(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状に加工されたポリカルボジイミドを焼成することにより得られるカーボンフィルム基板と、そのカーボンフィルム上に成膜されたＳｉＮもしくはＳｉＯ２からなる電気絶縁層と、その電気絶縁層上に形成された下部電極層と、その下部電極層上に５００℃以上の温度で形成されたＰ型のＣＩＳ系の光吸収層と、その光吸収層上に形成されたｎ型半導体層と、そのｎ型半導体層上に形成された上部透明電極層と、ｎ型半導体層と上部透明電極層との間に高抵抗層を設けたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
フィルム状に加工されたポリカルボジイミドを焼成することにより得られるカーボンフィルム基板上にＳｉＮもしくはＳｉＯ２からなる電気絶縁層を成膜する工程と、その電気絶縁層上に下部電極層を成膜する工程と、前記電気絶縁層上に５００℃以上の温度でｐ型のＣＩＳ系の光吸収層を形成する工程と、その光吸収層上にｎ型半導体層を形成する工程と、その光吸収層上に高抵抗層を形成する工程と、その高抵抗層に上部透明電極層を形成する工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フレキシブル基板を用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＩＳ系の化合物薄膜半導体太陽電池は、例えば、図２に示すように、厚さ数ｍｍ程度（１〜３ｍｍ）の基板１′上に、数千Å程度（５０００〜１５０００Å）の厚さに成膜されたＭｏ、Ｗなどからなる下部電極層２、数μｍ程度（１〜３μｍ）の厚さに成膜されたｐ型半導体のＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅなどからなるＣＩＳ系の光吸収層３、数百Å程度（１００〜１５００Å）の厚さに成膜されたＣｄＳ、ＺｎＳなどからなるｎ型半導体層４、数百Å程度（１００〜１５００Å）の厚さに成膜されたＺｎＯからなる高抵抗層５（ｎ型半導体層４にＺｎＳを用いた場合には不要となる）、数μｍ程度（０．５〜５μｍ）の厚さに成膜されたＺｎＯＡｌ、ＩＴＯなどからなる上部透明電極６および数μｍ程度（０．１〜３μｍ）厚さに成膜されたＭｇＦ２、ＴｉＯ２などからなる反射防止層７が順次積層された構造になっている。
【０００３】
上部透明電極層６上には、Ａｌなどからなるｎ側電極８が形成されている。また、下部電極層２上には、Ａｇなどからなるｐ側電極９が形成されている。
【０００４】
従来、その太陽電池の基板１′として、光吸収層３の熱膨張係数などの制約からして、数ｍｍの厚さのソーダライムガラスが一般的に用いられている。
【０００５】
しかして、近年では、ガラス基板を用いるのでは、重量がかさみ、柔軟性がなく、また高温の熱処理時に反りが生じてしまうという欠点を補うために、ポリイミド樹脂を基板に用いた軽量でフレキシブルな太陽電池が開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣＩＳ系の薄膜太陽電池の軽量化およびフレキシブル化を図るために基板にポリイミド樹脂を用いるのでは、その耐熱温度が４８０℃程度しかないことである。そのため、良質なカルコパイライト構造による結晶のＣＩＳ系光吸収層が得られる成膜処理温度にまで昇温することができず、光電変換効率が悪くなってしまうことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの各種成膜方法によって良質なカルコパイライト構造による結晶のＣＩＳ系光吸収層を形成させるのに最高１０００℃の高温に耐えることができる軽量で柔軟性のある材料としてカーボンフィルムを用いて、カーボンフィルムの表面に電気絶縁層が成膜されたものを太陽電池の基板に用いるようにしている。
具体的には、フィルム状に加工されたポリカルボジイミドを焼成することにより得られるカーボンフィルム基板と、そのカーボンフィルム上に成膜されたＳＩＮもしくはＳｉＯ２からなる電気絶縁層と、その電気絶縁層上に形成された下部電極層と、その下部電極層上に５００℃以上の温度で形成されたｐ型のＣＩＳ系の光吸収層と、その光吸収層上に形成されたｎ型半導体層と、そのｎ型半導体層上に形成された上部透明電極層と、ｎ型半導体層と上部透明電極層との間に高抵抗層を設けることによって太陽電池を得る。
そして、フィルム状に加工されたポリカルボジイミドを焼成することにより得られるカーボンフィルム基板上にＳＩＮもしくはＳｉＯ２からなる電気絶縁層を成膜する工程と、その電気絶縁層上に下部電極層を成膜する工程と、前記電気絶縁層上に５００℃以上の温度でｐ型のＣＩＳ系の光吸収層を形成する工程と、その光吸収層上にｎ型半導体層を形成する工程と、その光吸収層上に高抵抗層を形成する工程と、その高抵抗層に上部透明電極層を形成する工程とによって太陽電池を製造する。
【０００８】
【実施例】
本発明によるＣＩＳ系の化合物薄膜半導体太陽電池は、図１に示すように、例えば、数μｍ〜数百μｍ（５〜５００μｍ）の厚さの柔軟性を有するカーボンフィルム１１の表面に、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などからなる電気絶縁層１２が数百〜数千Å（５００〜５０００Å）の厚さに成膜されたものを基板１として用いるようにしている。
【０００９】
