JP2003298085A

JP2003298085A - 太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003298085A
Application number: JP2002095360A
Authority: JP
Inventors: Hisao Morooka; 久雄師岡; Kazuo Katai; 一夫片井; Mitsutaka Matsuse; 充貴松瀬; Masaru Takayama; 勝高山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池の変換効率の向上に寄与するテクス
チャ構造を再現性よく、かつ安価に提供する。【解決手段】フレキシブル性をもち、上面にテクスチ
ャ構造を有する有機フィルムからなる基板２上に、下部
電極４、光電変換層５および上部電極６をこの順で有す
る太陽電池であって、前記テクスチャ構造は、それぞれ
規則的に配列した凹部および凸部を有する凹凸からな
り、かつ、基板２の一部を形状加工することにより形成
されたものである太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に光電変換
層を設けた構造の太陽電池およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、乾電池等に代わる電源とし
て種々の電子機器に利用されている。特に、電子卓上計
算機、時計、携帯型電子機器（カメラ、携帯電話、民生
用レーダー探知機）、リモコン等といった低消費電力の
電子機器では、太陽電池の起電力で十分駆動することが
でき、電池の交換を不要とし、半永久的に動作させるこ
とができるとともに、環境面に対してもクリーンである
ため、注目されている。

【０００３】太陽電池の構造は、剛性または可撓性の基
板の表面に、金属からなる下部電極、光電変換層および
透明電極をこの順に設けたものが一般的である。光電変
換層としては、プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉ層
が一般に利用されている。前記基板としては、有機フレ
キシブル基板がよく用いられている。有機フレキシブル
基板は、可撓性を有し、巻き取り、展開が可能であるた
め、生産上、以下のような利点をもつ。太陽電池を製造
する際には、光電変換層や電極層等の機能性薄膜を真空
プロセスで積層する工程、配線電極や層間絶縁膜等をス
クリーン印刷法等によりパターニングして前記機能性薄
膜表面に形成する工程、太陽電池の最表面に保護層を設
ける工程等を設ける。このような各工程において、長尺
の有機フレキシブル基板をロール・ツー・ロールで用い
れば、すなわち、繰り出しロールから長尺の有機フレキ
シブル基板を繰り出して巻き取りロールに巻き取る過程
で、基板上に機能性薄膜や電極、絶縁膜等を形成すれ
ば、タクトタイムが短縮できる、基板の搬送を行う必要
がなくなる、基板のハンドリングが容易となる、といっ
た効果が生じ、スループットを向上できる。また、太陽
電池の集積度の向上、大規模量産化を図る場合でも、同
様な効果が得られる。

【０００４】太陽電池では、効率向上のために、光電変
換層自体の変換効率の向上のほか、光電変換層に入射す
る光の量を増大させる試みもなされている。具体的に
は、基板の光電変換層と対向する表面に、光拡散効果を
示すいわゆるテクスチャ構造を設ける。

【０００５】太陽電池の高効率化を妨げる要因として、
（１）光電変換層表面における太陽光の反射による損
失、（２）光電変換層に入射した光の不完全な収集によ
る損失が挙げられる。（１）については、光電変換層の
光入射側表面のテクスチャ構造によって改善され、
（２）については、下部電極表面および光電変換層表面
のテクスチャ構造によって改善される。たとえば、基板
表面に、テクスチャ構造として微細なピラミッド状の凹
凸を形成した場合、この凹凸は下部電極および光電変換
層の表面性に反映する。そのため、外部から光電変換層
の凹凸表面に到達し、凹凸の傾斜面で反射した光は、凹
凸の他の傾斜面に当たって光電変換層内に進入し、光電
変換層に吸収される。また、入射した光のうち光電変換
層で吸収されずに光電変換層裏面まで到達したものは、
下部電極と光電変換層との凹凸界面で散乱反射し、斜め
方向に光電変換層内に戻るため、反射光が光電変換層内
を進む距離が長くなり、効率よく吸収される。さらに、
光電変換層内に戻った光のうち、吸収されずに再び光電
変換層表面に到達した光は、光電変換層の凹凸表面で再
び斜め方向に反射する。このような繰り返し反射によ
り、光電変換層に光が効率よく吸収され、電池の効率が
高くなる。

【０００６】従来のテクスチャの作製方法としては、た
とえば以下のようなものがある。結晶シリコン太陽電池
の場合、加温した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または
水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にイソプロピルアルコ
ールを添加し、得られた混合液にＳｉ（１００）ウェハ
を浸漬することにより、四角錐状の突起を有するテクス
チャ構造が得られる。また、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｃ
Ｏ₃）水溶液をエッチング液とし、シリコン基板をその
水溶液に浸漬して前記シリコン基板の表面に微細な凹凸
形状を形成する方法も提案されている（特開２０００−
１８３３７８号公報）。

