JPH0846230A

JPH0846230A - 光起電力素子の電極及び光起電力素子

Info

Publication number: JPH0846230A
Application number: JP6178909A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Ichinose; 博文一ノ瀬; Tsutomu Murakami; 勉村上; Akio Hasebe; 明男長谷部; Satoshi Niikura; 諭新倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、密着性が高く、且つ信頼性の高い
電極と、光起電力素子の初期における電力損失やシャン
トの発生などを防ぎ、シリーズ抵抗の増加などの長期信
頼性における課題を解決して特性の良好な光起電力素子
を提供することを目的とする。【構成】本発明の光起電力素子の電極は、線状または
棒状の金属体にカップリング剤処理が施され、該金属体
の表面が少なくとも一つ以上の導電性樹脂層で被覆され
ていることを特徴とする。また、少なくとも一対の半導
体接合と該半導体接合の光入射側に位置する半導体層上
に形成された透明な上部電極を有する光起電力素子にお
いて、前記上部電極上に前記光起電力素子の電極が固定
されてい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、光起電力素子の電極及
びこれを用いた光起電力素子に係わる。より詳しくは、
導電性に優れ、耐久性が高く、信頼性の高い電極に関
し、また、該電極を用いることにより初期特性が高く、
かつ長期使用時における信頼性の高い光起電力素子の構
成、特には太陽電池の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の太陽電池のような光起電力素子に
おいて、電極は光の入射を妨げないためとシリーズ抵抗
を低くするために櫛状のパターンで形成される。電極形
成の方法としてはＳｉに対してオーミック性接触がよい
金属を真空蒸着法、スパッタリング法等によって電極形
成面に直接付着形成する方法や、無電解メッキによる方
法がある。しかし、これらの方法は真空プロセスが必要
になったり、パターニングのためのマスクが必要であ
る。また、成膜時間が長いこと等、量産性の問題もあ
る。これに対し、スクリーン印刷により導電性樹脂を電
極形成面に付着、焼成して形成する方法がスループット
が高く、量産に適した方法として実用化されている。

【０００３】ところで、一般家庭の電力消費量は約３ｋ
Ｗである。これを太陽電池でまかなおうとすると、変換
効率１０％の太陽電池を用いた場合、受光面積３０ｍ²
の大面積の太陽電池が必要となる。このような大きな太
陽電池の場合は、更に電極の電流を集合させるバスバー
を設けることが必要となるため、工程が増えることにな
る。また、大面積になるほど欠陥の少ない太陽電池を作
製することは困難であり、これらの欠陥がシャントやシ
ョートの原因となって、変換効率を著しく低下すること
が知られている。欠陥の位置が前記電極やバスバーから
離れている時には、欠陥部分に流れこむ時の抵抗が大き
いため電流損失は比較的少ないが、逆に、欠陥部分が前
記電極やバスバーの下にある時は欠陥による電流損失は
大きなものとなる。

【０００４】これら問題の対策として、バスバーを用い
ずに大面積の太陽電池に適した電極とする構成が開示さ
れている。例えば、米国特許第１５０，８５７号には、
銅ワイヤーを導電性粒子を含む固状ポリマーで被覆し、
太陽電池上に電極として形成及び取り付ける方法が開示
されている。また、米国特許第５，０８４，１０７号に
は、金属線体を導電性接着剤を介して光発電素子の電極
形成面上に固定する方法が示されている。これらの構成
の骨子は導電性ワイヤーを導電性粒子を含む固状ポリマ
ー（導電性接着剤）で覆い電極として形成するものであ
り、１０ｃｍ以上の電極の長さでも抵抗損失を低くする
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が太陽電池の電極構成及び信頼性を検討する中で、上
記開示された方法で電極を作製すると、導電性ワイヤー
や金属体と導電性粒子を含む固状ポリマーや導電性接着
剤との界面において十分な密着性が得られないのみなら
ず、幅や径において一様な電極を得られないことが分か
った。

【０００６】また、導電性ワイヤーや金属体と導電性接
着剤の界面における密着力が得られないため、初期にお
ける電力損失の問題や、長期使用時において上記界面に
おいて剥離現象によるシリーズ抵抗の増加を招いて変換
効率が低下する等、信頼性にも問題があることが分かっ
た。

【０００７】さらに、導電性接着剤から形成される電極
層の抵抗によっては、シャントが起こり、また歩留まり
が低下するという問題、また水分等との相互作用による
イオン物質のマイグレーションを抑えることが困難とな
り、実用時に湿度によるリークが起こるという問題があ
ることが分かった。

【０００８】本発明の目的は、以上のような課題を克服
して光起電力素子やその他のデバイスにも適用できる電
極であり、密着性が高く、かつ信頼性の高い電極を提供
することである。また、本発明の他の目的は、光起電力
素子の初期における電力損失や、シャントの発生等を防
ぎ、シリーズ抵抗の増加等の長期信頼性における課題を
解決して特性の良好な光起電力素子を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の光起電力素子の電極は、線状または棒状
の金属体にカップリング剤処理が施され、該金属体の表
面が少なくとも一つ以上の導電性樹脂層で被覆されてい
ることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の光起電力素子は、少なくと
も一対の半導体接合と該半導体接合の光入射側に位置す
る半導体層上に形成された透明な上部電極を有する光起
電力素子において、前記上部電極上に前記光起電力素子
の電極が固定されていることを特徴とする。

