JP2005129713A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を光入射側としたスーパーストレート構造の高効率な薄膜太陽電池、およびこの薄膜太陽電池を簡易な製造プロセスで作製する製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】透光性プラスチック基板３上に、透明導電膜４、光電変換層５および裏面電極層６が順次積層されてなる薄膜太陽電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。特に、プラスチック基板上に成膜された軽量で可撓性を有する薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。

一般に薄膜太陽電池は、ガラス等の絶縁透光性基板上に酸化スズ (以下、ＳｎＯ₂と記す)、スズ添加酸化インジウム(以下、ＩＴＯと記す)、酸化亜鉛（以下、ＺｎＯと記す)等の透明導電膜が形成され、その上に非晶質半導体のｐ層、ｉ層、ｎ層がこの順に積層されて光電変換層が形成され、その上に金属薄膜裏面電極が積層されてなる構造と、金属基板電極の上に非晶質半導体のｎ層、ｉ層、ｐ層がこの順に積層されて光電変換層が形成され、その上に透明導電膜が積層されてなる構造が公知である。これらのうち、ｐ-ｉ-ｎ層の順に積層する構造の薄膜太陽電池は、ガラス基板が太陽電池表面のカバーガラスを兼ねることができること、またＳｎＯ₂等の耐プラズマ性透明導電膜が開発されて、この上に非晶質半導体光電変換層をプラズマＣＶＤ法で積層することが可能となったこと等から多用されるようになり、現在の主流となっている。
しかし、ガラス基板は一般的に重量が重く、厚みを薄くしていくと割れやすくなり、強度的にも問題がでてくる。こういった欠点を補うべく、近年プラスチック基板等の可撓性基板上に非晶質シリコン膜を形成して作製される薄膜太陽電池が注目を浴びており、薄型、軽量、曲折げが可能などガラス基板にはない特徴をもつことから新しい製品分野へと応用を広げている。

プラスチック基板の有する軽量性、可撓性に注目し、これまでいくつかのプラスチック基板を用いた薄膜シリコン系太陽電池が出願されている。しかし、高透明性、高耐熱性を示す適当なプラスチック材料が無く、またプラスチック特有の特徴である、紫外線による劣化、水蒸気や空気の透過等の問題により、これまで提案されてきた薄膜太陽電池は、プラスチック基板もしくは金属基板/裏面反射電極層/非晶質シリコン系光電変換層/表面透明導電膜層といった逆タイプの構造（以下、サブストレート構造と称する）であった。このサブストレート構造では、プラスチック基板が透明である必要がなく、高耐熱性のポリイミド基板等が使用されている。最近では、例えば特開２００１−２７４４３４号公報（特許文献１）に記載のように、光電変換層に結晶系薄膜を使用したプラスチック基板太陽電池が提案されている。

一方、この種類のプラスチック基板を用いた薄膜太陽電池の製造方法に関しては、プラスチック基板の製造工程でのヒートサイクルによって基板が湾曲し変形するだけでなく、成膜された膜の内部応力によって更に変形が助長されてしまうことがある。特にシート状にした場合では、薄いプラスチック基板は可撓性を有するため基板単体での支持が困難である。従って、特殊なロールツーロール方式やステッピングロール方式の成膜装置を使用するのが一般的である。また、別の方法として、通常のガラス基板のプロセスを利用して簡易に作製する場合は、特殊な基板ホルダーを使用してプラスチック基板に一定の張力を持たせながら成膜させる必要がある。特開２００２−１００７９０号公報（特許文献２）には、熱膨張率の小さいセラミックス−金属複合体を材料とする額縁状の保持枠を使用した製造方法が提案されている。

