JP2009302109A - Solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that a method of forming countless irregularities on a surface of a substrate and giving a dispersion to an incident light is considered for improving the efficiency of a solar cell formed on the substrate, however, in irregularity parts formed by a method in the prior art, films are turned up or corner parts are formed, and consequently the reliability of a photoelectric conversion layer formed thereon is spoiled, and moreover the method in the prior art is not fit for industrial utilization because equipment for formation becomes expensive and/or very large. <P>SOLUTION: Part of a substrate material is protruded and a protrusion is formed on a surface of the substrate by rubbing a substrate surface consisting of organic resin with a roller-shaped friction body at high speed. The protrusion has a curved surface shape, and there are irregular irregularities in a flat shape thereof, and a lower electrode film, the photoelectric conversion layer and an upper electrode film are sequentially formed thereon to make the solar cell. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池とその製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell that converts incident light energy into electrical energy and a method for manufacturing the solar cell.

太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換するものとして、多くの実用がなされているが、現在においてもその光電変換効率の向上は常に望まれている。この太陽電池の光電変換効率を向上させるため、これまで太陽電池を構成する多くの材料や製法の検討がなされてきたが、現状のシリコン系の材料本来の特性だけでは効率増加も飽和の傾向にある。   Solar cells have been put into practical use as those that directly convert solar energy into electrical energy, but even today, improvements in photoelectric conversion efficiency are always desired. In order to improve the photoelectric conversion efficiency of this solar cell, many materials and manufacturing methods for forming the solar cell have been studied so far, but the increase in efficiency tends to saturate only with the original characteristics of the current silicon-based material. is there.

次になされているのが、これまでより多くの光を取り込んで、見かけ上の光電変換効率を上げようと言うものであり、吸収波長の異なる光電変換層を多層化するタンデム化の方法はこの一つの手法である。もう一つは、同じ波長の光でも太陽電池内部構造を最適化することで、これまでより多くの光を吸収させようと言うことも考えられている。   The next step is to increase the apparent photoelectric conversion efficiency by capturing more light than before. The tandem method for multilayering photoelectric conversion layers with different absorption wavelengths is This is one method. The other is considered to absorb more light than before by optimizing the internal structure of the solar cell even with light of the same wavelength.

そこで最も効果的なのが太陽電池の基板表面をテクスチャー化して、光電変換光率を向上させる手法である。太陽電池を形成する基板の表面に無数の凹凸を導入しテクスチャー化すると、反対面から入射した光は凹凸面で散乱し、様々な方向に散乱する。これによって、太陽電池内の光の経路が長くなるとともに、多重反射を繰り返すことで使われない光が減るため、光電変換効率は上昇する。また、凹凸の形成により基板表面積が増えることから、その上に形成される光電変換層の面積も増えることとなり、やはり光電変換効率は上昇する。   Therefore, the most effective technique is to texture the substrate surface of the solar cell to improve the photoelectric conversion light rate. When innumerable unevenness is introduced into the surface of the substrate forming the solar cell and textured, the light incident from the opposite surface is scattered by the uneven surface and scattered in various directions. As a result, the light path in the solar cell becomes longer, and light that is not used is reduced by repeating multiple reflections, so that the photoelectric conversion efficiency is increased. Further, since the surface area of the substrate increases due to the formation of irregularities, the area of the photoelectric conversion layer formed thereon also increases, and the photoelectric conversion efficiency also increases.

ところが、基板表面に形成される凹凸形状は、単純にどんな凹凸を形成しても光電変換効率を向上させるという効果が得られるものではない。効果が望める凹凸形状は、その凹凸面を被覆して形成する光電変換層など膜の本来の特性を損なわないものでなくてはならない。つまり、この凹凸形状を形成することで、光電変換層の比抵抗の上昇などがあってはならない。また、基板表面への凹凸形状の導入により、光の透過率が低下することもあってはならない。さらには産業上での利用を考えると、出来るだけ容易にそして安価な工程で、所望の形状の凹凸形状を基板表面に製造出来るものが良い。   However, the concavo-convex shape formed on the surface of the substrate does not provide the effect of improving the photoelectric conversion efficiency even if any concavo-convex shape is simply formed. The concavo-convex shape that can be expected to have an effect must not impair the original characteristics of the film such as a photoelectric conversion layer formed by covering the concavo-convex surface. That is, the formation of the uneven shape should not increase the specific resistance of the photoelectric conversion layer. In addition, the light transmittance should not be reduced by the introduction of the uneven shape on the substrate surface. Furthermore, in consideration of industrial use, it is preferable to be able to manufacture a desired concavo-convex shape on the substrate surface as easily and inexpensively as possible.

