JP5031019B2 - SOLAR CELL COVER, MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
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Description
この発明は、光励起により光触媒作用を発現する酸化物光触媒からなる薄膜を表面に有する太陽電池カバーに関わり、特に積雪量の多い豪雪地帯において、家屋の屋根に太陽電池を設置して利用する場合に好適に用いることができる太陽電池カバーに関する。 The present invention relates to a solar cell cover having a thin film made of an oxide photocatalyst that exhibits a photocatalytic action by photoexcitation on the surface, and particularly in a heavy snowy area with a large amount of snow, when installing a solar cell on the roof of a house. The present invention relates to a solar cell cover that can be suitably used.
住居その他の建物の屋根に太陽電池を設置し、太陽光を光電変換して利用することが行われているが、豪雪地帯では、太陽電池上に積雪が生じる。積雪状態では太陽電池の受光面が太陽光に晒されず、太陽光の効率的な利用が図れない。そこで太陽光を効率的に利用するために、定期的に雪下ろしの作業を行う必要があり、これが豪雪地帯での太陽電池設置の普及を妨げている。雪下ろしの作業は作業員が屋根の上にのぼり、スコップで積雪を切り取り、ブロック状となった雪を屋根下へ落下させることにより行われる。 Solar cells are installed on the roofs of houses and other buildings, and sunlight is photoelectrically converted and used. However, in heavy snow areas, snow is accumulated on the solar cells. In a snowy state, the light-receiving surface of the solar cell is not exposed to sunlight, and sunlight cannot be used efficiently. Therefore, in order to efficiently use sunlight, it is necessary to periodically perform snow removal work, which hinders the spread of solar cell installation in heavy snowfall areas. The snow-lowering work is performed by an operator climbing on the roof, cutting the snow with a scoop, and dropping the block-shaped snow under the roof.
近年、豪雪地帯での太陽電池設置の普及を図るために種々の提案が為されている。例えば特許文献1では、太陽電池モジュールの受光面側に抵抗発熱線を設ける技術が提案されている。 In recent years, various proposals have been made to promote the installation of solar cells in heavy snowfall areas. For example, Patent Document 1 proposes a technique of providing a resistance heating wire on the light receiving surface side of a solar cell module.
また、太陽電池モジュールの受光面は、耐候性樹脂フィルムなどで構成される保護カバーによって保護されることが多いが、このカバーは、太陽電池モジュールの長期間の使用中に煤塵で汚れ、次第に光透過率が低下し、これによって太陽電池のエネルギー変換効率を減少させる。その一方で、太陽電池カバーは、建物の屋根や外壁に設置されるため、これを定期的に又は必要に応じてクリーニングすることは容易でない。そこで、例えば特許文献2では、酸化物光触媒を含有する表層部を基材フィルムの上に形成した太陽電池カバーが提案されている。 In addition, the light receiving surface of the solar cell module is often protected by a protective cover made of a weather-resistant resin film, etc., but this cover becomes dirty with dust during long-term use of the solar cell module and gradually becomes light. The transmittance is lowered, thereby reducing the energy conversion efficiency of the solar cell. On the other hand, since the solar cell cover is installed on the roof or outer wall of a building, it is not easy to clean it regularly or as needed. Thus, for example, Patent Document 2 proposes a solar cell cover in which a surface layer portion containing an oxide photocatalyst is formed on a base film.
ところで、酸化チタンに代表される酸化物光触媒による光触媒作用の発現機構は、光励起により伝導帯に電子を生じ、価電子帯に正孔を生じることに起因するものと考えられている。電子の強い還元力、正孔の強い酸化力により、光触媒に接触してくる有機物や窒素酸化物を水や炭酸ガスなどに分解することができ、防汚、防臭、抗菌機能などの諸機能が発揮される。すなわち、上記酸化物光触媒に、そのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光(例えば紫外光)を照射すると、その酸化物光触媒表面の水の接触角が低下し、高度に親水化された状態となる。その一方で、紫外光の照射を停止すると、水の接触角が20〜30度程度の元の状態に戻る。 By the way, it is considered that the mechanism of the photocatalytic action by the oxide photocatalyst represented by titanium oxide is caused by the generation of electrons in the conduction band and the generation of holes in the valence band by photoexcitation. Organic substances and nitrogen oxides that come into contact with the photocatalyst can be decomposed into water, carbon dioxide gas, etc. due to the strong reducing power of electrons and the strong oxidizing power of holes. Demonstrated. That is, when the oxide photocatalyst is irradiated with light having a wavelength having energy equal to or greater than the band gap (for example, ultraviolet light), the contact angle of water on the oxide photocatalyst surface is reduced, and the oxide photocatalyst is highly hydrophilic. Become. On the other hand, when the ultraviolet light irradiation is stopped, the water contact angle returns to the original state of about 20 to 30 degrees.
しかしながら、一旦、十分に親水化した酸化物光触媒は、少なくとも数十時間もの間、紫外光が当たらずとも高度な親水化状態が持続される。従って、表面エネルギー状態を元の状態に戻すことを望む場合、数十時間もの長い時間を無駄に費やさなければならないという問題があった。 However, once the oxide photocatalyst has been sufficiently hydrophilized, it remains in a highly hydrophilized state for at least several tens of hours without being exposed to ultraviolet light. Therefore, when it is desired to return the surface energy state to the original state, there is a problem that a long time of several tens of hours must be wasted.
例えば、特許文献1と特許文献2を組み合わせた技術により、抵抗発熱体を通電し、太陽電池モジュールの受光面側の雪を溶かしても、受光面側の表層部が親水化状態に持続されていると、次の不都合を生じる。抵抗発熱体に直接接触する雪は溶解し、その部分は水となる反面、積雪は厚みが厚く、厚み方向のすべての積雪を溶解させることは困難である。従って、溶解しなかった積雪部分がその自重によってモジュール受光面側へ圧縮され、表層部は親水状態にあるため、溶解しなかった積雪部分を保持することとなって、結局は、別途、雪下ろし作業を行わなければならない。 For example, even if the resistance heating element is energized and the snow on the light receiving surface side of the solar cell module is melted by the technique combining Patent Document 1 and Patent Document 2, the surface layer portion on the light receiving surface side is maintained in a hydrophilic state. The following inconveniences occur. The snow that directly contacts the resistance heating element melts, and that portion becomes water, while the snow cover is thick, and it is difficult to dissolve all the snow accumulation in the thickness direction. Therefore, the snow part that did not melt is compressed to the module light-receiving surface side by its own weight, and the surface layer part is in a hydrophilic state, so the snow part that did not melt is held, and eventually, snow removal work separately Must be done.
発明が解決しようとする課題は、膜表面に発現した光触媒作用を速やかに消失させることができる光触媒性薄膜を表層に有する太陽電池カバー、その製造方法及び融雪方法を提供することである。 The problem to be solved by the invention is to provide a solar cell cover having a photocatalytic thin film as a surface layer capable of quickly eliminating the photocatalytic action developed on the film surface, a manufacturing method thereof, and a snow melting method.
上記課題を解決するために、本発明に係る太陽電池カバーは、透光性基板と、透明導電膜で構成される発熱層と、光触媒性薄膜とをこの順に積層してあり、前記光触媒性薄膜は、前記発熱層の表面に、下記処理を施すことにより成膜されたものであることを特徴とする。真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させるスパッタ工程。前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスのプラズマを前記膜原料物質に接触させて第1の薄膜を生成させる反応工程。前記発熱層が形成された前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記第1の薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程。前記不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程。 In order to solve the above-mentioned problems, a solar cell cover according to the present invention is formed by laminating a light-transmitting substrate, a heat generating layer composed of a transparent conductive film, and a photocatalytic thin film in this order, and the photocatalytic thin film Is characterized in that it is formed by performing the following treatment on the surface of the heat generating layer. A sputtering process in which a target made of titanium metal is sputtered in a film forming process region formed inside a vacuum vessel, and a film raw material made of titanium is deposited on the surface of the heat generating layer. A reaction step of generating a first thin film by contacting at least plasma of a reactive gas with the film source material in a reaction process area formed away from the film formation process area; The translucent substrate on which the heat generating layer is formed is moved between the film forming process region and the reaction process region, the sputtering step and the reaction step are repeated a plurality of times, and the first thin film is deposited a plurality of times. A thin film deposition step of forming a second thin film. A plasma post-treatment process in which plasma of a mixed gas obtained by positively mixing the inert gas with the reactive gas at a flow rate at least the same as the flow rate of the reactive gas is brought into contact with the second thin film;
本発明に係る太陽電池カバーの製造方法は、透光性基板の表面に透明導電膜で構成された発熱層が積層してあり、前記発熱層の表面に光触媒性薄膜が積層してある太陽電池カバーを製造する方法であって、前記透光性基板の表面に前記発熱層を成膜する第1の成膜工程と、前記発熱層の表面に前記光触媒性薄膜を成膜する第2の成膜工程とを有し、前記第2の成膜工程は、真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させるスパッタ工程と、前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスのプラズマを前記膜原料物質に接触させて第1の薄膜を生成させる反応工程と、前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記第1の薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程と、前記不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程とを有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell cover according to the present invention, a heat generating layer composed of a transparent conductive film is laminated on the surface of a light-transmitting substrate, and a photocatalytic thin film is laminated on the surface of the heat generating layer. A method of manufacturing a cover, comprising: a first film forming step of forming the heat generating layer on a surface of the translucent substrate; and a second component of forming the photocatalytic thin film on the surface of the heat generating layer. The second film forming step includes sputtering a target made of titanium metal in a film forming process region formed inside the vacuum vessel, and depositing the titanium on the surface of the heat generating layer. The first thin film is formed by bringing at least a reactive gas plasma into contact with the film raw material in a sputtering process for attaching the film raw material to be formed and a reaction process region formed apart from the film forming process region. A reaction step of generating the light-transmitting light Thin film deposition in which a substrate is moved between the film forming process region and the reaction process region, the sputtering step and the reaction step are repeated a plurality of times, and the first thin film is deposited a plurality of times to form a second thin film. And a plasma post-treatment step in which a plasma of a mixed gas in which the inert gas is positively mixed with the reactive gas at a flow rate at least the same as that of the reactive gas is brought into contact with the second thin film. It is characterized by having.
