JP3819507B2 - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光起電力装置の製造方法において、基板上の中央部に配置される第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発電領域と、基板上の外周部に存在する非発電領域とを分割する製造方法及び構造が、例えば、特開平7−231015号公報に開示されている。ここに開示された製造方法は、絶縁基板上に、第1電極層を構成する第1導電膜を形成する工程と、基板上の全外周の内側に第1導電膜を分割する下部外周溝を形成し、前記第1電極層を分割形成する工程と、下部外周溝に外周絶縁部材を配置する工程と、第1導電膜上の略全表面に半導体光活性層を構成する半導体膜及び第2電極層を構成する第2導電膜の積層体を形成する工程と、この第2電極層の露出方向から、外周絶縁部材上にエネルギービームを照射して、照射部分の半導体膜及び第2導電膜を除去し、外周絶縁部材に到達する上部外周溝を形成して、半導体光活性層及び第2電極層を分割形成する工程からなる。そして、第2電極層上を含んで基板表面の略全面に、耐湿性を向上させるために、保護膜を形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の製造方法により製造された光起電力装置を長期間に渡って屋外で使用する場合においては、基板外周部の端面より水分が進入し、基板外周部の第2電極膜、半導体膜、外周絶縁部材が腐食、剥離する。更に水分が進入し、発電領域の第2電極層、半導体光活性層が腐食、剥離し、出力特性低下をもたらす。また、これら腐食、剥離は、光起電力装置の受光面側より目視できることより、外観上においても好ましくない。
【0004】
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、耐湿性の大きい光起電力装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に依れば、中央に複数の発電領域が配列される領域と、前記複数の発電領域が配置される領域の周囲が非発電領域となる領域を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に設けた第 1 導電膜の前記発電領域となる領域に設けられ溝により複数に分離形成された第 1 電極層と、下部外周溝で分離され前記第1電極層を囲むように設けられた外周第 1 導電膜と、前記第 1 電極層上に設けられる半導体光活性層及び第 2 電極層からなる積層体と、上部外周溝で分離され前記外周第 1 導電膜上に設けられた前記半導体光活性層及び第 2 電極層と同一材料の外周積層体と、前記第 1 電極層と前記第 1 電極層に隣接する前記半導体光活性層上に設けられた前記第 2 電極層が接続されることにより前記複数の発電領域が直列に接続され、前記積層体及び前記外周積層体の表面に設けられるとともに前記上部外周溝にも設けられるペースト状の樹脂が固形化した保護膜と、前記保護膜の上に設けられ前記保護膜のピンホールを被覆する下層に熱可塑性樹脂より成る接着層を持った保護フィルムとからなり、前記絶縁基板の外周部からの水分の侵入を防止することを特徴とする。
【0006】
【実施例】
以下に、本発明の光起電力装置の製造方法の一実施例を、図1〜4を用いて詳細に説明する。
【0007】
まず、図1において、10はガラス等の透光性を有する矩形状の絶縁基板、20a〜20c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。また、20at、20ctは、光起電力装置からの出力を取り出すための左端、右端出力端子領域である。
【0008】
そして、図1に示す工程において、基板10上の全面に、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫(SnO2)等の透明導電膜からなる第 1電極膜30(厚さ約0.07〜1.0μm)を形成する。
【0009】
