JP2908067B2 - 太陽電池用基板および太陽電池 - Google Patents
太陽電池用基板および太陽電池Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入射光を散乱させて活
性層で吸収される光を有効に利用することによって太陽
電池の出力特性を安定に向上させた太陽電池用基板およ
びその基板を用いた太陽電池に関する。
性層で吸収される光を有効に利用することによって太陽
電池の出力特性を安定に向上させた太陽電池用基板およ
びその基板を用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、石油などの化石エネルギー
や原子力エネルギーに代わるクリーンなエネルギーとし
て期待されている。太陽電池を電力用のエネルギー源と
して実用化するために解決すべき問題点の最たるもの
は、製造コストの低減である。太陽電池を材料別に大別
すれば、単結晶を用いるものと、多結晶を用いるもの
と、非晶質を用いるものと、化合物の薄膜を用いるもの
に分けられる。そのうち、非晶質や化合物の薄膜を用い
る太陽電池は、製造コストを大幅に低減できる可能性の
高い材料として、盛んに開発されている。発電コストを
考える場合に、単位電力当たりで計算されるべきである
から、製造プロセスのコストを低減すること以外に、太
陽電池の光電変換効率を向上させることも重要である。
光電変換効率を向上させる手段の一つに、太陽電池の光
入射側と反対側に、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕなどの、高
い反射率を有する金属膜による反射層を形成する技術が
知られている。この技術は、キャリアを生成する半導体
層を透過した光を、反射層で反射してやることによっ
て、再び半導体層で吸収させて、出力電流を増大させて
光電変換効率を向上させようとしたものである。
変換素子である太陽電池は、石油などの化石エネルギー
や原子力エネルギーに代わるクリーンなエネルギーとし
て期待されている。太陽電池を電力用のエネルギー源と
して実用化するために解決すべき問題点の最たるもの
は、製造コストの低減である。太陽電池を材料別に大別
すれば、単結晶を用いるものと、多結晶を用いるもの
と、非晶質を用いるものと、化合物の薄膜を用いるもの
に分けられる。そのうち、非晶質や化合物の薄膜を用い
る太陽電池は、製造コストを大幅に低減できる可能性の
高い材料として、盛んに開発されている。発電コストを
考える場合に、単位電力当たりで計算されるべきである
から、製造プロセスのコストを低減すること以外に、太
陽電池の光電変換効率を向上させることも重要である。
光電変換効率を向上させる手段の一つに、太陽電池の光
入射側と反対側に、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕなどの、高
い反射率を有する金属膜による反射層を形成する技術が
知られている。この技術は、キャリアを生成する半導体
層を透過した光を、反射層で反射してやることによっ
て、再び半導体層で吸収させて、出力電流を増大させて
光電変換効率を向上させようとしたものである。
【０００３】また、光反射性基板を用いた太陽電池にお
いて、その光反射面を凹凸のある粗面として形成し、半
導体層を透過してきた光を散乱させて、吸収係数の小さ
い長波長光の光路長を増大させることによりその出力特
性を改善する方法は、例えば、米国特許第４，１２６，
１５０号公報（出願人ＲＣＡ）第７カラム３行目〜８行
目に示唆され、特開昭５６−１５２２７６号公報（出願
人帝人）においても述べられている。さらに、特開昭５
９−１０４１８５号公報（出願人エクソン・リサーチ・
アンド・エンジニアリング・カンパニー）において、粗
面化基板の光学的効果が詳述されている。
いて、その光反射面を凹凸のある粗面として形成し、半
導体層を透過してきた光を散乱させて、吸収係数の小さ
い長波長光の光路長を増大させることによりその出力特
性を改善する方法は、例えば、米国特許第４，１２６，
１５０号公報（出願人ＲＣＡ）第７カラム３行目〜８行
目に示唆され、特開昭５６−１５２２７６号公報（出願
人帝人）においても述べられている。さらに、特開昭５
９−１０４１８５号公報（出願人エクソン・リサーチ・
アンド・エンジニアリング・カンパニー）において、粗
面化基板の光学的効果が詳述されている。
【０００４】さらに、 Journal of Applied Physics 誌
６２巻７号３０１６頁（Thomas C.Paulick, Oct. '87
）において、銀の凹凸（Texture ）を用いたアモルフ
ァスシリコン太陽電池の光学反射特性が数学的に取り扱
われている。凹凸の粗さに関しては、特公昭６２−３０
５０６号公報（出願人帝人）において述べられている。
凹凸の形成法としては、特開昭５４−１５３５８８号公
報（出願人ナショナル・パテント・ディベロップメント
・コーポレーション）においてウエット・エッチング
が、特開昭５８−１５９３８３号公報（出願人エナジー
・コンバージョン・デバイセス）においてサンドブラス
ト法・ファセット形成法、共蒸着法が、特開昭５９−１
４６８２号公報（出願人電解箔工業他）において直流電
解エッチングまたは化学エッチング法によるアルミニウ
ム粗面化が、特開昭５９−８２７７８号公報（出願人エ
ナジー・コンバージョン・デバイセス）においてスパッ
タエッチ法・サンドブラスト法が、前述の特開昭５９−
１０４１８５号公報においてリソグラフィ法・熱分解ス
プレーによる透明導体沈着法・イオンビーム同時沈着法
・エッチング法が、それぞれ開示されている。
６２巻７号３０１６頁（Thomas C.Paulick, Oct. '87
）において、銀の凹凸（Texture ）を用いたアモルフ
ァスシリコン太陽電池の光学反射特性が数学的に取り扱
われている。凹凸の粗さに関しては、特公昭６２−３０
５０６号公報（出願人帝人）において述べられている。
凹凸の形成法としては、特開昭５４−１５３５８８号公
報（出願人ナショナル・パテント・ディベロップメント
・コーポレーション）においてウエット・エッチング
が、特開昭５８−１５９３８３号公報（出願人エナジー
・コンバージョン・デバイセス）においてサンドブラス
ト法・ファセット形成法、共蒸着法が、特開昭５９−１
４６８２号公報（出願人電解箔工業他）において直流電
解エッチングまたは化学エッチング法によるアルミニウ
ム粗面化が、特開昭５９−８２７７８号公報（出願人エ
ナジー・コンバージョン・デバイセス）においてスパッ
タエッチ法・サンドブラスト法が、前述の特開昭５９−
１０４１８５号公報においてリソグラフィ法・熱分解ス
プレーによる透明導体沈着法・イオンビーム同時沈着法
・エッチング法が、それぞれ開示されている。
【０００５】このほか、本源的に凹凸を形成し易い材料
を使うものとして、特開昭５８−１８００６９号公報
（出願人工業技術院長）の有機絶縁層とその上に設ける
金属反射層、特開昭５９−２１３１７４号公報（出願人
工業技術院長）のセラミック基板などがある。
を使うものとして、特開昭５８−１８００６９号公報
（出願人工業技術院長）の有機絶縁層とその上に設ける
金属反射層、特開昭５９−２１３１７４号公報（出願人
工業技術院長）のセラミック基板などがある。
【０００６】さらに、基板金属と半導体層の間に透明導
電層を介在させることにより基板表面性を向上させる方
法が、特公昭５９−４３１０１号公報（出願人富士電機
製造）および特公昭６０−４１８７８号公報（出願人シ
ャープ）において開示されている。
電層を介在させることにより基板表面性を向上させる方
法が、特公昭５９−４３１０１号公報（出願人富士電機
製造）および特公昭６０−４１８７８号公報（出願人シ
ャープ）において開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の太陽電
池用基板は、次のような欠点があった。 （１）光閉じ込め効果によって長波長光を有効に利用す
るためには、基板表面の凹凸は高低差が大きい程効果が
あるが、特に凹凸表面を有する反射層として反射率の高
いＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属膜を用いると、拡
散により電極間での短絡が増大する。 （２）光の散乱に有効な凹凸を形成するためには、０．
４μｍ以上の膜厚が必要であり、反射率の高い金属膜を
用いる場合、製造コストを下げるためには材料としてＡ
ｌ材が適しているが、基板上に太陽電池の半導体層を形
成するときには、通常２００℃以上に加熱する必要があ
