JP2011198893A - 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、互いに交わる電極の交点における凹凸を少なくする。
【解決手段】基板に多数本のフィンガー電極を形成した後に（ステップＳ１０２）、これらと交わる幅広のバス電極を塗布により形成する。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した後（ステップＳ１０３）、所定時間が経過するのを待ってから塗布液にＵＶ光を照射し塗布液を硬化させる（ステップＳ１０４）。塗布から光照射までの時間差ｔｓについては、予め実験的に塗布した塗布液の高さの変化を測定した結果に基づいて設定しておく（ステップＳ１０１、Ｓ２０１〜Ｓ２０４）。
【選択図】図２

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、例えば太陽電池基板などの光電変換素子の光電変換面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、例えば太陽電池などの光電変換素子の電極形成に応用することが考えられる。例えば特許文献２に記載の技術においては、太陽電池の光電変換面に、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形成される。

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

塗布液の塗布によってこのような交差する電極パターンを形成する場合、電極の交点において塗布液が既存の電極の上に盛り上げられることに起因して電極上面に高低差が生じてしまう。このことは、例えば太陽電池の場合、電極上面に後付けされる金属電極箔の密着性を低下させ、デバイスとしての性能や耐久性を低下させるという問題を生じさせる。

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、互いに交わる電極の交点における凹凸を少なく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の一の態様は、上記目的を達成するため、基板の表面に、第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極を多数形成するフィンガー電極形成工程と、電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを、前記基板に対して前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記塗布液を前記フィンガー電極と交わらせて前記基板に塗布する塗布工程と、前記基板に前記塗布液が塗布されてから所定時間の経過後に、前記塗布液を硬化させてバス電極を形成する硬化工程と、前記硬化工程を実行するよりも前に、前記フィンガー電極との交差部に塗布された前記塗布液の平坦化時間に基づいて前記所定時間を設定する時間設定工程とを備え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、バス電極となる塗布液を塗布した直後に塗布液を硬化させるのでなく、塗布液の平坦化時間に応じて設定された時間の経過後に硬化させる。フィンガー電極が形成された基板に塗布液を塗布した直後においては、フィンガー電極の上に塗布された塗布液が盛り上がっており、このまま硬化させると電極パターンに凹凸が残ってしまう。高低差をつけて塗布された塗布液の液面はその流動性によって次第に平坦化（レベリング）してゆくが、そのために必要な時間をここでは「平坦化時間」と称している。すなわち、平坦化時間の長い塗布液では塗布されたときの形状が崩れにくく盛り上がった状態が長く持続する一方、平坦化時間の短い塗布液では塗布されてから短時間で盛り上がりが小さくなる。このように、塗布液の広がりの早さに対応して、塗布から硬化させるまでの時間を設定することによって、フィンガー電極とバス電極との交点における盛り上がりを小さくすることができ、凹凸の少ない電極を形成することができる。

なお、一般的には、フィンガー電極は幅が細くて本数が多く、バス電極はより幅が広く本数は少ない。ここで、フィンガー電極を先に形成しておくと、フィンガー電極上に塗布された塗布液は電極の幅が細いために電極上に長く留まることはなく、盛り上がりは短時間で解消される。これに対して、バス電極を形成してからフィンガー電極を塗布により形成するようにすると、幅の広いバス電極上に塗布された塗布液の盛り上がりが解消されるにはより時間がかかり、この間にバス電極上以外の基板上に塗布された塗布液も広がってしまい、アスペクト比の高いフィンガー電極を得るのが難しくなる。この意味において、細いフィンガー電極を先に形成し、その後でより幅広のバス電極を形成するという順序が望ましい。

また、この発明にかかる電極形成方法の他の態様は、上記目的を達成するため、基板の表面に、第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極を多数形成するフィンガー電極形成工程と、電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを、前記基板に対して前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記塗布液を前記フィンガー電極と交わらせて前記基板に塗布する塗布工程と、前記基板に前記塗布液が塗布されてから所定時間の経過後に、前記塗布液を硬化させてバス電極を形成する硬化工程とを備え、前記塗布液が塗布されてから前記硬化工程を実行するまでの前記所定時間を調整して、前記フィンガー電極と前記バス電極との交点における電極の高さを制御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、フィンガー電極形成後の基板に塗布によりバス電極を形成する。このとき、塗布液が塗布されてからこれを硬化させるまでの時間を調整することでフィンガー電極との交点における塗布液の広がりを制御することができ、上記発明と同様に、フィンガー電極とバス電極との交点における盛り上がりが小さく凹凸の少ない電極を形成することができる。

