JP2005166914A

JP2005166914A - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JP2005166914A
Application number: JP2003403110A
Authority: JP
Inventors: Akihide Takagi; 明英高木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: JP4530651B2

Abstract

【課題】印刷法による電極形成よりも線幅が細くて十分な高さを有するサブ電極を均一に形成することが可能な方法を提供する。
【解決手段】太陽電池を製造する工程において、太陽電池１００の電極パターンに対応する形状のスリット穴が形成されたスリットマスク２を有する電極形成装置を用い、そのスリットマスク２のスリット穴から電極用ペーストＰを一括して押し出して電極形成を行うことで、線幅が細くて十分な高さを有するサブ電極を実現するとともに、印刷法のような問題つまり電極の断線、電極線幅の変化、スクリーンの破れに伴うマスク交換または有機溶剤によるマスク払拭などのトラブルが起こらないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、受光面電極のような一方向に長い電極を有する太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池の製造工程の１つである受光面電極を形成する方法には、蒸着法、メッキ法、印刷法がある。大量生産を目的とする場合、生産性に富み、自動化もしやすいということから印刷法が盛んに用いられている。

印刷法は、ｎ⁺ｐ型の太陽電池セルに対しては、銀粉末とガラス粉末及び有機バインダを有機溶剤とともに混合したペーストをセル上面に電極形状にスクリーン印刷を行うものであり、このスクリーン印刷後に乾燥・焼成を行って電極を形成している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
特開昭６４−３９０７９号公報特開平６−２９５５９号公報

ところで、太陽電池の電極形成に印刷法を適用した場合、印刷法ではスクリーンメッシュを用いるため、サブ電極（グリッド状電極）の高さが不均一かつ不十分なものしかできず、Ｆ．Ｆ．（フィルファクター：光電変換効率）の低下を招いている。また、スクリーンメッシュが目詰まりを起こすと、サブ電極が断線することがあり、さらに、印刷開始時と開始時から時間が経過した後では、スクリーンマスク上のペースト中に含まれる溶媒の蒸発乾固により、スキージ（ゴムロール）とスクリーンマスクとの間の距離が変わってしまい、サブ電極の線幅が変化したり、わずかな衝撃でマスクが破れるということがある。そして、一度目詰まりが生じると、有機溶媒でマスク面を人手で払拭するというような煩雑な作業を行う必要がある。

本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、印刷法による電極形成よりも細くて高いサブ電極を均一に形成することが可能であり、しかも、印刷法のような問題つまり電極の断線、電極線幅の変化、スクリーンの破れに伴うマスク交換または有機溶剤によるマスク払拭などのトラブルのない太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、太陽電池を製造する工程において、太陽電池の電極パターンに対応する形状のスリット穴が形成されたスリットマスクを用い、そのスリットマスクのスリット穴から電極用ペーストを太陽電池セルの受光面に一括して押し出して電極形成を行う工程を含むことを特徴としている。

本発明において、前記スリットマスクの材質は、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコシキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレンが好ましい。

本発明において、前記スリットマスクの厚さが５ｍｍ以上で、前記電極用ペーストを収容する容器の高さが５ｃｍ以上である電極形成装置を用いて電極形成を行うことが好ましい。

本発明において、前記電極用ペーストを収容するシリンダの下部に前記スリットマスクを設け、前記シリンダの上方からのピストン等による押し付けにより、電極用ペーストを前記スリットマスクのスリット穴から押し出す構造の電極形成装置を用いて電極形成を行うように構成してもよい。

本発明において、電極形成に用いるペーストとして、２５±１Ｃ°における粘度が８０〜３００Ｐａ・ｓである電極用ペーストを用いることが好ましい。

本発明において、前記スリットマスクのスリット穴は、太陽電池のメイン電極に対応する部分が独立した複数の穴によって構成する。この場合、前記メイン電極に対応する部分を構成する複数の穴の最大幅を０．５〜２ｍｍとし、電極形成後のメイン電極の幅が１〜２ｍｍ、サブ電極の幅が０．０５〜０．１ｍｍとなるように設計するとともに、前記複数の穴の占有率をメイン電極形成部に対し７０〜９０％とすることが好ましい。

