JP2000156515A

JP2000156515A - パターン状薄膜層の形成方法

Info

Publication number: JP2000156515A
Application number: JP10330891A
Authority: JP
Inventors: Michiko Horiguchi; 道子堀口; Hiroshi Yamamoto; 浩山本; Yaichiro Hori; 弥一郎堀
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク層材料の耐熱性が高く、又薄膜形成時
の処理温度下での分解ガスの発生もなく、さらに、剥離
性が良好なリフトオフ方式のパターン状薄膜層の形成方
法を提供する。【解決手段】高い耐熱性と分解ガス発生のないマスク
層材料を選定し、かつ、マスク層５をフィルム基板１か
ら容易に剥離できるように、フィルム基板１の材料とマ
スク層５の材料の組み合わせを特定すること（例えば、
フィルム基板材料をポリアミドとし、マスク層材料をポ
リアミドイミドと特定する等）により、もしくは、マス
ク層を第１のマスク層６と第２のマスク層７の２層構造
とし、第２のマスク層７は第１のマスク層６から容易に
剥離でき、かつ第１のマスク層６はフィルム基板１と密
着性が良好な組み合わせにして、リフトオフ方式のパタ
ーン状薄膜層の形成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リフトオフ法に
よるパターン状薄膜層の形成方法、特に、電気絶縁性の
フレキシブルフィルム基板上に、光電変換層及び電極層
を備えた光電変換素子が複数直列接続されてなる光電変
換装置用の薄膜層の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられる。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイ
プの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式の製造方法
により大量生産が可能となった。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に第１電極、薄膜半導体層から
なる光電変換層および第２電極が積層されてなる光電変
換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電
変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極
を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の
光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電
極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、
インバータにより交流化し商用電力源として交流１００
Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ
以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接
続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。少数の
光電変換素子を直列接続した薄膜太陽電池により従来技
術を説明する（特願平９−３７２０７号参照）。

【０００７】図４は、上記特許出願明細書に記載された
薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱＣに沿っての断面
図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥＥ断面図を示す。

【０００８】電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる
長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換
層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏
面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極
が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシ
リコンのpin接合である。フィルム基板用材料として
は、ポリイミドのフィルムが用いられている。

【０００９】製造工程の概要につき以下に説明する。

【００１０】先ず、フィルム基板にパンチを用いて、接
続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極
層として、スパッタにより銀を成膜し、これと反対の面
（裏側とする）には、第３電極層として、同じく銀電極
を成膜する。接続孔ｈ１の内壁で第１電極層と第３電極
層とは重なり、導通する。

【００１１】成膜後、表側では、第１電極層を所定の形
状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニング
する。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２
を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部
ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電
極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度
パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電
変換層ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜す
る。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工によ
り二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成す
る。

【００１２】さらに第２電極層として表側にＩＴＯ層を
成膜する。但し、二つの素子列の間とこれに平行な基板
の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１には成膜しない
ようにし、素子部のみに成膜する。次いで裏面全面に第
４電極層として銀電極を成膜する。第４電極の成膜によ
り、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４電極とが重な
り、導通する。表側では、レーザ加工により下電極と同
じパターンの分離線を入れ、個別の第２電極ｕ１〜ｕ６
を形成し、裏側では第３電極と第４電極とを同時にレー
ザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、および電力取り出
し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁部では表側の
分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形成し、隣接電
極間には一本の分離線を形成する。

【００１３】全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周
縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界
には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線
ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一
括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する
境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分
離線ｇ２の中にはどの層も無い。

【００１４】こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔
ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ
１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極
ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換
層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順
の光電変換素子の直列接続が完成する。

【００１５】以上薄膜太陽電池を例として説明したが、
従来のレーザ加工法によると、パターニングラインを１
本ごとに加工していくため、大面積レベルの量産化への
時間的ロスが問題になっていた。また、電極のパターニ
ングにレーザ加工法を用いると、片面電極のパターニン
グにおいて、透過レーザ光により、裏面の薄膜がダメー
ジをうけることから、基板の光透過率、太陽電池の膜構
成等についてレーザ光が透過しないようにするため選択
する材料に制限があった。

