JP2007044974A - 電極線の形成方法および該電極線を備えた電極板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 凹版20の凹部21に入れられた導電性ペースト25を、シリコーンゴム製のブランケット23に受理させた後、該ブランケット23から被印刷基板15へ転写する凹版オフセット印刷による印刷工程と、前記転写直後に導電性ペースト25を加熱する加熱工程とを1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す重ね印刷により電極線を形成し、かつ、前記導電性ペースト25は、粘度を170P以上330P以下の範囲内とし、TI値を4.2以上7.7以下の範囲内としている。
【選択図】 図1
Description
前記フォトリソ法は、非常に微細なパターンを高精度で形成することができる点で優れるが、工程が非常に複雑で一連の管理が難しいだけでなく、露光、現像、乾燥等の工程を遂行する一連の製造ラインは、製造設備の精度やクリーン度が高度なものが要求される為、非常に高価なものとなる。また、導電性の良好なスパッタ膜を得る為には、スパッタリング条件として、200℃を越える高温処理が必要となり、基板に対する熱負担が大きくなり、基板の歪や劣化等が発生する原因ともなる。
さらに、フォトリソ法では、インキや電極用ペーストを、基板全面に塗布した後に余分な箇所から取り除く必要があるため、高価なカラーフィルタ用インキや電極用ペーストの使用量が大量となり、コスト高となる問題があった。
粘度が170ポアズ以上330ポアズ以下で且つチキソトロピー・インデックス(TI値)が4.2以上7.7以下である導電性ペーストを、凹版の凹部に充填し、該凹部内の導電性ペーストをシリコーンゴム製のブランケットに受理させた後、該ブランケットから基板へ導電性ペーストを転写して印刷する印刷工程と、該転写直後に導電性ペーストを加熱する加熱工程とを1サイクルとし、
前記サイクルを複数回繰り返して、導電性ペーストを重ね印刷することを特徴とする電極線の形成方法を提供している。
さらに、所要回数で印刷工程→加熱工程を繰り返した後に、150℃〜250℃、10分〜60分、好ましくは200℃で30分程度で加熱して、重ね印刷した導電性ペーストを基板に定着させている。
また、本発明では、印刷工程→加熱工程を1サイクルとし、このサイクルを繰り返して導電性ペーストを重ね印刷するが、前記したように、前サイクルの印刷工程で転写された導電性ペーストが加熱工程で硬くなっているため、次のサイクルでの印刷時に圧力が加わっても硬化された導電性ペーストは押し広げられることなく、細線形状と厚みとを保持することができる。従って、印刷工程と加熱工程を1サイクルとして、このサイクルを繰り返して重ね印刷することで、先に印刷した導電性ペーストと後から印刷した導電性ペーストとを融着させて一体化させながら、細幅を維持し、厚みを大とした電極線を形成することができる。
なお、加熱による硬化の程度は、導電性ペーストが印刷時の圧力により押し潰されず、厚みを保持できる硬さであれば、半乾き状態となる程度でよい。
これは導電性ペーストの粘度が170P未満、またはTI値が4.2未満では、凹版オフセット印刷で導電性ペーストに流れて広がり、電極幅が太くなる傾向があることによる。一方、粘度が330Pより高い場合、またはTI値が7.7より高い場合は、凹版からブランケットへペーストは受理されるが、ブランケットから基板への転移が悪くなる現象、いわゆるパイリングが発生しやすくなることに因る。
前記粘度は好ましくは200P以上、300P以下である。また、前記TI値は好ましくは5.0以上、7.5以下である。
前記導電性金属粉末は平均粒子径が0.1μm〜10μm、好ましくは0.3μm〜5μmとしていることが好ましく、形状は球状、楕円球状、柱状、鱗片状、繊維状等の種々の形状とすることができる。
前記範囲は、500質量部より小さいと、金属粉末同士が十分に密着しにくく加熱時に金属層が形成しにくく導電性が得られなくなるからである。一方、2000質量部を超えると、固形分比率が大きくなり過ぎてブランケットへの受理、転写が劣り、基板との密着性も悪くなってくるからである。
