JP2011159685A - Method of manufacturing solar cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solar cell including a photoelectric conversion layer formed of at least one compound semiconductor consisting of a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element, and an insulating layer formed by anodizing Al, in which degradation of insulating characteristics caused by a crack in the insulating layer can be prevented even when the photoelectric conversion layer is formed at a high temperature exceeding 500°C. <P>SOLUTION: The problem can be solved by cleaning a surface of the Al to be anodized using an acidic cleaning solution before forming the insulating layer by anodizing Al. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁特性の低下に起因する性能劣化を好適に防止できる太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell that can suitably prevent performance degradation caused by a decrease in insulating properties.

従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Siまたは多結晶Si、あるいは薄膜のアモルファスSiを用いたSi系太陽電池が主流であったが、近年では、Siに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発が行われている。
化合物半導体系の太陽電池としては、GaAs系等のバルク系と、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなるCIS(Cu−In−Se)系やCIGS(Cu−In−Ga−Se)系等の薄膜系とが知られている。CIS系およびCIGS系は、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。
Conventionally, in solar cells, Si-based solar cells using bulk single-crystal Si or polycrystalline Si or thin-film amorphous Si have been mainstream, but in recent years, research on compound semiconductor-based solar cells that do not depend on Si has been conducted. Development is underway.
Compound semiconductor solar cells include CIS (Cu-In-Se) -based and CIGS (Cu-In-Ga-Se) -based bulk systems such as GaAs and the like, and Ib group elements, IIIb group elements, and VIb group elements. ) And other thin film systems are known. The CIS system and the CIGS system have high light absorptance, and high photoelectric conversion efficiency has been reported.

現在、太陽電池用の基板としてはガラス基板が主に使用されているが、可撓性を有する金属基板を用いることが検討されている。
金属製の基板を用いた化合物薄膜太陽電池は、基板の軽量性および可撓性(フレキシビリティー)という特徴から、通常のガラス基板を用いたものに比較して、広い用途に適用できる可能性がある。さらに、金属製の基板は高温プロセスにも耐え得るという点で、高温での光電変換層(光吸収層)の成膜が可能であり、これにより、光電変換特性が向上し太陽電池の高効率化が期待できる。
Currently, glass substrates are mainly used as substrates for solar cells, but the use of flexible metal substrates has been studied.
A compound thin film solar cell using a metal substrate may be applicable to a wider range of applications than the one using a normal glass substrate due to the light weight and flexibility of the substrate. There is. In addition, a metal substrate can withstand high-temperature processes, so it is possible to form a photoelectric conversion layer (light absorption layer) at high temperatures, which improves photoelectric conversion characteristics and increases the efficiency of solar cells. Can be expected.

ところで、太陽電池(太陽電池モジュ−ル)は、同一基板上で太陽電池セルを直列接続し集積化することで、モジュールとしての効率を向上できる。この際に、金属基板を用いる場合には、金属基板上に絶縁層を形成し、光電変換を行う半導体回路層を設ける必要がある。   By the way, the solar cell (solar cell module) can improve the efficiency as a module by connecting the solar cells in series on the same substrate and integrating them. In this case, when a metal substrate is used, it is necessary to form an insulating layer on the metal substrate and provide a semiconductor circuit layer that performs photoelectric conversion.

例えば、特許文献1には、太陽電池の基板として、ステンレス等の鉄系素材を用い、CVD等の気相法やゾルゲル法等の液相法によりSiやAlの酸化物を被覆し絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、これらの手法は、製法的にピンホールやクラックを発生し易く、大面積の薄膜絶縁層を安定に作製する手法としては、本質的な課題を抱えている。
For example, in Patent Document 1, an iron-based material such as stainless steel is used as a solar cell substrate, and an insulating layer is formed by coating an oxide of Si or Al by a vapor phase method such as CVD or a liquid phase method such as a sol-gel method. It is described to form.
However, these methods are prone to pinholes and cracks due to the manufacturing method, and have an essential problem as a method for stably producing a large-area thin film insulating layer.

これに対し、Al(アルミニウム)の場合には、その表面に陽極酸化被膜(AAO)を形成することにより、ピンホールが無く、密着性が良好な絶縁被膜が得られる。
そのため、特許文献2に記載されるように、Al基板の表面に、絶縁層として陽極酸化膜を形成してなる基板を用いる太陽電池モジュールが研究されている。
On the other hand, in the case of Al (aluminum), by forming an anodic oxide film (AAO) on the surface, an insulating film having no pinholes and good adhesion can be obtained.
Therefore, as described in Patent Document 2, a solar cell module using a substrate in which an anodized film is formed as an insulating layer on the surface of an Al substrate has been studied.

ここで、非特許文献1に記載されるように、Alの表面に形成した陽極酸化被膜は、120℃以上に加熱するとクラックが発生することが知られている。
ところが、化合物半導体系の光電変換層、特に、CIGS系の化合物半導体の光電変換層の場合、高い光電変換効率を得る為には、成膜温度が高温である方が良く、一般的に、成膜温度は500℃以上となる。
Here, as described in Non-Patent Document 1, it is known that the anodized film formed on the surface of Al is cracked when heated to 120 ° C. or higher.
However, in the case of a compound semiconductor-based photoelectric conversion layer, in particular, a CIGS-based compound semiconductor photoelectric conversion layer, in order to obtain high photoelectric conversion efficiency, it is better that the film formation temperature is high. The film temperature is 500 ° C. or higher.

そのため、化合物半導体系の光電変換層を有する太陽電池の基板として、Alの陽極酸化膜を絶縁層として有する基板を用いると、光電変換層の成膜時や、成膜後の冷却の過程で陽極酸化膜のクラックや剥離等を生じてしまう。
一度クラックが発生すると、絶縁性、特に、リーク電流が増大してしまい、満足な光変換効率が得られず、また、絶縁破壊等を生じてしまうという問題がある。
Therefore, when a substrate having an anodic oxide film of Al as an insulating layer is used as a substrate of a solar cell having a compound semiconductor-based photoelectric conversion layer, the anode is formed during the formation of the photoelectric conversion layer or in the cooling process after the film formation. Cracks or peeling of the oxide film will occur.
Once a crack is generated, there is a problem in that insulation, in particular, a leakage current increases, a satisfactory light conversion efficiency cannot be obtained, and dielectric breakdown occurs.

加えて、Alは200℃程度で軟化する為、この温度以上を経験したAl基板は、極めて強度が小さく、クリープ変形や座屈変形といった永久変形(塑性変形)を生じ易い。
そのため、Al基板を用いた太陽電池は、その製造時も含め、ハンドリングに厳しい制限が必要である。これは、Al基板を用いた太陽電池の屋外用太陽電池などへの適用を、困難なものにしている。
In addition, since Al softens at about 200 ° C., an Al substrate that has experienced this temperature or more has a very low strength and is likely to undergo permanent deformation (plastic deformation) such as creep deformation or buckling deformation.
Therefore, a solar cell using an Al substrate needs to be severely restricted in handling, including at the time of manufacture. This makes it difficult to apply solar cells using an Al substrate to outdoor solar cells and the like.

一方、特許文献3には、ステンレス、Cu、Al、Ti、Fe、鉄合金等の金属基板の表面に、Alなどの陽極酸化が可能な金属からなる層を中間層として設け、この中間層を陽極酸化した被膜を絶縁層とする、耐熱性絶縁基板が記載されている。   On the other hand, in Patent Document 3, a layer made of an anodizable metal such as Al is provided as an intermediate layer on the surface of a metal substrate such as stainless steel, Cu, Al, Ti, Fe, or an iron alloy. A heat-resistant insulating substrate is described in which an anodized film is used as an insulating layer.

特開2001−339081号公報JP 2001-339081 A 特開2000−49372号公報JP 2000-49372 A 特開2009−132996号公報JP 2009-132996 A

茅島正資、莚正勝、東京都立産業技術研究所、研究報告、第3号2000年12月、p21Masae Takashima, Masakatsu Tsuji, Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute, Research Report, No. 3, February 2000, p21

Al層上の陽極酸化膜にクラックが生じる原因は、Alの線膨張係数(線熱膨張係数)が陽極酸化膜の線膨張係数よりも大きいことにあると考えられる。
すなわち、Alの線膨張係数は23×10-6/℃である。これに対し、Alの陽極酸化膜の線膨張係数の正確な数値は不明であるが、その値は酸化アルミニウム(αアルミナ)に近く7×10-6/℃程度と推定される。この点を考慮すると、約16×10-6/℃という大きな線膨張係数差に起因する応力に陽極酸化膜が耐えきれないため、上述のようにAl材上の陽極酸化膜にクラックが生じると考えられる。
It is considered that the cause of cracks in the anodic oxide film on the Al layer is that the linear expansion coefficient (linear thermal expansion coefficient) of Al is larger than the linear expansion coefficient of the anodic oxide film.
That is, the linear expansion coefficient of Al is 23 × 10 −6 / ° C. On the other hand, although the exact numerical value of the linear expansion coefficient of the anodic oxide film of Al is unknown, it is estimated that the value is close to aluminum oxide (α alumina) and is about 7 × 10 −6 / ° C. Considering this point, since the anodic oxide film cannot withstand the stress caused by a large difference in linear expansion coefficient of about 16 × 10 −6 / ° C., if the anodic oxide film on the Al material is cracked as described above. Conceivable.

これに対して、特許文献3に示されるように、金属基材の表面にAl層を形成し、このAl層の表面を陽極酸化することで絶縁層を形成した基板を、太陽電池の基板として用いることにより、基板全体の強度と線膨張係数とを金属基材が担い、さらに、金属基材とAlの陽極酸化膜である絶縁層との熱膨張差に起因する応力を、金属基材および絶縁層に比してヤング率の小さいAl層を介在させる事で吸収することができる。
これにより、線膨張係数の差に起因する絶縁層すなわちAlの陽極酸化被膜のクラックを抑制すると共に、高温処理によるAlの軟化に起因するハンドリングの制限等も、解消することができる。
On the other hand, as shown in Patent Document 3, an Al layer is formed on the surface of a metal substrate, and a substrate on which an insulating layer is formed by anodizing the surface of the Al layer is used as a substrate for a solar cell. By using, the metal substrate bears the strength and the linear expansion coefficient of the entire substrate, and further, the stress caused by the difference in thermal expansion between the metal substrate and the insulating layer that is an anodic oxide film of Al is reduced. Absorption can be achieved by interposing an Al layer having a smaller Young's modulus than the insulating layer.
This suppresses cracks in the insulating layer, that is, the anodic oxide coating of Al due to the difference in coefficient of linear expansion, and can also eliminate handling limitations due to softening of Al due to high-temperature treatment.

しかしながら、このような金属基材とAl層とを有する構成の基板を用いた場合でも、やはり、500℃以上の成膜温度で光電変換層を成膜すると、絶縁層すなわちAlの陽極酸化膜に、絶縁性能の大幅に低下させてしまうクラックが発生する場合も多い。   However, even when a substrate having such a metal substrate and an Al layer is used, if a photoelectric conversion layer is formed at a film formation temperature of 500 ° C. or more, an insulating layer, that is, an Al anodic oxide film is formed. In many cases, cracks are generated that significantly reduce the insulation performance.

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、Alの陽極酸化膜を絶縁層として利用する基板を用いる太陽電池の製造方法において、CIGS層などの光電変換層の成膜に好適な500℃以上の高温の熱履歴を受けた場合でも、より確実に絶縁層のクラック発生を抑制して、絶縁層が、良好な絶縁特性を維持することがきる太陽電池の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and in a method for manufacturing a solar cell using a substrate that uses an Al anodic oxide film as an insulating layer, a photoelectric conversion layer such as a CIGS layer is formed. A method for manufacturing a solar cell in which even when subjected to a thermal history of 500 ° C. or higher suitable for cracking, the generation of cracks in the insulating layer can be more reliably suppressed, and the insulating layer can maintain good insulating characteristics. It is to provide.

前記目的を達成するために、本発明の太陽電池の製造方法は、アルミニウムからなる表面を有する基板の、前記アルミニウムの表面を酸性洗浄液で洗浄する工程、前記アルミニウムの洗浄面を陽極酸化する工程、および、この陽極酸化膜を絶縁層として、前記基板に、Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族元素からなる少なくとも1種の化合物半導体からなる光電変換層を有する薄膜太陽電池を形成する工程、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。   In order to achieve the above object, a method for producing a solar cell of the present invention includes a step of cleaning a surface of an aluminum substrate with an acidic cleaning liquid, a step of anodizing the cleaning surface of the aluminum, And forming a thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer made of at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element on the substrate using the anodized film as an insulating layer. A method for manufacturing a solar cell is provided.

