KR101364790B1 - 태양 전지 기재용 다층 필름 - Google Patents
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Abstract
지지층과 산란층으로 이루어지는 태양 전지 기재용 다층 필름으로서, 상기 지지층이 열가소성 결정성 수지로 이루어지고, 상기 산란층이 열가소성 결정성 수지 및 그 열가소성 결정성 수지의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 입자로 이루어지고, 그 산란층 중의 입자의 함유율이 산란층의 체적을 기준으로 하여 0.05 ∼ 20 체적% 이며, 그리고 산란층 중의 입자의 굴절률과 산란층의 열가소성 결정성 수지의 굴절률의 차의 절대값이 0.01 ∼ 1.00 이며, 그 다층 필름의 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 50 ㎚ 이하이며, 그 다층 필름의 전체 광선 투과율 (Tt) 이 80 % 이상이고, 또한 헤이즈율이 8 % 이상인 태양 전지 기재용 다층 필름.
지지층, 산란층, 태양 전지
Description
기술분야
본 발명은 태양 전지 기재용 다층 필름에 관한 것이다.
배경기술
태양 전지에는 일반적으로 유리를 기재로 하는 리지드 타입과, 플라스틱 필름을 기재로 하는 플렉시블 타입이 있다. 리지드 타입에서는, 플렉시블 타입에 비하면 태양 전지 셀에서의 에너지 변환 효율은 높지만, 기기의 박형화나 경량화에 한계가 있고, 또 충격을 받은 경우에는 태양 전지 모듈이 파손되는 경우도 생각할 수 있다. 그 때문에, 플렉시블 타입의 태양 전지의 유용성이 주목받고 있으며, 여러 가지 구조를 갖는 플렉시블 타입의 태양 전지가 제안되고 (예를 들어 일본 공개특허공보 평1-198081호, 일본 공개특허공보 평2-260577호, 일본 특허공보 평6-5782호, 일본 공개특허공보 평6-350117호), 예를 들어 시계, 휴대 전화, 휴대 단말 등의 이동체 통신 기기의 전원 (주로 보조 전원) 으로서 이용되고 있다.
상기와 같은 플렉시블 타입의 태양 전지는, 발전층 (반도체층) 에 아모르퍼스 실리콘 또는 미결정 (微結晶) 실리콘을 사용하여, 발전층의 두께를 수십 ㎛ 이하, 특히 수 ㎛ 이하로 한 박막형의 것이 주류이다. 박막 태양 전지에서는, 광전 변환 효율을 향상시키기 위하여 발전층의 층 내에서의 광흡수량을 증대시키는 것이 과제가 되어 있어, 기재 표면 상에, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 100 ㎚ 정도의 요철이 있는 도전층을 형성하고, 광을 확산시켜 발전층의 층 내에서의 광의 광로 길이를 증가시킴 (이른바 「광 포획 효과 (light trapping effect)」) 으로써 상기 과제를 해결하려는 시도가 이루어지고 있다.
그러나, 금속이나 금속 산화물로 이루어지는 도전층을 요철이 있는 형상으로 형성하기 위해서는, 통상 400℃ 이상의 고온에서 처리할 필요가 있어, 플라스틱 필름을 기재로 하는 플렉시블 타입의 태양 전지에는 적용이 곤란하다. 이에 반해, 충전제를 함유하는 수지 조성물을 사용하여 지지층 상에 요철을 형성하고, 그 위에 도전층을 형성함으로써, 요철이 있는 도전층을 실현하는 기술이 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 평4-196364호 및 일본 공개특허공보 평1-119074호). 그러나 이들 방법에 의하면, 효과가 충분한 요철을 얻기 위해서는 충전제 농도를 높게 할 필요가 있어, 기재의 강도가 손상된다는 결점이 있다. 또, 특허 제3749015호에는, 지지층의 표면에 자외선 경화성 수지를 도공하고, 금형에 가압하고 경화시켜 요철을 형성하고, 그 위에 도전층을 형성하는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 공정이 번잡하고 비용 상승의 요인이 되는 것 이외에, 요철층을 형성할 때에 사용하는 수지 용액의 잔류 용매가 도전층 형성시에 탈가스가 되어 영향을 미치며, 요철층에서 형성된 형상이 도전층에 잘 반영되지 않는다는 문제가 있다. 일본 특허공보 평7-50794호에는, 상기한 탈가스를 이용한 요철 형성 기술이 기재되어 있는데, 수지 중의 잔류 용매 및 탈가스량을 정량적으로 제어하는 것이 곤란하여, 요철 형상의 컨트롤은 매우 어렵다.
