JP2002246621A

JP2002246621A - 太陽電池用セラミックス基板及びその製造方法

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Publication number: JP2002246621A
Application number: JP2001035811A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Terao; 高義寺尾; Masayoshi Umeno; 正義梅野; Tetsuo Soga; 哲夫曽我
Original assignee: NIWASHIYOO SERAMU KK; Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: NIWASHIYOO SERAMU KK; Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-08-30
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP3702305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気抵抗が低く、且つ反射率が高い太陽電池
用セラミックス基板及び低コストの製造方法を提供す
る。【解決手段】本太陽電池用セラミックス基板は、主成
分としての酸化亜鉛と他の酸化物（酸化アルミニウム
等）とを含有し、基板の表面層における酸化亜鉛の含有
量が、中心部の酸化亜鉛の含有量よりも少ない。基板の
抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下であり、５００〜７００ｎｍ
の波長の光に対する反射率が４０％以上である。本製造
方法は、酸化亜鉛粉末１００重量部に対して他の酸化物
の粉末０．００１〜１０重量部を含有する原料粉末を成
形して焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用セラミ
ックス基板及びその製造方法に関し、更に詳しくは、電
気抵抗が低く、且つ反射率が高い太陽電池用セラミック
ス基板及び効率よく低コストで製造可能なその製造方法
に関する。本発明の太陽電池用セラミックス基板は、薄
膜太陽電池等に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、太陽電池用基板としては、シ
リコン等によるものが実用化されているが、製造工程が
複雑で高コストのこれらに代わる材料が求められてい
る。特に、太陽電池用基板の上に半導体層が形成されて
いる場合の薄膜太陽電池用基板に求められる特性として
は、基板自体が電極を兼ねることから、電気抵抗が低い
こと、及び太陽光に対する基板表面の反射率が高いこと
が挙げられる。特開２０００−２１６４１４号公報にお
いては、太陽電池用基板として、炭化珪素を主成分とす
る焼結体が開示されている。この炭化珪素を用いた基板
は、抵抗率が高いといった問題がある。また、太陽光に
対する反射率を高めるための基板表面の平滑度の指標と
して表面粗さを規定しているが、反射率に関する言及は
されていない。また、特開平８−１８１３４２号公報に
おいては、白色系セラミックスであるアルミナを用いた
太陽電池用基板が開示されている。これは、太陽光に対
し高い反射率を示すが、絶縁体であるため基板表面に導
電性膜を形成しなければならないといった問題がある。
上記公報のいずれも複雑な製造工程を要し、コスト高を
解決するに至っていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みてなされたものであり、電気抵抗が低く、且つ反射
率が高い太陽電池用セラミックス基板及び効率よく低コ
ストで製造可能なその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の太陽電池
用セラミックス基板は、主成分としての酸化亜鉛と他の
酸化物とを含有する太陽電池用セラミックス基板であっ
て、上記セラミックス基板の表面層における酸化亜鉛の
含有量が、中心部の該酸化亜鉛の含有量よりも少ないこ
とを特徴とする。

【０００５】上記「酸化亜鉛」としては特に限定されな
いが、高純度のものが好ましい。上記「他の酸化物」は
酸化亜鉛以外のものであれば特に限定されないが、好ま
しくはＡｌ，Ｇａ，Ｙ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇ
ｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎｂ及びＴａから選ばれる少なくとも
１種の酸化物とすることができる。これらの酸化物とし
ては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｇａ₂Ｏ₃，Ｙ₂Ｏ₃，Ｉｎ
₂Ｏ₃，Ｌａ₂Ｏ₃，ＳｉＯ ₂，ＴｉＯ₂，ＧｅＯ₂，Ｚｒ
Ｏ₂，ＳｎＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｔａ₂Ｏ₅等を挙げることがで
きる。また、上記他の酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃のよう
なＭ_xＯ_yの形のみでなく、ＢａＴｉＯ₃のような複酸化
物でもよい。更に、上記他の酸化物は、熱処理等により
得られる酸素欠損型の酸化物（ＴｉＯ_2-X，Ｎｂ
₂Ｏ_5-X，ＭＴｉＯ_3-X，Ｍはアルカリ土類元素）であっ
てもよい。上記他の酸化物は１種単独でもあるいは２種
以上でもよい。上記例示した酸化物のうち、酸化アルミ
ニウムＡｌ₂Ｏ₃が好ましく用いられる。

【０００６】酸化亜鉛に光が当たると、導電性が発現す
る。また、酸化亜鉛に上記例示した酸化物が含有される
と、これによって電荷量が増加し、更に導電性が高くな
る。例えば、酸化亜鉛を主成分として酸化アルミニウム
が含有されると、一部のＡｌはＺｎを置換し、その荷電
子のうち２つを酸素との結合に使い、残りの１つを伝導
電子として与えることにより高い導電性が発現する。太
陽電池用基板の導電性が高いほど、太陽電池の光電変換
効率も向上する。

