(57)【要約】【課題】マイクロ波を用いた選択的、且つ短時間でのアニール処理を行うことにより太陽電池を構成する薄膜材料の結晶性を向上させ、太陽電池特性の向上を行うことを目的とする。【解決手段】太陽電池１０は、透明な高分子基材１と、この高分子基材１上に設けられた透明導電膜２と、この透明導電膜２上にスパッタリングによって形成されたｐ層３及びｎ層４と、このｎ層４上に設けられた金属電極５とからなる。透明導電膜２、ｐ層３、ｎ層４及び金属電極５を成膜した後、マイクロ波を照射してｐ層３を選択的に加熱し、その結晶性を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子基材及び該高分子基材上に成膜された無機薄膜を有する太陽電池を製造する方法において、
マイクロ波を照射して該無機薄膜を加熱することにより該無機薄膜の結晶性を高める工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、該高分子基材が高分子フィルムであることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、該高分子フィルムがＰＥＴフィルムであることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、マイクロ波により該無機薄膜それ自体を発熱させて加熱することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、該無機薄膜に隣接してマイクロ波吸収層を成膜しておき、該マイクロ波吸収層をマイクロ波により加熱し、このマイクロ波吸収層からの伝熱により前記無機薄膜を加熱することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、該マイクロ波吸収層がＣｕＯ層であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、無機薄膜とマイクロ波吸収層とが積層状に配置されていることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、無機薄膜の略全面に対しマイクロ波吸収層が積層されていることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、該マイクロ波吸収層に膜面方向に隣接して電極層が設けられており、該マイクロ波吸収層と電極層とが無機薄膜に積層されていることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項において、マイクロ波照射により太陽電池のｐ層を他の層よりも強く加熱することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項において、マイクロ波照射により太陽電池のｐ層及びｎ層を他の層よりも強く加熱することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に係り、特に高分子基材と、この高分子基材上に形成された無機薄膜とを有する薄膜太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、透明導電材料や金属材料を用いた上部／下部電極、光吸収相を含むｐｎ接合、もしくはｐｉｎ接合層、さらにはキャリア再結合を低減するバッファー層、などによって構成されている。
【０００３】
半導体層としては、ＳｉやＧａＡｓ層が広く用いられている。ＳｉやＧａＡｓ以外の材料を用いた太陽電池としては、カルコパイライト（ＣＩＧＳ）薄膜系太陽電池やＣｄＴｅ系太陽電池が知られている。更には酸化物半導体を用いたＣｕ２Ｏ／ＺｎＯ系太陽電池やＺｎＯ／ＣｕＡｌＯ２太陽電池も提案されている。
【０００４】
これらの無機化合物を用いた太陽電池においては材料の結晶性が変換効率に大きく寄与することから、基板加熱を行いながらの成膜や膜形成後のアニール処理によって結晶性を向上させる試みがなされている。しかし、高分子基板上に太陽電池を形成する場合、２００℃以上での基板加熱やポストアニール処理を行うことは出来ない。
【０００５】
特許第２５２５４７５号公報には、高分子フィルム上にＩＴＯ膜を成膜した後、熱処理を施してＩＴＯを結晶化させることが記載されているが、基材が高分子フィルムであるため、この熱処理温度にも限界があり、例えば１５０℃で２４時間というような、比較的低い温度で長い時間での熱処理を行っており、生産性、コストの面で問題があった。
【特許文献１】特許第２５２５４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、マイクロ波を用いた選択的、且つ短時間でのアニール処理を行うことにより太陽電池を構成する薄膜材料の結晶性を向上させ、太陽電池特性の向上を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明（請求項１）の太陽電池の製造方法は、高分子基材及び該高分子基材上に成膜された無機薄膜を有する太陽電池を製造する方法において、マイクロ波を照射して該無機薄膜を加熱することにより該無機薄膜の結晶性を高める工程を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の太陽電池の製造方法は、請求項１において、該高分子基材が高分子フィルムであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