JP2011071156A - 電極形成方法および電極形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に電極を形成する方法および装置において、低コストで、しかも優れた生産性で、幅の異なる電極を形成することのできる技術を提供する。
【解決手段】光硬化性樹脂を含む塗布液と吐出する吐出ノズル部と、吐出された塗布液に光照射して硬化させる光照射部とを２組設け、それぞれの照射条件を異ならせる。第１ヘッド部５に設けた吐出ノズル部５２と光照射部５３との間隔が、第２ヘッド部７に設けた吐出ノズル部７２と光照射部７３との間隔よりも小さい。このため、第１ヘッド部５では、塗布液が基板Ｗに塗布されてから光照射されるまでの時間が短く、幅が狭くて高さのある電極が形成される。一方、第２ヘッド部７では、塗布液が基板Ｗに塗布されてから光照射されるまでの時間が長いので塗布液が広がり、より幅広の電極が形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、基板上に電極を形成する方法および装置に関するものであり、特に太陽電池基板に電極を形成する方法および装置に関する。

基板上に所定のパターンを形成する技術としては、パターン材料を含む塗布液をノズルから吐出させて基板にパターンを描画する方法がある。例えば、本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術では、基板に対し一方向に相対移動するノズルから光硬化性樹脂を含むペースト状のパターン形成材料を吐出させて基板に塗布し、紫外線を照射することによって樹脂を硬化させて基板上にパターン形成を行っている。また、この技術では、基板に対しノズルを走査移動させるのに際して、走査速度、吐出量、露光量のいずれかを定期的に変化させることで、パターン幅を異ならせた節部を一定間隔で形成している。

上記した特許文献１に記載の技術を、例えば太陽電池の電極形成に応用することが考えられる。太陽電池の電極においては、例えば特許文献２に記載されているように、フィンガー電極とも称される多数の細い電極と、これらを横断するバス電極とも称される幅広の電極とが組み合わせられる。

特開２００６−１３８９１１号公報（例えば、図６） 特開２００５−３５３８５１号公報（例えば、図１）

上記した太陽電池のように、幅が大きく異なる電極を形成する方法としては、第１に、それぞれの線幅に応じたサイズの吐出口を有するノズルを個別に設けることが考えられる。また第２に、細い線幅のパターンを隣接させて多数形成することにより、幅広の電極を形成することが考えられる。しかしながら、線幅の微細化に伴ってノズルの部品コストが上昇しているため、第１の方法では装置コストが高くなり、結果的に最終製品の製造コストも高くなってしまう。また、第２の方法では製造のスループットが低くなるという問題がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に電極を形成する方法および装置において、低コストで、しかも優れた生産性で、幅の異なる電極を形成することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる電極形成方法は、上記目的を達成するため、電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出するノズルを基板に対して第１の方向に相対移動させることで前記塗布液を前記基板に塗布するとともに、前記基板に塗布された前記塗布液を光照射により硬化させることで第１の電極を形成する第１工程と、前記ノズルと同一形状を有するノズルを前記基板に対して前記第１の方向と異なる第２の方向に相対移動させることで前記塗布液を前記基板に塗布するとともに、前記基板に塗布された前記塗布液を光照射により硬化させることで第２の電極を形成する第２工程とを備え、前記第１工程と前記第２工程との間で前記光照射の照射条件を異ならせて、前記第１の電極の幅と前記第２の電極の幅とを異ならせることを特徴としている。

このように構成された発明では、電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を基板に塗布することで基板上に電極を形成する。そして、基板に対しノズルを第１方向に移動させるとき（第１工程）と、第２方向に移動させるとき（第２工程）とで光照射の照射条件を異ならせる。これにより、第１方向に延びる電極（第１の電極）の幅と、第２方向に延びる電極（第２の電極）の幅とを互いに異ならせることができる。このため、同一形状のノズルで幅の異なる電極を形成することができるので、装置コストおよび製品の製造コストを低く抑えることができる。また、幅広の電極を形成するためにノズルを何度も走査させる必要がないので、高い生産性で電極形成を行うことができる。

第１工程と第２工程との間で異ならせる照射条件としては、例えば、塗布液を基板に塗布してから光照射を開始するまでの時間を用いることができる。基板に塗布された塗布液は基板上で広がり、光照射されて硬化することによって広がりは停止する。したがって、塗布してから光照射を開始するまでの時間を変えることによって、電極の幅を異ならせることが可能である。より具体的には、例えば、塗布液が基板に着液する基板上の着液位置と、光照射される基板上の光照射位置との距離を、第１工程と第２工程との間で異ならせるようにしてもよい。

また、例えば、光照射における露光量を第１工程と第２工程との間で異ならせるようにしてもよい。ここで、露光量は照射光の強度と照射時間との積であり、これらの一方または両方を変化させることで、塗布液に含まれる光硬化性樹脂の硬化の進行を制御して電極の幅を変化させることができる。

