JP2000086364A - 太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池 - Google Patents
太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に半導体層の光電変換層を形成した大面
積に適した太陽電池の構造を提供する。 【解決手段】熱膨張特性をマトリックス材料に持たせ、
強度部分を繊維物質である骨格体に分担させる基本設計
とする。この際、繊維物質がマトリックス材料の熱膨張
挙動に影響を与えない骨格体とマトリックス材料間の界
面特性をルーズな結合にしている。この構造材料を基板
に適用する。
積に適した太陽電池の構造を提供する。 【解決手段】熱膨張特性をマトリックス材料に持たせ、
強度部分を繊維物質である骨格体に分担させる基本設計
とする。この際、繊維物質がマトリックス材料の熱膨張
挙動に影響を与えない骨格体とマトリックス材料間の界
面特性をルーズな結合にしている。この構造材料を基板
に適用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料からな
る太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池に関する。
る太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の薄膜をデバイスとして使用する
ためには、薄膜の土台となる基板が必要である。半導体
を基板上に形成するためにはＣＶＤ法あるいは溶射法が
用いられるが、これらの方法で形成された被膜は、半導
体としての性質を十分に発揮できる結晶状態にないた
め、成膜後、単結晶あるいは多結晶化のための溶融・再
結晶の過程を経る必要がある。この単結晶膜或いは多結
晶膜が得られて初めてこのＳｉ膜を光電変換層とする太
陽電池を形成できる。従って、この基板は、半導体材料
の溶融温度という１０００℃以上の非常な高温に耐える
事が要求される。また、同時に半導体材料の熱膨張係数
の整合性も要求される。なぜならば、膜形成時の高温の
みならず常温においても基板の熱膨張に対して半導体層
にクラックが入るのを防止するためである。従来、この
様な基板には、低熱膨張係数を有する耐熱性の酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化けい素等の材料が用
いられてきたが、３インチ以上の大型の基板では半導体
膜にクラックが生る問題が有った。さらに、直径が１０
インチ以上の大面積を必要とする大型の太陽電池は、基
板として必要な条件は上述の熱的性質の合致が重要な要
素となり、従来から用いられてきた材料では半導体例え
ばＳｉとの十分な整合を得ることができず、Ｓｉ中の亀
裂の発生あるいはデバイスとして致命的な結晶の欠陥を
引き起こす要因となっていた。また、太陽電池を家屋の
屋根表面に設置して家庭用の発電システムとして普及さ
せるためには台風・ハリケーン・考えられうる強風・悪
天候に耐えうる構造体としての十分な強度を持つことが
必要である。しかし、上述のような大型の基板材料をコ
ストに見合う厚さで利用しようとすると、十分な強度の
確保ができす基板が破損する事があった。この様な諸条
件を満足する太陽電池は単位セルで高々１００ｃｍ2程
度のものしか実現しておらず大型の太陽電池パネルが存
在しないのが現実であった。ここで問題にしている太陽
電池の大型化とは、太陽電池セル１個の大面積化であ
り、複数枚の太陽電池セルの張り合わせ技術とは異なる
点に注意を要する。
ためには、薄膜の土台となる基板が必要である。半導体
を基板上に形成するためにはＣＶＤ法あるいは溶射法が
用いられるが、これらの方法で形成された被膜は、半導
体としての性質を十分に発揮できる結晶状態にないた
め、成膜後、単結晶あるいは多結晶化のための溶融・再
結晶の過程を経る必要がある。この単結晶膜或いは多結
晶膜が得られて初めてこのＳｉ膜を光電変換層とする太
陽電池を形成できる。従って、この基板は、半導体材料
の溶融温度という１０００℃以上の非常な高温に耐える
事が要求される。また、同時に半導体材料の熱膨張係数
の整合性も要求される。なぜならば、膜形成時の高温の
みならず常温においても基板の熱膨張に対して半導体層
にクラックが入るのを防止するためである。従来、この
様な基板には、低熱膨張係数を有する耐熱性の酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化けい素等の材料が用
いられてきたが、３インチ以上の大型の基板では半導体
膜にクラックが生る問題が有った。さらに、直径が１０
インチ以上の大面積を必要とする大型の太陽電池は、基
板として必要な条件は上述の熱的性質の合致が重要な要
素となり、従来から用いられてきた材料では半導体例え
ばＳｉとの十分な整合を得ることができず、Ｓｉ中の亀
裂の発生あるいはデバイスとして致命的な結晶の欠陥を
引き起こす要因となっていた。また、太陽電池を家屋の
屋根表面に設置して家庭用の発電システムとして普及さ
せるためには台風・ハリケーン・考えられうる強風・悪
天候に耐えうる構造体としての十分な強度を持つことが
必要である。しかし、上述のような大型の基板材料をコ
ストに見合う厚さで利用しようとすると、十分な強度の
確保ができす基板が破損する事があった。この様な諸条
件を満足する太陽電池は単位セルで高々１００ｃｍ2程
度のものしか実現しておらず大型の太陽電池パネルが存
在しないのが現実であった。ここで問題にしている太陽
電池の大型化とは、太陽電池セル１個の大面積化であ
り、複数枚の太陽電池セルの張り合わせ技術とは異なる
点に注意を要する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
に対処するために発明された。即ち、（１）半導体薄膜
との熱膨張係数の整合性がとれて太陽電池形成時の高温
から常温に冷却した後の破損につながる熱応力の発生を
押さえる事、（２）基板構造体としての十分な強度を有
する事によって強風を伴う最悪の気象条件に耐え外力に
対して破損する事が無い事という、２つの問題（１）
（２）を大型の太陽電池で実現することを課題としてい
る。
に対処するために発明された。即ち、（１）半導体薄膜
との熱膨張係数の整合性がとれて太陽電池形成時の高温
から常温に冷却した後の破損につながる熱応力の発生を
押さえる事、（２）基板構造体としての十分な強度を有
する事によって強風を伴う最悪の気象条件に耐え外力に
対して破損する事が無い事という、２つの問題（１）
（２）を大型の太陽電池で実現することを課題としてい
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の太陽電池用の複合材料基板は、繊維状材
料からなる骨格体と、この骨格体の前記繊維状材料間に
充填され前記繊維状材料と結合を形成するマトリックス
材料とを具備し、前記骨格体と前記マトリックス材料と
の間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。 記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …A） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（B） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
