JP3625565B2 - 光起電力装置用基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光起電力装置に用いられる基板の製造方法及びその基板を用いた光起電力装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光起電力装置は、実公平５−３７４８１号公報に開示があるように、時計の文字盤として用いるために円形として、時計の電源としても使用されている。このような光起電力装置は、その表面に絶縁膜を形成した金属板からなる矩形状の基板本体から、光起電力装置が形成された円形の基板有効部を、金型を用いたプレス工程にて打ち抜き、光起電力装置が形成された基板有効部を分離していた。
【０００３】
また、基板有効部に、日付表示のための抜き部又は時計の針の軸が通る穴を設けるときには、第１電極層、半導体光活性層及び第２電極層の積層体からなる光起電力装置の発電領域を形成するのに先だって、基板有効部に、抜き部、穴をプレス工程にて抜いていた。このプレス工程を発電領域形成前に行う理由は、これらの抜き部、穴が基板有効部内の発電領域に近接しているので、発電領域形成後にプレス工程を行うと、プレス工程での衝撃によりセルショ−ト等の不良が発生するからである。
【０００４】
従って、日付表示用の抜き部又は時計の針の軸が通る穴を有する光起電力装置は、発電領域形成前の抜き部又は穴を抜くプレス工程と、発電領域形成後の基板有効部を基板本体から抜くプレス工程との２回のプレス工程を必要としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、２回のプレス工程を有する従来の光起電力装置の製造方法は、次に示す問題点がある。
【０００６】
▲１▼プレス用金型の作成費用は高額である。そして、光起電力装置価格はプレス金型費用を均等に配分して決められるので、特に、少量生産ではその価格が高くなる。
【０００７】
▲２▼プレス金型は、長期の作成日数（２〜３ケ月）を必要とする。このため、設計から生産までの日数も長期となる。
【０００８】
▲３▼上記のように、従来の光起電力装置は２回のプレス工程を必要とするので、２回のプレス工程による製造コストアップ、２つの金型作成によるコストアップとなる。
【０００９】
▲４▼発電領域形成後、基板本体から基板有効部をプレス工程で打ち抜く時、プレスの衝撃により、発電領域においてセルショ−ト等の特性不良が発生することがある。
【００１０】
▲５▼基板本体のサイズを大型化することは、プレス機械の許容できる金型寸法があるので容易にできない。
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するために成されたものであり、基板本体から基板有効部を分離するに際して、従来のプレス工程が有する上記の問題点を解決しようとするものである。
【００１２】
本発明は、下層より第１の電極、半導体光活性層および第２の電極により構成される発電領域が、時計の針の軸が通過予定の領域を中心にして複数の扇形状で隣接配置されて形成される基板有効部に対応する第１の領域と、前記第１の領域を囲んで成り、前記発電領域が構成されない基板無効部に対応する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置し、表から裏に渡り金属材料が取り除かれる外周抜き部に対応する第３の領域と、前記第１の領域の周囲に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域を連結する連結部に対応する第４の領域と、を構成する領域を配置した、前記金属材料から成る基板本体からなる光起電力装置用基板の製造方法であって、
前記中心に対応する第１の開穴、前記発電領域の周囲に位置し、隣接する前記扇形状の発電領域の境界の延長線上に設けられた第２の開穴、および前記第３の領域が露出するように前記基板本体の両面に耐エッチング用のマスクを被着する工程と、
前記マスクを介してエッチングすることにより、前記第３の領域、前記第１の開穴および前記第２の開穴を、基板本体の裏面から表面に渡り取り除く工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【実施例】
以下に、第１の構造の光起電力装置に用いる本発明の第１実施例を、図１〜５を用いて詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１において、１は金属材料からなる基板本体で、この基板本体１は光起電力装置が形成される基板有効部２と、光起電力装置が形成されない基板無効部３を有している。そして、基板有効部２の外周において、連結部４、４を除く全周に、外周抜き部６が設けられている。また、連結部４、４は、基板無効部３との境界部分は幅が広く、基板有効部２との境界部分は幅が狭い形状を有すると共に、基板有効部２との境界部分には基板本体１を厚み方向に途中まで除去した切断溝７、７を有している。