これらの発明において、例えば、フィンガー電極を形成された基板に塗布液を塗布し、該塗布から塗布液の最大高さとフィンガー電極の高さとの差が所定の許容高低差になるまでの時間を予め測定し、この時間を前記した所定時間とするようにしてもよい。こうして設定された時間の経過を待って塗布後の光照射を行うことによって、形成される電極の高低差を確実に許容範囲内に収めることができる。

また、例えば、塗布工程では光硬化性材料を含む塗布液を基板に塗布し、硬化工程では基板に塗布された塗布液に光を照射するようにしてもよい。電極材料および光硬化性材料を含む塗布液に光を照射することで、塗布液を光により硬化させて電極を形成することができる。

この場合において、硬化工程では、光を照射する光照射手段を基板に対し第２方向に、かつノズルの移動速度と同じまたは略同じ速度で相対移動させるようにしてもよい。こうすることにより、塗布液が塗布されてから光照射されるまでの時間がバス電極内の各位置においてほぼ一定となり、バス電極の高さのばらつきを抑えることができる。

また、フィンガー電極形成工程では、電極材料を含む塗布液をノズルから吐出し基板に塗布してフィンガー電極を形成するようにしてもよい。フィンガー電極をどのような方法で形成しても本発明は成立するが、上記のようないわゆるノズルディスペンスを用いた場合には、フィンガー電極のような微細かつ多数の電極パターンを効率よく形成することができる。この場合において、電極材料の他に光硬化性材料を含む塗布液をノズルから吐出し、該吐出直後に光照射によって塗布液を硬化させるようにすれば、電極の幅に対する高さの比、すなわちアスペクト比の高いフィンガー電極を形成することが可能である。

この発明は、例えば基板としての光電変換素子の光電変換面にフィンガー電極およびバス電極を形成する場合に好適に適用することができる。このような光電変換素子では、入射光をできるだけ遮蔽せず、かつ電気抵抗の低い電極が望まれるが、本発明の電極形成方法は、断面高さが大きい電極を適宜の幅で形成することができるので、このような用途に好適なものである。

また、この発明にかかる電極形成装置は、上記目的を達成するため、第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極が多数形成された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するノズルと、前記ノズルを前記基板に対し前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させる移動手段と、前記基板に塗布された前記塗布液を硬化させる硬化手段と、前記基板に前記塗布液が塗布されてから前記硬化手段による硬化を行うまでの時間を調整する調整手段とを備え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、前記した電極形成方法の発明と同様に、フィンガー電極が形成された基板に塗布液を塗布してバス電極を形成するのに際して、塗布液が塗布されてから硬化させるまでの時間を調整手段によって調整することができる。このため、フィンガー電極との交点における塗布液の広がりを制御することができ、上記発明と同様に、フィンガー電極とバス電極との交点における盛り上がりが小さく凹凸の少ない電極を形成することができる。

ここで、硬化手段としては、例えば基板に塗布された塗布液に光を照射する光照射手段であってもよい。このような構成では、電極材料の他に光硬化性材料を含む塗布液を用いることができ、これを用いて基板上に電極を形成することができる。

この場合において、例えば、移動手段はノズルと光照射手段とを一体的に基板に対し相対移動させ、調整手段はノズルと光照射手段との第２方向の距離を調整するようにしてもよい。このような構成では、塗布液がノズルから基板に塗布されて光照射手段から光照射を受けるまでの時間がノズルと光照射手段との距離によって制御され、フィンガー電極との交点における塗布液の広がりを制御して凹凸の少ない電極を形成することができる。

また、例えば、移動手段は光照射手段を基板に対し相対移動可能に構成され、調整手段は、移動手段を制御してノズルおよび光照射手段をそれぞれ基板に対し相対移動させるとともに、基板に対しノズルを相対移動させた後、基板に対し光照射手段を相対移動させるまでの時間を調整するようにしてもよい。こうすることによっても、フィンガー電極との交点における塗布液の広がりを制御して凹凸の少ない電極を形成することができる。

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、フィンガー電極が形成された基板に電極材料を含む塗布液を塗布した後、塗布液を硬化させるまでの時間を調整することによって、フィンガー電極とバス電極との交点における盛り上がりが小さく凹凸の少ない電極を形成することができる。