【０００７】上記他の酸化物の含有量は、上記酸化亜鉛
１００重量部に対して、好ましくは０．００１〜１０重
量部、より好ましくは０．０１〜７重量部、更に好まし
くは０．１〜５重量部とすることができる。上記他の酸
化物の含有量が０．００１重量部未満では導電性を与え
るために添加した他の酸化物が少なすぎて伝導電子の密
度が低いので電気抵抗が上がり、一方、１０重量部を超
えると添加した他の酸化物の絶縁性の効果が上がるため
に全体の電気抵抗が高くなり、いずれも好ましくない。

【０００８】本発明の太陽電池用セラミックス基板にお
いて、酸化亜鉛の含有量は、基板の中心部に比べて表面
層のほうが少ないが、表面層の酸化亜鉛の含有量は、中
心部の酸化亜鉛の含有量を１００％とした場合、好まし
くは９９．９％以下、より好ましくは９９．５％以下、
更に好ましくは９８．５％以下とすることができる。
尚、通常、下限は９０％である。表面層の含有量が中心
部の含有量に対し９９．９％を超えると、太陽光に対す
る基板表面の反射率が低下するため、好ましくない。
尚、上記表面層における酸化亜鉛の少ない分は上記他の
酸化物によって構成される。本発明の太陽電池用セラミ
ックス基板は、酸化亜鉛含有量の少ない表面層を有する
その表面が太陽光に対して高反射率であり、その基板表
面の色は、白色に近いものほど反射率が高くなる。

【０００９】また、酸化亜鉛含有量の少ない表面層の厚
さは特に限定されないが、好ましくは５０〜５００μ
ｍ、より好ましくは１００〜４５０μｍ、更に好ましく
は１００〜４００μｍとすることができる。５０μｍ未
満では太陽光に対する反射率が低くなり、一方、５００
μｍを超えると電気抵抗が高くなり、いずれも好ましく
ない。

【００１０】上記太陽電池用セラミックス基板には、上
記酸化亜鉛及び他の酸化物以外に基板の導電性及び太陽
光に対する反射率を下げずに基板の強度を上げる等の目
的で、炭化ホウ素、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミ
ニウム、窒化珪素等を含有させることができる。これら
の含有量は、上記酸化亜鉛１００重量部に対して、好ま
しくは０．１〜１０重量部、より好ましくは０．５〜７
重量部、更に好ましくは１〜５重量部とすることができ
る。

【００１１】上記太陽電池用セラミックス基板の抵抗率
は、基板が電極を兼ねることから低いことが好ましく、
好ましくは１０Ω・ｃｍ以下、より好ましくは５Ω・ｃ
ｍ以下、更に好ましくは３Ω・ｃｍ以下、特に好ましく
は１Ω・ｃｍ以下とすることができる。上記抵抗率が１
０Ω・ｃｍを超えると抵抗によるロスが大きくなり好ま
しくない。尚、抵抗率の測定方法は実施例において示
す。

【００１２】上記太陽電池用セラミックス基板は、５０
０〜７００ｎｍの波長領域の光に対する表面の反射率
を、好ましくは４０％以上、より好ましくは４５％以
上、更に好ましくは５０％以上とすることができる。上
記反射率が４０％未満では反射光を利用して光電変換効
率を向上させる効果が少なく、実用的でないため好まし
くない。

【００１３】請求項６記載の太陽電池用セラミックス基
板は、主成分としての酸化亜鉛と他の酸化物とを含有す
る太陽電池用セラミックス基板であって、主原料として
の酸化亜鉛粉末と他の酸化物の粉末とを含有する原料粉
末を成形し、焼成して表面部の酸化亜鉛の一部を揮散さ
せることにより、上記セラミックス基板の表面層におけ
る該酸化亜鉛の含有量が、中心部の該酸化亜鉛の含有量
よりも少ないことを特徴とする。

【００１４】請求項７記載の太陽電池用セラミックス基
板の製造方法は、主原料としての酸化亜鉛粉末と他の酸
化物の粉末とを含有する原料粉末を成形して焼成するこ
とを特徴とする。上記「酸化亜鉛粉末」としては高純度
のものであれば特に限定されない。また、粒子の形状も
特に限定されない。平均粒子径は好ましくは３μｍ以
下、より好ましくは１μｍ以下である。但し、下限は、
通常０．０１μｍである。更に、比表面積も特に限定さ
れず、通常、２〜６ｍ²／ｇのものが好ましく用いられ
る。

【００１５】また、上記「他の酸化物」としては前記例
示したものを用いることができ、また、高純度のものが
好ましく用いられる。粒子の形状も特に限定されない。
平均粒子径は好ましくは３μｍ以下、より好ましくは１
μｍ以下である。但し、下限は、通常０．０１μｍであ
る。更に、比表面積も特に限定されず、通常、２〜８ｍ
²／ｇのものが好ましい。上記他の酸化物としては、Ａ
ｌ₂Ｏ₃が好ましく用いられる。上記他の酸化物の粉末の
配合量は上記酸化亜鉛粉末１００重量部に対して、好ま
しくは０．００１〜１０重量部、より好ましくは０．０
１〜７重量部、更に好ましくは０．１〜５重量部とする
ことができる。