【００１５】
そして、点線で区分されたＡ〜Ｄは、後述する第１電極層、半導体光活性層及び第２電極層の積層体で構成される発電領域である。そして、図１に示すように、隣接する発電領域間中央部、各領域の隣接境界線上における領域の外側に開穴１１、１２、１３、１４、１５が設けられている。中央部の開穴１１は、この光起電力装置が時計用の電源として用いられるときに、時計の針の軸が通る開穴としても機能する。
【００１６】
ここで、外周抜き部６、連結部４、切断溝７、開穴１１〜１５の作成方法を以下に説明する。まず、板状の基板本体１を用意し、この両面において外周抜き部６及び開穴１１〜１５以外の領域にレジスト樹脂を塗布する。但し、連結部４と基板有効部２との境界部分においては、片面のみにレジスト樹脂を塗布する。このレジスト樹脂の塗布方法としては、スクリーン印刷でパターン印刷する方法、又は、フォトレジストを用いるフォトリソグラフィ法が採用できる。フォトリソグラフィ法を用いる場合、フォトレジスト膜を全面に塗布後、フォトマスクを介して露光を行うことにより露光部と非露光部とを形成、現像処理して、露光部又は非露光部に対応したレジストパターンを形成する。スクリーン法は工程が簡単である反面、パターン精度はそれ程高くない。一方、フォトリソグラフィ法は、パターン精度は高いが、工程が複雑である。
【００１７】
次に、レジスト膜を形成した基板本体１全体を、基板本体１材料を溶解できるエッチング液中に浸すことにより、外周抜き部６のエッチングを行う。この工程により、レジスト樹脂膜から露出する基板本体１を完全に除去し、外周抜き部６を形成する。また、連結部４と基板有効部２との境界部分においては、レジスト樹脂が片面のみに塗布されていることより、レジスト樹脂が塗布されていない他の片面においてのみ露出する基板本体１材料が厚み方向にエッチングされ、基板本体１を厚み方向に途中まで除去した切断溝７が形成される。その後、エッチング液から取り出し、レジスト樹脂膜を除去して、図１に示す基板本体１ができあがる。ここで、基板本体１材料にステンレスを用いる場合には、酸系のエッチング液が用いられる。
【００１８】
次に、図２に示す工程において、ポリイミド膜の母材料であるワニスを基板本体１上の略全面にスクリーン印刷にて塗布し、その後、基板本体１全体を１００〜３００℃まで段階的に昇温加熱することによりイミド化させ、ポリイミド膜からなる耐熱性絶縁膜１９を形成する。
【００１９】
そして、この絶縁膜１９上に、発電領域Ａ〜Ｄに対応した第１電極層２０ａ〜２０ｄが分割配置される。これら第１電極層２０ａ〜２０ｄは、各々中心角が略９０°の扇形の形を有し、これらは相互の間に所定間隔を隔てて全体として円形を成すように配置されている。更に、第１電極層２０ａ〜２０ｃの各々は、これらに隣接する発電領域Ｂ〜Ｄの外方に延在する第１接続部２０ａｅ、２０ｂｅ、２０ｃｅを有し、また、第１電極層２０ｄは、発電領域Ｄから外側に延出する出力延出部２０ｄｅを有している。ここで、第１電極層２０ａ〜２０ｄは、厚さ約０．１〜１．０μｍで、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅等の金属膜からなる。
【００２０】
図３の工程において、基板１０上の略全面に、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム等をｐｎまたはｐｉｎに積層した半導体光活性層３０（厚さ約０．３〜１．０μｍ）を形成する。
【００２１】
次に、図４に示すように、半導体光活性層３０上に第２電極層４０が発電領域毎に分割されることなく略円形に形成される。この第２電極層４０は、第１電極層の第１接続部２０ａｅ、２０ｂｅ、２０ｃｅと半導体光活性層３０を挟んで対向する電気接続するための第２接続部４０ｂｅ、４０ｃｅ、４０ｄｅを有し、発電領域Ａに形成された第２電極層４０は、この領域の外側に延出する出力端子４０ａｔを有している。更に、第１電極層２０ｄの出力延出部２０ｄｅと半導体光活性層３０を挟んで対向して、第２電極層４０と同一材料からなる島状の出力端子４０ｄｔが形成される。そして、第２電極層４０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）等の透明導電膜（厚さ約０．３ 〜１．０μｍ）からなる。
【００２２】