【０００７】一方、薄膜型太陽電池の場合、下部電極と
して、シリコンを０．１〜６．０質量％含有するアルミ
ニウムターゲットを用い、基板を５０〜２００℃に昇温
してスパッタすることにより、テクスチャ構造を有する
アルミニウム膜を得る提案がなされている（特開平９−
６９６４２号公報）。また、金属基板上に酸化チタン、
アルミナ、シリカなどの顔料を配合した電気絶縁性を有
する耐熱性樹脂をコートすることにより、表面粗さＲma
xが０．３〜１．５μmの凹凸を有する基板を形成する提
案もなされている（特開平１１−１７７１１１号公
報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のテクスチャ構造形成方法には、以下に述べる問題点が
ある。

【０００９】１）結晶シリコン太陽電池においてウェッ
トエッチングを用いる方法ｉ）ウェットエッチングによるテクスチャ構造の作製に
は、Ｓｉのエッチング速度が結晶面によって異なること
（異方性エッチング）を利用している。Ｓｉのエッチン
グ速度は、（１００）面が最も速く（１１１）面が最も
遅い。したがって（１００）面を初期表面としてエッチ
ングを行うと、エッチング速度の遅い（１１１）面が優
先的に表面に残る。この（１１１）面は（１００）面に
対して約５４度の傾斜をもつため、エッチングにより形
成される凸部および凹部はいずれも四角錐状、すなわち
急峻に尖った形状である。そのため、この凹凸上に光電
変換層を形成すると、凸部上では光電変換層の膜厚が薄
くなるためリークが発生しやすく、凹部上では欠陥が生
じ易いことから、変換効率がかえって低下することがあ
る。また、エッチングが完全に一様に進むわけではない
ので、凹凸の分布が一様にならず、その結果、テクスチ
ャ効果にばらつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与し
なくなる。 ii）酸やアルカリによるウェットエッチングは、設備お
よび廃液の処理に伴うランニングコストが高く、環境問
題などの課題があり、好ましくない。

【００１０】２）スパッタによるテクスチャ構造の作製基板温度を上げ、添加物を導入することによりＡｌ膜の
結晶成長を制御することでテクスチャ構造を作製してい
るが、得られる形状がファセットを有する粒状であるこ
とから、基板表面に対して急峻な形状をしている。その
ため、ウェットエッチングの場合と同様な問題が生じ、
一方、面内の分布も一様ではないことから、テクスチャ
効果にばらつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与しな
くなる。

【００１１】３）ＣＶＤ法によるテクスチャ構造の作製ｉ）設備が高価で製造工程が煩雑化し、製造コストを上
昇させることになる。 ii）ＣＶＤ法を用いる場合、ＳｎＯ₂電極膜は一般的な
ＩＴＯ電極膜に比べ製法が特殊となるため、コストアッ
プを招く。また、反応温度が高温であるとともに、効果
的なテクスチャ構造を得るためには膜厚を数百から数千
ナノメートルと厚くする必要があり、この点でもコスト
アップになる。また、完全に規則的に配列した凹凸から
なるテクスチャ構造を形成できないため、テクスチャ効
果にばらつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与しなく
なる。

【００１２】４）塗料によるコーティングテクスチャ効果を付与するために塗料中に酸化チタン、
アルミナ、シリカなどの微粒子を配合すると、絶縁皮膜
表面に形成されるテクスチャの形状および面内分布にば
らつきが生じ、変換効率の向上に十分寄与しなくなる。
また、絶縁皮膜表面に突出した微粒子や、絶縁皮膜表面
からの微粒子の脱落により形成された穴が、絶縁皮膜表
面に対して急峻な傾斜を形成するため、この上に形成さ
れる光電変換層に膜切れ等の欠陥が生じやすい。

