(57)【要約】【課題】太陽電池等に用いられる、金属基材と、Ａｌ層と、Ａｌを陽極酸化してなる絶縁層とを有する基板であって、各層のクラックの発生や剥離を抑制することができ、良好な絶縁特性を維持および可撓性を維持できる基板、および、この基板を用いる半導体装置を提供する。【解決手段】基材とＡｌ層との間に厚さが０．０１〜１０μｍの合金層が存在し、さらに、前記アルミニウム層の厚さが、１μｍ以上で、かつ、前記金属基材の厚さ以下であることにより、前記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、この金属基材の少なくとも一面に設けられたアルミニウム層と、このアルミニウム層の表面を陽極酸化してなる絶縁層とを有し、
前記金属基材とアルミニウム層との界面に、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層が存在し、
さらに、前記アルミニウム層の厚さが、１μｍ以上で、かつ、前記金属基材の厚さ以下であることを特徴とする絶縁性金属基板。
【請求項２】
前記金属基材が、鋼、鉄基合金鋼およびＴｉのいずれかである請求項１に記載の絶縁性金属基板。
【請求項３】
前記合金層が、ＡｌＸ3（Ｘは、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉの１以上）で示される組成の合金を主成分とする請求項２に記載の絶縁性金属基板。
【請求項４】
前記絶縁層が、ポーラス構造を有するアルミニウムの陽極酸化膜である請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項５】
前記金属基材にアルミニウム板を加圧接合することにより、前記金属基材の少なくとも一面にアルミニウム層を設ける請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項６】
前記金属基材の厚さが１０〜１０００μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項７】
前記絶縁層の厚さが、０．５〜５０μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁性金属基板と、
この絶縁性金属基板の表面に、複数、配列された半導体素子とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子が、直列接合された光電変換素子である請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子が、カルコパイライト型結晶構造を有する化合物半導体からなる光吸収層を有する請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記光電変換素子がＭｏ製の下部電極を有し、前記化合物半導体が、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素、およびVIｂ族元素からなる少なくとも１種の化合物半導体である請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記Ｉｂ族元素が、ＣｕおよびＡｇの少なくとも一方であり、
前記IIIｂ族元素が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種の元素であり、
前記VIｂ族元素が、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択された少なくとも１種の元素である請求項１１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁特性に優れる絶縁性金属基板、および、この基板を利用する太陽電池等の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉ、あるいは薄膜のアモルファスＳｉを用いたＳｉ系太陽電池が主流であったが、近年では、Ｓｉに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発が行われている。
化合物半導体系の太陽電池としては、ＧａＡｓ等のIII−VI系と、ＣｄＴｅ等のII−VI系と、ＣＩＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ）やＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）等のI−III−VI系とが知られている。ＣＩＳおよびＣＩＧＳは、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。
【０００３】
現在、太陽電池用の基板としてはガラス基板が主に使用されているが、可撓性を有する金属基板を用いることが検討されている。
金属製の基板を用いた化合物薄膜太陽電池は、基板の軽量性および可撓性（フレキシビリティー）という特徴から、通常のガラス基板を用いたものに比較して、広い用途に適用できる可能性がある。さらに、金属製の基板は高温プロセスにも耐え得るという点で、高温での光吸収層の成膜が可能であり、これにより、光電変換特性が向上し太陽電池の高効率化が期待できる。
【０００４】
ところで、太陽電池（モジュ−ル）は、同一基板上で太陽電池セルを直列接続し集積化することで、モジュールとしての効率を向上できる。この際に、金属基板を用いる場合には、金属基板上に絶縁層を形成し、光電変換を行う半導体回路層を設ける必要がある。
【０００５】
例えば、特許文献１には、太陽電池の基板として、ステンレス等の鉄系素材を用い、ＣＶＤ等の気相法やゾルゲル法等の液相法によりＳｉやＡｌの酸化物を被覆し絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、これらの手法は、製法的にピンホールやクラックを発生し易く、大面積の薄膜絶縁層を安定に作製する手法としては、本質的な課題を抱えている。
【０００６】
これに対し、Ａｌ（アルミニウム）の場合には、その表面に陽極酸化被膜（ＡＡＯ）を形成することにより、ピンホールが無く密着性良好な絶縁被膜が得られる。
そのため、特許文献２に記載されるように、Ａｌ基板の表面に、絶縁層として陽極酸化膜を形成してなる基板を用いる太陽電池モジュールが、盛んに研究されている。
【０００７】
ここで、非特許文献１に記載されるように、Ａｌの表面に形成した陽極酸化被膜は、１２０℃以上に加熱するとクラックが発生することが知られている。
ところが、化合物半導体系の光吸収層、特に、光吸収層がＣＩＧＳ化合物系半導体の光吸収層の場合、高品質な光電変換効率を得る為には、成膜温度が高温である方が良く、一般的に、成膜温度は５００℃以上となる。
【０００８】
そのため、化合物半導体系の光吸収層を有する太陽電池の基板として、Ａｌの陽極酸化膜を絶縁層として有する基板を用いると、光吸収層の成膜時や、成膜後の冷却の過程で陽極酸化膜のラックや剥離等を生じてしまう。
一度クラックが発生すると、絶縁性、特に、リーク電流が増大してしまい、満足な光変換効率が得られず、また、絶縁破壊等を生じてしまうという問題がある。
【０００９】
加えて、Ａｌは２００℃程度で軟化する為、この温度以上を経験したＡｌ基板は、極めて強度が小さく、クリープ変形や座屈変形といった永久変形（塑性変形）を生じ易い。
そのため、Ａｌ基板を用いた太陽電池は、その製造時も含め、ハンドリングに厳しい制限が必要である。これは、Ａｌ基板を用いた太陽電池の屋外用太陽電池などへの適用を、困難なものにしている。
【００１０】
これに対して、特許文献３には、ステンレス、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、鉄合金等の金属基板の表面に、アルミニウムなどの陽極酸化が可能な金属からなる層を中間層として設け、この中間層を陽極酸化した被膜を絶縁層とする、耐熱性絶縁基板が記載されている。このような構成を有することにより、ある程度、耐熱性を具備し絶縁性の金属基板を得ることが可能である。
しかしながら、非特許文献２に記載されるように、鋼基材にＡｌ層を形成してなる金属材料は、５００℃程度の加熱で、Ａｌ層と鋼基材との界面に脆弱な金属間化合物（ＩＭＣ（Inter Metallic Compound））が生成し、この金属間化合物によって、Ａｌと鋼基材との界面強度が低下し剥離してしまうことも、知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３３９０８１号公報
【特許文献２】特開２０００−４９３７２号公報
【特許文献３】特開２００９−１３２９９６号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】茅島正資、莚正勝、東京都立産業技術研究所、研究報告、第３号２０００年1２月、ｐ２１
【非特許文献２】S.K.Mannan, V.Seetharaman and V.S.Raghunathan, Materials Science and Engineering, Vol 60 (1983)p79-86
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述のように、現在検討されている化合物半導体を光吸収層として用いる場合、高い光電変換効率を得るためには、光吸収層の成膜温度を高温にすることが要求される。この成膜温度は、一般的には５００℃以上が適しており、高温である方が、有利である。
そのため、鋼基材にＡｌ層を積層してなる基板では、Ａｌ層と鋼基材との界面に形成される金属間化合物に起因する界面強度の低下等の問題があり、現状では、このような太陽電池に用いる絶縁層付き金属基板としては、満足なものは存在しない。
