(57)【要約】　　　（修正有）【課題】光電気変換効率が高く経済性に優れ、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などを防止し、生産工程での不良の発生を無くす。【解決手段】金属基板８と、該金属基板８に設けられた突起物９と、金属基板８の一方の面の一部に接して形成された一方のシリコン層３（ｐ型ａ−Ｓｉ層）と、シリコン層上の全面に形成された他方のシリコン層４（ｎ型ａ−Ｓｉ層）と、他方のシリコン層に接して形成された複数の電極５と、前記金属基板８に形成された外部端子６，７と、前記電極５に接して形成された外部端子６，７とから構成される。【選択図】　図４
2004064042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、該金属基板の一方の面の一部に接して形成された一方のシリコン層と、該シリコン層上の全面に形成された他方のシリコン層と、該他方のシリコン層に接して形成された複数の電極と、前記金属基板に形成された外部端子と、前記電極に接して形成された外部端子とを有することを特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記金属基板の前記一方の面に複数の突起が形成されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項３】
請求項１において、前記金属基板の前記一方の面の一部に絶縁層が形成され、非絶縁層に接して前記一方のシリコン層が形成されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記電極の平面形状が、格子状又は蜂の巣状であることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記金属基板はアルミニウム、アルミニウム合金及びニッケルを５〜４５重量％有するニッケル−鉄系合金のいずれかであることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項６】
突起物を有する金属基板の前記突起物形成面にセラミックス層及びガラス層を順次形成する工程、前記ガラス層の表面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層の表面にガラス層を形成する工程、前記ガラス層を通して前記シリコン層に所定の切り込みを形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層に前記シリコン層の上のシリコン層に接するように複数の貫通孔を形成する工程、該貫通孔に電極を形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層上に反射防止膜を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法。
【請求項７】
請求項６において、ゾルゲル法によってガラス層からなる前記反射防止膜を形成することを特徴とする太陽電池装置の製造法。
【請求項８】
金属基板の一方の面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層上に感光性ポリマーを形成し所定の平面形状に部分的に硬化する工程、該部分硬化した部分の前記感光性ポリマーを除去する工程、該感光性ポリマーが除去された部分の前記２層のシリコン層をエッチング除去し前記金属板の表面に達する貫通孔を形成する工程、該エッチング除去された前記シリコン層の上のシリコン層の一部に達するように絶縁体を充填する工程、該絶縁体の上に電極を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、前記２層のシリコン層を、シリコン層にボロンをドーピングするＰ型のシリコン層を形成後、シリコン層にリンをドーピングするｎ型シリコン層を触媒ＣＶＤ法によって順次成膜することを特徴とする太陽電池装置の製造法。
【請求項１０】
請求項９において、前記触媒ＣＶＤ法は、タングステン線を高温に加熱する雰囲気中で、モノシランとジボランガスとによって前記Ｐ型のシリコン層を形成後、モノシランとホスフィンガスとによって前記ｎ型のシリコン層を形成することを特徴とする太陽電池装置の製造法。
【請求項１１】
金属基板の一方の表面に規則的に配列された複数の突起物を有することを特徴とする太陽電池装置用金属板。
【請求項１２】
