JP5002926B2 - Film-like solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、フィルムを基材に用いた太陽電池に関する。さらに詳しくは光電変換層を積層した際の剥がれの生じ難い薄膜が形成された変換効率の優れた太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell using a film as a base material. More specifically, the present invention relates to a solar cell with excellent conversion efficiency in which a thin film that hardly peels off when a photoelectric conversion layer is stacked is formed.
太陽電池は種々の基板上に、光電変換層などを積層して作製される。基板として、耐熱性、可撓性などから種々高分子フィルムを使用することも多数提案されている。
剛直性高分子であるポリベンザゾールポリマーは、優れた強度・弾性率・耐熱性を示し、それの配向フィルムは極めて高い機械的強度を有することが開示されている(特許文献1参照)。しかし光学的異方性を示す溶液で製膜すると、分子鎖が吐出方向に過度に配向するため、できたフィルムはフィブリル化しやすい、製膜方向(MD方向、フィルムの流れ方向、マシンダイレクションともいう)および幅方向(TD方向、MD方向と直角の方向、トランスバースダイレクションともいう)の機械的物性のバランスを取るのが難しい、フィルム厚さ方向に対して層間剥離しやすいという欠点を有している。
It is disclosed that polybenzazole polymer, which is a rigid polymer, exhibits excellent strength, elastic modulus, and heat resistance, and its oriented film has extremely high mechanical strength (see Patent Document 1). However, when the film is formed with a solution exhibiting optical anisotropy, the molecular chain is excessively oriented in the ejection direction, so that the resulting film is easily fibrillated, which is also referred to as the film forming direction (MD direction, film flow direction, machine direction). ) And width direction (TD direction, direction perpendicular to MD direction, also referred to as transverse direction), it is difficult to balance the mechanical properties, and the film thickness direction is easily delaminated. Yes.
力学特性のバランスに関する問題を解決する方法として、ダイ押出しまでを光学的異方性相で実施し、ダイ押出し後は組成変化若しくは温度変化により光学的等方性へ相転移させる製膜方法が開示されている(特許文献2参照)。また、光学的に異方性を有するポリベンザゾール溶液を支持体上に流延し、その後光学的に等方性を示す状態に変化させることにより得られる、高弾性率かつ適度な伸度を示すポリベンザゾール系フィルムが開示されている(特許文献3参照)。しかし上記のいずれの方式においても層間剥離しやすいという問題は解決されていない。さらにMD方向とTD方向の機械的物性のバランスも十分に解決されているとは言えない。
また、Kumarらは、ジカルボン酸成分にメチル基を導入し、分子間架橋させることでTD方向の引張強度を向上させ、MD方向およびTD方向の機械的物性の向上を試みている。しかし、分子間架橋には成功したが、実用上満足できるような性能を得ることはできていない(たとえば非特許文献1参照)。
Kumar et al. Have attempted to improve the mechanical properties in the MD and TD directions by introducing a methyl group into the dicarboxylic acid component and causing intermolecular crosslinking to improve the tensile strength in the TD direction. However, although intermolecular cross-linking was successful, it has not been possible to obtain performance that is satisfactory in practical use (for example, see Non-Patent Document 1).
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、太陽電池の基板に特定のフィルムを使用することで、シリコン薄膜などの光電変換層を積層した際の剥がれの生じ難い、また剥がれなどが少なく変換効率の優れた薄膜形成に適した基板フィルムおよびそのフィルムを用いて変換効率を向上させた太陽電池モジュールを安価に提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to laminate a photoelectric conversion layer such as a silicon thin film by using a specific film on a substrate of a solar cell. It is an object of the present invention to provide a substrate film suitable for forming a thin film that is less likely to be peeled off and is excellent in conversion efficiency with less peeling and a solar cell module that is improved in conversion efficiency using the film.
本発明者らは鋭意検討した結果、特定の線膨張係数を有する耐熱性のポリベンザゾールフィルムを基板として使用することで、高品質で均一な太陽電池が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、下記の構成からなる。
1.フィルム基材上に半導体からなる光電変換層を含む積層体が形成されてなるフィルム状太陽電池であって、上記フィルム基材がポリベンザゾールフィルムであり、かつフィルムの流れ方向および流れ方向と直角方向の線膨張係数が−10〜16ppm/℃であることを特徴とするフィルム状太陽電池。
2.フィルム基材が、少なくとも一部のベンザゾール環に置換基を有するポリベンザゾールが分子鎖間架橋処理されてなるポリベンザゾールフィルムであり、厚さが3〜200μmであり、該フィルムの引張強度比(フィルムの流れ方向の引張破断強度/流れ方向と直角方向の引張破断強度)が0.85〜1.20の等方性を有しており、該フィルムの引張破断強度が300MPa以上である1.記載のフィルム状太陽電池。
3.積層体が薄膜シリコン層を有する1.又は2.記載のフィルム状太陽電池。
4.積層体が無定形シリコン層を有する1.〜3.のいずれか一項に記載のフィルム状太陽電池。
5.積層体が多結晶シリコン層を有する1.〜3.のいずれか一項に記載のフィルム状太陽電池。
6.積層体が厚膜半導体層を有する1.又は2.記載のフィルム状太陽電池。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a high-quality and uniform solar cell can be obtained by using a heat-resistant polybenzazole film having a specific linear expansion coefficient as a substrate, and the present invention has been completed. I let you.
That is, this invention consists of the following structures.
1. A film-like solar cell in which a laminate including a photoelectric conversion layer made of a semiconductor is formed on a film substrate, wherein the film substrate is a polybenzazole film and is perpendicular to the flow direction and the flow direction of the film A film-like solar cell having a linear expansion coefficient in the direction of −10 to 16 ppm / ° C.
2. The film substrate is a polybenzazole film in which polybenzazole having a substituent in at least a part of the benzazole ring is subjected to intermolecular crosslinking treatment, and has a thickness of 3 to 200 μm, and the tensile strength ratio of the film (Tensile rupture strength in the flow direction of the film / tensile rupture strength in the direction perpendicular to the flow direction) has an isotropic property of 0.85 to 1.20, and the tensile rupture strength of the film is 300 MPa or more. . The film-like solar cell described.
3. 1. Laminate has thin film silicon layer Or 2. The film-like solar cell described.
4). 1. The laminate has an amorphous silicon layer ~ 3. The film-shaped solar cell as described in any one of these.
