JP2011009468A

JP2011009468A - 低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス及びその製法

Info

Publication number: JP2011009468A
Application number: JP2009151512A
Authority: JP
Inventors: Takushi Nomura; 拓史野村; Toshihiro Hirano; 敏裕平野; Shigeo Hamaguchi; 滋生濱口; Soichi Kumon; 創一公文
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】本発明では、低反射性に優れるとともに長期使用時の水垢等の汚染を除去しやすい低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス及びその製法を提供することを課題とする。
【解決手段】低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスにおいて、該低反射膜が非凝集である無機化合物微粒子と無機化合物バインダーとからなり、該微粒子の平均粒径が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下であり、膜表面の平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下とすること。
【選択図】なし

Description

本発明は、低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスに関する。

従来、車両用窓、建築用窓、ディスプレー、眼鏡やカメラのレンズには、ガラス等の基材が使用されてきた。基材を通して文字、図形、物体等の視覚情報を観察・認識する場合、基材表面で外光が反射して内部の視覚情報が見え難くなるという問題があるので、基材上に低反射膜を形成し低反射物品としてきた。

前記低反射膜には、無機化合物微粒子で表面に微細な凹凸を設けてなる低反射膜が広く利用されている。例えば、特許文献１には、シリカ微粒子、アルコキシシラン、及びアルコールからなる塗布液を基材に塗布してなる低反射物品が開示されている。また、特許文献２では、基材上にチタニア等の高屈折率膜を形成し、その高屈折率膜上に無機化合物微粒子で表面に微細な凹凸を設けてなる低屈折率膜を形成してなる低反射物品が開示されている。
特開昭６３−１９３１０１号公報特開平６−１８６４０１号公報

しかしながら、上記のような表面に微細な凹凸構造を有する低反射物品は、該凹凸構造部分に水が接触し保水されると、膜表面が親水状態となるため、長期間にわたり水が該膜表面に存在し続けるため、水垢等により汚れ易く、さらに、表面の微細な凹凸構造に汚れ成分が付着すると払拭等では容易に汚染を除去できない問題があった。特に屋外等の常態的に水にさらされる環境で使用される太陽電池パネル用カバーガラスでは、上記のような汚染によって基板ガラスの透過率が低下し、その結果、発電効率が低下する問題があった。本発明では、低反射性に優れるとともに長期使用時の水垢等の汚染を除去しやすい低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス及びその製法を提供することを課題とする。

本発明は、低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスにおいて、該低反射膜が非凝集である無機化合物微粒子と無機化合物バインダーとからなり、該微粒子の平均粒径が５ｎｍ以上、１４ｎｍ以下であり、前記膜表面の平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下であることを特徴とする。前記低反射膜は、前記無機化合物微粒子が充填してなる膜であり、微粒子間、又は微粒子と基板ガラスとが前記無機化合物バインダーによって接合されている。尚、本発明での平均粒径は一次粒子の平均粒径である。

前記低反射膜の低反射性は膜表面に含有された前記無機化合物微粒子の平均粒径に影響される。すなわち、低反射性を大きくするためには、光散乱に起因する白濁化が生じない範囲で無機化合物微粒子の平均粒径を大きくし、膜構造をポーラスにすることや膜表面に微細な凹凸構造を形成することが有効であるが、その一方で、膜表面の微細な凹凸構造に水が接触し保水されると、膜表面が親水状態となるため、長期間にわたり水が該膜表面に存在し続けるため、水垢等により汚れ易い。このため、前記無機化合物微粒子の平均粒径は、低反射性を維持しつつ表面平滑性を確保することが可能な５ｎｍ以上１４ｎｍ以下とすることが好ましい。５ｎｍ未満では、得られる膜の低反射特性が十分ではなく、１４ｎｍ超では、得られる膜の表面が水垢等により汚れ易くなるからである。より好ましい平均粒径は、８ｎｍ以上１１ｎｍ以下である。

また、水垢等による汚染を除去しやすい膜表面とするために前記膜表面の平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下とする。膜表面の汚染の除去しやすさを考慮するとＲａが限りなく０．０ｎｍに近いことが理想的であるが、低反射性の維持を考慮して、より好ましいＲａは０．５ｎｍ以下である。