【００１１】さらに、前記光起電力素子の電極は前記導
電性樹脂層を介して前記上部電極上に固定されているこ
とを特徴とする。

【００１２】前記金属体は、銅または銅の合金であるの
が好ましく、前記カップリング剤がシラン系カップリン
グ剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カ
ップリング剤のいずれかであるのが好ましい。

【００１３】前記導電性樹脂層の比抵抗は、０．１乃至
１００Ωｃｍとするのが望ましい。

【００１４】

【作用】本発明の電極は、線状または棒状の金属体と導
電性樹脂の接着性及び導電性の相互関係において、良好
な電極の得られる方法を実験的に見い出し、更に実験を
進めて完成したものであり、その骨子は、線状または棒
状の金属体にカップリング剤処理が施され、導電性樹脂
で被覆されている電極にある。

【００１５】本発明により良好な特性の電極が得られる
理由は以下のように説明される。一般に電気機器の配線
として用いられている銅線やアルミニウム線等は安価で
優れた導電体である。また、エナメル線等はこれらの金
属線に絶縁塗料を被覆したものであるが、一般に無機物
質である金属体を有機物質を含む材料で被覆することは
容易でない。本発明の電極においても、金属体を有機物
からなる導電性樹脂層で被覆した構成をとっており、通
常均一な被覆性、高い密着性を得るのは難しいとされる
ものである。しかし、本発明においては、無機物質であ
る金属体をカップリング剤で処理することとした結果、
金属体表面が有機物質と結合しやすいように改質され
て、金属体と有機物質を含む導電性樹脂層との間に高い
密着性が得られ、高信頼性の電極を作製することが可能
となる。

【００１６】本発明において、金属体の材質としては
銅、銅合金、アルミニウム、金等の導電性の良好な材質
が用いられ、特に安価な銅、銅合金が好ましい。金属体
の断面形状は円形であっても矩形であっても良く所望に
応じて適宜選択される。具体的には例えばＪＩＳ規格Ｃ
３２０２に示されるエナメル線用の２５μｍから１ｍｍ
までの銅等の金属ワイヤーが好適に用いられる。この様
な金属ワイヤーは公知の伸線機によって所望の直径に成
型して作られる。伸線機を通過した金属ワイヤーは硬質
であるが、伸び易さや曲げ易さの所望の特性に応じてア
ニールし軟質にして用いても良い。

【００１７】また金属体の好適な線径としては太陽電池
の表面抵抗シャドーロスと抵抗ロスとの和が最小となる
様に選択されるものであるが、具体的には２５μｍから
３００μｍ程度が好適に用いられる。細い径のワイヤー
を用いた場合にはピッチを狭くし、太い径のワイヤーを
用いた場合にはピッチを広くする等、線径とピッチの最
適化を行うことで最大の効率を得ることができる。

【００１８】本発明に用いられるカップリング剤として
は、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリン
グ剤、アルミニウム系カップリング等が好ましく、無機
物質と相互作用する親水基部分と有機物質と相互作用す
る有機官能基部分とから構成されている。カップリング
剤は、異種物質間の界面を制御することを主目的として
用いられ、特にその作用機構に共有結合が介するという
点で一般の界面活性剤とは異なる。すなわち、無機物質
（金属体）と有機物質（導電性樹脂中高分子樹脂）との
仲立ちの役目を果たし、両者を強固に結びつける。

【００１９】シラン系カップリング剤は無機物質と有機
物質の双方に共有結合するが、チタネート系カップリン
グ剤及びアルミニウム系カップリング剤は有機物質とは
共有結合を形成しないこともあり、この場合は、無機物
質の表面の極性、表面エネルギーを変えることにより、
有機物質の結びつきを高めることができる。カップリン
グ剤と金属体表面との反応には、最適特性を得るための
最適量があり、通常はカップリング剤を所望の溶媒と混
合して調整し使用する。このような溶媒としてはメタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエ
ン、ベンゼン、アセトン、メチルセルソルブ、テトラヒ
ドロフラン、水等が挙げられ、各カップリング剤と相溶
性の良い溶媒を選択して用いられる。あまり高濃度で用
いるとカップリング剤の活性が失活するので、通常低い
濃度で用い、具体的には０．１％〜５．０％の濃度が好
適に用いられる。また、カップリング剤の加水分解性基
は、シラン系、チタネート系、アルミニウム系によっ
て、無機物質との反応に対する適合性も考慮する必要が
ある。一方、カップリング剤の有機官能基にはアミノ
基、エポキシ基、カルボキシ基、フォスファイト基等が
あり、これらの有機官能基と有機物質との反応に対する
適合性も考慮する必要がある。

【００２０】カップリング剤で金属体を処理する方法と
してはスプレー法、浸漬によるディッピング法、エナメ
ル線塗装に用いるロールコーター法等があるが、フェル
ト等の保持部にカップリング剤を含ませ、その保持部を
通過させて塗布する方法が簡便で薄膜に塗布できるので
好適に用いられる。カップリング剤の処理の効果を高め
るために、処理前に金属体表面の油脂分等の汚れを除去
するのが好ましく、このためには洗浄効果に優れたアセ
トン、ＭＥＫ、ＩＰＡ等の溶剤が用いられる。これらの
溶剤は、揮発性が高く金属体表面に残存しないため好適
である。また、カップリング処理した後、溶剤を揮発さ
せるのと同時にカップリング剤の金属体への反応を促進
させるために、所定の条件で乾燥する。この乾燥条件
は、カップリング剤の種類、金属体の種類の相互の関係
により決定される。

