JPH11317534A

JPH11317534A - 太陽電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11317534A
Application number: JP10137507A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ando; 浩明安藤; Yuichi Yamamoto; 裕一山本
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】人体に有害な物質を利用することなく、安価に
製造できる太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】シリコンで形成された光受光層が支持体上
に形成されており、該光受光層が真空蒸着以外の塗布方
法で形成された構成である。また、支持体上にシリコン
により光受光層を形成するに際し、該光受光層を塗布方
法で形成すること、上記シリコン受光層が、直径１００
０μｍ以下、好ましくは０．１〜２００μｍの範囲のシ
リコンの粒子を含有すること、上記シリコン粒子がシリ
コンのＰ型又はＮ型ドーバントを含有するバインダー中
に分散され、支持体上に塗布されていること、をそれぞ
れ特徴とする太陽電池の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護、安全性の確保など
の検知から、化石燃料や核燃料による発電を見直し、こ
れに代るものとして風力・地熱と共に太陽エネルギーの
利用が広く着想されている。特にクリーンなエネルギー
源として、太陽電池を利用することが研究されており、
例えば、「はじめまして太陽電池さま（東京電気大学出
版局、藤中正治著）」には、シリコン基板をもとにする
もの、支持体上にアモルファスシリコン層を蒸着させる
ものなど、半導体の真空蒸着による製造方法が開示され
ている。また、「電池のはなし（日本実業出版社、池田
宏之著）」には、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｄＳｅなどをスク
リーン印刷で塗布するなど、化合物半導体を塗布する製
造方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した太陽電池の製
造方法において、真空蒸着による方法は製造コストが高
い、また、化合物半導体の塗布による方法では、人体に
特に有害な可能性のある物質を用いなければならない点
で、問題を抱えている。本発明は、上記した問題を解決
した太陽電池及びその製造方法を明らかにすることを目
的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池
は、シリコンで形成された光受光層が支持体上に形成
されており、該光受光層が真空蒸着以外の塗布方法で形
成された構成であること、上記シリコン受光層が直径
１０００μｍ以下、好ましくは０．１〜２００μｍの
範囲のシリコンの粒子を含有すること、上記シリコン
粒子がシリコンのＰ型又はＮ型ドーパントを含有するバ
インダー中に分散され、支持体上に塗布されているこ
と、をそれぞれ特徴とする。

【０００５】また、本発明に係る太陽電池の製造方法
は、支持体上にシリコンにより光受光層を形成するに
際し、該光受光層を塗布方法で形成すること、上記シ
リコン受光層が、直径１０００μｍ以下、好ましくは
０．１〜２００μｍの範囲のシリコンの粒子を含有する
こと、上記シリコン粒子がシリコンのＰ型又はＮ型ド
ーパントを含有するバインダー中に分散され、支持体上
に塗布されていること、をそれぞれ特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、真空蒸着法に比較して安価に製造できる、塗
布技術による光受光層の形成技術を基礎としている。塗
布技術の内容は、写真感光材料の製造の分野では一般的
な技術であるが、その詳細は、「写真光学の基礎−銀塩
写真編（日本写真化学会編、昭和５４年）」を参照する
ことができる。

【０００７】太陽電池の製造に際し写真感光材料の製造
方法を利用するメリットとして、バインダーと溶媒を用
いてシリコン粒子を塗布液の状態として支持体上に塗布
することが可能であり塗膜が乾燥する（溶媒が蒸発す
る）ことにより支持体上にバインダーとシリコン粒子な
どの構成物の層が形成される、支持体上に連続的に塗膜
を形成することが可能である、同時に多層の塗膜を形成
することが可能である、大量若しくは大きいものを製造
し易いため、コストメリットが高い、などが挙げられ
る。

【０００８】支持体上に形成する光受光層は、電荷の分
離を促進するようにＰ型及びＮ型の層が形成されている
ことが好ましいが、このような光受光層と電極層を同時
に形成することも可能である。電極層は、太陽光の入射
側には太陽光の反射及び吸収を起こしにくい実質的に透
明な電極を用いることが好ましい。一方、その反対側に
は、光受光層を透過してしまった光を再び光受光層に戻
すことができるように光を反射或いは散乱させる材料を
用いることができる。若し、光受光層を何層も重ねるの
であれば、途中の電極層は透明な方が好ましい。更に、
最上層には、電池の保護層を設けることが可能である。
空気中の酸素や水分、及び太陽光により光受光層が劣化
することを防止するために保護層を設けることが有用で
ある。支持体上に光受光層との接着を改良する層が設け
られていることも好ましい。太陽光に長時間晒される
と、支持体と光受光層との剥離が起き、性能が劣化する
場合があるからである。

