JPS6018972A - 非晶質シリコン太陽電池 - Google Patents

非晶質シリコン太陽電池

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JPS6018972A
JPS6018972A JP58126012A JP12601283A JPS6018972A JP S6018972 A JPS6018972 A JP S6018972A JP 58126012 A JP58126012 A JP 58126012A JP 12601283 A JP12601283 A JP 12601283A JP S6018972 A JPS6018972 A JP S6018972A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
substrate
insulating film
thickness
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JP58126012A
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Masaharu Kumada
熊田 正治
Hideo Tanabe
英夫 田辺
Katsuo Yuhara
克夫 湯原
Akira Misumi
三角 明
Hiroshi Kawasaki
浩 川崎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
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    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は非晶質シリコン太陽電池、特に可撓性基板を用
いた非晶質シリコン太陽電池に関するものである。
〔発明の背景〕
一般に、非晶質シリコンからなる太陽電池の基板として
は、透光性ガラス板もしくはステンレス板材が多くの優
れた特徴を有していることがら、近年ではその主流とな
っている。一方、非晶質シリコンを用いた太陽電池はセ
ル1個当シで螢光灯下で得られる開放電圧が約0.7V
前後であシ、との太陽電池を例えば電卓等の電源として
用いた場合、少なくとも3個以上のセルを直列接続する
必要がある。通常、基板としてガラス板を用いた場合は
、表面が平滑であシ、かつ十分な絶縁性を有しているた
め、このガラス基板上に直列接続構造の太陽電池を形成
するととは極めて容易である。しかしながら、最近では
可撓性基板を用いた太陽電池の要求が高まシ、この場合
、上述したガラス基板の使用は不可能である。そこで、
可撓性基板としてステンレスフィルムや耐熱性樹脂膜を
用いた非晶質シリコン太陽電池が提案されているが、両
者とも良好な太陽電池の特性を得るのに十分な表面平滑
度を得ることは難かしく、ステンレスフィルムの場合社
、さらに基板表面の絶縁が必要となる。
この対策として、既に発明者らは、可撓性かつ耐熱性を
有する基板上に耐熱性樹脂膜を形成し、この樹脂膜上に
電極および非晶質シリコン膜を形成することによって、
表面平滑度および絶縁性を向上させた非晶質シリコン太
陽電池を提案している。
しかしながら、このような措成にょる非晶質シリコン太
陽電池において、基板上に形成される耐熱性樹脂膜は、
一般に信頼性に乏しく、特に耐湿性に問題があった。す
なわち前記処理を施した基板上に電極および非晶質シリ
コン膜のみを形成しただけでは、長時間の経過にょシ、
耐熱性樹脂膜が吸湿して電極裏面を酸化させたシ、電極
を411 *ilさせたシして太陽電池の電気的特性が
劣化するという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、可撓性基板を用い、しかもその上に形成
される電極の酸化、剥離等の発生を防止して電気的特性
の経時劣化を有効に抑制することが■」能な非晶質シリ
コン太陽電池を提供することにある。
〔発明の概要〕
このような目的を達成するために、本発明は、基板と下
部電極との間に、基板との接着力が大きい第1の絶縁膜
およびその上の光電変換用非晶質シリコン膜との接着力
が大きい第2の絶縁膜からなる無機絶縁膜を介在させた
ものである。以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明
する。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す要部平面図、第2図は
