JPH07254721A - 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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JPH07254721A
JPH07254721A JP6044543A JP4454394A JPH07254721A JP H07254721 A JPH07254721 A JP H07254721A JP 6044543 A JP6044543 A JP 6044543A JP 4454394 A JP4454394 A JP 4454394A JP H07254721 A JPH07254721 A JP H07254721A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】基板上の電極層の表面に簡単な方法で凹凸構造
を形成して光を散乱させ、光電変換層に再入射させて変
換効率の高い薄膜太陽電池を得る。 【構成】高分子材料よりなる基板の表面をプラズマ処理
すると凹凸構造ができ、その上に成膜した電極層の表面
にも凹凸構造が生ずるので、簡単に電極層粗面化が可能
になる。さらに、プラズマ処理の条件を変えることによ
り、凹凸構造の形状を制御することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性基板上に電極層
を介して形成したアモルファスシリコン等を主成分とす
る半導体薄膜に上方から入射する光によって発電する薄
膜太陽電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原料ガスをプラズマCVD法、光CVD
法あるいは熱CVD法によって分解することにより形成
されるアモルファスシリコン等を主成分とする半導体薄
膜を用いた太陽電池は大面積化が容易という特長をもっ
ており、低コスト太陽電池として期待されている。この
ような太陽電池では、半導体薄膜からなる光電変換層に
上面の透明電極層を介して直接入射する光のほかに、半
導体薄膜の基板側に設けられる電極層の表面で反射して
光電変換層に入射する光も発電に寄与する。この電極層
の表面が平坦でなく、粗面であると、それにより光の散
乱が生じるため、電極層の表面が平坦な場合に比べて太
陽電池における光の利用効率が増大する。従来は、表面
の平坦な基板上に表面に凹凸構造をもつ電極層を形成し
て光の利用効率を向上させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、それ自身が凹
凸構造を有する電極層を形成するためには、少なくとも
特定の基板温度および特定の平均膜厚での成膜が必要と
なる。例えば太陽電池用電極材料用金属として広く用い
られているAgでは、数百nm大の凹凸構造を得るため
には基板温度200℃程度で平均膜厚300nm程度以
上の堆積を行う必要がある。このため従来の技術では、
電極層の形成条件は材料ごとに最適化する必要があり、
またその範囲が限られているという問題があった。さら
に、このような電極層では、基板材料との組み合わせに
よっては熱応力などに起因する剥離が生じてしまうとい
った問題があった。
【0004】本発明の目的は、より容易に表面に凹凸構
造をもつ電極層を基板上に形成して変換効率を向上させ
た薄膜太陽電池の製造方法を提供するものとする。
【0005】
【課題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、絶縁性基板上に基板より遠い側が透明
電極層である二つの電極層にはさまれた光電変換層を有
する薄膜太陽電池の製造方法において、基板表面を粗面
化したのちその上に一つの電極層を形成するものとす
る。絶縁性基板表面の粗面化をプラズマ処理で行うこと
が有効である。絶縁性基板が高分子材料からなることが
有効であり、その場合、プラズマ処理を断続的に行うこ
とも良い方法である。また、不活性ガス雰囲気中のプラ
ズマ処理と反応性ガスを含む雰囲気中のプラズマ処理と
の双方を行うことも良い。
【0006】
【作用】プラズマ処理によるエッチング作用により、絶
縁性基板表面を粗面化することができ、その上に通常の
方法で電極層を成膜すれば、表面に凹凸構造をもつ電極
層が得られる。そして、プラズマ処理は、絶縁性基板が
高分子材料よりなる場合に特に効果的である。高分子材
料は非晶質部と結晶質部からなり、プラズマ処理を行う
と、これらのエッチング速度差により表面に凹凸構造が
現れる。山本ほか:応用物理53巻 (1984) p72
7に記載されているように、エッチング過程中あるいは
そのあとに、一旦エッチングされた物質が拡散により表
面へ再付着、再重合して突起を形成する突起形成過程が
生じる。プラズマ処理の雰囲気としては、N2 やArの
ような不活性ガス、H2 やO2 のような反応性ガスある
いはこれらの混合ガスを用いる。中でも反応性ガスを含
んだガスを用いると、山本ほか:日東技報28巻 (19
91) p76に記載されているように、物理的なエッチ
ング効果に加え化学的な効果が付加され、非晶質部分と
結晶質部分のエッチング速度差や表面での再付着、再重
合が顕著となるため、より効果的に凹凸構造を形成する
ことができる。また、高分子材料基板にプラズマ処理を
断続的に行うと、プラズマ照射時に削り取られた高分子
材料が、プラズマ非照射時に再付着、再重合するため、
連続的に照射した場合に比べて容易に表面に凹凸構造を
形成することができる。反応性ガスを含む雰囲気中のプ
ラズマ処理は、高分子基板表面に突起を生じやすく、こ
れと不活性ガス雰囲気中のエッチングが顕著なプラズマ
処理の組合わせで、複雑な形状の凹凸構造が得られる。
そのほか、プラズマ処理を行ったのちに金属電極層を形
成すると、プラズマ処理により活性化された基板表面に
でてきた高分子の基に、電極層の金属が酸素を介して結
合するため、付着力が増し、電極層の剥離が生じにくく
なる。
【0007】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。 実施例1:図1に示す実施例では、ポリイミドフィルム
を用いた基板1の表面に対し表1に示す条件でプラズマ
処理を行った。
【0008】
