(57)【要約】  【課題】  金属層及び電極を含む電源デバイス用基板において、金属層と電極との間の電気絶縁性を保持することができる電源デバイス用基板、並びにこれを用いた太陽電池及び固体電池を提供する。  【解決手段】  金属層(10)と、金属層(10)上に設けられた半導体層(11)と、半導体層(11)上に分離して設けられた第１電極(12)及び第２電極(13)とを含み、半導体層(11)と第１電極(12)との間の接合、及び半導体層(11)と第２電極(13)との間の接合が、ショットキー接合である電源デバイス用基板(1)とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層と、前記金属層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含む電源デバイス用基板であって、
前記半導体層と前記第１電極との間の接合、及び前記半導体層と前記第２電極との間の接合が、ショットキー接合であることを特徴とする電源デバイス用基板。
【請求項２】
前記半導体層と前記金属層との間の接合が、ショットキー接合である請求項１に記載の電源デバイス用基板。
【請求項３】
金属層と、前記金属層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含む電源デバイス用基板であって、
前記半導体層が、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜とを含む積層膜からなることを特徴とする電源デバイス用基板。
【請求項４】
前記積層膜を構成する半導体膜のうち、前記第１及び第２電極に接触して形成された半導体膜が分割されており、
前記第１及び第２電極は、前記分割された各半導体膜上にそれぞれ設けられている請求項３に記載の電源デバイス用基板。
【請求項５】
前記分割された各半導体膜間に配置された介在半導体膜を更に含み、
前記介在半導体膜の導電型は、前記分割された半導体膜の導電型と異なる導電型である請求項４に記載の電源デバイス用基板。
【請求項６】
前記積層膜は、前記ｐ型半導体膜と前記ｎ型半導体膜との間に配置されたｉ型半導体膜を更に含む請求項３に記載の電源デバイス用基板。
【請求項７】
前記積層膜を構成する半導体膜のうち、前記金属層に接触して形成された半導体膜と、前記金属層との間の接合が、ショットキー接合である請求項３に記載の電源デバイス用基板。
【請求項８】
前記半導体層は、非晶質体又は微結晶体から構成されている請求項１又は請求項３に記載の電源デバイス用基板。
【請求項９】
前記半導体層は、Ｓｉ及びＳｉＣから選択される少なくとも１つを含む半導体材料から構成されている請求項１，３，８のいずれか１項に記載の電源デバイス用基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源デバイス用基板を含む太陽電池。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源デバイス用基板を含む固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源デバイス用基板、並びにこれを用いた太陽電池及び固体電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量かつフレキシブルな電源デバイスを構成する際には、基板として、金属箔や樹脂系フィルム等を含むものが用いられる。なかでも、電源デバイスとして高効率の太陽電池や充電容量の大きな二次電池を構成する場合には、発電要素となる薄膜を形成する工程において高温を必要とするため、金属箔等の金属層を含む基板を用いる必要がある。
【０００３】
他方、薄膜を用いた太陽電池や二次電池等の電源デバイスでは、基板上に、薄膜状の電極膜等を介して複数のユニットセルを直列接続して集積化することにより、配線による電流損失の低減や高電圧化が行えるという利点がある。
【０００４】
金属層を含む基板上でユニットセルを集積化させるには、金属層と電極（端子）との間が電気的に絶縁されていなければならない。従来では、金属層と電極との間に電気絶縁層を介して、金属層と電極との間の電気絶縁性を保持していた。この場合に使用される電気絶縁層としては、特許文献１〜３に提案されたガラス、又はシリカ、アルミナ等を主成分とする酸化物がよく用いられていた。また、特許文献４には、アモルファス窒化シリコンやアモルファス炭化シリコンを電気絶縁層として用いたものが提案されている。特許文献１〜４に提案された電気絶縁層は、いずれも分割された各ユニットデバイスの下層にのみ存在し、隣接するユニットデバイスを接続する透明電極膜（又は金属膜）と金属層との間には、従来と同様に、酸化シリコン等からなる電気絶縁層が用いられている。
【特許文献１】特開平１１―２６１０９０号公報
【特許文献２】特開平１１―２３８８９１号公報
【特許文献３】特開２００１―３４９３１２号公報
【特許文献４】特開昭６０−１５０６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的なガラスや酸化物を主体とした電気絶縁層では、金属層との密着性が劣るため、電気絶縁層と金属層との間にピンホールが形成され易い。そのため、電気絶縁層と金属層との間において、前記ピンホールに起因する漏れ電流が生じるおそれがある。特に、金属層は、表面平滑性に限界があるため、金属表面の凹凸を十分に被覆するには、電気絶縁層の厚みを厚くする必要がある。また、電気絶縁層内の不純物や結晶粒界、あるいは粒子の集合体の界面を介して、漏れ電流が発生する場合がある。
【０００６】
特許文献１に提案されたゾルゲル法で形成した電気絶縁層や、特許文献２に提案されたアルミナ微粒子を分散したケイ酸塩系の電気絶縁層は、一般的なガラスや酸化物を主体とした電気絶縁層に比べ、金属層との密着性を向上させることができる。しかし、特許文献１の電気絶縁層は、低密度であるため、粒子やその集合体の界面を介して漏れ電流が生じるおそれがある。また、特許文献２の電気絶縁層は、アルミナ微粒子の界面や不純物を介して漏れ電流が生じるおそれがある。また、特許文献３に提案された酸化ケイ素を主成分とした電気絶縁層においても、上述したように、ピンホールが発生したり、電気絶縁層内の不純物や結晶粒界等を介して漏れ電流が発生したりするおそれがある。
