JP2013211501A - 光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光電変換装置70は、第1の基板71と、第1の基板71の上に設けられた光電変換素子72と、面71aに対向する第2の基板63と、第1の基板71と第2の基板63との間にあって、第1の基板71と第2の基板63の周縁部に沿って配置され、第1の基板71と第2の基板63とを貼り合わせる封止部84と、を有し、第1の基板71及び第2の基板63の少なくとも一方は、フィルムと前記フィルムの少なくとも片方の面に形成された少なくとも1層のバリア層とを備えるガスバリア性フィルムであり、前記バリア層の平均密度が1.8g/cm3以上であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Siまたは多結晶Si、あるいは薄膜のアモルファスSiを用いたSi系太陽電池が主流であったが、Siに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。
化合物半導体系太陽電池としては、GaAs系等のバルク系と、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなるCIS系又はCIGS系等の薄膜系が知られている。
CIGS系は、一般式Cu1−zIn1−xGaxSe2−ySy(式中、0≦x≦1,0≦y≦2,0≦z≦1)で表される化合物半導体であり、x=0のときがCISである。
CIGS系等の薄膜系光電変換素子においては一般に、光電変換層の光吸収面側には、界面層(バッファ層)を介して透明導電膜(透明電極)が形成されている。透明導電膜としては、ZnO(酸化亜鉛)、ITO(酸化インジウム錫)、ZTO(酸化亜鉛・錫)等があげられる(例えば、特許文献1参照)。
光電変換素子には、フレキシビリティ(柔軟性、可撓性)の向上や耐久性の向上が期待されている。光電変換素子の耐久性を向上させる上で、光電変換素子にガスバリア性を有するバリア膜を設ける技術が提案されている(例えば、特許文献2〜3参照)。
また、特許文献2及び3においては、有機層と無機層とを交互に積層した多層膜の検討がされているが、プロセス数が多くなり、煩雑で高コストとなる課題があった。
以上のように、従来の光電変換素子は、フレキシビリティを活かす上でガスバリア性が不足する可能性があり、ガスバリア性の不足による性能低下や短寿命化を生じる可能性がある。
前記バリア層のうちの少なくとも1層が珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
前記バリア層の膜厚方向における前記バリア層の表面からの距離と、前記距離に位置する点の前記バリア層に含まれる珪素原子、酸素原子、及び炭素原子の合計数に対する珪素原子数の比率(珪素の原子数比)、酸素原子数の比率(酸素の原子数比)、炭素原子数の比率(炭素の原子数比)との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線、及び炭素分布曲線において、下記の条件(i)〜(iii):
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比、及び炭素の原子数比が、前記バリア層の膜厚方向における90%以上の領域において、下記式(1)で表される条件を満たすこと、
(酸素の原子数比)>(珪素の原子数比)>(炭素の原子数比)・・・(1)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有すること、
(iii)前記炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が5at%以上であること、を全て満たし、
前記炭素分布曲線から求められる前記炭素の原子数比の平均値が、3at%以上30at%以下であり、前記バリア層の平均密度が1.8g/cm3以上であり、
前記光電変換層は、Ib族元素、IIIb族元素、およびVIb族元素からなるカルコパイライト構造を有する少なくとも1種の化合物半導体からなることを特徴とする。
(Q1,Q2,Q3のピーク面積を合計した値)/(Q4のピーク面積)<10 …(I)
(Q1は、1つの中性酸素原子及び3つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q2は、2つの中性酸素原子及び2つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q3は、3つの中性酸素原子及び1つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q4は、4つの中性酸素原子と結合した珪素原子を示す。)
なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の光電変換装置の第1実施形態を示す概略図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A線に沿う側断面図である。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
