JP2007173507A - 光起電力装置の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置が大型化するのを抑制するとともに、金属線が断線するのを抑制することが可能な光起電力装置の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】この光起電力装置の製造方法は、フィンガー電極部2を構成する銅線2aを、巻付部材26に螺旋状に巻き付ける工程と、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを導電性ペースト3aを介して光電変換部1の主表面に押し付けて固定する工程とを備える。
【選択図】図4
【解決手段】この光起電力装置の製造方法は、フィンガー電極部2を構成する銅線2aを、巻付部材26に螺旋状に巻き付ける工程と、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを導電性ペースト3aを介して光電変換部1の主表面に押し付けて固定する工程とを備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、光起電力装置の製造方法および製造装置に関し、特に、光電変換部の主表面に金属線が固定される光起電力装置の製造方法および製造装置に関する。
従来、光電変換部の主表面に金属線が固定される光起電力装置の製造方法および製造装置が知られている(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。
上記特許文献1には、光発電素子(光起電力装置)の電極形成面に複数の銅ワイヤ(金属線)を固定する場合、電極形成面に固定する複数の銅ワイヤと同数のボビンを一直線上に等間隔に配置するとともに、それぞれのボビンから銅ワイヤを平行に引き出して、その引き出した銅ワイヤを導電性接着剤(接着材)を介して光発電素子の電極形成面に固定する光発電素子の製造方法および製造装置が開示されている。
また、上記特許文献2には、スラブ(光電変換部)上に42本の集電ワイヤ(金属線)を固定する場合、42本のボビン軸にそれぞれ2個ずつ合計84個のボビンを配置するとともに、そのうちの42個のボビンから42本の集電ワイヤのそれぞれの端部を挟んで平行に引き出して、その引き出した集電ワイヤを導電性樹脂(接着材)を介してスラブ上に固定する太陽電池の製造装置が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に開示された光発電素子の製造方法および製造装置では、光発電素子の電極形成面に複数の銅ワイヤを固定する場合、電極形成面に固定する複数の銅ワイヤと同数のボビンから銅ワイヤを引き出して光発電素子の電極形成面に固定するので、電極形成面に固定する銅ワイヤ(金属線)の本数が増加するとボビンの数も増加するという不都合がある。このため、ボビンを配置するためのスペースが増大するので、装置が大型化するという問題点がある。
また、上記特許文献2に開示された太陽電池の製造装置では、スラブ(光電変換部)に42本の集電ワイヤを固定する場合、42本にボビン軸にそれぞれ2個ずつ合計84個のボビンを配置するとともに、そのうちの42個のボビンから集電ワイヤを引き出してスラブ(光電変換部)上に固定するので、ボビンを配置するために広いスペースが必要である。このため、装置が大型化するという問題点がある。
また、発明者の検討の結果、上記特許文献2に開示された太陽電池の製造装置のように2つの物で挟むことによって金属線を把持する方法の場合、直径が小さいほど金属線が切れやすくなるということが判明した。全ての金属線を挟んで把持するので、金属線の本数が多くなる程、製造プロセス中に断線が発生する確率が高くなるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、装置が大型化するのを抑制するとともに、金属線が断線するのを抑制することが可能な光起電力装置の製造方法および製造装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における光起電力装置の製造方法は、集電極を構成する金属線を、巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程と、巻付部材に巻き付けられた金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定する工程とを備える、光起電力装置の製造方法。
この第1の局面による光起電力装置の製造方法では、上記のように、集電極を構成する金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付けた後、巻付部材に巻き付けられた金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定することによって、1つのボビンから引き出された1本の金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材に巻き付けられた金属線を複数の集電極として用いることができるので、光電変換部に固定する金属線の本数が増加する場合にも、ボビンの数が増加するのを抑制することができる。これにより、ボビンを配置するためのスペースが増大するのを抑制することができるので、装置が大型化するのを抑制することができる。また、1つのボビンから引き出された1本の金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材に巻き付けられた金属線を複数の集電極として用いることができるので、光電変換部に固定する金属線の本数が増加する場合にも、金属線を挟んで固定する部分が増加するのを抑制することができるので、金属線が、固定された部分で断線するのを抑制することができる。
上記第1の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、巻付部材は、互いに所定の間隔を隔てて実質的に平行に配置された複数の柱部を含み、金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程は、集電極を構成する金属線を、巻付部材の複数の柱部に螺旋状に巻き付ける工程を含む。このように構成すれば、巻付部材に巻き付けられた金属線の部分同士を互いに実質的に平行に配置することができるので、銅線を光電変換部に取り付けやすくすることができる。
