【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業性が良好でかつ信頼性の高い電極構造を有する光起電力素子の製造方法に関する。より詳しくは金属ワイヤおよび金属バスバーなどの集電電極を有する光起電力素子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、原子力発電など、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太陽電池には及ばないものの、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持っており、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、例えば、保持部材の上に半導体層、透明電極層を順次形成した構造が公知である。透明電極層の表面には、電流を集めるための金属ワイヤが配置される。さらに、金属ワイヤの表面には、前記金属ワイヤによって集められた電流を集めるための金属バスバー２が形成される。また、保持部材の裏面にも電流を集めるための金属バスバー１が形成される。
【０００５】
上述の電極構造の例としては、特開平１１−７７３４８号公報、特開２００１−３４５４６８号公報に金属ワイヤおよび金属バスバー等を使用した集電電極が開示されている。図２（ａ）は、金属ワイヤおよび金属バスバーなどの集電電極を有する光起電力素子の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【０００６】
２０１は光起電力素子基板であり、保持部材の上に半導体層、透明電極層を順次形成されている。２０２は透明電極層を除去した部分（除去部分）であり、光起電力素子基板の端部でのショートを回避している。２０３は絶縁部材であり、光起電力素子基板と金属ワイヤの絶縁を確保している。２０４は金属ワイヤであり、周囲を導電性被覆層でコーティングしたものが、透明電極層と絶縁部材上に配置されている。２１０は金属バスバー２であり、金属ワイヤで集められた電流を更に集める目的で形成されている。なお、金属ワイヤと金属バスバー２の電気的接続は、金属ワイヤ周囲の導電性被覆層を用いて接続されている。
【０００７】
このような従来構成で、アモルファスシリコン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、近年のアモルファスシリコン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層が開発されている。このため単位発電量当たりの生産コストも大きく減少している。
【０００８】
以下に図４を参照して従来の光起電力素子の製造方法について説明する。例えば、製造工程１（ａ）は、製造工程１における光起電力素子を受光面から見た場合の平面図であり、製造工程１（ｂ）は、製造工程１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。以下、製造工程２（ａ）、製造工程２（ｂ）、・・・、製造工程７（ａ）、製造工程７（ｂ）と順を追って端的に説明する。
【０００９】
製造工程１、光起電力素子基板を準備する。
【００１０】
製造工程２、光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを配置する。
【００１１】
製造工程３、光起電力素子基板と金属バスバーを第１のエネルギービームにより溶接接合する。
【００１２】
製造工程４、光起電力素子基板の受光面に絶縁部材を配置する。
【００１３】
製造工程５、絶縁部材上に導電性被覆層を被覆した金属ワイヤを配置する。
【００１４】
製造工程６、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する。
【００１５】
製造工程７、金属ワイヤに導電性ペーストを付与し、光起電力素子基板の受光面の絶縁部材および金属ワイヤ上に金属バスバー２を配置する。
【００１６】
先の特開平１１−７７３４８号公報、特開２００１−３４５４６８号公報で提案された金属ワイヤおよび金属バスバー等を使用した集電電極を製造する場合、上記の製造方法を用いることが考えられる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の製造方法を用いた場合、光起電力素子基板と金属バスバーを第１のエネルギービームにより溶接接合する工程と第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程とでエネルギービームを用いる工程が２ヵ所、製造工程中に点在することになる。このように、製造工程中にエネルギービームを用いる工程が点在することにより、製造方法が冗長で複雑になり、生産装置のコストや設置面積が増加する。このような、生産装置のコストや設置面積の増加により、光起電力素子の生産コストが、大幅に増加してしまうという問題があった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、従来技術における上述した問題を克服し、光起電力素子を安定にかつ効率的に製造する方法を提供することにある。
【００１９】
すなわち本発明は、光起電力素子基板の受光面の一部に絶縁部材を配置する工程と、前記絶縁部材上に導電性被覆層を被覆した金属ワイヤを配置する工程と、光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを配置する工程と、前記絶縁部材上から第１のエネルギービームを照射して光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、前記絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程を有することにより、エネルギービーム装置を集約することができ、生産装置のコストや設置面積の削減が図れ、光起電力素子を生産するためのコストを大幅に削減することが可能となる。
【００２０】
なお、先に図４で説明した従来の製造方法によれば、光起電力素子基板と金属バスバー１を第１のエネルギービームにより溶接接合する工程（製造工程３）を光起電力素子基板の受光面に絶縁部材を配置する工程（製造工程４）より前工程に持ってくる必要がある。これは、光起電力素子基板の受光面に配置される絶縁部材が第１のエネルギービームを吸収し、絶縁部材の持つ絶縁性が破壊されてしまうという理由からである。
【００２１】
本発明によれば、絶縁部材の光吸収が非常に少ないことにより、半導体素子基板の受光面に絶縁部材を配置した後からでも、絶縁部材上からエネルギービームを照射することが可能となる。つまり、絶縁部材上から第１のエネルギービームを照射して光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程を有することにより、エネルギービーム装置を製造工程中の１ヵ所に集約することが可能となり、生産装置のコストや設置面積の削減が図れ、光起電力素子を生産するためのコストを大幅に削減することが可能となる。
【００２２】
また、絶縁部材上から第１のエネルギービームを照射して光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程とを同時に行うことによって、製造時間の削減が図れ、光起電力素子を生産するためのコストを削減することが可能となる。
【００２３】
また、絶縁部材上から第１のエネルギービームを照射して光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程において、第１のエネルギービームと第２のエネルギービームは、同一の出射ユニットから照射されるエネルギービームであることによって、さらにエネルギービーム装置を製造工程中の１ヵ所に集約することが可能となり、同時に製造時間や生産装置のコストや設置面積の削減が図れ、光起電力素子を生産するためのコストを大幅に削減することが可能となる。
【００２４】
また、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で、エネルギービームを照射したときの熱の影響が金属ワイヤに伝わりにくくなるため、より導電性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。
【００２５】
また、絶縁部材の波長０．４〜２．０μｍにおける光吸収が１０％未満であることによって、絶縁部材の絶縁性を損ねることなくエネルギービームを照射することが可能となり、信頼性の高い電極部分を効率的に製造することができる。
【００２６】
また、絶縁部材は少なくとも融点が２５０℃以上である高分子フィルムを有することによって、光起電力素子の製造方法として加熱工程が加わったとしても、絶縁部材に伸縮や浮きが発生することがないため、安定したエネルギービームの照射と電極部分の製造が可能となる。
【００２７】
また、絶縁部材は少なくともフッ素系樹脂である高分子フィルムを有することによって、エネルギービームに対して強度を持った材料を比較的容易に入手することが可能となり、信頼性の高い電極部分を容易に製造することができる。
【００２８】
また特に、前記導電性被覆層がグラファイトもしくはブラックカーボンを含有させることによって、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向上する。
【００２９】
【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。
【００３０】
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製造方法を図１を用いて詳述する。例えば、製造工程１（ａ）は、製造工程１における光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図であり、製造工程１（ｂ）は、製造工程１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。以下、製造工程２（ａ）、製造工程２（ｂ）、・・・、製造工程７（ａ）、製造工程７（ｂ）と順を追って説明する。
【００３１】
製造工程１、光起電力素子基板を準備する。
【００３２】
