(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼板、または普通鋼板をめっき原板とするめっき鋼板から選択される基材鋼板と、
前記基材鋼板の表面に形成され、ポリエーテルスルホン樹脂を８５質量％以上含む絶縁塗膜と、を有し、
前記絶縁塗膜の表面には、略同一かつ略円錐台形状の複数の凸部が規則的に形成されており、
前記凸部の底面の外径は、０．０５〜２．０μｍの範囲内であり、
前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比は、０．１〜１．５の範囲内であり、
前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の中心間距離の比は、１．４７〜３．９６の範囲内である、
太陽電池用絶縁基板。
【請求項２】
前記凸部の底面の外径の変動係数、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比の変動係数、および前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の中心間距離の比の変動係数は、いずれも１０％以下である、
請求項１に記載の太陽電池用絶縁基板。
【請求項３】
フェライト系ステンレス鋼板、または普通鋼をめっき原板とするめっき鋼板から選択される基材鋼板を準備する工程と、
前記基材鋼板の表面に、ポリエーテルスルホン樹脂を８５質量％以上含む絶縁塗膜を形成する工程と、
前記絶縁塗膜に型を押圧して、前記絶縁塗膜の表面に規則的に配置された略同一かつ略円錐台形状の複数の凸部を形成する工程と、を有し、
前記凸部の底面の外径は、０．０５〜２．０μｍの範囲内であり、
前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比は、０．１〜１．５の範囲内であり、
前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の中心間距離の比は、１．４７〜３．９６の範囲内である、
太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【請求項４】
前記複数の凸部を形成する工程では、１５０〜４５０℃の温度の前記絶縁塗膜に、０．０１〜１００ＭＰａの圧力で前記型を押圧する、請求項３に記載の太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の太陽電池用絶縁基板と、
前記太陽電池用絶縁基板の上に配置された第１電極層と、
前記第１電極層の上に配置され、シリコン化合物を含む光電変換層と、
前記光電変換層の上に配置された第２電極層と、
を有する、薄膜シリコン太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に規則的な凹凸形状を有する太陽電池用絶縁基板およびその製造方法、ならびに前記太陽電池用絶縁基板を有する薄膜シリコン太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光電効果の一種である光起電力効果を利用して、太陽からの光エネルギーを電力に直接変換（光電変換）する電力機器である。近年、太陽電池は、電子卓上計算機や時計、カメラ、携帯電話機、ソーラーパネルなどの用途に使用されている。
【０００３】
一般的に、太陽電池は、絶縁基板と、絶縁基板の上に配置された第１電極層と、第１電極層の上に配置された光電変換層と、光電変換層の上に配置された第２電極層と、を有している。太陽電池は、光電変換層にシリコンを用いるシリコン系の太陽電池と、光電変換層にIII−Ｖ族化合物半導体などを用いる化合物系の太陽電池とに大別される。さらに、シリコン系の太陽電池は、結晶シリコン型の太陽電池と、非晶質シリコン薄膜型の太陽電池とに大別される。非晶質シリコン薄膜型の太陽電池は、結晶シリコン型の太陽電池と比較して、光電変換効率が低いことが知られている。このため、現在、非晶質シリコン薄膜型の太陽電池について、光電変換層における光量を増加させて、光電変換効率を向上させることが検討されている。光電変換層における光量を増加させる方法の一つとして、絶縁基板の表面に凹凸形状（テクスチャ構造）を形成することが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１には、樹脂基板にテクスチャロールを押圧して、樹脂基板の表面にテクスチャ構造を形成する方法が記載されている。この方法では、まず、ポリアミドなどの樹脂で構成された樹脂基板を加熱する。そして、加熱された樹脂基板に対してテクスチャロールを押圧して、樹脂基板の表面に凹凸形状を形成している。
