JPS61193488A - 非晶質太陽電池の製造方法 - 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】 ［利用分野］ 本発明は非晶質半導体を光起電力層とする非晶質太陽電
池の製造方法に関し、更に詳しくは歩留りが良く且つ生
産性が良い非晶質太陽電池の製造方法に関する。

［従来技術］ 非晶質半導体の中でも非晶質シリコンを光起電力層とす
る非晶質太陽電池は、シランガス、ジシランガス等のグ
ロー放電分解法によって低い基板温度で広い面積に均一
に連続的に堆積出来、又基板として高分子フィルム、ガ
ラス、セラミック。

金属フォイル等の各種基板が選択出来、］スト的に非常
に有利な為広く研究されている。しかしながら、製造上
以下の問題がある。

非晶質シリコン（Ｓｉ　）半導体太陽電池の基本構造と
しては、上記各種基板上に設けられた金属電極層／非晶
質３ｉ半導体層／透明電極層の積層構造が主として用い
られ、金属電極層、非晶質Ｓｉ半導体層、透明電極層あ
るいは透明電極層。

非晶質Ｓｉ半導体層、金属電極層の順に真空蒸着法、ス
パッタ法などの物理的方法、グロー放電分解法、光ＣＶ
Ｄ法などの化学的方法等の膜形成手段を用いて順次各層
上に堆積されている。たとえば金属電極層／非晶質Ｓｉ
半導体層／透明電極層の順に順次堆積する場合を例にと
ると、同一基板上で太陽電池をパターン化して七ジコー
ルを作成する場合にはマスクを用いた蒸着法、スパッタ
法や、レジストを用いた乾式、あるいは湿式のエッヂレ
グ法によって透明電極層をパターン化する方法がとられ
てきた。

ところでマスクを用いたパターニングの場合、金属マス
ク等を直接非晶質Ｓｉ半導体層表面に接触させねばなら
ない為、非晶質Ｓｉ半導体層自身に損傷を与えやすく、
歩留りを低下させる問題がある。さらに連続的に広幅、
長尺の大面積太陽電池を作成するには多数の開口部を有
する広幅、長尺のマスクを該基板に密着させて正確に移
動させなければならず、パターンずれ等の問題がある。

一方しシストを用いたパターニングの場合も、非晶質Ｓ
ｉ半導体層自身に損傷を与えやすいばかりでなく、■程
的にもレジス１〜添付、エツチング。

レジメ１〜除去のごとく、複雑な工程を必要とする問題
がある。

［発明の目的］ 本発明の目的はかかる問題点を解決し、生産性良く且つ
歩留りの良い非晶質太陽電池の製造方法を提供すること
にある。

［発明の構成］ 上述の目的は以下の本発明により達°成される。

すなわち本発明は、前述の非晶質半導体を光起電力層と
した非晶質太陽電池の製造方法において、以下のａ−ｅ
のステップを有することを特徴どする太陽電池の製造方
法である。

ａ、第１の基板上に電極層を形成するステップ、ｂ、上
記電極層に光起電力層を積層して中間積層体を形成する
ステップ、 Ｃ６第２の基板上に電極層を積層して電極積層体を形成
するステップ、 ｄ、中間積層体の光起電力層若しくは／及び電極積層体
の電極層上に導電性接着層を形成するステップ、 ｅ、中間積層体ど電極積層体とをその光起電力層と電極
層とが対面するように重ね合わせ、導電性接着層により
接着固定するステップ。

特に上述の本発明において、第１．第２の基板が可撓性
の長尺基板であり、ロールにして上記各ステップ間を移
送し、各ステップではロールを巻戻しつつ連続処理し、
次いで再び巻取ってロールにするようにすると、非常に
生産性の良いプロセスが得られる。

