JP2000012877A - 薄膜光電変換装置 - Google Patents

薄膜光電変換装置

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JP2000012877A
JP2000012877A JP10169441A JP16944198A JP2000012877A JP 2000012877 A JP2000012877 A JP 2000012877A JP 10169441 A JP10169441 A JP 10169441A JP 16944198 A JP16944198 A JP 16944198A JP 2000012877 A JP2000012877 A JP 2000012877A
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photoelectric conversion
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film
thin
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JP10169441A
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English (en)
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Hideo Yamagishi
英雄 山岸
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程において融通性を有しかつ屋外の長
期間の使用に対して高い信頼性を有する薄膜光電変換装
置を提供する。 【解決手段】 薄膜光電変換装置は、透明基板1上に順
次積層された前面透明電極層2、非単結晶シリコン系光
電変換層3〜5、および裏面金属電極層7を含み、裏面
金属電極層7上にはさらに裏面電極保護層8が積層され
ており、この保護層8は環境に対する耐久性の高い不動
態膜を生成し得る金属層または環境に対する耐久性の高
い酸化物層からなることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非単結晶シリコン系
光電変換層を含む薄膜光電変換装置に関し、特に、屋外
において長期間使用される薄膜光電変換装置の生産性と
信頼性の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽電池に代表される光電変換装置にお
いて、近年では、非単結晶シリコン系光電変換層を含む
薄膜光電変換装置が実用化されている。このような薄膜
光電変換装置は一般にガラス板や透明樹脂フィルムなど
の透明基板上に順次積層された前面透明電極層、非単結
晶シリコン系光電変換層、および裏面金属電極層を含ん
でおり、非単結晶シリコン系光電変換層はプラズマCV
Dなどによって薄膜として堆積される。そして、薄膜光
電変換層に入射する光のできるだけ多くを効率的に電気
に変換するために、一般に裏面金属電極層には高い光反
射率を有する金属が用いられる。
【0003】しかし、高い反射率を有する裏面金属電極
層に用いられる金属の中には、薄膜光電変換装置の製造
工程における一時的な保管中やその装置の完成後におけ
る長期間の使用中に、大気中の或る成分を吸収したり他
の成分と反応したりすることによってその物理的性質が
劣化するものがある。また、薄膜光電変換装置を屋外で
使用する際には、降雨や結露などによる水滴が光電変換
素子間の結線に悪影響を及ぼして発電性能を低下させる
ことも考えられる。このような水滴による光電変換装置
の性能低下は、その光電変換装置に水滴が付着している
ときのみに生じる一時的なものである。
【0004】上述のような大気に含まれる成分との反応
による裏面金属電極層の劣化や、水滴の付着による光電
変換装置における発電性能の低下を防止するために、光
電変換装置の裏面金属電極表面は、一般に封止樹脂層お
よび有機保護フィルムを接合積層することによって封止
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者が
大気との反応による裏面金属電極表面の変質を調査した
ところ、この変質は光電変換装置の製造工程中に裏面金
属電極層が大気に比較的短時間露呈されるだけで相当程
度に生じることが判明した。すなわち、裏面金属電極層
を蒸着またはスパッタリングなどによって形成した後
に、その金属電極層表面を大気に露呈すれば、その金属
表面は直ちに大気中の成分と反応を開始する。たとえ
ば、銀電極は主に硫黄を含む気体分子との反応によって
硫化銀をその表面に生じ、銅電極はイオンや酸素を含む
気体分子との反応によって硫化銅や酸化銅をその表面に
生じる。これらの反応は、裏面金属電極層を大気中に引
続き放置することによってさらに進行し、金属電極層内
部にまで反応が進むこともある。そして、このような裏
面金属電極層と大気との反応は、光電変換装置の安定し
た製造と安定した供給に対して顕著な影響を与える。
【0006】本発明者は、周知の一般的な方法により形
成された裏面銀電極層が接着機能を有するEVA封止樹
脂層とフッ素系樹脂の有機保護フィルムであるテドラー
(登録商標名)フィルムとの積層によって封止された場
合に、その封止前に銀電極が大気に露呈された時間との
関係において有機保護フィルムの接着強度を測定した。
このとき、接着強度の測定には簡便な方法が用いられ
た。すなわち、接着された保護フィルムを単位長さの幅
にわたってめくり返し、このめくり返された部分を引っ
張り上げてフィルムの剥がれを進行させるのに必要な力
が接着強度として測定された。
【0007】その結果、EVA封止樹脂層と有機保護フ
ィルムを積層して封止する前に裏面銀電極層が約1時間