そこで、この様な問題を解消する基板表面のテクスチャー化の方法が開示された(例えば、特許文献1参照のこと)。この特許文献1に記載の方法では、無機物の微粒子を高速で基板に吹き付け加工するブラスト処理を利用している。この方法によれば、ブラスト処理はそれほど高価な装置を用いることなく、確実に表面を粗面化することは可能であり、フィルム基板への凹凸付与は確実に行える。
また別な方法として、プラズマ処理を利用して凹凸を形成する方法も開示されている(例えば、特許文献2参照のこと)。この特許文献2の方法は、不活性ガスを導入した真空チャンバ内にて高周波プラズマを発生させ、そのプラズマガスにより基板表面をエッチング処理し凹凸を形成する手法である。本文献によれば、ポリイミド基板表面に数100nm大のピラミッド状凹凸が出来るとなっている。
Therefore, a method of texturing the substrate surface that solves such a problem has been disclosed (for example, see Patent Document 1). The method described in Patent Document 1 uses a blasting process in which inorganic fine particles are sprayed onto a substrate at a high speed. According to this method, it is possible to reliably roughen the surface without using a very expensive apparatus for blasting, and it is possible to reliably provide unevenness to the film substrate.
As another method, a method of forming irregularities using plasma processing is also disclosed (for example, see Patent Document 2). The method of Patent Document 2 is a technique in which high-frequency plasma is generated in a vacuum chamber into which an inert gas is introduced, and the substrate surface is etched with the plasma gas to form irregularities. According to this document, a pyramid-like unevenness having a size of several hundred nm is formed on the surface of the polyimide substrate.

さらに別な方法として、プレス加工を利用して基板表面に凹凸形状を形成する方法も開示された(例えば、特許文献3参照のこと)。この特許文献3の方法は、あらかじめ所望の凹凸形状を有している母型を用意し、プラスチック基板を加熱した状態で母型と合わせて加圧しているので、母型と反転した凹凸形状を基板に導入することが出来る。   As another method, a method of forming a concavo-convex shape on the substrate surface using press working has also been disclosed (for example, see Patent Document 3). In the method of Patent Document 3, a mother die having a desired uneven shape is prepared in advance, and since the plastic substrate is heated and pressed together with the mother die, the uneven shape reversed from the mother die is obtained. It can be introduced into the substrate.

特開平7−122764号公報([0010]、第3図)Japanese Patent Laid-Open No. 7-122764 ([0010], FIG. 3) 特許第3216754号公報([0007]−[0008]、第1図)Japanese Patent No. 3216754 ([0007]-[0008], FIG. 1) 特開2003−298085号公報([0030]−[0034]、第2図)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-298085 ([0030]-[0034], FIG. 2)

以上のように従来から各種の方法で有機樹脂基板には凹凸を形成することが提案されており、そこに光電変換層を形成することで、平坦な基板に形成するよりも変換効率を向上させたセルにすることも可能である。ただし、従来の方法にはそれぞれまだ課題が残されている。   As described above, it has been conventionally proposed to form irregularities on an organic resin substrate by various methods, and by forming a photoelectric conversion layer there, conversion efficiency is improved as compared with the case of forming a flat substrate. It is also possible to make a cell. However, each of the conventional methods still has problems.

特許文献1に示されているブラスト処理による加工では、微粒子を吹き付けて加工することから、形成された凹凸は深く鋭い形状のものになってしまう。そこで、文献1では処理した基板にエッチング処理やSiOの塗布など余分な工程を加えないと、鋭さを緩和することが出来ない。さらに、ブラスト処理を有機樹脂の基板に利用すると、樹脂が捲れ上がったり、吹き付けた粒子が埋め込まれるなどの新たな問題も生じる。これらのため、1μm未満の薄膜の上部電極、または下部電極などを積層配置した太陽電池では、膜の断線などの不良がどうしても発生してしまう。 In the processing by the blast process shown in Patent Document 1, since the processing is performed by spraying fine particles, the formed unevenness becomes a deep and sharp shape. Therefore, in Document 1, the sharpness cannot be alleviated unless an extra process such as etching or SiO 2 is applied to the processed substrate. Furthermore, when the blasting process is applied to an organic resin substrate, new problems such as the resin being swollen and the sprayed particles embedded therein also occur. For these reasons, in a solar cell in which an upper electrode or a lower electrode of a thin film having a thickness of less than 1 μm is stacked, defects such as disconnection of the film are inevitably generated.

また、特許文献2に示されているプラズマ処理による加工では、ブラスト処理に比べると凹凸の大きさは小さくなるが、やはり基板を削り飛ばすという行為から、角部をもつ突起がどうしても形成され、上述したと同様に、膜の断線の原因になりやすい。さらにプラズマ処理は装置が高価であるとともに、大量の処理が難しいことから、簡易な表面処理とは言い難い。   Further, in the processing by the plasma processing shown in Patent Document 2, the size of the unevenness is smaller than that in the blast processing, but due to the act of scraping off the substrate, protrusions with corners are inevitably formed, and the above-mentioned processing is performed. As is the case, it is likely to cause disconnection of the film. Furthermore, plasma treatment is expensive and difficult to process in large quantities, so it is difficult to say that it is a simple surface treatment.