上記第1の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程は、巻付部材を回転しながら、集電極を構成する金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程を含む。このように構成すれば、集電極を構成する金属線を容易に、巻付部材に巻き付けることができる。
上記第1の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定する工程に先立って、巻付部材に巻き付けられた金属線に接着材を塗布する工程をさらに備え、金属線に接着材を塗布する工程は、光電変換部の主表面上の所定の領域に形成された集電可能な領域に対応するように、巻付部材に巻き付けられた金属線に接着材を塗布する工程を含む。このように構成すれば、巻付部材に巻き付けられた金属線の集電可能な領域のみに接着材を塗布することができるので、光電変換部上の集電可能な領域のみに金属線を固定することができる。
上記第1の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、巻付部材の金属線が巻き付けられる部分の表面は、丸形形状および面取り形状のいずれか一方を有する。このように構成すれば、巻付部材の金属線が巻き付けられた部分の表面に尖った角が形成される場合と異なり、巻付部材に巻き付けられた金属線の一部に応力が集中するのを抑制することができるので、巻付部材に巻き付けられた金属線が破断するのを抑制することができる。
この発明の第2の局面における光起電力装置の製造装置は、集電極を構成する金属線を螺旋状に巻き付けるための巻付部材と、巻付部材に巻き付けられた金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定するための押し付け手段とを備える。
この第2の局面による光起電力装置の製造装置では、上記のように、集電極を構成する金属線を螺旋状に巻き付けるための巻付部材と、巻付部材に巻き付けられた金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定するための押し付け手段とを設けることによって、1つのボビンから引き出された1本の金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材に巻き付けられた金属線の部分を複数の集電極として用いることができるので、光電変換部に固定する金属線の本数が増加する場合にも、ボビンの数が増加するのを抑制することができる。これにより、ボビンを配置するためのスペースが増大するのを抑制することができるので、装置が大型化するのを抑制することができる。また、1つのボビンから引き出された1本の金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材に巻き付けられた金属線を複数の集電極として用いることができるので、光電変換部に固定する金属線の本数が増加する場合にも、金属線を挟んで固定する部分が増加するのを抑制することができるので、金属線が、固定された部分で断線するのを抑制することができる。
上記第2の局面による光起電力装置の製造装置において、好ましくは、巻付部材は、互いに所定の間隔を隔てて実質的に平行に配置された複数の柱部を含み、巻付部材の複数の柱部には、集電極を構成する金属線が螺旋状に巻き付けられる。このように構成すれば、巻付部材に巻き付けられた金属線の部分同士を互いに実質的に平行に配置することができるので、銅線を光電変換部に取り付けやすくすることができる。
上記第2の局面による光起電力装置の製造装置において、好ましくは、集電極を構成する金属線に一定の張力を付与するための張力調整手段をさらに備え、巻付部材には、張力調整手段により集電極を構成する金属線に一定の張力が付与された状態で、金属線が螺旋状に巻き付けられる。このように構成すれば、金属線を、緩まず、かつ、塑性変形しないように巻付部材に巻き付けることができる。
上記第2の局面による光起電力装置の製造装置において、好ましくは、巻付部材を回転させるための回転手段をさらに備え、巻付部材は、回転手段により回転されながら、集電極を構成する金属線が螺旋状に巻き付けられる。このように構成すれば、集電極を構成する金属線を容易に、巻付部材に巻き付けることができる。
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、本発明の一実施形態による光起電力装置の製造装置により作製される光起電力装置の構成を示した上面図である。図2は、図1の100−100線に沿った断面図である。図3は、図1の200−200線に沿った断面図である。まず、図1〜図3を参照して、本発明の一実施形態による光起電力装置の製造装置により作製される光起電力装置の構成について説明する。
本発明の一実施形態による光起電力装置の製造装置により作製される光起電力装置では、図1に示すように、光電変換部1の上面(主表面)上に、フィンガー電極部2が、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)からなる導電性の接着層3により接着されている。フィンガー電極部2は、約100mmの長さと約35μmの直径とを有するとともに、腐食されるのを抑制するために表面に半田メッキが施された銅線2aからなる。なお、銅線2aは、本発明の「金属線」の一例であり、フィンガー電極部2は、本発明の「集電極」の一例である。光電変換部1の4つの角部は、面取り形状を有している。また、フィンガー電極部2および接着層3は、光電変換部1の上面上に、図1のA方向に約2mmのピッチ(中心間間隔)で配置されるとともに、図1のB方向に互いに平行に延びるように複数設けられている。
また、光電変換部1上の接着層3の両端部から約25mm内側の位置に、フィンガー電極部2の延びる方向に対して直交する方向(A方向)に延びるように、2つのバスバー電極部4が形成されている。このバスバー電極部4は、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)からなるとともに、約1.5mmの幅を有している。また、フィンガー電極部2および接着層3と、バスバー電極部4とが交差する領域では、図3に示すように、フィンガー電極部2と接着層3とを覆うように、バスバー電極部4が形成されている。このバスバー電極部4により、複数のフィンガー電極部2が互いに電気的に接続されている。
