JP2006294767A - Substrate for solar cell and solar cell employing it - Google Patents

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Yasuhiro Hashimoto
泰宏 橋本
Takuya Sato
琢也 佐藤
Takayuki Negami
卓之 根上
Shigeo Hayashi
茂生 林
Shinichi Shimakawa
伸一 島川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for solar cell in which stripping of an insulation layer formed on a substrate can be suppressed even in a heating/cooling process and to provide the solar cell using the same. <P>SOLUTION: The substrate for solar cell comprises a base material 11, an electric insulation layer (first layer) 13 formed above the base material 11, and a softening layer (second layer) 12 arranged between the base material 11 and the insulation layer 13 wherein the softening temperature of the softening layer 12 is lower than those of the base material 11 and the insulation layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池用基板およびそれを用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to a solar cell substrate and a solar cell using the same.

従来から、太陽電池用の基板として様々な基板が提案されている。たとえば、基板上に、絶縁層、低融点層およびモリブデン薄膜(下部電極)が順に積層された基板が開示されている(たとえば特許文献1の[0025]段落および図2)。低融点層は、モリブデン薄膜の剥離を防止するために形成される。
特開2004−103663
Conventionally, various substrates have been proposed as substrates for solar cells. For example, a substrate is disclosed in which an insulating layer, a low melting point layer, and a molybdenum thin film (lower electrode) are sequentially laminated on the substrate (for example, paragraph [0025] in Patent Document 1 and FIG. 2). The low melting point layer is formed to prevent peeling of the molybdenum thin film.
JP 2004-103663 A

しかしながら、上記従来の基板では、絶縁層とモリブデン薄膜との間の剥離を抑制することはできるが、基板と絶縁層との間で剥離が生じる場合があった。   However, in the conventional substrate described above, peeling between the insulating layer and the molybdenum thin film can be suppressed, but peeling may occur between the substrate and the insulating layer.

そのため、本発明は、基板上に形成した絶縁層の剥離を抑制できる太陽電池用基板、およびそれを用いた太陽電池を提供することを目的の1つとする。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a solar cell substrate that can suppress peeling of an insulating layer formed on the substrate, and a solar cell using the solar cell substrate.

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池用基板は、太陽電池に用いられる基板であって、基材と、前記基材上に積層された電気絶縁性の第1の層と、前記基材と前記第1の層との間に配置された第2の層とを含み、前記第2の層が軟化する温度が、前記基材および前記第1の層が軟化する温度よりも低い。   In order to achieve the above object, a solar cell substrate of the present invention is a substrate used for a solar cell, comprising a base material, an electrically insulating first layer laminated on the base material, A second layer disposed between the substrate and the first layer, wherein the temperature at which the second layer softens is lower than the temperature at which the substrate and the first layer soften .

また、本発明の太陽電池は、基板と前記基板上に形成された光起電力層とを備える太陽電池であって、前記基板が上記本発明の太陽電池用基板である。   The solar cell of the present invention is a solar cell comprising a substrate and a photovoltaic layer formed on the substrate, and the substrate is the solar cell substrate of the present invention.

本発明の太陽電池用基板によれば、基板上に形成した絶縁層の剥離を抑制できる。また、この基板によれば、絶縁層上に導電層を形成した場合でも、導電層が基板から分離することを抑制できる。この太陽電池用基板を用いた本発明の太陽電池は、製造時の歩留まりが高く、製造後の信頼性も高い。   According to the solar cell substrate of the present invention, peeling of the insulating layer formed on the substrate can be suppressed. Further, according to this substrate, even when the conductive layer is formed on the insulating layer, the conductive layer can be prevented from being separated from the substrate. The solar cell of the present invention using this solar cell substrate has a high yield during production and high reliability after production.

以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、特定の材料、特定の層厚、特定の積層構造を例示する場合があるが、それらは一例であり、本発明はそれらの例示に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with examples. In the following description, specific materials, specific layer thicknesses, and specific laminated structures may be exemplified, but these are merely examples, and the present invention is not limited to these examples.

本発明の基板は、太陽電池に用いられる基板であって、基材と、基材上に積層された電気絶縁性の第1の層と、基材と第1の層との間に配置された第2の層とを含む。第2の層が軟化する温度は、基材および第1の層が軟化する温度よりも低い。この構成によれば、加熱(たとえば400℃以上の加熱)や冷却の過程において、基板上に形成された絶縁層が熱膨張の差によって剥離することを抑制できる。   The substrate of the present invention is a substrate used for a solar cell, and is disposed between a base material, an electrically insulating first layer laminated on the base material, and the base material and the first layer. And a second layer. The temperature at which the second layer softens is lower than the temperature at which the substrate and the first layer soften. According to this configuration, it is possible to prevent the insulating layer formed on the substrate from being peeled off due to a difference in thermal expansion during the heating (for example, heating at 400 ° C. or higher) or cooling.