り、Ａｌは加熱時に非常に拡散し易く、半導体層に拡散
して太陽電池の特性を低下させたり、光入射側の電極と
導通して短絡を起こす確率が高い。 （３）Ａｌ以外のＡｇ，Ｃｕ，Ａｕなどの金属は、Ａｌ
ほど拡散し易いわけではないが、やはり短絡を起こす可
能性があり、また材料コストが高くなってしまう。Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点の金属を用いれば、金
属の拡散は防ぐことができるが、これらの金属は反射率
が低い。 （４）さらに透明導電膜を金属膜の上に形成して、拡散
をブロックする方法もあるが、この場合透明導電膜の膜
厚をある程度大きくする必要があり、やはり製造コスト
が高くなってしまう。
池用基板は、次のような欠点があった。 （１）光閉じ込め効果によって長波長光を有効に利用す
るためには、基板表面の凹凸は高低差が大きい程効果が
あるが、特に凹凸表面を有する反射層として反射率の高
いＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属膜を用いると、拡
散により電極間での短絡が増大する。 （２）光の散乱に有効な凹凸を形成するためには、０．
４μｍ以上の膜厚が必要であり、反射率の高い金属膜を
用いる場合、製造コストを下げるためには材料としてＡ
ｌ材が適しているが、基板上に太陽電池の半導体層を形
成するときには、通常２００℃以上に加熱する必要があ
り、Ａｌは加熱時に非常に拡散し易く、半導体層に拡散
して太陽電池の特性を低下させたり、光入射側の電極と
導通して短絡を起こす確率が高い。 （３）Ａｌ以外のＡｇ，Ｃｕ，Ａｕなどの金属は、Ａｌ
ほど拡散し易いわけではないが、やはり短絡を起こす可
能性があり、また材料コストが高くなってしまう。Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点の金属を用いれば、金
属の拡散は防ぐことができるが、これらの金属は反射率
が低い。 （４）さらに透明導電膜を金属膜の上に形成して、拡散
をブロックする方法もあるが、この場合透明導電膜の膜
厚をある程度大きくする必要があり、やはり製造コスト
が高くなってしまう。
【０００８】本発明の目的は、高い反射率を有し、光を
散乱する凹凸表面を有しながら、なおかつ太陽電池を低
コストかつ高い歩留りで生産することのできる太陽電池
用基板およびその基板を用いた太陽電池を提供すること
である。
散乱する凹凸表面を有しながら、なおかつ太陽電池を低
コストかつ高い歩留りで生産することのできる太陽電池
用基板およびその基板を用いた太陽電池を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池用基板
は、支持体と、支持体の上に形成され、表面が凹凸形状
でＲmax が０．２μｍから２．０μｍの範囲にあり金属
または金属を含む合金で形成された光散乱層と、光散乱
層の凹凸形状を損なわぬように光散乱層を被覆する、反
射率の高い金属から成る金属被覆と、該金属被覆の表面
に形成されている透明導電膜とを含み、さらに本発明の
太陽電池は、この太陽電池用基板の上に半導体層、該半
導体層上に透明導電膜をこの順で有する。
は、支持体と、支持体の上に形成され、表面が凹凸形状
でＲmax が０．２μｍから２．０μｍの範囲にあり金属
または金属を含む合金で形成された光散乱層と、光散乱
層の凹凸形状を損なわぬように光散乱層を被覆する、反
射率の高い金属から成る金属被覆と、該金属被覆の表面
に形成されている透明導電膜とを含み、さらに本発明の
太陽電池は、この太陽電池用基板の上に半導体層、該半
導体層上に透明導電膜をこの順で有する。
【００１０】凹凸形状を被覆する反射率の高い金属とし
ては、ＣｕまたはＡｇが望ましい。Ａｌは非常に拡散し
易いので不適当であり、Ａｕは材料コストが高すぎて不
適当である。
ては、ＣｕまたはＡｇが望ましい。Ａｌは非常に拡散し
易いので不適当であり、Ａｕは材料コストが高すぎて不
適当である。
【００１１】また、凹凸形状を被覆する反射率の高い金
属の膜厚は、好ましくは１０ｎｍから２００ｎｍ、より
好ましくは１０ｎｍから１５０ｎｍ、最適には２０ｎｍ
から１００ｎｍが望ましい。
属の膜厚は、好ましくは１０ｎｍから２００ｎｍ、より
好ましくは１０ｎｍから１５０ｎｍ、最適には２０ｎｍ
から１００ｎｍが望ましい。
【００１２】
【作用】ＣｕあるいはＡｇも拡散が起こるが、光を散乱
する凹凸形状を形成する光散乱層と反射率の高い金属か
らなる金属被覆を分離し、金属被覆の膜厚を１０ｎｍか
ら２００ｎｍと薄くすることによって、拡散が抑制さ
れ、半導体層に与える悪影響がなくなり、太陽電池の短
絡も著しく低減される。また金属被覆の上に透明導電膜
を形成することによって、金属の拡散がさらに抑制さ
れ、また反射光の散乱の効果も増大される。さらに光を
散乱する凹凸形状を形成する光散乱層にＳｉと金属の合
金を用いることによって、いっそう金属の拡散が抑制さ
れる。
する凹凸形状を形成する光散乱層と反射率の高い金属か
らなる金属被覆を分離し、金属被覆の膜厚を１０ｎｍか
ら２００ｎｍと薄くすることによって、拡散が抑制さ
れ、半導体層に与える悪影響がなくなり、太陽電池の短
絡も著しく低減される。また金属被覆の上に透明導電膜
を形成することによって、金属の拡散がさらに抑制さ
れ、また反射光の散乱の効果も増大される。さらに光を
散乱する凹凸形状を形成する光散乱層にＳｉと金属の合
金を用いることによって、いっそう金属の拡散が抑制さ
れる。
【００１３】本発明者は以下の実験によって本発明に至
る知見を得た。
る知見を得た。
【００１４】まず、以下のような工程で太陽電池用基板
を作成した。表面をＲmax で０．０５μｍ以下に研磨し
たステンレス支持体上にＡｌとＳｉの合金をスパッタ法
により平均０．５μｍ蒸着した。このとき支持体を加熱
しながら蒸着することによって、Ｒmax で０．８μｍの
凹凸形状を有する光散乱層を形成した。次に、この凹凸
を損なわないように金属被覆Ｃｕを電子ビーム蒸着によ
り蒸着した。このとき、Ｃｕの膜厚を５ｎｍから５００
ｎｍまで変えて種々の太陽電池用基板を作製した。また
比較のためにＡｌとＳｉの合金の層をなくしてＣｕの層
で凹凸形状を形成した基板も作製した。この場合も、Ｃ
ｕの膜厚を１００ｎｍから５００ｎｍまで変化させた。
を作成した。表面をＲmax で０．０５μｍ以下に研磨し
たステンレス支持体上にＡｌとＳｉの合金をスパッタ法
により平均０．５μｍ蒸着した。このとき支持体を加熱
しながら蒸着することによって、Ｒmax で０．８μｍの
凹凸形状を有する光散乱層を形成した。次に、この凹凸
を損なわないように金属被覆Ｃｕを電子ビーム蒸着によ
り蒸着した。このとき、Ｃｕの膜厚を５ｎｍから５００
ｎｍまで変えて種々の太陽電池用基板を作製した。また
比較のためにＡｌとＳｉの合金の層をなくしてＣｕの層
で凹凸形状を形成した基板も作製した。この場合も、Ｃ
ｕの膜厚を１００ｎｍから５００ｎｍまで変化させた。
【００１５】次に、以下のような太陽電池を作製した。
それぞれの太陽電池用基板の上にプラズマＣＶＤ法によ
りｎ型のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）と真性のア
モルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）とｐ
型の微結晶シリコンをこの順序で堆積し、ＩＴＯを７０
ｎｍ蒸着し、Ａｌの集電電極を形成して、いわゆる単層
型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を作製した。このときａ−Ｓｉ
Ｇｅの光学的バンドギャップ（Ｅｇ）は１．４８ｅＶ
で、膜厚は２５０ｎｍにした。電極形成後、太陽電池を
１cm角に分離し、それぞれの基板で１００個ずつ形成し
た。それぞれの基板について、１００個の太陽電池を暗
状態でシャント抵抗を測定し、シャント抵抗が１cm2 あ
たり１ｋΩ以上の太陽電池の割合を生存率とした。ま
た、シャント抵抗が１cm2 あたり１ｋΩ以上の太陽電池
の中から任意に１０個選択し、２５℃で、ソーラーシミ
ュレーターによって、ＡＭ１．５、１００mw／cm2 の疑
似太陽光を照射して、太陽電池特性を測定し、平均値を
求めた。
それぞれの太陽電池用基板の上にプラズマＣＶＤ法によ
りｎ型のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）と真性のア
モルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）とｐ
型の微結晶シリコンをこの順序で堆積し、ＩＴＯを７０
