JP2011176286A - Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element that secures a sufficient supply amount of alkali metal to a photoelectric conversion layer, controls it precisely with good reproducibility, and enhances conversion efficiency, and is lightweight, superior in insulation and flexible; and to provide a thin film solar cell, and a method of manufacturing the photoelectric conversion element. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element includes a substrate with an insulating layer that has a metallic substrate 12 and the electrical insulating layer 16 formed on a surface of the metallic substrate 12, an alkali supply layer 50 formed on the electrical insulating layer 16, a lower electrode 32 formed on the alkali supply layer 50, the photoelectric conversion layer 34 formed on the lower electrode 32 and comprising a compound semiconductor layer, and an upper electrode 38 formed on the photoelectric conversion layer 34. The alkali supply layer 50 is a compound which principally comprises silicon oxide and includes a sodium compound, whose content is 7 to 20 at.% in terms of Na. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁層が設けられた絶縁層付基板を用いた耐電圧特性に優れ、高い変換効率を有するフレキシブルな光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法に関し、特に、光電変換層へのアルカリ金属の供給量を精密かつ再現性良く制御することができ、変換効率を高めることができる光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a flexible photoelectric conversion element, a thin film solar cell, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element, which have excellent withstand voltage characteristics using a substrate with an insulating layer provided with an insulating layer and have high conversion efficiency. The present invention relates to a photoelectric conversion element, a thin-film solar cell, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element that can control the amount of alkali metal supplied to a layer precisely and with high reproducibility and can increase conversion efficiency.

薄膜太陽電池用基板としてはガラス基板が主に使用されている。但し、ガラス基板は割れやすく取り扱いに十分な注意が必要であると共に、可撓性(フレキシブル性)に欠けることから適用範囲が限定されていた。最近では、住宅等の建造物用の電力供給源として太陽電池が注目を集めており、十分な供給電力を確保する上で太陽電池の大型化が不可欠であり、太陽電池の大面積化を図る上で基板の軽量化が望まれている。
しかしながら、軽量化を目的として、ガラス基板を薄くすると一層割れやすくなってしまうことから、割れにくくフレキシブルであり、しかも、ガラス基板よりも軽量化を図ることのできる基板材料が要望されている。
As the thin film solar cell substrate, a glass substrate is mainly used. However, the glass substrate is fragile and requires sufficient care in handling, and the range of application is limited because it lacks flexibility (flexibility). Recently, solar cells have attracted attention as a power supply source for buildings such as houses, and it is indispensable to increase the size of solar cells in order to secure sufficient power supply. In view of the above, it is desired to reduce the weight of the substrate.
However, for the purpose of reducing the weight, there is a demand for a substrate material that is more difficult to break and flexible and that can be made lighter than the glass substrate because the glass substrate becomes more easily broken when it is made thinner.

また、ガラス基板の価格は、太陽電池の光電変換層材料の価格に比べると比較的に高く、太陽電池の普及を促すために安価な基板材料が望まれている。そのような基板材料として金属を使った場合には、その上に構成する太陽電池材料との間を絶縁するのが困難であり、また、樹脂を用いた場合には、太陽電池を形成するために必要な400℃を超えるような高温に耐えられない問題があった。
すなわち、青板ガラス等のガラス基板では絶縁性が十分であるものの、フレキシブル性および軽量化を達成できず、金属基板ではフレキシブル性、軽量化に優れるものの、絶縁性を確保できないことから、絶縁性とフレキシブル性および軽量化を両立する基板の開発が困難である。
In addition, the price of the glass substrate is relatively high compared to the price of the photoelectric conversion layer material of the solar cell, and an inexpensive substrate material is desired in order to promote the spread of solar cells. When a metal is used as such a substrate material, it is difficult to insulate the solar cell material formed thereon, and when a resin is used, a solar cell is formed. There is a problem that it cannot withstand high temperatures exceeding 400 ° C. necessary for the above.
In other words, although glass substrates such as blue plate glass have sufficient insulation, they cannot achieve flexibility and weight reduction, and metal substrates are excellent in flexibility and weight reduction, but insulation cannot be ensured. It is difficult to develop a substrate that achieves both flexibility and weight reduction.

一方、銅−インジウム−ガリウム−セレン系(CIGS系)の太陽電池は、ナトリウム(Na)が光吸収層(光電変換層)に拡散すると発電効率が向上することが知られている。従来は、基板として青板ガラスを用いることで、青板ガラスに含まれるNaを光吸収層に拡散させている。
しかし、青板ガラス以外の金属板等を太陽電池の基板として使用する場合、上述した絶縁性の問題に加え、光吸収層に別途Naを供給しなければならないという問題がある。例えば、特許文献1および特許文献2では、NaSeを、特許文献3では、NaOを、特許文献4では、NaSを混合蒸着している。特許文献5では、モリブデン(Mo)上にリン酸ナトリウムを蒸着している。特許文献6では、モリブデン酸ナトリウム含有水溶液をプリカーサに付着させている。特許文献7では、NaS、NaSeを、特許文献8では、NaAlFをMoと基板および/または光吸収層との間に形成してNaを供給している。特許文献9では、Mo電極の上にNaS又はNaSeを析出させ、特許文献10および特許文献11では、NaFをMo上にコートしてNaを供給している。
On the other hand, a copper-indium-gallium-selenium (CIGS) solar cell is known to improve power generation efficiency when sodium (Na) diffuses into a light absorption layer (photoelectric conversion layer). Conventionally, Na contained in blue glass is diffused into the light absorption layer by using blue glass as a substrate.
However, when using a metal plate or the like other than blue plate glass as the substrate of the solar cell, there is a problem that Na must be separately supplied to the light absorption layer in addition to the above-described insulation problem. For example, in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, Na 2 Se is vapor-deposited, in Patent Literature 3, Na 2 O is vapor-deposited, and in Patent Literature 4, Na 2 S is vapor-deposited. In Patent Document 5, sodium phosphate is deposited on molybdenum (Mo). In Patent Document 6, an aqueous solution containing sodium molybdate is adhered to a precursor. In Patent Document 7, Na 2 S and Na 2 Se are formed, and in Patent Document 8, Na 3 AlF 6 is formed between Mo and the substrate and / or the light absorption layer to supply Na. In Patent Document 9, Na 2 S or Na 2 Se is deposited on the Mo electrode, and in Patent Document 10 and Patent Document 11, NaF is coated on Mo and Na is supplied.

また、特許文献12では、カルコパイライト型半導体を用いた太陽電池用の基板として金属基板を使用する際に、ガラス層を光電変換層との間に介在する絶縁層として金属基板上に形成することにより、基板の絶縁耐圧を高め、基板を低コストで提供することを図っている。
特許文献13では、導電性基板上にNa供給層を備え、その上に形成された電極層を通して光吸収層にNaを供給している。
Moreover, in patent document 12, when using a metal substrate as a board | substrate for solar cells using a chalcopyrite type semiconductor, forming a glass layer on a metal substrate as an insulating layer interposed between photoelectric conversion layers. Thus, the withstand voltage of the substrate is increased, and the substrate is provided at low cost.
In Patent Document 13, a Na supply layer is provided on a conductive substrate, and Na is supplied to the light absorption layer through an electrode layer formed thereon.

また、非特許文献1には、Ti箔およびジルコニア(ZrO)基板のそれぞれにソーダライムガラス(SLG)薄膜を形成し、その上にモリブデン(Mo)の下部電極、いわゆる裏面電極を形成している。非特許文献1には、Ti箔およびジルコニア基板を用いた場合の効率が最大となるソーダライムガラス薄膜の厚さが開示されている。 In Non-Patent Document 1, a soda lime glass (SLG) thin film is formed on each of a Ti foil and a zirconia (ZrO 2 ) substrate, and a lower electrode of molybdenum (Mo), a so-called back electrode is formed thereon. Yes. Non-Patent Document 1 discloses the thickness of a soda lime glass thin film that maximizes efficiency when using a Ti foil and a zirconia substrate.

特開平10−74966号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-74966 特開平10−74967号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-74967 特開平9−55378号公報JP-A-9-55378 特開平10−125941号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125941 特開2005−117012号公報JP 2005-1117012 A 特開2006−210424号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210424 特開2003−318424号公報JP 2003-318424 A 特開2005−86167号公報JP 2005-86167 A 特開平8−222750号公報JP-A-8-222750 特開2004−158556号公報JP 2004-158556 A 特開2004−79858号公報JP 2004-79858 A 特開2006−80370号公報JP 2006-80370 A 特許第3503824号公報Japanese Patent No. 3503824

APPLIED PHYSICS LETTERS 93, 124105(2008)APPLIED PHYSICS LETTERS 93, 124105 (2008)

上述したように、青板ガラス(SLG)以外の金属板等を太陽電池の基板として使用する場合、光電変換層の変換効率を向上させるために、別途Naなどのアルカリ金属を供給しなければならない問題がある。例えば、陽極酸化アルミニウム基板においても、基板上に形成したCIGS光電変換層に適切な濃度のNaを拡散させ、CIGS結晶品質を向上させ、変換効率向上実現するためにNa供給層を形成することが必要とされる。
しかしながら、上述の特許文献1〜11に記載の従来技術のように、光電変換層にNaを拡散させるべく、裏面電極上に蒸着法、スパッタリング法またはコート等によってNaの層を形成するものでは、潮解性などのため、成膜されるNa層が変質して剥離しやすいものになってしまうなどの問題点が指摘されている。
As described above, when a metal plate other than blue glass (SLG) is used as a solar cell substrate, an alkali metal such as Na must be separately supplied in order to improve the conversion efficiency of the photoelectric conversion layer. There is. For example, even in an anodized aluminum substrate, an Na supply layer may be formed to diffuse an appropriate concentration of Na into the CIGS photoelectric conversion layer formed on the substrate, improve CIGS crystal quality, and realize improved conversion efficiency. Needed.
However, as in the prior art described in Patent Documents 1 to 11 described above, in order to diffuse Na into the photoelectric conversion layer, a layer of Na is formed on the back electrode by vapor deposition, sputtering, coating, or the like. Due to deliquescence and the like, problems have been pointed out such that the deposited Na layer is altered and easily peeled off.

また、特許文献12のように、金属基板を使用する際に、絶縁層としてガラス層を形成しているが、金属基板の種類によって、金属基板と光電変換層の熱膨張係数差が大きい場合には、成膜時の高温により剥離が生じてしまうという問題があるし、金属基板と光電変換層の熱膨張係数差が小さい場合には、高温には耐えるかもしれないが、そもそもガラス層の厚みが薄く十分な耐電圧が得られないという問題もある。また、ガラス層には、Na等のアルカリ金属イオンが含まれているため、このアルカリ金属イオンが光電変換層の成膜中に光電変換層に拡散するが、同時に金属基板にも拡散していくという欠点もある。このため、金属基板に変質が起きたり、剥離が起きたりする原因となるし、光電変換層に必要な量のNaを拡散させることができないという問題もあった。
また、特許文献13に開示の光電変換層へのNaの供給方法では、基板にもNaが拡散されるため、光電変換層側に拡散するNa量を十分な量にするには供給層の厚みを十分に厚くする必要がある。このとき厚みが増すとこの供給層を起点として剥離が生じることが確認されている。
さらに、非特許文献1に開示のTi箔基板では、絶縁性確保が困難であり、集積化構造の太陽電池を形成できないという欠点がある。また、非特許文献1に開示のジルコニア基板では、フレキシブルな光電変換素子や太陽電池を形成できないという欠点もあるし、また、コストが高いという欠点もある。
In addition, as in Patent Document 12, when a metal substrate is used, a glass layer is formed as an insulating layer, but depending on the type of metal substrate, the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is large. Has a problem that peeling occurs due to high temperature during film formation, and if the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is small, it may withstand high temperature, but the thickness of the glass layer in the first place However, there is also a problem that a sufficient withstand voltage cannot be obtained. Further, since the glass layer contains alkali metal ions such as Na, the alkali metal ions diffuse into the photoelectric conversion layer during the formation of the photoelectric conversion layer, but at the same time also diffuse into the metal substrate. There is also a drawback. For this reason, there is a problem that the metal substrate is altered or peeled off, and a necessary amount of Na cannot be diffused in the photoelectric conversion layer.
Further, in the method for supplying Na to the photoelectric conversion layer disclosed in Patent Document 13, Na is diffused also in the substrate. Need to be thick enough. At this time, it has been confirmed that when the thickness increases, peeling occurs from the supply layer as a starting point.
Further, the Ti foil substrate disclosed in Non-Patent Document 1 has a drawback that it is difficult to ensure insulation and a solar cell having an integrated structure cannot be formed. Further, the zirconia substrate disclosed in Non-Patent Document 1 has a drawback that a flexible photoelectric conversion element and a solar cell cannot be formed, and also has a disadvantage that the cost is high.

また、一般的に、例えば、絶縁層と裏面電極層または光電変換材料層などとの接合部分は、熱膨張率の違いなどにより剥離しやすいという問題がある。
特に、陽極酸化アルミニウム基板の場合、拡散したNaは、陽極酸化膜の膜質を変化させ、CIGS成長後の歪が大きくなり、CIGSの剥離が生じるという問題がある。
また、太陽電池のコストを下げ、生産性を上げるために、短時間の成膜時間内に基板側から光電変換層側へアルカリ金属を拡散する方法が必要とされている。
In general, there is a problem that, for example, a joint portion between an insulating layer and a back electrode layer or a photoelectric conversion material layer is easily peeled due to a difference in thermal expansion coefficient.
In particular, in the case of an anodized aluminum substrate, the diffused Na changes the film quality of the anodized film, increasing the strain after CIGS growth and causing CIGS peeling.
In order to reduce the cost of solar cells and increase productivity, a method of diffusing alkali metal from the substrate side to the photoelectric conversion layer side within a short film formation time is required.

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、光電変換層へのアルカリ金属の供給量を十分に確保するとともに、精密かつ再現性良く制御することができ、変換効率を高めることができ、軽量で、絶縁性に優れ、かつフレキシブルな光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、絶縁層とその上に形成される層との密着性に優れ、好適な耐電圧特性や耐熱特性を持つ光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the problems based on the above prior art, to ensure a sufficient supply amount of alkali metal to the photoelectric conversion layer, and to control precisely and with high reproducibility, and to increase the conversion efficiency. It is possible to provide a photoelectric conversion element, a thin-film solar cell, and a photoelectric conversion element manufacturing method that are lightweight, excellent in insulation, and flexible.
In addition to the above object, another object of the present invention is a photoelectric conversion element, a thin-film solar cell, and an excellent adhesion property between an insulating layer and a layer formed thereon, and having suitable withstand voltage characteristics and heat resistance characteristics. It is providing the manufacturing method of a photoelectric conversion element.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、金属基板および前記金属基板の表面に形成された電気絶縁層を備える絶縁層付基板と、前記電気絶縁層上に形成されたアルカリ供給層と、前記アルカリ供給層上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、前記光電変換層上に形成された上部電極とを有し、前記アルカリ供給層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム化合物を含む化合物であり、前記ナトリウム化合物の含有量がNa換算で7〜20at.%であることを特徴とする光電変換素子を提供するものである。
なお、アルカリ供給層のナトリウム化合物の含有量は、NaO換算では、主成分が酸化ケイ素で、かつナトリウム化合物を含む化合物の総量に対して10〜30%である。
To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate with an insulating layer comprising a metal substrate and an electric insulating layer formed on a surface of the metal substrate, and an alkali formed on the electric insulating layer. A supply layer, a lower electrode formed on the alkali supply layer, a photoelectric conversion layer formed on the lower electrode and composed of a compound semiconductor layer, and an upper electrode formed on the photoelectric conversion layer The alkali supply layer is a compound containing silicon oxide as a main component and containing a sodium compound, and the content of the sodium compound is 7 to 20 at. It is intended to provide a photoelectric conversion element characterized by being%.
The content of sodium compounds alkali supply layer, in terms of Na 2 O, the main component in silicon oxide, and 10 to 30% based on the total amount of the compound containing a sodium compound.

また、上記目的を達成するために、本発明の第2の態様は、金属基板の表面に電気絶縁層を形成し、絶縁層付基板を得る工程と、前記電気絶縁層上に、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム化合物を含む化合物であり、前記ナトリウム化合物の含有量がNa換算で7〜20at.%のアルカリ供給層を形成する工程と、前記アルカリ供給層上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする光電変換素子の製造方法を提供するものである。
ここで、前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板であり、前記絶縁層付基板を得る工程は、前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材の表面に陽極酸化膜を形成する工程であるのが好ましい。
In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, there is provided a step of forming an electrical insulating layer on a surface of a metal substrate to obtain a substrate with an insulating layer, and silicon oxide on the electrical insulating layer. The main component is a compound containing a sodium compound, and the content of the sodium compound is 7 to 20 at. % Forming an alkali supply layer, forming a lower electrode on the alkali supply layer, forming a photoelectric conversion layer on the lower electrode, and forming an upper electrode on the photoelectric conversion layer The present invention provides a method for producing a photoelectric conversion element comprising a step.
Here, the metal substrate is a laminated plate in which a metal substrate and an Al substrate are laminated and integrated, and the step of obtaining the substrate with an insulating layer includes anodizing the Al substrate, The step of forming an anodic oxide film on the surface of the Al base is preferred.

本発明の各態様において、前記化合物半導体は、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましく、また、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のがより好ましく、また、前記Ib族元素は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種であり、前記IIIb族元素は、Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種であり、前記VIb族元素は、S,Se,及びTeからなる群から選択された少なくとも1種であるのがさらに好ましい。   In each embodiment of the present invention, the compound semiconductor is preferably at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure, and at least one compound semiconductor comprising a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. More preferably, the Ib group element is at least one selected from the group consisting of Cu and Ag, and the IIIb group element is at least selected from the group consisting of Al, Ga, and In. More preferably, the group VIb element is at least one selected from the group consisting of S, Se, and Te.

また、前記光電変換層は、複数の開溝部によって複数の素子に分割され、かつ該複数の素子は、電気的に直列接続されたものであることが好ましい。
また、前記アルカリ供給層は、ナトリウム化合物を含むケイ酸塩ガラスにより構成されることが好ましく、また、前記アルカリ供給層は、スパッタ法により形成された膜であることが好ましい。前記アルカリ供給層は、厚さが50nm〜200nmであることが好ましい。
また、前記下部電極は、Moからなり、その厚みは、200nm〜600nmであるのが好ましく、200nm〜400nmであるのがより好ましい。
In addition, the photoelectric conversion layer is preferably divided into a plurality of elements by a plurality of groove portions, and the plurality of elements are electrically connected in series.
Moreover, it is preferable that the said alkali supply layer is comprised with the silicate glass containing a sodium compound, and it is preferable that the said alkali supply layer is the film | membrane formed by the sputtering method. The alkali supply layer preferably has a thickness of 50 nm to 200 nm.
The lower electrode is made of Mo, and the thickness is preferably 200 nm to 600 nm, and more preferably 200 nm to 400 nm.

