JP2012237599A

JP2012237599A - 被処理体の検査装置

Info

Publication number: JP2012237599A
Application number: JP2011105535A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamamuro; 和弘山室; Mitsuru Yahagi; 充矢作
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】ロールツーロール法を用いて長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の特性評価を効率よく行うことが可能な被処理体の検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の被処理体の検査装置は、ロールツーロール法を用いて、長尺状の基材に透明導電膜が前もって形成されてなる被処理体の検査装置であって、前記透明導電膜のシート抵抗を求める第一手段と、前記透明導電膜のヘイズおよび透過率を求める第二手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、被処理体の検査装置に係り、より詳細には、ロールツーロール法を用い、長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の検査装置に関する。

エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。
現行の無機系太陽電池は、シリコンや化合物半導体材料をベースに半導体プロセスを用いて作製されるのに対し、有機薄膜太陽電池は、ポリマ系半導体材料やフラーレン等の材料をベースに塗布プロセスによって作製されるため、安価、軽量、フレキシブルといった特徴を備え、それらを活かした用途が期待されている。近年、有機薄膜太陽電池の変換効率が徐々に向上するにつれ、次世代太陽電池の一つとして注目を浴びるようになってきている。

また、地球温暖化防止を背景に太陽電池の需要が急増し、シリコンの供給がひっ迫した状態が続いている。このようなシリコン供給不安を背景に、電池材料の使用量が少なく低コストで製造可能な薄膜型太陽電池に対応するため、関連企業は生産能力を急速に拡大させている。

一方、民生用電子機器のトレンドに着目すると、ユビキタス社会の到来や安全・安心ニーズの高まりを受け、携帯機器、セキュリティー、防災システム等独立電源を必要とする分野も拡大基調にあることから、軽量、フレキシブルでデザイン性に優れる太陽電池の需要増も予測される。

以上のような需要動向に対し、プラスチックなどのフレキシブル材料を基材とする有機薄膜太陽電池は、印刷の製造プロセスを応用することで、ロールツーロール法などの大量生産方式が採用できて、コスト面でもプロセス時間面でも大幅に有利になる可能性が期待され、次世代太陽電池の有力候補の一つとして研究開発が盛んに行われている（例えば、非特許文献１参照）。
このような太陽電池において、透明導電膜の特性（例えば、電気抵抗、ヘイズおよび透過率）は太陽電池の特性にも大きく影響する重要なパラメータであるが、ロールツーロール法を用いて長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の特性評価を効率よく行うことが困難であるという問題があった。

桑野幸徳、近藤道雄著、「図解太陽光発電のすべて」、（株）工業調査会 2009年7月10日発行 p.128-131

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、ロールツーロール法を用いて長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の特性評価を効率よく行うことが可能な被処理体の検査装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の被処理体の検査装置は、ロールツーロール法を用いて、長尺状の基材に透明導電膜が前もって形成されてなる被処理体の検査装置であって、前記透明導電膜のシート抵抗を求める第一手段と、前記透明導電膜のヘイズおよび透過率を求める第二手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の被処理体の検査装置は、請求項１において、前記第一手段は、電気的な接点として機能するロール形状のプローブを少なくとも一組備え、前記プローブが自転しながら前記透明導電膜の表面に接触するように構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の被処理体の検査装置は、請求項１又は２において、前記第二手段は、光源と積分球から構成され、両者が前記被処理体を挟むように、前記基材側と前記透明導電膜側に、それぞれ配置されていることを特徴とする。

本発明の被処理体の検査装置では、前記透明導電膜のシート抵抗を求める第一手段と、前記透明導電膜のヘイズおよび透過率を求める第二手段とを備えているので、ロールツーロール法を用いて長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の特性評価を効率よく行うことが可能である。

本発明を適用して製造される有機薄膜太陽電池の一例を示す要部拡大斜視図。図１の太陽電池の層構成を示す断面図。本発明に係るの被処理体の検査装置の一構成例を模式的に示す図。

