JPH0370388B2 - - Google Patents

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JPH0370388B2
JPH0370388B2 JP57075415A JP7541582A JPH0370388B2 JP H0370388 B2 JPH0370388 B2 JP H0370388B2 JP 57075415 A JP57075415 A JP 57075415A JP 7541582 A JP7541582 A JP 7541582A JP H0370388 B2 JPH0370388 B2 JP H0370388B2
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film
polyethylene terephthalate
amorphous silicon
layer
solar cell
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Kazutomi Suzuki
Kenji Nakatani
Mitsuaki Yano
Hiroshi Okaniwa
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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    • H01L31/03921—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は薄膜太陽電池の製造法に関し、更に詳
細にはポリエチレンテレフタレートを基板に用い
る非晶質シリコン型薄膜太陽電池の製造法に関す
る。 従来、太陽電池の光起電力発生層を構成する非
晶質シリコン膜は、特開昭52−16990号、同56−
104433号及び同56−104477号各公報にも開示され
ている如くプラズマグロー放電法、スパツタ蒸着
法又はイオンプレーテイング法によつて形成さ
れ、膜内に少なくとも10〜30原子％の水素原子を
含有し、その他に第三成分原子としてフツ素原
子、炭素原子若しくは窒素原子等を含有するもの
が代表的なものとして挙げられる。ここで上記非
晶質シリコン膜なる語は粒径が約100Å以下の微
結晶からなるシリコン膜をも包含する意味で用い
られている。 上記非晶質シリコン膜は、可視光に対する吸収
係数が単結晶シリコン膜に比べて１桁以上大き
く、従つて太陽光を有効に吸収利用するに必要な
膜厚は3μm以下でも可能である。このことは上記
非晶質シリコン膜からなる光起電力発生層を可撓
性基板上に設けることによつて任意に曲げうる薄
膜太陽電池を作製しうることを示唆している。 事実、可撓性に富んだプラスチツクフイルムを
ベースとした非晶質シリコン型薄膜太陽電池が、
既に特開昭54−149489号、同55−4994号及び同55
−154726号公報に記載されている。 しかるに太陽電池として良質な非晶質シリコン
膜を形成するためには可撓性プラスチツクフイル
ムとしては200〜300℃の耐熱性を必要とするとさ
れ、かかる見地から耐熱性のあるポリイミドフイ
ルムをベースとして用いることが提案されている
がこれらのフイルムは溶媒や吸着水を含有してい
るため非晶質シリコン膜を積層する温度領域に加
熱するとそれら溶媒や吸着水の放出がおこり、形
成される非晶質シリコン膜を汚染して良質の非晶
質シリコン膜の形成を妨害する。更にこれらのフ
イルムは一般に着色している為、フイルム側から
光を入射せしめて使用する態様は採用し難く、そ
の応用形態を制限する。 そこで、本発明者らは非晶質シリコン膜を積層
する温度領域においても溶媒や吸着水の放出など
というトラブルがなく、且つ着色のないプラスチ
ツクフイルムとしてポリエチレンテレフタレート
フイルムを選択し非晶質シリコン型薄膜太陽電池
の作製を試みたが、非晶質シリコン膜を積層する
温度（例えば200℃前後）においてフイルムは大
巾に熱収縮し、形成された非晶質シリコン膜にク