また、この発明にかかる電極形成装置の第１の態様は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動し、電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出口から吐出する第１ノズルと、前記第１ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第１光照射部と、前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動し、前記第１ノズルと同一形状の吐出口を有して該吐出口から前記塗布液を吐出する第２ノズルと、前記第２ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第２光照射部とを備え、前記第１光照射部による光の照射条件と、前記第２光照射部による光の照射条件とが互いに異なることを特徴としている。

この電極形成装置は、互いに同一形状の第１ノズルおよび第２ノズルを備えている。そして、第１ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第１光照射部と、第２ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第２光照射部との間で照射条件が異なっている。このため、上記した電極形成方法の発明と同様に、幅の異なる電極を、低コストで、しかも優れた生産性で形成することができる。

この場合の照射条件としては、例えば、第１ノズルから塗布液が吐出されてから第１光照射部により光照射が開始されるまでの時間と、第２ノズルから塗布液が吐出されてから第２光照射部により光照射が開始されるまでの時間とを異ならせることができる。こうすることで、吐出された塗布液が硬化するまでの時間が異なるので、幅方向の塗布液の広がり量を変化させることができる。

より具体的には、基板保持手段に保持された基板に対して、第１ノズルと第１光照射部とが一体的に相対移動する一方、第２ノズルと第２光照射部とが一体的に相対移動するように構成し、しかも、第１ノズルからの塗布液が基板に着液する基板上の着液位置と第１光照射部により光照射される基板上の光照射位置との間の距離と、第２ノズルからの塗布液が基板に着液する基板上の着液位置と第２光照射部により光照射される基板上の光照射位置との間の距離とを互いに異ならせるようにしてもよい。

塗布液が吐出されてから光照射が開始されるまでの時間はノズルと光照射部との距離に応じて変化するので、上記構成とすることで、簡単な構成で互いに幅の異なる電極を形成することが可能となる。

また、第１光照射部による露光量と、第２光照射部による露光量とが互いに異なるようにしてもよい。この点は上記した電極形成方法の発明と同様である。

また、この発明にかかる電極形成装置の第２の態様は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出口から吐出するノズルと、前記ノズルを前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動させる移動機構と、前記ノズルから吐出された塗布液に光を照射する光照射部と、前記光照射部による光の照射条件を変更する照射条件変更手段とを備え、前記照射条件変更手段により前記光照射部の照射条件を第１条件に設定した第１動作モードと、前記照射条件変更手段により前記光照射部の照射条件を前記第１条件と異なる第２条件に設定した第２動作モードとを実行することを特徴としている。

このように構成された発明では、第１動作モードと第２動作モードとの間で共通のノズルを使用しつつ、これらの動作モード間で光照射条件を変えることで互いに幅の異なる電極を形成することができる。したがって、上記発明と同様に、幅の異なる電極を、低コストで、しかも優れた生産性で形成することができる。また、幅の異なる電極を共通のノズルでの塗布により形成することができるので、コスト低減効果は大きい。

例えば、第１動作モードと第２動作モードとの間で、基板に対するノズルの移動方向を異ならせてもよい。こうすることで、互いに交わり、しかも幅の異なる２種類の電極を、共通のノズルを用いた塗布によって形成することができる。

この場合において、第１動作モードと第２動作モードとの間で、照射条件として光照射部による露光量を互いに異ならせてもよい。こうすることで、第１動作モードで形成される電極の幅と第２動作モードで形成される電極の幅とを互いに異ならせ、しかもそれらを交わらせることができる。

また、ノズルと光照射部とが一体的に基板に対して相対移動するようにし、照射条件変更手段は、ノズルからの塗布液が基板に着液する基板上の着液位置と、光照射部により光照射される基板上の光照射位置との間の距離を、第１動作モードと第２動作モードとの間で互いに異ならせてもよい。こうすることで、前記したように、吐出された塗布液が硬化するまでの時間を両動作モード間で異ならせることができるので、幅方向の塗布液の広がり量を変化させることができる。

この発明にかかる電極形成方法および電極形成装置によれば、基板に塗布された塗布液に対する光照射条件を異ならせることで、同一形状のノズルを用いて互いに幅の異なる電極を形成することができる。そのため、この発明では、幅の異なる電極を、低コストで、しかも優れた生産性で形成することができる。

この発明にかかる電極形成装置の第１実施形態を示す図である。 ヘッド部の構成をより詳細に示す拡大図である。 ヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。 この装置によって製造される太陽電池モジュールの一例を示す図である。 第１実施形態の装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 塗布液の広がりと電極のサイズとの関係を模式的に示す図である。 バス電極形成工程の変形例を示す図である。 この発明にかかる電極形成装置の第２実施形態を示す図である。 第２実施形態の装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる電極形成装置の第１実施形態を示す図である。この電極形成装置１は、例えば表面に光電変換層を形成された単結晶シリコンウエハなどの基板Ｗ上に導電性を有する電極配線を形成し、例えば太陽電池として利用される光電変換デバイスを製造する装置である。この装置１は、例えば光電変換デバイスの光入射面に集電電極を形成するという用途に好適に使用することができる。

