JPH11298018A - 透光性導電膜付き基板及び太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで且つ強度の高い太陽電池を提供す
ることを目的とする。 【構成】 （２１１）面或いは（３０１）面のいずれか
を主要面方位とする酸化錫からなる透光性導電膜を備え
た透光性導電膜付き基板を用いて太陽電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低コストで且つ強
度の優れた大面積の非晶質太陽電池を提供する技術であ
る。

【０００２】

【従来の技術】非晶質シリコンを代表とする非晶質半導
体を用いた非晶質太陽電池は、単結晶シリコンなどの結
晶系半導体を用いた結晶系太陽電池と比較してその製造
温度が低温であることから低コスト用の太陽電池として
検討されている。

【０００３】図４は従来の非晶質太陽電池の構造を示す
素子構造断面図である。

【０００４】同図において、１０１はガラス、プラスチ
ック等からなる透光性の基板、１０２は酸化錫或いは酸
化インジウム錫等の透光性導電材からなる透光性導電膜
である。また、１０３はｐ型の非晶質ＳｉＣからなる厚
さ１００Å程度のｐ層、１０４はｉ型の非晶質Ｓｉから
なる厚さ３０００〜６０００Å程度のｉ層、１０５はｎ
型の非晶質Ｓｉからなる厚さ２００Å程度のｎ層であ
り、これらｐ層１０３、ｉ層１０４及びｎ層１０５から
光電変換層が構成される。そして、上記ｎ層１０５上に
はＡｇ，Ａｌ等の金属からなる裏面電極１０６が形成さ
れている。

【０００５】そして、斯かる構成の太陽電池に基板１０
１側から入射した光は上記ｉ層１０４内で吸収されると
共に該ｉ層１０４内で電子・正孔対を生成し、そしてこ
れら電子及び正孔が夫々裏面電極１０６及び透光性導電
膜１０２から取り出されることにより起電力を生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
非晶質太陽電池を用いた電力用の大面積の太陽電池に於
いては、屋外に設置されることから強度面での補強が必
要となる。このため従来は強化ガラス或いは合せガラス
を非晶質太陽電池の光入射側に設けた、所謂スーパース
トレート方式としていた。

【０００７】図５は斯かる従来のスーパーストレート方
式の太陽電池の断面図であり、銅箔１１０により電気的
に接続された複数個の単位太陽電池１００が、白板強化
ガラス１２０とアルミニウム箔サンドイッチ型フッ化ビ
ニルフィルムなどの裏面保護部材１３０との間にＥＶＡ
等の透光性を有する絶縁性封止材１４０により封止され
ている。

【０００８】然し乍ら、斯かる従来の太陽電池において
は、本来低コスト化に有利な非晶質半導体を用いている
にも係らず、強度上の要請から強化ガラスや合わせガラ
スにより補強しなければならず、製造コストが増大する
という課題があった。

【０００９】また、斯かるスーパーストレート方式に代
わる太陽電池として、基板に強化ガラスを用い、この強
化ガラス上に直接非晶質半導体を形成した太陽電池も検
討されている（例えば、特開平６−３１０７４８号公
報）。

【００１０】然し乍ら、斯かる方法においても基板とし
て高価な強化ガラスを使用するために、コストが増大す
るという課題があった。

【００１１】本発明は、斯かる課題に鑑みなされたもの
で、低コストで且つ強度の高い太陽電池を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明透光性導電膜付き基板は（２１１）面もしく
は（３０１）面のいずれかを主要面方位とする酸化錫か
らなる透光性導電膜を表面に備えることを特徴とし、ま
た前記透光性導電膜の膜厚が約６０００Å以下であるこ
とを特徴とする。

【００１３】また、本発明太陽電池は基板上に、透光性
導電膜、光電変換層及び裏面電極を備えてなる太陽電池
であって、前記透光性導電膜が、（２１１）面或いは
（３０１）面のいずれかを主要面方位とする酸化錫から
なることを特徴とし、また前記透光性導電膜、光電変換
層及び裏面電極が前記基板上に於いて複数個に分割され
ており、且つ透光性導電膜、光電変換層及び裏面電極か
らなる複数個の光電変換素子が前記基板上で電気的に直
列接続されてなることを特徴とするする。

【００１４】さらに、本発明太陽電池は前記裏面電極上
に絶縁性封止材を介して裏面部材を備えたことを特徴と
し、さらには前記透光性導電膜の膜厚が約６０００Å以
下であることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明太陽電池の断面図で
あり、１は白板ガラス、或いは青板ガラス等からなり、
熱風冷強化処理、化学的強化処理等の強化処理を行って
いない通常の基板である。また、ガラス成分が溶出しな
いよう、必要に応じて基板表面に酸化珪素膜などを被着
したものを用いても良い。

