JPH098338A - フィルム状アモルファスシリコン太陽電池 - Google Patents

フィルム状アモルファスシリコン太陽電池

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JPH098338A
JPH098338A JP7155774A JP15577495A JPH098338A JP H098338 A JPH098338 A JP H098338A JP 7155774 A JP7155774 A JP 7155774A JP 15577495 A JP15577495 A JP 15577495A JP H098338 A JPH098338 A JP H098338A
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JP
Japan
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film
solar cell
amorphous silicon
layer
oxide
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Withdrawn
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JP7155774A
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English (en)
Inventor
Hirosaku Nagasawa
啓作 長沢
Hideki Sakai
秀樹 坂井
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐環境性が改良された可撓性のフィルム基板
太陽電池を提供する。 【構成】 可撓性フィルム基板上に光起電力要素として
アモルファスシリコン薄膜および表面電極および裏面電
極を設けた太陽電池において、少なくとも太陽電池が形
成された面上に酸化珪素または酸化アルミニウムを主体
とする層を0.005〜5μmの厚みに設置したフィル
ム状アモルファスシリコン太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可撓性のフィルム基板
上に光起電力要素として、アモルファスシリコン薄膜を
設けた太陽電池に関するものであり、さらに詳しくは、
耐候性に優れた可撓性のフィルム状太陽電池に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】アモルファスシリコン薄膜をステンレス
スチール板、硝子板などの基板上に設けた太陽電池は、
特開昭52−149489号公報、特開昭55−499
4号公報、特開昭55−29154号公報などにより公
知である。また、アラミドフィルムやポリイミドフィル
ムを基板とするものについても、特開昭54−1494
89号公報、特開昭55−4994号公報、特開昭55
−29154号公報、特開昭55−82474号公報、
特開昭56−169372号公報、特開昭57−103
839号公報、特開昭59−34677号公報、特開昭
59−88874号公報、特開昭59−108368号
公報、特開昭59−158571号公報、特開昭60−
130867号公報、特開昭60−257183号公
報、特開昭61−7624号公報、特開昭63−236
372号公報、特開平1−119072号公報、特開平
1−309385号公報などにより知られている。
【0003】フィルムを基板とする方法は、フィルムを
ロールから送り出して処理後再度ロールに巻き取りつ
つ、アモルファスシリコン層などの必要な各層を連続的
に真空蒸着、スパッタ蒸着またはプラズマグロー放電な
どの方法で形成できることである。また、得られるフィ
ルム状の太陽電池は従来の硝子基板などの上にアモルフ
ァスシリコン薄膜を設けたものや、単結晶シリコン板や
多結晶シリコン板から製造された太陽電池と異なり、自
由に曲げることができ、その応用が広がることが期待で
きる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記太陽電池を実用に
供する上で、アモルファスシリコン層などの各要素材料
が、吸湿により劣化したり、材料間の寸法変化の差によ