또한, 상기 어느 기술에서도, 요철을 부여한 도전층 상에 발전층을 배치하게 되기 때문에, 각 발전층이 요철에 충분히 추종되어 단락되지 않는 셀 구성을 취할 필요가 생겨, 태양 전지의 박막화에 한계가 있으며, 또 발전층의 설계 자유도가 낮아, 광전 변환 효율의 향상에도 한계가 있다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 이러한 종래 기술의 과제를 해결하여, 발전층 형성시의 층설계 자유도를 넓게 유지하면서, 높은 광 포획 효과를 얻을 수 있는 높은 광확산 효과를 나타내는, 태양 전지 기재용 다층 필름을 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 상기 과제는,
지지층과 산란층으로 이루어지는 태양 전지 기재용 다층 필름으로서,
상기 지지층이 열가소성 결정성 수지로 이루어지고,
상기 산란층이 열가소성 결정성 수지 및 그 열가소성 결정성 수지의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 입자로 이루어지고,
그 산란층 중의 입자의 함유율이 산란층의 체적을 기준으로 하여 0.05 ∼ 20 체적% 이며, 그리고
산란층 중의 입자의 굴절률과 산란층의 열가소성 결정성 수지의 굴절률의 차의 절대값이 0.01 ∼ 1.00 이며,
그 다층 필름의 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 50 ㎚ 이하이며, 그 다층 필름의 전체 광선 투과율 (Tt) 이 80 % 이상이고, 또한 헤이즈율이 8 % 이상인 태양 전지 기재용 다층 필름에 의해 달성된다.
또한, 상기 헤이즈율은, 필름의 전체 광선 투과율에 차지하는 확산 성분의 비율을 말한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
지지층
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름의 지지층은, 열가소성 결정성 수지로 이루어진다. 열가소성 결정성 수지는, 용융 압출 성형이 가능하고, 내열성이 우수하기 때문에 태양 전지의 제조에 적합하다. 이 열가소성 결정성 수지로는, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드, 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 공정이나 최종 제품의 내구성의 관점에서 저흡수율을 나타내고, 비교적 높은 가스 배리어성을 갖는 폴리에스테르가 바람직하다. 폴리에스테르로는, 예를 들어 에틸렌테레프탈레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르, 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르를 들 수 있다. 지지층에 사용되는 에틸렌테레프탈레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르에 있어서의 에틸렌테레프탈레이트 성분의 함유 비율은, 폴리에스테르 중의 반복 단위의 전부에 대하여, 바람직하게는 80 ∼ 100 몰% 이며, 보다 바람직하게는 90 ∼ 100 몰% 이다. 이 경우의 공중합 성분으로는, 예를 들어 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 등을 들 수 있다. 지지층에 사용되는 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주 된 반복 단위로 하는 폴리에스테르에 있어서의 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분의 함유 비율은, 폴리에스테르 중의 반복 단위의 전부에 대하여, 바람직하게는 80 ∼ 100 몰% 이며, 보다 바람직하게는 90 ∼ 100 몰% 이다. 이 경우의 공중합 성분으로는, 예를 들어 테레프탈산, 이소프탈산 등을 들 수 있다.
이들 열가소성 결정성 수지 중, 높은 치수 안정성을 얻는 관점에서 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르가 바람직하다.
산란층
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름의 산란층은, 열가소성 결정성 수지 및 그 열가소성 결정성 수지의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 입자로 구성된다.
이 열가소성 결정성 수지로는, 태양 전지로 가공하는 공정을 고려하여 내열성이 높은 수지가 바람직하고, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드, 폴리아미드, 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 그 중에서도 공정이나 최종 제품의 내구성의 관점에서 저흡수율을 나타내고, 비교적 높은 가스 배리어성을 갖는 폴리에스테르가 바람직하다. 이와 같은 폴리에스테르로는, 예를 들어 에틸렌테레프탈레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르, 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르를 들 수 있다. 산란층에 사용되는 에틸렌테레프탈레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르에 있어서의 에틸렌테레프탈레이트 성분의 함유 비율은, 폴리에스테르 중의 반복 단위의 전부에 대하여, 바람직하게는 65 ∼ 100 몰% 이며, 보다 바람직하게는 70 ∼ 100 몰% 이며, 더욱 바람직하게는 80 ∼ 100 몰% 이며, 특히 90 ∼ 100 몰% 인 것이 바람직하다. 이 경우의 공중합 성분으로는, 예를 들어 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 등을 들 수 있다. 산란층에 사용되는 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르에 있어서의 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분의 함유 비율은, 폴리에스테르 중의 반복 단위의 전부에 대하여, 바람직하게는 65 ∼ 100 몰% 이며, 보다 바람직하게는 70 ∼ 100 몰% 이며, 더욱 바람직하게는 80 ∼ 100 몰% 이며, 특히 90 ∼ 100 몰% 인 것이 바람직하다. 이 경우의 공중합 성분으로는, 예를 들어 테레프탈산, 이소프탈산 등을 들 수 있다.
이들 열가소성 결정성 수지 중, 높은 치수 안정성을 얻는 관점에서 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르가 바람직하다.
