JP2862174B2 - 太陽電池用基板 - Google Patents
太陽電池用基板Info
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Description
の製造に有用な太陽電池用基板に関するものである。
ン太陽電池は8で図示されており、透明絶縁性基板1、
透明導電膜2、p型a−Si層3、i型a−Si層4および
n型a−Si層5からなる光導体光電変換層6と、裏面電
極として働くアルミニウム電極7とを有している。この
構成は、比較的低コストで製造可能な光電変換装置の一
つとして実用的に使用されている。かかるアモルファス
太陽電池8は、光9が透明絶縁性基板1側から入射し、
主としてi型a−Si層4内で吸収されるように設計され
ている。起電力は透明電導膜2とアルミニウム電極7の
2つの電極間で発生し、導線10を通して太陽電池から電
気が取り出される。
は、光電変換効率の向上が最も重要な課題である。光電
変換効率の向上を達成する方法として、透明電導膜の表
面を凹凸化する方法が知られている。この凹凸化によ
り、入射光が透明電導膜とa−Si半導体層との界面で散
乱される。この光学的な散乱効果により、入射光の表面
反射損失の低減、及びi型a−Si層における吸収の増大
が得られる。a−Si半導体層内での多重反射や屈折によ
って、光路長が増大し、i型a−Si層内での光閉じ込め
効果によりアモルファスシリコン太陽電池の長波長光に
対する収集効率の向上が期待される。短絡電流密度が増
大し、それにより、発電効率及び光電変換効率が向上さ
れる。
−57756号においては、透明電導膜の表面の平均粒径を
0.1μm〜22.5μmとすること、又特開昭59−201470号
においては、透明電導膜を平均粒径.0.1μm〜0.9μm
の結晶粒からなる様にすること、又特開昭59−103384号
においては、透明電導膜を構成する微結晶の平均粒径を
300Å以上とすること、又特開昭60−175465号において
は透明電導膜を形成する太陽電池基板として、基板面に
ヘイズ率が1%以上であり、直径が300〜5000Å、高さ
が200〜3000Åの多数の凸部を持つ酸化珪素被膜を形成
することが提案されている。
基板では、光電変換効率をある程度高めることはできて
も、更に高効率化を図ることは不充分であった。
凹凸面を有する透明電導性酸化物が形成された太陽電池
用基板を提供することを目的とするものである。
膜を有する太陽電池用基板を提供するものである。透明
電導膜は、直径が0.1μm〜0.3μmであり、高さ/直径
の比が0.7〜1.2の多数の多角形状の凸部を有するもので
ある。
して 第2図は本発明の太陽電池用基板の透明電導膜の表面
性状を示す部分拡大断面図である。
ムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレ
ートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英
ガラス、その他の各種ガラスからなる透明ガラス板を用
いることができる。基板は、350〜800μmの波長域にお
いて高い透過率、例えば80%以上の透過率を有すること
が好ましい。又、十分絶縁性で、かつ化学的、物理的耐
久性が高く、かつ光学的特性が良好であることが望まし
い。なお、ソーダライムシリケートガラスなどのナトリ
ウムを含有するガラスからなるガラス基板、又は低アル
カリ含有ガラスからなるガラス基板の場合には、ガラス
からその上面に形成される透明電導膜へのイオンの拡散
を最小限にするために、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウ
ム膜、酸化ジルコニウム膜などのアルカリバリヤーコー
トをガラス基板面に施してもよい。
ッ素が酸化錫に対し0.1〜5重量%ドープされた酸化
錫、アンチモンが酸化錫に対し0.1〜30重量%ドープさ
れた酸化錫、錫が酸化インジウムに対し0.5〜30重量%
ドープされた酸化インジウムなどの所望の電気伝導度を
有する透明性金属酸化物からなるものが好ましい。これ
らの中でも、フッ素がドープされた酸化錫からなる透明
電導膜は、シート抵抗30Ω/□未満の低抵抗が容易に得
られるので太陽電池用基板用として最適である。フッ素
がドープされた酸化錫は、プラズマ励起化学的相蒸着装
置内でa−Si層を形成する時に曝される水素プラズマに
よる化学的還元に対して高い耐性を有している。
膜が形成された太陽電池用基板が示されている。即ち、
透明電導膜22は、直径Dが0.1〜0.3μmであり、かつ凸
部24の高さ/直径の比(H/D)が0.7〜1.2である凸部24
を多数有している。かかる凸部の高さHは0.1〜0.6μ
m、特に、0.25μm以下であることが好ましい。さら
に、多数の凸部24は、0.1〜0.5μmのピッチP(頂点と
頂点の間の距離)を持って形成されていることが好まし
い。というのは、かかる凸部が互いにあまり距離をおい
て形成されていると透明電導膜が効果的に光を散乱しな
いためである。又、凸部の形状は任意である。代表的な
例としては、凸部の底面の形状が四角形ないしそれ以上
の多角形のものが挙げられる。常圧化学的気相蒸着法
(CVD法)により凹凸を有する酸化物が自動的に形成さ
れる。凸部形状は、膜の化学的構成に依存する。
高さ/直径の比が0.6以上という範囲外である凸部は、
表面地形の80%以上が望ましい範囲内にある限り、ある
程度存在しても良い。
ト抵抗値を有することが好ましい。この範囲は、大型基
板におけるオーム損失を避けるという観点で特に望まし
い。本発明においてヘイズ率は、太陽電池の光電変換効
