JPS6245079A - 太陽電池用基板およびその製法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は太ｌｌｌ電池用基板およびその製法に関する。

さらに詳しくは、金属基体または絶縁物基体上にシリコ
ン化合物の薄膜を表面に凹凸をつけて堆積し、さらにそ
の上に薄膜電穫を設けた太陽電池用基板およびその製法
に関する。

〔従来の技術］ 本出願人は、太陽電池用基体上に表面が凹凸状の電気絶
縁性非晶質シリコン化合物の薄膜を形成し、その上に薄
膜電極を堆積させ、該薄膜Ｎ極上に薄膜太陽電池を形成
することによって、受光面を通過し透明電極や太陽電池
の光起電力素子層を介して基板に到達した入射光または
反射光が、凹凸を有する薄膜電極のために乱反射する構
造を有する太陽電池用基板についてすでに出願した（特
開［６０−１０７８８号）。同基板における非晶質シリ
コン化合物の凹凸は、太陽電池が発電に利用できる光の
波長程度の大きさの、多数のこぶ状突起によって形成さ
れる。かがる太陽電池用基板において裏面電極によって
乱反射した光は、再び光起電力素子層の活性領域に取込
まれ、見かけの光量の増加をもたらすため、太陽電池の
変換効率の改善など性能の向上が図られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来技術では、基体上に設けられ、表面に凹凸を有する
シリコン化合物の結晶構造が非晶質であることが特徴で
あったが、非晶質化合物では、表面にこぶ状の突起によ
り凹凸を形成することは可能であるが、この凹凸は不均
一で、乱反射を有効に利用することができなかった。ま
た球状の突起物は形成されなかった。

本発明は多結晶構造、または非晶質シリコン化合物の中
に微結晶を含む構造のシリコン化合物を用いて、表面に
球状またはこぶ状突起を多数有する太陽電池用基板を提
供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、金属箔または絶縁体の板を基体となし、該基
体上にシリコン化合物の薄膜を設け、該シリコン化合物
の薄膜の表面に非晶質半導体とオーミック接触する薄膜
電極を設けてなる太陽電池用基板において、前記シリコ
ン化合物の薄膜が前記薄膜電極と接する表面に直径０．
１〜１０μｍ、高さ０．１〜１０ｆの球状またはこぶ状
突起を多数有するように形成された太陽電池用基板に関
する。

さらに本発明は、前記シリコン化合物の薄膜をＤＣ放電
型、ＲＦ放電型もしくは両者混有型のグロー放電分解法
によって基体上に平行に磁界を印加しながら堆積させる
ことによって形成することを特徴とする太陽電池用基板
の製造方法に関する。

［作用および実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図は本発明の太陽電池用基板の一実施態様を例示す
る概念図である。第１図に示した実施例においては、本
発明の基板（４）は金属箔または絶縁体の基体（１）、
表面に凹凸を有するシリコン化合物の薄膜（２および薄
ＰＩＡ電極（３）より構成されている。

さらに第２図に概念的に例示したように、太陽電池は、
前記（１）、（２、（３）よりなる本発明の基板（４）
上に光起電力素子層（５）および光透過性電極層（６）
をグロー放電分解法またはスパッタ蒸着法などによって
形成することによって作製される。

そのときの作製条件を選ぶことにより基板（４）の薄膜
電極（３）表面の凹凸パターン構造が該光起電力素子層
（５）および電極層（６）にも再現され、いきおい太陽
電池の受光面（７）にも凹凸パターン構造が現われる。

かかる太陽電池において入射光は受光面（７１および各
接触面部分において散乱され、薄膜電極（３）表面での
乱反射と相乗する結果、光起電力素子層（５）に取込ま
れる光ｍが増加する。

