JP3487745B2 - 光起電力素子用基板の製造方法並びにその基板を用いた光起電力素子の製造方法。 - Google Patents

光起電力素子用基板の製造方法並びにその基板を用いた光起電力素子の製造方法。

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光起電力素子用
基板の製造方法並びにその基板を用いた光起電力素子の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】非晶質シリコンを用いた光起電力素子と
して、ガラス基板に透明電極層を堆積したものやステン
レスなどの金属基板等を用い、この基板上にプラズマC
VD法などの気相反応で非晶質シリコン膜を堆積したも
のが知られている。
【0003】ところで、従来より光閉じ込め効果を用い
て変換効率の向上を図るために、基板表面に微小凹凸を
設けることが知られている。上記したガラス基板を用い
た光起電力素子においても、変換効率の向上のために、
酸化錫からなる透明電極層を適当な条件下で堆積し、表
面に凹凸形状を作成する方法が採られている。また、セ
ラミック基板の表面を凹凸化することも望まれている。
従来、セラミック基板の表面を凹凸化する方法として
は、ラッピングによる凹凸化や、粉体プレスによる凹凸
化、また機械的加工による凹凸化などが用いられてい
た。
【0004】しかしながら、上述した方法では、ガラス
基板の価格そのものが光起電力装置の製造コストに占め
る割合が高く、しかも酸化錫を550℃程度の熱CVD
プロセスで形成するためのコストも同様に高い割合を占
めており、非晶質シリコンを用いた光起電力装置の低コ
スト化を妨げていた。
【0005】また、ステンレスの薄い基板を用いる場合
には、機械的加工により凹凸を形成しているが、基板の
凹凸化の作業が煩雑であると共に、基板にバリが発生す
るために、この上に非晶質シリコン膜を形成し、光起電
力装置を製造すると、バリに起因する短絡が生じ、電気
的特性が低下することにより、歩留まりが低下するとい
う難点もあった。
【0006】非晶質シリコンを用いる光起電力装置にお
いて、光閉じ込め効果に最適な凹凸形状は、酸化錫から
なる透明電極層を適当な条件下で堆積して表面に凹凸形
状を作成する方法や、プラズマCVD法等により酸化亜
鉛を堆積することにより得られる。従って、光閉じ込め
効果に優れた非晶質シリコン系光起電力装置を形成する
には、基板として表面に凹凸形状を形成した上記基板を
用いればよい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板と
してガラス上に酸化錫を設けたものやガラス上に酸化亜
鉛を設けたものを用いた場合には、上述したように、基
板の光起電力装置の占める製造コストの割合が高くな
り、光起電力装置の低コスト化に不適である。このた
め、安価な基板を用いる方法が望まれる。
【0008】この発明は上述した従来の問題点を解消す
るためになされたものにして、光閉じ込め効果に最適な
凹凸が表面に形成された安価な光起電力素子用基板を提
供することを目的すると共に、この基板を用いた光起電
力素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明の光起電力素子
用基板の製造方法は、表面に光閉じ込め用凹凸形状が形
成された酸化錫膜がマスタ基板上に形成され、このマス
タ基板を成形金型とし、この光閉じ込め用凹凸形状をプ
ラスチック樹脂層表面に転写することを特徴とする
【0010】前記マスタ基板は、ガラス或いは金属から
なる基板上に常圧CVD法により酸化錫膜を形成し、表
面に光閉じ込め用凹凸形状を形成することができる。ま
た、前記マスタ基板の表面にアルミニウムを転写工程に
先立って形成するよい。
【0011】上記した構成によれば、光閉じ込め効果に
最適な基板を安価に提供することができる。
【0012】また、この発明の光起電力素子の製造方法
は、表面に光閉じ込め用凹凸形状が形成された酸化錫膜
がマスタ基板上に形成され、このマスタ基板を成形金型
とし、この光閉じ込め用凹凸をプラスチック樹脂層表面
に転写して光起電力素子用基板を形成し、この形成され
た光起電力素子用基板上に、第1の電極、光起電力層と
なる薄膜非晶質半導体層、第2の電極を順次形成するこ
とを特徴とする。
【0013】更に、上記第1の電極を金属層で形成し、
裏面側反射層として用いることができる。
【0014】上記薄膜非晶質半導体層は非晶質シリコン
膜で構成することができる。
【0015】上記した構成によれば、光閉じ込め効果に
優れ、変換効率を向上させた光起電力素子を安価に提供
することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面を参照して説明する。
【0017】図1は、マスタ基板として用いられる表面
に光閉じ込め用凹凸の形状が形成された酸化錫膜を備え
る基板を示す斜視図である。
【0018】このマスタ基板は、ガラス或いは金属から
なる基板1上に光閉じ込め効果に適した形状の凹凸2a
を形成した酸化錫(SnO2 )膜2を形成したものであ
る。
【0019】このマスタ基板は、ガラス或いは金属から
なる基板1上に常圧CVD法によりSnO2 膜を形成す
ることにより、表面が凹凸化したSnO2 膜2ができ
る。