本実施形態においては、第1の基板71がガスバリア性フィルムである。即ち、第1の基板71は、フィルム73とバリア層74とからなる。フィルム端部から光電変換装置内部への水蒸気浸透の影響を排除し、光電変換素子を保護する観点から、バリア層は、ガスバリア性フィルムの前記光電変換層が設けられた側の面に形成されていることが好ましい。即ち、バリア層は、ガスバリア性フィルムの光電変換素子72に面する側に形成されていることが好ましく、本実施形態においては、フィルム73の面73a上にバリア層74が形成されている。光電変換素子の保護機能を更に高める観点から、フィルムの両面にバリア層が形成されてもよい。即ち、フィルム73の面73b上にもバリア層が形成されていてもよい。
有機高分子としては、例えば、アセタール樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ(エチレン−2,6−ナフタレンジカルボシレート)(PEN)等のポリエステル樹脂;ポリイミド樹脂;ポリカーボネート(PC)樹脂;エポキシ樹脂;ポリスチレン樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリエーテルスルホン等のスルホン樹脂;ポリアクリレート、ポリアクリルアミド等のアクリル樹脂;ポリジメチルフェニレンオキシド等のポリフェニレンオキシド樹脂;液晶ポリエステルアミド、液晶ポリエステルエーテル、液晶ポリエステルカーボネート、液晶ポリエステルイミド等の液晶ポリエステル樹脂;セロファン;ポリ(1−トリメチルシリル−1−プロピン);ポリ(4−メチル−2−ペンチン);等が挙げられる。
無機高分子としては、例えば、ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。
これらの高分子は、透明であってもよく、半透明であってもよく、完全に不透明であってよい。
これらの中でも、フィルム73の形成材料としては、耐熱性の観点から、ポリイミド樹脂及び液晶ポリエステル樹脂から選ばれる樹脂材料を1種以上含むことが好ましい。
これらのバリア層の材質の中でも、得られるガスバリア性フィルムの透明性及びガスバリア性のバランスの観点から、酸化珪素を主成分として用いることが好ましく、一般式:SiOx(前記一般式において、Xは1〜2の数を表す。)で表される酸化珪素を主体として用いることがより好ましく、一般式A:SiOx(前記一般式Aにおいて、Xは1.5〜2.0の数を表す。)で表される酸化珪素を主成分として用いることが特に好ましい。
なお、本明細書において、主成分として用いるとは、材質の全成分の質量に対してその成分の含有量が50重量%以上(好ましくは70重量%以上)であることをいう。
また、これらの酸化珪素を主成分とするバリア層は、珪素および酸素以外の元素を含んでいても良い。そのような元素としては、例えば炭素を挙げることができる。珪素、酸素、炭素を含むバリア層は、一般式B:SiOxCy(前記一般式Bにおいて、Xは0〜2の数を,Yは0〜2の数を表す。)で表される珪素−酸素−炭素化合物を主成分として用いることが好ましい。
また、これらのバリア層は、珪素、酸素、炭素以外の元素として、水素を含んでいてもよい。
[ガスバリア性フィルム]
本実施形態の光電変換装置70に用いられるガスバリア性フィルムは、フィルムと前記フィルムの少なくとも片方の面に形成された少なくとも1層のバリア層とを備え、前記バリア層のうちの少なくとも1層が珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、前記バリア層の膜厚方向における前記バリア層の表面からの距離と、前記距離に位置する点の前記バリア層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する珪素原子数の比率(珪素の原子数比)、酸素原子数の比率(酸素の原子数比)、炭素原子数の比率(炭素の原子数比)との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、下記条件(i)〜(iii):
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記バリア層の膜厚方向における90%以上の領域において下記式(1)で表される条件を満たすこと、
(酸素の原子数比)>(珪素の原子数比)>(炭素の原子数比)・・・(1)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有すること、
(iii)前記炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が5at%以上であること、
を全て満たし、前記炭素分布曲線から求められる前記炭素の原子数比の平均値が、3at%以上30at%以下であり、前記バリア層の平均密度が1.8g/cm3以上である。
バリア層Hは、バリア層Hのうちの少なくとも1層が珪素、酸素及び水素を含んでおり、後述する成膜ガスの完全酸化反応によって生じるSiO2を多く含む第1層Ha、不完全酸化反応によって生じるSiOxCyを多く含む第2層Hbを含み、第1層Haと第2層Hbとが交互に積層された3層構造となっている。