この電極形成装置１では、基台１１上にステージ移動機構２が設けられ、基板Ｗを保持するステージ３がステージ移動機構２により図１に示すＸ−Ｙ平面内で移動可能となっている。基台１１にはステージ３を跨ぐようにして２組のフレーム１２１，１２２が固定され、フレーム１２１には第１ヘッド部５、フレーム１２２には第２ヘッド部７がそれぞれ取り付けられる。第２ヘッド部７は、第１ヘッド部５に対して（＋Ｘ）方向に離隔配置されており、両者の間隔は基板ＷのＸ方向長さより広く設定される。

ステージ移動機構２は、下段からステージ３をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構２１、Ｙ方向に移動させるＹ方向移動機構２２、および、Ｚ方向を向く軸を中心に回転させるθ回転機構２３を有する。Ｘ方向移動機構２１は、モータ２１１にボールねじ２１２が接続され、さらに、Ｙ方向移動機構２２に固定されたナット２１３がボールねじ２１２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ２１２の上方にはガイドレール２１４が固定され、モータ２１１が回転すると、ナット２１３とともにＹ方向移動機構２２がガイドレール２１４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。

Ｙ方向移動機構２２もモータ２２１、ボールねじ機構およびガイドレール２２４を有し、モータ２２１が回転するとボールねじ機構によりθ回転機構２３がガイドレール２２４に沿ってＹ方向に移動する。θ回転機構２３はモータ２３１によりステージ３をＺ方向を向く軸を中心に回転させる。以上の構成により、第１および第２ヘッド部５，７の基板Ｗに対する相対的な移動方向および向きが変更可能とされる。ステージ移動機構２の各モータは制御ユニット６により制御される。

第１ヘッド部５は、ベース５１の下面に基板Ｗ上に液状の塗布液を吐出する吐出ノズル部５２、および、基板Ｗに向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部５３を有し、吐出ノズル部５２には供給管５２２が取り付けられる。供給管５２２は、制御弁５２４を介して電極材料を含む塗布液を貯留するタンク５２５に接続される。タンク５２５には、図示を省略する窒素ガス（Ｎ2）供給源からレギュレータ５２６を介して窒素ガスが導入され、タンク５２５内の塗布液が一定の圧力に加圧されている。制御ユニット６が制御弁５２４の開閉を制御することにより、吐出ノズル部５２からの塗布液吐出のオン・オフが制御される。

光照射部５３は、光ファイバ５３１を介して紫外線を発生する光源ユニット５３２に接続される。図示を省略しているが、光源ユニット５３２はその光出射部に開閉自在のシャッターを有しており、その開閉および開度によって出射光のオン・オフおよび光量を制御することができる。光源ユニット５３２は制御ユニット６により制御されている。

同様に、第２ヘッド部７には、ベース７２、吐出ノズル部７２、光照射部７３が設けられ、吐出ノズル部７２には供給管７２４、制御弁７２４、タンク７２５、レギュレータ７２６等が接続されている。また、光照射部７３には光ファイバ７３１および光源ユニット７３２が接続されている。これらの各構成の機能は、第１ヘッド部５まわりに設けられた対応する各構成のものと同じである。

図２はヘッド部の構成をより詳細に示す拡大図である。より詳しくは、図２（ａ）は第１ヘッド部５を下方から見たときの吐出ノズル部５２先端付近を示す図であり、図２（ｂ）は第２ヘッド部７を下方から見たときの吐出ノズル部７２先端付近を示す図である。吐出ノズル部５２は内部が筒状の空洞になったノズルベース５２０に、この空洞に連通された吐出口５２１ａを有する筒状の先端ノズル５２１が複数個（この例では４個であるがこれに限定されない）、Ｙ方向に等間隔に突設された構造となっている。タンク５２５から供給管５２２を経由して輸送されてくる塗布液は、先端ノズル５２１下端の吐出口５２１ａから基板Ｗに向けて吐出される。図１および図２（ａ）に示すように、先端ノズル５２１は、ノズルベース５２０から（−Ｚ）方向および（＋Ｘ）方向に延びている。

また、光照射部５３は、複数の吐出口５２１ａから吐出される塗布液全体に光を照射するために、Ｙ方向サイズがノズルベース５２０とほぼ同じになっており、その下端は光を集光させるためのレンズ５３１となっている。

図２（ｂ）に示すように、第２ヘッド部７も同様にノズルベース７２０および先端ノズル７２１を備えているが、第１ヘッド部５とは以下の点で相違している。まず、第２ヘッド部７では先端ノズル７２１が１個だけ設けられている。その一方で、下端にレンズ７３１を設けられた光照射部７３は、第１ヘッド部５の光照射部５３と同様に幅広に形成されている。また、第１ヘッド部５における先端ノズル５２１の吐出口５２１ａとレンズ５３１とのＸ方向の距離Ｄ1に対して、第２ヘッド部７における先端ノズル７２１の吐出口７２１ａとレンズ７３１とのＸ方向の距離Ｄ2の方が大きくなるように、ノズルベースと光照射部との位置関係が設定されている。