請求項１１において、前記金属基板の外周部全周に厚肉部を有することを特徴とする太陽電池装置用金属板。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、前記金属基板はアルミニウム、アルミニウム合金及びニッケル３５〜４５重量％を有するニッケル−鉄系合金のいずれかであることを特徴とする太陽電池装置用金属板。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記突起物は、その直径が０．２〜０．８ｍｍ及び高さが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする太陽電池装置用金属板。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれかにおいて、前記突起物の形成面側の前記外周部全周と前記突起物の先端とを除いて絶縁層が形成されていることを特徴とする太陽電池装置用金属板。
【請求項１６】
請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池装置を備えたことを特徴とする発電プラント。
【請求項１７】
請求項６〜１０のいずれかに記載の太陽電池装置の製造法によって製造された太陽電池装置を備えたことを特徴とする発電プラント。
【請求項１８】
請求項１１〜１５のいずれかに記載の太陽電池装置用金属板によって構成された太陽電池装置を備えたことを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンを主成分とする新規な太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−２２３４２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３７１２号公報
【特許文献３】特開平８−８８１７２号公報
【特許文献４】特開２００１−１６８０５５号公報
【特許文献５】特開２００１−１６８０２９号公報
【特許文献６】特開昭６３−４０３１４号公報
【特許文献７】特開平４−３４９６１６号公報
【特許文献８】特開平４−３４９６１８号公報
【特許文献９】特開２０００−２２３７３０号公報
【特許文献１０】特開２０００−１９６１２６号公報
【特許文献１１】特表平１０−５０７３１２号公報
太陽電池は、半導体のＰＮ接合によって太陽光を電気に変換する電池で、燃料の補給を必要とせず、且つ、エネルギーの生成に際して、不要な燃焼残物を出さないなどの特徴が古くから知られている。
【０００３】
太陽電池を半導体とりわけシリコン材料を用いて構成する方法としては、（１）単結晶シリコンを用いた方法、（２）多結晶（ポリ）シリコン又は、非晶質（アモルファス）シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた方法が知られている。
【０００４】
単結晶シリコンを用いた構造は、光電変換効率が約２０％と高いが、単結晶自体が高価であることが最大の問題である。
【０００５】
一方、多結晶又は非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を光電変換素子とする構造では、光電変換効率が８〜１２％と低いのが問題である。この光電変換効率が低い要因としては、光電変換の結果生成した電子又はホールのライフタイムが短いこともあるが、接合部から外部電極部に至る、バルクの半導体の抵抗値が大きくて、損失となることが主要因であった。
【０００６】
図１１及び図１２は、ａ−Ｓｉを用いた従来の太陽電池の断面図である。図１１においては、基板１に例えばガラスのように太陽光に対して透明な絶縁基板を用いてその１主面に透明電極２を例えばスパッタ法で成膜する。透明電極２には、ＩＴ０（通称ネサ膜）膜を用いていた。その上面に、ａ−Ｓｉ又は多結晶Ｓｉを例えばプラズマＣＶＤ法を用いて成膜していた。成膜の初期には、ジボロンをドーピングガスとするモノシランガスを分解してＰ型ａ−Ｓｉ３を約３μｍ成膜した後で、ドーピングをりんに切り替えて、Ｎ型ａ−Ｓｉ４を約１μｍ成膜する。しかる後で、上部電極５として例えばアルミニウムを例えばスパッタ法で成膜する。次に、ホトエッチング法で上部電極５とａ−Ｓｉ層の一部を除去して外部端子６と７を接続して太陽電池を構成する。この従来技術では太陽光は下面つまりガラス基板を介して入射する。
【０００７】