本発明に係る融雪方法は、直列又は並列に配線された複数枚の太陽電池セルをパッケージングし、ユニット化した太陽電池モジュールの受光面側に、請求項1〜3の何れか一項記載の太陽電池カバーをその透光性基板を積層するとともに、前記太陽電池カバーの前記発熱層を電源に対して電気的に接続し、電力を供給することによって前記発熱層を発熱させ、前記光触媒性薄膜の表面に堆積した雪を融雪することを特徴とする。 The snow melting method according to the present invention is a method according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of solar cells wired in series or in parallel are packaged, and the light receiving surface side of the unitized solar cell module is provided. The solar cell cover is laminated with a light-transmitting substrate, the heat generating layer of the solar cell cover is electrically connected to a power source, and the heat generating layer is heated by supplying electric power, and the photocatalytic thin film It is characterized by melting snow accumulated on the surface of the snow.
本発明によれば、発熱層の表面に光触媒性薄膜を堆積させた後、反応性ガスと不活性ガスを含む混合ガスのプラズマを接触させるプラズマ後処理を施すことにより、膜表面に発現した光触媒作用を速やかに消失させることが可能な光触媒性薄膜を表層に成膜することができる。 According to the present invention, after the photocatalytic thin film is deposited on the surface of the heat generating layer, the photocatalyst developed on the film surface is obtained by performing a plasma post-treatment in which a plasma of a mixed gas containing a reactive gas and an inert gas is brought into contact. A photocatalytic thin film capable of quickly eliminating the action can be formed on the surface layer.
以下、添付図面に従って本発明に係る太陽電池カバーの好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of a solar cell cover according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
《太陽電池カバー》
図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池カバー100は、透光性基板102を有する。透光性基板102の表面の少なくとも一部(好ましくは全部)には、発熱層としての透明導電膜104が積層してある。透明導電膜104の上には、光触媒性薄膜106が積層してある。
<Solar cell cover>
As shown in FIG. 1, the
《透光性基板》
透光性基板102の形成材料としては、ガラス及び合成樹脂が使用される。透光性基板102に使用される合成樹脂としては、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂又はポリエステル系樹脂が特に好ましい。
<Translucent substrate>
As a material for forming the light-transmitting
なお、合成樹脂製の透光性基板102の場合、加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、寸法安定性等を改良、改質する目的で、例えば滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、光安定剤、充填剤、強化繊維、補強剤、難燃剤、耐炎剤、発泡剤、防カビ剤、顔料等の各種添加剤を含有することも可能である。
In the case of the
透光性基板102の厚さは、特に限定されず、使用する材料に応じて所要の強度等を具備するよう適宜選択される。合成樹脂製の透光性基板102の厚さとしては6〜300μmが好ましい。また、ガラス製の透光性基板102の厚さとしては、一般的には3mm程度とされる。
The thickness of the
《透明導電膜》
透明導電膜104は、電流が導通されることで発熱し、その結果、光触媒性薄膜106の外面に積雪している雪を融雪させる加熱手段としての機能を有する。
<Transparent conductive film>
The transparent
透明導電膜104としては、金属薄膜、半導体薄膜の単層や積層体、または金属薄膜と透明薄膜とを積層したものが適用できる。積層は各一層でも、それ以上の多層であってもよい。金属薄膜としては、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、等の金属が使われるが、銀、金、銅が好ましい。
As the transparent
半導体薄膜としては、インジウム、スズ、亜鉛、アンチモン等を含む酸化物で導電性を示すものであれば如何なるものでもよいが、好ましくは酸化インジウム、酸化スズ、ITO(酸化インジウム・スズ)、IZO(酸化インジウム・亜鉛)、ITZO(酸化インジウム・亜鉛・スズ)、AZO(酸化亜鉛・アンチモン)、AIZO(酸化インジウム・亜鉛・アンチモン)等の薄膜が挙げられる。 The semiconductor thin film may be any oxide as long as it is an oxide containing indium, tin, zinc, antimony, etc., but preferably indium oxide, tin oxide, ITO (indium tin oxide), IZO ( Examples thereof include thin films such as indium oxide / zinc), ITZO (indium oxide / zinc / tin), AZO (zinc oxide / antimony), and AIZO (indium oxide / zinc / antimony).
中でも本実施形態では、主成分である酸化亜鉛に対し、ドーピング成分を所定割合で含有するZnO系半導体薄膜で構成することが好ましい。こうしたZnO系半導体薄膜は、成膜が比較的容易であり、しかも、ある電気伝導性を得るための膜厚において可視光線の透過率を比較的高くすることができる。ドーピング成分は導電膜104の抵抗率を制御し、しかも耐熱性などの耐久性を向上させる成分であり、例えばAl、Pb、Sn、In、Cdなどが挙げられる。
Especially in this embodiment, it is preferable to comprise with the ZnO type | system | group semiconductor thin film which contains a doping component in a predetermined ratio with respect to zinc oxide which is a main component. Such a ZnO-based semiconductor thin film is relatively easy to form, and has a relatively high visible light transmittance at a film thickness for obtaining certain electrical conductivity. The doping component is a component that controls the resistivity of the
透明導電膜104の厚みは例えば300〜1000nm、好ましくは300〜700nmであり、抵抗率は1.0×10−3(Ω・cm)以下、全光線透過率は好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上である。
The thickness of the transparent
透明導電膜104は、例えばイオンプレーティング法、スパッタ法、真空蒸着法などの各種成膜方法を用いて成膜することができるが、スパッタ法を用いると、緻密な膜を形成でき、耐摩耗性が向上するので好ましい。
The transparent
《光触媒性薄膜》
光触媒性薄膜106は、一旦、発現した光触媒作用を速やかに消失させることが可能であり、本実施形態では酸化チタンで構成してある。
《Photocatalytic thin film》
The photocatalytic
本実施形態では、薄膜106の厚みを300nm未満、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下と薄く形成しても、透明導電膜104がバッファ層として機能するために必要十分な光触媒活性を発現することが可能である。一般に、薄膜106の厚みが厚ければ厚いほど、光触媒活性は高めると考えられるが、その反面、膜応力により基板102が変形し、或いは全体の透過率が低下するなどの不都合を生じる。こうした不都合を生じない範囲で光触媒活性を必要レベルで可能な限り維持するために、上述した透明導電成膜104をバッファ層として介在させたものである。なお、導電膜104なしに薄膜106単独で光触媒活性を十分に発現させるには、当該薄膜106の厚みを300nm以上とする必要がある。なお、薄膜106の厚みの下限は好ましくは50nm、より好ましくは100nmである。
In this embodiment, even if the
光触媒性薄膜106は、例えばイオンプレーティング法、スパッタ法、真空蒸着法などの各種成膜方法を用いて成膜することができるが、スパッタ法を用いると、緻密な膜を形成でき、耐摩耗性が向上するので好ましい。特に透明導電膜104の上に光触媒性薄膜106を成膜するに際し、後述するように、スパッタ→プラズマ処理の後、プラズマ後処理を施すことで、薄膜106の成膜厚みが薄い状態でも、必要十分な光触媒活性を発現させることができる。その理由は必ずしも明らかではないが、プラズマ後処理を施すことで、成膜される光触媒性薄膜106の成長結晶、表面形状、活性などの複数の要因が適正化されることにより、薄膜106の厚みが薄くても必要十分な光触媒活性を発現させられるものと推測される。
The photocatalytic
《太陽電池カバーの製造方法》
次に、太陽電池カバー100の光触媒性薄膜106の好ましい成膜方法の一例を説明する。まず、この方法を実現可能な一例としての装置の構成例を説明する。
<< Solar Cell Cover Manufacturing Method >>
Next, an example of a preferable method for forming the photocatalytic
《成膜装置》
図2及び図3に示すように、成膜装置1は、略直方体状の中空体である真空容器11を有する。真空容器11には排気用の配管15aが接続され、この配管には容器11内排気のための真空ポンプ15が接続されている。真空ポンプ15は、例えば、ロータリポンプやターボ分子ポンプ(TMP)などで構成される。真空容器11内には回転ドラム13が配設されている。回転ドラム13(基体保持手段)は、その外周面に成膜対象としての基板Sを真空容器11内で保持可能な筒状部材で構成されている。本実施形態の回転ドラム13は、筒方向に延びる回転軸線Zが真空容器11の鉛直方向(Y方向)へ向くように真空容器11内に配設される。回転ドラム13は、モータ17を駆動させることにより軸線Zを中心に回転する。
<Film deposition system>
As shown in FIGS. 2 and 3, the film forming apparatus 1 includes a
本実施形態では、真空容器11内の、回転ドラム13の周りには、2つのスパッタ源と、1つのプラズマ源80とが配設されている。
In the present embodiment, two sputtering sources and one
本実施形態の各スパッタ源は、2つのマグネトロンスパッタ電極21a,21b(又は41a,41b)を備えたデュアルカソードタイプで構成されている。成膜に際し、各電極21a,21b(又は41a,41b)の一端側表面には、それぞれ、金属などの膜原料物質で構成されるターゲット29a,29b(又は49a,49b)が着脱自在に保持される。各電極21a,21b(又は41a,41b)の他端側には、電力量を調整する電力制御手段としてのトランス24(又は44)を介して、電力供給手段としての交流電源23(又は43)が接続されており、各電極21a,21b(又は41a,41b)に例えば1k〜100kHz程度の交流電圧が印加されるように構成されている。
Each sputtering source of this embodiment is configured as a dual cathode type including two
各スパッタ源には、スパッタ用ガス供給手段が接続されている。本実施形態のスパッタ用ガス供給手段は、スパッタ用ガスの一例としての反応性ガスを貯蔵する反応性ガスボンベ26(又は46)と、反応性ガスボンベ26(又は46)より供給される反応性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ25(又は45)と、スパッタ用ガスの一例としての不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ28(又は48)と、不活性ガスボンベ28(又は48)より供給される不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ27(又は47)とを含む。 A sputtering gas supply means is connected to each sputtering source. The sputtering gas supply means of this embodiment includes a reactive gas cylinder 26 (or 46) that stores a reactive gas as an example of a sputtering gas, and a reactive gas supplied from the reactive gas cylinder 26 (or 46). A mass flow controller 25 (or 45) for adjusting the flow rate, an inert gas cylinder 28 (or 48) for storing an inert gas as an example of a sputtering gas, and an inert gas supplied from the inert gas cylinder 28 (or 48). And a mass flow controller 27 (or 47) for adjusting the flow rate of the gas.
