JP2003303979A - 薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方法 - Google Patents
薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池セル形成時に高温加熱されてもガス
発生量が少なく、テクスチャー効果によって高光電変換
効率を呈する薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板を
提供する。 【構成】 Ｓｉ−Ｏ結合を主骨格とし、アルキル基，ア
ルケニル基，フェニル基等が側鎖として付加されたシリ
コーン系樹脂にシリカ，酸化チタン，アルミナ等の無機
充填剤を配合したシリコーン系塗料を金属基板に塗布
し、３００〜３８０℃×１００〜２００秒で一次焼成し
た後、４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
する。 【効果】 二段焼成で形成された絶縁皮膜は、５００℃
に真空加熱されてもガス発生量が少なく、薄膜多結晶シ
リコン太陽電池セル形成装置を汚染しない。
発生量が少なく、テクスチャー効果によって高光電変換
効率を呈する薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板を
提供する。 【構成】 Ｓｉ−Ｏ結合を主骨格とし、アルキル基，ア
ルケニル基，フェニル基等が側鎖として付加されたシリ
コーン系樹脂にシリカ，酸化チタン，アルミナ等の無機
充填剤を配合したシリコーン系塗料を金属基板に塗布
し、３００〜３８０℃×１００〜２００秒で一次焼成し
た後、４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
する。 【効果】 二段焼成で形成された絶縁皮膜は、５００℃
に真空加熱されてもガス発生量が少なく、薄膜多結晶シ
リコン太陽電池セル形成装置を汚染しない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性，熱安定性に優
れ、テクスチャー効果によって高い光電変換効率を示す
薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方
法に関する。
れ、テクスチャー効果によって高い光電変換効率を示す
薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】環境負荷の少ない太陽光発電は、クリー
ンな石油代替エネルギーとして大きな期待が寄せられて
いる。種々の太陽光発電がこれまで開発されているが、
主流はシリコン半導体を用いた方式であり、バルク型，
薄膜型に大別される。バルク型の単結晶シリコンや多結
晶シリコンは、シリコンの消費量が多く、半導体の生産
動向にシリコンの調達価格が大きく影響される嫌いがあ
る。薄膜型の代表であるアモルファスシリコンは、半導
体層が１μｍ程度の薄膜であるためシリコン消費量が少
なく、省資源，省エネルギーで製造でき、低コスト化が
可能である。太陽電池の普及が最も期待されている形態
に、住宅用太陽発電システムを用いた屋根一体型の太陽
電池がある。屋根一体型太陽電池用基板には、波型形状
等の適宜の形状に加工できるフレキシブルな金属板の使
用が好ましい。金属板は、ガラス板に比較して可撓性に
優れ、樹脂フィルムにない耐熱性をもつことも長所であ
る。金属製基板では、基板表面に設けられた絶縁皮膜を
介して太陽電池セルが作りこまれる。
ンな石油代替エネルギーとして大きな期待が寄せられて
いる。種々の太陽光発電がこれまで開発されているが、
主流はシリコン半導体を用いた方式であり、バルク型，
薄膜型に大別される。バルク型の単結晶シリコンや多結
晶シリコンは、シリコンの消費量が多く、半導体の生産
動向にシリコンの調達価格が大きく影響される嫌いがあ
る。薄膜型の代表であるアモルファスシリコンは、半導
体層が１μｍ程度の薄膜であるためシリコン消費量が少
なく、省資源，省エネルギーで製造でき、低コスト化が
可能である。太陽電池の普及が最も期待されている形態
に、住宅用太陽発電システムを用いた屋根一体型の太陽
電池がある。屋根一体型太陽電池用基板には、波型形状
等の適宜の形状に加工できるフレキシブルな金属板の使
用が好ましい。金属板は、ガラス板に比較して可撓性に
優れ、樹脂フィルムにない耐熱性をもつことも長所であ
る。金属製基板では、基板表面に設けられた絶縁皮膜を
介して太陽電池セルが作りこまれる。
【０００３】薄膜多結晶シリコン太陽電池単結晶は、シ
リコンや多結晶シリコンを用いた太陽電池と比較すると
光電変換効率に劣る。光電変換効率を高めるため、アモ
ルファスシリコン等の薄膜が形成される下部電極や基板
に関する種々の改良が従来から提案されている。たとえ
ば、下部電極を凹凸のある表面形態（テクスチャー構