本発明によれば、太陽電池の製造工程の１つである受光面電極の形成工程において、サブ電極高さを自由自在にコントロールすることが可能である。従って本発明においては、サブ電極を高くすることが可能であり、Ｆ．Ｆ．を高めることができる結果、変換効率が向上する。さらに、電極形成装置のスリットマスクの設計により、サブ電極の線幅を自由に変えることも可能であるので、受光面積のロスであるシャドウロスを極力減らすことが可能な細いサブ電極を形成することができる。これにより、Ｉｓｃ（短絡電流）が向上する結果、変換効率がさらに向上する。

従って、太陽電池の製造工程に本発明を適用することにより、太陽電池セルの高効率化を実現でき、結果的に太陽光発電システムの小面積化と低コスト化を達成できる。

また、本発明では、電極形成にスクリーンマスクを使用しないので、目詰まりによる断線がなく、印刷法のように太陽電池１枚または１群の全てが不良になることがない。さらに、印刷法のように、スクリーンマスクの破れ、印刷開始時と時間が経過した後において電極の線幅が変化すること等に対応するマスク交換や、スクリーンマスクが目詰まりした際のマスク払拭などの作業を行う必要がないので、生産ラインにおける効率が良くなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に用いる電極形成装置の要部構造を模式的に示す側面図である。

図１に示す電極形成装置は、シリンダ１、スリットマスク２、ピストン３、ステージ４及び制御装置５などを備えている。

シリンダ１の下部にはスリットマスク２が装着されている。スリットマスク２には、図２に示すように、太陽電池１００の受光面に形成する電極に応じた形状に型抜きされたスリット穴２０（詳細は後述する）が形成されている。

シリンダ１の内部は電極用ペーストＰを収容するペースト溜１１となっており、そのペースト溜１１の内部にピストン３が設置されている。ピストン３はモータ３１を利用した移動機構３０により上下方向に移動するように構成されており、このピストン３によってペースト溜１１を上方から押すことにより、電極用ペーストＰをスリットマスク２のスリット穴２０から電極パターン形状に押し出すことができる。

スリットマスク２の下方には太陽電池１００を載置するステージ４が設置されている。ステージ４は、モータ４１を利用した移動機構４０により上下方向に移動するように構成されており、このステージ４の上下動により、スリットマスク２に対し太陽電池１００の表面を接近離反させることができる。

以上のピストン３の駆動及びステージ４の上下動は制御装置５によって制御される。その制御及び各部の構造について以下に詳述する。

まず、本発明の製造方法を適用する太陽電池１００は、１２５ｍｍ角または１５５ｍｍ角で、厚みが２００〜３００μｍであり、例えば図４に示すように、表面に幅が１〜２ｍｍ程度の２本のメイン電極１０１が形成されるとともに、このメイン電極１０１に直交する方向に延びる複数のグリッド状のサブ電極１０２・・１０２が形成される。これらサブ電極１０２・・１０２は、線幅が約５０〜１００μｍであり、１．５〜２ｍｍのピッチで配列される。

本発明に用いる電極形成装置では、前記した１２５ｍｍ角用太陽電池と１５５ｍｍ角用太陽電池のそれぞれの電極パターンに対応する形態のスリットマスク２が個別に用意されており、その各太陽電池に対応したスリットマスク２をシリンダ１に対してスライド方式で取り付け／取り外す構造となっている。スリットマスク２の１辺は１６０ｍｍ以上である。

本発明に用いる電極用ペーストＰとしては、銀、ガラス粉末、有機バインダ及び有機溶剤の混合物が挙げられる。電極用ペーストＰの粘度は、２５±１℃において８０〜３００Ｐａ・ｓに調節する。