さらに、特許文献3に示されているプレス加工では、母型の調整により鋭角の突起を形成しないことが可能である。しかし、そもそも母型自体を数μmオーダーの密に並んだ凹凸に形成すること自体が非常に難しい。さらに数cm角ほどの狭い面積ならプレス加工も行えるが、数10cmほどになるとプレスをする加圧機自体を非常に大型化させないと加工が難しくなる。特に太陽電池で利用する樹脂基板は後のプロセスに耐えうるため、耐熱性も高く塑性変形しにくいPET(ポリエチレンテレフタレート)やPEN(ポリエチレンナフタレート)などを利用するため、相当な圧力が必要であり現在では工業的に利用するのは難しい。   Furthermore, in the press work shown in Patent Document 3, it is possible not to form acute-angle protrusions by adjusting the matrix. However, in the first place, it is very difficult to form the matrix itself in the unevenness lined up on the order of several μm. Furthermore, press working can be performed if the area is as small as several centimeters, but if it is several tens of centimeters, it becomes difficult to press unless the pressurizing machine itself to be pressed is very large. In particular, the resin substrate used in solar cells can withstand subsequent processes, so it uses PET (polyethylene terephthalate) or PEN (polyethylene naphthalate), which has high heat resistance and is not easily plastically deformed. Currently, it is difficult to use industrially.

そこで、本発明は上記課題を解決し、光の散乱効果や膜面積の増加効果を与えることでその変換効率を向上させることができる太陽電池とその製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention is to provide a solar cell that can solve the above-described problems and can improve the conversion efficiency by providing a light scattering effect and a film area increasing effect, and a method for manufacturing the solar cell.

上記の目的を達成するために、本発明の太陽電池とその製造方法においては、下記に記載する手段を採用する。   In order to achieve the above object, the means described below are employed in the solar cell and the manufacturing method thereof of the present invention.

有機樹脂からなる平板状の基板に、下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を順次積層してなる太陽電池において、下部電極膜を形成する基板の表面には、断面形状が曲面形状であり、平面形状が不規則な凹凸を有する形状の突起物が、複数個形成されている太陽電池とする。   In a solar cell in which a lower electrode film, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode film are sequentially laminated on a flat substrate made of an organic resin, the cross-sectional shape is a curved surface on the surface of the substrate on which the lower electrode film is formed. A solar cell in which a plurality of protrusions having irregularities with irregular planar shapes is formed.

また、この突起物は、基板表面にランダムに配置されているものであり、基板の材料の
一部が隆起して形成されたものであり、また突起物は、その平面形状の幅より高さが小さく、さらに突起物は、基板の下部電極膜を形成する側の面にそのほとんどが形成されていると良い。
In addition, the protrusions are randomly arranged on the substrate surface, and are formed by raising a part of the material of the substrate, and the protrusions are higher than the width of the planar shape. It is preferable that most of the protrusions are formed on the surface of the substrate on the side on which the lower electrode film is formed.

またその製造方法では、有機樹脂からなる平板状の基板に、下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を積層してなる太陽電池の製造方法において、基板表面を摩擦体により摩擦することにより、基板の材料の一部を隆起させ、基板の表面に突起物を形成する工程と、突起物が形成された面に下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を順次形成する工程を有する。   Moreover, in the manufacturing method, in the manufacturing method of a solar cell formed by laminating a lower electrode film, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode film on a flat substrate made of an organic resin, by rubbing the substrate surface with a friction body, A part of the material of the substrate is raised to form a protrusion on the surface of the substrate, and a lower electrode film, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode film are sequentially formed on the surface on which the protrusion is formed.

そして摩擦体は、有機物の微細な繊維を含む布材であり、さらに摩擦体は、円筒状のローラーの表面に布材を貼付し、ローラーを回転させることで基板表面を摩擦すると良い。   The friction body is a cloth material containing fine organic fibers, and the friction body is preferably attached to the surface of a cylindrical roller, and the substrate surface is rubbed by rotating the roller.

さらに摩擦工程は、一枚の基板に対してローラーの回転による摩擦方向を変えることで、複数回行うとなお良い。   Furthermore, the friction process is preferably performed a plurality of times by changing the friction direction by the rotation of the roller with respect to one substrate.

本発明の如く樹脂基板に複数の突起を形成し、その上に上下の電極と光電変換層を形成し太陽電池とすることで、入射した光は形成した突起部分により散乱をすることで、光電変換層内の長い距離を通過させることができるようになり、光電変換層自体の膜面積を実質的に増加して発電領域を増やしたと同様に、光変換効率を向上させることが出来る。   A plurality of protrusions are formed on a resin substrate as in the present invention, and upper and lower electrodes and a photoelectric conversion layer are formed on the resin substrate to form a solar cell. It becomes possible to pass a long distance in the conversion layer, and the light conversion efficiency can be improved in the same manner as the power generation region is increased by substantially increasing the film area of the photoelectric conversion layer itself.

