KR100658129B1 - 태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 발전(發電) 효율이 높은 태양 전지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
입사한 광에 의해 발전하는 발전 소자(53)가 기판(52) 상에 복수 형성된다.
발전 소자(53)의 각각에 상기 광의 입사 측에 설치되고, 상기 광을 집광하여 발전 소자(53)로 유도하는 렌즈부(54)를 갖는다.
발전 소자, 렌즈부, 전사용 기판, 투광성 내열 기판, 박리층, 액적 토출 장치, 뱅크

Description

태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기{SOLAR CELL DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 장치의 부분 평면도.
도 2는 태양 전지 장치의 주요 부분을 확대한 단면도.
도 3은 전사(轉寫)용 기판의 부분 단면도.
도 4는 액적(液滴) 토출 장치의 개략적인 사시도.
도 5는 피에조 방식에 의한 액상체의 토출 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 태양 전지 장치의 제조 순서를 나타내는 도면.
도 7은 제 2 실시형태에 따른 태양 전지 장치의 주요 부분을 확대한 단면도.
도 8은 제 3 실시형태에 따른 태양 전지 장치의 주요 부분을 확대한 단면도.
도 9는 본 발명의 태양 전지 장치를 적용한 전자 기기의 구체적인 예를 나타내는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
51 : 태양 전지 장치
52 : 기판
53 : 발전 소자
54 : 렌즈부
62 : 내열 기판(제 2 기판)
65 : 뱅크(돌부(突部))
66 : 보조 기판(제 3 기판)
801 : 시계 본체(전자 기기)
802 : 전원부
본 발명은 태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
태양 전지의 분야에서는 에너지 변환 효율을 높이기 위해서, 복수의 태양 전지 소자막을 적층하여 이루어지는 태양 전지(소위 탠덤형 태양 전지)의 개발이 진행되고 있다.
이와 같은 태양 전지에서는, 비교적 짧은 파장의 광을 흡수하는 태양 전지 소자막(예를 들면, 단결정 실리콘)을 수광면(受光面)의 가까이에 배치하고, 비교적 긴 파장의 광을 흡수하는 태양 전지 소자막(예를 들면, 단결정 실리콘 게르마늄)을 수광면으로부터 떨어진 위치에 배치함으로써, 폭넓은 파장대역(帶域)의 광을 효과적으로 흡수하게 되어 있다.
또한, 최근에는 태양 전지의 수광 면적을 크게 하기 위해서, 복수의 태양 전지 소자를 2차원적으로 배치하여 이루어지는 태양 전지(소위 이차원 배치 집적형 태양 전지)의 개발도 진행되고 있다.
종래, 이 종류의 태양 전지를 제조하는 방법으로서는, 대형의 기판 상에 플라즈마 CVD법 등을 사용하여 복수의 태양 전지 소자막을 나란히 하여 형성하는 방법이 사용되고 있다.
그런데, 대형의 기판을 단결정 실리콘이나 폴리 실리콘에 의해 형성하는 것은 곤란하다.
따라서, 특허 문헌 1[일본국 특허공개 2001-53299호 공보]에는 태양 전지 소자막을 포함하는 한 쌍의 소자 유닛을 접합시킴으로써 태양 전지를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 2[일본국 특허공개 소10-150213호 공보]에는 인쇄법을 사용하여 태양 전지를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술에는 아래와 같은 문제가 존재한다.
특허 문헌 1의 기술에서는 대형의 기판 전체 면에서 접합을 행하면 고가(高價)가 되는 문제가 생긴다.
또한, 이차원으로 배치된 각 태양 전지 소자는 미소(微小)하기 때문에 광의 이용 효율이 충분하다고 말할 수 없어, 발전 효율이 뛰어난 태양 전지의 개발이 요구되고 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 하루중 또는 년간 태양광의 조사 각도 변화에 대하여, 평균한 광조사를 받는 것을 가능하게 하는 것을 목적으로 하여, 렌티큘러(lenticular) 렌즈나 프라이-아이(fly-eye) 렌즈를 사용하는 기술이 기재되어 있으나, 이들 렌즈는 입사광이 확산하기 때문에 조도(照度) 분포의 균일화에는 기여 하지만, 예를 들면 각 태양 전지 소자의 개구율을 향상시키는 등, 발전 효율을 높이기에 충분하다고는 말할 수 없었다.
본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 발전 효율이 높은 태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저비용의 태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용하고 있다.
본 발명의 태양 전지 장치는 입사한 광에 의해 발전하는 발전 소자가 기판 상에 복수 형성되는 태양 전지 장치로서, 상기 발전 소자의 각각에 상기 광의 입사 측에 설치되고, 상기 광을 집광하여 상기 발전 소자로 유도하는 렌즈부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 렌즈부에 입사한 광을 집광하여 발전 소자로 유도할 수 있기 때문에, 개구율이 커지게 되어 발전 효율을 높일 수 있다.