【０００７】
特許文献４に提案された電気絶縁層は、アモルファス構造であるため、漏れ電流を低減できる。しかしながら、電気絶縁層を構成するアモルファス窒化シリコンやアモルファス炭化シリコンが電気絶縁体であることから、電気絶縁層に電圧が印加されると、金属層と電気絶縁層との間の微小空間（例えば、金属層の凹凸に起因する空間）において漏れ電流が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は、金属層及び電極を含む電源デバイス用基板において、金属層と電極との間の電気絶縁性を保持することができる電源デバイス用基板、並びにこれを用いた太陽電池及び固体電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の電源デバイス用基板は、金属層と、前記金属層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含む電源デバイス用基板であって、
前記半導体層と前記第１電極との間の接合、及び前記半導体層と前記第２電極との間の接合が、ショットキー接合であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の電源デバイス用基板は、金属層と、前記金属層上に設けられた半導体層と、前記半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含む電源デバイス用基板であって、
前記半導体層が、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜とを含む積層膜からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池及び固体電池は、いずれも上述した本発明の第１又は第２の電源デバイス用基板を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電源デバイス用基板によれば、基板内において、整流方向が相違する２つのダイオードが直列に接続されるため、第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性を保持することができる。これにより、第１及び第２電極間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板を提供することができる。また、本発明の太陽電池及び固体電池は、いずれも本発明の電源デバイス用基板を含むため、端子間の電気絶縁性が高くなる。これにより、例えば発電効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の電源デバイス用基板は、金属層と、金属層上に設けられた半導体層と、半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含み、半導体層と第１電極との間の接合、及び半導体層と第２電極との間の接合が、ショットキー接合である。これにより、半導体層と第１電極との間、及び半導体層と第２電極との間のそれぞれに、整流方向が相違するダイオードが形成され、これら２つのダイオードが直列に接続されるため、第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性が保持される。よって、本発明の第１の電源デバイス用基板によれば、第１及び第２電極間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板を提供することができる。また、半導体層は金属層との密着性が高いため、背景技術で述べた漏れ電流についても防止できる。
【００１４】
金属層の構成材料は、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ等を用いることができる。また、金属層の厚みは、例えば０．０１〜１ｍｍとすればよい。
【００１５】
半導体層としては、第１及び第２電極との間において、ショットキー接合を形成することができる限り特に限定されないが、非晶質体又は微結晶体から構成されていることが好ましい。非晶質体は結晶粒界が存在しないため、粒界を介した漏れ電流が発生しない。また、微結晶体においては、高密度に微結晶体を構成することにより、粒界の面積が大きくなり、粒界を介した漏れ電流を低減できる。
【００１６】
また、半導体層の構成材料として、Ｓｉ及びＳｉＣから選択される少なくとも１つを含む半導体材料を用いることが好ましい。使用するドーパントにより容易に導電型を制御できる上、化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）を用いて形成することにより金属層との密着性が良好となり、漏れ電流の発生をより効果的に防止することができるからである。なお、半導体層の材料としては、上述したもの以外に、例えば化合物半導体であるＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳ）やＣｕ(Ｉｎ，Ｇａ)Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）等も使用できる。
【００１７】
半導体層の厚みとしては、例えば０．０５〜１０μｍの広い範囲で選択できるが、金属層の表面を十分に被覆するには、０．１μｍ以上の厚みとすることが好ましい。なお、厚みの上限は、構成する電源デバイスの発生電圧に対して半導体層に要求される電気絶縁耐圧により異なる。また、使用する金属層と半導体層との熱膨張係数の差によって、半導体層に加わる応力が異なるため、密着性を確保するために必要な半導体層の厚みも、金属層と半導体層との組み合わせによって異なる。ただし、金属層と半導体層との間で充分な密着性を得るには、１０μｍ以下の厚みとすることが好ましい。