【００１４】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、高温での半導体回路の製造工程、例えば、化合物半導体からなる光吸収層を有する薄膜太陽電池における光吸収層の成膜などの製造工程を経た後でも、良好な絶縁特性と機械的強度、および、可撓性を有する絶縁性金属基板を提供することにある。特に太陽電池等の大面積の半導体装置において、ロール・ツー・ロールの製造が可能である、フレキシブルな絶縁性金属基板、および、この絶縁性金属基板を利用する、太陽電池モジュール等の半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の絶縁性金属基板は、金属基材と、この金属基材の少なくとも一面に設けられたアルミニウム層と、このアルミニウム層の表面を陽極酸化してなる絶縁層とを有し、前記金属基材とアルミニウム層との界面に、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層が存在し、さらに、前記アルミニウム層の厚さが、１μｍ以上で、かつ、前記金属基材の厚さ以下であることを特徴とする絶縁性金属基板を提供する。
【００１６】
このような本発明の絶縁性金属基板において、前記金属基材が、鋼、鉄基合金鋼およびＴｉのいずれかであるのが好ましく、また、前記合金層が、ＡｌＸ3（Ｘは、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉの１以上）で示される組成の合金を主成分とするのが好ましい。
また、前記絶縁層が、ポーラス構造を有するアルミニウムの陽極酸化膜であるのが好ましく、また、前記金属基材にアルミニウム板を加圧接合することにより、前記金属基材の少なくとも一面にアルミニウム層を設けるのが好ましく、また、前記金属基材の厚さが１０〜１０００μｍであるのが好ましく、さらに、前記絶縁層の厚さが、０．５〜５０μｍであるのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、前記本発明の絶縁性金属基板と、この絶縁性金属基板の表面に、複数、配列された半導体素子とを有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１８】
このような本発明の半導体装置において、前記半導体素子が、直列接合された光電変換素子であるのが好ましく、また、前記光電変換素子が、カルコパイライト型結晶構造を有する化合物半導体からなる光吸収層を有するのが好ましく、また、前記光電変換素子がＭｏ製の下部電極を有し、前記化合物半導体が、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素、およびVIｂ族元素からなる少なくとも１種の化合物半導体であるのが好ましく、さらに、前記Ｉｂ族元素が、ＣｕおよびＡｇの少なくとも一方であり、前記IIIｂ族元素が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種の元素であり、前記VIｂ族元素が、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択された少なくとも１種の元素であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成を有する本発明の絶縁性金属基板および半導体装置は、例えば、太陽電池モジュールの製造工程において、５００℃以上の成膜温度でのＣＩＧＳ等の化合物半導体系の光吸収層の成膜等を含む製造工程を経て、太陽電池モジュールを完成した後における、金属基材とアルミニウム層との間に、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層を有する。
そのため、金属基材とアルミニウム層との間において、Ａｌ層の剥離や亀裂、また、これに起因する絶縁層の剥離や亀裂を生じることがない。
これにより、本発明の絶縁性金属基板は、良好な絶縁特性と機械的強度、および、可撓性を得ることができる。また、これを利用する本発明の半導体装置は、絶縁性の低下に起因する性能劣化や、基板の強度低下に起因する機械的強度の低下等を抑制した、好適な特性を有するものである。
【００２０】
また、本発明によれば、前述のように、５００℃以上の工程を経ても、高い絶縁性および高い強度を維持することができる。すなわち、温度が５００℃以上の高温での製造工程が可能であり、５００℃以上の成膜温度で化合物半導体からなる光吸収層を成膜できる。
光吸収層を構成する化合物半導体は、高温で形成した方が、光電変換特性を向上させることができる。そのため、本発明によれば、５００℃以上の温度で成膜して、光電変換特性を向上させた光吸収層を有する太陽電池を得ることができる。
しかも、温度が５００℃以上の高温での製造工程を含む場合でも、基板の十分な強度が確保できるので、製造時のハンドリング等に制限をなくすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の絶縁性金属基板を利用する太陽電池の一例を概念的に示す図である。
【図２】合金層を生成する前の絶縁性金属基板の一例を概念的に示す図である。
【図３】（Ａ）は、基材にＡｌ層を設けた金属材において、金属間化合物の厚さが１０μｍとなる熱処理条件で、（Ｂ）は、同金属間化合物の厚さが５μｍとなる熱処理条件である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、基板の断面を撮影した写真を画像処理して出力した図である。
【図５】（Ｅ）は、基板の断面を撮影した写真を画像処理して出力した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面に示す好適実施例を元に、本発明の絶縁性金属基板および半導体装置について、詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の絶縁性基板を利用する本発明の半導体装置を、太陽電池モジュールに利用した一例を概念的に示す断面図である。
図１に示す太陽電池モジュール３０（以下、太陽電池３０とする）は、絶縁性金属基板１０の上に、下部電極３２、光吸収層３４、バッファ層３６、および、上部電極３８からなる薄膜太陽電池（太陽電池セル）４０を、複数、直列接合してなる、モジュール型の太陽電池である。また、薄膜太陽電池４０の配列方向の両端部の下部電極３２の上には、直列接合された薄膜太陽電池４０が発電した電力を外部に取り出すための、第１の導電部材４２および第２の導電部材４４が形成される。
【００２４】
太陽電池３０において、絶縁性基板１０（以下、基板１０とする）は、本発明の絶縁性基板であり、金属基材１２と、Ａｌ（アルミニウム）層１４と、絶縁層１６とから構成される。絶縁層１６は、Ａｌ層１４の表面を陽極酸化してなる、Ａｌの陽極酸化膜である。
また、本発明の基板１０においては、金属基材１２とＡｌ層１４との間に、合金層２０が生成されている。
本発明の基板１０（太陽電池３０（半導体装置））は、Ａｌ層１４の厚さが、１μｍ以上かつ金属基材１２の厚さ以下で、また、合金層２０の厚さが、０．０１〜１０μｍである。この点に関しては、後に詳述する。
【００２５】
図２に、合金層２０を生成する前の基板１０の一例の断面図を概念的に示す。
金属基材１２（以下、基材１２とする）は、本発明の基板１０の基体となるものであり、例えば、平板状の金属板である。
【００２６】
基材１２の材料には特に限定はなく、各種の金属材料が利用可能であるが、好ましくは、鋼、鉄基合金鋼、およびＴｉ（Ｔｉ合金を含む）が例示される。なお、鉄基合金鋼とは、主構成元素がＦｅである合金鋼を意味する。
具体的には、基材１２の形成材料は、絶縁基板部分および半導体装置の全体の層構成と材料特性から応力計算結果により、適宜、選択できる。線膨張係数の制御等を考慮すると、好ましい鋼基材としては、オーステナイト系ステンレス鋼（線膨張係数：１７×１０-6/℃）、炭素鋼（同：１０．８×１０-6/℃）、フェライト系ステンレス鋼（同：１０．５×１０-6/℃）、４２インバー合金やコバール合金（同：５×１０-6/℃）、３６インバー合金（同：＜１×１０-6/℃）等が挙げられる。また、Ｔｉ材としては、Ｔｉ（同：９．２×１０-6/℃）を用いることができるが、純Ｔｉに限らず、展伸用合金であるＴｉ−６Ａｌ−４ＶやＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎについても、線膨張係数がＴｉとほぼ同様であるので、好ましく利用可能である。
【００２７】
基材１２の厚さには、特に限定はなく、太陽電池３０（半導体装置）の製造プロセス、および稼働時に要求されるハンドリング性（強度および可撓性）に応じて、適宜、設定すればよい。
この点を考慮すると、基材１２の厚さは、１０〜１０００μｍであるのが好ましい。
【００２８】
また、基材１２の強度にも、特に限定はないが、塑性変形をしない弾性限界応力を有する程度の強度が必要である。この点を考慮すると、基材１２の機械加工度と調質にもよるが、基材１２は、０．２％耐力値が室温で２５０〜９００ＭＰａであるのが好ましい。なお、太陽電池３０の製造時に高温のプロセスが有る場合には、０．２％耐力の温度依存性も重要であり、前述のように、鋼やＴｉは、５００℃で室温の７０％程度の耐力を維持する。これにより、基板１０が、光吸収層の成膜温度である５００℃の熱履歴を受けた場合でも、塑性変形をしない弾性限界応力が確保できる。
０．２％耐力値や、その温度依存性は、「鉄鋼材料便覧（日本金属学会、日本鉄鋼協会編、丸善株式会社）」に記載されている。
【００２９】
なお、基材１２の強度の指針としては、降伏応力も利用可能である。
応力計算に必要なＡｌと、鋼等のヤング率、および、その温度依存性は、「ステンレス鋼便覧第３版（ステンレス協会編、日刊工業新聞社）」に記載されている。
【００３０】
基材１２の表面には、Ａｌ層１４が設けられる。
なお、本発明においては、両者の界面に合金層２０が生成されている。この合金層２０に関しては、後に詳述する。
【００３１】
Ａｌ層１４は、Ａｌを主成分とする層で、ＡｌやＡｌ合金が、各種、利用可能である。特に、不純物の少ない、９９質量％以上の純度のＡｌであることが好ましい。純度としては、例えば、９９．９９質量％Ａｌ、９９．９６質量％Ａｌ、９９．９質量％Ａｌ、９９．８５質量％Ａｌ、９９．７質量％Ａｌ、９９．５質量％Ａｌ等が好ましい。
また、高純度Ａｌではなくても、工業用Ａｌも利用可能である。工業用Ａｌを用いることにより、コストの点で有利である。ただし、絶縁層１６の絶縁性の点で、Ａｌ中にＳｉが析出していないことが、重要である。
【００３２】
本発明の基板１０においては、基材１２の上に形成されるＡｌ層１４の表面に、Ａｌを陽極酸化してなる絶縁層１６が形成される。
ここで、前述の非特許文献１にも示されるように、Ａｌの表面に形成したＡｌの陽極酸化被膜は、１２０℃以上に加熱するとクラックが発生する。
