JP4530651B2 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、受光面電極のような一方向に長い電極を有する太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a solar cell having electrodes that are long in one direction, such as a light receiving surface electrode.
太陽電池の製造工程の1つである受光面電極を形成する方法には、蒸着法、メッキ法、印刷法がある。大量生産を目的とする場合、生産性に富み、自動化もしやすいということから印刷法が盛んに用いられている。 Methods for forming a light-receiving surface electrode, which is one of the manufacturing processes of solar cells, include a vapor deposition method, a plating method, and a printing method. When mass production is intended, the printing method is actively used because of its high productivity and easy automation.
印刷法は、n+p型の太陽電池セルに対しては、銀粉末とガラス粉末及び有機バインダを有機溶剤とともに混合したペーストをセル上面に電極形状にスクリーン印刷を行うものであり、このスクリーン印刷後に乾燥・焼成を行って電極を形成している(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
ところで、太陽電池の電極形成に印刷法を適用した場合、印刷法ではスクリーンメッシュを用いるため、サブ電極(グリッド状電極)の高さが不均一かつ不十分なものしかできず、F.F.(フィルファクター:光電変換効率)の低下を招いている。また、スクリーンメッシュが目詰まりを起こすと、サブ電極が断線することがあり、さらに、印刷開始時と開始時から時間が経過した後では、スクリーンマスク上のペースト中に含まれる溶媒の蒸発乾固により、スキージ(ゴムロール)とスクリーンマスクとの間の距離が変わってしまい、サブ電極の線幅が変化したり、わずかな衝撃でマスクが破れるということがある。そして、一度目詰まりが生じると、有機溶媒でマスク面を人手で払拭するというような煩雑な作業を行う必要がある。 By the way, when the printing method is applied to the electrode formation of the solar cell, since the screen mesh is used in the printing method, the heights of the sub-electrodes (grid electrodes) can only be uneven and insufficient. F. (Fill factor: photoelectric conversion efficiency) is reduced. In addition, if the screen mesh is clogged, the sub-electrode may be disconnected, and further, the evaporation of the solvent contained in the paste on the screen mask will evaporate and dry at the start of printing and after time has elapsed from the start. As a result, the distance between the squeegee (rubber roll) and the screen mask changes, and the line width of the sub-electrode may change, or the mask may be broken by a slight impact. Once clogging occurs, it is necessary to perform a complicated operation such as manually wiping the mask surface with an organic solvent.
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、印刷法による電極形成よりも細くて高いサブ電極を均一に形成することが可能であり、しかも、印刷法のような問題つまり電極の断線、電極線幅の変化、スクリーンの破れに伴うマスク交換または有機溶剤によるマスク払拭などのトラブルのない太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to uniformly form sub-electrodes that are thinner and higher than electrodes formed by a printing method. Another object of the present invention is to provide a method for producing a solar cell free from troubles such as a change in electrode line width, mask replacement accompanying screen breakage, or mask wiping with an organic solvent.
本発明は、太陽電池を製造する工程において、太陽電池の電極パターンに対応する形状のスリット穴が形成されたスリットマスクを用い、そのスリットマスクのスリット穴から電極用ペーストを太陽電池セルの受光面に一括して押し出して電極形成を行う工程を含むことを特徴としている。 The present invention uses a slit mask in which slit holes having a shape corresponding to the electrode pattern of the solar cell are formed in the process of manufacturing the solar cell, and the electrode paste is received from the slit hole of the slit mask. And a step of forming electrodes by collectively extruding the electrodes.
本発明において、前記スリットマスクの材質は、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコシキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレンが好ましい。 In the present invention, the material of the slit mask is a metal such as iron or nickel, a mixed metal such as stainless steel, or polyphenylene sulfide, perfluoroalkoxy fluoride resin, polybutylene terephthalate, polyether ether ketone, vinyl chloride. Resin or polypropylene is preferred.
本発明において、前記スリットマスクの厚さが5mm以上で、前記電極用ペーストを収容する容器の高さが5cm以上である電極形成装置を用いて電極形成を行うことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the electrode is formed using an electrode forming apparatus in which the thickness of the slit mask is 5 mm or more and the height of the container for storing the electrode paste is 5 cm or more.
本発明において、前記電極用ペーストを収容するシリンダの下部に前記スリットマスクを設け、前記シリンダの上方からのピストン等による押し付けにより、電極用ペーストを前記スリットマスクのスリット穴から押し出す構造の電極形成装置を用いて電極形成を行うように構成してもよい。 In the present invention, an electrode forming apparatus having a structure in which the slit mask is provided in a lower part of a cylinder that accommodates the electrode paste, and the electrode paste is pushed out from a slit hole of the slit mask by pressing with a piston or the like from above the cylinder. You may comprise so that electrode formation may be performed using.