２の太陽電池用の複合材料基板は、請求項１において、
前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリックス材料の熱
膨張係数の−２×１０-6／℃以上であることを特徴とす
る。請求項３の太陽電池用の複合材料基板は、請求項２
において、充填される前記マトリックス材料の熱膨張係
数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／℃以下である事
を特徴とする。請求項４の太陽電池用の複合材料基板
は、請求項１において、前記骨格体は、炭素繊維、炭化
けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニ
ウム繊維及びジルコニア繊維から選ばれる材料であるこ
とを特徴とする。
に、請求項１の太陽電池用の複合材料基板は、繊維状材
料からなる骨格体と、この骨格体の前記繊維状材料間に
充填され前記繊維状材料と結合を形成するマトリックス
材料とを具備し、前記骨格体と前記マトリックス材料と
の間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。 記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …A） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（B） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
２の太陽電池用の複合材料基板は、請求項１において、
前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリックス材料の熱
膨張係数の−２×１０-6／℃以上であることを特徴とす
る。請求項３の太陽電池用の複合材料基板は、請求項２
において、充填される前記マトリックス材料の熱膨張係
数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／℃以下である事
を特徴とする。請求項４の太陽電池用の複合材料基板
は、請求項１において、前記骨格体は、炭素繊維、炭化
けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニ
ウム繊維及びジルコニア繊維から選ばれる材料であるこ
とを特徴とする。
【０００５】請求項５の太陽電池用の複合材料基板は、
請求項４において、前記マトリックス材料はフェノール
樹脂を炭化した物、ポリカルボジイミド樹脂を炭化した
物、石油ピッチを炭化した物、ガラス、窒化アルミニウ
ム、及びマグネシアから選ばれる材料である事を特徴と
する。請求項６の太陽電池用の複合材料基板は、請求項
５において、前記骨格体の前記繊維状材料表面に界面結
合低減物質を被服する事を特徴とする。請求項７の太陽
電池用の複合材料基板は、請求項６において、前記界面
結合低減物質は、ホウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウ
ム、窒化シリコン、酸化イットリウム、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムから選ばれる
化合物である事を特徴とする。請求項８の太陽電池用の
複合材料基板は、繊維状材料からなる骨格体と、この骨
格体の前記繊維状材料間に充填されたマトリックス材料
とを備え、この骨格体に含炭素液状物質を含浸させた
後、この含炭素液状物質を炭化させた炭素をマトリック
ス材料とする複合化工程を経て形成される太陽電池用の
複合材料基板。請求項９の太陽電池用の複合材料基板
は、請求項８において、前記骨格体とマトリックス材料
との間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。
請求項４において、前記マトリックス材料はフェノール
樹脂を炭化した物、ポリカルボジイミド樹脂を炭化した
物、石油ピッチを炭化した物、ガラス、窒化アルミニウ
ム、及びマグネシアから選ばれる材料である事を特徴と
する。請求項６の太陽電池用の複合材料基板は、請求項
５において、前記骨格体の前記繊維状材料表面に界面結
合低減物質を被服する事を特徴とする。請求項７の太陽
電池用の複合材料基板は、請求項６において、前記界面
結合低減物質は、ホウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウ
ム、窒化シリコン、酸化イットリウム、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムから選ばれる
化合物である事を特徴とする。請求項８の太陽電池用の
複合材料基板は、繊維状材料からなる骨格体と、この骨
格体の前記繊維状材料間に充填されたマトリックス材料
とを備え、この骨格体に含炭素液状物質を含浸させた
後、この含炭素液状物質を炭化させた炭素をマトリック
ス材料とする複合化工程を経て形成される太陽電池用の
複合材料基板。請求項９の太陽電池用の複合材料基板
は、請求項８において、前記骨格体とマトリックス材料
との間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。
【０００６】記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
１０の太陽電池用の複合材料基板は、請求項９記載にお
いて、前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリックス材
料の熱膨張係数の−２×１０-6／℃以上であることを特
徴とする。請求項１１の太陽電池用の複合材料基板は、
請求項１０記載において、充填される前記マトリックス
材料の熱膨張係数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／
℃以下である事を特徴とする。請求項１２の太陽電池用
の複合材料基板は、請求項９記載において、前記含炭素
液状物質は、フェノール樹脂、ポリカルボジイミド樹
脂、及び重質石油から選ばれる有機材料を主成分とする
ことを特徴とする。請求項１３の太陽電池用の複合材料
基板は、請求項１２記載において、前記複合化工程は、
不活性雰囲気下で１８００℃以下の温度に加熱する炭化
処理であることを特徴とする。
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
１０の太陽電池用の複合材料基板は、請求項９記載にお
いて、前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリックス材
料の熱膨張係数の−２×１０-6／℃以上であることを特
徴とする。請求項１１の太陽電池用の複合材料基板は、
請求項１０記載において、充填される前記マトリックス
材料の熱膨張係数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／
℃以下である事を特徴とする。請求項１２の太陽電池用
の複合材料基板は、請求項９記載において、前記含炭素
液状物質は、フェノール樹脂、ポリカルボジイミド樹
脂、及び重質石油から選ばれる有機材料を主成分とする
ことを特徴とする。請求項１３の太陽電池用の複合材料
基板は、請求項１２記載において、前記複合化工程は、