また、光電変換部1では、図2に示すように、約1Ω・cmの抵抗率と、約104mm(縦)×約104mm(横)の平面的な大きさと、約300μmの厚みとを有するn型単結晶シリコン基板5の上面および下面に、テクスチャ構造(凹凸形状)が形成されている。そして、n型単結晶シリコン基板5の上面上に、約5nmの厚みを有する実質的に真性のi型非晶質シリコン層6が形成されている。また、i型非晶質シリコン層6の上面上には、約5nmの厚みを有するp型非晶質シリコン層7が形成されている。また、p型非晶質シリコン層7の上面上の所定の領域には、図1および図2に示すように、約100nmの厚みを有する透明導電膜8が形成されている。この透明導電膜8が形成された領域は、集電可能な領域である。また、透明導電膜8の4つの角部は、図1に示すように、面取り形状を有している。また、透明導電膜8は、約5質量%のSnO2を含有するInO2からなるITO(Indium Tin Oxide)膜によって構成されている。そして、透明導電膜8の上面上には、図1および図2に示すように、接着層3を介してフィンガー電極部2が固定されている。
また、n型単結晶シリコン基板5の下面上には、図2に示すように、約30nmの厚みを有する実質的に真性のi型非晶質シリコン層9と、約30nmの厚みを有するn型非晶質シリコン層10と、約100nmの厚みを有する透明導電膜11とが順次形成されている。また、透明導電膜11の下面上には、所定の間隔を隔てて互いに平行な方向に延びるように形成された複数のフィンガー電極部12aと、フィンガー電極部12aにより収集された電流を集合させるバスバー電極部(図示せず)とからなる裏面電極12が形成されている。この裏面電極12は、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)により形成されている。
図4〜図12は、本発明の一実施形態による光起電力装置のフィンガー電極部の形成工程に用いる製造装置の構造を説明するための図である。次に、図1および図4〜図12を参照して、本発明の一実施形態による光起電力装置のフィンガー電極部2の形成工程に用いる製造装置50の構造について説明する。
本発明の一実施形態による光起電力装置のフィンガー電極部2の形成工程に用いる製造装置50は、図4および図5に示すように、フィンガー電極部2を構成する銅線2aを巻き取るための巻取り機構20と、銅線2aに導電性ペースト3a(図9参照)を塗布するための転写機構30と、銅線2aを導電性ペースト3aを介して光電変換部1の主表面に押し付けるための押し付け機構40とを備えている。
巻取り機構20は、図4に示すように、ボビン21と、トルクモータ22と、ガイド23と、ガイド23を移動させるための移動機構24と、回転伝達機構25と、SUS製の4本の円柱部26aを有する巻付部材26と、巻付部材26を回転させるためのステッピングモータ(パルスモータ)27とを含んでいる。なお、トルクモータ22は、本発明の「張力調整手段」の一例であり、円柱部26aは、本発明の「柱部」の一例である。また、ステッピングモータ27は、本発明の「回転手段」の一例である。このボビン21には、光起電力装置のフィンガー電極部2(図1参照)を構成する銅線2aが巻き付けられている。また、ボビン21は、トルクモータ22のモータ軸22aに取り付けられている。
ここで、本実施形態では、トルクモータ22は、銅線2aをボビン21から巻付部材26に巻き付ける際に、ボビン21に加わるトルクを制御することにより、銅線2aに所定の張力を付与する機能を有する。本実施形態では、トルクモータ22は、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aが緩まず、かつ、塑性変形しないように、銅線2aに約0.13Nの張力が付与されるように設定されている。
また、ガイド23は、巻付部材26の回転軸(P1)方向(C方向)に沿って移動しながら、銅線2aを巻付部材26に巻き付ける機能を有する。すなわち、ガイド23は、銅線2aを巻付部材26に螺旋状に巻き付ける機能を有する。
また、移動機構24は、ガイド23を支持するための支持部材24aと、ガイド23および支持部材24aを巻付部材26の回転軸(P1)方向(C方向)に沿って移動させるためのボールネジ24bと、ボールネジ24bに平行に配置された支持シャフト24cと、2つの移動規制部材24dとを有している。この支持部材24aは、ボールネジ24bのネジ山に対応するネジ穴24e(図6参照)を有している。これにより、支持部材24aは、ボールネジ24bの回転に伴って、ボールネジ24bの軸方向(C方向)に沿って移動することが可能となる。また、支持部材24aは、ボールネジ24bに平行に配置された支持シャフト24cが挿入される挿入穴24f(図6参照)を有する。これにより、ガイド23および支持部材24aがボールネジ24bの回転に伴ってボールネジ24bの軸方向(C方向)に移動する際に、支持部材24aの挿入穴24fも支持シャフト24cの軸方向(C方向)に沿って移動するので、支持部材24aがボールネジ24bの軸回りに回転するのを防止することが可能となる。また、ボールネジ24bには、約2mmのピッチ(間隔)を有するネジ山が形成されている。また、ボールネジ24bおよび支持シャフト24cには、支持部材24aのボールネジ24bの軸方向(C方向)に沿った移動を規制するための2つの移動規制部材24dが取り付けられている。
また、ボールネジ24bの一方端には、回転伝達機構25が取り付けられている。この回転伝達機構25は、タイミングプーリ25aと、タイミングプーリ25bと、タイミングプーリ25aおよびタイミングプーリ25bに取り付けられたタイミングベルト25cとを有している。これにより、タイミングプーリ25bの回転に伴って、タイミングプーリ25aおよびボールネジ24bを回転させることが可能となる。また、タイミングプーリ25aとタイミングプーリ25bとの回転比は、1:1になるように構成されている。すなわち、タイミングプーリ25bが1回転すると、タイミングプーリ25aおよびボールネジ24bが1回転するとともに、支持部材24aが約2mm移動するように構成されている。
