(57)【要約】【課題】本発明は、ガラス板とステンレス板の間に気泡が残らず、基板に可とう性を持たすことができる基板とこれを用いた太陽電池を提供する。【解決手段】本発明の基板は、厚みが０．０１〜０．５ｍｍであり、一つ以上の穴(14)が開いた金属層(11)と、厚さが０．０１〜０．３ｍｍのガラス層(12)とが接着してなる。基材(11)と、ガラス層(12)を融着して接着させる時、基材(11)に穴(14)を開けることにより、基材(11)とガラス層(12)の間から気体が抜けるため、基材(11)とガラス層(12)の間に気泡が残らない。また、基材(11)に穴(14)を開けることにより可とう性を付与できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが０．０１〜０．５ｍｍであり、一つ以上の穴が開いた金属層と、厚さが０．０１〜０．３ｍｍのガラス層とが接着してなる基板。
【請求項２】
前記金属層にあいている穴の直径は０．１〜３ｍｍであり、穴の間隔が１〜２０ｃｍである請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記金属層の熱膨張係数は３０〜４００℃の範囲で０．８×１０-5〜１．２×１０-5／℃である請求項１に記載の基板。
【請求項４】
前記金属層はステンレスである請求項１に記載の基板。
【請求項５】
前記金属層はＳＵＳ４３０である請求項３に記載の基板。
【請求項６】
前記ガラス層はソーダライムガラスである請求項１に記載の基板。
【請求項７】
前記ガラス層の成分は、ＳｉＯ2が６８〜７４ｗｔ％、Ｎａ2Ｏが１０〜１５ｗｔ％、ＣａＯが７〜１１ｗｔ％、ＭｇＯが２〜６ｗｔ％である請求項６に記載の基板。
【請求項８】
前記ガラス層の軟化点は７００℃以上である請求項１に記載の基板。
【請求項９】
前記金属層と前記ガラス層とは加熱により接着されている請求項１に記載の基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板と、
前記基板上に配置された第１の電極と、
前記第１の電極上に配置されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に配置されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に配置された窓層と、
前記窓層上に配置された第２の電極とを含む太陽電池。
【請求項１１】
前記ｐ型半導体層は、Iｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含むｐ型化合物半導体
である請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記Ｉｂ族元素はＣｕであり、前記ＩＩＩｂ族元素はＩｎおよびＧａから選ばれる少なくとも一つの元素を含み、前記ＶＩｂ族元素はＳｅおよびＳから選ばれる少なくとも一つの元素を含む請求項１１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、金属板に絶縁層を形成した基板及びこれを用いた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属基板の絶縁方法として様々な基板が提案されている。たとえば、基板上に、ゾルゲル法で酸化物層を形成した基板が開示されている（例えば特許文献１）。しかし、ゾルゲル法で形成した酸化物層膜はピンホールが多く絶縁性を持たせるのは困難である。また、ホーローを絶縁層に用いると、ホーローに気泡が含まれているため、基板を高温にすると気泡が膨張して基板に凹凸が発生する。そのため気泡を含有しないガラス板をステンレス板に融着して接着する方法が検討された（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−０４０８２９号公報
【特許文献２】特開平３−０１６９４０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、ステンレス板とガラス板を融着して基板を作るとき、ガラスとステンレス板の間に気泡が発生しやすい。また、充分な絶縁性を確保するには、厚い絶縁層が必要であり、それを支持するには厚い金属基板が必要である。そのため可とう性がない。
【０００４】
このような状況に鑑み、本発明は、ガラス板とステンレス板の間に気泡が残らず、基板に可とう性を持たすことができる基板とこれを用いた太陽電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の基板は、厚みが０．０１〜０．５ｍｍであり、一つ以上の穴が開いた金属板と、厚さが０．０１〜０．３ｍｍのガラス板が接着してなる構造である。
【０００６】
