JPS5988873A - 非晶質シリコン薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可読性フィルム基板上に光起電力＝　１− 要素として非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池に関す
る。丈に詳しくは、該基板に峻燃加したポリエステルフ
ィルムからなる一ｆ撓性鴻分子フーイルノ、を用いた太
陽電池に関する。

非晶質シリコン薄膜をポリイミドフィルム。

芳香族ポリアミドフィルム、ポリ７リレートフイルムの
如き耐熱性を有する可読性フィルム基板上に設けた太陽
電池は、特開昭５４−１４’１４８９号、特開昭５５−
４９４４号、特開昭５５−２９１５４号、特開昭５６−
１６９３７２号、特開昭５ｆｉ−１６９３７１号に提案
されている。

非品質シリコン薄膜太ｌｖＩ電池を製造するに際して、
ＩＩＪ撓性フィルム基板を用いる特徴は、特開昭５４−
４９９４号や特開昭５５−２９１５４号などに開示され
ている如く、支持糸板上に必慄な層を連続法で設ける非
晶質シリコン＃膜太１瀞厩池の、Ｒ造を可能ならしめる
ことにある。また、特開昭５４−４４９４８９号に示さ
れるｖ日＜、可読性基板上に形成された非晶質シリコン
薄膜太陽電池は、フィルム状であるため、１±、木に曲
げることがＢｆ能であって、その応用か広がると期待さ
れている。

高分子フィルムを町原性基板として用いた非晶質シリコ
ン薄膜太陽電池は、その＃−ＩｆＬＩ＋］］と応用面と
〃・ら、上記した如き種々の利点な旬する。

したかつて、非晶質シリコン薄膜の成膜技術の進歩と相
まって、用碗性基板の対象は、耐熱性を有するポリイミ
ド、芳香族ポリ／ミドなどのフィルムに限定されス、ポ
リエステルフィルムのような汎用の昼分子フィルムにま
で拡大通用されるものとルｊ侍される。

然るに、ポリエステルフィルムのような汎用の縞分子ノ
イルム基板は、ガラス基板、ステンレス鋼板、あるいを
工耐熱性なＭする芳合朕ポリアミドフィルムやポリイミ
ドフィルムの如き高分子フィルムを基板とした場合と異
なり、空気中で比較的燃焼しやすい性質を有するもので
あイ）。したかつて、ポリエステルフィルムの如き汎用
の畠分子フィルムを）ｋ板として月ｊいた非晶質シリ：
コン薄膜太陽電池を、難燃性基材や不燃性基材に併置し
て使用する場合、例えば、難燃化が強力に進められてい
る建造物の壁や屋上などに取り付けて便用１−る１易げ
、この高分子フィルムの離燃１向上を計ることは、防災
面から有膜なＭＳと考える。

本発明者らは、ポリエステルフィルムを句読性基板の対
象として、離燃性向上をｉｌつだ非晶質シリコン薄膜太
１４電池を開発する観点ρ）ら、該ポリエステルフィル
ムの離燃ノＪＩｌ工と非晶質シリコン薄膜太１ｉ１電池
との関連について鋭意検討を行一つだ。

従来、ポリエステルフィルムを耐燃化する方法としこは
、（１）ポリ〜７−亜せ時に１４ＩＩ燃剤な含有せしめ
る方法、（２）製膜前にポリマーに燻燃剤をドライプレ
ノド（、溶融押出しする方法、＋３１Ｊｌｉ燃性被榎組
成物をコーティングする方法などが知られている。しか
し、（１１及び（２）の方法はポリエステル樹脂の融点
が約２６０℃という高温であり、それに伴い、溶融押出
し温圧は、２８０〜３１５　”Ｃとなり、この高温に耐
える離燃剤は少なく、樹脂の滞留や熱履歴のため離燃剤
の分離。