先端ノズル５２１，７２１の材質については特に限定されないが、吐出液に対し汚染物質を混入させることがなく、微細加工ができるという点から、例えばシリコンやジルコニアの結晶を用いることができる。ただし、第１ヘッド部５に設けられた複数の先端ノズル５２１、第２ヘッド部７に設けられた先端ノズル７２１はいずれも同一形状とされる。このような微細な加工を要する先端ノズルの形状を全て同一とすることにより、先端ノズルの加工コスト、ひいては装置全体のコストを低減することができる。また、それぞれ１つの吐出口を有し同一形状の複数の先端ノズルをノズルベースに着脱可能に取り付けるようにすれば、例えばいずれかの吐出口が塗布液によって目詰まりや損傷を起こした場合、当該先端ノズルのみを交換すればよいので、吐出ノズル部全体を交換するのに比べれば装置のランニングコストの点でも有利である。

図３はヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。ここでは第１ヘッド部５を例にして説明するが、第２ヘッド部７についても同様である。後述するように、この実施形態では、ステージ３に載置された基板Ｗをステージ移動機構２によりＸ方向に移動させながら、先端ノズル５２１の吐出口５２１ａから塗布液を吐出させる。したがって、基板Ｗに吐出された塗布液Ａ1は、最初に基板に接触する着液位置Ｐ1から、基板ＷとともにＸ方向（図において右方）に移動してゆく。基板Ｗに対する走査移動という点では、基板Ｗを固定し第１ヘッド部５を移動させるようにしても等価であるが、第１ヘッド部５には各種の配管が接続されており、またノズルの振動に起因する吐出量の変動を抑えるという点から、第１ヘッド部５を固定して基板Ｗを移動させるのが好ましい。

基板移動方向において吐出ノズル部５２の下流側には光照射部５３が設けられており、基板Ｗに塗布された塗布液Ａ1に対して光Ｌ（例えば紫外線）を照射する。基板Ｗ上に光Ｌが照射される光照射位置Ｐ2では、塗布液が光硬化性樹脂を含むものであれば、光照射部５３からの光照射を受けて硬化が始まる。このようにして、この装置１は基板Ｗ上に所定のパターンを形成することができる。

図４はこの装置によって製造される太陽電池モジュールの一例を示す図である。この太陽電池モジュールＭは、光電変換層を設けられた基板Ｗの上面（光入射面）に、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとを設けたものである。フィンガー電極Ｆは、入射光を遮蔽しないように幅を細く、かつ低抵抗とするために厚みを大きく形成された電極であり、多数本が互いに平行に形成される。一方、バス電極Ｂは、フィンガー電極Ｆによって集められた電荷を外部に低損失で取り出せるように幅広に、また各フィンガー電極Ｆに交わるようにして１本または複数本形成される。

次に、前述した電極形成装置１により、上記の太陽電池モジュールＭを製造する方法について説明する。電極形成装置１においては、フィンガー電極Ｆおよびバス電極Ｂの電極材料を含んで調製された塗布液を予めタンク５２５、７２５に充填しておき、これを光電変換層を形成された基板Ｗに塗布することによって、太陽電池モジュールＭを製造することが可能である。

塗布液としては、導電性および光硬化性を有し、例えば導電性粒子、有機ビヒクル（溶剤、樹脂、増粘剤等の混合物）および光重合開始剤を含むペースト状の混合液を用いることができる。導電性粒子は電極の材料たる例えば銀粉末であり、有機ビヒクルは樹脂材料としてのエチルセルロースと有機溶剤を含む。また、塗布液の粘度は、光照射による硬化処理を実行する前において例えば５０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下で、硬化処理を実行した後は３５０Ｐａ・ｓ以上になることが好ましい。２つのタンク５２５、７２５に充填する塗布液の組成は同じものであってもよく、またそれぞれに組成の異なる塗布液を準備してもよい。

図５は第１実施形態の装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。まず最初に、基板Ｗを装置１内に搬入し、ステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。そして、ステージ移動機構２を動作させて、基板Ｗをその右端が第１ヘッド部５の直下近傍位置に来るような所定の描画開始位置（図１における基板Ｗの位置）へ移動させる（ステップＳ１０２）。

次いで、基板ＷをＸ方向に移動させながら、第１ヘッド部５に設けた吐出ノズル部５２および光照射部５３からの塗布液吐出および光照射をそれぞれ開始する（ステップＳ１０３）。各先端ノズル５２１から塗布液が吐出されることにより、基板Ｗ上には互いに平行な複数（この例では４本）のストライプパターン状に塗布液が塗布される。また、基板移動方向において吐出ノズル部５２の下流側に設けた光照射部５３から紫外線を照射されることにより、基板Ｗ上の塗布液が硬化し、導電性を有する電極が形成される。