ｎｍ蒸着し、Ａｌの集電電極を形成して、いわゆる単層
型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を作製した。このときａ−Ｓｉ
Ｇｅの光学的バンドギャップ（Ｅｇ）は１．４８ｅＶ
で、膜厚は２５０ｎｍにした。電極形成後、太陽電池を
１cm角に分離し、それぞれの基板で１００個ずつ形成し
た。それぞれの基板について、１００個の太陽電池を暗
状態でシャント抵抗を測定し、シャント抵抗が１cm2 あ
たり１ｋΩ以上の太陽電池の割合を生存率とした。ま
た、シャント抵抗が１cm2 あたり１ｋΩ以上の太陽電池
の中から任意に１０個選択し、２５℃で、ソーラーシミ
ュレーターによって、ＡＭ１．５、１００mw／cm2 の疑
似太陽光を照射して、太陽電池特性を測定し、平均値を
求めた。
【００１６】図６に、金属被覆Ｃｕの膜厚を横軸にとっ
て、生存率と短絡電流（Ｊsc）、フィルファクター（Ｆ
Ｆ）のグラフを示した。ただし、ＪscとＦＦは、金属被
覆Ｃｕをつけていない基板での値を１としたときの比を
示す。また、黒丸と破線はＡｌとＳｉの合金の層をなく
してＣｕの層で凹凸形状を形成した基板のグラフであ
る。これにより明らかに金属被覆Ｃｕの膜厚が２００ｎ
ｍを超えると生存率が急速に悪化している。これはＣｕ
の膜厚が厚くなることによって、Ｃｕの拡散により、電
極間で短絡（シャント）が起っているためと思われる。
また金属被覆Ｃｕの膜厚が１０ｎｍ以下ではＪscが低下
してしまう。これはＣｕの膜厚が１０ｎｍ以下では十分
な反射率が得られないためである。また、金属被覆Ｃｕ
の膜厚が厚くなるにしたがってＦＦが低下している。こ
れはＣｕが半導体層中に拡散して悪影響を与えているも
のと思われる。
て、生存率と短絡電流（Ｊsc）、フィルファクター（Ｆ
Ｆ）のグラフを示した。ただし、ＪscとＦＦは、金属被
覆Ｃｕをつけていない基板での値を１としたときの比を
示す。また、黒丸と破線はＡｌとＳｉの合金の層をなく
してＣｕの層で凹凸形状を形成した基板のグラフであ
る。これにより明らかに金属被覆Ｃｕの膜厚が２００ｎ
ｍを超えると生存率が急速に悪化している。これはＣｕ
の膜厚が厚くなることによって、Ｃｕの拡散により、電
極間で短絡（シャント）が起っているためと思われる。
また金属被覆Ｃｕの膜厚が１０ｎｍ以下ではＪscが低下
してしまう。これはＣｕの膜厚が１０ｎｍ以下では十分
な反射率が得られないためである。また、金属被覆Ｃｕ
の膜厚が厚くなるにしたがってＦＦが低下している。こ
れはＣｕが半導体層中に拡散して悪影響を与えているも
のと思われる。
【００１７】また、ＡｌとＳｉの合金の層をなくしてＣ
ｕの層で凹凸形状を有する光散乱層を形成した基板の場
合、Ｃｕの膜厚をおおよそ２００ｎｍ以上に厚くしない
と凹凸形状のＲmax の値を大きくできないのでＪscが増
加しない。ところがＣｕの膜厚をおおよそ２００ｎｍ以
上にすると、生存率が急速に悪化してしまう。以上の結
果から本発明者は、光を散乱する凹凸形状を形成する層
と反射率を高める層を分離して、光散乱層と金属被覆に
分け、反射率を高める層であるＣｕの層の膜厚を１０ｎ
ｍから２００ｎｍとすることにより、太陽電池の生存率
を高い値に維持しつつ、Ｊscを増加させて光電変換効率
を向上させることができるという知見を得た。
ｕの層で凹凸形状を有する光散乱層を形成した基板の場
合、Ｃｕの膜厚をおおよそ２００ｎｍ以上に厚くしない
と凹凸形状のＲmax の値を大きくできないのでＪscが増
加しない。ところがＣｕの膜厚をおおよそ２００ｎｍ以
上にすると、生存率が急速に悪化してしまう。以上の結
果から本発明者は、光を散乱する凹凸形状を形成する層
と反射率を高める層を分離して、光散乱層と金属被覆に
分け、反射率を高める層であるＣｕの層の膜厚を１０ｎ
ｍから２００ｎｍとすることにより、太陽電池の生存率
を高い値に維持しつつ、Ｊscを増加させて光電変換効率
を向上させることができるという知見を得た。
【００１８】次に、ＣｕをＡｇに変えて同様の実験を行
った。その結果を図７に示した。Ｃｕの場合と同様に黒
丸と破線はＡｌとＳｉの合金の層をなくしてＡｇの層で
凹凸形状を形成した基板のグラフである。Ａｇの場合も
Ｃｕと同様の結果が得られた。ただし、ＣｕとＡｇを比
較するとＣｕの方が、膜厚を厚くしていった場合の生存
率およびＦＦの低下が少ない。これは半導体層に同量の
金属が拡散した場合にＣｕの方が影響が少ないためと考
えられる。
った。その結果を図７に示した。Ｃｕの場合と同様に黒
丸と破線はＡｌとＳｉの合金の層をなくしてＡｇの層で
凹凸形状を形成した基板のグラフである。Ａｇの場合も
Ｃｕと同様の結果が得られた。ただし、ＣｕとＡｇを比
較するとＣｕの方が、膜厚を厚くしていった場合の生存
率およびＦＦの低下が少ない。これは半導体層に同量の
金属が拡散した場合にＣｕの方が影響が少ないためと考
えられる。
【００１９】以下、本発明の太陽電池用基板の構成につ
いて図１に基づいて詳しく説明する。
いて図１に基づいて詳しく説明する。
【００２０】支持体１０１は、材料としては、導電性材
料あるいは絶縁性材料のいずれを用いることもできる。
導電性材料としては、モリブデン、タングステン、チタ
ン、コバルト、クロム、ニッケル、鉄、銅、タンタル、
ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム金属またはそれら
の合金での板状体、フィルム体が挙げられる。なかでも
ステンレス鋼、ニッケルクロム合金およびニッケル、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタン金属および／ま
たは合金は、耐蝕性の点から特に好ましい。また、絶縁
性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルローズアセテート、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、
ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ある
いはガラス、セラミック等の板状体を用いることもでき
る。また導電性材料に絶縁性材料をコーティングしたも
のを用いることもできる。光を散乱する凹凸形状を形成
する光散乱層１０２は、材料としては、モリブデン、タ
ングステン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、
鉄、銅、銀、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミ
ニウム等の金属またはそれらの合金があげられる。なか
でもアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、銀などの金属と
シリコンの合金が特に好ましい。また、光を散乱する凹
凸形状は、凹凸の山と谷の高さの差がＲmax で０．２μ
ｍから２．０μｍであることが望ましい。金属被覆１０
３は凹凸形状を被覆する反射率の高い金属からなる層で
あり、前述したように、ＣｕあるいはＡｇが望ましく、
その膜厚は好ましくは１０ｎｍから２００ｎｍ、より好
ましくは１５ｎｍから１５０ｎｍ、最適には２０ｎｍか
ら１００ｎｍが望ましい。またこの層は前述の光を散乱
する凹凸形状を形成する層の凹凸形状を損なわないよう
にほぼ均一な膜厚で形成される。したがって、金属被覆
１０３の表面は光を散乱する凹凸形状を有する。透明導
電膜１０４は透明導電膜であり、その材料としては、Ｚ
ｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＩＴＯ、ＴｉＯ2 、Ｃｄ
Ｏ、Ｃｄ2 ＳｎＯ4 等の酸化物半導体膜が好適に用いら
れ、凹凸表面による光の散乱効果を増大させたり、金属
の拡散を防止する働きがある。透明導電膜の膜厚は０．
０５μｍから０．５μｍが望ましい。これらの太陽電池
用基板１００においては、従来のように０．５μｍ以上
の膜厚は必要としないので、太陽電池の製造コストが低
減される。
料あるいは絶縁性材料のいずれを用いることもできる。
導電性材料としては、モリブデン、タングステン、チタ
ン、コバルト、クロム、ニッケル、鉄、銅、タンタル、
ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム金属またはそれら
の合金での板状体、フィルム体が挙げられる。なかでも
ステンレス鋼、ニッケルクロム合金およびニッケル、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタン金属および／ま