しかしながら、特開２００１−２７４４３４号公報を含めた従来技術であるプラスチック基板もしくは金属基板/裏面反射電極層/非晶質シリコン系光電変換層/表面透明導電膜層といったサブストレート構造の薄膜太陽電池は、製造過程でのレーザー加工による集積化において、レーザー光を基板側から入射させることができないことから、レーザーの条件の設定が難しく、もしくは特殊な技術を別に施す必要があった。また、このタイプの薄膜太陽電池で面積が大きい場合は、表面透明導電膜層上にくし型の金属電極を設ける必要があるため、光電変換層内への光入射量が制限されて光電変換効率の低下が避けられなかった。また、プラスチック基板に関しても、耐熱性の高いポリイミド基板は比較的高価であるため、薄膜太陽電池の低コスト化は困難であった。ポリイミド以外の他の高分子材料の上に成膜できれば透明な材料や低価格なものを用いることがきるのであるが、ほとんどの高分子材料は耐熱性が１５０℃以下と低く、耐熱温度として２００℃程度を必要とする薄膜太陽電池、液晶パネル等の半導体素子の製造プロセスには適さなかった。

一方、可撓性のプラスチック基板を用いた薄膜太陽電池の製造方法に関しては、一般的なロールツーロール方式では、装置構成が複雑なことから装置価格が高くなり、ガラス基板のプロセスで使用の装置を使用することはできず、新規に専用の装置を製造する必要があった。通常のガラス基板のプロセスを利用して簡易に作製する場合は、特開２００２−１００７９０号公報では額縁状の保持枠を使用することが記載されており、保持枠の材質を工夫してプラスチック基板の成膜時の変形を最小限に抑えようとしているものの、プラスチック基板を周囲のみで保持していることからどうしても中心部分が浮いてきて平面性が保てないことが予想される。特に、結晶系シリコン薄膜を光電変換層に使用するような場合は、膜厚が通常より厚めになることから、膜の応力が大きくなり、プラスチック基板の変形が大きくなる。また、成膜時において、ＣＶＤ装置の電極間距離は１０ｍｍ程度であり、プラスチック基板の数ｍｍの変形によって成膜中のプラズマの広がりが不均一となるため、面内の膜厚、膜質分布が大きくなることから製品歩留まりを悪化させる要因となる。成膜温度に関しては、プラスチック基板の耐熱温度以上での処理は、熱の逃げ場が無いことから不可能であり、１５０℃程度以下での処理となり、どうしても太陽電池の特性は低いものとなってしまう。
特開２００１−２７４４３４号公報 特開２００２−１００７９０号公報

本発明は、基板を光入射側としたスーパーストレート構造の高効率な薄膜太陽電池、およびこの薄膜太陽電池を簡易な製造プロセスで作製する製造方法を提供することを課題とする。

かくして、本発明によれば、透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が順次積層されてなる薄膜太陽電池が提供される。

また、本発明は別の観点によれば、透光性プラスチック基板を透光性支持基板上に透光性粘着層を介して剥離可能に全面的に粘着し、
前記透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層を順次積層し、
その後、前記透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が積層された透光性プラスチック基板を前記透光性支持基板から剥離する薄膜太陽電池の製造方法が提供される。

本発明の薄膜太陽電池によれば、プラスチック基板側が光入射側となるスーパーストレート構造であるため、光入射側の表面には光の入射量を制限する（従来のサブストレート構造の薄膜太陽電池の）くし型電極が無く、光電変換効率を低下させることがない。また、スーパーストレート構造であるため、製造過程の集積化においてはプラスチック基板側からレーザー光を入射させて容易にレーザー加工が可能である。

また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法によれば、透光性プラスチック基板を透光性支持基板上に透光性粘着層を介して剥離可能に全面的に粘着した状態で薄膜太陽電池を形成するので、製造プロセスにおいて、薄膜形成時におけるプラズマによる熱がプラスチック基板から支持基板に伝わって逃げるので、プラスチック基板の耐熱温度を多少超えたとしてもプラスチック基板の温度上昇が抑止され、プラスチック基板の変形が抑止される。その結果、耐熱温度が低い（例えば１５０℃以下の）透明プラスチック材料をプラスチック基板に使用しても高性能の薄膜太陽電池を製造することができる。また、プラスチック基板は全面で支持基板に粘着し保持されるため、成膜中の処理温度による変形や成膜された膜の内部応力による変形が生じない。その結果、面内の膜厚分布、膜質分布が最小限に抑えられ、高性能の薄膜太陽電池を得ることができる。また、本発明の製造方法によれば、ガラス基板のプロセスで使用の装置、基板ホルダーをそのまま使用することができ、新たな設備投資が必要ない。特に、支持基板と粘着層を透明なものを使用するため、集積化のためのプラスチック基板表面からのレーザー加工が、容易なレーザー条件設定のもとで可能であり、特殊な技術を施す必要もない。

