JP5471188B2 - 樹脂組成物、透明基板および太陽電池用基板 - Google Patents
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Description
また、本発明の別の目的は、性能に優れる透明基板および太陽電池用基板を提供することにある。
(1)透明基板の表面に凹凸を形成するために用いる樹脂組成物であって、該樹脂組成物は粒子と樹脂成分を含み、透明基板表面に前記粒子と前記樹脂成分を含む前記樹脂組成物を塗布し、前記透明基板表面に凹凸を形成するために用いるものであって、該粒子の平均粒子径が0.1〜0.5μm、かつ粒度分布の最大ピークの半値幅が0.2μm以上、0.5μm以下の粒子と、樹脂成分とを含むことを特徴とする樹脂組成物。
また、本発明によれば、性能に優れる透明基板および太陽電池用基板を得ることができる。
本発明の樹脂組成物は、透明基板の表面に凹凸を形成するために用いる樹脂組成物であって、平均粒子径が0.1〜0.5μm、かつ粒度分布の最大ピークの半値幅が0.2μm以上の粒子と、樹脂成分とを含むことを特徴とする。
また、本発明の透明基板は、上記に記載の樹脂組成物を、基板の表面に被覆した被覆層を有することを特徴とする。
また、本発明の太陽電池用基板は、上記に記載の透明基板の被覆層が形成されている側に、透明電極を配置してなることを特徴とする。
本発明の樹脂組成物は、透明基板の表面に凹凸を形成するために用いるものである。具体的には、後述する図1に示すような薄膜光電変換装置の光散乱膜2に用いられる。これにより、基板の表面に凹凸を形成することができ、それによって光閉じ込め効果に優れるものである。
上述したような特定の平均粒子径の範囲と、粒度分布の最大ピークの半値幅が特定値以上の粒子を用いることにより、これを用いた太陽電池用基板の光閉じ込め効果を向上できるのは、下記の理由が考えられる。
アモルファス太陽電池で発電に寄与する太陽光の波長は、空気中で400〜900nmであるが屈折率3〜5のアモルファスシリコン中での光の波長は100〜200nmとなる。太陽電池の各層での界面に、アモルファスシリコン中での光の波長と同程度の大きさの凹凸を形成させると入射光は、凹凸によるミー散乱で散乱され、太陽電池内での光路長が増加する(光閉じ込め効果が発生)。そこで、上述したような特定の平均粒子径の範囲と、粒度分布の最大ピークの半値幅が特定値以上の粒子を用いることにより、凹凸高さが100〜200nm程度となるため、凹凸によるミー散乱が促進され、それによって光閉じ込め効果を向上できる。
最大粒子径も、上述の動的光散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LB−500)で得られる粒径分布曲線から評価することができる。粒子を10〜30重量%となるよう有機溶媒に添加し、超音波洗浄装置(超音波工業製、USC−200Z38S−23)で1時間処理したものを、動的光散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LB−500)で測定し、得られた粒径分布曲線から算出することができる。前記有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類が挙げられる。脱溶媒のしやすさから、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、n−プロピルアルコール等のアルコール系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系の有機溶媒が好ましい。
前記樹脂成分としては、好ましくは2つ以上の官能基を有する化合物を熱、光等により硬化・架橋して得られる樹脂を用いることが好ましい。これにより、優れた耐熱性と良好な透明性を両立することができる。
次に、透明基板について説明する。
本発明の透明基板は、上述した樹脂組成物を基板の表面に被覆した被覆層を有するものである。これにより、透明基板の表面に光閉じ込め効果に好適な凹凸を形成することができる。
次に、太陽電池用基板について説明する。
本発明の太陽電池用基板は、上述した透明基板の被覆層が形成されている側に、透明電極を配置してなることを特徴とする。
以下に、本発明の太陽電池用基板について好適な実施形態を、図1に基づいて説明する。
本実施形態の太陽電池用基板100は、基板1に上述した樹脂組成物を被覆してなる被覆層(光散乱膜)2を設けてなる透明基板11、透明導電膜3、光電変換層4および裏面電極5がこの順に積層されている。基板1は、平坦面1aを有し、その反対側の面1bに光散乱膜2が積層され基板1と光散乱膜2とからなる透明基板11が形成されている。光電変換層4は、図示しないが結晶質シリコン系薄膜や非晶質シリコン系薄膜が使用され、p型シリコン層、i型シリコン層およびn型シリコン層がプラズマCVD法により各半導体層を積層して形成される。このような太陽電池の構造をスーパーストレート方式という。
図1に示すような太陽電池用基板100では、太陽光が平坦面1aから入射され、基板1、光散乱膜2、透明導電膜3を透過し、この太陽光が光電変換層4において電力へと変換される。太陽光を損失しないため基板1と光散乱膜2とからなる透明基板11はできるだけ高い透過率を有することが好ましい。このような太陽電池用基板100において、光散乱膜2を構成する樹脂組成物として上述したようなものを用いているので、光閉じ込め効果に適する凹凸を形成することができ、それによって光電変換層4での光路長が増加し変換効率が向上する。
図2には、本発明の別の実施形態の太陽電池用基板を示す。
図2に示す太陽電池用基板100では、基板1に光散乱膜2、裏面電極5、光電変換層4および透明導電膜3がこの順に積層されている。すなわち、図1に示す実施形態と裏面電極5と、透明導電膜3との積層順序が異なっている。この積層順序以外は、図1に示す実施形態と同様である。このような太陽電池の構造をサブストレート方式という。なお、このサブストレート方式の場合の光電変換層4は、図示しないが結晶質シリコン系薄膜や非晶質シリコン系薄膜が使用され、n型シリコン層、i型シリコン層およびp型シリコン層がプラズマCVD法により各半導体層を積層して形成される。本実施形態では太陽光は透明導電膜5から入射され、透過した太陽光が光電変換層4において電力へと変換されるため部材6は不透明な材料であってもよい。このような太陽電池用基板100において、光散乱膜2を構成する樹脂組成物として上述したようなものを用いているので、光閉じ込め効果に適する凹凸を形成することができ、それによって光電変換層4での光路長が増加し変換効率が向上する。
