JP2013518145A - 光電池用シート - Google Patents
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Abstract
本発明は、光電池用シートに関する。本発明によれば、優れた耐熱性、耐光性、耐候性、耐湿性、及び絶縁性を有し、光電池モジュールに適用したときにその集光効率を向上させることができる光電池用シートを提供することができる。
Description
本発明は、光電池用シートに関する。
光電池は、太陽電池とも呼ばれるもので、光を電気に転換させることができる半導体装置である。光電池は、光に露出されると、電圧を発生させて後続的な電子の流れを誘発する。その電子の流れの大きさは電池表面に形成された光電池接合部に対する光の衝突強度に比例する。
光電池の代表的な種類には、シリコーンウェハ系光電池及び薄膜型光電池などがある。シリコーンウェハ系光電池は、単結晶または多結晶シリコーンインゴット(ｉｎｇｏｔ)を使用して製造した光電変換素子を使用し、薄膜型光電池における光電変換素子は、スパッタリングまたは蒸着などの方式で基板または強誘電体などに沈着させて形成する。
シリコーンウェハ系光電池及び薄膜型光電池は、いずれも脆性を有するので、耐荷重支持部材が要求される。前記支持部材は、光電池の上部に配置される光透過性の上部層であるか、あるいは光電池の裏面に配置される背面層であってよい。
一般的に、光電池の裏面に配置される背面層は、強直性バックスキン形態である。このような背面層に適用できる多様な材料が知られており、その例としては、ガラスなどの強誘電体、アルミニウムなどの金属箔、有機フッ素系重合体または前記有機フッ素系重合体のフィルムや金属箔などが積層されているポリエステル系高分子フィルムなどが含まれる。
特に、ポリエチレンテレフタルレートなどの高分子基材に有機フッ素系重合体のシートが積層された構造、または有機フッ素系重合体を前記高分子基材にコーティングしてコーティング層を形成した構造の基材が一番よく使われる。このような素材は、単独でモジュールに適用するか、ＳｉＯｘなどのようなケイ素系または酸素系材料で被覆された状態で適用することができる。
しかし、現在使われているフッ素系シートは、機械的強度、及びモジュールの封止材や高分子基材との接着力が不十分であるため、長期間使用時に耐久性問題が発生する。また、前記フッ素系シートは、加工性が不十分であり、価格も非常に高価である。また、フッ素系重合体にコーティングを施した高分子基材の場合にも、フッ素系重合体自体がコーティング性が良好ではなく、形成されたコーティング層も高分子基材との接着性が十分ではない短所を相変らず有している。
また、ポリオレフェン系樹脂を使用して積層フィルムを製造する技術も知られているが、この場合にも耐熱性、耐光性、及び耐候性などが不十分であり、長期間の信頼性が要求される背面層には不適合である。
したがって、本発明の目的は、前述した従来の諸問題を解消するための提案としての光電池用シートを提供することにある。
本発明は、ケイ素原子に結合しているアリール基を有するシリコーン樹脂を含み、前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子(Ｓｉ)に対する前記アリール基(Ａｒ)のモル比が ０.３を超過する樹脂の層を有する光電池用シートに関する。一例として、前記光電池用シートは、光電池モジュールの裏面シートとして使用することができる。
以下、本発明の光電池用シートについて具体的に説明する。
本発明において、樹脂層に含まれるシリコーン樹脂は、封止材などのモジュールに含まれる多様な部品及び素材に対して優れた接着性を示し、耐湿性、耐候性、及び耐光性などに優れ、特に、モジュールの集光効率を格段に改善することができる。
本発明では、アリール基、具体的には、ケイ素原子に結合したアリール基を含むシリコーン樹脂を使用することで、耐湿性、耐候性、接着特性などが優れて、集光効率が優れた樹脂層を形成することができる。ケイ素原子に結合したアリール基の具体的な種類は特に制限されないが、好ましくは、フェニル基である。
本発明のシリコーン樹脂は、前記シリコーン樹脂の全てのケイ素原子(Ｓｉ)に対する前記ケイ素原子に結合したアリール基(Ａｒ)のモル比(Ａｒ/Ｓｉ)が０.３を超過し、好ましくは、０.５を超過し、より好ましくは、０.７以上である。前記モル比(Ａｒ/Ｓｉ)が０.３を超過するようにすることで、樹脂層の耐湿性、耐候性、及び硬度などを優秀に維持し、光電池モジュールの集光効率を高めることができる。本発明では、前記モル比(Ａｒ/Ｓｉ)の上限は制限されないが、例えば、１.５以下または１.２以下である。
一例として、前記シリコーン樹脂は、下記化学式１の平均組成式で表示することができる。
［化学式１］：
(Ｒ３ＳｉＯ１/２)ａ(Ｒ２ＳｉＯ２/２)ｂ(ＲＳｉＯ３/２)ｃ(ＳｉＯ４/２)ｄ
(Ｒ３ＳｉＯ１/２)ａ(Ｒ２ＳｉＯ２/２)ｂ(ＲＳｉＯ３/２)ｃ(ＳｉＯ４/２)ｄ
前記化学式１において、Ｒは、ケイ素原子に直接結合している置換基であり、各々独立に、水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基または１価炭化水素基を示し、Ｒの少なくとも一つは、アリール基を示し、ａは、０乃至０.６であり、ｂは、０乃至０.９７であり、ｃは、０乃至０.８であり、ｄは、０乃至０.４である。但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄは、１であり、ｂ及びｃは同時に０ではない。
