JPH0563218A

JPH0563218A - 太陽電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0563218A
Application number: JP3244938A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Murakami; 勉村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】特性が良好で、且つ実使用時の耐久性の高い
太陽電池と、この太陽電池を歩留りよく製造できる太陽
電池製造方法を提供する。【構成】基体上に半導体層を堆積してなる薄膜の太陽
電池において、前記半導体層１０３、１０４、１０５の
上部に高分子樹脂からなるパッシベーション層１０７を
コーティングし、該パッシベーション層の上に導電性ペ
ーストからなる上部電極１０８を積層し、該上部電極の
上に電気メッキによる集電電極１０９を積層したことを
特徴とする。また、方法としては、半導体層の上部に高
分子樹脂からなるパッシベーション層をコーティング
し、該パッシベーション層の上に前記高分子樹脂を溶解
し得る成分を含有する導電性ペーストからなる上部電極
を積層し、該上部電極の上に電気メッキにより集電電極
を積層することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特性の良好な太陽電池
及びその製造方法に係わる。

【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、石油代替エネルギー源とし
て注目されている。太陽電池の種類としては単結晶シリ
コン太陽電池、アモルフアスシリコン太陽電池、多結晶
シリコン太陽電池などがあげられるが、単結晶シリコン
の場合作製方法として半導体プロセスを用いるため生産
コストは高いものとなっていることや、単結晶シリコン
は間接遷移であるため光吸収係数が小さく、単結晶の太
陽電池は入射太腸光を吸収するために少なくとも５０ミ
クロンの厚さにしなければならず材料費が高くなること
や、バンドギャップが約１．１ｅＶであり太陽光スペク
トルの内の波長約５００ｎｍ以下の短波長成分は表面再
結合の問題や、バンドギヤツプ以下のエネルギーは無駄
になる等の事情により有効に利用できないことである。
また、仮に、多結晶シリコンを用いて生産コストを下げ
たとしても、間接遷移の問題は残り、太陽電池の厚さを
減らすことはできない。さらに多結晶シリコンには粒界
その他の問題を合わせ持っている。

【０００３】ところで太陽電池を用いて既存の電力代替
を行う一例として例えば個人住宅で用いる電力を考える
と必要な電力は３ＫＷ程度である。一方、太陽によるエ
ネルギーはピーク時で１ＫＷ／ｍ²であるため変換効率
１０％とすると３０ｍ²の太陽電池が必要となる。従っ
て、太陽電池を電力用に用いるためにはできるだけ大き
な面積の太陽電池モジユールを作製する必要がある。

【０００４】しかしながら単結晶シリコンの場合は面積
の大きなウエハーは製造できず、大面積化が困難であ
り、大きな電力を取り出す場合には単位素子を直列化あ
るいは、並列化をするための配線を行なわなければなら
ない。さらには、単結晶シリコンは機械的に弱いため屋
外で使用する際には太陽電池を様々な気象条件によりも
たらされる機械的損傷から保護するため、ガラスや高分
子樹脂、アルミフレーム等からなる高価なエンカプシュ
レーションが必要になる。

【０００５】以上の事から単位発電量に対する生産コス
トが既存の発電方法に比ベて割高になってしまうという
問題がある。このような事情から低コストでかつ大面積
に作製できるアモルファスシリコン太陽電池の研究が進
められている。

【０００６】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の太陽電池の
典型的な例を示すものである。図において５００は太陽
電池本体、５０１は基板、５０２は下部電極、５０３は
ｎ層、５０４はｉ層、５０５はｐ層、５０６は透明電
極、５０７はパッシベーション層、５０８は集電電極、
５０９はバスバーを表す。

【０００７】アモルファスシリコン太陽電池の構造は一
般的には、基板上に薄膜のｐ層５０５、ｉ層５０４、ｎ
層５０３からなる半導体接合の上に表面の抵抗を低くす
るための透明導電膜５０６を積層し、その後、電流を集
めるための比較的細い金属からなる集電電極５０８を堆
積し、更に前記集電電極によって集められた電流を集め
るためのバスバー５０９と呼ばれる比較的太い金属から
なる電極を堆積する。アモルファスシリコンは結晶に比
較して膜質が劣るため変換効率が低い事が欠点である
が、これを解決するために半導体接合を２以上の直列に
積層するタンデムセルも検討されている。また、前記集
電電極やバスバーは不透明であるため有効面積の損失と
なる。集電電極やバスバーの面積を減らし、かつ電流を
有効に取り出す為に集電電極及びバスバーの比抵抗を小
さくし、かつ電極の断面積を増加する事が有効な手段で
ある。従って、電極材料としては、銀や銅のように比抵
抗の低い材料が好適である。例えば銀の比抵抗は、１．
６２×ｌ０^-6Ωｃｍであり、銅の比抵抗は１．７２×１
０^-6Ωｃｍであるが、これに対しアルミニウムでは２．
７５×１０^-6Ωｃｍ、亜鉛では５．９×１０^-6Ωｃｍで
ある。