5. 1. Laminate has a polycrystalline silicon layer ~ 3. The film-shaped solar cell as described in any one of these.
6). 1. The laminated body has a thick film semiconductor layer. Or 2. The film-like solar cell described.
本発明は、基板フィルムとして使用するフィルムはポリベンザゾールフィルムであり、ベンザゾール環に置換基(側鎖)を導入したベンザゾールポリマーをフィルム状に成形し、加熱又は活性エネルギー線照射することにより置換基間で架橋させ、フィルムのMD方向、TD方向での機械的物性のバランスを取り、かつ、層間剥離しやすい欠点を取り除いている。また、該フィルムの流れ方向および流れ方向と直角方向のの線膨張係数が−10〜16ppm/℃であり、かつ耐熱性があり、光電変換層であるシリコン薄膜などの製膜温度が高くしても、高い温度においてもCTE(線膨張係数)が一定範囲にあるため、光電変換層であるシリコン薄膜に応力などの影響が小さいため(シリコン薄膜の線膨張係数と大きな乖離を有していないため)剥がれなどがない。しかも変換効率のよい光電変換層であるシリコン薄膜が得られ、可撓性をも備えることが可能なので、優れた太陽電池が安価に得られる効果を有している。 In the present invention, a film used as a substrate film is a polybenzazole film, and a benzazole polymer in which a substituent (side chain) is introduced into a benzazole ring is formed into a film and replaced by heating or irradiation with active energy rays. Crosslinks are made between the groups to balance the mechanical properties in the MD direction and TD direction of the film, and the drawbacks of easy delamination are eliminated. Further, the film has a linear expansion coefficient in the direction perpendicular to the flow direction and the flow direction of −10 to 16 ppm / ° C., is heat resistant, and has a high film forming temperature such as a silicon thin film as a photoelectric conversion layer. However, since the CTE (Linear Expansion Coefficient) is in a certain range even at high temperatures, the influence of stress etc. is small on the silicon thin film as the photoelectric conversion layer (because it does not have a large difference from the linear expansion coefficient of the silicon thin film). ) There is no peeling. In addition, since a silicon thin film that is a photoelectric conversion layer with good conversion efficiency can be obtained and flexible, it is possible to obtain an excellent solar cell at low cost.
本発明に係るポリベンザゾールフィルムとは、アゾール環に官能基を有するポリベンザゾールポリマーよりなるフィルムであり、分子鎖中に一般式化1で表される繰り返し単位からなるポリベンザゾールである。
本発明は、下記一般式化1からなるポリマーをフィルム状に成形し、加熱又は活性エネルギー線照射、たとえば光照射、することにより側鎖間で架橋させることを特徴とするポリベンザゾールフィルムであり、引張強度比の等方性や耐層間剥離性が優れている。
The polybenzazole film according to the present invention is a film composed of a polybenzazole polymer having a functional group in the azole ring, and is a polybenzazole composed of a repeating unit represented by the general formula 1 in a molecular chain.
The present invention is a polybenzazole film characterized in that a polymer having the following general formula 1 is formed into a film and crosslinked between side chains by heating or irradiation with active energy rays, for example, light irradiation. In addition, the isotropic tensile strength ratio and delamination resistance are excellent.
本発明におけるホモポリマーおよび共重合ポリマーとしては下記のものが挙げられる。共重合ポリマーはランダム共重合ポリマー、ブロック共重合ポリマー、交互共重合ポリマーいずれでも構わない。
The following are mentioned as a homopolymer and a copolymer in the present invention. The copolymer may be any of a random copolymer, a block copolymer, and an alternating copolymer.
本発明における共重合体において、置換基を持つ繰り返し構造と置換基を持たない繰り返し構造との割合は、目的とする重合度や架橋度によって適宜選択できるが、高物性フィルムを得るためには、置換基を持つ繰り返し構造のモル分率は、0.8〜0.3が好ましく、より好ましくは0.7〜0.5である。この範囲を外れると、重合度は上がるが架橋部位が少なくなり、架橋度が低く、望むような物性が得られにくいか、重合度が上がらず強度的に低い物性しか得られないなどの結果になりやすい。
重合度が上がりやすく、高物性フィルムが得られることから、ポリマー共重合比は好ましくは20〜70%(化1におけるR基保有単位の全体に対するモル%)であり、より好ましくは30〜50%である。この範囲を外れると、重合度は上がるが望むような物性が得られない、高物性は期待できるが重合度が上がりにくいという結果となる。
ポリベンザゾールフィルムは、ポリベンザゾールポリマーを含有するドープより製造されるが、当該ドープを調製するための好適な溶媒としては、クレゾールやそのポリマーを溶解しうる非酸化性の酸が挙げられる。好適な非酸化性の酸の例としては、ポリリン酸、メタンスルホン酸および高濃度の硫酸あるいはそれらの混合物が挙げられる。中でもポリリン酸およびメタンスルホン酸、特にポリリン酸が好適である。
In the copolymer of the present invention, the ratio between the repeating structure having a substituent and the repeating structure not having a substituent can be appropriately selected depending on the desired degree of polymerization and degree of crosslinking. The molar fraction of the repeating structure having a substituent is preferably 0.8 to 0.3, more preferably 0.7 to 0.5. Outside this range, the degree of polymerization increases but the number of cross-linking sites decreases, the degree of cross-linking is low, and it is difficult to obtain desired physical properties, or the degree of polymerization does not increase and only low physical properties can be obtained. Prone.
Since the degree of polymerization tends to increase and a high physical property film can be obtained, the polymer copolymerization ratio is preferably 20 to 70% (mol% based on the total R group-containing units in Chemical Formula 1), more preferably 30 to 50%. It is. Outside this range, the degree of polymerization increases but the desired physical properties cannot be obtained, and high physical properties can be expected, but the degree of polymerization is difficult to increase.
The polybenzazole film is produced from a dope containing a polybenzazole polymer, and suitable solvents for preparing the dope include cresol and a non-oxidizing acid capable of dissolving the polymer. Examples of suitable non-oxidizing acids include polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and high concentrations of sulfuric acid or mixtures thereof. Of these, polyphosphoric acid and methanesulfonic acid, particularly polyphosphoric acid are preferred.