【００１３】本発明は、太陽電池の変換効率の向上に寄
与するテクスチャ構造を再現性よく、かつ安価に提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記（１）
〜（１２）の本発明により達成される。（１）フレキシブル性をもち、上面にテクスチャ構造
を有する有機フィルムからなる基板上に、下部電極、光
電変換層および上部電極をこの順で有する太陽電池であ
って、前記テクスチャ構造は、それぞれ規則的に配列し
た凹部および凸部を有する凹凸からなり、かつ、基板の
一部を形状加工することにより形成されたものである太
陽電池。（２）前記凸部の頂部が平面であるか凸曲面である上
記（１）の太陽電池。（３）前記凹部の底部が平面であるか凹曲面である上
記（１）または（２）の太陽電池。（４）前記凸部は、角錐台状または円錐台状である
か、それぞれ頂部が凸曲面である角錐状または円錐状で
ある上記（１）〜（３）のいずれかの太陽電池。（５）前記凹部は、角錐台状または円錐台状である
か、それぞれ底部が凹曲面である角錐状または円錐状で
ある上記（１）〜（４）のいずれかの太陽電池。（６）基板厚さに対する凹部の深さの比が０．４以下
である上記（１）〜（５）のいずれかの太陽電池。（７）基板が、ポリエチレンナフタレート、ポリエー
テルサルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドア
ミドまたはポリアリレートから構成される上記（１）〜
（６）のいずれかの太陽電池。（８）上記（１）〜（７）のいずれかの太陽電池を製
造する方法であって、基板を製造するに際し、前記凹凸
の母型パターンが形成されたテクスチャロールで押圧す
ることにより、前記有機フィルム表面に前記凹凸を形成
する工程を有する太陽電池の製造方法。（９）前記母型パターンにおいて、前記凸部の母型と
なる凹部の頂部が、平面であるか凹曲面である上記
（８）の太陽電池の製造方法。（１０）前記母型パターンにおいて、前記凹部の母型
となる凸部の頂部が、平面であるか凸曲面である上記
（８）または（９）の太陽電池の製造方法。（１１）テクスチャロールにより押圧される有機フィ
ルムの温度が３０〜４５０℃である上記（８）〜（１
０）のいずれかの太陽電池の製造方法。（１２）テクスチャロールが有機フィルムを押圧する
ときの圧力が４０〜１５０MPaである上記（８）〜（１
１）のいずれかの太陽電池の製造方法。

【００１５】

【作用および効果】本発明では、凹凸の母型パターンを
有するテクスチャロールにより有機フィルムを押圧し
て、母型パターンを有機フィルムに転写することによ
り、前記凹凸を有する基板を得る。テクスチャロールは
製版技術を用いて製造できるので、微小パターンを高精
度に形成できる。また、製版技術では、前記従来技術と
異なり、規則的に配列した凹凸パターンを正確に形成で
きる。また、回転するテクスチャロールにより、長尺の
有機フィルムを送りながら同時にテクスチャ構造を転写
するので、テクスチャ構造を高速にしかも再現性よく形
成でき、しかも有機フィルムの寸法が実質的に制限され
ないので、大量処理が可能である。そのため本発明で
は、高い変換効率が再現性よく得られ、しかも安価な太
陽電池が実現する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池の構成例を、図
１に部分断面図として示す。この太陽電池は、上面にテ
クスチャ構造を有する基板２上に、下部電極４、光電変
換層５および上部電極６をこの順で有する。また、図示
していないが、太陽電池の機械的ダメージ、酸化、腐食
等を抑えるために、図示する太陽電池の少なくとも上部
電極６形成側表面に、樹脂などからなる封止部材を設け
ることが好ましい。また、このような封止部材は、基板
２の裏面側にも設けることが好ましい。

【００１７】なお、図１には太陽電池セルを示してあ
り、太陽電池は、通常、複数のセルが直列に接続された
構成とされる。その場合、各セルの上部電極６上には、
通常、収集電極および配線電極が設けられる。収集電極
は、各セルにおいて発電された電力を、比抵抗の比較的
高い上部電極６表面から収集するための電極である。配
線電極は、各セルの収集電極と、隣接するセルの下部電
極とを接続するための電極である。また、セルの直列接
続の両末端には、プラス側およびマイナス側の引き出し
電極がそれぞれ設けられる。

【００１８】本発明は、上部電極６を通して光電変換層
５に光を入射させる構造の太陽電池に適用する場合に効
果が高いが、基板２を通して光電変換層５に光を入射さ
せる構造の太陽電池にも適用できる。

【００１９】以下、本発明の太陽電池の各部の構成につ
いて、詳細に説明する。

【００２０】基板２基板２は、フレキシブル性をもつ有機フィルムから構成
される。有機フィルム構成材料は特に限定されないが、
光電変換層５形成の際の加熱に耐えるために比較的耐熱
性が良好であり、かつ、テクスチャ構造を後述する方法
で形成できるように、加熱により可塑性が増す材料が好
ましく、具体的にはポリエチレンナフタレート（ＰＥ
Ｎ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、
ポリアミドまたはポリイミドアミド、特にＰＥＮまたは
ＰＥＳが好ましい。これらは、プラズマＣＶＤ膜形成時
の耐熱性、長期使用時の耐熱性、ヤング率（スティフネ
ス）、機械的特性等の面で優れた性能を有している。Ｐ
ＥＮおよびＰＥＳは、透明性にも優れている。また、こ
れらのほか、ポリアリレートも好ましい。