物質には、所定の融点を有する物質と、所定の融点を有さない物質(たとえば無定形物質)とが存在する。この明細書において、「軟化する温度」とは、その物質が所定の融点を有する場合にはその融点を意味し、所定の融点を有さない場合にはその軟化点(軟化温度)を意味する。また、その軟化点とは、粘性率(η)が、4.5×107ポアズになるときの温度を意味する。 Substances include substances having a predetermined melting point and substances not having a predetermined melting point (for example, amorphous substances). In this specification, “softening temperature” means a melting point when the substance has a predetermined melting point, and means a softening point (softening temperature) when the substance does not have a predetermined melting point. . The softening point means a temperature at which the viscosity (η) becomes 4.5 × 10 7 poise.

上記本発明の太陽電池用基板では、第1の層に対して第2の層とは反対側に積層された導電性の第3の層をさらに含んでもよい。すなわち、第1〜第3の層は、基板側から、第2の層、第1の層、および第3の層の順で配置される。第3の層は、金属などの導電性の材料からなる。第3の層の厚さに特に限定はなく、たとえば0.2μm〜1μm程度であってもよい。第3の層は、太陽電池の裏面電極として利用できる。   The solar cell substrate of the present invention may further include a conductive third layer laminated on the side opposite to the second layer with respect to the first layer. That is, the first to third layers are arranged in the order of the second layer, the first layer, and the third layer from the substrate side. The third layer is made of a conductive material such as metal. The thickness of the third layer is not particularly limited, and may be, for example, about 0.2 μm to 1 μm. The third layer can be used as a back electrode of a solar cell.

CIS太陽電池やCIGS太陽電池の基板の場合、第3の層としてモリブデン(Mo)からなる層を用いることが好ましい。モリブデン層は、CIS膜やCIGS膜とオーミックコンタクトが可能であり、CIS膜やCIGS膜などの化合物半導体層への拡散の恐れもない。また、モリブデン層の熱膨張率とCIS膜やCIGS膜などの化合物半導体層の熱膨張率との差が比較的小さいため、モリブデン層から化合物半導体層が剥離するおそれが少ない。   In the case of a CIS solar cell or CIGS solar cell substrate, a layer made of molybdenum (Mo) is preferably used as the third layer. The molybdenum layer can be in ohmic contact with the CIS film or the CIGS film, and there is no fear of diffusion into the compound semiconductor layer such as the CIS film or the CIGS film. In addition, since the difference between the thermal expansion coefficient of the molybdenum layer and the thermal expansion coefficient of the compound semiconductor layer such as the CIS film or the CIGS film is relatively small, the compound semiconductor layer is less likely to be separated from the molybdenum layer.

上記本発明の太陽電池用基板では、第2の層が軟化する温度が400℃以下であってもよい。この構成によれば、400℃以上の加熱によって生じる剥離を抑制できる。なお、第2の層が軟化する温度は、200℃〜400℃の範囲であることが好ましく、たとえば250℃〜300℃の範囲である。   In the solar cell substrate of the present invention, the temperature at which the second layer softens may be 400 ° C. or less. According to this configuration, peeling caused by heating at 400 ° C. or higher can be suppressed. The temperature at which the second layer softens is preferably in the range of 200 ° C to 400 ° C, for example in the range of 250 ° C to 300 ° C.

上記本発明の太陽電池用基板では、第2の層が、ガラスからなるものであってもよい。ガラスとしては、たとえば、PbO−SiO2、PbO−B23を用いることができる。また、上記本発明の太陽電池用基板では、第2の層が、In、Sn、In合金、またはSn合金のいずれかからなるものであってもよい。 In the solar cell substrate of the present invention, the second layer may be made of glass. As the glass, for example, PbO—SiO 2 or PbO—B 2 O 3 can be used. In the solar cell substrate of the present invention, the second layer may be made of any one of In, Sn, In alloy, or Sn alloy.

第2の層は、比較的低い温度(第2の層が軟化する温度よりも低い温度)では固体の状態であり、所定の形状を維持する。第2の層は、500〜600℃の高温で劣化しない無機物からなることが好ましい。そのような無機物としては、融点または軟化点が400℃以下の金属やガラス等が挙げられる。   The second layer is in a solid state at a relatively low temperature (a temperature lower than the temperature at which the second layer softens), and maintains a predetermined shape. It is preferable that a 2nd layer consists of an inorganic substance which does not deteriorate at the high temperature of 500-600 degreeC. Examples of such inorganic materials include metals and glasses having a melting point or softening point of 400 ° C. or less.

第2の層の材料として金属を用いる場合、特に、In、Snまたはそれらの合金が好ましい。Inの融点は約157℃であり、Snの融点は約232℃であり、これらの合金はさらに融点が低い。また、これらの金属からなる薄膜は、作製が容易である。   When a metal is used as the material for the second layer, In, Sn, or an alloy thereof is particularly preferable. The melting point of In is about 157 ° C., the melting point of Sn is about 232 ° C., and these alloys have a lower melting point. Moreover, the thin film which consists of these metals is easy to produce.

Sn合金としては、融点が400℃以下のSn−Pb、Sn−Bi、Sn−In−Ag、Sn−Bi−Zn、Sn−Zn、Sn−Ag−Bi、Sn−Bi−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Sb、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Sb等が挙げられる。なお、他のSn合金を用いてもよい。   Examples of the Sn alloy include Sn—Pb, Sn—Bi, Sn—In—Ag, Sn—Bi—Zn, Sn—Zn, Sn—Ag—Bi, Sn—Bi—Ag—Cu, Sn having a melting point of 400 ° C. or less. -Ag-Cu, Sn-Ag-Cu-Sb, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Sb etc. are mentioned. Other Sn alloys may be used.