ドープ中のポリマー濃度は好ましくは少なくとも約7質量%であり、より好ましくは少なくとも10質量%である。最大濃度は、例えばポリマーの溶解性やドープ粘度といった実際上の取り扱い性により限定される。それらの限界要因のために、ポリマー濃度は通常では20質量%を越えることはない。
本発明において、好適なポリマー又はコポリマーとドープは公知の方法で合成される。例えばWolfeらの米国特許第4,533,693号明細書、Sybertらの米国特許第4,772,678号明細書、Harrisの米国特許第4,847,350号明細書又はGregoryらの米国特許第5,089,591号明細書に記載されている。要約すると、好適なモノマーは非酸化性で脱水性の酸溶液中、非酸化性雰囲気で高速撹拌および高剪断条件のもと約60℃から230℃までの段階的又は一定昇温速度で温度を上げることで反応させられる。
The polymer concentration in the dope is preferably at least about 7% by weight, more preferably at least 10% by weight. The maximum concentration is limited by practical handling properties such as polymer solubility and dope viscosity. Due to their limiting factors, the polymer concentration usually does not exceed 20% by weight.
In the present invention, suitable polymers or copolymers and dopes are synthesized by known methods. For example, US Pat. No. 4,533,693 to Wolfe et al., US Pat. No. 4,772,678 to Sybert et al., US Pat. No. 4,847,350 to Harris, or US Pat. No. 5,089,591. In summary, suitable monomers are heated in a non-oxidizing, dehydrating acid solution at a stepwise or constant rate of heating from about 60 ° C. to 230 ° C. under high-speed stirring and high shear conditions in a non-oxidizing atmosphere. It is made to react by raising.
次にフィルムの作製方法について説明する。フィルムの作り方は、ドープをスリットダイから押出し、さらに延伸にかける。延伸工程が比較的簡便であるのは、円周状のスリットダイから押し出してブロー延伸する方法である。例えば米国特許第4,898,924号に記載されているブロー延伸では、吐出方向へのドローダウンと吐出されたチューブの周方向への膨張により2軸延伸が達成される。この際に、チューブの内側にも凝固液を入れて製膜する事がより好ましい。
薄く引き延ばす場合に適した別の延伸方法として、可撓性高分子を支持フィルムとしてスリットダイから押し出されたドープと支持フィルムを一体化して、支持フィルムをテンタークリップで挟み延伸する方法も好ましい。支持フィルムはドープの両側面に一体化しても、片面だけを張り合わせても良い。両面を張り合わせた場合には凝固前に片側の可撓性フィルムを引き剥がす必要がある。この方法に好適な可撓性高分子としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、およびこれらの多層成形フィルムなどを利用することができる。
延伸されたドープは、非溶媒と接触させて凝固する。非溶媒は、液相であっても気相であっても良い。また、溶剤を蒸発又は抽出して凝固させても良い。凝固や抽出に用いる媒体としては、鉱酸水溶液、アルコールやグリコールなどの有機溶媒を利用することができる。好ましい凝固剤としては水もしくは水と鉱酸の混合物である。ドープ中の溶媒の抽出が進むと延伸されたドープは体積変化を起こす。この際に発生するフィルム欠点を防止する目的で米国特許第5302334号に記載されているように、凝固が進行する間のテンタリングや制限収縮を施す必要がある。凝固に引き続いて溶媒の抽出を十分に実施することが好ましい。また、残溶媒の鉱酸を中和する目的で塩基を添加することも可能である。
Next, a method for producing a film will be described. The film is made by extruding the dope from a slit die and further stretching. The stretching process is relatively simple in that it is extruded from a circumferential slit die and blow-stretched. For example, in blow stretching described in US Pat. No. 4,898,924, biaxial stretching is achieved by drawing down in the discharge direction and expanding the discharged tube in the circumferential direction. At this time, it is more preferable to form a film by putting a coagulating liquid inside the tube.
As another stretching method suitable for thin stretching, a method in which a dope extruded from a slit die and a support film are integrated using a flexible polymer as a support film and the support film is sandwiched and stretched by a tenter clip is also preferable. The support film may be integrated on both sides of the dope, or only one side may be bonded. When both surfaces are bonded together, it is necessary to peel off the flexible film on one side before solidification. Examples of flexible polymers suitable for this method include polyesters such as polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, and polyethylene naphthalate, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluororesins such as polytetrafluoroethylene, and multilayers thereof. A molded film or the like can be used.
The stretched dope is solidified by contact with a non-solvent. The non-solvent may be a liquid phase or a gas phase. Further, the solvent may be evaporated or extracted to be solidified. As a medium used for coagulation and extraction, an aqueous solution of mineral acid, an organic solvent such as alcohol or glycol can be used. A preferred coagulant is water or a mixture of water and mineral acid. As the extraction of the solvent in the dope proceeds, the stretched dope undergoes a volume change. In order to prevent a film defect occurring at this time, as described in US Pat. No. 5,302,334, it is necessary to perform tentering and limited shrinkage while solidification proceeds. It is preferable to sufficiently extract the solvent subsequent to the coagulation. It is also possible to add a base for the purpose of neutralizing the mineral acid of the residual solvent.
水洗もしくは水洗・中和さらには樹脂含浸された複合体から非溶剤を乾燥させる際には、溶剤抽出の際以上に体積変化をともなう。従って、米国特許第5445779号公報のような固定方法を利用することが好ましい。乾燥は、常温の乾燥空気で実施してもよいが工業プロセスでは、熱風方式が好ましい。また、高温気体で急激に乾燥させると内部に微細なクラック欠点が生じる場合がある為時間をかけて乾燥することが好ましい。乾燥されたフィルムは弾性率が高い強固なフィルムになるが、さらに内部の分子の配列を整えるために、350℃以上の温度で熱処理することも可能である。熱処理された場合、密度の上昇、弾性率の増加、平衡水分率の低下といったフィルム物性変化が生じる。
一方で、以下のようなフィルム作製法もある。得られるドープをヒートプレス機でポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟んだ状態でプレスする。得られたフィルム状ドープを金枠に固定し、洗浄する。ここでいう洗浄とは、ポリベンザゾールポリマーを溶解している鉱酸に対し相溶性であり、ポリベンザゾールポリマーに対して溶媒とならない液体にフィルムを浸け、ドープから酸溶媒を除去することである。好適な洗浄液体としては、水や水と酸溶媒との混合物が挙げられる。好ましくは残留鉱酸濃度が8000ppm以下、更に好ましくは5000ppm以下に洗浄される。その後、フィルムを80℃で1時間乾燥する。
このようにして得られるフィルムを不活性ガス下で処理することにより、架橋させる。ここでいう処理とは、300〜600℃において加熱、又は波長210〜330nm、重水素ランプや水銀ランプ、キセノンランプで光照射することである。不活性ガスとしては一般的には窒素、アルゴン等が用いられる。
以下に実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はもとより下記の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の主旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術範囲に含まれる。
When the non-solvent is dried from the water-washed or water-washed / neutralized or resin-impregnated composite, the volume changes more than in the solvent extraction. Therefore, it is preferable to use a fixing method such as US Pat. No. 5,445,779. Drying may be carried out with dry air at room temperature, but in an industrial process, a hot air system is preferred. Moreover, since it may cause a micro crack defect inside when rapidly dried with high temperature gas, it is preferable to dry over time. The dried film becomes a strong film having a high elastic modulus, but it can also be heat-treated at a temperature of 350 ° C. or higher in order to arrange the internal molecules. When heat-treated, changes in film properties such as an increase in density, an increase in elastic modulus, and a decrease in equilibrium moisture content occur.
