JP5788794B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、グラビアオフセット印刷法又はクッション層付グラビア版を用いた印刷法によって電極が印刷されてなる太陽電池の製造方法に関する。
従来、シリコンなどの半導体表面に電極を形成してなる太陽電池を作製するにあたっては、スクリーン印刷で電極を印刷するのが一般的であった（例えば特許文献１）。
しかしながら、スクリーン印刷では、塗布膜の膜厚が一定であり、３０μｍ程度の線幅が限界である。
近年では、線幅が細く、高画質で集電効率の良い太陽電池の製造方法が望まれるようになってきている。
一方、本願出願人は、印刷対象面が固い面であっても印刷することが可能なクッション性を有するグラビア版を既に提案している（特許文献２）。
また、本願出願人は、比較的廉価な従来の３２００ｄｐｉ程度の解像度を有するレーザ露光装置と同程度の性能のレーザ露光装置によって、その４倍以上の１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現でき、グラビア製版、オフセット製版、フレキソ製版等における高解像度のレーザ製版を行い得るようにすること、更には、プリント基板、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の電子部品における回路パターンのレーザ露光や紙幣等における偽造防止用特殊印刷等にも用いることのできる高解像度のレーザ露光装置を既に提案している（特許文献３）。
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、高精細でかつ集電効率の良い電極とした太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
本太陽電池は、半導体層と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅１〜１０μｍ及び高さ１〜１０μｍで印刷されてなる網状細線電極と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅５０〜１００μｍ及び高さ１５〜１００μｍで印刷されてなる線状のバスバー電極と、前記半導体層裏面に設けられた裏面電極と、を含み、前記網状細線電極及び前記線状のバスバー電極が、クッション層付グラビア製版ロールを用いた印刷法又はグラビアオフセット印刷法により印刷されてなることを特徴とする。
クッション層付グラビア製版ロールとは、クッション層としての弾性層が設けられたグラビア製版ロールのことを指す。
このようにすれば、微細な電極を網状に形成し、前記網状細線電極よりも太くしたバスバー電極が形成されるため、高精細ながら集電効率の良い電極ができる。バスバー（Bass-Bar）電極とは、太陽電池を相互に接続するための太めの電極である。
半導体層としては、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、GaAs、InP、AlGaAs、CdS、CdTe、Cu2Sなどの種々の無機化合物材料が半導体層として適用できる。
導電性インキとしては、例えば、特許文献４に記載されたものを使用することができる。また、Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ等の粒子を導電性粉として含有させた導電性ペーストを溶剤で粘度調整等をしたものなども使用できる。
太陽電池の基本的構成については広く知られており、例えば、特許文献７などに開示されている。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、半導体層と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅１〜１０μｍ及び高さ１〜１０μｍで印刷されてなる網状細線電極と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅５０〜１００μｍ及び高さ１５〜１００μｍで印刷されてなる線状のバスバー電極と、前記半導体層裏面に設けられた裏面電極と、を含む太陽電池を製造するための方法であって、クッション層付グラビア製版ロールを用いた印刷法又はグラビアオフセット印刷法により、前記網状細線電極及び前記線状のバスバー電極を一度に印刷するようにしたことを特徴とする。
本発明に係るグラビア製版ロールの製造方法の第１態様は、前記クッション層付グラビア製版ロールを用いた印刷法に用いられるグラビア製版ロールの製造方法であって、版母材を準備する工程と、前記版母材にゴム又は樹脂からなるクッション層を形成するクッション層形成工程と、前記クッション層に深度の異なるグラビアセルを形成するグラビアセル形成工程と、を含むことを特徴とする。
クッション層付グラビア製版ロールとは、クッション層としての弾性層が設けられたグラビア製版ロールのことを指す。前記ゴムとしては、シリコンゴムが使用できる。前記樹脂としては、弾性プラスチック、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、発泡スチロールなどの種々の合成樹脂が適用できる。
前記版母材としては、鉄製、アルミ製、ＣＦＲＰ製など種々の版母材が使用できる。
