(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板の表面に、平均粒径１μｍ以下のアルミナ微粒子を固形分比率として１０〜３０質量％の割合で配合したアルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜と、シリコーン塗料からなる第２層の絶縁皮膜が順次形成されている耐熱性に優れた太陽電池用絶縁基板。
【請求項２】
前記第１層の絶縁皮膜に平均粒径０．２〜１μｍのアルミナ微粒子を配合した、請求項１記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項３】
アルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜とシリコーン塗料からなる第２層の絶縁皮膜との間に、さらにアルカリシリケート塗料からなる中間層の絶縁皮膜が形成されている請求項１又は２に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項４】
ステンレス鋼板を金属基板として使用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項５】
平均粒径１μｍ以下のアルミナ微粒子を固形分比率として１０〜３０質量％の割合で配合したアルカリシリケート塗料を金属基板の表面に塗布し、乾燥・焼成して第１層の絶縁皮膜を形成した後、第１層の絶縁皮膜の上にシリコーン塗料を塗布し，乾燥・焼成して第２層の絶縁皮膜を形成することを特徴とする太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１層の絶縁皮膜に平均粒径０．２〜１μｍのアルミナ微粒子を配合した、請求項５記載の太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【請求項７】
アルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜とシリコーン塗料からなる第２層の絶縁皮膜との間に、さらにアルカリシリケート塗料からなる中間層の絶縁皮膜を形成することを特徴とする、請求項５又は６に記載の太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、太陽電池セル形成時の高温加熱によっても良好な絶縁性が劣化しない耐熱性に優れた太陽電池用絶縁基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池用の基板として、ガラス板，樹脂フィルム，金属板等が使用されている。なかでも、金属基板は、ガラス板に比較して可撓性に優れ、樹脂フィルムにない耐熱性をもつことが長所である。
金属基板に太陽電池セルを直接形成すると、各セルの一方の電極が金属基板を介して電気的に並列接続されるため、実用に供する電力が得られない。金属基板までをも切断してセルを分離することにより並列接続が避けられるが、これでは製造性が低下することは勿論、複数のセルを集積する際にセル間に余分な隙間ができ、太陽電池モジュールの単位面積当りの発電効率が低下する。
【０００３】
そこで、金属基板の表面を絶縁処理する方法が採用されている。たとえば、スピナー，スプレー，浸漬法等で液状樹脂をステンレス鋼板の表面に塗布し、高温焼成によって膜厚２μｍ程度の高分子樹脂皮膜を形成する方法（特開昭５９−４７７７６号公報），スパッタリング，蒸着，イオンプレーティング，プラズマＣＶＤ，熱分解ＣＶＤ等でシリカ，アルミナ，シリコンナイトライド等の無機系絶縁皮膜を形成する方法（特開昭５９−４７７７５号公報），有機シリケートに絶縁性微粒子を添加した塗料を硬化させ、シリカを主体とする無機・有機複合系絶縁皮膜を形成する方法（特開平２−１８００１号公報）等がある。
【０００４】
