(57)【要約】【課題】受光面積を拡大し、さらに反射損失を低減し、光閉じ込め効果により、太陽電池の光電変換効率を向上しうる、薄膜太陽電池用フィルム基材、薄膜太陽電池および太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】規則正しい多角錘形状が隙間なく敷き詰められた微細凹凸形状をもつ薄膜太陽電池用フィルム基材。【選択図】図１
2010183000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則正しい多角錘形状が隙間なく敷き詰められた微細凹凸形状をもつ薄膜太陽電池用フィルム基材。
【請求項２】
薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状が、切削加工により得られた金型から転写されたものであり、前記微細凹凸形状が、光硬化性または熱硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池用フィルム基材。
【請求項３】
薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状の高さ、あるいは深さが、１〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜太陽電池用フィルム基材。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載の薄膜太陽電池用フィルム基材上に、電極層、光電変換層、透明電極を積層してなる薄膜太陽電池。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜太陽電池を用いた薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜太陽電池用フィルム基材、薄膜太陽電池および薄膜太陽電池モジュールに関し、入射光を効率よく太陽電池に導入し、発電効率を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンで非枯渇のエネルギーとして太陽電池の研究が盛んに行われている。各種太陽電池の中でも、発電効率の点で単結晶シリコン、多結晶シリコン、あるいは単結晶シリコンにアモルファスシリコンを積層したシリコン結晶系の太陽電池が主流を占め、徐々にシェアも大きくなっている。一方、低コスト化のため、アモルファスシリコンをはじめとする薄膜太陽電池も次第にシェアを伸ばしつつあるが、結晶シリコンと比較して、発電効率が低いことが大きな課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６０８５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０８８８号公報
【特許文献３】特開平１−１１９０７４号公報
【特許文献４】特開２００３−２９８０８４号公報
【特許文献５】特開２００３−２９８０８５号公報
【特許文献６】特開２００３−２９８０８６号公報
【特許文献７】国際公開第０４／１０２６７７号パンフレット
【特許文献８】特開２００５−１５０２４２号公報
【特許文献９】特開２００８−８５３２３号公報
【特許文献１０】特開２００２−１４１５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池では、入射した光を、反射を抑え効率よく光電変換層に導き、さらに光電変換層から外部へ反射して出て行かないようにする光閉じ込め効果のため、凹凸加工を施すことにより、これを実現している。たとえば結晶シリコン太陽電池における表面テクスチャーは、この光閉じ込め効果を目的としたものである。特に薄膜太陽電池では、光電変換層が薄いため、光閉じ込め効果は重要であり、種々の手法が提案されている（例えば特許文献１〜１０参照）。
【０００５】
基本的にこれらの方法は、結晶シリコン太陽電池と同様、受光面に透明な凹凸形状をえることにより、光を有効に活用しようという狙いだが、大きなコストアップにつながる、凹凸形状が制御できず不規則であるため、期待するほど大きな効果は得られないのが現状である。
本発明の目的は、受光面積を拡大し、さらに反射損失を低減し、光閉じ込め効果により、太陽電池の光電変換効率を向上しうる、薄膜太陽電池用フィルム基材、薄膜太陽電池および薄膜太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題に対し、本発明は、基本的に規則正しい微細多角錘形状を得るための手段として、母型を金属の切削加工によって精度を得ることを見出し、本発明に到達した。
本発明は以下の通りである。
（１）  規則正しい多角錘形状が隙間なく敷き詰められた微細凹凸形状をもつ薄膜太陽電池用フィルム基材。
（２）  薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状が、切削加工により得られた金型から転写されたものであり、前記微細凹凸形状が、光硬化性または熱硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする前記の薄膜太陽電池用フィルム基材。
（３）  薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状の高さ、あるいは深さが、１〜１０００μｍであることを特徴とする前記の薄膜太陽電池用フィルム基材。
（４）  前記の薄膜太陽電池用フィルム基材上に、電極層、光電変換層、透明電極を積層してなる薄膜太陽電池。
（５）  前記の薄膜太陽電池を用いた薄膜太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の規則正しい微細多角錘形状を有する受光面積拡大フィルムを、薄膜太陽電池の基材フィルムとして用い、この上に透明電極、光電変換層、電極層を積層した薄膜太陽電池を作製することにより、受光面積が拡大し、さらに反射損失を低減し、光閉じ込め効果により、太陽電池の光電変換効率を向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）を用いたときに、期待される光閉じ込め効果の概念図である。
【図２】本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）の作製方法の一例を示す図である。
【図３】本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）のＳＥＭ像である。
