(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続表面(２)および薄層付着物の受入れを意図する表面(３)を含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)であって、該結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)が、中心面および主として立方晶の結晶学的組織{100} <001>を有する立方晶系を示す合金からなり、前記薄層付着物の受入れを意図する表面(３)が、前記薄層付着物の受入れを意図する表面(３)と平行な結晶学的平面{100}を主として示す粒子(４)を含む金属基体(１)において、
前記合金が、前記合金の総質量に対する下記の質量％で下記：
Ni ≧ 30%、
Cu ≦ 15%、
Cr ≦ 15%、
Co ≦ 12%、
Mn ≦ 5%、
S < 0.0007%、
P < 0.003%、
B < 0.0005%、
Pb < 0.0001%、
を含む組成を有する鉄‐ニッケル合金であり；
ニッケル、クロム、銅、コバルトおよびマンガンの百分率が、前記合金が下記の条件：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn)
を満たすような百分率であり；そして、
前記合金が、シリコン、マグネシウム、アルミニウムおよびカルシウムの中から選ばれた1質量％までの１種または数種の脱酸元素を含み、上記元素の残余が、鉄と不純物である合金に相当することを特徴とする前記金属基体(１)。
【請求項２】
ニッケル、クロム、銅、コバルトおよびマンガンの百分率が、前記合金が下記の条件：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≦ 54%
を満たすような百分率であり；
20℃〜100℃での前記合金の平均膨張係数、α20100が、10-6 K-1よりも高く、好ましくは10-6 K-1〜10 10-6 K-1である、請求項１記載の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体。
【請求項３】
前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)の薄層付着物の受入れを意図する表面(３)が、150nmよりも細かい、好ましくは50nmよりも細かい粗度Raを示す、請求項１または２のいずれかに記載の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体。
【請求項４】
前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)が、0.5mm〜0.05mmの厚さを有して、好ましくは0.1mmの領域内で薄い、請求項１〜３のいずれか１項記載の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体。
【請求項５】
薄層付着物の受入れを意図する表面(３)上の粒子(４)が、平面{111}および平面{100}に従うステップ(１２)を示してブレーズド回折格子を形成しているピラミッドの形にエッチングされている、請求項１〜４のいずれか１項記載の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に従って定義したような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)を含み、該金属基体上には、多結晶性シリコン系薄層(１１)が付着されており、該多結晶性薄層が好ましい結晶学的配向{100}および{111}を示すことを特徴とする結晶学的にテクスチャード加工した装置。
【請求項７】
前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)の結晶格子パラメーターが、前記多結晶性シリコン系薄層(１１)の結晶格子パラメーターと同一またはほぼ同一である、請求項６記載の結晶学的にテクスチャード加工した装置。
【請求項８】
前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)に相当する合金の平均膨張係数が、前記多結晶性薄層(１１)の平均膨張係数と同様である、請求項６または７のいずれかに記載の結晶学的にテクスチャード加工した装置。
【請求項９】
前記多結晶性シリコン系薄層(１１)が、10μmよりも薄い、好ましくは5μmよりも薄い厚さを示し、0.1μm〜2μmの寸法を有するシリコン結晶を含む、請求項６〜８のいずれか１項記載の結晶学的にテクスチャード加工した装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に従って定義したような結晶学的にテクスチャード加工した装置(１３)を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項１１】
前記太陽電池が、下記を含む、請求項１０記載の太陽電池：
前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)が前記金属基体(１)に相当する合金の総質量に対して41質量％に等しいニッケル含有量を有し、前記多結晶性シリコン薄層(１１)のシリコンがドーピングされているところの、結晶学的にテクスチャード加工した装置(１３)；
前記結晶学的にテクスチャード加工した装置(１３)上に付着させた固有多結晶性シリコン薄層(１４)；
前記固有多結晶性シリコン薄層(１４)上に付着させたドープ化多結晶性シリコン薄層(１５)；
前記ドープ化多結晶性シリコン薄層(１５)上に付着させた透明導電性酸化物の薄層(１６)；および、
前記透明導電性酸化物の薄層(１６)上に配置し、中央グリッド素子(１８)を含む数個の素子を含む金属グリッド(１７)。
【請求項１２】
前記中央グリッド素子(１８)と連結し且つ前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)の接続表面(２)を通って前記太陽電池の外側に出ているコネクタ(１９)が、前記
結晶学的にテクスチャード加工した装置(１３)および前記各種薄層(１４，１５，１６)を貫通しており；前記コネクタ(１９)が、前記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)の接続表面(２)から前記中央グリッド素子(１８)まで延びている絶縁体(２０)によって囲まれている、請求項１１記載の太陽電池。
【請求項１３】
下記を含むことを特徴とする、太陽電池モジュール：
ポリマーの薄層(２１)；
熱反応性接着剤の第１(２２)および第２(２３)薄層を含む２層の熱反応性接着剤の薄層(２２、２３) (熱反応性接着剤の第１薄層(２２)は前記ポリマーの薄層(２１)上に付着させている)；
請求項１０−１２のいずれかで定義した太陽電池を複数および２本の銅ストリップ(２５)から形成された導電性層(２４) (前記２本の銅ストリップは複数の太陽電池(３１)から形成された前記導電性層の各末端に置かれており、前記太陽電池(３１)はストリップの形であり、前記２本の銅ストリップは、熱反応性接着剤の第１(２２)および第２(２３)薄層(２２、２３)間で、互いに並行に、前記熱反応性接着剤の薄層(２２、２３)に対して傾斜して且つ重ね合せて前記反応性接着剤の薄層(２２、２３)に平行な方向に従って接触した太陽電池(３１)と銅ストリップ(２５)の列を形成するように置かれており、前記複数の太陽電池および２本の銅ストリップは直列接続を形成している)；および、
前記熱反応性接着剤の第２薄層(２３)上に付着させたポリメチルメタクリレートの薄層(３０)。
【請求項１４】
気相内化学蒸着(CVD)によって実施し、プラズマ温度が300℃よりも低い、好ましくは200℃の領域にあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項において定義したような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体(１)上へのシリコン系薄層の付着方法。
【請求項１５】
前記気相内化学蒸着(CVD)が、高周波プラズマ援用気相内化学蒸着(RFPECVD)であり、前記プラズマがSiF4、水素およびアルゴンのガス状混合物を含み、使用する高周波出力が16Wの領域にある、請求項１４記載のシリコン系薄層の付着方法。
【請求項１６】
シリコンのエピタキシャルャル成長が、前記プラズマ中で合成したシリコンナノ結晶から得られる、請求項１４または１５のいずれかに記載のシリコン系薄層の付着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体、結晶学的にテクスチャード加工した装置、そのような装置を含む太陽電池モジュールおよび薄層の付着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池業界においては、セラミック、ガラスまたは金属基体上でのシリコン系薄層の開発は、現在の単結晶シリコンまたは重質な多結晶シリコンの不足の代替策である。事実、薄層を開発する技術は、使用するシリコンの量を著しく減じることを可能にしている。