本発明において、透光性プラスチック基板の材料としては、ある程度の耐熱性および透光性を有するプラスチック材料であれば特に限定されるものではないが、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、透明ポリイミド、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンスルフィド、フッ素系樹脂等の耐熱温度が１３０℃以上のものが好ましい。中でも、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）が特に好ましく、ポリエーテルサルホンを使用することによって耐熱温度：２３０℃以上、光線透過率：９０％程度の高耐熱透光性のプラスチック基板が得られ、それにより高品質な薄膜太陽電池を提供することができる。

また、プラスチック基板が、その透明導電膜側の面に微細な凹凸を有するものでもよく、このようにすればプラスチック基板の上部に形成される透明導電膜と光電変換層との界面で反射された光を高効率に再入射させることが可能となり、光の有効利用が図れ、太陽電池の出力電流を増大させることができる。
さらに、プラスチック基板の凹凸形状としては、Ｖ溝構造等の断面形状が規則的なＶ字形状、または規則的な三角錐、四角錘、円錐等のくさび型形状で、その凹凸の山と谷との高さ及びピッチが可視光領域の光の波長の半分程度の凹凸が形成されていることが好ましい。例えば、凹凸の高さとしては１００〜４００ｎｍ程度が挙げられ、ピッチとしては
２００〜８００ｎｍ程度が挙げられる。このようにすれば、プラスチック基板の上部に形成されている透明導電膜と光電変換層との界面で反射された光を高効率に再入射させることと、光電変換層での光の光路長増加との両方の効果により、より一層光の有効利用が図れ、より一層太陽電池の出力電流を増大させることができる。
この凹凸の形成方法としては、プラスチック基板をサンドブラストする方法、もしくはプラスチック基板上に紫外線硬化型の樹脂を塗布し、樹脂硬化時に凹凸形状の金型を用いる方法、例えば転写したい上記凹凸形状の金型を押し付けて硬化する方法、あるいは塗布した樹脂に微粒子を散布し付着させ、樹脂を硬化して凹凸をつける方法等が挙げられる。

本発明において、プラスチック基板の受光面側に、紫外線吸収膜が設けられてなる構成の薄膜太陽電池とするもよく、このようにすればプラスチック基板特有の紫外線による劣化を防止することができ、スーパーストレート構造であるプラスチック基板から光を入射するタイプの薄膜太陽電池の信頼性をより高めることができる。
紫外線吸収膜としては、紫外線吸収ポリマーコーティング膜、紫外線吸収性の無機微粒子を含んだシリカ膜等が挙げられる。紫外線吸収性の無機微粒子としては、酸化亜鉛微粒子、酸化チタン微粒子等が挙げられる。また、紫外線吸収膜としては、透明フッ素系樹脂フィルムをプラスチック基板の表面に粘着層を介して配置する構造とすることでもよく、あるいはガラスをプラスチック基板の表面に粘着層を介して配置する構造とすることでも良い。

本発明において、プラスチック基板の受光面側に、水蒸気および／または空気の透過を防ぐバリア層が設けられてなる構成の薄膜太陽電池とするもよく、このようにすればプラスチック基板特有の水蒸気や空気侵入によるセル特性の劣化、膜剥離等の外観不良や特性不良を防止することができ、スーパーストレート構造であるプラスチック基板から光を入射するタイプの薄膜太陽電池の信頼性をより高めることができる。
水蒸気および／または空気の透過を防ぐバリア層としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素等の金属酸化物膜を使用することができる。また、バリア層としては、透明フッ素系樹脂フィルムをプラスチック基板の表面に粘着層を介して配置する構造とすることでも良く、あるいはガラスをプラスチック基板の表面に粘着層を介して配置する構造とすることでも良い。