不活性雰囲気下で１８００℃以下の温度に加熱する炭化
処理であることを特徴とする。
【０００７】請求項１４の太陽電池用の複合材料基板
は、請求項１０記載において、前記骨格体は、炭素繊
維、炭化けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化
アルミニウム繊維及びジルコニア繊維から選ばれる材料
である事を特徴とする。請求項１５の太陽電池用の複合
材料基板は、請求項１４記載において、前記骨格体の前
記繊維状材料表面に界面結合低減物質を被服する事を特
徴とする。請求項１６の太陽電池用の複合材料基板は、
請求項１５記載において、前記界面結合低減物質は、ホ
ウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、
酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウ
ム、及び酸化セリウムから選ばれる化合物である事を特
徴とする。請求項１７の太陽電池は、繊維状材料からな
る骨格体及びこの骨格体の前記繊維状材料間に充填され
たマトリックス材料を有する複合材料基板と、この複合
材料基板上に形成され受光してキャリアが発生する半導
体のキャリア発生層と、このキャリア発生層に電気的に
接続され前記キャリアによって生じる起電力を取り出す
一対の電極とを具備し、前記骨格体とマトリックス材料
との間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。
は、請求項１０記載において、前記骨格体は、炭素繊
維、炭化けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化
アルミニウム繊維及びジルコニア繊維から選ばれる材料
である事を特徴とする。請求項１５の太陽電池用の複合
材料基板は、請求項１４記載において、前記骨格体の前
記繊維状材料表面に界面結合低減物質を被服する事を特
徴とする。請求項１６の太陽電池用の複合材料基板は、
請求項１５記載において、前記界面結合低減物質は、ホ
ウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、
酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウ
ム、及び酸化セリウムから選ばれる化合物である事を特
徴とする。請求項１７の太陽電池は、繊維状材料からな
る骨格体及びこの骨格体の前記繊維状材料間に充填され
たマトリックス材料を有する複合材料基板と、この複合
材料基板上に形成され受光してキャリアが発生する半導
体のキャリア発生層と、このキャリア発生層に電気的に
接続され前記キャリアによって生じる起電力を取り出す
一対の電極とを具備し、前記骨格体とマトリックス材料
との間に以下の式A、式Bの関係が有る事を特徴とする。
【０００８】記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
１８の太陽電池は、請求項１７において、前記骨格体の
熱膨張係数は、前記マトリックス材料の熱膨張係数の−
２×１０-6／℃以上であることを特徴とする。請求項１
９の太陽電池は、請求項１８において、前記キャリア発
生層はＰ型シリコン層とＮ型シリコン層を積み重ねて構
成されることを特徴とする。請求項２０の太陽電池は、
請求項１９において、前記半導体は、多結晶シリコン、
微結晶シリコン、及びアモルファスシリコンから選ばれ
るシリコン層であることを特徴とする。請求項２１の太
陽電池は、請求項２０において、前記骨格体の熱膨張係
数は、３×１０-6／℃以上であることを特徴とする。請
求項２２の太陽電池は、請求項２１において、前記マト
リックス材料の熱膨張係数が１×１０-6／℃以上、６×
１０-6／℃以下である。
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。請求項
１８の太陽電池は、請求項１７において、前記骨格体の
熱膨張係数は、前記マトリックス材料の熱膨張係数の−
２×１０-6／℃以上であることを特徴とする。請求項１
９の太陽電池は、請求項１８において、前記キャリア発
生層はＰ型シリコン層とＮ型シリコン層を積み重ねて構
成されることを特徴とする。請求項２０の太陽電池は、
請求項１９において、前記半導体は、多結晶シリコン、
微結晶シリコン、及びアモルファスシリコンから選ばれ
るシリコン層であることを特徴とする。請求項２１の太
陽電池は、請求項２０において、前記骨格体の熱膨張係
数は、３×１０-6／℃以上であることを特徴とする。請
求項２２の太陽電池は、請求項２１において、前記マト
リックス材料の熱膨張係数が１×１０-6／℃以上、６×
１０-6／℃以下である。
【０００９】請求項２３の太陽電池は、請求項１８にお
いて、前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊維、ガラ
ス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維及びジル
コニア繊維から選ばれる材料であることを特徴とする。
請求項２４の太陽電池は、請求項２３において、前記マ
トリックス材料は、フェノール樹脂を炭化した物、ポリ
カルボジイミド樹脂を炭化した物、石油ピッチを炭化し
た物、ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアから
選ばれる材料である事ことを特徴とする。請求項２５の
太陽電池は、請求項１７において、前記Ｃが７以下であ
る事を特徴とする。
いて、前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊維、ガラ
ス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維及びジル
コニア繊維から選ばれる材料であることを特徴とする。
請求項２４の太陽電池は、請求項２３において、前記マ
トリックス材料は、フェノール樹脂を炭化した物、ポリ
カルボジイミド樹脂を炭化した物、石油ピッチを炭化し
た物、ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアから
選ばれる材料である事ことを特徴とする。請求項２５の
太陽電池は、請求項１７において、前記Ｃが７以下であ
る事を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者らは、必要十分な構造強
度と半導体（例えばＳｉ）の熱膨張に等しい熱膨張係数
を有する基板を如何にして達成するかを検討し実験を繰
り返すことにより、高強度の繊維を主体とする骨格体と
の結合力が低くかつ熱膨張係数がＳｉのそれと同等のマ
トリックス材料中に埋め込むことで所定の熱膨張係数と
十分な機械的強度を同時に得られることを見出した。そ
して、基板に適用するという新たな使用方法によって太
陽電池の大型化を一挙に解決するに至った。即ち、一般
に、単一の材料で求めることのできない物性を得るため
には、複合則に基づいた複合材料化が図られる。しかし
ながら、この複合則が数式化できる物性は、弾性率、強
度等の機械的な性質に限られ、他の物性に関してはいろ
いろな理論式が提案されているが、現実の材料とはなか
なか一致しないのが現状である。特に、熱膨張係数は複
合材料のミクロ的な構造に影響を受け数式に乗りにくい