【０００９】本発明の太陽電池に用いられるシリコンの
粒子は、平均粒径が１０００μｍ以下であればよい。更
に好ましくは、０．１μｍ以上２００μｍ以下である。
１０００μｍを越えると、薄膜で大きな面積を有する太
陽電池を製造するための塗布が不均質となり易く製造上
不利となり、０．１μｍ未満の粒子では、光を吸収しに
くく、太陽電池の光電変換効率が低下するからである。
また、粒子径により吸収波長が変化させられる場合があ
るので、最適な吸収波長に合わせて粒子の大きさを変え
ることが可能である。多層の太陽電池に形成して、各層
中の粒子の大きさを変化させる構成としてもよいし一層
中の粒子分布を変えてもよいが、層をより安定に形成す
るためには、各層中の粒子径分布は小さくし、各層毎の
平均粒子径分布を変える方が好ましい。全光受光層の受
光を担うのは、シリコン粒子だけである必要はない。シ
リコンは比較的環境上好ましいので、太陽電池の表面近
傍など環境に影響を与える可能性が大きい層に使用する
ことに適するが、内部の比較的安定な層にはシリコン以
外を用いてもよい。

【００１０】シリコン粒子は、表面に酸化皮膜等ができ
ると電気的に不活性となることがある。このような皮膜
の生成を防ぐため、シリコン粒子の作成には注意が必要
である。シリコン粒子の作成には、大きく分けて以下の
２通りがある。ａ．最初から粒子を作る。ｂ．大きな粒子を砕いて粒子を作る。

【００１１】上記のａでは、溶融したシリコンをガス化
して冷却し粒子とする方法や、シリコン化合物を気相中
で他の物質と反応させ、シリコン結晶を得る方法があ
る。また、上記ｂでは、シリコンウエハースを作る過程
の層シリコンや更に大きな棒状の結晶を粉砕して粒子を
得る方法がある。どちらの方法でも、反応中、反応後或
いは粉砕中、粉砕後に酸化皮膜ができないように、アル
ゴンのような不活性ガス雰囲気下で行なうか、予め準安
定的な皮膜を形成しておいて酸化皮膜の形成を防止して
おき、支持体上に塗布した後でＰ型或いはＮ型ドーパン
トと反応させる際に速やかに該皮膜を除去できるように
する必要がある。

【００１２】Ｐ型及びＮ型ドーパントを含有するバイン
ダーとは、通常のポリビニルアルコール、ポリビニルピ
ロリドン、ポリエチレンテレフタレートやポリウレタン
等全ての高分子化合物が含まれる。或いは、無機のゾル
やゲルのように比較的粘性が高くシリコン粒子の凝集や
膜からの脱落を防ぐことができる物質でもよい。それら
を水や有機溶媒で溶解或いは分散し、多層となるように
塗布するので、ドーパントはバインダーに化学的に結合
されていたり、小粒子として存在したり、固形物上に吸
着した状態等、拡散しないで存在することが好ましい。
その後、溶媒を蒸発させたり、ホルムアルデヒドを用い
て硬膜したり、単に加熱、変性させたりして、膜を形成
する。

【００１３】このとき、シリコン粒子はＰ型及びＮ型ド
ーパントを含有する層に跨がって存在している必要があ
る。更に、ＰＮが直接接合していると電荷の分離がうま
く行なえない場合があるので、このようなときは、Ｐ型
バインダー層とＮ型バインダー層の間に電気的に不活性
な１層を設けておくことも可能である。

【００１４】シリコンとドーパントとの反応を促進する
ために、加熱或いは放電処理を行なうことも可能であ
る。加熱は、予め熱したローラーに挟み付けて加熱した
り、或いは支持体を巻取った状態でオーブンで加熱する
ようにしてもよい。放電処理としては、コロナ放電等が
使用可能である。更に、具体的な例を挙げて本発明を説
明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。