【図４】本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム；図３参照）の寸法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材は、規則正しい多角錘形状が隙間なく敷き詰められた微細凹凸形状をもつ薄膜太陽電池用フィルム基材である。また、前記の薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状が、切削加工により得られた金型から転写されたものであり、形状転写において光硬化性または熱硬化性樹脂組成物が用いられることが好ましい。または、前記の薄膜太陽電池用フィルム基材の微細凹凸形状の高さ、あるいは深さが、１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）を用いたときに、期待される光閉じ込め効果の概念図を図１に示した。すなわち、凹凸形状により、受光面積が拡大できるばかりでなく、入射光をたとえ１面で反射によりとり逃したとしても、別の１面が確実に取り込むようになっている。さらに、一度光電変換層から出て行った光も、規則正しい面の配列により、再度光電変換層に導きうる構造を持っている。
【００１１】
本発明の規則正しい微細多角錘形状を有した薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）は、図２に示すように、例えば、基材透明フィルム（ＰＥＴフィルム）に光硬化性樹脂組成物（感光性樹脂）を塗布し、切削加工により得られた金型上に押し付け、基材透明フィルム裏面よりＵＶ光を照射して、硬化させ、その後、金型を離型し、作製する。ここで金型がロール型であれば、連続加工が可能である。凹凸形状形成用樹脂が、熱硬化性樹脂組成物であれば、裏面からのＵＶ光照射の代わりに、金型自体に熱をかけることで硬化しうる。
【００１２】
基材透明フィルムには、特に制限がないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、などが使用可能である。
【００１３】
本発明の規則正しい微細多角錘形状を形成しうる光硬化性樹脂組成物または熱硬化性樹脂組成物は、樹脂組成として、例えば、（Ａ）樹脂、（Ｂ）架橋性モノマ、（Ｃ）光または熱により遊離ラジカルを生成する開始剤からなる。
【００１４】
ここで（Ａ）成分の樹脂としては、アクリル酸又はメタクリル酸及びこれらのアルキルエステルと、これらと共重合し得るその他のビニルモノマーを構成モノマーとして共重合してなる共重合体が用いられる。これらの共重合体は、単独でも２種類以上を組み合わせて用いることもできる。アクリル酸アルキルエステル又はメタクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のアクリル酸無置換アルキルエステル又はメタクリル酸無置換アルキルエステルや、これらのアルキル基に水酸基、エポキシ基、ハロゲン基等が置換したアクリル酸置換アルキルエステル及びメタクリル酸置換アルキルエステルなどが挙げられる。
【００１５】
また、アクリル酸又はメタクリル酸やアクリル酸アルキルエステル又はメタクリル酸アルキルエステルと共重合しうるその他のビニルモノマーとしては、アクリルアミド、アクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエンなどが挙げられる。これらのビニルモノマーは、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、（Ａ）成分の樹脂の重量平均分子量は、塗膜性及び塗膜強度、耐熱性、耐薬品性の点から１０，０００〜３００，０００であることが好ましい。市販品として、日立化成工業株式会社製、ヒタロイドＨＡ７８８５などが挙げられる。
【００１６】
（Ｂ）成分としては、例えば、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート；テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート；ベンジル（メタ）アクリレート；多価アルコールにα，β−不飽和カルボン酸を反応させて得られる化合物（例えば、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（エチレン基の数が２〜１４のもの）、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシトリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート（プロピレン基の数が２〜１４のもの）、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡポリオキシエチレンジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジオキシエチレンジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡトリオキシエチレンジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡデカオキシエチレンジ（メタ）アクリレート等）；グリシジル基含有化合物にα，β−不飽和カルボン酸を付加して得られる化合物（例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルトリアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジアクリレート等）；多価カルボン酸（例えば、無水フタル酸）と水酸基及びエチレン性不飽和基を有する物質（例えば、β‐ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート）とのエステル化物；アクリル酸若しくはメタクリル酸のアルキルエステル（例えば、（メタ）アクリル酸メチルエステル、（メタ）アクリル酸エチルエステル、（メタ）アクリル酸ブチルエステル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシルエステル）；ウレタン（メタ）アクリレート（例えば、トリレンジイソシアネートと２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリル酸エステルとの反応物、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートとシクロヘキサンジメタノールと２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリル酸エステルとの反応物等）を挙げることができる。
【００１７】
特に好ましい（Ｂ）成分としては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡポリオキシエチレンジメタクリレートが挙げられる。なお、上記化合物は単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。市販品として、日立化成工業株式会社製、ファンクリルＦＡ−３２１Ｍなどが挙げられる。
【００１８】