この発明を適用し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。 この発明にかかる電極形成の手順を示すフローチャートである。 時間差設定処理の原理を模式的に示す図である。 この発明にかかる電極形成装置の一実施形態を示す図である。 吐出ノズル部の下面の構成をより詳細に示す拡大図である。 フィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。 バス電極形成の様子を模式的に示す図である。 時間調整の第１の態様を模式的に示す図である。 時間調整の第２の態様を模式的に示す図である。 時間調整の第３の態様を模式的に示す図である。

図１はこの発明を適用し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。後工程およびデバイス性能上の理由から、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとは同じ高さとなるようにする。代表的には、バス電極Ｂおよびフィンガー電極Ｆの幅はそれぞれ２ｍｍおよび１００μｍ程度である。また、これらの高さはともに２０μｍ程度である。

以下、光電変換層を設けられた基板Ｗの表面に上記構造の電極を形成するための処理について詳しく説明する。上記したフィンガー電極Ｆおよびバス電極Ｂはいずれも、電極材料（例えば銀粉）および光硬化性樹脂を含むペースト状の塗布液をノズルスキャン法によって基板Ｗに塗布し、該塗布液に例えばＵＶ光のような光を照射して硬化させることによって形成される。塗布液の粘度は、代表的には５０Ｐａ・ｓ程度またはそれ以下とされる。

このような塗布液の塗布により電極や配線を形成する場合、それらの交点において塗布液が盛り上がり、表面の平坦性が問題となり得る。すなわち、既に電極が形成された基板に対し、ノズルから吐出される塗布液を既設の電極と交わるように塗布した場合、電極の上に塗布された塗布液がそのまま硬化してしまうと他の部分の電極との間で高さが不揃いとなってしまう。一方、すぐに塗布液を硬化させずに放置すると、液体の平坦化（レベリング）作用によって塗布液の液面の高さの違いは次第に解消されてゆく。このための時間を本明細書では「平坦化時間」と称している。平坦化時間の概念に基づいて塗布から効果までの時間差を制御する本発明を適用すれば、電極の盛り上がりを解消することができる。

図２はこの発明にかかる電極形成の手順を示すフローチャートである。各処理ステップにおける処理内容は後で詳しく説明するが、まずこの処理全体の流れの概略を簡単に説明する。図２（ａ）に示すように、最初に時間差設定処理を実行する（ステップＳ１０１）。この処理は、バス電極用の塗布液が基板に塗布されてから光を照射されるまでの時間差を設定するための処理である。

時間差が設定されると、次にフィンガー電極Ｆの形成を行う（ステップＳ１０２）。フィンガー電極Ｆについては塗布液の塗布および光照射を間を置かずに行う。こうしてフィンガー電極Ｆが形成された基板Ｗに対し、多数のフィンガー電極Ｆのそれぞれと交わるように、バス電極Ｂ用の塗布液を塗布する（ステップＳ１０３）。そして、上記で設定した時間差を空けて塗布液に光を照射して硬化させ、バス電極Ｂを形成する（ステップＳ１０４）。このように、この発明にかかる電極形成方法では、まずフィンガー電極Ｆを形成し、その後でバス電極Ｂを形成する。そして、こうして形成されたバス電極Ｂに、電流を外部へ取り出すための銅リボンがハンダ付けにより取り付けられる。

時間差設定処理について、図２（ｂ）および図３を参照しながら説明する。図２（ｂ）は時間差設定処理を示すフローチャートであり、図３は時間差設定処理の原理を模式的に示す図である。この処理では、まずサンプル用基板Ｗｓを用意し、このサンプル用基板Ｗｓにフィンガー電極ＦＦを形成する（ステップＳ２０１）。このフィンガー電極ＦＦは、太陽電池モジュールＭに使用されるフィンガー電極Ｆと同様の断面形状（幅および高さ）を有していることが望ましいが、その本数はより少なくてもよい。

次に、バス電極用の塗布液を吐出するノズルＮを基板Ｗｓに対し方向Ｄｎに相対移動させて、先に形成されたフィンガー電極ＦＦと交わるように塗布液をサンプル基板Ｗｓに塗布する（ステップＳ２０２）。このとき、図３（ａ）に示すように、塗布液Ｐの高さはフィンガー電極ＦＦの高さＨｆとほぼ同じであることが望ましい。

このようにすると、フィンガー電極ＦＦとの交点付近において、塗布液Ｐの盛り上がりが生じる。本願発明者らの実験によれば、この盛り上がり部ＰＰはフィンガー電極ＦＦの直上に生じるのではなく、ノズルＮの移動方向Ｄｎにおいてフィンガー電極ＦＦの下流側隣接位置に生じることがわかった。つまり、ノズルＮがフィンガー電極ＦＦの真上を通過した直後において、塗布液Ｐの盛り上がりが最大になるという傾向がある。