上記本発明の太陽電池用基板では、第1の層と第3の層との間に配置された第4の層をさらに含んでもよい。この第4の層が軟化する温度は、基材、第1の層および第3の層が軟化する温度よりも低い。この構成によれば、絶縁層(第1の層)および導電層(第3の層)が、加熱や冷却の過程において剥離することを抑制できる。   The solar cell substrate of the present invention may further include a fourth layer disposed between the first layer and the third layer. The temperature at which the fourth layer softens is lower than the temperature at which the substrate, the first layer, and the third layer soften. According to this structure, it can suppress that an insulating layer (1st layer) and a conductive layer (3rd layer) peel in the process of a heating or cooling.

第4の層は、第2の層と同様の性質を有する層であり、第2の層と同様の材料で形成できる。すなわち、第4の層が軟化する温度が400℃以下であってもよい。第4の層が軟化する温度は、200℃〜400℃の範囲であることが好ましく、たとえば250℃〜300℃の範囲である。また、第4の層は、In、Sn、In合金、またはSn合金のいずれかからなるものであってもよいし、第2の層の材料として説明した他の材料からなるものであってもよい。   The fourth layer is a layer having properties similar to those of the second layer, and can be formed using the same material as that of the second layer. That is, the temperature at which the fourth layer softens may be 400 ° C. or less. The temperature at which the fourth layer softens is preferably in the range of 200 ° C to 400 ° C, for example, in the range of 250 ° C to 300 ° C. Further, the fourth layer may be made of any of In, Sn, In alloy, or Sn alloy, or may be made of another material described as the material of the second layer. Good.

上記本発明の太陽電池用基板では、基材が、ステンレス、チタンおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料からなるものであってもよい。これらの材料からなる基材は耐熱性が高いため、耐熱性に優れる基板が得られる。   In the solar cell substrate of the present invention, the base material may be made of at least one material selected from the group consisting of stainless steel, titanium, and copper. Since the base material which consists of these materials has high heat resistance, the board | substrate excellent in heat resistance is obtained.

基材は、ステンレス、チタンおよび銅以外の材料からなる基材であってもよく、たとえば、アルミニウムホイル、コバルト膜、ポリイミドフィルムといった耐熱性のある基材が好ましい。ステンレス薄膜は、比較的安価である、軽量である、高温に耐える、強度が優れる、といった利点を有するため、太陽電池用の基材として適している。基材の厚さは、素材の種類によっても異なり、特に限定されないが、強度や重量などを考慮して、通常、20μm〜1mmの範囲から選択される。   The base material may be a base material made of a material other than stainless steel, titanium, and copper. For example, a heat-resistant base material such as an aluminum foil, a cobalt film, or a polyimide film is preferable. Stainless steel thin films are suitable as a substrate for solar cells because they have the advantages of being relatively inexpensive, lightweight, resistant to high temperatures, and excellent in strength. The thickness of the substrate varies depending on the type of material and is not particularly limited, but is usually selected from the range of 20 μm to 1 mm in consideration of strength, weight, and the like.

これらの基板は軽量であるため、太陽電池を湾曲させて取り付ける場合にも施工が容易である。また、薄い基板は可撓性を有するので、基板をロール状にして連続的に太陽電池を形成できる。その結果、生産が容易になり、また、生産された太陽電池をロール状に巻き取って保管できるため、保管や運搬などを含めた生産性に優れる。   Since these substrates are lightweight, construction is easy even when the solar cell is bent and attached. In addition, since the thin substrate has flexibility, the solar cell can be continuously formed by rolling the substrate. As a result, production becomes easy, and the produced solar cell can be wound up and stored in a roll shape, so that productivity including storage and transportation is excellent.

上記本発明の太陽電池用基板では、第1の層が、SiO2、TiO2およびAl23からなる群より選ばれる少なくとも1つの酸化物からなるものであってもよい。これらの材料は電気絶縁性に優れるため好ましい。なお、他の絶縁物で第1の層を形成してもよい。 In the solar cell substrate of the present invention, the first layer may be made of at least one oxide selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2, and Al 2 O 3 . These materials are preferable because of their excellent electrical insulation. Note that the first layer may be formed using another insulator.

第1の層の厚さに特に限定はないが、第1の層が厚すぎると、第2の層の溶融または軟化時に流動や変形が生じることがある。そのため、第1の層の厚さは、通常、0.01μm〜0.5μm程度であることが好ましい。   There is no particular limitation on the thickness of the first layer, but if the first layer is too thick, flow and deformation may occur when the second layer is melted or softened. Therefore, the thickness of the first layer is usually preferably about 0.01 μm to 0.5 μm.

第1〜第4の層の形成方法に限定はなく、公知の方法を適用できる。たとえば、第1の層(絶縁層)は、溶射法や、スパッタリング法や、ガラスの材料を溶融する方法で形成できる。第2および第4の層(軟化層)は、たとえば、スパッタリング法や、ゾルーゲル法や、蒸着法で形成できる。第3の層(導電層)は、たとえば、スパッタリング法や蒸着法で形成できる。   There is no limitation in the formation method of a 1st-4th layer, A well-known method is applicable. For example, the first layer (insulating layer) can be formed by a thermal spraying method, a sputtering method, or a method of melting a glass material. The second and fourth layers (softening layers) can be formed by, for example, a sputtering method, a sol-gel method, or a vapor deposition method. The third layer (conductive layer) can be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.

