JP2006041093A

JP2006041093A - 光起電力素子の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2006041093A
Application number: JP2004217166A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shimizu; 孝一清水
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】導電性樹脂被覆を有する金属細線を光起電力体に熱圧着してなる集電電極の製造方法の安定性を高めることによって、集電電極と光起電力体間の電力ロスの発生を防ぐ。また、集電電極の機械的応力に対する耐性を高める。
【解決手段】導電性樹脂で被覆された金属細線を光起電力体の主面に固定する第一の工程と、光起電力体を加熱する第二の工程と、弾性フィルムの伸びに合わせて可動する機械的手段によって弾性フィルムに張力を加えつつ、弾性フィルムを光起電力体と金属細線とに押し当てる第二の工程とを含む光起電力素子の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は光起電力素子の集電電極の形成方法及び形成装置に関するものであり、より詳細には光起電力素子の表面に金属細線を接着してなる集電電極の形成方法および形成装置において、金属細線を接着する方法及び装置に関するものである。

光起電力素子の電極構造は主に、電流を集めるための比較的細い金属からなる櫛歯状や格子状の集電電極と、この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とからなる。電極材料としては銀や銅のように比抵抗の低い材料が好適に用いられる。

これら電極の形成方法の中で、特に集電電極の形成方法として、蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法が知られている。

しかし、蒸着法では堆積速度が遅いこと、真空プロセスを用いるためスループットが低いこと、また、線状のパターンを形成するためにはマスキングが必要であり、またマスク部分に堆積した金属は無駄になる等の問題点がある。

一方、スクリーン印刷法では、印刷に使用する導電性ペーストの比抵抗が、最も低いものでも4.0×10^-5Ωｃｍであり、低抵抗な電極が得にくい問題がある。一般には純粋なバルクの銀よりも１桁抵抗が高くなる。

さらに蒸着法やスクリーン印刷法の場合、仮に集電電極の面積を変えずに抵抗を下げるために電極の厚みを厚くすることが必要であるが、実用的に可能な厚みは蒸着法の場合、1μｍ以下、印刷法の場合10μｍ〜20μｍである。このような厚みでは必然的に集電電極の幅が200μｍ以上となりアスペクト比（縦横の比）が非常に小さくなり、シャドーロスが大きくなってしまう問題がある。

これらに対し、特開平07-335921（特許文献１）、特開平11-145502（特許文献２）に開示されるように、金属細線を、導電性粒子を含む樹脂で被覆した集電電極が知られている。この発明は導電性の良い銅等の金属細線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することが可能である。また、この発明では、細線の固定は導電性樹脂を用いて簡便な方法で行われている。

図６に特開平11-145502に開示された光起電力素子の集電電極形成方法の模式図を示す。以下図に従って従来例を説明する。

（a）基板と基板上に形成された光起電力層とからなる光起電力体601の主面上の端部に両面粘着テープ606を貼り付けている。

（ｂ）光起電力体601全体を湾曲させた状態で、導電性樹脂被覆を施した金属細線602を複数本、並べて、各金属細線の端部を両面粘着テープ606に固定し、さらにその上に銅箔からなるバスバー電極607を貼り付けている。

（ｃ）常時加熱された熱板603の上に光起電力体601を載せている。

（ｄ）下面が弾性フィルム604からなるチャンバー605を上から被せている。このとき弾性フィルム604が自重で下方に伸長して弓の弦の様に張った金属細線602に接触し、金属細線602を断線させたり、その張力を緩めたりすることが無い様に、チャンバー605内部を不図示の排気口と不図示の排気手段によって排気し、弾性フィルム604の下面側の空気と上面側（上チャンバー内部）の空気とに圧力差を生じさせることによって、弾性フィルム604を上方に引きつけた状態にある。また、弾性フィルム604の外周は押し当て板610と押し当てねじ609とによってチャンバー壁に押し当てて固定してある。

（e）熱板603に複数箇所空けられた排気口608より、弾性フィルム604の下方の空気を排気し、かつチャンバー605内部に空気を入れて、金属細線602を光起電力体601表面に熱圧着させている。
特開平07-335921号公報特開平11-145502号公報

