JPH10270727A - アモルファスシリコン太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 時計用のアモルファス太陽電池に関し、外観
及び信頼性に優れなおかつ製造工程の簡単で軽量薄型化
の可能なアモルファスシリコン太陽電池を提供する。 【解決手段】 基板上にアモルファスシリコン発電層
３、透明導電膜２及び金属電極４からなる電極部、前記
アモルファスシリコン発電層及び電極部を保護する保護
層７を含む構成によるアモルファスシリコン太陽電池素
子構造において、前記基板６は、時計文字板を兼ねるこ
とを特徴とするアモルファス太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアモルファスシリコ
ン太陽電池に関し、さらに詳しくは時計用のアモルファ
スシリコン太陽電池の文字板に関する。

【０００２】

【従来の技術】アモルファスシリコン太陽電池は、時計
用の電池として用いる際、時計文字板とは別の位置にア
モルファスシリコン太陽電池を設置することから、時計
文字板より入射した光は直接太陽電池素子には当たらな
いため、時計文字板の反射光などによる光の損失により
光の利用効率が悪く、アモルファスシリコン太陽電池特
性などが良くない。

【０００３】また、時計文字板とアモルファスシリコン
太陽電池を別の位置に設置するため、軽量化及び薄型化
が困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、時計用のア
モルファスシリコン太陽電池に関し、外観及び信頼性に
優れ、なおかつ製造工程が簡単で軽量薄型化のできるア
モルファスシリコン太陽電池を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】基板上にアモルファスシ
リコン発電層、透明導電膜及び金属電極からなる電極
部、前記アモルファスシリコン発電層及び電極部を保護
する保護層を含む構成によるアモルファスシリコン太陽
電池素子構造において、前記基板は、時計文字板を兼ね
る。

【０００６】また、基板上にアモルファスシリコン発電
層、透明導電膜及び金属電極からなる電極部、前記アモ
ルファスシリコン発電層及び電極部を保護する保護層を
含む構成によるアモルファスシリコン太陽電池素子構造
において、前記保護層は、時計文字板を兼ねる。

【０００７】

【発明の実施の形態】基板上にアモルファスシリコン発
電層、透明導電膜及び金属電極からなる電極部、前記ア
モルファスシリコン発電層及び電極部を保護する保護層
を含む構成によるアモルファスシリコン太陽電池であっ
て、前記基板は、時計文字板を兼ねることを特徴とする
アモルファスシリコン太陽電池。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例を図１を用いて説明する。
図１は、ガラス基板１上にスパッタリング法などにより
透明導電膜（ＩＴＯ膜）２を形成し、素子形状にパター
ニングを施した後、ＳｉＨ４ガスを高周波グロー放電に
より分解することで基板上へ薄膜上に成長させる方法
（以下プラズマＣＶＤ法）によりｐ−ｉ−ｎ接合型のア
モルファスシリコン発電層３を形成後、スパッタリング
法によりＡｌ金属電極４を蒸着し、アモルファスシリコ
ン太陽電池素子構造を形成した後、スクリーン印刷によ
り保護層５を形成した。

【０００９】本発明では、アモルファスシリコン太陽電
池素子構造などを形成する基板は、ガラス基板１を使用
したが、透光性、化学的、物理的に安定で耐食性、強
度、耐熱性、耐候性、耐久性などに優れ、アモルファス
シリコン膜との密着性も良く、電気的に低抵抗接触が得
られる材料なら良い。また、透光性をもつエポキシ樹脂
などの高分子有機膜もしくは無機膜の膜及び板などでも
良く、アモルファスシリコン膜等の密着性に優れ、より
軽量・薄型のアモルファスシリコン太陽電池が作製でき
る。

【００１０】セラミックスなどの無機酸化物は、焼成温
度が高くなるに従い透明になり、光を透過することが可
能であることから、前記基板に使用することができ、絶
縁性、アモルファスシリコン膜等との密着性、アモルフ
ァスシリコン膜との接触抵抗、シート抵抗等の特性に優
れ、耐食性、耐候性等の化学的、物理的に安定であるこ
とから、軽量、薄型の半透光性の文字板のアモルファス
シリコン太陽電池が作製できる。

【００１１】しかしながら、焼成のみのセラミックスで
は表面状態が良くないため基板としては問題があるた
め、研磨もしくはソーダ分の少ない溶融ガラス被覆層
（グレーズ層）を数十μｍ程度形成する（グレーズセラ
ミックス）などの方法を用いて基板表面を平滑化する必
要がある。

