JP2011119581A

JP2011119581A - 塗布工具および該塗布工具を用いた電極形成用組成物の塗布方法

Info

Publication number: JP2011119581A
Application number: JP2009277474A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fukuda; 努福田; Takahiro Isoda; 孝洋磯田; Atsushi Hayashi; 敦林; Takeshi Takahashi; 高橋　　健; Toshiharu Hayashi; 年治林; Masahide Arai; 将英荒井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】電極形成用組成物をダイコーティング法によって基板に塗布する場合に組成物の固着を抑制し、多数の基板に連続して均一かつ再現性良く組成物を塗布して電極を形成することが可能な塗布工具およびこの塗布工具を用いた塗布方法を提供する。
【解決手段】金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物を塗布する塗布工具であって、複数のヘッド部材２、３から構成された塗布ヘッド１を有し、これら複数のヘッド部材２、３の互いに対向する内側面２Ａ、３Ａ同士の間に、塗布ヘッド１の先端部に開口するとともに塗布ヘッド１の長手方向に延びて電極形成用組成物が流通する溝状のスロット７が形成されており、このスロット７が開口する塗布ヘッド１の先端部におけるヘッド部材２、３の内側面２Ａ、３Ａと反対側の刃裏面２Ｂ、３Ｂには、フッ素樹脂被膜８がコーティングされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に太陽電池の電極形成用組成物をダイコーティングによって塗布するのに用いられる塗布工具および該塗布工具を用いた電極形成用組成物の塗布方法に関するものである。

このような太陽電池の電極形成用組成物として、例えば特許文献１〜６には、銀ナノ粒子を主とする金属ナノ粒子を、アルコール類またはアルコール類含有水溶液よりなる分散媒に分散したものが記載されている。そして、これら特許文献１〜６には、このような電極形成用組成物を、塗布工具を用いたダイコーティング法によって基板に塗布して太陽電池の電極を形成することも記載されている。

特開２００８−１３５１９０号公報特開２００８−１３５４１６号公報特開２００８−１３５４１７号公報特開２００８−２２６８１６号公報特開２００８−２３５８４７号公報特開２００８−２８８５６８号公報

ところが、このような電極形成用組成物は、特に分散媒がアルコール類含有水溶液である場合には表面張力が大きい一方で揮発性が高いため、塗布工具を用いたダイコーティング法で基板に塗布しようとすると、塗布工具のスロットから吐出した組成物が、スロットが形成されるヘッド部材の内側面とは反対側の刃裏面に回り込んで付着し、即座に乾燥することにより、数回の塗布で固着を生じてしまうという問題がある。

そして、このように組成物が固着した塗布工具では、基板への塗布膜厚に部分的な偏りを生じて膜厚分布が不均一となったり、塗布面へのスジ引きを生じたり、膜厚の再現性が損なわれて塗布の開始時と終了時とで膜厚にバラツキが発生したりして、太陽電池として安定した発電を行うことができなくなってしまう。このため、数回の塗布ごとに固着した組成物を除去する清掃作業を行わなければならず、効率的な電極形成を行うことが困難となるのは避けられない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のような電極形成用組成物をダイコーティング法によって基板に塗布する場合でも組成物の固着を抑制することができ、多数の基板に連続して均一かつ再現性良く組成物を塗布して電極を形成することが可能な塗布工具および該塗布工具を用いた塗布方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の塗布工具は、金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物を塗布する塗布工具であって、複数のヘッド部材から構成された塗布ヘッドを有し、これら複数のヘッド部材の互いに対向する内側面同士の間に、上記塗布ヘッドの先端部に開口するとともに該塗布ヘッドの長手方向に延びて上記電極形成用組成物が流通する溝状のスロットが形成されており、このスロットが開口する上記塗布ヘッドの先端部における上記ヘッド部材の内側面と反対側の刃裏面には、フッ素樹脂がコーティングされていることを特徴とする。

また、本発明の塗布方法は、上記構成の塗布工具を用いた電極形成用組成物の塗布方法であって、上記塗布ヘッドの先端部を基板の表面に対向させ、金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物を上記スロットに流通させて上記塗布ヘッドの先端部から吐出させつつ、該塗布工具を上記基板の表面に沿って相対的に移動させることにより、この基板の表面に上記電極形成用組成物を塗布することを特徴とする。

従って、このような塗布工具および該塗布工具を用いた電極形成用組成物の塗布方法によれば、塗布ヘッドの刃裏面にコーティングされたフッ素樹脂によって該刃裏面に撥水性が付与されるため、組成物が回り込んでも付着し難くなり、そのまま乾燥して固着してしまうのを避けることができる。このため、基板に対して連続して組成物を塗布しても塗布膜厚の分布を再現性良く均一にすることができ、長期に亙って安定した電極の形成を図ることが可能となる。

