JPS6249673A - 光起電力装置 - 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 本発明け、非晶質シリコンを用いた太陽電池などの光起
電力装置の複合基板に関するものである。

従来の技術 最近、非晶質シリコン光起電力素子を用いた太陽電池あ
るいは光センサなどの光起電力装置が注目されれている
。それは非晶質シリコンの場合、基板上に通常１μｍ程
度の薄膜を低温のプラズマｃｖｎ装置等により形成すれ
ばよく、省資源、省エネルギーとなり、低コスト化の可
能性が大きいためである。また螢光灯などの低照度の室
内光下で比較的出力が大きいと云う特長があり、電卓な
どの民生機器の電源、あるいは光センサとして種々の用
途に向けて開発が進められている。上記非晶質シリコン
光起電力素子は単素子当りの出力電圧が０．６〜０．８
ｖと低いため、民生機器などに用いるには、複数個の素
子を直列接続する必要がある。そのため、絶縁材である
ガラス板に複数のパターニングされた透明電極を設けた
基板上に、非晶質シリコンを堆積させ、その上面に裏面
電極としてパターニングされた金属電極を配設して、同
一基板上で複数の素子が直列接続されるようにした通常
「集積型」と呼ばれる光起電力装置が、従来から電卓用
などに作られてきた。しかし、ガラス基板式のものは、
衝撃に弱くて破損しゃすく、可撓性にも乏しいことなど
から、可搬型、薄形の機器には不十分な点があった。そ
の改良案として、光沢研摩したステンレス鋼板の表面に
ポリイミド樹脂などの耐熱性の樹脂絶縁材料を塗着した
基板が考えられた。これはフレキシブルで、耐衝撃性に
すぐれるが、非晶質シリコン堆積時などの加熱により、
ガス発生が生じやすく性能低下の原因となったり、ステ
ンレス鋼の研摩加工に手間がかかるどで基板として高価
に、なる等の問題があった。

さらに別の案として、特開昭５９−１５２６７５号公報
に示されたように加工性のすぐれたアルミニウムの薄板
を用い、その表面を陽極酸化法などで酸化処理しム１２
０３を主体とする絶縁層を形成し、ガラス基板の代りに
用いるものもある。第４図は、その−例を示すもので、
同一基板上に４セルの非晶質シリコン光起電力素子を直
列接続されるように配設した光起電力装置を、厚さ方向
に拡大して示した斜視図である。図中２１は、厚さ０．
３〜０．５　ＩＩＩの純アルミニウム板２１＋Ｌの上面
を硫酸あるいはシュウ酸溶液中で、陽極酸化処理を行な
うことにより、２〜１０μｍの厚さの酸化膜、すなわち
アルマイト化した絶縁層２１ｂを設けたアルミニウム基
板である。前記絶縁層２１ｂの上面に、チタン、クロム
、ニッケル又はその合金などのメタル電極２２をマスク
を用いて所定の形状に４分割して真空蒸着などによって
形成する。次いで、その上面にシラン等のプラズマ分解
によってｐ−１−ｎ層から成る厚さ約０・６μｍの非晶
質シリコン層２３を堆積する。その上面に、マスクを用
いるか又はホトエツチング法によりメタル電極２２に対
応した形状にＩＴＯ膜などの透明電極２４を真空蒸着法
で形成する。この際、各透明電極の延長部２４０は隣り
のメタル電極２２と接続するように、また負極端子部２
４２Ｌ、正極端子部２４ｂを形成するように透明電極を
蒸着する。さらに上面（矢印Ｐ）から、透明エポキシ樹
脂等のパッジベージロン塗膜（図示せず）と設けて電卓
用等屋内民生用の光起電力装置を完成する。この光起電
力装置は、落下衝撃に耐え、比較的に軽量で、若干の円
弧状面に沿って取付けが可能であり、基板コストも比較
的安価であるなどの特徴を有する。

発明が解決しようとする問題点 上記第４図に示した従来の光起電力装置のアルミニウム
基板２１の場合、加工性は良好であるが、機械的強度が
低く、弾性力に乏しい。この基板にプラズマＣＶＤ装置
を用いて非晶質シリコン層２３を堆積したり、透明電極
２４を蒸着する際に、基板は２００〜３ｏｏ℃に加熱さ
れることによって焼鈍効果が生じて軟化し、さらに強度
低下してしまう。その結果、厚さが０・３ｕ以下の基板
では、工程中で変形したり、使用時の僅かな外力で変形
し、絶縁層２１ｂを形成するアルミナが硬質であるため
亀裂を生じて、絶縁性が低下し、一部の素子が短絡した
りする問題があった。