とされている。本発明の複合材料基板は、強度と熱膨張
係数の二つの物性を所期のものに合致させるという未踏
の課題を克服するもので、２種類の物性をお互いに干渉
することなく発揮できる複合構造を持つことを特徴とす
る。即ち、熱膨張特性をマトリックス材料に持たせ、強
度部分を繊維物質の骨格体に分担させる設計とし、この
際、繊維物質がマトリックスの熱膨張挙動に影響を与え
ない界面特性を持たせてある。この界面特性は繊維物質
とマトリックスとがルーズな結合の時得られる。この
点、複合材料基板がマトリックスと構造主体を強固に結
び付けようとする従来の発想とは全く逆の発想と言え
る。本発明では、熱膨張のようにすべての場所で材料が
変形する挙動において、骨格体はマトリックス材料に対
して結合が殆ど無いため、マトリックス材料の変形に対
して拘束する効果はない。
度と半導体（例えばＳｉ）の熱膨張に等しい熱膨張係数
を有する基板を如何にして達成するかを検討し実験を繰
り返すことにより、高強度の繊維を主体とする骨格体と
の結合力が低くかつ熱膨張係数がＳｉのそれと同等のマ
トリックス材料中に埋め込むことで所定の熱膨張係数と
十分な機械的強度を同時に得られることを見出した。そ
して、基板に適用するという新たな使用方法によって太
陽電池の大型化を一挙に解決するに至った。即ち、一般
に、単一の材料で求めることのできない物性を得るため
には、複合則に基づいた複合材料化が図られる。しかし
ながら、この複合則が数式化できる物性は、弾性率、強
度等の機械的な性質に限られ、他の物性に関してはいろ
いろな理論式が提案されているが、現実の材料とはなか
なか一致しないのが現状である。特に、熱膨張係数は複
合材料のミクロ的な構造に影響を受け数式に乗りにくい
とされている。本発明の複合材料基板は、強度と熱膨張
係数の二つの物性を所期のものに合致させるという未踏
の課題を克服するもので、２種類の物性をお互いに干渉
することなく発揮できる複合構造を持つことを特徴とす
る。即ち、熱膨張特性をマトリックス材料に持たせ、強
度部分を繊維物質の骨格体に分担させる設計とし、この
際、繊維物質がマトリックスの熱膨張挙動に影響を与え
ない界面特性を持たせてある。この界面特性は繊維物質
とマトリックスとがルーズな結合の時得られる。この
点、複合材料基板がマトリックスと構造主体を強固に結
び付けようとする従来の発想とは全く逆の発想と言え
る。本発明では、熱膨張のようにすべての場所で材料が
変形する挙動において、骨格体はマトリックス材料に対
して結合が殆ど無いため、マトリックス材料の変形に対
して拘束する効果はない。
【００１１】特に、本発明の技術分野である大型の太陽
電池への応用では、高温からの温度差が問題となるが、
マトリックス材料の熱膨張係数より骨格体の熱膨張係数
が大きな場合には、骨格体の繊維が単独で収縮しマトリ
ックス材料に何等影響を及ぼすことがない。一方、外力
が負加された場合には、繊維の周りにあるマトリックス
材料の機械的な拘束から力の分担をすることが可能とな
る。特に、曲げ応力に対しては十分な効果を発揮する。
本発明の複合材料基板の太陽電池パネルへの応用では、
曲げ強度が特に重要である。以上述べた骨格体とマトリ
ックス材料とのルーズな結合は、骨格体とマトリックス
材料の温度変化を主な要因とする両者の歪みを相互に影
響し合わない状態が理想である。骨格体の形状によって
ある程度の結合が許容される法則が多くの実験を繰り返
す事で明らかとなった。この法則を以下の経験則
（Ａ）、（Ｂ）であらわせる事を見出した。即ち、 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。
電池への応用では、高温からの温度差が問題となるが、
マトリックス材料の熱膨張係数より骨格体の熱膨張係数
が大きな場合には、骨格体の繊維が単独で収縮しマトリ
ックス材料に何等影響を及ぼすことがない。一方、外力
が負加された場合には、繊維の周りにあるマトリックス
材料の機械的な拘束から力の分担をすることが可能とな
る。特に、曲げ応力に対しては十分な効果を発揮する。
本発明の複合材料基板の太陽電池パネルへの応用では、
曲げ強度が特に重要である。以上述べた骨格体とマトリ
ックス材料とのルーズな結合は、骨格体とマトリックス
材料の温度変化を主な要因とする両者の歪みを相互に影
響し合わない状態が理想である。骨格体の形状によって
ある程度の結合が許容される法則が多くの実験を繰り返
す事で明らかとなった。この法則を以下の経験則
（Ａ）、（Ｂ）であらわせる事を見出した。即ち、 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。
【００１２】この様な基板を有する太陽電池は、十分な
強度を有する大型の太陽電池の提供と、溶融再結晶化に
よって変換効率の高い太陽電池の提供を同時に達成でき
る。また、上述した目的を達成するための骨格体とマト
リックス材料の組み合わせは、この骨格体の熱膨張係数
が、マトリックス材料の熱膨張係数の−２×１０-6／℃
と等しいか又は大きいことが望ましい。特に基板上に形
成する半導体がシリコンの場合、この骨格体の熱膨張係
数は、３×１０-6／℃以上である事が望ましい。また、
マトリックス材料の熱膨張係数は１×１０-6／℃以上、
６×１０-6／℃以下であることが望ましい。半導体がＳ
ｉ以外の場合、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等の場合、骨
格体はＳｉの場合と同様の材料を使用できるが、マトリ
ックス材料はその半導体の熱膨張係数の±２×１０-6／
℃以内が望ましい。さらに、本発明の複合材料基板の具
体的且つ望ましい実施形態としては、繊維状材料からな
る骨格体に、樹脂、重質石油等の含炭素液状物質を含浸
させた後、この含炭素液状物質内に含まれる揮発成分を
揮発させることによって該繊維状材料と結合性の低い炭
素をマトリックスとする複合化工程を経ることによって
形成できる。特に、不活性雰囲気下で１８００℃未満の
温度に加熱する炭化処理をする事がより望ましい。
強度を有する大型の太陽電池の提供と、溶融再結晶化に
よって変換効率の高い太陽電池の提供を同時に達成でき
る。また、上述した目的を達成するための骨格体とマト
リックス材料の組み合わせは、この骨格体の熱膨張係数
が、マトリックス材料の熱膨張係数の−２×１０-6／℃
と等しいか又は大きいことが望ましい。特に基板上に形
成する半導体がシリコンの場合、この骨格体の熱膨張係
数は、３×１０-6／℃以上である事が望ましい。また、
マトリックス材料の熱膨張係数は１×１０-6／℃以上、
６×１０-6／℃以下であることが望ましい。半導体がＳ
ｉ以外の場合、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等の場合、骨
格体はＳｉの場合と同様の材料を使用できるが、マトリ
ックス材料はその半導体の熱膨張係数の±２×１０-6／
℃以内が望ましい。さらに、本発明の複合材料基板の具
体的且つ望ましい実施形態としては、繊維状材料からな
る骨格体に、樹脂、重質石油等の含炭素液状物質を含浸
させた後、この含炭素液状物質内に含まれる揮発成分を
揮発させることによって該繊維状材料と結合性の低い炭
素をマトリックスとする複合化工程を経ることによって
形成できる。特に、不活性雰囲気下で１８００℃未満の
温度に加熱する炭化処理をする事がより望ましい。
【００１３】また、より具体的な材料としては、骨格体