そして本発明の太陽電池基板に形成する突起物は、主に曲面形状をしており角部が存在しないため、その上に形成した上部電極、または下部電極からなる薄膜に断線などが生ずる危険性がなく、従来の構成より信頼性が高まる。   And since the protrusions formed on the solar cell substrate of the present invention are mainly curved and have no corners, there is a risk of disconnection or the like in the thin film comprising the upper electrode or the lower electrode formed thereon. The reliability is higher than the conventional configuration.

また、本発明の基板に形成する突起物は、その平面形状に凹凸を有していることから、平面形状の外周の長さが長くなり、つまりは突起の斜面部分が多くなる。これにより、単純な円や楕円などの突起物に比べると入射光が散乱する確率が増し、この上に形成した太陽電池は変換効率をさらに増加させることが出来る。   Further, since the projection formed on the substrate of the present invention has irregularities in its planar shape, the length of the outer periphery of the planar shape becomes long, that is, the slope portion of the projection increases. As a result, the probability that incident light is scattered increases as compared with a simple protrusion such as a circle or ellipse, and the solar cell formed thereon can further increase the conversion efficiency.

また、突起の平面形状の凹凸は不規則に形成されているため、斜面の方向が面内のどの方向にも異方的でないことから、形成する太陽電池のどの場所でも一定した変換効率が得られる。   In addition, since the irregularities of the planar shape of the protrusions are irregularly formed, the direction of the slope is not anisotropic in any direction in the surface, so a constant conversion efficiency can be obtained anywhere in the solar cell to be formed. It is done.

一方、本発明の太陽電池の製造方法によれば、摩擦により表面付近のみの温度を上昇させ、基板材料を変形させているため、基板全体が熱変形などすることもなく、平滑な面に突起のみを形成することが可能となる。また、これら突起は摩擦した基板片面のみに形成されるが、その基板反対面は平滑なままであることから、この平滑な基板反対面から入射する光の光量が、ここで減衰することはない。   On the other hand, according to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the temperature of only the vicinity of the surface is increased by friction, and the substrate material is deformed. It becomes possible to form only. In addition, these protrusions are formed only on one side of the rubbed substrate, but the opposite surface of the substrate remains smooth, so that the amount of light incident from the opposite surface of the smooth substrate is not attenuated here. .

また、摩擦の工程は、ローラーに布材を貼付したような簡単な構造の摩擦体を回転することで行うことが可能であるため、処理が非常に簡単であるとともに大量生産にも適応可能である。   In addition, the friction process can be performed by rotating a friction body with a simple structure, such as a cloth material affixed to a roller. Therefore, the process is very simple and can be applied to mass production. is there.

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
まず初めに図1を用いて、本実施例の太陽電池の構造を説明する。図1は本実施例の太陽電池の要部断面構造を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the structure of the solar cell of this example will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the cross-sectional structure of the main part of the solar cell of this example.

基板10には、厚み0.1mm程度のPETやPENなどの有機樹脂フィルムを用いている。基板10は元々は平滑なフィルムであるが、後に説明する方法により片面に複数の突起11が形成されている。この突起11の断面は図1から分かるように、凸部の断面形状が主に曲面をなしており、尖った角部を有さない滑らかな形状になっている。突起11の大きさは数μm〜数10μmであり、高さは幅より小さくなっている。そして、突起11は基板10の片面にのみ存在しているため、平滑な基板反対面から入射する光の光量が、ここで減衰することはない。   The substrate 10 is made of an organic resin film such as PET or PEN having a thickness of about 0.1 mm. The substrate 10 is originally a smooth film, but a plurality of protrusions 11 are formed on one side by a method described later. As can be seen from FIG. 1, the cross section of the protrusion 11 has a curved cross section, and has a smooth shape with no sharp corners. The size of the protrusion 11 is several μm to several tens of μm, and the height is smaller than the width. Since the protrusion 11 exists only on one side of the substrate 10, the amount of light incident from the opposite surface of the smooth substrate is not attenuated here.

また、基板10の突起11がある面には、下部電極膜20が形成されている。下部電極膜20は、ITO(酸化インジウムスズ)などの透明性導電膜からなっている。下部電極膜20の厚さは約0.1μmほどであるため、突起11の大きさよりはだいぶ小さい。   A lower electrode film 20 is formed on the surface of the substrate 10 where the protrusions 11 are provided. The lower electrode film 20 is made of a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide). Since the thickness of the lower electrode film 20 is about 0.1 μm, it is much smaller than the size of the protrusion 11.

