JP2013187236A - 太陽電池製造用のスリットノズル及び薬液塗布装置 - Google Patents

太陽電池製造用のスリットノズル及び薬液塗布装置 Download PDF

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Abstract

【課題】太陽電池に用いるガラス板上に薬液を所望の膜厚で安定かつ均一に塗布する。
【解決手段】このスリットノズル10は、ノズル長手方向に平行に延びる各々半胴体部のフロントリップ12およびリアリップ14をシム16を挟んで突き合わせてノズル本体を形成し、フロントリップ先端部12aに可撓性の薬液案内部材30を取り付けている。この薬液案内部材30は、フロントリップ先端部12aの下端から斜めに突出し、吐出口18の下を通ってリアリップ先端部14aの下まで延びる。スリットノズル10の吐出口18より帯状に出た薬液MARは、薬液案内部材30に沿って斜め下方の後方へ流れ、ガラス板Gの表面に落ちて、所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成する。
【選択図】 図8

Description

本発明は、太陽電池に用いるガラス板に薬液を塗布するためのスリットノズルおよび薬液塗布装置に関する。
近年、太陽電池が二酸化炭素を排出しないクリーンかつ再生可能なエネルギー源として見直され、その開発、生産および普及が急速に拡大している。太陽電池には、発電層の基本材料や構造等によって幾つかの種類があり、結晶シリコン系、薄膜シリコン系、化合物系、有機・色素系等が知られている。どのタイプの太陽電池も、発電効率の向上と量産化および低コスト化を目指している。
具体的には、発電効率を向上させるために発電層の光電変換効率を改善するのはもちろんであるが、それと併せて、反射損失を低く抑えて入射効率を高めるために反射防止膜が用いられ、いったん取り込んだ太陽光を有効に閉じ込めるためにテクスチャ構造が採用されている。また、量産化および低コスト化のために、発電層の表面を保護するカバーガラスには安価なソーダライムガラスが用いられている。従来より、カバーガラスの表面に反射防止膜を形成するための成膜工程には、ロールコート法、グラビアコート法、スピンコート法等の塗布法が多く用いられている。
特開2005−142371
しかしながら、太陽電池の製造において、ロールコート法やグラビアコート法は、コーティングロールやグラビアロール等の塗布治具の取り扱いが面倒であることや、生産性が低いことが課題となっている。一方、スピンコート法は、ガラス板の大型化への対応が難しいうえ、薬液使用量の多いことが生産性やコスト性の面で問題となっている。そこで、太陽電池の製造においても、特に上記のようにカバーガラスの表面に反射防止膜を形成するための薬液を塗布する処理にも、スリットノズルを用いるスピンレスコート法を適用することが考えられる。
スリットノズルを用いるスピンレスコート法は、LCD(液晶ディスプレイ)製造の光フォトグラフィ工程においてガラス基板上にレジスト膜を形成する塗布処理に多く用いられている。この種のレジスト塗布処理は、ステージ上または搬送路上で水平に支持されるガラス基板とスリットノズルの吐出口との間に100μm程度の微小な塗布ギャップを設定し、ガラス基板に対してスリットノズルよりレジスト液を吐出させながら、スリットノズルをノズル長手方向と直交する水平な一方向に移動させる。そうすると、スリットノズルの吐出口から帯状またはカーテン状に出たレジスト液がガラス基板上で平坦に延びて、基板一面にレジスト液の塗布膜が形成される。ガラス基板の外(周囲)にレジスト液を溢さずにレジスト塗布膜を薄くて均一な膜厚に形成できるので、生産性およびコスト性に優れている。
もっとも、LCD用のガラス基板は、LCDの画像品質を保証するために非常に高い平坦度を有しており、基板内に反りやうねり(または歪み)があっても、その凹凸のレンジは通常数10μm以下である。これに対して、太陽電池用のカバーガラスは、普通のソーダライムガラスや光閉じ込め効果を兼ねるテクスチャ強化ガラスからなり、平坦性が良くない。たとえば、ロールアウト法によって作られるテクスチャ強化ガラスは、ガラス製造工程の際にロールから乗り移った大きなうねりを有することが多々ある。一般に、太陽電池用のカバーガラスは、数100μm以上(大きいのでは1mm程度)のレンジで反りやうねりをもっている。
