JP2009059772A - Method of manufacturing solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に、フィルム基板上に太陽電池を形成する方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and is particularly suitable for application to a method for forming a solar cell on a film substrate.
薄膜光電変換素子を生産性よく製造する方法として、長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属からなる可撓性基板上に、a−Siを主材料とした光電変換層を含む各層を形成する方法がある。ここで、長尺の可撓性基板上に複数の層を成膜する方式として、各成膜室内を移動する可撓性基板上に成膜するロールツーロール方式と、成膜室内で停止させた可撓性基板上に成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分を成膜室外へ送り出すステッピングロール方式とがある。そして、可撓性基板の自重により下方への撓みや位置ズレが発生するのを防止するため、可撓性基板に張力を与えながら可撓性基板を搬送するとともに、膜質を向上させるために、可撓性基板を加熱しながら、CVDやスパッタなどの成膜処理が行われる(特許文献1)。ここで、ポリイミドなどの高分子材料からなるフィルム基板の耐熱性は低く、成膜処理に必要な温度によっては塑性変形を起こすことが知られている。 As a method for producing a thin film photoelectric conversion element with high productivity, each layer including a photoelectric conversion layer mainly composed of a-Si is formed on a flexible substrate made of a long polymer material or a metal such as stainless steel. There is a way to do it. Here, as a method of forming a plurality of layers on a long flexible substrate, a roll-to-roll method of forming a film on a flexible substrate moving in each film formation chamber, and a stop in the film formation chamber are used. There is a stepping roll method in which after forming a film on a flexible substrate, the flexible substrate portion after film formation is sent out of the film formation chamber. And, in order to prevent the downward deflection and displacement due to the weight of the flexible substrate, in order to convey the flexible substrate while applying tension to the flexible substrate, and to improve the film quality, A film forming process such as CVD or sputtering is performed while heating the flexible substrate (Patent Document 1). Here, the heat resistance of a film substrate made of a polymer material such as polyimide is low, and it is known that plastic deformation occurs depending on the temperature required for the film forming process.
図4は、張力を加えながら熱処理した時のフィルム基板の塑性変形量を示す図である。
図4において、例えば、フィルム基板としてポリイミド(東レデュポン製カプトン200EN)を用いた場合、80gの張力をフィルム基板に与えながらフィルム基板の温度を室温から上昇させると、ガラス転移点でフィルム基板の伸び量が急激に上昇し、さらにフィルム基板の温度を室温に下降させても、フィルム基板の伸びは元には戻ることなく、フィルム基板に塑性変形が発生する。
FIG. 4 is a diagram showing the amount of plastic deformation of the film substrate when it is heat-treated while applying tension.
In FIG. 4, for example, when polyimide (Toray DuPont Kapton 200EN) is used as a film substrate, if the temperature of the film substrate is raised from room temperature while applying 80 g of tension to the film substrate, the elongation of the film substrate at the glass transition point. Even if the amount is rapidly increased and the temperature of the film substrate is lowered to room temperature, the elongation of the film substrate does not return to the original state, and plastic deformation occurs in the film substrate.
また、図5に示すように、塑性変形を一旦起こしたフィルム基板に対して((11)→(12))、張力を小さくしてフィルム基板の熱処理を再び行うと、フィルム基板が収縮し、フィルム基板の塑性変形量が小さくなる((13)→(14))。
しかしながら、図6に示すように、フィルム基板の塑性変形量はロットごとに一定になることはなく、変形量がロットごとにばらつきを示す。このため、フィルム基板の塑性変形量を予め見込んで位置合わせを行っても、成膜時の位置のずれを完全に解消することはできず、太陽電池の特性の劣化を招くというという問題があった。
また、従来の太陽電池の製造プロセスでは、フィルム基板に与えられる張力は工程ごとに個別に設定され、塑性変形量が工程ごとに変化するため、成膜時の位置ずれが工程ごとに発生するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、膜質を劣化させることなく、可撓性基板の成膜時の位置ずれを抑制することが可能な太陽電池の製造方法を提供することである。
However, as shown in FIG. 6, the plastic deformation amount of the film substrate does not become constant for each lot, and the deformation amount varies for each lot. For this reason, even if alignment is performed in advance with the amount of plastic deformation of the film substrate taken into account, there is a problem in that the positional deviation during film formation cannot be completely eliminated and the characteristics of the solar cell are deteriorated. It was.
