JPS60160179A - 太陽電池基板用母板 - 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】 （技術分野） 太陽電池の基板材料として、ステンレス鋼薄板の表面性
状の改善に関しこの明ｍ書で述べる技術内容は、該表面
性状を、太陽電池の受光面に供されるアモルファス層に
対するすぐれた適合を成就させることについての開発成
果を提案しようとするものである。

（技術的背景） 太陽電池はその機械的支持の役割を果す基板上に０．１
〜１μｍ厚のアモルファス層を形成する。

このアモルファス層の膜厚が非常に薄いため、電池製造
の信頼性や電池特性としての太陽光の電気的エネルギー
への変換効率の面において基板材料の影響を強く受け、
このため基板材料の選択は製造方式とも強い関連を持つ
経済性を含めて重要である。

従来、太陽電池の基板材料として石英ガラスやソーダラ
イムガラスおよびステンレス鋼などが使われてきた。

ガラス系材料は基板自体が光透過性を持つため電池表面
の保護の役割を同時に果すという利点はあるがガラスの
宿命とも言える破損し易い欠点が免れ難い上、とくに無
アルカリである石英ガラスは、高価であり、太陽電池製
造に際してロール・ツー・ロールの量産性の高い方式を
採用できないという問題点がある。

これに“対しステンレス鋼は機械的強度が高くて強靭な
ため６．ｓ＋ｕ＋程度以下の薄い板を使うことができ、
また可撓性を有することからコイル状の材料を用いた量
産が可能であり、さらに曲面構造を持つ太陽電池として
も有利に適合するなどの点で°優れている。

しかし、通常、圧延されたステンレス鋼の表面には圧延
時に発生するオイル・ビット、スクラッチなどの欠陥が
多数あり、これをそのままの状態で太陽電池の基板材料
として用いるとアモルファス層の膜厚が薄いために、そ
の形成に不均一を生じ易くまた場合によっては欠陥周辺
で電気的短絡を起こし、電池としての機能を果さなくな
ることさえある。

このため一般的には、＃　１０００〜＃　１５００程度
まで数段階の手数をかけて砥粒研摩し、電解研摩を施す
ことによって表面粗さを調整しているのが現状である。

しかし、このような方法では工程操作が複雑で処理にも
長時間を要する上、加工コストが高価となりステンレス
鋼自体安価であっても最終的な価格は非常に高いものに
なってしまう。

太陽電池が既存の発電方法に伍して電力用として普及す
るためには現状から大幅なコスト・ダウンが必要であり
、上記の現状を打開し得る安価で材質特性のすぐれた基
板材料が要求されている。

（従来技術上の問題） 最近に至り、上記のような事情に鑑みステンレス鋼の表
面研摩法に関して、中性塩水溶液を電解液に用いた電解
作用による基板素地面の陽極溶解に加えた砥粒擦過を行
って基板表面を鏡面研摩する製造方法が開発された（特
開昭５５−７１０７７号公報参照）。

この場合、従来の機械的研摩と電解研摩を複合させて同
時に行うものであるため、操作時間を大幅に短縮するこ
とができるように開示されてはいるがしかし、その目的
とするところは従来法と同一であり、ステンレス鋼自身
の歩留りの低下とともに加工コストは依然として高いレ
ベルにあり、上記の懸案の本質的な解決とはならない。

（発明の課題） ところで太陽電池用の基板材料として具備すべき好まし
い特性としては （１）表面粗さが小さくかつ細かなピット状欠陥もでき
るだけ少ないこと、 （２）基板表面からアモルファス層へ電池特性を劣化さ
せる不純物拡散が少ないこと、 （３）耐食性、耐熱性にすぐれ太陽電池としての長期間
の使用に対し耐久性を有すること、（４）熱伝導性がす
ぐれていること、 （５）高強度でかつ可撓性を持ち、ロール・ツー・ロー
ル方式による電池の量産が可能であること、 （６）安価であること、 と要約することができる。

（発明の目的） 太陽電池の基板材料として電池特性および信頼性の観点
から最も基本にな′る表面粗さが小さく、アモルファス
層への不純物拡散がなく耐久性にも優れて上線の諸要請
がすべて有利に充足される安価な基板材料を与えること
がこの発明の目的である。