このため、従来のスリットノズルを用いて太陽電池用のカバーガラスに薬液を塗布するスピンレスの塗布処理を行うと、塗布走査中にスリットノズルがガラス板の隆起する部分の表面を擦ったり、あるいはガラス板の凹んでいる部分では薬液の帯またはカーテンが空中(塗布ギャップ)で切れて、ガラス板上で塗布膜が欠けることがある。この対策として、最初から十分大きな(1mm程度の)塗布ギャップを設定してそのぶん吐出流量を十分大きくする方法も考えられるが、薬液の使用量が増すだけでなく、反射防止膜の膜厚を制御できなくなり、スリットノズルを使用する意義が失われる。
本発明は、上記のような従来技術の現状および問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池に用いるガラス板上に薬液を所望の膜厚で安定かつ均一に塗布することができるスリットノズルおよび薬液塗布装置を提供する。
本発明のスリットノズルは、太陽電池に用いるガラス板に薬液を塗布走査によって塗布するためのスリットノズルであって、前記基板に前記薬液を吐出するためのスリット状の吐出口が形成された下端面と、前記吐出口の走査方向における前方側で前記下端面から上方に延びるフロントリップ先端部と、前記吐出口の走査方向における後方側で前記下端面から上方に延びるリアリップ先端部とを有する長尺状のノズル本体と、前記吐出口から出た前記薬液を前記ガラス板の表面またはその近傍まで案内するように、前記ノズル本体の前記フロントリップ先端部に取り付けられる可撓性の薬液案内部材とを具備する。
本発明の薬液塗布装置は、太陽電池に用いるガラス板に薬液を塗布するための塗布装置であって、本発明のスリットノズルと、前記スリットノズルに薬液を供給する薬液供給部と、前記ガラス板を水平姿勢で支持するガラス板支持部と、前記ガラス板支持部に支持される前記ガラス板に対し前記吐出口を向けて前記スリットノズルを支持するノズル支持部と、前記スリットノズルが前記ガラス板の上を所定の走査方向に相対的に水平移動するように前記ガラス板支持部と前記ノズル支持部との間で相対的な水平移動を行わせる走査部とを有する。
本発明のスリットノズルにおいては、その吐出口より帯状またはカーテン状に出た薬液が、薬液案内部材に案内されて、そのまま薬液案内部材の延長としてガラス板の表面に流れ落ち、あるいは薬液案内部材の先端(下端)からギャップ(空中)を通ってガラス板の表面に落ちる。薬液案内部材は、その自由端部がガラス板の表面の高さまたは形状(プロファイル)に追従して各位置で独立に撓み変形し、または撓み変形しないので、ガラス板上の各位置で所定膜厚の液膜(塗布膜)を形成することができる。
本発明の好適な一態様によれば、薬液案内部材は、フロントリップ先端部から吐出口の下を通ってリアリップ先端部の下まで延びる。
別の好適な一態様によれば、薬液案内部材は、ノズル本体の長手方向における任意の部位にてその自由端部が他の部位から独立して撓み変形できるように構成されている。
別の好適な一態様によれば、薬液案内部材は、ノズル本体と同等の長さを有する長尺状の薄い樹脂片からなり、その自由端から長手方向と直交する方向に延びる裂け目が長手方向に多数または無数に分布している。
別の好適な一態様によれば、薬液案内部材の自由端部は、細い短冊状または毛状に形成されている。
本発明のスリットノズルおよび薬液塗布装置によれば、上記のような構成および作用により、太陽電池に用いるガラス板上に薬液を所望の膜厚で安定かつ均一に塗布することができる。