る構造破壊が生じたりして、太陽電池としての性能が低
下することがあり、通常太陽電池を外気から遮断したモ
ジュール内に封止することが行われている。
【0005】しかしモジュール内に封止することは、フ
ィルム状太陽電池の可撓性という利点が失われるため好
ましくない。本発明の目的は、耐環境性に優れた可撓性
のフィルム状太陽電池を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、アモルフ
ァスシリコン層の上に設置される透明電極である酸化イ
ンジウム錫膜がその生成条件によっては本発明目的を達
成する場合があること、それがその膜のガスバリヤ効果
によるものであること、酸化インジウム錫膜はガスバリ
ヤ性の安定性に乏しいことを見出し、鋭意研究の結果、
本発明を完成するに至った。
【0007】即ち、本発明の課題は、可撓性フィルム基
板上に光起電力要素としてアモルファスシリコン薄膜お
よび表面電極および裏面電極を設けた太陽電池におい
て、少なくとも太陽電池が形成された面上に酸化珪素ま
たは酸化アルミニウムを主体とする層を0.005〜5
μmの厚みに設置したことを特徴とするフィルム状アモ
ルファスシリコン太陽電池により達成される。
【0008】以下に、本発明の具体的な実施方法の一態
様を示しつつ、詳細に説明する。本発明を実施するに
は、フィルム上に第1の導電層を0.01〜20μmの
厚みで形成する。導電層としては、ステンレススチー
ル、ニッケルクロム合金、およびニッケル、鉄、クロ
ム、ニオブ、ジルコニウム、チタンの単体またはそれら
の合金、または酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウ
ム錫、酸化カドミウムなどの酸化物を蒸着法またはスパ
ッタリング法で形成することで形成できる。
【0009】ついで、アモルファスシリコン層をグロー
放電法、スパッタリング法、イオンプレーティング法な
どの方法により形成する。例えば、グロー放電の場合、
1〜0.01Torrに保たれた真空反応器内で、ロー
ル状に巻かれたフィルムを引き出し、200〜400℃
に加熱した支持電極上を走行させる。真空反応器内にS
iH4ガスを送り込みつつ支持電極に対抗する電極との
間に直流電圧または1〜数10MHzの高周波電圧を印
加して、グロー放電を起こし、真空反応器内をプラズマ
状態とすることによりSiH4が分解してフィルム上に
アモルファスシリコン層を形成する。この際、SiH4
と共にB26を0.5〜5重量%送り込めばp型シリコ
ン層が、PH3をSiH4と共に送り込めばn型シリコン
層が形成される。
【0010】次に、例えばショットキー接合セルの場合
はショットキーバリア電極として白金、金、パラジウム
などをスパッタ法や真空蒸着法によって100オングス
トローム前後の厚さに形成する。また、ヘテロ結合セル
の場合は、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム
錫、酸化カドミウム層をスパッタ法または真空蒸着法で
200〜3000オングストローム前後の厚さに形成す
る。
【0011】次に、収集電極をショットキーバリア金
属、ヘテロ電極上に設けてアモルファスシリコン太陽電
池が完成される。次いで、このように形成されたフィル
ム状太陽電池上に、更に好ましくはベースフィルムの裏
面にも、本発明の特徴とする酸化珪素または酸化アルミ
ニウムを主体とする層(以下、バリヤ層と称する。)を
形成する。バリヤ層として、酸化珪素を主体とする層お
よび酸化アルミニウムを主体とする層を積層して設ける
ことも好ましい態様である。
【0012】太陽電池の耐環境性を改良するためには、
太陽電池面にバリヤ層を設けるだけで本発明の効果を得
ることが多いが、用いる基板フィルムによっては太陽電
池の裏面(基板フィルム面)にもバリヤ層を設けること
は好ましい実施態様である。この際設けられるバリヤ層
は太陽電池面に設けるものと同じであっても異なったも
のであってもよく、また、酸化珪素又は酸化アルミニウ
ムを主体とするものの他に、金属アルミニウム、ニッケ
ル、クロム、チタンや、それらを主体とする合金など、
塩化ビニリデン、ふっ化ビニリデンなどのガス透過性の
小さな合成樹脂なども好ましく用いられる。
【0013】酸化珪素および酸化アルミニウムには、そ