また、前記アルカリ供給層と前記電気絶縁層との間に、アルカリ金属の前記絶縁層付基板への拡散を少なくとも防止する拡散防止層を有することが好ましい。
また、前記拡散防止層は、窒化物であることが好ましく、また、前記窒化物は、絶縁体であるのが好ましく、TiN、ZrN、BN及びAlNの少なくとも1種であるのがより好ましく、AlNであるのが最も好ましい。
また、前記拡散防止層は、その厚みが、10nm〜200nmであるのが好ましく、10nm〜100nmであるのがより好ましい。
Moreover, it is preferable to have a diffusion prevention layer which prevents at least the diffusion of alkali metal into the substrate with an insulating layer between the alkali supply layer and the electrical insulating layer.
The diffusion prevention layer is preferably a nitride, and the nitride is preferably an insulator, more preferably at least one of TiN, ZrN, BN, and AlN. Most preferably.
Moreover, the thickness of the diffusion preventing layer is preferably 10 nm to 200 nm, and more preferably 10 nm to 100 nm.

また、前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板であるのが好ましく、前記金属基材と前記Al基材とが加圧接合により一体化された積層板であるのがより好ましい。
また、前記金属基材は、鋼材、合金鋼材、Ti箔又はTi箔と鋼材との2層基材であるのが好ましく、前記合金鋼材は、炭素鋼、フェライト系ステンレスからなるものであるのが好ましく、また、前記金属基材と前記光電変換層との熱膨張係数差が、3×10−6/℃未満であるのが好ましく、1×10−6/℃未満であるのがより好ましい。また、前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜であることが好ましい。
また、前記金属基板が、炭素鋼又はフェライト系ステンレスからなる合金鋼材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板からなるものであり、前記下部電極が、Moからなるものであり、前記光電変換層が、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種の化合物半導体を主成分とする層であるのが好ましい。
また、前記陽極酸化膜は、ポーラス構造を有するのが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明の第3の態様は、上記第1の態様の光電変換素子を有することを特徴とする薄膜太陽電池を提供するものである。
Further, the metal substrate is preferably a laminated plate in which a metal base material and an Al base material are laminated and integrated, and the metal base material and the Al base material are integrated by pressure bonding. More preferably, it is a laminate.
Further, the metal base material is preferably a steel material, an alloy steel material, a Ti foil or a two-layer base material of a Ti foil and a steel material, and the alloy steel material is made of carbon steel or ferritic stainless steel. Preferably, the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is preferably less than 3 × 10 −6 / ° C., and more preferably less than 1 × 10 −6 / ° C. The electrical insulating layer is preferably an aluminum anodic oxide film.
Further, the metal substrate is made of a laminated plate in which an alloy steel material made of carbon steel or ferritic stainless steel and an Al base material are integrated by pressure bonding, and the lower electrode is made of Mo. The photoelectric conversion layer is preferably a layer mainly composed of at least one compound semiconductor composed of an Ib group element, an IIIb group element, and a VIb group element.
The anodic oxide film preferably has a porous structure.
Moreover, in order to achieve the said objective, the 3rd aspect of this invention provides the thin film solar cell characterized by having the photoelectric conversion element of the said 1st aspect.

本発明によれば、ナトリウム化合物の含有量がNa換算で7〜20at.%のアルカリ供給層を設けることにより、光電変換層へのアルカリ金属の供給量を精密かつ再現性良く制御することができる。このため、光電変換効率の高い光電変換素子を得ることができる。
また、本発明によれば、拡散防止層を設けることにより、光電変換層へのアルカリ金属の拡散量を増加させることができるため、より変換効率の良い光電変換層を得ることができる。
しかも、拡散防止層を設けることにより、アルカリ供給層の厚さを薄くしても、変換効率の良い光電変換層を得ることができる。特に、アルカリ供給層がソーダライムガラス(SLG)の場合には、その層の厚さを薄くすることにより、アルカリ供給層が剥離の起点となるのを防止することができ、更に、アルカリ供給層の成膜時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。
According to the present invention, the sodium compound content is 7 to 20 at. By providing the% alkali supply layer, the amount of alkali metal supplied to the photoelectric conversion layer can be controlled accurately and with good reproducibility. For this reason, a photoelectric conversion element with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
In addition, according to the present invention, since the diffusion amount of alkali metal to the photoelectric conversion layer can be increased by providing the diffusion prevention layer, a photoelectric conversion layer with higher conversion efficiency can be obtained.
In addition, by providing the diffusion preventing layer, a photoelectric conversion layer with good conversion efficiency can be obtained even if the thickness of the alkali supply layer is reduced. In particular, when the alkali supply layer is soda lime glass (SLG), by reducing the thickness of the layer, the alkali supply layer can be prevented from becoming a starting point of peeling. The film formation time can be shortened, and the productivity can be improved.

また、本発明によれば、拡散防止膜と金属基板や光電変換層との熱膨張係数を揃えることができ、その結果、拡散防止膜と金属基板や光電変換層との密着性を確保することができ、また、向上させることができ、金属基板と光電変換層との剥離を防ぐことができる。
さらには、本発明においては、絶縁層付基板に電気絶縁層が形成されており、更に拡散防止層を絶縁体で構成することにより、絶縁層付基板の絶縁性(耐電圧特性)を更に向上させることができる。
また、本発明によれば、フレキシブル性を持つ絶縁層を有するアルミニウム(Al)を主成分とする金属基板を用いることができるので、高温でもひずみが少なくクラックが生じないといった特性を持つ基板とすることができる。
In addition, according to the present invention, the thermal expansion coefficients of the diffusion prevention film and the metal substrate or photoelectric conversion layer can be made uniform, and as a result, the adhesion between the diffusion prevention film and the metal substrate or photoelectric conversion layer is ensured. Can be improved, and peeling between the metal substrate and the photoelectric conversion layer can be prevented.
Furthermore, in the present invention, an insulating layer is formed on the substrate with an insulating layer, and the insulation (voltage resistance) of the substrate with the insulating layer is further improved by configuring the diffusion prevention layer with an insulator. Can be made.
In addition, according to the present invention, since a metal substrate mainly composed of aluminum (Al) having a flexible insulating layer can be used, the substrate has characteristics such that distortion is small and cracks do not occur even at high temperatures. be able to.

本発明の第1の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第1の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板の他の例を示す模式的断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (b) is the photoelectric conversion which concerns on embodiment of this invention. It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate used for the thin film solar cell which has an element. 本発明の第2の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 変換効率とアルカリ供給層の厚さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between conversion efficiency and the thickness of an alkali supply layer.

以下、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。
Hereinafter, based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings, a photoelectric conversion element, a thin-film solar cell, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a thin-film solar cell having a photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention.

図1に示す本実施形態の薄膜太陽電池30は、太陽電池モジュール又はこの太陽電池モジュールを構成する太陽電池サブモジュールとして用いられるもので、例えば、接地された略長方形状の金属基板15及び金属基板15上に形成された電気的な絶縁層16からなる絶縁層付基板10(以下単に基板10という)と、絶縁層16上に形成されたアルカリ供給層50と、アルカリ供給層50に形成され、直列に接続された複数の発電セル(太陽電池セル)54、複数の発電セル54の一方に接続される第1の導電部材42、およびその他方に接続される第2の導電部材44からなる発電層56と、を有する。なお、ここでは、1つの発電セル54と、これに対応する基板10およびアルカリ供給層50の各部分からなるものを光電変換素子40と呼ぶが、図1に示す薄膜太陽電池30自体を光電変換素子と呼んでもよい。   A thin film solar cell 30 of this embodiment shown in FIG. 1 is used as a solar cell module or a solar cell submodule constituting this solar cell module. For example, a substantially rectangular metal substrate 15 and a metal substrate that are grounded A substrate 10 with an insulating layer (hereinafter simply referred to as substrate 10) formed of an electrical insulating layer 16 formed on 15, an alkali supply layer 50 formed on the insulating layer 16, and an alkali supply layer 50; Power generation comprising a plurality of power generation cells (solar battery cells) 54 connected in series, a first conductive member 42 connected to one of the plurality of power generation cells 54, and a second conductive member 44 connected to the other side Layer 56. In addition, although the thing which consists of each part of the one electric power generation cell 54 and the board | substrate 10 and the alkali supply layer 50 corresponding to this is called the photoelectric conversion element 40 here, the thin film solar cell 30 itself shown in FIG. You may call it an element.

まず、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板について説明する。
図2(a)は、図1に示す本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板の他の例を示す模式的断面図である。
First, the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
Fig.2 (a) is typical sectional drawing which shows the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention shown in FIG. 1, (b) is embodiment of this invention. It is a typical sectional view showing other examples of a substrate used for a thin film solar cell which has such a photoelectric conversion element.

図2(a)に示すように、基板10は、金属基材12およびアルミニウムを主成分とするアルミニウム基材14(以下、Al基材14という)からなる金属基板15と、絶縁層16とを有する絶縁層付基板である。
基板10においては、金属基材12の表面12aにAl基材14が形成されて金属基板15を構成し、金属基板15のAl基材14の表面14aに絶縁層16が形成されている。また、金属基板15は、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化されたもの、すなわち、Alクラッド基材又はAlクラッド基板である。
As shown in FIG. 2 (a), the substrate 10 includes a metal substrate 15 composed of a metal substrate 12 and an aluminum substrate 14 (hereinafter referred to as an Al substrate 14) mainly composed of aluminum, and an insulating layer 16. A substrate with an insulating layer.
In the substrate 10, an Al base 14 is formed on the surface 12 a of the metal base 12 to constitute a metal substrate 15, and an insulating layer 16 is formed on the surface 14 a of the Al base 14 of the metal substrate 15. Further, the metal substrate 15 is a laminate in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and integrated, that is, an Al clad base or an Al clad substrate.

本実施形態の基板10は、光電変換素子および薄膜太陽電池の基板に利用されるものであり、例えば、平板状である。基板10の形状および大きさ等は適用される光電変換素子および薄膜太陽電池の大きさ等に応じて適宜決定される。薄膜太陽電池に用いる場合、基板10は、例えば、一辺の長さが1mを超える四角形状または矩形状である。   The board | substrate 10 of this embodiment is utilized for the board | substrate of a photoelectric conversion element and a thin film solar cell, for example, is flat form. The shape, size, and the like of the substrate 10 are appropriately determined according to the size of the applied photoelectric conversion element and thin film solar cell. When used for a thin film solar cell, the substrate 10 has, for example, a rectangular shape or a rectangular shape in which the length of one side exceeds 1 m.

基板10において、金属基材12には、平板状又は箔状金属材が用いられるが、例えば、炭素鋼およびフェライト系ステンレス鋼等の鋼材が用いられる。
金属基材12に用いられる鋼材は、アルミニウム合金より300℃以上での耐熱強度が高く、基板10は所定の耐熱性が得られる。
In the substrate 10, a flat or foil-like metal material is used for the metal base 12, and for example, a steel material such as carbon steel and ferritic stainless steel is used.
The steel material used for the metal base 12 has higher heat resistance at 300 ° C. or higher than the aluminum alloy, and the substrate 10 can obtain predetermined heat resistance.

上述の金属基材12に用いられる炭素鋼は、例えば、炭素含有量が0.6質量%以下の機械構造用炭素鋼が用いられる。機械構造用炭素鋼としては、例えば、一般的にSC材と呼ばれるものが用いられる。
また、フェライト系ステンレス鋼としては、SUS430、SUS405、SUS410、SUS436、SUS444等を用いることができる。
鋼材としては、これ以外にも、一般的にSPCC(冷間圧延鋼板)と呼ばれるものが用いられる。
As the carbon steel used for the metal base 12 described above, for example, carbon steel for mechanical structure having a carbon content of 0.6% by mass or less is used. As carbon steel for machine structure, what is generally called SC material is used, for example.
Moreover, as a ferritic stainless steel, SUS430, SUS405, SUS410, SUS436, SUS444, etc. can be used.
In addition to this, what is generally called SPCC (cold rolled steel sheet) is used as the steel material.

なお、金属基材12は、上記以外にも、コバール合金、チタンまたはチタン合金により構成してもよい。チタンとしては、純Tiが用いられ、チタン合金としては、展伸用合金であるTi−6Al−4V、Ti−15V−3Cr−3Al−3Snが用いられる。これらの金属も、平板状又は箔状で用いられる。
金属基材12としては、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりも熱膨張係数が小さく、剛性が高く、しかも耐熱性が高い金属または合金であることが好ましい。
In addition to the above, the metal substrate 12 may be made of Kovar alloy, titanium, or titanium alloy. As titanium, pure Ti is used, and as the titanium alloy, Ti-6Al-4V and Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, which are alloys for extending, are used. These metals are also used in a flat plate shape or a foil shape.
The metal substrate 12 is preferably a metal or alloy having a smaller coefficient of thermal expansion, higher rigidity, and higher heat resistance than aluminum and aluminum alloys.

金属基材12の厚さは、可撓性に影響するので、過度の剛性不足を伴わない範囲で薄くすることが好ましい。
本実施形態の基板10においては、金属基材12の厚さは、例えば、10〜800μmであり、好ましくは30〜300μmである。より好ましくは50〜150μmである。金属基材12の厚さを薄くすることは、原材料コストの面からも好ましい。
金属基材12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場合、金属基材12は、フェライト系ステンレス鋼が好ましい。
Since the thickness of the metal substrate 12 affects the flexibility, it is preferable to make it thin within a range that does not involve an excessive lack of rigidity.
In the board | substrate 10 of this embodiment, the thickness of the metal base material 12 is 10-800 micrometers, for example, Preferably it is 30-300 micrometers. More preferably, it is 50-150 micrometers. It is preferable to reduce the thickness of the metal substrate 12 from the viewpoint of raw material costs.
When the metal substrate 12 is flexible, that is, flexible, the metal substrate 12 is preferably ferritic stainless steel.

Al基材14は、主成分がアルミニウム(Al)で構成されるものであり、主成分がアルミニウムとは、アルミニウム含有量が90質量%以上であることをいう。
Al基材14としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。Al基材14に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、不要な金属間化合物を含まないことが好ましい。具体的には不純物の少ない、99質量%以上の純度のアルミ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。また、アルミニウム合金には、金属間化合物を作りにくい元素を添加したものを用いることができる。例えば、純度が99.9質量%のAlにマグネシウムを2.0〜7.0質量%添加したアルミニウム合金である。マグネシウム以外では、Cu、Siなど、固溶限界の高い元素を添加することができる。
The Al base material 14 is composed of aluminum (Al) as a main component, and aluminum as a main component means that the aluminum content is 90% by mass or more.
As the Al base material 14, for example, aluminum or an aluminum alloy is used. The aluminum or aluminum alloy used for the Al substrate 14 preferably does not contain unnecessary intermetallic compounds. Specifically, aluminum 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. . Moreover, what added the element which is hard to make an intermetallic compound can be used for an aluminum alloy. For example, it is an aluminum alloy obtained by adding 2.0 to 7.0% by mass of magnesium to Al having a purity of 99.9% by mass. In addition to magnesium, elements having a high solid solubility limit such as Cu and Si can be added.

Al基材14のアルミニウムの純度を高めることにより、析出物に起因する金属間化合物を避けることができ、絶縁層16の健全性を増すことができる。これは、アルミニウム合金の陽極酸化を行った場合、金属間化合物が起点となって、絶縁不良を起こす可能性があり、金属間化合物が多いと、その可能性が増えることによるものである。   By increasing the purity of the aluminum of the Al base 14, it is possible to avoid intermetallic compounds resulting from precipitates, and to increase the soundness of the insulating layer 16. This is because, when anodizing of an aluminum alloy is performed, an intermetallic compound may be the starting point, which may cause insulation failure. If there are many intermetallic compounds, the possibility increases.

また、Al基材14の厚さは、例えば、5〜150μmであり、好ましくは10〜100μmである。より好ましくは20〜50μmである。
また、Al基材14の表面粗さは、例えば、算術平均粗さRaで1μm以下である。好ましくは、0.5μm以下、より好ましくは、0.1μm以下である。
なお、Al基材14の表面は、鏡面仕上げされていてもよい。この鏡面仕上げは、例えば、特許第4212641号公報、特開2003−341696号公報、特開平7−331379号公報、特開2007−196250号公報、特開2000−223205号公報に記載の方法によりなされる。
Moreover, the thickness of Al base material 14 is 5-150 micrometers, for example, Preferably it is 10-100 micrometers. More preferably, it is 20-50 micrometers.
Moreover, the surface roughness of the Al base 14 is, for example, 1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra. Preferably, it is 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.
Note that the surface of the Al base 14 may be mirror-finished. This mirror finish is performed, for example, by the methods described in Japanese Patent No. 4212621, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-341696, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-331379, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-196250, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-223205. The

基板10において、絶縁層16は、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷を防止するためのものである。この絶縁層16は、陽極酸化膜(アルミニウム陽極酸化膜(アルミナ膜))により構成されるものである。
絶縁層16は、陽極酸化膜に限定されるものではなく、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法により形成されたものであってもよい。
In the substrate 10, the insulating layer 16 is for preventing insulation and damage due to mechanical shock during handling. This insulating layer 16 is composed of an anodized film (aluminum anodized film (alumina film)).
The insulating layer 16 is not limited to the anodic oxide film, and may be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, or CVD.

絶縁層16の厚さは5μm以上が好ましく、10μm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、0.5〜50μm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 5 μm or more, and more preferably 10 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 0.5-50 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.

基板10の強度は、500℃以上に熱処理をされている中での引張強度が5MPa以上あることが必要で、好ましくは10MPa以上ある。
また、500℃以上で熱処理されている中で、クリープ変形を起こさないため、500℃、10分間保持された際、最大0.1%の塑性変形を起こす強度が0.2MPa以上あることが好ましく、より好ましくは0.4MPa以上、更に好ましくは1MPa以上である。
The substrate 10 needs to have a tensile strength of 5 MPa or more, preferably 10 MPa or more, while being heat-treated at 500 ° C. or more.
Further, in order to prevent creep deformation during heat treatment at 500 ° C. or higher, it is preferable that the strength causing plastic deformation of 0.1% at the maximum when held at 500 ° C. for 10 minutes is 0.2 MPa or higher. More preferably, it is 0.4 MPa or more, and further preferably 1 MPa or more.

