JP2006228867A - カルコパイライト型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い変換効率を有すると共に優れたフレキシブル性を有する太陽電池を実現する。
【解決手段】基板１としてマイカ基板又は集成マイカ基板を用いる。マイカ及び集成マイカは、高い絶縁性及び耐熱温度を有しているから、気相セレン化処理において最適な処理温度でセレン化することができ、高い変換効率を得ることができる。しかも、優れたフレキシブル性能を有しているから量産性にも対応することができる。一方、マイカ及び集成マイカの表面は、大きな表面粗度を有するため、そのままカルコパイライト系の光吸収層６を形成したのでは、リークを誘発し高い変換効率を得ることができない。そこで、本発明では、マイカ基板１とモリブデン電極５との間にセラミック系材料の中間層２及びバインダ層４を介在させる。これら中間層２及びバインダ層４を設けることにより、表面被覆性能が向上し、高い変換効率の太陽電池を実現することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、カルコパイライト化合物の光吸収層を有する太陽電池、特に高い柔軟性を有し量産性に適すると共に高い変換効率を有する太陽電池及びその製造方法に関する。

光を受光し電気エネルギーに変換する太陽電池は、半導体の厚さによりバルク系と薄膜系とに分類されている。このうち薄膜系の太陽電池は、半導体層が数１０μｍ〜数μｍ以下の厚さを持つ太陽電池であり、Ｓｉ薄膜系と化合物薄膜系に分類されている。化合物薄膜系には、II−ＶＩ 族化合物、カルコパイライト系等の太陽電池があり、これまでいくつかのもの製品化されてきた。この中で、カルコパイライト系の太陽電池は、使用されている物質から、別名ＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ）系薄膜太陽電池、もしくは、ＣＩＧＳ太陽電池又はＩ−III−ＶＩ族系と称されている。

カルコパイライト系の太陽電池は、カルコパイライト化合物を光吸収層として形成された太陽電池であり、高効率、光劣化（経年変化）がない、耐放射線特性に優れ、光吸収波長領域が広く、光吸収係数が高い等の特徴を有し、現在量産に向けた研究が行われている。

一般的なカルコパイライト型太陽電池の断面構造を図１に示す。図１に示すように、カルコパイライト型太陽電池は、ガラス基板上に形成された下部電極薄膜と、銅・インジウム・ガリウム・セレンを含む光吸収層薄膜と、光吸収層薄膜の上側に形成されたバッファ層薄膜と、上部電極薄膜とから構成されている。このカルコパイライト系太陽電池に太陽光等の光が照射されると、電子（−）と正孔（＋）の対が発生し、電子（−）と正孔（＋）はｐ型半導体とｎ型半導体との接合面で、電子（−）がＮ型半導体へ正孔（＋）がｐ型半導体に集まり、その結果、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に起電力が発生する。この状態で電極に導線を接続することにより、電流を外部に取り出すことができる。

図２及び図３に、カルコパイライト型太陽電池を製造する工程を示す。初めに、ソーダライムガラス等のガラス基板に下部電極となるＭｏ（モリブデン）電極をスパッタリングによって成膜する。次に図３（ａ）に示すように、Ｍｏ電極をレーザー照射等によって分割する（第１のスクライブ）。第１のスクライブの後、削り屑を水等で洗浄し、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）をスパッタリング等で付着させ、プリカーサを形成する。このプリカーサを炉に投入し、Ｈ_２Ｓｅガスの雰囲気中でアニールすることにより、光吸収層薄膜が形成される。このアニール工程は、通常気相セレン化もしくは単にセレン化と称されている。

次に、ＣｄＳ、ＺｎＯやＩｎＳ等のｎ型バッファ層を光吸収層上に積層する。バッファ層は、一般的なプロセスとしては、スパッタリングやＣＢＤ（ケミカル・バス・デポジション）等の方法によって形成される。次に図３（ｂ）に示すように、レーザー照射や金属針等によりバッファ層及びプリカーサを分割する（第２のスクライブ）。

