JPS5988874A - 非晶質半導体薄膜太陽電池 - 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】 本発明は、可撓性の有機高分子フィルムを基板とする非
晶質シリコンを光起電力要素として用いた薄膜太陽電池
に関する。

非晶質シリコン薄膜太陽電池は、低コスト化が可能な太
１男電池としてすでに一部では実用化の段階に入ってい
る。また、非晶質シリコン薄膜太陽電池の特徴をよシ生
かす方法として、可撓性高分子フィルム基板上に連続的
に非晶質シリコンＲ’ｆ　ＩＩＪを形成し、ロールアッ
プするという考えが特開昭５４−１４９４８９号、同５
５−４９９４号および５５−２９１５４号で祈示されて
いる。その太陽電池の特命は、連続生産が可能であると
ともに、従来の金紙あるいけガラスを基板とする太陽電
池に比較して、フィルム状の形態により任意の曲率を持
たせることが可能であり、その軽量性とともに応用範囲
を広けることができる点にある。

しかし、本晃明者らは、上記喘許に記載された方法で高
分子フィルムを基板とする非晶質ンリコン薄膜太陽電池
を作製した場合、基板と非晶質シリコン増の間に介在す
る下部電極金域層の欠陥によって太陽電池として期待さ
れる性能が得られないことを見い出した。すなわち、従
来特許の方法では有機高分子フィルムを非晶質ンリコン
薄膜太陽電池の基板として用いる場合、高分子フィルム
の片面に下部電極として金属導電層を設け、さらにその
上に非晶質シリコン層。

表面透明電極、収集電極を積層する。このうち高分子フ
ィルム上に金属導電１層を形成する際、両者の熱膨張率
の差、あるいは高分子フィルム自身の熱収縮に伴う歪応
力によって、基板の変形や、金属導電層の割れ、剥離を
発止する。また、その歪応力によυ全域層内部に微視的
な格子欠陥を牛じ、導電性が低下して太陽電池性能に悪
影響をおよは′ず鵠Ｉ合がある。本発明者らは、かかる
従来の篩分子フィルム基板の欠点を解消せんと絞量検討
の結果、本発明に到達した。

本発明−有機高分子フィルムからなシ、光起電力要素形
成面の反対面にも金属層を設けた基板上にシリコンを主
成分とした非晶質半導体薄膜からなる光起電力要素を構
成したことを特徴とした非晶質半導体薄膜太陽・散油で
あり、該金属層によって、基板の変形とそれに伴う基板
の光起電力要素形成面に形成された電極となる電（Ｖ金
ＰＡ層の制れ、剥離を防止するとともに、非晶質シリコ
ンノ１：形成時の熱伝導性向上と、高分子フィルム基板
からの放出気体量の減少をはかり、前述の欠点を解消し
たものでおる。

本発明におけるフィルム基板は、表面抵抗が１００ＭΩ
／口　以上の電気絶縁性を有し、太陽電池製造工程上要
求される１５０℃以上の耐熱性を有する可読性の有機高
分子フィルムを指す。

ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタ
レート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂。

芳香族ポリアミド拘脂、ボリアリレート樹脂。

ポリスルホン樹脂、ポリイミド樹脂等の有機高分子フィ
ルムか上記要求を満足する。

上記有機高分子フィルムを六四屯池の基板として使用す
る場合、非晶質シリコン層との間に電極となる低電気抵
抗の前述の電極金民層をａ層しなければならない。この
電極金属層の材料としては、′４□、気伝４率の高いＭ
ｏ、　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｆｅ。

ＴＩ、　Ｔａ、　Ａｔ　　の中より選んだ単−合一ある
いはその合金や、ステンレス合金あるいし」ニクロム合
省がカー当である。この電極台、ｆ層は真空蒸着法、ス
パッタリング法などの物理的手段や、メッキ法などの化
学的手段によって堆積され、その厚さは十分な導電性を
有し、フィルム基板の町僚性を損わない程度の０．０５
〜２０μｎ１の範囲である。