なお、基板10は、金属基材12、Al基材14および絶縁層16のいずれも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10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10の絶縁層16側に、後述するアルカリ供給層、拡散防止層、下部電極となる裏面電極、光電変換層、上部電極となる透明電極等を形成することができる。
また、本実施形態においては、基板10を、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化された金属基板15およびこの金属基板15のAl基材14の表面14aに形成された絶縁層16を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度500℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、しかも、歪の発生も抑制されるため、温度が500℃以上の高温で、種々の膜を、例えば、ロール・ツー・ロール方式で形成することが可能である。
In addition, the board | substrate 10 becomes flexible as the board | substrate 10 whole by making all the metal base material 12, the Al base material 14, and the insulating layer 16 have flexibility, ie, a flexible thing. Thereby, for example, in the roll-to-roll method, on the insulating layer 16 side of the substrate 10, an alkali supply layer, a diffusion prevention layer, a back electrode serving as a lower electrode, a photoelectric conversion layer, a transparent electrode serving as an upper electrode, etc. Can be formed.
Further, in the present embodiment, the substrate 10 is formed on the metal substrate 15 in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and integrated, and the surface 14a of the Al base 14 of the metal substrate 15. By using an insulating layer-equipped substrate including the insulating layer 16, for example, high insulating properties and high strength can be maintained even after a film forming process at a temperature of 500 ° C. or higher, and the occurrence of strain is suppressed. It is possible to form various films at a high temperature of 500 ° C. or higher, for example, by a roll-to-roll method.

また、本実施形態の基板10においては、金属基材12とAl基材14の2層構造の金属基板15を有する構成としたが、本発明は、金属基材12は、少なくとも1層であればよいため、1層のものに限定されるものではなく複数層でもよい。
図2(b)に示す基板10aのように、金属基材は、例えば、第1の金属基材13aと第2の金属基材13bとを有する2層構造であってもよい。
この場合、例えば、第1の金属基材13aがチタンまたはチタン合金により構成され、第2の金属基材13bが金属基材12と同じく鋼材により構成される。なお、第2の金属基材13bがチタンまたはチタン合金により構成され、第1の金属基材13aが金属基材12と同じく鋼材により構成されてもよい。
さらには、基板として、金属基材12の表面12aおよび裏面にAl基材14が形成され、この各Al基材14の表面14aに絶縁層16が形成されている構成としてもよい。この場合、金属基材12を中心として、対称にAl基材14および絶縁層16が形成される。なお、金属基材12と2つのAl基材14とが積層されて一体化されたものが金属基板となる。
Further, the substrate 10 of the present embodiment is configured to include the metal substrate 15 having a two-layer structure of the metal substrate 12 and the Al substrate 14, but the present invention is not limited to the metal substrate 12 having at least one layer. Therefore, it is not limited to one layer, and a plurality of layers may be used.
Like the board | substrate 10a shown in FIG.2 (b), the metal base material may be 2 layer structure which has the 1st metal base material 13a and the 2nd metal base material 13b, for example.
In this case, for example, the first metal base 13 a is made of titanium or a titanium alloy, and the second metal base 13 b is made of a steel material like the metal base 12. The second metal base 13b may be made of titanium or a titanium alloy, and the first metal base 13a may be made of steel similarly to the metal base 12.
Furthermore, it is good also as a structure by which the Al base material 14 is formed in the surface 12a and back surface of the metal base material 12, and the insulating layer 16 is formed in the surface 14a of each Al base material 14 as a board | substrate. In this case, the Al base material 14 and the insulating layer 16 are formed symmetrically around the metal base material 12. In addition, what laminated | stacked and integrated the metal base material 12 and the two Al base materials 14 becomes a metal substrate.

次に、本実施形態の基板10の製造方法について説明する。
まず、金属基材12を準備する。この金属基材12は、形成する基板10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、金属基材12の表面12aに、Al基材14を形成する。これにより、金属基板15が構成される。
金属基材12の表面12aに、Al基材14を形成する方法としては、金属基材12とAl基材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。このAl基材14の形成法としては、例えば、蒸着法、スパッタ法等の気相法、メッキ法、および表面清浄化後の加圧接合法を用いることができる。Al基材14の形成法としては、コストと量産性の観点からロール圧延等による加圧接合が好ましい。
Next, the manufacturing method of the board | substrate 10 of this embodiment is demonstrated.
First, the metal substrate 12 is prepared. The metal base 12 is formed in a predetermined shape and size depending on the size of the substrate 10 to be formed.
Next, the Al base material 14 is formed on the surface 12 a of the metal base material 12. Thereby, the metal substrate 15 is configured.
The method for forming the Al base material 14 on the surface 12a of the metal base material 12 is particularly limited as long as an integrated bond capable of ensuring the adhesion between the metal base material 12 and the Al base material 14 is achieved. is not. As a method for forming the Al base material 14, for example, a vapor phase method such as an evaporation method or a sputtering method, a plating method, and a pressure bonding method after surface cleaning can be used. As a method for forming the Al base material 14, pressure bonding by roll rolling or the like is preferable from the viewpoint of cost and mass productivity.

次に、金属基板15のAl基材14の表面14aに絶縁層16を形成する。こうして、基板10が得られる。以下、絶縁層16である陽極酸化膜の形成方法について説明する。   Next, the insulating layer 16 is formed on the surface 14 a of the Al base 14 of the metal substrate 15. In this way, the substrate 10 is obtained. Hereinafter, a method of forming the anodic oxide film that is the insulating layer 16 will be described.

絶縁層16である陽極酸化膜を形成する場合、金属基材12を陽極とし、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、金属基材12が電解液に接触すると、Al基材14と局部電池を形成するため、電解液に接触する金属基材12をマスキングフィルム(図示せず)により、マスクして絶縁しておく必要がある。すなわち、Al基材14の表面14a以外の金属基材12の端面および裏面を、マスキングフィルム(図示せず)を用いて絶縁しておく必要がある。
陽極酸化処理前には、必要に応じてAl基材14の表面に洗浄処理・研磨平滑化処理等を施す。
When forming the anodic oxide film which is the insulating layer 16, the anodic oxide film can be formed by using the metal substrate 12 as an anode, immersing it in an electrolyte together with a cathode, and applying a voltage between the anode and the cathode. At this time, when the metal substrate 12 comes into contact with the electrolyte, in order to form a local battery with the Al substrate 14, the metal substrate 12 in contact with the electrolyte is masked and insulated by a masking film (not shown). It is necessary to keep. That is, it is necessary to insulate the end surface and the back surface of the metal substrate 12 other than the surface 14a of the Al substrate 14 using a masking film (not shown).
Prior to the anodizing treatment, the surface of the Al base 14 is subjected to cleaning treatment, polishing smoothing treatment, or the like as 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。電解質としては、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、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。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分の範囲にあれば適当である。電解質としては、硫酸、リン酸、シュウ酸またはこれらの混合液が好ましい。このような電解質を用いる場合、電解質濃度4〜30質量%、液温10〜30℃、電流密度0.002〜0.30A/cm、および電圧20〜100Vとすることが好ましい。 Carbon, Al, or the like is used as a cathode during anodization. As the electrolyte, an acidic electrolytic solution containing one or more acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid, and amidesulfonic acid is used. Anodizing conditions are not particularly limited by the type of electrolyte used. As anodizing conditions, for example, electrolyte concentration 1 to 80% by mass, liquid temperature 5 to 70 ° C., current density 0.005 to 0.60 A / cm 2 , voltage 1 to 200 V, electrolysis time 3 to 500 minutes It is appropriate if it exists. As the electrolyte, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid or a mixture thereof is preferable. When such an electrolyte is used, the electrolyte concentration is preferably 4 to 30% by mass, the liquid temperature is 10 to 30 ° C., the current density is 0.002 to 0.30 A / cm 2 , and the voltage is 20 to 100V.

陽極酸化処理時には、Al基材14の表面14aから略垂直方向に酸化反応が進行し、Al基材14の表面14a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、非ポーラス構造の酸化アルミニウム単体膜と比較して膜のヤング率が低いものとなり、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となる。
During the anodizing treatment, an oxidation reaction proceeds in a substantially vertical direction from the surface 14a of the Al base material 14, and an anodized film is generated on the surface 14a of the Al base material 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.
Such an anodic oxide film having a porous structure has a low Young's modulus of the film compared to a non-porous aluminum oxide single film, and has a high resistance to bending and cracking caused by a difference in thermal expansion at high temperatures. Become.

なお、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。酸性電解液でポーラスな陽極酸化膜を生成後に、中性電解液で再電解処理するポアフィリング法によりバリヤ層の層厚を大きくした陽極酸化膜を形成してもよい。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。
陽極酸化処理に用いる電解液は、好ましくは、硫酸水溶液またはシュウ酸水溶液を用いる。陽極酸化膜の健全性はシュウ酸水溶液が優れ、連続処理生産性は硫酸水溶液が優れる。
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、0.5〜50μm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。
When electrolytic treatment is carried out with a neutral electrolytic solution such as boric acid without using an acidic electrolytic solution, a dense anodic oxide film (non-porous aluminum oxide simple substance film) is formed instead of an anodic oxide film in which porous fine columnar bodies are arranged. Become. After the porous anodic oxide film is formed with the acidic electrolytic solution, an anodic oxide film having a thicker barrier layer may be formed by a pore filling method in which re-electrolytic treatment is performed with the neutral electrolytic solution. By increasing the thickness of the barrier layer, it is possible to obtain a coating with higher insulation.
As the electrolytic solution used for the anodizing treatment, an aqueous sulfuric acid solution or an aqueous oxalic acid solution is preferably used. An oxalic acid aqueous solution is excellent in soundness of the anodic oxide film, and a sulfuric acid aqueous solution is excellent in continuous treatment productivity.
The preferable thickness of the anodic oxide film that is the insulating layer 16 is 0.5 to 50 μm as described above. This thickness is controllable by constant current electrolysis, constant voltage electrolysis current, voltage magnitude, and electrolysis time.

陽極酸化により形成された絶縁層16について、特に絶縁性を高めたい場合、ホウ酸液中で封孔処理する。
封孔処理は、電気化学的な方法、化学的な方法が知られているが、アルミニウム、アルミニウム合金を陽極にした電気化学的な方法(陽極処理)が特に好ましい。
電気化学的な方法は、アルミニウムまたはその合金を陽極にして直流電流を加え、封孔処理する方法が好ましい。電解液はホウ酸水溶液が好ましく、ホウ酸水溶液にナトリウムを含むホウ酸塩を添加した水溶液が好ましい。ホウ酸塩としては、八ほう酸二ナトリウム、テトラフェニルほう酸ナトリウム、テトラフルオロほう酸ナトリウム、ペルオキソほう酸ナトリウム、四ほう酸ナトリウム、メタほう酸ナトリウムなどがある。これらのホウ酸塩は、無水または水和物として入手することができる。
The insulating layer 16 formed by anodic oxidation is subjected to sealing treatment in a boric acid solution when it is particularly desired to enhance the insulation.
As the sealing treatment, an electrochemical method or a chemical method is known, and an electrochemical method (anodic treatment) using aluminum or an aluminum alloy as an anode is particularly preferable.
The electrochemical method is preferably a method in which aluminum or an alloy thereof is used as an anode and a direct current is applied to perform sealing treatment. The electrolytic solution is preferably an aqueous boric acid solution, and is preferably an aqueous solution obtained by adding a borate containing sodium to an aqueous boric acid solution. Examples of borates include disodium octaborate, sodium tetraphenylborate, sodium tetrafluoroborate, sodium peroxoborate, sodium tetraborate, and sodium metaborate. These borates are available as anhydrous or hydrated.

封孔処理に用いる電解液として、0.1〜2mol/Lのホウ酸水溶液に、0.01〜0.5mol/Lの四ほう酸ナトリウムを添加した水溶液を用いることが特に好ましい。アルミニウムイオンは0〜0.1mol/L溶解していることが好ましい。アルミニウムイオンは、電解液中へ封孔処理により化学的または電気化学的に溶解するが、予めホウ酸アルミニウムを添加して電解する方法が特に好ましい。また、アルミニウム合金中に含まれる微量元素が溶解していても良い。
好ましい封孔処理条件は、液温10〜55℃(特に好ましくは10〜30℃)、電流密度0.01〜5A/dm(特に好ましくは0.1〜3A/dm)、電解処理時間0.1〜10分(特に好ましくは1〜5分)である。
As an electrolytic solution used for the sealing treatment, it is particularly preferable to use an aqueous solution obtained by adding 0.01 to 0.5 mol / L sodium tetraborate to a 0.1 to 2 mol / L boric acid aqueous solution. It is preferable that 0 to 0.1 mol / L of aluminum ion is dissolved. Aluminum ions are chemically or electrochemically dissolved in the electrolytic solution by a sealing treatment, and a method of electrolyzing by adding aluminum borate in advance is particularly preferable. Further, trace elements contained in the aluminum alloy may be dissolved.
Preferred sealing treatment conditions are a liquid temperature of 10 to 55 ° C. (particularly preferably 10 to 30 ° C.), a current density of 0.01 to 5 A / dm 2 (particularly preferably 0.1 to 3 A / dm 2 ), and an electrolytic treatment time. 0.1 to 10 minutes (particularly preferably 1 to 5 minutes).

電流は、交流、直流、交直重畳電流を用いることが可能であり、電流の与え方は、電解初期から一定でも漸増法を用いてもよいが、直流を用いる方法が特に好ましい。電流の与え方は、定電圧法、定電流法どちらを用いても良い。
このときの基板と対極間の電圧は、100〜1000Vであることが好ましく、電圧は電解浴組成、液温、アルミニウム界面の流速、電源波形、基板と対極との間の距離、電解時間などによって変化する。
基板表面の電解液流速並びに流速の与え方、電解槽、電極、電解液の濃度制御方法は、前記陽極酸化処理に記載の公知の陽極酸化処理方法、並びに封孔処理の方法を用いることが可能である。ホウ酸ナトリウムを含むホウ酸水溶液中で陽極酸化処理する際の膜厚は100nm以上が好ましく、更に好ましくは300nm以上である。上限は多孔質陽極酸化皮膜の膜厚になる。これにより、特に高温強度が必要で、可撓性のメリットがある、薄膜太陽電池の基板に用いることができる。
As the current, an alternating current, a direct current, or an AC / DC superimposed current can be used. The method of applying the current may be constant or gradually increasing from the initial stage of electrolysis, but a method using direct current is particularly preferable. Either a constant voltage method or a constant current method may be used for applying the current.
At this time, the voltage between the substrate and the counter electrode is preferably 100 to 1000 V, and the voltage depends on the electrolytic bath composition, the liquid temperature, the flow velocity at the aluminum interface, the power waveform, the distance between the substrate and the counter electrode, the electrolysis time, and the like. Change.
As the electrolyte flow rate on the substrate surface and the method of giving the flow rate, the electrolytic bath, the electrode, and the concentration control method of the electrolytic solution can use the known anodizing method and the sealing method described in the anodizing treatment. It is. The film thickness when anodizing in a boric acid aqueous solution containing sodium borate is preferably 100 nm or more, and more preferably 300 nm or more. The upper limit is the film thickness of the porous anodic oxide film. Thereby, it can use for the board | substrate of a thin film solar cell which requires especially high temperature intensity | strength and has the merit of flexibility.

また、化学的な好ましい方法は、陽極酸化処理後にポアおよび・または空孔にSi酸化物を充填した構造にすることも可能である。Si酸化物による充填はSi−O結合を有する化合物を含む溶液を塗布、または、珪酸ソーダ水溶液(1号珪酸ソーダまたは3号珪酸ソーダ、1〜5質量%水溶液、20〜70℃)に、1〜30秒間浸漬後に水洗・乾燥し、更に200〜600℃で1〜60分間焼成する方法も可能である。
化学的な好ましい方法として、前記珪酸ソーダ水溶液のほかに、フッ化ジルコン酸ソーダおよび・またはリン酸2水素ナトリウムの単体または混合比率が重量比で5:1〜1:5の混合水溶液の、濃度1〜5質量%の液に、20〜70℃で1〜60秒浸漬することで封孔処理をおこなう方法を用いることもできる。
なお、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。
In addition, a chemically preferable method may be a structure in which pores and / or vacancies are filled with Si oxide after anodizing. For filling with Si oxide, a solution containing a compound having a Si—O bond is applied, or a sodium silicate aqueous solution (No. 1 sodium silicate or No. 3 sodium silicate, 1 to 5 mass% aqueous solution, 20 to 70 ° C.) is 1 A method of washing and drying after immersing for ˜30 seconds and further baking at 200 to 600 ° C. for 1 to 60 minutes is also possible.
As a chemically preferable method, in addition to the sodium silicate aqueous solution, the concentration of sodium fluoride zirconate and / or sodium dihydrogen phosphate alone or a mixed aqueous solution having a mixing ratio of 5: 1 to 1: 5 by weight A method of performing a sealing treatment by immersing in 1 to 5% by mass of a liquid at 20 to 70 ° C. for 1 to 60 seconds can also be used.
In addition, about an anodizing process, it can carry out with the well-known what is called a roll-to-roll system anodizing apparatus, for example.

次に、陽極酸化処理後に、マスキングフィルム(図示せず)を剥がす。これにより、基板10を形成することができる。
本発明の基板10は、絶縁層16としてフレキシブル性を持つ陽極酸化皮膜を有するアルミニウム(Al)を主成分とするAl基材14を有する金属基板15を用いることができるので、高温でもひずみが少なくクラックが生じないといった優れた特性を持つ。
Next, after the anodizing treatment, the masking film (not shown) is peeled off. Thereby, the substrate 10 can be formed.
Since the substrate 10 of the present invention can use the metal substrate 15 having the Al base 14 mainly composed of aluminum (Al) having an anodic oxide film having flexibility as the insulating layer 16, there is little distortion even at a high temperature. Excellent characteristics such as no cracks.

次に、図1に示す本実施形態の薄膜太陽電池30の光電変換素子40について説明する。
本実施形態の薄膜太陽電池(例えば、薄膜太陽電池サブモジュール)30においては、上述の基板10の表面、すなわち、絶縁層16の表面16aにアルカリ供給層50が形成されている。
この薄膜太陽電池30は、複数の光電変換素子40と、第1の導電部材42と、第2の導電部材44とを有する。
Next, the photoelectric conversion element 40 of the thin film solar cell 30 of this embodiment shown in FIG. 1 will be described.
In the thin film solar cell (for example, the thin film solar cell submodule) 30 of this embodiment, the alkali supply layer 50 is formed on the surface of the substrate 10 described above, that is, the surface 16a of the insulating layer 16.
The thin film solar cell 30 includes a plurality of photoelectric conversion elements 40, a first conductive member 42, and a second conductive member 44.

光電変換素子40は、薄膜太陽電池30を構成するものであり、基板10と、アルカリ供給層50と、裏面電極32、光電変換層34、バッファ層36および透明電極38により構成される発電セル(太陽電池セル)54とを備える。
上述のように、絶縁層16の表面16aにアルカリ供給層50が形成されている。このアルカリ供給層50の表面50aに、発電セル54の裏面電極32と光電変換層34とバッファ層36と透明電極38とが順次積層されている。
The photoelectric conversion element 40 constitutes the thin-film solar cell 30, and includes a power generation cell (substrate 10, an alkali supply layer 50, a back electrode 32, a photoelectric conversion layer 34, a buffer layer 36, and a transparent electrode 38). Solar cell) 54.
As described above, the alkali supply layer 50 is formed on the surface 16 a of the insulating layer 16. On the surface 50 a of the alkali supply layer 50, the back electrode 32, the photoelectric conversion layer 34, the buffer layer 36, and the transparent electrode 38 of the power generation cell 54 are sequentially stacked.