산란층의 열가소성 결정성 수지는 지지층의 열가소성 결정성 수지와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 지지층이 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트로 이루어지고, 산란층이 입자 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트로 이루어지는 다층 필름은, 높은 온도 환경에서의 열수축률, 예를 들어 200 ℃ 에서 10 분간 처리하였을 때의 열수축률을 낮게 억제하는 관점에서 특히 바람직하다.
산란층에 있어서의 입자의 형상으로는, 예를 들어 구 형상, 입방체 형상, 테트라포트 형상, 판 형상, 막대 형상 등을 들 수 있다. 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 0.05 ∼ 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 8 ㎛, 특히 바람직하게는 0.2 ∼ 6 ㎛ 이다. 입자의 평균 입경이 0.05 ㎛ 미만이면 충분히 광을 산란시키지 못하고, 한편 10 ㎛ 를 초과하면 광선 투과율을 충분히 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있어 바람직하지 않다. 이 입자의 평균 입경은, (주) 시마즈 제작소 제조, CP-50 형 센트리퓨갈·파티클·사이즈·애널라이저 (Centrifugal Particle Size Annalyzer) 를 사용하여 측정하여 얻어지는 원심 침강 곡선에 기초하여 산출한 각 입경의 입자와 그 존재량의 적산 곡선으로부터, 50 중량% 에 상당하는 입경을 판독한 값이다. 이 평균 입경은, 입자가 구 형상 이외의 형상인 경우에는, 구 상당 직경으로서 판독되는 값이다.
입자의 굴절률은, 바람직하게는 1.20 ∼ 2.50 이다. 본 발명에서는 산란층에 있어서의 열가소성 결정성 수지와 입자의 굴절률의 차에 의해 광산란 효과를 얻는다. 여기서, 열가소성 결정성 수지의 굴절률이란, 당해 열가소성 결정성 수지를 필름으로 한 경우의 면 내의 굴절률의 평균값을 말하고, 예를 들어 열가소성 결정성 수지의 필름을 용융 압출에 의해 제조한 경우에는, 필름 면 내의 제막 방향의 굴절률 (nMD) 과, 면 내의 제막 방향에 수직인 방향의 굴절률 (nTD) 의 평균값이다. 또, 다층 필름이 연신 필름인 경우, 열가소성 결정성 수지의 굴절률은 연신 필름의 형상에서의 굴절률을 말한다.
산란층에 있어서의 열가소성 결정성 수지의 굴절률과 입자의 굴절률의 차가 클수록 광산란 효과를 얻기 쉬워지는데, 굴절률의 차가 지나치게 크면 광선 투과율이 저하될 우려가 있다. 광산란 효과와 광선 투과성을 양립하기 위해서는, 산란층 중의 입자의 굴절률과 열가소성 결정성 수지의 굴절률의 차의 절대값이 0.01 ∼ 1.00 인 것이 바람직하고, 나아가 0.05 ∼ 0.90 인 것이 바람직하고, 특히 0. 10 ∼ 0.50 인 것이 바람직하다.
산란층의 열가소성 결정성 수지로서 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트를 사용하는 경우, 그 굴절률이 예를 들어 1.75 이면, 광산란 효과와 광선 투과성을 양호하게 양립하기 때문에, 입자의 굴절률은 바람직하게는 1.10 ∼ 1.70 의 범위 또는 1.80 ∼ 2.20 의 범위인 것이 바람직하다. 이 입자로서, 예를 들어 무기 입자, 유기 입자, 실리콘 수지 입자, 유기염 입자를 들 수 있다. 무기 입자를 구성하는 재료로는, 예를 들어 실리카, 탄산칼슘, 알루미나, 이산화티탄, 제올라이트, 카올린클레이 및 이들의 복합체 그리고 황산바륨 등을 들 수 있다. 상기 복합체로는, 예를 들어 복합 산화물, 코어 쉘 타입의 복합체 등을 들 수 있다. 유기 입자로는, 가교 고분자 입자가 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 가교 폴리스티렌 입자, 멜라민 수지 입자를 들 수 있다. 유기염 입자를 구성하는 재료로는, 금속 원자를 포함하는 포섭 화합물 및 착화합물 등을 들 수 있고, 상기 금속 원자로는, 예를 들어 은, 구리, 철 등을 들 수 있다. 이 경우, 산란층에 있어서의 입자의 함유 비율은, 바람직하게는 0.05 ∼ 20 체적% 이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 15 체적% 이다. 여기서 체적% 란, 산란층 중의 입자의 중량% 단위의 함유 비율로부터 입자의 진밀도 및 수지의 비정 (非晶) 상태의 밀도를 사용하여, 계산에 의해 구한 값이다. 입자의 함유 비율이 0.05 체적% 미만이면 충분히 광을 산란시킬 수 없고, 한편 20 체적% 를 초과하면 이 수지가 구성하는 층이 물러져, 실용적인 기계 강도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있어 바람직하 지 않다. 여기서 사용되는 입자는 1 종류의 입자이어도 되고, 2 종류 또는 3 종류 이상의 입자이어도 된다. 상기 어느 경우에도 평균 입경이 상이한 입자를 병용해도 된다.