ラツクが入り、実質的に太陽電池として使用し難
いものであつた。かかる状況において本発明者ら
は前記ポリエチレンテレフタレートの特徴を損う
ことなく、上記欠点を改善した太陽電池の製造方
法について鋭意研究した結果、本発明に到達した
ものである。 即ち本発明は、ポリエチレンテレフタレートフ
イルムをベースとする基板上に、非晶質シリコン
からなる光起電力発生層を形成せしめることより
なる薄膜太陽電池の製造法において、非晶質シリ
コンを堆積させる前に、200℃、１時間で測定し
た基板の熱収縮率が全方向３％以下になるような
条件でポリエステルフイム又は基板を熱処理する
工程を有することからなる薄膜太陽電池の製造法
であり、更には熱処理後のポリエチレンテレフタ
レートフイルムの密度が1.399ｇ／cm3以上である
上記製造法である。 本発明においてポリエチレンテレフタレートフ
イルムとはポリエチレンテレフタレート単独から
なるフイルム或いは、それに適量の酸化チタンや
クレイなどが混入したものであるが、本発明にお
ける基板が、熱処理により200℃、１時間での熱
収縮率が全方向で３％以下、好ましくは２％以下
にできるという条件を損わない限り、共重合成分
を若干含有したり、他のポリマーを若干含有した
りしていてもよい。 上記ポリエチレンテレフタレートフイルムをベ
ースとする基板とは、上記フイルム上に太陽電池
に必要な電極層等を積層したものであり、かかる
電極層としては通常の金属層を挙げることができ
る。 本発明における熱収縮率及び密度の規定はかか
る電極層等が積層されて非晶質シリコン膜が形成
される直前における基板の条件である。従つて例
えば、基板形成前のポリエチレンテレフタレート
フイルムとしては必ずしも上記の如き条件を満足
していなくても良い。しかし工程の便宜上、基板
形成前のポリエチレンテレフタレートフイルムが
上記条件を満足するように熱処理工程を配置する
ことが好ましい。 従つてこの場合には、熱処理工程を経た200℃、
１時間における熱収縮率が全方向で３％以下、好
ましくは２％以下であるポリエチレンテレフタレ
ートフイルム、更には上記条件を加えて密度が
1.399ｇ／cm3以上であるポリエチレンテレフタレ
ートフイルムを用いて基板を作製し、それに非晶
質シリコン膜を形成せしめることになる。 密度は1.399ｇ／cm3以上であることが必要であ
るが、あまり結晶化度が高くなつて密度が大きく
なるとフイルムがもろくなり、太陽電池の基板と
して好ましくないときがある。かかる理由より密
度は、好ましくは1.399〜1.407ｇ／cm3さらに好ま
しくは1.400〜1.405ｇ／cm3である。 フイルムの厚さは25〜500μmが製造上、取扱上
好ましい。 かかる特性を有するポリエチレンテレフタレー
トフイルムは通常のポリエチレンテレフタレート
フイルムを熱処理することによつて得ることがで
きる。熱処理の温度としては時間との関係や、方
法にもよるが、枠に固定して定長下で行う場合、
210℃〜250℃好ましくは220℃〜245℃であり、処
理時間は10秒〜５分間行えば達成されるのであ
る。 熱処理するにはテンシヨンフリー或いはテンシ
ヨン下で行われるが、四方にテンシヨンをかけて
行うのが好ましい。小規模にはフイルムの四方を
枠で固定して行えるが、工業的には巻き出しロー
ル、巻き取りロール等で進行方向のテンシヨンを
かけ、巾方向はテンターで固定することにより達
成できる。またバネなどで固定して一定張力に保
つことも可能である。 上記ポリエチレンテレフタレートフイルムは熱
処理に先だち、又は熱処理後片面又は両面に必要
に応じて種々の下塗り層を設けることができる。 以上の本発明によつて得られる薄膜太陽電池の
代表的構造を第１図〜第４図に示す。図中１はポ
リエチレンテレフタレートフイルム、２は非晶質
シリコン膜とオーミツク接触をなす金属層であ
る。この層は鉄、クロム、チタン、タンタル、ニ
オブ、モリブデン、ニツケル、アルミニウム、コ
バルト等の金属、ニクロム、ステンレス等の合金
からなる。これらは物理的又は化学的方法によつ
