JP2012227460A

JP2012227460A - 導電性基板、太陽電池、及び表示装置

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Publication number: JP2012227460A
Application number: JP2011095791A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 裕行鈴木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP5724582B2

Abstract

【課題】大型化した場合であってもその比抵抗が問題となることがなく、機能層の選定が容易な導電性基板を提供するとともに、これを用いた太陽電池および表示装置を提供すること。
【解決手段】透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有する導電性基板であって、金属層の表面には凹溝が形成され、この凹溝底面における光透過率が８０％以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性基板、太陽電池、及び表示装置に関する。

液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などに代表される各種表示装置や太陽電池などには、透明な支持基材上にＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電層が形成された導電性基板が用いられている。しかしながら、これらの透明導電層の比抵抗は１０^-6〜１０^-5Ω・ｍであり、銀や金などの金属の比抵抗の約１０００倍程度の抵抗を示す。したがって、近年の各種表示装置や太陽電池に対する大型化の要請に応えようとした場合、当該透明導電層の抵抗によるロスが大きな問題となる。

このような問題に対して、透明導電層の表面にメッシュ状の金属の補助電極を設けることが行われている（特許文献１参照）。この導電性基板を、例えば、太陽電池等に適用する場合、透明導電層、及び金属の補助電極を覆うように、光電変換層等の機能層が形成される。このとき、光電変換層である機能層は、透明導電層および金属の両方と接することから、機能層の意図しない剥離を防止するためには、機能層には、透明導電層、及び金属の双方との良好な密着性が要求されることとなる。

しかしながら、機能層としての役割を満たしつつ、透明導電層との密着性と、金属との密着性の双方の密着性を満たすことができる機能層を選定することは現実的に困難である。特に、プラスチックフィルム基板等のフレキシブルな基板を用いた太陽電池等では、基板を曲げる際に機能層が剥離する可能性が高まるため、機能層と透明導電層との密着性、及び機能層と金属との双方の密着性のさらなる強化が要求されており、機能層の選定を特に困難にさせている。

特開２００３−２０３６８１号公報

本発明はこのような状況においてなされたものであり、その比抵抗が問題となることがなく、機能層の選定が容易な導電性基板を提供するとともに、これを用いた太陽電池および表示装置を提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための本発明は、透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有する導電性基板であって、前記金属層の表面には凹溝が形成され、前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする。

また、前記金属層の厚みが、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよい。また、前記支持基板から前記凹溝底面までの距離が、１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。

また、前記金属層の表面と凹溝の側面とは、なだらかなＲ形状により連続しており、また、凹溝の側面と底面もなだらかなＲ形状により連続していてもよい。

また、上記課題を解決するための本発明は、対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる光電変換層とを有する太陽電池であって、前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板が、透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有し、該金属層の表面には凹溝が形成され、前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする。

また、上記課題を解決するための本発明は、対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる発光層とを有する表示装置であって、前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板が、透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有し、該金属層の表面には凹溝が形成され、前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする。

本発明によれば、大型化した場合であってもその比抵抗が問題となることがなく、機能層の選定が容易な導電性基板を提供するとともに、これを用いた太陽電池および表示装置を提供することができる。

本発明の導電性基板の一例を示す概略断面図である。本発明の導電性基板の一例を示す概略断面図である。本発明の導電性基板の一例を示す概略断面図である。凹溝の開口形状の一例を示す図である。凹溝の開口形状の一例を示す図である。凹溝の開口形状の一例を示す図である。凹溝の開口形状の一例を示す図である。凹溝の開口形状の一例を示す図である。

以下、本発明の導電性基板について、図面を用いて具体的に説明する。なお、図１〜図３は、本発明の導電性基板の一例を示す概略断面図である。

＜導電性基板＞
図１に示すように、本発明の導電性基板１０は、透明な支持基板１と、この支持基板１上に形成された金属層２とから構成されている。そして、本発明では、金属層２の表面に凹溝５が形成され、凹溝５底面における光透過率が８０％以上である点に特徴を有する。つまり、本発明の導電性基板１０は、一つの金属層によって、低抵抗化と、光透過性機能とを発揮している。さらに、本発明の導電性基板１０上に形成される各種の機能層との界面が、全領域において同一の金属材料で形成されていることから、機能層を選定するに際し、金属層との密着性のみを考慮すればよく、各種機能層の選択の幅を広げることができる。