保持部材上に半導体層、透明電極層が順次形成された光起電力素子基板１０１を任意の大きさで準備する。また、最表面に位置する透明電極層を除去した除去部分１０２を形成する。これは、光起電力素子基板の周辺に存在する短絡箇所が、光起電力素子の変換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。
【００３３】
製造工程２、光起電力素子基板の受光面側に絶縁部材を配置する。
【００３４】
光起電力素子基板１０１の受光面側の端部に、例えば両面粘着テープのような絶縁部材１０３を配置する。このとき、光起電力素子基板の受光面側の端部とは、後工程において金属ワイヤや金属バスバー２を配置する領域である。絶縁部材は、金属ワイヤや金属バスバー２が、光起電力素子基板の除去部分１０２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る。
【００３５】
絶縁部材１０３としては、高分子フィルムの両面に粘着剤を配したものが好適に用いられる。
【００３６】
高分子フィルムとしては、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等が使用できる。
【００３７】
特に、第１および第２のエネルギービームとしてＹＡＧレーザーを使用した場合、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が良好な光透過性を示し、好適である。
【００３８】
また、耐熱性の観点からは、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が良好な耐熱性を示し、好適である。
【００３９】
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。粘着剤の一例としては、粘着性、タック、保持力、耐湿性、耐久性、耐熱性に優れたアクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等が使用できる。
【００４０】
製造工程３、絶縁部材上に導電性被覆層を被覆した金属ワイヤを配置する。
【００４１】
次に、絶縁部材および光起電力素子基板上に導電性被覆層を被覆した金属ワイヤ１０４を適当なピッチ間隔で配置する。この時点では、光起電力素子基板の受光面側の端部に配置された絶縁部材上のみで金属ワイヤは固定されている。
【００４２】
金属ワイヤ１０４としては、電気抵抗の低い、金、銀、銅、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケル、モリブデン、タングステンなどの金属およびこれらの合金が挙げられる。金属ワイヤの断面形状としては、円形、矩形、多角形などが挙げられる。特に、前記金属ワイヤの断面形状が円形である場合、電気抵抗とシャドーロスとの和が最小となるような直径が選択され、具体的には直径２５μｍから２００μｍまでが好適に用いられる。また、所望に応じて該金属ワイヤの表面に腐食防止、酸化防止、電気伝導性の向上などの目的で薄い表面金属層を形成してもよい。前記表面金属層としては、電気抵抗の低い、金、銀、銅、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケル、モリブデン、タングステンなどの金属が挙げられ、メッキ法、クラッド法により形成される。そして、前記金属をフィラーとして作製した導電性被覆層１０５を形成する。
【００４３】
導電性被覆層１０５は、高分子樹脂と導電性粒子の混合物からなる。前記高分子樹脂としては、生産性、作業性、柔軟性、耐候性に優れた熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、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など）、熱可塑性樹脂（ポリアミドイミド樹脂、メラミン樹脂、ブチラール、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル、スチレン、ポリエステルなど）が挙げられる。前記導電性粒子としては、グラファイト、カーボンブラック、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物、およびこれらに適当なドーパントを添加した酸化物半導体材料などが挙げられる。導電性被覆層を用いた金属ワイヤと金属バスバー２の接着方法としては、金属ワイヤ全体を導電性被覆層で被覆するか、金属ワイヤまたは金属バスバー２に導電性被覆層を部分的に塗布し、加熱、加圧などの方法が挙げられる。
【００４４】
製造工程４、光起電力素子基板の非受光面側に金属バスバー１を配置する。
【００４５】
光起電力素子基板１０１の非受光面側の端部に、金属バスバー１を配置する。このとき光起電力素子基板の非受光面側の端部とは、後工程において第１のエネルギービームを照射して、金属バスバー１を溶接接合する領域である。
【００４６】
なお、（製造工程２−製造工程３−製造工程４）の順序は、入れ替えることも可能であり、（製造工程４−製造工程２−製造工程３）の順序と（製造工程２−製造工程４−製造工程３）の順序においても良好な作業性が得られる。
【００４７】
金属バスバー１ １０６および金属バスバー２ １１０としては、電気抵抗の低い、金、銀、銅、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケル、モリブデン、タングステンなどの金属およびこれら金属の合金が挙げられる。金属バスバー１および金属バスバー２の断面形状としては、円形、矩形、多角形などが挙げられる。また、所望に応じて該金属バスバーの表面に腐食防止、酸化防止、電気伝導性の向上などの目的で薄い表面金属層を形成してもよい。前記表面金属層としては、電気抵抗の低い、金、銀、銅、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケル、モリブデン、タングステンなどの金属が挙げられ、メッキ法、クラッド法により形成される。
【００４８】
製造工程５、絶縁部材上から第１のエネルギービームを金属ワイヤの配していない領域に照射して、光起電力素子基板の非受光面側で金属バスバー１を溶接接合する。
【００４９】
光起電力素子基板の受光面端部に配置された絶縁部材上から、第１のエネルギービーム１０７を照射して、光起電力素子基板の非受光面に配置された金属バスバー１ １０６と光起電力素子基板を溶接接合する。
【００５０】
この時に使用する第１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、装置が簡易になる点から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ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザーが好適である。
【００５１】
ここで、第１のエネルギービームが金属バスバー１に吸収しやすくする為に、金属バスバー１上にエネルギーを吸収しやすい媒体を設けても良い。媒体としては、例えば黒色のインキ等が好適である。
【００５２】
製造工程６、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する。
【００５３】
さらに、光起電力素子基板の受光面端部に配置された絶縁部材上から、第２のエネルギービーム１０９を金属ワイヤ上に照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する。
【００５４】
第２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、金属ワイヤをきれいに露出することが可能である。
【００５５】
第２のエネルギービームとしては、第１のエネルギービームと同様に電子線、イオン線、レーザー等を用いることができるが、装置が簡易になる点から、ここでも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グラファイトもしくはカーボンを含有していると、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グラファイトもしくはブラックカーボンで、レーザーがＱスイッチパルス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。
【００５６】
なお、製造工程５と製造工程６は、（製造工程５―製造工程６）の順序で行うことも、（製造工程６−製造工程５）の順序で行うことも可能である。また、製造工程５と製造工程６は、（製造工程５・６）のように同時に行うことも可能である。
【００５７】
製造工程５・６とは、光起電力素子基板と金属バスバー１を第１のエネルギービームにより溶接接合し、同時に、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程である。
【００５８】
光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程とを同時に行った場合（製造工程５・６）の例を図５に示す。
【００５９】
図５において本発明に係る光起電力素子の製造方法を説明する概略図を示す。製造工程５・６（ａ）は、光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図であり、製造工程５・６（ｂ）は、製造工程５・６（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。この図に示されるように、光起電力素子基板と金属バスバー１を第１のエネルギービームにより溶接接合する工程と、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程を同時に行うことが可能である。
【００６０】
また、第１のエネルギービームと第２のエネルギービームは、同一の出射ユニットから照射されるエネルギービームであることも可能であり、（製造工程５・６）のように同時に行うことも可能である。
【００６１】
第１のエネルギービームと第２のエネルギービームを同一の出射ユニットから照射されるエネルギービームとした場合とし、エネルギービームの出力強度を変化させた場合（製造工程５・６）の例を図６に示す。
