JP5326086B2 - Solar energy utilization apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐久性があり、高性能な離水性(滑水性ともいう)があり、かつ入射光の表面反射低減効果がある撥水性の被膜が表面に形成された太陽エネルギー利用装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solar energy utilization apparatus having a durable, high-performance water separation property (also referred to as water slidability) and a water-repellent coating film having a surface reflection reduction effect on incident light formed thereon, and its manufacture. It is about the method.
一般に、フッ化炭素基含有クロロシラン系の吸着剤と非水系の有機溶媒よりなる溶液を用い、液相で化学吸着して撥水撥油防汚性の単分子膜を形成できることは、すでによく知られている(例えば、特許文献1参照)。 In general, it is already well known that a solution composed of a fluorocarbon group-containing chlorosilane-based adsorbent and a non-aqueous organic solvent can be used for chemical adsorption in the liquid phase to form a water- and oil-repellent antifouling monolayer. (For example, refer to Patent Document 1).
このような溶液中での単分子膜の製造原理は、基材表面のヒドロキシル基等の活性水素とクロロシラン系の吸着剤のクロロシリル基との脱塩酸反応を用いて単分子膜を形成することにある。 The manufacturing principle of such a monomolecular film in a solution is to form a monomolecular film by using a dehydrochlorination reaction between active hydrogen such as hydroxyl group on the substrate surface and chlorosilyl group of chlorosilane-based adsorbent. is there.
例えば、上記の方法により得られる従来の単分子膜は、吸着剤と基材表面との共有結合(シロキサン結合)を用いているため、ある程度の耐摩耗性や撥水撥油防汚機能を持っているが、耐摩耗性や撥水性が不足しているという課題があった。 For example, the conventional monomolecular film obtained by the above method uses a covalent bond (siloxane bond) between the adsorbent and the substrate surface, and thus has a certain degree of wear resistance and water / oil / oil repellent / antifouling function. However, there is a problem that the wear resistance and water repellency are insufficient.
本発明は、撥水撥油防汚性能が要求される太陽電池、太陽熱温水器等の太陽エネルギー利用装置において、耐摩耗性や耐候性等の耐久性、水滴離水性(滑水性)、及び防汚性の向上した太陽エネルギー利用装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a solar energy utilization device such as a solar cell or a solar water heater that is required to have water / oil / oil repellent antifouling performance, durability such as wear resistance and weather resistance, water droplet separation (sliding), and water resistance. An object of the present invention is to provide a solar energy utilization device with improved soiling and a method for producing the same.
前記目的に沿う第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置は、エポキシ基又はアミノ基である第1の官能基を有する第1の膜化合物の形成する被膜で被覆された光入射側透明基材の表面に、前記第1の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が被覆された撥水性の透明微粒子が、前記第1の官能基がエポキシ基の場合にはそれぞれ1以上のアミノ基及びイミノ基、前記第1の官能基がアミノ基の場合には、2以上のエポキシ基又はイソシアネート基である2以上のカップリング基を有するカップリング剤と、前記第1の官能基とのカップリング反応により形成されたN−CH 2 CH(OH)結合又はNH−CONH結合を介して固定されている。 The solar energy utilization apparatus according to the first invention that meets the above-described object is a light incident side transparent base material that is coated with a film formed by a first film compound having a first functional group that is an epoxy group or an amino group . When the first functional group is an epoxy group, the water-repellent transparent fine particles whose surface is coated with at least a part of the surface with a film formed by the first film compound are each one or more amino groups and When the imino group and the first functional group are amino groups, a coupling agent having two or more coupling groups which are two or more epoxy groups or isocyanate groups, and the coupling of the first functional group It is fixed through an N—CH 2 CH (OH) bond or NH—CONH bond formed by the reaction.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記第1の膜化合物は、Siを介して、それぞれ前記光入射側透明基材の光入射側の表面及び前記透明微粒子の表面に共有結合していることが好ましい。
光入射側透明基材の光入射側の表面及び透明微粒子の表面に存在するヒドロキシル基等の表面基は、第1の膜化合物の有するSiと反応して、シロキサン結合等の安定な共有結合を形成する。そのため、光入射側透明基材及び透明微粒子の表面をそれぞれ被覆する第1の膜化合物の形成する被膜の耐剥離性が向上し、これらの被膜の剥離による撥水性の透明微粒子の脱落が抑制されるので、得られる太陽エネルギー利用装置の耐候性を向上させる。
In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the first film compound is covalently bonded to the light incident side surface of the light incident side transparent substrate and the surface of the transparent fine particles, respectively, via Si. Preferably it is.
Surface groups such as hydroxyl groups present on the light incident side surface of the light incident side transparent substrate and the surface of the transparent fine particles react with Si of the first film compound to form a stable covalent bond such as a siloxane bond. Form. Therefore, the peel resistance of the coating formed by the first film compound that covers the surfaces of the light incident side transparent substrate and the transparent fine particles is improved, and the falling off of the water-repellent transparent fine particles due to the peeling of these coatings is suppressed. Therefore, the weather resistance of the solar energy utilization apparatus obtained is improved.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記第1の膜化合物の形成する被膜のいずれか一方又は双方が単分子膜であることが好ましい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, it is preferable that either one or both of the films formed by the first film compound are monomolecular films.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記撥水性の透明微粒子の大気側に露出した部分の表面が、撥水性官能基を有する第3の膜化合物の形成する撥水被膜でさらに被覆されていてもよい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the surface of the water-repellent transparent fine particles exposed to the atmosphere is further covered with a water-repellent coating formed by the third film compound having a water-repellent functional group. It may be.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記撥水性官能基が−CF3基を含むことが好ましい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the water repellent functional group includes a —CF 3 group.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記第3の膜化合物の形成する撥水被膜が単分子膜であることが好ましい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the water repellent film formed by the third film compound is preferably a monomolecular film.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記透明微粒子が透光性のシリカ、アルミナ、及びジルコニアからなる群より選択されるものであってもよい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the transparent fine particles may be selected from the group consisting of translucent silica, alumina, and zirconia.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記透明微粒子の平均粒径が10nm以上300nm以下であることが好ましい。
なお、「平均粒径が10nm以上」とは、透明微粒子の一次平均粒径が10nm以上であり、かつ粒径が10nm未満である微粒子数の、微粒子全体に占める割合が5%以下であることをいう。同様に、「平均粒径が300nm以下」とは、透明微粒子の一次平均粒径が300nm以下であり、かつ粒径が300nmを超える微粒子数の、微粒子全体に占める割合が5%以下であることをいう。
さらに、これら微粒子が中空の微粒子であれば、光透過率を向上させる効果が高い。
In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, it is preferable that the transparent fine particles have an average particle size of 10 nm to 300 nm.
“The average particle diameter is 10 nm or more” means that the primary average particle diameter of the transparent fine particles is 10 nm or more and the ratio of the number of fine particles having a particle diameter of less than 10 nm to the whole fine particles is 5% or less. Say. Similarly, “the average particle diameter is 300 nm or less” means that the primary average particle diameter of the transparent fine particles is 300 nm or less and the ratio of the number of fine particles having a particle diameter exceeding 300 nm to the total fine particles is 5% or less. Say.
Furthermore, if these fine particles are hollow fine particles, the effect of improving the light transmittance is high.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記カップリング反応により形成された結合が、アミノ基又はイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CH2CH(OH)結合であってもよい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the bond formed by the coupling reaction is an N—CH 2 CH (OH) bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an epoxy group. Also good.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、前記カップリング反応により形成された結合が、アミノ基又はイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合であってもよい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first invention, the bond formed by the coupling reaction may be an NH—CONH bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group.
第1の発明に係る太陽エネルギー利用装置において、水に対する接触角が150度以上180度以下であることが好ましい。 In the solar energy utilization apparatus according to the first aspect of the invention, the contact angle with respect to water is preferably 150 degrees or more and 180 degrees or less.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法は、分子の両端にそれぞれエポキシ基又はアミノ基である第1の官能基及び第1の結合基を有する第1の膜化合物を含む第1の溶液を光入射側透明基材の光入射側の表面に接触させ、前記第1の結合基と前記光入射側透明基材の表面との間で結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する被膜を光入射側の表面に有する被覆光入射側透明基材を調製する工程Aと、前記第1の膜化合物を含む第2の溶液を透明微粒子の表面に接触させ、前記第1の結合基と前記透明微粒子の表面との間で結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する被膜で前記透明微粒子の表面の少なくとも一部が被覆された被覆透明微粒子を調製する工程Bと、前記第1の官能基がエポキシ基の場合にはそれぞれ1以上のアミノ基及びイミノ基、前記第1の官能基がアミノ基の場合には、2以上のエポキシ基又はイソシアネート基である2以上のカップリング基を有するカップリング剤を、前記被覆光入射側透明基材の光入射側の表面及び前記被覆透明微粒子の表面にそれぞれ接触させ、前記第1の官能基と前記カップリング反応基とのカップリング反応によりN−CH 2 CH(OH)結合又はNH−CONH結合を形成させ、前記被覆透明微粒子を前記被覆光入射側透明基材の光入射側の表面に結合固定する工程Cとを含む。
The manufacturing method of the solar energy utilization apparatus which concerns on 2nd invention contains the 1st film compound which has the 1st functional group which is an epoxy group or an amino group, and a 1st coupling group at the both ends of a molecule | numerator, respectively. The solution is brought into contact with the light incident side surface of the light incident side transparent base material to form a bond between the first binding group and the surface of the light incident side transparent base material. A step A of preparing a coated light incident side transparent base material having a film to be formed on the light incident side surface, a second solution containing the first film compound is brought into contact with the surface of the transparent fine particles, and the first Forming a bond between a bonding group and the surface of the transparent fine particle, and preparing coated transparent fine particles in which at least a part of the surface of the transparent fine particle is coated with a film formed by the first film compound; , respectively when the first functional group is an
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記工程A及びBのいずれか一方又は双方の後に、未反応物を洗浄除去することが好ましい。
なお、「未反応物」とは、工程Aにおいては未反応の第1の膜化合物を、工程Bにおいては未反応の第2の膜化合物をそれぞれ意味する。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, it is preferable to wash away unreacted substances after one or both of the steps A and B.