スパッタ用ガスは、配管を通じてそれぞれ成膜プロセス領域20(又は40)に導入される。マスフローコントローラ25,27(又は45,47)はスパッタ用ガスの流量を調節する装置である。ボンベ26,28(又は46,48)からのスパッタ用ガスは、マスフローコントローラ25,27(又は45,47)により流量を調節されて成膜プロセス領域20(又は40)に導入される。
The sputtering gas is introduced into the film forming process region 20 (or 40) through a pipe. The mass flow controllers 25 and 27 (or 45 and 47) are devices for adjusting the flow rate of the sputtering gas. Sputtering gas from the
本実施形態のプラズマ源80は、真空容器11の壁面に形成された開口を塞ぐように固定されたケース体81と、このケース体81に固定された誘電体板83とを有する。そして、誘電体板83がケース体81に固定されることで、ケース体81と誘電体板83により囲まれる領域にアンテナ収容室が形成されるように構成されている。アンテナ収容室は配管15aを介して真空ポンプ15に連通しており、真空ポンプ15で真空引きすることでアンテナ収容室内部を排気して真空状態にすることができる。
The
プラズマ源80は、また、ケース体81及び誘電体板83の他に、アンテナ85a,85bを含む。アンテナ85a,85bは、マッチング回路を収容するマッチングボックス87を介して高周波電源89に接続されている。アンテナ85a,85bは、高周波電源89から電力の供給を受けて真空容器11の内部(反応プロセス領域60)に誘導電界を発生させ、反応プロセス領域60にプラズマを発生させる。本実施形態では、高周波電源89からアンテナ85a,85bに周波数1〜27MHzの交流電圧を印加して、反応プロセス領域60に反応性ガスのプラズマを発生させるように構成されている。マッチングボックス87内には、可変コンデンサが設けられており、高周波電源89からアンテナ85a,85bに供給される電力を変更できるようになっている。
The
プラズマ源80には、反応処理用ガス供給手段が接続されている。本実施形態の反応処理用ガス供給手段は、反応処理用ガスの一例としての反応性ガスを貯蔵する反応性ガスボンベ66と、反応性ガスボンベ66より供給される反応性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ65と、反応処理用ガスの一例としての不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ68と、不活性ガスボンベ68より供給される不活性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ67とを含む。
A reaction processing gas supply means is connected to the
反応処理用ガスは、配管を通じて反応プロセス領域60に導入される。マスフローコントローラ65,67は反応処理用ガスの流量を調節する装置である。ボンベ66,68からの反応処理用ガスは、マスフローコントローラ65,67により流量を調節されて反応プロセス領域60に導入される。
The reaction processing gas is introduced into the
なお、反応性ガスボンベ66と不活性ガスボンベ68は、成膜プロセス領域20,40の反応性ガスボンベ26,46及び不活性ガスボンベ28,48と同様の装置としたり、または兼用してもよい。また、マスフローコントローラ65とマスフローコントローラ67についても、成膜プロセス領域20,40のマスフローコントローラ25,27(又は45,47)と同様の装置としたり、または兼用してもよい。
The
各スパッタ源の前面には、それぞれ成膜プロセス領域20,40が形成されている。各領域20,40は、真空容器11の内壁面から回転ドラム13に向けて突出する仕切壁12,14により四方が取り囲まれており、それぞれが真空容器11の内部で独立した空間を確保できるように区画されている。同じく、プラズマ源80の前面には、反応プロセス領域60が形成されている。該領域60も領域20,40と同様に、真空容器11の内壁面から回転ドラム13に向けて突出する仕切壁16により四方が取り囲まれており、これにより領域60についても真空容器11の内部で領域20,40とは独立した空間が確保される。
Film forming
《成膜方法》
次に、成膜装置1を用いた成膜方法の一例を説明する。
<Film formation method>
Next, an example of a film forming method using the film forming apparatus 1 will be described.
(1)まず、成膜の前準備をする。具体的には、まず電極21a,21b(又は41a,41b)の上にターゲット29a,29b(又は49a,49b)をセットする。これとともに、真空容器11の外で回転ドラム13に基板Sをセットし、真空容器11のロードロック室内に収容する。
(1) First, preparation before film formation is performed. Specifically, first, targets 29a and 29b (or 49a and 49b) are set on the
基板Sとしては、図1の透光性基板102が使用され、回転ドラム13の外周面に、回転ドラム13の回転方向(横方向)に沿って断続的に複数配列され、かつ回転ドラム13の軸線Zと平行な方向(縦方向、Y方向)に沿って断続的に複数配列される。
As the substrate S, the
ターゲット29a,29b(又は49a,49b)は、膜原料物質を平板状に形成したものであり、その長手方向が回転ドラム13の回転軸線Zと平行になり、しかもその平行方向の面が回転ドラム13の側面に対向するように、各電極21a,21b(又は41a,41b)の表面に保持させる。
The
本実施形態のターゲット29a,29bとしては、亜鉛(Zn)が用いられる。Znは、その酸化物が後に成膜される酸化チタン薄膜(光触媒性薄膜)のバッファ層として機能するとともに、成膜後に透明性の確保に寄与しうる。本実施形態のターゲット49a,49bとしては、チタン(Ti)が用いられる。Ti以外に、その酸化物が紫外光により光触媒作用を示す他の金属材料(Znを除く)、例えばニオブ(Nb)、タンタル(Ta)若しくはこれらの少なくとも2つの合金を用いることもできる。
Zinc (Zn) is used as the
次に、回転ドラム13を真空容器11の成膜室に移動させた後、ロードロック室との間の扉を閉じた状態で真空容器11内を密閉し、真空ポンプ15を用いて真空容器11内を10−5〜0.1Pa程度の高真空状態にする。このとき、バルブが開放され、プラズマ源80のアンテナ収容室も同時に排気される。
Next, after the
次に、モータ17の駆動を開始し、軸線Zを中心に回転ドラム13を回転させる。回転ドラム13の回転速度は、例えば50rpm以下(0rpmを除く。以下同じ)、好ましくは10rpm以下、より好ましくは6rpm以下の範囲で適宜選択される。すると、回転ドラム13の外周面に保持される基板Sは、回転ドラム13の自転軸である軸線Zを中心に公転し、成膜プロセス領域20,40に面する位置と反応プロセス領域60に面する位置との間を繰り返し移動する。そして、何れかの領域20,40で行われるスパッタ処理と、領域60で行われるプラズマ処理とが順次繰り返され、基板Sの表面に所定膜厚の最終的な薄膜を生成させる。
Next, the driving of the
本実施形態では、スパッタ処理で基板Sの表面に中間薄膜が形成され、その後のプラズマ処理でこの中間薄膜が膜変換して超薄膜とされる。そして、スパッタ処理とプラズマ処理とが繰り返し行われることで、超薄膜の上に次の超薄膜が堆積していき、最終的な薄膜となるまでこの操作が繰り返される。 In this embodiment, an intermediate thin film is formed on the surface of the substrate S by sputtering, and the intermediate thin film is converted into an ultrathin film by subsequent plasma processing. Then, by repeating the sputtering process and the plasma process, the next ultrathin film is deposited on the ultrathin film, and this operation is repeated until the final thin film is obtained.
なお、「中間薄膜」とは、本実施形態ではターゲット29a,29b(又は49a,49b)を構成する金属あるいはその不完全酸化物からなり、領域20(又は40)で形成される薄膜のことである。「超薄膜」とは、超薄膜が複数回堆積されて最終的な薄膜(目標膜厚の薄膜)となることから、この最終的な「薄膜」との混同を防止するために用いる用語であり、最終的な「薄膜」より十分薄いという意味で用いる。
In the present embodiment, the “intermediate thin film” is a thin film formed of the metal constituting the
(2)以下、基板S上にZnOを主成分とする第1薄膜(発熱層としての透明導電膜104)を成膜した後、この第1薄膜の上にTiO2 で構成される第2薄膜(光触媒性薄膜)を形成する場合を説明する。
(2) Hereinafter, after forming a first thin film (transparent
(2−1)まず、基板S上に第1薄膜を成膜する。この場合のスパッタ処理は、次のようにして行われる。 (2-1) First, a first thin film is formed on the substrate S. The sputtering process in this case is performed as follows.
