JP2000302524A - カオリン粘土を用いた多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル用セラミック基板の製造方法 - Google Patents

カオリン粘土を用いた多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル用セラミック基板の製造方法

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JP2000302524A
JP2000302524A JP11107614A JP10761499A JP2000302524A JP 2000302524 A JP2000302524 A JP 2000302524A JP 11107614 A JP11107614 A JP 11107614A JP 10761499 A JP10761499 A JP 10761499A JP 2000302524 A JP2000302524 A JP 2000302524A
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Japan
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solar cell
ceramic substrate
thin film
kaolin clay
silicon thin
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JP11107614A
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Masayoshi Oohashi
優喜 大橋
Yasuo Iida
康夫 飯田
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カオリン粘土を用いた多結晶シリコン薄膜型
ソーラーセル用セラミック基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 カオリン粘土(SiO2 とAl2 3
主成分として微量の不純物を含む)およびアルミナ(A
23 )粉末を原料とし、SiO2 とAl23 の割
合が各々55〜50重量%および45〜50重量%とな
るように混合した後、成形し、1570〜1650℃で
焼成することを特徴とする多結晶シリコン薄膜型ソーラ
ーセル(太陽電池)用セラミック基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐熱性、高強
度、緻密質で、効率およびコスト面に優れた多結晶シリ
コン薄膜型ソーラーセル用セラミック基板の製造方法に
関するものであり、更に詳しくは、本発明は、低価格天
然原料であるカオリン粘土を主原料とし、一部アルミナ
(Al23 )を添加することにより基板の熱膨張係数
をシリコンの熱膨張係数に合わせた耐熱性の高い高強度
緻密ムライト質セラミック基板を製造する方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】現在、実用化されている自立型単結晶・
多結晶シリコンソーラーセルは、多量の高純度シリコン
を使用するため原料コスト面で問題を持ち、現在、開発
が進められているアモルファスシリコン薄膜型ソーラー
セルは、効率面、耐久性に課題を抱えている。
【0003】それに対し、多結晶シリコン薄膜型ソーラ
ーセルは、これらの問題を解決する可能性を持った技術
と考えられている。現在、このソーラーセル用の基板と
して、主にアルミナ基板、ガラス基板等が用いられてい
るが、多結晶シリコン薄膜を基板上に乗せる際の温度
(600〜1200℃)に耐え、且つ冷却過程で薄膜に
熱応力が生じないように、熱膨張係数がシリコンと一致
したものは見あたらない。また、今後ソーラーセルが一
般住宅の屋根、タイル等に装備されることを考えると、
できるだけ安価な天然原料を使用することが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、高耐熱性、
高強度、緻密質で、熱膨張係数がシリコンと一致した多
結晶シリコン薄膜型ソーラーセル用セラミック基板を開
発することを目標として種々検討した結果、カオリン粘
土とアルミナを所定料の割合で混合した出発原料を成形
した後、高温で焼成し、ムライト相とアルミノシリケー
トガラス相よりなるムライト質基板を作製することによ
り所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成
に至った。即ち、本発明は、低価格の天然原料であるカ
オリン粘土を主原料として、耐熱性が高く、緻密で高強
度のムライト質セラミック基板を製造する方法および該
セラミック基板からなる高耐熱性、高強度、緻密質で、
熱膨張係数をシリコンと一致させた多結晶シリコン薄膜
型ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基板を提供す
ることを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、以下の技術的手段から構成される。 (1)カオリン粘土(SiO2 とAl23 を主成分と
して微量の不純物を含む)とアルミナ(Al23 )を
所定の割合で混合した出発原料を成形した後、高温で焼
成し、ムライト相とアルミノシリケートガラス相よりな
るムライト質基板を作製することを特徴とする多結晶シ
リコン薄膜型ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基
板の製造方法。 (2)カオリン粘土(SiO2 とAl23 を主成分と