薄層を有する太陽電池は、現在、２つの異なる開発ネットワークを具現化している。第１のネットワークは、アモルファス、多形性、ナノ結晶性および微結晶性シリコンの薄層に関連する。第２のネットワークは、多結晶性シリコンの薄層である。
【０００３】
第１のネットワークにおいては、アモルファスシリコンの薄層を、一般に、例えば、プラズマ増強化学蒸着(PECVD)法のようなプラズマ法によって、ガラス基体上またはポリマーおよびステンレススチールのような可撓性低コスト基体上に低温(100℃〜350℃)で付着させている。
この方法は、経済性の利点を示すが、工業的プロセスにおける10％に限られる転換効率およびアモルファスシリコンにおいてステブラー・ロンスキー不安定性として知られる照明下での効率低下という２つの大きな弱点も示す。
この劣化現象は、アモルファスシリコン中にシリコンのナノ晶子を取込んでいることに特徴を有する多形性シリコンの薄層を開発することによって抑制し得る。
【０００４】
多結晶性シリコンの場合、シリコンを得るための手法が高温での局面を必要とする。アモルファスシリコンを低温で付着させることは可能であるが、シリコンは、高温でアニーリングすることによって再結晶化する。
転換効率と太陽電池の製造コスト間の妥協点を最適化することは困難である。
本発明者等は、文献“Roedern, K. Zweibel and HS. Ullal, The role of polycrystalline thin-film PV technologies for achieving mid-term market competitive PV modules - B.- 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition - NREL/CP-520-37353 - Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005”、即ち、多結晶性シリコン(ポリ‐Si)の薄層を開発するのを可能にする方法を承知している。
今日では、高効率を得るためには、文献“Bergmann and JH. Werner, The future of crystalline silicon films on foreign substrates - Thin Solid Films, 403-404, 162-169, 2002”に記載されているように、多結晶性シリコンの層を開発することが必要であると認識されている。
【０００５】
結晶化シリコンの薄層の転換効率を有意に増大させるには、有意の結晶化容積濃度およびできる限り最大の粒子をもたらす開発技法を実施することを必要とする。通常の付着手法は、アモルファスまたは一部結晶化シリコンの付着段階を含む。結晶化度は、付着温度に依存している。
また、通常の付着手法は、600℃〜1000℃での加熱処理(例えば、真空下での加熱処理、レーザー加熱処理)による或いは薄層を特定の反応器(例えば、水素によるプラズマ、マイクロ波等)に導入することによるアモルファスシリコンの結晶化段階も含む。
従って、例えば、気相手法および静的加熱炉内でのまたはレーザーによる加熱処理のような、多結晶性シリコンの薄層の高温(T > 650℃)での各種の付着方法が、初期においては使用された。
にもかかわらず、これらの結晶化方法は、高温で不安定な基体または基体と薄膜との相互作用の問題をもたらす。
【０００６】
付着物およびシリコン結晶化を低温(T < 600℃)において得るには、文献 EP 0 571 632号から、アモルファスシリコンを、ガラス上に、気相内化学蒸着(CVD)またはプラズマ援用の気相内化学蒸着(PECVD)によってT < 450℃で付着させ、その後、薄層を400Wの電気マイクロ波場内で水素の存在下に暴露させることが知られている。好ましい配向{110}に従うテクスチャー加工多結晶性シリコンの薄層が得られている。
文献“T. Matsuyama, N. Bada, T. Sawada, S. Tsuge, K. Wakisaka, S. Tsuda, High-quality polycrystalline silicon thin film prepared by a solid phase crystallisation method, J. of non-Crystalline Solids, 198-200, 940-944, 1996”は、核形成層として使用するシリコンの初期膜を、PECVD蒸着法により、600℃で石英上に付着させることからなるもう１つの解決法を開示している。得られる膜は、アモルファス相内にある0.1μmのシリコンの結晶からなっている。
その後、シリコンの第２アモルファス膜をPECVD蒸着法よって蒸着させ、600℃で10時間の熱処理によって結晶化させている。
9.2％の転換効率を示す円柱状構造を有する結晶化薄膜が得られている。
【０００７】
多結晶性薄層を高転換率でもって得るための他の解決法は、配向型またはエピタキシャルシリコン粒子構造体を具現化することからなる。
文献 WO 96/17388号は、アモルファス状態で付着させ、後で結晶化させてその後の薄層のためのエピタキシャル成長核として使用するシリコンプライミング層を使用することからなる広く知られた手法を開示している。この手法は、多層手法である。
文献 US 5 340 410号は、大粒子多結晶性シリコン(40μm〜50μm、加熱処理によって得られた)のフィルムを水酸化カリウム溶液中で選択的にエッチングすることによって、シリコン粒子の配向{111}を選択することからなるもう１つの方法を開示している。従って、配向{111}を示すシリコンの第２薄膜は、液相(シリコン中に過飽和させた液体金属の溶液)中での付着手法によって得られる。
【０００８】
上記の従来技術からの付着方法は、基体に関する問題を解決することができていない。実際に、上記処理温度に従って使用する２つのカテゴリーの基体が存在する。
シリコン系薄層の付着に当っては、使用するある種の基体は、高溶融温度(T > 1000℃)においてである：シリコン、石英、グラファイト、セラミック、金属(例えば、チタン)、合金およびスチール。
他の基体は、低溶融温度(T < 1000℃)で処理することを必要とする：ポリマー類およびガラス。
以前から理解されているように、これらの基体は、全て、太陽電池の工業的製造において使用するためには少なくとも１つの大きな不利益を示す。
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明の１つの目的は、薄膜の配向型またはエピタキシャル成長に有利である高溶融温度と構造的特徴を有する、薄いが脆くなく可撓性の基体を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、上記のような金属基体によって製造した装置および光起電用途を有する多結晶性シリコン系薄層を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、より高性能の太陽電池並びに光の捕捉をより一層可能にし、従って、より良好な電気効率を示すモジュールを提供することである。
また、本発明のもう１つの目的は、基体によるシリコンの汚染全てを回避するのを可能にする薄層付着方法を提供することである。
【００１０】
この目的において、本発明は、接続表面と薄層付着物の受入れを意図する表面とを含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体に関し、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体は、中心面および主として立方形の結晶学的組織{100} <001>を有する立方晶系を示す合金からなり、上記薄層付着物の受入れを意図する表面は、上記薄層付着物の受入れを意図する表面と平行な結晶学的平面{100}を主として示す粒子を含む。
“結晶学的組織”とは、参照の金属基体系と対比して、上記合金の結晶の好ましい配向を意味する。上記テクスチャーは、回折X線によって測定し、後述するような極点図によって示す。
【００１１】
本発明によれば、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体に相当する合金は、その組成が、該合金の総質量に対する下記の質量％で下記：
Ni ≧ 30%、
Cu ≦ 15%、
Cr ≦ 15%、
Co ≦ 12%、
Mn ≦ 5%、
S < 0.0007%、
P < 0.003%、
B < 0.0005%、
Pb < 0.0001%、
を含む鉄‐ニッケル合金であり；
ニッケル、クロム、銅、コバルトおよびマンガンの百分率は、前記合金が下記の条件：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn)
を満たすような百分率であり；そして、
上記合金は、シリコン、マグネシウム、アルミニウムおよびカルシウムの中から選ばれた1質量％までの１種または数種の脱酸元素を含み、上記元素の残余は、鉄と不純物である合金に相当する。
【００１２】
可能性のある種々の実施方法においては、本発明は、個々にまたは全ての組合せに応じて、技術的に可能性があるとみなし得る下記の特徴にも関し、各々が、特定の利点を提供する：