The “unreacted material” means an unreacted first film compound in the step A, and an unreacted second film compound in the step B.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記カップリング反応により形成された結合が、アミノ基又はイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CH2CH(OH)結合であってもよい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the bond formed by the coupling reaction is an N—CH 2 CH (OH) bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an epoxy group. It may be.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記カップリング反応により形成された結合が、アミノ基又はイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合であってもよい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the bond formed by the coupling reaction may be an NH-CONH bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group. .
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第1の溶液にそれぞれ含まれる前記第1の膜化合物の一方又は双方はアルコキシシラン化合物であってもよい。
なお、「アルコキシシラン化合物」とは、前記第1の結合基が、一般式−Si(OR)3(Rは任意のアルキル基を表す)で表されるアルコキシシリル基である膜化合物をいう。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, one or both of the first film compounds contained in the first solution may be an alkoxysilane compound.
The “alkoxysilane compound” refers to a film compound in which the first bonding group is an alkoxysilyl group represented by the general formula —Si (OR) 3 (R represents an arbitrary alkyl group).
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第1の溶液にそれぞれ含まれる前記第1及び第2の膜化合物の一方又は双方はハロシラン化合物であってもよい。
なお、「ハロシラン化合物」とは、第1の結合基が、一般式−SiX3(Xは塩素、臭素、及びヨウ素のいずれかを表す)で表されるハロシリル基である膜化合物をいう。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, one or both of the first and second film compounds respectively contained in the first solution may be a halosilane compound.
Note that "halosilane compound", a first coupling group has the general formula -SiX 3 (X is chlorine, bromine, and one or represents iodine) refers to a film compound is a halosilyl group represented by.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第1及び第2の溶液のうち前記アルコキシシラン化合物を含むものは、さらに、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレートからなる群から選択される1又は2以上の化合物を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the first and second solutions containing the alkoxysilane compound further include a carboxylic acid metal salt, a carboxylic acid ester metal salt, and a carboxylic acid metal. It is preferable to include one or more compounds selected from the group consisting of a salt polymer, a carboxylic acid metal salt chelate, a titanate ester, and a titanate ester chelate.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第1及び第2の溶液のうち前記アルコキシシラン化合物を含むものは、さらに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、及びアミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される1又は2以上の化合物を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the first and second solutions containing the alkoxysilane compound further include a ketimine compound, an organic acid, an aldimine compound, an enamine compound, and an oxazolidine compound. And one or more compounds selected from the group consisting of aminoalkylalkoxysilane compounds.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記工程Cの後に、前記被覆透明微粒子の大気側に露出した表面に、分子の両端に、撥水性官能基と、前記第1の官能基と反応する第2の結合基とをそれぞれ有する第2の膜化合物を含む第3の溶液を接触させ、前記第2の結合基と前記第1の官能基との間で結合を形成させ、前記大気側に露出した表面に前記第2の膜化合物の形成する撥水被膜を形成する工程Dをさらに含んでいてもよい。
この場合において、前記工程Dの後に、未反応の前記第2の膜化合物を洗浄除去することが好ましい。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, after the step C, the surface of the coated transparent fine particles exposed to the atmosphere, the water repellent functional groups at both ends of the molecule, and the first functional Contacting a third solution comprising a second membrane compound each having a second linking group that reacts with a group to form a bond between the second linking group and the first functional group; The method may further include a step D of forming a water repellent film formed by the second film compound on the surface exposed to the atmosphere.
In this case, it is preferable to wash away the unreacted second film compound after the step D.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第3の溶液に含まれる前記第3の膜化合物はフッ化炭素基を含むアルコキシシラン化合物であってもよい。
なお、「アルコキシシラン化合物」とは、前記第3の結合基が、一般式−Si(OR)3(Rは任意のアルキル基を表す)で表されるアルコキシシリル基である膜化合物をいう。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the third film compound contained in the third solution may be an alkoxysilane compound containing a fluorocarbon group.
The “alkoxysilane compound” refers to a film compound in which the third bonding group is an alkoxysilyl group represented by the general formula —Si (OR) 3 (R represents an arbitrary alkyl group).
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第3の溶液に含まれる前記第3の膜化合物はフッ化炭素基を含むハロシラン化合物であってもよい。
なお、「ハロシラン化合物」とは、第3の結合基が、一般式−SiX3(Xは塩素、臭素、及びヨウ素のいずれかを表す)で表されるハロシリル基である膜化合物をいう。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the third film compound contained in the third solution may be a halosilane compound containing a fluorocarbon group.
The “halosilane compound” refers to a film compound in which the third bonding group is a halosilyl group represented by the general formula —SiX 3 (X represents any one of chlorine, bromine, and iodine).
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第3の溶液は、さらに、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレートからなる群から選択される1又は2以上の化合物を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the third solution further includes a carboxylic acid metal salt, a carboxylic acid ester metal salt, a carboxylic acid metal salt polymer, a carboxylic acid metal salt chelate, and a titanic acid ester. And one or more compounds selected from the group consisting of titanate chelates.
第2の発明に係る太陽エネルギー利用装置の製造方法において、前記第3の溶液は、さらに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、及びアミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される1又は2以上の化合物を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to the second invention, the third solution is further selected from the group consisting of a ketimine compound, an organic acid, an aldimine compound, an enamine compound, an oxazolidine compound, and an aminoalkylalkoxysilane compound. It is preferable to include 1 or 2 or more compounds.
請求項1〜9記載の太陽エネルギー利用装置、及び請求項10〜21記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、撥水撥油防汚機能が要求される、例えば太陽電池、太陽熱温水器、温室等の太陽エネルギー利用装置において、耐摩耗性及び耐候性等の耐久性、水滴離水性、ならびに防汚性に優れた太陽エネルギー利用装置を提供できる。
In the solar energy utilization apparatus according to any one of
さらに、第1の膜化合物の形成する被膜で表面が被覆された光入射側透明基材の表面に、第1の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が被覆された撥水性の透明微粒子が、第1の官能基とカップリング反応基との間のカップリング反応により形成された結合を介して固定されており、太陽エネルギー利用装置が凹凸を有する複雑な表面形状を呈する。そのため、いわゆる「蓮の葉効果」により高い撥水撥油性を有する。さらに、第1の膜化合物の形成する被膜で表面が被覆された光入射側透明基材の表面に固定された透明微粒子には、屈折率を緩やかに変化させる作用があるので、反射防止効果を有する。 Further, the surface of the light incident side transparent base material whose surface is coated with the coating film formed by the first film compound is water-repellent transparent whose at least part of the surface is coated with the coating film formed by the first film compound. The fine particles are fixed through a bond formed by a coupling reaction between the first functional group and the coupling reactive group , and the solar energy utilization device exhibits a complicated surface shape having irregularities. Therefore, it has high water and oil repellency due to the so-called “lotus leaf effect”. Furthermore, since the transparent fine particles fixed on the surface of the light incident side transparent base material whose surface is coated with the film formed by the first film compound has an action of gently changing the refractive index, it has an antireflection effect. Have.
請求項2記載の太陽エネルギー利用装置においては、第1及び第2の膜化合物が、Siを介してそれぞれ光入射側透明基材の光入射側の表面及び透明微粒子の表面の表面に共有結合しているので、耐候性を向上することができる。 In the solar energy utilization apparatus according to claim 2, the first and second film compounds are covalently bonded to the light incident side surface of the light incident side transparent base and the surface of the surface of the transparent fine particles through Si, respectively. Therefore, the weather resistance can be improved.
請求項3記載の太陽エネルギー利用装置においては、第1の膜化合物及び第2の膜化合物の形成する被膜のいずれか一方又は双方が単分子膜であるので、これらの被膜による光の反射や散乱の影響を最小限に抑制でき、高い光透過性を有する。 In the solar energy utilization apparatus according to claim 3, since one or both of the films formed by the first film compound and the second film compound are monomolecular films, reflection and scattering of light by these films Can be suppressed to a minimum, and has high light transmittance.
請求項4記載の太陽エネルギー利用装置においては、透明微粒子の露出した部分の表面が、撥水性官能基を有する第3の膜化合物の形成する撥水被膜で被覆されているので、例えば、安価で耐磨耗性等に優れているが親水性であるシリカ、アルミナ、ジルコニア等の原料を用いて、撥水性の透明微粒子を安価かつ簡便に製造できる。 In the solar energy utilization device according to claim 4, since the surface of the exposed portion of the transparent fine particles is covered with the water repellent coating formed by the third film compound having a water repellent functional group, for example, it is inexpensive. Water-repellent transparent fine particles can be produced inexpensively and easily using raw materials such as silica, alumina and zirconia which are excellent in wear resistance and the like but are hydrophilic.
請求項5記載の太陽エネルギー利用装置においては、撥水性官能基が−CF3基を含んでいるので、撥水性を向上できると共に、撥油性及び防汚性も併せて付与することができる。
請求項6記載の太陽エネルギー利用装置においては、第3の膜化合物の形成する撥水被膜が単分子膜であるので、撥水被膜による光の反射や散乱の影響を最小限に抑制でき、高い光透過性を有する。
In the solar energy utilization system according to claim 5, since the water-repellent functional group contains a group -CF 3, it is possible to improve the water repellency can be imparted also to oil repellency and antifouling property.
In the solar energy utilization apparatus according to claim 6, since the water-repellent coating formed by the third film compound is a monomolecular film, the influence of light reflection and scattering by the water-repellent coating can be suppressed to a minimum, and high It has optical transparency.
請求項7記載の太陽エネルギー利用装置においては、透明微粒子が、安価であり、耐水性及び耐摩耗性能に優れたシリカ、アルミナ、及びジルコニアからなる群より選択されるものであるので、耐候性及び耐磨耗性を向上できる。 In the solar energy utilization apparatus according to claim 7, since the transparent fine particles are selected from the group consisting of silica, alumina, and zirconia, which are inexpensive and excellent in water resistance and wear resistance, the weather resistance and Abrasion resistance can be improved.
請求項8記載の太陽エネルギー利用装置においては、透明微粒子の平均粒径が10nm以上300nm以下であるので、入射光の散乱を抑制でき、光エネルギーの利用効率を向上できる。 In the solar energy utilization apparatus according to claim 8, since the average particle diameter of the transparent fine particles is 10 nm or more and 300 nm or less, scattering of incident light can be suppressed, and utilization efficiency of light energy can be improved.
