JPH0518269B2 - - Google Patents
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- JPH0518269B2 JPH0518269B2 JP58065928A JP6592883A JPH0518269B2 JP H0518269 B2 JPH0518269 B2 JP H0518269B2 JP 58065928 A JP58065928 A JP 58065928A JP 6592883 A JP6592883 A JP 6592883A JP H0518269 B2 JPH0518269 B2 JP H0518269B2
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- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Description
この発明は太陽電池の改良に関するもので、特
に特定の可撓性基板上に光起電力発生要素して非
晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池に関するもの
である。
ステンレス板、ガラス板などの非可撓性基板に
非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池はよく知ら
れており、ポリイミドなどの樹脂薄膜からなる可
撓性基板に非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池
もまたよく知られている。可撓性基板を用いて非
晶質太陽電池を製造することの特徴は、基板上に
必要な非晶質シリコン層を連続的に設けることが
でき、製造コストおよび製造の容易性の面で非可
撓性基板を用いる場合に比べて極めて優位に立て
ることにある。さらに、可撓性基板に非晶質シリ
コン薄膜を設けた非晶質太陽電池は、従来の非可
撓性基板に非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池
と異なり、シート状であるので製品の形状に任意
性を持たせることができ、今後の用途開発により
その応用が広がることが期待される。
既述のように、従来から開発されている可撓性
基板に非晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池で
は、可撓性基板にポリイミドフイルムが用いられ
ている。しかしながら、ポリイミドフイルムに非
晶質シリコン薄膜を設けた太陽電池では、ポリイ
ミドの種類の選び方によつては、太陽電池の下部
電極(裏面電極ともいう)が腐蝕したり基板、す
なわちフイルムと下部電極とが剥離したりして、
太陽電池出力の低下を招くおそれがあり、実用上
大きな問題を含んでいた。
可撓性基板に非晶質シリコン薄膜を設けて非晶
質シリコン太陽電池を実現するには、可撓性基板
は少なくとも250℃以上の耐熱性を必要とする上
に、さらに下部電極との剥離や下部電極の腐蝕を
生じない基板であることが必要となる。現在のと
ころそのような非晶質シリコン太陽電池はほとん
どがグロー放電法を用いて非晶質シリコン薄膜を
形成することにより実現されているので、そのよ
うな太陽電池の基板の材料選択に際して、前述の
ように250℃以上の耐熱性が要求され、基板材料
の選択の範囲が非常に狭くなつている。
したがつて、この発明の目的は、可撓性基板上
に非晶質シリコン薄膜を設ける際、基板の温度を
比較的低くした状態で非晶質シリコン薄膜を形成
することにより、可撓性基板の材料の選択を適切
にし、それによつて太陽電池特性の経時安定性が
改善された、非晶質シリコン薄膜太陽電池を提供
することである。
要約すると、この発明の非晶質シリコン薄膜太
陽電池の製造方法は、ポリエーテルスルホンフイ
ルムの可撓性基板上に、クラスタイオンビーム法
により非晶質シリコン薄膜を形成させることを特
徴としている。
この発明の可撓性基板に用いるポリエーテルス
ルルホフイルムは下記の式で表わされる。
このようなポリエーテルスルホンフイルムは、
この発明に従つて非晶質シリコン薄膜をその上に
形成する際に必要とする基板温度200℃程度での
熱収縮率が0.15%以下であるという優れた寸法安
定性を示し、さらに得られたこの発明の非晶質シ
リコン薄膜太陽電池は下部電極の腐蝕や剥離を起
さない。このようにして、ポリエーテルスルホン
フイルムは非晶質シリコン薄膜太陽電池の基板と
して極めて優れた特性を有する。さらに、ポリエ
ーテルスルホンフイルムの基板は、絶縁破壊抵
抗、誘電率、体積抵抗率などの電気的特性におい
ても極めて優れたものである。このように、ポリ
エーテルスルホンフイルムをこの発明の非晶質太
陽電池の基板として用いる場合、フイルムの厚さ
は10ないし500μが可撓性の面から好適であり、
厚さが500μを超えると可撓性に欠け可撓性高分
子フイルムを基板に用いる利点の1つであるRoll
to Roll方式の採用が困難となる。一方、膜の厚
みが10μより薄くなると、非晶質シリコン薄膜の
形成時の熱応力を緩和しきれずに基板が変形する
こともあるので、あまり基板の厚さを小さくする
ことは好ましくない。ポリエーテルスルホンフイ
ルムは溶融製膜により製造するものであり、上記
の10ないし500μの厚さの膜は容易に得ることが
できる。
次に、クラスタイオンビーム法について言及す
る。クラスタイオンビーム法は、少なくとも1個
の噴射ノズルを有する密閉型のるつぼ内に、形成
しようとする物質の成分元素を収納し、加熱し蒸
気化してこの蒸気を蒸気圧力よりも充分低い圧力
の高真空中、たとえば上記るつぼ内の蒸気圧力よ
りも100分の1以下の圧力の高真空中に噴射ノズ
ルから噴射させ、噴射時の断熱膨張に基づく過冷
却現象により、通常100ないし2000個程度の原子
がフアンデルワールス力により緩く結合した塊状
の原子集団、いわゆるクラスタ、を形成し、さら
にこのクラスタの少なくとも一部をイオン化し、
ノズル噴射時に付与された運動エネルギ、または
必要に応じて電界により、加速して基板表面に到
着させ、基板状に前記成分元素の薄膜を形成しよ
うとするものである。
この場合、基板の温度、るつぼ周囲の空間の真
空度、クラスタのイオン化率、またはクラスタイ
オンを加速する場合はその加速電圧など、を種々
設定することにより、基板に成長させる物質をア
モルフアス状態、多結晶状態、単結晶状態と任意
に制御することができる特徴を有し、かつクラス
タ形成空間に反応性のガスを導入することによつ
て化合物の薄膜も容易に形成することができる。
この発明の好ましい実施例では、このクラスタ
イオンビーム蒸着法を用いて、光電変換要素とし
ての非晶質シリコン薄膜を形成しようとするもの
である。このクラスタイオンビーム蒸着法を用い
て光電変換要素としての非晶質シリコン薄膜を形
成する方法について種々検討を行なつた結果、条
件を適切に選択することにより200℃以下の基板
温度においても極めて良質な非晶質シリコン薄膜
を得ることができた。従来のグロー放電法では、
良質な非晶質シリコン薄膜を得ようとすれば、少
なくとも250℃以上の基板温度を必要とするため、
