JP2001345468A

JP2001345468A - 光起電力素子の製造方法

Info

Publication number: JP2001345468A
Application number: JP2000163912A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuzuki; 幸司都築; Koichi Shimizu; 孝一清水; Tsutomu Murakami; 勉村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光起電力素子の電極構造において集電電極と
金属バスバーとの接続を改善し、安定した光起電力素子
の製造を実現する。【解決手段】導電性被覆層を有する金属ワイヤからな
る複数の集電電極５０４と金属バスバー５０６との接合
に際し、エネルギービームを集電電極５０４に照射して
導電性被覆層を除去し金属ワイヤを露出させ、この露出
部５０５上に金属バスバー５０６を配し、金属バスバー
５０６上から第２のエネルギービームを照射して金属ワ
イヤと金属バスバーとを溶接接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、光起電力素子の製造方
法に関し、特に光起電力素子の集電電極部の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光起電力素子を応用した太陽電池は、火
力発電、水力発電などの既存の発電方法の問題を解決す
る代替エネルギー源として注目されている。

【０００３】太陽電池の種類としては、結晶系太陽電
池、アモルファス系太陽電池、化合物半導体太陽電池
等、多種にわたる太陽電池が研究開発されているが、中
でもアモルファスシリコン太陽電池は、変換効率こそ結
晶系の太陽電池に及ばないものの、大面積化が容易で、
かつ光吸収係数が大きく、また薄膜で動作するなどの結
晶系太陽電池にはない優れた特徴をもっており、将来を
有望視されている太陽電池の一つである。

【０００４】アモルファスシリコン太陽電池の構成とし
ては、例えば、ステンレス等からなる導電性基板の表面
上に、裏面電極、半導体層、受光面電極を順次積層した
構造が公知である。この受光面電極は、例えば透明導電
性酸化物によって形成される。

【０００５】さらに、前記受光面電極の表面上には、電
流を集める為の細い金属からなる集電電極が配設され
る。前記集電電極は、太陽電池の光入射面側に設けられ
るため、その面積はいわゆるシャドーロスとなり、太陽
電池の発電に寄与する有効面積が減少することとなる。
この理由から、前記集電電極は、比較的細い櫛状に形成
されることが多い。すなわち、前記集電電極は、通常細
くかつ長い形状となる為、電気抵抗が小さくなるような
材料選定、及び断面形状の設計が要求される。

【０００６】また更に、前記集電電極の表面上には、前
記集電電極によって集められた電流を集めるために、バ
スバー電極と呼ばれる電極が形成される。バスバー電極
は、前記集電電極に比べてより太い金属で作成される。

【０００７】上述の電極の例としては、特開平８−２３
６７９６号公報に金属ワイヤを使用した集電電極が開示
されている。図８にその一例の概略図を示す。尚、図８
（ａ）は光起電力素子の平面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。

【０００８】図８において、８０１は光起電力素子であ
り、例えばステンレス基板上に裏面電極層、半導体層、
透明電極層が順次形成されており、８０２は光起電力素
子エッジでのショートの影響を回避する為に透明電極層
を除去したラインである。８０３は集電電極であり、直
径５０〜３００μｍの金属ワイヤ８０４の周囲を導電性
ペースト８０５等でコーテイングしたものが、透明電極
層上に固定されている。ここで、導電性ペーストとして
は、光起電力素子面のピンホール等に直接接触しても出
力低下につながるようなショートの無き事、及び金属マ
イグレーションを防止するという観点から、比抵抗１０
^-1〜１０²Ωｃｍ程度のペーストが用いられる。８０６
はさらなる集電の為のバスバー電極と呼ばれるもので、
ワイヤ電極８０３で集められた電流を光起電力素子外が
取り出す目的で設置されている。尚、ワイヤ電極８０３
とバスバー電極８０６の電気的接続はワイヤ周囲の導電
性ペースト８０５を用いて接着接続されている。

【０００９】このような従来構成で、太陽電池の変換効
率としては８〜１０％程度が実用レベルであるが、近年
の太陽電池の変換効率の向上は目覚しいものがあり、と
りわけ変換効率を決定するパラメータの中でも、短絡電
流（いわゆるＩｓｃ）が向上し、１０％を超えるような
半導体膜が開発されている。

【００１０】しかしながら、変換効率が向上し電流量が
増大した場合の大きな問題点は、電流が通過する電極部
分での発電ロスが電流量の２乗に比例して増加してしま
う点である。すなわち、高効率の半導体膜ができたとし
ても、発生した電流を取り出す際に、抵抗の大きい部分
での発電ロスが大きくなってしまい、本来半導体層の持
つ実力の変換効率が大幅にダウンしてしまう点である。
従って太陽電池においては、その発生電流量に応じて、
適宜集電形態を考慮していく必要がある。