本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムが備えるフィルムFは、可撓性を有し高分子材料を形成材料とするものである。
フィルムFの形成材料は、ガスバリア性フィルムが光透過性を有する場合、フィルム73の形成材料として挙げたものと同様である。
また、ガスバリア性フィルムの光透過性が重要視されない場合には、フィルムFとして、例えば上記樹脂にフィラーや添加剤を加えた複合材料を、用いることも可能である。
本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムが備えるバリア層Hは、フィルムFの少なくとも片面に形成される層であり、少なくとも1層が珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有している。また、バリア層Hは、窒素、アルミニウムを更に含有していてもよい。なお、バリア層Hは、光電変換素子の保護機能を更に高める観点から、フィルムFの両面に形成されることとしてもよい。
本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムが備えるバリア層Hは、平均密度が1.8g/cm3以上の高い密度となっている。なお、本明細書においてバリア層Hの「平均密度」は、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)で求めた珪素の原子数、炭素の原子数、酸素の原子数と、水素前方散乱法(Hydrogen Forward scattering Spectrometry:HFS)で求めた水素の原子数と、から測定範囲のバリア層の重さを計算し、測定範囲のバリア層の体積(イオンビームの照射面積と膜厚との積)で除することで求められる。
また、バリア層Hは、バリア層Hの膜厚方向におけるバリア層Hの表面からの距離と、該距離に位置する点の珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する珪素原子数の比率(珪素の原子数比)、酸素原子数の比率(酸素の原子数比)及び炭素原子数の比率(炭素の原子数比)との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、上述した条件(i)〜(iii)の全てを満たす。
(酸素の原子数比)>(珪素の原子数比)>(炭素の原子数比)・・・(1)
また、本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムが備えるバリア層Hは、炭素分布曲線から求められる炭素の原子数比の平均値が、3at%以上30at%以下である。
|dC/dx|≦ 0.5 ・・・(F1)
で表される条件を満たすことをいう。
また、本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムが備えるバリア層Hは、少なくとも1層が珪素、酸素、及び水素を含んでおり、バリア層Hの29Si−固体NMR測定において求められる、Q4のピーク面積に対する、Q1,Q2,Q3のピーク面積を合計した値の比が、下記条件式(I)を満たすことが好ましい。
(Q1,Q2,Q3のピーク面積を合計した値)/(Q4のピーク面積)<10…(I)
Q1:1つの中性酸素原子、及び3つの水酸基と結合した珪素原子
Q2:2つの中性酸素原子、及び2つの水酸基と結合した珪素原子
Q3:3つの中性酸素原子、及び1つの水酸基と結合した珪素原子
Q4:4つの中性酸素原子と結合した珪素原子
以下の説明においては、スムージング後のスペクトルを「測定スペクトル」と称する。
バリア層HとフィルムFとを分離する方法としては、例えば、バリア層Hを金属製のスパチュラなどで掻き落とし、固体NMR測定における試料管に採取する方法が挙げられる。また、フィルムのみを溶解する溶媒を用いてフィルムFを除去し、残渣として残るバリア層Hを採取しても構わない。
本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムは、フィルムF及びバリア層Hを備えるものであるが、必要に応じて、更にプライマーコート層、ヒートシール性樹脂層、接着剤層等を備えていてもよい。このようなプライマーコート層は、ガスバリア性フィルムとの接着性を向上させることが可能な公知のプライマーコート剤を用いて形成することができる。また、このようなヒートシール性樹脂層は、適宜公知のヒートシール性樹脂を用いて形成することができる。さらに、このような接着剤層は、適宜公知の接着剤を用いて形成することができ、このような接着剤層により複数のガスバリア性フィルム同士を接着させてもよい。
本実施形態に用いられるガスバリア性フィルムは、以上のような構成となっており、その水蒸気透過度は、40℃RH90%の条件下、10−2g/m2・day以下であることが好ましく、10−3g/m2・day以下であることがより好ましく、10−4g/m2・day以下であることが特に好ましい。
次いで、上述の条件(a)〜(d)を全て満たすバリア層を有するガスバリア性フィルムの製造方法について説明する。
