JP2008047721A

JP2008047721A - 太陽電池用基板およびその製造方法、並びに、それを用いた太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2008047721A
Application number: JP2006222256A
Authority: JP
Inventors: Jo Shibata; 城柴田; Hideki Kodaira; 秀樹小平
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】可能な限り安価で、軽くて、壊れにくい太陽電池用基板、太陽電池、並びに、それらの製造方法を提供すること。
【解決手段】プラスチックフィルム１を、該プラスチックフィルムの融点より２０〜１００℃低い温度に加熱しながら、１組のエンボスロールとバックアップロールとで挟み込み、該プラスチックフィルムに凹凸２を形成する凹凸形成工程と、該凹凸上に、接着層３を形成する接着層形成工程を具備する太陽電池用基板の製造方法。光反射電極８上に、プラズマＣＶＤ法を用いて光電変換層７，６，５を形成し、その後、該光電変換層の前記光反射電極が形成された面と逆側の面上にスパッタ法を用いて透明電極を形成し、該透明電極と太陽電池用基板の接着層を重ね、熱圧着すること。表面に凹凸形状を有するフィルム上に接着層が形成された太陽電池用基板であって、前記接着層の融点を１３０〜１５０℃とすること。
【選択図】図１

Description

本発明は、光−電気変換効率に優れた太陽電池およびその製造方法に関する。

近年、太陽電池は排気ガス、放射線等の公害を発生しないクリーンなエネルギー源として注目されている。

太陽電池の構造としては、
光入射側から、透明基板、透明電極、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層、裏面電極の順に形成される構造、
光入射側から、透明基板、透明電極、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、裏面電極の順に形成される構造が汎用されている。

透明電極としては、ＺｎＯが汎用されている。

透明電極の製造方法としては、ターゲットとしてＧａおよびＺｎＯ焼結体を用い、スパッタガスとしてガス圧力を６０〜７０Ｐａに調整したアルゴンを用い、投入電力０．４〜０．６Ｗ／ｃｍ^２、基板温度２００〜２５０℃の条件にてスパッタする方法が汎用されている。

ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層としては、結晶質シリコンが汎用されている。

ｐ型半導体層の製造方法としては、使用ガスとして圧力が６０〜７０Ｐａ、流量がＢ_２Ｈ_６／Ｈ_２／ＳｉＨ_４＝０．０２ｓｃｃｍ／９００ｓｃｃｍ／４ｓｃｃｍに調整されたＰＨ_３／Ｈ_２／ＳｉＨ_４の混合ガスを用い、投入電力１７５〜１８５ｍＷ／ｃｍ^２、基板温度１１０〜１３０℃の条件にてプラズマＣＶＤする方法が汎用されている。

ｉ型半導体層の製造方法としては、使用ガスとして圧力が２０〜３０Ｐａ、流量がＨ_２／ＳｉＨ_４＝１０００ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍに調整されたＨ_２／ＳｉＨ_４の混合ガスを用い、投入電力５９０〜６１０ｍＷ／ｃｍ^２、基板温度２２０〜２６０℃の条件にてプラズマＣＶＤする方法が汎用されている。

ｎ型半導体層の製造方法としては、使用ガスとして圧力が１３０〜１４０Ｐａ、流量がＰＨ_３／Ｈ_２／ＳｉＨ_４＝０．０６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／５ｓｃｃｍに調整されたＰＨ_３／Ｈ_２／ＳｉＨ_４の混合ガスを用い、投入電力４５〜５５ｍＷ／ｃｍ^２、基板温度２２０〜２６０℃の条件にてプラズマＣＶＤする方法が汎用されている。

透明基板としては、上述のような高温処理を伴う製造プロセスに耐久可能な、石英基板や耐熱ガラス基板が汎用されている。（特許文献１参照）

しかしながら、石英基板や耐熱ガラス基板は非常に高価であり、したがって製品価格の上昇を招く。

また、石英基板や耐熱ガラス基板は重く、割れやすいという性質を有する。

太陽電池の基板としては、耐熱性を有し、可能な限り安価で、軽くて、壊れにくい基板が望ましい。
そのため、基板の材料としてポリイミド等の耐熱性プラスチックを用いる手法が検討されている。