れら以外の金属(例えば、ホウ素、マグネシウム、鉛、
亜鉛など)の酸化物が含まれることも、それが本発明の
効果を損なわない限り許される。バリヤ層を形成する方
法としては、スパッタ法または真空蒸着法等が任意に用
いられてよい。
【0014】バリヤ層の厚みとしては、0.005〜5
μm、好ましくは0.01〜2μm、更に好ましくは
0.04〜0.5μmの範囲に選ばれるべきであり、こ
れ以下では、バリヤ層形成時のピンホールなどによりバ
リヤ効果が不十分となる恐れがある。またこれ以上の厚
みでは、フィルム状太陽電池が屈曲された際にバリヤ層
が破壊されて、バリヤ効果を失う恐れがある。
【0015】これらの真空蒸着処理、スパッタ処理、グ
ロー放電処理などの処理は、フィルムをロールからロー
ルに連続して移動させつつ実施されても、一定寸法のフ
ィルムを回分的に処理しても、いずれの方法であっても
よい。本発明に用いられるフィルムの機械的特性は、フ
ィルム状太陽電池を加工したり、取り扱う上で、太陽電
池に加わる力による無用な変形を防ぎ、アモルファスシ
リコン層の破壊を防止する上で、強度が18kg/mm
2以上、好ましくは25kg/mm2以上、弾性率が30
0kg/mm2以上、好ましくは600kg/mm2以上
の物を用いるることが推奨される。更に伸度は10〜1
00%であることが好ましい。これらのフィルムの特性
は、長尺方向、幅方向のいずれにおいても満足されるべ
きであるが、それらが必ずしも同じである必要はなく、
いわゆるバランスタイプ、一軸緊張タイプのいずれであ
ってもよい。
【0016】本発明に用いられるフィルムとしては、従
来から用いられるポリエチレンテレフタレート、ポリエ
チレンナフタレートなどが安価な材料として用いられる
が、更に好ましくは、アモルファスシリコン層形成に際
して受ける高温に耐える耐熱性を持つ素材が推奨され
る。その耐熱の尺度として、200℃における熱収縮率
が2%以下の物である。
【0017】さらに、本発明に用いられるフィルムの熱
膨張係数が大きいと形成されたアモルファスシリコン層
が室温に冷却された時や、使用時の太陽光による昼夜の
加熱、冷却の温度差に曝された時、フィルム基板との寸
法差による歪み応力が発生し剥離することがあり、フィ
ルムの熱膨張係数は15×10-6,さらには10×10
-6以下、−2×10-6以上、さらに好ましくは0以上で
あることが好ましい。ここで熱膨張係数は、室温から3
00℃の間の平均値で表すものとする。
【0018】これらの特性を満足するフィルムとして
は、アラミド樹脂やポリイミド樹脂よりなるフィルムの
一部の物が使用可能である。本発明に用いられるアラミ
ド樹脂としては、次の構成単位からなる群より選択され
た単位より実質的に構成される。 −NH−Ar1−NH− (A) −CO−Ar2−CO− (B) −NH−Ar3−CO− (C) ここでAr1、Ar2、Ar3は少なくとも1個の芳香環
を含み、同一でも異なっていてもよく、これらの代表例
としては下記一般式で表されるものが挙げられる。
【0019】
【化1】
【0020】また、これらの芳香環の環上の水素の一部
が、ハロゲン基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基
などで置換されているものも含む。また、Xは−O−、
−CH2−、−SO2−、−S−、−CO−などである。
特に、全ての芳香環の80モル%以上がパラ位にて結合
されているアラミド樹脂は、熱膨張係数が小さいフィル
ムを製造しやすいため好ましい。
【0021】本発明に用いられるポリイミド樹脂として
は、ポリマーの繰り返し単位の中に芳香環とイミド基を
それぞれ1個以上含むものであり、下記一般式(1)又
は(2)で表されるものである。
【0022】
【化2】
【0023】ここでAr4及びAr6は少なくとも1個の
芳香環を含み、イミド環を形成する2個のカルボニル基
は芳香環上の隣接する炭素原子に結合している。このA
4は、芳香族テトラカルボン酸またはその無水物に由
来する。代表例としては、下記一般式で表されるものが
ある。
【0024】
【化3】
【0025】ここでYは、−O−、−CO−、−CH2
−、−S−、−SO2−などである。また、上記(2)
のAr6は無水トリカルボン酸、あるいはそのハライド
に由来する。上記(1)及び(2)のAr5、Ar7は、