【０００５】
特許文献２には、基板上に形成した塗膜にテクスチャロールを押圧して、塗膜の表面にテクスチャ構造を形成する方法が記載されている。この方法では、まず、ステンレス鋼箔などの基板の表面に形成したポリイミド系樹脂塗膜を加熱する。そして、加熱されたポリイミド系樹脂塗膜にテクスチャロールを押圧して、ポリイミド系樹脂塗膜の表面にテクスチャ構造を形成している。
【０００６】
特許文献３には、金属基板の表面に顔料を含む塗料を塗布して、テクスチャ構造を有する塗膜を形成する方法が記載されている。この方法では、ステンレス鋼板などの金属基板の表面に顔料を含む塗料を塗布し、焼き付ける。この方法では、顔料が塗膜中で二次凝集するため、テクスチャ構造を有する塗膜が形成される。
【０００７】
特許文献１〜３の方法で製造された各基板のテクスチャ構造を有する面に、第１電極層、光電変換層および第２電極層を形成することで、第１電極層の表面（第１電極層と光電変換層との界面）および光電変換層の表面（光電変換層と第２電極層との界面）にテクスチャ構造を有する太陽電池を作製することができる。このようにして作製された太陽電池では、光電変換層表面の傾斜面で一度反射した光が、別の傾斜面に当たって光電変換層内に進入する。また、光電変換層を通過した光が、第１電極層表面の傾斜面で乱反射して、光電変換層内に再度進入する。その結果、光電変換層内の光量が増加し、光電変換効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９８０８５号公報
【特許文献２】特開２００３−２９８０８６号公報
【特許文献３】特開平１１−１７７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した従来のテクスチャ構造を有する絶縁基板の製造方法では、規則的なテクスチャ構造を高精度に形成することができなかった。
【００１０】
すなわち、特許文献１の製造方法では、基板の素材として樹脂を使用しているため、テクスチャロールを押圧するときに、樹脂が平面方向に伸びてしまい、規則的なテクスチャ構造を形成することができない。
【００１１】
また、特許文献２の製造方法では、塗膜のベース樹脂として、明確な軟化温度を有さないポリイミド系樹脂を使用しているため、テクスチャロールを押圧する条件の設定が困難であり、所望のテクスチャ構造を形成することができない。
【００１２】
また、特許文献３の製造方法では、顔料の二次凝集の制御が困難であり、表面形態が不規則になってしまうため、規則的なテクスチャ構造を形成することができない。さらに、顔料の二次凝集の状態によっては、いわゆるタコツボ部が形成された表面となる可能性がある。この場合、この表面に電極層や光電変換層などを形成する際に成膜不良部ができ、太陽電池として機能しなくなる可能性がある。
【００１３】
テクスチャ構造にばらつきがあると、光電変換層内において光電変換効率にばらつきが生じてしまうとともに、光電変換層に膜切れなどの欠陥が生じやすくなってしまう。その結果、光電変換層全体における光電変換効率が低下してしまうおそれがある。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、規則的な凹凸形状（テクスチャ構造）が高精度に形成された太陽電池用絶縁基板およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この太陽電池用絶縁基板を有する薄膜シリコン太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、金属基板上にポリエーテルスルホン樹脂を主成分とする絶縁塗膜を形成し、この絶縁塗膜に型を押圧して凹凸形状を形成することにより、上記課題を解決しうることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。
【００１６】
すなわち、本発明は、以下の太陽電池用絶縁基板に関する。
［１］フェライト系ステンレス鋼板、または普通鋼板をめっき原板とするめっき鋼板から選択される基材鋼板と、前記基材鋼板の表面に形成され、ポリエーテルスルホン樹脂を８５質量％以上含む絶縁塗膜と、を有し、前記絶縁塗膜の表面には略同一形状の複数の凸部が規則的に形成されており、前記凸部の底面の外径は０．０５〜２．０μｍの範囲内であり、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比は０．１〜１．５の範囲内であり、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の中心間距離の比は１．０〜４．０の範囲内である、太陽電池用絶縁基板。
