JPH0566753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は太陽電池用基板およびその製法に関す
る。さらち詳しくは、金属基体または絶縁物基体
上にシリコン化合物の薄膜を表面に凹凸をつけて
堆積し、さらにその上に薄膜電極を設けた太陽電
池用基板およびその製法に関する。

［従来の技術］ 本出願人は、太陽電池用基体上に表面が凹凸状
の電気絶縁性非晶質シリコン化合物の薄膜を形成
し、その上に薄膜電極を堆積させ、該薄膜電極上
に薄膜太陽電池を形成することによつて、受光面
を通過し透明電極や太陽電池の光起電力素子層を
介して基板に到達した入射光または反射光が、凹
凸を有する薄膜電極のために乱反射する構造を有
する太陽電池用基板についてすでに出願した（特
開昭60−10788号）。同基板における非晶質シリコ
ン化合物の凹凸は、太陽電池が発電に利用できる
光の波長程度の大きさの、多数のこぶ状突起によ
つて形成される。かかる太陽電池用基板において
裏面電極によつて乱反射した光は、再び光起電力
素子層の活性領域に取込まれ、見かけの光量の増
加をもたらすため、太陽電池の変換効率の改善な
ど性能の向上が図られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来技術では、基体上に設けられ、表面に凹凸
を有するシリコン化合物の結晶構造が非晶質であ
ることが特徴であつたが、非晶質化合物では、表
面にこぶ状の突起により凹凸を形成することは可
能であるが、この凹凸は不均一で、乱反射を有効
に利用することができなかつた。また球状の突起
物は形成されなかつた。

本発明は多結晶構造、または非晶質シリコン化
合物の中に微結晶を含む構造のシリコン化合物を
用いて、表面に球状またはこぶ状突起を多数有す
る太陽電池用基板を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、金属箔または絶縁体の板を基体とな
し、該基体上にシリコン化合物の薄膜を設け、該
シリコン化合物の薄膜の表面に非晶質半導体とオ
ーミツク接触する薄膜電極を設けてなる太陽電池
用基板において、前記シリコン化合物の薄膜が前
記薄膜電極と接する表面に直径0.1〜10μｍ、高さ
0.1〜10μｍの球状の結晶質突起を多数有するよう
に形成された太陽電池用基板に関する。

さらに本発明は、前記シリコン化合物の薄膜を
DC放電とRF放電との混有型のグロー放電分解法
によつて、水素ガスで原料ガス中のシラン類を40
容積％以下に希釈したガス雰囲気中で基体上に平
行に磁界を印加しながら堆積させることによつて
形成することを特徴とする太陽電池用基板の製造
方法に関する。

［作用および実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
第１図は本発明の太陽電池用基板の一実施態様を
例示する概念図である。第１図に示した実施例に
おいては、本発明の基板４は金属箔または絶縁体
の基体１、表面に凹凸を有するシリコン化合物の
薄膜２および薄膜電極３より構成されている。

さらに第２図に概念図に例示したように、太陽
電池は、前記１，２，３よりなる本発明の基板４
上に光起電力素子層５および光透過性電極層６を
グロー放電分解法またはスパツタ蒸着法などによ
つて形成することによつて作製される。そのとき
の作製条件を選ぶことにより基板４の薄膜電極３
表面の凹凸パターン構造が該光起電力素子層５お
よび電極層６にも再現され、いきおい太陽電池の
受光面７にも凹凸パターン構造が現われる。かか
る太陽電池において入射光は受光面７および角接
触面部分において散乱され、薄膜電極３表面での
乱反射と相乗する結果、光起電力素子層５に取込
まれる光量が増加する。

本発明に用いられる基体１としては、たとえば
アルミニウム、銅、クロム、鉄、ニツケル、黄
銅、洋白、ステンレス銅などの厚さ5μｍ〜２mm、
好ましくは50μｍ〜１mmの金属またはガラス板な
どの絶縁体があげられる。これらの材料は250〜
300℃の耐熱性を有し、かつ凹凸を有するシリコ
ン化合物の薄膜の形成に本質的に支障をきたすよ
うな突起やピツトを該薄膜形成側表面に含まない
ものである必要がある。

シリコン化合物は、ａ−SiC、ａ−SiN、ａ−
SiOなどの非晶質シリコン化合物中にSi、SiC、
SiN、SiO₂などの微結晶が共存するシリコン化合
物である。そのばあい、微結晶は、シリコン化合
物に対し20原子％以上含有されることが好まし
く、さらに好ましくは50原子％以上である。しか
し、該微結晶が100原子％含まれるばあい、突起
ができにくくまた突起が不揃いとなりやすいの
で、少くとも0.1原子％の非晶質シリコンと共存
することが望ましい。シリコン化合物薄膜２の厚
さは、基体１と電極３を絶縁するのに充分な厚さ
0.5〜100μｍであることが好ましい。球状の突起
を多数形成するという観点から１〜10μｍがさら
に好ましい。