기판 상의 발전 소자로서는, 상기 기판과는 다른 제 2 기판에 형성되며, 또한 상기 제 2 기판으로부터 박리(剝離)하여 상기 기판에 전사되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에서는 기판 상에 간격을 두고 분산 배치되는 다수의 발전 소자를 제 2 기판 상에 집중적으로 제조할 수 있으므로, 기판 상에 직접 발전 소자를 형성할 경우와 비교하여, 소자의 제조에 있어서 면적 효율을 대폭 향상시킬 수 있고, 발전 소자가 분산 배치된 기판을 효율적으로 저렴하게 제조할 수 있다.
또한, 제 2 기판은 반드시 대형일 필요는 없으므로, 대형의 기판에 발전 소자를 복수 배치할 경우에도 지장 없이 제조하는 것이 가능하다.
또한, 상기 기판에 상기 제 2 기판 상에 형성된 복수의 발전 소자 중, 일부의 발전 소자가 선택되어 전사되는 구성도 바람직하다.
이에 따라, 발전 소자를 기판 상의 임의의 위치, 임의의 개수로 용이하게 배치할 수 있음과 동시에, 제 2 기판 상에 제조한 발전 소자를 전사 전에 선별·배제하는 것이 가능하게 되어, 제품 수율을 향상시킬 수도 있다.
렌즈부로서는, 렌즈 형성 재료의 액적을 토출함으로써 형성하는 구성도 바람직하다. 이 경우, 미소의 렌즈부를 소정의 위치에 고정밀도, 또한 저비용으로 형성할 수 있다.
이 경우, 렌즈부를 상기 기판과의 거리가 조정 가능하게 지지된 제 3 기판에 설치하는 구성도 바람직하다.
이에 따라, 렌즈부와 발전 소자의 거리를 자유자재로 조정하는 것이 가능하게 되어, 렌즈부의 초점 위치 조정 등, 발전 소자에의 광의 조사 범위를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 렌즈부로서는 기판 상에 상기 발전 소자를 덮어서 설치하는 구성도 채용 가능하다. 이 경우, 액적의 표면 장력에 의해 용이하게 구면을 형성하는 것이 가능함과 동시에, 자기 배열성을 이용하기 때문에 광축 맞춤이 불필요하게 된다.
렌즈부를 기판 상에 설치할 경우에는, 발전 소자의 주위에 친액성(親液性)을 갖는 돌부(突部)를 상기 기판과 단차(段差)를 갖고 설치하는 구성이 바람직하다.
이에 따라, 돌부로부터 튀지 않는 상태에서 액적을 공급할 수 있기 때문에, 돌부 상에 보다 구면에 가까운 형상의 렌즈부를 형성할 수 있다. 또한, 액적량을 조정함으로써 초점 거리를 조정하는 것도 가능하다.
상기 발전 소자의 배치로서는, 상기 기판 상에 지그재그 모양으로 배치하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 평면으로부터 보아 대략 원형의 렌즈부를 세밀하게 하여 효율적으로 광을 수광(受光)하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 전자 기기는 상기의 태양 전지 장치를 전원부로서 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 발전 효율이 높고 저렴한 전원을 가짐으로써, 발전 효율이 뛰어난 저가격의 전자 기기를 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 태양 전지 장치의 제조 방법은, 입사한 광에 의해 발전하는 발전 소자를 기판 상에 복수 형성하는 태양 전지 장치의 제조 방법으로서, 상기 광을 집광하여 상기 발전 소자에 유도하는 렌즈부를 상기 발전 소자의 각각에 상기 광의 입사 측에 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 렌즈부에 입사한 광을 집광하여 발전 소자에 유도하는 것이 가능하기 때문에, 개구율이 커지게 되어 발전 효율을 높일 수 있다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명의 태양 전지 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기의 실시형태를 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은 태양 전지 장치의 부분 평면도이며, 도 2는 주요 부분을 확대한 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 태양 전지 장치(51)는 글래스 등의 기판(52) 상에 폴리 실리콘(또는 단결정 실리콘)으로 형성된 발전 소자(53)와, 방사선 조사 경화형 수지로 형성된 렌즈부(54)가 쌍을 이루어 각각 복수 배열되어 있다. 또한, 기판(52) 상에는 발전 소자(53)로부터의 전류를 취출하기 위한 Y축 방향을 따른 배선(55)이 X축 방향으로 간격을 두고 형성되어 있다.
그리고, 발전 소자(53) 및 렌즈부(54)는 배선(55) 상에 Y축 방향으로 거의 일정한 피치로, 또한 X축 방향으로 이웃하는 열(列)은 반 피치 벗어난 지그재그 모양으로 배열되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 발전 소자(53)는 기판(52) 상의 배선(55, 55)의 사이에 도전성 접착제(56)을 통하여 고정되어 있고, 렌즈부(54)는 발전 소자(53)를 덮도록, 발전 소자(53)에 입사하는 광의 입사 측(도 2 중, 위쪽)에 대략 반구 형상으로 설치되어 있다.