フィルムFを製造装置に装着した後に乾燥させる方法としては、送り出しロールからフィルムFを送り出し搬送しながら、チャンバー内を減圧することが挙げられる。また、通過させるロールがヒーターを備えるものとし、ロールを加熱することで該ロールを上述の加熱ドラムとして用いて加熱することとしてもよい。
上述の装置を用いて形成されるバリア層について、バリア層に含まれる炭素の原子数比の平均値を例えば11at%以上21at%以下とするためには、例えば、以下のようにして定めた範囲で原料ガスと反応ガスとを混合した成膜ガスを用いて成膜する。
(成膜条件)
真空チャンバー内の真空度:3Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:0.8kW
プラズマ発生用電源の周波数:70kHz
フィルムの搬送速度:0.5m/min
本実施形態において、第2の基板63としては、フィルム73の形成材料として挙げたものと同様のものを用いることができる。
本実施形態において、光電変換装置70の外界からの水蒸気等の影響を遮断するため、第1の基板71の一方の面71a上に設けられた光電変換素子72を囲むように第1の基板71と第2の基板63の周縁部に沿って配置され、第1の基板71と第2の基板63とを貼り合せる封止部84が設けられている。
接着層86は、第1の基板71と第2の基板63を接着する役割を果たしている。
吸湿層85は、接着層86から侵入してきた水蒸気を吸収する役割を果たしている。当該役割を果たすべく、吸湿層85は、第1の基板と第2の基板のうち、少なくとも一方の基板と接していてればよく、他方の基板との間に空間が生じていてもよい。吸湿層の性能をより発揮させるためには、吸湿層が第1の基板及び第2の基板の両方と接していることが好ましく、一方の基板に密着し、他方の基板と接していることがより好ましく、両方の基板に密着していることが、特に好ましい。本実施形態において、吸湿層85は、接着層86とともに、第1の基板71と第2の基板63の両方に密着している。
熱硬化性樹脂には1液型、2液型が挙げられ、いずれも接着層として用いることができる。
光硬化性樹脂の主たるものはUV硬化樹脂であるが、その典型的な化合物として、アクリレート化合物、エポキシ化合物、オキセタン化合物、多官能性ビニルエーテル化合物等が挙げられる。
接着層86に用いる材料は、耐透湿性に優れたものを選択して使用することが望ましい。また、接着層86に用いる材料は、使用する基板との接着強度が高くなるものを選択することが望ましい
バインダーの材料として、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
吸湿層85を構成する乾燥剤は、化学反応系乾燥剤、及び物理吸着系乾燥剤のいずれを用いてもよい。
物理吸着系乾燥剤としては、モレキュラーシーブ、シリカゲルなどが挙げられる。
化学反応系乾燥剤としては、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、五酸化燐等が挙げられる。
アルカリ金属の酸化物としては、酸化リチウム(Li2O)、酸化ナトリウム(Na2O)等が挙げられる。
アルカリ土類金属の酸化物としては、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)等が挙げられる。
アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム(LiOH)、酸化ナトリウム(NaOH)等が挙げられる。
アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)等が挙げられる。
アルカリ土類金属のハロゲン化物として、塩化カルシウムが挙げられる。
これらの乾燥剤の中で、水(H2O)との反応性が高く、乾燥剤としての性能が優れていることから、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の水酸化物、及びアルカリ土類金属の水酸化物から選ばれる化合物を1種以上含有することが好ましい。
例えば、乾燥剤の酸化バリウム単体は、自重に対して0.117(g/g)の水と反応し、その密度5.72 から、吸湿能力は669(mg/cc)となる。
また、酸化カルシウム単体の吸湿能力は1,075(mg/cc)となる。
一方、(i)接着層の水蒸気透過度が高いとき、(ii)接着層の幅が狭いとき、 (iii)吸湿層の幅が狭いとき、又は吸湿層の面積が小さいとき、(iv)光電変換装置の寿命を長く設定するとき、には、吸湿層の吸湿能力を高く設定する必要がある。
一方、吸湿層における乾燥剤の割合が低すぎる場合には、バインダーに残留している水分により、混合の際に乾燥剤の吸湿能力の失われる割合が高くなり、初期の吸湿層の吸湿能力が低下するおそれがある。
また、吸湿層85を構成する材料は、光電変換装置70における吸湿層85が設けられる位置によって、それぞれ異なっていてもよい。
先ず、光電変換素子72が設けられた第1の基板71の面71a上に、上記方法により、第1の基板71の外周に沿って、封止部84を額縁状に形成する。次いで、面71aの上から第2の基板63を載せて積層する。接着層86として、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を用いる場合には、加温又は光照射により、これらの樹脂を硬化させる。