たは合金は、耐蝕性の点から特に好ましい。また、絶縁
性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルローズアセテート、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、
ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ある
いはガラス、セラミック等の板状体を用いることもでき
る。また導電性材料に絶縁性材料をコーティングしたも
のを用いることもできる。光を散乱する凹凸形状を形成
する光散乱層１０２は、材料としては、モリブデン、タ
ングステン、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、
鉄、銅、銀、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミ
ニウム等の金属またはそれらの合金があげられる。なか
でもアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、銀などの金属と
シリコンの合金が特に好ましい。また、光を散乱する凹
凸形状は、凹凸の山と谷の高さの差がＲmax で０．２μ
ｍから２．０μｍであることが望ましい。金属被覆１０
３は凹凸形状を被覆する反射率の高い金属からなる層で
あり、前述したように、ＣｕあるいはＡｇが望ましく、
その膜厚は好ましくは１０ｎｍから２００ｎｍ、より好
ましくは１５ｎｍから１５０ｎｍ、最適には２０ｎｍか
ら１００ｎｍが望ましい。またこの層は前述の光を散乱
する凹凸形状を形成する層の凹凸形状を損なわないよう
にほぼ均一な膜厚で形成される。したがって、金属被覆
１０３の表面は光を散乱する凹凸形状を有する。透明導
電膜１０４は透明導電膜であり、その材料としては、Ｚ
ｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＩＴＯ、ＴｉＯ2 、Ｃｄ
Ｏ、Ｃｄ2 ＳｎＯ4 等の酸化物半導体膜が好適に用いら
れ、凹凸表面による光の散乱効果を増大させたり、金属
の拡散を防止する働きがある。透明導電膜の膜厚は０．
０５μｍから０．５μｍが望ましい。これらの太陽電池
用基板１００においては、従来のように０．５μｍ以上
の膜厚は必要としないので、太陽電池の製造コストが低
減される。
【００２１】次にこれらの太陽電池用基板１００を用い
て製造される太陽電池の構成について述べる。これらの
太陽電池は太陽電池用基板１００と逆方向から光を入射
させるタイプで、波長６００ｎｍ以上に感度を持つ薄膜
太陽電池に適用される。そのような太陽電池の例として
は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、アモルファス
シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファス
シリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）等の非晶質半導体、
あるいは多結晶シリコン、あるいはＣｄＳ、ＣｄＴｅ等
のII-VI 族半導体、あるいはＣｕＩｎＳｅ2 等のＩ-III
-VI2族の化合物半導体を用いたものが挙げられる。ＰＮ
接合あるいはＰＩＮ接合を少なくとも１つ有し、光入射
側に透明導電膜を有する。したがって、半導体層を透過
してきた長波長光が、基板側で高い反射率で反射し散乱
されることによって、太陽電池の短絡電流（Ｊsc）が増
大し光電変換効率が向上する。
て製造される太陽電池の構成について述べる。これらの
太陽電池は太陽電池用基板１００と逆方向から光を入射
させるタイプで、波長６００ｎｍ以上に感度を持つ薄膜
太陽電池に適用される。そのような太陽電池の例として
は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、アモルファス
シリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファス
シリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）等の非晶質半導体、
あるいは多結晶シリコン、あるいはＣｄＳ、ＣｄＴｅ等
のII-VI 族半導体、あるいはＣｕＩｎＳｅ2 等のＩ-III
-VI2族の化合物半導体を用いたものが挙げられる。ＰＮ
接合あるいはＰＩＮ接合を少なくとも１つ有し、光入射
側に透明導電膜を有する。したがって、半導体層を透過
してきた長波長光が、基板側で高い反射率で反射し散乱
されることによって、太陽電池の短絡電流（Ｊsc）が増
大し光電変換効率が向上する。
【００２２】以下、太陽電池用基板１００の製造方法に
ついて述べる。
ついて述べる。
【００２３】まず、支持体１０１として前述の材料を用
い、支持体１０１上に、光を散乱する凹凸形状を有する
光散乱層１０２を形成する。
い、支持体１０１上に、光を散乱する凹凸形状を有する
光散乱層１０２を形成する。
【００２４】この時、光を散乱する凹凸形状を形成する
層の材料となる、前述の金属あるいは合金を加熱蒸着法
あるいはスパッタ法によって支持体１０１上に蒸着す
る。また光を散乱する凹凸形状は、蒸着した金属あるい
は合金の膜をドライエッチングするかあるいはウエット
エッチングするかあるいはサンドブラストするかあるい
は加熱すること等によって形成される。また支持体１０
１を加熱しながら前述の金属あるいは合金を蒸着するこ
とにより光を散乱する凹凸形状を形成することもでき
る。次に、凹凸形状を被覆する反射率の高い金属からな
る金属被覆１０３を加熱蒸着法あるいはスパッタ法によ
って蒸着する。このとき、前述の、光を散乱する凹凸形
状を有する光散乱層１０２の凹凸形状を損なわないよう
にほぼ均一な膜厚で形成される。また透明導電膜は、ス
プレー法、ＣＶＤ法、加熱蒸着法、スパッタ法などの方
法により形成される。
層の材料となる、前述の金属あるいは合金を加熱蒸着法
あるいはスパッタ法によって支持体１０１上に蒸着す
る。また光を散乱する凹凸形状は、蒸着した金属あるい
は合金の膜をドライエッチングするかあるいはウエット
エッチングするかあるいはサンドブラストするかあるい
は加熱すること等によって形成される。また支持体１０
１を加熱しながら前述の金属あるいは合金を蒸着するこ
とにより光を散乱する凹凸形状を形成することもでき
る。次に、凹凸形状を被覆する反射率の高い金属からな
る金属被覆１０３を加熱蒸着法あるいはスパッタ法によ
って蒸着する。このとき、前述の、光を散乱する凹凸形
状を有する光散乱層１０２の凹凸形状を損なわないよう
にほぼ均一な膜厚で形成される。また透明導電膜は、ス
プレー法、ＣＶＤ法、加熱蒸着法、スパッタ法などの方
法により形成される。
【００２５】また、太陽電池の半導体層は非晶質半導
体、あるいは多結晶Ｓｉの場合はプラズマＣＶＤ法、光
ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法によって、II
-VI 族、あるいはＩ-III-VI2族の化合物半導体の場合は
蒸着法、スパッタ法、スプレー法、印刷法などによっ
て、形成される。
体、あるいは多結晶Ｓｉの場合はプラズマＣＶＤ法、光
ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法によって、II
-VI 族、あるいはＩ-III-VI2族の化合物半導体の場合は
蒸着法、スパッタ法、スプレー法、印刷法などによっ
て、形成される。
【００２６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２７】図１は、本発明の太陽電池用基板の構造を
示す模式断面図である。 （第１製作例）支持体１０１は表面がＲmax で０．１μ
ｍ以下で、厚さ０．５mmで１０cm角のＳＵＳ３０４のス
テンレス基材である。光散乱層１０２は、５％のＳｉを
含む、ＡｌとＳｉの合金から成る平均層厚０．５μｍの
層であり、光を散乱するための、Ｒmax で０．８μｍの
凹凸形状を有する。金属被覆１０３は、光散乱層１０２
の凹凸形状を損なわぬように光散乱層１０２上に蒸着さ
れたおよそ５０ｎｍ厚のＣｕの被覆であり、透明導電膜
１０４は、金属被覆１０３上に堆積されたおよそ０．２
μｍ厚のＺｎＯの膜である。
示す模式断面図である。 （第１製作例）支持体１０１は表面がＲmax で０．１μ
ｍ以下で、厚さ０．５mmで１０cm角のＳＵＳ３０４のス
テンレス基材である。光散乱層１０２は、５％のＳｉを
含む、ＡｌとＳｉの合金から成る平均層厚０．５μｍの
