JP2002076392A - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
少ない。 【構成】 絶縁基板10上に形成された光起電力モジュ
ールと、基板10に設けられたモジュールの導電ペース
ト端子50a、50dに連通する穴10a、10dと、
この穴を介して導電ペースト端子50a、50dと電気
接続する導電材料52と、基板10の裏面側を被う保護
樹脂フィルム82とを備え、保護樹脂フィルム82にお
いて、導電材料52と対向する位置に、導電材料52の
裏面側形状より大きい開口85a、85dを有する。ま
た、絶縁基板10上に形成された光起電力モジュール
と、モジュールの導電ペースト50a、50d上に設け
られ、これと導通する導電材料53と、モジュールの表
面側を被う保護樹脂フィルム81とを備え、保護樹脂フ
ィルム81において、導電材料53と対向する位置に、
導電材料53の表面側形状より大きい開口81a、81
dを有する。
Description
する。
ては、ポリイミド等の絶縁樹脂基板110上に、第1電
極層20、半導体光活性層30及び透明導電層40を積
層した発電領域A〜Dをその外周部で直列に電気接続し
た光起電力モジュール200を備えている。モジュール
200の裏面及び表面には、PET等の保護樹脂フィル
ム181、182を、EVA等の接着層183、184
を介して、設置している。
ペースト等からなる出力端子150a、150dに導か
れている。そして、光起電力装置の裏面側においては、
出力端子150a、150dに連通する保護樹脂フィル
ム182及び基板110に設けられた開口185a、1
85dを備え、開口185a、185d内部及びこの開
口185a、185d外周の保護樹脂フィルム182上
に配置された導電ペースト等からなる導電材料152、
152を配置している。
装置において、完成後に、裏面側の導電材料152よ
り、出力がない又は低い不良が発生することがあった。
これら不良の光起電力装置においては、導電材料152
の内部で、断線状態であることが判明した。
る。導電材料152は、導電ペーストからなるものであ
り、ポリイミド、フェノール又はエポキシ系のバインダ
ーに銀、ニッケル、カーボン又はアルミニウム等の導電
性粉末を含む原材料を、スクリーン印刷によりパターニ
ングされた後、約150℃で熱乾燥して形成している。
10、接着層184、保護樹脂フィルム182を通過し
て、導電材料152が配置されている。従って、熱乾燥
の加熱時において、各材料が膨張し、常温に戻ったと
き、各材料が収縮するので、導電材料152にストレス
が加わることになり、導電材料152において部分的に
クラックのような亀裂が入って、導電性粉末間での導電
が断たれ、断線状態になると考えられる。
太陽光下での加熱状態、夜間等の太陽光がないときの低
温状態での各材料の膨張、収縮によっても、導電材料1
52にストレスが加わり、断線状態になる。
に成されたものであり、出力を外部に導く導電材料が断
線することが少ない光起電力装置を提供することを目的
とする。
絶縁基板上に形成された光起電力モジュールと、前記モ
ジュールの出力端子と電気接続され、前記基板の一方の
面側に配置された導電材料と、前記モジュールの前記面
側を被う保護層とを備え、前記保護層において、前記導
電材料と対向する位置に、前記導電材料の前記面側形状
より大きい開口を有することである。
置の構造及び製造方法の第1実施例を、図1〜8を用い
て詳細に説明する。まず、図1〜6を用いて、基板上に
形成される光起電力モジュールの構造、製造方法を説明
し、図7、8を用いて、本発明の特徴である導電材料、
開口を有する保護層である保護樹脂フィルムについて説
明をする。
し、図1(a)に示されるように、基板10は、矩形状
の可撓性を有するポリイミド等の樹脂からなるフィルム
の基板である。図1(a)において、一点鎖線で囲まれ
た11、11・・・は、各々、光起電力装置が形成され
る基板領域である。図1(b)は、基板10の左下コー
ナー近傍を示し、2点鎖線でで区分されたA〜Dは、後
述する第1電極層、半導体光活性層及び透明電極層の積
層体で構成される発電領域である。また、ATは正極端
子領域、DTは負極端子領域である。
板10の左下コーナー近傍の光起電力装置の製造方法を
開示し、他の光起電力装置の製造方法はこれと同一なた
め、説明を省略する。
に対応した第1電極層20a〜20dが分割配置され
る。これら第1電極層20a〜20dは、各々中心角が
略90°の扇形の形を有し、これらは相互の間に所定間
隔を隔てて全体として円形をなすように配置されてい
る。更に、第1電極層20a〜20cの各々は、これら
に隣接する発電領域B〜Dの外方に延在する接続部20
ae、20be、20ceを有している。ここで、第1
電極層20a〜20dは、厚さ約0.1〜1.0μm
で、タングステン、アルミニウム、チタン、ニッケル、
銅等の金属膜からなる。また、負極端子領域DTにおい
ては、第1電極層20dが延出して配置される。一方、
正極端子領域ATにおいては、第1電極層は配置されな
い。
略全面に、アモルファスシリコン、アモルファスシリコ
ンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム等を
pnまたはpinに積層した半導体光活性層30(厚さ
約0.3〜1.0μm)を形成する。その後、半導体光
活性層30上の略全面に、後述する透明電極層を構成す
る透明電極膜40を形成する。この透明導電膜40は、
酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸
化錫(SnO2)等の透明導電膜(厚さ約0.3〜1.
