JP2004228333A - 光起電力セル、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルであって、光起電力セル電極部近辺のコーティング膜に内部気泡が発生しない光起電力セルを提供する。
【解決手段】コーティング膜１０７の平均厚みよりも厚い電極部（絶縁部材１０４及び導電性箔体１０６）を具備する光起電力素子において、該電極部と接するコーティング膜１０７の厚みが、前記平均厚み以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力素子の受光面に透明なコーティングを設け、傷や湿度などによる光起電力素子特性の低下を防いだ光起電力セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、温室効果すなわちＣＯ_２の増加による地球の温暖化が問題となっており、ＣＯ_２を排出しないクリーンなエネルギー源開発への要求がますます高まっている。このようなエネルギー源の１つとして原子力発電が挙げられるが、放射性廃棄物の問題等解決しなければならない問題が多く、より安全性の高いクリーンなエネルギー源の提供に対する要求が高まってきている。
【０００３】
こうしたことから、将来期待されているクリーンなエネルギー源の中でも、太陽電池は、そのクリーンさ、安全性の高さ、取り扱いの容易さという面から非常に注目されている。
【０００４】
現在、幾多の太陽電池が提案されており、この中の幾つかは電力源として実際に使用されている。そうした太陽電池は、単結晶シリコン或いは多結晶シリコンを用いた結晶シリコン系の太陽電池、非晶質シリコンを用いた非晶質シリコン系の太陽電池、及び化合物半導体太陽電池に大別される。
【０００５】
一般に太陽電池は光起電力素子を透明な被覆材で覆い、光起電力素子を保護し、太陽電池モジュールとして用いられる。この表面被覆材として最表面にガラスあるいはフッ素樹脂フィルムやフッ素樹脂塗料等の透明なフッ素樹脂を用い、その内側には封止用組成物が用いられており、一般的には、種々の熱可塑性透明樹脂組成物が用いられている。
【０００６】
最表面にガラス基板が用いられる理由としては、耐湿性、耐スクラッチ性、耐候性に優れ、劣化による光透過率の減少に起因する太陽電池モジュールの変換効率の低下を抑えることができる点にある。特に、耐スクラッチ性においては光起電力素子に全く損傷を与えることがなく、素子を機械的に保護する観点から、最も優れた部材の一つといえる。しかし、ガラス被覆は、重く、曲げることができず、衝撃に弱く、またコストが高いといった問題点を有しており、特に、重量が大きいことは設置形態に対して大きな影響を与えている。
【０００７】
また、太陽電池モジュールは設置の形態及び電流・電圧等の出力要求により外形が大きく異なるのに対し、光起電力素子は概ね数種の外形で統一されており、太陽電池モジュールの形態により複数の光起電力素子を所望の形態に接続し使用する。即ち光起電力素子モジュールの作製状況によって光起電力素子を作製した後に一時保管または輸送する場合もある。
【０００８】
このように光起電力素子を保管または輸送する際は、光起電力素子は被覆材に覆われておらず、湿度や傷により光起電力素子の特性を低下させてしまい、製造歩留りを低下させる要因となっている。このような製造工程における光起電力素子の保護については、例えば特許文献１乃至３によって開示される保護コーティングとなる薄膜樹脂層を、光起電力素子の製造直後に設け、光起電力セルとすることができる。
【０００９】
光起電力素子の代表的な構造としては、ｐｎ接合を有する半導体層と、該半導体層の受光面に透明導電性酸化物によって受光面電極が形成され、この上に電流を集めるための比較的細い金属からなる集電電極、更に前記集電電極によって集められた電流を集めるためのバスバーと呼ばれる比較的太い金属からなる電極が形成される。
【００１０】
光起電力素子の電極構造としては、例えば特許文献４に開示されるように、金属ワイヤに導電性粒子を含むポリマーで被覆した電極が提案されている。この発明は導電性の良い銅等の金属ワイヤを用いるため長い集電電極を形成した場合でも電気抵抗ロスが少なく、またアスペクト比が１：１とできるためシャドーロスも小さくできる。また、この発明では、ワイヤの固定には導電性接着剤を用いて簡便な熱圧着法で接着できることが特徴である。本発明者らは、上述の金属ワイヤを用いた集電電極を改良し、特許文献５乃至７などに開示されるような光起電力素子の電極構造を提案している。
【００１１】
光起電力素子の電極形成方法の一例を図５を用いて説明する。図５は金属ワイヤを用いた集電電極を具備する光起電力素子の構造を示す概略図であって、図５（ａ）は光起電力素子を受光面側からみた模式図であり、図５（ｂ）は非受光面よりみた模式図である。
【００１２】
図５中、５０１は、基板上に、下部電極層、光起電力機能を担う非晶質シリコン層、上部電極層の３層を含む集電電極形成前の光起電力素子板である。
【００１３】
この光起電力素子板５０１は、光起電力素子板全体を支えるステンレス基板上に、スパッタ法によりＡｌ、ＺｎＯがそれぞれ数百ｎｍの厚みにて順次堆積して下部電極層を形成する。また非晶質シリコン層はプラズマＣＶＤ法により基板側よりｎ型、ｉ型、ｐ型、ｎ型、ｉ型、ｐ型の各層を順次堆積して形成する。また上部電極層は透明電極膜であって、Ｏ_２雰囲気中Ｉｎを抵抗加熱法にて蒸着し、酸化インジウム薄膜を形成する。
【００１４】