特開平07-335921、および特開平11-145502の方法では、弾性フィルム604の弛みや伸びによって金属細線602と光起電力体601との圧着が不充分になる場合があった。圧着が不充分であれば、第一に光起電力体601と金属細線602との間の導通が不充分となり光起電力体601で発生する電力のうち光起電力体601と金属細線602との間で失われる量が増加する。即ち、光起電力素子から取り出すことが出来る電力が減少する。

第二に前述の圧着が不充分であれば、金属細線602と光起電力体601との接合強度が低下し、光起電力素子の機械的応力に対する耐性が低くなる。即ち、他の手段で補強する、あるいは光起電力素子601の用途を限定する等の処置が必要となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、上記金属細線602の圧着不足を抑えることによって光起電力素子の発電量の低下や、機械的応力に対する耐性の低下を抑えることである。

上記課題を解決するための手段である本発明の光起電力素子の製造方法は、
導電性樹脂で被覆された金属細線を光起電力体の主面に固定する第一の工程と、弾性フィルムの伸びに合わせて可動する機械的手段によって前記弾性フィルムに張力を加えつつ、前記弾性フィルムを前記光起電力体と前記金属細線とに押し当てる第二の工程とを含むことを特徴とする。

また、前記弾性フィルムを圧力隔壁として前記光起電力体側の気体の圧力を、前記光起電力体とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にする第三の工程を含むことを特徴とする。

また、前記金属細線の端部付近の前記弾性フィルムと、前記光起電力体の前記主面とが接触することを抑制する手段を設けることを特徴とする。

また、前記機械的可動手段が圧力シリンダーであることを特徴とする。

上記課題を解決するための手段である本発明の光起電力素子の製造装置は、
導電性樹脂で被覆された金属細線を光起電力体の主面に固定する第一の手段と、弾性フィルムの伸びに合わせて可動する機械的手段によって前記弾性フィルムに張力を加えつつ、前記弾性フィルムを前記光起電力体と前記金属細線とに押し当てる第二の手段とを有することを特徴とする。

また、前記フィルムを圧力隔壁として前記光起電力体側の気体の圧力を、前記光起電力体とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にする第三の手段を有することを特徴とする。

また、前記金属細線の端部付近の前記弾性フィルムと、前記光起電力体の前記主面とが接触することを抑制する手段を有することを特徴とする。

本発明により、金属細線を圧着してなる集電電極を有する光起電力素子の製造方法において、金属細線の圧着不足を抑えることによって光起電力素子の発電量の低下や、機械的応力に対する耐性の低下を抑えることが可能である。

以下に本発明の実施態様例を説明する。

図７に本発明の実施態様例を説明するための模式図を示す。本発明の光起電力素子の製造方法は光起電力体702の主面に導電性樹脂で被覆された金属細線702を固定する第一の工程（図７ａ乃至ｂ）と弾性フィルム704の伸びに合わせて可動する不図示の機械的手段によって弾性フィルム704に張力711を加えつつ（図７ｃ）、弾性フィルム704を光起電力体701および金属細線702に押し当てる工程とを含むものである。

図８に従来の光起電力素子の製造方法の極端な場合を図６ｃ乃至eのa-a’断面と同様に示す。従来の方法では図８に示すように弾性フィルム804が極端に伸びて、緩んでいる場合に、図のb乃至ｃにおいて、樹脂フィルム804の下部を排気し、かつ上部チャンバー805内部を加圧した際に、樹脂フィルム804が挫屈することによって（814）金属細線802の光起電力体801への押し当てが不充分となっていた。もしくは、挫屈814が発生しないまでも図８ｃ拡大図に示すように張力812が減少することによって、金属細線802を光起電力体801に押し当てる力が弱くなっていた。これによって金属細線802と光起電力体801との圧着が不充分となっていた。弾性フィルム804が極端に伸びる理由としては、そもそも弾性フィルムを固定する際に弛んだ状態で固定しまうこと、弾性フィルム804が劣化によって塑性変形をおこし伸びること、加熱工程の熱によって弾性フィルム804が熱膨張すること等が挙げられる。

これに対し本発明の光起電力素子の製造方法では、弾性フィルム804の伸びに合わせて可動する機械的手段によって弾性フィルム704に張力711を加えているために、弾性フィルムが伸びた場合にも、弾性フィルム704の弛みは発生しない。これによって弾性フィルム804の弛みに起因する従来の問題点が解決される。