真空容器11内の圧力の安定を確認した後、成膜プロセス領域20内の圧力を例えば0.05〜0.2Paに調整し、その後、マスフローコントローラ25,27を介して、反応性ガスを貯蔵する反応性ガスボンベ26や、不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ28から所定流量のスパッタ用ガスを成膜プロセス領域20に導入する。本実施形態では、スパッタ用ガスとして、不活性ガスを単独で使用してもよいが、不活性ガスに反応性ガスを混合させた状態で領域20に導入してもよい。すると、ターゲット29a,29bの周辺が所定ガス雰囲気になる。この状態で、交流電源23からトランス22を介して、各電極21a,21bに交流電圧を印加し、ターゲット29a,29bに交番電界が掛かるようにする。本実施形態では、例えば4kW〜6kW程度の電力(スパッタ電力)を供給する。これにより、ある時点においてはターゲット29aがカソード(マイナス極)となり、その時ターゲット29bは必ずアノード(プラス極)となる。次の時点において交流の向きが変化すると、今度はターゲット29bがカソード(マイナス極)となり、ターゲット29aがアノード(プラス極)となる。このように一対のターゲット29a,29bが交互にアノードとカソードとなることにより、各ターゲット29a,29b周辺のスパッタ用ガスの一部は電子を放出してイオン化する。各電極21a,21bに配置された磁石により各ターゲット29a,29bの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子は各ターゲット29a,29bの表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマ中のスパッタ用ガスのイオンが負電位状態(カソード側)のターゲットに向けて加速され、各ターゲット29a,29bに衝突することで各ターゲット29a,29b表面の原子や粒子(Zn原子やZn粒子)が叩き出される(スパッタ)。この原子や粒子は薄膜の原料である膜原料物質であり、基板Sの表面に付着して中間薄膜を形成する。
After confirming the stability of the pressure in the
なお、スパッタを行っている最中に、アノード上には非導電性あるいは導電性の低い不完全酸化物などが付着することもあるが、このアノードが交番電界によりカソードに変換されると、これら不完全酸化物などがスパッタされ、ターゲット表面は元の清浄な状態となる。そして、一対のターゲット29a、29bが、交互にアノードとカソードとなることを繰り返すことにより、常に安定なアノード電位状態が得られ、プラズマ電位(通常アノード電位とほぼ等しい)の変化が防止され、基板Sの表面に安定して中間薄膜が形成される。
During sputtering, non-conductive or low-conductivity incomplete oxide may be deposited on the anode. If this anode is converted into a cathode by an alternating electric field, these will be lost. Incomplete oxide or the like is sputtered, and the target surface is in an original clean state. Then, by repeating the pair of
プラズマ処理は次のようにして行われる。マスフローコントローラ65,67を介して、反応性ガスを貯蔵する反応性ガスボンベ66や、不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ68から所定流量の反応処理用ガスを反応プロセス領域60に導入させ、アンテナ85a,85bの周辺を所定ガス雰囲気にする。
The plasma treatment is performed as follows. Through the
反応プロセス領域60の圧力は、例えば0.07〜1Paに維持される。また、少なくとも反応プロセス領域60にプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室の内部圧力を0.001Pa以下に保持する。
The pressure in the
反応性ガスボンベ66や不活性ガスボンベ68から反応性ガスや不活性ガスを導入した状態で、アンテナ85a,85bに高周波電源89から周波数100k〜50MHz(好ましくは1M〜27MHz)の電圧が印加されると、反応プロセス領域60内のアンテナ85a,85bに面した領域にプラズマが発生する。高周波電源89から供給する電力(プラズマ処理電力)は、基板Sがガラス材料で構成される場合には、例えば3kW以上、好ましくは4kW以上、より好ましくは4.5kW以上の大きな電力とし、基板Sが樹脂材料で構成される場合には、例えば1kW以下、好ましくは0.8kW以下、より好ましくは0.5kW以下の小さな電力とする。
When a reactive gas or inert gas is introduced from the
発生したプラズマ中には、少量の反応性ガスの活性種が存在し、この活性種は、反応プロセス領域60に導かれる。そして、回転ドラム13が回転して基板Sが反応プロセス領域60に導入されると、成膜プロセス領域20で基板Sの表面に形成された中間薄膜はプラズマ処理され、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物に膜変換して超薄膜を形成する。
A small amount of reactive species of reactive gas is present in the generated plasma, and this active species is guided to the
なお、第1薄膜のプラズマ処理においては、反応処理用ガスとして、反応性ガスを単独で使用してもよいが、反応性ガスに不活性ガスを積極的に混合させた状態で領域60に導入することもできる。「積極的に混合させる」の用語の意味は後述する。
In the plasma processing of the first thin film, a reactive gas may be used alone as a reaction processing gas, but it is introduced into the
本実施形態では、基板Sの表面に形成される超薄膜が所定膜厚となるまでスパッタ処理とプラズマ処理を複数回繰り返す(薄膜堆積工程)。これにより、目的とする膜厚の最終的な薄膜(第1薄膜)を基板S上に生成させる。 In the present embodiment, the sputtering process and the plasma process are repeated a plurality of times until the ultrathin film formed on the surface of the substrate S has a predetermined thickness (thin film deposition process). As a result, a final thin film (first thin film) having a target film thickness is generated on the substrate S.
なお、上述したスパッタ処理及びプラズマ処理ともに、一般的に、不活性ガスとしては、例えばアルゴン,ヘリウムなどが考えられ、反応性ガスとしては、例えば酸素ガス,窒素ガス,弗素ガス,オゾンガスなどが考えられる。本実施形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用い、反応性ガスとして酸素ガスを用いる。 In both the sputtering process and the plasma process described above, generally, for example, argon and helium are considered as the inert gas, and oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, ozone gas and the like are considered as the reactive gas. It is done. In this embodiment, argon is used as the inert gas, and oxygen gas is used as the reactive gas.
(2−2)第1薄膜の成膜が終了すると、成膜プロセス領域20内の作動(スパッタ用ガスの供給、交流電源23からの電力の供給)を停止する。一方で。反応プロセス領域60の作動はそのまま持続させる。
(2-2) When the film formation of the first thin film is completed, the operation in the film formation process region 20 (supply of sputtering gas, supply of electric power from the AC power supply 23) is stopped. On the other hand. The operation of the
(2−3)次に、第1薄膜上に第2薄膜を成膜する。この場合のスパッタ処理は、次のようにして行われる。 (2-3) Next, a second thin film is formed on the first thin film. The sputtering process in this case is performed as follows.
成膜プロセス領域40内の圧力を例えば0.05〜0.2Paに調整し、その後、マスフローコントローラ45,47を介して、反応性ガスを貯蔵する反応性ガスボンベ46や、不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ48から所定流量のスパッタ用ガスを成膜プロセス領域40に導入する。本実施形態では、スパッタ用ガスとして、不活性ガスを単独で使用してもよいが、不活性ガスに反応性ガスを混合させた状態で領域40に導入してもよい。すると、ターゲット49a,49bの周辺が所定ガス雰囲気になる。この状態で、交流電源43からトランス42を介して、各電極41a,41bに交流電圧を印加し、ターゲット49a,49bに交番電界が掛かるようにする。本実施形態では、例えば4kW〜6kW程度の電力(スパッタ電力)を供給する。これにより、ある時点においてはターゲット49aがカソード(マイナス極)となり、その時ターゲット49bは必ずアノード(プラス極)となる。次の時点において交流の向きが変化すると、今度はターゲット49bがカソードとなり、ターゲット49aがアノードとなる。このように一対のターゲット49a,49bが交互にアノードとカソードとなることにより、各ターゲット49a,49b周辺のスパッタ用ガスの一部は電子を放出してイオン化する。各電極41a,41bに配置された磁石により各ターゲット49a,49bの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子は各ターゲット49a,49bの表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマ中のスパッタ用ガスのイオンが負電位状態(カソード側)のターゲットに向けて加速され、各ターゲット49a,49bに衝突することで各ターゲット49a,49b表面の原子や粒子(Ti原子やTi粒子)が叩き出される。この原子や粒子は薄膜の原料である膜原料物質であり、基板S上の第1薄膜の表面に付着して中間薄膜を形成する。
The pressure in the film forming
プラズマ処理は、第1薄膜の場合と同様の手順で行うことができる。なお、第2薄膜のプラズマ処理は、反応処理用ガスとして、反応性ガスに不活性ガスを積極的に混合させた状態で領域60に導入することが好ましい。「積極的に混合させる」とは、意図に反し、結果として不活性ガスが含まれることとなる場合を排除する趣旨である。例えば、成膜プロセス領域20(又は40)に導入される不活性ガスが何らかの理由で該領域20(又は40)から漏れ、これが反応プロセス領域60に紛れ込み、結果として反応プロセス領域60に導入される反応性ガスと混合して反応処理用ガスを形成する場合、は除かれる。
The plasma treatment can be performed by the same procedure as that for the first thin film. The plasma treatment of the second thin film is preferably introduced into the
反応プロセス領域60へ積極的に混合させる不活性ガスの流量は、特に制限されず、反応性ガスを導入する効果を阻害しない程度の少量(反応性ガス100sccmに対する不活性ガスの導入量が例えば数〜数十sccm)でもよく、あるいは反応性ガスの導入流量と同一流量程度若しくはそれ以上の流量で導入することもできる。
The flow rate of the inert gas that is actively mixed into the
本実施形態では、基板S上の第1薄膜の表面に形成される超薄膜が所定膜厚となるまでスパッタ処理とプラズマ処理を複数回繰り返す(薄膜堆積工程)。これにより、目的とする膜厚の最終的な薄膜(第2薄膜)を第1薄膜上に生成させる。 In the present embodiment, the sputtering process and the plasma process are repeated a plurality of times (thin film deposition process) until the ultrathin film formed on the surface of the first thin film on the substrate S has a predetermined thickness. As a result, a final thin film (second thin film) having a target film thickness is generated on the first thin film.
(3)本実施形態では、第2薄膜を成膜した後、この薄膜に対してプラズマ後処理を施す。具体的には、まず回転ドラム13の回転を一旦停止し、成膜プロセス領域40内の作動(スパッタ用ガスの供給、交流電源43からの電力の供給)を停止する。一方で、反応プロセス領域60の作動はそのまま持続させる。すなわち反応プロセス領域60では、反応処理用ガスの供給と、高周波電源89からの電力の供給を継続して、プラズマを発生させる。この状態で、回転ドラム13を再回転させ、基板S(第1薄膜及び第2薄膜を含む)を反応プロセス領域60に搬送すると、基板Sの最外面に生成した第2薄膜は、反応プロセス領域60を通過する間にプラズマ処理される(後処理)。
(3) In this embodiment, after forming the second thin film, plasma post-treatment is performed on the thin film. Specifically, first, the rotation of the
このようなプラズマ後処理を施すことで、一旦、発現した光触媒作用を速やかに消失させることが可能な第2薄膜としての酸化チタン薄膜を得ることができる。 By performing such plasma post-treatment, it is possible to obtain a titanium oxide thin film as a second thin film capable of quickly eliminating the once-developed photocatalytic action.
なお「光触媒性」又は「光触媒作用」とは、光励起により活性酸素種を発生させ有機物を分解する特性(分解活性)と、高度な親水化現象を発現する特性(光励起による親水化現象)のことを意味する。 “Photocatalytic” or “photocatalytic action” refers to the property of decomposing organic substances by generating active oxygen species by photoexcitation (decomposition activity) and the property of developing a highly hydrophilic phenomenon (hydrophilization by photoexcitation). Means.