更に、光起電力素子板５０１の外周切断時に発生する基板と透明電極膜との短絡の悪影響を有効受光範囲に及ぼさないように、透明電極膜上にＦｅＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３等を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法により塗布し加熱後洗浄することによって、光起電力素子板５０１の該透明電極膜の一部を線状に除去しエッチングライン５０２を形成する。
【００１５】
その後、該光起電力素子板５０１の非受光面側端部２辺に、裏面側導電性箔体５０３である銅箔ストリップを特許文献８に開示する方法を用いて形成する。
【００１６】
次に、該光起電力素子板５０１の非受光面側端部の裏面側導電性箔体と対向する２辺に、ポリイミドを基材とし、両面にアクリル系粘着剤を配した絶縁部材５０４を貼る。
【００１７】
その後、予めカーボンペーストからなる導電性接着剤を銅ワイヤーに塗布した導電性接着剤塗布金属線体５０５を所定のピッチで光起電力素子板５０１及び絶縁部材５０４上に連続的に形成し集電電極とする。
【００１８】
更に、前記絶縁部材５０４の上部に、集電電極の更なる集電電極である導電性箔体５０６を形成する。具体的には、銅箔ストリップを配置し、全体を所定の条件で加熱加圧固定する。
【００１９】
上述した手順によって作製した光起電力素子５００の受光面に表面保護用のコーティングを行なう。金属ワイヤを用いた集電電極を具備する光起電力素子５００に表面保護用コーティング膜を設ける一例を図６を用いて説明する。図６は光起電力素子にコーティングを行なった状態を示す模式図であって、光起電力セルを受光面側からみた模式図である。図６中、６０１は表面保護用のコーティング膜であって、所定の塗布用溶液をスプレーコートにて光起電力素子の発電領域に塗布し、加熱硬化したものである。
【００２０】
上述した手段によって光起電力セル６００を作製することができる。光起電力セル６００において、光起電力素子の受光面であっても導電性箔体５０６は例えば後工程において逆流防止用ダイオード等を実装するためにコーティング膜６０１でコートしないようにしている。つまり表面保護用コーティング膜は光起電力素子の発電領域のみをコートしている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平９−３６３９６号公報
【特許文献２】
特開平９−９２７５９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３３５１９号公報
【特許文献４】
米国特許４２６０４２９号公報
【特許文献５】
特開平７−３２１３５３号公報
【特許文献６】
特開平９−１８０３４号公報
【特許文献７】
特開平１０−６５１９２号公報
【特許文献８】
特開平８−１３９３４９号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題を図７を用いて説明する。図７は図６のＡ−Ａ’断面を示す断面模式図である。
【００２３】
上述した光起電力素子の受光面には、絶縁部材５０４、導電性箔体５０６等が配置され、該光起電力素子の発電領域に表面保護用コーティング膜６０１がコートされる。この際、絶縁部材５０４、導電性箔体５０６等の高さが、表面保護用コーティング膜６０１の平均厚みより高いために、表面張力などによって、例えば、絶縁部材５０４近辺の表面保護用コーティング膜（図７中に矢印で示す部分）の厚みが前記平均厚みより著しく厚くなる。
【００２４】
このような状態で、表面保護用コーティング膜６０１の乾燥硬化を行なうと、絶縁部材５０４近辺の表面保護用コーティング膜６０１に内部気泡が発生するという問題が起る。即ち、表面保護用コーティング膜６０１の乾燥硬化条件は、概ね平均膜厚の条件にあわせて設定する為、部分的に表面保護用コーティング膜６０１が厚くなった部分では、乾燥時間中に溶剤が蒸発しきれずに、コーティング膜の硬化が始まった後も、溶剤が蒸発し、表面保護用コーティング膜６０１中に内部気泡を発生させると考えられる。
【００２５】
このような内部気泡は、光起電力セルの発電領域に発生するために、光学特性を低下させ、光起電力セルの特性を低下させる原因となるだけでなく、外観不良で歩留りを低下させる原因ともなる。
【００２６】
上述した問題を解決する方法として、乾燥時間を長くすることが考えられるが、厚くなった部分に内部気泡が発生しないようにする為には、従来の数倍の時間をかけ、且つ乾燥温度を厳密に制御する必要があり、例えば２００ｍｍ×２５０ｍｍの如く大面積の光起電力セルにおいては実現困難である。また、極端に時間を長くした場合は、コーティング膜の黄変が起こり透過性などの光学特性を劣化させる原因ともなる。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための手段として、光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルであって、該光起電力素子は、該コーティング膜の平均厚みよりも厚い電極部を具備すると共に、該電極部と接するコーティング膜の厚みが、前記平均厚み以下であることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、表面保護用コーティング膜の平均厚みより厚い、例えば絶縁部材、導電性箔体等の電極部材を具備した光起電力セルであっても、該電極部近辺の表面保護用コーティング膜の厚みが前記平均厚み以下とするために、表面保護用コーティングの乾燥硬化を行なっても、電極部近辺に内部気泡が発生せず、良好な外観の光起電力セルが実現できる。
【００２９】
