JPS62252976A - 光発電素子基板の表面加工法 - 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〕 この発明は、光発電素子を製造する際に用いろ基板の表
面加工法、特に光発電素子基板表面におけろ光の乱反射
特性を改善するための表面加工法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、プラズマＣＶＤ装置を用いてピン（ｐｉｎ）接合
を有するアモルファスシリコン光発電素子が製造され、
各種用途に利用されているが、アモルファスシリコン光
発電素子は、単結晶や多結晶光発電素子に比べ直射日光
下での光電変換効率が低いので、光電変換効率を向上さ
せるために種々の試みがなされている。例えば、ステン
レスのような導電性金属基板上に光発電素子を形成する
場合、基板の反射率を高めると共に基板表面で光を乱反
射させて光の回置を図るという考えで、基板上に銀の薄
膜を形成し熱処理によってテクスチャー化を図ることが
行われている。

第６図は面粗度０．０１〜０．０２μＩの鏡面仕上げ面
を有するステンレス基板上にテクスチャー銀電極を形成
させた光発電素子の断面図である。図において、符号６
１はステンレス基板、６２ばテクスチャー化された銀電
極、６３，６４．６５は前記銀Ｔｓ　極上に成膜された
アモルファスシリコンルミｎ接合素子で、６３ばｎ層、
６４ば１層、６５ばｐ層である。６６は透明電極、６７
ば上部電極である。

上記のテクスチャー化された銀電極６２は次のようにし
て作られる。即ち、鏡面を有するステンレス基板６１上
にスパッター法により５００〜１０００人の銀薄膜を成
膜した後、不活性雰囲気中において４００〜８００℃で
加熱することによって数１００〜数１０００Ａの馬上の
銀粒子が形成されろ。

また、第７図は面粗度０．１〜数μ重のステンレス基板
上にポリイミドなどの＃４熱性有機絶縁皮膜を形成させ
た光発電素子の断面図である。圧延、加工後のステンレ
ス基板は鏡面仕上げしたステンレス基板に対し市非常に
安価であるが、圧延、加工などの工程中に基板表面に傷
がつき易く、その傷の深さは数μＩに及ぶものがある。

一方、基板上に成膜されるアモルファスシリコンの最下
層膜の膜厚は通常数１００人にすぎないので基板上に深
い傷や突起があると短絡の原因になり、特性のよい光発
電素子ができない。そこで、面粗度の荒い金属基板を光
発電素子基板として使用する場合には、特開昭５８−１
８００６９号公報に示されているように、基板上に有機
性または無機性の絶縁皮膜を塗布し基板の表面平滑度を
向上させることが行われている。図において、７１は面
粗度の荒いステンレス基板、７２ば該ステンレス基板の
平滑度を向上させろために塗布された有機絶縁皮膜、７
３ばＡｉまたはＡｇの薄膜によって形成された下部電極
、７４，７５．７６は前記下部電極７３上に成膜された
アモルファスシリコンルミｎ接合素子テ、７４はＪ、７
５はｉ！Ｎ７６はｐ層である。７７は透明電極、７８は
上部電極である。

第６図、第７図のように構成された光発電素子において
は、透明ｆｌｉ極６６．７７側から適当なエネルギー強
度をもった光がアモルファスシリコン層に入射すると、
アモルファスシリコンの１層６４．７５中で正孔と電子
が発生する。アモルファスシリコン層は、この例では透
明電極側から順にｐｉｎの接合構造をもっているので、
正孔は９層６５．７６に拡散し、一方電子はｎ［６３，
７４に拡散するので、アモルファスシリコン層のｐ層と
透明電極を通じて電気的に接触している上部電極６７．
７８が■極になり、アモルファスシリコンのｎ層と電気
的に接している＊Ｔｉ極６２、下部電極７３がＯ極とな
る光発電素子が形成される。

第６図において、透明電極６６側から入射した光は矢印
で示したようにテクスチャー化された銀Ｍ極６２面で乱
反射され、再びｉ　Ｉｌｌ　６４内に戻って再利用され
るので、見掛は上ｉＪＩの厚さが増加し、光の吸収が増
大し、光電変換率が向上する。