【0020】形成条件としては、例えば、基板温度55
0℃で、四塩化錫1g/分、弗化水素酸を5g/分、酸
素10g/分を反応炉へと導入して堆積させる。四塩化
錫、弗化水素酸は液体であるので、それぞれ窒素ガス
(トータル20リットル/分)によりバブリングして反
応炉へ導入する。このような条件下で堆積したSnO2
膜2は深さ1000〜1500オングストローム程度の
凹凸部が全面に形成される。
【0021】この基板1上に形成されるSnO2 膜2の
凹凸部の形状は、光起電力層として非晶質シリコンを用
いる場合には、光閉じ込め効果に最適な凹凸部が山と山
の長さが0.1〜1μm、好ましくは0.2〜0.5μ
mの範囲で且つ山の高さが約500オングストロームか
ら2000オングストロームの範囲になるように形成条
件を制御すればよい。
【0022】続いて、図2に示すように、この表面に光
閉じ込め効果に適した形状の凹凸部2aを有するSnO
2 膜2形成した基板1からなるマスタ基板10を下金型
11の所定の位置にセットした後、上金型12を被せ
る。そして、上金型12とマスタ基板10との間にでき
たシート状の空間部13にランナー14からプラスチッ
ク原料となるポリイミド樹脂を注入する。この樹脂の注
入は、例えば、空間部13を減圧下にしておくことで、
ランナー14から樹脂を注入する。
【0023】使用するプラスチック原料としては、特に
制限はないが、例えば、上記ポリイミド樹脂以外にエポ
キシ樹脂などの熱硬化性の樹脂がで使用できる。硬化
後、透光性の樹脂材料であれば、基板側から光入射させ
ることもでき、より基板としての自由度が拡がる。
【0024】上金型12とマスタ基板10との間にでき
た空間部13にランナー14からポリイミド樹脂を注入
し成形することにより、樹脂層表面にマスタ基板10の
凹凸部2aの形状を転写する。その後、例えば、200
〜300℃の温度で焼成し、上金型12と下金型11を
外し、表面にマスタ基板10の凹凸部2aの形状が転写
された成型品を得る。このようにして、図3に示すよう
に、表面に光閉じ込め効果に適した凹凸部20aが形成
されたポリイミド樹脂からなる光起電力素子用基板20
が得られる。この基板20の表面には、光閉じ込め効果
に最適な凹凸部2aの形状が転写されている。従って、
この基板20を用いることにより、最適な光閉じ込め効
果が得られる。
【0025】尚、ポリイミド樹脂をマスタ基板10から
剥がす工程を効率よく行うために、離型剤として、マス
タ基板10の表面にアルミニウム(Al)を上記転写工
程に先立って形成すると、マスタ基板10とアルミニウ
ムとの界面からポリイミド基板が剥がれ、光閉じ込め効
果に最適な形状の上にアルミニウムがコーティングされ
た状態の基板ができ、更に生産性良く光起電力素子用基
板を製造できる。
【0026】次に、この光起電力素子用基板20を用い
た光起電力素子を図4に従い説明する。
【0027】この発明の光起電力素子は、表面に光閉じ
込め効果に最適な凹凸部20aを多数有するプラスチッ
クからなる基板20上に裏面側反射層21として、アル
ミニウムや銀等からなる金属薄膜層21aと酸化インジ
ウム錫(ITO)層21bとが全面に設けられる。この
裏面側反射層21を設けることで、この上に設けられた
薄膜非晶質シリコン系光起電力層22、23、24へ光
を十分に反射させ、且つ光閉じ込め効果に最適な凹凸部
20aを多数有するため、裏面側反射層21で反射され
た光は薄膜非晶質シリコン系光起電力層22、23、2
4に効率よく閉じ込め込められる。
【0028】尚、この裏面側反射層21は、裏面側電極
として用いられる。
【0029】上記のように金属薄膜層21a上にITO
層21bを形成することで、金属薄膜層とその上に形成
される非晶質シリコン系光起電力層との間での高い反射
率を実現することができる。上記ITO層21bの変わ
りに、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの絶縁膜を
用いてもシリサイド化を防止することができる。尚、絶
縁膜を用いる時には、金属薄膜層21aと非晶質シリコ
ン系光起電力層22…とを導通させる必要があるため、
金属薄膜層21aの全面に絶縁膜を設けるのではなく、
メタルマスクなどを用いて、絶縁膜に部分的に窓部を設
けるようにする。
【0030】この反射層21上に非晶質シリコン系半導
体層としてn型非晶質シリコン(a−Si)層22と、
i型非晶質シリコン層23、i型非晶質炭化シリコン
(a−SiC)層24a、p型非晶質炭化シリコン層2
4bが順次設けられている。このp型非晶質炭化シリコ
ン層24b上の全面にITOからなる受光面側電極25
が形成され、この受光面側電極25上に銀からなる櫛形
集電極26が形成されている。
【0031】次に、この発明の光起電力素子の製造方法
を図5に従い説明する。まず、表面に光閉じ込め用の凹
凸部を転写したプラスチックからなる基板20の表面に
裏面側反射層21aとして膜厚5000オングストロー
ム程度のアルミニウム(Al)をスパッタリング法によ
り形成する。このスパッタリングは、ターゲットとして
アルミニウム(Al)を用い、Ar10sccm、基板
温度120℃、圧力0.3Pa、RFパワー2W/cm
2 の条件で行った。
【0032】続いて、このアルミニウム層21a上に膜
厚1000オングストローム程度のITO膜21bをス