造）にすると、入射光が下部電極表面で多重散乱反射
し、効率よく電力に変換される（特開平３−６２９７４
号公報）。金属基板上に絶縁性微粒子を分散させた有機
シリケートを塗布し、絶縁皮膜自体をテクスチャー構造
にすることによっても光電変換効率が向上する（特許第
２６６３４１４号明細書）。
リコンや多結晶シリコンを用いた太陽電池と比較すると
光電変換効率に劣る。光電変換効率を高めるため、アモ
ルファスシリコン等の薄膜が形成される下部電極や基板
に関する種々の改良が従来から提案されている。たとえ
ば、下部電極を凹凸のある表面形態（テクスチャー構
造）にすると、入射光が下部電極表面で多重散乱反射
し、効率よく電力に変換される（特開平３−６２９７４
号公報）。金属基板上に絶縁性微粒子を分散させた有機
シリケートを塗布し、絶縁皮膜自体をテクスチャー構造
にすることによっても光電変換効率が向上する（特許第
２６６３４１４号明細書）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】下部電極や絶縁皮膜に
テクスチャー構造をつけた場合でも、光電変換効率は最
大９.５%程度に留まる。太陽電池の一層の普及を図るた
めには、光電変換効率を更に向上させることが必要であ
る。そこで、薄膜型の長所である低コストを活かしなが
らも、高光電変換効率が期待できる薄膜多結晶シリコン
太陽電池が注目され、開発が進められている。薄膜多結
晶シリコン太陽電池の製造条件に工夫を加えることによ
り、光電変換効率の向上が図られる。たとえば、アモル
ファスシリコン堆積時の温度が２００〜３００℃であっ
た従来法に比較し、セル形成時に４００〜５００℃の高
温に加熱すると堆積したシリコンが多結晶化し、光電変
換効率が向上する。薄膜多結晶シリコン太陽電池は、変
換効率が１２％程度に高くなるが、単結晶シリコン太陽
電池（１８％），多結晶シリコン太陽電池（１５％）に
比較すると依然として低い光電変換効率である。
テクスチャー構造をつけた場合でも、光電変換効率は最
大９.５%程度に留まる。太陽電池の一層の普及を図るた
めには、光電変換効率を更に向上させることが必要であ
る。そこで、薄膜型の長所である低コストを活かしなが
らも、高光電変換効率が期待できる薄膜多結晶シリコン
太陽電池が注目され、開発が進められている。薄膜多結
晶シリコン太陽電池の製造条件に工夫を加えることによ
り、光電変換効率の向上が図られる。たとえば、アモル
ファスシリコン堆積時の温度が２００〜３００℃であっ
た従来法に比較し、セル形成時に４００〜５００℃の高
温に加熱すると堆積したシリコンが多結晶化し、光電変
換効率が向上する。薄膜多結晶シリコン太陽電池は、変
換効率が１２％程度に高くなるが、単結晶シリコン太陽
電池（１８％），多結晶シリコン太陽電池（１５％）に
比較すると依然として低い光電変換効率である。
【０００５】４００〜５００℃の高温加熱は、光電変換
効率の向上に有効な多結晶化を進行させるが、絶縁皮膜
に含まれる有機成分が熱分解しやすくなる。熱分解でガ
スが発生すると、薄膜多結晶シリコン太陽電池セル形成
装置のチャンバが汚染され、生産性低下ばかりでなく、
作製された薄膜多結晶シリコン層に欠陥が導入されやす
くなる。本発明者等も、光電変換効率の高い薄膜多結晶
シリコン太陽電池用絶縁基板として、平均粒径３〜３０
０ｎｍの無機充填剤を５〜３０質量％配合したシリコー
ン系塗料を用いて樹脂皮膜を金属基板表面に形成するこ
とを提案した（特願２０００−２８９８７９号）。この
樹脂皮膜は、無機充填剤の分散によって光電変換効率に
有効なテクスチャー構造がつけられている。しかし、高
温加熱時のガス発生には十分な対策が採られていない。
効率の向上に有効な多結晶化を進行させるが、絶縁皮膜
に含まれる有機成分が熱分解しやすくなる。熱分解でガ
スが発生すると、薄膜多結晶シリコン太陽電池セル形成
装置のチャンバが汚染され、生産性低下ばかりでなく、
作製された薄膜多結晶シリコン層に欠陥が導入されやす
くなる。本発明者等も、光電変換効率の高い薄膜多結晶
シリコン太陽電池用絶縁基板として、平均粒径３〜３０
０ｎｍの無機充填剤を５〜３０質量％配合したシリコー
ン系塗料を用いて樹脂皮膜を金属基板表面に形成するこ
とを提案した（特願２０００−２８９８７９号）。この
樹脂皮膜は、無機充填剤の分散によって光電変換効率に
有効なテクスチャー構造がつけられている。しかし、高
温加熱時のガス発生には十分な対策が採られていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、先願で提案し
た耐熱性，絶縁性に優れテクスチャー構造によって高光
電変換効率を示す薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基
板を更に改良すべく検討した結果、一次，二次の二段階
焼成でセル形成用高温加熱時のガス発生を抑制すること