（発明の構成） この発明はステンレス鋼薄板よりなる基板の少くとも片
面に被成したＮｉ及び／又はＣｒのめっき層をそなえ、
芯板が板厚ｏ、　８ｍｔｏ以下でかつＲｗａｘで０．８
５μｍ以下の表面あらさになり、めつき層が芯板の表面
あらさに応じて下記式の条件を満たすめっき厚みを有す
ることから成る太陽電池基板用母板。

記 １．０８４ Ｔ≧　（Ｒｉ＋ａｘρ）　／　３．．０５ここにＴ：め
っき層厚み ＲＩａｘ、Ｏ：芯板の表面あらさ であり、その実ｗＭ態様としてめっき層がＮ１めっきを
下地とするＣｒめっき表層をもつ二重めっきであること
がのぞましい。

この発明は、これまでにも太陽電池の基板材料とし′で
使用されているステンレス鋼が安価で有利であることに
立脚し、発明の課題の項で述べたような太陽電池基板材
料の具備すべき要件が満たされる表面性状の改善により
すぐれた特徴を目指すところにおいて基板材料の芯板に
つきステンレス鋼薄板に限定する。このステンレス鋼薄
板は所定の板厚まで冷間圧延し、必要に応じて焼鈍、さ
らにはスキンパス圧延してこの発明に従うめつき処理用
原板とする。

ステンレス鋼芯板として、ＳＵＳ　４１０Ｌ板厚０．２
１１１１１の光輝焼鈍板をめっき原板〒として用い、こ
れにＣｒめっぎおよびＮｉめっき下地とする表層Ｃｒめ
っきまた、５ＵＳ４３０板厚０．２１ｍｍの光輝焼鈍板
をめっき原板■とし、これにＮｔめつきを施した、下記
各試料について倍率５００にて走査電子顕微鏡で観察し
た結果を第１図（ａ）、（ｂ）に示した。

（Ａ）：めつき前の原板工の試料。

（Ｂ）：原板１をホメザリンと水酸化カリウム水溶液で
電解脱脂したのち、５％塩酸水溶液中で陰極電解による
活性化処理を行ってから、３μｍ厚のＣｒめっき（めっ
き浴：Ｃｒ　０３　＋Ｈ２８０４）を施した試料。

（Ｃ）：同様にして２μｍ厚のニッケルめっき（めっき
浴：Ｎｒ　８０４　・６Ｈ２０＋Ｎｉ　ＣＪ！２　・６
Ｈ２０＋はう！！りを行ったのち、０．２μｍのＯｒめ
っきを施した試料。

（Ｄ）：めっき前の原板■の試料。

（Ｅ）　：ｌ１ｉＦｔ板■をホメザリンと水酸化カリウ
ム水溶液で電解脱脂したのち、３μｍ厚のＮｉめっきく
めつき浴：ＮｔＳＯ＜・６Ｈ２０十Ｎ　ｆ　Ｃ；　１２
２　・６Ｈ２０＋はう酸）を施した試料。

原板■および■の試料（Ａ）＜Ｄ）は巨視的には美麗な
表面をもつが、高倍率で観察するとその表面は圧延ロー
ルの研削による凹凸が転写されたことによっ生じた圧延
方向と平行に走る浅い溝、圧延時の潤滑材によるオイル
・ビットヤ酸洗に起因した直径２〜３μ−以下の多数の
ビット、そして表面の微小割れおよび押込み疵など、数
多くの表面欠陥が存在していることがわかる。

これらの欠陥は前述したように電池製造時、アモルファ
ス層が極めて薄いため種々の問題を引起こし電池として
の信頼性を著しく低下させる原因になる。原板■の表面
粗さは最大高さＲｅ＋ａｘの値で０．４２４μｍであっ
たがこれに３μｍ厚のクロムめっきを施すとＲｍａｘで
０．２０２μｍと改善され、一方２μｍｑのニッケルめ
っきと０．２μｍ厚のり゛ロムめっきを二重に施すとＲ
ｍａｙ、０．１９７μｍとなり、さらに改善効果が著し
くなり原板■の表面上で見られた各種の欠陥は電着物で
埋められその痕跡をとどめなくなる。

原板Ｈについても平均粗さＲａ　、Ｒ大島さＲｍａｘの
値でそれぞれ０．０８８μｍ　、０，５９０．ｃｚｍで
あったがこれに３μｍのＮｉめっきを施すと、Ｒａ　０
００４１μｓ　、　Ｒｍａｘ　Ｏ，３６９μｍに改善さ
れた。

