專利名稱：太陽能電池裝置和太陽能電池裝置制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有設(shè)置絕緣層的金屬基板的太陽能電池裝置，其中Al陽極氧化膜用作絕緣層。本發(fā)明還涉及一種制造太陽能電池裝置的方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)傳統(tǒng)的太陽能電池為使用大體積Si、多晶Si或薄膜非晶Si的硅基電池。近來已經(jīng)對不取決于Si的化合物半導(dǎo)體基太陽能電池進(jìn)行了研究和研發(fā)。已知兩種類型的化合物半導(dǎo)體基太陽能電池，一種是諸如GaAs系統(tǒng)等的大體積系統(tǒng)，而另一種是薄膜系統(tǒng)，例如由Λ族元素、Inb族元素和VHd族元素形成的CIS(Cu-In-Se)系統(tǒng)、 CIGS(Cu-In-Ga-Se)系統(tǒng)或類似系統(tǒng)。CIS系統(tǒng)或CIGS系統(tǒng)具有高光吸收率，并且被報道具有高能量轉(zhuǎn)換效率。非晶Si的成膜溫度大約為200°C至300°C，但是為了形成具有高光電轉(zhuǎn)換效率的良好的化合物半導(dǎo)體，成膜溫度需要為500°C或更大。當(dāng)前，玻璃基板主要用作太陽能電池基板，但是已經(jīng)研究使用柔性金屬基板的可能性。與采用玻璃基板的太陽能電池相比較，由于基板的輕質(zhì)和柔性，具有金屬基板的太陽能電池具有應(yīng)用到更廣的應(yīng)用范圍的潛在前景。進(jìn)一步地，可預(yù)期的是將提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性(由此光電轉(zhuǎn)換效率)，這是因為金屬基板可以承受高溫處理。然而，當(dāng)使用金屬基板時，需要在基板的表面上設(shè)置絕緣膜以防止基板與形成在該基板上的電極或光電轉(zhuǎn)換層之間的短路。日本未審查專利出版物第2001-339081號提出了使用不銹鋼基板作為太陽能電池基板，其中通過諸如CVD (化學(xué)蒸汽淀積)或類似方法的蒸氣相方法、或諸如溶膠凝膠法或類似方法的液相方法涂敷Si或Al氧化物來在基板上形成絕緣層。然而，用于形成絕緣膜的這些方法可能會在本質(zhì)上產(chǎn)生小孔或裂縫，從而具有作為用于穩(wěn)定地產(chǎn)生大薄膜絕緣層的方法的基本問題。日本未審查專利出版物第2000-049372號提出了使用設(shè)置絕緣層的金屬基板作為太陽能電池基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板是具有陽極氧化膜的絕緣層的Al (鋁)基板，其中所述陽極氧化膜通過陽極氧化Al基板的表面而提供。這種方法允許即使當(dāng)使用大基板時也能夠容易地形成絕緣膜，而在基板的整個表面上沒有任何小孔。如 2000 年第 21-24 頁 Study Report No. 3, Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute 的 Μ. Kayashima 禾口 Μ· Mushiro 的“Heat-induced cracking of anodic oxide films on aluminum—An in suit measurement of the cracking temperature-"中所述，已知的是如果被加熱到120°C或更高溫度，則在Al基板上的陽極氧化膜中產(chǎn)生裂縫，并且這種裂縫產(chǎn)生絕緣問題，具體地，產(chǎn)生增加漏電流的問題。同時，作為具有傳統(tǒng)的非晶Si層的光電裝置，日本未審查專利出版物第 62(1987)-089369號提出了使用設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板通過使Al層形成在合金鋼板上并通過陽極處理使絕緣層形成在Al層的表面上來提供。日本未審查專利出版物第62(1987)-089369號描述了合金鋼板作為基底材料可以保持所需的機(jī)械強(qiáng)度，例如彈力等，這是因為即使在非晶Si的淀積過程或類似過程期間當(dāng)Al層由于受到 2000C -3000C的溫度而軟化時合金鋼板也不會軟化。認(rèn)為在Al材料上的陽極氧化膜中產(chǎn)生裂縫的原因在于鋁的線性熱膨脹系數(shù) (23X10_6/°C)大于陽極氧化膜的線性熱膨脹系數(shù)。即，雖然陽極氧化膜的線性熱膨脹系數(shù)的精確值不是已知的，但是該值被認(rèn)為接近氧化鋁鋁)的大約為7X10_6/°C的線性熱膨脹系數(shù)。因此，陽極氧化膜與鋁的線性熱膨脹系數(shù)具有大約16X10_6/°C的差值，由此在陽極氧化膜中產(chǎn)生較大的無法忍受的應(yīng)力，并且可能會產(chǎn)生上述裂縫。進(jìn)一步地，Al在大約200°C的溫度下會軟化，因此受到該溫度的Al變得極其脆弱并傾向于具有永久變形(塑性變形)，例如蠕變變形或翹曲變形。因此，當(dāng)使用這種Al時， 在制造時半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)和該半導(dǎo)體裝置操作必須嚴(yán)格受限。這使得難以將半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于室外太陽能電池。日本未審查專利出版物第62(1987)-089369號提出了當(dāng)制造具有作為光電轉(zhuǎn)換層(光吸收層)的非晶Si的裝置時使用具有形成在其上的Al材料的合金鋼基板作為可以經(jīng)得起200°C至300°C下的加熱的結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)化合物半導(dǎo)體用作光電轉(zhuǎn)換層時(已經(jīng)在研究此)，需要通常大約為500°C的更高的成膜溫度，以便獲得高光電轉(zhuǎn)換效率。因此，需要一種具有可以經(jīng)得起不小于500°C的高溫的結(jié)構(gòu)的基板。在如日本未審查專利出版物第62 (1987) -089369號中所述的熔融鋁鍍鋼板 (molten aluminum plated steel plate，以熔融的方式鍍了鋁的鋼板)中，厚合金層形成在鋁與鋼之間，使得當(dāng)施加彎曲力時在鋁與鋼之間的界面處非?？赡艿匕l(fā)生分離。如果合金層較薄，則可以防止該分離，但是在熔融鋁鍍(molten aluminum plating 以熔融的方式鍍鋁)時難以控制合金層的厚度，并且難以獲得具有充分柔性以滿足實際使用的基板。已經(jīng)考慮了上述情況形成本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種具有設(shè)置絕緣層的金屬基板的太陽能電池裝置，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板具有即使在受到不小于500°C 的高溫之后也能夠保持良好的絕緣性能和強(qiáng)度的陽極氧化膜，其中500°C是具有良好的光電轉(zhuǎn)換效率的化合物半導(dǎo)體層的制造溫度。本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造上述太陽能電池裝置的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種具有允許制造可以以卷對卷 (roll-to-roll)的方式連接到電力系統(tǒng)的大面積模塊化太陽能電池裝置的基板的太陽能電池裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的太陽能電池裝置是一種具有由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層的太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置包括設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板由金屬基板和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成，所述金屬基板由基底材料和Al材料形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度(rigidity)、較高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與基底材料的至少一個表面成一體，并且多孔Al陽極氧化膜作為電絕緣層形成在金屬基板的Al材料的表面上；和光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括所述光電轉(zhuǎn)換層、上電極和下電極，所述上 4電極和所述下電極分別設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換層的上側(cè)和下側(cè)上，所述光電轉(zhuǎn)換電路形成在設(shè)置絕緣層的金屬基板上。金屬基板可以具有其中Al材料僅與基底材料的一個表面成一體的兩層結(jié)構(gòu)或其中Al材料與基底材料的兩個表面中的每一個成一體的三層結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，當(dāng)金屬基板具有三層結(jié)構(gòu)時，Al材料中的任一個或每一個都可以具有陽極氧化膜。