JPH07335921A

JPH07335921A - 光起電力素子の集電電極作製方法

Info

Publication number: JPH07335921A
Application number: JP6125376A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Niikura; 諭新倉; Tsutomu Murakami; 勉村上; Akio Hasebe; 明男長谷部; Hirobumi Ichinose; 博文一ノ瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2750085B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、製造安定性が高く、特性に優れた
光起電力素子の集電電極作製方法を提供することを目的
とする。【構成】少なくとも１層の導電性接着剤で被覆された
金属線体からなる集電電極を、光起電力素子に配設する
方法であって、前記集電電極を光起電力素子上に設置
し、前記集電電極に圧力を印加すると同時に、前記集電
電極が設置される面と反対側の面から光起電力素子を加
熱することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子の集電電
極の作製方法に係わり、より詳しくは、特性が良好で信
頼性の高い太陽電池用の集電電極作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光起電力素子の１つの応用として、太陽
電池は火力発電、水力発電などの既存発電方法の種々の
問題を解決する代替エネルギー源として注目されてい
る。とりわけ、アモルファスシリコン太陽電池は結晶系
の太陽電池に比較して低コストで、大面積の太陽電池が
製造できるため、精力的に研究・開発が行われている。

【０００３】このアモルファスシリコン太陽電池を実用
化するに当たり重要な技術課題は、光電変換効率を向上
させることである。変換効率の向上のために各種の検討
がされているが、とりわけ、太陽光の有効利用が重要な
技術課題である。

【０００４】ところで、アモルファスシリコン太陽電池
の作製方法としては、ガラス等の透光性の基板上に受光
面電極、半導体層、裏面電極の順番に積層する方法やス
テンレスのような非透光性の基板上に半導体層、受光面
電極の順で積層する方法がある。前記受光面電極は透明
導電性酸化物によって形成され、この上に電流を集める
ための比較的細い金属からなる集電電極、更に前記集電
電極によって集められた電流を集めるためのバスバーと
呼ばれる比較的太い金属からなる電極が形成される。電
極材料としては、銀（比抵抗１．６２×１０^-6Ωｃｍ）
や銅（比抵抗１．７２×１０^-6Ωｃｍ）のように比抵抗
の低い材料が好適に用いられる。

【０００５】これらの電極を形成には、例えば蒸着法、
メッキ法、スクリーン印刷法等が用いられる。しかしな
がら蒸着法では堆積速度が遅いこと、真空プロセスを用
いるためスループットが低いこと、また、線状のパター
ンを形成するためにはマスキングが必要であり、またマ
スク部分に堆積した金属は無駄になる等の問題点があ
る。一方、スクリーン印刷等では低抵抗な電極が得られ
ず、また、例えば銀の導電性ペーストは比抵抗の最も低
いものでも４．０×１０^-5Ωｃｍであり、純粋なバルク
の銀よりも１桁抵抗が高くなる。従ってグリッド電極の
面積を変えずに抵抗を下げるためには電極の厚みを厚く
することが必要であるが、実用的に可能な厚みは１０μ
ｍ〜２０μｍである。このような厚みでは必然的にグリ
ッド幅が２００μｍ程度以上となりアスペクト比（縦横
の比）が１：１０のように小さくなり、シャドーロスが
大きくなってしまう。

【０００６】これに対し、米国特許４，２６０，４２９
号公報に開示されるように、金属ワイヤに導電性粒子を
含むポリマーで被覆した電極が提案されている。この発
明は導電性の良い銅等の金属ワイヤを用いるため長い集
電電極を形成した場合でも電気抵抗ロスが少なく、また
アスペクト比が１：１とできるためシャドーロスも小さ
くできる。また、この発明では、ワイヤーの固定には導
電性接着剤を用いて簡便な方法で接着できることが特徴
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した被覆ワイヤー
を接着する方法においては、熱や圧力により接着する方
法が示されているが、具体的な装置や手法は示されてお
らず、通常の手法で加熱圧着すると被覆された固状ポリ
マーが広がってシャドーロスが大きくなったり、特に大
面積の光起電力素子の場合では、被覆ワイヤーにかかる
圧力にばらつきが生じ、接着されない箇所が生じてシリ
ーズ抵抗が大きくなるという問題があることが分かっ
た。