可撓性基板の材質の選択の範囲が極めて限られた
が、クラスタイオンビーム蒸着法が用いることに
より基板温度も200℃以下、具体的には180℃程度
でも良質な非晶質シリコン薄膜を得ることができ
ることを確認した。
高分子フイルムを非晶質シリコン薄膜を有する
太陽電池の基板に用いる際、基板からのガス放出
が光電変換要素としての非晶質シリコン薄膜その
ものに悪影響を及ぼすという問題があつたが、こ
のようにクラスタイオンビーム法を採用すること
で、必要とする基板温度を下げることができ、ガ
ス放出に伴う問題を解消することもできる。すな
わち、従来のグロー放電法では、良質の非晶質シ
リコン薄膜を得るためには、250℃以上の高温を
必要とするが、クラスタイオンビーム法を採用す
ることで、必要な基板温度を下げることができ、
ポリエーテルスルホンフイルムを非晶質シリコン
薄膜を有する太陽電池の基板として初めて用いる
ことが可能となつた。ポリエーテルスルホンフイ
ルムは、230℃程度の基板温度までは問題なく使
用することができる。ポリエーテルスルホンフイ
ルムを非晶質シリコン薄膜を有する太陽電池の基
板として用いる際、フイルム表面に電極を形成す
るが、電極の材料としては時に制限されるもので
はなく、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼、ニツ
ケル、タングステンなどの薄膜を蒸着、スパツタ
リング、イオンプレーテイング(クラスタイオン
蒸着を含む)などの方法で基板上に形成してもよ
いし、またはアルミ箔、ステンレス箔などを耐熱
接着剤を介してラミネートして電極を形成しても
よい。
電極を形成したポリエーテルスルホンフイルム
の基板上に、光電変換要素としての非晶質シリコ
ン薄膜を形成するためには、クラスタイオンビー
ム法を用いる。図はこの発明による非晶質シリコ
ン薄膜の形成に用いる装置の一例を示す。
図を参照して、0.5ないし2.0mm程度の孔径のノ
ズル2を有するるつぼ1が、図示しない真空容器
内に、適宜な支持部材により支持されて設けら
れ、この真空容器が少なくとも10-5Torr以下の
高真空雰囲気に排気される。るつぼ1には、適度
な大きさに粉砕されたシリコンを充填する。次い
で、ガス導入用パイプ3が前記真空容器に対して
設けられ、このガス導入用パイプ3から真空容器
内に、水素、ホスフイン、ジボランを供給し、真
空容器内の圧力を10-6ないし10-3Torrに維持す
る。前記真空容器内において基板6がるつぼ1の
ノズル2の前方に設けられ、この基板6も適宜な
温度に加熱する。次いで、るつぼ1を加熱し、る
つぼ1内に充填されているシリコンを加熱溶融さ
せて、シリコンの蒸気を発生させる。この場合、
シリコンの加熱温度はるつぼ1の周囲空間、すな
わち真空容器内の圧力に応じて限定され、るつぼ
1内の圧力をP、真空容器内の圧力をP0とした
場合、P/P0≧102、好ましくはP/P0≧104とな
るように設定する。実際には、加熱温度としては
1400ないし2300℃程度の範囲が選択される。しか
して、この圧力差によりシリコンの蒸気がノズル
2よりるつぼ1外に噴出し、この際断熱膨張に基
づく過冷却現象により蒸気状のシリコン原子や分
子がフアンデルワールス力で緩く結合したクラス
タが形成される。
ところで、るつぼ1の外への噴出によつて運動
エネルギを得たシリコン原子や分子の蒸気流はイ
オン化室に入り、ここで少なくともその一部がイ
オン化される、いわゆるクラスタイオンが形成さ
れる。真空容器内のるつぼ1と基板6の間には加
速電極5が設けられていて、加速電極5には適度
な加速電圧が印加され、そのためクラスタイオン
は加速されて、基板6に射突される。その際、真
空容器内においてクラスタイオンが射突時の衝撃
で個々の原子に分離し、原子状態で基板の表面を
移動する、いわゆる表面マイグレーシヨン効果お
よび一部イオン化されているシリコンイオンの作
るイオン化効果により、シリコン同士の結合が促
進される。
一方、真空容器内に導入されたH2は、その一
部が原子の射突によつてイオン化されたりまたは
単体原子Hとなつて前述のシリコン蒸気流ととも
に基板6に射突し、表面を移動する。基板6を移
動しつつ結合していくシリコンの未結合部分にH
が結合し、ダングリングボンドがHにより閉じら
れた構造の非晶質シリコン薄膜が形成されたこと
になる。
さらに詳しくは、i型非晶質シリコン薄膜を形
成するためには導入ガスとしてH2ガスのみを導
入し、またp型非晶質シリコン薄膜を形成するた
めにH2ガスおよびジボランガス(B2H6)を導入
し、またn型非晶質シリコン薄膜を形成するには
H2ガスおよびホスフインガス(PH8)を導入す
る。したがつて、光電変換要素としての非晶質シ
リコン層としては、裏面電極を形成したポリエー
テルスルホンフイルム基板に、適宜n層、i層お
よびp層を形成させることになる。シヨツトキセ
ルの場合には、n層およびi層を積層させたポリ
エーテルスルホン基板を真空容器内に設け、シヨ
ツトキ障壁金属として白金、金、パラジウムなど
をスパツタ法、真空蒸着法、イオンプレーテイン
グ法(クラスタイオンビーム法を含む)などで
100Å程度の膜厚で堆積させる。また、ヘテロ
(フエイス)接合セルの場合は、n層、i層およ
びp層を積層させたポリエーテルスルホン基板の
上に、酸化インジウム、酸化錫、または酸化錫−
酸化インジウムの膜を200ないし5000Å程度の膜
厚になるようにスパツタ法、真空蒸着法、イオン
プレーテイング法(クラスタイオンビーム法を含
む)などで堆積させて表面電極を形成する。次
に、収集電極をシヨツトキ障壁金属、ヘテロフエ
イス表面上に設けて、非晶質シリコン太陽電池デ
イバイスを完成する。
上に述べたように、この発明による非晶質シリ
コン太陽電池の製造方法は、ポリエーテルスルホ
ンフイルム基板上に裏面電極を形成させ、この裏
面電極上に、イオンクラスタビーム法により、非
晶質シリコン膜を設け、その上にシヨツトキ障壁
金属またはヘテロ(フエイス)電極を設け、その
上にさらに収集電極を設けるステツプを含んでい
る。
この発明の非晶質シリコン太陽電池を製作する
にあたり、ポリエーテルスルホンフイルムに非晶
質シリコン薄膜を形成する方法として、クラスタ
イオンビーム法を用いることにより、次に列挙す
るような利点がもたらされる。
(1) クラスタイオンビーム法を用いることによ
り、基板温度が200℃以下、具体的には180℃で
も、極めて良質な非晶質シリコン薄膜を形成す
ることができる。
(2) 必要とする基板温度が大幅に下がるため、基
板材料の選択範囲が広がり、グロー放電法では
使用できなかつたポリエーテルスルホンフイル
ムが使用可能となる。
(3) クラスタイオンビーム法を用いることによ
り、基板に対する密着力の優れた非晶質シリコ
ン薄膜を得ることができる。
以上述べたように、この発明によれば、クラス
タイオンビーム法を用いて、非晶質シリコン薄膜
をポリエーテルスルホンフイルムに形成したの
で、基板の寸法安定性が優れており、さらに基板
の下部電極との剥離、下部電極の腐蝕を生じない
太陽電池基板が実現され、長期にわたつて安定な
電気出力を与える太陽電池を提供することがき