這里使用的術(shù)語“Al材料”表示Al基金屬材料，并且更具體地表示具有不小于 90%質(zhì)量比(wt%)的Al含量的金屬材料。Al材料可以是純Al、具有分解在其內(nèi)的不可避免的雜質(zhì)的痕量的純Al、或由Al與另一種金屬元素形成合金材料。這里使用的術(shù)語“線性熱膨脹系數(shù)”表示大體積體的線性熱膨脹系數(shù)。這里使用的術(shù)語“剛度”表示對由于外力的尺寸變形的抵抗，并且由屈服應(yīng)力或 0. 2%的試驗應(yīng)力值來測量。這里使用的術(shù)語“耐熱性”表示在不小于300°C的溫度下的剛度從室溫下的剛度的降低。由基底材料形成的金屬可以為任意金屬，只要該金屬與Al相比具有較小的線性熱膨脹系數(shù)、較高的剛度和較高的耐熱性即可。具體地，優(yōu)選地使用鋼材料或Ti材料。這里使用的術(shù)語“鋼材料”表示由鋼形成的金屬材料。這里使用的術(shù)語“鋼”表示具有50%質(zhì)量比或更多的鐵含量的金屬。即，鋼包括鐵、通常所說的為包括鐵的石墨的碳鋼、和考慮到線性熱膨脹系數(shù)和剛度通過將鉻、鎳、鉬等添加到鐵以便獲得用于預(yù)定應(yīng)用的適當(dāng)特性鐵合金。這里使用的術(shù)語“Ti材料”表示Ti基金屬材料。這里，Ti材料可以是純Ti或Ti合金,例如，Ti-6Al-4V、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 等。優(yōu)選地，基底材料和Al材料在不需要加熱的情況下粘結(jié)在一起。優(yōu)選地，在本發(fā)明的太陽能電池裝置中，述光電轉(zhuǎn)換電路是由多個元件形成的電路，所述多個元件通過由多個溝槽分隔所述光電轉(zhuǎn)換層而提供并且被串聯(lián)電連接。優(yōu)選地，在本發(fā)明的太陽能電池裝置中，基底材料與光電轉(zhuǎn)換層之間的線性熱膨脹系數(shù)的差值小于7X10_6/°C。優(yōu)選地，在本發(fā)明的太陽能電池裝置中，光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的至少一種化合物半導(dǎo)體。優(yōu)選地，在這種情況下，基礎(chǔ)材料是碳鋼材料、鐵素體不銹鋼材料或Ti材料，下電極由Mo形成，并且光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為由Λ族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的至少一種化合物半導(dǎo)體。優(yōu)選地，具體地，Ib族元素是選自由Cu和 Ag構(gòu)成的組的至少一種元素，IIIb族元素是選自由AlWa和h構(gòu)成的組的至少一種元素， 而Vrt族元素是選自由S、％和Te構(gòu)成的組的至少一種元素。本發(fā)明的太陽能電池裝置可以是其中基底材料是碳鋼材料、鐵素體不銹鋼材料或 Ti材料而光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為CdTe化合物半導(dǎo)體的太陽能電池裝置。這里使用的術(shù)語“光電轉(zhuǎn)換層的主要成分”表示包括在光電轉(zhuǎn)換層中質(zhì)量比不小于75%的成分。這里的元素族代表基于短周期元素周期表。由Λ族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的化合物半導(dǎo)體有時在這里被簡稱表示為“I-III-VI族半導(dǎo)體”。作為I-III-VI 族半導(dǎo)體的組成元素的λ族元素、inb族元素和VI族元素中的每一個可以為一種或多種元素。本發(fā)明的太陽能電池制造方法是一種制造太陽能電池裝置的方法，包括以下步驟提供由金屬基板和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成的設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述金屬基板由基底材料和Al材料形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度、高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與基底材料的至少一個表面成一體，并且多孔Al陽極氧化膜作為電絕緣層形成在金屬基板的Al材料的表面上；以及在不小于500°C的成膜溫度下將由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層形成在設(shè)置絕緣層的金屬基板上。本發(fā)明的太陽能電池裝置包括設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板由金屬基板和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成，金屬基板由基底金屬材料和Al材料形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度、高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al 材料通過壓力粘結(jié)與基底材料的至少一個表面成一體，多孔Al陽極氧化膜形成在金屬基板的Al材料的表面上。這即使在由化合物半導(dǎo)體形成的在基板上的光電轉(zhuǎn)換層的成膜處理(其伴隨有高溫(不小于500°C ))中也可以防止在陽極氧化膜中產(chǎn)生裂縫，藉此設(shè)置絕緣層的金屬基板可以保持高絕緣性能。這可能是由于Al的熱膨脹受限于基底材料，并且整個金屬基板的熱膨脹由基底材料的熱膨脹特性控制，而且通過將具有小彈性模量(楊氏模量)的Al材料置于基底材料與陽極氧化膜之間能夠減小由基底材料與陽極氧化膜之間的熱膨脹的差值產(chǎn)生的陽極氧化膜的應(yīng)力。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的太陽能電池裝置中，與Al相比具有高耐熱性的金屬用于設(shè)置絕緣層的金屬基板，使得設(shè)置絕緣層的金屬基板即使在不小于500°C的高溫下執(zhí)行的化合物半導(dǎo)體成膜處理之后也可以保持高強(qiáng)度。更進(jìn)一步地，金屬基板由通過壓力粘結(jié)成一體的基底材料和Al材料形成，使得與由熔融鋁鍍(molten aluminum plating 以熔融方式鍍鋁)等形成的金屬基板相比較，可以防止在基底材料與Al材料之間形成合金層。合金層的預(yù)防即使當(dāng)施加彎曲力時也可以防止Al材料與基底材料之間的分離。進(jìn)一步地，可以容易地制造金屬基板，與沉積方法或鋁電鍍相比可以以低成本制造金屬基板，并且可以容易地制造大面積基板。即，使用由基底材料與通過壓力粘結(jié)與該基底材料成一體的Al材料形成的金屬基板可以獲得大面積、柔性和有質(zhì)量生產(chǎn)價值的太陽能電池裝置。如上所述，本發(fā)明的太陽能電池裝置包括即使在受到不小于500°C的高溫之后也能夠保持高絕緣電阻和強(qiáng)度的設(shè)置絕緣層的金屬基板。因此，太陽能電池裝置可以包括在不小于500°C的高溫下形成的化合物半導(dǎo)體，與提高光電轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置制造方法，使用即使在受到不小于500°C的高溫之后也能夠保持高絕緣電阻和強(qiáng)度的設(shè)置絕緣層的金屬基板，使得可以減少制造期間的操縱限制等。進(jìn)一步地，由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層在不小于500°C的成膜溫度下形成在基板上，使得可以制造包括具有高光吸收率和高光電轉(zhuǎn)換效率的光電轉(zhuǎn)換層的太陽能電池裝置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于太陽能電池裝置的設(shè)置絕緣層的金屬基板的示意性橫截面圖；圖2是顯示設(shè)計修改示例的另一個設(shè)置絕緣層的金屬基板的示意性橫截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能電池裝置的顯示該太陽能電池裝置的主要部分的示意性橫截面圖；圖4示出I-III-VI化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)與帶隙之間的關(guān)系；以及圖5示出使10 μ m厚合金層形成在由一體形成在一體的基底材料和Al材料形成的金屬基板中的熱處理條件。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施例。然而，應(yīng)該認(rèn)識的是本發(fā)明不局限于該實施例。在附圖中，每一個部件都沒有按比例繪制以有助于目視識別。(設(shè)置絕緣層的金屬基板)首先，在本發(fā)明的太陽能電池裝置的一個實施例中說明上面形成光電轉(zhuǎn)換電路的設(shè)置絕緣層的金屬基板。圖1是用于本發(fā)明的太陽能電池裝置的設(shè)置絕緣層的金屬基板的示意性橫截面圖。