또한, 실제로는 이들 발전 소자(53) 및 렌즈부(54) 상에는 보호 글래스 등이 설치되어 있지만, 여기에서는 편의상 도시를 생략하고 있다.
또한, 발전 소자(53)는 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 미리 전사용 기판(61)상에 복수 형성된다. 전사용 기판(61)은 예를 들면, 1000℃ 정도에 견디는 석영 글래스 등의 투광(透光)성 내열 기판(제 2 기판)(62) 상에 박리층(63)이 형성되고, 박리층(63) 상에 복수의 발전 소자(53)가 형성된 구성으로 되어 있다. 투광성 내열 기판(62)의 두께에는 큰 제한 요소는 없지만, 기판의 두께가 너무 얇으면 강도의 저하를 초래하고, 반대로 너무 두꺼우면 기판의 투과율이 낮은 경우에 후술하는 조사광의 감쇠(減衰)를 초래하기 때문에, 0.1㎜ ∼ 5.0㎜ 정도인 것이 바람직하며, 0.5㎜ ∼ 1.5㎜ 정도인 것이 보다 바람직하다.
박리층(63)은 레이저광 등의 조사광에 의해 해당 층 내(內)나 계면에서 박리(「층내 박리」또는「계면 박리」라고도 함)를 발생시킨다. 즉, 일정한 강도의 조사광을 조사함으로써, 구성 물질을 구성하는 원자 또는 분자에서의 원자간 또는 분자간의 결합력이 소실 또는 감소하여, 어브레이션(ablation) 등이 발생하고, 박리를 일으키는 것이다. 또한, 조사광의 조사에 의해, 박리층(63)에 함유되어 있던 성분이 기체가 되어 방출되어 분리에 이르는 경우와, 박리층(63)이 광을 흡수하여 기체가 되고, 그 증기가 방출되어 분리에 이르는 경우가 있다.
박리층(63)의 조성으로서는, 예를 들면 비정질 실리콘(a-Si)을 사용할 수 있다. 이 비정질 실리콘 중에는 수소(H)가 함유되어 있어도 좋다. 수소의 함유량은 2 at％(원자％）정도 이상인 것이 바람직하며, 2 ∼ 20 at％인 것이 더 바람직하다. 수소가 함유되어 있으면, 광의 조사에 의해 수소가 방출됨으로써, 박리층(63)에 내압이 발생하여, 이것이 박리를 촉진시킨다. 수소의 함유량은 성막(成膜) 조건, 예를 들면 CVD법을 사용하는 경우에는, 그 가스 조성, 가스 압력, 가스 분위기, 가스 유량, 가스 온도, 기판 온도, 투입하는 파워 등의 조건을 적당하게 설정 함으로써 조정한다. 이 밖의 박리층 재료로서는, 산화 규소 혹은 규산 화합물, 질화 규소, 질화 알루미늄, 질화 티탄 등의 질화 세라믹스, 유기 고분자 재료(광의 조사에 의해 이들의 원자간 결합이 절단되는 것), 금속, 예를 들면 Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd 혹은 Sm, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금을 들 수 있다.
박리층(63)의 두께로서는 박리층(63)의 두께가 너무 얇으면 형성된 막두께의 균일성이 없어져 박리에 불균일이 발생하고, 박리층(63)의 두께가 너무 두꺼우면 박리에 필요한 조사광의 파워(광량)를 크게 할 필요가 있거나, 또한 박리 후에 남겨진 박리층(63)의 찌꺼기를 제거하는데 시간을 필요로 하기 때문에, 1㎚ ∼ 20㎛ 정도인 것이 바람직하며, 10㎚ ∼ 2㎛ 정도인 것이 더 바람직하고, 20㎚ ∼ 1㎛ 정도인 것이 더욱 더 바람직하다.
박리층(63)의 형성 방법으로서는 균일한 두께로 박리층(63)을 형성 가능한 방법이면 좋으며, 박리층(63)의 조성이나 두께 등의 여러가지 조건에 따라 적당하게 선택하는 것이 가능하다. 예를 들면, CVD(MOCCVD, 저압 CVD, ECR-CVD 포함)법, 증착(蒸着), 분자선 증착(ＭＢ), 스퍼터링법, 이온 도핑법, PVD법 등의 각종 기상 성막법, 전기 도금, 침지(浸漬) 도금(디핑), 무전해 도금법 등의 각종 도금법, 랭그뮤어 브로제트(LB)법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 롤코팅법 등의 도포법, 각종 인쇄법, 전사법, 잉크젯법, 분말 제트법 등에 적용할 수 있다. 이들 중 2종 이상의 방법을 조합시켜도 좋다.