【０００８】これらの電極を形成する方法として、従来
結晶系の太陽電池の場合は蒸着法、メッキ法、印刷法な
どの方法が用いられる。蒸着法では良質の金属が堆積で
き、かつ半導体とのオーミックコンタクトも良く出来る
が、堆積速度が遅いことと真空プロセスを用いるためス
ループットが低いこと、また、特定のパターンを形成す
るためにはマスキングが必要であるという問題がある。
メッキ法では、Ｎｉの無電解メッキが一般的に行われて
いるが、剥離し易いこととマスクが必要であるという問
題がある。印刷法は最も自動化し易くかつ量産性が高
いという特徴を有しており、Ａｇペーストをスクリーン
印刷して高温でシンターしてコンタクトする方法が行わ
れている。また、抵抗を下げるため更に印刷した電極の
上にメッキやはんだのコートを行うことも検討されてい
る。

【０００９】アモルファスシリコン太陽電池の場合に
は、上述した方法のいずれも検討されているが、実用的
には印刷法が量産性に優れ実用化されている。しかしな
がらアモルファスシリコンの場合、上述した結晶系のよ
うにシンターすることが出来ないため抵抗の高い電極と
なってしまう。すなわち、銀の導電性ペーストは高分子
の樹脂をバインダーとして含むため、比抵抗は、約４×
１０^-5Ωｃｍであり、純粋な銀よりも１桁抵抗が高い。
従って集電電極の面積を変えずに抵抗を下げるためには
電極の厚みを厚くすることが望ましい。しかしながら、
厚みを厚くしようとすると導電性ペーストの粘度を大き
くする必要があり、スクリーンが目詰まりを起こしたり
するため限界がある。この為スクリーン印刷によって実
用的に作製される電極の厚みとしてはｌ０μｍから２０
μｍである。したがつてスクリーン印刷法により作製さ
れる集電電極は抵抗を下げるために幅広にならざるを得
なかった。

【００１０】このような事情からスクリーン印刷を用い
た場合は微細な電極が形成できず有効面積の損失が大き
いというのが実状であった。

【００１１】また、メッキ法も結晶系と同様に用いるこ
とが可能であり、例えば、公開特許公報昭６０−６６４
２６号公報にメッキ法による太陽電池の透明電極上ヘの
電極形成方法が開示されている。しかし、この方法にお
いては、集電電極以外の部分にメッキされないようにす
るためレジストなどでパターニングをする必要がある。
メッキ法においてはパターニングを施さなければならな
いため製造工程が複雑となることや、透明電極上に厚い
メッキ皮膜を作製しようとすると、太陽電池を長時間酸
性或いはアルカリ性のメッキ浴中に浸積するため、太陽
電池に悪影響を与えることや、形成した電極は厚膜であ
るがために剥離し易いという問題がある。更にメッキを
行うときに競争反応的に発生する水素により透明電極が
影響を受けるという間題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は薄膜太陽電池
における上述した問題を解決して、特性の良好な太陽電
池を提供することを目的とするものである。

【００１３】本発明の他の目的は量産性が良く、信頼性
の高い太陽電池の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の太陽電池は、基体上に半導体層を堆積
してなる薄膜の太陽電池において、前記半導体の上部に
高分子樹脂からなるパッシベーション層をコーティング
し、該パッシベーション層の上に導電性ペーストからな
る上部電極を積層し、該上部電極の上に電気メッキによ
り集電電極を積層したことを特徴とする太陽電池であ
る。

【００１５】前記高分子樹脂はポリエステル、エチレン
酢酸ビニル共重合体、アクリル、エポキシ、ポリウレタ
ンの内から選ばれた成分からなり、太陽光に対する透過
率が９０％以上であり実質的に絶縁性であることが好ま
しい。

【００１６】また、前記導電性ペーストは銀、パラジウ
ム、銅、カーボン及びこれらの合金の内少なくとも一つ
の導電性フィラーを含み、ポリエステル、エポキシ、ポ
リウレタンの内少なくとも一つの高分子樹脂のバインダ
ーを含むことが好ましい。さらに、前記電気メッキされ
る金属は、銅、アルミニウム、クロムの内少なくとも一
つを含むことが好ましい。

【００１７】本発明の太陽電池製造方法は、基体上に半
導体層を堆積してなる薄膜の太陽電池の製造方法におい
て、前記半導体の上部に高分子樹脂からなるパッシベー
ション層をコーティングし、該パッシベーション層の上
に前記高分子樹脂を溶解し得る成分を含有する導電性ぺ
−ストからなる上部電極を積層し、該上部電極の上に電
気メッキによる集電電極を積層したことを特徴とする太
陽電池の製造方法である。

【００１８】本発明において、前記高分子樹脂は電着
法、電解重合法、プラズマ重合法、スピンコート法、ロ
ールコート法、ディッピング法の内から選ばれた方法で
形成される事が望ましく、また、前記導電性ペーストは
銀、パラジウム、銅、カーボンの内少なくとも一つの導
電性フィラーを含み、ポリエステル、エポキシ、ポリウ
レタンの内少なくとも一つの高分子樹脂バインダーを含
むことが望ましい。さらに、前記導電性ペ一ストに含ま
れる前記高分子樹脂を溶解する成分は酢酸エチル、メチ
ルエチルケトン、トルエンの内少なくとも一つであるか
または高分子樹脂のバインダーの未反応成分であること
が望ましい。また、前記電気メッキされる金属は、銅、
アルミニウム、クロムの内少なくとも一つを含むことが
望ましい。