即ち、光起電力素子にコーティング材を塗布した際の、コーティング材における、例えば導電性接着剤塗布金属線体による毛管現象や、絶縁部材、導電性箔体などのコーティング材の平均厚みより厚い電極部側壁の表面張力を抑えることによって、電極部近辺のコーティング厚みを、前記コーティング材の平均厚み以下に抑え、内部気泡の発生を抑えることができる。具体的には、電極部近辺に塗布するコーティング材または絶縁部材、導電性箔体等の電極部材に表面張力を低下させ泡の発生を防ぐなどの機能を有す公知の離型剤、消泡剤、界面活性剤を混ぜることや、コーティング材と接する少なくとも光起電力素子の電極部側壁の一部に表面張力を緩和する公知の離型剤、界面活性剤を配置するなどが挙げられる。
【００３０】
また、本発明は前述したコーティング膜が、熱硬化性のコーティング材で構成され、該コーティング材の硬化前の粘度が１乃至５０ｍＰａ・ｓである際に、良好な効果を得ることができる。
【００３１】
また、本発明は前述したコーティング膜の平均厚みが、０．５ｍｍ以下である際に、良好な効果を得ることができる。
【００３２】
また、本発明は前述したコーティング膜が、少なくともアクリル樹脂を含むコーティング材から構成される際に、良好な効果を得ることができる。
【００３３】
また、本発明は前述した電極部が、少なくとも絶縁部材及び導電性箔体を含む際に、良好な効果を得ることができる。
【００３４】
また、本発明は前述した絶縁部材が、少なくとも１層のアクリル系粘着剤を具備する際に、良好な効果を得ることができる。
【００３５】
また、本発明は前述した絶縁部材は、少なくとも前記コーティング膜の平均厚みより高い部分は、コーティング材に対してヌレ性が低いことを特徴とする。
この構成によれば、コーティング材と接する絶縁部材の表面張力を低下させることができ、電極部近辺のコーティング厚みを、平均厚み以下に抑え、コーティング内部の気泡の発生を抑えることができる。具体的には、光起電力素子の絶縁部材に離型処理を施すことが挙げられる。
【００３６】
また、本発明は、光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルの製造方法であって、該光起電力素子の受光面にコーティング膜を塗布する工程と、該光起電力素子の電極部と接するコーティング膜の厚みを、前記コーティング膜の平均厚み以下に維持しつつ加熱硬化する工程を備えることを特徴とする。
この方法によれば、電極部近辺に内部気泡が発生せず、良好な外観の光起電力セルが実現できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１乃至２は本発明にかかる光起電力セルの一例を説明する概略図であって、図１（ａ）は金属ワイヤを用いた集電電極を具備する光起電力セルを受光面側から見た模式図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す断面模式図である。
【００３８】
図１中、１０１は、基板上に、下部電極層、光起電力機能を担う半導体層、上部電極層の３層を含む集電電極形成前の光起電力素子であり、以下これを光起電力素子板と呼ぶ。
【００３９】
光起電力セル１００の製造は、まず光起電力素子板１０１の外周切断時に発生する基板と透明電極膜（上部電極層）との短絡の悪影響を有効受光範囲に及ぼさないように、光起電力素子板１０１の該透明電極膜の一部を線状に除去しエッチングライン（図示せず）を形成する。
【００４０】
その後、該光起電力素子板１０１の非受光面側端部２辺に、裏面側導電性箔体１０３である銅箔ストリップを形成する。
【００４１】
次に、該光起電力素子板１０１の非受光面側側端部の裏面側導電性箔体と対向する２辺に、絶縁部材１０４を貼付する。この絶縁部材１０４は、少なくとも後述するコーティング膜の平均厚みより高い部分に離型処理が施されており、離型処理によって絶縁部材１０４の側壁の表面張力によるコーティング材の寄りがないばかりか、絶縁部材１０４近辺のコーティング材がはじかれ、厚みが薄くなる。
【００４２】
その後、集電電極１０５を光起電力素子板１０１及び絶縁部材１０４上に連続的に形成する。更に、前記絶縁部材１０４の上部に、集電電極の更なる集電電極である導電性箔体１０６を形成して光起電力素子１００を作製する。
【００４３】
次に、光起電力素子の受光面に表面保護用のコーティングを行なう。１０７は表面保護用のコーティング膜であって、少なくとも光起電力素子１００の発電領域に塗布する。
【００４４】
表面保護用コーティング材を塗布した際に、絶縁部材１０４に行なった離型処理によって、絶縁部材１０４近辺のコーティング材がはじかれ、絶縁部材１０４近辺の表面保護用コーティング膜（図１（ｂ）中に矢印で示す部分）の厚みが薄くなる。このようにして塗布されたコーティング材を硬化することで、光起電力セル１００が作製される。
【００４５】
上述した構成及び方法によって、電極部近辺においても内部気泡が発生することなく光起電力素子へ表面保護用コーティングを行なうことができる。
【００４６】
本発明で用いられる光起電力素子は光電センサ、フォトダイオード、太陽電池などに用いられる非晶質シリコン系光起電力素子に好適に適用できるものである。しかし、同様の構成は、非晶質系以外の、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、あるいは化合物系、ショットキー接合型等のシリコン以外の半導体を用いた光起電力素子においても適用可能である。
【００４７】
以下、本発明の実施の形態に係る光起電力セルを構成する部材について詳しく説明する。
【００４８】
（基板）
光起電力素子板１０１に用いる基板は、例えばＳＯＩ単結晶シリコン、非晶質シリコンのような薄膜の光起電力素子の場合に、半導体層を機械的に支持する部材であり、場合によっては電極としても用いられる。例えば、厚さ２００μｍ以上のシリコンウェハなど半導体層が十分な機械的強度を有する場合は、特に基板を設ける必要はない。基板は、光起電力素子の種類によっては半導体層を成膜する時の加熱温度に耐えうる耐熱性が要求されることがあり、導電性でも絶縁性の材料でもよい。