その後図３（ｃ）に示すように、上部電極となるＺｎＯＡｌ等の透明電極（ＴＣＯ）をスパッタリング等で形成する。最後に図３（ｄ）に示すように、レーザー照射や金属針等によりＴＣＯ、バッファ層及びプリカーサを分割する（第３のスクライブ）ことにより、ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池が完成する。

ここで得られる太陽電池はセルと称せられるものであるが、実際に使用する際には、複数のセルをパッケージングし、モジュール（パネル）として加工する。セルは、各スクライブ工程により、複数の直列段を形成する太陽電池に分割されており、この直列段数を変更することにより、セルの電圧を任意に設計変更することが可能となる。

このような従来のカルコパイライト型太陽電池は、その基板材料としてガラス基板が用いられてきた。この理由は、ガラス基板が絶縁性であること、入手が容易であること、価格が比較的安価であること、Ｍｏ電極層（下部電極薄膜）との密着性が高いこと、及び表面が平滑であることに基づいている。さらに、ガラス中に含まれているナトリウム成分が、光吸収層（ｐ層）に拡散することにより、エネルギー変換効率が高くなることも挙げられる。その反面、ガラスは融点が低く、セレン化工程でアニール温度を高く設定できないため、結果的にエネルギー変換効率が低く抑えられてしまうこと、基板が厚く質量がかさむため製造設備が大がかりになり、製造後の取り扱いも不便であること、ほとんど変形しないためロール・トウ・ロールプロセス等の大量生産工程が適用できないこと等の欠点があった。

これらの課題を解決するために、高分子フィルム基板を用いたカルコパイライト系太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ステンレス基板の上側及び下側表面に酸化シリコン又はフッカ鉄の層を形成した基体を用い、その上にカルコパイライト型太陽電池構造体を形成する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、カルコパイライト系基板材料として、ガラス、アルミナ、マイカ、ポリイミド、モリブデン、タングステン、ニッケル、グラファイト、ステンレススチールを列挙した技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平５−２５９４９４号公報 特開２００１−３３９０８１号公報 特開２０００−５８８９３号公報

従来のカルコパイライト型太陽電池の基板材料としてガラス以外の素材を用いているもののうち、特許文献１に記載の高分子フィルムを用いているものについては、特性上例えばポリイミドの場合、２６０°Ｃ以上の高温で処理することができなかった。従って、気相セレン化のような５００°Ｃを超える高温プロセスを用いることができず、結果として、変換効率の高い電池を製造することができなかった。

また、特許文献２に記載のステンレス基板の上下に酸化シリコン又はフッカ鉄の層（保護層）を形成する技術では、気相セレン化工程で、Ｈ_２Ｓｅガスの攻撃性からステンレス基板を保護するのに十分ではなく、腐食したステンレス基板からＭｏ電極層（裏面電極薄膜）が剥離する等の不具合があった。また、保護層が剥がれてしまい、導電性のステンレス基板が露出してしまうため、金属針によるスクライブ工程を導入することができなかった。

さらに、特許文献３に記載の技術では、様々な基板材料が提示されているが、その実施の形態に完結した実施例として記載されている技術は全てガラス基板を用いたものであり、提示された基板材料の各々について当業者が実施できる程度に詳細に開示されていない。例えば、各実施例中では、基板を３８５°Ｃから４９５°Ｃの間でアニールしているが、これはソーダ石灰ガラスに合わせたものであり、他に列挙されている基板材料を用いて同一のプロセスで作成できるか否か不明である。

このように、従来の技術では、絶縁性の高さ、入手が容易にできること、価格が比較的安価であること、Ｍｏ電極層（下部電極薄膜）との密着性が良好であること、表面が平滑であること、融点が６００°Ｃ以上であること、薄く軽量であること、フレキシブル性に富むことの要件を満たす基板材料が用いられていないのが実情である。

本発明の目的は、上述した基板材料に課せられる要件を満たし、高い変換効率が得られる太陽電池を実現することにある。
さらに、本発明の目的は、優れたフレキシブル性を有し、ロール・トウ・ロルプロセスの大量生産工程に適合すると共に高い変換効率が得られる太陽電池を実現することにある。