る。当然のことながら、太陽電池は直接日光に暴
露され、風雨に露呈される厳しい自然環境下に置
かれる。したがつて、高温多湿下で上記の寸法安
定性が優れていることおよび下部電極の性能劣化
を与えないことは、太陽電池の基板として大きな
利点ということができる。このように、この発明
では、太陽電池基板としてポリエーテルスルホン
フイルムを使用することにより、実用性に優れた
太陽電池を実現することが可能となつた。
以下にこの発明の実施例について述べる。
実施例および比較例
まず、ポリエーテルスルホンフイルムの製造に
ついて述べる。ICI社製ポリエーテルスルホン樹
脂(200P)を10-2Torrの真空下で150℃において
24時間乾燥する。この乾燥された樹脂を押出器の
シリンダ温度340℃で幅0.6mm、長さ150mmのスリ
ツトを有するTダイより押出し、未延伸フイルム
を得る。次いで、この未延伸フイルムをMD方向
(機械幅方向)に、続いてTD方向(機械軸と直
交方向)に延伸し、最後に320℃で1分間熱固定
し、厚さ75μのポリエーテルスルホンフイルムを
得た。この得られたフイルムの200℃での熱収縮
率は0.15%以下であつた。
次に前述のポリエーテルスルホンフイルムを用
いる太陽電池の製作について述べる。前述のよう
にして得られた厚さ75μのポリエーテルスルホン
フイルムを10-2Torrの真空下で150℃において2
時間乾燥を行なつた。この乾燥した基板をスパツ
タリング装置に装着し、タングステンをターゲツ
トとして、厚さ1.5μのタングステン薄膜を裏面電
極として形成させた。この裏面電極を形成させた
基板を、次にクラスタイオンビーム装置の基板支
持台に緊張下でセツトし、5×10-7Torrに排気
しながら200℃にこの基板を加熱した。5×
10-7Torrの真空度まで達すれば真空容器内にH2
ガスと水素ガスで1%に希釈したホスフインガス
(PH8)を5対1の流量比で導入し、真空容器内
を1×10-4Torrに維持した。るつぼの加熱温度
を2000ないし2200℃とし、イオン化電流を100m
A(150V)とし、加速電圧を3kVとした条件で、
n型の非晶質シリコン薄膜を200Åの厚さで形成
させた。次いで水素ガスのみの導入で、前記と同
様にして、n型の非晶質シリコン薄膜上にi型の
非晶質シリコン薄膜を3000Åの厚さで形成させ
た。次いて、水素ガスと水素ガスで希釈した1%
のジボランガスを真空容器内に導入し、p型の非
晶質シリコン薄膜を100Åの厚みで形成させ、ポ
リエーテルスルホンフイルム基板上にpin型の非
晶質シリコン膜を積層した。このようにして得た
pin型非晶質シリコン薄膜をスパツタ装置に装着
し、酸化錫−酸化インジウム薄膜を1000Åの厚さ
に堆積させ、ヘテロフエイス層とした。最後に、
このヘテロフエイス層のうえにパラジウムを1000
Åの厚みでくし形に堆積させ、ポリエーテルスル
ホンフイルム基板上にpinヘテロフエイス型太陽
電池デイバイスを実現した。
次に比較例について述べる。基板として、厚さ
125μのポリイミドフイルムを選び、このフイル
ムを10-2Torrの真空下で、150℃の温度で2時間
の乾燥を行なつた。この乾燥したポリイミドフイ
ルムをスパツタリング装置に装着し、タングステ
ンをターゲツトとして用い厚さ1.5μのタングステ
ン薄膜を裏面電極として形成した。非晶質シリコ
ン薄膜は容量結合方式の高周波(13.56MHz(グ
ロー放電装置を用いて、前述の裏面電極を形成し
た基板をグロー放電装置のアノード側の電極の上
に緊張下で装着し、8×10-6Torrに排気しなが
ら300℃にその基板を加熱した。その後、N2ガス
を500c.c./min導入し、1.0TorrのN2ガス雰囲気
で200Wの高周波電力を印加し、基板のイオンボ
ンバードを20分間行ない、基板をクリーニングし
た。次に水素ガスで希釈した10%のシランガスと
水素ガスで0.1%に希釈したホスフインガスをグ
ロー放電装置内に導入し、0.6Torrのこのガス雰
囲気で100Wの高周波電力を印加し、200Åのn型
の非晶質シリコン薄膜を形成させた。次いで水素
ガスとシランガスで前記と同様にしてn型の非晶
質シリコン薄膜上にi型の非晶質シリコン薄膜を
3000Åの厚みで形成させた。次いで水素ガスで10
%のシランガスと、水素ガスで0.1%に希釈した
ジボランガスをグロー放電装置内に導入し、i型
非晶質シリコン薄膜上に300Åのp型非晶質シリ
コン薄膜を形成させ、ポリイミドフイルム上に
pin型の非晶質シリコン薄膜を設けた。このよう
にして得たpin型非晶質シリコン薄膜をスパツタ
装置に装着し、酸化錫−酸化インジウム薄膜を
1000Åの厚さに堆積させ、ヘテロフエイス層とし
た。最後にこのヘテロフエイス層の上に収集電極
としてパラジウムを1000Åの厚さにくし形に堆積
させ、ポリイミドフイルム基板上にpinヘテロフ
エイス型太陽電池デイバイスを実現した。
次にこの発明の実施例と比較例の比較について
述べる。この発明の実施例の太陽電池デイバイス
の初期特性および比較例の太陽電池デイバイスの
初期特性をAM=1に調整したオリエル社製ソー
ラシミユレータで測定した。結果を第1表に示
す。
This invention relates to improvements in solar cells, and particularly to solar cells in which an amorphous silicon thin film is provided as a photovoltaic force generating element on a specific flexible substrate. Solar cells in which an amorphous silicon thin film is provided on a non-flexible substrate such as a stainless steel plate or a glass plate are well known, and solar cells in which an amorphous silicon thin film is provided on a flexible substrate made of a resin thin film such as polyimide are well known. Solar cells are also well known. A feature of manufacturing an amorphous solar cell using a flexible substrate is that the necessary amorphous silicon layer can be continuously provided on the substrate, which is non-trivial in terms of manufacturing cost and ease of manufacturing. This is extremely advantageous compared to the case where a