專利名稱：電子器件用基板及包含該基板的光電轉(zhuǎn)換器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如太陽能電池、TFT等電子器件用基板，及包含該基板的光電轉(zhuǎn)換器件。
背景技術(shù)：
常規(guī)太陽能電池的主流一直都是Si太陽能電池，該太陽能電池使用塊體單晶Si或多晶Si或者薄膜非晶Si。另一方面，目前也正在研究和開發(fā)不依賴于Si的化合物半導(dǎo)體太陽能電池。作為化合物半導(dǎo)體太陽能電池，已知的有如GaAs太陽能電池等塊體型太陽能電池，和如含有Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素的CIS(Cu-1n-Se)或CIGS(Cu-1n-Ga-Se)太陽能電池等薄膜型太陽能電池。已報道CIS或CIGS太陽能電池具有高吸光率和高光電轉(zhuǎn)換效率，并且作為可使模組生產(chǎn)成本降低的下一代太陽能電池而正受到關(guān)注。作為用于形成太陽能電池模組的基板，已提出使用例如包括形成于鋁上的陽極氧化鋁(氧化鋁)的基板(專利文獻1、專利文獻2等)。氧化鋁充當絕緣層并可實現(xiàn)一體化，由此可使模組生產(chǎn)成本降低。此外，其還可提供能夠用于卷對卷工序的柔性基板，并且預(yù)計可進一步降低成本。專利文獻1:日本特開2009-132996號公報專利文獻2 日本特開2009-267336號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在日本專利申請第2010-053202號等中，本發(fā)明人已經(jīng)提出了使用下述基板防止因在基板上形成各種膜的加熱工序中熱膨脹的差異而導(dǎo)致的翹曲和開裂，所述基板包含在覆層材料的鋁的表面上的陽極氧化膜，所述覆層材料由鋁材和具有與CIGS層接近的線性熱膨脹系數(shù)的金屬基材形成，這是一個表面被陽極氧化的鋁基板的情況。通過對使用柔性長基板(其包括在上述鋁覆層材料上的陽極氧化鋁膜)以卷對卷工藝形成集成式光電轉(zhuǎn)換器件的工序及其光電轉(zhuǎn)化特性等的深入研究，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當在包括用于實現(xiàn)集成化的圖案化工序的光電轉(zhuǎn)換元件形成工序之后將其上形成有元件的基板切割成單個模組時，會發(fā)生如形成于陽極氧化鋁膜上的背電極與陽極氧化鋁膜下方的金屬基材之間的短路或者元件的擊穿電壓降低等故障。當背電極與金屬基材之間形成短路時，模組無法工作，而擊穿電壓的降低會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換元件功能較差，這是不合需要的。據(jù)信，當其他種類的優(yōu)選形成于絕緣基板上的電子器件以柔性器件的形式提供時，也會發(fā)生同樣的問題?？紤]到上述情況，本發(fā)明旨在提供一種電子器件用基板，所述基板較不容易在基板上形成電子器件的工序中造成擊穿而導(dǎo)致獲得無法驅(qū)動的電子器件。本發(fā)明還旨在提供一種包括上述基板的光電轉(zhuǎn)換器件。
解決問題的手段對于切割設(shè)置有絕緣層的金屬基板(其包括形成于覆層材料的鋁上的陽極氧化膜，覆層材料由鋁和另一種金屬形成)的工序，使用壓切機或劃片機。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在此切割工序中陽極氧化膜受到損壞，并且在形成于絕緣層上的電極層的下方形成龜裂。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當龜裂形成時，背電極的片段可以在背電極與基板的金屬層之間形成連接，并引起短路現(xiàn)象。此外，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在開裂部分，在背電極與基板的金屬層之間形成空氣層，并且空氣層的存在會降低局部放電電壓。而且，本發(fā)明人還已發(fā)現(xiàn)，在距切割位置有限范圍內(nèi)形成因切割而導(dǎo)致的龜裂。本發(fā)明基于這些發(fā)現(xiàn)而達成。本發(fā)明的第一方面的電子器件用基板包括包含位于金屬基板表面上的陽極氧化的氧化鋁膜的設(shè)置有絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其至少一側(cè)具有切割端面；和在所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板上僅在距所述切割端面的距離為200 以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置的電極層。
更優(yōu)選的是，所述電極層僅設(shè)置在距所述切割端面的距離為300i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域。期望的是，所述金屬基板由一體化在一起的Al材和金屬基材形成，所述金屬基材具有比Al更小的線性熱膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性。作為金屬基材，特別優(yōu)選的是鋼材。本發(fā)明的第二方面的電子器件用基板包括包含位于金屬基板表面上的陽極氧化的氧化鋁膜的設(shè)置有絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其至少一側(cè)具有切割端面；和在所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板上的所述陽極氧化的氧化鋁膜上均一地形成的電極層，其中，所述電極層在距所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板的所述切割端面的距離為200 以上的預(yù)定位置處在電氣上分離為端面區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域。