分解、昇華等が起り、ポリマーが分解しゲル化する。こ
のため、異物、ゴミ、ス泡が生じフィルムの延伸時にお
ける幌破れを多発させ、著しく生産性が低下するだけで
なく、フィルムの有する諸物性も低下する。その上、発
生ガスのため、成形後、装置類を腐蝕させ、また、作業
環境をも汚染するという欠点がある。またポリエステル
フィルムは二軸延伸して実用に供されるため、横勉伸の
後切り落されるエツジ部分を回収再利用することが、コ
スト的な面から重要であるが、これらの方法では、離燃
剤が他系列に混入するのを防ぐために、系列毎に完全に
区分して、溶融押出Ｍ膜や回収を行なう必要があり、工
程が複雑化するという欠点がある このような欠点を避けるには、前記（３）の方法（コー
ティング）によらざるを得ない。そしてこの方法は、フ
ィルムの特性を損うことなく難燃化できる利点を有し、
非晶質シリコン薄膜太陽電池用の可撓性基板の形成方法
として好適である。しかし、在来のこの方法によって得
られたポリエステルフィルムは、難燃剤が析出して白粉
を生じたり、内部からの滲み出しによってブｐンキング
を生じる。さらに、太陽電池形成時に、難燃剤もしくは
離燃剤に起因する物質が、非晶質シリコン薄膜太陽電池
に混入してしまい、太陽電池の光電変換効率を低１ζさ
せるという関着しい粗面な有するフィルム面に、難燃剤
溶液を塗布して溶媒を除去するならば、難燃剤がフィル
ムの凹面に緊密に付着して充分な難燃性な付与でき、し
かも白粉の析出やブーツキングを避けられるだけでなく
、太陽電池への離燃剤もしくは難燃剤起因物質の混入か
らも解放されることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、６Ｊ撓性フイルム基板上に光起電力要
素として、非晶質シリコン薄膜を設け　６− ゛た太１−１！池において、該基板としてＡ面の中心平
均粗さが０．５〜０．８μで、その背面の８面の中心線
平均粗さが０．００２〜０．０８μであるポリエステル
フィルムを用いそのＡ面は難燃剤または該離燃剤とバイ
ンダの塗布によって離燃加工し、その８面に前記非晶質
シリコン薄膜を設けたことを特徴とする非晶質シリコン
薄膜太陽電池である。

本発明で用いるポリエステルフィルムは、芳香族線状ポ
リエステル（時にポリエチレノテンフタレート、ポリエ
チレン−２，６−ナンタレンジノノルボキシレート、ポ
リブナンンテレフタレート＊＞のフィルムが好ましい。

延伸ポリエステルフィルム、とりｌっけ二軸延伸ポリエ
ステルフィルムが好筐しく用いられる。通常の延伸ポリ
エステルフィルムの表面の中心線平均粗さく　Ｃ，Ｌ、
Ａ　）は０．００２〜０．０８μ程度である。

しかしながら、本発明ではベースフィルムの片面の中上
ＭＪ平均粗さが（）、５〜０．８μという極めて粗い面
であるフィルムを用いる。このようなフィルムを作るに
は、コロナ放電酸化法、化平均粗さが０．５〜０．１ｊ
　ｐである面に、（ａｔ　ＩＪＡ　ｆｍ　Ｈの溶液を塗
布して溶媒を除去するか、あるいは、（ｂｌ　Ｍ燃剤お
よびバインダーの溶液を塗布して溶媒を除去することに
より離燃化を行う。塗布されるポリエステルフィルム面
の中心線平均粗さが０．５μより小さいと、難燃剤の付
層性が低下し、充分な付着性が得られないと共に、非晶
質シリコン薄膜太陽電池用基板としては、前記した如く
、太陽電池形成時に、難燃剤もしくは難燃剤起因物質が
太陽電池に混入してしまい、その光電変換効率が低１丁
シてしまうので、好ましくない。

また、本発明で用いる難燃剤は、融点が非晶質シリコン
薄膜形成時の基板温度以上のものが好ましい。実用面か
らは融点が１８０℃以上の難燃剤であれば良い。これよ
り低融点のものな用いると、塗布されたフィルム面Ｖこ
嬌燃剤白粉換効率に悪影響を及ぼすことになり、好まし
くない。好ましく用いられる難燃剤として、テトラブロ
モブタン、ｌ、２−ジブロモ−３−クロロプロパン、１
，２１３−）リプル七ブｐパン、テトラプロ七無水フタ
ル酸、テトラクロロ無水フタル酸、パーフルロペンタシ
クロデカン、りロレンデイツク酸、デカクロロビフェニ
ル、ヘキサズロモベンゼン、トリス−（２，３−ジブロ
モプロピル−１−）インシアヌレート等が例示される。

難燃剤はＩＭｉの入を用いても、２種以上を併用しても
よい６１ａ燃剤の塗布量は、塗布された表面積１ｒｒｌ
’あたり１〜５９０割酋で付着せしめるようにするのが
好ましい。

