JP2001257369A - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
光電変換素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 裏面金属電極層の反射率と、樹脂フィルムに
対する裏面金属電極層の密着性とを向上させた光電変換
素子を提供すること。 【解決手段】 金属基板１の上に接着させた絶縁性樹脂
フィルム２の上にＴｉ系あるいはＳｉ系層３を形成し、
そのＴｉ系あるいはＳｉ系層３の上に裏面金属電極層
４、下部透明導電膜層５、光電変換層６及び上部透明導
電膜層７を形成した光電変換素子９。
対する裏面金属電極層の密着性とを向上させた光電変換
素子を提供すること。 【解決手段】 金属基板１の上に接着させた絶縁性樹脂
フィルム２の上にＴｉ系あるいはＳｉ系層３を形成し、
そのＴｉ系あるいはＳｉ系層３の上に裏面金属電極層
４、下部透明導電膜層５、光電変換層６及び上部透明導
電膜層７を形成した光電変換素子９。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂フィルムある
いは樹脂フィルムが接着された金属基板上に形成された
光電変換素子及びその製造方法に関する。更に詳しくは
裏面金属電極層の反射率と密着性を向上させるための構
造及びその製造方法に関する。
いは樹脂フィルムが接着された金属基板上に形成された
光電変換素子及びその製造方法に関する。更に詳しくは
裏面金属電極層の反射率と密着性を向上させるための構
造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、低コストの太陽電池を目指してシリコン系薄膜を用
いた太陽電池が開発されている。このような薄膜太陽電
池では、光が透過するガラス基板を用いるスーパースト
レート型及び不透光性の樹脂フィルムや金属基板等を用
いるサブストレート型太陽電池がある。後者はフレキシ
ブル性が得られるだけでなく、低コスト化も可能という
ことでより有利とされている。具体的には樹脂フィル
ム、又は金属基板上に裏面金属電極層、下部透明導電膜
層、プラズマＣＶＤ法による光電変換層及び上部透明導
電膜層を積層させた構造が注目されている。このような
構造は１９８０年以前には試作され、多くの文献等で既
に公知になっている。
ら、低コストの太陽電池を目指してシリコン系薄膜を用
いた太陽電池が開発されている。このような薄膜太陽電
池では、光が透過するガラス基板を用いるスーパースト
レート型及び不透光性の樹脂フィルムや金属基板等を用
いるサブストレート型太陽電池がある。後者はフレキシ
ブル性が得られるだけでなく、低コスト化も可能という
ことでより有利とされている。具体的には樹脂フィル
ム、又は金属基板上に裏面金属電極層、下部透明導電膜
層、プラズマＣＶＤ法による光電変換層及び上部透明導
電膜層を積層させた構造が注目されている。このような
構造は１９８０年以前には試作され、多くの文献等で既
に公知になっている。
【０００３】サブストレート型太陽電池においては、光
電変換層で吸収されなかった光を再び光電変換層に戻
し、変換効率を向上させるためには、裏面金属電極層と
しては反射率の高い金属材料を使用することが望まし
い。最も高い反射率は一般的にＡｇ材料を用いたときに
得られるが、成膜条件が整えばＡｌもＡｇと同程度の反
射率を得ることができる(丸善株式会社出版、１９８２
年度版理科年表Ｐ５１５参照)。そのため、裏面金属電
極層としては一般に、ＡｌやＡｇ等の高い反射率を有す
る金属電極材料が用いられる。
電変換層で吸収されなかった光を再び光電変換層に戻
し、変換効率を向上させるためには、裏面金属電極層と
しては反射率の高い金属材料を使用することが望まし
い。最も高い反射率は一般的にＡｇ材料を用いたときに
得られるが、成膜条件が整えばＡｌもＡｇと同程度の反
射率を得ることができる(丸善株式会社出版、１９８２
年度版理科年表Ｐ５１５参照)。そのため、裏面金属電
極層としては一般に、ＡｌやＡｇ等の高い反射率を有す
る金属電極材料が用いられる。
【０００４】又、光電変換層よりも基板側にテクスチャ
ー構造（微細な凹凸構造）を持たせることが一般的に行
われている。テクスチャー構造とすることで、入射光を
散乱させると共に反射光を乱反射させ光路長を伸ばし光
電変換層での光吸収量を増加させることができる。その
際、テクスチャーの大きさが可視光線波長の半分付近の
とき、光散乱効果が十分に発揮されるようになり、高い
太陽電池変換効率を得られるようになる。テクスチャー
構造形成方法の一つとして、金属等の基板上に蒸着法や
スパッタリング法で成膜する際に裏面金属電極層自体を
テクスチャー構造とする方法がある (特開平７―２６３
７２９号)。この場合、基板温度を２５０°Ｃ以上に上
げることでテクスチャー構造を形成している。一方で、
樹脂フィルムに微粒子を添加することにより、基板に直
接テクスチャー構造を形成する方法が検討されている
(特開平１１―１３５８１９号公報参照)。
ー構造（微細な凹凸構造）を持たせることが一般的に行
われている。テクスチャー構造とすることで、入射光を
散乱させると共に反射光を乱反射させ光路長を伸ばし光
電変換層での光吸収量を増加させることができる。その
際、テクスチャーの大きさが可視光線波長の半分付近の
とき、光散乱効果が十分に発揮されるようになり、高い
太陽電池変換効率を得られるようになる。テクスチャー
構造形成方法の一つとして、金属等の基板上に蒸着法や
スパッタリング法で成膜する際に裏面金属電極層自体を
テクスチャー構造とする方法がある (特開平７―２６３
７２９号)。この場合、基板温度を２５０°Ｃ以上に上
げることでテクスチャー構造を形成している。一方で、
樹脂フィルムに微粒子を添加することにより、基板に直
接テクスチャー構造を形成する方法が検討されている
(特開平１１―１３５８１９号公報参照)。