上述の本発明は、良好な電気的接合を得るためには光起
電力層の非晶質３ｉ半導体層上に直接電極層を膜形成手
段等により形成するのが必須であるとの従来の知見に反
し、非晶質３ｉ半導体層上に導電性接着剤により別途作
成した電極シートを接着することにより、驚くべきこと
に従来の直接積層した太陽電池に対し遜色のない性能を
有する太陽電池が得られることを見出し、なされたもの
である。

上述の構成から本発明は以下の種々の作用効果を奏する
。

すなわち、光起電力層と一方の電極層を全く独立に並行
して作製できるので、従来に比し生産性が大巾に上昇す
ると共に、光起電力層と電極層とを独立に品質管理でき
ると共に前述したパターン化に伴なう問題もないので歩
留りも大巾に」−昇する。

また、本発明は一方の電極層を光起電力層の半導体層と
は無関係に別途基板上に形成する為、真空蒸着法をはじ
めとする各種の電極形成法が利用出来、広幅、長尺の大
面積の太陽電池の製造に際し連続化が容易である。又電
極層のパターン化において非晶質Ｓｉ半導体層に損傷を
与える為に従来使用することが困難であったレーザスク
ライブ法をはじめとしてマスク蒸着法等の種々の方法で
容易に形成可能で、太陽電池のパターン化も容易に出来
る。

さらに、導電性接着層を介して接合させる電極層と光起
電力積層体との基板を個々に選択することができるので
、太陽電池を適用する為に必要な各用途に適した表面保
護能、耐久性能を各基板に与えることによって連続的に
最終形態の太陽電池を形成出来る。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の全体のブロック説明図である。

図示の通り、基板１１上にステップａで電極層１２が形
成される。次いでステップｂで非晶質半導体からなる後
述の光起電力層１３が積層され中間積層体１０が形成さ
れる。一方、もう一つの基板２１上にステップＣで電極
層２２が積層され、電極積層体２０が形成される。なお
、図から明らかなように、ステップＣはステップａ及び
ステップｂとは時間的にも空間的にも全く独立して実施
できる。

ところで、光照射側に位置する上述の基板１１゜２１と
電極層１２．２２には、後述する透明基板、透明電極が
適用される。

ステップｄで中間積層体１０の光起電力層１３上又は／
及び電極積層体２０の電極層２２上には導電性の接着層
３１が形成される。かかる接着層３１には後述する各種
のものが適用される。

次いで、ステップｅで中間積層体１０と電極積層体２０
とが重ね合わされ、接着層３１により接着固定され、非
晶質太陽電池３０が形成される。

ところで、上述の各ステップａ〜ｅには生産性面から連
続的に処理される方式が好ましく適用される。そして基
板１１．２１を可撓性の長尺の基板としてロールに巻き
上げて各ステップ間を移送し、各ステップではロールを
巻戻しつつ処理し再びロールに巻き上げるようにすると
、生産性面１品質面で非常に有利である。

なお、上述の各ステップａ−ｅはステップ毎に独立した
装置としても良く、一つの装置内で複数のステップ例え
ばステップａとステップｂ１あるいはステップＣとステ
ップｄ等を連続的に処理するようにしても良い。後者の
場合、設備面、生産性面、更に品質面で有利となる。

更には、各処理の時間的整合が得られれば全ステップを
一連の連続プロセスとして処理できる。

なお、太陽電池のパターニングが必要な場合は、例えば
レーザスクライブ方式を用いる場′合は、ステップｂ、
Ｃあるいはｄの後にパターニングのステップを挿入すれ
ば良く、マスク方式を用いる場合には必要な処理をマス
クを用いて行なえば良く、パターニングの方式に応じた
処理をすれば良い。