圖1中所示的設(shè)置絕緣層的金屬基板10包括金屬基板14和Al陽極氧化膜12，所述金屬基板由基底材料13和Al材料11形成，所述Al材料與基底材料13的一個表面成一體，所述Al陽極氧化膜具有通過陽極氧化Al材料11的表面而形成在Al材料11的表面上的作為絕緣層的多孔結(jié)構(gòu)。因此，本實施例中使用的設(shè)置絕緣層的金屬基板10具有由基底材料13、Al材料11和陽極氧化膜12構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。金屬基板14包括基底材料13和Al材料11，所述基底材料由與Al相比具有較小線性熱膨脹系數(shù)、較高剛度和較高耐熱性的材料形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與所述基底材料的一個表面成一體。對基底金屬13的材料沒有特定限制，并且可以使用與鋁相比具有較小線性熱膨脹系數(shù)、較高剛度和較高耐熱性的任意金屬?？梢愿鶕?jù)基于設(shè)置絕緣層的基板10和設(shè)置在該設(shè)置絕緣層的基板上的光電轉(zhuǎn)換電路的材料特性的應(yīng)力計算結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)慕饘佟＞唧w地，鋼或Ti材料是優(yōu)選的。優(yōu)選的鋼的示例包括奧氏體不銹鋼(線性熱膨脹系數(shù)=17X10_7°C)、碳鋼(線性熱膨脹系數(shù)=10.8X10_6/°C )、鐵素體不銹鋼(線性熱膨脹系數(shù)=10. 5X10_6/°C )、42因瓦恒范鎳鋼和科瓦鐵鎳鈷合金02 invar alloys and kovar aloys)(線性熱膨脹系數(shù)=5X 10_6,C )、以及36因瓦恒范鎳鋼(36invar alloys) (線性熱膨脹系數(shù)< 1X10_6/°C)。優(yōu)選的Ti材料的示例包括純Ti (線性熱膨脹系數(shù)= 9. 2X 10_7°C )和由具有基本上相同線性熱膨脹系數(shù)的Ti-6A1-4V和Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 形成的可鍛合金。雖然隨后將詳細(xì)地說明形成在設(shè)置絕緣層的基板上的光電轉(zhuǎn)換層，但是用作光電轉(zhuǎn)換層的主要化合物半導(dǎo)體的線性熱膨脹系數(shù)對于代表III-V族化合物的GaAs來說為 5. 8X 10_6/°C，對于代表II-VI族化合物的CcTTe來說為4. 5 X 10_6/°C，而對于代表I-III-VI 族化合物的Cu (InGaWe2來說為IOX 10_6/°C。當(dāng)化合物半導(dǎo)體在500°C或更高的高溫下形成并被冷卻到室溫時，如果化合物半導(dǎo)體與基底材料具有大的熱系數(shù)差值，則可能會出現(xiàn)諸如膜分離等的成膜缺陷。進(jìn)一步地，由于由與基底材料的熱膨脹差的差值產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體的強(qiáng)內(nèi)應(yīng)力，因此光電轉(zhuǎn)換效率可以會降低。因此，優(yōu)選的是基底材料與化合物半導(dǎo)體之間的線性熱膨脹系數(shù)的差值小于7X10_6/°C，并且更優(yōu)選的是小于3X10_6/°C。這里，線性熱膨脹系數(shù)和線性熱膨脹差值是室溫(23°C )下的數(shù)值?；撞牧?3的厚度可以根據(jù)半導(dǎo)體裝置在制造過程和操作時的可操作性(強(qiáng)度和柔性)任意設(shè)定，但是優(yōu)選地是為10 μ m至1mm。金屬基板14的剛度由屈服應(yīng)力或0.2%的試驗應(yīng)力限定，這是因為不會產(chǎn)生塑性變形的彈性極限應(yīng)力是重要的。在The Japan Institute of Metals, The Iron and Steel Institute of Japan, Maruzen, Co. Ltd.的“Steel Material Handbook" 5 Japan Stainless Steel Association, The Nikkan Kogyo Shinbun, Ltd.的"Stainless Steel Handbook(第三版本)”中描述了 0. 2%的試驗應(yīng)力值及其溫度相關(guān)性。雖然取決于機(jī)械過程和調(diào)質(zhì)處理的程度，但是基底材料13的0. 2%的試驗應(yīng)力值優(yōu)選的是在室溫下為250MPa 至900MPa。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層形成在基板上時，基板升高至高溫(500°C或更高)，500°C下的鋼或Ti的保證強(qiáng)度通常保持在室溫下的保證強(qiáng)度的70%。同時，室溫下的Al的保證強(qiáng)度為 300MI^或更大，雖然取決于機(jī)械過程和調(diào)質(zhì)處理的程度，但是該保證強(qiáng)度在350°C或更高溫度下減小到室溫的保證強(qiáng)度的1/10。因此，設(shè)置絕緣層的金屬基板10在高溫下的彈性極限應(yīng)力和熱膨脹主要通過由鋼或Ti的基底材料13的高溫特性確定。在The Japan Society of mechanicalEngineers 中說明了 “Elastic Moduli of Metal Materials，，Al 材料和鋼或Ti材料的楊氏模量及其應(yīng)力計算所需的溫度相關(guān)性。Al材料11的主要成分可以為純的高純度Al、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS) 1000純Al、或 Al與另一種金屬元素的合金，例如，Al-Mn合金、Al-Mg合金、Al-Mn-Mg合金、Al-Zr合金、 Al-Si 合金、Al-Mg-Si 或類似合金(Aluminum Handbook(日文)，第四版本，Japan Light Metal Association,pp. 1-5和219-221，1990)。Al材料11可以包括固態(tài)溶液狀態(tài)下的諸如i^e、Si、Mn、Cu、Mg、Cr、Zn、Bi、Ni、Ti等的各種金屬元素的痕量。優(yōu)選地，Al合金中除了 Al之外的成分或雜質(zhì)的總量小于10wt%，S卩，Al純度不小于90wt%，以便確保陽極氧化之后陽極氧化部分的絕緣特性。具體地，Al純度更加優(yōu)選地不小于99wt%，以當(dāng)施加不小于 200V的高電壓時防止漏電流。進(jìn)一步地，沒有Si沉淀的Al材料是期望的，以便確保陽極氧化之后陽極氧化部分的絕緣特性，這是因為Al材料中的硅沉淀使得介電擊穿電壓降低，從而增加漏電流(在本申請?zhí)岢錾暾垥r尚未公開的日本專利申請第2009-113673號)。可以根據(jù)基于整個半導(dǎo)體裝置的層狀結(jié)構(gòu)和材料特性的應(yīng)力計算結(jié)果適當(dāng)?shù)剡x擇Al材料11的厚度，但是優(yōu)選的是當(dāng)形成為設(shè)置絕緣層的金屬基板10中時該厚度為0. 1 至500 μ m。將Al材料11插入在基底材料13與陽極氧化膜12之間可以減小當(dāng)由于溫度變化發(fā)生熱膨脹時陽極氧化膜12的應(yīng)力。當(dāng)制造設(shè)置絕緣層的金屬基板10時，需要將Al材料11的厚度設(shè)定到允許減少量的值，這是因為由于陽極氧化以及之前的洗滌或打磨厚度會減小。如上所述，金屬基板14由通過壓力粘結(jié)成一體的基底材料13與Al材料11形成。 優(yōu)選地，具體地，金屬基板由在壓力粘結(jié)(pressure bonding)時粘結(jié)在一起而不需要加熱的基底材料和Al材料形成。這里，如這里使用的術(shù)語粘結(jié)在一起而不需要加熱表示材料在室溫下粘結(jié)在一起而不需要從外部施加熱量。作為通過使Al材料與基底材料成一體形成金屬基板的方法，例如，如在日文未審查專利出版物第62(1987)-089369中說明的基底材料上的熔融鍍(molten plating)是公知的。但是Al的熔點為660°C，使得熔融鍍溫度通常應(yīng)該不會小于700°C。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)超過ΙΟμπι的厚合金層以及由于形成合金層而產(chǎn)生的空隙和裂縫形成在受到這種高溫的金屬基板的基底材料與Al材料之間的界面處?；撞牧吓cAl材料之間的界面處的空隙、裂縫等的存在使得當(dāng)將彎曲力施加到基板時在該界面處出現(xiàn)分離，從而不能獲得柔性太陽能電池裝置。假定在界面處產(chǎn)生的合金層主要由脆性金屬互化物形成。進(jìn)一步地，由于在基底材料與Al材料之間的界面處形成合金層而產(chǎn)生的這種脆性合金層和空隙或裂縫的存在不僅對于柔性太陽能電池裝置而且對于非柔性太陽能電池裝置作為太陽能電池裝置都產(chǎn)生可靠性問題，這是因為由于日光溫度與夜間溫度之間的熱量周期而使得元素受到重復(fù)熱膨脹和收縮，并且裂縫等可能會引起損壞或分離。進(jìn)一步地，felvalume鋼板被公知為熔融鋁鍍鋼板。該鋼板使用摻雜有超過 40wt%的鋅和幾個的硅的鋁來降低熔化溫度，從而防止在基底材料與鋁合金之間的界面處形成基底材料和鋁合金(鋁、鋅和硅)的合金層?？梢钥紤]使用相同的技術(shù)，即，使用鋁合金降低熔化溫度并防止在基底材料與鋁合金的界面處形成基底材料和鋁合金的合金層。 