JP2014221882A - Method for treating resin substrate and method for producing solar battery - Google Patents

Method for treating resin substrate and method for producing solar battery Download PDF

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剛人 辻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for treating a resin substrate capable of improving power generation properties by adding a 1A group metal to a CIS based or CZTS based light absorption layer laminated on a resin substrate, and a method for producing a solar battery having excellent power generation properties.SOLUTION: A resin substrate is contacted with a water solution including a 1A group metal hydroxide to introduce the 1A group metal at least into the surface of the resin substrate, next, the water solution is removed from the resin substrate, and then, heating treatment is performed while applying tension to the resin substrate. In the resin substrate treated in this way, a back face electrode layer, a CIS based or CZTS based light absorption layer, a buffer layer and a transparent electrode layer are formed on the side into which the 1A group metal has been introduced to produce a solar battery.

Description

本発明は、CIS系又はCZTS系の光吸収層を有する太陽電池等の基板として利用できる樹脂基板の処理方法、及び、CIS系又はCZTS系の光吸収層を有する太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for treating a resin substrate that can be used as a substrate such as a solar cell having a CIS-based or CZTS-based light absorption layer, and a method for producing a solar cell having a CIS-based or CZTS-based light absorption layer.

電子デバイスにおいては、半導体にドーパントを添加して特性の向上を図ることが行われている。   In an electronic device, a dopant is added to a semiconductor to improve the characteristics.

例えば、CIS系の光吸収層を備えた太陽電池(以下、「CIS系太陽電池」ともいう)や、CZTS系の光吸収層を備えた太陽電池(以下、「CZTS系太陽電池」ともいう)は、非特許文献1に記載されるように、光吸収層にNaなどの1A族の金属を添加すると、発電効率が向上することが知られている。そのため、光吸収層に、Naなどの1A族の金属を添加して、発電効率の向上を図ることが行われている。   For example, a solar cell provided with a CIS light absorption layer (hereinafter also referred to as “CIS solar cell”) or a solar cell provided with a CZTS light absorption layer (hereinafter also referred to as “CZTS solar cell”). As described in Non-Patent Document 1, it is known that when a 1A group metal such as Na is added to the light absorption layer, the power generation efficiency is improved. Therefore, improvement of power generation efficiency is performed by adding a Group 1A metal such as Na to the light absorption layer.

Naの添加方法としては、ソーダライムガラスを基板として用い、製膜の過程で基板中のNaを光吸収層に拡散させる方法がある。しかしながら、この方法の場合、基板がソーダライムガラスに限定されてしまうので、基板選択の自由がなくなってしまう。   As a method for adding Na, there is a method in which soda lime glass is used as a substrate, and Na in the substrate is diffused into the light absorption layer in the process of film formation. However, in this method, since the substrate is limited to soda lime glass, the freedom of substrate selection is lost.

また、他の方法として、CIS系やCZTS系の光吸収層を多元蒸着法で製膜する際に、NaF等のNa化合物を同時蒸着して、光吸収層にNaを添加する方法がある。しかしながら、CIS系やCZTS系の光吸収層は、複数の元素を精度よく制御して製膜する必要があるので、製膜時における各元素の添加量の制御がより複雑になる問題があった。   As another method, there is a method of simultaneously depositing a Na compound such as NaF and adding Na to the light absorption layer when a CIS or CZTS light absorption layer is formed by a multi-source deposition method. However, since it is necessary to form a film by controlling a plurality of elements with high accuracy in the light absorption layer of CIS or CZTS, there is a problem that the control of the amount of each element added during film formation becomes more complicated. .

また、他の方法として、ソーダライムガラス薄膜を、基板又は裏面電極上に形成し、光吸収層の製膜の過程でソーダライムガラス薄膜中のNaを光吸収層に拡散させる方法がある。しかしながら、ソーダライムガラス薄膜は、製膜速度が遅く、更には、ソーダライムガラス薄膜を製膜する工程が別途必要なので、工程数の増加を招き、太陽電池の生産性が低下する。また、ソーダライムガラス薄膜が層間に介在することにより、裏面電極と、基板又は光吸収層との密着性が低下し易かった。   As another method, there is a method in which a soda lime glass thin film is formed on a substrate or a back electrode, and Na in the soda lime glass thin film is diffused into the light absorption layer in the process of forming the light absorption layer. However, the soda lime glass thin film has a slow film forming speed and further requires a separate process for forming the soda lime glass thin film, which increases the number of processes and reduces the productivity of the solar cell. In addition, when the soda lime glass thin film is interposed between the layers, the adhesion between the back electrode and the substrate or the light absorption layer is easily lowered.

また、他の方法として、NaF等のNa含有薄膜を、裏面電極又は光吸収層上に形成することでNa含有薄膜中のNaを光吸収層に拡散させる方法がある。しかしながら、NaF等のNa含有薄膜の多くは、吸湿性、潮解性等を有していることが多い。このため、Na含有薄膜が変質して、光吸収層や透明電極等に悪影響を及ぼす恐れがあった。また、Na含有薄膜を製膜する工程が別途必要なので、工程数の増加を招き、太陽電池の生産性が低下する。また、Na含有薄膜が層間に介在することにより、裏面電極又は透明電極と、光吸収層との密着性が低下する懸念がある。   As another method, there is a method of diffusing Na in the Na-containing thin film into the light absorption layer by forming a Na-containing thin film such as NaF on the back electrode or the light absorption layer. However, many Na-containing thin films such as NaF often have hygroscopicity, deliquescence and the like. For this reason, the Na-containing thin film may be altered to adversely affect the light absorption layer, the transparent electrode, and the like. Moreover, since the process for forming the Na-containing thin film is required separately, the number of processes is increased and the productivity of the solar cell is lowered. Moreover, there exists a possibility that the adhesiveness of a back surface electrode or a transparent electrode, and a light absorption layer may fall by interposing a Na containing thin film between layers.

また、特許文献1には、Alを主成分とする金属基材の少なくとも一方の面側に陽極酸化膜が形成された、アルカリ金属が未ドープの陽極酸化基板に対し、アルカリ金属を含有するアルカリ性水溶液を接触させて陽極酸化膜にアルカリ金属をドープさせた基板を用いて、光吸収層にアルカリ金属を拡散させることが開示されている。   Further, Patent Document 1 discloses that an alkali metal containing an alkali metal with respect to an anodic oxide substrate that is not doped with an alkali metal in which an anodized film is formed on at least one surface side of a metal base material mainly composed of Al. It is disclosed that an alkali metal is diffused in a light absorption layer using a substrate in which an aqueous solution is brought into contact with an anodized film doped with an alkali metal.

特開2010−232427号公報JP 2010-232427 A

中田 時夫著、CIGS太陽電池の基礎技術、日刊工業新聞社、2010年9月30日、P.71〜76Tokio Nakata, CIGS solar cell basic technology, Nikkan Kogyo Shimbun, September 30, 2010, pages 71-76

しかしながら、特許文献1では、金属基板の表層に形成された陽極酸化膜を、アルカリ金属を含有するアルカリ性水溶液で処理しているため、陽極酸化膜がアルカリ性水溶液によって腐食してピンホール等が生じる恐れがあった。このため、絶縁性が低下して、金属基板とその上に形成される電極や光吸収層との間で短絡等が生じることがあり、太陽電池の発電効率が低下する恐れがあった。   However, in Patent Document 1, since the anodic oxide film formed on the surface of the metal substrate is treated with an alkaline aqueous solution containing an alkali metal, the anodic oxide film may be corroded by the alkaline aqueous solution to cause pinholes or the like. was there. For this reason, the insulating property is lowered, and a short circuit or the like may occur between the metal substrate and the electrode or light absorption layer formed thereon, which may reduce the power generation efficiency of the solar cell.

よって、本発明の目的は、樹脂基板上に積層されるCIS系又はCZTS系の光吸収層に対して、1A族の金属を添加して、発電特性の向上を図ることができる樹脂基板の処理方法、及び、発電特性に優れた太陽電池の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to treat a resin substrate that can improve power generation characteristics by adding a Group 1A metal to a CIS-based or CZTS-based light absorption layer laminated on the resin substrate. The object is to provide a method and a method for producing a solar cell excellent in power generation characteristics.