シリコン化合物の薄膜２は、球状の結晶質突起
を多数有するように形成される。その突起の大き
さは直径1.0〜10μｍ、高さ約0.1〜10μｍ、好まし
くは両者とも0.2〜3μｍである。また、同一の大
きさの突起が多数形成されることが好ましい。突
起の大きさが0.1〜10μｍの範囲内よりも小さなば
あいまたは大きなばあいはいずれも、太陽電池を
有効に発電させる波長の光を効果的に反射させる
ことができないので好ましくない。

また、本発明に用いられるシリコン化合物の薄
膜２は電気絶縁性を有し、室温での電気伝導度が
光照射時においても10^-7（Ω・cm）^-1以下のもので
ある。

非晶質シリコン化合物、多結晶シリコン化合物
とも、スパツター蒸着法、イオン化蒸着法、プラ
ズマCVDを含むCVD法、イオンビーム蒸着法な
どによつて形成できる。しかし、非晶質シリコン
化合物と微結晶のシリコン化合物が共存する薄膜
をえるためには、前記方法によつては形成しがた
い。そのばあい、直流電界を印加でき、かつ該直
流電界の存する領域の一部もしくは全部の領域に
おいてこれと直交する磁界を印加できる装置を用
いたDC放電とRF放電との混有型のグロー放電分
解法を用いることによつて容易に形成できる。こ
のグロー放電分解法により、微結晶の共存するシ
リコン化合物の膜をえるためには、所望の膜組成
と突起の形状に応じてガス組成を調整する必要が
ある。すなわちシリコン化合物を堆積させるシラ
ン類またはシラン類と炭化水素やアンモニアなど
の混合物からなる原料ガスを水素ガスなどで希釈
したガスを用いる。たとえば目的のシリコン化合
物がSiCであるとき、水素ガスで原料ガス中のシ
ラン類を40容積％以下（ただし通常0.1容積％以
上）に希釈したばあいに非晶質中に微結晶の球状
突起を有するシリコン化合物が形成される。通
常、希釈された濃度が40容積％以上になると球状
の突起がこぶ状になる。また、60容積％以上にな
ると突起は形成されず平滑な表面となる。

従来は、シリコン化合物の薄膜の形成において
均一な平坦な形成が目指され、基板に凹凸を形成
するばあいにも、基体自体を物理的、化合的に加
工して凹凸を形成し、その上に均一なシリコン化
合物の薄膜を堆積させていた。しかし、本発明
は、従来回避されていたシリコン化合物の薄膜自
体に結晶質の球状突起を形成するものである。

非常質シリコン化合物と微結晶とが共存するシ
リコン化合物の薄膜に球状の突起を均一に形成す
るためには、水素ガスの希釈によりシラン類を40
容積％以下にし、かつ磁界を印加しつつ、しかも
DC放電とRF放電とが混在する条件下にシリコン
化合物の堆積を行なう必要がある。

これらの条件は、グロー放電に水素原子を多数
発生させるためのものであり、それにより均一な
大きさの球状の結晶質突起が形成される。

本発明に用いられる薄膜電極３は、たとえば
銀、アルミニウム、モリブデン、ステンレス鋼、
アンチモン、クロム、ニクロム、白金などのよう
な適正な電気伝導度を有する金属またはそれらの
シリサイドなどの薄膜である。該薄膜の材料とし
て、好ましくは光を効果的に乱反射するために反
射率の高い物質を用いるのがよく、たとえばAg、
Cu、AlまたはAuなどの薄膜が有効に用いられ
る。かかる電極３を、凹凸を有するシリコン化合
物の薄膜２上に300〜100000Åの厚さになるよう、
蒸着またはスパツタなどの方法により設けて本発
明の太陽電池用基板４をえる。電極３の厚さが
300Å未満であると充分な電気導電性がえられず
太陽電池特性が低下し、10000Åを超えるとシリ
コン化合物の薄膜の凹凸が再現されず、いずれも
好ましくない。

さらに電極３として用いたAg、Cu、Cr、Ni、
Al、PtまたはAuなどの薄膜上にITO、SnO₂など
の酸化物、前記酸化物にフツ素をドープしたフツ
化物、もしくはMo、Ti、Ｖ、Ptなどのシリコン
とシリサイドを形成する金属などの保護材料をご
く薄く形成したものを使用すると、電極としての
機能や性能が安定する。また、前記保護材料とし
て透明導電性の材料を用いるばあいは前述におけ
るよりも電極層を厚く形成してよい。

本発明の基板４上に形成される光起電力素子層
５には、たとえばｐ−ｉ−ｎ接合型半導体、ｐ−
ｎ接合型半導体、ヘテロ接合型半導体、ｐ−ｉ−
ｎ−ｐ−ｉ−ｎなどの多層接合半導体など従来よ
り太陽電池に用いられている半導体が適用され
る。

また本発明の基板４を用いて製造した太陽電池
の受光面７上にさらに酸化ジルコニウム膜などの
反射防止膜や種々の保護膜が形成されてもよい。

つぎに本発明を実施例にもとづいてさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定
されるものではない。

