【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンを主成分とする新規な太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−２２３４２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３７１２号公報
【特許文献３】特開平８−８８１７２号公報
【特許文献４】特開２００１−１６８０５５号公報
【特許文献５】特開２００１−１６８０２９号公報
【特許文献６】特開昭６３−４０３１４号公報
【特許文献７】特開平４−３４９６１６号公報
【特許文献８】特開平４−３４９６１８号公報
【特許文献９】特開２０００−２２３７３０号公報
【特許文献１０】特開２０００−１９６１２６号公報
【特許文献１１】特表平１０−５０７３１２号公報
太陽電池は、半導体のＰＮ接合によって太陽光を電気に変換する電池で、燃料の補給を必要とせず、且つ、エネルギーの生成に際して、不要な燃焼残物を出さないなどの特徴が古くから知られている。
【０００３】
太陽電池を半導体とりわけシリコン材料を用いて構成する方法としては、（１）単結晶シリコンを用いた方法、（２）多結晶（ポリ）シリコン又は、非晶質（アモルファス）シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた方法が知られている。
【０００４】
単結晶シリコンを用いた構造は、光電変換効率が約２０％と高いが、単結晶自体が高価であることが最大の問題である。
【０００５】
一方、多結晶又は非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を光電変換素子とする構造では、光電変換効率が８〜１２％と低いのが問題である。この光電変換効率が低い要因としては、光電変換の結果生成した電子又はホールのライフタイムが短いこともあるが、接合部から外部電極部に至る、バルクの半導体の抵抗値が大きくて、損失となることが主要因であった。
【０００６】
図１１及び図１２は、ａ−Ｓｉを用いた従来の太陽電池の断面図である。図１１においては、基板１に例えばガラスのように太陽光に対して透明な絶縁基板を用いてその１主面に透明電極２を例えばスパッタ法で成膜する。透明電極２には、ＩＴ０（通称ネサ膜）膜を用いていた。その上面に、ａ−Ｓｉ又は多結晶Ｓｉを例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成膜していた。成膜の初期には、ジボロンをドーピングガスとするモノシランガスを分解してＰ型ａ−Ｓｉ３を約３μｍ成膜した後で、ドーピングをりんに切り替えて、Ｎ型ａ−Ｓｉ４を約１μｍ成膜する。しかる後で、上部電極５として例えばアルミニウムを例えばスパッタ法で成膜する。次に、ホトエッチング法で上部電極５とａ−Ｓｉ層の一部を除去して外部端子６と７を接続して太陽電池を構成する。この従来技術では太陽光は下面つまりガラス基板を介して入射する。
【０００７】
図１２は他の従来技術で構成された太陽電池の断面図である。図１２においては、太陽光は上面から入射する。図１２において、基板１には例えばガラスを用いる。次に、下部電極２を形成する。下部電極２にはＩＴＯ膜以外に例えばアルミニウムのような金属を用いることも出来る。下部電極２をホトエッチング法などでパターンを形成する。下部電極２の上面に前述と同様な手法でａ−ＳｉからなるＰＮ接合３、４と上部電極５を成膜する。しかる後で、ホトエッチング法で上部電極５とａ−Ｓｉ層３、４の一部を除去して、上部端子６と下部端子７を接続する方法である。この構造によると、太陽電池をスリット状に構成して且つカスケード接続によって所定の電圧値の太陽電池を実現する方法である。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルの多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献３にはＣＶＤによって太陽パネルの多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献４及び特許文献５にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルのポリＳｉ膜を形成させること、特許文献６にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルのＳｉ膜を形成させること、特許文献７及び特許文献８には熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤによってＴＦＴ用多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献９、 特許文献１０及び特許文献１１には太陽光パネルの太陽光方向の追尾手段を有することが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池では、次のような解決すべき問題がある。図１１においては、ＩＴＯ膜の抵抗値は比較的大きくしかも耐熱性が要求された。このために、例えば、錫にインジュームのような高価な材料を付加する必要があった。すなわち、下部電極の抵抗による電力損失が大きく、経済性の点でも欠点があった。図１２においては、下部電極がスリット構造のために、太陽電池のバルク特に、Ｐ型層での抵抗による電力損失を低減できるが、その反面で構造が複雑なために経済性に課題があると同時に、上面から入射する太陽光がカスケード接続部では太陽電池として作動しないので、受光のための有効面積が制約される課題があった。
【００１０】
更に従来技術の大きな課題として、基板（例えばガラス）１とａ−Ｓｉ３、４との材料の持つ熱膨張係数の差によって、製作工程における加熱、冷却などの温度変化によって、薄膜のはがれあるいは反り、クラックの発生などが生じてしまい生産工程で不良が発生する問題があった。
【００１１】
又、前述のいずれの公報においても、金属基板に対してシリコン層を形成させる太陽電池について記載されていない。
【００１２】
本発明の目的は、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などを防止し、生産工程での不良の発生を無くすことのできる太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属基板と、該金属基板の一方の面の一部に接して形成された一方のシリコン層と、該シリコン層上の全面に形成された他方のシリコン層と、該他方のシリコン層に接して形成された複数の電極と、前記金属基板に形成された外部端子と、前記電極に接して形成された外部端子とを有することを特徴とする太陽電池装置にある。
【００１４】
又、本発明は、前記金属基板の前記一方の面に複数の突起が形成されていること、又、前記金属基板の前記一方の面の一部に絶縁層が形成され、非絶縁層に接して前記一方のシリコン層が形成されていることことを特徴とする太陽電池装置にある。前記電極の平面形状は、格子状又は蜂の巣状で互いに繋がっていること、前記金属基板はアルミニウムであることが好ましい。このように本発明は、太陽電池の下地が金属板であること、及び金属板の反り防止のための溝きり構造が特徴である。この下地のＡｌ基板は、透過してきた光を反射することにより、発電効率を高める効果も有する。
【００１５】
本発明は、金属基板の一方の面に突起物を形成する工程、前記一方の面にセラミックス層及びガラス層を順次形成する工程、前記ガラス層の表面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層の表面にガラス層を形成する工程、前記ガラス層を通して前記シリコン層に所定の切り込みを形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層に前記シリコン層の上のシリコン層に接するように複数の貫通孔を形成する工程、該貫通孔に電極を形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層上に反射防止膜を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法にある。ゾルゲル法によってガラス層からなる前記反射防止膜を形成することが好ましい。
【００１６】