上記目的を達成するため、本発明の樹脂基板の処理方法は、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させて前記樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入させ、次いで、前記樹脂基板から前記水溶液を除去し、次いで、前記樹脂基板に張力をかけながら加熱処理することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the method for treating a resin substrate of the present invention is to bring a group 1A metal into at least the surface of the resin substrate by bringing the resin substrate into contact with an aqueous solution containing a group 1A metal hydroxide, Next, the aqueous solution is removed from the resin substrate, and then heat treatment is performed while applying tension to the resin substrate.

また、本発明の太陽電池の製造方法は、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させて前記樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入させ、次いで、前記樹脂基板から前記水溶液を除去し、次いで、前記樹脂基板に張力をかけながら加熱処理した後、前記樹脂基板の、前記1A族の金属が導入された側に、裏面電極層と、CIS系又はCZTS系の光吸収層と、バッファ層と、透明電極層とを形成することを特徴とする。   In the method for producing a solar cell of the present invention, a resin substrate is brought into contact with an aqueous solution containing a group 1A metal hydroxide to introduce a group 1A metal into at least the surface of the resin substrate, and then the resin substrate The aqueous solution is removed from the resin substrate, and then heat-treated while applying tension to the resin substrate. Then, a back electrode layer and a CIS or CZTS-based material are formed on the resin substrate on the side where the group 1A metal is introduced. A light absorption layer, a buffer layer, and a transparent electrode layer are formed.

本発明によれば、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させるので、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入できる。このため、CIS系又はCZTS系の光吸収層に対して、1A族の金属を添加して、太陽電池の発電特性の向上を図ることができる。また、樹脂基板上の汚れ等が、上記水溶液によって洗浄除去されるので、樹脂基板上に積層される薄膜の密着性を高めることができる。また、樹脂基板から上記水溶液を除去した後、樹脂基板に張力をかけながら加熱処理するので、樹脂基板を乾燥しつつ、樹脂基板の残留応力を緩和できる。そして、樹脂基板の残留応力が緩和されているので、樹脂基板の寸法変化を小さくでき、樹脂基板上に積層される薄膜のスクライブ加工を精度よく行うことができる。   According to the present invention, since the aqueous solution containing the group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate, the group 1A metal can be introduced into at least the surface of the resin substrate. For this reason, the power generation characteristics of the solar cell can be improved by adding a Group 1A metal to the CIS-based or CZTS-based light absorption layer. In addition, since dirt and the like on the resin substrate are washed away by the aqueous solution, the adhesion of the thin film laminated on the resin substrate can be improved. In addition, after removing the aqueous solution from the resin substrate, heat treatment is performed while applying tension to the resin substrate, so that the residual stress of the resin substrate can be alleviated while drying the resin substrate. And since the residual stress of the resin substrate is relieved, the dimensional change of the resin substrate can be made small, and the thin film laminated on the resin substrate can be accurately scribed.

本発明において、1A族の金属水酸化物が、NaOH、KOH及びLiOHから選ばれた1種以上であることが好ましい。この態様によれば、光吸収層の発電特性をより向上できる。   In the present invention, the Group 1A metal hydroxide is preferably at least one selected from NaOH, KOH, and LiOH. According to this aspect, the power generation characteristics of the light absorption layer can be further improved.

本発明において、前記樹脂基板が、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム及びポリエチレンナフタレートフィルムから選ばれた一種であることが好ましい。樹脂基板の選定は、太陽電池の最高製膜温度および製膜時間との兼ね合いで選定することが望ましい。   In this invention, it is preferable that the said resin substrate is 1 type chosen from the polyimide film, the polyethylene terephthalate film, and the polyethylene naphthalate film. The resin substrate is preferably selected in consideration of the maximum film formation temperature and film formation time of the solar cell.

本発明において、前記水溶液として、1A族の金属水酸化物を0.1〜5mol/l含有するものを用いることが好ましい。また、前記樹脂基板に、30〜90℃の前記水溶液を、1〜60分接触させることが好ましい。この態様によれば、樹脂基板の変性を抑制しつつ、樹脂基板上の汚れ等を効率よく洗浄除去できる。更には、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を効率よく導入できる。   In the present invention, it is preferable to use a solution containing 0.1 to 5 mol / l of Group 1A metal hydroxide as the aqueous solution. Moreover, it is preferable to contact the said aqueous solution of 30-90 degreeC with the said resin substrate for 1 to 60 minutes. According to this aspect, dirt or the like on the resin substrate can be efficiently washed and removed while suppressing the denaturation of the resin substrate. Furthermore, a Group 1A metal can be efficiently introduced into at least the surface of the resin substrate.

本発明によれば、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させるので、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入できる。このため、CIS系又はCZTS系の光吸収層に対して、1A族の金属を添加して、太陽電池の発電特性の向上を図ることができる。また、樹脂基板上の汚れ等が、上記水溶液によって洗浄除去されるので、樹脂基板上に積層される薄膜の密着性を高めることができる。また、樹脂基板から上記水溶液を除去した後、樹脂基板に張力をかけながら加熱処理するので、樹脂基板を乾燥しつつ、樹脂基板の残留応力を緩和できる。   According to the present invention, since the aqueous solution containing the group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate, the group 1A metal can be introduced into at least the surface of the resin substrate. For this reason, the power generation characteristics of the solar cell can be improved by adding a Group 1A metal to the CIS-based or CZTS-based light absorption layer. In addition, since dirt and the like on the resin substrate are washed away by the aqueous solution, the adhesion of the thin film laminated on the resin substrate can be improved. In addition, after removing the aqueous solution from the resin substrate, heat treatment is performed while applying tension to the resin substrate, so that the residual stress of the resin substrate can be alleviated while drying the resin substrate.

太陽電池の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of a solar cell. 本発明の樹脂基板の処理方法で用いる加熱装置の概略図である。It is the schematic of the heating apparatus used with the processing method of the resin substrate of this invention. 例1〜4のサンプルの変換効率(η)を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency ((eta)) of the sample of Examples 1-4. 例1〜4のサンプルの開放電圧(Voc)を示す図である。It is a figure which shows the open circuit voltage (Voc) of the sample of Examples 1-4. 例1〜4のサンプルの曲線因子(FF)を示す図である。It is a figure which shows the fill factor (FF) of the sample of Examples 1-4. 例1〜4のサンプルの短絡電流(Jsc)を示す図である。It is a figure which shows the short circuit current (Jsc) of the sample of Examples 1-4. 例1,4のサンプルの寸法変動率を示す図である。It is a figure which shows the dimensional variation rate of the sample of Examples 1 and 4. 例1,4のサンプルの出力バラつきを示す図である。It is a figure which shows the output variation of the sample of Examples 1 and 4.

まず、本発明により製造される太陽電池の一実施形態について、図1を用いて説明する。   First, an embodiment of a solar cell manufactured according to the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示す太陽電池10は、サブストレート構造の太陽電池であって、樹脂基板1上に、裏面電極層2、光吸収層3、バッファ層4、透明電極層5が積層している。   A solar cell 10 shown in FIG. 1 is a solar cell having a substrate structure, and a back electrode layer 2, a light absorption layer 3, a buffer layer 4, and a transparent electrode layer 5 are laminated on a resin substrate 1.

樹脂基板1の材質は、特に限定は無く、耐熱性及び可撓性を有するものが好ましく用いられる。例えば、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、アクリルフィルム、アラミドフィルム等が挙げられる。   The material of the resin substrate 1 is not particularly limited, and those having heat resistance and flexibility are preferably used. For example, a polyimide film, a polyethylene terephthalate film, a polyethylene naphthalate film, a polyether sulfone film, an acrylic film, an aramid film, and the like can be given.

樹脂基板1には、バリア層、密着層等が形成されていてもよい。バリア層としては、特に限定は無いが、Si,TiN,CrN,Al,SiO等が挙げられる。密着層としては、特に限定は無いが、Ti,Cr,W等が挙げられる。 The resin substrate 1 may be formed with a barrier layer, an adhesion layer, and the like. The barrier layer is not particularly limited, Si 3 N 4, TiN, CrN, Al 2 O 3, SiO 2 and the like. Although there is no limitation in particular as an adhesion layer, Ti, Cr, W, etc. are mentioned.