基板Ｗの一方端から他方端まで塗布液の塗布および光照射が終了すると、基板Ｗの全面に電極を形成し終えるまで、描画開始位置に戻って上記動作を必要回数繰り返し行う（ステップＳ１０４）。このとき、１回の動作を終えるごとに基板Ｗの位置をＹ方向に所定量移動させることで、基板全面にストライプ状のパターンを形成することができる。こうしてフィンガー電極Ｆが形成される。

続いてバス電極Ｂの形成を行う。フィンガー電極Ｆの形成が完了した時点では、図１における基板Ｗの左端が第１ヘッド部５の直下を通過した位置にある。このとき、基板Ｗの右端が第２ヘッド部７の直下近傍位置に来ているように、２つのフレーム１２１，１２２の位置は設定されている。ここで、θ回転機構２３を動作させて、基板ＷをＺ軸（鉛直軸）周りに９０度回転させる（ステップＳ１０５）。

そして、再びＷをＸ方向に移動させながら、今度は第２へッド部７に設けた吐出ノズル部７２および光照射部７３からの塗布液吐出および光照射を行う（ステップＳ１０６）。このとき、吐出ノズル部７２から吐出された塗布液が基板Ｗに塗布されるが、先に基板Ｗが９０度回転されているため、基板Ｗに対する第２ヘッド部７の相対移動方向は、第１ヘッド部５の移動方向とは９０度異なっている。そのため、既に基板Ｗに形成されているフィンガー電極Ｆと直交するように、新たな塗布が行われる。また、前記したように、第２ヘッド部７では吐出ノズル部７２と光照射部７３との間隔が第１ヘッド部５よりも大きいため（図２）、塗布液により形成されるパターンの幅はフィンガー電極Ｆよりも大きくなる。

図６は塗布液の広がりと電極のサイズとの関係を模式的に示す図である。ノズルから吐出された直後の塗布液の断面は、図６（ａ）に実線で示すように、幅Ｗ0が小さく高さＨ0の大きな形状となっている。一方、塗布直後を起点とした時刻ｔが増加するにつれて、図６に一点鎖線、二点鎖線の順に示すように、塗布液は次第に側方へ広がってゆき、その幅は増加するが高さは減少してゆく。

つまり、図６（ｂ）に示すように、塗布直後の塗布液に光照射を行えば、塗布直後の形状のまま塗布液が硬化し、幅Ｗ0、高さＨ0の電極を得ることができる。したがって、幅に対する高さの比、すなわちアスペクト比の高い電極を形成することができる。光照射を行わなければ、時刻ｔの増加に伴って塗布液の幅が増加する一方、高さが減少し、例えば時刻ｔ1で光照射を行ったとすると、形成される電極の幅Ｗ1は塗布直後の初期値Ｗ0より大きくなる一方、高さＨ1は初期値Ｈ0よりも小さくなる。

言い換えると、塗布液が基板Ｗに塗布されてから、光照射を行うまでの時間によって、電極の幅および高さを制御することができる。上記したように、フィンガー電極Ｆには高いアスペクト比が求められるので、ステップＳ１０３の塗布工程では塗布液の塗布から光照射までの時間が短いことが望ましい。そこで、この実施形態では、第１ヘッド部５における吐出ノズル部５２と光照射部５３との距離Ｄ1を小さくし、これにより吐出ノズル部５２からの塗布液吐出と光照射部５３による光照射との時間差を小さくする（第１条件）。

これに対して、バス電極Ｂを形成するステップＳ１０６の塗布工程では、電極幅を大きくすることが求められるので、第２ヘッド部７における吐出ノズル部７２と光照射部７３との距離Ｄ2を大きくすることで吐出ノズル部７２からの塗布液吐出と光照射部７３による光照射との時間差を大きくし（第２条件）、より大きな電極幅を得ることができる。

なお、このようにすると十分な電極高さを得られない場合があり得る。このような場合には、例えば吐出ノズル部７２からの塗布液の吐出量を多くしたり、ステージ移動機構２による基板Ｗの移動速度を小さくするようにしてもよい。単位時間当たりの吐出量が一定であれば、基板Ｗの移動速度を遅くすることで単位移動量当たりの吐出量が大きくなるので、電極の高さを確保することができる。ただしこの場合、塗布から光照射までの時間差がさらに大きくなるので、塗布液が広がりすぎるのを防止するために塗布液の粘度を調整することが好ましい。また、次のようにしてもよい。

図７はバス電極形成工程の変形例を示す図である。図７に示すように、第１ヘッド部５（図２（ａ））と同様に、複数の先端ノズル７２１を有する吐出ノズル部７２ａを、第２ヘッド部７に設けるようにしてもよい。そして、基板Ｗに塗布された塗布液に対する光照射を遅らせることで、各先端ノズル７２１から吐出されて基板Ｗ上で広がった塗布液を互いに接触させて、全体として幅広の電極を得るようにしてもよい。このようにすると、各先端ノズル７２１から吐出された塗布液の広がりは小さくてよいので、より高さのあるバス電極を形成することが可能である。

