JPH08153882A - 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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JPH08153882A
JPH08153882A JP6296100A JP29610094A JPH08153882A JP H08153882 A JPH08153882 A JP H08153882A JP 6296100 A JP6296100 A JP 6296100A JP 29610094 A JP29610094 A JP 29610094A JP H08153882 A JPH08153882 A JP H08153882A
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JP
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thin film
substrate
fine particles
electrode layer
solar cell
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JP6296100A
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English (en)
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Takaoki Sasaki
隆興 佐々木
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】上面から入射した光が光電変換半導体層を通っ
てその下の電極表面で乱反射させ、光電変換効率を高め
るための、凹凸化した電極表面を、簡単な方法で形成す
る。 【構成】基板上にあるいは基板上に被着した金属薄膜面
上に有機ガスの分解により炭素微粒子を分散させ、その
上を金属薄膜で覆うことにより、表面が凹凸化した電極
表面層が容易に得られる。金属薄膜の代わりに導電性の
金属酸化物の薄膜を用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光などの光エネル
ギーを、半導体接合により電気エネルギーに変換する薄
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。 そこで、
従来は、基板表面を凹凸状にしてその上に成膜される電
極層の表面を凹凸にしていた。基板表面を凹凸状にする
には、例えば絶縁性基板にエッチング処理やプラズマ処
理を施したり、あるいは微小金属粒子を吹き付けて表面
を荒らす。有機フィルム基板の場合には、有機溶媒に溶
かしたプラスチックフィルムを塗る方法もある。ガラス
基板では、その上に結晶方向性膜を形成したり、スパッ
タリングや蒸着法を用い、金属および金属酸化物の凝集
効果を利用することで実現していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、基板の表面を
凹凸化するには工程を専用に設けなければならない。金
属や金属酸化物の熱凝集により凹凸化させるには、高温
で行うため、温度の上昇、下降に長い時間を要すること
が問題となっていた。また、結晶配向性を利用した凹凸
形状の作製では、例えばZnO薄膜の場合には凹凸形状
を持たせるため数ミクロンの膜厚に積層する必要があ
り、成膜にかなりの時間を有することが問題となってい
た。
【0004】本発明の目的は、上述の問題を解決し、光
電変換層の下地の電極層の表面を凹凸化するのに、専用
の工程あるいは長い作業時間を必要としない薄膜太陽電
池の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、基板上に第一電極層、光電変換半導体
層、透明第二電極層を積層してなる薄膜太陽電池の製造
方法において、第一電極層形成の際に、一平面上に炭素
微粒子を分散させる工程と、その炭素からなる微粒子を
導電性材料からなる薄膜によって覆う工程とを含むもの
とする。炭素からなる微粒子を基板上に分散させるか、
基板上に被着した導電性材料からなる薄膜の上に分散さ
せることが有効である。炭素からなる微粒子を有機ガス
の分解によって生成することが良く、炭素からなる微粒
子の生成を導電性材料からなる薄膜の形成と同一の装置
を用いて行うのが良い方法である。
【0006】
【作用】同一平面上に炭素からなる微粒子を分散させ、
