JP2007317834A - Film-like solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可撓性で高強度な基板フィルムを用いた、該フィルム上に少なくとも電極層とカルコパイライト構造半導体薄膜を有する積層を形成したフィルム状CIS系膜使用太陽電池に関する。 The present invention relates to a film-like CIS-based solar cell using a flexible and high-strength substrate film in which a laminate having at least an electrode layer and a chalcopyrite structure semiconductor thin film is formed on the film.
従来、太陽電池として、単結晶シリコンインゴットを加工して作製されるもの、多結晶シリコンインゴットを加工して作製されるもの、アモルファスシリコン太陽電池に代表される薄膜太陽電池、厚膜半導体を基材上に印刷積層して作製されるもの、またこれらの組み合わせによる、2層以上の積層型太陽電池などが提案されている。太陽電池の構成としては、基材上に電極層、光電変換層、(透明)電極層を順次形成してなる構成が挙げられる。光電変換層は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換するよう構成された層(積層構造である場合を含む)であり、シリコン系半導体などといった半導体からなるものが広く知られている。薄膜太陽電池や厚膜半導体用の基材としてはステンレス板や可撓性基材が挙げられる。軽量化、フレキシブル化、大量生産の容易化を目的として有機基材を用いて薄膜太陽電池、厚膜太陽電池を形成する試みは古くから行われている。試みられた太陽電池としては、例えば、繊維布帛基材表面に金属箔が貼り合わされ、その金属箔上にひしょうしつシリコン薄膜が形成されてなる太陽電池がある(特許文献1参照)。
薄膜半導体を形成する時にフィルム基材に加わる熱応力を緩和するために、太陽電池の製造時にフィルム基材の他にさらに支持基材を用いる製法が提案される。この製法は、支持基材上に、後にフィルム基材となる耐熱ベース基材を設けること、その後に、耐熱ベース基材の上に、両面に電極層が積層されてなるアモルファスシリコン層を形成すること、その後に、耐熱ベース基材を支持基材から剥離することを含む薄膜太陽電池の製法である(特許文献2参照)。
上記の他、フィルム基材そのものの耐熱性を改善することを目的として、特定の組成、特定の物性を示す耐熱性フィルムを基材に用いて薄膜太陽電池を作製することが提案されている(特許文献3〜6参照)。また、ポリイミドフィルムを基板として、作製することも提案されている(特許文献7参照)。
In addition to the above, for the purpose of improving the heat resistance of the film substrate itself, it has been proposed to produce a thin film solar cell using a heat resistant film having a specific composition and specific physical properties as a substrate ( (See
一方、I族元素とIII族元素とVI族元素とからなる化合物半導体薄膜(カルコパイライト構造半導体薄膜)であるCuInSe2(CIS)膜、又はこれにGaを固溶したCu(In,Ga)Se2(CIGS)膜を用いた太陽電池(以下、両者をまとめてCIS系膜を使用した太陽電池という場合がある、)、これら両者を含めてCu(In1−XGaX)Se2と記述されるが、この系では、17%以上の高いエネルギー変換効率を有していることが知られている。CIS系太陽電池は主にガラスを基板としているが、可撓性基板を用いた太陽電池の報告例もある。
CIS系半導体薄膜をポリイミド上に形成した太陽電池が、1996年米国ワシントンで開催された第25回アイトリプル・イー太陽光発電専門家会議において、ブルネット エム バソール(Bulnet M. Basol et al.)等によって「フレキシブル アンド ライト ウエイト カッパー インジウム ダイセレナイド ソーラー セルズという題で報告されている。
また、ステンレス上にCIS系半導体薄膜を形成した太陽電池は、1999年発刊の刊行誌「プログレスイン フォトボルタイックス:リサーチ アンド アプリケーションズ」第7号311−316頁、“Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 7, 311−316(1999)”に、「プログレス タワード 20% エフィシェンシー イン Cu(In,Ga)Se2 ポリクリスタリン シン−フィルム ソーラー セルズ」という題で報告されている。
A solar cell in which a CIS-based semiconductor thin film is formed on polyimide was introduced at the 25th Itriple Photovoltaic Power Generation Expert Meeting held in Washington, USA in 1996. Brunet M. Basol et al. Have been reported under the title "Flexible and Light Weight Copper Indium Diselenide Solar Cells."
Further, a solar cell in which a CIS-based semiconductor thin film is formed on stainless steel is disclosed in a publication “Progress in Photovoltaics: Research and Applications” No. 7, pages 311-316, “Progress in Photovoltaics: Research and Applications,” published in 1999. 7, 311-316 (1999) "is reported under the title" Progress Word 20% Efficiency in Cu (In, Ga) Se 2 Polycrystalline Thin-Film Solar Cells ".
可撓性基板上に形成されたCIS系太陽電池については従来から報告されているが、その変換効率はガラス基板を用いたものに比べて低い値となっている。特に、ポリイミド基板を用いたCIS系太陽電池の変換効率は約10%であり、ガラス基板を用いたCIS系太陽電池で得られる17%以上の変換効率に比べて大幅に劣っている。この理由は製膜過程での加熱温度が制限されることが大きな原因のひとつとなっている。ステンレスからなる基板を用いる場合は、ガラス基板以上に高温での加熱が可能である。しかし、ステンレスの熱膨張係数とCIS系半導体薄膜の熱膨張係数とが大きく異なるため、CIS系半導体薄膜が基板から剥離しやすいという問題が生じる。SUS304(Fe−18Cr8¥−8Ni)のCTEは17.3ppm/Kであり、CIGS系薄膜の2倍程度大きい。このような剥離を抑制するには、基板の昇温速度、加熱温度及び加熱時間といった製膜条件の最適化が重要となる。従って、可撓性基板を用いて高い変換効率を示すCIS系太陽電池を製造するには、製膜工程や熱処理工程の改善が必要となる場合が多い。
このような状況に鑑み、本発明は、可撓性を有し変換効率が高いCIS系太陽電池を生産効率よく製造し得るポリイミド基板を提供することで可撓性を有し変換効率が高いCIS系太陽電池を提供することを目的とする。
Although the CIS solar cell formed on the flexible substrate has been reported conventionally, the conversion efficiency is lower than that using a glass substrate. In particular, the conversion efficiency of a CIS solar cell using a polyimide substrate is about 10%, which is significantly inferior to the conversion efficiency of 17% or more obtained by a CIS solar cell using a glass substrate. One of the main reasons for this is that the heating temperature in the film forming process is limited. When a substrate made of stainless steel is used, heating at a higher temperature than a glass substrate is possible. However, since the thermal expansion coefficient of stainless steel and the thermal expansion coefficient of the CIS-based semiconductor thin film are greatly different, there is a problem that the CIS-based semiconductor thin film is easily peeled off from the substrate. The CTE of SUS304 (Fe-18Cr8 ¥ -8Ni) is 17.3 ppm / K, which is about twice as large as that of the CIGS thin film. In order to suppress such peeling, it is important to optimize the film forming conditions such as the heating rate of the substrate, the heating temperature, and the heating time. Therefore, in order to manufacture a CIS solar cell exhibiting high conversion efficiency using a flexible substrate, it is often necessary to improve the film forming process and the heat treatment process.
In view of such circumstances, the present invention provides a polyimide substrate that can produce a CIS solar cell having flexibility and high conversion efficiency with high production efficiency, thereby providing flexibility and high conversion efficiency. An object is to provide a solar cell.