【００１８】
第１電極及び第２電極の構成材料は、いずれも半導体層との間において、ショットキー接合を形成することができる限り特に限定されない。例えば、半導体層として微結晶Ｓｉを主成分とする半導体材料を用いる場合は、第１電極及び第２電極の構成材料として、例えばＡｌ、Ｍｏ等を使用することができる。なお、第１及び第２電極間の間隔は、例えば５〜５００μｍとすればよい。また、第１及び第２電極の厚みは、例えば０．０５〜１０μｍとすればよい。
【００１９】
また、本発明の第１の電源デバイス用基板は、半導体層と金属層との間の接合が、ショットキー接合である電源デバイス用基板としてもよい。第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性をより向上させることができるからである。前記構成の一例として、金属層がＣｒ又はＴｉからなり、半導体層が微結晶Ｓｉを主成分とする半導体材料からなるものが挙げられる。
【００２０】
本発明の第２の電源デバイス用基板は、金属層と、金属層上に設けられた半導体層と、半導体層上に分離して設けられた第１電極及び第２電極とを含み、半導体層が、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜とを含む積層膜からなる。これにより、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜との間において、第１電極側の膜間と第２電極側の膜間のそれぞれに整流方向が相違するダイオードが形成され、これら２つのダイオードが直列に接続されるため、第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性が保持される。よって、本発明の第２の電源デバイス用基板によれば、第１及び第２電極間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板を提供することができる。
【００２１】
金属層については、前述した本発明の第１の電源デバイス用基板に使用される金属層と同様のものを使用することができる。
【００２２】
半導体層の構成材料についても、前述した本発明の第１の電源デバイス用基板に使用される半導体層と同様のものが使用できる。例えば、微結晶Ｓｉや微結晶ＳｉＣ等を主成分とするｐ型半導体膜と、同じく微結晶Ｓｉや微結晶ＳｉＣ等を主成分とするｎ型半導体膜とが積層された積層膜からなるものを使用することができる。この場合、第１電極及び第２電極と接する半導体膜は、ｐ型半導体膜であってもｎ型半導体膜であってもよい。また、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜とは、主成分が相違していてもよい。例えば、ｐ型半導体膜に微結晶ＳｉＣを主成分とする半導体材料を用い、ｎ型半導体膜に微結晶Ｓｉを主成分とする半導体材料を用いて、ヘテロｐｎ接合を形成してもよい。
【００２３】
ｐ型半導体膜及びｎ型半導体膜の膜厚については、５０ｎｍ〜１０μｍまでの広い範囲で選択できるが、高い電気絶縁耐圧を必要とする場合は、１〜１０μｍの範囲が好適である。なお、ｐ型半導体膜及びｎ型半導体膜のキャリア濃度は、いずれも１０13〜１０18／ｃｍ3の範囲に設定すればよい。
【００２４】
第１電極及び第２電極の構成材料については、特に限定されず、半導体層との間においてショットキー接合を形成する材料であってもよいし、ショットキー接合を形成しない材料であってもよい。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ等やその合金を用いることができる。ただし、第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性を向上させるためには、半導体層との間においてショットキー接合を形成する材料を用いることが好ましい。第１電極及び第２電極と半導体層との間においてショットキー接合を形成するには、例えば、第１電極及び第２電極と接する半導体膜として微結晶Ｓｉを主成分とする半導体材料を用いる場合、第１電極及び第２電極の構成材料としてＡｌ、Ｍｏ等を用いればよい。なお、第１及び第２電極間の間隔や、第１及び第２電極の厚みについては、前述した本発明の第１の電源デバイス用基板に使用される第１及び第２電極と同様であればよい。
【００２５】
また、本発明の第２の電源デバイス用基板は、積層膜を構成する半導体膜のうち、第１及び第２電極に接触して形成された半導体膜（以下、「表層半導体膜」ともいう）が分割されており、第１及び第２電極が、分割された各表層半導体膜上にそれぞれ設けられている電源デバイス用基板としてもよい。例えば、第１電極及び第２電極のそれぞれと表層半導体膜とがオーミック接触している場合等は、表層半導体膜を介して第１及び第２電極間に漏れ電流が流れる可能性がある。その場合、前記構成によれば、第１及び第２電極が、分割された各表層半導体膜上にそれぞれ設けられているため、表層半導体膜を介して第１及び第２電極間に流れる漏れ電流を遮断することができる。なお、分割された各表層半導体膜の間隔は、例えば５〜５００μｍとすればよい。
【００２６】
また、本発明の第２の電源デバイス用基板は、表層半導体膜が分割されており、第１及び第２電極が、分割された各表層半導体膜上にそれぞれ設けられている場合、分割された各表層半導体膜間に配置された介在半導体膜を更に含み、この介在半導体膜の導電型が、分割された表層半導体膜の導電型と異なる導電型である電源デバイス用基板としてもよい。前記構成の場合、分割された表層半導体膜のそれぞれと介在半導体膜との間に、整流方向が相違するダイオードが形成され、これら２つのダイオードが直列に接続されるため、表層半導体膜を介して第１及び第２電極間に流れる漏れ電流を遮断することができる。介在半導体膜の構成材料としては、分割された表層半導体膜の導電型と異なる導電型の半導体材料である限り特に限定されず、例えば、非晶質Ｓｉ、微結晶Ｓｉ、非晶質ＳｉＣ、微結晶ＳｉＣ等を主成分とする半導体材料が使用できる。