このような太陽電池の製造方法において、前記化合物半導体の前記Ib族元素が、CuおよびAgの少なくとも一方であり、前記IIIb族元素が、Al、GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種の元素であり、前記VIb族元素が、S、SeおよびTeからなる群より選択された少なくとも1種の元素であるのが好ましい。
また、前記酸性洗浄液が、温度が60℃以上で、濃度300g/L以上の硫酸を含む酸性洗浄液であり、この酸性洗浄液に、前記アルミニウムの表面を3秒以上浸漬することにより、前記アルミニウムの表面の洗浄を行うのが好ましい。
また、前記光電変換層を、500℃以上の成膜温度で成膜するのが好ましく、また、前記酸による洗浄で、アルミニウム表面に存在する金属間化合物を単位面積当たりで50%以上除去するのが好ましい。
また、前記基板が、金属基材の表面にアルミニウム層を形成してなる基板であるのが好ましく、この際において、前記金属基材がステンレス鋼であるのが好ましい。
また、前記Alの陽極酸化による絶縁層の形成を、酸性電解液を用いて行うのが好ましく、さらに、前記基板が、前記金属基材にアルミニウム板を加圧接合してなるものであるのが好ましい。
In such a solar cell manufacturing method, the group Ib element of the compound semiconductor is at least one of Cu and Ag, and the group IIIb element is at least one selected from the group consisting of Al, Ga, and In. Preferably, the group VIb element is at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te.
The acidic cleaning liquid is an acidic cleaning liquid containing sulfuric acid having a temperature of 60 ° C. or higher and a concentration of 300 g / L or higher, and the surface of the aluminum is immersed in the acidic cleaning liquid for 3 seconds or more. It is preferable to perform the cleaning.
The photoelectric conversion layer is preferably formed at a film formation temperature of 500 ° C. or more, and the intermetallic compound existing on the aluminum surface is removed by 50% or more per unit area by washing with the acid. Is preferred.
Moreover, it is preferable that the said board | substrate is a board | substrate formed by forming the aluminum layer in the surface of a metal base material, and it is preferable in this case that the said metal base material is stainless steel.
In addition, the formation of the insulating layer by anodizing of the Al is preferably performed using an acidic electrolyte, and the substrate is formed by pressure bonding an aluminum plate to the metal base material. preferable.

上記構成を有する本発明の太陽電池の製造方法によれば、Al(アルミニウム)の陽極酸化に先立ち、絶縁層となる基板のAlの表面を高濃度の硫酸などの酸性洗浄液で処理することにより、Alの表面に存在する金属間化合物を除去できる。そのため、CIGS系化合物などの化合物半導体からなる光電変換層を成膜する際に、500℃以上の高温で成膜を行っても、金属間化合物を起点として、絶縁層(Alの陽極酸化膜)にクラックが入ることを、抑制することができる。
従って、本発明によれば、光電変換層の高温成膜を行っても、絶縁層のクラックに起因する絶縁性低下を抑制し、絶縁層が良好な絶縁特性を維持することができる。
According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention having the above-described configuration, by treating the surface of Al of the substrate serving as the insulating layer with an acidic cleaning liquid such as high-concentration sulfuric acid, prior to the anodic oxidation of Al (aluminum), Intermetallic compounds present on the surface of Al can be removed. Therefore, when forming a photoelectric conversion layer made of a compound semiconductor such as a CIGS compound, even if the film is formed at a high temperature of 500 ° C. or higher, the insulating layer (Al anodic oxide film) starts from the intermetallic compound. It can suppress that a crack enters into.
Therefore, according to the present invention, even when the photoelectric conversion layer is formed at a high temperature, it is possible to suppress a decrease in insulation caused by cracks in the insulating layer and to maintain good insulating characteristics of the insulating layer.

また、本発明によれば、前述のように、500℃以上での光電変換層の成膜工程を経ても、高い絶縁性を維持することができる。すなわち、500℃以上の成膜温度で、光電変換層を成膜できる。
前述のように、CIGSなどの化合物半導体は、高温で形成した方が、光電変換特性を向上させることができる。そのため、本発明によれば、500℃以上の温度で成膜して、光電変換特性を向上させた光電変換層を有する太陽電池を得ることができる。
しかも、温度が500℃以上の高温での製造工程を含む場合でも、基板の十分な強度が確保できるので、製造時のハンドリング等に制限をなくすことが可能となる。
Moreover, according to this invention, as above-mentioned, even if it passes through the film-forming process of the photoelectric converting layer at 500 degreeC or more, high insulation can be maintained. That is, the photoelectric conversion layer can be formed at a film formation temperature of 500 ° C. or higher.
As described above, compound semiconductors such as CIGS can improve photoelectric conversion characteristics when formed at a high temperature. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a solar cell having a photoelectric conversion layer that is formed at a temperature of 500 ° C. or higher and has improved photoelectric conversion characteristics.
Moreover, even when the manufacturing process includes a manufacturing process at a high temperature of 500 ° C. or higher, sufficient strength of the substrate can be ensured, so that it is possible to eliminate restrictions on handling during manufacturing.

本発明の太陽電池の一例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally an example of the solar cell of this invention.

以下、添付の図面に示す好適実施例を基に、本発明の太陽電池の製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a solar cell of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

図1に、本発明の太陽電池の製造方法で製造された太陽電池モジュールの一例を断面図で概念的に示す。
図1に示す太陽電池モジュール10(以下、太陽電池10とする)は、金属基材12、Al層14、および絶縁層16を有する絶縁性金属基板18の上に、下部電極32、光電変換層34、バッファ層36、および、上部電極38からなる太陽電池セル(薄膜太陽電池)40を、複数、直列接合してなる、モジュール型の太陽電池である。また、太陽電池セル40の配列方向の両端部の下部電極32の上には、直列接合された太陽電池セル40が発電した電力を外部に取り出すための、第1の導電部材42および第2の導電部材44が形成される。
In FIG. 1, an example of the solar cell module manufactured with the manufacturing method of the solar cell of this invention is notionally shown with sectional drawing.
A solar cell module 10 (hereinafter, referred to as a solar cell 10) shown in FIG. 1 includes a lower electrode 32, a photoelectric conversion layer on an insulating metal substrate 18 having a metal base 12, an Al layer 14, and an insulating layer 16. 34, a module type solar cell in which a plurality of solar cells (thin film solar cells) 40 including a buffer layer 36 and an upper electrode 38 are joined in series. Further, on the lower electrodes 32 at both ends in the arrangement direction of the solar cells 40, the first conductive member 42 and the second conductive member 42 for taking out the electric power generated by the solar cells 40 connected in series to the outside. A conductive member 44 is formed.

太陽電池10において、絶縁性基板18(以下、基板18とする)は、Al(アルミニウム)の陽極酸化膜を絶縁層16として有するものであり、好ましい構成として、金属基材12と、Al層14と、絶縁層16とから構成される。
なお、本発明で用いる基板は、このような金属基材12を有する物には限定されず、例えば、金属基材12を有さず、Al層14と絶縁層16のみから構成されるものであってもよい。すなわち、本発明においては、表面にAlを有する板材であれば、各種の構成を有する基板が利用可能である。
In the solar cell 10, the insulating substrate 18 (hereinafter referred to as the substrate 18) has an anodic oxide film of Al (aluminum) as the insulating layer 16. As a preferable configuration, the metal substrate 12 and the Al layer 14 are included. And an insulating layer 16.
In addition, the board | substrate used by this invention is not limited to the thing which has such a metal base material 12, For example, it does not have the metal base material 12, but is comprised only from Al layer 14 and the insulating layer 16. There may be. That is, in the present invention, substrates having various configurations can be used as long as the plate has Al on the surface.

金属基材12(以下、基材12とする)には特に限定はなく、各種の金属材料が利用可能である。好ましくは、後述する光電変換層34と近似する熱膨張係数(線熱膨張係数)を有する材料、特に、CIGSなどのCIGS系化合物と近似する熱膨張係数を有する材料が利用される。
この点を考慮すると、基材12としては、オーステナイト系ステンレス鋼(線膨張係数:17×10-6/℃)、炭素鋼(同:10.8×10-6/℃)、フェライト系ステンレス鋼(同:10.5×10-6/℃)、42インバー合金やコバール合金(同:5×10-6/℃)、36インバー合金(同:<1×10-6/℃)、Ti(同:9.2×10-6/℃)等が、好適に例示される。
中でも特に、ステンレス鋼は好適に例示される。
There is no limitation in particular in the metal base material 12 (henceforth the base material 12), Various metal materials can be utilized. Preferably, a material having a thermal expansion coefficient (linear thermal expansion coefficient) approximating that of the photoelectric conversion layer 34 described later, particularly a material having a thermal expansion coefficient approximating that of a CIGS compound such as CIGS is used.
Considering this point, as the base material 12, austenitic stainless steel (linear expansion coefficient: 17 × 10 −6 / ° C.), carbon steel (same as 10.8 × 10 −6 / ° C.), ferritic stainless steel (Same as above: 10.5 × 10 −6 / ° C.), 42 Invar alloy and Kovar alloy (same as 5 × 10 −6 / ° C.), 36 Invar alloy (same as: <1 × 10 −6 / ° C.), Ti ( I.e., 9.2 × 10 −6 / ° C.).
Of these, stainless steel is particularly preferred.

基材12の厚さには、特に限定はなく、太陽電池10(半導体装置)の製造プロセス、および稼働時に要求されるハンドリング性(強度および可撓性)に応じて、適宜、設定すればよい。
この点を考慮すると、基材12の厚さは、10〜1000μmであるのが好ましい。
The thickness of the substrate 12 is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the manufacturing process of the solar cell 10 (semiconductor device) and the handling properties (strength and flexibility) required during operation. .
Considering this point, the thickness of the substrate 12 is preferably 10 to 1000 μm.

また、基材12の強度にも、特に限定はないが、塑性変形をしない弾性限界応力を有する程度の強度が必要である。この点を考慮すると、基材12の機械加工度と調質にもよるが、基材12は、0.2%耐力値が室温で250〜900MPaであるのが好ましい。なお、太陽電池10の製造時に高温のプロセスが有る場合には、0.2%耐力の温度依存性も重要であり、前述のように、鋼やTiは、500℃で室温の70%程度の耐力を維持する。これにより、基板18が、光電変換層の成膜温度である500℃の熱履歴を受けた場合でも、塑性変形をしない弾性限界応力が確保できる。
0.2%耐力値や、その温度依存性は、「鉄鋼材料便覧(日本金属学会、日本鉄鋼協会編、丸善株式会社)」に記載されている。
Further, the strength of the substrate 12 is not particularly limited, but it is necessary to have a strength that has an elastic limit stress that does not cause plastic deformation. Considering this point, the base material 12 preferably has a 0.2% proof stress value of 250 to 900 MPa at room temperature, although it depends on the degree of machining and tempering of the base material 12. In addition, when there is a high-temperature process at the time of manufacturing the solar cell 10, the temperature dependency of 0.2% proof stress is also important. As described above, steel and Ti are about 70% of room temperature at 500 ° C. Maintain proof strength. Thereby, even when the substrate 18 receives a thermal history of 500 ° C. that is the film forming temperature of the photoelectric conversion layer, it is possible to secure an elastic limit stress that does not cause plastic deformation.
The 0.2% proof stress value and its temperature dependence are described in “Iron and Steel Material Handbook (Japan Institute of Metals, Japan Iron and Steel Institute, Maruzen Co., Ltd.)”.

基材12の表面には、Al層14が設けられる。
Al層14は、Alを主成分とする層で、AlやAl合金が、各種、利用可能である。特に、不純物の少ない、99質量%以上の純度のAlであることが好ましい。純度としては、例えば、99.99質量%Al、99.96質量%Al、99.9質量%Al、99.85質量%Al、99.7質量%Al、99.5質量%Al等が好ましい。
An Al layer 14 is provided on the surface of the substrate 12.
The Al layer 14 is a layer mainly composed of Al, and various types of Al and Al alloys can be used. In particular, Al having a purity of 99% by mass or more with few impurities is preferable. As purity, for example, 99.99 mass% Al, 99.96 mass% Al, 99.9 mass% Al, 99.85 mass% Al, 99.7 mass% Al, 99.5 mass% Al, etc. are preferable. .