以下に、導電性基板１０の各構成について詳細に説明する。

＜＜支持基板＞＞
支持基板１は、上記の金属層２を支持するための基板であり、透明性を有するとの条件を満たす各種基板を適宜選択して用いることができ、その材料について特に限定はないが、例えば、ガラス基板等のリジッドな基板や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等の可撓性を有する樹脂材料を有する基板を好適に使用することができる。

支持基板１の厚みについても特に限定はないが、耐久性を考慮すると、１０μｍ〜５００μｍ程度であることが好ましく、５０μｍ〜３００μｍ程度であることが特に好ましい。

＜＜金属層＞＞
図１に示すように、支持基板１上には金属層２が形成されており、金属層２の表面には凹溝５が形成されている。金属層２の材料については、特に限定されることはなく、従来公知の金属を適宜用いることができる。

このような金属層２の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム合金、チタン合金およびニッケルクロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）等の金属材料を挙げることができる。上述の金属材料の中でも、電気抵抗値が比較的低いものが好ましい。このような金属としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等が挙げられる。

金属層２の表面には凹溝５が形成されている。本発明では、金属層２の表面に凹溝５を形成することで、金属層２には、支持基板１の表面から金属層の表面までの距離に相当する厚膜部２Ａと、支持基板１の表面から凹溝５の底面までの距離に相当する薄膜部２Ｂが存在することとなる。本発明では、この薄膜部２Ｂの光透過率が８０％以上であることから、薄膜部２Ｂからその上部に形成される各種の機能層に効率的に光を透過させることができる。

さらに、本発明では、一つの金属層２によって、光透過機能と、低抵抗化を図っている。したがって、各種の機能層の選定をするに際し、この金属層２との密着性のみを考慮すればよく、機能層の選定の幅を広げることができる。以下、本願明細書において、支持基板１の表面から金属層の表面までの距離に相当する部分を厚膜部２Ａと、支持基板１の表面から凹溝５の底面までの距離に相当する部分を薄膜部２Ｂと区別する場合がある。

凹溝５の開口形状、すなわち凹溝５の底面の形状については特に限定はなく、金属層２の表面を網目状やストライプ状とすることができる、任意の形状を適宜選択することができる。例えば、図４〜図８に例示される開口形状の凹溝５とすることができる。なお、図４（ａ），（ｂ）では三角形の開口部がストレートに配列され、図４（ｃ）では三角形の開口部がジグザグに配列されている。図５（ａ）では矩形の開口部がストレートに配列され、図５（ｂ）では矩形の開口部がジグザグに配列され、図５（ｃ）では菱形（角度≠９０°）の開口部が配列され、図５（ｄ）では菱形（正方形）の開口部が配列されている。また、図６（ａ）では六角形の開口部がストレートに配列され、図６（ｂ）では六角形の開口部がジグザグに、すなわちいわゆるハニカム状に配列されている。また、図７（ａ）では円形の開口部がストレートに配列され、図７（ｂ）では円形の開口部がジグザグに配列されている。図８（ａ）では、金属層２の表面がストライプ状となるように、矩形の開口部が配列され、図８（ｂ）に示すように凹溝５によって金属層２の表面はストライプ状となっている。なお、図８（ｂ）は、図８（ａ）の斜視図である。また、本願明細書において多角形や円形の「格子状」とは、多角形や円形が周期的に配列されている形状をいう。

中でも、凹溝５の開口形状は、六角形の格子状または平行四辺形の格子状であることが好ましい。この形状とすることで、金属層２を流れる電流が局所的に集中するのを効果的に防止することができる。