次に、基板10の各辺の内側に、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しながら直線的に操作することで、照射部分の第1導電膜を除去し、下部外周溝40(幅約20〜100μm)を形成する。これにより、この下部外周溝40の外側に外周第1導電膜31が形成されることになる。加えて、各発電領域間、発電領域20cと右端出力端子領域20ct間に、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しながら直線的に走査することで、照射部分の第1導電膜を除去し、領域間溝41、41、端子部溝42(幅約20〜100μm)を形成する。これにより、各発電領域毎に対応した第1電極層30a〜30c、右端第1導電膜30ctを分割形成すると共に、左端出力端子領域20atに第1電極層20aより延出する左端延出第1導電膜30atが形成される。
【0010】
次に、第1電極層30b、30cの左端上に領域間溝41と平行に、帯状の銀ペースト等からなる導電ペースト50ab、50bcを配置する。そして、左端延出第1導電膜30at、右端第1導電膜30ct上においても、基板10の側辺に平行に帯状の導電ペースト51、52を配置する。ここで、導電ペースト50ab、50bc、51、52は、ポリイミド又はフェノール系のバインダーに銀、ニッケル又はアルミニウム等の粉末(粒径約3〜7μm)を含むもので、スクリーン印刷によりパターニングされた後、約250〜600℃で焼成され、高さ約10〜50μm、幅約0.2〜0.6mmに形成される。
【0011】
次に図2に示す工程においては、基板10の全外周の内側に位置する下部外周溝40に、第1外周絶縁部材60を配置し、この第1外周絶縁部材60の外側の外周第1電極膜31上に第2外周絶縁部材61を配置する。そして、第1電極層30b、30c各々の左端上に、領域間絶縁部材62、62を配置する。更に、第1電極層30aの左端上に、分割絶縁部材63を配置する。これら絶縁部材60、61、62、63は、平面図の図2(a)において、斜線で示されている。また、これらは、ポリイミド又はフェノ−ル系のバインダーに二酸化シリコン等の無機材料の粉末(粒径約1.5〜7.0μm)を含むもので、スクリーン印刷法によりパタ−ニングされた後、約250〜600℃で乾燥され、高さ約10〜50μm、幅約0.2〜0.6mmに形成される。
【0012】
次に図3に示す工程においては、第1電極層上で基板10上方の略全面に、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に積層した半導体膜70(厚さ約0.3〜1.0μm)を、及び、アルミニウム、チタン、ニッケル等の金属膜からなる第2電極膜70(厚さ約0.1〜1.0μm)を積層形成する。
【0013】
次に、この第2導電膜80の露出方向から、第1外周絶縁部材60、第2外周絶縁部材61、領域間絶縁部材62及び分割絶縁部材63上に、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して、照射部分の半導体膜70及び第2導電膜80を除去し、各々の絶縁部材に到達する第1上部外周溝90、第2上部外周溝91、領域間上部溝92、分割上部溝93(幅約20〜100μm)を形成する。そして、これらの第1上部外周溝90、領域間上部溝92、分割上部溝93により、各発電領域に対応した半導体光活性層70a〜70c及び第2電極層80a〜80cに分割形成される。また、基板10の外周部においては、外周半導体膜71、外周第2電極膜81が形成される。加えて、左端出力端子領域20atにおいては、半導体膜材料からなる半導体層70at及び第2導電膜材料からなる第2電極パッド80atが分割形成されることになる。一方、右端出力端子領域20ctにおいては、半導体光活性層70cから延出した半導体層70ct及び第2電極層80cから延出する第2電極延出部80ctが形成されることになる。
【0014】
更に、第2導電膜の露出側から、導電ペースト50ab、50bc、51、52上に位置する部分に、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。これにより、導電ペースト50ab、50bcと、第2電極層80a、80bが各々溶着されて電気的に接続され、各発電領域20a〜20cが直列に接続される。これらの溶着された部分を、溶着部分55、56、57として、図3に示す。また、左端出力端子領域20atにおいては、導電ペースト51と第2電極パッド80atが電気的に接続され、第1電極層20aからの出力を導出することができる。更には、右端出力端子領域20ctにおいては、導電ペースト52と第2電極延出部80ctとが電気的に接続され、この導電ペースト52により出力端子での電気抵抗を低減し、集電効率が向上する。