て薄層として設けられる。３，４，５は非晶質シ
リコン膜（既述した如く、粒径が100Å以下の微
結晶によるものも含む）である。これらはグロー
放電法、スパツタリング法、イオンプレーテイン
グ法によつて設けられる。３は属原子であるリ
ンＰあるいはヒ素Asを100ppm〜20000ppm含ん
だｎ型シリコン層であり、金属層２とオーミツク
接触をなす。５は属原子であるホウ素Ｂ、ガリ
ウムGa又はアルミニウムAlなどを100ppm〜
20000ppm含んだＰ型シリコン層である。第１図
及び第３図ではｎ型シリコン層と５のＰ型シリコ
ン層とを入れかえた構成でもよい。 シリコン層３，４，５を設けるにはグロー放電
法ではシランSiH4ガスやジシランSi2H6を出発物
質として用いグロー放電分解させ成膜させる。３
のｎ型シリコン層はSiH4に対し１％程度のPH3
或いはAsH6を加えた混合ガスを用いてグロー放
電させる。この場合H2，Ar2，He2などのガスで
希釈してもよい。一方５のＰ型シリコン層の場合
には、例えばホウ素を添加する場合にはSiH4に
対し１％程度のB2H6を加えた混合ガスを用いて
グロー放電させればよい。この場合も上記と同様
に希釈して用いることもできる。グロー放電にお
けるRFパワー、放電中の圧力は所要とするシリ
コン膜に応じて適宜選択されるが、通常は
10Torr以下、好ましくは5Torr以下の公知の条
件で行うことができる。基板温度は100〜215℃、
好ましくは150〜215℃特に好ましくは180〜210℃
である。 スパツタリング法、イオンプレーテイング法で
は、膜内に10〜30原子％の水素を含ませるために
雰囲気中に水素ガスを導入し、水素原子がシリコ
ン膜中のダングリングボンドを補償し、電気特性
を向上せしめるようにする。 フツ素原子を第三成分原子として導入する時
は、フツ素ガス或いは四フツ化シランSiF4ガス
を；炭素原子を導入するときはメタン、エチレ
ン、エタン等の炭素原子数が１〜２の炭化水素分
子を；窒素原子を導入する時は、窒素ガス或いは
アンモニアガスをシランガス或いは水素ガス中に
混入せしめてデポジツトすればよい。 図中６は電位障壁形成層であり、厚さ10〜200
Åの金、白金、パラジユームなどの金属薄膜或い
は厚さ100〜5000Åの酸化スズ、酸化インジウム、
スズ酸カドミウム等の透明導電膜である。これら
電位障壁形成層は入射太陽光を良く透過し、かつ
表面抵抗の小さい層が好ましく、厚さ50〜150Å
の金、白金層や厚さ300〜1500Åのスズドープの
酸化インジウム層が好ましい。 図中７は収集用電極で蒸着法、スパツタ法、印
刷法、メツキ法等各種の方法が利用できる。 図中８は無反射コート層であり、酸化ケイ素、
酸化チタン、酸化タングステン等の無機物層或い
は適当な有機物層が用いうる。 本発明における熱収縮率はテンシヨンフリーで
200℃、１時間保持した時の長さの変化の割合を
意味し、例えばフイルムの長さ方向MD及び巾方
向TDにおいてそれぞれ短冊状の試料を用意し、
各試料の片側をクリツプなどで挾み、テンシヨン
フリーの状態で200℃に１時間保持し、テスト前
後の長さを測定して収縮率を求める。テスト前の
長さをL0、テスト後の長さをＬとしたとき収縮
率は 収縮率（％）＝L0−Ｌ／L0×100 で求められる。 また、密度は、ヘプタンと四塩化炭素の混合溶
液を用い、密度勾配管法で25℃において測定し
た。単位は〔ｇ／cm3〕である。 以下、実施例により、本発明を更に説明する。 実施例１，比較例１ 厚さ75μのポリエチレンテレフタレートフイル
ム（帝人(株)製Ｏタイプ）を正方形に切りとり、四
辺を固定して240℃で３分間熱処理を行なつた。
このサンプルの一部を切りとり、200℃の乾燥器
中に１時間保持し、その熱収縮率を測定したとこ
ろフイルム長さ方向MDの収縮率は1.4％、フイ
ルム巾方向TDの収縮率は1.6％であつた。また密
度は1.404ｇ／cm3であつた。残りの熱処理ポリエ
ステルフイルムの上に、金属電極としてステンレ
スSUS304をスパツタリング法で厚さ約4000Å設
けた。このフイルムをSUS304製の金枠に四面固