六角形の格子状の場合、特に、図６（ｂ）に例示するように六角形の開口部がハニカム状に配列されていることが好ましい。一方、平行四辺形の格子状の場合、平行四辺形の鋭角が４０°〜８０°の範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０°〜７０°の範囲内、さらに好ましくは５５°〜６５°の範囲内である。また、平行四辺形の４辺の長さは、太陽電池の外形形状に合わせて適宜設定される。すなわち、平行四辺形が鋭角６０°、鈍角１２０°で４辺の長さが等しい菱形である場合、電流分布が比較的均一になる均電流エリアの形状は平行四辺形の鋭角の頂点を結ぶ対角線方向に電流が流れやすい楕円形状となる。そのため、導電性基板１０の中心部から外周部電極となり得る金属層２の外周部までの距離を勘案して、平行四辺形の４辺の長さは適宜設定される。

本発明では、金属層２の薄膜部２Ｂにおいて光を透過させることから、この点を考慮して、凹溝５の開口部全体の面積を決定することが好ましい。具体的には、凹溝５の開口部面積が大きいほど、多くの光を各種機能層に透過させることができることから、凹溝５の開口形状や、凹溝５によって形成される金属層２の表面形状、例えば、金属層２の表面形状が格子状であるかストライプ状であるかにかかわらず、凹溝５の開口面積は比較的大きいことが好ましい。より具体的には、凹溝５が形成されていないとした場合の金属層２の全表面積を１００％としたときに、光透過率が８０％以上である凹溝５の開口部の比率は、５０％〜９８％程度であることが好ましく、より好ましくは７０％〜９８％の範囲内、さらに好ましくは８０％〜９８％の範囲内である。

中でも、金属層２の厚み、すなわち、支持基板１の表面から金属層２の表面までの距離が、２００ｎｍ〜３００ｎｍの場合、凹溝５の開口部の比率は８０％〜９８％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは８５％〜９８％の範囲内である。一方、金属層２の厚みが１００ｎｍ〜２００ｎｍの場合、凹溝５の開口部の比率は７０％〜８０％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは７５％〜８０％の範囲内である。

また、凹溝５の開口部の形状が六角形の格子状である場合、開口部の比率は７０％〜８０％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは７５％〜８０％の範囲内である。一方、凹溝５の開口部の形状が平行四辺形の格子状である場合、開口部の比率は８０％〜９８％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは８５％〜９８％の範囲内である。凹溝５の開口部の比率が上述の範囲未満であると、金属層２全体としての抵抗を小さくすることができるものの、厚膜部２Ａが多くなり、その分金属層２全体としての光の透過率が低下するおそれがあるからである。また、凹溝５の開口部の比率が上述の範囲を超えると、金属層２全体としての光の透過率は向上するものの、金属層２全体としての抵抗が大きくなるおそれがあるからである。

また、金属層２の厚みは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。金属層の厚みを当該範囲内とすることで、十分な低抵抗化を図ることができるからである。

また、光透過率が８０％以上であるとの条件を満たせば、支持基板１から凹溝５の底面までの距離、すなわち、薄膜部２Ｂの厚みについて特に限定はないが、薄膜部の厚みが厚すぎると光透過率を８０％以上とすることが困難となり、一方、薄膜部の厚みを薄くしすぎた場合には、厚膜部２Ａの表面と実質的に同等の表面物性を示すことができなくなるおそれが生じうる。このような点を考慮すると、薄膜部２Ｂの厚みは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、金属層２の厚みが、設定される薄膜部２Ｂの厚み以上であることはいうまでもない。

また、金属層２の表面抵抗率、すなわち厚膜部２Ａの表面抵抗率は、５Ω／ｓｑ以下であることが好ましく、中でも３Ω／ｓｑ以下、特に１Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。金属層２の表面抵抗率をこの範囲内に調整することで、例えば、本発明の導電性基板１０を太陽電池に適用した場合に、高い発電効率を得ることができる。

また、金属層２の表面抵抗率を高めることで、本発明の導電性基板１０を、太陽電池に適用した場合などに高い発電効率を得ることができる。したがって、凹溝５の底面の表面抵抗率、すわなち薄膜部２Ｂの表面抵抗率について、特に限定されることはないが、凹溝５の底面の表面抵抗率が５００Ω／ｓｑを超えると、金属層２全体としての低抵抗化の妨げとなるおそれがある。したがって、この点を考慮すると、凹溝５の底面の表面抵抗率は５００Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。