期望的是，所述預(yù)定位置距所述切割端面的距離為300i!m以上。期望的是，所述金屬基板由一體化在一起的Al材和金屬基材形成，所述金屬基材具有比Al更小的線性熱膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性。作為金屬基材，特別優(yōu)選的是鋼材。本發(fā)明的第一方面的光電轉(zhuǎn)換器件包括本發(fā)明的第一方面的電子器件用基板；和在所述電子器件用基板的所述電極層上依次形成的光電轉(zhuǎn)換層和透明電極層，其中，所述電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明電極層形成光電轉(zhuǎn)換回路。本發(fā)明的第二方面的光電轉(zhuǎn)換器件的包括本發(fā)明的第二方面的電子器件用基板；和在所述電子器件用基板的所述電極層上依次形成的光電轉(zhuǎn)換層和透明電極層，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明電極層與所述電極層一起在所述預(yù)定位置處分離為端面區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域，并且在所述內(nèi)側(cè)區(qū)域形成的所述電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明層形成光電轉(zhuǎn)換回路。期望的是，作為光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換層由化合物半導(dǎo)體形成，并且光電轉(zhuǎn)換器件還包括位于光電轉(zhuǎn)換層與透明電極層之間的緩沖層。本發(fā)明的效果在本發(fā)明的第一方面的電子器件用基板中，電極層僅設(shè)置在設(shè)置有絕緣層的金屬基板上距切割端面的距離為200i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其表面上包含陽極氧化膜作為絕緣層。因此，電極層極少受到在切割過程中形成于切割端面附近的龜裂的影響，并具有優(yōu)異的耐電壓性。此外，在電子器件形成于這種基板上的情況中，由于金屬基板與在陽極氧化膜上的電極層之間的良好絕緣，因此不大可能產(chǎn)生無法驅(qū)動的電子器件，并且本發(fā)明的基板的使用提高了電子器件的生產(chǎn)效率。在本發(fā)明的第二方面的電子器件用基板中，電極層形成于設(shè)置有絕緣層的金屬基板上，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其表面上包含陽極氧化膜作為絕緣層，在距切割端面的距離為200 以上的預(yù)定位置處在電氣上分離為端面區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域。因此，位于基板的內(nèi)側(cè)區(qū)域的電極層極少受到在切割過程中形成于切割端面附近的龜裂的影響，并具有優(yōu)異的耐電壓性。此外，在電子器件形成于基板內(nèi)側(cè)區(qū)域的電極層上的情況中，由于金屬基板與基板內(nèi)側(cè)區(qū)域的電極層之間的良好絕緣，因此不大可能產(chǎn)生無法驅(qū)動的電子器件，并且本發(fā)明的基板的使用提高了電子器件的生產(chǎn)效率。本發(fā)明的第一和第二方面的光電轉(zhuǎn)換器件包括上述的本發(fā)明的電子器件用基板， 因此具有優(yōu)異的對于擊穿的耐電壓性和高可靠性。


圖1是說明第一實施方式的電子器件用基板的示意結(jié)構(gòu)的透視圖，圖2是說明電子器件用基板I的端部區(qū)域和電極層形成區(qū)域的截面圖，圖3是說明第一實施方式的電子器件用基板的修改的透視圖，圖4是說明第二實施方式的電子器件用基板的示意結(jié)構(gòu)的透視圖，圖5是說明第三實施方式的電子器件用基板的示意結(jié)構(gòu)的透視圖，圖6是說明電子器件用基板3的端部區(qū)域和電極層形成區(qū)域的截面圖，圖7是說明第一實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的一部分的截面圖，圖8是說明圖7所示的光電轉(zhuǎn)換器件中包含的本發(fā)明的電子器件用基板的透視圖，圖9是說明第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的一部分的截面圖，圖10是切割端面附近的顯微圖像，圖11是顯示龜裂侵入長度的概率分布的圖，圖12是說明用于驗證實驗中的電阻測量方法的示意圖。
具體實施例方式下面將參照附圖描述本發(fā)明的電子器件用基板的實施方式和本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件的實施方式，它們不限于本發(fā)明。應(yīng)當注意，為便于目視理解，附圖所示的要素并非按比例繪制的。下面描述本發(fā)明的電子器件用基板的實施方式。本發(fā)明的電子器件用基板包括設(shè)置有絕緣層的金屬基板，其上設(shè)置有電極層，所述電極層可以形成電子器件，如光電轉(zhuǎn)換回路。第一實施方式的電子器件用基板圖1是示意地說明第一實施方式的電子器件用基板I的透視圖。本實施方式的電子器件用基板I包括設(shè)置有絕緣層的金屬基板15，其由金屬基板10和設(shè)置在金屬基板10的表面上的絕緣層14形成；和設(shè)置在絕緣層14上的電極層20。金屬基板10由結(jié)合在一起的Al材和基材11形成，所述基材11由不同于Al材的金屬制成。