【作用】以上述べたように、太陽電池の半導体層の上部
に高分子樹脂からなるパッシベーション層、導電性ペー
ストの上部電極、電気メッキによる集電電極を形成する
ことにより、シャントやショートの原因となる半導体層
の欠陥部分に上部電極が接触するのを防止するとともに
低抵抗の集電電極を形成することが可能となる。その結
果、ショートによる光電流の損失が防止され、しかも集
電電極幅を細くして有効面積を増加できるため高効率の
太陽電池を得ることができる。

【００１９】即ち、導電性ペースト塗布時に、ペースト
に含まれる溶剤または高分子樹脂バインダーのモノマー
がパッシベーション層を部分的に溶解し、導電性フィラ
ーが透明電極と集電電極とを接触させ、電気的なコンタ
クトをとることができると同時に、パッシベーション及
び高分子樹脂のバインダーが欠陥部分を被覆するため、
上記したショートを抑制することが可能となる。更に、
導電性ペーストで形成した上部電極の上に、電気メッキ
により選択的に付着力の優れた集電電極を形成でき、配
線の抵抗を小さくできるため、変換効率が高くしかも耐
久性の高い太陽電池を得ることができる。

【００２０】

【実施態様例】以下に本発明の実施態様例を図を用いて
説明する。

【００２１】図１（Ａ）は、本発明のｐｉｎ型非晶質太
陽電池の構成例を模式的に表わしたものである。図１
（Ｂ）は、図１（Ａ）の断面図を表した図である。図１
（Ｃ）は、図１（Ａ）を上部から見た図である。

【００２２】図１（Ａ）は光が図の上部から入射する構
造の太陽電池であり、図において１００は太陽電池本
体、ｌ０ｌは基体、１０２は下部電極、１０３はｎ型半
導体層、ｌＯ４はｉ層、１０５はｐ層、１０６は透明電
極、１０７はパッシベーション層、１０８は上部電極、
１０９は集電電極、１１０はバスバーを表す。

【００２３】基体１０１は、導電性のものでも電気絶縁
性のものでも良い。具体的には、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、
Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅう、ス
テンレス鋼等の薄板及びその複合体、及び、例えばポリ
エステル、ポリエチレン、ポリカーポネート、セルロー
スアセテート、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、ポリイミ
ド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィルムまたはシー
ト又はこれらとガラスファイバー、カーボンファイバ
ー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複合体、及びこ
れらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に異種材質の金
属薄膜及び／またはＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、Ａ
ｌＮ等の絶縁性薄膜を、例えばスパッタ法、蒸着法、鍍
金法等により表面コーティング処理を行ったものおよ
び、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。

【００２４】前記基体１０１が電気絶縁性である場合に
は、堆積膜の形成される側の表面にＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、
ステンレス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ₂、Ｉｎ
₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）等のいわ
ゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物（ＴＣ
Ｏ）を、例えばメッキ、蒸着、スパッタ等の方法を用い
下部電極１０２を形成する。また、前記基体１０１が導
電性であっても表面を平滑化あるいはテクスチャー化す
る目的で上述と同様の材料、手段を用いて下部電極１０
２を作製する。

【００２５】ｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１０５は通
常の薄膜作製プロセスに依って作製されるもので、例え
ば蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰ
ＣＶＤ法等公知の方法を所望に応じて用いることより作
製できる。工業的に採用されている方法としては、原料
ガスをプラズマで分解し、基体上に堆積させるプラズマ
ＣＶＤ法が好んで用いられる。また、反応装置として
は、バッチ式の装置や連続成膜装置などが所望に応じて
使用できる。

【００２６】本発明の太陽電池においては、分光感度や
電圧の向上を目的としてｐｉｎ接合を２以上積層するい
わゆるタンデムセルにも用いることが出来る。

【００２７】本発明の太陽電池において好適に用いられ
るｉ層ｌＯ４を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｆ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ、ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ、ａ
−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｆ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ等
のいわゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系アモルファス半導体
が挙げられる。

【００２８】本光起電力素子において好適に用いられる
ｐ層１０５またはｎ層１０３を構成する半導体材料とし
ては、前述したｉ層１０４を構成する半導体材料に価電
子制御剤をドーピングすることによって得られる。作製
方法は、前述したｉ層１０４の作製方法と同様の方法が
好適に利用できる。また原料としては、周期律表第ＩＶ
族堆積膜を得る場合、ｐ型半導体を得るための価電子制
御剤としては周期律表第ＩＩＩ族の元素を含む化合物が
用いられる。第ＩＩＩ族の元素としては、例えばＢ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎが挙げられる。

【００２９】ｎ型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第Ｖの元素を含む化合物が用いられる。第
Ｖ族の元素としては、例えばＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂが挙げ
られる。

【００３０】本発明において用いられる透明電極１０６
としては、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に
効率良く吸収させるために光の透過率が８５％以上であ
ることが望ましく、さらに、電気的には光で発生した電
流を半導体層に対し横方向に流れるようにするためシー
ト抵抗値は１００Ω／□以下であることが望ましい。こ
のような特性を備えた材料としてＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，
ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯなどの金属酸化
物が挙げられる。これらの作製方法としては、例えば抵
抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング
法、スプレー法等を用いることができ所望に応じて適宜
選択される。