本発明の太陽電池は、基板と基板上に形成された光起電力層とを備える太陽電池であって、基板が上記本発明の太陽電池用基板である。光起電力層に特に限定はなく、光の照射によって起電力を生じる接合を含む多層膜が適用される。たとえば、光起電力層として、CIS層やCIGS層からなる半導体層を光吸収層として含む多層膜を用いることができる。CIS層やCIGS層は、Cuなどの1B族元素と、InやGaなどの3B族元素と、SeやSなどの6B族元素とによって構成される、I−III−VI族化合物半導体層であり、Gaを含むものがCIGS層である。p形のCIS層またはCIGS層と、n形の半導体層とを組み合わせることによって、光起電力層を構成できる。この場合のn形半導体層には、ZnO層やCdS層などを用いることができる。   The solar cell of the present invention is a solar cell comprising a substrate and a photovoltaic layer formed on the substrate, and the substrate is the solar cell substrate of the present invention. There is no particular limitation on the photovoltaic layer, and a multilayer film including a junction that generates an electromotive force by light irradiation is applied. For example, a multilayer film including a semiconductor layer made of a CIS layer or a CIGS layer as a light absorption layer can be used as the photovoltaic layer. The CIS layer and the CIGS layer are I-III-VI group compound semiconductor layers composed of a group 1B element such as Cu, a group 3B element such as In or Ga, and a group 6B element such as Se or S. , Including Ga is a CIGS layer. A photovoltaic layer can be constructed by combining a p-type CIS layer or CIGS layer and an n-type semiconductor layer. In this case, a ZnO layer, a CdS layer, or the like can be used for the n-type semiconductor layer.

太陽電池を製造する場合、通常、500〜600℃の高温に基板が加熱されて半導体層などが形成されたのち、冷却される。このとき、従来の基板では、基板の熱膨張率と絶縁層の熱膨張率との差によって、基板の冷却時に、基板から絶縁層が剥離する場合があった。これに対し、本発明の基板を用いた場合には、基材と絶縁層(第1の層)との間に比較的低温で軟化する第2の層が存在するため、高温に加熱した際に発生する基板と絶縁層との間の応力を緩和する。その結果、加熱および冷却の差異に基材から絶縁層が剥離することを抑制できる。   When manufacturing a solar cell, the substrate is usually heated to a high temperature of 500 to 600 ° C. to form a semiconductor layer and then cooled. At this time, in the conventional substrate, the insulating layer may peel from the substrate when the substrate is cooled due to the difference between the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of the insulating layer. On the other hand, when the substrate of the present invention is used, the second layer that softens at a relatively low temperature exists between the base material and the insulating layer (first layer). The stress generated between the substrate and the insulating layer is relaxed. As a result, it can suppress that an insulating layer peels from a base material by the difference of heating and cooling.

また、本発明では、絶縁層(第1の層)と導電層(第3の層)との間に、比較的低温で軟化する第4の層を形成することによって、加熱および冷却の際に、絶縁層から導電層が剥離することを抑制できる。なお、基材上に絶縁層を形成することによって、基材が導電性であっても、複数の太陽電池が直列に接続した構造を1つの基板上に形成できる。このような直列接続構造とすることによって、出力電圧が高い太陽電池が得られる。   In the present invention, a fourth layer that softens at a relatively low temperature is formed between the insulating layer (first layer) and the conductive layer (third layer), so that heating and cooling can be performed. The conductive layer can be prevented from peeling from the insulating layer. Note that by forming the insulating layer on the base material, a structure in which a plurality of solar cells are connected in series can be formed on one substrate even if the base material is conductive. With such a series connection structure, a solar cell with a high output voltage can be obtained.

なお、別の観点では、本発明は、本発明の基板を用いて、軟化層が軟化する温度以上の温度に加熱する工程を含む製造工程で太陽電池を製造する方法に関する。軟化層が軟化する温度以上の温度(たとえば400℃以上の温度)で加熱する工程は、たとえば半導体層を形成する際の工程である。この製造方法によれば、太陽電池を歩留まりよく製造できる。   In another aspect, the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell in a manufacturing process including a process of heating to a temperature equal to or higher than a temperature at which a softened layer is softened using the substrate of the present invention. The step of heating at a temperature equal to or higher than the temperature at which the softened layer softens (for example, a temperature equal to or higher than 400 ° C.) is a step for forming a semiconductor layer, for example. According to this manufacturing method, solar cells can be manufactured with a high yield.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted.

<基板の例>
本発明の基板の一例を図1に示す。図1の基板10は、基材11と、基材11上に順に積層された、軟化層(第2の層)12および絶縁層(第1の層)13とを備える。
<Example of substrate>
An example of the substrate of the present invention is shown in FIG. A substrate 10 in FIG. 1 includes a base material 11, and a softening layer (second layer) 12 and an insulating layer (first layer) 13 that are sequentially stacked on the base material 11.