金屬基板10在其至少一個表面上具有Al層。金屬基板10不限于由結(jié)合在一起的Al材和不同于Al材的金屬形成的本實施方式的金屬基板10，可以僅由Al材形成。金屬基板10可以優(yōu)選通過將基材11和Al材12壓力結(jié)合而形成?？梢蕴貏e優(yōu)選的是，壓力結(jié)合在不加熱的情況下進行。不加熱情況下的結(jié)合是指無外部加熱下在室溫實現(xiàn)結(jié)合。期望的是，基材11由具有比Al更小的線性熱膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性的金屬形成。期望的是，形成基材11的材料是具有比Al更小的線性膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性的金屬，并且該材料可以根據(jù)基于設(shè)置有絕緣層的金屬基板15及要于其上 形成的電子器件的材料性質(zhì)的應(yīng)力計算結(jié)果而適當選擇。在電子器件為形成化合物半導(dǎo)體太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換回路的情況中，優(yōu)選的是鋼或Ti材。鋼材的優(yōu)選實例可以包括例如奧氏體不銹鋼(線性熱膨脹系數(shù)17X 10_6/°C )、碳鋼(10. 8X 10_6/°C )和鐵素體不銹鋼(10. 5X10-6/°C)、42因瓦合金或可伐合金(5X10_6/°C)、36因瓦合金(〈lXKT6/。。)等。作為Ti材，例如，可以使用Ti (9. 2 X 10-6/°C )。不過，Ti材不限于純Ti，可優(yōu)選使用Ti_6Al_4V或T1-15V-3Cr-3Al-3Sn，它們是具有與Ti幾乎相同的線性熱膨脹系數(shù)的形變合金?；?1的厚度可以為考慮到在生產(chǎn)過程中和工作過程中處理的容易性(強度和柔性)而設(shè)置的任何厚度；不過，厚度可以優(yōu)選為IOiim 1mm。Al材12的主要成分可以為根據(jù)日本工業(yè)標準(JIS)的高純Al或1000系列純Al，或者Al與不同金屬元素的合金,如Al-Mn合金、Al-Mg合金、Al-Mn-Mg合金、Al-Zr合金、Al-Si合金或Al-Mg-Si合金(參見《Aluminum Handbook》,第四版(1990,由日本輕金屬協(xié)會出版))。高純Al可以含有固溶體形式的各種微量金屬元素，如Fe、S1、Mn、Cu、Mg、Cr、Zn、B1、Ni和Ti?？紤]到確保陽極氧化后陽極氧化區(qū)域的絕緣性，Al合金中Al以外的成分或雜質(zhì)的總量可以優(yōu)選小于10重量％，Al的純度可以優(yōu)選為90重量％以上。特別是，為了在施加200V以上的高電壓時更有效地降低漏電流，更優(yōu)選Al純度為99重量％以上。Al材12的厚度可以適當選擇；不過，以設(shè)置有絕緣層的金屬基板15的Al材12的形式，可以優(yōu)選為0.1 ii m 500 V- m。絕緣層14由陽極氧化膜(陽極氧化的氧化鋁膜)形成，所述陽極氧化膜(陽極氧化的氧化鋁膜)通過陽極氧化金屬基板10的Al材12的表面而形成。特別是，陽極氧化膜可以優(yōu)選為具有多孔結(jié)構(gòu)的所謂的多孔氧化鋁。陽極氧化可以通過將充當陽極的金屬基板10與陰極一起浸入電解液中并在陽極和陰極之間施加電壓而進行。在陽極氧化之前，Al材12的表面可以根據(jù)需要進行洗滌、研磨和平滑化等。作為陰極，可以使用碳或Al等。電解質(zhì)沒有特別限制，可以優(yōu)選使用含有如硫酸、磷酸、鉻酸、草酸、氨基橫酸(sulfamic acid)、苯橫酸和氨基橫酸(amidosulfonic acid)等酸中的一種或兩種以上的酸性電解液作為電解質(zhì)。陽極氧化條件沒有特別限制，取決于所使用的電解質(zhì)的類型。適當?shù)臈l件的實例可以包括電介質(zhì)濃度為I質(zhì)量％ 80質(zhì)量％，溶液溫度為5°C 70°C，電流密度為0. 005A/cm2 0. 60A/cm2,電壓為IV 200V，并且電解時間為3分鐘 500分鐘。電解質(zhì)可以優(yōu)選為硫酸、磷酸或草酸，或者其混合溶液。當使用上述電解質(zhì)時，優(yōu)選的是，電解質(zhì)濃度為4質(zhì)量％ 30質(zhì)量％，溶液溫度為10°C 30°C，電流密度為0. 002A/cm2 0. 30A/cm2，并且電壓為 20V 100V。在陽極氧化過程中，氧化反應(yīng)沿著與Al材12的表面基本垂直的方向進行，在Al材12的表面上形成陽極氧化膜14。在使用上述酸性電解液的情況中，所形成的陽極氧化膜14為多孔陽極氧化膜，其中緊密地排列著大量俯視時為正六邊形的微型柱，各微型柱在其中心具有擁有圓形底面的微孔，并在微型柱的底部形成有阻擋層(通常具有0. 02 y m 0.1um的厚度)。這種多孔陽極氧化膜具有比非多孔氧化鋁單成分膜更低的膜的楊氏模量，并具有更高的抗彎曲性和更高的對因高溫時的熱膨脹差異而形成的龜裂的抵抗性。應(yīng)當注意，在使用如硼酸等中性電解液代替酸性電解液進行電解的情況中，將形成致密陽極氧化的膜(非多孔氧化鋁單成分膜)，而不是由排列的微型柱形成的多孔陽極氧化膜。在使用酸性電解液形成多孔陽極氧化膜之后，可以進行使用中性電解液再次進行電解的填孔工序，以增加陽極氧化膜的阻擋層的厚度。較厚的阻擋層有助于獲得較高的膜的絕緣性。