【００２７】
また、本発明の第２の電源デバイス用基板は、積層膜が、ｐ型半導体膜とｎ型半導体膜との間に配置されたｉ型半導体膜を更に含む電源デバイス用基板としてもよい。この場合、積層膜においてｐｉｎ接合が形成されるため、例えばｉ型半導体膜の膜厚と、ｐ型及びｎ型半導体膜のキャリア濃度とを制御することにより、半導体層の電気絶縁耐圧を大きくすることが可能である。ｉ型半導体膜の構成材料としては、特に限定されず、例えば、非晶質Ｓｉ、微結晶Ｓｉ、非晶質ＳｉＣ、微結晶ＳｉＣ等を主成分とする半導体材料が使用できる。また、ｐ型半導体膜やｎ型半導体膜を構成する半導体材料と異なる主成分の半導体材料を用いてもよい。なお、ｉ型半導体膜の厚みは、例えば０．１〜１０μｍとすればよい。
【００２８】
また、本発明の第２の電源デバイス用基板は、積層膜を構成する半導体膜のうち、金属層に接触して形成された半導体膜と、金属層との間の接合が、ショットキー接合である電源デバイス用基板としてもよい。第１及び第２電極と金属層との間の電気絶縁性をより向上させることができるからである。前記構成の一例として、金属層がＣｒ又はＴｉからなり、金属層に接触して形成された半導体膜が微結晶Ｓｉを主成分とする半導体材料からなるものが挙げられる。
【００２９】
本発明の太陽電池及び固体電池は、いずれも上述した本発明の第１又は第２の電源デバイス用基板を含む。よって、本発明の太陽電池及び固体電池は、端子間の電気絶縁性が高いため、例えば発電効率を向上させることができる。なお、本発明の固体電池としては、発電要素が固体である限り特に限定されず、例えば、固体電解質を用いたリチウム電池等が例示できる。
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る電源デバイス用基板について説明する。参照する図１Ａは、第１実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。また、参照する図１Ｂは、第１実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。なお、第１実施形態に係る電源デバイス用基板は、上述した本発明の第１の電源デバイス用基板に相当する。
【００３２】
図１Ａに示すように、第１実施形態に係る電源デバイス用基板１は、金属層１０と、金属層１０上に設けられた半導体層１１と、半導体層１１上に分離して設けられた第１電極１２及び第２電極１３とを含み、半導体層１１と第１電極１２との間の接合、及び半導体層１１と第２電極１３との間の接合が、ショットキー接合である。これにより、半導体層１１と第１電極１２との間１４、及び半導体層１１と第２電極１３との間１５のそれぞれに、図１Ｂに示すような整流方向が相違するダイオード１４ａ，１５ａが形成され、これら２つのダイオード１４ａ，１５ａが直列に接続されるため、第１及び第２電極１２，１３と金属層１０との間の電気絶縁性が保持される。よって、電源デバイス用基板１によれば、第１及び第２電極１２，１３間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板を提供することができる。なお、図１Ａでは、第１及び第２電極１２，１３を１組のみ図示したが、第１実施形態に係る電源デバイス用基板１を、複数のユニットセルが直列接続された集積型太陽電池や集積型固体電池に使用する場合は、半導体層１１上に第１及び第２電極１２，１３を複数組設ければよい。
【００３３】
続いて、電源デバイス用基板１による効果を確認するため、第１及び第２電極１２，１３間の電気抵抗を測定した結果について説明する。まず、電源デバイス用基板１のサンプルを作製した。各構成要素の材料等は、金属層１０：ステンレス鋼（厚み：０．０５ｍｍ）、半導体層１１：ｎ型微結晶ＳｉＣ膜（厚み：１μｍ）、第１及び第２電極１２，１３：Ｔｉ（厚み：０．５μｍ）とした。また、第１及び第２電極１２，１３間の間隔は、５０μｍとした。なお、詳細な作製方法については後述する。そして、第１及び第２電極１２，１３間の電気抵抗を測定したところ、抵抗値は１ＭΩｃｍ2以上であった。これに対する比較例として、ステンレス鋼上にＳｉＯ2系電気絶縁層をゾルゲル法により形成し、その他の構成要素は上記サンプルと同様のものを用いて電源デバイス用基板を作製したところ、電気絶縁層にピンホールが形成され、金属層と電気絶縁層とが短絡していた。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電源デバイス用基板について説明する。参照する図２Ａは、第２実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。また、参照する図２Ｂは、第２実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。なお、第２実施形態に係る電源デバイス用基板は、上述した本発明の第２の電源デバイス用基板に相当する。また、図１Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
図２Ａに示すように、第２実施形態に係る電源デバイス用基板２は、金属層１０と、金属層１０上に設けられた半導体層２０と、半導体層２０上に分離して設けられた第１電極１２及び第２電極１３とを含み、半導体層２０が、金属層１０上に積層されたｐ型半導体膜２１と、ｐ型半導体膜２１上に積層されたｎ型半導体膜２２とからなる。これにより、ｐ型半導体膜２１とｎ型半導体膜２２との間において、第１電極１２側の膜間２３と第２電極１３側の膜間２４のそれぞれに、図２Ｂに示すような整流方向が相違するダイオード２３ａ，２４ａが形成され、これら２つのダイオード２３ａ，２４ａが直列に接続されるため、第１及び第２電極１２，１３と金属層１０との間の電気絶縁性が保持される。よって、電源デバイス用基板２によれば、第１及び第２電極１２，１３間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板を提供することができる。なお、本実施形態では、金属層１０上にｐ型半導体膜２１が積層されているが、金属層１０上にｎ型半導体膜２２が積層され、このｎ型半導体膜２２上にｐ型半導体膜２１が積層された電源デバイス用基板としてもよい。