続いて、この盛り上がり部ＰＰの高さ、つまり塗布液の最大高さＨｍの時間変化を測定する（ステップＳ２０３）。前記した実験事実から、最大高さＨｍについてはノズルＮの移動方向Ｄｎにおけるフィンガー電極ＦＦの下流側隣接位置で測定することが望ましい。塗布後に生じた盛り上がり部ＰＰの塗布液は次第に周囲に流動して均されてゆくため、図３（ｂ）に示すように、最大高さＨｍは塗布直後の高さＨｍ0を最大値として時間の経過とともに減少する。時間ｔに対する高さＨｍの変化は、例えば次式：
Ｈｍ≒Ｈｍ0・exp（−ｔ／τ）
により近似的に表すことができる。ここで、記号τは、盛り上がり部ＰＰの高さの変化の速さ、言い換えれば前記した平坦化時間に関するパラメータである。

こうして求められた盛り上がり部ＰＰの高さ変化の測定結果から、バス電極形成時の塗布液塗布から光照射までの時間差ｔｓを設定する（ステップＳ２０４）。上記したように、塗布直後はフィンガー電極との交点付近で塗布液の盛り上がりがあるため、塗布直後に光を照射した場合、塗布液が盛り上がったまま硬化するためバス電極に凹凸が残ってしまう。これは、後に取り付けられる銅リボンの電極に対する密着性を低下させることになる。一方、時間の経過とともに盛り上がりは解消されてゆき最終的にはほぼ平坦にレベリングされるが、時間を空けすぎると塗布液が必要以上に広がってバス電極の高さが不足してしまい、結果的にやはりフィンガー電極とバス電極との高さが不揃いになる。

そこで、図３（ｃ）に示すように、電極の高さに対して許容される高低差の最大値ΔＨを予め定めておき、盛り上がり部ＰＰの最大高さＨｍが、フィンガー電極の高さＨｆに許容高低差ΔＨを加えた値となるときの時間を、塗布液塗布から光照射までの好ましい時間差ｔｓとすることができる。すなわち、バス電極用の塗布液が塗布されてから時間ｔｓの経過後に光を照射するようにすれば、フィンガー電極とバス電極との高低差を許容高低差ΔＨ以下に収めることが可能となる。許容高低差ΔＨについては、厳密にゼロとする必要は必ずしもなく、バス電極への銅リボンのハンダ付けが確実に行える程度に、フィンガー電極の配列ピッチ、バス電極の幅や使用される銅リボンの厚み等に応じて適宜設定すればよい。

こうして設定された好ましい時間差ｔｓについては、以後の電極形成において次のように使用される。すなわち、フィンガー電極Ｆが形成された基板Ｗにバス電極Ｂ用の塗布液が塗布された後、該塗布から時間ｔｓが経過した後に、塗布液に光が照射されるようにする。こうすることで、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとの高低差を許容高低差ΔＨ以下とすることができる。

なお、この時間差ｔｓの設定については、基板に電極を形成する度ごとに行う必要はない。基板および塗布液の種類、電極の寸法等、使用する材料およびプロセスが同じであればこの時間差はほぼ同じであるから、これらが変更されない限り、先の設定結果をそのまま使用することができる。

図４はこの発明にかかる電極形成装置の一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３組のフレーム１２１，１２２，１２３が設けられ、このうちフレーム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の各モータは制御部６により制御される。

さらに、θ回転機構２３とステージ３との間には、ステージ昇降機構２４が設けられている。ステージ昇降機構２４は、制御部６からの制御指令に応じてステージ３を昇降させ、基板Ｗを指定された高さ（Ｚ方向位置）に位置決めする。ステージ昇降機構２４としては、例えばソレノイドや圧電素子などのアクチュエータによるもの、ギヤによるもの、楔の噛み合わせによるものなどを用いることができる。

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。制御部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は制御部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７１、吐出ノズル部７２が設けられ、吐出ノズル部７２には供給管７２２、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、第２ヘッド部７を取り付けられたフレーム１２２と隣接して設けられたフレーム１２３では、ベース８１に光照射部８３が取り付けられている。光照射部８３には光ファイバ８３１および光源ユニット８３２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。フレーム１２３はＸ方向にスライド移動自在となっており、これにより、吐出ノズル部７２と光照射部８３との距離が可変となっている。