In addition, in the conventional solar cell manufacturing process, the tension applied to the film substrate is individually set for each process, and the amount of plastic deformation changes for each process. There was a problem.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell that can suppress a positional shift during film formation of a flexible substrate without deteriorating the film quality.
上述した課題を解決するために、請求項1記載の太陽電池の製造方法によれば、可撓性基板に一定の張力を与えながら前記可撓性基板のガラス転移点以上の温度で前記可撓性基板の第1の熱処理を行う工程と、前記第1の熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら前記可撓性基板の第2の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, according to the method for manufacturing a solar cell according to
これにより、可撓性基板が塑性変形を起こした状態で脱ガス処理などの第2の熱処理を行うことが可能となり、第2の熱処理におけるロットごとの可撓性基板の塑性変形量のばらつきを吸収することが可能となるとともに、第1の熱処理時に塑性変形を一旦起こした可撓性基板の塑性変形量が第2の熱処理時に変化しないようにすることができる。このため、第2の熱処理に必要な温度によっては可撓性基板が塑性変形を起こす場合においても、第2の熱処理に必要な温度を確保しつつ、可撓性基板の熱処理時の位置ずれを抑制することが可能となり、太陽電池の特性を向上させることができる。 This makes it possible to perform a second heat treatment such as a degassing process in a state in which the flexible substrate has undergone plastic deformation, and variations in the amount of plastic deformation of the flexible substrate for each lot in the second heat treatment. In addition to being able to absorb, it is possible to prevent the amount of plastic deformation of the flexible substrate that has once undergone plastic deformation during the first heat treatment from changing during the second heat treatment. For this reason, even when the flexible substrate undergoes plastic deformation depending on the temperature required for the second heat treatment, the positional deviation during the heat treatment of the flexible substrate is ensured while ensuring the temperature necessary for the second heat treatment. It becomes possible to suppress, and the characteristic of a solar cell can be improved.
また、請求項2記載の太陽電池の製造方法によれば、可撓性基板に一定の張力を与えながら前記可撓性基板のガラス転移点以上の温度で前記可撓性基板の熱処理を行う工程と、
前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら前記可撓性基板の成膜処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
これにより、可撓性基板が塑性変形を起こした状態で成膜処理を行うことが可能となり、成膜処理におけるロットごとの可撓性基板の塑性変形量のばらつきを吸収することが可能となるとともに、熱処理時に塑性変形を一旦起こした可撓性基板の塑性変形量が成膜処理時に変化しないようにすることができる。このため、成膜処理に必要な温度によっては可撓性基板が塑性変形を起こす場合においても、成膜処理に必要な温度を確保しつつ、可撓性基板の成膜処理時の位置ずれを抑制することが可能となり、太陽電池の特性を向上させることができる。
According to the method for manufacturing a solar cell according to
And performing a film forming process on the flexible substrate while applying the same tension as that applied to the flexible substrate in the heat treatment.
This makes it possible to perform the film forming process in a state where the flexible substrate is plastically deformed, and to absorb the variation in the amount of plastic deformation of the flexible substrate for each lot in the film forming process. In addition, the amount of plastic deformation of the flexible substrate that has once undergone plastic deformation during heat treatment can be prevented from changing during film formation. For this reason, even when the flexible substrate undergoes plastic deformation depending on the temperature required for the film forming process, the positional deviation during the film forming process of the flexible substrate is ensured while ensuring the temperature necessary for the film forming process. It becomes possible to suppress, and the characteristic of a solar cell can be improved.