層であり、光を散乱するための、Ｒmax で０．８μｍの
凹凸形状を有する。金属被覆１０３は、光散乱層１０２
の凹凸形状を損なわぬように光散乱層１０２上に蒸着さ
れたおよそ５０ｎｍ厚のＣｕの被覆であり、透明導電膜
１０４は、金属被覆１０３上に堆積されたおよそ０．２
μｍ厚のＺｎＯの膜である。
【００２８】次に、この太陽電池用基板１００の製作工
程について説明する。支持体１０１を洗浄し、ＤＣスパ
ッタ法により支持体１０１を３８０℃に加熱しながらス
パッタリングを行い、光散乱層１０２を堆積する。そし
て、光散乱層１０２の凹凸形状を損なわぬ様にして、光
散乱層１０２の堆積された支持体１０１を５０℃に加熱
しながら光散乱層１０２上に金属被覆１０３を蒸着す
る。最後に、これら光散乱層１０２、金属被覆１０３の
形成された支持体１０１を１５０℃に保ちつつＲＦスパ
ッタ法により金属被覆１０３上に透明導電膜１０４を堆
積し、太陽電池用基板を作成する。
程について説明する。支持体１０１を洗浄し、ＤＣスパ
ッタ法により支持体１０１を３８０℃に加熱しながらス
パッタリングを行い、光散乱層１０２を堆積する。そし
て、光散乱層１０２の凹凸形状を損なわぬ様にして、光
散乱層１０２の堆積された支持体１０１を５０℃に加熱
しながら光散乱層１０２上に金属被覆１０３を蒸着す
る。最後に、これら光散乱層１０２、金属被覆１０３の
形成された支持体１０１を１５０℃に保ちつつＲＦスパ
ッタ法により金属被覆１０３上に透明導電膜１０４を堆
積し、太陽電池用基板を作成する。
【００２９】図２は、図１の太陽電池用基板１００を用
いて製作した太陽電池の１例を示す図である。ｎ型ａ−
Ｓｉ層２０１が透明導電膜１０４上にほぼ２０ｎｍ厚で
形成され、真性ａ−ＳｉＧｅ層２０２がｎ型ａ−Ｓｉ層
２０１上にほぼ２５０ｎｍ厚で形成されている。そして
ｐ型微結晶Ｓｉ層２０３が真性ａ−ＳｉＧｅ層２０２上
に５ｎｍ厚で形成され、ＩＴＯによる透明電極２０４が
ｐ型微結晶Ｓｉ層２０３上に７０ｎｍ厚で蒸着されてい
る。さらに集電電極２０５が透明電極２０４上に蒸着さ
れている。
いて製作した太陽電池の１例を示す図である。ｎ型ａ−
Ｓｉ層２０１が透明導電膜１０４上にほぼ２０ｎｍ厚で
形成され、真性ａ−ＳｉＧｅ層２０２がｎ型ａ−Ｓｉ層
２０１上にほぼ２５０ｎｍ厚で形成されている。そして
ｐ型微結晶Ｓｉ層２０３が真性ａ−ＳｉＧｅ層２０２上
に５ｎｍ厚で形成され、ＩＴＯによる透明電極２０４が
ｐ型微結晶Ｓｉ層２０３上に７０ｎｍ厚で蒸着されてい
る。さらに集電電極２０５が透明電極２０４上に蒸着さ
れている。
【００３０】次に、これら太陽電池の作成工程について
説明する。１３．５６MHz のＲＦ高周波を電極に印加し
て原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして分解するいわ
ゆるグローディスチャージ法（ＧＤ法）によって、以下
の各半導体層を形成する。
説明する。１３．５６MHz のＲＦ高周波を電極に印加し
て原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして分解するいわ
ゆるグローディスチャージ法（ＧＤ法）によって、以下
の各半導体層を形成する。
【００３１】まず、太陽電池用基板１００を３００℃に
加熱しながら、ｎ型ａ−Ｓｉ層２０１を太陽電池用基板
１００の上に２０ｎｍ形成し、次に、太陽電池用基板１
００を２８０℃に加熱しながら、真性ａ−ＳｉＧｅ層２
０２をその上に２５０ｎｍ形成する。このとき同じ成膜
条件でガラス基板上に真性ａ−ＳｉＧｅを１μｍ堆積し
て評価したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が
１．４８ｅＶであった。次に、基板を２００℃に加熱し
ながら、ｐ型の微結晶シリコン層２０３を５ｎｍ形成
し、抵抗加熱蒸着により、基板を１７０℃に加熱しなが
ら、ＩＴＯを７０ｎｍ蒸着し、透明電極２０４を形成す
る。次に、電子ビーム蒸着法により、図５のようなパタ
ーンで、Ａｌを蒸着して集電電極２０５を形成する。
加熱しながら、ｎ型ａ−Ｓｉ層２０１を太陽電池用基板
１００の上に２０ｎｍ形成し、次に、太陽電池用基板１
００を２８０℃に加熱しながら、真性ａ−ＳｉＧｅ層２
０２をその上に２５０ｎｍ形成する。このとき同じ成膜
条件でガラス基板上に真性ａ−ＳｉＧｅを１μｍ堆積し
て評価したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が
１．４８ｅＶであった。次に、基板を２００℃に加熱し
ながら、ｐ型の微結晶シリコン層２０３を５ｎｍ形成
し、抵抗加熱蒸着により、基板を１７０℃に加熱しなが
ら、ＩＴＯを７０ｎｍ蒸着し、透明電極２０４を形成す
る。次に、電子ビーム蒸着法により、図５のようなパタ
ーンで、Ａｌを蒸着して集電電極２０５を形成する。
【００３２】以上の工程で１０cm角のいわゆる単層型ａ
−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第２製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、２０ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第３製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、１００ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第４製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、電子ビーム法によって蒸着
された５０ｎｍ厚のＡｇで構成し、第１製作例と同様に
図２に示すような構造の、１０cm角のいわゆる単層型ａ
−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第１比較製作例）金属被覆１０３を形成しない太陽電
池用基板１００を用いて、それ以外は第１製作例と同様
に１０cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２
０個作製した。 （第２比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、電子ビーム法によって
蒸着された５０ｎｍ厚のＡｌで構成し、第１製作例と同
様に図２に示すような構造の、１０cm角のいわゆる単層
型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第３比較製作例）光散乱層１０２をＡｇで構成し、金
属被覆１０３を形成しない太陽電池用基板１００を用い
て、それ以外は第１製作例と同様に、１０cm角のいわゆ
る単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。
−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第２製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、２０ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第３製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、１００ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第４製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
における金属被覆１０３を、電子ビーム法によって蒸着
された５０ｎｍ厚のＡｇで構成し、第１製作例と同様に
図２に示すような構造の、１０cm角のいわゆる単層型ａ
−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第１比較製作例）金属被覆１０３を形成しない太陽電
池用基板１００を用いて、それ以外は第１製作例と同様
に１０cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２
０個作製した。 （第２比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、電子ビーム法によって
蒸着された５０ｎｍ厚のＡｌで構成し、第１製作例と同
様に図２に示すような構造の、１０cm角のいわゆる単層
型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。 （第３比較製作例）光散乱層１０２をＡｇで構成し、金