【００１６】また、２は前記基板１上に分割配置された
複数の透光性導電膜であり、本発明においてはこの透光
性導電膜２が、（２１１）面もしくは（３０１）面のい
ずれかを主要面方位とする酸化錫から構成されている。

【００１７】さらに、３は前記透光性導電膜２側から非
晶質半導体からなるｐ，ｉ，ｎ型の各半導体層が積層さ
れてなる光電変換層であり、４はＡｇ，Ａｌ等の金属か
らなる裏面電極である。そして、前記透光性導電膜２、
光電変換層３及び裏面電極４からなる複数の光電変換素
子１０は、相隣接する光電変換素子間において一方の素
子の裏面電極が他方の素子の透光性導電膜上にまで延在
することにより電気的に直列接続され、所謂集積型の太
陽電池とされている。

【００１８】そして、上記の光電変換素子１０の裏面側
はＥＶＡ等の絶縁性封止材５を介してアルミニウム箔サ
ンドイッチ型フッ化ビニルフィルムなどからなる裏面保
護部材６で封止されている。尚、７及び８は電力取り出
し用の取り出し線である。

【００１９】斯かる本発明の太陽電池によれば、（２１
１）もしくは（３０１）面のいずれかを主要面方位とす
る酸化錫からなる透光性導電膜が形成された透光性導電
膜付き基板を用いたので、従来のように強化ガラスを用
いずとも強度の高い低コストの電力用太陽電池を提供で
きる。 （実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

【００２０】まず、表面として厚さ１０００Åの酸化珪
素を形成した厚さ３ｍｍ、寸法３５０ｍｍ×４５０ｍｍ
の未強化のガラスを用意し、酸化珪素上に常圧熱ＣＶＤ
法により厚さ約６０００Åの酸化錫膜を形成した。酸化
錫膜の形成条件は、原料ガスがＳｎＣｌ₄：２ｍｏｌ
％，Ｈ₂Ｏ：１０ｍｏｌ％，Ｏ₂：１ｍｏｌ％，ＣＦ₃Ｃ
Ｈ ₂Ｆ：１ｍｏｌ％であり、基板温度を４５０、５０
０、５５０、６００℃と変化させて形成している。

【００２１】尚、このような形成条件では酸化錫膜の表
面に高低差が数１０００Å程度の凹凸が形成されるが、
ここでは凹凸の底の部分と基板表面との間の距離を膜厚
としている。

【００２２】図２に以上のようにして形成した酸化錫膜
の面方位をＸ線回折による測定した測定結果を示す。
尚、同図（Ａ）は基板温度が４５０℃の場合、（Ｂ）は
５００℃の場合、（Ｃ）は５５０℃の場合、そして
（Ｄ）は６００℃の場合を夫々示している。

【００２３】図１から明らかに、基板温度が４５０℃
（同図（Ａ））及び５００℃（同図（Ｂ））の場合には
（１１０）或いは（２００）面が最もピーク強度の大き
い主要面方位となっているのに対し、基板温度が５５０
℃（同図（Ｃ））及び６００℃（同図（Ｄ））の場合に
は（２１１）或いは（３０１）面が主要面方位となって
いる。

【００２４】尚、本発明において主要面方位とは、ここ
で述べたようにＸ線回折による測定結果において、最も
大きいピーク強度を示す面方位を示している。

【００２５】次いで、これらの４種類の酸化錫膜の形成
されたガラス基板を夫々１０枚ずつ用意し、降雹試験の
簡易試験方法により強度を調べた。この結果を表１に示
す。

【００２６】尚、この試験方法はＪＩＳ Ｒ ３２１２に
規定の方法であって、具体的にはガラス面を上向きとし
て水平に固定し、そしてこのガラスの中心に、質量２２
７±２ｇ、直径約約３８ｍｍの表面が滑らかな鋼球を１
ｍの高さから力を加えずに落下させて強度を調べる方法
である。そして、この試験によりガラスの破損がなかっ
たものの割合を歩留として表１に示している。