請求項9記載の太陽エネルギー利用装置においては、水に対する接触角が150度以上180度以下であるので、水滴の転落角が小さくなり、実質上水滴が付着しなくなる。 In the solar energy utilization apparatus according to the ninth aspect , since the contact angle with respect to water is not less than 150 degrees and not more than 180 degrees, the falling angle of the water droplet becomes small and the water droplet does not substantially adhere.
請求項11記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、工程A及びBのいずれか一方又は双方の後に、未反応物を洗浄除去するので、洗浄処理された被膜は単分子膜である。そのため、太陽エネルギー利用装置におけるこれらの被膜による光の反射や散乱の影響を最小限に抑制でき、高い光透過性を有する太陽エネルギー利用装置を得ることができる。
In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to
請求項12記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、第1及び第2の溶液にそれぞれ含まれる第1及び第2の膜化合物のいずれか一方又は双方が、活性水素基との反応の際に有害な塩化水素を発生しないアルコキシシラン化合物であるので、太陽エネルギー利用装置の製造をより安全に行うことができると共に、製造設備の腐食や酸性廃液の発生を抑制できる。
13. The method for manufacturing a solar energy utilization device according to
請求項13記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法では、第1及び第2の溶液にそれぞれ含まれる第1及び第2の膜化合物のいずれか一方又は双方が、活性水素基との反応性の高いハロシラン化合物であるので、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができると共に、触媒の添加が不要になる。
In the manufacturing method of the solar energy utilization apparatus according to
請求項14記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、第1及び第2の溶液のうちアルコキシシラン化合物を含むものが、さらに縮合触媒として、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレートからなる群から選択される1又は2以上の化合物を含むので、アルコキシシラン化合物と活性水素基との反応時間を短縮し、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができる。
In the manufacturing method of the solar energy utilization apparatus of
請求項15記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法では、第1及び第2の溶液のうちアルコキシシラン化合物を含むものが、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からからなる群より選択される1又は2以上の化合物をさらに含むので、アルコキシシラン化合物と活性水素基との反応時間を短縮し、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができる。特に、これらの化合物と上述の縮合触媒の両者を共に含む場合には、反応時間をさらに短縮できる。 16. The method for manufacturing a solar energy utilization device according to claim 15 , wherein the first and second solutions containing an alkoxysilane compound include a ketimine compound, an organic acid, an aldimine compound, an enamine compound, an oxazolidine compound, and an aminoalkylalkoxysilane. Since one or more compounds selected from the group consisting of compounds are further included, the reaction time between the alkoxysilane compound and the active hydrogen group can be shortened, and the solar energy utilization device can be manufactured more efficiently. . In particular, when both of these compounds and the above condensation catalyst are included, the reaction time can be further shortened.
請求項16記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、工程Dにおいて、撥水性官能基を有する第2の膜化合物の形成する撥水被膜で透明微粒子の露出した表面を被覆する。そのため、例えば、安価で耐磨耗性等に優れているが親水性であるシリカ、アルミナ、ジルコニア等の原料を用いて、撥水性の透明微粒子を安価かつ簡便に製造できる。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to claim 16, in step D, the exposed surface of the transparent fine particles is covered with a water repellent coating formed by the second film compound having a water repellent functional group. Therefore, for example, water-repellent transparent fine particles can be produced inexpensively and easily using raw materials such as silica, alumina and zirconia which are inexpensive and excellent in abrasion resistance but are hydrophilic.
請求項17記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、工程Dの後に、未反応の第2の膜化合物を洗浄除去するので、第2の膜化合物の形成する撥水被膜は単分子膜である。そのため、撥水被膜による光の反射や散乱の影響を最小限に抑制でき、高い光透過性を有する太陽エネルギー利用装置を得ることができる。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to claim 17, since the unreacted second film compound is washed and removed after step D, the water-repellent film formed by the second film compound is a monomolecular film. is there. Therefore, the influence of light reflection and scattering by the water repellent coating can be suppressed to a minimum, and a solar energy utilization device having high light transmittance can be obtained.
請求項18記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、第3の溶液に含まれる第2の膜化合物が、フッ化炭素基を含み、活性水素基との反応の際に有害な塩化水素を発生しないアルコキシシラン化合物であるので、太陽エネルギー利用装置の製造をより安全に行うことができると共に、製造設備の腐食や酸性廃液の発生を抑制できる。 In the manufacturing method of the solar energy utilization apparatus according to claim 18, the second film compound contained in the third solution contains a fluorocarbon group, and harmful hydrogen chloride is reacted with the active hydrogen group. Since it is the alkoxysilane compound which does not generate | occur | produce, while being able to manufacture a solar energy utilization apparatus more safely, generation | occurrence | production of corrosion of a manufacturing facility and generation | occurrence | production of an acidic waste liquid can be suppressed.
請求項19記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法では、第3の溶液に含まれる第2の膜化合物が、フッ化炭素基を含み、活性水素基との反応性の高いハロシラン化合物であるので、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができると共に、触媒の添加が不要になる。 In the method for manufacturing a solar energy utilization device according to claim 19, since the second film compound contained in the third solution is a halosilane compound containing a fluorocarbon group and highly reactive with an active hydrogen group, The solar energy utilization device can be manufactured with higher efficiency, and the addition of a catalyst becomes unnecessary.
請求項20記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法においては、第3の溶液が、さらに縮合触媒として、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレートからなる群から選択される1又は2以上の化合物を含むので、アルコキシシラン化合物と活性水素基との反応時間を短縮し、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができる。 The method for manufacturing a solar energy utilization device according to claim 20 , wherein the third solution further includes a carboxylic acid metal salt, a carboxylic acid ester metal salt, a carboxylic acid metal salt polymer, a carboxylic acid metal salt chelate, titanium as a condensation catalyst. Since one or two or more compounds selected from the group consisting of acid esters and titanate chelates are included, the reaction time between the alkoxysilane compound and the active hydrogen group is shortened, and the solar energy utilization device can be manufactured more efficiently. It can be carried out.
請求項21記載の太陽エネルギー利用装置の製造方法では、第3の溶液が、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からからなる群より選択される1又は2以上の化合物をさらに含むので、アルコキシシラン化合物と活性水素基との反応時間を短縮し、太陽エネルギー利用装置の製造をより高効率に行うことができる。特に、これらの化合物と上述の縮合触媒の両者を共に含む場合には、反応時間をさらに短縮できる。
The method for producing a solar energy utilization device according to
以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態に係る太陽エネルギー利用装置について説明する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る太陽エネルギー利用装置は、太陽電池10であって、撥水性ガラス板24(撥水性透光部材の一例)を有する。
撥水性ガラス板24は、エポキシ基(第1の官能基の一例)を有する第1の膜化合物の単分子膜(第1の膜化合物の形成する被膜の一例)23で光入射側の表面が被覆された光入射側透明基材の一例であるガラス基材21の表面に、エポキシ基を有する第1の膜化合物の単分子膜(第1の膜化合物の形成する被膜の一例)34で表面の少なくとも一部が被覆された撥水性の透明微粒子の一例である撥水性アルミナ微粒子12が、カップリング剤の一例である2−メチルイミダゾールの1−位及び3−位の窒素原子(カップリング反応基の一例)と、エポキシ基とのカップリング反応により形成された結合を介して固定された構造を有する。
また、撥水性アルミナ微粒子12は、第1の膜化合物の単分子膜34で表面が被覆された透明微粒子の一例であるアルミナ微粒子31(すなわち、被覆透明微粒子の一例であるエポキシ化アルミナ微粒子33)の大気側に露出した部分の表面が、CF3基を含むフッ化炭素基(撥水性官能基の一例)、例えば、パーフルオロオクチル基(CF3(CF2)7−)を有するハロシラン化合物(第2の膜化合物の一例)の形成する撥水性単分子膜13(第2の膜化合物の形成する撥水被膜の一例)でさらに被覆された構造を有する。
Hereinafter, a solar energy utilization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the solar energy utilization apparatus which concerns on one embodiment of this invention is the
The water-
The water-repellent
撥水性ガラス板24の光入射側とは反対側(裏面側)には、印刷法を用いて形成された銀ペースト櫛形電極51、蒸着法を用いて形成されたn型半導体層52、p型半導体層53、及びアルミニウムのバック電極54(反射層を兼ねている)を有する太陽電池層60が順次形成されている。
n型半導体層52とp型半導体層53との接合面(pn接合)に、禁制帯幅(バンドギャップエネルギー)よりも大きなエネルギーを有する光を照射すると、光起電力が発生し、銀ペースト櫛型電極51とアルミニウム蒸着バック電極54との間に起電力が生じる。
On the side opposite to the light incident side of the water repellent glass plate 24 (back side), a silver
When the junction surface (pn junction) between the n-
太陽電池10の製造方法は、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物(第1の膜化合物の一例)を含む第1の溶液をガラス基材21の光入射側の表面に接触させ、アルコキシシラン化合物のアルコキシシリル基(第1の結合基の一例)と、図2(a)に模式的に示したガラス基材21の表面のヒドロキシル基22との反応により、第1の膜化合物の単分子膜23で表面が被覆されたエポキシ化ガラス基材(被覆光入射側透明基材の一例)11(図2(b))を製造する工程Aと、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を含む第2の溶液を、アルコキシシラン化合物のアルコキシシリル基と、図3(a)に模式的に示したアルミナ微粒子31の表面に接触させ、ヒドロキシル基32との反応により、第1の膜化合物の単分子膜34で表面が被覆されたエポキシ化アルミナ微粒子33(図3(b))を製造する工程Bと、あらかじめ2−メチルイミダゾールを、エポキシ化ガラス基材11に接触させ、反応後、未反応の2−メチルイミダゾールを除去し、表面に2−メチルイミダゾールの単分子膜14を形成した後、エポキシ化アルミナ微粒子33をその表面に接触させ、アルミナ微粒子がカップリング結合を介して表面に結合した微粒子固定ガラス基材41(図4)を製造する工程Cと、分子の両端に、フッ化炭素基とハロシリル基(第2の結合基の一例)を有するハロシラン化合物を含む第3の溶液を、エポキシ化アルミナ微粒子33の大気側に露出した表面に接触させて、エポキシ基とハロシリル基との間で結合を形成させ、エポキシ化アルミナ微粒子33の大気側に露出した表面に撥水性単分子膜13(図1参照)をさらに形成する工程Dとを含んでいる。
以下、工程A〜Dについてより詳細に説明する。
The
Hereinafter, the processes A to D will be described in more detail.
