JPS6158989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は可撓性フイルム基板上に光起電力要素
として非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池に関
する。更に詳しくは、該基板にポリアリレート樹
脂からなる可撓性高分子フイルムを用いた太陽電
池に関する。 非晶質シリコン薄膜をステンレス鋼、ガラス板
などの基板上に設けた太陽電池は特開昭52―6990
号（特公昭53―37718）公報に記載されているご
とく公知である。また、可撓性基板として耐熱性
に富むポリイミド等の樹脂薄膜を基板に使用した
非晶質シリコン太陽電池は特開昭54―149489号、
特開昭55―4994号、さらに特開昭55―29154号公
報に記載されているごとく公知である。 非晶質シリコン太陽電池を製造するに際して可
撓性基板を用いる特徴は、特開昭55―4994号およ
び特開昭55―29154号で開示されているごとく、
支持基板上に必要な層を連続法で設けた非晶質シ
リコン太陽電池の製造を可能ならしめることにあ
る。また、特開昭54―149489号に開示されている
ごとく、可撓性基板上に形成された非晶質シリコ
ン太陽電池は、従来の太陽電池に比較してフイル
ム状であるので、任意に曲げることが可能であ
り、その応用が広がることが期待されている。 しかるね、かかる可撓性高分子フイルムを基板
に用いた場合、(1)非晶質シリコン薄膜を光起電力
要素に用いるには少くとも250〜350℃の高温が望
ましい為、耐熱性の優れたポリイミド樹脂からな
るフイルムしか適用できない。一方、(2)ポリイミ
ド樹脂からなるフイルムは吸湿率（100％RH）が
2.9％と大きく、厳しい自然環境下では基板を通
して侵入する湿分が下部電極の腐蝕や基板と下部
電極の剥離を促進し実用上大きな問題点を残し
た。 可撓性高分子フイルムを基板とする非晶質シリ
コン薄膜太陽電池を実現するには、少なくとも
250〜350℃の耐熱性を持ちしかも吸湿率の小さい
高分子フイルムを利用することが必要となる。本
発明者はかかる要求特性を持つた高分子フイルム
を種々探索した結果、ポリアリレート樹脂からな
る可撓性高分子フイルムが非晶質シリコン薄膜太
陽電池の基板材料として好適であることを見出
し、本発明に到達した。 本発明は、可撓性フイルム基板上に光起電力要
素として非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池に
おいて、該基板にポリアリレート樹脂からなる可
撓性高分子フイルムを用いることを特徴とする可
撓性フイルム基板非晶質シリコン太陽電池であ
る。 本発明の可撓性フイルム基板に用いるポリアリ
レート樹脂からなる可撓性高分子フイルムとは、
下記式 〔ただし、式中ｘ：ｙ及びｘ：ｚはいづれも
80：20乃至50：50、ｙ：ｚは10：15乃至15：10、
ｎは０又は１であり、式(B)のカルボニル基は互い
にメタおよび（または）パラ位置の関係にあり、
式(C)のオキシ基は１）ｎ＝０の場合は互いにメタ
および（または）パラ位置の関係に、２）ｎ＝１
の場合はフエニル基に対してメタおよび（また
は）パラ位置の関係にある。〕 で表わされる残基(A)・(B)及び(C)より実質的に構成
されるポリエステルからなるポリアリレート樹脂
フイルムである。 本発明においてフイルムを構成するポリエステ
ルは前記式(A)・(B)及び(C)で表わされる残基より実
質的に構成される。前記式(A)で表わされる残基は
ｐ―オキシ安息香酸残基であり、式(B)で表わされ
る残基はテレフタル酸又はイソフタル酸の残基で
あり、式(C)で表わされる残基はハイドロキノン、
レゾルシン、４，4′―ジオキシジフエニル、３，
3′―ジオキシジフエニル、３，4′―ジオキシジフ
エニルなどの芳香族ジオールの残基である。本発
明のポリアリレート樹脂フイルム与えるポリエス
テルの好適な具体例は、 １ ｐ―オキシ安息香酸、イソフタル酸及びハイ
ドロキノンを主たる成分とするポリエステル； ２ ｐ―オキシ安息香酸、テレフタル酸及びレゾ
ルシンを主たる成分とするポリエステル； ３ ｐ―オキシ安息香酸、イソフタル酸及び４，
4′―ジオキシジフエニルを主たる成分とするポ
リエステル； などである。 かかるポリエステルのうち特に好ましいポリマ
