JPH0551189B2 - - Google Patents

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JPH0551189B2
JPH0551189B2 JP60176710A JP17671085A JPH0551189B2 JP H0551189 B2 JPH0551189 B2 JP H0551189B2 JP 60176710 A JP60176710 A JP 60176710A JP 17671085 A JP17671085 A JP 17671085A JP H0551189 B2 JPH0551189 B2 JP H0551189B2
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JP
Japan
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thin film
substrate
film
amorphous silicon
photoelectric conversion
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JP60176710A
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Japanese (ja)
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JPS6236882A (en
Inventor
Takeshi Tsunohashi
Zenichi Ueda
Ken Noda
Kazumi Azuma
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Publication date
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Publication of JPS6236882A publication Critical patent/JPS6236882A/en
Publication of JPH0551189B2 publication Critical patent/JPH0551189B2/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

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  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(a) 産業上の利用分野 本発明は基板に無色透明なポリイミドフイルム
を用い、該基板側から光を照射することにより光
電変換効率を向上させた光電変換装置に関する。 (b) 従来の技術 非結晶シリコン薄膜等を用いて光エネルギーを
電気エネルギーに変換する光電変換装置は、低コ
ストの太陽電池(本発明では太陽電池も光電変換
装置に含める)や光センサー等に応用されてい
る。 光電変換装置、例えば太陽電池は、従来、ステ
ンレス箔等の金属板上に、p形、i形、n形の非
晶質シリコン薄膜を順次堆積し、更に光透過性の
導電性薄膜を積層した構造のもの、及びガラス板
上に光透過性の導電性膜とp形、i形、n形の非
晶質シリコン薄膜を順次堆積し、更にアルミニウ
ム等の導電性薄膜を積層した構造のもの等が実用
化されている。 ステンレス等の金属基板の場合、基板のシート
抵抗が十分に低いので、一基板上に単一の太陽電
池を形成でき、一定面積の基板から大出力の電流
を得ることができる。 一方ガラス等の絶縁基板を用いる場合には、2
以上の光電変換素子を互に隣接させて配置し、こ
れを導電体で容易に直列接続して2倍以上の電圧
を得るのに都合がよい。 ところで現在、非晶質シリコン太陽電池に関し
てその光電変換効率の改善と共に材料面及び生産
工程面の改善により低コスト化の努力がなされて
いる。この一環としてポリイミドフイルム等の耐
熱性プラスチツクフイルム上にステンレス等の薄
膜を設け、その上に非晶質シリコン薄膜を堆積
し、その上に酸化インジウム一酸化錫(以下、
ITO導電性薄膜と略記する)又は酸化錫等の透明
導電性薄膜を付したものが提案されている(例え
ば、特開昭54−149489号公報、同55−4994号公
報、同55−29154号公報及び同57−103839号公報
など)。これらは材料コストが低く、しかも基板
が可撓性でロール状に巻回して連続処理できるた
め生産コスト面上で大きな利点があり、更に形状
を任意に選択できることから広範にわたる応用、
用途が期待されている。しかし、現在ポリイミド
フイルムを基盤とする非晶質シリコン太陽電池は
多くの可能性を期待されながらも実用化されるに
至つていない。これは、ステンレス箔やガラス板
を基板とするものに比して、一般に光電変換効率
が大幅に低いこと、経日安定性及び曲げ応力に対
する安定性に欠けるためである。 これらの欠点の理由の一つは、温度250℃〜350
℃の条件下、基板上に非結晶シリコン薄膜を堆積
する際に、当該基板に吸着されている水分やポリ
イミドフイルム中の残留溶媒、更に残留未反応部
の縮合により発生する水分等が不純物として膜中
に取り込まれること、又他の理由は非可逆的な熱
収縮性(薄膜を堆積後室温に戻したときに初期の
寸法よりも収縮していること)により基板フイル
ムと電極用ステンレス薄膜等との界面に歪が残留
している点にある。これらの改良策として、非晶
質シリコン薄膜を堆積する前に基板を予め加熱処
理しておく方法が提案されている(特公昭59−
53178号公報)。 (c) 発明が解決しようとする問題点 上述の基板を予熱処理する方法は当該基板が有
する本質的な問題を緩和した点で極めて優れてい
るが、太陽電池の光電変換効率を向上させる方法
としては本質的な改善策にはなつていない。 即ち、ポリイミドフイルムを基板とする太陽電
池は、従来非透光性のポリイミドフイルム上にス
テンレスのスパツタ薄膜を設け、この上に非晶質
シリコン薄膜を順次堆積させ、次いてITO導電性
薄膜を積層した構造を有する。そして、光を基板
と反対側、つまりITO膜側から照射させて光エネ
ルギーを電気エネルギーに変換させている。 ところで、非晶質シリコン薄膜の堆積状態は、
下地基板の平滑性に対応して、換言すると、表面
の微細な凹凸に沿つてドメインを形成しながら成
長し、この結果上記非晶質シリコン薄膜の膜厚が
1〜2μm程度までは膜厚が厚くなる程、一般に
構造欠陥の多い膜が形成される。 又、主として真性層中で発生した電子と正孔は
薄膜の構造欠陥の多い箇所で再結合しやすく、当
該箇所で光電流の損失が大であると思われる。し
たがつて、光電変換効率は基板から遠い箇所、つ
まり基板側の面とは反対側の表面に近い程劣悪に
なると推考されるから、上述の如く、光を基板と
反対側、つまりITO導電性薄膜側から照射させた
場合、基板としてポリイミドフイルムを用いたも
のと鏡面ステンレス箔を用いたものとではポリイ
ミドフイルムの表面粗さが大であることから光電
変換効率がポリイミドフイルムの方が劣悪になる
と考えられる(ポリイミドフイルムの表面平滑性
には限界がある)。 (d) 問題点を解決するための手段 そこで、本発明者らは耐熱性に優れるポリイミ
ドフイルムであつて、しかも無色透明なポリイミ
ドフイルムを開発し、これを基板に用いた光電変
換装置を作成し、光をこの基板側から照射させて
光電変換効率を調査した結果、この種の光電変換
装置ではその基板による光の吸収は避けられない
が、驚くべきことにそれにも拘わらず、従来のポ
リイミド基板型の太陽電池に比較して大幅な光電
変換効率の向上が認められることを見い出し、本
発明を完成するに至つたものである。 即ち、本発明は基板上に光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する光電変換素子を設けた光電変
換装置において、該基板が一般式 及び/又は 〔ただし、式()においてはX1はO、SO2
CH2又はCOであり、式()において、X2
SO2、C(CH32又はC(CF32である。〕 で示される繰返し単位を有するポリイミドを主成
分とするポリイミドフイルムで形成されており、
且つ上記基板側から光を照射するように構成して
いることを特徴とするものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明において光電変換装置とは光エネルギー
を電気エネルギーに変換するする装置のことであ
つて、基板に光電変換素子を設けたものであれば
総てのものに適用でき、具体的には、例えば太陽
電池や光センサー等が挙げられる。 そして、本発明の最も大きな特徴は、上記基板
として無色透明な光透過性のポリイミドフイルム
を採用した点にある。 そして、この無色透明とは、膜厚50±5μmの
ポリイミドフイルムに対する可視光線(500nm)
透過率が70%以上であつて、且つ黄色度(イエロ
ーネスインデツクス)が40以下のことをいう。 ポリイミドフイルムは耐熱性であるが、従来無
色透明なポリイミドフイルムは存在せず、本発明
者らの研究の結果、完成されたものである。 本発明に用いる無色透明なポリミイドフイルム
は、一般式 及び/又は 〔ただし、式()においてはX1はO、SO2