なお、金属層２の表面抵抗率、凹溝５の底面の表面抵抗率は、三菱化学株式会社製表面抵抗計（ロレスタＭＣＰ：四端子プローブ）を用い、ＪＩＳＲ１６３７（ファインセラミックス薄膜の抵抗率試験方法：４探針法による測定方法）に基づき、測定した値である。

上述したように、凹溝５の底面における全光線透過率、すなわち薄膜部２Ｂの全光透過率は、８０％以上であればよいが、中でも９０％以上、特に９２％以上であることが好ましい。凹溝５の底面における全光線透過率が高くなるほど、金属層２における光透過率は上昇することから、例えば太陽電池において用いられる場合には、光電変換層にて光を効率的に吸収することができるからである。

凹溝５の底面における全光透過率を８０％以上とする方法について特に限定はなく、金属層２の材料や、支持基板１から凹溝５の底面までの距離、すなわち薄膜部２Ｂの厚さを適宜設定することにより調整可能である。

なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験機株式会社製ＳＭカラーコンピュータ（型番：ＳＭ−Ｃ）を用いて測定した値である。

また、本発明では、図１に示すように金属層２の厚みを一定としてもよいが、図２に示すようにその部位によって金属層２の厚みが異なるようにすることもできる。

例えば、本発明の導電性基材１０を太陽電池に適用する場合には、熱損失の影響が大きい部分では金属層２の厚みを厚くし、熱損失の影響の小さい部分では、金属層２の厚みを薄くするように設定することができる。このように、熱損失の影響を考慮して、金属層２の厚みを部位によって異ならせることで、例えば、大面積の太陽電池に適用した場合であっても、高い出力電流を示す良好な太陽電池特性を得ることができる。

さらに、本発明においては、図３に示すように金属層２の表面と凹溝５の側面、さらには凹溝５の側面と底面をなだらかなＲ形状により連続させることもできる。このような形状とすることにより、当該金属層２上に光電交換層に代表される各種機能層を形成した場合において、金属層の表面と凹溝５の側面、および凹溝５の側面と底面のそれぞれで形成されるエッジ部分によって各種機能層が損傷することを防止することができる。

ここで、Ｒ形状の曲率半径や当該Ｒ形状の形成方法については特に限定することはなく、曲率半径については金属層の厚さや凹溝５のピッチや深さなど各部分の寸法を考慮して適宜設計可能であり、形成方法にあっても所望のＲ形状を形成可能な方法を選択して採用すればよい。

また、金属層２の形成方法としては、金属層２の表面に所望の凹溝５を形成することができる一般的な形成方法を適宜選択して用いることができる。このような方法としては、例えば、一般的な蒸着方法等により凹溝５が形成されていない金属層を支持基板１上に形成したのちに、凹溝５の開口部形状で薄膜部の厚みとなるようにハーフエッチングすることにより形成することができる。

また、これ以外の方法としては、支持基板１上に厚膜部に相当する金属膜をパターンニングしたのちに、この上から薄膜部に相当する金属膜を蒸着する方法や、支持基板１上に薄膜部に相当する金属膜を形成した後に、厚膜部に相当する金属膜をパターン状に形成する方法を挙げることができる。

＜太陽電池＞
以上で説明した導電性基板１０は、たとえば、対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる光電変換層とを有する太陽電池において、前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板として好適に用いることができる。

＜表示装置＞
また、以上で説明した導電性基板１０は、対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる発光層とを有する表示装置において、前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板としても好適に用いることができる。

以上、本発明の導電性基板、太陽電池、及び表示装置について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

また、本発明の導電性基板１０の利用分野についていかなる限定もされることはなく、上記で説明した太陽電池以外にも、例えば、ＯＬＥＤディスプレイ、タッチパネル等のディスプレイや、ＯＬＥＤ照明等にも適用可能である。

次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。なお、文中の「％」は特に断りのない限り質量基準である。