【００１２】透明導電膜２は、ＩＴＯ膜を使用したが、
可視光に対する透明性と電気伝導性に優れた特性を持つ
材料、例えば、ＳｎＯ２膜及びＩｎ２Ｏ３膜などでも良
い。

【００１３】ｐ−ｉ−ｎ接合型のアモルファスシリコン
発電層３は、ガラス基板側よりｐ層、ｉ層、ｎ層の順に
アモルファスシリコン膜を積層し、アモルファスシリコ
ン膜は、アモルファスシリコンＳｉ膜中に水素を取り込
ませるようにプラズマＣＶＤ法により膜（以下水素化ア
モルファスシリコン膜）を形成させており、水素化アモ
ルファスシリコン膜は、Ｓｉの未結合手（以下ダングリ
ングボンド）はＨで終端されるなどの効果をしているた
め欠陥は少なく、さらに、２００〜３００℃に基板を加
熱し形成させているため、膜生成ラジカル種のホッピン
グ移動を容易にするとともに、ネットワークの構造緩和
剤としての役割を果たし、熱的構造緩和と相まって、ダ
ングリングボンドが極めて少ない膜を形成している。

【００１４】また、水素化アモルファスシリコンｐ層及
びｎ層は、ＳｉＨ４ガスにｐ層はＢ２Ｈ６ガス、ｎ層は
ＰＨ３ガスを不純物添加（以下ドーピング）することに
より価電子制御しており、ＳｉＨ４ガスは、Ｂ２Ｈ６ガ
スまたはＰＨ３ガスを１０−６〜１０−１（１〜１０４
ｐｐｍ）混入し、グロー放電分解することにより、電気
伝導度及び活性化エネルギーなどを制御し、本実施例に
おいてはＳiＨ４ガスのみのグロー放電分解を行いｉ層
を形成したが、微少量ドーピングする（アイソドープ）
ことによりｉ層を形成することも可能である。

【００１５】またさらに、本実施例においては、ｐ−ｉ
−ｎ接合型の水素化アモルファスシリコン積層膜とした
が、よりＳｉとの結合力が強いＦをアモルファスシリコ
ン膜に取り込んだフッ素化アモルファスシリコン膜など
においても可能である。

【００１６】本実施例では行っていないが、透明導電膜
２とアモルファスシリコン発電層３の間に窒化膜もしく
は酸化膜などの絶縁層を形成することにより、より化学
的に安定し、平坦性を持つアモルファスシリコン発電層
が得られるが、その際、絶縁膜は透光性に優れたもので
なくてはならない。

【００１７】また、金属電極４と保護層５の間に窒化膜
もしくは酸化膜などの絶縁膜を形成することにより、金
属電極４界面をより平坦にすることができるため、保護
層５を形成した際において、スクリーン印刷性及び密着
性をさらによくすることができ、化学的に安定した界面
状態にすることができる。

【００１８】金属電極４は、Ａｌ金属を採用したが、
Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ
等でも良い。

【００１９】また、金属電極４の形成はスパッタリング
法を採用したが、プラズマＣＶＤ法による形成も可能な
ため、製造工程に一貫性を持つことができ、さらなる量
産性の向上及び製造工程の簡略化が可能である。

【００２０】またさらに、金属電極４は透光性がないた
め、金属電極に反射した光は光起電力効果に利用できる
ことから、変換効率などの太陽電池特性を損失すること
はなく、むしろ向上する。

【００２１】本実施例において、保護層５にはフィラー
及び顔料を混入させたエポキシ樹脂を用いたが、プラズ
マＣＶＤ法などにより窒化膜もしくは酸化膜を形成した
際においても、金属電極の腐食、アモルファスシリコン
層の劣化などのアモルファスシリコン太陽電池の性能の
低下を防止することができるため、耐環境性などの信頼
性及び外観的にも優れたアモルファスシリコン太陽電池
素子の保護層を提供することができる。

【００２２】また、保護層５は、エポキシ樹脂に黒色系
顔料を混入させたもののほうが、受光面より見た際に各
アモルファスシリコン太陽電池素子を直列接続する上で
アモルファスシリコン太陽電池素子間の隙間、即ちアモ
ルファスシリコン太陽電池の電極部が露出してしまうこ
とは当然のことながら見られなくなり、明るさのムラも
解消できるため、外観上優れたアモルファスシリコン太
陽電池が作製できることが可能である。

【００２３】しかしながら、セラミックス基板は、半透
明基板であるため、ガラス基板などのようにアモルファ
スシリコン太陽電池の電極部が露出し、外観を悪くする
ことはないと考えられるためセラミックス基板上に形成
するアモルファスシリコン太陽電池素子に形成する保護
層は、エポキシ樹脂に顔料等を入れなくとも良い。

