説明

太陽電池用基板およびその製造方法、並びに、それを用いた太陽電池および太陽電池モジュール

【課題】厚く且つ重いガラス板、および、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルム等の高価なプラスチックフィルムを使用しない太陽電池用基板およびその製造方法、並びに、それを用いた太陽電池および太陽電池モジュールを提供する事。
【解決手段】透明絶縁性基材上に凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を積層するための第1の工程と、
前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂上にアモルファス透明電極前駆体を積層することにより、未露光基板を作製するための第2の工程と、
前記未露光基板の前記アモルファス透明電極前駆体側から露光することにより、前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を硬化させて光閉込層を形成し、且つ、前記アモルファス透明電極前駆体を結晶化させて透明電極を形成するための第3の工程を有することを特徴とする太陽電池用基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池セル外部(入射光側)に設置される光閉込機能を有する太陽電池用基板およびその製造方法に関するもので、更に詳しくは、該太陽電池用基板に設けられた透明電極と光閉込層およびその製造方法に関するものである。
【0002】
なお、本明細書に記載されている「a−Si」とは「アモルファスシリコン」の略語であり、また、「PET」とは「ポリエチレンテレフタレート」の略語であり、また、「ITO」とは「インジウムと錫の複合酸化物」を意味し、また、「sccm」とは「standard cc/min」の略語であり、1013hPa下かつ25℃下における流量(cc/min)を意味する、
【背景技術】
【0003】
太陽光を使用する太陽電池は、資源の枯渇(原油可採年数;約30年、天然ガス可採年数;約40年、ウラン可採年数;約45年)が危惧されている化石燃料を使用しなくても良い発電システムとして注目されている。
【0004】
従来、太陽電池の構造としては、ガラス板上に、SnOやITOやZnOからなる透明電極、光電変換機能を有する発電層、裏面電極層がこの順序で積層された構造が周知となっている。(例えば、特許文献1参照)
【0005】
しかし、ガラス板は耐光性、防湿性に優れている反面、割れ易いので、強度を維持するために最低2mm以上の厚さを確保せねばならず、その結果、太陽電池が厚く且つ重くなってしまっている。
【0006】
一方、太陽電池は、屋根や屋上などへ設置される事が頻繁に行われ、設置作業性の改善等のため、薄型化および軽量化の要望が強くなっている。
【0007】
該要望に対して、ガラス板に替わりプラスチックフィルムを用いた太陽電池の作製が試みられている。(例えば、特許文献2参照)
【0008】
プラスチックフィルムを用いた太陽電池の製造方法としては、熱CVD法またはスパッタ法を用いてプラスチックフィルム上に透明電極を形成し、その後、プラズマCVD法を用いて該透明電極上にa−Si半導体層を形成し、その後、スパッタ法または蒸着法を用いて該透明電極上に裏面電極を形成する方法が汎用されている。
【0009】
この時、透明電極の透明性や導電性を十分に発現するために、透明電極材料を結晶化させる必要がある。
【0010】
透明電極材料を結晶化させるために、プラスチックフィルムの温度を、透明電極材料の少なくとも結晶化温度以上にする試みが行われている。
【0011】
十分な結晶化度を得るためには、透明電極としてSnOを用いた場合は、プラスチックフィルムを250℃以上に加熱しなければならず、また、透明電極としてITOを用いた場合は、プラスチックフィルムを260℃温度まで加熱しなければならず、また、透明電極としてZnOを用いた場合は、プラスチックフィルムを240℃以上に加熱しなければならない。
【0012】
使用できるプラスチックフィルムとしては、耐熱性に秀でたポリイミド系フィルムやフッ素系フィルムといった物に限定されてしまい、その例として、ポリイミド系フィルムを用いた方法が提案されている。(例えば、特許文献3参照)
【0013】
【特許文献1】特許第3746711号公報
【特許文献2】特開2003−249670号公報
【特許文献3】特許第3490909号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかし、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルムは非常に高価であり、そのために、太陽電池の製造コストを上昇させるという問題を抱えている。
【0015】
本発明の課題は、厚く且つ重いガラス板、および、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルム等の高価なプラスチックフィルムを使用しない太陽電池用基板およびその製造方法、並びに、それを用いた太陽電池および太陽電池モジュールを提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【0016】
請求項1に記載の発明は、透明絶縁性基材上に凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を積層するための第1の工程と、
前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂上にアモルファス透明電極前駆体を積層することにより、未露光基板を作製するための第2の工程と、
前記未露光基板の前記アモルファス透明電極前駆体側から露光することにより、前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を硬化させて光閉込層を形成し、且つ、前記アモルファス透明電極前駆体を結晶化させて透明電極を形成するための第3の工程を有することを特徴とする太陽電池用基板の製造方法である。
【0017】
アモルファス透明電極前駆体に、その基礎吸収端波長よりも短い波長の光を露光すると、(高温処理しなくても)アモルファス透明電極前駆体が十分に結晶化して、高透明性および低抵抗値を有する透明電極となる。