次に、太陽電池に電極用ペーストを付着する方法及びスリットマスクの構造などについて説明する。

−電極用ペーストの付着方法−
まず、図１に示す電極形成装置において、太陽電池１００に電極用ペーストＰを付着する場合、ステージ４の移動は上下方向である。また、電極用ペーストＰの付着が完了した太陽電池１００は搬送装置（図示せず）によって左右方向に搬送されると同時に、次のペースト付着予定の太陽電池１００がステージ４上に載せられ、アライメントされた後に真空吸着される。

そして、太陽電池１００（受光面電極形成前）のセットが完了した後に、ステージ４の上下移動により、シリンダ１のスリットマスク２の下面から太陽電池１００の上面までの距離を、サブ電極高さ設定値（例えば５０μｍ）に設定し、この状態で、移動機構３０にてピストン３をサブ電極高さ設定値の１．２倍（例えば、サブ電極の高さ設定値が５０μｍである場合は６０μｍ）の距離だけ押し下げて、電極用ペーストＰを電極パターン形状に一括して押し出す。この後、太陽電池１００をステージ４に真空吸着した状態でステージ４を５００ｍｍ／ｓの速度で下方に移動する。このとき、太陽電池１００に載せる電極用ペーストＰの重量は０．０５〜０．１５ｇになるように設定し、スリットマスク２のスリット穴２０のパターン幅に対し、実際に形成される電極幅の広がりを３０％未満に抑える。

−スリットマスク−
スリットマスク２の材質としては、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレン等の硬くて丈夫な材質が挙げられる。

図３はスリットマスク２のスリット穴２０の拡大図である。

スリットマスク２のスリット穴２０のメイン電極１０１に対応する部分は、孤立した複数の穴２１・・２１が連なった形態となっている。これらメイン電極形成用の穴２１の最大幅は０．５〜２ｍｍであり、それら複数の穴２１・・２１のメイン電極形成部分に対する占有率が７０〜９０％となるように設定されている。なお、メイン電極形成用の各穴２１の形状は特に限定されず、例えば楕円形、円形、方形などであってもよい。また、サブ電極形成用の穴２２の線幅は、電極形成後のサブ電極１０２の幅が０．０５〜０．１ｍｍとなるように設定されている。

以上のように、スリットマスク２のメイン電極１０１に対応する部分を、複数の細かい穴２１・・２１によって構成することにより、スリットマスク２に作用する力つまりピストン３による電極用ペーストＰの押し出し圧力に十分に耐えることが可能なスリット構造を実現することができる。なお、メイン電極形成部分の穴２１・・２１のメイン電極形成部分に対する占有率が９０％以上、例えば１００％であるとすると、電極用ペーストＰの押し出し圧力によりスリットマスク２が変形しやすくなってしまう。

なお、スリットマスク２は、印刷法に用いる印刷スクリーンのようなメッシュがないため、太陽電池１００のメイン電極１０１と直角に交わるサブ電極１０２の交差部分が、上からの圧力（ペースト押出圧力）に対して弱くなることから、その部分にスリットマスク２を支持する構造を設ける必要がある。

そして、メイン電極形成部分の複数の穴２１・・２１のメイン電極形成部分に対する占有率を７０〜９０％の範囲にしておけば、太陽電池１００に電極用ペーストＰが付着した際に、穴２１の設計値に対して３０％以内のペースト広がりが生じるので、メイン電極形成用の穴を孤立した複数の穴２１・・２１で構成した形態であっても、太陽電池１００に積層した電極用ペーストＰによって連続した一様幅のメイン電極１０１を形成することができる。なお、孤立した複数の穴２１・・２１から電極用ペーストＰを押し出した際に充填されない部分があったとしても、次工程において電極の上からの半田ディップを実施したり、また、モジュール作製時にはメイン電極１０１に導電率の良いインターコネクタを半田付けするので、特性に影響を与えることはない。