本発明において、シリコーン樹脂を特定の平均組成式で表示する場合、単一のシリコーン樹脂がその特定平均組成式で表示される場合だけではなく、多数の樹脂成分が存在するが、各樹脂成分の組成の平均を取ると、その特定平均組成式で表示される場合も含む。
前記化学式１において、Ｒは、ケイ素原子に直接結合した置換基であり、各々のＲは互いに同一であるかまたは相異なっていることができ、独立に、水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基または１価炭化水素基を示し、必要によって、一つまたは二つ以上の置換基により置換されていてもよい。
前記化学式１において、アルコキシは、炭素数１乃至１２、好ましくは、１乃至８、より好ましくは、１乃至４の直鎖状、分枝状または環状のアルコキシであり、具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、または ｔｅｒｔ−ブトキシなどを含む。
また、前記１価炭化水素基の例としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはアリールアルキル基を挙げることができ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基またはアリール基である。
前記アルキル基は、炭素数１乃至１２、好ましくは、１乃至８、より好ましくは、１乃至４の直鎖状、分枝状または環状のアルキル基であり、好ましくは、メチル基である。
また、前記アルケニル基は、炭素数２乃至１２、好ましくは、２乃至８、より好ましくは、２乃至４のアルケニル基であり、好ましくは、ビニル基である。
また、前記アリール基は、炭素数６乃至１８、好ましくは、炭素数６乃至１２のアリール基であり、好ましくは、フェニル基である。
また、前記アリールアルキル基は、炭素数６乃至１９、好ましくは、炭素数６乃至１３のアリールアルキル基であり、例えば、ベンジル基である。
前記化学式１において、Ｒのうち少なくとも一つは、アリール基、好ましくは、フェニル基であり、前記置換基は、上述したモル比(Ａｒ/Ｓｉ)を満足するようにシリコーン樹脂内に含まれる。
また、前記化学式１において、Ｒのうち少なくとも一つは、好ましくは、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはビニル基であり、より好ましくは、エポキシ基である。このような官能基は、封止材との接着特性などを一層向上させることができる。
前記化学式１において、ａ、ｂ、ｃ及びｄは、各シロキサン単位のモル分率を示し、その総合は１である。また、前記化学式１において、ａは、０乃至０.６、好ましくは、０乃至０.５であり、ｂは、０乃至０.９７、好ましくは、０乃至０.８であり、ｃは、０乃至０.８、好ましくは、０乃至０.７であり、ｄは、０乃至０.４、好ましくは、０乃至０.２である。但し、ｂ及びｃは同時に０ではない。
本発明の前記シリコーン樹脂は、下記化学式２及び３で表示されるシロキサン単位からなる群より選択された一つ以上の単位を含む。
［化学式２］：
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２/２
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２/２
［化学式３］：
Ｒ３ＳｉＯ３/２
Ｒ３ＳｉＯ３/２
前記化学式２及び３において、Ｒ１及びＲ２は、各々独立にアルキル基またはアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２のうち少なくとも一つは、アリール基であり、Ｒ３は、アリール基を示す。
前記化学式２のシロキサン単位は、少なくとも一つのケイ素原子に結合したアリール基を含むシロキサン単位であり、前記アリール基は、好ましくは、フェニル基である。また、前記化学式２のシロキサン単位に含まれるアルキル基は、好ましくは、メチル基である。
本発明では、前記化学式２のシロキサン単位は、好ましくは、下記化学式４及び化学式５のシロキサン単位からなる群より選択される一つ以上の単位である。
［化学式４］：
(Ｃ６Ｈ５)(ＣＨ３)ＳｉＯ２/２
(Ｃ６Ｈ５)(ＣＨ３)ＳｉＯ２/２
［化学式５］：
(Ｃ６Ｈ５)２ＳｉＯ２/２
(Ｃ６Ｈ５)２ＳｉＯ２/２
また、前記化学式３は、ケイ素原子に結合したアリール基を含む３官能性のシロキサン単位であり、好ましくは、下記化学式６で表示されるシロキサン単位である。
［化学式６］：
(Ｃ６Ｈ５)ＳｉＯ３/２
(Ｃ６Ｈ５)ＳｉＯ３/２
本発明のシリコーン樹脂において、好ましくは、前記樹脂に含まれる全てのケイ素原子に結合されたアリール基が前記化学式２または化学式３のシロキサン単位に含まれており、この場合、前記化学式２の単位は、化学式４または化学式５の単位であり、前記化学式３の単位は、前記化学式６の単位である。