【００１１】先の特開平８−２３６７９６号公報で提案
した集電電極形態においては、とりわけバスバー電極と
ワイヤ電極の接合部が、前述の理由によりカーボンペー
ストのような比抵抗の比較的高い材料で形成されている
為、抵抗が高い部分であった。そのため、電流量の増大
に伴い、接合部での抵抗ロスが大きくなり、所望の変換
効率が出ないという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題を解
決する手段としては、バスバー電極とワイヤ電極を直接
レーザーで溶接してしまう方法が考えられる。すなわ
ち、カーボンペースト等の導電性被覆層をカッターやサ
ンドペーパー等で機械的に除去して金属ワイヤを露出し
た後、バスバー電極を重ねて直接溶接する方法である。
このような場合には、ワイヤとバスバー界面に存在する
ものが無くなり、バルク同士の接合となる為、接合部で
の抵抗ロスをもっとも低減でき、高変換効率を実現する
ことが可能である。また、バルク同士の接合は、異種材
料の界面がない為、長期信頼性が高くなるといったメリ
ットもあり、非常に優れた方法である。

【００１３】しかしながら、上記方法においては製造上
以下のような新たな問題が生じることが本発明らの研究
で明らかとなってきた。

【００１４】．金属ワイヤ周囲の導電性被覆層をカッ
ターやサンドペーパー等で除去すると、どうしても個体
差が生じる。すなわち、導電性被覆層の除去が、金属ワ
イヤ表面で終了しているワイヤもあれば、ワイヤの金属
部を少し削ってしまった状態で除去が終了しているワイ
ヤもある。このような個体差があると、ワイヤの高さに
個体差が生じてしまう。金属ワイヤと金属バスバーとを
例えば半田や導電性ペーストで接続する場合には特に問
題は無いが、金属ワイヤと金属バスバーとをレーザー接
合しようとする場合には、ワイヤ高さにばらつきがある
ことによって、バスバーと接触しているワイヤもあれ
ば、削りすぎたことによって接触できないワイヤもあ
り、接触していないワイヤについては溶接不良を起こし
てしまう。その結果、安定した変換効率の達成ができな
くなってしまう。

【００１５】．導電性被覆層を削る際に、その削りか
すが周囲に飛散してしまう。特に、金属部の削りかすが
太陽電池のアクテイブエリア面に飛散した場合には、金
属マイグレーション等の観点から製品の品質を落とす可
能性がある。

【００１６】．上記の問題点を起こすまいとし
て、導電性被覆層の除去作業に人と時間が非常にかかっ
てしまい、製品そのものがコストアップしてしまう。本
発明は、上記問題点を解決する為に、特に導電性被覆層
の除去方法に関して改善したものであり、高効率、高品
質、低コストを安定して実現できる光起電力素子の製造
方法を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意研究開発を重ねた結果、以下のような
光起電力素子の製造方法が最適であることを見出した。

【００１８】すなわち本発明は、導電性被覆層を有する
金属ワイヤからなる複数の集電電極と、前記集電電極と
接続された金属バスバーとを有する光起電力素子の製造
方法において、第１のエネルギービームを集電電極に照
射して導電性被覆層を除去し、金属ワイヤを露出する工
程と、前記露出部上に金属バスバーを配する工程と、前
記金属バスバー上から第２のエネルギービームを照射し
て金属ワイヤと金属バスバーとを溶接接合する工程と、
を含むことを特徴とする。

【００１９】また、前記金属ワイヤの露出工程におい
て、第１のエネルギービームの照射方向を回転ミラーま
たは回転プリズムを用いて変化させると同時に、複数の
集電電極への照射角度が一定となるような手段を設けた
ことを特徴とする。

【００２０】また、前記第１のエネルギービームがＱス
イッチパルスＹＡＧレーザーであることを特徴とする。

【００２１】さらに、前記導電性被覆層がカーボンもし
くはグラファイトを含有することを特徴とする。

【００２２】本発明の製造方法によれば、集電電極の導
電性被覆層の除去手段として第１のエネルギービームを
照射することによって金属ワイヤを露出するようにした
ので、導電性被覆層だけが選択的に除去できるようにな
り、除去具合に個体差が無くなり、ワイヤの高さにもば
らつきがなくなる。その結果、金属バスバーと金属ワイ
ヤが安定して接触し、レーザー溶接での不良をなくすこ
とができる。

【００２３】また、第１のエネルギービームを照射する
ことによる導電性被覆層の除去原理は、導電性被覆層の
みを加熱して昇華させるようにしたので、金属部の削り
かすが出ないだけでなく、導電性被覆層の削りかすも出
なくなり、品質面での安定性を得ることができる。

【００２４】さらに、この方法によっては、短時間で作
業が終了する為、人と時間が節約でき、製品のコストダ
ウンを実現することができる。

【００２５】特に、前記金属ワイヤの露出工程におい
て、エネルギーの照射方向を回転ミラーもしくは回転プ
リズムで変化させるようにした場合には、複数本の集電
電極の導電性被覆層を一挙に除去することができ、か
つ、集電電極への照射角度を一定となるような手段を設
けることによって、導電性被覆層の除去状態が集電電極
の位置に限らず全て同じ除去状態とすることができる。