本発明において、樹脂基板1の、裏面電極層2が形成される側の表面は、後述する処理が行われて、1A族の金属が導入されている。1A族の金属としては、Na、K、Li等が挙げられる。なかでも、CIS系の光吸収層やCZTS系の光吸収層の発電特性をより向上できるという理由からNaが特に好ましい。   In the present invention, the surface of the resin substrate 1 on the side where the back electrode layer 2 is formed is subjected to the treatment described later, and a 1A group metal is introduced. Examples of Group 1A metals include Na, K, and Li. Among these, Na is particularly preferable because the power generation characteristics of the CIS light absorption layer and the CZTS light absorption layer can be further improved.

裏面電極層2は、少なくとも光吸収層3側に位置する層がMoを含有していることが好ましい。これによれば、Se等に対する腐食耐性が得られ、光吸収層3を形成する際における、裏面電極層2の腐食劣化を防止できる。   In the back electrode layer 2, it is preferable that at least the layer located on the light absorption layer 3 side contains Mo. According to this, corrosion resistance to Se or the like can be obtained, and corrosion degradation of the back electrode layer 2 can be prevented when the light absorption layer 3 is formed.

裏面電極層2のMoを含有する層(以下、Mo層という)は、膜厚が100〜1000nmであることが好ましく、400〜600nmがより好ましい。Mo層の膜厚が薄いと、Se等に対する腐食耐性が不十分な場合がある。Mo層の膜厚が厚いと、形成に時間がかかる等生産性が悪くなる。更には、基板との応力差によっては、剥離が生じやすくなる傾向にある。   The back electrode layer 2 containing Mo (hereinafter referred to as Mo layer) preferably has a film thickness of 100 to 1000 nm, more preferably 400 to 600 nm. If the Mo layer is thin, the corrosion resistance to Se or the like may be insufficient. If the film thickness of the Mo layer is large, productivity will be deteriorated, for example, it takes time to form. Furthermore, peeling tends to occur easily depending on the stress difference with the substrate.

裏面電極層2は、Moの単層であってもよいし、Moよりも電気抵抗率が小さい導電材料を含む金属層(以下、低抵抗金属層ともいう)と、Mo層との積層体で構成されていてもよい。   The back electrode layer 2 may be a single layer of Mo, or a laminated body of a metal layer (hereinafter also referred to as a low resistance metal layer) containing a conductive material having an electric resistivity lower than that of Mo and a Mo layer. It may be configured.

Moよりも電気抵抗率が小さい導電材料としては、20℃における電気抵抗率が5.3×10−8Ω・m未満の導電材料が好ましい。こうすることで、裏面電極層2の電気抵抗率を、Mo単独で構成した場合よりも効果的に小さくできる。Moよりも電気抵抗率が小さい導電材料の具体例としては、Ag、Cu、Au、Al、Mg、W及びこれらの合金が挙げられ、これらの1種又は2種以上を好ましく用いることができる。 As the conductive material having an electrical resistivity smaller than that of Mo, a conductive material having an electrical resistivity at 20 ° C. of less than 5.3 × 10 −8 Ω · m is preferable. By carrying out like this, the electrical resistivity of the back surface electrode layer 2 can be effectively made smaller than the case where it comprises Mo alone. Specific examples of the conductive material having an electric resistivity lower than that of Mo include Ag, Cu, Au, Al, Mg, W, and alloys thereof, and one or more of these can be preferably used.

光吸収層3は、CIS系又はCZTS系の光吸収層である。本発明においてCIS系の光吸収層とは、CuInSe、CuGaSe、Cu(In,Ga)Se、Cu(In,Ga)(S,Se)等のCIS系半導体化合物で形成された光吸収層を意味する。また、CZTS系の光吸収層とは、CuZnSnSe、CuZnSn(S,Se)等のCZTS系半導体化合物で形成された光吸収層を意味する。 The light absorption layer 3 is a CIS-based or CZTS-based light absorption layer. In the present invention, the CIS-based light absorption layer is a light formed of a CIS-based semiconductor compound such as CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (S, Se) 2 or the like. Means absorption layer. The CZTS light absorption layer means a light absorption layer formed of a CZTS semiconductor compound such as Cu 2 ZnSnSe 4 or Cu 2 ZnSn (S, Se) 4 .

光吸収層3の膜厚は、種類により異なるが、おおよそ1.5〜2.5μmが好ましい。   Although the film thickness of the light absorption layer 3 changes with kinds, about 1.5-2.5 micrometers is preferable.

バッファ層4は、禁止帯幅の広いn型の透明導電膜で構成される。好ましくは、Cd、Zn及びInから選ばれる少なくとも一種の元素を含む化合物である。具体的な化合物としては、CdS、ZnO、ZnS、Zn(OH)、ZnInSe、ZnMgO、In、In等が挙げられる。 The buffer layer 4 is composed of an n-type transparent conductive film having a wide forbidden band. Preferably, it is a compound containing at least one element selected from Cd, Zn, and In. Specific compounds, CdS, ZnO, ZnS, Zn (OH) 2, ZnInSe 2, ZnMgO, In 2 O 3, In 2 S 3 , and the like.

透明電極層5は、ZnO、SnO、In、ITO等の透明性導電材料で構成される。 The transparent electrode layer 5 is made of a transparent conductive material such as ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , or ITO.

また、必要に応じてバッファ層4と透明電極層5の間に、ZnO等の高抵抗バッファ層を設けてもよい。高抵抗バッファ層を設けることは、リーク電流を低減し出力を向上することに有効である。   Moreover, you may provide high resistance buffer layers, such as ZnO, between the buffer layer 4 and the transparent electrode layer 5 as needed. Providing a high resistance buffer layer is effective in reducing leakage current and improving output.

次に、図1に示す太陽電池の製造方法を例に挙げて、本発明の樹脂基板の処理方法を含めた、太陽電池の製造方法を説明する。   Next, taking the method for producing a solar cell shown in FIG. 1 as an example, a method for producing a solar cell including the method for treating a resin substrate of the present invention will be described.

まず、本発明の樹脂基板の処理方法について説明する。   First, the processing method of the resin substrate of this invention is demonstrated.

本発明では、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させる。   In the present invention, an aqueous solution containing a group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate.

樹脂基板に、上記水溶液を接触させることで、樹脂基板と、1A族の金属水酸化物とが反応して、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属が導入される。そして、樹脂基板上の汚れ等が、上記水溶液によって洗浄除去されるので、樹脂基板上に積層される薄膜の密着性を高めることができる。樹脂基板の表面に1A族の金属が導入されているかどうかは、炎色反応法等の方法により簡便に確認できる。   By bringing the aqueous solution into contact with the resin substrate, the resin substrate reacts with the group 1A metal hydroxide, and the group 1A metal is introduced into at least the surface of the resin substrate. And since the stain | pollution | contamination etc. on the resin substrate are washed away by the said aqueous solution, the adhesiveness of the thin film laminated | stacked on a resin substrate can be improved. Whether or not the group 1A metal is introduced on the surface of the resin substrate can be easily confirmed by a flame reaction method or the like.

樹脂基板に1A族の金属が導入されるメカニズムについて、樹脂基板としてポリイミドフィルムを用い、1A族の金属水酸化物としてNaOHを用いた場合を例に挙げて説明する。   The mechanism by which the Group 1A metal is introduced into the resin substrate will be described by taking as an example the case where a polyimide film is used as the resin substrate and NaOH is used as the Group 1A metal hydroxide.

ポリイミドフィルム上へのNa添加のモデルとして、以下のような加水分解−Na塩形成モデルが考えられる。ポリイミドフィルムにNaOHを接触させると、ポリイミドの環が加水分解されて開環する(反応式(1)参照)。そして、開環したポリイミドと、NaOHとが反応して、ナトリウム塩が生成する(反応式(2)参照)。このようにして、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属が導入されるものと推測される。   As a model for Na addition on the polyimide film, the following hydrolysis-Na salt formation model can be considered. When NaOH is brought into contact with the polyimide film, the polyimide ring is hydrolyzed and opened (see reaction formula (1)). Then, the ring-opened polyimide and NaOH react to produce a sodium salt (see reaction formula (2)). In this way, it is presumed that the Group 1A metal is introduced into at least the surface of the resin substrate.