図５は吐出ノズル部の下面の構成をより詳細に示す拡大図である。より詳しくは、図５（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の先端付近の一部を示す図であり、図５（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ており、図５（ａ）に示すように、その下面５２０にこの空洞に連通された吐出口５２１がＹ方向に等間隔で多数穿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、ノズル下面５２０の吐出口５２１から基板Ｗに向けて吐出される。基板Ｗに塗布された塗布液は光照射により硬化してフィンガー電極Ｆとなる。

一方、図５（ｂ）に示すように、吐出ノズル部７２はＹ方向に沿って延びる幅広の吐出口７２１がその下面７２０に１つ設けられており、タンク７２５から供給管７２２を経由して輸送されてくる塗布液は、ノズル下面７２０の吐出口７２１から基板Ｗに向けて吐出される。基板Ｗに塗布された塗布液は光照射により硬化してバス電極Ｂとなる。吐出ノズル部７２はバス電極Ｂの本数に応じて第２ヘッド部７に１つまたはＹ方向に複数並べて設けられる。図１のモジュールＭの例ではバス電極Ｂが２本であるので、吐出ノズル部７２は２個設けられる。なお、フィンガー電極用の吐出ノズル部５２と同様に、吐出ノズル部７２をＹ方向に細長い一体形状として、バス電極の本数に応じた数の吐出口７２１を設けてもよい。

この電極形成装置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６はフィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図６（ａ）は吐出ノズル部５２からの塗布液の吐出の様子をＹ方向から見た図であり、図６（ｂ）は同じ様子を斜め上方から見た図である。この装置１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、吐出ノズル部５２の吐出口５２１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Ｐ1は、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Ｄｓ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Ｐ1に対して光Ｌ1（例えば紫外線）を照射する。基板Ｗ上に光Ｌ1が照射される光照射位置では、塗布液が光硬化性樹脂を含むので、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、電極材料を含む塗布液に光硬化性樹脂を添加し、塗布直後の塗布液に光照射を行い硬化させることによって、幅が狭く高さのある、高アスペクト比のフィンガー電極Ｆを形成することができる。

続いてバス電極Ｂを形成するが、それに先立って基板Ｗの向きを変更する。上記のようにしてフィンガー電極Ｆが形成された状態では、基板Ｗを載置したステージ３は第１ヘッド部５と第２ヘッド部７との中間位置にある。ここで、θ回転機構２３により、ステージ３をＺ軸回りに９０度回転させる。これにより、フィンガー電極Ｆの延設方向はＸ方向からＹ方向に変わる。

図７はバス電極形成の様子を模式的に示す図である。図７（ａ）は吐出ノズル部７２からの塗布液の吐出の様子をＹ方向から見た図である。ステージ３および基板Ｗの移動方向Ｄｓはフィンガー電極形成時と同じＸ方向であるが、基板Ｗが９０度回転されているため、吐出ノズル部７２から吐出される塗布液Ｐ2は既に形成されているフィンガー電極Ｆと直交するように基板Ｗに塗布される。このため、フィンガー電極Ｆとの交点付近では塗布液Ｐ2の盛り上がりが生じる。

これを先に設定した時間ｔｓだけ静置すると、図７（ｂ）に示すように、塗布液Ｐ2の盛り上がりはレベリングにより許容高低差以下にまで小さくなる。そこで、このタイミングで光照射部８３から光Ｌ2を照射することにより、塗布液Ｐ2が硬化し、硬化後のバス電極Ｂとフィンガー電極Ｆとの高低差を小さくすることができる。こうして、図１に示すようなフィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとが互いに交差し、しかもその交点における電極の凹凸がほとんどない太陽電池モジュールＭを作成することができる。

次に、バス電極用の塗布液を塗布してから光を照射するまでの時間を調整する具体的な方法について説明する。この時間調整については種々の方法が考えられるが、そのうちのいくつかについて、以下に分説する。

図８は時間調整の第１の態様を模式的に示す図である。この態様においては、吐出ノズル部７２と光照射部８３とを近接配置（図４に示す位置関係）してその直下で基板Ｗを２回走査移動させ、１回目の移動では塗布液の塗布のみを行い、２回目の移動では光照射のみを行う。そして、２回の走査移動の間のインターバルによって、塗布から光照射までの時間を調整する。