【００６２】
図６において本発明に係る光起電力素子の製造方法を説明する概略図を示す。製造工程５・６（ａ）は、光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図であり、製造工程５・６（ｂ）は、製造工程５・６（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図と光起電力素子の位置とエネルギービームの出力強度の関係を示したグラフである。このグラフに示されるように、エネルギービームの出力強度を位置によって変化させた照射によって、第１のエネルギービームと第２のエネルギービームとを同一の出射ユニットから連続的または断続的に照射することが可能である。このことにより、光起電力素子基板の非受光面に金属バスバーを溶接接合する工程と、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程とを同時に行うことが可能である。
【００６３】
製造工程７、金属ワイヤに導電性ペーストを付与し、光起電力素子の受光面側の絶縁部材および金属ワイヤ上に金属バスバー２を配置する。
【００６４】
さらに、金属ワイヤが露出した部分に導電性ペーストを付与し、金属バスバー２ １１０を配置し、光起電力素子全面を加熱および加圧し、導電性被覆層を硬化して金属ワイヤを透明導電層上に固定することによって、集電電極の配置が終了する。
【００６５】
導電性ペーストは、金属ワイヤにおける導電性被覆層を除去した部分に付与され、金属ワイヤと金属バスバー２とを接続する目的で用いられる（図示せず）。導電性ペーストの種類としては、代表的なものとして、銀ペーストやハンダ等が挙げられるが、導電性を有するペーストならば何れのものも好適に用いられる。
【００６６】
（実施例）
以下に上記請求項に沿った実施例について記載するが、本発明の実質的内容は下記実施例の具備する具体的な記述に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す製造方法でｐｉｎ型トリプル構成のアモルファス太陽電池を作成した。
【００６８】
光起電力素子基板１０１の大きさは３０ｃｍ×３０ｃｍであった。素子の有効面積が９００ｃｍ２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て透明電極層の一部を除去し、除去部分１０２を形成した。
【００６９】
上記で形成された除去部分の上に、シリコーン系粘着剤５０μｍ／テトラフルオロエチレン−バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）５０μｍ／シリコーン系粘着剤２５μｍの積層体からなる幅７ｍｍの絶縁部材１０３を接着配置し、金属ワイヤ１０４を５．５ｍｍ間隔で配置し、前記絶縁部材上で固定した。
【００７０】
金属バスバー１ １０６として、厚さ１００μｍの軟質銅箔（無酸素銅）を用意した。この軟質銅箔は体積抵抗率が１．７ｘ１０−６Ωｃｍのものであり、銅箔の断面積を考慮しても保持部材であるステンレス基板よりは高い導電性を有するものである。
【００７１】
これらの保持部材と金属バスバー１を溶接接合するレーザーとしては、ミヤチテクノス社製パルスＮｄ−ＹＡＧレーザー（最大定格出力５０Ｗ、ピーク出力５ｋｗ／１０ｍｓ）を用意した。ＹＡＧレーザーは、波長１．０６４μｍの単色光を有しており、この波長の光は前述のａ−ＳｉＧｅボトムＩ層にて吸収が可能である。
【００７２】
以上の準備を完了したところで、固定治具に、保持部材と金属バスバー１が接触するように密着固定させ、受光面で絶縁部材の上からから金属ワイヤの配していない領域で８カ所の溶接を行った。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１．５ｍｓｅｃ、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５６ｍｍであり、スポット径は約５００μｍであった。
【００７３】
その後、金属ワイヤ上にレーザー光を照射し、２ｍｍ長だけ金属ワイヤの導電性被覆層を除去し、銀クラッド銅ワイヤを露出させた。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。
【００７４】
次に、銀クラッドワイヤが露出した部分の上に銀ペーストを配し、絶縁部材１０３と平行に金属バスバー２ １１０を載置した。金属バスバー２としては、厚み１００μｍの銀メッキ銅を用いた。
【００７５】
その後、光起電力素子全体を不図示の加熱装置で加熱圧着することによって、金属ワイヤを透明電極層上に接着固定した。加熱条件は２００℃４５秒、圧力は１ｋｇ／ｃｍ２で行った。
【００７６】
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。
【００７７】
完成したアモルファス太陽電池Ａを、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ２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。
【００７８】
さらに、測定後に金属バスバー１を光起電極素子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。
【００７９】
（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。
【００８０】
実施例２では、光起電力素子基板に配置する絶縁部材として、アクリル系粘着剤３０μｍ／ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）５０μｍ／アクリル系粘着剤３０μｍの積層体からなる絶縁部材１０３を接着配置した点と、「光起電力素子基板と金属バスバー１をレーザーにより溶接接合する工程と、レーザーを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程を同時に行った」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。また、実施例２で用いた絶縁部材は、実施例１で用いた絶縁部材よりもコストの安い構成を持っているため、光起電力素子全体のコストは、実施例１よりも低かった。
【００８１】
光起電力素子基板と金属バスバー１をレーザーにより溶接接合する工程と、レーザーを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する工程を同時に行った工程においては、レーザーの出力強度を光起電力素子の位置によって変化させて照射することによって行った。このため、光起電力素子基板の非受光面に金属バスバー１を溶接接合するためのレーザーと、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出するためのレーザーとは、同一の出射ユニットから照射した。
【００８２】
レーザーの照射条件としては、金属バスバーを溶接接合する位置においては、出力を２０００Ｗとし、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出する部分においては、出力を３０Ｗとした。
【００８３】
また、スキャン速度は１２００ｍｍ／秒、スポット径は約５００μｍであった。上記のようにレーザーの照射を行い、受光面で絶縁部材の上からから金属ワイヤの配していない領域で８カ所の溶接を行い、３０ヵ所で導電性被覆層の除去を行った。その後、金属ワイヤが露出した部分の上に銀ペーストを配し、絶縁部材１０３と平行に金属バスバー２ １１０を載置した。
【００８４】
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１２．９％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、同程度の結果が得られた。
【００８５】
また、実施例１と同様に、測定後に金属バスバー１を光起電力素子基板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。
【００８６】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、以下の効果が奏される。
【００８７】
本発明によれば、絶縁部材の光吸収が非常に少ないことにより、半導体素子基板の受光面に絶縁部材を配置した後からでも、絶縁部材上からエネルギービームを照射することが可能となる。つまり、金属バスバー１を第１のエネルギービームにより溶接接合する工程と金属ワイヤ周囲の導電性被覆層をエネルギービームにより除去する工程とを集約することが可能となる。
【００８８】
本発明の光起電力素子の製造方法を用いることによって、例えば以下のような製造工程の順序が可能となる。
【００８９】
製造工程１、光起電力素子基板を準備する。
【００９０】
製造工程２、光起電力素子基板の受光面の一部に絶縁部材を配置する。
【００９１】
製造工程３、絶縁部材上に導電性被覆層を被覆した金属ワイヤを配置する。
【００９２】
製造工程４、光起電力素子基板の非受光面に金属バスバー１を配置する。
【００９３】
製造工程５、光起電力素子基板と金属バスバー１を第１のエネルギービームにより溶接接合する。
【００９４】
製造工程６、絶縁部材上から第２のエネルギービームを照射し、導電性被覆層を除去して金属ワイヤを露出しする。
【００９５】
製造工程７、金属ワイヤに導電性ペーストを付与し、光起電力素子の受光面側の絶縁部材および金属ワイヤ上に金属バスバー２を配置する。
【００９６】
上記のような製造工程の順序により、エネルギービーム装置を集約することができ、生産装置のコストや設置面積の削減が図れ、光起電力素子を生産するためのコストを大幅に削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光起電力素子の製造方法を説明する概略図。
製造工程１（ａ） 製造工程１における光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図。
製造工程２（ｂ） 製造工程１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図。