【００３６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電源デバイス用基板について説明する。参照する図３は、第３実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。なお、図２Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
第３実施形態に係る電源デバイス用基板３は、上述した第２実施形態に係る電源デバイス用基板２に対し、半導体層の構成のみが異なる。即ち、図３に示すように、電源デバイス用基板３に使用される半導体層３０は、金属層１０上に積層されたｐ型半導体膜２１と、ｐ型半導体膜２１上に積層されたｉ型半導体膜３１と、ｉ型半導体膜３１上に積層されたｎ型半導体膜２２とからなる。このように構成された電源デバイス用基板３によっても、上述した第２実施形態に係る電源デバイス用基板２と同様の効果を発揮することができる。
【００３８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る電源デバイス用基板について説明する。参照する図４は、第４実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。なお、図２Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３９】
図４に示すように、第４実施形態に係る電源デバイス用基板４は、表層半導体膜であるｎ型半導体膜２２が、半導体膜２２ａと半導体膜２２ｂとに分割されており、第１及び第２電極１２，１３は、分割された半導体膜２２ａ，２２ｂ上にそれぞれ設けられている。ｎ型半導体膜２２を分割する方法の一例としては、例えば、エッチングやレーザ加工等によりｎ型半導体膜２２の一部を除去する方法が挙げられる。また、この際、ｐ型半導体膜２１の一部２１ａを除去してもよい。その他の構成は、上述した第２実施形態に係る電源デバイス用基板２（図２参照）と同様である。電源デバイス用基板４は、本構成を有することにより、上述した第２実施形態に係る電源デバイス用基板２と同様の効果を発揮することができる上、ｎ型半導体膜２２を介して第１及び第２電極１２，１３間に流れる漏れ電流を遮断することができる。なお、本実施形態では、ｐｎ接合を有する半導体層を用いた例について説明したが、上述した第３実施形態に係る電源デバイス用基板３（図３参照）のように、ｐｉｎ接合を有する半導体層を用いても同様の効果が得られる。この場合、表層半導体膜のみを分割してもよく、表層半導体膜及びｉ型半導体膜の双方を分割してもよい。
【００４０】
続いて、電源デバイス用基板４による効果を確認するため、第１及び第２電極１２，１３間の漏れ電流を測定した結果について説明する。まず、電源デバイス用基板４のサンプルを作製した。各構成要素の材料等は、金属層１０：ステンレス鋼（厚み：０．０５ｍｍ）、ｐ型半導体膜２１：ｐ型微結晶Ｓｉ膜（厚み：２μｍ）、ｎ型半導体膜２２：ｎ型微結晶Ｓｉ膜（厚み：０．５μｍ）、第１及び第２電極１２，１３：Ｍｏ（厚み：０．４μｍ）とした。また、第１及び第２電極１２，１３間の間隔は、５０μｍとした。なお、詳細な作製方法については後述する。そして、第１及び第２電極１２，１３間に、電圧０．５Ｖを印加して、第１及び第２電極１２，１３間の漏れ電流を測定したところ、漏れ電流の電流値は１μＡ／ｃｍ2であった。これに対する比較例として、ステンレス鋼上にＳｉＯ2系電気絶縁層をゾルゲル法により形成し、その他の構成要素は上記サンプルと同様のものを用いて作製した電源デバイス用基板について、同様に漏れ電流を測定したところ、漏れ電流の電流値は１ｍＡ/ｃｍ2であった。
【００４１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る電源デバイス用基板について説明する。参照する図５Ａは、第５実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。また、参照する図５Ｂは、第５実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。なお、図４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
第５実施形態に係る電源デバイス用基板５は、上述した第４実施形態に係る電源デバイス用基板４（図４参照）の構成に加え、図５Ａに示すように、分割された半導体膜２２ａ，２２ｂ間に配置された介在半導体膜５０を含む。また、介在半導体膜５０の導電型は、分割された半導体膜２２ａ，２２ｂの導電型と異なる導電型である。電源デバイス用基板５は、半導体膜２２ａとｐ型半導体膜２１との膜間２３、及び半導体膜２２ｂとｐ型半導体膜２１との膜間２４のそれぞれに、図５Ｂに示すような整流方向が相違するダイオード２３ａ，２４ａが形成され、これらが直列に接続されるため、第１及び第２電極１２，１３間、即ち端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板とすることができる。更に、半導体膜２２ａと介在半導体膜５０との間５１、及び半導体膜２２ｂと介在半導体膜５０との間５２のそれぞれに、図５Ｂに示すような整流方向が相違するダイオード５１ａ，５２ａが形成され、これらが直列に接続されるため、ｎ型半導体膜２２を介して第１及び第２電極１２，１３間に流れる漏れ電流を遮断することができる。
【００４３】
