JP2001267607A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法

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JP2001267607A
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solar cell
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substrate
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Kozo Miyoshi
三好  幸三
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Citizen Watch 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
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池の形成において微細な保護膜パター
ンを実現し、つなぎ電極部および取り出し電極部での面
積の無駄を最小限に減らす。 【解決手段】 本発明の太陽電池は感光性樹脂を保護膜
として用いる。感光性樹脂を用いることにより、フォト
リソグラフィ法を使うことができ、微細な保護膜形状を
得ることができる。このことによって、接続部の面積を
小さくすることができ、太陽電池の発電面積を最大限に
拡げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池とその製
造方法に関する。更に具体的には小型電子機器に用いる
及び太陽電池時計に用いる太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子腕時計、携帯電話等の小型携
帯電子機器が発達し、その電源として太陽電池が注目さ
れている。これら、小型携帯電子機器に太陽電池を用い
る場合は、常に機器が動かせるように、通常、太陽電池
を1次電池として用い、ニッケルリチウム電池等の充電
池を2次電池として用いる構成がとられる。
【0003】ここで、基板上に電極とp−i−n接合型
の非晶質シリコン膜を積層して形成した太陽電池は、動
作時の起電力が0.5V程度にとどまるため、1個の素
子ではニッケルリチウム電池等の2次電池に充電させる
ことができない。そこで、基板上に複数個の太陽電池素
子を配置して、これらの素子を直列接続した構成とする
ことにより加算された起電圧を得て、2次電池への充電
を行う構造が取られる。従って、太陽電池には取り出し
電極以外に各太陽電池をつなぐ接続電極も必要である。
【0004】図9に示すように接続電極付近では、太陽
電池素子の電極のショート不良を防ぐために保護膜によ
る保護が不可欠である。印刷法によって第2電極を覆う
場合には、W1の幅のマージンが必要である。このマー
ジンが無いと印刷が左方向にずれた場合、第2電極を保
護膜が覆っていない部分が発生してしまう。W1は通常
100μm程度は必要である。
【0005】また、製造コスト低減のために、第1電極
膜と非晶質シリコン膜(以下a−Si膜)と半導体膜と
第2電極膜を連続して成膜し、この後第1電極膜と第2
電極膜とをそれぞれを別の形状にパターニングする工程
で作製した太陽電池では、図9に示すように、素子間の
つなぎの中心部分にもショート不良を防ぐための保護膜
が必要となる。この印刷マージンW2は素子端面の両側
に必要であるから、W1の2倍の大きさが必要である。
具体的には印刷法の場合200μm程度必要になる。
【0006】太陽電池を小型携帯電子機器に用いる場合
には、太陽電池を配設できる面積が限られるため、接続
電極や取り出し電極の面積はできるだけ小さいことが望
ましい。つまり、W1およびW2の大きさはできるだけ
小さい方がよい。
【0007】図10と図11は太陽電池モジュールの模
式平面図である。簡単のために、ここでは実際には素子
にかぶっている保護膜を破線で示し、下にある素子を透
かして見る図面にしてある。
【0008】また、図10は通常の太陽電池を示したも
ので、図11は表示体の上に配置できるようパターニン
グを行った透過型の太陽電池を示したものである。透過
型の太陽電池は、PCT/JP99/0647において
本出願人が提案した。
【0009】図11にしめす透過型の太陽電池の場合に
は、接続部は製品としての外観を損ねるので、図12の
ように目隠しをする構成が取られる。その場合、接続部
が大きいとその分太陽電池の有効エリアを狭くしてしま
うことになる。
【0010】図10に示した通常の太陽電池の場合で
も、電子腕時計など製品として外観が問題になる場合に
は同様に目隠しをする構成がとられ、同様に接続部が大