本発明の一実施形態におけるスリットノズルの構成(薬液案内部材がカラス板と接触していない状態)を示す断面図である。 上記スリットノズルの構成(薬液案内部材が平坦なガラス板と接触している状態)を示す断面図である。 上記スリットノズルの要部の構成を示す斜視図である。 上記スリットノズルにおける薬液案内部材の構成および撓み機能を示す斜視図である。 実施形態における薬液塗布装置の構成を示す斜視図である。 上記薬液塗布装置の適用可能な太陽電池の幾つかの例を模式的に示す断面図である。 実施例における上記スリットノズルおよび上記薬液塗布装置の一作用を示す断面図である。 実施例における上記スリットノズルおよび上記薬液塗布装置の一作用を示す断面図である。 実施例における上記スリットノズルおよび上記薬液塗布装置の一作用を示す正面図である。 一変形例における上記スリットノズルおよび上記薬液塗布装置の一作用を示す断面図である。 一変形例における上記スリットノズルおよび上記薬液塗布装置の一作用を示す断面図である。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
[スリットノズルの構成]
図1〜図4に、本発明の一実施形態におけるスリットノズルの構成を示す。このスリットノズル10は、ノズル長手方向に平行に延びる各々半胴体部のフロントリップ12およびリアリップ14を有し、これら一対または1組のリップ12,14を一定板厚のシム16を挟んで突き合わせてボルト(図示せず)で一体結合している。スリット状の吐出口18およびスリット状の吐出通路20のギャップサイズはシム16の厚みで規定される。このように、フロントリップ12、リアリップ14およびシム16が一体になってノズル本体を形成している。
スリットノズル10内の中心部には、吐出通路20の上端と接続して圧力均一化のためのバッファ部またはマニホールド部を形成するキャビティ22が形成されている。スリットノズル10の上面にはノズル長手方向の中心部に薬液導入口24が設けられ、この薬液導入口24とキャビティ22とは薬液導入通路26で結ばれている。薬液導入口24には薬液供給管28が接続される。なお、キャビティ22、薬液導入口24および薬液導入通路26は、図示の例ではフロントリップ12に形成されているが、リアリップ14側に形成されてもよい。
フロントリップ12およびリアリップ14は、ノズル長手方向と直交する横幅方向のサイズが吐出口18に向かってテーパ状に細くなるフロントリップ先端部12aおよびリアリップ先端部14aをそれぞれ有している。この実施形態においては、フロントリップ先端部12aに可撓性の薬液案内部材30がたとえばボルト32により着脱可能に取り付けられている。
この薬液案内部材30は、フロントリップ12と同等の長さを有する長尺状の薄い(たとえば厚さ50μm〜数100μm程度の)フッ素樹脂系のプラスチック片からなり、その自由端から長手方向と直交する方向に延びる裂け目34が長手方向に多数または無数に分布していて、細い短冊状または毛状の自由端部30aを有している。ここで、裂け目34は、薬液を通さないほど小さな隙間であるのが好ましい。薬液案内部材30は、かかる構成により、図4に示すように、その長手方向における任意の部位にてその部位の自由端部30aが他の部位から独立して上方に容易に撓み変形できるようになっている。
図1および図3に示すように、薬液案内部材30は、フロントリップ先端部12aの先端(下端)から斜めに突出し、吐出口18の前(下)を通ってリアリップ先端部14aの前(下)まで延びている。吐出口18から薬液案内部材30の先端までの垂直方向の距離(高低差)Lは、処理対象のガラス板Gが反りやうねりの全くない完全に平坦な理想ガラス板であると仮定した場合の吐出口18とガラス板Gとの間の基準距離間隔D(図2)よりも適当な比で大きな値に選定される。具体的には、たとえば、D=1mm、L=1.5mmに設定される。
したがって、ガラス板Gが平坦な理想ガラス板である場合の塗布走査においては、図2に示すように、薬液案内部材30の自由端部30aがノズル長手方向の端から端まで全域に亘って少し上方に撓み変形してガラス板Gの表面に軽く接触するようになっている。

[薬液塗布装置の構成]
図5に、上記スリットノズル10を備える太陽電池製造用の薬液塗布装置40の構成を示す。この薬液塗布装置40は、たとえば、図6の(a)に示すような結晶シリコン系の太陽電池においてカバーガラスCGの表面に反射防止膜ARを形成するための薬液塗布処理、あるいは図6の(b)に示すような薄膜シリコン系の太陽電池においてカバーガラスCGの表面に反射防止膜ARを形成するための薬液塗布処理、あるいは図6の(c)に示すような薄膜シリコン系の太陽電池においてガラス基板SGの裏面に反射防止膜ARを形成するための薬液塗布処理に用いられる。以下の説明では、図6の(a)または(b)のカバーガラスCGを処理対象のガラス板Gとしてその表面に反射防止膜ARを形成する場合について説明する。
