JP2004082285A

JP2004082285A - 太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法

Info

Publication number: JP2004082285A
Application number: JP2002247675A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Aramaki; 荒巻　慶輔
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】薄膜太陽電池素子の高効率化に好適な光閉じ込め効果を有する基板を高スループット且つ低コストで形成することによって、高効率で低コストな太陽電池素子を可能とすることを目的とする。
【解決手段】大きさの異なる２種以上の砥粒からなる混合砥粒を用いて太陽電池素子用ガラス基板表面にサンドブラスト処理を施す。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、太陽電池素子用基板の粗面化方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその課題】
微結晶（μｃ−Ｓｉ）太陽電池素子においては、ガラスなどの基板上に電極を形成し、この上にＳｉ層を順次積層して素子を形成する。このとき、ａ−Ｓｉ太陽電池素子と異なり、光吸収係数の小さいμｃ−Ｓｉ膜を活性層としたμｃ−Ｓｉ太陽電池素子において入射光を効率良く吸収させるためには、光閉じ込め構造の形成が極めて重要である。
【０００３】
この光閉じ込め構造を得るための１手段として、素子構造に凹凸構造を導入する方法が用いられている。
【０００４】
例として、基板上に透明層（ＺｎＯ）を形成後、酢酸溶液中に浸漬及び電解処理を施すことにより透明層に凹凸を形成する方法（例えば、特開平６−１４０６４９号等を参照）や、導電性酸化物微粒子を分散媒体中に分散されたコーティング液を基板上に塗布し、硬化させることにより、ヘーズが２〜４８％である透明導電膜を形成する方法（例えば、特開平１０−１２０５９号等を参照）が知られている。しかしながら、これらの方法ではいずれも透明層を形成する必要があるため、コスト及びスループットの面において問題が残る。
【０００５】
また、ガラス基板上に平均粒径０．１〜１．０μｍの絶縁性微粒子薄膜を形成して基板上に凹凸を形成する方法（特開平１１−２７４５３６号等を参照）や、複数のＶ溝に超音波振動を与え、遊離砥粒を含むスラリーを供給しつつ、基板表面に押し付けて凹凸構造を形成する（特開平６−３５０１１４号等を参照）方法等もあるが、これらの方法では好適な凹凸形状を得ることが困難で、上層に形成するμｃ−Ｓｉ膜の品質を低下させる事態を誘発していた。
【０００６】
一般的なサンドブラスト処理の例として、ガラス基板に直接凹凸を形成する（特開平７−１２２７６４号、特開平９−１９９７４５等を参照）方法等があるが、砥粒のが大きいため、形成される凹凸形状のアスペクト比が大きくなり、凹凸に急峻な斜面が形成されるので素子においてはリークを誘発する要因となっていた。
【０００７】
また、粒径の大きな砥粒でサンドブラスト処理を行った後に粒径の小さな砥粒でサンドブラスト処理を行って凹凸を形成する（特開平１０−７０２９４号等を参照）方法等もあるが、この方法においては好適な凹凸が得られなかった。
【０００８】
すなわち、粒径が相互に異なる砥粒を順次サンドブラストした従来技術では表面に小さな凹凸を有する大きな凹凸（急峻な凹凸）が形成される影響で、基板上に形成される上層に欠陥が生じ易いという問題があり、さらに、凹凸に急峻な斜面があるのでリークを誘発する場合があった。
【０００９】
また、各々の砥粒に対して別の装置が必要となり、コスト面に問題があるだけでなく、サンドブラスト処理に時間を要するため、スループット上の問題もあった。
【００１０】