本発明では、離燃剤を溶液にして塗布する釦際し、該溶
液中にバインダーを含有せしめることもできる。バイン
ダーとしては、熱硬化型アクリル樹脂、メチルエーテル
化メラミン樹脂。

シリコーン樹脂（加熱或いは常温下で硬化するものが好
ましい。）、エポキシ樹脂、及びポリウレタン（とりわ
け、加熱或いは常温で硬化する型のものが好ましい。）
より成る群から選ばれた高分子が好ましく用いられる。

バインダーは、難燃剤１重量部あたり１〜２重量部の割
合で配合するのが好ましい。

難燃剤及びバインダーを含有する溶液の塗布量は、塗布
された表面積１ｍｌあたり難燃剤剤１〜５ｙの割合で付
着せしめるようにするのが好ましい。これを塗布し溶媒
を除去したあと、硬化ｍ（熱硬化型、常温硬化型）のバ
インダーは、硬化処理すべきことは言うまでもない。

かかる難燃化ポリエステルフィルムは、中心線平均粗さ
が０．５〜０．８μであるフィルム面に難燃剤を塗布す
るので、投錨効果や表面積の拡大作用等により難燃剤を
フィルム表面に充分な貴付着せしめることができ、離燃
性、可撓性。

耐際傷性、耐摩耗性、密着性、耐溶剤性、耐ズｐツキ７
グ注などが晴れ、このように難燃加工したポリエステル
フィルムは、太陽醒池用の可撓性フィルム基板として好
適である。

さらに、基板の表面粗さは、太陽電池の性能に大きな影
譬を及はし、表面ｆｆｌさが大きい場合太−電池の性ｈ
ヒは、著しくＩ￥１４害される。したがって、本発明で
は、ポリエステルフィルムの片面のみを、その中心線平
均粗さカ０．５〜０．８μの粗面として燻燃加工して、
難燃加工していないフィルム面（中心線平均粗さ０．０
０２〜０．０８μ）上に太陽電池を形成して成るもので
ある。

なお、かかる離燃加工したポリエステルフィルムを、非
晶質シリコン＃膜太陽電池の基板として用いる場合、ベ
ースフィルムの厚さが、１０〜５００μが可撓性の点か
ら好適である。

厚さが５００μを超えると可撓性に欠け、可撓性高分子
フィルムを基板に用いる利点の１つである連続ロールア
ップが困難となる。一方、厚さがｌθμより薄くなると
、非晶質シリコン簿膜を沈積した場合、沈積時に加わる
熱応力な緩和しきれずに該基板が変形するのが好ましく
ない。

なお、フィルム面の中心線平均粗さく　Ｃ，Ｌ、Ａ　）
は、つぎのようｉＣ測定した。即ち、フィルム表面をタ
イヤモンド欝によって退優トレースし、凹凸による針の
動きと、触針の上下動忙対応した′底流に変換し−Ｃオ
シログラフで記録し、得られた波形を流れ方向に市って
その上ドに分析した直線を設けるに際し、該１Ｍ　１７
の上側のグラフの面積と下側のグラフの面積との差が最
小となる位置に該直線を設け、該直線が規準線とどれ僚
船れているかを示す値をもって表示されるもので、東京
精密に、に製サーフコム３Ｂ（Ｅ−ＭＤ−８１０Ａタイ
プ）万能表面形状測廻磯を用い、この値を計器で直続し
た。

また、該フィルムの難燃性を示す尺度として、オキシジ
エンインデックスを用い、ＡＳＴＭＤ　　２８６３−７
０（Ｃ準じて測定した。太陽電池の光電変換効率は、オ
リエル社製のＡＭ＝１ＫＢＮ４節したソーラー・シュミ
レータ−（Ｐ　ｉ　ｎ−１００ｍｗ　／ｃｒＩ）を光源
として測定した。

以下に、実施例により本発明な詳述する。

なお以下の実施例において、非晶買シリコン薄膜太＠電
池の製造方法は、つぎのとおりである。

実施例に示すポリエステルフィルム処おいて、ベースフ
ィルムの粗面化してない面を堆積面とする如く、スパッ
タリング装置内ｖｃ装置し、ステンレス銅クーゲットよ
り、厚さ約４００ＯＡのステンレス＃ｌのスパッタ膜を
設け、導電化ポリエステルフィルムを得る。