溶剤は樹脂100質量部に対して50〜100質量部、好ましくは80〜90質量部である。
前記第一サイクルの導電性ペーストの体積抵抗率は1.0×10−5〜3.0×10−5(Ω・cm)、第二サイクル以降の導電性ペーストの体積抵抗率は2.0×10−5〜4.0×10−5(Ω・cm)とすることが好ましい。
即ち、太陽電池セルの基板表面には、多くの入射光を確保するために、前述のとおりテクスチャと呼ばれる凹凸が形成されているため、集電極は特に細幅で且つ厚さが大であることが求められるが、前記凹版オフセット印刷による重ね印刷によれば、細幅で30μmまで細く、尚且つ厚みのある集電極を形成することができため、太陽電池にとって重要な光電変換効率が高まり、出力性能を向上させることができる。
特に、本発明の電極板では、電極線の線幅が30以上100μm以下で、電極線の厚さは30μm以上100μm以下とすることができる。
さらに、電極線を重ね印刷して形成しているために、100μm程度まで厚くすることができ、厚みが30μm以上とすることが必要な電極線を形成することができる。かつ、重ね印刷をしても線幅の太りが抑制でき、線幅が30〜100μmとした細幅の電極線を形成することができる。
図1乃至図3は本発明の第一実施形態に係る電極線形成方法を示し、シリコーン系太陽電池セル10の集電極12の形成方法に適用している。
前記3回のサイクルを繰り返した後、200℃のオーブンで30分加熱して、シリコーンウエハ15に導電性ペースト25を固着させて形成している。
前記シリコーンゴム製ブランケット23は金型にシリコーンゴムを注型して成型しており、該シリコーンゴム2の厚さは0.1mm〜2mmとし、硬度はJIS−Aで20〜70の範囲として弾性変形可能とし、表面粗さは10点平均で1.0μm以下の平滑面としている。
図2(A)に示すように、まず、凹版20の凹部21にドクターナイフ22を用いて導電性ペースト25を充填している。
次ぎに、図2(B)に示すように、シリコーンゴム製ブランケット23に転写する。
次ぎに、このシリコーンゴム製ブランケット23に受理された導電性ペースト25を、図2(C)に示すように、シリコーンウエハ15の受光面15a上に転写している。
使用する導電性ペースト、加熱工程の有無、基板への印刷方法を異ならせた実施例1〜3および比較例1〜4の電極線を作製し、電極線の幅(最小幅、最大幅、平均)、太り率、厚み(最小厚み、最大厚み、平均)を測定すると共に、総合的な形状を判定し、これらの結果を表1に示した。
なお、前記導電性ペーストは、以下の表2に示すとおり、ポリエステル樹脂に対する鱗片状銀と酢酸ブチルカルビトールの配合量を変えて、粘度Pと、TI値と、体積抵抗率とを異ならせた配合1〜配合4の4種類の導電性ペーストから選択して使用した。
前記鱗片状銀には、福田金属箔粉工業(株)製の粒径3μm(D50)のものを使用した。
溶媒として、米山薬品工業(株)製の酢酸ブチルカルビトールを使用した。
ポリエステル樹脂として、自社製のものを使用した。
体積抵抗率は、導電性ペーストを4mm幅×100mm長さにシリコーンウエハ上に塗布し、200℃で30分間焼成した後に抵抗を測定して計算した。
オフセット印刷で用いる凹版として、金属凹版にエッチングにより幅75μm、深さ30μm、長さ100mmの線状凹部を、100mm角内に2mmピッチで直線配置した。該金属凹版とシリコーンゴム製ブランケットを、オリジナル・プリンティング・マシン(株)製の凹版オフセット印刷機にセットし、前記第一実施形態と同一工程によりシリコーンウエハ上に電極線を形成した。
但し、使用した導電性ペーストは、第一サイクルから第3サイクルまで同一とし、ポリエステル樹脂100質量部に対して、鱗片状銀を1200質量部、酢酸ブチルカルビトールを80質量部配合し、粘度を261P、TI値を5.7、体積抵抗率を2.21E-05(Ω・cm)とする配合2の導電性ペーストを使用した。