【０００５】このように、サブストレート型太陽電池に
おいては、光電変換層自体の性能を上げる以外に、反射
率の高い裏面金属電極層を用いる、テクスチャー構造を
形成する等の方法により変換効率を上げる工夫がなされ
ている。
おいては、光電変換層自体の性能を上げる以外に、反射
率の高い裏面金属電極層を用いる、テクスチャー構造を
形成する等の方法により変換効率を上げる工夫がなされ
ている。
【０００６】不透光性の樹脂フィルムあるいは金属基板
を用いたサブストレート型太陽電池においては、テクス
チャー構造形成技術が確立されておらず、十分な変換効
率が得られていない。テクスチャー構造形成の目的は、
光路長を伸ばし光電変換層での光吸収量の増加にある
が、その大きさ、形状を適切に制御しなければ、リーク
電流発生の原因ともなる。つまり、大きさが適当でなか
ったり、テクスチャー先端が鋭利であったりすると、光
電変換層の被覆が不十分となったり、突き破られたりし
て裏面金属電極層と上部透明導電膜層が直接コンタクト
することにより光電変換素子のリーク電流が大きくなり
テクスチャーで得られた特性向上を損なってしまう。上
述の裏面金属電極層自体をテクスチャー構造とする方法
（特開平７―２６３７２９号公報参照）では、テクスチ
ャーを形成することはできるが、局所的な突起物が形成
されやすい。そのため、リーク電流が発生しやすいとい
う問題点があった。特にＡｌの成膜雰囲気、成膜温度等
の成膜条件や厚膜化によりヒロックと呼ばれる局所的な
突起物が形成されやすい特徴を持っている。又、基板温
度を２５０°Ｃ以上に上げる必要があるため、樹脂等の
耐熱性の低い基板を使用できないという問題点があっ
た。
を用いたサブストレート型太陽電池においては、テクス
チャー構造形成技術が確立されておらず、十分な変換効
率が得られていない。テクスチャー構造形成の目的は、
光路長を伸ばし光電変換層での光吸収量の増加にある
が、その大きさ、形状を適切に制御しなければ、リーク
電流発生の原因ともなる。つまり、大きさが適当でなか
ったり、テクスチャー先端が鋭利であったりすると、光
電変換層の被覆が不十分となったり、突き破られたりし
て裏面金属電極層と上部透明導電膜層が直接コンタクト
することにより光電変換素子のリーク電流が大きくなり
テクスチャーで得られた特性向上を損なってしまう。上
述の裏面金属電極層自体をテクスチャー構造とする方法
（特開平７―２６３７２９号公報参照）では、テクスチ
ャーを形成することはできるが、局所的な突起物が形成
されやすい。そのため、リーク電流が発生しやすいとい
う問題点があった。特にＡｌの成膜雰囲気、成膜温度等
の成膜条件や厚膜化によりヒロックと呼ばれる局所的な
突起物が形成されやすい特徴を持っている。又、基板温
度を２５０°Ｃ以上に上げる必要があるため、樹脂等の
耐熱性の低い基板を使用できないという問題点があっ
た。
【０００７】上述の基板に直接テクスチャー構造を形成
する方法(特開平１１―１３５８１７号公報参照)では、
樹脂フィルム上に直接、裏面金属電極層を形成してい
る。この場合、樹脂フィルムからのガス放出の影響によ
り、成膜中の金属に酸素等の不純物が混入され、十分な
反射率が得られないという問題点があった。特に材料と
してＡｌを用いた場合はガス放出の影響による反射率低
下に加え、局所的凹凸成長が見られ、リーク電流発生の
原因となっていた。又、薄膜太陽電池形成途中で、樹脂
フィルムと裏面金属電極層の間でしばしば剥離が発生
し、樹脂フィルムと裏面金属電極層の間の密着性が課題
となっていた。
する方法(特開平１１―１３５８１７号公報参照)では、
樹脂フィルム上に直接、裏面金属電極層を形成してい
る。この場合、樹脂フィルムからのガス放出の影響によ
り、成膜中の金属に酸素等の不純物が混入され、十分な
反射率が得られないという問題点があった。特に材料と
してＡｌを用いた場合はガス放出の影響による反射率低
下に加え、局所的凹凸成長が見られ、リーク電流発生の
原因となっていた。又、薄膜太陽電池形成途中で、樹脂
フィルムと裏面金属電極層の間でしばしば剥離が発生
し、樹脂フィルムと裏面金属電極層の間の密着性が課題
となっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂フィルム
あるいは樹脂フィルムが接着された金属基板上の樹脂フ
ィルム上にＴｉ系あるいはＳｉ系層が形成されており、
その上に裏面金属電極層、下部透明導電膜層、光電変換
層、上部透明導電膜層が形成されていることを特徴とす
る光電変換素子を提供する。すなわち、本発明は、樹脂
フィルムの上に、直接裏面金属電極層を形成するのでは
なく、Ｔｉ系あるいはＳｉ系層を形成し、そのＴｉ系あ
るいはＳｉ系層の上に裏面金属電極層を形成することに
よって、裏面金属電極層の反射率を向上させると共に樹
脂フィルムに対する裏面金属電極層の密着性を向上さ
せ、それによって、高い変換効率と高い歩留まりとが得
られる高品質の光電変換素子を提供しようとするもので
ある。
あるいは樹脂フィルムが接着された金属基板上の樹脂フ
ィルム上にＴｉ系あるいはＳｉ系層が形成されており、
その上に裏面金属電極層、下部透明導電膜層、光電変換
層、上部透明導電膜層が形成されていることを特徴とす
る光電変換素子を提供する。すなわち、本発明は、樹脂
フィルムの上に、直接裏面金属電極層を形成するのでは
なく、Ｔｉ系あるいはＳｉ系層を形成し、そのＴｉ系あ
るいはＳｉ系層の上に裏面金属電極層を形成することに
よって、裏面金属電極層の反射率を向上させると共に樹
脂フィルムに対する裏面金属電極層の密着性を向上さ
せ、それによって、高い変換効率と高い歩留まりとが得
られる高品質の光電変換素子を提供しようとするもので
ある。
【０００９】
【発明の実施の形態】（１）本発明において、樹脂フィ
ルムとしては、特に限定されず、通常この分野で使用さ
れるものが使用できるが、その樹脂フィルムの上に成膜