산란층의 열가소성 결정성 수지로서 폴리페닐렌술파이드를 사용하는 경우, 그 굴절률이 예를 들어 1.77 이면, 광산란 효과와 광선 투과성을 양호하게 양립하기 때문에, 입자의 굴절률은 바람직하게는 1.12 ∼ 1.72 의 범위 또는 1.82 ∼ 2.52 의 범위인 것이 바람직하다. 이 경우의 입자로는, 예를 들어 무기 입자, 유기 입자, 유기염 입자, 불소 수지 입자를 들 수 있다. 여기서 무기 입자, 유기 입자 및 유기염 입자의 각각을 구성하는 재료에 대해서는, 산란층의 열가소성 결정성 수지가 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트인 경우에 바람직하게 사용되는 무기 입자, 유기 입자 및 유기염 입자로서 상기 서술한 바와 동일하다. 이 경우, 산란층에 있어서의 입자의 함유 비율은, 바람직하게는 0.01 ∼ 20 체적% 이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 15 체적% 이다.
산란층의 열가소성 결정성 수지로서 폴리아미드를 사용하는 경우, 그 폴리아미드가 예를 들어 굴절률 1.54 의 나일론이면, 광산란 효과와 광선 투과성을 양호하게 양립하기 때문에, 입자의 굴절률은 바람직하게는 1.09 ∼ 1.49 의 범위 또는 1.59 ∼ 2.21 의 범위인 것이 바람직하다. 이 입자로는, 예를 들어 무기 입자, 유기 입자, 유기염 입자, 불소 수지 입자를 들 수 있다. 여기서, 무기 입자, 유기 입자 및 유기염 입자의 각각을 구성하는 재료에 대해서는, 산란층의 열가소성 결정성 수지가 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트인 경우에 바람직하게 사 용되는 무기 입자, 유기 입자 및 유기염 입자로서 상기 서술한 바와 동일하다. 이 경우, 산란층에 있어서의 입자의 함유 비율은, 바람직하게는 0.01 ∼ 20 체적% 이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 18 체적% 이다.
첨가제
지지층 및 산란층의 열가소성 결정성 수지 중 편방 또는 쌍방에는, 첨가제를 첨가해도 된다. 여기서 첨가해도 되는 첨가제로는, 예를 들어 자외선 흡수제, 산화 방지제, 열안정화제, 이활제 (예를 들어 왁스), 난연제, 대전 방지제 등을 예시할 수 있다.
상기 자외선 흡수제는, 다층 필름의 내후성을 보다 향상시키기 위하여 열가소성 결정성 수지에 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 자외선 흡수제로는, 소량으로 효과가 있는 흡광 계수가 큰 화합물이 바람직하고, 예를 들어 2,2'-p-페닐렌비스(3,1-벤조옥사진-4-온), 2,2'-(4,4'-디페닐렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온) 또는 2,2'-(2,6-나프틸렌)비스(3,1-벤조옥사진-4-온) 이 바람직하다. 자외선 흡수제를 배합하는 경우, 그 배합량은, 다층 필름의 중량을 기준으로 하여 예를 들어 0.01 ∼ 10 중량% 이다.
태양 전지 기재용 다층 필름의 구성
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 상기와 같은 지지층과 산란층으로 이루어진다. 다층 필름은, 1 층의 지지층과 1 층의 산란층으로 이루어지는 2 층 필름이어도 되고, 지지층 및 산란층 중 편방 또는 쌍방이 2 층 이상인 다층 필름이어도 된다. 3 층 이상의 다층 구성으로 하는 경우에는, 지지층이 적어도 편면의 최외층에 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 지지층/산란층의 2 층 구조나, 또는 지지층/산란층/지지층의 3 층 구조이다.
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름의 두께는, 바람직하게는 15 ∼ 250 ㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 50 ∼ 200 ㎛ 이며, 특히 바람직하게는 60 ∼ 125 ㎛ 이다. 두께가 15 ㎛ 미만이면 태양 전지의 지지체인 기재로서의 단단함이 작아 태양 전지를 지지하지 못할 경우가 있어 바람직하지 않고, 250 ㎛ 를 초과하면 태양 전지 모듈의 두께가 지나치게 두꺼워져 가요성이 손실되게 되는 경우가 있어 바람직하지 않다.
다층 필름의 전체 광선 투과율을 높이기 위해서는, 지지층에 함유되는 입자의 비율을, 상기 서술한 바람직한 범위 내에서 가능한 한 적게 함과 함께, 지지층의 두께와 산란층의 두께의 비율 (지지층의 두께/산란층의 두께) 을 크게 하면 된다. 산란층도, 광확산 효과를 높이기 위해서는 어느 정도의 두께가 필요하다. 다층 필름이 지지층/산란층의 2 층 구조인 경우의 두께 비율은, 바람직하게는 0.1 ∼ 30 이고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 30 이며, 더욱 바람직하게는 3 ∼ 20 이며, 특히 바람직하게는 5 ∼ 15 이다. 다층 필름의 지지층 및 산란층 중 편방 또는 쌍방이 2 층 이상인 경우에서의 지지층의 두께의 합계와 산란층의 두께의 합계의 비율 (지지층의 두께의 합계/산란층의 두께의 합계) 은, 바람직하게는 1 ∼ 30 이고, 더욱 바람직하게는 1.5 ∼ 20 이며, 특히 바람직하게는 2 ∼ 15 이다.