図５に戻ってフローチャートの説明を続ける。基板Ｗの一方端から他方端まで塗布液の塗布および光照射が終了すると、基板Ｗ上にはフィンガー電極Ｆに直交する幅広のバス電極Ｂが１本形成される。基板ＷのＹ方向位置を変えながら上記動作を必要回数繰り返し行うことで、必要な本数のバス電極Ｂを形成することができる（ステップＳ１０７）。こうしてバス電極Ｂが形成される。電極の形成を完了した基板Ｗについては、装置外へ搬出することで（ステップＳ１０８）、太陽電池モジュールＭの製造は完了する。

以上のように、この実施形態では、幅の狭いフィンガー電極Ｆと、幅広のバス電極Ｂとを基板Ｗ上で交わらせてなる電極パターンを有する太陽電池モジュールＭを製造することが可能である。このとき、基板Ｗに塗布された塗布液に対する光照射条件、より具体的には、基板Ｗに塗布液が塗布されてから光照射されるまでの時間を変えることで、形成される電極の幅を制御している。このため、塗布液を吐出する先端ノズルの構造を共通化することができ、装置コストを大きく低減することが可能である。

また、基板Ｗに対する第２ヘッド部７の１回の走査移動で幅の広い電極を形成するので、走査移動の回数が少なくて済み（場合によっては１回でもよい）、製造のスループットを高めることができる。すなわち、この実施形態では、優れた生産性で太陽電池モジュールＭを製造することが可能である。

＜第２実施形態＞
上記した第１実施形態の電極形成装置１では、先端ノズルの形状は共通であるが別体のヘッド部５，７を用いてフィンガー電極Ｆ、バス電極Ｂをそれぞれ形成する。これに対して、次に説明するこの発明にかかる電極形成装置の第２実施形態では、同一のヘッド部を用いて、その使用条件を変えて電極の幅を作り分けることで、幅の異なる２種類のフィンガー電極Ｆおよびバス電極Ｂを形成する。

図８はこの発明にかかる電極形成装置の第２実施形態を示す図である。この実施形態の電極形成装置１ａでは、第１実施形態におけるフレーム１２１，１２２に代えて、第３ヘッド部８を取り付けられたフレーム１２３が設けられている。フレーム１２３には、吐出ノズル部８２および光照射部８３が設けられている。

第３ヘッド部８は、ベース８１の下面に基板Ｗ上に液状の塗布液を吐出する吐出ノズル部８２、および、基板Ｗに向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部８３を有し、吐出ノズル部８２には供給管８２２が取り付けられる。供給管８２２は、制御弁８２４を介して電極材料を含む塗布液を貯留するタンク８２５に接続される。タンク８２５には、図示を省略する窒素ガス供給源からレギュレータ８２６を介して窒素ガスが導入され、タンク８２５内の塗布液が一定の圧力に加圧されている。制御ユニット６ａが制御弁８２４の開閉を制御することにより、吐出ノズル部８２からの塗布液吐出のオン・オフが制御される。

光照射部８３は、光ファイバ８３１を介して紫外線を発生する光源ユニット８３２に接続される。図示を省略しているが、光源ユニット８３２はその光出射部に開閉自在のシャッターを有しており、その開閉および開度によって出射光のオン・オフおよび光量を制御することができる。光源ユニット８３２は制御ユニット６ａにより制御されている。

また、ベース８１にはモータプレート８４が取り付けられるとともに、モータプレート８４には制御ユニット６ａにより制御されるモータ８６が設けられている。光照射部８３はボールねじ機構によって保持されており、ボールねじ機構を構成するボールねじ８５はモータ８６に結合されている。したがって、制御ユニット６ａからの制御指令に応じてモータ８６が回転すると、光照射部８３がＸ方向に移動して適宜の位置に位置決めされる。すなわち、この実施形態では、吐出ノズル部８２と光照射部８３との間隔Ｄ3を、制御ユニット６ａからの制御指令に応じて可変することができる。

上記の点を除く装置の構成や基本的な動作は第１実施形態のものと同一であるので、同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。また、第３ヘッド部８における吐出ノズル部８２および光照射部８３それぞれの構成は、第１実施形態における第１ヘッド部５の吐出ノズル部５２および光照射部５３と同じである。

図９は第２実施形態の装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。フィンガー電極Ｆを形成し終えるまでの動作（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）は、第１実施形態における動作（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）と同じである。すなわち、基板Ｗを装置１ａに搬入して描画開始位置にセットした後（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）、基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出ノズル部８２から塗布液を吐出し光照射部８３より光照射を行う。ただし、このとき吐出ノズル部８２と光照射部８３との間隔Ｄ3は最小値に設定されている。

フィンガー電極Ｆの形成が終了すると、この実施形態では、ステージ３を９０度回転させた後（ステップＳ２０５）、モータ８６を動作させて光照射部８３を移動させ、吐出ノズル部８２との間隔Ｄ3を大きくする（ステップＳ２０６）。これにより、以後の工程では塗布液が塗布されてから光照射されるまでの時間が長くなる。