される際の高温度、高圧力などの条件を考慮してポリイ
ミド樹脂が好ましいものとして挙げられる。この樹脂フ
ィルム上に形成されるＴｉ系あるいはＳｉ系層として
は、具体的に次のものが挙げられる。すなわち、Ｔｉ系
層としては、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＯ（酸化チタン）Ｔ
ｉＯ 2（二酸化チタン）、ＴｉＯ3（三酸化チタン）など
のチタン酸化物、ＴｉＮ（窒化チタン）などの窒化物か
らなる層が挙げられる。
ルムとしては、特に限定されず、通常この分野で使用さ
れるものが使用できるが、その樹脂フィルムの上に成膜
される際の高温度、高圧力などの条件を考慮してポリイ
ミド樹脂が好ましいものとして挙げられる。この樹脂フ
ィルム上に形成されるＴｉ系あるいはＳｉ系層として
は、具体的に次のものが挙げられる。すなわち、Ｔｉ系
層としては、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＯ（酸化チタン）Ｔ
ｉＯ 2（二酸化チタン）、ＴｉＯ3（三酸化チタン）など
のチタン酸化物、ＴｉＮ（窒化チタン）などの窒化物か
らなる層が挙げられる。
【００１０】一方、Ｓｉ系層としては、Ｓｉ（珪素）、
ＳｉＯ2（二酸化珪素）などの酸化物、Ｓｉ3Ｎ4（窒化
珪素）などの窒化物からなる層が挙げられる。これらの
Ｔｉ系あるいはＳｉ系層の成膜方法としては、いずれも
スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法などを採
用することができ、特に限定されるものではない。
ＳｉＯ2（二酸化珪素）などの酸化物、Ｓｉ3Ｎ4（窒化
珪素）などの窒化物からなる層が挙げられる。これらの
Ｔｉ系あるいはＳｉ系層の成膜方法としては、いずれも
スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法などを採
用することができ、特に限定されるものではない。
【００１１】Ｔｉ系あるいはＳｉ系層の上に形成される
裏面金属電極層としては、特に限定されず、通常この分
野で使用されるＡｌ、Ａｇ、Ｃｕなどが使用できるが、
より高い反射率を得ることができる点でＡｌの使用が好
ましい。上記裏面金属電極層の上に、順に形成される、
下部透明導電膜層、光電変換層及び上部透明導電膜層の
構成、素材及び形成方法は、特に限定されず、通常この
分野で採用されるものが採用できる。
裏面金属電極層としては、特に限定されず、通常この分
野で使用されるＡｌ、Ａｇ、Ｃｕなどが使用できるが、
より高い反射率を得ることができる点でＡｌの使用が好
ましい。上記裏面金属電極層の上に、順に形成される、
下部透明導電膜層、光電変換層及び上部透明導電膜層の
構成、素材及び形成方法は、特に限定されず、通常この
分野で採用されるものが採用できる。
【００１２】（２）本発明を、実施の形態として更に具
体的に詳しく説明すれば、樹脂フィルム、あるいは樹脂
フィルムが接着された金属基板の樹脂フィルム上に粗面
化として凹凸が形成されており、Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層を形成した後、Ａｌの裏面金属電極層を形成する。そ
の上に下部透明導電膜層、光電変換層、上部透明導電膜
層を形成することにより、裏面金属電極層の高反射率化
による高い変換効率が得られると共に、密着性が良く、
高歩留りのサブストレート型薄膜太陽電池を提供するこ
とができる。
体的に詳しく説明すれば、樹脂フィルム、あるいは樹脂
フィルムが接着された金属基板の樹脂フィルム上に粗面
化として凹凸が形成されており、Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層を形成した後、Ａｌの裏面金属電極層を形成する。そ
の上に下部透明導電膜層、光電変換層、上部透明導電膜
層を形成することにより、裏面金属電極層の高反射率化
による高い変換効率が得られると共に、密着性が良く、
高歩留りのサブストレート型薄膜太陽電池を提供するこ
とができる。
【００１３】さらに詳しく、それらの手段について記す
と以下のようになる。樹脂フィルムあるいは樹脂フィル
ムが接着された金属基板の樹脂フィルム上にＴｉ系ある
いはＳｉ系層を形成した後、その上に順に裏面金属電極
層、下部透明導電膜層、光電変換層、及び上部透明導電
膜層を形成するが、上記裏面金属電極層としてＡｌを使
用する。
と以下のようになる。樹脂フィルムあるいは樹脂フィル
ムが接着された金属基板の樹脂フィルム上にＴｉ系ある
いはＳｉ系層を形成した後、その上に順に裏面金属電極
層、下部透明導電膜層、光電変換層、及び上部透明導電
膜層を形成するが、上記裏面金属電極層としてＡｌを使
用する。
【００１４】上記樹脂フィルムの樹脂中にシリカ微粒子
を分散させることにより樹脂フィルムの表面を粗面化、
すなわちその表面に凹凸を形成する。そして上記樹脂フ
ィルム表面の凹凸が中心面平均粗さＲａで２０〜５０ｎ
ｍ、あるいは表面粗さＲｍａｘでは２００〜５００ｎｍ
の範囲であるよう構成する。上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層が５０〜３００ｎｍの厚さであるように構成する。上
記裏面金属電極層を３００〜６００ｎｍに構成する。上
記光電変換層としてアモルファスシリコン、あるいは、
微結晶シリコンを用いる。上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層、裏面金属電極層、下部透明導電膜層を連続して成膜
し光電変換素子を形成する。
を分散させることにより樹脂フィルムの表面を粗面化、
すなわちその表面に凹凸を形成する。そして上記樹脂フ
ィルム表面の凹凸が中心面平均粗さＲａで２０〜５０ｎ
ｍ、あるいは表面粗さＲｍａｘでは２００〜５００ｎｍ