以下、本発明に係る被処理体の検査装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用して製造される有機薄膜太陽電池の一例を示す要部拡大斜視図である。また、図２は図１の太陽電池の層構成を示す断面図である。
太陽電池１０は、透明な絶縁性の基材１１の一面１１ａに光電変換体１２を形成してなる。基材１１は、例えば、透明樹脂フィルムなど、太陽光の透過性に優れ、可塑性のある絶縁材料で形成されていればよい。こうした基材１１の他面１１ｂ側から太陽光を入射させる。

光電変換体１２は、基材１１側から順に第一電極層（透明導電膜）１３、半導体層（発電部）１４、第二電極層（裏面電極）１５を積層してなる。
第一電極層（透明導電膜）１３の構成材料としては、導電性と透明性を兼ね備えたものであれば特に限定されるものではなく、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ（ＺＡＯ）、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＳＺＯ）等を挙げることができ、中でも、ＩＴＯが好ましく用いられる。
また、第二電極層（裏面電極）１５は、Ａｇ，Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されていればよい。

半導体層（発電部）１４は、例えば、ｐ型有機半導体膜１６（ｐ層とも呼ぶ）上にｎ型有機半導体膜（ｎ層とも呼ぶ）１７が積層されてなるヘテロ接合を有する。この半導体層１４に太陽光が入射すると、ｐ層１６においてはホールが、ｎ層１７においては電子が、それぞれ生じ、ｐ層１６とｎ層１７との電位差によって、ｎ層の電子はｐ層へ、ｐ層のホールはｎ層へ流れ込む。これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差が生じる（光電変換）。ゆえに、ｐ層はホール輸送層（Hole transport layer）あるいは電子受容体、ｎ層は電子輸送層（Electron transport layer）あるいは電子供与体、とも呼ばれる。

ｐ型有機半導体膜１６の材料としては、特に限定されるものではないが、電子供与性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子はいわゆるπ共役高分子であり、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系から成り立っており、半導体的性質を示すものである。また、導電性高分子材料は、導電性高分子材料を溶媒に溶解もしくは分散させた塗工液を用いることで印刷法により容易に成膜可能であることから、大面積の有機薄膜太陽電池を高価な設備を必要とせず低コストで製造できるという利点がある。

ｐ型有機半導体１６としては、例えば、ポリチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポルフィリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、及びびこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体、あるいは、フタロシアニン含有ポリマ、カルバゾール含有ポリマ、有機金属ポリマ等の高分子材料が用いられる。上記の中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フェニレンエチニレン−チオフェン共重合体、フェニレンエチニレン−フルオレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好ましく用いられる。これらの電子供与性材料は、多くのｎ型有機半導体材料に対して、最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位差が適切なヘテロ接合を形成することが可能である。

ｎ型有機半導体膜１７の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、及びこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体等の高分子材料、あるいは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フェニルＣ６１−ブチリック酸メチルエスタ（ＰＣＢＭ）等のフラーレン誘導体、シアノ（ＣＮ）基又はトリフルオロメチル（ＣＦ_３）基含有ポリマ、及びそれらの（ＣＦ_３）基置換ポリマ等が用いられる。

光電変換体１２は、スクライブ線（スクライブライン）１９によって、例えば外形が短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割されている。この区画素子２１，２１…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子２１どうしの間で、例えば電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、区画素子２１，２１…を全て電気的に直列に繋いだ形態となり、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基材１１の一面に均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー光線などによって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成すれば良い。

なお、こうした光電変換体１２をなす第二電極層１５の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層（図示せず）を形成する構成がより好ましい。