【００３３】
このＡｌ層上の陽極酸化膜にクラックが生じる原因は、Ａｌの線膨張係数（線熱膨張係数）が陽極酸化膜の線膨張係数よりも大きいことにあると考えられる。
すなわち、Ａｌの線膨張係数は２３×１０-6／℃である。これに対し、Ａｌの陽極酸化膜の線膨張係数の正確な数値は不明であるが、その値は酸化アルミニウム（αアルミナ）に近く７×１０-6／℃程度と推定される。この点を考慮すると、約１６×１０-6／℃という大きな線膨張係数差に起因する応力に陽極酸化膜が耐えきれないため、上述のようにＡｌ材上の陽極酸化膜にクラックが生じると考えられる。
【００３４】
そのため、Ａｌ材の表面を陽極酸化してなる絶縁層を有する基板を用いる太陽電池では、５００℃以上の成膜温度を要求される化合物半導体からなる光吸収層の成膜時に、加熱によって絶縁層にクラックや剥離が生じてしまい、十分な絶縁性能が得られない。
【００３５】
これに対し、本発明においては、基板全体の強度および線膨張係数を基材１２が担い、また、基材１２とＡｌの陽極酸化膜である絶縁層１６との微小な熱膨張差に起因する応力を、基材１２および絶縁層１６に比してヤング率の小さいＡｌ層１４を介在させる事で吸収する。これにより、線膨張係数の差に起因する絶縁層１６すなわちＡｌの陽極酸化被膜のクラックを抑制することができる。
また、Ａｌの室温での耐力は３００ＭＰａ以上であるものの、５００℃では、その耐力は室温の１／２０以下に低下する。これに対し、鋼やＴｉ等の耐力は、５００℃でも室温の７０％程度は維持される。従って、高温時の基板１０の弾性応力限界や熱膨張は、基材１２が支配的となる。すなわち、基板１０を、Ａｌ層１４と基材１２とを組み合わせて構成することにより、５００℃以上の高熱を経験しても、十分な基板１０の剛性を確保することができる。また、５００℃以上の高温での製造工程を含む場合でも、基板の十分な剛性が確保できるので、製造時のハンドリング等に制限を無くすことが可能となる。
【００３６】
本発明においては、Ａｌ層１４の厚さは、太陽電池３０（半導体装置）となった状態において、１μｍ以上で、かつ、基材１２の厚さ以下である。
なお、このＡｌ層１４の厚さは、後述する合金層２０の厚さと同様に、基板１２（絶縁性金属基板）の断面のおける平均的な厚さを意味する。
【００３７】
Ａｌ層１４の厚さが、１μｍ未満では、十分な応力緩和の効果を得ることができない。また、Ａｌ層１４が１μｍ未満であると、後述する合金層２０が、部分的に、直接、絶縁層１６（Ａｌの陽極酸化膜）と接する場合も生じ、此処が絶縁層１６の被膜破壊の起点となってしまう。
逆に、Ａｌ層１４が厚すぎると、高温を経験した際に残留反りが大きくなり、その後の太陽電池３０（半導体装置）の製造工程に支障をきたす。また、太陽電池３０の材料コストの点でも不利である。残留反りは、熱膨張主体である基材１２のヤング率と、Ａｌの高温軟化特性によっても異なるが、Ａｌ層１４の厚さが基材１２の厚の厚さ以内なら反りは小さく、また、多少の反りが生じても基材１２自体の曲げ剛性が小さいので、その後の製造工程に支障を来さない。
【００３８】
ここで、Ａｌ層１４の厚さは、Ａｌ表面の前処理、陽極酸化による絶縁層１６の形成、光吸収層３４の成膜時のＡｌ層１４と基材１２との界面における合金層２０の生成等によって、減少する（Ａｌが消耗する）。
従って、後述するＡｌ層１４の形成時における厚さは、これらに起因する厚さ減少を見越して、太陽電池３０となった状態で、基材１２と絶縁層１６との間に、１μｍ以上で、かつ、基材１２よりも薄いＡｌ層１４が残存している厚さとすることが、重要である。
【００３９】
Ａｌ層１４の上（基材１２と反対側面）には、絶縁層１６が形成される。絶縁層１６は、Ａｌ層１４の表面を陽極酸化してなる、Ａｌの陽極酸化膜である。
ここで、絶縁層１６は、Ａｌを陽極酸化してなる各種の膜が利用可能であるが、後述する、酸性電解液によるポーラス型の陽極酸化膜であるのが好ましい。この陽極酸化膜は、数１０ｎｍの細孔を有する酸化アルミナ皮膜であり、被膜ヤング率が低いことにより、曲げ耐性や高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高い物となる。
【００４０】
絶縁層１６の厚さは２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。絶縁層１６の厚さが過度に厚い場合、可撓性が低下すること、および絶縁層１６の形成に要するコスト、時間がかかるため好ましくない。現実的には、絶縁層１６の厚さは、最大５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。このため、絶縁層１６の好ましい厚さは、２〜５０μｍである。
また、絶縁層１６の表面１８ａの表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで１μｍ以下であり、好ましくは、０．５μｍ以下、より好ましくは、０．１μｍ以下である。
【００４１】
なお、基板１０は、基材１２、Ａｌ層１４および絶縁層１６の全てを可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとすることにより、基板１０全体として、フレキシブルなものになる。これにより、例えば、ロール・ツー・ロール方式で、基板１０の絶縁層１６側に、下部電極３２、光吸収層３４、上部電極３６等を形成することができる。
本発明においては、１回のロール巻出から巻取までの間に、複数の層を連続して製膜することにより太陽電池構造を作製してもよいし、ロール巻出、製膜、巻取の工程を複数回行うことによって太陽電池構造を形成してもよい。また、後述するように、各成膜工程の合間に素子を分離、集積させるためのスクライブ工程をロール・ツー・ロール方式に加えることで、複数の太陽電池を電気的に直列接続させた太陽電池を作製することができる。
【００４２】
以下、本発明の基板１０（合金層２０の形成前＝図２に示す複合材）の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、基材１２を準備する。この基材１２は、形成する基板１０の大きさにより、所定の形状および大きさに形成されている。
次に、基材１２の表面に、Ａｌ層１４を形成する。基材１２の表面に、Ａｌ層１４を形成する方法としては、基材１２とＡｌ層１４との密着性が確保できる一体化結合ができていれば、特に限定されるものではない。一例として、蒸着法やスパッタ法等の気相法、非水電解液を用いた電気Ａｌメッキ法、溶融Ａｌに浸漬する溶融メッキ法、表面清浄化後の加圧接合法等を用いることができる。なお、溶融メッキ法を用いてＡｌ層１４を形成する場合には、基板１２とＡｌ層１４との界面に、厚さが１０μｍを超える、厚い合金層２０が形成される可能性が高いので、合金層２０の厚さに注意が必要である。
Ａｌ層１４の形成法としては、コストや量産性などの点から、ロール圧延等による加圧接合が好ましい。
【００４４】
次に、Ａｌ層１４の表面を陽極酸化して、絶縁層１６を形成する。これにより、基板１０が得られる。
【００４５】
Ａｌの陽極酸化は、公知の方法が、各種、利用可能である。以下、絶縁層１６である陽極酸化膜の形成方法について、一例を説明する。
前述のように、絶縁層１６はＡｌ層１４の表面を陽極酸化してなる陽極酸化膜である。陽極酸化膜は、基材１２を陽極として、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することにより陽極酸化膜を形成することができる。
このとき、基材１２が電解液に接触すると、Ａｌ層１４と局部電池を形成するため、電解液に接触する基材１２を絶縁しておく必要がある。すなわち、Ａｌ層１４の表面以外の基材１２の端面および裏面（Ａｌ層１４形成面の逆面）を、マスキングフィルム等を用いて絶縁しておく必要がある。
【００４６】
なお、陽極酸化処理前には、必要に応じて、Ａｌ層１４の表面に、アルカリ等を用いた洗浄処理、機械研磨や電解研磨などの研磨平滑化処理等を施してもよい。
【００４７】
陽極酸化時の陰極としてはカーボンまたはＡｌ等が使用される。
電解液には、特に限定はなく、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、およびアミドスルホン酸等の酸を、１種または２種以上含む酸性電解液を用いるのが好ましい。特に、硫酸、リン酸、シュウ酸、またはこれらの混合液が好ましい。
陽極酸化条件は、使用する電解質の種類にもより、特に限定されるものではない。陽極酸化条件としては、例えば、電解質濃度１〜８０質量％、液温５〜７０℃、電流密度０．００５〜０．６０Ａ／ｃｍ2、電圧１〜２００Ｖ、電解時間３〜５００分の範囲である。
【００４８】
陽極酸化処理時には、Ａｌ層１４の表面から略垂直方向に酸化反応が進行し、Ａｌ層１４の表面に陽極酸化膜が生成される。上述の酸性電解液を用いた場合、陽極酸化膜は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列し、各微細柱状体の中心部には丸みを帯びた底面を有する微細孔が形成され、微細柱状体の底部にはバリヤ層（通常、厚さ０．０２〜０．１μｍ）が形成されたポーラス型となる。
このようなポーラス構造を有する陽極酸化膜は、曲げ耐性および高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高いものであるのは、前述のとおりである。
【００４９】
なお、バリヤ層の層厚を厚くする目的で、酸性電解液でポーラスな陽極酸化膜を生成した後に、中性電解液で再電解処理する、ポアフィリング法を利用してもよい。バリヤ層を厚くすることにより、より絶縁性の高い被膜とすることができる。
また、このようなＡｌの陽極酸化において、このような酸性電解液を用いず、ホウ酸等の中性電解液で電解処理すると、ポーラスな微細柱状体が配列した陽極酸化膜でなく緻密な陽極酸化膜（非ポーラスな酸化アルミニウム単体膜）となる。
【００５０】
絶縁層１６である陽極酸化膜の好ましい厚さは、上述のように、２〜５０μｍである。この厚さは、定電流電解、定電圧電解の電流、電圧の大きさおよび電解時間により制御可能である。
また、陽極酸化処理については、例えば、公知のいわゆるロール・ツー・ロール方式の陽極酸化処理装置により行うことができる。
【００５１】
陽極酸化処理後に、マスキングフィルムを剥がす。これにより、基板１０を作製することができる。なお、合金層２０の形成に関しては、後に詳述する。