また、タイミングプーリ25bには、ステッピングモータ27のモータ軸27aが取り付けられている。また、ステッピングモータ27のモータ軸27aには、巻付部材26が取り付けられている。この巻付部材26は、ステッピングモータ27により、所定の角度だけ回転するように構成されている。また、巻付部材26は、図7に示すように、回転軸(P1)を中心として等速で回転される。
また、本実施形態では、巻付部材26の4つの円柱部26aは、約10mmの直径を有するとともに、互いに平行に配置されている。また、巻付部材26の4つの円柱部26aは、図6に示すように、巻付部材26の回転軸(P1)を中心とする1つの円(Q1)上に配置されている。
また、本実施形態では、巻付部材26の4つの円柱部26aの銅線2aが巻き付けられる部分の表面は、丸形形状に形成されており、尖った角が無いように形成されている。また、4つの円柱部26aのうちの1つの円柱部26aには、図8に示すように、2つのピン穴26bが所定の距離を隔てて形成されており、この2つのピン穴26bには、2つのピン26cがそれぞれ挿入されている。これにより、銅線2aの端部が、円柱部26aとワッシャ26dおよび弾性ゴムシート26eとに挟まれた状態で円柱部26aの一方のピン穴26bおよびピン26cに固定されている。本実施形態では、銅線2aの上側に弾性ゴムシート26eを配置することによって、銅線2aの上側に直接ワッシャ26dなどの金属部材を配置して固定する場合に比べて、銅線2aが破断するのを抑制することが可能である。
また、転写機構30は、図4および図5に示すように、円柱状のローラ31と、円柱状のローラ31から所定の距離を隔てて配置される厚み調節ローラ32と、接着材収納部材33と、回転伝達機構34と、モータ35と、上下テーブル36と、上下テーブル36を上下させるための上下機構37(図5参照)と、上下機構37を巻付部材26の回転軸に垂直な方向(D方向)に移動可能なスライドテーブル38(図5参照)とを含んでいる。なお、ローラ31は、本発明の「塗布手段」の一例である。
ローラ31は、約31.8mmの直径(円周:約100mm)を有するとともに、中心軸の延びる方向に沿って約110mmの長さを有する。また、ローラ31は、図9に示すように、回転することにより、ローラ31の表面に約50μmの厚みを有する導電性ペースト3aが塗布されるように構成されている。また、導電性ペースト3aは、図4および図9に示すように、接着材収納部材33の内側に配置されている。なお、導電性ペースト3aは、本発明の「接着材」の一例である。
また、本実施形態では、図10に示すように、ローラ31には、透明導電膜8(図1参照)の4つの角部の面取り部に対応するように切欠部31aが形成されている。すなわち、ローラ31は、銅線2aの透明導電膜8に対応する領域(集電可能な領域)のみに導電性ペースト3aが転写されるように形成されている。
また、ローラ31の軸部31bには、図4に示すように、回転伝達機構34が取り付けられている。この回転伝達機構34は、タイミングプーリ34aと、タイミングプーリ34bと、タイミングプーリ34aおよびタイミングプーリ34bに取り付けられたタイミングベルト34cとを有している。これにより、タイミングプーリ34bの回転に伴って、タイミングプーリ34aおよびローラ31を回転させることが可能となる。また、タイミングプーリ34bには、モータ35のモータ軸35aが取り付けられている。このモータ35は、ローラ31を所定の速度で回転させる機能を有する。
また、上下テーブル36の上面上には、図5に示すように、ローラ31と、厚み調節ローラ32と、接着材収納部材33と、回転伝達機構34と、モータ35とが配置されている。また、上下テーブル36は、上下機構37により、上下方向に移動可能に構成されている。また、上下機構37の下側には、スライドテーブル38が配置されている。このスライドテーブル38は、巻付部材26の回転軸に垂直な方向(D方向)に移動可能に設けられている。
また、押し付け機構40は、図4および図11に示すように、光起電力装置の光電変換部1を固定するための固定台41と、押さえ部材42と、銅線2aを切断するための切断機構43と、スライドブロック44と、上下テーブル45と、上下テーブル45を上下させるための上下機構46(図11参照)と、巻付部材26(図4参照)の回転軸(P1)に沿った方向(C方向)に移動可能なスライドテーブル47(図11参照)とを含んでいる。なお、上下機構46は、本発明の「押し付け手段」の一例である。
固定台41は、導電性ペースト3aが転写された銅線2aを光電変換部1に押し付ける際に、光電変換部1を固定するために設けられている。この固定台41には、図12に示すように、光電変換部1を位置決めするための凸部41a〜41cが設けられている。また、固定台41には、光電変換部1を加熱するためのシースヒータ41dが内蔵されている。
また、押さえ部材42は、図5に示すように、上下シャフト42aによりスライドブロック44に固定されている。また、押さえ部材42は、上下シャフト42aと共に、スライドブロック44に対して上下方向に移動可能に構成されている。
また、切断機構43は、2つの回動シャフト43aと、2つの回動シャフト43aにそれぞれ支持される2つの刃部43bと、回動シャフト43aをスライドブロック44に固定するための固定部43cとを含んでいる。この刃部43bは、図4に示すように、回動シャフト43aの回動に伴って、約90°回動するように構成されている。また、スライドブロック44は、上下テーブル45の上を、巻付部材26の回転軸(P1)に沿った方向(C方向)に移動可能に構成されている。また、上下テーブル45の上面には、固定台41およびスライドブロック44が配置されている。また、上下テーブル45は、図11に示すように、上下機構46により、上下方向に移動可能に構成されている。また、上下機構46の下部には、スライドテーブル47が配置されている。また、スライドテーブル47は、巻付部材26の回転軸に沿った方向(C方向)に移動可能に設けられている。
次に、図1〜図5および図8〜図18を参照して、本発明の一実施形態による光起電力装置の製造装置50を用いた光起電力装置の製造プロセスについて説明する。
まず、図1、図2、図4、図5および図8〜図18を参照して、フィンガー電極部2の形成工程について説明する。