の範囲であるよう構成する。上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層が５０〜３００ｎｍの厚さであるように構成する。上
記裏面金属電極層を３００〜６００ｎｍに構成する。上
記光電変換層としてアモルファスシリコン、あるいは、
微結晶シリコンを用いる。上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系
層、裏面金属電極層、下部透明導電膜層を連続して成膜
し光電変換素子を形成する。
【００１５】以上のごとく、樹脂フィルムあるいは樹脂
フィルムが接着された金属基板の樹脂フィルム上に直接
裏面金属電極層を形成するのではなくＴｉ系あるいはＳ
ｉ系層を形成した後、裏面金属電極成膜を行うことで、
反射率が高く、基板との密着性が良く、局所的突起物の
ない裏面金属電極層を得ることが本発明の要点である。
フィルムが接着された金属基板の樹脂フィルム上に直接
裏面金属電極層を形成するのではなくＴｉ系あるいはＳ
ｉ系層を形成した後、裏面金属電極成膜を行うことで、
反射率が高く、基板との密着性が良く、局所的突起物の
ない裏面金属電極層を得ることが本発明の要点である。
【００１６】Ｔｉ系あるいはＳｉ系層を形成することに
より、樹脂フィルム表面はＴｉ系あるいはＳｉ系層で被
覆される。Ａｌが基板表面と直接接することはなくなる
ため、基板からのガス放出の影響に酸素等の不純物とＡ
ｌの反応率低下を防ぐことができる。表１に樹脂フィル
ムが接着された金属基板上に直接Ａｌを成膜した場合の
膜厚と波長５５０ｎｍにおける反射率の関係、及び膜厚
１００ｎｍのＴｉを成膜した上にＡｌを成膜した場合の
膜厚と反射率の関係を示す。
より、樹脂フィルム表面はＴｉ系あるいはＳｉ系層で被
覆される。Ａｌが基板表面と直接接することはなくなる
ため、基板からのガス放出の影響に酸素等の不純物とＡ
ｌの反応率低下を防ぐことができる。表１に樹脂フィル
ムが接着された金属基板上に直接Ａｌを成膜した場合の
膜厚と波長５５０ｎｍにおける反射率の関係、及び膜厚
１００ｎｍのＴｉを成膜した上にＡｌを成膜した場合の
膜厚と反射率の関係を示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】樹脂フィルム付金属基板上に直接Ａｌを成
膜した場合は膜厚１０００ｎｍ以上成膜を行わなければ
十分な反射率が得られない。しかし、Ｔｉ層を入れるこ
とで膜厚３００ｎｍ程度のＡｌでも高い反射率を得るこ
とができることがわかる。ＴｉではなくＳｉを用いた場
合も同様の結果を得ることができる。又、樹脂フィルム
が接着された金属基板上に直接膜厚５００ｎｍのＡｌを
成膜した場合と、膜厚１００ｎｍのＴｉを成膜した上に
膜厚５００ｎｍのＡｌを成膜した場合について、セロハ
ンテープを用いたテープテストを各１０回行った。直接
Ａｌを成膜した場合は６回剥離が発生したが、Ｔｉ上に
Ａｌを成膜した場合は剥離は発生しなかった。樹脂フィ
ルム上にＴｉを形成し、その上にＡｌを成膜することで
密着性を向上させることができることがわかる。Ｓｉの
場合も同様の結果が得られた。
膜した場合は膜厚１０００ｎｍ以上成膜を行わなければ
十分な反射率が得られない。しかし、Ｔｉ層を入れるこ
とで膜厚３００ｎｍ程度のＡｌでも高い反射率を得るこ
とができることがわかる。ＴｉではなくＳｉを用いた場
合も同様の結果を得ることができる。又、樹脂フィルム
が接着された金属基板上に直接膜厚５００ｎｍのＡｌを
成膜した場合と、膜厚１００ｎｍのＴｉを成膜した上に
膜厚５００ｎｍのＡｌを成膜した場合について、セロハ
ンテープを用いたテープテストを各１０回行った。直接
Ａｌを成膜した場合は６回剥離が発生したが、Ｔｉ上に
Ａｌを成膜した場合は剥離は発生しなかった。樹脂フィ
ルム上にＴｉを形成し、その上にＡｌを成膜することで
密着性を向上させることができることがわかる。Ｓｉの
場合も同様の結果が得られた。
【００１９】樹脂フィルム上に直接膜厚５００ｎｍのＡ
ｇを成膜した場合の波長５５０ｎｍにおける反射率は７
３．０％である。Ａｇを用いた場合よりも、反応性の高
いＡｌを用いた場合の方が反射率低下が大きい。Ａｇの
場合も同様の効果を得ることができるが、Ｔｉあるいは
Ｓｉ層を樹脂フィルム上に形成した場合の反射率向上効
果はＡｌの方が顕著である。
ｇを成膜した場合の波長５５０ｎｍにおける反射率は７
３．０％である。Ａｇを用いた場合よりも、反応性の高
いＡｌを用いた場合の方が反射率低下が大きい。Ａｇの
場合も同様の効果を得ることができるが、Ｔｉあるいは
Ｓｉ層を樹脂フィルム上に形成した場合の反射率向上効
果はＡｌの方が顕著である。
【００２０】樹脂フィルムにシリカ微粒子を分散させる
ことにより樹脂表面に凹凸を形成した。テクスチャー構
造による光閉じ込め構造を得ることができる。又、シリ
カ微粒子は絶縁物であるため、基板の絶縁性を保持する
ことができる。シリカ樹脂フィルム表面の凹凸は中心平
均粗さＲａで２０〜５０ｎｍ、あるいは表面粗さＲｍａ
ｘでは２００〜５００ｎｍの範囲となるようにした。こ
れより凹凸が小さいと十分な光閉じ込め効果が得られ
ず、大きいとリーク電流が発生するためである。
ことにより樹脂表面に凹凸を形成した。テクスチャー構
造による光閉じ込め構造を得ることができる。又、シリ
カ微粒子は絶縁物であるため、基板の絶縁性を保持する
ことができる。シリカ樹脂フィルム表面の凹凸は中心平
均粗さＲａで２０〜５０ｎｍ、あるいは表面粗さＲｍａ
ｘでは２００〜５００ｎｍの範囲となるようにした。こ
れより凹凸が小さいと十分な光閉じ込め効果が得られ
ず、大きいとリーク電流が発生するためである。
【００２１】ＴｉあるいはＳｉ層の膜厚としては５０〜
３００ｎｍが望ましい。凹凸形状の基板を使用した場
合、完全に基板表面を被覆するためには５０ｎｍの膜厚
が必要である。３００ｎｍ以上成膜を行うと凹凸形状が
なまり、十分な光閉じ込め構造が得られなくなる。