【図２】（ａ） 金属ワイヤおよび金属バスバーなどの集電電極を有する光起電力素子の平面図。
（ｂ） （ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図。
（ｃ） （ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図。
【図３】金属ワイヤをの断面図。
【図４】従来の光起電力素子の製造方法を説明する概略図。
製造工程１（ａ） 製造工程１における光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図。
製造工程２（ｂ） 製造工程１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図。
【図５】本発明に係る光起電力素子の製造方法を説明する概略図。
製造工程５・６（ａ） 光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図。
製造工程５・６（ｂ） 製造工程５・６（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図。
【図６】本発明に係る光起電力素子の製造方法を説明する概略図。
製造工程５・６（ａ） 光起電力素子を受光面側から見た場合の平面図。
製造工程５・６（ｂ） 製造工程５・６（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図と、光起電力素子の位置とエネルギービームの出力強度の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１０１、２０１、４０１、５０１ 光起電力素子基板
１０２、２０２、４０２ 除去部分
１０３、２０３、４０３、５０３ 絶縁部材
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４ 金属ワイヤ
１０５、３０５、４０５、５０５ 導電性被覆層
１０６、２０６、４０６、５０６ 金属バスバー１
１０７、４０７、５０７ 第１のエネルギービーム
１０８、４０８、５０８ 溶接部分
１０９、４０９、５０９ 第２のエネルギービーム
１１０、２０１、４１０ 金属バスバー２
２０１ａ 保持部材
２０１ｂ 半導体層
２０１ｃ 透明電極層
２０３ａ 高分子フィルム
２０３ｂ 粘着剤
３０５ａ 第１被覆層
３０５ｂ 第２被覆層
５１１ エネルギービーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic element having a highly workable and highly reliable electrode structure. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic device having a current collecting electrode such as a metal wire and a metal bus bar.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Solar cells using photovoltaic elements have attracted attention as alternative energy sources that solve the problems of existing power generation methods such as thermal power generation, hydroelectric power generation, and nuclear power generation.
[0003]
Various types of solar cells have been researched and developed, such as crystalline solar cells, amorphous solar cells, and compound semiconductor solar cells. Among amorphous silicon solar cells, the conversion efficiency of crystalline solar cells is Although it is inferior to solar cells, it is easy to increase the area, has a large light absorption coefficient, and has excellent features not found in crystalline solar cells, such as operation with a thin film. One of the batteries.
[0004]
As a configuration of an amorphous silicon solar cell, for example, a structure in which a semiconductor layer and a transparent electrode layer are sequentially formed on a holding member is known. A metal wire for collecting a current is arranged on the surface of the transparent electrode layer. Further, a metal bus bar 2 for collecting the current collected by the metal wire is formed on the surface of the metal wire. Also, a metal bus bar 1 for collecting current is formed on the back surface of the holding member.
[0005]
As an example of the above-described electrode structure, JP-A-11-77348 and JP-A-2001-345468 disclose current collecting electrodes using a metal wire, a metal busbar, and the like. FIG. 2A is a plan view of a photovoltaic element having a current collecting electrode such as a metal wire and a metal bus bar, and FIG. 2B is a view along the line AA ′ in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 2A.
[0006]
Reference numeral 201 denotes a photovoltaic element substrate on which a semiconductor layer and a transparent electrode layer are sequentially formed on a holding member. Reference numeral 202 denotes a portion from which the transparent electrode layer has been removed (removed portion), which avoids a short circuit at the end of the photovoltaic element substrate. Reference numeral 203 denotes an insulating member which secures insulation between the photovoltaic element substrate and the metal wires. Reference numeral 204 denotes a metal wire, the periphery of which is coated with a conductive coating layer, which is disposed on the transparent electrode layer and the insulating member. 210 is a metal bus bar 2, which is formed for the purpose of further collecting the current collected by the metal wire. The electrical connection between the metal wire and the metal bus bar 2 is made using a conductive coating layer around the metal wire.
[0007]
With such a conventional configuration, the conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell is practically about 8 to 10%, but the conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell has been remarkably improved in recent years. Among these parameters, a semiconductor layer has been developed in which the short-circuit current (so-called Isc) is improved and exceeds 10%. For this reason, the production cost per unit of power generation has been greatly reduced.