【００２１】金属体に接して設けられる導電性樹脂層
は、金属体への湿度の浸透を防ぐとともに、金属体から
の金属イオンマイグレーションを防ぐ機能、更には光起
電力素子に接着固定する機能と集電する機能を有する。
銅電性樹脂層は、高分子樹脂及び導電性粒子を混合、分
散した導電性塗料を塗布し、乾燥または熱硬化して形成
される。このような機能を有するためには、高分子樹脂
は熱硬化性であっても熱可塑性であってもよく、透湿性
の比較的少ない樹脂が好適に用いられる。具体的にはエ
ポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ブチラール樹脂、フェノー
ル樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹
脂、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。導
電性樹脂を硬化させる場合、前記高分子樹脂に好適な硬
化剤を用いる。また、カップリング剤との適合性を考慮
することにより、金属体との接着力を向上させることが
できる。

【００２２】また、導電性樹脂層の比抵抗としては太陽
電池によって発生する電流を集電するのに無視しうる抵
抗であり、かつ、シャントが生じない様に適度な抵抗値
とすることが必要であり、具体的には０．１乃至１００
Ωｃｍ程度が好ましい。このような抵抗値の導電性塗料
の導電性粒子としてはカーボンブラック、グラファイ
ト、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＩＴＯ，ＺｎＯ，及
び前記材料に適当なドーパントを添加した酸化物半導体
材料等が好適に用いられる。導電性粒子の粒径は、形成
する導電被覆層の厚みよりも小さくする必要があるが、
小さすぎると粒子同士の接触点での抵抗が大きくなるた
め所望の比抵抗が得られなくなる。この様な事情から前
記導電性粒子の粒径としては０．０２μｍ乃至１５μｍ
が好ましい。

【００２３】導電性粒子と高分子樹脂とは所望の比抵抗
を得るため好適な比率で混合されるが、導電性粒子を増
加すると比抵抗は低くなるが樹脂の比率が少なくなるた
め塗膜としての安定性は悪くなる。従って、好適な比率
は、用いる高分子樹脂と導電性粒子及び所望の物性値に
よって適宜選択されるものである。具体的には導電性粒
子が５体積％から９５体積％程度とすることで良好な比
抵抗が得られる。導電性粒子及び高分子樹脂の混合に際
しては、３本ロールミルやペイントシェーカー等の通常
の分散方法を用いることができる。分散時あるいは分散
後に導電性塗料の粘度調整のため適当な溶剤で希釈して
も良い。

【００２４】導電性樹脂層の厚みは前記金属ワイヤーの
径や所望の特性によって異なるが、例えば金属ワイヤー
径が１００μｍの場合、ピンホールが無く、バリヤ層と
しての機能が充分で有り、かつシャドウロスを極端に生
じないためには１乃至３０μｍ程度が好ましい。

【００２５】導電性樹脂層は、熱により軟化させて太陽
電池に接着させるホットメルトタイプが望ましいが、接
着時には適度な圧力を加えても良い。また、導電性樹脂
層が熱可塑性であれば加熱により軟化するが、熱硬化性
の樹脂の場合は、ワイヤーへの塗布を行う時に溶剤の乾
燥のみ行って硬化反応はさせずに、接着時に加熱により
硬化させても良い。

【００２６】導電性樹脂を被覆した電極の断面図を図１
に、電極を該導電性樹脂を介して上部電極上に固定され
た光起電力素子の一部を図２の断面図に示す。図におい
て１０１は金属ワイヤー、１０２は導電性樹脂層、２０
１は上部電極が積層された光起電力素子本体である。導
電性樹脂層１０２はワイヤー１０１に同心円状に被覆形
成されることが好ましい。

【００２７】導電性樹脂の塗布方法としては浸漬法等も
可能であるが、通常のエナメル線のコート方法が好適に
用いることができる。具体的には、導電性塗料を適当な
粘度となる様に溶剤で希釈し、金属ワイヤーにロールコ
ーター等を用いてコートし、所望の厚みを形成するため
のダイスを通過させてその後赤外線加熱等で乾燥、硬化
させる。コートを行うのに好適な装置の具体例を図３の
模式図に示す。金属ワイヤーの搬送方向は、縦方向でも
横方向でも良い。

【００２８】図３において３０１は金属ワイヤー、３０
２は送り出しリール、３０３は伸線部、３０４は洗浄
槽、３０５はカップリング剤処理槽、３０６は乾燥炉、
３０７はコーター、３０８はダイス、３０９は硬化・乾
燥炉、３１０は膜厚測定器、３１１はテンションコント
ローラー、３１２は整列巻き駆動装置、３１３は巻き取
りリール、３１４は温度調節器である。送り出しリール
３０２は被覆層形成前の金属ワイヤーが巻いてあるボビ
ンである。