なお、凹版からシリコーンゴム製ブランケットへの導電性ペーストの受理速度は30mm/sとし、シリコーンゴム製ブランケットからシリコーンウエハへの転写速度は80mm/sとした。
導電性ペーストには配合3、即ち、ポリエステル樹脂100質量部に対して、鱗片状銀を1400質量部、酢酸ブチルカルビトールを85質量部配合し、粘度を294P、TI値を7.1、体積抵抗率を2.06E-05(Ω・cm)とする導電性ペーストを使用した。その他は実施例1と同一とした。
第一サイクルでは配合3の導電性ペーストを用い、第二、第三サイクルでは、配合2の導電性ペーストを使用した。その他は実施例1と同一とした。
導電性ペーストには配合1、即ち、ポリエステル樹脂100質量部に対して、鱗片状銀を800質量部、酢酸ブチルカルビトールを80質量部配合し、粘度を168P、TI値を4.1、体積抵抗率を3.43E-05(Ω・cm)とする導電性ペーストを使用した。その他は実施例1と同一とした。
導電性ペーストには配合4、即ち、ポリエステル樹脂100質量部に対して、鱗片状銀を1600質量部、酢酸ブチルカルビトールを90質量部配合し、粘度を333P、TI値を7.8、体積抵抗率を1.61E-05(Ω・cm)とする導電性ペーストを使用した。その他は実施例1と同一とした。
第一サイクルから第三サイクルまでの全サイクルにおいて、ドライヤーによる加熱工程を省いたが、その他は実施例1と同一とした。
メッシュ目開きの幅が100μm、線長さが100mm、線ピッチが2mmとなるようにパターン形成したスクリーン印刷版を作製し、スクリーン印刷によりシリコーンウエハ上に電極線を形成した。導電性ペーストには配合2を用い、3回重ね印刷を行ったが、ドライヤーによる加熱は行わなかった。
レーザーテック(株)製のLASER MICROSCOPE 1LM21Wを用い、10点測定を行った。
版幅(金属凹版の凹部の幅またはスクリーン印刷版の目開き幅)をw1、形成後の電極線の線幅平均をw2とした場合において、太り率=(w2−w1)/w1×100(%)で算出した。
逆に、粘度およびTI値ともに高い導電性ペーストのみを使用した比較例2は、パイリングが発生したため導電性ペーストを100%転写しきれず、断線を生じた。
従来のスクリーン印刷法で形成した比較例4は、線太りが著しく、電極線のエッジや表面に乱れが生じた。
12 集電極
15 シリコーンウエハ
20 凹版
21 凹部
23 シリコーンゴム製ブランケット
25(25a、25b、25c) 導電性ペースト
Claims (6)
- 凹版オフセット印刷法により基板上に電極線を形成する方法であって、
粘度が170ポアズ以上330ポアズ以下で且つチキソトロピー・インデックス(TI値)が4.2以上7.7以下である導電性ペーストを、凹版の凹部に充填し、該凹部内の導電性ペーストをシリコーンゴム製のブランケットに受理させた後、該ブランケットから基板へ導電性ペーストを転写して印刷する印刷工程と、該転写直後に導電性ペーストを加熱する加熱工程とを1サイクルとし、
前記サイクルを複数回繰り返して、導電性ペーストを重ね印刷することを特徴とする電極線の形成方法。 - 前記複数サイクルのうち、最初の第一サイクルでは体積抵抗率が低い前記導電性ペーストを用い、第二サイクル以降は体積抵抗率が高い導電性ペーストを用いている請求項1に記載の電極線の形成方法。
- 前記導電性ペーストは、主導電剤としてを銀粉末を用いている請求項1または請求項2に記載の電極線の形成方法。
- 前記電極線は太陽電池セルの集電極としている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電極線の形成方法。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方法で形成された電極線を基板上に備えていることを特徴とする電極板。
- 前記電極線の線幅は30以上100μm以下で、電極線の厚さは30μm以上100μm以下とされている請求項5に記載の電極板。
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