JP2001144311A - 薄膜太陽電池セル直列接続形成装置 - Google Patents

薄膜太陽電池セル直列接続形成装置

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JP2001144311A
JP2001144311A JP32738899A JP32738899A JP2001144311A JP 2001144311 A JP2001144311 A JP 2001144311A JP 32738899 A JP32738899 A JP 32738899A JP 32738899 A JP32738899 A JP 32738899A JP 2001144311 A JP2001144311 A JP 2001144311A
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JP
Japan
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conductive paste
solar cell
film solar
film substrate
thin
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JP32738899A
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Takashi Yoshida
吉田  隆
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザパターニング後の導電ペースト印刷パ
ターンの、レーザーパターンとの対応上の位置精度の向
上を図り、品質の高い薄膜太陽電池が製造可能な薄膜太
陽電池セル直列接続形成装置を提供する。 【解決手段】 フィルム基板10上の所定パターンをレ
ーザの罫書きにより形成して単位セルに分離し、導電ペ
ースト塗布印刷により複数セルを電気的に直列接続する
ものにおいて、巻き出しロール1と巻き取りロール2と
を含む基板搬送手段と、基板搬送経路内に配設されたレ
ーザパターニング手段と、このレーザによる罫書き線の
基板上の幅方向位置を検知するための位置検知手段6
と、この位置検知手段の検知情報に基づいて所定位置に
移動可能な導電ペースト塗布用ペン7を有する導電ペー
スト塗布手段とを備えたものとする。

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、フィルム基板上
に、金属電極層,光電変換層および透明電極層を順次重
ねて形成し、かつ所定のパターンをレーザの罫書きによ
り形成して単位セルに分離し、さらに導電ペーストの塗
布印刷により複数セルを電気的に直列接続してなる薄膜
太陽電池を形成するための薄膜太陽電池セル直列接続形
成装置に関する。
【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やステッピ
ング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電極としての金属電極
層、薄膜半導体層(例えば、非晶質シリコン)からなる
光電変換層および第2電極としての透明電極層が積層さ
れてなる光電変換素子(または太陽電池セル)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1
0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、金属電極層,光電変換層および透明電極層の成膜と
各層のパターニング工程およびパターニングにより分離
された単位部分の電気的接続工程を経て形成される。電
気的接続工程としては、フィルム基板をステップ状に搬
送し、あらかじめ決められたパターニングに応じた所定
の位置において導電性ペーストを塗布する方法およびそ
の装置が公知である(特開昭63−216385号公報
および特開平8−116081号公報参照)。
【0007】また、前記パターニング用の装置として
は、レーザにより分離線を罫書きする加工装置が公知で
ある(特許第2896090号の登録掲載公報参照)。
この装置は、可とう性基板を送り出しロ−ルから巻き取
りロ−ルへ搬送するために基板に接触して回動可能の搬
送ロ−ルと、少なくとも一つの搬送ロ−ルに基板をはさ
んで対向してその軸方向に移動可能のレ−ザ光射出口と
を備えると共に、基板縁部の位置の検知手段と、この検
知手段よりの信号により少なくとも一つの搬送ロ−ルの
軸の搬送方向に垂直面内での傾きを変える基板位置制御
手段とを備えたものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これまでの
薄膜太陽電池のセル直列接続形成方法においては、下記
のような問題点があった。従来は、前述のようにレーザ
パターニングにより分離されたセルの単位部分に対し
て、あらかじめ決められたパターニングに応じた所定の
位置において導電性ペーストを塗布するパターン印刷に
よって電気的に直列接続を行うわけであるが、レーザパ
ターニング後に、フィルム基板は比較的高温の製膜プロ
セスを経るために、常温において熱収縮による熱変形が
生じ、あらかじめ決められた印刷パターンで印刷する
と、所望のパターン位置とのずれが生ずる問題があっ
た。熱収縮による熱変形を、計算上最初から見込んだ印
刷パターン設計は可能ではあるが、現実には、ヒータと
フィルムの当り具合や、わずかの温度変動など様々な要
因によって熱変形は一定ではなく、品質管理が困難とな
る問題があった。
【0009】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、レーザパタ