[0008]
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a photovoltaic element will be described with reference to FIG. For example, manufacturing process 1 (a) is a plan view when the photovoltaic element in manufacturing process 1 is viewed from the light receiving surface, and manufacturing process 1 (b) is AA ′ in manufacturing process 1 (a). It is sectional drawing along the line. Hereinafter, the manufacturing process 2 (a), the manufacturing process 2 (b),..., The manufacturing process 7 (a), and the manufacturing process 7 (b) will be briefly described in order.
[0009]
Manufacturing process 1, a photovoltaic element substrate is prepared.
[0010]
Manufacturing process 2, a metal bus bar is arranged on the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate.
[0011]
Manufacturing process 3, the photovoltaic element substrate and the metal bus bar are welded and joined by the first energy beam.
[0012]
Manufacturing process 4, an insulating member is arranged on the light receiving surface of the photovoltaic element substrate.
[0013]
Manufacturing step 5, a metal wire covered with a conductive coating layer is placed on an insulating member.
[0014]
Manufacturing step 6, a second energy beam is irradiated from above the insulating member to remove the conductive coating layer and expose the metal wire.
[0015]
Manufacturing step 7, a conductive paste is applied to the metal wire, and the metal bus bar 2 is arranged on the insulating member and the metal wire on the light receiving surface of the photovoltaic element substrate.
[0016]
In the case of manufacturing a current collecting electrode using a metal wire, a metal bus bar, or the like proposed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-77348 and 2001-345468, the above-described manufacturing method may be used.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above-mentioned manufacturing method is used, the step of welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar with the first energy beam and the irradiation of the second energy beam to remove the conductive coating layer and remove the metal wire In the manufacturing process, two steps of using an energy beam in the step of exposing the semiconductor device are performed. As described above, since the steps using the energy beam are interspersed in the manufacturing process, the manufacturing method becomes redundant and complicated, and the cost and the installation area of the production apparatus increase. There has been a problem that the production cost of the photovoltaic element is significantly increased due to the increase in the cost and the installation area of the production apparatus.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, it is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems in the prior art and to provide a method for stably and efficiently manufacturing a photovoltaic device.
[0019]
That is, the present invention provides a step of arranging an insulating member on a part of a light receiving surface of a photovoltaic element substrate, a step of arranging a metal wire coated with a conductive coating layer on the insulating member, Disposing a metal bus bar on the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate; irradiating a first energy beam from above the insulating member to weld the metal bus bar to the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate; Irradiating the second energy beam from the substrate, removing the conductive coating layer and exposing the metal wires, the energy beam devices can be consolidated, and the cost and installation area of the production device can be reduced. Thus, the cost for producing the photovoltaic element can be significantly reduced.
[0020]
According to the conventional manufacturing method described above with reference to FIG. 4, the step of welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 by the first energy beam (manufacturing step 3) is performed by the light receiving of the photovoltaic element substrate. It is necessary to bring it to a step before the step of arranging the insulating member on the surface (manufacturing step 4). This is because the insulating member disposed on the light receiving surface of the photovoltaic element substrate absorbs the first energy beam, and the insulating property of the insulating member is destroyed.
[0021]
According to the present invention, since the light absorption of the insulating member is very small, it is possible to irradiate the energy beam from above the insulating member even after the insulating member is arranged on the light receiving surface of the semiconductor element substrate. That is, a step of irradiating the first energy beam from above the insulating member to weld the metal bus bar to the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate, and irradiating the second energy beam from above the insulating member to form a conductive coating. By having the step of removing the layer and exposing the metal wires, it becomes possible to consolidate the energy beam device in one place during the manufacturing process, thereby reducing the cost and installation area of the production device, and It is possible to greatly reduce the cost for producing the.
[0022]
A step of irradiating a first energy beam from above the insulating member to weld a metal bus bar to a non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate; and irradiating a second energy beam from above the insulating member to form a conductive coating. By simultaneously performing the steps of removing the layer and exposing the metal wires, the manufacturing time can be reduced, and the cost for producing the photovoltaic element can be reduced.
[0023]
A step of irradiating a first energy beam from above the insulating member to weld a metal bus bar to a non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate; and irradiating a second energy beam from above the insulating member to form a conductive coating. In the step of removing the layer and exposing the metal wire, the first energy beam and the second energy beam are energy beams emitted from the same emission unit, so that the energy beam device is further manufactured during the manufacturing process. It is possible to consolidate them in one place, and at the same time, it is possible to reduce the manufacturing time, the cost of the production equipment and the installation area, and it is possible to greatly reduce the cost for producing the photovoltaic element.
[0024]
Further, since the energy beam is a Q-switched pulse YAG laser, the influence of heat when radiating the energy beam is less likely to be transmitted to the metal wire, so that only the conductive coating layer can be selectively removed. Also, by using a YAG laser, the device can be made relatively inexpensive, small, and easy to maintain.
[0025]
In addition, since the light absorption of the insulating member at a wavelength of 0.4 to 2.0 μm is less than 10%, it is possible to irradiate an energy beam without impairing the insulating property of the insulating member, and to provide a highly reliable electrode portion. Can be manufactured efficiently.
[0026]
In addition, since the insulating member has a polymer film having a melting point of at least 250 ° C. or more, even if a heating step is added as a method for manufacturing a photovoltaic element, the insulating member does not expand or contract. In addition, stable irradiation of the energy beam and manufacture of the electrode portion can be performed.
[0027]
In addition, since the insulating member has at least a polymer film of a fluororesin, it is possible to relatively easily obtain a material having strength with respect to an energy beam, and to easily form a highly reliable electrode portion. Can be manufactured.
[0028]
In particular, when the conductive coating layer contains graphite or black carbon, the absorbability of an energy beam, particularly light, is improved, and the energy can be removed with low energy. In addition, thereby, the removal selectivity with the metal wire is improved.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0030]
As an example of a method for manufacturing a photovoltaic element according to the present invention, a method for manufacturing an amorphous silicon solar cell will be described in detail with reference to FIG. For example, manufacturing process 1 (a) is a plan view when the photovoltaic element in manufacturing process 1 is viewed from the light receiving surface side, and manufacturing process 1 (b) is AA in manufacturing process 1 (a). FIG. 3 is a cross-sectional view along the line. Hereinafter, the manufacturing process 2 (a), the manufacturing process 2 (b),..., The manufacturing process 7 (a), and the manufacturing process 7 (b) will be described in order.
[0031]
Manufacturing process 1, a photovoltaic element substrate is prepared.