本発明の基板18においては、基材12の上に形成されるAl層14の表面に、Alを陽極酸化してなる絶縁層16が形成される。
ここで、前述の非特許文献1にも示されるように、Alの表面に形成したAlの陽極酸化被膜は、120℃以上に加熱するとクラックが発生する。また、前述のように、このAl層上の陽極酸化膜にクラックが生じる原因は、Alの線膨張係数(線熱膨張係数)が陽極酸化膜の線膨張係数よりも大きいことにあると考えられる。
そのため、Al材の表面を陽極酸化してなる絶縁層を有する基板を用いる太陽電池では、500℃以上の成膜温度を要求される化合物半導体からなる光電変換層の成膜時に、加熱によって絶縁層にクラックや剥離が生じてしまい、十分な絶縁性能が得られない。
In the substrate 18 of the present invention, the insulating layer 16 formed by anodizing Al is formed on the surface of the Al layer 14 formed on the base material 12.
Here, as also shown in Non-Patent Document 1 described above, when the anodic oxide coating of Al formed on the surface of Al is heated to 120 ° C. or higher, cracks are generated. Further, as described above, it is considered that the cause of cracks in the anodic oxide film on the Al layer is that the linear expansion coefficient (linear thermal expansion coefficient) of Al is larger than the linear expansion coefficient of the anodic oxide film. .
Therefore, in a solar cell using a substrate having an insulating layer formed by anodizing the surface of an Al material, an insulating layer is formed by heating when forming a photoelectric conversion layer made of a compound semiconductor that requires a film forming temperature of 500 ° C. or higher. Cracks and peeling will occur, and sufficient insulation performance cannot be obtained.

これに対し、図示例の基板18においては、基板全体の強度および線膨張係数を基材12が担い、また、基材12とAlの陽極酸化膜である絶縁層16との微小な熱膨張差に起因する応力を、基材12および絶縁層16に比してヤング率の小さいAl層14を介在させる事で吸収する。これにより、線膨張係数の差に起因する絶縁層16すなわちAlの陽極酸化被膜のクラックを抑制することができる。
また、Alの室温での耐力は300MPa以上であるものの、500℃では、その耐力は室温の1/20以下に低下する。これに対し、ステンレス鋼等の耐力は、500℃でも室温の70%程度は維持される。従って、高温時の基板18の弾性応力限界や熱膨張は、基材12が支配的となる。すなわち、基板18を、Al層14と基材12とを組み合わせて構成することにより、500℃以上の高熱を経験しても、十分な基板18の剛性を確保することができる。また、500℃以上の高温での製造工程を含む場合でも、基板の十分な剛性が確保できるので、製造時のハンドリング等に制限を無くすことが可能となる。
On the other hand, in the substrate 18 of the illustrated example, the base material 12 bears the strength and linear expansion coefficient of the entire substrate, and a minute thermal expansion difference between the base material 12 and the insulating layer 16 which is an anodic oxide film of Al. Is absorbed by interposing an Al layer 14 having a smaller Young's modulus than the base material 12 and the insulating layer 16. Thereby, the crack of the insulating layer 16, ie, the anodic oxide film of Al, resulting from the difference in linear expansion coefficient can be suppressed.
Moreover, although the yield strength of Al at room temperature is 300 MPa or more, at 500 ° C., the yield strength decreases to 1/20 or less of room temperature. On the other hand, the proof stress of stainless steel or the like is maintained at about 70% of room temperature even at 500 ° C. Therefore, the base material 12 is dominant in the elastic stress limit and thermal expansion of the substrate 18 at a high temperature. That is, by configuring the substrate 18 by combining the Al layer 14 and the base material 12, sufficient rigidity of the substrate 18 can be ensured even when experiencing high heat of 500 ° C. or higher. In addition, even when a manufacturing process at a high temperature of 500 ° C. or higher is included, since sufficient rigidity of the substrate can be secured, it is possible to eliminate restrictions on handling during manufacturing.

Al層の厚さには、特に限定はない。
ここで、Al層14が薄すぎると、十分な応力緩和の効果が得られず、また、絶縁層16が、直接、基材12と接触してしまう可能性も有る。逆に、厚すぎると、高温の熱履歴を受けた際に残留反りが大きくなって、それ以降の製造工程に支障をきたす可能性が有り、材料コストの点でも不利である。
以上の点を考慮すると、Al層の厚さは、好ましくは5〜150μmで、より好ましくは10〜100μmで、特に、20〜50μmが好ましい。
There is no particular limitation on the thickness of the Al layer.
Here, if the Al layer 14 is too thin, a sufficient stress relaxation effect cannot be obtained, and the insulating layer 16 may directly come into contact with the substrate 12. On the other hand, if it is too thick, the residual warp becomes large when subjected to a high-temperature heat history, which may interfere with the subsequent manufacturing process, which is also disadvantageous in terms of material cost.
Considering the above points, the thickness of the Al layer is preferably 5 to 150 μm, more preferably 10 to 100 μm, and particularly preferably 20 to 50 μm.

ここで、Al層14の厚さは、Al表面の前処理、陽極酸化による絶縁層16の形成等によって減少する(Alが消耗する)。
従って、後述するAl層14の形成時における厚さは、これらに起因する厚さ減少を見越して、設定する必要がある。
Here, the thickness of the Al layer 14 decreases due to pretreatment of the Al surface, formation of the insulating layer 16 by anodic oxidation, etc. (Al is consumed).
Therefore, it is necessary to set the thickness at the time of forming the Al layer 14 to be described later in anticipation of the thickness reduction caused by these.

Al層14の上(基材12と反対側面)には、絶縁層16が形成される。絶縁層16は、Al層14の表面を陽極酸化してなる、Alの陽極酸化膜である。なお、本発明の太陽電池の製造方法においては、この絶縁層の16の形成に先立ち、Al層14の表面を酸性洗浄液で洗浄する。この点に関しては、後に詳述する。
本発明において、絶縁層16は、Alを陽極酸化してなる各種の膜が利用可能であるが、後述する、酸性電解液によるポーラス型の陽極酸化膜であるのが好ましい。この陽極酸化膜は、数10nmの細孔を有する酸化アルミナ皮膜であり、被膜ヤング率が低いことにより、曲げ耐性や高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高い物となる。
An insulating layer 16 is formed on the Al layer 14 (on the side opposite to the substrate 12). The insulating layer 16 is an Al anodic oxide film formed by anodizing the surface of the Al layer 14. In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the surface of the Al layer 14 is cleaned with an acidic cleaning solution prior to the formation of the insulating layer 16. This will be described in detail later.
In the present invention, various films formed by anodizing Al can be used as the insulating layer 16, but a porous anodic oxide film using an acidic electrolytic solution, which will be described later, is preferable. This anodic oxide film is an alumina oxide film having pores of several tens of nanometers. Since the Young's modulus of the film is low, the anodic oxide film has high resistance to bending and crack resistance caused by a difference in thermal expansion at high temperatures.

絶縁層16の厚さは2μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましい。絶縁層16の厚さが過度に厚い場合、可撓性が低下すること、および絶縁層16の形成に要するコスト、時間がかかるため好ましくない。現実的には、絶縁層16の厚さは、最大50μm以下、好ましくは30μm以下である。このため、絶縁層16の好ましい厚さは、2〜50μmである。
また、絶縁層16の表面18aの表面粗さは、例えば、算術平均粗さRaで1μm以下であり、好ましくは、0.5μm以下、より好ましくは、0.1μm以下である。
The thickness of the insulating layer 16 is preferably 2 μm or more, and more preferably 5 μm or more. When the thickness of the insulating layer 16 is excessively large, it is not preferable because flexibility is lowered and cost and time required for forming the insulating layer 16 are required. In practice, the thickness of the insulating layer 16 is 50 μm or less, preferably 30 μm or less at maximum. For this reason, the preferable thickness of the insulating layer 16 is 2-50 micrometers.
Further, the surface roughness of the surface 18a of the insulating layer 16 is, for example, an arithmetic average roughness Ra of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.

なお、基板18は、基材12、Al層14および絶縁層16の全てを可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとすることにより、基板18全体として、フレキシブルなものになる。これにより、例えば、ロール・ツー・ロール方式で、基板18の絶縁層16側に、下部電極32、光電変換層34、上部電極36等を形成することができる。
本発明においては、1回のロール巻出から巻取までの間に、複数の層を連続して製膜することにより太陽電池構造を作製してもよいし、ロール巻出、製膜、巻取の工程を複数回行うことによって太陽電池構造を形成してもよい。また、後述するように、各成膜工程の合間に素子を分離、集積させるためのスクライブ工程をロール・ツー・ロール方式に加えることで、複数の太陽電池を電気的に直列接続させた太陽電池を作製することができる。
In addition, the board | substrate 18 becomes flexible as the board | substrate 18 whole by making all the base material 12, the Al layer 14, and the insulating layer 16 have flexibility, ie, a flexible thing. Thereby, for example, the lower electrode 32, the photoelectric conversion layer 34, the upper electrode 36, and the like can be formed on the insulating layer 16 side of the substrate 18 by a roll-to-roll method.
In the present invention, a solar cell structure may be produced by continuously forming a plurality of layers from one roll unwinding to winding, or roll unwinding, film forming, winding The solar cell structure may be formed by performing the taking step a plurality of times. In addition, as will be described later, a solar cell in which a plurality of solar cells are electrically connected in series by adding a scribe process for separating and accumulating elements between the film forming processes to the roll-to-roll method. Can be produced.

なお、本発明においては、基材12の一面のみにAl層14および絶縁層16を形成するのに限定はされず、基材12の両面に、Al層14あるいはさらに絶縁層16を形成して、本発明の製造方法に用いる基板としてもよい。   In the present invention, the Al layer 14 and the insulating layer 16 are not limited to be formed on only one surface of the substrate 12, but the Al layer 14 or further the insulating layer 16 is formed on both surfaces of the substrate 12. The substrate may be used in the production method of the present invention.

図示例の太陽電池10は、このような基板18の上に、下部電極32、光電変換層34、バッファ層36、および、上部電極38からなる薄膜太陽電池(太陽電池セル)40を、複数、直列接合してなる、太陽電池モジュール(モジュール型の太陽電池)である。
また、配列方向両端部の下部電極32の上には、第1の導電部材42および第2の導電部材44が形成される。
The solar cell 10 in the illustrated example includes a plurality of thin-film solar cells (solar cells) 40 including a lower electrode 32, a photoelectric conversion layer 34, a buffer layer 36, and an upper electrode 38 on such a substrate 18. It is a solar cell module (module type solar cell) formed by serial joining.
A first conductive member 42 and a second conductive member 44 are formed on the lower electrode 32 at both ends in the arrangement direction.

ここで、図示例においては、好ましい態様として、絶縁層16(基板18)と下部電極32との間に、アルカリ供給層50を有する。
アルカリ金属(特にNa)が、CIGS等からなる光電変換層34に拡散されると光電変換効率が高くなることが知られている。アルカリ供給層50は、光電変換層34にアルカリ金属を供給するための層であり、アルカリ金属を含む化合物の層である。このようなアルカリ供給層50を有することにより、光電変換層34の成膜時に、下部電極32を通してアルカリ金属が光電変換層34に拡散し、光電変換層34の変換効率を向上できる。
Here, in the illustrated example, as a preferred embodiment, an alkali supply layer 50 is provided between the insulating layer 16 (substrate 18) and the lower electrode 32.
It is known that when an alkali metal (particularly Na) is diffused into the photoelectric conversion layer 34 made of CIGS or the like, the photoelectric conversion efficiency is increased. The alkali supply layer 50 is a layer for supplying alkali metal to the photoelectric conversion layer 34 and is a layer of a compound containing an alkali metal. By having such an alkali supply layer 50, the alkali metal diffuses into the photoelectric conversion layer 34 through the lower electrode 32 when the photoelectric conversion layer 34 is formed, and the conversion efficiency of the photoelectric conversion layer 34 can be improved.

アルカリ供給層50には、限定はなく、Na2O、Na2S、Na2Se、NaCl、NaF、モリブデン酸ナトリウム塩など、アルカリ金属を含む化合物(アルカリ金属化合物を含む組成物)を主成分とするものが、各種、利用可能である。特に、SiO2(窒化ケイ素)を主成分としてNa2O(酸化ナトリウム)を含む化合物であるのが好ましい。 The alkali supply layer 50 is not limited, and a main component is a compound containing an alkali metal (a composition containing an alkali metal compound) such as Na 2 O, Na 2 S, Na 2 Se, NaCl, NaF, or sodium molybdate. Various types of devices are available. In particular, a compound containing SiO 2 (silicon nitride) as a main component and Na 2 O (sodium oxide) is preferable.