きいとその分太陽電池の有効エリアを狭くしてしまうこ
とになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通常行われる
スクリーン印刷やメタルマスク印刷、パッド印刷などの
印刷方法によれば、印刷パターンとの合わせマージンが
100μm程度は必要である。このため、接続部の面積
を合わせマージン分大きくする必要があり、その分だけ
太陽電池の面積が減少し、発電量を落とさざるをえない
という問題があった。
【0012】本発明は上記課題を解決して、微細な保護
膜パターンを実現し、つなぎ電極部および取り出し電極
部での面積の無駄を最小限に減らすことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の太陽電池は、下記記載の手段を採用する。すな
わち、基板片面に、第1電極/光電変換層/第2電極を
順次積層した素子と、素子を覆う保護膜とを備え、前記
素子は所定の形状に分割された複数の発電層からなり、
前記保護膜は感光性樹脂であり、且つ該複数の発電層か
らなる一方の素子の第2電極が保護膜で覆われていて、
第1電極の一部が露出しており、他方の素子は第1電極
が保護膜で覆われて第2電極の一部が露出するように形
成され、該複数の発電層における一方の第1電極と他方
の第2電極が導電性部材で接続されていることを特徴と
する。
【0014】そして、前記保護膜はアクリル系樹脂、ポ
リイミド系樹脂、エポキシ系樹脂からなる感光性樹脂の
いずれかであることが好ましい。
【0015】また、前記基板が絶縁性透明基板であり、
且つ前記第1電極が金属膜または透明導電膜であり、第
2電極が金属膜または透明導電膜であることが好まし
い。
【0016】さらに、前記絶縁性透明基板がガラスもし
くは樹脂材料からなることが好ましい。
【0017】また、前記光電変換層がアモルファスシリ
コンを主成分とする半導体であり、発電層の接合形態が
p−i−n接合構造からなることが好ましい。
【0018】また、前記導電性部材が導電ペーストであ
ることが好ましい。
【0019】本発明の太陽電池の製造方法は、回転塗布
法あるいは押し出しコーティング法により、基板上に前
記保護膜として用いる感光性樹脂層を形成する工程と該
感光性樹脂層をフォトリソグラフィ法により所定のパタ
ーンに形成する工程を有することを特徴とする。
【0020】本発明の太陽電池では、感光性樹脂を用い
ることにより、フォトリソグラフィ法を使うことがでる
き、微細な保護膜形状を得ることができる。このことに
よって、接続部の面積を小さくすることができ、太陽電
池の発電面積を最大限に拡げることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1〜
8を基に説明する。本発明においては、太陽電池素子を
形成するための基板1として、ガラスやプラスチック等
の透明基板を用いる。
【0022】太陽電池素子を作成する手順としては、図
2に示すように、まず、基板1上に第1電極膜2を成膜
し、その上に光電変換層3を成膜し、さらにこの上に第
2電極膜4を成膜する。そして、その上にフォトリソグ
ラフィー法(以下フォトリソ)によりレジスト5パター
ンを形成する。
【0023】ここでは、基板1としてガラスを用い、第
1電極膜2として透明導電膜である酸化インジウム錫
(以下、ITO)を用い、光電変換層3としてアモルフ
ァスシリコン膜(以下、a−Si膜)を用い、第2電極
膜4として金属膜であるチタンを用いる場合について説
明する。
【0024】ITOの成膜はスパッタリング法により行
う。このときのスパッタリングの条件は、ターゲット材
としてITOを用い、スパッタリング装置内に100s
ccmのアルゴンガスと2sccmの酸素ガスを導入
し、装置内の圧力を5mTorr〜30mTorrとし
て、これに1KW〜3KWの高周波電力(13.56M
Hz)を印加して生成したプラズマによって行う。
【0025】a−Si膜3の成膜はプラズマCVD法に
より行う。このときP型のa−Si膜3を成膜するに
は、プラズマCVD装置内にシランガス500sccm
と0.1sccm〜1sccmのジボランガスを導入
し、装置内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、
50W〜300Wの高周波電力(13.56MHz)を
印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度
を250℃とした電極上に基板1をおいて行う。
【0026】I型のa−Si膜3を成膜するには、プラ
ズマCVD装置内にシランガス500sccmを導入
し、装置内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、