大気に露呈された場合には、有機保護フィルムの接着強
度が約5kgf/cmであったのに対して、その露呈時
間が約12時間の場合には接着強度が約0.7kgf/
cmまで顕著に低下した。また、裏面銀電極層の表面は
大気への露呈時間の経過に伴って黄変し、12時間の露
呈時間後では目視によって確認できるほどの変色が生じ
る。さらに、大気に露呈された裏面銀電極層についてX
線回折による分析を行なったところ、その露呈時間が比
較的短い場合には銀電極層の表面において硫化銀が検出
されたが、露呈時間が長い場合には銀電極層の内部から
も硫化銀が検出された。
【0008】ところで、上述のように銀や銅が大気に露
呈されれば、その大気中に含まれる硫黄と反応して硫化
銀や硫化銅を形成することは、これらの金属の本来的性
質であって避けることができないものである。そして、
光電変換装置の製造中に裏面金属電極層の表面に生じる
変質に起因して封止樹脂層と有機保護フィルムによる封
止機能が低下すれば、裏面金属電極層への水滴の浸入が
容易となって、光電変換素子間の結線への悪影響による
一時的な発電性能の低下現象が頻発することになる。
【0009】さらに、封止樹脂層と有機保護フィルムに
よる封止機能が低下すれば、完成後の光電変換装置にお
いて、大気中に含まれる成分が裏面金属電極層まで侵入
する確率が高くなる。大気中に含まれる成分との接触に
よる裏面金属電極層の物理的性質の低下は、光反射層と
しても働くべき金属電極層の反射率を低下させ、また、
本質的機能として電流収集すべき金属電極層の導電性低
下をももたらす。その結果として、光電変換素子そのも
のの発電性能の低下を生じ、光電変換効率の恒久的な低
下をもたらす可能性がある。
【0010】上述のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、非単結晶シリコン系光電変換層を含む薄
膜光電変換装置において外部環境に対する裏面金属電極
層の封止による保護をより確実なものにし、生産性と信
頼性に優れた光電変換装置を提供することを目的として
いる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による薄膜光電変
換装置は、透明基板上に順次積層された前面透明電極
層、非単結晶シリコン系光電変換層、および裏面金属電
極層を含み、この裏面金属電極層上にはさらに裏面電極
保護層が積層されており、裏面電極保護層は環境に対す
る耐久性の高い不動態膜を形成し得る金属層および環境
に対する耐久性の高い酸化物層から選択された1つを含
むことを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明は、ガラス
板や透明樹脂フィルムのような透明基板上に順次積層さ
れた前面透明電極、非単結晶シリコン系光電変換層、お
よび裏面金属電極層を含む薄膜光電変換装置に好ましく
適用され得る。この非単結晶シリコン系光電変換層は、
たとえばp型層、i型層およびn型層を順次積層するこ
とによって形成され得る。このような薄膜光電変換層に
含まれる非単結晶シリコン系光電変換層は、たとえばプ
ラズマCVD法によって容易に大面積の半導体膜として
形成され得て、レーザ加工などを利用して複数の光電変
換素子に分離され得る。そして、それらの複数の光電変
換素子を電気的に直列接続または並列接続することによ
って、大面積の薄膜光電変換装置モジュールを得ること
ができる。
【0013】裏面金属電極層は、高い光反射率を有する
銀や銅で形成され得る。本発明においては、裏面金属電
極層は、封止樹脂層と有機保護フィルムとの積層によっ
て封止される前に、環境に対する耐久性の高い不動態膜
を形成し得る金属層または環境に対する耐久性の高い酸
化物層からなる裏面電極保護層によって覆われる。この
ような裏面電極保護層は、蒸着法またはスパッタリング
法などによって裏面金属電極層を形成した後に、その裏
面電極層を大気に露呈させることなく引続いて蒸着法、
スパッタリング法、CVD法などによって形成され得
る。裏面電極保護層のために、不動態膜を形成し得る金
属としてチタンやアルミニウムを好ましく用いることが
でき、また、大気や水分に対してほとんど変質しない酸
化物として酸化亜鉛、アルミナ、シリカなどを好ましく
用いることができる。また、封止樹脂層としてはEV
A、PVB、PIB、またはシリコーンなどを用いるこ
とができ、有機保護フィルムとしてはたとえばテドラー
フィルムのようなフッ素系樹脂フィルムを好ましく用い
ることができる。
【0014】たとえば、銀の裏面金属電極層をチタンの
裏面電極保護層で被覆した場合、そのチタンで被覆され
た銀電極を大気中に240時間放置した後にその上にE
VA封止樹脂層とテドラーフィルムを積層したときのそ
の有機フィルムの接着強度は、チタンで被覆されていな
い銀電極を大気中に取出した直後にその上にEVA封止
樹脂層とテドラーフィルムを積層したときと同様に約5
kgf/cm以上になる。
【0015】また、銀の裏面金属電極層を酸化亜鉛の裏
面電極保護層で被覆した場合、その酸化亜鉛で被覆され
た銀電極を大気中に約168時間放置した後にその上に
EVA封止樹脂層とテドラーフィルムを積層したときの
その有機保護フィルムの接着強度は、酸化亜鉛で被覆さ
れていない銀電極を大気中に取出した直後にその上にE
VA封止樹脂層とテドラーフィルムを積層したときと同
様に約5kgf/cm以上になる。
【0016】
【実施例】図1を参照して、本発明の一実施例による薄
膜光電変換装置の一部が模式的な断面図で示されてい
る。この光電変換装置においては、絶縁性透明基板1と
して、厚さ50nmのSiO2 層(図示せず)でコート
されたガラス板が用いられた。このガラス基板1上に
は、表面に凹凸テクチャを有しかつFドープされた厚さ
約800nmのSnO2 層2が前面透明電極層として形