まず、図4に示すように、フィンガー電極部2(図1参照)を構成する約35μmの直径を有するとともに表面に半田メッキが施された銅線2aを、ボビン21から引き出すとともに、ガイド23を介して、巻付部材26の円柱部26aの一方のピン穴26b(図8参照)にピン26cにより固定する。そして、ステッピングモータ27を駆動することにより、平行に配置された4本の円柱部26aを有する巻付部材26を等速で回転させる。このとき、タイミングプーリ25b、タイミングベルト25cおよびタイミングプーリ25aを構成する回転伝達機構25により、巻付部材26が1回転するとボールネジ24bも1回転するように構成されているので、ガイド23が巻付部材26の回転軸(P1)に沿った方向(C方向)に約2mm移動する。これにより、銅線2aを巻付部材26の円柱部26aに約2mmのピッチ(間隔)に螺旋状で、かつ、平行に巻き付けることが可能となる。また、このとき、銅線2aは、トルクモータ22により所定の張力(約0.13N)が付与された状態で巻付部材26に巻き付けられる。これにより、銅線2aは、緩まず、かつ、塑性変形しないように、巻付部材26に巻き付けられる。
そして、銅線2aが巻付部材26に所定の回転数巻き付けられた場合、巻付部材26は、銅線2aの巻付部材26に巻き付けられた部分が固定台41の上面に対して平行な状態になるまで、ステッピングモータ27により回転される。その後、巻付部材26の回転が停止されるとともに、銅線2aの巻付部材26に巻き付けられた部分が固定台41の上面に対して平行な状態で、巻付部材26が保持される。
そして、ローラ31が回転されて、厚み調節ローラ32の機能により、ローラ31の表面に約50μmの均一な厚みを有する導電性ペースト3aが塗布される。その後、ローラ31は、所定の角度で保持される。これにより、ローラ31の切欠部31aを銅線2aの透明導電膜8の4つの角部の面取り部に対応する部分に配置することが可能となる。そして、スライドテーブル38(図5参照)により、上下機構37(図5参照)が巻付部材26の下方の所定の位置に移動される。その後、上下機構37(図5参照)により、ローラ31に塗布された導電性ペースト3aが巻付部材26に巻き付けられた銅線2aに接触するまで、上下テーブル36が上側に移動される。そして、銅線2aに所定の張力(約0.13N)を付与したまま、図9に示すように、ローラ31の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)3aを銅線2aに接触させた状態で、ローラ31を回転することにより、導電性ペースト3aが銅線2aに連続的に転写される。このとき、導電性ペースト3aの転写速度と同じ速度でスライドテーブル38(図5参照)およびローラ31を巻付部材26の回転軸に対して垂直な方向(D方向)に移動させる。具体的には、ローラ31の角速度をω(rad/s)、ローラ31の半径をr(mm)、銅線2aに対するローラ31の移動速度をv(mm/s)とした場合に、以下に示す式(1)を満たすようにする。なお、本実施形態では、r=31.8/2(mm)である。
v(mm/s)=r(mm)×ω(rad/s)・・・(1)
これにより、銅線2aとローラ31の表面との間で滑りが生じるのを抑制することが可能となる。このとき、本実施形態では、図13に示すように、導電性ペースト3aは、銅線2aの下側部分の厚みが大きくなるように銅線2aに塗布される。
これにより、銅線2aとローラ31の表面との間で滑りが生じるのを抑制することが可能となる。このとき、本実施形態では、図13に示すように、導電性ペースト3aは、銅線2aの下側部分の厚みが大きくなるように銅線2aに塗布される。
そして、ローラ31が1回転することにより、約100mmの長さを有する銅線2aに導電性ペースト3aが塗布されると、上下機構37(図5参照)により、上下テーブル36(図5参照)およびローラ31が銅線2aから引き離される方向(下方向)に移動される。なお、本実施形態では、ローラ31の切欠部31a(図10参照)には、導電性ペースト3aが塗布されていないので、銅線2aのローラ31の切欠部31aに対応する領域には、導電性ペースト3aが塗布されない。これにより、透明導電膜8が形成された領域(集電可能な領域)に対応するように、銅線2aに導電性ペースト3aを塗布することが可能となる。その後、スライドテーブル38(図5参照)により、転写機構30が図5に示した位置に戻される。
次に、透明導電膜8および11(図2参照)までが形成された光電変換部1を準備する。そして、図12に示すように、光電変換部1を固定台41に固定する。その後、図14に示すように、スライドテーブル47(図11参照)により、上下テーブル45が巻付部材26の下方の所定の位置に移動される。そして、図15に示すように、上下機構46(図11参照)により、光電変換部1が銅線2aに接触する高さよりも約0.6mm高い位置まで固定台41が上側に移動されるとともに、銅線2aが、導電性ペースト3aを介して光電変換部1に押し付けられる。これにより、光電変換部1にテクスチャ構造(凹凸形状)が形成されている場合にも、銅線2aに塗布された導電性ペースト3aにより、テクスチャ構造(凹凸形状)の凹部に導電性ペースト3aを塗布することができるので、銅線2aと光電変換部1との接着強度が低下するのを抑制することが可能となる。このとき、銅線2aのローラ31の切欠部31aに対応する領域には、導電性ペースト3aが塗布されていない。すなわち、銅線2aの透明導電膜8の4つの角部の面取り部に対応する領域には、導電性ペースト3aが塗布されていないので、銅線2aは、透明導電膜8の上面上(集電可能な領域上)のみに導電性ペースト3aを介して配置される。
そして、熱硬化型の導電性ペースト3aを透明導電膜8の上面に接触させた状態で、固定台41のシースヒータ41d(図12参照)により約200℃の温度で約30分間熱処理を行うことにより、導電性ペースト3aを硬化させて接着層3(図1参照)を形成する。
その後、銅線2aを、巻付部材26の円柱部26aの最寄り(他方)のピン穴26b(図8参照)にピン26cにより固定する。
その後、図16に示すように、スライドブロック44により、押さえ部材42が光電変換部1(図14参照)の上方に位置するまで移動される。そして、図17に示すように、上下シャフト42a(図16参照)により、押さえ部材42の下面が光電変換部1の透明導電膜8(図1参照)に接触してから約2mm低い位置まで押さえ部材42が下側に移動される。