［２］前記凸部の底面の外径の変動係数、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比の変動係数、および前記凸部の底面の外形に対する前記凸部の中心間距離の比の変動係数は、いずれも１０％以下である、［１］に記載の太陽電池用絶縁基板。
【００１７】
また、本発明は、以下の太陽電池用絶縁基板の製造方法に関する。
［３］フェライト系ステンレス鋼板、または普通鋼をめっき原板とするめっき鋼板から選択される基材鋼板を準備する工程と、前記基材鋼板の表面にポリエーテルスルホン樹脂を８５質量％以上含む絶縁塗膜を形成する工程と、前記絶縁塗膜に型を押圧して前記絶縁塗膜の表面に規則的に配置された略同一形状の複数の凸部を形成する工程とを有し、前記凸部の底面の外径は０．０５〜２．０μｍの範囲内であり、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の高さの比は０．１〜１．５の範囲内であり、前記凸部の底面の外径に対する前記凸部の中心間距離の比は１．０〜４．０の範囲内である、太陽電池用絶縁基板の製造方法。
［４］前記複数の凸部を形成する工程では、１５０〜４５０℃の温度の前記絶縁塗膜に、０．０１〜１００ＭＰａの圧力で前記型を押圧する、［３］に記載の太陽電池用絶縁基板の製造方法。
【００１８】
また、本発明は、以下の薄膜シリコン太陽電池に関する。
［５］［１］または［２］に記載の太陽電池用絶縁基板と、前記太陽電池用絶縁基板の上に配置された第１電極層と、前記第１電極層の上に配置され、シリコン化合物を含む光電変換層と、前記光電変換層の上に配置された第２電極層と、を有する、薄膜シリコン太陽電池。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、規則的なテクスチャ構造が高精度に形成された太陽電池用絶縁基板を提供することができる。本発明の太陽電池用絶縁基板を用いることにより、光電変換効率が高い薄膜シリコン太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の太陽電池用絶縁基板およびその製造方法、ならびに前記太陽電池用絶縁基板を有する薄膜シリコン太陽電池について説明する。
【００２１】
１．太陽電池用絶縁基板
本発明の太陽電池用絶縁基板は、薄膜シリコン太陽電池に使用されうる絶縁基板である。本発明の太陽電池用絶縁基板は、基材鋼板と、基材鋼板の表面に形成された絶縁塗膜とを有する。絶縁塗膜の表面には、熱ナノインプリント技術により規則的な凹凸形状（テクスチャ構造）が高精度に形成されている。
【００２２】
以下、本発明の太陽電池用絶縁基板の各構成要素について説明する。
【００２３】
［基材鋼板］
基材鋼板は、熱ナノインプリント技術により絶縁塗膜の表面に規則的な凹凸形状を形成する時に、絶縁塗膜を支持し、絶縁塗膜が平面方向に伸びることを防止するための支持部材である。
【００２４】
基材鋼板の種類は、特に限定されないが、熱膨張係数がシリコン（４×１０−６〜５×１０−６／℃）に近いものが好ましい。太陽電池は、外部の温度が高くなる場所に設置されることがある。このため、基材鋼板と光電変換層（主としてシリコンからなる）との間で熱膨張係数が大きく異なる場合、基材鋼板と光電変換層との間に熱応力が作用し、剥離が発生するおそれがある。よって、基材鋼板と光電変換層との間の熱膨張係数の差異を小さくすることによって、基材鋼板と光電変換層との間で剥離が発生するのを防止することができる。以上のことから、基材鋼板は、熱膨張係数がシリコン（４×１０−６〜５×１０−６／℃）に近い、フェライト系ステンレス鋼板（１０．４×１０−６／℃）、または普通鋼板（１２．１×１０−６／℃）をめっき原板とするめっき鋼板から選択されることが好ましい。普通鋼板は、耐食性を付与するためにめっき処理が施されている。
【００２５】
フェライト系ステンレス鋼板の鋼種の例には、ＳＵＳ４３０などが含まれる。また、めっき鋼板のめっき処理の例には、亜鉛めっき（電気Ｚｎめっき、溶融Ｚｎめっき）、合金化亜鉛めっき（溶融Ｚｎめっき後に合金化処理した合金化溶融Ｚｎめっき）、亜鉛合金めっき（溶融Ｚｎ−Ｍｇめっき、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき、溶融Ｚｎ−Ａｌめっき）、溶融Ａｌめっき、溶融Ａｌ−Ｓｉめっきが含まれる。
【００２６】
基材鋼板は、絶縁塗膜の密着性および耐食性を向上させる観点から、その表面に化成処理皮膜を形成されていてもよい。
【００２７】