【００１６】上記原料粉末には、上記酸化亜鉛粉末及び
他の酸化物の粉末以外に、炭化ホウ素粉末、炭化珪素粉
末、窒化ホウ素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素
粉末等を１種単独であるいは２種以上を組み合わせて使
用することができ、これらの粉末の使用量は、上記酸化
亜鉛１００重量部に対して、好ましくは０．１〜１０重
量部、より好ましくは０．５〜７重量部、更に好ましく
は１〜５重量部とすることができる。

【００１７】上記原料粉末には、バインダー及び可塑剤
等を配合してもよい。上記「バインダー」としては、成
形体の形状を保持することができるものであるならば、
特に限定されない。その例としては、ポリビニルアルコ
ール、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロー
ス、アセチルセルロース、ポリビニルエーテル、ポリビ
ニルブチラール等が挙げられ、１種単独であるいは２種
以上を組み合わせて用いることができる。上記バインダ
ーの使用量は、原料粉末１００重量部に対して、好まし
くは０．５〜２０重量部、より好ましくは１〜１７重量
部、更に好ましくは１〜１５重量部とすることができ
る。

【００１８】上記「可塑剤」としては特に限定されず、
例えばジブチルフタレート、グリセリン、ポリエチレン
グリコール等が挙げられる。上記可塑剤の使用量は、原
料粉末１００重量部に対して、好ましくは０．１〜８重
量部、より好ましくは０．１〜６重量部、更に好ましく
は０．２〜４重量部とすることができる。

【００１９】上記原料粉末を成形する方法としては特に
限定されないが、乾式加圧成形法、ドクターブレード
法、押し出し法及びロール法等によって成形体とされ
る。例えば、乾式加圧成形の場合、加圧成形時の圧力も
特に限定されないが、好ましくは５０ＭＰａ以上、より
好ましくは８０ＭＰａ以上とするのがよい。この成形体
を大気中で焼成することによって、導電性を有するセラ
ミックス基板を得ることができる。

【００２０】この成形体の焼成条件は特に限定されない
が、焼成温度は、好ましくは１１００〜１５００℃、よ
り好ましくは１２００〜１４５０℃、更に好ましくは１
２５０〜１４００℃とすることができる。焼成時間は、
焼成温度によるが、焼成温度が１１００〜１３００℃の
場合は、好ましくは０．５〜６時間、より好ましくは１
〜５時間、更に好ましくは２〜４時間とすることがで
き、焼成温度が１３００〜１５００℃の場合は、好まし
くは０．１〜４時間、より好ましくは０．３〜４時間、
更に好ましくは０．５〜３時間とすることができる。

【００２１】上記酸化亜鉛粉末と他の酸化物の粉末とを
含有する原料粉末からなる成形体を焼成すると、表面層
の酸化亜鉛以外の他の酸化物はそのまま残り、表面層に
存在する酸化亜鉛の一部が揮散することによって表面層
の酸化亜鉛の含有量は、中心部の含有量より少なくする
ことができる。

【００２２】上記酸化亜鉛含有量の少ない表面層は、焼
成後に得られる基板の断面を観察することによって、判
別することができる。即ち、例えば酸化亜鉛と酸化アル
ミニウムが１％添加された原料粉末からなる成形体を焼
成すると、青みのかった灰色の外観を有する焼結体が得
られる。この焼結体を断面方向に切断すると、表面層の
み色が薄く、中心部は色が濃くなる。色の異なる２箇所
の組成を定量分析すると酸化亜鉛含有量が異なることか
ら、このようにして酸化亜鉛含有量の少ない表面層の厚
さを求めることができる。

【００２３】本発明の太陽電池用セラミックス基板及び
その製造方法によって得られる太陽電池用基板の表面
の、太陽光に対する反射率は、基板表面の色とその濃度
に関連しており、ある１種類の色について着目した場
合、その色の濃度が小さいほど、即ち、白色に近いほど
反射率は高くなる。例えば、酸化亜鉛に酸化アルミニウ
ムをそれぞれ０．０１，０．１，１，２，３，４，５重
量％添加して大気中、１３００℃で焼成して得られた基
板の表面の色は、図８（Ａ）に示すようになる。酸化ア
ルミニウムが無添加の場合、基板表面は薄い褐色をして
おり、酸化アルミニウムが０．０１％添加されると非常
に薄い灰色となる。０．１％添加されると、青みのかっ
た灰色であり、酸化アルミニウムの添加量が増えるにつ
れて同じ色を保ちながらその濃度が小さくなっている。
図８（Ａ）の濃淡から、酸化アルミニウムが１％添加さ
れたものを境に添加量が増えるほど、基板表面の太陽光
に対する反射率は高くなる。また、焼成温度を１４００
℃とした場合は、図８（Ｂ）に示すようになり、１３０
０℃で焼成したときのものより少しずつ濃度が高くな
り、太陽光に対する反射率は少し劣る。一方、基板の内
部は、１３００℃で焼成して得られたものを研磨する
と、図８（Ｃ）に示すようになり、酸化アルミニウムが
０．１％添加された基板の内部は、青みのかった灰色が
濃く、１％添加では灰色となり、添加量が増えるにつれ
緑色のかった薄い灰色からその色の濃度が小さくなって
いる。