【００２６】また特に、第１のエネルギーとしてＱスイ
ッチパルスＹＡＧレーザーを使用することで、レーザー
光を照射した時の熱の影響が金属ワイヤに伝わりにくく
なる為、より被覆層のみを選択的に除去できるようにな
る。またＹＡＧレーザーを使用することで、装置を比較
的安価にすることができ、小型で、かつメンテナンスを
容易にすることができる。

【００２７】また特に、導電性被覆層にカーボンもしく
はグラファイトを含有させることによって、第１のエネ
ルギービーム、特に光に対する吸収性が向上し、低エネ
ルギーで除去が可能となる。また、それによって、金属
ワイヤとの除去選択性がさらに向上する。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施態様例を詳細
に説明する。

【００２９】まず、本発明の光起電力素子を図１を用い
て詳述する。

【００３０】図１は、集電電極と金属バスバーの関係を
示す一例の概略図であり、図１（ａ）は光起電力素子の
正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’断面図を
示している。

【００３１】図中、１０１は光起電力素子、１０２は透
明電極層（上部電極）のエッチングラインを表す。ま
た、１０３は集電電極であり、本発明においては金属ワ
イヤ１０４の周囲を導電性被覆層１０５でコーテイング
されたものが用いられている。また、１０６は金属バス
バーを表しており、導電性被覆層１０５が除去された部
分の金属ワイヤ１０４と、溶融接合（溶融接合部１０
７）されている。また、１０８はエッチングライン１０
２の外の領域で金属ワイヤ１０４と光起電力素子１０１
を絶縁する為の絶縁部材を表している。

【００３２】以下に各項目ごとに説明を加える。

【００３３】（集電電極）本発明に係る集電電極として
は、例えば、図２及び図３に示したものが挙げられる。
図２の集電電極は、金属ワイヤ１０４が１種類の導電性
被覆層１０５でコーテイングされた場合である。図３の
集電電極は、金属ワイヤ１０４が２種類の導電性被覆
層、すなわち、第１被覆層１０５ａと第２被覆層１０５
ｂでコーテイングされた場合である。

【００３４】金属ワイヤ１０４は、線材として工業的に
安定に供給されているものが好ましい。また、金属ワイ
ヤ１０４の材質としては、比抵抗が１０^-4Ωｃｍ以下の
金属を用いることが望ましい。例えば、銅、銀、金、白
金、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の材料
が、電気抵抗が低い為好適に用いられる。中でも、銅、
銀、金が電気抵抗が低く、望ましい。また、前記金属ワ
イヤの表面に腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着
性向上、電気的導通の改良などの目的から、薄い金属層
を形成しても良い。金属ワイヤの表面に設ける金属層と
しては、例えば銀、パラジウム、銀とパラジウムの合
金、金などの腐食されにくい貴金属や、ニッケル、錫な
どの耐食性の良い金属が挙げられる。中でも、金、銀、
錫が湿度などの影響を受けにくい為、金属層として好適
に用いられる。金属ワイヤの表面に設ける金属層の形成
方法としては、例えば、メッキ法、クラッド法が好適に
用いられる。

【００３５】前記金属ワイヤの断面形状は、円形であっ
ても矩形であってもよく、所望に応じて適宜選択され
る。前記金属ワイヤの直径は、電気抵抗ロスとシャドウ
ロスの和が最小となる様に設計して選択される値であ
る。具体的には、例えばＪＩＳ−Ｃ−３２０２に示され
るエナメル線用の直径２５μｍから１ｍｍまでの銅線が
好適に用いられる。より好ましくは、その直径を２５μ
ｍ以上２００μｍ以下とすることで光電変換効率の良い
光起電力素子が得られる。２５μｍより細い場合は、ワ
イヤが切れやすく製造が困難となり、また、電気ロスも
大きくなる。また２００μｍより太い場合は、シャドウ
ロスが大きくなったり、または光起電力素子表面の凹凸
が大きくなって表面被覆層に使用するＥＶＡ（エチレン
ビニルアセテート）などの充填材を厚くしなければなら
なくなる。

【００３６】前記金属ワイヤは、公知の伸線機によって
所望の直径に成型して作られる。伸線機を通過した金属
ワイヤは硬質であるが、伸びやすさや曲げやすさなどは
所望の特性に応じて公知の方法でアニールし、軟質にし
てもよい。

【００３７】一方、図２で示す導電性被覆層１０５は単
層構成の被覆層であり、熱硬化性導電性接着剤あるいは
熱可塑性導電性接着剤により形成される。これらは熱圧
着工程により集電電極本体と光起電力素子基板と機械
的、電気的に接続する機能を持つ。

【００３８】また、図３で示す導電性被覆層１０５は、
２層構成の被覆層であり、第１被覆層１０５ａと第２被
覆層１０５ｂから成る。第１被覆層１０５ａは熱硬化性
導電性接着剤により形成され、電極金属の保護、機械
的、電気的な接続を行う。また、電極金属によるマイグ
レーションを防止し、さらに集電電極から光起電力素子
の欠陥部分に流れ込む電流を抑制する機能を持つ。第２
被覆層１０５ｂもまた熱硬化性導電性接着剤により形成
され、熱圧着工程により集電電極本体と光起電力素子基
板と機械的、電気的に接続する機能を持つ。第２被覆層
１０５ｂを構成する導電性接着剤は被覆後に未硬化の状
態としておき、接着工程を経た後、処理をするほうが望
ましい。