なお、電源デバイス用基板５に使用される介在半導体膜５０の構成材料は、ｐ型半導体膜２１と同じ半導体材料を用いてもよいが、ｐ型半導体膜２１と異なる半導体材料を用いるのが好ましい。介在半導体膜５０とｐ型半導体膜２１との間にヘテロ接合が形成されるため、介在半導体膜５０とｐ型半導体膜２１との界面を介して金属層１０へ流れる漏れ電流を遮断できるからである。また、本実施形態では、ｐｎ接合を有する半導体層を用いた例について説明したが、上述した第３実施形態に係る電源デバイス用基板３（図３参照）のように、ｐｉｎ接合を有する半導体層を用いても同様の効果が得られる。この場合、介在半導体膜５０の導電型はｉ型であってもよい。
【００４４】
以上、本発明の実施形態に係る電源デバイス用基板について説明したが、本発明の電源デバイス用基板は、前記実施形態には限定されない。例えば、第４及び第５実施形態に係る電源デバイス用基板４，５では、図４及び図５に示すように、第１及び第２電極１２，１３の幅と、分割された半導体膜２２ａ，２２ｂの幅とを同じ幅としたが、第１及び第２電極１２，１３の幅が半導体膜２２ａ，２２ｂの幅より狭くてもよい。
【００４５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る太陽電池（集積型太陽電池）について説明する。参照する図６は、第６実施形態に係る集積型太陽電池の断面図である。なお、図４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４６】
図６に示すように、第６実施形態に係る集積型太陽電池６は、上述した第４実施形態に係る電源デバイス用基板４と、電源デバイス用基板４上に形成された複数の薄膜積層体６０とを含む。各薄膜積層体６０は、第１及び第２電極１２，１３上に形成された光吸収層６１と、光吸収層６１上に形成された窓層６２と、窓層６２上に形成された透明電極層６３とを含む。なお、窓層６２と透明電極層６３との間に、半導体又は電気絶縁体からなる第２の窓層（図示せず）を設けてもよい。
【００４７】
光吸収層６１は、第１電極１２及び半導体膜２２ａと、第２電極１３及び半導体膜２２ｂとの間に設けられた分割溝６４内にも形成されている。また、透明電極層６３は、隣接する光吸収層６１間及び隣接する窓層６２間に設けられた分割溝６５内にも形成されている。また、隣接する透明電極層６３間には、分割溝６６が設けられている。そして、各薄膜積層体６０の透明電極層６３と、第１電極１２又は第２電極１３とが接続されて、複数のユニットセルが直列接続された集積型太陽電池６が形成されている。
【００４８】
光吸収層６１の構成材料としては、例えば、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とを含むカルコパイライト構造半導体を用いることができる。カルコパイライト構造半導体は、吸光係数が大きく、薄膜状でも充分に太陽光を吸収できるため好ましい。なかでも、ＣＩＧＳは、ＩｎとＧａの固溶比によりバンドギャップを１．０〜１．６ｅＶの範囲で制御することができ、太陽光を効率良く電気エネルギーに変換する好適なバンドギャップを有する半導体膜を構成できるため好ましい。なお、光吸収層６１の構成材料としてＣＩＧＳを用いる場合、第１及び第２電極１２，１３の構成材料としては、ＣＩＧＳとオーミック接触するＭｏが好適である。また、第１及び第２電極１２，１３上の光吸収層６１の厚みは、例えば１〜３μｍとすればよい。
【００４９】
窓層６２の構成材料としては、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）、ＺｎxＩｎ2-2xＳｅ3-2x（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ2-xＳｅ3-2x（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ2Ｏ3等の化合物半導体を用いることができる。なお、窓層６２の厚みは、例えば０．０１〜０．２μｍとすればよい。
【００５０】
透明電極層６３の構成材料としては、例えば、酸化インジウム−スズ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ：Ｂ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ等を用いることができる。また、これらの材料からなる薄膜を複数層重ねて用いてもよい。なお、窓層６２上の透明電極層６３の厚みは、例えば０．４〜２μｍとすればよい。
【００５１】
なお、窓層６２の構成材料としてＣｄＳ又はＺｎ（Ｏ，Ｓ）を用いる場合において、上述した第２の窓層を設ける際は、第２の窓層の構成材料としてＺｎＯやＺｎＭｇＯ等を用いることができる。第２の窓層は、窓層６２の厚みが薄く、光吸収層６１を充分に被覆できない場合に、光吸収層６１と透明電極層６３との短絡を防止する効果がある。第２の窓層の厚みは、例えば０．０５〜０．２μｍとすればよい。
【００５２】
集積型太陽電池６は、端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板４を含むため、例えば発電効率を向上させることができる。なお、本実施形態では、電源デバイス用基板４を用いたが、前述した第１〜第３実施形態に係る電源デバイス用基板１〜３や、第５実施形態に係る電源デバイス用基板５を用いても、同様の効果が得られる。
【００５３】
次に、上述した第６実施形態に係る集積型太陽電池６の製造方法の一例について、図６を参照して説明する。
【００５４】
まず、ステンレス鋼からなる金属層１０上に、ｐ型半導体膜２１としてｐ型微結晶Ｓｉ膜を、ＳｉＨ4ガスとｐ型ドーパントのＢ2Ｈ6ガスとを用いてプラズマＣＶＤ法により堆積する。プラズマＣＶＤ法を用いることにより、金属層１０とｐ型半導体膜２１との間の密着性が良好となる。
【００５５】
次に、ｐ型半導体膜２１上に、ｎ型半導体膜２２としてｎ型微結晶Ｓｉ膜を、ＳｉＨ4ガスとｎ型ドーパントのＰＨ3ガスとを用いてプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【００５６】