ーニング後の導電ペースト印刷パターンの、レーザーパ
ターンとの対応上の位置精度の向上を図り、品質の高い
薄膜太陽電池が製造可能な薄膜太陽電池セル直列接続形
成装置を提供することにある。
【0010】
【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、フィルム基板上に、金属電極
層,光電変換層および透明電極層を順次重ねて形成し、
かつ所定のパターンをレーザの罫書きにより形成して単
位セルに分離し、さらに導電ペーストの塗布印刷により
複数セルを電気的に直列接続してなる薄膜太陽電池を形
成するための薄膜太陽電池セル直列接続形成装置におい
て、フィルム基板巻き出しロールと巻き取りロールとを
含むフィルム基板搬送手段と、フィルム基板搬送経路内
に配設されたレーザパターニング手段と、このレーザパ
ターニング手段によって罫書きされた罫書き線のフィル
ム基板上の幅方向位置を検知するための位置検知手段
と、この位置検知手段の位置検知情報に基づいて所定位
置に移動可能な導電ペースト塗布用ペン(以下、インキ
ペンともいう。)を有する導電ペースト塗布手段とを備
えたものとする。
【0011】前述のように、フィルム基板においてレー
ザパターニング後に熱変形が生じても、フィルム基板上
の幅方向位置の検知結果に基づき、前工程で罫書いたパ
ターニング線に追従した導電ペーストの塗布が可能とな
る。従って、レーザーパターンとの対応上の導電ペース
トパターンの位置精度が向上する。
【0012】二次元的なパターニング精度が必要となる
場合には、請求項1記載のものにおいて、位置検知手段
に代えて、レーザパターニング手段によって罫書きされ
た罫書き線の形状や色を認識するための画像認識手段を
備え、この画像認識手段の画像認識情報に基づいて所定
位置に移動可能な導電ペースト塗布用ペンを有する導電
ペースト塗布手段を備えたものとする(請求項2)のが
好適である。
【0013】また、導電ペースト塗布工程の時間を短縮
するためには、請求項3の発明のように、請求項1また
は2に記載のものにおいて、導電ペースト塗布手段は、
フィルム基板の幅方向に移動可能な複数個の導電ペース
ト塗布用ペンを備えたものとすることが望ましい。
【0014】さらにまた、請求項1ないし3のいずれか
に記載のものにおいて、フィルム基板搬送経路内の導電
ペースト塗布手段の後段に、塗布された導電性ペースト
を乾燥焼成するための乾燥炉を備えたものとする(請求
項4)のが、量産性の観点から望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。
【0016】図1は、この発明の薄膜太陽電池セル直列
接続形成装置の実施例を概念的に示す構成図である。こ
の実施例においては、連続的にフィルム基板10を巻き
出すための巻き出しロール1と、巻き取りロール2と、
テンションコントロール用ロール3とを含むフィルム基
板搬送手段と、その搬送経路内において、フィルム基板
上に形成された金属電極層、光電変換層、透明電極層な
どを、レーザパターニング手段用ロール4上でフィルム
基板10の幅方向に移動可能な複数のレーザヘッド5を
有し所定のパターンをレーザの罫書きにより形成するパ
ターニング手段と、このレーザパターニング手段5によ
って罫書きされた罫書き線のフィルム基板上の幅方向位
置を検知するための位置検知手段(もしくは罫書き線の
形状や色を認識するための画像認識手段)6と、この位
置検知手段もしくは画像認識手段6の情報に連動して独
立に移動可能な複数のインキペン7により、ロール上で
導電性ペーストを塗布する導電ペースト塗布手段と、さ
らに導電性ペーストの印刷パターンを乾燥焼成するため
の乾燥炉8とを備える。
【0017】位置検知手段としては、透過型のセンサが
好適である。また、画像認識手段としては、CCDカメ
ラと形状および色、濃淡の認識が可能なパターン認識回
路を備えたものが好適である。基板の搬送方向のパター
ニング位置は、例えば基板にあらかじめ開けられた基準
位置用の孔を基準にして搬送長を制御することにより、
制御することができる。
【0018】また、図1において、ロール4の前段にレ
ーザ罫書き位置出し用の図示しない位置センサを設ける
こともできる。
【0019】図2は請求項3の発明に関わるインキペン
の設置状態の概念図を示す。図2によれば、ロール4の
中心軸と平行なアーム9をガイドとして、複数個のイン
キペン7がロールと平行にフィルム基板の幅方向に移動
することが可能な構成となっている。
【0020】上記図1および図2に示す構成により、前
述のように、フィルム基板が変形した場合でも、前工程
で罫書いたレーザパターニングに追従した導電性ペース
トの塗布を行うことができ、これを乾燥炉8において乾
燥焼成することにより、品質が安定しかつ量産性の高い
薄膜太陽電池セル直列接続形成装置を提供することがで
きる。
【0021】図3は、この発明の薄膜太陽電池セル直列
接続形成装置によって製造した薄膜太陽電池の構成の一
例を示す。図3(a)は薄膜太陽電池の上面図、図3
(b)は断面図である。この太陽電池の構成は、詳細説
明は省略するが一部新規の構成部分を含むもので、この
発明の薄膜太陽電池セル直列接続形成装置の好ましい適
用対象の一例である。図3により、薄膜太陽電池の構成
とセル直列接続形成手順について、以下に述べる。
【0022】ポリイミド、アラミド、PET(ポリエチ
レンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレ
ート)などの比較的耐熱性の高いプラスチック基板11
上に、この発明の装置を用いて、印刷ペーストライン1