ーは１）のポリエステルである。 かかるポリアリレート樹脂フイルムは250〜300
℃といつた高温でも熱収縮率は２％以下であると
いうすぐれた寸法安定性を示す。更に、特質すべ
きことは吸湿率（100RH）が従来のポリイミドフ
イルムの1/10以下というすぐれた特長を持つてい
る。 該フイルムを非晶質シリコン太陽電池の基板と
して用いる場合のフイルム厚さは10〜500μｍが
可撓性の点から好適である。厚さが500μｍを越
えると可撓性に欠け、可撓性高分子フイルムを基
板に用いる利点の１つである連続ロールアツプが
困難となる。一方、厚さが10μｍより薄くなる
と、非晶質シリコン薄膜を沈積した場合沈積時に
加わる熱応力を緩和しきれずに該基板が変形する
ので好ましくない。 ポリアリレート樹脂フイルムを非晶質シリコン
太陽電池の基板として用いるために、少なくとも
表面抵抗が1000Ω／□以下になるように厚さ0.01
〜20μｍの導電層を積層する。該導電層にはステ
ンレス鋼、ニツケルクロム合金およびニツケル、
タンタル、鉄、クロム、ニオブ、ジルコニウム、
チタン金属および／またはそれらの合金薄膜を蒸
着法、スパタリンダ法で沈積したもの、さらに
は、前記金属フイルムをラミネートしたものや酸
化錫、酸化インジウム、錫酸カドミウム等の酸化
物薄膜を蒸着法、スパタリング法で沈積したもの
がある。該導電層の厚さが0.01μｍ以下では導電
性が不充分であり、20μｍを越えると高分子フイ
ルム本来の可撓性を損なうので好ましくない。 可撓性基板上に非晶質シリコン薄膜を沈積する
には、グロー放電法、スパタリング法、イオンプ
レーテイング法等公知の方法を用いる。例えば、
グロー放電法の場合、10〜0.1Torrに維持された
真空槽内でロールアツプされた可撓性基板から該
基板を引き出し、200〜400℃に加熱した基板ホル
ダーに密着させる。この基板ホルダーを一方の電
極とし、それと対抗する電極との間に、13.56M
Hzの高周波電力を供給する。真空槽内にはシラン
（SiH）、シボラン（B₂H₆）、ホスフイン（PH₃）ガ
スを導入してグロー放電を起し、所定の膜厚に前
記ガスの分解生成物を沈積せしめ、光起電力要素
である非晶質シリコン薄膜を設ける。 次に、該非晶質シリコン薄膜を太陽電池デバイ
スとするために光起電力要素である導電化ポリア
リレート樹脂フイルム上の非晶質シリコン膜を真
空槽内に装着し、例えばシヨツトキー接合セルの
場合はシヨツトキー障壁金属として白金、金、パ
ラジウム等をスパツタ法や真空蒸着法で100Å前
後の膜厚で沈積する。またヘテロ（フエイス）接
合セルの場合は、酸化インジウム、酸化錫、錫酸
カドミウム薄膜を200〜3000Å前後の膜厚になる
ようにスパツタ法や真空蒸着法で沈積し、表面電
極を形成する。 次に、収集電極をシヨツトキー障壁金属、ヘテ
ロ（フエイス）電極表面上に設けて非晶質シリコ
ン太陽電池デバイスとする。 本発明になる非晶質シリコン太陽電池は、可撓
性基板として導電化ポリアリレート樹脂フイルム
を選び、光起電力要素として非晶質シリコン膜を
設け、その上にシヨツトキー障壁金属またはヘテ
ロ（フエイス）電極さらに収集電極を設けた基本
構造をもつている。 本発明の非晶質シリコン太陽電池は可撓性高分
子フイルム基板としてポリアリレート樹脂フイル
ムを選んだことに大きな特長を持つている。すな
わち、(1)基板フイルムの耐熱性が非晶質シリコン
薄膜形成温度である250〜300℃の高温下において
も充分であり、熱収縮率が２％以下であるという
すぐれた寸法安定性を示す。また、(2)吸湿率
（100％RH）が、可撓性高分子フイルム基板とし
て提案されているポリイミド樹脂フイルムの1/10
以下というすぐれた特性を持つている。この結
果、可撓性高分子フイルムを基板とする非晶質シ
リコン太陽電池の製造が可能となり、基板の寸法
安定性が優れており、さらに基板の吸湿率が小さ
いことから、太陽電池として安定な電気出力を得
ることができるようになつた。 太陽電池は直射日光にばく露され、風雨にさら
される厳しい自然環境下におかれる。高温多湿下
では前記の寸法安定性のすぐれていること及び吸
湿率の小さいことが大きな武器となることがうな
ずける。可撓性高分子フイルム基板としてポリア
リレート樹脂フイルムを選んだことにより、連続
ロールアツプ生産性という利点を生かしつゝ厳し
い自然環境下で実用的な太陽電池を得ることが始
めて可能となつた。以下、実施例をあげ本発明を
