JPH04334069A - 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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- JPH04334069A JPH04334069A JP3132264A JP13226491A JPH04334069A JP H04334069 A JPH04334069 A JP H04334069A JP 3132264 A JP3132264 A JP 3132264A JP 13226491 A JP13226491 A JP 13226491A JP H04334069 A JPH04334069 A JP H04334069A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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 App
lied Physics 誌62巻7号3016頁(
Thomas C.Paulick, Oct. ’8
7 )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
62−30506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59−14
682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59−1
04185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。
lied Physics 誌62巻7号3016頁(
Thomas C.Paulick, Oct. ’8
7 )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
62−30506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59−14
682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59−1
04185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。Cr
、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。Cr
、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
をなす光散乱層と、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
被覆とを含む。
は、支持体と、支持体の上に形成され、表面が凹凸形状
をなす光散乱層と、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
被覆とを含む。
【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500nm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、Cu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500nm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、Cu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1
cm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。
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1
cm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(
FF)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200
nmを超えると生存率が急速に悪化している。これはC
u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C
u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(
FF)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200
nmを超えると生存率が急速に悪化している。これはC
u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C
u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Js
cが増加しない。ところがCuの膜厚をおおよそ200
nm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
10nm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Js
cが増加しない。ところがCuの膜厚をおおよそ200
nm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
10nm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0.2
μmから2.0μmであることが望ましい。金属被覆1
03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、
ZnO、SnO2 、In2 O3 、ITO、TiO
2 、CdO、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0.2
μmから2.0μmであることが望ましい。金属被覆1
03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、
ZnO、SnO2 、In2 O3 、ITO、TiO
2 、CdO、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101
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101
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C
VD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。
、あるいは多結晶Siの場合はプラズマCVD法、光C
VD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.
1μm以下で、厚さ0.5mmで10cm角のSUS3
04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10
2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0.2μm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.
1μm以下で、厚さ0.5mmで10cm角のSUS3
04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10
2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0.2μm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10c
m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
20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。
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10c
m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
20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2
0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1cm2 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、1
00mw/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2
0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1cm2 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、1
00mw/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、Cu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
50nm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、Cu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
50nm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。
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。
【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Si/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Si/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、Js
c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。
c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。
【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、R
max で0.8μmの、光を散乱する凹凸形状の光散
乱層102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、R
max で0.8μmの、光を散乱する凹凸形状の光散
乱層102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、Js
c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。
c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。
【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】請求項1の発明は、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、凹凸形状を構成
する光散乱層と、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。
て光を散乱する凹凸形状を有する層を、凹凸形状を構成
する光散乱層と、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】請求項2の発明は、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
。
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
。
【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 (8)
- 【請求項1】 支持体と、該支持体の上に形成され、
表面が凹凸形状をなす光散乱層と、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を含む太陽電池用基板。 - 【請求項2】 前記金属被覆の表面に、透明導電膜が
形成されている、請求項1記載の太陽電池用基板。 - 【請求項3】 前記金属被覆がCuである、請求項1
または2に記載の太陽電池用基板。 - 【請求項4】 前記金属被覆がAgである、請求項1
または2に記載の太陽電池用基板。 - 【請求項5】 前記金属被覆の膜厚が、10nmから
200nmの範囲にある、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】 前記光散乱層が金属もしくは合金であ
る、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。 - 【請求項7】 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5のいずれか1項に記載の太陽
電池用基板。 - 【請求項8】 前記光散乱層の凹凸部のRmax が
、0.2μmから2.0μmの範囲にある、請求項1か
ら7のいずれか1項に記載の太陽電池用基板。
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