本発明は、金属基板の一方の面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層上に感光性ポリマーを形成し所定の平面形状に部分的に硬化する工程、該部分硬化した部分の前記感光性ポリマーを除去する工程、該感光性ポリマーが除去された部分の前記２層のシリコン層をエッチング除去し前記金属板の表面に達する貫通孔を形成する工程、該エッチング除去された前記シリコン層の上のシリコン層の一部に達するように絶縁体を充填する工程、該絶縁体の上に電極を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法にある。
【００１７】
前記２層のシリコン層として、アモルファスシリコン層が用いられ、ボロンをドーピングするＰ型のアモルファスシリコン層（ｐ型ａ−Ｓｉ層）を形成後、シリコン層にリンをドーピングするｎ型シリコン層（ｎ型ａ−Ｓｉ層）を触媒ＣＶＤによって順次成膜すること、前記触媒ＣＶＤ法は、タングステン線を高温に加熱することにより触媒とし、モノシランとジボランガスによって前記Ｐ型のシリコン層を形成後、モノシランとホスフィンガスによって前記ｎ型のシリコン層を形成することが好ましい。
実際の製造工程においては、ａ−Ｓｉ層部分でＳｉＨ４（モノシラン）が分解して生じるＳｉと間時に、Ｈ（水素）の配分の制御が重要であり，ＨはＳｉ原子が結合されていない個所にターミネータとして入り込み、生成された電子−正孔対の再結合を防ぐ役割を有する。この際、条件を適宜設定することで、ａ−Ｓｉの形態を霜柱状の多結晶層にすることも可能となる。
以上が基本的なｐｎ接合構造であり、ａ−Ｓｉの接合に関しては、下部がｐ層、上部がｎ層でも、その逆の構成でもよい。上記シリコン層を用いて更に高効率化を図る際には、ａ−ＳｉのＰＮ接合部はｐｉｎ構造とし、光−電気変換のほとんどをｉ層にて行う。この際、ｐ−ｉ層およびａ−Ｓｉ全体の厚みは，例えばｐｉｎ層の厚さが数十ｎｍ程度のもの、２００〜３００ｎｍのものや、数十μｍまで許容される。本発明の太陽電池の基本構造図においては、ｐ層で記述されている部分がｐ−ｉ層をあらわす。
【００１８】
本発明は、金属基板の一方の表面に規則的に配列された複数の突起物を有すること、又、金属基板の一方の表面に規則的に配列された複数の突起物を有し、外周部全周に厚肉部を有することを特徴とする太陽電池装置用金属板にある。
【００１９】
前記金属基板はアルミニウム、アルミニウム合金及びニッケル３５〜４５重量％を有するニッケル−鉄系合金のいずれかであること、前記突起物は、その直径が０．２〜０．８ｍｍ及び高さが０．１〜０．５ｍｍである金型プレスで加工できる程度であること、前記突起物の形成面側に絶縁層が形成されていること、前記絶縁層は前記外周部全周と前記突起物の先端とを除いて全面に形成されていることが好ましい。例えば、Ａｌの板厚がＯ．５ｍｍ、電池セルのピッチが１０ｍｍ×ｌ０ｍｍの時で、縦、横方向共に０．５〜１．Ｏｍｍビッチの凹凸とする。凹凸の高さは、光が十分に凹部で吸収できる程度とする。
【００２０】
本発明は、前述に記載の太陽電池装置、前述に記載の太陽電池装置の製造法によって製造された太陽電池装置及び前述に記載の太陽電池装置用金属板によって構成された太陽電池装置のいずれかを備えたことを特徴とする発電プラントにある。
【００２１】
即ち、本発明は、金属基板の１主面の一部が、シリコンを材料とした太陽電池の一方の電極として接触しており、その一方の電極は複数個からなり、該基板全面でシリコンと接触しないようにしたものである。
【００２２】
太陽電池を構成する半導体ａ−Ｓｉの一方の主面（下部：太陽光が直接入射しない側）に金属（アルミニウムなど）が直接接続する構造によって、バルクのａ−Ｓｉ半導体の抵抗値を大幅に下げることが出来る構造を提案するものである。加えて、金属板１とａ−Ｓｉの材料の相違に起因する熱膨張の違いによる加工上の制約を解決することができる。更に、金属基板に突起物を形成することで、完成した太陽電池の性能を向上させることができる。
【００２３】
本発明の太陽電池を作製する手段としては、例えば金属板上の少なくとも片面に、気相成長法によってシリコン層を成膜する方法が挙げられる。気相成長法（ＣＶＤ）としては、プラズマもしくは触媒を用いることが出来る。成膜する金属体に突起を設けることにより、半導体下部（太陽光が直接入射しない側）側全体を金属板と接触させた従来構造に比べて、半導体と金属板との熱膨張係数の差に起因する応力によって生じる太陽電池パネルの反り又は割れを大幅に低減できる。
【００２４】
この突起物は、機械的に加工した巨視的なものでもよいし、表面酸化処理等の手法によって作製した微視的なものでもよい。突起物を有さない金属板を用いる場合は、シリコン層を成膜した後の工程で部分的にエッチング処理をし溝又は穴を形成し、その隙問をガラス又は樹脂で埋めることにより、突起物と等価の効果を得ることができる。また同手段で作製した２枚の太陽電池パネルをはんだ等で張り合わせることにより、互いの反りを相殺でき、更に両面太陽電池となることから、発電効率を高めることが可能となる。張り合わせの工程を省略し、両面太陽電池を作製したい場合は、金属板の両面にＣＶＤ成膜できる装置を用いればよい。
【００２５】
同様の役割をする突起物は次のようにしても容易に得られる。すなわちＡｌ基板上にａ−Ｓｉを形成する工程の直後、または引き続き基板を加熱したままで透明電極（ＩＴＯ膜）を成膜した直後に、糸鋸により溝きりを行うことにより適度なピッチの溝を切る。例えば１０００ｍｍ×１０００ｍｍのＡｌ基板に田の字上の溝を切る場合は、直径１０から１００μｍ、長さ１５００ｍｍ程度の糸鋸が０．５〜１０ｍｍ程度の間隔で５０本程度並んでいるものを使用することにより、少ない工程数で溝きりが完了する。
田の字に溝きりするためには、ステージを９０度回転させ、その上の基板Ｓｉ成膜したＡｌ基板）も一緒に回転させてから、再度糸鋸（ピアノ線的）で加工する。切り込み深さは３〜５０μｍ程度であるので、糸鋸をＡｌ基板に押し付けて１往復する程度でよい。ここで用いる糸鋸とは、Ｓｉ基板（ウエハー）を作製する際に、Ｓｉインゴットをスライスするピアノ線のようなイメージである。
糸鋸による溝きりの工程を、ａ−Ｓｉ成膜工程またはａ−Ｓｉ成膜に続く透明電極（ＩＴＯ膜）の成膜工程の直後に入れることにより、Ａｌ基板が熱膨張した状態で溝が切られるため、冷却時にａ−ＳｉとＡｌ間に発生する応力が緩和される。
切り込みのピッチは太陽電池の発電効率を優先して計算され、材料によって異なるが、おおむね０．５〜１０ｍｍ程度が適当と考えられる。３〜５０μｍ程度の切り込みにより、表面ＩＴＯ層、ｎ−Ｓｉ層、下部ｐ−Ｓｉ層並びに下部Ａｌ基板を通して切り込みが入ることになり、この上に上部電極を形成すればｐ−Ｓｉとｎ−Ｓｉが導通してしまうという問題が発生する。この場合は切り込み部に樹脂を流し込むことにより、ｐ−Ｓｉ、ｎ−Ｓｉ並びに下部Ａｌ基板を絶縁する。絶縁層はゾルゲル法等による無機材料でもよい。流し込む樹脂の厚みを３〜４７μｍ程度に調整した上で上部電極を形成し、溝の残りの部分を埋めることにより、ｎ−Ｓｉ層の側面から、例えば溶射法で成膜した上部Ａｌバスバー電極の導通も可能となり、望ましい構造となる。また、流し込む樹脂の熱膨張係数はａ−Ｓｉよりも大きいため、基板冷却時の応力緩和にも寄与する。
【００２６】
上部透明電極（ＩＴＯ）は原料を塗布し、高温処理をすることにより成膜される。溝きり前の反りを抑えるためにも、上記溝きりはＩＴＯ層も含めて溝きりをすることが望ましい。その後透明樹脂等のカバーにより密閉して本発明の太陽電池装置とする。ただし、透明なカバーによる密閉構造は太陽電池装置の望ましい形態の一例であり、これにより本発明を限定するものではない。
【００２７】