【００２１】基板２を通して光電変換層５に光を入射さ
せる場合、基板２は透光性を有することが必要である。

【００２２】基板２の厚さは、要求される強度、曲げ剛
性等に応じて適宜決定すればよいが、樹脂膜では、通
常、２５〜１００μmであることが好ましい。基板２が
薄すぎると、ハンドリングが困難になり、折れなどによ
る不良品が発生することがある。一方、基板２が厚すぎ
ると、基板２を通して光を入射させる構成とした場合に
光透過量が少なくなって太陽電池特性が低くなってしま
う。

【００２３】テクスチャ構造基板２の光電変換層５に対向する表面には、それぞれ規
則的に配列した凹部および凸部を有する凹凸からなるテ
クスチャ構造が存在する。規則的に配列しているとは、
特定形状の凸部と特定形状の凹部とからなる単位凹凸構
造が、繰り返し配列していることを意味する。前記凹凸
の形状は特に限定されない。たとえば、基板表面に垂直
な断面における凹部および凸部の形状（断面形状）は、
楔形、矩形、台形、凹レンズ状（凹部の場合）、凸レン
ズ状（凸部の場合）などのいずれであってもよく、凹部
と凸部とで形状が異なっていてもよい。

【００２４】凹凸は、互いに独立した孤立凹部と、それ
を包囲する凸部とから構成されてもよく、互いに独立し
た孤立凸部と、それを包囲する凹部とから構成されても
よく、互いに独立した孤立凹部と互いに独立した孤立凸
部とが隣接して配列するパターンであってもよく、多数
の溝が互いにほぼ平行に配列するパターンであってもよ
い。

【００２５】ただし、テクスチャ構造の上に形成される
光電変換層５に膜切れなどの欠陥を生じさせないために
は、凸部の頂部が平坦であるか凸曲面であることが好ま
しく、また、凹部の底面が平坦であるか凹曲面であるこ
とが好ましい。また、テクスチャ構造としての効果を高
くするためには、すなわち光利用効率を高くするために
は、凸部は、角錐台状または円錐台状であるか、それぞ
れ頂部が凸曲面である角錐状または円錐状であることが
好ましい。また、凹部は、角錐台状または円錐台状であ
るか、それぞれ底部が凹曲面である角錐状または円錐状
であることが好ましい。凸部および／または凹部がこの
ような形状であれば、テクスチャ構造による光利用効率
向上が光の入射角に依存しにくくなるので、安定した効
率向上が実現する。

【００２６】凹凸の寸法およびその配列密度は特に限定
されず、発電効率の向上度が高くなるように実験的に決
定してもよいが、通常、凹部の深さ（凸部の高さ）は１
〜３０μm、特に５μm超３０μm以下であることが好ま
しく、また、凹部の配列ピッチまたは凸部の配列ピッチ
は２〜６０μm、特に１０μm超６０μm以下であること
が好ましい。

【００２７】基板厚さに対する凹部の深さの比は、０．
４以下、特に０．２以下であることが好ましい。この比
が大きすぎると、基板の機械的強度が不十分となる。

【００２８】なお、凹凸に関する以上の説明は、図１に
おいて上部から光が入射する太陽電池についてのもので
ある。図１において下部から光が入射する太陽電池に本
発明を適用する場合には、上記説明において凹部と凸部
に、凸部を凹部にそれぞれ読み替える。

【００２９】テクスチャ構造は、発電に寄与する領域に
少なくとも設ければよいが、この領域より広く設けても
よく、基板表面の全面を覆うように設けてもよい。しか
し、テクスチャ構造の上に配線電極を形成すると、配線
電極に厚みむらが生じて配線抵抗増大による特性の低下
やばらつきが生じることがある。また、太陽電池の製造
工程では、セル構造を形成するためにレーザースクライ
ブ加工を行うが、スクライブ加工箇所にテクスチャ構造
が存在すると、レーザー光が乱反射して加工不良を招く
ことがある。したがって、このような問題が発生するお
それがある場合には、配線電極直下やスクライブ加工箇
所など、発電に寄与しない領域には設けないことが好ま
しい。