下部電極膜20の上には、光電変換層30が形成されている。光電変換層30は、p型シリコン半導体とi型シリコン半導体とn型シリコン半導体との3層構造になっている。その総厚は0.5μm〜1μmほどである。   A photoelectric conversion layer 30 is formed on the lower electrode film 20. The photoelectric conversion layer 30 has a three-layer structure of a p-type silicon semiconductor, an i-type silicon semiconductor, and an n-type silicon semiconductor. The total thickness is about 0.5 μm to 1 μm.

そして、光電変換層30の上には、上部電極膜40が形成されている。上部電極膜40は、アルミニウム、銀、金、プラチナ、チタンなどの金属膜で出来ており、厚みは0.5μmほどである。ただし、ここでの金属は導電性が高く、光の反射率が大きく吸収されにくい材料が望まれる。これら基板10に各薄膜が積層されて、本実施例の太陽電池は作られている。この様に、基板10上に形成する膜は、突起11にくらべてだいぶ薄いが、突起11は高さの低いなだらかな曲面を描いているため、形成された膜がかなり薄くなり、抵抗の増加や断線が起きるという心配はない。   An upper electrode film 40 is formed on the photoelectric conversion layer 30. The upper electrode film 40 is made of a metal film such as aluminum, silver, gold, platinum, or titanium, and has a thickness of about 0.5 μm. However, the metal here is desired to be a material having high conductivity and high light reflectivity and is difficult to be absorbed. Each thin film is laminated | stacked on these board | substrates 10, and the solar cell of a present Example is made. As described above, the film formed on the substrate 10 is much thinner than the protrusions 11. However, since the protrusions 11 have a gentle curved surface with a low height, the formed film becomes considerably thin and the resistance increases. There are no worries about breakage.

実用上は、これら積層体の上に保護膜を形成し、さらには外部引き出し用の取り出し電極を、上下の電極膜のそれぞれに形成するのであるが、本実施例を説明する上では特に必要ないので、図示していない。   In practical use, a protective film is formed on these laminates, and an extraction electrode for external extraction is formed on each of the upper and lower electrode films, but this is not particularly necessary for explaining the present embodiment. So it is not shown.

続いて、本実施例の太陽電池に光を照射して発電するときについて、図2を用いて説明する。図2は先に示した本実施例の太陽電池に矢印で示したように外部光が侵入し、膜内で散乱する様子を示している。   Next, a case where power is generated by irradiating the solar cell of this embodiment with light will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a state in which external light enters the solar cell of the present embodiment described above and is scattered in the film as indicated by an arrow.

本実施例の太陽電池に、シリコン半導体が吸収する波長の光45が入射すると、その光45は、光電変換層30にて吸収されて電荷分離を起こす。この電荷分離で生成した電子は、下部電極膜20あるいは上部電極膜40に流れ込むことで、発電電流として利用することが出来る。   When light 45 having a wavelength that is absorbed by the silicon semiconductor is incident on the solar cell of this example, the light 45 is absorbed by the photoelectric conversion layer 30 and causes charge separation. The electrons generated by the charge separation flow into the lower electrode film 20 or the upper electrode film 40 and can be used as a generated current.

ここで本実施例の太陽電池では、基板10に突起11が形成されていることから、図に示したように光45は散乱する。これによって、光電変換層30には斜め方向から光45が入射することになり、光電変換層30を光45が通過する距離が長くなり、光閉じ込め効果を向上させる。そこで、電荷分離を起こす確率が増えることから電流が増加する。   Here, in the solar cell of this example, since the protrusions 11 are formed on the substrate 10, the light 45 is scattered as shown in the figure. As a result, the light 45 enters the photoelectric conversion layer 30 from an oblique direction, and the distance that the light 45 passes through the photoelectric conversion layer 30 becomes long, thereby improving the light confinement effect. Therefore, the current increases because the probability of causing charge separation increases.

また、突起11があることによって、図からも明らかなように、その上に形成されている膜の表面積が大きくなる。つまり、この構成によれば、発電出来る領域が増えると言うことであり、ここからも電流が増加して、発電効率という面からも向上するのである。   Further, the presence of the protrusions 11 increases the surface area of the film formed thereon, as is apparent from the drawing. In other words, according to this configuration, the region where power generation can be performed is increased, and the current increases from here as well, and the power generation efficiency is improved.

さらに、本実施例の太陽電池に用いる基板10に形成された突起11の平面的な構造を図3を用いて説明する。図3には、基板10を平面的に見たその一部分が示されており、複数の突起11の平面形状を見ることが出来る。   Furthermore, the planar structure of the protrusion 11 formed on the substrate 10 used in the solar cell of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a part of the substrate 10 viewed in plan, and the planar shape of the plurality of protrusions 11 can be seen.