更に発電効率を高めるために、例えば半導体表面での反射を抑えるための反射防止膜を付けるとなおよい。上記太陽電池パネルの面積を大きくする際、半導体と金属板との熱膨張係数の差に起因する応力により、半導体部に割れが生じることが懸念されるが、この場合は小さな面積を有する半導体を多数金属板に接触させる構造にすることにより、半導体内部に生じる熱応力が緩和され、半導体面内の割れを低減できる。これは例えば半導体を亀の子状に並べたり、タイルを敷き詰めたイメージの構造になる。又は半導体内部に生じる熱応力を緩和するために、半導体部にあらかじめ切り込み（応力緩和用の空隙）を設けることによっても同問題を回避できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の太陽電池の製造方法を図１〜図６を用いて説明する。図１は本発明の金属基板の突起物側の平面図とその断面図である。本実施例の金属基板８は１ｍ四方の四角形状で、その全外周部は四角形状の所定の幅（３０ｍｍ）で突起物９の高さと同じ高さの厚肉部が形成されている。まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、棒状の突起物９を持つ金属基板８を準備する。金属板８はアルミニウムが好ましいが、他に鉄、銅、それらの合金として、例えば、鉄と３５〜４５重量％ニッケルの合金（４２アロイ）を用いても良い。本実施例では金属板８の厚さは１ｍｍ前後、突起物９の直径は１〜３ｍｍ、突起長さが１ｍｍとした。突起物９は棒状、楔状などが用いられ、図に示すように四角形状に規則的に配列されている。
【００２９】
突起物９の形成法としては、本実施例では、高温（例えば、１０００℃）で熔融しているアルミニウムを、耐熱性金属体を用いた棒状の突起物９に対応した凹部を有する金型に鋳込むと共に、金属板の一方の主面を圧延して形成する。金型としては、金属体以外でも、例えばグラファイトもしくはＳｉＣ（シリコンカーバイド）のように耐熱性のある素材を用いることが出来る。場合によっては、突起がない平形アルミニウム板の前面にａ−Ｓｉを成膜することでも良い。又、棒状の突起物９は、圧延によっても形成することができ、鋳込み及び圧延において金型及び圧延によるロールより容易に抜けるように僅かな傾斜が設けられている。
【００３０】
次に、図１（ｂ）のように、金属基板８の突起物９の面に、セラミックス（例えば、アルミナ）１０を溶射法で約５０〜１００μｍの厚さで付着する。このような溶射膜は金属基板上に形成された突起物の間隔と等間隔に配置された複数の溶射ノズルが用いられる。又、溶射ノズルを突起物間に配置させ、線状の溶射膜を形成する工程を繰り返すことにより得られる。
【００３１】
セラミックス１０の表面には、例えば、ゾルゲル法などによって、厚さ約１０μｍのガラス層１１を形成する。本工程は、セラミックスの被着が良好であれば省略することも可能である。
【００３２】
次に、図２に示すように、金属基板８上に、気相成長法によって、シリコン層を成膜する。気相成長法（ＣＶＤとしては、プラズマもしくは触媒を用いることが出来る。本実施例では、シリコン層を触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ ＣＶＤ）によって形成した。
【００３３】
図１にて示した金属基板８をＣＶＤチャンバ装置内に、図２（ａ）のように装着する。金属板８を固定と加熱するために、真空チャック付きヒータ１３上に金属板８を配置する。金属板８の加熱温度は例えば４００℃に設定する。ＣＶＤチャンバの気圧を例えばアルゴンなどの不活性ガスで３気圧に加圧する。
【００３４】
触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ ＣＶＤ）法では、例えばタングステン線を約２０００℃に加熱して、その加熱タングステン線を触媒として、モノシランを分解して、シリコン層を金属板８上に成膜する。成膜時には、モノシランと同時に例えば、ジボランガスを流してシリコン層にボロンをドーピングし、図２に示すようにｐ型ａ−Ｓｉ層３を例えば５μｍ成膜する。
【００３５】
上記において、ジボランガスをフォスフィンに途中から切り替えて、リンつまり、ｎ型シリコン層４を約１μｍ成膜する。上述のガラス層の形成からｎ型シリコン層４の形成工程において、水素ガスを添加することで、シリコン層の膜質をより良好にすることが可能である。
【００３６】
シリコン層を成膜した後で、パターンを持つマスクを用いて上部電極５を形成し、その後ＣＶＤなどによって図２（ｃ）に示すとおり、絶縁膜としてガラス層１１を成膜する。金属基板８を加熱した状態でＣＶＤチャンバから取り出した後で、感光性レジストを塗布する。
【００３７】
図３は、本実施例におけるａ−Ｓｉの蜂の巣状に溝１４を有し、各蜂の巣には少なくとも１個のＡｌ突起物９の上面が突き刺さった構造を示している。溝１４にはその後の工程によって上部電極５が形成される。レジストを固めた後で、図３の本実施例における太陽電池の主要部分の平面図に示すように、ガラス材にクロム薄膜を蜂の巣状に刻んだパターンを持つマスクを用いてその上面から紫外線を照射してレジストを感光する。レジストが紫外線と反応して、材質が変化した部分（蜂の巣の輸郭）に沿って、レジストを除去して後に、例えばＨＦとＨＮＯ３の混合液を用いてガラス層１１を除去する。そして、図２（ｃ）の上部電極５は後述する図４によって形成したものである。その加工を終えた後で、ヒータの加熱を止めて常温に戻すと、金属板の変形（反り）を最小に抑えることが出来る。突起物９は蜂の巣の輸郭の中心に配置されている。図３において、太陽電池用ａ−Ｓｉを蜂の巣状に溝１４を形成している。各々の蜂の巣には少なくとも１個のＡ１突起物９の上面がａ−Ｓｉに突き刺さっているのが本発明の特徴である。
【００３８】
図４は、以上の太陽電池の製造工程も含めて、全工程を示す断面図である。図３以降の工程は図４において（ｆ）項以降に示されている。すなわち、図４（ｆ）において、ＣＶＤ成膜したＣＶＤ酸化膜１２に写真食刻法で層間孔１５を加工する。
（ｄ）において、ｎ型ａ−Ｓｉ層４の上にＣＶＤ酸化膜１２を形成する。
（ｅ）において、マスクを用いてアモルファスシリコン切り込み溝１４を形成する。（ｆ）において、ＣＶＤ酸化膜１２に上部電極５を形成するための層間孔１５を形成する。（ｇ）において、上面に金属層５をスパッタもしくは蒸着法で成膜する。又は、Ａｇペーストの印刷により金属層５を形成するか、もしくはＡｌ金属の溶射により同金属層５を形成する。
（ｈ）再び写真食刻法で金属層５をスリット状、格子状又は蜂の巣状に後述する図６及び図７に示す互いに繋がるように加工して、配線用の上部電極５を実現する。上部電極５の材料にはネサ（ＩＴ０）膜で形成しても良い。尚、上面のｐ型ａ−Ｓｉのシート抵抗を下げるために、透明電極（Ｉｎ−Ｓｎ系他）の薄膜を印刷法で形成し、その上にＡｇペーストで背骨状に上部電極バスを形成する。
（ｉ）（ｈ）の工程の後で、ゾルゲル法により反射防止膜１６を塗布する。
（ｊ）上部電極５と下部電極となる金属基板８に例えばハンダメッキ法で外部取りだし電極となる金属板の外部端子６と７をパネルの両側に取りつける。その後透明樹脂等のカバーにより密閉して太陽電池装置が完成する。上部電極５がスリット状の場合には、内側の上部電極５は端部の少なくとも一方で外部端子６と７と同様に金属板によって電気的に接続されるが、格子状又は蜂の巣状の場合には互いに電気的に接続されているが、同様に両側に外部端子を設けても設けなくてもよい。外部端子６と７は、所定の幅でパネルの幅全体に設けられ、銅板が好ましい。
（ｋ）（ｊ）の工程において、下部電極となる金属基板８に外部端子を形成する前に２枚の太陽電池パネルを半田で張り合わせた後に下部電極に外部端子を形成することにより、両面の太陽電池装置を完成する。
（ｌ）前述の透明樹脂等のカバーには、ハンダメッキの接合劣化防止のために紫外線カット膜、更に反射防止膜を設けることが好ましい。
【００３９】
本実施例による両面の太陽電池装置においては、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４０】
又、本実施例によって得られた太陽電池装置を海洋上に設置したメガフロート上に多数設置して発電プラントを経済的に製造することができる。又、太陽電池装置は太陽光の移動に沿って移動させることにより常に高い光電気変換効率を得ることができる。更に、両面太陽電池装置においては、パネルを真っ直ぐに立てた状態で実施することによって太陽光の移動に沿った移動を行うことなく実施できる。
【００４１】
（実施例２）
図５は、本発明の他の実施例を示す金属板の平面図（ａ）、その拡大図（ｂ）及び（ｂ）の断面図（ｃ）である。金属板８と突起物９に関わる。図５において突起物９はセラミック物であるアルマイト１７によって形成される。アルミニウムの金属板８を例えば陽極酸化法で処理することで、アルマイト部分を形成するとアルミニウムがその部分だけ侵食される。この際浸食されるアルミニウムの深さは数μｍ程度であり、約１．２μｍの酸化アルミニウムの突起物９が得られる。
【００４２】
本実施例では、アルマイトによれば、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４３】