本発明において、光電変換層としては、特に限定されるものではなく、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン、微結晶シリコン等の結晶系半導体、アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ）、ａ‐ＳｉＣ等のアモルファス系半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体などが挙げられ、これらの単層構造でも積層構造でもよい。中でも、アモルファスシリコン、微結晶シリコンの単層構造もしくは積層構造が好ましく、光電変換層に微結晶シリコン薄膜を使用することで、光電変換効率がより高い薄膜太陽電池を得ることができる。なお、製造時において、微結晶シリコン薄膜を使用することで予想される膜の内部応力の増加は、後述する支持基板へのプラスチック基板の全面粘着による製造方法によってプラスチック基板の変形の助長が解決されるので、本発明によれば微結晶シリコン薄膜を光電変換層に有する高効率な薄膜太陽電池を提供することができる。

上述したように、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、透光性プラスチック基板を透光性支持基板上に透光性粘着層を介して剥離可能に全面的に粘着し、
前記透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層をこの順に形成し、
その後、前記透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が積層された透光性プラスチック基板を前記透光性支持基板から剥離することを特徴とする。

本発明の製造方法において、透光性粘着層の材料としては、透光性の例えばアクリル系透明粘着剤、シリコン系透明粘着剤、２液混合付加型の透明シリコーン樹脂を硬化させたもの、透明耐熱性両面テープ、透明シリコーンゴムシートまたは透明シリコーンゲルシート等を挙げることができる。これらの粘着層用の材料は、透光性プラスチック基板の上記材料（例えばポリエーテルサルホン）と透光性支持基板の上記材料（ガラス）とで組み合わせた場合に、支持基板と粘着層との界面の粘着力よりも、プラスチック基板と粘着層との界面の粘着力が小さくなるものとして挙げられる。
また、粘着層の粘着力としては、支持基板と粘着層との界面の粘着力は５Ｎ／２５ｍｍ以上（好ましくは１０Ｎ／２５ｍｍ超）、プラスチック基板と粘着層との界面の粘着力は１〜１０Ｎ／２５ｍｍ（好ましくは２〜５Ｎ／２５ｍｍ）が挙げられる。なお、プラスチック基板と粘着層との界面の粘着力が、１Ｎ／２５ｍｍより小さいと成膜プロセスにおいて、プラスチック基板の粘着層からの自然剥離が発生する場合がある。一方、１０Ｎ／２５ｍｍより大きいと、薄膜太陽電池形成後にプラスチック基板が粘着層から剥離できない、もしくは剥離するときに局所的に力が加わることで薄膜を破壊する、もしくは剥離できてもプラスチック基板上に粘着剤が残存する場合がある。

アクリル系透明粘着剤としては、硬化前は液状のものが好ましく、液状であれば粘着層の形成時には支持基板へ簡易な装置で全面均一に粘着剤を塗布することができる。簡易な装置としては、スピンコーター、ロールコーター、バーコーター等があるが、もちろん、スプレー方式の塗布装置を使用してもよい。また、アクリル系のものは一般的に低コストであるという利点もある。
シリコーン系透明粘着剤としても、硬化前は液状のものが好ましい。シリコーン系のものは一般的に６０〜１００℃程度の温度で硬化させることが可能であり、硬化後は耐熱温度が高く、剥離性が良いという利点がある。
このようなアクリル系とシリコーン系の粘着剤は、薄膜太陽電池の製造条件等によって使い分けるとよい。
支持基板上にこれらの粘着層を介してプラスチック基板を貼り付ける方法としては、例えば一対のローラー間にこれらを通して密着させる方法が挙げられ、この方法によれば皺や気泡の発生を防止できるので好ましい。

また、透光性粘着層として、液状の２液混合付加型のポッティング用透明シリコーン樹脂を硬化させたものを使用してもよく、上述と同様に支持基板へ簡易な装置で全面均一にシリコーン樹脂を塗布することができる。この種類のシリコーン樹脂は、トルエン、キシレン等の有機溶剤を含まないので、樹脂が硬化する前にその上にプラスチック基板を密着させても、シリコーン樹脂を硬化させることが可能であり、かつプラスチック基板が溶剤に侵されることがない。また、第２種有機溶剤を使用するときに必要な特別な装置を使用しなくてもよく、作業環境性が良い。また、塗布する直前に２液を混合するので、シリコーン樹脂が塗布前にそれを容れた容器内で硬化するなどの塗布工程前でのシリコーン樹脂の硬化を防止することができ、良好な作業性を実現できる。なお、２液混合付加型のシリコーン樹脂は室温でも硬化するが、６０〜１００℃程度の温度に加温すれば硬化時間を短縮することができる。
この２液混合付加型のシリコーン樹脂からなる粘着層の場合も、支持基板上に粘着層を介してプラスチック基板を貼り付ける方法としては、上述のような一対のローラーに通して、皺や気泡を生じずに密着させる方法が挙げられる。