【０００８】本発明の目的は、これらの課題を克服し、
製造安定性が良く、特性に優れた光起電力素子の集電電
極作製方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明の光起電力素子の集電電極作製方法は、少
なくとも１層の導電性接着剤で被覆された金属線体から
なる集電電極を光起電力素子に配設する方法であって、
前記集電電極を光起電力素子上に設置し、前記集電電極
に圧力を印加すると同時に、前記集電電極が設置される
面と反対側の面から光起電力素子を加熱することを特徴
とする。

【００１０】また、前記加熱する温度は、前記導電性接
着剤の軟化温度から１５０℃高い温度の範囲とすること
が好ましく、さらに、前記印加する圧力を１ｋｇ／ｃｍ
²以上１０ｋｇ／ｃｍ²以下とするのが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明者の実験により、上述した問題の原因
は、被覆ワイヤーにかける熱のかけ方、被覆ワイヤーに
かける圧力のかけ方が原因であることが明らかになっ
た。

【００１２】この問題を解決するために本発明者らは鋭
意検討した結果、金属線体に導電性接着剤をコートし乾
燥状態にしておき、これを光起電力素子の光入射面上に
配置し、光入射面と反対側から加熱して導電性接着剤を
軟化させると同時に軟質の樹脂を用いて圧力を印加する
ことにより、光起電力素子の光入射面上に被覆ワイヤー
を固定する方法を発明した。

【００１３】本発明の方法により、金属線体に被覆され
た導電性接着剤の必要部分だけが特に軟化するので、導
電性接着剤が余分に広がる事が無く、また軟質の樹脂に
より圧力をかける事で被覆ワイヤーに均一に圧力がかか
り、均一に接着することができる。特に、導電性接着剤
の加熱温度は導電性接着剤の軟化温度から１５０℃高い
温度の範囲とするのが好ましく、この温度範囲で接着剤
の広がりは一層抑えられ、シャドウロスの小さな高特性
の光起電力素子が得られる。また、印加圧力は１〜１０
ｋｇ／ｃｍ²が好ましく、この範囲で、導電性接着剤の
広がりが抑えられるとともに、接着強度の大きな接着を
安定して均一に行うことができる。

【００１４】本発明において、金属線体の材質としては
銅、銀、金等の導電性の良好な材質が好適に用いられ
る。金属線体の断面形状は円形であっても矩形であって
も良く所望に応じて適宜選択される。具体的には例えば
ＪＩＳＣ３２０２に示されるエナメル線用の２５μｍか
ら１ｍｍまでの銅線が好適に用いられる。このような金
属線体は公知の伸線機によって所望の直径に成型して作
られる。伸線機を通過した金属線体は硬質であるが、伸
び易さや曲げ易さの所望の特性に応じてアニールし軟質
にして用いても良い。また好適な線径としては太陽電池
の表面抵抗シャドーロスと抵抗ロスとの和が最小となる
ように選らばれるが、具体的には２５μｍから２００μ
ｍ程度が好適に用いられる。細い径の線体を用いた場合
にはピッチを狭くし、太い径の線体を用いた場合にはピ
ッチを広くするという最適化を行うことで最高の効率が
得られる。

【００１５】導電性接着剤のコート方法としては通常の
エナメル線のコート方法が好適に用いることができる
が、具体的には、前記導電性接着剤を適当な粘度となる
ように溶剤で希釈し、前記金属線体にロールコーターな
どを用いてコートし、所望の厚みを形成するためのダイ
スを通過させてその後赤外線加熱等で乾燥、硬化させ
る。金属ワイヤの搬送方向は、縦方向でも横方向でも良
い。複数の導電性接着剤のコートを行うには、１層ごと
にコート後にボビンに巻き取っても良いが、場合によっ
ては連続して複数の層をコートして最後にボビンに巻き
取っても良い。導電性接着剤を被覆した前記金属線体は
ボビンに巻き取った状態で保存し、太陽電池のグリッド
を形成する際に適宜巻き出して用いる。

【００１６】前記電極を用いるのに好適な太陽電池構成
としては、発電に寄与する半導体層と該半導体層の光入
射側に設けた透明導電層と該透明導電層上に本発明の前
記電極からなる第１の電極と前記半導体層の光入射側と
反対の面に設けた第２の電極からなる構成が好ましい。
前記半導体層としてはｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ショット
キー接合等の半導体接合を有する構造を持つことが必要
であり、材料としては結晶シリコン、多結晶シリコン、
アモルファスシリコン等のIV族の半導体やＣｄＳ、Ｃｄ
ＴｅなどのII-VI族の半導体やＧａＡｓなどのIII-V族の
半導体が好適に用いられる。