次に、以上のような構成の太陽電池の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、透明な基材１１の一面１１ａに上に光電変換体１２を形成する（光電変換体の形成工程）。光電変換体１２は、例えば、基材１１側から順に第一電極層（透明導電膜）１３、半導体層１４（ｐ型有機半導体膜１６及びｎ型有機半導体膜１７）、第二電極層（裏面電極）１５を積層したものであればよい。
なお、本発明に係る半導体層１４としては、必要に応じて、ｐ型有機半導体膜１６の上にｎ型有機半導体膜１７が形成された結果、ｐ型有機半導体膜１６とｎ型有機半導体膜１７との間に、ｐ型とｎ型が混在してなる、マクロな真性半導体層［ｉ（intrinsic semiconductor）層］が配された構成、いわゆるｐ−ｉ−ｎ接合型の構成としても構わない。

以下では、本発明の被処理体の検査装置について説明する。図３は、本発明の被処理体の検査装置１００の一構成例を模式的に示す図である。
本発明の被処理体の検査装置１００は、ロールツーロール法を用いて、長尺状の基材１１に透明導電膜（ＴＣＯ膜）１３が前もって（予め）形成されてなる被処理体１０１の検査装置であって、前記透明導電膜１３のシート抵抗を求める第一手段１２０と、前記透明導電膜１３０のヘイズおよび透過率を求める第二手段１３０と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明では、透明導電膜１３のシート抵抗を求める第一手段１２０と、ヘイズおよび透過率を求める第二手段１３０とを備えているので、ロールツーロール法を用いて長尺状の基材１１に透明導電膜１３が形成されてなる被処理体１０１の特性評価を効率よく行うことが可能である。

ロールツーロール方式の検査装置１００では、長尺フィルム状の被処理体１０１を連続走行させる巻出ロール１０７及び巻取ロール１０８を有し、被処理体１０１は、巻出ロール１０７から巻取ロール１０８へ向けて、間に複数配された支持ロール１０９に支持されつつ走行する。巻出ロール１０７と巻取ロール１０８との間の位置に、被処理体の特性を検査する第一手段１２０及び第二手段１３０が配置されている。

なお、本実施形態の検査装置１００では、第一手段１２０及び第二手段１３０の前段側に、基材１１上に透明導電膜１３を形成する成膜手段１１０が配されている場合を例として示しているが、これに限定されるものではなく、別の装置で、基材１１上に透明導電膜１３を予め形成したものであってもよい。
成膜手段１１０は、巻出ロール１０７から供給された前記基材１１に向けて前記透明導電膜１３の原材料を付着させる。成膜手段１１０としては、例えばスパッタリング手段などが挙げられる。

第一手段１２０は、前記透明導電膜１３のシート抵抗を求める。
第一手段１２０は、電気的な接点として機能するロール形状のプローブ１２１ａ，１２１ｂを少なくとも一組備え、前記プローブ１２１ａ，１２１ｂが自転しながら前記透明導電膜１３の表面に接触するように構成されている。

プローブ１２１ａ，１２１ｂはそれぞれ、被処理体１０１の幅方向に亘って配されたロール状の導電体からなる。この導電体は透明導電膜１３の表面に接しつつ回転（自転）し、走行する被処理体１０１（透明導電膜１３）の表面上を摺動可能になされている。その際、被処理体１０１（透明導電膜１３）の表面において、該表面が移動する方向と同じ方向となるように、プローブ１２１ａ，１２１ｂを構成するロール状の導電体の自転方向を設定することが好ましい。これにより、相対的な摩擦や摩耗を抑えることが可能となり、長時間に亘ってシート抵抗を安定に測定することができる。
それぞれのプローブ１２１ａ，１２１ｂには、引出配線を介して電源から電圧が印加される。これにより、得られた電圧値と電流値から、抵抗値を算出する。