して微量の不純物を含む)およびアルミナ(Al2
3 )粉末を原料とし、SiO2 とAl23 の割合が各
々55〜50重量%および45〜50重量%となるよう
に混合した後、成形し、1570〜1650℃で焼成す
ることを特徴とする前記(1)の多結晶シリコン薄膜型
ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基板の製造方
法。
【0006】本発明は、カオリン粘土(SiO2 とAl
23 を主成分として微量の不純物を含む)およびアル
ミナ(Al23 )粉末を原料とし、SiO2 とAl2
3 の割合が各々55〜50重量%および45〜50重
量%となるように混合した後、成形し、1570〜16
50℃で焼成することにより高耐熱性、高強度、緻密質
で、熱膨張係数もシリコンと一致した多結晶シリコン薄
膜型ソーラーセル用セラミック基板を製造することを特
徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】続いて、本発明について更に詳細
に説明する。本発明は、多結晶シリコン薄膜型ソーラー
セル(太陽電池)に用いるために最適なセラミック基板
の製造方法に関するものである。本発明に係るセラミッ
ク基板の製造方法は、カオリン粘土とアルミナを所定の
割合で混合した出発原料を成形した後、高温で焼成し、
ムライト相とアルミノシリケートガラス相よりなるムラ
イト質基板を作製することを特徴としている。本発明者
らの検討したところによると、ムライトの熱膨張係数が
約5.0×10-6/℃、アルミノシリケートガラスのそ
れが1〜2×10-6/℃であるので、カオリン粘土に対
して添加するアルミナの量を調整して、ムライト相とア
ルミノシリケートガラス相の構成比を最適化することに
より、シリコンとの熱膨張係数差のないセラミック基板
を得ることができることがわかった。また、原料とし
て、天然原料のカオリン粘土を使用するため人工原料に
比べ不純物が多く含まれる傾向にある。しかし、主要不
純物であるFe23 やTiO2 は、総量で0.5重量
%程度含まれるが、焼成中ムライトに固溶してしまうた
めに、アルミノシリケートガラスに溶け込んで熱膨張係
数を高める心配はない。但し、アルカリ不純物に関して
は、シリコン堆積中に起こる汚染(コンタミネーショ
ン)の原因となるので、できるだけアルカリ不純物の少
ない原料を用いる必要がある。しかし、原料のカオリン
粘土は、基本的にSiO2 とAl23 を主成分とする
ため、該カオリン粘土およびアルミナ(Al23 )粉
末を原料として、作製された本発明のセラミック基板の
耐熱性は、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル用基板と
して用いるのに十分なものである。
【0008】このような本発明において、出発原料とし
ては、カオリン粘土(SiO2 とAl2 3 を主成分と
して微量の不純物を含む)およびアルミナ(Al2
3 )粉末を、SiO2 とAl23 の割合が各々55〜
50重量%および45〜50重量%となるように混合し
たものを用いることが必要である。カオリン粘土は、通
常のもの(SiO2 とAl23 を主成分として含み、
不純物としてFe23 、TiO2 等を含む)を使用す
ることができるが、カオリン粘土の種類としては、比較
的高価なアルミナの使用量を抑える意味でもAl23
の含有量の高いものが望まれる。また、上記の理由によ
りアルカリ不純物の少ないものがよい。カオリン粘土の
好適な例として、具体的には、ニュージーランド産カオ
リンが例示される。しかし、カオリン粘土は、これに限
定されるものではなく、適宜のカオリンおよび適宜混合
したものが用いられる。出発原料は、例えば、加熱して
脱水したカオリンにアルミナ粉末を混合粉中のSiO2
とAl23 の割合が上記範囲となるように混合すれば
よい。焼成温度としては、1570〜1650℃が好適
なものとして例示される。仮に1550℃以下で焼成し
た場合、緻密化に関しては問題ないが、基板中にクリス
トバライト(SiO2 )が析出するため、200℃付近
でそのα−β転移による急激な体積変化が生じ、基板と
して用いることはできない可能性がある。また、165
0℃より高温で焼成した場合、緻密化が十分に進行しな
いと共に、表面が荒れる可能性があるので好ましくな
い。成形法および焼成手段等は、特に限定されるもので
はない。
【0009】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、以下の実施例は本発明の好適な一例を示すも
のであり、本発明は、当該実施例によって何ら限定され
るものではない。 実施例1 (1)セラミック基板の製造 ニュージーランドカオリン(共立窯業原料(株)製プレ
ミアム:化学組成(重量%)SiO2 48.60、A
23 36.70、Fe23 0.30、TiO
2 0.07、CaO 0.01、MgO 0.01、
Na2 O 0.03、K2 O 0.01、Ig.los
s 13.90)を1000℃で2時間脱水した後、低
ソーダアルミナ(住友化学工業(株)製AES−12:
化学組成(重量%)Al23 99.9、SiO2
0.06、Fe23 0.01、Na2 O 0.0
4)を脱水したニュージーランドカオリン96〜87重
量%に対して4〜13重量%の割合で混合し、混合粉中
のSiO2 とAl23 の割合が各々55〜50重量%
および45〜50重量%となるようにした。次に、混合
した粉末を1600℃で2時間焼成して基板を作製し
た。
【0010】(2)基板の特性 Al2 3 の含有量45〜50重量%の組成範囲におけ
る基板のかさ密度、開気孔率、熱膨張係数(25〜80
0℃)を測定した。その結果を表1に示す。この組成範
囲においては、セラミック基板はほぼ完全に緻密化して