基体としてSUS（steel use stainless）を用い、
その上にシリコン化合物薄膜をSiH₄、CH₄、H₂
の混合ガスをグロー放電分解して形成した。グロ
ー放電分解装置として第３図に概念的に示す装置
を用いた。同装置内では基板１２を図の上側の電
極１１上に設け。電界を両電極間に上下方向に印
加し、約200ガウスの磁界Ｂを電界に垂直な方向
に、すなわち基板１２と平行な方向に印加した。
ガス導入口１６を通じて導入したガスの組成は
SiH₄ガス10SCCM、CH₄、ガス10SCCM、H₂ガ
ス100SCCMであつた。RFパワーはRF電源１４
よりマツチングボツクス１３を通じて提供され
た。DC電圧はDC電源１５よりマツチングボツク
ス１３を通じて印加された。RFパワー：200W、
DC電圧：−200V、DC電流：300ｍＡの条件で
DC放電とRF放電との混在したグロー放電下に約
１時間、シリコン化合物薄膜を厚さ5μｍにわた
り堆積させた。このようにして形成された薄膜の
加速電圧20kVでのSEM（scanning electron
microscope）像の写真を第４Ａ図および第４Ｂ
図に示す。これらの図から、えられたシリコン化
合物（Si_0.6C_0.4）膜は、その表面に主として球状
の粒子を有し、粒子の直径は約2μｍであること
がわかる。球状の突起は結晶質であり、それ以外
の突起は非晶質であつた。なお、粒子の直径は堆
積条件により変化させることができる。シリコン
化合物膜上に厚さ1000ÅのAg薄膜電極３を堆積
させた。その上に保護のためのSnO₂を200Åの厚
さにコートした。以上のようにして作成した基板
上に、グロー放電分解法またはスパツタ蒸着法に
より、非晶質シリコン系光起電力素子層５を形成
し、さらに光透過性電極６を蒸着形成し、太陽電
池を製造した。

［発明の効果］ 以上のようにして作製される太陽電池において
は、受光面７から入射した光および一旦光起電力
素子層に入射したのち反射した光が基板４の薄膜
電極３の表面で乱反射する結果、光起電力素子層
５の活性領域に取込まれる光量が増加し、太陽電
池の変換効率が改善され性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽電池用基板の一実施態様
を例示する概念図である。第２図は本発明の基板
を用いた太陽電池の一実施態様を例示する概念図
である。第３図は本発明の基板の製作に用いたグ
ロー放電分解装置の概念図である。第４Ａ図およ
び第４Ｂ図はえられたシリコン化合物の薄膜
SEM像を示す写真である。 （図面の主要符号）１：基体、２：シリコン化
合物の薄膜、３：薄膜電極、４：太陽電池用基
板、５：光起電力素子層、６：光透過性電極層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属箔または絶縁体の板を基板となし、該基
   体上にシリコン化合物の薄膜を設け、該シリコン
   化合物の薄膜の表面に非晶質半導体とオーミツク
   接触する薄膜電極とを設けてなる太陽電池用基板
   において、前記シリコン化合物の薄膜が、非晶質
   中に微結晶が共存するシリコン化合物よりなる膜
   であり、かつ前記薄膜電極と接する表面に直径
   0.1〜10μｍ、高さ0.1〜10μｍの球状の結晶質の突
   起を多数有するものである太陽電池用基板。 ２ 前記シリコン化合物の薄膜の室温での電気伝
   導度が光照射時においても10^-7（Ω・cm）^-1以下で
   ある特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基
   板。 ３ 前記シリコン化合物の薄膜の厚さが0.5〜
   100μｍである特許請求の範囲第１項記載の太陽
   電池用基板。 ４ 前記シリコン化合物の薄膜が、非晶質シリコ
   ン化合物中に粒径0.1〜10μｍの結晶粒子を多数含
   む特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ５ 前記薄膜電極がAg、Cu、Cr、Ni、Al、Pt、
   Auまたはそれらのシリサイドよりなる薄膜であ
   る特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ６ 前記薄膜電極の厚さが300〜10000Åである特
   許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ７ 前記薄膜電極がAg、Cu、Cr、Ni、Al、Pt
   またはAuの薄膜上に酸化物、フツ化物もしくは
   他の金属をごく薄く形成せしめたものである特許
   請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ８ 金属箔または絶縁体の板よりなる基体上に、
   非晶質中に微結晶が共存するシリコン化合物より
   なる膜であり、かつその表面に直径0.1〜10μｍ、
   高さ0.1〜10μｍの球状の結晶質の突起を多数有す
   るシリコン化合物の薄膜を、DC放電とRF放電と
   の混有型のグロー放電分解法にて、水素ガスで原
   料ガス中のシラン類を40容積％以下に希釈したガ
   ス雰囲気中で基体上に平行に磁界を印加しながら
   堆積させることによつて形成し、その上に非晶質
   半導体とオーミツク接触する薄膜電極を設けるこ
   とよりなる太陽電池用基板の製造方法。 ９ シラン類の希釈度が10容積％以下である特許
   請求の範囲第８項記載の太陽電池用基板の製造方
   法。