CH2又はCOであり、式()において、X2
SO2、C(CH32又はC(CF32である。〕 で示される繰返し単位を有するポリイミドを主成
分とするポリイミドフイルムで形成される。 本発明に用いられる無色透明なポリイミドは、 一般式() で示されるビフエニルテトラカルボン酸二無水物
と一般式()及び() 〔式()、()において、X1、X2は式()、
()に示すとおりである。〕 で表される芳香族ジアミノ化合物との反応によつ
て得られる。 上記ビフエニルテトラカルボン酸二無水物とし
ては、下記の3,3′,4,4′−ビフエニルテトラ
カルボン酸二無水物と 2,3,3′,4′−ビフエニルテトラカルボン酸二
無水物 とが挙げられる。 又、上記メタ位置にアミノ基を有する芳香族ジ
アミノ化合物のうち、一般式()で表される芳
香族2核体ジアミンの代表例としては下記のもの
が挙げられる。 3,3′−ジアミノジフエニルエーテル 3,3′−ジアミノジフエニルスルホン 3,3′−ジアミノジフエニルチオエーテル 3,3′−ジアミノジフエニルメタン 3,3′−ジアミノベンゾフエノン 又、芳香族4核体ジアミンの代表例としては、
下記のものが挙げられる。 4,4′−ジ−(3−アミノフエノキシ)ジフエニ
ルスルホン 4,4′−ジ−(3−アミノフエノキシ)ジフエニ
ルプロパン 4,4′−ジ−(3−アミノフエノキシ)ジフエニ
ルヘキサフルオロプロパン(以下、「3,3′−
BAPF」と略す) 上記芳香族2核体ジアミン及び芳香族4核体ジ
アミンはそれぞれ単独で用いてもよいし、適宜組
み合わせて用いてもよい。 上記のようなビフエニルテトラカルボン酸二無
水物とメタ位置にアミノ基を有する芳香族2核体
ジアミン及び/又は芳香族4核体ジアミンとを組
み合わせることにより初めて、上記一般式()
及び/又は()で表される繰返し単位を主成分
とする無色透明なポリイミドが得られるのであ
る。 ここで主成分とするとは、全体が上記の一般式
()及び/又は()のみからなる場合も含め
る趣旨である。 この場合、このようにして得られたポリイミド
において、上記一般式()で表される繰返し単
位及び/又は上記一般式()で表される繰返し
単位で示されるポリイミドの含有量が多いほど得
られるポリイミドフイルムの無色透明性が高ま
る。しかしながら、上記の一般式()で表され
る繰返し単位及び/又は一般式()表される繰
返し単位のポリイミドが、70モル%以上含有され
ていれば少なくともこの発明で求める無色透明性
が確保されるのでその範囲内において、上記ビフ
エニルテトラカルボン酸二無水物以外のその他の
芳香族テトラカルボン酸二無水物及び上記メタ位
置にアミノ基を有する芳香族2核体・4核体ジア
ミン以外の他のシアミノ化合物を用いることがで
きる。 即ち、上記一般式()で表される繰返し単位
及び又は一般式()で表される繰返し単位で表
されるポリイミドの好ましい範囲は70モル%以上
であり、最も好ましい範囲は95モル%以上であ
る。 上記他の芳香族テトラカルボン酸二無水物とし
ては、ピロメリツト酸二無水物、3,3′、4,
4′−ベンゾフエノンテトラカルボン酸二無水物、
4,4′−オキシジフタル酸二無水物、4,4′−ビ
ス(3,4−ジカルボキシフエノキシ)ジフエニ
ルスルホン二無水物、2.2−ビス(3,4−ジカ
ルボキシフエニル)ヘキサフルオロプロパン二無
水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボ
ン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテト
ラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタ
レンテトラカルボン酸二無水物が挙げられ、これ
らは単独で又は併せて用いることができる。 また、その他のジアミノ化合物としては、4,
4′−ジアミノジフエニルエーテル、3,4′−ジア
ミノジフエニルエーテル、4,4′−ジアミノジフ
エニルスルホン、4,4′−ジアミノジフエニルメ
タン、4,4′−ジアミノベンゾフエノン、4,
4′−ジアミノジフエニルプロパン、パラフエニレ
ンジアミン、メタフエニレンジアミン、ベンジジ
ン、3,3′−ジメチルベンジジン、4,4′−ジア
ミノジフエニルチオエーテル、3,3′−ジメトキ
シ−4,4′−ジアミノジフエニルメタン、3,
3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフエニルメタ
ン、2,2−ビス(4−アミノフエニル)プロパ
ン、2,2−ビス[4−(4−アミノフエノキシ)
フエニル]−ヘキサフルオロプロパン、1,3−
ビス(アミノフエノキシ)ベンゼンが挙げられ、
これらは単独で、もしくは併せて用いることがで
きる。 本発明に用いる無色透明なポリイミドフイルム
は、上記の芳香族テトラカルボン酸二無水物及び
ジアミノ化合物を有機極性溶媒中において、温度
80℃以下で重合させることによりポリイミド前駆
体溶液をつくり、このポリイミド前駆体溶液を用
いて流延、ロールコーテイング等の方法で所望の
形状の賦形体を形成し、この賦形体を空気中又は
不活性ガス中において、温度:50〜350℃、圧
力:常圧もしくは減圧の条件下で有機極性溶媒を
蒸発除去すると同時にポリイミド前駆体を脱水閉
環して得られる。 また、上記方法に代えて、上記ポリイミド前駆
体をピリジンと無色酢酸のベンゼン溶液等を用
い、脱溶媒とイミド化を行いポリイミドにするこ
と等の方法によつても得ることができる。 上記の有機極性溶媒としては、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、ジグライム、ク
レゾール、ハロゲン化フエノール等が好適である
が、特にジメチルアセトアミドが良溶媒で、しか
も沸点が極めて低いから好ましい。これらの有機
極性溶媒は単独で用いてもよいし、或はこれに代
えて2種以上を混合して用いても支障はない。 有機極性溶媒として、上記に例示した各溶媒
は、沸点が低いため、加熱による脱水閉環の際に
分解してその分解物がポリイミド中に残留して当
該ポリイミドが着色するといつた問題を生じない
のである。 しかしながら、高沸点の重合用溶媒、例えばN
−メチル−2−ピロリドンを用い、ポリイミド前
駆体合成後、溶媒置換により、上記例示の好適な
溶媒に生成ポリイミド前駆体を溶解するようにす
れば上記弊害を排除しうる。この場合、上記例示
の好適な溶媒は希釈溶媒となる。上記ポリイミド
フイルムの製造に際しては、このように、重合溶
媒と希釈溶媒とを別種のものにし、溶媒置換によ
つて生成ポリイミド前駆体を希釈溶媒に溶解する
ようにしてもよいのである。 なお、上記に例示した好適な有機極性溶媒を使
用する際に、この溶媒に、エタノール、トルエ
ン、ベンゼン、キシレン、ジオキサン、テトラヒ
ドロフラン、ヒトロベンゼン等の溶媒を、ポリイ
ミドフイリムの無色透明性を損なわない範囲内に
おいても一種もしくは二種以上適宜混合して用い
てもよい。 上記のようにして、無色透明なポリイミドフイ
ルムを製造する際にポリイミド前駆体溶液の対数
粘度(N−メチル−2−ピロリドン溶媒中0.5
g/100mlの濃度において30℃で測定)が0.3〜
5.0の範囲になるように調整するのが好ましい。
より好適なのは0.4〜2.0である。この対数粘度が
低すぎると得られるポリイミドフイルムの機械的
強度が低くなるため好ましくない。逆に、対数粘
度が高すぎるとポリイミド前駆体溶液を適当な形
状に賦形する際に流延させにくく作業が困難とな
るため好ましくない。また、ポリイミド前駆体溶
液の濃度も、作業性等の観点から、5〜30重量
%、好ましくは15〜25重量%に設定することが望
ましいのである。 なお、上記対数粘度は次式で計算されるもので
あり、式中の粘度は毛細管粘度計により測定され
るものである。 対数粘度=自然対数(溶液の粘度)/(溶媒の粘
度)/溶液中の重合体の濃度 ポリイミド前駆体溶液を用いての無所透明性に
優れるポリイミドフイルムを得るにはガラス板、
ステンレス板等の鏡面に上記ポリイミド前駆体溶
液を一定の厚みになるように流延し、100〜350℃
の温度で徐々に加熱して脱水閉環させ、これにポ
リイミド前駆体をイミド化することにより行なわ
れる。ポリイミド前駆体溶液からのポリイミドフ
イルム形成における有機極性溶媒の除去及びポリ
イミド前駆体のイミド化のため加熱は、連続して
行つてもよく、又これらの工程を減圧下もしくは
不活性ガス雰囲気中で行つてもよい。更に短時間
であれば400℃前後まで最終的に加熱することに
より生成ポリイミドフイルムの特性を向上させる
ことができる。 また、ポリイミドフイルム形成の他の方法は、
上記のポリイミド前駆体溶液をガラス板上等に流
延して100〜150℃で30〜120分間加熱乾燥して皮
膜を形成し、この皮膜をピリジンと無水酢酸のベ
ンゼン溶液等に浸漬して脱溶剤とイミド化反応を
行い、上記皮膜をポリイミドフイルムとする方法
であり、この方法によつても無色透明なポリイミ
ドフイルムを得ることができる。 このようにして得られるポリイミドフイルムは
その厚みを7〜550μm程度に設定することが好
ましい。この厚が550μmを超えると光の透過率
が悪化すると共に可撓性に欠けて連続的にロール
状に巻回するのが困難となり、つまり生産性に問
題が生じるのであり、逆に厚さ7μm未満になる