一方、第７図に示した光発電素子においては、下部電極
７３は平滑面を有しているため、第６図に示したような
下部電極での乱反射による効果は期待できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図に示した光発電素子は、以上のように構成されて
いるので、鏡面仕上げされた高価な金属基板を使用しな
ければならず、また金属基板上に直接光発電素子の下部
電極を形成した場合には、同一基板上に発電区分の異な
る光発電素子を複数弧形成し、それらを直列接続して高
い電圧出力を得ろことができないという問題点があった
。一方、第７図に示した光発電素子においては、面粗度
の荒い安価な金属基板を利用でき、また絶縁皮膜上に複
数個の独立した下部電極を形成し、前記下部電極に光発
電素子を形成することにより、同一基板ｔで複数個の発
電区分の異なる光発電素子を直列接続し、用途に応じた
起電力を得ることができるという利点があるが、絶縁皮
膜にポリイミドなどの有機材料を使用した場合に（よ、
耐熱性に限度があるために、高温処理を必要とする下部
電極のテクスチャー化が行えないので、下部電極のテク
スチャー化による光電変換効率の向上を図ることができ
ないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、面粗度の荒い安価な基板を用いた場合に、極
めて簡単な方法によって光発電素子基板の表面をテクス
チャー化できる表面加工法を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光発電素子基板の表面加工法は、金属薄
板など可撓性を有する導電性基板」二に絶縁皮膜を形成
すると共に、該絶縁皮膜の表面に凹凸状パターンを形成
ずろようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、従来のテクスチャー基板が下部ｒ
ｉ極そのものをテクスチャー化していたのと異なって、
下部電極の下地になる絶縁皮膜の表面をテクスチャー化
するようにしたので、テクスチャー化に高温を必要とせ
ず、かつテクスチャー化された絶縁皮膜上に通常の方法
によって成膜された金属薄膜電極（よ、テクスチャー化
された絶縁皮膜と同じ形状を呈するため、光を効率よく
乱反射することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図（よこの発明による光発電素子基板の表面加工法の一
実施例における構成図である。図において、符号１は例
えばステンレス薄板のような可撓性をもった金属板２が
巻かれたフリロール、３（よ該金属基板の汚れを洗浄脱
脂するための洗浄器、４は前記基板２上に例えばポリイ
ミドのような有機絶縁材料をスプレーによって塗布する
コーティング装置、５は基板２上に塗布された絶縁皮膜
を所定の膜厚にＦＪ整するためのコーティングロール、
６ば基板２上に塗布された絶縁皮膜を半硬化させろため
の加熱炉、７は半硬化した前記絶縁皮膜上に凹凸状パタ
ーンを形成させるためのパターニングロールである。該
パターニングロールは、第２図に示すように絶縁皮膜側
のロール７１の表面に５００〜１０００人の凹凸を有す
る微細パターンを予め加工しである。相手側のロール７
２は鏡面仕上げが行われている。第１図において、符号
８は硬化炉、９は凹凸状パターンを有する前記基板２を
巻取るための駆動ロール、１１〜１７は送りロールであ
る。

第３図は上記の表面加工法によって作られた光発電素子
基板上に製造された光発電素子の断回図である。図にお
いて、２０は面粗度の荒い金属基板、２１は該基板上に
形成された凹凸状微細パターンを有するテクスチャー化
絶縁皮膜、２２は該絶縁皮膜上にスパッタ法によって銀
の薄膜を成膜した金属電極である。２３，２４．２５は
該金属電極上に成膜されたアモルファスシリコンｐ１ｎ
接合素子で、２３ばｎ［，２４はｉＷＢ、２５は２層で
ある。２６は透明電極、２７は上部？Ｉｉ極である。

上記の光発電素子基板の表面加工法においては、第１図
に示すように、厚さ０．１５μ識、平均面粗度０．２μ
ｍの可撓性金属基板２がフリーロール１から巻取りロー
ル９へ連続的に送られるが、その間に洗浄Ｂ３でフッ素
系の不燃性溶剤を用いて脱脂洗浄された後、コーティン
グ装置４で例えばポリイミド系ＶＩ４脂が約２０μｍ厚
に塗布され、加熱炉６中で３００〜３５０℃、１０分間
加熱し、半硬化状態にする。この時の基板２の表面粗度
は０．０１〜０．０３μｍである。次に前記の半硬化状
態の絶縁皮膜の表面に、第２図に示したような凹凸状パ
ターンを予めホＩ・エツチング法などによって形成した
パターニングロール７を押しつけ、絶縁皮膜上に数１０
０人の凹凸状パターンを形成し、次に硬化炉８で３５０
℃、３０分間加熱硬化させる。

上記表ｍｌ加工法により製造された光発電素子基板用い
て作られた光発電素子は、前記絶縁皮膜上に形成されろ
下部Ｔｉ極が、例えば銀のスパックによって形成されろ
厚さ５００〜１０００人の薄膜金属電極であるため、金
属電極の表面が第３図に示したように、その下の絶縁皮
膜の凹凸状の微細パターンとほぼ同様の形状を呈してお
り、透明電極２６＠から入射した光（よ矢印で示したよ
うに金属電極２２の表面で乱反射され、眩光が有効に利
用されるので、光発電素子の特性が向上する。

次に、この発明の他の実施例を図について説明する。第
４図において、符号１〜６，８．９および１１〜１７ば
、第１図と同様のものである。

１０はアフターコーティング装置であり、金属基板２上
に半硬化した厚さ約１０μｍのポリイミド絶縁皮膜上に
、粒径１０００〜５０００人の酸化アルミュウムの微粒
子を懸濁させたポリイミド樹＋１１１９をスプレーで塗
布するものである。１８，１９は送りロールである。