封止部84が形成された第1の基板71と、第2の基板63と、を貼合させるに際し、第2の基板63がフィルム、金属箔等、柔軟性の基板である場合には、ラミネーターを使用することができる。
本実施形態において、光電変換素子72としては、モノリシック集積型モジュールとグリッド型モジュールが挙げられる。以下、各モジュールについて説明する。
図6は、本実施形態に用いられるモノリシック集積型モジュール30を示す側断面図である。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図6に示すように、本実施形態に用いられるモノリシック集積型モジュール30は、第1の基板71の面71a上に形成され、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル54を有する。この太陽電池セル54は、裏面電極32と、光電変換層34と、界面層36と、透明導電層38により構成される。
裏面電極32は、第1の基板71の長手方向に、所定の間隔を空けて複数設けられた分離溝33により、隣り合う裏面電極32と互いに分離されている。裏面電極32の主成分としては特に制限されないが、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)、若しくはW(タングステン)、又はこれらの組合せが好ましく、Mo(モリブデン)がより好ましい。裏面電極32の膜厚は、特に制限されないが、200〜1000nm程度が好ましい。
光電変換層34は、化合物半導体からなり、透明導電層38及び界面層36を通過した光を吸収することにより電荷を生じる層であり、分離溝33を埋めるように、裏面電極32の面32a上に形成されている。高光電変換効率が得られることから、光電変換層13は、カルコパイライト構造を有する少なくとも1種の化合物半導体からなる。カルコパイライト構造を有する化合物半導体は、Ib族元素、IIIb族元素、およびVIb族元素からなる。
光電変換層の膜厚は特に制限されないが、0.5.0〜5.0μmが好ましく、1.0〜3.0μmがより好ましい。
界面層(バッファ層)36は、光電変換層34の面34a上に形成されている。界面層36は、光電変換層34を保護するとともに、透明導電層38に入射された光を光電変換層34に到達させる機能を有する。
界面層36の材質としては特に制限されないが、Cd、Zn、Sn、及びInからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を有する金属硫化物を含むことが好ましく、CdS又はZnSを含むことがより好ましい。また、Cd、Zn、Sn、及びInからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を有する金属酸化物又は金属水酸化物を含むことが好ましく、ZnO、又はZn(OH)2を含むことがより好ましい。
界面層36の膜厚は、特に制限されないが、10nm〜2μmが好ましく、15〜200nmがより好ましい。
モノリシック集積型モジュール30の形成工程において、界面層36形成後、レーザー光照射や金属針等により、第1の開口溝39が形成されている。更に、第1の開口溝39をレーザー照射することにより、光電変換層34が改質され、コンタクト電極部41が形成されている。コンタクト電極部41は、透明導電層38と裏面電極32とを接続している。
透明導電層(透明電極)38は、光を取り込むと共に、裏面電極32と対になって、光電変換層34で生成された電荷が流れる電極として機能する層である。透明導電層38の材質としては特に制限されないが、例えば、Al、B、Ga、In等がドープされたZnO、またはITO(インジウム錫酸化物)により構成される。透明導電層38は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。
透明導電層38の膜厚は、特に制限されないが、0.1〜1μmが好ましい。
そのため、本実施形態においては、光電変換素子72としてモノリシック集積型モジュールを好適に用いることができる。
図7は、本実施形態に用いられるグリッド型モジュール31を示す側断面図である。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図7に示すように、本実施形態に用いられるグリッド型モジュール31は、第1の基板71の面上に、裏面電極32と、光電変換層34と、界面層36と、透明導電層38と、がこの順に積層されている。
裏面電極32、光電変換層34、界面層36、及び透明導電層38の材質、膜厚等は、モノリシック集積型モジュール30における各構成のものと同様であるため、説明を省略する。
図8は、本発明の光電変換装置の第2の実施形態を示す側断面図である。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