図に示すように、突起11は単純な円や楕円の構造をしているわけではなく、その平面構造に不規則な凹凸を有している。先に図2で説明したように、外部から入射した光45は、突起11の斜面にて散乱する。そして、図3のように突起11の平面構造に凹凸があることで、突起11の外周長さが長くなり、斜面の部分も増えることから、円や楕円の突起にくらべ入射光はさらに散乱されやすくなり、太陽電池の発電効率も向上する。   As shown in the figure, the protrusion 11 does not have a simple circle or ellipse structure, but has irregular irregularities in its planar structure. As described above with reference to FIG. 2, the light 45 incident from the outside is scattered on the slope of the protrusion 11. Since the planar structure of the projection 11 is uneven as shown in FIG. 3, the outer peripheral length of the projection 11 is increased and the slope portion is increased, so that incident light is further scattered compared to a circular or elliptical projection. This improves the power generation efficiency of the solar cell.

また、平面形状の凹凸は、その大きさや方向も不規則で一定していない。従来のように、たとえばピラミッド構造のような幾何学的に形成した凹凸では、平面形状がそろってしまうことから、散乱の方向が一定となるため、入射光の入射方向依存性が出てしまう。しかしながら、本実施例のように、突起11の平面構造の凹凸を不規則な形状にすることで、入射光依存性もなく太陽電池内のどの場所も同等の発電が出来る。   Further, the size and direction of the planar unevenness is irregular and not constant. As in the prior art, geometrically formed irregularities such as a pyramid structure have a uniform planar shape, so that the scattering direction is constant, and the incident direction dependency of incident light appears. However, as in this embodiment, by making irregularities in the planar structure of the protrusions 11 irregular, it is possible to generate the same power anywhere in the solar cell without dependence on incident light.

また、本図に示すように、これら複数個の突起11は、規則的ではなく、基板10表面にランダムに配列されている。この様にランダムに複数個の突起11を配列することで、上述した入射光はさらに散乱の度合いを大きくする。   Further, as shown in the figure, the plurality of protrusions 11 are not regular but are randomly arranged on the surface of the substrate 10. By arranging a plurality of projections 11 at random in this way, the incident light described above further increases the degree of scattering.

続いて、本実施例の太陽電池の製造方法について説明する。ここで、本実施例で利用する基板の加工方法について図4を用いて説明する。   Then, the manufacturing method of the solar cell of a present Example is demonstrated. Here, a substrate processing method used in this embodiment will be described with reference to FIG.

まずは円筒状のローラー51を用意し、ローラー51の表面に実際に摩擦するための布材60を巻き付けて固定し、摩擦体50とする。布材60は、摩擦力が加わったときに摩擦熱で破損したりしないよう、耐熱性の高い材料が好ましく、たとえばレーヨンなどが用いられる。摩擦体50は、回転軸52を中心に回転出来るようになっている。そして、可動性の基板ホルダ70を用意し、その上にPETやPENの有機樹脂からなる基板10を固定しておく。   First, a cylindrical roller 51 is prepared, and a cloth material 60 for actually rubbing the surface of the roller 51 is wound and fixed to obtain a friction body 50. The cloth material 60 is preferably made of a material having high heat resistance so as not to be damaged by frictional heat when a frictional force is applied. For example, rayon or the like is used. The friction body 50 can be rotated about the rotation shaft 52. A movable substrate holder 70 is prepared, and a substrate 10 made of an organic resin such as PET or PEN is fixed thereon.

摩擦体50は、外部からモーターなどの力を回転軸52に与え、図4の矢印の方向に回転させる。ここでの回転数は、約1000回転/分ほどである。そして、この摩擦体50に向かって、基板ホルダ70を矢印方向に徐々に移動させ、布材60と基板10の表面が接触するようにする。両者が接触して、基板10表面に摩擦力が加えられ始めてから、基板ホルダ70を約2mm/秒の速度で移動させ、基板10全面を摩擦処理する。なお、摩擦体50の回転速度は基板ホルダ70の移動速度に比べ十分早いので、その回転方向は、どちら向きでもかまわない。   The friction body 50 applies a force such as a motor from the outside to the rotating shaft 52 and rotates it in the direction of the arrow in FIG. The rotation speed here is about 1000 rotations / minute. Then, the substrate holder 70 is gradually moved in the direction of the arrow toward the friction body 50 so that the cloth material 60 and the surface of the substrate 10 are in contact with each other. After both come into contact and a frictional force starts to be applied to the surface of the substrate 10, the substrate holder 70 is moved at a speed of about 2 mm / second to rub the entire surface of the substrate 10. Since the rotational speed of the friction body 50 is sufficiently faster than the moving speed of the substrate holder 70, the rotational direction may be either direction.