本発明において、電極形成に用いるペーストとして、25±1C°における粘度が80〜300Pa・sである電極用ペーストを用いることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use an electrode paste having a viscosity at 25 ± 1 C ° of 80 to 300 Pa · s as the paste used for electrode formation.
本発明において、前記スリットマスクのスリット穴は、太陽電池のメイン電極に対応する部分が独立した複数の穴によって構成する。この場合、前記メイン電極に対応する部分を構成する複数の穴の最大幅を0.5〜2mmとし、電極形成後のメイン電極の幅が1〜2mm、サブ電極の幅が0.05〜0.1mmとなるように設計するとともに、前記複数の穴の占有率をメイン電極形成部に対し70〜90%とすることが好ましい。 In this invention, the slit hole of the said slit mask is comprised by the several hole in which the part corresponding to the main electrode of a solar cell became independent. In this case, the maximum width of the plurality of holes constituting the portion corresponding to the main electrode is 0.5 to 2 mm, the width of the main electrode after electrode formation is 1 to 2 mm, and the width of the sub electrode is 0.05 to 0. It is preferable that the occupancy ratio of the plurality of holes is 70 to 90% with respect to the main electrode formation portion.
本発明によれば、太陽電池の製造工程の1つである受光面電極の形成工程において、サブ電極高さを自由自在にコントロールすることが可能である。従って本発明においては、サブ電極を高くすることが可能であり、F.F.を高めることができる結果、変換効率が向上する。さらに、電極形成装置のスリットマスクの設計により、サブ電極の線幅を自由に変えることも可能であるので、受光面積のロスであるシャドウロスを極力減らすことが可能な細いサブ電極を形成することができる。これにより、Isc(短絡電流)が向上する結果、変換効率がさらに向上する。 According to the present invention, it is possible to freely control the height of the sub-electrode in the light receiving surface electrode forming process which is one of the manufacturing processes of the solar cell. Therefore, in the present invention, the sub-electrode can be made high. F. As a result, the conversion efficiency is improved. Furthermore, it is possible to freely change the line width of the sub-electrode by designing the slit mask of the electrode forming apparatus, so that it is possible to form a thin sub-electrode that can reduce the shadow loss that is a loss of the light receiving area as much as possible. Can do. Thereby, Isc (short circuit current) is improved, and conversion efficiency is further improved.
従って、太陽電池の製造工程に本発明を適用することにより、太陽電池セルの高効率化を実現でき、結果的に太陽光発電システムの小面積化と低コスト化を達成できる。 Therefore, by applying the present invention to the manufacturing process of the solar battery, it is possible to realize the high efficiency of the solar battery cell, and as a result, it is possible to reduce the area and cost of the solar power generation system.
また、本発明では、電極形成にスクリーンマスクを使用しないので、目詰まりによる断線がなく、印刷法のように太陽電池1枚または1群の全てが不良になることがない。さらに、印刷法のように、スクリーンマスクの破れ、印刷開始時と時間が経過した後において電極の線幅が変化すること等に対応するマスク交換や、スクリーンマスクが目詰まりした際のマスク払拭などの作業を行う必要がないので、生産ラインにおける効率が良くなる。 Further, in the present invention, since a screen mask is not used for electrode formation, there is no disconnection due to clogging, and one solar cell or one group does not become defective as in the printing method. In addition, as in the printing method, the mask is broken in response to the tearing of the screen mask, the line width of the electrode changes after the start of printing and after the passage of time, and the mask wiping when the screen mask is clogged. The efficiency in the production line is improved since there is no need to perform the above operation.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に用いる電極形成装置の要部構造を模式的に示す側面図である。 FIG. 1 is a side view schematically showing a main structure of an electrode forming apparatus used in the present invention.