本発明において、前記シリコーン樹脂は、分子量が３００乃至１００,０００、好ましくは、５００乃至１００,０００である。樹脂の分子量を前記のように調節することで、封止材が優れた硬度を有し、工程性も優秀に維持される。本発明で、特定しない限り、用語「分子量」は、重量平均分子量(Ｍｗ：Ｗｅｉｇｈｔ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔ)を示す。また、前記重量平均分子量は、ＧＰＣ(Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ)で測定された標準ポリスチレンに対する換算数値である。
本発明の一つの例示において、前記シリコーン樹脂は、下記化学式７乃至２０で示されるシリコーン樹脂のいずれか一つの樹脂であるが、これらに制限されるものではない。
［化学式７］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)３０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)３０
［化学式８］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)２０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)２０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
［化学式９］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１０］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
［化学式１１］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＳｉＯ３/２)２
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＳｉＯ３/２)２
［化学式１２］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１３］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０
［化学式１４］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)２０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)２０
［化学式１５］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＥｐＳｉＯ２/２)５
［化学式１６］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
［化学式１７］：
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化学式１８］：
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＥｐＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＥｐＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化学式１９］：
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０
(ＰｈＳｉＯ３/２)５(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１０
［化学式２０］：
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)５
(ＰｈＳｉＯ３/２)１０(ＡｃＳｉＯ３/２)５(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)５
前記化学式７乃至２０において、Ｍｅは、メチル基を示し、Ｐｈはフェニル基を示し、Ａｃは、アクリロイル基を示し、Ｅｐは、エポキシ基を示す。
本発明の前記樹脂層は、前記シリコーン樹脂とともに高屈折フィラーを追加で含むことができる。用語「高屈折フィラー」は、４００ｎｍ波長の光に対する屈折率が１.５５以上の粒子を意味する。このような高屈折フィラーを含むことで、樹脂層による集光効率を一層向上させることができる。
本発明の高屈折フィラーの種類は、上述の特性を示すものであれば、特別に制限されないで、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウム、酸化柱石、酸化インジウム柱石、酸化亜鉛、ケイ素、硫化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたは酸化マグネシウムなどの１種または２種以上である。
本発明の前記高屈折フィラーは、平均粒径が４０ｎｍ乃至１００,０００ｎｍ、好ましくは、４０ｎｍ乃至５０,０００ｎｍ、より好ましくは、２００ｎｍ乃至１０,０００ｎｍである。高屈折フィラーの平均粒径を４０ｎｍ以上にすることで、前記フィラーを樹脂層に均一に分散させることができ、１００,０００ｎｍ以下にすることで、工程性及び接着特性を卓越に維持することができる。