本実施形態のプラズマ後処理においては、反応プロセス領域60へ積極的に混合させる不活性ガスの導入流量を、好ましくは反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量とする。ただし、反応プロセス領域60での反応処理用ガスのプラズマ密度をより濃くし、上述した特性を円滑に発現させるために、不活性ガスの導入流量を反応性ガスの導入流量よりも多くすることが好ましい。より好ましくは、不活性ガスの導入流量を反応性ガスの導入流量の少なくとも3倍にし、さらに好ましくは5倍以上、最も好ましくは7倍以上とする。具体的には、例えば、100sccmの反応性ガスに対する不活性ガスの導入流量を、好ましくは300sccm以上、より好ましくは500sccm以上、さらに好ましくは700sccm以上とする。積極的に混合させる不活性ガスの導入割合を調整することで、光触媒作用の消失に至るまでの時間をコントロールすることが可能となる。なお、不活性ガスの導入割合が多くなると、光触媒作用の消失までに時間がかかる傾向がある。
In the plasma post-treatment of this embodiment, the flow rate of the inert gas that is actively mixed into the
プラズマ後処理の時間は、形成後の酸化チタン薄膜に要求される物理的・光学的特性に応じて1〜60分程度の範囲内で適切な時間とする。 The plasma post-treatment time is set to an appropriate time within a range of about 1 to 60 minutes depending on the physical and optical characteristics required for the titanium oxide thin film after formation.
薄膜の結晶粒界に界面準位を形成させ、その結果、光触媒作用の発現状態を速やかに消失させるため、反応プロセス領域60に導入される反応処理用ガスの圧力(後処理圧力)を適切に制御する。具体的には例えば0.07〜1Paに維持する。また、反応プロセス領域60にプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室の内部圧力を0.001Pa以下に保持する。
The interface state is formed at the crystal grain boundary of the thin film, and as a result, the photocatalytic action is rapidly disappeared. Therefore, the pressure of the reaction processing gas introduced into the reaction process region 60 (post-processing pressure) is appropriately set. Control. Specifically, it is maintained at, for example, 0.07 to 1 Pa. Further, while the plasma is generated in the
反応性ガスの流量はマスフローコントローラ65で、高周波電源89から供給される電力はマッチングボックス87で、それぞれ調整することができる。不活性ガスの流量はマスフローコントローラ67で調整する。
The flow rate of the reactive gas can be adjusted by the
反応性ガスボンベ66や不活性ガスボンベ68から反応性ガスや不活性ガスを導入した状態で、アンテナ85a,85bに高周波電源89から周波数100k〜50MHz(好ましくは1M〜27MHz)の電圧が印加されると、反応プロセス領域60内のアンテナ85a,85bに面した領域にプラズマが発生する。高周波電源89から供給する電力(プラズマ後処理電力)は、基板Sがガラス材料で構成される場合には、例えば3kW以上、好ましくは4kW以上、より好ましくは4.5kW以上の大きな電力とし、基板Sが樹脂材料で構成される場合には、例えば1kW以下、好ましくは0.8kW以下、より好ましくは0.5kW以下の小さな電力とする。
When a reactive gas or inert gas is introduced from the
なお、プラズマ後処理を行うに際し、反応プロセス領域60から成膜プロセス領域20(又は40)に流入する反応性ガスによってターゲット29a,29b(又は49a,49b)の表面が化学変化(例えば酸化)されるのを防ぐため、成膜プロセス領域20(又は40)内に不活性ガスを導入しておくことが好ましい。この時点においては、電極21a,21b(又は41a,41b)には交流電源23(又は43)から電力を供給していないため、ターゲット29a,29b(又は49a,49b)はスパッタされない。
When performing the plasma post-treatment, the surface of the
本実施形態では、第1薄膜及び第2薄膜形成の際のプラズマ処理(反応処理)と、第2薄膜形成後のプラズマ後処理とを同一の条件で行ってもよいし、異なる条件で行うこともできる。 In the present embodiment, the plasma treatment (reaction treatment) during the formation of the first thin film and the second thin film and the plasma post-treatment after the formation of the second thin film may be performed under the same conditions or different conditions. You can also.
(4)以上の工程が終了すると、回転ドラム13の再回転を停止し、真空容器11の内部の真空状態を解除して、回転ドラム13を真空容器11から取り出し、基板Sを回収する。回収した基板Sの表面には、光触媒作用を適切に制御しうる第2薄膜としての酸化チタン薄膜(光触媒性薄膜)が成膜される。
(4) When the above steps are completed, the re-rotation of the
本実施形態で得られた、酸化チタン薄膜が成膜された基板Sは、図1に示す太陽電池カバー100に使用される。
The substrate S on which the titanium oxide thin film obtained in this embodiment is formed is used for the
光触媒作用を示す酸化チタン(酸化チタン光触媒)に紫外光が照射されると、光励起され、その内部に荷電子対が生成される。さらに、その荷電子対により表面及びその近傍に水酸基ラジカルや、スーパーオキサイドイオン等の活性酸素種が発生し、これらの活性酸素種の持つ強力な酸化力により有機物を分解する特性(分解活性)を発現する。このように励起状態の酸化チタン光触媒では、分解活性とともに、高度な親水性も発現する(光励起による親水化現象)。その一方で、励起状態の酸化チタン光触媒を暗所放置し、所定時間を経過させると、その酸化チタン光触媒は基底状態に戻る。 When ultraviolet light is irradiated to titanium oxide (titanium oxide photocatalyst) that exhibits a photocatalytic action, it is photoexcited and a valence pair is generated therein. In addition, reactive oxygen species such as hydroxyl radicals and superoxide ions are generated on and near the surface by the valence pairs, and the properties (decomposition activity) of decomposing organic substances by the strong oxidizing power of these active oxygen species. To express. Thus, the excited titanium oxide photocatalyst exhibits high hydrophilicity as well as decomposition activity (hydrophilization phenomenon by photoexcitation). On the other hand, when the excited titanium oxide photocatalyst is left in the dark and a predetermined time elapses, the titanium oxide photocatalyst returns to the ground state.
しかしながら、従来の酸化チタン光触媒では、一旦、そのエネルギー状態が励起状態になって親水化現象が発現すると、これを暗所放置しても、撥水性を示す基底状態(例えば水の接触角が20〜30度程度)に戻るのに数週間もの長期間を要する。このため、例えば日中(昼間)又は積雪がない間は光触媒作用を発現させ、酸化チタン光触媒の表面に付着した汚れなどの有機物成分を分解する一方で、夜間又は積雪に覆われている間は光触媒作用を消失させ、後に訪れる翌日の日中又は積雪がないときに酸化チタン光触媒表面に付着した有機物成分を容易に分解させるために、酸化チタン光触媒表面に付着した有機物成分を浮かび上がらせるとの作用を発現させることは困難であった。 However, in the conventional titanium oxide photocatalyst, once the energy state becomes an excited state and the hydrophilization phenomenon appears, even if it is left in the dark, the ground state exhibiting water repellency (for example, the contact angle of water is 20). It takes a long period of several weeks to return to about 30 degrees. For this reason, for example, during daytime (daytime) or when there is no snow, photocatalytic action is developed, and organic components such as dirt adhering to the surface of the titanium oxide photocatalyst are decomposed, while at night or while it is covered with snow The photocatalytic action disappears, and the organic substances attached to the surface of the titanium oxide photocatalyst are lifted up in order to easily decompose the organic substances attached to the surface of the titanium oxide photocatalyst during the next day or when there is no snow. It was difficult to express.
なお、酸化チタン光触媒を基底状態から励起状態へ変動させるには、積極的に紫外光を照射する場合は勿論こと、太陽光に晒しておくことも有効である。太陽光には紫外光成分が含まれるので、酸化チタン光触媒を太陽光に晒すことによって当該酸化チタン光触媒のエネルギー状態を基底状態から励起状態へと変動させることができる。豪雪地帯における積雪時、又は積雪がないときにも、同様のことが言える。 In order to change the titanium oxide photocatalyst from the ground state to the excited state, it is effective to expose it to sunlight as well as to actively irradiate ultraviolet light. Since sunlight contains an ultraviolet light component, the energy state of the titanium oxide photocatalyst can be changed from the ground state to the excited state by exposing the titanium oxide photocatalyst to sunlight. The same can be said when there is snow in a heavy snow region or when there is no snow.
そこで、本発明者らは鋭意検討を重ねた。その結果、以下のように考えた。
(1)一度励起状態になり光触媒作用を発現した酸化チタン光触媒が、その後に暗所放置しても長期間にわたり光触媒作用を発現し続けるのは、光触媒作用を発現する起源と考えられる、薄膜表面(以下「膜表面」という。)に存在する活性電子(e− )と活性正孔(h+ )の存在寿命が長いためである。
(2)そして、この膜表面に存在する活性電子と活性正孔の寿命を短くすることができれば、膜表面に発現している光触媒作用を速やかに消失させることができるのではないか。
Therefore, the present inventors have made extensive studies. As a result, I thought as follows.
(1) Titanium oxide photocatalysts that have been excited once and have developed photocatalytic activity continue to develop photocatalytic activity over a long period of time even after being left in the dark. This is because active lifetimes of active electrons (e − ) and active holes (h + ) existing on (hereinafter referred to as “film surface”) are long.
(2) If the lifetimes of active electrons and active holes present on the film surface can be shortened, the photocatalytic action expressed on the film surface can be quickly eliminated.