ニッケル、クロム、銅、コバルトおよびマンガンの百分率は、上記合金が下記の条件を満たすような百分率である：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≦ 54%
上記合金の20℃〜100℃での平均膨張係数、α20100は、10-6 K-1よりも高く、好ましくは10-6 K-1〜10 10-6 K-1である；
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の薄層付着物の受入れを意図する表面は、150nmよりも細かい、好ましくは50nmよりも細かい粗度Raを示す；
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体は、0.5mm〜0.05mmの厚さを有して、好ましくは0.1mmの領域内で薄い；
薄層付着物の受入れを意図する上記表面上の粒子は、平面{111}および平面{100}に従うステップを示してブレーズド回折格子(blazed grating)を形成しているピラミッドの形にエッチングされている。
【００１３】
本発明に従う結晶学的にテクスチャード加工した金属基体は、薄いが脆くなくて可撓性があり高溶融温度を有するという利点、シリコンおよびシリコン系半導体の格子パラメーターと同様な格子パラメーター、エッチング前の制御された表面粗度、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の反射率を低下させるのを可能にするエッチング後の表面形状、およびシリコンの膨張性に適応化させた膨張性を示す。
【００１４】
また、本発明は、結晶学的にテクスチャード加工した装置にも関する。
本発明によれば、上記装置は、上記で定義したような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体を含み、この金属基体上には、多結晶性シリコン系薄層が付着されており、この多結晶性薄層は、好ましい結晶学的配向{100}および{111}を示す。
“シリコン系”とは、実質的に全くにシリコン、ドープシリコンまたはシリコンと他の金属元素を含む組成物(例えば、組成物SixGe1‐xの薄層)のいずれかを含み得る多結晶性薄層を意味する。
上記基体上に付着させた上記多結晶性シリコン系薄層は、結晶化シリコンの有意の容積濃度、大シリコン粒子および配向型シリコン粒子の有意の容積濃度を示す。
そのような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体/多結晶性シリコン系薄層の組合せは、使用するシリコンの量を著しく減少させ得る。
また、上記シリコン薄層内での配光も改良される。
【００１５】
可能性のある種々の実施方法においては、本発明は、個々にまたは全ての組合せに応じて、技術的に可能性があるとみなし得る下記の特徴にも関し、各々が、特定の利点を提供する：
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の結晶格子パラメーターは、上記多結晶性シリコン系薄層の結晶格子パラメーターと同一またはほぼ同一である；
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体に相当する合金の平均膨張係数が、上記多結晶性薄層の平均膨張係数と同様である；
上記多結晶性シリコン系薄層は、10μmよりも薄い、好ましくは5μmよりも薄い厚さを示し、0.1μm〜2μmの寸法を有するシリコン結晶を含む。
【００１６】
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体上に付着させた上記多結晶性シリコン系薄層は、結晶化シリコンの有意の容積濃度、大シリコン粒子および配向型シリコン粒子の有意の容積濃度を示す。上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の表面上に存在する粒子の配向は、上記シリコンによって１部再生する。
そのような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体/多結晶性シリコン系薄層の組合せは、使用するシリコンの量を著しく減少させ得る(5μmよりも薄い厚さの層)。
また、上記多結晶性シリコン薄層内での配光も改良される。
上記鉄‐ニッケル合金の平均膨張係数が上記シリコン系多結晶性薄膜の平均膨張係数と同様であるという事実は、上記多結晶性シリコン系膜上で生じる熱的制限を、太陽電池の稼動性と寿命を増大させながら減じることを可能にする。
【００１７】
また、本発明は、太陽電池にも関する。
本発明によれば、上記太陽電池は、上記で定義したような結晶学的にテクスチャード加工した装置を含む。
可能性のある種々の実施方法においては、本発明は、個々にまたは全ての組合せに応じて、技術的に可能性があるとみなし得る下記の特徴にも関し、各々が、特定の利点を提供する：
上記太陽電池は、下記を含む：
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体が上記金属基体に相当する合金の総質量に対して41質量％に等しいニッケル含有量を有し、上記シリコン薄層のシリコンがドーピングされているところの、結晶学的にテクスチャード加工した装置；
上記結晶学的にテクスチャード加工した装置上に付着させた固有多結晶性シリコンの薄層；
上記固有多結晶性シリコン薄層上に付着させたドープ化多結晶性シリコン薄層；
上記ドープ化多結晶性シリコン薄層上に付着させた導電性透明酸化物の薄層；および、
上記導電性透明酸化物の薄層上に配置した、数個の素子を含み、そのうちの１つが中央グリッド素子である金属グリッド。
【００１８】
上記中央グリッド素子と連結し、上記太陽電池の外側に出ているコネクタは、上記結晶学的にテクスチャード加工した装置および上記各種薄層を、上記結晶学的にテクスチャード加工した基体の接続表面を通って貫通しており；上記コネクタは、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の接続表面から上記中央グリッド素子まで延びている絶縁体によって囲まれている。
【００１９】
また、本発明は、太陽電池モジュールにも関する。
本発明によれば、上記太陽電池モジュールは、下記を含む：
ポリマーの薄層；
熱反応性接着剤の第１および第２薄層を含む２層の熱反応性接着剤の薄層 (熱反応性接着剤の第１薄層は上記ポリマーの薄層上に付着させている)；
上記で定義したような複数の太陽電池および２本の銅ストリップから形成された導電性層 (上記２本の銅ストリップは複数の太陽電池から形成された上記導電性層の各末端に置かれており、上記太陽電池はストリップの形であり、上記２本の銅ストリップは、熱反応性接着剤の第１および第２薄層間で、互いに並行に、上記熱反応性接着剤の薄層に対して傾斜して且つ重ね合せて上記熱反応性接着剤の薄層に平行な方向に従って接触した太陽電池と銅ストリップの列を形成するように置かれており、上記複数の太陽電池および２本の銅ストリップは直列接続を形成している)；および、
上記熱反応性の第２薄層上に付着させたポリメチルメタクリレートの薄層。
【００２０】
本発明によれば、上記太陽電池およびモジュールは、高性能であり、光の捕捉をより一層可能にする。上記太陽電池またはモジュールに当る光線は、直角に反射する傾向を有し、上記多結晶シリコン系薄層内に捕捉されたままとなる。上記太陽電池またはモジュールの電気効率は改良される。太陽電池またはモジュールの表面に衝突する同じ量の光エネルギーにおいては、そのような太陽電池またはモジュールによって転換されて得られる電気エネルギーの量は、従来技術の太陽電池またはモジュールによって得られる電気エネルギーの量と比較して多い。
【００２１】
また、本発明は、上記で定義したような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体上へのシリコン系薄層の付着方法にも関する。
本発明によれば、上記方法は、気相内化学蒸着法(CVD)によって実施し、プラズマ温度は、300℃よりも低く、好ましくは200℃の領域にある。
可能性のある種々の実施方法においては、本発明は、個々にまたは全ての組合せに応じて、技術的に可能性があるとみなし得る下記の特徴にも関し、各々が、特定の利点を提供する：
上記気相内化学蒸着(CVD)法は、高周波プラズマ援用気相内化学蒸着(RFPECVD)法であり、上記プラズマは、シラン(本発明ではSiF4を使用した)、水素およびアルゴンのガス状混合物を含み、使用する高周波出力が16Wの領域にある。
シリコンのエピタキシャル成長は、上記プラズマ中で合成したシリコンナノ結晶から得られる。
【００２２】
低温で実施する薄層の付着方法は、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体を構成する元素によるシリコンのあり得る汚染を回避するのを可能にする。
また、転換効率も改良される。
上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体は、シリコンの大粒子による、付着段階中での直接のエピタキシャルまたは配向型成長のメカニズムを有利に使用する。
以下、本発明を、添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】主として立方晶の結晶学的組織の特徴である極点図{111}を示す。