本発明者らは鋭意検討した結果、特定の物性を有するポリイミドフィルムが、カルコパイライト構造半導体薄膜光電変換層を含む積層体と充分な密着強度を有し、カルコパイライト構造半導体薄膜の乾式製膜方法などにおける熱挙動においてカルコパイライト構造半導体薄膜含有積層体フィルム作製に満足すべきポリイミドフィルムであり、カルコパイライト構造半導体薄膜など積層体との密着が充分でありかつ皺や剥離の極めて少ないフィルム状太陽電池と、それによって得られるフィルム状太陽電池パネルが、例えば冷却加熱による熱履歴にも耐え得る、信頼性の高いフィルム状太陽電池として満足できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、以下の構成からなる。
1.基板フィルム上に、少なくとも電極層とカルコパイライト構造半導体薄膜を有する積層が形成されてなるフィルム状太陽電池において、基板フィルムが芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸無水物類とを重縮合してなるポリイミドフィルムであって、膜厚が3〜200μm、線膨張係数が1〜10ppm/℃、長手方向の引張破断強度が300MPa以上であることを特徴とするフィルム状太陽電池。
2.ポリイミドフィルムがベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸無水物類とを重縮合してなるポリイミドベンゾオキサゾールフィルムである前記1のフィルム状太陽電池。
3.長尺基板フィルム上に少なくとも電極層とカルコパイライト構造半導体薄膜を有する積層が形成されてなるロール状に巻き取られた前記1又は2のフィルム状太陽電池作製のためのロール。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a polyimide film having specific physical properties has sufficient adhesion strength with a laminate including a chalcopyrite structure semiconductor thin film photoelectric conversion layer, and a dry film forming method of a chalcopyrite structure semiconductor thin film A film-like solar cell that is satisfactory for the preparation of a laminate film containing a chalcopyrite-structured semiconductor thin film in terms of thermal behavior, etc., has sufficient adhesion to the laminate such as a chalcopyrite-structured semiconductor thin film, and has very little wrinkling or peeling The inventors have found that the film-like solar cell panel obtained thereby can be satisfied as a highly reliable film-like solar cell that can withstand, for example, a heat history due to cooling and heating, and has reached the present invention.
That is, this invention consists of the following structures.
1. In a film-like solar cell in which a laminate having at least an electrode layer and a chalcopyrite structure semiconductor thin film is formed on a substrate film, the substrate film is obtained by polycondensing aromatic diamines and aromatic tetracarboxylic acid anhydrides. A film-like solar cell having a film thickness of 3 to 200 μm, a linear expansion coefficient of 1 to 10 ppm / ° C., and a tensile breaking strength in the longitudinal direction of 300 MPa or more.
2. The film-like solar cell according to 1 above, wherein the polyimide film is a polyimide benzoxazole film obtained by polycondensation of an aromatic diamine having a benzoxazole structure and an aromatic tetracarboxylic acid anhydride.
3. The roll for producing the film-like solar cell according to 1 or 2 wound up in a roll shape in which a laminate having at least an electrode layer and a chalcopyrite structure semiconductor thin film is formed on a long substrate film.
本発明の基板フィルム上にカルコパイライト構造半導体薄膜を有する積層が形成されてなるフィルム状太陽電池において、基板フィルムが芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸無水物類とを重縮合してなるポリイミドフィルムであって、膜厚が3〜200μm、線膨張係数が1ppm/℃〜10ppm/℃、長手方向の引張破断強度が300MPa以上であるフィルム状太陽電池は、使用される基板フィルムである特定ポリイミドフィルムが、カルコパイライト構造半導体薄膜光電変換層を含む積層体と充分な密着強度を有し、カルコパイライト構造半導体薄膜の乾式製膜方法などにおける熱挙動においてカルコパイライト構造半導体薄膜含有積層体フィルム作製に満足すべき基板フィルムであり、カルコパイライト構造半導体薄膜など積層体との密着が充分でありかつ皺や剥離の極めて少ないフィルム状太陽電池を提供することができ、それによって得られるフィルム状太陽電池パネルが、例えば太陽光などの照射による加熱と冬季の低温冷却などによる熱履歴にも耐え得る、信頼性の高いフィルム状太陽電池となり、工業的な意義は極めて大きい。
また、ガラス基板の場合枚様式での生産しか出来ずガラス基板が大きくなると、必然的に基板の移動時間、のロス、昇温時間などのロスも大きくなり、そうちも大型化が余儀なくされるが、フィルムの場合はロールtoロールでの生産ができることから、生産性が上がり、大面積に比してコンパクトな装置とすることが出来る。
In the film-like solar cell in which a laminate having a chalcopyrite structure semiconductor thin film is formed on the substrate film of the present invention, the substrate film is a polyimide formed by polycondensation of aromatic diamines and aromatic tetracarboxylic anhydrides A film-like solar cell having a film thickness of 3 to 200 μm, a linear expansion coefficient of 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C., and a tensile breaking strength in the longitudinal direction of 300 MPa or more is a specific polyimide that is a substrate film to be used The film has sufficient adhesion strength with a laminate including a chalcopyrite structure semiconductor thin film photoelectric conversion layer, and is suitable for producing a laminate film containing a chalcopyrite structure semiconductor thin film in the thermal behavior in a dry film forming method of the chalcopyrite structure semiconductor thin film. Satisfactory substrate film, such as chalcopyrite structure semiconductor thin film It is possible to provide a film-like solar cell that has sufficient adhesion to the laminate and has very little wrinkles or peeling, and the resulting film-like solar cell panel is heated by, for example, irradiation with sunlight, and low temperatures in winter It becomes a highly reliable film-like solar cell that can withstand a heat history due to cooling or the like, and has a great industrial significance.
Moreover, in the case of a glass substrate, production can only be performed in a single sheet form, and if the glass substrate becomes large, the loss of the movement time of the substrate, the loss such as the temperature rise time inevitably increases, and the size is inevitably increased. However, since film can be produced on a roll-to-roll basis, the productivity is improved and the apparatus can be made compact compared to a large area.
本発明における金属化ポリイミドフィルムにおけるポリイミドフィルムは、芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸類とを反応させて得られるポリイミドフィルムであって、
膜厚が3〜200μm、線膨張係数が1ppm/℃〜10ppm/℃、長手方向の引張破断強度が300MPa以上となるポリイミドフィルムであれば、とくに限定されるものではないが、好ましくは下記の芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸(無水物)類との組み合わせが好ましい例として挙げられる。
A.ピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸類、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類との組み合わせ。
B.ジアミノジフェニルエーテル骨格を有する芳香族ジアミン類とピロメリット酸骨格を有する芳香族テトラカルボン酸類との組み合わせ。
C.フェニレンジアミン骨格を有する芳香族ジアミン類とピロメリット酸骨格を有する芳香族テトラカルボン酸類との組み合わせ。
D.上記のABCの一種以上の組み合わせ。
中でも特にA.のベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン残基を有するポリイ
ミドフィルムを製造するための組み合わせ、芳香族ジアミン類が、少なくともパラフェニ
レンジアミン及び又はジアミノジフェニルエーテル類を含むものである組み合わせが
好ましい。本発明で特に好ましく使用できるベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジア
ミン類と、ピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸無水物類とを反応させて
得られるポリイミドベンゾオキサゾールを主成分とするポリイミドベンゾオキサゾールに
使用される、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類として、下記の化合物が
例示できる。
The polyimide film in the metallized polyimide film in the present invention is a polyimide film obtained by reacting aromatic diamines and aromatic tetracarboxylic acids,
Although it is not particularly limited as long as it is a polyimide film having a film thickness of 3 to 200 μm, a linear expansion coefficient of 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C., and a tensile breaking strength in the longitudinal direction of 300 MPa or more, preferably the following fragrance A preferred example is a combination of an aromatic diamine and an aromatic tetracarboxylic acid (anhydride).
A. Combination with aromatic tetracarboxylic acid having pyromellitic acid residue and aromatic diamine having benzoxazole structure.
B. A combination of an aromatic diamine having a diaminodiphenyl ether skeleton and an aromatic tetracarboxylic acid having a pyromellitic acid skeleton.
C. A combination of an aromatic diamine having a phenylenediamine skeleton and an aromatic tetracarboxylic acid having a pyromellitic acid skeleton.
D. A combination of one or more of the above ABCs.
In particular, A. A combination for producing a polyimide film having an aromatic diamine residue having a benzoxazole structure, and a combination in which the aromatic diamine contains at least paraphenylenediamine and / or diaminodiphenyl ethers are preferable. A polyimide benzoate mainly composed of polyimide benzoxazole obtained by reacting an aromatic diamine having a benzoxazole structure that can be particularly preferably used in the present invention with an aromatic tetracarboxylic anhydride having a pyromellitic acid residue. The following compounds can be illustrated as aromatic diamines having a benzoxazole structure used in oxazole.
