JPH11227100A - 耐熱性基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に微細な凹凸が形成され、かつ、Ｖ型溝
が形成された基板であって、光電変換装置として使用し
た場合、光線の電気への変換効率の高く、耐薬品性、電
気絶縁性などに優れた耐熱性基板を提供すること。 【解決手段】 金属の表面にポリイミド系樹脂製の被膜
が形成されてなる耐熱性基板において、このポリイミド
系樹脂製の被膜は、平均粒径が０．０５〜５μｍの範囲
の絶縁性微粒子が、ポリイミド系樹脂に対して１００〜
５００重量％配合されたものより構成され、かつ、表面
には角度６０〜１２０度のＶ型溝が形成されてなるもの
であることを特徴とする。 【効果】 上記課題が解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性基板に関す
る。さらに詳しくは、電子材料分野に好適な耐熱性基板
に関し、本発明に係る耐熱性基板は、太陽電池、光セン
サー、光スイッチなどの光電変換装置用の基板としての
用途がある。

【０００２】

【従来の技術】電子材料用の絶縁基板は、従来から、太
陽電池基板、プリント配線板用基板、サーマルヘッド用
基板などとして広く用いられている。絶縁基板の用途が
集積型の太陽電池の場合には表面平滑性が要求されるの
で、ステンレス板の表面粗度Ｒmaxを４０ｎｍ未満、突
起のピッチを４ｎｍ未満の極めて平滑な鏡面状に研磨す
る方法が知られている。しかしながら、ステンレス板の
表面を上の様に極めて平滑な鏡面状に研磨するにはコス
ト高になり、経済的に極めて不利となる。これを解決す
る方法として、ステンレス板の表面にポリイミド系樹脂
などの電気絶縁性樹脂の被膜を形成する方法が提案さ
れ、実用化されている（特公平６−５９７１５号公報参
照）。

【０００３】太陽電池の用途に使用する場合、太陽光の
電気への変換効率を向上させるには、上記の様に絶縁基
板の表面を超平滑な鏡面状にする方法とは逆に、最近で
は、絶縁基板の表面に微細な凹凸を形成する方法が提案
されている（特開平７−２５４７２１号公報参照）。ま
た、絶縁基板がガラス基板の場合であれば、熱ＣＶＤ法
によってＳｎＯ₂などの透明電極に凹凸を形成してい
る。単結晶、多結晶系の太陽電池であれば、ダイシング
ソーを使って機械的にＶ溝構造のテクスチャーにする方
法も採用されている。

【０００４】しかしながら、特開平７−２５４７２１号
公報に記載の方法や、熱ＣＶＤによる表面の凹凸化で
は、コスト高になるのは免れないという欠点があった。
さらに、対象物が単結晶、多結晶の太陽電池でなく、ア
モルファスの薄膜太陽電池の絶縁基板であることから、
機械加工によってＶ溝構造のテクスチャーにすることは
不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとした課題】本発明者らは、かかる
状況にあって上記従来技術の諸欠点を一挙に解決した耐
熱性基板を提供すべく、鋭意検討の結果本発明を完成し
たものである。本発明の目的は、次の通りである。 １．絶縁基板の表面に微細な凹凸が形成された耐熱性基
板を提供すること。 ２．絶縁基板の表面にＶ溝構造が形成された耐熱性基板
を提供すること。 ３．光電変換装置用として使用した場合、光線の電気へ
の変換効率の高い耐熱性基板を提供すること。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、金属板の表面にポリイミド系樹脂製の
被膜が形成されてなる耐熱性基板において、このポリイ
ミド系樹脂製の被膜は、平均粒径が０．０５〜５μｍの
範囲の絶縁性微粒子が、ポリイミド系樹脂に対して１０
０〜５００重量％配合されたものより構成され、かつ、
表面には角度６０〜１２０度のＶ型溝が形成されてなる
ものであることを特徴とする、耐熱性基板を提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において金属板は、ステンレス板、アルミ板、ア
ルミメッキ鋼板などより構成される。ステンレス板と
は、通常の炭素鋼に比較して耐食性の優れた特殊鋼をい
う。具体的には、クロムの含有率が１３％で１３クロム
ステンレス鋼と称される、ＳＵＳ３０１、３０４、３０
５、３１０（いずれもＪＩＳ記号。以下同じ）などが挙
げられる。クロムの含有率が１８％で１８クロムステン
レス鋼と称される、ＳＵＳ４３０、４３４などが挙げら
れる。

【０００８】本発明においてアルミ板とは、高温での機
械的強度の低下が比較的小さい合金の圧延板が好適に用
いられる。具体的には、アルミ−マグネシウム合金のＡ
５０５２、５０８３、５１８２（いずれもＪＩＳ表示）
などが挙げられる。