【００１７】本発明の電極からなる第１の電極は前記半
導体層の光入射面側に配置されるが、配置方法としては
適当な間隔で平行に配置するのが良い。本発明の電極は
とりわけ大面積の太陽電池を形成する場合に適しており
例えば、３０ｃｍ角の太陽電池を作製する場合には、半
導体層上に３０ｃｍの長さの本発明の電極を平行に所定
の間隔で設置すれば良い。

【００１８】本発明の集電電極の作製方法を実施するの
に好適な装置の例を図１〜３に示す。

【００１９】図１は真空を用いた加熱装置の模式的断面
図である。図１において、１０１は加熱板、１０２はヒ
ーター、１０３は光起電力素子、１０４は樹脂フィル
ム、１０５は樹脂シート、１０６は上部チャンバー、１
０７は下部チャンバー、１０８および１０９は排気孔を
示す。図１の装置では、加熱板１０１で光起電力素子１
０１を加熱すると同時に樹脂シート１０５により加圧さ
れることで接着を行う。

【００２０】加熱板１０１は光起電力素子を加熱するた
めのものである。大面積の光起電力素子を加熱する場合
には表面温度にばらつきが生じないように制御する。光
起電力素子１０３は集電電極が配置される側と反対側の
面を下にして加熱板１０１に設置される。樹脂フィルム
１０４は、集電電極の導電性接着剤が樹脂シート１０５
に付着するのを防ぐためと、樹脂シート１０５が加熱さ
れた際に出る油等が光起電力素子に付着するのを防ぐた
めのもので所望に応じて用いられる。材料としては、例
えば、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ樹脂等の１００μｍ程度の厚み
の公知の高分子フィルムが好適に用いられる。

【００２１】樹脂シート１０５は真空を保持するためと
圧力を均一にかけるためのもので熱に強く、耐久性のあ
る物を使用する。材料としては、具体的にはシリコンゴ
ム、フッ素ゴム、ネオプレンゴムなどの弾性のある材料
が好適に用いられる。前記シートの厚みと弾性は所望に
応じて設計されるものであるが、厚みについては１から
５ｍｍ程度が好適である。１ｍｍより薄すぎると圧縮ひ
ずみが小さすぎ均一に被覆ワイヤーに圧力をかけること
ができない。逆に５ｍｍより厚すぎると圧縮ひずみが大
きすぎて被覆ワイヤーに十分な圧力がかからず接着が困
難となる。排気孔１０８、１０９には不図示の真空ポン
プが接続されていて上部チャンバー１０６と前記下部チ
ャンバー１０７の内部を真空にする。所望に応じて下部
チャンバー１０７のみを真空として、上部チャンバー１
０６を大気圧としても良い。

【００２２】図２は真空を用いない加熱装置の例である
が図において、２０６は加圧板である。加圧板２０６は
光起電力素子２０３に均一な圧力をかけるためのもので
あり特に温度調節を必要としないが所望に応じて冷却手
段を設けても良い。

【００２３】図３は長尺の光起電力素子を処理するのに
適した加熱装置である。図において３０４はローラーで
ある。ロール３０４には、図２における樹脂フィルム２
０４や樹脂シート２０５と同様のものを所望に応じて巻
いても良い。このようにすると部分的にプレスする事が
でき、大面積でも圧力にばらつきが生じることなくプレ
スできる。印加圧力としては、１〜１０ｋｇ／ｃｍ²が
良い。これより小さいと、熱により軟化した導電性接着
剤があまり押しつぶされず、光起電力素子との接着面積
が小さくなりシリーズ抵抗が大きくなってしまう。ま
た、圧力が大きすぎると逆に熱により軟化した導電性接
着剤が押しつぶされて大きく広がり、シャドーロスが大
きくなってしまう。

【００２４】これらの集電電極製造方法は、電極形成面
の熱により被覆ワイヤーの導電性接着剤を軟化させる事
を特徴とするが、電極形成面の熱により被覆ワイヤーの
導電性接着剤を軟化させれば電極形成面が上向きでも、
下向きでも良い。

【００２５】本発明の太陽電池の第２の電極は半導体層
の裏面側に設けられるものであり、スクリーン印刷、蒸
着等の方法で金属を形成する。金属の種類は半導体と良
好なオーミック性が得られるものを適宜選択して用い
る。前記半導体層がアモルファスシリコンのように薄膜
である場合には支持基板が必要となり、絶縁性あるいは
導電性基板が用いられる。図６は、このような太陽電池
の一実施態様例を示す模式的断面図である。図におい
て、６０１は支持基板、６０２は、裏面側の電極、６０
３、６０４、６０５はそれぞれ半導体層、６０６はグリ
ッド、６０７は透明電極を表す。

