[发明专利]玻璃基材

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池所用玻璃基材，特别涉及铜（Cu）-铟（In）-硒（Se）（下文记为CIS）或铜（Cu）-铟（In）-镓（Ga）-硒（Se）（以下记为CIGS）等化合物半导体太阳能电池所用玻璃基材。

背景技术

太阳能电池大致分为本体（bulk）太阳能电池和薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池是以形成于基材上的厚度数微米的半导体薄膜为发电层的太阳能电池，其与本体太阳能电池相比，发电所需的半导体材料很少即可。因此，可以预见其作为每单位制造费用的发电效率（性能价格比）优异的太阳能电池在今后的普及。其中，化合物半导体太阳能电池与薄膜硅太阳能电池相比发电效率更优且制造工艺的自由度更高，因此有望实现更优异的性能价格比。特别是CIS和CIGS太阳能电池与同为化合物半导体太阳能电池的镉（Cd）-碲（Te）太阳能电池相比能够实现更优的发电效率，且不含有害物质镉，因此可以预见，其作为性能价格比优异的安全型太阳能电池在今后的迅速普及（例如，参照专利文献1）。

化合物半导体太阳能电池通常具有在玻璃基材上依次形成钼等电极、CIS或CIGS等化合物半导体层、CdS或ZnS等缓冲层、和ZnO、AZO（铝掺杂氧化锌）或ITO（锡掺杂氧化铟）等透明导电膜的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平8-330614号公报

发明内容

发明要解决的课题

已知，CIS或CIGS太阳能电池等化合物半导体太阳能电池因半导体结晶中含有钠（Na）而使得结晶的组成稳定区域扩大、太阳能电池的发电效率提高。

为使化合物半导体层中含有钠，可以举出在半导体结晶成膜时作为原料供给单质钠或含钠化合物的方法。但是，尽管该方法易于控制钠的添加量，但存在工艺趋于复杂的问题。

作为其它方法，还有在制造工艺中藉助钼等金属电极使玻璃基材中的钠扩散至化合物半导体层的方法。该方法的工艺简单，性能价格比优异。但是，现有的用于太阳能电池的玻璃基材的向化合物半导体层供给钠的能力不足。

本发明即是鉴于上述状况而做出，其目的在于提供一种作为化合物半导体太阳能电池等太阳能电池用玻璃基材，具有优异的钠供给能力的玻璃基材。

解决课题的手段

本发明涉及一种玻璃基材，其为太阳能电池中所使用的玻璃基材，其特征在于，上述玻璃基材的至少一个面的深度0.2μm处的钠浓度相对于深度1μm处的钠浓度的相对值在0.55以上。

在太阳能电池的制造工艺中，钠从玻璃基材向化合物半导体层的扩散是起于玻璃基材浅表层的现象，玻璃基材表层的钠分布状态将极大影响钠的向化合物半导体层的供给量。因此，在适于化合物半导体太阳能电池的玻璃基材的组成设计中，重要的不是着眼于玻璃基材整体的平均组成，而是玻璃基材表面附近的组成。具体而言，通过将玻璃基材表层的钠浓度分布如上所述进行控制，将能够达到优异的钠供给量。

第二，本发明的玻璃基材优选为，在玻璃基材的深度方向的钠浓度分布曲线上，在玻璃基材的表面至深度不足0.2μm的区间内存在拐点，并且玻璃基材表面与拐点之间的钠平均浓度梯度相对于拐点与深度0.2μm处之间的钠平均浓度梯度的相对值在2以上。

为了从玻璃基材表面持续向化合物半导体层供给钠，通常必须从玻璃基材的内部向表面补给钠。玻璃基材中的成分的移动能够作为扩散现象处理，以下述菲克第一定律表示。在单位时间内通过单位截面积的成分的扩散量J与该位置处的该成分的浓度梯度成正比，其比例常数被称为扩散系数。

J=－D（dc/dx）

式中，c为成分浓度、x为距离、dc/dx为成分的浓度梯度，D表示扩散系数。由于成分从浓度高的一方向低的一方扩散，因此扩散系数取负号。即，浓度梯度正值越大，单位时间内的扩散成分量越多、扩散速度越快。

根据本发明人的研究可知：在玻璃基材表层的钠浓度梯度大的情况下，其浓度分布曲线在玻璃基材的表面至深度不足0.2μm的区间内突现一个拐点，此后，随着朝向玻璃基材内部，浓度以更平缓的梯度上升。因此，通过使从玻璃基材表面至拐点的钠的平均浓度梯度与比其更靠内部（拐点与深度0.2μm处之间）的区间内的钠的平均浓度梯度之比满足上述范围，就能够增大从玻璃基材的内部向表面的钠的扩散量和扩散速度，从而能够高效地向玻璃基材表面补给钠。

需要说明的是，拐点是指钠浓度分布曲线中的浓度的二阶微分（=d/dx（dc/dx））变为负最大值的点。