こうした作用を生じさせるために、図2及び図3に示す成膜装置1を用いた成膜方法によれば、チタンの不完全酸化超薄膜をチタンの完全酸化物に変換させた後の反応プロセス領域60内に、反応性ガスとしての酸素ガスに、不活性ガスとしてのアルゴンガスを積極的に混合し、こうした混合ガス(反応処理用ガス)のプラズマを発生させ、このプラズマを用いた後処理を施す。この後処理を施すことで、一旦、発現した光触媒作用を速やかに消失させることが可能な第2薄膜としての酸化チタン薄膜を得ることができることを見出した。
In order to produce such an action, according to the film forming method using the film forming apparatus 1 shown in FIGS. 2 and 3, the reaction process after converting the incompletely oxidized ultrathin film of titanium into the complete oxide of titanium. In the
なお、こうした特性が、特定の後処理を施すことによって発現するメカニズムは必ずしも明らかではない。一般に、結晶成長の理論から、バルク内部に存在する不純物や欠陥は、バルク内の結晶相の成長に伴い、結晶相の外方に析出する傾向があることが知られている。思うに、本実施形態では、後処理において、反応性ガスに不活性ガスを積極的に含有させると、反応プロセス領域60での混合ガスのプラズマ密度が濃くなる。密度が高濃度のプラズマが第2薄膜に接触すると、酸化チタン中に形成された欠陥は、酸化チタンの結晶構造がアナターゼ構造に変動する過程で、柱状組織の外方、すなわち結晶粒界部分に析出する。そして、この析出した欠陥部分が、光触媒作用を発現させる、膜表面に生じた活性電子(e− )と活性正孔(h+ )の再結合中心としての界面準位(欠陥準位)として機能し、こうした機能を発揮することで、上述した特性が得られたものではないかと思われる。この界面準位は、膜表面に発現した活性電子と活性正孔を膜内部に引き込み、膜表面から消失させる。膜表面に存在していた活性電子と活性正孔が消失すると同時に、膜表面の光触媒作用は消失する。なお、「界面準位」とは、界面の存在(或いは形成)によって生じる電子準位(電子状態)を意味する。
In addition, the mechanism by which such characteristics are manifested by performing specific post-processing is not always clear. In general, it is known from the theory of crystal growth that impurities and defects existing inside the bulk tend to precipitate outside the crystal phase as the crystal phase grows in the bulk. In the present embodiment, if the inert gas is positively included in the reactive gas in the post-processing, the plasma density of the mixed gas in the
図2及び図3に例示される成膜装置1を用いて特定の方法で製造される、図1に示す太陽電池カバー100は、太陽電池の受光面側に配置して用いられることが好ましい。なお、上記積層体(太陽電池カバー)は太陽電池のカバー以外の他の用途に適用してもよい。例えば、建材、建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、構造部材、板材、乗物の外装および塗装、機械装置や物品の外装、防塵カバーおよび塗装、道路標識用反射板、各種表示装置、広告塔、道路用遮音壁、鉄道用遮音壁、道路用化粧版、信号機用光源カバー、屋外表示板、橋梁、ガードレールの外装および塗装、トンネル内装および塗装、トンネル内照明装置、硝子、太陽熱温水器集熱カバー、ビニールハウス、車両用照明灯のカバー、道路用鏡、車両用鏡、二輪車用計器カバーおよび計器盤、ガラスレンズ、プラスチックレンズ、ヘルメットシールド、家屋ならびに自動車および鉄道車両用窓ガラス、ショーケース、保温ショーケース、膜構造材、熱交換用フィン、種々場所のガラス表面、ブラインド、タイヤホイール、屋根材、アンテナ、送電線、住宅設備、便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所用品、食器、食器収納器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフード、換気扇、抗血栓性材料、抗蛋白質付着性材料、船底、および上記物品に貼付させるためのフィルムなどが挙げられる。
The
《太陽電池モジュール》
太陽電池の一例としての太陽電池モジュール200は、図4及び図5に示すように、入射面側光透過性基材201の裏面201Aに充填剤層202を介して例えば6×6列の太陽電池セル204が積層されるとともに、これらの太陽電池セル204に裏面側光透過性基材としてのバックガラス206が積層され、そして、各太陽電池セル204に接続された端子ボックス208がバックガラス206の裏面206Aに固定されることにより構成されている。
<Solar cell module>
As shown in FIGS. 4 and 5, the
《入射面側光透過性基材》
入射面側光透過性基材201は、図1に示す太陽電池カバー100の透光性基材102と同様の材質で構成することができる。なお、太陽電池カバー100の透光性基材102を、上記入射面側光透過性基材201に用いてもよい。この場合、太陽電池カバー100の透光性基材102がモジュール200の入射面側光透過性基材として機能する。
<< Light entrance base material on the incident surface side >>
The incident surface side
《充填剤層》
充填剤層202は、カバー100及びバックガラス206間における太陽電池セル204の周囲に充填されており、入射面側光透過性基材201及びバックガラス206の接着性や、太陽電池セル204を保護するための耐スクラッチ性、衝撃吸収性等を有している。なお、太陽電池セル204の表面に積層される充填剤層202は、上記諸機能に加え、太陽光を透過する透明性を有している。
<< Filler layer >>
The
充填剤層202の形成材料としては、例えばフッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸又はメタクリル酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレンフィン系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂の中でも、耐候性、耐熱性、ガスバリア性等に優れるフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂又はエチレン−酢酸ビニル系樹脂が好ましい。なお、充填剤層202の形成材料には、耐候性、耐熱性、ガスバリア性等の向上を目的として例えば架橋剤、熱酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、光酸化防止剤等の各種添加剤を適宜含有することができる。充填剤層202の厚さは、特に限定されるものではないが、200〜1000μmが好ましい。
Examples of the forming material of the
《太陽電池セル》
太陽電池セル204は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子である。各太陽電池セル204は、略同一平面内に敷設され、直列又は並列に配線されている。太陽電池セル204としては、例えば単結晶シリコン型太陽電池素子、多結晶シリコン型太陽電池素子等の結晶シリコン太陽電子素子、シングル接合型やタンデム構造型等からなるアモルファスシリコン太陽電池素子、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウム燐(InP)等の第3〜第5族化合物半導体太陽電子素子、カドミウムテルル(CdTe)や銅インジウムセレナイド(CuInSe2 )等の第2〜第6族化合物半導体太陽電子素子等を使用することができ、それらのハイブリット素子も使用することができる。なお、複数枚の太陽電池セル54間にも充填剤層202が隙間なく充填されている。
<Solar cell>
The
《バックガラス》
バックガラス206は、裏面側透光性基材として機能する。なお、バックガラス206の代わりに、板状のガラス、フイルム状の有機材料や無機材料を用いてもよい。
《Back glass》
The
入射面側光透過性基材201及びバックガラス206の厚みは、モジュール200全体に必要な強度を維持することができるよう、太陽電池セル204が配設された層部分における強度や太陽電池モジュール200の面積の大きさなどに応じて適宜に設定することができる。一例を示すと、太陽電池200の面積が例えば1m2 程度である場合には、入射面側光透過性基材201の厚みは、例えば4〜6mmとされ、バックガラス206の厚みは、例えばフロートガラスが用いられた場合には、例えば4〜8mmとされる。
The thickness of the incident surface side light-transmitting
《太陽電池モジュールの製造方法》
太陽電池モジュール200の製造方法としては、特に限定されるもではないが、一般的には、まず、入射面側光透過性基材201、充填剤層202、複数枚の太陽電池セル204及びバックガラス206をこの順に積層する工程と、次に、それらを真空吸引により一体化して加熱圧着する真空加熱ラミネーション法等により一体成形するラミネート工程とを有している。上記太陽電池モジュール200の製造方法において、各層間の接着性等を目的として、加熱溶融型接着剤、溶剤型接着剤、光硬化型接着剤等を塗工すること、又は、各積層対向面にコロナ放電処理、オゾン処理、低温プラズマ処理、グロー放電処理、酸化処理、プライマーコート処理、アンダーコート処理、アンカーコート処理等を施すこともできる。
<< Solar Cell Module Manufacturing Method >>
The manufacturing method of the
《太陽電池モジュールの設置》
太陽電池モジュール200は、例えば図6に示すように、多雪地帯の家屋、特にその南面に傾斜を付けて設置することができる(例えば南向きの屋根300の上など)。こうしたモジュール200の表面に雪が積もった場合、モジュール200内のセル204に太陽光が入射せず、その後の発電を行うことはできない。
<Installation of solar cell module>
For example, as shown in FIG. 6, the
本実施形態では、図1に示す太陽電池カバー100を、モジュール200の受光面側に配置するとともに、太陽電池カバー100の透明導電膜104を、モジュール200内の少なくとも1つの太陽電池セル204(好ましくは太陽電池モジュール200。以下単に太陽電池200とする。)に電気的に接続し、太陽電池200を電源として電力を供給することによって透明導電膜104を発熱させることができるようにする。
In the present embodiment, the
透明導電膜104を太陽電池200に電気的に接続するには、例えば透明導電膜104に電流を導通できるように電極(図示省略)を形成し、ここに太陽電池200から電流を導通させることにより実現することが可能である。なお、カバー100の発熱に、太陽電池200で発電した電力を利用する必要は必ずしもなく、他の電源で発電した電力を利用してもよい。
In order to electrically connect the transparent
太陽電池カバー100の透明導電膜104に形成される電極としては、導電性を有するものであればよく、材質や形状は特に限定されない。
The electrode formed on the transparent
電極の例としては、例えば、導電性樹脂;導電性樹脂と金属箔;導電性樹脂に金属めっき層;金属めっき層;などが挙げられる。導電性樹脂としては、ポリピロール等の樹脂その物が導電性を有しているもの、銀ペースト、銅ペーストや銀−銅ペースト等の銀や銅等の金属粉やカーボンブラック等の炭素を単独または混合物で樹脂に混合したもの等が例示される。金属箔としては、金属の箔であればよく、好ましくは銅箔やニッケル箔等の金属箔が例示される。金属めっき層としては、ニッケル、銅等、通常めっき可能な金属からなる層が例示される。これらを単独あるいは積層または混合層として使用し、電極とすることが可能である。言うまでもなく、これらを多層にして使用しても良い。 Examples of the electrode include, for example, a conductive resin; a conductive resin and a metal foil; a metal plating layer on the conductive resin; a metal plating layer; As the conductive resin, a resin such as polypyrrole itself has conductivity, silver paste, silver paste such as copper paste or silver-copper paste, metal powder such as copper, or carbon such as carbon black alone or carbon The thing etc. which were mixed with resin by the mixture are illustrated. The metal foil may be a metal foil, and preferably a metal foil such as a copper foil or a nickel foil. As a metal plating layer, the layer which consists of a metal which can be normally plated, such as nickel and copper, is illustrated. These can be used alone or as a laminated or mixed layer to form an electrode. Needless to say, these may be used in multiple layers.