また、請求項3記載の太陽電池の製造方法によれば、可撓性基板に一定の張力を与えながら前記可撓性基板のガラス転移点以上の温度で前記可撓性基板の熱処理を行う工程と、前記熱処理された可撓性基板に直列ホールを形成する工程と、前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記直列ホールが形成された可撓性基板の脱ガス処理を行う工程と、前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記脱ガス処理された可撓性基板に裏面電極および背面電極を形成する工程と、前記裏面電極および背面電極が形成された可撓性基板に集電ホールを形成する工程と、前記裏面電極を分割する第1溝を形成する工程と、前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記裏面電極上に光電変換層および透明電極層を順次形成する工程と、前記第1溝と互い違いに配置されるようにして前記背面電極を分割する第2溝を形成する工程とを備えることを特徴とする。
According to the method for manufacturing a solar cell according to
これにより、脱ガス処理や成膜処理に必要な温度を確保しつつ、可撓性基板の脱ガス処理や成膜処理時の位置ずれを抑制することが可能となるとともに、複雑な配線プロセスを用いることなく、可撓性基板上に形成された光電変換層を直列接続することができる。このため、製造プロセスの煩雑化を抑制しつつ、太陽電池から出力される電圧を上げることが可能となるとともに、太陽電池の特性を向上させることができ、品質のよい太陽電池を安価に提供することができる。 As a result, it is possible to suppress the positional shift during the degassing process or the film forming process of the flexible substrate while securing the temperature necessary for the degassing process or the film forming process, and a complicated wiring process. Without being used, the photoelectric conversion layers formed on the flexible substrate can be connected in series. For this reason, while suppressing complication of the manufacturing process, it is possible to increase the voltage output from the solar cell, improve the characteristics of the solar cell, and provide a high-quality solar cell at low cost. be able to.
以上説明したように、本発明によれば、熱処理に必要な温度を確保しつつ、可撓性基板の熱処理時の位置ずれを抑制することが可能となり、太陽電池の特性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress misalignment during the heat treatment of the flexible substrate while ensuring the temperature necessary for the heat treatment, and to improve the characteristics of the solar cell. .
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法の概略構成を示すブロック図である。
図1において、フィルム基板11上には裏面電極層12を介して光電変換層13が積層され、光電変換層13上には透明電極層14が積層されている。また、フィルム基板11の裏面には背面電極層15が形成されている。なお、背面電極層15としては、例えば、Ag/ZnO積層構造およびNi層、裏面電極層12としては、例えば、Ag/ZnO積層構造、フィルム基板11としては、例えば、ポリイミドやポリエチレンなどの樹脂フィルム、光電変換層13としては、例えば、アモルファスシリコンからなるpin構造、透明電極層14としては、例えば、ITOを用いることができる。また、光電変換層13の厚みは、例えば、1μm程度、フィルム基板11の厚みは、例えば、50μm程度とすることができる。
Hereinafter, a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a
そして、背面電極層15には、背面電極層15を分割する溝19が形成されるとともに、裏面電極層12、光電変換層13および透明電極層14には、裏面電極層12、光電変換層13および透明電極層14を分割する溝18が溝19と平行に互い違いに形成され、ユニットセルU1〜U4が構成されている。そして、フィルム基板11には、分割された光電変換層13を直列接続する直列ホール16がユニットセルU1〜U4ごとに形成され、フィルム基板11にて隔てられた背面電極層15と裏面電極層12とは直列ホール16を介して互いに接続されている。
The
また、フィルム基板11、裏面電極層12および背面電極層15には、光電変換層13で発生した電荷を背面電極層15側に集電する集電ホール17がユニットセルU1〜U4ごとに形成され、光電変換層13および透明電極層14は集電ホール17を介して背面電極層15に接続されている。
ここで、各ユニットセルU1〜U4の直列ホール16がその直下の背面電極層15にそれぞれ接続されるとともに、直列ホール16が接続された背面電極層15にそれぞれ隣接する背面電極層15に各ユニットセルU1〜U4の集電ホール17が接続されるように、直列ホール16および集電ホール17の配置位置を決めることができる。
The
Here, the
これにより、フィルム基板11上で分割された光電変換層13を薄膜のみで直列接続することが可能となり、外部配線なしでインバータに適する電圧を得ることが可能となることから、並列接続のみでシステムを構成することができる。