３００ｎｍが望ましい。凹凸形状の基板を使用した場
合、完全に基板表面を被覆するためには５０ｎｍの膜厚
が必要である。３００ｎｍ以上成膜を行うと凹凸形状が
なまり、十分な光閉じ込め構造が得られなくなる。
【００２２】金属電極層の膜厚としては３００〜６００
ｎｍが望ましい。表１より、３００ｎｍより薄いと十分
な反射率が得られないことがわかる。又、６００ｎｍよ
り厚膜化すると逆に反射率が低下していることがわか
る。表面形状をＳＥＭにより観察したところ局所的凹凸
の成長が観察された。局所的凹凸の成長により光りの多
重反射が発生し、見かけ上、膜の光吸収量が増加するた
め反射率が低下している。局所的凹凸は光電変換素子の
リーク電流の原因となるため６００ｎｍ以下が望まし
い。光電変換層をアモルファスシリコン、あるいは、微
結晶シリコンである時に十分な効果が得られるように、
上述の数値設計を行っている。
ｎｍが望ましい。表１より、３００ｎｍより薄いと十分
な反射率が得られないことがわかる。又、６００ｎｍよ
り厚膜化すると逆に反射率が低下していることがわか
る。表面形状をＳＥＭにより観察したところ局所的凹凸
の成長が観察された。局所的凹凸の成長により光りの多
重反射が発生し、見かけ上、膜の光吸収量が増加するた
め反射率が低下している。局所的凹凸は光電変換素子の
リーク電流の原因となるため６００ｎｍ以下が望まし
い。光電変換層をアモルファスシリコン、あるいは、微
結晶シリコンである時に十分な効果が得られるように、
上述の数値設計を行っている。
【００２３】ＴｉあるいはＳｉ層、裏面金属電極層、下
部透明導電膜層は、連続して成膜を行うことが望まし
い。別の真空装置を用いると、大気中にだすことになる
ため、酸化物界面が形成されやすい。真空化で連続成膜
を行うことによりより高い電極特性を得ることができ
る。
部透明導電膜層は、連続して成膜を行うことが望まし
い。別の真空装置を用いると、大気中にだすことになる
ため、酸化物界面が形成されやすい。真空化で連続成膜
を行うことによりより高い電極特性を得ることができ
る。
【００２４】（３）樹脂フィルムあるいは樹脂フィルム
が接着された金属基板上にＳｉあるいはＴｉを成膜した
後Ａｌ等の裏面金属電極を形成した光電変換素子と、Ａ
ｌを樹脂フィルム上に直接成膜した場合の光電変換素子
の変換効率比較を行い、その効果を明らかにすることを
目的とした場合の具体的な実験内容及び結果について以
下に述べる。
が接着された金属基板上にＳｉあるいはＴｉを成膜した
後Ａｌ等の裏面金属電極を形成した光電変換素子と、Ａ
ｌを樹脂フィルム上に直接成膜した場合の光電変換素子
の変換効率比較を行い、その効果を明らかにすることを
目的とした場合の具体的な実験内容及び結果について以
下に述べる。
【００２５】
【実施例】樹脂基板として、金属基板に樹脂フィルムよ
りなる樹脂層を接着したものを用いて、光電変換素子を
作製した。なお樹脂基板を樹脂フィルムのみで構成して
もよい。さて、図１は、得られた光電変換素子の概略断
面図である。図１において、光電変換素子９は、金属基
板１に樹脂層としての絶縁性樹脂フィルム２を接着させ
た樹脂基板と、絶縁性樹脂フィルム３の上に形成された
ＴｉあるいはＳｉよりなる中間層３と、この中間層の上
に順に形成された裏面金属電極層４、下部透明導電膜層
５、光電変換層６及び上部透明導電膜層７とからなる。
なお、８は上部透明導電膜層７の上に形成された櫛形集
電極であり、このように櫛形集電極８を光電変換素子９
に取り付けてサブストレート型薄膜太陽電池１０として
使用する。
りなる樹脂層を接着したものを用いて、光電変換素子を
作製した。なお樹脂基板を樹脂フィルムのみで構成して
もよい。さて、図１は、得られた光電変換素子の概略断
面図である。図１において、光電変換素子９は、金属基
板１に樹脂層としての絶縁性樹脂フィルム２を接着させ
た樹脂基板と、絶縁性樹脂フィルム３の上に形成された
ＴｉあるいはＳｉよりなる中間層３と、この中間層の上
に順に形成された裏面金属電極層４、下部透明導電膜層
５、光電変換層６及び上部透明導電膜層７とからなる。
なお、８は上部透明導電膜層７の上に形成された櫛形集
電極であり、このように櫛形集電極８を光電変換素子９
に取り付けてサブストレート型薄膜太陽電池１０として
使用する。
【００２６】本実施例においては、非集積構造で変換効
率を評価したが、薄膜型光電変換素子に長所の一つに集
積構造形成により電流、電圧に自由度を持たせることが
できるという点がある。集積構造形式のためには基板に
絶縁性を持たせる必要があるため、金属基板をそのまま
使用するのではなく、金属基板上に絶縁性樹脂フィルム
を接着した状態で使用することが望ましい。
率を評価したが、薄膜型光電変換素子に長所の一つに集
積構造形成により電流、電圧に自由度を持たせることが
できるという点がある。集積構造形式のためには基板に
絶縁性を持たせる必要があるため、金属基板をそのまま
使用するのではなく、金属基板上に絶縁性樹脂フィルム
を接着した状態で使用することが望ましい。
【００２７】金属基板１上に平均粒径０．３μｍのシリ
カ微粒子を含有するポリイミド樹脂をダイコート法によ
り塗布し硬化させて、粗面化させた、すなわち微細な凹
凸を有する絶縁性樹脂フィルム２を得た。絶縁性樹脂フ
ィルム２表面の凹凸は中心平均粗さＲａで２０〜５０ｎ
ｍ，あるいは表面粗さＲｍａｘでは２００〜５００ｎｍ
の範囲となるように設計されている。
カ微粒子を含有するポリイミド樹脂をダイコート法によ
り塗布し硬化させて、粗面化させた、すなわち微細な凹
凸を有する絶縁性樹脂フィルム２を得た。絶縁性樹脂フ
ィルム２表面の凹凸は中心平均粗さＲａで２０〜５０ｎ
ｍ，あるいは表面粗さＲｍａｘでは２００〜５００ｎｍ
の範囲となるように設計されている。
【００２８】次に、ＴｉあるいはＳｉからなる中間層３
を形成する。本実施例においては、ＤＣスパッタリング
法により膜厚：１００ｎｍのＴｉからなる中間層３を形
