(57)【要約】【課題】ガラス基板上に透明電極を形成しても、ガラス基板が高い衝撃強度と優れた切断性を有する太陽電池基板の製造方法を提供する。【解決手段】アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法において、４８０℃〜５７０℃の温度に加熱したガラス基板上に透明電極膜を製膜する製膜工程と、製膜した該基板を２０℃／分以下の冷却速度で該温度から少なくとも４５０℃まで冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法において、４８０℃〜５７０℃の温度に加熱したガラス基板上に透明電極膜を製膜する製膜工程と、製膜した該基板を２０℃／分以下の冷却速度で該温度から少なくとも４５０℃まで冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする太陽電池基板の製造方法。
【請求項２】
上記冷却工程において、上記冷却速度が１０〜２０℃／分であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池基板の製造方法。
【請求項３】
上記冷却工程において、冷却された上記基板を、さらに加えて、３０℃／分以下の冷却速度で４５０℃から少なくとも４００℃まで冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池基板の製造方法。
【請求項４】
上記製膜工程において、ガラス基板を５５０℃〜５７０℃の温度に加熱するとともに、上記冷却工程において、４８０℃〜５３０℃の間の温度で１５分間以上にわたり基板の温度を保持する中間保持工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池基板の製造方法。
【請求項５】
アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法において、４８０℃〜５７０℃の温度に加熱したガラス基板上に透明電極膜を製膜する製膜工程と、製膜後に冷却した該基板を再び４８０℃〜５７０℃の温度に加熱する再加熱工程と、２０℃／分以下の冷却速度で該温度から少なくとも４５０℃まで冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする太陽電池基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、アモルファスシリコンを用いた太陽電池の一般的な層構成を示す。図１に示す太陽電池２０の一般的な製造方法としては、先ず、約５００℃に加熱したガラス基板１上に、透明電極２となる酸化スズを含む膜を製膜した後、室温まで急速に冷却することで、ガラス基板１と透明電極２からなる太陽電池基板１０を作製する。次に、この太陽電池基板１０を約３００℃に加熱し、モノシランガスの存在下でＣＶＤ法により、透明電極２上に発電部であるアモルファスシリコン膜（α−Ｓｉ膜）３を製膜する。最後に、このアモルファスシリコン膜上に裏面電極となる酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と、金属電極となるアルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）との膜４を約３００℃で製膜して、アモルファスシリコン太陽電池２０を完成する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５３３１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法で得られたガラス基板１と透明電極２からなる太陽電池基板１０は、雹などの落下に対する衝撃強度を評価する鋼球落下試験において、ガラス基板１の損傷率が高くなるという問題があった。また、太陽電池基板１０を切断する際、ガラス基板１にひび割れ等が発生し易くなり、自由な大きさや形状に切断できず、歩留りが低下するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点を鑑み、ガラス基板上に透明電極を形成しても、ガラス基板が高い衝撃強度と優れた切断性を維持することができる太陽電池基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽電池基板の製造方法は、アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法において、４８０℃〜５７０℃の温度に加熱したガラス基板上に透明電極膜を製膜する製膜工程と、製膜した該基板を２０℃／分以下の冷却速度で該温度から少なくとも４５０℃まで冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
アモルファスシリコン膜、Ｉｎ２Ｏ３膜及びＡｌ膜などの製膜温度は約３００℃以下と低温であるが、透明電極の製膜温度は、透明導電性酸化物を高い結晶性で製膜させるため、約４８０℃以上にする必要がある。このような高温にまでガラス基板を加熱した場合、急激に冷却するとガラス基板の物性が変化し、衝撃強度及び切断性が低下するということが判明した。よって、ガラス基板を約４８０℃以上に加熱して透明電極膜を製膜した後、この基板を２０℃／分以下の冷却速度で少なくとも４５０℃まで冷却することにより、ガラス基板が高い衝撃強度と優れた切断性を有する太陽電池基板を製造することができる。
【０００８】