また、図1の太陽電池を製造する場合、フィルム基板11に一定の張力を与えながらフィルム基板11のガラス転移点以上の温度でフィルム基板11の熱処理を行うとともに、その熱処理でフィルム基板11に与えられたのと同一の張力を与えながらフィルム基板11の成膜処理を行うことができる。
As a result, the
When the solar cell of FIG. 1 is manufactured, the
これにより、フィルム基板11が塑性変形を起こした状態で成膜処理を行うことが可能となり、成膜処理におけるロットごとのフィルム基板11の塑性変形量のばらつきを吸収することが可能となるとともに、熱処理時に塑性変形を一旦起こしたフィルム基板11の塑性変形量が成膜処理時に変化しないようにすることができる。このため、成膜処理に必要な温度によってはフィルム基板11が塑性変形を起こす場合においても、成膜処理に必要な温度を確保しつつ、フィルム基板11の成膜処理時の位置ずれを抑制することが可能となり、太陽電池の特性を向上させることができる。
Thereby, it becomes possible to perform the film forming process in a state where the
図2は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造工程を示すブロック図である。
図2において、フィルム基板11に一定の張力を与えながらフィルム基板11のガラス転移点以上の温度でフィルム基板1のアニール処理を行う(K11)。なお、このアニール処理で与える張力は、それ以降の処理でフィルム基板1にかかる最も強い張力に設定することができる。例えば、フィルム基板11としてポリイミド(東レデュポン製カプトン200EN)を用いた場合、フィルム基板11のアニール処理の条件として、温度が20℃→350℃(2〜3分)→20℃、張力が16kg/1000mmとなるように設定することができる。
FIG. 2 is a block diagram showing a manufacturing process of the solar cell according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the
次に、金型プレスなどの方法にて、フィルム基板11に直列ホール16を形成する(K12)。なお、この直列ホール16の形成と同時にフィルム基板11の位置を識別するためのマーク孔を形成することができる。
次に、アニール処理でフィルム基板11に与えられたのと同一の張力をフィルム基板11に与えながら、フィルム基板11の真空加熱を行うことにより、フィルム基板11の脱ガス処理を行う(K13)。例えば、フィルム基板11の脱ガス処理の条件として、温度が20℃→350℃→20℃、張力が16kg/1000mmとなるように設定することができる。
Next, a
Next, the
次に、アニール処理でフィルム基板11に与えられたのと同一の張力をフィルム基板11に与えながらスパッタ処理を行うことにより、Ag/ZnO積層構造からなる裏面電極12および背面電極15をフィルム基板11に形成する(K14)。なお、この時のスパッタ処理の条件として、例えば、温度が20℃→300℃→20℃、張力が16kg/1000mmとなるように設定することができる。
次に、金型プレスなどの方法にて、フィルム基板11に集電ホール17を形成する(K15)。
次に、レーザスクライブなどの方法にて、裏面電極12を分割する溝18を形成する(K16)。
Next, the
Next, current collecting holes 17 are formed in the
Next, a
次に、アニール処理でフィルム基板11に与えられたのと同一の張力を与えながらCVDまたはスパッタ処理を行うことにより、a−Siからなる光電変換層13およびITOからなる透明電極層14をフィルム基板11の表面側に順次形成するとともに、フィルム基板11の裏面側にNi電極を形成する(K17)。なお、この時のCVDまたはスパッタ処理の条件として、例えば、温度が20℃→320℃→20℃、張力が16kg/1000mmとなるように設定することができる。
Next, by performing the CVD or sputtering process while applying the same tension as that applied to the
次に、フォトエッチングなどの方法にて、直列ホール16上の透明電極層14が除去されるように透明電極層14をパターニングする(K17)。
次に、溝18と平行に互い違いに配置されるようにして背面電極15を分割する溝19を形成する(K19)。
これにより、脱ガス処理や成膜処理に必要な温度を確保しつつ、フィルム基板11の脱ガス処理や成膜処理時の位置ずれを抑制することが可能となるとともに、複雑な配線プロセスを用いることなく、フィルム基板11上に形成された光電変換層13を直列接続することができる。このため、製造プロセスの煩雑化を抑制しつつ、太陽電池から出力される電圧を上げることが可能となるとともに、太陽電池の特性を向上させることができ、品質のよい太陽電池を安価に提供することができる。
Next, the
Next,
As a result, it is possible to suppress a positional shift during the degassing process or the film forming process of the
図3は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造工程における張力を加えながら熱処理した時のフィルム基板の塑性変形量を示す図である。
図3において、例えば、フィルム基板11としてポリイミド(東レデュポン製カプトン200EN)を用いた場合、16gの張力をフィルム基板11に与えながらフィルム基板の温度を20℃から350℃に上昇させ(1)、その後にフィルム基板11の温度を20℃に下降させると(2)、フィルム基板11に塑性変形が発生する。そして、そのフィルム基板11に16gの張力を与えながら、ガラス転移点以下の温度範囲内でフィルム基板11の温度を上下させても(3)、それ以降のフィルム基板11の塑性変形量Rは誤差の範囲内でほぼ0にすることができ、それ以降の工程におけるフィルム基板11の成膜処理時の位置ずれを抑制することが可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing the amount of plastic deformation of the film substrate when heat treatment is performed while applying tension in the manufacturing process of the solar cell according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 3, for example, when polyimide (Toray DuPont Kapton 200EN) is used as the