【0018】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の太陽電池用基板の製造方法を用いてなる太陽電池用基板である。
【0019】
透明絶縁性基材は、太陽電池への水分侵入の防止の役割、および、太陽電池を外力から保護する役割を果たす。
【0020】
凹凸形状(光閉込層)は、太陽電池への入射光を乱反射させ、a−Si半導体層内における前記入射光の光路長を増加させる役割、および、太陽電池から散逸しようとする光を太陽電池内に閉じ込める役割を果たす。
【0021】
光線硬化型樹脂は、アモルファス透明電極前駆体を結晶化させるために使用した光線を吸収し、光線が透明絶縁性基材に波及することを抑制し、その結果、光線による透明絶縁性基材の劣化を防止させるという役割を有する。
【0022】
アモルファス透明電極前駆体は、透明電極を形成するための材料となる。
【0023】
透明電極は、光がa−Si半導体に入射した際に生成する正孔を捕獲する役割を有する。
【0024】
請求項3に記載の発明は、前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる耐候性フィルムであることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池用基板である。
【0025】
耐候性フィルムは、大気中の汚染物質から太陽電池を保護する役割を果たす。
【0026】
請求項4に記載の発明は、前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる水蒸気バリア性フィルムであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の太陽電池用基板である。
【0027】
水蒸気バリア性フィルムは、雨や湿気から太陽電池を保護する役割を果たす。
【0028】
請求項5に記載の発明は、請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用基板の透明電極上に、薄膜シリコン層、裏面電極を順次形成したことを特徴とする太陽電池である。
【0029】
薄膜シリコン層は、太陽電池に入射した光をエネルギー源として、正孔とキャリア電子を発生させる役割を果たす。
【0030】
裏面電極は、光がa−Si半導体に入射した際に生成するキャリア電子を捕獲する役割を有する。
【0031】
請求項6に記載の発明は、前記裏面電極上に保護シートを積層したことを特徴とする太陽電池モジュールである。
【0032】
保護シートは、大気中の汚染物質、雨および湿気から太陽電池を保護する役割を果たす。
【0033】
請求項7に記載の発明は、前記保護シートが、耐候性プラスチックフィルムと粘着層を積層して成ることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュールである。
【0034】
粘着層は、保護シートを太陽電池に接着する役割を果たす。
【0035】
請求項8に記載の発明は、前記耐候性プラスチックフィルムが、少なくとも1層以上の水蒸気バリア層を有することを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュールである。
【0036】
水蒸気バリア層は、a−Si半導体層のSi−H結合部分へのHOアタックを防止する役割を果たす。
【0037】
Si−H結合部分へHOがアタックすると、Si−H結合からHが脱離し、その結果、発電効率が低下してしまう。
【発明の効果】
【0038】
請求項1に記載の発明は、透明絶縁性基材上に凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を積層するための第1の工程と、
前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂上にアモルファス透明電極前駆体を積層することにより、未露光基板を作製するための第2の工程と、
前記未露光基板の前記アモルファス透明電極前駆体側から露光することにより、前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を硬化させて光閉込層を形成し、且つ、前記アモルファス透明電極前駆体を結晶化させて透明電極を形成するための第3の工程を有することを特徴とする太陽電池用基板の製造方法である。
【0039】
このような製造方法を用いることにより、厚く且つ重いガラス板、および、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルム等の高価な耐熱性プラスチックフィルムを使用せずに太陽電池用基板を得る事ができる。
【0040】
また、このような製造方法を用いることにより、アモルファス透明電極前駆体を結晶化させて高い結晶性を有する透明電極を形成する工程と、凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を硬化させて光閉込層を形成する工程を同時に行うことができる。
【0041】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の太陽電池用基板の製造方法を用いてなる太陽電池用基板である。
【0042】
このような太陽電池用基板を用いることにより、薄く軽く安価な太陽電池を製造することができる。
【0043】
請求項3に記載の発明は、前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる耐候性フィルムであることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池用基板である。
【0044】
透明絶縁性基材を、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる耐候性フィルムとすることにより、太陽電池の劣化を抑制することができる。
【0045】
請求項4に記載の発明は、前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる水蒸気バリア性フィルムであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の太陽電池用基板である。
【0046】