図１２は他の従来技術で構成された太陽電池の断面図である。図１２においては、太陽光は上面から入射する。図１２において、基板１には例えばガラスを用いる。次に、下部電極２を形成する。下部電極２にはＩＴＯ膜以外に例えばアルミニウムのような金属を用いることも出来る。下部電極２をホトエッチング法などでパターンを形成する。下部電極２の上面に前述と同様な手法でａ−ＳｉからなるＰＮ接合３、４と上部電極５を成膜する。しかる後で、ホトエッチング法で上部電極５とａ−Ｓｉ層３、４の一部を除去して、上部端子６と下部端子７を接続する方法である。この構造によると、太陽電池をスリット状に構成して且つカスケード接続によって所定の電圧値の太陽電池を実現する方法である。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルの多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献３にはＣＶＤによって太陽パネルの多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献４及び特許文献５にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルのポリＳｉ膜を形成させること、特許文献６にはＣａｔ−ＣＶＤによって太陽パネルのＳｉ膜を形成させること、特許文献７及び特許文献８には熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤによってＴＦＴ用多結晶Ｓｉ膜を形成させること、特許文献９、　特許文献１０及び特許文献１１には太陽光パネルの太陽光方向の追尾手段を有することが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池では、次のような解決すべき問題がある。図１１においては、ＩＴＯ膜の抵抗値は比較的大きくしかも耐熱性が要求された。このために、例えば、錫にインジュームのような高価な材料を付加する必要があった。すなわち、下部電極の抵抗による電力損失が大きく、経済性の点でも欠点があった。図１２においては、下部電極がスリット構造のために、太陽電池のバルク特に、Ｐ型層での抵抗による電力損失を低減できるが、その反面で構造が複雑なために経済性に課題があると同時に、上面から入射する太陽光がカスケード接続部では太陽電池として作動しないので、受光のための有効面積が制約される課題があった。
【００１０】
更に従来技術の大きな課題として、基板（例えばガラス）１とａ−Ｓｉ３、４との材料の持つ熱膨張係数の差によって、製作工程における加熱、冷却などの温度変化によって、薄膜のはがれあるいは反り、クラックの発生などが生じてしまい生産工程で不良が発生する問題があった。
【００１１】
又、前述のいずれの公報においても、金属基板に対してシリコン層を形成させる太陽電池について記載されていない。
【００１２】
本発明の目的は、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などを防止し、生産工程での不良の発生を無くすことのできる太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属基板と、該金属基板の一方の面の一部に接して形成された一方のシリコン層と、該シリコン層上の全面に形成された他方のシリコン層と、該他方のシリコン層に接して形成された複数の電極と、前記金属基板に形成された外部端子と、前記電極に接して形成された外部端子とを有することを特徴とする太陽電池装置にある。
【００１４】
又、本発明は、前記金属基板の前記一方の面に複数の突起が形成されていること、又、前記金属基板の前記一方の面の一部に絶縁層が形成され、非絶縁層に接して前記一方のシリコン層が形成されていることことを特徴とする太陽電池装置にある。前記電極の平面形状は、格子状又は蜂の巣状で互いに繋がっていること、前記金属基板はアルミニウムであることが好ましい。このように本発明は、太陽電池の下地が金属板であること、及び金属板の反り防止のための溝きり構造が特徴である。この下地のＡｌ基板は、透過してきた光を反射することにより、発電効率を高める効果も有する。
【００１５】
本発明は、金属基板の一方の面に突起物を形成する工程、前記一方の面にセラミックス層及びガラス層を順次形成する工程、前記ガラス層の表面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層の表面にガラス層を形成する工程、前記ガラス層を通して前記シリコン層に所定の切り込みを形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層に前記シリコン層の上のシリコン層に接するように複数の貫通孔を形成する工程、該貫通孔に電極を形成する工程、前記シリコン層上の前記ガラス層上に反射防止膜を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法にある。ゾルゲル法によってガラス層からなる前記反射防止膜を形成することが好ましい。
【００１６】
