JPH0658969B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池の製造方法

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JPH0658969B2
JPH0658969B2 JP62326232A JP32623287A JPH0658969B2 JP H0658969 B2 JPH0658969 B2 JP H0658969B2 JP 62326232 A JP62326232 A JP 62326232A JP 32623287 A JP32623287 A JP 32623287A JP H0658969 B2 JPH0658969 B2 JP H0658969B2
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質シリコン(以下a−Siと記す)等で光
電変換のための接合を、また一方の電極を印刷電極で形
成した低コストの薄膜太陽電池に関する。
〔従来の技術〕
非晶質シリコンを用いた従来の薄膜太陽電池は、出力電
圧を高くするために通常ユニットセルを直列接続する。
ユニットセルは、例えばガラス基板等の透明絶縁基板上
のITO(インジウム・錫酸化物),SnO2(酸化錫)を
透明電極とし、シラン,アセチレン等の炭化水素および
ジボランの混合ガスのグロー放電分解による約200Åの
厚さのp層、シランガスのグロー放電分解による約0.5
μmの厚さのノンドープ層、シラン、フォスフィンの混
合ガスのグロー放電分解による約500Åの厚さのn層か
らなるp−i−n構造のa−Si層をはさんで1μm程度
の金属薄膜からなる裏面電極を有する。直列接続のため
には、一つの透明絶縁基板上に透明電極膜,a−Si膜,
裏面電極膜をそれぞれ全面成膜し、その都度パターニン
グして各セル間の分離とセル間接続部の形成を行う。透
明電極のパターニングは、電子ビーム蒸着またはスパッ
タリングで成膜後、印刷法またはフォトマスクを用いた
露光によりレジストパターンを形成してエッチング処理
することによって行われる。a−Si膜のパターニング
は、フォトリソグラフィ法あるいはレーザスクライビン
グ法によって行われる。金属電極膜は、電子ビーム蒸着
またはスパッタリング法で成膜し、フォトリソグラフィ
法でパターニングする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このうち、裏面電極を金属薄膜で形成するには、高価な
蒸着装置,スパッタリング装置を用い、フォトリソグラ
フィ技術を適用するので工数の低減が困難である。そこ
で太陽電池のコスト低減のために裏面電極を成膜とパタ
ーニングが同時に行われる印刷電極により形成すること
が検討された。結晶Siまたは多結晶Si太陽電池の場合
は、Ag粒子をエポキシ樹脂に混じて作成したペーストを
塗布し、600〜700℃で焼成してSi層との電気的接触をと
り、電極を形成することができる。しかしa−Si太陽電
池に適用すると、例えば照度200lxでは第2図の線10の
ような特性となり、フィルファクタが0.4あるいはそれ
以下となっている。また入射エネルギが100mW/cm2では
線20のような特性になっている。但し、電流値の絶対値
は入射光に依存して大きい。これは、a−Siの場合は温
度を200℃以上にあげることができないので高分子樹脂
をとばして焼結することができず、十分低い接触抵抗を
確保できないのがその原因である。従って、a−Siの電
極用塗料としては、150℃程度の焼成で十分低い接触抵
抗がとれることが必要である。また従来の印刷電極で
は、耐湿試験でフィルファクタが次第に劣化し耐湿性が
良好でなかった。
本発明の目的は、上述の問題を解決し、150℃程度で焼
成することにより、a−Si層との間に十分低い接触抵抗
が得られ、かつ高温高湿に耐える印刷電極を裏面電極と
する薄膜太陽電池を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために本発明は、透明絶縁基板上
に透明電極と接合を有するa−Si層と裏面電極が積層さ
れてなるユニットセルが直列接続される太陽電池の製造
方法において、裏面電極が樹脂に対して導電物質として
炭素粒子を0.35〜1.5の比で含み更にシリコンカ
ップリング剤を混練した樹脂を印刷し、焼成する、また
は予めシリコンカップリング剤を塗布した面に樹脂に対
して導電物質として炭素粒子を0.35〜1.5の比で
含んだ樹脂を印刷し、焼成するものとする。