おり、熱膨張係数もシリコンの熱膨張係数3.8×10
-6/℃とほぼ一致した。次に、特にAl23 含有量4
7重量%のセラミック基板について室温から1300℃
までの3点曲げ強度(試験片寸法3×3×30mm、ク
ロスヘッドスピード0.5mm/min)を測定した。
その結果、上記セラミック基板は、1200℃まで高強
度を維持しており、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル
用基板としての使用に十分耐えうるだけの耐熱性を有し
ていた(表2)。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】参考例1 Al2 3 含有量47重量%の試料を1550℃で2時
間焼成して基板を作製した。その結果、得られた基板中
にクリストバライトが析出してしまい、200℃付近で
そのα−β転移による急激な体積変化が生じ、基板とし
て用いることができないことがわかった。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
多結晶シリコン薄膜型ソーラーセルに最適なセラミック
基板の製造方法に係るものであり、本発明により、効率
よく、低コストで、高耐熱性、高強度ムライト質セラミ
ック基板を作製することが可能であり、カオリンに対し
て添加するアルミナの量を調整して、基板を構成するム
ライト相とアルミノシリケートガラス相の構成比を最適
化することにより、シリコンと等しい熱膨張係数を持つ
セラミック基板を作製することができる。また、本発明
の製造法により得られた基板は、緻密で、室温〜120
0℃付近まで高強度を示し、多結晶シリコン薄膜型ソー
ラーセル用基板として有用である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年3月27日(2000.3.2
7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、以下の技術的手段から構成される。 (1)カオリンに対して添加するアルミナの量を調整し
て、基板を構成するムライト相とアルミノシリケートガ
ラス相の構成比を最適化することにより、熱膨張係数が
シリコンと一致した多結晶シリコン薄膜型ソーラセル
(太陽電池)用セラミックス基板を製造する方法であっ
て、カオリン粘土(SiO2とAl23 を主成分とし
て微量の不純物を含む)とアルミナ(Al23)を所定
の割合で混合した出発原料を成形した後、高温で焼成
し、ムライト相とアルミノシリケートガラス相よりなる
ムライト質基板を作製することを特徴とする多結晶シリ
コン薄膜型ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基板
の製造方法。 (2)カオリン粘土(SiO2とAl2 3 を主成分と
して微量の不純物を含む)およびアルミナ(Al
2 3 )粉末を原料とし、SiO2 とAl23の割合が
各々55〜50重量%および45〜50重量%となるよ
うに混合した後、成形し、1570〜1650℃で焼成
することを特徴とする前記(1)の多結晶シリコン薄膜
型ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基板の製造方
法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA36 AA37 BA20 BA21 CA01 GA04 GA22 GA27 HA05 4G062 AA11 AA15 BB06 CC01 CC09 MM27 NN31 NN33 PP03 PP08 QQ06 5F051 BA17 CB11 CB29 GA03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カオリン粘土(SiO2 とAl23
    主成分として微量の不純物を含む)とアルミナ(Al2
    3 )を所定の割合で混合した出発原料を成形した後、
    高温で焼成し、ムライト相とアルミノシリケートガラス
    相よりなるムライト質基板を作製することを特徴とする
    多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル(太陽電池)用セラ
    ミック基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 カオリン粘土(SiO2 とAl23
    主成分として微量の不純物を含む)およびアルミナ(A
    23 )粉末を原料とし、SiO2 とAl23 の割
    合が各々55〜50重量%および45〜50重量%とな
    るように混合した後、成形し、1570〜1650℃で
    焼成することを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリ
    コン薄膜型ソーラーセル(太陽電池)用セラミック基板
    の製造方法。
JP11107614A 1999-04-15 1999-04-15 カオリン粘土を用いた多結晶シリコン薄膜型ソーラーセル用セラミック基板の製造方法 Pending JP2000302524A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005045942A1 (ja) * 2003-11-06 2005-05-19 Firac International Co., Ltd. ソーラータイルおよびその施工方法
CN115594493A (zh) * 2022-10-26 2023-01-13 佛山仙湖实验室(Cn) 利用铝矾土和苏州土制备的太阳能储热复相陶瓷材料及方法

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