【００４９】
導電性の材料として、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体が挙げられる。
【００５０】
また、電気絶縁材料としては、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、エポキシ樹脂等の合成樹脂、また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、金属繊維との複合体、及びガラス、セラミック等が挙げられる。
【００５１】
（下部電極層）
下部電極層は半導体層で発生した電力を取出す為の一方の電極であり、半導体層等に対してはオーミックコンタクトであることが要求される。材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、ステンレス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、透明導電酸化物（ＴＣＯ）等のいわゆる金属単体、合金、上記導電材料を含有する導電ペーストを用いることができる。また、例えば下部電極が半導体層の非受光面に設けられた場合など、半導体層と接する下部電極層の表面には光の乱反射を起こさせるテクスチャー処理をしても良い。
【００５２】
下部電極層の作製方法としては、例えばめっき、蒸着、スパッタ、シルクスクリーン印刷等の公知の方法を用いることができる。また、基板が導電性材料である時は特に下部電極を設けなくとも良い。
【００５３】
（半導体層）
半導体層としては光起電力素子として一般に使用される公知の半導体物質を使用することができる。本発明に用いられる光起電力素子の半導体物質としては、結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜単結晶シリコン、薄膜多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのＩＶ族の半導体やＣｄＳ、ＣｄＴｅなどのＩＩ、ＶＩ族の半導体やＧａＡｓなどのＩＩＩ、Ｖ族の半導体が好適に用いられる。また、シングルセルだけでなくｐｉｎ接合またはｐｎ接合を複数重ねたタンデムセル、トリプルセルも好適に用いられる。更にはショットキー型半導体や色素増感型等の有機半導体などを用いても良い。上記半導体層の作製方法としては、半導体層が非晶質シリコン半導体の場合は、シランガス等の薄膜を形成する原材料ガスを、プラズマ放電を発生させるプラズマＣＶＤ等に導入することにより作製することができる。また、半導体層が単結晶シリコン半導体の場合は、例えば溶融シリコンからＣＺ法などによって単結晶シリコンインゴットを作製し、所望の厚みにスライスして作製することができる。また、半導体層がＧａＡｓ型化合物半導体の場合は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、電析法等の方法で形成される。更に半導体層が色素増感型半導体の場合は、酸化物半導体表面上に色素を吸着させた（下部）電極と対向（上部）電極間に電解質溶液を含浸させることで作製できる。
【００５４】
（上部電極層）
上部電極層は半導体層で発生した起電力を取り出す為の電極であり、下部電極層と対をなすためのものである。上部電極層は非晶質シリコン半導体のようにシート抵抗が高い半導体の場合に必要であり、結晶系の半導体などではシート抵抗が低いため特に必要としないこともある。また、上部電極層は、光入射側に位置するために透明であることが必要で、透明電極と呼ばれることもある。上部電極層は、太陽や白色蛍光燈等からの光を半導体層内に効率良く吸収させるために光の透過率が８５％以上であることが望ましく、更に電気的には光で発生した電流を半導体層に対し横方向に流れるようにするためにシート抵抗値は３００Ω／□以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料としては、例えばＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ_４、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）などの金属酸化物が挙げられる。
【００５５】
（エッチングライン）
エッチングラインは上部電極層の一部を線状に除去したもので、その目的は、光起電力素子の外周切断時に発生する基板と透明電極膜（上部電極層）との短絡の悪影響を有効受光面範囲に及ぼさないようにすることである。
【００５６】
エッチングラインの形成方法として、ＦｅＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３等を含むエッチングペーストをシルクスクリーン印刷等の方法で塗布し加熱する方法や、電解質溶液中で電解処理して形成する方法、さらにはレーザ光等を照射して形成する方法などが挙げられる。
【００５７】
（裏面側導電性箔体）
裏面側導電性箔体１０３は下部電極層の更なる電極であって、集電電極１０５及び導電性箔体１０６と対になる電極である。裏面側導電性箔体としては例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等の低抵抗な金属材料が、好んで用いられる。光起電力素子が基板を有しない場合や絶縁性の基板である場合には、例えばＡｇペースト、カーボンペーストなどの公知の導電性接着剤等で下部電極層と電気的に接続でき、光起電力素子が導電性の基板を有する場合は、例えば半田付け、ろう付け、スポット溶接、レーザ溶接、導電性接着剤などの公知の接続方法を適宜使用して基板と裏面側導電性箔体とを接続できる。