第二手段１３０は、前記透明導電膜１３のヘイズおよび透過率を求める。
本実施形態において、前記第二手段１３０は、光源１３１と積分球１３２から構成される。
積分球１３２は、内壁に硫酸バリウム等の拡散反射塗料が塗工されたものであり、入射窓１３３及び受光窓１３４が設けられている。
光源１３１は、入射窓１３３を介して積分球１３２の球状空間内に入射される直線光を出射するものであり、例えば、紫外域は重水素ランプ、可視・近赤外域は５０Ｗハロゲンランプ等が適用される。
これら光源１３１及び積分球１３２は、両者が前記被処理体１０１を挟むように、前記基材１１側と前記透明導電膜１３側に、それぞれ配置されている。その際、光源１３１及び積分球１３２は何れも、該被処理体１２１との摩擦や摩耗、衝突を避けるために、該被処理体１２１と離間した位置、すなわち適当な距離だけ離した位置に配される構成が好ましい。

また、第二手段１３０は、積分球１３２の球状空間内に入射され反射散乱された光を、受光窓１３４を介して受光する受光器１３５と、演算制御部（図示せず）とを備える。
光源１３１から出射された光は、被処理体１０１を透過した後、入射窓１２３を介して積分球１３２に入射する。光は球状空間内で反射散乱され、その光を、受光窓１３４を介して受光器１３５で受光する。演算制御部は、受光器１３５で受光したデータを元に、ヘイズおよび透過率を算出する。

第一電極層（透明導電膜）１２が形成され、第一手段１２０及び第二手段１３０によって検査が終了した被処理体１０１は、巻取ロール１０８に巻き取られ、その後、所定手段によって、半導体層１４、第二電極層１５が形成される。
なお、第一手段１２０及び第二手段１３０の後段側であって、巻取ロール１０８との間に、半導体層１４の形成手段、第二電極層１５の形成手段をそれぞれ順に配しておき、被処理体１０１の第一電極層（透明導電膜）１２上に、半導体層１４、第二電極層１５を順次形成し、その後、巻取ロール１０８に巻き取ってもよい。

次に、光電変換体１２に向けて、例えばレーザーを照射して、スクライブ線（スクライブライン）１９を形成し、短冊状の多数の区画素子２１，２１…に分割する（区画素子の形成工程）。
また、基材１１の他面１１ｂ側から、基材周縁部に所定のレーザーを照射して、積層膜の周縁部（いわゆる額縁部）の全周に亘って、その周縁部の下地層を含めて積層膜を除去するとともに、周縁部を絶縁処理する（エッジディレーション工程）。

以上のようにして、図１に示したような有機薄膜太陽電池１０が得られる。
上述したように、本発明では、前記透明導電膜のシート抵抗を求める第一手段と、前記透明導電膜のヘイズおよび透過率を求める第二手段とを備えているので、ロールツーロール法を用いて長尺状の基材に透明導電膜が形成されてなる被処理体の特性評価を効率よく行うことが可能である。

以上、本発明の被処理体の検査装置について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、半導体層の構成として、ｐ型有機半導体膜上にｎ型有機半導体膜を積層した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の層構成を有するものであってもよい。

本発明は、被処理体の検査装置に広く適用可能である。

１０有機薄膜太陽電池、１１基材、１２光電変換体、１３第一電極、１４半導体層、１５第二電極、１６ｐ型有機半導体膜、１７ｎ型有機半導体膜、１９スクライブ線、２１区画素子、１００検査装置、１１０塗布手段、１２０第一手段、１３０第二手段。

Claims

ロールツーロール法を用いて、長尺状の基材に透明導電膜が前もって形成されてなる被処理体の検査装置であって、
前記透明導電膜のシート抵抗を求める第一手段と、
前記透明導電膜のヘイズおよび透過率を求める第二手段と、
を少なくとも備えたことを特徴とする被処理体の検査装置。
前記第一手段は、電気的な接点として機能するロール形状のプローブを少なくとも一組備え、前記プローブが自転しながら前記透明導電膜の表面に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の被処理体の検査装置。
前記第二手段は、光源と積分球から構成され、両者が前記被処理体を挟むように、前記基材側と前記透明導電膜側に、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の被処理体の検査装置。