【００２７】

【表１】

【００２８】同表から明らかに、（２００）面、（２１
１）面或いは（３０１）面のいずれかを主要面方位とす
る酸化錫膜を備えた基板が高い強度を有することがわか
る。

【００２９】ところで、このように酸化錫膜の形成され
たガラスを基板として太陽電池とするにあたっては、非
晶質半導体からなる光電変換層形成前に前もってレーザ
パターニング法を用いて酸化錫膜の所定部を除去し、酸
化錫膜を各太陽電池素子毎に分離する必要がある。そし
て、このレーザパターニングにより基板の強度が変化す
る可能性があるため、レーザパターニグ後の基板につい
ても強度を上記と同様の方法により調べた。この結果も
表１に合わせて示す。

【００３０】尚、レーザパターニングの条件としては通
常の集積型の太陽電池を製造するときの条件と同一と
し、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザを用いて約１ｃｍ
間隔で幅約１５０μｍの領域をライン状に除去してい
る。

【００３１】表１から明らかに、このようにレーザパタ
ーニングを行った後においては基板温度５００℃で形成
された酸化錫膜、即ち主要面方位が（２００）面となる
酸化錫膜の形成された基板において強度が劣化してい
る。これに対し、基板温度が５５０℃及び６００℃で形
成された、即ち主要面方位が（２１１）或いは（３０
１）面である酸化錫膜の形成された基板ではレーザパタ
ーニング後においても歩留が１００％であり、十分な強
度を有している。

【００３２】従って、斯かる(２１１)面或いは（３０
１）面が主要面方位である酸化錫膜かなる透光性導電膜
が形成された基板を用い、この透光性導電膜上に非晶質
半導体からなる光電変換層を形成することで、十分強度
の高い太陽電池を提供することができる。

【００３３】尚、上述のようにレーザパターニングによ
り強度が低下する理由については、面方位の相違により
レーザ照射によって酸化錫膜の受ける熱的影響が変化す
ることに起因するものと推測される。

【００３４】次に、（２１１）面を主要面方位方位とす
る酸化錫膜が形成された白板ガラスにおいて、酸化錫膜
の膜厚を夫々５０００Å、６０００Å、７０００Å及び
８０００Åと変化させたときの強度を前記と同様にして
比較した結果を表２に示す。尚試験は、レーザパターニ
ング後のものについて行っている。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２から明らかに、酸化錫膜の膜厚を６０
００Å以下とすることで十分な強度を有することができ
る。この理由は、膜厚が厚くなるほどレーザパターニン
グに要する時間が長くなりガラスが受ける熱影響が大き
くなることに起因するものと推測される。

【００３７】尚、酸化錫膜の膜厚が６０００Å以下の場
合にはレーザパターニングに要する時間が短くなるた
め、強度が低下することはないものと考えられるが、実
用上２０００Å以下となると抵抗成分が増大し、太陽電
池としたときに光起電力特性が低下するため、酸化錫膜
の膜厚は２０００Å以上が好ましい。

【００３８】また、主要面方位が（１１０）面或いは
（２００）面のいずれかである酸化錫膜を透光性導電膜
として備えた基板を用いて同様の試験を行った結果、こ
れらの場合には膜厚を実用的な下限である２０００Åま
で薄くしても、歩留は改善されなかった。

【００３９】次に、本発明太陽電池の製造工程について
説明する。

【００４０】図３は本発明太陽電池に用いる太陽電池の
製造工程を説明するための工程別断面図であり、図１と
同一の部分には同一の符号を付してある。

【００４１】まず、図３（Ａ）の工程では、厚さ３ｍ
ｍ、寸法３５０ｍｍ×４５０ｍｍの白板ガラスの表面に
厚さ１０００Åの酸化珪素を形成したものを基板１とし
て用い、この基板１上に常圧熱ＣＶＤ法により厚さ約６
０００Åの酸化錫膜２’を形成する。この時、形成条件
を、原料ガスがＳｎＣｌ₄：２ｍｏｌ％，Ｈ₂Ｏ：１０ｍ
ｏｌ％，Ｏ₂：１ｍｏｌ％，ＣＦ₃ＣＨ₂Ｆ：１ｍｏｌ％
とし、基板温度を５５０℃とすることにより主要面方位
が（２１１）面である酸化錫膜を形成した。

【００４２】次に、同図（Ｂ）の工程では、波長１．０
６μｍのＹＡＧレーザを用いて上記酸化錫膜２’をパタ
ーニングし、各太陽電池素子毎の透光性導電膜２を形成
した。尚、この時各太陽電池素子毎の透光性導電膜２の
幅が夫々約１ｃｍ程度となるようパターニングすると共
に、各透光性導電膜２間の間隔を約１５０μｍとするこ
とで、隣接する透光性導電膜２，２間の抵抗値を１ＭΩ
以上としている。