続いて、ｎ型半導体膜２２上にＭｏ膜をスパッタ法により形成する。その後、レーザ光や線状のプラズマを照射することによって、Ｍｏ膜及びｎ型半導体膜２２を貫通する分割溝６４を形成する。この際、ｎ型半導体膜２２が分割溝６４により分割されて半導体膜２２ａ，２２ｂが形成され、同時にＭｏ膜が分割溝６４により分割されて、第１及び第２電極１２，１３が形成される。これにより、第４実施形態に係る電源デバイス用基板４が得られる。
【００５７】
続いて、第１及び第２電極１２，１３上、及び分割溝６４内に光吸収層６１を形成する。光吸収層６１の形成方法としては、例えば、独立したＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの蒸着源から同時に蒸発する蒸着法や、セレン化法（Iｂ族元素とIIIｂ族元素とからなる金属膜をスパッタ法により形成後、VIｂ族元素を含むガス（Ｈ2Ｓｅ等）の雰囲気下、前記金属膜を熱処理する方法）等を用いることができる。
【００５８】
その後、例えば、化学析出法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂａｔｈ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＢＤ）、蒸着法、スパッタ法等によって窓層６２を形成した後、メカニカルパターニング法等により窓層６２及び光吸収層６１を貫通する分割溝６５を形成する。
【００５９】
そして、窓層６２上及び分割溝６５内に、例えば、スパッタ法によって、透明電極層６３を形成した後、メカニカルパターニング法等により透明電極層６３、窓層６２及び光吸収層６１を貫通する分割溝６６を形成する。このようにして、集積型太陽電池６が得られる。
【００６０】
次に、上述した集積型太陽電池の一例（実施例）について、図６を参照しながら説明する。まず、基板１０として、厚み５０μｍのステンレス鋼を用意し、その上に、上述の方法で、ｐ型半導体膜２１としてｐ型微結晶Ｓｉ膜（厚み：２μｍ）を形成した。続いて、得られたｐ型半導体膜２１上に、ｎ型半導体膜２２としてｎ型微結晶Ｓｉ膜（厚み：０．５μｍ）を形成した。
【００６１】
続いて、得られたｎ型半導体膜２２上に、Ｍｏ膜（厚み：０．４μｍ）をスパッタ法で形成した。その後、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波レーザを用いて、Ｍｏ膜及びｎ型半導体膜２２を貫通する分割溝６４（溝幅：５０μｍ）を形成した。この際、Ｍｏ膜が分割溝６４により分割されて、第１及び第２電極１２，１３が形成される。なお、分割溝６４を形成する際、ｐ型半導体膜２１の一部を除去しても、電気絶縁性が良好な電源デバイス用基板が得られる。
【００６２】
続いて、第１及び第２電極１２、１３上、及び分割溝６４内に光吸収層６１として、ＣＩＧＳ膜（厚み：２μｍ）を蒸着法により形成した。その後、硫酸亜鉛とチオ尿素とアンモニアとを含む溶液中に、前記ＣＩＧＳ膜を形成した基板を浸漬し、化学析出法により窓層６２としてＺｎ（Ｏ，Ｓ）膜（厚み：０．０２μｍ）を形成した。その後、メカニカルパターニング法により、光吸収層６１及び窓層６２を貫通する分割溝６５（溝幅：１５０μｍ）を形成した。
【００６３】
そして、窓層６２上及び分割溝６５内に、スパッタ法によって、透明電極層６３としてＩＴＯ膜（厚み：０．６μｍ）を形成した後、メカニカルパターニング法により、透明電極層６３、窓層６２及び光吸収層６１を貫通する分割溝６６（溝幅：５０μｍ）を形成した。なお、作製した集積型太陽電池６は、２０個のユニットセルが全て直列接続した構成であった。
【００６４】
また、比較例として、ｐ型微結晶Ｓｉ膜及びｎ型微結晶Ｓｉ膜の代わりに、ゾルゲル法で形成したＳｉＯ2膜（厚み：２μｍ）を使用したこと以外は、上記と同様の方法で集積型太陽電池を作製した。
【００６５】
（評価）
上述した実施例の集積型太陽電池６に疑似太陽光（強度：１ｋＷ/ｍ2、エアマス１．５）を照射して、電流−電圧特性を測定した。その結果、最大効率における動作電流密度は３０ｍＡ/ｃｍ2となった。また、疑似太陽光を照射していない時（即ち、暗時）の金属層１０又はｐ型半導体膜２１を介した漏れ電流は、動作電流密度の約０．００３％であった。これに対し、比較例の集積型太陽電池を同様に評価したところ、最大効率における動作電流密度は２７ｍＡ/ｃｍ2であり、金属層又は電気絶縁層を介した漏れ電流は、動作電流密度の約１０％であった。
【００６６】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る固体電池（集積型リチウム電池）について説明する。参照する図７は、第７実施形態に係る集積型リチウム電池の断面図である。なお、図１Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６７】
図７に示すように、第７実施形態に係る集積型リチウム電池７は、上述した第１実施形態に係る電源デバイス用基板１と、電源デバイス用基板１上に形成された複数の薄膜積層体７０とを含む。各薄膜積層体７０は、第１及び第２電極１２，１３上に形成された集電用電極となる第１電極膜７１と、第１電極膜７１上に形成された正極となる第２電極膜７２と、第２電極膜７２上に形成された固体電解質膜７３と、固体電解質膜７３上に形成された負極となる第３電極膜７４と、第３電極膜７４と第２電極１３上に形成された第１電極膜７１（電極膜７１ｂ）とを連結する金属配線７５とを含む。なお、第３電極膜７４上に接続用電極膜（図示せず）を設けてもよい。
【００６８】
第１電極膜７１は、それぞれ第１及び第２電極１２，１３上に形成された電極膜７１ａ，７１ｂに分割されており、第２電極膜７２は、電極膜７１ａ及び第１電極１２と、電極膜７１ｂ及び第２電極１３との間に設けられた分割溝７６内にも形成されている。また、隣接する第３電極膜７４間には、分割溝７７が設けられている。そして、各薄膜積層体７０の第３電極膜７４と、電極膜７１ａ又は電極膜７１ｂとが金属配線７５により接続されて、複数のユニットセルが直列接続された集積型リチウム電池７が形成されている。
【００６９】