為了將鋁合金的熔化溫度從純鋁的660°C的熔點降低100°C，通常需要添加不小于10wt% 的合金元素。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)通過陽極氧化包括不小于10wt%的合金元素的鋁合金材料的鋁合金鍍層獲得的陽極氧化膜不能滿足模塊化太陽能電池裝置所需的絕緣性能， 例如，高耐電壓、小漏電流等(隨后所述的示例)。另一方面，對于通過壓力粘結(jié)使基底材料13與Al材料11成一體形成的金屬基板 14，當(dāng)在壓力粘結(jié)時不需要加熱形成所述金屬基板時，基本上在基底材料13與Al材料11 之間的界面沒有形成合金層。即使金屬基板14僅由壓力粘結(jié)和軋制(roll)形成，S卩，不需要加熱，則當(dāng)諸如半導(dǎo)體層等的膜形成在基板上時，不可避免地加熱金屬基板，藉此在基底材料13與Al材料11之間的界面處形成合金層。以下說明合金層由于熱處理的增長。圖5以TTT圖的形式(時間溫度變換圖)示出當(dāng)僅通過壓力粘結(jié)和軋制而不需要加熱的金屬基板(覆層材料)中的每一個“a”到“C”被熱處理時使在基底材料與Al材料之間的界面處形成的合金層增長到通過本發(fā)明的發(fā)明人獲得的IOym的厚度。在圖5中，在金屬基板“a”至“C”的基底材料與Al材料之間的界面處產(chǎn)生合金層的熱處理條件由附圖標(biāo)記“a”至“C”表示?？紤]誤差由帶狀區(qū)域表示熱處理條件。金屬基板“a”的基底材料是鐵氧體不銹鋼(SUS430)，金屬基板“b”的基底材料是低碳鋼(SPCC)， 而金屬基板“C”的基底材料是具有99. 5%的純度的高純度Ti材料?；濉癮”至“C”中的每一個的Al材料是高純度GN)Al。如圖5所示，在使合金層增長到10 μ m的每一個熱處理條件中的保持溫度與保持時間之間的關(guān)系為保持溫度越高，保持時間越短，即，保持時間越長，保持溫度越低。對于每一個基板“a”至“C”，當(dāng)熱處理條件處于基板的合金層的厚度在圖5所示的熱處理條件下達(dá)到ΙΟμπι的區(qū)域的下側(cè)和/或左側(cè)時，基板的合金層的厚度可以保持小于 IOum0合金層沒有非均勻的生長并且具有某些不規(guī)則性。因此，這里的合金層的厚度指的是在基板的橫截面表面處的合金層的平均厚度。合金層的厚度(平均厚度)可以通過觀察基板的橫截面表面而被測量。更具體地，合金層的厚度可以通過切割基板以露出橫截面表面，利用掃描電子顯微鏡(SEM)等給該橫截面表面照相，通過圖像分析測量所拍攝的圖像中的合金層的面積，以及用視野的長度除以該面積而獲得。如圖5中所示，每一個基板的熱處理條件中的保持溫度和保持時間都是線性關(guān)系，使得對于基底材料13與Al材料11之間的界面處的合金層的增長保持另外的規(guī)則。艮口， 如果對基板進(jìn)行多個熱處理過程，則產(chǎn)生具有作為在每一個熱處理過程中由溫度和處理時間產(chǎn)生的每一個厚度的總和的厚度的合金層。要注意的是圖5僅顯示使合金層增長到10 μ m的每一個熱處理條件的一部分，并且根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人所做的研究，保持溫度與保持時間之間的線性關(guān)系可以擴(kuò)展到更高溫度和更低溫度方面。如上所述，顯而易見的是在金屬基板的熱處理中越高的加熱溫度或越長的加熱時間產(chǎn)生越厚的合金層。給出光電轉(zhuǎn)換層在不小于500°C的溫度下形成在基板上的事實，則作為用于太陽能電池裝置的基板的金屬基板14優(yōu)選地為通過壓力粘結(jié)而不需要加熱被粘結(jié)而成的基板。然而，理想的是在壓力粘結(jié)之后不執(zhí)行通過在軋制處理中進(jìn)行加熱的金屬軟化處理。對于形成金屬基板的方法，除了上述熔融鍍之外，例如可以考慮基底材料上的鋁沉積、氣相方法(例如濺射)、或使用非水電解的鋁電鍍。然而，在用于這些方法的典型裝置中，難以形成大面積金屬基板，并且形成這種大面積金屬基板的成本非常高。因此，通過氣相方法、鋁電鍍或類似方法由基底材料和與該基底材料成一體的Al材料形成的金屬基板不實際，并且不適于作為用于可以連接到電力系統(tǒng)的大面積模塊化太陽能電池裝置的基板。如上所述，從易于制造大面積基板以及低成本和高質(zhì)量生產(chǎn)力的觀點來看，通過軋制機(jī)軋制的壓力粘結(jié)或類似方法是用于將基底材料和Al材料粘結(jié)在一起的最適當(dāng)?shù)姆椒ā？梢酝ㄟ^將作為陽極的金屬基板14與陰極一起浸沒在電解質(zhì)中并在陽極與陰極之間施加電壓來執(zhí)行陽極氧化。這里，當(dāng)金屬基體材料13接觸電解質(zhì)時，局部電池由基底材料13和Al材料11形成，使得接觸電解質(zhì)的基底材料13需要被掩模絕緣。更具體地，在金屬基板14具有基底材料13和Al材料11的兩層結(jié)構(gòu)的情況下，必須使鋼基底材料13的表面以及該鋼基底材料的端面絕緣。在陽極氧化之前，根據(jù)需要通過打磨使Al材料11的表面清潔并光滑。對于陰極， 可使用石墨、鋁或類似物。對電解質(zhì)沒有特定限制，并且優(yōu)選地使用包括一種或多種類型的酸的酸性電解質(zhì)，例如，硫酸、磷酸、鉻酸、草酸、氨基磺酸、苯磺酸、磺酰胺酸等。對取決于所使用的電解質(zhì)的陽極氧化條件沒有特定限制。對于陽極氧化條件，例如以下是適當(dāng)?shù)?1-80%質(zhì)量百分比的電解質(zhì)濃度；5-70°C的溶液溫度；在0. 005-0. 60A/cm2范圍內(nèi)的電流密度；1-200V的電壓；以及3-500分鐘的電解時間。在陽極氧化時，在大致垂直于表面的方向上從所述表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，并且陽極氧化膜12形成在Al材料11的表面上。當(dāng)使用上述酸性電解質(zhì)時，陽極氧化膜12產(chǎn)生多孔型陽極氧化膜，在所述多孔型陽極氧化膜中，多個細(xì)小圓柱形體每一個都在俯視圖中具有大致規(guī)則的六邊形形狀并且被緊密布置，且每一個都包括在中心具有大致圓形底部的細(xì)小孔隙，并且障礙層形成(通常具有0.01-0. 4μπι的厚度)形成在細(xì)小圓柱主體的底部處。 與非多孔氧化鋁膜相比，這種多孔陽極氧化膜具有低楊氏模量，從而產(chǎn)生高耐彎曲性和抗裂縫性。要注意的是代替酸性電解質(zhì)使用諸如硼酸中性電解質(zhì)的電解處理產(chǎn)生不同于其中設(shè)置多孔細(xì)小圓柱形體的陽極氧化膜的致密陽極氧化膜(非多孔氧化鋁膜)?？梢酝ㄟ^首先使用酸性電解質(zhì)形成多孔陽極氧化膜，然后執(zhí)行孔隙填充來形成具有較厚障礙層的陽極氧化膜，在所述孔隙填充中，使用中性電解液對多孔膜進(jìn)行電解處理。較厚的障礙層可以產(chǎn)生極好絕緣特性的膜。對陽極氧化膜12的厚度沒有特定限制，只要膜具有可接受的絕緣特性和可以防止在操縱時由于機(jī)械撞擊而產(chǎn)生的損壞的表面硬度即可，然而太厚的膜可能會產(chǎn)生柔性問題。考慮到此，優(yōu)選的厚度為0.5-50μπι，該厚度可以根據(jù)恒定電流或恒定電壓電解中的電流或電壓的大小以及電解時間來控制。如上所述，本發(fā)明的太陽能電池裝置具有設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板由金屬基板和陽極氧化膜構(gòu)成，所述金屬基板包括基底金屬材料和Al材料， 所述基底材料與Al相比具有小線性熱膨脹系數(shù)、較高的剛度和較高的耐熱性，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與基底材料的一個表面成一體，所述陽極氧化膜形成在金屬基板的Al材料的表面上。設(shè)置絕緣層的金屬基板即使在基板上的由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層的伴隨有高溫(不小于500°C)的成膜處理中也可以防止在陽極氧化膜中產(chǎn)生裂縫，藉此可以保持高絕緣特性。這可能是由于Al的熱膨脹受到鋼基底材料的限制，并且由基底材料的熱膨脹特性控制整個金屬基板的熱膨脹，以及是由于由基底材料與陽極氧化膜之間的熱膨脹的差值產(chǎn)生的陽極氧化膜的應(yīng)力能夠通過將具有小彈性模量的Al材料置于基底材料與陽極氧化膜之間而被減小。(設(shè)置絕緣層的金屬基板的設(shè)計變形示例)圖2是顯示了設(shè)計變形示例的另一設(shè)置絕緣層的金屬基板的示意性橫截面圖。在以上實施例中，已經(jīng)對金屬基板14具有由基底材料13和Al材料11形成的雙金屬結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行了說明。然而，金屬基板不局限于雙金屬結(jié)構(gòu)，而是從耐腐蝕性和可陽極氧化性的觀點來看，該金屬基板可以具有三層結(jié)構(gòu)，在該三層結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，Al材料11和11' 設(shè)置在基底材料13的相應(yīng)表面上。即，圖2中所示的設(shè)置絕緣層的金屬基板10'包括金屬基板14'和多孔Al陽極氧化膜12和12'，其中所述金屬基板由鋼基底材料13和與基底材料13的相應(yīng)表面成一體的Al材料11和11'形成，所述多孔Al陽極氧化膜通過陽極氧化Al材料11和11'的表面作為電絕緣層形成在Al材料11和11'的相應(yīng)表面上。