これらの中でも、合成のし易さの観点から、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールの各異性体が好ましい。ここで、「各異性体」とは、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールが有する2つアミノ基が配位位置に応じて定められる各異性体である(例;上記「化1」〜「化4」に記載の各化合物)。これらのジアミンは、単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
本発明においては、前記ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンを70モル%以上使用することが好ましい。
Among these, amino (aminophenyl) benzoxazole isomers are preferable from the viewpoint of ease of synthesis. Here, “each isomer” refers to each isomer in which two amino groups of amino (aminophenyl) benzoxazole are determined according to the coordination position (eg, the above “formula 1” to “formula 4”). Each compound described in the above. These diamines may be used alone or in combination of two or more.
In the present invention, it is preferable to use 70 mol% or more of the aromatic diamine having the benzoxazole structure.
本発明は、前記事項に限定されず下記の芳香族ジアミンを使用してもよいが、好ましくは全芳香族ジアミンの30モル%未満であれば下記に例示されるベンゾオキサゾール構造を有しないジアミン類を一種又は二種以上、併用してのポリイミドフィルムである。
そのようなジアミン類としては、例えば、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、m−アミノベンジルアミン、p−アミノベンジルアミン、
The present invention is not limited to the above items, and the following aromatic diamines may be used. Preferably, the diamines do not have the benzoxazole structure exemplified below as long as the total aromatic diamine is less than 30 mol%. Is a polyimide film using one or two or more in combination.
Examples of such diamines include 4,4′-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ketone, and bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl]. Sulfide, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, m-phenylenediamine, o-phenylenediamine, p-phenylenediamine, m-aminobenzylamine, p-aminobenzylamine,
3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホキシド、3,4’−ジアミノジフェニルスルホキシド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホキシド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン。 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfoxide, 3,4'-diaminodiphenyl sulfoxide 4,4'-diaminodiphenyl sulfoxide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3'-diaminobenzophenone, 3,4'- Diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylmethane, 3,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] methane, 1 , 1-Bi [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,1-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 1 , 2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl ]propane.
1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノシ)フェニル]ブタン、2,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−2−[4−(4−アミノフェノキシ)−3−メチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3−メチルフェニル]プロパン、2−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−2−[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、 1,1-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 1,4-bis [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] butane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 2,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 2- [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] -2- [4- (4-aminophenoxy) -3-methylphenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) -3-methylphenyl] propane, 2- [4- ( 4-aminophenoxy) phenyl] -2- [4- (4-aminophenoxy) -3,5-dimethylphenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) -3,5-dimethylphen Le] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane,
1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、4,4’−ビス[(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,1−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、 1,4-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) ) Biphenyl, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfoxide, bis [4- ( 4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ether, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ether, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) ) Benzoyl] benzene, 1,3-bis [4- (3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,4-bis [4- (3 Aminophenoxy) benzoyl] benzene, 4,4′-bis [(3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,1-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 1,3-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 3,4'-diaminodiphenyl sulfide,
2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1,1−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、4,4’−ビス[3−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、ビス[4−{4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ}フェニル]スルホン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−トリフルオロメチルフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−フルオロフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−メチルフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−シアノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、 2,2-bis [3- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] methane, 1,1 -Bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ethane, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfoxide, 4,4 '-Bis [3- (4-aminophenoxy) benzoyl] diphenyl ether, 4,4'-bis [3- (3-aminophenoxy) benzoyl] diphenyl ether, 4,4'-bis [4- (4-amino-α) , Α-dimethylbenzyl) phenoxy] benzophenone, 4,4′-bis [4- (4-amino-α, α-dimethylbenzyl) phenoxy] diphenylsulfone, bis 4- {4- (4-aminophenoxy) phenoxy} phenyl] sulfone, 1,4-bis [4- (4-aminophenoxy) phenoxy-α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenoxy-α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-trifluoromethylphenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3 -Bis [4- (4-amino-6-fluorophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-methylphenoxy) -α, α-dimethylbenzyl Benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-cyanophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene,
3,3’−ジアミノ−4,4’−ジフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5,5’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4,5’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5−フェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−5’−フェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジビフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5,5’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4,5’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5−ビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−5’−ビフェノキシベンゾフェノン、1,3−ビス(3−アミノ−4−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−4−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−5−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−5−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−4−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−4−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−5−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−5−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、2,6−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾニトリル及び上記芳香族ジアミンにおける芳香環上の水素原子の一部もしくは全てがハロゲン原子、炭素数1〜3のアルキル基又はアルコキシル基、シアノ基、又はアルキル基又はアルコキシル基の水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換された炭素数1〜3のハロゲン化アルキル基又はアルコキシル基で置換された芳香族ジアミン等が挙げられる。 3,3′-diamino-4,4′-diphenoxybenzophenone, 4,4′-diamino-5,5′-diphenoxybenzophenone, 3,4′-diamino-4,5′-diphenoxybenzophenone, 3, 3'-diamino-4-phenoxybenzophenone, 4,4'-diamino-5-phenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-4-phenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-5'-phenoxybenzophenone, 3,3 '-Diamino-4,4'-dibiphenoxybenzophenone, 4,4'-diamino-5,5'-dibiphenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-4,5'-dibiphenoxybenzophenone, 3,3'- Diamino-4-biphenoxybenzophenone, 4,4′-diamino-5-biphenoxybenzophenone, 3,4 -Diamino-4-biphenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-5'-biphenoxybenzophenone, 1,3-bis (3-amino-4-phenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-amino- 4-phenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-amino-5-phenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-amino-5-phenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bis (3-amino) -4-biphenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-amino-4-biphenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-amino-5-biphenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-Amino-5-biphenoxybenzoyl) benzene, 2,6-bis [4- (4-amino-α, α-dimethylbenzyl) pheno Si] A part or all of the hydrogen atoms on the aromatic ring in the benzonitrile and the aromatic diamine are halogen atoms, alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms or alkoxyl groups, cyano groups, or alkyl groups or alkoxyl group hydrogen atoms. Examples thereof include aromatic diamines substituted with a halogenated alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, partially or entirely substituted with halogen atoms, or alkoxyl groups.
本発明で用いられる芳香族テトラカルボン酸類は例えば芳香族テトラカルボン酸無水物類である。芳香族テトラカルボン酸無水物類としては、具体的には、以下のものが挙げられる。なかでも化14のピロメリット酸が好ましく使用でき、全芳香族テトラカルボン酸類の70モル%以上使用することが好ましい。
The aromatic tetracarboxylic acids used in the present invention are, for example, aromatic tetracarboxylic anhydrides. Specific examples of the aromatic tetracarboxylic acid anhydrides include the following. Among them, pyromellitic acid of
これらのテトラカルボン酸二無水物は単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。本発明においては、全テトラカルボン酸二無水物の30モル%未満であれば下記に例示される非芳香族のテトラカルボン酸二無水物類を一種又は二種以上、併用しても構わない。そのようなテトラカルボン酸無水物としては、例えば、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ペンタン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサ−1−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−エチルシクロヘキサン−1−(1,2),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物。 These tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, one or two or more non-aromatic tetracarboxylic dianhydrides exemplified below may be used in combination as long as they are less than 30 mol% of the total tetracarboxylic dianhydrides. Examples of such tetracarboxylic acid anhydrides include butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, pentane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, and cyclobutanetetracarboxylic acid. Acid dianhydride, cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, cyclohexane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, cyclohex-1-ene-2,3 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 3-ethylcyclohex-1-ene-3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-methyl-3-ethylcyclohexane-3 -(1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-methyl-3-ethylcyclohex-1-ene-3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride 1-ethylcyclohexane -(1,2), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1-propylcyclohexane-1- (2,3), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dipropylcyclohexane- 1- (2,3), 3- (2,3) -tetracarboxylic dianhydride, dicyclohexyl-3,4,3 ′, 4′-tetracarboxylic dianhydride.
ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物は単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。 Bicyclo [2.2.1] heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-propylcyclohexane-1- (2,3), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1 , 3-Dipropylcyclohexane-1- (2,3), 3- (2,3) -tetracarboxylic dianhydride, dicyclohexyl-3,4,3 ′, 4′-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.1] Heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.2] octane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.2] Oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride and the like. These tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more.