【００５８】
（絶縁部材）
絶縁部材１０４は、光起電力素子の第１の電極側または性能が保証されない領域と、第２の電極側の導電性箔体を電気的に分離する絶縁性が要求され、更に必要に応じて少なくとも該導電性箔体を機械的に支持するものである。絶縁部材の構成としては、絶縁性の基材の両面に粘着剤を配したもので、いわゆる両面テープを用いても良い。また、基材と粘着剤は複数積層しても良く、この場合、複数の種類の基材または粘着剤を用いてもよい。更に、絶縁部材の少なくとも一部に離型処理を行なうことで、コーティング材と接する部分の表面張力を低下させ、光起電力素子の電極部近辺の表面保護用コーティング膜厚を、平均厚み以下に抑え、コーティング膜内部の気泡の発生を抑えることができる。同様なことは、絶縁部材自体の少なくとも一部にコーティング材との濡れ性の低い材料を使用しても可能であることはいうまでもない。
【００５９】
（基材）
絶縁部材１０４の基材は、上述した光起電力素子電極間の絶縁を確保するための絶縁性を有することが求められており、公知の絶縁性高分子フィルムが好適に使用できる。また、集電電極１０５を導電性箔体１０６に接続する際や、導電性箔体１０６に接続する例えばバイパスダイオード等の部品を実装する際の、例えばペーストを硬化させるための加熱、半田付け、抵抗溶接、レーザ溶接などの耐熱性等を有することが望ましい。前記基材の構成材料としては、セロファン、レーヨン、アセテート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリスルホン、不飽和ポリエステル、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドシリコン樹脂が挙げられる。これらの基材構成材料中で粘着剤との接着性、低熱膨張、強度が優れたポリイミド、ポリエチレンテレフタレートは特に好ましいものである。高分子フィルムは少なくとも融点が２５０℃以上であることが望ましい。
【００６０】
（粘着剤）
絶縁部材１０４の基材に配される粘着剤としては、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ポリビニルエーテル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ナイロン系、ポリアミド系、無機系、または複合型粘着剤などが挙げられる。これらの粘着剤の中で、接着性、タック、保持力、耐電性、耐湿性、耐熱性などに優れているものが好適に用いられる。これらの中でもアクリル系粘着剤は、安価で接着力や保持力に優れており、特に好ましい。アクリル系粘着剤の中でも、近年、例えばポリスチレン換算の重量平均分子量で５０００乃至５０００００の高分子型アクリル樹脂を使用した粘着剤が開発されており、耐熱性の向上も図られている。粘着剤の形成法としてはアプリケーターなどを用いて均一幅に塗布形成する方法がある。粘着剤の種類に応じて、乾燥や加熱、加圧、光照射などの処理を行ってもよい。
【００６１】
（離型処理）
離型処理には、電極部を構成する絶縁部材１０４などのコーティング材と接する部分の表面張力を低下させ、該電極部近辺の表面保護用コーティング膜厚を、平均厚み以下に抑え、コーティング膜内部の気泡の発生を抑えることが求められており、公知の離型剤、消泡剤、撥水剤、界面活性剤などが好適に使用できる。
【００６２】
離型剤材料としては例えば天然油脂、合成油、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、フッ素など、消泡剤材料としては例えばアクリル系、ビニル系、シリコーンオイル、脂肪酸・リン酸エステル、天然油脂など、撥水剤材料としてはシリコーンオイル、フッ素系、シラン系などが挙げられる。界面活性剤としては溶媒に溶かしたときに電離してイオンとなる陰イオン（アニオン）界面活性剤、陽イオン（カチオン）界面活性剤および両性界面活性剤などのイオン性界面活性剤と、イオンにならない非イオン（ノニオン）界面活性剤が挙げられる。このような離型処理材料は、材料にもよるが例えばトルエン、キシレン、工業用ガソリン、イソプロピルアルコール、水などの溶媒によって希釈して使用できる。特に、表面保護用コーティング膜の厚みを薄くする効果を具備し、且つ拡散、転写等によって所望の場所以外に離型処理材料が付着することを防ぐ為に、０．１乃至３０ｗｔ％の濃度に希釈された混合溶液を用いると良い。
【００６３】
このような離型処理材料の塗布方法としてはスプレーコート、ディップコート、フローコート、電着塗装などの公知のコーティング方法が好適に使用でき、例えば規定幅にスリットした絶縁部材ロールの側面に離型処理のコーティングを行なう。また、上述した離型処理材料を絶縁部材の粘着剤中に含浸させても良い。このような方法として、少なくとも絶縁部材の粘着剤１層に予め離型処理材を混入した粘着剤を使用する場合や、絶縁部材作製後に離型処理材材料をトルエンなどの溶媒に希釈した混合溶媒を塗布・乾燥させることによって、粘着剤中に離型処理材料を混入させても良い。
【００６４】
（集電電極）
集電電極１０５は、半導体層で発生した電力を上部電極層を介して損失なく取出すための電極である。集電電極は抵抗が低い材料を使用して電力損失を低減されていることが好ましく、シャドウロスを考慮し格子状、又はくし状に配置されていることが好ましい。このような特性を備えた電極として、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属材料や、これらの金属粒子を樹脂中に分散した導電性ペースト、あるいは導電性カーボンペースト、及びこれらの複合材料が使用できる。
【００６５】
