JP2001127318A - パターン状薄膜層の形成方法 - Google Patents
パターン状薄膜層の形成方法Info
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Abstract
低減を図った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】 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、マスク層とその上の薄膜層(リフトオ
フ層10)を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、例えば、吸引口
を備えた真空吸引装置21の吸引口20を、前記リフト
オフ層10上を走査させることにより、リフトオフ層1
0を吸引して剥離することとする。
Description
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。
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。
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。
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。
気絶縁性フィルム基板上に下部電極層としての第1電
極、薄膜半導体層からなる光電変換層および透明電極層
としての第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100V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。
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(特開平10−233517号公報参
照)。
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。
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、ポリエーテルイミド、パラ系アラミ
ド、フッ素系樹脂全般等々が用いられている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
薄膜形成方法が、前述の特開平10−233517号公
報に記載され提案されている。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。
素系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミ
ド、ポリフェニレンスルファイド、ポリベンゾイミダゾ
ールの中の一つまたはこれら材料の2種以上の組み合わ
せで構成される。
性が良好でかつ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が提案さ
れている(特願平10−330891号参照)。
れた発明は、図6に示す薄膜太陽電池の模式図におい
て、フィルム基板1の材料とマスク層5の材料に好適な
材料を選定して剥離性を良好にすることと、図7に示す
ように、フィルム基板1上に、第1のマスク層6および
第2のマスク層7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
形成する方法で、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得る新規の方法である。
において、マスク層の基板からの剥離方法としては、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
スク層を除去する方法が従来から採用されていた。この
方法の場合、量産性が悪くまた、時に剥離ミスが発生す
る問題があった。
もので、この発明の課題は、量産性と歩留りの向上、総
じて量産コストの低減を図った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ことにある。
に、この発明においては、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、マスク層とその上の薄
膜層(以下、マスク層とその上の薄膜層を合わせて、リ
フトオフ層ともいう。)を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、吸
引口と真空排気装置とを備えた真空吸引装置の前記吸引
口を、前記リフトオフ層上を走査させることにより、リ
フトオフ層を吸引して剥離することとする(請求項
1)。
真空吸引力により、容易かつ安定的に除去できる。前記
吸引口は、一つに限定されるものではなく、必要に応じ
パターンに応じて複数個の吸引口から同時に真空吸引し
て一括剥離し、走査の回数を低減することができる。
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(請求項2)。これにより、剥離はさらに容
易かつ安定的となる。
ば、真空吸着に変えて、ホットメルト接着剤を用いて剥
離操作を容易にすることができる。まず、請求項3によ
れば、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、マスク層とその上の薄膜層(リフトオフ層)を
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、前記リフトオフ層上にホット
メルト接着剤を所定の間隔でスポット状に滴下し、この
接着剤硬化後に、剥離用ブレード部材の先端部を前記ス
ポット状接着剤の側底部に当接して接着剤に剥離力を加
えることにより、リフトオフ層を接着剤と共に除去して
所望パターンの薄膜層を形成することとする。
ローラにより搬送されるフィルム基板に接着硬化したス
ポット状接着剤の側底部に剥離用ブレード部材の先端部
を当接して、搬送ローラの搬送力によりリフトオフ層を