특히 박리층(63)의 조성이 비정질 실리콘(a-Si)의 경우에는, CVD법, 특히 저 압 CVD나 플라즈마 CVD에 의해 성막하는 것이 바람직하다. 또한, 박리층(63)을 졸-겔(sol-gel)법에 의해 세라믹을 사용하여 성막하는 경우나, 유기 고분자 재료로 구성할 경우에는, 도포법, 특히 스핀 코팅에 의해 성막하는 것이 바람직하다.
도 3(b)는 본 실시형태에 있어서 이용할 수 있는 pin형의 발전 소자(53)의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 발전 소자(53)는 도전막(72), n형 반도체층(73), i형 반도체층(74), p형 반도체층(75), 절연층(76), 투명 도전막이 순서대로 적층 형성된 구성으로 되어 있다.
또한, 발전 소자(53)의 제조 방법에 대해서는 공지되어 있으므로 여기서는 생략한다.
이어서, 상기 구성의 태양 전지 장치(51)의 렌즈부(54)을 형성할 때에 사용할 수 있는 액적 토출 장치에 대하여 설명한다.
도 4는 액적 토출 장치(IJ)의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
액적 토출 장치(IJ)는 액적 토출 헤드(1)와, X축 방향 구동축(4)과, Y축 방향 가이드축(5)과, 제어 장치(CONT)와, 스테이지(7)와, 클리닝 기구(8)와, 기대(基臺)(9)와, 히터(15)를 구비하고 있다.
스테이지(7)는 이 액적 토출 장치(IJ)에 의해 잉크(기능액)가 설치되는 기판(P)(상기의 기판(52))을 지지하는 것으로서, 기판(P)을 기준 위치에 고정하는 도시하지 않은 고정 기구를 구비하고 있다.
액적 토출 헤드(1)는 복수의 토출 노즐을 구비한 멀티 노즐 타입의 액적 토출 헤드이며, 길이 방향과 Y축 방향을 일치시키고 있다. 복수의 토출 노즐은 액적 토출 헤드(1)의 하면에 Y축 방향으로 나란하게 일정한 간격으로 설치되어 있다. 액적 토출 헤드(1)의 토출 노즐로부터는 스테이지(7)에 지지되어 있는 기판(P)에 대하여, 상술한 렌즈 형성 재료를 포함하는 잉크가 토출된다.
X축 방향 구동축(4)에는 X축 방향 구동 모터(2)가 접속되어 있다. X축 방향 구동 모터(2)는 스텝핑(stepping) 모터 등으로, 제어 장치(CONT)로부터 X축 방향의 구동 신호가 공급되면, X축 방향 구동축(4)을 회전시킨다. X축 방향 구동축(4)이 회전하면, 액적 토출 헤드(1)는 X축 방향으로 이동한다.
Y축 방향 가이드축(5)은 기대(9)에 대해 움직이지 않도록 고정되어 있다. 스테이지(7)는 Y축 방향 구동 모터(3)를 구비하고 있다. Y축 방향 구동 모터(3)는 스텝핑 모터 등으로, 제어 장치(CONT)로부터 Y축 방향의 구동 신호가 공급되면, 스테이지(7)를 Y축 방향으로 이동시킨다.
제어 장치(CONT)는 액적 토출 헤드(1)에 액적의 토출 제어용의 전압을 공급한다. 또한, X축 방향 구동 모터(2)에 액적 토출 헤드(1)의 X축 방향의 이동을 제어하는 구동 펄스 신호를, Y축 방향 구동 모터(3)에 스테이지(7)의 Y축 방향의 이동을 제어하는 구동 펄스 신호를 공급한다.
클리닝 기구(8)는 액적 토출 헤드(1)를 클리닝하는 것이다. 클리닝 기구(8)에는 도시하지 않은 Y축 방향의 구동 모터가 구비되어 있다. 이 Y축 방향의 구동 모터의 구동에 의해, 클리닝 기구는 Y축 방향 가이드축(5)을 따라 이동한다. 클리닝 기구(8)의 이동도 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다.
히터(15)는 여기에서는 램프 어닐링(lamp annealing)에 의해 기판(P)을 열처 리하는 수단이며, 기판(P) 상에 도포된 액체 재료에 포함되는 용매의 증발 및 건조를 행한다. 이 히터(15)의 전원의 투입 및 차단도 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다.
액적 토출 장치(IJ)는 액적 토출 헤드(1)와 기판(P)을 지지하는 스테이지(7)를 상대적으로 주사(走査)하면서 기판(P)에 대하여 액적을 토출한다. 여기서, 이하의 설명에서는 X축 방향을 주사 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향을 비주사 방향이라고 한다. 따라서, 액적 토출 헤드(1)의 토출 노즐은 비주사 방향인 Y축 방향에 일정한 간격으로 나란하게 설치되어 있다. 또한, 도 1에서는, 액적 토출 헤드(1)는 기판(P)의 진행 방향에 대해 직각으로 배치되어 있지만, 액적 토출 헤드(1)의 각도를 조정하여, 기판(P)의 진행 방향에 대하여 교차시키도록 하여도 좋다.