さらに、弾性フィルム704を基準に光起電力体側の気体の圧力を、光起電力体の側とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にすることによって、弾性フィルム704を金属細線702に押し当てる力に加えて、気体の圧力差による力を加えることが好適に行われるが、弾性フィルム704自体が気体の圧力を隔てる隔壁であることが好ましい。なぜなら図9に示すように弾性フィルム904が気体の圧力を隔てるものでない場合、圧力隔壁915に挫屈914が生じた場合に弾性フィルム904を基準に光起電力体側の気体の圧力を、光起電力体の側とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にすることの効果が薄れるからである。弾性フィルム704自体が圧力隔壁であることによって、この様なことを防止可能である。

さらに、弾性フィルム704を基準に光起電力体側の気体の圧力を、光起電力体の側とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にすることによって、弾性フィルム704を金属細線702に押し当てる力に加えて、気体の圧力差による力を加える場合、図１０に示す様に金属細線1002の端部付近の弾性フィルム1004と、光起電力体1001の主面とが接触することを抑制することが好ましい。なぜなら、この様にすることによって、図１０の矢印で示される経路が確保されるため、弾性フィルム1004と、光起電力体1001と、金属細線1002とで囲まれる空間の気体を外部に押し出す、もしくは吸い出すことが容易になり、その結果、前述の弾性フィルム1004によって隔てられた気体の圧力差を確実に設けることが可能となるからである。図１０は図７ｄのｂ-ｂ’断面拡大図に相当する図である。

さらに、図７の張力711を加える不図示の機械的可動手段としては、ばねやゴム等の弾性率の高い部材を圧縮、伸長させた状態で用いることによって張力711を発生させる手段や、錘を弾性フィルム704の両端につるして用いることによる手段、回転力が加えられている軸に弾性フィルム704を巻きつけることによる手段、圧力シリンダーによって張力711を発生させる手段等が挙げられる。しかし圧力シリンダーによって張力711を発生させる手段が最も好適である。これは圧力シリンダーによる手段は張力711を一定に保つことが容易に可能であるためである。

図８ａの拡大図に示した様に、金属細線802を光起電力体801に押し付ける力は、弾性フィルム804に加えられた張力、もしくはこの張力と、弾性フィルム804を境とする気体の圧力差によって新たに発生した張力との合力の光起電力体主面の法線方向成分として理解される。したがって、金属細線を十分に光起電力体に圧着させるためには、これら張力を一定して加えることが重要である。然るに、ばねやゴム等の弾性率の高い部材を圧縮、伸長させた状態で用いることによって張力711を発生させる手段の場合、弾性率の高い部材の発生する張力は、弾性率の高い部材の圧縮量、あるいは伸長量に比例するため、弾性フィルムが塑性変形や熱膨張によって伸長した場合、弾性率の高い部材の圧縮量、あるいは伸長量が減少し張力が低下してしまう。また、錘による手段の場合、弾性フィルムを上下動させる場合に、上下動の加速度によっては張力が大きく変動し易い。また、回転力を加えた軸に弾性フィルムを巻きつける手段の場合は構造が複雑で高価であり一定の回転力に調整することが困難である。

これに対し圧力シリンダーは構造が容易で安価であり、加える圧力を一定にすることも圧力シリンダーを大きな圧力発生源に接続しておけば、比較的容易に実現可能である。結果、弾性フィルムに安定した張力を加えることが可能であり好適である。また、弾性フィルムが塑性変形や熱膨張によって緩んだ場合にも圧力シリンダーに加える圧力を一定に保ては張力は一定である。また、弾性フィルムを上下動させた場合も、その影響はほとんど無い。

以下に上述の用語の説明をする。

（導電性樹脂）
導電性のフィラーをバインダー樹脂の中に分散させたものである。フィラーとしては銀、銅等の金属粉末や、ITO、ZnO、SnO₂、In₂O₃、TiO₂等の酸化物粉末、カーボン、グラファイト粉末等が挙げられる。また、バインダー樹脂としては金属細線に被覆を形成しやすく、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性に優れた樹脂が好ましい。具体的には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、アルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂などの熱硬化性樹脂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や生産性の面で優れた材料である。しかも、耐湿性、接着性の面でも光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。この他、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、メラミン樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることもできる。これらの中、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光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。本発明の効果はこれら導電性樹脂の種類によらない。