の太陽電池の製造方法は、請求項２において、該高分子フィルムがＰＥＴフィルムであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の太陽電池の製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、マイクロ波により該無機薄膜それ自体を発熱させて加熱することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の太陽電池の製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、該無機薄膜に隣接してマイクロ波吸収層を成膜しておき、該マイクロ波吸収層をマイクロ波により加熱し、このマイクロ波吸収層からの伝熱により前記無機薄膜を加熱することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の太陽電池の製造方法は、請求項５において、該マイクロ波吸収層がＣｕＯ層であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の太陽電池の製造方法は、請求項５又は６において、無機薄膜とマイクロ波吸収層とが積層状に配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の太陽電池の製造方法は、請求項７において、無機薄膜の略全面に対しマイクロ波吸収層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９の太陽電池の製造方法は、請求項７において、該マイクロ波吸収層に膜面方向に隣接して電極層が設けられており、該マイクロ波吸収層と電極層とが無機薄膜に積層されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０の太陽電池の製造方法は、請求項１ないし９のいずれか１項において、マイクロ波照射により太陽電池のｐ層を他の層よりも強く加熱することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１１の太陽電池の製造方法は、請求項１ないし９のいずれか１項において、マイクロ波照射により太陽電池のｐ層及びｎ層を他の層よりも強く加熱することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、マイクロ波により高分子基材上の無機薄膜を選択的に加熱して高分子フィルム等の基板に熱的影響を及ぼすことなく、短時間で効率的に結晶化させることができ、これにより、太陽電池の特性を向上させることが可能となる。
【００１９】
本発明では、無機薄膜それ自体をマイクロ波により直接的に誘電加熱してもよいが、結晶化させようとする無機薄膜のマイクロ波吸収性が低いときには、結晶化させようとする無機薄膜に隣接してマイクロ波吸収層を成膜しておき、このマイクロ波吸収層をマイクロ波で加熱し、そこからの伝熱により無機薄膜を加熱して結晶化処理するようにしてもよい。
【００２０】
このマイクロ波吸収層としては、ＣｕＯ層等を用いることができる。
【００２１】
マイクロ波吸収層は、結晶化させようとする無機薄膜に対し積層状に配置されることが望ましく、これにより、マイクロ波吸収層から無機薄膜への伝熱量が多くなり、結晶化の効率が向上する。マイクロ波吸収層は無機薄膜の略全面にわたって積層されてもよく、マイクロ波吸収層と電極層が無機薄膜に対し並列状に積層されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は実施の形態に係る太陽電池の模式的な断面図である。この実施の形態に係る太陽電池１０は、スーパーストレート型太陽電池であり、透明な高分子基材１と、この高分子基材１上に設けられた透明導電膜２と、この透明導電膜２上にスパッタリングによって形成されたｐ層３及びｎ層４と、このｎ層４上に設けられた金属電極５とからなる。
【００２４】
高分子基材１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ等を用いることができるが、コスト、強度の点からＰＥＴが好適である。高分子基材１の厚さは７５μｍ〜２ｍｍ程度が好適である。
【００２５】
透明導電膜２としては、導電性金属酸化物薄膜や金属等の導電性材料からなる基板が用いられる。導電性金属酸化物の好ましい例としては、Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２：Ｓｂ、ＳｎＯ２：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｆ、ＣｄＳｎＯ４を挙げることができる。
【００２６】
ｐ層３は、金属の酸化物又は金属の酸化窒化物であるが、この実施の形態ではマイクロ波吸収特性の高いもの、好ましくはＣｕの酸化物、ＣｕにＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｙの少なくとも一つをドープした金属の酸化物、Ｃｕの酸化窒化物、ＣｕにＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｙの少なくとも一つをドープした金属の酸化窒化物、例えばＣｕＯやＣｕ２Ｏを始め、これに他元素をドープした、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＣｕＳｃＯ２、ＣｕＣｒＯ２、ＣｕＩｎＯ２、ＣｕＹＯ２などが用いられる。