以下、各構成について詳述する。

本発明の光起電力層の非晶質シリコン半導体層はグロー
放電法、スパッタリング法、イオンブレーティング法、
イオンクラスタービーム法などの公知の方法を用−いて
堆積する事が出来る。例えば、グロー放電法の場合、特
開昭５９−３４６６８号公報に開示のものと同様な３室
分離非晶質Ｓ１堆積装置を用い真空槽内にシラシ（Ｓｔ
　Ｈ４）、高次シランガスを０．０１〜１０ｔＯｒｒの
圧力になるように導入し、１３．５６　Ｍ　Ｈｚの高周
波−力を供給、グロー放電分解によって前記ガスの分解
生成物である非晶質３ｉ半導体層を設Ｕる。非晶質３ｉ
層のＰ形あるいはｎ型の電気導電型を制御する為には、
シボラン（Ｂ２　Ｈｓ　）　、あるいはホスフィン（Ｐ
Ｈ３）、　　□又はアルシン（Ａｓ！−１・）などのガ
スを客専用堆　　　　□積層に適量導入する。又、非晶
質８１半導体層の光学的禁制帯幅を制御する為には、Ｃ
，Ｇｅ、Ｓｎ。

Ｎ、Ｆの第３成分元素を導入する事が出来るが、その場
合、例えば炭化水素ガス、　Ｇｅ　Ｈａ　＋’　ＳｎＨ
４、ＮＨ３，Ｓｉ　Ｆ４ガスなどをシランガスに混入し
て利用出来る。また、投入高周波電力を増加させ、非晶
質シリコン層中に一部微結晶層を混入させても良い。光
起電力層の構造としてはＰｉｎ接合の他、Ｐｉｎ／Ｐｉ
ｎ、　　Ｐｉｎ／Ｐｉｎ／Ｐｉｎのタンデム構造も用い
る事が出来る。

電極層としては、金属を主とする通常の電極層の場合、
Ａ　ｆｌ　、　Ａ（１，Ａ１．Ｃｕ、Ｐｔ、Ｎ　ｉ、Ｏ
ｒ、Ｆｅ。

ｖｏ、ｗ、　Ｔ；、ｃｏの金属単体および／またはそれ
らの合金金属層の単層および／または多層積層膜が適用
され、必要に応じて透明導電層を積層されてなる電極層
も適用される。なお、該電極層の形成にはスパッタリン
グ法、真空蒸着法等の物理的方法、メッキ等の化学的方
法、又、金属フィルムをラミネートして設ける方法等種
々の製法が適用出来る。

該金属電極層としてはもちろん金属板そのものでも良く
、又、電極層を堆積する基板として高分子フィルム、セ
ラミック、ガラスあるいは絶縁化処理を施した金属板、
金属ホイルでも良い。

電極層が透明電極層である場合には酸化インジコーム、
酸化錫、錫酸カドニウム、Ｒ化チタン等の導電性酸化物
、△ｕ、Ｐｔ、Ｐ、ｄ等の薄膜金属膜、ＡＱを主成分と
する薄層を導電性酸化物層でサンドイッチ状に積層した
導電性積層体等が用いられる。これらの透明電極層は真
空蒸着法、スパッタリング法など公知の方法によって形
成出来、１ｏｏｏｏΩ／口以下の表面抵抗、好ましくは
１０００Ω／口以下の表面抵抗を有し、可視光での光透
過率が５０％以上であることが望ましい。大面積太陽電
池を形成する時には、透明電極層での抵抗による出力損
失をさける為、くし形パターンの良導電性金属層を収集
電極として、基板／透明電極層界面あるいは透明電極層
表面に設けることも出来る。

又透明電極層を堆積した積層体の基板としては高分子フ
ィルム、高分子樹脂板、ガラス等の透明性材料用いられ
る。

本発明の導電性接着層としてはポリエステル樹脂、アク
リル樹脂、ポリビニル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウ
レタン系樹脂、シリコーン系樹脂等のバインダー用の高
分子樹脂中に酸化錫、酸化インジュウム、酸化チタン等
の酸化物導電性微粒子を分散させた分散型の導電性高分
子樹脂接着剤が用いられる。又ポリビニルカルバゾール
等の導電性高分子樹脂も使用出来る。さらに半田等の低
融点金属薄層を接着層として利用することも可能である
。接着力、耐久性等の面からは、導電性高分子樹脂、特
に分散型の導電性高分子樹脂が、電気抵抗面からは低融
゛点金属薄層が好ましく、用途に応じて選定する。これ
らの導電性高分子樹脂はスピナー法、バーコード法、ド
クターブレード法。