接着剤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(請求項4)。
トオフ層を接着剤と共に除去して所望パターンの薄膜層
を形成する方法において、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(請求項
5)。
の適用に関わるもので、前記請求項1ないし5記載のい
ずれかの方法において、薄膜層は、下部電極としての第
1電極層,光電変換層,透明電極層としての第2電極層
と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とする。特に、上記請求
項4の方法は、ロール搬送方式の薄膜太陽電池の量産方
法に好適である。
求項2または5記載の方法において、薄膜層は、下部電
極としての第1電極層,光電変換層,透明電極層として
の第2電極層と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って、第1のマス
ク層,第2のマスク層および第1電極層形成後に第2の
マスク層および第1電極層を第1のマスク層から剥離
し、その後第1のマスク層上に再度第2のマスク層(以
下、再マスク層という。)を形成し、さらに第1電極層
および前記再マスク層の両面上にまたがって光電変換層
および第2電極層を形成し、前記再マスク層を第1のマ
スク層との界面から剥離することにより,再マスク層上
の光電変換層および第2電極層を再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。
けて剥離するので、剥離がより確実となりフィルム基板
上に残る剥離残り量を軽減でき、品質と歩留りが向上す
る。
求項7の方法において、再マスク層のパターン幅寸法
を、最初に形成する第2のマスク層のパターン幅寸法よ
り小とする。これにより、詳細は後述するが、防湿性の
高い光電変換層が第1電極層を覆うため、水分の侵入が
抑えられ、耐防湿性を有する信頼性の高い光電変換素子
が提供できる。
ついて以下にのべる。
に関わる実施例を示す概念図である。吸引口20を有す
る真空吸引装置21により、吸引口20をA矢印で示す
方向に走査させることにより、リフトオフ層10をフィ
ルム基板1から剥離する。
離実験例について、以下に述べる。厚さ50μm,幅5
0mmの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)を用いてシリコ
ーン樹脂からなる第1のマスク層(幅2.5mm)のパ
ターン(7.5mmピッチのストライプ)を印刷し、9
0℃〜100℃の恒温槽内にて3分加熱乾燥した。第1
のマスク層厚さは2〜3μmとした。
リイミドからなる第2のマスク層を印刷し、90℃〜1
00℃の恒温槽内にて3分、140℃の恒温槽内にて2
分乾燥した。第2のマスク層の厚さは8〜10μmとし
た。
電変換層、第2電極層を形成した。上記薄膜形成後、吸
引口形状が2mm×5mmで、10〜20°傾斜させた
ガラス管を吸引口として、パターン部分に押し当て、2
0Torr以下の圧力でリフトオフ層(マスク層とその上の
薄膜)を吸引、剥離した。この方法により、テープ剥離
と同等のパターニングラインを容易に得ることができ
た。
わる実施例を示す概念図である。
を所定の間隔でスポット状に滴下し、この接着剤硬化後
に、剥離用ブレード部材31の先端部32を前記スポッ
ト状接着剤30の側底部に当接して接着剤に剥離力を加
えることにより、リフトオフ層10を接着剤と共に除去
して所望パターンの薄膜層を形成する。
離実験例について、以下に述べる。第1のマスク層,第
2のマスク層および前記2層のマスク層上に、第1電極
層、光電変換層、第2電極層を形成する手順は、上記実
施例1と同一である。
液性エポキシ樹脂3〜5mgを、15mm間隔で滴下
し、滴下後100℃の恒温槽内にて30秒エポキシ樹脂
9を硬化させ、略円筒状の樹脂山スポットを形成した。
その後、図2に示すようにシリコンゴム製のブレード部
材31にて第1のマスク層と第2のマスク層間を剥離
し、リフトオフ層10を接着剤と共に除去して所望パタ
ーンの薄膜層を形成した。上記ホットメルト接着剤を用
いた剥離により、粘着テープを用いた剥離と同等のパタ
ーニングラインを容易に得ることができる。
概念的に示す図で、図3(b)に側面図を、図3(a)
に図3(b)の矢印P方向からみた部分平面図を示す。
薄膜太陽電池の製造プロセスにおいては、一般に、その
基板を搬送ロールにより張力をかけながら搬送し、各種
の薄膜形成を行う。請求項4の発明は、このような製法
とのマッチングを考慮してなされた発明もので、図3の
搬送ローラ11によりフィルム基板1が搬送される。搬
送ローラにより搬送されるフィルム基板1に接着硬化し
たスポット状接着剤30の側底部に剥離用ブレード部材
31の先端部32を当接して、搬送ローラ11の搬送力
によりリフトオフ層10を接着剤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。
わる実施例を概念的に示す図で、図4(a)は、第2の
マスク層7を形成後,第1電極層を形成した状態を示
し、図4(b)は、再マスク層70形成後,光電変換層
3および第2電極層4を形成した状態を示す。
て、以下に述べる。厚さ50μmの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、第1のマスク層としてのシリコー
ン樹脂からなる所定のパターンを印刷し、90℃〜10
0℃の恒温槽内にて3分加熱乾燥した。第1のマスク層
の厚さは2〜3μm,幅は400μmとした。
イミドからなる第2のマスク層を印刷し、90℃〜10
0℃の恒温槽内にて3分、140℃の恒温槽内にて2分
乾燥した。第2のマスク層7の厚さは8〜10μm,幅
は400μmとした。
形成した後(図3(a))、真空吸引により第1のマス
ク層と第2のマスク層間で剥離した。
70としてのポリイミドからなる所定のパターンを印刷
し、90℃〜100℃の恒温槽内にて3分加熱乾燥し
た。再マスク層70の厚さは2〜3μm,幅は400μ
mとした。
電極層4を積層した(図3(b))。薄膜積層後、真空