（実施例３）
図６〜図８は本発明の他の実施例を示す太陽電池装置の金属基板の平面図及び断面図とその製造工程を示す断面図である。この実施例においては、図６及び図７に示すように金属基板８自身には突起物の構造を持たない代わりに、アルミニウムなどの金属基板８に形成したａ−Ｓｉ層は四角型の島状に分離されている。この島間にはガラス又は樹脂１８が島を互いに分離する溝のｎ型ａ−Ｓｉ層４途中まで充填される。その後上部電極５を付ける。ａ−Ｓｉ層を四角型の島状に分離する目的は、前述したように、金属基板８とａ−Ｓｉ層の熱膨張差によって生ずる応力歪によってアルミニウム金属基板８が反ることを防止するのが狙いである。ａ−Ｓｉの島は、図７に示すように、蜂の巣状に間仕切りをしても良く、同様に上部電極５が付けられる。又、外部電極は実施例１と同様にパネルの両側に設けられる。
【００４４】
図８は図６、図７の構造を実現するための太陽電池装置の具体的な製造方法を示す断面図である。製造工程は以下の通りである。
（ａ）金属板８を加熱型真空吸引板（真空チャック）板１３で吸引の後に、約４００℃に吸引板を加熱する。
（ｂ）（ａ）の状態でＣａｔ−ＣＶＤでｐ型ａ−Ｓｉ層３を気相成長する。成長の過程で、ドーピングガスを切り替えて、ｎ型層４を成長させて、Ｐ型ａ−Ｓｉ層３と併せて接合を形成する。なお、成長の過程で必要に応じて、金属板８の加熱温度を変えて、ａ−Ｓｉ層の品質を太陽電池としてより好適な性能に改良することが出来る。
（ｃ）（ｂ）の状態において、感光性ポリマー（例えば、ＰＩＱ）１９を基板加熱のままで塗布して、温度を変えてべーキング処理を施す。
（ｄ）（ｃ）の状態で、マスクを用いて、ＰＩＱの部分硬化部２０を形成する。
（ｅ）部分硬化部２０を白己整合的にポリマーを剥離して、その露出した部分のａ−Ｓｉ層をエッチング処理で除去する。
（ｆ）この工程を終えた時点で、基板加熱の真空チャックを常温に戻し、ａ−Ｓｉ間の溝領域のｎ型ａ−Ｓｉ層４の途中までスピン塗布法などで、ガラス又は樹脂２１を埋め込む。
（ｇ）ＰＩＱを再感光して、溝領域よりやや広い領域２２をパターニングし、部分硬化した領域を自己整合的にポリマーを剥離する。
（ｈ）アルミニウムを蒸着又はスパッタ法で成膜した後で、レジストを塗布して写真食刻法でアルミニウムをａ−Ｓｉ島間の溝領域０１５だけを残して除去して上部電極５を形成する。真空チャックから取り外して、太陽電池パネルが完成する。
【００４５】
図８において、感光性樹脂２１の代わりに、低温で形成した無機系のガラスであっても良い。また、上部電極５の形成は写真食刻法の代わりに印刷法で例えば銀ぺーストを凹部１５に塗りこんでも良い。
【００４６】
本実施例によれば、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４７】
（実施例４）
図９及び図１０は、実施例１〜３によって得られた太陽電池装置を、海洋上に設置したメガフロート２５上に多数設置した発電プラントの構成を示す断面図である。得られた電力は海底ケーブルによる送電の他、図９は得られた電力を水素製造装置２６によって水素に変換し、それを貯蔵する貯蔵タンクを備えたもの、更に図１０は得られた電力を電磁波輸送装置によって電磁波に変換してそれを人工衛星を介して地上に送電するものが考えられる。前述のように、本実施例の太陽電池装置２３は容易に製造することができ、それによって高い光電気変換効率が得られるものである。又、実施例１〜３によって形成される太陽電池装置２３は、生産性が高く、そのため経済性に優れているものである。更に、太陽電池装置２３は、その各パネルを太陽に向かって後段側を徐々に高く支柱２４によって設定すると共に、図に示すように太陽光の移動に沿って常に太陽光が垂直に当たるように傾斜させるマイコン制御による回転手段を設けることにより常に高い光電気変換効率を得ることができる。又、海洋上では、電池の表面は海鳥の糞等によって汚れることが予想されるので、汚物の付着がしにくい抗菌性のコーテングを設けることが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明よれば、光電気変換効率が高く経済性に優れ、太陽電池の製造工程での剥がれ、反り、クラックなどの発生を抑止することができる安定した製造工程によって得られる太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の平面図及び断面図である。
【図２】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置におけるアモルファスシリコン切り込み溝の平面図である。
【図４】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の突起部構造付き金属基板の平面図とその拡大図及び断面図である。
【図６】本発明の突起物なしの金属基板を用いた太陽電池装置の平面図及び断面図である。
【図７】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の平面図である。
【図８】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の太陽電池装置を用いた海上発電プラントの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の太陽電池装置を用いた海上発電プラントの構成を示す断面図である。
【図１１】従来技術の太陽電池装置の断面図である。
【図１２】従来技術の太陽電池装置の断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…下部電極、３…ｐ型ａ−Ｓｉ層、４…ｎ型ａ−Ｓｉ層、５…上部電極、６、７…外部端子、８…アルミニウム金属板、９…アルミニウム突起物、１０…セラミックス溶射膜、１１…ガラス層、１２…ＣＶＤ酸化膜、１３…真空チャック付きヒータ、１４…アモルファスシリコン切り込み溝、１５…層問孔、１６…反射防止膜、１７…アルマイト層、１８…ガラス又は樹脂、１９…感光性ポリマー、２０…感光性ポリマー硬化部、２１…ガラス又は樹脂、２２…パターニングによるギャップ、２３…太陽電池装置、２４…支柱、２５…メガフロート、２６…水素製造装置及び水素貯蔵タンク、２７…電磁波輸送装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel solar cell device containing silicon as a main component, a method for manufacturing the same, a metal plate for the solar cell device, and a power generation plant.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-2000-223421
[Patent Document 2] JP-A-2000-243712
[Patent Document 3] JP-A-8-88172
[Patent Document 4] JP-A-2001-168055
[Patent Document 5] JP-A-2001-168029
[Patent Document 6] JP-A-63-40314
[Patent Document 7] JP-A-4-349616
[Patent Document 8] JP-A-4-349618
[Patent Document 9] JP-A-2000-223730
[Patent Document 10] JP-A-2000-196126
[Patent Document 11] Japanese Patent Publication No. 10-507312
A solar cell is a cell that converts sunlight into electricity through a PN junction of a semiconductor. It has been known for a long time that it does not require refueling and does not emit unnecessary combustion residues when generating energy. ing.