期望的是，陽極氧化膜14形成為具有5 ii m 50 ii m,或者更優(yōu)選為9 y m 20 y m的均一的厚度。陽極氧化膜14的厚度可以通過控制恒定電流電解或恒定電壓電解過程中的電流或電壓的大小和電解時間來控制。電極層20形成于作為設(shè)置有絕緣層的金屬基板15的絕緣層的陽極氧化膜14上。具體而言，電極層20僅形成于陽極氧化膜14的相對兩側(cè)的端部區(qū)域A以外的陽極氧化膜14的區(qū)域上。圖2是解釋基板15的端部區(qū)域A與形成電極層20的位置之間的關(guān)系的截面圖。如圖2所示，電極層20未設(shè)置于端部區(qū)域A(其為距端面15a預(yù)定距離d的范圍)，而僅形成于距端面距離d的基板的內(nèi)側(cè)區(qū)域。這也適用于形成電極層20的位置距端面15b的距離。距離d為200iim以上，或者更優(yōu)選為300 iim以上。應(yīng)當注意，本實施方式中的器件用基板I通過沿與柔性長基板的退卷方向垂直的方向切割該長基板而獲得。即，本實施方式的器件用基板I通過以下方式生產(chǎn)以卷對卷工藝陽極氧化長金屬基板，以卷對卷工藝通過濺射等形成電極層，然后沿與長基板的退卷方向垂直的方向切割長基板。在圖1所示的基板I中，在沿垂直于基板的長邊的方向切割長基板時形成包括端部區(qū)域A的相對兩側(cè)。S卩，端面15a、15b為切割面。在生產(chǎn)工序中，電極層以下述狀態(tài)形成，其中，在絕緣層14的端部區(qū)域A上形成掩模，然后除去掩模而僅在端部區(qū)域A以外的區(qū)域留下電極層20，由此提供位于端部區(qū)域A以外的區(qū)域的電極層20。作為另外一種選擇，可以無需遮掩端部區(qū)域A而在絕緣層14上均一地形成電極層，并可除去距切割位置距離d范圍內(nèi)的電極層部分。然后，可以在切割位置處切割基板，以提供僅在端部區(qū)域A以外的區(qū)域形成有電極的單個基板。作為另一種選擇，在所期望的位置切割長基板之后，也可以通過激光劃片等除去在距切割端面距離d范圍內(nèi)的端部區(qū)域A所形成的電極層部分，以提供僅在端部區(qū)域A以外的區(qū)域形成有電極的單個基板。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過僅在距切割端面的距離為200i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置電極層，電極層極少受到因切割而在陽極氧化膜14中形成的龜裂的影響，并且電極層20與金屬基板10之間的高度絕緣可以得到保持(參見稍后將描述的“驗證實驗”)。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過僅在距切割端面的距離為300i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置電極層，可實現(xiàn)龜裂的影響的進一步降低。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在驅(qū)動形成于設(shè)置有絕緣層的金屬基板上的電子器件時，在預(yù)定條件下會出現(xiàn)電流(表面漏電流)由絕緣層的表面流到金屬基板的現(xiàn)象。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為防止這種表面漏電流，優(yōu)選的是在距切割面的距離為300i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成電子器件。如上所述，本實施方式的電子器件用基板具有設(shè)置在可確保充分絕緣的區(qū)域中的電極層，由此提高了形成于基板上的電子器件的可靠性。
應(yīng)當注意，雖然在上述實施方式中電極層20被形成為均一的層，但是電極層20可以根據(jù)形成于基板上的電子器件而以各種圖案中的任一種形成。例如，如果集成式太陽能電池形成為器件，則電極層可以以下述圖案形成，其中均一的電極層設(shè)置有用于將多個帶狀電極彼此分開的劃片線(參見圖8)。此外，如果電子器件用基板用作電路板，則可以設(shè)置具有布線圖案的電極層。形成電極層20的材料沒有特別限制，只要材料能夠用作電極即可。形成電極層20的方法沒有特別限制，其實例可以包括氣相成膜工序，如電子束沉積和濺射。在本發(fā)明的基板用作太陽能電池用基板的情況中，形成電極層20的材料可以優(yōu)選為Mo，并且電極層20的厚度可以為IOOnm以上，或者可以優(yōu)選為0. 45 y m 1. 0 y m。本實施方式的修改顯示在圖3中。如圖3所示，例如由SLG(鈉鈣玻璃)制成并具有約50nm 200nm厚度的層18可以設(shè)置在絕緣層14與電極層20之間。絕緣層18的厚度在無損于基板的柔性的范圍內(nèi)。在化合物半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換元件，特別是包含CIGS光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換元件形成為電子器件的情況中，優(yōu)選的是提供包括由作為CIGS光電轉(zhuǎn)換層的堿元素源的SLG制成的絕緣層18的基板I’。即使在形成具有約200nm厚度的絕緣層時，在切割端面附近的陽極氧化膜中也會形成較大的龜裂，因此在端部區(qū)域A會發(fā)生電極層20與金屬基板10之間的短路等同樣的問題。通過僅在距切割端面15a、15b的距離為200 以上或者更優(yōu)選為300 以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置電極層20，可以提供電子器件的形成過程中的更高的可靠性。第二實施方式的電子器件用基板圖4是示意地說明第二實施方式的電子器件用基板2的透視圖。與第一實施方式的電子器件用基板I相同的要素由相同的附圖標記指示，不再詳細說明。本實施方式的電子器件用基板2包括設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’，其由金屬基板10’和設(shè)置在金屬基板10’的正面和背面的絕緣層14和14’形成；和設(shè)置于絕緣層14上的電極層20。