【００３０】次に、テクスチャ構造を有する有機フィル
ムからなる基板の形成方法について説明する。

【００３１】この方法では、テクスチャ構造の母型パタ
ーンが周面に形成されているテクスチャロールで有機フ
ィルムを押圧することにより、有機フィルムにテクスチ
ャ構造を直接形成する。この方法に用いる装置の構成例
を図２に示す。

【００３２】図２に示す装置では、繰り出しロール１１
に巻回されている有機フィルム２１が繰り出され、テク
スチャロール１０と平滑ロール１２とからなる一対のプ
レスロールの間を通過した後、巻き取りロール１３に巻
き取られる。平滑ロール１２は周面が平滑であるため、
テクスチャロール１０と平滑ロール１２との間を通過し
た有機フィルム２１は、一方の表面に前記母型パターン
が転写され、テクスチャ構造が形成される。

【００３３】テクスチャロールで加圧する際には、変形
が容易となるように有機フィルムは加熱された状態であ
ることが好ましい。そのためには、テクスチャロールお
よび／または平滑ロールを加熱する手段を設けて、ロー
ル表面を加熱することが好ましい。テクスチャロールに
より押圧される際の有機フィルムの温度は、３０〜４５
０℃、特に５０〜４００℃であることが好ましい。加熱
温度が低すぎると、有機フィルムが変形しにくく、凹凸
パターンを精度よく転写することが困難となる。一方、
加熱温度が高すぎると、有機フィルムが歪み、形状およ
び寸法に狂いが生じやすい。具体的な最適加熱温度は有
機フィルムの構成材料によって異なるが、加熱温度は構
成材料のガラス転移点以上である必要はない。なお、有
機フィルムは薄いため、加熱したロールと接触すると有
機フィルムは瞬時にロール温度と同じ温度まで昇温す
る。

【００３４】テクスチャロールが有機フィルムを押圧す
るときの圧力は、４０〜１５０MPa、特に５０〜１２０M
Paであることが好ましい。圧力が低すぎると、有機フィ
ルムが変形しにくく、凹凸パターンを精度よく転写する
ことが困難となる。一方、圧力が高すぎると、有機フィ
ルムが歪み、形状および寸法に狂いが生じやすい。

【００３５】図３に、基板にテクスチャ構造を形成する
ための装置の他の構成例を示す。図３に示す装置は、テ
クスチャロール１０および平滑ロール１２は加熱せず、
これらの直前に電熱ヒータ等のヒータ１４を設けてあ
り、そのほかは図２に示す装置と同じ構成である。この
装置では、ヒータ１４により有機フィルム２１を加熱し
た後、有機フィルム２１をテクスチャロール１０と平滑
ロール１２との間を通過させて、母型パターンを転写す
る。この装置における有機フィルムの好ましい加熱温度
および加圧圧力は、図２に示す装置を用いる場合と同様
である。

【００３６】なお、基板２を通して光を入射させる場
合、基板２の両面にテクスチャ構造が形成されているこ
とが好ましいが、平滑ロール１２に替えてテクスチャロ
ールを設け、有機フィルム２１を一対のテクスチャロー
ルで挟む構成とすれば、有機フィルム２１の両面に同時
にテクスチャ構造を形成することができる。

【００３７】図２に示す装置と図３に示す装置とで特に
優劣はないが、図２に示す装置のほうが、パターン転写
時に有機フィルム面内における温度分布がより一様にな
りやすい。

【００３８】なお、有機フィルムの送り速度は特に限定
されず、高速で送っても母型パターンの転写が可能であ
るが、高精度の転写を行うためには、好ましくは１〜２
００m/min、より好ましくは３〜１００m/minとする。

【００３９】次に、テクスチャロールの製造方法につい
て説明する。テクスチャロールの周面への母型パターン
形成には、製版技術を利用することが好ましい。製版技
術としては、ダイレクト製版または電子彫刻製版が好ま
しい。

【００４０】ダイレクト製版では、まず、鉄等からなる
ロール母材の周面に、必要に応じＮｉ等からなる下地層
をめっきにより設けた後、めっきによりＣｕ層を形成す
る。次いで、必要に応じ、ロール断面が真円になるよう
にＣｕ層表面を研磨した後、Ｃｕ層表面に感光液を塗布
し、感光層を形成する。次いで、母型パターンが写し込
まれたフィルムを感光層に密着させた状態で紫外線等に
より露光し、感光層に潜像を形成した後、現像する。次
いで、パターニングされた感光層から露出しているＣｕ
層を塩化第二銅液等によりエッチングした後、感光層を
剥離する。

