JPS6289369A - 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 本発明は、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 従来、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ている。

非晶質シリコンの場合、３００℃程度捷での比較的低温
のプラズマＣＶＤ装置等によシ基板上に通常１　ｐｍ程
度の薄膜を形成すればよく、省資源、省エネルギーとな
り、低コスト化の２べ一７゛ 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に出力が大
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。上述した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０．６〜０．８ｖと低いため、民生
機器などに用いるためには、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ガラス基板上に
、非晶質シリコン層を堆積させ、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
弱くて破損しやすく、可撓性に乏しいなどで、可搬型、
薄型の機器に用いる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裏面にポリイ
ミド樹脂などの耐熱性の樹脂絶縁材料を塗３ベーヅ 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などで基板と
して高価になる等の問題があった。別の案として、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ＡＡｈＯｘ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がある（特
開昭５４−１１６３４７号公報）。第３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た斜視図である。図中２１は、厚
さ０．３〜０．５闘の純アルミニウム板２１１Ｌ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、２〜１Ｑμ耐の厚さの酸化膜す々わちア
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ｎ　−ｉ　−ｐ層から成る厚さ約０．５μｍ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、捷だ負極端子部２４ａ、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・ソシベーション塗
膜（図示せず）を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は可能
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 しかし、上記第３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６ベー７ 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２００〜３００℃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０．３朋以下の基板では、工程中で変形し
たり、使用時の僅かな外力が変形し、絶縁層２１ｂを形
成するＡＡｈＯ３（アルマイト）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０．５ｍｍ以上の基板では比較的変形しにくくは
なるが、可撓性が乏しくなってしまい特徴が減少してし
まう問題があった。本発明はこのような問題点を解決す
るために、合金鋼板に溶融アルミニウムメッキによりア
ルミニウム層を設けてなる複合基板を使用することを目
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方式の問題点６ページ を解決するために、例えばバネ用の鋼板、ステンレス鋼
板などの耐熱性及び弾性力などの機械的強度のすぐれた
合金鋼板に、溶融アルミニウム層・・ツキによりアルミ
ニウム層を設け、このアルミニウムの表面を陽極酸化法
によって酸化して絶縁層を形成し表面が電気的に絶縁さ
れた複合基板上に、メタルマスク等を用いて複数の非晶
質シリコン光起電力素子を構成したものである。

作用 耐熱性及び弾性力などの機械的強度が、アルミ−ニウム
よりすぐれたバネ用の鋼板、ステンレス鋼板などの合金
鋼板に溶融アルミメッキによりアルミニウム層を設け、
その表面を陽極酸化により絶縁層を形成してなる複合基
板を用いた場合、前記したように非晶質シリコン堆積時
などの工程中で２００〜３ｏｏ℃に加熱され、アルミニ
ウム層が軟化しても合金鋼板は軟化せず、弾性力などの
機械的強度を維持し、容易に変形することなくフレキシ
ブルで耐衝撃性に富んだ光起電力装置が得られる。

７ベーノ 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、アルミニウムよ
りも耐熱性及び弾性力など機械的強度のすぐれた合金鋼
板１乙の上面に溶融アルミニウムメッキによりアルミニ
ウム層１　ｂ　、　１　ｂ’を設け、このアルミニウム
層の表面を陽極酸化法によって酸化させ、アルマイトか
ら々る絶縁層１　ａ　、　１　ａ’を設けたものである
。次に、この複合基板の製法の一例を述べる。合金鋼板
１ａとして厚さ０．１πｍのバネ鋼板（ＪＩＳ記号ＳＵ
Ｐ　）又は５ＵＳ３０４゜５ＵＳ３０１などのステンレ
ス鋼板の帯材を、脱脂−酸洗い等によって表面を清浄化
した後、ＫＣｌ−ＮａＣ１等の塩化物とＮａ３ＡｌＦ６
などのフ・・ノ化物からなる混合フラックス（溶融点５
５０〜６００°Ｃ）を浮遊させた　７００〜８００℃の
アルミニウム溶融メッキ浴槽に前記の鋼板帯材を浸漬し
てアルメッキの際の酸化防止も兼ねたフラ・ソクスがア
ルミニウム層の表面に残存しているので、直ちにδ係程
度の硝酸溶液の温浴で溶解除去し、水洗乾燥を行なって
清浄化する。このようにして得たアルミニウム層は、表
面が微ないしは粗粒面になりやすく、又ピンホールを生
じることがあり、基板材料として不十分のため、金属薄
板の仕切加工に用いるスキンバスロールを用いて、アル
ミニウム層を１〜２μｍ　（１０％以内）の調質圧延を
行ない、アルミニウム層表面の凹凸を押え、ピンホール
を埋めて滑面化し、表面粗さがＲｍａｘ＝ｏ、２μｍ以
下になるように仕上げる。