如圖4所示，本實施方式的電子器件用基板2具有三層結(jié)構(gòu)，其中，金屬基板10’包括在基材11的相反兩面上的Al材12和12’，并且Al材12和12’的表面經(jīng)陽極氧化形成陽極氧化Al膜14和14’，其充當Al材表面上的電氣絕緣層。即，設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’具有五層結(jié)構(gòu)，其包括陽極氧化膜14、Al材12、基材11、A1材12’和陽極氧化膜14’。電極層20僅在陽極氧化膜14上形成。設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’為矩形，并且電極層20僅設(shè)置在設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’上的在設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’的相對兩側(cè)的端部區(qū)域A以外的區(qū)域上。形成有電極層20的區(qū)域的范圍與第一實施方式相同(參見圖2)，并且通過本實施方式的電子器件用基板2提供了與第一實施方式相同的效果。第三實施方式的電子器件用基板圖5是示意地說明第三實施方式的電子器件用基板3的透視圖。與第一實施方式的電子器件用基板I相同的要素由相同的附圖標記指示，不再詳細說明。本實施方式的電子器件用基板3包括與圖1所示的第一實施方式的電子器件用基 板I中相同的設(shè)置有絕緣層的金屬基板15，不同之處在于，電極層21設(shè)置在設(shè)置有絕緣層的金屬基板15的端部區(qū)域A上。電極層20和電極層21通過劃片線22在電氣上彼此分離。電極層20和電極層21可以通過以下方式形成在設(shè)置有絕緣層的金屬基板15上形成連續(xù)的均一的層，然后，通過激光劃片形成劃片線22而使這些層分離。在使用卷對卷工藝的生產(chǎn)工序中，各劃片線22可以在距各切割位置距離d的位置形成，然后，可稍后在切割位置處切割基板，或者可以先切割基板，然后在距各切割端面距離d的位置形成各劃片線22。下面將參照圖6描述形成各劃片線22的區(qū)域。圖6是說明基板15的端部區(qū)域A與形成劃片線22的位置之間的關(guān)系的截面圖。如圖6所示，劃片線22形成為使得電極層20形成在距切割端面15a距離d的位置。距離d為200 ii m以上，或者更優(yōu)選為300 U m以上。如上所述，電極層20和21通過劃片線22而彼此分離，因此通過本實施方式的電子器件用基板3可提供與第一和第二實施方式相同的效果。作為本實施方式的電子器件用基板3的修改，可以提供下述設(shè)置有絕緣層的金屬基板15’，類似于第二實施方式的器件用基板2，其包括在基材11的相反兩面上的Al材12和陽極氧化膜14。在光電轉(zhuǎn)換回路形成為電子器件的情況中，優(yōu)選的是，類似于圖3中所示的情況，在陽極氧化膜14與電極層20之間設(shè)置SLG層。現(xiàn)將描述包括上述電子器件用基板的根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件。第一實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件圖7是說明作為第一實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的集成式太陽能電池5的一部分的截面圖。本實施方式的太陽能電池5包括由化合物半導(dǎo)體制成的光電轉(zhuǎn)換層30，并且是集成式太陽能電池，其中大量光電轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)以串聯(lián)方式電連接而實現(xiàn)高電壓輸出。本實施方式的太陽能電池5由在圖1所示的電子器件用基板I的電極層20上依次形成的由化合物半導(dǎo)體制成的光電轉(zhuǎn)換層30、緩沖層40和表面電極(透明電極)50形成。在本實例中，對電子器件用基板I的電極層20進行劃片以形成劃片線25，劃片線25將電極層20分離為多個帶狀圖案的區(qū)域20a，如圖8所示。電極層20 (20a)充當光電轉(zhuǎn)換元件的背電極。如圖7所示，在電極層20 (20a)上形成光電轉(zhuǎn)換層30以填充劃片線25，并在光電轉(zhuǎn)換層30上形成緩沖層40。在緩沖層40和光電轉(zhuǎn)換層30中，在不同于劃片線25所在位置并且與劃片線25平行的位置形成抵達背電極的第二劃片線28，并形成透明電極層50以填充第二劃片線28。在透明電極層50中，在不同于劃片線25和28所在位置并且與劃片線25和28平行的位置形成第三劃片線29，第三劃片線29通過透明電極層50、緩沖層40和光電轉(zhuǎn)換層30，抵達電極層20。在本實施方式的太陽能電池5中，使用透明電極層50填充各第二劃片線28以使某一元件(電池)C的表面電極50以串聯(lián)方式連接于相鄰元件C的背電極層20，由此提供大量元件C集成化的光電轉(zhuǎn)換回路。
S卩，如圖7所示，在本實施方式的太陽能電池5中，電極層20、光電轉(zhuǎn)換層30、緩沖層40和電極層50未形成在距切割端面15a距離d的端部區(qū)域A上，這些層僅在距切割端面距離d的基板的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成。距離d為200 Um以上,或者更優(yōu)選為300 um以上。太陽能電池5通過以下方式生產(chǎn)在將長金屬基板陽極氧化和形成電極層之后，以卷對卷工藝在長基板上形成各個層，然后切割長基板以形成上述電子器件用基板I。更具體而言，在電極層20上形成光電轉(zhuǎn)換層30和緩沖層40，并進行形成劃片線28的劃片線處理。然后，形成透明電極層50，進行形成劃片線29的劃片線處理，之后沿與長基板的退卷方向垂直的方向切割長基板。