具体的には次のようにする。図８（ａ）に示すように、フィンガー電極Ｆ形成後の基板Ｗを吐出ノズル部７２の上流側に配置し、図８（ｂ）に示すように、吐出ノズル部７２から塗布液Ｐ2を吐出させながら基板Ｗを矢印方向Ｄｓに移動させることで、基板Ｗに塗布液Ｐ2を塗布する。このとき、光照射部８３からの光照射は行わない。基板Ｗへの塗布が終了すると、図８（ｃ）に示すように、基板Ｗを反対方向（−Ｄｓ方向）に移動させ、図８（ｄ）に示す位置まで戻す。この状態で基板Ｗをしばらく待機させる。この待機時間については制御部６が管理しており、先に求めた好ましい時間差ｔｓに基づいて決定される。

そして、図８（ｅ）に示すように、今度は吐出ノズル部７２からの吐出を停止させた状態で光照射部８３からの光Ｌ2の照射のみを行いながら基板Ｗを方向Ｄｓに移動させる。こうして基板Ｗに塗布された塗布液Ｐ2全体に対して光照射が終了すると、図８（ｆ）に示すように、基板Ｗ上には硬化したバス電極Ｂが形成される。

図８（ｇ）はこの間における、基板Ｗ上の１点のＸ方向位置の時間変化を示しており、符号ａ〜ｆはそれぞれ図８（ａ）〜図８（ｆ）の状態に対応している。符号ｄで示す待機期間の長さを調整することによって、塗布液が塗布されてから光が照射されるまでの時間差を先に求めた好ましい値ｔｓとすることができる。また、塗布時と光照射時とで基板Ｗの移動速度を同じにすることで、バス電極Ｂ内の各位置において塗布から光照射までの時間が一定となるので、バス電極Ｂの高さを一定にすることができる。特に、塗布開始時刻から光照射開始時刻までの時間差を上記値ｔｓとすることで、バス電極Ｂとフィンガー電極Ｆとの高低差を許容高低差以内に収めることができる。なお、基板Ｗを元の位置に戻す速度を調整するようにしてもよい。

図９は時間調整の第２の態様を模式的に示す図である。この態様においては、基板Ｗを一定速度で移動させる一方、吐出ノズル部７２と光照射部８３との距離を変えることによって時間差を調整する。すなわち、光照射部８３を取り付けたフレーム１２３を基台１１上でＸ方向に移動させることにより、図９（ａ）に示すように、吐出ノズル部７２から光照射部８３までの距離Ｄ1を、時間差ｔｓに応じた値に設定する。

そして、図９（ｂ）に示すように、吐出ノズル部７２から塗布液Ｐ2を吐出させながら、基板Ｗを一定速度Ｖｓで方向Ｄｓに移動させる。図９（ｃ）に示すように、塗布終了後も同じ速度で基板Ｗをさらに移動させ、図９（ｄ）に示すように、そのまま光照射部８３の直下を通過させることで、塗布液Ｐ2に光Ｌ2を照射する。基板Ｗが光照射部８３の直下に移動してくるまでは、光照射部８３からの光出力の有無は任意である。

図９（ｅ）はこの間における、基板Ｗ上の１点のＸ方向位置の時間変化を示しており、符号ａ〜ｄはそれぞれ図９（ａ）〜図９（ｄ）の状態に対応している。図９（ｅ）に示すように、この態様では吐出ノズル部７２と光照射部８３との距離Ｄ1と基板Ｗの移動速度Ｖｓによって塗布から光照射までの時間が規定されており、これらを適宜に設定することで時間差ｔｓを確保することができる。

図１０は時間調整の第３の態様を模式的に示す図である。この態様においては、図１０（ａ）に示すように、吐出ノズル部７２と光照射部８３との距離を、基板ＷのＸ方向長さよりも大きい値Ｄ2に固定しておく。そして、図１０（ｂ）に示すように吐出ノズル部７２から塗布液Ｐ2を塗布した後、図１０（ｃ）に示すように、吐出ノズル部７２と光照射部８３との間で基板Ｗを停止させておく。そして、制御部６が時間差ｔｓに基づいて決定した一定時間の停止後、図１０（ｄ）に示すように、基板Ｗを再び方向Ｄｓに移動させて光照射部８３から塗布液Ｐ2に光Ｌ2を照射させる。

図１０（ｅ）はこの間における、基板Ｗ上の１点のＸ方向位置の時間変化を示しており、符号ａ〜ｄはそれぞれ図１０（ａ）〜図１０（ｄ）の状態に対応している。この態様では、塗布液の塗布後、光照射までの停止時間によって時間差を調整することができる。