【００２９】伸線部３０３を通り、常にコート装置全体
に渡って金属ワイヤーにテンションを加え、金属ワイヤ
ーがたるまないように直線状に調節される。洗浄槽３０
４は必要に応じても用いるものであるが、アセトン、Ｍ
ＥＫ、ＩＰＡ等の溶剤を満たしたタンクであって金属ワ
イヤー３０１の表面の汚れを洗浄するものである。カッ
プリング剤処理槽３０５には前記カップリング剤が蓄え
られていて金属ワイヤー３０１の表面をカップリング剤
処理する。乾燥炉３０６はカップリング剤を乾燥する装
置で熱風乾燥機や赤外線乾燥機等が所望に応じて用いら
れる。

【００３０】コーター３０７は導電性塗料を金属ワイヤ
ー３０１に塗布する装置である。コーター３０７には塗
布する導電性塗料が一定量貯められているが所望に応じ
て粘度調整のための溶剤添加機構や温度調整機構、導電
性塗料補充機構、ろ過機構等を追加しても良い。ダイス
３０８は塗布した導電性塗料を所望の厚みとなる様に制
御するためのものである。ダイス３０８は市販のエナメ
ルコート用のものが好適に用いられる。また、所望に応
じてフェルトを用いても良い。硬化・乾燥炉３０９は塗
布した導電性塗料の溶剤を除去して乾燥させたり、ある
いは熱硬化させたりするためのもので熱風乾燥機や赤外
線乾燥機等が所望に応じて用いられる。膜厚測定器３１
０は塗布した導電性塗料の厚みを測定し管理するための
ものであり市販の外径測定器が好適に用いられる。膜厚
測定機３１０で測定した膜厚から送り速度や導電性塗料
粘度等のフィードバック制御を行っても良い。

【００３１】テンションコントローラー３１１は金属ワ
イヤー３０１をたるみが生じない様にかつ降伏点以上の
力がかからない様に一定の張力に保つ装置である。整列
巻き駆動装置３１２は巻き取りリール３１３に巻き取る
際にワイヤーの間隔を制御しながら巻き取るための装置
である。巻き取りリール３１３は不図示のモーターによ
って所望の送り速度となるように回転駆動される。

【００３２】温調機３１４は乾燥炉３０６及び硬化・乾
燥炉３０９の温度を設定値に保つためのものである。所
望に応じてスライダック、オンオフ制御、ＰＩＤ制御等
の公知の方法を選択して用いられる。

【００３３】図３では縦形装置を示したが金属ワイヤー
の搬送方向は、縦方向でも横方向でも良いが所望に応じ
て設計されるものである。また、図３では１本の金属ワ
イヤーの塗布機であるが、同時に複数本の塗布を行って
も良い。

【００３４】導電性樹脂層は複数の層設けても良く、集
電、シャント防止、マイグレーション防止、電極固定等
の機能を複数の層を設けて機能分離しても良い。複数の
導電性塗料の塗布を行うには、１層毎にコート後にボビ
ンに巻き取っても良いが、場合によっては連続して複数
の層を塗って最後にボビンに巻き取っても良い。

【００３５】次に、本発明の光起電力素子を図４を用い
て詳細に説明する。図において、４０１は支持基板、４
０２は下部電極、４０３、４０４、４０５はそれぞれ半
導体層、４０６は上部電極、４０７は本発明の電極（グ
リッド電極）を表す。

【００３６】グリッド電極４０７は、金属体１０１と導
電性樹脂層１０２から構成され、導電性樹脂層４０９
は、光起電力素子としての効率を損なわない程度の抵抗
値であり、かつシャントを防ぐことができる程度だけ高
抵抗であることが必要である。即ち、太陽電池によって
発生する電流に対しては抵抗とならずに、また欠陥があ
る場合には抵抗として働くため、大きなリークを防ぐこ
とができる。導電性樹脂層４０９の好適な抵抗値として
はグリッドの設計や、光起電力素子の動作点での電流
値、欠陥の大きさ等により決定されるが、比抵抗として
０．１〜１００Ωｃｍが好ましい。この範囲でシャント
が生じたときには十分な抵抗となり、旦つ光起電力素子
で発生した電流に対しては無視できるほどの抵抗値にな
る。

【００３７】また、グリッド電極４０７は光起電力素子
４００の光入射面側に配置されるが、配置方法としては
適当な間隔で平行に配置するのが良い。本発明のグリッ
ド電極はとりわけ大面積の太陽電池を形成する場合に適
しており、例えば、３０ｃｍ角の太陽電池を作製する場
合には、半導体層上に長さ３０ｃｍのグリッド電極を平
行に所定の間隔で設置する様にすれば良い。本発明のグ
リッド電極は、シャントやリークによる電流リークを少
なくする構成であるため非晶質シリコン系太陽電池に好
適に用いられるものであり、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、シ
ョットキー接合等の半導体接合部を有する光起電力素子
に適用される。さらに、同様の構成は非晶質系以外に単
結晶系、多結晶系あるいはシリコン以外の半導体を用い
た太陽電池、ショットキー接合型の太陽電池等にも適用
できることは言うまでもない。

【００３８】以下に、本発明の太陽電池の実施態様構成
例について図４乃至６を用いて説明する。

【００３９】図４は基板と反対側から光入射するシング
ルセル構造の非晶質シリコン系太陽電池、図５はトリプ
ル構造とした非晶質シリコン系太陽電池、図６は図４及
び図５の太陽電池を光入射側から見た図であり、約３０
ｃｍの長さのグリッド電極が形成されている。更に、図
示しないが、透明性絶縁基板上に堆積した非晶質シリコ
ン系太陽電池、単結晶系、薄膜多結晶系太陽電池におい
ても本発明の思想を用いた構成は適用可能であることは
言うまでもない。