（金属細線）
金属細線は、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く、かつ、前記金属細線を形成する金属体の材質としては、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、タングステンなどの材料が、比抵抗が小さいため好適に用いられる。中でも、銅が電気抵抗が低いうえに安価であることから望ましい。また、前記金属細線はこれらの金属の合金であってもよい。前記金属細線の表面には、所望に応じて、腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性の向上、電気的導通の改良などの目的で薄い金属層を形成したものでもよい。該表面金属層としては、例えば、銀、パラジューム、銀とパラジュームの合金、金などの腐食されにくい貴金属や、ニッケル、錫などの耐食性のよい金属を用いることができる。なかでも、金、銀、錫が湿度などの影響を受けにくいため、当該金属層として好適に用いられる。前記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。

金属細線を被覆する導電性樹脂の厚みは、所望に応じて決定されるものであるが、例えば断面が円形の金属細線であれば、直径の１％から１０％の厚みが好適である。電気的導通、耐食性の効果、金属層厚みを考慮して金属層の比抵抗は、１０^-6Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下が好適である。前記金属細線の断面形状は円形が好適であるが、矩形であってもよく所望に応じて適宜選択される。前記金属細線の直径は、電気抵抗ロスとシャドーロスとの和が最小となるように設定して選択されるものであるが、具体的には例えば直径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、２５μｍから２００μｍとすることで効率のよい光起電力素子が得られる。２５μｍより細い場合は金属細線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以上であるとシャドーロスが大きくなる。また光起電力素子表面の凹凸が大きくなって表面を被覆する際にＥＶＡなどの充填材を厚くしなければならなくなる。前記金属細線は公知の伸線機によって所望の直径に成型して作製できる。伸線機を通過した金属細線は硬質であるが、伸び易さや曲げ易さなどの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。本発明の効果は金属細線の種類によらない。

（光起電力体）
入射する光のエネルギーを電力に変換する作用を有するものである。

光起電力体は光のエネルギーを電力に変換する層である光起電力層単独体であっても、光起電力層と、光起電力層の形状を維持するための基板、電流を流すための電極層、光を反射させるための層等との複合体であってもよい。

一般的には光起電力層は半導体接合からなる。半導体は材料の面で大きくシリコン系と、ガリウム砒素や硫化カドミウムに代表される化合物半導体系とに分けられる。また接合のバンド構造の面で、単純な同種のｐ型半導体とｎ型半導体との接合であるｐｎ接合型、禁制帯の異なる異種半導体の接合からなるヘテロ接合型、半導体と金属のショットキーバリア型に分類される。結晶構造の面での分類では結晶系、アモルファス系に分類される。層構造の面では接合一層からなるシングル、接合二層を重ねて直列化したタンデム、さらに三層を重ねたトリプル等が公知である。

基板は導電性、絶縁性どちらでも良い。導電性基板としてはステンレスやアルミ等の金属基板が好適に用いられる。絶縁基板としてはガラス、セラミック、樹脂による基板が挙げられる。

電流を流すための層は光起電力体の光入射側である場合は、ITO、Sn₂O₃等の透明導電性酸化物層が用いられる。反光入射側である場合は、銀、アルミ等の太陽光に対して反射率の高く、導電率の高い層が用いられる。また、太陽光を反射させるための層としてはZnO層が好適に用いることが公知である。

本発明の光起起電力素子の製造方法の効果は、光起電力層の材質、形状、製法によって失われるものでは無い。

（第一の工程）
導電性樹脂の被覆を有する金属細線を光起電力体の主面に固定する工程である。金属細線は樹脂、低融点金属等を介して、もしくはこれらによって抑えつけることによって光起電力体の主面に固定することが可能である。樹脂は接着樹脂や粘着樹脂が公知である。具体的には接着樹脂、粘着樹脂としては、例えば、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、または複合型接着剤などが挙げられる。これらの中で、特に接着性、タック、保持力、耐電性、耐湿性などに優れているものとして、アクリル系、シリコーン系接着剤が好適に用いられる。さらに、作業性、量産性を高めるために、基材と上記接着剤を重ねた構成の粘着テープ、両面粘着テープを用いることも可能である。その際の基材としては、集電電極を加熱形成する時の耐熱性が要求され、例えば、ポリイミド、ＰＥＴなどが用いられる。低融点金属としては半田、錫、鉛、インジウム等が公知である。