導電性樹脂層は通常の印刷法等により設置され、金属箔を使用する場合は、その片面に接着剤を設けて、導電性樹脂層に接着させ、接着剤の塗布されていない面に導電性樹脂を設けた電極の形成が例示される。金属めっき層は電気めっき法、無電解めっき法またはダイレクトプレーティング法等のウェットプロセスから選ばれた方法により形成される。 The conductive resin layer is installed by a normal printing method, etc. When using metal foil, an adhesive is provided on one side of the metal foil, and the conductive resin layer is adhered to the conductive resin layer. The formation of an electrode provided with a resin is exemplified. The metal plating layer is formed by a method selected from wet processes such as electroplating, electroless plating, or direct plating.
電極の厚みは、透明導電膜104が発熱面として機能できるだけの電流を流すことができるだけの厚みがあれば良いが、通常0.1μm以上、好ましくは0.5〜100μm、さらに好ましくは1〜50μm、より好ましくは5〜20μm程度である。
The thickness of the electrode is not limited as long as the transparent
太陽電池カバー100の透明導電膜104に電力を供給して発熱させることにより、モジュール200の表面に雪が積もった場合には、太陽電池200に蓄積されているエネルギーを電源として透明導電膜104を発熱させ、カバー100上の雪を溶かす。このとき、最表面に形成される薄膜106の表面状態は撥水状態に戻っているので、これに便乗して溶けた雪の自重によって積雪全体がモジュール200の表面へ圧縮されるとともに、モジュール200の上部から下部に向けてずり落ちやすくなる(図6の矢印参照)。その結果、光触媒性薄膜106上の積雪を効果的に取り除くことが可能となり、以降、モジュール200内のセル204に太陽光を入射させることができ、その後の発電を継続することができる。
By supplying electric power to the transparent
なお、太陽電池モジュール200の設置態様は、こうした屋根上への設置に限定されず、屋根材に一体化させる態様であってもよく、さらには屋根以外の地上設置タイプとすることも可能である。
The installation mode of the
《その他の実施形態》
以上説明した実施形態は、上記発明の理解を容易にするために記載されたものであって、上記発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、上記発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
<< Other Embodiments >>
The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the invention, and are not described for limiting the invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the above invention.
上述した実施形態では、基板S上に第1薄膜を成膜するのに先立ち、基板Sの表面に対し、プラズマによる前処理を施すこともできる。この場合、前処理は、薄膜形成時のプラズマ処理及び第2薄膜形成後のプラズマ後処理と同一の条件で行ってもよいし、異なる条件で行うこともできる。 In the above-described embodiment, prior to the formation of the first thin film on the substrate S, the surface of the substrate S can be pretreated with plasma. In this case, the pretreatment may be performed under the same conditions as the plasma treatment during the thin film formation and the plasma post treatment after the second thin film formation, or under different conditions.
上述した実施形態では、光触媒性薄膜106を、スパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行う成膜装置1を用いたスパッタリング法により成膜する場合を例示したが、これに限定されず、マグネトロン放電を用いない2極スパッタ等、他の公知のスパッタを行う成膜装置を用いた他のスパッタリング法や、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、イオンプレーティングなどの真空蒸着法により成膜することもできる。
In the above-described embodiment, the case where the photocatalytic
次に、上記発明の実施形態をより具体化した実施例を挙げ、発明をさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples that further embody the above-described embodiments.
《実施例1》
図2及び図3に示す成膜装置1を用い、(1)まず、基板Sの表面に、酸化亜鉛(ZnO)の透明導電性薄膜(第1薄膜)を形成した。基板Sとして、ガラス性基板であるBK7を用いた。成膜は以下の条件で行った。なお、成膜レートは0.45nm/sとした。
Example 1
2 and 3 were used. (1) First, a transparent conductive thin film (first thin film) of zinc oxide (ZnO) was formed on the surface of the substrate S. As the substrate S, BK7, which is a glass substrate, was used. Film formation was performed under the following conditions. The film formation rate was 0.45 nm / s.
《成膜プロセス領域20での処理》
・基板温度:室温、
・ターゲット29a,29b:亜鉛(Zn)、
・ターゲットに供給される電力(スパッタ電力):3.0kW、
・電極21a,21bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
・アルゴンガスの導入流量:250sccm。
<< Processing in
-Substrate temperature: room temperature,
-Targets 29a and 29b: zinc (Zn),
-Power supplied to the target (sputtering power): 3.0 kW,
-Frequency of AC voltage applied to
Argon gas introduction flow rate: 250 sccm.
《反応プロセス領域60での処理》
・高周波電源89からアンテナ85a,85bに供給される電力(プラズマ処理電力):2kW、
・アンテナ85a,85bに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
・酸素ガスの導入流量:80sccm、
・アルゴンガスの導入流量:0sccm。
<< Processing in
Power supplied from the high
-Frequency of AC voltage applied to
・ Oxygen gas introduction flow rate: 80 sccm,
Argon gas introduction flow rate: 0 sccm.
上述した成膜条件で、成膜プロセス領域20での処理と、反応プロセス領域60での処理を複数回繰り返し(薄膜堆積工程)、基板Sの表面に厚み600nmの第1薄膜としての酸化亜鉛薄膜を形成した。
Under the film forming conditions described above, the process in the film forming
(2)次に、回転ドラム13の回転を停止し、交流電源23からの電力供給を停止(成膜プロセス領域20の作動を停止)して薄膜堆積を終了するとともに、反応プロセス領域60では、上述した酸素ガス及びアルゴンガスの供給、並びに高周波電源89からの電力の供給を継続し、反応プロセス領域60に酸素及びアルゴンの混合ガスのプラズマを発生させた状態で、交流電源43からの電力供給を開始(成膜プロセス領域40の作動を開始)し、回転ドラム13を再回転させて、第1薄膜の表面に以下の成膜を行った。なお、成膜レートは0.3nm/sとした。
(2) Next, the rotation of the
《成膜プロセス領域40での処理》
・基板温度:室温、
・ターゲット49a,49b:チタン(Ti)、
・ターゲットに供給される電力(スパッタ電力):5.0kW、
・電極41a,41bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
・アルゴンガスの導入流量:500sccm。
<< Processing in Film
-Substrate temperature: room temperature,
-Power supplied to the target (sputtering power): 5.0 kW,
The frequency of the alternating voltage applied to the
Argon gas introduction flow rate: 500 sccm.
《反応プロセス領域60での処理》
・高周波電源89からアンテナ85a,85bに供給される電力(プラズマ処理電力):3kW、
・アンテナ85a,85bに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
・酸素ガスの導入流量:200sccm、
・アルゴンガスの導入流量:500sccm。
<< Processing in
Power supplied from the high
-Frequency of AC voltage applied to
・ Oxygen gas introduction flow rate: 200 sccm,
Argon gas introduction flow rate: 500 sccm.
上述した成膜条件で、成膜プロセス領域40での処理と、反応プロセス領域60での処理を複数回繰り返し(薄膜堆積工程)、基板S上の酸化亜鉛薄膜の表面に厚み180nmの第2薄膜としての酸化チタン(TiO2 )の光触媒性薄膜を形成した。
Under the above-described film forming conditions, the process in the film forming
(3)次に、回転ドラム13の回転を停止し、交流電源43からの電力供給を停止(成膜プロセス領域40の作動を停止)して薄膜堆積を終了するとともに、反応プロセス領域60では、上述した酸素ガス及びアルゴンガスの供給、並びに高周波電源89からの電力の供給を継続し、反応プロセス領域60に酸素及びアルゴンの混合ガスのプラズマを発生させた状態で、回転ドラム13を再回転して基板Sを反応プロセス領域60に搬送し、基板Sの最表面に生成した酸化チタン薄膜(第2薄膜)に対して、反応プロセス領域60を通過する間にプラズマ後処理を施した。後処理時間は30分とした。
(3) Next, the rotation of the
以上の条件で、基板Sの最表面に、厚み180nm(全成膜時間45分(成膜15分+後処理30分))の酸化チタン薄膜を形成した。
Under the above conditions, a titanium oxide thin film having a thickness of 180 nm (total film formation time 45 minutes (
《比較例1》
プラズマ後処理を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で、基板Sの最表面に酸化チタン薄膜を形成した。
<< Comparative Example 1 >>
A titanium oxide thin film was formed on the outermost surface of the substrate S in the same manner as in Example 1 except that plasma post-treatment was not performed.
《薄膜の評価》
実施例1及び比較例1で得られた酸化チタン薄膜の光触媒作用の発現と消失のサイクル評価を行った。この評価は、作成した酸化チタン薄膜に対して、水の接触角の経時変化を調べることにより行った。
<< Evaluation of thin film >>
The cycle evaluation of the onset and disappearance of the photocatalytic action of the titanium oxide thin films obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was performed. This evaluation was performed by examining the change with time of the contact angle of water with respect to the prepared titanium oxide thin film.
具体的には、まず、(1)作成直後の酸化チタン薄膜に対して、水の接触角を測定した(接触角a)。次に、(2)この作成直後の酸化チタン薄膜に対して、紫外線を10mW/cm2 の照射量で60分照射し、水の接触角を所定値(接触角b。本例ではb=10°前後)以下にまで低下させた。次に、(3)水の接触角がbにまで低下した、すなわち光触媒作用を発現した状態の酸化チタン薄膜を暗所に放置し、水の接触角が上述したaに戻るまでの時間を求めた。 Specifically, first, (1) the contact angle of water was measured with respect to the titanium oxide thin film immediately after preparation (contact angle a). Next, (2) the titanium oxide thin film immediately after the production was irradiated with ultraviolet rays at a dose of 10 mW / cm 2 for 60 minutes, and the contact angle of water was a predetermined value (contact angle b. In this example, b = 10 It was lowered to below. Next, (3) the titanium oxide thin film in which the contact angle of water has decreased to b, that is, the state in which photocatalysis is exhibited, is left in the dark, and the time until the contact angle of water returns to a described above is obtained. It was.