少なくとも1個の芳香環を含み、芳香族ジアミン、芳香
族イソシアネートに由来する。Ar5またはAr7の代表
例としては下記一般式で示されるものがある。
【0026】
【化4】
【0027】ここで、これらの芳香環の環上の水素の一
部が、ハロゲン基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ
基などで置換されているものも含む。Zは、−O−、−
CH 2−、−S−、−SO2−、−CO−などである。特
に、Ar5、Ar7の80%以上がパラ位に結合された芳
香環であるポリイミド樹脂は、熱膨張係数が小さいフィ
ルムを製造しやすいため好ましい。
【0028】また、本発明のアラミド樹脂またはポリイ
ミド樹脂には、フィルムの物性を損ねたり、本発明の目
的に反しない限り、滑剤、酸化防止剤、その他の添加剤
などや、他のポリマーが含まれていてもよい。本発明の
フィルムの製造法については、特に限定されるものでは
なく、それぞれの樹脂に適した製造法が取られてよい。
【0029】まずアラミド樹脂については、有機溶剤可
溶のものでは、直接溶剤中で重合するか、一旦ポリマー
を単離した後再溶解するなどして溶液とし、ついで乾式
法または湿式法にて製膜され、また、ポリパラフェニレ
ンテレフタルアミド(PPTA)等の有機溶剤に難溶の
ものについては、濃硫酸などに溶解して溶液とし、つい
で乾式法または湿式法にて製膜される。
【0030】一方、ポリイミド樹脂については、有機溶
剤中にてテトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミンを反
応させて、ポリアミド酸とし、この溶液をそのまま、ま
たは一旦閉環処理してポリイミドとし、再度溶剤に溶解
して溶液を得、それらを乾式法または湿式法にて製膜さ
れる。乾式法では、溶液はダイから押し出され、金属ド
ラムやエンドレスベルトなどの支持体上にキャストさ
れ、キャストされた溶液が自己支持性あるフィルムを形
成するまで乾燥またはイミド化反応が進められる。
【0031】湿式法では、溶液はダイから直接凝固液中
に押し出されるか、乾式と同様に金属ドラムまたはエン
ドレスベルト上にキャストされた後、凝固液中に導か
れ、凝固される。ついでこれらのフィルムはフィルム中
の溶剤や無機塩などを洗浄され、延伸、乾燥、熱処理な
どの処理を受ける。
【0032】フィルムに滑り性を付与する目的で、微粒
子を混在させることも行われてよい。微粒子としては、
有機化合物、無機化合物があるが、通常は、例えばSi
2、TiO2、ZnO、Al23、CaSO4、BaS
4、CaCO3、カーボンブラック、ゼオライト、その
他金属粉末などの無機化合物が用いられる。粒子径は
0.005から2μm、添加量は0.03重量%以上、
5重量%未満に選ばれることが多い。
【0033】本発明に用いられるフィルムの厚みは特に
制限されるものではなく、通常5μm以上、150μm
以下、好ましくは12μm以上、100μm以下に選ば
れる。またフィルムには、染料や顔料などの着色剤や、
難燃剤、帯電防止剤、酸化防止剤、その他の改質剤につ
いても、それが本発明の目的に反しない限り含まれてい
てもよい。
【0034】本発明のフィルム状太陽電池は、その可撓
性を活かすために単独で用いられても、何らかの支持体
上に積層固定されて用いられても良く、またモジュール
として組み込まれて用いられてもよい。 (特性の測定法)本発明の特性値の測定法は次の通りで
ある。 (1)フィルムの厚み、強度、伸度、弾性率の測定法 フィルムの厚みは、直径2mmの測定面を持つダイヤル
ゲージで測定する。
【0035】強度、伸度、弾性率は、定速伸長型強伸度
測定機を用い、測定長100mm、引っ張り速度50m
m/分で測定したものである。 (2)熱収縮率の測定法 フィルムから2cm×5cmの試料片を切り出し、4c
mの間隔に刃物で傷をつけて標識とし、予め23℃、5
5%RHの雰囲気下に72時間放置した後、標識間の距
離を読み取り顕微鏡にて測定し、次いで200℃の熱風
式オーブンに2時間拘束することなく放置した後、再度
23℃、55%RHの雰囲気下に72時間放置した後、
標識間の距離を読み取り顕微鏡にて測定して求めた。 (3)熱膨張係数の測定法 熱力学特性測定機(TMA、真空理工株式会社製TM7
000型)に幅5mmのサンプルを取り付け、荷重0.