【００４１】電子彫刻製版では、ダイレクト製版と同様
にしてＣｕ層を形成した後、ＣＡＤ（computer-aided d
esign）や画像処理等により作成したデータを用いてＣ
ｕ層表面を直接形状加工する。形状加工には、ダイヤモ
ンド針やレーザービームを用いる。

【００４２】上述した手法によってパターニングされた
Ｃｕ層表面に、硬度および耐久性向上のために保護層を
形成する。保護層は、通常、めっきにより形成したＣｒ
層および／またはＮｉ層を用いる。保護層の厚さは、好
ましくは１０〜５０μmである。保護層が薄すぎると、
めっきむらの発生により保護層が不均一になることがあ
り、保護層が厚すぎると、保護層にクラックが生じるこ
とがある。

【００４３】母型パターンとしては、基板の凸部の母型
となる凹部の頂部が、平面であるか凹曲面であるものが
好ましい。また、基板の凹部の母型となる凸部の頂部
が、平面であるか凸曲面であるものが好ましい。なお、
図４に示すように、テクスチャロール１０周面の母型パ
ターンにおいて、凹凸を構成する斜面、頂面、底面など
の各面がほぼ平面で、これら各面の境界（エッジ）が鋭
いものであっても、押圧により母型パターンを基板２に
転写すると、通常、転写されたパターンのエッジは鈍
る。たとえば、母型パターンの凹部が四角錐台であって
も、その転写により形成された基板２の凸部は、頂部が
平面とはならず滑らかな凸面となることが多い。

【００４４】下部電極４上部電極６を通して光電変換層５に光を入射させる場
合、下部電極４は、通常、金属から構成する。下部電極
を構成する金属は特に限定されず、例えば、Ａｌ、ステ
ンレス鋼、Ｔｉなどを用いればよいが、好ましくはＡｌ
を用いる。Ａｌは比抵抗が低いため、直列抵抗増大に伴
う特性の低下が少ない。ところで、太陽電池では、光電
変換層５を通って下部電極４で反射された光が再び光電
変換層５に入射し、この反射光も電気エネルギーに変換
される。そのため、下部電極４は反射率が高い方が好ま
しいが、光反射率の高いＡｌはこの点でも優れている。
さらに、Ａｌは安価である。金属から構成される下部電
極４の厚さは特に限定されないが、好ましくは０．０１
〜１０μmである。下部電極４は、スパッタ法等の真空
成膜法により形成することが好ましい。

【００４５】一方、基板２を通して光電変換層５に光を
入射させる場合、下部電極４を透明導電材料から構成す
る。用いる透明導電材料は特に限定されないが、透明
性、導電性に優れた材料、たとえばＳｎＯ₂、ＩＴＯ
（酸化インジウム錫）、ＺｎＯが好ましい。ただし、下
部電極４は光電変換層５形成時に水素プラズマに曝さ
れ、これによって透光性が劣化することがあるので、耐
水素プラズマ性に優れた材料、たとえばＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏを用いることがより好ましい。透明導電材料からなる
下部電極の厚さは、通常、１０〜１００nmとすることが
好ましい。

【００４６】拡散防止層下部電極４を金属から構成する場合、下部電極４と光電
変換層５との間には、下部電極４構成成分が光電変換層
５に拡散することを防ぎ、また、両者の界面を低抵抗に
するために、ステンレス鋼、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属からな
る拡散防止層を設けることが好ましい。拡散防止層の厚
さは、好ましくは３〜５nmである。拡散防止層は、通
常、スパッタ法等の真空成膜法により形成すればよい。

【００４７】光電変換層５光電変換層５は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合、好ましく
はｐｉｎ接合を有する。本発明の効果は、テクスチャ構
造を設けることによる光利用効率の向上であるため、光
電変換層５の構成は特に限定されず、どのような光電変
換層を設けた場合でも本発明の効果は実現する。たとえ
ば、光電変換層構成材料としては、よく用いられるＳｉ
のほか、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｄ／ＣｄＴｅなどのいず
れであってもよい。また、利用可能な波長範囲を拡大す
るために、異なる化合物からなる層を積層したタンデム
型の光電変換層としてもよい。光電変換層５の厚さは、
通常、０．２〜５０μm程度である。