第１電極膜７１の構成材料としては、導電性が高く、第２電極膜７２を構成する電極材料との反応性が低い材料が好ましい。このような材料としては、例えば、Ｐｔ等が挙げられる。なお、第１電極膜７１の厚みは、例えば０．１〜１μｍとすればよい。
【００７０】
第２電極膜７２の構成材料としては、例えば、ＬｉＣｏＯ2を用いることができる。なお、第１電極膜７１上の第２電極膜７２の厚みは、例えば０．１〜１μｍとすればよい。
【００７１】
固体電解質膜７３の構成材料としては、例えば、リン酸リチウムオキシナイトライドガラス電解質（ＬｉＰＯＮ）を用いることができる。一般に、オキシナイトライドガラスは酸化物ガラスに比べ化学的・熱的安定性に優れている上、フレキシビリティーが高いという特徴がある。なお、固体電解質膜７３の厚みは、例えば１〜１０μｍとすればよい。
【００７２】
第３電極膜７４の構成材料としては、例えば、Ｌｉを用いることができる。なお、第３電極膜７４の厚みは、例えば０．５〜３μｍとすればよい。
【００７３】
第３電極膜７４上に接続用電極膜を設ける場合、接続用電極膜の構成材料としては、第３電極膜７４の構成材料との反応性が低く、導電性の高い金属であれば特に限定されず、例えばＰｔ等を使用することができる。なお、接続用電極膜の厚みは、例えば０．１〜１μｍとすればよい。
【００７４】
金属配線７５の構成材料としては、例えば、ＡｕやＡｌ等からなるワイヤーを用いることができる。なお、金属配線の径は、例えば、０．０５〜０．５ｍｍとすればよい。
【００７５】
集積型リチウム電池７は、端子間の電気絶縁性が高い電源デバイス用基板１を含むため、例えば発電効率を向上させることができる。なお、本実施形態では、第１実施形態に係る電源デバイス用基板１を用いたが、前述した第２〜第５実施形態に係る電源デバイス用基板２〜５を用いても同様の効果が得られる。
【００７６】
次に、上述した第７実施形態に係る集積型リチウム電池７の製造方法の一例について、図７を参照して説明する。
【００７７】
まず、ステンレス鋼からなる金属層１０上に、半導体層１１としてｎ型微結晶ＳｉＣ膜を、ＳｉＨ4ガスとＣＨ4ガスとｎ型ドーパントのＰＨ3ガスとを用いてプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【００７８】
続いて、半導体層１１上にＴｉ膜をスパッタ法により形成する。続いて、Ｔｉ膜上にＰｔ膜をスパッタ法により形成する。その後、エッチングやレーザ光の照射により、Ｐｔ膜及びＴｉ膜を貫通する分割溝７６を形成する。この際、Ｔｉ膜が分割溝７６により分割されて、第１及び第２電極１２，１３が形成され、第１実施形態に係る電源デバイス用基板１が得られる。また、同時にＰｔ膜が分割溝７６により分割されて、電極膜７１ａ，７１ｂからなる第１電極膜７１が形成される。
【００７９】
続いて、第１電極膜７１上、及び分割溝７６内に第２電極膜７２を形成する。第２電極膜７２の形成方法としては、例えば、パルスレーザ堆積法でＬｉＣｏＯ2を堆積する方法が例示できる。
【００８０】
その後、第２電極膜７２上に、例えばスパッタ法でＬｉＰＯＮを堆積して固体電解質膜７３を形成した後、大気中、２００℃で１０分間熱処理する。
【００８１】
続いて、固体電解質膜７３上に、例えばＬｉを蒸着して第３電極膜７４を形成した後、メカニカルパターニング法等により第３電極膜７４、固体電解質膜７３及び第２電極膜７２を貫通する分割溝７７を形成する。そして、第３電極膜７４と、電極膜７１ａ又は電極膜７１ｂとを金属配線７５により接続して、集積型リチウム電池７が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の電源デバイス用基板は、例えば薄膜状に形成することができるため、軽量な電源デバイス用の基板や、フレキシブルな電源デバイス用の基板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源デバイス用基板の説明図で、Ａは、第１実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図であり、Ｂは、第１実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電源デバイス用基板の説明図で、Ａは、第２実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図であり、Ｂは、第２実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る電源デバイス用基板の説明図で、Ａは、第５実施形態に係る電源デバイス用基板の断面図であり、Ｂは、第５実施形態に係る電源デバイス用基板に形成されるダイオードを示す概略回路図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る太陽電池（集積型太陽電池）の断面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る固体電池（集積型リチウム電池）の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，２，３，４，５  電源デバイス用基板
６      集積型太陽電池（太陽電池）
７      集積型リチウム電池（固体電池）
１０    金属層
１１，２０，３０  半導体層
１２    第１電極
１３    第２電極
２１    ｐ型半導体膜
２２    ｎ型半導体膜
２２ａ，２２ｂ  半導体膜
３１    ｉ型半導体膜
５０    介在半導体膜
６０，７０  薄膜積層体
６１    光吸収層
６２    窓層
６３    透明電極層
６４，６５，６６，７６，７７  分割溝
７１    第１電極膜
７１ａ，７１ｂ  電極膜
７２    第２電極膜
７３    固体電解質膜
７４    第３電極膜
７５    金属配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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