裏面電極32は、隣り合う裏面電極32と分離溝(P1)33を設けてアルカリ供給層50の表面50aに形成されている。分離溝(P1)33を埋めつつ光電変換層34が裏面電極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。これらの光電変換層34とバッファ層36とは、裏面電極32にまで達する溝(P2)37により、他の光電変換層34とバッファ層36と離間されている。この溝(P2)37は、裏面電極32の分離溝(P1)33とは異なる位置に形成されている。   The back electrode 32 is formed on the surface 50 a of the alkali supply layer 50 by providing an adjacent back electrode 32 and a separation groove (P 1) 33. A photoelectric conversion layer 34 is formed on the back electrode 32 while filling the separation groove (P1) 33. 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 separated from other photoelectric conversion layers 34 and the buffer layer 36 by a groove (P2) 37 reaching the back electrode 32. The groove (P2) 37 is formed at a position different from the separation groove (P1) 33 of the back electrode 32.

また、この溝(P2)37を埋めつつバッファ層36の表面に透明電極38が形成されている。
透明電極38、バッファ層36および光電変換層34を貫き裏面電極32に達する開口溝(P3)39が形成されている。薄膜太陽電池30においては、各光電変換素子40は、裏面電極32と透明電極38により、基板10の長手方向Lに、電気的に直列に接続されている。
A transparent electrode 38 is formed on the surface of the buffer layer 36 while filling the groove (P2) 37.
An opening groove (P3) 39 that penetrates the transparent electrode 38, the buffer layer 36, and the photoelectric conversion layer 34 and reaches the back electrode 32 is formed. In the thin film solar cell 30, each photoelectric conversion element 40 is electrically connected in series in the longitudinal direction L of the substrate 10 by the back electrode 32 and the transparent electrode 38.

本実施形態の光電変換素子40は、集積型の光電変換素子(太陽電池)と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極32がモリブデン電極で構成され、光電変換層34が、光電変換機能を有する半導体化合物、例えば、CIGS層で構成され、バッファ層36がCdSで構成され、透明電極38がZnOで構成される。
なお、光電変換素子40は、基板10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、裏面電極32等も基板10の幅方向に長く伸びている。
The photoelectric conversion element 40 of this embodiment is called an integrated photoelectric conversion element (solar cell). For example, the back electrode 32 is composed of a molybdenum electrode, and the photoelectric conversion layer 34 is a semiconductor having a photoelectric conversion function. A compound, for example, is composed of a CIGS layer, the buffer layer 36 is composed of CdS, and the transparent electrode 38 is composed of ZnO.
The photoelectric conversion element 40 is formed to extend in the width direction perpendicular to the longitudinal direction L of the substrate 10. For this reason, the back electrode 32 and the like also extend long in the width direction of the substrate 10.

図1に示すように、右側の端の裏面電極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。本来、右側の端の裏面電極32上には光電変換素子40が形成されるが、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、光電変換素子40を取り除いて、裏面電極32を表出させている。   As shown in FIG. 1, a first conductive member 42 is connected on the back 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. Originally, the photoelectric conversion element 40 is formed on the back electrode 32 at the right end. For example, the photoelectric conversion element 40 is removed by laser scribing or mechanical scrubbing to expose the back electrode 32.

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10の幅方向に略直線状に伸びて、右端の裏面電極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、超音波半田により裏面電極32に接続される。   The first conductive member 42 is, for example, an elongated belt-like member, extends in a substantially linear shape in the width direction of the substrate 10, and is connected to the right end back electrode 32. 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 back electrode 32 by, for example, ultrasonic soldering.

この第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ある。第2の導電部材44も、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10の幅方向に略直線状に伸びて、左端の裏面電極32に接続されている。本来、左端の裏面電極32上には光電変換素子40が形成されるが、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、光電変換素子40を取り除いて、裏面電極32を表出させている。   The second conductive member 44 is for taking out an output from a positive electrode described later to the outside. Similarly to the first conductive member 42, the second conductive member 44 is an elongated belt-like member, extends substantially linearly in the width direction of the substrate 10, and is connected to the back electrode 32 at the left end. Originally, the photoelectric conversion element 40 is formed on the leftmost back electrode 32. For example, the photoelectric conversion element 40 is removed by laser scribing or mechanical scrub, and the back electrode 32 is exposed.

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。
第1の導電部材42と第2の導電部材44とは、錫メッキ銅リボンでもよい。また、第1の導電部材42および第2の導電部材44、それぞれの接続も超音波半田に限定されるものではなく、例えば、導電性接着剤、導電性テープを用いて接続してもよい。
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.
The first conductive member 42 and the second conductive member 44 may be tin-plated copper ribbons. Further, the connection between the first conductive member 42 and the second conductive member 44 is not limited to the ultrasonic soldering. For example, the first conductive member 42 and the second conductive member 44 may be connected using a conductive adhesive or a conductive tape.

なお、本実施形態の光電変換素子40の光電変換層34は、例えば、CIGSで構成されており、公知のCIGS系の太陽電池の製造方法により製造することができる。
また、裏面電極32の分離溝(P1)33、裏面電極32にまで達する溝(P2)37、裏面電極32に達する開口溝(P3)39は、レーザースクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
In addition, the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40 of this embodiment is comprised by CIGS, for example, and can be manufactured with the manufacturing method of a well-known CIGS type solar cell.
The separation groove (P1) 33 of the back electrode 32, the groove (P2) 37 reaching the back electrode 32, and the opening groove (P3) 39 reaching the back electrode 32 can be formed by laser scribe or mechanical scribe.

薄膜太陽電池30では、光電変換素子40に、透明電極38側から光が入射されると、この光が透明電極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、透明電極38から裏面電極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、左端の裏面電極32が正極(プラス極)になり、右端の裏面電極32が負極(マイナス極)になる。   In the thin film solar cell 30, when light is incident on the photoelectric conversion element 40 from the transparent electrode 38 side, this light passes through the transparent electrode 38 and the buffer layer 36, and an electromotive force is generated in the photoelectric conversion layer 34. A current from the transparent electrode 38 toward the back electrode 32 is generated. 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 back electrode 32 in FIG. 1 becomes a positive electrode (plus electrode), and the rightmost back electrode 32 becomes a negative electrode (minus electrode).

本実施形態において、薄膜太陽電池30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、薄膜太陽電池30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、光電変換素子40の構成、薄膜太陽電池30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、各光電変換素子40を、裏面電極32と透明電極38により基板10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、各光電変換素子40が、裏面電極32と透明電極38により幅方向に直列接続されるように、各光電変換素子40を形成してもよい。
In the present embodiment, the electric power generated in the thin film solar cell 30 can be taken out of the thin film solar cell 30 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. Further, 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 photoelectric conversion element 40, the configuration of the thin film solar cell 30, and the like.
Further, in the present embodiment, each photoelectric conversion element 40 is formed to be connected in series in the longitudinal direction L of the substrate 10 by the back electrode 32 and the transparent electrode 38, but is not limited thereto. For example, each photoelectric conversion element 40 may be formed such that each photoelectric conversion element 40 is connected in series in the width direction by the back electrode 32 and the transparent electrode 38.

光電変換素子40において、裏面電極32および透明電極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。裏面電極32および透明電極38は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極38は透光性を有する必要がある。   In the photoelectric conversion element 40, the back electrode 32 and the transparent electrode 38 are for taking out current generated in the photoelectric conversion layer 34. Both the back electrode 32 and the transparent electrode 38 are made of a conductive material. The transparent electrode 38 on the light incident side needs to have translucency.

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。この裏面電極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。裏面電極32は、Moで構成することが好ましい。
また、裏面電極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 back electrode 32 is made of, for example, Mo, Cr, or W and a combination thereof. The back electrode 32 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. The back electrode 32 is preferably composed of Mo.
Moreover, the formation method of the back surface electrode 32 is not specifically limited, It can form by vapor phase film-forming methods, such as an electron beam vapor deposition method and sputtering method.

裏面電極32は、一般的に厚さが800nm程度であるが、裏面電極32は、厚さが200nm〜600nmであることが好ましく、200nm〜400nmであることがより好ましい。このように裏面電極32の膜厚を一般的なものよりも薄くすることにより、後述するように、光電変換層34へのアルカリ供給層50からのアルカリ金属の拡散速度を上げることができる。しかも、裏面電極32の材料費を削減でき、さらには裏面電極32の形成速度も速くすることができる。   The back electrode 32 generally has a thickness of about 800 nm, but the back electrode 32 preferably has a thickness of 200 nm to 600 nm, and more preferably 200 nm to 400 nm. Thus, by making the film thickness of the back surface electrode 32 thinner than a general one, the diffusion rate of the alkali metal from the alkali supply layer 50 to the photoelectric conversion layer 34 can be increased as will be described later. In addition, the material cost of the back electrode 32 can be reduced, and the formation speed of the back electrode 32 can be increased.

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)、またはSnOおよびこれらを組合わせたものにより構成される。この透明電極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、透明電極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、透明電極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 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 transparent electrode 38 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. Further, the thickness of the transparent electrode 38 is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 1 μm.
The method for forming the transparent 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、透明電極38の形成時の光電変換層34を保護すること、透明電極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、その厚さが、30〜100nm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)法により形成される。
The buffer layer 36 is formed to protect the photoelectric conversion layer 34 when the transparent electrode 38 is formed and to transmit light incident on the transparent 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 30 to 100 nm. The buffer layer 36 is formed by, for example, a CBD (chemical bath) method.

光電変換層34は、透明電極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。本実施形態において、光電変換層34の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体で構成される。また、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ってもよい。   The photoelectric conversion layer 34 is a layer that generates a current by absorbing light that has passed through the transparent electrode 38 and the buffer layer 36, and has a photoelectric conversion function. In the present embodiment, the configuration of the photoelectric conversion layer 34 is not particularly limited, and includes, for example, at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure. Further, the photoelectric conversion layer 34 may be at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element.

さらに光吸収率が高く、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、CuAlS、CuGaS、CuInS、CuAlSe、CuGaSe、CuInSe(CIS)、AgAlS、AgGaS、AgInS、AgAlSe、AgGaSe、AgInSe、AgAlTe、AgGaTe、AgInTe、Cu(In1−xGa)Se(CIGS)、Cu(In1−xAl)Se、Cu(In1−xGa)(S、Se)、Ag(In1−xGa)Se、およびAg(In1−xGa)(S、Se)等が挙げられる。 Further, 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 group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag, and a group consisting of Al, Ga, and In. It is preferably at least one compound semiconductor composed of at least one type IIIb group element selected more and at least one type VIb group element selected from the group consisting of S, Se and Te. As this compound semiconductor, 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 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInT , 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、CuInSe(CIS)、および/又はこれにGaを固溶したCu(In、Ga)Se(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 includes 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/又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/又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 layer regions having different semiconductor properties such as n-type, p-type, and i-type 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、本実施形態においては、光電変換層34が、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる化合物半導体で構成される場合、金属基材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、裏面電極32は、モリブデンにより構成されることが好ましい。   In the present embodiment, when the photoelectric conversion layer 34 is composed of a compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element, the metal substrate 12 is composed of carbon steel or ferritic stainless steel. The back electrode 32 is preferably made of molybdenum.

CIGS層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。   As CIGS layer deposition methods, 1) multi-source co-evaporation, 2) selenization, 3) sputtering, 4) hybrid sputtering, and 5) mechanochemical process are 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−xGa)Se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 of forming 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 in selenium vapor or hydrogen selenide to about 450 to 550 ° C. . 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、
CuInSe多結晶をターゲットとした方法、CuSeとInSeをターゲットとし、スパッタガスにHSe/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 a target 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)。   Examples of 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、金属基材12と光電変換層34との線熱膨張係数の差は、3×10−6/℃未満であることが好ましい。
光電変換層34として用いられる主たる化合物半導体の線熱膨張係数は、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)Seで10×10−6/℃である。
基板10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、金属基材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、金属基材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。金属基材12と光電変換層34(化合物半導体)の線熱膨張係数の差が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、線熱膨張係数の差は、1×10−6/℃未満である。ここで、熱膨張係数、および熱膨張係数の差は、いずれも室温(23℃)の値である。
Moreover, in this embodiment, it is preferable that the difference of the linear thermal expansion coefficient of the metal base material 12 and the photoelectric converting layer 34 is less than 3 * 10 < -6 > / degreeC.
The linear thermal expansion coefficient of the main compound semiconductor used as the photoelectric conversion layer 34 is 5.8 × 10 −6 / ° C. for GaAs, which is representative of the III-V group, and 4 for CdTe, which is representative of the 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 10 at a high temperature of 500 ° C. or higher and then cooled to room temperature, if the difference in thermal expansion from the metal substrate 12 is large, film formation defects such as peeling may occur. Arise. Moreover, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric converting layer 34 may fall by the strong internal stress in the compound semiconductor resulting from a thermal expansion difference with the metal base material 12. It is preferable that the difference in coefficient of linear thermal expansion between the metal substrate 12 and the photoelectric conversion layer 34 (compound semiconductor) is less than 3 × 10 −6 / ° C. because film formation defects such as peeling are unlikely to occur. More preferably, the difference in coefficient of linear thermal expansion is less than 1 × 10 −6 / ° C. Here, the thermal expansion coefficient and the difference between the thermal expansion coefficients are both room temperature (23 ° C.) values.

アルカリ供給層50は、光電変換層34(CIGS層)にアルカリ金属(イオン)、例えば、Na(Na)を拡散させるために、光電変換層34の成膜時に、例えば、アルカリ金属を供給するためのものである。 The alkali supply layer 50 supplies, for example, an alkali metal during film formation of the photoelectric conversion layer 34 in order to diffuse an alkali metal (ion), for example, Na (Na + ), into the photoelectric conversion layer 34 (CIGS layer). Is for.

アルカリ供給層50は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム化合物を含む化合物により構成されるものである。
アルカリ供給層50において、ナトリウム化合物(例えば、酸化物:NaOとして)含有量(濃度)は、主成分が酸化ケイ素で、かつナトリウム化合物を含む化合物の総量に対して、NaO換算で10〜30%(Na換算では7〜20at.%)である。このナトリウム化合物の含有量(濃度)は、アルカリ供給層50が形成された時点の含有量であってもよいし、光電変換素子40が形成された時点の含有量であってもよい。
なお、アルカリ供給層50のナトリウム化合物の含有量は、上述のNaO換算で15〜25%(Na換算では10〜16at.%)であることが好ましい。
The alkali supply layer 50 is composed of a compound containing silicon oxide as a main component and containing a sodium compound.
In the alkali supply layer 50, the content (concentration) of a sodium compound (for example, oxide: Na 2 O) is calculated as Na 2 O with respect to the total amount of the compound containing the sodium compound as the main component and containing the sodium compound. 10 to 30% (7 to 20 at.% In terms of Na). The content (concentration) of this sodium compound may be the content at the time when the alkali supply layer 50 is formed, or the content at the time when the photoelectric conversion element 40 is formed.
The content of sodium compounds alkali supply layer 50 is preferably (10~16at.% Is calculated as Na) 15-25% by the above terms of Na 2 O.

アルカリ供給層50は、Naが化学的に安定でハンドリングが容易な化合物が得られやすいこと、加熱によってアルカリ供給層50から放出されやすいこと、および光電変換層34の結晶性向上効果が高いことから、ナトリウム化合物を含むものである。   Since the alkali supply layer 50 is easy to obtain a compound that is chemically stable and easy to handle Na, is easily released from the alkali supply layer 50 by heating, and the effect of improving the crystallinity of the photoelectric conversion layer 34 is high. Including sodium compounds.

アルカリ供給層50は、NaO換算での含有量が10〜30%(Na換算では7〜20at.%)であれば、その組成は、特に限定されるものではなく、例えば、1種又は2種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含むものであってもよい。
アルカリ供給層50は、ナトリウム化合物を含み、酸化ケイ素を主成分とする化合物からなる絶縁性材料により構成される。このアルカリ供給層50は単層構造でもよいし、組成の異なるものが積層された複数層構造でもよい。
The composition of the alkali supply layer 50 is not particularly limited as long as the content in Na 2 O conversion is 10 to 30% (7 to 20 at.% In Na conversion). Two or more alkali metals and / or alkaline earth metals may be included.
The alkali supply layer 50 is made of an insulating material made of a compound containing a sodium compound and containing silicon oxide as a main component. The alkali supply layer 50 may have a single layer structure or a multilayer structure in which layers having different compositions are stacked.

本発明において、アルカリ供給層50は、NaO換算での含有量が10%(Na換算で7at.%)未満では、光電変換層34に拡散するアルカリ金属の量が少なく、変換効率が悪い。また、光電変換層34に拡散するアルカリ金属の量が少ない場合、十分にアルカリ金属をアルカリ供給層50に供給するためには厚くする必要がある。アルカリ供給層50を厚くした場合、剥離の起点となる可能性があるため、厚くすることができない。
一方、アルカリ供給層50は、NaO換算での含有量が30%(Na換算で20at.%)を超えるものについては、スパッタ法を用いてアルカリ供給層50の形成に用いられるターゲットに組成ムラが生じる等、ターゲットの製作が困難になる。
In the present invention, when the content of the alkali supply layer 50 in terms of Na 2 O is less than 10% (7 at.% In terms of Na), the amount of alkali metal diffusing into the photoelectric conversion layer 34 is small and the conversion efficiency is poor. . When the amount of alkali metal diffusing into the photoelectric conversion layer 34 is small, it is necessary to increase the thickness in order to sufficiently supply the alkali metal to the alkali supply layer 50. When the thickness of the alkali supply layer 50 is increased, it may be a starting point of peeling, and thus cannot be increased.
On the other hand, the alkali supply layer 50 having a Na 2 O equivalent content exceeding 30% (20 at.% Na equivalent) is composed of a target used for forming the alkali supply layer 50 by sputtering. The production of the target becomes difficult due to unevenness.