0μm)からなる。
0be、20ce上に位置する透明導電膜40上より、
YAGレーザ光(波長1.06μm)を、基板10の辺
に沿って、直線的に走査して、第1電極層の接続部20
ae、20be、20ceと透明導電膜40とを、各
々、溶着して電気接続する。溶着された部分は、直径約
50〜80μmのスポット形状であり、図3において、
点線15で示される。ここで、基板10上において、図
1で説明した基板領域11、11・・・の位置に、本実
施例の製造途中の光起電力装置が配置されることになる
ので、上述の如くYAGレーザ光を直線的に走査するこ
とにより、他の製造途中の光起電力装置においても、第
1電極層の接続部と透明導電膜40とが電気接続され
る。ここにおいては、YAGレーザ光を直線的に走査し
ているが、これに代わって、第1電極層の接続部20a
e、20be、20ce上にのみ、スポット照射が可能
なレーザ装置を用いて、溶着して電気接続することもで
きる。
ザ等のエネルギービームを照射することにより、基板1
0、半導体光活性層30、透明導電層40等を貫通する
円形穴10a、10d(直径約0.1mm)を形成す
る。
膜40上において、正極端子領域ATに、光起電力モジ
ュールの出力端子である導電ペースト端子50a、負極
端子領域DTに、光起電力モジュールの出力端子である
導電ペースト端子50dを、各々、形成する。これら導
電ペースト端子50a、50dは、次のようなスクリー
ン印刷方法により形成されたものである。この導電性ペ
ーストは、ポリイミド、フェノール又はエポキシ系のバ
インダーに銀、ニッケル又はアルミニウム等の粉末を含
むもので、スクリーン印刷によりパターニングされた
後、150℃で乾燥され、高さ約10〜20μmに形成
される。また、このようにスクリーン印刷方法を用いる
ことにより、図に示すように、穴10a、10dの内部
にも、導電ペースト材料を配置することができる。
Dに対応した形状の可視光を透過し紫外光を透過しない
透光性保護膜60a〜60dを配置する。また、端子領
域ATにおいては、透光性保護膜60aが延長して存在
しており、更に、端子領域DTにおいては、透光性保護
膜60dとは分離して、略円形の透光性保護膜60dt
が配置される。この透光保護膜は、ポリエチレンテレフ
タレート(PET)樹脂の原材料をスクリーン印刷して
パターニングされ、熱乾燥して形成される(膜厚約3〜
6μm)。ここで、各透光性保護膜の間は、約0.2m
m以上にすることが望ましく、実施例では、約0.4mm
に設定した。
0上の略全面に、シートビーム状の紫外光レーザ光であ
るエキシマレーザ光(KrFレーザ光)を走査すること
により、基板10上の略全面にエキシマレーザ光を照射
する。
透過しない透光性保護膜60a〜60d、60dtに覆
われていない、露出した透明導電膜40が除去される。
これにより、透光性保護膜60a〜60d、60dtの
各々に対応した透明導電層40a〜40d、40dtが
形成される。ここで、エキシマレーザ光の条件は、露出
する透明導電膜40が十分除去できるように、走査スピ
ード、シートビームの幅等を考慮して、決定される。実
施例では、透明導電膜40が700ÅのITOを用い
て、KrFレーザ光の条件を、出力1.0〜1.6J/
パルス、シート長150mm、シート幅0.4mm、3
0Hzのパルス、走査スピード12mm/秒として、露出
する透明導電膜40であるITOを十分に除去できた。
c、40dは、第1電極層の接続部20ae、20b
e、20ceと半導体光活性層30を挟んで対向する接
続部40be、40ce、40deを有し、各々、図3
の工程において溶着されて、隣接する第1電極層と電気
接続されている。
域A〜Dの外周部、各発電領域間、端子領域AT、DT
上に、保護部材70、71、70at、70dtを、ス
クリーン印刷法を用いて、配置する。この樹脂部材の材
料として、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート
(PET)樹脂等が利用でき、膜厚約2〜10μmに形
成される。なお、保護部材は、透明または着色したもの
が利用でき、茶色に着色された保護部材を利用するな
ら、アモルファスシリコンの半導体光活性層30と同系