により、薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板の熱安
定性を改善することを目的とする。
た耐熱性，絶縁性に優れテクスチャー構造によって高光
電変換効率を示す薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基
板を更に改良すべく検討した結果、一次，二次の二段階
焼成でセル形成用高温加熱時のガス発生を抑制すること
により、薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板の熱安
定性を改善することを目的とする。
【０００７】本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶
縁基板は、その目的を達成するため、３００〜３８０℃
×１００〜２００秒の一次焼成及び４００〜５００℃×
２００〜３００秒の二次焼成で焼き付けられたシリコー
ン系塗料からなる絶縁皮膜が金属基板表面に形成されて
いることを特徴とする。シリコーン系塗料には、一般式 で表されるシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を主鎖骨格
とするシリコーン系樹脂に無機充填剤を配合した塗料が
使用される。シリコーン系塗料を金属基板に塗布した
後、３００〜３８０℃×１００〜２００秒の一次焼成に
続けて４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
することにより絶縁皮膜が金属基板上に形成される。無
機充填剤には平均粒径３〜３００ｎｍのシリカ，酸化チ
タン，アルミナ等が使用され、５〜３０質量％の割合で
シリコーン系樹脂に配合される。二段焼成で形成された
絶縁皮膜は、４００〜５００℃の温度域において優れた
熱安定性を示す。金属基板には、ステンレス鋼板，普通
鋼板，溶融Ａｌめっき鋼板，アルミニウム板，アルミニ
ウム合金板，銅板等がある。金属基板は、シリコーン系
塗料の塗布に先立って水洗，湯洗，アルカリ又は有機溶
剤を用いた脱脂，酸洗，塗布型クロメート処理等の前処
理が適宜施される。
縁基板は、その目的を達成するため、３００〜３８０℃
×１００〜２００秒の一次焼成及び４００〜５００℃×
２００〜３００秒の二次焼成で焼き付けられたシリコー
ン系塗料からなる絶縁皮膜が金属基板表面に形成されて
いることを特徴とする。シリコーン系塗料には、一般式 で表されるシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を主鎖骨格
とするシリコーン系樹脂に無機充填剤を配合した塗料が
使用される。シリコーン系塗料を金属基板に塗布した
後、３００〜３８０℃×１００〜２００秒の一次焼成に
続けて４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
することにより絶縁皮膜が金属基板上に形成される。無
機充填剤には平均粒径３〜３００ｎｍのシリカ，酸化チ
タン，アルミナ等が使用され、５〜３０質量％の割合で
シリコーン系樹脂に配合される。二段焼成で形成された
絶縁皮膜は、４００〜５００℃の温度域において優れた
熱安定性を示す。金属基板には、ステンレス鋼板，普通
鋼板，溶融Ａｌめっき鋼板，アルミニウム板，アルミニ
ウム合金板，銅板等がある。金属基板は、シリコーン系
塗料の塗布に先立って水洗，湯洗，アルカリ又は有機溶
剤を用いた脱脂，酸洗，塗布型クロメート処理等の前処
理が適宜施される。
【０００８】
【作用】塗料ベースのシリコーン系樹脂は、シロキサン
結合を主骨格とし、無機充填剤に対して優れた分散性，
親和性を呈する。シリコーン系樹脂は、分解温度（約４
２０℃）以上に加熱されると徐々に分解する。分解生成
物であるシリカは絶縁皮膜に残存するが、無機充填剤と
互いに結合し皮膜強度を向上させる。しかも、未分解の
シロキサン結合が絶縁皮膜に残存しているのでヒートク
ラックを防止する程度の柔軟性が確保され、塗膜の結合
全体に対する無機結合の比率が高いことから熱安定性に
も優れた絶縁皮膜となる。
結合を主骨格とし、無機充填剤に対して優れた分散性，
親和性を呈する。シリコーン系樹脂は、分解温度（約４
２０℃）以上に加熱されると徐々に分解する。分解生成
物であるシリカは絶縁皮膜に残存するが、無機充填剤と
互いに結合し皮膜強度を向上させる。しかも、未分解の
シロキサン結合が絶縁皮膜に残存しているのでヒートク
ラックを防止する程度の柔軟性が確保され、塗膜の結合
全体に対する無機結合の比率が高いことから熱安定性に
も優れた絶縁皮膜となる。
【０００９】形成された絶縁皮膜は全体的に熱安定性が
向上し、薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造過程で絶縁
皮膜上にシリコンを堆積させて多結晶化する際の加熱温
度４００〜５００℃においても熱分解が抑制されている