が、炭素繊維、炭化けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ
繊維、窒化アルミニウム繊維及びジルコニア繊維から選
ばれる材料群から選ばれる事が望ましい。さらに、マト
リックス材料がフェノール樹脂を炭化した物、ポリカル
ボジイミド樹脂を炭化した物、石油ピッチを炭化した
物、ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアから選
ばれる材料群から選ばれる事が実用性の面からより望ま
しい。さらに、骨格体とマトリックス材料間のルーズな
結合を達成するために、骨格体に界面結合低減物質を被
服する事も有効である。この界面結合低減物質として
は、ホウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリ
コン、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、及び酸化
亜鉛から選ばれる化合物が効果が高い。
が、炭素繊維、炭化けい素繊維、ガラス繊維、アルミナ
繊維、窒化アルミニウム繊維及びジルコニア繊維から選
ばれる材料群から選ばれる事が望ましい。さらに、マト
リックス材料がフェノール樹脂を炭化した物、ポリカル
ボジイミド樹脂を炭化した物、石油ピッチを炭化した
物、ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアから選
ばれる材料群から選ばれる事が実用性の面からより望ま
しい。さらに、骨格体とマトリックス材料間のルーズな
結合を達成するために、骨格体に界面結合低減物質を被
服する事も有効である。この界面結合低減物質として
は、ホウ酸、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリ
コン、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、及び酸化
亜鉛から選ばれる化合物が効果が高い。
【００１４】
【実施例】例示的ではあるが限定的ではない以下に示し
た実施例によって発明をより深く理解する事ができる。 （実施例１）骨格体として繊維径１２μｍの高強度炭素
繊維からなる縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不織布（例
えば、商品名メルブロンＣＦフェルト）にフェノール樹
脂を含浸させ、硬化後、フェノール樹脂の炭化の際炭素
繊維との結合性を向上させるような圧力は付与せずに１
４００℃の炉で炭化処理を実施した。この高強度炭素繊
維以外で使用可能な骨格体は、炭化けい素繊維、ガラス
繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維及びジルコ
ニア繊維から選ばれる材料を挙げる事ができる。また、
フェノール樹脂以外の含炭素液状物質としては石油ピッ
チ等の重質石油を挙げる事ができ、場合によっては有機
溶剤と混合して粘度を調整しても良い。ここで、図１
（a） あは高強度炭素繊維１０の拡大図であり、図１（ｂ）は
炭化処理前の状態であるフェノール樹脂１１を含浸させ
た状態を示した。また、図２（a）はこの基板の１００
０℃での内部の様子を示す。図２（a）は２０℃でのこ
の基板の内部の様子を示している。２０℃において、高
強度炭素繊維１０とマトリックス材料２０との間に結合
の弱いルーズな結合領域２１が形成されている。
た実施例によって発明をより深く理解する事ができる。 （実施例１）骨格体として繊維径１２μｍの高強度炭素
繊維からなる縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不織布（例
えば、商品名メルブロンＣＦフェルト）にフェノール樹
脂を含浸させ、硬化後、フェノール樹脂の炭化の際炭素
繊維との結合性を向上させるような圧力は付与せずに１
４００℃の炉で炭化処理を実施した。この高強度炭素繊
維以外で使用可能な骨格体は、炭化けい素繊維、ガラス
繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維及びジルコ
ニア繊維から選ばれる材料を挙げる事ができる。また、
フェノール樹脂以外の含炭素液状物質としては石油ピッ
チ等の重質石油を挙げる事ができ、場合によっては有機
溶剤と混合して粘度を調整しても良い。ここで、図１
（a） あは高強度炭素繊維１０の拡大図であり、図１（ｂ）は
炭化処理前の状態であるフェノール樹脂１１を含浸させ
た状態を示した。また、図２（a）はこの基板の１００
０℃での内部の様子を示す。図２（a）は２０℃でのこ
の基板の内部の様子を示している。２０℃において、高
強度炭素繊維１０とマトリックス材料２０との間に結合
の弱いルーズな結合領域２１が形成されている。
【００１５】これにより高強度炭素繊維１０の体積含有
率が３０％の炭素繊維強化炭素マトリックス複合材料基
板を得た。この複合材料基板の物性を測定したところ、
室温での熱膨張係数は２．５×１０-6／℃、曲げ強さは
１５０ＭＰAであった。この複合材料基板上に、ＣＶＤ
法により１０００℃でＳｉの成膜を５μｍ／ｍｉｎの速
度で１５μｍ厚さまで行こない室温に戻したところ、６
００ｍｍ角の大面積にも拘わらずＳｉ中に亀裂が入るこ
とはなかった。次に、この基板を使用して図３に示した
太陽電池を形成した。１は複合材料基板であり、この上
に、Ｐ型シリコン層２、Ｎ型シリコン層３、ＺｎＯ層４
が順次形成されている。また、収電電極５がＺｎＯ層４
に、収電電極６が複合材料基板に夫々接触形成されてい
る。ここで、 Ｐ型シリコン層２、Ｎ型シリコン層３は
受光してキャリアが発生するキャリア発生層として働
く。また、収電電極５及び収電電極６は、 Ｐ型シリコ
ン堆積層２、Ｎ型シリコン層３の界面近傍で発生するキ
ャリアによって生ずる起電力を得る一対の電極として働
く。ここで形成したシリコン層はコストが低コストに有
利な多結晶になっている。この様なシリコン層の形成方
法として、シリコンの微粒子を原料とする溶射法で形成
するか、或いはＣＶＤ法で形成する事もできる。
率が３０％の炭素繊維強化炭素マトリックス複合材料基
板を得た。この複合材料基板の物性を測定したところ、
室温での熱膨張係数は２．５×１０-6／℃、曲げ強さは
１５０ＭＰAであった。この複合材料基板上に、ＣＶＤ
法により１０００℃でＳｉの成膜を５μｍ／ｍｉｎの速
度で１５μｍ厚さまで行こない室温に戻したところ、６
００ｍｍ角の大面積にも拘わらずＳｉ中に亀裂が入るこ
とはなかった。次に、この基板を使用して図３に示した
太陽電池を形成した。１は複合材料基板であり、この上
に、Ｐ型シリコン層２、Ｎ型シリコン層３、ＺｎＯ層４
が順次形成されている。また、収電電極５がＺｎＯ層４
に、収電電極６が複合材料基板に夫々接触形成されてい
る。ここで、 Ｐ型シリコン層２、Ｎ型シリコン層３は
受光してキャリアが発生するキャリア発生層として働
く。また、収電電極５及び収電電極６は、 Ｐ型シリコ
ン堆積層２、Ｎ型シリコン層３の界面近傍で発生するキ
ャリアによって生ずる起電力を得る一対の電極として働
く。ここで形成したシリコン層はコストが低コストに有
利な多結晶になっている。この様なシリコン層の形成方
法として、シリコンの微粒子を原料とする溶射法で形成
するか、或いはＣＶＤ法で形成する事もできる。
【００１６】この太陽電池を従来実現できなかった６０