本発明の太陽電池は、前記の基板と、前記基板上に配置された第１の電極と、前記第１の電極上に配置されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に配置されたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置された窓層と、前記窓層上に配置された第２の電極とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の基板によればガラス板とステンレス板の間に気泡が入ることがないため、平滑な基板が得られる。また高温プロセスを必要とするデバイスの作製においても、ガラス板とステンレス板の間に気泡がないため高温雰囲気による気泡の膨張が無くデバイス作製に影響を及ぼさない。この基板を用いた電子デバイスは、製造時の歩留まりが高く、製造後の信頼性も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、金属板にあいている穴の直径が０．１ｍｍ〜３ｍｍであり、穴の間隔が１ｃｍ〜２０ｃｍであることが好ましい。穴の大きさと間隔が上記の範囲であると、ガラス板とステンレス板との間から効率よく気体が抜けるため気泡が残らない。また、基材に穴を開けることにより可とう性を付与できる。
【０００９】
金属の熱膨張係数は３０〜４００℃の範囲で０．８×１０-5〜１．２×１０-5／℃であることが好ましい。これはガラスと熱膨張が近いほど接着したときの応力が小さくなるためである。
【００１０】
金属の種類はステンレスであることが好ましい。ステンレスはさびにくく高温でも使用できるので電子デバイス製造に有利である。ステンレスの種類はＳＵＳ４３０であることが好ましい。ＳＵＳ４３０は空気中で酸化すると表面に酸化層が形成されるためガラス層との接着に有利である。
【００１１】
ガラスの軟化点が７００℃以上であることが好ましい。７００℃以上の軟化点であると電子デバイスを７００℃で製造したり、７００℃での使用が可能となる。
【００１２】
本発明の太陽電池用基板は図２に示す金属層１１とガラス層１２とを含む。金属層１１には１カ所以上に穴が開いている。ガラス層１２の軟化点は７００℃以上であり、少なくとも８００℃以下では化学的変化は起きないものである。ガラス層１２の表面粗さはＲａが２ｎｍ以下である。金属層１１には例えばステンレス板を用いることができる。ガラス層１２には例えばソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラスなどを用いることができる。
【００１３】
使用する金属層１１は厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、金属層１１には１ｃｍ〜２０ｃｍ間隔で０．１ｍｍ〜３ｍｍの穴が開いたものを使用するのが好ましい。穴の間隔は等間隔でなくてもよく、穴の形状は特に問わない。
【００１４】
金属層１１とガラス層１２を重ね合わせ、７００〜８００℃で５〜１２０分間焼成する。前記の構成によれば金属層１１とガラス層１２の間に気体が残ることなく金属層１１とガラス層１２が融着した基板を製造できる。
【００１５】
また金属層１１に穴を開けることにより金属層１１とガラス層１２を貼り合わせた基板に可とう性が生じるため、曲面を持たせて使用することも可能となる。
【００１６】
この構成によれば、１０μｍ以下の電子デバイスを例えば６５０℃で製造しても基板に起因するピンホール発生等による電気的絶縁、多層膜電子デバイスにおいて電気的ショート等を起こすことなく製造することができる。
【００１７】
前記金属層の熱膨張係数は３０〜４００℃の範囲で０．８×１０-5〜１．２×１０-5／℃であることが好ましい。
【００１８】
前記金属層はステンレスであることが好ましい。前記金属層はＳＵＳ４３０であっても良い。
【００１９】
前記ガラス層はソーダライムガラスであることが好ましい。
【００２０】
前記ガラス層の成分は、ＳｉＯ2が６８〜７４ｗｔ％、Ｎａ2Ｏが１０〜１５ｗｔ％、ＣａＯが７〜１１ｗｔ％、ＭｇＯが２〜６ｗｔ％であることが好ましい。
【００２１】
前記ガラス層の軟化点は７００℃以上であることが好ましい。前記金属層と前記ガラス層とは加熱により接着されていることが好ましい。
【００２２】
本発明の基板は例えば薄膜太陽電池の基板として使用できる。太陽電池を製造したときの例を図３に示す。本発明の構成である層１１と層１２からなる基板上に導電層１３を形成する。導電層１３に例えばレーザやダイヤモンド刃で分割溝５１を形成する。
【００２３】
第１半導体膜４１は、光吸収層となる半導体膜である限り特に限定されないが、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含むｐ型化合物半導体からなる半導体膜が好ましい。光電変換効率が高く、光照射等による光電変換効率の劣化が少ない太陽電池を構成することができるからである。より具体的には、前記Ｉｂ族元素がＣｕであり、前記ＩＩＩｂ族元素が、Ｉｎ及びＧａから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記ＶＩｂ族元素が、Ｓｅ及びＳから選ばれる少なくとも１つの元素であるｐ型化合物半導体からなる半導体膜が挙げられる。また、第１半導体膜の厚みは、例えば０．５〜３μｍとすればよい。