【表1】 このプラズマ処理により基板1の表面に約100nmの
大きさのピラミッド状突起2をもつ凹凸構造が生じた。
この上にAg電極層3を基板温度200℃でのスパッタ
リングにより約100nmの厚さに成膜することによ
り、凹凸を持つ電極表面形状を得た。この程度の薄い膜
厚のAg電極層3はそれ自身では凹凸構造を持たない
が、本方法により電極の表面形状を凹凸化することがで
きる。またこの程度の膜厚であれば基板との熱膨張係数
差などによる熱応力の影響は小さく、剥離が生じること
はない。絶縁性基板表面に形成される凹凸の大きさおよ
び形状はプラズマ処理条件により変わる。例えば、プラ
ズマ電力を200〜400Wの範囲で、処理時間を10
〜80minの範囲で調整し、雰囲気にArガスを最大
40sccmの流量範囲で混ぜあるいはO2 ガスの流量
を0〜20sccmの範囲で調整し、スパッタ圧力を2
〜9mTorrの範囲で調整し、試料を400℃以下の温度
に加熱し、あるいはプラズマ照射を10sの照射と20
sの非照射の断続照射にすることにより、20〜100
nm大でピラミッド状あるいは円柱状の凹凸構造が得ら
れている。このうちピラミッド状の表面構造はエッチン
グ過程が顕著な場合に見られ、円柱状の表面構造は突起
形成過程が顕著な場合に見られる。処理条件のうち、特
にプラズマの連続照射は断続照射に比してエッチング過
程を、反応性ガスO2 の使用は突起形成過程を強める傾
向が見られた。アモルファスシリコンを主成分とする光
電変換層4は、このようなAg電極層3の凹凸構造をも
つ表面上に形成した。 実施例2:図2に示す実施例では、ポリイミド基板1の
表面に対し表2に示す条件でプラズマ処理を行った。断
続プラズマ処理は、上記のように10sの照射と20s
の非照射を交互に行った。
【0009】
【表2】 この場合、基板1表面の突起5の大きさは10nm以下
となる。この上にAg電極層3を基板温度200℃での
スパッタリングにより約300nmの厚さに成膜するこ
とにより径200〜300nm大の凹凸を持つ電極表面
形状を得た。この程度以上の膜厚のAg電極層はそれ自
身が凹凸構造を持つが、熱応力の影響が大きく、プラズ
マ処理を行っていない基板上に形成した場合は自然剥離
が生じたり、テープテストで容易に剥がれる数十kg/
cm2 程度の付着力しか持たない。本実施例によるAg
電極層3は、プラズマ処理により垂直引っ張り強度数百
kg/cm2 以上の付着力を得ている。 実施例3:図3に示す実施例では、ポリイミド基板1の
表面に対し、表3に示すようなエッチングが顕著な条件
で1回目のプラズマ処理で同図 (a) に示すようなピラ
ミッド状突起2を有する凹凸表面を得たのち、表3に示
すような突起形成が顕著な条件で2回目のプラズマ処理
をすることにより、同図 (b) に示すような複雑な形状
の突起6を有する凹凸表面を得た。
【0010】
【表3】 この上に同図 (c) に示すように厚さ100nmの電極
層3およびpin接合をもつ厚さ500nmの光電変換
層4を形成した。このような方法により、単純なピラミ
ッド状または円柱状以外の凹凸形状を得ることができ、
凹凸形状の選択範囲が広がった。
【0011】上述の各実施例では、絶縁性基板1として
ポリイミドフィルムを用いているが、ポリエーテルサル
フォン (PES) 、ポリエチレンナフタレート (PE
N) 、ポリエチレンテレクタレート (PET) 、アラミ
ドなど他の絶縁性材料のフィルムを用いることもでき
る。また電極層3の材料として上記の実施例ではAgを
用いているが、その他の金属材料および酸化物導電体あ
るいはこれらを積層したものを用いてもよい。光電変換
層に関しては、その構造および材質は任意のものを用い
ることができる。また光電変換層4上の透明電極はここ
では省略したが、従来と同様、ITOを用いて形成す
る。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ処理により絶
縁性基板の表面を粗面化することにより、その上に成膜
される電極層の表面の凹凸化が容易にでき、電極層表面
での散乱光の光電変換層への再入射による光電変換効率
の向上が可能となった。また、絶縁性基板への付着力の
強化を容易なものとし、太陽電池の高性能化に寄与する
とともに、電極材料および基板材料の種類、厚さ、組み
合わせ等の選択範囲を広げ、信頼性の向上や低コスト化
にも結び付くものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による薄膜太陽電池の要部断
面図
【図2】本発明の実施例2による薄膜太陽電池の要部断
面図
【図3】本発明の実施例3の薄膜太陽電池の製造工程の
一部を (a) 、 (b) 、 (c)の順に示す断面図
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2、5、6 突起 3 電極層 4 光電変換層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に基板より遠い側が透明電極
    層である二つの電極層にはさまれた光電変換層を有する
    薄膜太陽電池の製造方法において、基板表面を粗面化し
    たのちその上に一つの電極層を形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】絶縁性基板表面の粗面化をプラズマ処理で
    行う請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  3. 【請求項3】絶縁性基板が高分子材料からなる請求項1
    あるいは2記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  4. 【請求項4】プラズマ処理を断続的に行う請求項3記載
    の薄膜太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】不活性ガス雰囲気中のプラズマ処理と反応
    性ガスを含む雰囲気中でのプラズマ処理との双方を行う
    請求項3記載の薄膜太陽電池の製造方法。
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