０ｍｍ角の大型基板の全面にわたって１枚のセルを形成
したところ発電効率１２％の十分実用に耐える良品に達
している事が分かった。一方、この様にして形成した太
陽電池が、ルーズな結合領域２１の存在によって、大面
積化と結晶性の改善で達成した発電効率を示したのが表
１である。Aは１２％以上の効率を達成したセル。Bは１
２％未満、８％以上の効率を達成したセル。cは８％未
満の効率のセルを示す。
０ｍｍ角の大型基板の全面にわたって１枚のセルを形成
したところ発電効率１２％の十分実用に耐える良品に達
している事が分かった。一方、この様にして形成した太
陽電池が、ルーズな結合領域２１の存在によって、大面
積化と結晶性の改善で達成した発電効率を示したのが表
１である。Aは１２％以上の効率を達成したセル。Bは１
２％未満、８％以上の効率を達成したセル。cは８％未
満の効率のセルを示す。
【００１７】
【表１】 この結果のうち、A及びBの太陽電池に関するσB（複合
材料基板の曲げ強さ）、σｔ（複合材料基板の引張り強
さ）、及びＳ（複合材料基板の主面の面積（但し、２５
６ｃｍ2以上））を式に現したのが、以下の式（Ａ）
（Ｂ）である。 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） 即ち、良好な特性を示したＡ及びＢの太陽電池を得るた
めに必要な複合材料基板に関する条件を以上の式によっ
て規定する事ができる。さらに、Ｃの値が７０程度まで
は太陽電池を実現する事は可能であるが、７を超えてし
まうと複合材料基板および太陽電池の工業的生産性が非
現実的となり望ましくない。 （実施例２）平均繊維径６μｍの高強度炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）繊維からなる、縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不
織布に石油ピッチを含浸させ４５０℃で揮発成分を除去
する仮焼を実施後、炭化の際炭素繊維との結合性を向上
させるような圧力は付与せずに１３００℃の炉で炭化処
理を実施した。これにより高強度炭素繊維の体積含有率
が３５％の炭化けい素繊維強化炭素マトリックス複合材
料を得た。この複合材料の物性を測定したところ、室温
での熱膨張係数は２．８×１０-6／℃、曲げ強さは１７
５ＭＰAであった。
材料基板の曲げ強さ）、σｔ（複合材料基板の引張り強
さ）、及びＳ（複合材料基板の主面の面積（但し、２５
６ｃｍ2以上））を式に現したのが、以下の式（Ａ）
（Ｂ）である。 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） 即ち、良好な特性を示したＡ及びＢの太陽電池を得るた
めに必要な複合材料基板に関する条件を以上の式によっ
て規定する事ができる。さらに、Ｃの値が７０程度まで
は太陽電池を実現する事は可能であるが、７を超えてし
まうと複合材料基板および太陽電池の工業的生産性が非
現実的となり望ましくない。 （実施例２）平均繊維径６μｍの高強度炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）繊維からなる、縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不
織布に石油ピッチを含浸させ４５０℃で揮発成分を除去
する仮焼を実施後、炭化の際炭素繊維との結合性を向上
させるような圧力は付与せずに１３００℃の炉で炭化処
理を実施した。これにより高強度炭素繊維の体積含有率
が３５％の炭化けい素繊維強化炭素マトリックス複合材
料を得た。この複合材料の物性を測定したところ、室温
での熱膨張係数は２．８×１０-6／℃、曲げ強さは１７
５ＭＰAであった。
【００１８】この複合材料基板上に、プラズマ溶射法で
Ｓｉを３０μｍ厚さ溶射被覆した後、１５００℃に局部
加熱して溶融再結晶を実施した後もＳｉ膜中に亀裂の発
生が見られず良好な状態であった。この実施例でも実施
例１と同様に太陽電池を形成したところ、実施例１と同
様の効果を得ることができた。このように、本発明の複
合材料基板を用いれば、大面積の太陽電池の形成が可能
で、十分な強度を有するために価格上昇につながる補強
材料無しでそのまま利用できる。また、安価な不織布と
フェノール樹脂、ピッチを利用できるために、従来材料
では為し得なかった低価格基板の提供が可能とる。 （実施例３）平均繊維径１２μｍ、平均長さ５ｍｍの高
強度炭素繊維（繊維長手方向の熱膨張係数は４．５×１
０／℃）およびポリカルボジイミド樹脂を体積比で４対
６に混合し、１．５ｍｍ程度のシートに伸ばした上で、
アルゴン雰囲気中で１００時間かけて１８００℃まで昇
温し、当該樹脂分を炭素化することにより厚さ約１ｍｍ
の炭素繊維強化炭素マトリックス複合材料基板を得た。
この複合材料基板は繊維含有体積率は約６０％で、室温
近傍での熱膨張係数は２．５×１０-6／℃、曲げ強さは
２４０ＭＰAであった。また、マトリックスに相当する
部分の炭素はアモルファス状態であった。
Ｓｉを３０μｍ厚さ溶射被覆した後、１５００℃に局部
加熱して溶融再結晶を実施した後もＳｉ膜中に亀裂の発
生が見られず良好な状態であった。この実施例でも実施
例１と同様に太陽電池を形成したところ、実施例１と同
様の効果を得ることができた。このように、本発明の複
合材料基板を用いれば、大面積の太陽電池の形成が可能
で、十分な強度を有するために価格上昇につながる補強
材料無しでそのまま利用できる。また、安価な不織布と
フェノール樹脂、ピッチを利用できるために、従来材料
では為し得なかった低価格基板の提供が可能とる。 （実施例３）平均繊維径１２μｍ、平均長さ５ｍｍの高
強度炭素繊維（繊維長手方向の熱膨張係数は４．５×１
０／℃）およびポリカルボジイミド樹脂を体積比で４対
６に混合し、１．５ｍｍ程度のシートに伸ばした上で、
アルゴン雰囲気中で１００時間かけて１８００℃まで昇
温し、当該樹脂分を炭素化することにより厚さ約１ｍｍ
の炭素繊維強化炭素マトリックス複合材料基板を得た。
この複合材料基板は繊維含有体積率は約６０％で、室温
近傍での熱膨張係数は２．５×１０-6／℃、曲げ強さは
２４０ＭＰAであった。また、マトリックスに相当する
部分の炭素はアモルファス状態であった。
【００１９】この複合材料を基板として用い、実施例２
と同様の方法で太陽電池を形成したところ、実施例１と
同様の効果を得ることができた。 （実施例４）繊維径１２μｍの高強度炭素繊維からな
る、縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不織布（例えば、商
品名メルブロンＣＦフェルト）にフェノール樹脂を含浸
させ、硬化後、その片方の面にポリカルボジイミド樹脂
に平均粒径３０μｍの黒鉛粉末を体積で２０％を混入さ
せたものを２０μｍ厚さで塗布した。このものをアルゴ
ン雰囲気中で１００時間かけて１８００℃まで昇温し、
当該樹脂分を炭素化することにより厚さ約１ｍｍの炭素
繊維強化炭素マトリックス複合材料基板を得た。該複合
材料の物性を測定したところ、室温での熱膨張係数は
２．５×１０-6／℃、曲げ強さは１５０ＭＰＡであっ
た。ポリカルボジイミド樹脂と黒鉛粉末の混合体を塗布
した部分はアモルファス状態の炭素であった。以上の実
施例では、本発明の効果をより顕著にするために繊維状
物質の表面に例えばＢＮ（窒化硼素）のような界面結合
低減物質を薄く被覆しておくことも有効である。また、