【００２４】
第２半導体膜４２は、窓層となる半導体膜である限り特に限定されない。例えば、ＺｎＭｇＯやＣｄＳ等のｎ型半導体からなる半導体膜が使用できる。また、第２半導体膜４２の厚みは、例えば６０〜２００ｎｍとすればよい。さらに窓層４３を形成しても良い。窓層となる材料である限り特に限定されない。例えばＺｎＯやＣｄＳ等が用いられる。
【００２５】
透明電極膜４４の材料としては、一般に太陽電池に使用される透明電極材料が使用できる。具体的には、インジウム−錫酸化物合金（ＩＴＯ）や、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等が使用できる。また、透明電極膜の厚みは、例えば８０〜３００ｎｍとすればよい。
【００２６】
薄膜太陽電池は発電に関与する膜の厚さが数μｍであり、製造時に６００〜７００℃の温度を必要とするものがある。本発明の構成によれば電気伝導性基板上に絶縁層を形成した基板において、太陽電池が電気的問題が発生することなく動作する。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【００２８】
（実施例１）
実施例１ではステンレス板とソーダライムガラスを融着により貼り合わせた例について説明する。
【００２９】
縦：３０ｃｍ、横：３０ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのステンレス板と縦：３０ｃｍ、横：３０ｃｍ、厚さ０．３ｍｍのソーダライムガラス板を準備した。ステンレス板には５ｃｍ間隔に直径０．５ｍｍの穴を２５個開けた。前記のステンレス板とソーダライムガラス板を重ね合わせ、電気炉に室温から入れて昇温速度１０℃／分で７５０℃まで上げ、７５０℃で１０分間保持した後、室温まで冷却した。加熱は大気中で行った。
【００３０】
前記の工程を経た後はステンレス板とガラス板は融着して離れなかった。ステンレス板とガラス板の間には気泡は見られなかった。ガラス板の表面粗度を測定するとＲａ＝０．６ｎｍであった。
【００３１】
比較のためにステンレス板に穴を開けないものを使用し、他の条件は全て同じにして前記と同じ工程を行った。ステンレス板とソーダライムガラス板の間には直径１０ｃｍ前後の円状の気泡が５カ所見られた。またその他小さな気泡も多数観察された。気泡が存在しているところは気泡によってガラス面が盛り上がり、平坦性がなくなっていた。またダイシングにより円状の気泡の部分を切り出してみると、ステンレス板とガラス板は分離してしまい、接着していないことがわかった。
【００３２】
本実施例では、穴の間隔と大きさはそれぞれ１０ｃｍと０．５ｍｍとしたが、穴の間隔と大きさをそれぞれ変えて実験したところ、穴の間隔は１ｃｍ〜２０ｃｍ、穴の大きさは０．１〜３ｍｍで有効な効果が見られた。図１に穴の間隔と気泡の数の関係を示す。気泡は１０ｃｍ程度に成長するため少なくとも１０ｃｍ間隔で空気が抜ける穴があれば気泡は発生しない。さらに好ましくは１ｃｍ間隔に穴があると微小な気泡も発生することはない。１ｃｍよりも間隔が狭いとステンレス基板の強度が低下するため、ガラス板を支えることができない。
【００３３】
また、可とう性を持たせるためにはガラス板の厚みは０．３ｍｍ以下でなければならない。これ以上の厚みであると曲げたときにガラス板が割れてしまう。
【００３４】
（実施例２）
実施例２では実施例１で説明した方法により製造した基板上に太陽電池を製造した例について説明する。
【００３５】
０．５ｍｍ厚のステンレス板に０．３ｍｍ厚のソーダライムガラスを重ねて、大気中、７２０℃で１５分間加熱し、ステンレス板とガラス板を接着させた。ステンレス板には３ｃｍ間隔で２ｍｍの穴を開けたものを使用した。加熱後、ソーダライムガラス面の表面粗さはＲａ＝０．８ｎｍであった。ガラス層の表面、断面には気泡は全く観察されなかった。
【００３６】
前記の基板上にスパッタ法でＭｏ膜を形成した。Ｍｏの膜厚は０．４μｍであった。次に溝５１をレーザスクライブ法で形成した。
【００３７】
次に、Ｍｏ膜上に、ｐ形半導体層４１として膜厚２μｍのＣＩＧＳ膜を蒸着法によって形成した。ＣＩＧＳ膜の製膜温度（基板温度）は６００℃であった。
【００３８】