On the other hand, there are also the following film production methods. The obtained dope is pressed in a state of being sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets by a heat press. The obtained film dope is fixed to a metal frame and washed. The term “cleaning” as used herein refers to removing the acid solvent from the dope by immersing the film in a liquid that is compatible with the mineral acid in which the polybenzazole polymer is dissolved and is not a solvent for the polybenzazole polymer. is there. Suitable cleaning liquids include water and mixtures of water and acid solvents. The residual mineral acid concentration is preferably washed to 8000 ppm or less, more preferably 5000 ppm or less. Thereafter, the film is dried at 80 ° C. for 1 hour.
The film thus obtained is cross-linked by treating it under an inert gas. The treatment here means heating at 300 to 600 ° C. or irradiating light with a wavelength of 210 to 330 nm, a deuterium lamp, a mercury lamp, or a xenon lamp. Nitrogen, argon, etc. are generally used as the inert gas.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following descriptions. Of course, it is also possible, and they are all included in the technical scope of the present invention.
上記のポリベンザゾールフィルムには、滑剤をポリベンザゾール中に添加含有せしめるなどしてフィルム表面に微細な凹凸を付与しフィルム(特に表面凹凸構造を付与する面の反対面)の滑り性を改善することもできる。
滑剤としては、無機や有機の0.03μm〜3μm程度の平均粒子径を有する微粒子が使用でき、具体例として、酸化チタン、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、燐酸カルシウム、燐酸水素カルシウム、ピロ燐酸水素カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、粘土鉱物などが挙げられる。
In the above polybenzazole film, a lubricant is added to the polybenzazole to add fine irregularities to the film surface to improve the slipperiness of the film (especially the surface opposite to the surface providing the surface irregular structure). You can also
As the lubricant, inorganic or organic fine particles having an average particle diameter of about 0.03 μm to 3 μm can be used. Specific examples include titanium oxide, alumina, silica, calcium carbonate, calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, and calcium hydrogen pyrophosphate. , Magnesium oxide, calcium oxide, clay mineral and the like.
上記の如くして、フィルムの流れ方向および流れ方向と直角方向のの線膨張係数が−10〜16ppm/℃であるポリベンザゾールフィルムを得ることができる。
本発明のフィルム状太陽電池は、上述したポリベンザゾールフィルムを基材として使用し、フィルム基材上に半導体からなる光電変換層を含む積層体が形成されてなる。前記積層体は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層を必須の構成として有し、通常、得られた電気エネルギーを取出すための電極層などをさらに有するものである。
以下、フィルム状太陽電池を構成するよう形成される上記積層体の典型例として、光電変換層を一対の電極層で挟んでなる積層構造を説明する。しかし、本発明で形成される積層構造は以下に記載される態様に限定されず、従来技術の太陽電池が有する積層体の構成を適宜参照してよく、保護層や公知補助手段を付加してもよいものである。
上記一対の電極層の一つの電極層(以下、裏面電極層とも記載する)は、好ましくは、フィルム基材の一主面上に形成される。裏面電極層は自体公知の方法、例えばCVD(ケミカル・ベ−パ−・デポジション)法やスパッタ法によって、導電性無機材料を積層することによって得られる。導電性無機材料としては、Al、Au、Ag、Cu、Ni、ステンレス鋼などの金属薄膜や、In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(In2O3 にSnを添加したもの)などの酸化物半導体系の導電材料などが挙げられる。裏面電極層の厚さは特に限定はなく、通常、30〜1000nm程度である。好ましくは、裏面電極層は金属箔膜である。
As described above, a polybenzazole film having a linear expansion coefficient of −10 to 16 ppm / ° C. in the flow direction of the film and in the direction perpendicular to the flow direction can be obtained.
The film-like solar cell of the present invention uses the polybenzazole film described above as a base material, and a laminate including a photoelectric conversion layer made of a semiconductor is formed on the film base material. The said laminated body has a photoelectric converting layer which converts the energy of sunlight into an electrical energy as an essential structure, and usually further has an electrode layer etc. for taking out the obtained electrical energy.
Hereinafter, a laminated structure in which a photoelectric conversion layer is sandwiched between a pair of electrode layers will be described as a typical example of the laminated body formed so as to constitute a film-like solar cell. However, the laminated structure formed in the present invention is not limited to the embodiment described below, and the structure of the laminated body of the solar cell of the prior art may be referred to as appropriate, and a protective layer and known auxiliary means are added. Is also good.
One electrode layer (hereinafter also referred to as a back electrode layer) of the pair of electrode layers is preferably formed on one main surface of the film substrate. The back electrode layer is obtained by laminating a conductive inorganic material by a method known per se, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method. Examples of conductive inorganic materials include metal thin films such as Al, Au, Ag, Cu, Ni, and stainless steel, and In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Cd 2 SnO 4 , ITO (adding Sn to In 2 O 3 Oxide semiconductor-based conductive materials and the like. The thickness of the back electrode layer is not particularly limited, and is usually about 30 to 1000 nm. Preferably, the back electrode layer is a metal foil film.