【００３９】導電性被覆層１０５は、導電性接着剤から
成り、導電性粒子と高分子樹脂とを分散して得られる。
これらの導電性接着剤の比抵抗としては、光起電力素子
によって発生する電流を集電するのに無視しうる抵抗で
あり、かつ、シャントが生じない様に適度な抵抗値とす
ることが必要であり、具体的には０．１Ωｃｍ以上１０
０Ωｃｍ以下程度が好ましい。０．１Ωｃｍより小さい
場合はシャント封止機能が少なくなり、１００Ωｃｍよ
り大きい場合は電気抵抗ロスが大きくなる為である。

【００４０】導電性粒子は、導電性を付与するための顔
料であり、その材料としては、例えば、カーボンブラッ
ク、グラファイトなどやＩｎ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、
ＩＴＯ、ＺｎＯ及び前記材料に適当なドーパントを添加
した酸化物半導体材料等が好適に用いられる。これらの
材料はマイグレーション性が少ない為、例えば薄膜系の
半導体層を有する太陽電池においても使用可能である、
特に、カーボンブラック及びグラファイトを導電性粒子
として使用した場合には、接着剤自体が黒色化する為、
後述する製造工程での光ビームの吸収がよくなり、金属
ワイヤの露出が容易となる為、好適である。

【００４１】前記導電性粒子の粒径は、形成する前記被
覆層の厚みよりも小さくする必要があるが、小さすぎる
と粒子同士の接触点での抵抗が大きくなる為、所望の比
抵抗が得られなくなる。このような事情から前記導電性
粒子の平均粒径としては０．０２μｍ以上１５μｍ以下
が好ましい。また、異なる２種類以上の導電性粒子を混
合して、比抵抗や導電性樹脂内での分散度を調節しても
よい。

【００４２】前記導電性粒子と前記高分子樹脂とは、所
望の比抵抗を得る為、好適な比率で混合されるが、導電
性粒子を増加すると比抵抗は低くなるが樹脂の比率が少
なくなる為、塗膜としての安定性は悪くなる。また、高
分子樹脂を増加すると導電性粒子同士の接触が不良とな
り、高抵抗化する。従って、良好な比率は、用いる高分
子樹脂と導電性粒子及び所望の物性値によって適宜選択
されるものである。具体的には、導電性粒子が５体積％
から９５体積％とすることで良好な比抵抗が得られる。

【００４３】高分子樹脂としては、金属ワイヤに塗膜を
形成しやすく、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性が
優れた樹脂が好ましい。このような特性をもつ高分子樹
脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂がある。

【００４４】熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタ
ン、エポキシ、フェノール、ポリビニルホルマール、ア
ルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂等が好適な材
料として挙げられる。とりわけ、ウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂はエナメル線用絶縁被覆材料と
して用いられており柔軟性は生産性の面で優れた材料で
ある。

【００４５】熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラー
ル、フェノキシ、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラ
ミン、ブチラール、アクリル、スチレン、ポリエステ
ル、フッ素などが好適な樹脂として挙げられる。とりわ
け、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂が、柔軟性、耐湿性、接着性
の面で優れた材料であり、光起電力素子の集電電極材料
として好適に用いられる。

【００４６】尚、導電性接着剤中には、金属との密着性
を向上させる等の目的で、例えばカップリング剤のよう
な添加剤が混入してあっても何ら構わない。

【００４７】導電性被覆層１０６の厚みとしては、適宜
選択して構わないが、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲が
好ましい。５μｍより薄い場合には、均一にコーテイン
グすることが難しくピンホールが発生しやすくなると同
時に、接着層としての機能が不足することがある。ま
た、３０μｍより厚い場合には、シャドーロスが極端に
大きくなってくる。

【００４８】（金属バスバー）本発明に係る金属バスバ
ー１０６は、集電電極１０３を流れる電流を更に一端に
集める為の集電部である。このような観点から、金属バ
スバーに使用する材料としては、比抵抗が低く、かつ工
業的に安定して供給されている材料が望ましい。

【００４９】このような材料としては、加工性が良く、
安価な銅が好適に用いられる。また、銅を用いる場合に
は、腐食防止、酸化防止等の目的で、表面に薄い金属層
を設けてもよい。この表面金属層としては、例えば、
銀、パラジウム、パラジウムと銀の合金、または金など
の腐食されにくい貴金属や、ニッケル、半田、錫などの
耐食性の良い金属が好適に用いられる。表面金属層の形
成方法としては、例えば作成が比較的容易な蒸着法、メ
ッキ法、クラッド法が好適に用いられる。