flexible substrate is used. Furthermore, unlike conventional solar cells that have an amorphous silicon thin film on a non-flexible substrate, amorphous solar cells that have an amorphous silicon thin film on a flexible substrate are sheet-shaped, so the product The shape can be made arbitrary, and it is expected that its applications will expand with future application development. As mentioned above, in the conventionally developed solar cells in which an amorphous silicon thin film is provided on a flexible substrate, a polyimide film is used for the flexible substrate. However, in solar cells in which an amorphous silicon thin film is provided on a polyimide film, depending on the type of polyimide, the lower electrode (also called the back electrode) of the solar cell may corrode or the substrate, that is, the film and the lower electrode, may corrode. may peel off,
This poses a serious practical problem, as it may lead to a decrease in the output of the solar cell. In order to create an amorphous silicon solar cell by providing an amorphous silicon thin film on a flexible substrate, the flexible substrate needs to be heat resistant to at least 250°C, and it is also difficult to separate it from the bottom electrode. It is necessary to use a substrate that does not cause corrosion of the lower electrode or the lower electrode. At present, most such amorphous silicon solar cells are realized by forming an amorphous silicon thin film using a glow discharge method, so when selecting the material for the substrate of such a solar cell, the aforementioned As shown in Figure 2, heat resistance of 250℃ or higher is required, and the range of substrate material selection is becoming extremely narrow. Therefore, an object of the present invention is to form an amorphous silicon thin film on a flexible substrate by forming the amorphous silicon thin film while keeping the temperature of the substrate relatively low. An object of the present invention is to provide an amorphous silicon thin film solar cell in which the stability of solar cell characteristics over time is improved by appropriately selecting materials. To summarize, the method for manufacturing an amorphous silicon thin film solar cell of the present invention is characterized by forming an amorphous silicon thin film on a flexible substrate of polyethersulfone film by a cluster ion beam method. The polyether sulfo film used in the flexible substrate of this invention is represented by the following formula. This kind of polyether sulfone film is
According to the present invention, when an amorphous silicon thin film is formed thereon, it exhibits excellent dimensional stability with a thermal shrinkage rate of 0.15% or less at a substrate temperature of about 200°C, and furthermore, it has been obtained. The amorphous silicon thin film solar cell of the present invention does not cause corrosion or peeling of the lower electrode. In this way, polyether sulfone film has extremely excellent properties as a substrate for amorphous silicon thin film solar cells. Furthermore, the polyether sulfone film substrate has extremely excellent electrical properties such as dielectric breakdown resistance, dielectric constant, and volume resistivity. As described above, when a polyether sulfone film is used as a substrate for the amorphous solar cell of the present invention, the thickness of the film is preferably 10 to 500μ from the viewpoint of flexibility.