化成処理の種類は、特に限定されない。化成処理の例には、クロメート処理、クロムフリー処理、リン酸塩処理などが含まれる。化成処理によって形成された化成処理皮膜の付着量は、塗膜密着性および耐食性の向上に有効な範囲内であれば特に限定されない。たとえば、クロメート皮膜の場合、全Ｃｒ換算付着量が５〜１００ｍｇ／ｍ２となるように付着量を調整すればよい。また、クロムフリー皮膜の場合、Ｔｉ−Ｍｏ複合皮膜では１０〜５００ｍｇ／ｍ２、フルオロアシッド系皮膜ではフッ素換算付着量または総金属元素換算付着量が３〜１００ｍｇ／ｍ２の範囲内となるように付着量を調整すればよい。また、リン酸塩皮膜の場合、５〜５００ｍｇ／ｍ２となるように付着量を調整すればよい。
【００２８】
化成処理皮膜は、公知の方法で形成されうる。たとえば、ロールコート法、スピンコート法、スプレー法などの方法により基材鋼板の表面に化成処理液を塗布し、水洗せずに乾燥させればよい。乾燥温度および乾燥時間は、水分を蒸発させることができれば特に限定されない。生産性の観点から、乾燥温度は、到達板温で６０〜１５０℃の範囲内が好ましく、乾燥時間は、２〜１０秒の範囲内が好ましい。
【００２９】
［絶縁塗膜］
絶縁塗膜は、ベース樹脂としてポリエーテルスルホン樹脂を含む。ポリエーテルスルホン樹脂は、非晶質樹脂であり、かつ明確な軟化温度域を有する。このため、熱ナノインプリント技術により絶縁塗膜の表面にテクスチャ構造を形成する時に、規則的なテクスチャ構造を高精度に形成することができる。絶縁塗膜におけるポリエーテルスルホン樹脂の割合は、８５質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。
【００３０】
また、絶縁塗膜は顔料を含まないことが好ましい。絶縁塗膜中の顔料含有量が多い場合、熱ナノインプリント時に軟化した樹脂層の流動性を低下させるおそれがある。また、顔料が凹凸表面に顔を出すため、所望の凹凸が得られないおそれもある。具体的には、顔料配合量は１０質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましい。
【００３１】
絶縁塗膜は、各種物性を向上させるために、添加剤を含んでいてもよい。そのような添加剤の例には、レベリング剤、消泡剤が含まれる。
【００３２】
絶縁塗膜の膜厚（乾燥膜厚）は、２〜４０μｍの範囲内が好ましい。膜厚が２μｍ未満の場合、十分な電気絶縁性を確保できないおそれがある。また、ピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。一方、膜厚が４０μｍ超の場合、基材鋼板に対する絶縁塗膜の密着性が低下するおそれがある。また、多量のポリエーテルスルホン樹脂を消費するため、製造コストの観点からも好ましくない。
【００３３】
前述の通り、絶縁塗膜の表面には、熱ナノインプリント技術により規則的な凹凸形状（テクスチャ構造）が高精度に形成されている。ここで、「規則的な凹凸形状」とは、略同一形状の複数の凸部が、略一定間隔で規則的に配列されていることを意味する。
【００３４】
凸部の形状は、特に限定されない。凸部の形状の例には、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台が含まれる。これらの立体図形は、面取り（Ｒ面取り、Ｃ面取り）されていてもよい。
【００３５】
凸部の底面の外径は、０．０５〜２．０μｍの範囲内が好ましく、０．１〜１．０μｍの範囲内がより好ましい。ここで、「凸部の底面の外径」とは、凸部の底面の形状が円の場合は、当該円の直径を意味し、凸部の底面の形状が多角形の場合は、当該多角形の最長の対角線の長さを意味する。
【００３６】
また、凸部の底面の外径に対する凸部の高さの比は、０．１〜１．５の範囲内が好ましく、０．２〜１．３の範囲内がより好ましい。
【００３７】
さらに、凸部の底面の外径に対する凸部の中心間距離の比は、１．０〜４．０の範囲内が好ましく、１．０〜２．６の範囲内がより好ましい。ここで、「凸部の中心間距離」とは、平面視したときの凸部の中心間距離を意味する。
【００３８】
凸部の形状および大きさを上記範囲内とすることで、太陽電池の光電変換層表面における光の反射率を低減させるとともに、太陽電池の第１電極層表面における光の反射率を向上させることが可能となる。その結果、太陽電池の光電変換層内の光量が増加し、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる（詳細は後述する）。
【００３９】
前述の通り、複数の凸部は、略同一形状であり、かつ略一定間隔で配置されている。すなわち、凸部の底面の外径の変動係数、凸部の底面の外径に対する凸部の高さの比の変動係数、および底面の外径に対する凸部の中心間距離の比の変動係数は、いずれも１０％以下である。ここで「変動計数」とは、「標準偏差÷平均値×１００」で求められる値を意味する（単位は％）。