【０００９】本発明においてアルミメッキ鋼板とは、鋼
板の耐食性を向上させる目的でケイ素を含有するアルミ
合金をメッキしたものをいう。鋼板にアルミ合金をメッ
キさせる方法としは、上記アルミ合金を溶融させ、この
溶融浴に鋼板を浸漬通過させる方法により、容易に製造
することができる。このようなアルミメッキ鋼板は、従
来から屋根材などの用途に使用されているものである。

【００１０】金属板の幅は一般的には、１０〜１００c
m、厚さは一般的には０．０５〜５mmの範囲で選ぶのが
よく、中でも好ましい厚さは０．１〜１mmの範囲であ
る。アルミ合金のメッキの厚さは、２０〜５０μｍの範
囲が好ましい。

【００１１】本発明においてポリイミド系樹脂とは、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミドおよ
びこれらの混合物であって、熱可塑性であって溶媒可溶
型のものをいう。かかるポリイミド系樹脂の種類は特に
限定されるものではないが、最も好ましくは、芳香族ジ
アミンと、芳香族テトラカルボン酸、および／または、
その誘導体を溶質として溶媒中に溶解しているポリイミ
ド前駆体溶液より得られるポリイミド系樹脂である。か
かるポリイミド系樹脂は、前記芳香族ジアミンと、芳香
族テトラカルボン酸、および／または、その誘導体が反
応したものであり、次の一般式［Ｉ］で表される構造を
有する。

【００１２】

【化１】

【００１３】前記溶質としては、４，４’−オキシジア
ニリン、および／または、３，４’−オキシジアニリン
と、次の一般式［II］で表される４，４’−オキシジフ
タル酸、および／または、その誘導体との組み合わせ、
または、４，４’−オキシジアニリン、または、３，
４’−オキシジアニリン、および、パラフェニレンジア
ミンと、次の一般式［II］で表される４，４’−オキシ
ジフタル酸、または、その誘導体との組合せが好ましい
ものとして挙げられる。以上のポリイミド前駆体溶液は
高濃度でも比較的粘度が低いので、高い生産性で、良好
な物性のポリイミド系樹脂塗膜の製造が期待できる。

【００１４】

【化２】

【００１５】前記金属板に、上記のポリイミド系樹脂の
被膜を形成するには、溶媒に溶解した溶液として金属板
の表面に塗布する方法による。この際使用可能な溶媒と
しては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメ
チルスルホキシド等が挙げられ、これらの中で、Ｎ，Ｎ
−ジメチルホルムアミドが特に好ましい。塗布液の前駆
体の濃度は、３０重量％以上で選ぶのが好ましい。３０
重量％未満では、粘度が低すぎ、均一な塗膜が得られに
くい。特に好ましいのは、４０重量％以上である。

【００１６】ポリイミド系樹脂製の被膜には、平均粒径
が０．０５〜５μｍの範囲の絶縁性微粒子がポリイミド
系樹脂に対して１００〜５００重量％配合されてなり、
かつ、この被膜の表面には角度６０〜１２０度のＶ型溝
が形成されてなる。被膜に配合される絶縁性微粒子の平
均粒径が０．０５μｍ以下では、被膜の表面に微細な凹
凸を形成するのが困難で好ましくない。５μｍを越える
と凹凸が大きくなりすぎて、入射する太陽光線を乱反射
させ絶縁基板の表面に封じ込めるという本発明の目的が
達成されないので好ましくない。

【００１７】絶縁性微粒子としては、炭酸カルシウム、
酸化アルミニウム、シリカ、酸化チタンなどが挙げられ
る。中でもシリカが好適である。絶縁性微粒子のポリイ
ミド系樹脂への配合量は、その種類、平均粒径、被膜の
厚さ、耐熱性基板の用途により変るがポリイミド系樹脂
に対して１００〜５００重量％の範囲で選ぶものとす
る。配合量が１００重量％未満であると、被膜の表面に
微細な凹凸を形成するのが難しく、配合量が５００重量
％を越えると被膜がもろくなり、いずれも好ましくな
い。

【００１８】絶縁性微粒子の形状は球状であり、かつ粒
度分布の標準偏差が１．２以下であるのが好ましい。形
状が球状であること、および標準偏差値が１．２以下で
あることは、微細な凹凸を均一に形成するために重要で
あり、標準偏差値が１．３以上であると絶縁微粒子の分
散が不均一になり、光を封じ込めるという機能が十分に
発揮されない。なお、本発明において絶縁性微粒子の平
均粒径、標準偏差値は、それぞれ次の式で定義されるも
のである。

【００１９】

【式１】

【００２０】

【式２】

【００２１】被膜の表面に形成されるＶ型溝は、絶縁基
板の表面積を増大させ、かつ、入射する太陽光線を乱反
射させ封じ込める機能を果たす。被膜の表面に形成され
るＶ型溝の深さは、樹脂薄膜の厚さにより変わるが、５
〜２０μｍの範囲で選ぶのがが好ましい。厚さは５μｍ
未満の深さのＶ型溝は形成するのが困難であり、また２
０μｍを超えるとＶ型溝形成に必要なプレスおよび転写
圧力が高くなるため、実用的ではない。