また、特開平１１−２３８８９１号公報では、アルミナ微粒子を添加したアルカリシリケート（ケイ酸塩）塗料をステンレス鋼板の表面に塗布して無機系絶縁皮膜を形成している。しかし、アルカリシリケート塗料は、通常、珪砂及び炭酸アルカリ又は水酸化アルカリを溶融して得たガラスを水溶化することにより得られるアルカリ性水溶液である。そのため、大半のアルカリシリケート塗料は、透水性及び通気性（透湿性）が非常に強く、防水性を示さない。これらの欠点はケイフッ化物，各種鉱酸，金属粉末，多価金属酸化物等の添加により改善され、アルミナ微粒子の添加（特開平１１−２３８８９１号公報）も一つの改善手段である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来から提案されている各種絶縁皮膜の中で、シリコーン樹脂を主成分とする絶縁皮膜は、ロールコーティング等で形成できるため製造コスト面で優れ、結合エネルギーの大きなシロキサン結合を主鎖とする樹脂骨格であることから耐熱性にも優れている。しかも、有機成分を含んでいることから、無機系絶縁皮膜に比較して太陽電池セル形成時の加熱に起因したクラックの発生も起こりにくい。しかし、有機成分は、太陽電池セル形成時の加熱によって分解・消失し、絶縁皮膜に微細なピンホールを発生させ、各太陽電池セル間を短絡させる原因となる。低温加熱によって非晶質シリコンを堆積する場合には耐熱性に優れた有機成分を選択することによりピンホールの発生を軽減できるが、より高温で非晶質シリコンを堆積させ、或いは薄膜多結晶シリコンを堆積させる場合等では有機成分の分解・消失に起因してピンホールが多発しやすい。ピンホールの発生を防止するために有機成分を減少させると、無機系絶縁皮膜と同様に太陽電池セル形成時の加熱によって微細なクラックが生じ、太陽電池セル間の短絡原因になる。
【０００６】
アルカリシリケート塗料を用いた場合でも、ロールコーティング等で絶縁皮膜を形成できるため製造コスト面で優れている。また、シリカの網目構造の中にアルカリ金属が取り込まれた樹脂骨格をもつことから粘着性にも優れており、太陽電池セル形成時の加熱でも無機系絶縁皮膜にみられたようなクラックが生じがたい。
しかし、アルカリシリケート塗料が水性塗料であることから、形成された絶縁皮膜に水分が残存しやすい。皮膜形成時の加熱温度よりも太陽電池セル形成時の加熱温度が高いと残存水分が蒸発し、絶縁皮膜にフクレを発生させる。フクレが数十μｍ程度に成長すると、フクレの頂上部に微細なクラックが発生し、太陽電池セル間の短絡原因になる。皮膜形成時の加熱温度を高くすることによりフクレ及びフクレの成長を防止できるが、４００℃を超える加熱温度では皮膜形成後にフクレが発生する。そのため、アルカリシリケート塗料で成膜される絶縁皮膜は、低温加熱で非晶質シリコンを堆積する場合には使用可能であるが、より高温で非晶質シリコンを堆積させ、或いは薄膜多結晶シリコンを堆積させる場合には太陽電池用絶縁基板として利用できない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、加熱時に発生する欠陥の形態が異なるアルカリシリケート塗料及びシリコーン塗料を組み合わせ、各絶縁皮膜の欠陥を互いの絶縁皮膜で補い合ってアルカリシリケート塗料及びシリコーン塗料それぞれの長所を活用し、高温加熱下での絶縁性を向上させた太陽電池用絶縁基板を提供することを目的とする。
本発明の太陽電池用絶縁基板は、その目的を達成するため、金属基板の表面に、アルミナ微粒子を配合したアルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜と、シリコーン塗料からなる第２層の絶縁皮膜が順次形成されていることを特徴とする。
【０００８】
金属基板には、耐食性に優れたステンレス鋼板の使用が好ましい。第１層の絶縁皮膜は、平均粒径１μｍ以下のアルミナ微粒子を１０〜３０質量％の割合で配合したアルカリシリケート塗料を用い、単層又は複層として１μｍ以上の膜厚で形成することが好ましい。第２層の絶縁皮膜も、膜厚２μｍ以上で形成することが好ましい。
この太陽電池用絶縁基板は、アルミナ微粒子を配合したアルカリシリケート塗料を金属基板の表面に塗布し、乾燥・焼成して第１層の絶縁皮膜を形成した後、第１層の絶縁皮膜の上にシリコーン塗料を塗布し，乾燥・焼成して第２層の絶縁皮膜を形成することにより製造される。
【０００９】
【作用及び実施の形態】
本発明に従った太陽電池用絶縁基板は、図１に示すように金属基板１の上に第１層の絶縁皮膜２及び第２層の絶縁皮膜３を順次積層している。第１層の絶縁皮膜２はアルミナ微粒子４を配合したアルカリシリケート塗料から成膜され、第２層の絶縁皮膜３はシリコーン塗料から成膜される。第１層の絶縁皮膜２は、図２に示すように複層構造として設けることもできる。