【００５０】金属バスバーの厚みは、５０μｍ以上２０
０μｍ以下が好ましい。５０μｍ以上とすることで、光
起電力素子の発生電流密度に十分対応できるだけの断面
積を確保できるとともに、実質上機械的接合部材として
使用することができる。一方、金属バスバーは厚くする
程、抵抗ロスを小さくすることができるが、２００μｍ
以下とすることで表面被覆材によるなだらかな被覆が可
能となる。

【００５１】金属バスバーは、光起電力素子の形態によ
っては何枚設けても良く、特に１枚と限定されるもので
はない。また、ここで用いる金属バスバーは、設ける対
象となる光起電力素子の長さとほぼ同程度の長さを有す
るものが好ましい。形状に関しても特に制限はなく、箔
状、円柱状等を用いることができる。

【００５２】（光起電力素子）本発明は、集電電極と金
属バスバー部の接合に関する発明であることから、本発
明における光起電力素子には特に何ら限定はなく、単結
晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファスの
太陽電池に適用できる以外に、例えば、ショットキー型
の太陽電池にも適用可能である。

【００５３】ここでは代表例として、金属ワイヤが集電
電極としてよく使用されるアモルファスシリコン太陽電
池について詳述する。その一例の断面図を図４に示す。

【００５４】図４は、基板と反対側の表面から光入射さ
せるタイプのアモルファスシリコン系太陽電池の模式的
断面図である。図において、４０１は基板、４０２は下
部電極、４０３、４１３、４２３はｎ型半導体層、４０
４、４１４、４２４はｉ型半導体層、４０５、４１５、
４２５はｐ型半導体層、４０６は透明導電膜からなる上
部電極、４０７は集電電極が用いられるグリッド電極を
表す。

【００５５】基板４０１はアモルファスシリコンのよう
な薄膜の太陽電池の場合に、半導体層を機械的に支持す
る部材であり、かつ電極としても使われる。従って、基
板４０１は、半導体層を成膜する時の加熱温度に耐える
耐熱性が要求されるが導電性のものでも電気絶縁性のも
のでもよい。

【００５６】導電性の材料としては、例えばＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、
Ｐｔ、Ｐｂ、Ｔｉ等の金属またはこれらの合金、例えば
真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボン
シート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられ、電気絶縁性材料
としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネ
ート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩
化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリア
ミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィ
ルムまたはシート又はこれらとガラスファイバー、カー
ボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複
合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に
異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着
法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったもの
及び、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。

【００５７】下部電極４０２は、半導体層４０３、４０
４、４０５、４１３、４１４、４１５、４２３、４２
４、４２５で発生した電力を取り出す為の一方の電極で
あり、半導体層４０３に対してはオーミックコンタクト
となる仕事関数を持つことが要求される。材料としては
例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、ニクロム、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＺｎＯ、ＩＴＯ等のいわゆる金属体または合金及
び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。下部電
極の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を
起こさせる場合にはテクスチャー化してもよい。また、
基板４０１が導電性である場合、下部電極を設けなくて
も良い。下部電極４０２は、例えば、メッキ、蒸着、ス
パッタ等の公知の方法で形成することができる。

【００５８】アモルファス半導体層は、ｎ層４０３、ｉ
層４０４、ｐ層４０５を一組としたシングル構成（図４
の（ａ））だけでなく、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合を２
組または３組重ねたダブル構成（図４の（ｂ））やトリ
プル構成（図４の（ｃ））も好適に用いられる。特に、
ｉ層である４０４、４１４、４２４を構成する半導体材
料としては、ａ−Ｓｉの他に、ａ−ＳｉＧｅ、ａ−Ｓｉ
Ｃ等のいわゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系アモルファス半
導体が挙げられる。アモルファス半導体層の成膜方法と
しては、例えば、蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマ
ＣＶＤ法、マイクロプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱Ｃ
ＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等公知の方法を所望に応じて用い
る。成膜装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装置
等が所望に応じて使用できる。

【００５９】上部電極４０６は、アモルファスシリコン
のようにシート抵抗が高い場合必要であり、かつ、光入
射側に位置する為に透明であることが必要である。かか
る上部電極４０６の材料としては、例えば、ＳｎＯ₂、
Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ₄、ＩＴＯ等の
金属酸化物が挙げられる。

【００６０】（製造方法）次に、本発明に係る光起電力
素子の製造方法の一例として、アモルファスシリコン太
陽電池の場合の製造方法を図５（ａ）〜（ｅ）を用いて
詳述する。図５（ａ）〜（ｅ）は光起電力素子を光入射
側から見た場合の正面図である。

【００６１】（ａ）基板上に下部電極、光起電力層（半
導体層）および上部電極（透明導電膜）が積層された光
起電力素子５０１を任意の大きさで準備する。

【００６２】（ｂ）最表面に位置する透明導電膜を除去
したライン（所謂エッチングライン）５０２を形成す
る。これは、光起電力素子の周辺に存在する短絡箇所
が、素子効率に影響を及ぼさないようにする場合の処理
であって、短絡箇所がない場合や短絡の程度が無視でき
るような場合には特に設ける必要はない。また、光起電
力素子５０１の端部に、例えば両面粘着テープのような
絶縁部材５０３を配置する。絶縁部材５０３は、後に集
電電極や金属バスバーが、光起電力素子５０１の短絡部
と接触してショートすることを防止する目的で配置され
るものであり、ショートの危険性がない場合について
は、エッチングライン同様設ける必要はない。