続いて、基板Ｗを再び描画開始位置に戻し（ステップＳ２０７）、基板ＷをＸ方向に移動させながら、吐出ノズル部８２から塗布液を吐出させて基板Ｗに塗布するとともに、光照射部８３より光照射を行う（ステップＳ２０８）。このとき、吐出ノズル部８２と光照射部８３との間隔Ｄ3が広がっているので、塗布液が基板Ｗに塗布されてから光照射されるまでの時間が長くなっている。このため、塗布液の広がりも大きくなっている。図７に示したように、隣接する先端ノズルからそれぞれ吐出された塗布液が互いに接触する位置まで広がるように、吐出ノズル部８２と光照射部８３との間隔Ｄ3を設定しておくことで、幅広で厚みのあるバス電極Ｂを１回の走査移動により形成することができる。

これを必要回数繰り返した後（ステップＳ２０９）、基板Ｗを装置外へ搬出することにより、太陽電池モジュールＭの製造は完了する。

以上のように、この実施形態によっても、図４に示した太陽電池モジュールＭを低コストで、しかも優れた生産性で製造することが可能である。この場合、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとを全く同一の１組のヘッド部によって形成しているので、装置コストをより低減することが可能である。

＜その他＞
以上説明したように、上記各実施形態においては、先端ノズル５２１，７２１等が本発明の「ノズル」として機能しており、特に、第１実施形態においては、先端ノズル５２１が「第１ノズル」として機能する一方、先端ノズル７２１が「第２ノズル」として機能している。また、第１実施形態における光照射部５３，７３がそれぞれ本発明の「第１光照射部」および「第２光照射部」として機能する一方、第２実施形態における光照射部８３が本発明の「光照射部」として機能している。

また、上記各実施形態においては、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能している。また、上記第２実施形態におけるボールねじ８５およびモータ８６が、本発明の「照射条件変更手段」として機能している。また、ステージ移動機構２が本発明の「移動機構」として機能している。

また、上記各実施形態では、フィンガー電極Ｆを形成する工程（ステップＳ１０３、Ｓ２０３）が本発明の「第１工程」および「第１動作モード」に相当する一方、バス電極Ｂを形成する工程（ステップＳ１０６、Ｓ２０８）が本発明の「第２工程」および「第２動作モード」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態は、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとを直交させた電極を有する太陽電池モジュールＭを製造するための装置に本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、互いに異なる２種類以上の幅を有する電極を含むものであれば、上記と異なるパターンを形成する目的にも、本発明を適用することが可能である。

また、上記各実施形態では、吐出ノズル部と光照射部との距離を変えることによって基板への塗布液の着液位置と光照射位置との距離を変え、これによって光の照射条件のうち塗布から光照射までの時間差を変えることで、形成される電極の幅を制御している。これに代えて、例えば光照射における露光量を変化させることによって電極の幅を制御するようにしてもよい。ここで、露光量は照射光量と照射時間との積であり、これらのパラメータ光硬化性樹脂の硬化速度に影響を与えるから、照射光量および照射時間の一方、または両方によって電極の幅を制御することも可能である。

照射光量については、光源ユニットに設けられたシャッターの開閉制御によって調節することが可能である。また、照射時間については、基板Ｗと光照射部との間の相対速度によって調節することが可能である。速度を遅くすると基板Ｗが光照射される時間が長くなるが、前記したように、このときノズルからの単位時間当たりの塗布液の吐出量が一定であれば結果的に基板Ｗへの塗布量も多くなってしまうことになる。電極の幅を大きくするために速度を落とすのであるから、塗布量の増加は電極の厚さを確保することができるという点ではむしろ好都合である。

また、光照射部による光の照射方向を変えることによっても着液位置に対する光照射位置を変えることができるので、これにより照射条件を変えて電極の幅を制御するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、４個の先端ノズルを有する吐出ノズル部を設けているが、先端ノズルの数はこれに限定されず任意である。例えば、第１実施形態においては、第１ヘッド部５の先端ノズルの数を第２ヘッド部７と同様に１個のみとしてもよい。逆に、第２ヘッド部７の先端ノズルの数を多くしてもよい。また、第１ヘッド部５に多数の先端ノズルをＹ方向に並べて、基板全面へのフィンガー電極の形成を１回の走査で行えるようにしてもよい。このようにすれば処理に要する時間を最少にできる。第２実施形態においても、先端ノズルの数を１個にしたり、あるいはより多くしてもよい。

また、上記各実施形態では、先端ノズル５２１等の吐出口５２１ａ等が真下ではなく斜め後方に向かって開口するようにしているが、このようにすることは本発明において必須の要件ではなく、吐出口の形状や開口方向は任意である。

また、上記各実施形態では基板Ｗの片面にのみ配線を形成しているが、基板Ｗの両面に配線を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。

また、上記各実施形態ではシリコン基板上に電極配線を形成して太陽電池としての光電変換デバイスを製造しているが、基板はシリコンに限定されるものではない。例えば、ガラス基板上に形成された薄膜太陽電池や、太陽電池以外のデバイスに電極を形成する際にも、本発明を適用することが可能である。