本発明において、1A族の金属水酸化物は、NaOH、KOH及びLiOHから選ばれた1種以上が好ましく、NaOHが特に好ましい。CIS系の光吸収層やCZTS系の光吸収層にNa、K、Li等を添加することで、発電特性を向上できる。特にNaを添加することで発電特性をより向上できる。このため、1A族の金属水酸化物として、NaOH、KOH及びLiOHから選ばれた1種以上を用いることで、CIS系の光吸収層やCZTS系の光吸収層の発電特性を向上し易い元素を、樹脂基板の少なくとも表面に導入できる。   In the present invention, the group 1A metal hydroxide is preferably at least one selected from NaOH, KOH and LiOH, and NaOH is particularly preferable. The power generation characteristics can be improved by adding Na, K, Li, or the like to the CIS light absorption layer or the CZTS light absorption layer. In particular, power generation characteristics can be further improved by adding Na. For this reason, by using at least one selected from NaOH, KOH, and LiOH as the group 1A metal hydroxide, an element that easily improves the power generation characteristics of the CIS-based light absorption layer and the CZTS-based light absorption layer Can be introduced into at least the surface of the resin substrate.

本発明において、樹脂基板への水溶液の接触方法は特に限定は無い。樹脂基板に上記水溶液を噴霧する方法、上記水溶液が満たされた浴槽に樹脂基板を浸漬する方法等が挙げられる。   In the present invention, the method for contacting the aqueous solution with the resin substrate is not particularly limited. Examples thereof include a method of spraying the aqueous solution on a resin substrate, a method of immersing the resin substrate in a bathtub filled with the aqueous solution, and the like.

本発明において、樹脂基板に接触させる水溶液の1A族の金属水酸化物の濃度は、0.1〜5mol/lが好ましく、1〜3mol/lが特に好ましい。1A族の金属水酸化物の濃度が0.1mol/l未満であると、樹脂基板表面の汚れ等を十分に除去できないことがある。更には、樹脂基板に1A族の金属を十分に導入できないことがある。また、1A族の金属水酸化物の濃度が5mol/lを超えると、水溶液の取り扱い性が悪くなる傾向にある。また、洗浄処理に手間を要したり、洗浄廃液が増加する傾向にある。更には、樹脂基板と水溶液との反応が過剰に進行して、樹脂基板の耐熱性等の特性が低下する傾向がある。   In the present invention, the concentration of the group 1A metal hydroxide in the aqueous solution brought into contact with the resin substrate is preferably 0.1 to 5 mol / l, particularly preferably 1 to 3 mol / l. When the concentration of the group 1A metal hydroxide is less than 0.1 mol / l, dirt or the like on the surface of the resin substrate may not be sufficiently removed. Furthermore, the Group 1A metal may not be sufficiently introduced into the resin substrate. Moreover, when the concentration of the group 1A metal hydroxide exceeds 5 mol / l, the handleability of the aqueous solution tends to deteriorate. In addition, there is a tendency for the cleaning process to be time consuming and cleaning waste liquid to increase. Furthermore, the reaction between the resin substrate and the aqueous solution proceeds excessively, and the characteristics such as heat resistance of the resin substrate tend to deteriorate.

本発明において、樹脂基板と上記水溶液との接触時間は、1〜60分が好ましく、2〜10分がより好ましい。接触時間が1分未満であると、樹脂基板表面の汚れ等を十分に除去できないことがある。更には、樹脂基板に1A族の金属を十分に導入できないことがある。また、接触時間が60分を超えると、樹脂基板と水溶液との反応が過剰に進行して、樹脂基板の耐熱性等の特性が低下する傾向にある。更には、処理時時間を要することになるので生産性が低下する。なお、水溶液を噴霧して、樹脂基板に水溶液を接触させる場合は、水溶液の噴霧時間が接触時間に該当する。また、水溶液中に樹脂基板を浸漬させて、樹脂基板に水溶液を接触させる場合は、浸漬時間が接触時間に該当する。   In the present invention, the contact time between the resin substrate and the aqueous solution is preferably 1 to 60 minutes, and more preferably 2 to 10 minutes. If the contact time is less than 1 minute, dirt or the like on the surface of the resin substrate may not be sufficiently removed. Furthermore, the Group 1A metal may not be sufficiently introduced into the resin substrate. On the other hand, when the contact time exceeds 60 minutes, the reaction between the resin substrate and the aqueous solution proceeds excessively, and characteristics such as heat resistance of the resin substrate tend to be deteriorated. In addition, since processing time is required, productivity decreases. In addition, when spraying aqueous solution and making aqueous solution contact a resin substrate, the spraying time of aqueous solution corresponds to contact time. Moreover, when a resin substrate is immersed in an aqueous solution and the aqueous solution is brought into contact with the resin substrate, the immersion time corresponds to the contact time.

本発明において、樹脂基板に接触させる水溶液の温度は、30〜90℃が好ましく、50〜90℃がより好ましい。水溶液の温度が30℃未満であると、樹脂基板表面の汚れ等を十分に除去できないことがある。更には、樹脂基板に1A族の金属を十分に導入できないことがある。水溶液の温度が90℃を超えると、水溶液の取り扱い性が悪くなる傾向にある。更には、樹脂基板と水溶液との反応が過剰に進行して、樹脂基板の耐熱性等の特性が低下する傾向にある。   In this invention, 30-90 degreeC is preferable and, as for the temperature of the aqueous solution made to contact a resin substrate, 50-90 degreeC is more preferable. If the temperature of the aqueous solution is lower than 30 ° C., dirt on the surface of the resin substrate may not be sufficiently removed. Furthermore, the Group 1A metal may not be sufficiently introduced into the resin substrate. When the temperature of the aqueous solution exceeds 90 ° C., the handleability of the aqueous solution tends to deteriorate. Furthermore, the reaction between the resin substrate and the aqueous solution proceeds excessively, and the characteristics such as heat resistance of the resin substrate tend to deteriorate.

本発明において、樹脂基板に水溶液を接触させる際、裏面電極層を形成する側の面のみ水溶液を接触させ、裏面電極層を形成する面とは反対側の面(以下、「基板背面側」という)には、水溶液が接触しないようにすることが好ましい。基板背面側は上記水溶液で処理する必要がないので、基板背面側にも水溶液を接触させると、洗浄や乾燥に手間を要する傾向にある。樹脂基板の裏面電極層を形成する側の面のみ水溶液を接触させる方法としては、例えば、基板背面側に保護シートを貼り合わせたり、基板背面側を真空チャックなどで吸着して基板背面側に水溶液が回り込まないようにする方法が挙げられる。   In the present invention, when the aqueous solution is brought into contact with the resin substrate, only the surface on the side on which the back electrode layer is formed is brought into contact with the aqueous solution, and the surface opposite to the surface on which the back electrode layer is formed (hereinafter referred to as “substrate back side”). ) Is preferably prevented from coming into contact with an aqueous solution. Since it is not necessary to treat the back side of the substrate with the above aqueous solution, if the aqueous solution is also brought into contact with the back side of the substrate, it tends to require time and effort for cleaning and drying. Examples of the method of bringing the aqueous solution into contact with only the surface of the resin substrate on the side where the back electrode layer is formed include, for example, attaching a protective sheet to the back side of the substrate, or adsorbing the back side of the substrate with a vacuum chuck, etc. There is a method to prevent sneaking around.

次に、樹脂基板を純水等の洗浄液で洗浄処理して、樹脂基板から水溶液を除去する。   Next, the resin substrate is cleaned with a cleaning liquid such as pure water to remove the aqueous solution from the resin substrate.

洗浄処理を行う前に、樹脂基板に付着している液滴を、エアブローなどで除去しても良い。これによれば、洗浄液の使用量や洗浄廃液の排出量を減らすことができる。   Before performing the cleaning process, the droplets adhering to the resin substrate may be removed by air blow or the like. According to this, the usage amount of the cleaning liquid and the discharge amount of the cleaning waste liquid can be reduced.