次いで、前記アルミニウム層１　ｂ　、　１　ｂ’の表
面をシュウ酸又は硫酸を主体とする化成浴中で、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、
２〜６μｍ厚さのＡｌ２２０３アルマイトを主体とする
酸化膜からなる絶縁層Ｉ　Ｃ、１０’を形成し、第１図
に示した複合基板１を得る。この複合基板１の片方の絶
縁層１Ｃの上面に、クロム又はチタンをメタルマスクを
用いて蒸着し、４個の９ベー／ 独立した所定パターンの厚さ２０００人のメタル電極２
を設ける。次いで、プラズマＣＶＤ装置に入れて複合基
板１を２５０℃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５００ＡＬｉ層（約４０００人）、ｐ層（約１００人
）からなる非晶質シリコン層３を順次堆積する。次いで
、メタル電極に対応する所定形状のパターンのメタルマ
スクを用いて、複合基板１全体を２６０　”Ｃに加熱し
ながら、酸化インジウム：酸化スズが０．９５：０．０
５重量比の酸化物を真空蒸着し、４分割された厚さ７０
０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、分割された各透明
電極からの延長部は第３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。さらに、透明電極４の上面（矢印Ｐ
方向）から透明エポキシ樹脂を２０μｍ厚さで、スクリ
ーン印刷法により、１０ベージ 品質シリコン光起電力素子が直列に接続された太陽電池
としての光起電力装置を得る。第２図に示すものは本発
明の別の実施例であり、０．１ｍ厚さのステンレス鋼板
１１１Ｌの片面に、３０１ｔｍのアルミニウム層１１ｂ
をメッキし、表面を調質した後、陽極酸化法により酸化
して５μｍ厚さの絶縁層１１０を形成した複合基板１１
を用いた例である。この複合基板の場合、鋼板１１ａを
２枚重ねにして片方の面にアルミニウムメッキ及び、陽
極酸化を行なえば生産性を２倍近くにすることが可能で
ある。

本発明において、複合基板１を形成する合金鋼板１ａと
して、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕ等の元素を所
定量添加した鋼材、ことにバネ用鋼種ＪＩＳ記号ＳＵＰ
などやステンレス鋼とくに、５ＵＳ３０１．５ＵＳ３０
４などのバネ用とし作られたものなどの適当な硬さと抗
張力を有し、バネ弾性があり、２００〜３００℃の加熱
で軟化しない材料を用いる。また材料の表面仕上げ状態
は市販品の程度で問題は無い。バネ用鋼種の場合、アル
ミニウムメッキ後に、非酸化雰囲気で熱処理１１ベー／ （焼き入れ）すれば、さらに本発明の効果が得られる。

溶融メッキによりアルミニウム層１ｂを設けるに際し、
その厚さは１０〜５ｏμｍとし、合金鋼板１ａの厚さの
１０〜４０％（両面メッキの場合でも合金鋼板の厚さの
５０％以下とする）とするのが望ましい。

また、溶融アルミニウム浴の組成として、純アルミニウ
ムにＳｉを３重量係以内で添加すると鋼材とアルミニウ
ムとの接合面に生ずるＦθ−Ａ４合金層の発達を押え、
鋼板の機械的強度の低下を防止できる。

以上の実施例では、電卓その他の薄型小型の民生機器用
のものを示したが、複数の素子を同一基板上に並べる太
陽電池、各種光電デバイスに適用でき、薄型で可撓性を
要求する機器用１曲面への取付は等に好適な光起電力装
置を作ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、アルミニウムよりも耐板に溶融
アルミニウムメッキにより、アルミニウム層を設け、ア
ルミニウム層の表面を陽極酸化法により処理して絶縁層
化した複合基板を用いることにより、薄型の機器、可撓
性を要求する機器など、フレキシブルで機械強度を要求
する用途に、安定した特性を発揮する光起電力装置を提
供することができる。またスキンバスロール等で表面粗
さを所望値以下に容易にできるアルミニウム面が上面に
存在するため合金鋼板の表面を特別に研摩を行なわなく
てもよく、かつポリイミドなど高価な絶縁材料を用いな
くてもよいので、低コストにできると共に、工程中でガ
ス発生が無く、さらに、アルミニウム層が存在するため
熱伝導性が良いので、複合基板を加熱して非晶質シリコ
ン層などを形成する場合にも速やかに基板全面が均一温
度に々るため、太き々面積の基板から複数の光起電力装
置を作る場合にも特性が均一で安定したものが容易にで
きる。寸だ複合基板の強度が強いので工１３べ一／゛ 揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光起電力装置を示す斜視図
、第２図は別の実施例の斜視図、第３図は従来例のアル
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
。 １．１１・・・・・・複合基板、１ａ、１１ｔＬ・・曲
合金鋼板、１ｂ、１ｂ’＋　１１ｂ・・・・・・アルミ
ニウム層、１０、ＩＣ，１１０・・曲陽極酸化によって
形成された絶縁層、２・・・・・・メタル電極、３・・
・・・・非晶質シリコン層、４・・・・・透明電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合金鋼板に、溶融アルミニウムメッキによりアルミニウ
   ム層を設け、このアルミニウム層の表面に陽極酸化法に
   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。