ここで、この例において、ペースト溜１１を上から押すピストン３を上下移動する移動機構３０及びステージ４を上下移動する移動機構４０は、前記したように制御装置５によって制御されており、その各移動は自由に設定することができる。例えば、ピストン３の制御に関しては、電極用ペーストＰの粘度が硬めに設定されているので、ピストン３を長く押し出せば押し出すほど、横方向にだれることなく、高くて均一なサブ電極１０２を形成することができる。

また、この例においては、スリットマスク２のサブ電極形成用の穴２２の幅を自由自在に設定することができるので、太陽電池１００の受光面に存在する電極による受光面積のロスであるシャドウロスを極力減らすことが可能な細いサブ電極１０２を形成することができる。

さらに、この例においては、スリットマスク２として、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレン等の硬くて丈夫な材質からなるものを用いており、そのスリットマスク２のスリット穴２０から電極用ペーストＰをピストン３による上下方向の圧力にて一括して押し出して電極を形成しているので、スリットマスク２のスリット穴２０に目詰まりが発生することがなく、印刷法のように断線を起こすことがなくなる。

また、印刷法の問題つまり印刷開始時と時間が経過した後では、スクリーンマスク上のペースト中に含まれる溶媒の蒸発乾固により、スキージ（ゴムロール）とスクリーンマスクとの間の距離が変わってしまい、グリッド状電極の線幅が変化するという問題や、わずかな衝撃でマスクが破れるという問題が起こることがない。さらに、スリットマスク２のスリット穴２０に目詰まりが発生することがないので、有機溶媒でスリットマスク２を払拭するというような煩雑な作業が不要となる。

本発明は、太陽電池の製造工程において、線幅が細くて十分な高さを有するサブ電極を均一に形成するのに有効に利用することができる。

本発明の製造方法に用いる電極形成装置の要部構造を模式的に示す側面図である。図１の電極形成装置に用いるスリットマスクの正面図である。図１の電極形成装置に用いるスリットマスクの要部拡大図である。太陽電池の受光面電極の平面図である。

符号の説明

１シリンダ
１１ペースト溜
２スリットマスク
２０スリット穴
２１穴（メイン電極形成用）
２２穴（サブ電極形成用）
３ピストン
３０移動機構
３１モータ
４ステージ
４０移動機構
４１モータ
５制御装置
１００太陽電池
１０１メイン電極
１０２サブ電極
Ｐ電極用ペースト

Claims

太陽電池を製造する工程において、太陽電池の電極パターンに対応する形状のスリット穴が形成されたスリットマスクを用い、そのスリットマスクのスリット穴から電極用ペーストを一括して押し出して電極形成を行う工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記スリットマスクの材質が、金属、合金属、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂、または、ポリプロピレンであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
前記スリットマスクの厚さが５ｍｍ以上で、前記電極用ペーストを収容する容器の高さが５ｃｍ以上である電極形成装置を用いて電極形成を行うことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池の製造方法。
前記電極用ペーストを収容するシリンダの下部に前記スリットマスクが設けられており、前記シリンダの上方からの押し付けにより電極用ペーストを前記スリットマスクのスリット穴から押し出す構造の電極形成装置を用いて電極形成を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
２５±１Ｃ°における粘度が８０〜３００Ｐａ・ｓである電極用ペーストを使用して電極形成を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
前記スリットマスクのスリット穴は、太陽電池のメイン電極に対応する部分が独立した複数の穴によって構成されていること特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
前記スリットマスクは、前記メイン電極に対応する部分を構成する複数の穴の最大幅が０．５〜２ｍｍであり、電極形成後のメイン電極の幅が１〜２ｍｍ、サブ電極の幅が０．０５〜０．１ｍｍとなるように設計されているとともに、前記複数の穴の占有率がメイン電極形成部に対して７０〜９０％であることを特徴とする請求項６記載の太陽電池の製造方法。