アルカリ供給層50の成膜方法には、特に限定はなく、公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、スパッタリングやCVD等の気相成膜法や、ゾルゲル法等の液体成膜法が例示される。
例えば、前記SiO2を主成分としてNa2Oを含む化合物であれば、ソーダ石灰ガラスをターゲットに用いたスパッタリングや、SiおよびNaを含むアルコキシドからを用いたゾルゲル反応によって、アルカリ供給層50を成膜すればよい。さらに、これらの方法を併用してもよい。
The method for forming the alkali supply layer 50 is not particularly limited, and various known methods can be used. As an example, a vapor deposition method such as sputtering or CVD, or a liquid deposition method such as sol-gel method is exemplified.
For example, in the case of a compound containing SiO 2 as a main component and containing Na 2 O, the alkali supply layer 50 is formed by sputtering using soda lime glass as a target or sol-gel reaction using alkoxide containing Si and Na. A film may be used. Furthermore, these methods may be used in combination.

太陽電池10において、下部電極32は、隣り合う下部電極32と所定の間隙33を設けて配列されて、アルカリ供給層50の上に形成されている。また、各下部電極32の間隙33を埋めつつ、光電変換層34が下部電極32の上に形成されている。この光電変換層34の表面にバッファ層36が形成されている。
光電変換層34とバッファ層36とは、下部電極32の上で、所定の間隙37を設けて配列される。なお、下部電極32の間隙33と、光電変換層34(バッファ層36)との間隙37は、太陽電池セル40の配列方向の異なる位置に形成される。
In the solar cell 10, the lower electrode 32 is formed on the alkali supply layer 50 by being arranged with a predetermined gap 33 with the adjacent lower electrode 32. A photoelectric conversion layer 34 is formed on the lower electrode 32 while filling the gap 33 between the lower electrodes 32. A buffer layer 36 is formed on the surface of the photoelectric conversion layer 34.
The photoelectric conversion layer 34 and the buffer layer 36 are arranged on the lower electrode 32 with a predetermined gap 37. Note that the gap 33 between the lower electrode 32 and the photoelectric conversion layer 34 (buffer layer 36) are formed at different positions in the arrangement direction of the solar cells 40.

さらに、光電変換層34(バッファ層36)の間隙37を埋めるように、バッファ層36の表面に上部電極38が形成されている。
上部電極38、バッファ層36および光電変換層34は、所定の間隙39を設けて、配列される。また、この間隔39は、前記下部電極32の間隙と、光電変換層34(バッファ層36)との間隙とは異なる位置に設けられる。
太陽電池10において、各太陽電池セル40は、下部電極32と上部電極38により、基板18の長手方向(矢印L方向)に、電気的に直列に接続されている。
Further, an upper electrode 38 is formed on the surface of the buffer layer 36 so as to fill the gap 37 of the photoelectric conversion layer 34 (buffer layer 36).
The upper electrode 38, the buffer layer 36 and the photoelectric conversion layer 34 are arranged with a predetermined gap 39. The gap 39 is provided at a position different from the gap between the lower electrode 32 and the gap between the photoelectric conversion layer 34 (buffer layer 36).
In the solar battery 10, each solar battery cell 40 is electrically connected in series in the longitudinal direction (arrow L direction) of the substrate 18 by a lower electrode 32 and an upper electrode 38.

下部電極32は、例えば、Mo電極で構成される。光電変換層34は、光電変換機能を有する化合物半導体、例えば、CIGS層で構成される。さらに、バッファ層36は、例えば、CdSで構成され、上部電極38は、例えば、ZnOで構成される。
なお、太陽電池セル40は、基板18の長手方向Lと直交する幅方向に長く伸びて形成されている。このため、下部電極32等も基板18の幅方向に長く伸びている。
The lower electrode 32 is composed of, for example, a Mo electrode. The photoelectric conversion layer 34 is composed of a compound semiconductor having a photoelectric conversion function, for example, a CIGS layer. Further, the buffer layer 36 is made of, for example, CdS, and the upper electrode 38 is made of, for example, ZnO.
The solar battery cell 40 is formed to extend long in the width direction orthogonal to the longitudinal direction L of the substrate 18. For this reason, the lower electrode 32 and the like also extend long in the width direction of the substrate 18.

図1に示すように、右端の下部電極32上に第1の導電部材42が接続されている。この第1の導電部材42は、後述する負極からの出力を外部に取り出すためのものである。
第1の導電部材42は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板18の幅方向に略直線状に伸びて、右端の下部電極32上に接続されている。また、図1に示すように、第1の導電部材42は、例えば、銅リボン42aがインジウム銅合金の被覆材42bで被覆されたものである。この第1の導電部材42は、例えば、超音波半田により下部電極32に接続される。
As shown in FIG. 1, a first conductive member 42 is connected on the lower electrode 32 at the right end. The first conductive member 42 is for taking out an output from a negative electrode to be described later.
The first conductive member 42 is, for example, an elongated belt-like member, extends substantially linearly in the width direction of the substrate 18, and is connected to the lower electrode 32 at the right end. As shown in FIG. 1, the first conductive member 42 is, for example, a copper ribbon 42a covered with an indium copper alloy coating 42b. The first conductive member 42 is connected to the lower electrode 32 by, for example, ultrasonic soldering.

他方、左端の下部電極32上には、第2の導電部材44が形成される。
第2の導電部材44は、後述する正極からの出力を外部に取り出すためのもので、第1の導電部材42と同様に細長い帯状の部材であり、基板18の幅方向に略直線状に伸びて、左端の下部電極32に接続されている。
第2の導電部材44は、第1の導電部材42と同様の構成のものであり、例えば、銅リボン44aがインジウム銅合金の被覆材44bで被覆されたものである。
On the other hand, a second conductive member 44 is formed on the lower electrode 32 at the left end.
The second conductive member 44 is for taking out the output from the positive electrode, which will be described later, to the outside. Like the first conductive member 42, the second conductive member 44 is a strip-like member that extends substantially linearly in the width direction of the substrate 18. And connected to the lower electrode 32 at the left end.
The second conductive member 44 has the same configuration as the first conductive member 42. For example, a copper ribbon 44a is covered with a coating material 44b of indium copper alloy.

太陽電池10では、太陽電池セル40に、上部電極38側から光が入射されると、この光が上部電極38およびバッファ層36を通過し、光電変換層34で起電力が発生し、例えば、上部電極38から下部電極32に向かう電流が発生する。なお、図1に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、光電変換部48では、図1中、左端の下部電極32が正極(プラス極)になり、右端の下部電極32が負極(マイナス極)になる。   In the solar cell 10, when light is incident on the solar cell 40 from the upper electrode 38 side, this light passes through the upper electrode 38 and the buffer layer 36, and an electromotive force is generated in the photoelectric conversion layer 34. A current is generated from the upper electrode 38 toward the lower electrode 32. The arrows shown in FIG. 1 indicate the direction of current, and the direction of movement of electrons is opposite to the direction of current. For this reason, in the photoelectric conversion unit 48, the leftmost lower electrode 32 in FIG. 1 is a positive electrode (positive electrode), and the rightmost lower electrode 32 is a negative electrode (negative electrode).

本実施形態において、太陽電池10で発生した電力を、第1の導電部材42と第2の導電部材44から、太陽電池10の外部に取り出すことができる。
なお、本実施形態において、第1の導電部材42が負極であり、第2の導電部材44が正極である。また、第1の導電部材42と第2の導電部材44とは極性が逆であってもよく、太陽電池セル40の構成、太陽電池10構成等に応じて、適宜変わるものである。
また、本実施形態においては、各太陽電池セル40を、下部電極32と上部電極38により基板18の長手方向Lに直列接続されるように形成したが、これに限定されるものではない。例えば、各太陽電池セル40が、下部電極32と上部電極38により幅方向に直列接続されるように、各太陽電池セル40を形成してもよい。
In the present embodiment, the electric power generated in the solar cell 10 can be taken out of the solar cell 10 from the first conductive member 42 and the second conductive member 44.
In the present embodiment, the first conductive member 42 is a negative electrode, and the second conductive member 44 is a positive electrode. In addition, the first conductive member 42 and the second conductive member 44 may have opposite polarities, and are appropriately changed according to the configuration of the solar cell 40, the configuration of the solar cell 10, and the like.
Moreover, in this embodiment, although each photovoltaic cell 40 was formed so that it might be connected in series with the longitudinal direction L of the board | substrate 18 by the lower electrode 32 and the upper electrode 38, it is not limited to this. For example, each solar battery cell 40 may be formed such that each solar battery cell 40 is connected in series in the width direction by the lower electrode 32 and the upper electrode 38.

太陽電池セル40において、下部電極32および上部電極38は、いずれも光電変換層34で発生した電流を取り出すためのものである。下部電極32および上部電極38は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の上部電極38は透光性を有する必要がある。   In the solar cell 40, the lower electrode 32 and the upper electrode 38 are both for taking out the current generated in the photoelectric conversion layer 34. Both the lower electrode 32 and the upper electrode 38 are made of a conductive material. The upper electrode 38 on the light incident side needs to have translucency.

下部電極(裏面電極)32は、例えば、Mo、Cr、またはW、およびこれらを組合わせたものにより構成される。この下部電極32は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。下部電極32は、Moで構成することが好ましい。
下部電極32は、厚さが100nm以上であることが好ましく、0.45〜1.0μmであることがより好ましい。
また、下部電極32の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
The lower electrode (back electrode) 32 is made of, for example, Mo, Cr, or W, and a combination thereof. The lower electrode 32 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. The lower electrode 32 is preferably made of Mo.
The lower electrode 32 preferably has a thickness of 100 nm or more, and more preferably 0.45 to 1.0 μm.
The method for forming the lower electrode 32 is not particularly limited, and can be formed by a vapor phase film forming method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method.

上部電極(透明電極)38は、例えば、Al、B、Ga、Sb等が添加されたZnO、ITO(インジウム錫酸化物)やSnO、および、これらを組合わせたものにより構成される。この上部電極38は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。また、上部電極38の厚さは、特に制限されるものではなく、0.3〜1μmが好ましい。
また、上部電極38の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法または塗布法により形成することができる。
The upper electrode (transparent electrode) 38 is made of, for example, ZnO to which Al, B, Ga, Sb or the like is added, ITO (indium tin oxide), SnO 2 , or a combination thereof. The upper electrode 38 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. Further, the thickness of the upper electrode 38 is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 1 μm.
The formation method of the upper electrode 38 is not particularly limited, and can be formed by a vapor deposition method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method, or a coating method.

バッファ層36は、上部電極38の形成時の光電変換層34を保護すること、上部電極38に入射した光を光電変換層34まで透過させるために形成されている。
このバッファ層36は、例えば、CdS、ZnS、ZnO、ZnMgO、またはZnS(O、OH)およびこれらの組合わせたものにより構成される。
バッファ層36は、厚さが、0.03〜0.1μmが好ましい。また、このバッファ層36は、例えば、CBD(ケミカルバスデポジション)法により形成される。
The buffer layer 36 is formed to protect the photoelectric conversion layer 34 when the upper electrode 38 is formed and to transmit light incident on the upper electrode 38 to the photoelectric conversion layer 34.
The buffer layer 36 is made of, for example, CdS, ZnS, ZnO, ZnMgO, ZnS (O, OH), or a combination thereof.
The buffer layer 36 preferably has a thickness of 0.03 to 0.1 μm. The buffer layer 36 is formed by, for example, a CBD (chemical bath deposition) method.

光電変換層(光吸収層)34は、上部電極38およびバッファ層36を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層であり、光電変換機能を有する。本発明において、光電変換層34は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体である。   The photoelectric conversion layer (light absorption layer) 34 is a layer that absorbs light that has passed through the upper electrode 38 and the buffer layer 36 and generates a current, and has a photoelectric conversion function. In the present invention, the photoelectric conversion layer 34 is at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element.