一カ、有機高分子フィルム基板の光起′市カ要素」１．
精面と反対１う」に形）戊する金に層（ノソ下背面金：
ρＩｊら・と窄ｌ＼する）し１、−＋１ｉ１　’ｘ小の
’＝を停会〆１（ソと同様にｉ１ｊ記物理的手段や化！
１−１手段により形成され／：Ｉ。この背面金、ｋＡ　
Ｉ訊；の拐ネ４として（ユ、有伝〜ｈ分子フィルム：塾
シｔりと艮（仔なＳ’ｆｊ　ＺｆＪ性を角つことか要７
Ｊ（され、かつ延１ｈ　ｉ３ｊ：　ＶＬＬ畠カー、熟伝
？η牟が向い材料が鳴に望′よしい。具坏的には、ｍ＋
１記電邸金属層相料としてかかけたＭｏ、　Ｃｒ、　Ｗ
、　Ｆｅ、　Ｔｊ、　Ｔａあるい５ｍ　Ａ／−、Ａｇ、
　Ａｕ、　Ｃｕ、　Ｎｌ　　Ｑ中よりが：んだ単−金梳
あるいはその合金やスデンレス付ψありいはニクロム合
議が好ボである。背面金属層の浮式はフィルム基板の１
１」ηΔ１１−を狽わ０い２０μ？ｌｌ以下の膜厚で電
極金属、１ψによる内部応力を補偵できる厚さを選ぶ。

ところで、このｉ′面金柄層ｔ」、熱伝胸率が旨いので
、光緬電力袂素のす１−晶質ンリコン膜を形成する１余
の伝熱効早が良く且つ一様な基板加熱一　５− を容易にするとともに、太陽１１テ池として動作する場
合に放熱性を沈め、太陽電油の温度士Ｊ？、による機械
的・πτ、気的気化劣化止できる。さらに、上記背面金
属層は水蒸気や炭化水累、酸素などの気体に対して透過
を防ぐ降欅としての効果をもち、非晶質シリコン膜形成
時の基板加熱による壱機高分子フィルム遅、狽からの脱
カスによる非晶質シリコン膜中への不純物混入全防止す
るとともに、太陳、ｔｒ池形厄グにフィルム基板を透過
して侵入する水や酸素から介起Ｔｔｉ力要素を促成する
機能もイ］する。

なお、従来公知の有機高分子フィルム基板の片面のみに
ｔ硬金ｒ５ル４・を形成するものＶｌ、竜研金在層の割
れや剥離け：よる太陽電池性能の感化を伴ない実用化に
困難があった。しかし、前述したように本発明は、有機
高分子フィルノ・基板にＴ、“面金材、１りｉをｍ　＋
；することにより、電極金属層の割れや剥離をＶ）４止
し、かつフィルム基板の伝熱特性向」二およＯフイルノ
・からの説ツｊス、気体透過を抑制することが用ｉニー
となる。従って、　６− 本発明では、太陽電池性能を向上し、さらには大面積、
高出力雷、流の太陽電池を製造することができる。

、１す下に光ム電力要素として非晶質シリコン薄膜を用
いた場合について述べる。下部電極金属層を形成した基
板十に非晶質シリコン薄膜を堆積するｌτはグロー＋＆
　暦法、スパッタリング法。

イオンブレーティング法等の公知の方法を用いる。％ｌ
えば、グロー放ボ、法の場合、１０〜ｏ、１ｔｏｒｒに
誰持さ扛た一ｉｃ孕答器内で基板を１（１０〜４００℃
に加熱した基板ホルダーに密着させる。

この基板ホルダーを一万の電極とし、そわと対問する電
１−との間に１３．５６　ＭＨｚの高周波１扛力をＦｌ
］加する。Ｊｋ、窒容器内にけシラｙ（ＳｉＩ（４）、
ジボラン（Ｂ２１．ホスフィン（ＰＨ３）ガスを導入し
てグロー放′ＩＪｉをおこし、所定の構造に上記ガスの
分解生成物を堆積させて、光起電７カ要素である非晶質
シリコン？ＷＪａを設ける。この＼トに、例えばヘテロ
フェイス接合セルの場合は、酸化インジウム、酸化スズ
などの薄膜を２００〜ｓｏｏ。

ｘ程度の膜厚になるように真空蒸着法やスパッタ法で堆
積し、表面が明電極を形成する。次に収集％Ｌ榛を表面
透明Ｉｔ他極上設けて非品質シリコン太１’＃’に池デ
バイスとする。

本発明の非晶：αシリコン太陽′屯池の代表例としては
、基７殻としての右壁高分子フィルム、その上に設けら
れた下部電極となる電険金稙励およびその基板反対面に
設けられた背高金稙層。