[0032]
A photovoltaic element substrate 101 in which a semiconductor layer and a transparent electrode layer are sequentially formed on a holding member is prepared in an arbitrary size. Further, a removed portion 102 from which the transparent electrode layer located on the outermost surface is removed is formed. This is a process in which a short-circuited portion existing around the photovoltaic element substrate does not affect the conversion efficiency of the photovoltaic element. There is no particular need to provide this when possible.
[0033]
Manufacturing process 2, an insulating member is arranged on the light receiving surface side of the photovoltaic element substrate.
[0034]
An insulating member 103 such as a double-sided adhesive tape is disposed at an end of the photovoltaic element substrate 101 on the light receiving surface side. At this time, the end on the light receiving surface side of the photovoltaic element substrate is a region where the metal wires and the metal bus bars 2 are arranged in a later step. The insulating member is disposed for the purpose of preventing the metal wire or the metal bus bar 2 from coming into contact with the removed portion 102 of the photovoltaic element substrate and causing a short circuit.
[0035]
As the insulating member 103, a member in which an adhesive is provided on both surfaces of a polymer film is preferably used.
[0036]
As the polymer film, cellophane, rayon, acetate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyether ketone, fluororesin, polysulfone, unsaturated polyester, epoxy, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyimide silicon resin, and the like can be used.
[0037]
In particular, when a YAG laser is used as the first and second energy beams, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-verfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer are used. Combined (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), polyvinyl fluoride (PVF), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethylene terephthalate (PET) show good light transmittance and are suitable.
[0038]
Further, from the viewpoint of heat resistance, polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-verfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) , Polyethylene naphthalate (PEN), polyether ether ketone (PEEK), and polyphenylene sulfide (PPS) exhibit good heat resistance and are preferred.
[0039]
Examples of the adhesive include an acrylic, rubber, silicone, polyvinyl ether, epoxy, polyurethane, nylon, polyamide, inorganic, or composite adhesive. As an example of the pressure-sensitive adhesive, an acrylic pressure-sensitive adhesive, a silicone-based pressure-sensitive adhesive, and the like having excellent tackiness, tackiness, holding power, moisture resistance, durability, and heat resistance can be used.
[0040]
Manufacturing process 3, a metal wire coated with a conductive coating layer is placed on an insulating member.
[0041]
Next, metal wires 104 coated with a conductive coating layer on the insulating member and the photovoltaic element substrate are arranged at appropriate pitch intervals. At this time, the metal wire is fixed only on the insulating member arranged at the end on the light receiving surface side of the photovoltaic element substrate.
[0042]
Examples of the metal wire 104 include metals having low electric resistance, such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, tin, lead, nickel, molybdenum, and tungsten, and alloys thereof. Examples of the cross-sectional shape of the metal wire include a circle, a rectangle, and a polygon. In particular, when the cross-sectional shape of the metal wire is circular, a diameter that minimizes the sum of electrical resistance and shadow loss is selected, and specifically, a diameter of 25 μm to 200 μm is preferably used. If desired, a thin surface metal layer may be formed on the surface of the metal wire for the purpose of preventing corrosion, preventing oxidation, improving electric conductivity, and the like. Examples of the surface metal layer include metals having low electric resistance, such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, tin, lead, nickel, molybdenum, and tungsten, and are formed by a plating method or a cladding method. Then, a conductive coating layer 105 formed using the metal as a filler is formed.
[0043]
The conductive coating layer 105 is made of a mixture of a polymer resin and conductive particles. Examples of the polymer resin include thermosetting resins (e.g., epoxy resin, urethane resin, phenol resin, polyvinyl formal, alkyd resin, and resins modified from these) having excellent productivity, workability, flexibility, and weather resistance. Plastic resins (polyamide imide resin, melamine resin, butyral, phenoxy resin, polyimide resin, fluororesin, acryl, styrene, polyester, etc.) are exemplified. As the conductive particles, graphite, carbon black, In 2 O 3 , TiO 2 , SnO 2 , ITO, ZnO, and other metal oxides, and oxide semiconductor materials to which an appropriate dopant is added. As a method of bonding the metal wire and the metal bus bar 2 using the conductive coating layer, the entire metal wire is coated with the conductive coating layer, or the metal wire or the metal bus bar 2 is partially coated with the conductive coating layer, Examples of the method include heating and pressurizing.
[0044]
In the manufacturing process 4, the metal bus bar 1 is arranged on the non-light receiving surface side of the photovoltaic element substrate.
[0045]
The metal bus bar 1 is arranged at an end of the non-light receiving surface side of the photovoltaic element substrate 101. At this time, the end on the non-light receiving surface side of the photovoltaic element substrate is a region where the first energy beam is irradiated in a later step to weld and join the metal bus bar 1.
[0046]
Note that the order of (manufacturing step 2—manufacturing step 3—manufacturing step 4) can be interchanged, and the order of (manufacturing step 4—manufacturing step 2—manufacturing step 3) and (manufacturing step 2—manufacturing step 4). -Good workability can be obtained even in the order of the manufacturing process 3).
[0047]
Examples of the metal bus bar 1 106 and the metal bus bar 2 110 include metals having low electric resistance, such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, tin, lead, nickel, molybdenum, and tungsten, and alloys of these metals. The cross-sectional shapes of the metal bus bar 1 and the metal bus bar 2 include a circle, a rectangle, and a polygon. If desired, a thin surface metal layer may be formed on the surface of the metal bus bar for the purpose of preventing corrosion, preventing oxidation, improving electrical conductivity, and the like. Examples of the surface metal layer include metals having low electric resistance, such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, tin, lead, nickel, molybdenum, and tungsten, and are formed by a plating method or a cladding method.
[0048]
In the manufacturing step 5, the first energy beam is irradiated from above the insulating member to a region where the metal wire is not arranged, and the metal bus bar 1 is welded to the non-light receiving surface side of the photovoltaic element substrate.
[0049]
The first energy beam 107 is irradiated from above the insulating member disposed at the end of the light receiving surface of the photovoltaic element substrate, and the metal bus bar 1106 disposed on the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate and the photovoltaic element. The power element substrate is welded.
[0050]
As the first energy beam used at this time, an electron beam, an ion beam, a laser, or the like can be used. However, a laser is preferable because the apparatus is simple, and among them, a large output required for welding is relatively high. A YAG laser and a carbon dioxide gas laser which can be easily extracted are preferable.
[0051]
Here, a medium that easily absorbs energy may be provided on the metal bus bar 1 so that the first energy beam is easily absorbed by the metal bus bar 1. As the medium, for example, black ink or the like is suitable.