【００４０】基板４０１は非晶質シリコンのような薄膜
の太陽電池の場合の半導体層４０３、４０４、４０５を
機械的に支持する部材であり、また場合によっては電極
として用いられる。基板４０１は、半導体層４０３、４
０４、４０５を成膜するときの加熱温度に耐える耐熱性
が要求されるが導電性のものでも電気絶縁性のものでも
良く、導電性の材料としては、具体的にはＦｅ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐ
ｔ，Ｐｂ，Ｔｌ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やカーボ
ンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられ、電気絶縁性材
料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボ
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，Ｓｉ
₃Ｎ ₄，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、
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、セラミックス等が挙げられる。

【００４１】下部電極４０２は、半導体層４０３、４０
４、４０５で発生した電力を取り出すための一方の電極
であり、半導体層４０３に対してはオーミックコンタク
トとなるような仕事関数を持つことが要求される。材料
としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，ステンレス，真ちゅ
う，ニクロム，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＩＴＯ等
のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
（ＴＣＯ）等が用いられる。下部電極４０２の表面は平
滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場
合にはテクスチャー化しても良い。また、基板４０１が
導電性であるときは下部電極４０２は特に設ける必要は
ない。

【００４２】下部電極の作製にはメッキ法、蒸着法、ス
パッタリング法等の方法を用いる。また、上部電極の作
製方法としては、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。

【００４３】本発明に用いられる太陽電池の半導体層と
しては、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリ
コン等が挙げられる。非晶質シリコン太陽電池に於いて
ｉ層１０４を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓｉ：
Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：
Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ等のい
わゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系非晶質半導体が挙げられ
る。ｐ層４０５またはｎ層４０３を構成する半導体材料
としては、前述したｉ層４０４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。
また原料としては、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の元素を含む化合物が用い
られる。第ＩＩＩの元素としては、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎが挙げられる。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、Ｐ，Ｎ，Ａｓ，Ｓｂが挙げ
られる。

【００４４】非晶質シリコン半導体層の成膜法として
は、蒸着法、スパッタ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰ
ＣＶＤ法等の公知の方法を所望に応じて用いる。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをＲＦプラズ
マで分解し、基板上に堆積させるＲＦプラズマＣＶＤ法
が好適に用いられる。さらに、ＲＦプラズマＣＶＤに於
いては、原料ガスの分解効率が約１０％と低く、堆積速
度が１Å／ｓｅｃから１０Å／ｓｅｃ程度と遅いという
欠点があるが、これを改良したマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法も好適に用いることができる。以上の成膜を行うた
めの反応装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装置
等の公知の装置が所望に応じて使用できる。本発明の太
陽電池に於いては、分光感度や電圧の向上を目的として
半導体接合を２以上積層するいわゆるタンデムセルやト
リプルセルにも用いることが出来る。

【００４５】上部電極４０６は、半導体層４０３、４０
４、４０５で発生した起電力を取り出すための電極であ
り、下部電極４０２と対をなすものである。上部電極４
０６は非晶質シリコンのようにシート抵抗が高い半導体
の場合に必要であり、結晶系の太陽電池ではシート抵抗
が低いため特に必要としない。また、上部電極４０６
は、光入射側に位置するため、透明であることが必要
で、透明電極とも呼ばれる。上部電極４０６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１０
０Ω／□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，Ｃｄ
Ｏ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）等の金
属酸化物が挙げられる。

【００４６】本発明で用いられるタブ６０１は、グリッ
ド電極４０７を流れる電流を更に一端に集めるための集
電部である。集電部材料としてはＣｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の
金属やこれらの合金から成るものを用いることができ、
形態としてはシート状、テープ状、箔状のものを接着剤
等で張り付けるのが望ましい。

【００４７】以上のように作製された太陽電池は、屋外
使用の際、耐候性を良くし機械的強度を保つために公知
の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。具体的にはエンカプシュレーション用材料として
は、接着層については、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樹脂が積層さ
れる。弗素系樹脂としては、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等）、４フッ化エチ
レンとエチレンの共重合体ＥＴＦＥ（デュポン製テフゼ
ル等）、ポリフッ化ビニル（デュポン製テドラー等）、
ポリクロロフルオロエチレンＣＴＦＥ（ダイキンエ業製
ネオフロン）等が挙げられる。またこれらの樹脂に公知
の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。

【００４８】エンカプシュレーションの方法としては、
例えば真空ラミネーターのような公知の装置を用いて、
太陽電池基板と前記樹脂フィルムとを真空中で加熱圧着
する方法が望ましい。

【００４９】

【実施例】以下に、本発明の防錆処理をした金属体及び
導電性樹脂からなる電極及び光起電力素子について実施
例に基づいて詳しく説明するが、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。

【００５０】（実施例１）本発明の製造方法を用いて以
下に示すようにして電極を作製した。導電性樹脂のコー
卜は図３に示した装置を用いて行った。まず、１００μ
ｍφ銅ワイヤー３０１をリール３０２から伸線部３０３
に通して伸線した。この伸線された銅ワイヤーをアセ卜
ンをフェルトの保持部に含ませた洗浄槽３０４に通し、
表面の油分を除去した。