スクリーン印刷法等の方法を用いて接合する電極層表面
あるいは非晶質半導体層表面に塗布する。

非晶質半導体層の損傷発生を少なくする為には電極層表
面に塗付するのが好ましい。この導電性接着層が非晶質
半導体光起電力層で発生した光電流を電極層に損失なく
伝達する役割をはだす為には１０６ｃｍΩ以下の抵抗率
である事が望ましい。なお、接着層の厚みは特に限定さ
れないが、接着力、耐久性、電気抵抗、光透過性等多く
の因子に関係し実験的に決める必要があるが、通常は０
．０１〜１０μの範囲で選定される。

又該導電性接着層もレーザスクライブ法、エツチング法
等によるパターン化、あるいはスクリーン印刷によるパ
ターン化塗付によって、電導領域を分割することが可能
である。該導電性接着層を設けた電極層、非晶質半導体
層とを重ね合わせ、又各層がパターン化されている場合
は各パターンを適切に位置合わせしてラミネートする事
によって本発明の非晶質太陽電池を形成出来る。

以下実施例をあげ、本発明を説明する。

［実施例１ 金属電極層上に光起電力層として非晶質半導体層を積層
した光起電力積層体の基板として長尺の厚さ１００μｍ
のポリエステルフィルムを用いた。

このポリエステルフィルムのロールを巻戻しつつ、その
上に金属電極層としてアルミニウム層を０．４μｍの厚
さに、さらにステンレス鋼層を１００人の厚さに連続ス
パッタ装置を用いて連続的に堆積し、再びロールに巻取
った。

非晶質半導体層として非晶質シリコン層を特開昭５９−
３４６６８号公報に開示のものと同様な内部電極型の３
室分離方式の高周波（１３，５６ＭＨ７）グロー放雷装
置を用いて前記金属電極層上に以下のようにして設けた
。すなわち、巻出し室に前記ポリエステルフィルム基板
上に金属電極層を形成した電極基板のロールを装着し、
巻出し室と反応室との間に設けたプレスパツタ室で２１
５℃に該基板を加熱しながらアルゴンガス又は／及び水
素ガスを導入して　１．０ｔＯｒｒの各ガス雰囲気下で
５〜３０ｗの高周波電力を印加し前記基板のプレスパツ
タリングを行ってクリーニングを行う。

次にシランガスとシランガスに対して１％濃度のシボラ
ンガスを導入した１　ｔｏｒｒの該ガス雰囲気下のＰ型
反応室でグロー放電分解により該基板上に厚さ２５０人
のＰ型の非晶質シリコン層を設（）る。

引続いてシランガス単独でｉ型反応室においてｉ型の非
晶質シリコン層を厚５０００人積層する。次に、シラン
ガスとシランガスに対して１％のホスフィンガス、さら
に水素ガスを導入したｎ型反応室において微結晶層を含
んだｎ型の非晶質シリコン層を厚さ２００人設け、ポリ
エステルフィルム／Ａ　Ｕ　／８３／Ｄｉｎ型非晶貿シ
リコンからなる中間積層体として巻取室でロールに巻取
る。このように所定の光起電力積層体ロールを得た。