本発明に用いられる基体（１）としては、たとえばアル
ミニウム、銅、クロム、鉄、ニッケル、黄銅、洋白、ス
テンレス銅などの厚さ５通〜２ｍｍ、好ましくは５０Ｊ
ｓ１〜１　ｍｍの金属またはガラス板などの絶縁体があ
げられる。これらの材料は２５０〜３００℃の耐熱性を
有し、かつ凹凸を有するシリコン化合物の薄膜の形成に
本質的に支障をきたすような突起やピッ１〜を該Ｗｉ膜
形成側表面に含まないものである必要がある。

シリコン化合物としては、α−８ｉ１α−３ｉＣ。

α−３ｉＮ、α−３ｉＯＮなどの非晶質シリコン化合物
（α−は非晶質をあられす）　、ＳｉＣ、ＳｉＮ　。

５ｈｏ２などの多結晶シリコン化合物があげられるが、
特に前記非晶質シリコン化合物に微結晶のＳｉＣ、Ｓｉ
Ｎ　、　Ｓｉｎ、などが共存するシリコン化合物が好ま
しい。そのばあい、微結晶は、シリコン化合物に対し２
０原子％以上含有されることが好ましく、さらに好まし
くは５０原子％以上である。しかし、該微結晶が１００
原子％含まれるばあい、突起ができにくくまたは突起が
不揃いとなりやすいので、少くとも０１原子％の非晶質
シリコンと共存することが望ましい。シリコン化合物薄
膜（２）の厚さは、基体（１）と電極（３）を絶縁する
のに充分な厚さ０．５〜１００Ｉであることが好ましい
。球状またはこぶ状の突起を多数形成するという観点か
ら１〜１０ρがさらに好ましい。

シリコン化合物の薄膜（′２Ｊは、球状またはこぶ状突
起を多数有するように形成される。その突起の大きさは
直径０．１〜ｉｏ、、高さ約０１〜１０μｍ、好ましく
は両者とも０．２〜３加である。

また、同一の大きさの突起が多数形成されることが好ま
しい。突起の大きさが０．１〜１０−の範囲内よりも小
さなばあいまたは大きなばあいはいずれも、太陽電池を
有効に発電させる波長の光を効果的に反射させることが
できないので好ましくない。

また、本発明に用いられるシリコン化合物の薄ｌ　ｆ２
＋は電気絶縁性を有し、室温での電気伝導度が光照射時
においても１０−７（Ω・ｃｍ）　−’以下のものであ
る。

非晶質シリコン化合物、多結晶シリコン化合物とも、ス
パッター蒸着法、イオン化蒸着法、プラズマＣＶＤを含
むＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法などによって形成でき
る。しかし、非晶質シリコン化合物と微結晶のシリコン
化合物が共存する薄膜をえるためには、前記方法によっ
ては形成しがたい。そのばあい、直流電界を印加でき、
かつ該直流電界の存する領域の一部もしくは全部の領域
においてこれと直交する磁界を印加できる装置を用いた
ＤＣ放電型、ＲＦ放電型もしくは両者混有型のグロー放
電分解法を用いることによって容易に形成できる。この
グロー放電分解法により、微結晶の共存するシリコン化
合物の膜をえるためには、所望の膜組成と突起の形状に
応じてガス組成を調整する必要がある。

すなわちシリコン化合物を堆積させるシラン類またはシ
ラン類と炭化水素やアンモニアなどの浪合物からなる原
料ガスを水素ガスなどで希釈したガスを用いるのが有利
である。たとえば目的のシリコン化合物がＳｉＣである
とき、水素ガスで原料ガス中のシラン類を４０容積％以
下（ただし通常０．１容積％以上）に希釈したばあいに
非晶質中に微結晶の球状突起を有するシリコン化合物が
形成される。通常、希釈された濃度が４０容積％以上に
なると球状の突起がこぶ状になる。また、６０容積％以
上になると突起は形成されず平滑な表面となる。