前記芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸(無水物)類とを反応(重縮合)させてポリアミド酸を得るときに用いる溶媒は、原料となるモノマー及び生成するポリアミド酸のいずれをも溶解するものであれば特に限定されないが、極性有機溶媒が好ましく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−アセチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックアミド、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、スルホラン、ハロゲン化フェノール類等があげられる。 これらの溶媒は、単独あるいは混合して使用することができる。溶媒の使用量は、原料となるモノマーを溶解するのに十分な量であればよく、具体的な使用量としては、モノマーを溶解した溶液に占めるモノマーの質量が、通常5〜40質量%、好ましくは10〜30質量%となるような量が挙げられる。 The solvent used when reacting (polycondensing) the aromatic diamines with aromatic tetracarboxylic acids (anhydrides) to obtain polyamic acid dissolves both the raw material monomer and the produced polyamic acid. Although it will not specifically limit if it carries out, A polar organic solvent is preferable, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N-acetyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, Examples thereof include N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric amide, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol dimethyl ether, sulfolane, and halogenated phenols. These solvents can be used alone or in combination. The amount of the solvent used may be an amount sufficient to dissolve the monomer as a raw material. As a specific amount used, the mass of the monomer in the solution in which the monomer is dissolved is usually 5 to 40% by mass, The amount is preferably 10 to 30% by mass.
ポリアミド酸を得るための重合反応の条件は従来公知の条件を適用すればよく、具体例として、有機溶媒中、0〜80℃の温度範囲で、10分〜30時間連続して撹拌及び/又は混合することが挙げられる。必要により重合反応を分割することや、温度を上下させてもかまわない。この場合に、両モノマーの添加順序には特に制限はないが、芳香族ジアミン類の溶液中に芳香族テトラカルボン酸無水物類を添加するのが好ましい。重合反応によって得られるポリアミド酸溶液に占めるポリアミド酸の質量は、好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜30質量%であり、前記溶液の粘度はブルックフィールド粘度計による測定(25℃)で、送液の安定性の点から、好ましくは10〜2000Pa・sであり、より好ましくは100〜1000Pa・sである。本発明におけるポリアミド酸の還元粘度(ηsp/C)は、特に限定するものではないが3.0dl/g以上が好ましく、4.0dl/g以上がさらに好ましい。
重合反応中に真空脱泡することは、良質なポリアミド酸の有機溶媒溶液を製造するのに有効である。また、重合反応の前に芳香族ジアミン類に少量の末端封止剤を添加して重合を制御することを行ってもよい。末端封止剤としては、無水マレイン酸等といった炭素−炭素二重結合を有する化合物が挙げられる。無水マレイン酸を使用する場合の使用量は、芳香族ジアミン類1モル当たり好ましくは0.001〜1.0モルである。
The polymerization reaction conditions for obtaining the polyamic acid may be conventionally known conditions. As a specific example, stirring and / or continuous in an organic solvent at a temperature range of 0 to 80 ° C. for 10 minutes to 30 hours. Mixing may be mentioned. If necessary, the polymerization reaction may be divided or the temperature may be increased or decreased. In this case, the order of adding both monomers is not particularly limited, but it is preferable to add aromatic tetracarboxylic acid anhydrides to the solution of aromatic diamines. The mass of the polyamic acid in the polyamic acid solution obtained by the polymerization reaction is preferably 5 to 40% by mass, more preferably 10 to 30% by mass, and the viscosity of the solution is measured with a Brookfield viscometer (25 ° C.). From the viewpoint of the stability of liquid feeding, it is preferably 10 to 2000 Pa · s, and more preferably 100 to 1000 Pa · s. The reduced viscosity (ηsp / C) of the polyamic acid in the present invention is not particularly limited, but is preferably 3.0 dl / g or more, and more preferably 4.0 dl / g or more.
Vacuum defoaming during the polymerization reaction is effective for producing a high-quality polyamic acid organic solvent solution. Moreover, you may perform superposition | polymerization by adding a small amount of terminal blockers to aromatic diamines before a polymerization reaction. Examples of the end capping agent include compounds having a carbon-carbon double bond such as maleic anhydride. The amount of maleic anhydride used is preferably 0.001 to 1.0 mol per mol of aromatic diamine.
得られたポリアミド酸溶液をエンドレス支持体の上に流延し乾燥や脱溶媒などで完全イミド化が進行していない自己支持性のポリイミド前駆体フィルム(以下グリーンフィルムともいう)を得て、一端これを巻き取るか又は引き続いて高温などの処理を施してイミド化を進行させてポリイミドフィルムとなす。高温処理によるイミド化方法としては、従来公知のイミド化反応を適宜用いることが可能である。例えば、閉環触媒や脱水剤を含まないポリアミド酸溶液を用いて、加熱処理に供することでイミド化反応を進行させる方法(所謂、熱閉環法)やポリアミド酸溶液に閉環触媒及び脱水剤を含有させておいて、上記閉環触媒及び脱水剤の作用によってイミド化反応を行わせる、化学閉環法を挙げることができる。 The obtained polyamic acid solution was cast on an endless support to obtain a self-supporting polyimide precursor film (hereinafter also referred to as a green film) in which complete imidization had not progressed by drying or solvent removal. This is wound up or subsequently subjected to a treatment such as high temperature to advance imidization to obtain a polyimide film. As an imidization method by high-temperature treatment, a conventionally known imidation reaction can be appropriately used. For example, using a polyamic acid solution that does not contain a ring-closing catalyst or a dehydrating agent, the imidization reaction proceeds by subjecting it to a heat treatment (so-called thermal ring-closing method), or a polycyclic acid solution containing a ring-closing catalyst and a dehydrating agent. In particular, a chemical ring closing method in which an imidization reaction is performed by the action of the above ring closing catalyst and a dehydrating agent can be given.
化学閉環法では、ポリアミド酸溶液を、イミド化反応を一部進行させて自己支持性を有する前駆体複合体を形成した後に、加熱によってイミド化を完全に行わせることができる。
この場合、イミド化反応を一部進行させる条件としては、好ましくは100〜200℃による3〜20分間の熱処理であり、イミド化反応を完全に行わせるための条件は、好ましくは200〜400℃による3〜20分間の熱処理である。
閉環触媒をポリアミド酸溶液に加えるタイミングは特に限定はなく、ポリアミド酸を得るための重合反応を行う前に予め加えておいてもよい。閉環触媒の具体例としては、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどといった脂肪族第3級アミンや、イソキノリン、ピリジン、ベータピコリンなどといった複素環式第3級アミンなどが挙げられ、中でも、複素環式第3級アミンから選ばれる少なくとも一種のアミンが好ましい。ポリアミド酸1モルに対する閉環触媒の使用量は特に限定はないが、好ましくは0.5〜8モルである。
脱水剤をポリアミド酸溶液に加えるタイミングも特に限定はなく、ポリアミド酸を得るための重合反応を行う前に予め加えておいてもよい。脱水剤の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸などといった脂肪族カルボン酸無水物や、無水安息香酸などといった芳香族カルボン酸無水物などが挙げられ、中でも、無水酢酸、無水安息香酸あるいはそれらの混合物が好ましい。また、ポリアミド酸1モルに対する脱水剤の使用量は特に限定はないが、好ましくは0.1〜4モルである。脱水剤を用いる場合には、アセチルアセトンなどといったゲル化遅延剤を併用してもよい。
In the chemical ring closure method, imidation can be completely performed by heating after forming a precursor complex having self-supporting property by partially proceeding imidization reaction of the polyamic acid solution.
In this case, the condition for partially proceeding with the imidization reaction is preferably a heat treatment for 3 to 20 minutes at 100 to 200 ° C., and the condition for allowing the imidization reaction to be completely performed is preferably 200 to 400 ° C. For 3 to 20 minutes.
The timing for adding the ring-closing catalyst to the polyamic acid solution is not particularly limited, and may be added in advance before the polymerization reaction for obtaining the polyamic acid. Specific examples of the ring-closing catalyst include aliphatic tertiary amines such as trimethylamine and triethylamine, and heterocyclic tertiary amines such as isoquinoline, pyridine, and betapicoline. Among them, heterocyclic tertiary amines are mentioned. At least one amine selected from is preferred. Although the usage-amount of a ring-closing catalyst with respect to 1 mol of polyamic acids does not have limitation in particular, Preferably it is 0.5-8 mol.