成した。基板温度１５０°Ｃ、パワー０．４Ｗ／ｃ
ｍ2、圧力４．５ｍＴｏｒｒ，ガス流量はＡｒ１００ｓ
ｃｃｍである。Ｓｉからなる中間層３に関しては、プラ
ズマＣＶＤ法を用いて成膜を行った。基板温度１５０
℃、パワー０．４Ｗ／ｃｍ2、圧力０．１ｍＴｏｒｒ，
ガス流量ＳｉＨ4 １５０ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃｃ
ｍで膜厚：２５０ｎｍとした。
を形成する。本実施例においては、ＤＣスパッタリング
法により膜厚：１００ｎｍのＴｉからなる中間層３を形
成した。基板温度１５０°Ｃ、パワー０．４Ｗ／ｃ
ｍ2、圧力４．５ｍＴｏｒｒ，ガス流量はＡｒ１００ｓ
ｃｃｍである。Ｓｉからなる中間層３に関しては、プラ
ズマＣＶＤ法を用いて成膜を行った。基板温度１５０
℃、パワー０．４Ｗ／ｃｍ2、圧力０．１ｍＴｏｒｒ，
ガス流量ＳｉＨ4 １５０ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃｃ
ｍで膜厚：２５０ｎｍとした。
【００２９】本実施例においては、Ｔｉはスパッタリン
グ法、ＳｉはプラズマＣＶＤ法を用いた場合について述
べたが、いずれもスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法
で成膜は可能である。その後、スパッタリング法により
裏面金属電極層４としてＡｌの成膜を行った。裏面金属
電極層４としてＡｇを使用することも可能であるが、Ａ
ｌを用いた場合の方がより顕著な効果を得ることができ
る。Ａｌ層を形成する場合の成膜条件は基板温度１５０
℃、パワー０．５Ｗ／ｃｍ2、圧力５ｍＴｏｒｒ、ガス
流量Ａｒ１００ｓｃｃｍである。その上に下部透明導電
膜層５を形成した。本実施例においてはＤＣスパッタリ
ング法を用いて、膜厚１００ｎｍのＺｎＯを形成した。
グ法、ＳｉはプラズマＣＶＤ法を用いた場合について述
べたが、いずれもスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法
で成膜は可能である。その後、スパッタリング法により
裏面金属電極層４としてＡｌの成膜を行った。裏面金属
電極層４としてＡｇを使用することも可能であるが、Ａ
ｌを用いた場合の方がより顕著な効果を得ることができ
る。Ａｌ層を形成する場合の成膜条件は基板温度１５０
℃、パワー０．５Ｗ／ｃｍ2、圧力５ｍＴｏｒｒ、ガス
流量Ａｒ１００ｓｃｃｍである。その上に下部透明導電
膜層５を形成した。本実施例においてはＤＣスパッタリ
ング法を用いて、膜厚１００ｎｍのＺｎＯを形成した。
【００３０】更にこの上にプラズマＣＶＤ法によりｎ
層、ｉ層、ｐ層の順番に光電変換層６を形成する。条件
は、ｎ層はパワー０．５Ｗ／ｃｍ2、圧力０．２Ｔｏｒ
ｒ，ガス流量ＳｉＨ4 １００ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃ
ｃｍ，ＰＨ３ ２０ｓｃｃｍ，ｉ層はパワー０．４Ｗ／
ｃｍ2、圧力０．１Ｔｏｒｒ，ガス流量ＳｉＨ4 １５０
ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃｃｍ，ｐ層は、パワー０．５
Ｗ／ｃｍ2、圧力０．２Ｔｏｒｒ，ガス流量ＳｉＨ4 ５
０ｓｃｃｍ，Ｈ2 ２０ｓｃｃｍ，Ｂ2Ｈ6 １００ｓｃｃ
ｍで行った。基板温度はいずれも１７０℃であり、膜厚
は、ｎ層では３０ｎｍ，ｉ層では４００ｎｍ，ｐ層では
１０ｎｍである。この成膜条件ではアモルファスシリコ
ンが形成されるが、微結晶シリコンの場合も同等の効果
が得られる。次に表面電極として、スパッタリング法に
より上部透光性透明導電膜層７としてＩＴＯを６０ｎｍ
形成し、最後に櫛形集電極８としてＡｇを５００ｎｍ蒸
着法により形成した。
層、ｉ層、ｐ層の順番に光電変換層６を形成する。条件
は、ｎ層はパワー０．５Ｗ／ｃｍ2、圧力０．２Ｔｏｒ
ｒ，ガス流量ＳｉＨ4 １００ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃ
ｃｍ，ＰＨ３ ２０ｓｃｃｍ，ｉ層はパワー０．４Ｗ／
ｃｍ2、圧力０．１Ｔｏｒｒ，ガス流量ＳｉＨ4 １５０
ｓｃｃｍ，Ｈ2 ３００ｓｃｃｍ，ｐ層は、パワー０．５
Ｗ／ｃｍ2、圧力０．２Ｔｏｒｒ，ガス流量ＳｉＨ4 ５
０ｓｃｃｍ，Ｈ2 ２０ｓｃｃｍ，Ｂ2Ｈ6 １００ｓｃｃ
ｍで行った。基板温度はいずれも１７０℃であり、膜厚
は、ｎ層では３０ｎｍ，ｉ層では４００ｎｍ，ｐ層では
１０ｎｍである。この成膜条件ではアモルファスシリコ
ンが形成されるが、微結晶シリコンの場合も同等の効果
が得られる。次に表面電極として、スパッタリング法に
より上部透光性透明導電膜層７としてＩＴＯを６０ｎｍ
形成し、最後に櫛形集電極８としてＡｇを５００ｎｍ蒸
着法により形成した。
【００３１】図２は従来の方法で形成した光電変換素子
を比較例として示す概略断面図である。図２において、
光電変換素子１９は、裏面金属電極層４が絶縁性樹脂フ
ィルム２の上に直接形成されている以外は、図１の実施
例の光電変換素子９と同様の構成であり、同様の方法で
形成された。なお、２０は薄型太陽電池である。
を比較例として示す概略断面図である。図２において、
光電変換素子１９は、裏面金属電極層４が絶縁性樹脂フ
ィルム２の上に直接形成されている以外は、図１の実施
例の光電変換素子９と同様の構成であり、同様の方法で
形成された。なお、２０は薄型太陽電池である。
【００３２】図１に示す光電変換素子９を１０サンプル
形成したが、剥離の発生はなかった。しかし図２の光電
変換素子１９の１０サンプルでは、光電変換層形成後に
樹脂フィルム２と裏面金属電極層４の間で３サンプルに
剥離が見られた。これにより図１の光電変換素子９にお
いて、Ｔｉよりなる中間層３を形成することで密着性が
向上したことが分かる。
形成したが、剥離の発生はなかった。しかし図２の光電