透明絶縁性基材を、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる水蒸気バリア性フィルムとすることにより、太陽電池の劣化および発電効率低下を抑制することができる。
【0047】
請求項5に記載の発明は、請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用基板の透明電極上に、薄膜シリコン層、裏面電極を順次形成したことを特徴とする太陽電池である。
【0048】
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用基板の透明電極上に薄膜シリコン層、裏面電極をこの順に形成することにより、薄く軽く安価な太陽電池を得る事ができる。
【0049】
請求項6に記載の発明は、前記裏面電極上に保護シートを積層したことを特徴とする太陽電池モジュールである。
【0050】
保護シートを太陽電池の裏面電極上に設けることにより、太陽電池の劣化を抑制することができる。
【0051】
請求項7に記載の発明は、前記保護シートが、耐候性プラスチックフィルムと粘着層を積層して成ることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュールである。
【0052】
保護シートを、耐候性プラスチックフィルムと粘着層が積層された構成とすることにより、耐候性プラスチックフィルムを太陽電池に圧着することができる。
【0053】
請求項8に記載の発明は、前記耐候性プラスチックフィルムが、少なくとも1層以上の水蒸気バリア層を有することを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュールである。
【0054】
水蒸気バリア層を設けることにより、太陽電池の劣化および発電効率低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0055】
以下、本発明の図1、図2、図3、および、図4を基に、本発明の太陽電池用基板、太陽電池、および、太陽電池モジュールの製造方法を説明する。
【0056】
(凹凸形状転写用スタンパの作製)
まず、スタンパ用基板100上に、フォトレジスト200を塗布する。(図1(a)参照)
【0057】
スタンパ用基板100の材料は、寸法安定性および低熱膨張性を有していれば、不透明もしくは透明のいずれであっても良く、例えば、アルミニウム、ガラス、水晶、銅、真鍮、鋼、マグネシウム、カドミウム、銀、金、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、および、ポリカーボネート、若しくは、上記材料からなる複合材料を用いることができ、光学用部品製造工程中に化学的不活性、かつ、安価という観点から、ガラスが好ましい。
【0058】
フォトレジスト200として使用することができる材料は、電離放射線で露光することにより架橋もしくは高分子量のポリマーを形成し、かつ、溶媒への溶解性が減少する組成物であれば特に限定されないが、解像度の観点から、ナフトキノンジアジド−ノボラツク系ポジ型レジストが好ましい。
【0059】
ナフトキノンジアジド−ノボラツク系ポジ型レジスト(フォトレジスト200)とガラス板(スタンパ用基板100)との密着性を向上させるため、ガラス板(スタンパ用基板100)表面にHMDS(ヘキサメチルジシラザン)によりベーパー処理を施しても良い。
【0060】
スタンパ用基板100上へのフォトレジスト200の塗布方法としては、ロールコート法、カーテンフローコート法、スクリーン印刷法、スプレーコーター法、スピンコート法などを用いることができるが、nmレベルのフォトレジスト200薄膜の膜厚を均一にできるという観点から、スピンコート法が好ましい。
【0061】
次に、活性線および光学系マスクを用いて、回折限界にてフォトレジスト200を露光することにより、ポジ型のフォトレジスト200を可溶化処理する。(図1(b)参照)
【0062】
活性線の光源としては、HeCdレーザー、エキシマレーザー、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプ、X線、電子線等を用いることができるが、フォトレジスト200としてナフトキノンジアジド−ノボラツク系ポジ型レジストを用いた場合は、解像度の観点から、HeCdレーザーが好ましい。
【0063】
露光方法としては、光学系マスクをフォトレジスト200上に密着させた後に活性線を照射する方法の他、縮小投影露光装置またはミラー式投影露光装置等を使用する方法を用いることができるが、解像度の観点から、光学系マスクをフォトレジスト200上に密着させた後に活性線を照射する方法が好ましい。
【0064】
次に、現像液を用いて、可溶化処理したフォトレジスト200´を除去(現像)する。(図1(c)参照)
【0065】
現像液としては、ケイ酸ナトリウム系、燐酸ナトリウム系あるいはこれらの緩衝液や水酸化第4アルキルアンモニウム等のアルカリ溶液を用いることができ、中でも、現像カブリが起こり難いテトラメチルアンモニウム水溶液が好ましい。
【0066】
除去(現像)方法としては、スプレー法や浸漬法を用いることができるが、連続生産性の観点からスプレー法が好ましい。
【0067】
現像液には現像均一性を上げるため界面活性剤を添加しても良い。
添加する界面活性剤としては、現像阻害効果が少なく、現像液(アルカリ溶液)との相性の良いアニオン界面活性剤(例えば、N−アシルアミノ酸およびその塩、アルキルスルホカルボン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、N−アシルメチルタウリン塩、アルキル硫酸塩ポリオキシアルキルエーテル硫酸塩、アルキル硫酸塩ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸塩、ロジン酸石鹸、ヒマシ油硫酸エステル塩、ラウリルアルコール硫酸エステル塩、アルキルフェノール型燐酸エステル、アルキル型燐酸エステル、アルキルアリルスルホン酸塩など)を用いることができる。
【0068】
上記アニオン界面活性剤の中でも、現像液との相溶性や安定性などの観点から分子量が比較的大きく浸透性が高い、アルキルスルホカルボン酸塩が好ましい。
【0069】
次に、フォトレジスト200´´上に導電化層300を形成する。(図1(d)参照)
【0070】
導電化層300の材料としては、ニッケルや銀を用いることができるが、コストの観点から、ニッケルが好ましい。
【0071】