本実施形態において、アルカリ供給層50は、例えば、ナトリウム化合物を含むケイ酸塩ガラスにより構成することができる。アルカリ供給層50が、ナトリウム化合物を含むケイ酸塩ガラス化合物の場合には、ケイ酸塩ガラスの全体(総量)に対するナトリウム化合物の含有量がNaO換算で10〜30%である。
具体的には、アルカリ供給層50として、例えば、下記表1に示すように、ナトリウム化合物としてナトリウム酸化物(NaO)が含有されているソーダライムガラスを用いることができる。この場合、ナトリウム化合物の含有量とは、下記表1に示すソーダライムガラスにおけるナトリウム酸化物(NaO)の含有量のことである。下記表1に示すソーダライムガラスは、NaOの含有量が15%である。すなわち、ナトリウム化合物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である。なお、ソーダライムガラスは、青板ガラス、またはソーダ石灰シリカガラスともいう。
In the present embodiment, the alkali supply layer 50 can be made of, for example, silicate glass containing a sodium compound. When the alkali supply layer 50 is a silicate glass compound containing a sodium compound, the content of the sodium compound with respect to the entire silicate glass (total amount) is 10 to 30% in terms of Na 2 O.
Specifically, as the alkali supply layer 50, for example, as shown in Table 1 below, soda lime glass containing sodium oxide (Na 2 O) as a sodium compound can be used. In this case, the content of the sodium compound is the content of sodium oxide (Na 2 O) in the soda lime glass shown in Table 1 below. The soda lime glass shown in Table 1 below has a Na 2 O content of 15%. That is, the content of the sodium compound is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). Soda lime glass is also referred to as blue plate glass or soda lime silica glass.

なお、上記表1に示すソーダライムガラスにおいては、ナトリウム酸化物(NaO)の含有量が増減するとNaOの量が増減し、それに伴い、SiO等の量が減増する。
また、アルカリ供給層50として、ソーダライムガラス層を形成する場合、例えば、ソーダライムガラスを蒸着源とするRFスパッタ法及び蒸着法等のPVD法(物理気相成長法)を用いることができる。
In the soda lime glass shown in Table 1, when the content of sodium oxide (Na 2 O) increases or decreases, the amount of Na 2 O increases or decreases, and the amount of SiO 2 or the like decreases accordingly.
When a soda lime glass layer is formed as the alkali supply layer 50, for example, a PVD method (physical vapor deposition method) such as an RF sputtering method or a vapor deposition method using soda lime glass as a vapor deposition source can be used.

また、アルカリ供給層50の膜厚が厚いと剥離しやすくなるため、アルカリ供給層50の厚さは、50〜200nmが好ましい。
本実施形態においては、アルカリ供給層50のナトリウム化合物の含有量(濃度)が、NaO換算で10〜30%(Na換算では7〜20at.%)であるため、アルカリ供給層50の膜厚が50〜200nmと薄くても光電変換層34に変換効率を向上させるに十分なアルカリ金属を供給することができる。このように本発明では、アルカリ供給層50の厚さを薄くできるので、アルカリ供給層50が剥離の起点となるのを防止することができるし、アルカリ供給層50などの成膜時間を短縮することができ、太陽電池の生産性を向上させることができる。特に、ナトリウム化合物の含有量が多い程、上述の光電変換層34に変換効率を向上させること、およびアルカリ供給層50などの成膜時間を短縮できるという効果が得られやすい。このため、アルカリ供給層50におけるナトリウム化合物の含有量は、NaO換算で30%(Na換算では20at.%)の上限値に近いことが好ましい。
また、本発明では、アルカリ供給層50から光電変換層34へのNaなどのナトリウムの拡散量をアルカリ供給層50の膜厚によって良好かつ適切に制御することができる。
Moreover, since it will become easy to peel when the film thickness of the alkali supply layer 50 is thick, the thickness of the alkali supply layer 50 is preferably 50 to 200 nm.
In this embodiment, since the content (concentration) of the sodium compound in the alkali supply layer 50 is 10 to 30% in terms of Na 2 O (7 to 20 at.% In terms of Na), the film of the alkali supply layer 50 Even if the thickness is as thin as 50 to 200 nm, an alkali metal sufficient to improve the conversion efficiency can be supplied to the photoelectric conversion layer 34. As described above, in the present invention, since the thickness of the alkali supply layer 50 can be reduced, the alkali supply layer 50 can be prevented from becoming a starting point of peeling, and the film formation time of the alkali supply layer 50 and the like can be shortened. And the productivity of the solar cell can be improved. In particular, as the content of the sodium compound is larger, it is easier to obtain the effect of improving the conversion efficiency of the above-described photoelectric conversion layer 34 and shortening the film formation time of the alkali supply layer 50 and the like. For this reason, it is preferable that content of the sodium compound in the alkali supply layer 50 is near the upper limit of 30% in Na 2 O conversion (20 at.% In Na conversion).
In the present invention, the diffusion amount of sodium such as Na from the alkali supply layer 50 to the photoelectric conversion layer 34 can be favorably and appropriately controlled by the film thickness of the alkali supply layer 50.

次に、本実施形態の薄膜太陽電池30の製造方法について説明する。
まず、上述のようにして形成された基板10を用意する。
次に、基板10の絶縁層16の表面16aに、アルカリ供給層50として、例えば、ナトリウム化合物の含有量がNaO換算で10〜30%のソーダライムガラス層を、成膜装置を用いてRFスパッタ法により形成する。
次に、アルカリ供給層50の表面50aに裏面電極32となるモリブデン膜を、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、モリブデン膜を、例えば、レーザースクライブ法を用いて第1の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた分離溝(P1)33を形成する。これにより、分離溝(P1)33により互いに分離された裏面電極32が形成される。
Next, the manufacturing method of the thin film solar cell 30 of this embodiment is demonstrated.
First, the substrate 10 formed as described above is prepared.
Next, on the surface 16a of the insulating layer 16 of the substrate 10, as the alkali supply layer 50, for example, a soda lime glass layer having a sodium compound content of 10 to 30% in terms of Na 2 O is formed using a film forming apparatus. It is formed by RF sputtering.
Next, a molybdenum film to be the back electrode 32 is formed on the surface 50a of the alkali supply layer 50 by, for example, a sputtering method using a film forming apparatus.
Next, the molybdenum film is scribed at a first position using, for example, a laser scribing method to form a separation groove (P1) 33 extending in the width direction of the substrate 10. Thereby, the back surface electrodes 32 separated from each other by the separation groove (P1) 33 are formed.

次に、裏面電極32を覆い、かつ分離溝(P1)33を埋めるように、光電変換層34(p型半導体層)となる、例えば、CIGS層を上述のいずれかの成膜方法により、成膜装置を用いて形成する。
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)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、レーザースクライブ法を用いて分離溝(P1)33の第1の位置とは異なる第2の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた、裏面電極32にまで達する溝(P2)37を形成する。
Next, for example, a CIGS layer that becomes the photoelectric conversion layer 34 (p-type semiconductor layer) is formed by any one of the above-described film formation methods so as to cover the back electrode 32 and fill the separation groove (P1) 33. It forms using a membrane apparatus.
Next, a CdS layer (n-type semiconductor layer) to be the buffer layer 36 is formed on the CIGS layer by, for example, a CBD (chemical bath) method. Thereby, a pn junction semiconductor layer is formed.
Next, a second position different from the first position of the separation groove (P1) 33 is scribed using a laser scribing method, and extends to the back surface electrode 32 extending in the width direction of the substrate 10 (P2). ) 37 is formed.

次に、バッファ層36上に、溝(P2)37を埋めるように、透明電極38となる、例えば、Al、B、Ga、Sb等が添加されたZnO層を、成膜装置を用いて、スパッタ法または塗布法により形成する。
次に、レーザースクライブ法を用いて分離溝(P1)33の第1の位置および溝(P2)37の第2の位置とは異なる第3の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた、裏面電極32にまで達する開口溝(P3)39を形成する。こうして、基板10、およびアルカリ供給層50の積層体上に、複数の発電セル54を形成し、発電層56を形成する。
Next, a ZnO layer to which, for example, Al, B, Ga, Sb or the like to be the transparent electrode 38 is added so as to fill the groove (P2) 37 on the buffer layer 36 is formed using a film formation apparatus. It is formed by sputtering or coating.
Next, a third position different from the first position of the separation groove (P1) 33 and the second position of the groove (P2) 37 is scribed using a laser scribing method, and extends in the width direction of the substrate 10. Further, an opening groove (P3) 39 reaching the back electrode 32 is formed. In this way, a plurality of power generation cells 54 are formed on the laminate of the substrate 10 and the alkali supply layer 50, and the power generation layer 56 is formed.

次に、基板10の長手方向Lにおける左右側の端の裏面電極32上に形成された各光電変換素子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、裏面電極32を表出させる。次に、右側の端の裏面電極32上に第1の導電部材42を、左側の端の裏面電極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1に示すように、複数の光電変換素子40が直列に接続された薄膜太陽電池30を製造することができる。
Next, the respective photoelectric conversion elements 40 formed on the left and right end electrodes 32 in the longitudinal direction L of the substrate 10 are removed by, for example, laser scribing or mechanical scrubbing to expose the back electrode 32. Next, the first conductive member 42 is connected to the back electrode 32 at the right end, and the second conductive member 44 is connected to the back electrode 32 at the left end using, for example, ultrasonic soldering.
Thereby, as shown in FIG. 1, the thin film solar cell 30 in which the some photoelectric conversion element 40 was connected in series can be manufactured.

次いで、得られた薄膜太陽電池30の表面側に封止接着層(図示せず)、水蒸気バリア層(図示せず)および表面保護層(図示せず)を配置し、薄膜太陽電池30の裏面側、すなわち、基板10の裏面側に封止接着層(図示せず)およびバックシート(図示せず)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。これにより、薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。   Next, a sealing adhesive layer (not shown), a water vapor barrier layer (not shown) and a surface protective layer (not shown) are arranged on the surface side of the obtained thin film solar cell 30, and the back surface of the thin film solar cell 30. A sealing adhesive layer (not shown) and a back sheet (not shown) are arranged on the side, that is, the back side of the substrate 10, and are laminated by, for example, a vacuum laminating method. Thereby, a thin film solar cell module can be obtained.

本実施形態においては、ナトリウム化合物の含有量がNaO換算で10〜30%(Na換算で7〜20at.%)のアルカリ供給層50を設けることにより、光電変換層34(CIGS層)へのアルカリ金属の供給量を精密かつ再現性良く制御できる。これにより、光電変換素子40の変換効率を高めることができるとともに、光電変換素子40を歩留まりよく製造することができる。 In this embodiment, by providing the alkali supply layer 50 with a sodium compound content of 10 to 30% in terms of Na 2 O (7 to 20 at.% In terms of Na), the photoelectric conversion layer 34 (CIGS layer) is provided. The amount of alkali metal supplied can be controlled accurately and with good reproducibility. Thereby, while the conversion efficiency of the photoelectric conversion element 40 can be improved, the photoelectric conversion element 40 can be manufactured with a sufficient yield.

また、本実施形態においては、上述のように基板10を、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化された金属基板15およびこの金属基板15のAl基材14の表面14aに形成された絶縁層16を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度500℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能である。このため、500℃以上で光電変換層として化合物半導体を形成することができる。光電変換層を構成する化合物半導体は、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ため、これによっても、光電変換特性を向上させた光電変換層34を有する光電変換素子40を製造することができる。
しかも、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能であるため、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。
このように、基板10は耐熱性に優れるため、耐久性および保存寿命に優れた薄膜太陽電池30を得ることができる。このため、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールについても耐久性および保存寿命が優れる。
In the present embodiment, as described above, the substrate 10 is combined with the metal substrate 15 in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and the surface 14a of the Al base 14 of the metal substrate 15. By using the substrate with an insulating layer provided with the insulating layer 16 formed in the above, for example, high insulation and high strength can be maintained even after a film forming process at a temperature of 500 ° C. or higher, and the temperature is 500 ° C. or higher. A manufacturing process at a high temperature is possible. For this reason, a compound semiconductor can be formed as a photoelectric conversion layer at 500 ° C. or higher. Since the compound semiconductor that constitutes the photoelectric conversion layer can be improved in photoelectric conversion characteristics when formed at a high temperature, the photoelectric conversion element 40 having the photoelectric conversion layer 34 with improved photoelectric conversion characteristics can be obtained accordingly. Can be manufactured.
In addition, since the manufacturing process can be performed at a high temperature of 500 ° C. or higher, it is possible to eliminate restrictions on handling during manufacturing.
Thus, since the board | substrate 10 is excellent in heat resistance, the thin film solar cell 30 excellent in durability and a shelf life can be obtained. For this reason, durability and a shelf life are excellent also about a solar cell submodule and a thin film solar cell module.

また、本実施形態においては、基板10は、ロール・ツー・ロール方式で製造されるものであり、可撓性を有する。このため、光電変換素子40、薄膜太陽電池30も、例えば、基板10を長手方向Lに搬送しつつ、ロール・ツー・ロール方式で製造することができる。このように、薄膜太陽電池30を安価なロール・ツー・ロール方式で製造することができるため、薄膜太陽電池30の製造コスト低くすることができる。これにより、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールのコストを低くすることができる。   Moreover, in this embodiment, the board | substrate 10 is manufactured by a roll-to-roll system, and has flexibility. For this reason, the photoelectric conversion element 40 and the thin film solar cell 30 can also be manufactured by a roll-to-roll method, for example, conveying the board | substrate 10 to the longitudinal direction L. Thus, since the thin film solar cell 30 can be manufactured by an inexpensive roll-to-roll method, the manufacturing cost of the thin film solar cell 30 can be reduced. Thereby, the cost of a solar cell submodule or a thin film solar cell module can be reduced.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池サブモジュールを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態において、図2(a)に示す基板10および図1に示す第1の実施形態の薄膜太陽電池30と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3: is typical sectional drawing which shows the thin film solar cell submodule which comprises the thin film solar cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
In the present embodiment, the same components as those of the substrate 10 shown in FIG. 2A and the thin film solar cell 30 of the first embodiment shown in FIG. To do.

本実施形態の薄膜太陽電池30aは、第1の実施形態の薄膜太陽電池30に比して、アルカリ供給層50が絶縁層16の表面16aに形成されているのではなく、絶縁層16の表面16aに形成された拡散防止層52の表面52aにアルカリ供給層50が形成されている点が異なり、それ以外の構成は、第1の実施形態の薄膜太陽電池30と同様である。
本実施形態においては、拡散防止層52がアルカリ供給層50と絶縁層16との間に形成されている。なお、本実施形態においても、1つの発電セル54と、これに対応する基板10、拡散防止層52およびアルカリ供給層50の各部分からなるものを光電変換素子40と呼ぶが、図3に示す薄膜太陽電池30a自体を光電変換素子と呼んでもよい。
本実施形態においても、図2(b)に示す基板10aを用いてよいことはもちろんである。
Compared to the thin-film solar cell 30 of the first embodiment, the thin-film solar cell 30 a of the present embodiment does not have the alkali supply layer 50 formed on the surface 16 a of the insulating layer 16 but the surface of the insulating layer 16. The difference is that the alkali supply layer 50 is formed on the surface 52a of the diffusion prevention layer 52 formed on 16a, and the other configuration is the same as that of the thin film solar cell 30 of the first embodiment.
In the present embodiment, the diffusion preventing layer 52 is formed between the alkali supply layer 50 and the insulating layer 16. In the present embodiment, a single power generation cell 54 and the corresponding parts of the substrate 10, the diffusion prevention layer 52, and the alkali supply layer 50 are referred to as the photoelectric conversion element 40, but are shown in FIG. 3. The thin film solar cell 30a itself may be called a photoelectric conversion element.
Of course, also in this embodiment, the board | substrate 10a shown in FIG.2 (b) may be used.

本実施形態の拡散防止層52は、アルカリ供給層50に含まれるアルカリ金属が基板10に拡散するのを防止するとともに、光電変換層34へのアルカリ金属の拡散量を増加させるためのものである。   The diffusion prevention layer 52 of this embodiment is for preventing the alkali metal contained in the alkali supply layer 50 from diffusing into the substrate 10 and increasing the diffusion amount of the alkali metal into the photoelectric conversion layer 34. .

拡散防止層52は、例えば、窒化物で構成することができ、更には絶縁体であることが好ましい。
具体的には、拡散防止層52としては、窒化物である場合、TiN(9.4×10−6/℃)、ZrN(7.2×10−6/℃)、BN(6.4×10−6/℃)、AlN(5.7×10−6/℃)を用いることができる。このうち、拡散防止層52は、基板10の絶縁層16、アルミニウム陽極酸化膜との熱膨張係数差が小さい材料であることが好ましいことから、ZrN、BN、AlNが好ましい。これらのうち、絶縁体は、BN、AlNであり、これらが、拡散防止層52としては、より好ましい。さらに、アルミニウム陽極酸化膜との熱膨張係数差が最も小さいAlNが最も好ましい。
このように、拡散防止層52と基板10や光電変換層34との熱膨張係数を揃えることができ、その結果、拡散防止層52と基板10や光電変換層34との密着性を確保することができ、また、向上させることができ、基板10と光電変換層34との剥離を防ぐこともできる。
また、拡散防止層52は、酸化物で構成してもよい。この場合、酸化物としては、TiO(9.0×10−6/℃)、ZrO(7.6×10−6/℃)、HfO(6.5×10−6/℃)、Al(8.4×10−6/℃)を用いることができる。拡散防止層52は、酸化物で構成した場合でも、更には絶縁体であることが好ましい。
The diffusion preventing layer 52 can be made of nitride, for example, and is preferably an insulator.
Specifically, the diffusion preventing layer 52, when a nitride, TiN (9.4 × 10 -6 /℃),ZrN(7.2×10 -6 /℃),BN(6.4× it can be used 10 -6 /℃),AlN(5.7×10 -6 / ℃). Among these, the diffusion preventing layer 52 is preferably a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the insulating layer 16 of the substrate 10 and the aluminum anodic oxide film, and therefore, ZrN, BN, and AlN are preferable. Among these, the insulator is BN or AlN, and these are more preferable as the diffusion prevention layer 52. Furthermore, AlN having the smallest difference in thermal expansion coefficient from the aluminum anodic oxide film is most preferable.
Thus, the thermal expansion coefficients of the diffusion prevention layer 52 and the substrate 10 or the photoelectric conversion layer 34 can be made uniform, and as a result, the adhesion between the diffusion prevention layer 52 and the substrate 10 or the photoelectric conversion layer 34 is ensured. Can be improved, and peeling between the substrate 10 and the photoelectric conversion layer 34 can be prevented.
Further, the diffusion preventing layer 52 may be made of an oxide. In this case, as the oxide, TiO 2 (9.0 × 10 −6 / ° C.), ZrO 2 (7.6 × 10 −6 / ° C.), HfO 2 (6.5 × 10 −6 / ° C.), Al 2 O 3 (8.4 × 10 −6 / ° C.) can be used. Even when the diffusion preventing layer 52 is made of an oxide, it is preferably an insulator.