[0003]
As a method of forming a solar cell using a semiconductor, particularly a silicon material, (1) a method using single crystal silicon, (2) polycrystalline (poly) silicon or amorphous (amorphous) silicon (a-Si) Is known.
[0004]
A structure using single crystal silicon has a high photoelectric conversion efficiency of about 20%, but the biggest problem is that the single crystal itself is expensive.
[0005]
On the other hand, in a structure using polycrystalline or amorphous silicon (a-Si) as a photoelectric conversion element, a problem is that the photoelectric conversion efficiency is as low as 8 to 12%. The reason for the low photoelectric conversion efficiency is that the lifetime of electrons or holes generated as a result of the photoelectric conversion is short, but the resistance of the bulk semiconductor from the junction to the external electrode is large, resulting in loss and loss. Was the main factor.
[0006]
FIG. 11 and FIG. 12 are cross-sectional views of a conventional solar cell using a-Si. In FIG. 11, an insulating substrate that is transparent to sunlight, such as glass, is used as a substrate 1 and a transparent electrode 2 is formed on one main surface of the substrate 1 by, for example, a sputtering method. For the transparent electrode 2, an IT0 (commonly called Nesa film) film was used. On the upper surface, a-Si or polycrystalline Si was formed by using, for example, a plasma CVD method. In the initial stage of film formation, a monosilane gas using diboron as a doping gas is decomposed to form a P-type a-Si3 film of about 3 μm, and then doping is switched to phosphorus to form an N-type a-Si4 film of about 1 μm. . Thereafter, for example, aluminum is formed as the upper electrode 5 by, for example, a sputtering method. Next, the upper electrode 5 and a part of the a-Si layer are removed by photoetching, and the external terminals 6 and 7 are connected to form a solar cell. In this conventional technique, sunlight enters through a lower surface, that is, a glass substrate.
[0007]
FIG. 12 is a sectional view of a solar cell constituted by another conventional technique. In FIG. 12, sunlight enters from above. In FIG. 12, for example, glass is used for the substrate 1. Next, the lower electrode 2 is formed. A metal such as aluminum can be used for the lower electrode 2 in addition to the ITO film. A pattern is formed on the lower electrode 2 by a photo-etching method or the like. On the upper surface of the lower electrode 2, PN junctions 3 and 4 made of a-Si and the upper electrode 5 are formed by the same method as described above. Thereafter, the upper electrode 5 and a part of the a-Si layers 3 and 4 are removed by photoetching, and the upper terminal 6 and the lower terminal 7 are connected. According to this structure, the solar cell is configured in a slit shape, and a solar cell having a predetermined voltage value is realized by cascade connection.
[0008]
Patent Documents 1 and 2 disclose forming a polycrystalline Si film of a solar panel by Cat-CVD, Patent Document 3 disclose forming a polycrystalline Si film of a solar panel by CVD, Patent Document 4 and Patent Documents No. 5 shows that a poly-Si film of a solar panel is formed by Cat-CVD, Patent Document 6 shows that a Si film of a solar panel is formed by Cat-CVD, and Patent Documents 7 and 8 disclose thermal CVD and plasma. The formation of a polycrystalline Si film for a TFT by CVD and Patent Documents 9, 9 and 10 disclose that a means for tracking a solar panel in the sunlight direction is provided.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional amorphous silicon (a-Si) solar cell described above has the following problems to be solved. In FIG. 11, the resistance value of the ITO film was relatively large and heat resistance was required. For this reason, it was necessary to add an expensive material such as indium to tin, for example. That is, the power loss due to the resistance of the lower electrode is large, and there is a disadvantage in terms of economy. In FIG. 12, since the lower electrode has a slit structure, the power loss due to resistance in the bulk of the solar cell, particularly the P-type layer, can be reduced, but on the other hand, there is a problem in economy due to the complicated structure. At the same time, there is a problem that the effective area for receiving light is restricted because sunlight incident from the upper surface does not operate as a solar cell in the cascade connection portion.
[0010]
Further, as a major problem of the related art, a thin film peels or warps due to a temperature change such as heating or cooling in a manufacturing process due to a difference in thermal expansion coefficient of a material between the substrate (for example, glass) 1 and a-Si3, 4. There has been a problem that cracks and the like occur, and defects occur in the production process.
[0011]
Further, none of the above publications describes a solar cell in which a silicon layer is formed on a metal substrate.
[0012]
An object of the present invention is to prevent large-area solar cell panels from peeling, warping, cracking, and the like caused by temperature changes such as heating and cooling in a manufacturing process, and to eliminate defects in a production process. An object of the present invention is to provide a solar cell device, a method of manufacturing the same, a metal plate for the solar cell device, and a power generation plant.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a metal substrate, one silicon layer formed in contact with a part of one surface of the metal substrate, another silicon layer formed on the entire surface of the silicon layer, and the other silicon layer. A solar cell device comprising: a plurality of electrodes formed in contact with a layer; an external terminal formed on the metal substrate; and an external terminal formed on the electrode.
[0014]
In addition, according to the present invention, a plurality of protrusions are formed on the one surface of the metal substrate, and an insulating layer is formed on a part of the one surface of the metal substrate, and the non-insulating layer is in contact with the non-insulating layer. Wherein the one silicon layer is formed. It is preferable that the planar shapes of the electrodes are connected to each other in a lattice shape or a honeycomb shape, and the metal substrate is made of aluminum. As described above, the present invention is characterized in that the base of the solar cell is a metal plate and the groove structure for preventing the metal plate from warping. The underlying Al substrate also has an effect of increasing power generation efficiency by reflecting transmitted light.
[0015]
The present invention provides a step of forming a protrusion on one surface of a metal substrate, a step of sequentially forming a ceramic layer and a glass layer on the one surface, a step of forming two silicon layers on the surface of the glass layer, Forming a glass layer on the surface of the silicon layer, forming a predetermined cut in the silicon layer through the glass layer, contacting the glass layer on the silicon layer with the silicon layer on the silicon layer. Forming a plurality of through holes, forming electrodes in the through holes, forming an anti-reflection film on the glass layer on the silicon layer, and providing external terminals on the other surface of the electrodes and the metal plate And a method for manufacturing a solar cell device. It is preferable to form the antireflection film made of a glass layer by a sol-gel method.