この様な処理を経て、有機樹脂からなる基板10は、その表面を擦られることで表面の温度が上昇し、材料のガラス転移点温度近辺やそれ以上になる。すると、有機樹脂の表面付近は流動性が大きくなり、含まれる低分子樹脂部分が膨張し表面に突起11が形成される。ただし、この処理で発生する摩擦力は継続して加えられているため、突起11はある程度つぶされて、断面形状がなだらかな凸形状となるとともに、平面形状は不規則な凹凸が形成される。   Through such a treatment, the surface of the substrate 10 made of an organic resin is rubbed so that the temperature of the surface rises, and becomes near or above the glass transition temperature of the material. As a result, the fluidity increases in the vicinity of the surface of the organic resin, and the contained low molecular resin portion expands to form protrusions 11 on the surface. However, since the frictional force generated in this process is continuously applied, the protrusion 11 is crushed to some extent, the cross-sectional shape becomes a gentle convex shape, and irregular irregularities are formed in the planar shape.

なお、この摩擦工程は1回の処理で終了しても良いが、さらに突起11を複雑な形状にするためには、基板10の向きを、図示した方向に対し90度回転させたのち、2回目の摩擦処理を行うとなお良い。この2回の摩擦工程を経て、図3に示した複雑な平面形状を有する理想的な突起11を複数個ランダムに配した基板10を、得ることができる。   This friction process may be completed by a single process, but in order to make the protrusion 11 more complicated, the direction of the substrate 10 is rotated by 90 degrees with respect to the direction shown in the drawing, and then 2 It is even better to perform the second friction treatment. Through these two friction steps, the substrate 10 on which a plurality of ideal protrusions 11 having a complicated planar shape shown in FIG. 3 are randomly arranged can be obtained.

前述したように、樹脂基板10は温度が上昇することで突起11が形成出来るため、基板10全体を電気炉などで加熱することも考えられる。しかし、積層体の全体を加熱すると、薄い基板10は変形してしまい、必要のない裏面にまでも突起が形成されてしまう。本実施例の摩擦による処理は、突起を片面のみに形成することから、反対面は平滑なまま
であり光入射に対して影響を与えることはなく、局所的な突起11形成法としても優れている手法である。
As described above, since the protrusions 11 can be formed by increasing the temperature of the resin substrate 10, it is conceivable to heat the entire substrate 10 with an electric furnace or the like. However, when the entire laminate is heated, the thin substrate 10 is deformed, and protrusions are formed even on the unnecessary back surface. In the treatment by friction in this embodiment, since the protrusion is formed only on one surface, the opposite surface remains smooth and does not affect the light incidence, and is excellent as a method for forming the local protrusion 11. It is a technique.

以上のように、本実施例の製造方法における、基板10への突起11形成工程は、ローラー51と布材60という非常に簡単な構造の装置により達成出来、高価な真空装置なども必要ないことから、処理が簡単であるとともに、太陽電池の大量生産にも適応可能な方法である。   As described above, the process of forming the protrusions 11 on the substrate 10 in the manufacturing method of the present embodiment can be achieved by a very simple structure of the roller 51 and the cloth material 60, and an expensive vacuum device or the like is not necessary. Therefore, the process is simple and can be applied to mass production of solar cells.

以上の工程で、複数の突起11を形成した基板10に、下部電極膜20を形成する。下部電極膜20にはITOを利用するが、スパッタリング等の真空装置を用いて約0.1μmの薄膜として形成する。   Through the above steps, the lower electrode film 20 is formed on the substrate 10 on which the plurality of protrusions 11 are formed. Although ITO is used for the lower electrode film 20, it is formed as a thin film of about 0.1 μm using a vacuum device such as sputtering.

続いて、下部電極膜20の上に、光電変換層30を形成する。光電変換層30は、先に示した3層のシリコン膜からなっている。まず、シラン系ガスを導入したプラズマCVD装置を用い、ホウ素系のドーピングガスを導入してp型半導体層を形成する。続いてドーピングガスは導入せずにi型半導体層を形成し、最後にリン系のドーピングガスを導入してn型半導体層を形成する。光電変換層30の総厚は0.5μm〜1μmほどである。   Subsequently, the photoelectric conversion layer 30 is formed on the lower electrode film 20. The photoelectric conversion layer 30 is made of the above-described three-layer silicon film. First, a p-type semiconductor layer is formed by introducing a boron-based doping gas using a plasma CVD apparatus into which a silane-based gas is introduced. Subsequently, an i-type semiconductor layer is formed without introducing a doping gas, and finally an n-type semiconductor layer is formed by introducing a phosphorus-based doping gas. The total thickness of the photoelectric conversion layer 30 is about 0.5 μm to 1 μm.

そして最後に、その光電変換層30上に上部電極膜40を形成する。上部電極膜40は金属材料をターゲットとしたスパッタリング法を用いて約0.5μmの膜として形成する。   Finally, the upper electrode film 40 is formed on the photoelectric conversion layer 30. The upper electrode film 40 is formed as a film having a thickness of about 0.5 μm by sputtering using a metal material as a target.