本発明は、金属基板の一方の面に２層のシリコン層を形成する工程、該シリコン層上に感光性ポリマーを形成し所定の平面形状に部分的に硬化する工程、該部分硬化した部分の前記感光性ポリマーを除去する工程、該感光性ポリマーが除去された部分の前記２層のシリコン層をエッチング除去し前記金属板の表面に達する貫通孔を形成する工程、該エッチング除去された前記シリコン層の上のシリコン層の一部に達するように絶縁体を充填する工程、該絶縁体の上に電極を形成する工程、前記電極及び前記金属板の他方の面に外部端子を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池装置の製造法にある。
【００１７】
前記２層のシリコン層として、アモルファスシリコン層が用いられ、ボロンをドーピングするＰ型のアモルファスシリコン層（ｐ型ａ−Ｓｉ層）を形成後、シリコン層にリンをドーピングするｎ型シリコン層（ｎ型ａ−Ｓｉ層）を触媒ＣＶＤによって順次成膜すること、前記触媒ＣＶＤ法は、タングステン線を高温に加熱することにより触媒とし、モノシランとジボランガスによって前記Ｐ型のシリコン層を形成後、モノシランとホスフィンガスによって前記ｎ型のシリコン層を形成することが好ましい。
実際の製造工程においては、ａ−Ｓｉ層部分でＳｉＨ４（モノシラン）が分解して生じるＳｉと間時に、Ｈ（水素）の配分の制御が重要であり，ＨはＳｉ原子が結合されていない個所にターミネータとして入り込み、生成された電子−正孔対の再結合を防ぐ役割を有する。この際、条件を適宜設定することで、ａ−Ｓｉの形態を霜柱状の多結晶層にすることも可能となる。
以上が基本的なｐｎ接合構造であり、ａ−Ｓｉの接合に関しては、下部がｐ層、上部がｎ層でも、その逆の構成でもよい。上記シリコン層を用いて更に高効率化を図る際には、ａ−ＳｉのＰＮ接合部はｐｉｎ構造とし、光−電気変換のほとんどをｉ層にて行う。この際、ｐ−ｉ層およびａ−Ｓｉ全体の厚みは，例えばｐｉｎ層の厚さが数十ｎｍ程度のもの、２００〜３００ｎｍのものや、数十μｍまで許容される。本発明の太陽電池の基本構造図においては、ｐ層で記述されている部分がｐ−ｉ層をあらわす。
【００１８】
本発明は、金属基板の一方の表面に規則的に配列された複数の突起物を有すること、又、金属基板の一方の表面に規則的に配列された複数の突起物を有し、外周部全周に厚肉部を有することを特徴とする太陽電池装置用金属板にある。
【００１９】
前記金属基板はアルミニウム、アルミニウム合金及びニッケル３５〜４５重量％を有するニッケル−鉄系合金のいずれかであること、前記突起物は、その直径が０．２〜０．８ｍｍ及び高さが０．１〜０．５ｍｍである金型プレスで加工できる程度であること、前記突起物の形成面側に絶縁層が形成されていること、前記絶縁層は前記外周部全周と前記突起物の先端とを除いて全面に形成されていることが好ましい。例えば、Ａｌの板厚がＯ．５ｍｍ、電池セルのピッチが１０ｍｍ×ｌ０ｍｍの時で、縦、横方向共に０．５〜１．Ｏｍｍビッチの凹凸とする。凹凸の高さは、光が十分に凹部で吸収できる程度とする。
【００２０】
本発明は、前述に記載の太陽電池装置、前述に記載の太陽電池装置の製造法によって製造された太陽電池装置及び前述に記載の太陽電池装置用金属板によって構成された太陽電池装置のいずれかを備えたことを特徴とする発電プラントにある。
【００２１】
即ち、本発明は、金属基板の１主面の一部が、シリコンを材料とした太陽電池の一方の電極として接触しており、その一方の電極は複数個からなり、該基板全面でシリコンと接触しないようにしたものである。
【００２２】
太陽電池を構成する半導体ａ−Ｓｉの一方の主面（下部：太陽光が直接入射しない側）に金属（アルミニウムなど）が直接接続する構造によって、バルクのａ−Ｓｉ半導体の抵抗値を大幅に下げることが出来る構造を提案するものである。加えて、金属板１とａ−Ｓｉの材料の相違に起因する熱膨張の違いによる加工上の制約を解決することができる。更に、金属基板に突起物を形成することで、完成した太陽電池の性能を向上させることができる。
【００２３】
本発明の太陽電池を作製する手段としては、例えば金属板上の少なくとも片面に、気相成長法によってシリコン層を成膜する方法が挙げられる。気相成長法（ＣＶＤ）としては、プラズマもしくは触媒を用いることが出来る。成膜する金属体に突起を設けることにより、半導体下部（太陽光が直接入射しない側）側全体を金属板と接触させた従来構造に比べて、半導体と金属板との熱膨張係数の差に起因する応力によって生じる太陽電池パネルの反り又は割れを大幅に低減できる。
【００２４】