本発明による太陽電池は、マイカ又はマイカを含む材料の基板と、
前記基板上に基板表面を平滑化又は平坦化するために形成された中間層と、
前記中間層上に形成したバインダ層と、
前記バインダ層上に形成した金属下部電極層と、
前記金属下部電極層上に形成され、カルコパイライト系材料で構成されるｐ型の光吸収層と、
前記光吸収層上に形成されたｎ型のバッファ層と、
前記バッファ層上に形成したｎ型の透明電極層とを備える。

本発明では、基板として、マイカ又はマイカを主成分とする材料の基板を用いる。マイカは、１０^１２〜１０^１６ Ωの高い絶縁性を有すると共に、耐熱温度が８００〜１０００°Ｃと高く、しかも、酸やアルカリ及びＨ_２Ｓｅガスに対する耐性も高い特性を有している。従って、最適な温度で気相セレン化処理を行うことができるので、高い変換効率を得ることができる。すなわち、ＣＩＧＳ太陽電池の製造工程において、ソーダライムガラス基板で使用される５００°Ｃ程度の比較的低い処理温度でセレン化処理を行ったのでは、Ｇａが光吸収層の下部電極薄膜側に未結晶の状態で偏析するためバンドギャップが小さく、電流密度が低下してしまう。これに対して、６００°Ｃ以上７００°Ｃ以下の温度で気相セレン化の熱処理を行うと、光吸収層中にＧａが均一に拡散し、しかも未結晶の状態が解消されるためバンドギャップが拡大し、結果的に開放電圧（Ｖｏｃ）が向上する。従って、基板材料としてマイカ又はマイカを主体とする材料を用いることにより、高い変換効率の太陽電池を実現することができる。さらに、マイカ及び集成マイカは、高いフレキシブル性を有しているから、ロール・トウ・ロールの製造工程で生産できるため、量産性の要求に対しても適合することができる。

しかしながら、マイカ又はマイカを主体とする材料である集成マイカ基板の表面は平滑ではなく、数１０μｍの範囲において５〜６μｍの最大表面粗度が存在することが判明した。このような大きな表面粗度を有する基板を用いたのでは、表面被覆性が不完全なものとなり、リークを誘発し、太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）が低下する傾向があり、十分な変換効率が得られない不具合が生じてしまう。この課題を解決するため、本発明では、マイカ又は集成マイカ基板と金属電極との間に、基板表面を平坦化又は平滑化するための厚膜の中間層を形成する。この中間層を形成することにより、基板上に形成される太陽電池を構成する各種の層間の整合性を確保することができ、変換効率が低下する不具合を解消することができる。形成される中間層の厚さは、マイカ或いは集成マイカの表面を平坦化する観点より２μｍ以上であることが望ましく、基板のフレキシブル性を確保する観点より２０μｍ以下に設定することが望ましい。一方、厚膜の中間層を形成する場合、スパッタリング等の真空処理により酸化膜や窒化膜を形成したのでは、膜形成に長時間かかるだけでなく、太陽電池を曲げたり湾曲させた場合酸化膜や窒化膜に割れが発生するだけでなく、フレキシブル性も低下する不具合が生じてしまう。そこで、本発明では、厚膜の中間層は、例えば刷毛による塗布、スプレー塗布、シルク印刷、スピンコーティング等の非真空処理により形成する。これらの非真空処理による膜形成技術を利用することにより、所望の厚さの中間層を容易に形成することができる。

さらに、本発明では、マイカ又は集成マイカの基板上に形成した中間層とその上側に形成されるモリブデン電極との間に、ナイトライド系化合物のバインダ層を設ける。ＴｉＮ及びＴａＮ等の窒化物のバインダ層は、不純物の拡散を抑制するバリヤ効果を有すると共にモリブデン等との間において高い密着性を有するので、基板及び中間層に含まれる不純物ないし組成物がカルコパイライト系材料の光吸収層に拡散するのが防止されると共に中間層と金属電極層との間に高い密着性を確保することができる。