色となり、光起電力装置の受光面での色のコントラスト
が少なくなるので、これを時計の電源として利用したと
き等に、外観を良好にすることができる。
モジュールが形成されたことになる。
例の特徴である導電材料、開口を有する保護層である保
護樹脂フィルムについて説明する。図7に示す工程にお
いて、まず、基板10の表面上に、保護層としてフィル
ム状の透明な表面側保護樹脂フィルム81を形成する。
保護樹脂フィルム81は、ポリエチレンテレフタレ−ト
(=PET、熱膨張係数17×10-6cm/cm/℃)等か
らなる厚さ約25〜1000μmのフィルム体であり、
エチレン−酢酸ビニル共重合体(=EVA、熱膨張係数
110〜220×10-6cm/cm/℃)等の熱可塑性樹脂
からなる接着層83(厚み約20〜100μm)が片面
に被着されており、熱ローラ間を通過させることによっ
て、表面側保護樹脂フィルム81をラミネ−トして形成
する。具体的には、表面側保護樹脂フィルム81に厚さ
50μmのPETを利用している。
及びその外周の基板10裏面上に、導電性ペーストから
なる導電材料52を配置する。導電材料52は、ポリイ
ミド、フェノール又はエポキシ系のバインダーに銀、ニ
ッケル、カーボン又はアルミニウム等の導電性粉末を含
む原材料を、スクリーン印刷によりパターニングされた
後、約150℃で熱乾燥して形成している。裏面側より
見たとき、導電材料52は直径約1.2mmの円形であ
る。
としてフィルム状の透明な裏面側保護樹脂フィルム82
を形成する。この保護樹脂フィルム82は、ポリエチレ
ンテレフタレ−ト(=PET、熱膨張係数17×10-6
cm/cm/℃)等からなる厚さ約25〜1000μmのフ
ィルム体であり、エチレン−酢酸ビニル共重合体(=E
VA、熱膨張係数110〜220×10-6cm/cm/℃)
等の熱可塑性樹脂からなる接着層84(厚み約20〜1
00μm)が片面に被着されており、熱ローラ間を通過
させることによって、裏面側保護樹脂フィルム82をラ
ミネ−トして形成する。具体的には、裏面側保護樹脂フ
ィルム82に厚さ25μmのPETを利用している。
いては、予め、裏面側形状が直径約1.2mmの導電材
料52に対向する位置に、この導電材料52より大きい
円形の開口85a、85d(直径約3mm)が設けられ
ている。よって、開口85a、85d内部に、導電材料
52が配置されることになる。
Dの外周部に配置された樹脂部材70の外周近傍にて、
本実施例の光起電力装置をトムソンタイプカッター法等
により打ち抜くことにより、基板10より、個々の光起
電力装置を完成することができる。同時に、光起電力装
置の中央部の開穴12を打ち抜くことにより、この光起
電力装置が時計用の電源として用いられるとき、時計の
針の軸が通る開穴として利用できる。
方法においては、熱膨張の異なる材料である基板10、
接着層84、保護樹脂フィルム82を利用しているにも
係わらず、保護樹脂フィルム82の開口85a、85d
内に、導電材料52が配置されることになるので、光起
電力装置の使用時において、膨張、収縮が発生する場合
でも、保護樹脂フィルム82、接着層84の膨張、収縮
によるストレスが、導電材料52に加わることがないの
で、導電材料52が断線することが少ない。また、第1
実施例の製造方法においては、保護樹脂フィルム82の
形成に先立ち、導電ペーストを印刷、熱乾燥して導電材
料52を形成しているので、上記従来の技術の問題点の
ような、導電材料の形成時の熱により、保護樹脂フィル
ム82が膨張、収縮し、導電材料が断線する問題が発生
しない。
第1実施例においては、裏面側より出力を取り出すよう
に導電材料52を配置しているが、第2実施例において
は、表面側より出力を取り出す構造であり、図9〜10
を用いて説明する。本第2実施例は、上記第1実施例の図
3に示す工程において円形穴10a、10dを設けるこ
となく、図6までは略同じ構造、製造方法を採用してい
る。
異なっており、図9に示す中間体が製造される。図に示
すように、透光性保護膜60aは、導電ペースト端子5
0a上に開口60h(直径約1mm)を有し、透光性保
護膜60dtは、導電ペースト端子50d上に開口60
h(直径約1mm)を有している。そして、これら開口
60hに連通するように、保護部材70atは、開口7