【００２４】また、エポキシ樹脂などの高分子有機膜及
び無機膜上にアモルファスシリコン太陽電池を形成した
場合においては、保護層は顔料などを混入する差はあっ
ても同様の材料を使用することが可能である。

【００２５】（実施例２）図２（ａ）に示したように、
ＳＵＳ基板６上に実施例１と同様の方法により、Ａｌ金
属電極４及び透明導電膜（ＩＴＯ膜）２よりなる電極
群、アモルファスシリコン発電層３を形成し、アモルフ
ァスシリコン太陽電池素子構造を形成した後、スクリー
ン印刷などにより表面が平滑な保護層７を形成し、その
保護層７を文字板とするアモルファスシリコン太陽電池
を作製した。

【００２６】本実施例では、アモルファス太陽電池素子
構造を形成する基板は、ＳＵＳ基板６を用いたが、ガラ
スもしくはセラミックスなどの耐衝撃性、耐熱性、耐久
性、耐候性などの物理的、化学的に優れ、アモルファス
シリコン膜、金属電極４との密着性が良く、電気的に低
抵抗接触をもつ基板材料なら良い。

【００２７】アモルファスシリコン発電層は、水素化ア
モルファスシリコン膜の積層膜としたが、実施例１と同
様にフッ素化アモルファスシリコン膜を使用した際にお
いても可能である。

【００２８】保護層７は、エポキシ樹脂などにより形成
されており、平滑な表面、エポキシ樹脂自身の気泡の巻
き込みもなく外観的にも優れ、透光性、耐食性、耐候
性、絶縁性、耐衝撃性などの特性、物理的にも化学的に
も安定な保護層７の文字板が作製できた。

【００２９】図２（ｂ）は、受光面より見た本実施例の
アモルファスシリコン太陽電池であり、保護層７による
時計文字板９上に時計文字８を形成している。

【００３０】時計文字８は、時計文字板９と同じエポキ
シ樹脂材料に顔料を加えたものであるため、時計文字板
９をスクリーン印刷などにより形成後、加熱などにより
仮硬化もしくは本硬化を行った後、時計文字板９上にス
クリーン印刷などにより時計文字８を形成している。

【００３１】時計文字板９は、各アモルファスシリコン
太陽電池素子を直列接続する上でアモルファスシリコン
太陽電池素子間の隙間、即ちアモルファスシリコン太陽
電池の電極部が露出してしまうことは当然のことながら
見られなく、明るさのムラも解消できるため、外観上優
れたアモルファスシリコン太陽電池が作製できることが
可能である。

【００３２】また、さらに、文字板等の改良及び特殊仕
様により電極部分を覆う必要が全くないため、アモルフ
ァス太陽電池の製造工程の簡略化が可能、さらにアモル
ファスシリコン太陽電池素子間の電極を覆うためなどの
外部要因により受光面が狭くなることが防止できるた
め、アモルファス太陽電池特性向上が期待でき、外観上
も優れたアモルファスシリコン太陽電池が作製できる。

【００３３】本発明では、時計文字板に直接アモルファ
スシリコン太陽電池素子構造を形成することができるた
め、受光面の反射による光損失などを防止することが可
能であり、アモルファスシリコン太陽電池特性の向上が
期待できる。

【００３４】また、文字板上にアモルファスシリコン太
陽電池素子構造を形成することから、時計の軽量化、薄
型化が可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、外観及び信頼性に優れ
なおかつ製造工程の簡単で軽量薄型化のできるアモルフ
ァスシリコン太陽電池を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるアモルファスシリコン太陽電池
の模式図。

【図２】（ａ）本発明におけるアモルファスシリコン太
陽電池の模式図。 （ｂ）受光面より見た際の電極部及び時計文字板平面
図。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 透明導電膜（ＩＴＯ） ３ アモルファスシリコン発電層 ４ Ａｌ電極 ５ 黒色系の顔料を含むエポキシ樹脂の保護層 ６ ＳＵＳ基板 ７ 保護層 ８ 時計文字 ９ 時計文字板 １０ 時計機構枠

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にアモルファスシリコン発電層、
   透明導電膜及び金属電極からなる電極部、前記アモルフ
   ァスシリコン発電層及び電極部を保護する保護層を含む
   構成によるアモルファスシリコン太陽電池であって、前
   記基板は、時計文字板を兼ねることを特徴とするアモル
   ファスシリコン太陽電池。
2. 【請求項２】 基板上にアモルファスシリコン発電層、
   透明導電膜及び金属電極からなる電極部、前記アモルフ
   ァスシリコン発電層及び電極部を保護する保護層を含む
   構成によるアモルファスシリコン太陽電池素子であっ
   て、前記保護層は、時計文字板を兼ねることを特徴とす
   るアモルファスシリコン太陽電池。