【００５２】
前述のように、図１に示す太陽電池３０は、このような基板１０の上に、下部電極３２、光吸収層３４、バッファ層３６、および、上部電極３８からなる薄膜太陽電池（太陽電池セル）４０を、複数、直列接合してなる、太陽電池モジュール（モジュール型の太陽電池）である。
また、前述のように、基板１０は、基本的に、基材１２と、Ａｌ層１４と、絶縁層１６とから構成されるものであり、かつ、基材１２とＡｌ層１４との間に、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層２０が形成される。本発明の基板１０（太陽電池３０（半導体装置））は、このような合金層２０を有することにより、Ａｌ層１４や絶縁層１６の亀裂や剥離等を好適に抑制して、絶縁特性や機械的強度に優れ、ロール・ツー・ロール等での製造が可能な基板１０、および、太陽電池３０等の半導体装置を実現したものである。
【００５３】
後の実施例でも示すが、本発明の基板１０において、基材１２とＡｌ層１４との界面に生成される合金層２０は、基材１２の種類に応じたＡｌ合金からなる層で、主に金属間化合物（ＩＭＣ（Inter Metallic Compound））からなる層であると推定される。具体的には、基材１２が鉄である場合にはＡｌ3Ｆｅ、基材１２がＴｉである場合にはＡｌ3Ｔｉ、基材１２が合金鋼である場合にはＡｌ3ＦｅのＦｅサイトに合金元素が固溶したものであると、それぞれ推定される。
ここで、何れの基材１２であっても、合金層２０の生成（成長）によって、Ａｌ層１４は減少はするが、基材１２は、殆ど減少しない。
【００５４】
このような合金層２０が全く存在しないと、基材１２とＡｌ層１４との界面密着性に乏しく、ロール・ツー・ロールの製造工程時や、半導体装置の使用時に熱サイクルや曲げ歪が加わった際に、基材１２とＡｌ層１４が界面剥離を生じたり、これに起因する絶縁層の剥離や亀裂を生じることとなる。
逆に、合金層２０が厚すぎると、合金層２０を主に形成する金属間化合物が脆性であることや、厚い合金層２０の形成に伴ない、合金層２０とＡｌ層１４との間に、ボイド（空隙）や界面クラックを生じることとなり、界面剥離や絶縁機能の喪失をもたらす。
【００５５】
本発明者の検討によれば、以上の不都合を回避し、合金層２０を有することの効果を好適に発現するためには、合金層２０は、厚さを０．０１μｍ以上とする必要が有る。また、同様の理由で、合金層２０は、厚さを１０μｍ以下とする必要が有り、特に、５μｍ以下であるのが好ましい。
なお、本発明の半導体装置においては、合金層２０の厚さとは、太陽電池３０等の半導体装置が完成した時点での厚さを示す。
【００５６】
すなわち、合金層２０の厚さを０．０１〜１０μｍとすることにより、合金層２０を有することによる界面密着性を好適に確保できると共に、合金層２０に起因して、ボイド等が発生した際にも、絶縁特性を好適に確保することができ、かつ、界面剥離やカールの発生等も好適に抑制できる。特に、合金層２０の厚さを０．０１〜５μｍとすることにより、ボイド等の生成を、より好適に抑制でき、より確実に、界面剥離やカールの発生、これに起因する絶縁性能の低下を抑止できる。
なお、後に実施例でも示すが、合金層２０が薄い場合には、合金層２０は、基材１２とＡｌ層１４との界面に、島状に生成される場合も多い。このような島状の合金層２０でも、このような合金層２０を有する効果は、好適に発現される。
【００５７】
なお、本発明において、合金層２０の厚さとは、基板１２（絶縁性金属基板）の断面における平均的な厚さを意味する。また、基板１２の断面の平均厚さは、基板１２の断面を観測することで測定すればよい。
具体的には、後述する実施例で示すように、基板１２（太陽電池３０等の半導体装置）を切断して基板１２の断面を出し、この断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で撮影して、撮影像における合金層２０の面積を画像解析によって測定し、観察視野の長さで除することで、合金層２０の厚さを求める。
また、前述のように、合金層２０が薄い場合には、合金層２０は基材１２とＡｌ層１４との界面に、島状に生成される。この際にも、合金層２０の厚さは、各島毎の厚さではなく、上述のような平均的な厚さとすればよい。
【００５８】
ここで、図４にも示されるように、合金層２０の厚さは、均一ではなく、合金層２０は、多少の凹凸を有する状態となっている。
しかしながら、合金層２０は、このような多少の凹凸が認められるものの、略均一に成長するのが通常であり、また、ファセット状の成長やウィスカー状の成長のように、基材１２およびＡｌ層１４のいずれかに大きく食い込むような異状成長は、発生しない。従って、上記のような撮影画像を用いる測定方法で、合金層２０の厚さを正確に測定できる。
【００５９】
合金層２０の形成方法としては、前述のように基材１２の表面にＡｌ層１４を形成した後に、この複合材を熱処理する方法が例示される。あるいは、図２に示すような基材１２、Ａｌ層１４および絶縁層１６を有する複合材を作製した後に、熱処理を行って、合金層２０を形成してもよい。
また、上記複合材の基材１２とＡｌ層１４との間で、ある程度の密着性が確保されている場合には、上記複合材の熱処理による合金層２０の形成に変えて（あるいは加えて）、後述する光吸収層３４の成膜等、基板作製後の半導体素子部分の製造における高温工程を、合金層２０の形成工程を兼ねる工程としてもよい。
【００６０】
ここで、合金層２０の厚さは、基材１２の材料と、Ａｌとの反応性によって異なるが、基板１０が経験する熱履歴（温度と時間）によって、略一義的に決まる。
従って、基板１２とＡｌ層１４との組み合わせに応じて、合金層２０の厚さが０．０１〜１０μｍ（好ましくは０．０１〜５μｍ）の範囲の所望の厚さとなる熱処理条件（保持温度と保持時間＝熱履歴）を、予め実験やシミュレーションで調べておき、これに応じて、前述のような複合材の熱処理を行えばよい。また、太陽電池３０のような半導体装置の製造工程に、光吸収層３４の成膜工程のような高温工程が有る場合には、合金層２０が所望の厚さとなるように、この高温工程における処理条件を設定すればよい。
【００６１】
図３（Ａ）に、基材１２とＡｌ層１４の界面に生成される合金層２０の厚さが、１０μｍとなる熱処理条件を、ＴＴＴダイアグラム（Time Temperature Transform Diagram）の形式で示す。
図３（Ａ）に示す例おいて、Ａｌ層１４は、いずれも純度４Ｎの高純度Ａｌである。また、ａは、基材１２がフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）である例、ｂは、基材１２が低炭素鋼（ＳＰＣＣ）である例、ｃは、基材１２が純度９９．５％の高純度Ｔｉ材である例である。
【００６２】
図３（Ａ）に示されるように、合金層２０が１０μｍとなる熱処理条件は、保持温度が高温であるほど短時間であり、保持時間が長いほど低温である。
基材１２が低炭素鋼である場合には、図３（Ａ）のｂに示されるように、例えば保持温度が５００℃の際には、１０分程度の保持時間で、合金層２０の厚さが１０μｍとなる。従って、太陽電池３０等の半導体装置の製造工程において、５００℃での処理を行う場合には、処理時間が１０分以下であれば、合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。逆に、１０分の処理であれば、処理温度が５００℃以下であれば、合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。
また、基材１２が低炭素鋼である場合には、保持温度が５２５℃の際には、５分程度の保持時間で、合金層２０の厚さが１０μｍとなる。従って、太陽電池３０等の半導体装置の製造工程において、５２５℃での処理が有る場合には、処理時間が５分以下であれば、合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。逆に、５分の処理であれば、処理温度が５２５℃以下であれば、合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。
【００６３】
言い換えれば、本発明においては、製造工程で５００℃での処理を行う場合には、処理時間が１０分以下であれば、基材１２として低炭素鋼を用いることができ、１０分の処理を行う場合には、処理温度が５００℃以下であれば、基材１２として低炭素鋼を用いることができる。
また、製造工程で５２５℃での処理を行う場合には、処理時間が５分以下であれば、基材１２として低炭素鋼を用いることができ、５分の処理であれば、処理温度が５２５℃以下であれば、基材１２として低炭素鋼を用いることができる。
【００６４】
また、図３（Ａ）のａに示すように、基材１２がフェライト系ステンレス鋼である場合には、合金層２０が１０μｍとなる熱処理条件は、より高温かつ長時間となる。
基材１２がフェライト系ステンレス鋼である場合には、例えば保持温度が５７５℃であれば、保持時間が２０分で、合金層２０が１０μｍとなる。すなわち、基材１２としてフェライト系ステンレス鋼を用いる場合には、太陽電池３０等の半導体装置の製造工程において、５７５℃での処理を行う場合には、２０分までの処理を行うことが可能であり、逆に、２０分の処理を行う場合には、５７５℃までの高温処理が可能となる。
言い換えれば、５７５℃での処理を行う場合には、処理時間が２０分以下であれば、基材１２としてェライト系ステンレス鋼を用いることができ、また、２０分の処理を行う場合には、処理温度が５７５℃以下であれば、基材１２としてフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。
【００６５】
さらに、図３（Ａ）のｃに示すように、基材１２としてＴｉ材を用いる場合には、処理温度が５８０℃以下および／または処理時間が５０分以下のような、より高温で、より長時間の熱処理を行うことが可能となる。
【００６６】
図３（Ｂ）に、同様のＡｌ層３４と基材１２において、合金層２０の厚さが５μｍとなる熱処理条件を示す。なお、図中のａ、ｂおよびｃは、図３（Ａ）と同様である。
図３（Ｂ）に示すように、合金層２０の厚さが５μｍとなる熱処理条件は、１０μｍの場合に比して、より低温かつ短時間となる。
【００６７】