【００２６】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の導電性接着剤
のコートされた金属線体の電極形成面上への熱圧着方法
を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。

【００２７】（実施例１）まず、金属線体へコートする
熱硬化性の導電性接着剤を作製した。

【００２８】導電性顔料としてカーボン・ブラックを３
５重量部、バインダーとしてウレタン樹脂５９重量部、
硬化剤としてイソシアネート９．５重量部、溶剤として
ブチルエーテルアセテートを１２重量部、メチルエチル
ケトンを８重量部をペイントシェーカーで分散し、導電
性接着剤とした。この導電性接着剤の乾燥後の軟化温度
は１１０℃であった。

【００２９】自作のワイヤーコート装置を用いて、直径
１００μｍの銅ワイヤーを該導電性接着剤中を通して該
導電性接着剤を付着させ、赤外線で１２０℃に加熱し、
導電性接着剤を乾燥した。

【００３０】次に、図４に示すように、有効面積が３０
ｃｍ×３５ｃｍの光起電力素子４０１の集電電極形成位
置に被覆ワイヤー４０２を乗せ、それぞれ両端にテンシ
ョンをかけた状態で、エッチングライン４０３より外側
で両端を瞬間接着剤または、紫外線硬化接着剤４０４に
より固定した。次に、集電電極形成面を上にして図１の
真空ホットプレス機の加熱板１０１の上に乗せ、排気孔
１０８より上部チャンバー１０６を、排気孔１０９より
下部チャンバー１０７を真空排気した。その後、上部チ
ャンバー１０６に空気孔１１０より空気を入れ、集電電
極を大気圧でプレスし、加熱板により電極形成面上温度
を２００℃にし３０秒プレスを行った。次にＪＩＳＣ８
９１３結晶系太陽電池セル出力測定方法に基づきＡＭ
１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃ
ｍ²の光量の疑似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）
を用いて試料の太陽電池特性を測定した。その結果を表
１に示す。

【００３１】（比較例１）被覆ワイヤーの乗った光起電
力素子の電極形成面を下にして図１の真空ホットプレス
機の加熱板１０６に乗せる以外は、実施例１と同じにし
電極を形成し、実施例１と同様の評価を行い、その結果
を表１に併記した。

【００３２】また、実施例１及び比較例１において、電
極形成後の電極部の断面を光学顕微鏡で観察した。その
結果を模式図で図５に示す。なお、図５において、５０
１は導電性接着剤、５０２は金属線体、５０３は光起電
力素子を示す。

【００３３】表１及び図５から明らかなように、比較例
１に比べ、実施例１はシャドーロス及びシリーズ抵抗が
小さく、変換効率として約２５％高い値を示した。この
理由は、図１に示すように、比較例１の方法では、加熱
板１０１にあたっている側の導電性接着剤が電極形成面
側にある導電性接着剤よりも軟化しつぶされ、また、電
極形成面にうまく導電性接着剤が着かなかったためと考
えられる。

【００３４】

【表１】（実施例２）被覆ワイヤー及び光起電力素子は実施例１
と同様の物を使用し、図２のホットプレス機を用いて集
電電極を形成した。

【００３５】まず、光起電力素子上に該被覆ワイヤーを
乗せ、テンションをかけた状態で、集電電極形成面を上
にし、図２のホットプレス機の加熱板２０１の上に乗
せ、上方より１ｋｇ／ｃｍ²の圧力でプレスし、加熱板
により電極形成面上温度を２５０℃にし３０秒プレスを
行い、その後、両端の該被覆ワイヤーを切断し、実施例
１と同様の評価を行った結果を表２に示す。

【００３６】また、図２のホットプレス機において、２
０５のシリコンゴムを無くす以外は、上記方法と同様に
して作製した光起電力素子についても同様の評価を行
た。その結果を表２に併記した。

【００３７】

【表２】表２から明らかなように、シリコンゴムを用いた場合、
集電電極に均一に圧力がかかり、導電性接着剤が電極形
成面上に均一に接着され、シリーズ抵抗はより小さい値
となった。この結果として、変換効率は約１０％高い値
となっていると考えられる。