工程Aでは、第1の膜化合物の単分子膜23で表面が覆われたエポキシ化ガラス基材11を製造する。
エポキシ化ガラス基材11の製造に用いるガラス基材21の材質、形状、及び大きさについて特に制限はなく、太陽電池10において使用される任意のガラス基材を用いることができる。また、表面にヒドロキシル基等の活性水素基が存在していれば、反射防止膜等の表面被膜が形成されていてもよい。なお、本実施の形態において、活性水素基はヒドロキシル基22であるが、活性水素を含むアミノ基やイミノ基等であってもよい。
In step A, the
There is no restriction | limiting in particular about the material of the
エポキシ化ガラス基材11の製造に用いる第1の溶液は、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基とガラス基材21の表面のヒドロキシル基22との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを混合することにより調製される。
The first solution used for producing the
エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物としては、直鎖状アルキレン基の両末端に、エポキシ基(オキシラン環)を含む官能基及びアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式(化1)で表されるアルコキシシラン化合物が好ましい。 The alkoxysilane compound having an epoxy group has a functional group containing an epoxy group (oxirane ring) and an alkoxysilyl group at both ends of the linear alkylene group, and is represented by the following general formula (Formula 1). An alkoxysilane compound is preferable.
上式において、Eはエポキシ基を有する官能基を、mは3〜20の整数を、Rは炭素数1〜4のアルキル基をそれぞれ表す。 In the above formula, E represents a functional group having an epoxy group, m represents an integer of 3 to 20, and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
工程Aにおいて用いることができるエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の一例としては、下記(1)〜(12)に示した化合物が挙げられる。 As an example of the alkoxysilane compound which has an epoxy group which can be used in process A, the compound shown to following (1)-(12) is mentioned.
(1) (CH2OCH)CH2O(CH2)3Si(OCH3)3
(2) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OCH3)3
(3) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OCH3)3
(4) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OCH3)3
(5) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OCH3)3
(6) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OCH3)3
(7) (CH2OCH)CH2O(CH2)3Si(OC2H5)3
(8) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OC2H5)3
(9) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OC2H5)3
(10) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OC2H5)3
(11) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OC2H5)3
(12) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OC2H5)3
(1) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3
(2) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 7 Si (OCH 3) 3
(3) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 11 Si (OCH 3) 3
(4) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 2 Si (OCH 3) 3
(5) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 4 Si (OCH 3) 3
(6) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 6 Si (OCH 3) 3
(7) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 3 Si (OC 2 H 5) 3
(8) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 7 Si (OC 2 H 5) 3
(9) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 11 Si (OC 2 H 5 ) 3
(10) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 2 Si (OC 2 H 5) 3
(11) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 4 Si (OC 2 H 5) 3
(12) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 6 Si (OC 2 H 5) 3
ここで、(CH2OCH)CH2O−基は、化2で表される官能基(グリシジルオキシ基)を表し、(CH2CHOCH(CH2)2)CH−基は、化3で表される官能基(3,4−エポキシシクロヘキシル基)を表す。 Here, the (CH 2 OCH) CH 2 O— group represents a functional group (glycidyloxy group) represented by Chemical Formula 2 , and the (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH— group is represented by Chemical Formula 3. Represents a functional group (3,4-epoxycyclohexyl group).
縮合触媒としては、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレート等の金属塩が利用可能である。
縮合触媒の添加量は、好ましくはアルコキシシラン化合物の0.2〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜1質量%である。
As the condensation catalyst, metal salts such as carboxylic acid metal salts, carboxylic acid ester metal salts, carboxylic acid metal salt polymers, carboxylic acid metal salt chelates, titanate esters and titanate ester chelates can be used.
The addition amount of the condensation catalyst is preferably 0.2 to 5% by mass of the alkoxysilane compound, and more preferably 0.5 to 1% by mass.
カルボン酸金属塩の具体例としては、酢酸第1スズ、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクタン酸第1スズ、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、2−エチルヘキセン酸鉄が挙げられる。 Specific examples of carboxylic acid metal salts include stannous acetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin dioctate, dibutyltin diacetate, dioctyltin dilaurate, dioctyltin dioctate, dioctyltin diacetate, stannous dioctanoate, naphthenic acid Lead, cobalt naphthenate, and iron 2-ethylhexenoate.
カルボン酸エステル金属塩の具体例としては、ジオクチルスズビスオクチルチオグリコール酸エステル塩、ジオクチルスズマレイン酸エステル塩が挙げられる。
カルボン酸金属塩ポリマーの具体例としては、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマーが挙げられる。
カルボン酸金属塩キレートの具体例としては、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレートが挙げられる。
Specific examples of the carboxylic acid ester metal salt include dioctyltin bisoctyl thioglycolate ester salt and dioctyltin maleate ester salt.
Specific examples of the carboxylic acid metal salt polymer include dibutyltin maleate polymer and dimethyltin mercaptopropionate polymer.
Specific examples of the carboxylic acid metal salt chelate include dibutyltin bisacetylacetate and dioctyltin bisacetyllaurate.
チタン酸エステルの具体例としては、テトラブチルチタネート、テトラノニルチタネートが挙げられる。
チタン酸エステルキレートの具体例としては、ビス(アセチルアセトニル)ジ−プロピルチタネートが挙げられる。
Specific examples of the titanate ester include tetrabutyl titanate and tetranonyl titanate.
Specific examples of titanate chelate include bis (acetylacetonyl) di-propyl titanate.
第1の溶液をガラス基材21の表面に塗布し、室温の空気中で反応させると、アルコキシシリル基とガラス基材21の表面のヒドロキシル基22とが縮合反応を起こし、下記の化4で示されるような構造を有するエポキシ基を有する第1の膜化合物の単分子膜23を生成する。なお、酸素原子から延びた3本の単結合はガラス基材21の表面又は隣接するシラン化合物のケイ素(Si)原子と結合しており、そのうち少なくとも1本はガラス基材21の表面のケイ素原子と結合している。
When the first solution is applied to the surface of the
アルコキシシリル基は、水分の存在下で分解するので、反応は相対湿度45%以下の空気中で行うことが好ましい。なお、縮合反応は、ガラス基材21の表面に付着した油脂分や水分により阻害されるので、ガラス基材21をよく洗浄して乾燥することにより、これらの不純物を予め除去しておくことが好ましい。
縮合触媒として上述の金属塩のいずれかを用いた場合、縮合反応の完了までに要する時間は2時間程度である。
Since the alkoxysilyl group decomposes in the presence of moisture, the reaction is preferably performed in air with a relative humidity of 45% or less. The condensation reaction is hindered by oils and fats and moisture adhering to the surface of the
When any of the above metal salts is used as the condensation catalyst, the time required for completion of the condensation reaction is about 2 hours.
上述の金属塩の代わりに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される1又は2以上の化合物を縮合触媒として用いた場合、反応時間を1/2〜2/3程度まで短縮できる。 When one or more compounds selected from the group consisting of ketimine compounds, organic acids, aldimine compounds, enamine compounds, oxazolidine compounds, and aminoalkylalkoxysilane compounds are used as the condensation catalyst instead of the above metal salts, Time can be shortened to about 1/2 to 2/3.
あるいは、これらの化合物を助触媒として、上述の金属塩と混合(質量比1:9〜9:1の範囲で使用可能だが、1:1前後が好ましい)して用いると、反応時間をさらに短縮できる。 Alternatively, when these compounds are used as a co-catalyst and mixed with the above-described metal salt (mass ratio 1: 9 to 9: 1 can be used, preferably around 1: 1), the reaction time is further shortened. it can.
例えば、縮合触媒として、ジブチルスズジアセテートの代わりにケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のH3を用い、その他の条件は同一にしてエポキシ化ガラス基材11の製造を行うと、エポキシ化ガラス基材11の品質を損なうことなく反応時間を1時間程度にまで短縮できる。
For example, when the
さらに、縮合触媒として、ジャパンエポキシレジン社のH3とジブチルスズジアセテートとの混合物(混合比は1:1)を用い、その他の条件は同一にしてエポキシ化ガラス基材11の製造を行うと、反応時間を20分程度に短縮できる。
Furthermore, when a mixture of H3 and dibutyltin diacetate from Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (mixing ratio is 1: 1) is used as the condensation catalyst, and the other conditions are the same, the
なお、ここで用いることができるケチミン化合物は特に限定されるものではないが、例えば、2,5,8−トリアザ−1,8−ノナジエン、3,11−ジメチル−4,7,10−トリアザ−3,10−トリデカジエン、2,10−ジメチル−3,6,9−トリアザ−2,9−ウンデカジエン、2,4,12,14−テトラメチル−5,8,11−トリアザ−4,11−ペンタデカジエン、2,4,15,17−テトラメチル−5,8,11,14−テトラアザ−4,14−オクタデカジエン、2,4,20,22−テトラメチル−5,12,19−トリアザ−4,19−トリエイコサジエン等が挙げられる。 The ketimine compound that can be used here is not particularly limited, and examples thereof include 2,5,8-triaza-1,8-nonadiene, 3,11-dimethyl-4,7,10-triaza- 3,10-tridecadiene, 2,10-dimethyl-3,6,9-triaza-2,9-undecadiene, 2,4,12,14-tetramethyl-5,8,11-triaza-4,11-penta Decadiene, 2,4,15,17-tetramethyl-5,8,11,14-tetraaza-4,14-octadecadiene, 2,4,20,22-tetramethyl-5,12,19-triaza -4,19-trieicosadiene and the like.
また、用いることができる有機酸としても特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、マロン酸等が挙げられる。 Moreover, although it does not specifically limit as an organic acid which can be used, For example, a formic acid, an acetic acid, propionic acid, a butyric acid, malonic acid etc. are mentioned.
第1の溶液の調製には、有機塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒、シリコーン系溶媒、及びこれらの混合溶媒を用いることができる。アルコキシシラン化合物の加水分解を防止するために、乾燥剤又は蒸留により使用する溶媒から水分を除去しておくことが好ましい。また、溶媒の沸点は50〜250℃であることが好ましい。 For the preparation of the first solution, an organic chlorine solvent, a hydrocarbon solvent, a fluorocarbon solvent, a silicone solvent, and a mixed solvent thereof can be used. In order to prevent hydrolysis of the alkoxysilane compound, it is preferable to remove water from the desiccant or the solvent used by distillation. Moreover, it is preferable that the boiling point of a solvent is 50-250 degreeC.