【００３１】本発明において用いられるパッシベーショ
ン層１０７は、集電電極１０９を電気メッキ法で形成す
るときに太陽電池がメッキ液にさらされないようにする
ための保護層の役目をすると共に、この部分に電極が形
成されないようにするためのマスクの役目も持つ。ま
た、同時にシャントやショートの原因となる低抵抗の欠
陥部分が上部電極ｌＯ８、集電電極１０９及びバスバー
１１０に接触することを防ぐための絶縁性材料である。
また、パッシベーション層１０７は、半導体層全面に積
層されるものであるため太陽光の入射を妨げないように
光透過性の材料である必要がある。また、太陽電池とし
て屋外で使用する場合の環境を考え、耐候性が良く、
熱、湿度及び光に対する安定性が要求される。また、場
合によっては、太陽電池が曲げられたり衝撃が与えられ
るため、機械的な強度も合わせ持つ必要がある。このよ
うな材料としては高分子樹脂が好適であり、具体的には
ポリエステル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン等が用いられる。前記高
分子樹脂の好適な分子量としては数平均分子量が１〜２
万程度である。また、膜厚としては、電気的絶縁性が保
たれ、かつ、光透過性を損なわれないことが好ましいこ
とから高分子樹脂の種類により適宜選択されるが、代表
的には数μｍ位が適当である。

【００３２】このような高分子樹脂を積層する方法とし
ては、通常行なわれている方法が用いられる。例えば、
溶剤に溶かしてスピンコートやディッピングする方法、
熱で溶融してローラーでコーテイングする方法、電解重
合で堆積する方法、電着で堆積する方法、プラズマ重合
による方法などが用いられ、高分子樹脂の物性及び所望
の膜厚など諸条件から適宜決定されるが、量産性の観点
からはディッピング法、ローラーコート法、電着法など
が好適である。とりわけ電着法は水溶性の溶媒を用いる
ことが出来るため廃液の処理が簡単であることや電流の
コントロールで膜厚が容易に制御出来るため好適な方法
である。

【００３３】このような電着の装置は例えば図２（Ａ）
または図２（Ｂ）の様な装置が使用できる。図２におい
て２０１は電着槽、２０２は電着液、２０３は対向電
極、２０４は基体、２０５は透明電極１０６までのの全
ての層、２０６は電源、２０７は導線を示す。電着を行
う場合に太陽電池の基体２０４に対して電圧を印加する
こともできる。場合によっては透明電極１０６に適当な
端子を設けて電圧を印加することとしても良い。後者の
場合、太陽電池内部には電圧がかからないため太陽電池
に不要な電流が流れず電着工程中太陽電池が破壊される
ことはなく、また基体２０４の裏側に電着されないため
電着の速度が速くできかつ電着液を節約できるという効
果がある。

【００３４】本発明において用いられる上部電極１０８
は、集電電極１０９を形成する際のパターンとなる物で
あり、工程上は集電電極１０９の形成に先立って作製さ
れるが機能上は集電電極１０８と同様の機能を果たすも
のである。電極材料としてはＡｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｃ等の
金属またはこれらの合金の粉末にポリマーのバインダ
ー、バインダーの溶剤を適度な比率で混合しペ−スト状
としたいわゆる導電性ペーストが挙げられる。所望の比
抵抗としてはメッキを行うときに十分な電流が流れる事
が必要であり、望ましくは１０^-2Ωｃｍ〜１０^-5Ωｃｍ
であり、このような導電性ペーストは市販のものを適宜
選んで使用することが可能である。市販のものとして
は、例えば銀のフィラーを用いバインダーがポリエステ
ルのものとして、デュポン製５００７番や、藤倉化成製
ＦＣ−３０１ＣＡ番などがある。銀のフィラーでバイン
ダーがエポキシのものとしては、エイブルボンド製８４
−１ＬＭ−１番や、９５９−１番などがある。銀のフィ
ラーでバインダーがポリウレタンのものとしては、スリ
ーボンド製３３２２番や３３２０Ｄ番などがある。これ
らの導電性ペーストに粘度調整のため適当な溶媒を加え
て用いても良い。

【００３５】これらの導電性ペーストの電極は従来知ら
れたスクリーン印刷法を用いる事により生産性良く作製
できる。スクリーン印刷法はナイロンやステンレスで出
来たメッシュに所望のパターニングを施したスクリーン
を用いて導電性ペーストを印刷インキとして用いるもの
であり電極幅としては、最小で５０μｍ位とする事がで
きる。印刷機は市販の例えば、東海精機製ＨＫ−４０６
０等が好適に用いられる。スクリーン印刷した導電性ペ
ーストはバインダーを架橋させるためと溶剤を揮発させ
るために乾燥炉で加熱する。

【００３６】ところで、本発明においては、前記パッシ
ベーション層１０７の物性に応じた導電性ぺースト材料
を選ぶ必要がある。すなわちパッシベーション層１０７
は絶縁性又は高抵抗であるが為にその上に上部電違ｌＯ
８を積層しても該上部電極と透明電極１０７とのオーミ
ックコンタクトは充分でなく集電電極１０９に充分に電
流を流すことができないが、導電性ペーストに含まれる
溶剤又は高分子樹脂の未反応成分がパッシベーション層
１０７を溶解し導電性フィラーが透明電極１０６に接触
することにより、上部電極１０８と透明電極１０６とが
充分に接触するようになる。この場合欠陥部分と導電性
フィラーの接触も同時に起こる可能性があるが溶剤で溶
解しきれないバインダー及びパッシベーション層１０７
が欠陥部分を被覆しているため適度な抵抗が生じショー
トの程度は軽くなる。