以上のようなめっき処理による表面状態の改善効果を原
板の表面粗さく最大高さ表示としてＲｍａｘ、０とする
；μｍ）とめっき厚さとの相関関係で見るために、Ｒ１
１１ａＸ、０が０．０８４〜１．０９１μｌＩの範囲で
異なる０、２０ａ＋ｍおよび０．２５１１１ｍ厚の５Ｕ
Ｓ４３０を用い０．０２〜３０．ｃｚｍ厚のＯｒめっき
また、０．０３〜５０μｌ厚のＮｉめっきを施した後、
Ｒｍａｘの測定ど走査電子顕微鏡による表面欠陥の残存
状態の観察を行った。

その結果を第２図にまとめて示し、図中各プロットに添
記した数値はめっき後のＲｍａｘ値でありＸ印は表面欠
陥に関して改善が見られないもの、Δ印は改善されるが
比較的大きな欠陥に関してはその輪郭がやや残存するも
の、○印は改善が著しいものを示し、これらのプロット
記号に・印を付してＮ１めっきの場合を区別して示し、
さらに同じくめつき後のＲｍａｘ値の直下に括弧書きに
て、Ｎｉ　−Ｃｒ二重めっきを行った場合における表面
粗さの最大高さ表示によるＲ　ｍａｘと、その場合のＮ
ｉ下地めっき厚とを示した。

とくに（０，２９９，０，０５＞の二重めっきの場合に
ついての試料と、これに対応するＣＰめっきの試料とか
ら、幅３０ｍｍ、長さ１００■の試験片を採取し、その
中央部２０ａｓ平方に鋭利な剃刀にて２＋＋＋＋ａ間隔
のごばん目を刻んでから、幅方向に沿う先端半径０．１
０ｍ−のナイフエンジを用いて曲げ角［９０’の繰返し
曲げを加え、曲げ１往復を１回と数え、その１回毎に仝
ごばん目を覆うセロテープの貼り付けと引はがしによる
めっき層のはく離まず目を数えるめっき密着性の評価を
行い、はく離まず目の数０個を甲、１０個未満は乙、１
０個以上を丙とするランク付けにて次表の成績が得られ
た。

表　１ 太陽電池の基板材料としては少くともめつき後のＲＩＩ
ｌａｘ値で０゜５０μｍ以下でありかつ微小なビット状
欠陥が存在しないことが要求されるが第２図から最終的
に優れた表面状態を得ようとする場合、原板の表面粗さ
とめつき層の厚さを一定の条件に選択しなければならな
いことがわかる。すなわち優れた表面状態を得るために
は、第２図から明らかなようにめっき層の厚さＴ（μｍ
）は原板のＲａ＋ａｘ、０　（μｍ）との間に １．０８４ Ｔ≧（Ｒｍａｘ、Ｏ）　／　３．０５の関係を満たすこ
とが必要である。

めっき厚が厚くなれば原板の表面粗さが非常に劣る場合
であっても表面状態は改善されるが、めっき処理に要す
る時間が長くなりまた処理費も高価になる等の点で経済
的に不利となり表面状態の優れた太陽電池基板用母板を
安価に製造するため、原板の表面粗さは０．８５μ膳以
下のものを用いることが必要である。一般にクロムめっ
きはニッケルめっきに比較してめっき後の表面粗さが小
さく優れた表面仕上がりを与えるが、めっきに際して電
流効率が劣るため、あまりに厚目のめつき層を形成する
ことは経済的な観点から問題無しとしない。この点は予
め、めっき効率の良いニッケルめっきを一定厚みだけ施
して、原板表面の平滑度を向上させた後に薄いクロムめ
っきを行うことが最終的に優れた表面状態を安価に得る
上でより好ましい方法と言える。ニッケルめっき下地層
を形成することは上で述べた経済性およびクロムめっき
の優れた表面仕上りを有効に利用するという観点゛だけ
でなくクロムめっき層の密着性を向上させるという有利
な点がある。

第２図から明らかなようにクロム単独めっきの場合のめ
つき厚の一部をよりめっき効率のよいニッケルめっきで
置換しても最終的な表面粗さおよび原板に見られるピッ
ト状欠陥の改善のための必要めっき厚は変わらない。

以上の結果から二重めっきの場合もその総めっき厚はＣ
「単独めっきの場合と同様に定めればよい。原板の板厚
は発明の課題の（５）項で述べたようにスンレス鋼を電
池基板材料として用いる場合の利１点の一つである優れ
た可撓性を生かすためには薄い方が望ましく、機械的強
度とのバランスを考慮して０．８１以下に制限され、こ
れは経済的な要求とも合致する。