本発明による太陽電池の好適実施例は、基板を、マイカの粉体と樹脂とが混合され、圧延工程及び焼成工程経て製造される集成マイカで構成したことを特徴とする。集成マイカは、樹脂が混合されているため純粋のマイカ基板よりも耐熱性は低いが、６００〜８００°Ｃの耐熱温度を有しており、気相セレン化処理の最適温度である６００〜７００°Ｃにおいて処理することができる。しかも、高いフレキシブル性を有しているので、ロール・トウ・ロールプロセスに適している。しかも、ガラス基板よりもコストが大幅に安価である。従って、基板として集成マイカを用いることにより、大量生産に適合すると共に高い変換効率を有する太陽電池を一層安価な製造コストで製造することができる。

本発明による太陽電池の好適実施例は、中間層をセラミック系材料で構成し、その厚さを２〜２０μｍの厚さに設定したことを特徴とする。セラミック系材料は、高い耐熱温度を有しているから、気相セレン化処理を最適な温度で行うことができ、従って、高い変換効率の太陽電池を実現することができる。

本発明による太陽電池の別の好適実施例は、バインダ層をＴｉＮ又はＴａＮを含むナイトライド系化合物で構成し、その厚さを３０００Å〜１μｍの範囲に設定した。

本発明による太陽電池の別の好適実施例は、中間層とバインダ層との間に、窒化シリコン又は酸化シリコンで構成される表面平滑層が形成されている。

本発明による太陽電池の製造方法は、カルコパイライト系材料で構成される光吸収層を有する太陽電池を製造するに際し、
マイカ又はマイカを含む材料の基板を用意し、当該基板上に基板表面を平坦化するための中間層を形成する工程と、
前記中間層上にバインダ層を形成する工程と、
前記バインダ層上に金属下部電極層を形成する工程と、
前記金属下部電極層上にカルコパイライト化合物の光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上側に透明電極層を形成する工程とを備える。

本発明による太陽電池の製造方法では、基板並びに基板上に形成される中間層及び中間バッファ層を高い耐熱温度を有する材料で構成しているので、カルコパイライト化合物のプリカーサについて気相セレン化処理する際、最適な処理温度で処理することができ、この結果高い変換効率の太陽電池を製造することができる。

本発明による太陽電池の製造方法の好適実施例は、光吸収層を形成する工程が、前記金属電極層が形成されている基体上にプリカーサを形成する工程と、当該プリカーサを、６００〜７００°Ｃの処理温度で気相セレン化処理を行う工程とを含む。

本発明によるセラミック系材料でコーティングされたマイカ基板又は集成マイカ基板を用いることにより、軽量でフレキシブル性に富む変換効率の高いカルコパイライト系太陽電池を製造することが可能になった。特に、セラミック系材料で平滑化された集成マイカ基板を用いることにより、ガラス基板を使用した場合に比べ安価に、且つ高い変換効率を有するカルコパイライト系太陽電池を製造することができる。また、マイカ基板からの不純物が光吸収層に拡散するのを防止するためのバインダ層（併せて、密着性を高める効果を有する）を設けたことにより、基板側からの不純物の拡散を防止することが可能になった。
さらに、ＳｉＮもしくはＳｉＯ_２ のシリコン系の平滑層を設けたことにより、セラミック系材料のコーティングされたマイカ基板の微小な粗さを平滑にし、バインダ層との密着度を向上させることが可能になる。

実施例の説明に先立って、集成マイカ基板の表面形状について説明する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、集成マイカ基板の任意の２箇所の表面形状の測定結果を示す。図４において、横軸は集成マイカ基板の横方向の位置を示し、縦軸は高さ方向の位置を示す。集成マイカ基板の特徴として最大高低差が非常に急峻に変化している（アスペクト比が大きい）。図４から明らかなように、横方向に数１０μｍの範囲において５〜６μｍの最大高低差が存在する。この原因は、集成マイカの製法に起因しているものと解され、粉砕したマイカを樹脂中に混合しているため、粉砕マイカ片が表面に存在することになり、アスペクト比を極めて大きくしているものと解される。尚、集成マイカ基板の表面粗度は、測定した２カ所について、それぞれＲａ＝１．６μｍ及びＲａ＝０．８μｍであった。このような表面状態の場合、基板上にＭｏ等の電極を直接成膜し、その上に光吸収層を形成しても、表面被覆が不完全な状態となり、リークを誘発し太陽電池としての機能が著しく低下する。具体的には、太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）が低下し、変換効率が低下してしまう。