中でも特に、光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層34は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種のIb族元素と、Al、GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、S、SeおよびTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることが好ましい。
この化合物半導体としては、CuAlS2、CuGaS2、CuInS2、CuAlSe2、CuGaSe2、CuInSe2(CIS)、AgAlS2、AgGaS2、AgInS2、AgAlSe2、AgGaSe2、AgInSe2、AgAlTe2、AgGaTe2、AgInTe2、Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)、Cu(In1-xAlx)Se2、Cu(In1-xGax)(S、Se)2、Ag(In1-xGax)Se2、およびAg(In1-xGax)(S、Se)2等が挙げられる。
Among these, since the light absorption rate is high and high photoelectric conversion efficiency is obtained, the photoelectric conversion layer 34 is composed of at least one type Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag, and Al, Ga, and In. Preferably, it is at least one compound semiconductor composed of at least one group IIIb element selected from the group consisting of and at least one group VIb element selected from the group consisting of S, Se and Te.
Examples of the compound semiconductor include CuAlS 2 , CuGaS 2 , CuInS 2 , CuAlSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSe 2 (CIS), AgAlS 2 , AgGaS 2 , AgInS 2 , AgAlSe 2 , AgGaSe 2 , AgInSe 2 e, AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInTe 2 , Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 (CIGS), Cu (In 1-x Al x ) Se 2 , Cu (In 1-x Ga x ) (S, Se) 2 , Ag (In 1-x Ga x ) Se 2 , Ag (In 1-x Ga x ) (S, Se) 2 and the like.

光電変換層34は、CuInSe2(CIS)、および/または、これにGaを固溶したCu(In、Ga)Se2(CIGS)を含むことが特に好ましい。CISおよびCIGSはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。 The photoelectric conversion layer 34 particularly preferably contains CuInSe 2 (CIS) and / or Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) in which Ga is dissolved. CIS and CIGS are semiconductors having a chalcopyrite crystal structure, have high light absorption, and high photoelectric conversion efficiency has been reported. Moreover, there is little degradation of efficiency by light irradiation etc. and it is excellent in durability.

光電変換層34には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および/または、積極的なドープによって、光電変換層34中に含有させることができる。光電変換層34中において、I−III−VI族半導体の構成元素および/または、不純物には濃度分布があってもよく、n型、p型、およびi型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、CIGS系においては、光電変換層34中のGa量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅/キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
The photoelectric conversion layer 34 contains impurities for obtaining a desired semiconductor conductivity type. Impurities can be contained in the photoelectric conversion layer 34 by diffusion from adjacent layers and / or active doping. In the photoelectric conversion layer 34, the constituent elements and / or impurities of the I-III-VI group semiconductor may have a concentration distribution, and a plurality of layers having different semiconductor properties such as n-type, p-type, and i-type An area may be included.
For example, in the CIGS system, when the Ga amount in the photoelectric conversion layer 34 has a distribution in the thickness direction, the band gap width / carrier mobility and the like can be controlled, and the photoelectric conversion efficiency can be designed high.

光電変換層34は、I−III−VI族半導体以外の1種又は2種以上の半導体を含んでいてもよい。I−III−VI族半導体以外の半導体としては、Si等のIVb族元素からなる半導体(IV族半導体)、GaAs等のIIIb族元素およびVb族元素からなる半導体(III−V族半導体)、およびCdTe等のIIb族元素およびVIb族元素からなる半導体(II−VI族半導体)等が挙げられる。光電変換層34には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層34中のI−III−VI族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層34中のI−III−VI族半導体の含有量は、75質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、99質量%以上が特に好ましい。
The photoelectric conversion layer 34 may include one or more semiconductors other than the I-III-VI group semiconductor. As a semiconductor other than the I-III-VI group semiconductor, a semiconductor composed of a group IVb element such as Si (group IV semiconductor), a semiconductor composed of a group IIIb element such as GaAs and a group Vb element (group III-V semiconductor), and Examples thereof include semiconductors (II-VI group semiconductors) composed of IIb group elements such as CdTe and VIb group elements. The photoelectric conversion layer 34 may contain an optional component other than a semiconductor and impurities for obtaining a desired conductivity type as long as the characteristics are not hindered.
Further, the content of the I-III-VI group semiconductor in the photoelectric conversion layer 34 is not particularly limited. 75 mass% or more is preferable, as for content of the I-III-VI group semiconductor in the photoelectric converting layer 34, 95 mass% or more is more preferable, and 99 mass% or more is especially preferable.

なお、本例においては、光電変換層34が、主成分(75質量%以上)がCdTeの化合物半導体で構成される場合、基材12は炭素鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されることが好ましい。   In addition, in this example, when the photoelectric converting layer 34 is comprised with the compound semiconductor whose main component (75 mass% or more) is CdTe, it is preferable that the base material 12 is comprised by carbon steel or a ferritic stainless steel. .

光電変換層34として、CIGS層を利用する場合には、その成膜方法としては、1)多源同時蒸着法、2)セレン化法、3)スパッタ法、4)ハイブリッドスパッタ法、および、5)メカノケミカルプロセス法等が知られている。   When a CIGS layer is used as the photoelectric conversion layer 34, the film formation method includes 1) a multi-source co-evaporation method, 2) a selenization method, 3) a sputtering method, 4) a hybrid sputtering method, and 5 ) The mechanochemical process method is known.

1)多源同時蒸着法としては、
3段階法(J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等)と、ECグループの同時蒸着法(L.Stolt et al.:Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等)とが知られている。
前者の3段階法は、高真空中で最初にIn、Ga、及びSeを基板温度300℃で同時蒸着し、次に500〜560℃に昇温してCu及びSeを同時蒸着後、In、Ga、及びSeをさらに同時蒸着する方法である。後者のECグループの同時蒸着法は、蒸着初期にCu過剰CIGS、後半でIn過剰CIGSを蒸着する方法である。
1) As a multi-source simultaneous vapor deposition method,
Three-stage method (JRTuttle et.al, Mat.Res.Soc.Symp.Proc., Vol.426 (1996) p.143. Etc.) and EC group co-evaporation method (L. Stolt et al .: Proc. 13th ECPVSEC (1995, Nice) 1451, etc.).
In the former three-stage method, In, Ga, and Se are first co-deposited at a substrate temperature of 300 ° C. in a high vacuum, and then heated to 500 to 560 ° C., and Cu and Se are co-evaporated. In this method, Ga and Se are further vapor-deposited. The latter EC group simultaneous vapor deposition method is a method in which Cu-excess CIGS is vapor-deposited in the early stage of vapor deposition and In-rich CIGS is vapor-deposited in the latter half.

CIGS膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
a)イオン化したGaを使用する方法(H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203(2006)p.2603.等)、
b)クラッキングしたSeを使用する方法(第68回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集(2007秋 北海道工業大学)7P−L−6等)、
c)ラジカル化したSeを用いる方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
(2007春 青山学院大学)29P−ZW−10等)、
d)光励起プロセスを利用した方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007春 青山学院大学)29P−ZW−14等)等が知られている。
In order to improve the crystallinity of the CIGS film, as a method of improving the above method,
a) a method using ionized Ga (H. Miyazaki, et.al, phys.stat.sol. (a), Vol.203 (2006) p.2603, etc.),
b) Method of using cracked Se (68th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings (Autumn 2007, Hokkaido Institute of Technology) 7P-L-6 etc.),
c) Method using radicalized Se (Proceedings of the 54th Japan Society of Applied Physics (Aoyama Gakuin University) 29P-ZW-10 etc.)
d) A method using a photoexcitation process (the 54th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings (Spring 2007 Aoyama Gakuin University) 29P-ZW-14 etc.) is known.

2)セレン化法は2段階法とも呼ばれ、最初にCu層/In層または(Cu−Ga)層/In層等の積層膜の金属プリカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で450〜550℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってCu(In1-xGax)Se2等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。 2) The selenization method is also called a two-step method. First, a metal precursor of a laminated film such as a Cu layer / In layer or a (Cu—Ga) layer / In layer is formed by sputtering, vapor deposition, or electrodeposition. This is a method for producing a selenium compound such as Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 by a thermal diffusion reaction by forming a film and heating it to about 450 to 550 ° C. in selenium vapor or hydrogen selenide. . This method is called a vapor phase selenization method. In addition, there is a solid-phase selenization method in which solid-phase selenium is deposited on a metal precursor film and selenized by a solid-phase diffusion reaction using the solid-phase selenium as a selenium source.

セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法(T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等)、及び金属薄層間にセレンを挟み(例えば、Cu層/In層/Se層…Cu層/In層/Se層と積層する)多層化プリカーサ膜を形成する方法(T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等)が知られている。   In the selenization method, in order to avoid the rapid volume expansion that occurs during selenization, a method of previously mixing selenium in a metal precursor film at a certain ratio (T. Nakada et.al, Solar Energy Materials and Solar Cells 35 (1994) 204-214, etc.), and multilayer precursor film with selenium sandwiched between thin metal layers (for example, Cu layer / In layer / Se layer ... stacked with Cu layer / In layer / Se layer) (T. Nakada et.al, Proc. Of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (1991) 887-890. Etc.) is known.

また、グレーデッドバンドギャップCIGS膜の成膜方法として、最初にCu−Ga合金膜を堆積し、その上にIn膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してGa濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある(K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9,Tokyo,1996)p.149.等)。   In addition, as a method for forming a graded band gap CIGS film, a Cu—Ga alloy film is first deposited, an In film is deposited thereon, and when this is selenized, natural thermal diffusion is used to form Ga. There is a method in which the concentration is inclined in the film thickness direction (K. Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996 (Intn. PVSEC-9, Tokyo, 1996) p.149.).

3)スパッタ法としては、
CuInSe2多結晶をターゲットとした方法、Cu2SeとIn2Se3をターゲットとし、スパッタガスにH2Se/Ar混合ガスを用いる2源スパッタ法(J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等)、および
Cuターゲットと、Inターゲットと、SeまたはCuSeターゲットとをArガス中でスパッタする3源スパッタ法(T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等)が知られている。
3) As a sputtering method,
A method using CuInSe 2 polycrystal as a target, a two-source sputtering method using Cu 2 Se and In 2 Se 3 as targets and a H 2 Se / Ar mixed gas as a sputtering gas (JHErmer, et.al, Proc. 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conf. (1985) 1655-1658. Etc.), and a three-source sputtering method in which a Cu target, an In target, and a Se or CuSe target are sputtered in Ar gas (T. Nakada, et.al, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) L1169-L1172.

4)ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、CuとIn金属は直流スパッタで、Seのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法(T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等)が知られている。   4) As the hybrid sputtering method, in the sputtering method described above, Cu and In metal are DC sputtering, and only Se is vapor deposition (T. Nakada, et.al., Jpn.Appl.Phys.34 ( 1995) 4715-4721.

5)メカノケミカルプロセス法は、CIGSの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してCIGS粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、CIGSの膜を得る方法である(T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203(2006)p2593等)。   5) In the mechanochemical process method, raw materials corresponding to the CIGS composition are put into a planetary ball mill container, and the raw materials are mixed by mechanical energy to obtain CIGS powder, which is then applied onto the substrate by screen printing and annealed. To obtain a CIGS film (T. Wada et.al, Phys.stat.sol. (A), Vol.203 (2006) p2593, etc.).

その他のCIGSの成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、MOCVD法、及びスプレー法(ウェット成膜法)などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法(ウェット成膜法)またはスプレー法(ウェット成膜法)等で、Ib族元素、IIIb族元素、及びVIb族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理(この際、VIb族元素雰囲気での熱分解処理でもよい)を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる(特開平9−74065号公報、特開平9−74213号公報等)。   Other CIGS film formation methods include screen printing, proximity sublimation, MOCVD, and spray (wet film formation). For example, a fine particle film containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element is formed on a substrate by a screen printing method (wet film forming method) or a spray method (wet film forming method), and then pyrolyzed ( At this time, a crystal having a desired composition can be obtained by performing a thermal decomposition treatment in a VIb group element atmosphere (JP-A-9-74065, JP-A-9-74213, etc.).