以上のように、この実施形態では、太陽電池基板Ｗに塗布によりフィンガー電極Ｆおよびバス電極Ｂを形成するのに際して、まず線幅の細いフィンガー電極Ｆを形成し、その後で線幅の広いバス電極Ｂを形成する。このとき、フィンガー電極Ｆについては塗布液の塗布直後に光照射することで高いアスペクト比を確保する。その一方、バス電極Ｂについては、塗布から光照射までの時間差を調整することで、フィンガー電極との交点付近で盛り上がった塗布液が周囲に広がって盛り上がりが解消されるまでの時間（平坦化時間）を確保することができる。こうして塗布から硬化までの時間差を管理することにより、この発明にかかる電極形成方法および電極形成装置では、互いに交わる電極を特に交点における高低差を少なくして形成することが可能となっている。

また、塗布液を塗布する際の基板移動速度と光照射する際の基板移動速度とを同じにするとともに、塗布開始から光照射開始までの時間差を管理することによって、バス電極の高さをほぼ一定に、しかもフィンガー電極の高さとほぼ同じに揃えることができる。

以上説明したように、この実施形態では、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能しており、吐出ノズル部７２が本発明の「ノズル」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「移動手段」として機能しており、光照射部８３が本発明の「硬化手段」および「光照射手段」として機能している。また、上記した時間調整方法の第１および第３の態様では、制御部６が本発明の「調整手段」として機能する一方、第２の態様ではフレーム１２３が本発明の「調整手段」として機能している。

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、上記実施形態では、フィンガー電極Ｆを塗布液の塗布および光照射によって形成しているが、フィンガー電極の形成方法については任意でありノズルからの塗布によるものに限定されない。また、フィンガー電極の形成において光照射は必須ではない。また、既にフィンガー電極が形成された基板を搬入して、バス電極のみを形成するようにしてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、バス電極用の塗布液を光照射で硬化させた後に銅リボンをハンダ付けしているが、この工程は必須のものではない。また、光照射後に電極の焼成工程を付加してもよい。この場合、フィンガー電極、バス電極それぞれの形成ごとに焼成を行ってもよく、またバス電極の形成後に一括して焼成を行ってもよい。

また、上記実施形態では、光照射部８３を吐出ノズル部７２と同じ速さで基板Ｗに対し相対移動させることで、塗布液の塗布から光照射までの時間差を各位置でほぼ同じになるようにしているが、これに限定されない。図３（ｂ）に示すように、塗布液の最大高さＨｍの減少量は時間が経つにつれて小さくなるから、特に粘度が高く平坦化時間の長い塗布液を用いる場合には、光照射の開始が多少遅くなってもあまり影響がない。このことから、バス電極用塗布液を基板に塗布した後、該塗布液全体に一括して光照射を行うようにしてもよい。この場合において、塗布開始時から光照射開始時までの時間差を値ｔｓとしてもよく、また塗布終了時から光照射開始時までの時間差を値ｔｓとしてもよい。

また、上記実施形態では、予めサンプル基板に塗布液を塗布することによって実験的に時間差ｔｓを求めているが、実験によらず、塗布液の物性値から計算によって時間差ｔｓを求めるようにしてもよい。また、塗布液の種類ごとに予め求めた時間差ｔｓをテーブル化にして保存しておき、塗布液が選択されると該テーブルから好ましい時間差ｔｓを読み出して適用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、事前に実験的に時間差ｔｓを求めているが、塗布から光照射までの時間差については、光照射を開始するまでに決定されていればよい。この意味において、例えば次のようにしてもよい。すなわち、基板に塗布された塗布液の高さを測定するための高さ検出センサを電極形成装置に設けておき、バス電極用の塗布液が基板上において所定の高さに達したことが高さ検出センサによって検出されると光照射を開始するようにしてもよい。ここで、塗布液の高さ検出については、前記した理由により、フィンガー電極の直上位置ではなく、該位置からノズル移動方向の下流側位置で検出されることが好ましく、特に複数のフィンガー電極のうち最初に塗布液が交わるフィンガー電極の下流側位置とすることがより好ましい。

また、上記実施形態では、バス電極の形成に際して、電極材料および光硬化性材料を含む塗布液を基板に塗布するとともに、塗布液に光を照射することで塗布液を硬化させてバス電極を得ている。しかしながら、塗布液を硬化させる方法としては光照射に限定されるものではない。例えば、加熱硬化手段として例えば遠赤外線を出力する炭酸ガスレーザーを使用し、基板に塗布された塗布液に遠赤外線を照射することで、塗布液を加熱硬化させるようにしてもよい。また、ヒーターを近接配置したり熱風を吹き付けることで塗布液を加熱して硬化させるようにしてもよい。また、塗布後の基板の周囲雰囲気を減圧することで塗布液の溶剤成分の揮発を促進したり、塗布後の塗布液にアルコール等を供給し分散溶剤の置換によって硬化させるようにしてもよい。これらの場合においては、塗布液には光硬化性材料を含有することを要しない。また、バス電極用の塗布液を塗布後に一括して硬化させる場合には、バス電極用塗布液の塗布領域全体に一括して遠赤外線を照射したり、塗布領域全体に対向するヒーターを設けるなどの手段を採ることができる。