【００１６】そこで、上記の問題に対する改善策とし
て、電極の個別化や分離線の形成をレーザ加工によら
ず、フィルム基板上に、所定パターンのリフトオフ用マ
スク層を形成した後、前記基板およびマスク層の両面上
にまたがって所定パターンの薄膜層を形成し、前記マス
ク層を前記基板との界面から剥離することにより、マス
ク層上の薄膜層をマスク層と共に除去して所望パターン
の薄膜層を形成する方法、いわゆる、リフトオフ方式の
薄膜形成方法も、前述の特願平９−３７２０７号におい
て提案されている。リフトオフ方式の薄膜形成方法は、
他にも、特開昭６２−１７１１６９号公報にも記載され
ており、よく知られた方法である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記リフト
オフ方式を適用した場合には、以下のような問題があっ
た。まず、マスク層材料自体の問題である。マスク層
は、薄膜を形成する工程において２５０℃〜３００℃な
いしはその前後の温度の高温度にさらされるが、材料の
耐熱性が乏しいと基板に溶着して、マスク層を基板から
剥離（リフトオフ）できない。また、溶着しないまで
も、基板とマスク層との材料の組み合わせが不適切な場
合、剥離性が極めて悪く、リフトオフが有効に機能しな
い場合がある。さらに、上記高温度にさらされた場合、
マスク層材料から分解ガスが発生して薄膜自体に悪影響
を与えたり、あるいはその後の処理工程に悪影響を与え
る問題などがある。

【００１８】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、マスク層材
料の耐熱性が高く、かつ、分解ガスの発生がなく、さら
に、基板との剥離性が良好なリフトオフ方式のパターン
状薄膜層の形成方法、ならびに、除去を必要とする薄膜
部を容易にリフトオフ可能な新規のパターン状薄膜層の
形成方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、リフトオフ方式において、基板
の材料をポリアミドとし、前記マスク層の材料をポリア
ミドイミド、又はポリイミド、もしくはポリベンゾイミ
ダゾールとすることとする。また請求項２の発明では、
基板の材料をポリイミドとし、前記マスク層の材料をポ
リアミドイミド、又はポリベンゾイミダゾールとするこ
ととする。これにより、マスク層材料の耐熱性は高く、
分解ガスの発生もなく、さらに、基板との剥離性が良好
なパターン状薄膜層の形成方法を提供することができ
る。

【００２０】請求項３の発明は、新規のパターン状薄膜
層の形成方法を提供するもので、電気絶縁性フィルム基
板上に、第１のマスク層および第２のマスク層を順次積
層した所定パターンの２層構造のマスク層を形成した
後、前記基板および第２のマスク層の両面上にまたがっ
て所定パターンの薄膜層を形成し、前記第２のマスク層
を前記第１のマスク層との界面から剥離することによ
り、第２のマスク層上の薄膜層を第２のマスク層と共に
除去して所望パターンの薄膜層を形成することとする。
また請求項４の発明では、基板の材料をポリアミド又は
ポリアミドイミドとし、第１のマスク層の材料をシリコ
ン系樹脂とし、第２のマスク層の材料をポリイミドとす
ることとする。これにより、除去を必要とする薄膜部を
第２のマスク層と共に容易に除去して所望パターンの薄
膜層を形成することができる。

【００２１】請求項５の発明は、比較的大面積の薄膜層
を形成するのに好適な方法を提供することを目的とする
もので、リフトオフ用のマスク層の内部に、金属または
耐熱性に優れた樹脂等からなる骨組み部材を備えること
とする。これにより、マスク層の引っ張り強度、曲げ強
度が向上し、大面積のマスク層および除去すべき薄膜層
を一括剥離する際、強度が弱くて一部が切断する問題が
解消する。

【００２２】請求項６の発明は、薄膜層を、光電変換装
置用の薄膜層とするもので、請求項１ないし請求項５の
発明を適用することにより、従来のレーザ加工法による
パターニンの問題点を解消した、好適な光電変換装置用
の薄膜層を、容易に得ることが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下にのべる。