その後、回動シャフト43aの回動に伴って、図16に示した状態から図18に示した状態まで、刃部43bが約90°回動される。これにより、銅線2aが、図19に示すように、押さえ部材42と刃部43bとに挟まれて切断されることにより、光電変換部1の上面上に、銅線2aからなるフィンガー電極部2が形成される。そして、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを切断し、取り除く。そして、上下シャフト42a(図18参照)により、押さえ部材42が銅線2aから引き離される方向(上方向)に移動される。その後、スライドブロック44(図18参照)およびスライドテーブル47(図18参照)により、押し付け機構40が図4に示した位置に戻される。なお、複数の光起電力装置を引き続き製造する場合は、ステッピングモータ27を逆回転で駆動することにより、巻付部材26を逆回転で回転させて銅線2aを円柱部26aを有する巻付部材26に逆方向に螺旋状に巻き付けるとともに、銅線2aを巻付部材26に巻き付ける以降の工程を繰り返せばよい。
次に、図1および図3を参照して、バスバー電極部4および裏面電極12の製造プロセスについて説明する。
まず、図1に示したように、スクリーン印刷法を用いて、光電変換部1上の接着層3の両端部から約25mm内側の位置に、フィンガー電極部2および接着層3の延びる方向に対して直交する方向(A方向)に延びるように、導電性ペーストを転写する。なお、この導電性ペーストとしては、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)を用いる。この後、加熱炉内で約200℃で約1時間加熱することにより導電性ペーストを硬化させる。これにより、光電変換部1上の所定の領域に、複数のフィンガー電極部2を互いに接続するバスバー電極部4が形成される。このとき、このバスバー電極部4がフィンガー電極部2および接着層3と交差する位置では、図3に示すように、フィンガー電極部2および接着層3を覆うようにバスバー電極部4が形成される。
その後、スクリーン印刷法を用いて、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト(銀(Ag)ペースト)を裏面側の透明導電膜11の所定の領域上に転写した後、加熱炉内で約200℃で約1時間加熱することにより導電性ペーストを硬化させて裏面電極12を形成する。これにより、透明導電膜11の下面上に所定の間隔を隔てて互いに平行に延びるように形成された複数のフィンガー電極部12aと、フィンガー電極部12aにより収集された電流を集合させるバスバー電極部(図示せず)とからなる裏面電極12が形成される。このようにして、図1に示した本発明の一実施形態による光起電力装置の製造装置50を用いた光起電力装置が作製される。
本実施形態では、上記のように、フィンガー電極部2を構成する銅線2aを巻付部材26に螺旋状に巻き付けた後、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを導電性ペースト3aを介して光電変換部1の主表面に押し付けて固定することによって、1つのボビン21から引き出された1本の銅線2aを巻付部材26に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを複数のフィンガー電極部2として用いることができるので、光電変換部1に固定する銅線2aの本数が増加する場合にも、ボビン21の数が増加するのを抑制することができる。これにより、ボビン21を配置するためのスペースが増大するのを抑制することができるので、装置が大型化するのを抑制することができる。また、1つのボビン21から引き出された1本の銅線2aを巻付部材26に螺旋状に巻き付けることにより、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aを複数のフィンガー電極部2として用いることができるので、光電変換部1に固定する銅線2aの本数が増加する場合にも、銅線2aを挟んで固定する部分は1つだけであるので、銅線2aが、固定された部分で断線するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、4つの円柱部26aを互いに所定の間隔を隔てて実質的に平行に配置することによって、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aの部分同士を互いに実質的に平行に配置することができるので、銅線2aを光電変換部1に取り付けやすくすることができる。
また、本実施形態では、フィンガー電極部2を構成する銅線2aに一定の張力を付与しながら、巻付部材26に銅線2aを螺旋状に巻き付けることによって、銅線2aを、緩まず、かつ、塑性変形しないように巻付部材26に巻き付けることができる。
また、本実施形態では、巻付部材26の銅線2aが巻き付けられる部分の表面を、丸形形状に形成し、尖った角が無いように形成することによって、巻付部材26の銅線2aが巻き付けられた部分の表面に尖った角が形成される場合と異なり、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aの一部に応力が集中するのを抑制することができるので、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aが破断するのを抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板上にi型非晶質シリコン層を介してp型非晶質シリコン層を形成した光起電力装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、光電変換部の主表面に金属線が固定される光起電力装置であれば、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、薄膜シリコン系、化合物半導体系、色素増感系、有機系などの種々の光起電力装置について本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、銅線を光電変換部の透明導電膜に固定する際に、固定台のシースヒータにより導電性ペーストを加熱して硬化させた例を示したが、本発明はこれに限らず、銅線を光電変換部の透明導電膜に固定する際に、温風を当てることにより導電性ペーストを加熱して硬化させてもよいし、ランプヒータにより導電性ペーストを加熱して硬化させてもよい。また、固定台のシースヒータと、温風またはランプヒータとを併用して導電性ペーストを加熱して硬化させてもよい。また、ランプヒータを用いる場合は、図20および図21に示した本発明の第1変形例のように、遠赤外セラミックヒータからなるランプヒータ60を巻付部材26に固定して光電変換部1の上側から加熱して硬化させてもよい。なお、遠赤外セラミックヒータからなるランプヒータを用いれば、短時間で所定の温度にすることができる。