本発明の基板の他の一例を図2に示す。図2の基板20は、基材11と、基材11上に順に積層された、軟化層12、絶縁層13および導電層(第3の層)14とを備える。   Another example of the substrate of the present invention is shown in FIG. The substrate 20 in FIG. 2 includes a base material 11 and a softening layer 12, an insulating layer 13, and a conductive layer (third layer) 14 that are sequentially stacked on the base material 11.

本発明の基板のその他の一例を図3に示す。図3の基板30は、基材11と、基材11上に順に積層された軟化層12、絶縁層13、軟化層(第4の層)15、および導電層14とを備える。基材および第1〜第4の層は、上述した材料で形成される。   Another example of the substrate of the present invention is shown in FIG. A substrate 30 in FIG. 3 includes a base material 11, a softening layer 12, an insulating layer 13, a softening layer (fourth layer) 15, and a conductive layer 14 that are sequentially stacked on the base material 11. The base material and the first to fourth layers are formed of the materials described above.

<太陽電池の例>
図3の基板30を用いた本発明の太陽電池の一例の断面図を図4に示す。図4の太陽電池40は、導電層(第3の層)14としてモリブデン層を用いている。
<Example of solar cell>
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an example of the solar cell of the present invention using the substrate 30 of FIG. The solar cell 40 in FIG. 4 uses a molybdenum layer as the conductive layer (third layer) 14.

太陽電池40は、基板30と、基板30の上に順に積層されたp形半導体層41、n形半導体層42、窓層43、および透明電極44とを備える。基板30の導電層14は、モリブデンからなる。また、太陽電池40は、透明電極44上に形成されたn側の取り出し電極45と、導電層14上に形成されたp側の取り出し電極46とを備える。   The solar cell 40 includes a substrate 30, a p-type semiconductor layer 41, an n-type semiconductor layer 42, a window layer 43, and a transparent electrode 44 that are sequentially stacked on the substrate 30. The conductive layer 14 of the substrate 30 is made of molybdenum. The solar cell 40 includes an n-side extraction electrode 45 formed on the transparent electrode 44 and a p-side extraction electrode 46 formed on the conductive layer 14.

p形半導体層41は光吸収層であり、CIGS層などを適用できる。n形半導体層42はCdSなどで形成でき、窓層43はZnOなどで形成でき、透明電極44は、ITO(インジウム−錫−酸化物)などで形成できる。   The p-type semiconductor layer 41 is a light absorption layer, and a CIGS layer or the like can be applied. The n-type semiconductor layer 42 can be formed of CdS or the like, the window layer 43 can be formed of ZnO or the like, and the transparent electrode 44 can be formed of ITO (indium-tin-oxide) or the like.

p形半導体層41となるCIS層やCIGS層を形成する場合、基板の温度を500〜600℃程度の高温にする必要がある。本発明の基板30には軟化層12および15が存在するため、加熱および冷却の際に、基材11と絶縁層13との間に発生する応力、および絶縁層13と導電層14との間に発生する応力を緩和できる。そのため、基板30を加熱および冷却した際にそれらの層の界面で剥離が生じすることを抑制できる。   When forming the CIS layer and CIGS layer used as the p-type semiconductor layer 41, it is necessary to set the temperature of the substrate to a high temperature of about 500 to 600 ° C. Since the softening layers 12 and 15 are present in the substrate 30 of the present invention, the stress generated between the base material 11 and the insulating layer 13 during heating and cooling, and the space between the insulating layer 13 and the conductive layer 14. Can relieve stress. Therefore, it can suppress that peeling arises in the interface of those layers, when the board | substrate 30 is heated and cooled.

本発明の太陽電池の他の一例を図5に示す。図5の太陽電池50は、直列接続された複数のユニットセル50aを備える。   Another example of the solar cell of the present invention is shown in FIG. The solar cell 50 in FIG. 5 includes a plurality of unit cells 50a connected in series.

太陽電池50は、基板30と、基板30の上に順に積層されたp形半導体層41、n形半導体層42、窓層43、および透明電極44とを備える。基板30の導電層14は、モリブデンからなる。導電層14以外の部分の材料の例については、上述したため説明を省略する。   The solar cell 50 includes a substrate 30, a p-type semiconductor layer 41, an n-type semiconductor layer 42, a window layer 43, and a transparent electrode 44 that are sequentially stacked on the substrate 30. The conductive layer 14 of the substrate 30 is made of molybdenum. Since examples of materials other than the conductive layer 14 have been described above, description thereof will be omitted.

基板30の軟化層15および導電層14には、複数の溝51がほぼ平行に形成されている。また、p形半導体層41、n形半導体層42および窓層43にも、複数の溝52がほぼ平行に形成されている。溝52の内部は、透明電極44によって埋められている。また、p形半導体層41から透明電極44を切断する溝53が形成されている。溝51、52および53は、互いにほぼ平行であり、それぞれ、少しずつずれるように形成されている。これらの溝は、メカニカルスクライブ法や、レーザスクライブ法などの公知の方法で形成できる。   A plurality of grooves 51 are formed substantially in parallel in the softened layer 15 and the conductive layer 14 of the substrate 30. The p-type semiconductor layer 41, the n-type semiconductor layer 42, and the window layer 43 are also formed with a plurality of grooves 52 substantially in parallel. The inside of the groove 52 is filled with the transparent electrode 44. Further, a groove 53 for cutting the transparent electrode 44 from the p-type semiconductor layer 41 is formed. The grooves 51, 52 and 53 are substantially parallel to each other, and are formed so as to be slightly shifted from each other. These grooves can be formed by a known method such as a mechanical scribe method or a laser scribe method.