ここで、刃裏面にコーティングされるフッ素樹脂はパーフロロ化されていることが望ましく、例えばテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体であるのがより望ましい。また、コーティングされるフッ素樹脂被膜の膜厚は２〜１００μｍ程度が望ましく、このようなフッ素樹脂は焼き付け塗装によって刃裏面にコーティングすることができる。なお、被膜の密着強度を維持するために刃裏面には表面粗さがＪＩＳＢ０６０１−２００１における最大高さＲｚ６．３μｍ以下程度の下地処理を施すのが望ましい。ただし、膜厚が１０μｍ未満程度の薄膜の場合には、刃裏面の下地面粗さが被膜表面に影響を及ぼすため、最大高さＲｚ０．８μｍ以下程度とされるのが望ましい。

また、塗布される金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物は、上記特許文献１〜６に記載されたようなものであって、具体的に金属ナノ粒子は主として銀ナノ粒子であり、特に一次粒子径が１０〜５０ｎｍの範囲内の銀ナノ粒子を数平均で７０％以上含有している。さらに、当該組成物には、０．１質量部以上５０質量部以下の水が含まれているのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、電極形成用組成物が表面張力が大きくて揮発性の高いものであっても、塗布ヘッドの刃裏面に固着してしまうのを抑制することができ、長期に亙って連続的に組成物を基板に塗布を行っても、塗布膜厚の均一性や再現性を高精度に維持することが可能となって、効率的な電極の形成を行うことができる。

本発明の塗布工具の第１の実施形態を示す正面図である。図１に示す実施形態の側面図である。図１におけるＡＡ断面図である。図３における刃先部先端の拡大断面図である。第１の実施形態の変形例を示す刃先部先端の拡大断面図である。

図１ないし図４は、本発明の塗布工具の第１の実施形態を示すものである。本実施形態の塗布工具は、図１において左右方向を長手方向とする塗布ヘッド１を有し、この塗布ヘッド１は図２において左右一対のヘッド部材２、３により構成されている。ヘッド部材２、３は、本実施形態ではその全体がステンレス鋼等の鋼材により形成されて、互いに概略左右対称形状をなし、一方のヘッド部材（図２および図３において右側のヘッド部材）２に挿通された取付ボルト４が他方のヘッド部材（図２および図３において左側のヘッド部材）３に螺着されることにより、互いの内側面２Ａ、３Ａの上記長手方向両端部を密着させて一体化される。

こうして一体化させられた塗布ヘッド１は、本実施形態では上記長手方向から見て図２に示すように、その先端部（図２および図３において上部）が直角二等辺三角形状をなすように突出して刃先部５とされるとともに、後端部（図２および図３において下側）はこの直角二等辺三角形の底辺よりも大きな幅を有する長方形状をなしていて、外形は密着させられた上記内側面２Ａ、３Ａに関して略対称形状とされている。なお、内側面２Ａ、３Ａが密着させられた長手方向両端部において、刃先部５の先端部には、上記直角二等辺三角形の突出した直角角部から僅かに一段後退させられた段部６が形成されている。

さらに、長手方向両端部が密着させられたこれら内側面２Ａ、３Ａの該長手方向中央部には、太陽電池の電極形成用組成物が流通するスロット７が、上記段部６よりも長手方向内側の刃先部５先端に開口して該長手方向に延びるように、また塗布ヘッド１の前後方向（図１ないし図４において上下方向）には該塗布ヘッド１を貫通するように形成されている。ここで、このスロット７は、本実施形態では一対のヘッド部材２、３のうち例えば一方のヘッド部材２の内側面２Ａが長手方向両端部も含めて平坦面に形成されるとともに、他方のヘッド部材３の内側面３Ａの長手方向中央部が両端部に対して僅かに一段凹まされることにより、内側面２Ａ、３Ａの互いに密着した両端部の間に形成される。

なお、こうして形成されたスロット７の一対のヘッド部材２、３間の幅は、刃先部５側で小さく、この刃先部５の先端から塗布ヘッド１の後端面までの間の１／２程度の位置から後端部側で僅かに一段幅広となって該後端面に達するようにされている。また、スロット７の上記長手方向の長さは、このように幅が小さくされた刃先部５側に対して、僅かに一段幅広とされた後端部側で、長手方向両端側に僅かに長くされている。

そして、このスロット７が開口する塗布ヘッド１先端部の刃先部５におけるヘッド部材２、３の内側面２Ａ、３Ａと反対側の刃裏面２Ｂ、３Ｂには、フッ素樹脂がコーティングされて図４に示すようにフッ素樹脂被膜８が被覆されている。ただし、この図４においてフッ素樹脂被膜８は説明のため膜厚が誇張されて示されている。また、本実施形態では長手方向から見て刃先部５がなす上記直角二等辺三角形の斜辺（二等辺）に沿った刃裏面２Ｂ、３Ｂ全体にフッ素樹脂被膜８が被覆されているが、スロット７が開口する刃先部５の先端は、フッ素樹脂がコーティングされた後にフッ素樹脂被膜８ごとスロット７に垂直に研磨されていて、フッ素樹脂被膜８は被覆されていない。