上記冷却工程における冷却速度は１０〜２０℃／分が好ましい。また、４５０℃から少なくとも４００℃までの範囲では、上記基板を３０℃／分以下の冷却速度で冷却することが好ましい。さらに、上記製膜工程において、ガラス基板の温度を５５０℃〜５７０℃の範囲まで加熱した場合、冷却工程において該基板を冷却する際に、４８０℃〜５３０℃の間の温度で１５分間以上にわたり基板の温度を保持する中間保持工程を含むことが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る太陽電池基板の製造方法は、別の形態として、アモルファスシリコン太陽電池に使用される透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法において、４８０℃〜５７０℃の温度に加熱したガラス基板上に透明電極膜を製膜する製膜工程と、製膜後に冷却した該基板を再び４８０℃〜５７０℃の温度に加熱する再加熱工程と、２０℃／分以下の冷却速度で該温度から少なくとも４５０℃まで冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
このように、一旦は急速に冷却した太陽電池基板であっても、再度４８０℃〜５７０℃の温度に加熱してから、２０℃／分以下の冷却速度で少なくとも４５０℃まで冷却するという追加処理を行うことで、高い衝撃強度と優れた切断性を有する太陽電池基板を製造することができる。上記冷却速度は１０〜２０℃／分が好ましく、４５０℃から少なくとも４００℃までの範囲では、上記基板を３０℃／分以下の冷却速度で冷却することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本発明では、材料として、ガラス基板と、透明電極を形成する透明導電性酸化物とを使用する。ガラス基板としては、太陽電池に使用できるガラス基板であれば、特に限定されず、例えば、ソーダライムガラスなどを使用することができる。また、透明導電性酸化物としては、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化スズを微量添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化タングステンを微量添加した酸化インジウム（ＩＷＯ）、酸化モリブデンを微量添加した酸化インジウム（ＩＭＯ）、酸化アンチモンを微量添加した酸化スズ（ＡＴＯ）、フッ素を微量添加した酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化カドミウムを微量添加した酸化スズ（ＣＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等などを使用することができる。
【００１２】
透明電極を備えた太陽電池基板の製造方法としては、先ず、ガラス基板を４８０℃〜５７０℃、好ましくは４８０℃〜５５０℃に加熱する。そして、ガラス基板上に透明導電性酸化物を膜状にＣＶＤ法により形成する。製膜工程における温度は、より高い温度である程、短い時間で透明電極膜を製膜することができる。
【００１３】
次に、図２に示すように、製膜工程後のガラス基板を、２０℃／分以下、好ましくは１０〜２０℃／分の冷却速度で少なくとも４５０℃、好ましくは４００℃まで冷却する。２０℃／分を超える冷却速度で急激に冷却すると、ガラス基板の物性が変化して、衝撃強度及び切断性が低下してしまう。一方、１０℃／分以上の冷却速度とすることで、冷却時間を短縮することができるので、太陽電池基板の生産性を向上させることができる。
【００１４】
また、４５０℃から４００℃までの冷却は、図２に示すように、３０℃／分以下、好ましくは１０〜３０℃／分の冷却速度で基板を冷却することもできる。４００℃から室温までの冷却は、３０℃／分以上、好ましくは３０〜５０℃／分の冷却速度で急速に冷却することができる。これにより、短時間で基板を冷却することができるので、タクトタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【００１５】
さらに、製膜工程におけるガラス基板の温度を５５０℃〜５７０℃の範囲にした場合は、冷却工程において、図２に示すように、４８０℃〜５３０℃の間の温度で１５分間以上、好ましくは１５〜２０分間にわたり基板を保持する中間保持工程を行うことが好ましい。高温で短時間に透明電極膜を製膜すると、基板に温度分布が発生する場合がある。よって、中間保持工程により基板全体を均熱化し、均一な透明電極を得ることができる。
【００１６】
なお、４８０〜５７０℃の製膜温度から４５０℃まで、２０℃／分を超える冷却速度で急速に冷却した場合であっても、追加処理として、再び４８０〜５７０℃まで加熱してから２０℃／分以下の冷却速度で少なくとも４５０℃まで冷却することで、高い衝撃強度と優れた切断性を有する太陽電池基板を製造することができる。このように、一度は急速に室温まで冷却し、ガラス基板の衝撃強度及び切断性が低下しても、上記の追加処理を行うことで再び高い衝撃強度と優れた切断性が回復し、不良品の発生率を低減することができ、歩留りを向上させることができる。追加処理の冷却速度も１０〜２０℃／分とすることが好ましい。また、４５０℃から少なくとも４００℃までの範囲では、３０℃／分以下の冷却速度で冷却することができる。
【００１７】
このようにして得られた本発明に係る透明電極を備えた太陽電池基板は、透明電極上に、順にアモルファスシリコン、裏面電極／金属電極を製膜することでアモルファスシリコン太陽電池を製造することができる。アモルファスシリコンの製膜方法は、特に限定されないが、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスの存在下でＣＶＤ法によって透明電極上にアモルファスシリコン膜を製膜することができる。このとき、モノシランガスにジボラン（Ｂ２Ｈ６）を加えるとｐ型アルモファスシリコンが生成し、フォスフィン（ＰＨ３）を加えるとｎ型アルモファスシリコンが生成するので、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン膜を製膜することができる。裏面電極としては、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）を用いることができる。また、金属電極としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や、銀（Ａｇ）を用いることができる。なお、アモルファスシリコン膜や、Ｉｎ２Ｏ３膜、Ａｌ膜等を製膜する際の温度は約３００℃以下なので、上記のような２０℃／分以下の冷却速度で緩やかに冷却しなくても、ガラス基板の物性は変化せず、高い衝撃強度と優れた切断性を維持することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、比較例とともに説明する。