在具有由Al材料11'、基底材料13和Al材料11形成的三層結(jié)構(gòu)的金屬基板 14'中，僅Al材料11和11'中的任一個可以被陽極氧化以提供具有其中陽極氧化膜僅設(shè)置在Al材料中的任一個的表面上的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。進(jìn)一步地，在金屬基板 14'中，Al材料11和Al材料11'可以由相同的原材料或不同的原材料制成。即，金屬基板的上面設(shè)置光電電路的表面可以具有考慮到表面硬度、耐腐蝕性、在高溫下的變形等適于制造的任意形式。這里，當(dāng)陽極氧化金屬基板14'具有三層結(jié)構(gòu)時，如果兩個表面都被陽極氧化，則必須掩模/絕緣端面，而如果僅陽極氧化一個表面，則必須掩模/絕緣端面和另一個表面以防止在鋼基底材料13與Al材料11和11'之間形成局部電池。設(shè)置絕緣層的金屬基板可以具有三層結(jié)構(gòu)的金屬基板14'，所述金屬基板具有設(shè)置在該金屬基板的相應(yīng)表面上的陽極氧化膜12和12'，如圖2所示，因為該基板當(dāng)在化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換層的成膜處理中被加熱到高溫時由于熱應(yīng)變而可以卷曲。(太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu))以下，說明本發(fā)明的具有在上述設(shè)置絕緣層的金屬基板上的光電轉(zhuǎn)換電路的太陽能電池裝置。首先，參照圖3說明太陽能電池裝置的整體結(jié)構(gòu)。本實施例的太陽能電池裝置是具有化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換層的電池，其中多個光電轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)串聯(lián)連接以提供高電壓輸出。圖3是太陽能電池裝置的主要部分的示意性橫截面圖。太陽能電池裝置1是具有圖1所示的設(shè)置絕緣層的金屬基板10的電池，且下電極 20、由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層30、緩沖層40和上電極(透明電極)50以此順序堆疊在設(shè)置在基板10的表面上的陽極氧化膜12上。太陽能電池裝置1具有僅貫穿下電極20的溝槽61、貫穿光電轉(zhuǎn)換層30和緩沖層 40的溝槽62、和貫穿光電轉(zhuǎn)換層30、緩沖層40和上電極層50的溝槽64。上述結(jié)構(gòu)可以提供被溝槽64分隔的多個電池C的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，上電極50填充在溝槽62中，藉此可以獲得某一電池C的上電極50串聯(lián)地連接到相鄰電池C的下電極20 的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是在串聯(lián)連接的元件(最正極側(cè)的正電極)中，當(dāng)太陽能電池裝置被驅(qū)動時具有最高電勢的電極電連接(短路)到金屬基板，用于增加陽極氧化層的絕緣性能(在提出本申請時還沒有公開的日本專利申請第2009-093536號)。通常，下電極用作正電極， 因此下電極與金屬基板短路。(光電轉(zhuǎn)換層)光電轉(zhuǎn)換層30是通過吸收光產(chǎn)生電荷并由化合物半導(dǎo)體形成的層。光電轉(zhuǎn)換層 30在不小于500°C的基板溫度下通過下電極形成在設(shè)置絕緣層的金屬基板上。500°C或更高溫度下的成膜可以提供具有良好的光吸收和光電轉(zhuǎn)換特性的光電轉(zhuǎn)換層。對光電轉(zhuǎn)換層 30的主成成分沒有特定限制，但是優(yōu)選地至少為一種具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體。這里，優(yōu)選的是化合物半導(dǎo)體至少為由rt族元素、IIIb族元素和Vrt族元素形成的一種化合物半導(dǎo)體。由于具有高吸收率并提供高光電轉(zhuǎn)換效率時，Ib族元素為選自由Cu和Ag構(gòu)成的組的至少一種元素，Inb族元素為選自由Al、fei和化構(gòu)成的組的至少一種元素，而AQb 族元素為選自由S、Se和Te構(gòu)成的組的至少一種元素。這種化合物半導(dǎo)體的具體示例包括CuAl&、CuGaS2, CuInS2, CuAlSe2, CuGaSe2, CuInSe2 (CIS)、AgAlS2、AgGaS2> AgInS2、AgAlSe2、AgGaSe2、AgInSe2、AgAlTe2、AgGaTe2、 AgInTe2、Cu (In1^Gax) Se2 (CIGS) > Cu (In1^Alx) Se2> Cu (In1^Gax) (S, Se)2、Ag (In1^Gax) Se2> Ag(In1^xGax) (S, Se)2 等。尤其優(yōu)選的是光電轉(zhuǎn)換層30包括Cdr^e2 (CIS)和/或與( 固化的所述Cdr^e2 的化合物，即，Cu(In, Ga)&(CIGS)。CIS和CIGS是具有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，并且據(jù)報道具有高光吸收率和高能量轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體由于輕微曝光等具有極好的耐用性，并且轉(zhuǎn)換效率不會降低。光電轉(zhuǎn)換層30包括用于獲得預(yù)定半導(dǎo)體導(dǎo)電性類型的雜質(zhì)。雜質(zhì)可以通過從相鄰層擴(kuò)散和/或通過有源摻雜包括在光電轉(zhuǎn)換層30中。光電轉(zhuǎn)換層30可以具有I-III-VI 族半導(dǎo)體的組成元素和/或雜質(zhì)的濃度分布，并且可以具有不同半導(dǎo)電率的多個層區(qū)，例如η型、P型、I型等。例如，在CIGS系統(tǒng)中，如果光電轉(zhuǎn)換層30的( 含量沿厚度方向分布，則可以控制帶隙寬度/載流子遷移率等，藉此可以設(shè)計高光電轉(zhuǎn)換效率值。光電轉(zhuǎn)換層 30可以包括除了 I-III-VI族半導(dǎo)體之外的一種或多種類型的半導(dǎo)體。除了 I-III-VI族半導(dǎo)體之外的半導(dǎo)體可以包括諸如Si (IV族半導(dǎo)體)的IVb族元素的半導(dǎo)體、inb族元素和Vb族元素的諸如GaAsdII-V族半導(dǎo)體)的半導(dǎo)體、和nb族元素和Vrt族元素的諸如 CdTedI-VI族半導(dǎo)體)的半導(dǎo)體。光電轉(zhuǎn)換層30可以在不影響特性的約束內(nèi)包括除了用于使半導(dǎo)體變成所需的導(dǎo)電性類型的半導(dǎo)體和雜質(zhì)之外的任意組分。對光電轉(zhuǎn)換層30中的I-III-VI族半導(dǎo)體的含量沒有任何特定限制，該含量優(yōu)選地質(zhì)量百分比比不小于75%， 更優(yōu)選地質(zhì)量百分比比不小于95 %，并且尤其優(yōu)選地質(zhì)量百分比不小于99 %。對于形成CIGS層的方法，1)多源同時沉積(J. R. Tuttle等的“The Performance of Cu (In, Ga)Se2-Based Solar Cells in Conventional and Concentrator Applications，，，Material Research Society (MRS) Symposium Proceedings, Vol. 426, PP. 143-151,1996 禾口 H. Miyazaki 等的"Growth of high-quality CuGaSe2 thin films using ionized Ga precursor，，，Physica status solidi (a) , Vol. 203, No. 11, pp.