具体的に使用可能な溶媒としては、非水系の石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、ノナン、デカン、灯油、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
さらに、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれらの混合物を用いることもできる。
Specific usable solvents include non-aqueous petroleum naphtha, solvent naphtha, petroleum ether, petroleum benzine, isoparaffin, normal paraffin, decalin, industrial gasoline, nonane, decane, kerosene, dimethyl silicone, phenyl silicone, and alkyl-modified silicone. , Polyether silicone, dimethylformamide and the like.
Furthermore, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, or a mixture thereof can also be used.
また、用いることができるフッ化炭素系溶媒としては、フロン系溶媒、フロリナート(米国3M社製)、アフルード(旭硝子株式会社製)等がある。なお、これらは1種単独で用いても良いし、良く混ざるものなら2種以上を組み合わせてもよい。さらに、ジクロロメタン、クロロホルム等の有機塩素系溶媒を添加してもよい。 Fluorocarbon solvents that can be used include fluorocarbon solvents, Fluorinert (manufactured by 3M, USA), Afludo (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like. In addition, these may be used individually by 1 type and may mix 2 or more types as long as it mixes well. Furthermore, an organic chlorine solvent such as dichloromethane or chloroform may be added.
第1の溶液におけるアルコキシシラン化合物の好ましい濃度は、0.5〜3質量%である。 A preferable concentration of the alkoxysilane compound in the first solution is 0.5 to 3% by mass.
反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った過剰なアルコキシシラン化合物及び縮合触媒を除去すると、第1の膜化合物の単分子膜23で表面が覆われたエポキシ化ガラス基材11が得られる。このようにして製造されるエポキシ化ガラス基材11の断面構造の模式図を図2(b)に示す。
After the reaction, the
洗浄溶媒としては、アルコキシシラン化合物を溶解できる任意の溶媒を用いることができるが、安価であり、溶解性が高く、風乾により容易に除去することのできるジクロロメタン、クロロホルム、N−メチルピロリドン等が好ましい。 As the cleaning solvent, any solvent that can dissolve the alkoxysilane compound can be used, but dichloromethane, chloroform, N-methylpyrrolidone, etc. that are inexpensive, have high solubility, and can be easily removed by air drying are preferable. .
反応後、生成したエポキシ化ガラス基材11を溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がアルコキシシリル基と縮合反応を起こす。その結果、エポキシ化ガラス基材11の表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、エポキシ化ガラス基材11の表面に共有結合により固定されていないが、エポキシ基を含んでいるため、2−メチルイミダゾールに対して第1の膜化合物の単分子膜23と同様の反応性を有している。そのため、洗浄を行わなくても、工程C以降の太陽電池10の製造工程に特に支障をきたすことはない。
After the reaction, if the produced
本実施の形態においては、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を用いたが、アルコキシシリル基の代わりにハロシリル基を有するハロシラン化合物を用いることもできる。この場合において、縮合触媒及び助触媒が不要であること、アルコール系溶媒が使用できないこと、アルコキシシラン化合物より加水分解を受けやすいので、乾燥溶媒を用い、乾燥空気中(相対湿度30%以下)で反応を行う必要がある以外の反応条件(ハロシラン化合物の濃度、反応時間等)については、上記と同様である。
また、直鎖状アルキレン基の両末端に、アミノ基及びアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式(化5)で表されるアルコキシシラン化合物を用いることもできる。
In the present embodiment, an alkoxysilane compound having an epoxy group is used, but a halosilane compound having a halosilyl group may be used instead of the alkoxysilyl group. In this case, a condensation catalyst and a cocatalyst are not required, an alcohol solvent cannot be used, and it is more susceptible to hydrolysis than an alkoxysilane compound, so use a dry solvent in dry air (relative humidity of 30% or less). The reaction conditions (concentration of halosilane compound, reaction time, etc.) other than the necessity of performing the reaction are the same as described above.
Alternatively, an alkoxysilane compound having an amino group and an alkoxysilyl group at both ends of the linear alkylene group and represented by the following general formula (Formula 5) can also be used.
上式において、mは3〜20の整数を、Rは炭素数1〜4のアルキル基をそれぞれ表す。なお、エポキシ基は、アルコキシシリル基との副反応を避けるために、保護基によって保護されていてもよい。保護基は加水分解等により容易に除去できるものが好ましく、ケトンとアミノ基との反応により生成するケチミン誘導体等が挙げられる。
また、アミノ基は、化5に示したような1級アミン以外に2級アミンでもよく、アミノ基の代わりにピロール基、イミダゾール基等のイミノ基を有する官能基を含むアルコキシシラン化合物を用いることができる。
この場合において、用いることができるアミノ基を有するアルコキシシラン化合物の一例としては、下記(21)〜(28)に示した化合物が挙げられる。
In the above formula, m represents an integer of 3 to 20, and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The epoxy group may be protected with a protecting group in order to avoid side reactions with the alkoxysilyl group. The protecting group is preferably one that can be easily removed by hydrolysis or the like, and examples thereof include a ketimine derivative produced by the reaction between a ketone and an amino group.
The amino group may be a secondary amine other than the primary amine shown in Chemical Formula 5, and an alkoxysilane compound containing a functional group having an imino group such as a pyrrole group or an imidazole group may be used instead of the amino group. Can do.
In this case, examples of the alkoxysilane compound having an amino group that can be used include the compounds shown in the following (21) to (28).
(21) H2N(CH2)3Si(OCH3)3
(22) H2N(CH2)5Si(OCH3)3
(23) H2N(CH2)7Si(OCH3)3
(24) H2N(CH2)9Si(OCH3)3
(25) H2N(CH2)5Si(OC2H5)3
(26) H2N(CH2)5Si(OC2H5)3
(27) H2N(CH2)7Si(OC2H5)3
(28) H2N(CH2)9Si(OC2H5)3
(21) H 2 N (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3
(22) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OCH 3 ) 3
(23) H 2 N (CH 2 ) 7 Si (OCH 3 ) 3
(24) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OCH 3 ) 3
(25) H 2 N (CH 2) 5 Si (OC 2 H 5) 3
(26) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OC 2 H 5 ) 3
(27) H 2 N (CH 2 ) 7 Si (OC 2 H 5 ) 3
(28) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OC 2 H 5 ) 3
縮合触媒のうち、スズ(Sn)塩を含む化合物は、アルコキシシラン誘導体に含まれるアミノ基と反応して沈殿を生成するため、縮合触媒として用いることができない。
したがって、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合には、カルボン酸スズ塩、カルボン酸エステルスズ塩、カルボン酸スズ塩ポリマー、カルボン酸スズ塩キレートを除き、第1の溶液と同様の化合物を単独で又は2種類以上を混合して縮合触媒として用いることができる。
用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件ならびに反応時間についてはエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合と同様であるので、説明を省略する。
(以上工程A)
Among condensation catalysts, a compound containing a tin (Sn) salt reacts with an amino group contained in an alkoxysilane derivative to generate a precipitate, and thus cannot be used as a condensation catalyst.
Therefore, when an alkoxysilane compound having an amino group is used, the same compound as that in the first solution is used alone except for a carboxylic acid tin salt, a carboxylic acid ester tin salt, a carboxylic acid tin salt polymer, and a carboxylic acid tin salt chelate. Or two or more types can be mixed and used as a condensation catalyst.
The types of cocatalysts that can be used and combinations thereof, the type of solvent, the alkoxysilane compound, the condensation catalyst, and the concentration of the cocatalyst, the reaction conditions, and the reaction time are the same as when using an alkoxysilane compound having an epoxy group. Since there is, description is abbreviate | omitted.
(End of process A)
工程Bでは、エポキシ基を有する第1の膜化合物の単分子膜34で表面が覆われたエポキシ化アルミナ微粒子33を製造する。
製造される太陽電池10の光透過性を損なわないためには、エポキシ化アルミナ微粒子33の製造に用いるアルミナ微粒子31の粒径は、可視光波長(380〜700nm)より小さいことが好ましい。具体的には、アルミナ微粒子31の平均粒径は10〜300nmであることが好ましく、10〜100nmであることがより好ましい。用いられるアルミナ微粒子31の粒径は単一であってもよいが、2以上の異なる粒径を有するアルミナ微粒子を混合して用いると、得られる太陽電池10の表面がフラクタル性を有し、撥水撥油防汚性が向上するため好ましい。
In step B, epoxidized
In order not to impair the light transmittance of the manufactured
エポキシ化アルミナ微粒子33の製造に用いる第2の溶液は、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基とアルミナ微粒子31の表面のヒドロキシル基32との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを混合することにより調製される。
The second solution used for the production of the epoxidized
第2の溶液の調製に用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件ならびに反応時間については工程Aの第1の溶液の調製の場合と同様であるので、詳しい説明を省略する。 Regarding the types of cocatalysts that can be used for the preparation of the second solution and combinations thereof, the types of solvents, the concentration of alkoxysilane compounds, condensation catalysts, and cocatalysts, reaction conditions, and reaction time, Since it is the same as that of the preparation of a solution, detailed description is abbreviate | omitted.
第2の溶液中にアルミナ微粒子31を分散させ、室温の空気中で反応させると、アルコキシシリル基とアルミナ微粒子31の表面のヒドロキシル基32とが縮合反応を起こし、図3(b)に模式的に示されるような構造を有する第2の膜化合物の単分子膜34を生成する。
When the
反応時間、及び洗浄溶媒については、工程Aと同様であるので詳しい説明を省略する。洗浄には、連続処理及びバッチ処理のいずれの方法を用いてもよい。洗浄溶媒とエポキシ化アルミナ微粒子33との分離は、ろ過、デカンテーション、及び遠心分離等の任意の公知の方法を用いて行うことができる。
About reaction time and a washing | cleaning solvent, since it is the same as that of the process A, detailed description is abbreviate | omitted. Either continuous processing or batch processing may be used for cleaning. Separation of the cleaning solvent and the epoxidized
本実施の形態においては、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を用いたが、工程Aにおいて、アミノ基を有し、前記一般式(化5)で表されるアルコキシシラン化合物を用いる場合には、工程Bにおいても同様の化合物を用いる。 In the present embodiment, an alkoxysilane compound having an epoxy group is used. However, in Step A, when an alkoxysilane compound having an amino group and represented by the general formula (Chemical Formula 5) is used, The same compound is used in B.