形成方法としては、無電解めっき法およびスパッタ法を用いることができるが、フォトレジスト200´´と導電化層300の密着性の観点から、スパッタ法が好ましい。
【0072】
次に、導電化層300を電極にして、電鋳法を用いて、導電化層300上に金属層400を形成する。(図1(e)参照)
【0073】
金属層400の材料としては、ニッケルや銅を用いることができるが、光学用部品製造工程中の寸法安定性という観点から、ニッケルが好ましい。
【0074】
次に、スタンパ用基板100およびフォトレジスト200´´を剥離することにより、凹凸形状転写用スタンパ500を得る。(図1(f)参照)
【0075】
(太陽電池用基板の作製)
まず、透明絶縁性基材1の一方の面に光線硬化型樹脂2を積層する。(図2(a)参照)
【0076】
透明絶縁性基材1の材料としては、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルム等の高価な耐熱性プラスチックフィルム以外であって、透明絶縁性を有するプラスチックフィルムであれば特に限定されず、例えば、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリサルホンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、アクリル樹脂フィルム、セルロースアセテートフィルム、ガラス繊維強化ポリエステルフィルム、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネートフィルム、および、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムやポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム等のポリエステル系フィルムや、ビニルアルコール/エチレン共重合体(EVOH)フィルム、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)フィルム等のポリビニル系フィルムを用いることができるが、中でも、太陽電池に耐候性を付与できるという観点から耐候性ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることが好ましく、更に、これらの材料に無機酸化物などを積層することにより、水蒸気バリア性を付与することがより好ましい。
【0077】
光線硬化型樹脂2の材料としては、透明電極材料の基礎吸収端波長よりも短い波長の光で硬化する透明な樹脂であれば特に限定されず、例えば、γ線硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂を用いることができ、硬化による体積収縮が極めて少ないという観点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
【0078】
紫外線硬化型樹脂としては、ポリイミド系樹脂やフッ素系樹脂等の高価な樹脂以外であって、紫外線を照射することにより硬化する樹脂であれば特に限定されず、例えば、アクリル系、エポキシ変性アクリレート系、ポリウレタン系、ポリエステル系樹脂のプレポリマーに、粘度あるいは架橋密度を調整するための多官能または単官能のモノマー、光反応開始剤および増感剤を添加した樹脂を用いることができる。
【0079】
粘度を調整するためのモノマーとしては、ポリエステル、ラウリルメタクリレート等の多官能性(メタ)アクリレート化合物や、2−エチルヘキシルアクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等のヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の単官能性(メタ)アクリレート化合物や、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート等のヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート等の二官能性(メタ)アクリレート化合物や、ペンタエリストールトリ(メタ)アクリレート等の三官能性(メタ)アクリレート化合物を用いることができるが、中でも、光閉込層に十分な硬度を付与できるという観点から、多官能性(メタ)アクリレート化合物が好ましい。
【0080】
粘度を調整するためのモノマーの配合量は、紫外線硬化型樹脂の総重量に対して、1〜10重量%の範囲から選択することができるが、4〜7重量%が好ましい。
【0081】
架橋密度を調整するためのモノマーとしては、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、紫外線により架橋密度を向上させることが可能なモノマーであれば特に限定されず、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジグリシジルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ソルビトールテトラグリシジルエーテルテトラ(メタ)アクリレートなどを用いることができる。
【0082】
架橋密度を調整するためのモノマーの配合量は、紫外線硬化型樹脂の総重量に対して、1〜10重量%の範囲から選択することができるが、4〜7重量%が好ましい。
【0083】
光反応開始剤としては、紫外線のエネルギーによりフリーラジカルを発生する化合物であって、エポキシ変性アクリレート系、ポリウレタン系、ポリエステル系樹脂のプレポリマーと相溶性があり、溶剤に可溶な樹脂であれば特に限定されるものでなく、例えば、ベンゾイン、ベンゾフェノン、または、それらのエステル等のカルボニル化合物、および、ジフェニルジサルファイド等のイオウ化合物、或いは、アセトフェノン誘導体、アントラキノン誘導体などを用いることができる。
【0084】
光反応開始剤の配合量は、紫外線硬化型樹脂の総重量に対して、1〜9重量%の範囲から選択することができるが、3〜5重量%が好ましい。
【0085】