이와 같이 하면, 액적 토출 헤드(1)의 각도를 조정함으로써 노즐 간의 피치를 조절할 수 있다. 또한, 기판(P)과 노즐면의 거리를 임의로 조절할 수 있도록 하여도 좋다.
도 5는 피에조 방식에 의한 액체 재료의 토출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 있어서, 액체 재료(렌즈 형성 재료, 기능액)를 수용하는 액체실(21)에 인접하여 피에조 소자(22)가 설치되어 있다. 액체실(21)에는 액체 재료를 수용하는 재료 탱크를 포함하는 액체 재료 공급계(系)(23)를 통하여 액체 재료가 공급된다. 피에조 소자(22)는 구동 회로(24)에 접속되어 있으며, 이 구동 회로(24)를 통하여 피에조 소자(22)에 전압을 인가하고, 피에조 소자(22)를 변형시킴으로써, 액체실(21)이 변형하고, 노즐(25)로부터 액체 재료가 토출된다. 이 경우, 인가 전압의 값을 변화시킴으로써, 피에조 소자(22)의 뒤틀림량이 제어된다. 또한, 인가 전압의 주파수를 변화시킴으로써, 피에조 소자(22)의 뒤틀림 속도가 제어된다. 피에조 방식에 의한 액적 토출은 재료에 열을 가하지 않기 때문에, 재료의 조성에 영향을 주기 어렵다는 이점을 갖는다.
이어서, 태양 전지 장치(51)를 제조하는 순서에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 이들 도면에서는, 이해를 용이하게 하기 위해 각 층이나 각 부재마다 간략화하여 도시함과 동시에 축척(縮尺)을 다르게 하고 있다.
우선, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링이나 포토리소그래피 등의 공지된 기술을 사용하여, 기판(52) 상에 배선(55)을 형성함과 동시에, 배선(55) 상에 도전성 접착제(56)를 도포한다. 또한, 배선(55)의 형성에는 스퍼터링이나 포토리소그래피 등을 사용하지 않고, 상기의 액적 토출 장치(IJ)에 의해 금속 미립자를 포함하는 액상체를 토출하는 것(액적 토출 방식)에 의해 형성하여도 좋다.
다음으로, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 복수의 발전 소자(53)가 형성된 전사용 기판(61)을 기판(52)에 위치 결정하여 대향(對向) 배치한다.
그리고, 도전성 접착제(56)를 도면 중 종방향으로 가열 및 가압하면서 경화시킨다. 이에 따라, 발전 소자(53)와 배선(55)(및 기판(52))이 도전성 접착제(56)를 통하여 접착됨과 동시에, 이 도전성 접착제(56) 중의 도시하지 않은 도전 입자가 도면 중 종방향으로 이어져(접촉하여), 발전 소자(53)와 배선(55)이 상기 도전 입자를 통하여 전기적으로 접속된다.
이어서, 복수의 발전 소자(53) 중, 소정의 발전 소자(53)에 대하여 투광성 내열 기판(62)의 이면측(조사광 입사면(62a) 측)으로부터 조사광 L을 선택적(국소적)으로 조사한다(도 6(b) 참조). 이 조사광 L은 기판(62)을 투과한 후, 계면측으로부터 박리층(63)에 조사된다.
조사광 L로서는, 박리층(63)에 층내(內) 박리 및/또는 계면 박리를 일으키는 것이라면 어떤 것이라도 좋으며, 예를 들면 X선, 자외선, 가시광, 적외선(열선), 레이저광, 밀리웨이브(milliwave)파, 마이크로파, 전자선, 방사선(α선, β선, γ선) 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 박리층(63)의 박리(ablation)를 발생시키기 쉬운 점에서 레이저광이 바람직하다. 이 레이저광을 발생시키는 레이저 장치로서는, 각종 기체 레이저, 고체 레이저(반도체 레이저) 등을 들 수 있지만, 엑시머(excimer) 레이저, Nd-YAG 레이저, Ar 레이저, CO2 레이저, CO 레이저, He-Ne 레이저 등이 적합하게 사용되며, 그 중에서도 엑시머 레이저가 특히 바람직하다. 엑시머 레이저는 단파장 영역에서 고에너지를 출력하기 때문에, 아주 짧은 시간에 박리층(63)에 어브레이션을 발생시킬 수 있고, 따라서 인접하는 또는 근방의 발전 소자(53), 기판(62) 등에 온도 상승을 거의 발생시키지 않고, 즉 열화, 손상을 발생시키지 않고 박리층(63)을 박리할 수 있다.
이에 따라, 박리층(63)에 층내 박리 및/또는 계면 박리가 발생하고, 결합력이 감소 또는 소멸하므로, 기판(62)과 발전 소자(53)를 이간(離間)시키면, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 발전 소자(53)가 기판(62)으로부터 이탈하여, 기판(52)에 전 사된다.