[0016]
The present invention includes a step of forming two silicon layers on one surface of a metal substrate, a step of forming a photosensitive polymer on the silicon layer and partially curing it to a predetermined planar shape, Removing the photosensitive polymer, etching away the two silicon layers in the portion where the photosensitive polymer has been removed to form a through hole reaching the surface of the metal plate, and removing the silicon removed by etching. Filling an insulator to reach a part of the silicon layer above the layer, forming an electrode on the insulator, and forming an external terminal on the other surface of the electrode and the metal plate. A method for manufacturing a solar cell device, comprising:
[0017]
As the two silicon layers, an amorphous silicon layer is used. After a P-type amorphous silicon layer (p-type a-Si layer) doped with boron is formed, an n-type silicon layer (n A-Si layer) is sequentially formed by catalytic CVD. In the catalytic CVD method, a tungsten wire is heated to a high temperature to be used as a catalyst, and the P-type silicon layer is formed with monosilane and diborane gas. It is preferable to form the n-type silicon layer with a phosphine gas.
In the actual manufacturing process, SiH 4 It is important to control the distribution of H (hydrogen) between the Si generated by the decomposition of (monosilane), and H enters as a terminator at a position where the Si atom is not bonded, and the generated electron-hole pair Has the role of preventing recombination. At this time, by appropriately setting the conditions, the form of a-Si can be changed to a frost columnar polycrystalline layer.
The above is the basic pn junction structure. Regarding the a-Si junction, the lower part may be a p-layer and the upper part may be an n-layer, or vice versa. In order to further increase the efficiency by using the silicon layer, the PN junction of a-Si has a pin structure, and most of the light-electric conversion is performed in the i-layer. At this time, the total thickness of the p-i layer and the a-Si may be, for example, up to several tens of nanometers, 200 to 300 nm, or several tens of micrometers. In the basic structure diagram of the solar cell of the present invention, the portion described by the p layer represents the pi layer.
[0018]
The present invention has a plurality of regularly arranged protrusions on one surface of a metal substrate, and has a plurality of regularly arranged protrusions on one surface of a metal substrate, and has an outer peripheral portion. A metal plate for a solar cell device, characterized by having a thick portion all around.
[0019]
The metal substrate is any one of aluminum, an aluminum alloy, and a nickel-iron alloy having 35 to 45% by weight of nickel. The protrusion has a diameter of 0.2 to 0.8 mm and a height of 0.2 to 0.8 mm. 1 to 0.5 mm that can be processed by a mold press, that an insulating layer is formed on the surface on which the protrusion is formed, that the insulating layer is the entire circumference of the outer peripheral portion and the tip of the protrusion. It is preferable that the film is formed on the entire surface except for the above. For example, when the thickness of Al is O.P. 5 mm, and the pitch of the battery cells is 10 mm × 10 mm. Omm Bitch unevenness. The height of the unevenness is set to such a degree that light can be sufficiently absorbed by the concave portion.
[0020]
The present invention provides any one of the solar cell device described above, a solar cell device manufactured by the method for manufacturing a solar cell device described above, and a solar cell device including the metal plate for a solar cell device described above. A power plant comprising:
[0021]
That is, in the present invention, a part of one main surface of a metal substrate is in contact as one electrode of a solar cell made of silicon, and one of the electrodes is composed of a plurality of electrodes. This is to prevent contact.
[0022]
A structure in which a metal (such as aluminum) is directly connected to one main surface (lower side: a side where sunlight does not directly enter) of a semiconductor a-Si constituting a solar cell greatly increases the resistance value of a bulk a-Si semiconductor. It proposes a structure that can be lowered. In addition, processing restrictions due to differences in thermal expansion caused by differences in the material of the metal plate 1 and a-Si can be solved. Further, by forming protrusions on the metal substrate, the performance of the completed solar cell can be improved.
[0023]
As a means for manufacturing the solar cell of the present invention, for example, there is a method of forming a silicon layer on at least one surface of a metal plate by a vapor phase growth method. Plasma or a catalyst can be used for the vapor phase growth method (CVD). By providing protrusions on the metal body to be formed, the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor and the metal plate can be reduced compared to the conventional structure in which the entire lower side of the semiconductor (the side where sunlight does not directly enter) contacts the metal plate. Warpage or cracking of the solar cell panel caused by the resulting stress can be significantly reduced.
[0024]
The projections may be macroscopically processed mechanically or microscopically produced by a technique such as surface oxidation treatment. When a metal plate having no protrusion is used, a groove or a hole is formed by partially etching in a step after forming the silicon layer, and the gap is filled with glass or resin to form the protrusion. An effect equivalent to a product can be obtained. In addition, by bonding two solar cell panels produced by the same means with solder or the like, the mutual warpage can be canceled out, and furthermore, since the two-sided solar cell is formed, the power generation efficiency can be increased. In the case where a bonding step is omitted and a double-sided solar cell is to be manufactured, an apparatus capable of forming a CVD film on both sides of a metal plate may be used.
[0025]
A projection having a similar function can be easily obtained as follows. That is, immediately after the step of forming a-Si on the Al substrate, or immediately after the transparent electrode (ITO film) is formed while the substrate is heated, grooves having an appropriate pitch are formed by performing groove cutting with a thread saw. Cut. For example, in the case of cutting a groove in a cross on a 1000 mm × 1000 mm Al substrate, use a string saw having about 50 thread saws having a diameter of 10 to 100 μm and a length of about 1500 mm arranged at intervals of about 0.5 to 10 mm. Thereby, the groove cutting is completed with a small number of steps.
In order to cut a groove in a cross, the stage is rotated by 90 degrees, the substrate thereon (the Al substrate on which the Si film is formed) is also rotated, and then processed again by a thread saw (like a piano wire). Since the cutting depth is about 3 to 50 μm, it is sufficient that the thread saw presses against the Al substrate and makes one reciprocation. The thread saw used here is an image like a piano wire for slicing a Si ingot when producing a Si substrate (wafer).
By inserting the groove cutting process using a thread saw immediately after the a-Si film forming process or the film forming process of the transparent electrode (ITO film) following the a-Si film forming, the groove is cut in a state where the Al substrate is thermally expanded. Therefore, stress generated between a-Si and Al during cooling is reduced.
The cut pitch is calculated with priority given to the power generation efficiency of the solar cell, and varies depending on the material, but it is considered that about 0.5 to 10 mm is generally appropriate. With the cut of about 3 to 50 μm, the cut is made through the surface ITO layer, the n-Si layer, the lower p-Si layer, and the lower Al substrate. If an upper electrode is formed thereon, p-Si and n-Si Is conducted. In this case, p-Si, n-Si and the lower Al substrate are insulated by pouring a resin into the cut portion. The insulating layer may be an inorganic material formed by a sol-gel method or the like. After adjusting the thickness of the resin to be poured to about 3 to 47 μm, the upper electrode is formed, and the remaining part of the groove is filled, so that the upper Al busbar electrode formed from the side surface of the n-Si layer by, for example, thermal spraying. Conduction is also possible, resulting in a desirable structure. Also, since the resin to be poured has a larger thermal expansion coefficient than a-Si, it also contributes to the relaxation of stress during cooling of the substrate.
[0026]
The upper transparent electrode (ITO) is formed by applying a raw material and performing high-temperature processing. In order to suppress the warpage before the groove cutting, it is desirable to cut the groove including the ITO layer. Thereafter, the solar cell device of the present invention is sealed by a cover made of a transparent resin or the like. However, the closed structure with the transparent cover is an example of a desirable form of the solar cell device, and does not limit the present invention.