増感剤としては、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸エステル、アルコキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノンおよびベンゾフェノン誘導体、ベンゾイル安息香酸アルキル、ビス(4−ジアルキルアミノフェニル)ケトン、ベンジルおよびベンジル誘導体、ベンゾインおよびベンゾイン誘導体、ベンゾインアルキルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、チオキサントンおよびチオキサントン誘導体、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェノイルフォスフィンオキシド等を用いることができる。
【0086】
増感剤の配合量は、紫外線硬化型樹脂の総重量に対して、0.2〜2.4重量%の範囲から選択することができるが、1.0〜1.7重量%が好ましい。
【0087】
光線硬化型樹脂2の積層方法としては、光線硬化型樹脂2を溶剤に溶解した溶解液を、透明絶縁性基材1上へ塗布する方法を用いることができる。
【0088】
塗布する方法としては、ドクターブレード法、ダイコ−ト法、グラビアコート法、ロッドコート法、リバースロールコート法、スプレーコート法、オフセットグラビアコート法、キスコート法などの任意の積層方法を用いることができるが、中でも、光線硬化型樹脂2の厚み精度に優れたグラビアコート法、リバースロールコート法、オフセットグラビアコート法が好ましい。
【0089】
溶剤としては、沸点が適当である有機溶剤であれば特に限定されず、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンを用いることができるが、中でも、溶解性に優れたメチルエチルケトン(MEK)が好ましい。
【0090】
次に、光線硬化型樹脂2に凹凸形状転写用スタンパ500を押圧し、光閉込層パターン2´を形成する。(図2(b)参照)
【0091】
次に、凹凸形状転写用スタンパ500を除去する。(図2(c)参照)
【0092】
次に、光閉込層パターン2´を乾燥して溶剤を除去することにより、光閉込層前駆体2´´を形成する。(図2(d)参照)
【0093】
乾燥方法としては、熱風乾燥機、蒸気乾燥機、赤外線乾燥機および遠赤外線乾燥機などを用いて溶剤を加熱蒸発させる方法を用いることができる。
【0094】
乾燥温度としては、透明絶縁性基材1のガラス転移点よりも低い温度であって、溶剤沸点よりも10〜100℃高い温度が好ましく、溶剤沸点よりも50〜90℃高い温度であれば更に好ましい。
【0095】
乾燥温度が透明絶縁性基材1のガラス転移点よりも低い温度であって、溶剤沸点よりも50℃以上低い温度、特に、溶剤沸点よりも10℃以上低い温度であると、乾燥効率が悪く、また、乾燥温度が溶剤沸点よりも90℃以上高い温度、特に、溶剤沸点よりも100℃以上高い温度であると、光閉込層前駆体2´´にクラックが発生し易くなる。
【0096】
次に、光閉込層前駆体2´´上に、アモルファス透明電極前駆体3を積層する。(図2(e)参照)
【0097】
アモルファス透明電極前駆体3の材料としては、結晶化した状態において、良導体であって、かつ、太陽や白色蛍光灯等からの光を太陽電池ユニット内に効率よく吸収させるために光の透過率が70%以上である透明性を有する物であれば特に制限は無く、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)(酸化インジウムスズ)、ZnOx(0.8≦x<1)、SnO等を用いることができるが、低抵抗かつ透明性が高いという観点から、ITOが好ましい。
【0098】
アモルファス透明電極前駆体3の積層方法としては、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、プラズマCVD法などを用いることができるが、中でも、製膜条件によってアモルファス透明電極前駆体3の応力値を比較的容易に制御することができるという観点から、スパッタ法が好ましい。
【0099】
アモルファス透明電極前駆体3の厚さは、10nm〜300nmの範囲から選択することができるが、20〜200nmが好ましい。
【0100】
アモルファス透明電極前駆体3の厚さが、200nmを超えると、特に、300nmを超えると、透明電極3´にクラック等が入りやすくなる。
【0101】
また、アモルファス透明電極前駆体3の厚さが、20nm未満であると、特に、10nm未満であると、透明電極3´が連続皮膜と成らず(島状となり)、良好な導電性(表面抵抗が10Ω/□以下)を示さないことが懸念される。
【0102】
次に、アモルファス透明電極前駆体3側から、アモルファス透明電極前駆体3および光閉込層前駆体2´´に光線を照射して、透明電極3´および光閉込層2´´´を同時に形成することにより、太陽電池用基板を得る。(図2(f)参照)
【0103】
光線としては、アモルファス透明電極前駆体3の基礎吸収端波長よりも短い波長の光線であれば特に限定されず、例えば、γ線、紫外線、電子線などを用いることができるが、光閉込層2´´´の強度を高くする事ができるという観点から、紫外線が好ましい。
【0104】
紫外線源としては、例えば、エキシマレーザー、水銀ランプ、メタルハライドランプ、紫外線レーザー、LED等を用いることができ、中でも、大気中の酸素に吸収されることが無く強い光線が得られるという観点からKrFエキシマレーザー(波長248nm)が好ましい。
【0105】
(太陽電池の作製)
次に、透明電極3´上に、p型a−Si層4、i型a−Si層5、n型a−Si層6を順次積層して成る薄膜シリコン層を形成する。(図3(a)(b)(c)参照)
【0106】
p型a−Si層4の形成方法としては、SiHとCHとBから成る混合ガスを原料ガスとして用いたCVD法を用いる事ができる。
【0107】
p型a−Si層4におけるホウ素のドープ量は、1018〜1022原子/cmの範囲から選択することができるが、1019〜1021原子/cmが好ましい。
【0108】
ホウ素のドープ量が1021原子/cmを超えると、特に1022原子/cmを超えると電気伝導度が低下してしまい、ホウ素のドープ量が1019原子/cm未満であると、特に1018原子/cm未満であると波長500nm以下の光線の吸収係数が低くなってしまう。
【0109】
p型a−Si層4の厚さは、0.02〜0.06μmの範囲から選択することができるが、0.03〜0.05μmが好ましい。
【0110】
p型a−Si層4の厚さが、0.05μmを超えると、特に、0.06μmを超えると、p型a−Si層4における電気抵抗が高くなるためにエネルギー変換効率が低下してしまう。
【0111】
