[发明专利]含有聚酰亚胺层的柔性基板、含有聚酰亚胺层的柔性太阳能电池用基板、柔性太阳能电池以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为太阳能电池基板以及印刷布线基板的含有聚酰亚胺层的柔性基板、含有聚酰亚胺层的柔性太阳能电池用基板、使用其的柔性太阳能电池以及它们的制造方法。

背景技术

作为太阳能电池，开发了使用硅的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或者化合物半导体太阳能电池、色素敏化太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等各种太阳能电池。这些太阳能电池中，当然要求光电转换效率高，伴随着向多样的用途的展开，不断要求轻型、高耐久以及可自由弯曲的柔性。

随着该高柔性需求的提高，使用了具有挠性的基板的化合物系薄膜太阳能电池备受瞩目。迄今为止，主要使用玻璃基板作为薄膜系太阳能电池用基板，但玻璃基板存在易破裂、操作需要充分注意，并且缺乏柔性的缺点。另一方面，对太阳能电池要求大型化·大面积化·轻型化，因此，如上所述，今后越来越考虑追求代替玻璃的轻型且柔性的基板。

作为化合物系薄膜太阳能电池，已知使用CdS/CdTe、CIS[CuInS₂]、CIGS[Cu(In，Ga)Se₂]等化合物半导体作为光电转换层(光吸收层)的化合物系薄膜太阳能电池。这些化合物系薄膜太阳能电池用途中，作为满足轻型且柔性的要求的基板，提出了树脂基板、铝合金基板等。应予说明，使用铝合金等金属基板作为集成型太阳能电池的基板时，在基板与光电转换层之间设有阳极氧化被膜等绝缘层。因此，构成基板的材料多层化，由于各构成材料所具有的热膨胀系数的不同，层叠物潜在地容易剥离。因此，在今后要求以往不成为问题的高等级的柔性变形性的情况下，对于以往的层叠基材而言由伴随变形产生的形变可能导致层叠物剥离。

形成上述化合物系半导体的薄膜作为光电转换层的情况下，在基板上配置上述化合物，根据化合物的种类在350～600℃进行烧结。例如，连续生产中形成CIGS层(薄膜)时，优选在350～500℃、以4～20m/分钟的线速度进行烧结，因此，对基板材料要求对该温度的耐热性。为了略微提高CIGS的转换效率而提高上述成膜温度是有效的，因此希望基板材料具有耐受500℃的耐热性，但属于通用材料的锡、锌，因为其熔点分别为232℃、420℃，所以如果使用这些金属作为金属基板的材质，则上述CIGS层成膜时金属熔融，因而不优选。另一方面，因为铝、铜、镍或钢熔点分别为660℃、1084℃、1455℃、超过1200℃(取决于钢中的组成)，所以适合于本用途。

应予说明，铝单独时高温强度不足，该烧结时的形状保持是困难的，所以为了赋予高温强度，使用铝合金作为金属基板。

例如，专利文献1公开了使用含有Si、Fe、Cu、Mn、Sc以及Zr等多个金属元素的铝合金。

但是，这些金属或合金即便进行高精度轧制，金属表面的平滑性以Ra计也仅为30nm左右，在基板表面残存突起物。因此如果使用这些金属或合金作为基板，则在无意地施加应力时，应力集中在上述突起物上，损伤在其上层叠的太阳能电池的电路，因而不优选。即，以往的由金属或合金构成的基板，平滑性不充分。或者，即便选择铝作为镀覆种，镀覆后将铝阳极氧化，也存在上述的添加元素成为金属间化合物，成为作为绝缘膜的阳极氧化被膜的缺陷，而使耐绝缘性降低的问题。

专利文献2公开了为了防止该耐绝缘性的降低，使用含有2.0～7.0质量％镁的铝合金。

另外，专利文献3公开了使用树脂基板代替铝合金作为基板，而且使用由用挠性的PET树脂进行两面层压的电解铜箔构成的柔性连接器来赋予柔性的柔性色素敏化太阳能电池模块。树脂基板的缺点是缺乏耐热性，上述专利文献3中为了确保耐热性而使用昂贵的树脂。然而，考虑到近来的太阳能电池的大幅的低成本要求，优选使用廉价的聚酰亚胺，但一般而言，聚酰亚胺的玻璃化转变温度仅为300℃左右，不耐受上述的高温工艺。另外，对于树脂单体而言，排热性不充分，强度也不足，所以为了确保排热性，优选层叠金属箔和树脂层而成的结构。

对于化合物系薄膜太阳能电池的情况，如上所述，为了形成光电转换层需要350～600℃的温度下的烧结工序。此时，使用铝等金属合金作为基板时，存在该金属成分通过绝缘层向光电转换层渗透·扩散而对光电效率造成不良影响的问题，专利文献2的技术无法解决该问题。另外，专利文献3的技术，在柔性连接器部分具有柔性，但基板整体缺乏柔性。另外，还有光电转换层的烧结时的耐热性不充分的缺点。

专利文献4公开了在导体上形成聚酰亚胺树脂层的柔性层叠基板的制造方法。

然而，既需要维持高柔性，也需要提高高耐热性、平滑性以及金属防扩散性。

现有技术文献