本発明に用いられるＮＩＰ電極（３）は、たとえば銀、
アルミニウム、モリブデン、ステンレス鋼、アンチモン
、クロム、ニクロム、白金などのような適正な電気伝導
度を有する金属またはそれらのシリサイドなどの薄膜で
ある。該薄膜の材料として、好ましくは光を効果的に乱
反射するために反射率の高い物質を用いるのがよく、た
とえば〜、へ、ＭまたはＡｕなとの薄膜が有効に用いら
れる。かかる電極（３）を、凹凸を有するシリコン化合
物の薄膜（２）上に３００〜１０．０００人の厚さにな
るよう、蒸着またはスパッタなどの方法により設けて本
発明の太陽電池用基板（４）をえる。

電極（３）の厚さが３００人未満であると充分な電気伝
導性がえられず太陽電池特性が低下し、ｉｏ、　ｏｏｏ
人を超えるとシリコン化合物の薄膜の凹凸が再現されず
、いずれも好ましくない。

さらに電ＩＵ　（３）として用いたん、仮、Ｃｒ、　Ｎ
ｉ、＃、ＰｔまたはＡｕなどのＩＭＰ上に［ＴＯ、５ｎ
ｏ２などの酸化物、前記酸化物にフッ素をドープしたフ
ッ化物、もしくはＭＯ１■１、Ｖ　、　Ｐｔなとのシリ
コンとシリサイドを形成する金属などの保護材料をごく
薄く形成したものを使用すると、電橋としての機能や性
能が安定する。また、前記保護材料として透明導電性の
材料を用いるばあいは前述におけるよりも電極層を厚く
形成してよい。

本発明の基板（４）上に形成される光起電力素子層（５
）には、たとえばｐ−１−ｎ接合型半導体、ｐ−ｎ接合
型半導体、ヘテロ接合型半導体、 Ｐ−ｉ−ｎ−ｐ−ｉ−ｎなどの多層接合半導体など従来
より太陽電池に用いられている半導体が適用される。

また本発明の基板（４）を用いて製造した太陽電池の受
光面（７１上にさらに酸化ジルコニウム膜などの反射防
止膜や種々の保護膜が形成されてもよい。

つぎに本発明を実施例にもとづいてさらに詳細に説明す
るが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものでは
ない。

基体として５ＬＩＳ（ｓｔｅｅｌ　ｕｓｅ　５ｔａｉｎ
ｌｅｓｓ）を用い、その上にシリコン化合物薄膜をＳｊ
　Ｈａ、ＣＨａ　、Ｈａの混合ガスをグロー放電分解し
て形成した。グロー放電分解装置として第３図に概念的
に示す装置を用いた。同装置内では基＃１（１２）を図
の上側の電極（１１）上に設けた。電界を両電極間に上
下方向に印加し、約２００ガウスの磁界Ｂを電界に垂直
な方向に、すなわち基板（１２）と平行な方向に印加し
た。ガス導入口（１６）を通じて導入したガスの組成は
５ＬＨ４ガス１０ＳＣＣＨ，ＣＨａガスｉｏｓｃＣＡｌ
、　Ｈ２ガス　１００ＳＣＣＨであった。ＲＦパワーは
ＲＦ電１（１４）よりマツチングボックス（１３）を通
じて提供された。ＤＣ電圧はＯＣ電１１ｉ　（１５）よ
りマツチングボックス（１３）を通じて印加された。Ｒ
「パワー：２００Ｗ、　ＤＣ電圧：　−２００Ｖ　、　
ＤＣ電流：　　３００ｍＡの条件でＤＣ放電とＲＦｔＩ
ｉ電との混在したグローｔｌｌ電下に約１時間、シリコ
ン化合物薄膜を厚さ５如にわたり堆積させた。このよう
にして形成された薄膜の加速電圧２０ｋＶでのＳＥＨ（
ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ）像の写真を第４Ａ図および第４Ｂ図に示す。これ
らの図から、えられたシリコン化合物（Ｓｉ　　　Ｃ）
１は、その表面に０．６　０．４ 主として球状の粒子を有し、粒子の直径は約２証である
ことがわかる。球状の突起は結晶質であり、それ以外の
突起は非晶質であった。なお、粒子の直径は堆積条件に
より変化させることができる。シリコン化合物膜上に厚
さ１０００人の〜薄膜電極（３）を堆積させた。その上
に保護のための５ｎ０２を２００人の厚さにコートした
。以上のようにして作成した基板上に、グロー放電分解
法またはスパッタ蒸着法により、非晶質シリコン系光起
電力素子層（５）を形成し、さらに光透過性電極（６）
を蒸着形成し、太陽電池を製造した。