次に、Ｉｎを含む化合物（塩）である塩化インジウム（ＩｎＣｌ3）とチオアセトアミドとを含有する水溶液を用意した。水溶液中の塩化インジウムの濃度は０．００５Ｍとし、チオアセトアミドの濃度は０．１Ｍとし、ｐＨは１．９とした。この水溶液を入れた容器を７５℃に保った温水槽に静置した。この水溶液にＣＩＧＳ膜を形成した基板を、約１０秒間浸漬した。その後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄した。この操作によって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の表面に膜厚が約５ｎｍのＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2膜を形成した。Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ2膜によってパッシベーション効果とオールバリヤー効果が得られるため、特性が高い太陽電池を形成できる。
【００３９】
次に、カドミウムを含む化合物（塩）である硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ4）とアンモニアとを含有する水溶液を用意した。水溶液中の硫酸カドミウムの濃度は０．００１Ｍとし、アンモニアの濃度は１Ｍとした。この溶液を入れた容器を８５℃に保った温水槽に静置した。この溶液にＣＩＧＳ膜を形成した基板を約６分間浸漬した。その後、溶液から基板を引き上げて純水で洗浄し、ＣｄＳからなるｎ形半導体層を形成した。
【００４０】
次に、窓層４３であるＺｎＯ膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。ＺｎＯ膜形成時のスパッタの条件は、アルゴンガス圧１．５×１０-4Ｐａ（２×１０-2Ｔｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗとした。
【００４１】
次にメカニカルスクライブ法で溝５２を形成した。次に、透明電極４４であるＩＴＯ膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成したまた、ＩＴＯ膜形成時のスパッタの条件は、アルゴンガス圧６×１０-5Ｐａ（８×１０-3Ｔｏｒｒ）、高周波パワー４００Ｗとした。次にメカニカルスクライブ法で溝５３を形成した。
【００４２】
ｐ形半導体層４１から透明電極４４を切断する溝５３が形成されている。溝５１、５２および５３は、互いにほぼ平行であり、それぞれ、少しずつずれるように形成されている。本実施例では溝５１はレーザスクライブ法、溝５２，５３はメカニカルスクライブ法で形成したが、これらの溝は、本実施例の通りでなくともメカニカルスクライブ法や、レーザスクライブ法などの公知の方法で形成できる。
【００４３】
一つのユニットセルの幅は３ｍｍ、長さは１００ｍｍとした。ユニットセル数は３０個であった。太陽電池特性を測定したところ、変換効率は１３．１％、開放端電圧は０．５９Ｖ／１ユニットセル、短絡電流は３２．５ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子は０．６８であった。
【００４４】
比較として、穴を開けていないステンレス板を使用して製造した基板を用いる以外は前記と同じ方法で太陽電池を製造した。ステンレス板とガラス板の間には気泡が観察された。
【００４５】
太陽電池特性を測定したところ、変換効率は９．８％、開放端電圧は０．５２Ｖ／１ユニットセル、短絡電流は３１．０ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子は０．６１であった。特性の低下は気泡に起因する基板表面の凹凸により短絡が一部で発生していること、さらに気泡の所ではステンレス板とガラス板とが接着していないため接着しているところと比べてＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜を形成するとき基板内で温度差が発生したことにより、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2膜の膜質が不均質であるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例における穴の間隔と気泡の数を示す図。
【図２】本発明の一実施例における基板の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一実施例における太陽電池の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１０  基板
１１  金属板
１２  ガラス層
１３  導電層
１４  穴
４１  第１半導体層
４２  第２半導体層
４３  窓層
４４  透明電極
５０ａ，５０ｂ  太陽電池
５１，５２，５３  分割溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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