ので発生ガス量が大幅に低減する。実際、５００℃に真
空加熱したときのチャンバの真空度を測定しても、加熱
開始から１０分経過した時点で雰囲気圧が１０-4Ｐａ以
下の高真空度に到達しており、熱分解で発生するガスに
よる悪影響はみられない。
向上し、薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造過程で絶縁
皮膜上にシリコンを堆積させて多結晶化する際の加熱温
度４００〜５００℃においても熱分解が抑制されている
ので発生ガス量が大幅に低減する。実際、５００℃に真
空加熱したときのチャンバの真空度を測定しても、加熱
開始から１０分経過した時点で雰囲気圧が１０-4Ｐａ以
下の高真空度に到達しており、熱分解で発生するガスに
よる悪影響はみられない。
【００１０】絶縁皮膜に分散している無機充填剤は、絶
縁皮膜の表面粗さを調節し、光電変換効率の向上に有効
なテクスチャー構造を皮膜表面に形成する。絶縁皮膜の
表面粗さは、平均粒径３〜３００ｎｍの無機充填剤によ
ってＲmax：０.３〜１.５μｍの範囲に収められる。Ｒm
ax：０.３〜１.５μｍの表面粗さは、絶縁皮膜に入射す
る太陽光の多重散乱を促進させ、斜め方向の進行によっ
て実効的な光路長も長くなるテクスチャー効果を発現さ
せる。その結果、凹凸がほとんどない絶縁皮膜に比較し
て、著しく高い光電変換効率が得られる。
縁皮膜の表面粗さを調節し、光電変換効率の向上に有効
なテクスチャー構造を皮膜表面に形成する。絶縁皮膜の
表面粗さは、平均粒径３〜３００ｎｍの無機充填剤によ
ってＲmax：０.３〜１.５μｍの範囲に収められる。Ｒm
ax：０.３〜１.５μｍの表面粗さは、絶縁皮膜に入射す
る太陽光の多重散乱を促進させ、斜め方向の進行によっ
て実効的な光路長も長くなるテクスチャー効果を発現さ
せる。その結果、凹凸がほとんどない絶縁皮膜に比較し
て、著しく高い光電変換効率が得られる。
【００１１】
【実施の形態】シリコーン系塗料から作成された絶縁皮
膜は、シロキサン結合（主骨格）に付加された側鎖の有
機結合及び無機充填剤によって柔軟性が付与されてい
る。側鎖基Ｒ1〜Ｒ4は、熱安定性を考慮すると全てを耐
熱性に優れたフェニル基にすることが考えられるが、焼
成時に結合が切れるアルキル基，アルケニル基を一部の
側鎖Ｒ1．Ｒ2として導入すると、下地金属に対する絶縁
皮膜の密着性が確保される。また、アルキル基，アルケ
ニル基よりも耐熱性の良好なフェニル基を多くする（ｍ
＜ｎ）ことにより，塗膜全体の耐熱性が向上する。その
結果，薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造過程で絶縁皮
膜上に堆積させたシリコンを多結晶化する際の加熱温度
域４００〜５００℃においても、塗膜の分解，ひいては
ガス発生が抑制される。
膜は、シロキサン結合（主骨格）に付加された側鎖の有
機結合及び無機充填剤によって柔軟性が付与されてい
る。側鎖基Ｒ1〜Ｒ4は、熱安定性を考慮すると全てを耐
熱性に優れたフェニル基にすることが考えられるが、焼
成時に結合が切れるアルキル基，アルケニル基を一部の
側鎖Ｒ1．Ｒ2として導入すると、下地金属に対する絶縁
皮膜の密着性が確保される。また、アルキル基，アルケ
ニル基よりも耐熱性の良好なフェニル基を多くする（ｍ
＜ｎ）ことにより，塗膜全体の耐熱性が向上する。その
結果，薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造過程で絶縁皮
膜上に堆積させたシリコンを多結晶化する際の加熱温度
域４００〜５００℃においても、塗膜の分解，ひいては
ガス発生が抑制される。
【００１２】無機充填剤は、平均粒径が３〜３００ｎｍ
の耐熱性に優れ比較的安価なシリカ，酸化チタン，アル
ミナがあり、シリコーン系樹脂に対して５〜３０質量％
の割合で配合される。無機充填剤は、アスペクト比の大
きな鱗片状や繊維状よりも、先鋭なエッジのない球状に
近い粒子形状をもつものが好ましい。無機充填剤の分散
によるテクスチャー構造の発現は、平均粒径３ｎｍ以上
の無機充填剤で顕著になる。平均粒径３ｎｍ未満の無機
充填剤では凝集力が大きすぎ、絶縁皮膜の表面に極端に
大きな凹凸をつける二次粒子となる。極端に大きな凹凸
は、薄膜多結晶シリコン層に膜切れ現象を発生させ、結
果として上部電極と下部電極との接触に起因する短絡発
生の原因になる。逆に平均粒径が３００ｎｍをこえる無
機充填剤は、粒子相互間の凝集力が小さいものの、粒子
自体の径が大き過ぎることから僅かな凝集でも絶縁皮膜
の表面凹凸が比較的なだらかな形状で大きくなる。その
結果、光電変換効率を低下させる厚みムラが薄膜多結晶
シリコン層に生じる。
の耐熱性に優れ比較的安価なシリカ，酸化チタン，アル
ミナがあり、シリコーン系樹脂に対して５〜３０質量％
の割合で配合される。無機充填剤は、アスペクト比の大
きな鱗片状や繊維状よりも、先鋭なエッジのない球状に