[0027]
In order to further increase the power generation efficiency, it is more preferable to provide an antireflection film for suppressing reflection on the semiconductor surface, for example. When increasing the area of the solar cell panel, there is a concern that cracks may occur in the semiconductor portion due to stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor and the metal plate. By employing a structure in which a large number of metal plates are brought into contact, thermal stress generated inside the semiconductor is reduced, and cracks in the semiconductor surface can be reduced. This is an image structure in which, for example, semiconductors are arranged in a turtle-like shape or tiles are laid. Alternatively, the problem can also be avoided by providing a cut (a space for stress relaxation) in advance in the semiconductor portion in order to reduce thermal stress generated inside the semiconductor.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
A method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a projection side of a metal substrate according to the present invention. The metal substrate 8 of the present embodiment has a square shape of 1 m square, and its entire outer peripheral portion is formed with a square-shaped predetermined width (30 mm) and a thick portion having the same height as the height of the projection 9. First, as shown in FIGS. 1A and 1B, a metal substrate 8 having a rod-shaped projection 9 is prepared. The metal plate 8 is preferably made of aluminum, but may be made of iron, copper, or an alloy thereof, for example, an alloy of iron and nickel of 35 to 45% by weight (42 alloy). In this embodiment, the thickness of the metal plate 8 is about 1 mm, the diameter of the projection 9 is 1 to 3 mm, and the projection length is 1 mm. The protrusions 9 have a rod shape, a wedge shape, or the like, and are regularly arranged in a square shape as shown in the figure.
[0029]
In the present embodiment, as a method for forming the protrusion 9, aluminum melted at a high temperature (for example, 1000 ° C.) is converted into a mold having a concave portion corresponding to the rod-shaped protrusion 9 using a heat-resistant metal body. While casting, one main surface of the metal plate is formed by rolling. As the mold, a material having heat resistance such as graphite or SiC (silicon carbide) other than the metal body can be used. In some cases, a-Si may be formed on the front surface of a flat aluminum plate having no protrusion. The rod-shaped projection 9 can also be formed by rolling, and is provided with a slight inclination so that it can be easily removed from a die and a roll by rolling in casting and rolling.
[0030]
Next, as shown in FIG. 1B, a ceramic (for example, alumina) 10 is adhered to the surface of the projection 9 of the metal substrate 8 by a thermal spraying method with a thickness of about 50 to 100 μm. For such a thermal spray film, a plurality of thermal spray nozzles arranged at equal intervals to the intervals between the protrusions formed on the metal substrate are used. Further, it can be obtained by disposing the thermal spray nozzle between the projections and repeating the process of forming a linear thermal spray film.
[0031]
A glass layer 11 having a thickness of about 10 μm is formed on the surface of the ceramic 10 by, for example, a sol-gel method. This step can be omitted if the adhesion of the ceramics is good.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2, a silicon layer is formed on the metal substrate 8 by a vapor deposition method. Plasma or a catalyst can be used as a vapor phase growth method (CVD. In this embodiment, the silicon layer is formed by catalytic CVD (Cat CVD).
[0033]
The metal substrate 8 shown in FIG. 1 is mounted in a CVD chamber apparatus as shown in FIG. In order to fix and heat the metal plate 8, the metal plate 8 is arranged on the heater 13 with the vacuum chuck. The heating temperature of the metal plate 8 is set to, for example, 400 ° C. The pressure in the CVD chamber is increased to 3 atm with an inert gas such as argon.
[0034]
In the catalytic CVD (Cat CVD) method, for example, a tungsten wire is heated to about 2000 ° C., and using the heated tungsten wire as a catalyst, monosilane is decomposed to form a silicon layer on the metal plate 8. At the time of film formation, for example, a diborane gas is caused to flow at the same time as monosilane to dope the silicon layer with boron, and as shown in FIG. 2, a p-type a-Si layer 3 is formed to a thickness of, for example, 5 μm.
[0035]
In the above, diborane gas is switched to phosphine halfway, and phosphorus, that is, the n-type silicon layer 4 is formed to about 1 μm. By adding hydrogen gas in the steps from the formation of the glass layer to the formation of the n-type silicon layer 4, the film quality of the silicon layer can be further improved.
[0036]
After the formation of the silicon layer, the upper electrode 5 is formed using a mask having a pattern, and then, as shown in FIG. 2C, a glass layer 11 is formed as an insulating film by CVD or the like. After taking out the metal substrate 8 from the CVD chamber in a heated state, a photosensitive resist is applied.
[0037]
FIG. 3 shows a structure in which the grooves 14 are formed in an a-Si honeycomb shape in the present embodiment, and the upper surface of at least one Al protrusion 9 pierces each honeycomb. The upper electrode 5 is formed in the groove 14 by a subsequent process. After the resist is hardened, as shown in the plan view of the main part of the solar cell in this embodiment in FIG. 3, ultraviolet rays are irradiated from the upper surface thereof using a mask having a pattern in which a chrome thin film is cut into a honeycomb shape on a glass material. The resist is exposed by irradiation. The resist reacts with ultraviolet rays to remove the resist along the portion where the material has changed (transportation of the honeycomb), and then, for example, HF and HNO 3 The glass layer 11 is removed by using the mixed solution of the above. The upper electrode 5 shown in FIG. 2C is formed according to FIG. When the heating of the heater is stopped and the temperature is returned to normal temperature after finishing the processing, the deformation (warpage) of the metal plate can be suppressed to the minimum. The protrusion 9 is located at the center of the bee's nest. In FIG. 3, a groove 14 is formed in a honeycomb shape of a-Si for a solar cell. It is a feature of the present invention that the upper surface of at least one A1 projection 9 penetrates a-Si in each honeycomb.
[0038]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing all the steps including the steps of manufacturing the solar cell described above. The steps after FIG. 3 are shown in FIG. 4 after the item (f). That is, in FIG. 4F, an interlayer hole 15 is formed in the CVD oxide film 12 formed by CVD by photolithography.
3D, a CVD oxide film 12 is formed on the n-type a-Si layer 4.
In (e), an amorphous silicon cut groove 14 is formed using a mask. 3F, an interlayer hole 15 for forming the upper electrode 5 is formed in the CVD oxide film 12. In (g), a metal layer 5 is formed on the upper surface by sputtering or vapor deposition. Alternatively, the metal layer 5 is formed by printing an Ag paste, or the metal layer 5 is formed by spraying Al metal.
(H) The metal layer 5 is again processed into a slit shape, a lattice shape or a honeycomb shape by photolithography so as to be connected to each other as shown in FIGS. 6 and 7 to be described later, thereby realizing the upper electrode 5 for wiring. The material of the upper electrode 5 may be a Nesa (IT0) film. In order to lower the sheet resistance of the p-type a-Si on the upper surface, a thin film of a transparent electrode (In-Sn type or the like) is formed by a printing method, and an upper electrode bus is formed in a spine shape with an Ag paste thereon. .
(I) After the step (h), the antireflection film 16 is applied by a sol-gel method.
(J) External terminals 6 and 7 of a metal plate to be externally taken out electrodes are attached to both sides of the panel by, for example, a solder plating method on a metal substrate 8 to be an upper electrode 5 and a lower electrode. Thereafter, the solar cell device is completed by sealing with a cover of a transparent resin or the like. When the upper electrode 5 has a slit shape, the inner upper electrode 5 is electrically connected to at least one of the ends by a metal plate similarly to the external terminals 6 and 7, but when the upper electrode 5 has a lattice shape or a honeycomb shape. Are electrically connected to each other, but similarly, external terminals may or may not be provided on both sides. The external terminals 6 and 7 are provided with a predetermined width over the entire width of the panel, and a copper plate is preferable.
(K) In the process of (j), before the external terminals are formed on the metal substrate 8 serving as the lower electrode, the two solar cell panels are bonded to each other with solder, and then the external terminals are formed on the lower electrode. Complete the solar cell device.