また、経済性と低反射性の観点から前記無機化合物微粒子及び前記無機化合物バインダーをシリカとすることが好ましい。

塗布液を基板ガラスに塗布し該基板ガラスを焼成することによって、低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスが得られる。前記塗布液は、無機化合物微粒子及び無機化合物バインダーの前駆体、及び溶媒とからなる塗布液であり、低反射性を維持しつつ十分な膜強度を確保するために無機化合物微粒子量を無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量に対して、重量比で２０倍量以上、４５倍量以下とすることが好ましい。２０倍未満では、得られる膜の低反射特性が十分ではなく、４５倍超では、得られる膜の強度が低くなるからである。より好ましくは重量比で２５倍量以上、４０倍量以下である。

また、前記塗布液を基板ガラスに塗布し、該基板ガラスを２００℃以上、９００℃以下の温度で焼成することが好ましい。２００℃未満では、得られる膜の強度が十分ではなく、９００℃超では、基板ガラスの変形により所望の低反射物品を得ることができない。また、基板ガラスの加熱工程（強化、曲げ加工、合わせ加工）前に塗布し、加熱工程時に膜の焼成を同時に行うこともできる。
得られる膜の膜厚は、４０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下が好ましい。太陽電池パネル用カバーガラスの場合、波長が３００〜１０００ｎｍの領域の透過率を高くすることが好ましい。このため、前記低反射膜は、反射率が最も小さくなる波長（λ）を３００〜１０００ｎｍにすることが好ましい。前記低反射膜の反射率が最も小さくなる波長（λ）は、低反射膜の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）を使って、次の式で算出できる。

ｎ・ｄ＝λ／４
低反射膜の反射率が最も小さくなる波長（λ）は、低反射膜の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）に依存する。本発明より得られる低反射膜は、屈折率（ｎ）が１．３８〜１．４５程度になりやすい。このため、λが３００〜１０００ｎｍになりやすい膜厚（ｄ）は、４０〜２００ｎｍである。膜厚４０ｎｍ未満では、反射率の小さい領域が３００ｎｍより小さくなりやすく、膜厚２００ｎｍ超では、反射率の小さい領域が１０００ｎｍより大きくなりやすい。また、膜厚を８０〜１１０ｎｍとすると、λを４００〜６００ｎｍにできるため、波長３００〜１０００ｎｍ領域の反射率を全体的に低くしやすい。このため、特に好ましい膜厚は、８０〜１１０ｎｍである。

本発明の低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスは、低反射性に優れるとともに長期使用時の水垢等の汚染を除去しやすい特性を有しているので、太陽電池パネルへの使用に奏功する。さらには、係る低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスを経済的に優れる方法で作製することができる。

低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスにおいて、低反射膜を構成する無機化合物の微粒子には、平均粒径が５ｎｍ以上、１４ｎｍ以下の球状のシリカ、弗化マグネシウム、アルミナ等を使用することができる。これらの中で、経済性と低反射性を鑑み、無機化合物には、コロイダルシリカとして入手が容易な球状シリカを使用することが好ましい。

又、無機化合物バインダーは、前記微粒子を微粒子又は基板ガラスと接合させ、膜強度を高めるものであり、そのようなバインダーには、シリカ、アルミナ、珪酸ナトリウム等があげられ、中でも経済性に優れ、屈折率が低く、優れた低反射特性が得られるシリカが好ましい。これらバインダーは、前駆体より形成され、シリカ、アルミナの前駆体には、エトキシド、メトキシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシド化合物、オキシハロゲン化合物、酢酸化合物、アセチルアセトナート化合物等、珪酸ナトリウムには、水ガラス等を使用することができる。

基板ガラスには、ソーダ石灰ガラス、アルカリ硼珪酸塩ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、低膨張ガラス、ゼロ膨張ガラス、結晶化ガラス等の各種ガラスを使用することができる。また、ガラス基材種は、ＴＦＴ用ガラス、ＰＤＰ用ガラス、光学フィルター用基材ガラス、型板ガラス、化学強化ガラス等の各種強化ガラス、網入りガラス等を使用することができる。

本発明の低反射物品は、塗布液を基板ガラスに塗布し該基板ガラスを焼成することによって得られる。前記塗布液は、無機化合物微粒子及び無機化合物バインダーの前駆体、及び溶媒とからなる塗布液であり、無機化合物微粒子量が無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量に対して、２０倍量以上、４５倍量以下となるように調製される。