그 후, 상기 액적 토출 장치(IJ)를 사용하여, 각 발전 소자(53)의 상부(발전 소자(53)에의 광의 입사측)에 광투과성 수지 등의 렌즈 형성 재료를 도포한다(도 2참조).
광투과성 수지로서는, 특히 비용제계(非溶劑系)의 것이 적합하게 사용된다. 이 비용제계의 광투과성 수지는 유기 용제를 사용하여 광투과성 수지를 용해하여, 액상체로 하지 않고, 예를 들면 이 광투과성 수지를 그 모노머(monomer)로 희석함으로써 액상화하며, 액적 토출 헤드(1)로부터의 토출을 가능하게 한 것이다. 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트, 폴리사이클로헥실메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리디에틸렌글리콜비스-알릴카보네이트, 폴리카보네이트 등의 알릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리초산비닐계 수지, 셀룰로스계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리스틸렌계 수지 등의 열가소성(熱可塑性) 또는 열경화성의 수지를 들 수 있고, 이들 중 1종이 사용되거나, 혹은 복수 종이 혼합되어 사용된다.
다만, 본 예에서는 특히 광투과성 수지로서 방사선 조사 경화형의 것이 이용된다. 방사선 경화형 수지 이외에는 열경화성 수지나 복수의 수지를 혼합하여 경화 반응시킨 바와 같은 것도 이용할 수 있다. 이 방사선 조사 경화형의 것은 상기의 광투과성 수지에 비이미다졸계 화합물 등의 광중합 개시제가 배합되어 이루어진 것이며, 이와 같은 광중합 개시제가 배합된 것에 의해, 방사선 조사 경화성이 부여 된 것이다. 방사선이란 가시광선, 자외선(UV), 원자외선, X선, 전자선 등의 총칭으로서, 특히 자외선이 일반적으로 사용된다.
상기 광투과성 수지의 표면장력은 0.02 N/m 이상 0.05 N/m 이하의 범위내인 것이 바람직하다. 액적 토출법에 의해 액적을 토출할 때, 표면 장력이 0.02 N/m 미만이면, 액적의 노즐면에 대한 습윤성이 증대하기 때문에 비행 굴곡이 발생하기 쉬어지고, 0.05 N/m을 초과하면 노즐 선단에서의 메니스커스의 형상이 안정되지 않기 때문에 토출량이나 토출 타이밍의 제어가 곤란해진다. 표면 장력을 조정하기 위해서, 상기 분산액에는 기판과의 접촉각을 크게 저하시키지 않고, 굴절율 등의 광학적 특성에 영향을 끼치지 않는 범위에서 불소계, 실리콘계, 비이온계 등의 표면 장력 조절제를 미량 첨가하면 좋다. 비이온계 표면 장력 조절제는 잉크의 기판에의 습윤성을 향상시켜 막의 레벨링(leveling)성을 개량하고, 막의 미세한 요철의 발생 등의 방지에 도움이 되는 것이다. 상기 표면 장력 조절제는 필요에 따라 알콜, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 포함하여도 좋다.
상기 광투과성 수지의 점도는 1 mPa·s 이상 200 mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 액적 토출법을 이용하여 잉크를 액적으로서 토출할 때, 점도가 1 mPa·s 보다 작은 경우에는 노즐 주변부가 잉크의 유출에 의해 오염되기 쉽다. 또한, 점도가 50 mPa·s 보다 큰 경우에는 헤드 또는 액적 토출 장치에 잉크 가열 기구를 설치하는 것으로 토출이 가능하게 되지만, 상온에서는 노즐 구멍에서의 막힘 빈도가 높아져서 원활한 액적 토출이 곤란하게 된다. 200 mPa·s 이상의 경우, 가열하여도 액적을 토출할 수 있는 정도로 점도를 떨어뜨리기가 어렵다.
이와 같은 방사선 조사 경화형의 광투과성 수지의 액적을 원하는 렌즈부(마이크로 렌즈)(54)의 크기에 따라 기판(52)(발전 소자(53)) 상에 1개 또는 복수개 토출한다. 그러면, 이 액적으로 이루어진 광투과성 수지는 그 표면 장력에 의해 도 2에 나타낸 바와 같은 볼록 형상(대략 반구 모양)의 것이 된다.
이렇게 하여, 형성해야 할 단일의 마이크로 렌즈에 대하여 소정량의 광투과성 수지를 토출 도포하고, 또한 이 도포 처리를 원하는 렌즈부(54)의 개수 만큼 행하면, 이들 광투과성 수지에 자외선 등의 방사선을 조사하여 경화시킨다.
이에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같이 렌즈부(54)가 형성되어 있지 않은 경우에는 발전 소자(53)에 입사하지 않았던 광을 발전 소자(53)로 유도하는 것이 가능하게 된다.