3g下で、一旦300℃まで昇温してサンプルの残留歪
を除去した後、窒素気流下に冷却し、300℃から30
℃までのフィルムの寸法変化を測定し、この間の熱膨張
率を平均値として求める。 (4)光電変換特性 光電変換特性は、変換効率をAM=1に調節したオリエ
ル社のソーラーシュミレータで測定した。
【0036】
【実施例】
【0037】
【実施例1】ポリパラフェニレンテレフタルアミド(P
PTA)を、99.8%濃硫酸にポリマー濃度が12%
になるように溶解し、ダイからエンドレスベルト上にキ
ャストした。ベルト上で加熱と同時に吸湿処理して、ド
ープを液晶相から等方相に相転換した後、0℃の45%
硫酸中にて凝固させ、中和、水洗し、縦横ともに1.1
倍の延伸を施した後クリップテンターにより定長状態を
保ちつつ熱風乾燥し、次いで400℃で緊張熱処理、3
50℃でフリー熱処理した後巻き上げた。
【0038】得られたPPTAフィルムは50μmの厚
みであり、長尺方向、幅方向にそれぞれ、強度35、3
7kg/mm2、伸度40、37%、弾性率950、9
80kg/mm2、200℃熱収縮率0.06、0.0
5%、熱膨張係数4.2×10-6、4.0×10-6であ
った。フィルムをスパッタリング装置にてステンレスス
チールターゲットよりフィルム上に厚さ1000オング
ストロームのステンレススチール層を形成した。
【0039】次いで、真空反応器中の支持電極上に上記
処理フィルムを設置し、反応器内を一旦10−5Tor
rに排気し、支持電極の温度を300℃に高めた後、対
抗電極と支持電極に30Wの13.56MHzの高周波
電圧を印加しつつアルゴンガスを器内に導入して1To
rrのアルゴン雰囲気下でプレスパッタし、次いで水素
ガスで10%に希釈したSiH4同様に水素ガスで1%
に希釈したPH3ガスを導入し、0.8Torrの雰囲
気化でフィルム上に200オングストロームのn型アモ
ルファスシリコン層を形成する。引き続き、SiH4
みを導入し、厚さ6000オングストロームのi型アモ
ルファスシリコン層を積層し、さらにSiH4ガス中に
1%のB26を含有するものを導入し、厚さ200オン
グストロームのp型アモルファスシリコン層を形成し
た。
【0040】次いでこのpin型アモルファスシリコン
半導体層を形成したフィルムを真空蒸着装置内に設置
し、電子ビーム法により1000オングストローム厚み
の酸化インジウム錫層を蒸着しヘテロフェイス層とし
た。最後にその上に厚さ1000オングストロームのパ
ラジウム層を櫛形に真空蒸着し、フィルム状太陽電池を
構成した。
【0041】次いで、このフィルム状太陽電池を真空蒸
着装置内に設置し、太陽電池面に、次いでフィルムの裏
面にスパッタ法にて酸化アルミニウムをそれぞれ0.1
μmの厚みに積層した。このフィルム状太陽電池の光電
変換特性は6.5%であった。このフィルム状太陽電池
を室温の水中に1昼夜浸漬したが、特別な外観上の変化
は見られなかった。その後、水中から取り出し80℃の
熱風乾燥機中にて乾燥し、光電変換特性を測定したとこ
ろ、6.5%を示し、水に浸漬したことによる性能の低
下は全く見られなかった。
【0042】
【比較例1】比較のため、実施例1において得られた酸
化アルミニウムをスパッタする前のフィルム状太陽電池
を、実施例1と同様に水に浸漬したところ、フィルムの
吸湿膨張により、フィルム状太陽電池に反りが発生し
た。また、水から取り出し乾燥したフィルム状太陽電池
の光電変換特性は、水に浸漬する前の6.5%から5.