50W〜300Wの高周波電力(13.56MHz)を
印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度
を250℃とした電極上に基板1をおいて行う。
【0027】N型のa−Si膜3を成膜するには、プラ
ズマCVD装置内にシランガス500sccmと0.1
sccm〜1sccmのホスフィンガスを導入し、装置
内の圧力を0.5Torr〜2Torrとし、50W〜
300Wの高周波電力(13.56MHz)を印加して
生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を250
℃とした電極上に基板1をおいて行う。
【0028】以上p−i−n接合型の光電変換層につい
て説明したが、p−n接合型、CIS構造、MIS構造
を採用しても良い。
【0029】チタンの成膜はスパッタリング法により行
う。このときのスパッタリングの条件は、ターゲット材
としてチタンを用い、スパッタリング装置内に100s
ccmのアルゴンガスを導入し、装置内の圧力を5mT
orr〜30mTorrとして、これに1KW〜3KW
の高周波電力(13.56MHz)を印加して生成した
プラズマによって行う。
【0030】つぎに、上記のレジスト5膜をマスクパタ
ーンとしてチタンとa−Si膜3とITOのエッチング
をおこなう。
【0031】チタンのエッチングは、ドライエッチング
装置内に100sccm〜300sccmのBCl3ガ
スと0sccm〜100sccmのCl2ガスを導入
し、全体の圧力を10mTorr〜100mTorrと
して、これに1000W〜3000Wの高周波電力(1
3.56MHz)を印加して生成したプラズマによって
行う。
【0032】a−Si膜3のエッチングは、ドライエッ
チング装置内に50sccm〜100sccmのSF6
ガスと50sccm〜100sccmのCl2ガスを導
入し、全体の圧力を10mTorr〜100mTorr
として、これに1000W〜3000Wの高周波電力
(13.56MHz)を印加して生成したプラズマによ
って行う。
【0033】ITOのエッチングは、ドライエッチング
装置内に100sccm〜300sccmのHBrガス
と0sccm〜100sccmのArガスを導入し、全
体の圧力を10mTorr〜100mTorrとして、
これに1000W〜3000Wの高周波電力(13.5
6MHz)を印加して生成したプラズマによって行う。
【0034】この後、レジスト5を剥離して、図3に示
すように所望のパターンを得る。
【0035】さらに図4に示すように、この上にフォト
リソによりレジスト5パターンを形成する。そして、こ
のレジスト5パターンをエッチングマスクとしてチタン
とa−Si膜3のエッチングを行う。これにより、第1
電極膜であるITOの一部をむき出しにする。この工程
は、第1電極を取り出すことをことを目的としている。
【0036】チタンとa−Si膜3のエッチングは、前
述と同様にして、ドライエッチング装置にて行う。
【0037】この後、レジスト5パターンを剥離して図
5に示すように隣接する第2電極と第1電極がむき出し
になった構造をえる。
【0038】つぎに、本発明では図6に示すように保護
膜として用いる感光性樹脂(ここでは、ネガ型の感光性
樹脂を用いる場合について説明する。)を回転塗布法も
しくは、押し出しコーティング法により基板上に形成す
る。そして、感光性樹脂に含まれる溶剤成分を飛ばすた
めに、90℃で2分間の焼成を行う。
【0039】そして、図7に示すように遮光パターン2
1を有するフォトリソマスク20を介してこの感光性樹
脂に光を照射し、光照射部の感光性樹脂を硬化させる。
つぎに、現像液を用いて、シャワー式現像処理を行い、
未照射部の感光性樹脂を取り除く。この後、200℃で
30分の焼成処理を行い、図8に示すような保護膜パタ
ーンが形成される。
【0040】フォトリソ法を用いれば、ショート不良を
防ぐための保護膜の合わせマージンは10μm程度でよ
く、印刷法を使った場合に必要な100μm程度の合わ
せマージンと比較すると10分の1程度にすることが可
能である。
【0041】この結果、取り出し電極及び、接続電極部
の面積を大幅に減少させることができ、その減少分を太
陽電池の面積に割り当てることができる。
【0042】最後に、印刷により導電性ペーストを塗布
し焼成することによって、図1に示すように素子が直列
接続され太陽電池が完成する。
【0043】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の太陽電池で
は、感光性樹脂を保護膜として用いる。そして、太陽電
池の製造方法として、フォトリソグラフィ法を用い、感
光性樹脂をパターニングする。これによって、接続部の
面積を小さくすることができ、太陽電池の発電面積を最