図5に示すように、この薬液塗布装置40は、ガラス板(マザーガラス)Gを水平に載置して保持するためのステージ42と、塗布処理時にスリットノズル10をステージ42の上方で矢印方向(X方向)に水平移動つまり走査させるガントリー型の走査部44とを有している。スリットノズル10は、上記のように、走査方向(X方向)と直交する水平方向(Y方向)においてガラス板Gを一端から他端までカバーできる長尺状のノズル本体(12,14,16)とスリット状の吐出口18を有し、吐出口18の近傍に薬液案内部材30を取り付けている。スリットノズル10の薬液導入口24には薬液供給管28を介して薬液供給部46が接続されている。この薬液供給部46は、図示省略するが、薬液容器、吐出ポンプ、流量調整弁、開閉弁等を有している。
この実施形態における薬液MARは、水を溶媒とし、水溶性の反射防止膜材料(たとえばSiO2やTiO2など)を溶質としている。水は、環境負荷が小さいだけでなく、大きな表面張力を有する点で、この実施形態では最も望ましい溶媒である。
走査部44は、スリットノズル10を水平に支持する門型の支持体48と、この支持体48をX方向で双方向に直進移動させる走査駆動部50とを有する。この走査駆動部50は、たとえばガイド付きのリニアモータ機構またはボールねじ機構で構成されてよい。支持体50とスリットノズル10とを接続するジョイント部52には、スリットノズル10の高さ位置を変更または調節するためのガイド付きの昇降機構(図示せず)が設けられている。スリットノズル10の高さ位置を調節することで、スリットノズル10の下端面または吐出口18とステージ42上のガラス板Gの表面との間の基準距離間隔D(図2)の寸法を任意に設定または調整することができる。

[スリットノズル及び薬液塗布装置の作用]
図5、図7〜図9につき、この実施形態におけるスリットノズル10および薬液塗布装置40の作用を説明する。
薬液塗布装置40は、図5に示すように、ステージ42上にガラス板Gを載置した状態で、ステージ42の上方をX方向で縦断するようにスリットノズル10を走査部44により一定の速度で走査させながら、薬液供給部46においてスリットノズル10の吐出口18より薬液案内部材30を介してノズル長手方向(Y方向)に延びる幅広の帯状またはカーテン状の吐出流で薬液MARをステージ42上のガラス板Gの表面に供給する。この塗布走査における走査速度および薬液吐出流量は、ガラス板G上に形成される反射防止膜ARの膜厚設定値に応じて所定の値に選ばれる。
この際、ガラスGの反りやうねりの無い平坦な部分では、図2に示すように、薬液案内部材30の先端部(自由端部)30aがガラス板Gの表面に軽く触れて少し上方に撓んだ状態で、スリットノズル10がその上を通過(走査)する。ガラス板Gは、薬液案内部材30の先端部(自由端部)30aがその表面を擦っても、損傷することはない。スリットノズル10の吐出口18より帯状またはカーテン状に出た薬液MARは、そのまま薬液案内部材30に案内されてガラス板Gの表面に流れ落ち、その流れ落ちた付近で所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成する。
また、ガラス板Gの反りやうねりに起因して隆起している部分では、図7に示すように、薬液案内部材30の先端部(自由端部)30aが上方に一層撓んだ状態でガラス板Gの表面を擦るようにして、スリットノズル10がその隆起部分の上を通過(走査)する。ここで、ガラスGの隆起が大きいほど、薬液案内部材30の撓みは大きくなる。しかし、ガラス板Gの反りやうねりが通常のレンジ(1mm程度)内であれば、ガラス板Gの隆起している場所でスリットノズル10の吐出口18より帯状またはカーテン状に出た薬液MARは、薬液案内部材30に当たってリアリップ先端部14aの背面側へいったん大きく回り込んでから、薬液案内部材30に沿ってガラス板Gの表面に流れ落ち、その流れ落ちた付近で所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成する。