上記透明耐熱性両面テープとしては、プラスチック基板側の粘着強度：１〜１０Ｎ／２５ｍｍ、支持基板側の粘着強度：５Ｎ／２５ｍｍ以上のものが好ましい。
透光性粘着層にこのような透明耐熱性両面テープを使用することで、より簡易にプラスチック基板を支持基板に粘着することができる。両面テープの粘着剤は、プロセス温度に耐え得る耐熱性のものでかつ透明なものであれば、アクリル系、シリコーン系、ゴム系等が使用でき、特に限定されない。両面テープの基材に関しても、プロセス温度に耐え得る耐熱性のものでかつ透明なものであれば、特に限定されない。また、基材レスタイプの両面テープでもよい。

上記透明シリコーンゴムシートとしては、ゴム硬度が２０〜８０のものが好ましく、２０〜５０のものが特に好ましい。
透光性粘着層にこのようなゴム硬度の透明シリコーンゴムシートを使用することでも、より簡易にプラスチック基板を支持基板に粘着することができる。また、透明シリコーンゴムシートは上記透明耐熱性テープよりも自由度があり、支持基板（例えばガラス基板）とプラスチック基板の熱膨張の度合いの違いを緩和することができることから、プラスチック基板の成膜プロセスにおける皺や気泡の発生をより抑えることができる。
この透明シリコーンゴムシートは、ゴム硬度が２０〜８０の範囲であることが好ましいが、ゴム硬度が２０より小さいと、プラスチック基板の支持基板への貼り付けが難しくなり作業性が悪くなる。一方、ゴム硬度が８０より大きいと、粘着強度が低下して、成膜プロセスにおいて、プラスチック基板の支持基板からの自然剥離、プラスチック基板の皺や気泡の発生が起こる場合がある。なお、この場合、ゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６３０１のスプリング式Ａ型による試験方法での値である。

上記透明シリコーンゲルシートとしては、ゴム硬度が１０〜５０のものが好ましく、１０〜３０のものが特に好ましい。
透光性粘着層にこのようなゴム硬度の透明シリコーンゲルシートを使用することでも、より簡易にプラスチック基板を支持基板に粘着することができる。また、透明シリコーンゲルシートは上記透明耐熱性テープやシリコーンゴムシートよりも自由度があり、支持基板（例えばガラス基板）とプラスチック基板の熱膨張の度合いの違いを緩和することができることから、プラスチック基板の成膜プロセスにおける、皺や気泡の発生をより一層抑えることができる。
この透明シリコーンゲルシートは、ゴム硬度が１０〜５０の範囲であることが好ましいが、ゴム硬度が１０より小さいと、プラスチック基板の支持基板への貼り付けが難しくなり作業性が悪くなる。一方、ゴム硬度が５０より大きいと、粘着強度が低下して、成膜プロセスにおいて、プラスチック基板の支持基板からの剥離、プラスチック基板の皺や気泡の発生が起こる場合がある。なお、この場合、ゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６３０１のスプリング式Ａ型による試験方法での値である。

また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法では、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が積層された透光性プラスチック基板を剥離した透光性支持基板を用いて、薄膜太陽電池を繰り返し作製するようにしてもよい。
薄膜太陽電池を作製した後に、透光性支持基板／透光性粘着層からなる成膜用基板を再利用することで、薄膜太陽電池の生産コストを低減させることができる。この成膜用基板を再利用するためには、透明粘着層の粘着強度の条件を、上述のごとく設定する必要がある。すなわち、支持基板/粘着層の界面での粘着力よりも、プラスチック基板/粘着層の界面での粘着力を低くして、薄膜太陽電池作製後に、プラスチック基板を粘着層から剥離しやすくするように粘着層の材料を選択することが好ましい。