特許第２６５２０８９号公報

しかし、ポリイミド等の耐熱性プラスチックを基板として太陽電池を製造した場合においても、上述のような高温処理によって起こるプラスチックの熱膨張は大き過ぎ、完成に至っていない。

本発明の課題は、可能な限り安価で、軽くて、壊れにくい太陽電池用基板、太陽電池、並びに、それらの製造方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、表面に凹凸形状を有するフィルム上に接着層が形成された太陽電池用基板であって、
前記接着層の融点が１３０〜１５０℃であることを特徴とする太陽電池用基板である。

太陽電池用基板にプラスチックフィルムを用い、該太陽電池用基板上に、透明電極および光電変換層を積層するのは、プラスチックフィルムの熱膨張の観点から困難である。

光反射電極、光電変換層、透明電極の順に積層されたものに、太陽電池用基板を接着することにより、プラスチックフィルムの熱膨張を防止することができる。

太陽電池使用温度上限８０℃での接着性を確保するため、接着層の融点下限を１３０℃に設定し、汎用プラスチックフィルム（ポリエチレンテレフタレート（融点２６４℃）、ポリエチレンナフタレート（融点２６２℃）の耐熱性の観点から、接着層の融点上限を１５０℃に設定した。

請求項２に記載の発明は、前記プラスチックフィルムが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板である。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、汎用プラスチックの中において融点が高く（ポリエチレンテレフタレート（融点２６４℃）、ポリエチレンナフタレート（融点２６２℃））、接着層の溶融温度に耐久することができる。

請求項３に記載の発明は、前記接着層が、４０〜８０％の酢酸ビニルを含有するＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池用基板である。

４０〜８０％の酢酸ビニルを含有するＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、および、ＺｎＯ（透明電極）との接着性に優れ、また、融点が１３０〜１５０℃である。

酢酸ビニルが４０％未満ではフレキシブル性が悪く、酢酸ビニルが８０％を超えると接着性が悪くなる。

請求項４に記載の発明は、光電変換層の一方の面に光反射電極が形成され、前記光電変換層の前記光反射電極が形成された面と逆側の面上に透明電極が形成され、該透明電極と請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の接着層を接着したことを特徴とする太陽電池である。

請求項５に記載の発明は、前記光電変換層が、ｐｉｎ接合からなる半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池である。

光電変換層をｐｉｎ接合からなる半導体層とすることにより、光で発生する電子および正孔の大部分が内部電界のある場所(空乏層)で発生するので、直ちに光発生電流として取り出せる。

請求項６に記載の発明は、前記光電変換層が、ｐｎ接合からなる半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池である。

前記光電変換層をｐｎ接合からなる半導体層とすることにより、p層で光によって発生した電子が、陽極および負極を結ぶ方向と平行方向に流れるのを防ぐ事ができる。

請求項７に記載の発明は、前記光反射電極が、ステンレスからなることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池である。

ステンレスは、光電変換で利用される光（波長帯；３００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の反射特性に優れた金属である。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の製造方法であって、
プラスチックフィルムを、該プラスチックフィルムの融点より２０〜１００℃低い温度に加熱しながら、１組のエンボスロールとバックアップロールとで挟み込み、該プラスチックフィルムに凹凸を形成する凹凸形成工程と、
該凹凸上に、接着層を形成する接着層形成工程を具備する太陽電池用基板の製造方法である。

このようにすることで、太陽電池用基板の製造工程をｒｏｌｌｔｏｒｏｌｌの製造工程とすることができ、生産速度を大幅に速めることが可能となる。

請求項９に記載の発明は、前記光反射電極上に、プラズマＣＶＤ法を用いて光電変換層を形成し、その後、該光電変換層の前記光反射電極が形成された面と逆側の面上にスパッタ法を用いて透明電極を形成し、該透明電極と請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の接着層を重ね、熱圧着することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法である。

太陽電池用基板にプラスチックフィルムを用い、該太陽電池用基板上に、透明電極および光電変換層を積層するのは、プラスチックフィルムの耐熱性の観点から困難である。

光反射電極、光電変換層、透明電極の順に積層されたものに、太陽電池用基板を接着することにより、プラスチックフィルムの劣化を防止することができる。

本発明によれば、可能な限り安価で、軽くて、壊れにくい太陽電池用基板、太陽電池、並びに、それらの製造方法を提供することができる。

本発明の太陽電池用基板および太陽電池の作製方法を、図１を基に説明する。

まず、プラスチックフィルム１を融点より２０〜１００℃低い温度に加熱しながら、１組のエンボスロールとバックアップとで挟み込み、該プラスチックフィルム表面に凹凸を形成する。（図１（ｂ）参照）