一方透明電極層は以下のようにして作成した。

すなわち、同じ１００μｍ厚のポリエステルフィルムを
基板としてそのロールをスパッタ装置内に装着し、１０
’５　ｔｏｒｒに排気しながら５０℃に加熱する。

その後アルゴンガスを導入し３　Ｘ　１０−３　ｔｏｒ
ｒの雰囲気下で、酸化インジュームと酸化錫の混合酸化
物ターゲットからスパッタリングして厚さ　７００人の
錫をドープした酸化インジューム層をポリエステルフィ
ルム上に設けて、所定の透明電極層を積層した電極積層
体とし、巻取ってロールを得た。

この電極積層体のロールを巻戻しつつ、導電性接＠層と
して酸化錫微粒子をポリエステル系樹脂バインダー中に
分散した導電性高分子樹脂をバーコード法により厚さ１
μで前記透明電極層の酸化インジューム層上に連続的に
塗布し、再び巻取ってロールとした。

この透明電極層／導電性樹脂層の電極積層体及び前述の
光起電力積層体の各ロールを巻戻しつつ、ＹＡＧレーザ
−スクライブ法を用いて夫々１　ｃｍ角にパターニング
し電気的に分離された小領域を形成し、再び巻取ってロ
ールとした。

次に、この小領域に区画された光起電力積層体と電極積
層体の両ロールを巻戻しつつ、その非晶質シリコン層と
導電性樹脂層を密着する様に重ね合わせ、１８０℃に加
熱された加熱ローラーからなるラミネーター装置を用い
てラミネートし、前記２つの積層体を接合させ、太陽電
池を製作した。

この様にして得た区画された小面積の太陽電池を６００
ルツクスの蛍光燈下で測定した結果蛍光燈下での変換効
率１１．５％であった。その他の詳細データを表１に示
す。

表　　１ ここで生存率とは開放電圧がｏ、ｓｙ以上を示した前記
１ｃｍ角の太陽電池１０個に対する割合を表わす。

表１の結果は本発明の太陽電池が十分な性能を有し、従
来例に比し遜色ないことを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフローを示す説明図である。 １０：中間積層体、　　２０：電極積層体、３０：非晶
質太陽電池

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非晶質半導体を光起電力層とした非晶質太陽電池の
   製造方法において、（ａ）第１の基板上に電極層を形成
   するステップと、（ｂ）該電極層上光起電力層を積層し
   て中間積層体を形成するステップと、（ｃ）第２の基板
   上に電極層を積層して電極積層体を形成するステップと
   、（ｄ）中間積層体の光起電力層若しくは／及び電極積
   層体の電極層上に導電性接着層を形成するステップと、
   （ｅ）中間積層体の光起電力層に電極層が重なるように
   電極積層体を接着固定するステップの各ステップを有す
   ることを特徴とす非晶質太陽電池の製造方法。 ２、第１、第２の基板が可撓性の長尺基板であり、ロー
   ルにしてステップ間を移送し、各ステップではロールを
   巻戻しつつ連続処理し、次いでロールに巻取る特許請求
   の範囲第１項記載の非晶質太陽電池の製造方法。 ３、前記第１、第２の基板が高分子フィルムである特許
   請求の範囲第２項記載の非晶質太陽電池の製造方法。 ４、前記導電性接着層が塗布された導電性高分子樹脂層
   である特許請求の範囲第１項、第２項若しくは第３項記
   載の非晶質太陽電池の製造方法。 ５、前記導電性高分子樹脂層が、導電性酸化物、金属又
   はこれらの混合物の微粒子を分散させて導電性を付与し
   た高分子樹脂層である特許請求の範囲第４項記載の非晶
   質太陽電池の製造方法。 ６、前記非晶質半導体が、ＳｉとＨを主成分とし、必要
   ならばその禁制帯幅を選択する為に適当量のＣ、Ｇｅ、
   Ｓｎ、Ｎ、Ｆを添加出来、又、電気導電型を制御する為
   に微量のＢ、Ｐ、Ａｓをドープされた非晶質シリコン層
   である特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
   若しくは第５項記載の非晶質太陽電池の製造方法。