【００６３】（ｃ）次に、導電性被覆層を有する金属ワ
イヤからなる集電電極５０４を適当なピッチ間隔で透明
導電層上に載置する。この時点では、光起電力素子の端
部の絶縁部材５０３上のみで集電電極５０４は固定され
ている。

【００６４】（ｄ）さらに、後工程で金属バスバーを載
置する位置の導電性被覆層を除去する為に、第１のエネ
ルギービームを照射することによって、金属ワイヤを露
出（５０５部）させる。

【００６５】第１のエネルギービームの出力強度は、小
さすぎると被覆層が除去できず、逆に大きすぎると絶縁
部材５０３に損傷が起きたり、金属ワイヤが溶融してし
まう為、適宜選択することによって、導電性被覆層だけ
が選択的に除去され、金属面を綺麗に露出することが可
能である。

【００６６】ここで、第１のエネルギービームとは電子
線、イオン線、レーザー等であるが、装置が簡易になる
点からレーザーが好適である。レーザーを使用する場合
においては、導電性被覆層を構成する導電フィラーがカ
ーボンもしくはグラファイトであると、レーザーに対す
る吸収性が良好であるため、低エネルギーで容易かつ確
実に除去が可能となる。中でも導電フィラーがカーボン
もしくはグラファイトで、レーザーがＱスイッチＹＡＧ
レーザーである場合が選択除去性の観点から好適であ
る。

【００６７】このような除去工程をさらに詳しく説明す
る為の概略図を図６に示す。

【００６８】図６では、６０１がレーザー、６０２がＸ
軸ガルバノメータ、６０３がＹ軸ガルバノメータ、６０
４がｆθレンズ、６０６が断面方向から見た集電電極を
示している。

【００６９】６０１から発振されたレーザービームは、
回転ミラーもしくは回転プリズムを使用したガルバノメ
ータ等でスキャンすることにより、複数の集電電極の導
電性被覆層を高速で除去することが可能である。また、
この時に図６で示すように、集電電極が固定された素子
自体をＲに曲げる等の手段を用いることが好適である。
こうすることで、全てのワイヤに対してレーザーの照射
方向が同じとなり、図７で示すように導電性被覆層の除
去部が光起電力素子の基板に対して同じ角度で形成する
ことができる。

【００７０】基板にＲをつけない場合においては、光起
電力素子の幅が小さい場合にはそれほど問題とならない
が、基板の幅が広い場合には、端の方に位置するワイヤ
程、被覆層の除去部が斜めに形成されてしまうため、金
属ワイヤの上部に導電性被覆層が存在する場合が生じて
しまい、これまたワイヤの高さがばらつく原因となって
しまう。従って、導電性被覆層の除去の際には、集電電
極の照射角度が全ての集電電極に対して一定となるよう
な手段を設けることが非常に好ましい。

【００７１】（ｅ）さらに、図５（ｅ）に示すように金
属ワイヤが露出した部分５０５上に、金属バスバー５０
６を配置し、金属バスバー側から金属ワイヤの存在して
いる位置に第２のエネルギービームを照射することによ
って金属ワイヤと金属バスバーとを溶接接合する。

【００７２】この時に使用する第２のエネルギービーム
としては、電子線、イオン線、レーザー等を用いること
ができるが、ここでも第１のエネルギービームと同様レ
ーザーが好適であり、中でも溶接に必要な大出力が比較
的容易に引き出せるパルスＹＡＧレーザー、炭酸ガスレ
ーザーが好適である。

【００７３】ここで、第２のエネルギービームが金属バ
スバーに吸収しやすくする為に、金属バスバー上にエネ
ルギーを吸収しやすい媒体を設けることは何等問題では
ない。媒体としては、例えば黒色のインキ等が好適であ
る。

【００７４】溶接が終了すると、光起電力素子全面を加
熱及び加圧し、導電性被覆層を硬化して集電電極を透明
導電層上に固定することによって、電極の取り付けが終
了する。

【００７５】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例により限定されるもので
はない。

【００７６】まず、実施例及び比較例で使用した集電電
極について説明する。

【００７７】（集電電極の作成）集電電極としては、図
３で示すように金属ワイヤの周囲に導電性被覆層が２層
コートされたものを作成した。

【００７８】金属ワイヤ１０４として、直径１００μｍ
の銀クラッド銅ワイヤ（直径９８μｍの周囲に銀を１μ
ｍの厚みでクラッドしたもの）を準備した。

【００７９】次に、第１被覆層１０５ａとして、カーボ
ン入りウレタン系樹脂ペースト（自社製）をワイヤの周
囲に５μｍ±１μｍの厚みで塗布した。第１被覆層につ
いては、塗布後にＩＲオーブンにて標準硬化条件である
２８０℃１分の履歴を通すことによって、完全な硬化膜
を作成した。