この突起物は、機械的に加工した巨視的なものでもよいし、表面酸化処理等の手法によって作製した微視的なものでもよい。突起物を有さない金属板を用いる場合は、シリコン層を成膜した後の工程で部分的にエッチング処理をし溝又は穴を形成し、その隙問をガラス又は樹脂で埋めることにより、突起物と等価の効果を得ることができる。また同手段で作製した２枚の太陽電池パネルをはんだ等で張り合わせることにより、互いの反りを相殺でき、更に両面太陽電池となることから、発電効率を高めることが可能となる。張り合わせの工程を省略し、両面太陽電池を作製したい場合は、金属板の両面にＣＶＤ成膜できる装置を用いればよい。
【００２５】
同様の役割をする突起物は次のようにしても容易に得られる。すなわちＡｌ基板上にａ−Ｓｉを形成する工程の直後、または引き続き基板を加熱したままで透明電極（ＩＴＯ膜）を成膜した直後に、糸鋸により溝きりを行うことにより適度なピッチの溝を切る。例えば１０００ｍｍ×１０００ｍｍのＡｌ基板に田の字上の溝を切る場合は、直径１０から１００μｍ、長さ１５００ｍｍ程度の糸鋸が０．５〜１０ｍｍ程度の間隔で５０本程度並んでいるものを使用することにより、少ない工程数で溝きりが完了する。
田の字に溝きりするためには、ステージを９０度回転させ、その上の基板Ｓｉ成膜したＡｌ基板）も一緒に回転させてから、再度糸鋸（ピアノ線的）で加工する。切り込み深さは３〜５０μｍ程度であるので、糸鋸をＡｌ基板に押し付けて１往復する程度でよい。ここで用いる糸鋸とは、Ｓｉ基板（ウエハー）を作製する際に、Ｓｉインゴットをスライスするピアノ線のようなイメージである。
糸鋸による溝きりの工程を、ａ−Ｓｉ成膜工程またはａ−Ｓｉ成膜に続く透明電極（ＩＴＯ膜）の成膜工程の直後に入れることにより、Ａｌ基板が熱膨張した状態で溝が切られるため、冷却時にａ−ＳｉとＡｌ間に発生する応力が緩和される。
切り込みのピッチは太陽電池の発電効率を優先して計算され、材料によって異なるが、おおむね０．５〜１０ｍｍ程度が適当と考えられる。３〜５０μｍ程度の切り込みにより、表面ＩＴＯ層、ｎ−Ｓｉ層、下部ｐ−Ｓｉ層並びに下部Ａｌ基板を通して切り込みが入ることになり、この上に上部電極を形成すればｐ−Ｓｉとｎ−Ｓｉが導通してしまうという問題が発生する。この場合は切り込み部に樹脂を流し込むことにより、ｐ−Ｓｉ、ｎ−Ｓｉ並びに下部Ａｌ基板を絶縁する。絶縁層はゾルゲル法等による無機材料でもよい。流し込む樹脂の厚みを３〜４７μｍ程度に調整した上で上部電極を形成し、溝の残りの部分を埋めることにより、ｎ−Ｓｉ層の側面から、例えば溶射法で成膜した上部Ａｌバスバー電極の導通も可能となり、望ましい構造となる。また、流し込む樹脂の熱膨張係数はａ−Ｓｉよりも大きいため、基板冷却時の応力緩和にも寄与する。
【００２６】
上部透明電極（ＩＴＯ）は原料を塗布し、高温処理をすることにより成膜される。溝きり前の反りを抑えるためにも、上記溝きりはＩＴＯ層も含めて溝きりをすることが望ましい。その後透明樹脂等のカバーにより密閉して本発明の太陽電池装置とする。ただし、透明なカバーによる密閉構造は太陽電池装置の望ましい形態の一例であり、これにより本発明を限定するものではない。
【００２７】
更に発電効率を高めるために、例えば半導体表面での反射を抑えるための反射防止膜を付けるとなおよい。上記太陽電池パネルの面積を大きくする際、半導体と金属板との熱膨張係数の差に起因する応力により、半導体部に割れが生じることが懸念されるが、この場合は小さな面積を有する半導体を多数金属板に接触させる構造にすることにより、半導体内部に生じる熱応力が緩和され、半導体面内の割れを低減できる。これは例えば半導体を亀の子状に並べたり、タイルを敷き詰めたイメージの構造になる。又は半導体内部に生じる熱応力を緩和するために、半導体部にあらかじめ切り込み（応力緩和用の空隙）を設けることによっても同問題を回避できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の太陽電池の製造方法を図１〜図６を用いて説明する。図１は本発明の金属基板の突起物側の平面図とその断面図である。本実施例の金属基板８は１ｍ四方の四角形状で、その全外周部は四角形状の所定の幅（３０ｍｍ）で突起物９の高さと同じ高さの厚肉部が形成されている。まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、棒状の突起物９を持つ金属基板８を準備する。金属板８はアルミニウムが好ましいが、他に鉄、銅、それらの合金として、例えば、鉄と３５〜４５重量％ニッケルの合金（４２アロイ）を用いても良い。本実施例では金属板８の厚さは１ｍｍ前後、突起物９の直径は１〜３ｍｍ、突起長さが１ｍｍとした。突起物９は棒状、楔状などが用いられ、図に示すように四角形状に規則的に配列されている。
【００２９】