【００３７】本発明の集電電極１０９の形状や面積は電
極材料の比抵抗や厚みおよび太陽電池が発生する電流量
と透明電極ｌ０７のシート抵抗とにより最適な設計がな
される。また、光入射に対して影にならないように最小
限の面積とし、且つ電流に対して抵抗とならないように
設計する。

【００３８】本発明における集電電極１０９の作製方法
としては、電気メッキ法が好適に用いられ、析出させる
金属としては電気メッキで析出可能な金属である、例え
ば銅、ニッケル、銀、金、アルミニウム、クロム等およ
びそれらの混合物を用いることが出来る。

【００３９】これらの金属を電気メッキする場合は析出
する金属の種類に応じてメッキ浴を調整すれば良くメッ
キ浴の処方は、従来公知の方法が用いられ市販のメッキ
液を使用する事も可能である。メッキの装置としては例
えば図３（Ａ）または図３（Ｂ）の様な装置が使用でき
る。図３において３０１はメッキ槽、３０２はメッキ液
３０３は対向電極、３０４は基体、３０５はパッシベー
ション層ｌ０７までの全ての層を表し、３０６は上部電
極、３０７は電源、３０８は導線を示す。メッキを行う
場合には図３（Ａ）に示すように太陽電池の基体３０４
にマイナスの電圧を印加することもできるし、場合によ
っては、図３（Ｂ）に示すように、上部電極３０６にマ
イナスの電圧を印加することとしても良い。後者の場
合、太陽電池内部には電圧がかからないため太陽電池に
不要な電流が流れず、メッキ工程中太陽電池が破壊され
ることはなく、また基体３０４の裏側にメッキされない
ためにメッキの速度が速くできかつメッキ液を節約でき
るという効果がある。

【００４０】本発明において用いられるバスバー１１Ｏ
は、集電電極１０９を流れる電流を更に集めるための電
極である。電極材料としては、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、等の金属やＣまたはこれらの合金からなるものを用
いることができ、ワイヤー状、箔状のものを張り付けた
り前記上部電極１０８と同様の導電性ペ−ストを用いて
も良いし、前記集電電極１０９と同様に電気メッキ法で
作製しても良い。箔状のものとしては例えば銅箔や、或
いは銅箔にスズメッキしたもので、場合によっては接着
剤付きのものが用いられる。このようなものとして例え
ば市販の３Ｍ製１３４５番等が用いられるこの場合、バ
スバー１１０には大きな電流が流れるため集電電極１０
９よりも断面積を大きくして低抵抗とする必要がある。

【００４１】以上のように作製された太陽電池は、屋外
使用の際、耐候性を良くするために従来知られた方法で
エンカプシュレーションをしてモジュール化される。エ
ンカプシュレーション用材料としては太陽電池との接着
性、耐候性、緩衝効果の点でＥＶＡ（エチレンビニール
アセテート）が好適に用いられる。また、さらに耐湿性
や耐傷性を向上させるために、表面保護層として弗素系
の樹脂が積層される。弗素系の樹脂としては、例えば４
フッ化エチレンの重合体ＴＦＥ（デュポン製テフロンな
ど）、４フッ化エチレンとエチレンの重量合体ＥＴＦＥ
（デュポン製テフゼルなど）、ポリフッ化ビニル（デュ
ポン製テドラーなど）、ポリクロロフルオロエチレンＣ
ＴＦＥ（ダイキン工業製ネオフロン）等が挙げられる。
またこれらの樹脂に紫外線吸収剤を加えることで耐候性
を向上させても良い。これらの樹脂を太陽電池基体と積
層する方法としては例えば真空ラミネーター（日本フィ
ジテック機器製ＶＴＬ−１００型）のような市販の装置
を用いて、真空中で加熱圧着することで可能である。こ
のようにして作製される本発明の太陽電池のモジュール
の構造は図４に示すようなものである。図において４０
０は太陽電池モジュール本体、４０１は基体、４０２は
下部電極、４０３はｎ型半導体層、４０４はｉ層、４０
５はｐ層、４０６は透明電極、４０７はパッシベーショ
ン層、４０８は集電電極、４０９はバスバー、４１０は
接着層、４１１は表面保護層を表す。

【実施例】以下、実施例により、本発明の太陽電池製造
方法及び本発明の太陽電池の構成を更に詳しく説明する
が、本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。

【００４２】（実施例ｌ）図１（Ａ）に示す層構成の太
陽電池を以下のようにして作製した。まず、十分に脱
脂、洗浄を行ったＳＵＳ４З０ＢＡ製基板（３０ｃｍ
角、厚み０．１ｍｍ）１０１を不図示のＤＣスパツタ装
置に入れＣｒを２０００Å堆積し、下部電極１０２を形
成した。基板１０１を取り出し、不図示のＲＦプラズマ
ＣＶＤ成膜装置に入れｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層ｌ
Ｏ５の順に堆積を行った。その後、不図示の抵抗加熱蒸
着装置に入れて、ＩｎとＳｎの合金を抵抗加熱により蒸
着し、反射防止効果を兼ねた機能を有する透明電極１０
６を７００Å堆積した。

