JPS613474A - 太陽電池用金属基板材 - 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】 産業分野 この発明は、太陽電池用を始めとする、卓上電算機用、
腕時計、ラジオ用等の各種用途に使用される厚さ０．１
ｍｍ以下の薄膜よりなる薄膜電池用、特に気相成長によ
る薄膜電池用金属基板材に関する。

背景技術 ＭＩＩＧ！電池として代表的な太陽電池を例に説明する
と、太陽電池は、新しい規模のエネルギー源の一方法と
して注目され、高効率、大容量化を目標に、低エネルギ
ー化、低コスト化による製造方法が種々開発されている
。

当初１、太陽電池用基板には、シリコン単結晶が使用さ
れ、ＰＮ接合を形成後その裏面に裏面電極を、表面に透
明電極及び反射防止膜を被着した電池構造のものが開発
されたが、シリコン単結晶は製造コストが非常に高価な
ため、特殊用途に限定されていた。

太陽電池はその作動上、シリコン単結晶の活性領域は、
精々数ρであり、またシリコン単結晶の電池製造時の拡
散における温度が１０００℃〜１５００℃と高温を必要
とする。

これに対して、アモルフフンスシリコンは３００℃以下
の温度で基板上に気相成長により形成させることができ
、さらに、太陽電池の基本構成のＰ形膜−１形膜−ｎ形
膜接合を容易に形成できることから、シリコン単結晶の
代替材として着目され、アモルフ？スシリコン薄膜を使
用した太陽電池がその製造工程の簡素化とともに製造コ
ストの低減化により、新しい展開がなされている。

かかる太陽電池の基板材としては、従来、ガラスが多用
されてきたが、ガラスは曲げ強度が低いため、曲げ加工
を必要とする用途の太陽電池用基板材には不適であった
。

そこで、曲げ強度が高く、各種曲げ加工ができ。

曲げ加工を必要とする用途の太陽電池として用いられる
と共に、その製造工程中において、従来のバッチ処理に
対して、曲げ加工ができるために帯状のままで連続的に
処理できるステンレス鋼板、冷延鋼板等の金属基板材は
、上記の電池製造工程の合理化、生産能率向上に多大の
利点を有している。

この金属基板材を使用した電池製造工程において、該基
板材にアモルファスシリコンを形成する方法としては、
気相成長による方法が採用されている。

一例として、グロー放電法により金属基板材上にアモル
ファスシリコンを形成する゛方法を説明すると、帯状金
属基板が通過する減圧下の反応室に、原料ガスのシラン
ガス（ＳＬＨ−を導入し、反応室内の電極間で高周波プ
ラズマ放電し、高周波により励起される高エネルギーの
電子は上記原料ガスに衝突し、該ガスの分解及び活性化
されたガス間同士の反応により、金属基板表面上にアモ
ルファスシリコンが気相析出して成長する。

ところが、従来の金属基板材表面には、機械的表面疵や
基板材内の介在物等による内質疵があり、これらの疵に
よって気相析出成長したアモルファスシリコンは、該基
板表面上に均一に形成されず、金属基板材と最外面の透
明電極が短絡し、太陽電池の致命的欠陥となる。

以上、太陽電池を例に取り説明したが、金属基板材の上
に厚みｏ、ｉｍｍ以下の薄膜をもってなる薄膜電池にと
って、金属基板材のかかる疵は同様に致命的欠陥となる
。

かかる金属基板材表面の表面疵を除去するため、表面研
削あるいは表面研摩方法が実施されるが、介在物等によ
る内質疵は機械的除去方法では除去できず、金属基板材
内の非金属介在物の減少に関して種々検討されでいるが
、大型介在物を除去し、１１！ｍ以下程度の微小介在物
、特に致命的欠陥を生じないように介在物の全てを１．
０ρ以下にすることは困難で、かつ多大のコスト高を招
来する問題があった。

発明の目的 この発明は、かかる現状に鑑み、表面疵が皆無で安価な
、薄膜電池用金属基板材を目的としている。

発明の開示 すなわち、この発明は、ステンレス鋼板または冷延鋼板
の片面または両面に、非金属介在物の大きさが１．０ρ
以下の内質良好なステンレス、Ｎ１゜１、Ａ（＋のうち
１種からなる厚さ２００．以下の圧着層を有することを
特徴とする薄膜電池用金属基板材である。　　　− この発明は、金属基板材表面に上記の圧着層を設けるこ
とにより、金属基板表面の機械的疵及び非金属介在物等
による肉質疵の表面露出が防止で−き、薄膜電池製造時
、金属基板表面に均一な薄膜を形成せしめ、平滑平面を
有し、太陽電池を始め多種用途の薄膜電池用金属基板材
に最適となる。