本発明の樹脂層は、前記高屈折フィラーを上述のシリコーン樹脂１００重量部に対して、０.１重量部乃至７０重量部、好ましくは、０.１重量部乃至５０重量部含む。本明細書で単位重量部は重量の割合を意味する。本発明では、高屈折フィラーの含量を０.１重量部以上にすることで、入射光の反射効果を向上させ、７０重量部以下にすることで、工程及び接着特性を効果的に維持することができる。
本発明の前記樹脂層は、必要によって、この分野の公知の成分をさらに含むことができる。このような成分の例としては、各種熱可塑性樹脂、難燃剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤、ガラス・ファイバー、ガラスビッド、または光学増白剤などを挙げることができるが、これらに制限されるものではない。
また、本発明の光電池用シートは、基材をさらに含み、前記樹脂層が前記基材上に形成されている。この場合、前記樹脂層は、前記基材上にラミネート方式で積層されるか、あるいはコーティング方式で形成されたコーティング層であり、好ましくは、コーティング層である。
図１は、本発明の例示的な光電池用シート１を示す模式図である。図１に示したように、光電池用シート１は、基材１２及び前記基材上に形成された樹脂層１１を含む。前記基材の種類は、特別に制限されない。例えば、前記基材として、アルミニウムなどのような各種金属箔(ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ)、フッ化ビニル(Ｖｆ：ｖｉｎｙｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ)、またはエチレンテトラフルオロエチレン(ＥＴＦＥ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｕｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ)などの重合単位を含むフッ素系重合体フィルム、またはポリエチレンテレフタルレート(ＰＥＴ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ)などのポリエステル系フィルムなどを使うことができ、必要によっては、前記素材の中で２種以上が積層された基材を使ってもよい。本発明において、前記基材の厚さは特別に制限されない。また、前記基材には、前記樹脂層との接着力やバリアー性の改善などの観点から、酸化ケイ素層(ＳｉＯｘ)や、その他のプライマー層またはバリアー層などが形成されてもよい。
また、本発明のシートは、図２に示したように、基材１２上に形成された前記樹脂層１１を含み、また他の面に形成された樹脂層２３を追加で含むことができる。前記他の面に形成される樹脂層２３は、上述の樹脂層１１と同一な樹脂層であっても、他の素材で形成される樹脂層であってもよい。
また、本発明の樹脂層は、ケイ素原子に結合しているアリール基を有するシリコーン樹脂であり、前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子に対する前記アリール基のモル比が０.３を超過するシリコーン樹脂を形成することができる液状のケイ素系材料をコーティングし、コーティングした材料を硬化または乾燥させる段階を経て樹脂層を形成する過程を含む光電池用シートの製造方法に関する。
具体的に、本発明の光電池用シートは、上述したシリコーン樹脂を形成することができる成分を含む液状のケイ素系材料、必要によっては、前記成分と上述の高屈折フィラーとを含む液状ケイ素系材料を、例えば、基材上にコーティングして、これを硬化または乾燥させる段階を経て樹脂層を形成することによって製造することができる。
前記シリコーン樹脂を形成することができる液状のケイ素系成分の種類は、特別に制限されないが、この分野で公知されている多様な成分を制限なしに採用することができる。例えば、前記成分は、付加硬化型シリコーン系材料、縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料、紫外線硬化型シリコーン系材料または過酸化物加硫型シリコーン系材料などであり、好ましくは、付加硬化型シリコーン系材料、縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料または紫外線硬化型シリコーン系材料である。
付加硬化型シリコーン系材料は、ヒドロシリル化反応(ｈｙｄｒｏ ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ)を通じて硬化する材料である。この材料は、ケイ素原子に直接結合した水素原子を有する有機ケイ素化合物と、ビニル基のような脂肪族不飽和基を有する有機ケイ素化合物とを少なくとも含み、前記化合物は、触媒の存在下お互いに反応して硬化される。触媒の例としては、周期律表第８族の金属や、前記金属をアルミナ、シリカまたはカーボンブラックなどの担体に担持させた触媒または前記金属の塩や錯体などが含まれる。前記周期律表第８族の金属としては、白金、ロジウム、またはルテニウムなどを使用することができ、好ましくは、白金を使用することができる。