また、本実施形態においては、基材12と光電変換層34との線膨張係数の差は、3×10-6/℃未満であることが好ましい。
光電変換層34に用いられる主な化合物半導体の線膨張係数は、III−V族系の代表であるGaAsで5.8×10-6/℃、II−VI族系の代表であるCdTeで4.5×10-6/℃、I−III−VI族系の代表であるCu(InGa)Se2で10×10-6/℃である。
基板18上に光電変換層34として、化合物半導体を500℃以上の高温で成膜した後に室温にまで冷却する際、基材12との熱膨張差が大きいと、剥離等の成膜不良が生じる。また、基材12との熱膨張差に起因する化合物半導体内の強い内部応力により、光電変換層34の光電変換効率が低下する可能性がある。基材12と光電変換層34(化合物半導体)の線膨張係数の差が3×10-6/℃未満であると、剥離等の成膜不良が生じにくくなり、好ましい。より好ましくは、線膨張係数の差は、1×10-6/℃未満である。ここで、線膨張係数、および線膨張係数の差は、いずれも室温(23℃)の値である。
In the present embodiment, the difference in linear expansion coefficient between the substrate 12 and the photoelectric conversion layer 34 is preferably less than 3 × 10 −6 / ° C.
The linear expansion coefficient of the main compound semiconductor used for the photoelectric conversion layer 34 is 5.8 × 10 −6 / ° C. for GaAs, which is representative of III-V group, and 4 for CdTe, which is representative of II-VI group. 5 × 10 −6 / ° C. and 10 × 10 −6 / ° C. for Cu (InGa) Se 2 , which is representative of the I-III-VI group.
When the compound semiconductor is formed as a photoelectric conversion layer 34 on the substrate 18 at a high temperature of 500 ° C. or higher and then cooled to room temperature, if the difference in thermal expansion from the base material 12 is large, film formation defects such as peeling occur. . Moreover, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric converting layer 34 may fall by the strong internal stress in the compound semiconductor resulting from the thermal expansion difference with the base material 12. When the difference in linear expansion coefficient between the substrate 12 and the photoelectric conversion layer 34 (compound semiconductor) is less than 3 × 10 −6 / ° C., film formation defects such as peeling are unlikely to occur, which is preferable. More preferably, the difference in coefficient of linear expansion is less than 1 × 10 −6 / ° C. Here, the linear expansion coefficient and the difference between the linear expansion coefficients are both room temperature (23 ° C.) values.

以下、このような太陽電池10を製造する、本発明の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of this invention which manufactures such a solar cell 10 is demonstrated.

まず、基材12を準備する。この基材12は、形成する基板18の大きさにより、所定の形状および大きさに形成されている。
次に、基材12の表面に、Al層14を形成する。基材12の表面に、Al層14を形成する方法としては、基材12とAl層14との密着性が確保できる一体化結合ができていれば、特に限定されるものではない。一例として、蒸着法やスパッタ法等の気相法、非水電解液を用いた電気Alメッキ法、溶融Alに浸漬する溶融メッキ法、表面清浄化後の加圧接合法等を用いることができる。なお、溶融メッキ法を用いてAl層14を形成する場合には、基板18とAl層14との界面に、金属間化合物が形成される可能性が高いので、この金属間化合物が厚くならないようにする必要がある。
Al層14の形成法としては、コストや量産性などの点から、ロール圧延等による加圧接合が好ましい。
First, the base material 12 is prepared. The base material 12 is formed in a predetermined shape and size depending on the size of the substrate 18 to be formed.
Next, an Al layer 14 is formed on the surface of the substrate 12. The method for forming the Al layer 14 on the surface of the base material 12 is not particularly limited as long as an integrated bond capable of ensuring the adhesion between the base material 12 and the Al layer 14 is achieved. As an example, a vapor phase method such as a vapor deposition method or a sputtering method, an electric Al plating method using a nonaqueous electrolytic solution, a molten plating method immersed in molten Al, a pressure bonding method after surface cleaning, or the like can be used. When the Al layer 14 is formed using the hot dipping method, an intermetallic compound is highly likely to be formed at the interface between the substrate 18 and the Al layer 14, so that the intermetallic compound does not become thick. It is necessary to.
As a method for forming the Al layer 14, pressure bonding by roll rolling or the like is preferable from the viewpoints of cost, mass productivity, and the like.

次いで、必要に応じてAl層の表面以外をマスキングして、Al層14の表面(Alの陽極酸化による絶縁層16の形成面)を、酸性洗浄液で洗浄して、Al層14の表面に存在する金属間化合物を除去する。   Next, if necessary, the surface other than the surface of the Al layer is masked, and the surface of the Al layer 14 (the surface on which the insulating layer 16 is formed by the anodic oxidation of Al) is washed with an acidic cleaning solution and is present on the surface of the Al layer 14 Removing intermetallic compounds.

前述のように、Al層の表面に、Alを陽極酸化してなる絶縁層を有する基板は、120℃以上に加熱されると、絶縁層にクラックが入ってしまい、絶縁性が低下してしまう。この原因として、Al(23×10-6/℃)と、Alの陽極酸化膜(7×10-6/℃程度と推定)との熱膨張係数の差が挙げられる。
ここで、前述のように、この熱膨張係数の差に起因する絶縁層のクラックは、基材12の上にAl層14を形成し、このAl層14を陽極酸化してなる絶縁層を形成することで、大幅に回避することができる。しかしながら、このような基材12を有する基板18を用いても、光電変換層34の成膜等の際に、500℃以上の熱履歴を受けると、やはり、絶縁層16に、絶縁性能を大幅に低下させてしまうクラックが発生してしまうことが、多々、生じる。
As described above, when the substrate having the insulating layer formed by anodizing Al on the surface of the Al layer is heated to 120 ° C. or higher, the insulating layer is cracked and the insulating property is lowered. . This is due to the difference in thermal expansion coefficient between Al (23 × 10 −6 / ° C.) and an anodic oxide film of Al (estimated to be about 7 × 10 −6 / ° C.).
Here, as described above, the crack of the insulating layer due to the difference in the thermal expansion coefficient forms the Al layer 14 on the base material 12 and forms the insulating layer formed by anodizing the Al layer 14. By doing so, it can be largely avoided. However, even when the substrate 18 having such a base material 12 is used, if the thermal history of 500 ° C. or higher is received during the film formation of the photoelectric conversion layer 34, the insulating layer 16 is greatly improved in insulation performance. In many cases, cracks that can be easily reduced occur.

本発明者は、この原因について、鋭意、検討を重ねた。その結果、加熱によって絶縁層16にクラックが入ってしまう原因として、AlとAlの陽極酸化膜の線膨張係数の差の他に、Al層表面の金属間化合物(IMC(Inter Metallic Compound))が、クラックの原因であることを見出した。
純度99.99%(4N)のAlであっても、その表面には、Al3Fe、Al6Fe、Al2Cu、α−AlFeSi、β−AlFeSi等の金属間化合物が存在する。このような金属間化合物が残った状態で、陽極酸化を行って絶縁層16を形成し、さらに、下部電極32等を形成して、その後、500℃などの高温でCIGS層等の光電変換層34を成膜すると、この成膜時に、Al層14の表面に存在する金属間化合物が起点となって、絶縁層16にクラックが発生してしまう。このクラックの発生によって、場合によっては、絶縁性能を、大幅に低下させてしまう。
This inventor earnestly examined about this cause. As a result, cracks in the insulating layer 16 due to heating include the intermetallic compound (IMC) on the Al layer surface in addition to the difference in linear expansion coefficient between the Al and Al anodized films. And found that it is the cause of cracks.
Even if the purity is 99.99% (4N), an intermetallic compound such as Al 3 Fe, Al 6 Fe, Al 2 Cu, α-AlFeSi, and β-AlFeSi is present on the surface. With such an intermetallic compound remaining, anodic oxidation is performed to form the insulating layer 16, and the lower electrode 32 and the like are formed. Thereafter, a photoelectric conversion layer such as a CIGS layer is formed at a high temperature such as 500 ° C. When the film 34 is formed, an intermetallic compound present on the surface of the Al layer 14 is a starting point during the film formation, and a crack occurs in the insulating layer 16. Due to the occurrence of this crack, in some cases, the insulation performance is significantly reduced.

これに対し、本発明の太陽電池の製造方法では、Alの陽極酸化による絶縁層16の形成に先立ち、Al層を酸性洗浄液で洗浄する。
Al層14の表面に存在する前述のような金属間化合物は、多くの物が酸で溶解可能である。従って、本発明によれば、この洗浄によって、Al層14に残存する金属間化合物を大幅に低減して、Alの陽極酸化による絶縁層16を形成できる。そのため、その後、500℃以上の高温での光電変換層34の成膜等を行っても、Al層14の金属間化合物に起因するクラックの発生を、大幅に低減して、絶縁特性を維持することができる。
また、500℃以上のでの成膜工程を経ても、高い絶縁性を維持できるということは、すなわち、500℃以上の成膜温度で、光電変換層を成膜できるということである。従って、本発明によれば、500℃以上の高温でCIGS層などの光電変換層34を成膜できるので、変換特性が優れた太陽電池を製造することができる。
In contrast, in the solar cell manufacturing method of the present invention, the Al layer is cleaned with an acidic cleaning solution prior to the formation of the insulating layer 16 by the anodic oxidation of Al.
Many of the above-mentioned intermetallic compounds existing on the surface of the Al layer 14 can be dissolved with an acid. Therefore, according to the present invention, by this cleaning, the intermetallic compound remaining in the Al layer 14 can be greatly reduced, and the insulating layer 16 can be formed by the anodic oxidation of Al. Therefore, even if film formation of the photoelectric conversion layer 34 at a high temperature of 500 ° C. or higher is performed thereafter, the generation of cracks due to the intermetallic compound of the Al layer 14 is significantly reduced, and the insulating characteristics are maintained. be able to.
In addition, a high insulating property can be maintained even after a film forming step at 500 ° C. or higher, that is, a photoelectric conversion layer can be formed at a film forming temperature of 500 ° C. or higher. Therefore, according to the present invention, since the photoelectric conversion layer 34 such as a CIGS layer can be formed at a high temperature of 500 ° C. or higher, a solar cell having excellent conversion characteristics can be manufactured.

本発明において、Al層14の表面を洗浄する酸性洗浄液としては、硫酸、硝酸、燐酸、過塩素酸等の各種の酸、これらの酸の混合物、および、これらの酸を含む溶液が、各種、利用可能である。
中でも、高い金属間化合物の除去効果が得られる等の点で、硫酸は好適に利用可能であり、特に300g/L(リットル)以上の濃度を有する硫酸(300g/L以上の硫酸を含有する酸性洗浄液)は、好適に利用される。
In the present invention, the acidic cleaning solution for cleaning the surface of the Al layer 14 includes various acids such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, perchloric acid, mixtures of these acids, and solutions containing these acids, Is available.
Among them, sulfuric acid can be suitably used in that a high effect of removing an intermetallic compound can be obtained. Particularly, sulfuric acid having a concentration of 300 g / L (liter) or more (acidic acid containing 300 g / L or more of sulfuric acid). The cleaning liquid is preferably used.

また、Al層14の表面を洗浄する酸性洗浄液の温度にも、特に限定はないが、同様に、高い金属間化合物の除去効果が得られる等の点で、60℃以上の酸性洗浄液を用いるのが好ましい。   Further, the temperature of the acidic cleaning solution for cleaning the surface of the Al layer 14 is not particularly limited. Similarly, an acidic cleaning solution of 60 ° C. or higher is used in that a high intermetallic compound removal effect can be obtained. Is preferred.

さらに、洗浄方法にも、特に限定はなく、洗浄面を酸性洗浄液に浸漬する方法、酸性洗浄液をスプレーする方法、酸性洗浄液を塗布する方法等、各種の方法が利用可能である。特に、同様に、高い金属間化合物の除去効果が得られる等の点で、酸性洗浄液に、Al層14の表面(洗浄面)を3秒以上浸漬することにより、洗浄を行うのが好ましい。   Further, the cleaning method is not particularly limited, and various methods such as a method of immersing the cleaning surface in an acidic cleaning solution, a method of spraying an acidic cleaning solution, and a method of applying an acidic cleaning solution can be used. In particular, similarly, it is preferable to perform cleaning by immersing the surface (cleaning surface) of the Al layer 14 in an acidic cleaning solution for 3 seconds or more in that a high intermetallic compound removal effect is obtained.

以上の点を考慮すると、本発明は、好ましくは、温度が60℃以上で、かつ、濃度が300g/L以上の硫酸を酸性洗浄液として用い、Al層14の表面を3秒以上、この酸性洗浄液に浸漬することにより、Al層14の表面を洗浄するのが好ましい。   In consideration of the above points, the present invention preferably uses sulfuric acid having a temperature of 60 ° C. or higher and a concentration of 300 g / L or higher as the acidic cleaning liquid, and the surface of the Al layer 14 is kept for 3 seconds or longer. It is preferable to clean the surface of the Al layer 14 by immersing in Al.