特に、気相成長による場合はかかる疵の影響が大きいた
め、より有効である。

この発明において、金属基板材には、強度・耐食性にお
いてすぐれたステンレス鋼板が好ましいが、表面内質が
良好なステンレス、　Ｎ５　Ａｔ！、　、ＡＧｌの圧着
層を有することにより、耐食性を付与されるため、冷延
鋼板を使用することが可能となる。

また、金属基板材に圧着する金属層は、使用目的等に応
じてステンレス、ＮＬ、ＡＩ　、〜のいずれかの材質を
選定し、基板材の片面あるいは両面に圧着するが、両面
圧着の場合は同種金属を圧着するほが、異種金属を用い
るのもよい。

この金属基板材の厚みは、軽量化のため、０．５ｍｍ以
下が好ましい。

また、この発明における圧着層厚みは、金属基板材表面
に圧着したのち、その表面を鏡面加工したとき、基板材
表面疵が露出しない程度の厚みとする必要があるが、圧
着層の厚みの上限は、経済性を考慮して２００ρとする
。

この発明における圧着は、熱間加工あるいは、冷間加工
のいずれでもよい。

実施例 第１図ａ図は、Ｎｉ圧着層を有しない金属基板材表面の
疵大きさと表面欠陥数との関係図、同す図はＮｉ圧着層
を有する金属基板材表面の疵大きさと表面欠陥数との関
係図である。第２図ａ図、ｂ図は、５ＬＩ８３０４．５
ＬＪＳ　４３０表面上にＮｉ圧着層を有する金属基板材
の板厚方面断面における表面欠陥数と疵大きさとの関係
を示す関係図である。

実施例１ 金属基板として、板厚２ｍｍＸ板幅２００ｍｍ寸法から
なる、市販のＳＵＳ　３０４．　ＳＵＳ　４３０の焼鈍
し冷延コイルを用いた。

圧着層の金属として、Ｎ、中の非金属介在物の大きさが
１．０．以下となるように、真空高周波溶解炉を用いて
、炭素脱酸にて十分精錬した後、真空中で造塊された２
５０ｍｍ　Ｘ　２００ｍｍ　Ｘ高さ５００ｍｍ寸法の角
柱状ＮＬ鋳塊を熱間鍛造し、熱間圧延を経て手入した後
、冷間圧延により板厚０．２２　ｍｍＸ板幅２００ｍｍ
の冷延コイルに仕上げ、連続焼鈍炉で、水素中、　１ｏ
ｏｏ℃の条件で焼鈍したＮ（を用いた。

上記金属基板の片面に、上記ＮＬ板を冷間圧延機を用い
て冷間圧接したのち、再び水素雰囲気で１．８００℃、
１時間の焼鈍しを行ない、さらに、冷間圧延して板厚０
．２０　ｍｍのこの発明による薄膜電池用基板材に仕上
げた。得られた金属基板の圧着層厚みは２０．’であっ
た。

比較基板材として、板厚ＺｍｍＸ板幅２００ｍｍ寸法か
らなる、市販の５ＬＩ８３０４．’　５ＬＩ８４．３０
の焼鈍し冷延コイルをそのまま板厚０．２０ｍｍまで冷
間圧延したものを用いた。

上記のこの発明による基板材コイルと比較材コイルにつ
いて、長手方向の１０箇所より、長さ１０ｍｍ×幅２０
０ｍｍの試料を各２枚採取した。

上記１０箇所より２枚ずつ採取したうちの１枚は、光学
顕微鏡（倍率６００倍）で長さＳｍｍＸ幅２００ｍｍの
試料について表面疵の大きさ及びその数を測定した。そ
の測定結果は第１図に示す。

また、採取試料のもう一方は、板幅方向に３等分し、フ
ェノール樹脂中に埋め込み、Ｎ２Ｏ３粉末にてパフ研摩
した後、その断面の非金属介在物の大きさ、数を測定し
、板厚方向での欠陥の分布を調べた。結果は第２図に示
す。