【００２７】
ｎ層４も金属の酸化物又は金属の酸化窒化物であり、好ましくはＴｉ、Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含む金属の酸化物又はＴｉ、Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含む金属の酸化窒化物であり、例えばＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＳｎＯ２などである。
【００２８】
金属電極５としては、白金、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ等が使用できる。なお、金属以外の導電性材料にて電極５を形成してもよい。
【００２９】
太陽電池を構成するこれらの無機薄膜の多層膜をスパッタ法や蒸着法などの物理的気相成長法、もしくはＣＶＤ等の化学的気相成長法、もしくはメッキやChemical  Bath  Deposition法などの液相成長法で作製した後に、マイクロ波を照射する。この実施の形態では、ｐ層３のマイクロ波吸収性が他の層及び高分子基材１よりも高いので、ｐ層３が選択的、且つ短時間加熱されてアニール処理される。これにより、ｐ層３の結晶性が向上し、太陽電池特性が向上する。
【００３０】
この場合、ｐ層３の材料の種類によって、適切なマイクロ波の波長や照射時間を選び、結晶性向上が望まれるｐ層３を選択的に、且つ短時間で加熱する。ｐ層３の加熱結晶化処理が短時間で行われるため、高分子基材１は殆ど加熱されない。このため、高分子基材１が熱で劣化することが防止される。
【００３１】
なお、このマイクロ波照射により主としてｐ層３のみが加熱されるようにマイクロ波の周波数や照射時間を選択してもよく、ｐ層３から熱が透明導電膜２やｎ層４さらには金属電極５にまで伝達され、これらの結晶性が向上されるようにしてもよい。
【００３２】
マイクロ波としては、３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ、特に２．４５〜２８ＧＨｚ程度のマイクロ波が好ましい。なお、マイクロ波は高分子基材１上に全層を成膜してから照射してもよく、ｐ層３まで又はｎ層４までを成膜してから照射してもよい。
【００３３】
なお、高分子基材１と透明導電膜２との間に下地層を介在させても良く、このような下地層を形成することにより、高分子基材１に対する透明導電膜の密着性を高めることができる。即ち、高分子フィルムに下地層を形成することにより、成膜時に高分子基材からガスが発生することを防止して、高分子基材に対して透明導電膜を密着性良く形成することができるようになる。また、下地層が高分子基材と透明導電膜との中間層として両者の密着性を高める。下地層の形成材料としては、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系などの樹脂層や、有機珪素化合物の加水分解物等が挙げられる。
【００３４】
また、高分子基材１上に透明導電膜２を成膜するに先立ち、形成される薄膜の接着強度を高めるために、高分子基材の表面にプラズマ処理、コロナ処理や溶剤洗浄等の処理を施しても良い。
【００３５】
図１は、前述の通り、スーパーストレート型太陽電池であり、光は高分子基材１を通して入射されるが、本発明はサブストレート型太陽電池等にも適用できる。
【００３６】
図２はサブストレート型太陽電池に係る実施の形態を示す断面図であり、高分子基材１上に金属電極５Ａ、ｐ層３、ｎ層４及び透明導電膜２がこの順に積層されている。光は透明導電膜２を通して入射される。
【００３７】
この実施の形態では、ｐ層３と高分子基材１との間に該金属電極５Ａと並列してｐ層３よりもマイクロ波吸収特性が高い材料よりなるマイクロ波吸収層６が成膜されている。高分子基材１上にすべての層を成膜した後、又は高分子基材１上に金属電極５Ａ及びマイクロ波吸収層６を成膜しその上にｐ層３あるいはさらにｎ層４を成膜した後マイクロ波を照射し、マイクロ波吸収層６を加熱し、この熱をｐ層３あるいはさらにｎ層４に伝熱させてｐ層３あるいはさらにｎ層４を加熱してその結晶性を向上させる。なお、この場合、ｐ層３としてＣｕ２Ｏ層などＣｕの１価の化合物層を用いた場合、マイクロ波吸収層６としてはＣｕＯ層などＣｕの２価の化合物層を用いれば、連続成膜を行う場合に生産性を向上させることが可能である。ただし、層の構成材料はこれに限定されるものではない。
【００３８】
上記の説明では主としてｐ層３の結晶性を高めるようにしているが、主としてｎ層４をマイクロ波によって加熱してその結晶性を高めるようにしてもよく、その他の層を主としてマイクロ波加熱して結晶性を高めるようにしてもよい。ただし、主としてｐ層３あるいはｐ層３及びｎ層４の結晶性を高めることにより太陽電池の特性が顕著に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２】太陽電池の別の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  高分子基材
２  透明導電膜
３  ｐ層
４  ｎ層
５，５Ａ  金属電極
６  マイクロ波吸収層
【図１】
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【図２】
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