なお、水に対する接触角は、JIS−R3257に準拠した方法(ぬれ性試験)で測定される値を用いた。具体的には、試験台に基板Sを載置し、基板Sの酸化チタン薄膜側に蒸留水を滴下し、静置した状態で水滴の接触角を自動接触角計(DM500、協和界面科学社)を用いて光学的に測定することにより、水に対する接触角を求めた。 In addition, the contact angle with respect to water used the value measured by the method (wetability test) based on JIS-R3257. Specifically, the substrate S is placed on a test stand, distilled water is dropped on the titanium oxide thin film side of the substrate S, and the contact angle of the water droplet is measured with an automatic contact angle meter (DM500, Kyowa Interface Science Co., Ltd.). ) Was used to determine the contact angle with water.
その結果、実施例1のサンプルでは、紫外線の照射が約60分で薄膜の水の接触角が、接触角aの70°弱から接触角bの10°付近まで低下した。すなわち、約60分の紫外線照射で光触媒作用を発現した。一方、暗所に放置してから約30分で水の接触角が、接触角bの10°付近から接触角aの70°付近にまで上昇した。すなわち、約30分の暗所放置で光触媒作用が消失した。 As a result, in the sample of Example 1, the contact angle of water on the thin film decreased from a little less than 70 ° of the contact angle a to around 10 ° of the contact angle b in about 60 minutes. That is, the photocatalytic action was exhibited by ultraviolet irradiation for about 60 minutes. On the other hand, the contact angle of water rose from around 10 ° of contact angle b to around 70 ° of contact angle a in about 30 minutes after being left in the dark. That is, the photocatalytic action disappeared when left in a dark place for about 30 minutes.
これに対し、比較例1のサンプルでは、紫外線の照射が1時間で薄膜の水の接触角が、接触角aの70°弱から接触角bの10°付近まで低下した。すなわち、1時間の紫外線照射で光触媒作用を発現した。一方、暗所に放置してから1時間を経過しても水の接触角は、接触角bの10°付近から変動せず、この状態をさらに3日間継続させてはじめて水の接触角が接触角aの70°付近にまで上昇した。すなわち、合計72時間もの長時間にわたる暗所放置で、ようやく光触媒作用が消失した。 On the other hand, in the sample of Comparative Example 1, the contact angle of the water of the thin film decreased from a little less than 70 ° of the contact angle a to around 10 ° of the contact angle b after 1 hour of ultraviolet irradiation. That is, the photocatalytic action was expressed by ultraviolet irradiation for 1 hour. On the other hand, the contact angle of water does not change from around 10 ° of the contact angle b even after 1 hour has passed since it is left in a dark place, and the contact angle of water does not contact until this state is continued for another 3 days. The angle a rose to around 70 °. That is, the photocatalytic action finally disappeared after being left in a dark place for a total of 72 hours.
以上の結果からも分かるように、実施例1のサンプルでは、比較例1のサンプルと比較して、酸化チタン薄膜の膜表面に発現した光触媒作用を速やかに消失させることができることが確認できた。 As can be seen from the above results, it was confirmed that the photocatalytic action developed on the surface of the titanium oxide thin film can be quickly eliminated in the sample of Example 1 as compared with the sample of Comparative Example 1.
《実施例2〜5》
酸素ガスの導入流量は200sccmのままで、反応プロセス領域60へのアルゴンガスの導入流量を、200sccm、400sccm、600sccm、800sccmとした以外は、実施例1と同様の条件で、基板Sの最表面に、厚み180nm(全成膜時間45分(成膜15分+後処理30分))の酸化チタン薄膜を形成した。
<< Examples 2 to 5 >>
The outermost surface of the substrate S was subjected to the same conditions as in Example 1 except that the oxygen gas introduction flow rate was maintained at 200 sccm and the argon gas introduction flow rate into the
酸素ガスに対するアルゴンガスの導入割合が多くなると、光触媒作用の消失までに時間がかかる傾向があるが、比較例1のサンプルと比較した場合、格段に、酸化チタン薄膜の膜表面に発現した光触媒作用を速やかに消失させることができることが確認できた。 When the introduction ratio of argon gas with respect to oxygen gas increases, it tends to take time until the photocatalytic action disappears. However, when compared with the sample of Comparative Example 1, the photocatalytic action that appears significantly on the surface of the titanium oxide thin film. It was confirmed that can be quickly eliminated.
200…太陽電池モジュール(太陽電池)、100…太陽電池カバー、102…透光性基板、104…透明導電膜、106…光触媒性薄膜、201…透光性基板、202…充填剤層、204…太陽電池セル、206…バックガラス、208…端子ボックス、300…屋根、
1…成膜装置、11…真空容器、13…回転ドラム、S…基板、12,14,16…仕切壁、
20,40…成膜プロセス領域、
スパッタ源(21a,21b,41a,41b…マグネトロンスパッタ電極、23,43…交流電源、24,44…トランス、29a,29b,49a,49b…ターゲット)、
スパッタ用ガス供給手段(26,46…反応性ガスボンベ、28,48…不活性ガスボンベ、25,27,45,47…マスフローコントローラ)、
60…反応プロセス領域、
80…プラズマ源(81…ケース体、83…誘電体板、85a,85b…アンテナ、87…マッチングボックス、89…高周波電源)、反応処理用ガス供給手段(66…反応性ガスボンベ、68…不活性ガスボンベ、65,67…マスフローコントローラ)、
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Film-forming apparatus, 11 ... Vacuum container, 13 ... Rotary drum, S ... Substrate, 12, 14, 16 ... Partition wall,
20, 40 ... deposition process area,
Sputter source (21a, 21b, 41a, 41b ... magnetron sputtering electrode, 23, 43 ... AC power supply, 24, 44 ... transformer, 29a, 29b, 49a, 49b ... target),
Gas supply means for sputtering (26, 46 ... reactive gas cylinder, 28, 48 ... inert gas cylinder, 25, 27, 45, 47 ... mass flow controller),
60 ... Reaction process area,
80 ... Plasma source (81 ... Case body, 83 ... Dielectric plate, 85a, 85b ... Antenna, 87 ... Matching box, 89 ... High frequency power supply), Reaction processing gas supply means (66 ... Reactive gas cylinder, 68 ... Inert Gas cylinder, 65, 67 ... mass flow controller),
Claims (8)
前記光触媒性薄膜は、前記発熱層の表面に、下記(1)〜(4)の処理を施すことにより成膜されたものであることを特徴とする太陽電池カバー。
(1)真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させて中間薄膜とするスパッタ工程、
(2)前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスである酸素ガスのプラズマを前記中間薄膜に接触させて超薄膜を生成させる反応工程、
(3)前記発熱層が形成された前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記超薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程、
(4)不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程。 A translucent substrate, a heat generating layer composed of a first thin film made of a ZnO-based transparent conductive film , and a photocatalytic thin film composed of a second thin film having a thickness of 50 nm or more and less than 300 nm are laminated in this order. In the solar cell cover
The solar cell cover, wherein the photocatalytic thin film is formed by performing the following treatments (1) to (4) on the surface of the heat generating layer.
(1) In a film forming process region formed inside a vacuum vessel, a target made of titanium metal is sputtered, and a film raw material material made of titanium is attached to the surface of the heat generating layer to form an intermediate thin film sputtering process you,
(2) A reaction process in which an ultra-thin film is formed by bringing a plasma of oxygen gas , which is a reactive gas , into contact with the intermediate thin film in a reaction process area formed away from the film forming process area,
(3) The translucent substrate on which the heat generating layer is formed is moved between the film forming process region and the reaction process region, the sputtering step and the reaction step are repeated a plurality of times, and the ultrathin film is formed a plurality of times. A thin film deposition step of depositing to form a second thin film;
(4) A plasma post-treatment process in which plasma of a mixed gas obtained by positively mixing an inert gas with the reactive gas at a flow rate at least the same as the flow rate of the reactive gas is brought into contact with the second thin film.
前記透光性基板の表面に前記発熱層を成膜する第1の成膜工程と、前記発熱層の表面に前記光触媒性薄膜を成膜する第2の成膜工程とを有し、
前記第2の成膜工程は、
真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させて中間薄膜とするスパッタ工程と、
前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスである酸素ガスのプラズマを前記中間薄膜に接触させて超薄膜を生成させる反応工程と、
前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記超薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程と、
不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程とを有することを特徴とする太陽電池カバーの製造方法。 A heat generating layer composed of a first thin film made of a ZnO-based transparent conductive film is laminated on the surface of the translucent substrate, and the surface of the heat generating layer is composed of a second thin film having a thickness of 50 nm or more and less than 300 nm. A method for producing a solar cell cover in which a photocatalytic thin film is laminated,
A first film forming step of forming the heat generating layer on the surface of the light transmissive substrate, and a second film forming step of forming the photocatalytic thin film on the surface of the heat generating layer,
The second film forming step includes
In the film forming process region formed in the interior of the vacuum vessel, it shall be the titanium metal was sputtered configured target, the intermediate thin layer by depositing a composed film raw material in the titanium on the surface of the heat generating layer sputtered Process,
A reaction step in which an ultra-thin film is formed by bringing a plasma of oxygen gas , which is a reactive gas , into contact with the intermediate thin film in a reaction process region formed away from the film-forming process region;
The translucent substrate is moved between the film formation process region and the reaction process region, the sputtering step and the reaction step are repeated a plurality of times, and the ultrathin film is deposited a plurality of times to form a second thin film. A thin film deposition process;
A plasma post-processing step of bringing a mixed gas plasma in which an inert gas is positively mixed with the reactive gas at a flow rate that is at least the same as that of the reactive gas into contact with the second thin film. A method for producing a solar cell cover.
前記太陽電池カバーの前記発熱層を電源に対して電気的に接続し、電力を供給することによって前記発熱層を発熱させ、
前記光触媒性薄膜の表面に堆積した雪を融雪することを特徴とする融雪方法。 A series or plurality of solar cells wired in parallel packaging, on the light-receiving surface side of the unitized solar cell modules, laminated the light-transmitting substrate according to claim 1 or 2 Symbol placement of the solar cell cover With
The heating layer of the solar cell cover is electrically connected to a power source, and the heating layer is heated by supplying power,
A snow melting method comprising melting snow accumulated on the surface of the photocatalytic thin film.
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