[0052]
Manufacturing step 6, a second energy beam is irradiated from above the insulating member to remove the conductive coating layer and expose the metal wire.
[0053]
Further, the second energy beam 109 is irradiated onto the metal wire from above the insulating member disposed at the end of the light receiving surface of the photovoltaic element substrate, and the conductive wire is removed to expose the metal wire.
[0054]
If the output intensity of the second energy beam is too low, the coating layer cannot be removed, and if the output intensity is too high, the metal wire will melt, so that only the conductive coating layer can be selectively removed by appropriate selection. It is possible to expose the metal wire neatly.
[0055]
As the second energy beam, an electron beam, an ion beam, a laser, or the like can be used similarly to the first energy beam. However, a laser is preferable here because the apparatus is simplified. In the case of using a laser, if the conductive filler constituting the conductive coating layer contains graphite or carbon, since the laser has good absorption, it can be easily and reliably removed with low energy. . Among them, the case where the conductive filler is graphite or black carbon and the laser is a Q-switch pulse YAG laser is preferable from the viewpoint of selective removal.
[0056]
The manufacturing steps 5 and 6 can be performed in the order of (the manufacturing step 5-the manufacturing step 6) or in the order of the (the manufacturing step 6-the manufacturing step 5). Further, the manufacturing step 5 and the manufacturing step 6 can be performed simultaneously as in (Manufacturing Steps 5 and 6).
[0057]
The manufacturing steps 5 and 6 include welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 with the first energy beam, and simultaneously irradiating the second energy beam from above the insulating member to remove the conductive coating layer. This is a step of exposing the metal wire.
[0058]
The figure shows an example in which a step of welding and joining a metal bus bar to a non-light receiving surface of a photovoltaic element substrate and a step of removing a conductive coating layer and exposing a metal wire are simultaneously performed (manufacturing steps 5 and 6). It is shown in FIG.
[0059]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention. The manufacturing process 5.6 (a) is a plan view when the photovoltaic element is viewed from the light receiving surface side, and the manufacturing process 5.6 (b) is AA in the manufacturing process 5.6 (a). FIG. 3 is a cross-sectional view along the line. As shown in this figure, a step of welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 by a first energy beam, and irradiating a second energy beam from above the insulating member to remove the conductive coating layer. The step of exposing the metal wire can be performed simultaneously.
[0060]
Further, the first energy beam and the second energy beam can be energy beams emitted from the same emission unit, and can be simultaneously performed as in (manufacturing steps 5 and 6). .
[0061]
FIG. 6 shows an example in which the first energy beam and the second energy beam are energy beams emitted from the same emission unit, and the output intensity of the energy beam is changed (manufacturing steps 5.6). Show.
[0062]
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention. The manufacturing process 5.6 (a) is a plan view when the photovoltaic element is viewed from the light receiving surface side, and the manufacturing process 5.6 (b) is AA in the manufacturing process 5.6 (a). FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line ′ and a graph showing a relationship between the position of the photovoltaic element and the output intensity of the energy beam. As shown in this graph, the first energy beam and the second energy beam can be continuously or intermittently irradiated from the same emission unit by the irradiation in which the output intensity of the energy beam is changed depending on the position. It is possible. Thus, the step of welding and joining the metal bus bar to the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate and the step of exposing the metal wire by removing the conductive coating layer can be performed at the same time.
[0063]
Manufacturing step 7, a conductive paste is applied to the metal wire, and the metal bus bar 2 is arranged on the insulating member and the metal wire on the light receiving surface side of the photovoltaic element.
[0064]
Further, a conductive paste is applied to a portion where the metal wire is exposed, a metal bus bar 2110 is arranged, the entire surface of the photovoltaic element is heated and pressed, and the conductive coating layer is cured to place the metal wire on the transparent conductive layer. , The arrangement of the current collecting electrodes is completed.
[0065]
The conductive paste is applied to a portion of the metal wire from which the conductive coating layer has been removed, and is used for connecting the metal wire and the metal bus bar 2 (not shown). Typical examples of the type of the conductive paste include silver paste and solder, but any conductive paste can be suitably used.
[0066]
(Example)
Hereinafter, embodiments according to the claims will be described, but the substantial content of the present invention is not limited to the specific description of the following embodiments.
[0067]
(Example 1)
In this example, an amorphous solar cell having a pin-type triple configuration was manufactured by the manufacturing method shown in FIG.
[0068]
The size of the photovoltaic element substrate 101 was 30 cm × 30 cm. A part of the transparent electrode layer was removed using an etching paste containing ferric chloride as a main component and a commercially available printing machine so that the effective area of the element became 900 cm 2, and a removed portion 102 was formed.
[0069]
On the removed portion formed above, an insulating member 103 having a width of 7 mm made of a laminate of silicone adhesive 50 μm / tetrafluoroethylene-verfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) 50 μm / silicone adhesive 25 μm was placed. The metal wires 104 were bonded and arranged at intervals of 5.5 mm, and fixed on the insulating member.
[0070]
As the metal bus bar 1106, a soft copper foil (oxygen-free copper) having a thickness of 100 μm was prepared. This soft copper foil has a volume resistivity of 1.7 × 10 −6 Ωcm, and has higher conductivity than a stainless steel substrate as a holding member even in consideration of the cross-sectional area of the copper foil.
[0071]
As a laser for welding and joining these holding members and the metal bus bar 1, a pulse Nd-YAG laser (maximum rated output 50W, peak output 5kw / 10ms) manufactured by Miyachi Technos Co., Ltd. was prepared. The YAG laser has monochromatic light having a wavelength of 1.064 μm, and light of this wavelength can be absorbed by the a-SiGe bottom I layer described above.
[0072]
When the above preparations are completed, the holding member and the metal bus bar 1 are tightly fixed to the fixing jig so that the metal bus bar 1 is in contact with the fixing jig. Was done. The irradiation condition of the laser beam is a single pulse waveform with an energy of 3 J, a pulse width of 1.5 msec, a single mode, and a focused index fiber with a diameter of 0.6 mm using a graded index fiber. Was combined. The depth of focus was 56 mm, and the spot diameter was about 500 μm.
[0073]
Thereafter, the metal wire was irradiated with a laser beam to remove the conductive coating layer of the metal wire by a length of 2 mm to expose the silver-clad copper wire. At this time, a Q-switched YAG laser was used as the laser. Laser irradiation conditions were an output of 30 W, a pulse frequency of 12 kHz, and a scan speed of 1200 mm / sec.
[0074]
Next, a silver paste was arranged on a portion where the silver clad wire was exposed, and a metal bus bar 2110 was placed in parallel with the insulating member 103. As the metal bus bar 2, silver-plated copper having a thickness of 100 μm was used.