第１図及び第２図より明らかな如く、Ｎｉ圧着層の被着
前の金属基板は、表面に多数の欠陥を有しているが、こ
の発明による金属基板は、薄膜電池。

において特に問題となる１、０ρより大きい表面疵の露
出が完全に防止されていることが分る。

実施例２ 金属基板として、板厚ＺｍｍＸ板幅２００ｍｍ寸法から
なる、市販のＳＵＳ　３０４．　ＳＵＳ　４３０の焼鈍
し冷延コイルを用いた。

圧着層の金属として、非金属介在物の大きさが１．０扉
以下となるように、真空高周波溶解炉を用いて、溶解し
た母材をさらに消耗電極式真空アーク再溶解炉で再溶解
し、造塊した５ＬＩＳ４３０鋳塊を熱間鍛造し、熱間圧
延を経て手入した後、冷間圧延により板厚０．２２　ｍ
ｍＸ板幅２００ｍｍの冷延コイルに仕上げ、連続焼鈍炉
で、水素中、　１０００℃の条件で焼鈍した５ＵＳ４３
０を用いた。

上記金属基板の片面に、上記ステンレス板を冷間圧延機
を用いて冷間圧接したのち、再び水素界−囲気で、９０
０℃、１時間の焼鈍しを行ない、さらに、冷間圧延して
板厚０．１０ｍｍのこの発明による薄膜電池用基板材に
仕上げた。得られた金属基板の圧着層厚みは１０７．で
あった。

上記のこの発明による基板材コイルについて長手方向の
１０箇所より、長さ１０ｍｍ×幅２００ｍｍの試料を各
２枚採取した。

上記１０箇所より２枚ずつ採取したうちの１枚は、光学
顕微鏡（倍率６００倍）で長さＳｍｍＸ幅２００ｍｍの
試料について表面疵の大きさ及びその数を測定し、採取
試料のもう一方は、板幅方向に３等分し、フェノール樹
脂中に埋め込み、Ｍｔ０３粉末にてパフ研摩した後、そ
の断面の非金属介在物の大きさ。

数を測定し、板厚方向で°の欠陥の分布を調べた。

、　実施例１と同様の結果が得られ、この発明による金
属基板は、薄膜電池において特に問題となる１、０−以
上の表面疵の露出が完全に防止されている。

実施例３ 金属基板材として、市販のＣ０９１％の冷延鋼板で、板
Ｗ１，８ＯｍｍＸ板幅２００世の焼鈍された冷延コイル
を用いた。

圧着層の金属として、非金属介在物の大きさが１．０ρ
以下となるように、真空高周波溶解炉を用いて、溶解し
た母材をさらに消耗電極式真空アーク再溶解炉で再溶解
し、造塊した３Ｕ３４３０鋳塊を熱間鍛造し、熱間圧延
を経て手入した後、冷間圧延により板厚０．２２　ｍｍ
Ｘ板幅２００ｍｍの冷延コイルに仕上げ、連続焼鈍炉で
、水素中、　１ｏｏｏ℃の条件で焼鈍した５ＵＳ４３０
を用いた。

上記金属基板の両面に、上記ステンレス板を冷間圧延機
を用いて冷間圧接したのち、再び水素雰囲気で、９００
℃、１時間の焼鈍しを行ない、さらに、冷間圧延して板
厚０．１０ｍｍのこの発明による薄膜電池用基板材に仕
上げた。得られた金属基板の圧着層厚みは１０ρであっ
た。

上記のこの発明による基板材コイルについて長手方向の
１０箇所より、長さ１０ｍｍＸ幅２００ｍｍの試料を各
２枚採取した。

上記１０箇所より２枚ずつ採取したうちの１枚は、光学
顕微鏡（倍率６００倍）で長さＳｍｍＸ幅２００ｍｍの
試料について表面疵の大きさ及びその数を測定し、採取
試料のもう一方は、板幅方向に３等分し、フェノール樹
脂中に埋め込み、Ｎ２Ｏ３粉末にてパフ研摩した後、そ
の断面の非金属介在物の大きさ。

数を測定し、板厚方向での欠陥の分布を調べた。

実施例１と同様の結果が得られ、この発明による金属基
板は、薄膜電池において特に問題となる１、０証より大
きい表面疵の露出が完全に防止されている。

実施例４ 金属基板として、板厚ＺｍｍＸ板幅２００ｍｍ寸法から
なる、市販の５ｔＪＳ　３０４．５ＬＩＳ　４３０の焼
鈍し冷延コイルを用いた。

圧着層の金属として、非金属介在物の大きさが１．０庫
以下となるように、真空高周波溶解炉を用いて、真空下
で溶解し、非金属介在物除去のためセラミックフィルタ
ーを通して鋳込み、造塊されたＡｌｌ！ｔｒ塊を、熱間
圧延を経て手入した後、冷間圧延により板厚０．０４　
ｍｍＸ板幅２００ｍｍの冷延コイルに仕上げたＮ板を用
いた。