また、洗浄処理後の樹脂基板に付着している液滴を、エアブローなどで除去しても良い。これによれば、後段工程の処理時間短縮に有効である。その際、塵埃の付着を防止するために除電処理を行うことが望ましい。   Further, the droplets adhering to the resin substrate after the cleaning treatment may be removed by air blow or the like. This is effective for shortening the processing time of the subsequent process. At that time, it is desirable to perform a charge removal process in order to prevent adhesion of dust.

次に、樹脂基板を、張力をかけながら加熱処理する。これにより、樹脂基板を乾燥しつつ、樹脂基板の残留応力を緩和できる。   Next, the resin substrate is heat-treated while applying tension. Thereby, the residual stress of the resin substrate can be relaxed while drying the resin substrate.

本発明において、加熱処理は、減圧雰囲気下で行うことが好ましく、0.5気圧以下がより好ましく、0.1気圧以下が特に好ましい。加熱処理を減圧雰囲気下で行うことで、樹脂基板から水分を効率よく除去できる。   In the present invention, the heat treatment is preferably performed in a reduced pressure atmosphere, more preferably 0.5 atm or less, and particularly preferably 0.1 atm or less. By performing the heat treatment in a reduced pressure atmosphere, moisture can be efficiently removed from the resin substrate.

本発明において、加熱処理温度は、100℃以上、樹脂基板の融点または熱分解温度未満が好ましい。樹脂基板がポリイミドフィルムの場合の加熱処理温度は、100〜400℃が好ましく、150〜250℃がより好ましい。加熱処理温度が100℃未満であると、樹脂基板の乾燥が十分でないことがある。   In the present invention, the heat treatment temperature is preferably 100 ° C. or higher and lower than the melting point or thermal decomposition temperature of the resin substrate. 100-400 degreeC is preferable and, as for the heat processing temperature in case a resin substrate is a polyimide film, 150-250 degreeC is more preferable. If the heat treatment temperature is less than 100 ° C., the resin substrate may not be sufficiently dried.

本発明において、加熱処理時間は、30秒〜60分が好ましく、1〜5分がより好ましい。加熱処理時間が30秒未満であると、乾燥が不十分な場合がある。60分を超えてもさほど変化がないので生産性の低下につながる。   In the present invention, the heat treatment time is preferably 30 seconds to 60 minutes, and more preferably 1 to 5 minutes. If the heat treatment time is less than 30 seconds, drying may be insufficient. Even if it exceeds 60 minutes, there is not much change, leading to a decrease in productivity.

本発明において、樹脂基板に加える張力は、30〜200N/mが好ましく、50〜80N/mがより好ましい。30N/m未満であると、樹脂基板の残留応力を十分に緩和できないことがある。200N/mを超えると、樹脂基板が変形して不良品が発生し易く、歩留まりが低下する傾向にある。   In the present invention, the tension applied to the resin substrate is preferably 30 to 200 N / m, and more preferably 50 to 80 N / m. If it is less than 30 N / m, the residual stress of the resin substrate may not be sufficiently relaxed. When it exceeds 200 N / m, the resin substrate is deformed and defective products are likely to be generated, and the yield tends to decrease.

樹脂基板に加える張力の方向は、特に限定は無い。例えば、長尺の樹脂基板を搬送しながら加熱処理する場合、樹脂基板の搬送方向、すなわち、樹脂基板の長手方向に張力を加えることが好ましい。また、樹脂基板の搬送方向に直交する方向、すなわち、樹脂基板の短手方向に張力を加えてもよい。   The direction of tension applied to the resin substrate is not particularly limited. For example, when heat treatment is performed while transporting a long resin substrate, it is preferable to apply tension in the transport direction of the resin substrate, that is, the longitudinal direction of the resin substrate. Further, tension may be applied in a direction orthogonal to the direction of transport of the resin substrate, that is, the short direction of the resin substrate.

加熱処理は、例えば、図2に示す装置を用いて行うことができる。   The heat treatment can be performed using, for example, the apparatus shown in FIG.

図2に示す加熱処理装置30は、真空チャンバー31内に、樹脂基板が巻取られた基板ロール32と、樹脂基板の巻取りコア33と、ヒータ34と、ロール35〜38とが配置されている。基板ロール32から巻き出された樹脂基板1は、ロール35〜38を経由して、巻取りコア33に巻き取られる。そして、ロール35を、巻取り側(矢印Aの方向)に押し出し、ロール38を、巻き出し側(矢印Bの方向)に押し出すことで、樹脂基板に対し、樹脂基板の搬送方向(樹脂基板の長手方向)に張力を加えながら、樹脂基板を加熱処理できる。また、図2では、ヒータ34は、真空チャンバー内を移動する樹脂基板の両面側に配置されているので、樹脂基板を両面から加熱でき、乾燥効率を高めることができる。   A heat treatment apparatus 30 shown in FIG. 2 includes a substrate roll 32 around which a resin substrate is wound, a resin substrate winding core 33, a heater 34, and rolls 35 to 38 in a vacuum chamber 31. Yes. The resin substrate 1 unwound from the substrate roll 32 is wound around the winding core 33 via the rolls 35 to 38. Then, the roll 35 is pushed out to the winding side (in the direction of arrow A), and the roll 38 is pushed out to the unwinding side (in the direction of arrow B). The resin substrate can be heat-treated while applying tension in the longitudinal direction. Moreover, in FIG. 2, since the heater 34 is arrange | positioned at the both surfaces side of the resin substrate which moves the inside of a vacuum chamber, a resin substrate can be heated from both surfaces, and it can improve drying efficiency.

次に、このようにして処理を行った樹脂基板の表面に、裏面電極層を形成する。裏面電極層は、例えば、Moを含有する電極材料を用いて、スパッタ法、蒸着法等の方法で形成できる。また、Ag、Cu、Au、Al、Mg、W及びこれらの合金から選ばれる導電材料を含む電極材料を用いて低抵抗金属層を製膜し、次いで、低抵抗金属層上にMoを含有する電極材料を用いてMo層を製膜することで、低抵抗金属層にMo層が積層した裏面電極層を形成できる。   Next, a back electrode layer is formed on the surface of the resin substrate thus treated. A back surface electrode layer can be formed by methods, such as a sputtering method and a vapor deposition method, using the electrode material containing Mo, for example. In addition, a low-resistance metal layer is formed using an electrode material containing a conductive material selected from Ag, Cu, Au, Al, Mg, W and alloys thereof, and then Mo is contained on the low-resistance metal layer. By forming the Mo layer using the electrode material, a back electrode layer in which the Mo layer is laminated on the low resistance metal layer can be formed.

次に、裏面電極層上に、光吸収層を形成する。光吸収層の形成方法は、特に限定は無く、セレン化法、多元同時蒸着法等、従来公知の方法で形成できる。   Next, a light absorption layer is formed on the back electrode layer. The method for forming the light absorption layer is not particularly limited, and can be formed by a conventionally known method such as a selenization method or a multi-source co-evaporation method.

セレン化法を用いて光吸収層を形成する場合、樹脂基板上に、金属プリカーサ膜を形成する。   When forming a light absorption layer using a selenization method, a metal precursor film is formed on a resin substrate.

金属プリカーサ膜の形成方法は、特に限定は無い。スパッタ法、蒸着法、メッキ法、ナノ粒子印刷法等が挙げられる。なかでも、面内分布の小さい金属膜を効率よく製膜できるという理由からスパッタ法が好ましい。   The method for forming the metal precursor film is not particularly limited. Examples include sputtering, vapor deposition, plating, and nanoparticle printing. Among these, the sputtering method is preferable because a metal film having a small in-plane distribution can be efficiently formed.

金属プリカーサ膜の材質は、光吸収層の種類により異なる。CIS系の光吸収層を形成する場合は、金属プリカーサ膜として、Cuと、In及び/又はGaとを少なくとも含有する金属膜を形成する。また、CZTS系の光吸収層を形成する場合は、金属プリカーサ膜として、Cuと、Znと、Snとを少なくとも含む金属膜を形成する。   The material of the metal precursor film varies depending on the type of the light absorption layer. In the case of forming a CIS-based light absorption layer, a metal film containing at least Cu and In and / or Ga is formed as a metal precursor film. When a CZTS-based light absorption layer is formed, a metal film including at least Cu, Zn, and Sn is formed as the metal precursor film.