と充分な機械的強度が得られないと共に非晶質シ
リコン薄膜を堆積する際の温度(250℃〜350℃)
に耐えることができず、この熱応力によつて基板
が変形することがあるから好ましくない。このポ
リイミドフイルムは、無色透明であつて従来のよ
うに黄色ないし黄褐色に着色していないため、比
較的厚膜であつても極めて無着透明性が良好であ
る。 以上のようにして、ポリイミド前駆体溶液をイ
ミド化してポリイミドとする場合におちて、生成
ポリイミドは、特性の点から対数粘度(97重量%
硫酸中0.5g/dlの濃度で30℃のもとで測定)を
0.3〜5.0の範囲内に設定することが好ましい。最
も好ましいのは0.4〜4.0である。 このようにして得られたポリイミドフイルム
は、従来のものとは全く異なり、無色透明であつ
て極めて透明度が高いものである。 そして、特に、無色透明性が優れて本発明に用
いる基板に最適なのは一般式()及び()で
示される芳香族2核体ジアミン及び芳香族4核体
ジアミンにおいて、X1及びX2がSO2であるもの
を用いたものである。このものを用いて得られた
ポリイミドフイルムは、無色透明性が極めて優れ
ているばかりでなく耐熱性にも著しく優れて熱収
縮率が小さいのである。 このようにして得られたポリイミドフイルム製
基板上に光電変換素子を堆積して光電変換装置を
形成する。 本発明においては、先ず基板上にITO膜や酸化
スズ薄膜等の光透過型の導電性薄膜を蒸着法やス
パツタリング法で積層する工程Aを実施する。 該導電性薄膜の厚みとしては0.01〜1.0μmとす
るのが好ましく、0.01μm未満では所望の導電性
(表面抵抗が1000Ω/□以下)が得られず、逆に
1.0μmを超えるとポリイミドフイルムの導電性薄
膜の透明性が損なわれるから好ましくない。 本発明においては、次に上記導電性薄膜上に光
電変換素子を堆積する工程Bを実施する。 該光電変換素子としては、上記導電性薄膜上
に、後えばp−i−n又はn−i−pの順序で堆
積して成る非晶質シリコン薄膜の他、上記導電性
薄膜上に、p形非晶質 炭化珪素薄膜、i形非晶
質シリコン薄膜及びn形非晶質シリコン薄膜の順
序で堆積して成る光電変換素子等の各種のものが
挙げられる。 そして、p形非晶質シリコン薄膜、i形非晶質
シリコン薄膜、n形非晶質シリコン薄膜の堆積方
法としては、スパツタリング法、グロー放電法、
光CVD法、イオンプレーテイング法等の各種の
方法を採用しうる。 例えば、グロー放電法の場合、温度200〜350℃
に加熱され基板ホルダーに、片面に透明導電性薄
膜を形成した基板を保持させ、該基板ホルダーを
一方の電極とし、これに対する対極との間に
13.56MHzの高周波電力を供給する。そして、例
えばn形非晶質シリコン薄膜を形成するには、シ
ランにホスフイン(PH3)を混入し、一方p形非
晶質シリコン薄膜を形成するには、シランにジボ
ラン(B2H6)を導入すればよいのである。 又、上記の非晶質シリコン薄膜とは、水素化非
晶質シリコンと、フツ素非晶質シリコンをいう。 本発明においては、かくして得られた光電変換
素子上にアルミニウム、ニツケル、チタン、クロ
ム、鉄、ステンレス、ニツケルクロム合金等の金
属薄膜を蒸着法、スパツタリング法等の適宜の方
法で形成するのである。例えば蒸着法では真空度
10-4〜1torr、蒸着源温度は用いる材料の融点付
近の条件下で行なわれる。 (e) 作用 基板上に非晶質シリコン薄膜を堆積する場合、
膜厚が1〜2μm迄は、基板表面の平滑性の影響
で膜厚が厚くなる程膜質が悪くなる(構造欠陥が
多くなる)。この傾向は、基板と非晶質シリコン
薄膜との境界の電極用金属薄膜の有無には関係な
い。 非透光性のプラスチツクフイルムを基板とし、
金属薄膜電極を介して、光電変換素子と透明導電
性薄膜を堆積した構造の従来のアモルフアスシリ
コン太陽電池では膜質の良い基板とは反対側の表
面より光を照射しているのに対し、換言すると、
膜質の劣悪な方より光を照射しているのに対し、
本発明による無色透明なポリイミドフイルムを基
板とするアモルフアスシリコン太陽電池の場合に
は、膜質が良好な基板側から光を照射させ、これ
によつて、主として真性シリコン薄膜で発生した
電子と正孔が構造欠陥の多い箇所で再結合して損
失する率を極力抑制しているものと推考される。 つまり、本発明の光電変換装置では膜質の良い
方側(構造欠陥の少ない方側)、換言すると基板
側から光を照射しているから光を受けて発生した
電子と正孔が再結合する率が低くなつて光電変換
効率が大幅に高くなる作用を有するものと考えら
れる。 (f) 実施例 無色透明なポリイミドフイルムの製作 溶媒としてジメチルアセトアミドを用いて、
3,3′−ジアミノジフエニルスルフオン1mol
に対し、3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカ
ルボン酸二無水物を1mol反応させ、ポリイミ
ド前駆体の溶液を得た。この溶液をガラス板上
に流延して皮膜を形成し、この皮膜を熱風乾燥
し、最後には300℃で5時間加熱してイミド化
反応を完全に行い、厚み50μmのポリイミドフ
イルムを得た。 このフイルムの光線透過率(波長500nm)
は85%、又表面粗さは両面共に80Å、温度350
℃での熱収縮率2%以下であつた。 アモルフアスシリコン太陽電池の製作 実施例 1 基板として、上記で得た厚み50μmの無色透
明なポリイミドフイルムを用いた。 該基板の片面にはスパツタリング法によつて厚
み600ÅのITO導電性薄膜を設け、このITO導電
性薄膜付き基板を、内部電極型の高周波
(13.56MHz)グロー放電装置内のヒーター付きホ
ルダーに保持し、250℃前後に保つた後、水素で
10モル%に希釈したシランと、水素で5000ppmに
希釈したジボランを混合し(B2H6/(SiH4
B2H6)=0.5モル%)し、グロー放電装置内に導
入し、真空度0.2Torr雰囲気下で10Wの高周波電
力を印加して該基板上にほう素をドープした200
Åのp形非晶質シリコン層を設けた。引き続いて
上記の水素希釈シランみを導入し同様に反応を行
いノンドープで厚み4500Åのi形非晶質シリコン
薄膜を堆積し、更に水素希釈シランと、水素で
5000ppmに希釈したフオスフイン(PH3)を混合
(PH3/(SiH4+PH3)=0.5モル%)し、グロー
放電装置内に導入してi形非晶質シリコン薄膜上
にリンをドープした500Åのn形非晶質シリコン
薄膜を設けた。 即ち、無色透明のポリイミドフイルム製基板上
に、ITOの導電性薄膜を介して、p形−i形−n
形の非晶質シリコン薄膜から成る光電変換素子を
形成した。 次にこれを真空蒸着装置内に保持し、常法の蒸
着によつて、n形非晶質シリコン薄膜上に厚み
0.1μmのアルミニウム製導電性薄膜を積層した。 かくして得られた太陽電池の光電変換効率を
AM=1100mW/cm2のソーラーシユミレーターで
測定した。この場合、光を基板側から照射した。 その結果を第1表に示す。 比較例 1 実施例1と特性を比較するために、厚さが50μ
m、表面粗さ80Åの非透過性ポリイミドフイルム
(デユポン社製カプトンH)を基板とする従来型
のアモルフアスシリコン太陽電池を作成した。 なお、この電池の基本的構造は実施例1と同様
である。 その具体的作成方法は以下の通りである。 即ち、上記基板の片面に、スパツタ蒸着法によ
り厚み5000Åのステンレス鋼製の導電性薄膜を設
けた。次に、実施例1と同様の装置、同様条件
で、該導電性薄膜上に、リンをドープした厚み
500Åのn形非晶質シリコン薄膜、ノンドープで
厚み4500Åのi形非晶質シリコン薄膜及びほう素
をドープした厚み200Åのp形非晶質シリコン薄
膜を順次堆積して光電変換素子を形成した。更
に、該、p形非晶質シリコン薄膜の順次堆積して
光電変換素子を形成した。更に、該p形非晶質シ
リコン薄膜上に、スパツタ蒸着法により厚み600
ÅのITO導電性薄膜を設けた。次に、この電池の
光電変換効率を実施例1と同様に測定した。この
場合、光を基板と反対側、つまりITO導電性薄膜
側から照射した。 参考例 1 基板として厚み1.0mmのパイレツクスガラスを
用いる以外は、実施例1と同様の構造のアモルフ
アスシリコン太陽電池を製作し、実施例1と同様
に光電変換効率を測定した。 実施例 2 上記で得た無色透明なポリイミドフイルム基
板の片面に、実施例1と同様にITO導電性薄膜を
形成し、実施例1と同様にグロー放電装置内の温
度を250℃前後に保つた後、該グロー放電装置内
に水素で各々10モル%、10モル%及び5000ppmに
希釈したシラン、エチレン及びジポランの混合
(B2H6/(SiH4+C2H4)=0.5モル%、C2H4
(SiH4+C2H4)=0.8モル%)ガスを導入し、真空
度0.2Torrの雰囲気下で10Wの高周波電力を印加
して該基板上にほう素をドープした厚さ200Åの
p形非晶質炭化珪素薄膜を設けた。 次いで、実施例1と同様の操作により、ノンド
ープで厚み4500Åのi形非晶質シリコン薄膜及び
リンをドープした厚み5000Åのn形非晶質シリコ
ン薄膜を設けた。 即ち、ITO導電性薄膜を介してp形非晶質炭化
珪素薄膜、i形非晶質シリコン薄膜及びn形非晶
質シリコン薄膜から成る光電変換素子を形成し
た。次に、実施例1と同様の方法により厚み0.1μ
mのアルミニウム製導電性薄膜を設けた。 この太陽電池の光電変換効率をAM=1100m