属被覆１０３を形成しない太陽電池用基板１００を用い
て、それ以外は第１製作例と同様に、１０cm角のいわゆ
る単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作製した。
【００３３】このとき、ＡｇはＤＣスパッタ法によって
平均０．５μｍ形成した。また太陽電池用基板１００を
３５０℃に加熱しながらスパッタリングを行うことによ
り、第１製作例の光散乱層１０２の凹凸とほぼ同様の、
Ｒmax で０．８μｍの光を散乱する凹凸形状を作製し
た。 （第４比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、５ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第５比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、３００ｎｍ厚のＣｕで
構成し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の
１０cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０
個作製した。２０個の太陽電池を暗状態でシャント抵抗
を測定し、シャント抵抗が１cm2 あたり１ｋΩ以上の太
陽電池の割合を生存率とした。また、シャント抵抗が１
cm2 あたり１ｋΩ以上の太陽電池を、２５℃で、ソーラ
ーシミュレーターによって、ＡＭ１．５、１００mw/cm2
の疑似太陽光を照射して、太陽電池特性を測定し、平均
値を求め、生存率と太陽電池特性の結果を、第１〜第４
製作例までを表１に、第１〜第５比較製作例を表２にま
とめた。
平均０．５μｍ形成した。また太陽電池用基板１００を
３５０℃に加熱しながらスパッタリングを行うことによ
り、第１製作例の光散乱層１０２の凹凸とほぼ同様の、
Ｒmax で０．８μｍの光を散乱する凹凸形状を作製し
た。 （第４比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、５ｎｍ厚のＣｕで構成
し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の１０
cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０個作
製した。 （第５比較製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１
００における金属被覆１０３を、３００ｎｍ厚のＣｕで
構成し、第１製作例と同様に、図２に示すような構造の
１０cm角のいわゆる単層型ａ−ＳｉＧｅ太陽電池を２０
個作製した。２０個の太陽電池を暗状態でシャント抵抗
を測定し、シャント抵抗が１cm2 あたり１ｋΩ以上の太
陽電池の割合を生存率とした。また、シャント抵抗が１
cm2 あたり１ｋΩ以上の太陽電池を、２５℃で、ソーラ
ーシミュレーターによって、ＡＭ１．５、１００mw/cm2
の疑似太陽光を照射して、太陽電池特性を測定し、平均
値を求め、生存率と太陽電池特性の結果を、第１〜第４
製作例までを表１に、第１〜第５比較製作例を表２にま
とめた。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】 太陽電池特性については第１比較製作例におけるデータ
を１とした場合の比で示している。
を１とした場合の比で示している。
【００３６】表１、表２からわかるように、本発明の太
陽電池用基板１００を用いた第１〜第４製作例の太陽電
池は、Ｊscの向上により変換効率が向上し、なおかつ生
存率が良好な値を維持している。これは、太陽電池の裏
面の反射率が増大することによって、半導体層を透過し
た波長６００ｎｍ以上の長波長光が有効に散乱され、長
波長光の吸収が増大し、なおかつ本発明の太陽電池用基
板１００により反射率の高い金属の拡散が抑制されるこ
とによって、太陽電池の生存率が向上したものである。
陽電池用基板１００を用いた第１〜第４製作例の太陽電
池は、Ｊscの向上により変換効率が向上し、なおかつ生
存率が良好な値を維持している。これは、太陽電池の裏
面の反射率が増大することによって、半導体層を透過し
た波長６００ｎｍ以上の長波長光が有効に散乱され、長
波長光の吸収が増大し、なおかつ本発明の太陽電池用基
板１００により反射率の高い金属の拡散が抑制されるこ
とによって、太陽電池の生存率が向上したものである。
【００３７】また、第２比較製作例ではＡｌの拡散によ
って、第３比較製作例ではＡｇの拡散によって生存率が
低下している。
って、第３比較製作例ではＡｇの拡散によって生存率が
低下している。
【００３８】また、第４比較製作例ではＣｕが薄すぎる
ために、反射率の増大が少なく、Ｊscの向上が少ない。
ために、反射率の増大が少なく、Ｊscの向上が少ない。
【００３９】また、第５比較製作例ではＣｕが厚すぎる
ために、Ｃｕが拡散し、生存率が低下している。 （第５製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
を、以下の工程により作製した。まず、表面がＲmax で
０．１μｍ以下で、厚さ０．２mmで、幅３２ｃｍ、長さ
５０ｍの、シート状のポリイミドの支持体１０１を洗浄
し、送り出し用のロールと巻き取り用のロールの間で処
理を行う、いわゆるロールツーロール法によって以下の
処理を行った。まず、支持体１０１を２００℃に加熱し
ながら、ＲＦスパッタ法によってＳｉが５％入った、Ｃ
ｕとＳｉの合金を平均０．８μｍ形成した。次に、支持
体１０１を２００℃に加熱しながら、Ａｒガスのプラズ
マを起こし、支持体１０１をスパッタすることによっ
て、Ｒmaxで０．７μｍの、光を散乱する凹凸形状の光
散乱層１０２を作製した。次に、光を散乱する凹凸形状
を損なわないように、電子ビーム蒸着法により、支持体
を５０℃に加熱しながらＣｕの金属被膜１０３を５０ｎ
ｍ蒸着し、ＲＦスパッタ法により、ＴｉＯ2 の透明電極
１０４を基板温度２００℃で０．２μｍ形成し、図１に
示すような構造の太陽電池用基板１００を作製した。そ
して、この太陽電池用基板をもちいて、以下の工程で図
３に示す太陽電池を作製した。
ために、Ｃｕが拡散し、生存率が低下している。 （第５製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
を、以下の工程により作製した。まず、表面がＲmax で
０．１μｍ以下で、厚さ０．２mmで、幅３２ｃｍ、長さ
５０ｍの、シート状のポリイミドの支持体１０１を洗浄
し、送り出し用のロールと巻き取り用のロールの間で処
理を行う、いわゆるロールツーロール法によって以下の
処理を行った。まず、支持体１０１を２００℃に加熱し
ながら、ＲＦスパッタ法によってＳｉが５％入った、Ｃ
ｕとＳｉの合金を平均０．８μｍ形成した。次に、支持
体１０１を２００℃に加熱しながら、Ａｒガスのプラズ
マを起こし、支持体１０１をスパッタすることによっ
て、Ｒmaxで０．７μｍの、光を散乱する凹凸形状の光
散乱層１０２を作製した。次に、光を散乱する凹凸形状
を損なわないように、電子ビーム蒸着法により、支持体
を５０℃に加熱しながらＣｕの金属被膜１０３を５０ｎ
ｍ蒸着し、ＲＦスパッタ法により、ＴｉＯ2 の透明電極
１０４を基板温度２００℃で０．２μｍ形成し、図１に
示すような構造の太陽電池用基板１００を作製した。そ
して、この太陽電池用基板をもちいて、以下の工程で図
３に示す太陽電池を作製した。
【００４０】１３．５６MHz のＲＦ高周波を電極に印加
して原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして分解するい
わゆるグローディスチャージ法（ＧＤ法）によって、以
下の各半導体層を形成した。
して原料ガスを減圧下でプラズマ状態にして分解するい
わゆるグローディスチャージ法（ＧＤ法）によって、以
下の各半導体層を形成した。
【００４１】まず、太陽電池用基板１００を３００℃に
加熱しながら、ｎ型ａ−Ｓｉ層３０１を太陽電池用基板
１００の上に２０ｎｍ形成した。次に、太陽電池用基板
１００を２８０℃に加熱しながら、真性ａ−ＳｉＧｅ層
３０２をその上に２５０ｎｍ形成した。このとき同じ成
膜条件でガラス基板上に真性ａ−ＳｉＧｅを１μｍ堆積
して評価したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が
１．４８ｅＶであった。また、真性ａ−ＳｉＧｅ層３０
２はｎ層とｐ層の近傍３０ｎｍずつをａ−ＳｉＧｅから