近い粒子形状をもつものが好ましい。無機充填剤の分散
によるテクスチャー構造の発現は、平均粒径３ｎｍ以上
の無機充填剤で顕著になる。平均粒径３ｎｍ未満の無機
充填剤では凝集力が大きすぎ、絶縁皮膜の表面に極端に
大きな凹凸をつける二次粒子となる。極端に大きな凹凸
は、薄膜多結晶シリコン層に膜切れ現象を発生させ、結
果として上部電極と下部電極との接触に起因する短絡発
生の原因になる。逆に平均粒径が３００ｎｍをこえる無
機充填剤は、粒子相互間の凝集力が小さいものの、粒子
自体の径が大き過ぎることから僅かな凝集でも絶縁皮膜
の表面凹凸が比較的なだらかな形状で大きくなる。その
結果、光電変換効率を低下させる厚みムラが薄膜多結晶
シリコン層に生じる。
【００１３】無機充填剤は、光電変換効率の向上に有効
なテクスチャー構造を形成するため５質量％以上の割合
でシリコーン系樹脂に配合される。無機充填剤の配合量
が少なすぎると、絶縁皮膜の表面凹凸化に必要な粒子の
絶対量が不足し、目標とするテクスチャー構造が形成さ
れない。無機充填剤の配合量不足は、シリコン堆積・加
熱時にヒートクラックが絶縁皮膜に発生する原因にもな
る。逆に過剰量の無機充填剤を配合すると、粒子が過度
に凝集して絶縁皮膜に付けた凹凸が極端に大きくなり、
薄膜多結晶シリコン層に膜切れが生じやすくなる。シリ
コーン系塗料は、好ましくは絶縁皮膜の乾燥膜厚が３〜
２０μｍになる塗布量で金属基板に塗布される。乾燥膜
厚３μｍ以上で、ピンホール，未塗装部分等の欠陥がな
くなり、光電変換効率の向上に有効なテクスチャー構造
が絶縁皮膜全面につけられる。逆に２０μｍを超える厚
膜では、大量のシリコーン系塗料を浪費するだけでな
く、金属基板に対する絶縁皮膜の密着性も低下しやす
い。
なテクスチャー構造を形成するため５質量％以上の割合
でシリコーン系樹脂に配合される。無機充填剤の配合量
が少なすぎると、絶縁皮膜の表面凹凸化に必要な粒子の
絶対量が不足し、目標とするテクスチャー構造が形成さ
れない。無機充填剤の配合量不足は、シリコン堆積・加
熱時にヒートクラックが絶縁皮膜に発生する原因にもな
る。逆に過剰量の無機充填剤を配合すると、粒子が過度
に凝集して絶縁皮膜に付けた凹凸が極端に大きくなり、
薄膜多結晶シリコン層に膜切れが生じやすくなる。シリ
コーン系塗料は、好ましくは絶縁皮膜の乾燥膜厚が３〜
２０μｍになる塗布量で金属基板に塗布される。乾燥膜
厚３μｍ以上で、ピンホール，未塗装部分等の欠陥がな
くなり、光電変換効率の向上に有効なテクスチャー構造
が絶縁皮膜全面につけられる。逆に２０μｍを超える厚
膜では、大量のシリコーン系塗料を浪費するだけでな
く、金属基板に対する絶縁皮膜の密着性も低下しやす
い。
【００１４】シリコーン系樹脂に無機充填剤を配合して
調製したシリコーン系塗料は、ロールコート法，カーテ
ンフローコート法，スプレー法等で金属基板に塗布さ
れ、３００〜３８０℃×１００〜２００秒で一次焼成し
た後、４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
される。一次焼成によりフクレ等の欠陥がない皮膜が形
成される。しかし、この皮膜には溶媒が残存しているの
で、４００℃を超える二次焼成によって溶媒を完全に除
去する。３００〜３８０℃×１００〜２００秒の一次焼
成及び４００〜５００℃×２００〜３００秒の二次焼成
は、通常のプレコート鋼板連続塗装設備を用いて実施で
きる。プレコート鋼板連続塗装設備が使用可能なこと
は、製造コストの低減にもつながる。シリコーン系塗料
の溶媒は、３００℃以上，１００秒以上の一次焼成及び
４００℃以上，２００秒以上の二次焼成によって絶縁皮
膜から完全に除去される。その結果、絶縁皮膜は熱安定
性に優れ、セル形成時に４００〜５００℃に高温加熱さ
れても熱分解で発生したガスの悪影響がみられない。実
際、５００℃真空加熱で、加熱時間１０分以内に到達真
空度が１０-4Ｐａより高真空に達する。
調製したシリコーン系塗料は、ロールコート法，カーテ
ンフローコート法，スプレー法等で金属基板に塗布さ
れ、３００〜３８０℃×１００〜２００秒で一次焼成し
た後、４００〜５００℃×２００〜３００秒で二次焼成
される。一次焼成によりフクレ等の欠陥がない皮膜が形
成される。しかし、この皮膜には溶媒が残存しているの
で、４００℃を超える二次焼成によって溶媒を完全に除
去する。３００〜３８０℃×１００〜２００秒の一次焼
成及び４００〜５００℃×２００〜３００秒の二次焼成
は、通常のプレコート鋼板連続塗装設備を用いて実施で
きる。プレコート鋼板連続塗装設備が使用可能なこと
は、製造コストの低減にもつながる。シリコーン系塗料
の溶媒は、３００℃以上，１００秒以上の一次焼成及び
４００℃以上，２００秒以上の二次焼成によって絶縁皮
膜から完全に除去される。その結果、絶縁皮膜は熱安定
性に優れ、セル形成時に４００〜５００℃に高温加熱さ
れても熱分解で発生したガスの悪影響がみられない。実