If the thickness exceeds 500μ, it will not be flexible, which is one of the advantages of using a flexible polymer film as a substrate.
It becomes difficult to adopt the to roll method. On the other hand, if the thickness of the film becomes less than 10 μm, the thermal stress during the formation of the amorphous silicon thin film may not be fully alleviated and the substrate may deform, so it is not preferable to reduce the thickness of the substrate too much. A polyether sulfone film is produced by melt film forming, and the film having a thickness of 10 to 500 μm as described above can be easily obtained. Next, the cluster ion beam method will be mentioned. In the cluster ion beam method, the constituent elements of the substance to be formed are stored in a closed crucible with at least one injection nozzle, heated and vaporized, and the vapor is heated to a high pressure sufficiently lower than the vapor pressure. Usually, about 100 to 2000 atoms are injected from an injection nozzle into a vacuum, for example, into a high vacuum with a pressure less than 1/100 of the vapor pressure in the crucible, and a supercooling phenomenon based on adiabatic expansion during injection occurs. forms a loosely bound mass of atoms, a so-called cluster, due to Van der Waals forces, and further ionizes at least a portion of this cluster,
The purpose is to form a thin film of the component elements on the substrate by accelerating them to the substrate surface using kinetic energy applied during nozzle injection or, if necessary, an electric field. In this case, by setting various parameters such as the temperature of the substrate, the degree of vacuum in the space around the crucible, the ionization rate of clusters, or the acceleration voltage when accelerating cluster ions, the material to be grown on the substrate can be changed to an amorphous state or a polymorphous state. It has the characteristic that it can be arbitrarily controlled to a crystalline state or a single crystalline state, and a thin film of the compound can be easily formed by introducing a reactive gas into the cluster formation space. In a preferred embodiment of the present invention, this cluster ion beam evaporation method is used to form an amorphous silicon thin film as a photoelectric conversion element. As a result of various studies on how to form an amorphous silicon thin film as a photoelectric conversion element using this cluster ion beam evaporation method, we found that by appropriately selecting the conditions, the quality is extremely high even at substrate temperatures below 200℃. We were able to obtain a thin amorphous silicon film. In the conventional glow discharge method,
In order to obtain a high-quality amorphous silicon thin film, a substrate temperature of at least 250°C is required.