なお、本実施の形態においては、透明微粒子としてアルミナ微粒子を用いたが、ヒドロキシル基、アミノ基等の、アルコキシシリル基及びハロシリル基と反応する活性水素基を表面に有し、透光性を有する任意の微粒子を用いることができる。
用いることができる透明微粒子としては、シリカやジルコニア等の他の無機酸化物系透明微粒子が挙げられる。また、耐摩耗性が若干劣るが、ガラス微粒子を用いてもよい。これらの微粒子に対して、表面の少なくとも一部をアルキル基又はフルオロアルキル基等の疎水性の官能基で予め化学修飾してもよい。
あるいは、表面にヒドロキシル基、アミノ基等の活性水素基を有していれば、アクリル系樹脂等の有機透明微粒子、有機−無機ハイブリッド微粒子等を用いることもできる。
(以上工程B)
In this embodiment, alumina fine particles are used as the transparent fine particles. However, the surface has active hydrogen groups that react with alkoxysilyl groups and halosilyl groups, such as hydroxyl groups and amino groups, and have translucency. Arbitrary fine particles can be used.
Examples of the transparent fine particles that can be used include other inorganic oxide-based transparent fine particles such as silica and zirconia. Further, although the abrasion resistance is slightly inferior, glass fine particles may be used. For these fine particles, at least a part of the surface may be chemically modified in advance with a hydrophobic functional group such as an alkyl group or a fluoroalkyl group.
Alternatively, if the surface has an active hydrogen group such as a hydroxyl group or an amino group, organic transparent fine particles such as acrylic resin, organic-inorganic hybrid fine particles, and the like can be used.
(End of process B)
工程Cでは、2−メチルイミダゾールを、エポキシ化ガラス基材11及びエポキシ化アルミナ微粒子33の表面にそれぞれ接触させ、エポキシ化アルミナ微粒子33がカップリング結合を介して表面に結合固定した微粒子固定ガラス基材41(図4)を製造する。
2−メチルイミダゾールはエポキシ基と反応するアミノ基及びイミノ基をそれぞれ1−位及び3−位に有しており、下記の化6に示すようなカップリング反応により結合(N−CH2CH(OH)−結合)を形成する。
In Step C, 2-methylimidazole is brought into contact with the surfaces of the
2-Methylimidazole has an amino group and an imino group which react with an epoxy group at the 1-position and 3-position, respectively, and is bonded (N-CH 2 CH ( OH) -bond).
2−メチルイミダゾールを、エポキシ化ガラス基材11及びエポキシ化アルミナ微粒子33の表面にそれぞれ接触させる方法としては、例えば、2−メチルイミダゾールの溶液をエポキシ化ガラス基材11の表面に塗布後、加熱して、エポキシ基と2−メチルイミダゾールの窒素官能基(アミノ基及びイミノ基のいずれか)とをカップリング反応させ、2−メチルイミダゾールの単分子膜14を形成した後、その表面にエポキシ化アルミナ微粒子33の分散液を塗布する方法が挙げられる。
塗布は、ドクターブレード法、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等の任意の方法により行うことができる。
あるいは、LB(ラングミュア−ブロジェット)法等の公知の薄膜形成法を用いてもよい。
塗布後、再度加熱して、エポキシ化アルミナ微粒子33の表面のエポキシ基と2−メチルイミダゾールの窒素官能基(アミノ基及びイミノ基のいずれか)とをカップリング反応させ、カップリング反応により形成された結合を介して、ガラス基材21の表面にアルミナ微粒子31を固定する。
As a method of bringing 2-methylimidazole into contact with the surfaces of the
The coating can be performed by any method such as a doctor blade method, a dip coating method, a spin coating method, a spray method, or a screen printing method.
Alternatively, a known thin film forming method such as an LB (Langmuir-Blodget) method may be used.
After coating, it is heated again to cause a coupling reaction between the epoxy group on the surface of the epoxidized alumina
2−メチルイミダゾールの溶液の調製には、2−メチルイミダゾールが可溶な任意の溶媒を用いることができるが、価格、室温での揮発性、及び毒性等を考慮すると、イソプロピルアルコール、エタノール等の低級アルコール系溶媒が好ましい。分散液の調製に用いられる溶媒も、同様の観点からイソプロピルアルコール、エタノール等の低級アルコール系溶媒が好ましい。
2−メチルイミダゾールの添加量、塗布する溶液の濃度、加熱温度及び加熱時間は、用いる基材及び微粒子の種類、形成する微粒子膜の膜厚等に応じて適宜調節される。
For the preparation of the 2-methylimidazole solution, any solvent in which 2-methylimidazole is soluble can be used, but considering the price, volatility at room temperature, toxicity, etc., isopropyl alcohol, ethanol, etc. Lower alcohol solvents are preferred. The solvent used for preparing the dispersion is preferably a lower alcohol solvent such as isopropyl alcohol and ethanol from the same viewpoint.
The addition amount of 2-methylimidazole, the concentration of the solution to be applied, the heating temperature and the heating time are appropriately adjusted according to the type of base material and fine particles used, the thickness of the fine particle film to be formed, and the like.
本実施の形態においては、カップリング剤として2−メチルイミダゾールを用いたが、下記化7で表される任意のイミダゾール誘導体を用いることができる。あるいは、イミダゾール−金属錯体を用いてもよい。 In the present embodiment, 2-methylimidazole is used as a coupling agent, but any imidazole derivative represented by the following chemical formula 7 can be used. Alternatively, an imidazole-metal complex may be used.
化7で表されるイミダゾール誘導体の具体例としては、下記(31)〜(38)に示すものが挙げられる。
(31) 2−メチルイミダゾール(R2=Me、R4=R5=H)
(32) 2−ウンデシルイミダゾール(R2=C11H23、R4=R5=H)
(33) 2−ペンタデシルイミダゾール(R2=C15H31、R4=R5=H)
(34) 2−メチル−4−エチルイミダゾール(R2=Me、R4=Et、R5=H)
(35) 2−フェニルイミダゾール(R2=Ph、R4=R5=H)
(36) 2−フェニル−4−エチルイミダゾール(R2=Ph、R4=Et、R5=H)
(37) 2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(R2=Ph、R4=Me、R5=CH2OH)
(38) 2−フェニル−4,5−ビス(ヒドロキシメチル)イミダゾール(R2=Ph、R4=R5=CH2OH)
なお、Me、Et、及びPhは、それぞれメチル基、エチル基、及びフェニル基を表す。
Specific examples of the imidazole derivative represented by Chemical Formula 7 include those shown in the following (31) to (38).
(31) 2-Methylimidazole (R 2 = Me, R 4 = R 5 = H)
(32) 2-Undecylimidazole (R 2 = C 11 H 23 , R 4 = R 5 = H)
(33) 2-Pentadecylimidazole (R 2 = C 15 H 31 , R 4 = R 5 = H)
(34) 2-methyl-4-ethylimidazole (R 2 = Me, R 4 = Et, R 5 = H)
(35) 2-Phenylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = R 5 = H)
(36) 2-phenyl-4-ethylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = Et, R 5 = H)
(37) 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = Me, R 5 = CH 2 OH)
(38) 2-Phenyl-4,5-bis (hydroxymethyl) imidazole (R 2 = Ph, R 4 = R 5 = CH 2 OH)
Me, Et, and Ph represent a methyl group, an ethyl group, and a phenyl group, respectively.
また、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる無水フタル酸、無水マレイン酸等の酸無水物、ジシアンジアミド、ノボラック等のフェノール誘導体等の化合物をカップリング剤として用いてもよい。この場合、カップリング反応を促進するためにイミダゾール誘導体を触媒として用いてもよい。 In addition, compounds such as acid anhydrides such as phthalic anhydride and maleic anhydride, and phenol derivatives such as dicyandiamide and novolak, which are used as a curing agent for epoxy resins, may be used as a coupling agent. In this case, an imidazole derivative may be used as a catalyst in order to accelerate the coupling reaction.
なお、本実施の形態においてはエポキシ基を有する膜化合物を用いた場合について説明しているが、工程A及びBにおいて、アミノ基又はイミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、第1のカップリング反応基として2もしくは3以上のエポキシ基又は2もしくは3以上のイソシアネート基を有するカップリング剤を用いる。この場合、カップリング反応によりNH−CONH結合が形成される。イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート、トルエン−2,6−ジイソシアネート、トルエン−2,4−ジイソシアネート等が挙げられる。
これらのジイソシアネート化合物の添加量は、2−メチルイミダゾールの場合と同様、エポキシ化アルミナ微粒子の5〜15重量%が好ましい。この場合、膜前駆体の製造に用いることのできる溶媒としては、キシレン等の芳香族有機溶媒が挙げられる。
また、カップリング剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等の2又は3以上のエポキシ基を有する化合物を用いることもできる。
(以上工程C)
In this embodiment, the case where a film compound having an epoxy group is used is described. However, when a film compound having an amino group or an imino group is used in steps A and B, the first cup is used. A coupling agent having 2 or 3 or more epoxy groups or 2 or 3 or more isocyanate groups is used as the ring reactive group. In this case, an NH—CONH bond is formed by the coupling reaction. Specific examples of the compound having an isocyanate group include hexamethylene-1,6-diisocyanate, toluene-2,6-diisocyanate, and toluene-2,4-diisocyanate.
The addition amount of these diisocyanate compounds is preferably 5 to 15% by weight of the epoxidized alumina fine particles as in the case of 2-methylimidazole. In this case, examples of the solvent that can be used for the production of the film precursor include aromatic organic solvents such as xylene.
Moreover, as a coupling agent, the compound which has 2 or 3 or more epoxy groups, such as ethylene glycol diglycidyl ether, can also be used.
(End of process C)
工程Dでは、分子の両端に、フッ化炭素基とハロシリル基とをそれぞれ有するハロシラン化合物を含む第3の溶液を、エポキシ化アルミナ微粒子33の大気側に露出した表面に接触させて、エポキシ基とハロシリル基との間で結合を形成させ、エポキシ化アルミナ微粒子33の大気側に露出した表面に撥水性単分子膜13をさらに形成し、撥水性ガラス板24を製造する。
In step D, a third solution containing a halosilane compound having a fluorocarbon group and a halosilyl group at both ends of the molecule is brought into contact with the surface of the epoxidized alumina
撥水性ガラス板24の製造に用いる第3の溶液は、エポキシ基と反応して共有結合を形成するハロシリル基とフッ化炭素基とを含むハロシラン化合物と、非水系の有機溶媒とを混合することにより調製される。
The third solution used for manufacturing the water-
フッ化炭素基を含むハロシラン化合物としては、下記の一般式(化8)で表されるハロシラン化合物が挙げられる。 Examples of the halosilane compound containing a fluorocarbon group include halosilane compounds represented by the following general formula (Formula 8).