【図２】立方晶＋双晶/立方晶の結晶学的組織の特徴である極点図{111}を示す。
【図３】等方性の結晶学的組織の特徴である極点図{111}を示す。
【図４】本発明とは異なる２通りの実施方法に従って得られた多結晶性シリコンの薄膜の２通りの極点図{111}を示す。
【図５ａ】および
【図５ｂ】41％のニッケルを含む鉄‐ニッケル合金を含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の表面のエッチング後に得られた走査電子顕微鏡によって実施した異なる倍率での観察を示す。
【図６】エッチングに供した結晶学的にテクスチャード加工した金属基体を含む結晶学的にテクスチャード加工した装置を示す。
【００２４】
【図７】基体表面のエッチング後のピラミッド型空洞の分布を示す。
【図８】本発明による実施方法に従う太陽電池を示す。
【図９】本発明によるもう１つの実施方法に従う裏面コンタクト太陽電池を示す。
【図１０】本発明による実施方法に従う太陽電池モジュールを示す。
【図１１】エッチング溝を含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体ストリップを示す。
【図１２】放電プラズマ中の反応性ガスの低温での化学分解による薄層の付着手順を示す。
【図１３】上記手順中の多結晶性薄層上のシリコン成長領域の拡大図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、図６に示すように、接続表面２および薄層付着物の受入れを意図する表面３を含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に関する。上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、中心面および主として立方晶の結晶学的組織{100} <001>を有する立方晶系を示す合金からなる。上記薄層付着物の受入れを意図する表面３は、上記薄層付着物の受入れを意図する表面３に平行な結晶学的平面{100}を主として有する粒子４を含む。上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相当する上記合金は、高デフォルトスタッキングエネルギー(default stacking energy)を有していなければならない。
【００２６】
本発明による実施方法の１つの例によれば、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相当する合金は、少なくとも30％のニッケルを含む鉄‐ニッケル合金であり、クロム、銅、コバルトまたはマンガンのようなニッケル代替元素を含み得る。これらの元素は、下記の関係を順守しなければならない：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn)
さらにまた、ニッケル代替元素の含有量は、以下のように制限される：銅含有量は15質量％以下であり、クロムは15質量％以下であり、コバルト含有量は12質量％以下であり、マンガンは5質量％以下である。
好ましくは、ニッケル、クロム、銅、コバルトおよびマンガンの含有量は、下記の通りである：
34% ≦ (Ni + Cr + Cu/2 + Co/2 + Mn) ≦ 54%
【００２７】
そのように定義した合金は、10-6 K-1よりも高く、好ましくは10-6 K-1〜10 10-6 K-1の20℃〜100℃での平均膨張係数、α20100を示す。
また、上記合金は、シリコン、マグネシウム、アルミニウムおよびカルシウムの中から選ばれた1％までの脱酸元素を含み得る。
また、上記合金は、処理することに由来する化学残留物も含み得る。化学残留物含有量は、最低限に低減し、合金の総質量に対して1質量％を越えてはならない。不純物は、以下の化学元素、即ち、下記の関係を確保しなければならないチタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルおよびバナジウムからなる：
(Ti + Mo + W + Nb + Ta + V) ≦ 1%
【００２８】
また、鉄‐ニッケル合金が熱いときの固化および変形に影響を与える既知の元素も、最低限に低減しなければならない。イオウ含有量は、合金の総質量に対して0.0007質量％未満でなければならない。リン含有量は、合金の総質量に対して0.003質量％未満でなければならない。そして、ホウ素含有量は、合金の総質量に対して0.0005質量％未満でなければならない。また、鉛含有量は、合金の総質量に対して0.0001質量％未満でなければならない。
【００２９】
以下、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の製造手順を説明する。
文献“Recrystallisation and related annealing phenomena - FJ. Humphreys, M. Hatherly - ed. Pergamond, p.328, 1995”およびEP 0 792 943号は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の加工手順を記載している。
【００３０】
これらの文献からは、立方晶再結晶化結晶学的組織{100} <001>を、中心面立方晶系(cfc)を含む合金内に、並みおよび強いスタッキングデフォルトエネルギーでもって発生させることが既知である。上記立方晶結晶学的組織を発生させるのに好ましい幾つかの要因が、明白に特定されている：
・上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体は、少なくとも80％よりも高い、好ましくは90％よりも高い冷間圧延による極めて高い変形率に供しなければならない。上記立方晶結晶学的組織は、加熱処理前の変形率が高いので、なお一層強烈である；
・上記高冷間加工の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体の一次再結晶化加熱処理は、必要である；
・合金中のチタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルおよびバナジウムのような化学残留物の濃度は、1％未満でなければならない。この臨界的含有量は、検討した上記化学元素によって決まる；
・厳格な変形前の粒子のサイズは、可能な限り細かくなければならない；
・最後に、圧延温度は、周囲温度よりも高くなければならない。
【００３１】
本発明による実施例に従う結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の製造手順は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相当する合金の処理段階を含む。
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相当する上記合金を電気アーク炉内で処理し、インゴットに或いは連続スラブ鋳造法によって直接スラブの形状に鋳造する。スラブのようなインゴットを熱間変形して、厚さが1.5mm〜13mmである熱間圧延バンドを得る。
上記熱間圧延バンドをストリップ加工し、研磨して、無欠陥の、還元すれば、スケールのない、酸化浸透物のない、欠陥のない、合金シートの粒子および長さに亘って厚さの均質な表面を示すリールを得る。
【００３２】
また、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の製造手順は、ストリップの圧延および結晶学的テクスチャード加工段階も含む。
上記熱間圧延バンドを、冷間圧延によって変形する。減少率、ε = (ei−ef)/ei (式中、eiおよびefは、それぞれ、合金シートの初期厚および最終厚である)は、85％よりも高く、好ましくはε > 90%でなければならない。加熱処理前のこの厳しい変形率は、合金のミクロ構造を生成させるのに不可欠である。そのようにして、厚さが0.05mm〜1mmである高冷間加工合金シートを得ている。対称形または非対称形(換言すれば、90％でもって)冷間圧延のいずれによる厳しい変形手順も、とりわけ、文献“Ultra-Grain refinement of
36%Ni steel by accumulative roll-bonding process - K. Inoue, N. Tsuji, Y. Saito
- International symposium on Ultrafine Grained Steels (ISUGS 2001) 126-129 -
The Iron and Steel Institute of Japan”に記載されている手順は、上記立方晶の結晶学的組織を発生させるのに応用可能である。
【００３３】
また、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の製造手順は、粗度移行段階も含む。
以下の手順は、実施例として説明するが、唯一の方法ではない。
合金シートの粗度は、圧延通過中に得られる。例えば、3mm厚の熱間圧延ストリップから95％の、換言すれば、0.15mmの最終厚を有する冷間加工合金シートを実現する。