本発明では、以上の諸方法の問題点を解消し、薄膜太陽電池素子の高効率化に好適な光閉じ込め効果を有する基板を高スループット且つ低コストで形成することによって、高効率で低コストな太陽電池素子を可能とすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法は、粒径が互いに異なる２種以上の砥粒からなる混合砥粒を用いて太陽電池素子用ガラス基板表面にサンドブラスト処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
粒径が互いに異なる砥粒を順次サンドブラストした従来技術では表面に小さな凹凸を有する大きな凹凸（急峻な凹凸）が形成されるのに対して、かかる粗面化方法によれば、上記従来技術における小さな凹凸と大きな凹凸の中間程度の大きさの凹凸が平均的に形成され、しかも、より鈍角化することができる。
【００１３】
したがって、基板上に形成される上層の欠陥を少なくし、且つリークを少なくすることから高性能な太陽電池素子特性が得られる。
【００１４】
さらに、サンドブラストが一回で済むので高スループットが実現する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態をサブストレート型μｃ−Ｓｉ太陽電池素子を例に詳細に説明する。
図１に示す太陽電池素子Ｓ１は、ガラス基板１上に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌのうち、少なくとも１種からなる金属膜、あるいはそのシリサイド膜、あるいはその窒化膜で形成される裏面電極２、ｐ＋〜ｐ＋＋型あるいは＋〜ｎ＋＋の非単結晶Ｓｉ下地層３、非単結晶Ｓｉ下地層３と同一導電型もしくはｉ型のμｃ−Ｓｉ光活性層４、ｎ型あるいはｐ型の非単結晶Ｓｉ層５、及び受光面電極層を兼ねた導電性の反射防止膜６を順次積層して成る。同図中の７は反射防止膜６の上面に形成された表取り出し電極であり、８は裏面電極２上に形成された裏取り出し電極である。
このような薄膜太陽電池素子の製造にあたって、まず、ガラス基板にサンドブラスト処理を行う。本発明では、この際、粒径が互いに異なる２種以上の砥粒を混合した混合砥粒を用いることを特徴とする。
【００１６】
粒径が互いに異なる砥粒を順次サンドブラストした従来技術では表面に小さな凹凸を有する大きな凹凸（急峻な凹凸）が形成されるのに比べて、この粗面化方法によれば、上記従来技術における小さな凹凸と大きな凹凸の中間程度の大きさの凹凸が平均的に形成され、しかも、凹凸の斜面を急峻ではなくすることができる。
【００１７】
したがって、基板上に形成される上層の欠陥を少なくし、且つリークを少なくすることから高性能な太陽電池素子特性が得られる。
【００１８】
さらに、サンドブラストが一回で済むので高スループットが実現する。
この粗面化方法の好適な態様を以下に説明する。
サンドブラスト処理において、＃２０００〜＃４０００のＡｌ_２Ｏ_３と＃１２００〜＃２０００のＳｉＣを混合した砥粒をエアー圧力０．０１〜０．１ＭＰａ、テーブルスキャン速度５０ｍｍ／秒で投射する。このようにの異なる砥粒を混合して処理を施すことにより、一種類の砥粒でサンドブラスト処理を施す場合より好適な凹凸を形成することができる。
＃２０００〜＃４０００のＡｌ_２Ｏ_３と＃１２００〜＃２０００のＳｉＣを混合して混合砥粒とすると、粒径の小さな砥粒が硬度が小さいＡｌ_２Ｏ_３からなるので凹凸に急峻な斜面が形成され難く、粒径の大きな砥粒が硬度が大きいＳｉＣからなるので凹凸の大きさを平均化する効果が一層大きくなる。
【００１９】
このように、上記砥粒の材質の組み合わせとしては、粒径の小さな砥粒が硬度が小さい材質からなり、粒径の大きな砥粒が硬度が大きい材質からなることが好ましい。具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２のうちから選択することができる。なお、砥粒の材質は異種であっても同種であっても良い。
とくに混合砥粒に含まれる＃２０００〜４０００の砥粒の＃１２００〜＃２０００の砥粒に対する重量比が１〜４の範囲にある場合、より均一で好適な凹凸形状を得ることができる。
これに対して、前記重量比が１未満となり＃１２００〜＃２０００の砥粒の方が多くなる場合、あるいは＃１２００以下の砥粒を用いる場合、形成される凹凸のピッチが大きくなり、光閉じ込めの効果が小さくなるおそれがある。
また、前記重量比が４を超える場合には形成される凹凸のピッチが小さくなり、光閉じ込めの効果が減少するおそれがある。