また、金属細線の導電性樹脂被覆を除去し、金属細線を直に光起電力体に溶接、ヒュージング、ワイヤボンディング等の手法で固定してもよい。

上記の方法を光起電力体の主面を構成する材質、主面の凹凸等に適した方法を選ぶことが可能である。

本発明の効果はこれら金属細線の固定の方法によって失われるものではない。

（弾性フィルム）
弾性フィルムは、金属細線に圧力を均一にかけるためのもので、耐久性に優れたフィルムが使用される。具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム、ネオプレンゴムなどの弾性を有する材料が好適に用いられる。弾性フィルムの厚みは、所望に応じて設計されるものであるが、５００μｍから２mm程度が好適である。弾性フィルム表面には、金属細線の導電性樹脂被覆が弾性フィルムに付着するのを防ぐためと、弾性フィルムが加熱された際に出てくるオイルなどが光起電力体に付着するのを防ぐための副フィルムを貼付してもよい。具体的には、１００μｍ程度の厚みのＰＴＦＥ，ＥＴＦＥ，ＰＦＡなどの公知の高分子フィルムが用いられる。また、強度を向上するために、これらの材料にガラス繊維を含浸させたものでもよい。弾性フィルムによって金属細線を光起電力体に押し当てる力は、弾性フィルムによって隔てられた気体の圧力差と、弾性フィルムに加える張力とによって調節可能である。その意味で本発明の効果は弾性フィルムの種類によらないと言えるが、好ましくは圧力差が0.01乃至0.5MPaの範囲である場合はPTFE、ETFE、PFA等の適度な弾性係数を有する材質で、厚みが0.05乃至1mmの弾性フィルムが好適である。

（機械的手段）
図１１に機械的手段の模式図を示す。機械的手段は弾性フィルム1104に張力を加える手段である。図１１の矢印は機械的手段の可動方向を示す。機械的手段は例えば図１１aの矢印の方向に可動する不図示の手段によって弾性フィルム1104に張力を加える手段であればよい。不図示の手段は、前述のように例えばばね、ゴムであってもよいし、回転軸巻き取り機構やエアシリンダーであればよい。弾性フィルム904を境に、気体に圧力差を設ける場合には図１１ｂのようにチャンバー1105の側面に沿った方向に可動する手段であることが、圧力差を確実に設けるために好適である。より確実に圧力差を設けるためには図１１ｃ、ｄのように固定部材1116に弾性フィルムの端部を固定し気密性のある空間を形成し、この空間の内部にある作用部材1117を矢印の方向に不図示の動力源によって可動させることによって弾性フィルム1104に張力を加える方法が好適である。

圧力差を設ける方法は、弾性フィルムを内壁とする体積一定の気密性のある空間にバルブを通じてポンプによって気体を押しこみ加圧する方法、空間に気体を入れ、密閉された空間の体積を小さくする方法、空間の気体を加熱する方法等、公知の方法が利用可能である。圧力差は任意の圧力差が適宜用いられる。本発明の効果はこれらの方法や圧力差の選択によって失われるものではないが、PTFE、ETFE、PFA等の適度な弾性係数を有する材質で、厚みが0.05乃至1mmの弾性フィルムを使用する場合、圧力差は0.01乃至0.5MPaの範囲が好適である。

（接触抑制手段）
図１２に接触抑制手段の例を示す。金属細線1202の端部付近の弾性フィルム1204と光起電力体1201との間に剛体からなる接触抑制部材1221を入れても良い。また、弾性フィルムを上方に引っ張る手段によって、弾性フィルムと光起電力体の接触を防止する手段も好適である。これら接触抑制手段は弾性フィルム1204と光起電力体1201との接触防ぐことによって、気体の通路を確保する手段である。金属細線1202の端部付近全ての接触を回避する手段であっても良いし、一部のみでも良い。

（圧力シリンダー）
圧力シリンダーは油圧シリンダー、エアシリンダー等公知のものの中から、大きさ、ストロークを所望の張力が得られるように選択し、用いることが可能である。特にエアシリンダーが安価で設置も容易であることから好適に用いられる。

（光起電力素子）
光起電力体に電力を取り出すための電極を形成したものである。本発明の光起電力素子は金属細線からなる電極を有するものであるが、金属細線からなる電極の他に導電性ペーストを印刷してなる電極、金属箔を固定してなる電極、金属材料を蒸着、スパッタ等の成膜方法で膜状に形成してなる電極、半田等の低融点金属を印刷した後にリフローさせてなる電極等が組合されていてよい。

