表面でチョーキングが生じ、白化し
た。
【００６７】（実施例２）実施例１において、架橋材を
メチル化したメラミン、硬化温度１２０℃とした以外
は、実施例１と同様にして光起電力素子を作製し、評価
した。評価結果を表１に示す。
【００６８】（実施例３）実施例１において、第二の高
分子材料の代わりに、ビニル基を有する数種の単量体
から重合されたポリマー成分とフッ素を含むポリマー成
分（フッ素含有率４５％、平均分子量５，０００）が結
合してなる第二の高分子材料（水酸基価３０ｍｇ／Ｋ
ＯＨ）とした以外は、実施例１と同様にして光起電力素
子を作製し、評価した。評価結果を表１に示す。
【００６９】（比較例１）実施例１において、第二の高
分子材料の代わりにポリシロキサン重合体（平均分子
量２５，０００）を１０重量部混合するとした以外は、
実施例１と同様にして光起電力素子を作製し、評価し
た。評価結果を表１に示す。
【００７０】（比較例２）実施例１において、第二の高
分子材料の代わりに酸化珪素微粒子（平均粒径１０ｎ
ｍ）を３０重量部混合するとした以外は、実施例１と同
様にして光起電力素子を作製し、評価した。評価結果を
表１に示す。
【００７１】（比較例３）実施例１において、第二の高
分子材料の代わりに酸化チタン微粒子（平均粒径２５
ｎｍ）を３０重量部とした以外は、実施例１と同様にし
て光起電力素子を作製し、評価した。評価結果を表１に
示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】表１から明らかなように、光起電力素子の
透明導電層上に設けた光拡散層が本発明のポリマーブレ
ンド体よりなる実施例１乃至３の光起電力素子は前記評
価試験においても良好な結果を得られた。とりわけ、実
施例１においては、光閉じ込め効果による変換効率の上
昇と実際の屋外での長期間使用においても安定して機能
することが期待できる。
【００７４】これに対して、アクリル樹脂にポリシロキ
サンのみを混合した比較例１においては、樹脂層での相
分離による光拡散が著しく、塗膜全体が白化し初期透過
率の低下を招いた。さらに、耐候性試験においても、塗
膜中に無数のクラックが生じており、長期信頼性でも実
施例に劣る。
【００７５】また、アクリル樹脂に酸化珪素微粒子を混
合した比較例２では、初期透過率においては実施例２、
３と同様な結果を得たが、耐候性試験において、樹脂表
面から酸化珪素微粒子が脱離するチョーキングが見られ
比較例１と同様に長期信頼性に欠ける。
【００７６】アクリル樹脂に酸化チタン微粒子を混合し
た比較例３においては、酸化チタンの高屈折率特性に起
因する樹脂表面の表面反射が増加し、結果として光透過
率が低下した。耐候性試験においても比較例２と同様の
チョーキングが見られ、実施例に劣る。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
起電力素子受光面側を樹脂被覆する被覆材及び受光面側
の少なくとも一部を樹脂被覆された光起電力素子におい
て、前記樹脂が、少なくとも第一の高分子材料と、ポリ
マー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）とが結合すること
により形成される第二の高分子材料とを含有するポリマ
ーブレンド体であり、前記ポリマー成分（Ａ）は、前記
第一の高分子材料と比較的相溶性が高い官能基を含み、
前記ポリマー成分（Ｂ）は、該ポリマー成分（Ａ）が有
する前記官能基より前記第一の高分子材料との相溶性が
低い官能基を含み、前記ポリマー成分（Ｂ）が凝集体を
形成していることで入射光増加による変換効率の増加が
期待でき、屋外の実使用環境に耐えうる耐候性を得るこ
とができる。また、前記第一の高分子材料と前記第二の
高分子材料が架橋構造を形成することにより、屋外環境
において長期的安定な優れた耐候性を付与することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、実施形態の光起電力素子の斜視
図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ断面図であ
る。
【符号の説明】
１００ 光起電力素子 １０１ 導電性基体 １０２ 裏面反射層 １０３ 半導体光活性層 １０４ 透明導電層 １０４ａ 透明導電層除去部 １０５ 集電電極（グリッド電極） １０６ 光拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｄ 201/06 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｆ (72)発明者 高林 明治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4J038 CB051 CB052 CB061 CB062 CD091 CD092 CF021 CF022 CF031 CF032 CG031 CG032 CG141 CG142 CJ291 CJ292 DG181 DG191 DL031 DL032 DL101 DL102 DL151 DL152 FA241 FA242 GA01 GA03 KA03 MA12 NA03 NA18 PB09 5F051 AA05 BA16 BA18 CA02 CA03 CA04 CA15 DA04 DA17 FA02 FA06 FA13 FA15 FA18 GA02 HA04 HA05

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光起電力素子受光面側を樹脂被覆する被