第１層の絶縁皮膜２は、アルカリシリケート塗料を塗布して形成した無機系絶縁皮膜であり、アルカリ金属が取り込まれた骨格構造をもつことから粘着性に優れ、太陽電池セル形成時の加熱で熱膨張係数の相違に由来する無機系絶縁皮膜特有の大きなクラックが発生しがたい。しかし、水性塗料であるため、４００℃を超えるような高温でセルが形成される太陽電池用途に使用すると、残存水分の蒸発に起因して絶縁皮膜にフクレが発生する欠点がある。
【００１０】
本発明者等は、アルカリシリケート塗料からなる無機系絶縁皮膜を多層に形成することにより絶縁皮膜のフクレ防止を図ることを検討した。しかし、下層側にある絶縁皮膜のフクレ発生は防止できるが、表層側の絶縁皮膜にフクレが発生するため、直下にある絶縁皮膜の発生しているフクレを抑えることができず、フクレ防止効果は小さなものであった。また、フクレを起こすほどの蒸気圧を抑えるためには、実際にフクレが発生した下層側絶縁皮膜と同じ組成の上層側絶縁皮膜では耐圧が不足する。
【００１１】
そこで、アルカリシリケート塗料からなる無機系絶縁皮膜に発生しがちなフクレを上層の絶縁皮膜で抑えつけて防止するため、第２層の絶縁皮膜３をフクレの発生しない系とし、更にアルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜２よりも強固な骨格構造をもつ絶縁皮膜を形成することが必要であると考えた。このような前提に立って、シロキサン結合を主鎖とするシリコーン塗料を用いて第２層の絶縁皮膜３を形成するとき、強固な骨格構造をもつ絶縁皮膜３が上層に形成され、結果として第１層の絶縁皮膜２に発生するフクレが抑えられることを見出した。また、高温加熱による耐熱試験後、樹脂の分解や収縮に伴うクラックが第２層の絶縁皮膜３に検出されるものの、第１層の絶縁皮膜２を起点とするフクレの発生が観察されない。しかも、太陽電池セル形成時の加熱でシリコーン系絶縁皮膜３にピンホールが生成しても、ピンホールを介して太陽電池セルが金属基板１に導通することが第１層の絶縁皮膜２で防止される。
【００１２】
第１層の絶縁皮膜２の形成に使用されるアルカリシリケート塗料としては、たとえばケイ酸ナトリウム系，ケイ酸カリウム系，ケイ酸リチウム系及びそれらの複合系等がある。第２層の絶縁皮膜３の形成に使用されるシリコーン塗料としては、たとえばメチルシリコーン，メチルフェニルシリコーン等の純シリコーンやアルキド変性、ポリエステル変性シリコーン等がある。
第１層の絶縁皮膜２には、平均粒径１μｍ以下のアルミナ微粒子４を１０〜３０質量％の割合で分散配合することが好ましい。耐水性に劣るアルカリシリケート系の皮膜を絶縁皮膜に使用する場合、皮膜に吸収された水分に起因する短絡が懸念される。この点、アルカリシリケート系皮膜にアルミナ微粒子を分散配合すると、皮膜中を水分が通ることがアルミナ微粒子で妨げられ、耐水性が改善される。
【００１３】
アルミナ微粒子４の平均粒径が１μｍを超えると、絶縁皮膜がＲmaxで数μｍオーダの表面粗さになり、１μｍ以下の薄膜で形成される太陽電池セルの発電層に膜切れが生じ短絡が発生しやすくなる。アルミナ微粒子４の配合量が第１層の絶縁皮膜２中の固形分比率として１０質量％未満では、耐水性，耐食性，耐候性等といった耐久性が劣化しやすい。逆に３０質量％を超える配合量では、アルミナ微粒子４が二次凝集しやすく，アルカリシリケート塗料の貯蔵安定性が劣化する。
第１層の絶縁皮膜２は、好ましくは１μｍ以上の膜厚で形成される。１μｍに満たない膜厚では、金属基板１の凹凸によって第１層の絶縁皮膜２に破れ等の欠陥が発生しやすく、十分な絶縁特性が得られない。第２層の絶縁皮膜３も、第１層の絶縁皮膜２のフクレ抑制に有効な皮膜強度を付与するために１μｍ以上の膜厚で形成することが好ましい。
【００１４】
第１層の絶縁皮膜２は、９５×１０-7／℃程度の熱膨張係数をもつ。熱膨張係数の相違に起因するクラックの発生を防止するためには、第１層の絶縁皮膜２に近い熱膨張係数をもつ金属基板１の使用が好ましい。この点、ステンレス鋼板は、ＳＵＳ４３０で約１０４×１０-7／℃であり、太陽電池用基板材料として好適である。また、第１層の絶縁皮膜２を複層構成で設けるとき、熱膨張係数差に起因するクラックの発生が緩和されると共に、絶縁安定性も向上する。