しかしながら、図３（Ｂ）のｂに示すように、低炭素鋼を基材１２として用いる場合でも、一例として、処理温度が５００℃である場合には、処理時間が５分以下であれば、合金層２０の厚さを５μｍ以下にできる。すなわち、５００℃での処理を行う場合には、処理時間が５分以下であれば基材１２として低炭素鋼を用いることができ、５分の処理を行う場合には、処理温度が５００℃以下であれば、基材１２として低炭素鋼を用いることができる。
また、図３（Ｂ）のａに示すように、基材１２としてフェライト系ステンレス鋼を用いる場合には、合金層２０の厚さを５μｍ以下とする場合でも、例えば、５５０℃で２０分の処理を行うことが可能である。さらに、図３（Ｂ）のｃに示すように、基材１２としてＴｉ材を用いる場合には、合金層２０の厚さが５μｍ以下であっても、例えば、５７５℃で２０分の処理を行うことが可能である。
【００６８】
すなわち、何れの基材１２を用いる場合でも、図３に示す熱処理条件（熱履歴）において、合金層２０の厚さが１０μｍ（５μｍ）となる領域よりも下側および／または左側の領域の熱処理条件であれば、基板１０の合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。
従って、各基材１２を用いた基板１０共に、太陽電池３０等の半導体装置の製造工程において、合金層２０の厚さが１０μｍとなる領域よりも下側および／または左側の領域の条件での処理を行うことが可能であり、例えば、基材と成膜条件の選択によって、５００℃以上での光吸収層３２の成膜が可能である。
【００６９】
なお、各基材１２において、合金層２０の厚さが１０μｍ（５μｍ）となる領域が帯状であるのは、前述のように合金層２０の厚さが全面的に均一ではなく、凹凸を有するからである。
従って、各基材１２共に、基本的に、厚さが１０μｍとなる帯の上側のラインよりも下側および／または左側の領域の熱処理条件であれば、合金層２０の厚さを１０μｍ以下にできる。さらに、より確実に合金層２０の厚さを１０μｍ以下としたい場合には、厚さが１０μｍとなる帯の下側のラインよりも下側および／または左側の領域の熱処理条件とするのが好ましい。
【００７０】
太陽電池３０等の半導体装置の製造工程において、基板１０が、複数回の高温を経験する場合には、加算則が成り立つと考えられるので、各熱処理の温度および処理時間を加算することで、合金層２０の厚さを１０μｍ（５μｍ）以下にできる。
また、図３には、合金層２０の厚さが１０μｍとなる熱処理条件の一部しか示していないが、本発明者らの検討によれば、高温側はＡｌの融点である６６０℃付近まで、低温側はＩＭＣが生成される下限温度まで、合金層２０の厚さが１０μｍとなる領域を直線状に延長することができる。
【００７１】
太陽電池３０は、このような基板１０の上に、下部電極３２、光吸収層３４、バッファ層３６、および、上部電極３８からなる薄膜太陽電池（太陽電池セル）４０を、複数、直列接合してなる、太陽電池モジュールである。
また、配列方向両端部の下部電極３２の上には、第１の導電部材４２および第２の導電部材４４が形成される。
【００７２】
ここで、図示例においては、好ましい態様として、絶縁層１６（基板１０）と下部電極３２との間に、アルカリ供給層５０が形成される。
アルカリ金属（特にＮａ）が、ＣＩＧＳ等からなる光吸収層３４に拡散されると光電変換効率が高くなることが知られている。アルカリ供給層５０は、光吸収層３４にアルカリ金属を供給するための層であり、アルカリ金属を含む化合物の層である。このようなアルカリ供給層５０を有することにより、光吸収層３４の成膜時に、下部電極３２を通してアルカリ金属が光吸収層３４に拡散し、光吸収層３４の変換効率を向上できる。
【００７３】
アルカリ供給層５０には、限定はなく、Ｎａ2Ｏ、Ｎａ2Ｓ、Ｎａ2Ｓｅ、ＮａＣｌ、ＮａＦ、モリブデン酸ナトリウム塩など、アルカリ金属を含む化合物（アルカリ金属化合物を含む組成物）を主成分とするものが、各種、利用可能である。特に、ＳｉＯ2（窒化ケイ素）を主成分としてＮａ2Ｏ（酸化ナトリウム）を含む化合物であるのが好ましい。
【００７４】
アルカリ供給層５０の成膜方法には、特に限定はなく、公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、スパッタリングやＣＶＤ等の気相成膜法や、ゾルゲル法等の液体成膜法が例示される。
例えば、前記ＳｉＯ2を主成分としてＮａ2Ｏを含む化合物であれば、ソーダ石灰ガラスをターゲットに用いたスパッタリングや、ＳｉおよびＮａを含むアルコキシドからを用いたゾルゲル反応によって、アルカリ供給層５０を成膜すればよい。さらに、これらの方法を併用してもよい。
【００７５】
なお、本発明においては、光吸収層３４へのアルカリ金属供給源は、アルカリ供給層５０のみに限定はされず、絶縁層１６がポーラス型である場合には、アルカリ供給源は、絶縁層１６のポーラス内のアルカリ金属化合物であってもよい。また、アルカリ供給層５０と、このポーラス内のアルカリ金属化合物を併用してもよい。
【００７６】
太陽電池３０において、下部電極３２は、隣り合う下部電極３２と所定の間隙３３を設けて配列されて、アルカリ供給層５０の上に形成されている。また、各下部電極３２の間隙３３を埋めつつ、光吸収層３４が下部電極３２の上に形成されている。この光吸収層３４の表面にバッファ層３６が形成されている。
光吸収層３４とバッファ層３６とは、下部電極３２の上で、所定の間隙３７を設けて配列される。なお、下部電極３２の間隙３３と、光吸収層３４（バッファ層３６）との間隙３７は、薄膜太陽電池４０の配列方向の異なる位置に形成される。
【００７７】
さらに、光吸収層３４（バッファ層３６）の間隙３７を埋めるように、バッファ層３６の表面に上部電極３８が形成されている。
上部電極３８、バッファ層３６および光吸収層３４は、所定の間隙３９を設けて、配列される。また、この間隔３９は、前記下部電極３２の間隙と、光吸収層３４（バッファ層３６）との間隙とは異なる位置に設けられる。
太陽電池３０において、各薄膜太陽電池４０は、下部電極３２と上部電極３８により、基板１０の長手方向（矢印Ｌ方向）に、電気的に直列に接続されている。
【００７８】
下部電極３２は、例えば、Ｍｏ電極で構成される。光吸収層３４は、光電変換機能を有する半導体化合物、例えば、ＣＩＧＳ層で構成される。さらに、バッファ層３６は、例えば、ＣｄＳで構成され、上部電極３８は、例えば、ＺｎＯで構成される。
なお、薄膜太陽電池４０は、基板１０の長手方向Ｌと直交する幅方向に長く伸びて形成されている。このため、下部電極３２等も基板１０の幅方向に長く伸びている。
【００７９】
図１に示すように、右端の下部電極３２上に第１の導電部材４２が接続されている。この第１の導電部材４２は、後述する負極からの出力を外部に取り出すためのものである。
第１の導電部材４２は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、右端の下部電極３２上に接続されている。また、図１に示すように、第１の導電部材４２は、例えば、銅リボン４２ａがインジウム銅合金の被覆材４２ｂで被覆されたものである。この第１の導電部材４２は、例えば、超音波半田により下部電極３２に接続される。
【００８０】
他方、左端の下部電極３２上には、第２の導電部材４４が形成される。
第２の導電部材４４は、後述する正極からの出力を外部に取り出すためのもので、第１の導電部材４２と同様に細長い帯状の部材であり、基板１０の幅方向に略直線状に伸びて、左端の下部電極３２に接続されている。
第２の導電部材４４は、第１の導電部材４２と同様の構成のものであり、例えば、銅リボン４４ａがインジウム銅合金の被覆材４４ｂで被覆されたものである。
【００８１】
なお、本実施形態の薄膜太陽電池４０の光吸収層（光電変換層）３４は、例えば、ＣＩＧＳで構成されており、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造できる。
【００８２】
太陽電池３０では、薄膜太陽電池４０に、上部電極３８側から光が入射されると、この光が上部電極３８およびバッファ層３６を通過し、光吸収層３４で起電力が発生し、例えば、上部電極３８から下部電極３２に向かう電流が発生する。なお、図１に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、光電変換部４８では、図１中、左端の下部電極３２が正極（プラス極）になり、右端の下部電極３２が負極（マイナス極）になる。
【００８３】
本実施形態において、太陽電池３０で発生した電力を、第１の導電部材４２と第２の導電部材４４から、太陽電池３０の外部に取り出すことができる。
なお、本実施形態において、第１の導電部材４２が負極であり、第２の導電部材４４が正極である。また、第１の導電部材４２と第２の導電部材４４とは極性が逆であってもよく、薄膜太陽電池４０の構成、太陽電池３０構成等に応じて、適宜変わるものである。
また、本実施形態においては、各薄膜太陽電池４０を、下部電極３２と上部電極３８により基板１０の長手方向Ｌに直列接続されるように形成したが、これに限定されるものではない。例えば、各薄膜太陽電池４０が、下部電極３２と上部電極３８により幅方向に直列接続されるように、各薄膜太陽電池４０を形成してもよい。
【００８４】
薄膜太陽電池４０において、下部電極３２および上部電極３８は、いずれも光吸収層３４で発生した電流を取り出すためのものである。下部電極３２および上部電極３８は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の上部電極３８は透光性を有する必要がある。
【００８５】
下部電極（裏面電極）３２は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、またはＷ、およびこれらを組合わせたものにより構成される。この下部電極３２は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。下部電極３２は、Ｍｏで構成することが好ましい。
下部電極３２は、厚さが１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０μｍであることがより好ましい。
また、下部電極３２の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
【００８６】