【００５１】次に連続的に、シラン系カップリング剤
（東レシリコーン製ＳＨ６０６２）をフェルトの保持部
に含ませた処理槽３０５に通し、乾燥炉３０６に通し
た。

【００５２】その後、カーボンブラックを２５重量部、
ウレタン樹脂６５重量部、硬化剤としてブロックイソシ
アネート１０重量部、さらに、溶剤としてＩＰＡと酢酸
エチル混合液８０重量部を不図示のペイントシェイカー
で混合分散した塗料を収容したコーター３０７を通し
た。ダイス３０８は大阪ダイヤモンド製ＰＶＦダイスを
使用し、不要な塗料を落とし、乾燥炉３０９を通した。

【００５３】この脱脂処理、防錆処理、塗料塗布、乾燥
させた銅ワイヤーを巻き取りリールボビン３１３に巻き
取った。なお、乾燥炉３０６及び硬化・乾燥炉３０９は
坂口電熱社製赤外線炉ＳＳ−０９を使用した。このとき
の導電性樹脂層の比抵抗は、１．０Ωｃｍであった。

【００５４】上記のようにして作製した電極の表面観察
を行った。次に、ＪＩＳ規格Ｃ３００３をもとに電極を
急激伸張し、切断した部分の観察を行い密着性を調べ
た。また、前記電極を温度８５℃、湿度８５％ＲＨの環
境試験器の中に設置して、１０００時間放置後（高温高
湿度試験）、同様に電極の表面観察及び密着性を調べ
た。その結果を表１に示す。

【００５５】（実施例２）カップリング剤をチタネート
系カップリング剤（味の素製プレンアクトＫＲＴＴＳ）
とする以外は実施例１同様にして電極を作製した。この
とき、導電性樹脂層の比抵抗は１．２Ωｃｍであった。
次に実施例１と同様に表面観察及び密着性を調べた。そ
の結果を表１に付記した。

【００５６】（実施例３）カップリング剤をアルミニウ
ム系カップリング剤（味の素製プレンアクトＡＬ−Ｍ）
とする以外は実施例１同様にして電極を作製した。この
とき、導電性樹脂層の比抵抗は１．５Ωｃｍであった。
次に実施例１と同様に表面観察及び密着性を調べた。そ
の結果を表１に付記した。

【００５７】（実施例４）塗料配合内容をＳｎＯ₂２５
重量部、エポキシ樹脂６５重量部、硬化剤としてフェノ
ール樹脂１０重量部、溶剤としてＩＰＡと酢酸エチル混
合液８０重量部する以外は実施例１同様にして電極を作
製した。このとき、導電性樹脂層の比抵抗は８．８Ωｃ
ｍであった。次に実施例１と同様に表面観察及び密着性
を調べた。その結果を表１に付記した。

【００５８】（実施例５）塗料配合内容をＩＴＯ２５重
量部、ポリエステル樹脂７５重量部、硬化剤なし、溶剤
としてＩＰＡと酢酸エチル混合液８０重量部とする以外
は実施例１同様にして電極を作製した。このとき、導電
性樹脂層の比抵抗は７．９Ωｃｍであった。次に実施例
１と同様に表面観察及び密着性を調べた。その結果を表
１に付記した。

【００５９】（比較例１）カップリング剤処理を行わな
かったこと以外は実施例１同様にして電極形成を行っ
た。このとき、導電性樹脂層の均一部の比抵抗は１．０
Ωｃｍであった。次に実施例１と同様に表面観察及び密
着性を調べた。その結果を表１に付記した。

【００６０】

【表１】表１からもわかるように、本発明により作製した電極は
導電性樹脂を被覆する際にはじき等が起こらず線幅が均
一な電極が得られ、優れた密着性が得られた。また、高
温高湿度の過酷な環境に長時間保持しても亀裂や剥離が
発生することなく、高い信頼性を示した。

【００６１】（実施例６）本発明の一実施例として、図
４に示す層構成のグリッド長が３０ｃｍの長さのグリッ
ドを形成したｐｉｎ接合型シングルセル構成の非晶質太
陽電池４００の作成方法について以下に示す。

【００６２】まず、十分に脱脂、洗浄したＳＵＳ基板Ｓ
ＵＳ４３０ＢＡ製基板４０１を不示図のＤＣスパッタ装
置に入れＡｇを４００ｎｍ堆積し、その後ＺｎＯを４０
０ｎｍ堆積して下部電極４０２を形成した。基板を取り
出し、不図示のＲＦプラズマＣＶＤ成膜装置に入れｎ層
４０３、ｉ層４０４、ｐ層４０５の順でアモルファスシ
リコン半導体層の堆積を行った。その後、不図示の抵抗
加熱の蒸着装置に入れ反射防止効果を兼ねた機能を有す
る透明性導電膜４０６としてＩＴＯ膜を成膜した（成膜
温度１７０℃、膜厚７０ｎｍ）。