【００２４】上記太陽電池用セラミックス基板及びその
製造方法によって得られる太陽電池用基板は、図１に示
すように、酸化亜鉛の含有量の少ない表面層１２が全面
を覆っていてもよいし、図２に示すように、表裏面のう
ちの一方を覆っていてもよいし、更に端面が覆われてい
ないものとすることができる。図２の態様は、裏面１３
がより低い抵抗となり、太陽光に対する高い反射率を維
持する好ましい態様である。また、裏面１３は、図１の
態様の裏面を研磨して形成されたものであってもよい。

【００２５】請求項１０記載の太陽電池用セラミックス
基板は、酸化亜鉛及び他の酸化物からなる組成物、酸素
欠損酸化チタン、酸素欠損酸化ニオブ及び酸素欠損アル
カリ土類チタン酸塩から選ばれる少なくとも１種を含有
する基体と、該基体の表面に形成されたセラミックス製
光反射層と、を備えることを特徴とする。

【００２６】請求項１２記載の太陽電池用セラミックス
基板の製造方法は、酸化亜鉛、酸素欠損酸化チタン、酸
素欠損酸化ニオブ及び酸素欠損アルカリ土類チタン酸塩
から選ばれる少なくとも１種を含有する基体の表面に、
セラミックス製光反射層を形成することを特徴とする。

【００２７】上記基体は、酸化亜鉛及び他の酸化物から
なる組成物、酸素欠損酸化チタン（以下、「Ｔｉ
Ｏ_2-X」という。）、酸素欠損酸化ニオブ（以下、「Ｎ
ｂ₂Ｏ_5-X」という。）及び酸素欠損アルカリ土類チタン
酸塩〔以下、「ＭＴｉＯ_3-X」という。但し、Ｍはアル
カリ土類元素（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ及びＢａ）である。〕
から選ばれる少なくとも１種を含有していれば特に限定
されず、これらがそれぞれ単独で構成成分であってもよ
いし、これらが任意の割合で混合していてもよい。ま
た、上記基体としては、抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下であ
ることが好ましい。

【００２８】上記基体が酸化亜鉛及び他の酸化物からな
る組成物から構成される場合、上記例示した酸化亜鉛を
主成分として他の酸化物が添加されたものを好ましく用
いることができる。上記ＴｉＯ_2-X、Ｎｂ₂Ｏ_5-X及びＭ
ＴｉＯ_3-Xを含有する基体は、通常、ＴｉＯ ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅
及びＭＴｉＯ₃を含有する原料粉末からなる成形体を大
気中で焼成（以下、「酸化焼成」という。）し、更に水
素ガス雰囲気で焼成（以下、「還元焼成」という。）す
ることによって得ることができる。尚、原料粉末の酸化
チタン粉末、酸化ニオブ粉末、アルカリ土類チタン酸塩
としては高純度のものが好ましい。また、結晶形及び粒
子の形状も特に限定されない。平均粒子径は好ましくは
５μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。更に、
比表面積も特に限定されず、通常、２〜８ｍ²／ｇのも
のが好ましく用いられる。

【００２９】上記ＴｉＯ_2-X、Ｎｂ₂Ｏ_5-X及びＭＴｉＯ
_3-Xは、通常、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅及びＭＴｉＯ₃がそれ
ぞれ還元されて酸素空孔が形成され、化学量論組成にお
いて酸素原子との結合に使われていた金属原子の価電子
が余り、これを伝導電子として与えることにより高い電
気伝導性を示すものである。上記ＴｉＯ_2-X、Ｎｂ₂Ｏ
_5-X及びＭＴｉＯ_3-XにおけるＸは、好ましくは０．１〜
１．５、より好ましくは０．４〜１．３、更に好ましく
は０．７〜１．２とすることができる。尚、上記ＭＴｉ
Ｏ_3-Xとしては特に限定されず、例えば、ＭｇＴｉ
Ｏ_3-X、ＣａＴｉＯ_3-X、ＳｒＴｉＯ_3-X及びＢａＴｉＯ
_3-X等が挙げられるが、これらのうち、ＳｒＴｉＯ_3-X、
ＢａＴｉＯ_3-Xが好ましい。

【００３０】上記基体が上記ＴｉＯ_2-Xを主として含有
する場合、上記ＴｉＯ_2-X以外に基板の導電性を下げず
に基板の強度を上げる等の目的で、炭化ホウ素、炭化珪
素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素等を含有
させることができ、上記ＴｉＯ _2-X１００重量部に対し
て、好ましくは０．１〜１０重量部、より好ましくは
０．５〜７重量部、更に好ましくは１〜５重量部とする
ことができる。

【００３１】上記基体が上記Ｎｂ₂Ｏ_5-Xを主として含有
する場合、上記Ｎｂ₂Ｏ_5-X以外に基板の導電性を下げず
に基板の強度を上げる等の目的で、炭化ホウ素、炭化珪
素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素等を含有
させることができ、上記Ｎｂ ₂Ｏ_5-X１００重量部に対し
て、好ましくは０．１〜１０重量部、より好ましくは
０．５〜７重量部、更に好ましくは１〜５重量部とする
ことができる。