0hを有し、保護部材70dtは開口70hを有してい
る。従って、導電ペースト端子50a、50dは、基板
10の上側に露出することになる。また、導電ペースト
端子50dの形成に先立ち、負極端子領域DTにおい
て、半導体光活性層30を介して対向して配置された第
1電極層20dと透明導電層40dtとはYAGレーザ
等のエネルギービームを用いて溶着されている。
内、及びその穴外周の保護部材70at、70dt上
に、導電性ペーストからなる導電材料53を配置する。
導電材料53は、ポリイミド、フェノール又はエポキシ
系のバインダーに銀、ニッケル、カーボン又はアルミニ
ウム等の導電性粉末を含む原材料を、スクリーン印刷に
よりパターニングされた後、約150℃で熱乾燥して形
成している。表面側より見たとき、導電材料53は直径
約1.2mmの円形で、このようなスクリーン印刷工程
を用いることにより、、穴60h、70h内にも導電材
料53を配置することができる。
0の表面上に、保護層としてフィルム状の透明な表面側
保護樹脂フィルム81を形成する。保護樹脂フィルム8
1は、ポリエチレンテレフタレ−ト(=PET、熱膨張
係数17×10-6cm/cm/℃)等からなる厚さ約25〜
1000μmのフィルム体であり、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体(=EVA、熱膨張係数110〜220×1
0-6cm/cm/℃)等の熱可塑性樹脂からなる接着層83
(厚み約20〜100μm)が片面に被着されており、
熱ローラ間を通過させることによって、表面側保護樹脂
フィルム81をラミネ−トして形成する。具体的には、
表面側保護樹脂フィルム81に厚さ50μmのPETを
利用している。
いては、予め、表面側形状が直径約1.2mmの導電材
料53に対向する位置に、この導電材料53より大きい
円形の開口81a、81d(直径約2mm)が設けられ
ている。よって、開口81a、81d内部に、導電材料
53が配置されることになる。次に、基板10の裏面上
全面に、保護層としてフィルム状の透明な裏面側保護樹
脂フィルム82を形成する。この保護樹脂フィルム82
は、ポリエチレンテレフタレ−ト(=PET、熱膨張係
数17×10-6cm/cm/℃)等からなる厚さ約25〜1
000μmのフィルム体であり、エチレン−酢酸ビニル
共重合体(=EVA、熱膨張係数110〜220×10
-6cm/cm/℃)等の熱可塑性樹脂からなる接着層84
(厚み約20〜100μm)が片面に被着されており、
熱ローラ間を通過させることによって、裏面側保護樹脂
フィルム82をラミネ−トして形成する。具体的には、
裏面側保護樹脂フィルム82に厚さ25μmのPETを
利用している。その後、第1実施例の図8と同様に、発
電領域A〜Dの外周部に配置された樹脂部材70の外周
近傍にて、本第2実施例の光起電力装置をトムソンタイ
プカッター法等により打ち抜くことにより、基板10よ
り、個々の光起電力装置を完成することができる。同時
に、光起電力装置の中央部の開穴12を打ち抜くことに
より、この光起電力装置が時計用の電源として用いられ
るとき、時計の針の軸が通る開穴として利用できる。
方法においては、熱膨張の異なる材料である基板10、
接着層83、保護樹脂フィルム81を利用しているにも
係わらず、保護樹脂フィルム81の開口81a、81d
内に、導電材料53が配置されることになるので、光起
電力装置の使用時において、膨張、収縮が発生する場合
でも、保護樹脂フィルム81、接着層83の膨張、収縮
によるストレスが、導電材料53に加わることがないの
で、導電材料53が断線することが少ない。また、第2
実施例の製造方法においては、保護樹脂フィルム81の
形成に先立ち、導電ペーストを印刷、熱乾燥して導電材
料53を形成しているので、上記従来の技術の問題点の
ような、導電材料の形成時の熱により、保護樹脂フィル
ムが膨張、収縮し、導電材料が断線する問題が発生しな
い。
装形態の利点を説明する。図11に示すように、本発明
の完成した複数の光起電力装置1、1・・・(図11
(b)参照)を、底を有する円筒状容器2に収納して、
輸送、保管する場合に、利点がある。第1実施例の光起
電力装置1であるなら、図12(b)に示すように、保