上部電極（透明電極）３８は、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｓｂ等が添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＳｎＯ2、および、これらを組合わせたものにより構成される。この上部電極３８は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、上部電極３８の厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。
また、上部電極３８の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法または塗布法により形成することができる。
【００８７】
バッファ層３６は、上部電極３８の形成時の光吸収層３４を保護すること、上部電極３８に入射した光を光吸収層３４まで透過させるために形成されている。
このバッファ層３６は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、またはＺｎＳ（Ｏ、ＯＨ）およびこれらの組合わせたものにより構成される。
バッファ層３６は、厚さが、０．０３〜０．１μｍが好ましい。また、このバッファ層３６は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法により形成される。
【００８８】
光吸収層３４は、上部電極３８およびバッファ層３６を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層であり、光電変換機能を有する。本実施形態において、光吸収層３４の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体で構成される。また、光吸収層３４は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
【００８９】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光吸収層３４は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＧａＳ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＩｎＳｅ2(ＣＩＳ)、ＡｇＡｌＳ2、ＡｇＧａＳ2、ＡｇＩｎＳ2、ＡｇＡｌＳｅ2、ＡｇＧａＳｅ2、ＡｇＩｎＳｅ2、ＡｇＡｌＴｅ2、ＡｇＧａＴｅ2、ＡｇＩｎＴｅ2、Ｃｕ(Ｉｎ1-xＧａx)Ｓｅ2(ＣＩＧＳ)、Ｃｕ(Ｉｎ1-xＡｌx)Ｓｅ2、Ｃｕ(Ｉｎ1-xＧａx)(Ｓ、Ｓｅ)2、Ａｇ(Ｉｎ1-xＧａx)Ｓｅ2、およびＡｇ(Ｉｎ1-xＧａx)(Ｓ、Ｓｅ)2等が挙げられる。
【００９０】
光吸収層３４は、ＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳ）、および／または、これにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
【００９１】
光吸収層３４には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／または、積極的なドープによって、光吸収層３４中に含有させることができる。光吸収層３４中において、Ｉ−III−VI族半導体の構成元素および／または、不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光吸収層３４中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
【００９２】
光吸収層３４は、Ｉ−III−VI族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−III−VI族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のIVｂ族元素からなる半導体（IV族半導体）、ＧａＡｓ等のIIIｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（III−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のIIｂ族元素およびVIｂ族元素からなる半導体（II−VI族半導体）等が挙げられる。光吸収層３４には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光吸収層３４中のＩ−III−VI族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光吸収層３４中のＩ−III−VＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
【００９３】
なお、本例においては、光吸収層３４が、主成分（７５質量％以上）がＣｄＴｅの化合物半導体で構成される場合、基材１２は炭素鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されることが好ましい。
【００９４】
ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、および、５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
【００９５】
１）多源同時蒸着法としては、
３段階法（J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（L.Stolt et al.：Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
【００９６】
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
ａ）イオン化したＧａを使用する方法（H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203（2006）p.2603.等）、
ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、
ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、
ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春  青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
【００９７】
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初にＣｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プリカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ(Ｉｎ1-xＧａx)Ｓｅ2等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
【００９８】
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えば、Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等）が知られている。
【００９９】
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9，Tokyo，1996)p.149.等）。
【０１００】
３）スパッタ法としては、
ＣｕＩｎＳｅ2多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ2ＳｅとＩｎ2Ｓｅ3をターゲットとし、スパッタガスにＨ2Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等）、および
Ｃｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等）が知られている。
【０１０１】
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等）が知られている。
【０１０２】
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203（2006）p2593等）。
【０１０３】
その他のＣＩＧＳの成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法（ウェット成膜法）などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法（ウェット成膜法）またはスプレー法（ウェット成膜法）等で、Iｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、VIｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
【０１０４】
また、本実施形態においては、基材１２と光吸収層３４との線膨張係数の差は、３×１０-6／℃未満であることが好ましい。
光吸収層３４として用いられる主な化合物半導体の線膨張係数は、III−Ｖ族系の代表であるＧａＡｓで５．８×１０-6／℃、II−VI族系の代表であるＣｄＴｅで４．５×１０-6／℃、Ｉ−III−VI族系の代表であるＣｕ(ＩｎＧａ)Ｓｅ2で１０×１０-6／℃である。
基板１０上に光吸収層３４として、化合物半導体を５００℃以上の高温で成膜した後に室温にまで冷却する際、基材１２との熱膨張差が大きいと、剥離等の成膜不良が生じる。また、基材１２との熱膨張差に起因する化合物半導体内の強い内部応力により、光吸収層３４の光電変換効率が低下する可能性がある。基材１２と光吸収層３４（化合物半導体）の線膨張係数の差が３×１０-6／℃未満であると、剥離等の成膜不良が生じにくくなり、好ましい。より好ましくは、線膨張係数の差は、１×１０-6／℃未満である。ここで、線膨張係数、および線膨張係数の差は、いずれも室温（２３℃）の値である。
【０１０５】
前述のように、本発明の太陽電池３０は、前述の基板１０の上に、薄膜太陽電池４０を直列接合して作製して、製造するが、その製造方法は、公知の各種の太陽電池と同様に行えばよい。