非晶質シリ−１７薄膜は、内部電＆型の冒周波（ｘａ、
５ｅＭＨ１）グロー放電装置を用いて、前記基板上に設
ける。グロー放電装置内の一方の電極上に前記基板を装
着し、１０＝Ｔｏｒｒに排気しながら２００℃に該基板
を加熱する。その後、アルゴンガスな導入して１．０　
Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気下で３０Ｗの藁周波電力を印
加し前記基板のプレスバタリングを行って基板のクリｍ
；　１３− ングを行う。次に水素ガスでｘｏｑｂｙ希釈したシラン
ガスと同様に水素ガスで１％ｌＣ希釈したジポランガス
を混合し、グロー放電装置内に導入し、　０．８　Ｔｏ
ｒｒの該ガス雰囲気下でＩＯＷの高周波電力を印加して
該基板上に厚さ２４０Ａのホウ累をド・−プしたｐ型の
非晶質シリコン薄膜を設ける。引続いてシランガス単独
で前記と同様にし−Ｃ４＃の非晶質ンリコン薄膜上に厚
さ４０００Ａの非晶質ツリー１７薄膜を積層する。

次に、シランガス中に水素ガスで１％に希釈したホスフ
ィ／ガスを混会し前記と同様にして１型の非晶質ンリコ
／薄膜上に厚さ２４０Ａのリンをドープしたｎ型の非晶
質シリコン薄膜を設け、可撓性基板上Ｋｐｉｎ型の非晶
質シリコン薄膜からなる元起′遊力要素を設けた。

次に、可撓性基板上にｐｉｎ壓非晶質シリコン薄膜を設
けたフィルムを真空蒸着装置内に装着した。１０−’　
Ｔｏｒｒ　Ｋ排気しながら２００°ＧＫ該フイルムを加
熱する。その後、アルゴンと酸累の混合ガスを導入して
１０−’Ｔｏｒｒの雰囲気下で　１４　− 電子ビーム加熱法で酸化インジウムと酸化錫の混合酸化
物ターゲットから、厚さ６００Ａの錫をドープした酸化
イシジウム薄膜を真空蒸着してヘテロフェイス層とした
。・硬後にこのヘテロフェイスＩ−上に、収東Ｘ他とし
て厚さ２　Ｑ　Ｏ＋Ｉへの銀薄膜をくし形に真空蒸着し
、難燃加工したもしくは難燃加工してないポリエステル
フィルム基板上にｐｉｎヘテロフェイス型太陽電池を得
た。

実施例 分子ｔ１ｓ、ｏｏｏ、臭素含有率３０重量％。

酸価４５．ＯＨ価６３０のエポキシ基含有臭素化ポリエ
ーテルポリエステル（難燃剤兼バインダー）のメチルイ
ソブチルケトン溶液（該樹脂含有率６０重ｉｉ％）（商
品名工ビタロン［９４０゜大日本インキに、Ｋ　６品を
使用）ｓｏｏｌｉｉｔ部。

ブチルエーテル化メラミン樹脂のキシレン−ブタノール
ｌ：１混合物溶液（該樹脂含有率５０重量％）（商品名
フラン２０：日立化成に、Ｋ　＃品を使用）１５０重量
部、トルイレンジイソシアイードとトリメチロールプロ
パンとの付加反応物でＮＣＯ含；打率１２７〜１３７重
度係、粘度（２５℃）　１５２０　ｃｐｓのもののｒＹ
ト酸エチ／Ｌ。

溶ｅ、（該反応物含有率７５ｉ憧う）（商品名コロ不一
トム；日本ポリウレタン工業に、に製品を使用）１００
重遍部及びテトラズロモベンゼン９３．７５　］ｉ部を
よ（攪拌混合し、メチルエチルケトン、酢酸エチル、Ｉ
ルエン（重量比１：２；２）混合物で希釈し、固形分含
有率２５１Ｉｉ覆≠の塗布液を調製した。

中心線平均粗さくＣＬＡ）がＡ面で０．６９μかつ８面
で０．０２μで厚さ５０μのポリエチレンテレフタレー
ト（二軸延伸）サンドマットフィルムのＡ面に、譲塗布
液を乾燥後の固形分付着量がフィルム面１ｍｌあたり１
１〜１５．９となるヨウに、ロールコータ−を用いて塗
布し、１５０〜１６０℃の熱風中で２分間乾燥硬化させ
た。

