JP5131617B2 - 太陽電池基板用ポリエステルフィルム - Google Patents
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Description
そこで、ロールツーロール法で太陽電池を製造するに際し、変換素子の破壊や基材フィルムにカールが発生しないような、ロールツーロール法に適した基材フィルムが望まれているのが現状である。
<ポリエステル>
本発明のポリエステルフィルムは、主たる成分がポリエチレンナフタレンジカルボキシレートである。かかるポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、ナフタレンジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とエチレングリコールまたはそのエステル形成性誘導体とから合成される。「主たる成分」とは、フィルムの重量を基準として90重量%以上、好ましくは95重量%以上、特に好ましくは99重量%以上であることを意味する。ナフタレンジカルボン酸は、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸を挙げることができ、これらの中で2,6−ナフタレンジカルボン酸が好ましい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは単独重合体、第三成分を共重合した共重合体のいずれでもよい。
本発明のポリエチレンナフタレンジカルボキシレートは、一般に知られたポリエステル組成物の製造方法によって製造できる。例えば、ジカルボン酸とグリコールとの反応で直接低重合度ポリエステルを得、或いはジカルボン酸の低級アルキルエステルとグリコールとをエステル交換反応で低重合度ポリエステルを得、この低重合度ポリエステルを重合触媒の存在下で更に重合させてポリエステルを得る方法で製造することができる。
本発明のポリエステルフィルムは、本発明の課題を損なわない範囲内で少量のその他樹脂、粒子などを含んでもよい。ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート以外の成分の含有量は、フィルムの重量を基準として10重量%以下、好ましくは5重量%以下、特に好ましくは1重量%以下の範囲内であることが好ましい。なお、透明性が求められる場合には粒子は含まないことが好ましい。粒子の種類は特に特定されず、例えば炭酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、カオリン、シリカ、架橋アクリル樹脂粒子、架橋ポリスチレン樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、架橋シリコーン樹脂粒子が挙げられる。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、200℃の温度で10分間加熱処理したときのフィルム長手方向の熱収縮率が1.1〜2.0%であることが必要である。ここで熱収縮率とはフィルムに30cm間隔で標点をつけ、荷重をかけずに200℃のオーブンで10分間熱処理を実施し、熱処理後の標点間隔を測定して、下記式(1)にて算出した値を指す。
熱収縮率(%)=(熱処理前標点間距離−熱処理後標点間距離)/熱処理前標点間距離×100 (1)
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、フィルム長手方向のヤング率が6500MPa以上であることが必要である。フィルムの長手方向のヤング率は6700MPa以上であることが好ましく、7000MPaであることがさらに好ましい。なおヤング率の上限はフィルム長手方向の熱収縮率との関係で7500MPa以下であることが好ましい。
ヤング率が下限に満たない場合、ロールツーロール法を用いた加工工程でフィルムの長手方向に張力がかかると、高温で変形してフィルムが伸びてしまい、積層されている変換素子や電極層にひびが入ったり、フィルムカール発生の原因となる。
フィルム長手方向のヤング率を達成する方法として、フィルム長手方向に3.7〜4.4倍の延伸倍率で延伸を行うこと、230〜240℃で熱固定を行うことによって達成される。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、80g/mm2荷重を負荷した状態で200℃におけるフィルム長手方向の寸法変化率が−2〜+2%であることが好ましい。かかる寸法変化率とは、セイコーインスツルメンツ(株)製のTMA/SS120Cを用い、80g/mm2の荷重を負荷した状態で30℃から200℃まで20℃/分の昇温速度で昇温させた後に自然冷却し、加熱前後の寸法変化量を求め、加熱前の寸法で割った値から求められる。
フィルム長手方向の該寸法変化率を達成する方法として、長手方向の熱収縮率は長手方向に3.7〜4.4倍の延伸倍率で延伸を行うこと、230〜240℃で熱固定を行うことによって達成される。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムの厚みは、太陽電池の支持体として使用する場合に必要な強度とある程度自由な屈曲性を得るために25〜250μmの範囲であることが好ましい。フィルム厚みは、さらに好ましくは40〜188μmであり、特に好ましくは60〜125μmである。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムの層構成は、単層、積層のいずれでもよいが、光線透過率の向上を目的として二軸配向ポリエステルフィルムの少なくとも片面に高分子バインダーを含む塗布層が形成されていることが好ましい。かかる塗布層を形成する高分子バインダー樹脂の種類として、例えばポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂が挙げられる。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、通常の溶融押出法により得た未延伸フィルムを二軸延伸し熱固定し、さらにフィルム幅方向に弛緩処理(トーイン)を行うことによって製造することができる。
