JPS60214572A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は非晶質シリコンを主成分とする薄膜太陽電池お
よびその製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、非晶質シリコン太陽電池は、電卓、電子３（、・ ゲーム、腕時計等の電子機器の内蔵電源として広く普及
しつつあるＱこれらの電子機器の駆動電圧は一般に高く
、１素子の非晶質シリコンから得られる０、５０Ｖ〜０
．９０Ｖの電圧では、電子機器駆動には不十分である。

このため、これらの電子機器電源用の非晶質シリコン太
陽電池は、セラミック、ガラス等の絶縁性基板上に複数
のセルを直列接続した集積型のものが用いられる。

最近では、これらの電子機器の小型化、薄型化が急速に
進められており、それに伴って内蔵電源としての集積型
非晶質シリコンの小型化、薄型化も要求されるようにな
った。集積型非晶質シリコン太陽電池は１７ＩＯ１１程
度のガラス等の絶縁性基板と、１００ｏ人〜５０００人
の金属電極層と、０．５μｍ〜１μｍの非晶質シリコン
層、および５００〜２０００人の透明電極層から構成さ
れているｏしかしガラス等のそのもの自体が絶縁性の基
板を用いる限りにおいて、その厚さを薄くしてゆくこと
には限界があった。そこでガラス基板に代わり金属薄板
上にポリイミド、５ｉ０２等の絶縁物をコーティングし
たり、ポリイミド等の樹脂フィルムを基板として用いる
ようになった。しかし、これらの絶縁制料は非常に高価
であり、太陽電池コスト中で、基板材料コストの占める
割合が非常に高く、捷た金属薄板とコーティング材料と
の密着性、樹脂中から発生するガスによる太陽電池の特
性の低下等の問題があった。

発明の目的 本発明は、上記の欠点に鑑み、低コストの絶縁性基板を
用いた薄型、軽量でしかも割れない高信頼性の薄膜太陽
電池の提供全目的とするものである０ 発明の構成 本発明ｉｄ上記の目的を達成するため金属薄板の少なく
とも一方の表面に、プラズマ酸化、熱酸化または陽極酸
化によって絶縁酸化皮膜を形成し、その上に金属の下部
電極を設け、下部電極上にｐ層、ｉ層、ｎ層よりなる非
晶質シリコン層と、さらにその上に下部電極と対向する
ＩＴＯなどの透扁電極を形成したことを特徴とするもの
である。

５ペノ このように構成すれは、低コストで絶縁皮膜を形成でき
、薄型、軽量で割れない薄膜太陽電池の提供が可能とな
る。

また、本発明は金属薄板の少なくとも一方の表面に形成
する絶縁酸化皮膜の好ましい製造法を提供するものであ
る。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

図は本発明によって得られた、チタンの薄板表面の酸化
皮膜上に形成された集積型非晶質シリコン太陽電池の一
例である。

図中、１はチタンの薄板であり、これはチタン単体の薄
板またはステンレス鋼等の基体をなす金属薄板の表面上
にチタン薄膜をコーテングしたものである。２はチタン
の表面酸化皮膜であり、金属薄板１を均一に絶縁化する
役割を果している０この絶縁性の表面酸化皮膜２は、プ
ラズマ酸化法、あるいは熱酸化法によって形成される。

プラズマ酸化は圧力１０〜１０Ｔｏｒｒの酸素雰囲６　
・・　・ 気中に高周波電圧を印加して生じる酸素プラズマ中にチ
タン薄板をさらすことによって行なわれる。

このプラズマ酸化によってチタンの表面は０．０１μｍ
１１％０．１μｍの酸化膜に覆われるため、絶縁化が実
現される。熱酸化は酸素雰囲気中でチタン薄板を５００
℃以上に加熱することによってチタン表面を酸化し、絶
縁化することが可能である。

３は複数に分割された下部電極層で、クロム。

ニクロム、チタン、ステンレス鋼等の金属または合金の
４００Å以上の膜厚を有する層である。従来、ポリイミ
ド等の樹脂表面上に形成された金属電極層は４００Å以
上の厚さになると、樹脂との親和性がよくなく、クラッ
クやはがれが生じるため、４００人未満の厚さで形成し
なければならなかった。このようにすると金属下部電極
層が高抵抗化し、太陽電池特性の低下をまねいていた。

しかし、金属酸化膜と金属薄膜とは親和性が良いために
４００Å以上の金属下部電極層をクランクやはがれなし
で形成することが可能であり、太陽電池の特性を向上さ
せることができる。

７　ｊ　７ ４はｐ層、ｉ層、ｎ層よりなる非晶質シリコン層であり
、ｐｉｎ接合によって内蔵電果をつくり、ｉ層で励起さ
れたキャリアを分離する光起電力発生層である。５は透
明電極層であり、■ＴＯの透明電極より構成されている
Ｏ工ＴＯの他にＩｎ、、０３゜Ｓ　ｎ　０２等の透明電
極を用いてもよい。

本実施例では金属薄板としてチタンを用いたが、この他
にアルミニウム、クロム、鉄、ニッケル。

モリブデン、スズの金属薄板を用いることができる。シ
カし、アルミニウム、スズのような低融点金属について
は、熱酸化法によって均一な酸化皮膜を形成することは
困難であるため、プラズマ酸化による絶縁膜形成が適し
ている。