成された。
【0017】前面透明電極層2上には、厚さ15nmの
p型a−SiC:H(水素含有非晶質シリコンカーバイ
ド)、厚さ400nmのi型a−Si:H(水素含有非
晶質シリコン)層4、および厚さ30nmのn型μc−
Si:H(水素含有微結晶シリコン)層5がプラズマC
VD法によって順次堆積された。
【0018】n型μc−Si:H層5上には、マグネト
ロンインライン式スパッタリング装置を用いて、厚さ8
0nmの透明導電性ZnO層6、厚さ200nmの裏面
銀電極層7、および厚さ10nmのチタン層の裏面電極
保護層8が順次形成された。すなわち、裏面銀電極層7
は、大気に露呈されることなくチタンの裏面電極保護層
8によって覆われた。なお、ZnO層6は、半導体層3
〜5と裏面銀電極層7との相互拡散を抑制したり、裏面
銀電極層7の反射効率を高めるように作用し得るもので
ある。
【0019】これらの前面透明電極層2、非単結晶シリ
コン系半導体層3〜5、および裏面電極層5〜6はそれ
ぞれの成膜工程後のレーザ加工でパターニングされ、電
気的に相互接続された複数の光電変換素子を含む薄膜光
電変換装置モジュールが作製された(図1は1つの光電
変換素子の一部を示す)。
【0020】そのような薄膜光電変換装置を大気中に2
00時間以上放置した後に、チタン保護層8によって覆
われた裏面銀電極層7上にEVA封止樹脂層9とテドラ
ー有機保護フィルム10を接合積層したところ、そのテ
ドラー有機保護フィルムの接着強度は約5kgf/cm
以上であり、従来の裏面銀電極層が大気に12時間露呈
されただけでその接着強度が約0.7kgf/cm以下
に低下することに比べて著しい改善がもたらされている
ことがわかる。なお、図1に示されているような完成さ
れた薄膜光電変換装置において、光11は透明基板1側
から入射させられる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明による薄膜光電変
換装置においては、不動態膜を生成し得る金属層または
環境に対する耐久性の高い酸化物層によって裏面金属電
極層が保護されているので、裏面金属電極層が大気に露
呈されることによる劣化を防止することができる。した
がって、薄膜光電変換装置の製造における工程管理上の
融通生が増大することによりコストの低減が可能とな
り、また、屋外における長期間の使用に対して高い信頼
性を有する薄膜光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の一
部を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
1 SiO2 層でコートされたガラス基板 2 FドープされたSnO2 透明電極層 3 p型a−SiC:H層 4 i型a−Si:H層 5 n型μc−Si:H層 6 ZnOの透明導電層 7 裏面銀電極層 8 チタンの裏面電極保護層 9 EVA封止樹脂層 10 テドラー有機保護フィルム 11 入射光

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板上に順次積層された前面透明電
    極層、非単結晶シリコン系光電変換層、および裏面金属
    電極層を含み、 前記裏面金属電極層上にはさらに裏面電極保護層が積層
    されており、 前記裏面電極保護層は、環境に対する耐久性の高い不動
    態膜を生成し得る金属層および環境に対する耐久性の高
    い酸化物層から選択された1つを含むことを特徴とする
    薄膜光電変換装置。
  2. 【請求項2】 前記裏面金属電極層の表面は、銀および
    銅から選択された1つを含むことを特徴とする請求項1
    に記載の薄膜光電変換装置。
  3. 【請求項3】 前記不動態膜を生成し得る金属層は、チ
    タンおよびアルミニウムから選択された1つを含むこと
    を特徴とする請求項1または2に記載の薄膜光電変換装
    置。
  4. 【請求項4】 前記酸化物層は、酸化亜鉛、アルミナ、
    およびシリカから選択された1つを含むことを特徴とす
    る請求項1または2に記載の薄膜光電変換装置。
  5. 【請求項5】 前記裏面電極保護層上に、封止樹脂層と
    有機保護フィルムが順次積層されていることを特徴とす
    る請求項1から4のいずれかの項に記載の薄膜光電変換
    装置。
  6. 【請求項6】 前記非単結晶シリコン系光電変換層は、
    水素化非晶質シリコンおよびその合金から選択された1
    つを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかの
    項に記載の薄膜光電変換装置。
  7. 【請求項7】 前記非単結晶シリコン系光電変換層は、
    多結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項1から5
    のいずれかの項に記載の薄膜光電変換装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010087060A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池モジュール
JP2010267853A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Mitsui Chemical Fabro Inc 太陽電池封止膜の保存用または運搬用包装体、および太陽電池封止膜の保存または運搬方法
WO2012043637A1 (ja) * 2010-09-30 2012-04-05 三洋電機株式会社 光電変換装置

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