洸03-2608，2006 等)，2)硒化法(T. Nakada 等的“CiJr^e2-based solar cells by Se-vapor selenization from Se-containing precursors", Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 35, pp.209-214,1994 禾口 Τ.Nakada 等的“THIN FILMS OF CuInSe2 PRODUCED BY THERMAL ANNEALING OF MULTILAYERS WITH ULTRA-THIN STACKED ELEMENTAL LAYERS", Proceedings of the 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC)，pp. 887-890，1991 等)，3)溉射(J. H. Ermer 等的"CdS/ CuInSe2 JUNCTIONS FABRICATED BY DC MAGNETRON SPUTTERING OF Cu2Se AND In2Se3", Proceedings of thel8th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 1655-1658, 1985 和 T. Nakada 等的“Polycrystalline CuInSe2 Thin Films for Solar Cells by Three-Source Magnetron Sputtering，，, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 32, Part 2，似.88，口口丄1169-1^1172，1993 等)，4)混合濺射(Τ· Nakada 等的“Microstructural Characterization for Sputter-Deposited CuInSe2 Films and Photovoltaic Devices，，， Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 34, Part 1, No. 9A, pp.4715-4721,1995 等)，5)機(jī)械化學(xué)加工(Τ. Wada 等的 “Fabrication of Cu (In, Ga)Se2thin films by a combination of mechanochemical and screen-printing/sintering processes", Physica status solidi (a)，Vol. 203，No. 11，pp. 2593-2597，2006，等)等是公知的。其它 CIGS成膜方法包括絲網(wǎng)印刷、近升華(proximity sublimation)、MOCVD、噴鍍等。例如，可以通過使包括Λ族元素、IIIb族元素和Vrt組元素的粒子膜形成在基板上并對該粒子膜執(zhí)行熱分解處理(其可以在Wb族元素大氣下執(zhí)行)來獲得具有期望成分的晶體(日本未審查專利出版物第9(1997)-074065號和9 (1997)-074213號等)。圖4示出了主要I-III-VI化合物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)與帶隙之間的關(guān)系。圖4顯示可以通過改變成分比值獲得各種帶隙。當(dāng)比帶隙具有更大能量的光量子入射在半導(dǎo)體上時，超過帶隙的能量的量變成熱損失。通過理論計算已知在太陽光譜與帶隙的組合中轉(zhuǎn)換效率在大約1.4-1.5eV處最大。例如，Cu (Inja) Sii2(CIGS)中的( 濃度、Cu (In，Al) 中的Al濃度或Cu (In，Ga) (S，中的S濃度可以增加以增加帶隙，從而增加光電轉(zhuǎn)換效率， 藉此可以獲得高轉(zhuǎn)換效率帶隙。在CIGS的情況下，可以在1. 04至1. 68eV的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)帶隙?？梢酝ㄟ^沿膜厚度方向改變成分比值來對帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級。已知兩類分級結(jié)構(gòu)，一種是帶隙從光入射窗側(cè)朝向相對的電極側(cè)增加的單級帶隙，而另一種是帶隙從光入射窗側(cè)朝向PN結(jié)減小并在通過PN結(jié)之后增加的雙級帶隙。(“A new approach to high-efficiency solar cells by band gap grading in Cu (In，Ga) Se2chalcopyritesemiconductors，，，T. Dullweber 等，Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 67, PP. 145-150,2001等)。在任意情況下，由光產(chǎn)生的載流子通過帶結(jié)構(gòu)的梯度由于在電極內(nèi)部產(chǎn)生的電場的加速作用很可能到達(dá)電極，藉此復(fù)合中心中的復(fù)合概率減小，并且光電轉(zhuǎn)換效率增加(國際專利出版物第WO 2004/090995號等)。光電轉(zhuǎn)換層30的主要成分可以是為II-VI族半導(dǎo)體的CdTe。由CdTe形成的光電轉(zhuǎn)換層可以通過對在設(shè)置在陽極氧化膜上的金屬或石墨下電極執(zhí)行近升華方法來形成。近升華方法是一種在真空中將CdTe材料加熱到大約600°C并且CdTe晶體冷凝在保持在低于 CdTe材料的溫度的溫度下的基板上的方法。(電極和緩沖層)下電極(后電極)20和上電極(透明電極)50中的每一個由導(dǎo)電材料制成。光輸入側(cè)的上電極50必須是透明的。例如，Mo可以用作下電極20的材料。優(yōu)選地，下電極20的厚度不小于lOOnm，并且更優(yōu)選地在0. 45-1. 0 μ m的范圍內(nèi)。對下電極20的成膜方法沒有特定限制，可以優(yōu)選地使用諸如電子束沉積方法或濺射方法的蒸氣相成膜方法。優(yōu)選地，上電極50的主要成分為 &ι0、ΙΤ0 (氧化錫銦)、Sn02或所述ai0、IT0、Sr^2的組合。上電極50可以具有單層結(jié)構(gòu)或諸如兩層結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)。對上電極50的厚度沒有特定限制，并且優(yōu)選地使用0. 6-1. 0 μ m 的值。對于緩沖層40，優(yōu)選地使用CdS、ZnS、ZnO, ZnMgO, ZnS (0，OH)或所述CdS, ZnS, ZnO, ZnMgO, ZnS (0, OH)的組合。組分的優(yōu)選組合例如為Mo下電極、CdS緩沖層、CIGS光電轉(zhuǎn)換層和ZnO上電極。據(jù)報道在使用鈉鈣玻璃基板的光電變換裝置中，基板中的堿金屬元素(Na元素) 擴(kuò)散到CIGS膜中，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。在本實施例中，還優(yōu)選的是將堿金屬擴(kuò)散到 CIGS等的光電轉(zhuǎn)換層中。對于堿金屬擴(kuò)散法，可以引用包括堿金屬元素的層通過沉積或濺射形成在Mo下電極上的方法(例如，如日本未審查專利出版物第8(1996)-222750號中所述)、由Na2S等形成的堿金屬層通過浸漬處理形成在Mo下電極上的方法(例如，如國際專利出版物第WO 03/069684號中所述)、由IruCu和( 金屬元素形成的前體形成在Mo下電極上，然后例如包括鉬酸鈉的水溶液沉積在該前體上的方法或類似方法。還優(yōu)選的是在下電極20的內(nèi)部形成由諸如Na2S, Na2Se, NaCl, NaF的一種或多種類型的堿金屬化合物和鉬酸鈉鹽形成的層。對光電轉(zhuǎn)換層30、緩沖層40和上電極50的導(dǎo)電性類型沒有特定限制。通常，光電轉(zhuǎn)換層30是ρ層，緩沖層40是η層(n-Cds，或類似物)，而上電極50是η層(η-ΖηΟ層或類似物)，或具有由i層和η層(i-ZnO層和η-ΖηΟ或類似物)形成的層狀結(jié)構(gòu)。認(rèn)為這種導(dǎo)電性類型在光電轉(zhuǎn)換層30與上電極50之間形成p-n結(jié)或p-i-n結(jié)。進(jìn)一步地，認(rèn)為在光電轉(zhuǎn)換層30上設(shè)置Cds緩沖層40導(dǎo)致通過Cd擴(kuò)散在光電轉(zhuǎn)換層30的表層中形成η 層，藉此在光電轉(zhuǎn)換層30的內(nèi)部形成p-n結(jié)。還想到的是i層可以在光電轉(zhuǎn)換層30的內(nèi)部設(shè)置在η層下方以在光電轉(zhuǎn)換層30的內(nèi)部形成p-i-n結(jié)。太陽能電池裝置1可以根據(jù)需要進(jìn)一步地包括除了上述層之外的任意層。例如， 緊密接觸層(緩沖層)可以根據(jù)需要設(shè)置在設(shè)置絕緣層的金屬基板10與下電極20之間和 /或設(shè)置在下電極20與光電轉(zhuǎn)換層30之間，用于增強(qiáng)層的粘附力。進(jìn)一步地，堿性阻擋層可以設(shè)置在設(shè)置絕緣層的金屬基板10與下電極20之間，用于防止堿離子的擴(kuò)散。對于堿性阻擋層的細(xì)節(jié)，參考日本未審查專利出版物第8(1996)-222750號。進(jìn)一步地，蓋玻片、保護(hù)膜等可以根據(jù)需要粘附到太陽能電池裝置1。如上所述，本發(fā)明的太陽能電池裝置包括作為基板的設(shè)置絕緣層的金屬基板10。 設(shè)置絕緣層的金屬基板10可以在半導(dǎo)體成膜過程中即使受到高溫(500°C或更高溫度)的情況下防止在陽極氧化膜中產(chǎn)生裂縫與保持高絕緣性能。即，設(shè)置絕緣層的金屬基板10為耐高溫基板并允許在不小于500°C的溫度下形成化合物半導(dǎo)體層，藉此太陽能電池裝置可以具有高光電轉(zhuǎn)換特性。進(jìn)一步地，基板10包括即使在高溫環(huán)境下也能夠保持高剛度使得可以減少在制造期間的操縱限制等的基底材料。除了太陽能電池應(yīng)用之外，用于本發(fā)明的太陽能電池裝置的設(shè)置絕緣層的金屬基板還可以用作多種半導(dǎo)體器件的基板。更具體地，例如，該設(shè)置絕緣層的金屬基板可以應(yīng)用到柔性晶體管等。[示例]以下說明用于本發(fā)明的太陽能電池裝置的設(shè)置絕緣層的金屬基板的示例1-5和比較示例1-3。(示例1)市場上可買到的奧氏體不銹鋼(質(zhì)量SUS304(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)))和高純度GN) 鋁通過冷軋方法粘結(jié)在一起并使其厚度減小以提供由具有100 μ m厚度的不銹鋼和具有 30 μ m厚度的Al形成的兩層覆層材料，并用作金屬基板。