また、アルミニウムまたはアルミニウム合金を基板とし
て用いる場合、陽極酸化法によって容易に、厚くて安定
な絶縁酸化皮膜を形成することが可能である。陽極酸化
は、アンモニウムオたにアルミニウム合金を、硫酸、ク
ロム酸、シュウ酸等の水溶液中で陽極酸化すれはよく、
表面が酸化皮膜でおおわれ、容易に絶縁化が実現される
。また緻密な酸化皮膜を形成するためにホウ酸−ホウ酸
ナトリウム混合水溶液（ｐＨ５〜了）や酒石酸アンモニ
ウム、クエン酸、マレイン酸、グリコール酸等の水溶液
中で陽極酸化し、バリヤー型酸化皮膜を形成し絶縁性を
向上させることも可能である。

酸化皮膜が成長するとアルミニウム、またはアルミニウ
ム合金表面の平滑性は低下するため、０．２６μｍＲｍ
ａｘ程度に鏡面化された表面には５μｍ以下の酸化皮膜
を形成するのが、非晶質シリコン太陽電池基板として最
適である。

これらの表面酸化は、非晶質シリコン太陽電池を形成す
る面だけでなく、基板の側面、裏面に対しても同一工程
で容易に行なうことができ、基板全体を絶縁化し、プラ
ズマＣｖＤにおけるプラズマからの保護、耐腐食性の向
上が図れる。！ｆ、た基板の原子がプラズマで励起され
て蒸発し、非晶質シリコンのｉ層に混入して光励起キャ
リアをトラップする準位を形成し、太陽電池の変換効率
を低下させるが、安定な表面酸化膜はこれを阻止する働
きを示す。

９パーツ 本実施例における非晶質シリコン薄膜太陽電池は金属薄
板を用いているので、巻き取りが可能なため、酸化皮膜
形成から下部電極層の形成、ｐｉｎ非晶質シリコン層の
形成、透明電極層の形成１での工程ｆ　ｒｏｌｌ　ｔｏ
　ｒｏ１１方式によって連続的に製造することが可能で
ある。また、各工程をバッチ式で製造することも当然可
能である。

また実施例では、金属表面を酸化した絶縁性基板を非晶
質シリコン太陽電池基板として用いたが、この基板は高
温下でも安定なため、高温処理をともなう化合物半導体
による太陽電池用基板として用いることも可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、金属基板の少々くとも表面を酸
化により絶縁化することで、金属薄板上に複数の非晶質
シリコン太陽電池を直列接続させることができるだけで
なく、金属酸化皮膜と金属下部電極および非晶質シリコ
ンとの密着性は非常に良好であるために、非晶質シリコ
ン太陽電池の１０、ζノ を酸化しているために、腐蝕やプラズマＣｖＤ中の種々
の化学種による化学変化、電気的変化に対しても極めて
安定であり、さらにポリイミド等の樹脂材料から発生す
るガスによる太陽電池特性の低下は生じない。また０、
０３　ａ〜０．５關の金属薄板を用いた場合、可撓性を
有する薄型、軽量の太陽電池の提供が可能となる。

特に、アルミニウムや、アルミニウム合金を用いる場合
、低コストで、さらに軽量化でき、陽極酸化等の技術を
用いれは、厚い絶縁酸化膜を得ることが容易である。さ
らにアルミニウムまたはその合金は、放熱性が良好であ
るので、温度上昇による太陽電池特性の低下を防ぐ上で
も効果的であるＯ 本発明による薄膜太陽電池は、以上の他、高価な絶縁材
料を用いないため、基板材料のコスト低減が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

図は金属薄板表面全酸化し、絶縁化された基板ＪＭ１″
で構成８れた集積型非晶質′す°′太陽電１１　貨　。 池の構成図である０ １・・・・・・チタン薄板、２・・・・・・表面酸化皮
膜、３・・・・・・金属電極層、４・・・・・・ｐ、ｉ
、ｎ非晶質シリコン層、６・・・・・・透明電極層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方の表面を酸化して絶縁化した金属
   基板と、この基板上に設けた複数個の下部電極と、下部
   電極上に設けた非晶質シリコンを主成分とする半導体膜
   と、前記下部電極に対向するよう半導体膜上に設けた透
   明電極とより構成した薄膜太陽電池。
2. （２）金属基板材料として、アルミニウム、チタン１ク
   ロム、鉄、ニッケル、モリブデンおよびスズからなる群
   のいずれかを用いた特許請求の範囲第１項記載の薄膜太
   陽電池。
3. （３）金属基体の少なくとも一方の表面をアルミニウム
   、チタン、クロム、鉄、ニッケル、モリブデンおよびス
   ズの群から選んだいずれかの金属膜で葎い、その面を基
   鈑面とした特許請求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池。
4. （４）金属基板の少なくとも一方の表面をプラズマ２ζ
   ノ 酸化または熱酸化により絶縁酸化皮膜を形成し、この絶
   縁酸化皮膜上に複数個の下部電極を設け、その上に非晶
   質シリコンを主成分とする半導体膜を形成し、さらにそ
   の上に下部電極と対向する透明電極を形成することを特
   徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
5. （５）金属基板としてアルミニウムまたはアルミニウム
   合金を用い、陽極酸化法により表面に絶縁酸化皮膜を形
   成し、この絶縁酸化皮膜上に複数個の下部電極を設け、
   その上に非晶質シリコンを主成分とする半導体膜を形成
   し、さらにその上に下部電極と対向する透明電極を形成
   することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法０