以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定されるものではない。

図１は本発明の実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程を順に説明する概略断面図であって、図１（ａ）は貼り付け工程を表し、図１（ｂ）は薄膜太陽電池の作製工程を表し、図１（ｃ）は剥離工程を表している。図２は同実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程における概略断面図であって、図１（ｂ）をさらに詳しく説明する図である。図３は同実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程における概略断面図であって、レーザー加工プロセス終了時の状態を表す。なお、図１（ｂ）において、上方から下方への矢印Ａは薄膜形成プロセスを表し、下方から上方への矢印Ｂはレーザー加工プロセスを表している。

本実施例の薄膜太陽電池は、光入射側のプラスチック基板３と、このプラスチック基板３上に順次形成された透明導電膜４、シリコン系光電変換層５および裏面電極層６を備える（図３参照）。

以下、この薄膜太陽電池の製造方法について説明する。
本発明の集積型薄膜太陽電池の製造では、図１（ａ）に示すように、まず透光性支持基板１と透光性プラスチック基板３の貼り付け工程があり、続いて図１（ｂ）に示すように、通常のガラス基板プロセスと同様の薄膜太陽電池の作製工程があり、最後に図１（ｃ）に示すように、透光性支持基板１と透光性プラスチック基板３との剥離工程がある。

本実施例では、透光性支持基板１として、大きさが５６０×９２５ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍ程度のガラス基板を用い、透光性プラスチック基板３として、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）基板(基板サイズ５６０ｍｍ×９２５ｍｍ、住友ベークライト製 ＦＳ−１３００シリーズ）を使用した。
このプラスチック基板３は、その受光面側に、紫外線吸収膜として紫外線吸収性の無機微粒子を含んだシリカ膜、および水蒸気および／または空気の透過を防ぐバリア層として金属酸化物膜が設けられており、成膜面側には、凹凸の山と谷との高さおよびピッチが可視光領域の光の波長の半分程度の凹凸を有している。
透光性粘着層２としては、２液混合付加型のポッティング用透明シリコーン樹脂（東レ・ダウ・コーニング製 ＳＥ１７４０Ａ／Ｂ）を硬化させたものを使用した。

［貼り付け工程］
図１（ａ）に示すように、まず、透光性支持基板１であるガラス基板と透光性プラスチック基板３であるＰＥＳ基板のそれぞれを、通常の方法で洗浄した。次に、支持基板１の上に、バーコーターを用いて、２液混合付加型のポッティング用透明シリコーン樹脂の混合液５０ｇを一様に塗布した。その後、オーブンで８０℃、３０分の条件で硬化を行い、膜厚：５０μｍの透光性粘着層２を形成した。この透光性粘着層２単体の光透過率は９３％であった。なお、透光性粘着層２に透明耐熱性両面テープ、シリコーンゴムシートまたはシリコーンゲルシートを使用してもよく、この場合、液の混合工程、塗布工程を省略することができ、より簡易に粘着することができる。

次に、一対のロールを有する圧着機で、透光性粘着層２の上に透光性プラスチック基板３を貼り合わせた。この時、透光性粘着層２と透光性プラスチック基板３の間に空気が入り込んで気泡や皺が発生することがないよう配慮しながら、一対のロールの間を長辺方向に通過させて端から順に圧着した。

［薄膜太陽電池の作製工程］
前記工程により透光性支持基板１／透光性粘着層２／透光性プラスチック基板３を一体化したものを一つの透光性絶縁基板として、通常のガラス基板薄膜太陽電池の作製プロセスにより、プラスチック基板３上に薄膜太陽電池を作製した。
図１（ｂ）および図２に示すように、まず、プラスチック基板３上に、透明導電膜４として、ＺｎＯ（酸化亜鉛）をインライン式マグネトロンスパッタ装置にて基板温度１８０℃にて成膜した。この透明導電膜４の膜厚は８００ｎｍであり、シート抵抗は１０〜２０Ωであった。なお、成膜には、その他真空蒸着装置、イオンプレーティング装置等も使用可能である。

次に、ＹＡＧ基本波レーザーを用いて透明導電膜４のパターニングを行った。この際、レーザー光をガラス面（支持基板１）から入射させ、透明導電膜４を短冊状に分離して、透明導電膜分離ライン７（図３参照）を形成した。