在上述生產(chǎn)工序中，以下述狀態(tài)形成各個層(從電極層20至透明電極層50)并進行劃片，其中在絕緣層14的端部區(qū)域A上形成掩模，然后除去掩模而僅在端部區(qū)域A以外的區(qū)域留下各個層。作為另外一種選擇，在不遮掩端部區(qū)域A的情況下，可以在絕緣層14上均一地形成這些層，并可以進行劃片等。然后，可以在最后的劃片過程中除去在距切割位置距離d的范圍內(nèi)形成的層部分，之后，可以在切割位置切割基板，以使這些層僅設(shè)置在端部區(qū)域A以外的區(qū)域。作為另外一種選擇，還可以在除去形成于端部區(qū)域A的層之前，在所期望的位置切割基板，然后，可以通過激光劃片等除去在距切割端面距離d的范圍內(nèi)的端部區(qū)域A形成的層部分，以使這些層僅設(shè)置在端部區(qū)域A以外的區(qū)域。如前所述，通過僅在距切割端面距離為200i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置光電轉(zhuǎn)換回路，光電轉(zhuǎn)換回路極少受到因切割而在陽極氧化膜14中形成的龜裂的影響，并且可以確保電極層20與金屬基板10之間的高度絕緣，由此提供高可靠性的太陽能電池。此外，通過僅在距切割端面距離300i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置光電轉(zhuǎn)換回路，可以實現(xiàn)龜裂的影響的進一步降低，由此提供了更高的可靠性。應(yīng)當注意，雖然上述實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件包括上述第一實施方式的電子器件用基板1，但是該光電轉(zhuǎn)換器件可以包含已作為第一實施方式的修改進行過說明的具有SLG層18的基板I’。在此情況中，堿離子可以在光電轉(zhuǎn)換層中擴散，由此提供提高光電轉(zhuǎn)換效率的效果，這是更優(yōu)選的。作為另外一種選擇，光電轉(zhuǎn)換器件可以包含上述第二實施方式的電子器件用基板。下面將詳細描述太陽能電池5的各個層。光電轉(zhuǎn)換層光電轉(zhuǎn)換層30在吸收光時產(chǎn)生電荷，由化合物半導(dǎo)體形成。在光電轉(zhuǎn)換層30系隔著下電極而形成于設(shè)置有絕緣層的金屬基板上的情況中，成膜在基板溫度為500°C以上的條件下進行。通過在500°C以上的成膜溫度進行成膜，可以提供具有良好吸光性和光電轉(zhuǎn)換性的光電轉(zhuǎn)換層。光電轉(zhuǎn)換層的主要成分沒有特別限制；不過，其可以優(yōu)選為至少一種具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體。在此情況中，化合物半導(dǎo)體優(yōu)選為至少一種由Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素形成的化合物半導(dǎo)體。
具體而言，考慮到提供高吸光率和高光電轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)選的是，所述Ib族元素為選自由Cu和Ag組成的組中的至少一種元素，所述IIIb族元素為選自由Al、Ga和In組成的組中的至少一種元素，所述VIb族元素為選自由S、Se和Te組成的組中的至少一種元素?；衔锇雽?dǎo)體的具體實例包括CuAlS2, CuGaS2, CuInS2,CuAlSe2, CuGaSe2, CuInSe2 (CIS)，AgAlS2, AgGaS2, AgInS2,AgAlSe2, AgGaSe2, AgInSe2,AgAlTe2, AgGaTe2, AgInTe2, Cu (IrvxGax) Se2 (CIGS)，Cu (In1^xAlx) Se2, Cu (In1^xGax) (S，Se) 2，Ag(IrvxGax) Se2,和 Ag(IrvxGax) (S，Se)2。特別優(yōu)選的是，光電轉(zhuǎn)換層30含有CuInSe2 (CIS)和/或Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)，后者通過將Ga添加至CuInSe2 (CIS)以提供固溶體而獲得。CIS和CIGS是具有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)和高吸光度的半導(dǎo)體，并且據(jù)報道具有高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，它們不大容易因暴露于光線而導(dǎo)致效率劣化，并具有優(yōu)異的耐久性。CIGS層可以使用如同時多源沉積法或硒化法等任何方法而形成。光電轉(zhuǎn)換層30的主要成分可以為CdTe，其為I1-VI族化合物半導(dǎo)體。由CdTe制成的光電轉(zhuǎn)換層可以通過近空間升華法在Al陽極氧化膜上形成為下部電極的金屬或石墨電極上形成。近空間升華法是下述方法，其中，在真空中將CdTe材料加熱至約600°C，并使CdTe晶體凝結(jié)在溫度比CdTe材料的溫度更低的基板上。光電轉(zhuǎn)換層30的厚度沒有特別限制；不過，可以優(yōu)選l.Oiim 3.0iim的厚度，并且可以特別優(yōu)選1.5iim 2. 5iim的厚度。緩沖層緩沖層40由主要由CdS、ZnS、Zn(S，0)或Zn (S，0，0H)構(gòu)成的層形成。例如可以使用CBD(化學浴沉積)法形成緩沖層40。緩沖層40的厚度沒有特別限制；不過，可以優(yōu)選IOnm 0. 5 ii m的厚度，并且可以更優(yōu)選15nm 200nm的厚度。透明電極形成透明電極層50的材料沒有特別限制；不過，可以優(yōu)選的是n-ZnO(如ZnO:Al)等。透明電極層50的厚度沒有特別限制；不過，可以優(yōu)選50nm 2pm的厚度。