〔作用〕
無定形炭素または黒鉛粒子を樹脂に対して0.35〜
1.5の比で混じた樹脂にシリコンカップリング剤を添
加して印刷した、または予めシリコンカップリング剤を
塗布した面に樹脂に対して導電物質として炭素粒子を
0.35〜1.5の比で含んだ樹脂を印刷した裏面電極
は150℃程度の温度の焼成でa−Si層との間に低い接触
抵抗を形成する。
〔実施例〕
実施例1: 第1図は本発明の第一の実施例を示し、ガラス基板1の
上にITOあるいはSnO2を電子ビーム蒸着またはスパッ
タリングで成膜後、フォトリソグラフィ法により透明電
極21,22,23,24…のパターニングをする。次いで前述
のような方法でp−i−n構造のa−Si層を形成し、フ
ォトリソグラフィ法で一端が透明電極21,22,23,24…
の間隔の一部を埋めるパターン31,32,33,34…を形成
する。つづいて、金属電極41,42,43,44のパターンを
フィラーとして無定形炭素粒子を含んだフェノール樹脂
を用いて印刷法で形成した。このフェノール樹脂は、フ
ェノール,ホルマリン,ロジン,油を反応させてグリセ
リンなどでエステル化したものである。炭素粒子はボー
ルミル等を用いて粒径1μm程度に粉砕したものであ
り、フィラーの樹脂に対する比率は60〜120%程度に作
成した。一方、a−Si層31,32,33,34…の表面を、例
えば東芝シリコーン商品名TSL8331(γ−アミノプロ
ピルトリエトキシシラン),商品名TSL8340(N−
(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキ
シシラン),商品名TSL8350(γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン)のようなシリコンカップリン
グ剤に1〜15分浸漬し、その後乾燥,焼成した。次に炭
素粒子を混じたフェノール樹脂をエチレングリコール系
またはジエチレングリコール系の溶媒を用いて粘度を調
整し、120〜180メッシュのスクリーンマスクを用いて一
端がa−Si層31,32,33,34…の間隙の一部を埋め、隣
接セルの透明電極22,23,24…の端部に接触する裏面電
極41,42,43,44…のパターンを印刷し、120〜180℃で
20〜60分間硬化させた。この薄膜太陽電池は、第2図の
線30で示すような初期特性を示してフィルファクタ0.6
を得た。また60℃,90%の高温高湿放置試験において、
40時間程度で0.50程度までフィルファクタが低下する
が、500時間程度で0.55まで回復するという特性が得ら
れた。
フィラーとして粒径10μm程度の黒鉛を混入し、無定形
炭素/黒鉛の比を0.5〜2とした場合についても検討し
たが、上記の結果と変わらなかった。
実施例2: 樹脂として実施例1のフェノール樹脂にアルキッド樹脂
をフェノール/アルキッド比が4/6〜2/8となるよ
うに混合したものを用いることもできる。アルキッド樹
脂としては、無水フタル酸とグリセリンの系に亜麻仁
油,桐油,大豆油などの乾性油,脱水ひまし油またはそ
の構成脂肪酸を加えて形成した。他の処理は実施例1と
同じである。得られた太陽電池の初期特性としてフィル
ファクタ0.56を得た。60℃,90%の高温高湿試験におい
て20〜50時間で0.51まで劣化し、500時間で0.56まで回
復するという結果が得られた。
実施例3: 樹脂として実施例2のフェノール変性アルキッド樹脂に
エポキシ樹脂を混じたものを用いた。エポキシ樹脂とし
ては、例えばフェノール,アセトンから形成したビスフ
ェノールAにエピクロルヒドリンを作用させて形成し
た。これにフィラーとして無定形炭素に黒鉛をその比が
0.5〜2になるように混入し、樹脂に対してフィラーを
0.5〜1.5の比で混合し、さらに実施例1に示した
ようなシリコンカップリング剤を混じて練り合わせ、こ
れにロール分散処理を施した。得られた太陽電池は、初
期特性として0.6のフィルファクタを示した。また高温
高湿放置試験では20〜50時間で0.48まで劣化し、500時
間で0.55まで回復した。
実施例4: 実施例3の無定形炭素,黒鉛フィラーにITO(インジ
ウム・錫酸化物)を粉砕した粒径2〜15μmの粒子を、
炭素,黒鉛の量の20〜80%添加した。他の条件、すなわ
ちシリコンカップリング剤混練,ロール分散処理は実施
例3と同じである。塗布膜厚は10〜20μmであった。得
られた太陽電池は、初期特性としてフィルファクタ0.60
を得、60℃,90%の放置試験において50時間で0.52とな