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層は、半導体からなる層であり、通常は、シリコン系半導体からなる層である。シリコン系半導体には、薄膜シリコン層、無定形シリコン層、多結晶シリコン層などが挙げられる。光電変換層は、異なる半導体からなる複数の層を有する積層体であってもよい。
薄膜シリコン層は、プラズマCVD法、熱CVD法、スパッタリング法、クラスタイオンビーム法、蒸着法などによって得られるシリコン層である。
無定形シリコン層は、実質的に結晶性をもたないシリコンからなる層である。実質的に結晶性をもたないことは、X線を照射しても回折ピークを与えないことによって確かめることができる。無定形シリコン層を得る手段は公知であり、そのような手段には、例えば、プラズマCVD法や熱CVD法などが含まれる。
多結晶シリコン層は、シリコンからなる微小結晶の集合体からなる層である。上述の無定形シリコン層とは、X線の照射により回折ピークを与えることによって区別される。多結晶シリコン層を得る手段は公知であり、そのような手段には、無定形シリコンを熱処理する手段などが含まれる。
The photoelectric conversion layer that converts sunlight energy into electrical energy is a layer made of a semiconductor, and is usually a layer made of a silicon-based semiconductor. Examples of the silicon-based semiconductor include a thin film silicon layer, an amorphous silicon layer, and a polycrystalline silicon layer. The photoelectric conversion layer may be a laminate having a plurality of layers made of different semiconductors.
The thin film silicon layer is a silicon layer obtained by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a sputtering method, a cluster ion beam method, a vapor deposition method, or the like.
The amorphous silicon layer is a layer made of silicon having substantially no crystallinity. The lack of crystallinity can be confirmed by not giving a diffraction peak even when irradiated with X-rays. Means for obtaining an amorphous silicon layer are known, and examples of such means include a plasma CVD method and a thermal CVD method.
The polycrystalline silicon layer is a layer made of an aggregate of microcrystals made of silicon. The above amorphous silicon layer is distinguished by giving a diffraction peak by irradiation with X-rays. Means for obtaining a polycrystalline silicon layer are known, and such means include means for heat-treating amorphous silicon.
本発明で用いる光電変換層は、シリコン系半導体層に限られず、例えば、厚膜半導体層であってもよい。厚膜半導体層とは酸化チタン、酸化亜鉛、ヨウ化銅などのペーストから形成される半導体層である。
半導体材料を光電変換層として構成する手段は公知の方法を適宜参照してよい。例えば、200〜500℃の温度下で、SiH4にフォスフィン(PH3)を添加したガス中で高周波プラズマ放電を行うことで約20nmのa−Si(n層)を形成し、続いてSiH4ガスのみで約500nmのa−Si(i層)を形成し、続いてSiH4にジボラン(B2H6)を添加して、約10nmのp−Si(p層)を形成することができる。
光電変換層を挟む一対の電極層のうち、フィルム基材とは反対側に設けられる電極層(以下、集電電極層ともいう)は、導電フィラーとバインダー樹脂を含む導電性ペーストを固めてなる電極層であったり、透明電極層であったりしてもよい。透明電極層としては、In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(In2O3にSnを添加したもの)などの酸化物半導体系の材料を好ましく用いることができる。また、ITO膜上にGaを含むZnO(ZnO:Ga)、SnO2などを積層することにより、膜の安定性を増すことができる。これらの手法は適宜既知のものを組み合わせればよい。
かくして、本発明の好適な態様例である、透明電極/p型a−Si/i型a−Si/n型a−Si/金属電極/表面凹凸構造面のポリイミドベンゾオキサゾールフィルムの順で積層されてなるフィルム状太陽電池が得られる。また、p層をa−Si、n層を多結晶シリコンとして、両者の間に薄いアンド−プa−Si層を挿入した構造にしてもよい。特に、a−Si/多結晶シリコン系のハイブリッド型にすると、太陽光スペクトルに対する感度が改善される。
The photoelectric conversion layer used in the present invention is not limited to a silicon-based semiconductor layer, and may be, for example, a thick film semiconductor layer. The thick film semiconductor layer is a semiconductor layer formed from a paste of titanium oxide, zinc oxide, copper iodide or the like.
The means for constituting the semiconductor material as the photoelectric conversion layer may refer to a known method as appropriate. For example, an a-Si (n layer) of about 20 nm is formed by performing high-frequency plasma discharge in a gas in which phosphine (PH 3 ) is added to SiH 4 at a temperature of 200 to 500 ° C., followed by SiH 4. An a-Si (i layer) of about 500 nm can be formed with gas alone, and then diborane (B 2 H 6 ) can be added to SiH 4 to form a p-Si (p layer) of about 10 nm. .
Of the pair of electrode layers sandwiching the photoelectric conversion layer, an electrode layer (hereinafter also referred to as a current collecting electrode layer) provided on the side opposite to the film substrate is formed by solidifying a conductive paste containing a conductive filler and a binder resin. It may be an electrode layer or a transparent electrode layer. As the transparent electrode layer, an oxide semiconductor material such as In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 added with Sn) can be preferably used. Further, by laminating ZnO containing Zn (ZnO: Ga), SnO2, or the like on the ITO film, the stability of the film can be increased. These methods may be appropriately combined with known methods.
Thus, a transparent electrode / p-type a-Si / i-type a-Si / n-type a-Si / metal electrode / polyimide benzoxazole film having a surface concavo-convex structure surface, which is a preferred embodiment of the present invention, are laminated in this order. A film-like solar cell is obtained. Alternatively, the p layer may be a-Si, the n layer may be polycrystalline silicon, and a thin and doped a-Si layer may be inserted between them. In particular, when an a-Si / polycrystalline silicon hybrid type is used, the sensitivity to the sunlight spectrum is improved.