其他層太陽能電池5可以根據(jù)需要包含上述層以外的任何層。在太陽電池5是以模組形式提供的情況中，可以根據(jù)需要對其貼附覆蓋玻璃、保護膜等。當以模組形式提供太陽能電池5時，通常，通過粘合填充層而層積表面保護膜、背板等。此時，考慮到防止表面漏電流，優(yōu)選的是，將粘合填充層貼附于太陽能電池5的基板端部處陽極氧化膜14露出的部分。作為粘合填充層，優(yōu)選的是使用EVA (乙烯-乙酸乙烯酯)。第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件 圖9是說明作為第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的集成式太陽能電池6的一部分的截面圖。類似于上述太陽能電池5，本實施方式的太陽能電池6包括由化合物半導(dǎo)體制成的光電轉(zhuǎn)換層30，并且是集成式太陽能電池，其中大量光電轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)以串聯(lián)方式電連接而頭現(xiàn)聞電壓輸出。類似于第一實施方式的太陽能電池5，太陽能電池6包括電子器件用基板3，電子器件用基板3進行過劃片以形成劃片線25，劃片線25將電極層20分為多個帶狀圖案的區(qū)域。太陽能電池6不同于第一實施方式的太陽能電池5之處在于，電極層21、光電轉(zhuǎn)換層30、緩沖層40和透明電極層50也形成于設(shè)置有絕緣層的金屬基板15的端部區(qū)域A。形成于各端部區(qū)域A的層在電氣上與在相對于劃片線22的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成的元件C分離。只有在相對于劃片線22的基板內(nèi)側(cè)區(qū)域形成的元件具有作為太陽能電池的元件(光電轉(zhuǎn)換回路)的功能，并且在端部區(qū)域A形成的層不具有作為太陽能電池6的元件的功倉泛。如圖9所示，劃片線22形成為使得光電轉(zhuǎn)換回路位于距切割端面15a距離d的內(nèi)側(cè)區(qū)域。距離d為200 Um以上,或者更優(yōu)選為300 u m以上。類似于第一實施方式的太陽能電池5，太陽能電池6通過以下方式生產(chǎn)在陽極氧化長金屬基板和形成電極層之后，以卷對卷工藝在長基板上形成各個層，然后切割長基板以形成上述電子器件用基板。更具體而言，在電極層20上形成光電轉(zhuǎn)換層30和緩沖層40，并進行形成劃片線28的劃片線處理。然后，形成透明電極層50，進行形成劃片線29的劃片線處理，之后沿與長基板的退卷方向垂直的方向切割長基板。在上述生產(chǎn)工序中，各個層均一地形成在絕緣層14上，并進行劃片。然后，在最終劃片過程中在距切割位置距離d的位置形成劃片線22，之后，在切割位置切割基板，由此生產(chǎn)圖9所示的太陽能電池。作為另外一種選擇，可以在形成劃片線22之前在預(yù)定位置切割基板，然后，可以在進一步的劃片過程中在距切割端面距離d的位置形成劃片線22。還是在本實施方式中，通過僅在距切割端面距離為200i!m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置光電轉(zhuǎn)換回路，光電轉(zhuǎn)換回路極少受到因切割而在陽極氧化膜14中形成的龜裂的影響，并且可以保持電極層20與金屬基板10之間的高度絕緣，由此提供高可靠性的太陽能電池。此外，通過僅在距切割端面的距離為300 Pm以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置光電轉(zhuǎn)換回路，可實現(xiàn)龜裂的影響的進一步降低，由此提供了更高的可靠性。驗證實驗下面描述用于本發(fā)明的驗證實驗。制備設(shè)置有絕緣層的金屬基板的方法使用通過冷軋法制備的Al (30 iim)-SUS (IOOiim)-Al (30 iim)鍍覆板作為金屬基板。Al的純度為99. 5%,并進行陽極氧化。
在陽極氧化之前，使用丙酮和乙醇洗滌金屬基板。作為用于陽極氧化的電解液，使用的是0. 5M的草酸水溶液。將草酸水溶液的溫度控制為16°C,并將該基板浸入該水溶液中，使用Al板作為對電極(陰極)并施加40V的電壓以進行陽極氧化，從而提供厚度為IOum的陽極氧化膜(氧化鋁)。切割將具有通過上述工序形成于金屬基板表面上的陽極氧化膜的基板切割成3cmX3cm的片。使用壓切機進行切割。對切割端面的觀察觀察切割端面，發(fā)現(xiàn)在切割位置周圍的陽極氧化膜中形成龜裂。圖10是切割端面附近的顯微圖像。從圖10中可以看出，龜裂自基板的端面形成。使用基板的3cmX3cm的切片，測量自切割端面起的龜裂侵入長度。將各樣品放置在微型定位臺上，并將顯微鏡的焦點從上方控制在基板的端面上。然后，在微型定位臺上測量顯微鏡視野內(nèi)的最大龜裂侵入長度。圖11顯示的是自基板切片(13個樣品)的切割端面起龜裂侵入的長度(龜裂侵入長度)的威布爾圖，其中，縱軸表示累積概率(%)，橫軸表示龜裂侵入長度(Pm)。測量值沿該圖中所示的直線分布，由此具有威布爾分布。從圖11所示的概率分布圖中可以看出，觀察到自切割端面起最大侵入長度為160 的龜裂。如圖11所示，龜裂侵入長度具有威布爾分布，并且形成侵入長度超過160 u m的龜裂的概率小于10%。因此，在距切割端面的長度超過160 y m的區(qū)域內(nèi)，龜裂的影響非常小。此外，從圖11可以看出，形成侵入長度小于200 pm的龜裂的累積概率超過99%，并且形成侵入長度為200 u m以上的龜裂的概率小于1%。因此，據(jù)信距切割端面的長度為所期望的200 u m以上或者更期望的300 u m以上的區(qū)域極少受到龜裂的影響。雖然龜裂侵入長度可視陽極氧化膜的厚度而變，但是至少在陽極氧化膜的厚度為5iim 18 iim的范圍內(nèi)獲得了幾乎一樣的結(jié)果。擊穿對于距切割端面的距離的相關(guān)性對于如上所獲得的設(shè)置有絕緣層的金屬基板的各3cmX3cm切片，在絕緣層(陽極氧化鋁)上形成Mo電極，并測量耐受電壓。同時，如圖12所示，遮掩距基板100的切割端面101的距離為diim以內(nèi)的區(qū)域，僅在距切割端面101距離為diim的內(nèi)側(cè)區(qū)域形成Mo電極102。該電極具有Icm2的面積。在距基板100的另一端部有足夠距離(5mm以上)的位置形成電極102，以不被另一端部所影響。此外，除去基板表面上的陽極氧化膜的一部分，以將陽極氧化膜下方的金屬層部分(金屬基板)露出，從而形成測試儀連接區(qū)域104。通過制備具有不同距離d的值的多個樣品來驗證絕緣性能。