なお、この実施例におけるガラス板Gは、テクスチャ強化ガラスであり、発電層と接触する裏面には細かい凹凸のテクスチャTXが形成されている(図7〜図9)。
また、ガラス板Gの反りやうねりに起因して凹んでいる部分でも、薬液案内部材30の先端部30aがガラス板Gの表面に接触している限りは、上記と同様にスリットノズル10の吐出口18より帯状またはカーテン状に出た薬液MARはそのまま薬液案内部材30に案内されてガラス板Gの表面に流れ落ち、その流れ落ちた付近で所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成する。
しかし、ガラス板Gの反りやうねりに起因して大きく凹んでいる部分があると、図8に示すように、その位置では薬液案内部材30の先端がガラス板Gの表面に届かないこともある。この場合、スリットノズル10の吐出口18より帯状またはカーテン状に出た薬液MARは、薬液案内部材30に沿って斜め下方の後方へ流れ、薬液案内部材30の先端(下端)からギャップSを通ってガラス板Gの表面に落ちる。ここで、ギャップSが所定の限界塗布ギャップSL以下であれば、帯状またはカーテン状の薬液吐出流はギャップS(空中)で切れることなく連続的に繋がったままガラス板Gの表面に着液して、所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成する。
塗布走査中に、スリットノズル10の吐出口18からの帯状またはカーテン状の薬液吐出流が切れるときの限界塗布ギャップSLは、薬液MARの吐出流量および表面張力に比例し、薬液MARの粘度および走査速度に反比例する。上記のように、吐出流量と走査速度は、塗布膜FMARの膜厚を規定するファクタであり、それらの値ないし比は膜厚設定値に依存して決められる。したがって、限界塗布ギャップSLは、主に薬液MARの表面張力および粘度に依存する。すなわち、薬液MARの表面張力が大きいほど、そして薬液MARの粘度が小さいほど、限界塗布ギャップPLは大きくなる。
この実施形態では、薬液MARの溶媒に表面張力の大きな水を用いている。水は、粘度も比較的大きいが(1.01cp at 20℃)、それを補って余るほど表面張力がさらに大きい(72-3N/m at 20℃)。したがって、たとえば、粘度が0.67cp(at 20℃)で表面張力が28-3N/m(at 20℃)のトルエン(シンナー)を溶媒に用いる場合よりも限界塗布ギャップSLを約1.5倍大きくすることができる。
いずれにしても、この実施形態においては、上記のような薬液案内部材30の薬液案内機能ないし薬液保持機能により、スリットノズル10の吐出口18から見た限界塗布ギャップは(L+SL)である。したがって、ガラス板Gの凹みが大きくても、通常のレンジ内であれば、その付近でも、スリットノズル10の吐出口18からの帯状またはカーテン状の薬液吐出流を切らさずに連続的に繋げたままガラス板Gの表面に着液させ、所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成することができる。
また、この実施形態においては、図9に示すように、スリットノズル10の長手方向(Y方向)でガラス板Gに隆起や凹みが混在していても、薬液案内部材30の自由端部30aが各位置でガラス板Gの表面高さ形状(プロファイル)に追従して各々独立に撓み変形または非撓み変形するので、長手方向(Y方向)の各位置で所定膜厚の液膜(塗布膜)FMARを形成することができる。
このように、この実施形態においては、ガラス板Gに隆起や凹みがあっても、ガラス板G上に反射防止膜ARを形成するための薬液塗布膜FMARを隈なく均一に塗布することができる。

[他の実施形態又は変形例]
上記作用の説明では、図7〜図9に示すように、ガラス板Gの厚さにうねりがある場合を取り上げた。しかし、上記の実施形態においては、図10および図11に示すように、厚さの均一なガラス板Gに歪みによる凹凸がある場合も、上記と同様の作用が奏される。図示省略するが、ガラス板Gに反りがある場合も同様である。また、図10および図11に示すように、処理対象のガラス板(ワークピース)Gはテクスチャの無いガラス板であってもよい。