【００６３】次に、実施例１と同様にして銅ワイヤーの
脱脂処理、カップリング剤処理、塗料の塗布、乾燥した
ワイヤーを不図示の布線機を用いて上部電極４０６上に
配置し、両端を接着剤で仮固定した。このとき塗料はカ
ーボンブラックを２５重量部、ウレタン樹脂６５重量
部、硬化剤としてブロックイソシアネート１０重量部、
さらに、溶剤としてＩＰＡと酢酸エチル混合液８０重量
部のものを用いた。このとき、導電性樹脂層の比抵抗は
１．０Ωｃｍ、厚さは１５μｍであった。次に、不図示
の加熱圧着機を用いてワイヤーに塗布してある導電性樹
脂層を介して上部電極４０６上に固定しグリッド電極４
０７を形成した。さらに、同様の手順により試料を１０
枚作製した。幅５ｍｍの接着剤付きの銅箔のタブ６０１
を接着し、陽極取り出し部６０２、陰極取り出し部６０
３を半田で接続し図６に示す３０ｃｍ×３０ｃｍ角のシ
ングルセルを作製した。

【００６４】上記のように電極形成された非晶質太陽電
池のエンカプシュレーションを以下のように行った。非
晶質太陽電池４００の上下にＥＶＡを積層し、さらにそ
の上下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昇温し１５０℃で
４５分間保持して真空ラミネーションを行った。

【００６５】得られた試料の初期特性を以下のように測
定した。ＡＭ１．５グローバル太陽光スペクトルで１０
０ｍＷ／ｃｍ²の光量の疑似太陽光源（以下シュミレー
ターと呼ぶ）を用いて太陽電池特性を測定した。測定の
結果、変換効率は６．７±０．５％、シャント抵抗（暗
状態）は５０ｋΩｃｍ²以上、シリーズ抵抗は平均９．
５Ωｃｍ²であり、良好な特性であった。

【００６６】この試料の信頼性試験を、日本工業規格Ｃ
８９１７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
に基づいて行った。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８
５％）に変化させるサイクル試験を２０回繰り返し行っ
た。サイクル試験１０回終了毎に初期特性の測定と同様
にしてシミュレーターを用い太陽電池特性を測定した。
サイクル試験２０回終了後の変換効率は初期値に対して
平均３．２％の低下であり、シャント抵抗（暗状態）は
初期値に対して平均１０％の減少で、ともに有意な劣化
は生じなかった。また、シリーズ抵抗を測定したとこ
ろ、図７に示したように、平均２．４％増加したのみで
電極部での剥離等の現象も起きていなかった。

【００６７】本実施例の結果から、本発明の太陽電池は
良好な特性を示し、信頼性も高いことが分かる。

【００６８】（比較例２）比較のためにカップリング剤
処理を行わなかったこと以外は実施例１同様にして電極
形成を行い、これを用いて実施例６と同様にして非晶質
太陽電池を１０枚作製した。次にこれらの試料のエンカ
プシュレーションを実施例６と同様に行った。得られた
試料の初期特性を実施例６と同様の手順で測定したとこ
ろ、初期変換効率は５．８±２．１％と実施例１に比べ
て低く、ばらつきも大きいものであった。また、シリー
ズ抵抗は平均１５．５Ωｃｍ²と、実施例６に比較して
高い値を示した。

【００６９】次にこの試料の信頼性試験を実施例６と同
様に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の変換
効率を測定したところ、サイクル試験２０回後で初期値
に対して１７％の低下を示し、有意な劣化が起きてい
た。また、シリーズ抵抗は、図７に示したように経時的
に変化し、試験２０回後では約２倍まで上昇し、電極間
の密着性が低下していることが分かった。

【００７０】（実施例７）太陽電池の構成を変えて図５
に示すトリプル型として、半導体層の形成にマイクロ波
ＣＶＤ法を用いた以外はほぼ実施例４と同様の方法で以
下のようにして非晶質太陽電池５００を作製した。ま
ず、ＳＵＳ基板２０１上にＡｇとＺｎＯからなる下部電
極２０２を形成し、その後、不示図のマイクロ波プラズ
マＣＶＤ成膜装置に入れ、ｎ層４０３、ｉ層４０４、ｐ
層４０５の順でボトム層を形成した。次に、同様にｎ層
４１３、ｉ層４１４、ｐ層４１５の順でミドル層、ｎ層
４２３、ｉ層４２４、ｐ層４２５の順でトップ層を順次
形成し、半導体層を堆積した。次に実施例５と同様に反
射防止効果を兼ねた機能を有する透明性導電膜４０６と
してＩＴＯ膜を成膜した（成膜温度１７０℃、膜厚７０
ｎｍ）。

【００７１】次に、実施例１と同様にして銅ワイヤーの
脱脂処理、カップリング剤処理、塗料の塗布、乾燥した
ワイヤーを不図示の布線機を用いて上部電極４０６上に
配置し、両端を接着剤で仮固定した。このとき塗料はＩ
ＴＯ粉末を２５重量部、ブチラール樹脂６５重量部、硬
化剤としてブロックイソシアネート１０重量部、さら
に、溶剤としてＩＰＡと酢酸エチル混合液８０重量部の
ものを用いた。このとき、導電性樹脂層の比抵抗は７．
２Ωｃｍであった。また、厚さは１８μｍであった。

【００７２】次に、不図示の加熱圧着機を用いてワイヤ
ーに塗布してある導電性樹脂層を介して上部電極上に固
定し電極を形成した。さらに、幅５ｍｍの接着剤付き銅
箔のタブ６０１を接着し、陽極取り出し部６０２、陰極
取り出し部６０３を半田で接続し図６に示す３０ｃｍ×
３０ｃｍ角のトリプルセルを作製した。

