JP2988072B2 - 耐酸素原子性材料 - Google Patents

耐酸素原子性材料

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  • Paints Or Removers (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば酸素原子によ
る表面劣化を受けない宇宙用太陽電池等の耐酸素性基板
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スペースシャトルによる低地球軌道(高
度約100〜1,000km)での飛行の成功以来、宇
宙基地を初めとする低地球軌道宇宙機の開発が盛んに行
われるようになってきた。しかし、J.Spacecraft andRo
ckets,Vol.23(1986),p.505-511 に示されているよう
に、この高度(低地球軌道)での大気の主成分は酸素原
子であり、この中を宇宙機が飛行すると、宇宙機の大気
に曝露されている部分の表面は酸素原子の衝突によって
著しく劣化する。
【0003】例えば、22nd Aero. Sci. Meet, Paper N
o.84-0548(1984)に示された酸素原子による宇宙機表面
材料の劣化に関するフライト実験の結果を見ると、カプ
トンやマイラー(いずれも商標)といった従来の太陽電
池の基板材料では、数十時間の飛行でおよそ10μmも
の膜厚減少が生じ、現在開発中あるいは今後の開発が予
定されている宇宙基地を初めとした長期利用(数ケ月〜
数十年以上)の宇宙機に搭載する太陽電池の基板に使用
するのは困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】その対策として、カプ
トン等の宇宙機表面材料の上にシリコーン系樹脂膜から
なる絶縁膜を塗布することにより、表面材料の耐酸素原
子性を向上させることが有効であることが分かっている
が、太陽電池の基板材料から絶縁膜が剥離する欠点があ
った。
【0005】本発明は、上記のような問題を解消するた
めになされたもので、宇宙空間における酸素原子に曝露
される環境下で、長期(数十年)に使用しても表面劣化
を受けることのない、また、太陽電池の基板材料等から
剥離しない耐酸素原子性を有する絶縁膜を形成した耐酸
素原子性材料を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる宇宙用太
陽電池等に用いられる耐酸素原子性材料は、宇宙用太陽
電池の太陽電池セル等を支持する基板材料の上に、耐酸
素原子性を有し、また、基板材料から剥離しない樹脂か
らなる絶縁膜を形成したものである。本発明では、宇宙
機搭載用の太陽電池等の基板材料として、耐酸素原子性
を有する樹脂を適用することにより、従来は不可能であ
った宇宙における酸素原子に曝露された環境下での長期
使用(数ケ月〜数十年以上)が可能な、かつ、基板材料
から剥離しない絶縁膜を有する太陽電池を実現するもの
である。
【0007】本発明において、基板材料の上に絶縁膜を
形成するための耐酸素原子性を有する樹脂としては、炭
素を除くIVb族系の樹脂が使用でき、特に酸素原子に
直接曝露されても膜厚減少などの劣化の生じない耐酸素
原子シリコーン系樹脂膜が好ましい。このようなシリコ
ーン系樹脂としては、例えば「デンキカガク(Denkikag
aku) Vol.51 No.7 p.554-558(1983)」や特願昭2−
178027に開示されている下記一般式(I)で表さ
れる梯子型シリコーンポリマーがあげられる。
【0008】
【化2】
【0009】(式中、R1 はフェニル基または低級アル
キル基であり、R1 は同種でもよく、異種でもよい。R
2 は水素原子または低級アルキル基であり、R2 は同種
でもよく、異種でもよい。nは20〜1000の整数を
示す。)また、この式で示されるシリコーンラダー系樹
脂と、固形分が5〜30wt%になるように加えた芳香
族系の有機溶剤と、樹脂分に対して150〜3000p
pmのシランカップリング剤とを含有するものを使用す
ることが好ましい。
【0010】
【作用】前記のような耐酸素原子性を有する樹脂からな
る絶縁膜は、平坦性に富み、低地球軌道の大気の酸素原