1.樹脂組成物の調製
トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(ダイセル・サイテック社製IRR214―K)5重量部、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業社製KBM5102)1重量部、平均粒子径0.3μmのイソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ12重量部(アドマテックス社製C1/IPA、シリカ含量50重量%、半値幅0.3μm、粒子形状:球状、最大粒子径0.8μm)を配合し、40℃で撹拌しながら減圧下揮発分を除去した。その後、光重合開始剤として1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(チバスペシャリティケミカル製イルガキュア184)を0.5重量部添加して溶解させた後、さらに減圧下揮発分を除去し、樹脂組成物を得た。樹脂組成物中の溶剤含有量は10%未満であった。
Tガラス系クロス(厚さ100μm、屈折率1.523、日東紡製)に、水添ビフェニル型脂環式エポキシ樹脂(ダイセル化学工業製Cel8000)100重量部、芳香族スルホニウム系熱カチオン触媒(三新化学製SI−100L)1重量部を溶融混合した樹脂(硬化後の樹脂の屈折率1.520)を含浸し、脱泡した。このガラスクロスを離型処理したガラス板に挟み込んで、オーブン中、80℃にて2時間加熱後、さらに200℃にて2時間加熱して、厚さ0.1mmの透明樹脂(a)とガラスフィラー(b)からなる樹脂基板を得た。次に、水添ビフェニル型脂環式エポキシを80重量部、オキセタニル基を有するシルセスキオキサンを17重量部、光カチオン開始剤(アデカ社製SP−170)3重量部を均一に混合させ、樹脂基板の片面にワイヤーバーで一様に塗布した後、高圧水銀灯にて1100mJ/cm2の紫外線を照射し、250℃で2時間加熱することで透明樹脂(a)とガラスフィラー(b)からなる樹脂基板の片面に積層した(厚さ5μm、図1の平坦面1a)。
次に、前記樹脂組成物をもう片方の面にワイヤーバーで一様に塗布し、高圧水銀灯にて紫外線を照射した後に更に高温で熱処理した。得られた透明基板は前記樹脂組成物の被膜の厚さが8μm、表面粗度RMS(二乗平方根)が37nm、凹凸高さの中間値が180nmであった。また、全光線透過率が91%、ヘイズ率が16%であった。また、波長650nmにおける拡散反射率は、7%であった。
日本ビーコ製走査型プローブ顕微鏡(Dimension3100AFM)を用いて表面の二乗平均平方根粗さ(RMS)を算出し、また試料表面の高さ分布をプロットしたBearing Curveにおける50%ポイント(凹凸高さの中間値)を読み取った。
また、全光線透過率、ヘイズ率は、JIS−K7361に従い、全光線透過率Tt(%)、拡散透過率Dt(%)を測定し、ヘイズ率は、Dt/Ttx100(%)で算出した。
また、拡散反射率は、分光光度計(島津製作所製、UV−2400PC)において積分球装置を利用した反射率測定より評価した。
粒子として、平均粒子径0.3μmのイソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ20重量部(日本触媒製KE−P30、シリカ含量30重量%、半値幅0.2μm、粒子形状:球状、最大粒子径0.7μm)を用いた以外は、実施例1と同様にした。得られた透明基板は前記樹脂組成物の被膜の厚さが8μm、表面粗度RMSが42nm、凹凸高さの中間値が140nmであった。また全光線透過率が85%、ヘイズ率が14%であった。また、波長650nmにおける拡散反射率は、6%であった。
粒子として、以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にした。
粒子として、平均粒子径0.3μmのイソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(半値幅0.3μm)と平均粒子径0.1μmの酸化アルミニウム(半値幅0.1μm)との重量比が92:8とした混合物(含有量は樹脂組成物全体の50重量%、半値幅0.25μm)を用いた以外は、実施例1と同様にした。得られた透明基板は前記樹脂組成物の被膜の厚さが8μm、表面粗度RMSが35nm、凹凸高さの中間値が170nmであった。また全光線透過率が90%、ヘイズ率が18%であった。また、波長650nmにおける拡散反射率は、6%であった。
粒子として、平均粒子径0.1μmのイソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ20重量部(日産化学工業製IPA−ST−ZL、シリカ含量30重量%、半値幅0.1μm)を用いた以外は、実施例1と同様にした。得られた透明基板は前記樹脂組成物の被膜の厚さが8μm、表面粗度RMSが22nm、凹凸高さの中間値が74nmであった。また全光線透過率が92%、ヘイズ率が3%であった。また、波長650nmにおける拡散反射率は、4%であった。
また、実施例1〜3は、全光線透過率も高く、透明性も維持していることが示された。
1a 平坦面
1b 反対側の面
11 透明基板
2 被覆層(光散乱膜)
3 透明導電膜
4 光電変換層
5 裏面電極
100 太陽電池用基板
Claims (1)
- 透明基板の表面に凹凸を形成するために用いる樹脂組成物であって、該樹脂組成物は粒子と樹脂成分を含み、透明基板表面に前記粒子と前記樹脂成分を含む前記樹脂組成物を塗布し、前記透明基板表面に凹凸を形成するために用いるものであって、該粒子の平均粒子径が0.1〜0.5μm、かつ粒度分布の最大ピークの半値幅が0.2μm以上、0.5μm以下の粒子と、樹脂成分とを含むことを特徴とする樹脂組成物。
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