（実施例１及び２、比較例１）
ソーダライムガラスＡ（組成を表１に示す）からなるガラス基板（縦１１００ｍｍ×横１４００ｍｍ×厚４ｍｍ）を真空炉内で約１５分間にわたり４８０℃に保持すし、ＣＶＤ法を用いてガラス基板上に透明電極となるＳｎＯ２を厚さ約０．６〜０．７μｍで製膜した。次に、真空炉内に導入するアルゴン（Ａｒ）ガスの温度等を制御することによって、真空炉内の透明電極を備えたガラス基板を２０℃／分の冷却速度で４００℃までと、４５０℃までと、４８０℃までとにそれぞれ冷却した。そして、各温度から室温まではそれぞれ３０℃／分の冷却速度で冷却した。このようにして得られた各太陽電池基板（実施例１及び２、比較例１）について、鋼球落下試験と切断性試験を行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
鋼球落下試験は、２２８ｇの鋼球を１ｍの高さから太陽電池基板に落下させて、１０枚中何枚に損傷が発生したかを調査した。また、切断性試験は、ガラス切りを用いて太陽電池基板にケガキ線を付けて、これを割断した際に、１０枚中何枚にケガキ線以外での割断が発生したかを調査した。この結果を表２に示す。
【００２１】
（実施例３及び４、比較例２）
ガラス基板を約８分間にわたり５５０℃に保持してＳｎＯ２を製膜すること以外は、実施例１及び２、比較例１と同様にして、太陽電池基板（実施例３及び４、比較例２）を得た。これらの鋼球落下試験及び切断性試験の結果を表２に示す。
【００２２】
（実施例５及び６）
冷却温度を２０℃／分の代わりに１０℃／分にすること以外は、実施例１及び３と同様にして、太陽電池基板（実施例５及び６）を得た。これらの鋼球落下試験及び切断性試験の結果を表２に示す。
【００２３】
（実施例７及び８、比較例３）
ソーダライムガラスＡの代わりにソーダライムガラスＢ（組成は表１に示す）を用いたこと以外は、実施例４及び６、比較例２と同様にして、太陽電池基板（実施例７及び８、比較例３）を得た。これらの鋼球落下試験及び切断性試験の結果を表２に示す。
【００２４】
（実施例９及び１０、比較例４）
ソーダライムガラスＡの代わりにソーダライムガラスＣ（組成は表１に示す）を用いたこと以外は、実施例２及び３、比較例１と同様にして、太陽電池基板（実施例９及び１０、比較例４）を得た。これらの鋼球落下試験及び切断性試験の結果を表２に示す。
【００２５】
（実施例１１及び１２）
基板を冷却する際に、５３０℃において１５分間にわたり一定温度を保持する中間保持工程を加えること以外は、実施例３と同様にして、太陽電池基板（実施例１１）を得た。また、基板を冷却する際に、４８０℃において１５分間にわたり一定温度を保持する中間保持工程を加えること以外は、実施例４と同様にして、太陽電池基板（実施例１２）を得た。これらの鋼球落下試験及び切断性試験の結果を表２に示す。
【００２６】
（実施例１３及び１４、比較例５）
４８０℃から４５０℃まで３０℃／分の冷却速度で冷却した比較例２の太陽電池基板を、再び真空炉内で５５０℃に加熱した後、２０℃／分の冷却速度で４００℃までと、４５０℃までと、４８０℃までとにそれぞれ冷却した。そして、各温度から室温まではそれぞれ３０℃／分の冷却速度で冷却した。このようにして得られた各太陽電池基板（実施例１３及び１４、比較例５）について、鋼球落下試験と切断性試験を行った。その結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２に示すように、製膜温度から４５０℃までの範囲において２０℃／分以下の冷却速度で冷却した実施例１〜１０は、鋼球落下試験及び切断性試験において破損せず、良好な結果を示した。中間保持工程を加えた実施例１１及び１２も、両試験において破損せず、良好な結果が得られた。一方、４８０℃から４５０℃までの範囲において、３０℃／分の冷却速度で冷却した比較例１〜４は、鋼球落下試験及び切断性試験の両方において２〜４枚の破損が発生し、衝撃強度及び切断性が低下することが確認された。
【００２９】
なお、比較例２を再び５５０℃まで加熱し、今度は少なくとも４５０℃まで２０℃／分の冷却速度で冷却する追加処理を施した実施例１３及び１４については、破損が発生しなかった。これにより、一旦急速に冷却しても、追加処理を行うことで、高い衝撃強度及び切断性を回復させることができることが確認された。追加処理でも４８０℃から４５０℃までを３０℃／分の冷却速度で冷却した比較例５は、比較例２と同様に破損が発生した。
【００３０】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、ガラス基板上に透明電極を形成しても、ガラス基板が高い衝撃強度と優れた切断性を維持することができる太陽電池基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の概略的な層構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽電池基板の製造方法の冷却工程の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１　ガラス基板
２　透明電極膜
３　アモルファスシリコン膜（α−Ｓｉ膜）
４　裏面電極膜／金属電極膜
１０　太陽電池基板
２０　太陽電池
【図１】
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【図２】
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