又、前記溶媒には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類やメチルエチルケトンなどのケトン類やエチレングリコールなどのグリコール類等を使用することができる。

塗布液を基板ガラスに塗布する方法としては、ディッピング法、スピンコート法、ロールコート法、カーテンフローコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、布、スポンジ、刷毛、ブラシ、不織布等の部材に塗布液を浸透させ、ロボットや人間の手等で基板ガラスに塗布する方法等の公知の方法を使用することができる。

塗布液を基板ガラスに塗布した後の該基板ガラスの加熱は、常圧下、加圧下、減圧下、不活性雰囲気下で行っても良い。また、マイクロ波加熱を行っても良い。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本実施例で得られたサンプルの品質評価は以下に示す方法で行った。
〔膜厚〕：触針式表面粗さ計（小坂研究所製、サーフコーダーＥＴ−４０００Ａ）を用いて、被膜の膜厚を測定した。
〔透視ヘイズ〕：被膜が形成されたガラス基材の曇価をＪＩＳＫ７１０５（１９８１年）に準拠して、ヘイズメーター（日本電色工業製、ＮＤＨ２０００）を用いて測定した。
〔屈折率〕：自動エリプソメータ（溝尻光学工業所製、ＤＶＡ−ＦＬ３Ｇ）を用いて、波長６３３ｎｍの屈折率を測定した。
〔反射率〕：分光光度計（日立ハイテク製、Ｕ−４０００）を用いて、入射角を８°として、波長６３３ｎｍの膜面の反射率を測定した。
〔表面平滑性（Ｒａ）〕：原子間力電子顕微鏡（ＳＰＩ３７００、セイコ−電子製）を用いて、中心線平均面粗さ：Ｒａ（ｎｍ）を求めた。
〔汚れ除去性〕：被膜が形成されたガラス基板に水道水を付着させ、３０℃で２時間保持し、水垢を付着させた。その後、タオルにて払拭し、除去できたものを合格とした。

実施例１
〔基板ガラスの準備〕
基板ガラスとしては、厚さ３ｍｍ、１００ｍｍ四方のフロートガラスを使用した。基板ガラス表面をセリア微粒子で研磨し、ブラッシング洗浄を行った。
〔無機化合物バインダーの前駆体の調合〕
テトラエトキシシラン（以下ＴＥＯＳ、多摩化学工業製）を３１．２ｇ、アルコール混合物（日本アルコール販売製、エキネンＦ−１）を４７．１ｇ、０．５Ｎ硝酸（キシダ化学製）を２１．７ｇ添加し、２５℃にて１６時間攪拌して無機化合物バインダーの前駆体１００ｇを調合した。
〔塗布液の調合〕
無機化合物微粒子量／無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量＝３２（重量比）となるように、無機化合物バインダーの前駆体を１．５ｇ、無機化合物微粒子として、平均粒径８〜１１ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックＯＳ）を２１．８ｇ、及び１２６．７ｇのイソプロパノール（以下ＩＰＡ）を５分間攪拌混合し、塗布液１５０ｇを得た。
〔低反射膜の形成〕
上記塗布液を、上記基板ガラスにスピンコーティング法により塗布した。塗布液が塗布された基板ガラスを７８０℃に保持された電気炉に１４０秒間入れ、基板ガラスが低反射膜で被覆されてなる低反射物品を作製した。品質評価結果を表１に示す。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１５０ｎｍであり、透視ヘイズは０．１％、屈折率は１．４２、反射率は１．９％、Ｒａは０．１ｎｍであり、汚れ除去性に合格した。

実施例２
無機化合物微粒子量／無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量＝２２（重量比）となるように、無機化合物バインダーの前駆体を１．８ｇ、無機化合物微粒子として、平均粒径８〜１１ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックＯＳ）を２１．５ｇ、及び１２６．７ｇのＩＰＡを５分間攪拌混合し、塗布液１５０ｇを得た以外は、実施例１と同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１５０ｎｍ、透視ヘイズは０．１％、屈折率は１．４２、反射率は１．９％、Ｒａは０．１ｎｍであり、汚れ除去性に合格だった。