The timing of adding the dehydrating agent to the polyamic acid solution is not particularly limited, and may be added in advance before the polymerization reaction for obtaining the polyamic acid. Specific examples of the dehydrating agent include aliphatic carboxylic acid anhydrides such as acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, and aromatic carboxylic acid anhydrides such as benzoic anhydride. Among them, acetic anhydride, benzoic anhydride, etc. Acids or mixtures thereof are preferred. Moreover, the usage-amount of the dehydrating agent with respect to 1 mol of polyamic acids is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 4 mol. When a dehydrating agent is used, a gelation retarder such as acetylacetone may be used in combination.
イミド化の具体的な方法としては、前記のイミド化反応、イミド化処理を適宜用いることが可能であるが、好ましくは最高処理温度が460℃以上500℃未満であり、3分間以上30分間以下の時間で、高温イミド化処理することが好ましい。
ポリイミドフィルム、ポリイミドベンゾオキサゾールフィルムの厚さは特に限定されないが、フィルム状太陽電池の基板フィルムに用いることを考慮すると、通常3〜200μm、好ましくは10〜150μmである。この厚さはポリアミド酸溶液を支持体に塗布する際の塗布量や、ポリアミド酸溶液の濃度によって容易に制御し得る。
本発明のポリイミドフィルムは、通常は無延伸フィルムであるが、1軸又は2軸に延伸しても構わない。ここで、無延伸フィルムとは、テンター延伸、ロール延伸、インフレーション延伸などによってフィルムの面拡張方向に機械的な外力を意図的に加えずに得られるフィルムをいう。
As a specific method of imidization, the above-mentioned imidation reaction and imidization treatment can be used as appropriate, but preferably the maximum treatment temperature is 460 ° C. or higher and lower than 500 ° C., and 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. It is preferable to perform the high temperature imidization treatment for a time of
Although the thickness of a polyimide film and a polyimide benzoxazole film is not specifically limited, When considering using it for the board | substrate film of a film-like solar cell, it is 3-200 micrometers normally, Preferably it is 10-150 micrometers. This thickness can be easily controlled by the amount of the polyamic acid solution applied to the support and the concentration of the polyamic acid solution.
The polyimide film of the present invention is usually an unstretched film, but may be stretched uniaxially or biaxially. Here, the unstretched film refers to a film obtained without intentionally applying a mechanical external force in the surface expansion direction of the film by tenter stretching, roll stretching, inflation stretching, or the like.
本発明のポリイミドフィルムは、その線膨張係数が1ppm/℃〜10ppm/℃、長手方向の引張破断強度が300MPa以上であることが必須であり、この範囲を外れるフィルムの場合は、カルコパイライト構造半導体薄膜光電変換層を含む積層体と充分な密着強度を有し、カルコパイライト構造半導体薄膜の乾式製膜方法などにおける熱挙動においてカルコパイライト構造半導体薄膜含有積層体フィルム作製に満足すべき基板フィルムとなり得ず、カルコパイライト構造半導体薄膜など積層体との密着が充分でありかつ皺や剥離の極めて少ないフィルム状太陽電池を提供することができなくなる、それによって得られるフィルム状太陽電池パネルが、例えば太陽光などの照射による加熱と冬季の低温冷却などによる熱履歴にも耐え得なく、信頼性の高いフィルム状太陽電池となり得ない。 The polyimide film of the present invention must have a linear expansion coefficient of 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C. and a tensile strength at break in the longitudinal direction of 300 MPa or more. In the case of a film outside this range, the chalcopyrite structure semiconductor It has sufficient adhesion strength with a laminate including a thin film photoelectric conversion layer, and can be a substrate film that can satisfy the production of a laminate film containing a chalcopyrite structure semiconductor thin film in the thermal behavior in a dry film forming method of a chalcopyrite structure semiconductor thin film. Therefore, it becomes impossible to provide a film-like solar cell that has sufficient adhesion to a laminate such as a chalcopyrite-structured semiconductor thin film and that has very little wrinkling and peeling. Can withstand heat history due to heating by irradiation and cold cooling in winter , Not be a reliable film-like solar cells.
本発明のフィルム状太陽電池においては、電極及び、半導体薄膜の形成に関しては、特許文献7などに記載されている作製方法に準じて行う方法を採用した。少なくとも、前記特定物性の耐熱性ポリイミドフィルムである可撓性基板フィルム上に、電極膜を形成する第1の工程と、前記電極膜の上方に(すなわち、直接的又は間接的に電極膜上に)I族元素とIII族元素とVI族元素とからなる化合物半導体薄膜(カルコパイライト構造半導体薄膜)であるCuInSe2(CIS)膜、又はこれにGaを固溶したCu(In,Ga)Se2(CIGS)膜(以下、両者をまとめてCIS系膜ともいう)を形成する第2の工程と、前記薄膜を熱処理することによって前記半導体薄膜を形成する第3の工程とを含む方法によって製造される。
In the film-like solar cell of the present invention, for the formation of the electrode and the semiconductor thin film, a method that is performed in accordance with the production method described in
前記熱処理が昇温過程と保温過程とをこの順序で含み、昇温過程において10℃/秒以上の速度で前記薄膜を昇温することを採用してもよい。この構成によれば、Ib族元素とVIb族元素の二元化合物、又はIIIb族元素とVIb族元素の二元化合物の生成を抑制できる。この構成の場合には、前記保温過程において、10秒〜300秒の範囲内のあいだ前記薄膜を450℃以上の温度に保持することも好ましい一態様である。この構成によれば、太陽電池の光吸収層に好適な半導体膜を形成できるとともに、耐熱性が低い可撓性基板を用いることが可能となる。なお、保温過程とは、一定温度以上の温度、又は一定の範囲内の温度に対象物の温度を保持する過程をいう。前記熱処理が、第1の昇温過程と第1の保温過程と第2の昇温過程と第2の保温過程とをこの順序で含み、前記第1の保温過程において、前記薄膜を100℃〜400℃の範囲内の温度に保持し、前記第2の保温過程において前記第1の保温過程よりも高い温度に前記薄膜を保持してもよい。この構成によれば、急速な加熱による熱ストレスを緩和でき、半導体薄膜が基板から剥離することを抑制できる。この構成では、前記第2の昇温過程において10℃/秒以上の速度で前記薄膜を昇温することが好ましい。また、前記第2の保温過程において、10秒〜300秒の範囲内のあいだ前記薄膜を450℃以上の温度に保持することが好ましい。 The heat treatment may include a temperature increasing process and a heat retaining process in this order, and the temperature of the thin film may be increased at a rate of 10 ° C./second or more in the temperature increasing process. According to this structure, the production | generation of the binary compound of an Ib group element and a VIb group element or the binary compound of an IIIb group element and a VIb group element can be suppressed. In the case of this configuration, it is also a preferable aspect that the thin film is maintained at a temperature of 450 ° C. or higher for 10 seconds to 300 seconds in the heat retaining process. According to this configuration, it is possible to form a semiconductor film suitable for the light absorption layer of the solar cell and to use a flexible substrate having low heat resistance. In addition, a heat retention process means the process of hold | maintaining the temperature of a target object to the temperature more than fixed temperature or the temperature in a fixed range. The heat treatment includes a first temperature rising process, a first heat retaining process, a second temperature rising process, and a second heat retaining process in this order, and in the first heat retaining process, the thin film is heated to 100 ° C. to 100 ° C. You may hold | maintain to the temperature within the range of 400 degreeC, and may hold | maintain the said thin film in temperature higher than a said 1st heat retention process in a said 2nd heat retention process. According to this configuration, thermal stress due to rapid heating can be alleviated, and the semiconductor thin film can be prevented from peeling from the substrate. In this configuration, it is preferable to raise the temperature of the thin film at a rate of 10 ° C./second or more in the second temperature raising process. Moreover, it is preferable to hold | maintain the said thin film at the temperature of 450 degreeC or more in the range of 10 second-300 second in a said 2nd heat retention process.