次に、集成マイカ基板表面に中間層の材料であるセラミック系の塗料を８μｍの厚さにコーティングした後の表面形状の測定結果を図４Ａ及びＢに示す。 図５は、任意の２箇所の測定結果を示す。図５から明らかなように、基板が本来有している大きなうねりが測定されたが、集成マイカ基板の表面形状測定で観測された数μｍの範囲で生じている５〜６μｍの最大高低差は消滅している。従って、図４及び図５に示す測定結果より、中間層の厚さは、２μｍ以上あればよく、好ましく５μｍあれは良い。

図６は本発明による太陽電池の一例の構成を示す断面図である。本例では、基板として集成マイカ基板１を用いる。集成マイカは、粉体状のマイカを樹脂と共に混合し、圧延及び焼成を経て製造される高絶縁性材料である。集成マイカの耐熱温度は６００〜８００°Ｃ程度であり、従来の太陽電池で用いられているソーダライムガラスの耐熱温度（５００〜５５０°Ｃ）よりも高温に耐えることができる。また、気相セレン化処理における最適な処理温度は６００〜７００°Ｃであるから、カルコパイライトの光吸収層を形成する際にも最適温度で形成することができる。しかも、集成マイカは高いフレキシブル性を有するので、ロール・トウ・ロールで生産する場合にも好適である。

集成マイカ基板１上に厚膜の中間層２を形成する。この中間層２は、集成マイカ基板表面を平坦化ないし平滑化するものであり、２〜２０μｍの厚さに形成する。この中間層２はセラミック系の材料で構成することができ、一例として、チタンが３９重量％、酸素が２８．８重量％、ケイ素が２５．７重量％、炭素が２．７重量％、アルミニウムが１．６重量％の塗料を用いることができる。また、厚膜の中間層２の形成方法として、非真空処理を用い、例えば刷毛によるコーティング、スプレー塗布、シルク印刷、スピンコーティング等により塗膜を形成し、乾燥及び焼成工程を経て形成される。この中間層の厚さは、集成マイカの表面を平坦化するためには２μｍ以上の厚さが必要であり、太陽電池を形成したときのフレキシブル性を確保するためには２０μｍ以下とすることが望ましい。中間層の形成に用いられるセラミック材料系の塗料は、ゾルゲルプロセスで製造された無機樹脂を基体とし、ケイ素と酸素がイオン結合により強力に結び付き、１２００°Ｃ程度の耐熱温度を有している。従って、後述するカルコパイライト層を形成するための気相セレン処理の理想的な処理温度においても十分な耐熱性を備えている。

中間層２上に表面平滑層３を形成する。この表面平滑層３として、ＳｉＮやＳｉＯ_２ を用いることができ、スパッタリング等のドライプロセスにより形成する。Ｓｉ系の材料を用いる理由として、中間層２の表面を一層平滑な面とすることができ、並びに下地のセラミック系材料の中間層と後述するバインダ層との密着性を高めることができることが挙げられる。この表面平滑層３は、必要に応じて形成し、省略することも可能である。

表面平滑層３上に、バインダ層４を形成する。このバインダ層４は、下地のマイカ基板及び中間層からの不純物ないし組成物の拡散を防止すると共に、この上に形成されるモリブデンやタングステン等の金属電極５とマイカ基板構造体（マイカ基板１及び中間層２を含む）との間の密着性を改善するために形成する。このバインダ層４の材料として、ＴｉＮやＴａＮ等のナイトライド系化合物が好適である。このバインダ層４の厚さは、実験結果によれば、バリヤ性を確保するためには３０００Å以上必要でありバリャ性と密着性を両立させるためには５０００Å〜１μｍの厚さが最適であることが判明した。