【００７３】次に、これらの試料のエンカプシュレーシ
ョンを実施例６と同様に行った。得られた試料の初期特
性を実施例６と同様の手順で測定したところ、初期変換
効率は８．３±０．３％、シャント抵抗（暗状態）は４
２ｋΩｃｍ²以上、シリーズ抵抗平均３３．０Ωｃｍ²と
なり、良好な特性を示した。

【００７４】これらの試料の信頼性試験を、実施例６と
同様にして測定したところ、試験２０回後で、シリーズ
抵抗は初期値に対して平均２．７％の上昇、変換効率は
初期値に対して平均１．８％の低下にすぎず、有意な劣
化は観られなかった。

【００７５】以上述べたように、本発明の太陽電池は良
好な特性で、信頼性も良いことが分かる。

【００７６】（実施例８）実施例７において、導電性塗
料中の高分子樹脂および硬化剤の樹脂分と導電性粒子の
混合比（重量部）を１０：９０，２０：８０，８０：２
０，９５：５とし、導電性樹脂層の比抵抗がそれぞれ
０．０１，０．１，１００，２００Ωｃｍとなるように
した。

【００７７】これらの導電性塗料を用いた以外は、実施
例７の全く同様な手順で図５に示すトリプルセルをそれ
ぞれ１０枚作製し、評価を行った。結果を表２に示す。

【００７８】

【表２】表２が示すように、導電性樹脂層の比抵抗を０．１Ωｃ
ｍ以上とすることにより、シャントは抑えられ、変換効
率がより安定して得られた。また、１００Ωｃｍ以下と
することにより、シリーズ抵抗は小さくなりより一層高
い変換効率が得られることが分かる。また、信頼性試験
後のシリーズ抵抗の増加及び変換効率の低下も少なく、
信頼性の高いことが分かる。

【００７９】（比較例３）比較のため、カップリング剤
処理を行わず、導電性樹脂の塗料内容のうち導電性フィ
ラーを銀粒子にかえたこと以外は実施例７と同様にし
て、電極形成を行いトリプルセルを作製した。このとき
導電性樹脂層の比抵抗は５×１０^-5Ωｃｍ、厚さは２０
μｍであった。

【００８０】次に、これらの試料のエンカプシュレーシ
ョンを実施例７と同様に行った。得られた試料の初期特
性を実施例７と同様の手順で測定したところ、初期変換
効率は６．０±２．０％と実施例７に比べて値が低くそ
のうえばらつきが大きかった。また、シリーズ抵抗は平
均５０Ωｃｍ²と高い値を示した。さらに、シャント抵
抗（暗状態）は１．２ｋΩｃｍ²とシャントが生じてい
るものがあった。

【００８１】

【発明の効果】請求項１乃至４の発明により、密着性が
極めて高く、信頼性の高い電極を提供することができ
る。また、請求項５の発明により、初期特性が高く、長
期信頼性に優れた光起電力素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導電性樹脂で被覆した金属体の構成を模式的に
示す断面図である。

【図２】上部電極上に本発明の電極が固定された光起電
力素子の一部を示す模式的断面図である。

【図３】導電性樹脂を金属体に被覆する装置を模式的に
示す図である。

【図４】本発明の光起電力素子の構成を模式的に示す断
面図である。

【図５】本発明のトリプル型光起電力素子の構成を模式
的に示す断面図である。

【図６】本発明の太陽電池の構成を模式的に示す平面図
である。

【図７】温湿度サイクル試験後のシリーズ抵抗の変化を
示すグラフである。

【符号の説明】１０１，３０１金属体（ワイヤー）、１０２導電性樹脂層、２０１、４０１基板、３０２送り出しリール、３０３伸線部、３０４洗浄層、３０５カップリング剤処理層、３０６乾燥炉、３０７コーター、３０８ダイス、３０９硬化・乾燥炉、３１０膜厚測定器、３１１テンションコントローラー、３１２整列巻き駆動装置、３１３巻き取りリール、３１４温度調整器、４００，５００光起電力素子本体、４０２下部電極、４０３，４１３，４２３ｎ層、４０４，４１４，４２４ｉ層、４０５，４１５，４２５ｐ層、４０６上部電極、４０７グリッド電極、６０１タブ、６０２陽極取り出し部、６０３陰極取り出し部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新倉諭東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状または棒状の金属体にカップリング
剤処理が施され、該金属体の表面が少なくとも一つ以上
の導電性樹脂層で被覆されていることを特徴とする光起
電力素子の電極。
【請求項２】前記金属体は、銅または銅の合金からな
ることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子の電
極。
【請求項３】前記カップリング剤がシラン系カップリ
ング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系
カップリング剤のいずれかであることを特徴とする請求
項１または２に記載の光起電力素子の電極。
【請求項４】前記導電性樹脂層の比抵抗が０．１乃至
１００Ωｃｍであることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の光起電力素子の電極。
【請求項５】少なくとも一対の半導体接合と該半導体
接合の光入射側に位置する半導体層上に形成された透明
な上部電極を有する光起電力素子において、前記上部電
極上に請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力素
子の電極が固定されていることを特徴とする光起電力素
子。
【請求項６】前記光起電力素子の電極は前記導電性樹
脂層を介して前記上部電極上に固定されていることを特
徴とする請求項５に記載の光起電力素子。