また、p型a−Si層4の厚さが、0.03μm未満であると、特に、0.02μm未満であると、透明電極3´表面の凹凸によってp型a−Si層4に機械的および電気的な欠陥が発生し、開放端電圧の低下や短絡による歩留まりの低下が懸念される。
【0112】
i型a−Si層5の形成方法としては、SiHとCHとBから成る混合ガスを原料ガスとしたCVD法を用いる事ができる。
【0113】
i型a−Si層5の厚さは、0.2〜0.6μmの範囲から選択することができるが、0.3〜0.5μmが好ましい。
【0114】
i型a−Si層5の厚さが、0.5μmを超えると、特に、0.6μmを超えると、i型a−Si層5が光劣化し易くなる。
【0115】
また、i型a−Si層5の厚さが、0.3μm未満であると、特に、0.2μm未満であると、光電変換効率が低下してしまう。
【0116】
n型a−Si層6の形成方法としては、SiHとHおよびPHから成る混合ガスを原料ガスとしたCVD法を用いる事ができる。
【0117】
n型a−Si層6の厚さは、0.01〜0.05μmの範囲から選択することができるが、0.3〜0.5μmが好ましい。
【0118】
n型a−Si層6の厚さが、0.04μmを超えると、特に、0.05μmを超えると、n型a−Si層6における電気抵抗が高くなるためにエネルギー変換効率が低下してしまう。
【0119】
また、n型a−Si層6の厚さが、0.02μm未満であると、特に、0.01μm未満であると、i型a−Si層5表面の凹凸によってn型a−Si層6に機械的および電気的な欠陥が発生し、開放端電圧の低下や短絡による歩留まりの低下が懸念される。
【0120】
n型a−Si層6における燐のドープ量は、1014〜1018原子/cmの範囲から選択することができるが、1015〜1017原子/cmが好ましい。
【0121】
燐のドープ量が1017原子/cmを超えると、特に、1018原子/cmを超えると、n型a−Si層6の欠陥が増えるために正孔のμτ(電子の移動度(μ)と寿命(τ)との積)が小さくなり、絶対感度が著しく低下してしまう。
【0122】
また、燐のドープ量が1015原子/cm未満であると、特に1014原子/cm未満であると波長600nm以上の光線の吸収係数が低くなってしまう。
【0123】
次に、n型a−Si層6上に、裏面電極7を形成する。(図3(d)参照)
【0124】
裏面電極7の材料としては、光反射率が高い良導体であれば特に限定されず、例えば、銀、銅、アルミニウムを用いることができるが、薄膜シリコン層を透過した長波長(波長700nm以上)の光の反射率が高いという観点から、銀が好ましい。
【0125】
裏面電極7の積層方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法を用いることができるが、表面鏡面性(平滑性)に優れた裏面電極7が形成できるという観点から、スパッタ法が好ましい。
【0126】
裏面電極7の厚さは、220nm〜330nmの範囲から選択することができるが、240〜310nmが好ましい。
【0127】
(太陽電池モジュールの作製)
まず、保護材8上に粘着層9を積層する。(図4(a)参照)
【0128】
保護材8の材料としては、ポリイミド系フィルムやフッ素系フィルム等の高価な耐熱性プラスチックフィルム以外であって、耐加水分解性、耐熱性、防湿性、酸素バリア性、物理的強度を有する材料であれば特に限定されず、例えば、エチレンビニルアルコール共重合樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、および、プラスチックフィルム上にアルミニウム箔やアルミニウム蒸着膜を積層した材料、或いは、プラスチックフィルム上に塩化ビニリデンやエチレンビニルアルコール共重合樹脂を積層した材料、または、プラスチックフィルム上に酸化珪素や酸化アルミニウム等の無機酸化物を積層した材料や、アルミニウム、銅、鉄などの金属箔を用いることができるが、中でも、耐候性ポリエチレンテレフタレートに無機酸化物などを積層した材料が好ましい。
【0129】
粘着層9の材料としては、保護材8を太陽電池に固定できる材料であれば特に限定されず、例えば、ポリアクリル酸エステル系粘着剤、ゴム系粘着剤、ビニル系粘着剤などを用いることができるが、カールが発生し難く、かつ、断裁加工したときに抜刃への粘着剤付着が起こり難いという観点からポリアクリル酸エステル系粘着剤が好ましい。
【0130】
ポリアクリル酸エステル系粘着剤を用いる場合、アクリル酸エステルモノマーは、粘着剤組成物中に固形分として30〜80重量%好ましくは40〜70重量%含まれることが好ましい。
【0131】
60重量%未満では、特に、50重量%未満では保護材8との接着力が充分でなく、70重量%を越えると、特に、80重量%を超えると粘着剤としての凝集力が不足する。
【0132】
また、上記粘着剤に適当な粘着性付与剤、例えば、クマロンインデン系樹脂、ロジン、ダンマル、重合ロジン、部分水添ロジン、エステルロジン、ポリテルペン系樹脂、テルペン変性体、石油系樹脂、シクロペンタジエン系樹脂、フェノール系樹脂、スチレン系樹脂、キシレン系樹脂などを添加しても良く、更に必要に応じて老化防止剤、軟化剤なども添加することができる。
【0133】
溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、セロソルブ、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸プロピル等を用いることができるが、中でも、溶解性と揮発除去性の良好な酢酸エチルが好ましい。
【0134】
積層方法としては、グラビアコート法、バーコート法、リバースコート法、ロールコート法などを用いることができ、粘着剤の種類、塗布量、粘度などを考慮した上で適宜選定することができる。
【0135】
最後に、粘着層9と裏面電極7を圧着することにより、太陽電池モジュールを得る。(図4(c)参照)
【実施例】
【0136】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【0137】
また、下記実施例にて作製された太陽電池の評価は、JIS C8934に基づき、模擬太陽光(スペクトル:AM1.5、照射強度:100mW/cm)を用いて、照射温度:25℃の条件下で実施した。
【0138】
<実施例1>
(凹凸形状転写用スタンパの作製)