また、上記実施形態では、巻付部材に巻き付けた銅線のうちの下側に配置された部分のみを用いて光電変換部に固定した例を示したが、本発明はこれに限らず、図22に示した本発明の第2実施例のように、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aのうちの下側のみならず横側に配置された部分を用いて光電変換部に固定してもよい。この場合、巻付部材に巻き付けられた銅線を有効に使用することができる。
また、上記実施形態では、巻付部材に巻き付けた銅線に1つの光電変換部を押し付けて1つずつ製造するプロセスについて示したが、本発明はこれに限らず、図23に示した本発明の第3実施例のように、巻付部材26に巻き付けられた銅線2aに2つ以上の光電変換部を押し付けて2つ以上ずつ製造するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、円筒状のローラに導電性ペーストを均一に塗布するために、ローラから所定の距離を隔てて配置される厚み調節ローラを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、円筒状のローラに導電性ペーストを均一に塗布するために、ローラから所定の距離を隔てて配置される板状のへらなどを用いてもよい。
また、上記実施形態では、巻付部材に銅線を巻き付けるために1つのボビンを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、巻付部材に銅線を巻き付けるために2つ以上のボビンを用いてもよい。この場合、巻付部材に銅線を巻き付ける時間を短縮することができる。たとえば、2つのボビンを用いて巻付部材に銅線を巻き付ける場合は、巻付部材に銅線を巻き付ける時間を半分に短縮することができる。
また、上記実施形態では、1つの光電変換部を用いて光起電力装置を作製した例について説明したが、本発明はこれに限らず、2つ以上の光電変換部を用いて光起電力装置を作製してもよい。
また、上記実施形態では、円筒状のローラの円周の長さを、透明導電膜に対する銅線の接着長さと実質的に同じ長さになるように構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、円柱状のローラの円周の長さを、透明導電膜に対する銅線の接着長さと異なる長さにしてもよい。
また、上記実施形態では、導電性ペーストを約50μmの厚みでローラおよび基台に塗布した例について示したが、本発明はこれに限らず、導電性ペーストの材質、金属線の材質および光電変換部の表面の材質などにより、導電性ペーストを最適な厚みでローラに塗布すればよい。
また、上記実施形態では、接着層、バスバー電極部および裏面電極の材料として、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペーストを用いたが、本発明はこれに限らず、接着層、バスバー電極部および裏面電極の材料として、エポキシ系以外の樹脂材料を含む導電性ペーストを用いてもよい。たとえば、ポリエステル系、アクリル系、ポリビニル系、ポリウレタン系、フェノール系、ポリイミド系およびシリコーン系などの樹脂材料を含む導電性ペーストを用いてもよいし、これらの混合物からなる導電性ペーストを用いてもよい。ただし、この場合には、各樹脂に適応した硬化条件を用いることによって導電性ペーストを硬化させる必要がある。
また、上記実施形態では、金属線として銅線を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、銅以外の材料からなる金属線を用いてもよい。この場合、ニッケル、タングステン、アルミニウム、銀または金のいずれかを主成分とする低抵抗な金属線を用いてもよいし、これらの合金からなる高強度な金属線を用いてもよい。
また、上記実施形態では、銅線を巻付部材の円柱部に約2mmのピッチ(間隔)で螺旋状に巻き付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、銅線を巻付部材の円柱部に約2mm以外のピッチ(間隔)で螺旋状に巻き付けてもよい。この場合、回転伝達機構25を用いて、タイミングプーリ25aおよび25bの回転比を所定の値に変更すればよい。具体的には、たとえば、銅線を巻付部材の円柱部に約4mmのピッチ(間隔)で螺旋状に巻き付ける場合は、巻付部材が1回転するとボールネジが2回転するように回転伝達機構25を設定すればよい。
また、上記実施形態では、ボビンから引き出した銅線を、巻付部材の4本の円柱部に巻き取るとともに、光電変換部に接着した例を示したが、本発明はこれに限らず、巻付部材26の円柱部を2本以上設けるとともに、ボビンから引き出した銅線を、巻付部材26の2本以上の円柱部に巻き取るとともに、光電変換部に接着してもよいし、図24に示した本発明の第4実施例のように、巻付部材26fに1つの柱部26gを設けるとともに、ボビンから引き出した銅線を、巻付部材26fの1つの柱部26gに巻き取るとともに、光電変換部に接着してもよい。
また、上記実施形態では、銅線が腐食されるのを抑制するために半田メッキを施した銅線を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、銅線が腐食されるのを抑制するために半田以外の導電性材料がメッキされた銅線を用いてもよい。
また、上記実施形態では、銅線の端部を巻付部材の円柱部に固定するために、円柱部にピン穴を設けるとともに、円柱部のピン穴にピンを挿入して固定した例を示したが、本発明はこれに限らず、銅線の端部を巻付部材の円柱部に固定するために、円柱部にネジ穴を設けるとともに、円柱部のネジ穴にネジ止めすることにより、銅線を固定してもよい。