U1〜U4 ユニットセル
11 フィルム基板
12 裏面電極層
13 光電変換層
14 透明電極層
15 背面電極層
16 直列ホール
17 集電ホール
18、19 溝
U1-
Claims (3)
前記第1の熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら前記可撓性基板の第2の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 Performing a first heat treatment of the flexible substrate at a temperature equal to or higher than a glass transition point of the flexible substrate while applying a constant tension to the flexible substrate;
And a second heat treatment of the flexible substrate while applying the same tension as that applied to the flexible substrate in the first heat treatment.
前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら前記可撓性基板の成膜処理を行う工程とを備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 Performing a heat treatment of the flexible substrate at a temperature equal to or higher than a glass transition point of the flexible substrate while applying a certain tension to the flexible substrate;
And a film forming process for the flexible substrate while applying the same tension as that applied to the flexible substrate by the heat treatment.
前記熱処理された可撓性基板に直列ホールを形成する工程と、
前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記直列ホールが形成された可撓性基板の脱ガス処理を行う工程と、
前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記脱ガス処理された可撓性基板に裏面電極および背面電極を形成する工程と、
前記裏面電極および背面電極が形成された可撓性基板に集電ホールを形成する工程と、
前記裏面電極を分割する第1溝を形成する工程と、
前記熱処理で前記可撓性基板に与えられたのと同一の張力を与えながら、前記裏面電極上に光電変換層および透明電極層を順次形成する工程と、
前記第1溝と互い違いに配置されるようにして前記背面電極を分割する第2溝を形成する工程とを備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 Performing a heat treatment of the flexible substrate at a temperature equal to or higher than a glass transition point of the flexible substrate while applying a certain tension to the flexible substrate;
Forming serial holes in the heat treated flexible substrate;
Degassing the flexible substrate in which the series holes are formed while applying the same tension as that applied to the flexible substrate in the heat treatment;
Forming a back electrode and a back electrode on the degassed flexible substrate while applying the same tension as that applied to the flexible substrate in the heat treatment;
Forming a current collecting hole in the flexible substrate on which the back electrode and the back electrode are formed;
Forming a first groove for dividing the back electrode;
A step of sequentially forming a photoelectric conversion layer and a transparent electrode layer on the back electrode while applying the same tension as that applied to the flexible substrate in the heat treatment;
Forming a second groove that divides the back electrode so as to be alternately arranged with the first groove.
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