本実施形態において、第1実施形態に示されたものと同じ構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第1の基板71及び第2の基板93の両方が、ガスバリア性フィルムである。即ち、第2の基板93は、フィルム94とバリア層95とからなる。光電変換素子を保護する観点から、バリア層は、光電変換層が設けられた側の面に形成されていることが好ましく、本実施形態においては、フィルム94の面94a上にバリア層95が形成されている。光電変換素子の保護機能を更に高める観点から、フィルムの両面にバリア層が形成されてもよい。即ち、フィルム94の面94b上にもバリア層が形成されていてもよい。
(A−1)フィルム
2軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚み:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム(株)製、商品名「テオネックスQ65FA」)
そして、第1成膜ロール17と第2成膜ロール18との間の空間に無終端のトンネル状の磁場を形成すると共に、第1成膜ロール17と第2成膜ロール18にそれぞれ電力を供給して第1成膜ロール17と第2成膜ロール18との間に放電させ、このような放電領域に成膜ガス(原料ガス(HMDSO)及び反応ガス(酸素ガス)の混合ガス)を供給して、下記条件にてプラズマCVD法による薄膜形成を行った。この工程を3回行うことにより、珪素、酸素、炭素の元素から成るSiOXCYのバリア層が積層されたガスバリア性フィルムを得た。
原料ガスの供給量:50sccm
酸素ガスの供給量:500sccm
真空チャンバー内の真空度:3Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:0.8kW
プラズマ発生用電源の周波数:70kHz
フィルムの搬送速度:0.5m/min
得られたガスバリア性フィルムの水蒸気透過度について、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件で、水蒸気透過度測定機(GTRテック社製、GTRテック−30XASC)を用いて測定したところ、2×10−4g/(m2・day)であった。
得られたガスバリア性フィルムについて、下記条件にてXPSデプスプロファイル測定を行い、珪素原子、酸素原子、炭素原子の分布曲線を作成したところ、得られた珪素分布曲線、酸素分布曲線、炭素分布曲線から、炭素分布曲線が実質的に連続であること、炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有すること、前記炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が5at%以上であることを満たしていることが確認された。
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、VG Theta Probe
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット形状及びスポット径:800×400μmの楕円形。
実験例2で使用した材料を以下に示す。
(A−2)基板
実験例1で作成した、ガスバリアフィルム(フィルム:ポリエチレンナフタレート (PEN) 、バリア層:SiOXCY)のバリア層表面をUVO3洗浄したものを2枚用意した。
(C−1)光硬化性樹脂
UV硬化樹脂 (エポキシアクリレート、25℃における粘度:7720(mPa・s)、日立化成工業(株)製、商品名「ヒタロイド7851」)
(C−2)光重合開始剤
光重合開始剤(2,2-ジメトキシー1,2−ジフェニルエタンー1−オン、融点:63〜67℃、BASF社製、商品名「IRGACURE651」)
次いで、第2の基板として2枚目のA−2を用い、第1の基板におけるD−1の塗工面と、第2の基板のバリア層面と、を貼合した。
次いで、UV照射装置を用いて、貼合した面に、10mW/cm2の強度で100秒間 UV照射を行った。D−1は硬化して接着層が形成され、この接着層は、ガスバリア性フィルムと密着していることが確認された。
実験例3で使用した材料を以下に示す。
(A−3)基板
フィルム(ポリエチレンテレフタレート (PET) )を2枚用意した。
(C−1)光硬化性樹脂
UV硬化樹脂 (エポキシアクリレート、25℃における粘度:7720(mPa・s)、日立化成工業(株)製、商品名「ヒタロイド7851」)
(C−2)光重合開始剤
光重合開始剤(2,2-ジメトキシー1,2−ジフェニルエタンー1−オン、融点:63〜67℃、BASF社製、商品名「IRGACURE651」)
(E)乾燥剤
乾燥剤(酸化バリウム、BET比表面積法による平均粒子径:0.9μm)
1枚目のA−3の面上に、バーコーターを用いてF−1を約250μmの厚さに塗工後、塗工面に2枚目のA−3を貼合した。次いで、UV照射装置を用いて、貼合した面に、10mW/cm2の強度で100秒間 UV照射を行った後、形成された吸湿層をA−3から剥離し、吸湿能力測定の試料として用いた。
高温高湿対応TG/DTA測定装置(エスエスアイ・テクノロジー(株)製)を用いて、一定の温度・湿度下での、吸湿層12.28(mg)の吸湿による重量増加を測定した。測定条件等を以下に示す。