W/cm2のソーラーシユミレーターで測定した。こ
の場合、光を基板側から照射した。 その結果を第1表に示す。 比較例 2 実施例2と特性を比較するために、厚さが50μ
m、表面粗さが80Åの非透光性ポリイミドフイル
ムを基板とする従来型のアモルフアスシリコン太
陽電池を作成した。 なお、この電池の基本的構造は実施例1と同様
である。 この電池の具体的作成方法は以下の通りであ
る。 比較例1と同様に基板上に厚み5000Åのステン
レス鋼製導電性薄膜、リンをドープした厚み500
Åのn形非晶質シリコン薄膜及びノンドープで厚
み4500Åのi形非晶質シリコン薄膜を各々堆積し
た。更にi形非晶質シリコン薄膜上に実施例2と
同様に、ほう素をドープした厚み200Åのp形非
晶質炭化珪素薄膜を堆積した後、該p形非晶質炭
化珪素膜上にITO導電性薄膜を堆積した。 この電池の光電変換効率を実施例2と同様に測
定した結果を第1表に示す。 参考例 2 基板として厚み0.5mmのパイレツクスガラスを
用いる以外は、実施例2と同様の構造のアモルフ
アスシリコン太陽電池を製作し、実施例2と同様
に光電変換効率を測定した。 実施例 3 上記で得た無色透明なポリイミドフイルム製
の基板の片面に、実施例1と同様にITO導電性薄
膜を形成し、これを実施例1と同様のグロー放電
装置内のホルダーに保持し、250℃前後に保つた
後、実施例1と同様の原料ガスを使用し、真空度
0.2Torrの雰囲気下で10Wの高周波電力を印加し
て上記ITO導電性薄膜上にリンをドープした厚さ
200Åのn形非晶質シリコン薄膜を設けた後、ノ
ンドープで厚み4500Åのi形非晶質シリコン薄膜
及びほう素をドープした厚み500Åのp形非晶質
シリコン薄膜を順次堆積した。 即ち、無色透明なポリイミドフイルム基板上
に、ITO導電性薄膜を介して、n形、i形及びp
形の非晶質シリコン薄膜から成る光電変換素子を
形成した。次に、p形非晶質シリコン薄膜上に実
施例1と同様に厚み0.1μmのアルミニウム製導電
性薄膜を設けた。 この太陽電池の光電変換効率をAM=1100m
W/cm2のソーラーシユミレーターで測定した。 この場合、光を基板側から照射した。 この電池の光電変換効率を第1表に示す。 比較例 3 実施例3と特性を比較するために、厚さが50μ
m、表面粗さ80Åの非透光性ポリイミドフイルム
を基板とする従来型のアモルフアスシリコン太陽
電池を製作した。 なお、この電池の基本的構造は実施例1と同様
である。 この電池の製作方法は以下の通りである。 上記基板上に厚み5000Åのステンレス鋼製導電
性薄膜、ほう素をドープした厚み500Åのp形非
晶質シリコン薄膜及びノンドープで厚み4500Åの
i形非晶質シリコン薄膜及びリンをドープした厚
み200Åのn形非晶質シリコン薄膜を各々順次堆
積して光電変換素子を形成した。又、該n形非晶
質シリコン薄膜上に厚み600ÅのITOの導電性薄
膜を積層した。 この太陽電池の光電変換効率を実施例3と同様
に測定した。この場合、光をITO導電性薄膜側か
ら照射した。 その結果を第1表に示す。 参考例 3 基板として厚み0.5mmのパイレツクスガラスを
用いる以外は、実施例3と同様の構造のアモルフ
アスシリコン太陽電池を製作し、該電池の光電変
換効率を実施例3と同様に測定した。 その結果を第1表に示す。
(a) Industrial Application Field The present invention relates to a photoelectric conversion device that uses a colorless and transparent polyimide film as a substrate and improves photoelectric conversion efficiency by irradiating light from the substrate side. (b) Prior art Photoelectric conversion devices that convert light energy into electrical energy using amorphous silicon thin films, etc. are useful for low-cost solar cells (solar cells are also included in photoelectric conversion devices in the present invention), optical sensors, etc. It is applied. Photoelectric conversion devices, such as solar cells, have conventionally been produced by sequentially depositing p-type, i-type, and n-type amorphous silicon thin films on a metal plate such as stainless steel foil, and then layering a light-transmitting conductive thin film. Structures such as those with a structure in which a light-transmissive conductive film and p-type, i-type, and n-type amorphous silicon thin films are sequentially deposited on a glass plate, and a conductive thin film such as aluminum is further laminated. has been put into practical use. In the case of a metal substrate such as stainless steel, the sheet resistance of the substrate is sufficiently low, so a single solar cell can be formed on one substrate, and a large output current can be obtained from a fixed area of the substrate. On the other hand, when using an insulating substrate such as glass, 2
It is convenient to arrange the above-mentioned photoelectric conversion elements adjacent to each other and easily connect them in series with a conductor to obtain a voltage of twice or more. Currently, efforts are being made to reduce the cost of amorphous silicon solar cells by improving their photoelectric conversion efficiency as well as improving materials and production processes. As part of this, a thin film of stainless steel or other material is provided on a heat-resistant plastic film such as polyimide film, an amorphous silicon thin film is deposited on top of the film, and indium tin monoxide (hereinafter referred to as
A transparent conductive thin film such as tin oxide (abbreviated as ITO conductive thin film) or tin oxide has been proposed (for example, JP-A-54-149489, JP-A No. 55-4994, JP-A No. 55-29154). Publications and Publications No. 57-103839, etc.). These materials have low material costs, and have a great advantage in terms of production costs because the substrate is flexible and can be rolled into a roll for continuous processing.Furthermore, the shape can be arbitrarily selected, so they can be used in a wide range of applications.