【００２４】図１は、請求項１，２および６の発明の実
施の形態を説明するために、光電変換装置を一部概念的
に示した図である。図１により、実施例を述べる。厚さ
５０μｍの電気絶縁性フィルム基板１上に、スクリーン
印刷法（版：ステンレスメッシュ＃２００）を用いて、
所定パターンのリフトオフ用のマスク層５を形成する。
フィルム基板１の材料としては、ポリアミドを使用し、
マスク層５の材料としては、ポリアミドイミド（ガラス
転移点３００℃）を使用する。マスク層塗布後、９０℃
〜１００℃の恒温槽内にて３分、１４０℃の恒温槽内に
て２分乾燥する。マスク層の厚さは、８〜１０μｍであ
る。

【００２５】フィルム基板１とマスク層５の両面上にま
たがって全面にまたは部分的に、所定パターンの薄膜層
である第１電極層２と光電変換層３および第２電極層４
を積層して形成する。その後、前記マスク層を前記基板
との界面から剥離することにより、マスク層上の薄膜層
をマスク層と共に除去して所望パターンの薄膜層を形成
する。マスク層の基板からの剥離は、例えば、以下のよ
うに行う。粘着性フィルムを薄膜層上面に貼り付け、こ
の粘着性フィルムを機械的に引き剥がすことにより、薄
膜層およびマスク層を除去する。この場合、マスク層は
基板から容易に剥離するが、第１電極層２とフィルム基
板１との密着性は良いのでこの部分は剥離せず、フィル
ム基板上に残留し、所定のパターンの一部を形成するこ
ととなる。例えば、図４（ｂ）においてｇ３の部分は、
マスク層とともに剥離した部分に該当し、ｇ３の左右の
部分は、パターンの一部として、残留する部分に該当す
る。このようにして、良好なパターン状薄膜層を形成す
ることができる。

【００２６】表１は、マスク材料の剥離性に関して、基
礎的に実験して評価した一例を示す。前述の耐熱性は、
剥離し易いか否かで定性的に同時に評価している。

【００２７】

【表１】マスク層材料の剥離性（および耐熱性）を評価する方法
として、ポリアミド基板上に、３種類のマスク層を形成
し、その上に、電極層である銀層を積層し、粘着テープ
による剥離試験を行った。マスク層材料としては、シリ
コン系樹脂とガラス転移点が２６０℃、３００℃のポリ
アミドイミド系樹脂１および２の３種類を用いた。これ
らを基板上に塗布し、７０℃の恒温槽内で３分、その後
１２０℃の恒温槽内で３分乾燥した。その後、マスク層
上に、Ａｇ層を１００ｎｍ積層し、これを試料とした。
この試料を表１に示すように、加熱温度を２５０〜３０
０℃、加熱時間を５〜３０分の範囲で変化させ、耐熱性
および剥離性を比較した。その結果を表１に示す。

【００２８】表１から明らかなように、ポリアミドイミ
ド系樹脂では、ガラス転移点３００℃の試料が最も剥離
性が良好であった。次いで、ガラス転移点２６０℃のポ
リアミドイミド系樹脂の剥離性が良好であったが、加熱
条件が高温度になる程、剥離性は低下する。シリコン系
樹脂の場合、２５０℃以上の加熱において、剥離性は低
下し、剥離残さも多く見られた。

【００２９】発明者らの実験の結果によれば、基板の材
料をポリアミドとし、マスク層の材料をポリアミドイミ
ド、又はポリイミド、もしくはポリベンゾイミダゾール
とすること、さらに、基板の材料をポリイミドとし、マ
スク層の材料をポリアミドイミド、又はポリベンゾイミ
ダゾールとすることにより、マスク層材料の耐熱性は高
く、基板との剥離性が良好であることが確認されてい
る。

【００３０】但し、基板の材料をポリアミドとし、マス
ク層の材料をポリイミドとした場合には、最も耐熱性に
優れ、発生ガス量も少ないが、３００℃以上に加熱する
と、基板との密着性が増し、マスクの剥離性が低下す
る。また、基板の材料をポリアミドとし、マスク層の材
料をポリベンゾイミダゾールとした場合には、２５０℃
〜３００℃付近で薄膜層を成膜した時に、マスク層の剥
離性が若干低下する。