際、５００℃真空加熱で、加熱時間１０分以内に到達真
空度が１０-4Ｐａより高真空に達する。
【００１５】これに対し、３００℃未満，１００秒未満
以上の一次焼成又は４００℃未満，２００秒未満の二次
焼成で得られる絶縁皮膜では溶媒が残存しやすい。溶媒
が残留している絶縁皮膜を５００℃真空加熱すると、到
達真空度が１０分経過後も１０-2〜１０-3Ｐａと低く、
薄膜多結晶シリコン太陽電池セル形成装置のチャンバが
発生ガスで汚染され、薄膜多結晶シリコン層に欠陥が導
入されやすくなる。逆に、３８０℃を超える高温加熱や
２００秒を越える長時間加熱の一次焼成では、溶媒の急
激な蒸発に起因してワキが発生しやすくなる。また、５
００℃を超える高温加熱や３００秒を越える長時間加熱
の二次焼成では、ラインの生産性が低下することは勿
論、シリコーン系樹脂の分解・焼失に起因したピンホー
ル状欠陥が絶縁皮膜に発生しやすくなる。ワキやピンホ
ール状欠陥は、太陽電池セル間を短絡させる原因にな
る。
以上の一次焼成又は４００℃未満，２００秒未満の二次
焼成で得られる絶縁皮膜では溶媒が残存しやすい。溶媒
が残留している絶縁皮膜を５００℃真空加熱すると、到
達真空度が１０分経過後も１０-2〜１０-3Ｐａと低く、
薄膜多結晶シリコン太陽電池セル形成装置のチャンバが
発生ガスで汚染され、薄膜多結晶シリコン層に欠陥が導
入されやすくなる。逆に、３８０℃を超える高温加熱や
２００秒を越える長時間加熱の一次焼成では、溶媒の急
激な蒸発に起因してワキが発生しやすくなる。また、５
００℃を超える高温加熱や３００秒を越える長時間加熱
の二次焼成では、ラインの生産性が低下することは勿
論、シリコーン系樹脂の分解・焼失に起因したピンホー
ル状欠陥が絶縁皮膜に発生しやすくなる。ワキやピンホ
ール状欠陥は、太陽電池セル間を短絡させる原因にな
る。
【００１６】
【実施例】アルカリ脱脂した板厚０.３０ｍｍのＳＵＳ
４３０ステンレス鋼板を金属基板に使用した。表１のシ
リコーン系塗料を金属基板に塗布し、３５０℃×１２０
秒の一次焼成後に４００℃×１２０秒で二次焼成するこ
とにより、乾燥膜厚１０μｍの絶縁皮膜を形成した。 〔絶縁皮膜からのガス発生の評価〕絶縁皮膜が形成され
た金属基板から試験片を切り出し、真空焼鈍炉のチャン
バ内に試験片をセットした。チャンバ内で５００℃に加
熱した試験片を継続保持し、所定経過時間ごとにチャン
バ内の到達真空度を測定し、ガス発生の指標とした。加
熱時間１０分を基準とし、加熱時間１０分以内に到達真
空度が１０-4Ｐａ領域に達したものを○，１０分過ぎて
も１０-4Ｐａに達しないものを×と絶縁皮膜の熱安定性
を評価した。
４３０ステンレス鋼板を金属基板に使用した。表１のシ
リコーン系塗料を金属基板に塗布し、３５０℃×１２０
秒の一次焼成後に４００℃×１２０秒で二次焼成するこ
とにより、乾燥膜厚１０μｍの絶縁皮膜を形成した。 〔絶縁皮膜からのガス発生の評価〕絶縁皮膜が形成され
た金属基板から試験片を切り出し、真空焼鈍炉のチャン
バ内に試験片をセットした。チャンバ内で５００℃に加
熱した試験片を継続保持し、所定経過時間ごとにチャン
バ内の到達真空度を測定し、ガス発生の指標とした。加
熱時間１０分を基準とし、加熱時間１０分以内に到達真
空度が１０-4Ｐａ領域に達したものを○，１０分過ぎて
も１０-4Ｐａに達しないものを×と絶縁皮膜の熱安定性
を評価した。
【００１７】〔光電変換効率の評価〕絶縁皮膜上に、次
の工程で太陽電池を作り込んだ。３５ｍｍ角の絶縁皮膜
表面に金属アルミニウムを蒸着して下部電極を形成した
後，下部電極上に加熱温度５００℃で薄膜多結晶シリコ
ン層をプラズマＣＶＤ法により成膜した。次いで，薄膜
多結晶シリコン層をマスキングした後、酸化インジウム
をスパッタリングし、１０ｍｍ角の透光性上部電極９個
を薄膜多結晶シリコン層の上に設けた。上部電極形成後
に、上部電極から下部電極までをレーザ切断し、９個の
セルに分割した。次いで、ボンディングにより９個のセ
ルを直列接続し、一つのモジュールを形成した。得られ
た各太陽電池モジュールの光電変換効率をソーラシミュ
レータ（山下電装株式会社製）で測定した。
の工程で太陽電池を作り込んだ。３５ｍｍ角の絶縁皮膜
表面に金属アルミニウムを蒸着して下部電極を形成した
後，下部電極上に加熱温度５００℃で薄膜多結晶シリコ
ン層をプラズマＣＶＤ法により成膜した。次いで，薄膜
多結晶シリコン層をマスキングした後、酸化インジウム
をスパッタリングし、１０ｍｍ角の透光性上部電極９個
を薄膜多結晶シリコン層の上に設けた。上部電極形成後
に、上部電極から下部電極までをレーザ切断し、９個の
セルに分割した。次いで、ボンディングにより９個のセ
ルを直列接続し、一つのモジュールを形成した。得られ
た各太陽電池モジュールの光電変換効率をソーラシミュ
レータ（山下電装株式会社製）で測定した。
【００１８】表１の調査結果にみられるように、試験番