半導体膜を形成したのちは、太陽電池に必要な層をさらに積層して太陽電池を製造する(以下の実施形態においても同様である)。各層の構成や形成方法については特に限定はないが、たとえば、図1に示すように、窓層6及び上部電極膜4を順に積層し、取り出し電極5及び7を形成すればよい。窓層6には、たとえばCdSや、ZnO、Zn(O,S)、ZnO:Alからなる層を用いることができ、上部電極膜4には、たとえばITO膜を用いることができる。また、窓層と上部電極膜との間にバッファ層などを形成してもよい。
また、取り出し電極7の部分に半導体膜3、上部電極膜4、窓層6、上部電極膜4を形成しないために、邪魔板による薄膜形成をさせない、メカニカルスクライビングによるパターン形成、レーザースクライビングによるパターン形成など適宜、公知の技術を使ってよい。
After forming the semiconductor film, a solar cell is manufactured by further stacking layers necessary for the solar cell (the same applies to the following embodiments). Although there is no particular limitation on the configuration and formation method of each layer, for example, as shown in FIG. 1, the
Further, since the
上記太陽電池製造方法では、前記第1及び第2の工程において、前記基板を移動させつつ前記電極膜及び前記薄膜を形成してもよい。この場合には、筒状に巻かれた前記基板を送り出す第1のロールと、前記第1のロールから送り出された前記基板を巻き取る第2のロールとを用いて前記基板を移動させることが好ましい。この構成によれば、長尺の 基板上に連続的に半導体薄膜を形成することができ、生産性よく太陽電池を製造できる。
実際に太陽電池とする場合、本発明のフィルム状太陽電池の裏に保護フィルムを貼る、板、瓦、ガラスなどに貼り付けて固定する、表面保護の為、透明樹脂で覆う、表面保護フィルムを貼る、など既存の太陽電池パネルでお壊れている手法を適宜組み合わせて使用してよい。
In the solar cell manufacturing method, in the first and second steps, the electrode film and the thin film may be formed while moving the substrate. In this case, the substrate may be moved using a first roll that feeds the substrate wound in a cylindrical shape and a second roll that winds the substrate fed from the first roll. preferable. According to this configuration, a semiconductor thin film can be continuously formed on a long substrate, and a solar cell can be manufactured with high productivity.
When actually making a solar cell, attach a protective film on the back of the film-like solar cell of the present invention, affix it to a plate, tile, glass, etc., and fix it with a transparent resin for surface protection. You may use it combining suitably the method which has broken with the existing solar cell panel, such as sticking.
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例における物性の評価方法は以下の通りである。
1.ポリアミド酸の還元粘度(ηsp/C)
ポリマー濃度が0.2g/dlとなるようにN−メチル−2−ピロリドンに溶解した溶液をウベローデ型の粘度管により30℃で測定した。
2.ポリイミドフィルムのフィルム厚さ
フィルムの厚さは、マイクロメーター(ファインリューフ社製、ミリトロン1254D)を用いて測定した。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. In addition, the evaluation method of the physical property in the following examples is as follows.
1. Reduced viscosity of polyamic acid (ηsp / C)
A solution dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone so that the polymer concentration was 0.2 g / dl was measured at 30 ° C. using an Ubbelohde type viscosity tube.
2. Film thickness of polyimide film The thickness of the film was measured using a micrometer (Finereuf, Millitron 1254D).
3.ポリイミドフィルムの引張弾性率、引張破断強度及び引張破断伸度
乾燥後のフィルムを長手方向(MD方向)及び幅方向(TD方向)にそれぞれ長さ100mm、幅10mmの短冊状に切り出して試験片とし、引張試験機(島津製作所製オートグラフ(商品名)機種名AG−5000A)を用い、引張速度50mm/分、チャック間距離40mmの条件で、引張弾性率、引張破断強度及び引張破断伸度を測定した。
表中それぞれのデータ値は、MD方向の値で示した。
3. Tensile modulus, tensile breaking strength and tensile breaking elongation of polyimide film The film after drying was cut into strips having a length of 100 mm and a width of 10 mm in the longitudinal direction (MD direction) and the width direction (TD direction), respectively, and used as test pieces. Using a tensile tester (Shimadzu Autograph (trade name) model name AG-5000A), the tensile modulus, tensile breaking strength and tensile breaking elongation were measured under the conditions of a tensile speed of 50 mm / min and a distance between chucks of 40 mm. It was measured.
Each data value in the table is indicated by a value in the MD direction.
4.ポリイミドフィルムの線膨張係数(CTE)
測定対象のポリイミドフィルムについて、下記条件でMD方向及びTD方向の寸法変化率をそれぞれ測定し、30℃〜45℃、45℃〜60℃、・・・と15℃の間隔での寸法変化率/温度を測定し、この測定を300℃まで行い、全測定値の平均値をCTEとして算出した。表中のデータ値は、MD方向とTD方向の平均値で示した。
装置名 ; MACサイエンス社製TMA4000S
試料長さ ; 20mm
試料幅 ; 2mm
昇温開始温度 ; 25℃
昇温終了温度 ; 400℃
昇温速度 ; 5℃/min
雰囲気 ; アルゴン
4). Linear expansion coefficient (CTE) of polyimide film
For the polyimide film to be measured, the dimensional change rate in the MD direction and the TD direction is measured under the following conditions, respectively, and the dimensional change rate at intervals of 30 ° C. to 45 ° C., 45 ° C. to 60 ° C.,. The temperature was measured, this measurement was performed up to 300 ° C., and the average value of all measured values was calculated as CTE. Data values in the table are shown as average values in the MD and TD directions.
Device name: TMA4000S manufactured by MAC Science
Sample length; 20mm
Sample width: 2 mm
Temperature rise start temperature: 25 ° C
Temperature rising end temperature: 400 ° C
Temperature increase rate: 5 ° C / min
Atmosphere: Argon
5.変換効率
変換効率は強度が100mW/cm2としエアマスが1.5である擬似太陽光下で行った。
5). Conversion efficiency Conversion efficiency was performed under simulated sunlight with an intensity of 100 mW / cm 2 and an air mass of 1.5.
6.半導体薄膜などからなる積層の基板フィルムからの剥がれと皺
半導体薄膜からなる積層付きポリイミドフィルム(フィルム状太陽電池)の少なくとも長さ0.3mを採取し、水平面に静置して、半導体薄膜からなる積層の剥がれを目視観察し、剥がれが観察されないものを◎、剥がれが僅かに観察できるものを○、剥がれと皺が多く観察できるものを×として判定した。
6). Peeling from a laminated substrate film made of a semiconductor thin film, etc. At least 0.3 m of a laminated polyimide film made of a semiconductor thin film (film-like solar cell) is sampled and placed on a horizontal surface to be made of a semiconductor thin film. The peeling of the laminate was visually observed, and the case where peeling was not observed was judged as ◎, the case where peeling was slightly observed was judged as ○, and the case where peeling and wrinkles could be observed was judged as x.
7.加熱時の反り
半導体薄膜からなる積層付きポリイミドフィルム(フィルム状太陽電池)を幅5mm 長さ70mmに切り取り、片持ち梁とした。支持部分はガラスで挟みこんだ。これの反りが読めるように、片持ち梁の自由端側に目盛りをつけたSUS板を固定しておき、電気炉に入れ、100℃から、50℃おきに温度を変化させて、反り量を目視にて読み取った。室温での読みとの差における絶対値の最大値を反り値とした。
7). Warpage during heating A laminated polyimide film made of a semiconductor thin film (film-like solar cell) was cut into a width of 5 mm and a length of 70 mm to form a cantilever. The supporting part was sandwiched between glasses. Fix the SUS plate with the scale on the free end of the cantilever so that you can read the warp, put it in the electric furnace, change the temperature from 100 ℃ to every 50 ℃, It was read visually. The maximum absolute value in the difference from the reading at room temperature was taken as the warp value.
〔合成例1〕
(ポリアミド酸の重合−1)PMDA−DAMBO
<ベンゾオキサゾール構造を有するジアミンからなるポリアミド酸の重合>
窒素導入管,温度計,攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール(DAMBO)500質量部を仕込んだ。次いで、N、N−ジメチルアセトアミド8000質量部を加えて完全に溶解させた後,ピロメリット酸二無水物(PMDA)485質量部を加え、25℃の反応温度で48時間攪拌すると,淡黄色で粘調なポリアミド酸溶液が得られた。得られた溶液のηsp/Cは4.0dl/gであった。
[Synthesis Example 1]
(Polyamide acid polymerization-1) PMDA-DAMBO
<Polymerization of a polyamic acid composed of a diamine having a benzoxazole structure>
The inside of a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, a thermometer, and a stirring rod was purged with nitrogen, and then 500 parts by mass of 5-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole (DAMBO) was charged. Next, after 8000 parts by mass of N, N-dimethylacetamide was added and completely dissolved, 485 parts by mass of pyromellitic dianhydride (PMDA) was added and stirred at a reaction temperature of 25 ° C. for 48 hours. A viscous polyamic acid solution was obtained. The solution obtained had a ηsp / C of 4.0 dl / g.