太陽電池の作製においては、上記構成に加えて、反射防止層、表面保護層などを付加せ
しめてもよい。例えば、反射防止層(反射防止膜)材料としては、Si3N4膜、TiO2膜、SiO2膜、MgO膜、ITO膜、SnO2膜、ZnO膜などを用いることができる。厚さは材料によって適宜選択され入射光に対する無反射条件を実現する(材料の屈折率をnとし、無反射にしたいスペクトル領域の波長をλとすれば、(λ/n)/4=dを満たすdが反射防止膜の最適膜厚となる)。例えば、一般的に用いられるSi3N4膜(n=約2)の場合は、無反射目的波長を600nmとすれば、膜厚を75nm程度とすればよい。
製法としては、PECVD法、蒸着法、スパッタ法などを用い、温度400〜500℃程度で形成する。なお反射防止膜は表電極を形成するために所定のパターンでパターニングしておく。パターニング法としてはレジストなどマスクに用いたエッチング法(ウェットあるいはドライ)や、反射防止膜形成時にマスクをあらかじめ形成しておき、反射防止膜形成後にこれを除去する方法を用いることができる。
In manufacturing a solar cell, an antireflection layer, a surface protective layer, or the like may be added in addition to the above structure. For example, as an antireflection layer (antireflection film) material, an Si 3 N 4 film, a TiO 2 film, an SiO 2 film, an MgO film, an ITO film, an SnO 2 film, a ZnO film, or the like can be used. The thickness is appropriately selected depending on the material, and realizes the non-reflection condition for incident light (if the refractive index of the material is n and the wavelength of the spectral region to be non-reflection is λ, (λ / n) / 4 = d is set. D to satisfy is the optimum film thickness of the antireflection film). For example, in the case of a commonly used Si 3 N 4 film (n = about 2), if the non-reflection target wavelength is 600 nm, the film thickness may be about 75 nm.
As a manufacturing method, a PECVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is used, and the film is formed at a temperature of about 400 to 500 ° C. The antireflection film is patterned in a predetermined pattern in order to form a surface electrode. As a patterning method, an etching method (wet or dry) used for a mask such as a resist, or a method in which a mask is formed in advance at the time of forming the antireflection film and then removed after the formation of the antireflection film can be used.
以下、実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例、比較例における物性の評価方法は以下の通りである。
1.極限粘度
メタンスルホン酸を溶媒として、0.5g/lの濃度に調製したポリマー溶液の粘度をオストワルド粘度計を用いて25℃恒温槽中で測定し、算出した。
2.架橋の有無の確認
処理前のフィルムと乾燥後のフィルムの13C固体NMRを測定し、架橋の有無の確認を行った。
メチル基を有する場合は、メチル基に基づくシグナルが減少し、新たにメチレン基に基づくシグナルが観測された。エチル基を有する場合は、エチル基に基づくシグナルが減少し、エチル基のメチレン基とは異なるメチレン基のシグナルが観測された。また、ハロゲン基を有する場合は、ハロゲン基が結合している炭素シグナルの高磁場シフトが観測された。
3.フィルム基材の引張破断強度と引張強度比
測定対象の基材フィルムを、MD方向およびTD方向にそれぞれ100mm×10mmの短冊状に切り出したものを試験片とした。引張試験機(島津製作所製、オートグラフ機種名AG−5000A)を用い、引張速度50mm/分、チャック間距離40mmの条件で、MD方向、TD方向それぞれについて、引張強度および引張強度比を測定した。
4.フィルム基材の線膨張係数(CTE)
測定対象のフィルム基材について、下記条件にてMD方向およびTD方向の伸縮率を測定し、30℃〜45℃、45℃〜60℃、…と15℃の間隔での伸縮率/温度を測定し、この測定を300℃まで行い、全測定値の平均値をCTEとして算出した。MD方向、TD方向の意味は上述のとおりである。
装置名 ; MACサイエンス社製TMA4000S
試料長さ ; 20mm
試料幅 ; 2mm
昇温開始温度 ; 25℃
昇温終了温度 ; 400℃
昇温速度 ; 5℃/min
雰囲気 ; アルゴン
5.光電変換特性
変換効率をAM=1に調節したオリエル社のソーラーシュミレータで測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited by a following example. In addition, the evaluation method of the physical property in a following example and a comparative example is as follows.
1. Intrinsic viscosity The viscosity of a polymer solution prepared at a concentration of 0.5 g / l using methanesulfonic acid as a solvent was measured and calculated in an oven at 25 ° C using an Ostwald viscometer.
2. Confirmation of cross-linking The 13 C solid-state NMR of the film before treatment and the dried film was measured to confirm the presence or absence of cross-linking.
In the case of having a methyl group, the signal based on the methyl group decreased and a new signal based on the methylene group was observed. In the case of having an ethyl group, the signal based on the ethyl group decreased, and a signal of a methylene group different from the methylene group of the ethyl group was observed. In the case of having a halogen group, a high magnetic field shift of the carbon signal to which the halogen group was bonded was observed.
3. Tensile Breaking Strength and Tensile Strength Ratio of Film Base Material A base material film to be measured was cut into strips of 100 mm × 10 mm in the MD direction and the TD direction, respectively, as test pieces. Using a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation, autograph model name AG-5000A), the tensile strength and the tensile strength ratio were measured for each of the MD direction and the TD direction under the conditions of a tensile speed of 50 mm / min and a distance between chucks of 40 mm. .
4). Coefficient of linear expansion (CTE) of film substrate
With respect to the film substrate to be measured, the stretch rate in the MD direction and the TD direction is measured under the following conditions, and the stretch rate / temperature at intervals of 30 ° C. to 45 ° C., 45 ° C. to 60 ° C.,. Then, this measurement was performed up to 300 ° C., and the average value of all measured values was calculated as CTE. The meanings of the MD direction and the TD direction are as described above.
Device name: TMA4000S manufactured by MAC Science
Sample length; 20mm
Sample width: 2 mm
Temperature rise start temperature: 25 ° C
Temperature rising end temperature: 400 ° C
Temperature increase rate: 5 ° C / min
Atmosphere: Argon 5. Photoelectric conversion characteristics Measured with an Oriel solar simulator whose conversion efficiency was adjusted to AM = 1.
(実施例1)
116%のポリリン酸27.0gに窒素気流下、4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩4.9g、2−メチル−4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩0.6g、テレフタル酸4.3gおよび五酸化リン8.1gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ16時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、メチル基置換ベンザゾール環が10モル%共重合されたPBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は21dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、80℃で1時間乾燥させた。得られたフィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、耐層間剥離性の評価を実施した結果を表1に示す。
Example 1
6.9 g of 4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 0.6 g of 2-methyl-4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 0.6 g of terephthalic acid, 5 g 8.1 g of phosphorus oxide was added, and the mixture was stirred and mixed at 70 ° C. for 15 minutes in the reactor. Further, the temperature was raised to 120 ° C., mixed with stirring for 3.5 hours to remove hydrochloric acid, heated to 135 ° C. and stirred for 16 hours to oligomerize. Thereafter, the temperature was raised to 200 ° C. to polymerize to obtain a PBO polymer dope in which 10 mol% of a methyl group-substituted benzazole ring was copolymerized. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 21 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame having a side of 10 cm, and dried at 80 ° C. for 1 hour. The obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 1 shows the results of the evaluation of the tensile strength ratio and delamination resistance.