또한, 렌즈부(54)의 초점 위치가 발전 소자(53)의 수광면과 일치 또는 접근하고 있는 경우에는, 발전 소자(53)의 수광 면적이 작아지기 때문에, 발전 소자(53)의 수광면 전체가 수광 면적이 되도록 렌즈부(54)의 초점 거리(크기)를 설정하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 발전 소자(53)에 대한 광의 입사 측에 렌즈부(54)를 형성했기 때문에 개구율을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 보다 많은 광을 집광하여 발전 소자(53)에 유도할 수 있고, 발전 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 액적 토출 방식에 의해 렌즈부(54)를 형성하므로, 액적의 표면 장력에 의해 구면(의 일부)을 갖는 렌즈 형상을 용이하게 형성할 수 있음과 동시에, 액적의 자기 배열성에 의해 발전 소자(53)와의 위치 맞춤이 이루어 지므로, 광축 맞춤을 별도로 행할 필요가 없어 생산성의 향상에도 기여할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 발전 소자(53) 및 렌즈부(54)을 기판(52) 상에 지그재그 모양으로 배치하고 있으므로, 보다 많은 발전 소자(53) 및 렌즈부(54)를 설치하는 것이 가능하게 되어, 태양 전지 장치(51)에 입사한 광을 효율적으로 수광하여 발전(發電)에 제공할 수 있다.
게다가, 본 실시형태에서는 전사용 기판(61)에 형성된 발전 소자(53)를 기판(52)에 전사하고 있으므로, 복수의 발전 소자(53)를 전사용 기판(61) 상에 집중적으로 제조할 수 있고, 기판(52) 상에 직접 발전 소자(53)를 형성할 경우와 비교하여, 소자의 제조에 있어서의 면적 효율을 대폭 향상시킬수 있으며, 발전 소자(53)가 분산 배치된 대형 기판(52)을 효율적으로 저렴하게 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 전사용 기판(61)에 형성된 복수의 발전 소자(53) 중, 일부(파트 부분)를 선택하여 전사하므로, 발전 소자(53)를 기판(52) 상의 임의의 위치, 임의의 개수로 용이하게 배치할 수 있고, 상황에 따라 솎아내기 배치 등이 가능하게 됨과 동시에, 전사용 기판(61) 상에 제조한 발전 소자(53)를 전사 전에 선별·배제하는 것이 가능하게 되어, 제품 수율을 향상시키는 것도 가능하게 된다.
(제 2 실시형태)
도 7은 본 발명의 태양 전지 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다.
이 도면에서, 도 2에 나타내는 제 1 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제 2 실시형태에서는 기판(52) 상의 발전 소자(53)의 주위에 친액성을 가진 뱅크(돌부)(65)가 기판(52)과 미소 단차를 가지고 설치되어 있다
뱅크(65)로서는 리소그래피법이나 인쇄법 등, 임의의 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 리소그래피법을 사용할 경우에는 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 다이(die) 코팅, 딥(dip) 코팅 등 소정의 방법으로, 기판(52) 상에 뱅크의 높이에 맞춰 유기계 감광성 재료를 도포하고, 그 위에 레지스트층을 도포한다. 그리고, 뱅크 형상(배선 패턴)에 맞춰 마스크를 실시하여 레지스트를 노광·현상함으로써 뱅크 형상에 맞춘 레지스트를 남긴다. 최후로 에칭하여 마스크 이외의 부분의 뱅크 재료를 제거한다. 또한, 하층이 무기물이고 상층이 유기물로 구성된 2층 이상으로 뱅크(볼록부)를 형성하여도 좋다.
뱅크(65)를 형성하는 유기 재료로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 올레핀(olefin) 수지, 멜라민(melamine) 수지 등의 고분자 재료를 사용하는 것이 가능하다. 소정의 형상으로 패터닝된 뱅크(65)에 대해서는, 자외선을 조사하는 자외선(UV) 조사 처리나 대기 분위기 중에서 산소를 처리 가스로 하는 O2 플라즈마 처리를 실시함으로써, 친액화(예를 들면 접촉각 10°이하)한다.
예를 들면, O2 플라즈마 처리는 기판(52)에 대하여 플라즈마 방전 전극으로부터 플라즈마 상태의 산소를 조사함으로써 행해지나, 그 조건으로서는 플라즈마 파워가 50 ∼ 1000 W, 산소 가스 유량이 50 ∼ 100 ㎖/min, 플라즈마 방전 전극에 대한 기판(52)의 판(板)반송 속도가 0.5 ∼ 10 ㎜/sec, 기판 온도가 70 ∼ 90℃가 된다.
다른 구성은 상기 제 1 실시형태와 같다.