次に、金属プリカーサ膜を形成した樹脂基板を、熱処理装置に導入して、少なくともセレン源を有する雰囲気中で熱処理を行う。   Next, the resin substrate on which the metal precursor film is formed is introduced into a heat treatment apparatus, and heat treatment is performed in an atmosphere having at least a selenium source.

また、少なくともセレン源を有する雰囲気中で熱処理を行った後、内部のセレン雰囲気を真空ポンプなどにより一端排気した後、窒素ガス等の不活性ガスで希釈したHS等の硫黄含有ガスを熱処理装置内に導入して、少なくとも硫黄源を有する雰囲気中で更に熱処理を行ってもよい。セレン源を有する雰囲気で熱処理を行った後、更に硫黄源を有する雰囲気で熱処理を行うことで、発電効率に優れたCIS系やCZTS系の光吸収層を形成できる。 Further, after heat treatment in an atmosphere having at least a selenium source, the internal selenium atmosphere is once exhausted by a vacuum pump or the like, and then a sulfur-containing gas such as H 2 S diluted with an inert gas such as nitrogen gas is heat treated. It may be introduced into the apparatus and further heat-treated in an atmosphere having at least a sulfur source. After performing heat treatment in an atmosphere having a selenium source, further heat treatment is performed in an atmosphere having a sulfur source, whereby a CIS-based or CZTS-based light absorption layer having excellent power generation efficiency can be formed.

セレン源を有する雰囲気中での熱処理条件や、硫黄源を有する雰囲気中での熱処理条件は、金属プリカーサ膜の種類や、形成する光吸収層の種類によって異なる。   The heat treatment conditions in the atmosphere containing the selenium source and the heat treatment conditions in the atmosphere containing the sulfur source differ depending on the type of the metal precursor film and the type of the light absorption layer to be formed.

セレン源を有する雰囲気中での熱処理条件の具体例としては、例えば、基板温度を100〜200℃の状態から、350〜550℃まで徐々に昇温し、その状態で、好ましくは10〜240分、より好ましくは20〜120分保持して行う方法が挙げられる。また、セレン含有ガスのセレンのモル濃度は、1〜20モル%が好ましく、2〜10モル%がより好ましい。   As a specific example of the heat treatment conditions in an atmosphere having a selenium source, for example, the substrate temperature is gradually raised from 100 to 200 ° C. to 350 to 550 ° C., and in that state, preferably 10 to 240 minutes. More preferably, a method of holding for 20 to 120 minutes may be mentioned. Moreover, 1-20 mol% is preferable and, as for the molar concentration of selenium of a selenium containing gas, 2-10 mol% is more preferable.

硫黄源を有する雰囲気中での熱処理条件の具体例としては、例えば、基板温度を500〜650℃まで昇温し、好ましくは5〜120分、より好ましくは20〜120分保持して行うことが好ましい。また、硫黄含有ガスの硫黄のモル濃度は、1〜30モル%が好ましく、2〜20モル%がより好ましい。   As a specific example of the heat treatment conditions in an atmosphere having a sulfur source, for example, the substrate temperature is raised to 500 to 650 ° C., preferably 5 to 120 minutes, more preferably 20 to 120 minutes. preferable. Moreover, 1-30 mol% is preferable and, as for the molar concentration of sulfur of sulfur containing gas, 2-20 mol% is more preferable.

このように熱処理することで、金属プリカーサ膜が反応して、CIS系やCZTS系の光吸収層が形成される。なお、熱処理時における基板温度の上限は使用する基板により異なる。   By performing the heat treatment in this manner, the metal precursor film reacts to form a CIS-based or CZTS-based light absorption layer. Note that the upper limit of the substrate temperature during the heat treatment varies depending on the substrate used.

また、多元同時蒸着法で、光吸収層を形成する場合は、裏面電極層上に、光吸収層の構成元素を含有する原料を同時蒸着することで形成できる。例えば、CIS系の光吸収層を形成する場合は、裏面電極層上に、Cu、In、Ga、Se等を含む原料を、同時蒸着することで形成できる。また、CZTS系の光吸収層を形成する場合は、Cu、Zn、Sn、Se等を含む原料を、同時蒸着することで形成できる。   Moreover, when forming a light absorption layer by the multi-component simultaneous vapor deposition method, it can form by co-evaporating the raw material containing the structural element of a light absorption layer on a back surface electrode layer. For example, in the case of forming a CIS-based light absorption layer, a material containing Cu, In, Ga, Se, or the like can be formed on the back electrode layer by simultaneous vapor deposition. In the case of forming a CZTS-based light absorption layer, it can be formed by co-evaporating raw materials containing Cu, Zn, Sn, Se and the like.

次に、光吸収層上に、バッファ層を形成する。バッファ層の形成方法は、特に限定は無く、従来公知の方法を用いることができる。例えば、溶液成長法(CBD:Chemical Bath Deposition)、蒸着法、スパッタ法、原子堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)、イオン層ガス反応法(Ion Layer Gas Reaction)、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、スパッタ法等が挙げられる。なかでも、溶液成長法が好ましい。溶液成長法では、例えば、Cd、Zn、及びInから選ばれる少なくとも一種の元素を含む溶液に、光吸収層を形成した基板を浸漬することで、光吸収層上にCd、Zn及びInから選ばれる少なくとも一種の元素を含むバッファ層を形成できる。このように、溶液成長法は、装置構成が簡単であり、低コストで、密着性が高く、表面被覆性に優れたバッファ層を光吸収層上に形成できる。   Next, a buffer layer is formed on the light absorption layer. The method for forming the buffer layer is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, solution growth (CBD), vapor deposition, sputtering, atomic deposition (ALD), ionic layer gas reaction (MOCVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) : Metal Organic Chemical Vapor Deposition), sputtering method and the like. Of these, the solution growth method is preferable. In the solution growth method, for example, by immersing the substrate on which the light absorption layer is formed in a solution containing at least one element selected from Cd, Zn, and In, the material is selected from Cd, Zn, and In on the light absorption layer. A buffer layer containing at least one element can be formed. As described above, the solution growth method has a simple apparatus configuration, can be formed at a low cost, has a high adhesion, and has a surface coating property on the light absorption layer.

次に、バッファ層上に、スパッタ法、蒸着法等の方法で透明電極層を形成する。また、必要に応じてバッファ層と透明電極層の間にZnO等の高抵抗バッファ層を設けてもよい。高抵抗バッファ層を設けることは、リーク電流を低減して出力を向上することに有効である。   Next, a transparent electrode layer is formed on the buffer layer by a method such as sputtering or vapor deposition. Moreover, you may provide high resistance buffer layers, such as ZnO, between a buffer layer and a transparent electrode layer as needed. Providing a high-resistance buffer layer is effective in reducing leakage current and improving output.

そして、このようにして形成された素子を、メカニカルスクライブ法や、レーザスクライブ法等でスクライブ加工してセル毎に分離する。スクライブ加工は、樹脂基板に張力をかけて伸ばした状態で行っても良い。張力の方向は、樹脂基板の加熱処理時に樹脂基板に張力を加えた方向と同じ方向が好ましい。   Then, the element formed in this manner is scribe-processed by a mechanical scribe method, a laser scribe method, or the like and separated into cells. The scribing process may be performed in a state where the resin substrate is stretched under tension. The direction of tension is preferably the same as the direction in which tension is applied to the resin substrate during the heat treatment of the resin substrate.

そして、各セルどうしを直列接続及び/又は並列接続し、引き出し電極等を取り付けることでサブストレート型の太陽電池を製造できる。   And a substrate type solar cell can be manufactured by connecting each cell in series and / or in parallel, and attaching an extraction electrode etc.