バインダ層４上には、従来のカルコパイライト系太陽電池と同様に各層を形成する。すなわち、初めに、下部電極となるモリブデン（Ｍｏ）電極５をスパッタリングにより形成し、Ｍｏ電極５をレーザーの照射によって分割する（第１のスクライブ）。

次に、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）をスパッタリング等により付着させてプリカーサを形成した後、このプリカーサを炉内に配置し、Ｈ_２Ｓｅガスの雰囲気中でアニールする気相セレン化処理によりカルコパイライト系の光吸収層６を形成する。尚、必要な場合、気相セレン化処理に先立ってアルカリ金属であるナトリウム（Ｎａ）を添加する工程を行うこともできる。光吸収層中にＮａを拡散させることにより、光吸収層の粒（グレイン）が成長することにより、エネルギー変換効率が高くなるためである。

光吸収層６はｐ型半導体層であり、この光吸収層上には、ＣｄＳ、ＺｎＯやＩｎＳ等のｎ型半導体層として機能するｎ型バッファ層７をスパッタリング又はＣＢＤ（ケミカル・バス・デポジション）等の方法により例えば数１００Åの厚さに形成する。尚、このｎ型バッファ層７上には、必要に応じて高抵抗層８を数１００Åの厚さに形成することができる。その後、レーザー照射や金属針により光吸収層及びバッファ層を分割する（第２のスクライブ）。

その後、上部電極となるＺｎＯＡｌ等の透明電極（ＴＣＯ）９をスパッタリングやＣＢＤ等により形成し、その上に反射防止膜１０を形成する。さらに、レーザー照射や金属針等により反射防止膜、透明電極、バインダ層及び光吸収層を分割する（第３のスクライブ）。最後に、下部電極層５及び上部電極層９に引き出し電極１１及び１２を形成することにより、カルコパイライト系薄膜太陽電池が完成する。

尚、モリブデン電極５の形成工程以降の工程について、ＣＢＤ等のウェットプロセスをドライプロセスに置き換えることにより、集成マイカ基板をロールから供給し太陽電池を形成する「ロール・トウ・ロール・プロセス」を導入することが可能になる。尚、ロール・トウ・ロール・プロセスを導入する際には、セラミック系材料の中間層を形成する工程を、予め集成マイカ基板に行ってもよく、或いは、ロール・トウ・ロール・プロセスの中に組み込むことも可能である。

次に、上述した実施例に基づいて作成した太陽電池の性能について説明する。比較例として、集成マイカ基板上に中間層として９０００Åの酸化膜とバリヤ層としても機能するバインダ層とを形成し、その上にＭｏ電極層を形成した太陽電池を用いる。図７（Ａ）は比較例による太陽電池の性能を示し、図７（Ｂ）は本発明により作成した太陽電池の性能を示す。セラミック系材料の厚膜の中間層が形成されていない比較例の太陽電池において、１０箇所の平均変換効率η＝０．５８％、平均開放電圧Ｖｏｃ＝０．１３Ｖであり、最高の変換効率はη＝１．０％、最高の開放電圧はＶｏｃ＝０．１５Ｖであった。これに対して、セラミック系材料の厚膜の中間層を有する本発明による太陽電池においては、１０箇所の平均変換効率η＝６．５％、平均開放電圧Ｖｏｃ＝０．４９Ｖであり、最高の変換効率はη＝８．３％、最高の開放電圧はＶｏｃ＝０．５７Ｖであった。フィルファクタ（ＦＦ）についても、本発明による太陽電池の場合大幅に改善されている。

この実験結果より、集成マイカ基板上にスパッタリング等の真空処理により酸化膜や窒化膜を形成し、その上にＭｏ電極層を形成したのでは、太陽電池としての特性を改良することはできない。一方、集成マイカ基板上に非真空処理により厚膜の中間層を形成、その上にＭｏ電極層を形成した場合、太陽電池として高い変換効率及び大きな開放電圧が得られることができる。この理由は、スパッタリング等の処理では、集成マイカ基板の表面の平坦性ないし平滑性を改善できず、リークを誘発して太陽電池の性能を低下させていると解される。