【００４３】次に、アクリル系アニオン電着塗料（上村
工業製アクリルクリヤーＡ−７Ｘ）を用いてパッシベー
ション層１０７を堆積した後、基板１０１を不図示のス
クリーン印刷機（東海精機製ＨＫ−４０６０）に設置
し、幅１００μｍ長さ８ｃｍの上部電極１０８を問隔１
ｃｍで印刷した。このとき導電性ペーストは、Ａｇフィ
ラー７０部、ポリエステルバインダー３０部（体積
比）、溶剤として酢酸エチルを２０部含む組成のものを
用いた。印刷後、基板１０１を恒温器に入れて１５０℃
で５分間保持し導電性ペーストをキュアした。次に以下
のようにして図３（Ａ）のメッキ槽を用い、電気メッキ
法によりニッケルの集電電極１０９を形成した。

【００４４】まず、基板３０４を中性のスルファミン酸
溶液に５秒間浸積し、その後市販の高純度化学社製電気
メッキ液Ｎ−ｌ００ＥＳを温度５０℃、ｐＨ４に保った
メッキ液３０２を満たしたメッキ槽３０１中に浸積し
た。その後電源３０７を用いて基板３０４に約−１ボル
トを印加し、２０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度でメッキを行
つた。この条件では上部電極３０６上のみに２μｍのニ
ッケルが析出し、他の部分には全く析出がなかった。

【００４５】さらに、接着剤付きの幅５ｍｍの銅箔のバ
スバー１０９を図１（Ｃ）に示すように接着し３０ｃｍ
角のシングルセルを作製した。同様の方法で試料を１０
枚作製した。

【００４６】次に、これら試料のエンカプシュレショ一
ンを以下のように行つた。基板１０１の上下にＥＶＡを
積層し、さらにその上にフッ素樹脂フィルムＥＴＦＥ
（エチレンテトラフルオロエチレン）（デュポン製製品
名テフゼル）を積層した後、真空ラミネーターに投入し
て１５０℃で６０分間保持し、真空ラミネ一ションを行
った。

【００４７】得られた試料の初期特性を以下のようにし
て測定した。まず、試料の暗状態での電圧電流特性を測
定し原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたところ５
００ＫΩｃｍ²〜３００ＫΩｃｍ²と良好な特性であり、
ばらつきが少なかった。次に各試料にキセノンランプに
よる擬似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）を用いて
ＡＭｌ．５の太陽光スペクトルを１００ｍＷ／ｃｍ²の
強度で照射し太陽電池特性を測定し、変換効率を求めた
ところ６．１％±０．５％と良好な特性であり、ばらつ
きも少なかった。またこの時の電流電圧の曲線からシリ
ーズ抵抗を求めたところ平均で５Ωｃｍ²であり、集電
電極ｌ０９の抵抗が低く良好な特性であることがわかっ
た。

【００４８】これらの試料の耐久特性を、日本工業規格
Ｃ８９１７の結晶系太陽電池モジュールの環境試験方法
及び耐久試験方法に定められた温湿度サイクル試験Ａ−
２に基づいて評価した。

【００４９】まず、試料を温湿度が制御できる恒温恒湿
器に投入し、−４０℃から＋８５℃（相対湿度８５％）
に変化させるサイクル試験を１０回繰り返し行った。次
に、試験終了後の試料を初期と同様にシミュレータを用
い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に対し
て平均で９８％であり有意な劣化は生じなかった。ま
た、シャント抵抗を測定したところ約１０％の減少で有
意な劣化はなかった。また、エンカプシュレーションの
樹脂と基板との剥離は全く見られずパッシベーション層
１０７が良好な接着効果を有することがわかる。

【００５０】本実施例の結果から本発頭の太陽電池製造
方法で作製した本発明の太陽電池は歩留まりが良く良好
な特性で有り耐久性も良いことがわかる。

【００５１】（比較例ｌ）図５（Ａ）に示す層構成の従
来の太陽電池を以下のようにして作製した。実施例１と
同様に基板５０１上に透明電極５０６までを形成した。
次に、実施例１と同様にして集電電極５０８を印刷し
た。さらに接着剤付きの銅箔をバスバー５０９として積
層し、３０ｃｍ角のシングルセルを作製した。

【００５２】次にこの試料のエンカプシュレーションを
実施例１と同様に行った。得られた試料の初期特性は、
変換効率は５．２％、シャント抵抗は５ＫΩｃｍ²であ
り、シリーズ抵抗は１５Ωｃｍ²であった。実施例１に
比較してシリーズ抵抗が高くなったため変換効率が低く
なったと考えられる。次にこの試料の耐久特性を実施例
１と同様に評価した。

【００５３】温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽電
池特性を測定したところ初期値に対し９０％となり、有
意な劣化が起きていた。また、シャント抵抗は約１０Ｋ
Ωｃｍ²であり、シャントが観察された。

【００５４】この試料は以下のようにしてシャントの部
分を確認した。試料に１．５ボルトの逆バイアスを印加
した。シャント部分には電流が流れ発熱するが正常な部
分は逆バイアスなので電流が流れず発熱しない。この状
態で試料表面を赤外線のカメラで観察したところ発熱部
分が観察され集電電極の下でシャントしている事がわか
った。