号１〜５（本発明例）では、５００℃真空加熱時の到達
真空度が何れも１０-4Ｐａより高真空であり、薄膜多結
晶シリコン太陽電池セル形成装置に悪影響を及ぼすガス
発生が少ないことが判る。試験番号３の絶縁皮膜につい
て５００℃真空加熱時の到達真空度を所定時間ごとに求
めた結果（図１）からも、ガス発生が少ないことが理解
される。他方、本発明と同じシリコーン系塗料を使用し
た場合でも、一次焼成（３５０℃×１２０秒）のみで焼
成した試験番号６（比較例）の絶縁皮膜では、５００℃
真空加熱で加熱時間が１０分に達しても到達真空度が１
０-3Ｐａ程度に留まった。無機充填剤を含まない試験番
号７（比較例）の絶縁皮膜は、二段焼成しても加熱時間
１０分経過後の到達真空度が１０-2〜１０-3Ｐａ程度で
あった。到達真空度が低いことから、何れもガス発生量
の多い絶縁皮膜といえる。また、絶縁皮膜上に作りこま
れた太陽電池セルも、従来の薄膜多結晶太陽電池の光電
変換効率と同程度の１１〜１２％であった。
号１〜５（本発明例）では、５００℃真空加熱時の到達
真空度が何れも１０-4Ｐａより高真空であり、薄膜多結
晶シリコン太陽電池セル形成装置に悪影響を及ぼすガス
発生が少ないことが判る。試験番号３の絶縁皮膜につい
て５００℃真空加熱時の到達真空度を所定時間ごとに求
めた結果（図１）からも、ガス発生が少ないことが理解
される。他方、本発明と同じシリコーン系塗料を使用し
た場合でも、一次焼成（３５０℃×１２０秒）のみで焼
成した試験番号６（比較例）の絶縁皮膜では、５００℃
真空加熱で加熱時間が１０分に達しても到達真空度が１
０-3Ｐａ程度に留まった。無機充填剤を含まない試験番
号７（比較例）の絶縁皮膜は、二段焼成しても加熱時間
１０分経過後の到達真空度が１０-2〜１０-3Ｐａ程度で
あった。到達真空度が低いことから、何れもガス発生量
の多い絶縁皮膜といえる。また、絶縁皮膜上に作りこま
れた太陽電池セルも、従来の薄膜多結晶太陽電池の光電
変換効率と同程度の１１〜１２％であった。
【００１９】この対比から明らかなように、二段焼成で
形成された絶縁皮膜は、薄膜多結晶シリコン太陽電池形
成時の高温加熱によっても有機成分の熱分解に起因する
ガスの発生量が少なくなっている。しかも、テクスチャ
ー構造をもつ表面層が金属基板上に形成されるため、薄
膜多結晶シリコン層に膜切れを生じさせることなく、従
来の薄膜多結晶シリコン太陽電池に比較して光電変換効
率が改善されることが確認される。
形成された絶縁皮膜は、薄膜多結晶シリコン太陽電池形
成時の高温加熱によっても有機成分の熱分解に起因する
ガスの発生量が少なくなっている。しかも、テクスチャ
ー構造をもつ表面層が金属基板上に形成されるため、薄
膜多結晶シリコン層に膜切れを生じさせることなく、従
来の薄膜多結晶シリコン太陽電池に比較して光電変換効
率が改善されることが確認される。
【００２０】
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、無機結合比率が
高いシリコーン系樹脂に無機充填剤を配合したシリコー
ン系塗料を金属基板に塗布し、一次焼成，二次焼成の二
段焼成で絶縁皮膜を形成するとき、太陽電池セル形成時
の５００℃真空加熱時においても絶縁皮膜からのガス発
生が大幅に抑えられる。その結果、薄膜多結晶シリコン
太陽電池セル形成装置のチャンバ内を汚染することがな
く、絶縁皮膜に分散させた無機充填剤によるテクスチャ
ー構造と相俟って高光電変換効率を呈する太陽電池セル
が得られる。
高いシリコーン系樹脂に無機充填剤を配合したシリコー
ン系塗料を金属基板に塗布し、一次焼成，二次焼成の二
段焼成で絶縁皮膜を形成するとき、太陽電池セル形成時
の５００℃真空加熱時においても絶縁皮膜からのガス発
生が大幅に抑えられる。その結果、薄膜多結晶シリコン
太陽電池セル形成装置のチャンバ内を汚染することがな
く、絶縁皮膜に分散させた無機充填剤によるテクスチャ
ー構造と相俟って高光電変換効率を呈する太陽電池セル
が得られる。
【図１】 絶縁皮膜を５００℃真空加熱したときに発生
するガス量を到達真空度と比較したグラフ
するガス量を到達真空度と比較したグラフ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 牧野 智訓
千葉県市川市高谷新町７番１号 日新製鋼
株式会社技術研究所内
Ｆターム(参考） 5F051 AA05 CB12 CB13 CB14 EA02
FA04 FA06 GA02 GA03 GA14
Claims (5)
- 【請求項１】 ３００〜３８０℃×１００〜２００秒の
一次焼成及び４００〜５００℃×２００〜３００秒の二
次焼成で焼き付けられたシリコーン系塗料からなる絶縁
皮膜が金属基板表面に形成されていることを特徴とする
薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板。 - 【請求項２】 一般式 で表されるシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を主鎖骨格