【0015】
次に図4に示す工程においては、左及び右出力端子領域20at、20ctの中央部に位置する矩形状の接続領域100at、100ctを除いて、第2電極層80a〜80c上を含む基板10の略全面に、エポキシ、フェノール等の樹脂からなる保護膜100を配置する。この保護膜100は、溶剤を含むペースト状の樹脂原材料を、スクリーン印刷によりパタ−ニングした後、100〜150℃にて乾燥し、厚さ約20〜50μmに形成される。
【0016】
次に、保護膜100上を含む基板10の略全面に、接続領域100at、100ctに対応する領域を切り抜いたポリエチレンテレフタレ−ト(PET)、フッ素樹脂材料等からなる厚さ約25〜1000μmの保護フィルム110が配置される。この保護フィルム110は、熱可塑性樹脂からなる接着層(図示せず)が片面に被着された保護フィルムを、保護膜100側から熱ローラでラミネ−トして形成される。また、このラミネート法に代わって、真空熱圧着法を用いて形成してもよい。ここで、保護膜100に加えて、保護フィルム110を配置する理由は、スクリーン印刷で形成される保護膜100は水分が透過できるようなピンホールが形成されることが多いため、この水分透過を保護フィルム110で確実に防止するためである。加えて、ガラスからなる基板10の破損時、その破片が飛散することを防止するためである。
【0017】
そして、接続領域100at、100ctに、リード線120a、120cを半田層121a、121cを用いて半田付けした後、この半田層121a、121cの腐食を防止し、リード線120a、120cの引っ張り強度を向上させるために、半田層121a、121c上に樹脂材料からなる補正コート膜130a、130cを形成する。以上で、本実施例の光起電力装置が完成する。
【0018】
次に本発明の光起電力装置の耐剥離性を確認する比較実験を行った。まず、以下2種類の光起電力装置を準備した。
▲1▼本実施例の光起電力装置
▲2▼比較例(本実施例の光起電力装置において、第2外周絶縁部材61及び第2上部分割溝91がないもの)
そして、これらを塩度5%の食塩水中に浸けた状態で、屋外に放置した。その結果、本実施例の光起電力装置においては、30日経過しても発電領域内に剥離は発生しなかった。比較例では、5日経過後、基板外周部より始まった剥離が発電領域内に進行した。この結果より、本実施例では耐剥離性が向上したことが確認できた。
【0019】
また、本実施例の光起電力装置において耐剥離性が向上した理由は、以下であると考えられる。まず、金属膜である第2電極膜と、半導体光活性層との間の剥離については、第2外周絶縁部材61は無機材料の粉末を含むものでその表面は凹凸状であり、従って、第2上部外周溝91を除いた第2外周絶縁部材61上に形成される第2電極膜及び半導体膜は、この凹凸表面に被着されることになるので、密着力は大きくなる。よって、基板の外周部より進行した第2電極膜と半導体光活性層との間の剥離を、第2外周絶縁部材61上で止めることができる。
【0020】
また、透明導電膜からなる第1電極膜と、この上に形成された第2外周絶縁部材61との間の剥離については、ここの密着力は、第1電極膜と半導体光活性層との密着力より良好であり、基板外周部から進行する第1電極膜と半導体膜との間の剥離は、この部分で止めることができる。
【0021】
更には、第2外周絶縁部材61上の第2上部外周溝91には、樹脂材料からなる保護膜110の材料が充填されることになり、同じく樹脂成分を含む第2外周絶縁部材61と強固に密着することができる。従って、基板外周部より進行した水分はこの部分を通過することが困難になり、発電領域内への水分の進入を減少させることができ、よって、発電領域内での剥離を減少させることができる。
【0022】
次に、本実施例の更なる効果について、説明する。本実施例においては、第1外周絶縁部材60上の第1上部外周溝90により、第2電極膜を、各発電領域と外側の外周第2電極膜とに分離してしている。仮に、これらの第1上部外周溝90、第2上部外周溝91がない場合は、基板10の側面或るいは裏面に不所望に付着した第2電極膜材料を通じて、各発電領域間が導通状態となり、光起電力装置から正常な特性が出力されなくなる。従って、本明細書の従来の技術で記載した特開平7−231015号公報においては、本実施例の第1上部外周溝90に相当する構造のみが開示されている。
【0023】