本発明の光起電力素子の電極製造方法について実施例に基づいて詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本例の光起電力素子の電極製造方法を図１に示す。以下図に従って本例を説明する。

以下の方法によって、光起電力体101を製作した。

基板として表面を洗浄した厚さ0.15mmのSUS430からなるロール状ステンレス基板を用意した。次に基板の表面上にタングステン、銀、酸化亜鉛の薄膜層（厚さ1μｍ以下）を公知のスパッタ法によって作製した。次に公知の電析法によって厚み約2μｍの酸化亜鉛の層を形成し、さらに公知のCVD法によってｎ層、i層、ｐ層の3層からなる厚さ約3μｍの微結晶シリコン層を2層と、ｎ層、i層、ｐ層の3層からなる厚さ1μｍ以下のアモルファスシリコン層とを重ね光起電力層を形成した。最後に公知のスパッタ法によって厚さ70nmのITO層を形成した。この基板を切断することにより、光起電力体101（239mm×356mm）を作製した。この光起電力体101に対して、次の処理を行うことにより基板端部における光起電力層の短絡を防止した。

まず、光起電力体101の表面上に、ITO層のエッチング剤（ＦｅＣｌ₃）含有ペーストを基板の外周に沿ってスクリーン印刷した後、純水洗浄することにより、ITO層の一部を除去しITO層からなる上部電極と、基板、タングステン、銀、酸化亜鉛からなる下部電極との電気的な分離を確実にした。

（ａ）以下の方法によって、光起電力体101上に導電性樹脂被覆を有する金属細線102を複数本ならべて固定した。

第一に次の要領で金属細線102を準備した。原材料として直径4〜5mmの銅線の外周に厚み50μｍの銀箔を貼り付けたものを準備した。次にそれを伸線装置により直径100μｍの芯線に整形した。この芯線を連続的に作製しボビンに500ｇ巻き取った。整形後の銀の被覆は厚み約1μｍであった。次にエナメル線用のロールコータ装置により芯線の周りに導電性フィラーを含有する樹脂からなる被覆を形成した。被覆は完全硬化した内層と、金属細線102を光起電力層上に接着固定するための外層の二層構造にした。

内層の形成方法は以下の通りである。まず芯線をボビンから巻き出し内層形成処理槽を通した。内層形成処理槽は内層用のフィラーを含有した樹脂を巻き上げている回転ロールと、フェルトよりなる。内層形成処理層に通された芯線はまず、回転ロールに接触する。この際に回転ロールが巻き上げている樹脂が芯線に塗布される。さらに芯線はフェルトに接触する。この際に余分な樹脂が除去される。さらに芯線は加熱炉を通過する。この際に塗布された樹脂が完全に硬化する。樹脂の塗布量の偏芯を防ぐために、この塗布、除去、硬化の一連の工程を複数回行った。芯線の巻き取り側で樹脂が塗布された芯線の外径を測定し、その値をフィードバックさせて樹脂の粘度を調整した。フィードバックの機構は、樹脂の粘度を低下させて回転ロールが巻き上げる樹脂量が下げ、塗布量が減少させる機構である。樹脂の粘度調整は溶剤のキシレンを加えることで行った。使用した樹脂の構成は次の通りである。フィラーとして直径が30±20ｎｍのカーボンブラックを使用した。カーボンブラックは体積密度35％に調整した。フィラーと樹脂の混合比は、混合物の重量を100として、ブチラール樹脂6.4重量部、クレゾール樹脂、フェノール樹脂、芳香族炭化水素系樹脂4.2重量部、硬化材としてジオールイソシアネート18重量部、溶剤としてキシレン18重量部、ジエチレングリコールモノメチルエーテルを12重量部、シクロヘキサノンを3.6重量部、さらにカップリング剤としてγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを0.7重量部ペイントシェーカーで混合分散して作製した。以上のようにして完成した内層の被覆の厚みは約5μｍ、抵抗率は約0.5Ωｃｍであった。