基材11上には、これらの溝によって分けられた複数のユニットセル50aが存在する。隣接するユニットセル50aは、溝52に充填された透明電極44によって直列に接続されている。このように複数のユニットセル50aを直列に接続することによって、高い出力電圧が得られる。なお、溝51にはp形半導体層41が埋め込まれているが、溝51の幅を適切な幅とすることによって、1つのユニットセル50aの導電層14とそれに隣接するユニットセル50aの導電層14との間の抵抗を充分に高くできる。   On the base material 11, there are a plurality of unit cells 50a divided by these grooves. Adjacent unit cells 50 a are connected in series by transparent electrodes 44 filled in the grooves 52. Thus, a high output voltage is obtained by connecting the plurality of unit cells 50a in series. Although the p-type semiconductor layer 41 is embedded in the groove 51, the conductive layer 14 of one unit cell 50a and the conductive layer of the unit cell 50a adjacent thereto can be obtained by setting the width of the groove 51 to an appropriate width. 14 can be sufficiently high.

太陽電池50は、公知の方法で形成できる。太陽電池50の製造過程においても、太陽電池40と同様に、絶縁層13や導電層14が剥離することを抑制できる。   The solar cell 50 can be formed by a known method. Also in the manufacturing process of the solar cell 50, it is possible to suppress the insulating layer 13 and the conductive layer 14 from being peeled, similarly to the solar cell 40.

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely using an Example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
実施例1では、図1の基板10を作製した例について説明する。まず、厚さ0.5mmのステンレス板に、軟化層12としてSn膜を蒸着法で形成した。Sn膜の膜厚は0.1μmであった。次に、Sn膜の上に、SiO2を53wt%、B23を14wt%、Na2Oを13wt%、TiO2を15wt%、Al23を5wt%の割合でそれぞれ含むガラス層を形成した。ガラス層は、上記成分の混合物を約800℃で加熱することによって形成した。
Example 1
In Example 1, an example in which the substrate 10 of FIG. 1 is manufactured will be described. First, an Sn film was formed as a softening layer 12 on a stainless steel plate having a thickness of 0.5 mm by an evaporation method. The film thickness of the Sn film was 0.1 μm. Next, a glass layer containing 53 wt% SiO 2 , 14 wt% B 2 O 3 , 13 wt% Na 2 O, 15 wt% TiO 2 , and 5 wt% Al 2 O 3 on the Sn film. Formed. The glass layer was formed by heating a mixture of the above components at about 800 ° C.

このようにして得られた基板に対して、室温から1000℃まで加熱したのち室温に冷却するサイクルを10回以上繰り返したが、絶縁層の剥離は起こらなかった。   For the substrate thus obtained, a cycle of heating from room temperature to 1000 ° C. and then cooling to room temperature was repeated 10 times or more, but no peeling of the insulating layer occurred.

なお、本実施例では軟化層としてSn膜を用いた例について記したが、Snの代わりに、軟化層12の材料として上述したどの材料を用いても同様の結果が得られた。   In addition, although the example which used Sn film | membrane as a softening layer was described in the present Example, the same result was obtained even if it used any material mentioned above as a material of the softening layer 12 instead of Sn.

(実施例2)
実施例2では、図4に示した太陽電池40と同様の形態の太陽電池を作製した一例について説明する。まず、厚さ50μmのステンレス基板上に、軟化層12としてIn膜を蒸着法で形成した。In膜の膜厚は0.1μmであった。この上に、溶射によってアルミナ膜を形成した。アルミナ膜の膜厚は100μmであった。この上に、軟化層15としてIn膜を蒸着法で形成した。In膜の膜厚は0.1μmであった。この上に、導電層14として膜厚0.4μmのMo膜をスパッタ法で形成した。
(Example 2)
In Example 2, an example in which a solar cell having the same form as the solar cell 40 shown in FIG. 4 is manufactured will be described. First, an In film was formed as a softening layer 12 on a 50 μm thick stainless steel substrate by a vapor deposition method. The thickness of the In film was 0.1 μm. On top of this, an alumina film was formed by thermal spraying. The thickness of the alumina film was 100 μm. On top of this, an In film was formed as a softening layer 15 by vapor deposition. The thickness of the In film was 0.1 μm. On top of this, a 0.4 μm thick Mo film was formed as a conductive layer 14 by sputtering.

次に、Mo膜上に、p形半導体層41として膜厚2μmのCIGS膜を蒸着法によって形成した。CIGS膜の製膜温度(基板温度)は600℃であった。CIGS膜の形成過程において、膜の剥離は見られなかった。   Next, a CIGS film having a thickness of 2 μm was formed as a p-type semiconductor layer 41 on the Mo film by an evaporation method. The film formation temperature (substrate temperature) of the CIGS film was 600 ° C. In the process of forming the CIGS film, no film peeling was observed.