【００４８】光電変換層５は、プラズマＣＶＤ法などの
真空成膜法により形成することが好ましい。形成条件は
特に限定されず、構成材料に応じて適宜設定すればよ
い。

【００４９】上部電極６上部電極６の構成材料は、光透過性が要求されるかどう
かに応じて、下部電極４と同様に透明導電材料または金
属材料から適宜選択すればよい。ただし、上部電極６構
成材料には、耐水素プラズマ性は必要とされない。ま
た、上部電極６の厚さは、下部電極４と同様に、その構
成材料に応じて決定すればよい。

【００５０】

【実施例】以下の手順で太陽電池を作製し、特性を評価
した。

【００５１】基板２厚さ５０μmのポリアミドフィルムからなる基板２の一
方の表面に、図２に示す構成の装置を用い、フィルム走行速度：２０m/min、圧力（ロール間）：６３MPa、９０MPa、１０８MPa 加熱温度：４００℃ の条件でテクスチャ構造を形成した。なお、加熱手段は
平滑ロールに内蔵させた。また、テクスチャロール１０
は、前記した電子彫刻製版を利用して作製した。テクス
チャロール１０の表面は、厚さ２０μmのＣｒめっき層
から構成した。テクスチャロール１０周面の平面図を図
５（Ａ）に、断面図を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）お
よび図５（Ｂ）に示す母型パターンは、四角錐台状の孤
立凹部１０Ｄが凸部１０Ｐに包囲された構造である。孤
立凹部１０Ｄは、深さＤ、配列ピッチＰ、底面の幅Ｗお
よび側面の傾斜角θがＤ＝１５μm、Ｐ＝２８μm、Ｗ＝３μm、 θ＝６０° である。

【００５２】下部電極４次に、厚さ３００nmのＡｌ層および厚さ９０nmのＧａ添
加ＺｎＯ層からなる下部電極４を、ＤＣスパッタ法によ
り形成した。なお、ＺｎＯ層は、光学干渉による増反射
効果を得るための層である。スパッタ条件は、Ａｌ層で
は使用ガス：Ａｒ、圧力：６６．７Pa、投入電力：２．２W/cm²、基板温度：室温とし、ＺｎＯ層では使用ガス：Ａｒ、圧力：６６．７Pa、投入電力：０．５W/cm²、基板温度：室温とした。

【００５３】光電変換層５次いで、下部電極４上に、ｎ層、ｉ層およびｐ層からな
る多結晶Ｓｉ光電変換層を下記条件でプラズマＣＶＤ法
により形成した。

【００５４】ｎ層使用ガスおよび流量：ＰＨ₃／Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝０．０６s
ccm／８００sccm／５sccm、圧力：１３３．３Pa、投入電力：５０mW/cm²、基板温度：２２０℃、厚さ：５０nm

【００５５】ｉ層使用ガスおよび流量：Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝１０００sccm／２
０sccm、圧力：２６．７Pa、投入電力：６００mW/cm²、基板温度：２２０℃、厚さ：１６００nm

【００５６】ｐ層使用ガスおよび流量：Ｂ₂Ｈ₆／Ｈ₂／ＳｉＨ₄＝０．０２
sccm／９００sccm／４sccm、圧力：６６．７Pa、投入電力：１８０mW/cm²、基板温度：１２０℃、厚さ：１５nm

【００５７】上部電極６次に、ＩＴＯからなる厚さ６０nmの上部電極６を、ＤＣ
スパッタ法により形成した。スパッタ条件は、使用ガスおよび圧力：Ａｒ／Ｏ₂＝０．４Pa／０．０８P
a、投入電力：０．３W/cm²、基板温度：室温とした。

【００５８】次いで、配線電極および取り出し電極を形
成して、太陽電池の実施例サンプルとした。

【００５９】また、基板２にテクスチャ構造を形成しな
かったほかは上記と同様にして、太陽電池の比較例サン
プルを作製した。

【００６０】評価実施例サンプルで用いた基板２のテクスチャ構造形成面
上に、反射層として厚さ１００nmのＡｌ膜を形成するこ
とにより、拡散反射率測定用の実施例サンプルを得た。
また、比較例サンプルで用いた基板２上に厚さ１００nm
のＡｌ膜を直接形成して、拡散反射率測定用の比較例サ
ンプルを作製した。

【００６１】各拡散反射率測定用サンプルについて、拡
散反射率を測定した。なお、入射角と反射角とが等しい
反射が正反射であり、反射光に対して正反射の反射光が
占める割合が正反射率、正反射以外の反射光の占める割
合が拡散反射率、正反射率と拡散反射率との合計が積分
反射率である。本明細書では、測定光を基板表面に対し
て垂直に入射させ、正反射の反射光から５°以内の角度
にある反射光を正反射光として扱い、拡散反射率を算出
する。具体的には、積分反射率および正反射率を測定
し、拡散反射率＝１００×（積分反射率−正反射率）／積分
反射率（％）により拡散反射率を求めた。