【００１５】

【実施例】図１に示すように、本発明に係る太陽電池
は、例えば支持体１、電極層２、Ｎ型ドーパント含有層
３、Ｉ型形成層４、Ｐ型ドーパント含有層５、透明電極
層６、保護層７で構成されており、シリコン粒子８は、
Ｎ型ドーパント含有層３とＰ型ドーパント含有層５とに
跨がって存在し、また、電極層２と透明電極層６とに跨
がる態様も包含する。以下、各層を具体的に説明する
が、本発明に係る太陽電池は、図示のような層構成に限
定されるものではない。

【００１６】支持体１は、ガラスや各種の金属材、合成
樹脂材により板状ないしシート状に形成されたものを広
く利用可能である。然しながら、支持体１として可撓性
を有しない板状のものとするか、或いは可撓性を有する
シート状のものとするかは、採用できる塗布技術（塗布
方法）の違いになって現れる。

【００１７】尚、支持体１の厚み、物理的ないし化学的
的強度等に関しては、従来の技術が制約されることなく
適用可能である。

【００１８】塗布により形成される各層の厚みは、０．
２μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。支持体を
含めた全体の厚みが１０ｍｍを越えると重量が増加し、
また可撓性（かとうせい）が低下するので好ましくな
い。

【００１９】本発明に係る太陽電池で利用されるシリコ
ン粒子８は、Ｎ型ドーパント含有層３、Ｉ型形成層４、
Ｐ型ドーパント含有層５の何れかの層の塗布液中に分散
させておくことにより塗布することが可能である。然し
ながら、通常ハロゲン化銀乳剤の塗布に用いられている
技術と比較して、シリコン粒子が多層に跨がる状態で存
在することが異なるため、塗布に関して新たな技術が必
要である。例えば、Ｉ型形成層中にシリコン粒子８を分
散させておいて塗布することを考えると、本発明の形態
でシリコン粒子８が多層に跨がるように存在させるため
には、シリコン粒子８が電極層２に沈み込まず、且つ、
Ｎ型ドーパント含有層３、Ｉ型形成層４及びＰ型ドーパ
ント含有層５がシリコン粒子８の上部と透明電極層６の
接触を妨げないように存在させなくてはならない。

【００２０】第１層目となる電極層２は、単層で塗布す
る。膜厚は、電導性に問題がない程度に十分に厚い膜厚
であればよい。次の塗布工程までに乾燥されていれば、
一度巻取られていてもよいし、続けて次の塗布工程に搬
送されてもよい。

【００２１】次に、下層をＮ型ドーパント含有層３、上
層をＩ型形成層４として、２層塗布を行なう。このと
き、Ｉ型形成層４の塗布液にシリコン粒子８を含有させ
る。膜厚構成はＮ型ドーパント含有層３は乾燥後の膜厚
が薄い方が好ましい。それにより、シリコン粒子８と電
極層２との接触が容易となるからである。但し、ウエッ
ト状態での膜厚は、塗布・乾燥に支障がない限り、特に
限定されない。Ｉ型形成層４は、ウエット状態での膜厚
がシリコン粒子８より厚く乾燥後の膜厚が数μｍと薄膜
になる条件をとる。但し、乾燥条件のＷＢ（湿球温度）
がバインダーのＴｇよりも高い条件をとる方が塗膜が柔
らかい状態のまま乾燥するので、シリコン粒子８が下層
側まで潜り込む（沈降すること）ことから、本発明の層
構成をとるために必要である。この工程で利用できる塗
布方法としては、重層エクストルージョンダイ、重層ス
ライドダイ、重層カーテンダイなどが挙げられる。

【００２２】最後に、下層をＰ型ドーパント層５、中間
層を透明電極層６、最上層を保護層７として３層塗布を
行なう。Ｐ型ドーパント層５、透明電極層６は、比較的
低粘度であることが好ましく、略３０ｍＰａ・ｓｅｃ以
下である。保護層７は、塗布が可能である限り、特に厚
みの制限はない。また、膜厚構成は、Ｉ型形成層４から
シリコン粒子８の飛び出ている部分より、Ｐ型ドーパン
ト層５の乾燥後の膜厚が薄く、透明電極層６の乾燥後の
膜厚は、Ｐ型ドーパント層５から飛び出ているシリコン
粒子８が十分に覆われる程度であることが好ましい。
尚、塗膜は、乾燥するまでのレベリング現象により、シ
リコン粒子間に下層（Ｐ型）の液が入り込み、シリコン
粒子上では極薄になる。従って、飛び出たシリコン粒子
８と透明電極層６とが接触し本発明の層構成をとること
になる。