ａ−Ｓｉに連続的に組成の変化する、いわゆるバッファ
ー層を設けてある。次に、太陽電池用基板１００を２６
０℃に加熱しながら、ｐ型の微結晶シリコン層３０３を
５ｎｍ形成し、基板を２４０℃に加熱しながら、ｎ型ａ
−Ｓｉ層３０４を２０ｎｍ形成した。そして、太陽電池
用基板１００を２４０℃に加熱しながら、真性ａ−Ｓｉ
層３０５をその上に２２０ｎｍ形成し、さらに、太陽電
池用基板１００を２００℃に加熱しながら、ｐ型の微結
晶シリコン層３０６を４ｎｍ形成した。次に、抵抗加熱
蒸着により、基板を１７０℃に加熱しながら、ＩＴＯを
７０ｎｍ蒸着し、透明電極２０４を形成した。そして、
エッチングにより太陽電池を１０cm角に分離し、エッチ
ングラインに沿って切断し、電子ビーム蒸着法により、
図５に示すようなパターンで、Ａｌを蒸着して集電電極
２０５を形成した。以上の工程で１０cm角のいわゆるＳ
ｉ／ＳｉＧｅスタック型太陽電池を１３００個作製し
た。 （第６比較製作例）第５製作例のうち、金属被覆１０３
を形成せず、真性ａ−Ｓｉ層３０５の膜厚を１８０ｎｍ
に変更した、１０cm角のいわゆるＳｉ／ＳｉＧｅスタッ
ク型太陽電池を３００個作製した。第５製作例、第６比
較製作例の生存率と太陽電池特性を表３に示す。なお、
太陽電池特性については第６比較製作例におけるデータ
を１としたときの比を示している。
加熱しながら、ｎ型ａ−Ｓｉ層３０１を太陽電池用基板
１００の上に２０ｎｍ形成した。次に、太陽電池用基板
１００を２８０℃に加熱しながら、真性ａ−ＳｉＧｅ層
３０２をその上に２５０ｎｍ形成した。このとき同じ成
膜条件でガラス基板上に真性ａ−ＳｉＧｅを１μｍ堆積
して評価したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が
１．４８ｅＶであった。また、真性ａ−ＳｉＧｅ層３０
２はｎ層とｐ層の近傍３０ｎｍずつをａ−ＳｉＧｅから
ａ−Ｓｉに連続的に組成の変化する、いわゆるバッファ
ー層を設けてある。次に、太陽電池用基板１００を２６
０℃に加熱しながら、ｐ型の微結晶シリコン層３０３を
５ｎｍ形成し、基板を２４０℃に加熱しながら、ｎ型ａ
−Ｓｉ層３０４を２０ｎｍ形成した。そして、太陽電池
用基板１００を２４０℃に加熱しながら、真性ａ−Ｓｉ
層３０５をその上に２２０ｎｍ形成し、さらに、太陽電
池用基板１００を２００℃に加熱しながら、ｐ型の微結
晶シリコン層３０６を４ｎｍ形成した。次に、抵抗加熱
蒸着により、基板を１７０℃に加熱しながら、ＩＴＯを
７０ｎｍ蒸着し、透明電極２０４を形成した。そして、
エッチングにより太陽電池を１０cm角に分離し、エッチ
ングラインに沿って切断し、電子ビーム蒸着法により、
図５に示すようなパターンで、Ａｌを蒸着して集電電極
２０５を形成した。以上の工程で１０cm角のいわゆるＳ
ｉ／ＳｉＧｅスタック型太陽電池を１３００個作製し
た。 （第６比較製作例）第５製作例のうち、金属被覆１０３
を形成せず、真性ａ−Ｓｉ層３０５の膜厚を１８０ｎｍ
に変更した、１０cm角のいわゆるＳｉ／ＳｉＧｅスタッ
ク型太陽電池を３００個作製した。第５製作例、第６比
較製作例の生存率と太陽電池特性を表３に示す。なお、
太陽電池特性については第６比較製作例におけるデータ
を１としたときの比を示している。
【００４２】
【表３】表３ 表３に示すように、第５製作例の太陽電池は、Ｊscの
向上により変換効率が向上し、なおかつ生存率が良好な
値を維持している。
向上により変換効率が向上し、なおかつ生存率が良好な
値を維持している。
【００４３】これは、太陽電池の裏面の反射率が増大す
ることによって、半導体層を透過した波長６００ｎｍ以
上の長波長光が有効に散乱され、真性ａ−ＳｉＧｅ層で
の長波長光の吸収が増大したため、上部の真性ａ−Ｓｉ
層の膜厚を厚くすることができ、なおかつ本発明の太陽
電池用基板１００によって反射率の高い金属の拡散が抑
制されることによって、太陽電池の生存率が向上したも
のである。 （第６製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
を以下の工程により作製した。まず、表面がＲmax で
０．１μｍ以下で、厚さ１．５mmで１０cm角の無アルカ
リガラス支持体１０１を洗浄し、ＲＦスパッタ法によっ
てステンレスの薄膜を平均１．０μｍ形成した。この
後、基板をウエットエッチングすることにより、Ｒmax
で０．８μｍの、光を散乱する凹凸形状の光散乱層１０
２を作製した。
ることによって、半導体層を透過した波長６００ｎｍ以
上の長波長光が有効に散乱され、真性ａ−ＳｉＧｅ層で
の長波長光の吸収が増大したため、上部の真性ａ−Ｓｉ
層の膜厚を厚くすることができ、なおかつ本発明の太陽
電池用基板１００によって反射率の高い金属の拡散が抑
制されることによって、太陽電池の生存率が向上したも
のである。 （第６製作例）図１に示す構造の太陽電池用基板１００
を以下の工程により作製した。まず、表面がＲmax で
０．１μｍ以下で、厚さ１．５mmで１０cm角の無アルカ
リガラス支持体１０１を洗浄し、ＲＦスパッタ法によっ
てステンレスの薄膜を平均１．０μｍ形成した。この
後、基板をウエットエッチングすることにより、Ｒmax
で０．８μｍの、光を散乱する凹凸形状の光散乱層１０
２を作製した。
【００４４】次に、光を散乱する凹凸形状を損なわない
ように、電子ビーム蒸着法により、基板を５０℃に加熱
しながらＡｇの金属被膜１０３を５０ｎｍ蒸着し、ＲＦ
スパッタ法により、ＳｎＯ2 の透明電極１０４を基板温
度１５０℃で０．２μｍ形成し、図１に示すような太陽
電池用基板１００を作製した。そして、この太陽電池用
基板１００をもちいて、以下の工程で図４に示す太陽電
池を作製した。
ように、電子ビーム蒸着法により、基板を５０℃に加熱
しながらＡｇの金属被膜１０３を５０ｎｍ蒸着し、ＲＦ
スパッタ法により、ＳｎＯ2 の透明電極１０４を基板温
度１５０℃で０．２μｍ形成し、図１に示すような太陽
電池用基板１００を作製した。そして、この太陽電池用
基板１００をもちいて、以下の工程で図４に示す太陽電
池を作製した。
【００４５】まず、太陽電池用基板１００を３５０℃に
加熱しながら、蒸着法により、ｐ型のＣｄＴｅ膜を０．
３５μｍ形成した。次に、太陽電池用基板１００を３０
０℃に加熱しながら、蒸着法により、ｎ型のＣｄＳ層４
０２を０．１μｍ形成した。そして、抵抗加熱蒸着によ
り、基板を１７０℃に加熱しながら、ＩＴＯを７０ｎｍ
蒸着し、透明電極２０４を形成した。さらに、スクリー
ン印刷により、図５のようなパターンで、Ａｇペースト
を印刷して集電電極２０５を形成した。
加熱しながら、蒸着法により、ｐ型のＣｄＴｅ膜を０．
３５μｍ形成した。次に、太陽電池用基板１００を３０
０℃に加熱しながら、蒸着法により、ｎ型のＣｄＳ層４
０２を０．１μｍ形成した。そして、抵抗加熱蒸着によ
り、基板を１７０℃に加熱しながら、ＩＴＯを７０ｎｍ
蒸着し、透明電極２０４を形成した。さらに、スクリー
ン印刷により、図５のようなパターンで、Ａｇペースト
を印刷して集電電極２０５を形成した。
【００４６】その後、Ｎ2雰囲気中で、１５０℃、１時
間の加熱処理を施した。
間の加熱処理を施した。
【００４７】以上の工程で１０cm角のいわゆるＣｄＳ／
ＣｄＴｅ太陽電池を２０個作製した。 （第７比較製作例）第６製作例のうち、Ａｇによる金属
被覆１０３を蒸着しない、１０cm角のいわゆるＣｄＳ／
ＣｄＴｅ太陽電池を２０個作製した。第６製作例、第７
比較製作例の生存率と太陽電池特性を表４に示す。な
お、太陽電池特性については第６比較製作例におけるデ
ータを１としたときの比で示している。
ＣｄＴｅ太陽電池を２０個作製した。 （第７比較製作例）第６製作例のうち、Ａｇによる金属
被覆１０３を蒸着しない、１０cm角のいわゆるＣｄＳ／
ＣｄＴｅ太陽電池を２０個作製した。第６製作例、第７
比較製作例の生存率と太陽電池特性を表４に示す。な
お、太陽電池特性については第６比較製作例におけるデ
ータを１としたときの比で示している。
【００４８】
【表４】表４ 表４に示すように、第６製作例の太陽電池は、Ｊscの
向上により変換効率が向上し、なおかつ生存率が良好な
値を維持している。
向上により変換効率が向上し、なおかつ生存率が良好な
値を維持している。
【００４９】これは、太陽電池の裏面の反射率が増大す
ることによって、半導体層を透過した波長６００ｎｍ以
上の長波長光が有効に散乱され、ｐ型のＣｄＴｅ膜での
長波長光の吸収が増大し、なおかつ本発明の太陽電池用
基板１００によって反射率の高い金属の拡散が抑制され
ることによって、太陽電池の生存率が向上したものであ
る。