【００５５】（比較例２）図５（Ａ）に示す従来の太陽
電池を従来のメッキ法を用いて以下のようにして作製し
た。実施例ｌと同様に基板５０１上に透明電極５０６ま
でを形成した。次に、ポリエステルフィルムで出来たバ
スバー５０９と同一形状のポジパターンのマスクを透明
電極５０６上に積層し、レジスト層をスピンコート法で
積層した。次に、実施例ｌと同様にしてニッケルをメッ
キして集電電極５０８を形成した。さらに接着剤付きの
銅箔をバスバー５０９として積層し、３０ｃｍ角のシン
グルセルを作製した。以上の作製法で試料を１０枚作製
した。

【００５６】次に、この試料のエンカプシュレーション
を実施例１と同様に行った。得られた試料の初期特性
は、６．１％±３％であり、ばらつきが大きかった。こ
の原因は、特性の悪い試料はシャント抵抗が低く、ニッ
ケルの集電電極５０８を形成した事により集電電極１０
７と欠陥部分とが接触してショートしたと考えられる。
シャント抵抗の値は２００Ωｃｍ²から１５ＫΩｃｍ²で
あった。

【００５７】次にこの試料の耐久特性を実施例１と同様
に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽電
池特性を測定したところ初期値に対し９２％であり有意
な劣化が起きていた。

【００５８】また、シャント抵抗を測定したところ平均
約５０％減少していた。この試料を比較例１と同様にし
て赤外線のカメラでシャント部分を観察したところ集電
電極の下でシャントしている事がわかった。

【００５９】（実施例２）次に集電電極１０８を図３
（Ｂ）の様にして作製して図１（Ａ）に示す層構成の太
陽電池を実施例１とほぼ同様に作製した。まず、実施例
１と同様の手順で基板１０１上にパッシベーション層１
０７までを堆積した。

【００６０】次に、実施例１と同様にしてＰｄフイラー
６０部、エポキシ４０部（体積比）、溶剤としてＭＥＫ
を１５部含む組成の導電性ペーストを用いて上部電極１
０８を印刷した。

【００６１】次に図３（Ｂ）のメッキ装置を用いて以下
のようにして集電電極１０９の形成を行った。まず、基
板１０１を中性のスルファミン酸溶液に５秒間浸積し、
その後市販の高純度化学社製電気メッキ液Ｃ−１００Ｅ
Ｐを温度５５℃、ｐＨ８．５に保ったメッキ液３０２を
満たしたメッキ槽３０１中に浸積した。その後電源３０
７を用いて基板３０４に約−０．５ボルトを印加し２０
ｍＡ／ｃｍ²の電流密度でメッキを行った。この条件で
は上部電極１０８上のみに２μｍの銅が析出して集電電
極１０９が形成でき、他の部分には全く析出がなかっ
た。

【００６２】さらに接着剤付きの銅箔をバスバー１１０
を積層し、３０ｃｍ角のシングルセルを作製した。以上
の作製法で試料を１０枚作製した。次に、この試料のエ
ンカプシュレーションを実施例１と同様に行った。

【００６３】得られた試料の初期特性は、変換効率６．
０％、±１％、シャント抵抗は３５０〜２００ＫΩｃｍ
²であり、シリーズ抵抗は平均で５Ωｃｍ²であり良好な
特性であった。

【００６４】次にこの試料の耐久特性を実施例１と同様
に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽電
池特性を測定したところ初期値に対し９７％であり、有
意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗を測定し
たところほとんど変化していなかった。

【００６５】本実施例の結果から本発明の太陽電池製造
方法で作製した本発明の太陽電池は歩留まりが良く、良
好な特性で有り、耐久性も良いことがわかる。

【００６６】（実施例３）次に、集電電極ｌＯ９をニッ
ケル／銅／ニッケルの３層構造として以下のようにして
図１（Ａ）に示す層構成の太陽電池を作製した。

【００６７】実施例１と同様に基板１０１上にパッシベ
ーション層１０７までを作製した。次に実施例１と同様
にしてニッケルを１μｍ堆積して、その後実施例２と同
様にして、銅をｌμｍ堆積し、最後にニッケルを１μｍ
堆積して集電電極１０９を形成した。さらに接着剤付き
の銅箔のバスバー１１０を積層し、３０ｃｍ角のシング
ルセルを作製した。同様にして１０枚の試料を作製し
た。さらに、この試料のエンカプシュレーションを実施
例１と同様に行った。得られた試料の初期特性は、６．
４％、シリーズ抵抗は４Ωｃｍ²であり良好な特性であ
った。

【００６８】次にこの試料の耐久特性を実施例１と同様
に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の太陽電
池特性を測定したところ初期値に対し９８％であり、有
意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗を測定し
たところほとんど変化していなかった。

【００６９】本実施例の結果から本発明の太陽電池製造
方法で作製した本発明の太陽電池は歩留まりが良く、良
好な特性で有り、耐久性も良いことがわかる。

【００７０】（実施例４）次に、上部電極１０８、集電
電極１０９、バスバー１１０の形状を図１（Ｄ）の示す
形状とし、図１（Ａ）の構成の太陽電池を実施例と同様
の方法で作製した。この場合上部電極のパターンは５０
μｍ幅で長さ２５ｃｍのものを間隔１ｃｍで作製した。
その後実施例１と同様にニッケルを３μｍ堆積して、接
着剤付きの銅箔のバスバーｌ０９を張りつけ、以上のよ
うに３０ｃｍ角のシングルセルを作製した。