次に、バインダ層の効果について説明する。集成マイカ基板上にＭｏ電極を直接形成した太陽電池と、集成マイカ基板上にＴｉＮのバインダ層を形成しその上にＭｏ電極層を形成した太陽電池とを際作成し、各層に分布する物質をオージェ法により測定した測定結果を図８に示す。尚、バインダ層の効果を確認するため、セラミック系材料の中間層は形成されていない。図８（Ａ）は集成マイカ基板上にＭｏ層を直接した太陽電池のデータを示し、図８（Ｂ）はバリヤ層を有する太陽電池のデータを示す。図８（Ａ）に示すように、バリヤ層が存在しない太陽電池においては、マイカ基板中に含まれるＡｌ、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｆ等のアルカリ土類金属元素が拡散している。これらの物質はカルコパイライト系の光吸収層にとっては不純物であり、このように拡散した場合太陽電池として機能することができなくなってしまう。従って、太陽電池としての機能を高める上で、不純物拡散を防止するバリヤ層としても機能するバインダ層は極めて重要である。

本発明は上述した実施例だけに限定されず、種々の変更や変形が可能である。例えば、マイカ基板及び集成マイカ基板の表面を平坦化ないし平滑化するために設けたセラミック系材料は一例であり、６００〜７００°Ｃの温度域で処理できる種々の材料を用いることができる。さらに、上述した実施例では、カルコパイライト系の光吸収層と透明電極との間にｎ型半導体層を形成したが、ｎ型半導体層を形成せず、透明電極をｎ型層として機能させることも可能である。

従来のカルコパイライト型太陽電池の構造を示す断面図 従来のカルコパイライト型太陽電池の一連の製造工程を示す図 製造工程のうちの要部を説明した図 集成マイカ基板の表面形状を示すグラフ （Ａ）及び（Ｂ）は集成マイカ基板表面に厚膜の中間層を形成した後の表面形状を示す線図 本発明による太陽電池の一例の構成を示す断面図 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明による太陽電池の性能を説明した図 （Ａ）及び（Ｂ）は太陽電池の各層に含まれる不純物を示すオージェ分析の結果を示すグラフ

符号の説明

１…集成マイカ基板
２…中間層
３…表面平滑層
４…バインダ層
５…金属下部電極層
６…光吸収層
７…ｎ型バッファ層
８…高抵抗層
９…透明電極層
１０…反射防止膜
１１，１２…引き出し電極

Claims (5)

1. マイカ又はマイカを含む材料の基板と、
   前記基板上に基板表面を平滑化又は平坦化するために形成された中間層と、
   前記中間層上に形成したバインダ層と、
   前記バインダ層上に形成した金属下部電極層と、
   前記金属下部層上に形成され、カルコパイライト化合物で構成されるｐ型の光吸収層と、
   前記光吸収層上に形成されたｎ型のバッファ層と、
   前記バッファ層上に形成したｎ型の透明電極層とを備えることを特徴とするカルコパイライト型太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池において、前記基板をマイカの粉体と樹脂とを混合し、圧延及び焼成工程を経て得られる集成マイカで構成したことを特徴とするカルコパイライト型太陽電池。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池において、前記中間層をセラミック系材料の塗膜で構成し、その厚さを２μｍ以上２０μｍ以下の厚さに設定したことを特徴とするカルコパイライト型太陽電池。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の太陽電池において、前記中間層とバインダ層との間に、窒化シリコン又は酸化シリコンで構成される表面平滑層が形成されていることを特徴とするカルコパイライト型太陽電池。
5. マイカ又はマイカを含む材料の基板を用意し、当該基板上に基板表面を平坦化するための中間層を形成する工程と、
   前記中間層上にバインダ層を形成する工程と、
   前記バインダ層上に金属下部電極層を形成する工程と、
   前記金属下部電極層上にカルコパイライト化合物の光吸収層を形成する工程と、
   前記光吸収層の上側に透明電極層を形成する工程とを備えることを特徴とするカルコパイライト型太陽電池の製造方法。