ここで、酸化物膜は膜中にNaを含有することにより、基板10へのNaの拡散を防止するが、窒化物膜は膜中にNa等のアルカリ金属を含有しにくく、窒化物膜内への拡散を妨げることにより、アルカリ供給層50よりも上層の光電変換層34(CIGS層)へのNaの拡散を促していると考えられる。このことから、拡散防止層52としては、窒化物の拡散防止層の方が酸化物の拡散防止層よりも光電変換層34(CIGS層)中へのアルカリ金属を拡散させる効果が得られる。このため、窒化物の拡散防止層の方がより好ましい。   Here, the oxide film contains Na in the film, thereby preventing Na from diffusing into the substrate 10. However, the nitride film hardly contains an alkali metal such as Na in the film, and the nitride film contains It is considered that the diffusion of Na to the photoelectric conversion layer 34 (CIGS layer), which is an upper layer than the alkali supply layer 50, is promoted by preventing the diffusion to the alkali supply layer 50. Therefore, as the diffusion preventing layer 52, the effect of diffusing the alkali metal into the photoelectric conversion layer 34 (CIGS layer) is obtained in the nitride diffusion preventing layer than in the oxide diffusion preventing layer. For this reason, a nitride diffusion prevention layer is more preferred.

拡散防止層52は、厚さが厚い方が、基板10への拡散防止機能と、光電変換層34へのアルカリ金属の拡散量を増加させる機能が高まるため好ましい。しかしながら、膜厚が厚い場合、剥離の起点になることから、拡散防止層52は、厚さが10nm〜200nmであることが好ましく、より好ましくは10〜100nmである。
上述したように、拡散防止層52が絶縁体で構成されている場合には、基板10の絶縁層16に加え、更に基板10の絶縁性(耐電圧特性)および耐熱特性を更に向上させることができ、耐電圧特性の高い光電変換素子40及び太陽電池30を得ることができる。
It is preferable that the diffusion prevention layer 52 is thicker because the diffusion prevention function to the substrate 10 and the function of increasing the diffusion amount of alkali metal to the photoelectric conversion layer 34 are enhanced. However, when the film thickness is thick, it becomes a starting point of peeling, and thus the diffusion prevention layer 52 preferably has a thickness of 10 nm to 200 nm, more preferably 10 to 100 nm.
As described above, when the diffusion preventing layer 52 is made of an insulator, in addition to the insulating layer 16 of the substrate 10, the insulating property (voltage resistance property) and heat resistance property of the substrate 10 can be further improved. In addition, the photoelectric conversion element 40 and the solar cell 30 having high withstand voltage characteristics can be obtained.

本実施形態の薄膜太陽電池30aは、第1の実施形態の薄膜太陽電池30と比して、絶縁層16の表面16aに、例えば、成膜装置を用いてスパッタ法により、TiN膜、ZrN膜、BN膜またはAlN膜を、拡散防止層52として形成する以外は、第1の実施形態の薄膜太陽電池30の製造方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施形態においても、図3に示すように、複数の光電変換素子40が電気的に直列に接続された薄膜太陽電池30aを製造することができる。
次いで、得られた薄膜太陽電池30aの表面側に封止接着層(図示せず)、水蒸気バリア層(図示せず)および表面保護層(図示せず)を配置し、薄膜太陽電池30aの裏面側、すなわち、基板10の裏面側に封止接着層(図示せず)およびバックシート(図示せず)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。これにより、薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。
Compared with the thin film solar cell 30 of the first embodiment, the thin film solar cell 30a of the present embodiment has a TiN film and a ZrN film formed on the surface 16a of the insulating layer 16 by, for example, sputtering using a film forming apparatus. The BN film or the AlN film is the same as the manufacturing method of the thin-film solar cell 30 of the first embodiment except that the BN film or the AlN film is formed as the diffusion prevention layer 52, and thus detailed description thereof is omitted.
Also in this embodiment, as shown in FIG. 3, the thin film solar cell 30a in which the some photoelectric conversion element 40 was electrically connected in series can be manufactured.
Next, a sealing adhesive layer (not shown), a water vapor barrier layer (not shown) and a surface protective layer (not shown) are arranged on the surface side of the obtained thin film solar cell 30a, and the back surface of the thin film solar cell 30a. A sealing adhesive layer (not shown) and a back sheet (not shown) are arranged on the side, that is, the back side of the substrate 10, and are laminated by, for example, a vacuum laminating method. Thereby, a thin film solar cell module can be obtained.

なお、本実施形態においては、拡散防止層52を設けただけであるため、第1の実施形態の薄膜太陽電池30と同様の効果を得ることができる。
さらには、拡散防止層52を設けることにより、光電変換層34へのアルカリ金属の拡散量を増加させることができるため、より変換効率の良い光電変換素子40を得ることができる。
また、拡散防止層52を設けることにより、アルカリ供給層50の厚さを薄くしても、第1の薄膜太陽電池30と同程度の変換効率の良い光電変換素子40を得ることができる。このように、アルカリ供給層50の厚さを薄くすることができるため、アルカリ供給層50を速くつくることができ、光電変換素子40の製造レートを高めることができる。また、アルカリ供給層50が剥離の起点となることも抑制することができる。
In this embodiment, since only the diffusion preventing layer 52 is provided, the same effect as that of the thin film solar cell 30 of the first embodiment can be obtained.
Furthermore, since the diffusion amount of the alkali metal into the photoelectric conversion layer 34 can be increased by providing the diffusion prevention layer 52, the photoelectric conversion element 40 with higher conversion efficiency can be obtained.
Further, by providing the diffusion preventing layer 52, even if the thickness of the alkali supply layer 50 is reduced, the photoelectric conversion element 40 having the same conversion efficiency as that of the first thin film solar cell 30 can be obtained. Thus, since the thickness of the alkali supply layer 50 can be reduced, the alkali supply layer 50 can be formed quickly, and the production rate of the photoelectric conversion element 40 can be increased. Moreover, it can also suppress that the alkali supply layer 50 becomes a starting point of peeling.

さらに、本実施形態においては、絶縁層16が形成されており、更に拡散防止層52を絶縁体で構成することにより、基板10の絶縁性(耐電圧特性)を更に向上させることができる。しかも、上述のように、基板10は耐熱性に優れる。これにより、耐久性および保存寿命がより優れた薄膜太陽電池30aとすることができる。このため、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールについても耐久性および保存寿命が更に優れる。   Furthermore, in the present embodiment, the insulating layer 16 is formed, and the insulation (voltage resistance characteristic) of the substrate 10 can be further improved by configuring the diffusion prevention layer 52 with an insulator. Moreover, as described above, the substrate 10 is excellent in heat resistance. Thereby, it can be set as the thin film solar cell 30a whose durability and the shelf life were more excellent. For this reason, durability and a shelf life are further excellent also about a solar cell submodule and a thin film solar cell module.

本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。   The present invention is basically as described above. As mentioned above, although the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention, the thin film solar cell, and the photoelectric conversion element was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, it is various improvement. Of course, changes may be made.

以下、本発明の光電変換素子の実施例について具体的に説明する。
本実施例では、以下に示す実施例1〜9、比較例1を作製し、光電変換層のナトリウム化合物の含有量、および光電変換素子の変換効率について検討した。
Examples of the photoelectric conversion element of the present invention will be specifically described below.
In this example, Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 shown below were prepared, and the content of the sodium compound in the photoelectric conversion layer and the conversion efficiency of the photoelectric conversion element were examined.

(実施例1)
市販のフェライト系ステンレス鋼材(材質SUS430)と、純度が4Nの高純度のアルミニウム材(以下、Al材という)とを用いて、冷間圧延法により加圧接合、減厚することにより、フェライト系ステンレス鋼材の厚さが50μm、Al材の厚さが30μmの3層のクラッド材を形成し、金属基板を得た。この金属基板の構成は、Al材(30μm)/フェライト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(30μm)である。
この金属基板に対して、金属基板のステンレス鋼面と端面をマスキングフィルムで被覆した。その後、エタノールを用いて超音波洗浄し、酢酸+過塩素酸溶液を用いて電解研磨した後、80g/Lシュウ酸溶液中で40Vの定電圧電解することにより、絶縁層として厚さが10μmの陽極酸化膜をAl材の表面に形成した。陽極酸化処理後のAl材の厚さは15μmであった。以上の工程により、陽極酸化膜(10μm)/Al材(15μm)/フェライト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(15μm)/陽極酸化膜(10μm)という構造の絶縁層付基板を得た。
Example 1
By using a commercially available ferritic stainless steel material (material SUS430) and a high purity aluminum material (hereinafter referred to as Al material) with a purity of 4N, pressure bonding and reducing the thickness by cold rolling method, the ferrite type A three-layer clad material having a stainless steel material thickness of 50 μm and an Al material thickness of 30 μm was formed to obtain a metal substrate. The configuration of this metal substrate is Al material (30 μm) / ferritic stainless steel material (50 μm) / Al material (30 μm).
With respect to this metal substrate, the stainless steel surface and end surface of the metal substrate were covered with a masking film. Then, after ultrasonic cleaning with ethanol, electropolishing with acetic acid + perchloric acid solution, electrolysis with constant voltage of 40 V in an 80 g / L oxalic acid solution, the thickness of the insulating layer is 10 μm. An anodized film was formed on the surface of the Al material. The thickness of the Al material after the anodizing treatment was 15 μm. The substrate with an insulating layer having the structure of anodized film (10 μm) / Al material (15 μm) / ferritic stainless steel material (50 μm) / Al material (15 μm) / anodized film (10 μm) was obtained by the above process.

次に、この絶縁層付基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラス(SLG)を200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物(ナトリウム化合物)の含有量はNaO換算で10%(Na換算では7at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。
次に、光電変換層(半導体層)として、裏面電極上に、基板温度を550℃として、Cu(In0.7Ga0.3)Seを成膜した。
Cu(In0.7Ga0.3)Seは、Kセル(knudsen-Cell:クヌーセンセル)を蒸発源として用いた蒸発法を用いて、2μmの厚さに形成した。
Next, blue plate glass (SLG) was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one surface of the substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide (sodium compound) in this blue plate glass is 10% in terms of Na 2 O (7 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
On the alkali supply layer, Mo was formed to a thickness of 800 nm as a back electrode by DC sputtering.
Next, as a photoelectric conversion layer (semiconductor layer), on the back electrode, a substrate temperature of 550 ° C., was deposited Cu (In 0.7 Ga 0.3) Se 2.
Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 was formed to a thickness of 2 μm by an evaporation method using a K cell (knudsen-Cell) as an evaporation source.

次に、光電変換層(CIGS層)の表面にCdSバッファ層を、50nmの厚さにCBD法(化学析出法)により成膜した。次いで、CdSバッファ層の表面にZnO層を、50nmの厚さにスパッタ法により形成した。さらに、透明電極層としてAl−ZnO層を、300nmの厚さにスパッタ法により形成した。最後に、Al−ZnO層の表面に、取出し電極として、Al層を蒸着法により形成した。これを実施例1とした。   Next, a CdS buffer layer was formed on the surface of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) by a CBD method (chemical precipitation method) to a thickness of 50 nm. Next, a ZnO layer having a thickness of 50 nm was formed on the surface of the CdS buffer layer by sputtering. Further, an Al—ZnO layer as a transparent electrode layer was formed to a thickness of 300 nm by sputtering. Finally, an Al layer was formed on the surface of the Al—ZnO layer as an extraction electrode by a vapor deposition method. This was designated Example 1.

(実施例2)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例2とした。
(Example 2)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated Example 2.

(実施例3)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で20%(Na換算では14at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例3とした。
(Example 3)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 20% in terms of Na 2 O (14 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated as Example 3.

(実施例4)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを100nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で20%(Na換算では14at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例4とした。
Example 4
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 100 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 20% in terms of Na 2 O (14 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated Example 4.

(実施例5)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で20%(Na換算では14at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを400nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例5とした。
(Example 5)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 20% in terms of Na 2 O (14 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed on the alkali supply layer as a back electrode to a thickness of 400 nm by DC sputtering. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated as Example 5.

(実施例6)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面に、拡散防止層として、窒化アルミニウム(AlN)を100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜した。
次に、拡散防止層上にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例6とした。
(Example 6)
The same metal substrate with an insulating layer as in Example 1 was used, and aluminum nitride (AlN) was formed to a thickness of 100 nm as a diffusion prevention layer on one surface of the metal substrate with an insulating layer by a reactive sputtering method.
Next, as an alkali supply layer (Na supply source), a soda-lime glass was formed to a thickness of 200 nm by RF sputtering on the diffusion prevention layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated Example 6.

(実施例7)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面に、拡散防止層として、窒化チタン(TiN)を100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜した。
次に、拡散防止層上にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例7とした。
(Example 7)
The same metal substrate with an insulating layer as in Example 1 was used, and titanium nitride (TiN) was formed as a diffusion prevention layer to a thickness of 100 nm on one surface of the metal substrate with an insulating layer by a reactive sputtering method.
Next, as an alkali supply layer (Na supply source), a soda-lime glass was formed to a thickness of 200 nm by RF sputtering on the diffusion prevention layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated as Example 7.

(実施例8)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で25%(Na換算では16at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例8とした。
(Example 8)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 25% in terms of Na 2 O (16 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated Example 8.

(実施例9)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で30%(Na換算では20at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例9とした。
Example 9
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 30% in terms of Na 2 O (20 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated as Example 9.

(実施例10)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面に、拡散防止層として、酸化アルミニウム(Al)を100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜した。
次に、拡散防止層上にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを実施例10とした。
(Example 10)
The same metal substrate with an insulating layer as in Example 1 was used, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was formed as a diffusion preventing layer on one surface of the metal substrate with an insulating layer to a thickness of 100 nm by a reactive sputtering method. .
Next, as an alkali supply layer (Na supply source), a soda-lime glass was formed to a thickness of 200 nm by RF sputtering on the diffusion prevention layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated Example 10.

(比較例1)
実施例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、この絶縁層付金属基板の片面にアルカリ供給層(Na供給源)として、青板ガラスを200nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜した。この青板ガラスのナトリウム酸化物の含有量はNaO換算で5%(Na換算では3at.%)である。なお、表2ではNa換算値を示す。
次に、アルカリ供給層上に、裏面電極として、Moを800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。この裏面電極上に、光電変換層(CIGS層)、CdSバッファ層、ZnO層、Al−ZnO層および取出し電極の順で、上述の実施例1と同様にして、形成した。これを比較例1とした。
(Comparative Example 1)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Example 1, blue plate glass was formed into a thickness of 200 nm by RF sputtering as an alkali supply layer (Na supply source) on one side of the metal substrate with an insulating layer. The content of sodium oxide in this blue plate glass is 5% in terms of Na 2 O (3 at.% In terms of Na). In Table 2, Na converted values are shown.
Next, Mo was formed to a thickness of 800 nm on the alkali supply layer as a back electrode by a DC sputtering method. On the back electrode, a photoelectric conversion layer (CIGS layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, an Al—ZnO layer, and an extraction electrode were formed in the same manner as in Example 1 described above. This was designated as Comparative Example 1.

以上の実施例1〜9、比較例1の光電変換素子についての拡散防止層の有無、拡散防止層の構成、アルカリ供給層の構成、裏面電極の構成を下記表2に示す。   Table 2 below shows the presence or absence of the diffusion prevention layer, the configuration of the diffusion prevention layer, the configuration of the alkali supply layer, and the configuration of the back electrode for the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1.

本実施例では、実施例1〜9、比較例1の光電変換素子について、光電変換層(CIGS層)のNa濃度(アルカリ含有量)を測定した。
このNa濃度の測定は、SIMS(二次イオン質量分析計)を用いた、測定のための一次イオン種はO とし、加速電圧は6.0kVとした。光電変換層(CIGS層)中のNa濃度は厚さ方向に分布を持つが積分し平均値を導出し、この平均値をNa濃度の評価に用いた。その結果を下記表2に示す。
In the present Example, about the photoelectric conversion element of Examples 1-9 and the comparative example 1, Na density | concentration (alkali content) of a photoelectric converting layer (CIGS layer) was measured.
The Na concentration was measured using SIMS (secondary ion mass spectrometer), the primary ion species for measurement was O 2 + , and the acceleration voltage was 6.0 kV. The Na concentration in the photoelectric conversion layer (CIGS layer) has a distribution in the thickness direction but is integrated to derive an average value, and this average value was used for evaluating the Na concentration. The results are shown in Table 2 below.

また、実施例1〜9、比較例1の光電変換素子について光電変換効率を評価した。
作製した光電変換素子について、Air Mass(AM)=1.5、100mW/cmの擬似太陽光を用いて光電変換効率を評価した。
実施例1〜9、比較例1の光電変換素子について、それぞれ、8個のサンプルを作製した。各実施例1〜9、比較例1の各光電変換素子について上記条件で光電変換効率を測定し、その中での最高値に対して80%以上の光電変換効率であった光電変換素子のサンプルを合格品とし、それ以外のものを不合格品とした。合格品の平均値を各実施例1〜9、比較例1の光電変換素子の変換効率とした。その結果を下記表2に示す。
Moreover, photoelectric conversion efficiency was evaluated about the photoelectric conversion element of Examples 1-9 and the comparative example 1. FIG.
About the produced photoelectric conversion element, photoelectric conversion efficiency was evaluated using the artificial sunlight of Air Mass (AM) = 1.5 and 100 mW / cm < 2 >.
About the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, 8 samples were produced. For each photoelectric conversion element of each of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, the photoelectric conversion efficiency was measured under the above conditions, and a sample of the photoelectric conversion element that had a photoelectric conversion efficiency of 80% or more with respect to the highest value among them. Was regarded as an acceptable product, and other products were regarded as unacceptable products. The average value of the accepted products was defined as the conversion efficiency of the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 2 below.

上記表2に示すように、実施例1〜3と比較例1を比べると、アルカリ供給層の厚さが同じ場合にはアルカリ供給層に含まれるNa濃度が高い方がCIGS層中のNa濃度が高くなる。また、それに伴い変換効率が改善される。
また、実施例3、実施例4を比べると、アルカリ供給層に含まれるNa濃度が同じ場合、アルカリ供給層の厚さが厚いほうが、CIGS層のNaの濃度が高くなる、すなわち、CIGS層に含まれるNa量が多くなる。
また、実施例3、実施例5を比べると、アルカリ供給層に含まれるNa濃度と、アルカリ供給層の厚さが同じ場合、裏面電極であるMo膜の膜厚が薄いほうがCIGSにNaが拡散しやすく、CIGS層のNaの濃度が高くなる、すなわち、CIGS層に含まれるNa量が多くなる。
As shown in Table 2 above, when Examples 1 to 3 are compared with Comparative Example 1, when the thickness of the alkali supply layer is the same, the Na concentration contained in the alkali supply layer is higher in the CIGS layer. Becomes higher. In addition, conversion efficiency is improved accordingly.
Further, when Example 3 and Example 4 are compared, when the Na concentration contained in the alkali supply layer is the same, the thicker the alkali supply layer, the higher the concentration of Na in the CIGS layer, that is, in the CIGS layer The amount of Na contained increases.
Further, when Example 3 and Example 5 are compared, when the Na concentration contained in the alkali supply layer is the same as the thickness of the alkali supply layer, Na diffuses into CIGS when the Mo film as the back electrode is thinner. The concentration of Na in the CIGS layer increases, that is, the amount of Na contained in the CIGS layer increases.