【００７１】エンカプシュレーションを行わず初期特性
を測定したところ、集電電極１０９およびバスバー１１
０で陰になる部分まで含めた面積での効率（実効効率）
が、６．８％でありシリーズ抵抗は４Ωｃｍ²であり良
好な特性であった。

【００７２】

【発明の効果】本発明の太陽電池によれば、基体上に半
導体層を堆積してなる薄膜の太陽電池において、前記半
導体の上部に高分子樹脂からなるパッシベーション層を
コーティングし、該パッシベーション層の上に導電性ペ
ーストからなる上部電極を積層し、該上部電極の上に電
気メッキにより集電電極を積層することで特性が良好で
耐久性に優れた太陽電池が得られる。

【００７３】また、本発明の太陽電池製造方法によれ
ば、基板上に半導体層を堆積してなる薄膜の太陽電池の
製造方法において、前記半導体の上部に高分子樹脂から
なるパッシベーション層をコーティングし、パッシベー
ション層の上に前記高分子フィルムを溶解し得る成分を
含有する導電性ぺ−ストからなる上部電極を積層し、該
上部電極の上に電気メッキにより集電電極を積層するこ
とで、特性の良い耐久性の優れた太陽電池を高い歩留り
で製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の電着法の装置を示す概略図である。

【図３】本発明のメッキ装置を示す概略図である。

【図４】本発明の太陽電池モジュールを示す概略図であ
る。

【図５】従来の太陽電池の構成を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１００、４００、５００太陽電池本体、１０１、４０１、５０１基板、１０２、４０２、５０２下部電極、１０３、４０３、５０３ｎ層、１０４、４０４、５０４ｉ層、１０５、４０５、５０５ｐ層、１０６、４０６、５０６透明電極、１０７、４０７、５０７パッシベ−ション層、１０８、３０６、４０８上部電極、１０９、４０９、５０８集電電極、１１０、４１０、５０９、バスバー、２０１電着槽、２０２電着液、２０３対向電極、２０４基板、２０５半導体層、２０６電源、２０７導線、３０１メッキ槽、３０２メッキ液、３０３対向電極、３０４基板、３０５半導体層、３０７電源、３０８導線、４１１接着層、４１２表面保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に半導体層を堆積してなる薄膜の
太陽電池において、前記半導体層の上部に高分子樹脂か
らなるパッシベーション層をコーティングし、該パッシ
ベーション層の上に導電性ペーストからなる上部電極を
積層し、該上部電極の上に電気メッキによる集電電極を
積層したことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】前記高分子樹脂がポリエステル、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体、アクリル、エポキシ及びポリウ
レタンの内から選ばれた成分からなることを特徴とする
請求項ｌに記載の太陽電池。
【請求項３】前記高分子樹脂の太陽光に対する透過率
が９０％以上であることを特徴とする請求項１または２
に記載の太陽電池。
【請求項４】前記高分子樹脂が実質的に絶縁性である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
の太陽電池。
【請求項５】前記導電性ペーストが銀、パラジウム、
銅、カーボンまたはこれらの合金からなる導電性フィラ
ーの内少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１
乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】前記導電性ペーストがポリエステル、エ
ポキシまたはポリウレタンからなるバインダーの内少な
くとも一つのを含むことを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】前記電気メッキにより形成される前記集
電電極は、銅、アルミニウム及びクロムの内少なくとも
一つから構成されることを特徴とする請求項１乃至６の
いずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】基体上に半導体層を堆積してなる薄膜の
太陽電池において、前記半導体層の上部に高分子樹脂か
らなるパッシベーション層をコーティングし、該パッシ
ベーション層の上に前記高分子樹脂を溶解し得る成分を
含有する導電性ペーストからなる上部電極を積層し、該
上部電極の上に電気メッキにより集電電極を積層するこ
とを特徴とする太陽電池製造方法。
【請求項９】前記高分子樹脂が電着法、電解重合法、
プラズマ重合法、スピンコート法、ロールコート法及び
ディッピング法の内から選ばれた方法で形成されること
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池製造方法。
【請求項１０】前記導電性ペーストが銀、パラジウ
ム、銅、カーボンまたはこれらの合金からなる導電性フ
ィラーの内少なくとも一つのを含むことを特徴とする請
求項８または９に記載の太陽電池製造方法。
【請求項１１】前記導電性ペーストがポリエステル、
エポキシまたはポリウレタンからなるバインダーの内少
なくとも一つのを含むことを特徴とする請求項８乃至１
０のいずれか１項に記載の太陽電池製造方法。
【請求項１２】前記導電性ペーストに含まれる前記高
分子樹脂を溶解する成分は酢酸エチル、メチルエチルケ
トン及びトルエンの内少なくとも一つであることを特徴
とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の太陽電
池製造方法。
【請求項１３】前記バインダーは未反応成分を含むこ
とを特徴とする請求項１１記載の太陽電池製造方法。
【請求項１４】前記電気メッキにより形成される前記
集電電極は、銅、アルミニウム及びクロムの内少なくと
も一つから構成されることを特徴とする請求項８乃至１
３のいずれか１項に記載の太陽電池製造方法。