[发明专利]太阳能电池装置和太阳能电池装置制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有设置绝缘层的金属基板的太阳能电池装置，其中Al阳极氧化膜用作绝缘层。本发明还涉及一种制造太阳能电池装置的方法。

背景技术

大多数传统的太阳能电池为使用大体积Si、多晶Si或薄膜非晶Si的硅基电池。近来已经对不取决于Si的化合物半导体基太阳能电池进行了研究和研发。已知两种类型的化合物半导体基太阳能电池，一种是诸如GaAs系统等的大体积系统，而另一种是薄膜系统，例如由Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素形成的CIS(Cu-In-Se)系统、CIGS(Cu-In-Ga-Se)系统或类似系统。CIS系统或CIGS系统具有高光吸收率，并且被报道具有高能量转换效率。非晶Si的成膜温度大约为200℃至300℃，但是为了形成具有高光电转换效率的良好的化合物半导体，成膜温度需要为500℃或更大。

当前，玻璃基板主要用作太阳能电池基板，但是已经研究使用柔性金属基板的可能性。与采用玻璃基板的太阳能电池相比较，由于基板的轻质和柔性，具有金属基板的太阳能电池具有应用到更广的应用范围的潜在前景。进一步地，可预期的是将提高太阳能电池的光电转换特性(由此光电转换效率)，这是因为金属基板可以承受高温处理。然而，当使用金属基板时，需要在基板的表面上设置绝缘膜以防止基板与形成在该基板上的电极或光电转换层之间的短路。

日本未审查专利出版物第2001-339081号提出了使用不锈钢基板作为太阳能电池基板，其中通过诸如CVD(化学蒸汽淀积)或类似方法的蒸气相方法、或诸如溶胶凝胶法或类似方法的液相方法涂敷Si或Al氧化物来在基板上形成绝缘层。然而，用于形成绝缘膜的这些方法可能会在本质上产生小孔或裂缝，从而具有作为用于稳定地产生大薄膜绝缘层的方法的基本问题。

日本未审查专利出版物第2000-049372号提出了使用设置绝缘层的金属基板作为太阳能电池基板，所述设置绝缘层的金属基板是具有阳极氧化膜的绝缘层的Al(铝)基板，其中所述阳极氧化膜通过阳极氧化Al基板的表面而提供。这种方法允许即使当使用大基板时也能够容易地形成绝缘膜，而在基板的整个表面上没有任何小孔。

如2000年第21-24页Study Report No.3，Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute的M.Kayashima和M.Mushiro的“Heat-induced cracking of anodic oxide films on aluminum-An in suit measurement of the cracking temperature-”中所述，已知的是如果被加热到120℃或更高温度，则在Al基板上的阳极氧化膜中产生裂缝，并且这种裂缝产生绝缘问题，具体地，产生增加漏电流的问题。

同时，作为具有传统的非晶Si层的光电装置，日本未审查专利出版物第62(1987)-089369号提出了使用设置绝缘层的金属基板，所述设置绝缘层的金属基板通过使Al层形成在合金钢板上并通过阳极处理使绝缘层形成在Al层的表面上来提供。日本未审查专利出版物第62(1987)-089369号描述了合金钢板作为基底材料可以保持所需的机械强度，例如弹力等，这是因为即使在非晶Si的淀积过程或类似过程期间当Al层由于受到200℃-300℃的温度而软化时合金钢板也不会软化。

认为在Al材料上的阳极氧化膜中产生裂缝的原因在于铝的线性热膨胀系数(23×10^-6/℃)大于阳极氧化膜的线性热膨胀系数。即，虽然阳极氧化膜的线性热膨胀系数的精确值不是已知的，但是该值被认为接近氧化铝(α-铝)的大约为7×10^-6/℃的线性热膨胀系数。因此，阳极氧化膜与铝的线性热膨胀系数具有大约16×10^-6/℃的差值，由此在阳极氧化膜中产生较大的无法忍受的应力，并且可能会产生上述裂缝。

进一步地，Al在大约200℃的温度下会软化，因此受到该温度的Al变得极其脆弱并倾向于具有永久变形(塑性变形)，例如蠕变变形或翘曲变形。因此，当使用这种Al时，在制造时半导体装置的结构和该半导体装置操作必须严格受限。这使得难以将半导体装置应用于室外太阳能电池。