また、実施例2、実施例6、実施例7を比べてみると、拡散防止層が存在する方がCIGS層のNaの濃度が高くなる、すなわち、CIGS層に含まれるNa量が多くなる。また、実施例6、実施例7の比較から、窒化物の拡散防止層であれば拡散防止層の効果としては、大差がない。また、ここから拡散防止層が存在すれば、アルカリ供給層(SLG層)中のNa濃度が低くても、また、アルカリ供給層の厚さが薄くてもCIGS層中に多くのNaを供給することができる。
また、実施例6、実施例7、実施例10を比べてみると、拡散防止層は、酸化物よりも窒化物の方がCIGS層中に多くのNaを供給することができ、それに伴い変換効率が改善される。
また、実施例8、9においては、アルカリ供給層(SLG層)の厚さが200nmと厚いため、ナトリウム酸化物の含有量がNa換算で16at.%でも20at.%(NaO換算で25%でも30%)でも、CIGS層に十分なNa量が供給される。このため、変換効率は、他のNa濃度よりも向上するものの、ナトリウム酸化物の含有量がNa換算で16at.%(NaO換算で25%)以上では、特にこれ以上、効率向上には寄与しない。
Further, when Example 2, Example 6, and Example 7 are compared, the concentration of Na in the CIGS layer increases when the diffusion prevention layer exists, that is, the amount of Na contained in the CIGS layer increases. Further, from the comparison between Example 6 and Example 7, there is no great difference in the effect of the diffusion preventing layer as long as it is a nitride diffusion preventing layer. If a diffusion prevention layer exists from here, even if the Na concentration in the alkali supply layer (SLG layer) is low or the thickness of the alkali supply layer is small, a large amount of Na is supplied into the CIGS layer. be able to.
Further, comparing Example 6, Example 7, and Example 10, the diffusion prevention layer can supply more Na into the CIGS layer than the oxide, and the conversion is accompanied by the conversion. Efficiency is improved.
In Examples 8 and 9, since the thickness of the alkali supply layer (SLG layer) is as thick as 200 nm, the content of sodium oxide is 16 at. % At 20 at. % (25% or 30% in terms of Na 2 O) provides a sufficient amount of Na to the CIGS layer. For this reason, although conversion efficiency improves rather than other Na density | concentrations, content of sodium oxide is 16 at. If it is% (25% in terms of Na 2 O) or more, it does not contribute to the improvement of efficiency.

以下、本発明の光電変換素子の実施例について具体的に説明する。
本実施例では、以下に示す実施例11〜38、比較例10〜14を作製し、光電変換層のナトリウム化合物の含有量、および光電変換素子の変換効率について検討した。なお、実施例11〜38および比較例10〜14以外にも、さらにこれらの比較のために、非特許文献1に開示されたものを比較例15〜19とした。
Examples of the photoelectric conversion element of the present invention will be specifically described below.
In this example, Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14 shown below were prepared, and the content of the sodium compound in the photoelectric conversion layer and the conversion efficiency of the photoelectric conversion element were examined. In addition to Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14, those disclosed in Non-Patent Document 1 were used as Comparative Examples 15 to 19 for comparison.

(実施例11)
市販のフェライト系ステンレス鋼材(材質:SUS430)12と、アルミ純度が4Nの高純度のアルミニウム材(以下、Al材という)14とを用いて、冷間圧延法により加圧接合、減厚することにより、フェライト系ステンレス鋼材の厚さが100μm、Al材の厚さが30μmの3層のクラッド材を形成し、金属基板15を得た。この金属基板15の構成は、Al材(30μm)/フェライト系ステンレス鋼材(100μm)/Al材(30μm)である。
(Example 11)
Using a commercially available ferritic stainless steel material (material: SUS430) 12 and a high-purity aluminum material (hereinafter referred to as Al material) 14 having an aluminum purity of 4N, press bonding and reducing the thickness by cold rolling. As a result, a three-layer clad material having a ferritic stainless steel material thickness of 100 μm and an Al material thickness of 30 μm was formed, and a metal substrate 15 was obtained. The configuration of the metal substrate 15 is Al material (30 μm) / ferritic stainless steel material (100 μm) / Al material (30 μm).

この金属基板15に対して、金属基板15のステンレス鋼面と端面をマスキングフィルムで被覆した。その後、エタノールを用いて超音波洗浄し、酢酸+過塩素酸溶液を用いて電解研磨した後、1Mマロン酸溶液中で、電圧80V、温度80℃で定電圧電解することにより、絶縁層16として厚さが10μmの陽極酸化膜をAl材14の表面に形成した。陽極酸化処理後のAl材14の厚さは15μmであった。以上の工程により、陽極酸化膜(10μm)/Al材(15μm)/フェライト系ステンレス鋼材(100μm)/Al材(15μm)/陽極酸化膜(10μm)という構造の絶縁層付基板10を得た。   The metal substrate 15 was covered with a masking film on the stainless steel surface and the end surface of the metal substrate 15. Thereafter, ultrasonic cleaning is performed using ethanol, and electropolishing is performed using an acetic acid + perchloric acid solution, followed by constant voltage electrolysis in a 1M malonic acid solution at a voltage of 80 V and a temperature of 80 ° C. An anodic oxide film having a thickness of 10 μm was formed on the surface of the Al material 14. The thickness of the Al material 14 after the anodizing treatment was 15 μm. The substrate 10 with an insulating layer having a structure of anodized film (10 μm) / Al material (15 μm) / ferritic stainless steel material (100 μm) / Al material (15 μm) / anodized film (10 μm) was obtained by the above steps.

次に、絶縁層付基板の片面にアルカリ供給層50(Na供給源)として、青板ガラス(SLG)を50nmの厚さにRFスパッタリング法により成膜し、青板ガラス層(以下、SLG層という)を得た。このSLG層のナトリウム酸化物(ナトリウム化合物)の含有量はNaO換算での含有量が10%(Na換算で7at.%)である。
さらに、アルカリ供給層50上に、裏面電極32として、Mo膜を400nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。
Next, as an alkali supply layer 50 (Na supply source) on one side of the substrate with an insulating layer, blue plate glass (SLG) is formed to a thickness of 50 nm by RF sputtering, and a blue plate glass layer (hereinafter referred to as SLG layer). Got. The content of sodium oxide (sodium compound) in this SLG layer is 10% in terms of Na 2 O (7 at.% In terms of Na).
Further, a Mo film having a thickness of 400 nm was formed as a back electrode 32 on the alkali supply layer 50 by DC sputtering.

次に、Kセルを蒸着源として用いた蒸着法を用いて、基板温度を520℃とし、裏面電極32上に光電変換層34としてCu(In0.7Ga0.3)Seを2μmの厚さに形成した。
次に、光電変換層34の表面にCdSバッファ層36を、50nmの厚さにCBD法により成膜した。次いで、CdSバッファ層36上に透明電極層38としてAl−ZnO層を、200nmの厚さにスパッタ法により形成した。最後に、透明電極層38であるAl−ZnO層の表面に、取出し電極として、Al層(第1及び第2導電部材42および44)を蒸着法により形成し、光電変換素子を得た。こうして得られた光電変換素子を実施例11とした。
Next, using a vapor deposition method using a K cell as a vapor deposition source, the substrate temperature is set to 520 ° C., and Cu (In 0.7 Ga 0.3) Se 2 is formed as a photoelectric conversion layer 34 on the back electrode 32 to a thickness of 2 μm. Formed.
Next, a CdS buffer layer 36 was formed on the surface of the photoelectric conversion layer 34 to a thickness of 50 nm by the CBD method. Next, an Al—ZnO layer as a transparent electrode layer 38 was formed on the CdS buffer layer 36 to a thickness of 200 nm by sputtering. Finally, an Al layer (first and second conductive members 42 and 44) was formed as an extraction electrode on the surface of the Al—ZnO layer, which is the transparent electrode layer 38, to obtain a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element thus obtained was referred to as Example 11.

なお、本実施例では、アルカリ供給層として、SLG層を、RF電源を用いて、ターゲットサイズが直径8インチのソーダライムガラスターゲットを用い、パワー密度が2W/cm、成膜圧力が1.2Pa(Ar+O雰囲気)の成膜条件で形成した。この場合、成膜レートは、4nm/分であった。
一方、裏面電極32として形成されるMo膜を、パルスDC電源を用いて、ターゲットサイズが直径8インチ、パワー密度が7W/cm、成膜圧力が0.5Pa(Ar雰囲気)の成膜条件で形成した場合、成膜レートは300nm/分である。アルカリ供給層として形成したSLG層は、成膜レートがMo膜の約1/75であった。
In this embodiment, as the alkali supply layer, an SLG layer is used, an RF power source is used, a soda lime glass target having a target size of 8 inches in diameter, a power density of 2 W / cm 2 , and a deposition pressure of 1. The film was formed under film forming conditions of 2 Pa (Ar + O 2 atmosphere). In this case, the film formation rate was 4 nm / min.
On the other hand, the Mo film formed as the back electrode 32 is formed by using a pulsed DC power source with a target size of 8 inches in diameter, a power density of 7 W / cm 2 and a film forming pressure of 0.5 Pa (Ar atmosphere). In this case, the film formation rate is 300 nm / min. The SLG layer formed as the alkali supply layer had a film formation rate of about 1/75 of that of the Mo film.

(実施例12〜実施例15)
実施例12〜15は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)の厚さが異なる以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例12は、SLG層の厚さが100nmであり、実施例13は、SLG層の厚さが150nmであり、実施例14は、SLG層の厚さが200nmであり、実施例15は、SLG層の厚さが250nmである。
(Example 12 to Example 15)
Examples 12 to 15 have the same configuration as that of Example 11 described above except that the thickness of the SLG layer (alkali supply layer) is different from that of Example 11.
Example 12 has an SLG layer thickness of 100 nm, Example 13 has an SLG layer thickness of 150 nm, Example 14 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Example 15 has an The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(実施例16〜実施例20)
実施例16は、実施例11に比して、アルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例17〜20は、アルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である点、およびSLG層(アルカリ供給層)の厚さが異なる点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例17は、SLG層の厚さが100nmであり、実施例18は、SLG層の厚さが150nmであり、実施例19は、SLG層の厚さが200nmであり、実施例20は、SLG層の厚さが250nmである。
(Example 16 to Example 20)
Example 16 is the same as Example 11 except that the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na) compared to Example 11. It is the same composition.
In Examples 17 to 20, the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na), and the thickness of the SLG layer (alkali supply layer) is different. Except for this point, the configuration is the same as that of Example 11 described above.
Example 17 has an SLG layer thickness of 100 nm, Example 18 has an SLG layer thickness of 150 nm, Example 19 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Example 20 has an The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(実施例21〜23)
実施例21は、実施例11に比して、絶縁層付金属基板の片面に拡散防止層として、窒化アルミニウム(AlN)が100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜され、この拡散防止層上に、厚さが200nmのSLG層(アルカリ供給層)が形成されている点、およびアルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例22は、実施例11に比して、絶縁層付金属基板の片面に拡散防止層として、窒化チタン(TiN)が100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜され、この拡散防止層上に、厚さが200nmのSLG層(アルカリ供給層)が形成されている点、およびアルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例23は、実施例11に比して、絶縁層付金属基板の片面に拡散防止層として、酸化アルミニウム(Al)が100nmの厚さに反応性スパッタリング法により成膜され、この拡散防止層上に、厚さが200nmのSLG層(アルカリ供給層)が形成されている点、およびアルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で15%(Na換算では10at.%)である点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
(Examples 21 to 23)
In Example 21, as compared with Example 11, aluminum nitride (AlN) was formed to a thickness of 100 nm as a diffusion preventing layer on one side of the metal substrate with an insulating layer by a reactive sputtering method. On top, the SLG layer (alkali supply layer) having a thickness of 200 nm is formed, and the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). Except for certain points, the configuration is the same as that of Example 11 described above.
In Example 22, as compared with Example 11, titanium nitride (TiN) was formed into a thickness of 100 nm as a diffusion preventing layer on one side of the metal substrate with an insulating layer by a reactive sputtering method. On top, the SLG layer (alkali supply layer) having a thickness of 200 nm is formed, and the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 15% in terms of Na 2 O (10 at.% In terms of Na). Except for certain points, the configuration is the same as that of Example 11 described above.
In Example 23, as compared with Example 11, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was formed to a thickness of 100 nm as a diffusion prevention layer on one side of a metal substrate with an insulating layer by a reactive sputtering method. The SLG layer (alkali supply layer) having a thickness of 200 nm is formed on the diffusion prevention layer, and the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 15% in terms of Na 2 O (10 at. %), The configuration is the same as that of Example 11 described above.

(実施例24〜28)
実施例24は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で20%(Na換算では14at.%)である以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例25〜28は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で20%(Na換算では14at.%)である点、およびSLG層(アルカリ供給層)の厚さが異なる点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例25は、SLG層の厚さが100nmであり、実施例26は、SLG層の厚さが150nmであり、実施例27は、SLG層の厚さが200nmであり、実施例28は、SLG層の厚さが250nmである。
(Examples 24-28)
Example 24 is the same as Example 11 except that the content of sodium oxide in the SLG layer (alkali supply layer) is 20% in terms of Na 2 O (14 at.% In terms of Na). The configuration is the same as in Example 11.
In Examples 25 to 28, compared to Example 11, the content of sodium oxide in the SLG layer (alkali supply layer) is 20% in terms of Na 2 O (14 at.% In terms of Na), and The configuration is the same as that of Example 11 described above except that the thickness of the SLG layer (alkali supply layer) is different.
Example 25 has an SLG layer thickness of 100 nm, Example 26 has an SLG layer thickness of 150 nm, Example 27 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Example 28 has an The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(実施例29〜33)
実施例29は、実施例11に比して、アルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で25%(Na換算では16at.%)である以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例30〜33は、実施例11に比して、アルカリ供給層のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で25%(Na換算では16at.%)である点、およびSLG層(アルカリ供給層)の厚さが異なる点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例30は、SLG層の厚さが100nmであり、実施例31は、SLG層の厚さが150nmであり、実施例32は、SLG層の厚さが200nmであり、実施例33は、SLG層の厚さが250nmである。
(Examples 29 to 33)
Example 29 is similar to Example 11 except that the content of sodium oxide in the alkali supply layer is 25% in terms of Na 2 O (16 at.% In terms of Na), compared to Example 11. It is the same composition.
In Examples 30 to 33, compared to Example 11, the content of sodium oxide in the alkali supply layer was 25% in terms of Na 2 O (16 at.% In terms of Na), and the SLG layer (alkaline The configuration is the same as that of Example 11 except that the thickness of the supply layer is different.
Example 30 has an SLG layer thickness of 100 nm, Example 31 has an SLG layer thickness of 150 nm, Example 32 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Example 33 has an The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(実施例34〜38)
実施例34は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で30%(Na換算では20at.%)である以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例35〜38は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で30%(Na換算では20at.%)である点、およびアルカリ供給層の厚さが異なる点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
実施例35は、SLG層の厚さが100nmであり、実施例36は、SLG層の厚さが150nmであり、実施例37は、SLG層の厚さが200nmであり、実施例38は、SLG層の厚さが250nmである。
(Examples 34 to 38)
Example 34 is the same as Example 11 except that the content of sodium oxide in the SLG layer (alkali supply layer) is 30% in terms of Na 2 O (20 at.% In terms of Na). The configuration is the same as in Example 11.
In Examples 35 to 38, the content of sodium oxide in the SLG layer (alkali supply layer) is 30% in terms of Na 2 O (20 at.% In terms of Na) as compared to Example 11, and The configuration is the same as that of Example 11 except that the thickness of the alkali supply layer is different.
Example 35 has an SLG layer thickness of 100 nm, Example 36 has an SLG layer thickness of 150 nm, Example 37 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Example 38 has an The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(比較例10〜比較例14)
比較例10は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で5%(Na換算では3at.%)である以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
比較例11〜14は、実施例11に比して、SLG層(アルカリ供給層)のナトリウム酸化物の含有量がNaO換算で5%(Na換算では3at.%)である点、およびSLG層(アルカリ供給層)の厚さが異なる点以外は、上述の実施例11と同様の構成である。
比較例11は、SLG層の厚さが100nmであり、比較例12は、SLG層の厚さが150nmであり、比較例13は、SLG層の厚さが200nmであり、比較例14は、SLG層の厚さが250nmである。
(Comparative Example 10 to Comparative Example 14)
Comparative Example 10 is the same as Example 11 except that the content of sodium oxide in the SLG layer (alkali supply layer) is 5% in Na 2 O conversion (3 at.% In Na conversion). The configuration is the same as in Example 11.
In Comparative Examples 11 to 14, the sodium oxide content of the SLG layer (alkali supply layer) is 5% in terms of Na 2 O (3 at.% In terms of Na) as compared to Example 11, and The configuration is the same as that of Example 11 described above except that the thickness of the SLG layer (alkali supply layer) is different.
Comparative Example 11 has an SLG layer thickness of 100 nm, Comparative Example 12 has an SLG layer thickness of 150 nm, Comparative Example 13 has an SLG layer thickness of 200 nm, and Comparative Example 14 has The thickness of the SLG layer is 250 nm.

(比較例15〜19)
比較例15〜19は、非特許文献1に開示されたものである。非特許文献1に開示されたものであることを明確にするために、下記表3の比較例15〜19の備考の欄には、「*文献」と記している。
比較例15においては、厚さが20μmのTi箔基板に用い、このTi箔基板上に、裏面電極として、Moが800nmの厚さにスパッタ法により形成されている。裏面電極上に、光電変換層34として、3段階法を用いてCu(In、Ga)Seが形成されている。なお、Cu(In、Ga)Seの成膜温度は、1段階目が350℃であり、2段階目、3段階目は550℃である。
(Comparative Examples 15-19)
Comparative Examples 15 to 19 are disclosed in Non-Patent Document 1. In order to clarify that it is disclosed in Non-Patent Document 1, “* Document” is written in the remarks column of Comparative Examples 15 to 19 in Table 3 below.
In Comparative Example 15, a Ti foil substrate having a thickness of 20 μm was used, and Mo was formed as a back electrode on the Ti foil substrate to a thickness of 800 nm by sputtering. On the back electrode, Cu (In, Ga) Se 2 is formed as the photoelectric conversion layer 34 using a three-stage method. The deposition temperature of Cu (In, Ga) Se 2 is 350 ° C. in the first stage, and 550 ° C. in the second stage and the third stage.