〔合成例2〕
<ポリアミド酸の重合−2>PMDA−ODA
ピロメリット酸二無水物545質量部、4,4’ジアミノジフェニルエーテル(ODA)500質量部を8000質量部のN、N−ジメチルアセトアミドに溶解し、温度を20℃以下に保ちながら同様に反応させてポリアミド酸溶液を得た。得られた溶液のηsp/Cは2.2でdl/gあった。
[Synthesis Example 2]
<Polyamide acid polymerization-2> PMDA-ODA
545 parts by mass of pyromellitic dianhydride and 500 parts by mass of 4,4′diaminodiphenyl ether (ODA) were dissolved in 8000 parts by mass of N, N-dimethylacetamide, and the reaction was carried out in the same manner while keeping the temperature at 20 ° C. or lower. A polyamic acid solution was obtained. The ηsp / C of the obtained solution was 2.2 and was dl / g.
〔合成例3〕
<ポリアミド酸の重合−3>BPDA−PDA
テトラカルボン酸二無水物として3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)398質量部、パラフェニレンジアミン(PDA)147質量部を4600質量部のN、N−ジメチルアセトアミドに溶解し、温度を20℃以下に保ちながら同様に反応させてポリアミド酸溶液を得た。得られた溶液のηsp/Cは3.0dl/gであった。
[Synthesis Example 3]
<Polyamide acid polymerization-3> BPDA-PDA
As tetracarboxylic dianhydride, 398 parts by mass of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 147 parts by mass of paraphenylenediamine (PDA) were added to 4600 parts by mass of N, N-dimethyl. It melt | dissolved in the acetamide and it made it react similarly, keeping temperature at 20 degrees C or less, and obtained the polyamic-acid solution. The obtained solution had a ηsp / C of 3.0 dl / g.
〔合成例4〕
<ポリアミド酸の重合−4>
N,N−ジメチルホルムアミド中に4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを全ジアミン基準で60モル%供給して溶解させ、続いてパラフェニレンジアミン40モル%及びピロメリット酸二無水物を順次供給し、室温で、約1時間撹拌した。最終的にテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分が約100モル%化学量論からなるポリアミド酸濃度20重量%の溶液を調製しポリアミド酸溶液を得た。得られた溶液のηsp/Cは2.7でdl/gあった。
このポリアミド酸溶液を氷冷し、無水酢酸、β−ピコリンを加え撹拌した。
[Synthesis Example 4]
<Polyamide acid polymerization-4>
In N, N-dimethylformamide, 4,4′-diaminodiphenyl ether was dissolved by supplying 60 mol% based on the total diamine, followed by sequentially supplying 40 mol% paraphenylenediamine and pyromellitic dianhydride, And stirred for about 1 hour. Finally, a polyamic acid solution having a polycarboxylic acid concentration of 20% by weight comprising a tetracarboxylic dianhydride component and a diamine component of about 100 mol% stoichiometry was prepared to obtain a polyamic acid solution. The obtained solution had a ηsp / C of 2.7 of dl / g.
This polyamic acid solution was ice-cooled, acetic anhydride and β-picoline were added and stirred.
〔実施例1〜9、比較例1〜4〕
各合成例で得られたポリアミド酸溶液を、表1〜3に示すように、主ポリアミド酸80%、副ポリアミド酸を20%の割合で混合した。表1〜3で副ポリアミド酸の欄が「−」の場合は主ポリアミド酸のみを使った場合を示す。この混合した、或は混合していないポリアミド酸を、コンマコーターを用いて幅600mm、支持体であるステンレス製エンドレスベルトの片面にポリイミドフィルム厚さが表1〜3に示す厚さとなるようにコーティングして、110℃で30分間乾燥し、支持体から剥離して各ポリイミド前駆体フィルムであるグリーンフィルムを得て、このグリーンフィルムの上下に表1〜3の表面コーティング層として示した各合成例のポリアミド酸をディップスクイズコーティングでコーティングした後、或は表1〜3で表面コーティング層“なし”の場合は、コーティングせずに、幅600mmグリーンフィルムを窒素置換された連続式の熱処理炉に通し、第1段、第2段、第3段の3段階の高温加熱を施して、イミド化反応を進行させた。1段目の炉は150℃、2段目の炉は200℃としている。3段階目の炉の温度を表1〜3中に熱処理条件として示した。但し実施例1〜6では延伸をしていないが、実施例7〜9では1.1倍の延伸をフィルムに長手方向(MD方向)でかけた。比較例2のフィルムは50μm厚のフィルムを作製して、その後に圧着させることで形成した。
その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する各例のポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムの物性など測定結果を表1〜3(引張破断伸度の欄以上)に記載する。
[Examples 1 to 9, Comparative Examples 1 to 4]
As shown in Tables 1 to 3, the polyamic acid solution obtained in each synthesis example was mixed with 80% of the main polyamic acid and 20% of the subpolyamic acid. In Tables 1 to 3, when the subpolyamic acid column is "-", the case where only the main polyamic acid is used is shown. The mixed or unmixed polyamic acid is coated with a comma coater so that the width of the polyimide film is as shown in Tables 1 to 3 on one side of a stainless steel endless belt that is 600 mm wide and is a support. Then, it was dried at 110 ° C. for 30 minutes, peeled off from the support to obtain a green film as each polyimide precursor film, and each synthesis example shown as a surface coating layer in Tables 1 to 3 above and below this green film After coating with the polyamic acid of dip squeeze coating, or when the surface coating layer is “None” in Tables 1 to 3, the 600 mm wide green film was passed through a continuous heat treatment furnace purged with nitrogen without coating. First, second, and third stages of high temperature heating were applied to advance the imidization reaction. The first stage furnace is 150 ° C., and the second stage furnace is 200 ° C. The temperature of the furnace in the third stage is shown as heat treatment conditions in Tables 1-3. However, in Examples 1 to 6, the film was not stretched, but in Examples 7 to 9, the film was stretched 1.1 times in the longitudinal direction (MD direction). The film of Comparative Example 2 was formed by preparing a film having a thickness of 50 μm and then pressing it.
Then, the polyimide film of each example which exhibits brown was obtained by cooling to room temperature in 5 minutes. Measurement results such as physical properties of the obtained polyimide film are shown in Tables 1 to 3 (columns of tensile elongation at break).
各例で得られたフィルムを基板フィルムとして使用して、下記のようにして少なくとも電極層とカルコパイライト構造半導体薄膜を有する積層が形成されてなるフィルム状太陽電池(実際のフィルム状太陽電池パネル作製のためのロール)を作製した。
(第1の工程)基板フィルム上に電極層を形成する。なお、基板フィルム上にSiO2膜などの絶縁膜が形成されていてもよいが本実施例又は比較例においては直接電極層を形成した。電極層は、金属膜や透明導電膜であり、たとえばMo膜を用いることができるが、本実施例又は比較例においては、まずスパッタリング法にてAr雰囲気中でMo膜(膜厚:約0.8μm)を形成して電極層を形成した。
電極の作製をするスパッタ装置は、送り出しロール(第1のロール)と、巻き取りロール(第2のロール)と、カソードに配置されたMoのターゲットとを備える。送り出しロールにはポリイミド基板が巻かれており、ここから基板が送り出される。巻き取りロールは、送り出しロールから送り出され、Mo膜が形成されたポリイミド基板を巻き取って収納する。このスパッタ装置では、ポリイミド基板を移動させながら、その上に、Ar雰囲気中でのスパッタリングによってMo膜を形成した。Mo膜が形成されたポリイミド基板を収納した巻き取りロールは、図2の膜形成装置に装着されて送り出しロールとして機能する。
(第2の工程)蒸着法でNa2S膜(厚さ:約20nm)を形成した後に、Ib族元素であるCuと、IIIb族元素であるIn及びGaと、VIb族元素であるSeとからなる前駆体半導体薄膜(厚さ:約1.2μm)をNa2S膜上に蒸着法にて形成した。
Using the film obtained in each example as a substrate film, a film-like solar cell in which a laminate having at least an electrode layer and a chalcopyrite structure semiconductor thin film is formed as described below (actual film-like solar cell panel production) Roll for).