【００３１】図２ならびに図３は、請求項３，４および
６ならびに請求項５および６の発明の実施の形態を説明
するために、図１と同様に、光電変換装置を一部概念的
に示した図である。図１と同じ部材には同一番号を付し
て説明を省略する。

【００３２】図２と図１の実施例における相違は、マス
ク層の形成方法が異なるのみで、他は同一である。図２
において、基板の材料はポリアミドとし、まず、第１の
マスク層として、シリコン系樹脂層２〜３μｍをパター
ン印刷により形成し、９０℃〜１００℃の恒温槽内にて
３分加熱乾燥する。この第１のマスク層上に、同じ版を
用いて、ポリイミドからなる第２のマスク層を印刷し、
９０℃〜１００℃の恒温槽内にて３分、１４０℃の恒温
槽内にて２分乾燥する。第２のマスク層の厚さは８〜１
０μｍである。

【００３３】基板および第２のマスク層の両面上にまた
がって全面にまたは部分的に、所定パターンの薄膜層を
形成し、第２のマスク層を前述と同様の方法により第１
のマスク層との界面から剥離することにより、第２のマ
スク層上の薄膜層を第２のマスク層と共に除去して所望
パターンの薄膜層を形成することができる。この場合、
第１のマスク層および第１電極層２は、基板との密着が
よく残留する。

【００３４】上記の説明では、基板の材料をポリアミド
としたが、基板の材料をポリアミドイミドとしても同様
に良好なパターン形成ができる。この方法は、剥離し易
いマスク層材料同志の組み合わせであって、その内の一
方が基板と密着性がよいような材料を選定すればよく、
この発明の目的の範囲内で、様々な材料の組み合わせを
採用し得る。

【００３５】次に、図３について述べる。図３と図１の
実施例における相違は、図３のマスク層５１が、その内
部に骨組み部材８を有する点で異なるのみで、他は同一
である。例えば、ステンレスチールワイヤの骨組み部材
がマスク層内に埋設されるようにマスク層５１を形成す
る。マスク層厚さは２０μｍ、骨組み部材の直径は、１
０〜１５μｍである。これにより、マスク層の引っ張り
強度、曲げ強度が向上し、大面積のマスク層および除去
すべき薄膜層を一括剥離する際、一部が切断する問題が
解消する。この方法は、大面積の光電変換装置用薄膜層
の形成に好適である。骨組み部材８の材料としては、金
属ワイヤ以外にグラスファイバーや高強度かつ高耐熱性
の樹脂なども採用し得る。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、リフトオフ方
式において、基板の材料をポリアミドとし、前記マスク
層の材料をポリアミドイミド、又はポリイミド、もしく
はポリベンゾイミダゾールとすることとした。また請求
項２の発明によれば、基板の材料をポリイミドとし、前
記マスク層の材料をポリアミドイミド、又はポリベンゾ
イミダゾールとすることとした。これにより、マスク層
材料の耐熱性は高く、分解ガスの発生もなく、さらに、
基板との剥離性が良好なパターン状薄膜層の形成方法を
提供することができる。

【００３７】請求項３の発明によれば、電気絶縁性フィ
ルム基板上に、第１のマスク層および第２のマスク層を
順次積層した所定パターンの２層構造のマスク層を形成
した後、前記基板および第２のマスク層の両面上にまた
がって全面にまたは部分的に、所定パターンの薄膜層を
形成し、前記第２のマスク層を前記第１のマスク層との
界面から剥離することにより、第２のマスク層上の薄膜
層を第２のマスク層と共に除去して所望パターンの薄膜
層を形成することとし、また請求項４の発明によれば、
基板の材料をポリアミド又はポリアミドイミドとし、第
１のマスク層の材料をシリコン系樹脂とし、第２のマス
ク層の材料をポリイミドとすることとした。これによ
り、除去を必要とする薄膜部を第２のマスク層と共に容
易に除去して所望パターンの薄膜層を容易に形成するこ
とができる。