変換素子１９の１０サンプルでは、光電変換層形成後に
樹脂フィルム２と裏面金属電極層４の間で３サンプルに
剥離が見られた。これにより図１の光電変換素子９にお
いて、Ｔｉよりなる中間層３を形成することで密着性が
向上したことが分かる。
【００３３】この太陽電池をソーラーシミュレーターに
よりＡＭ―１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
照射し、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、開放電
圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子Ｆ．Ｆ．，変換効率η（％）
の測定を行った。発電領域面積は１ｃｍ2である。得ら
れた結果を表２に示す。各数値は、実施例及び比較例共
に１０サンプルを形成し、図１の構造では１０サンプル
の平均値、図２の構造では剥離しなかった７サンプルの
平均値を示している。これにより、図１の構造の方が高
い変換効率を得られることがわかる。
よりＡＭ―１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を
照射し、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、開放電
圧Ｖｏｃ（Ｖ）、曲線因子Ｆ．Ｆ．，変換効率η（％）
の測定を行った。発電領域面積は１ｃｍ2である。得ら
れた結果を表２に示す。各数値は、実施例及び比較例共
に１０サンプルを形成し、図１の構造では１０サンプル
の平均値、図２の構造では剥離しなかった７サンプルの
平均値を示している。これにより、図１の構造の方が高
い変換効率を得られることがわかる。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂フィルムの上に、
直接裏面金属電極層を形成するのではなく、Ｔｉ系ある
いはＳｉ系層を形成し、そのＴｉ系あるいはＳｉ系層の
上に裏面金属電極層を形成することによって、裏面金属
電極層の反射率を向上させると共に樹脂基層に対する裏
面金属電極層の密着性を向上させ、それによって、高い
変換効率と高い歩留まりとを得ることができる高品質の
光電変換素子を提供できる。
直接裏面金属電極層を形成するのではなく、Ｔｉ系ある
いはＳｉ系層を形成し、そのＴｉ系あるいはＳｉ系層の
上に裏面金属電極層を形成することによって、裏面金属
電極層の反射率を向上させると共に樹脂基層に対する裏
面金属電極層の密着性を向上させ、それによって、高い
変換効率と高い歩留まりとを得ることができる高品質の
光電変換素子を提供できる。
【図１】本発明に係る光電変換素子の実施の形態を示
す、断面による模式図である。
す、断面による模式図である。
【図２】図１の実施の形態に対する比較例を示す図１相
当図である。
当図である。
１ 金属基板 ２ 絶縁性樹脂フィルム ３ ＴｉあるいはＳｉ層よりなる中間層 ４ 裏面金属電極層 ５ 下部透明導電膜層 ６ 光電変換層 ７ 上部透明導電膜層 ８ 櫛形集電極 ９ 光電変換素子 １０ サブストレート型薄型太陽電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA04 AA05 CA16 CB12 CB14 CB15 FA03 FA06 FA14 FA18 FA19 FA23 GA06 GA16
Claims (9)
- 【請求項１】 樹脂フィルムあるいは樹脂フィルムが接
着された金属基板上の樹脂フィルム上にＴｉ系あるいは
Ｓｉ系層が形成されており、その上に裏面金属電極層、
下部透明導電膜層、光電変換層、上部透明導電膜層が形
成されていることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 上記裏面金属電極層がＡｌであることを
特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。 - 【請求項３】 上記樹脂フィルムが、樹脂中にシリカ微
粒子を分散させることにより樹脂表面に凹凸が形成され
たことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素
子。 - 【請求項４】 上記樹脂フィルム表面の凹凸が中心面平
均粗さＲａで２０〜５０ｎｍ、あるいは表面粗さＲｍａ
ｘでは２００〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とす
る請求項３に記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系層が５０〜３
００ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか一つに記載の光電変換素子。 - 【請求項６】 上記裏面金属電極層が３００〜６００ｎ
ｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つ
に記載の光電変換素子。 - 【請求項７】 上記光電変換層がアモルファスシリコ
ン、あるいは、微結晶シリコンであることを特徴とする
請求項１〜６のいずれか一つに記載の光電変換素子。 - 【請求項８】 樹脂フィルムあるいは樹脂フィルムが接
着された金属基板上の樹脂フィルム上に、順に裏面金属
電極層、下部透明導電膜層、光電変換層及び上部透明導
電膜層を備えた光電変換素子の上記樹脂フィルムの上に
上記裏面金属電極層を形成するに際して、予め上記樹脂
フィルムの上にＴｉ系あるいはＳｉ系層を形成し、次い
で上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系層の上に上記裏面金属電極
層を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項９】 上記Ｔｉ系あるいはＳｉ系層、裏面金属