(実施例2)
116%のポリリン酸27.1gに窒素気流下、4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩3.8g、2−メチル−4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩1.7g、テレフタル酸4.2gおよび五酸化リン8.0gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ19時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、メチル基置換ベンザゾール環が30モル%共重合されたPBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は21dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、80℃で1時間乾燥させた。得られたフィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、耐層間剥離性の評価を実施した結果を表1に示す。
(Example 2)
116% polyphosphoric acid 27.1 g under nitrogen stream, 4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride 3.8 g, 2-methyl-4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride 1.7 g, terephthalic acid 4.2 g and five 8.0 g of phosphorus oxide was added, and the mixture was stirred and mixed at 70 ° C. for 15 minutes in the reactor. Further, the temperature was raised to 120 ° C., mixed with stirring for 3.5 hours to remove hydrochloric acid, heated to 135 ° C. and stirred for 19 hours to oligomerize. Then, it heated up at 200 degreeC and superposed | polymerized and the PBO polymer dope by which 30 mol% of methyl group substituted benzazole rings were copolymerized was obtained. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 21 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame having a side of 10 cm, and dried at 80 ° C. for 1 hour. The obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 1 shows the results of the evaluation of the tensile strength ratio and delamination resistance.
(実施例3)
116%のポリリン酸27.2gに窒素気流下、4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩2.7g、2−メチル−4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩2.8g、テレフタル酸4.1gおよび五酸化リン7.9gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ20時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、メチル基置換ベンザゾール環が50モル%共重合されたPBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は22dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、80℃で1時間乾燥させた。得られたフィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、耐層間剥離性の評価を実施した結果を表1に示す。
(Example 3)
In 27.2 g of 116% polyphosphoric acid, 2.7 g of 4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 2.8 g of 2-methyl-4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 4.1 g of terephthalic acid and five 7.9 g of phosphorus oxide was added, and the mixture was stirred and mixed at 70 ° C. for 15 minutes in the reactor. The temperature was further raised to 120 ° C., stirred and mixed for 3.5 hours to remove hydrochloric acid, heated to 135 ° C. and stirred for 20 hours to oligomerize. Thereafter, the temperature was raised to 200 ° C. to polymerize to obtain a PBO polymer dope in which 50 mol% of a methyl group-substituted benzazole ring was copolymerized. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 22 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame having a side of 10 cm, and dried at 80 ° C. for 1 hour. The obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 1 shows the results of the evaluation of the tensile strength ratio and delamination resistance.
(実施例4)
116%のポリリン酸27.3gに窒素気流下、4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩1.6g、2−メチル−4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩3.9g、テレフタル酸4.1gおよび五酸化リン7.8gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ24時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、メチル基置換ベンザゾール環が70モル%共重合されたPBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は20dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、80℃で1時間乾燥させた。得られたフィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、耐層間剥離性の評価を実施した結果を表1に示す。
Example 4
116% polyphosphoric acid 27.3 g under nitrogen flow, 1.6 g of 4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 3.9 g of 2-methyl-4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 4.1 g of terephthalic acid and five 7.8 g of phosphorus oxide was added, and the mixture was stirred and mixed at 70 ° C. for 15 minutes in the reactor. The temperature was further raised to 120 ° C., mixed with stirring for 3.5 hours, dehydrochlorination was performed, and the temperature was raised to 135 ° C. and stirred for 24 hours to oligomerize. Thereafter, the temperature was raised to 200 ° C. for polymerization to obtain a PBO polymer dope in which 70 mol% of a methyl group-substituted benzazole ring was copolymerized. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 20 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame having a side of 10 cm, and dried at 80 ° C. for 1 hour. The obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 1 shows the results of the evaluation of the tensile strength ratio and delamination resistance.
(実施例5)
116%のポリリン酸27.5gに窒素気流下、2−メチル−4,6−ジアミノレゾルシン二塩酸塩5.5g、テレフタル酸4.0gおよび五酸化リン7.6gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ30時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、PBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は18dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、80℃で1時間乾燥させた。得られたフィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、耐層間剥離性の評価を実施した結果を表1に示す。
(Example 5)
Under nitrogen flow, 5.5 g of 2-methyl-4,6-diaminoresorcin dihydrochloride, 4.0 g of terephthalic acid and 7.6 g of phosphorus pentoxide were added to 27.5 g of 116% polyphosphoric acid. Stir and mix at 15 ° C. for 15 minutes. The temperature was further raised to 120 ° C., mixed with stirring for 3.5 hours to remove hydrochloric acid, heated to 135 ° C. and stirred for 30 hours to oligomerize. Then, it heated up at 200 degreeC and superposed | polymerized and obtained the PBO polymer dope. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 18 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame having a side of 10 cm, and dried at 80 ° C. for 1 hour. The obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 1 shows the results of the evaluation of the tensile strength ratio and delamination resistance.
(比較例1〜3)
116%のポリリン酸67.1gに窒素気流下、4,6−ジアミノレゾルシン13.7g、テレフタル酸10.6gおよび五酸化リン20.4gを加え、反応器内、70℃で15分撹拌混合した。さらに120℃まで昇温させ、3.5時間撹拌混合し脱塩酸を行い、135℃まで昇温させ16時間撹拌しオリゴマー化した。その後、200℃に昇温して重合し、PBOポリマードープを得た。ポリマードープの色は黄色であり、固有粘度は22dl/gであった。
得られたドープをポリテトラフルオロエチレン製のシートに挟み、ヒートプレス機でプレス板温度170℃、圧力150kgf/cm2でプレスした。取り出したドープシートをポリテトラフルオロエチレン製のシートから剥
がし、蒸留水1Lに15時間浸しリン酸を抽出し、一辺が10cmの金枠に固定し、種々条件で乾燥させた。得られた各フィルムを窒素気流下、500℃で1時間加熱処理を行った。引張強度比、線膨張係数などの評価を実施した結果を表2に示す。
(Comparative Examples 1-3)
To 67.1 g of 116% polyphosphoric acid, 13.7 g of 4,6-diaminoresorcin, 10.6 g of terephthalic acid and 20.4 g of phosphorus pentoxide were added in a nitrogen stream, and the mixture was stirred and mixed at 70 ° C. for 15 minutes. . Further, the temperature was raised to 120 ° C., mixed with stirring for 3.5 hours to remove hydrochloric acid, heated to 135 ° C. and stirred for 16 hours to oligomerize. Then, it heated up at 200 degreeC and superposed | polymerized and obtained the PBO polymer dope. The color of the polymer dope was yellow and the intrinsic viscosity was 22 dl / g.