１部電極の上に設けらｉした非晶質シリコン薄膜。

羨面透明電１及び゛戊流収集′１ｂ；収とからなる光起
礪力要素とから、する基本溝造をもつＣいる。

以下、実ｆｆｔｉ例を上げて本尤１町を此方する。

夷ｔＪｉｉ例１ 可＋ｉＡ性を有する有１４１１分子ノ・イルムとして厚
さ７５１１ｍのポリエアレンチレフタレ−１ノイルムｌ
　、）ｒｌい、フィルムの片７ｈｉにノＪさ０．４μｍ
のステンレスｔｍ／ｉ＊　（ＳＵＳ　３ｕ４）　’５　
ｉ？Ｊ’、コれをＦｉｉ＋　を極とした基板ωと、フィ
ルムの画１］Ｉ］にノ享−ｇｏ、４μｍのステンレス合
金層・Δ（ＳＵＳ　３０４Ｊを設け、その−面を下部電
極とした基板■の２８ｉ類について太陽電池特性を比較
した。ステンレス合金層は高周波スパッタリング法によ
シ作製し、スパッタリング条件は、Ａｒ圧力３　ｍｔｏ
ｒｒ　　雰囲気中でＲＦ　　電力５００Ｗを印加し、タ
ーゲラ）Ｋステフレ２合金（ＳＵＥＩ　８０４）を用い
た。このフィルム基板上にシラン（Ｓｉｌｔ）、　　シ
ボ２ノ（ＢＡ）　、ホスフィン（Ｐｕｓ）のガスを用い
て基板温度２００℃でＲＦダグロー放電法よシ同−条件
でｐ−１−ｎ　　型非晶質シリコン薄膜を堆積した。こ
の時各層の厚サバ、ｐｍ約５ｏ　ｏＸ、を層約５ｏｏｏ
Ｘ、ｎ層約１２０Ｘである。さらに非晶質シリコン層の
上に厚さ約ｙｏｏＸでＩｎとＳｎの酸化物の透明電極と
Ａｇの櫛型収集電極を蒸着して基板／ｐ−１−ｎ　　（
非晶質シリコン）／透８Ａ′ｒ！Ｌ極構成の太陽電池を
作成し、電池特性を測定した。

本発明の実施例である両面金属層を持つ基板■とその比
較例の片面金属層を持つ基板■の太陽電池特性を表−１
に示す。

　９− 表−１太陽電池特性の基板依存性 ここでＥｆｆけ光−電力変換効率、　Ｖｏｃは開放電圧
、　　Ｊｓｅは短絡電流、ＦＦは曲線因子をあられす。

両者を比較すると、両面金属層の基板に作成した太陽電
池が、ＦＦ、　Ｖｏｃ、　Ｊａａ　　のいずれにおいて
も、片面金属層の基板に作成した太陽電池に比べまさっ
ていて、結果として光−電１カ変換効率は３割以上高く
なっている。これは背面金属層による下部電極の欠陥の
減少、フィルム基板からの脱ガスの抑制、基板の熱伝導
性向上等の効果が相乗された結果と考えられる。

実施例２ 実施例１と同条件で作成した基板■と基板■の太陽電池
について開放電圧Ｖｏｃの０．１ｖ区分によるセルの個
数Ｎの分布を第１図に示す。開　１０− 放電圧Ｖｏｃ　Ｏ，８Ｖ以上のセルの個数Ｎ（以下生存
率と呼ぶ）は、基板■では１５個セル中１１個、基板■
では１５個セル中１４個で、生存率は各々、７３％と９
３優である。

すなわち本発明の実施例である両面金属層を設けた基板
■の方が、比較例の片面金属層を設けた基板■の太陽電
池に比べ生存率が高くなっている。生存率は下部電極の
欠陥に大きく依存し、上記の結果は、明らかに背面金属
層が下部電極の欠陥を減少させる効果を持つことを示し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２の結果を示すグラフである。 特許出願人　工業技術院長 石　　　坂　　誠　　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可撓性を有する有機高分子フィルムの基板上に非晶質シ
   リコンを主成分とした光起電力要素を形成した非晶質半
   導体薄膜太陽電池において、前記基板の前記光起電力要
   素形成面の反対面に金に＆をθけたことを特徴とする非
   晶質半導体薄膜太陽電池。