不銹鋼表面和金屬基板的端面由掩膜被遮蔽，并且不銹鋼表面和金屬基板的端面利用酒精進(jìn)行超聲波清洗，在醋酸和高氯酸的溶液中電解拋光，和在80gL草酸溶液中以40V的恒定電壓電解，藉此具有10 μ m厚度的多孔陽極氧化膜作為絕緣層形成在Al表面上。陽極氧化之后的Al的厚度為5 μ m。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (5 μ m)/不銹鋼(100 μ m)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(示例 2)使用由冷軋方法制造的市場上可買到的Al/鋼/Al板(各個厚度為 20/110/20 μ m, Al質(zhì)量相當(dāng)于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1200 (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，鋼SPCC低碳鋼(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)))作為金屬基板。在用掩膜遮蔽金屬基板的端面之后，基板通過與示例1相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化，藉此具有10 μ m厚度的多孔陽極氧化膜作為絕緣層形成在Al的每一個表面上。陽極氧化之后的Al的厚度是5 μ m。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m) /Al (5 μ m) /不銹鋼(110 μ m) /Al (5 μ m) /陽極氧化膜(10 μ m)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(示例 3)市場上可買到的鐵素體不銹鋼(質(zhì)量SUS430)和高純度Al (純度4N)通過冷軋方法壓力粘結(jié)在一起，并且減小其厚度以提供由50 μ m厚不銹鋼和30 μ m厚Al形成的兩層覆層材料的金屬基板。金屬基板被掩膜遮蔽、通過與示例1的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化，藉此多孔陽極氧化膜形成在Al表面上。陽極氧化之后Al的厚度為15 μ m。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (15 μ m)/不銹鋼(50 μ m)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(示例 4)
使用與示例3的金屬基板相同的金屬基板，并且陽極氧化膜通過與示例3的過程相同的過程形成。接著，在由0. 5M硼酸和0. 05M硼酸鈉形成的ph值為7. 4的溶液中對基板進(jìn)行ImA/cm2的恒定電壓電解。即，首先在酸性溶液中執(zhí)行電解，然后執(zhí)行在中性電解質(zhì)中執(zhí)行電解的孔隙充填。在該處理之后，Al的厚度為15 μ m，Al與多孔陽極氧化膜之間的界面處的阻擋層的厚度為0.5 μ m。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10μπι)/Α1(15μπι)/ 不銹鋼(50 μ m)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(示{列 5)市場上可買到的Ti (純度99. 5% )和高純度Al (純度4N)通過冷軋方法壓力粘結(jié)在一起，并且減小其厚度以提供由80 μ m厚Ti和15 μ m厚Al形成的兩層覆層材料的金屬基板。金屬基板被掩膜遮蔽、通過與示例1的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化， 藉此多孔陽極氧化膜形成在Al表面上。陽極氧化之后Al的厚度為5 μ m。通過上述過程， 獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (5 μ m)/Ti(SOym)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(比較示例1)市場上買得到的高純度Al (厚度500 μ m，質(zhì)量4N純度級別、軋精整)在不使用掩膜的情況下通過與示例1的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化以在Al的每一個表面上形成具有10 μ m厚度的多孔陽極氧化膜。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜 (10 μ m)/Al (450 μ m)/陽極氧化膜(IOym)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(比較示例2)市場上買得到的Al (厚度300 μ m，質(zhì)量JIS1200等級(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、軋精整) 在不使用掩膜的情況下通過與示例1的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化以在Al的每一個表面上形成具有IOym厚度的多孔陽極氧化膜。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (250 μ m)/陽極氧化膜(IOym)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(比較示例3)在由0. 5M硼酸和0. 05M硼酸鈉形成的ph值為7. 4的溶液中對與示例3的金屬基板相同的金屬基板進(jìn)行ImA/cm2和600V的恒定電壓/恒定電流電解以在Al表面上形成多孔致密障礙型陽極氧化膜。在陽極氧化之后，Al的厚度為m，而致密陽極氧化膜的厚度為0.8μπι。通過上述過程，獲得具有由非多孔致密陽極氧化膜(10μπι)/ΑΚ250μπι)/不銹鋼(50 μ m)形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(比較示例4)與示例3的鐵素體不銹鋼相同的鐵素體不銹鋼(SUS430，厚度100μπι)用作基底材料，并且基底材料在700°C的溫度下被浸漬在熔融高純度GN)鋁中以獲得由SUS430形成的金屬基板，且所述金屬基板的每一個表面都被鍍有熔融高純度鋁。具有大約15μπι厚度的Al、Cr和!^e的合金層形成在SUS430與高純度Al之間的界面處。金屬基板被掩膜遮蔽，通過與示例2的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化，藉此多孔陽極氧化膜形成在 Al表面上。陽極氧化之后Al的厚度為1511111，而形成在5舊430與41之間的界面處的合金層的厚度保持在15ym。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10μπι)/Α1(15μπι)/合金層(15 μ m)/不銹鋼(100 μ m)/合金層/Al/陽極氧化層形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。
(比較示例5)與示例3的鐵素體不銹鋼相同的鐵素體不銹鋼(SUS430，厚度100 μ m)用作基底材料，并且基底材料在600 V的溫度下被浸漬在由55wt %的Al、43. 4wt %的Si、1. 6wt %的硅形成的熔融合金(熔點為570°C))中以獲得由SUS430形成的金屬基板，且所述金屬基板的每一個表面都被鍍有具有大致相同成分的Al合金。具有大約3 μ m厚度的Al、Cr、Fe和 Zn的合金層形成在SUS430與Al合金之間的界面處。金屬基板被掩膜遮蔽，通過與示例2 的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化，藉此多孔陽極氧化膜形成在Al表面上。陽極氧化之后Al的厚度為15 μ m,而形成在SUS430與Al之間的界面處的合金層的厚度保持在 3μπι。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (15 μ m)/合金層(3μπι)/不銹鋼 (ΙΟΟμπι)/合金層/Al/陽極氧化層形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。(比較示例6)與示例3的鐵素體不銹鋼相同的鐵素體不銹鋼(SUS430，厚度100 μ m)用作基底材料，并且基底材料在600°C的溫度下被浸漬在由80wt%的Al和20wt%的Mg形成的熔融合金(熔點為陽0°0)中以獲得由SUS430形成的金屬基板，且所述金屬基板的每一個表面都被鍍有具有大致相同成分的Al合金。具有大約5 μ m厚度的Al、Cr、Fe和Mg的合金層形成在SUS430與Al合金之間的界面處。金屬基板被掩膜遮蔽，通過與示例2的過程相同的過程被清潔、拋光和陽極氧化，藉此多孔陽極氧化膜形成在Al表面上。陽極氧化之后Al 的厚度為15 μ m,而形成在SUS430與Al之間的界面處的合金層的厚度保持在5 μ m。