【００３２】上記基体が上記ＭＴｉＯ_3-Xを主として含
有する場合、上記ＭＴｉＯ_3-X以外に基板の導電性を下
げずに基板の強度を上げる等の目的で、炭化ホウ素、炭
化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素等を
含有させることができ、上記ＭＴｉＯ_3-X１００重量部
に対して、好ましくは０．１〜１０重量部、より好まし
くは０．５〜７重量部、更に好ましくは１〜５重量部と
することができる。

【００３３】上記セラミックス製光反射層としては、基
板の導電性を悪化させず、太陽光の反射率の高いもので
あればその構成成分は限定されない。例えば、酸化アル
ミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化イットリウム、
酸化ランタン、二酸化珪素等が好ましく、これらのう
ち、酸化アルミニウムが特に好ましい。また、上記成分
は１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いるこ
とができる。上記セラミックス製光反射層は、蒸着、ス
プレー塗装、スパッタリング法、ＣＶＤ法及びゾル−ゲ
ル法等によって薄い層を形成することができる。上記セ
ラミックス製光反射層の厚さは薄いほどよく、好ましく
は４００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下とす
ることができる。

【００３４】本発明の太陽電池用セラミックス基板は、
アモルファスシリコン系、多結晶シリコン系等の薄膜太
陽電池等に好ましく用いられるが、薄膜太陽電池を製造
する際には、例えば、基板にシリコン半導体を直接形成
することができる。この場合の薄膜太陽電池は、図３に
示すように、基板、シリコン半導体、表面電極の順に形
成されたものとすることができ、表面電極には反射防止
層を設けることもできる。基板にシリコン半導体を形成
する方法としては、例えば、ＣＶＤ法、液相成長法、固
相成長法等がある。

【００３５】上記反射防止層は、薄膜太陽電池に入射し
た光が基板及びシリコン半導体で反射して太陽電池の外
側に拡散するのを防ぐ効果及び太陽電池の表面を保護す
る効果があり、その例としては、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、
ＭｇＦ₂、ＴｉＯ₂等による膜が挙げられる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明について実施例を挙
げて具体的に説明する。１．実施例１表１に示す酸化亜鉛及び（酸化亜鉛／他の酸化物の組み
合わせ）で、酸化亜鉛粉末１００ｇと、下記他の酸化物
の粉末とを表１に示す添加割合で調製し、２０％ポリビ
ニルアルコール溶液１０ｇ及び純水３００ｇを加え、ポ
ットミルに入れ、０．５時間湿式混合した。これを乾燥
した後、解砕し、２５０μｍのふるいに通した。そし
て、この混合粉末を１００ＭＰａで一軸加圧成形（３０
ｍｍφ、厚さ４ｍｍ）した後、電気炉に静置し、大気
中、１３００℃で１２０分焼成し、２５ｍｍφ、厚さ
３．４ｍｍの焼結体（試料１〜２５）を得た。

【００３７】上記で用いた各原料を以下に示す。〔ア〕酸化亜鉛粉末；商品名「亜鉛華１種」、ハクスイ
テック社製、平均粒径０．４μｍ、比表面積４ｍ²／ｇ〔イ〕酸化アルミニウム粉末；商品名「ＡＥＳ−１１
Ｅ」、住友化学工業社製、平均粒径０．５μｍ、比表面
積５ｍ²／ｇ〔ウ〕酸化ガリウム試薬；和光純薬工業社製〔エ〕酸化イットリウム試薬；ナカライテスク社製〔オ〕酸化インジウム試薬；和光純薬工業社製〔カ〕酸化ランタン試薬；ナカライテスク社製〔キ〕二酸化珪素粉末；商品名「ＳＳ−１００」、山森
山本鉱業所社製〔ク〕酸化チタン粉末；商品名「Ｒ−８２０」、石原産
業社製、平均粒径０．３μｍ、比表面積１５ｍ²／ｇ〔ケ〕酸化ゲルマニウム試薬；和光純薬工業社製〔コ〕酸化ジルコニウム粉末；商品名「ＫＺ−ＯＹ」、
共立マテリアル社製、平均粒径６．０μｍ、比表面積８
ｍ²／ｇ〔サ〕酸化スズ試薬；ナカライテスク社製〔シ〕酸化ニオブ粉末；商品名「酸化ニオブ」、三井金
属鉱業社製、平均粒径０．８μｍ〔ス〕酸化タンタル試薬；三津和化学薬品社製

【００３８】

【表１】

【００３９】２．基板の評価（１）表面層及び中心部の元素分析試料５、６及び８の基板の最表面、及び、平面研削加工
で表面から１．７ｍｍ削ってできた面を蛍光Ｘ線分析装
置（ＲＩＸ３００１型、理学電機工業社製、Ｘ線源；Ｒ
ｈ、出力；０．３ｋＷ）を用いて、測定表面の元素分析
及び検出元素の定量分析を行った。検出元素の定量値か
ら各化合物の成分量に換算した。その結果を表２に示
す。