また、本発明においては、このような酸性洗浄液を用いたAl層14の表面の洗浄において、単位面積当たり、例えば、5mm2当たり、金属間化合物を50%以上、除去するのが好ましい。
このようにAl層14の表面の洗浄を行うことにより、洗浄の効果を十分に得て、より好適に、後の光電変換層34の成膜時等における絶縁層16のクラック発生を抑制することができる。
In the present invention, in cleaning the surface of the Al layer 14 using such an acidic cleaning liquid, it is preferable to remove 50% or more of intermetallic compounds per unit area, for example, 5 mm 2 .
By cleaning the surface of the Al layer 14 in this way, a sufficient cleaning effect is obtained, and more preferably, the generation of cracks in the insulating layer 16 during the subsequent formation of the photoelectric conversion layer 34 is suppressed more appropriately. Can do.

このようにして、Al層14の表面を洗浄したら、水洗等を行って十分に酸性洗浄液を除去し、Al層14の表面(洗浄面)を陽極酸化して、絶縁層16を形成する。これにより、基板18が得られる。   After the surface of the Al layer 14 is cleaned in this manner, the acidic cleaning solution is sufficiently removed by washing with water, and the surface (cleaned surface) of the Al layer 14 is anodized to form the insulating layer 16. Thereby, the substrate 18 is obtained.

Alの陽極酸化は、公知の方法が、各種、利用可能である。以下、絶縁層16である陽極酸化膜の形成方法について、一例を説明する。
前述のように、絶縁層16はAl層14の表面を陽極酸化してなる陽極酸化膜である。陽極酸化膜は、基材12を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することにより陽極酸化膜を形成することができる。
このとき、基材12が電解液に接触すると、Al層14と局部電池を形成するため、電解液に接触する基材12を絶縁しておく必要がある。すなわち、Al層14の表面以外の基材12の端面および裏面(Al層14形成面の逆面)を、マスキングフィルム等を用いて絶縁しておく必要がある。
Various known methods can be used for the anodic oxidation of Al. Hereinafter, an example of a method for forming the anodic oxide film that is the insulating layer 16 will be described.
As described above, the insulating layer 16 is an anodized film formed by anodizing the surface of the Al layer 14. The anodic oxide film can be formed by immersing the base material 12 as an anode in an electrolytic solution together with a cathode and applying a voltage between the anode and the cathode.
At this time, when the base material 12 comes into contact with the electrolytic solution, the Al layer 14 and the local battery are formed. Therefore, it is necessary to insulate the base material 12 in contact with the electrolytic solution. That is, it is necessary to insulate the end surface and the back surface of the substrate 12 other than the surface of the Al layer 14 (the reverse surface of the Al layer 14 formation surface) using a masking film or the like.

なお、陽極酸化処理前には、必要に応じて、Al層14の表面に、アルカリ等を用いた洗浄処理、機械研磨や電解研磨などの研磨平滑化処理等を施してもよい。   Before the anodizing treatment, the surface of the Al layer 14 may be subjected to a cleaning treatment using an alkali or the like, a polishing smoothing treatment such as mechanical polishing or electrolytic polishing, etc., if necessary.

陽極酸化時の陰極としてはカーボンまたはAl等が使用される。
電解液には、特に限定はなく、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、マロン酸、酒石酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、およびアミドスルホン酸等の酸を、1種または2種以上含む酸性電解液を用いるのが好ましい。特に、硫酸、リン酸、シュウ酸、またはこれらの混合液が好ましい。
陽極酸化条件は使用する電解質の種類にもより特に限定されるものではない。陽極酸化条件としては、例えば、電解質濃度1〜80質量%、液温5〜70℃、電流密度0.005〜0.60A/cm、電圧1〜200V、電解時間3〜500分の範囲である。
Carbon, Al, or the like is used as a cathode during anodization.
There is no particular limitation on the electrolytic solution, and an acidic solution containing one or more acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, malonic acid, tartaric acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid, and amidosulfonic acid. It is preferable to use an electrolytic solution. In particular, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, or a mixture thereof is preferable.
Anodizing conditions are not particularly limited by the type of electrolyte used. As anodizing conditions, for example, electrolyte concentration is 1 to 80% by mass, liquid temperature is 5 to 70 ° C., current density is 0.005 to 0.60 A / cm 2 , voltage is 1 to 200 V, and electrolysis time is 3 to 500 minutes. is there.

陽極酸化処理時には、Al層14の表面から略垂直方向に酸化反応が進行し、Al層14の表面に陽極酸化膜が生成される。上述の酸性電解液を用いた場合、陽極酸化膜は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列し、各微細柱状体の中心部には丸みを帯びた底面を有する微細孔が形成され、微細柱状体の底部にはバリヤ層(通常、厚さ0.02〜0.1μm)が形成されたポーラス型となる。
このようなポーラス構造を有する陽極酸化膜は、曲げ耐性および高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高いものであるのは、前述のとおりである。
During the anodic oxidation process, an oxidation reaction proceeds in a substantially vertical direction from the surface of the Al layer 14, and an anodic oxide film is generated on the surface of the Al layer 14. When the above acidic electrolytic solution is used, the anodic oxide film has a fine columnar body having a substantially regular hexagonal shape in plan view arranged without gaps, and has a round bottom at the center of each fine columnar body. Holes are formed, and a porous type in which a barrier layer (usually 0.02 to 0.1 μm in thickness) is formed at the bottom of the fine columnar body.
As described above, the anodic oxide film having such a porous structure has high resistance to bending and crack resistance caused by a difference in thermal expansion at high temperatures.

なお、バリヤ層の層厚を厚くする目的で、酸性電解液でポーラスな陽極酸化膜を生成した後に、中性電解液で再電解処理する、ポアフィリング法を利用してもよい。バリヤ層を厚くすることにより、より絶縁性の高い被膜とすることができる。
また、このようなAlの陽極酸化において、このような酸性電解液を用いず、ホウ酸等の中性電解液で電解処理すると、ポーラスな微細柱状体が配列した陽極酸化膜でなく緻密な陽極酸化膜(非ポーラスな酸化アルミニウム単体膜)となる。
For the purpose of increasing the thickness of the barrier layer, a pore filling method in which a porous anodic oxide film is formed with an acidic electrolytic solution and then re-electrolyzed with a neutral electrolytic solution may be used. By increasing the thickness of the barrier layer, it is possible to obtain a coating with higher insulation.
Further, in such anodization of Al, when an electrolytic treatment is performed with a neutral electrolytic solution such as boric acid without using such an acidic electrolytic solution, a dense anode is formed instead of an anodized film in which porous fine columnar bodies are arranged. It becomes an oxide film (non-porous aluminum oxide simple substance film).

絶縁層16である陽極酸化膜の好ましい厚さは、上述のように、2〜50μmである。この厚さは、定電流電解、定電圧電解の電流、電圧の大きさおよび電解時間により制御可能である。
また、陽極酸化処理については、例えば、公知のいわゆるロール・ツー・ロール方式の陽極酸化処理装置により行うことができる。
The preferable thickness of the anodic oxide film that is the insulating layer 16 is 2 to 50 μm as described above. This thickness is controllable by constant current electrolysis, constant voltage electrolysis current, voltage magnitude, and electrolysis time.
The anodizing treatment can be performed by, for example, a known so-called roll-to-roll anodizing apparatus.

陽極酸化処理後に、マスキングフィルムを剥がす。これにより、基板18を作製することができる。   After the anodizing treatment, the masking film is peeled off. Thereby, the board | substrate 18 is producible.

このようにして、基板18を作製したら、この基板18に、太陽電池セル40を形成する。なお、以下の太陽電池セルの形成方法は、基本的に、公知の太陽電池(太陽電池モジュール)の製造方法と同様でよい。   When the substrate 18 is manufactured in this manner, the solar battery cell 40 is formed on the substrate 18. In addition, the formation method of the following photovoltaic cell may be the same as that of the manufacturing method of a well-known solar cell (solar cell module) fundamentally.

まず、基板18の絶縁層16の表面に、例えば、ソーダ石灰ガラスをターゲットとして用いるスパッタリングや、SiおよびNaを含むアルコキシドからを用いたゾルゲル法によって、アルカリ供給層50を成膜する。
次に、アルカリ供給層50の表面に下部電極32となるMo膜を、例えば、成膜装置を用いて、スパッタ法により形成する。
次に、例えばレーザースクライブ法を用いて、Mo膜の所定位置をスクライブして、基板18の幅方向に伸びた間隙33を形成する。これにより、間隙33により互いに分離された下部電極32が形成される。
First, the alkali supply layer 50 is formed on the surface of the insulating layer 16 of the substrate 18 by, for example, sputtering using soda lime glass as a target or a sol-gel method using an alkoxide containing Si and Na.
Next, a Mo film to be the lower electrode 32 is formed on the surface of the alkali supply layer 50 by sputtering using, for example, a film forming apparatus.
Next, using a laser scribing method, for example, a predetermined position of the Mo film is scribed to form a gap 33 extending in the width direction of the substrate 18. Thereby, the lower electrodes 32 separated from each other by the gap 33 are formed.

次に、下部電極32を覆い、かつ間隙33を埋めるように、光電変換層34(p型半導体層)を成膜する。
光電変換層34は、例えばCIGS層であり、前述の何れか成膜方法により、公知の方法で形成すればよい。
Next, a photoelectric conversion layer 34 (p-type semiconductor layer) is formed so as to cover the lower electrode 32 and fill the gap 33.
The photoelectric conversion layer 34 is a CIGS layer, for example, and may be formed by a known method by any of the film forming methods described above.

ここで、CIGS等の化合物半導体からなる光電変換層34は、高温で成膜する方が太陽電池の変換効率の点で好ましいのは、前述のとおりであり、500℃以上の成膜温度で、成膜を行うのが好ましい。
ここで、本発明においては、Alの陽極酸化による絶縁層16の形成に先立ち、Al層14表面を酸性洗浄液で洗浄して、Al層14の表面に存在する金属間化合物を除去しているので、500℃以上の温度で光電変換層34の成膜を行っても、金属間化合物を起点とする絶縁層16のクラック発生を、好適に抑制することができ、優れた絶縁特性を維持することができる。
Here, the photoelectric conversion layer 34 made of a compound semiconductor such as CIGS is preferably formed at a high temperature in terms of conversion efficiency of the solar cell, as described above, at a film formation temperature of 500 ° C. or higher. It is preferable to form a film.
Here, in the present invention, prior to the formation of the insulating layer 16 by the anodic oxidation of Al, the surface of the Al layer 14 is washed with an acidic cleaning solution to remove the intermetallic compounds present on the surface of the Al layer 14. Even if the photoelectric conversion layer 34 is formed at a temperature of 500 ° C. or higher, the generation of cracks in the insulating layer 16 starting from the intermetallic compound can be suitably suppressed, and excellent insulating characteristics can be maintained. Can do.

光電変換層34を成膜したら、次に、CIGS層上にバッファ層36となるCdS層(n型半導体層)を、例えば、CBD(ケミカルバスデポジション)法により形成する。これにより、pn接合半導体層が構成される。
次に、間隙33とは太陽電池セル40の配列方向に異なる所定位置を、例えばレーザースクライブ法を用いてスクライブして、基板18の幅方向に伸びた、下部電極32にまで達する間隙37を形成する。
After the photoelectric conversion layer 34 is formed, next, a CdS layer (n-type semiconductor layer) that becomes the buffer layer 36 is formed on the CIGS layer by, for example, a CBD (chemical bath deposition) method. Thereby, a pn junction semiconductor layer is formed.
Next, a predetermined position different from the gap 33 in the arrangement direction of the solar cells 40 is scribed using, for example, a laser scribing method to form a gap 37 extending in the width direction of the substrate 18 and reaching the lower electrode 32. To do.

次に、バッファ層36上に、間隙37を埋めるように、上部電極38となる、例えば、Al、B、Ga、Sb等が添加されたZnO層を、スパッタ法や塗布法により形成する。
次に、間隙33および37とは、太陽電池セル40の配列方向に異なる所定位置を、例えばレーザースクライブ法を用いてスクライブして、基板18の幅方向に伸びた、下部電極32にまで達する間隙39を形成する。これにより、太陽電池セル40が形成される。
Next, a ZnO layer added with, for example, Al, B, Ga, Sb or the like, which becomes the upper electrode 38, is formed on the buffer layer 36 so as to fill the gap 37 by a sputtering method or a coating method.
Next, the gaps 33 and 37 are gaps that reach the lower electrode 32 extending in the width direction of the substrate 18 by scribing, for example, using a laser scribing method at different predetermined positions in the arrangement direction of the solar cells 40. 39 is formed. Thereby, the photovoltaic cell 40 is formed.