子に酸素原子に曝露されても膜厚減少といった劣化が生
じない。また、太陽電池の基板材料から剥離がない。こ
のような樹脂からなる絶縁膜を、従来と同様の基板材料
上に形成した太陽電池用の耐酸素原子性基板は、低地球
軌道の大気に曝露された環境下での長期使用が可能であ
る。特に、シランカップリング剤を適量添加することに
よって、基板から剥離することが防止され、接着性の改
善されたシリコーンラダー系樹脂膜を形成でき、溶媒に
芳香族系の有機溶剤を用いることにより保存性を高め
る。
【0011】
【実施例】実施例1.以下、本発明を実施例に基づき、
具体的に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定
されるものではない。図1は、本発明の一実施例を示す
図であり、(a)は平面材料の場合、(b)は曲面材料
の場合を示している。図中5は宇宙機器の構造体部分
で、8は耐酸素原子性を有する第IVb族金属元素を含
んだ樹脂膜からなる絶縁膜である。
【0012】また、図2は、太陽電池の例を示す図であ
り、太陽電池の要部断面図である。図において、1は太
陽電池セル、2は太陽電池セル1の外面を覆うカバーガ
ラス、3は太陽電池セル1とカバーガラス2を接着する
接着剤、4は各太陽電池セル1を接続するインタコネク
タで、複数の太陽電池セル1は接続された状態で太陽電
池基板5に接着剤6により接着されている。太陽電池基
板5は耐酸素原子性に乏しい従来と同様の基板材料から
なる。例えばCFRP等の構造材料7aに絶縁フィルム
7bを積層した積層体の上に、耐酸素原子性を有するシ
リコーン系樹脂からなる絶縁膜8を積層したものであ
り、従来と同様の基板材料からなる構造材料7aおよび
絶縁フィルム7bの積層体の表面に、前記一般式(I)
のシリコーンポリマーを厚さ0.1〜100μmになる
ようにコーティングすることにより形成される。
【0013】以上の図1、図2に示した宇宙機器の構造
体部分5及び太陽電池基板5は、低地球軌道の大気の酸
素原子に直接曝露されても劣化しない耐酸素原子性シリ
コーン系樹脂の絶縁膜8を基板材料5の上に設けること
によって、酸素原子による劣化から基板材料5の表面を
保護し、また、基板材料5から剥離がない絶縁膜を形成
させ、従来は不可能であった宇宙における酸素原子に曝
露される環境下で長期利用(数ケ月〜数十年以上)が可
能である。
【0014】次に、絶縁膜8の具体的形成方法について
説明する。例えば、絶縁膜8に用いるシリコーンラダー
系樹脂として、ポリフェニルシルセスキオキサン、ポリ
フェニルビニルシルセスキオキサン、ポリフェニルメチ
ルシルセスキオキサン、ポリメチルビニルシルセスキオ
キサン、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリビニルシ
ルセスキオキサン、ポリアリールシルセスキオキサンの
うちの少なくとも1種が用いられる。この発明に係わる
芳香族系の有機溶剤として、非極性のベンゼン、トルエ
ン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、オルトジメ
トキシベンゼンのうちの少なくとも1種が用いられる。
また、シランカップリング剤としてビニルトリエトキシ
シラン、ビニルトリメトキシシラン、β−(3、4エポ
キシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシ
ドキシプロピルメチルジエトキシシランのうちの少なく
とも1種が用いられる。
【0015】次いで上記された該シリコーン系樹脂をア
ニソールに溶解して濃度26%としたものを太陽電池基
板5のCFRPからなる構造材料7aおよび絶縁フィル
ム7bの積層体上にコーティングし、窒素雰囲気中15
0°Cにて30分間加熱して、乾燥して、膜厚約11μ
mのシリコーンポリマーの絶縁膜8を形成した。
【0016】上記のようにして得られた平坦な表面を有
するシリコーンポリマーの絶縁膜8をコーティングした
太陽電池基板5を試料として、酸素原子照射装置を用い
て酸素原子照射実験を実施した。照射した酸素原子のフ
ラックスは、実際のスペースシャトルでのフライト実験
と同じ1014〜1015個/cm2 ・secに合わせて行
った。照射前の膜厚を測定した結果を図3に、照射後の