Although the range of material selection for the flexible substrate was extremely limited, by using the cluster ion beam evaporation method, it was possible to obtain a high-quality amorphous silicon thin film even at a substrate temperature of 200°C or less, specifically around 180°C. I confirmed that it is possible. When a polymer film is used as a substrate for a solar cell having an amorphous silicon thin film, there is a problem in that the gas released from the substrate has an adverse effect on the amorphous silicon thin film itself as a photoelectric conversion element. By employing the cluster ion beam method, the required substrate temperature can be lowered and problems associated with outgassing can also be resolved. In other words, with the conventional glow discharge method, a high temperature of 250°C or higher is required to obtain a high-quality amorphous silicon thin film, but by adopting the cluster ion beam method, the required substrate temperature can be lowered. is possible,
For the first time, it has become possible to use polyethersulfone film as a substrate for solar cells with amorphous silicon thin films. Polyether sulfone film can be used without problems up to substrate temperatures of around 230°C. When a polyether sulfone film is used as a substrate for a solar cell having an amorphous silicon thin film, an electrode is formed on the surface of the film, but the material for the electrode is not limited and may include aluminum, iron, stainless steel, nickel, etc. A thin film of tungsten or the like may be formed on the substrate by methods such as vapor deposition, sputtering, or ion plating (including cluster ion deposition), or it may be laminated with aluminum foil, stainless steel foil, etc. via a heat-resistant adhesive. The electrode may also be formed by A cluster ion beam method is used to form an amorphous silicon thin film as a photoelectric conversion element on a polyether sulfone film substrate on which electrodes are formed. The figure shows an example of an apparatus used for forming an amorphous silicon thin film according to the present invention. Referring to the figure, a crucible 1 having a nozzle 2 with a hole diameter of about 0.5 to 2.0 mm is provided in a vacuum container (not shown) supported by an appropriate support member, and the vacuum container has a pressure of at least 10 -5 Torr or less. is evacuated to a high vacuum atmosphere. Crucible 1 is filled with silicon crushed to an appropriate size. Next, a gas introduction pipe 3 is provided to the vacuum container, and hydrogen, phosphine, and diborane are supplied from this gas introduction pipe 3 into the vacuum container to increase the pressure in the vacuum container to 10 -6 to 10 - Maintain at 3 Torr. A substrate 6 is provided in front of the nozzle 2 of the crucible 1 in the vacuum vessel, and this substrate 6 is also heated to an appropriate temperature. Next, the crucible 1 is heated to melt the silicon filled in the crucible 1 and generate silicon vapor. in this case,
The heating temperature of silicon is limited according to the surrounding space of the crucible 1, that is, the pressure inside the vacuum container.If the pressure inside the crucible 1 is P and the pressure inside the vacuum container is P 0 , then P/P 0 ≧10 2 , preferably P/P 0 ≧10 4 . Actually, the heating temperature is
A range of about 1400 to 2300°C is selected. Due to this pressure difference, silicon vapor is ejected from the nozzle 2 to the outside of the crucible 1, and at this time, a supercooling phenomenon based on adiabatic expansion forms clusters in which vaporized silicon atoms and molecules are loosely bonded by Van der Waals forces. be done. By the way, the vapor flow of silicon atoms and molecules that have gained kinetic energy by being ejected out of the crucible 1 enters the ionization chamber, where at least a portion of them is ionized, forming so-called cluster ions. An accelerating electrode 5 is provided between the crucible 1 and the substrate 6 in the vacuum container, and an appropriate accelerating voltage is applied to the accelerating electrode 5, so that the cluster ions are accelerated and bombarded with the substrate 6. . At this time, the cluster ions are separated into individual atoms in the vacuum container due to the impact of the bombardment and move on the surface of the substrate in an atomic state, resulting in the so-called surface migration effect and the ionization created by partially ionized silicon ions. This effect promotes bonding between silicones. On the other hand, some of the H 2 introduced into the vacuum container is ionized by the bombardment of atoms, or becomes a single atom H, hits the substrate 6 together with the silicon vapor flow mentioned above, and moves on the surface. do. H is applied to the unbonded portion of the silicon that is bonded while moving the substrate 6.
This means that an amorphous silicon thin film having a structure in which the dangling bonds are closed by H is formed. More specifically, in order to form an i-type amorphous silicon thin film, only H 2 gas is introduced as the introduced gas, and in order to form a p-type amorphous silicon thin film, H 2 gas and diborane gas (B 2 H 6 ) and to form an n-type amorphous silicon thin film.