縮合または重縮合硬化型シリコーン系材料を使用する方式は、ハロゲン原子やアルコキシ基などのような加水分解性官能基を有するシランやシロキサンなどのケイ素化合物またはその加水分解物の、加水分解及び縮合反応を通じてシリコーン樹脂を製造する方式である。このような方式で使用できる単位化合物としては、Ｒａ ３Ｓｉ(ＯＲｂ)、Ｒａ ２Ｓｉ(ＯＲｂ)２、ＲａＳｉ(ＯＲｂ)３及びＳｉ(ＯＲｂ)４などのシラン化合物を例示することができる。前記化合物において、(ＯＲｂ)は、炭素数１乃至８の直鎖状または分枝状アルコキシ基を示し、具体的には、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、イソプロポキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシまたはｔ−ブトキシなどである。また、前記化合物において、Ｒａは、ケイ素原子に結合した官能基であり、これは目的シリコーン樹脂に含まれる置換基を考慮して選択することができる。
紫外線硬化型シリコーン系材料を使用する方式は、アクリロイル基などのような紫外線反応基を有するシラン、またはシロキサンなどのケイ素化合物、またはその加水分解物を、加水分解及び縮合反応に適用して樹脂を製造し、さらに紫外線照射により反応させて目的樹脂を製造する方式である。
この分野では、前述した付加硬化型、縮合または重縮合硬化型または紫外線硬化型シリコーン系材料が多様に知られており、この分野の通常的な知識を有した技術者であれば、目的とするシリコーン樹脂に応じて前記公知の材料を容易に採用して上述した液状のコーティング液を製造することができる。
本発明で前記のような液状のコーティング液を塗布する方法は、特別に制限されないが、バーコーティング、スピンコーティング、コンマコーティングなどの公知の方式を使うことができる。また、コーティングされたコーティング液を硬化または乾燥させて樹脂層を形成させる方式も特別に制限されないが、使われた成分を考慮した適切な加熱または紫外線の照射方式を採用する。
また、本発明は、前記光電池用シートと、前面基板と、前記光電池用シートと前面基板との間で光電変換素子をカプセル化している封止材と、を含む光電池モジュールに関する。
本発明の光電池モジュールにおいて、前記光電池用シートは、バックシートまたは支持基板として適用することができる。このような光電池モジュールは、本発明の特徴的な光電池用シートを含むものであれば、特別に制限されないで、多様な形態で構成することができ、その例には、シリコーンウェハ系光電池モジュールまたは薄膜型光電池モジュールなどが含まれる。
図３及び図４は、本発明の多様な態様による光電池モジュールを模式的に示した図である。
図３は、本発明の光電池用シートを含むモジュールの一例として、シリコーン系光電池ウェハを含むモジュール３の一例を示す。図３に示したように、本発明の一例によるモジュールは、通常的にガラスのような強誘電体である前面基板３１と、バックシート３４と、シリコーン系ウェハなどの光電変換素子３３と、前記光電変換素子３３をカプセル化している封止材３２ａ、３２ｂと、を含むことができる。前記封止材では、ＥＶＡ系素子またはシリコーン系素子などを使うことができ、好ましくは、シリコーン系素子を使うことができる。本発明の光電池用シートは、前記バックシート３４として含まれることができる。
図４は、本発明の他の態様によるモジュールとして、薄膜型光電池モジュール４を示した模式図である。図４に示したように、薄膜型光電池モジュール４の場合、光電変換素子４３は、通常的に強誘電体で構成される前面基板４１に形成され、前記光電変換素子４３は、前面基板４１及び支持基板４４との間で封止材４２により封止されている。前記薄膜の光電変換素子４３は、通常的に化学的蒸着(ＣＶＤ)などの方法で沈着することができ、本発明の光電池用シートは、例えば、前記のようなモジュール構造の支持基板４４として含まれることができる。
本発明の前記のような多様な光電池モジュールは、本発明による光電池用シートを少なくとも含むものであれば、その他の構成や構築方法は特別に制限されないで、この分野の一般的な方式をそのまま適用することができる。
本発明によれば、優れた耐熱性、耐光性、耐候性、耐湿性、及び絶縁性を有し、光電池モジュールに適用されて優れた集光効率を示すことができる光電池用シートを提供することができる。これによって、本発明では、優秀な発電効率を有し、耐久性が卓越であり、長期間使用時にも優れた発電効率が維持される光電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明による実施例及び本発明によらない比較例を通じて本発明をより詳しく説明するが、本発明の範囲は、以下に提示する実施例により限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例において、Ｖｉは、ビニル基を示し、Ｍｅは、メチル基を示し、Ｐｈは、フェニル基を示し、Ｅｐは、エポキシ基を示す。
［第１の実施例］
［樹脂組成物(Ａ)及び(Ｂ)の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性シロキサン組成物を製造した(配合量：化合物Ａ：１００ｇ、化合物Ｂ：１０ｇ、化合物Ｃ：２００ｇ、化合物Ｄ：６０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)の含量が２０ｐｐｍになる量で触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ａ)を製造した。前記組成物(Ａ)に平均粒径が１００ｎｍであり、４００ｎｍの波長に対する屈折率が約２.２である高屈折フィラー(ＴｉＯ２)８０ｇを混合して樹脂組成物(Ｂ)を製造した。