以上によって本実施例の太陽電池は作成出来るが、装置に組み込んだりするためには、このあと上部電極40の上には図示しない保護膜の形成や、引き出し電極の形成が必要となる。   Although the solar cell of the present embodiment can be produced as described above, it is necessary to form a protective film (not shown) or an extraction electrode on the upper electrode 40 to be incorporated in the device.

本発明の実施形態における太陽電池を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the solar cell in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における太陽電池内での光の進行を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining advancing of the light in the solar cell in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における太陽電池に用いる基板に形成した突起の平面図である。It is a top view of the protrusion formed in the board | substrate used for the solar cell in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における太陽電池に用いる基板に突起を形成する方法を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the method of forming a protrusion in the board | substrate used for the solar cell in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 突起
20 下部電極膜
30 光電変換層
40 上部電極膜
45 光
50 摩擦体
51 ローラー
52 回転軸
60 布材
70 基板ホルダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Protrusion 20 Lower electrode film 30 Photoelectric conversion layer 40 Upper electrode film 45 Light 50 Friction body 51 Roller 52 Rotating shaft 60 Cloth material 70 Substrate holder

Claims (10)

有機樹脂からなる平板状の基板に、下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を順次積層してなる太陽電池において、
前記下部電極膜を形成する前記基板の表面には、断面形状が曲面形状であり、平面形状が不規則な凹凸を有する形状の突起物が、複数個形成されている
ことを特徴とする太陽電池。
In a solar cell formed by sequentially laminating a lower electrode film, a photoelectric conversion layer and an upper electrode film on a flat substrate made of an organic resin,
On the surface of the substrate forming the lower electrode film, a plurality of projections having a curved cross-sectional shape and irregular irregularities in a planar shape are formed. .
前記突起物は、前記基板の表面に、ランダムに配置して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the protrusions are formed at random on the surface of the substrate. 前記突起物は、前記基板の材料の一部が隆起して形成されたものである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池。
The solar cell according to claim 1, wherein the protrusion is formed by raising a part of a material of the substrate.
前記突起物は、その平面形状の幅より高さが小さい
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の太陽電池。
The solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the protrusion has a height smaller than a width of the planar shape.
前記突起物は、前記基板の前記下部電極膜を形成する側の面にそのほとんどが形成されている
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の太陽電池。
5. The solar cell according to claim 1, wherein most of the protrusions are formed on a surface of the substrate on the side on which the lower electrode film is formed.
有機樹脂からなる平板状の基板に、下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を順次積層してなる太陽電池において、
前記下部電極膜を形成する前記基板の表面には、摩擦体で擦ることにより生じる摩擦熱により突起物が形成された
ことを特徴とする太陽電池。
In a solar cell formed by sequentially laminating a lower electrode film, a photoelectric conversion layer and an upper electrode film on a flat substrate made of an organic resin,
Projections are formed on the surface of the substrate on which the lower electrode film is formed by frictional heat generated by rubbing with a friction body.
有機樹脂からなる平板状の基板に、下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を積層してなる太陽電池の製造方法において、
前記基板の表面を摩擦体により摩擦することにより、基板の材料の一部を隆起させ、該基板の表面に突起物を形成する工程と、
前記突起物が形成された面に下部電極膜、光電変換層および上部電極膜を順次形成する工程と、を有する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
In a method for manufacturing a solar cell in which a lower electrode film, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode film are laminated on a flat substrate made of an organic resin,
Rubbing the surface of the substrate with a friction body to raise a part of the material of the substrate and forming protrusions on the surface of the substrate;
And a step of sequentially forming a lower electrode film, a photoelectric conversion layer, and an upper electrode film on the surface on which the protrusions are formed. A method for manufacturing a solar cell, comprising:
前記摩擦体は、有機物の微細な繊維を含む布材である
ことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池の製造方法。
The method for manufacturing a solar cell according to claim 7, wherein the friction body is a cloth material including fine organic fibers.
前記摩擦体は、円筒状のローラーの表面に前記布材を貼付し、ローラーを回転させることで基板表面を摩擦して形成する
ことを特徴とする請求項8に記載の太陽電池の製造方法。
The method for manufacturing a solar cell according to claim 8, wherein the friction body is formed by attaching the cloth material to a surface of a cylindrical roller and rubbing the substrate surface by rotating the roller.
前記の摩擦工程は、一枚の基板に対して前記ローラーの回転による摩擦方向を変えることで、複数回行う
ことを特徴とする請求項9に記載の太陽電池の製造方法。
The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, wherein the friction step is performed a plurality of times by changing a friction direction by rotation of the roller with respect to one substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011222585A (en) * 2010-04-05 2011-11-04 Mitsubishi Electric Corp Solar cell and method for manufacturing the same
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KR101321471B1 (en) 2013-06-19 2013-10-28 (주)메카스 Method for making micro projections to front glass plate of solar energy module

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