2をフィルム搬送方向(紙面上下方向)に連続的に形成
する。この印刷ペーストの材質としては、耐熱性のある
もの、脱ガス成分の少ないものであれば何でも良いが、
例えば、ポリイミド系、ポリイミドアミド系樹脂などを
バインダーとし、導電性材料として銀、Al、Ni、カーボ
ンなどを含む導電性ペーストが適している。
【0023】その後、金属電極層13をロールツーロー
ル方式においてスパッタリングにより形成し、この発明
の装置により、図1には図示しない位置センサにより印
刷ペーストライン12を認識しながらそのサイドに罫書
き線14を形成する。その後、非晶質シリコンなどの光
電変換層15、透明電極層19を形成し、位置16にお
いて光電変換層15、透明電極層19を罫書き、位置1
7において透明電極層19を罫書く。透明電極層19の
罫書きには、波長が短い短波長レーザを用いることがで
きる。その後、位置16において、罫書き線のフィルム
基板上の幅方向位置を検知するための位置検知手段の情
報に基づいて印刷ペーストライン12のエッジに塗布開
始点を一致させて、透明電極層上に集電を行うための印
刷電極20を塗布し、さらに位置16内にインキペンを
用いて導電性ペーストを塗布充填する。その後、導電性
ペーストを乾燥焼成する。
【0024】上記により、各金属電極層13と隣接する
透明電極層19とが導電性ペーストにより順次電気的に
接続され、全体として複数個の太陽電池セルの直列接続
が形成される。
【0025】
【発明の効果】この発明によれば、フィルム基板上に、
金属電極層,光電変換層および透明電極層を順次重ねて
形成し、かつ所定のパターンをレーザの罫書きにより形
成して単位セルに分離し、さらに導電ペーストの塗布印
刷により複数セルを電気的に直列接続してなる薄膜太陽
電池を形成するための薄膜太陽電池セル直列接続形成装
置において、フィルム基板巻き出しロールと巻き取りロ
ールとを含むフィルム基板搬送手段と、フィルム基板搬
送経路内に配設されたレーザパターニング手段と、この
レーザパターニング手段によって罫書きされた罫書き線
のフィルム基板上の幅方向位置を検知するための位置検
知手段(もしくは罫書き線の形状や色を認識するための
画像認識手段)と、この位置検知手段または画像認識手
段の情報に基づいて所定位置に移動可能な導電ペースト
塗布用ペンを有する導電ペースト塗布手段とを備えたも
のとすることにより、レーザパターニング後の導電ペー
スト印刷パターンの、レーザーパターンとの対応上の位
置精度の向上を図り、品質の高い薄膜太陽電池が製造可
能な薄膜太陽電池セル直列接続形成装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の薄膜太陽電池セル直列接続形成装置
の実施例の概念的構成図
【図2】この発明の実施例に関わるインキペンの設置状
態の構成図
【図3】この発明の装置により製造した薄膜太陽電池の
構成の一例
【符号の説明】
1:巻き出しロール、2:巻き取りロール、3:テンシ
ョンコントロール用ロール、4:レーザパターニング手
段用ロール、5:レーザヘッド、6:位置検知手段また
は画像認識手段、7:インキペン、8:乾燥炉、9:ア
ーム。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィルム基板上に、金属電極層,光電変
    換層および透明電極層を順次重ねて形成し、かつ所定の
    パターンをレーザの罫書きにより形成して単位セルに分
    離し、さらに導電ペーストの塗布印刷により複数セルを
    電気的に直列接続してなる薄膜太陽電池を形成するため
    の薄膜太陽電池セル直列接続形成装置であって、フィル
    ム基板巻き出しロールと巻き取りロールとを含むフィル
    ム基板搬送手段と、フィルム基板搬送経路内に配設され
    たレーザパターニング手段と、このレーザパターニング
    手段によって罫書きされた罫書き線のフィルム基板上の
    幅方向位置を検知するための位置検知手段と、この位置
    検知手段の位置検知情報に基づいて所定位置に移動可能
    な導電ペースト塗布用ペンを有する導電ペースト塗布手
    段とを備えたことを特徴とする薄膜太陽電池セル直列接
    続形成装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のものにおいて、位置検知
    手段に代えて、レーザパターニング手段によって罫書き
    された罫書き線の形状や色を認識するための画像認識手
    段を備え、この画像認識手段の画像認識情報に基づいて
    所定位置に移動可能な導電ペースト塗布用ペンを有する
    導電ペースト塗布手段を備えたことを特徴とする薄膜太
    陽電池セル直列接続形成装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のものにおい
    て、導電ペースト塗布手段は、フィルム基板の幅方向に
    移動可能な複数個の導電ペースト塗布用ペンを備えたこ
    とを特徴とする薄膜太陽電池セル直列接続形成装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のも
    のにおいて、フィルム基板搬送経路内の導電ペースト塗
    布手段の後段に、塗布された導電性ペーストを乾燥焼成
    するための乾燥炉を備えたことを特徴とする薄膜太陽電
    池セル直列接続形成装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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