そして、その基板１上に、数千Å程度（５０００〜１５０００Ａ）の厚さに成膜されたＭｏ、Ｗなどからなる下部電極層２、数μｍ程度（１〜３μｍ）の厚さに成膜されたｐ型半導体のＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅなどからなるＣＩＳ系の光吸収層３、数百Å程度（１００〜１５００Å）の厚さに成膜されたＣｄＳ、ＺｎＳなどからなるｎ型半導体層４、数百Å程度（１００〜１５００Å）の厚さに成膜されたＺｎＯからなる高抵抗層５（ｎ型半導体層４にＺｎＳを用いた場合には不要となる）、数μｍ程度（０．５〜５μｍ）の厚さに成膜されたＺｎＯＡｌ、ＩＴＯなどからなる上部透明電極６および数μｍ程度（０．１〜３μｍ）厚さに成膜されたＭｇＦ２、ＴｉＯ２などからなる反射防止層７が順次積層された構造になっている。
【００１０】
上部透明電極層６上には、Ａｌなどからなるｎ側電極８が形成されている。また、下部電極層２上には、Ａｇなどからなるｐ側電極９が形成されている。
【００１１】
力学的特性、耐熱性に優れ、かつ柔軟性を有するカーボンフィルム１１を得るには、原材料であるポリカルポジイミドを作成することから始まる。ポリカルポジイミドは、自己架橋する特性を有することから、炭素化した際も柔軟性を保ち、かつ力学的特性にも優れた性質をもつ。
【００１２】
ポリカルポジイミドは、ジイソシアネートと触媒による脱炭酸縮合反応により合成される。
【００１３】
そのときのポリカルポジイミド反応式としては、以下のとおりである。
ｎＯＣＮ−Ｒ−ＮＣＯ→〔−Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−〕ｎ＋ｎＣＯ２
【００１４】
ここで得られたポリカルポジイミドは粉末状であり、加工処理することによってフィルム状にする。
【００１５】
その得られたポリカルポジイミドフィルムはアモルファス構造を有し、表１に示すような力学的特性を示す。
【００１６】
【表１】
0004257443.tif 000002
【００１７】
そして、そのポリカルポジイミドフィルムを焼成することによってカーボンフィルム１１が得られる。焼成を行うことで、自己架橋反応が進行し、強い耐熱性が付与される。最高１０００℃までの焼成処理が可能であり、焼成温度に依存してヤング率、引張り強度が向上する。
【００１８】
また、このような高温度処理を行ってもアモルファス構造を保持し、１０μｍ厚程度のカーボンフィルムは曲率数ｍｍの柔軟性を示す。そして、そのカーボンフィルムは、特に高密度特性を有し、微小な亀裂や気泡などの欠陥が希少な極微密な構造を有し、高いガスバリア性能および耐薬品性能をかねそなえている。
【００１９】
表２は、ここで用いられるカーボンフィルム１１の物性の一例を示している。
【００２０】
【表２】
0004257443.tif 000003
【００２１】
特にその物性からわかるように、カーボンフィルム１１は、その熱膨張係数（２Ｅ−６／Ｋ〜４Ｅ−６／Ｋ）が下部電極層２の熱膨張係数（５Ｅ−６／Ｋ）やＣＩＳ系の光吸収層３の熱膨張係数（５．８Ｅ−６／Ｋ）に近い特性を有しており、カーボンフィルム１１上に成膜される下部電極２や光吸収層３が環境温度の変化などによって反ったり剥離するようなことがなくなる。
【００２２】
また、表３は、ここで用いられるカーボンフィルム１１の組成比の一例を示している。
【００２３】
【表３】
0004257443.tif 000004
【００２４】
電気絶縁層１２としては、カーボンフィルム１１の熱膨張係数に近いＳｉＮやＳｉＯ２などの材料が用いられる。
【００２５】
このような構造による太陽電池によれば、基板材料に用いるカーボンフィルム１１が高耐熱性、高熱伝導性、非脱ガス性（高温真空時）を有するので、５００〜１０００℃の範囲での高温処理が可能になり、カーボンフィルム１１を用いた基板１上に充分な高温下での成膜処理を行わせることによって良質なカルコパイライト構造による結晶のＣＩＳ系の光吸収層３を成膜することができ、光電変換効率に優れた太陽電池を作成できるようになる。
【００２６】
そして、カーボンフィルム１１が軽量で薄く、柔軟性があるので、軽量でフレキシブルな太陽電池として、重量制限がある箇所や屈曲箇所などに設置が可能になる。また、高温下で基板１が反るようなことがなくなる。
【００２７】
また、カーボンフィルム１１はその表面が平滑であるので、その表面に成膜される電気絶縁層１２との密着性が良くなって、絶縁層１２が剥離するようなことなく強固なものになる。
【００２８】
図３は、カーボンフィルム表面の凹凸状態の段差測定結果を示している。この測定結果によれば、カーボンフィルム１１の表面が非常に平滑であることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、本発明は、カーボンフィルムの表面に電気絶縁層が成膜されたものを太陽電池の基板に用いるようにしたもので、その基板上に充分な高温下での成膜処理を行わせることによって良質なカルコパイライト構造による結晶のＣＩＳ系の光吸収層を成膜することができ、光電変換効率に優れた軽量でフレキシブルな太陽電池を容易に得ることができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による太陽電池の構造を示す正断面図である。
【図２】従来の太陽電池の構造を示す正断面図である。
【図３】カーボンフィルム表面の段差測定結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１  基板
２  下部電極
３  ＣＩＳ系光吸収層
４  ＣｄＳバッファ層
５  上部透明電極
１１  カーボンフィルム
１２  電気絶縁層
【図１】
0004257443.tif 000005
【図２】
0004257443.tif 000006
【図３】
0004257443.tif 000007