(57)【要約】  【課題】カルコパイライト型半導体を用いた太陽電池用の基板の絶縁耐圧を高め、低コストで提供する。  【解決手段】本発明の太陽電池(10)は、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層として用い、基板(11)上にＳｉＯ2：４０〜６０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜３０ｗｔ％、Ｎａ2Ｏ：２〜１０ｗｔ％、ＴｉＯ2：８〜２０％を含有するガラス絶縁層(12)を設ける。これにより、短絡電流、開放端電圧、曲線因子、変換効率等の基本的特性を高い維持しつつ、絶縁耐圧を高くできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層として用いる太陽電池であって、基板上にＳｉＯ2：４０〜６０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜３０ｗｔ％、Ｎａ2Ｏ：２〜１０ｗｔ％、ＴｉＯ2：８〜２０％を含有するガラス層を設けたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記ガラス層の厚みが１０〜１００μｍである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ガラス層にさらにＮａＦ及びＮａ3ＡｌＦ6から選ばれる少なくとも１つの化合物を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記基板が金属である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記化合物半導体が、Ｃｕと、Ｉｎ及びＧａ及びＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｓｅ及びＳから選ばれる少なくとも１つの元素とを含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記半導体層がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2である請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記金属基板がフェライト系金属基板である請求項４に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記金属基板がＡｌを含有するフェライト系金属である請求項７に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（以下ＣＩＧＳと記述する）に代表されるカルコパイライト構造半導体を光吸収層に用いた太陽電池を金属基板上に作製する場合、絶縁層が下部電極と金属基板の間に必要となる。アモルファスシリコン太陽電池用の絶縁基板を作製する方法としてシリカ層をゾルゲル法により作製する方法がある（例えば特許文献１）。また、琺瑯を絶縁層に用いた太陽電池用基板の作製方法が報告されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−１６４９０９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７６８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ゾルゲル法により作製した膜では十分な耐圧を得ることは難しい。また、カルコパイライト型半導体を作製する温度は５００℃以上であり、熱膨張係数の大きなものが必要となる。また従来の琺瑯は鉛を含有しており製品の安全性を損ねる。
【０００４】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、カルコパイライト型半導体を用いた太陽電池用の基板の絶縁耐圧を高め、低コストで提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の太陽電池は、カルコパイライト構造を有する化合物半導体を光吸収層として用いる太陽電池であって、基板上にＳｉＯ2：４０〜６０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜３０ｗｔ％、Ｎａ2Ｏ：２〜１０ｗｔ％、ＴｉＯ2：８〜２０％を含有するガラス層を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の太陽電池は、基板上にＳｉＯ2：４０〜６０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜３０ｗｔ％、Ｎａ2Ｏ：２〜１０ｗｔ％、ＴｉＯ2：８〜２０％を含有するガラス層を設けることにより、基板の絶縁耐圧を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の太陽電池においては、基板上にＳｉＯ2：４０〜６０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜３０ｗｔ％、Ｎａ2Ｏ：２〜１０ｗｔ％、ＴｉＯ2：８〜２０％を含有するガラス層を設けている。これにより、短絡電流、開放端電圧、曲線因子、変換効率等の基本的特性を高い維持しつつ、絶縁耐圧を高くすることができる。
【０００８】
前記ガラス層の厚みは１０〜１００μｍであることが好ましい。これにより薄板基板を用いた場合にも可撓性を保持したまま絶縁層を形成することが可能である。
【０００９】
前記ガラス層にさらにＮａＦ及びＮａ3ＡｌＦ6から選ばれる少なくとも１つの化合物を含むことが好ましい。Ｎａを含むことにより、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2を製膜する際にＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜中にＮａが拡散し結晶成長を促進させることが可能である。
【００１０】
前記基板は金属であることが好ましい。金属を用いることにより、強度を保ったまま基板を薄くすることが可能である。また、可撓性を有する金属基板を用いた場合ロール状に基板を巻くことにより連続製膜が可能である。
【００１１】
前記化合物半導体は、Ｃｕと、Ｉｎ及びＧａ及びＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｓｅ及びＳから選ばれる少なくとも１つの元素とを含むことが好ましい。この化合物半導体により薄膜で変換効率の高い太陽電池を作成することが可能である。
【００１２】
前記半導体層はＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2であることが好ましい。この化合物半導体により薄膜で変換効率の高い太陽電池を作成することが可能である。
【００１３】
前記金属基板はフェライト系金属基板であることが好ましい。フェライト系金属基板は熱膨張係数がガラス層と近いため、内部応力による剥離が起こりにくい。
【００１４】
前記金属基板はＡｌを含有するフェライト系金属であることが好ましい。この基板を用いることにより基板表面の凹凸によってガラス層が密着する。