厚さが０．５　ｆ１以上の基板では比較的変形しにくく
はなるが、可撓性に乏しくなってしまいアルミニウム基
板を用いる特徴が減少してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点を、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金板に、これらよりも耐熱性及び弾性率が高い
金属板を圧着した複合基板を使用するにより解決するこ
とを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記アルミニウム基板の問題点を解決するた
めに、アルミニウム又はアルミニウム合金板に、これら
よりも耐熱性及び弾性率が高い金属、例えばステンレス
鋼板を圧着し、このアルミニウム又はアルミニウム合金
の表面を陽極酸化法などの酸化処理によって絶縁層化し
て、表面が電気的に絶縁された複合基板上に複数の非晶
質シリコン光起電力素子を形成したものである。

作用 このようにアルミニウム又はアルミニウム合金よりも高
い耐熱性及び弾性率を有するステンレス鋼などの金属板
を、加工性のよいアルミニウム又はアルミニウム合金と
圧着し、その表面に酸化によって絶縁層を形成した基板
では、前記したように、工程中で２００〜３００　’Ｃ
に加熱され、アルミニウム又はアルミニウム合金層が軟
化しても、これに圧着したステンレス鋼等の金属板は軟
化せず、全体として弾性力などの機械的強度を維持する
ことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図において、１は複合基板であり、５ＵＳ３０４バ
ネ用鋼板などのようにアルミニウム又はアルミニウム合
金板より、耐熱性１機械的強度のある弾性を有する金属
板１ａの上面にアルミニウムの薄板１ｂを圧着し、陽極
酸化法によってアルミニウム薄板の表面を酸化させて絶
縁層１ｃを設けたものである。その製法の一例を次に述
べる。

第２図は圧延ロールによって、弾性を有する金属板とア
ルミニウム板とを同時に圧延し圧着す、る方法（通称ロ
ール圧着クラッド法と呼ばれる）を示し、３１ａ−３１
ｂ、３２ａ　・３２ｂ、３３ａ−３３ｂの３対の圧延ロ
ールにより、順次圧延度を犬にして２枚の金属板を一体
化するものである。

図において、１＆は弾性を有する金属板として厚さ０．
１ｆｆ（７）ＳＵＳ３０４．５ＵＳ４３０などノステン
レス鋼板で６５．１ｂは厚さ０．１ｊｆｆのアルミニウ
ム板（純度９９．９９％）で、この２枚を重ねて３対の
ロールにより順次圧延度を増加し、最終厚さを０．１２
５ＭＮに調整し一体化しクラツド板とした。このとき、
ステンレス鋼部１ａの厚さは０−０８１１１１、アルミ
ニウム板部１ｂのそれは０．０４５麿となった。このク
ラツド板のアルミニウム部１ｂの表面を、シュウ酸溶液
中で電気化学的に陽極として通電する陽極酸化法によっ
て処理し、２〜５μｍ厚さの酸化アルミニウム（アルマ
イト）から成る絶縁層１Ｃを設け（図示せず）、第１図
の複合基板１を得る。この複合基板１の絶縁層１Ｃの上
面に、チタン又はクロムを、メタルマスクを用いて蒸着
し、４個の独立した所定パターンの厚さ２０ｏＯムのメ
タル電極２を設ける。次いで、プラズマＣＶＤ装置に入
れ、複合基板１を２５０″Ｃに加熱し、シラン及びドー
ピングガスを所定量流してグロー放電によりプラズマ分
解し、ｎ層（約５ｏｏＸ）、ｉ層１１４０００Ａ）、ｐ
層（約１ｏｏＸ）から成る非晶質シリコン層３を堆積す
る。次に、メタル電極に対応する所定形状のパターンに
なるよう、メタルマスクを用いて複合基板１全体を約２
６０°Ｃに加熱しながら、酸化インジウム：酸化スズが
９５：６の重量比の酸化物を、真空蒸着機により真空蒸
着し、４分割された厚さ７００人の透明電極４、負極端
子部４ａ、正極端子部４ｂを形成する。この際、各分割
された透明電極からの延長部は第４図に示した従来例の
場合と同様に隣りの素子のメタル電極上に蒸着され、各
素子間が直列に接続される。透明電極４の上面から、透
明エポキシ樹脂を２０μｍ厚さで、スクリーン印刷法で
端子部４２Ｌ　、４ｂを除いて塗着し熱硬化させ、４個
の非晶質シリコ／光起電力素子が直列接続された太陽電
池光起電力装置が完成する。