外層の形成方法は以下の通りである。内層が塗布された芯線を外層形成処理槽に通した。外層形成処理槽は外層用のフィラーを含有した樹脂を巻き上げている回転ロールと、ダイスよりなる。外層形成処理層に通された芯線はまず、回転ロールに接触する。この際に回転ロールが巻き上げている樹脂が芯線に塗布される。さらに芯線はダイスを通過する。この際に余分な樹脂が除去される。さらに芯線は加熱炉を通過する。この際に塗布された樹脂の溶剤が蒸発し樹脂が半硬化する。樹脂の塗布量の偏芯を防ぐために、この塗布、除去、硬化の一連の工程を複数回行った。回数を重ねるごとにダイスの穴径は大きくし、最終的に外層の厚みは20μｍとした。使用した樹脂の構成は次の通りである。フィラーとして直径が30±20ｎｍのカーボンブラックを使用した。カーボンブラックを35重量部、ウレタン樹脂41重量部、フェノキシ樹脂14重量部、硬化材として水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート6重量部、溶剤として芳香族系溶剤4重量部、さらにカップリング剤としてγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを0.7重量部ペイントシェーカーで混合分散して作製した。以上のようにして完成した外層の被覆の抵抗率は約0.5Ωｃｍであった。

第二に準備した金属細線102を長さ350mm裁断し、反りや、捩れを除去した直線状の金属細線102を複数本用意した。反りや、捩れを除去する方法は、金属細線102を接触する二つの回転ゴムローラの間を通す方法を採用した。

第三に用意した直線状金属細線102を光起電力体101の表面に等間隔で平行に並べた。光起電力体101の端部主面上に金属細線102の端部を夫々、両面テープ106を介して固定した。使用した両面テープ106は厚み100μｍのPETフィルムと厚さ25μｍのポリイミドフィルムをシリコン粘着剤で張り合わせた基材の両面にさらにシリコン系粘着剤を塗布したものである。金属細線102の端部を両面テープ106に張りつけた後、さらに上からバスバー電極となる厚さ100μｍの銅箔107を貼付した。

（ｂ）工程ａを経た光起電力体101を、金属細線102を光起電力体101上に熱圧着させるための装置に挿入した。

この装置は弾性フィルム104と機械的手段と熱板103とから成る装置である。機械的手段は支持棒118と錘119とからなり、弾性フィルム104に張力を加える手段であり、かつ弾性フィルム104の伸びに合わせて錘が下に下がる。すなわち弾性フィルム104の伸びに合わせて可動である。弾性フィルム104は厚さ約50μｍのPTFEフィルムを使用している。熱板103は加熱用のヒータ（不図示）を内部に組み込んだ金属板である。熱板103は常時210℃の一定温度に加熱されている。装置に挿入した光起電力体は熱板103上に置いた。

（ｃ）機械的手段を下降させ、金属細線102を光起電力体上に熱圧着させた。

光起電力体101を熱板103の上に載せてから約1秒の後に、機械的手段を下降させた。この一連の作業によって、急激に光起電力体101の温度が上昇し始めた。これは弾性フィルム104によって光起電力体101が熱板103に押し付けられ、光起電力体101と熱板103の接触面積が広がったことによるものと考えられる。また、弾性フィルム104の押し付け完了してから60秒間保持した。この間に金属細線102は光起電力体を通して伝わる熱と、弾性フィルム104によって加わる光起電力体101面に押し付ける方向の圧力とによって光起電力体101上に熱圧着し、光起電力素子を作成した。

本例の光起電力素子の電極製造方法を図２に示す。本例は実施例１上部チャンバー205を使用して弾性フィルム204上面を加圧する点と、吸引口208を有する熱板203を使用して弾性フィルム204の下面を排気する点においてのみ異なる。

上部チャンバー205は逆さにした金属箱の縁に弾性フィルム204を密着させるためのOリング（不図示）を有する。この上部チャンバーには空気を出し入れする口（不図示）が設けられており、この口以外は気密性が高いものである。熱板203は加熱用のヒータ（不図示）を内部に組み込んだ金属板である。熱板203は常時210℃の一定温度に加熱されている。熱板203には上面に複数の吸引口208が設けられている。この穴は不図示の熱板203裏面の口に貫通している。この吸引口208の用途は二つあり、一つは熱板203の上面に載せられた光起電力体201を吸着する用途であり、もう一つは熱板203直上の空気を吸引する用途である。