［発明の効果］ 以上のようにして作製される太陽電池においては、受光
面（７１から入射した光および一旦光起電力素子層に入
射したのち反射した光が基板（４）の薄膜電極（３）の
表面で乱反射する結果、光起電力素子層（５）の活性領
域に取込まれる光示が増加し、太陽電池の変換効率が改
善され性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽電池用基板の一実施態様を例示す
る概念図である。第２図は本発明の基板を用いた太陽電
池の一実施態様を例示する概念図である。第３図は本発
明の基板の製作に用いたグロー放電分解装置の概念図で
ある。第４Ａ図および第４Ｂ図はえられたシリコン化合
物の薄膜のＳＥＮ　＆を示す写真である。 （図面の主要符号） （１）：基体 （２）：シリコン化合物の？４税 （３）：薄ｌｉ！電極 （４）二太陽電池用基板 （５）：光起電力素子層 （６）：光透過性電極層 才１図 一一一」 ＣＩｆ”、を酒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属箔または絶縁体の板を基体となし、該基体上に
   シリコン化合物の薄膜を設け、該シリコン化合物の薄膜
   の表面に非晶質半導体とオーミック接触する薄膜電極と
   を設けてなる太陽電池用基板において、前記シリコン化
   合物の薄膜が、前記薄膜電極と接する表面に直径０．１
   〜１０μｍ、高さ０．１〜１０μｍの球状またはこぶ状
   の突起を多数有するように形成されたことを特徴とする
   太陽電池用基板。 ２、前記シリコン化合物の薄膜の室温での電気伝導度が
   光照射時においても１０＾−＾７（Ω・ｃｍ）＾−＾１
   以下である特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板
   。 ３、前記シリコン化合物の薄膜の厚さが０．５〜１００
   μｍである特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板
   。 ４、前記シリコン化合物の薄膜が多結晶シリコン化合物
   よりなる膜、または非晶質中に微結晶が共存するシリコ
   ン化合物よりなる膜である特許請求の範囲第１項記載の
   太陽電池用基板。 ５、前記シリコン化合物の薄膜が、非晶質シリコン化合
   物中に粒径０．１〜１０μｍの結晶粒子を多数含む特許
   請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ６、前記薄膜電極がＡｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐ
   ｔ、Ａｕまたはそれらのシリサイドよりなる薄膜である
   特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ７、前記薄膜電極の厚さが３００〜１０，０００Åであ
   る特許請求の範囲第１項記載の太陽電池用基板。 ８、前記薄膜電極がＡｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐ
   ｔまたはＡｕの薄膜上に酸化物、フッ化物もしくは他の
   金属をごく薄く形成せしめたものである特許請求の範囲
   第１項記載の太陽電池用基板。 ９、金属箔または絶縁体の板よりなる基体上に、表面に
   直径０．１〜１０μｍ、高さ０．１〜１０μｍの球状ま
   たはこぶ状の突起を多数有するシリコン化合物の薄膜を
   、ＤＣ放電型、ＲＦ放電型もしくは両者混有型のグロー
   放電分解法にて基体上に平行に磁界を印加しながら堆積
   させることによって形成し、その上に非晶質半導体とオ
   ーミック接触する薄膜電極を設けることよりなる太陽電
   池用基板の製造方法。 １０、前記グロー放電分解が、水素ガスで原料ガス中の
   シラン類を４０容積％以下に希釈したガス雰囲気中で行
   なわれる特許請求の範囲第９項記載の太陽電池用基板の
   製造方法。