以下、図１に示す太陽電池３０の製造方法の一例を説明する。
【０１０６】
まず、上述のようにして形成された基板１０（あるいは、基板１０となる複合材）を用意する。次に、基板１０の絶縁層１６の表面に、例えば、ソーダ石灰ガラスをターゲットとして用いるスパッタリングや、ＳｉおよびＮａを含むアルコキシドからを用いたゾルゲル法によって、アルカリ供給層５０を成膜する。
次に、アルカリ供給層５０の表面に下部電極３２となるＭｏ膜を、例えば、成膜装置を用いて、スパッタ法により形成する。
次に、例えばレーザースクライブ法を用いて、Ｍｏ膜の所定位置をスクライブして、基板１０の幅方向に伸びた間隙３３を形成する。これにより、間隙３３により互いに分離された下部電極３２が形成される。
【０１０７】
次に、下部電極３２を覆い、かつ間隙３３を埋めるように、光吸収層３４（ｐ型半導体層）を成膜する。
光吸収層３４は、例えばＣＩＧＳ層であり、前述の何れか成膜方法により、公知の方法で形成すればよい。
【０１０８】
ここで、ＣＩＧＳ等の化合物半導体からなる光吸収層３４は、高温で成膜する方が太陽電池の変換効率の点で好ましいのは、前述のとおりであり、５００℃以上の成膜温度で、成膜を行うのが好ましい。すなわち、太陽電池３０の製造では、この光吸収層３４の成膜時に、基板１０の基材１２とＡｌ層１４との界面に、合金層２０を生成できる。
従って、前述の図３に示すような合金層２０が１０μｍとなる熱処理条件等を考慮して、基材１２の材料等に応じて、合金層２０が０．０．〜１０μｍ、好ましくは０．０１〜５μｍとなるように、光吸収層３４の成膜条件を設定する。
なお、半導体化合物を光吸収層３４として用いる太陽電池の製造では、一般的に、光吸収層３４の成膜以外の製造工程では、合金層２０が多量に生成されるような高温の処理温度とはならない。従って、これらの工程では、特に、合金層２０の生成に考慮する必要は無い。
【０１０９】
光吸収層３４を成膜したら、次に、ＣＩＧＳ層上にバッファ層３６となるＣｄＳ層（ｎ型半導体層）を、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法により形成する。これにより、ｐｎ接合半導体層が構成される。
次に、間隙３３とは薄膜太陽電池４０の配列方向に異なる所定位置を、例えばレーザースクライブ法を用いてスクライブして、基板１０の幅方向に伸びた、下部電極３２にまで達する間隙３７を形成する。
【０１１０】
次に、バッファ層３６上に、間隙３７を埋めるように、上部電極３８となる、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｓｂ等が添加されたＺｎＯ層を、スパッタ法や塗布法により形成する。
次に、間隙３３および３７とは、薄膜太陽電池４０の配列方向に異なる所定位置を、例えばレーザースクライブ法を用いてスクライブして、基板１０の幅方向に伸びた、下部電極３２にまで達する間隙３９を形成する。これにより、薄膜太陽電池４０が形成される。
【０１１１】
次に、基板１０の長手方向Ｌにおける左右側の端の下部電極３２上に形成された各薄膜太陽電池４０を、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより取り除いて、下部電極３２を表出させる。次に、右側の端の下部電極３２上に第１の導電部材４２を、左側の端の下部電極３２上に第２の導電部材４４を、例えば、超音波半田を用いて接続する。
これにより、図２に示すように、複数の薄膜太陽電池４０が電気的に直列に接続された太陽電池３０を製造することができる。
【０１１２】
さらに、必要に応じて、得られた太陽電池３０の表面側に封止接着層、水蒸気バリア層および表面保護層を配置し、太陽電池３０の裏面側、すなわち、基板１０の裏面側に封止接着層およびバックシートを配置して、例えば、真空ラミネート法によりラミネート加工して、これらを一体化する。
【０１１３】
以上の例は、本発明の半導体装置を、太陽電池（モジュール）に利用した例であるが、本発明の半導体装置は、これに限定はされず、本発明の絶縁性金属基板の上に、各種の半導体素子を複数配列してなる半導体装置が、各種、利用可能である。すなわち、本発明は、従来のガラス基板の上に半導体回路を形成してなる装置において、ガラス基板を本発明の絶縁性金属基板に変えてなる、各種の半導体装置に利用可能である。
一例として、センサー等の受動装置や、有機ＥＬディスプレイの駆動用等に利用されるＴＦＴパネルなどが、好適に例示される。
【０１１４】
以上、本発明の絶縁性金属基板および半導体装置について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０１１５】
以下に、本発明の絶縁性基板の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。
［試料Ａ］
市販のフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）と市販の高純度Ａｌ（純度４Ｎ）とを用い、冷間圧延法により接合して、Ａｌ層１４の厚さが３０μｍ、基材１２（ステンレス鋼）の厚さが５０μｍの２層クラッド材を用意した。
この基材面および端面をマスキングフイルムで被覆した後、エタノールで超音波洗浄して、酢酸＋過塩素酸溶液で電解研磨した。その後、８０ｇ／Ｌシュウ酸溶液中で４０Ｖの定電圧電解することにより、１０μｍ厚さの絶縁層１６（Ａｌの陽極酸化膜）が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、２０μｍであった。
【０１１６】
［試料Ｂ］
市販の低炭素鋼（ＳＰＣＣ）と市販の高純度Ａｌ（純度４Ｎ）とを用い、冷間圧延法により接合して、Ａｌ層１４の厚さが３０μｍ、基材１２（低炭素鋼）の厚さが５０μｍの２層クラッド材を用意した。
これを、前記試料Ａと同様に処理して、絶縁層１６が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、２０μｍであった。
【０１１７】
［試料Ｃ］
市販の純Ｔｉ（純度：９９．５％）と市販の高純度Ａｌ（純度：４Ｎ）とを用い、冷間圧延法により接合して、アルミ層１４の厚さが３０μｍ、基材１２（Ｔｉ）の厚さが５０μｍの２層クラッド材を用意した。
これを試料Ａと同様に処理して、絶縁層１６が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、２０μｍであった。
【０１１８】
［試料Ｄ］
市販のフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）と市販の高純度Ａｌ（純度：４Ｎ）とを用い、冷間圧延法により接合して、Ａｌ層１４の厚さが８０μｍ、基材１２（ステンレス鋼）の厚さが５０μｍの２層クラッド材を用意した。
これを電解研磨の時間を長くした以外は試料Ａと同様に処理して、絶縁層１６が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、５０μｍであった。
【０１１９】
［試料Ｅ］
前記試料Ａの２層クラッド材（Ａｌ層３０μｍ／基材５０μｍ）を用い、電解研磨の時間を長くした以外は、試料Ａと同様に処理して、絶縁層１６が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、５μｍであった。
【０１２０】
［試料Ｆ］
試料Ｄの２層クラッド材（Ａｌ層８０μｍ／基材５０μｍ）を用い、試料Ａと同様に処理をして、絶縁層１６が形成された、図１（Ａ）に示すような基板１０を作製した。
絶縁層形成後のＡｌ層１４の厚さは、７０μｍであった。
【０１２１】
［熱処理および評価］
このようにして作製した試料Ａ〜Ｆに、様々な処理条件で熱処理を施した。
熱処理は、急速加熱炉を使用し、保持温度は４７５〜６００℃、保持時間は１〜５０分とした。各試料に対する熱処理条件は、下記表１に示す。
【０１２２】
また、熱処理後の各試料について、合金層２０およびＡｌ層１４の厚さを測定し、さらに、基板の反り、および、絶縁性を評価した。
【０１２３】
＜合金層およびＡｌ層の厚さ＞
試料の断面を観察し、基材１２とＡｌ層１４との界面における合金層２０の生成、および、及びＡｌの膜厚減少状態を評価した。
断面はダイヤモンドカッターで切断後、Ａｒイオンビームを用いたイオンポリッシュで面出しを行い、ＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置付き走査型電子顕微鏡）により観察した。絶縁層１６（Ａｌの陽極酸化膜）、Ａｌ層１４、合金層２０、および、基材１２（金属基材）の各層は、平均原子量が異なる為に、ＳＥＭ−反射電子像を用いると、明瞭なコントラストの付いた像が得られる。
この像における各層の面積を画像解析により測定し、観察視野の長さで除することで各層の厚さを求めた。なお、観察視野倍率は、成長した合金層２０の厚さに応じて、１０００〜１００００倍とした。
【０１２４】
＜基板の反り＞
２次元レーザー変位計で試料表面をスキャンし、基板の曲率半径を測定した。
【０１２５】
＜絶縁性＞
基板１２とＡｌ層１４との間に生成された合金層２０が、基板１０の絶縁特性に及ぼす影響を見るため、予め曲率半径８０ｍｍの治具に絶縁層１６が凸面となるように沿わせ、直交する２方向で、各々、１０回ずつ曲げ歪を加えた後に絶縁試験を行った。
絶縁特性測定は、電極として絶縁層１６面上に、０．２μｍ厚さのＡｕを３．５Φｍｍ直径でマスク蒸着により設け、Ａｕ電極に負極性電圧を２００Ｖ印加した。リーク電流をＡｕ電極面積（９．６ｍｍ2）で除した値を、リーク電流密度とした。このような測定を、同一の基板上に設けた９個のＡｕ電極で行い、その平均値を、各基板のリーク電流密度とした。また、各基板毎の９個のＡｕ電極のリーク電流密度のバラツキ（最小値−最大値）も、評価した。
なお、反りの認められた試料は、測定部以外の端部を押え、平板状にして測定した。
以上の結果を、下記表１に示す。
【０１２６】
【表１】
2011159807.tif 000003
上記表において、比較例８は、表面が波打っており、曲率半径を測定することができなかった。
また、比較例４は、Ａｕ電極９個の測定のうち、２個で絶縁破壊をしており、比較例７および９は、Ａｕ電極９個の測定のうち、４個で絶縁破壊をしていた。そのため、これらのリーク電流密度およびリーク電流密度のバラツキは、絶縁破壊をしていなかったＡｕ電極の平均値、最小値および最大値である。