0%まで低下した。
【0043】
【実施例2】市販のポリイミドフィルムであるカプトン
(東レ・デュポン株式会社商標)200Vを用いた他は
実施例1と同様にして太陽電池を構成した。用いたフィ
ルムの長尺方向、幅方向それぞれの強度は22.5、2
3.5kg/mm2、伸度61.4、61.9%、弾性
率386、422kg/mm2、熱膨張係数23×10
-6、20×10-6であった。
【0044】次いで、酸化珪素をその両面に0.12μ
mの厚みにスパツタ法にて積層した。得られたフィルム
状太陽電池の光電変換特性は5.8%であり、80℃、
95%RHの雰囲気に1週間放置した後に取り出し、乾
燥したものの光電変換特性は5.8%を示した。
【0045】
【比較例2】実施例2で得られた酸化珪素を積層する前
のフィルム状太陽電池を、同様の湿熱雰囲気に曝したと
ころ、光電変換特性は、5.8%から4.0%に低下し
た。
【0046】
【実施例3】市販の75μの厚みのポリエチレンナフタ
レートを用いて、実施例1と同様にしてフィルム状太陽
電池を製造し、太陽電池面にのみ実施例と同様にして酸
化アルミニウム層を積層した。この光電変換特性が6.
1%のフィルム状太陽電池をステンレススチール板上に
エポキシ樹脂にて張り付け、太陽電池面に室温の水を5
時間にわたって注いだ。その後風乾したものの光電特性
は、6.1%であった。
【0047】
【比較例3】実施例3で酸化アルミニウム層を積層しな
い他は全く同様の試験を実施したところ、光電変換特性
は6.1%から3.2%に低下した。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、実用に当たって吸湿に
よる特性の低下が少ない耐環境性に優れた可撓性のフィ
ルム状太陽電池が提供できる。従って、従来の太陽電池
の如くモジュールとして封止するなどの加工が不要であ
り、コスト面での利点がある他、可撓性が殺されること
がない。
【0049】本発明によれば、可撓性と耐環境性を活か
した新しい太陽電池としての活用方法が拓けることが期
待できる。具体的な実用上の利点としては、例えば、軽
量でかつ巻取る等の手段で持ち運びが容易であることか
ら、レジャー用や緊急用の太陽光発電などにに用いられ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可撓性フィルム基板上に光起電力要素と
    してアモルファスシリコン薄膜および表面電極および裏
    面電極を設けた太陽電池において、少なくとも太陽電池
    が形成された面上に酸化珪素または酸化アルミニウムを
    主体とする層を0.005〜5μmの厚みに設置したこ
    とを特徴とするフィルム状アモルファスシリコン太陽電
    池。
  2. 【請求項2】 フィルム基板として、強度が18kg/
    mm2以上、弾性率が300kg/mm2以上である合成
    樹脂フィルムを用いる請求項1記載のフィルム状アモル
    ファスシリコン太陽電池。
  3. 【請求項3】 フィルム基板として、強度が18kg/
    mm2以上、弾性率が300kg/mm2以上、200℃
    における熱収縮率が2%以下である耐熱性合成樹脂フィ
    ルムを用いる請求項1記載のフィルム状アモルファスシ
    リコン太陽電池。
  4. 【請求項4】 フィルム基板として強度が18kg/m
    2以上、弾性率が300kg/mm2以上、200℃に
    おける熱収縮率が2%以下であり、熱膨張係数が15×
    10-6以下、−2×10-6以上である耐熱性合成樹脂フ
    ィルムを用い請求項1記載のフィルム状アモルファスシ
    リコン太陽電池。
JP7155774A 1995-06-22 1995-06-22 フィルム状アモルファスシリコン太陽電池 Withdrawn JPH098338A (ja)

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JP7155774A Withdrawn JPH098338A (ja) 1995-06-22 1995-06-22 フィルム状アモルファスシリコン太陽電池

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1129645A (ja) * 1997-07-11 1999-02-02 Ube Ind Ltd 芳香族ポリイミドフィルム、積層体および太陽電池
WO2004062907A1 (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Fcm Co., Ltd. 基体シート上にSi層を形成したSi積層体
JP2005101032A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Sekisui Jushi Co Ltd 太陽電池モジュール

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