得られた迩燃化ポリエチレンテンフタレートフィルムは
、僅かに黄味を帯びた光沢のある外観を呈し、ｎｆ婦性
、　ｉｔ擦慢性、耐摩耗性、耐溶剤性、ｌ１Ｔｔ／Ｉｊ
ソキング性が没れてぃた、また、この瑞燃化ポリエチ１
７ンテレフタレートフイルムのｔ−ｒ−シジエン・イン
デックス及びこの離燃化ポリエチレンテレフタレートフ
ィルムの１ｌＩＬ燃化していないＢ面上に、前述の方法
で形成した非晶質シリコン薄膜太陽電池の光電変換効率
を表１に示した。

比較例１ 中心線平均粗さく　ＣＬＡ　）が１１．０２μで厚さ５
０μのポリエチレンテレフタレート（二軸延伸）フィル
ムに、実施例で用いたと同じ党布液な同じ条件で塗布乾
燥し、難燃性フィルムな得た　。

この離燃性フィルムのオキシジエン・インデックス及び
この難燃性フィルムの難燃化していない８面に前述の方
法で、非晶質、・リコ／薄膜太陽電池を形成して得られ
た光電変換効率を表−１７− １に示した。

比較例２ 癲すた化しない中心線平均粗さく　ｃ　ｒ−Ａ　）が０
．０２μで厚さ５０μのポリエチレンテレフタレート（
二軸延伸）フィルムのオキシジエンインデックス及び、
該ポリエチレンテレフタレートフィルムを基板として前
述の方法で非晶質シリコン薄膜太１゛４電池を形成して
得られた光電変換効率を表ＩＫ示した。

比較例３ 両面の中心脚平均粗さくＣＬＡ）が０．６９μで膜厚５
０μのポリエチレンテレフタレート（二軸延伸）ザンド
マアトフイルム馨用いる以外；・ま、実施例と（ｔＩ］
様Ｖこして得られた非晶質シリコン薄膜太陽電池の光電
変換効率を表１に示した。

−１８− 表−１ 以上の実／ｌＢ１例と比較例との比較から、（１１ｍ燃
゛性と（２）電池性能としての光電変換効率の２点につ
いて以下の通り本発明の効果が明らかとなる。

実施例と比較例１とな比べれば、明らかなように、フィ
ルムの龍燃化面を粗面化したものとしないものとでは、
粗面化しない場合には、離燃性の尺度であるオキシジエ
ンインテックスが低く、しかも、太陽電電の光電変換効
率も低い。

したがって、難燃加工に先立って、フィルムの片面を粗
面化し、との面Ｋ　Ｍ撚加工することが、（］ｌ＃［燃
性付力、（２）元１１Ｌ変換効率の低下防止の面から必
須であり、非常に効果があることかゎかる。

また、実施し１ｊと比較例２とを比べれば、難燃加工を
してい７ｒいフィルノ、は、実施例の離燃加工フイルノ
、より、離燃性の１７１１１で！−１、るかに劣ること
は、オキシジエンインテックスの値から明らかである。

実施Ｖｕと比較働２とから、その太陽？ｆｉ池の電池性
能を示す光電変換効率は、同一レベルであって、本発明
は、斌燃性付力に半つ光電変換効率の低）′の問題なＩ
Ｗ　ｙｉ４　していることがわかる。

ざらｔこ、実施例と比較例３とを比べれば、光起′鳴力
要系の堆積面に対しても粗面化することは、離燃性の而
では何ら支障がないが、電池性能としての光電変換効率
に悪影響を及ぼしていることが明白である。パすなわち
本発明（（おけるフィルムの片面のみ粗面化し、その面
にｊ！ｉｔ燃加工を施こし、他面に非晶質、シ、す、ｊ
〕薄膜太１１！電池を形ｈｉＥする画成のみが目的を達
するものであ・５ことを示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　可撓性フィルム基板上に光起電力要素として
   非晶質シリコン＊ｇを設けた非晶質シリコン薄膜太陽慮
   池において、前記可読性フィルム基板が４面の中心線竹
   均粗さが０．５〜０．８μで８面の中心線ＩＰ均粗さが
   ０．００２〜０．０８μであるポリエステルフィルムで
   あり、８面に前記非晶質シリコン薄膜か設けられ、４面
   は難燃剤または該難燃剤とバイダーの塗布によ−ｐ′（
   、難燃加工されＣいることを特徴とする非晶質シリコ／
   薄膜太陽電池。
2. （２）　　上記難燃剤の融点が１８０　”Ｑ以上である
   特許請求の範囲第１項記載の非晶質シリコン薄膜太−′
   亀池。