定してとりつけた後、グロー放電反応装置内にセ
ツトし、基板温度200℃、圧力0.6Torrのアルゴ
ン雰囲気中で15分間、13.56MHzの高周波放電さ
せて清浄化した。次に10-3Torrまで排気した後、
水素希釈した10％シランガスSiH4と２％ホスフ
インガスPH3（SiH4に対して１％量のPH3）を導
入して約1Torr、基板温度200℃で高周波放電を
行ない、ステンレス層Ｐにｎ型シリコン層を約
350Åの厚さに設けた。次に装置内を排気してか
ら、水素希釈したシランガスのみを供給し、約
0.5μmのシリコン層を形成した。 さらに、ジボランB2H6をシラン中に約0.5％の
濃度に混合し、反応装置内に導入して、高周波放
電を用いて約150ÅのＰ型シリコン層を設けた。 次にこのＰ型シリコン層上に、厚さ約700Åの
酸化インジウムを反応性蒸着法によつて設けた。
さらに酸化インジウム膜上に銀をくし型に蒸着し
て収集電極とした。 比較のため、240℃、３分間の熱処理のないポ
リエステルフイルムを用いた場合についても、同
様にサンプルを作製した。この場合のポリエステ
ルフイルムの200℃、１時間の熱収縮率はフイル
ム長さ方向が6.3％、巾方向が5.9％であつた。ま
た密度は1.396ｇ／cm3であつた。また、非晶質シ
リコン層を設けた後にはフイルム面に多数のクラ
ツクが見られた。 酸化インジウム層を設ける時、マスクを用いて
３×３mm角型セルを同一フイルム上に30個設け、
その中の最大変換効率の85％までのセルを生存セ
ルとして数えた。熱処理有・無の場合の生存数を
表−１に示した。
【表】 実施例２，比較例２ 実施例１と同様の方法でサンプルを作製した。
ただし、ステンレス層を設けた後、金型に固定す
る際、フイルムの長さ方向の２辺のみ固定し、巾
方向の２辺は固定せずにフリーの状態にして、非
晶質シリコン層を形成した。 この場合も240℃で３分熱処理したフイルムを
用いた場合には外観に特に異常はなかつたが、熱
処理をしなかつたサンプルでは巾方向にフイルム
が収縮し、クラツクがみられた。３mm角のセル数
30個内の生存率は表−２の如くである。
【表】 実施例３，４ 比較例３ 実施例１において、ポリエチレンテレフタレー
トフイルムの熱処理条件を、240℃、３分から
種々の条件に変更して熱処理を行ない、実施例１
と同様の方法でサンプルを作製、同種の評価を行
なつた。結果を表−３に示す。
【表】 【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は本発明で得られる薄膜太陽電
池の構成例である。 図中１はポリエチレンテレフタレートフイル
ム、２は金属層、３，４，５は非晶質シリコン
層、６は電位障壁形成層、７は収集電極、８は無
反射コート層である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ポリエチレンテレフタレートフイルムをベー
    スとする基板上に、非晶質シリコンからなる光起
    電力発生層を形成せしめることよりなる薄膜太陽
    電池の製造法において、非晶質シリコンを堆積さ
    せる前に、200℃、１時間で測定した基板の熱収
    縮率が全方向３％以下になるような条件で基板又
    はポリエチレンテレフタレートフイルムを熱処理
    する工程を有することを特徴とする薄膜太陽電池
    の製造法。 ２ 熱処理後のポリエチレンテレフタレートフイ
    ルムの密度が1.399ｇ／cm3以上である特許請求の
    範囲第１項記載の薄膜太陽電池の製造法。
JP57075415A 1982-05-07 1982-05-07 薄膜太陽電池の製造法 Granted JPS58194377A (ja)

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JPS58194377A JPS58194377A (ja) 1983-11-12
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