プラスチックフィルム１の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用いることができる。

凹凸の形状としては、高低差が２０００〜４０００Å、凸部と凸部との間隔が３０００〜９０００Åの凹凸形状が好ましい。

次に、凹凸上に接着層３を形成することにより太陽電池用基板を得る。（図１（ｃ）参照）

接着層３の材料としては、４０〜８０％の酢酸ビニルを含有するＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）を用いることができる。

接着層３の形成方法としては、押し出しコート法、カレンダーコート法を用いることができる。

次に、光反射電極８となるＳＵＳ４３０板に鏡面研磨を施し充分に脱脂、洗浄を行い、その後、該ＳＵＳ４３０板の鏡面研磨した面上に、ｎ型シリコン層７を形成する。（図１（ｅ）参照）

ｎ型シリコン層７の形成方法としては、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ_２ガス、ＰＨ_３ガスからなる混合ガスを原料として、圧力２５〜３０Ｐａ下において、基板温度１７０〜１９０℃下において、放電電力２５〜３５Ｗの条件にて、周波数１３．５６ＭＨｚのマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤを行う方法を用いることができる。

次に、ｎ型シリコン層７上に、ｉ型結晶質シリコン層６を形成する。（図１（ｆ））

ｉ型結晶質シリコン層６の形成方法としては、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ_２ガスからなる混合ガスを原料として、圧力１９０〜２１０Ｐａ下において、基板温度１３０〜１５０℃下において、放電電力１５〜２５Ｗの条件にて、周波数１３．５６ＭＨｚのマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤを行う方法を用いることができる。

次に、ｉ型結晶質シリコン層６上に、Ｐ型結晶質シリコン層５を形成する。（図１（ｇ））

ｐ型結晶質シリコン層５の形成方法としては、ＳｉＨ_４ガス、Ｈ_２ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガスからなる混合ガスを原料として、圧力１９０〜２１０Ｐａ下において、基板温度１３０〜１５０℃下において、放電電力２０〜３０Ｗの条件にて、周波数１３．５６ＭＨｚのマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤを行う方法を用いることができる。

次に、Ｐ型結晶質シリコン層５上に、透明電極４を形成する。（図１（ｈ））

透明電極４の材料としてはＺｎＯ、ＳｎＯ_２およびＩＴＯを用いる事ができる。

透明電極４の形成方法としては、例えば、透明電極４がＺｎＯの場合、ターゲットにＧａおよびＺｎＯ焼結体を使用し、スパッタガスとしてアルゴンを使用し、圧力６０〜７０Ｐａ下において、基板温度２００〜２５０℃下において、投入電力０．４〜０．６Ｗ／ｃｍ^２の条件にて、スパッタする方法を用いることができる。

最後に、太陽電池基板の接着層３と透明電極４を熱圧着することにより、太陽電池を得る。（図１（ｉ）および（ｊ）参照）

熱圧着に用いる温度としては、１００〜１５０℃を用いることができる。

まず、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（ダイアホイルヘキスト社製、ダイアホイルＴ−６００（登録商標））を１７０℃に加温しながら、エンボスロール、および、表面が平坦なバックアップロールをセットしたヒートロールエンボス機（由利ロール社製、スチールマッチクリアランスエンボス機（登録商標））を用いて、該ＰＥＴフィルム表面に、高低差が３０００Å、凸部と凸部との間隔が４０００Åの凹凸形状を形成した。

次に、凹凸上に、押し出しコート法を用いて、６０％の酢酸ビニルを含有するＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）を積層した。

次に、ＳＵＳ４３０板に鏡面研磨を施し充分に脱脂、洗浄を行い、その後、該ＳＵＳ４３０板の鏡面研磨した面上に、プラズマＣＶＤ法を用いてｎ型シリコン層を形成した。

プラズマＣＶＤ条件を以下に示す。
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ_４：３ｓｃｃｍ、Ｈ_２：４８ｓｃｃｍ、ＰＨ_３：２ｓｃｃｍ
圧力；２７Ｐａ
放電電力；３０Ｗ
マイクロ波周波数；１３．５６ＭＨｚ
基板温度；１８０℃