중심 평균 표면 조도
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 그 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가, 각각 50 ㎚ 이하이다. 또, 바람직하게는 다층 필름의 적어도 편면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이다.
다층 필름이 지지층/산란층의 2 층 구조인 경우에는, 그 다층 필름의 지지층측 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 산란층측의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 50 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 다층 필름이 지지층/산란층/지지층의 3 층 구조인 경우에는, 그 다층 필름의 양측 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가, 각각 30 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.
상기 어느 경우에 있어서도, 다층 필름의 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가, 각각 30 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 나아가 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 다층 필름 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 50 ㎚ 를 초과하면, 단락 등을 억제하기 위하여 발전층의 두께나 형상 등이 제한되고, 발전층의 광전 변환 효율을 높이기 위한 층 설계 자유도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
광학 특성
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 전체 광선 투과율 (Tt) 이 80 % 이상이며, 바람직하게는 80 ∼ 100 % 이다. 다층 필름의 전체 광선 투과율 (Tt) 에 차지하는 확산 성분의 비율인 헤이즈율은 8 % 이상이고, 바람직하게는 8 ∼ 100 % 이며, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 100 % 이다.
전체 광선 투과율 (Tt) 이 80 % 미만이면, 태양 전지에 입사하는 입사 광량이 저하되기 때문에, 높은 발전 효율을 얻을 수 없다. 헤이즈율이 8 % 미만이면, 광의 확산이 적어 충분한 광 포획 효과를 얻을 수 없다.
이 광학 특성은, 지지층을 열가소성 결정성 수지로 구성하고, 산란층을 열가소성 결정성 수지 및 그 열가소성 결정성 수지의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 입자로 구성하고, 그 산란층 중의 입자의 함유율이 산란층의 체적을 기준으로 하여 0.05 ∼ 20 체적% 로 하며, 또한 산란층 중의 입자의 굴절률과 산란층의 열가소성 결정성 수지의 굴절률의 차의 절대값을 0.01 ∼ 1.00 으로 함으로써 달성할 수 있다.
열수축률
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 태양 전지의 제조 공정에 있어서의 가열 공정에서의 치수 변화를 억제하는 관점에서, 200℃ 에서 10 분간 처리하였을 때의 열수축률이 바람직하게는 1 % 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.8 % 이하이며, 특히 바람직하게는 0.6 % 이하이다. 이 열수축률은, 지지층으로서 예를 들어 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르, 바람직하게는 에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 성분을 폴리에스테르 중의 반복 단위의 전부에 대하여 90 ∼ 100 몰% 함유하는 폴리에스테르를 사용함으로써 달성할 수 있다.
다층 필름의 제조 방법
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 지지층을 구성하게 되는 열가소성 결정성 수지와 산란층을 구성하게 되는 열가소성 결정성 수지 및 입자로 이루어지는 조성물을 각각 용융시키고, 이들을 공(共)압출법에 의해 용융 압출하여 연신함으로써 제조하는 것이 바람직하다. 한편, 필름을 용액법으로 제조하면 태양 전 지로 가공하기 위하여 후(後) 공정에서 필름에 도전층을 형성하는 공정이나, 광발전층을 형성하는 공정에서 잔류 용매에서 유래하는 가스가 발생하여, 감압 공정에 지장을 초래하거나 불순물로서 잔류하는 경우가 있어 바람직하지 않다.
필름을 다층화하는 방법으로는, 예를 들어 다른 압출기로부터 압출된 수지를 피드 블록에 의해 합류시켜 다이로부터 압출하는 방법, 각각의 압출기로부터 압출된 수지를 멀티 매니폴드 다이를 사용하여, 다이 내에서 압출 직전에 합류시켜 압출하는 방법 등을 사용할 수 있다.
산란층에 입자를 고농도로 첨가한 경우에 실용상 충분한 기계적 강도를 얻기 때문에, 다층 필름은 2 축 연신에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
이하에, 열가소성 결정성 수지로서 폴리에스테르를 사용한 경우의 다층 필름의 제조 방법을 상세히 서술한다. 이 예에서는, 공압출에 의해 미연신 다층 필름을 얻고, 그 후 축차 2 축 연신법에 의해 2 축 연신 다층 필름을 얻었다.