（実施例１）
外形サイズ５０ｍｍ□・膜厚１２５μｍのＰＥＮフィルム基材の片面全面に、スパッタリング法（成膜圧力：０．１Ｐａ、成膜パワー：１８０Ｗ、時間：１２分）にて厚み３００ｎｍでＣｕ膜を形成した。次に、上記Ｃｕ膜の全面にドライフィルムレジスト（旭化成、サンフォートＡＱ−１５５８、ネガ型）を０．４ｋｇｆ／ｃｍ²のラミネート圧、温度１２０℃にてラミネートし、所定の形状のフォトマスクを介してＵＶ照射を行い、ドライフィルムレジスト上に所望の形状を転写した。その後、０．５ｗｔ％の炭酸ナトリウム水溶液中にてレジストの未露光部を除去し、所望の形状のレジスト画像を形成した。レジスト画像をマスクとして露出しているＣｕ膜を塩化第２鉄溶液（４５ボーメ）で液温５０℃にてハーフエッチングした。Ｃｕ膜をエッチングするために要した時間は、２秒であった。その後、２ｗｔ％の水酸化ナトリウム溶液を用いて液温５０℃でレジスト除去を行い、所定の形状で、膜厚３００ｎｍの厚膜部と膜厚２０ｎｍの薄膜部を有するＣｕ膜からなる金属層を備える実施例１の導電性基板を得た。なお、スガ試験機株式会社製ＳＭカラーコンピュータ（型番：ＳＭ−Ｃ）を用いて薄膜部の光透過率を測定したところ８０％であった。

次に、実施例１の導電性基板の上面に、導電性高分子ペースト（ポリ−（３，４−エチレンジオキシチオフェン）分散品）をスピンコート法にて製膜した後に、１５０℃で３０分間乾燥させ、正孔取出し層（膜厚：１００ｎｍ）を形成した。

次に、ポリチオフェン（Ｐ３ＨＴ：Ｐｏｌｙ（３−Ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，５−ｄｉｙｌ））とＣ６０ＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）をブロモベンゼンに溶解させ、固形分濃度１．４ｗｔ％の光電変換層用塗工液を準備した。次いで、光電変換層用塗工液を正孔取出し層上にスピンコート法にて回転数６００ｒｐｍの条件で塗布して、光電変換層を形成した。次に、光電変換層上にＣａ／Ａｌ（厚み：３０ｎｍ／２００ｎｍ）を真空蒸着法にて形成して、実施例１の導電性基板を備える有機薄膜太陽電池を作製した。

実施例１の導電性基板を備える有機薄膜太陽電池をソーラーシミュレーターにより１００ｍＷ／ｃｍ²、Ａ.Ｍ.１．５Ｇの条件で太陽電池性能を評価したところ、変換効率はいずれも２．５％であり、一つの金属層によって良好な電池特性を示すことが確認できた。つまり、本発明によれば、一つの金属層で良好な電池特性を奏することができることから例えば、太陽電池に適用した場合に電池特性を損なうことなく機能層等の選択の幅を広げることができる。

１・・・支持基板
２・・・金属層
２Ａ・・・厚膜部
２Ｂ・・・薄膜部
５・・・凹溝
１０・・・導電性基板

Claims

透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有する導電性基板であって、
前記金属層の表面には凹溝が形成され、
前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする導電性基板。
前記金属層の厚みが、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の導電性基板。
前記支持基板から前記凹溝底面までの距離が、１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性基板。
前記金属層の表面と前記凹溝の側面とは、なだらかなＲ形状により連続しており、また、前記凹溝の側面と底面もなだらかなＲ形状により連続していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の導電性基板。
対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる光電変換層とを有する太陽電池であって、
前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板が、透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有し、該金属層の表面には凹溝が形成され、前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする、太陽電池。
対向する２枚の導電性基板と、その間に設けられる発光層とを有する表示装置であって、
前記２枚の導電性基板のうちの少なくとも一方の導電性基板が、透明な支持基板と、この支持基板上に形成された金属層とを有し、該金属層の表面には凹溝が形成され、前記凹溝底面における光透過率が８０％以上であることを特徴とする、太陽電池。