クッション層付グラビア製版ロールとしては、版母材にシリコンゴムなどのゴム又は樹脂からなるクッション層を形成し、前記クッション層に深度の異なるグラビアセルを形成することができる。このようなクッション層付グラビア製版ロールとして、例えば、特許文献５に記載のものが使用できる。
また、レーザ露光の際に、特許文献３に記載されたレーザ露光装置を用いレーザスポットが少しずつずれて重なるように照射することで、１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現できる。これにより、線幅の細い電極の印刷が可能となる。
また、前記形成されたグラビアセルの表面を被覆する強化被覆層を形成する工程をさらに含むのが好適である。強化被覆層としては、クロムメッキ、ＤＬＣ被膜やペルヒドロポリシラザンを用いた二酸化ケイ素被膜など種々の強化被覆層が適用できる。
このように、網状細線電極用とバスバー電極用のそれぞれ深度の異なるグラビアセルを形成してクッション層付グラビア製版ロールとし、該グラビア製版ロールで印刷すれば、高さの異なる電極を一度に印刷することが可能となる。
本発明に係るグラビア製版ロールの製造方法の第２態様は、前記グラビア製版ロールを用いた印刷法に用いられるグラビア製版ロールの製造方法であって、版母材を準備する工程と、前記版母材にゴム又は樹脂からなるクッション層を形成するクッション層形成工程と、前記クッション層上に深度の異なるグラビアセルを形成するグラビアセル形成工程と、を含むことを特徴とする。
前記クッション層上に深度の異なるグラビアセルを形成するには、前記クッション層上に銅メッキ或いは銅メッキと金属層などの中間層を設けて、フォトリソグラフィー法で該中間層にグラビアセルを形成するようにすればよい。このとき、複数回のエッチングを行うことで、深度の異なるグラビアセルの形成が可能となる。このようなクッション層付グラビア製版ロールとして、例えば、特許文献６又は特許文献８に記載のものが使用できる。
また、前記形成されたグラビアセルの表面を被覆する強化被覆層を形成する工程をさらに含むのが好適である。強化被覆層としては、クロムメッキ、ＤＬＣ被膜やペルヒドロポリシラザンを用いた二酸化ケイ素被膜など種々の強化被覆層が適用できる。
本発明に係るグラビア製版ロールの製造方法の第３態様は、グラビアオフセット印刷法に用いられるグラビア製版ロールの製造方法であって、版母材を準備する工程と、深度の異なるグラビアセルを形成するグラビアセル形成工程と、を含むことを特徴とする。
グラビアオフセット印刷法は、グラビアセルを形成したグラビア製版ロールからブランケットロールを介して印刷を行う方法である。
このグラビアオフセット印刷法に用いられるグラビア製版ロールを作製するにあたっては、版母材を準備し、フォトリソグラフィー法を用いて、グラビアセルを形成すればよい。また、レーザ露光の際には、特許文献３に記載されたレーザ露光装置を用いレーザスポットが少しずつずれて重なるように照射することで、１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現できる。
前記版母材としては、鉄製、アルミ製、ＣＦＲＰ製など種々の版母材が使用できる。
また、前記形成されたグラビアセルの表面を被覆する強化被覆層を形成する工程をさらに含むのが好適である。強化被覆層としては、クロムメッキ、ＤＬＣ被膜やペルヒドロポリシラザンを用いた二酸化ケイ素被膜など種々の強化被覆層が適用できる。
このように、前記エッチングを複数回行うことで、深度の異なるグラビアセルの形成が可能となる。このように、網状細線電極用とバスバー電極用のそれぞれ深度の異なるグラビアセルを形成することで、高さの異なる電極を一度に印刷することが可能となる。
また、前記レーザ露光の際に、特許文献３に記載されたレーザ露光装置を用いレーザスポットが少しずつずれて重なるように照射することで、１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現できる。これにより、線幅の細い電極の印刷が可能となる。
本発明によれば、高精細でかつ集電効率の良い電極とした太陽電池及びその製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されたもので、本発明の技術的思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことは言うまでもない。
図１〜３において、符号１０Ａは本発明の太陽電池を示す。太陽電池１０Ａは、多結晶シリコンの半導体層１２と、前記半導体層１２表面に例えば特許文献４に記載されたＡｇ粉含有導電性インキを用いて線幅１〜１０μｍ及び高さ１〜１０μｍで印刷されてなる正角網状細線電極１４Ａと、前記半導体層１２表面に例えば特許文献４に記載されたＡｇ粉導電性インキを用いて線幅５０〜１００μｍ及び高さ１５〜１００μｍで印刷されてなるバスバー電極１６と、前記半導体層裏面に設けられた裏面電極２４と、を含む構成とされている。
前記半導体層１２は、ｎ型半導体層２０（ｎ型シリコン）、ｐ型半導体層２２（ｐ型シリコン）とから構成されており、裏面電極２４として、アルミニウムを使用した。
図１では、電極がわかりやすいように受光面被覆層などは省略してあるが、図３のように、半導体層を挟むように受光面被覆層１８及び裏面被覆層（図示省略）などを設けて太陽電池とされることは勿論である。
そして、本発明では、正角網状細線電極１４Ａ及びバスバー電極１６が、クッション層付グラビア版を用いた印刷法又はグラビアオフセット印刷法により印刷される。