集電電極の形成方法としては、金属粒子を樹脂中に分散した導電性ペースト、あるいは導電性カーボンペーストをシルクスクリーン印刷等の方法で塗布し加熱する方法や、予め、これらのペーストを金属材料に塗布しておき、加熱圧着用の治具を用いて加熱圧着する方法などが適宜使用される。
【００６６】
（導電性箔体）
導電性箔体１０６は集電電極１０５のさらなる集電電極であり、半導体層で起電した電力を光起電力素子外に取出すための電極である。導電性箔体としては例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等の低抵抗な金属材料が、好んで用いられる。
【００６７】
また、例えば導電性箔体の側壁など、導電性箔体の少なくとも一部に離型処理行なってもよい。離型処理としては上記絶縁部材で開示した離型剤の塗布などを好適に用いることができる。
【００６８】
集電電極と導電性箔体の電気的な接続方法としては、上市された公知の、または集電電極で用いられた導電性ペーストにより接続される方法や、半田付けによる接続、ろう付けによる接続等が適宜使用できる。
【００６９】
（光起電力セル）
光起電力素子の受光面の少なくとも一部に後述する表面保護用コーティングをおこなったものを光起電力セルと呼ぶ。
【００７０】
（表面保護用コーティング膜）
表面保護用コーティング膜１０７は、光起電力素子に傷が付くのを防ぐための耐スクラッチ性と、水分の浸入を防ぐために耐湿性が高く、透湿度の低く透明であることが求められる。好ましくは４０℃、９０％ＲＨでの透湿度が２０ｇ／ｍ^２・ｄａｙより小さいことが望まれる。また、光起電力素子に到達する光量の減少を抑えるために、表面保護用コーティング膜の光透過率は４００乃至８００ｎｍの可視光波長域において８０％以上であることが望ましい。また、大気からの光の入射を容易にするために、屈折率が１．１乃至２．０であることが好ましく、１．１乃至１．６であることがより好ましい。具体的な材料としてはアクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂を主成分とする樹脂が用いられている。樹脂硬化方法においては湿気硬化型、イソシアネート硬化型などの２液型とブロッキングイソシアネートを用いた１液型がある。２液型塗料を用いた場合、樹脂と硬化剤の混合は塗布直前でなければならず、装置も複雑になる。このため使用するより好ましい材料としてはブロッキングイソシアネートにより加熱架橋した樹脂からなる１液型塗料が用いられる。樹脂としてはアクリル樹脂に無機ポリマーを混合したものが用いられる。ブロッキング剤の解離温度は８０乃至２２０℃が望ましい。８０℃以下であると樹脂自体のポットライフが短くなる。２２０℃以上であると解離させるための加熱がアクリル樹脂自体を熱劣化させ黄変させたり、光起電力素子に悪影響を及ぼす恐れがある。解離後のブロッキング剤は少なくとも一部は塗膜中に残存するため、塗膜組成物と着色反応しないものを選択すべきである。また、接着性を付与するために、シラン系、チタン系、アルミ系カップリング剤を樹脂分に対して０．０５乃至１０ｗｔ％添加することも可能である。好ましくはシラン系カップリング剤を０．０５乃至８．０ｗｔ％添加して用いる。
【００７１】
コーティングを行なう方法としては、コート剤をキシレン、メチルイソブチルケトン、トルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶媒によって粘度が１乃至５０ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１０乃至３０ｍＰａ・ｓとなるよう希釈した混合溶媒をスプレーコーター、スピンコーター、カーテンコートにより光起電力素子上にコーティングを行い、溶剤を乾燥した後に加熱硬化させる。このような混合溶媒塗布を行なうことで、例えば段差のある集電電極の間隙にコーティング材が進入でき、その結果、間隙を充填することが可能となる。
【００７２】
更に、コーティング膜の平均厚みとしては、光透過性を低下させない為に０．５ｍｍ以下が好ましいが、この程度の厚みのコーティング膜になると、厚みの場所ムラが大きく、乾燥硬化の温度条件によって著しく内部気泡が発生する部分があるなどの問題が生じ易いために、特に本発明によって良好な効果得ることができる。
【００７３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。但し、これらの実施例は、本発明の代表的な形態を示すものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
図１乃至３は本発明の実施例１にかかる光起電力セルを説明する概略図であって、図１（ａ）は金属ワイヤを用いた集電電極を具備する光起電力セルを受光面側から見た概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示す断面模式図、図２は光起電力セルの電極部を構成する絶縁部材の断面拡大模式図、図３は絶縁部材を長尺幅狭にスリットしたロールを示す模式図である。
【００７５】
図１中、１０１は基板上に、下部電極層、光起電力機能を担う非晶質シリコン層、上部電極層の３層を含む２００ｍｍ×２５０ｍｍの光起電力素子板である。
【００７６】
光起電力素子板１０１は、光起電力素子板全体を支える厚さ１５０μｍのステンレス基板上に、スパッタ法によりＡｌ、ＺｎＯがそれぞれ数百ｎｍの厚みにて順次堆積して下部電極層を形成する。また非晶質シリコン層はプラズマＣＶＤ法により基板側よりｎ型、ｉ型、ｐ型、ｎ型、ｉ型、ｐ型の各層を順次堆積して形成する。各層の厚みはそれぞれ１５ｎｍ、４００ｎｍ、１０ｎｍ、１０ｎｍ、８０ｎｍ、１０ｎｍ程度である。また上部電極層は透明電極膜であって、Ｏ_２雰囲気中Ｉｎを抵抗加熱法にて蒸着し、厚み約７０ｎｍの酸化インジウム薄膜を形成する。