光起電力体201を熱板203の上に載せてから約1秒の後に、上部チャンバーを下降させた。この時同時に熱板203に空けられた吸引口208から空気の吸引を行った。この一連の作業によって、急激に光起電力体201の温度が上昇し始めた。これは弾性フィルム204によって光起電力体201が熱板203に押し付けられ、光起電力体201と熱板203の接触面積が広がったことによるものと考えられる。上部チャンバー205内部は0.2MPaで加圧した。また、上部チャンバーの金属箱の縁と、熱板203の上面とによって弾性フィルム204が挟まれることによって、弾性フィルム204の下面と熱板203の上面との間に気密空間が生じ、この気密空間に残った空気が熱板203に空けられた吸引口208から吸引されることによって弾性フィルム204が下方に押し付けられられた。この時の吸引口208内部の圧力は約−80kPaであった。したがって、弾性フィルム204は、その上面に加わる圧力（0.2MPa）と下面に加わる圧力（−80kPa）の差圧280ｋPaによって、下方に押し付けられたことになる。弾性フィルム204の押し付け完了してから約0.1秒の後に上部チャンバーの圧力を大気圧に戻し60秒間保持し光起電力素子を作成した。

本例の光起電力素子の電極製造方法を図３に示す。本例は実施例2と機械的手段としてエアシリンダー302を使用した点においてのみ異なる。エアシリンダーは図3ｃに示したように上部チャンバー305の側面に配置した。エアシリンダーの圧力は、弾性フィルム304に加わる張力が実施例２と同じになるように設定した。

本例の光起電力素子の電極製造方法を図４に示す。図４は図３ｄのa-a’断面に相当するものである。本例では金属細線402の端部付近の弾性フィルム304が光起電力素子の主面上に接触することを抑制するために熱板303の吸引口308において段差を設けた点においてのみ異なる。

本発明の実施例を説明する図である。本発明の別の実施例を説明する図である。本発明の別の実施例を説明する図である。本発明の別の実施例を説明する図である。本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。従来技術を説明する図である。本発明の実施態様例を説明する図である。従来技術を説明する図である。従来技術を説明する図である。本発明の実施態様例を説明する図である。本発明の実施態様例を説明する図である。本発明の実施態様例を説明する図である。

符号の説明

101、201、301、401、501、601、701、801、901、1001 光起電力体
102、202、302、402、502、602、702、802、902、1002、1202 金属細線
103、203、303、403、503、603、703、803、903 熱板または板
104、204、304、404、504、604、704、804、904、1004、1104、1204 弾性フィルム
205、305、505、605、805、905、1105 チャンバー
106、206、306、406、506、606 両面テープ
107、207、307、407、507、607 バスバー
208、308、408、608 吸引口
609 ねじ
610 押さえ板
711、911 機械的手段による張力
812 張力
813 分力
814、914 挫屈
915 圧力隔壁
1116 固定部材
1117 作用部材
118、218、518 支持棒
119、219 錘
320 エアシリンダー
1221 接触抑制部材

Claims

導電性樹脂で被覆された金属細線を光起電力体の主面に固定する第一の工程と、弾性フィルムの伸びに合わせて可動する機械的手段によって前記弾性フィルムに張力を加えつつ、前記弾性フィルムを前記光起電力体と前記金属細線とに押し当てる第二の工程とを含む光起電力素子の製造方法。
前記フィルムを圧力隔壁として前記光起電力体側の気体の圧力を、前記光起電力体とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にする第三の工程を含む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。
前記金属細線の端部付近の前記弾性フィルムと、前記光起電力体の前記主面とが接触することを抑制する接触抑制手段を設けることを特徴とする請求項2に記載の光起電力素子の製造方法。
前記機械的可動手段が圧力シリンダーであ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素子の製造方法。
導電性樹脂で被覆された金属細線を光起電力体の主面に固定する第一の手段と、弾性フィルムの伸びに合わせて可動する機械的手段によって前記弾性フィルムに張力を加えつつ、前記弾性フィルムを前記光起電力体と前記金属細線とに押し当てる第二の手段とを有する光起電力素子の製造装置。
前記弾性フィルムを圧力隔壁として前記光起電力体側の気体の圧力を、前記光起電力体とは反対側の気体の圧力よりも小さい状態にする第三の手段を有することを特徴とする請求項５に記載の光起電力素子の製造装置。
前記金属細線の端部付近の前記弾性フィルムと、前記光起電力体の前記主面とが接触することを抑制する接触抑制手段を有することを特徴とする請求項６に記載の光起電力素子の製造方法。
前記機械的可動手段が圧力シリンダーであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の光起電力素子の製造装置。