比較例16は、比較例15に比して、Ti箔基板上に、アルカリ供給層として、厚さが50nmのSLG層が形成されている以外は、上述の比較例15と同様の構成である。
比較例17は、比較例15に比して、Ti箔基板上に厚さが120nmのSLG層が形成されている以外は、上述の比較例15と同様の構成である。
比較例18は、比較例15に比して、Ti箔基板上に厚さが150nmのSLG層が形成されている以外は、上述の比較例15と同様の構成である。
比較例19は、比較例15に比して、Ti箔基板上に厚さが230nmのSLG層が形成されている以外は、上述の比較例15と同様の構成である。
Comparative Example 16 has the same configuration as Comparative Example 15 except that an SLG layer having a thickness of 50 nm is formed as an alkali supply layer on the Ti foil substrate as compared with Comparative Example 15. .
Comparative Example 17 has the same configuration as Comparative Example 15 described above except that an SLG layer having a thickness of 120 nm is formed on the Ti foil substrate as compared with Comparative Example 15.
Comparative Example 18 has the same configuration as Comparative Example 15 described above except that an SLG layer having a thickness of 150 nm is formed on the Ti foil substrate as compared with Comparative Example 15.
Comparative Example 19 has the same configuration as Comparative Example 15 described above except that an SLG layer having a thickness of 230 nm is formed on the Ti foil substrate as compared with Comparative Example 15.

以上の実施例11〜38、比較例10〜19の光電変換素子についての拡散防止層の有無、拡散防止層の構成、アルカリ供給層の構成、裏面電極の構成を下記表3に示す。なお、表3ではナトリウム酸化物の含有量はNa換算値で示す。   Table 3 below shows the presence or absence of the diffusion prevention layer, the configuration of the diffusion prevention layer, the configuration of the alkali supply layer, and the configuration of the back electrode for the photoelectric conversion elements of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 19. In Table 3, the content of sodium oxide is expressed in terms of Na.

本実施例では、実施例11〜38、比較例10〜14の光電変換素子について、光電変換層(CIGS層)のNa濃度(アルカリ含有量)を測定した。
このNa濃度の測定は、SIMS(二次イオン質量分析計)を用いた、測定のための一次イオン種はO とし、加速電圧は6.0kVとした。光電変換層(CIGS層)中のNa濃度は厚さ方向に分布を持つが積分し平均値を導出し、この平均値をNa濃度の評価に用いた。その結果を下記表3に示す。
In this example, the Na concentration (alkali content) of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) was measured for the photoelectric conversion elements of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14.
The Na concentration was measured using SIMS (secondary ion mass spectrometer), the primary ion species for measurement was O 2 + , and the acceleration voltage was 6.0 kV. The Na concentration in the photoelectric conversion layer (CIGS layer) has a distribution in the thickness direction but is integrated to derive an average value, and this average value was used for evaluating the Na concentration. The results are shown in Table 3 below.

また、実施例11〜38、比較例10〜14の光電変換素子について光電変換効率を評価した。作製した光電変換素子について、Air Mass(AM)=1.5、100mW/cmの擬似太陽光を用いて光電変換効率を評価した。
実施例11〜38、比較例10〜14の光電変換素子について、それぞれ、8個のサンプルを作製した。各実施例11〜38、比較例10〜14の各光電変換素子について上記条件で光電変換効率を測定し、その中での最高値に対して80%以上の光電変換効率であった光電変換素子のサンプルを合格品とし、それ以外のものを不合格品とした。合格品の平均値を各実施例11〜38、比較例10〜14の光電変換素子の変換効率とした。その結果を下記表3に示す。実施例11〜38、比較例10〜14のうち、実施例21〜23以外のもの結果を図4に示す。
なお、作製した8個の光電変換素子のサンプルのうち、半数以上が不合格品であるものについては、下記表3に※印を付した。
Moreover, the photoelectric conversion efficiency was evaluated about the photoelectric conversion element of Examples 11-38 and Comparative Examples 10-14. About the produced photoelectric conversion element, photoelectric conversion efficiency was evaluated using the artificial sunlight of Air Mass (AM) = 1.5 and 100 mW / cm < 2 >.
For each of the photoelectric conversion elements of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14, eight samples were produced. For each of the photoelectric conversion elements of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14, the photoelectric conversion efficiency was measured under the above conditions, and the photoelectric conversion element had a photoelectric conversion efficiency of 80% or more with respect to the highest value among them. These samples were regarded as acceptable products, and other samples were regarded as unacceptable products. The average value of the accepted products was defined as the conversion efficiency of the photoelectric conversion elements of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14. The results are shown in Table 3 below. Of Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14, the results other than Examples 21 to 23 are shown in FIG.
In addition, about the sample which produced the 8 photoelectric conversion elements, more than half are unacceptable goods, the * mark was attached | subjected to Table 3 below.

また、比較例15〜19は、非特許文献1に示されているように、Air Mass(AM)=1.5、100mW/cmの条件で光電変換効率が測定されている。この比較例20〜25の結果も下記表3および図4に示す。 In Comparative Examples 15 to 19, as shown in Non-Patent Document 1, the photoelectric conversion efficiency is measured under the conditions of Air Mass (AM) = 1.5 and 100 mW / cm 2 . The results of Comparative Examples 20 to 25 are also shown in Table 3 below and FIG.

ここで、図4において、αは実施例11〜15をプロットしたものであり、αは実施例16〜20をプロットしたものであり、αは実施例24〜28をプロットしたものであり、αは実施例29〜33をプロットしたものであり、αは実施例34〜38をプロットしたものであり、αは比較例10〜14をプロットしたものであり、αは比較例15〜19をプロットしたものである。 In FIG. 4, α 1 is a plot of Examples 11 to 15, α 2 is a plot of Examples 16 to 20, and α 3 is a plot of Examples 24 to 28. Yes, α 4 is a plot of Examples 29 to 33, α 5 is a plot of Examples 34 to 38, α 6 is a plot of Comparative Examples 10 to 14, and α 7 is It plots Comparative Examples 15-19.

上記表3に示す実施例11〜38および比較例10〜14において、CIGS層のNa量が少なく変換効率が10%前後のものは、いずれも性能としては大差なく、変換効率が10%前後のバラツキは、誤差の範囲に含まれる。
上記表3に示すように、実施例11〜38と比較例10〜14を比べると、アルカリ供給層の厚さが同じ場合には、アルカリ供給層に含まれるNa濃度が高い方がCIGS層中のNa濃度が高くなる傾向にあり、Na濃度が高くなるに伴い変換効率が改善される。
また、アルカリ供給層のNa濃度が同じ、一群の実施例11〜15(図4ではα)、一群の実施例16〜20(図4ではα)、一群の実施例24〜28(図4ではα)、一群の実施例29〜33(図4ではα)、一群の実施例34〜38(図4ではα)を比べてみると、アルカリ供給層のNa濃度が同じ場合、アルカリ供給層が厚い方が、CIGS層のNaの濃度が高くなる。
上記表3および図4に示すように、実施例11〜38(α〜α)は、ある一定の厚みのNa供給層がないと変換効率の改善の効果が見られない。
また、実施例11〜38(α〜α)の絶縁層付基板(陽極酸化基板)は、比較例15〜19(α)の基板よりも必要なアルカリ量が多い、もしくはCIGS層側に拡散しにくい傾向がある。
In Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14 shown in Table 3 above, those having a small amount of Na in the CIGS layer and having a conversion efficiency of around 10% are not very different in performance, and the conversion efficiency is around 10%. The variation is included in the error range.
As shown in Table 3 above, when Examples 11 to 38 and Comparative Examples 10 to 14 are compared, when the thickness of the alkali supply layer is the same, the higher the Na concentration contained in the alkali supply layer, the CIGS layer The Na concentration tends to increase, and the conversion efficiency improves as the Na concentration increases.
In addition, a group of Examples 11 to 15 (α 1 in FIG. 4), a group of Examples 16 to 20 (α 2 in FIG. 4), and a group of Examples 24 to 28 (FIG. 4) having the same Na concentration in the alkali supply layer. 4 is α 3 ), a group of Examples 29 to 33 (α 4 in FIG. 4), and a group of Examples 34 to 38 (α 5 in FIG. 4), the Na concentration in the alkali supply layer is the same. The thicker the alkali supply layer, the higher the concentration of Na in the CIGS layer.
As shown in Table 3 and FIG. 4, in Examples 11 to 38 (α 1 to α 5 ), the effect of improving the conversion efficiency is not seen without the Na supply layer having a certain thickness.
Further, the substrates with an insulating layer (anodized substrates) of Examples 11 to 38 (α 1 to α 5 ) require a larger amount of alkali than the substrates of Comparative Examples 15 to 19 (α 7 ), or the CIGS layer side It tends to be difficult to diffuse.

しかしながら、アルカリ供給層のNa濃度が16at.%(Na換算)、かつアルカリ供給層が200nm以上の実施例32、33、およびアルカリ供給層のNa濃度が20at.%(Na換算)、かつアルカリ供給層が100nm以上の実施例35〜38のように、アルカリ供給層のNa濃度を高くすると、アルカリ元素と陽極酸化膜との反応による膜変質に起因すると思われる、剥離やクラックのために素子異常が増加すると考えられる。   However, the Na concentration in the alkali supply layer is 16 at. % (Na conversion) and Examples 32 and 33 having an alkali supply layer of 200 nm or more, and the Na concentration in the alkali supply layer was 20 at. % (Na conversion) and the alkali supply layer has a thickness of 100 nm or more, and the Na concentration of the alkali supply layer is increased as in Examples 35 to 38. It is considered that the element abnormality increases due to peeling or cracking.

また、アルカリ供給層の厚さが同じで、拡散防止層がある実施例21〜23と、拡散防止層がない実施例19とを比べてみると、拡散防止層がある実施例21〜23の方が、CIGS層中に多くのNaを供給することができ、それに伴い変換効率が改善される。
このことから、拡散防止層が存在すれば、アルカリ供給層中のNa濃度が低くても、アルカリ供給層の厚さが薄くてもCIGS層中に多くのNaを供給することができ、変換効率改善のためのアルカリ供給層を薄くできることは明らかである。このように、成膜レートの低いアルカリ供給層を薄くできるため、生産性を向上させることができる。さらには、拡散防止層により絶縁層付基板側へのアルカリ元素の拡散が抑制されるため、アルカリ元素と陽極酸化膜との反応による膜変質を抑制でき、ひいては膜変質による絶縁層付基板の剥離も抑制することができる。
なお、実施例21〜23において、拡散防止層が窒化物である実施例21、実施例22は、拡散防止層の効果としては大差がないものの、実施例21、実施例22の方が、拡散防止層が酸化物である実施例23よりもCIGS層中に多くのNaを供給することができる。
Further, when Examples 21 to 23 having the same alkali supply layer and having a diffusion preventing layer are compared with Example 19 having no diffusion preventing layer, Examples 21 to 23 having the diffusion preventing layer are compared. However, more Na can be supplied into the CIGS layer, and the conversion efficiency is improved accordingly.
Therefore, if there is a diffusion prevention layer, even if the Na concentration in the alkali supply layer is low, even if the thickness of the alkali supply layer is thin, a large amount of Na can be supplied into the CIGS layer, and the conversion efficiency It is clear that the alkali supply layer for improvement can be thinned. As described above, since the alkali supply layer having a low film formation rate can be thinned, productivity can be improved. Furthermore, the diffusion prevention layer suppresses the diffusion of the alkali element toward the substrate with the insulating layer, so that the film alteration due to the reaction between the alkali element and the anodic oxide film can be suppressed, and as a result, the substrate with the insulating layer peels off due to the film alteration. Can also be suppressed.
In Examples 21 to 23, Examples 21 and 22 in which the diffusion preventing layer is a nitride are not much different as the effects of the diffusion preventing layer, but Examples 21 and 22 are more diffused. More Na can be supplied into the CIGS layer than in Example 23 where the prevention layer is an oxide.

10 基板
12 金属基材
14 アルミニウム基材(Al基材)
16 絶縁層
30 薄膜太陽電池
32 裏面電極
34 光電変換層
36 バッファ層
38 透明電極
40 光電変換素子
42 第1の導電部材
44 第2の導電部材
50 アルカリ供給層
52 拡散防止層
10 Substrate 12 Metal base 14 Aluminum base (Al base)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Insulating layer 30 Thin film solar cell 32 Back surface electrode 34 Photoelectric conversion layer 36 Buffer layer 38 Transparent electrode 40 Photoelectric conversion element 42 1st electroconductive member 44 2nd electroconductive member 50 Alkali supply layer 52 Diffusion prevention layer

Claims (29)

金属基板および前記金属基板の表面に形成された電気絶縁層を備える絶縁層付基板と、
前記電気絶縁層上に形成されたアルカリ供給層と、
前記アルカリ供給層上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された上部電極とを有し、
前記アルカリ供給層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム化合物を含む化合物であり、前記ナトリウム化合物の含有量がNa換算で7〜20at.%であることを特徴とする光電変換素子。
A substrate with an insulating layer comprising a metal substrate and an electrically insulating layer formed on the surface of the metal substrate;
An alkali supply layer formed on the electrical insulating layer;
A lower electrode formed on the alkali supply layer;
A photoelectric conversion layer formed on the lower electrode and composed of a compound semiconductor layer;
An upper electrode formed on the photoelectric conversion layer,
The alkali supply layer is a compound containing silicon oxide as a main component and containing a sodium compound, and the content of the sodium compound is 7 to 20 at. % Of a photoelectric conversion element.
前記化合物半導体は、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体である請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the compound semiconductor is at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure. 前記化合物半導体は、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請求項2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the compound semiconductor is at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. 前記Ib族元素は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種であり、
前記IIIb族元素は、Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種であり、
前記VIb族元素は、S,Se,及びTeからなる群から選択された少なくとも1種である請求項3に記載の光電変換素子。
The Ib group element is at least one selected from the group consisting of Cu and Ag,
The IIIb group element is at least one selected from the group consisting of Al, Ga and In,
The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the group VIb element is at least one selected from the group consisting of S, Se, and Te.
前記光電変換層は、複数の開溝部によって複数の素子に分割され、かつ
該複数の素子は、電気的に直列接続されたものである請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the photoelectric conversion layer is divided into a plurality of elements by a plurality of open grooves, and the plurality of elements are electrically connected in series. Conversion element.
前記アルカリ供給層は、ナトリウム化合物を含むケイ酸塩ガラスにより構成される請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The said alkali supply layer is a photoelectric conversion element of any one of Claims 1-5 comprised by the silicate glass containing a sodium compound. 前記アルカリ供給層は、スパッタ法により形成された層である請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the alkali supply layer is a layer formed by a sputtering method. 前記アルカリ供給層は、厚さが50nm〜200nmである請求項1〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the alkali supply layer has a thickness of 50 nm to 200 nm. 前記下部電極は、Moからなり、その厚みは、200nm〜600nmである請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the lower electrode is made of Mo and has a thickness of 200 nm to 600 nm. 前記下部電極の厚みは、200nm〜400nmである請求項9に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the lower electrode has a thickness of 200 nm to 400 nm. 前記アルカリ供給層と前記電気絶縁層との間に、アルカリ金属の前記絶縁層付基板への拡散を少なくとも防止する拡散防止層を有する請求項1〜10のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 10, further comprising a diffusion prevention layer that prevents at least diffusion of alkali metal into the substrate with an insulating layer between the alkali supply layer and the electrical insulating layer. . 前記拡散防止層は、窒化物である請求項11に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 11, wherein the diffusion prevention layer is a nitride. 前記窒化物は、絶縁体である請求項12に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 12, wherein the nitride is an insulator. 前記窒化物は、TiN、ZrN、BN、またはAlNにより構成されている請求項12または13に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 12 or 13, wherein the nitride is composed of TiN, ZrN, BN, or AlN. 前記窒化物は、AlNである請求項14に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 14, wherein the nitride is AlN. 前記拡散防止層は、その厚みが、10nm〜200nmである請求項11〜15のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 11, wherein the diffusion prevention layer has a thickness of 10 nm to 200 nm. 前記拡散防止層は、その厚みが、10nm〜100nmである請求項16のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 16, wherein the diffusion preventing layer has a thickness of 10 nm to 100 nm. 前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板である請求項1〜17のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal substrate is a laminated plate in which a metal base material and an Al base material are laminated and integrated. 前記金属基板は、金属基材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板である請求項18に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 18, wherein the metal substrate is a laminated plate in which a metal base and an Al base are integrated by pressure bonding. 前記金属基材は、鋼材、合金鋼材、Ti箔又はTi箔と鋼材との2層基材である請求項19に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 19, wherein the metal substrate is a steel material, an alloy steel material, a Ti foil, or a two-layer substrate of a Ti foil and a steel material. 前記合金鋼材は、炭素鋼、フェライト系ステンレスからなるものである請求項20に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 20, wherein the alloy steel material is made of carbon steel or ferritic stainless steel. 前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜である請求項1〜21のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electrical insulating layer is an anodized film of aluminum. 前記金属基材と前記光電変換層との線熱膨張係数の差が、3×10−6/℃未満である請求項18〜22のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 18 to 22, wherein a difference in coefficient of linear thermal expansion between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is less than 3 x 10-6 / ° C. 前記金属基材と前記光電変換層との線熱膨張係数の差が、1×10−6/℃未満である請求項23に記載の光電変換素子。 24. The photoelectric conversion element according to claim 23, wherein a difference in coefficient of linear thermal expansion between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is less than 1 × 10 −6 / ° C. 前記金属基板が、炭素鋼又はフェライト系ステンレスからなる合金鋼材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板からなるものであり、前記下部電極が、Moからなるものであり、前記光電変換層が、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種の化合物半導体を主成分とする層である請求項1〜24のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The metal substrate is made of a laminated plate in which an alloy steel material made of carbon steel or ferritic stainless steel and an Al base material are integrated by pressure bonding, and the lower electrode is made of Mo, The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 24, wherein the photoelectric conversion layer is a layer mainly comprising at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. 前記陽極酸化膜は、ポーラス構造を有する請求項1〜25のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 25, wherein the anodic oxide film has a porous structure. 請求項1〜26のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする薄膜太陽電池。   A thin film solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 1. 金属基板の表面に電気絶縁層を形成し、絶縁層付基板を得る工程と、
前記電気絶縁層上に、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム化合物を含む化合物であり、前記ナトリウム化合物の含有量がNa換算で7〜20at.%のアルカリ供給層を形成する工程と、
前記アルカリ供給層上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Forming an electrical insulating layer on the surface of the metal substrate to obtain a substrate with an insulating layer;
On the electrical insulating layer, a compound containing silicon oxide as a main component and containing a sodium compound, and the content of the sodium compound is 7 to 20 at. % Forming an alkali supply layer;
Forming a lower electrode on the alkali supply layer;
Forming a photoelectric conversion layer on the lower electrode;
And a step of forming an upper electrode on the photoelectric conversion layer.
前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板であり、
前記絶縁層付基板を得る工程は、前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材の表面に陽極酸化膜を形成する工程である請求項28に記載の光電変換素子の製造方法。
The metal substrate is a laminated plate in which a metal substrate and an Al substrate are laminated and integrated,
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 28, wherein the step of obtaining the substrate with an insulating layer is a step of anodizing the Al base material to form an anodized film on the surface of the Al base material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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