まず、ガラス板(コーニング社製、1737(商品名))表面を島田理化社製の自動洗浄装置で洗浄し、その後、このガラス板をベーパーオーブン内にて、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)(東京応化工業社製、OAP(商品名))蒸気を用いて、90℃下において2分間ベーパー処理を行った。
【0139】
次に、フォトレジスト(ポジ型フォトレジスト)(東京応化工業社製、OFPR−800(商品名))を、湯浅社製のスピンコーターを用いて、前記ガラス板のベーパー処理面上に、4000rpm30秒間のスピンコート条件にて、膜厚が3±1μmの範囲になるように塗布し、その後、DAITORON社製のクリーンオーブン内で90℃下において50分間プリベークした。
【0140】
次に、レーザー干渉露光装置を用いて、光閉込層を形成する為のパターンを有する光学系マスク(NA(開口数)0.90)を介して、前記プリベークしたフォトレジストに、三方向より入射角度40度にて波長442nmのHeCdレーザーを照射することにより、フォトレジストを露光した。
【0141】
次に、0.3%のテトラメチルアンモニウム水溶液を用いて、25℃下において60秒間現像処理を行い、その後、超純水でリンス処理を25秒間行い、その後、乾燥した。
【0142】
次に、DC平行平板型マグネトロンスパッタリング装置(Va−rian社製、XM−8(商品名))内において、スパッタリングターゲットとしてNiターゲット、スパッタガスとして圧力0.3PaのArガスを用いて、初期真空度5×10−3Paにて、RFパワー300Wの条件で、Niをスパッタすることにより、フォトレジスト上に厚さが600ÅのNi導電化層を形成した。
【0143】
次に、以下の様なNi鍍金液を生成した。
スルファルミ酸ニッケル・4水塩・・・500g/L
硼酸・・・・・・・・・・・・・・・・37g/L
pH・・・・・・・・・・・・・・・・3.8
【0144】
次に、40℃に保温した上記Ni鍍金液に、前記Ni導電化層を浸漬し、通電電流時間積分値300AHの条件にて鍍金を行うことにより、前記Ni導電化層上に厚さ300μmのニッケル鍍金膜を形成した。
【0145】
最後に、ガラス板(スタンパ用基板)およびフォトレジストを剥離することにより、凹凸形状転写用スタンパを得た。
【0146】
(太陽電池用基板の作製)
まず、厚さ25μmの耐候性PETフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製(銘柄;HG)を真空蒸着槽内に装着した後、真空蒸着槽内を5×10−5Torrになるまで排気し、蒸発源として一酸化珪素を用いた電子ビーム蒸着法を用いて、前記耐候性PETフィルム上に厚さ200±10ÅのSiOx(x=1.6〜1.7)層を形成することにより、透明絶縁性基材を得た。
【0147】
次に、メチルエチルケトン(MEK)を用いて紫外線硬化型アクリル(日本化薬社製(商品名;カヤノバFOP1700))モノマーを固形分45質量%に希釈したペーストを、グラビアコート法を用いて、前記SiOx上に膜厚3±1μmになるように塗布し、その後、60℃にて予備乾燥した。
【0148】
次に、塗布面に、1MPaの圧力をかけて1分間前記凹凸形状転写用スタンパを圧接した後に凹凸形状転写用スタンパを剥離することにより、光閉込層パターン(光閉込層前駆体)を形成した。
【0149】
次に、スパッタ装置(徳田製作所株式会社製(商品名;「TOKUDA CFS−10 EP−70」、直径5インチのITOターゲット(酸化錫10wt%)、および、スパッタガスとしてArとOの混合ガス(流量比Ar:O=340:1)(圧力0.31Pa)を用いて、25℃下のもと、RF出力300W、スパッタ時間30分の条件で、光閉込層パターン(光閉込層前駆体)上に厚さ150nmのアモルファスITO膜(アモルファス透明電極前駆体)を形成した。
【0150】
アモルファスITO膜の構造をX線回折法により確認したところ、アモルファス状態であった。(図5参照)
【0151】
次に、KrFエキシマレーザーを用いて、アモルファスITO膜側から、アモルファスITO膜および光閉込層前駆体に紫外線を(波長248nm)照射し、透明電極および光閉込層を同時に形成することにより、太陽電池用基板を得た。
照射条件としては。照射エネルギー40mJ/cm/pulse、周波数20Hz、照射時間4分間の条件を用いた。
【0152】
透明電極の構造をX線回折法により確認したところ、結晶状態であった。(図6参照)
【0153】
(太陽電池の作製)
次に、ヒーターに(太陽電池用基板の)透明絶縁性基材面が接触する様に、太陽電池用基板をプラズマCVD装置に装着し、その後、真空ポンプを用いて成膜室内の圧力が4×10−7Torrになるまで真空排気し、その後、ヒーターを用いて太陽電池基板を190±1℃に加熱した。
【0154】
次に、成膜室内へ、原料ガスとして、シラン(SiH)(1.2sccm)、テトラメチルシラン((CHSi)(2sccm)、水素(H)(600sccm)、ジボラン(B)(0.02sccm)を導入した。
【0155】
原料ガス導入後、圧力制御装置を用いて、成膜室内の圧力を1.0±0.1Torrに制御した。
【0156】
次に、高周波電源からインピーダンス整合器を介して、放電電極に100MHz高周波電力を供給することによりプラズマを生成し、透明電極上に、厚さ5nmのp型a−Si層を成膜した。
【0157】
次に、太陽電池基板の温度を110±1℃、成膜室内の圧力を5×10−8Torrとし、その後、原料ガスとして、シラン(SiH)(100sccm)を成膜室内に導入した。
【0158】
原料ガス導入後、圧力制御装置を用いて、成膜室内の圧力を75±1mTorrに制御した。
【0159】
次に、高周波電源からインピーダンス整合器を介して、放電電極に100MHz高周波電力を供給することによりプラズマを生成し、p型a−Si層上に、厚さ300nmのi型a−Si層を成膜した。
【0160】
次に、太陽電池基板の温度を180±1℃、成膜室内の圧力を6.8×10−9Torrとし、その後、原料ガスとして、シラン(SiH)(100sccm)、水素(H)(1600sccm)、PH(67sccm)を成膜室内に導入した。
【0161】
原料ガス導入後、圧力制御装置を用いて、成膜室内の圧力を75±1mTorrに制御した。
【0162】
次に、高周波電源からインピーダンス整合器を介して、放電電極に100MHz高周波電力を供給することによりプラズマを生成し、i型a−Si層上に、厚さ50±1nmのn型a−Si層を成膜した。