その微粒子を導電性材料からなる薄膜で覆えば、その薄
膜の表面は凹凸状になるので、表面を凹凸化した電極の
少なくとも表面層として用いることができる。導電性材
料からなる薄膜はその下地の面に強く付着することによ
り、炭素微粒子の下地に対する付着力を補強する。下地
は基板面をそのまま用いてもよいが、基板に対しても、
また炭素微粒子を覆う薄膜に対しても強く付着する薄膜
を基板上に被着し、その薄膜が下地として用いることに
より、炭素微粒子を含む電極層を基板に対してより強く
付着させることができる。
【0007】
【実施例】以下、共通の部分に同一の符号を付した図を
引用して本発明の実施例について述べる。図1 (a) 〜
(c) に示す本発明の実施例では、先ずステンレス鋼な
どの金属基板あるいはガラス板、有機材料フィルムなど
の絶縁性基板1の上に炭素微粒子第二電極層をCH4
スのプラズマ分解により堆積する〔図1 (a) 〕。炭素
微粒子2の粒径は0.03〜10μmの範囲にあり、ガス
圧あるいは放電パワーを高めると径は大きくなるので調
節可能であるが、光の乱反射に対しては3000Å程度
の粒径が適している。原料ガスとしては、C2 4 、C
2 2 、C3 8 、C3 6 等の有機ガスを用いること
もできる。次に、炭素微粒子を覆ってAg、Ti、N
i、Alなどの金属薄膜3を形成する〔図1 (b) 〕。
この金属薄膜3は炭素微粒子2を取り込む形で形成さ
れ、表面は0.03〜10μm程度の大きさの凹凸形状を
有する。金属薄膜3が基板1に付着することにより、炭
素微粒子2が基板1から剥離することが防止される。炭
素微粒子2と金属薄膜3により電極が構成される。しか
し、金属薄膜3の代わりに導電性のあるZnOなどの金
属酸化物の薄膜で覆ってもよい。さらに、プラズマCV
D法によりアモルファス半導体薄膜4を形成する〔図1
(c) 〕。この半導体薄膜4の表面性状は、下地の表面
性状をそのまま引き継ぎ、凹凸形状を示す。このあと、
従来と同様にITOなどを用いて透明電極層と太陽電池
を製造したところ、凹凸形状による短絡等の現象は観測
されず、歩留まりもほぼ100%近くできることが確認
された。また、太陽電池の特性は光の有効利用によって
電流値が約1割増え、それに伴い変換効率も1割増し
た。
【0008】図2 (a) 〜 (c) に示す本発明の別の実
施例では、基板1の上に基板と付着力のよいAg、T
i、Ni、Alよりなる金属薄膜5を形成したのち、そ
の上に炭素源ガスとしてのCH4 をプラズマを用いて分
解して炭素微粒子2を堆積する〔図2 (a) 〕。図1の
場合と同様炭素微粒子の大きさは0.03〜10μmであ
り、この大きさは形成条件で自由に変えられるが、30
00Å程度であることが望ましい。金属薄膜5の代わり
にZnOなどの酸化物薄膜を用いてもよい。また、炭素
源ガスとしてC2 4 、C2 2 、C3 8 、C3 6
等の有機ガスを用いても同様の効果が確認された。次
に、図1の場合と同様に金属薄膜3、アモルファス半導
体薄膜4を形成する〔図2 (b) 、 (c) 〕。半導体薄
膜4の表面は、下地の形状を引き継ぎ凹凸形状を示す。
このあと透明電極層を形成して製造した太陽電池も、図
1の場合と同様に良好な特性を示した。
【0009】以上の実施例で炭素微粒子2を形成する装
置を図3に概念的に示す。この装置は金属薄膜3あるい
は5を形成する装置と共通にできる。図に示すように、
装置真空槽11内にはヒータ12を内蔵する支持体13
に支持された基板1と金属ターゲツト14が対向配置さ
れている。そしてその間には、支持軸15の周りに回転
するシャッタ16が挿入可能である。基板1およびター
ゲツト14のいずれかには、切り替えスイッチ17を介
して高周波電源18が接続可能である。真空槽11に
は、有機ガス、水素ガスあるいはAr等の不活性ガスを
単体あるいは混合された形で導入するためのガス導入口
19が開口している。また導入されたガスを一定圧力に
保つために、コンダクタンスバルブ20を介して真空排
気管21が真空槽11に接続されている。
【0010】この装置を用いて図1に示すように基板1
上に炭素微粒子2を形成したのちに金属薄膜3を成膜す
るには、まず、ヒータ12によって加熱された基板1側
に、高周波電源18を切り替えスイッチ17により接続
し、有機ガス単体であるいは有機ガスと水素ガス、不活
性ガスを混合した形でガス導入口19から流し込む。シ
ャッタ16はこの時点でターゲツト14を覆うように閉
じており、接地されている。成膜の圧力を例えば3×1
-3Torrに保った後、基板1とシャッタ16の間で放電