この発明は、基板、特に太陽電池基板上に電極を形成する方法および装置に適用可能であり、特に幅の異なる電極を同一形状のノズルで形成する場合に好適に適用することができる。

２ ステージ移動機構（移動機構）
３ ステージ（基板保持手段）
５３ 光照射部（第１光照射部）
７３ 光照射部（第２光照射部）
８３ 光照射部
８５ ボールねじ（照射条件変更手段）
８６ モータ（照射条件変更手段）
５２１ 先端ノズル（ノズル、第１ノズル）
７２１ 先端ノズル（ノズル、第２ノズル）
Ｓ１０３，Ｓ２０３ 第１工程、第１動作モード
Ｓ１０６，Ｓ２０８ 第２工程、第２動作モード
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出するノズルを基板に対して第１の方向に相対移動させることで前記塗布液を前記基板に塗布するとともに、前記基板に塗布された前記塗布液を光照射により硬化させることで第１の電極を形成する第１工程と、
   前記ノズルと同一形状を有するノズルを前記基板に対して前記第１の方向と異なる第２の方向に相対移動させることで前記塗布液を前記基板に塗布するとともに、前記基板に塗布された前記塗布液を光照射により硬化させることで第２の電極を形成する第２工程と
   を備え、
   前記第１工程と前記第２工程との間で前記光照射の照射条件を異ならせて、前記第１の電極の幅と前記第２の電極の幅とを異ならせることを特徴とする電極形成方法。
2. 前記塗布液を前記基板に塗布してから前記光照射を開始するまでの時間を、前記第１工程と前記第２工程とで異ならせる請求項１に記載の電極形成方法。
3. 前記塗布液が前記基板に着液する前記基板上の着液位置と、前記光照射される前記基板上の光照射位置との距離を、前記第１工程と前記第２工程とで異ならせる請求項２に記載の電極形成方法。
4. 前記光照射における露光量を、前記第１工程と前記第２工程とで異ならせる請求項１ないし３のいずれかに記載の電極形成方法。
5. 基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動し、電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出口から吐出する第１ノズルと、
   前記第１ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第１光照射部と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動し、前記第１ノズルと同一形状の吐出口を有して該吐出口から前記塗布液を吐出する第２ノズルと、
   前記第２ノズルから吐出された塗布液に光を照射する第２光照射部と
   を備え、
   前記第１光照射部による光の照射条件と、前記第２光照射部による光の照射条件とが互いに異なることを特徴とする電極形成装置。
6. 前記第１ノズルから前記塗布液が吐出されてから前記第１光照射部により光照射が開始されるまでの時間と、前記第２ノズルから前記塗布液が吐出されてから前記第２光照射部により光照射が開始されるまでの時間とが互いに異なる請求項５に記載の電極形成装置。
7. 前記基板保持手段に保持された前記基板に対して、前記第１ノズルと前記第１光照射部とが一体的に相対移動する一方、前記基板保持手段に保持された前記基板に対して、前記第２ノズルと前記第２光照射部とが一体的に相対移動し、しかも、
   前記第１ノズルからの塗布液が前記基板に着液する前記基板上の着液位置と前記第１光照射部により光照射される前記基板上の光照射位置との間の距離と、前記第２ノズルからの塗布液が前記基板に着液する前記基板上の着液位置と前記第２光照射部により光照射される前記基板上の光照射位置との間の距離とが互いに異なる請求項６に記載の電極形成装置。
8. 前記第１光照射部による露光量と、前記第２光照射部による露光量とが互いに異なる請求項５ないし７のいずれかに記載の電極形成装置。
9. 基板を保持する基板保持手段と、
   電極材料および光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出口から吐出するノズルと、
   前記ノズルを前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対移動させる移動機構と、
   前記ノズルから吐出された塗布液に光を照射する光照射部と、
   前記光照射部による光の照射条件を変更する照射条件変更手段と
   を備え、
   前記照射条件変更手段により前記光照射部の照射条件を第１条件に設定した第１動作モードと、前記照射条件変更手段により前記光照射部の照射条件を前記第１条件と異なる第２条件に設定した第２動作モードとを実行することを特徴とする電極形成装置。
10. 前記第１動作モードと前記第２動作モードとの間で、前記基板に対する前記ノズルの移動方向を異ならせる請求項９に記載の電極形成装置。
11. 前記第１動作モードと前記第２動作モードとの間で、前記光照射部による露光量を互いに異ならせる請求項１０に記載の電極形成装置。
12. 前記ノズルと前記光照射部とが一体的に前記基板に対して相対移動し、前記照射条件変更手段は、前記ノズルからの塗布液が前記基板に着液する前記基板上の着液位置と、前記光照射部により光照射される前記基板上の光照射位置との間の距離を、前記第１動作モードと前記第２動作モードとの間で互いに異ならせる請求項９ないし１１のいずれかに記載の電極形成装置。

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