図1に示す電極形成装置は、シリンダ1、スリットマスク2、ピストン3、ステージ4及び制御装置5などを備えている。
The electrode forming apparatus shown in FIG. 1 includes a cylinder 1, a
シリンダ1の下部にはスリットマスク2が装着されている。スリットマスク2には、図2に示すように、太陽電池100の受光面に形成する電極に応じた形状に型抜きされたスリット穴20(詳細は後述する)が形成されている。
A
シリンダ1の内部は電極用ペーストPを収容するペースト溜11となっており、そのペースト溜11の内部にピストン3が設置されている。ピストン3はモータ31を利用した移動機構30により上下方向に移動するように構成されており、このピストン3によってペースト溜11を上方から押すことにより、電極用ペーストPをスリットマスク2のスリット穴20から電極パターン形状に押し出すことができる。
The inside of the cylinder 1 is a
スリットマスク2の下方には太陽電池100を載置するステージ4が設置されている。ステージ4は、モータ41を利用した移動機構40により上下方向に移動するように構成されており、このステージ4の上下動により、スリットマスク2に対し太陽電池100の表面を接近離反させることができる。
A
以上のピストン3の駆動及びステージ4の上下動は制御装置5によって制御される。その制御及び各部の構造について以下に詳述する。
The driving of the
まず、本発明の製造方法を適用する太陽電池100は、125mm角または155mm角で、厚みが200〜300μmであり、例えば図4に示すように、表面に幅が1〜2mm程度の2本のメイン電極101が形成されるとともに、このメイン電極101に直交する方向に延びる複数のグリッド状のサブ電極102・・102が形成される。これらサブ電極102・・102は、線幅が約50〜100μmであり、1.5〜2mmのピッチで配列される。
First, the
本発明に用いる電極形成装置では、前記した125mm角用太陽電池と155mm角用太陽電池のそれぞれの電極パターンに対応する形態のスリットマスク2が個別に用意されており、その各太陽電池に対応したスリットマスク2をシリンダ1に対してスライド方式で取り付け/取り外す構造となっている。スリットマスク2の1辺は160mm以上である。
In the electrode forming apparatus used in the present invention, the
本発明に用いる電極用ペーストPとしては、銀、ガラス粉末、有機バインダ及び有機溶剤の混合物が挙げられる。電極用ペーストPの粘度は、25±1℃において80〜300Pa・sに調節する。 Examples of the electrode paste P used in the present invention include a mixture of silver, glass powder, an organic binder, and an organic solvent. The viscosity of the electrode paste P is adjusted to 80 to 300 Pa · s at 25 ± 1 ° C.
次に、太陽電池に電極用ペーストを付着する方法及びスリットマスクの構造などについて説明する。 Next, a method for attaching an electrode paste to a solar cell, a structure of a slit mask, and the like will be described.
−電極用ペーストの付着方法−
まず、図1に示す電極形成装置において、太陽電池100に電極用ペーストPを付着する場合、ステージ4の移動は上下方向である。また、電極用ペーストPの付着が完了した太陽電池100は搬送装置(図示せず)によって左右方向に搬送されると同時に、次のペースト付着予定の太陽電池100がステージ4上に載せられ、アライメントされた後に真空吸着される。
-Electrode paste adhesion method-
First, in the electrode forming apparatus shown in FIG. 1, when the electrode paste P is attached to the
そして、太陽電池100(受光面電極形成前)のセットが完了した後に、ステージ4の上下移動により、シリンダ1のスリットマスク2の下面から太陽電池100の上面までの距離を、サブ電極高さ設定値(例えば50μm)に設定し、この状態で、移動機構30にてピストン3をサブ電極高さ設定値の1.2倍(例えば、サブ電極の高さ設定値が50μmである場合は60μm)の距離だけ押し下げて、電極用ペーストPを電極パターン形状に一括して押し出す。この後、太陽電池100をステージ4に真空吸着した状態でステージ4を500mm/sの速度で下方に移動する。このとき、太陽電池100に載せる電極用ペーストPの重量は0.05〜0.15gになるように設定し、スリットマスク2のスリット穴20のパターン幅に対し、実際に形成される電極幅の広がりを30%未満に抑える。
Then, after the setting of the solar cell 100 (before formation of the light receiving surface electrode) is completed, the distance from the lower surface of the
−スリットマスク−
スリットマスク2の材質としては、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレン等の硬くて丈夫な材質が挙げられる。
-Slit mask-
The material of the
図3はスリットマスク2のスリット穴20の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the
スリットマスク2のスリット穴20のメイン電極101に対応する部分は、孤立した複数の穴21・・21が連なった形態となっている。これらメイン電極形成用の穴21の最大幅は0.5〜2mmであり、それら複数の穴21・・21のメイン電極形成部分に対する占有率が70〜90%となるように設定されている。なお、メイン電極形成用の各穴21の形状は特に限定されず、例えば楕円形、円形、方形などであってもよい。また、サブ電極形成用の穴22の線幅は、電極形成後のサブ電極102の幅が0.05〜0.1mmとなるように設定されている。
The portion corresponding to the
以上のように、スリットマスク2のメイン電極101に対応する部分を、複数の細かい穴21・・21によって構成することにより、スリットマスク2に作用する力つまりピストン3による電極用ペーストPの押し出し圧力に十分に耐えることが可能なスリット構造を実現することができる。なお、メイン電極形成部分の穴21・・21のメイン電極形成部分に対する占有率が90%以上、例えば100%であるとすると、電極用ペーストPの押し出し圧力によりスリットマスク2が変形しやすくなってしまう。
As described above, the portion corresponding to the
なお、スリットマスク2は、印刷法に用いる印刷スクリーンのようなメッシュがないため、太陽電池100のメイン電極101と直角に交わるサブ電極102の交差部分が、上からの圧力(ペースト押出圧力)に対して弱くなることから、その部分にスリットマスク2を支持する構造を設ける必要がある。
Since the