【００４３】次いで、同図（Ｃ）の工程では、透光性導
電膜２上に、基板温度２００℃、反応圧力０．５〜１．
０Ｔｏｒｒにてモノシラン、メタン、ジボランからなる
混合ガス、モノシラン、水素からなる混合ガス、モノシ
ラン、ホスフィン、水素からなる混合ガスをこの順に容
量結合型グロー放電分解装置内で分解することにより、
膜厚１００Å程度のｐ型非晶質ＳｉＣ層、膜厚４０００
Å程度のｉ型非晶質シリコン層、及び膜厚２００Å程度
のｎ型非晶質シリコン層を順次積層した。

【００４４】そして、このｐ−ｉーｎの非晶質半導体層
の積層体を、透光性導電膜２の分離部より約５０μｍず
らして、波長０．５３μｍのＹＡＧレーザの第２高調波
を用いて分離し、各太陽電池素子毎の光電変換層３とし
た。

【００４５】その後、同図（Ｄ）に示す工程では、抵抗
加熱蒸着法を用いて厚さ２５０ｎｍ程度のＡｌ層を形成
し、上記光電変換層３の分離部分よりさらに５０μｍ程
度ずらして波長０．５３μｍのＹＡＧレーザの第２高調
波により分離し、各太陽電池素子の裏面電極４とした。

【００４６】以上の工程により、集積型の非晶質太陽電
池が製造される。尚、上記のレーザスクライブ幅は、透
光性導電膜、光電変換層、裏面電極で夫々約１５０、１
５０、１５０μｍとした。

【００４７】そして、このようにして形成された集積型
の太陽電池の裏面電極側に、ＥＶＡ等の絶縁性封止材及
びアルミニウム箔サンドイッチ型フッ化ビニルフィルム
などからなる裏面保護部材を積層し、真空ラミネート法
を用いて図１の構造の太陽電池を製造した。

【００４８】この結果、斯かる構成の太陽電池において
も、基板として主要面方位が(２１１)面である酸化錫か
らなる透光性導電膜が形成された透光性導電膜付き基板
を用いたので、十分な強度を有する太陽電池を提供で
き、従来のように強化ガラスを用いることなく低コスト
で強度の高い太陽電池を提供できる。

【００４９】また、この例では主要面方位が（２１１）
面である酸化錫を用いたが、主要面方位が（３０１）面
である酸化錫膜を用いても同様の効果が得られる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明による主要面
方位が（２１１）面或いは(３０１)面である酸化錫から
なる透光性導電膜を備えた透光性導電膜付き基板によれ
ば、強度の高い太陽電池用基板を提供でき、さらにこの
基板を用いることにより、従来のように強化ガラスを用
いることなく、低コストで十分な強度を有する太陽電池
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明太陽電池の断面図である。

【図２】酸化錫膜のＸ線回折による測定結果である。

【図３】本発明の太陽電池の製造工程を説明するための
工程別構造断面図である。

【図４】従来の非晶質太陽電池の素子構造断面図であ
る。

【図５】スーパーストレート方式の太陽電池の断面図で
ある。

【符号の説明】

１…基板、２…透光性導電膜、３…光電変換層、４…裏
面電極、５…封止材、６…裏面保護部材、１０…光電変
換素子、１００…単位太陽電池、１１０…銅箔、１２０
…強化ガラス、１３０…裏面保護部材、１４０…封止材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （２１１）面もしくは（３０１）面のい
   ずれかを主要面方位とする酸化錫からなる透光性導電膜
   を表面に備えることを特徴とする透光性導電膜付き基
   板。
2. 【請求項２】 上記透光性導電膜の膜厚が約６０００Å
   以下であることを特徴とする請求項１記載の透光性導電
   膜付き基板。
3. 【請求項３】 基板上に、透光性導電膜、光電変換層及
   び裏面電極を備えてなる太陽電池であって、 前記透光性導電膜が、（２１１）面或いは（３０１）面
   のいずれかを主要面方位とする酸化錫からなることを特
   徴とする太陽電池。
4. 【請求項４】 前記透光性導電膜、光電変換層及び裏面
   電極が前記基板上に於いて複数個に分割されており、且
   つ透光性導電膜、光電変換層及び裏面電極からなる複数
   個の光電変換素子が前記基板上で電気的に直列接続され
   てなることを特徴とする請求項３記載の太陽電池。
5. 【請求項５】 前記裏面電極上に絶縁性封止材を介して
   裏面部材を備えたことを特徴とする請求項４記載の太陽
   電池。
6. 【請求項６】 前記透光性導電膜の膜厚が約６０００Å
   以下であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか
   に記載の太陽電池。