【００７７】
更に、光起電力素子板１０１の外周切断時に発生する基板と透明電極膜との短絡の悪影響を有効受光範囲に及ぼさないように、透明電極膜上にＦｅＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３等を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法により塗布し加熱後洗浄することによって、光起電力素子板１０１の該透明電極膜の一部を線状に除去しエッチングライン（図示せず）を形成する。
【００７８】
その後、該光起電力素子板１０１の非受光面側端部２辺に、裏面側導電性箔体１０３である幅５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚み１００μｍの銅箔ストリップを形成する。
【００７９】
次に、該光起電力素子板１０１の非受光面側端部の裏面側導電性箔体１０３と対向する２辺に、絶縁部材１０４を貼付する。絶縁部材１０４は、図２に示すように、厚み５０μｍのポリイミド２１１を基材とし、両面に厚さ５０μｍのアクリル系粘着剤２１０、２１２を配した総厚１５０μｍのテープであって、表面保護用コーティングと接する側壁にシリコーン系離型剤２１３を塗布したものである。
【００８０】
シリコーン系離系剤２１３の塗布方法としては、図３に示すように絶縁部材を幅８ｍｍ、長さ２００ｍにスリットしたロールの片面に、予めトルエン９５ｗｔ％、シリコーン系離型剤５ｗｔ％の混合溶媒を作製し、スプレーコートにてロール状の絶縁部材に均一に塗布し、１００℃のオーブンにて３０分間乾燥させて塗布する。上述した離型剤コート済絶縁部材を、２００ｍｍ長に切断し、離型剤を塗布した側面が表面保護用コーティングと接触する側となるように貼付する。
【００８１】
その後、予めカーボンペーストからなる導電性接着剤をφ１００μｍの銅ワイヤーに塗布した導電性接着剤塗布金属線体１０５を２０ｍｍピッチで光起電力素子板１０１及び絶縁部材１０４上に連続的に形成し集電電極とする。
【００８２】
更に、前記絶縁部材１０４の上部に、集電電極の更なる集電電極である導電性箔体１０６を形成する。具体的には、導電性箔体１０６となる幅５ｍｍ、長さ１９０ｍｍ、厚み１００μｍの銅箔ストリップを配置し、全体を２００℃、０．０９８Ｍｐａ、１２０秒の条件で加熱加圧固定して、光起電力素子を形成する。
【００８３】
次に、光起電力素子の受光面に表面保護用のコーティングを行なう。１０７は表面保護用のコーティング膜であって、メタクリル酸２−ヒドロキシエチルからなるアクリル樹脂５２ｗｔ％、ε−カプラクタムをブロッキング剤としたヘキサメチレンジイソシアネート３０ｗｔ％、オルガノシロキサン１３ｗｔ％、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン５ｗｔ％を、キシレン５０ｗｔ％およびメチルイソブチルケトン５０ｗｔ％の混合溶媒にて上記樹脂を樹脂分３５％になるように希釈した塗布用溶液を作製し、スプレーコートにて光起電力素子１０１の発電領域に硬化後２５μｍ厚になるように塗布する。
【００８４】
表面保護用コーティング材を塗布した際に、絶縁部材に塗布した離型剤によって絶縁部材１０４の側壁の表面張力によるコーティング材の寄りがないばかりか、離型剤によって絶縁部材１０４近辺のコーティング材がはじかれ、絶縁部材１０４近辺のコーティング膜の厚みが薄くなる。このようなコーティング材を塗布した光起電力素子を、室温で１５分間乾燥後、２００℃にて１０分間加熱硬化することで、光起電力セル１００を作製した。
【００８５】
上述した構成及び方法によって、電極部近辺においても内部気泡が発生することなく光起電力素子へ表面保護用コーティングを行なうことができた。特に、例えば表面保護用コーティング膜の主材がアクリル樹脂であって絶縁部材の粘着剤がアクリル粘着剤などの同一系材料である場合など、コーティング材と電極部の材料との相性が良く融和性が高いと、コーティング材が、電極部に引き寄せられてコーティングの厚みが厚くなり、電極部近辺で内部気泡が発生し易いが、このような構成の光起電力セルにおいても、本実施例に開示するような離型剤処理を行なうことで、内部気泡がない良好な外観の光起電力セルを提供することができる。
【００８６】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２にかかる光起電力素子の電極部を構成する絶縁部材の断面拡大模式図である。実施例２は、実施例１と比較して、絶縁部材の構成のみを変更し、その他の構成及び方法は変更がない光起電力セルである。
【００８７】
実施例１と同様の構成の光起電力素子であって、絶縁部材は、耐熱性とクッション性を兼ね備えるために、厚み２５μｍのパーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）４１５と厚み２５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）４１７を厚み２５μｍのアクリル系粘着剤４１６で貼り合せた複合材を基材とし、両面に厚さ５０μｍのアクリル系粘着剤４１４、４１８を配した総厚１７５μｍのテープである。バーフロロアルコキシ４１５の粘着剤が貼付される両面には易接着処理を施してあり、上述の絶縁部材は例えば５００ｍｍ幅、２００ｍ長の幅広形状に幅広ロール状部材を作製し８ｍｍ幅、２００ｍ長のテープ形状にスリットして作製したロール状部材を短冊状に切断して使用する。
【００８８】
