JPH02503615A - 太陽電池用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽電池用基板 Ｌ［■ 本発明は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池の製造に有用な太陽電池 用基板に関するものである。

１東且ｌ 第１図に示されるように、従来のアモルファスシリコン太陽電池は８で図示され ており、透明絶縁性基板１、ｐ型ａ−Ｓｉ層３、ｉ型ａ−Ｓｉ層４およびｎ型ａ −Ｓｉ層５からなる透明導電膜６と、裏面電極として働くアルミニウム電極７と を有している。この構成は、比較的低コストで製造可能な光電変換装置の一つと して実用的に使用されている。かかるアモルファス太陽電池８は、光９が透明絶 縁性基板１側から入射し、主としてｉ型ａ−Ｓｉ層４内で吸収されるように設計 されている。起電力は透明電導膜２とアルミニウム電極７の２つの電極間で発生 し、導！！１０を通して太陽電池から電気が取り出される。

このようなアモルファスシリコン太陽電池においては、光電変換効率の向上が最 も重要な課題である。光電変換効率の向上を達成する方法として、透明電導膜の 表面を凹凸化する方法が知られている。この凹凸化により、入射光が透明電導膜 とａ−Ｓｉ半導体層との界面で散乱される。この光学的な散乱効果により、入射 光の表面反射損失の低減、及びｉ型ａ−Ｓｉ層における吸収の増大が得られる。

　ａ−Ｓｉ半導体層内での多重反射や屈折によって、光路長が増大し、ｉ型ａ− Ｓｉ層内での光閉じ込め効果によりアモルファスシリコン太陽電池の長波長光に 対する収集効率が向上が期待される。短絡電流密度が増大し、それにより、発電 効率及び光電変換効率が向上される。

この様な表面凹凸化の具体的な方法として、特開昭５８−５７７５６号において は、透明電導膜の表面の平均粒径な０．１μｍ〜２２．５μｍとすること、又特 開昭５９−２０１４７０号においては、透明電導膜を平均粒径０．１ｕｍ〜０． ９μｍの結晶粒からなる様にすること、又特開昭５９−１０３３８４号において は、透明電導膜を構成する微結晶の平均粒径な３００Å以上とすること、又特開 昭６０−１７５４６５号においては透明電導膜を形成する太陽電池基板として、 基板面にヘイズ率が１％以上であり、直径が３００〜５０００人、高さが２００ 〜３０００人の多数の凸部を持つ酸化珪素被膜を形成することが提案されている 。

しかしながら、上記した様な形状、構造の太陽電池用基板では、光電変換効率を ある程度高めることはできても。

更に高効率化を図る上では不充分であった。

見匪立皿１ 本発明は、更に一層高い光電変換効率が得られる最適埼凸面を有する透明電導性 酸化物が形成された太陽電池用基板を提供することを目的とするものである。

本発明は、ガラス基板とその上に形成された透明電導膜を有する太陽電池用基板 を提供するものである。透明電導膜は、直径が０．１μｍ〜０６３μｍであり、 高さ／直径の比が０．６以上の多数の多角形状の凸部を有するものである。

区皿二囚！スＵ 第１図はアモルファスシリコン太陽電池の断面図；そして 第２図は本発明の太陽電池用基板の透明電導膜の表面性状を示す部分拡大断面図 である。

日　　　　るための　　の多熊 本発明において使用される基板としては、ソーダライムシリケートガラス、アル ミノシリケートガラス、ボレートガラス、リジウムアルミノシリケートガラス、 石英ガラス、その他の各種ガラスからなる透明ガラス板を用いることができる。

基板は、３５０〜８００ＩＬｍの波長域において高い透過率、例えば８０％以上 の透過率を有することが好ましい。又、十分絶縁性で、かつ化学的、物理的耐久 性が高く、かつ光学的特性が良好であることが望ましい、なお、ソーダライムシ リケートガラスなどのナトリウムを含有するガラスからなるガラス基板、又は低 アルカリ含有ガラスからなるガラス基板の場合には、ガラスからその上面に形成 される透明電導膜へのイオンの拡散を最小限にするために、酸化ケイ素膜、酸化 アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜などのアルカリバリヤーコートをガラス基 板面に施してもよい。

ガラス基板上に形成される透明電導膜は、酸化錫、フッ素が酸化錫に対し０．１ 〜５重量％ドープされた酸化錫、アンチモンが酸化錫に対し０．１〜３０重量％ ドープされた酸化錫、錫が酸化インジウム対し０．５〜３０重量％ドープされた 酸化インジウムなどの所望の電気伝導度を有する透明性金属酸化物からなるもの が好ましい。これらの中でも、フッ素がドープされた酸化錫からなる透明電導膜 は、シート抵抗３０Ω／口未満の低抵抗が容易に得られるので太陽電池用基板用 として最適である。フッ素がドープされた酸化錫は、プラズマ励起化学的気相蒸 着装置内でａ−Ｓｉ層を形成する時に曝される水素プラズマによる化学的還元に 対して高い耐性を有している。