膜厚の測定結果を図4に示す。膜厚の測定は、シリコー
ンポリマーの絶縁膜8と、絶縁膜8の一部を積層体表面
が露出するまで除去して形成した開口との段差を計測し
て行った。図3および図4から明らかなように、シリコ
ーンポリマーの絶縁膜8の照射前後の膜厚変化は殆どな
かった。また、シリコーンラダー系樹脂からなる絶縁膜
と基板材料が剥離するような接着性の劣化はみられなか
った。この結果より、従来と同様の太陽電池基板材料の
上に上記のシリコーン系樹脂からなる絶縁膜を設けた太
陽電池基板は、酸素原子による表面劣化を受けにくく、
また、基板材料から剥離しないことから、宇宙空間にお
ける酸素原子に直接曝露される環境下で長期に使用する
太陽電池として適用できることがわかる。なお、本発明
は上記実施例に限定されることなく、種々変形して実施
することができ、絶縁膜もSiだけでなく、Ge、S
n、Pb等の炭素を除く他のIVb族系の樹脂からなる
絶縁膜を設けることによっても目的は達せられる。
【0017】実施例2.図5は、本発明の他の実施例を
示す図であり、4はインタコネクタの露出電線、8はイ
ンタコネクタ4の露出電線の周囲を前述した樹脂膜でお
おった絶縁膜である。このように、この発明に係る絶縁
膜は、平面や曲面ばかりでなく、インタコネクタ等の電
線や配線の保護膜としても用いることができる。
【0018】実施例3.上記実施例では、宇宙機器の構
造体部分や宇宙用太陽電池を例にしたが、宇宙用に限る
ものではなく、酸素原子が存在する環境下であれば、こ
の発明は同様の効果を奏する。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、酸素原
子による表面劣化を受けない絶縁膜を基板材料の上に形
成したので、宇宙等における酸素原子に直接曝露される
環境下で長期(数ケ月〜数十年以上)使用できる耐酸素
原子性材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による平面、曲面の断面図。
【図2】本発明の一実施例による太陽電池の要部断面
図。
【図3】酸素原子照射前のグラフ図。
【図4】照射後の絶縁膜の膜厚測定結果を示すグラフ
図。
【図5】本発明の他の実施例を示す図。
【符号の説明】
1 太陽電池セル 2 カバーガラス 3、6 接着剤 4 インタコネクタ 5 太陽電池基板 7a 構造材料 7b 絶縁フィルム 8 絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−10776(JP,A) 特開 昭59−94469(JP,A) 特開 昭62−152183(JP,A) 特開 昭59−215324(JP,A) 特開 昭63−21807(JP,A) 特開 昭57−10643(JP,A) 特開 昭62−124159(JP,A) 特開 平3−164720(JP,A) 実開 平3−106762(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078 C08J 7/04 C09D 183/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素原子が存在する中で使用される材料
    と、 少なくとも上記材料の一部を覆う、耐酸素原子性を有す
    る樹脂からなる絶縁体とを備え、 上記絶縁体は、 一般式 【化1】 (式中、R1はフェニル基または低級アルキル基であ
    り、R1は同種でもよく、異種でもよい。R2は水素原
    子または低級アルキル基であり、R2は同種でもよく、
    異種でもよい。nは20〜1000の整数を示す。)で
    示されるシリコーンラダー系樹脂と、固形分が5〜30
    wt%になるように加えた芳香族系の有機溶剤と、樹脂
    分に対して150〜3000ppmのシランカップリン
    グ剤とを含有するシリコーンラダー系樹脂塗布液組成物
    に基づいて形成することを特徴とする耐酸素性原子材
    料。
  2. 【請求項2】 上記絶縁体は、シリコーンSiの代わり
    に炭素Cを除く第Vb族金属元素を用いることを特徴
    とする請求項1記載の耐酸素性原子材料。
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