クッション層付グラビア製版ロールとしては、版母材にゴム又は樹脂からなるクッション層を形成し、前記クッション層に深度の異なるグラビアセルを形成することができる。前記クッション層としては、シリコンゴム等の合成ゴムやポリウレタン、ポリスチレン等の弾力性のある合成樹脂を使用することができる。このクッション層の厚さはクッション性即ち弾力性を付与できる厚さであればよく、特別の限定はないが、例えば、１ｃｍ〜５ｃｍ程度の厚さがあれば充分である。このようなクッション層付グラビア製版ロールとして、例えば、特許文献５に記載のものが使用できる。
クッション層付グラビア製版ロールとは、クッション層としての弾性層が設けられたグラビア製版ロールのことを指す。前記ゴムとしては、シリコンゴムが使用できる。前記樹脂としては、弾性プラスチック、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、発泡スチロールなどの種々の合成樹脂が適用できる。
また、クッション層上に深度の異なるグラビアセルを形成するには、前記クッション層上に銅メッキ或いは銅メッキと金属層などの中間層を設けて、フォトリソグラフィー法で該中間層にグラビアセルを形成するようにしてもよい。このとき、複数回のエッチングを行うことで、深度の異なるグラビアセルの形成が可能となる。このようなクッション層付グラビア製版ロールとして、例えば、特許文献６又は特許文献８に記載のものが使用できる。
このように、網状細線電極用とバスバー電極用のそれぞれ深度の異なるグラビアセルを形成することで、従来のようなスクリーン印刷法では実現できなかった、高さの異なる電極を一度に印刷することが可能となる。
また、前記レーザ露光の際に、特許文献３に記載されたレーザ露光装置を用いレーザスポットが少しずつずれて重なるように照射することで、１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現できる。これにより、線幅の細い電極の印刷が可能となる。
グラビアオフセット印刷法は、グラビアセルを形成したグラビア版からブランケットロールを介して印刷を行う方法である。このグラビアオフセット印刷法に用いられるグラビア製版ロールを作製するにあたっては、版母材を準備し、フォトリソグラフィー法を用いて、深度の異なるグラビアセルを形成すればよい。また、レーザ露光の際には、特許文献３に記載されたレーザ露光装置を用いレーザスポットが少しずつずれて重なるように照射することで、１２８００ｄｐｉ以上の解像度を実現できる。
このように、網状細線電極用とバスバー電極用のそれぞれ深度の異なるグラビアセルを形成することで、従来のようなスクリーン印刷法では実現できなかった、高さの異なる電極を一度に印刷することが可能となる。
さらに、図１の例では、網状細線電極を正角とした例を示したが、網状であればよいものでその形状に特別の限定はない。
網状細線電極を菱形とした例を図４に示す。図４において、網状細線電極を被菱形網状細線電極１４Ｂとした以外は、図１と同様である。
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
（実施例１）
アルミニウム製の裏面電極２４を設け、ｎ型半導体層２０（ｎ型シリコン）、ｐ型半導体層２２（ｐ型シリコン）とから構成される多結晶シリコンの半導体層１２を用意した。
アルミニウム製の裏面電極２４を設け、ｎ型半導体層２０（ｎ型シリコン）、ｐ型半導体層２２（ｐ型シリコン）とから構成される多結晶シリコンの半導体層１２を用意した。
シンク・ラボラトリー（株）製のレーザーグラビア製版装置（商品名：全自動レーザーグラビア製版システムＦＸ８０）を用い、レーザー製版を行い、深さが５μｍの網状細線電極形成用グラビアセルと深さが４０μｍのバスバー電極形成用グラビアセルの二種類の深さのそれぞれ異なるセルを併せて設けた版胴を作製した。
この版胴を用い、印刷速度３０ｍｍ／ｓｅｃでナレテクノロジー社製のグラビアオフセット印刷機で、半導体層の表面にグラビアオフセット印刷にて、Ａｇ粉含有導電性インキを用いて二度刷りを行った。二度刷り後、焼成して、半導体層の表面に線幅１０μｍ及び高さ３μｍの正角網状細線電極並びに線幅９０μｍ及び高さ２６μｍのバスバー電極を作製し、このようにして太陽電池セルを作製した。
得られた太陽電池セルのセル光電変換効率を測定すると１５％であり、高いセル光電変換効率であった。したがって、高い集電効率が得られた。
１０Ａ，１０Ｂ：太陽電池、１２：半導体層、１４Ａ，１４Ｂ：網状細線電極、１６：バスバー電極、１８：受光面被覆層、２０：ｎ型半導体層、２２：ｐ型半導体層、２４：裏面電極。
Claims (1)
- 半導体層と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅１〜１０μｍ及び高さ１〜１０μｍで印刷されてなる網状細線電極と、前記半導体層表面に導電性インキを用いて線幅５０〜１００μｍ及び高さ１５〜１００μｍで印刷されてなる線状のバスバー電極と、前記半導体層裏面に設けられた裏面電極と、を含む太陽電池を製造するための方法であって、クッション層付グラビア製版ロールを用いた印刷法又はグラビアオフセット印刷法により、前記網状細線電極及び前記線状のバスバー電極を一度に印刷するようにしたことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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