り、500時間で0.60まで回復した。ITOの粒径を5〜1
0μmとすると、フィルファクタは0.01程度向上した。
添加剤としてITOの代わりにSnO2(酸化錫)粒子を同
様の条件として用いた場合も特性は同様に向上した。
以上の結果から、塗布膜厚の0.2〜1.5倍、好ましくは
0.5〜1.0倍の粒径を有する導電性粒子を加えることに
よって特性が改善されることがわかる。
実施例5: メラミン1モルにホルムアルデヒド4〜6モルとブタノ
ールを仕込み、アンモニアでpH6〜8とし、90〜100℃
で30分間メチロール化反応を行ったのちりん酸ブチルエ
ステルを少量加え、pH4〜5で約1時間ブチルエーテル
化反応をさせる。次にキシロールを加え、生成した水お
よびブタノールを留去させる。生成物はキシロールある
いはブタノールまたはこれらの混合溶剤で希釈しメラミ
ン樹脂液を形成した。この樹脂に、無水ブタル酸とグリ
セリンの系に亜麻仁油,桐油、大豆油などの乾性油を、
または脱水ひまし油あるいはその構成脂肪酸を加え、30
〜40%の短油長のアルキッド樹脂を混じた。
別にITOあるいはSnO2を約10μm程度の粒径の粉末に
粉砕し、無定形炭素,黒鉛および上記ドーパンド粒子の
4:6:4の比からなるフィラーを樹脂に対し0.5〜2.
0、好ましくは1.0〜1.5の割合で混合し、シリコンカ
ップリング剤を0.1〜5重量%混じ、ロール分散処理を
行い、印刷電極用樹脂を作成した。この場合、フィラー
として無定形炭素,黒鉛だけをみるとドーパント粒子と
の比からして、樹脂に対し0.35〜1.42、好まし
くは0.71〜1.07の割合となる。得られた太陽電
池はフィルファクタ0.59の初期特性を示した。60℃,90
%の放置試験でフィルファクタは0.57程度に低下するが
500時間で0.58まで回復した。
なお、以上の各実施例は第3図に示すように、a−Si層
は個々のユニットセル毎に切断しないで、連続した層3
となっており、各セル間の接続は、セルの配列方向に対
して側方への透明電極22,23,24…の引出し部に裏面電
極41,42,43,44…の引出し部を重ねることにより行わ
れる構造の太陽電池の裏面電極形成においても同様に実
施できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フェノール樹脂,メラミンアルキッド
樹脂等に導電性フィラーとして炭素粒子を樹脂に対して
0.35〜1.5の比で混入し、さらにこの樹脂を予め
シリコンカップリング剤を塗布した面に印刷するか、あ
るいはシリコンカップリング剤を混練したのち印刷する
ことによって低温度の焼成によりa−Si層と低抵抗で接
触する裏面電極が形成でき、フィルファクタが大きく耐
熱耐湿性の良好な安定した太陽電池を低価格で得ること
ができる。また、炭素粒子として無低形炭素粒子に黒鉛
粒子が混合すること、あるいはITO,SnO2の錫を含む
酸化物の添加物を加え、さらにITO,SnO2の粒径を適
度に制御することにより、特性およびその安定性の向上
も図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の太陽電池の断面図、第2図
は本発明の一実施例および従来例の太陽電池の出力特性
線図、第3図は本発明の異なる実施例の太陽電池の斜視
図である。 1:ガラス基板、21,22,23,24:透明電極、3,31,
32,33,34:a−Si層、41,4243,44:印刷電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明絶縁基板上に透明電極と接合を有する
    非晶質シリコン層と裏面電極が積層されてなるユニット
    セルが直列接続されるものの製造方法において、裏面電
    極が樹脂に対して導電物質として炭素粒子を0.35〜
    1.5の比で含み更にシリコンカップリング剤を混練し
    た樹脂を印刷し、焼成する、または予めシリコンカップ
    リング剤を塗布した面に樹脂に対して導電物質として炭
    素粒子を0.35〜1.5の比で含んだ樹脂を印刷し、
    焼成することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の製造方法にお
    いて、樹脂に導電物質として炭素粒子のほかに少なくと
    も錫を成分とする酸化物を含ませることを特徴とする薄
    膜太陽電池の製造方法。
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