突起物９の形成法としては、本実施例では、高温（例えば、１０００℃）で熔融しているアルミニウムを、耐熱性金属体を用いた棒状の突起物９に対応した凹部を有する金型に鋳込むと共に、金属板の一方の主面を圧延して形成する。金型としては、金属体以外でも、例えばグラファイトもしくはＳｉＣ（シリコンカーバイド）のように耐熱性のある素材を用いることが出来る。場合によっては、突起がない平形アルミニウム板の前面にａ−Ｓｉを成膜することでも良い。又、棒状の突起物９は、圧延によっても形成することができ、鋳込み及び圧延において金型及び圧延によるロールより容易に抜けるように僅かな傾斜が設けられている。
【００３０】
次に、図１（ｂ）のように、金属基板８の突起物９の面に、セラミックス（例えば、アルミナ）１０を溶射法で約５０〜１００μｍの厚さで付着する。このような溶射膜は金属基板上に形成された突起物の間隔と等間隔に配置された複数の溶射ノズルが用いられる。又、溶射ノズルを突起物間に配置させ、線状の溶射膜を形成する工程を繰り返すことにより得られる。
【００３１】
セラミックス１０の表面には、例えば、ゾルゲル法などによって、厚さ約１０μｍのガラス層１１を形成する。本工程は、セラミックスの被着が良好であれば省略することも可能である。
【００３２】
次に、図２に示すように、金属基板８上に、気相成長法によって、シリコン層を成膜する。気相成長法（ＣＶＤとしては、プラズマもしくは触媒を用いることが出来る。本実施例では、シリコン層を触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ　ＣＶＤ）によって形成した。
【００３３】
図１にて示した金属基板８をＣＶＤチャンバ装置内に、図２（ａ）のように装着する。金属板８を固定と加熱するために、真空チャック付きヒータ１３上に金属板８を配置する。金属板８の加熱温度は例えば４００℃に設定する。ＣＶＤチャンバの気圧を例えばアルゴンなどの不活性ガスで３気圧に加圧する。
【００３４】
触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ　ＣＶＤ）法では、例えばタングステン線を約２０００℃に加熱して、その加熱タングステン線を触媒として、モノシランを分解して、シリコン層を金属板８上に成膜する。成膜時には、モノシランと同時に例えば、ジボランガスを流してシリコン層にボロンをドーピングし、図２に示すようにｐ型ａ−Ｓｉ層３を例えば５μｍ成膜する。
【００３５】
上記において、ジボランガスをフォスフィンに途中から切り替えて、リンつまり、ｎ型シリコン層４を約１μｍ成膜する。上述のガラス層の形成からｎ型シリコン層４の形成工程において、水素ガスを添加することで、シリコン層の膜質をより良好にすることが可能である。
【００３６】
シリコン層を成膜した後で、パターンを持つマスクを用いて上部電極５を形成し、その後ＣＶＤなどによって図２（ｃ）に示すとおり、絶縁膜としてガラス層１１を成膜する。金属基板８を加熱した状態でＣＶＤチャンバから取り出した後で、感光性レジストを塗布する。
【００３７】
図３は、本実施例におけるａ−Ｓｉの蜂の巣状に溝１４を有し、各蜂の巣には少なくとも１個のＡｌ突起物９の上面が突き刺さった構造を示している。溝１４にはその後の工程によって上部電極５が形成される。レジストを固めた後で、図３の本実施例における太陽電池の主要部分の平面図に示すように、ガラス材にクロム薄膜を蜂の巣状に刻んだパターンを持つマスクを用いてその上面から紫外線を照射してレジストを感光する。レジストが紫外線と反応して、材質が変化した部分（蜂の巣の輸郭）に沿って、レジストを除去して後に、例えばＨＦとＨＮＯ３の混合液を用いてガラス層１１を除去する。そして、図２（ｃ）の上部電極５は後述する図４によって形成したものである。その加工を終えた後で、ヒータの加熱を止めて常温に戻すと、金属板の変形（反り）を最小に抑えることが出来る。突起物９は蜂の巣の輸郭の中心に配置されている。図３において、太陽電池用ａ−Ｓｉを蜂の巣状に溝１４を形成している。各々の蜂の巣には少なくとも１個のＡ１突起物９の上面がａ−Ｓｉに突き刺さっているのが本発明の特徴である。
【００３８】
図４は、以上の太陽電池の製造工程も含めて、全工程を示す断面図である。図３以降の工程は図４において（ｆ）項以降に示されている。すなわち、図４（ｆ）において、ＣＶＤ成膜したＣＶＤ酸化膜１２に写真食刻法で層間孔１５を加工する。
（ｄ）において、ｎ型ａ−Ｓｉ層４の上にＣＶＤ酸化膜１２を形成する。
（ｅ）において、マスクを用いてアモルファスシリコン切り込み溝１４を形成する。（ｆ）において、ＣＶＤ酸化膜１２に上部電極５を形成するための層間孔１５を形成する。（ｇ）において、上面に金属層５をスパッタもしくは蒸着法で成膜する。又は、Ａｇペーストの印刷により金属層５を形成するか、もしくはＡｌ金属の溶射により同金属層５を形成する。