【００４０】
凸部の形状および中心間距離のばらつきを上記範囲内とすることで、太陽電池の光電変換効率のばらつきを抑制することができる。また、光電変換層における膜切れなどの欠陥の発生を抑制することもできる。結果として、光電変換層全体における光電変換効率の低下を抑制することができる。
【００４１】
２．太陽電池用絶縁基板の製造方法
次に、本発明の太陽電池用絶縁基板の製造方法について説明する。
【００４２】
本発明の太陽電池用絶縁基板の製造方法は、１）基材鋼板を準備する第１の工程と、２）基材鋼板の上に絶縁塗膜を形成する第２の工程と、３）熱ナノインプリント技術により、絶縁塗膜の表面に規則的な凹凸形状（テクスチャ構造）を形成する第３の工程と、を有する。
【００４３】
以下、太陽電池用絶縁基板の製造方法の各工程について説明する。
【００４４】
［第１の工程］
第１の工程では、基材鋼板を準備する。前述の通り、基材鋼板としては、フェライト系ステンレス鋼板、または普通鋼板をめっき原板とするめっき鋼板を使用することが好ましい。基材鋼板は、その表面に化成処理皮膜を形成されていてもよい。
【００４５】
［第２の工程］
第２の工程では、第１の工程で準備した基材鋼板の表面に絶縁塗膜を形成する。前述の通り、絶縁塗膜は、ポリエーテルスルホン樹脂を８５質量％以上含む。
【００４６】
絶縁塗膜の形成方法は、特に限定されない。たとえば、基材鋼板の表面にポリエーテルスルホン樹脂を含む塗料を塗布し、焼き付ければよい（塗布法）。また、基材鋼板の表面にポリエーテルスルホン樹脂フィルムを積層してもよい（ラミネート法）。
【００４７】
塗布法により絶縁塗膜を形成する場合、塗料の溶剤の種類は、ポリエーテルスルホン樹脂を溶解できれば、特に限定されない。そのような溶剤の例には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが含まれる。また、塗料の塗布方法も、特に限定されない。塗料の塗布方法の例には、ロールコート法、カーテンフローコート法が含まれる。塗料の焼き付け温度は、到達板温で２５０〜４００℃程度であればよく、焼き付け時間は、２０〜３００秒程度であればよい。したがって、通常のプレコート鋼板連続塗装設備を使用して基材鋼板の表面に絶縁塗膜を形成することができる。このように、本発明の太陽電池用絶縁基板は、新たな製造設備を設ける必要が無いため、低コストで製造されうる。
【００４８】
また、塗布法により絶縁塗膜を形成する場合、塗布工程および焼き付け工程を繰り返して多層構造の塗膜を形成してもよい。これにより、ピンホール発生を抑制することができる。
【００４９】
［第３の工程］
第３の工程では、凸部の形状の反転パターンが形成された型を絶縁塗膜に押圧して、絶縁塗膜に規則的に配置された略同一形状の複数の凸部（テクスチャ構造）を形成する。
【００５０】
絶縁塗膜に型を押圧する方法（ナノインプリント技術）は、特に限定されない。たとえば、板状の型を塗装鋼板（絶縁塗膜を形成した基材鋼板）に押圧してもよいし、塗装鋼板を板状の型に押圧してもよい。また、板状の型の押圧と塗装鋼板の送り出しを交互に行うステップアンドリピート方式、またはテクスチャロールを用いた連続ロールプレス方式により、絶縁塗膜に型を押圧してもよい。連続ロールプレス方式を採用した場合、基材鋼板の寸法が実質的に制限されることがなく、また、テクスチャ構造を高速かつ再現性よく形成することができる。したがって、大量生産を行う観点からは、連続ロールプレス方式でテクスチャ構造を形成することが好ましい。
【００５１】
テクスチャ構造の形成を連続ロールプレス方式で行う場合、塗装鋼板の送り速度は、１〜２００ｍ／分の範囲内が好ましく、３〜１００ｍ／分の範囲内がより好ましい。送り速度が１ｍ／分未満である場合、生産効率が低下してしまう。一方、送り速度が２００ｍ／分超の場合、複数の凸部（テクスチャ構造）を高精度に形成できないおそれがある。
【００５２】
絶縁塗膜に型を押圧する時、絶縁塗膜は、主成分であるポリエーテルスルホン樹脂の軟化温度以上に加熱されていることが好ましい。より具体的には、絶縁塗膜の温度は、１５０〜４５０℃の範囲内が好ましく、２００〜３５０℃の範囲内がより好ましい。絶縁塗膜の温度が１５０℃未満である場合、絶縁塗膜が変形しにくいため、複数の凸部（テクスチャ構造）を高精度に形成できないおそれがある。一方、絶縁塗膜の温度が３５０℃超の場合、絶縁塗膜が歪む、または熱分解してしまうため、複数の凸部を高精度に形成できないおそれがある。最適な加熱温度は、絶縁塗膜の厚みや組成などに応じて適宜設定されうる。
【００５３】