本発明の利点を確実なものとするには、複合基板１の構
成条件がポイントであり、基板全体の弾性度、機械強度
を得るためには、第１図１ａの耐熱性に優れ弾性を有す
る金属板として、ステンレス鋼、特にバネ用材、あるい
はバネ鋼材、ニッケル鋼材など弾性率の強い、機械強度
の大なる鋼材から選択すること。及び、圧着した後の弾
性を有する金属部１ａとアルミニウム部１ｂの厚さ比率
に注意することであり、アルミニウム部の厚さ比率は、
６０％以下、好ましくは１５〜４０％とするのが適切で
ある。この比率にすることによって、弾性度の大きい復
元性のある光起電力装置を得ることができる。またコス
ト面でも、アルミニウム単独基板とほぼ同程度の低コス
トな基板価格になり、ステンレス鋼板にポリイミド等の
耐熱樹脂を塗着した基板と同等のフレキシブルな、強度
のあるものとすることができる。

次に本発明の第２の実施例を第３図によって説明する。

図において、１１は複合基板で、５ＵＳ３０１バネ用ス
テンレス鋼板１１ａ１の上下面にアルミニウム板１１ｂ
、１１ｃを圧着し、アルミニウムの表面を陽極酸化法に
より２μｍ厚さの絶縁層（アルマイト層）１１ｄを設け
たものである。

この場合、絶縁層１１ｄは上側のアルミニウム上面側だ
けとしてもよい。圧着後の厚さを０．１６１１ＩＩＩＩ
とした場合、ステンレス鋼部１１ａは、約０．９Ｍ１ｇ
。

上下のアルミニウム部は各々約０．３　ｚｔｘ　（アル
ミニウムの厚さ比率は２０％＋２０％−４０％）である
。

尚、実施例において、アルミニウムの表面を酸化する方
法として陽極酸化法を用いたが、他の酸化剤を用いる方
法、あるいけ水蒸気処理を併用してもよい。また、複合
基板の圧着法として爆着法を用いてもよい。

発明の効果 以上述べたように本発明は、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金と、これらよりも機械的強度が大きく弾性を有
する金属板とを適切比率で圧着したもののアルミニウム
面を酸化処理して絶縁層化した複合基板を用いることＫ
より、小型民生用、特にポケッタブルな薄型機器などフ
レキシブル性で、機械強度を要求する機器に適した光起
電力装置を提供することができる。また、ステンレス鋼
に、ポリイミドなどの耐熱性樹脂を塗着した基板と比べ
て、低コストで、工程中でガス発生が無く、安定した電
池特性を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における光起電力装置を示
す斜視図、第２図は同党起電力装置の複合基板を製作す
る圧着工程を示す図、第３図は別の実施例を示す斜視図
、第４図は従来のアルミニウム基板を用いた光起電力装
置を示す斜視図である。 １・・・・・・複合基板、１＆、１１２Ｌ・・・・・・
弾性を有する金属部（ステンレス鋼）、１　ｂ　、　１
　ｌｂ、１１０・・・・・・アルミニウム部、１０．１
１（１・・・・・・酸化処理によって形成された絶縁層
（アルマイト層）、２・・・・・・メタル電極、３・・
・・・・非晶質シリコン層、４・・・・・・透明電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 九 １２　　図 第３図 先 第４図光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム又はアルミニウム合金板に、これらよりも
   耐熱性及び弾性率が高い金属板を圧着し、前記アルミニ
   ウム又はアルミニウム合金板の表面を酸化処理によって
   絶縁層を形成した複合基板上に、複数の非晶質シリコン
   光起電力素子を構成したことを特徴とする光起電力装置
   。