しかしながら、第1上部外周溝90だけで第2電極膜を完璧に電気的に分離することは難しく、例えば、半導体膜及び第2電極膜の膜厚の不均一や偶発的なエネルギービーム出力の低下等により、第2電極膜が電気的に十分に分離できないときが少なからず発生する。しかしながら、本実施例においては、このような場合においても、第2上部外周溝91により、更に第2電極膜が分離されることより、上記の特性不良を低減できるものである。
【0024】
また、本実施例においては、第1電極層及び基板を透明として、この側より光を入射しているが、第2電極層、保護膜及び保護フィルムを透明として、この側より光を入射させてもよい。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、以上の説明の如く、基板の全外周の内側に位置する第1外周絶縁部材上の第1上部外周溝と、この第1上部外周溝の外側に配置された第2外周絶縁部材上の第2上部外周溝とにより、半導体膜及び第2電極膜を分離でき、それぞれの外周溝には樹脂材料からなる保護膜で充填され、更にその上を保護フィルムで外周まで覆われるので、基板の外周部から進入する水分により、発電領域の第1電極膜、半導体膜及び第2電極膜が腐食し、剥離することを防止できる。
【0026】
また、第1上部外周溝、第2上部外周溝により、第2電極膜を確実に電気的に分離することができ、基板の側面或るいは裏面に不所望に付着した第2電極膜材料を通じて、各発電領域間が導通状態となり特性不良となることを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における第1工程を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A′断面図、(c)は(a)におけるB−B′断面図である。
【図2】本発明の一実施例における第2工程を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A′断面図、(c)は(a)におけるB−B′断面図である。
【図3】本発明の一実施例における第3工程を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A′断面図、(c)は(a)におけるB−B′断面図である。
【図4】本発明の一実施例における第4工程を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A′断面図、(c)は(a)におけるB−B′断面図である。
【符号の説明】
10 基板
20a〜20c 発電領域
30 第1導電膜
30a〜30c 第1電極層
40 下部外周溝
41 領域間溝
60 第1外周絶縁部材
61 第2外周絶縁部材
70 半導体膜
70a〜70c 半導体光活性層
80 第2導電膜
80a〜80c 第2電極層
90 第1上部外周溝
91 第2上部外周溝
Claims (3)
- 中央に複数の発電領域が配列される領域と、前記複数の発電領域が配置される領域の周囲が非発電領域となる領域を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けた第 1 導電膜の前記発電領域となる領域に設けられ溝により複数に分離形成された第 1 電極層と、下部外周溝で分離され前記第1電極層を囲むように設けられた外周第 1 導電膜と、
前記第1電極層上に設けられる半導体光活性層及び第 2 電極層からなる積層体と、上部外周溝で分離され前記外周第 1 導電膜上に設けられた前記半導体光活性層及び第 2 電極層と同一材料の外周積層体と、
前記第1電極層と前記第1電極層に隣接する前記半導体光活性層上に設けられた前記第 2 電極層が接続されることにより前記複数の発電領域が直列に接続され、
前記積層体及び前記外周積層体の表面に設けられるとともに前記上部外周溝にも設けられるペースト状の樹脂が固形化した保護膜と、前記保護膜の上に設けられ前記保護膜のピンホールを被覆する下層に熱可塑性樹脂より成る接着層を持った保護フィルムとからなり、
前記絶縁基板の外周部からの水分の侵入を防止することを特徴とした光起電力装置。 - 前記保護膜はスクリーン印刷により設けられた請求項1に記載の光起電力装置。
- 前記保護フィルムは熱ローラで設けられる請求項1または請求項2に記載の光起電力装置。
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