前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊維、以外にガラ
ス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維、及びジ
ルコニア繊維等を同様に使用する事ができ、さらには前
記無機材料はフェノール樹脂を炭化した物、石油ピッチ
を炭化した物以外に、流動性の有る樹脂を炭化した物、
ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアを同様に使
用する事ができる。さらに、太陽電池を形成するシリコ
ン層は、多結晶だけでなく、微結晶シリコン或いはアモ
ルファスシリコンでも同様に上述した実施例に適用する
事ができる。
と同様の方法で太陽電池を形成したところ、実施例１と
同様の効果を得ることができた。 （実施例４）繊維径１２μｍの高強度炭素繊維からな
る、縦横６００ｍｍ、厚さ１ｍｍの不織布（例えば、商
品名メルブロンＣＦフェルト）にフェノール樹脂を含浸
させ、硬化後、その片方の面にポリカルボジイミド樹脂
に平均粒径３０μｍの黒鉛粉末を体積で２０％を混入さ
せたものを２０μｍ厚さで塗布した。このものをアルゴ
ン雰囲気中で１００時間かけて１８００℃まで昇温し、
当該樹脂分を炭素化することにより厚さ約１ｍｍの炭素
繊維強化炭素マトリックス複合材料基板を得た。該複合
材料の物性を測定したところ、室温での熱膨張係数は
２．５×１０-6／℃、曲げ強さは１５０ＭＰＡであっ
た。ポリカルボジイミド樹脂と黒鉛粉末の混合体を塗布
した部分はアモルファス状態の炭素であった。以上の実
施例では、本発明の効果をより顕著にするために繊維状
物質の表面に例えばＢＮ（窒化硼素）のような界面結合
低減物質を薄く被覆しておくことも有効である。また、
前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊維、以外にガラ
ス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維、及びジ
ルコニア繊維等を同様に使用する事ができ、さらには前
記無機材料はフェノール樹脂を炭化した物、石油ピッチ
を炭化した物以外に、流動性の有る樹脂を炭化した物、
ガラス、窒化アルミニウム、及びマグネシアを同様に使
用する事ができる。さらに、太陽電池を形成するシリコ
ン層は、多結晶だけでなく、微結晶シリコン或いはアモ
ルファスシリコンでも同様に上述した実施例に適用する
事ができる。
【００２０】
【発明の効果】上記構成によって、太陽電池形成時の破
損を押さえ、基板構造体としての十分な強度を有して外
力に対して破損し難い太陽電池用の複合材料基板、及び
太陽電池を提供できる。
損を押さえ、基板構造体としての十分な強度を有して外
力に対して破損し難い太陽電池用の複合材料基板、及び
太陽電池を提供できる。
【図１】本発明の実施例１の基板の製造工程を説明する
断面図。
断面図。
【図２】本発明の実施例１の基板の製造工程を説明する
断面図。
断面図。
【図３】本発明の実施例１の太陽電池を説明する断面
図。
図。
１ 複合材料基板 ２ Ｐ型シリコン層 ３ Ｎ型シリコン層 ４ ＺｎＯ層 ５、６ 収電電極 １０ 高強度炭素繊維 １１ フェノール樹脂 ２０ マトリックス材料 ２１ ルーズな結合領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 誠一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 稲垣 浩貴 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内
Claims (25)
- 【請求項１】繊維状材料からなる骨格体と、この骨格体
の前記繊維状材料間に充填され前記繊維状材料と結合を
形成するマトリックス材料とを具備し、前記骨格体と前
記マトリックス材料との間に以下の式Ａ、式Ｂの関係が
有る事を特徴とする太陽電池用の複合材料基板。 記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。 - 【請求項２】前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリッ
クス材料の熱膨張係数の−２×１０ -6／℃と等しいか又
は大きいことを特徴とする請求項１記載の太陽電池用の
複合材料基板。 - 【請求項３】充填される前記マトリックス材料の熱膨張
係数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／℃以下である
事を特徴とする請求項２記載の太陽電池用の複合材料基
板。 - 【請求項４】前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊
維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維
及びジルコニア繊維から選ばれる材料であることを特徴
とする請求項１記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項５】前記マトリックス材料はフェノール樹脂を
炭化した物、ポリカルボジイミド樹脂を炭化した物、石
油ピッチを炭化した物、ガラス、窒化アルミニウム、及
びマグネシアから選ばれる材料である事を特徴とする請
求項４記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項６】前記骨格体の前記繊維状材料表面に界面結
合低減物質を被服する事を特徴とする請求項５記載の太
陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項７】前記界面結合低減物質は、ホウ酸、窒化ホ
ウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化イットリ
ウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化
セリウムから選ばれる化合物である事を特徴とする請求
項６記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項８】繊維状材料からなる骨格体と、この骨格体
の前記繊維状材料間に充填されたマトリックス材料とを
備え、この骨格体に含炭素液状物質を含浸させた後、こ
の含炭素液状物質を炭化させた炭素をマトリックス材料
とする複合化工程を経て形成される太陽電池用の複合材
料基板。 - 【請求項９】請求項８において、前記骨格体とマトリッ
クス材料との間に以下の式Ａ、式Ｂの関係が有る事を特
徴とする請求項２記載の太陽電池用の複合材料基板。 記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。 - 【請求項１０】前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリ
ックス材料の熱膨張係数の−２×１０ -6／℃と等しいか
又は大きいことを特徴とする請求項９記載の太陽電池用
の複合材料基板。 - 【請求項１１】充填される前記マトリックス材料の熱膨
張係数が１×１０-6／℃以上、６×１０-6／℃以下であ
る事を特徴とする請求項１０記載の太陽電池用の複合材
料基板。 - 【請求項１２】前記含炭素液状物質は、フェノール樹