上記金属基板の片面に、上記アルミ板を冷間圧延機を用
いて冷間圧接し、板厚０．１ｍｍのこの発明による薄膜
電池用基板材に仕上げた。得られた金属基板の圧着層厚
みは９１ｓｌであった。

上記のこの発明による基板材コイルについて長手方向の
１０箇所より、長さ１０ｍｍＸ幅２００ｍｍの試料を各
２枚採取した。

上記１０箇所より２枚ずつ採取したうちの１枚は、光学
顕微鏡（倍率６００倍）で長さＳｍｍＸ幅２００ｍｍの
試料について表面疵の大きさ及びその数を測定し、採取
試料のもう一方は、板幅方向に３等分し、フェノール樹
脂中に埋め込み、Ａｌｌ　ｔｏ　ａ粉末にてパフ研摩し
た後、その断面の非金属介在物の大きさ。

数を測定し、板厚方向での欠陥の分布を調べた。

実施例１と同様の結果が得られ、この発明による金属基
板は、薄膜電池において特に問題となる１、ＯＪｌより
大きい表面疵の露出が完全に防止されている。

実施例５ 金属基板として、市販の５ＵＳ３０４の塊状のものを切
削し、板厚９５ｍｍＸ幅、２００ｍｍ×長さ５００ｍｍ
に仕上げた５ＬＩＳ３０４板を用いた。

圧着層の金属として、非金属介在物の大きさが１．０Ｉ
ｓ１以下となるように、真空高周波溶解炉を用いて、溶
解した母材をさらにエレクトロスラグ再溶解炉で再溶解
し、造塊した５ＵＳ３０４鋳塊を熱間鍛造し、熱間圧延
を経て手入した後、冷間圧延により板厚５ｍｍＸ幅２０
０ｍｍＸ長さ５００ｍｍの板に仕上げた５ＵＳ３０４板
を用いた。

上記基板用５ＬＩＳ３０４と内質のすぐれた圧着層用５
ＵＳ３０４板を密着させ、密着面が酸化しないように、
端面部をアルゴンガス雰囲気で、電極ワイヤに５ＵＳ３
０４を用いたＭＩＧ溶接により完全に溶着した。

その後、一体化した上記の板を熱間圧延して表面を手入
し、冷間圧延機により、板厚０．５０ｍｍまで冷間圧延
してこの発明による薄膜電池用基板材に仕上げた。得ら
れた基板材の圧着層厚みは２５ρであった。

上記のこの発明による基板材コイルについて長手方向の
１０箇所より、長さ１０ｒｒｂを各２枚採取した。

上記１０箇所より２枚ずつ採取したうちの１枚は、光学
顕微鏡（倍率６００倍）で長さＳｍｍＸ幅２００ｍｍの
試料について表面疵の大きさ及びその数を測定し、採取
試料のもう一方は、板幅方向に３等分し、フェノール樹
脂中に埋め込み、Ｍ２Ｏ３粉末にてパフ研摩した後、そ
の断面の非金属介在物の大きさ。

数を測定し、板厚方向での欠陥の分布を調べた。

実施例１と同様の結果が得られ、この発明による金属基
板は、薄膜電池において特に問題となる１、０ρＪこり
人きい表面疵の露出が完全に防止されている。

以上の実施例から明らかなように、この発明による基板
材は、表面欠陥がなく、安価に平滑平面が得られるもの
で、アモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜電
池用、特に、気相成長による薄膜電池用に最適の基板材
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ図は、ＮＬ圧着層を有しない金属基板材表面の
疵大きさと表面欠陥数との関係図、同す図はＮ、圧着層
を有する金属基板材表面の疵大きさと表面欠陥数との関
係図である。第２図ａ図、ｂ図は、ＳＵＳ　３０４．　
ＳＵＳ　４３０表面上にＮ、圧着層を有する金属基板材
の板厚方向断面における表面欠陥数と疵大きさとの関係
を示す関係図である。 表面欠陥数（個） 欠陥＃（個数／６０１Ｂ２） ＩＩｌ（ｂ） 表面欠陥数（個） 欠陥数（個数／６０謀２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ステンレス鋼板または冷延鋼板の片面または両面に
   、非金属介在物の大きさが１．０μｍ以下の内質良好な
   ステンレス、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇのうち１種からなる厚さ
   ２００μｍ以下の圧着層を有することを特徴とする薄膜
   電池用金属基板材。