率を高めるのに必要とされる、前述の粒子形状と光学的
性質との関係の点から、8〜30%とするのが最適であ
る。
コーティング方法、例えば、化学的気相蒸着法(CVD
法)、熱分解スプレー法、スパッタリング法、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、浸漬法など各種方法によ
り作成できる。これらの方法の中でも、上記した様な直
径、高さ、高さ/直径を持った凸部がコントロールされ
て容易に得られる為、CVD法やスパッタリング法が最適
である。
その詳細に限定されるように意図されたものではない。
陽電池用基板のサンプルを作成した。
×3.5インチ×厚さ1.1mm)と、その上に形成された膜厚
800ÅのSiO2膜を有していた。
たSnCl4,H2O、CH3OH,そしてHFを反応ガスとして用い
て行った。
有する常圧CVD炉の中で作成した。加熱部は反応ガスを
導入するための4インチ幅のノズルを有していた。
る。即ち、SnCl4及び希釈用N2ガスが3番目の中央のス
リットより吐出し、H2O,CH3OH,HF及び希釈用N2ガスが
1番目及び5番目の最外層の2つのスリットより吐出
し、反応ガスのグループを分離するN2ガスが2番と4番
のスリットより吐出する。さらに、吐出口とガラス基板
との距離は調整可能な構造をしている。
を前述のCVD炉内にベルト搬送速度0.20m/minで導入し、
基板温度600℃まで加熱した。前述のガス導入ノズルよ
り反応ガスを基板状に吹きつけて、基板のSiO2膜上にフ
ッ素のドープされたSnO2膜を形成した。供給ガス導入量
は、中央スリットからSnCl4 0.025l/min、N21.6l/min、
中央スリットに隣接する分離スリットからN2 1.5l/mi
n、最外スリットからH2O 0.93l/min、HF 0.015l/min、C
H3OH 0.017l/min、N2 1.5l/minであった。
を用いて、表1に示した作成条件により作成した。
触針式膜厚計(Taly−Step;Tailor−Hobson Co.,針の先
端は直径12.5μm)により測定した。次に0.5μmのダ
イアモンドペーストを用い、500g/cm2の荷重下で研磨を
行なった。研磨の過程で、膜厚およびヘイズ値を測定
し、ヘイズ値が2%以下となる時点での膜厚t1を測定し
た。当初の膜厚t0と膜厚t1との差、即ちt0−t1を凸部の
高さとした。
を撮影し、この顕微鏡写真より、直径を測定した。
径),及びH/D(高さ/直径)の実測値を表2に示す。
絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターの測定値も
示す。
径,高さ/直径を有している。サンプルNo.6、7、8及
び9は、本発明の範囲外の高さ,直径,高さ/直径を有
しており、これのサンプル上に形成された太陽電池の特
性は、サンプルNo.1〜5上に形成された太陽電池の特性
より劣ることがわかる。
(膜厚約100Å),i型a−Si層(膜厚約4000Å),n型a
−Si層(膜厚1000Å)及び金属電極層(膜厚10000Å)
を有するものであった。
電導膜とa−Siの界面をへて、a−Si層に入射する。そ
の際、電導膜表面が凹凸構造を有していると光は散乱さ
れて散乱光がa−Si層内にとり込まれる。Si層内でのオ
プティカルパス(光路長)が長くなり光の吸収効率が高
まる。この効果は、シリコンの吸収係数が小さい長波長
領域では特に大きい。この長波長領域における光の散乱
性を高めるためには、ある程度以上の大きさの直径、高
さが必要となる。
0.7〜1.2の高さ/直径の比を有する凸部を多数有してい
る。
0.7未満であると、凸部が小さく、かつ/又は平たくな
りすぎ、効果的に光を散乱できないため、凸部の直径や
高さ/直径の比はある程度大きいことが好ましい。
さ/直径の比が1.2を超える場合には結果的に凸部の高
さが大きくなりすぎ、透明電導膜上にa−Si層を均一に
積層することが困難となる。この点で凸部の直径や高さ
/直径の比はa−Si層の膜厚や、良好な電気特性を保持
しつつ均一に膜を形成するa−Si形成システムにより制
約を受ける。
を形成する為には基板温度をかなり高くする必要があ
り、かかる高温はガラス基板を変形させる恐れがあり好
ましくない。
例(サンプル6,7,8,9)から明らかなように、本発明の
太陽電池用基板を用いると次の様な優れた効果が得られ
る。
細に述べたが、本発明に関連する技術を熟知している者
は、次の請求の範囲によって規定される発明を実施する
ための様々な代替手段や形態がわかるだろう。
Claims (4)
- 【請求項1】少なくとも1つの表面を有する透明ガラス
基板と、その上に常圧化学的気相蒸着方によって形成さ
れた透明電導性材料からなる電導膜を有する太陽電池用
基板であって、上記電導膜は、直径が0.1μm〜0.3μm
で、高さ/直径の比が0.7〜1.2で、基板の上記1つの表
面と反対の方向に延びている凸部を多数含む表面地形を
有することを特徴とする太陽電池用基板。 - 【請求項2】透明電導性材料が酸化錫、フッ素がドープ
された酸化錫、アンチモンがドープされた酸化錫、イン
ジウム錫酸化物のうち1種からなるものであることを特
徴とする請求項1記載の太陽電池用基板。 - 【請求項3】透明電導膜のシート抵抗が4〜10Ω/□で
あることを特徴とする請求項1記載の太陽電池用基板。 - 【請求項4】透明電導膜のヘイズ値が8〜30%であるこ
とを特徴とする請求項1記載の太陽電池用基板。
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