【００８０】次に、別のカーボン入りウレタン系樹脂ペ
ースト（自社製）を使用して、第２被覆層１０５ｂを形
成した。第２被覆層は、２０μｍ±１μｍの厚みで塗布
を行い、１２０℃１分の条件で乾燥した。この条件は、
ペースト中に存在する硬化剤の解離温度以下であって、
第２被覆層は単に溶剤が揮発してタックが無くなった状
態にある。

【００８１】このようにして、直径１５０μｍの集電電
極を作成した。

【００８２】（実施例１）本実施例では、図４（ｃ）に
示す層構成でｐｉｎ型トリプル構成のアモルファス太陽
電池Ａを作成した。

【００８３】まず、十分に脱脂、洗浄したＳＵＳ４３０
ＢＡ基板４０１を不図示のＤＣスパッタ装置に入れＡｇ
を４５０ｎｍ堆積し、その後ＺｎＯを１０００ｎｍ堆積
して下部電極４０２を形成した。基板を取り出し、不図
示のマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置に入れ、ｎ層４
０３にシリコン層、ｉ層４０４にシリコンゲルマニウム
層、ｐ層４０５にシリコン層の順でボトム層を形成し
た。次に、同様にしてｎ層４１３にシリコン層、ｉ層４
１４にシリコンゲルマニウム層、ｐ層４１５にシリコン
層の順でミドル層を順次形成し、更に、ｎ層４２３、ｉ
層４２４、ｐ層４２５の順で全てシリコン層のトップ層
を形成し、半導体層を堆積した。その後、不図示のスパ
ッタ装置に入れ、反射防止効果を兼ねた機能を有する透
明導電膜４０６としてＩＴＯを７０ｎｍ成膜した。

【００８４】以上のようにして下部電極、光起電力層
（半導体層）および上部電極（透明導電膜）を積層した
太陽電池基板を用いて、図５に示すように光起電力素子
を製造した。

【００８５】まず、太陽電池基板５０１（図５（ａ））
を、大きさは３０ｃｍ×３０ｃｍでセルの有効面積が９
００ｃｍ²となるように塩化第２鉄を主成分とするエッ
チングペーストと市販の印刷機を用い不要部分の透明導
電膜を除去した。次に有効面積外であって、対向する２
辺の位置に図５（ｂ）で示すような絶縁部材５０３を設
けた。絶縁部材５０３としては、厚み１００μｍのポリ
イミド基材両面粘着テープを添付することによって形成
した。

【００８６】次に前述の集電電極ワイヤを３０ｃｍ程度
の長さに切断し、図５（ｃ）のように載置した。集電電
極ワイヤは、６ｍｍの間隔で５０本載置し、その両端部
分は粘着テープの粘着力により固定した。

【００８７】その後、図６に示すような装置を使用し
て、基板は曲げずに水平に保ったままレーザー光を照射
し、２ｍｍ長だけワイヤの被覆層を除去し、銀クラッド
銅ワイヤを露出させた（図５（ｄ））。このとき、レー
ザーとしてはＱスイッチＹＡＧレーザーを使用した。レ
ーザーの照射条件としては、出力３０Ｗ、パルス周波数
１２ｋＨｚ、スキャン速度１２００ｍｍ／秒で行った。

【００８８】次に、銀クラッドワイヤが露出した部分５
０５の上から両面粘着テープ５０３と平行に金属バスバ
ー５０６を図５（ｅ）のように載置した。金属バスバー
としては、厚み１００μｍの銀メッキ銅を用いた。さら
に、銀メッキ銅表面で下にワイヤの存在する位置を、黒
マジック（登録商標）で黒色化した。

【００８９】その後、黒マジック部の真上からＹＡＧレ
ーザー光を照射し、金属ワイヤと金属バスバーとを溶接
接合していった。レーザー光の照射条件は、単発のパル
ス波形でエネルギーは３Ｊ、パルス幅は１．５ｍｓｅ
ｃ、モードはシングルモードを使用し直径０．６ｍｍの
グレーテッドインデックスファイバーを使用してファイ
バーの先のレンズで焦点を合わせた。焦点深度は５６ｍ
ｍであり、スポット径は約５００μｍであった。

【００９０】溶接終了後、太陽電池全体を不図示の加熱
装置にて加熱圧着することによって、集電電極ワイヤー
をＩＴＯ上に接着固定した。加熱条件は２００℃４５
秒、圧力は９８０６６．５Ｐａ（Ｇａｕｇｅ）で行っ
た。

【００９１】以上の工程によって、アモルファス太陽電
池Ａを３個作成した。

【００９２】完成したアモルファス太陽電池Ａを、ＡＭ
１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃ
ｍ²の光量の擬似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）
を用いて、変換効率を測定したところ、３つとも１２．
９％と良好な特性が得られ、ばらつきも少なかった。