また、上記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、例えば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、特に互いに交差するフィンガー電極およびバス電極を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（移動手段）
３ ステージ（基板保持手段）
６ 制御部（調整手段）
７２ 吐出ノズル部（ノズル）
８３ 光照射部（硬化手段、光照射手段）
１２３ フレーム（調整手段）
Ｂ バス電極
Ｆ フィンガー電極
Ｗ 基板

Claims (11)

1. 基板の表面に、第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極を多数形成するフィンガー電極形成工程と、
   電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを、前記基板に対して前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記塗布液を前記フィンガー電極と交わらせて前記基板に塗布する塗布工程と、
   前記基板に前記塗布液が塗布されてから所定時間の経過後に、前記塗布液を硬化させてバス電極を形成する硬化工程と、
   前記硬化工程を実行するよりも前に、前記フィンガー電極との交差部に塗布された前記塗布液の平坦化時間に基づいて前記所定時間を設定する時間設定工程と
   を備えることを特徴とする電極形成方法。
2. 基板の表面に、第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極を多数形成するフィンガー電極形成工程と、
   電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを、前記基板に対して前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記塗布液を前記フィンガー電極と交わらせて前記基板に塗布する塗布工程と、
   前記基板に前記塗布液が塗布されてから所定時間の経過後に、前記塗布液を硬化させてバス電極を形成する硬化工程と
   を備え、
   前記塗布液が塗布されてから前記硬化工程を実行するまでの前記所定時間を調整して、前記フィンガー電極と前記バス電極との交点における電極の高さを制御することを特徴とする電極形成方法。
3. 前記フィンガー電極を形成された前記基板に前記塗布液を塗布し、該塗布から前記塗布液の最大高さと前記フィンガー電極の高さとの差が所定の許容高低差になるまでの時間を予め測定し前記所定時間とする請求項１または２に記載の電極形成方法。
4. 前記塗布工程では、光硬化性材料を含む前記塗布液を前記基板に塗布し、前記硬化工程では、前記基板に塗布された前記塗布液に光を照射する請求項１ないし３のいずれかに記載の電極形成方法。
5. 前記硬化工程では、前記光を照射する光照射手段を前記基板に対し前記第２方向に、かつ前記ノズルの移動速度と同じまたは略同じ速度で相対移動させる請求項４に記載の電極形成方法。
6. 前記フィンガー電極形成工程では、電極材料を含む塗布液をノズルから吐出し前記基板に塗布して前記フィンガー電極を形成する請求項１ないし５のいずれかに記載の電極形成方法。
7. 前記基板としての光電変換素子の光電変換面に前記フィンガー電極および前記バス電極を形成する請求項１ないし６のいずれかに記載の電極形成方法。
8. 第１方向に沿って延びるライン状のフィンガー電極が多数形成された基板を保持する基板保持手段と、
   電極材料を含む塗布液を吐出するノズルと、
   前記ノズルを前記基板に対し前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させる移動手段と、
   前記基板に塗布された前記塗布液を硬化させる硬化手段と、
   前記基板に前記塗布液が塗布されてから前記硬化手段による硬化を行うまでの時間を調整する調整手段と
   を備えることを特徴とする電極形成装置。
9. 前記硬化手段は、前記基板に塗布された前記塗布液に光を照射する光照射手段である請求項８に記載の電極形成装置。
10. 前記移動手段は、前記ノズルと前記光照射手段とを一体的に前記基板に対し相対移動させ、前記調整手段は、前記ノズルと前記光照射手段との前記第２方向の距離を調整する請求項９に記載の電極形成装置。
11. 前記移動手段は、前記光照射手段を前記基板に対し相対移動可能に構成され、
    前記調整手段は、前記移動手段を制御して前記ノズルおよび前記光照射手段をそれぞれ前記基板に対し相対移動させるとともに、前記基板に対し前記ノズルを相対移動させた後、前記基板に対し前記光照射手段を相対移動させるまでの時間を調整する請求項９に記載の電極形成装置。
    

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