（ｈ）再び写真食刻法で金属層５をスリット状、格子状又は蜂の巣状に後述する図６及び図７に示す互いに繋がるように加工して、配線用の上部電極５を実現する。上部電極５の材料にはネサ（ＩＴ０）膜で形成しても良い。尚、上面のｐ型ａ−Ｓｉのシート抵抗を下げるために、透明電極（Ｉｎ−Ｓｎ系他）の薄膜を印刷法で形成し、その上にＡｇペーストで背骨状に上部電極バスを形成する。
（ｉ）（ｈ）の工程の後で、ゾルゲル法により反射防止膜１６を塗布する。
（ｊ）上部電極５と下部電極となる金属基板８に例えばハンダメッキ法で外部取りだし電極となる金属板の外部端子６と７をパネルの両側に取りつける。その後透明樹脂等のカバーにより密閉して太陽電池装置が完成する。上部電極５がスリット状の場合には、内側の上部電極５は端部の少なくとも一方で外部端子６と７と同様に金属板によって電気的に接続されるが、格子状又は蜂の巣状の場合には互いに電気的に接続されているが、同様に両側に外部端子を設けても設けなくてもよい。外部端子６と７は、所定の幅でパネルの幅全体に設けられ、銅板が好ましい。
（ｋ）（ｊ）の工程において、下部電極となる金属基板８に外部端子を形成する前に２枚の太陽電池パネルを半田で張り合わせた後に下部電極に外部端子を形成することにより、両面の太陽電池装置を完成する。
（ｌ）前述の透明樹脂等のカバーには、ハンダメッキの接合劣化防止のために紫外線カット膜、更に反射防止膜を設けることが好ましい。
【００３９】
本実施例による両面の太陽電池装置においては、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４０】
又、本実施例によって得られた太陽電池装置を海洋上に設置したメガフロート上に多数設置して発電プラントを経済的に製造することができる。又、太陽電池装置は太陽光の移動に沿って移動させることにより常に高い光電気変換効率を得ることができる。更に、両面太陽電池装置においては、パネルを真っ直ぐに立てた状態で実施することによって太陽光の移動に沿った移動を行うことなく実施できる。
【００４１】
（実施例２）
図５は、本発明の他の実施例を示す金属板の平面図（ａ）、その拡大図（ｂ）及び（ｂ）の断面図（ｃ）である。金属板８と突起物９に関わる。図５において突起物９はセラミック物であるアルマイト１７によって形成される。アルミニウムの金属板８を例えば陽極酸化法で処理することで、アルマイト部分を形成するとアルミニウムがその部分だけ侵食される。この際浸食されるアルミニウムの深さは数μｍ程度であり、約１．２μｍの酸化アルミニウムの突起物９が得られる。
【００４２】
本実施例では、アルマイトによれば、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４３】
（実施例３）
図６〜図８は本発明の他の実施例を示す太陽電池装置の金属基板の平面図及び断面図とその製造工程を示す断面図である。この実施例においては、図６及び図７に示すように金属基板８自身には突起物の構造を持たない代わりに、アルミニウムなどの金属基板８に形成したａ−Ｓｉ層は四角型の島状に分離されている。この島間にはガラス又は樹脂１８が島を互いに分離する溝のｎ型ａ−Ｓｉ層４途中まで充填される。その後上部電極５を付ける。ａ−Ｓｉ層を四角型の島状に分離する目的は、前述したように、金属基板８とａ−Ｓｉ層の熱膨張差によって生ずる応力歪によってアルミニウム金属基板８が反ることを防止するのが狙いである。ａ−Ｓｉの島は、図７に示すように、蜂の巣状に間仕切りをしても良く、同様に上部電極５が付けられる。又、外部電極は実施例１と同様にパネルの両側に設けられる。
【００４４】
図８は図６、図７の構造を実現するための太陽電池装置の具体的な製造方法を示す断面図である。製造工程は以下の通りである。
（ａ）金属板８を加熱型真空吸引板（真空チャック）板１３で吸引の後に、約４００℃に吸引板を加熱する。
（ｂ）（ａ）の状態でＣａｔ−ＣＶＤでｐ型ａ−Ｓｉ層３を気相成長する。成長の過程で、ドーピングガスを切り替えて、ｎ型層４を成長させて、Ｐ型ａ−Ｓｉ層３と併せて接合を形成する。なお、成長の過程で必要に応じて、金属板８の加熱温度を変えて、ａ−Ｓｉ層の品質を太陽電池としてより好適な性能に改良することが出来る。
（ｃ）（ｂ）の状態において、感光性ポリマー（例えば、ＰＩＱ）１９を基板加熱のままで塗布して、温度を変えてべーキング処理を施す。
（ｄ）（ｃ）の状態で、マスクを用いて、ＰＩＱの部分硬化部２０を形成する。
（ｅ）部分硬化部２０を白己整合的にポリマーを剥離して、その露出した部分のａ−Ｓｉ層をエッチング処理で除去する。
（ｆ）この工程を終えた時点で、基板加熱の真空チャックを常温に戻し、ａ−Ｓｉ間の溝領域のｎ型ａ−Ｓｉ層４の途中までスピン塗布法などで、ガラス又は樹脂２１を埋め込む。