【００１５】
【実施例】
成  膜  法
成膜例１（本発明例）：
第１層の絶縁皮膜２形成用アルカリシリケート塗料として、皮膜中の固形分比率がケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ2：５８〜６１質量％，Ｎａ2Ｏ：１９〜２１質量％）５０質量％，ケイ酸カリウム（ＳｉＯ2：１９〜２１質量％，Ｋ2Ｏ：８〜１０質量％）３５重量％となるように調合し、平均粒径０．２μｍのアルミナ微粒子を１５質量％の割合で配合した。
第２層の絶縁皮膜３のシリコーン塗料には、耐熱塗料パイロサーム＃０４００Ｐ（日本グレーベカシュー株式会社製）を使用した。この塗料は、Ｓｉ−Ｏの側鎖にメチル基等が付加されたシリコーン樹脂からなり、顔料として金属酸化物を含んでいる。
金属基板１として、アルカリ脱脂した板厚０．１５ｍｍ，板幅３００ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を使用した。アルカリシリケート塗料をステンレス鋼帯にロールコータで塗布した後、３００℃×１分で焼き付け、膜厚４μｍの第１層の絶縁皮膜２を形成した。更に、第１層の絶縁皮膜２の上にシリコーン塗料を塗布し、３５０℃×２分で焼き付け、膜厚１５μｍの第２層の絶縁皮膜３を形成した。
【００１６】
成膜例２（本発明例）：
耐熱塗料オキツモ６８３１（オキツモ株式会社製：成膜例１と同様なシリコーン塗料）をシリコーン塗料に使用する以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が６μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１４μｍであった。
成膜例３（本発明例）：
アルカリシリケート塗料に添加するアルミナ微粒子の平均粒径を１μｍとする以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が５μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１３μｍであった。
【００１７】
成膜例４（本発明例）：
アルカリシリケート塗料に添加するアルミナ微粒子の濃度を第１層の絶縁皮膜２中の固形分比率として１０質量％とする以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が５μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１５μｍであった。
成膜例５（本発明例）：
アルカリシリケート塗料に添加するアルミナ微粒子の濃度を第１層の絶縁皮膜２中の固形分比率として３０質量％とする以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が６μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１４μｍであった。
成膜例６（本発明例）：
第１層の絶縁皮膜２用のアルカリシリケート塗料をロールコートする際にアプリケータロールの周速を遅くする以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が１μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１３μｍであった。
【００１８】
成膜例７（本発明例）：
第２層の絶縁皮膜３用のシリコーン塗料をロールコートする際にアプリケータロールの周速を遅くする以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が５μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１μｍであった。
成膜例８（本発明例）：
アルカリシリケート塗料からなる第１層の絶縁皮膜２とシリコーン塗料からなる第２層の絶縁皮膜３との間に、中間層として第１層と同じ条件で絶縁皮膜を形成する以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が５μｍ，中間層の絶縁皮膜が５μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１０μｍであった。