次に、ｎ型シリコン層上に、プラズマＣＶＤ法を用いてｉ型結晶質シリコン層を形成した。

プラズマＣＶＤ条件を以下に示す。
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ_４：５ｓｃｃｍ、Ｈ_２：５０ｓｃｃｍ
圧力；２００Ｐａ
放電電力；２０Ｗ
マイクロ波周波数；１３．５６ＭＨｚ
基板温度；１４０℃

次に、ｉ型シリコン層上に、プラズマＣＶＤ法を用いてｐ型結晶質シリコン層を形成した。

プラズマＣＶＤ条件を以下に示す。
原料ガスおよび原料ガス流量；ＳｉＨ_４：７ｓｃｃｍ、Ｈ_２：５０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６：５０ｓｃｃｍ
圧力；２００Ｐａ
放電電力；２５Ｗ
マイクロ波周波数；１３．５６ＭＨｚ
基板温度；１４０℃

次に、ｐ型結晶質シリコン層上に透明電極としてＺｎＯ層（膜厚２００ｎｍ）を、スパッタ法を用いて形成した。

スパッタ条件を以下に示す。
ターゲット；ＺｎＯ・Ｇａ_２Ｏ_３（Ｇａ_２Ｏ_３５．６ｗｔ％）
スパッタガス：Ａｒ
ガス圧力；６５Ｐａ
投入電力；０．５Ｗ／ｃｍ^２
基板温度；２２５℃

最後に、透明電極と、太陽電池基板の接着層を、１２５℃にて熱圧着することにより、太陽電池を得た。

次に、ソーラーシュミレーターを用い、太陽電池規格ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ^２）照射条件下における、太陽電池の電流−電圧特性を評価した。

太陽電池の開放電圧は０．５Ｖ、短絡電流は２４ｍＡ／ｃｍ^２、形状因子は０．７５、変換効率は９．０％であった。

＜比較例１＞
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに凹凸を設けなかったこと以外は実施例と同様にして太陽電池を作製し、実施例と同様に電池特性を測定した。

太陽電池の開放電圧は０．５２Ｖ、短絡電流は１８ｍＡ／ｃｍ^２、形状因子は０．７５、変換効率は７．２％であった。

比較例の太陽電池よりも実施例の太陽電池の方が、光電電流が大きく、変換効率が高い事が確認された。

本発明の、太陽電池およびその製造方法は、電気自動車、携帯電話、自動販売機、宇宙船用電源等に利用できる。

本発明の太陽電池用基板、太陽電池およびそれらの製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１・・・プラスチックフィルム
２・・・凹凸形状を有するプラスチックフィルム
３・・・接着層
４・・・透明電極
５・・・ｐ型結晶質シリコン層
６・・・ｉ型結晶質シリコン層
７・・・ｎ型シリコン層
８・・・光反射電極

Claims

表面に凹凸形状を有するプラスチックフィルム上に接着層が形成された太陽電池用基板であって、
前記接着層の融点が１００〜１５０℃であることを特徴とする太陽電池用基板。
前記プラスチックフィルムが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板。
前記接着層が、４０〜８０％の酢酸ビニルを含有するＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池用基板。
光電変換層の一方の面に光反射電極が形成され、前記光電変換層の前記光反射電極が形成された面と逆側の面上に透明電極が形成され、該透明電極と請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の接着層を接着したことを特徴とする太陽電池。
前記光電変換層が、ｐｉｎ接合からなる半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
前記光電変換層が、ｐｎ接合からなる半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
前記光反射電極が、ステンレスからなることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の製造方法であって、
プラスチックフィルムを、該プラスチックフィルムの融点より２０〜１００℃低い温度に加熱しながら、１組のエンボスロールとバックアップロールとで挟み込み、該プラスチックフィルムに凹凸を形成する凹凸形成工程と、
該凹凸上に、接着層を形成する接着層形成工程を具備する太陽電池用基板の製造方法。
前記光反射電極上に、プラズマＣＶＤ法を用いて光電変換層を形成し、その後、該光電変換層の前記光反射電極が形成された面と逆側の面上にスパッタ法を用いて透明電極を形成し、該透明電極と請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池用基板の接着層を重ね、熱圧着することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。