冷間圧延を、例えば、低粗度のシリンダーを有する可逆圧延機上で、20％の13回通過で実施する。各通過の終了時で、合金シートの粗度は、200nmを越えない。
14回目の圧延通過が、所望の粗度移行がなされる通過である。減少率は、20％未満、とりわけ7％未満である。14回目の圧延通過は、‘スキンパス’と称する。この最後の通過は、極めて低い粗度のシリンダーによって実施して目標の粗度Ra (Ra 約30nm)を得る。
【００３４】
また、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の製造手順は、ストリップの結晶学的テクスチャード加工段階も含む。
冷間圧延後、合金シートを、保護雰囲気内で、一次再結晶化の加熱処理(HTR)に供して、ストリップ表面を酸化させないで、求める立方晶結晶学的組織{100} <001>を発生させる。
上記加熱処理は、静的加熱炉内、または水素による気流中または低真空中の加熱炉内で実施し得る。結合時間 t、温度T℃を調整して、強くてほぼ無配向の立方晶結晶学的組織を発生させなければならない。温度が高すぎる場合(例えば、T > 1100℃)、或いは時間が長すぎる場合(例えば、1080℃に6時間)、この熱処理は、求める立方晶成分を他の望ましくないランダム成分の有害物に分解する二次再結晶化を生じ得る：
T = 1050°C、t = 0.2mn at t = 2mn；
T = 1000°C、t = 0.5mn at t = 60mn；
T = 950°C、t = 2mn at t = 200mn；
T = 900°C、t = 8mn at t = 600mn。
【００３５】
上記最終加熱処理の終了時に、合金シートは、1μm〜100μmの粒度および50nmよりも低い平均粗度Raでもって、強くてほぼ無配向の立方晶結晶学的組織を示し、簡単なグリース除去後に合金の直接使用を可能にする。
その後、合金シートを平坦化し、シリコン付着手法によって決定する幅にせん断する。
強くてほぼ無配向の立方晶結晶学的組織{100} <001>を示す金属基体１を得る。
【００３６】
結晶学的組織の発現は、圧延方向(RD)、横断方向(TD)および法線方向(ND)による冷間圧延の範囲に供している基体の場合、作成した参照のサンプル系と比較しての粒子の配向を明確にすることに帰する。
結晶学的組織の配向または成分は、ミラー指数{hkl} <uvw>によって説明されており、{hkl}は圧延面に平行な粒子の結晶学的面の群を指定し、<uvw>は圧延方向に平行な粒子の結晶学的方向の群を指定する。
結晶学的組織は、一般に、シュルツ反射法に従う回折X線によって説明されている。サンプルを、面{hkl}の群の回折条件に相応するBragg Θの角度の回折位置内の結晶学的組織のゴニオメーターの中心に置く。その後、サンプルを回転ψ (TDに対して平行な軸)および回転φ(NDに対して平行な軸)に供する。与えられたψおよびφ位置においては、RXカウンターによって集められたビームの強度は、面{hkl}が回折位置にある粒子の数に比例する。ψを0°から90°まで、φを0°から360°まで変化させることによって結晶学的組織の全ての成分を測定する。
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の結晶学的組織は、そのようにして、法線から面{hkl}までの密度分布の回折立体射影による極点図の形で示される。
上記基体の結晶学的組織は、実質的に特異的な強くてほぼ無配向の立方晶成分の存在に特徴を有する。上記実質的に特異的な立方晶成分は、双晶/立方晶と称され且つ最少化しなければならない成分{221} <122>に一般に会合している。
【００３７】
図１〜３は、合金の総質量に対して41％のニッケル含有量を含む中心面立方晶系を有する鉄‐ニッケル合金の金属基体において測定した極点図{111}の例を示している。
図１は、求めている主として立方晶の結晶学的組織の特性である極点図{111}を示している。図２は、立方晶結晶学的組織＋双晶/立方晶の特性である極点図{111}を示し、図３は、等方性の結晶学的組織の特性である極点図{111}を示している。
図１は、主として立方晶の強くてほぼ無配向の結晶学的組織{100} <001>からの極点{111} ５を示している。同じ測定条件において、双晶/立方晶成分{221} <122> ６があまり強くなくてより無配向の立方晶成分に対して大きい場合を示している。図３は、均一に分布させた可能性ある全ての配向の存在に特徴を有する等方性構造体の例を示している。図２および３は、回避するものである。
【００３８】
上記立方晶の結晶学的組織の特異的で強い特性は、比：R = Ic/Imcによって定量し得る。Icは、理想配向(001)[100]：ψ 約54.74°およびφ 約45°の近くの面{111}によって回折した最高強度である。Icmは、理想配向(122)[221]：ψ 約15.79°およびφ約13.65°の近くの面{111}によって回折した最高強度である。
比 R = Ic/Imcは、可能性のある最高値でなければならない(R > 10)。
【００３９】
立方晶の結晶学的組織の無配向(disorientation)は、+/-Δψの角度ψおよび+/-Δφのφを変化させたときの、理想配向(001)[100]、換言すれば、ψ 約54.74°およびφ約45°の近くの中央高さにおける面{111}によって回折した強度の幅を測定することによって得ることができる。
中央高さにおいて測定したφにおける総無配向は、δφ< 20°でなければならない。中央高さにおいて測定したψにおける総無配向は、δψ < 20°でなければならない。
極点図１は、R = 18.5、δφ= 11.5°およびδψ = 11.9°、91％の歪み硬化率、および0.15mmの厚さを示す結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１について示している。
【００４０】
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の平均粗度Raは、低くなければならない。粗度は、表面の微小幾何学状態である。
平面計によって測定して、平均粗度Raは、下記の式によって定義する：
【数１】
0005592259.tif 000002
【００４１】
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、粒子を横断して測定した極めて低い平均粗度を有しなければならない：Ra < 150nm、好ましくは50nm未満。
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面での粒子の粒度は、1μmよりも大きい。
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、薄く、0.5mm〜0.05mmの厚さを有し、好ましくは0.1mmの領域内にある。
【００４２】
また、本発明は、上記で定義したような結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１を含み、その上に、多結晶性シリコン系薄層１１を付着させている結晶学的にテクスチャード加工した装置１３にも関する。(例えば、SiまたはSixGe1−x)。そのような結晶学的にテクスチャード加工した装置１３は、図６に示されている。結晶学的にテクスチャード加工した装置１３は、太陽電池を製造すること或いはシリコンの層を付着させて半導体装置を作製することを意図する。さらに詳細には、多結晶性シリコン系薄層１１を。薄層付着物の受入れを意図する上記基体の表面３上に付着させる。この図においては、後で説明する。とりわけ、上記金属基体と接触している多結晶性シリコン系薄層１１のような１群の薄層４０を示している。
【００４３】
多結晶性シリコン系薄層１１は、好ましい配向{100}および{111}を示す。
多結晶性シリコン系薄層１１は、原子配列による既知の結晶成長メカニズムであるエピタキシャルによって付着させ得る。結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、上記原子またはシリコンナノ結晶を提供するので、薄膜１１の成長核として使用する。エピタキシャル成長は、付着結晶系(本発明の場合、シリコン)と基体１の系(本発明の場合は、鉄‐ニッケル合金の基体)間にリンク一致(rink agreement)が存在する場合にのみ一般に可能である。通常のエピタキシャル条件は、同じ結晶系(本発明の場合、シリコンの立方晶中心面系)および極めて類似した格子パラメーターである。下記の式によって定義される格子パラメーター間の不一致Dは、3％よりも少なくなければならない：
D = 100 × (a基体 − aシリコン)/aシリコン
式中、aは、格子パラメーターである。
【００４４】
エピタキシャルの存在においては、薄膜１１の結晶学的組織は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の結晶学的組織とおおよそ同じである。従来技術によれば、エピタキシャルを高温で実施していた。本発明に従うシリコン付着方法が200℃でのエピタキシャルを実施するのを可能にすることは、後で理解し得るであろう。