護樹脂フィルム82の開口85内に、導電材料52が配
置されているので、複数の光起電力装置1を重ねて収納
しても、略鉛直にまっすぐに重ねることができる。ま
た、第2実施例の光起電力装置においても、同様に、略
鉛直にまっすぐに重ねることができる。
光起電力装置3、3・・・においては、保護樹脂フィル
ム182の裏面上に、盛り上がって導電材料152が配
置されているので、複数の光起電力装置3を重ねると傾
斜し、安定して、容器2の中に収納することが困難であ
る。
は、熱膨張の異なる材料である基板、保護層を利用して
いるにも係わらず、保護層の開口内に、導電材料が配置
されることになるので、光起電力装置の使用時におい
て、膨張、収縮が発生する場合でも、保護層の膨張、収
縮によるストレスが、導電材料に加わることがないの
で、導電材料が断線することが少ない。
層の形成に先立ち、導電材料を形成している。従って、
例えば、導電材料に導電ペーストを利用する場合、印
刷、熱乾燥する工程を利用するが、保護層の形成に先立
ち導電材料を形成しているので、上記従来の技術の問題
点のような、導電材料の形成時の熱により、保護層であ
る保護樹脂フィルムが膨張、収縮し、導電材料が断線す
る問題が発生しない。
面図である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A断面図
である。
あり、(a)は従来の光起電力装置の包装形態、(b)
は本発明の光起電力装置の包装形態である。
図、(b)は(a)におけるA−A断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 絶縁基板上に形成された光起電力モジュ
ールと、 前記基板に設けられた前記モジュールの出力端子に連通
する穴と、 この穴を介して前記出力端子と電気接続するように前記
基板の裏面側に配置された導電材料と、 前記基板の裏面側を被う保護層とを備え、 前記保護層において、前記導電材料と対向する位置に、
前記導電材料の裏面側形状より大きい開口を有すること
を特徴とする光起電力装置。 - 【請求項2】 絶縁基板上に形成された光起電力モジュ
ールと、 前記モジュールの出力端子と電気接続され、前記基板の
表面側に配置された導電材料と、 前記モジュールの表面側を被う保護層とを備え、 前記保護層において、前記導電材料と対向する位置に、
前記導電材料の表面側形状より大きい開口を有すること
を特徴とする光起電力装置。 - 【請求項3】 絶縁基板上に形成された光起電力モジュ
ールと、 前記モジュールの出力端子と電気接続され、前記基板の
一方の面側に配置された導電材料と、 前記モジュールの前記面側を被う保護層とを備え、 前記保護層において、前記導電材料と対向する位置に、
前記導電材料の前記面側形状より大きい開口を有するこ
とを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項4】 前記基板は樹脂材料よりなり、前記保護
層は樹脂フィルムであることを特徴とする請求項1、2
又は3の光起電力装置。 - 【請求項5】 絶縁樹脂基板上に形成された光起電力モ
ジュールの出力端子に連通する穴を前記基板に形成する
工程と、 この穴を介して前記出力端子と電気接続するように前記
基板の裏面側に導電材料を配置する工程と、 前記基板の裏面側において、前記導電材料と対向する位
置に、前記導電材料の裏面側形状より大きい開口を有す
る保護層を形成する工程と、を備えることを特徴とする
光起電力装置の製造方法。 - 【請求項6】 絶縁基板上に形成された光起電力モジュ
ールの出力端子と電気接続する導電材料を、前記基板の
表面側に配置する工程と、 前記基板の表面側において、前記導電材料と対向する位
置に、前記導電材料の表面側形状より大きい開口を有す
る保護層を形成する工程と、を備えることを特徴とする
光起電力装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記基板は樹脂材料よりなり、前記保護
層は樹脂フィルムであることを特徴とする請求項6又は
7の光起電力装置の製造方法。
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