본 실시형태에서는 발전 소자(53) 상에 토출되어 뱅크(65)에 놓인 액적이 튀지 않기 때문에, 뱅크(65)로부터 넘쳐서 떨어지는 일없이 뱅크(65) 상에 유지된다. 그 때문에, 많은 액적을 도포할 수 있고, 보다 구형 모양에 가까운 렌즈부(54)를 형성하는 것이 가능하게 되며, 적하(滴下)하는 액적의 양을 조정하는 것으로 렌즈부(54)의 초점 거리(초점 위치)를 미(微)조정하는 것도 가능하게 된다.
(제 3 실시형태)
다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 태양 전지 장치의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 발전 소자(53) 상에 렌즈부를 형성했지만, 본 실시형태에서는 렌즈부(54)를 발전 소자(53)와 이간(離間)하여 설치하고 있다.
즉, 본 실시형태에서는 도 8에 나타낸 바와 같이 발전 소자(53)가 설치된 기판(52)과 렌즈부(54)가 설치된 글래스 등에서 형성된 보조 기판(제 3 기판) (66)이 대향하여 배치되어 있다.
보조 기판(66)은 기판(52)에 대하여 스페이서(spacer)(67)를 통해서 지지되고 있으며, 스페이서(67)의 높이를 조절함으로써 기판(52)과의 사이의 거리가 조정 가능하게 되어 있다.
그 때문에, 본 실시형태에서는 렌즈부(54)의 초점 위치의 조정을 용이하게 할 수 있고, 발전 소자(53)에의 광의 조사 범위를 간편하게 변경할 수 있다. 그 때문에, 발전 소자(53)의 수광 면적이 변한 경우에도 용이하게 대응할 수 있다.
(제 4 실시형태)
다음으로, 상기의 태양 전지 장치(1)를 구비한 전자 기기에 대하여 설명한다.
도 9는 손목 시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 9에서, (800)은 시계 본체를 나타내고, (801)은 유기 EL 표시체나 액정 표시체를 구비한 표시부를 나타내며, (802)는 상기 실시형태의 태양 전지 장치(51)를 구비한 전원부를 나타내고 있다.
이 손목 시계형 전자 기기는 상기의 태양 전지 장치(51)를 구비함으로써, 발전 효율이 높고, 저렴한 전원을 갖게 되어, 발전 효율이 뛰어난 저가격의 전자 기기를 얻는 것이 가능하게 된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 적합한 실시형태의 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 언급할 필요도 없다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지(主旨)로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 의거하여 여러가지로 변경 가능하다
예를 들면, 상기 실시형태에서는 발전 소자(53)를 전사에 의해 기판(52) 상에 설치하는 구성으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 발전 소자(53)를 형성한 기판 상에 직접 렌즈부(54)를 설치하는 구성이어도 좋다. 또한, 상기 실시형 태에서는 발전 소자(53) 및 렌즈부(54)의 배치도 지그재그 모양이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 격자 모양으로 배치하는 구성이어도 좋다.
또한, 전자 기기에 대해서도 손목 시계에 한정되지 않고, 벽걸이 시계나 탁상 시계, 휴대 정보 단말 등에도 적용 가능하다.
본 발명에서는 발전 효율이 높고 저렴한 전원을 가짐으로써, 발전 효율이 뛰어난 저가격의 전자 기기를 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에서는 렌즈부에 입사한 광을 집광하여 발전 소자에 유도하는 것이 가능하기 때문에, 개구율이 커지게 되어 발전 효율을 높일 수 있다.

Claims (10)

  1. 입사한 광(光)에 의해 발전(發電)하는 발전 소자가 기판 상에 복수 형성되며 상기 발전 소자는 반도체 소자인 태양 전지 장치로서,
    상기 발전 소자의 각각에 상기 광의 입사 측에 설치되며, 상기 광을 집광(集光)하여 상기 발전 소자로 유도하는 렌즈부를 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 소자는 상기 기판과는 다른 제 2 기판에 형성되며, 또한 상기 제 2 기판으로부터 박리(剝離)하여 상기 기판에 전사되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 상기 발전 소자가 복수 형성되며,
    상기 기판에는 상기 제 2 기판 상의 복수의 발전 소자 중, 일부의 발전 소자가 선택되어 전사되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 액적(液滴) 토출 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 기판과의 거리가 조정 가능하게 지지된 제 3 기판에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 발전 소자를 덮어서 설치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 발전 소자의 주위에는 친액성(親液性)을 갖는 돌부(突部)가 상기 기판과 단차(段差)를 갖고 설치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 소자는 상기 기판 상에 지그재그 모양으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  9. 제 1 항에 기재된 태양 전지 장치를 전원부로서 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  10. 입사한 광에 의해 발전하는 발전 소자를 기판 상에 복수 형성하며 상기 발전 소자는 반도체 소자인 태양 전지 장치의 제조 방법으로서,
    상기 광을 집광하여 상기 발전 소자로 유도하는 렌즈부를 상기 발전 소자의 각각에 상기 광의 입사 측에 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치의 제조 방법.
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