本発明によれば、樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させるので、樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入できる。このため、樹脂基板に導入された1A族の金属を、光吸収層を形成する過程で、光吸収層に添加でき、太陽電池の発電特性の向上を図ることができる。また、樹脂基板1上の汚れ等が、上記水溶液によって洗浄除去されるので、樹脂基板上に裏面電極層を密着性よく製膜できる。   According to the present invention, since the aqueous solution containing the group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate, the group 1A metal can be introduced into at least the surface of the resin substrate. For this reason, the group 1A metal introduced into the resin substrate can be added to the light absorption layer in the process of forming the light absorption layer, and the power generation characteristics of the solar cell can be improved. Moreover, since the stain | pollution | contamination etc. on the resin substrate 1 are washed away by the said aqueous solution, a back surface electrode layer can be formed into a film with sufficient adhesiveness on the resin substrate.

また、樹脂基板の残留応力が緩和されているので、樹脂基板に張力をかけて伸ばした状態でスクライブ加工を行っても、張力開放前後における樹脂基板の寸法変化を抑えることができ、素子のスクライブ加工を精度よく行うことができる。   In addition, since the residual stress of the resin substrate is relaxed, the dimensional change of the resin substrate before and after releasing the tension can be suppressed even if the scribe processing is performed with the resin substrate stretched with tension, and the scribe of the device is suppressed. Processing can be performed with high accuracy.

以上、サブストレート型の太陽電池を例に挙げて、本発明の太陽電池の製造方法について説明したが、本発明の太陽電池の製造方法は、スーパーストレート型の太陽電池や、両面受光型の太陽電池等、サブストレート型以外の太陽電池にも適用できる。   The method for manufacturing the solar cell according to the present invention has been described above by taking the substrate type solar cell as an example. However, the method for manufacturing the solar cell according to the present invention can be applied to a super straight type solar cell or a double-sided light receiving solar cell. It can also be applied to solar cells other than the substrate type such as a battery.

(例1)
ポリイミドフィルムが巻き取られた基板ロールからポリイミドフィルムを引き出し、その搬送経路上で、NaOH濃度1mol/l、温度80℃のNaOH水溶液が満たされた浴槽に5分浸漬させた後、浴槽からポリイミドフィルムを取り出し、ポリイミドフィルムに付着している液滴をエアブローで除去した。
次に、ポリイミドフィルムを純水が満たされた浴槽に5分浸漬させ後、浴槽からポリイミドフィルムを取り出し、ポリイミドフィルムに付着している液滴をエアブローで除去した。
次に、液滴を除去したポリイミドフィルムを、0.1気圧の減圧下で、ポリイミドフィルムの搬送方向に60N/mの張力をかけながら、200℃で2分間加熱処理を行った。
このようにしてポリイミドフィルムを処理した。処理後のポリイミドフィルムに対して炎色反応試験を行ったところ、黄色を呈した。ポリイミドフィルムにNaが導入されていることが確認できた。また、処理後のポリイミドフィルムの表面状態を観察したところ、汚染物等が除去されており、また、樹脂の変性等が見られず、清浄な表面状態を有していた。
(Example 1)
The polyimide film is drawn out from the substrate roll on which the polyimide film is wound, and immersed in a bath filled with an aqueous NaOH solution having a NaOH concentration of 1 mol / l and a temperature of 80 ° C. on the transport path, and then the polyimide film is removed from the bath. The liquid droplets attached to the polyimide film were removed by air blowing.
Next, after immersing the polyimide film in a bathtub filled with pure water for 5 minutes, the polyimide film was taken out of the bathtub and the droplets adhering to the polyimide film were removed by air blowing.
Next, the polyimide film from which the droplets were removed was subjected to heat treatment at 200 ° C. for 2 minutes under a reduced pressure of 0.1 atm while applying a tension of 60 N / m in the polyimide film conveyance direction.
Thus, the polyimide film was processed. When a flame reaction test was performed on the treated polyimide film, yellow color was exhibited. It was confirmed that Na was introduced into the polyimide film. Moreover, when the surface state of the polyimide film after a process was observed, the contaminants etc. were removed, resin modification | denaturation etc. were not seen but it had a clean surface state.

次に、上記処理を行ったポリイミドフィルム上に、スパッタ法によりMo膜を500nm製膜し、裏面電極層を形成した。
次に、裏面電極層上に、多元蒸着法により、Cu(In,Ga)Seからなる半導体化合物で構成された光吸収層を2.2μm形成した。
次に、光吸収層を形成したポリイミドフィルムを、金属塩(CdSO)、硫化物(チオウレア)および錯化剤(アンモニア)を含有した水溶液中に60〜70℃で10〜15分間浸漬させ、溶液成長法により、CdSからなるバッファ層を50nm程度形成した。
次に、スパッタ法にて、高抵抗バッファ層としてZnOを100nm、透明導電膜としてZnO:Alを300nm形成し、素子を形成した。
次に、素子を形成したポリイミドフィルムを2cm間隔で5個のセルに分割した。
このようにして、CIS系太陽電池の評価試験用小面積サンプルを製造した。
Next, a Mo film was formed to a thickness of 500 nm on the polyimide film subjected to the above treatment by a sputtering method to form a back electrode layer.
Next, 2.2 μm of a light absorption layer made of a semiconductor compound made of Cu (In, Ga) Se 2 was formed on the back electrode layer by multi-source deposition.
Next, the polyimide film on which the light absorption layer is formed is immersed in an aqueous solution containing a metal salt (CdSO 4 ), a sulfide (thiourea) and a complexing agent (ammonia) at 60 to 70 ° C. for 10 to 15 minutes, About 50 nm of a buffer layer made of CdS was formed by a solution growth method.
Next, by sputtering, 100 nm of ZnO was formed as the high resistance buffer layer and 300 nm of ZnO: Al was formed as the transparent conductive film, thereby forming an element.
Next, the polyimide film on which the element was formed was divided into 5 cells at intervals of 2 cm.
Thus, the small area sample for the evaluation test of a CIS type solar cell was manufactured.

(例2)
NaOH濃度2mol/lのNaOH水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の方法でポリイミドフィルムを処理した。処理後のポリイミドフィルムに対して炎色反応試験を行ったところ、黄色を呈した。ポリイミドフィルムにNaが導入されていることが確認できた。また、処理後のポリイミドフィルムの表面状態を観察したところ、汚染物等が除去されており、また、樹脂の変性等が見られず、清浄な表面状態を有していた。
このようにして処理したポリイミドフィルム上に、例1と同様の方法で各層を形成し、CIS系太陽電池の評価試験用小面積サンプルを製造した。
(Example 2)
A polyimide film was treated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous NaOH solution having a NaOH concentration of 2 mol / l was used. When a flame reaction test was performed on the treated polyimide film, yellow color was exhibited. It was confirmed that Na was introduced into the polyimide film. Moreover, when the surface state of the polyimide film after a process was observed, the contaminants etc. were removed, resin modification | denaturation etc. were not seen but it had a clean surface state.
Each layer was formed on the polyimide film thus treated in the same manner as in Example 1 to produce a small area sample for an evaluation test of a CIS solar cell.

(例3)
NaOH濃度5mol/lのNaOH水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の方法でポリイミドフィルムを処理した。処理後のポリイミドフィルムに対して炎色反応試験を行ったところ、黄色を呈した。ポリイミドフィルムにNaが導入されていることが確認できた。また、処理後のポリイミドフィルムの表面状態を観察したところ、汚染物等が除去されており、また、樹脂の変性等が見られず、清浄な表面状態を有していた。
このようにして処理したポリイミドフィルム上に、例1と同様の方法で各層を形成し、CIS系太陽電池の評価試験用小面積サンプルを製造した。
(Example 3)
A polyimide film was treated in the same manner as in Example 1 except that an aqueous NaOH solution having a NaOH concentration of 5 mol / l was used. When a flame reaction test was performed on the treated polyimide film, yellow color was exhibited. It was confirmed that Na was introduced into the polyimide film. Moreover, when the surface state of the polyimide film after a process was observed, the contaminants etc. were removed, resin modification | denaturation etc. were not seen but it had a clean surface state.
Each layer was formed on the polyimide film thus treated in the same manner as in Example 1 to produce a small area sample for an evaluation test of a CIS solar cell.