この実施例においては、平滑面を有する半硬化した絶縁
基板上に微粒子を！！濁させた絶縁材料を０．５〜１μ
ｍ程度の薄さに塗布することによって絶縁基板上に微粒
子の一部を突出させて、凹凸状パターンを有する表面を
得ろようにしたものである。

基板に最も近い側に成膜されるアモルファスシリコンル
ミｎ接合素子のｎ層の膜厚は１０００〜数１００人にす
ぎなく、前記微粒子が鋭利な形状であるとリークの原因
になるので、微粒子の形状は円形に近いことが望ましい
。またその最適粒径は下部金属電極の膜厚やｎＩＩ！の
厚さによっても左右されるが、１００〜５０００人、特
に１０００〜５０００人の場合に良好な光電変換特性が
得られる。

第５図はこの実施例によって表面加工された基板２を用
いて製造した光発電素子の断面図であって、２０および
２３〜２７は第３図と同様のものである。図において３
１は面粗度の荒い金属基板２０上に塗布された平坦面を
有する絶縁皮膜、３２は前記絶縁皮膜上に薄く塗布され
た、微粒子を含有しかつ凹凸状の表面を有する絶縁皮膜
である。３２１は微粒子、３２２は絶縁樹脂である。

３３は前記凹凸状絶縁皮膜上にスパッター法によってＡ
ｇの薄膜を成膜した下部金属電極である。

上記の表面加工法によって製造された光発電素子基板を
用いて作られた光発電素子においては、前記の下部電極
３３は厚さ約１０００人の薄膜銀電極であるため、金属
電極の表面は第５図に示したように下の絶縁皮膜の凹凸
状表面とほぼ同じ形状をもっており、透明電極側から入
射した光は矢印で示したように金属電極３３の表面で乱
反射され光の有効利用が図られる。

なお、上記実施例では金属基板上に形成する絶縁皮膜と
して有機絶縁皮膜を用いた場合について説明したが、ガ
ラスなどの無機絶縁皮膜をも同様の目的のために利用で
きることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば面粗度の荒い安価な金
属基板上に耐熱性に限界のある有機絶縁皮膜を塗布した
基板においても基板表面に特別な加熱処理を行うことな
（比較的低温で凹凸状微細パターンを形成し、光の有効
利用が図れるようにしなので、安価でかつ特性のよい光
発電素子が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光発電素子基板の表面加工法の
一実施例におけろ構成図、第２図は第１図のものにおけ
るパターニングロールの説明図、第３図は上記第１図で
示した実施例の表面加工法によって製造された基板を用
いて光発電素子の断面図、第４図はこの発明の他の実施
例における構成図、第５図は第４図に示す実施例の表面
加工法によって製造された基板を用いて作成された光発
電素子の断面図、第６図および第７図は比較例であり、
第６図はテクスチャー基板を有する光発電素子の断面図
、第７図は金属基板上に絶縁皮膜を有する光発電素子の
断面図である。 図において、符号２は金属基板、４はコーティング装置
、６は加熱炉、７はパターニングロール、１０はアフタ
ーコーティング装置、２１はテクスチャー化絶縁皮膜、
２２は金属電極、３２は微粒子含有絶縁皮膜、３３は下
部金属電極である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第７図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）可撓性を有する導電性基板上に絶縁皮膜を形成し
   て光発電素子基板を得るに際し、前記絶縁皮膜の形成工
   程中に、該絶縁皮膜の表面に凹凸上のパターンを形成す
   るようにしたことを特徴とする光発電素子基板の表面加
   工法。
2. （２）絶縁皮膜が有機絶縁皮膜であり、該有機絶縁皮膜
   の半硬化後に、該有機絶縁皮膜上に凹凸状パターンを形
   成するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の光発電素子基板の表面加工法。
3. （３）凹凸状パターンの母型が加工されたパターニング
   ロールによって有機絶縁皮膜上に凹凸状パターンを形成
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の光発電素子基板の表面加工法。
4. （４）無気絶縁皮膜又は有機絶縁皮膜よりなる絶縁皮膜
   が２層構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の光発電素子基板の表面加工法。
5. （５）一層眼の絶縁皮膜の硬化後又は半硬化後に、絶縁
   皮膜上に凹凸状パターンを形成するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載の光発電素子基板
   の表面加工法。
6. （６）微粒子を懸濁させた溶液状絶縁材料を一層目の絶
   縁皮膜上にスプレーコートすることによつて凹凸状パタ
   ーンを形成するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載の光発電素子基板の表面加工法。
7. （７）微粒子として平均粒径０．５〜０．０１μｍの円
   形微粒子を用いることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の光発電素子基板の表面加工法。