【００３８】請求項５の発明によれば、リフトオフ用の
マスク層の内部に、金属または耐熱性に優れた樹脂等か
らなる骨組み部材を備えることとした。これにより、除
去すべき薄膜層を一括剥離する際、強度が弱くて一部が
切断する問題が解消し、比較的大面積の薄膜層を形成す
るのに好適な方法を提供することができる。

【００３９】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
請求項５の発明を光電変換装置用の薄膜層に適用するこ
とにより、従来のレーザ加工法により一部の薄膜がダメ
ージをうけるパターニングの問題点を解消した、好適な
光電変換装置用の薄膜層形成方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２および６の発明の実施の形態を説
明するために、光電変換装置を一部概念的に示した図で
ある。

【図２】請求項３，４および６の発明の実施の形態を説
明するために、光電変換装置を一部概念的に示した図で
ある。

【図３】請求項５および６の発明の実施の形態を説明す
るために、光電変換装置を一部概念的に示した図であ
る。

【図４】薄膜太陽電池の一例を示す図である。

【符号の説明】

１：フィルム基板、２：第１電極層、３：光電変換層、
４：第２電極層、５，５１：マスク層、６：第１のマス
ク層、７：第２のマスク層、８：骨組み部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本浩東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者堀弥一郎東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 CB30 EA02 EA14 EA20 GA03 GA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性フィルム基板上に、所定パタ
ーンのリフトオフ用マスク層を形成した後、前記基板お
よびマスク層の両面上にまたがって所定パターンの薄膜
層を形成し、前記マスク層を前記基板との界面から剥離
することにより、マスク層上の薄膜層をマスク層と共に
除去して所望パターンの薄膜層を形成するパターン状薄
膜層の形成方法において、前記基板の材料をポリアミド
とし、前記マスク層の材料をポリアミドイミド、又はポ
リイミド、もしくはポリベンゾイミダゾールとすること
を特徴とするパターン状薄膜層の形成方法。
【請求項２】電気絶縁性フィルム基板上に、所定パタ
ーンのリフトオフ用マスク層を形成した後、前記基板お
よびマスク層の両面上にまたがって所定パターンの薄膜
層を形成し、前記マスク層を前記基板との界面から剥離
することにより、マスク層上の薄膜層をマスク層と共に
除去して所望パターンの薄膜層を形成するパターン状薄
膜層の形成方法において、前記基板の材料をポリイミド
とし、前記マスク層の材料をポリアミドイミド、又はポ
リベンゾイミダゾールとすることを特徴とするパターン
状薄膜層の形成方法。
【請求項３】電気絶縁性フィルム基板上に、第１のマ
スク層および第２のマスク層を順次積層した所定パター
ンの２層構造のマスク層を形成した後、前記基板および
第２のマスク層の両面上にまたがって所定パターンの薄
膜層を形成し、前記第２のマスク層を前記第１のマスク
層との界面から剥離することにより、第２のマスク層上
の薄膜層を第２のマスク層と共に除去して所望パターン
の薄膜層を形成することを特徴とするパターン状薄膜層
の形成方法。
【請求項４】請求項３記載の方法において、基板の材
料をポリアミド又はポリアミドイミドとし、第１のマス
ク層の材料をシリコン系樹脂とし、第２のマスク層の材
料をポリイミドとすることを特徴とするパターン状薄膜
層の形成方法。
【請求項５】電気絶縁性フィルム基板上に、所定パタ
ーンのリフトオフ用マスク層を形成した後、前記基板お
よびマスク層の両面上にまたがって所定パターンの薄膜
層を形成し、前記マスク層を前記基板との界面から剥離
することにより、マスク層上の薄膜層をマスク層と共に
除去して所望パターンの薄膜層を形成するパターン状薄
膜層の形成方法において、前記マスク層はその内部に、
骨組み部材を備えることを特徴とするパターン状薄膜層
の形成方法。
【請求項６】請求項１ないし５記載のいずれかの方法
において、薄膜層は、光電変換層及び電極層を備えた光
電変換素子が複数直列接続されてなる光電変換装置用の
薄膜層であることを特徴とするパターン状薄膜層の形成
方法。