を開始して基板1上に炭素微粒子2を形成する。放電パ
ワーは微粒子の形状や成長速度により、例えば0.005
W/cm2 から1.0W/cm2 までの範囲で選ぶことが
必要である。炭素微粒子を形成後、放電を停止し、ガス
をAr等の不活性ガスのみとした時点でシャッタ16を
開け、高周波電源18に切り替えスイッチ17を介して
接続された金属ターゲツト14と接地した基板1との間
で放電を開始する。任意の膜厚に金属膜3を堆積した
後、放電を停止しガス導入をやめれば、表面に凹凸形状
を有する電極が得られる。
【0011】図2に示すように基板1上に金属薄膜5を
形成したのち、炭素微粒子2を成膜するには、導入口1
9から導入するガスをAr等の不活性ガスのみとし、シ
ャッタ16を開けた状態で高周波電源18に接続された
金属ターゲツト14と接地された基板1との間で放電を
開始する。任意の膜厚に金属膜を堆積した後、放電を停
止し、導入ガスを有機ガス単体あるいはH2 やAr等の
不活性ガスを混合した状態に保持する。この後、ヒータ
12によって加熱された基板1側に、高周波電源18を
接続する。シャッタ16はこの時点でターゲツト14を
覆うように閉じており、接地されている。成膜の圧力
を、例えば3×10-3Torrに保った後、放電を開始し基
板1上に炭素微粒子2を形成する。放電のパワーは微粒
子の形状や成長速度により、例えば0.005W/cm2
から1.0W/cm2 までの範囲で選ぶことが必要であ
る。炭素微粒子2を形成後、放電を停止し、ガスをAr
等の不活性ガスのみとした時点で、再びシャッタ16を
開け、高周波電源18に接続された金属ターゲツト14
と基板1との間で放電を開始する。任意の膜厚に金属膜
3を堆積した後、放電を停止しガス導入をやめれば、表
面に凹凸形状を有する電極が得られる。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、一平面上に分散させた
炭素からなる微粒子を導電性材料の薄膜で覆い、基板側
電極の少なくとも表面層として形成することにより、上
方から入射する光を散乱させて半導体層での光電変換効
率を高くする表面凹凸化した電極を得ることができる。
一平面上に分散した炭素微粒子は、有機ガスの分解によ
り容易に生成でき、またそれに用いる装置は導電性薄膜
成膜装置と共用することができるので、本発明の実施に
よるコストの上昇はわずかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の薄膜太陽電池の製造工程の
一部を (a) ないし (c) の順に示す断面図
【図2】本発明の別の実施例の薄膜太陽電池の製造工程
の一部を (a) ないし (c) の順に示す断面図
【図3】本発明の実施例における電極形成に用いる装置
の断面図
【符号の説明】
1 基板 2 炭素微粒子 3、5 金属薄膜 4 アモルファス半導体薄膜 11 真空槽 13 支持体 14 金属ターゲツト 16 シャッタ 18 高周波電源 19 ガス導入口 21 真空排気管

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に第一電極層、光電変換半導体層、
    透明第二電極層を積層してなる薄膜太陽電池の製造方法
    において、第一電極層形成の際に、一平面上に炭素微粒
    子を分散させる工程と、その炭素からなる微粒子を導電
    性材料からなる薄膜によって覆う工程とを含むことを特
    徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】炭素からなる微粒子を基板上に分散させる
    請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法。
  3. 【請求項3】炭素からなる微粒子を基板上に被着した導
    電性材料からなる薄膜の上に分散させる請求項1記載の
    薄膜太陽電池の製造方法。
  4. 【請求項4】炭素からなる微粒子を有機ガスの分解によ
    って生成する請求項1ないし3のいずれかに記載の薄膜
    太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】炭素からなる微粒子の生成を導電性材料か
    らなる薄膜の形成と同一の装置を用いて行う請求項4記
    載の薄膜太陽電池の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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