次に、Inを含む化合物(塩)である塩化インジウム(InCl3)とチオアセトアミドとを含有する水溶液を用意した。水溶液中の塩化インジウムの濃度は0.005Mとし、チオアセトアミドの濃度は0.1Mとし、pHは1.9とした。この水溶液を入れた容器を75℃に保った温水槽に静置した。この水溶液にCIGS膜を形成した基板を、約10秒間浸漬した。その後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。この操作によって、Cu(In,Ga)Se2膜の表面に膜厚が約5nmのCu(In,Ga)S2膜を形成した。Cu(In,Ga)S2膜によってパッシベーション効果とオールバリヤー効果が得られるため、特性が高い太陽電池を形成できる。 Next, an aqueous solution containing indium chloride (InCl 3 ), which is a compound (salt) containing In, and thioacetamide was prepared. The concentration of indium chloride in the aqueous solution was 0.005M, the concentration of thioacetamide was 0.1M, and the pH was 1.9. The container containing the aqueous solution was allowed to stand in a warm water tank maintained at 75 ° C. The substrate on which the CIGS film was formed in this aqueous solution was immersed for about 10 seconds. Thereafter, the substrate was lifted from the solution and washed with pure water. By this operation, a Cu (In, Ga) S 2 film having a thickness of about 5 nm was formed on the surface of the Cu (In, Ga) Se 2 film. Since a passivation effect and an all-barrier effect are obtained by the Cu (In, Ga) S 2 film, a solar cell having high characteristics can be formed.

次に、カドミウムを含む化合物(塩)である硫酸カドミウム(CdSO4)とアンモニアとを含有する水溶液を用意した。水溶液中の硫酸カドミウムの濃度は0.001Mとし、アンモニアの濃度は1Mとした。この溶液を入れた容器を85℃に保った温水槽に静置した。この溶液にCIGS膜を形成した基板を約6分間浸漬した。その後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄し、CdSからなるn形半導体層を形成した。 Next, an aqueous solution containing cadmium sulfate (CdSO 4 ), which is a compound (salt) containing cadmium, and ammonia was prepared. The concentration of cadmium sulfate in the aqueous solution was 0.001M, and the concentration of ammonia was 1M. The container in which this solution was put was left still in the warm water tank kept at 85 degreeC. The substrate on which the CIGS film was formed was immersed in this solution for about 6 minutes. Thereafter, the substrate was lifted from the solution and washed with pure water to form an n-type semiconductor layer made of CdS.

次に、窓層であるZnO膜(膜厚100nm)と、透明電極であるITO膜(膜厚100nm)とをスパッタリング法によって形成した。ZnO膜形成時のスパッタの条件は、アルゴンガス圧1.5×10-4Pa(2×10-2Torr)、高周波パワー400Wとした。また、ITO膜形成時のスパッタの条件は、アルゴンガス圧6×10-5Pa(8×10-3Torr)、高周波パワー400Wとした。 Next, a ZnO film (film thickness 100 nm) as a window layer and an ITO film (film thickness 100 nm) as a transparent electrode were formed by a sputtering method. The sputtering conditions during the formation of the ZnO film were an argon gas pressure of 1.5 × 10 −4 Pa (2 × 10 −2 Torr) and a high frequency power of 400 W. The sputtering conditions for forming the ITO film were argon gas pressure 6 × 10 −5 Pa (8 × 10 −3 Torr) and high frequency power 400 W.

次に、裏面電極(Mo膜)の一部の上に、取り出し電極としてNiCr膜を形成した。また、ITO膜の一部の上に、取り出し電極としてAu膜を形成した。これらの電極は、電子ビーム蒸着法によって形成した。   Next, a NiCr film was formed as a lead electrode on a part of the back electrode (Mo film). Further, an Au film was formed as a lead electrode on a part of the ITO film. These electrodes were formed by electron beam evaporation.

このようにして、本発明の太陽電池を形成した。上記の一連の工程において、ステンレス基板上の膜には剥離が生じなかった。   Thus, the solar cell of the present invention was formed. In the above series of steps, no peeling occurred on the film on the stainless steel substrate.

一方、比較のため、軟化層12および15であるIn膜を形成しなかった基板を用いて、上記の太陽電池と同様に光起電力層を形成した。この場合、600℃の基板温度でCIGS膜を形成したのち試料作製室から基板を取り出すと、約65%の試料で、ステンレス基板表面またはMo膜表面での剥離が生じた。このとき剥離が生じなかった試料についてさらに製造工程を進めると、Cu(In,Ga)S2膜を形成するための処理において、さらに23%の試料で剥離が生じた。このとき剥離が生じなかった試料についてさらに製造工程を進めると、CdS膜を形成するための処理において、さらに12%の試料で剥離が生じた。このようにして、軟化層を形成しなかった基板を用いた試料では、すべての試料で剥離が生じた。 On the other hand, for comparison, a photovoltaic layer was formed in the same manner as in the above solar cell, using a substrate on which the In film as the softening layers 12 and 15 was not formed. In this case, when the substrate was taken out from the sample preparation chamber after the CIGS film was formed at the substrate temperature of 600 ° C., peeling on the stainless steel substrate surface or the Mo film surface occurred in about 65% of the sample. At this time, when the manufacturing process was further advanced with respect to the sample where peeling did not occur, peeling occurred in an additional 23% of the samples in the process for forming the Cu (In, Ga) S 2 film. At this time, when the manufacturing process was further advanced with respect to the sample in which peeling did not occur, peeling occurred in an additional 12% of the samples in the process for forming the CdS film. As described above, in the samples using the substrate on which the softened layer was not formed, peeling occurred in all the samples.