図５に示す工程において、隣接する発電領域間に、各層の形成面側よりエネルギービームを照射することにより、各発電領域間に位置する第２電極層及び半導体光活性層を除去し、分割溝５０、５０・・を形成する。これら分割溝５０、５０・・によって、第２電極層４０が、発電領域Ａ〜Ｄ毎の第２電極層４０ａ〜４０ｄに分割される。
【００２３】
このエネルギービームの照射は、例えば、下方に位置する開穴１２上より照射を開始し、上方向に直進して中央部の開穴１１を通過して、上方に位置する開穴１４にて、照射を終了する。また、横方向の照射に関しても、左方に位置する開穴１３より照射を開始し、中央部の開穴１１を通過して、右方の開穴１５にて、照射を終了する。エネルギービームは、レーザビーム又は電子ビ−ム等が利用でき、レーザビームの場合は、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ−又はこの第２高調波（０．５３μｍ）レーザーを用いることができる。
【００２４】
次に、このエネルギービームの照射を、開穴にて開始又は終了することの理由を説明する。図６は、図５におけるＸ−Ｘ線断面図であり、図に示されるように、エネルギービームの照射により、照射部分の半導体光活性層及び第２電極層の積層体が除去される一方、分割溝５０の両側に半導体光活性層が照射の熱により微結晶化し、低抵抗化された領域３１が形成される。ここで、図７は、本発明の開穴（図５においては開穴１５）が設けられなかったときの問題点を説明する図である。図に示すように、分割溝５０の両側に低抵抗化した微結晶層３１が形成されると共に、エネルギービームの終端においても、端部微結晶層３２が形成される。よって、分割された発電領域Ｃ、Ｄに対応する第２電極層４０ｃ、４０ｄの間で、微結晶層３１、３２を介して電流が漏れ、出力特性（特に、開放電圧、フィルファクタ−）が低下する。一方、本実施例においては、エネルギービームの終端部分において、開穴が設けられていることより、端部微結晶層３２が形成されることなく、従って低抵抗化した導通路が形成されず、電流が漏れることはない。また、エネルギービームの照射開始点についても、同様の問題が発生し、本実施例では開始点においても開穴を設けることにより、この問題を解決している。
【００２５】
更に、図５に示す工程において、第２電極層の第２接続部４０ｂｅ、４０ｃｅ、４０ｄｅ、出力端子４０ｄｔ上より、エネルギービームを照射することにより、各々が対向する第１電極層と溶着され、直列接続部６０ａｂ、６０ｂｃ、６０ｃｄ、出力電気接続部６０ｄｔが形成される。これにより、発電領域Ａ〜Ｄが直列接続され、出力が出力端子４０ａｔ、４０ｄｔより取り出される。更に、別の方法としては、開穴１１を中心にして、第２接続部４０ｂｅ、４０ｃｅ、４０ｄｅ、出力端子４０ｄｔが存在する円周上に、パルスレーザを照射することによって、円周上全体に点在する照射点を形成する。これにより、第２接続部４０ｂｅ、４０ｃｅ、４０ｄｅ、出力端子４０ｄｔ上の照射点のみが、電気接続部として機能し電気接続ができる。また、上記工程に代わって、第１電極層上に半導体光活性層を形成後、エネルギービームを照射して半導体光活性層を除去して、第１電極層を露出させ、ここに透明導電膜を形成して、電気接続部を形成してもよい。
【００２６】
次に、出力端子４０ａｔ、４０ｄｔ上を除く、基板有効部２上方の略全面にＳｉＯ_２又は樹脂材料からなる透明保護膜７０を形成する。
【００２７】
そして、最後に連結部４、４における分離溝７、７から光起電力装置が形成された基板有効部２を分離して、光起電力装置を完成する。分離する方法として、基板本体の厚み方向の途中まで分割溝７が形成されているので、基板有効部２を引きちぎる力を加えることより、容易に分離することができる。その他の分離する方法としては、分割溝７をレーザにて切断する方法、ニッパー等の金属用カッターを用いる方法を採用することができる。
【００２８】
なお、上記実施例では、基板本体に一つの光起電力装置しか作成していないが、基板本体を大面積とし、複数の光起電力装置を配置、作成してもよい。
【００２９】
続いて、参考例として、第２の構造を有する光起電力装置を、図８〜１２を用いて詳細に説明する。なお、第１実施例と同じ名称のものは、同一の材料、製造方法を示すものであり、詳細な説明は省略する。
【００３０】