その断面図である。図において、可撓性かつ耐熱性を有
する例えば板厚約100μmのステンレス基板1の表面
を、表面粗さが約0.1μm以下となる程度に研磨する
。次に表面が研磨されたステンレス基板1の上面に耐熱
性を有するポリイミド樹脂からなる樹脂薄膜2を厚さ約
2μm程度に形成する。この場合、膜形成方法としては
、液状の樹脂をロールコータで塗布後、約300℃で乾
燥させる。
このようにして樹脂薄膜2を形成したステンレス基板1
上に、スパッタリング法によシ上記樹脂薄膜2との接着
力の大きい非晶質シリコンからなる第1の絶縁膜3aを
約500にのPIJ厚に形成し、引続きスパッタリング
法によシ5102からなる第2の絶縁膜3bを約200
OAの膜厚に形成して膜厚2500X程度の無機絶縁膜
3を形成する。次にこの無機絶縁膜3上にステンレスを
スパッタしてP厚約2000A程度の下部電極4a 、
4b 、4c 、4d 、4eをそれぞれ所定間隔幅で
形成する。次にこれらの各下部電極わ’ + ’ b+
 4 C+ 4 d * 4 eが形成された無機絶縁
膜3上にプラズマCVD法によシ、基板1の温度約25
0℃てP、i、nまたはn、i、Pの順に光電変換用の
非晶質シリコン膜5を形成し、さらに前記各下部電@4
 a+ 4 b + 4 C+ 4 d、 4 eと対
向する非晶質シリコン膜5には、相互に隣接する各下部
電極4 b + 4 C+ 4 d 、4 e上の一端
にまたがって”n202 5no2を約80OAの厚さ
にスパッタリングして透光性上部電極(ia 、6b 
、6e、6d 、6eをそれぞれ被着形成する。最後に
これらの上部電極6色。
6 b −6c + 6 d * 6 e上に8102
を約2000Xの厚さにスパッタリングしてパツシベー
ショントシテの5i02膜7を被着形成し、5個直列接
続された非晶質シリコン太陽電池を完成した。この場合
、5個の非晶質シリコン太陽電池の相互の接続は各上部
電極6IL、6b、6CI6d、6eのfit ′J1
JLパターンの形成と同時に形成され、また、上部電極
6aの一端部と下部電極4eの一端部には出力電圧取り
出し用の端子6a 、4eがそれぞれ形成されている。
このように構成された非晶質シリコン太陽電池において
、ステンレス基板1の上面を研磨してその表面に耐熱性
を有する樹脂薄膜2を設け、さらにその表面に耐湿性を
有する無機絶縁膜3を設けたことによって、太陽電池の
基板として十分な平面平滑度が得られ、かつ樹脂薄膜2
と各下部電極4八〜4eとの間を湿度から完全に遮断し
て絶縁することができるので、約ZOOtuxの螢光打
丁において、約3.3vの開放電圧と約18μAの短絡
電流が得られた。なお、この場合、セル1個(受光面精
1−)当シの開放電圧は約0.66Vであり、セル間の
絶縁不良による損失は全く生じなかった。また、耐熱性
樹脂薄膜2上に無機絶縁膜3を設けたことによシ、温度
約70℃、相対湿度約95係で約1000時間以上の耐
湿試験においても下部電極4a〜4eの酸化、剥離等の
発生が皆無となり、電気的特性の劣化も全く発生しなか
った。
さらに0℃に5分間保ち、その後10秒間で100℃ま
で昇温し、5分間維持した後再び10秒間でO′Cまで
戻すという熱衝撃試験を水中で20サイクル行なった結
果でも、基板1と無機絶縁膜3、無機絶縁膜3と非晶質
シリコン膜5いずれの間でも剥離は全く発生しなかった
。同様の条件で、この無機絶縁膜3としてスパッタリン
グによシ形成した非晶質シリコンの単層を用いたものに
ついて実験した結果では光電変換用の非晶質シリコン膜
との間に剥離が生じ、本発明による2重構造の無機絶縁
膜の有効性が確認された。
なお、無機絶縁膜3の厚さは第1・第2の各絶縁膜とも
それぞれ200A以上で、両者の合引が10μm以下で
あることが望ましい。各絶縁膜の膜厚が200A未満で
は十分な効果が得らhず、逆に全体の膜厚が10μmを
越えると基板を折シ曲げた際に剥離が生じやすくなる。
第1の絶縁膜3aとしては、上述した非晶質シリコンの
外K例えばクロムの酸化物Cr2O3あるいはこれらを
含む化合物を用いることができ、第2の絶縁膜3bとし
ては5i02の外にも例えばht2o31Si3N4あ
るいはこれらを含む化合物などを用いることができる。
Cr2O3単層では上述した非晶質シリコンと同様光電
変換用非晶質シリコン膜5との接着性に劣シ、逆K S
 i O2+ A ’ 203+ S l 3N4など
単層では基板1との接着性に劣るが、これらを組合せる
ことによって上述した実施例と同様の効果を得ることが
できる。また、このような無機絶縁膜3の形成方法もス