Introduce H2 gas and phosphine gas ( PH8 ). Therefore, as an amorphous silicon layer serving as a photoelectric conversion element, an n layer, an i layer, and a p layer are appropriately formed on a polyether sulfone film substrate on which a back electrode is formed. In the case of shot cell, a polyether sulfone substrate on which an n-layer and an i-layer are laminated is placed in a vacuum container, and platinum, gold, palladium, etc. are deposited as a shot barrier metal by sputtering, vacuum evaporation, or ion plating (cluster). (including ion beam method), etc.
Deposit to a film thickness of approximately 100 Å. In the case of a hetero (face) junction cell, indium oxide, tin oxide, or tin oxide-
A surface electrode is formed by depositing an indium oxide film to a thickness of about 200 to 5000 Å using a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method (including a cluster ion beam method), or the like. A collection electrode is then provided on the shot barrier metal, heteroface surface to complete the amorphous silicon solar cell device. As described above, the method for manufacturing an amorphous silicon solar cell according to the present invention involves forming a back electrode on a polyether sulfone film substrate, and depositing amorphous silicon on this back electrode using an ion cluster beam method. The method includes the steps of providing a membrane, providing a shot barrier metal or hetero (face) electrode thereon, and providing a collector electrode thereon. In manufacturing the amorphous silicon solar cell of the present invention, the cluster ion beam method is used as a method for forming an amorphous silicon thin film on a polyether sulfone film, thereby providing the following advantages. (1) By using the cluster ion beam method, extremely high-quality amorphous silicon thin films can be formed even at substrate temperatures of 200°C or lower, specifically 180°C. (2) Since the required substrate temperature is significantly lowered, the selection range of substrate materials is expanded, and polyether sulfone films, which cannot be used with the glow discharge method, can now be used. (3) By using the cluster ion beam method, an amorphous silicon thin film with excellent adhesion to the substrate can be obtained. As described above, according to the present invention, since an amorphous silicon thin film is formed on a polyethersulfone film using the cluster ion beam method, the dimensional stability of the substrate is excellent, and furthermore, the lower electrode of the substrate A solar cell substrate that does not cause peeling or corrosion of the lower electrode can be realized, and a solar cell that provides stable electrical output over a long period of time can be provided. Naturally, solar cells are placed in harsh natural environments where they are exposed to direct sunlight and exposed to wind and rain. Therefore, the above-mentioned excellent dimensional stability under high temperature and high humidity conditions and no deterioration in the performance of the lower electrode can be said to be a great advantage as a substrate for solar cells. Thus, in this invention, by using a polyether sulfone film as a solar cell substrate, it has become possible to realize a highly practical solar cell. Examples of the present invention will be described below. Examples and Comparative Examples First, the production of polyether sulfone film will be described. Polyether sulfone resin (200P) manufactured by ICI was heated at 150℃ under a vacuum of 10 -2 Torr.
Dry for 24 hours. The dried resin was extruded through a T-die having a slit of 0.6 mm in width and 150 mm in length at a cylinder temperature of 340° C. to obtain an unstretched film. Next, this unstretched film was stretched in the MD direction (machine width direction), then in the TD direction (direction orthogonal to the machine axis), and finally heat-set at 320°C for 1 minute to form a polyether sulfone film with a thickness of 75μ. I got it. The heat shrinkage rate of the obtained film at 200°C was 0.15% or less. Next, the production of a solar cell using the aforementioned polyether sulfone film will be described. The polyether sulfone film with a thickness of 75μ obtained as described above was heated at 150°C under a vacuum of 10 -2 Torr for 2 hours.
Drying was carried out for a period of time. This dried substrate was mounted on a sputtering device, and a 1.5 μm thick tungsten thin film was formed as a back electrode using tungsten as a target. The substrate on which the back electrode was formed was then set under tension on a substrate support stand of a cluster ion beam device, and heated to 200° C. while exhausting to 5×10 −7 Torr. 5×
Once the vacuum level reaches 10 -7 Torr, H 2 will be present in the vacuum container.
Phosphine gas (PH 8 ) diluted to 1% with gas and hydrogen gas was introduced at a flow rate ratio of 5:1, and the inside of the vacuum vessel was maintained at 1×10 −4 Torr. The heating temperature of the crucible is 2000 to 2200℃, and the ionization current is 100m.
A (150V) and the acceleration voltage is 3kV.
An n-type amorphous silicon thin film was formed to a thickness of 200 Å. Next, by introducing only hydrogen gas, an i-type amorphous silicon thin film with a thickness of 3000 Å was formed on the n-type amorphous silicon thin film in the same manner as described above. Next, 1% diluted with hydrogen gas and hydrogen gas
diborane gas was introduced into a vacuum container to form a p-type amorphous silicon thin film with a thickness of 100 Å, and the pin-type amorphous silicon film was laminated on a polyethersulfone film substrate. I got it like this
A pin-type amorphous silicon thin film was attached to a sputtering device, and a tin oxide-indium oxide thin film was deposited to a thickness of 1000 Å to form a heteroface layer. lastly,
1000% palladium is added on top of this heterophase layer.