そして、メイン電極形成部分の複数の穴21・・21のメイン電極形成部分に対する占有率を70〜90%の範囲にしておけば、太陽電池100に電極用ペーストPが付着した際に、穴21の設計値に対して30%以内のペースト広がりが生じるので、メイン電極形成用の穴を孤立した複数の穴21・・21で構成した形態であっても、太陽電池100に積層した電極用ペーストPによって連続した一様幅のメイン電極101を形成することができる。なお、孤立した複数の穴21・・21から電極用ペーストPを押し出した際に充填されない部分があったとしても、次工程において電極の上からの半田ディップを実施したり、また、モジュール作製時にはメイン電極101に導電率の良いインターコネクタを半田付けするので、特性に影響を与えることはない。
And if the occupation rate with respect to the main electrode formation part of the some
ここで、この例において、ペースト溜11を上から押すピストン3を上下移動する移動機構30及びステージ4を上下移動する移動機構40は、前記したように制御装置5によって制御されており、その各移動は自由に設定することができる。例えば、ピストン3の制御に関しては、電極用ペーストPの粘度が硬めに設定されているので、ピストン3を長く押し出せば押し出すほど、横方向にだれることなく、高くて均一なサブ電極102を形成することができる。
Here, in this example, the moving
また、この例においては、スリットマスク2のサブ電極形成用の穴22の幅を自由自在に設定することができるので、太陽電池100の受光面に存在する電極による受光面積のロスであるシャドウロスを極力減らすことが可能な細いサブ電極102を形成することができる。
Further, in this example, since the width of the
さらに、この例においては、スリットマスク2として、鉄やニッケル等の金属、ステンレス等の合金属、あるいは、ポリフェニレンスルフイド、ペルフロロアルコキシふっ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂またはポリプロピレン等の硬くて丈夫な材質からなるものを用いており、そのスリットマスク2のスリット穴20から電極用ペーストPをピストン3による上下方向の圧力にて一括して押し出して電極を形成しているので、スリットマスク2のスリット穴20に目詰まりが発生することがなく、印刷法のように断線を起こすことがなくなる。
Further, in this example, as the
また、印刷法の問題つまり印刷開始時と時間が経過した後では、スクリーンマスク上のペースト中に含まれる溶媒の蒸発乾固により、スキージ(ゴムロール)とスクリーンマスクとの間の距離が変わってしまい、グリッド状電極の線幅が変化するという問題や、わずかな衝撃でマスクが破れるという問題が起こることがない。さらに、スリットマスク2のスリット穴20に目詰まりが発生することがないので、有機溶媒でスリットマスク2を払拭するというような煩雑な作業が不要となる。
In addition, the problem between printing methods, that is, the time between the start of printing and after the passage of time, the distance between the squeegee (rubber roll) and the screen mask changes due to evaporation and drying of the solvent contained in the paste on the screen mask. The problem that the line width of the grid electrode changes and the problem that the mask is broken by a slight impact do not occur. Furthermore, since clogging does not occur in the
本発明は、太陽電池の製造工程において、線幅が細くて十分な高さを有するサブ電極を均一に形成するのに有効に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used to uniformly form sub-electrodes having a narrow line width and a sufficient height in a solar cell manufacturing process.
1 シリンダ
11 ペースト溜
2 スリットマスク
20 スリット穴
21 穴(メイン電極形成用)
22 穴(サブ電極形成用)
3 ピストン
30 移動機構
31 モータ
4 ステージ
40 移動機構
41 モータ
5 制御装置
100 太陽電池
101 メイン電極
102 サブ電極
P 電極用ペースト
1
22 holes (for sub-electrode formation)
Claims (7)
前記電極用ペーストを収容するシリンダの下部に前記スリットマスクが設けられており、前記シリンダの上方からピストンの押し付けによって、前記電極用ペーストを前記スリット穴から押し出す構造の電極形成装置を用いて電極形成を行うこと
を特徴とする太陽電池の製造方法。 In the process of manufacturing the solar cell, the use of a slit mask away slit hole to correspond to the electrode pattern of the light-receiving surface is formed of a solar cell, performing the electrode paste out by pressing the electrode formed from the slit hole step Including
The slit mask is provided in a lower part of a cylinder for storing the electrode paste, and an electrode is formed using an electrode forming apparatus having a structure in which the electrode paste is pushed out from the slit hole by pressing a piston from above the cylinder. The manufacturing method of the solar cell characterized by performing.
前記電極パターンの形状は、メイン電極と、前記メイン電極に直交する方向に延びるグリッド状のサブ電極とで構成されていること
を特徴とする太陽電池の製造方法。 A method of manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 6,
The shape of the electrode pattern is composed of a main electrode and a grid-like sub-electrode extending in a direction orthogonal to the main electrode.
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