上式において、mは0〜20の整数を、nは0〜9の整数を、Xは塩素、臭素、及びヨウ素のいずれかをそれぞれ表す。
また、Yは、(CH2)k(kは1〜3の整数を表す)及び単結合のいずれかを表し、Zは、O(エーテル酸素)、COO、Si(CH3)2、及び単結合のいずれかを表す。
In the above formula, m represents an integer of 0 to 20, n represents an integer of 0 to 9, and X represents any of chlorine, bromine, and iodine.
Y represents either (CH 2 ) k (k represents an integer of 1 to 3) or a single bond, and Z represents O (ether oxygen), COO, Si (CH 3 ) 2 , and single Represents one of the bonds.
工程Dにおいて用いることができるフッ化炭素基を含むハロシラン化合物としては、下記(41)〜(46)に示す化合物が挙げられる。 Examples of the halosilane compound containing a fluorocarbon group that can be used in Step D include the compounds shown in the following (41) to (46).
(41) CF3CH2O(CH2)15SiCl3
(42) CF3(CH2)3Si(CH3)2(CH2)15SiCl3
(43) CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3
(44) CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3
(45) CF3COO(CH2)15SiCl3
(46) CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3
(41) CF 3 CH 2 O (CH 2 ) 15 SiCl 3
(42) CF 3 (CH 2 ) 3 Si (CH 3) 2 (CH 2) 15 SiCl 3
(43) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3
(44) CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3
(45) CF 3 COO (CH 2 ) 15 SiCl 3
(46) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 SiCl 3
第3の溶液の調製には、ハロシラン化合物を用いているので、縮合触媒及び助触媒が不要であること、アルコール系溶媒が使用できないこと、アルコキシシラン化合物より加水分解を受けやすいので、乾燥溶媒を用い、乾燥空気中(相対湿度30%以下)で反応を行う点において、工程A及びBと相違するが、それ以外の反応条件(ハロシラン化合物の濃度、反応時間等)については、工程A及びBと同様であるので、詳しい説明を省略する。 Since the halosilane compound is used for the preparation of the third solution, a condensation catalyst and a cocatalyst are unnecessary, an alcohol solvent cannot be used, and it is more susceptible to hydrolysis than an alkoxysilane compound. The reaction is different from the steps A and B in that the reaction is performed in dry air (relative humidity 30% or less), but the other reaction conditions (concentration of halosilane compound, reaction time, etc.) are the same as those in steps A and B. Detailed description is omitted.
撥水性単分子膜13の膜厚は、たかだか1nm程度であるため、微粒子固定ガラス基材41の表面に形成された10nm以上の凸凹は殆ど損なわれることがない。また、この凸凹の効果(いわゆる「蓮の葉効果」)により、太陽電池10の光入射側面の見かけ上の表面エネルギーを小さくでき、水滴接触角は、140度以上(本実施の形態では150度程度)となり、超撥水が実現できる。
Since the film thickness of the water
また、太陽電池10のガラス基材21の表面には、ガラスよりも硬度が高いアルミナ微粒子31が固定されているので、耐摩耗性も大幅に向上している。
また、太陽電池10において、ガラス基材21の表面に形成されたアルミナ微粒子31及び撥水性単分子膜13を含む被膜の厚さは、全体で100nm程度であるため、ガラス基材21の透明性が損なわれることもない。
In addition, since the
Further, in the
反応後、生成した太陽電池10を溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がハロシリル基と縮合反応を起こす。その結果、太陽電池10の表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、単分子膜と異なり、必ずしもその全体が太陽電池10の表面に共有結合により固定されていることはないが、フッ化炭素基を有しているため撥水撥油防汚性を有している。そのため、多少耐久性に劣る点を除けば、このままの状態でも太陽電池10として使用できる。
After the reaction, when the produced
なお、本実施の形態においてはエポキシ基を有する膜化合物を用いた場合について説明しているが、工程A及びBにおいて、アミノ基又はイミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、ハロシラン化合物以外に、例えば、下記(51)〜(62)に示すフッ化炭素基を含むアルコキシシラン化合物を用いることができる。 In this embodiment, the case of using a film compound having an epoxy group is described. However, in the case of using a film compound having an amino group or an imino group in Steps A and B, in addition to the halosilane compound, For example, the alkoxysilane compound containing the fluorocarbon group shown to following (51)-(62) can be used.
(51) CF3CH2O(CH2)15Si(OCH3)3
(52) CF3(CH2)3Si(CH3)2(CH2)15Si(OCH3)3
(53) CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9Si(OCH3)3
(54) CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9Si(OCH3)3
(55) CF3COO(CH2)15Si(OCH3)3
(56) CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)3
(57) CF3CH2O(CH2)15Si(OC2H5)3
(58) CF3(CH2)3Si(CH3)2(CH2)15Si(OC2H5)3
(59) CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)3
(60) CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)3
(61) CF3COO(CH2)15Si(OC2H5)3
(62) CF3(CF2)5(CH2)2Si(OC2H5)3
(51) CF 3 CH 2 O (CH 2 ) 15 Si (OCH 3 ) 3
(52) CF 3 (CH 2 ) 3 Si (CH 3) 2 (CH 2) 15 Si (OCH 3) 3
(53) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2) 2 Si (CH 3) 2 (CH 2) 9 Si (OCH 3) 3
(54) CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2) 2 Si (CH 3) 2 (CH 2) 9 Si (OCH 3) 3
(55) CF 3 COO (CH 2 ) 15 Si (OCH 3 ) 3
(56) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3
(57) CF 3 CH 2 O (CH 2) 15 Si (OC 2 H 5) 3
(58) CF 3 (CH 2 ) 3 Si (CH 3) 2 (CH 2) 15 Si (OC 2 H 5) 3
(59) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2) 2 Si (CH 3) 2 (CH 2) 9 Si (OC 2 H 5) 3
(60) CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2) 2 Si (CH 3) 2 (CH 2) 9 Si (OC 2 H 5) 3
(61) CF 3 COO (CH 2 ) 15 Si (OC 2 H 5 ) 3
(62) CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 Si (OC 2 H 5 ) 3
この場合において、第3の溶液の調製に用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件ならびに反応時間については、スズ(Sn)を含む化合物を縮合触媒として用いることができない点を除き、工程A及びBと同様であるので、詳しい説明を省略する。
(以上工程D)
In this case, the types of cocatalysts that can be used for the preparation of the third solution and their combinations, the types of solvents, the concentration of alkoxysilane compounds, the condensation catalyst, and the cocatalyst, the reaction conditions, and the reaction time are tin. Except for the point that a compound containing (Sn) cannot be used as a condensation catalyst, it is the same as Steps A and B, and thus detailed description thereof is omitted.
(End of process D)
このようにして得られた撥水性ガラス板24の裏面側に、太陽電池層60を形成することにより、太陽電池10が製造される。
まず、撥水性ガラス板24の裏面に印刷法を用いて銀ペースト櫛形電極51を形成し、次いで蒸着法により、n型半導体層52及びp型半導体層53を順に形成する。更にその上に反射膜を兼ねたアルミニウム蒸着バック電極54を蒸着形成することにより、太陽電池層60が形成される。
n型半導体層52及びp型半導体層53の形成に用いることができる半導体としては、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、カルコパイライト系等の化合物半導体等が挙げられる。
n型半導体層52、p型半導体層53、及びアルミニウム蒸着バック電極54の形成に用いることができる蒸着法としては、PVD法、CVD法等が挙げられる。
The
First, the silver paste comb-shaped
Examples of semiconductors that can be used to form the n-
Examples of a vapor deposition method that can be used for forming the n-
なお、本実施の形態に係る太陽電池として、pn接合型太陽電池を例にとって説明したが、n型半導体層とp型半導体層との間に不純物を含まない真性(intrinsic)半導体層を形成したpin接合型太陽電池であってもよい。 As a solar cell according to the present embodiment, a pn junction solar cell has been described by way of example, the intrinsic (intrinsic) semiconductor layer containing no impurities between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer The formed pin junction solar cell may be used.
太陽電池10は、150度以上180度以下の水滴接触角を有している。
異なる体積の水滴(0.02〜0.08mL)を用いて、撥水性表面上における水滴に対する接触角と転落角の関係を検討した実験結果より、水滴接触角が150度以上のとき、水滴の体積に関係なく転落角は15度以下となることがわかっている。そのため、太陽電池10において、撥水性ガラス板24の表面に付着した水滴の殆どは、表面にとどまることができずに転落することがわかる。
また、ガラス基材21の表面に固定された撥水性アルミナ微粒子12は、屈折率を緩やかに変化させることにより入射光の反射率を低減させるため、n型半導体層52とp型半導体層53との接合面(pn接合面)への光透過率を向上できる。
The
From the experimental results of examining the relationship between the contact angle to the water droplet on the water repellent surface and the falling angle using water droplets of different volumes (0.02 to 0.08 mL), when the water droplet contact angle is 150 degrees or more, It is known that the falling angle is 15 degrees or less regardless of the volume. Therefore, it can be seen that in the
In addition, the water-repellent
太陽電池10は、耐摩耗性及び耐候性等の耐久性、水滴離水性(滑水性)、ならびに防汚性に優れており、屋外に恒久的に設置される太陽光発電パネル等に好適に用いることができる。
The
なお、本実施の形態においては太陽電池及びその製造方法について説明したが、工程A〜工程Dを含む方法により製造される撥水性ガラス板を光入射側透明基材とする太陽熱温水器、温室等の太陽エネルギー利用装置にも本発明は適用される。 Although the solar cell and the manufacturing method thereof have been described in the present embodiment, a solar water heater, a greenhouse, or the like using a water-repellent glass plate manufactured by a method including steps A to D as a light incident side transparent substrate. The present invention is also applied to the solar energy utilization apparatus.