The obtained dope was sandwiched between polytetrafluoroethylene sheets and pressed with a heat press machine at a press plate temperature of 170 ° C. and a pressure of 150 kgf / cm 2 . The taken-out dope sheet was peeled off from the polytetrafluoroethylene sheet, immersed in 1 L of distilled water for 15 hours to extract phosphoric acid, fixed on a metal frame with a side of 10 cm, and dried under various conditions. Each obtained film was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. Table 2 shows the results of evaluations such as the tensile strength ratio and the linear expansion coefficient.
(フィルム状太陽電池の製造)
スパッタリング−プラズマCVD各々独立した薄膜堆積室を有し、室内の真空を破ることなく基板搬送できる装置を使用し、ステンレスのターゲットを使用して、各フィルム上に厚さ900nmのステンレス層をスパッタリングによって形成した。次いで、真空反応器中の対向電極と支持電極の間にステンレス層を形成したフィルムを設置して、反応器内を一旦10-5Torrに排気し、支持電極の温度を350℃に高めた。その後、対向電極と支持電極に30Wの13.56MHzの高周波電圧を印加しつつ、アルゴンガスを反応器内に導入して3mTorrのアルゴン雰囲気下でプレスパッタし、次いで水素ガスで10%に希釈したSiH4、同様に水素ガスで1%に希釈したPH3ガスを同時に導入して、1Torrの雰囲気下で上記ステンレス層上に25nmのn型アモルファスシリコン層をプラズマCVD法により形成した。次いでプラズマCVD法により、SiH4のみを導入して、前記n型アモルファスシリコン層の上に、厚さ500nmのi型アモルファスシリコン層を積層し、さらにSiH4ガス中に1%のB2H6を含有する混合ガスを導入することで、前記i型アモルファスシリコン層の上に、厚さ25nmのp型アモルファスシリコン層を形成した。
(Manufacture of film-like solar cells)
Sputtering-plasma CVD Each device has an independent thin film deposition chamber and can transport a substrate without breaking the vacuum inside the chamber. Using a stainless steel target, a stainless steel layer having a thickness of 900 nm is sputtered on each film. Formed. Next, a film in which a stainless steel layer was formed was placed between the counter electrode and the support electrode in the vacuum reactor, and the inside of the reactor was once evacuated to 10 −5 Torr, and the temperature of the support electrode was raised to 350 ° C. Thereafter, while applying a high frequency voltage of 13.56 MHz of 30 W to the counter electrode and the support electrode, argon gas was introduced into the reactor and presputtered in an argon atmosphere of 3 mTorr, and then diluted to 10% with hydrogen gas. SiH 4 and a PH 3 gas diluted to 1% with hydrogen gas were simultaneously introduced to form a 25 nm n-type amorphous silicon layer on the stainless steel layer by plasma CVD under an atmosphere of 1 Torr. Next, only SiH 4 is introduced by plasma CVD, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 500 nm is laminated on the n-type amorphous silicon layer, and 1% B 2 H 6 in SiH 4 gas. A p-type amorphous silicon layer having a thickness of 25 nm was formed on the i-type amorphous silicon layer.
次いでこのpin型アモルファスシリコン層を形成したフィルムを、室内の真空を破ることなく、別の薄膜作製室に移動させスパッタ法により50nmの厚さの酸化インジウム錫層、ついでSnO2膜を25nm堆積してヘテロ電極層とした。最後にその上に100nmのパラジウム層を櫛形に真空蒸着した。以上のようにして各実施例、比較例のフィルム状太陽電池を得た。
実施例各例のフィルム状太陽電池の製造工程において、フィルム基材が熱で変形したり、シワが生じたりするなどの問題はなく、平面性の優れた太陽電池が得られた。比較例各例のフィルム状太陽電池の製造工程において、フィルム基材が熱で変形したり、シワが生ずるなどの問題が発生し、フィルムと積層薄膜との剥がれが見られるものがあった。各例でのフィルム状太陽電池の変換効率の結果を表1、2に示す。
Next, the film on which this pin type amorphous silicon layer is formed is moved to another thin film production chamber without breaking the vacuum in the chamber, and a 50 nm thick indium tin oxide layer and then a SnO 2 film of 25 nm are deposited by sputtering. Thus, a hetero electrode layer was obtained. Finally, a 100 nm palladium layer was vacuum-deposited in a comb shape on it. The film-like solar cell of each Example and the comparative example was obtained as mentioned above.
In the production process of the film-like solar cell of each example, there was no problem that the film substrate was deformed by heat or wrinkles were produced, and a solar cell with excellent flatness was obtained. Comparative Examples In the production process of the film-like solar cell in each example, there were problems that the film base material was deformed by heat and wrinkles were generated, and the film was peeled off from the laminated thin film. The results of the conversion efficiency of the film-like solar cell in each example are shown in Tables 1 and 2.
以上より、複素環を構成するベンゼン環上にハロゲン原子、メチル基、エチル基を導入した構造単位を有するポリベンザゾールフィルムを架橋処理することにより、等方性に優れかつ線膨張係数が所定範囲であるフィルムを基板に使用した太陽電池は性能に優れていることが判る。 As described above, by cross-linking a polybenzazole film having a structural unit having a halogen atom, a methyl group or an ethyl group introduced on the benzene ring constituting the heterocyclic ring, it is excellent in isotropic property and the linear expansion coefficient is within a predetermined range. It can be seen that the solar cell using the film is excellent in performance.
本発明によると、可撓性、高強度、高弾性率、高耐熱性だけでなく、線膨張係数が所定範囲で、優れた引張強度比を有するポリベンザゾールフィルムを基板に使用することで性能に優れている太陽電池を提供できるため、実用性を高め、利用分野を拡大する効果が絶大である。 According to the present invention, not only flexibility, high strength, high elastic modulus, high heat resistance, but also the performance of using a polybenzazole film having a linear expansion coefficient within a predetermined range and having an excellent tensile strength ratio as a substrate. Therefore, it is possible to provide a solar cell that is excellent in performance, and the effect of enhancing practicality and expanding the field of use is tremendous.
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