パッタリング法VC限定さhるものではなく、蒸着法、
イオンブレーティング法、 CVD法またはプラズマC
VD法のいずれを用いてもよい。
また、前記実施例において、非晶質シリコン膜を形成す
る可撓性かつ耐熱性を有する基板として、板厚的100
μmのステンレス基板を用いた場合について説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、このステン
レス基板の代シに板厚的100μmの金屑基板、例えば
Fe−Ni合金板またはtl熱性樹脂膜として例えばポ
リイミド系のカプトン(商品名)を用いた場合において
も前述と全く同様の効果が祠られた。また、これらの基
板の厚さも特に100μmに限定されるものではない。
また、前記実施例において、基板上に形成する側熱性樹
脂薄膜は、約5μmの厚恣に形成した場合について説明
したが、との膜厚は基板の板厚によっても異なるので、
概略0.1〜100μmの範囲て形成すれ、ば良い。こ
の場合、膜厚は0,1μm以下では絶縁性が得られず、
100μm以上となると、折り曲り゛たときに脱刷れが
生じることから、仁の膜厚は0.1〜100μmの範囲
が良く、さらには、膜特性。
生産性等の点から考慮して2〜10μmの範囲が最適で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれは、光電変換用の非晶
質シリコン膜、電極を形成する可撓性かつ耐熱性を有す
る基板上に、基板との接着力が大きい第1の絶縁膜と、
非晶質シリコン膜との接着力が大きい第2の絶縁膜とか
らなる無機絶縁膜を設けたことによって電極の酸化、剥
離等の発生が皆無となシ、電気的特性の経時劣化を確実
に抑制することができるので、信頼性の高い、高品質。
高性能の非晶質シリコン太陽電池が得られるという極め
て優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による非晶質シリコン太陽電池の一例を
示す要部平面図、第2図はその断面図である。 1・・・・ステンレス基板、2・・・・樹脂薄膜、3・
・・・無機絶縁膜、3a ・・・・第1の絶縁膜、3b
@@@m第2の絶縁膜、4a、4b、4c。 4d、4e ・・・・下部電極、40′・・・・端子、
5・・・拳非晶質シリコン膜、(ia 、5b 、6c
 t6dt6e ・・・・上部電極、6a′・・・・端
子、7・−・* JO2膜。 代理人 弁理士 高 橋 明 夫 6へ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、可撓性かつ耐熱性を有する基板と、前記基板上に形
    成された下部電極と、前記下部電極上に形成された光電
    変換用の非晶質シリコン膜と、前記非晶質シリコン膜上
    に形成された上部電極とを少なくとも備えた非晶質シリ
    コン太陽電池において、前記基板と前記下部電極との間
    に、前記基板上に直接形成した当該基板との接着力が大
    きい第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜上に形成した前
    記非晶質シリコン膜との接着力が大きい第2の絶縁膜と
    からなる無機絶縁膜を設けたことを特徴とする非晶質シ
    リコン太陽電池。 2 第1の絶縁膜は非晶質シリコンもしくはCrの酸化
    物またはこれらを含む化合物のいずれかとしたことを特
    徴とする特W[請求の範囲第1項記載の非晶質シリコン
    太陽電池。 3、第2の絶縁膜は”’ 102 + At203 +
     S 13N4もしくはこれらを含む化合物のいずれか
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非
    晶質シリコン太陽電池。 4、前記基板は表面に耐熱性樹脂膜を有するステンレス
    板としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    非晶質シリコン太陽電池。 5、前記基板は耐熱性樹脂板としたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の非晶質シリコン太陽電池。 6、前記基板は、表面に耐熱性樹脂膜を有する耐熱性樹
    脂板としたことをIPj徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の非晶質シリコン太陽電池。
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