It is expected to have many uses. However, although amorphous silicon solar cells based on polyimide films currently hold great promise, they have not yet been put into practical use. This is because the photoelectric conversion efficiency is generally much lower than that of substrates made of stainless steel foil or glass plates, and they lack stability over time and stability against bending stress. One of the reasons for these drawbacks is that the temperature 250℃~350℃
When an amorphous silicon thin film is deposited on a substrate under conditions of Another reason is that the substrate film and the stainless steel thin film for electrodes, etc. The point is that strain remains at the interface. As a method to improve these, a method has been proposed in which the substrate is preheated before depositing an amorphous silicon thin film (Japanese Patent Publication No. 1983-
Publication No. 53178). (c) Problems to be solved by the invention The method of preheating a substrate described above is extremely excellent in that it alleviates the essential problem of the substrate, but it is not suitable as a method for improving the photoelectric conversion efficiency of solar cells. has not become a fundamental improvement measure. In other words, solar cells using a polyimide film as a substrate have traditionally been made by forming a stainless steel sputter thin film on a non-transparent polyimide film, sequentially depositing an amorphous silicon thin film on top of this, and then laminating an ITO conductive thin film. It has a structure that Then, light is irradiated from the side opposite to the substrate, that is, from the ITO film side, and the light energy is converted into electrical energy. By the way, the deposition state of an amorphous silicon thin film is
Corresponding to the smoothness of the base substrate, in other words, it grows while forming domains along the minute irregularities on the surface, and as a result, the film thickness of the amorphous silicon thin film is about 1 to 2 μm. The thicker the film, the more structural defects the film generally has. In addition, electrons and holes mainly generated in the intrinsic layer are likely to recombine at locations where there are many structural defects in the thin film, and it is thought that photocurrent loss is large at these locations. Therefore, it is assumed that the photoelectric conversion efficiency becomes worse the further away from the substrate, that is, closer to the surface opposite to the substrate side. When irradiating from the thin film side, the polyimide film has a higher surface roughness than the one using a polyimide film as the substrate, and the one using a mirror-finished stainless steel foil, so the photoelectric conversion efficiency will be worse with the polyimide film. Possible (there is a limit to the surface smoothness of polyimide film). (d) Means for solving the problem Therefore, the present inventors developed a colorless and transparent polyimide film that has excellent heat resistance, and created a photoelectric conversion device using this as a substrate. As a result of investigating the photoelectric conversion efficiency by irradiating light from the substrate side, it was found that absorption of light by the substrate is unavoidable in this type of photoelectric conversion device, but surprisingly, despite this, conventional polyimide substrates The present inventors have discovered that the photoelectric conversion efficiency is significantly improved compared to conventional solar cells, and have completed the present invention. That is, the present invention provides a photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion element for converting light energy into electrical energy is provided on a substrate, wherein the substrate has a general formula and/or [However, in formula (), X 1 is O, SO 2 ,
CH 2 or CO, and in formula (), X 2 is
SO2 , C( CH3 ) 2 or C( CF3 ) 2 . ] It is formed from a polyimide film whose main component is polyimide having the repeating unit shown in
Further, the present invention is characterized in that it is configured to irradiate light from the substrate side. The present invention will be explained in detail below. In the present invention, the photoelectric conversion device refers to a device that converts light energy into electrical energy, and can be applied to any device provided with a photoelectric conversion element on a substrate. Specifically, for example, Examples include solar cells and optical sensors. The most significant feature of the present invention is that a colorless and transparent light-transmitting polyimide film is used as the substrate. And this colorless and transparent means visible light (500nm) for a polyimide film with a film thickness of 50±5μm.