【００６２】拡散反射率は波長３００〜８００nmにおい
て測定し、この波長範囲における拡散反射率の積分値を
算出した。次いで、比較例サンプルの積分値Ｓ(0)に対
する実施例サンプルの積分値Ｓの比Ｓ／Ｓ(0)を求め
た。図６に、テクスチャ構造形成時のロール間の圧力
（処理圧力）と、Ｓ／Ｓ(0)との関係を示す。

【００６３】また、太陽電池の実施例サンプルについ
て、ソーラーシュミレーターを用い、上部電極６側から
光を照射し、短絡電流Ｉscを測定した。また、比較例サ
ンプルについても同様にして短絡電流Ｉsc(0)を測定し
た。図７に、上記した拡散反射率の積分比Ｓ／Ｓ(0)
と、短絡電流比Ｉsc／Ｉsc(0)との関係を示す。

【００６４】図６および図７から、本発明の効果が明ら
かである。すなわち、テクスチャ構造を設けることによ
り拡散反射率が向上し、その結果、短絡電流（光電流）
が顕著に増えている。

【００６５】なお、テクスチャ構造転写時のロール間圧
力によって拡散反射率が異なるのは、転写されるパター
ンの深さ（高さ）が転写時の圧力によって異なるためで
ある。ただし、各基板ともに、転写により形成された凸
部は、頂部が凸曲面である四角錐状であり、その高さは
６〜１４μmであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成例を示す部分断面図で
ある。

【図２】基板の製造装置の構成例を示す図である。

【図３】基板の製造装置の他の構成例を示す図である。

【図４】テクスチャロールで基板を押圧した状態を示す
断面図である。

【図５】基板の製造に用いるテクスチャロールの表面構
造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図６】基板にテクスチャ構造を形成する際に加えた圧
力と、基板の拡散反射率の積分比との関係を示すグラフ
である。

【図７】基板の拡散反射率の積分比と太陽電池の短絡電
流の比との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２基板２１有機フィルム４下部電極５光電変換層６上部電極１０テクスチャロール１１繰り出しロール１２平滑ロール１３巻き取りロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松瀬充貴東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者高山勝東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 BA15 GA03 GA05 GA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレキシブル性をもち、上面にテクスチ
ャ構造を有する有機フィルムからなる基板上に、下部電
極、光電変換層および上部電極をこの順で有する太陽電
池であって、前記テクスチャ構造は、それぞれ規則的に配列した凹部
および凸部を有する凹凸からなり、かつ、基板の一部を
形状加工することにより形成されたものである太陽電
池。
【請求項２】前記凸部の頂部が平面であるか凸曲面で
ある請求項１の太陽電池。
【請求項３】前記凹部の底部が平面であるか凹曲面で
ある請求項１または２の太陽電池。
【請求項４】前記凸部は、角錐台状または円錐台状で
あるか、それぞれ頂部が凸曲面である角錐状または円錐
状である請求項１〜３のいずれかの太陽電池。
【請求項５】前記凹部は、角錐台状または円錐台状で
あるか、それぞれ底部が凹曲面である角錐状または円錐
状である請求項１〜４のいずれかの太陽電池。
【請求項６】基板厚さに対する凹部の深さの比が０．
４以下である請求項１〜５のいずれかの太陽電池。
【請求項７】基板が、ポリエチレンナフタレート、ポ
リエーテルサルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリイ
ミドアミドまたはポリアリレートから構成される請求項
１〜６のいずれかの太陽電池。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかの太陽電池を製
造する方法であって、基板を製造するに際し、前記凹凸の母型パターンが形成
されたテクスチャロールで押圧することにより、前記有
機フィルム表面に前記凹凸を形成する工程を有する太陽
電池の製造方法。
【請求項９】前記母型パターンにおいて、前記凸部の
母型となる凹部の頂部が、平面であるか凹曲面である請
求項８の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】前記母型パターンにおいて、前記凹部
の母型となる凸部の頂部が、平面であるか凸曲面である
請求項８または９の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】テクスチャロールにより押圧される有
機フィルムの温度が３０〜４５０℃である請求項８〜１
０のいずれかの太陽電池の製造方法。
【請求項１２】テクスチャロールが有機フィルムを押
圧するときの圧力が４０〜１５０MPaである請求項８〜
１１のいずれかの太陽電池の製造方法。