上述した方法で作製した本発明の太陽電池について、AM1.5、100mW/cm2の疑似太陽光を照射して特性を評価した。その結果、短絡電流が34.5mA/cm2、開放電圧が0.63V、曲線因子が0.70、変換効率が15.2%であった。この特性はガラス基板上に形成したCIGS太陽電池の特性と同じであった。 About the solar cell of this invention produced with the method mentioned above, AM1.5, the pseudo-sunlight of 100 mW / cm < 2 > was irradiated, and the characteristic was evaluated. As a result, the short-circuit current was 34.5 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.63 V, the fill factor was 0.70, and the conversion efficiency was 15.2%. This characteristic was the same as that of the CIGS solar cell formed on the glass substrate.

なお、本実施例では、軟化層として、Inを用いた場合について説明したが、Inの代わりに、軟化層12の材料として上述したどの材料を用いても同様の結果が得られた。   In the present embodiment, the case where In is used as the softening layer has been described. However, the same result was obtained when any of the above-described materials was used as the material of the softening layer 12 instead of In.

本発明は、太陽電池用の基板および太陽電池に適用できる。   The present invention is applicable to solar cell substrates and solar cells.

本発明の太陽電池用基板の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the board | substrate for solar cells of this invention. 本発明の太陽電池用基板の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the board | substrate for solar cells of this invention. 本発明の太陽電池用基板のその他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the board | substrate for solar cells of this invention. 本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the solar cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、20、30 基板
11 基材
12 軟化層(第2の層)
13 絶縁層(第1の層)
14 導電層(第3の層)
15 軟化層(第4の層)
40、50 太陽電池
41 p形半導体層
42 n形半導体層
43 窓層
44 透明電極
45、46 取り出し電極
10, 20, 30 Substrate 11 Base material 12 Softened layer (second layer)
13 Insulating layer (first layer)
14 Conductive layer (third layer)
15 Softening layer (fourth layer)
40, 50 Solar cell 41 p-type semiconductor layer 42 n-type semiconductor layer 43 window layer 44 transparent electrode 45, 46 extraction electrode

Claims (10)

太陽電池に用いられる基板であって、
基材と、前記基材上に積層された電気絶縁性の第1の層と、前記基材と前記第1の層との間に配置された第2の層とを含み、
前記第2の層が軟化する温度が、前記基材および前記第1の層が軟化する温度よりも低い太陽電池用基板。
A substrate used for solar cells,
A base material, an electrically insulating first layer laminated on the base material, and a second layer disposed between the base material and the first layer,
The solar cell substrate, wherein a temperature at which the second layer is softened is lower than a temperature at which the base material and the first layer are softened.
前記第1の層に対して前記第2の層とは反対側に積層された導電性の第3の層をさらに含む請求項1に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to claim 1, further comprising a conductive third layer laminated on the opposite side of the first layer from the second layer. 前記第2の層が軟化する温度が400℃以下である請求項1または2に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to claim 1 or 2, wherein a temperature at which the second layer is softened is 400 ° C or lower. 前記第2の層が、ガラスからなる請求項1または2に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to claim 1, wherein the second layer is made of glass. 前記第2の層が、In、Sn、In合金、またはSn合金のいずれかからなる請求項1または2に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to claim 1, wherein the second layer is made of any one of In, Sn, an In alloy, and a Sn alloy. 前記第1の層と前記第3の層との間に配置された第4の層をさらに含み、
前記第4の層が軟化する温度が、前記基材、前記第1の層および前記第3の層が軟化する温度よりも低い請求項2に記載の太陽電池用基板。
A fourth layer disposed between the first layer and the third layer;
The solar cell substrate according to claim 2, wherein a temperature at which the fourth layer is softened is lower than a temperature at which the base material, the first layer, and the third layer are softened.
前記第4の層が軟化する温度が400℃以下である請求項6に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to claim 6, wherein a temperature at which the fourth layer softens is 400 ° C. or lower. 前記基材が、ステンレス、チタンおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1つの材料からなる請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池用基板。   The solar cell substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the base material is made of at least one material selected from the group consisting of stainless steel, titanium, and copper. 前記第1の層が、SiO2、TiO2およびAl23からなる群より選ばれる少なくとも1つの酸化物からなる請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池用基板。 The solar cell substrate according to claim 1, wherein the first layer is made of at least one oxide selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2, and Al 2 O 3 . 基板と前記基板上に形成された光起電力層とを備える太陽電池であって、
前記基板が請求項1〜9のいずれか1項に記載された太陽電池用基板である太陽電池。
A solar cell comprising a substrate and a photovoltaic layer formed on the substrate,
A solar cell, wherein the substrate is a solar cell substrate according to any one of claims 1 to 9.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121997A3 (en) * 2007-03-30 2008-12-24 Craig Leidholm Formation of photovoltaic absorber layers on foil substrates

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