【００２２】また、Ｖ型溝の角度は、６０〜１２０度の
範囲で選ぶのが好適である。６０度以下であると、例え
ば薄膜太陽電池を形成する際に、耐熱性基板の表面に均
一な膜厚の被膜を形成することができず、また１２０度
以上であると、絶縁基板の表面積を増大し、これによっ
て入射する太陽光を乱反射させ、絶縁基板の表面に封じ
込めることができなくなるので、いずれも好ましくな
い。

【００２３】前記金属板に、被膜形成用の樹脂溶液を塗
布する方法としては、ダイコート法、ロールコート法、
フローコート法、ドクターブレードコート法などのいず
れかによることができる。塗布量は、塗布用の樹脂溶液
中の樹脂の濃度、樹脂溶液の粘度などを調節して、塗布
乾燥後の被膜が所定厚さとなるように調節する。塗布乾
燥後の被膜の厚さは、１５〜５０μｍの範囲で選ぶもの
とする。被膜の厚さが１５μｍ未満であると、Ｖ型溝を
形成するのが困難であり、また、被膜の厚さが５０μｍ
を超えると、薄膜に残留溶媒が残りやすくなるので、い
ずれも好ましくない。

【００２４】樹脂溶液の塗布操作が完了したら、直ちに
塗布薄膜を加熱乾燥して被膜とする。この薄膜が加熱溶
融状態にある間に、薄膜表面にＶ型溝を形成する。Ｖ型
溝の形成法としては、スタンパーによるプレス法、およ
び、ロールによる転写法が挙げられる。加熱溶融状態を
作り出すには、(1)樹脂のＴｇ以下の低温で加熱する方
法、(2)樹脂のＴｇ以上の高温で加熱する方法があり、
設備の配置状況により適宜選ぶことができる。

【００２５】上記(1)の低温加熱方法では、乾燥温度を
５０〜１２０℃の範囲で選ぶのが好ましい。中でも好ま
しいのは、６０〜１００℃の範囲である。乾燥時間は、
薄膜の厚さにもよるが、２〜３０分の範囲で選ぶのが好
ましい。この際の薄膜への残留溶媒量を、２〜３０重量
％となる様に調節する。残留溶媒量が２重量％未満であ
ると、樹脂薄膜の流動性が不充分でＶ型溝を転写する際
に、転写率が低くなり好ましくなく、３０重量％を超え
ると、Ｖ型溝を転写する際に、薄膜が好適に形成されず
金属板より剥離するので好ましくない。残留溶媒量の特
に好ましい範囲は、５〜１５重量％である。なお、ここ
で転写率（％）とは、次の式、すなわち、転写率（％）
＝｛（樹脂薄膜のＶ溝の深さ）／（スタンパーおよび転
写ロールのＶ溝深さ）｝×１００、によって算出される
値をいい、数値が大きいほど好ましい。

【００２６】上記(2)の高温加熱法では、乾燥後に金属
板の樹脂薄膜をＴｇまで徐々に昇温したのち、Ｔｇ以上
でゲル化温度以下の温度範囲で加熱して被膜とする。加
熱温度がＴｇ未満では、樹脂薄膜の流動性が不充分で、
引き続いて行うＶ型溝形成工程での転写率が低く、ゲル
化温度を超える温度では、樹脂薄膜の硬化が始まり流動
性が悪くなり、Ｖ溝形成が出来なくなり、いずれも好ま
しくない。

【００２７】上記(1)の低温加熱方法では、加熱乾燥し
た後の樹脂薄膜を再加熱し、樹脂薄膜を硬化させ被膜と
するために、引き続き３００〜３２０℃で５〜３０分加
熱する操作を行うのが好ましい。上記(2)の高温加熱方
法では、樹脂薄膜の温度を溶融状態に加熱した温度でＶ
型溝を形成する。Ｖ型溝形成後は、再度の加熱は必要が
ない。

【００２８】本発明に係る耐熱性基板は、太陽電池基
板、光センサー用基板、光スイッチ用基板などの光電変
換装置の基板として使用する場合に、入射した太陽光線
を好ましく乱反射させ、絶縁基板の表面に封じ込めるこ
とができるので、光電変換効率を高めることができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例
に限定されるものではない。

【００３０】［ポリイミド樹脂溶液の製造例］３，４’
−オキシジアニリン５．５０ｇを、Ｎ，Ｎ−ジメチルホ
ルムアミド１５．００ｇに溶解した。この溶液に、４，
４’−オキシジフタル酸９．５０ｇ（１当量）を加え
た。１時間撹拌を続けたところ、均一な淡茶色透明な溶
液が得られた（固形分濃度５０重量％）。この溶液の粘
度を測定したところ、２．６ポイズであった。