脂、ポリカルボジイミド樹脂、及び重質石油から選ばれ
る有機材料を主成分とすることを特徴とする請求項９記
載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項１３】前記複合化工程は、不活性雰囲気下で１
８００℃以下の温度に加熱する炭化処理であることを特
徴とする請求項１２記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項１４】前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊
維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維
及びジルコニア繊維から選ばれる材料である事を特徴と
する請求項１０記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項１５】前記骨格体の前記繊維状材料表面に界面
結合低減物質を被服する事を特徴とする請求項１４記載
の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項１６】前記界面結合低減物質は、ホウ酸、窒化
ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化イット
リウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸
化セリウムから選ばれる化合物である事を特徴とする請
求項１５記載の太陽電池用の複合材料基板。 - 【請求項１７】繊維状材料からなる骨格体及びこの骨格
体の前記繊維状材料間に充填されたマトリックス材料を
有する複合材料基板と、この複合材料基板上に形成され
受光してキャリアが発生する半導体のキャリア発生層
と、このキャリア発生層に電気的に接続され前記キャリ
アによって生じる起電力を取り出す一対の電極とを具備
し、前記骨格体とマトリックス材料との間に以下の式
A、式Bの関係が有る事を特徴とする太陽電池。 記 σＢ／σｔ≧Ｃ … …（Ａ） Ｃ＝ ０．０６２５・√Ｓ … …（Ｂ） ここで、σＢ＝前記複合材料基板の曲げ強さ、σｔ＝前
記複合材料基板の引張り強さ、Ｓ＝前記複合材料基板の
主面の面積（但し、２５６ｃｍ2以上）である。 - 【請求項１８】前記骨格体の熱膨張係数は、前記マトリ
ックス材料の熱膨張係数の−２×１０ -6／℃と等しいか
又は大きいことを特徴とする請求項１７記載の太陽電
池。 - 【請求項１９】前記キャリア発生層はＰ型シリコン層と
Ｎ型シリコン層を積み重ねて構成されることを特徴とす
る請求項１８記載の太陽電池。 - 【請求項２０】前記半導体は、多結晶シリコン、微結晶
シリコン、及びアモルファスシリコンから選ばれるシリ
コン層であることを特徴とする請求項１９記載の太陽電
池。 - 【請求項２１】前記骨格体の熱膨張係数は、３×１０-6
／℃以上であることを特徴とする請求項２０記載の太陽
電池。 - 【請求項２２】前記マトリックス材料の熱膨張係数が１
×１０-6／℃以上、６×１０-6／℃以下であることを特
徴とする請求項２１記載の太陽電池。 - 【請求項２３】前記骨格体は、炭素繊維、炭化けい素繊
維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化アルミニウム繊維
及びジルコニア繊維から選ばれる材料であることを特徴
とする請求項１８記載の太陽電池。 - 【請求項２４】前記マトリックス材料は、フェノール樹
脂を炭化した物、ポリカルボジイミド樹脂を炭化した
物、石油ピッチを炭化した物、ガラス、窒化アルミニウ
ム、及びマグネシアから選ばれる材料である事ことを特
徴とする請求項２３記載の太陽電池。 - 【請求項２５】前記Ｃは７以下である事を特徴とする請
求項１７記載の太陽電池。
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|---|---|---|---|
| JP11179215A JP2000086364A (ja) | 1998-06-30 | 1999-06-25 | 太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18491598 | 1998-06-30 | ||
| JP10-184915 | 1998-06-30 | ||
| JP11179215A JP2000086364A (ja) | 1998-06-30 | 1999-06-25 | 太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000086364A true JP2000086364A (ja) | 2000-03-28 |
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ID=26499140
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11179215A Pending JP2000086364A (ja) | 1998-06-30 | 1999-06-25 | 太陽電池用の複合材料基板、及び太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000086364A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008003109A2 (de) * | 2006-07-04 | 2008-01-10 | Hans-Peter Bierbaumer | Solarmodul |
| JP2009534841A (ja) * | 2006-04-18 | 2009-09-24 | ダウ・コーニング・コーポレイション | 銅インジウム二セレン化物をベースとする光起電デバイスおよびそれを作製する方法 |
| WO2017154042A1 (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 日本電気株式会社 | Ｓ字形状太陽電池パネル |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP11179215A patent/JP2000086364A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009534841A (ja) * | 2006-04-18 | 2009-09-24 | ダウ・コーニング・コーポレイション | 銅インジウム二セレン化物をベースとする光起電デバイスおよびそれを作製する方法 |
| WO2008003109A2 (de) * | 2006-07-04 | 2008-01-10 | Hans-Peter Bierbaumer | Solarmodul |
| WO2008003109A3 (de) * | 2006-07-04 | 2008-02-21 | Hans-Peter Bierbaumer | Solarmodul |
| WO2017154042A1 (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 日本電気株式会社 | Ｓ字形状太陽電池パネル |
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