格子パラメーターのギャップが3％よりも大きいが20％よりも小さい場合、薄膜１１の配向型成長が存在し得る。この場合、薄膜１１の粒子は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面に平行な結晶学的面(hkl)を示す。薄膜１１の粒子は基体１の面内では無配向であり、従って、上記薄膜の結晶学的組織を示す極点図は、図４に示すように環である。上記薄層は、配向{hkl}を有すると言える。
【００４５】
図４は、本発明による２通りの実施方法に従って得られた多結晶性シリコンの薄膜１１の極点図{111}を示す。
図面上方の極点図{111}は、エッチングに供していない結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相応する。
図面下方の極点図{111}は、後述するようなエッチングに供している結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相応する。
上記極点図{111}は、テクスチャード加工シリコンの薄膜の存在を明白にしている。環７、８(ψ = 0°での中心での第１の８、ψ = 54,8°での第２の７)は、垂直方向<111>および<100>または結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面に平行な面(111)および(100)に特徴を有するシリコン粒子の好ましい配向を発現している。粒子は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の面内では無配向型である。
【００４６】
エッチングに供していない結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上の付着物は、配向{111}および{100}を好む。エッチングに供している結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上の付着物は、配向{100}を好む。
そのような結果を得るためには、基体１は、鉄‐ニッケル合金中で、２つの下記の特性を示さなければならない：
・中心面を有する立方晶系；
・制限された不一致、D < 20%。
粒度で0.1μm未満の粒子において58容量%のシリコン容積濃度および粒度で0.1μm〜1μmの粒子において42％のシリコン容積濃度を有する多結晶性シリコン系薄層１１を得ることは可能である。
【００４７】
下記の表は、種々の結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１によって得られた薄層１１におけるパラメーターの数例を示している。
0005592259.tif 000003
良好な結果は、21nmの粗度Ra、18.5の比Rおよび11.7°の無配向を示す薄層No.1において得られている。
【００４８】
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１に相当する合金は、−25℃〜＋150℃において、シリコンの膨張係数と同様な膨張係数を示さなければならない。合金中の基体１の厚さは、100μmの領域にあり、一方、薄膜１１の厚さは、5μm未満である。従って、基体１は、熱膨張によるその長さの変動をシリコンに合せる。基体１の膨張係数をシリコンのそれと適合させるように予防措置をしない場合、薄膜１１は、光電子特性を悪化させる２つのタイプの劣化を受け得る：薄膜１１の分離は、基体１が薄膜１１にトラクション拘束を課したときに、シリコン付着物の剥離、薄膜１１の亀裂を発生させ得る、そして、シリコン薄層１１中で転位が生じる。
【００４９】
シリコンの薄層１１は、100℃よりも高い温度で付着させる。さらにまた、太陽電池またはモジュールの加工温度は、−50℃〜＋100℃である。従って、基体１の平均膨張係数は、シリコンの膨張係数(αSi 約2.6 10-6 K-1)よりも高いかまたは等しくて、薄層１１をその使用中に圧縮に保つようにすることが推奨される。
20℃〜100℃での合金基体１の平均膨張係数α20100は、10-6 K-1よりも高く、好ましくは10-6 K-1〜10 10-6 K-1でなければならない。
多結晶性シリコン系薄層１１は、5μmよりも薄い、好ましくは2〜3μmの厚さを示し、0.1μm〜2μmの寸法を有するシリコン結晶を含む。
【００５０】
本発明によるもう１つの可能性ある実施方法によれば、薄層付着物の受入れを意図する結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面３は、多結晶性シリコン系薄層１１の付着段階前に、エッチングに供し得る。
結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の立方晶の結晶学的組織は、単結晶の構造に匹敵する構造を提供する。粒度が10μmに近い粒子(GASTM = 10)は、粒子間の求める無配向が20°よりも低いので、ほぼ全てが同様な形で配向する。
【００５１】
薄層付着物の受入れを意図する表面３に平行な面{100}の群および圧延方向に平行な方向<001>に特徴を有するこの立方晶の結晶学的組織は、異なる倍率で図５aおよび５bに示しており、41％のニッケルを含有する鉄‐ニッケル合金を含む結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上で得られる走査電子顕微鏡展示によって具現した観察図のような配向型化学エッチング図形を作製するのに有利である。左側にある図５aは、図５bの拡大図を示す。
上記エッチング手順は、薄層内の太陽電池の性能を、シリコンの層内に光を捕捉する可能性を増大させることによって改善することを可能にする。
従って、上記鉄‐ニッケル合金の金属裏面上での光の反射を、上記立方晶結晶学的組織の特定の対称形および金属基体１を結晶学的面の選択的エッチングによってエッチングすることの適性を使用することによって制御することが可能である：面{100}のエッチング速度は、面{111}のそれよりも高い。
【００５２】
エッチングは、金属基体１を硬化し、15℃〜35℃の温度にセットし且つ、例えば、下記の種々の塩化物類の溶液を収容する浴内で、２本ロール間に0.1〜2分間通すことによって実施し得る：
・0.1％の塩化リチウム；
・0.1％のテトラメチルアンモニウム；
・2％のトリエタノールアミン。
エッチングの終了時に、金属基体１を、数種の浴内で十分に洗浄し、100℃〜200℃の温度で、常に流れ手順に従い乾燥させる。基体１の表面３を十分に洗浄して塩化物による如何なる腐蝕も回避することが重要である。金属基体１は、オイル処理し得る；この場合、基体１は、薄膜１１の付着前に清浄化しなければならない。
【００５３】
テクスチャード加工粒子４の配向を考慮すると、上記の結果は、図６に示しているように、逆ピラミッドから構成され、数ミクロンの高さであり、その上に、結晶性シリコンの層１１からなる太陽電池を構築し得る基体の表面３である。また、太陽電池９の表面も図６に示している。
従って、選択的に侵食した結晶面から構成される１つのタイプのネットワークが得られる。表面３は、面{111}を示し、この面が表面上に複数のタイプの円錐を生じさせる。粒子４は、ピラミッド形状であり、面{111}を示し且つ面{100}に従うステップ１２を含んでブレーズド回折格子を形成している。
【００５４】
２つの効果が組合わさる。先ずは、シリコン層１１内の光の平均自由行程を改変するのを助長するピラミッド型空洞１０の端部上での反射。太陽電池に当る光線は、それ自体直角に反射する傾向を有し、シリコン層１１内に捕捉されたままである。
第二は、差動エッチングに由来する小ステップ１２を示す孔の端部での回折。従って、光タイプのブレーズド回折格子の回折が得られる。この回折格子は、光線の直角反射よりはむしろ、光線の強い傾斜に相応する強めの干渉作用順の光の反射にとって有利である。
図７に示すように、ピラミッド型空洞１０は、合金粒子４同様に、従って、ランダムに広がっており、シリコン薄層１１内の配光を改善する。
ブレーズド回折格子現象は、シリコン層１１内で強い波長を維持する傾向を有する。
この方法は、光子をそのようにして形成させた回折格子の表面上で回折させ、光子をシリコン層１１内に捕捉するのを可能にする。
シリコン層１１の表面の構造化は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の反射率を低下させるのを可能にする、
【００５５】
また、本発明は、上記で説明したような結晶学的にテクスチャード加工した装置１を含む太陽電池にも関する。
本発明による可能性のある実施方法によれば、上記太陽電池は、結晶学的にテクスチャード加工した装置１３を含み、その結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、この金属基体に相当する合金の総質量に対して41質量％に等しいニッケル含有量を示す。多結晶性シリコン薄層１１のシリコンは、ドーピングし得る。上記シリコンは、リンまたはホウ素のいずれかにより、所望タイプのダイオード(PINまたはNIP)に応じて、PまたはNドーピングし得る。
【００５６】
また、上記太陽電池は、上記結晶学的にテクスチャード加工した装置１３上に付着させた、ドーピングしていない固有多結晶性シリコン薄層１４；上記固有多結晶性シリコン薄層１４上に付着させたドープ化多結晶性シリコン薄層１５；ホウ素による上記ドープ化多結晶性シリコン薄層１５上に付着させた透明導電性酸化物の薄層１６；および、上記透明導電性酸化物の薄層１６上に配置し、中央グリッド素子１８を含む数個の素子を含む金属グリッド１７も含む。