光硬化性樹脂組成物における（Ｃ）成分としては、紫外線又は可視光線により遊離ラジカルを生成する光開始剤が好ましく、例えば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラメチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン（ミヒラーケトン）、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジルジメチルケタール（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュア６５１）、ベンジルジエチルケタール等のベンジルケタール類、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類、２，４−ジメチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン等のキサントン類、あるいはヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュア１８４）、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ビトロキシ−２−メチルプロパン−１−オン（メルク社製、ダロキュア１１１６）、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社製、ダロキュア１１７３）等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００１９】
また、（Ｃ）成分として使用しうる光開始剤としては、例えば、２，４，５−トリアリルイミダゾール二量体と２−メルカプトベンゾオキサゾール、ロイコクリスタルバイオレット、トリス（４−ジエチルアミノ−２−メチルフェニル）メタン等との組み合わせも挙げられる。また、それ自体では光開始性はないが、前記物質と組み合わせて用いることにより全体として光開始性能のより良好な増感剤系となるような添加剤、例えば、ベンゾフェノンに対するトリエタノールアミン等の三級アミンを用いることができる。
【００２０】
熱硬化性樹脂組成物における（Ｃ）成分としては、熱により遊離ラジカルを生成する熱開始剤が好ましく、例えば、イソブチルパーオキサイド、α，α’ビス（ネオデカノイルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｓ−ブチルパーオキシジカーボネート、１，１，３，３−テトラメチルブチルネオデカノエート、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、ジ−２−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジ（エチルヘキシルパーオキシ）ジカーボネート、ｔ−ヘキシルネオデカノエート、ジメトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ（３−メチル−３−メトキシブチルパーオキシ）ジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、サクシニックパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（２−エチルヘキサノイル）ヘキサン、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、４−メチルベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｍ−トルオノイルベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）２−メチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサノン、２，２−ビス（４，４−ジブチルパーオキシシクロヘキシル）プロパン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｍ−トルオイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシイソフタレート、α，α’ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキシフタレート、ｐ−メンタンハイドロパ���オキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ｔ−ブチルトリメチルシリルパーオキサイド、１，１，３，３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ｔ−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタンなどを使用することができる。
【００２１】
また、本発明の薄膜太陽電池用フィルム基材上に、電極層、光電変換層、透明電極を積層し、薄膜太陽電池を作製することができる。また、前記薄膜太陽電池を用いて、薄膜太陽電池モジュールを作製することができる。
【実施例】
【００２２】
以下、具体的な実施の形態を、実施例をもって説明する。ここに説明される内容は、これに限定されるものでなく、別の形態をとったものでも、その技術思想を反映するものであれば、適用できるものとする。
（実施例１）
［光硬化性樹脂組成物の作製］
（Ａ）成分として、日立化成工業株式会社製、ヒタロイドＨＡ７８８５を５０質量部、（Ｂ）成分として、日立化成工業株式会社製、ファンクリルＦＡ−３２１Ｍを５０質量部、（Ｃ）成分として、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製、ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４を３質量部、有機溶媒成分としてメチルエチルケトンを配合した。
【００２３】
［薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）の作製］
１２５μｍ厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に、上記の光硬化性樹脂組成物を均一に塗布し、８０〜１００℃の熱風対流式乾燥機により、約１０分間かけて乾燥した。これに底辺が５０μｍ、頂角１２０°の微細なピラミッド形状のある金型を押し当て、ＰＥＴフィルムの裏面から紫外線を照射して、硬化させ、金型を剥がして薄膜太陽電池用フィルム基材（受光面積拡大フィルム）を得た。このＳＥＭ像を図３に示す。また、このときの寸法を図４に示す。
【００２４】
本発明の規則正しい微細多角錘形状を有する受光面積拡大フィルムを、薄膜太陽電池の基材フィルムとして用い、この上に透明電極、光電変換層、電極層を積層した薄膜太陽電池を作製することにより、受光面積が拡大し、さらに反射損失を低減し、光閉じ込め効果により、太陽電池の光電変換効率を向上しうる。
【図１】
2010183000.tif 000003
【図２】
2010183000.tif 000004
【図３】
2010183000.tif 000005
【図４】
2010183000.tif 000006