【００９３】さらに、測定後に金属バスバーを金属ワイ
ヤから剥離することによって、溶接状態の観察を行った
ところ、３００箇所全ての溶接箇所で溶接痕が認めら
れ、溶接が安定してできていることが確認された。

【００９４】（実施例２）実施例２では、アモルファス
太陽電池Ｂを３個作成した。

【００９５】実施例２では、レーザーでワイヤの被覆層
を除去する工程において、ワイヤへのレーザーの照射方
向が全てのワイヤに対して同じとなるように基板にＲを
つけた点だけが実施例１とは異なっており、その他は実
施例１と同様に作成した。

【００９６】完成したアモルファス太陽電池Ｂを、同様
のシミュレータを用いて変換効率の測定をしたところ、
３つの太陽電池とも１３．０％という特性が得られ、実
施例１で作成したアモルファス太陽電池Ａと比較する
と、０．１％程効率が上昇した結果が得られた。これ
は、被覆層を除去する工程で基板にＲをつけたことによ
り、被覆層の除去が一定化し、安定した接合ができた為
であると推測される。

【００９７】また、実施例１と同様に、測定後に金属バ
スバーを金属ワイヤから剥離したところ、全ての箇所で
良好な溶接が観察された。

【００９８】（比較例１）比較例１では、アモルファス
太陽電池Ｃを３個作成した。

【００９９】比較例１では、レーザーでワイヤの被覆層
を除去する代わりに、絶縁テープ上にワイヤを載置した
後カッターで被覆層の除去を行った点だけが実施例１と
は異なっており、その他は実施例１と同様に作成した。

【０１００】ワイヤの被覆層をカッターで除去する工程
では、除去した被覆層の削りかすと、金属ワイヤの削り
かすが周囲に飛散し、絶縁テープ上に多量に付着してし
まった為に、その除去作業にかなりの時間を費やした。

【０１０１】完成したアモルファス太陽電池Ｃを、同様
のシミュレータを用いて変換効率の測定をしたところ、
１２．１％、１２．５％、１２．２％という特性が得ら
れた。この値は、実施例１で作成したアモルファス太陽
電池Ａと比較すると、変換効率がかなり低い値を示して
いるうえに、ばらつきが大きく、安定していないことが
明らかである。

【０１０２】また、実施例１と同様に、測定後に金属バ
スバーを金属ワイヤから剥離したところ、所々に全く溶
接されていない部分が観察された。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の製造
方法によって金属ワイヤと金属バスバーの接合状態が安
定し、変換効率の高い光起電力素子を得ることができ
た。加えて、本発明の製造方法によっては、削りかすの
問題が解消される為、光起電力素子の品質を向上できる
と共に、コスト面での効果をもたらすこともできた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の光起電力素子の概略図で
ある。

【図２】集電電極の模式的概略図である。

【図３】集電電極の模式的概略図である。

【図４】本発明に好適に用いられるアモルファスシリコ
ン系太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。

【図５】本発明の光起電力素子の製造方法を説明する概
略図である。

【図６】本発明の導電性被覆層除去工程を説明する為の
概略図である。

【図７】本発明の被覆層除去状態を示すための概略図で
ある。

【図８】従来の光起電力素子の概略図である。

【符号の説明】

１０１、４００、５０１、８０１光起電力素子（太陽
電池基板）１０２、５０２、８０２エッチングライン１０３、４０７、５０４、６０５、８０３集電電極１０４、８０４金属ワイヤ１０５、８０５導電性被覆層１０６、５０６、８０６金属バスバー１０７溶融接合部１０８、５０３、８０８絶縁部材４０１基板４０２下部電極４０３、４１３、４２３ｎ型半導体層４０４、４１４、４２４ｉ型半導体層４０５、４１５、４２５ｐ型半導体層４０６上部電極５０５被覆層除去部６０１ＹＡＧレーザー６０２Ｘ軸ガルバノメータ６０３Ｙ軸ガルバノメータ６０４ｆθレンズ

フロントページの続き (72)発明者村上勉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 AC01 BH00 CA03 DA09 DA16 5F051 AA03 AA05 BA12 FA13 FA14 FA16 FA17 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性被覆層を有する金属ワイヤからな
る複数の集電電極と、前記集電電極と接続された金属バ
スバーとを有する光起電力素子の製造方法において、第１のエネルギービームを集電電極に照射して導電性被
覆層を除去し、金属ワイヤを露出する工程と、前記露出部上に金属バスバーを配する工程と、前記金属バスバー上から第２のエネルギービームを照射
して金属ワイヤと金属バスバーとを溶接接合する工程
と、を含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】前記金属ワイヤの露出工程において、第
１のエネルギービームの照射方向を回転ミラーまたは回
転プリズムを用いて変化させると同時に、複数の集電電
極への照射角度が一定となるような手段を設けたことを
特徴とする請求項１に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項３】前記第１のエネルギービームがＱスイッ
チパルスＹＡＧレーザーであることを特徴とする請求項
１又は２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項４】前記導電性被覆層がカーボンもしくはグ
ラファイトを含有することを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法。