上記ドープ化多結晶性シリコン薄層１５のシリコンは、リンまたはホウ素のいずれかにより、所望タイプのダイオード(PINまたはNIP)に応じて、PまたはNドーピングし得る。
上記透明導電性酸化物の薄層１６は、例えば、インジウム‐スズ酸化物(ITO)、ZnOまたはSnO2の層であり得る。
ドープ化層は、固有多結晶性シリコン薄層１４の厚さと対比して、極めて薄い。
シリコン層１１のシリコンは、高量に結晶性である；アモルファスシリコンの割合は、1％未満である。さらに、上記シリコンは、好ましい配向を有する：その粒子は、高テクスチャード加工鉄‐ニッケル合金の平面に平行な粒子面{111}および{100}によって配向している。
可能性ある接合方法は、太陽電池プレートを、例えば、ます目に切り、銅の平坦切片を使用して、後に続く太陽電池の上面を下面に接続することからなる。
【００５７】
本発明によるもう１つの実施方法によれば、コネクタが、図９に示すように、太陽電池１９の上記結晶学的にテクスチャード加工した装置１３および各種薄層１４〜１６を貫通している。コネクタ１９は、中央グリッド素子１８と連結し、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の接続表面２を通って前記太陽電池の外側に出ている。
コネクタ１９は、上記結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の接続表面２から前記中央グリッド素子まで延びている絶縁体２０によって囲まれている。
そのような太陽電池は、裏面コンタクト太陽電池と称される。両接続は、太陽電池の同じ側、換言すれば、太陽電池の裏面側、さらに詳細には、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の接続表面２の側にある。結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は負接続し(負接続)、コネクタ１９は正接続する(正接続)。
【００５８】
鉄‐ニッケル合金の圧延およびテクスチャード加工段階を含む下記の製造手順に従って進行させることは可能である。
また、上記製造手順は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面上での正孔エッチング段階も含む。エッチングしなくてよい領域は保護する。使用する方法は、陰極線管用の“シャドーマスク”を製造するのに使用する方法である。
もう１つの段階は、テクスチャード加工非エッチング表面を既知の方法によって清浄化することからなる。
その後、シリコンを上述した方法に従って付着させ、光起電性表面を製造する。
その後、シリコン層も含む正孔を、サンドブラスティングによって清浄化する：結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１を裏返して、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１をマスクとして使用使用してエッチングすることを正に必要とする。
【００５９】
正孔は、絶縁する；シリコン付着物のない太陽電池の裏面を、脆性ポリマー(砂状であり得る)を使用してシルクスクリーニングすることを正に必要とする。
そして、その後、ノズルを使用して、絶縁領域内の正孔をサンドブラスティングする。インジウム‐スズ酸化物の薄層１６によって集められた電子を正孔内に満たし、太陽電池の裏面内に送るインジウム‐スズ酸化物の薄層１６上のコンダクタをシルクスクリーニングする。
金属の切断領域をサンドブラスティングする。
その後、金属を通常の方法で切断する。従って、太陽電池モジュールを製造するための通常のウェハーとして使用する裏面コンタクトシリコン太陽電池が得られる。
【００６０】
また、本発明は、図１０に示しているように、各々を20mm幅の領域内の寸法を有するストリップの形で示している１連のシリコン太陽電池３１を含む太陽電池モジュールのも関する。
従来技術による太陽電池は、一般に15×15cmのプレートである極めて広いストリップの形の基体を含む。
必要に応ずるエネルギー源を得るためには、数ボルト、例えば、12ボルトの電圧を発生させる構造体を設計する必要がある。
現在、シリコンダイオードの開回路電圧は、0.5ボルトの領域にある。解決法は、複数本の太陽電池ストリップ３１を連続させて所定の電圧を達成させることからなる。
【００６１】
ストリップの形の太陽電池３１から形成された太陽電池モジュールは、ポリマー２１の薄層および２層の熱反応性接着剤(EVA)の薄層２２、２３(熱反応性接着剤の第１薄層２２および第２薄層２３)を含む。熱反応性接着剤の第１薄層２２は、ポリマーの薄層２１上に付着させている。
また、上記太陽電池モジュールは、複数のストリップの形の太陽電池３１から形成された導電性層２４および導電性層２４の各末端に置かれた２本の銅ストリップ２５も含む。
ストリップの形の各太陽電池３１および２本の銅ストリップ２５は、熱反応性接着剤の第１薄層２２および第２薄層２３間に、互いに平行に、熱反応性接着剤の薄層２２、２３に対して傾斜して、且つ重ね合せて上記熱反応性接着剤の薄層２２，２３に平行な方向に従って接触した太陽電池と銅ストリップの列を形成するように置かれている。
ストリップの形の上記複数の太陽電池３１および２本の銅ストリップ２５は、直列接続を形成している。
【００６２】
ストリップの形の各太陽電池３１はその末端の各々の近くでもう１つのストリップの形の太陽電池３１と接触しているが、導電性層２４の末端に置かれたストリップの形の２本の太陽電池３１は、各々、１つの末端近くでストリップの形の１本の太陽電池３１と、他の末端近くで銅ストリップ２５と接触している。
ストリップの形の太陽電池３１の１連のストリップおよび２本の銅ストリップ２５は、１連の倒された“ドミノ”様を形成するに置かれている。ストリップの形の各太陽電池３１は、前面２６および裏面２７並びに第１末端２８および第２末端２９を含む。
ストリップの形の太陽電池３１の各裏面２７は、その第１末端２８近くで、熱反応性接着剤の第１薄層２２と接触している。
ストリップの形の太陽電池３１の各裏面２７は、その第２末端２９近くで、ストリップの形のもう１つの太陽電池３１と接触している。
【００６３】
ストリップの形の太陽電池３１の各前面２６は、その第１末端２８近くで、ストリップの形のもう１つの太陽電池３１と接触している。
ストリップの形の太陽電池３１の各前面２６は、その第２末端２９近くで、熱反応性接着剤の第２薄層２３と接触している。
導電性層２４の各末端に置かれた２本の銅ストリップは、太陽電池モジュールを横方向に接続するのを可能にしている。
また、上記太陽電池モジュールは、熱反応性接着剤の第２薄層２３上に付着させたポリメチルメタクリレート(PMMA)の薄層３０も含む。
ストリップの形の太陽電池３１のインジウム‐スズ酸化物の薄層１６は、透明で導電性である。
【００６４】
上記太陽電池モジュールの製造手順を、以下で説明する。
熱反応性接着剤(EVA)の最初の層１６を、ポリマーストリップ２１上に付着させる。
ストリップの形の各太陽電池３１を、電気絶縁を確保するポリマーストリップ２１上に平行に付着させる。ポリマーストリップ２１は、例えば、ポリイミドまたはポリメチルメタクリレート(PMMA)であり得る。
ストリップの形の各太陽電池３１は、およそ５mmの間隔上に重ね合せる。そのようにして行った接触は、ストリップの形の各太陽電池３１を直列接続で配置する。
２本の銅ストリップ２５を、導電性層２４の各末端に、重ね合せ体として配置する。
熱反応性接着剤(EVA)の第２薄層２３を、導電性層２４の表面上に置く。
その後、ポリメチルメタクリレート(PMMA)の薄層３０を、熱反応性接着剤(EVA)の第２薄層２３の表面上に適用する。
その後、全部を、ホットプレスによって一体化する(ラミネート加工)。
そのようにして、電圧が並置したストリップの形の太陽電池３１の数に依存する太陽電池モジュールが得られる。
【００６５】
太陽電池モジュールの製造手順は、結晶学的にテクスチャード加工した装置ストリップ１３を切断して結晶学的にテクスチャード加工した装置１３のより小さいストリップを得る段階を含む。合金ロール上でのこの切断段階は、各種薄層を付着させた後に生じる。結晶学的にテクスチャード加工した装置１３のストリップは、用途に応じた所望サイズに切断する。
結晶学的にテクスチャード加工した装置１３を切断するには、シリコンの亀裂を回避する必要がある。それで、事前に、シリコンでコーティーングする結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上に溝を作り出す必要がある。溝は、微細サンドブラスティング法を使用して作り出す：アルミナの細かい粒子を、ノズルを使用してシリコンの表面上に投射する。
【００６６】
従って、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の表面３上のシリコンを除去した溝を作り、例えば、２mmの幅ほどの良好に制御された幅を有することは可能である。
その後、結晶学的にテクスチャード加工した装置ストリップ１３を、通常の手段、例えば、回転せん断により、シリンダーの表面をエラストマーのストリップで保護する予防策を講じて切断することは可能である。