まず、図８において、１０１は金属材料からなる矩形状の基板本体で、この基板本体１０１は光起電力装置が形成される基板有効部１０２と、光起電力装置が形成されない基板無効部１０３を有している。図においては、基板本体１０１のコーナ部に位置する１個の基板有効部１０２しか記載してないが、基板本体１０１全体では、複数の基板有効部を有している。そして、基板有効部１０２の外周において、基板有効部１０２の左上、右下コーナ−の連結部１０４、１０４を除く全周に、外周抜き部１０６が設けられている。また、連結部１０４、１０４は、基板無効部１０３との境界部分の幅が広く、基板有効部１０２との境界部分の幅が狭い形状を有すると共に、基板有効部１０２との境界部分には基板本体１０１を厚み方向に途中まで除去した切断溝１０７、１０７を有している。
【００３１】
そして、点線で区分されたＥ〜Ｇは、後述する第１電極層、半導体光活性層及び第２電極層の積層体で構成される発電領域で、基板有効部１０２の長手方向に配列されている。図８に示すように、隣接する発電領域間の境界線上における領域の外側に開穴１１１、１１２が設けられている。ここで、外周抜き部１０６、連結部１０４、切断溝１０７、開穴１１１、１１２の作成方法は、第１実施例と同一であり、説明は省略する。
【００３２】
次に、図９に示す工程において、基板本体１０１上の略全面に耐熱性絶縁膜１１９を形成する。そして、この絶縁膜１１９上に、発電領域Ｅ〜Ｇに対応した第１電極層２５ｅ〜２５ｇが分割配置される。第１電極層２５ｆ、２５ｇの各々は、これらに隣接する発電領域Ｅ、Ｆの下側に延在する第１接続部２５ｆｅ、２５ｇｅを有し、また、第１電極層２５ｅは、発電領域Ｅから下側に延出する出力延出部２５ｅｔを有している。更には、発電領域Ｇの下側には、第１電極層と同一材料から成る島状出力部２５ｇｔが配置される。
【００３３】
次に、図１０に示す工程においては、第１電極層２５ｅ〜２５ｇ上を含んで基板本体１０１の略全面に、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム等をｐｎまたはｐｉｎに積層した半導体光活性層３５（厚さ約０．３〜１．０μｍ）を形成する。
【００３４】
次に、図１１に示す工程では、半導体光活性層３５上において、第２電極層４５が発電領域毎に分割されることなく略長方形状に形成される。この第２電極層４５は、第１電極層の第１接続部２５ｆｅ、２５ｇｅと半導体光活性層３５を挟んで対向する電気接続するための第２接続部４５ｅｅ、４５ｆｅを有し、発電領域Ｇに形成された第２電極層４５は、この領域の下側に延出する出力端子４５ｇｔを有している。更に、第１電極層２５ｅの出力延出部２５ｅｔと半導体光活性層３５を挟んで対向して、第２電極層４５と同一材料からなる島状の出力端子４５ｅｔが形成される。そして、第２電極層４５は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）等の透明導電膜（厚さ約０．３〜１ ．０μｍ）からなる。
【００３５】
次に、図１２に示す工程において、隣接する発電領域間に、各層の形成面側よりエネルギービームを照射することにより、各発電領域間に位置する第２電極層及び半導体光活性層を除去し、分割溝５５、５５を形成する。これら分割溝５５、５５によって、第２電極層４５が、発電領域Ｅ〜Ｇ毎の、第２電極層４５ｅ〜４５ｇに分割される。
【００３６】
このエネルギービームの照射は、例えば、開穴１１１、１１２上より各々照射を開始し、上方向に直進して外周抜き部１０６にて、照射を終了する。エネルギービームは、レーザビーム又は電子ビ−ム等が利用でき、レーザビームの場合は、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ−又はこの第２高調波（０．５３μｍ）レーザーを用いることができる。上記第１実施例にて説明したように、第２実施例においても、エネルギービームの照射の開始点、終了点が、開穴１１１、１１２上、外周抜き部１０６上であるので、半導体光活性層が微結晶し低抵抗化した導通路が形成されず、特性が良好である。
【００３７】
加えて、第２実施例では、エネルギービームの終了点である開穴を、外周抜き部１０６が兼用している。従って、このような開穴を別途設ける必要がないので、その分、発電領域を大面積にすることができる。または、その分、基板有効部を小面積にすることができるので、一つの基板本体からより多数の基板有効部を得ることができる。
【００３８】
更に、出力端子４５ｅｔ、第２接続部４５ｅｅ、４５ｆｅ、出力端子４５ｇｔに、直線的に発電領域の配列方向に沿って、レーザビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射することにより、各々の下に位置する出力延出部２５ｅｔ、第１電極層の第１接続部２５ｆｅ、２５ｇｅ、島状出力部２５ｇｔと溶着され、電気接続される。これにより、各発電領域が直列接続されると共に、出力端子４５ｅｔ、４５ｇｔから出力を取り出すことができる。なお、島状出力部２５ｇｔは、出力端子４５ｇｔの抵抗を低減する役割をする。また、上記のように第２電極層を形成後溶着により直列接続する方法に代わって、半導体光活性層を形成後に、第１接続部２５ｆｅ、２５ｇｅ上の半導体光活性層をエネルギービームにより除去し、その後ここに第２接続部４５ｅｅ、４５ｆｅを形成することにより、直列接続する方法を用いてもよい。