第２図を参照すると、図示された太陽電池用基板は、表面全体に渡って凸部を有 する透明電導膜を有している。即ち、透明電導膜２２は、直径りが０．１〜０． ３μｍであり、かつ凸部２４の高さ／直径の比（Ｈ／Ｄ）が０．６以上、好まし くは０．７〜１．２である凸部２４を多数有している。かかる凸部の高さＨは０ ．１〜０．６μｍ１特に、０．２５μｍ以下であることが好ましい、さらに、多 数の凸部２４は、０．１〜０．５μｍのピッチＰ（頂点と頂点の間の距１ＩＩＩ ）を持って形成されていることが好ましい、というのは、かかる凸部が互いにあ まり距離をおいて形成されていると透明電導膜が効果的に光を散乱しないためで ある。又、凸部の形状は任意である０代表的な例としては、凸部の底面の形状が 四角形ないしそれ以上の多角形のものが挙げられる。常圧化学的気相蒸着法（Ｃ ＶＤ法）により凹凸を有する酸化物が自動的に形成される。凸部の形状は、膜の 化学的構成に依存する。

本発明において、直径が０．１〜０．５μｍの範囲外、又は、高さ／直径の比が ０．［）以上という範囲外である凸部は、表面地形の８０％以上が望ましい範囲 内にある限り、ある程度存在しても良い。

透明電導膜は３０Ω／口未満、特に４〜１０Ω／口のシート抵抗値を有すること が好ましい。この範囲は、大型基板におけるオーム損失を避けるという観点で特 に望ましい。本発明においてへイス率は、太陽電池の光電変換効率を高めるのに 必要とされる、前述の粒子形状と光学的性質との関係の点から、８〜３０％とす るのが最適である。

本発明の透明電導膜は従来から利用されている種々のコーティング方法、例えば 、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、熱分解スプレー法、スパッタリング法、真空 蒸着法、イオンブレーティング法、浸漬法など各種方法により作成できる。これ らの方法の中でも、上記した様な直径、高さ、高さ／直径を持った凸部がコント ロールされて容易に得られる為、ＣＶＤ法やスパッタリング法が最適である。

本発明は、次に挙げる実施例によって例証されるが、その詳細に限定されるよう に意図されたものではない。

ｘ皿立 （１）　Ｓｎ０ｇ膜の作成 透明電導膜の表面性状がそれぞれ異った９種類の太陽電池用基板のサンプルを作 成した。

各基板はソーダライムシリケートガラス板（４インチＸ３．５インチ膜厚さ１． １ｍｍ　）と、その上に形成された膜厚８００人のＳｉ０ｇ膜を有していた。

Ｓｎｏｗからなる透明電導膜の作成は、Ｎ２ガスに同伴された５ｎＣ１４，Ｈａ 、　ＣＨｓＯＨ、そしてＨＦを反応ガスとして用いて行った。

Ｓｎｏｗ膜は、ベルト搬送式の、加熱部及び冷却部を両方有する常圧ＣＶＤ炉の 中で作成した。加熱部は反応ガスを導入するための４インチ幅のノズルを有して いた。

このノズルは、５つの細いスリット状吐出口を有する。

即ち、５ｎＣ１４及び希釈用Ｎ２ガスが３番目の中央のスリットより吐出し、ｎ ｅｏ、　ＣＨ，ＯＨ，旺及び希釈用Ｎ２ガスが１番目及び５番目の最外層の２つ のスリットより吐出し、反応ガスのグループを分離するＮ２ガスが２番と４番の スリットより吐出する。さらに、吐出口とガラス基板との距離は調整可能な構造 をしている。

サンプルＮｏ、　Ｉ Ｓｉｇｈ膜を８００人の厚さでコーティングしたガラス基板を前述のＣＶＤ炉内 にベルト搬送速度０．２０ｍ／ｗｉｎで導入し、基板温度６００℃まで加熱した 。前述のガス導入ノズルより反応ガスを基板上に吹きつけて、基板の５ｉｎｓ膜 上にフッ素のドープされたＳｎＯ□膜を形成した。供給ガス導入量は、中央スリ ットから５ｎＣ１４０，０２５Ａ　／　１Ｉｌｉｎ　％Ｎｘ１．６１　／ｗｉｎ 　。

中央スリットに隣接する分離スリットからＮ２１．５ρ／ｍｉｎ、最外スリット からＨ，ＯＯ，９３℃／ｗｉｎ　、　ＨＦ　Ｏ，０１５Ｊ２　／ｍｉｎ、ＣＨＩ ＯＨＯ，０１７℃／ｍｉｎ　％Ｎ２１．５１！、／ｗｉｎであった。