この発明のように基板表面がＣｒ及び／又はＮｉめつき
隔から成っていることは、太陽電池としての使用に際し
、長期間にわたり電池特性の安定性を維持する上からも
゛重要な意味を持っている。

これに対しＡｉ、ＡｇやＣｕなどは、電池として使用中
これらの元素がアモルファス層へ拡散を起こし、電池特
性を劣化させろうれいがあるのにＯｒ及び／又はＮｉは
このような拡散現象が観察されないからである。

以上のようにステンレス鋼薄板を芯板としてＣ「及び／
又はＮｉめつきにより被覆層を形成することによって工
程操作が複雑で加工コストも高い表面研摩法を適用せず
とも太１１１電池基板用母板として好ましい表面状態が
安価に得られ、その製造にあたって、めっきは一般に使
われている連続電気めっき装置を利用でき、連続的で生
産性高く、低源な価格で製造が可能である。

１４九二 ＳＵＳ　３０４．　４３０．および４１０Ｌの３．５〜
４．０Ｉｌｌｌ厚の熱延板を用い、表２に記載した加工
履歴を与えた。

すなわち（ｉ）冷間圧延によって所定の芯板冷延厚とし
だ後（ｉｉ）、（１）、（３）、（５）は大気焼鈍、（
２）、（４）については光輝焼鈍を行い、さらにスキン
パス圧延を経てめっき用原板とし、（ｉｉｉ）これらに
つきホメザリン＋水酸化カリウム水溶液中で陽極電解脱
脂を行い、（ｉＶ）次に（３）、（５）は５％塩酸水溶
液中で陰極電解による活性化処理後、（１）、＜２）、
（４）についてはこの処理を施さない状態で、表２に示
されているめっき種類およびめっき厚の電気めっきを行
った（使用めっき浴組成については既述）。

以上の処理により表２に示すように表面粗さは芯板に比
して著しく改善されまた芯板表面で観察されたビット状
欠陥を無くした優れた表面性状を得ることができた。

夫ＩＬと ＳＵＳ　３０４．　ＳＵＳ　４３０．５ｔＪＳ　４１０
Ｌの３．５ＩＩｌｌｌｌ厚の熱延板を用い表３に記載し
た加工履歴を与え　１こ　。

（なわち（ｉ）冷間圧延により所定の芯板冷延厚として
後、（ｉｉ）大気焼鈍または光輝焼鈍を行いさらにスキ
ンバス圧延を施しめっき用原板とした。（ｉｉｉ　）こ
れらについてホメザリン＋水酸化カリウム水溶液中で陽
極電解脱脂を経て、６０℃のＮ＋　８０４　・６Ｈ２０
＋Ｎｉ　ＣＪ１２・６Ｈ２０十ホウ酸浴中で４Ａ／ｄ１
の電流密度で１〜１０μｍ厚のニッケル電気めっきを行
った。

以上の処理により表３に示すように表面粗さは芯板に比
較して改善されまた芯板で観察されたビット状欠陥を無
くすことができた。

（発明の効果） 以上の通り、この発明によりステンレス鋼薄板を芯板と
して用いＣｒ及び／又はＮ１めっきを施し、最近のニー
ズに適合しすぐれた表面状態を有する太陽電池基板用母
板を安価に与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は芯板のめつき前後にわたる表面
状態を示す走査電子顕微鏡写真であり、第２図は芯板の
表面粗さと表面状態の改善のために必要なＣｒ及び／又
はＮｉめっき厚の相関関係を示すグラフである。 第１図 （ｆｌン −ｂ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステンレス鋼薄板よりなる芯板の少くとも片面に被
   成したＮｉ及び／又はＣｒのめっき層をそなえ、芯板が
   板厚０，８ｎ＋＋ａ以下でかつＲＩＩｌａｘで０．８５
   μｍ以下の表面あらさになり、めっき層が芯板の表面あ
   らさに応じて下記式の条件を満たすめっき厚みを有する
   ことから成る太陽電池基板用母板。 記 Ｔ≧（ＲＩＩｌａｘ、０）１°０８’　／　３．０５こ
   こにＴ：めっき層厚み Ｒｌｌ１ａＸ、０　：芯板ノ表面アラサ２、めっき層が
   Ｎｉめつきを下地とするＣｒめつき表層をもつ二重めつ
   きである１記載の母板。