지지층을 구성하게 되는 열가소성 결정성 수지와, 산란층을 구성하게 되는 열가소성 결정성 수지 및 입자로 이루어지는 조성물은, 필요에 따라 상압 (常壓) 하에서의 가열 또는 감압하에서의 건조에 의해 수분을 제거한 후, 당업계에서 통상 사용되는 용융 압출 온도, 즉 융점 (이하, 「Tm」 으로 나타낸다.) 이상, (Tm + 50℃) 이하의 온도에서 각각 다른 압출기로 용융시키고, 피드 블록을 사용하여 2 층 구성으로 다층화한 후, 다이의 슬릿으로부터 압출하여, 각 층의 수지 중 유리 전이 온도 (이하, 「Tg」 로 나타낸다.) 가 가장 낮은 수지의 Tg 이하로 냉각시킨 회전 냉각 드럼 상에서 급냉 고화시킴으로써 비정질의 시트를 얻는다. 얻어진 시트는, 각 층의 수지 중, Tg 가 가장 높은 수지의 Tg 이상, (Tg + 50℃) 이하의 범위에서, 세로 방향으로 2.5 ∼ 4.5 배의 연신 배율로 연신하고, 다음으로 가로 방향으로, 각 층의 수지 중 Tg 가 가장 높은 수지의 Tg 이상, (Tg + 50℃) 이하의 범위에서, 2.5 ∼ 4.5 배의 연신 배율로 연신한다. 세로 연신과 가로 연신을 동시에 실시하는 동시 2 축 연신도, 종횡의 기계적 특성의 밸런스를 맞추기 쉽기 때문에 바람직하다.
종횡으로 연신한 필름은, 각 층의 수지 중 결정화 온도 (이하, 「Tc」 로 나타낸다.) 가 가장 낮은 수지의 Tc 이상, 각 층의 수지 중 Tm 이 가장 높은 수지의 (Tm - 20℃) 이하의 온도 범위에서 열고정을 실시한다. 그 후, 열수축률을 보다 낮출 목적에서, 세로 방향 및 가로 방향 중 일 방향 또는 양 방향으로, 이완율 0.5 ∼ 15 % 의 범위에서 열이완 처리하는 것이 바람직하다. 열이완 처리는, 필름 제조시에 실시하는 방법 이외에, 권취한 후에 다른 공정에서 열처리를 실시해도 된다. 권취한 후의 열처리 방법으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평1-275031호에 나타내는 바와 같은, 필름을 현수 상태에서 이완 열처리하는 방법을 사용할 수 있다.
태양 전지
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 각종 태양 전지의 기재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 특히 플렉시블 타입의 박막 태양 전지의 기재로서 사용하는 경우에, 본 발명의 유리한 효과가 최대한으로 발휘되게 되어 바람직하다.
본 발명의 태양 전지 기재용 다층 필름은, 그 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 50 ㎚ 이하로 매우 평활한 것으로서, 발전층의 설계 자유도가 커져, 태양 전지의 박막화 및 광전 변환 효율의 향상에 이바지한다.
다층 필름의 각 면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 상이한 경우에는, 발전층을 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 작은 쪽의 면측에 배치하는 것이, 발전층의 설계 자유도가 보다 커지는 면에서 바람직하다. 예를 들어, 다층 필름이 지지층/산란층의 2 층 구조인 경우에는, 발전층을 지지층측의 면에 배치하는 것이 바람직하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 설명한다.
또한, 각 특성값은 이하의 방법으로 측정하였다.
(1) 고유 점도
오르토클로로페놀 용매에 의한 용액의 점도를 35℃ 에서 측정하여 구하였다.
(2) 각 층의 두께
필름 샘플을 삼각형으로 잘라내어 포매 (包埋) 캡슐에 고정시킨 후, 에폭시 수지로 포매하였다. 포매된 샘플을 마이크로톰 (Reichert 사 제조, 품명 「ULTRACUT-S」) 으로 세로 방향으로 평행한 단면 (斷面) 을 50 ㎚ 두께의 박막 절편으로 한 후, 투과형 전자 현미경을 사용하여 가속 전압 100kV 로 관찰 및 사진 촬영하고, 사진으로부터 각 층의 두께를 측정하였다.
(3) 열수축률
200℃ 로 온도 설정된 오븐 중에, 무긴장 상태로 10 분간 필름을 유지하고, 열처리 전의 표점간 거리 (L0) 와 열처리 후의 표점간 거리 (L) 를 각각 측정하여, 그 치수 변화율을 열수축률 (S (%)) 로서 하기 식에 의해 산출하였다.
S = ((L0 - L)/L0) × 100
또한, 평점간 거리는, 약 300 ㎜ 의 간격을 두고 마크한 2 개의 평점간 거리를 0.1 ㎜ 의 단위까지 측정하여 구하였다.
(4) 입자의 평균 입경
(주) 시마즈 제작소 제조, CP-50 형 센트리퓨갈·파티클·사이즈·애널라이저 (Centrifugal Particle Size Annalyzer) 를 사용하여 측정하여 얻어진 원심 침강 곡선에 기초하여 산출한 각 입경의 입자와 그 존재량의 적산 곡선으로부터, 50 중량% 에 상당하는 입경을 판독하였다.