次いで、図２および図３に示すように、プラズマＣＶＤ装置にてシリコン系光電変換層５の受光面側を構成するアモルファスシリコン層５ａを成膜温度２００℃で形成した。アモルファスシリコン層５ａは、ａ‐Ｓｉ:Ｈｐ層、ａ‐Ｓｉ:Ｈｉ層、ａ‐Ｓｉ:Ｈｎ層からなり、全体の厚みＷ１は０．２５μm程度であった。続いて、シリコン系光電変換層５の裏面側を構成する微結晶シリコン層５ｂを成膜温度２００℃で形成した。微結晶シリコン層５ｂは、μｃ-Ｓｉ:Ｈｐ層、μｃ-Ｓｉ:Ｈｉ層、μｃ-Ｓｉ:Ｈｎ層からなり、全体の厚みＷ２は２．４μm程度であった。
このプラズマＣＶＤ装置による光電変換層５の成膜工程において、プラスチック基板３は、最高の処理温度と膜の応力をうけることになるが、成膜後にプラスチック基板３の支持基板１からの剥離や気泡、皺の発生は起こらなかった。また、成膜時の出ガスによる真空度の悪化も無く、膜厚および膜質の面内分布もガラス基板におけるものと同等のものであった。

次に、ＹＡＧ第２高調波レーザーを用いてシリコン系光電変換層５のパターニングを行った。この際、レーザー光をガラス面（支持基板１）から入射させ、光電変換層５を短冊状に分離し、透明導電膜４と裏面電極層６とを電気的に接続するためのコンタクトライン８を形成した（図３参照）。なお、この場合、レーザーとしてＹＡＧ第２高調波レーザーを用いたが、ＹＡＧ第３高調波レーザー等を用いても構わない。

次に、図２および図３に示すように、マグネトロンスパッタ装置により、裏面電極層６であるＺｎＯ／Ａｇの積層膜を成膜温度１８０℃で成膜した。このＺｎＯ膜の厚みは１００ｎｍであり、Ａｇ膜の膜厚は１５０ｎｍであった。なお、ＺｎＯの代わりに、ＩＴＯやＳｎＯ₂等の透光性が高い膜を用いても良い。また、裏面電極層６は、ＺｎＯ等の透明性導電膜を割愛しても構わないが、高い光電変換効率を得るためには設けておく方が望ましい。

次に、裏面電極層６をＹＡＧ第２高調波レーザーによりパターニングを行った。この際、レーザー光をガラス面（支持基板１）から入射させ、裏面電極層６を短冊状に分離して、裏面電極分離ライン９を形成した（図３参照）。この場合、レーザーによる透明導電膜４へのダメージを避けるため、透明導電膜４の透過性の良いＹＡＧ第２高調波レーザーを使用した。なお、その他にも透明導電膜４へのダメージを最小限に抑える加工条件を選択することが好ましい。
その後、電極部である透明導電膜４および裏面電極層６に端子を接続し、裏面電極層６側を通常のＰＥＴフィルムで封止して、支持基板１上に薄膜太陽電池を作製した。

このような本発明の薄膜太陽電池の製造工程中の上記レーザー加工工程においては、従来ではプラスチック基板単体では撓み防止のため専用の基板ホルダー、もしくは専用の基板セット台を使用する必要があったが、本発明では支持基板とプラスチック基板が一体化されていることにより、通常のガラス基板のプロセスと同様の簡易なセッティング方法で対応できる。また、本発明では支持基板と粘着層が透光性であることから、上記のようにガラス基板プロセス同様にガラス面から加工することができ、工程が複雑化せず、加工が良好で歩留まりが低下しないという利点がある。

［剥離工程］
最後に、図１（ｃ）に示すように、透光性プラスチック基板３を透光性粘着層２との界面から剥離して、プラスチック基板３を受光面側に有する軽量で可撓性のある薄膜太陽電池を作製した。

なお、モジュール化に関しては、得られた薄膜太陽電池の表面（プラスチック基板１の表面）をフッ素系樹脂で封止しても良いし、ガラス基板で合わせた構造としてもよい。
また、剥離工程後の透光性支持基板１／透光性粘着層２の成膜用基板は、次のプラスチック基板３の粘着用に再利用でき、これにより生産コストを低減することができる。