Transmittance is 70% or more and yellowness index is 40 or less. Although polyimide film is heat resistant, there has been no colorless and transparent polyimide film, which was completed as a result of research by the present inventors. The colorless and transparent polyimide film used in the present invention has the general formula and/or [However, in formula (), X 1 is O, SO 2 ,
CH 2 or CO, and in formula (), X 2 is
SO2 , C( CH3 ) 2 or C( CF3 ) 2 . ] It is formed from a polyimide film whose main component is polyimide having the repeating unit shown below. The colorless and transparent polyimide used in the present invention has the general formula () Biphenyltetracarboxylic dianhydride and general formulas () and () shown by [In formulas () and (), X 1 and X 2 are formulas (),
As shown in (). ] Obtained by reaction with an aromatic diamino compound represented by: The above-mentioned biphenyltetracarboxylic dianhydride includes the following 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride. 2,3,3',4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride Examples include. Further, among the aromatic diamino compounds having an amino group at the meta position, the following are representative examples of the aromatic dinuclear diamine represented by the general formula (). 3,3'-diaminodiphenyl ether 3,3'-diaminodiphenyl sulfone 3,3'-diaminodiphenyl thioether 3,3'-diaminodiphenylmethane 3,3'-diaminobenzophenone Also, representative examples of aromatic tetranuclear diamines include:
The following may be mentioned. 4,4'-di-(3-aminophenoxy)diphenyl sulfone 4,4'-di-(3-aminophenoxy)diphenylpropane 4,4'-di-(3-aminophenoxy)diphenylhexafluoropropane (hereinafter referred to as "3,3'-
(abbreviated as "BAPF") The aromatic dinuclear diamine and the aromatic tetranuclear diamine may each be used alone or in appropriate combinations. By combining the above biphenyltetracarboxylic dianhydride with an aromatic dinuclear diamine and/or an aromatic tetranuclear diamine having an amino group in the meta position,
A colorless and transparent polyimide whose main component is a repeating unit represented by and/or () can be obtained. Here, the term "main component" is intended to include cases where the whole consists only of the above general formula () and/or (). In this case, in the polyimide thus obtained, the higher the content of the polyimide represented by the repeating unit represented by the above general formula () and/or the repeating unit represented by the above general formula (), the more the obtained polyimide is obtained. The colorless transparency of polyimide film increases. However, if the repeating unit represented by the above general formula () and/or the polyimide of the repeating unit represented by the general formula () is contained in an amount of 70 mol% or more, at least the colorless transparency required by this invention can be ensured. Therefore, within the range, other aromatic tetracarboxylic dianhydrides other than the above-mentioned biphenyltetracarboxylic dianhydride and other than the above-mentioned aromatic di-nuclear/tetra-nuclear diamine having an amino group at the meta position are used. cyamino compounds can be used. That is, the preferable range of the polyimide represented by the repeating unit represented by the above general formula () and/or the repeating unit represented by the general formula () is 70 mol% or more, and the most preferable range is 95 mol% or more. be. Examples of the other aromatic tetracarboxylic dianhydrides include pyromellitic dianhydride, 3,3', 4,
4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride,
4,4'-oxydiphthalic dianhydride, 4,4'-bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfone dianhydride, 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoro Propane dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride Anhydrides are mentioned, and these can be used alone or in combination. In addition, other diamino compounds include 4,
4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,
4'-diaminodiphenylpropane, paraphenylenediamine, metaphenylenediamine, benzidine, 3,3'-dimethylbenzidine, 4,4'-diaminodiphenylthioether, 3,3'-dimethoxy-4,4'- Diaminodiphenylmethane, 3,
3'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,2-bis(4-aminophenyl)propane, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)
phenyl]-hexafluoropropane, 1,3-
Bis(aminophenoxy)benzene is mentioned,
These can be used alone or in combination. The colorless and transparent polyimide film used in the present invention can be obtained by heating the above-mentioned aromatic tetracarboxylic dianhydride and diamino compound in an organic polar solvent at temperature
A polyimide precursor solution is prepared by polymerizing at 80°C or lower, and a shaped body of a desired shape is formed using a method such as casting or roll coating using this polyimide precursor solution. It is obtained by evaporating and removing the organic polar solvent and simultaneously dehydrating and ring-closing the polyimide precursor in an active gas at a temperature of 50 to 350°C and a pressure of normal pressure or reduced pressure. Alternatively, instead of the above method, the polyimide precursor can be obtained by a method such as using a benzene solution of pyridine and colorless acetic acid, and removing the solvent and imidizing the polyimide precursor to form a polyimide. As the organic polar solvent, dimethylformamide, dimethylacetamide, diglyme, cresol, halogenated phenol, etc. are suitable, and dimethylacetamide is particularly preferred because it is a good solvent and has an extremely low boiling point. These organic polar solvents may be used alone, or alternatively, two or more of them may be used in combination without any problem. As organic polar solvents, each of the solvents exemplified above has a low boiling point, so they do not cause problems such as decomposition during dehydration and ring closure by heating, and the decomposed products remain in the polyimide and color the polyimide. be. However, high-boiling polymerization solvents such as N
The above disadvantages can be eliminated by dissolving the produced polyimide precursor in a suitable solvent as exemplified above by solvent substitution after synthesizing the polyimide precursor using -methyl-2-pyrrolidone. In this case, the suitable solvent exemplified above is a diluting solvent. In producing the above polyimide film, the polymerization solvent and the diluting solvent may be of different types, and the polyimide precursor produced may be dissolved in the diluting solvent by solvent substitution. In addition, when using the suitable organic polar solvents exemplified above, solvents such as ethanol, toluene, benzene, xylene, dioxane, tetrahydrofuran, and hydrobenzene may be added to this solvent without impairing the colorless transparency of the polyimide film. Even within the range, one type or two or more types may be used as a mixture as appropriate. As described above, when producing a colorless and transparent polyimide film, the logarithmic viscosity of the polyimide precursor solution (0.5 in N-methyl-2-pyrrolidone solvent)
(measured at 30℃ at a concentration of g/100ml) is 0.3~
It is preferable to adjust to a range of 5.0.
More preferred is 0.4 to 2.0. If the logarithmic viscosity is too low, the resulting polyimide film will have low mechanical strength, which is not preferable. On the other hand, if the logarithmic viscosity is too high, it is not preferable because it becomes difficult to cast the polyimide precursor solution into an appropriate shape, making the work difficult. Further, from the viewpoint of workability, it is desirable to set the concentration of the polyimide precursor solution to 5 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight. Note that the above-mentioned logarithmic viscosity is calculated by the following formula, and the viscosity in the formula is measured by a capillary viscometer. Logarithmic viscosity = natural logarithm (viscosity of solution) / (viscosity of solvent) / concentration of polymer in solution To obtain a polyimide film with excellent in-place transparency using a polyimide precursor solution, a glass plate,
The above polyimide precursor solution is cast onto a mirror surface such as a stainless steel plate to a certain thickness, and heated at 100 to 350℃.
The polyimide precursor is imidized by gradual heating at a temperature of 100 to 100% to cause dehydration and ring closure, followed by imidization of the polyimide precursor. In forming a polyimide film from a polyimide precursor solution, heating for removing the organic polar solvent and imidizing the polyimide precursor may be performed continuously, or these steps may be performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere. It's good to wear. Furthermore, the properties of the produced polyimide film can be improved by finally heating it to around 400°C for a short time. In addition, other methods of forming polyimide films include
The above polyimide precursor solution is cast onto a glass plate, heated and dried at 100 to 150°C for 30 to 120 minutes to form a film, and this film is removed by immersing it in a benzene solution of pyridine and acetic anhydride. This is a method in which an imidization reaction is carried out with a solvent to form a polyimide film from the film, and a colorless and transparent polyimide film can also be obtained by this method. The thickness of the polyimide film thus obtained is preferably set to about 7 to 550 μm. If the thickness exceeds 550 μm, the light transmittance deteriorates and it lacks flexibility, making it difficult to continuously wind it into a roll, which causes problems in productivity. If the temperature is lower than that, sufficient mechanical strength will not be obtained and the temperature when depositing the amorphous silicon thin film (250°C to 350°C)
This is not preferable because the substrate cannot withstand thermal stress and the substrate may be deformed by this thermal stress. This polyimide film is colorless and transparent and is not colored yellow or yellowish brown as in conventional films, so it has extremely good colorless transparency even if it is a relatively thick film. When polyimide is produced by imidizing a polyimide precursor solution as described above, the resulting polyimide has a logarithmic viscosity (97% by weight) from the viewpoint of properties.
(measured at 30℃ at a concentration of 0.5g/dl in sulfuric acid)
It is preferable to set it within the range of 0.3 to 5.0. The most preferred range is 0.4-4.0. The polyimide film thus obtained is completely different from conventional films, and is colorless and transparent with extremely high transparency. In particular, aromatic dinuclear diamines and aromatic tetranuclear diamines represented by general formulas () and () have excellent colorless transparency and are most suitable for substrates used in the present invention, in which X 1 and X 2 are SO 2 is used. The polyimide film obtained using this material not only has excellent colorless transparency but also excellent heat resistance and low heat shrinkage. A photoelectric conversion device is formed by depositing photoelectric conversion elements on the polyimide film substrate thus obtained. In the present invention, first, step A is performed in which a light-transmitting conductive thin film such as an ITO film or a tin oxide thin film is laminated on a substrate by a vapor deposition method or a sputtering method. The thickness of the conductive thin film is preferably 0.01 to 1.0 μm; if it is less than 0.01 μm, the desired conductivity (surface resistance of 1000Ω/□ or less) cannot be obtained;
If it exceeds 1.0 μm, the transparency of the conductive thin film of the polyimide film will be impaired, which is not preferable. In the present invention, next step B is performed in which a photoelectric conversion element is deposited on the conductive thin film. The photoelectric conversion element may include an amorphous silicon thin film deposited on the conductive thin film in the order of p-i-n or n-i-p; Examples include photoelectric conversion elements formed by depositing an amorphous silicon carbide thin film, an i-type amorphous silicon thin film, and an n-type amorphous silicon thin film in this order. The deposition methods for p-type amorphous silicon thin film, i-type amorphous silicon thin film, and n-type amorphous silicon thin film include sputtering method, glow discharge method,
Various methods such as optical CVD method and ion plating method can be employed. For example, in the case of glow discharge method, the temperature is 200 to 350℃.