【0163】
最後に、n型a−Si層を成膜した基板とAgターゲットをマグネトロンスパッタ装置に装着し、成膜チャンバー内の温度を25℃、圧力を2mTorrとし、放電パワー200WでRF放電してAgターゲットをスパッタし、n型a−Si層上に厚さ280nmの背面電極を形成することにより、太陽電池を得た。
【0164】
(太陽電池モジュールの作製)
まず、厚さ25μmの耐候性PETフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製(銘柄;HG)を真空蒸着槽内に装着した後、真空蒸着槽内を5×10−5Torrになるまで排気し、蒸発源として一酸化珪素を用いた電子ビーム蒸着法を用いて、前記耐候性PETフィルム上に厚さ200±10ÅのSiOx(x=1.6〜1.7)を蒸着することにより透明絶縁性基材を得た。
【0165】
次に、ポリアクリル酸エステル系粘着剤(日本カーバイド社製(商品名;ニッセツKP1405/硬化剤CK102=100/2))を、リバースコート法を用いて、乾燥後の塗布量が30g/mになるように、蒸着面に塗工した後、120℃で1分間乾燥して粘着層を形成した。
【0166】
最後に、粘着層を裏面電極に圧着することにより、太陽電池モジュールを得た。
【0167】
太陽電池の特性評価を行ったところ、開放電圧は0.95V、短絡電流は13.3mA/cm、形状因子は0.75、変換効率は9.5%であり、良好な性能である事が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0168】
本発明の、太陽電池用基板およびその製造方法、並びに、それを用いた太陽電池および太陽電池モジュールは、カメラ、携帯電話、ノートパソコン、PDA(Personal Digital Assistant)、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤーなどの携帯型小型電気機器、および、電気自動車、自動販売機、宇宙船などの電源に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0169】
【図1】本発明の太陽電池用基板の作製に用いる凹凸形状転写用スタンパの製造方法を説明するための断面図である。
【図2】本発明の太陽電池用基板の製造方法を説明するための図である。
【図3】本発明の太陽電池の製造方法を説明するための図である。
【図4】本発明の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図5】本発明の太陽電池用基板の製造過程で作製されたアモルファス透明電極前駆体のX線回折チャートである。
【図6】本発明の太陽電池用基板の透明電極のX線回折チャートである。
【符号の説明】
【0170】
1・・・・・・・透明絶縁性基材
2・・・・・・・光線硬化型樹脂
2´・・・・・・光閉込層パターン
2´´・・・・・光閉込層前駆体
2´´´・・・・光閉込層
3・・・・・・・アモルファス透明電極前駆体
3´・・・・・・透明電極
4・・・・・・・p型a−Si層
5・・・・・・・i型a−Si層
6・・・・・・・n型a−Si層
7・・・・・・・裏面電極
8・・・・・・・保護材
9・・・・・・・粘着層
100・・・・・スタンパ用基板
200・・・・・フォトレジスト
200´・・・・可溶化処理したフォトレジスト
200´´・・・フォトレジスト
300・・・・・導電化層
400・・・・・金属層
500・・・・・凹凸形状転写用スタンパ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明絶縁性基材上に凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を積層するための第1の工程と、
前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂上にアモルファス透明電極前駆体を積層することにより、未露光基板を作製するための第2の工程と、
前記未露光基板の前記アモルファス透明電極前駆体側から露光することにより、前記凹凸形状を有する光線硬化型樹脂を硬化させて光閉込層を形成し、且つ、前記アモルファス透明電極前駆体を結晶化させて透明電極を形成するための第3の工程を有することを特徴とする太陽電池用基板の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の太陽電池用基板の製造方法を用いてなる太陽電池用基板。
【請求項3】
前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる耐候性フィルムであることを特徴とする請求項2に記載の太陽電池用基板。
【請求項4】
前記透明絶縁性基材が、少なくとも1層以上の透光性プラスチックフィルムよりなる水蒸気バリア性フィルムであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の太陽電池用基板。
【請求項5】
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池用基板の透明電極上に、薄膜シリコン層、裏面電極を順次形成したことを特徴とする太陽電池。
【請求項6】
前記裏面電極上に保護シートを積層したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項7】
前記保護シートが、耐候性プラスチックフィルムと粘着層を積層して成ることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュール。
【請求項8】
前記耐候性プラスチックフィルムが、少なくとも1層以上の水蒸気バリア層を有することを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュール。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2008−258518(P2008−258518A)
【公開日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−101411(P2007−101411)
【出願日】平成19年4月9日(2007.4.9)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】