(L) It is preferable to provide an ultraviolet cut film and an anti-reflection film on the cover made of the above-mentioned transparent resin or the like in order to prevent the solder plating from being deteriorated.
[0039]
In the double-sided solar cell device according to the present embodiment, a large-area solar cell panel is prevented from peeling, thinning, and warping of a thin film due to a temperature change such as heating and cooling in a manufacturing process, and a failure in a production process. It was confirmed that the occurrence could be eliminated.
[0040]
Further, a large number of the solar cell devices obtained according to the present embodiment are installed on a mega float installed on the ocean, so that a power plant can be manufactured economically. In addition, the solar cell device can always obtain high photoelectric conversion efficiency by moving along the movement of sunlight. Further, in the double-sided solar cell device, by performing the operation in a state where the panel is set upright, the operation can be performed without moving along the movement of sunlight.
[0041]
(Example 2)
FIG. 5 is a plan view (a) of a metal plate showing another embodiment of the present invention, and an enlarged view (b) and a sectional view (c) of (b). Related to the metal plate 8 and the protrusion 9. In FIG. 5, the projection 9 is formed by alumite 17 which is a ceramic material. When the alumite portion is formed by processing the aluminum metal plate 8 by, for example, an anodizing method, the aluminum is eroded only at that portion. At this time, the depth of the eroded aluminum is about several μm, and a projection 9 of about 1.2 μm of aluminum oxide is obtained.
[0042]
In the present embodiment, according to the alumite, large-area solar cell panels are prevented from peeling, warping, cracking, etc. due to temperature changes such as heating and cooling in the manufacturing process, and the occurrence of defects in the production process. It was confirmed that it could be eliminated.
[0043]
(Example 3)
6 to 8 are a plan view and a cross-sectional view of a metal substrate of a solar cell device showing another embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a manufacturing process thereof. In this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the metal substrate 8 itself does not have a projection structure, but instead has an a-Si layer formed on the metal substrate 8 made of aluminum or the like. Are separated. The space between the islands is filled with glass or resin 18 to the middle of the n-type a-Si layer 4 in the groove separating the islands. Thereafter, the upper electrode 5 is attached. The purpose of separating the a-Si layer into a quadrangular island shape is to prevent the aluminum metal substrate 8 from warping due to stress strain caused by a difference in thermal expansion between the metal substrate 8 and the a-Si layer, as described above. Is the aim. The island of a-Si may be partitioned in a honeycomb shape as shown in FIG. 7, and the upper electrode 5 is similarly attached. External electrodes are provided on both sides of the panel as in the first embodiment.
[0044]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a specific method of manufacturing a solar cell device for realizing the structures of FIGS. The manufacturing process is as follows.
(A) After the metal plate 8 is sucked by the heating type vacuum suction plate (vacuum chuck) plate 13, the suction plate is heated to about 400 ° C.
(B) In the state of (a), the p-type a-Si layer 3 is vapor-phase grown by Cat-CVD. During the growth process, the doping gas is switched to grow the n-type layer 4 and form a junction together with the p-type a-Si layer 3. Note that the quality of the a-Si layer can be improved to a more suitable performance as a solar cell by changing the heating temperature of the metal plate 8 as needed in the growth process.
(C) In the state of (b), a photosensitive polymer (for example, PIQ) 19 is applied while the substrate is heated, and a baking process is performed by changing the temperature.
(D) In the state of (c), the partially cured portion 20 of PIQ is formed using a mask.
(E) The partially cured portion 20 is stripped of the polymer in a self-aligned manner, and the exposed portion of the a-Si layer is removed by etching.
(F) At the end of this step, the vacuum chuck for heating the substrate is returned to normal temperature, and the glass or resin 21 is removed by a spin coating method or the like to the middle of the n-type a-Si layer 4 in the groove region between a and Si. Embed.
(G) The PIQ is re-exposed to pattern the area 22 slightly larger than the groove area, and peel off the polymer in a partially cured area in a self-aligned manner.
(H) After depositing aluminum by vapor deposition or sputtering, a resist is applied and aluminum is removed by photolithography, leaving only the groove region 015 between the a-Si islands to form the upper electrode 5. The solar cell panel is completed by removing it from the vacuum chuck.
[0045]
In FIG. 8, instead of the photosensitive resin 21, an inorganic glass formed at a low temperature may be used. In addition, the upper electrode 5 may be formed by, for example, applying silver paste to the recess 15 by a printing method instead of the photolithography method.
[0046]
According to the present embodiment, a large-area solar cell panel is prevented from peeling, warping, cracking, etc. of the thin film due to a temperature change such as heating and cooling in a manufacturing process, and it is possible to eliminate the occurrence of defects in the production process. It was confirmed that it was possible.
[0047]
(Example 4)
FIG. 9 and FIG. 10 are cross-sectional views illustrating the configuration of a power plant in which a large number of the solar cell devices obtained in Examples 1 to 3 are installed on a megafloat 25 installed on the ocean. The obtained power is transmitted by a submarine cable, FIG. 9 is a diagram showing a device provided with a storage tank for converting the obtained power to hydrogen by a hydrogen production device 26 and storing the hydrogen, and FIG. It is conceivable that an electromagnetic wave is converted into an electromagnetic wave by an electromagnetic wave transport device and then transmitted to the ground via an artificial satellite. As described above, the solar cell device 23 of the present embodiment can be easily manufactured, and thereby a high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Further, the solar cell device 23 formed according to Examples 1 to 3 has high productivity and is therefore excellent in economic efficiency. Further, the solar cell device 23 is configured such that each panel thereof is set gradually higher on the rear side toward the sun with the support columns 24, and is inclined so that the sunlight always hits vertically along the movement of the sunlight as shown in the figure. By providing a rotating means controlled by a microcomputer, high photoelectric conversion efficiency can always be obtained. In the ocean, the surface of the battery is expected to be contaminated with seabird feces and the like, so it is preferable to provide an antibacterial coating to which dirt does not easily adhere.
[0048]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell apparatus obtained by the stable manufacturing process which can suppress generation | occurrence | production of peeling, a warpage, a crack, etc. in the manufacturing process of a solar cell with high photoelectric conversion efficiency and high economic efficiency, and its manufacture The present invention can provide a method, a metal plate for a solar cell device thereof, and a power plant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a solar cell device using a metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a solar cell device using the metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of an amorphous silicon cut groove in a solar cell device using the metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a solar cell device using the metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 5 is a plan view, an enlarged view, and a cross-sectional view of a metal substrate with a projection structure according to the present invention.
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a solar cell device using a metal substrate without protrusions according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view of a solar cell device using the metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a solar cell device using the metal plate with protrusions of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a marine power plant using the solar cell device of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a marine power plant using the solar cell device of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional solar cell device.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional solar cell device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Lower electrode, 3 ... p-type a-Si layer, 4 ... n-type a-Si layer, 5 ... Upper electrode, 6, 7 ... External terminal, 8 ... Aluminum metal plate, 9 ... Aluminum protrusion Reference numeral 10: ceramic sprayed film, 11: glass layer, 12: CVD oxide film, 13: heater with vacuum chuck, 14: groove for amorphous silicon, 15: layer hole, 16: antireflection film, 17: alumite layer, 18 ... Glass or resin, 19 ... Photopolymer, 20 ... Photopolymer cured part, 21 ... Glass or resin, 22 ... Gap by patterning, 23 ... Solar cell device, 24 ... Support, 25 ... Mega float, 26 ... Hydrogen production Equipment and hydrogen storage tank, 27: Electromagnetic wave transport device.