A substrate with a transparent conductive thin film formed on one side is held in a heated substrate holder, and the substrate holder is used as one electrode.
Provides 13.56MHz high frequency power. For example, to form an n-type amorphous silicon thin film, phosphine (PH 3 ) is mixed into silane, while to form a p-type amorphous silicon thin film, diborane (B 2 H 6 ) is mixed into silane. All you have to do is introduce the . Further, the above-mentioned amorphous silicon thin film refers to hydrogenated amorphous silicon and fluorine amorphous silicon. In the present invention, a thin film of metal such as aluminum, nickel, titanium, chromium, iron, stainless steel, nickel-chromium alloy, etc. is formed on the thus obtained photoelectric conversion element by an appropriate method such as vapor deposition or sputtering. For example, in the vapor deposition method, the degree of vacuum
The deposition is carried out under conditions of 10 -4 to 1 torr, and the deposition source temperature is around the melting point of the material used. (e) Effect When depositing an amorphous silicon thin film on a substrate,
When the film thickness is 1 to 2 μm, the film quality deteriorates as the film thickness increases due to the influence of the smoothness of the substrate surface (structural defects increase). This tendency is independent of the presence or absence of a metal thin film for electrodes at the boundary between the substrate and the amorphous silicon thin film. A non-transparent plastic film is used as a substrate.
In contrast to conventional amorphous silicon solar cells, which have a structure in which a photoelectric conversion element and a transparent conductive thin film are deposited via metal thin film electrodes, light is irradiated from the surface opposite to the substrate with good film quality. Then,
Whereas the one with poorer film quality is irradiated with light,
In the case of an amorphous silicon solar cell using a colorless and transparent polyimide film as a substrate according to the present invention, light is irradiated from the substrate side with good film quality, whereby electrons and holes mainly generated in the intrinsic silicon thin film are It is presumed that the rate of recombination and loss at locations with many structural defects is suppressed as much as possible. In other words, in the photoelectric conversion device of the present invention, since light is irradiated from the side with better film quality (the side with fewer structural defects), in other words, from the substrate side, there is a high rate of recombination of electrons and holes generated upon receiving light. This is thought to have the effect of significantly increasing the photoelectric conversion efficiency by lowering the photoelectric conversion efficiency. (f) Example Production of colorless and transparent polyimide film Using dimethylacetamide as a solvent,
3,3'-diaminodiphenyl sulfone 1 mol
1 mol of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride was reacted with the mixture to obtain a solution of a polyimide precursor. This solution was cast onto a glass plate to form a film, this film was dried with hot air, and finally heated at 300°C for 5 hours to complete the imidization reaction, yielding a polyimide film with a thickness of 50 μm. . Light transmittance of this film (wavelength 500nm)
is 85%, and the surface roughness is 80Å on both sides, and the temperature is 350%.
The heat shrinkage rate at °C was 2% or less. Production Example 1 of Amorphous Silicon Solar Cell The colorless and transparent polyimide film obtained above with a thickness of 50 μm was used as a substrate. An ITO conductive thin film with a thickness of 600 Å was provided on one side of the substrate by sputtering, and the substrate with the ITO conductive thin film was held in a holder equipped with a heater in an internal electrode type high frequency (13.56 MHz) glow discharge device. , after being kept at around 250℃, heated with hydrogen.
Silane diluted to 10 mol% and diborane diluted to 5000 ppm with hydrogen were mixed (B 2 H 6 / (SiH 4 +
B 2 H 6 ) = 0.5 mol%) was introduced into a glow discharge device, and 10 W of high-frequency power was applied in a vacuum atmosphere of 0.2 Torr to dope boron on the substrate.
A p-type amorphous silicon layer with a thickness of 1.5 Å was provided. Subsequently, the above hydrogen diluted silane was introduced and the same reaction was performed to deposit a non-doped i-type amorphous silicon thin film with a thickness of 4500 Å.
Phosphine (PH 3 ) diluted to 5000 ppm was mixed (PH 3 / (SiH 4 + PH 3 ) = 0.5 mol%) and introduced into a glow discharge device to form a phosphorus-doped 500 Å film on an i-type amorphous silicon thin film. An n-type amorphous silicon thin film was provided. That is, on a colorless and transparent polyimide film substrate, p-type, i-type, and n-type
A photoelectric conversion element consisting of a shaped amorphous silicon thin film was fabricated. Next, this is held in a vacuum evaporation apparatus, and a thickness is deposited on the n-type amorphous silicon thin film by a conventional evaporation method.
A 0.1 μm aluminum conductive thin film was laminated. The photoelectric conversion efficiency of the solar cell thus obtained is
It was measured using a solar simulator with AM=1100mW/cm 2 . In this case, light was irradiated from the substrate side. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 In order to compare the characteristics with Example 1, the thickness was 50 μm.
A conventional amorphous silicon solar cell was fabricated using a non-transparent polyimide film (Kapton H manufactured by DuPont) as a substrate and having a surface roughness of 80 Å. Note that the basic structure of this battery is the same as in Example 1. The specific method for creating it is as follows. That is, a conductive thin film made of stainless steel with a thickness of 5000 Å was provided on one side of the substrate by sputter deposition. Next, using the same apparatus and under the same conditions as in Example 1, a phosphorus-doped film was coated on the conductive thin film.
A photoelectric conversion element was formed by sequentially depositing an n-type amorphous silicon thin film of 500 Å, an undoped i-type amorphous silicon thin film of 4500 Å thick, and a 200 Å thick p-type amorphous silicon thin film doped with boron. Further, p-type amorphous silicon thin films were sequentially deposited to form a photoelectric conversion element. Furthermore, on the p-type amorphous silicon thin film, a thickness of 600 mm was deposited by sputter deposition.
An ITO conductive thin film of Å was provided. Next, the photoelectric conversion efficiency of this battery was measured in the same manner as in Example 1. In this case, light was applied from the side opposite to the substrate, that is, from the side of the ITO conductive thin film. Reference Example 1 An amorphous silicon solar cell having the same structure as in Example 1 was manufactured, except that Pyrex glass with a thickness of 1.0 mm was used as the substrate, and the photoelectric conversion efficiency was measured in the same manner as in Example 1. Example 2 An ITO conductive thin film was formed on one side of the colorless and transparent polyimide film substrate obtained above in the same manner as in Example 1, and the temperature inside the glow discharge device was maintained at around 250°C as in Example 1. After that, a mixture of silane, ethylene and diporane diluted with hydrogen to 10 mol%, 10 mol% and 5000 ppm respectively (B 2 H 6 /(SiH 4 +C 2 H 4 ) = 0.5 mol%, C 2 H 4 /
(SiH 4 + C 2 H 4 ) = 0.8 mol%) gas was introduced, and 10 W of high-frequency power was applied in an atmosphere with a degree of vacuum of 0.2 Torr to form a 200 Å thick p-type non-conductor doped with boron on the substrate. A crystalline silicon carbide thin film was provided. Next, by the same operation as in Example 1, a non-doped i-type amorphous silicon thin film with a thickness of 4500 Å and a phosphorus-doped n-type amorphous silicon thin film with a thickness of 5000 Å were provided. That is, a photoelectric conversion element consisting of a p-type amorphous silicon carbide thin film, an i-type amorphous silicon thin film, and an n-type amorphous silicon thin film was formed via an ITO conductive thin film. Next, a thickness of 0.1μ was obtained using the same method as in Example 1.