大限に拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による太陽電池を示す断面図である。
【図2】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図3】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図4】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図5】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図6】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図7】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図8】本発明による太陽電池の製造方法を示す断面図
である。
【図9】従来の太陽電池を示す断面図である。
【図10】太陽電池の平面図である。
【図11】透過型の太陽電池を示す平面図である。
【図12】目隠しをした透過型の太陽電池を示す平面図
である。
【符号の説明】
1 基板 2 第1電極膜 3 光電変換層 4 第2電極膜 5 レジスト 10 従来の保護膜 11 感光性樹脂保護膜 12 導電ペースト 20 フォトリソマスク 21 遮光膜

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板片面に、第1電極/光電変換層/第
    2電極を順次積層した素子と素子を覆う保護膜とを備
    え、前記素子は所定の形状に分割された複数の発電層か
    らなり、前記保護膜は感光性樹脂であり、且つ該複数の
    発電層からなる一方の素子の第2電極が保護膜で覆われ
    ていて、第1電極の一部が露出しており、他方の素子は
    第1電極が保護膜で覆われて第2電極の一部が露出する
    ように形成され、該複数の発電層における一方の第1電
    極と他方の第2電極が導電性部材で接続されていること
    を特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】 前記保護膜はアクリル系樹脂、ポリイミ
    ド系樹脂、エポキシ系樹脂からなる感光性樹脂のいずれ
    かであることを特徴とする特許請求の範囲1項記載の太
    陽電池。
  3. 【請求項3】 前記基板が絶縁性透明基板であり、且つ
    前記第1電極が金属膜または透明導電膜であり、第2電
    極が金属膜または透明導電膜であることを特徴とする特
    許請求の範囲1または2項記載の太陽電池。
  4. 【請求項4】 前記絶縁性透明基板がガラスもしくは樹
    脂材料からなることを特徴とする特許請求の範囲3項記
    載の太陽電池。
  5. 【請求項5】 前記光電変換層がアモルファスシリコン
    を主成分とする半導体であることを特徴とする特許請求
    の範囲1から4項いずれかに記載の太陽電池。
  6. 【請求項6】 前記発電層の接合形態がp−i−n接合
    構造からなることを特徴とする特許請求の範囲1から5
    項いずれかに記載の太陽電池。
  7. 【請求項7】 前記導電性部材が導電ペーストであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲1から6項いずれかに記
    載の太陽電池。
  8. 【請求項8】 回転塗布法あるいは押し出しコーティン
    グ法により、基板上に前記保護膜として用いる感光性樹
    脂層を形成する工程と該感光性樹脂層をフォトリソグラ
    フィ法により所定のパターンに形成する工程を有するこ
    とを特徴とする太陽電池の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004277708A (ja) * 2003-02-28 2004-10-07 Nitto Denko Corp 樹脂シート、それを用いた液晶セル基板
JP2012244181A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Samsung Electronics Co Ltd 有機保護膜組成物およびこれから製造される有機保護膜を含む薄膜トランジスタ、並びに電子素子
KR20180120372A (ko) * 2017-04-27 2018-11-06 연세대학교 산학협력단 광전 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 바이오 센서 키트

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