【００３９】
次に、出力端子４５ｅｔ、４０ｇｔ上を除く、基板有効部１０２上方の略全面にＳｉＯ_２又は樹脂材料からなる透明保護膜１７０を形成する。
【００４０】
そして、最後に連結部１０４、１０４における分離溝１０７、１０７から光起電力装置が形成された基板有効部１０２を分離して、光起電力装置を完成する。分離する方法として、第１実施例と同様の方法が採用できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、エネルギービームの終端部分において、開穴が設けられているので、端部微結晶層が形成されることなく、従って低抵抗化した導電路が形成されず、電流が漏れることがない。よって特性不良が少ない製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における第１工程を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施例における第２工程を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施例における第３工程を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施例における第４工程を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施例における第５工程を示す平面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ線断面図である。
【図７】第１実施例の開穴が設けられなかったときの問題点を説明する要部平面図である。
【図８】本発明の第２実施例における第１工程を示す平面図である。
【図９】本発明の第２実施例における第２工程を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２実施例における第３工程を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２実施例における第４工程を示す平面図である。
【図１２】本発明の第２実施例における第５工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１、１０１ 基板本体
２、１０２ 基板有効部
３、１０３ 基板無効部
４、１０４ 連結部
６、１０６ 外周抜き部
７、１０７ 切断溝

Claims (3)

1. 下層より第１の電極、半導体光活性層および第２の電極により構成される発電領域が、時計の針の軸が通過予定の領域を中心にして複数の扇形状で隣接配置されて形成される基板有効部に対応する第１の領域と、前記第１の領域を囲んで成り、前記発電領域が構成されない基板無効部に対応する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置し、表から裏に渡り金属材料が取り除かれる外周抜き部に対応する第３の領域と、前記第１の領域の周囲に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域を連結する連結部に対応する第４の領域と、を構成する領域を配置した、前記金属材料から成る基板本体からなる光起電力装置用基板の製造方法であって、
   前記中心に対応する第１の開穴、前記発電領域の周囲に位置し、隣接する前記扇形状の発電領域の境界の延長線上に設けられた第２の開穴、および前記第３の領域が露出するように前記基板本体の両面に耐エッチング用のマスクを被着する工程と、
   前記マスクを介してエッチングすることにより、前記第３の領域、前記第１の開穴および前記第２の開穴を、基板本体の裏面から表面に渡り取り除く工程と、を有することを特徴とする光起電力装置用基板の製造方法。
2. 前記第２の領域と前記第４の領域との境界部分の幅は、前記第１の領域と前記第４の領域との境界部分の幅よりも広く形成される請求項１に記載の光起電力装置用基板の製造方法。
3. 前記第４の領域と第１の領域との境界部分には、前記基板本体の厚み方向の途中まで除去した切断溝を形成する請求項１または請求項２に記載の光起電力装置用基板の製造方法。

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