A conductive thin film made of aluminum was provided. The photoelectric conversion efficiency of this solar cell is AM=1100m
It was measured using a solar simulator at W/cm 2 . In this case, light was irradiated from the substrate side. The results are shown in Table 1. Comparative Example 2 In order to compare the characteristics with Example 2, the thickness was 50 μm.
A conventional amorphous silicon solar cell was fabricated using a non-transparent polyimide film substrate with a surface roughness of 80 Å. Note that the basic structure of this battery is the same as in Example 1. The specific method for making this battery is as follows. As in Comparative Example 1, a conductive thin film made of stainless steel with a thickness of 5000 Å was placed on the substrate, and a conductive thin film doped with phosphorus was placed on the substrate with a thickness of 500 Å.
An n-type amorphous silicon thin film with a thickness of 4500 Å and a non-doped i-type amorphous silicon thin film with a thickness of 4500 Å were each deposited. Furthermore, in the same manner as in Example 2, a p-type amorphous silicon carbide thin film doped with boron and having a thickness of 200 Å was deposited on the i-type amorphous silicon thin film, and then ITO was deposited on the p-type amorphous silicon carbide film. A conductive thin film was deposited. The photoelectric conversion efficiency of this cell was measured in the same manner as in Example 2, and the results are shown in Table 1. Reference Example 2 An amorphous silicon solar cell having the same structure as in Example 2 was manufactured, except that Pyrex glass with a thickness of 0.5 mm was used as the substrate, and the photoelectric conversion efficiency was measured in the same manner as in Example 2. Example 3 An ITO conductive thin film was formed on one side of the colorless and transparent polyimide film substrate obtained above in the same manner as in Example 1, and this was held in a holder in the same glow discharge device as in Example 1. After maintaining the temperature at around 250℃, using the same raw material gas as in Example 1, the vacuum degree was
The thickness of the above ITO conductive thin film doped with phosphorus by applying 10 W of high frequency power in an atmosphere of 0.2 Torr
After forming a 200 Å thick n-type amorphous silicon thin film, a non-doped i-type amorphous silicon thin film 4500 Å thick and a boron-doped p-type amorphous silicon thin film 500 Å thick were sequentially deposited. That is, n-type, i-type, and p-type are formed on a colorless and transparent polyimide film substrate through an ITO conductive thin film.
A photoelectric conversion element consisting of a shaped amorphous silicon thin film was fabricated. Next, as in Example 1, an aluminum conductive thin film having a thickness of 0.1 μm was provided on the p-type amorphous silicon thin film. The photoelectric conversion efficiency of this solar cell is AM=1100m
It was measured using a solar simulator at W/cm 2 . In this case, light was irradiated from the substrate side. Table 1 shows the photoelectric conversion efficiency of this battery. Comparative Example 3 In order to compare the characteristics with Example 3, the thickness was 50 μm.
We fabricated a conventional amorphous silicon solar cell using a non-transparent polyimide film substrate with a surface roughness of 80 Å. Note that the basic structure of this battery is the same as in Example 1. The method for manufacturing this battery is as follows. On the above substrate, there is a stainless steel conductive thin film with a thickness of 5000 Å, a boron-doped p-type amorphous silicon thin film with a thickness of 500 Å, an undoped i-type amorphous silicon thin film with a thickness of 4500 Å, and a phosphorus-doped thin film with a thickness of 200 Å. A photoelectric conversion element was formed by sequentially depositing n-type amorphous silicon thin films. Further, a conductive thin film of ITO having a thickness of 600 Å was laminated on the n-type amorphous silicon thin film. The photoelectric conversion efficiency of this solar cell was measured in the same manner as in Example 3. In this case, light was applied from the ITO conductive thin film side. The results are shown in Table 1. Reference Example 3 An amorphous silicon solar cell having the same structure as in Example 3 was manufactured except that Pyrex glass with a thickness of 0.5 mm was used as the substrate, and the photoelectric conversion efficiency of the cell was measured in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 1.

【表】【table】

【表】 第1表より、基板として無色透明なポリイミド
フイルムを用い、且つ該基板側から光を照射する
ようにした太陽電池は、非透光性のポリイミドフ
イルム基板を用い、該基板と反対側から光を照射
するようにしたものより極めて高い光電変換効率
を示すことが認められる。 上記実施例は太陽電池について説明したが、本
発明は、これに代えて、光センサー等にも適用で
きるのである。 (g) 効果 本発明の光電変換装置はその基板に無色透明な
ポリイミドフイルムを用い、該基板側、つまり膜
質の優れた方側より光を照射するようにしたから
従来のものより光電変換効率を著しく向上させる
ことができるのである。 又、基板が無色透明なポリイミドフイルムで形
成され、該基板が可撓性であるからロール状に巻
回した基板を連続的に引き出しつつ連続的に光電
変換装置を製造でき、この結果、生産性が向上す
ると共に製造コストを下げることができるのであ
り、しかも材料が安価であり、この点からも製造
コストの低減を図ることができるのである。 更に、基板にポリイミドフイルムを用いている
から耐熱性で熱収縮率が低いから温度変化に伴う
歪みが小さく、この結果、基板上に堆積した光電
変換素子が温度変化によつて割れたり、欠ける等
の問題が少ないのである。 特に、基板が無色透明なポリイミドフイルムで
形成されており、該基板が電気絶縁性であるか
ら、該基板上を用いて太陽電池を形成するにあた
り、同一基板上に複数の太陽電池素子の直・並列
の接続が可能となり、各種タイプの太陽電池を簡
単に製造できる等の効果を奏するものである。
[Table] From Table 1, solar cells that use a colorless and transparent polyimide film as a substrate and irradiate light from the side of the substrate use a non-transparent polyimide film substrate and irradiate light from the side opposite to the substrate. It is recognized that the photoelectric conversion efficiency is significantly higher than that of the one in which light is irradiated from the outside. Although the above embodiments have been described with respect to solar cells, the present invention can also be applied to optical sensors and the like instead. (g) Effect The photoelectric conversion device of the present invention uses a colorless and transparent polyimide film as its substrate, and the light is irradiated from the substrate side, that is, the side with better film quality, so that the photoelectric conversion efficiency is higher than that of conventional devices. This can be significantly improved. In addition, since the substrate is made of a colorless and transparent polyimide film and is flexible, photoelectric conversion devices can be manufactured continuously by continuously pulling out the substrate wound into a roll. As a result, productivity is increased. It is possible to reduce the manufacturing cost while improving the performance, and since the material is inexpensive, the manufacturing cost can also be reduced from this point of view. Furthermore, since polyimide film is used for the substrate, it is heat resistant and has a low thermal shrinkage rate, so there is less distortion due to temperature changes, and as a result, photoelectric conversion elements deposited on the substrate will not crack or chip due to temperature changes. There are fewer problems. In particular, since the substrate is made of a colorless and transparent polyimide film and is electrically insulating, it is difficult to directly connect multiple solar cell elements on the same substrate when forming a solar cell using the substrate. Parallel connections are possible, and various types of solar cells can be manufactured easily.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に光エネルギーを電気エネルギーに変
換する光電変換素子を設けた光電変換装置におい
て、該基板が一般式 及び/又は 〔ただし、式()においてはX1はO、SO2
CH2又はCOであり、式()において、X2
SO2、C(CH32又はC(CF32である。〕 で示される繰返し単位を有するポリイミドを主成
分とするポリイミドフイルムで形成されており、
且つ上記基板側から光を照射するように構成して
いることを特徴とする光電変換装置。
[Claims] 1. A photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion element for converting light energy into electrical energy is provided on a substrate, wherein the substrate has a general formula and/or [However, in formula (), X 1 is O, SO 2 ,
CH 2 or CO, and in formula (), X 2 is
SO2 , C( CH3 ) 2 or C( CF3 ) 2 . ] It is formed from a polyimide film whose main component is polyimide having the repeating unit shown in
A photoelectric conversion device characterized in that the device is configured to irradiate light from the substrate side.
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