［樹脂組成物(Ａ)及び(Ｂ)の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性シロキサン組成物を製造した(配合量：化合物Ａ：１００ｇ、化合物Ｂ：１０ｇ、化合物Ｃ：２００ｇ、化合物Ｄ：６０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)の含量が２０ｐｐｍになる量で触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ａ)を製造した。前記組成物(Ａ)に平均粒径が１００ｎｍであり、４００ｎｍの波長に対する屈折率が約２.２である高屈折フィラー(ＴｉＯ２)８０ｇを混合して樹脂組成物(Ｂ)を製造した。
［化合物Ａ］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１０(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［化合物Ｂ］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＥｐＳｉＯ３/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１５
［化合物Ｃ］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１(ＰｈＳｉＯ３/２)９
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＰｈＳｉＯ２/２)１(ＰｈＳｉＯ３/２)９
［化合物Ｄ］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(Ｐｈ２ＳｉＯ２/２)１.５
［光電池用シートの製造］
前記製造した樹脂組成物(Ｂ)をポリエチレンテレフタレート(以下、「ＰＥＴ」)シートの両面に２００μｍの厚さの樹脂を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
前記製造した樹脂組成物(Ｂ)をポリエチレンテレフタレート(以下、「ＰＥＴ」)シートの両面に２００μｍの厚さの樹脂を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
第１の比較例：
［組成物（Ｃ）および（Ｄ）の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ｅ乃至Ｇで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性樹脂組成物を製造した(配合量：化合物Ｅ：１００ｇ、化合物Ｆ：２０ｇ、化合物Ｇ：５０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)の含量が１０ｐｐｍになる量で触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｃ)を製造した。前記組成物(Ｃ)に第１の実施例と同一の高屈折フィラー(ＴｉＯ２)４０ｇを混合して樹脂組成物(Ｄ)を製造した。
［組成物（Ｃ）および（Ｄ）の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ｅ乃至Ｇで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性樹脂組成物を製造した(配合量：化合物Ｅ：１００ｇ、化合物Ｆ：２０ｇ、化合物Ｇ：５０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)の含量が１０ｐｐｍになる量で触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｃ)を製造した。前記組成物(Ｃ)に第１の実施例と同一の高屈折フィラー(ＴｉＯ２)４０ｇを混合して樹脂組成物(Ｄ)を製造した。
［化合物Ｅ］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＶｉＭｅＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＳｉＯ３/２)５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)５０
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＶｉＭｅＳｉＯ２/２)１５(ＭｅＳｉＯ３/２)５(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)５０
［化合物Ｆ］：
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＳｉＯ３/２)６(ＰｈＳｉＯ３/２)１．５
(ＶｉＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＭｅＳｉＯ３/２)６(ＰｈＳｉＯ３/２)１．５
［化合物Ｇ］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［光電池用シートの製造］