また、複数の凸部を高精度に形成する観点から、絶縁塗膜に対する型の押圧力は０．０１〜１００ＭＰａの範囲内が好ましく、０．１〜５０ＭＰａの範囲内がより好ましい。押圧力が０．０１ＭＰａ未満の場合、絶縁塗膜が変形しにくいため、複数の凸部（テクスチャ構造）を高精度に形成できないおそれがある。一方、押圧力が１００ＭＰａ超の場合、絶縁塗膜に歪みが生じるため、複数の凸部を高精度に形成できないおそれがある。
【００５４】
形成した複数の凸部の形状を安定化させるために、型を絶縁塗膜に押圧した後に、絶縁塗膜を冷却することが好ましい。絶縁塗膜の温度がポリエーテルスルホン樹脂の軟化温度以上の温度で維持された場合、形成された複数の凸部（テクスチャ構造）の形状が変化してしまうおそれがある。絶縁塗膜の冷却方法は、特に限定されない。冷却方法の例には、絶縁塗膜に低温ガスを吹き付ける方法、絶縁塗膜をチルロールに接触させる方法が含まれる。
【００５５】
以上の手順により、本発明の太陽電池用絶縁基板を製造することができる。
【００５６】
本発明の製造方法では、熱膨張係数がシリコンに近い基材鋼板の表面に、ポリエーテルスルホン樹脂を含む絶縁塗膜を形成し、熱ナノインプリント技術によって絶縁塗膜の表面に凸部（テクスチャ構造）を形成する。このように、本発明の製造方法では、基材鋼板によって絶縁塗膜を支持しているため、熱ナノインプリント時に絶縁塗膜が平面方向に伸びることがない。また、絶縁塗膜の主成分が、非晶質樹脂であり、かつ明確な軟化温度域を有するポリエーテルスルホン樹脂であるため、本発明の製造方法では、規則的な凸部（テクスチャ構造）を高精度に形成することができる。
【００５７】
３．薄膜シリコン太陽電池
次に、本発明の薄膜シリコン太陽電池について説明する。
【００５８】
本発明の薄膜シリコン太陽電池は、絶縁基板と、絶縁基板の上に配置された第１電極層と、第１電極層の上に配置された光電変換層と、光電変換層の上に配置された第２電極層とを有する。また、本発明の薄膜シリコン太陽電池は、第１電極層と光電変換層との間に拡散防止層をさらに有していてもよい。本発明の薄膜シリコン太陽電池は、絶縁基板として本発明の太陽電池用絶縁基板を有することを特徴とする。
【００５９】
以下、本発明の薄膜シリコン太陽電池の各構成要素について説明する。
【００６０】
［絶縁基板］
絶縁基板として、前述した太陽電池用絶縁基板を使用する。すなわち、ここで使用する絶縁基板は、熱膨張係数がシリコンに近い、フェライト系ステンレス鋼板または普通鋼板をめっき原板とするめっき鋼板の表面に、ポリエーテルスルホン樹脂を含む絶縁塗膜を形成し、絶縁塗膜の表面に熱ナノインプリント技術で規則的な複数の凸部（テクスチャ構造）を形成したものである。
【００６１】
［第１電極層］
第１電極層は、導電性の薄膜である。第１電極層は、第２電極層と協働して光電変換層で発生した電気を取り出す。第１電極層の素材の例には、金属（金属化合物）、導電性樹脂が含まれる。金属の種類は、導電性を有するものであれば特に限定さない。電極として使用しうる金属の例には、ＺｎＯ、Ａｌ、ステンレス鋼、Ｔｉが含まれる。第１電極層の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜１０μｍの範囲内が好ましい。
【００６２】
第１電極層は、絶縁塗膜のテクスチャ構造が形成された面に形成されている。第１電極層は、絶縁塗膜表面の複数の凸部の形状に倣って、全体として波打つように形成されている。したがって、第１電極層の表面（第１電極層と光電変換層（または拡散防止層）との界面）の形状は、絶縁塗膜のテクスチャ構造と略同一である。
【００６３】
［拡散防止層］
本発明の薄膜シリコン太陽電池は、第１電極層と光電変換層の間に拡散防止層を有していてもよい。拡散防止層は、第１電極層の構成成分が光電変換層に拡散するのを防止すると共に、第１電極層と光電変換層との界面の抵抗を低減させる。拡散防止層の素材の例には、ステンレス鋼、Ｔｉ、Ｃｒが含まれる。拡散防止層の膜厚は、特に限定されないが、３〜５ｎｍの範囲内が好ましい。
【００６４】
［光電変換層］
光電変換層は、シリコンを主成分とする薄膜である。光電変換層は、光が照射されたときに光起電力効果により電気を生じさせる。光電変換層の素材としては、アモルファスシリコンや微結晶シリコンなどが使用されうる。
【００６５】
薄膜シリコン太陽電池では、ｐｎ接合を有する２層構造の光電変換層、またはｐｉｎ接合を有する３層構造の光電変換層が形成される。２層構造の光電変換層は、リンを添加したアモルファスシリコンで構成されたｎ型シリコン層およびホウ素を添加したアモルファスシリコンで構成されたｐ型シリコン層からなる。３層構造の光電変換層の例には、前述のｎ型シリコン層、何も添加していないアモルファスシリコンで構成されたｉ型シリコン層および前述のｐ型シリコン層からなるものや、前述のｎ型シリコン層の代わりに微結晶シリコン層を用いたものが含まれる。光電変換層の膜厚は、特に限定されないが、０．２〜５０μｍの範囲内が好ましい。