通過上述過程，獲得具有由陽極氧化膜(10 μ m)/Al (15 μ m)/合金層(5μπι)/不銹鋼(IOOym)/ 合金層/Al/陽極氧化層形成的結(jié)構(gòu)的設(shè)置絕緣層的金屬基板。在每一個示例和比較示例中，以以下方式測量陽極氧化層、Al、合金層等中的每一個的厚度。首先，用玻璃割刀切割金屬基板，接著使用Al離子束通過離子拋光使切割表面平滑，并且通過SEM-EDX (具有能量散射X射線分析器的掃描電子顯微鏡)獲得反射電子束。絕緣層(陽極氧化膜)、Al層、合金層和基底材料層具有彼此不同的平均原子量，使得可以獲得具有清晰對比度的圖像。通過圖像分析測量圖像中的每一層的面積并使該面積除以視野的長度獲得每一層的厚度。(絕緣特性評價)對于在每一個示例和比較示例中獲得的設(shè)置絕緣層的金屬基板，在本身狀態(tài)與在真空爐中在500°C加熱持續(xù)一個小時之后的狀態(tài)之間比較絕緣性能。當(dāng)進(jìn)行絕緣性能測量時，0. 2 μ mAu作為電極通過具有3. 5mmΦ直徑的陰影掩模沉積設(shè)置在陽極氧化表面上。接著，將200V電壓施加在金屬基板和Au電極之間，且Au電極設(shè)定到負(fù)極，并且測量當(dāng)施加電壓時在金屬基板與Au電極流動的漏電流。這里，通過將檢測到的漏電流的大小除以Au電極的面積(9. 6mm2)來計算漏電流密度。表1總結(jié)了每一個基板的絕緣性能測量的結(jié)果。表1顯示了盡管每一個比較示例中的漏電流的量在具有500°C的熱史之后顯著增加或絕緣性被損壞，但是每一個示例中的漏電流的量保持幾乎不變。這證明了使用每一個示例的基板的本發(fā)明的太陽能電池裝置即使在受到500°C X 一小時的熱史之后也可以保持良好的絕緣性能和強(qiáng)度。進(jìn)一步地，如果金屬基板通過壓力粘結(jié)基底材料和Al材料而形成，如在示例中，則基板在非加熱狀態(tài)和后加熱狀態(tài)下具有較小的漏電流量。進(jìn)一步地，在陽極化過程中在酸性電解質(zhì)中被電解并進(jìn)一步在中性電解質(zhì)中電解的示例4與僅在酸性電解質(zhì)中被電解的示例3的漏電流量相比具有較小的漏電流量，從而顯示高絕緣特性。進(jìn)一步地，如在比較示例3中，非多孔致密陽極氧化膜在非加熱處理狀態(tài)下顯示出非常高的絕緣強(qiáng)度，但是當(dāng)加熱到500°C的高溫時發(fā)生介電擊穿。這證明了與非多孔致密陽極氧化膜相比多孔陽極氧化膜由于在高溫下的熱膨脹差而對裂縫產(chǎn)生具有高阻力。比較示例4在非加熱處理狀態(tài)下顯示良好的絕緣性能，但是當(dāng)被加熱到500°C的高溫時發(fā)生介電擊穿。對于比較示例5，即使在非加熱處理狀態(tài)下由于200V的電壓也發(fā)生介電擊穿。進(jìn)一步地，比較示例6顯示即使在非加熱處理狀態(tài)下也存在高漏電流并且在加熱到500°C之后發(fā)生介電擊穿。在比較示例4-6中的每一個中，與未被加熱的樣品相比較， 加熱到500°C的樣品顯示合金層增長大約5 μ m，并且Al層減小。進(jìn)一步地，在Al與合金層之間發(fā)現(xiàn)裂縫狀空隙，并且在膜厚度方向上在陽極氧化層中發(fā)現(xiàn)裂縫。因此，可以認(rèn)為介電擊穿歸因于由于合金層在基底材料與Al材料之間的界面處由于多次加熱(在熔融鍍 (molten plating)時在不小于600°C的溫度下加熱和在絕緣性能評價測試中在500°C下加熱持續(xù)一小時)而產(chǎn)生的增長而在陽極氧化層中形成的裂縫。這清楚地顯示了具有通過熔融鍍而鍍上的Al層的金屬層不能提供模塊化太陽能電池裝置所需的充分的絕緣性能。進(jìn)一步地，如在比較示例5和6中，已經(jīng)清楚地顯示如果鍍材料包括除了 Al之外的大量成分， 則陽極氧化膜不能提供充分的絕緣性能。表權(quán)利要求
1.一種具有由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層的太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置包括設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述設(shè)置絕緣層的金屬基板由金屬基板和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成，所述金屬基板由基底材料和Al材料形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度、較高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與所述基底材料的至少一個表面成一體，并且所述多孔Al陽極氧化膜作為電絕緣層形成在所述金屬基板的Al材料的表面上；和光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括所述光電轉(zhuǎn)換層、上電極和下電極，所述上電極和所述下電極分別設(shè)置在所述光電轉(zhuǎn)換層的上側(cè)和下側(cè)，所述光電轉(zhuǎn)換電路形成在設(shè)置絕緣層的金屬基板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述基底材料的金屬是鋼材料或Ti 材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換電路是由多個元件形成的電路，所述多個元件通過由多個溝槽分隔所述光電轉(zhuǎn)換層而提供并且被串聯(lián)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的太陽能電池裝置，其中，所述基底材料與所述光電轉(zhuǎn)換層之間的線性熱膨脹系數(shù)的差值小于7 X 10_6/°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的太陽能電池裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的至少一種化合物半導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池裝置，其中 所述基底材料是碳鋼材料、鐵素體不銹鋼材料或Ti材料； 所述下電極由Mo形成；以及所述光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為由Λ族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的至少一種化合物半導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池裝置，其中Ib族元素是選自由Cu和Ag構(gòu)成的組的至少一種元素；Inb族元素是選自由Al、fei和h構(gòu)成的組的至少一種元素；以及VIb族元素是選自由S、Se和Te構(gòu)成的組的至少一種元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的太陽能電池裝置，其中 所述基底材料是碳鋼材料、鐵素體不銹鋼材料或Ti材料；以及所述光電轉(zhuǎn)換層的主要成分為CdTe化合物半導(dǎo)體。
9.一種制造太陽能電池裝置的方法，包括以下步驟提供由金屬基板和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成的設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述金屬基板由基底材料和Al材料形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度、高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與所述基底材料的至少一個表面成一體，并且多孔Al陽極氧化膜作為電絕緣層形成在所述金屬基板的Al材料的表面上；以及在不小于500°C的成膜溫度下將由化合物半導(dǎo)體形成的光電轉(zhuǎn)換層形成在所述設(shè)置絕緣層的金屬基板上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置配備有具有陽極氧化膜的設(shè)置絕緣層的金屬基板，所述陽極氧化膜即使在受到500℃的高溫之后也能夠保持良好的絕緣性能，其中500℃是化合物半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換層的制造溫度。太陽能電池裝置(1)由設(shè)置絕緣層的金屬基板(10)和形成在基板(10)上的光電轉(zhuǎn)換電路形成，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括光電轉(zhuǎn)換層(30)、上電極(50)和下電極(20)?；?10)由金屬基板(14)和多孔Al陽極氧化膜構(gòu)成。金屬基板(14)由基底材料(13)和Al材料(11)形成，所述基底材料由與Al相比具有較高剛度、高耐熱性和較小線性熱膨脹系數(shù)的金屬形成，所述Al材料通過壓力粘結(jié)與所述基底材料的至少一個表面成一體，并且多孔Al陽極氧化膜形成在Al材料(11)的表面上。
文檔編號H01L31/042GK102379045SQ201080015278
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者裕谷重德 申請人:富士膠片株式會社