前記製造した樹脂組成物(Ｄ)をＰＥＴシートの両面に２００μｍの厚さの樹脂層を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
前記製造した樹脂組成物(Ｄ)をＰＥＴシートの両面に２００μｍの厚さの樹脂層を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
［第２の比較例］
［樹脂組成物(Ｅ)の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ｈ乃至Ｊで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性シロキサン組成物を製造した(配合量：化合物Ｈ：１００ｇ、化合物Ｉ：２０ｇ、化合物Ｊ：５０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)含量が２０ｐｐｍになるように触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｅ)を製造した。
［樹脂組成物(Ｅ)の製造］
公知の方式で合成したオルガノシロキサン化合物として、各々下記の化学式Ｈ乃至Ｊで表示される化合物を混合して、ヒドロシリル化反応硬化性シロキサン組成物を製造した(配合量：化合物Ｈ：１００ｇ、化合物Ｉ：２０ｇ、化合物Ｊ：５０ｇ)。次に、前記組成物にＰｔ(０)含量が２０ｐｐｍになるように触媒(Ｐｌａｔｉｎｕｍ(０)−１,３−ｄｉｖｉｎｙｌ−１,１,３,３−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ)を配合し、均一に混合して樹脂組成物(Ｅ)を製造した。
［化合物Ｈ］：
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)２０
［化合物Ｉ］：
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＳｉＯ３/２)１０
(ＶｉＰｈ２ＳｉＯ１/２)３(ＭｅＳｉＯ３/２)１０
［化合物Ｊ］：
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
(ＨＭｅ２ＳｉＯ１/２)２(ＨＭｅＳｉＯ２/２)２(Ｍｅ２ＳｉＯ２/２)１０
［光電池用シートの製造］
前記製造した樹脂組成物(Ｅ)をＰＥＴシートの両面に２００μｍの厚さの樹脂層を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
前記製造した樹脂組成物(Ｅ)をＰＥＴシートの両面に２００μｍの厚さの樹脂層を形成するようにコーティング及び硬化させて、光電池用シートを製造した。前記コーティング後の硬化は、コーティング層を１５０℃で１時間処理して実行した。
［１．水分透過性、耐久信頼性及び黄変抑制効果］
［(1) 水分透過性の測定］
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｃ)、及び第２の比較例の組成物(Ｅ)を１５０℃で１時間硬化させて、厚さが１ｍｍである板状試片を製造し、前記試片に対して、水分透過性を測定した。具体的には、製造された試片の厚さ方向に対して、モコン装備を利用して同一の条件で水分透過性を測定して、その結果を下記表１に記載した。
［(1) 水分透過性の測定］
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｃ)、及び第２の比較例の組成物(Ｅ)を１５０℃で１時間硬化させて、厚さが１ｍｍである板状試片を製造し、前記試片に対して、水分透過性を測定した。具体的には、製造された試片の厚さ方向に対して、モコン装備を利用して同一の条件で水分透過性を測定して、その結果を下記表１に記載した。
［(２) 高温高湿条件下での信頼性測定］
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｃ)、及び第２の比較例の組成物(Ｅ)をＰＥＴシートに同一厚さでコーティング及び硬化させた後、８５℃の温度及び８５％の相対湿度の条件で１,０００時間放置した後、樹脂層とＰＥＴ層との間に剥離現状が誘発されるか否かを観察して、下記方式で評価した。
第１の実施例の組成物(Ａ)、第１の比較例の組成物(Ｃ)、及び第２の比較例の組成物(Ｅ)をＰＥＴシートに同一厚さでコーティング及び硬化させた後、８５℃の温度及び８５％の相対湿度の条件で１,０００時間放置した後、樹脂層とＰＥＴ層との間に剥離現状が誘発されるか否かを観察して、下記方式で評価した。
＜評価基準＞
○：樹脂層及びＰＥＴシートの界面で剥離が発生しない場合
×：樹脂及びＰＥＴシートの界面で剥離が発生した場合
○：樹脂層及びＰＥＴシートの界面で剥離が発生しない場合
×：樹脂及びＰＥＴシートの界面で剥離が発生した場合
［(３) 黄変発生程度の測定］
水分透過度測定に使用したものと同一の各試片に対してＱ−ＵＶＡ(３４０ｎｍ、０.８９Ｗ/Ｃｍ２)装備で６０℃で３日間光を照射し、黄変発生の有無を評価して、下記基準に基づく結果を記載した。
水分透過度測定に使用したものと同一の各試片に対してＱ−ＵＶＡ(３４０ｎｍ、０.８９Ｗ/Ｃｍ２)装備で６０℃で３日間光を照射し、黄変発生の有無を評価して、下記基準に基づく結果を記載した。
＜評価基準＞
○：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％未満の場合