とするシリコーン系樹脂に平均粒径３〜３００ｎｍの無
機充填剤が５〜３０質量％の割合で配合されているシリ
コーン系塗料から絶縁皮膜が作られている請求項１記載
の薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板。 - 【請求項３】 無機充填剤がシリカ，酸化チタン，アル
ミナの１種又は２種以上である請求項１又は２記載の薄
膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板。 - 【請求項４】 一般式 で表されるシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を主鎖骨格
とするシリコーン系樹脂に平均粒径３〜３００ｎｍの無
機充填剤が５〜３０質量％の割合で配合されているシリ
コーン系塗料を金属基板に塗布し、３００〜３８０℃×
１００〜２００秒で一次焼成した後、４００〜５００℃
×２００〜３００秒で二次焼成することにより金属基板
の表面に絶縁皮膜を形成することを特徴とする薄膜多結
晶シリコン太陽電池用絶縁基板の製造方法。 - 【請求項５】 シリカ，酸化チタン，アルミナの１種又
は２種以上を無機充填剤として配合したシリコーン系塗
料を使用する請求項４記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104911A JP2003303979A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104911A JP2003303979A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003303979A true JP2003303979A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29389869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002104911A Withdrawn JP2003303979A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 薄膜多結晶シリコン太陽電池用絶縁基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003303979A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088044A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 被覆ステンレス箔及び薄膜太陽電池 |
| EP2530732A2 (en) * | 2010-01-25 | 2012-12-05 | LG Chem, Ltd. | Sheet for photovoltaic cells |
| JP2013213180A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-10-17 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 重合体、この重合体を用いた有機薄膜及び有機薄膜素子 |
-
2002
- 2002-04-08 JP JP2002104911A patent/JP2003303979A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088044A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 被覆ステンレス箔及び薄膜太陽電池 |
| EP2530732A2 (en) * | 2010-01-25 | 2012-12-05 | LG Chem, Ltd. | Sheet for photovoltaic cells |
| EP2530732A4 (en) * | 2010-01-25 | 2014-09-03 | Lg Chemical Ltd | FOIL FOR PHOTOVOLTAIC CELLS |
| JP2013213180A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-10-17 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 重合体、この重合体を用いた有機薄膜及び有機薄膜素子 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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