【００４０】

【表２】

【００４１】（２）酸化亜鉛含有量の少ない表面層の厚
さ測定試料５、６、７及び１４の基板の中央部をダイヤモンド
カッターにより切断した。基板の断面を光学顕微鏡（倍
率；２００倍）を用いて、表面層とそれより深い内部の
色の違いから、酸化亜鉛含有量の少ない表面層の厚さを
測定した。その結果を表３に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】（３）抵抗率試料１乃至２５の基板の抵抗率を、抵抗率計（ＭＣＰ−
Ｔ５００型、三菱油化社製）を用いて、端子間距離５ｍ
ｍとして四端子法で測定した。その結果を表４に示す。

【００４４】

【表４】

【００４５】（４）表面抵抗試料５、６、７及び１４の基板の、表面層及び内部の抵
抗を測るために、上記製造条件で縦５５ｍｍ、横８．５
ｍｍ、厚さ４．３ｍｍの焼結体基板を作製し、これを加
工して、試料片（縦３０ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）
を得た。表面層の試料片は図４における７ａの部分を、
内部の試料片は図５における７ｂの部分とした。これら
の試料片は、図６に示すように、導電性の銀ペーストに
より両端に電極を設け、この両端の電極間（距離２０ｍ
ｍ）の抵抗をテスターを用いて二端子法で測定した。そ
の結果を表５に示す。

【００４６】

【表５】

【００４７】（５）反射率試料１、６、７、２１及び２３について、三次元分光式
変角色彩計（商品名「Σ９０型」、日本電色工業社製）
を用いて、４００〜７００ｎｍの波長の光に対する反射
率を調べた。その結果を図７に示す。また、試料４、１
１、１２、１３、１５、１６、１７、１８、２０、２
２、２３、２４及び２５の基板表面の色の濃淡を示す写
真を図９に示す。

【００４８】３．実施例の効果上記製造方法により得られた酸化亜鉛を主成分とする太
陽電池用セラミックス基板の表面は、白色、薄い褐色、
青みがかった灰色であった。特に酸化亜鉛と酸化アルミ
ニウムからなる基板は、酸化アルミニウムの添加量が少
ない（１％未満）場合には青みがかった灰色であった
が、添加量が増すにつれて白色になり、３％添加（試料
７）ではほぼ白色になっていた（図８（Ａ）参照）。表
面層の酸化亜鉛が揮散して、酸化アルミニウムがリッチ
になったためと考えられる。また、他の酸化物として、
酸化ニオブ及び酸化タンタルを添加した試料２３及び２
４も基板の表面はほぼ白色であった（図９参照）。

【００４９】表２より、酸化亜鉛と添加量の異なる酸化
アルミニウムとからなる基板は、表面層の酸化亜鉛の含
有量が、中心部よりも少ないことが分かる。酸化アルミ
ニウムの添加量が増えるほど、表面層の酸化亜鉛の含有
量は減少率が高くなった。また、表３より、酸化亜鉛の
含有量が少ない表面層の厚さは、例えば酸化アルミニウ
ムを添加した場合、その添加量が増えるにつれ大きくな
った。酸化亜鉛に酸化インジウムが２％添加された場合
も１５０μｍであり、低い電気抵抗であり、且つ表面層
厚さは５０〜５００μｍの範囲内であった。

【００５０】表４より、酸化亜鉛のみからなる基板（試
料１）の抵抗率は、２３５．３Ω・ｃｍと非常に高かっ
たのに対し、他の酸化物を添加した場合には、いずれも
１Ω・ｃｍ未満の低い抵抗率を示した。特に、酸化亜鉛
に酸化アルミニウムを１〜３％添加した試料５乃至７に
おいては優れた抵抗率を示した。また、他の酸化物とし
て複数成分を添加した試料２５も低い抵抗率を示した。

【００５１】表５より、基板の表面層は酸化亜鉛の含有
量が少ないために、表面抵抗が大きくなっているが、基
板の内部は酸化亜鉛の導電性のために表面抵抗が小さく
なった。また、図７より酸化亜鉛に酸化ニオブを添加し
た基板（試料２３）、酸化ジルコニウムを添加した基板
（試料２１）、及び酸化亜鉛に酸化アルミニウムを添加
した基板（試料６及び７）では、各波長における反射率
はそれぞれ異なるものの、高い反射率を示した。特に、
酸化アルミニウムを添加した基板では、酸化アルミニウ
ムの添加率が高いほど基板の表面の白色度が増すために
反射率が高くなり、酸化アルミニウムを３％添加したも
のは、５００〜７００ｎｍの波長領域において、７０％
を超える反射率を示した。図９は、酸化亜鉛に添加する
他の酸化物の種類が異なることで、基板表面の色が変わ
ることを示している。その反射率は、表面の色が薄いほ
ど高くなるが、図９から分かるように、０．１％添加さ
れた基板のうちで、酸化ニオブを添加したものが濃度が
小さい。

【００５２】４．実施例２酸化チタン粉末１００ｇに、２０％ポリビニルアルコー
ル溶液１０ｇ及び純水３００ｇを加え、ポットミルに入
れ、０．５時間湿式混合した。これを乾燥した後、解砕
し、２５０μｍのふるいに通した。そして、この混合粉
末を１００ＭＰａで一軸加圧成形した後、電気炉に静置
し、大気中、１３００℃で１２０分焼成し、更に水素炉
で、水素ガス中、１２００℃で１００分焼成し、２５ｍ
ｍφ、厚さ３．４ｍｍの焼結体（試料２６）を得た。