【００３８】以上のように、シリコンゴム等の弾性を有
する樹脂を用いて加圧することにより、より均一な接着
を行うことが可能となる。

【００３９】（実施例３）図３のホットプレス機を用い
て、実施例１、２の光起電力素子の２倍の面積（３０ｃ
ｍを６０ｃｍにする）を有する大型光起電力素子上に集
電電極を形成した。なお、被覆ワイヤー及び光起電力素
子は実施例１と同様のものを用いた。

【００４０】光起電力素子上に被覆ワイヤーを乗せ、テ
ンションをかけた状態で、集電電極形成面を上にして、
図３に示すホットプレス機の加熱板３０１上に乗せ、加
熱板により集電電極形成面上温度を２５０℃にし、ロー
ラーを転がしながら上方から１０ｋｇ／ｃｍ²の圧力を
かけてプレスを行った。

【００４１】得られた光起電力素子について、実施例１
と同様な評価を行った。この結果を表３に示す。

【００４２】また、比較のため、図１の装置を用いて実
施例１と同様にして大型光起電力素子上に集電電極を形
成した。

【００４３】大型光起電力素子上に被覆ワイヤーを乗
せ、テンションをかけた状態で、集電電極形成面を上に
し、図１のホットプレス機の加熱板１０１の上に乗せ、
上方より１ｋｇ／ｃｍ²の圧力でプレスし、加熱板によ
り電極形成面上温度を２５０℃にし３０秒プレスを行っ
た。その後、両端の該被覆ワイヤーを切断し、実施例１
と同様の評価を行った。この結果も表３に示す。

【００４４】表３が示すように、大型光起電力素子の場
合には、ローラーを用いることにより、一層良好なシリ
ーズ抵抗、変換効率が得られることが分かる。

【００４５】これは、ローラーを用いて加圧すると、大
面積の場合でも全体にわたり均一に圧力がかかり、導電
性接着剤を電極形成面上に均一に接着できるためと考え
られる。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【発明の効果】本発明により、即ち、集電電極を光起電
力素子上に設置し、前記集電電極に圧力を印加すると同
時に、前記集電電極が設置される面と反対側の面から光
起電力素子を加熱する光起電力素子の集電電極作製方法
を用いる事により、集電電極の幅を小さくできシャドー
ロスを減少できる。また、金属線体に均一に圧力がかか
るため、接着されない箇所がなくなりシリーズ抵抗が小
さくなる結果、高い変換効率が得られる。

【００４８】また、前記加熱温度が前記導電性接着剤の
軟化温度から１５０℃高い温度の範囲とすることによ
り、及び／または前記印加圧力を１ｋｇ／ｃｍ²以上１
０ｋｇ／ｃｍ²以下とすることでさらに良好な特性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極形成方法を行うに好適な装置を示
す模式図である。

【図２】本発明の電極形成方法を行うに好適な装置の他
の例を示す模式図である。

【図３】本発明の電極形成方法を行うに好適な装置の他
の例を示す模式図である。

【図４】本発明の電極形成方法を説明する模式図であ
る。

【図５】本発明の電極形成方法により形成された光起電
力素子の集電電極の模式的断面図である。

【図６】本発明の電極形成方法により形成された光起電
力素子の模式的断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１加熱板、１０２、２０２、３０２ヒーター、１０３、２０３、３０３、５０３光起電力素子、１０４、２０４樹脂性フィルム、１０５、２０５加圧用樹脂性シート、１０６上部チャンバー、１０７下部チャンバー、１０８、１０９排気孔、１１０、１１１吸気孔、３０４ローラー、４０１、６０１基板、４０２金属ワイヤ、４０３エッチライン、４０４接着剤、５０１導電性接着剤、５０２金属ワイヤ、６０２裏面電極、６０３Ｎ層、６０４Ｉ層、６０５Ｐ層、６０６グリッド、６０７透明導電膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一ノ瀬博文東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１層の導電性接着剤で被覆さ
れた金属線体からなる集電電極を光起電力素子に配設す
る方法であって、前記集電電極を光起電力素子上に設置
し、前記集電電極に圧力を印加すると同時に、前記集電
電極が設置される面と反対側の面から光起電力素子を加
熱することを特徴とする光起電力素子の集電電極作製方
法。
【請求項２】前記加熱する温度は、前記導電性接着剤
の軟化温度から１５０℃高い温度の範囲とすることを特
徴とする請求項１記載の光起電力素子の集電電極作製方
法。
【請求項３】前記印加する圧力は、１ｋｇ／ｃｍ²以
上１０ｋｇ／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項
１または２に記載の光起電力素子の集電電極作製方法。