(5) 중심선 평균 표면 조도 (Ra)
비접촉식 3 차원 조도계 ((주) 코사카 연구소 제조, 형명 「ET30HK」) 를 사용하여, 파장 780 ㎚ 의 반도체 레이저, 빔 직경 1.6 ㎛ 의 광촉침으로 측정 길이 (LX) 1 ㎜, 샘플링 피치 2 ㎛, 컷 오프 0.25 ㎜, 세로 방향 확대 배율 5,000 배, 가로 방향 확대 배율 200 배, 주사선 수 100 개 (따라서, Y 방향의 측정 길이 (LY) = 0.2 ㎜) 의 조건에서 필름 표면의 돌기 프로파일을 측정하고, 그 조도 곡면을 Z = F (X, Y) 로 나타내었을 때, 하기 식에서 얻어지는 값 (Ra, 단위 ㎚) 을 필름의 중심선 표면 조도 (Ra) 로서 구하였다.
(6) 다층 필름의 전체 광선 투과율 (Tt)
전체 광선 투과율 (Tt : %) 은, JIS 규격 K6714 에 따라 측정하였다.
(7) 헤이즈율 (다층 필름의 전체 광선 투과율에 차지하는 확산 성분의 비율)
JIS 규격 K6714 에 따라, 닛폰 전색 공업 (주) 제조의 헤이즈 측정기 「NDH-2000」 를 사용하여 다층 필름의 헤이즈율을 측정하였다. 또한, 다층 필름의 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 표리에서 상이한 경우에는, 다층 필름의 중심선 표면 조도 (Ra) 가 거친 쪽의 표면에 대하여 측정하였다.
다층 필름의 헤이즈율이 높을수록, 태양 전지 기재용 다층 필름으로서의 광의 산란 효율이 높다.
(8) 굴절률
열가소성 결정성 수지의 굴절률은, 필름 형상으로 용융 압출 성형한 열가소성 결정성 수지 필름에 대하여 Metricon 사 제조의 「프리즘 커플러」 를 사용하여, 파장 633 ㎚ 에서 측정한 전방위의 굴절률 중, 필름면 내의 제막 방향의 굴절률 (nMD) 과, 면 내의 제막 방향에 수직인 방향의 굴절률 (nTD) 의 평균값이다.
실시예 1
지지층이 될 열가소성 결정성 수지로서 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 (비정밀도 1.33, 고유 점도 : 0.65) 와, 산란층이 될 조성물로서 평균 입경 0.3 ㎛ 의 구 형상 실리카 (닛폰 촉매 (주) 제조, 「시호스타 KEP-30」, 진밀도 2.0, 굴절률 1.43 (카달로그값)) 를 0.1 체적% 함유하는 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 (비정밀도 1.33, 고유 점도 : 0.65, 굴절률 1.76) 를, 각각 170℃ 에서 6 시간 건조시킨 후에, 다른 압출기에 공급하였다.
이들을 각각 305℃ 의 온도에서 용융시킨 후에, 피드 블록을 사용하여, 지지층/산란층/지지층의 3 층 구성이 되도록 합류시키고, 슬릿 형상 다이로부터 압출하여, 표면 온도를 50℃ 로 유지한 회전 냉각 드럼 상에서 급냉 고화시켜 미연신 필름을 얻었다.
다음으로, 세로 방향으로 140℃ 에서 3.1 배로 연신한 후, 가로 방향으로 145℃ 에서 3.3 배로 연신하고, 추가로 245℃ 에서 5 초간 열고정 처리한 후 폭 방향으로 2 % 수축시킴으로써, 두께 50 ㎛ 의 3 층 구성의 태양 전지 기재용 다층 필름을 얻었다. 얻어진 다층 필름의 지지층의 두께는 10 ㎛, 산란층의 두께는 30 ㎛ 이며, 산란층의 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 는 1.2 ㎚, 필름의 전체 광선 투과율 (Tt) 은 84 %, 헤이즈율 (필름의 전체 광선 투과율에 차지하는 확산 성분의 비율) 은 8.3 % 였다. 이 다층 필름의 열수축률은 0.5 % 였다.
실시예 2 ∼ 실시예 3
지지층 및 산란층의 두께 그리고 산란층에 있어서의 입자의 함유 비율을, 각각 표 1 및 표 2 에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 기재용 다층 필름을 제조하였다. 얻어진 다층 필름의 특성을 표 3 에 나타내었다. 어느 다층 필름도 광확산 효율이 높고, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 열수축률은 0.6 % 였다.
실시예 4
지지층에, 자외선 흡수제로서 2,6-나프탈렌비스(1,3-벤조옥사진-4-온) 을 지지층의 수지 100 중량부에 대하여 2 중량부 첨가한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 기재용 다층 필름을 제조하였다. 얻어진 다층 필름의 특성을 표 3 에 나타내었다. 어느 다층 필름도 광확산 효율이 높고, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 열수축률은 0.6 % 였다.