    覆材において、前記樹脂が、少なくとも第一の高分子材
    料と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成分（Ｂ）とが結
    合することにより形成される第二の高分子材料とを含有
    するポリマーブレンド体であり、 前記ポリマー成分（Ａ）は、前記第一の高分子材料と比
    較的相溶性が高い官能基を含み、前記ポリマー成分
    （Ｂ）は、該ポリマー成分（Ａ）が有する前記官能基よ
    り前記第一の高分子材料との相溶性が低い官能基を含
    み、前記ポリマー成分（Ｂ）が凝集体を形成しているこ
    とを特徴とする被覆材。
  2. 【請求項２】 前記樹脂が、前記第一の高分子材料と前
    記第二の高分子材料が架橋構造を形成したポリマーブレ
    ンド体であることを特徴とする請求項１に記載の被覆
    材。
  3. 【請求項３】 前記第一の高分子材料と前記ポリマー成
    分（Ａ）が、ビニル基を含有する単量体からなる高分子
    体であることを特徴とする請求項１または２に記載の被
    覆材。
  4. 【請求項４】 前記第二の高分子材料が水酸基を含有す
    ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
    被覆材。
  5. 【請求項５】 前記ポリマー成分（Ａ）および前記ポリ
    マー成分（Ｂ）がともに水酸基を含有することを特徴と
    する請求項４に記載の被覆材。
  6. 【請求項６】 前記ポリマー成分（Ｂ）がポリシロキサ
    ン基を含有する重合体であることを特徴とする請求項１
    乃至５のいずれかに記載の被覆材。
  7. 【請求項７】 前記第二の高分子材料に含有される前記
    ポリマー成分（Ａ）が１０乃至９０重量部であることを
    特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の被覆材。
  8. 【請求項８】 前記ポリマー成分（Ｂ）を構成する単量
    体がシロキサン基とビニル基とを含有し、シロキサン基
    ／ビニル基の数比率が１乃至１０００であることを特徴
    とする請求項１乃至７のいずれかに記載の被覆材。
  9. 【請求項９】 前記ポリマー成分（Ｂ）の屈折率が前記
    ポリマーブレンド体を構成する他のポリマー成分と異な
    ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の
    被覆材。
  10. 【請求項１０】 受光面側の少なくとも一部を樹脂被覆
    された光起電力素子において、前記樹脂が、少なくとも
    第一の高分子材料と、ポリマー成分（Ａ）とポリマー成
    分（Ｂ）とが結合することにより形成される第二の高分
    子材料とを含有するポリマーブレンド体であり、 前記ポリマー成分（Ａ）は、前記第一の高分子材料と比
    較的相溶性が高い官能基を含み、前記ポリマー成分
    （Ｂ）は、該ポリマー成分（Ａ）が有する前記官能基よ
    り前記第一の高分子材料との相溶性が低い官能基を含
    み、前記ポリマー成分（Ｂ）が凝集体を形成しているこ
    とを特徴とする光起電力素子。
  11. 【請求項１１】 前記樹脂が、前記第一の高分子材料と
    前記第二の高分子材料が架橋構造を形成したポリマーブ
    レンド体であることを特徴とする請求項１０に記載の光
    起電力素子。
  12. 【請求項１２】 前記第一の高分子材料と前記ポリマー
    成分（Ａ）が、ビニル基を含有する単量体からなる高分
    子体であることを特徴とする請求項１０または１１に記
    載の光起電力素子。
  13. 【請求項１３】 前記第二の高分子材料が水酸基を含有
    することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに
    記載の光起電力素子。
  14. 【請求項１４】 前記ポリマー成分（Ａ）および前記ポ
    リマー成分（Ｂ）がともに水酸基を含有することを特徴
    とする請求項１３に記載の光起電力素子。
  15. 【請求項１５】 前記ポリマー成分（Ｂ）がポリシロキ
    サン基を含有する重合体であることを特徴とする請求項
    １０乃至１４のいずれかに記載の光起電力素子。
  16. 【請求項１６】 前記第二の高分子材料に含有される前
    記ポリマー成分（Ａ）が１０乃至９０重量部であること
    を特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の光
    起電力素子。
  17. 【請求項１７】 前記ポリマー成分（Ｂ）を構成する単
    量体がシロキサン基とビニル基とを含有し、シロキサン
    基／ビニル基の数比率が１乃至１０００であることを特
    徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載の光起電
    力素子。
  18. 【請求項１８】 前記ポリマー成分（Ｂ）の屈折率が前
    記ポリマーブレンド体を構成する他のポリマー成分と異
    なることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれかに
    記載の光起電力素子。
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