A pin heteroface type solar cell device was realized on a polyether sulfone film substrate by depositing it in a comb shape with a thickness of 1.5 Å. Next, a comparative example will be described. As the substrate, thickness
A 125μ polyimide film was selected and dried under a vacuum of 10 −2 Torr at a temperature of 150° C. for 2 hours. This dried polyimide film was mounted on a sputtering device, and a 1.5 μm thick tungsten thin film was formed as a back electrode using tungsten as a target. The amorphous silicon thin film was produced using a capacitively coupled high frequency (13.56 MHz) glow discharge device. The substrate was heated to 300°C while being evacuated to 10 -6 Torr.N2 gas was then introduced at 500c.c./min , and 200W of high frequency power was applied in a 1.0Torr N2 gas atmosphere to heat the substrate. Ion bombardment was performed for 20 minutes to clean the substrate.Next, 10% silane gas diluted with hydrogen gas and phosphine gas diluted with hydrogen gas to 0.1% were introduced into the glow discharge device, and 100W was generated in this gas atmosphere of 0.6 Torr. high frequency power was applied to form a 200 Å n-type amorphous silicon thin film.Next, an i-type amorphous silicon film was formed on the n-type amorphous silicon thin film using hydrogen gas and silane gas in the same manner as above. thin film
It was formed with a thickness of 3000 Å. Then with hydrogen gas 10
% silane gas and diborane gas diluted to 0.1% with hydrogen gas are introduced into the glow discharge device to form a 300 Å p-type amorphous silicon thin film on the i-type amorphous silicon thin film, and then to form a 300 Å p-type amorphous silicon thin film on the polyimide film.
A pin-type amorphous silicon thin film was provided. The pin-type amorphous silicon thin film obtained in this way was attached to a sputtering device, and a tin oxide-indium oxide thin film was formed.
It was deposited to a thickness of 1000 Å to form a heterophasic layer. Finally, palladium was deposited in the shape of a comb to a thickness of 1000 Å on top of this heteroface layer as a collecting electrode, and a pin heteroface type solar cell device was realized on a polyimide film substrate. Next, a comparison between an example of the present invention and a comparative example will be described. The initial characteristics of the solar cell device of the example of this invention and the initial characteristics of the solar cell device of the comparative example were measured using a solar simulator manufactured by Oriel Co., Ltd. adjusted to AM=1. The results are shown in Table 1.
【表】
次に特定温度および温度での比較について述べ
る。前述の比較において初期特性を測定した太陽
電池を、20℃、75%RHに調湿、調温した室に30
日放置した後に変換効率を測定した。結果を第2
表に示す。[Table] Next, comparisons at specific temperatures and temperatures will be described. The solar cells whose initial characteristics were measured in the above comparison were placed in a room with humidity and temperature controlled at 20℃ and 75% RH for 30 minutes.
The conversion efficiency was measured after being left in the sun. Second result
Shown in the table.
【表】
このように、この発明によれば、ポリエーテル
スルホンフイルムを太陽電池基板として用いて、
その基板上にクラスタイオンビーム法によつて非
晶質シリコン薄膜を形成した場合には、極めて優
れた実用性能を具備する太陽電池が得られること
がわかる。[Table] As described above, according to the present invention, using a polyether sulfone film as a solar cell substrate,
It can be seen that when an amorphous silicon thin film is formed on the substrate by the cluster ion beam method, a solar cell with extremely excellent practical performance can be obtained.
図はこの発明の太陽電池の製作に用いるクラス
タイオンビーム装置の基本構成を示す図である。
図において、1はるつぼ、2はノズル、3はガ
ス導入管、4はイオン化電極、5は加速電極、6
は基板である。
The figure is a diagram showing the basic configuration of a cluster ion beam apparatus used for manufacturing the solar cell of the present invention. In the figure, 1 is a crucible, 2 is a nozzle, 3 is a gas introduction tube, 4 is an ionization electrode, 5 is an acceleration electrode, and 6
is the substrate.
Claims (1)
太陽電池の製造方法において、前記基板としてポ
リエーテルスルホンフイルムを用い、前記非晶質
シリコン薄膜を形成させる手段としてクラスタイ
オンビーム法を用いることを特徴とする太陽電池
の製造方法。1. In a method for manufacturing a solar cell having an amorphous silicon thin film on a flexible substrate, a polyether sulfone film is used as the substrate, and a cluster ion beam method is used as a means for forming the amorphous silicon thin film. Characteristic solar cell manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58065928A JPS59189683A (en) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Solar battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58065928A JPS59189683A (en) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Solar battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59189683A JPS59189683A (en) | 1984-10-27 |
| JPH0518269B2 true JPH0518269B2 (en) | 1993-03-11 |
Family
ID=13301110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58065928A Granted JPS59189683A (en) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Solar battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59189683A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60194582A (en) * | 1984-03-16 | 1985-10-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method of amorphous silicon photovoltaic device |
| JPS60195979A (en) * | 1984-03-17 | 1985-10-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Thin film solar battery |
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- 1983-04-13 JP JP58065928A patent/JPS59189683A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59189683A (en) | 1984-10-27 |
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