【００３１】［実施例１］上記の製造例で製造したポリ
イミド樹脂溶液に、絶縁性微粒子として、平均粒径０．
３μｍ、粒度分布の標準偏差値が１．１である球状シリ
カを、ポリイミド樹脂溶液の固形分に対し３００重量％
になるように均一に混合し、この溶液を孔径５μｍのフ
ィルターで濾過して、被膜形成用の樹脂溶液とした。他
方、幅３００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４ステ
ンレス板を基板とし、この基板の片面に上記の被膜形成
用のポリイミド樹脂溶液を、室温下ダイコーター法によ
って湿潤状態の膜厚を２００μｍとして塗布し、直ちに
乾燥炉に入れて８０℃から１５分で３２０℃に昇温して
乾燥させ、Ｖ型溝付き転写ロールで圧力３０ｋｇ／ｃ
ｍ、温度２５０℃で挟圧して、樹脂薄膜にＶ型溝を転写
させた。なお転写ロールのＶ型溝の形状は、ピッチ２０
μｍ、深さ２０μｍの溝を刻設したものである。得られ
たポリイミド樹脂薄膜は、厚さ３０μｍの膜厚に球状シ
リカが均一に分散され、かつ溝のピッチが２０μｍ、深
さが１６μｍのＶ字状を呈していた。

【００３２】［実施例２］実施例１に記載の例におい
て、絶縁性微粒子を、平均粒径０．５μｍ粒度分布の標
準偏差値が１．１である球状シリカを３００重量％に代
え、転写ロールのＶ溝形状がピッチ１５μｍ、深さ１５
μｍに代えた外は、同例におけると同様の手順で被膜形
成用の樹脂溶液を塗布、乾燥し、被膜を形成した耐熱性
基板を得た。得られたポリイミド樹脂被膜は、厚さ３０
μｍの膜厚に球状シリカが均一に分散され、かつ溝のピ
ッチが１５μｍ、深さが１２μｍのＶ字状を呈してい
た。

【００３３】［比較例］実施例１に記載の例において、
被膜形成用の樹脂溶液に絶縁性微粒子を配合せず、か
つ、転写ロールで挟圧する工程を行なかった外は、同例
におけると同様の手順で被膜を形成した耐熱性基板を得
た。得られたポリイミド樹脂薄膜は、厚さが２５μｍで
あった。

【００３４】［応用例］実施例１、２および比較例に記
載の方法で得られた耐熱性基板の被膜の表面に、まず、
スパッタリング法によって、厚さが２０００オングスト
ロームのＡｇ電極層を下部電極として形成した。さらに
このＡｇ電極層の上に、ｐｉｎ接合をもつ厚さが５００
０オングストロームのアモルファスシリコン膜（光電変
換層）を、ＣＶＤ法によって形成した。最後に、透明電
極として１０００オングストロームのＩＴＯ膜をスパッ
タリング法によって形成して太陽電池を得た。得られた
太陽電池の光電変換効率を、常法によって測定した結
果、実施例１、実施例２の耐熱性基板を使用したもの
は、比較例の基板を使用したものに比較して、４５〜６
０％高い値を示した。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上詳細に説明した通りであ
り、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の
利用価値は極めて大である １．表面に微細な凹凸およびＶ型溝を形成したポリイミ
ド樹脂被膜を有する本発明に係る耐熱性基板は、製造工
程が複雑でなく安価に製造することができる。 ２．本発明係る耐熱性基板は、耐熱性、耐薬品性、電気
絶縁性に優れており、電子材料用の用途に好適である。 ３．本発明に係る耐熱性基板は、金太陽電池用基板とし
て使用した場合は、入射した太陽光線を好ましく乱反射
させて絶縁基板の表面に封じ込めることができるので、
光電変換効率を向上させることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の表面にポリイミド系樹脂製の被
   膜が形成されてなる耐熱性基板において、このポリイミ
   ド系樹脂製の被膜は、平均粒径が０．０５〜５μｍの範
   囲の絶縁性微粒子が、ポリイミド系樹脂に対して１００
   〜５００重量％配合されたものより構成され、かつ、表
   面には角度６０〜１２０度のＶ型溝が形成されてなるも
   のであることを特徴とする、耐熱性基板。
2. 【請求項２】 ポリイミド系樹脂製の被膜の厚さが、１
   ５〜５０μｍの範囲であり、Ｖ型溝の深さが５〜２０μ
   ｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の耐
   熱性基板。
3. 【請求項３】 絶縁性微粒子が、球状で、かつ、粒度分
   布の標準偏差が１．２以下であることを特徴とする、請
   求項１に記載の耐熱性基板。