説明する。 実施例 ポリアリレート樹脂フイルムの製造 ｐ―オキシ安息香酸フエニル115部、イソフタ
ル酸ジフエニル114部及びハイドロキノン42部を
酢酸第１スズ0.089部の存在下で溶融重合した。
その後、得られたポリエステルを粉砕し、減圧高
温下で固相重合し高重合度ポリエステルを得た。 この高重合度ポリエステルをシリンダー温度
360℃で、巾0.5mm、長さ100mmのスリツトを有す
るＴダイより押し出し、機械軸方向つづいて機械
軸に直角な方向に延伸し、最後に320℃で１分間
緊張熱処理し厚さ50μｍのポリアリレート樹脂フ
イルムを得た。得られたこのフイルムの特性は、
300℃下での熱収縮率は0.7％以下であり、100％
RH下での吸湿率は0.25以下であつた。 非晶質シリコン太陽電池の製造 前記ポリアリレート樹脂フイルムをアセトン及
びイオン交換水で超音波洗浄後、110℃30分間乾
燥した。その後該フイルムをスパタリング装置内
に装着し、ステンレス鋼ターゲツトより該フイル
ム上に厚さ1000Åのステンレス鋼のスパツタ薄膜
を有する導電化ポリアリレート樹脂フイルムを得
た。 非晶質シリコン薄膜は内部電極型の高周波
（13.56MHz）グロー放電装置を用いて前記基板上
に設ける。グロー放電装置内の一方の電極上に前
記基板を装着し10^-5Torrに排気しながら300℃に
該基板を加熱する。その後、アルゴンガスを導入
して1.0Torrのアルゴン雰囲気下で30Wの高周波
電力を印加し前記基板のプレスパタリングを行つ
て基板のクリーニングを行う。次に水素ガスで10
％に稀釈したシランガスと同様に水素ガスで１％
に稀釈したホスフインガスを混合しグロー放電装
置内に導入し、0.8Torrの該ガス雰囲気下で10W
の高周波電力を印加して該基板上に厚さ240Åの
リンをドープしたｎ型の非晶質シリコン薄膜を設
ける。引続いてシランガス単独で前記と同様にし
てｎ型の非晶質シリコン薄膜上に厚さ8000Åの非
晶質シリコン薄膜を積層する。次に、シランガス
中に水素ガスで１％に稀釈したジボランガスを混
合し前記と同時にして〓型の非晶質シリコン薄膜
上に厚さ240Åのホウ素をドープしたｐ型の非晶
質シリコン薄膜を設け、可撓性基板上にpin型の
非晶質シリコン薄膜を設けた。 次に可撓性基板上にpin型非晶質シリコン薄膜
を設けたフイルムを真空蒸着装置内に装着した。
10^-5Torrに排気しながら200℃に該フイルムを加
熱する。その後、アルゴンと酸素の混合ガスを導
入して10^-3Torrの雰囲気下で電子ビーム加熱法
で酸化インジウムと酸化錫の混合酸化物ターゲツ
トから、厚さ1000Åの錫をドープした酸化インジ
ウム薄膜を真空蒸着してヘテロフエイス層とし
た。最後にこのヘテロフエイス層上に収集電極と
して厚さ1000Åのパラジウム薄膜をくし形に真空
蒸着し、ポリアリレート樹脂フイルム基板上に
pinヘテロフエイス型太陽電池デバイスを得た。 非晶質シリコン太陽電池の特性 該太陽電池デバイスの初期特性をAM＝１に調
節したオリエル社ソーラーシユミレーター（Pin
＝92.5mW／cm²）で測定した。対照品として可撓
性高分子フイルム基板としてポリイミドフイルム
（厚さ125μｍ）を選び前記と同様の方法で製造し
た太陽電池を用いた。結果を表１に示した。

【表】 次に該太陽電池を(1)室温放置試験（30日間）：
シリカゲル入りデシケーター中及び室内放置、(2)
湿度サイクル試験（24時間サイクル１回）：20
℃、30％RH20℃、80％RHを行い太陽電池の変
換効率変化測定し表２を得た。

【表】 この結果からも明らかなごとく、基板として用
いる高分子フイルムの吸湿率が太陽電池特性の経
時安定性に大きな影響を及ぼしていることがわか
る。本発明になるポリアリレート樹脂フイルムの
吸湿率は0.25以下とポリイミドフイルムの吸湿率
の1/10以下であるため、すぐれた経時安定性を有
していると考えられる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可撓性フイルム基板上に光起電力要素として
   非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池において、
   該基板にポリアリレート樹脂からなる可撓性高分
   子フイルムを用いることを特徴とする可撓性フイ
   ルム基板非晶質シリコン太陽電池。