このような構成の絶縁部材を使用することによって、表面保護用コーティング材を塗布した際に、絶縁部材のパーフロロアルコキシ４１５のスリット面である側壁部が絶縁部材近辺のコーティング材をはじき、絶縁部材近辺のコーティングの厚みを薄くすることができ、該コーティング材硬化時の内部気泡の発生を防ぐことができる。
【００８９】
本実施例においては、絶縁部材の少なくともコーティング膜の平均厚みより高い部分である基材４１５にフッ素系の材料を使用し基材に離型機能を持たせたが、特に基材にのみ限定されるものではなく例えば粘着剤４１４、４１６に離型機能を持たせても良い。即ち、例えば該絶縁部材の粘着剤４１６が、アクリル系粘着剤に５ｗｔ％のジメチルシリコーンを主成分とするシリコーン離型剤を予め混ぜ込んだ粘着剤であっても同様の効果を得ることができる。なお、粘着力の低下が懸念されるため粘着剤４１４に離型剤を混入した場合は離型剤の混入量を厳密に管理する必要があるが、粘着剤４１４に離型剤を混入した粘着剤を使用することもできる。このように粘着剤に離型剤を混入すれば、絶縁部材の離型処理を施す側壁部の面積が広がるため、コーティング材に対する離型力が高まり、更に良い効果を得ることができる。更に、予め粘着剤に離型剤を混入した粘着剤を使用しなくても、テープを作製した後に、例えばトルエンなどの溶剤に希釈した離型剤を粘着剤中に含浸させることもできる。また、少なくとも粘着剤４１４、粘着剤４１６にジメチルシリコーンの不純物を内部に含む公知のシリコーン系粘着剤を使用すれば、粘着剤自体が離型機能を有するため同様の効果を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の光起電力セルは、光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルであって、該光起電力素子は、該コーティング膜の平均厚みよりも厚い電極部を具備すると共に、該電極部と接するコーティング膜の厚みが、前記平均厚み以下であることを特徴とするために、表面保護用コーティングの乾燥硬化の際に、該電極部近辺に内部気泡が発生せず、良好な外観の光起電力セルが実現できる。
【００９１】
具体的には、電極部近辺に塗布するコーティング材または電極部材等に表面張力を低下させ泡の発生を防ぐなどの機能を有す公知の離型剤、消泡剤、界面活性剤を混ぜることや、コーティング材と接する少なくとも光起電力素子の電極部側壁の一部に表面張力を緩和する公知の離型剤、界面活性剤を配置することによって、電極部近辺に内部気泡が発生せず、良好な外観の光起電力セルが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１にかかる光起電力セルを説明する概略図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる絶縁部材を説明する断面概略図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる絶縁部材のスリット後の状態を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる絶縁部材を説明する断面概略図である。
【図５】従来の光起電力素子を説明する概略図である。
【図６】従来の光起電力セルを説明する概略図である。
【図７】従来の光起電力セルの電極部を説明する断面概略図である。
【符号の説明】
１００、６００ 光起電力セル
１０１、５０１ 光起電力素子板
１０３、５０３ 裏面側導電性箔体
１０４、５０４ 絶縁部材
１０５、５０５ 集電電極
１０６、５０６ 導電性箔体
１０７、６０１ 表面保護用コーティング膜
２１０、２１２ 粘着剤
２１１ 基材
２１３ 離型剤
４１４、４１６、４１８ 粘着剤
４１５、４１７ 基材
５００ 光起電力素子
５０２ エッチングライン

Claims (8)

1. 光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルであって、該光起電力素子は、該コーティング膜の平均厚みよりも厚い電極部を具備すると共に、該電極部と接するコーティング膜の厚みが、前記平均厚み以下であることを特徴とする光起電力セル。
2. 前記コーティング膜は、熱硬化性のコーティング材で構成され、該コーティング材の硬化前の粘度が１乃至５０ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
3. 前記コーティング膜の平均厚みは、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光起電力セル。
4. 前記コーティング膜は、少なくともアクリル樹脂を含むコーティング材から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光起電力セル。
5. 前記電極部は、少なくとも絶縁部材及び導電性箔体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光起電力セル。
6. 前記絶縁部材は、少なくとも１層のアクリル系粘着剤を具備することを特徴とする請求項５に記載の光起電力セル。
7. 前記絶縁部材は、少なくとも前記コーティング膜の平均厚みより高い部分は、コーティング材に対してヌレ性が低いことを特徴とする請求項５に記載の光起電力セル。
8. 光起電力素子にコーティング膜を設けた光起電力セルの製造方法であって、該光起電力素子の受光面にコーティング膜を塗布する工程と、該光起電力素子の電極部と接するコーティング膜の厚みを前記コーティング膜の平均厚み以下に維持しつつ加熱硬化する工程を備えることを特徴とする光起電力セルの製造方法。

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