結晶学的にテクスチャード加工した装置１３の切断手順は、本発明によるもう１つの実施方法に従って達成し得る。
溝３２を、図１１に示すようにして、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１のストリップ中にエッチングし、その後の切断を容易にする。
シリコンを結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上に付着させた後、溝３２をサンドブラスティングして短絡を排除する。その後、ストリップを切断する。
【００６７】
また、本発明は、前述したように、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上にシリコン系薄層の付着方法にも関する。
本発明による実施方法によれば、多結晶性シリコン系薄層の付着物は、気相内化学蒸着(CVD)法によって、有利には高周波プラズマ援用気相内化学蒸着(RFPECVD)法によって得られ。プラズマに適用する周波数は13.56 MHzである。２つの異なる実施方法によれば、付着は、エッチングに供したまたはエッチング無しの結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上で実施し得る。
プラズマ温度は、300℃よりも低くなければならず、好ましくは200℃の領域にある。
プラズマは、有利には四フッ化ケイ素(SiF4)、水素およびアルゴンのガス状混合物を含む。また、四フッ化ケイ素をシラン(SiH4)で置換えることも可能である。
鉄‐ニッケル合金上での多結晶性シリコン薄層１１の配向型またはエピタキシャル成長は、上記合金の結晶学的組織およびプラズマの条件によっては有利である。
【００６８】
実施例として、最良の結果は、SiF4、水素およびアルゴンのガス状混合物の分解により、(1、2、40)の分当り立方センチメートル(sccm)のガス流でもって、240Pa (1800ミリトール)の総圧、16Wの高周波出力および約200℃の基体１の温度下に得られる。
結果は、41％のニッケルを含む鉄‐ニッケル合金から形成された基体１上での低温(200℃)における直接付着により完全に結晶化されたシリコン薄層の取得である。
【００６９】
結晶画分の定量は、分光偏光解析法尺度によって得ることができる。
光学モデルの助けによる分析偏光解析法尺度は、文献“A. Abramov, Y. Djeridane, R. Vanderhaghen, and P. Roca i Cabarrocas: “Large grain μc-Si:H films deposited at low temperature: growth process and electronic properties”. J. Non Cryst. Solids 352 (2006) pp.964-967”に記載されているように、結晶画分を定量すること、さらに、大粒子(0.1μm〜1μmの粒度)および小粒子(< 0.1μm)を識別することを可能にする。
【００７０】
下記の表２は、偏光解析法尺度の助けによって得られた多結晶性シリコン系薄層１１における多結晶性シリコン層および粗度層(6nm)の結晶画分を示している。
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偏光解析法尺度を再現するのを可能にする光学モデルの結果は、379nmの厚さを有するシリコン層１１が57％の小結晶、38％の大結晶および5％の空虚の混合物を含むことを示している(空虚は、層内に取込まれた水素および粒子境界内のおそらくは貧弱な有孔性に関連している)。
【００７１】
これらのパラメーターを変化させるには、試験条件、即ち、ガス混合物、圧力、高周波出力および基体温度を変えることが可能である。
ガス源は、SiF4、水素であり、ドープガスについては、トリメチルホウ素およびホスフィンである。プラズマ３３においては、エネルギー電子(高周波電場によって加速された)とシラン間の非弾性衝突が、ラジカル、イオンおよび活性化種を発生させる。プラズマ３３中で生成した反応性種は、基体１上で凝縮して概して一貫性のない薄層を形成させる(原子後の原子)。
この方法は、大表面(5m2に達し得る)を有する基体１上での低温(典型的には100℃〜300℃)におけるシリコン系薄層１１の付着を可能にする。
【００７２】
図１２は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上への、放電プラズマ３３中の反応性ガスの低温での化学分解によるシリコン系薄層１１の付着手順を示している。
図１３は、図１２で示す手順中の多結晶性薄層１１上のシリコン成長領域３５の拡大図を示す。この例は、シラン(ラジカルSiH3)からの成長に相応する。
プレカーサーガス３４の解離生成物は、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１上で“凝縮”してシリコン系薄層１１を形成する。プレカーサーガス３４の解離生成物は、多結晶性シリコン層の成長のための元素束として使用し得るナノ結晶である。プラズマ/固体界面は、成長領域３５と称する材料の厚さ上で得られ、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１の温度およびイオンおよび原子水素がもたらすエネルギーによって制御される反応(化学アニーリング)に関与する。プラズマ/固体界面においては、物理吸着３６、水素引抜き３７、再結合(Si2H6) ３８および脱着３９の各現象が生じる。
【００７３】
また、文献“P. Roca i Cabarrocas, Th Nguyen-Tran, Y. Djeridane, A. Abramov, E. Johnson and G. Patriarche: “Synthesis of silicon nanocrystals in silane plasmas for nanoelectronics and large area electronic devices”. J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) pp. 2258-2266”に記載されているように、シラン(SiH4)および四フッ化ケイ素(SiF4)プラズマ中でシリコンナノ結晶３４を合成するために付着手順を最適化することも可能である。
また、例えば、CVDマイクロ波プラズマまたはホットフィラメント援用CVD (HWCVD)のような他のCVD蒸着方法を、付着速度を増大させるまたは固有層(意図的にドーピングしていない)中の欠陥密度を低下させる目的でもって使用することも可能である。
【００７４】
本発明に従う付着手順は、多結晶性シリコン系薄層１１を、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１によるシリコンの汚染なしで得るのを可能にする。また、転換効率も改善される。
従って、本発明によれば、結晶学的にテクスチャード加工した金属基体１は、エピタキシャルまたは配向型大粒子シリコン成長メカニズムを付着段階中に直接使用することを可能にする。
上記鉄‐ニッケル合金の平均膨張係数が多結晶性シリコン系薄層１１のそれよりも高いかまたは等しいという事実は、多結晶性シリコン系薄層１１上で発生した熱制限を加工しながら抑制し、また、太陽電池の寿命を増大させることを可能にする。
【符号の説明】
【００７５】
１    結晶学的にテクスチャード加工した金属基体
２    接続表面
３    薄層付着物の受入れを意図する表面
４    粒子
５    極点{111}
６    双晶/立方晶成分{221} <122>
７、８    環
９    太陽電池
【００７６】
１０    ピラミッド型空洞
１１    多結晶性シリコン系薄層
１２    ステップ
１３    結晶学的にテクスチャード加工した装置
１４    固有多結晶性シリコン薄層
１５    ドープ化多結晶性シリコン薄層
１６    透明導電性酸化物の薄層
１７    金属グリッド
１８    中央グリッド素子
１９    コネクタ
２０    絶縁体
【００７７】
２１    ポリマーの薄層
２２    熱反応性接着剤の第１薄層
２３    熱反応性接着剤の第２薄層
２４    導電性層
２５    銅ストリップ
２６    ストリップの形の太陽電池の前面
２７    ストリップの形の太陽電池の裏面
２８    ストリップの形の太陽電池の第１末端
２９    ストリップの形の太陽電池の第２末端
３０    ポリメチルメタクリレートの薄層
３１    ストリップの形の太陽電池
【００７８】
３２    溝
３３    プラズマ
３４    プレカーサーガス
３５    成長領域
３６    物理吸着
３７    水素引抜き
３８    再結合
３９    脱着
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２−１３】
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【図４】
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