[0075]
Thereafter, the metal wire was bonded and fixed on the transparent electrode layer by heat-pressing the entire photovoltaic element with a heating device (not shown). Heating condition: 200 ° C, 45 seconds, pressure: 1kg / cm 2 I went in.
[0076]
Through the above steps, three amorphous solar cells A were produced.
[0077]
The completed amorphous solar cell A was subjected to 100 mW / cm in the AM1.5 global solar spectrum. 2 When the conversion efficiencies were measured using a simulated sun light source (hereinafter referred to as a simulator) having an amount of light of 3, good characteristics of 12.9% were obtained for all three, and there was little variation.
[0078]
Furthermore, when the welding state was observed by peeling the metal bus bar 1 from the photovoltaic electrode element after the measurement, welding marks were observed at all 300 welding points, and it was confirmed that welding was stable. confirmed.
[0079]
(Example 2)
In Example 2, three amorphous solar cells B were prepared.
[0080]
In Example 2, an insulating member 103 made of a laminate of 30 μm of acrylic adhesive / 50 μm of polytetrafluoroethylene (PTFE) / 30 μm of acrylic adhesive was bonded and arranged as an insulating member to be disposed on the photovoltaic element substrate. And only the point that "the step of welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 with a laser and the step of irradiating a laser to remove the conductive coating layer and expose the metal wires were simultaneously performed" Example 1 was different from Example 1, and the others were prepared as in Example 1. In addition, the cost of the entire photovoltaic element was lower than that of Example 1 because the insulating member used in Example 2 had a configuration that was less expensive than the insulating member used in Example 1.
[0081]
In the step of welding and joining the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 with a laser and the step of irradiating the laser to remove the conductive coating layer and expose the metal wires, the output intensity of the laser is reduced. The irradiation was performed by changing the position according to the position of the photovoltaic element. Therefore, a laser for welding the metal bus bar 1 to the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate and a laser for removing the conductive coating layer to expose the metal wires are irradiated from the same emission unit. did.
[0082]
The laser irradiation conditions were such that the output was 2000 W at the position where the metal bus bar was welded and joined, and the output was 30 W at the portion where the conductive coating layer was removed to expose the metal wire.
[0083]
The scanning speed was 1200 mm / sec and the spot diameter was about 500 μm. The laser irradiation was performed as described above, welding was performed at eight locations in the region where the metal wire was not disposed from above the insulating member on the light receiving surface, and the conductive coating layer was removed at 30 locations. Thereafter, a silver paste was arranged on a portion where the metal wire was exposed, and a metal bus bar 2110 was placed in parallel with the insulating member 103.
[0084]
When the conversion efficiency of the completed amorphous solar cell B was measured using the same simulator, the characteristics of all three solar cells were 12.9%, which was compared with the amorphous solar cell A created in Example 1. And similar results were obtained.
[0085]
Further, as in Example 1, when the metal bus bar 1 was peeled off from the photovoltaic element substrate after the measurement, good welding was observed at all locations.
[0086]
【The invention's effect】
According to the configuration of the present invention described above, the following effects can be obtained.
[0087]
According to the present invention, since the light absorption of the insulating member is very small, it is possible to irradiate the energy beam from above the insulating member even after the insulating member is arranged on the light receiving surface of the semiconductor element substrate. That is, the step of welding and joining the metal bus bar 1 with the first energy beam and the step of removing the conductive coating layer around the metal wires with the energy beam can be integrated.
[0088]
By using the method for manufacturing a photovoltaic device of the present invention, for example, the following manufacturing steps can be performed.
[0089]
Manufacturing process 1, a photovoltaic element substrate is prepared.
[0090]
Manufacturing process 2, an insulating member is arranged on a part of the light receiving surface of the photovoltaic element substrate.
[0091]
Manufacturing process 3, a metal wire coated with a conductive coating layer is placed on an insulating member.
[0092]
Manufacturing process 4, the metal bus bar 1 is arranged on the non-light receiving surface of the photovoltaic element substrate.
[0093]
Manufacturing process 5, the photovoltaic element substrate and the metal bus bar 1 are welded and joined by the first energy beam.
[0094]
Manufacturing step 6, irradiating a second energy beam from above the insulating member to remove the conductive coating layer and expose the metal wire.
[0095]
Manufacturing step 7, a conductive paste is applied to the metal wire, and the metal bus bar 2 is arranged on the insulating member and the metal wire on the light receiving surface side of the photovoltaic element.
[0096]
The order of the manufacturing process as described above allows the energy beam devices to be consolidated, reduces the cost and installation area of the production device, and significantly reduces the cost for producing photovoltaic elements. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention.
Manufacturing process 1 (a) is a plan view of the photovoltaic element in manufacturing process 1 as viewed from the light receiving surface side.
Manufacturing step 2 (b) Sectional view along line AA 'in manufacturing step 1 (a).
FIG. 2A is a plan view of a photovoltaic device having a current collecting electrode such as a metal wire and a metal bus bar.
(B) Sectional drawing along the AA 'line in (a).
(C) Sectional drawing along the BB 'line in (a).
FIG. 3 is a cross-sectional view of a metal wire.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a method for manufacturing a conventional photovoltaic element.
Manufacturing process 1 (a) is a plan view of the photovoltaic element in manufacturing process 1 as viewed from the light receiving surface side.
Manufacturing step 2 (b) Sectional view along line AA 'in manufacturing step 1 (a).
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention.
Manufacturing process 5.6 (a) The top view when the photovoltaic element is seen from the light receiving surface side.
Manufacturing step 5.6 (b) Sectional view along the line AA 'in manufacturing step 5.6 (a).
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a photovoltaic device according to the present invention.
Manufacturing process 5.6 (a) The top view when the photovoltaic element is seen from the light receiving surface side.
Manufacturing Process 5.6 (b) A cross-sectional view taken along line AA ′ in manufacturing process 5.6 (a), and a graph showing the relationship between the position of the photovoltaic element and the output intensity of the energy beam.
[Explanation of symbols]
101, 201, 401, 501 Photovoltaic element substrate
102, 202, 402 Removal part
103, 203, 403, 503 Insulating member
104, 204, 304, 404, 504 metal wire
105, 305, 405, 505 conductive coating layer
106, 206, 406, 506 Metal bus bar 1
107, 407, 507 First energy beam
108, 408, 508 welds
109, 409, 509 Second energy beam
110, 201, 410 Metal busbar 2
201a holding member
201b Semiconductor layer
201c transparent electrode layer
203a polymer film
203b adhesive
305a First coating layer
305b Second coating layer
511 energy beam