(First step) An electrode layer is formed on a substrate film. Although an insulating film such as a SiO 2 film may be formed on the substrate film, the electrode layer is directly formed in this example or the comparative example. The electrode layer is a metal film or a transparent conductive film. For example, a Mo film can be used. In this example or a comparative example, first, a Mo film (film thickness: about 0.00 mm) is formed in an Ar atmosphere by sputtering. 8 μm) to form an electrode layer.
A sputtering apparatus for producing an electrode includes a feed roll (first roll), a take-up roll (second roll), and a Mo target disposed on the cathode. A polyimide substrate is wound around the delivery roll, and the substrate is delivered from here. The winding roll winds and stores the polyimide substrate that is fed from the feeding roll and on which the Mo film is formed. In this sputtering apparatus, a Mo film was formed on the polyimide substrate by sputtering in an Ar atmosphere while moving the polyimide substrate. The take-up roll containing the polyimide substrate on which the Mo film is formed is mounted on the film forming apparatus of FIG. 2 and functions as a feed roll.
(Second step) deposition in Na 2 S films: after forming the (thickness of about 20 nm), and Cu is Ib group element, and In and Ga are IIIb group element, Se and a group VIb element A precursor semiconductor thin film (thickness: about 1.2 μm) made of was formed on the Na 2 S film by vapor deposition.
図2の膜形成装置は、送り出しロール1と、巻き取りロール10と、Na2Sの蒸着源4と、Cuの蒸着源6と、Gaの蒸着源7と、Inの蒸着源8と、Seの蒸着源9とを備える。送り出しロール1はMo膜が形成されたポリイミド基板2を送り出し、巻き取りロール52は、Na2S膜33及び前駆体薄膜34が形成されたポリイミド基板2を巻き取って収納する。
膜形成装置では、Na2Sの蒸着源4、Cuの蒸着源6、Gaの蒸着源7、Inの蒸着源8及びSeの蒸着源9を、それぞれ、700〜900℃、1100〜1300℃、850〜950℃、800〜900℃、200〜250℃の範囲内で加熱し、各元素及び化合物を蒸発させることによって、前駆体薄膜を形成した。前駆体薄膜が形成されたポリイミド基板を収納した巻き取りロールは、熱処理装置に装着されて送り出しロールとして機能する。
(第3の工程)次に、前駆体半導体薄膜を熱処理する。第3の工程における熱処理は、窒素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスからなる群より選ばれる少なくとも1つのガスからなる雰囲気中で熱処理すればよいが、本実施例又は比較例においては、窒素ガス雰囲気中で熱処理した。熱処理装置では、前駆体半導体薄膜が形成されたポリイミドフィルムを移動させながら、500℃に加熱した加熱ヒータを用いて熱処理を行った。この時、熱処理室の雰囲気はN2ガス(常圧)雰囲気とし、ポリイミドフィルムの走行速度は10cm/分とした。ポリイミド基板の任意の点が、移動しながら室温から500℃に加熱されるまでに要する時間は約30秒であり、平均昇温速度は15℃/秒以上であった。また、500℃のままで保持される時間は約1分30秒であった。なお、基板の温度は、その上に形成された前駆体薄膜の温度と実質的に等しい。
熱処理後のポリイミド基板には、変形や融解は見られなかった。この熱処理によって、前駆体半導体薄膜は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなり微量のNaを含むCu(In,Ga)Se2膜(半導体膜)となった。得られた膜のX線回折パターン(XRD)から、112に強く配向したカルコパイライト構造の薄膜が形成されていることがわかった。また、カルコパイライト構造以外の異相によるピークは観測されていないことから、結晶性に優れた単相のCu(In,Ga)Se2膜が形成されていることが分かった。
The film forming apparatus of FIG. 2 includes a feed roll 1, a take-
In the film forming apparatus, a Na 2 S deposition source 4, a
(Third step) Next, the precursor semiconductor thin film is heat-treated. The heat treatment in the third step may be performed in an atmosphere composed of at least one gas selected from the group consisting of nitrogen gas, oxygen gas and argon gas. In this example or the comparative example, in the nitrogen gas atmosphere And heat treated. In the heat treatment apparatus, heat treatment was performed using a heater heated to 500 ° C. while moving the polyimide film on which the precursor semiconductor thin film was formed. At this time, the atmosphere of the heat treatment chamber was an N 2 gas (normal pressure) atmosphere, and the running speed of the polyimide film was 10 cm / min. The time required for an arbitrary point of the polyimide substrate to be heated from room temperature to 500 ° C. while moving was about 30 seconds, and the average temperature increase rate was 15 ° C./second or more. Moreover, the time maintained at 500 ° C. was about 1 minute 30 seconds. The temperature of the substrate is substantially equal to the temperature of the precursor thin film formed thereon.
The polyimide substrate after the heat treatment was not deformed or melted. By this heat treatment, the precursor semiconductor thin film became a Cu (In, Ga) Se 2 film (semiconductor film) composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element and containing a trace amount of Na. From the X-ray diffraction pattern (XRD) of the obtained film, it was found that a thin film having a chalcopyrite structure oriented strongly at 112 was formed. Further, since no peak due to a different phase other than the chalcopyrite structure was observed, it was found that a single-phase Cu (In, Ga) Se 2 film having excellent crystallinity was formed.
半導体膜を形成したのちは、太陽電池に必要な層をさらに積層して太陽電池を製造する。図1に示すように、窓層6及び上部電極膜4を順に積層し、取り出し電極5及び7を形成した。窓層6には、スパッタリング法によってZnOからなる0.1μm厚の層を形成した。上部電極膜4には、スパッタリング法によって0.1μm厚のITO膜をZnO層の上に形成した。その後に取り出し電極を形成した。なお、図1の電極膜2は基板フィルム1の前面に形成したが、第2の工程では、フィルムの進行方向右側の端が蒸着する場において、邪魔板によって隠しておき、電極の露出部を作ってある。
また、取り出し電極の作製は、ロールを切り出した後にステンレス製のマスクを密着させて、必要部分にのみ行った。
このようにして作製した各例フィルムを基板フィルムとして、それぞれのフィルム状太陽電池パネル用ロールを得、これを評価した結果を表1〜3に示す。
After forming the semiconductor film, a solar cell is manufactured by further stacking layers necessary for the solar cell. As shown in FIG. 1, the
In addition, the extraction electrode was produced only on the necessary portion by cutting out the roll and then attaching a stainless steel mask.
Each example film thus produced was used as a substrate film to obtain a roll for each film-like solar cell panel, and the results of evaluation were shown in Tables 1 to 3.
本発明は、耐熱性がスチール板などに較べて低い可撓性基板であるポリイミドフィルムを用いたフィルム状太陽電池及び可撓性太陽電池パネル作製に利用されるフィルム状太陽電池作製のためのロールであり、可撓性基板をロール状に巻いて製造することが可能であることから、大面積の半導体薄膜を高速に製造できる。このように、本発明の特定物性ポリイミドフィルムを用いることによって、太陽電池の光吸収層に適した半導体薄膜を可撓性ポリイミドフィルム上に高速に形成することができ、柔軟性を有し、軽量かつ大面積で高い変換効率を有する欠陥の少ないCIS系太陽電池を効率よく製造できる。 The present invention relates to a film-like solar cell using a polyimide film which is a flexible substrate having a heat resistance lower than that of a steel plate or the like, and a roll for producing a film-like solar cell used for producing a flexible solar cell panel Since a flexible substrate can be rolled and manufactured, a large-area semiconductor thin film can be manufactured at high speed. Thus, by using the specific physical property polyimide film of the present invention, a semiconductor thin film suitable for the light absorption layer of the solar cell can be formed on the flexible polyimide film at high speed, and has flexibility and light weight. In addition, a CIS solar cell having a large area and high conversion efficiency with few defects can be efficiently produced.
1 基板フィルム
2 電極膜
3 半導体膜
4 上部電極膜
5、5’ 取り出し電極
6 窓層
7 巻きだしロール
8 基板フィルム
9、11 ロール
10 Na2S蒸発源
12 Cu蒸発源
13 Ga蒸発源
14 In蒸発源
15 Se蒸発源
16 巻き取りロール
1
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