パッタリング法により形成する。このスパッタリング
は、ターゲットとしてITOを用い、Ar8sccm、
2%O2 /Ar7sccm、基板温度170℃、圧力
0.6Pa、RFパワー1.3W/cm2 の条件で行っ
た。
【0033】次に、膜厚400オングストロームのn型
非晶質シリコン膜22とその上に膜厚0.3μmのi型
非晶質シリコン膜23、膜厚150オングストロームの
i型非晶質炭化シリコン膜24a、p型非晶質炭化シリ
コン膜24bをそれぞれプラズマCVD法により形成
し、pin接合を形成する。
【0034】非晶質シリコン系半導体層の形成条件を表
1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】その後、p型非晶質炭化シリコン24b上
にITOからなる膜厚700オングストロームの受光面
電極25をスパッタ法で形成する。ターゲットとしてI
TOを用い、スパッタリング条件は、Ar8sccm、
2%O2 /Ar7sccm、基板温 度170℃、圧力
0.6Pa、RFパワー1.3W/cm2 である。そし
て、真空蒸着法により膜厚5000オングストロームの
銀からなる櫛形集電極25を形成することにより、この
発明の光起電力素子が形成される。
【0037】上述した実施の形態においては、n型非晶
質シリコン層22上にi型非晶質シリコン層23、p型
非晶質炭化シリコン層を順次積層した構造について説明
したが、この発明は、非晶質シリコン系半導体膜の代わ
りに微結晶シリコン系半導体膜を用いてもよいし、ま
た、p−i−nの積層順序が逆であってもよい。
【0038】更に、上述した実施の形態においては、基
板が光入射側とは反対側にあるいわゆる逆タイプの光起
電力装置の構造であるが、これに対して、基板として透
明基板を用い基板側から光入射するいわゆる順タイプの
構造、すなわち、基板20の上に透明電極を形成し、こ
れを光入射側(表面側電極)として利用し、その上にp
−i−nの非晶質シリコン系半導体層を形成し、その上
に裏面側反射層を順次形成する構造にも適用できる。
【0039】また、上記実施の形態においては、各層を
基板全面に形成する例について説明したが、いわゆる集
積型光起電力装置においてもこの発明は適用できること
は勿論のことである。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光閉じ込めに効果に最適な光起電力素子用基板を安
価に提供することができる。
【0041】また、この発明の基板を用いることで、光
閉じ込め効果に優れ、変換効率を向上させた光起電力素
子を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マスタ基板として用いられる表面に光閉じ込め
用凹凸の形状が形成された酸化錫膜を備える基板を示す
斜視図である。
【図2】この発明の光起電力素子用基板の製造方法を説
明するための概略断面図である。
【図3】この発明の光起電力素子用基板を示す概略断面
図である。
【図4】この発明の光起電力素子を示す断面図である。
【図5】この発明の光起電力素子の製造方法を工程別に
示す断面図である。
【符号の説明】
20 光起電力素子用基板 20a 凹凸部 21 裏面側反射層 21a 金属薄膜層 21b 透明電極 22 n型非晶質シリコン層 23 i型非晶質シリコン層 24a i型非晶質炭化シリコン層 24b p型非晶質炭化シリコン層 25 受光面側電極 26 櫛形集電極
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に光閉じ込め用凹凸形状が形成され
    た酸化錫膜がマスタ基板上に形成され、このマスタ基板
    を成形金型とし、この光閉じ込め用凹凸形状をプラスチ
    ック樹脂層表面に転写することを特徴とする光起電力素
    子用基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記マスタ基板は、ガラス或いは金属か
    らなる基板上に常圧CVD法により酸化錫膜を形成し、
    表面に光閉じ込め用凹凸形状を形成したことを特徴とす
    る請求項1に記載の光起電力素子用基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記マスタ基板の表面にアルミニウムを
    転写工程に先立って形成することを特徴とする請求項1
    に記載の光起電力素子用基板の製造方法
  4. 【請求項4】 表面に光閉じ込め用凹凸形状が形成され
    た酸化錫膜がマスタ基板上に形成され、このマスタ基板
    を成形金型とし、この光閉じ込め用凹凸をプラスチック
    樹脂層表面に転写して光起電力素子用基板を形成し、こ
    の形成された光起電力素子用基板上に、第1の電極、光
    起電力層となる薄膜非晶質半導体層、第2の電極を順次
    形成することを特徴とする光起電力素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記第1の電極を金属層で形成し、裏面
    側反射層として用いることを特徴とする請求項4に記載
    の光起電力素子の製造方法。
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