【００１９】
成膜例９（比較例）：
成膜例１と同じ条件下で膜厚６μｍの第１層の絶縁皮膜２のみを形成した。
成膜例１０（比較例）：
成膜例１と同じ条件下で膜厚１６μｍの第２層の絶縁皮膜３のみを形成した。
成膜例１１（比較例）：
成膜例２と同じ条件下で膜厚１５μｍの第２層の絶縁皮膜３のみを形成した。
成膜例１２（比較例）：
アルカリシリケート塗料に平均粒径５μｍのアルミナ微粒子を添加する以外は，成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は、第１層の絶縁皮膜２が６μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１５μｍであった。
【００２０】
成膜例１３（比較例）：
皮膜中の固形分比率として７０質量％のアルミナ微粒子をアルカリシリケート塗料に配合する以外は、成膜例１と同様に絶縁皮膜を形成した。得られた絶縁皮膜の膜厚は，第１層の絶縁皮膜２が６μｍ，第２層の絶縁皮膜３が１５μｍであった。
【００２１】
塗  膜  性  能  評  価
耐熱性試験：
絶縁皮膜が形成された各ステンレス鋼板から３００ｍｍ×３００ｍｍの試験片を切り出し、耐熱試験に供した。耐熱試験では、絶縁皮膜側に直径５０ｍｍのＡｌ電極を幅方向及び長手方向共に６０ｍｍ間隔で合計２５個形成し、真空焼鈍炉（到達真空度：１〜３×１０-2Ｐａ）に装入して５００℃に９０分間保持した後、電極表面と試験片裏面との間に１Ｖの電圧を印加し、面積抵抗が１ＭΩ・ｃｍ2以上となる電極の個数をカウントした。１ＭΩ・ｃｍ2以上の電極の個数が２５個であるサンプルを◎，２３個以上を○，２２個以下を×として耐熱性を評価した。
塗料安定性：
成膜例１〜１３で調製した各塗料を４０℃に１ヶ月放置した後、塗料中の微粒子の平均粒径を粒度分布計で測定し、二次凝集の度合いを調査した。平均粒径が１μｍ以下を◎，２μｍ以下を○，２μｍを超えるものを×として塗料安定性を評価した。
【００２２】
表１の調査結果にみられるように、成膜例１〜８（本発明例）の絶縁皮膜は、何れも優れた耐熱性を呈し、太陽電池セル形成時の加熱雰囲気に曝されてもピンホール等の欠陥の発生がないことが判る。使用した塗料も貯蔵安定性に優れ、長期にわたって品質が安定した絶縁皮膜の形成に使用される。これに対し、アルカリシリケート塗料又はシリコーン塗料からなる絶縁皮膜のみを形成した成膜例９〜１１では。塗料安定性に優れるものの、耐熱性に劣っていた。複層構造の塗膜を形成した場合でも、第１層の絶縁皮膜２に平均粒径の大きなアルミナ微粒子４を分散させた成膜例では、耐熱性に優れるものの塗料安定性に劣っていた。第１層の絶縁皮膜２に過剰のアルミナ微粒子４を分散させた成膜例１３では、耐熱性及び塗料安定性共に劣っていた。この対比から明らかなように、アルミナ微粒子４を分散させたアルカリシリケート系絶縁皮膜２の上にシリコーン系絶縁皮膜３を形成するとき、耐熱性に優れた絶縁皮膜が得られ、太陽電池セル形成時の加熱によっても短絡原因になるピンホール等の欠陥発生のない耐熱性に優れた太陽電池用絶縁基板が提供される。
【００２３】
【表１】
0004865119.tif 000002
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の太陽電池用絶縁基板は、金属基板の上にアルミナ微粒子を分散させたアルカリシリケート系絶縁皮膜及びシリコーン系絶縁皮膜を順次形成しているので、各皮膜の欠陥が他方の皮膜で互いに補われ、太陽電池セル形成時に高温加熱されても絶縁性が低下することがない。しかも、アルカリシリケート塗料に配合するアルミナ微粒子の粒径及び分散量を調整するとき、耐熱性，耐久性及び塗料安定性が向上し，高品質の太陽電池用絶縁基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金属基板表面にアルミナ微粒子分散アルカリシリケート系絶縁皮膜（第１層）及びシリコーン系絶縁皮膜（第２層）を順次積層した太陽電池用絶縁基板の断面図
【図２】  第１層を複層とし、その上にシリコーン系絶縁皮膜（第２層）を形成した太陽電池用絶縁基板の断面図
【図１】
0004865119.tif 000003
【図２】
0004865119.tif 000004