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における太陽電池の断面図である。
【００１７】
図１において、太陽電池１０は、基板１１と、基板１１上に形成された絶縁層１２と絶縁層１２上に形成された導電層１３を備える。太陽電池１０は、さらに、導電層１３上に順に形成された、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含む化合物層１４、第１の半導体層１５、第２の半導体層１６及び透明導電層１７と、導電層１２上に形成された取り出し電極１９と、透明導電層１７上に形成された取り出し電極１８とを備える。
【００１８】
基体１１は、金属などの導電性を有する材料からなる。たとえば、ステンレス、又はデュラルミンなどのアルミニウム合金を用いて形成できる。絶縁層１２はＳｉＯ2を中心としたガラス層であり、Ｎａ2ＯやＴｉＯ2を含む。さらにＮａＦ若しくはＮａ3ＡｌＦ6を含むことが好ましい。これにより熱膨張係数を大きくできる。
【００１９】
導電層１３は電極であり、金属を用いて形成でき、たとえば、Ｍｏを用いて形成できる。
光吸収層１４は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含む半導体からなる。具体的には、カルコパイライト(chalcopyrite)と同様の結晶構造を有する半導体を用いることができる。より具体的には、Ｃｕと、Ｉｎ及びＧａ及びＡｌから選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｓｅ及びＳから選ばれる少なくとも１つの元素とを含む半導体を用いることができる。たとえば、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎ（Ｓｅ，Ｓ）2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2又は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）（Ｓｅ，Ｓ）2を用いることができる。
【００２０】
第１の半導体層１５及び第２の半導体層１６は、ＺｎＯ、又はＺｎＯを含む材料によって形成できる。透明導電層１６は、ＡｌなどのＩＩＩ族元素をドープしたＺｎＯや、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)を用いて形成できる。取り出し電極１８及び１９は、導電性が高い金属を用いて形成できる。
【００２１】
なお、太陽電池１０は、本発明の太陽電池の一例であり、本発明の太陽電池は太陽電池１０に限定されない。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１に本発明の一実施例における太陽電池１０を作製した一例について説明する。
【００２４】
まず、基板１１として、厚さ０．２ｍｍのステンレス基板を準備した。次にＳｉＯ2を４５ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3を８ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3を２１ｗｔ％、Ｎａ2Ｏを５ｗｔ％、Ｐ2Ｏ5を２ｗｔ％、ＴｉＯ2を１３ｗｔ％、ＺｎＯを２ｗｔ％、Ｋ2Ｏを５ｗｔ％含む琺瑯からなるガラス絶縁層１２を作製した。次に、ＲＦスパッタリングによって、絶縁層１２上にＭｏ層（導電層１３）を形成した。導電層１３を形成する際にはスパッタ圧力を２．６Ｐａ（２×１０-2Ｔｏｒｒ）とし、厚さは０．５μｍとした。次に、以下に示す方法によって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層（光吸収層１４）を形成した。
【００２５】
まず、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅを電離真空計で圧力を制御しながらＭｏ層上に堆積させた。このとき、基板温度を３５０℃とした。堆積時において、Ｓｅの圧力を２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏｒｒ）とし、Ｉｎの圧力を１．０６４×１０-4Ｐａ（８×１０-7Ｔｏｒｒ）とし、Ｇａの圧力を３．９９×１０-5Ｐａ（３×１０-7Ｔｏｒｒ）とした。その後、基板温度を６００℃に上げ、Ｓｅの圧力が２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏｒｒ）、Ｃｕの圧力が３．９９×１０-5Ｐａ（３×１０-7Ｔｏｒｒ）となる条件で、Ｓｅ及びＣｕを堆積させた。このようにして、ＣｕリッチであるＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層を形成した。
【００２６】
次に、基板温度を５８０℃にし、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅを堆積させた。このようにして、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層を形成した。
【００２７】
次に、化学浴析出法によって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2層上にＣｄＳ層（第１の半導体層１５）を形成し、これによってｐｎ接合を形成した。次に、ＺｎＯ層（第２の半導体層１６）と、ＩＴＯ層（透明導電層１７）とをスパッタリング法で順次形成した。最後に、Ａｕからなる取り出し電極１８及び１９を形成した。このようにして、実施形態の太陽電池を作製した。
【００２８】
（比較例１）
一方、比較のために絶縁層１２にアルカリガラスを用いた太陽電池を上記方法で作製した。ガラス組成は、ＳｉＯ2：６７ｗｔ％，Ａｌ2Ｏ3：３ｗｔ％，Ｎａ2Ｏ：１９ｗｔ％，ＺｎＯ：１ｗｔ％，ＣａＯ：７ｗｔ％，Ｌｉ2Ｏ：３ｗｔ％とした。
【００２９】
これらの太陽電池について、Ａｉｒ  Ｍａｓｓ（ＡＭ）＝１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光を用いて測定した特性、及び、基板１１と導電層１３間の耐圧測定結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１から明らかなように、本発明の実施例の太陽電池は、短絡電流、開放端電圧、曲線因子、変換効率、絶縁耐圧が高く、良好な特性を示した。とくに絶縁耐圧は比較例に比べて１０倍以上高かった。
【００３２】
以上のように本発明の太陽電池基板は、安価で耐圧に優れた基板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態における太陽電池の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１０  太陽電池
１１  基板
１２  絶縁層
１３  導電層
１４  光吸収層
１５  第１の半導体層
１６  第２の半導体層
１７  透明導電層
１８，１９  取り出し電極
【図１】
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