【００６６】
光電変換層は、第１電極層（または拡散防止層）の上に形成されている。したがって、光電変換層は、第１電極層（または拡散防止層）の複数の凸部の形状に倣って、全体として波打つように形成されている。よって、光電変換層の表面（光電変換層と第２電極層との界面）の形状は、絶縁塗膜のテクスチャ構造と略同一である。
【００６７】
［第２電極層］
第２電極層は、透光性および導電性を有する薄膜である。第２電極層は、第１電極層と協働して、光電変換層で発生した電気を取り出す。第２電極層の素材の例には、透光性を有する金属（金属化合物）、透光性を有する導電性樹脂が含まれる。金属は、透光性および導電性を有するものであれば特に限定さない。そのような金属の例には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）が含まれる。第２電極層の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜１０μｍの範囲内が好ましい。
【００６８】
以下、本発明の薄膜シリコン太陽電池の製造方法について簡単に説明する。
【００６９】
本発明の薄膜シリコン太陽電池は、本発明の太陽電池用絶縁基板の絶縁塗膜側の面に、スパッタ法などにより、第１電極層（および拡散防止層）を形成する。次いで、第１電極層（または拡散防止層）の表面にプラズマＣＶＤ法などにより光電変換層を形成する。そして、光電変換層の表面に第２電極層を形成する。
【００７０】
以上のように、本発明の薄膜シリコン太陽電池は、第１電極層の表面（第１電極層と光電変換層（または拡散防止層）との界面）および光電変換層の表面（光電変換層と第２電極層との界面）にテクスチャ構造を有する。本発明の薄膜シリコン太陽電池では、光電変換層表面の傾斜面で一度反射した光が、別の傾斜面に当たって光電変換層内に進入する。また、光電変換層を通過した光が、第１電極層表面の傾斜面で乱反射して、光電変換層内に再度進入する。その結果、光電変換層内の光量が増加し、光電変換効率が向上する。
【００７１】
また、本発明の薄膜シリコン太陽電池では、第１電極層の表面および光電変換層の表面のテクスチャ構造のばらつきが小さい。このため、本発明の薄膜シリコン太陽電池は、光電変換層内における光電変換効率のばらつきが小さく（光電変換効率が低い箇所が生じず）、光電変換効率が高い。
【００７２】
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【実施例】
【００７３】
［太陽電池用絶縁基板の作製］
基材鋼板として、以下の３種類の鋼板を準備した。
・フェライト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０：厚さ０．３ｍｍ）
・普通鋼板を原板とする電気亜鉛めっき鋼板（厚さ０．３ｍｍ）
・オーステナイト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４：厚さ０．３ｍｍ）
【００７４】
各基材鋼板の表面を弱アルカリ脱脂（ｐＨ８．０、液温６０℃、浸漬時間１分間）により洗浄した。次いで、各基材鋼板の表面にクロメート処理液をバーコーターで塗布した後、１６０℃で４５秒間加熱して、化成処理皮膜を形成した。
【００７５】
化成処理された各基材鋼板の表面に、ポリエーテルスルホン樹脂塗料として、ポリエーテルスルホン樹脂粉末（スミカエクセル５００３Ｐ；住友化学工業株式会社）またはこれに顔料として平均粒径１０ｎｍのシリカ粒子を８０：２０の重量比率で混合したものを溶媒に溶かしたもの、あるいはポリアミド樹脂塗料として６−ナイロン樹脂系塗料（トレジンＦ−３０Ｋ；ナガセケムテックス株式会社）を塗布し、到達板温３２０℃で６０秒間焼き付けて、乾燥膜厚１０μｍの絶縁塗膜を形成した。
【００７６】
各塗装鋼板を１３０〜４８０℃の範囲内で加熱した後、所定の凹凸パターンを有するテクスチャロールを絶縁塗膜に押圧して、絶縁塗膜の表面にテクスチャ構造を形成した。
【００７７】
使用した基材鋼板の種類、絶縁塗膜に含まれる樹脂の種類、テクスチャロールの凹凸パターンの形状、テクスチャロールの押圧条件を表１に示す。なお、表中の「凸部の形状」は、絶縁塗膜に形成されるべき凸部の形状（理想形状）として示した。実際には、テクスチャロールには、凸部を反転させた凹部が形成されている。形成されるべき凸部の形状は、略円錐台形状である。
【００７８】
【表１】
0005636345.tif 000002
【００７９】
［テクスチャ構造の計測］