×：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％以上の場合
○：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％未満の場合
×：４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が５％以上の場合
１、２：光電池用シート
１１：樹脂層
１２：基材
２３：高分子コーティング層
３、４：光電池モジュール
３１、４１：前面基板
３２ａ、３２ｂ、４２：封止層
３３、４３：光電変換素子
３４、４４：支持基板
１１：樹脂層
１２：基材
２３：高分子コーティング層
３、４：光電池モジュール
３１、４１：前面基板
３２ａ、３２ｂ、４２：封止層
３３、４３：光電変換素子
３４、４４：支持基板
Claims (16)
- 樹脂層を含む光電池用シートであって、
前記樹脂層が、ケイ素原子に結合したアリール基を有するシリコーン樹脂を含み、
前記アリール基の、前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子に対するモル比が、０.３を超過する、光電池用シート。 - 前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子に対するケイ素原子に結合したアリール基のモル比が０.５を超過する、請求項１に記載の光電池用シート。
- 前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子に対するケイ素原子に結合したアリール基のモル比が０.７以上である、請求項１に記載の光電池用シート。
- 前記シリコーン樹脂が有するアリール基がフェニル基である、請求項１に記載の光電池用シート。
- 前記シリコーン樹脂が、下記化学式１の平均組成式で表示される、請求項１に記載の光電池用シート。
［化学式１］：
(Ｒ３ＳｉＯ１/２)ａ(Ｒ２ＳｉＯ２/２)ｂ(ＲＳｉＯ３/２)ｃ(ＳｉＯ４/２)ｄ
（前記化学式１において、Ｒは、ケイ素原子に直接結合した置換基であり、各々独立に、水素、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、アルコキシ基、または１価炭化水素基を示し、但し、Ｒの少なくとも一つはアリール基を示し、ａは、０乃至０.６であり、ｂは、０乃至０.９７であり、ｃは、０乃至０.８であり、ｄは、０乃至０.４である。但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄは、１であり、ｂ及びｃは同時に０ではない。） - 前記Ｒの少なくとも一つが、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、またはビニル基である、請求項５に記載の光電池用シート。
- 前記Ｒの中で少なくとも一つが、エポキシ基である、請求項５に記載の光電池用シート。
- 前記化学式１の平均組成式で表示されるシリコーン樹脂が、下記化学式２または化学式３のシロキサン単位を含む、請求項５に記載の光電池用シート。
［化学式２］：
Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ２/２
［化学式３］：
Ｒ３ＳｉＯ３/２
（前記化学式２及び３において、Ｒ１及びＲ２は、各々独立にアルキル基またはアリール基を示し、但し、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはアリール基であり、Ｒ３は、アリール基を示す。） - 前記シリコーン樹脂に含まれるケイ素原子に結合した全てのアリール基が、化学式２または化学式３のシロキサン単位に含まれる、請求項８に記載の光電池用シート。
- 前記化学式２のシロキサン単位が、下記化学式４及び化学式５のシロキサン単位から選択される一つ以上である、請求項８に記載の光電池用シート。
［化学式４］：
(Ｃ６Ｈ５)(ＣＨ３)ＳｉＯ２/２
［化学式５］：
(Ｃ６Ｈ５)２ＳｉＯ２/２ - 前記化学式３のシロキサン単位が下記化学式６のシロキサン単位である、請求項８に記載の光電池用シート。
［化学式６］：
(Ｃ６Ｈ５)ＳｉＯ３/２ - 前記シリコーン樹脂の重量平均分子量が、３００乃至１００,０００である、請求項１に記載の光電池用シート。
- 基材をさらに含み、前記樹脂層が前記基材上に形成されている、請求項１に記載の光電池用シート。
- 前記基材が、金属箔、フッ素系重合体フィルム、ポリエステル系フィルム、またはこれらの２種以上からなる積層シートである、請求項１２に記載の光電池用シート。
- ケイ素原子に結合したアリール基を有するシリコーン樹脂であって、前記シリコーン樹脂に含まれる全てのケイ素原子に対する前記アリール基のモル比が０.３を超過するシリコーン樹脂を形成することができる液状のケイ素系材料をコーティングし、コーティングした材料を硬化または乾燥させる段階を経て樹脂層を形成させる過程を含む、光電池用シートの製造方法。
- 請求項１による光電池用シート；前面基板；及び、前記光電池用シートと前面基板との間で光電変換素子をカプセル化している封止材を含む、光電池モジュール。
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