【００２３】この工程で利用できる塗布方法としては、
重層エクストルージョンダイ、重層スライドダイ、重層
カーテンダイなどが挙げられる。上記したような塗布を
可撓性のある支持体上に行なうには、例えば、特公昭３
３−８９７７号公報に記載されているような重層塗布装
置が利用可能である。

【００２４】シリコン粒子８の大きさには、特に規定は
ないが、光吸収に十分な厚みがあればよいので、１００
０μｍ以下であることが好ましい。更に、０．１μｍ以
上２００μｍ以下であることがより好ましい。具体的な
大きさは、乾燥或いは固形化後のＮ型ドーパント含有層
３〜Ｐ型ドーパント含有層５までの３層の厚みより少し
大きいことが必要である。３〜５層の厚みと同じであっ
たりそれよりも小さいと、電極層との接触確率が低下す
るからである。大きさの分布は小さいことが好ましい。
分布が大きいとＩ型形成層の厚みより小さいものが存在
する割合が増大し、起電力を発生させないシリコン粒子
ができてしまうからである。また、粒子径の大き過ぎる
ものが存在すると、形成した膜の欠陥となり、性能劣化
の可能性があるからである。

【００２５】大面積の太陽電池を製造するには、支持体
として可撓性を有する高分子素材などが好ましく利用で
きるが、本発明は可撓性のない板状の支持体を利用する
ものにも適用が可能である。例えば、アルミニウム、ス
テンレススチール、クロム、ニッケルなどの金属板や、
例えば、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィル
ム、ポリプロピレンフィルムなどのプラスチックフィル
ムを前述の金属板にラミネート又は蒸着したものなどが
利用可能である。このような板状の支持体に対して塗布
を行なうには、グラビアロールによる塗布法、押出し塗
布法、ワイヤバー塗布法、ロール塗布法など従来公知の
塗布方法を適用することができる。各層の厚みは、通常
０．２〜１０００μｍ、好ましくは、０．５〜２００μ
ｍの範囲である。

【００２６】以上の実施例では、シリコン粒子８を、Ｎ
型ドーパント含有層３或いはＩ型形成層４を形成する塗
布液のどちらかに混和しておく態様を説明したが、電極
層２の塗布の後に、Ｎ型ドーパント含有層３〜Ｐ型ドー
パント含有層５までの３層塗布（又は２層塗布）を行な
い、その固化前にシリコン粒子８の供給を行なって、塗
布済み層中にシリコン粒子８を沈降させる方法も実施す
ることができる。沈降に加えて或いは沈降に代えて、ロ
ーラ或いは押圧板などによるシリコン粒子の層中への押
圧による埋設の手法を採用することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、人体に有害な物質を利
用することなく、安価に太陽電池を製造できる利益が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池の概略断面図

【符号の説明】

１−支持体２−電極層３−Ｎ型ドーパン含有層４−Ｉ型形成層５−Ｐ型ドーパン含有層６−透明電極層７−保護層８−シリコン粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンで形成された光受光層が支持体上
に形成されており、該光受光層が真空蒸着以外の塗布方
法で形成された構成であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】上記シリコン受光層が直径１０００μｍ以
下、好ましくは０．１〜２００μｍの範囲のシリコンの
粒子を含有することを特徴とする請求項１に記載の太陽
電池。
【請求項３】上記シリコン粒子がシリコンのＰ型又はＮ
型ドーパントを含有するバインダー中に分散され、支持
体上に塗布されていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の太陽電池。
【請求項４】支持体上にシリコンにより光受光層を形成
するに際し、該光受光層を塗布方法で形成することを特
徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】上記シリコン受光層が、直径１０００μｍ
以下、好ましくは０．１〜２００μｍの範囲のシリコ
ンの粒子を含有することを特徴とする請求項４に記載の
太陽電池の製造方法。
【請求項６】上記シリコン粒子がシリコンのＰ型又はＮ
型ドーパントを含有するバインダー中に分散され、支持
体上に塗布されていることを特徴とする請求項４又は５
に記載の太陽電池。