50℃60%RH条件下で、試料を過飽和とし、2.5時間後に50℃0%RHの条件に切り替え、1時間以上の測定で漸近した重量増加量を試料の吸湿能力とした。
Claims (9)
- 第1の基板と、前記第1の基板の上に設けられた光電変換層と、
前記第1の基板の前記光電変換層が設けられた面に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間にあって、前記第1の基板と前記第2の基板の周縁部に沿って配置され、前記第1の基板と前記第2の基板とを貼り合わせる封止部と、を有し、
前記第1の基板及び前記第2の基板の少なくとも一方は、フィルムと前記フィルムの少なくとも片方の面に形成された少なくとも1層のバリア層とを備えるガスバリア性フィルムであり、
前記バリア層のうちの少なくとも1層が珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
前記バリア層の膜厚方向における前記バリア層の表面からの距離と、前記距離に位置する点の前記バリア層に含まれる珪素原子、酸素原子、及び炭素原子の合計数に対する珪素原子数の比率(珪素の原子数比)、酸素原子数の比率(酸素の原子数比)、炭素原子数の比率(炭素の原子数比)との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線、及び炭素分布曲線において、下記の条件(i)〜(iii):
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比、及び炭素の原子数比が、前記バリア層の膜厚方向における90%以上の領域において、下記式(1)で表される条件を満たすこと、
(酸素の原子数比)>(珪素の原子数比)>(炭素の原子数比)・・・(1)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有すること、
(iii)前記炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が5at%以上であること、
を全て満たし、
前記炭素分布曲線から求められる前記炭素の原子数比の平均値が、3at%以上30at%以下であり、
前記バリア層の平均密度が1.8g/cm3以上であり、
前記光電変換層は、Ib族元素、IIIb族元素、およびVIb族元素からなるカルコパイライト構造を有する少なくとも1種の化合物半導体からなることを特徴とする光電変換装置。 - 前記バリア層のうちの少なくとも1層が、珪素、酸素、及び水素を含有しており、
前記バリア層の29Si固体NMR測定において求められる、酸素原子との結合状態が異なる珪素原子の存在比に基づいて、Q4のピーク面積に対する、Q1,Q2,Q3のピーク面積を合計した値の比が、下記条件式(I)を満たす請求項1に記載の光電変換装置。
(Q1,Q2,Q3のピーク面積を合計した値)/(Q4のピーク面積)<10 …(I)
(Q1は、1つの中性酸素原子及び3つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q2は、2つの中性酸素原子及び2つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q3は、3つの中性酸素原子及び1つの水酸基と結合した珪素原子を示し、Q4は、4つの中性酸素原子と結合した珪素原子を示す。) - 前記フィルムの形成材料が、ポリイミド樹脂及び液晶ポリエステル樹脂から選ばれる樹脂材料を1種以上含む請求項1又は2に記載の光電変換装置。
- 前記バリア層は、前記ガスバリア性フィルムの前記光電変換層が設けられた側の面に形成されている請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の基板及び前記第2の基板の両方が、前記ガスバリア性フィルムである請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記ガスバリア性フィルムは、前記フィルムの両面に前記バリア層が形成されている請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記封止部は、吸湿層と接着層とからなり、前記吸湿層が、前記接着層の内側に、前記光電変換層を囲むように形成されており、前記吸湿層の吸湿能力が10mg/cc以上である請求項1から6のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記封止部の吸湿層が、乾燥剤及びバインダーからなり、前記乾燥剤は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の水酸化物、及びアルカリ土類金属の水酸化物から選ばれる化合物を1種以上含有する請求項1から7のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記封止部の接着層が、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂からなる請求項1から8のいずれか1項に記載の光電変換装置。
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