ここで、この刃裏面２Ｂ、３Ｂにコーティングされるフッ素樹脂はパーフロロ化されたものであり、例えばテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、または四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体であって、刃裏面２Ｂ、３Ｂに焼き付け塗装によってコーティングされ、その膜厚は２〜１００μｍ程度とされている。なお、刃裏面２Ｂ、３Ｂにはコーティング前に、その表面粗さがＪＩＳＢ０６０１−２００１における最大高さＲｚ６．３μｍ以下程度となるように下地処理が施されている。ただし、膜厚が１０μｍ未満程度の場合には、この下地処理は最大高さＲｚ０．８μｍ以下程度とされるのが望ましい。

このように構成された塗布工具を用いた本発明の塗布方法の一実施形態では、塗布ヘッド１は、その先端部の刃先部５を太陽電池の基板の表面に対向させて配置され、上記スロット７に後端部側から流通させられた電極形成用組成物が刃先部５先端の開口部から吐出させられつつ、該基板の表面に沿って上記長手方向に垂直な方向に相対的に移動させられて、この基板の表面に上記電極形成用組成物を塗布してゆく。

ここで、塗布される電極形成用組成物は、銀ナノ粒子を主とする金属ナノ粒子がアルコール類またはアルコール類含有水溶液よりなる分散媒に分散したものであって、一次粒子径が１０〜５０ｎｍの範囲内の銀ナノ粒子を数平均で７０％以上含有しており、また当該組成物には、０．１質量部以上５０質量部以下の水が含まれている。

従って、このような塗布工具および該塗布工具を用いた塗布方法では、塗布ヘッド１先端の刃先部５における刃裏面２Ｂ、３Ｂにフッ素樹脂がコーティングされてフッ素樹脂被膜８が被覆されているので、これら刃裏面２Ｂ、３Ｂに撥水性を与えることができる。例えば、このようなフッ素樹脂被膜８では、使用液として水を用いたときの接触角が９０°以上となるような撥水性を得ることができるので、刃先部５先端のスロット７から吐出した組成物が刃裏面２Ｂ、３Ｂ側に回り込んでも、付着してしまうのを抑制することができる。

このため、こうして刃裏面２Ｂ、３Ｂに回り込んだ組成物が付着してそのまま乾燥することにより該刃裏面２Ｂ、３Ｂに固着してしまうのを防ぐことができ、このように固着した組成物によって基板表面の塗布面にスジ引きが発生したり、塗布膜厚に部分的にバラツキが生じたり、塗布の開始時と終了時とで膜厚が変化したりするのを抑えることができる。従って、刃裏面２Ｂ、３Ｂの清掃作業を行うことなく、あるいは清掃頻度を大幅に削減して、多数の基板に対して連続して組成物を塗布しても、塗布膜厚を再現性良く均一にすることができ、ダイコーティング法によって長期に亙って安定した電極の形成を図ることが可能となる。

なお、本実施形態の塗布工具では、その塗布ヘッド１先端の刃先部５が長手方向から見たときに上述のような三角形状をなし、この三角形の角部にスロット７が開口するように形成されているが、図５に示す変形例のようにこの刃先部５の先端に断面略長方形状のリップ部２Ｃ、３Ｃが形成されていて、これらのリップ部２Ｃ、３Ｃの間にスロット７が開口するようにされていてもよく、またこれらのリップ部２Ｃ、３Ｃが、超硬合金等の硬質材料によりヘッド部材２、３とは別体に形成されていて、ヘッド部材にろう付けやネジ止めで取り付けられた構成とされていてもよい。

ただし、これらの場合でも、刃先部５の先端となる上記リップ部２Ｃ、３Ｃの先端面は、フッ素樹脂のコーティング後に研磨されることにより、フッ素樹脂被膜８は被覆されない状態となる。また、フッ素樹脂被膜８は、刃裏面２Ｂ、２Ｃにおいて電極形成用組成物が付着するおそれのある部分に被覆されていればよく、必ずしも刃裏面２Ｂ、２Ｃの全体にコーティングされていなくてもよい。

１塗布ヘッド
２、３ヘッド部材
２Ａ、３Ａヘッド部材２、３の内側面
２Ｂ、３Ｂ刃裏面
２Ｃ、３Ｃリップ部
５刃先部
７スロット
８フッ素樹脂被膜

Claims

金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物を塗布する塗布工具であって、複数のヘッド部材から構成された塗布ヘッドを有し、これら複数のヘッド部材の互いに対向する内側面同士の間に、上記塗布ヘッドの先端部に開口するとともに該塗布ヘッドの長手方向に延びて上記電極形成用組成物が流通する溝状のスロットが形成されており、このスロットが開口する上記塗布ヘッドの先端部における上記ヘッド部材の内側面と反対側の刃裏面には、フッ素樹脂がコーティングされていることを特徴とする塗布工具。
請求項１に記載の塗布工具を用いた塗布方法であって、上記塗布ヘッドの先端部を基板の表面に対向させ、金属ナノ粒子が分散媒に分散した太陽電池の電極形成用組成物を上記スロットに流通させて上記塗布ヘッドの先端部から吐出させつつ、該塗布工具を上記基板の表面に沿って相対的に移動させることにより、この基板の表面に上記電極形成用組成物を塗布することを特徴とする塗布工具を用いた電極形成用組成物の塗布方法。