電極層、下部透明導電膜層を連続して成膜することを特
徴とする請求項８記載の光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000067312A JP2001257369A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 光電変換素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000067312A JP2001257369A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 光電変換素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001257369A true JP2001257369A (ja) | 2001-09-21 |
Family
ID=18586526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000067312A Pending JP2001257369A (ja) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | 光電変換素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001257369A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005093854A1 (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Kaneka Corporation | 薄膜太陽電池用基板、及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池 |
| JP2005311292A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Kaneka Corp | 薄膜太陽電池用基板、及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池 |
| JP2005311222A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池用基板および薄膜太陽電池および電子機器 |
| CN100389478C (zh) * | 2002-07-18 | 2008-05-21 | 佳能株式会社 | 叠层体形成方法以及光电器件的制造方法 |
| JP2011052118A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、透明基板および太陽電池用基板 |
| JP2012522403A (ja) * | 2009-05-06 | 2012-09-20 | シンシリコン・コーポレーション | 光起電力電池、及び、半導体層スタックにおいて光補足を高める方法 |
| JP2013506994A (ja) * | 2009-10-01 | 2013-02-28 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 太陽光発電装置及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-03-10 JP JP2000067312A patent/JP2001257369A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100389478C (zh) * | 2002-07-18 | 2008-05-21 | 佳能株式会社 | 叠层体形成方法以及光电器件的制造方法 |
| WO2005093854A1 (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Kaneka Corporation | 薄膜太陽電池用基板、及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池 |
| JP2005311292A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Kaneka Corp | 薄膜太陽電池用基板、及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池 |
| US7781668B2 (en) | 2004-03-25 | 2010-08-24 | Kaneka Corporation | Substrate for thin-film solar cell, method for producing the same, and thin-film solar cell employing it |
| JP2012028827A (ja) * | 2004-03-25 | 2012-02-09 | Kaneka Corp | 薄膜太陽電池用基板および薄膜太陽電池の製造方法 |
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| JP2011052118A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、透明基板および太陽電池用基板 |
| JP2013506994A (ja) * | 2009-10-01 | 2013-02-28 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 太陽光発電装置及びその製造方法 |
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