実施例３
無機化合物微粒子量／無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量＝４２（重量比）となるように、無機化合物バインダーの前駆体を１．１ｇ、無機化合物微粒子として、平均粒径８〜１１ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックＯＳ）を２２．０ｇ、及び１２６．９ｇのＩＰＡを５分間攪拌混合し、塗布液１５０ｇを得た以外は、実施例１と同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１１０ｎｍ、透視ヘイズは０．１％、屈折率は１．４２、反射率は１．９％、Ｒａは０．２ｎｍであり、汚れ除去性に合格だった。

比較例１
実施例１にて、無機化合物微粒子として、平均粒径１７〜２３ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、ＩＰＡ−ＳＴ−ＭＳ）を用いた以外は、同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は９０ｎｍ、透視ヘイズは０．２％、屈折率は１．３６、反射率は０．９％、Ｒａは４．２ｎｍであり、汚れ除去性に不合格だった。

比較例２
実施例１にて、無機化合物微粒子として、平均粒径４０〜５０ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックスＯＬ）を用いた以外は、同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１１０ｎｍ、透視ヘイズは０．３％、屈折率は１．３５、反射率は０．８％、Ｒａは５．９ｎｍであり、汚れ除去性に不合格だった。

比較例３
実施例１にて、無機化合物微粒子として、平均粒径７０〜１００ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、ＩＰＡ−ＳＴ−ＺＬ）を用いた以外は、同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１００ｎｍ、透視ヘイズは０．８％、屈折率は１．３２、反射率は０．４％、Ｒａは１３．０ｎｍであり、汚れ除去性に不合格だった。

比較例４
実施例１にて、無機化合物微粒子として、平均粒径９〜１５ｎｍのシリカ微粒子が鎖状に連なっているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、ＩＰＡ−ＳＴ−ＵＰ）を用いた以外は、同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は９０ｎｍ、透視ヘイズは０．２％、屈折率は１．２８、反射率は０．１％、Ｒａは４．４ｎｍであり、汚れ除去性に不合格だった。

比較例５
無機化合物微粒子量／無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量＝０．１（重量比）となるように、無機化合物バインダーの前駆体を４５．６ｇ、無機化合物微粒子として、平均粒径８〜１１ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックＯＳ）を８ｇ、及び９６．４ｇのＩＰＡを５分間攪拌混合し、塗布液１５０ｇを得た以外は、実施例１と同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１５０ｎｍ、透視ヘイズは０．１％、Ｒａは０．１ｎｍであり、汚れ除去性に合格したが、屈折率は１．４６、反射率は２．８％と高屈折率、高反射率な膜となった。

比較例６
無機化合物微粒子量／無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量＝１００（重量比）となるように、無機化合物バインダーの前駆体を０．４ｇ、無機化合物微粒子として、平均粒径８〜１１ｎｍのシリカ微粒子が分散しているコロイダルシリカ分散液（日産化学工業製、スノーテックＯＳ）を２２．３ｇ、及び１２７．３ｇのＩＰＡを５分間攪拌混合し、塗布液１５０ｇを得た以外は、実施例１と同様の操作で低反射物品を作製した。この低反射物品において、低反射膜の膜厚は１５０ｎｍ、透視ヘイズは０．１％、屈折率は１．４１、反射率は１．７％、Ｒａは２．１ｎｍであり、汚れ除去性に不合格だった。

Claims

低反射膜で基板ガラスを被覆してなる太陽電池パネル用カバーガラスにおいて、該低反射膜が非凝集である無機化合物微粒子と無機化合物バインダーとからなり、膜表面の平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下であることを特徴とする低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス。
低反射膜で基板ガラスを被覆してなる太陽電池パネル用カバーガラスにおいて、該低反射膜が非凝集である無機化合物微粒子と無機化合物バインダーとからなり、該微粒子の平均粒径が５ｎｍ以上１４ｎｍ以下であり、膜表面の平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス。
無機化合物微粒子及び無機化合物バインダーがシリカであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラス。
無機化合物微粒子量を無機化合物バインダーの前駆体から形成される固形分量に対して、重量比で２０倍量以上４５倍量以下とする塗布液を基板ガラスに塗布し、該基板ガラスを２００℃以上、９００℃以下の温度で焼成することによって膜厚４０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスを得ることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の低反射膜で被覆した太陽電池パネル用カバーガラスの製法。