【００５３】次に、酸化ニオブ粉末１００ｇを用い、電
気炉における加熱温度を１３５０℃とし、水素炉におけ
る加熱温度を１０００℃とした以外は試料２６の製造方
法と同様にして、焼結体（試料２７）を得た。また、チ
タン酸バリウム粉末（商品名「ＳＢＴ−Ｍ」、共立マテ
リアル社製、平均粒径０．９μｍ）１００ｇを用い、電気炉における加熱を１３５０℃とし
た以外は試料２６の製造方法と同様にして、焼結体（試
料２８）を得た。

【００５４】試料２６乃至２８について、上記と同様に
して抵抗率を測定し、表４に示した。試料２６及び２７
における酸素欠損酸化チタン及び酸素欠損酸化ニオブで
それぞれ構成される基板は低い抵抗率を示し、試料２８
の酸素欠損チタン酸バリウムで構成される基板について
も、十分低い抵抗率を示した。これらの表面に酸化アル
ミニウムからなる薄膜を形成することによって、低い抵
抗率で、且つ反射率の高い太陽電池用セラミックス基板
とすることができる。

【００５５】尚、本発明においては、上記実施例に限定
されるものではなく、目的、用途に応じて本発明の範囲
内で種々変更した実施例とすることができる。本発明の
太陽電池用セラミックス基板は、焼成処理後そのまま用
いてもよいし、平滑性を向上させるとともに、太陽光に
対する反射効果を上げるために、基板表面を研磨しても
よい。この場合、主成分として酸化亜鉛を含有する基板
においては、基板の表面層の酸化亜鉛含有量が中心部の
それに比べて少ないことが必要である。また、上記原料
粉末を成形する方法も、上記実施例に示す方法に限られ
ず、原料粉末を含有するスラリーからシート成形する方
法等によってもよい。

【００５６】更に、酸化亜鉛にその他の酸化物を添加し
た成形体の焼成条件も、上記実施例に限られず、大気雰
囲気でなく、大気よりも酸素濃度の低い雰囲気、例えば
燃焼炉による酸化雰囲気や、電気炉に雰囲気調整用ガス
を導入して焼成を行ってもよい。この場合は、燃焼炉と
してはガス炉等が、電気炉としては雰囲気炉等が用いら
れる。例えば、酸化亜鉛に酸化アルミニウムが１％添加
されてなる成形体を、ガス炉内を燃料ガスと１次空気が
混合された燃料ガス中、酸化雰囲気として温度１３００
℃、２時間で酸化焼成して得られた基板は、実施例１に
おいて大気中で電気炉を用いて焼成して得られた基板に
比べ、抵抗率が０．００６４Ωから０．００２０Ωへと
低下し、５００〜７００ｎｍにおける反射率も２０％程
度向上する。この場合、ガス炉では、燃料ガスを燃焼さ
せる際、１次空気中の酸素が消費されるため、焼成時の
ガス炉内の酸素濃度が低くなる。酸素濃度が低い雰囲気
では、焼成温度及び時間がほぼ同じ条件でも酸化亜鉛の
揮散の度合いが増し、酸化亜鉛の含有量の少ない表面層
を有する基板を容易に得ることができる。また、酸素濃
度が低い雰囲気での焼成により、酸素欠損を生じて酸素
空孔が形成されて、導電性が向上し、更には、得られる
基板の表面の色も濃度が低く、太陽光に対する反射率の
高い基板とすることができる。このガス炉等による焼成
は、空燃比を調整して酸素濃度を任意に調節することが
できるので、焼成温度及び時間等の他の条件とうまく組
み合わせて、目的のスペックに合わせた基板を容易に得
ることができる。また、本セラミックス基板は、太陽電
池だけでなく、発光ダイオード等の発光デバイス用の基
板としても利用することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の太陽電池用導電性セラミックス
基板において、酸化亜鉛を主成分として含有する基板
は、表面層の酸化亜鉛の含有量が中心部の含有量より少
ないため、低い抵抗を維持しながら、高い反射率を有す
る基板として用いることができる。特に、酸化亜鉛に酸
化アルミニウムを添加した基板は、表面層が白色で太陽
光に対する反射率が高いため、光電変換効率の向上を図
ることができる。また、基板自体が導電性を有するた
め、太陽電池を形成したときに、基板の裏面に電極を形
成するだけの簡単な工程を備えるだけで済む太陽電池を
得ることができる。また、上記太陽電池用セラミックス
基板の製造方法によれば、原料粉末からなる成形体を特
殊な製造装置によらずに焼成処理して製造することがで
きるので、効率的で低コストである。本発明の太陽電池
用導電性セラミックス基板において、酸化亜鉛、酸素欠
損酸化チタン、酸素欠損酸化ニオブ及び酸素欠損アルカ
リ土類チタン酸塩から選ばれる少なくとも１種を含有す
る基体にセラミックス製光反射層を備える基板は、抵抗
が低いだけでなく、太陽光に対する反射率が高いため、
太陽電池を形成したときに、光電変換効率の高い太陽電
池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池用セラミックス基板の説明断
面図である。