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本願発明は、これら実施例によって何ら制限されるものではない。
なお、本実施例では、代表例として太陽電池を取り上げて説明する。
Examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
In this embodiment, a solar cell will be described as a representative example.
(実施例1)
(1)エポキシ化ガラス基材の調製
太陽電池の光入射側透明基材(ガラス製。以下「ガラス基材」という)を用意し、よく洗浄して乾燥した。
3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(化9、信越化学工業株式会社製)0.99重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、第1の溶液を調製した。
Example 1
(1) Preparation of Epoxidized Glass Substrate A light incident side transparent substrate (made of glass; hereinafter referred to as “glass substrate”) of a solar cell was prepared, washed well and dried.
0.99 parts by weight of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane (Chemical 9; manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 0.01 parts by weight of dibutyltin bisacetylacetonate (condensation catalyst) were weighed, and this was 100 parts by weight. A first solution was prepared by dissolving in hexamethyldisiloxane solvent.
このようにして得られた第1の溶液をガラス基材の表面に塗布し、空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。
その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物及びジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去した。
The first solution thus obtained was applied to the surface of a glass substrate and reacted in air (relative humidity 45%) for about 2 hours.
Thereafter, the mixture was washed with chloroform to remove excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate.
(2)エポキシ化アルミナ微粒子の調製
3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(化9、信越化学工業株式会社製)0.99重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、第2の溶液を調製した。
(2) Preparation of epoxidized alumina fine particles 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane (Chemical Formula 9, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 0.99 parts by weight and dibutyltin bisacetylacetonate (condensation catalyst) 0.01 parts by weight Weighed and dissolved in 100 parts by weight of hexamethyldisiloxane solvent to prepare a second solution.
このようにして得られた第2の溶液に乾燥したアルミナ微粒子(平均粒径200nm)を混入撹拌して空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。
その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物及びジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去した。
The dried alumina fine particles (average particle size 200 nm) were mixed and stirred in the second solution thus obtained and reacted in the air (relative humidity 45%) for about 2 hours.
Thereafter, the mixture was washed with chloroform to remove excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate.
(3)微粒子固定ガラス基材の調製
(1)で調製したエポキシ化ガラス基材の表面に、2−メチルイミダゾールのエタノール溶液を塗布し、100℃で加熱すると、エポキシ基と2−メチルイミダゾールのアミノ基とが反応して反応性ガラス基材が得られた。エタノールで洗浄することにより余分な2−メチルイミダゾールを除去した。
このようにして得られた、2−メチルイミダゾールの形成する被膜でさらに表面が被覆されたエポキシ化ガラス基材の表面に、(2)で調製したエポキシ化アルミナ微粒子のエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。反応後、水で洗浄し、余分なエポキシ化アルミナ微粒子を除去した。
(3) Preparation of fine particle fixed glass base material When an ethanol solution of 2-methylimidazole is applied to the surface of the epoxidized glass base material prepared in (1) and heated at 100 ° C, the epoxy group and 2-methylimidazole A reactive glass substrate was obtained by reaction with an amino group. Excess 2-methylimidazole was removed by washing with ethanol.
The ethanol dispersion of the epoxidized alumina fine particles prepared in (2) was applied to the surface of the epoxidized glass base material, the surface of which was further coated with the film formed by 2-methylimidazole, Heated at 100 ° C. After the reaction, it was washed with water to remove excess epoxidized alumina fine particles.
(4)撥水性単分子膜の形成
(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリクロロシラン(化10)1重量部を、脱水したノナン100重量部に溶解し、第3の溶液を調製した。
(3)で調製した、微粒子固定ガラス基材の表面に、相対湿度30%以下の乾燥空気中で第3の溶液を塗布し反応させた。反応後、フロン系溶媒で洗浄し、未反応のトリクロロシラン化合物を除去した。
(4) Formation of water-repellent monomolecular film (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) 1 part by weight of trichlorosilane (Chemical Formula 10) is dissolved in 100 parts by weight of dehydrated nonane, A solution was prepared.
The third solution was applied to the surface of the fine particle fixed glass substrate prepared in (3) in dry air having a relative humidity of 30% or less and reacted. After the reaction, it was washed with a fluorocarbon solvent to remove the unreacted trichlorosilane compound.
(5)太陽電池の形成
(4)で得られた撥水性ガラス板の裏面に、印刷法を用いて銀ペーストを塗布後、銀ペーストの塗膜を硬化させて、銀ペースト櫛形電極を形成した。次いで、CVD法により、n型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層を順次形成した。更にその上に、アルミニウムを蒸着させてバック電極を形成し、撥水性ガラス板の裏面に太陽電池層を形成した。
ここで、アモルファスシリコンの製膜やアルミニウム電極の蒸着は、450℃以下で実施したので、撥水性ガラス板の表面に固定したアルミナ微粒子の剥離や、撥水性単分子膜の破壊等は起こらなかった。
(5) Formation of solar cell After applying silver paste to the back surface of the water-repellent glass plate obtained in (4) using a printing method, the coating film of silver paste was cured to form a silver paste comb-shaped electrode. . Next, an n-type amorphous silicon layer and a p-type amorphous silicon layer were sequentially formed by a CVD method. Furthermore, aluminum was vapor-deposited thereon to form a back electrode, and a solar cell layer was formed on the back surface of the water-repellent glass plate.
Here, the deposition of amorphous silicon and the deposition of the aluminum electrode were carried out at 450 ° C. or lower, so that peeling of the alumina fine particles fixed on the surface of the water-repellent glass plate and destruction of the water-repellent monomolecular film did not occur. .
このようにして得られた太陽電池の見かけ上の水滴接触角を測定したところ、約150度であった。
比較のために、アルミナ微粒子を固定していないガラス基材の表面に(4)と同様の方法を用いて撥水性単分子膜を形成し、水滴接触角の測定を行ったところ最大水滴接触角は115度程度であった。
The apparent water droplet contact angle of the solar cell thus obtained was measured and found to be about 150 degrees.
For comparison, a water-repellent monomolecular film was formed on the surface of a glass substrate on which alumina fine particles were not fixed using the same method as in (4), and the water droplet contact angle was measured. Was about 115 degrees.
(実施例2)
ガラス基材及びアルミナ微粒子の表面に、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いて単分子膜を形成し、カップリング剤としてヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネートを用いる以外は、実施例1の(1)〜(4)と同様の方法によっても、撥水性ガラス板を製造できた。
その後、実施例1の(5)と同様の方法を用いて、太陽電池を製造できた。
(Example 2)
Example 1 (1) except that a monomolecular film is formed on the surface of the glass substrate and alumina fine particles using an alkoxysilane compound having an amino group, and hexamethylene-1,6-diisocyanate is used as a coupling agent. The water-repellent glass plate could be produced by the same method as in (4) to (4).
Then, the solar cell was able to be manufactured using the same method as (5) of Example 1.
10:太陽電池、11:エポキシ化ガラス基材、12:撥水性アルミナ微粒子、13:撥水性単分子膜、14:2−メチルイミダゾールの単分子膜、21:ガラス基材、22:ヒドロキシル基、23:第1の膜化合物の単分子膜、24:撥水性ガラス板、31:アルミナ微粒子、32:ヒドロキシル基、33:エポキシ化アルミナ微粒子、34:第2の膜化合物の単分子膜、41:微粒子固定ガラス基材、51:銀ペースト櫛形電極、52:n型半導体層、53:p型半導体層、54:アルミニウム蒸着バック電極。60:太陽電池層 10: solar cell, 11: epoxidized glass substrate, 12: water-repellent alumina fine particles, 13: water-repellent monomolecular film, 14: monomolecular film of 2-methylimidazole, 21: glass substrate, 22: hydroxyl group, 23: Monomolecular film of the first film compound, 24: Water repellent glass plate, 31: Alumina fine particles, 32: Hydroxyl group, 33: Epoxidized alumina fine particles, 34: Monomolecular film of the second film compound, 41: Fine particle fixed glass substrate, 51: silver paste comb electrode, 52: n-type semiconductor layer, 53: p-type semiconductor layer, 54: aluminum vapor deposition back electrode. 60: Solar cell layer
Claims (21)
前記第1の膜化合物を含む第2の溶液を透明微粒子の表面に接触させ、前記第1の結合基と前記透明微粒子の表面との間で結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する被膜で前記透明微粒子の表面の少なくとも一部が被覆された被覆透明微粒子を調製する工程Bと、
前記第1の官能基がエポキシ基の場合にはそれぞれ1以上のアミノ基及びイミノ基、前記第1の官能基がアミノ基の場合には、2以上のエポキシ基又はイソシアネート基である2以上のカップリング基を有するカップリング剤を、前記被覆光入射側透明基材の光入射側の表面及び前記被覆透明微粒子の表面にそれぞれ接触させ、前記第1の官能基と前記カップリング反応基とのカップリング反応によりN−CH2CH(OH)結合又はNH−CONH結合を形成させ、前記被覆透明微粒子を前記被覆光入射側透明基材の光入射側の表面に結合固定する工程Cとを含むことを特徴とする太陽エネルギー利用装置の製造方法。 A first solution containing a first film compound having a first functional group that is an epoxy group or an amino group at each end of the molecule and a first bonding group is applied to the light incident side surface of the light incident side transparent substrate. A coated light incident side having a coating formed by the first film compound on the light incident side surface, wherein the first bonding group and the surface of the light incident side transparent base material are contacted to form a bond; Step A for preparing a transparent substrate;
Forming the first film compound by bringing the second solution containing the first film compound into contact with the surface of the transparent fine particles to form a bond between the first binding group and the surface of the transparent fine particle. A step B of preparing coated transparent fine particles in which at least a part of the surface of the transparent fine particles is coated with a coating film;
When the first functional group is an epoxy group, one or more amino groups and imino groups, respectively, and when the first functional group is an amino group, two or more epoxy groups or isocyanate groups are present. A coupling agent having a coupling group is brought into contact with the surface of the light incident side of the coated light incident side transparent substrate and the surface of the coated transparent fine particles, respectively, and the first functional group and the coupling reactive group And a step C of forming a N—CH 2 CH (OH) bond or a NH—CONH bond by a coupling reaction, and bonding and fixing the coated transparent fine particles to the light incident side surface of the coated light incident side transparent substrate. The manufacturing method of the solar energy utilization apparatus characterized by the above-mentioned.
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