上記の実施形態では、太陽電池のカバーガラスCGを処理対象のガラス板Gとしてその表面に反射防止膜ARを形成する場合について説明した。しかし、上記実施形態のスリットノズル10および薬液塗布装置40は、カバーガラス以外の任意のガラス板(たとえばガラス基板)に反射防止膜を形成するための薬液塗布処理に適用可能であるとともに、反射防止膜以外の任意の機能膜、たとえば汚れ防止膜や撥水膜、撥油膜等を形成するための薬液塗布処理にも適用可能である。さらには、太陽電池に用いるガラス板以外にも、同様の課題を抱えている技術分野に本発明は適用可能である。たとえば、タッチパネルの製造においてパネル上に機能膜を形成するための薬液塗布処理にも、本発明のスリットノズルおよび薬液塗布装置は適用可能である。
上記実施形態の薬液塗布装置は、ガントリー型の塗布走査機構を用いた。しかし、たとえば、スリットノズルを固定して平流し搬送路たとえばコロ搬送路上でガラス板またはワークピースを水平方向に移動させる方式の塗布走査機構を用いることも可能である。
10 スリットノズル
12 フロントリップ
14 リアリップ
12a フロントリップ先端部
18 吐出口
30 薬液案内部材
30a (薬液案内部材の)先端部
34 (薬液案内部材の)裂け目
40 薬液塗布装置
42 ステージ
44 走査部
46 薬液供給部

Claims (12)

  1. 太陽電池に用いるガラス板に薬液を塗布走査によって塗布するためのスリットノズルであって、
    前記基板に前記薬液を吐出するためのスリット状の吐出口が形成された下端面と、前記吐出口の走査方向における前方側で前記下端面から上方に延びるフロントリップ先端部と、前記吐出口の走査方向における後方側で前記下端面から上方に延びるリアリップ先端部とを有する長尺状のノズル本体と、
    前記吐出口から出た前記薬液を前記ガラス板の表面またはその近傍まで案内するように、前記ノズル本体の前記フロントリップ先端部に取り付けられる可撓性の薬液案内部材と
    を具備するスリットノズル。
  2. 前記薬液案内部材は、前記フロントリップ先端部から前記吐出口の下を通って前記リアリップ先端部の下まで延びる、請求項1に記載の塗布ノズル。
  3. 前記薬液案内部材は、前記ノズル本体の長手方向における任意の部位にてその自由端部が他の部位から独立して撓み変形できるように構成されている、請求項1または請求項2に記載のスリットノズル。
  4. 前記薬液案内部材は、前記ノズル本体と同等の長さを有する長尺状の薄い樹脂片からなり、その自由端から長手方向と直交する方向に延びる裂け目が長手方向に多数または無数に分布している、請求項3に記載のスリットノズル。
  5. 前記薬液案内部材の自由端部は、細い短冊状または毛状に形成されている、請求項3に記載のスリットノズル。
  6. 太陽電池に用いるガラス板に薬液を塗布するための薬液塗布装置であって、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載のスリットノズルと、
    前記スリットノズルに薬液を供給する薬液供給部と、
    前記ガラス板を水平姿勢で支持するガラス板支持部と、
    前記ガラス板支持部に支持される前記ガラス板に対し前記吐出口を向けて前記スリットノズルを支持するノズル支持部と、
    前記スリットノズルが前記ガラス板の上を所定の走査方向に相対的に水平移動するように前記ガラス板支持部と前記ノズル支持部との間で相対的な水平移動を行わせる走査部と
    を有する薬液塗布装置。
  7. 前記薬液は、前記ガラス板上に機能膜を形成するための溶液である、請求項6に記載の薬液塗布装置。
  8. 前記機能膜は反射防止膜である、請求項7に記載の薬液塗布装置。
  9. 前記薬液の溶媒は水である、請求項6〜8のいずれか一項に記載の薬液塗布装置。
  10. 前記ガラス板は太陽電池のカバーガラスを構成する、請求項6〜9のいずれか一項に記載の薬液塗布装置。
  11. 前記ガラス板はソーダライムガラスである、請求項6〜10のいずれか一項に記載の薬液塗布装置。
  12. 前記ガラス板はテクスチャ強化ガラスである、請求項6〜11のいずれか一項に記載の薬液塗布装置。
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