＃４０００以上の砥粒を用いた場合、形成される凹凸のピッチが小さくなり、好適なものが得られないだけでなく、砥粒がサンドブラスト装置内を循環しにくくなるため、砥粒のコストが問題となる。
【００２０】
サンドブラスト処理後に必要に応じてフッ酸溶液で処理を施してもよい。フッ酸溶液で処理を施すことによってマイクロクラック等の構造欠陥を溶解除去するとともに、リークの要因となる凹部の残存鋭尖箇所をエッチングで丸め、さらに鈍角化することができる。
【００２１】
たとえば、フッ酸溶液濃度を１０重量％として１分間浸漬処理を施すと、凹凸形状のピッチは０．５〜１．５μｍ程度の範囲のものが得られる。この凹凸形状のピッチはフッ酸処理の濃度と時間を変化させることにより０．１〜５μｍ程度の範囲内で制御が可能である。
【００２２】
この凹凸は高い光閉じこめ効果を有するとともに、凹凸に急斜面部が存在しないため素子にリークを生じさせない好適な形状である。
また、エッチング残さの除去を目的として、上記フッ酸溶液処理の前後の少なくとも一方は純水中等で超音波洗浄を行うことが望ましい。
また、スループットをより向上させるために、フッ酸溶液処理中に超音波振動を与えることにより、エッチングと残さ除去を同時に行ってもよい。
【００２３】
図２は上記粗面処理後のガラス基板のＳＥＭ（走査電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真像を示す。
【００２４】
図２より、形成された凹凸のピッチが１μｍ以下の比較的均一なものであって、本発明の粗面化方法が好適であることが判る。
次に、裏面電極２を電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の真空製膜法によりシート抵抗が１Ω／□程度以下となるような適当な膜厚に堆積する。具体的には、Ｔｉ膜を０．１μｍ成膜し、この上にＡｇ膜を１μｍ成膜し、さらにＴｉ膜を０．１μｍ成膜することで、シート抵抗０．１Ω／□以下のものとすることができる。なお、前記Ｔｉ及びＡｇ膜は後工程で問題がない限り他の金属等に置き換えてもよい。
次に、１×１０^１９／ｃｍ^３程度の高濃度にドープされたｐ型あるいはｎ型の非単結晶Ｓｉ下地層３を前記裏面電極２上に形成する。
具体的には、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄膜形成技術にて膜厚０．１μｍ以下で膜形成する。この後、結晶化促進及びドーパント活性化率向上を図る目的で熱処理を行ってもよい。
次に、前記非単結晶Ｓｉ層３上にこれと同一導電型もしくはｉ型の微結晶Ｓｉ層４を、ＣＶＤ法等によって厚さ１μｍ〜１０μｍ程度に形成する。
次に、微結晶Ｓｉ層４上にＳｉ下地層３とは反対の導電型の非晶質、非単結晶もしくは微結晶を含む非単結晶Ｓｉ層５をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法等の真空製膜法により厚さ０．１μｍ以下に形成する。
次に、非単結晶Ｓｉ層５上に、ＩＴＯやＳｎＯ_２等の導電性、あるいは窒化Ｓｉ膜や酸化Ｓｉ膜等の絶縁性の反射防止膜６を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等の真空製膜法を用いて６０〜１００ｎｍ程度の膜厚で製膜する。
次に、反射防止膜６上に表取り出し電極７を、真空製膜技術、プリント及び焼成技術、さらにメッキ技術等を用いて形成する。なお、絶縁性の反射防止膜を非単結晶Ｓｉ層５上に成膜した場合は、バッファードフッ酸等の適当な薬液によるエッチング技術によって表取り出し電極７を形成する領域の絶縁性反射防止膜を除去して非単結晶Ｓｉ層５を露出させ、ここに表取り出し電極７を接触させるように形成すればよい。
また、裏取り出し電極８についても、裏面電極２上に真空製膜技術、プリント及び焼成技術、さらにメッキ技術等を用いて形成することができる。
以上の方法よって作製された太陽電池素子およびフラットなガラス基板を用いて作製した比較例の太陽電池素子の分光感度特性を図３に示す。
本方法において作製された基板を用いた素子は長波長領域における感度が比較例に比べて大きく向上しており、光閉じこめ構造により素子特性向上したことが実証された。