（ｇ）ＰＩＱを再感光して、溝領域よりやや広い領域２２をパターニングし、部分硬化した領域を自己整合的にポリマーを剥離する。
（ｈ）アルミニウムを蒸着又はスパッタ法で成膜した後で、レジストを塗布して写真食刻法でアルミニウムをａ−Ｓｉ島間の溝領域０１５だけを残して除去して上部電極５を形成する。真空チャックから取り外して、太陽電池パネルが完成する。
【００４５】
図８において、感光性樹脂２１の代わりに、低温で形成した無機系のガラスであっても良い。また、上部電極５の形成は写真食刻法の代わりに印刷法で例えば銀ぺーストを凹部１５に塗りこんでも良い。
【００４６】
本実施例によれば、大面積の太陽電池パネルを製作工程における加熱、冷却などの温度変化による薄膜のはがれ、反り、クラックの発生などが防止され、生産工程での不良の発生を無くすことができることが確認された。
【００４７】
（実施例４）
図９及び図１０は、実施例１〜３によって得られた太陽電池装置を、海洋上に設置したメガフロート２５上に多数設置した発電プラントの構成を示す断面図である。得られた電力は海底ケーブルによる送電の他、図９は得られた電力を水素製造装置２６によって水素に変換し、それを貯蔵する貯蔵タンクを備えたもの、更に図１０は得られた電力を電磁波輸送装置によって電磁波に変換してそれを人工衛星を介して地上に送電するものが考えられる。前述のように、本実施例の太陽電池装置２３は容易に製造することができ、それによって高い光電気変換効率が得られるものである。又、実施例１〜３によって形成される太陽電池装置２３は、生産性が高く、そのため経済性に優れているものである。更に、太陽電池装置２３は、その各パネルを太陽に向かって後段側を徐々に高く支柱２４によって設定すると共に、図に示すように太陽光の移動に沿って常に太陽光が垂直に当たるように傾斜させるマイコン制御による回転手段を設けることにより常に高い光電気変換効率を得ることができる。又、海洋上では、電池の表面は海鳥の糞等によって汚れることが予想されるので、汚物の付着がしにくい抗菌性のコーテングを設けることが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明よれば、光電気変換効率が高く経済性に優れ、太陽電池の製造工程での剥がれ、反り、クラックなどの発生を抑止することができる安定した製造工程によって得られる太陽電池装置とその製造法及びその太陽電池装置用金属板並びに発電プラントを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の平面図及び断面図である。
【図２】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置におけるアモルファスシリコン切り込み溝の平面図である。
【図４】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の突起部構造付き金属基板の平面図とその拡大図及び断面図である。
【図６】本発明の突起物なしの金属基板を用いた太陽電池装置の平面図及び断面図である。
【図７】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の平面図である。
【図８】本発明の突起部付き金属板を用いた太陽電池装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の太陽電池装置を用いた海上発電プラントの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の太陽電池装置を用いた海上発電プラントの構成を示す断面図である。
【図１１】従来技術の太陽電池装置の断面図である。
【図１２】従来技術の太陽電池装置の断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…下部電極、３…ｐ型ａ−Ｓｉ層、４…ｎ型ａ−Ｓｉ層、５…上部電極、６、７…外部端子、８…アルミニウム金属板、９…アルミニウム突起物、１０…セラミックス溶射膜、１１…ガラス層、１２…ＣＶＤ酸化膜、１３…真空チャック付きヒータ、１４…アモルファスシリコン切り込み溝、１５…層問孔、１６…反射防止膜、１７…アルマイト層、１８…ガラス又は樹脂、１９…感光性ポリマー、２０…感光性ポリマー硬化部、２１…ガラス又は樹脂、２２…パターニングによるギャップ、２３…太陽電池装置、２４…支柱、２５…メガフロート、２６…水素製造装置及び水素貯蔵タンク、２７…電磁波輸送装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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