【図２】本発明の太陽電池用セラミックス基板の他の態
様を示す説明断面図である。

【図３】薄膜太陽電池の一例を示す説明断面図である。

【図４】基板表面の表面抵抗を測定するために太陽電池
用セラミックス基板から調製した試料片を示す説明概略
図である。

【図５】基板内部の試料片の表面抵抗を測定するために
太陽電池用セラミックス基板から調製した試料片を示す
説明概略図である。

【図６】表面抵抗を測定するための電極の位置を示す説
明断面図である。

【図７】実施例１において作製した基板の反射率を示す
グラフである。

【図８】酸化亜鉛と添加量を変えた酸化アルミニウムを
含有する基板の色の濃淡を示す写真であり、Ａは焼成温
度１３００℃で得た基板表面、Ｂは焼成温度１４００℃
で得た基板表面、Ｃは焼成温度１３００℃で得た基板内
部を示す。

【図９】酸化亜鉛１００重量部とその他の酸化物０．１
重量部からなる基板表面の色の濃淡を示す写真である。

【符号の説明】

１，１ａ；太陽電池用セラミックス基板、１１；基板内
部、１２；基板表面層、１３；裏面研磨面、２；ｎ型シ
リコン半導体、３；ｐ型シリコン半導体、４；表面電
極、５；反射防止層、６；金属電極、７ａ及び７ｂ；表
面抵抗測定用試料、８ａ及び８ｂ；表面抵抗測定用電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅野正義愛知県名古屋市昭和区御器所町名古屋工業大学内 (72)発明者曽我哲夫愛知県名古屋市昭和区御器所町名古屋工業大学内Ｆターム(参考） 4G030 AA05 AA12 AA13 AA16 AA17 AA20 AA21 AA32 AA34 AA36 AA37 AA39 BA01 BA03 BA14 5F051 AA03 AA05 CB04 CB12 CB24 DA03 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分としての酸化亜鉛と他の酸化物と
を含有する太陽電池用セラミックス基板であって、上記セラミックス基板の表面層における酸化亜鉛の含有
量が、中心部の該酸化亜鉛の含有量よりも少ないことを
特徴とする太陽電池用セラミックス基板。
【請求項２】上記他の酸化物は、Ａｌ，Ｇａ，Ｙ，Ｉ
ｎ，Ｌａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎｂ及びＴ
ａから選ばれる少なくとも１種の酸化物である請求項１
記載の太陽電池用セラミックス基板。
【請求項３】上記他の酸化物は、上記酸化亜鉛１００
重量部に対して０．００１〜１０重量部含有する請求項
１又は２に記載の太陽電池用セラミックス基板。
【請求項４】上記セラミックス基板の抵抗率が１０Ω
・ｃｍ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の太
陽電池用セラミックス基板。
【請求項５】５００〜７００ｎｍの波長領域における
上記セラミックス基板表面の反射率が４０％以上である
請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池用セラミッ
クス基板。
【請求項６】主成分としての酸化亜鉛と他の酸化物と
を含有する太陽電池用セラミックス基板であって、主原料としての酸化亜鉛粉末と他の酸化物の粉末とを含
有する原料粉末を成形し、焼成して表面部の酸化亜鉛の
一部を揮散させることにより、上記セラミックス基板の
表面層における該酸化亜鉛の含有量が、中心部の該酸化
亜鉛の含有量よりも少ないことを特徴とする太陽電池用
セラミックス基板。
【請求項７】主原料としての酸化亜鉛粉末と他の酸化
物の粉末とを含有する原料粉末を成形して焼成すること
を特徴とする太陽電池用セラミックス基板の製造方法。
【請求項８】上記他の酸化物は、Ａｌ，Ｇａ，Ｙ，Ｉ
ｎ，Ｌａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎｂ及びＴ
ａから選ばれる少なくとも１種の酸化物である請求項７
記載の太陽電池用セラミックス基板の製造方法。
【請求項９】上記他の酸化物の粉末は、上記酸化亜鉛
粉末１００重量部に対して０．００１〜１０重量部配合
する請求項７又は８に記載の太陽電池用セラミックス基
板の製造方法。
【請求項１０】酸化亜鉛及び他の酸化物からなる組成
物、酸素欠損酸化チタン、酸素欠損酸化ニオブ及び酸素
欠損アルカリ土類チタン酸塩から選ばれる少なくとも１
種を含有する基体と、該基体の表面に形成されたセラミ
ックス製光反射層と、を備えることを特徴とする太陽電
池用セラミックス基板。
【請求項１１】上記セラミックス製光反射層が酸化ア
ルミニウムを含有する請求項１０に記載の太陽電池用セ
ラミックス基板。
【請求項１２】酸化亜鉛、酸素欠損酸化チタン、酸素
欠損酸化ニオブ及び酸素欠損アルカリ土類チタン酸塩か
ら選ばれる少なくとも１種を含有する基体の表面に、セ
ラミックス製光反射層を形成することを特徴とする太陽
電池用セラミックス基板の製造方法。