ることによって、半導体層を透過した波長６００ｎｍ以
上の長波長光が有効に散乱され、ｐ型のＣｄＴｅ膜での
長波長光の吸収が増大し、なおかつ本発明の太陽電池用
基板１００によって反射率の高い金属の拡散が抑制され
ることによって、太陽電池の生存率が向上したものであ
る。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下のよ
うな効果がある。
うな効果がある。
【００５１】本発明は、太陽電池用基板において光を散
乱する凹凸形状を有する層を、表面が凹凸形状でＲmax
が０．２μｍから２．０μｍの範囲にあり金属または金
属を含む合金で形成された光散乱層と、光散乱層の凹凸
を損なうことなくこれを被覆する反射率の高い金属被覆
とに分離し、金属被覆を１０ｎｍ〜２００ｎｍと薄くす
ることによって金属の材料コストを下げ、高い反射率を
得ながら半導体層への金属の拡散を抑制し、太陽電池の
短絡を著しく低減できるという効果がある。
乱する凹凸形状を有する層を、表面が凹凸形状でＲmax
が０．２μｍから２．０μｍの範囲にあり金属または金
属を含む合金で形成された光散乱層と、光散乱層の凹凸
を損なうことなくこれを被覆する反射率の高い金属被覆
とに分離し、金属被覆を１０ｎｍ〜２００ｎｍと薄くす
ることによって金属の材料コストを下げ、高い反射率を
得ながら半導体層への金属の拡散を抑制し、太陽電池の
短絡を著しく低減できるという効果がある。
【００５２】さらに本発明は、金属被覆上に透明導電膜
を形成することによって金属の拡散がさらに抑制され、
反射光をより一層散乱できるという効果がある。そし
て、金属の拡散が減少しているので透明導電膜も薄くす
ることが可能で、材料コストが下がるという効果があ
る。
を形成することによって金属の拡散がさらに抑制され、
反射光をより一層散乱できるという効果がある。そし
て、金属の拡散が減少しているので透明導電膜も薄くす
ることが可能で、材料コストが下がるという効果があ
る。
【００５３】すなわち、本発明は、高い反射率を有しな
がら金属の拡散を抑制できるので、光電変換効率を向上
させながら高い歩留りで太陽電池を製造できるという効
果と、金属皮覆と透明導電膜を薄くできるので製造コス
トを低減できるという効果がある。
がら金属の拡散を抑制できるので、光電変換効率を向上
させながら高い歩留りで太陽電池を製造できるという効
果と、金属皮覆と透明導電膜を薄くできるので製造コス
トを低減できるという効果がある。
【図１】本発明の太陽電池用基板の構造を示す模式断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第１実施例〜第４実施例において作成
された太陽電池の構造を示す模式断面図である。
された太陽電池の構造を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第５実施例において作成された太陽電
池の構造を示す模式断面図である。
池の構造を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第６実施例において作成された太陽電
池の構造を示す模式断面図である。
池の構造を示す模式断面図である。
【図５】本発明の太陽電池用基板を用いて作成された太
陽電池の上面図である。
陽電池の上面図である。
【図６】本発明をするに至った実験の、金属皮覆として
Ｃｕを用いた場合の実験結果を示す太陽電池特性のグラ
フである。
Ｃｕを用いた場合の実験結果を示す太陽電池特性のグラ
フである。
【図７】本発明をするに至った実験の、金属皮膜として
Ａｇを用いた場合の実験結果を示す太陽電池特性のグラ
フである。
Ａｇを用いた場合の実験結果を示す太陽電池特性のグラ
フである。
１００ 太陽電池用基板 １０１ 支持体 １０２ 光散乱層 １０３ 金属皮覆 １０４ 透明導電膜 ２０１ ｎ型ａ−Ｓｉ層 ２０２ 真性ａ−ＳｉＧｅ層 ２０３ ｐ型微結晶Ｓｉ層 ２０４ 透明電極 ２０５ 集電電極 ３０１ ｎ型ａ−Ｓｉ層 ３０２ 真性ａ−ＳｉＧｅ層 ３０３ ｐ型微結晶Ｓｉ層 ３０４ ｎ型ａ−Ｓｉ層 ３０５ 真性ａ−Ｓｉ層 ３０６ ｐ型微結晶Ｓｉ層 ４０１ ｐ型ＣｄＴｅ層 ４０２ ｎ型ＣｄＳ層 ５０１ 太陽電池の光入射面 ５０２ 取り出し電極
Claims (6)
- 【請求項１】 支持体と、該支持体の上に形成され、表
面が凹凸形状でＲmax が０．２μｍから２．０μｍの範
囲にあり金属または金属を含む合金で形成された光散乱
層と、該光散乱層の凹凸形状を損なわぬように前記光散
乱層を被覆する、反射率の高い金属からなる金属被覆
と、該金属被覆の表面に形成されている透明導電膜とを
含む太陽電池用基板。 - 【請求項２】 前記金属被覆がＣｕである、請求項１に
記載の太陽電池用基板。 - 【請求項３】 前記金属被覆がＡｇである、請求項１に
記載の太陽電池用基板。 - 【請求項４】 前記金属被覆の膜厚が、１０ｎｍから２
００ｎｍの範囲にある、請求項１から３のいずれか１項
に記載の太陽電池用基板。 - 【請求項５】 前記光散乱層が、Ｓｉと他の金属の合金
である、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電
池用基板。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
太陽電池用基板の上に半導体層、該半導体層上に透明導
電膜をこの順で有する太陽電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3132264A JP2908067B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 太陽電池用基板および太陽電池 |
| US07/880,521 US5282902A (en) | 1991-05-09 | 1992-05-08 | Solar cell provided with a light reflection layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3132264A JP2908067B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 太陽電池用基板および太陽電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04334069A JPH04334069A (ja) | 1992-11-20 |
| JP2908067B2 true JP2908067B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=15077218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3132264A Expired - Fee Related JP2908067B2 (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 太陽電池用基板および太陽電池 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5668050A (en) * | 1994-04-28 | 1997-09-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Solar cell manufacturing method |
| EP0734075B1 (en) * | 1994-10-06 | 2009-06-17 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell |
| US5506419A (en) * | 1994-11-10 | 1996-04-09 | At&T Corp. | Quantum well photodetector with pseudo-random reflection |
| JPH10117006A (ja) * | 1996-08-23 | 1998-05-06 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜光電変換装置 |
| US6177711B1 (en) * | 1996-09-19 | 2001-01-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion element |
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