その後、ソーラーシュミレーターＡＭ１．５(１００ｍＷ/ｃｍ²)によって、得られた
薄膜太陽電池の特性を測定した。その結果、Ｉｓｃ：１．０６８Ａ、Ｖｏｃ：６４．７０Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．６４８、Ｐｍａｘ４４．７８Ｗであった。これは、通常のガラス基板プロセスでの特性値より、電流値で約１０％、Ｆ．Ｆ．で約１０％低く、Ｐｍａｘで約１８〜２０％程度低いが、今後の各工程のプロセスの最適化により特性は向上すると考えられる。

このように本発明の薄膜太陽電池の製造方法によれば、軽量でかつ可撓性が高い透明耐熱性プラスチック基板を使用することにより、基板を光入射側としたスーパーストレート構造の高効率の薄膜太陽電池を提供することができた。また、プラスチック基板を透明耐熱性粘着層を介して支持基板に粘着して作製することにより、通常のガラス基板のプロセスをそのまま使用した簡易なプロセスで薄膜太陽電池を作製することができた。

本発明の実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程を順に説明する概略断面図である。 同実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程における概略断面図であって、図１（ｂ）をさらに詳しく説明する図である。 同実施例に係る薄膜太陽電池の製造過程における概略断面図であって、レーザー加工プロセス終了時の状態を表す。

符号の説明

１ 透光性支持基板
２ 透光性粘着層
３ 透光性プラスチック基板
４ 透明導電膜
５ シリコン系光電変換層
５ａ アモルファス層
５ｂ 微結晶シリコン層
６ 裏面電極層
７ 透明導電膜分離ライン
８ コンタクトライン
９ 裏面電極分離ライン

Claims (14)

1. 透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が順次積層されてなることを特徴とする薄膜太陽電池。
2. 透光性プラスチック基板が、ポリエーテルサルホンからなる請求項１に記載の薄膜太陽電池。
3. 透光性プラスチック基板が、その透明導電膜側の面に微細な凹凸を有する請求項１または２に記載の薄膜太陽電池。
4. 透光性プラスチック基板が、受光面側に紫外線吸収膜を有する請求項１〜３の何れか１つに記載の薄膜太陽電池。
5. 透光性プラスチック基板が、受光面側に水蒸気および／または空気の透過を防ぐバリア層を有する請求項１〜４の何れか１つに記載の薄膜太陽電池。
6. 光電変換層が、アモルファスシリコン層および微結晶シリコン層の積層構造である請求項１〜５の何れか１つに記載の薄膜太陽電池。
7. 透光性支持基板の一表面に積層された透光性粘着層上に、透光性プラスチック基板を全面的に剥離可能に粘着し、
   前記透光性プラスチック基板上に、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層を順次積層し、
   その後、前記透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が積層された透光性プラスチック基板を前記透光性支持基板から剥離することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
8. 透光性支持基板、透光性粘着層および透光性プラスチック基板の各材料が、透光性支持基板と透光性粘着層との界面の粘着力よりも、透光性プラスチック基板と透光性粘着層との界面の粘着力を小さくする組み合わせで選択される請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
9. 透光性プラスチック基板の材料としてポリエーテルサルホン、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィドおよびフッ素系樹脂のうちから１つが選択され、透光性支持基板の材料としてガラスが選択される請求項７または８に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
10. 透光性粘着層が、アクリル系透明粘着剤、シリコン系透明粘着剤または２液混合付加型の透明シリコーン樹脂を硬化させたものである請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
11. 透光性粘着層が、プラスチック基板側の粘着強度：１〜１０Ｎ／２５ｍｍ、支持基板側の粘着強度：５Ｎ／２５ｍｍ以上の透明耐熱性両面テープである請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
12. 透光性粘着層が、ゴム硬度：２０〜８０の透明シリコーンゴムシートである請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
13. 透光性粘着層が、ゴム硬度：１０〜５０の透明シリコーンゲルシートである請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
14. 透明導電膜、光電変換層および裏面電極層が積層された透光性プラスチック基板を剥離した透光性支持基板を用いて、薄膜太陽電池を繰り返し作製する請求項９に記載の薄膜太陽電池の製造方法。

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