(例4)
ポリイミドフィルムが巻き取られた基板ロールからポリイミドフィルムを引き出し、その搬送経路上で、純水が満たされた浴槽に5分浸漬させ後、浴槽からポリイミドフィルムを取り出して、ポリイミドフィルムに付着している液滴をエアブローで除去した。そして、液滴を除去したポリイミドフィルムを、0.1気圧の減圧下で、張力をかけることなく200℃で2分間加熱処理し、ポリイミドフィルムを処理した。
(Example 4)
The polyimide film is pulled out from the substrate roll on which the polyimide film is wound, and is immersed in a bathtub filled with pure water on the transport path for 5 minutes, and then the polyimide film is taken out from the bathtub and adhered to the polyimide film. The droplet was removed by air blow. And the polyimide film from which the droplet was removed was heat-treated at 200 ° C. for 2 minutes under a reduced pressure of 0.1 atm.

このようにして処理したポリイミドフィルム上に、例1と同様の方法で各層を形成し、CIS系太陽電池の評価試験用小面積サンプルを製造した。   Each layer was formed on the polyimide film thus treated in the same manner as in Example 1 to produce a small area sample for an evaluation test of a CIS solar cell.

例1〜4の評価試験用小面積サンプルに、ソーラーシミュレータで、AM1.5、100mW/cmの光を照射して、電流−電圧曲線を求め、電流−電圧曲線から、変換効率(η)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)、短絡電流(Jsc)、を求めた(n=6)。結果を図3〜6に示す。 The small area samples for evaluation tests of Examples 1 to 4 are irradiated with light of AM 1.5 and 100 mW / cm 2 by a solar simulator to obtain a current-voltage curve, and the conversion efficiency (η) is obtained from the current-voltage curve. , Open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and short circuit current (Jsc) were determined (n = 6). The results are shown in FIGS.

また、例1と、例4の評価試験用小面積サンプルについて、セルどうしの間隔を測定し、寸法変動率を求めた(n=5)。なお、寸法変動率は、以下の式より求めた。結果を図7に示す。   Moreover, about the small area sample for an evaluation test of Example 1 and Example 4, the space | interval between cells was measured and the dimensional variation rate was calculated | required (n = 5). In addition, the dimensional variation rate was calculated | required from the following formula | equation. The results are shown in FIG.

寸法変動率(%)=((|2(cm)−セルどうしの間隔の実測値(cm)|)/2(cm))×100   Dimensional variation rate (%) = (((| 2 (cm) −actual value of distance between cells (cm) |) / 2 (cm)) × 100

また、例1と、例4の評価試験用小面積サンプルについて、18個のセルの出力を求め、出力のバラつきを評価した。出力のバラつきは、平均値を中央値とし、中央値に対する比率で表した。結果を図8に示す。   Moreover, about the small area sample for an evaluation test of Example 1 and Example 4, the output of 18 cells was calculated | required and the output variation was evaluated. The variation in output was expressed as a ratio with respect to the median, with the average value being the median. The results are shown in FIG.

図3〜6の結果より、ポリイミドフィルムを、NaOH水溶液で処理することで、CIS系太陽電池の変換効率(η)、開放電圧(Voc)、曲線因子が向上することが分かる。また、短絡電流(Jsc)のバラつきを抑えることができた。   From the result of FIGS. 3-6, it turns out that the conversion efficiency ((eta)) of a CIS type solar cell, an open circuit voltage (Voc), and a fill factor improve by processing a polyimide film with NaOH aqueous solution. Moreover, the variation of the short circuit current (Jsc) could be suppressed.

また、図7,8の結果より、ポリイミドフィルムの加熱処理を、張力を掛けながら行うことで、ポリイミドフィルムの寸法安定性が向上し、スクライブ加工の精度を高めて、各セルの出力のバラつきを抑えることができることが分かる。   In addition, from the results of FIGS. 7 and 8, the polyimide film heat treatment is performed while tension is applied, so that the dimensional stability of the polyimide film is improved, the accuracy of the scribe process is improved, and the output variation of each cell is varied. It can be seen that it can be suppressed.

1:樹脂基板
2:裏面電極層
3:光吸収層
4:バッファ層
5:透明電極層
10:太陽電池
30:加熱処理装置
31:真空チャンバー
32:基板ロール
33:巻取りコア
34:ヒータ
35〜38:ロール
1: Resin substrate 2: Back electrode layer 3: Light absorption layer 4: Buffer layer 5: Transparent electrode layer 10: Solar cell 30: Heat treatment device 31: Vacuum chamber 32: Substrate roll 33: Winding core 34: Heater 35- 38: Roll

Claims (10)

樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させて前記樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入させ、次いで、前記樹脂基板から前記水溶液を除去し、次いで、前記樹脂基板に張力をかけながら加熱処理することを特徴とする樹脂基板の処理方法。   An aqueous solution containing a group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate to introduce a group 1A metal into at least the surface of the resin substrate, and then the aqueous solution is removed from the resin substrate, and then the resin substrate A method for treating a resin substrate, comprising performing a heat treatment while applying tension to the substrate. 1A族の金属水酸化物が、NaOH、KOH及びLiOHから選ばれた1種以上である請求項1に記載の樹脂基板の処理方法。   The method for treating a resin substrate according to claim 1, wherein the Group 1A metal hydroxide is at least one selected from NaOH, KOH, and LiOH. 前記樹脂基板が、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム及びポリエチレンナフタレートから選ばれた一種である請求項1又は2に記載の樹脂基板の処理方法。   The method for treating a resin substrate according to claim 1, wherein the resin substrate is a kind selected from a polyimide film, a polyethylene terephthalate film, and polyethylene naphthalate. 前記水溶液として、1A族の金属水酸化物を0.1〜5mol/l含有するものを用いる請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂基板の処理方法。   The processing method of the resin substrate of any one of Claims 1-3 using what contains 0.1-5 mol / l of 1A group metal hydroxide as said aqueous solution. 前記樹脂基板に、30〜90℃の前記水溶液を、1〜60分接触させる請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂基板の処理方法。   The method for treating a resin substrate according to claim 1, wherein the aqueous solution at 30 to 90 ° C. is brought into contact with the resin substrate for 1 to 60 minutes. 樹脂基板に、1A族の金属水酸化物を含む水溶液を接触させて前記樹脂基板の少なくとも表面に1A族の金属を導入させ、次いで、前記樹脂基板から前記水溶液を除去し、次いで、前記樹脂基板に張力をかけながら加熱処理した後、前記樹脂基板の、前記1A族の金属が導入された側に、裏面電極層と、CIS系又はCZTS系の光吸収層と、バッファ層と、透明電極層とを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。   An aqueous solution containing a group 1A metal hydroxide is brought into contact with the resin substrate to introduce a group 1A metal into at least the surface of the resin substrate, and then the aqueous solution is removed from the resin substrate, and then the resin substrate After applying heat treatment to the resin substrate, a back electrode layer, a CIS-based or CZTS-based light absorption layer, a buffer layer, and a transparent electrode layer are formed on the side of the resin substrate on which the group 1A metal is introduced. And forming a solar cell. 1A族の金属水酸化物が、NaOH、KOH及びLiOHから選ばれた1種以上である請求項6に記載の太陽電池の製造方法。   The method for producing a solar cell according to claim 6, wherein the Group 1A metal hydroxide is at least one selected from NaOH, KOH and LiOH. 前記樹脂基板が、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム及びポリエチレンナフタレートフィルムから選ばれた一種である請求項6又は7に記載の太陽電池の製造方法。   The method for producing a solar cell according to claim 6 or 7, wherein the resin substrate is one selected from a polyimide film, a polyethylene terephthalate film, and a polyethylene naphthalate film. 前記水溶液として、1A族の金属水酸化物を0.1〜5mol/l含有するものを用いる請求項6〜8のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。   The manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 6-8 which uses what contains 0.1-5 mol / l of 1A group metal hydroxides as said aqueous solution. 前記樹脂基板に、30〜90℃の前記水溶液を、1〜60分接触させる請求項6〜9のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。   The method for producing a solar cell according to any one of claims 6 to 9, wherein the aqueous solution at 30 to 90 ° C is brought into contact with the resin substrate for 1 to 60 minutes.
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