塗布層を設ける場合は、一方向に延伸した1軸配向フィルムに、水性塗液を塗布し、次いで乾燥後、もう一方に延伸し、更に熱固定することで得られる。なお乾燥は、延伸製膜工程の熱を利用して行うものであってもよい。
このようにして得られた二軸配向ポリエステルフィルムは、太陽電池基板用フィルムとして好適に用いられる。
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムは、ロールツーロール法を用いた200℃前後の加工においてフィルム長手方向、幅方向の寸法安定性に優れることから、積層される変換素子や電極層の寸法変化に近く、そのためこれら機能層の破壊を防ぐことができる。また基材フィルムにカールが発生しないため、ロールツーロール法によって製造される太陽電池の基板に適している。
具体的には、ロールアップされた基材フィルムから該基板を引き出し、Al/SUS層を蒸着させた後、反応槽中に導入し、該層上にアモルファスシリコン薄膜を沈積させる。その後、アモルファスシリコン薄膜上に、絶縁樹脂層としてエポキシ樹脂をスクリーン印刷法で設け、次に透明電極層として酸化インジウム・スズ(ITO)層をスパッタリング法によって形成し、その後ロール状に連続的に巻き上げる工程を含むアモルファスシリコン太陽電池の連続的製造方法が例示される。
電子マイクロメータ(アンリツ(株)製の商品名「K−312A型」)を用いて針圧30gにてフィルム厚みを測定した。
フィルムサンプルに30cm間隔で標点をつけ、荷重をかけずに200℃のオーブンで10分間熱処理を実施し、熱処理後の標点間隔を測定して、フィルム長手方向(MD方向)と、フィルム幅方向(TD方向)において、下記式(1)にて熱収縮率を算出した。
熱収縮率(%)=(熱処理前標点間距離−熱処理後標点間距離)/熱処理前標点間距離×100 (1)
オリエンテック社製テンシロンUCT−100型を用いて、温度20℃、湿度50%に調節された室内において、フィルムを試料幅10mm、長さ15cmに切り、長さ方向を測定方向として、チャック間100mm、引張速度10mm/分、チャート速度500mm/分で引張り、得られる荷重―伸び曲線の立ち上り部の接線よりヤング率を計算する。なおフィルムは、フィルム長手方向(MD方向)が測定方向となるように作成した。各ヤング率は10回測定し、その平均値を用いた。
セイコーインスツルメンツ(株)製のTMA/SS120Cを用い、80g/mm2の荷重をかけた状態で30℃から200℃まで20℃/分の昇温速度で昇温させた後に自然冷却し、加熱前後の寸法変化量を求め、加熱前の寸法で割った値により寸法変化率(%)を算出した。
○:−2%≦寸法変化率≦+2%
×:寸法変化率<−2% または +2%<寸法変化率
フィルム上にAl/SUS層を蒸着し、その上にCVD法でアモルファスシリコン層を堆積させた後、さらにアモルファスシリコン層上にエポキシ樹脂層をスクリーン印刷法で設け、次に透明電極層として酸化インジウム・スズ(ITO)層をスパッタリング法によって形成する。それぞれの機能層は、ロールツーロールの製膜装置でそれぞれ堆積させた。その際のプロセスの最高温度は200℃、張力は80g/mm2である。
○:カール変形無く、機能層にしわや割れ無し
×:カール変形有り、機能層にしわや割れ有り
2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル100部とエチレングリコール60部の混合物に、酢酸マンガン・4水塩0.03部を添加し、常法に従ってエステル交換反応を行った。途中、平均粒径0.25μm、粒径比1.1の球状シリカ粒子を0.13重量%添加した。そして反応温度が220℃に達した時点で3,5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩0.042部(2mmol%に相当)を添加して引き続きエステル交換反応を行い、エステル交換反応終了後、燐酸トリメチル0.023部を添加した。ついで、三酸化アンチモン0.024部を添加後、引き続き高温高真空下で常法通り重縮合反応を行い、25℃のo−クロロフェノール溶液で測定した固有粘度が0.66dl/gのポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートポリマーを得た。
フィルムの製膜条件を表1に示すように変える以外は実施例1と同様の操作を行った。得られたポリエステルフィルムの特性を表1に示す。なお、比較例4は縦方向にも熱弛緩処理を行った。
Claims (2)
- ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを主たる成分としてなる二軸配向フィルムであって、フィルムを200℃で10分間処理した際のフィルム長手方向の熱収縮率が1.1〜2.0%、幅方向の熱収縮率が0.1〜0.8%であり、かつ該フィルムの長手方向のヤング率が6500MPa以上7500MPa以下であって、80g/mm2荷重を負荷した状態で200℃におけるフィルム長手方向の寸法変化率が−2〜+2%であり、ロールツーロール法によって製造される太陽電池に用いられることを特徴とする太陽電池基板用ポリエステルフィルム。
- 太陽電池がアモルファスシリコン太陽電池である請求項1に記載の太陽電池基板用ポリエステルフィルム。
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