次に、基板18の長手方向Lにおける左右側の端の下部電極32上に形成された各太陽電池セル40を、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより取り除いて、下部電極32を表出させる。次に、右側の端の下部電極32上に第1の導電部材42を、左側の端の下部電極32上に第2の導電部材44を、例えば、超音波半田を用いて接続する。
これにより、図2に示すように、複数の太陽電池セル40が電気的に直列に接続された太陽電池10を製造することができる。
Next, the solar cells 40 formed on the lower electrodes 32 at the left and right ends in the longitudinal direction L of the substrate 18 are removed by, for example, laser scribing or mechanical scrubbing to expose the lower electrodes 32. Next, the first conductive member 42 is connected to the lower electrode 32 at the right end, and the second conductive member 44 is connected to the lower electrode 32 at the left end using, for example, ultrasonic soldering.
Thereby, as shown in FIG. 2, the solar cell 10 by which the several photovoltaic cell 40 was electrically connected in series can be manufactured.

さらに、必要に応じて、得られた太陽電池10の表面側に封止接着層、水蒸気バリア層および表面保護層を配置し、太陽電池10の裏面側、すなわち、基板18の裏面側に封止接着層およびバックシートを配置して、例えば、真空ラミネート法によりラミネート加工して、これらを一体化する。   Furthermore, if necessary, a sealing adhesive layer, a water vapor barrier layer, and a surface protective layer are disposed on the surface side of the obtained solar cell 10 and sealed on the back side of the solar cell 10, that is, on the back side of the substrate 18. The adhesive layer and the back sheet are arranged, and are laminated by, for example, a vacuum laminating method to integrate them.

以上、本発明の太陽電池の製造方法について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。   As mentioned above, although the manufacturing method of the solar cell of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the above-mentioned example, You may perform various improvement and a change in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

以下に、本発明の絶縁性基板の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。
[実施例1]
純度99.5%のAl板と、ステンレス鋼板(SUS430)とを加圧接合して、基材12(ステンレス鋼)の厚さが50μm、Al層14の厚さが30μmの(2層)クラッド材とした。
このクラッド材のAl層14の表面を、60℃で濃度500g/Lの硫酸に、10秒間、浸漬して、Al層表面の洗浄を行った。
洗浄後、Al層14の表面を十分に水洗して、基材面および端面をマスキングフイルムで被覆した後、温度16℃、0.5mol/Lのシュウ酸溶液中で40Vの定電圧電解することにより、9μm厚さの絶縁層16(Alの陽極酸化膜)を形成して、図1に示されるような、基材12、Al層14および絶縁層16を有する基板18を作製した。
Hereinafter, specific examples of the insulating substrate of the present invention will be given to describe the present invention in more detail.
[Example 1]
A 99.5% purity Al plate and a stainless steel plate (SUS430) are pressure bonded, and the base material 12 (stainless steel) has a thickness of 50 μm and the Al layer 14 has a thickness of 30 μm (two layers) clad A material was used.
The surface of the Al layer 14 of the clad material was immersed in sulfuric acid having a concentration of 500 g / L at 60 ° C. for 10 seconds to clean the surface of the Al layer.
After washing, the surface of the Al layer 14 is thoroughly washed with water, and the substrate surface and the end surface are covered with a masking film, and then subjected to constant voltage electrolysis at 40 V in an oxalic acid solution at a temperature of 16 ° C. and 0.5 mol / L. Thus, a 9 μm-thick insulating layer 16 (Al anodic oxide film) was formed, and a substrate 18 having a base material 12, an Al layer 14, and an insulating layer 16 as shown in FIG. 1 was produced.

[実施例2]
硫酸による洗浄時間(浸漬時間)を20秒とした以外は、実施例1と同様にして、図1に示されるような基板18を作製した。
[Example 2]
A substrate 18 as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the cleaning time (immersion time) with sulfuric acid was 20 seconds.

[実施例3]
硫酸による洗浄時間(浸漬時間)を40秒とした以外は、実施例1と同様にして、図1に示されるような基板18を作製した。
[Example 3]
A substrate 18 as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the cleaning time (immersion time) with sulfuric acid was 40 seconds.

[実施例4]
純度99.99%のAl板を用いた以外は、実施例3と同様にして、図1に示されるような基板18を作製した。
[Example 4]
A substrate 18 as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that an Al plate having a purity of 99.99% was used.

[比較例1]
硫酸によるAl層14の表面洗浄を行わない以外は、実施例1(Al層の純度99.5%)と同様にして、図1に示されるような基板18を作製した。
[Comparative Example 1]
A substrate 18 as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 (purity of Al layer 99.5%) except that the surface of the Al layer 14 was not cleaned with sulfuric acid.

[比較例2]
硫酸によるAl層14の表面洗浄を行わない以外は、実施例4(Al層の純度99.99%)と同様にして、図1に示されるような基板18を作製した。
[Comparative Example 2]
A substrate 18 as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 4 (purity of Al layer 99.99%) except that the surface of the Al layer 14 was not cleaned with sulfuric acid.

このように作製した各基板について、Al層表面の硫酸洗浄の効果、および、光電変換層34としてのCIGS層を成膜する際を模した熱処理による、絶縁層16のクラック発生を、評価した。   About each board | substrate produced in this way, the crack generation of the insulating layer 16 by the effect of the sulfuric acid washing | cleaning of the Al layer surface and the heat processing imitating at the time of forming the CIGS layer as the photoelectric converting layer 34 was evaluated.

[硫酸による洗浄の効果]
硫酸による洗浄の前後で、Al層14の表面の同位置をSEMで撮影して、撮影画像中で任意に選択した面積5mm2の同位置において、除去された金属間化合物と、残った金属間化合物との割合(除去率)を調べた。
[Effect of washing with sulfuric acid]
Before and after cleaning with sulfuric acid, the same position on the surface of the Al layer 14 was photographed with an SEM, and the intermetallic compound removed and the remaining metal were removed at the same position of an area 5 mm 2 arbitrarily selected in the photographed image. The ratio (removal rate) with the compound was examined.

[熱処理によるクラックの発生]
光電変換層34としてのCIGS層の成膜を模して、各基板を、400℃、450℃、500℃、530℃、および、560℃の、赤外線加熱炉に15分保持した。
熱処理した各基板から、基材12(ステンレス鋼)とAl層14とを、ヨードメタノール処理して溶解して、絶縁層16(Alの陽極酸化膜)の単膜を取り出した。
この絶縁層16を目視によって観察して、クラックの発生状態を評価した。評価は、以下のとおである。
○; クラックの発生無し。
△; クラックは存在するが、2cm2内に3つ以上のクラックが存在せず、かつ、2つ以上が交差したクラック、2つ以上が連結したクラック、および、2つ以上が接続したクラックが、いずれも存在しない。
×; 前記△の条件を1個以上を満たすクラックが存在する。
[Crack generation due to heat treatment]
Each substrate was hold | maintained for 15 minutes in the infrared heating furnace of 400 degreeC, 450 degreeC, 500 degreeC, 530 degreeC, and 560 degreeC imitating film-forming of the CIGS layer as the photoelectric converting layer 34. FIG.
From each heat-treated substrate, the base material 12 (stainless steel) and the Al layer 14 were dissolved by iodomethanol treatment, and a single film of the insulating layer 16 (Al anodic oxide film) was taken out.
The insulating layer 16 was visually observed to evaluate the occurrence of cracks. The evaluation is as follows.
○: No cracking.
Δ: There are cracks, but there are 3 or more cracks in 2 cm 2 , 2 or more crossed cracks, 2 or more connected cracks, and 2 or more connected cracks. None of them exist.
×: There is a crack that satisfies one or more of the conditions of Δ.

上記表1に示されるように、本発明によれば、高温で処理を行っても絶縁層16にクラックが入ることを好適に抑制できるので、例えば、太陽電池の製造において、光吸収層34としてCIGS層を成膜した際にも、十分に絶縁特性を確保することができる。なお、評価が△であれば、絶縁層16にクラックが有っても、太陽電池の絶縁層に要求される絶縁特性として、実用上、何ら問題は無い。
さらに、本発明によれば、純度99.99%のAl板を用いることで、560℃という高温での光電変換層34の成膜が可能であり、光電変換層34を高温成膜した、変換効率の高い太陽電池を製造することが可能である。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
As shown in Table 1 above, according to the present invention, it is possible to suitably suppress cracks in the insulating layer 16 even when processing is performed at a high temperature. For example, in the manufacture of solar cells, as the light absorption layer 34 Even when the CIGS layer is formed, sufficient insulation characteristics can be secured. In addition, if evaluation is (triangle | delta), even if there exists a crack in the insulating layer 16, there is no problem practically as an insulating characteristic requested | required of the insulating layer of a solar cell.
Furthermore, according to the present invention, by using an Al plate having a purity of 99.99%, the photoelectric conversion layer 34 can be formed at a high temperature of 560 ° C., and the photoelectric conversion layer 34 is formed at a high temperature. It is possible to manufacture a highly efficient solar cell.
From the above results, the effects of the present invention are clear.

本発明は、発電装置等の太陽電池を利用する分野に、各種、利用可能である。   The present invention can be used in various fields in which solar cells such as power generators are used.

10 太陽電池
12 基材
14 Al層
16 絶縁層
18 基板
30 太陽電池
32 下部電極
33,37,39 間隙
34 光電変換層
36 バッファ層
38 上部電極
40 薄膜太陽電池
42 第1の導電部材
44 第2の導電部材
50 アルカリ供給層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solar cell 12 Base material 14 Al layer 16 Insulating layer 18 Substrate 30 Solar cell 32 Lower electrode 33, 37, 39 Gap 34 Photoelectric conversion layer 36 Buffer layer 38 Upper electrode 40 Thin film solar cell 42 1st electrically-conductive member 44 2nd Conductive member 50 Alkali supply layer

Claims (9)

アルミニウムからなる表面を有する基板の、前記アルミニウムの表面を酸性洗浄液で洗浄する工程、
前記アルミニウムの洗浄面を陽極酸化する工程、
および、この陽極酸化膜を絶縁層として、前記基板に、Ib族元素、IIIb族元素およびVIb族元素からなる少なくとも1種の化合物半導体からなる光電変換層を有する薄膜太陽電池を形成する工程、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
A step of cleaning the surface of the substrate having an aluminum surface with an acidic cleaning liquid;
Anodizing the cleaned surface of the aluminum;
And forming a thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer made of at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element and a group VIb element on the substrate using the anodized film as an insulating layer. A method for producing a solar cell, comprising:
前記化合物半導体の前記Ib族元素が、CuおよびAgの少なくとも一方であり、
前記IIIb族元素が、Al、GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種の元素であり、
前記VIb族元素が、S、SeおよびTeからなる群より選択された少なくとも1種の元素である請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
The group Ib element of the compound semiconductor is at least one of Cu and Ag;
The group IIIb element is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga and In;
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the group VIb element is at least one element selected from the group consisting of S, Se, and Te.
前記酸性洗浄液が、温度が60℃以上で、濃度300g/L以上の硫酸を含む酸性洗浄液であり、
この酸性洗浄液に、前記アルミニウムの表面を3秒以上浸漬することにより、前記アルミニウムの表面の洗浄を行う請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
The acidic cleaning liquid is an acidic cleaning liquid having a temperature of 60 ° C. or higher and containing sulfuric acid having a concentration of 300 g / L or higher,
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2, wherein the surface of the aluminum is cleaned by immersing the surface of the aluminum in the acidic cleaning solution for 3 seconds or more.
前記光電変換層を、500℃以上の成膜温度で成膜する請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is formed at a film formation temperature of 500 ° C. or higher. 前記酸による洗浄で、アルミニウム表面に存在する金属間化合物を単位面積当たりで50%以上除去する請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The manufacturing method of the solar cell in any one of Claims 1-4 which removes 50% or more per unit area of the intermetallic compound which exists in the aluminum surface by the washing | cleaning by the said acid. 前記基板が、金属基材の表面にアルミニウム層を形成してなる基板である請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the substrate is a substrate formed by forming an aluminum layer on a surface of a metal base material. 前記金属基材がステンレス鋼である請求項6に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 6, wherein the metal substrate is stainless steel. 前記Alの陽極酸化による絶縁層の形成を、酸性電解液を用いて行う請求項1〜7のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the formation of the insulating layer by anodization of Al is performed using an acidic electrolytic solution. 前記基板が、前記金属基材にアルミニウム板を加圧接合してなるものである請求項6〜8のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 6 to 8, wherein the substrate is formed by pressure bonding an aluminum plate to the metal base material.
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