また、上記実施形態では、巻付部材の円柱部に、SUS製の部材を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、巻付部材の円柱部に、表面に樹脂材料などがコーティングされたSUS製の部材を用いてもよい。この場合、巻付部材の円柱部と銅線との摩擦係数を大きくすることができるので、銅線が巻付部材の円柱部に対して滑るのを抑制することができる。
また、上記実施形態では、光起電力装置を固定台の凸部により固定した例について示したが、本発明はこれに限らず、固定台に吸着穴を形成するとともに、光起電力装置の下面を真空吸着することにより、光起電力装置を固定台に固定してもよい。この場合、光起電力装置を固定台に強固に固定することができる。
また、上記実施形態では、銅線に導電性ペーストを塗布するために円柱状のローラを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、図25に示した本実施形態の第5変形例のように、銅線に導電性ペーストを塗布するために、切欠部31cを有する円筒状のローラ31dを用いてもよい。また、多角形の断面形状を有する基材を用いてもよい。
また、上記実施形態では、導電性ペーストの金属粒子として銀を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、導電性ペーストの金属粒子として、たとえば、金、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属を用いてもよいし、これらの合金を用いてもよい。また、2種類以上の金属を混合して用いることも可能である。
また、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板の上面および下面にテクスチャ構造を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、n型単結晶シリコン基板の上面および下面にテクスチャ構造(凹凸形状)を形成しなくてもよい。
1 光電変換部
2 フィンガー電極部(集電極)
2a 銅線(金属線)
3a 導電性ペースト(接着材)
22 トルクモータ(張力調整手段)
26 巻付部材
26a 円柱部(柱部)
27 ステッピングモータ(回転手段)
31 ローラ(塗布手段)
46 上下機構(押し付け手段)
2 フィンガー電極部(集電極)
2a 銅線(金属線)
3a 導電性ペースト(接着材)
22 トルクモータ(張力調整手段)
26 巻付部材
26a 円柱部(柱部)
27 ステッピングモータ(回転手段)
31 ローラ(塗布手段)
46 上下機構(押し付け手段)
Claims (9)
- 集電極を構成する金属線を、巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程と、
前記巻付部材に巻き付けられた前記金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定する工程とを備える、光起電力装置の製造方法。 - 前記巻付部材は、互いに所定の間隔を隔てて実質的に平行に配置された複数の柱部を含み、
前記金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程は、前記集電極を構成する金属線を、前記巻付部材の前記複数の柱部に螺旋状に巻き付ける工程を含む、請求項1に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記金属線を巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程は、前記巻付部材を回転しながら、前記集電極を構成する金属線を前記巻付部材に螺旋状に巻き付ける工程を含む、請求項1または2に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定する工程に先立って、前記巻付部材に巻き付けられた前記金属線に前記接着材を塗布する工程をさらに備え、
前記金属線に接着材を塗布する工程は、前記光電変換部の主表面上の所定の領域に形成された集電可能な領域に対応するように、前記巻付部材に巻き付けられた前記金属線に前記接着材を塗布する工程を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記巻付部材の前記金属線が巻き付けられる部分の表面は、丸形形状および面取り形状のいずれか一方を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光起電力装置の製造方法。
- 集電極を構成する金属線を螺旋状に巻き付けるための巻付部材と、
前記巻付部材に巻き付けられた前記金属線を接着材を介して光電変換部の主表面に押し付けて固定するための押し付け手段とを備える、光起電力装置の製造装置。 - 前記巻付部材は、互いに所定の間隔を隔てて実質的に平行に配置された複数の柱部を含み、
前記巻付部材の前記複数の柱部には、前記集電極を構成する金属線が螺旋状に巻き付けられる、請求項6に記載の光起電力装置の製造装置。 - 前記集電極を構成する金属線に一定の張力を付与するための張力調整手段をさらに備え、
前記巻付部材には、前記張力調整手段により前記集電極を構成する金属線に一定の張力が付与された状態で、前記金属線が螺旋状に巻き付けられる、請求項6または7に記載の光起電力装置の製造装置。 - 前記巻付部材を回転させるための回転手段をさらに備え、
前記巻付部材は、前記回転手段により回転されながら、前記集電極を構成する金属線が螺旋状に巻き付けられる、請求項6〜8のいずれか1項に記載の光起電力装置の製造装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016122851A (ja) * | 2010-11-26 | 2016-07-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置 |
JP2017147472A (ja) * | 2017-05-31 | 2017-08-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール |
-
2005
- 2005-12-22 JP JP2005369049A patent/JP2007173507A/ja active Pending
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