さらに、サンプルＮ００２からＮ００９までを、前述のＣＶＤ炉を用いて、表１ に示した作成条件により作成した。

（２の、１ （Ｉ）凸部の高さ 基板上に作成した透明電導膜の全膜厚ｔ、をあらかじめ触針式膜厚計（Ｔａｌｙ −Ｓｔｅｐ；Ｔａ１ｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ　Ｃｏ、、針の先端は直径１２．５μ ｍ）により測定した０次に０．５μｍのダイアモンドペーストを用い、５００ｇ ／ｃｍ”の荷重下で研磨を行なった。研磨の過程で、膜厚およびヘイズ値を測定 し、ヘイズ値が２％以下となる時点での膜厚ｔ１を測定した。当初の膜厚ｔ０と 膜厚ｔ１との差、即ちｔ＋−ｔ＋を凸部の高さとした。

（Ｉｔ）凸部の直径 基板上に作成した透明電導膜の走査型電子顕微鏡写真を撮影し、この顕微鏡写真 より、直径を測定した。

（ｍ）各サンプルの透明電導膜のＨ（高さ）、Ｄ（直径）。

及びＨ／Ｄ　（高さ／直径）の実測値を表２に示す。

各サンプル上に作成した太陽電池の光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、 フィルファクターの測定値も示す。

サンプルＮｏ、　１〜７は全て、本発明の範囲内の高さ、直径、高さ／直径を有 している。サンプルＮ０１８及び９は、本発明の範囲外の高さ、直径、高さ／直 径を有しており、これらのサンプル上に形成された太陽電池の特性は、サンプル Ｎｏ、１〜７上に形成された太陽電池の特性より劣ることがわかる。

太陽電池は、各サンプルの透明電導膜、ｐ型ａ−３ｉ層（膜厚約１００人）１１ 型ａ−３ｉ層（膜厚約４０００人）、ｎ型ａ−３ｉ層（膜厚１０００人）及び金 属電極層（膜厚１００００人）を有するものであった。

表Ｉ　　ＳｎＯ□膜作成条件 表２　表面性状と太陽電池特性 表２　表面性状と太陽電池特性（つづき）本発明において、透明電導膜内に入射 した光は、透明電導膜とａ−Ｓｉの界面をへて、ａ−Ｓｉ層に入射する。その際 、電導膜表面が凹凸構造を有していると光は散乱されて散乱光がａ−Ｓｉ層内に とり込まれる。Ｓｉ層内でのオプティカルバス（光路長）が長くなり光の吸収効 率が高まる。この効果は、シリコンの吸光係数が小さい長波長領域では特に大き い、この長波長領域における光の散乱性を高めるためには、ある程度以上の大き さの直径、高さが必要となる。

本発明における透明電導膜は０．１〜０．３μｍの直径と、０．６以上、好まし くは０．７〜１．２の高さ／直径の比を有する凸部を多数有している。

直径が０．１μｍ未満、かつ／又は、高さ／直径の比が０．６未満であると、凸 部が小さく、かつ／又は平たくなりすぎ、効果的に光を散乱できないため、凸部 の直径や高さ／直径の比はある程度大きいことが好ましい。

しかしながら、直径が０．３μｍを超え、かつ／又は高さ／直径の比が１．２を 超える場合には結果的に凸部の高さが大きくなりすぎ、透明電導膜上にａ−Ｓｉ 層を均一に積層することが困難となる。この点で凸部の直径や高さ／直径の比は ａ−Ｓｉ層の膜厚や、良好な電気特性を保持しつつ均一に膜を形成するａ−Ｓｉ 形成システムにより制約を受ける。

又、直径が０．３μｍを超える凸部を有する透明電導膜を形成する為には基板温 度をかなり高（する必要があり、かかる高温はガラス基板を変形させる恐れがあ り好ましくない。

上記した本発明の実施例（サンプル１〜７）及び比較例（サンプル８，９）から 明らかなように、本発明の太陽電池用基板を用いると次の様な優れた効果が得ら れる。

（１）短絡電流密度　約１ｍＡ／ｃがの向上（２）光電変換効率　約０．５％の 向上以上のように、発明を実施するための最良の形態を詳細に述べたが、本発明 に関連する技術を熟知している者は、次の請求の範囲によって規定される発明を 実施するための様々な代替手段や形態がわかるだろう。

ＦＩＧ　１ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成元年１１月１７日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス基板とその上に形成された透明電導膜を有する太陽電池用基板であ って、上記透明電導膜は、直径が０．１μｍ〜０．３μｍで、高さ／直径の比が ０．６以上の凸部を多数有することを特徴とする太陽電池用基板。
2. （２）凸部の高さ／直径の比が０．７〜１．２であることを特徴とする請求項１ 記載の太陽電池用基板。
3. （３）透明電導膜が酸化錫、フッ素がドープされた酸化錫、アンチモンがドープ された酸化錫、インジウム錫酸化物のうち１種からなるものであることを特徴と する請求項１記載の太陽電池用基板。
4. （４）透明電導膜のシート抵抗が４〜１０Ω／□であることを特徴とする請求項 １記載の太陽電池用基板。
5. （５）透明電導膜のヘイズ値が８〜３０％であることを特徴とする請求項１記載 の太陽電池用基板。