對于各樣品，使用測試儀測量在陽極氧化層下方的金屬層部分(測試儀連接區(qū)域104)與Mo電極102之間的電阻并進行評價，IMQ以上的電阻為良好，不到IMQ的電阻為不良。表I顯示了評價結(jié)果。表I
權(quán)利要求
1.一種電子器件用基板，所述基板包括包含位于金屬基板表面上的陽極氧化的氧化鋁膜的設(shè)置有絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其至少一側(cè)具有切割端面；和在所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板上僅在距所述切割端面的距離為200 μ m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置的電極層。
2.如權(quán)利要求1所述的電子器件用基板，其中，所述電極層僅設(shè)置在距所述切割端面的距離為300 μ m以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子器件用基板，其中，所述金屬基板由一體化在一起的 Al材和金屬基材形成，所述金屬基材具有比Al更小的線性熱膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性。
4.如權(quán)利要求3所述的電子器件用基板，其中，所述金屬基材為鋼材。
5.一種電子器件用基板，所述基板包括包含位于金屬基板表面上的陽極氧化的氧化鋁膜的設(shè)置有絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板在其至少一側(cè)具有切割端面；和在所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板上的所述陽極氧化的氧化鋁膜上均一地形成的電極層，其中，所述電極層在距所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板的所述切割端面的距離為200 μ m 以上的預(yù)定位置處在電氣上分離為端面區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的電子器件用基板，其中，所述預(yù)定位置距所述切割端面的距離為300 μ m以上。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電子器件用基板，其中，所述金屬基板由一體化在一起的 Al材和金屬基材形成，所述金屬基材具有比Al更小的線性熱膨脹系數(shù)、更高的剛性和更高的耐熱性。
8.如權(quán)利要求9所述的電子器件用基板，其中，所述金屬基材為鋼材。
9.一種光電轉(zhuǎn)換器件，所述器件包括權(quán)利要求1 4中任一項所述的電子器件用基板；和在所述電子器件用基板的所述電極層上依次形成的光電轉(zhuǎn)換層和透明電極層，其中，所述電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明電極層形成光電轉(zhuǎn)換回路。
10.一種光電轉(zhuǎn)換器件，所述器件包括權(quán)利要求5 8中任一項所述的電子器件用基板；和在所述電子器件用基板的所述電極層上依次形成的光電轉(zhuǎn)換層和透明電極層，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明電極層與所述電極層一起在所述預(yù)定位置處分離為端面區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域，并且在所述內(nèi)側(cè)區(qū)域形成的所述電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層和所述透明層形成光電轉(zhuǎn)換回路。
11.如權(quán)利要求9或10所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層由化合物半導(dǎo)體形成，并且所述光電轉(zhuǎn)換器件還包含位于所述光電轉(zhuǎn)換層與所述透明電極層之間的緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電子器件用基板，所述基板包括在設(shè)置有絕緣層的金屬基板上的背電極，并在背電極與金屬基板之間具有良好絕緣。該電子器件用基板(1)由設(shè)置有絕緣層的金屬基板(15)和電極層(20)形成，所述設(shè)置有絕緣層的金屬基板(15)包括在金屬基板(10)表面上的陽極氧化的氧化鋁膜(14)，并在其至少一側(cè)具有切割端面(15a)、(15b)，所述電極層(20)僅設(shè)置在距切割端面(15a)、(15b)的距離為200μm以上的內(nèi)側(cè)區(qū)域。
文檔編號H01L31/04GK103026495SQ20118003456
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者向井厚史, 青野成彥 申請人:富士膠片株式會社