실시예 5
층 구성을 지지층/산란층의 2 층 구성으로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 기재용 다층 필름을 제조하였다. 얻어진 다층 필름의 특성을 표 3 에 나타내었다. 어느 다층 필름도 광확산 효율이 높고, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 열수축률은 0.5 % 였다.
실시예 6 ∼ 실시예 8
산란층에 함유되는 입자의 종류 및 함유 비율 그리고 산란층의 두께를 표 1 과 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 태양 전지 기재용 다층 필름을 제조하였다. 얻어진 다층 필름의 특성을 표 2 에 나타내었다. 어느 다층 필름도 광확산 효율이 높고, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 열수축률이 0.6 % 였다.
실시예 9 ∼ 실시예 11
산란층에 사용하는 열가소성 결정성 수지의 종류를 표 1 에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 6 과 동일하게 하여 태양 전지 기재용 다층 필름을 제조하였다. 얻어진 다층 필름의 특성을 표 2 에 나타내었다. 어느 다층 필름도 광확산 효율이 높고, 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 열수축률은, 실시예 9 의 다층 필름이 0.7 %, 실시예 10 및 11 의 다층 필름이 1.0 % 였다.
비교예 1
산란층이 될 조성물에 입자를 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 필름을 제조하였다. 이 필름의 특성을 표 2 에 나타내었다. 광확산 효율이 낮은 필름이 얻어졌다.
비교예 2
산란층이 될 조성물에 입자를 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예 9 와 동일하게 하여 필름을 제조하였다. 이 필름의 특성을 표 2 에 나타내었다. 광확산 효율이 낮은 필름이 얻어졌다.
또한, 상기 표 중, 입자 및 열가소성 결정성 수지의 약칭은, 각각 이하의 의미이다.
입자
실리카 : 닛폰 촉매 (주) 제조, 품번 「시호스타 KEP-30」
멜라민 수지 1 : 닛폰 촉매 (주) 제조, 품번 「에포스타 M30」
멜라민 수지 2 : 닛폰 촉매 (주) 제조, 품번 「에포스타 M05」
멜라민 수지 3 : 닛폰 촉매 (주) 제조, 품번 「에포스타 S12」
열가소성 결정성 수지
PEN : 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트
8MTA 공중합 PEN : 테레프탈레이트 성분을 8 몰% 공중합한 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트/폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체
18.5MTA 공중합 PEN : 테레프탈레이트 성분을 18.5 몰% 공중합한 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트/폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체
30MTA 공중합 PEN : 테레프탈레이트 성분을 30 몰% 공중합한 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트/폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체
실시예 5 의 2 층 구조의 필름에 있어서는, 지지층측의 면을 표면으로 하였다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 발전층의 층 설계의 폭을 넓게 유지하면서, 높은 광 포획 효과를 얻을 수 있는 높은 광확산 효과를 나타내는, 태양 전지 기재용 다층 필름이 제공된다.
Claims (8)
- 지지층과 산란층으로 이루어지는 태양 전지 기재용 다층 필름으로서,상기 지지층이 열가소성 결정성 수지로 이루어지고,상기 산란층이 열가소성 결정성 수지 및 그 열가소성 결정성 수지의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 입자로 이루어지고,상기 산란층 중의 입자의 함유율이 상기 산란층의 체적을 기준으로 하여 0.05 ∼ 20 체적% 이며, 그리고상기 산란층 중의 입자의 굴절률과 상기 산란층의 열가소성 결정성 수지의 굴절률의 차의 절대값이 0.01 ∼ 1.00 이며,상기 다층 필름의 양면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 50 ㎚ 이하이며, 상기 다층 필름의 전체 광선 투과율 (Tt) 이 80 % 이상이고, 또한 헤이즈율이 8 % 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지층 및 상기 산란층의 열가소성 결정성 수지가 열가소성 폴리에스테르인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 지지층 및 상기 산란층의 열가소성 폴리에스테르가 에틸렌-2,6-나프탈 렌디카르복실레이트 성분을 주된 반복 단위로 하는 폴리에스테르인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 3 항에 있어서,상기 입자가 실리카 입자 또는 멜라민 수지 입자인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 다층 필름의 적어도 편면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 다층 필름이 지지층/산란층의 2 층 구조로서, 상기 다층 필름의 지지층측 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 30 ㎚ 이하이며, 산란층측의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 50 ㎚ 이하인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 다층 필름이 지지층/산란층/지지층의 3 층 구조로서, 상기 다층 필름의 양측 표면의 중심선 평균 표면 조도 (Ra) 가 각각 30 ㎚ 이하인, 태양 전지 기재용 다층 필름.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,플렉시블 타입의 박막 태양 전지의 기재용인 것을 특징으로 하는 태양 전지 기재용 다층 필름.
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