各太陽電池用絶縁基板（実施例１〜６、比較例１〜１２）について、凸部の底面の外径、凸部の底面の外径に対する凸部の高さの比、および凸部の底面の外径に対する凸部の中心間距離の比をそれぞれ計測した。凸部の底面の外径、高さおよび中心間距離は、レーザー顕微鏡を用いて計測した。各太陽電池用絶縁基板について、１０個の凸部の底面の外径、高さおよび中心間距離を計測した。これらの測定結果を表２に示す。
【００８０】
［薄膜シリコン太陽電池の作製］
各太陽電池用絶縁基板（実施例１〜６、比較例１〜１２）を用いて薄膜シリコン太陽電池を作製した。
【００８１】
各太陽電池用絶縁基板を、弱アルカリ系洗浄剤中において超音波洗浄した後、超純水中において超音波洗浄し、乾燥させた。次いで、各太陽電池用絶縁基板のテクスチャ構造を形成した面に、スパッタ法でＺｎＯ（２０ｎｍ）、Ａｇ（２５０ｎｍ）およびＺｎＯ（２０ｎｍ）を順番に成膜して、第１電極層を形成した。次いで、第１電極層の上に、プラズマＣＶＤ法でｎ型シリコン（Ｐをドープ；２０ｎｍ）、ｉ型シリコン（３００ｎｍ）、ｐ型シリコン（Ｂをドープ；２０ｎｍ）を順番に成膜して、光電変換層を形成した。次いで、光電変換層の上に、スパッタ法でＩＴＯ（７０ｎｍ）を成膜して、第２電極層を形成した。最後に、第２電極層の上に、スパッタ法でＡｇ（２５０ｎｍ）を成膜して、取り出し電極および配線を形成した。
【００８２】
［太陽電池の出力測定］
各太陽電池用絶縁基板（実施例１〜６、比較例１〜１２）を用いて作製した各薄膜シリコン太陽電池について、山下電装株式会社製のソーラシミュレータを用いて、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ２の光源下における出力を測定した。各薄膜シリコン太陽電池の出力を表２に示す。
【００８３】
【表２】
0005636345.tif 000003
【００８４】
表２に示されるように、比較例１の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池は、実施例１〜６の太陽電池と比較して、出力値が低かった。これは、基材鋼板として使用したＳＵＳ３０４の熱膨張係数（１７．６×１０−６／℃）が、シリコンの熱膨張係数（４×１０−６〜５×１０−６／℃）に比べて顕著に大きいため、基材鋼板と光電変換層との間に剥離が発生したためと考えられる。
【００８５】
比較例２の太陽電池用絶縁基板は、凸部の形状および中心間距離のばらつきが大きかった。また、比較例２の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池は、実施例１〜６の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池と比較して出力値が低かった、または、発電しないものが多かった。これは、絶縁塗膜中に２０％の微細シリカ顔料を含んでおり、顔料が凝集したことにより規則正しい凹凸が成形できなかったため、また、電極および光電変換層の成形時に未形成部のような欠陥が発生したためと考えられる。
【００８６】
比較例３の太陽電池用絶縁基板は、凸部の形状および中心間距離のばらつきが大きかった。これは、絶縁塗膜のベース樹脂としてポリアミド樹脂（ＰＡ）を使用したためと考えられる。また、比較例９〜１２の太陽電池用絶縁基板も、凸部の形状および中心間距離のばらつきが大きかった。これは、テクスチャロールの押圧条件が最適な条件ではなかったためと考えられる。このようにテクスチャ構造が乱れてしまったため、比較例２，３，９〜１２の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池は、実施例１〜６の太陽電池と比較して、出力値が低かった。
【００８７】
比較例４〜８の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池は、実施例１〜６の太陽電池と比較して、出力値が低かった。これは、太陽電池用絶縁基板に形成されたテクスチャ構造が最適な形状ではないため、光電変換層における光量を十分に増加させることができなかったためだと考えられる。
【００８８】
一方、実施例１〜６の太陽電池用絶縁基板は、凸部の形状および中心間距離のばらつきが小さかった。また、実施例１〜６の太陽電池用絶縁基板を含む太陽電池は、いずれも出力値が高かった（８．８ｍＷ／ｃｍ２以上）。従来の薄膜シリコン太陽電池の出力は、６．５〜７.５ｍＷ／ｃｍ２程度であることから、実施例１〜６の太陽電池は、高性能の薄膜シリコン太陽電池として使用できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の太陽電池用絶縁基板は、例えば、各種電子機器の電源となる太陽電池やソーラーパネルなどに好適である。