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができる。
例えば、上記実施形態では、シングル構造のサブストレート型太陽電池素子に本基板を用いた例を説明したが、多層型（タンデム型）太陽電池素子に本発明の方法を用いてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法によれば、粒径が互いに異なる２種以上の砥粒からなる混合砥粒を用いて太陽電池素子用ガラス基板表面にサンドブラスト処理を施すことから、粒径の互いに異なる砥粒を順次サンドブラストした従来技術では表面に小さな凹凸を有する大きな凹凸（急峻な凹凸）が形成されるのに比べて、上記従来技術における小さな凹凸と大きな凹凸の中間程度の大きさの凹凸が平均的に形成され、しかも、凹凸に急峻な斜面がないようにすることができる。これにより、基板上に形成される上層の欠陥を少なくし、且つリークを少なくすることから高性能な太陽電池素子特性が得られる。さらに、サンドブラストが一回で済むので高スループットが実現する。すなわち本発明によれば、好適な光閉じこめ構造を有する高効率な太陽電池素子を高スループットで形成することができる。
【００２６】
また、請求項２の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法によれば、前記混合砥粒が＃２０００〜＃４０００砥粒と＃１２００〜＃２０００の砥粒を含むことから、凹凸ピッチを適正とし、より高い光閉じ込め効率変換を実現するとともに、サンドブラスト装置内での砥粒の循環が良く砥粒のコストを抑えることができる。
【００２７】
また、請求項３の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法によれば、前記＃２０００〜＃４０００の砥粒の＃１２００〜＃２０００の砥粒に対する重量比が１〜４であることから、凹凸ピッチを適正とし、より高い光閉じ込め効率を実現することができる。
【００２８】
また、請求項４の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法によれば、前記＃２０００〜＃４０００の砥粒がＡｌ_２Ｏ_３からなり、前記＃１２００〜＃２０００の砥粒がＳｉＣからなることから、粒径の小さな砥粒が硬度が小さいＡｌ_２Ｏ_３からなるので凹凸に急峻な斜面が形成され難く、粒径の大きな砥粒が硬度が大きいＳｉＣからなるので凹凸の大きさを平均化する効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池素子ガラス基板の粗面化方法を用いて作製したサブストレート型μｃ−Ｓｉ太陽電池素子の層構成図である。
【図２】本発明の太陽電池素子ガラス基板の表面性状を示すＳＥＭ写真像である。
【図３】本発明の太陽電池素子ガラス基板の粗面化方法を用いて作製したサブストレート型μｃ−Ｓｉ太陽電池素子および基板の粗面化を行なっていない比較例の太陽電池素子の分光感度を示す線図である。
【符号の説明】
１　基板
２　表面電極
３　非単結晶Ｓｉ下地層
４　結晶質Ｓｉ光活性層
５　非単結晶Ｓｉ層
６　反射防止膜
７　表取り出し電極
８　裏取り出し電極

Claims

粒径が互いに異なる２種以上の砥粒からなる混合砥粒を用いて太陽電池素子用ガラス基板表面にサンドブラスト処理を施すことを特徴とする太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法。
前記混合砥粒は＃２０００〜＃４０００の砥粒と＃１２００〜＃２０００の砥粒を含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法。
前記＃２０００〜＃４０００の砥粒の＃１２００〜＃２０００の砥粒に対する重量比が１〜４であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法。
前記＃２０００〜＃４０００の砥粒がＡｌ_２Ｏ_３からなり、前記＃１２００〜＃２０００の砥粒がＳｉＣからなることを特徴とする請求項２乃至３記載の太陽電池素子用ガラス基板の粗面化方法。