吸引により再マスク層70とその上の薄膜層を、第1の
マスク層から剥離除去した。このように2回に分けて剥
離を行うことにより、基板上に残る剥離残し量を減らす
ことができた。
わる実施例を概念的に示す図で、図5(a)は、第2の
マスク層7を形成後,第1電極層を形成した状態を示
し、図5(b)は、再マスク層70形成後,光電変換層
3および第2電極層4を形成した状態を示し、図5
(c)は、リフトオフ完了後の部分拡大断面図を示す。
て、以下に述べる。図5(a)の第2のマスク層7を形
成後,第1電極層を形成する手順を経て、図5(b)の
再マスク層70形成後,光電変換層3および第2電極層
4を形成する手順は、前記実施例3と略同様であるが、
異なる点は、図5(b)における再マスク層70の幅
を、実施例3における幅(400μm)の半分の200
μmとした点である。
示すように、防湿性の高い光電変換層3が第1電極層2
を覆うため、水分の侵入が抑えられ、信頼性の高い光電
変換素子を提供できる。
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、マスク層とその上
の薄膜層(リフトオフ層)を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、
吸引口と真空排気装置とを備えた真空吸引装置の前記吸
引口を、前記リフトオフ層上を走査させることにより、
リフトオフ層を吸引して剥離することとするか、もしく
は、前記リフトオフ層上にホットメルト接着剤を所定の
間隔でスポット状に滴下し、この接着剤硬化後に、剥離
用ブレード部材の先端部を前記スポット状接着剤の側底
部に当接して接着剤に剥離力を加えることにより、リフ
トオフ層を接着剤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たので、リフトオフ層が、真空吸引
力もしくは接着剤を介して容易かつ安定的に剥離でき、
量産性と歩留りの向上、総じて量産コストの低減を図っ
たリフトオフ方式のパターン状薄膜層の形成方法を提供
することができる。この発明は、太陽電池以外に、半導
体や感光体などの薄膜形成に広く適用できるが、特に、
光電変換装置の製造プロセスに適用した場合、製造プロ
セスの簡易化,低コスト化に寄与できる。
施例の概念図
を示す図
を示す図
法を概念的に説明する図
法を概念的に説明する図
説明する図
4:第2電極層、6:第1のマスク層、7:第2のマス
ク層、10:リフトオフ層、11:搬送ローラ、20:
吸引口、21:真空吸引装置、30:スポット状接着
剤、31:ブレード部材、70:再マスク層。
Claims (8)
- 【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、マスク層とその上の薄膜層(リフトオ
フ層)を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、吸引口と真空排気装
置とを備えた真空吸引装置の前記吸引口を、前記リフト
オフ層上を走査させることにより、リフトオフ層を吸引
して剥離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】 請求項1記載のリフトオフ層を吸引して
剥離するパターン状薄膜層の形成方法において、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3】 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、マスク層とその上の薄膜層(リフトオ
フ層)を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、前記リフトオフ層上
にホットメルト接着剤を所定の間隔でスポット状に滴下
し、この接着剤硬化後に、剥離用ブレード部材の先端部
を前記スポット状接着剤の側底部に当接して接着剤に剥
離力を加えることにより、リフトオフ層を接着剤と共に
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、搬送ロー
ラにより搬送されるフィルム基板に接着硬化したスポッ
ト状接着剤の側底部に剥離用ブレード部材の先端部を当
接して、搬送ローラの搬送力によりリフトオフ層を接着
剤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5】 請求項3または4記載のリフトオフ層を
接着剤と共に除去して所望パターンの薄膜層を形成する
方法において、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、下部電極としての第1電極層,光
電変換層,透明電極層としての第2電極層とを備えた光
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。 - 【請求項7】 請求項2または5記載の方法において、
薄膜層は、下部電極としての第1電極層,光電変換層,
透明電極層としての第2電極層と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
って、第1のマスク層,第2のマスク層および第1電極
層形成後に第2のマスク層および第1電極層を第1のマ
スク層から剥離し、その後第1のマスク層上に再度第2
のマスク層(再マスク層)を形成し、さらに第1電極層
および前記再マスク層の両面上にまたがって光電変換層
および第2電極層を形成し、前記再マスク層を第1のマ
スク層との界面から剥離することにより,再マスク層上
の光電変換層および第2電極層を再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8】 請求項7記載の方法において、再マスク
層のパターン幅寸法を、最初に形成する第2のマスク層
のパターン幅寸法より小としたことを特徴とするパター
ン状薄膜層の形成方法。
Priority Applications (1)
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