なお、比較例８は、合金層２０と絶縁層１６とが、直接接触しており、さらに、基板１０の表面が波打って、曲率半径の測定は不可能であった。
【０１２７】
表１に示すように、合金層２０の厚さが１０μｍ以下で、Ａｌ層１４の厚さが１μｍ以上かつ基材１２の厚さ（５０μｍ）以下である本発明の実施例では、何れの例も、曲率半径が５０ｃｍ以上であり、リーク電流密度も熱処理を施して無いものと大差なかった。
これに対して、合金層２０の厚さ、および、Ａｌ層の厚さのいずれかが、上記本発明範囲を外れる比較例では、リーク電流が大きくなり、かつ、測定バラツキも大きくなった。また、２００Ｖまでの昇圧中に絶縁破壊した物も有った。また、絶縁破壊しなかった試料についても、曲率半径が５０ｃｍ以下となっており、目視でも分かる反りが認められた。
【０１２８】
＜合金層および界面の考察＞
試料Ａを用いた実施例２、実施例３、実施例５、ならびに、比較例１および比較例６の断面を図４および図５に示す。なお、図４において、（Ａ）は比較例１（合金層０μｍ）、（Ｂ）は実施例２（合金層０．０５μｍ）、（Ｃ）は実施例３（合金層５μｍ）、（Ｄ）は実施例５（合金層１０μｍ）で、図５（Ｅ）は比較例６（合金層１３μｍ）である。
今回の試料は、接合面の油分や自然酸化膜を除去した表面清浄化後の冷間圧延によるクラッド材であり、熱処理をしていない試料では、１００００倍までのＳＥＭ観察では合金層は認められなかった。
これに対して、高温保持を行った例は、いずれも、基材１２（ＳＵＳ４３０鋼）とＡｌ層１４との界面に、合金層２０が生成している。ここで、熱処理の時間が短時間、もしくは、それほど高温ではない場合には、合金層２０は、図４（Ｂ）に示される様に、最大厚さ１μｍ程度の島状に生成し、上述の平均厚さとしては０．０５μｍであった。一方、より高温や長時間で熱処理した例では、他の図に示されるように、平均厚さ１μｍ以上となり連続的な層状となって成長していた。
なお、先にも述べたが、合金層２０の界面では、特にＡｌ層１４側では凹凸が認められるものの、合金層２０は、略均一に成長しており、ファセット状やウィスカー状といったＡｌ側に大きく食込む異常成長は認められなかった。
また、合金層２０のＥＤＸ分析を行ったところ、合金のＭＯＬ組成は、Ａｌ：Ｆｅ：Ｃｒ＝３：０．８：０．２であり、Ａｌ3Ｆｅ組成の金属間化合物のＦｅサイトにＣｒが固溶したものと推定される。なお、ＭＯＬ比でＦｅ：Ｃｒ＝８：２は、ＳＵＳ４３０中のモル比に略一致している。
【０１２９】
合金層２０の厚さが５μｍ程度になると、図４（Ｃ）に示されるように、合金層２０とＡｌ層１４との界面にカーケンドルボイド(Kirkendhal Void)と推定される空隙が認められた。
また、合金層２０の厚さが、１０μｍ程度となると、図４（Ｄ）に示されるように、空隙が大きくなり、かつ、連結してクラック状になっている部分も認められた。しかしながら、クラックの長さは、最大でも１０μｍに留まり、低倍率観察におけるクラック領域は観察視野中の１／４以下であった。
さらに合金層２０が成長して、１０μｍを超える厚さとなったものでは、図５（Ｅ）の様に観察視野の全界面にクラックが認められた。
【０１３０】
上記表１の各実施例に示されるように、合金層２０の厚さが１０μｍであっても、実質的にリーク電流の異常は認められず、使用可能と判断される。しかしながら、界面にクラック状の空隙があることは、長期信頼性等の点で好ましくない可能性がある。そのため、本発明においては、好ましい合金層２０の厚さは、５μｍ以下である。
【０１３１】
試料Ｂおよび試料Ｃに関しても、同様の観察および分析を行ったところ、熱処理後の試料Ｂでは、低炭素鋼とＡｌ界面にＡｌ3Ｆｅの、試料ＣではＡｌ3Ｔｉの、それぞれ、金属間化合物からなると推定される合金層２０が形成されており、また、界面凹凸状態は試料Ａの場合と同様であった。さらに、合金層２０の厚さに対する、空隙や、それが連なったクラックの状態も、試料Ａとほぼ同様であった。
なお、何れの試料も、熱処理により、Ａｌ層１４の厚さは合金層２０の成長により減少していたが、基材１２（ＳＵＳ４３０、低炭素鋼、Ｔｉ）の厚さは、熱処理前と誤差範囲で一致しており、約５０μｍであった。
【０１３２】
各試料の説明および前述の図３の説明より明らかなように、合金層２０の厚さが１０ｕｍと５ｕｍとなる熱処理条件（保持温度と保持時間）の領域を示す図３の（Ａ）および（Ｂ）において、ａはＳＵＳ４３０を基材とした試料Ａに、ｂは低炭素鋼を基材１２とした試料Ｂに、ｃはＴｉ材を基材１２とした試料Ｃに、それぞれ対応している。
図３および各試料の熱処理の結果が示すように、高温ので保持時間が長くなるに従い、合金層２０の厚さは増加する。前述のように、この合金層２０の厚さが１０ｕｍを超えると、合金層２０とＡｌ層１４との界面強度が低下し、絶縁層１６（陽極酸化膜）に微細クラック等を生じさせ易くなると推定される。
【０１３３】
また、図３と表１の結果とを合わせると、各基材１２を用いた基板１０は、共に、図３中に帯状で示した領域よりも、下側および／または左側の領域の熱履歴を経験しても、絶縁性は維持され、かつ、熱履歴後の反りも、実質上、問題はないといえる。
このことは、実施例１から３の基板１０を用いた半導体装置において、半導体回路部分の製造工程で経験する熱履歴においても同様である。例えば、試料Ａの基板１０であれば、６００℃×１５分相当や５５０℃×５０分相当の熱履歴を経験しても、合金層２０の厚さは１０μｍ以内であり、絶縁性、可撓性、および、熱履歴後の変形も無く、使用できることを示している。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、太陽電池や有機ＥＬディスプレイなど、絶縁性の基板を用いる半導体装置の製造に、各種、利用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０  基板
１２  基材
１４  Ａｌ層
１６  絶縁層
２０  合金層
３０  太陽電池
３２  下部電極
３３，３７，３９  間隙
３４  光吸収層
３６  バッファ層
３８  上部電極
４０  薄膜太陽電池
４２  第１の導電部材
４４  第２の導電部材
５０  アルカリ供給層
【図１】
2011159807.tif 000004
【図２】
2011159807.tif 000005
【図３】
2011159807.tif 000006
【図４】
2011159807.tif 000007
【図５】
2011159807.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月15日(2010.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼、鉄基合金鋼およびＴｉのいずれかからなる金属基材と、この金属基材の少なくとも一面に設けられたアルミニウム層と、このアルミニウム層の表面を陽極酸化してなる絶縁層とを有し、
前記金属基材とアルミニウム層との界面に、Ａｌ3Ｘ（Ｘは、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉの１以上）で示される組成の合金を主成分とする、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層が存在し、
さらに、前記アルミニウム層の厚さが、１μｍ以上で、かつ、前記金属基材の厚さ以下であることを特徴とする絶縁性金属基板。
【請求項２】
前記絶縁層が、ポーラス構造を有するアルミニウムの陽極酸化膜である請求項１に記載の絶縁性金属基板。
【請求項３】
前記金属基材にアルミニウム板を加圧接合することにより、前記金属基材の少なくとも一面にアルミニウム層を設ける請求項１または２に記載の絶縁性金属基板。
【請求項４】
前記金属基材の厚さが１０〜１０００μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項５】
前記絶縁層の厚さが、０．５〜５０μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁性金属基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁性金属基板と、
この絶縁性金属基板の表面に、複数、配列された半導体素子とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子が、直列接合された光電変換素子である請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記光電変換素子が、カルコパイライト型結晶構造を有する化合物半導体からなる光吸収層を有する請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記光電変換素子がＭｏ製の下部電極を有し、前記化合物半導体が、Ｉｂ族元素、IIIｂ族元素、およびVIｂ族元素からなる少なくとも１種の化合物半導体である請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記Ｉｂ族元素が、ＣｕおよびＡｇの少なくとも一方であり、
前記IIIｂ族元素が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種の元素であり、
前記VIｂ族元素が、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群より選択された少なくとも１種の元素である請求項９に記載の半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月1日(2010.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
鋼、鉄基合金鋼およびＴｉのいずれかからなる金属基材と、この金属基材の少なくとも一面に設けられたアルミニウム層と、このアルミニウム層の表面を陽極酸化してなる絶縁層とを有し、
前記金属基材とアルミニウム層との界面に、Ａｌ3Ｘ（Ｘは、Ｆｅ、Ｃｒ、およびＴｉから選択される１種類以上の元素）で示される組成の合金を主成分とする、厚さが０．０１〜１０μｍの合金層が存在し、
さらに、前記アルミニウム層の厚さが、１μｍ以上で、かつ、前記金属基材の厚さ以下であることを特徴とする絶縁性金属基板。