(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体（１６）の、粘着性であり、および／または接着剤（１７）を付与した表面に、液体又は少なくとも粘性を有するバインダーからなる層（１９）とその横に隣接する導電性材料を含む領域（１８）とを互いに隣接するようにウェブ状又はストリップ状に塗布して層形成する工程、
その後、ｐ‐ｎ遷移部を形成するためのコーティングを形成された太陽光を電気エネルギーに変換できる材料からなる粒子（２０）を前記層（１９）の表面から内部に部分的に導入し、前記粒子（２０）がそれぞれ部分的に前記層（１９）内に含まれるようにし、前記粒子（２０）を少なくとも前記担体（１６）の前記表面に至るまで延在させて前記粒子（２０）を前記層（１９）の表面から突出させる工程、及び前記層（１９）を固化する工程を含み、前記層（１９）及び前記領域（１８）の表面を透明導電性材料（２１）でそれぞれウェブ状に被覆し、前記透明導電性材料の各ウェブ部分をその下の単一の前記領域（１８）のみに電気的に接続する工程、
その後、前記担体（１６）、前記粘着性表面又は接着剤（１７）、及びそれに直接隣接する前記粒子のｐ‐ｎコーティングを除去する工程、並びに
このようにして露出した表面を導電性材料（２６）でそれぞれウェブ状に被覆し、結果的に導電性材料（２６）をその下の単一の前記領域（１８）のみに電気的に接続し、前記領域（１８）によって相互接続された２つの外側導電性部分（２１、２６）で前記突出した粒子が異なる前記層（１９）を被覆する工程を含み、前記担体（１６）の上面と前記層（１９）の上面の間の距離が前記層（１９）内に部分的に導入される前記粒子（２０）の直径より小さくなるように調整することを特徴とする単粒子膜を製造する方法。
【請求項２】
少なくとも前記粒子（２０）の前記層（１９）から突出する部分がｐ‐ｎ遷移部を有し、前記層（１９）が非導電性材料からなり、そのため前記層（１９）が電気絶縁体であり、前記粒子（２０）が結晶質である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粒子（２０）を含む前記層（１９）とその横に隣接する導電性材料を含む領域（１８）とを交互に連続的にウェブ状又はストリップ状に単粒子膜を形成し、そのため前記粒子（２０）を有する前記層（１９）が前記導電性材料を含むウェブ状又はストリップ状の領域（１８）によって分離される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記担体（１６）がアルミニウムフィルム、鋼フィルム、ポリエステルフィルム、又はテフロンフィルムからなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
担体（１６）上に形成された、固化した液体又は少なくとも粘性を有するバインダーからなる層（１９）及び太陽光を電気エネルギーに変換できる材料からなる粒子（２０）を有する単粒子膜であって、前記粒子（２０）は部分的に前記層（１９）中に含まれ、前記膜の一方の側で前記層（１９）の表面に対して突出しており、前記層（１９）は導電性領域（１８）を有するマトリックスの一部をなし、請求項１〜４のいずれかに記載の方法により製造されることを特徴とする単粒子膜。
【請求項６】
前記粒子（２０）を含む前記層（１９）の横に隣接して２つの領域（１８）を有し、前記領域（１８）が前記層（１９）の両側に配置され、且つ前記領域（１８）も前記粒子（２０）を含有する請求項５に記載の単粒子膜。
【請求項７】
前記層（１９）が電気絶縁体であり、前記粒子（２０）の突出した部分が前記層（１９）の内部まで続くｐ‐ｎコーティングを有し、且つ前記粒子（２０）の突出した部分がバインダー残渣を含まない請求項５または６に記載の単粒子膜。
【請求項８】
前記層（１９）の表面及び下面が平坦である請求項５〜７のいずれかに記載の単粒子膜。
【請求項９】
前記層（１９）の前記粒子（２０）が突出する表面とは逆の表面上において、前記粒子（２０）がｐ‐ｎコーティングを有さない請求項５〜８のいずれかに記載の単粒子膜。
【請求項１０】
前記層（１９）の隣接する表面を含む単一の平面中において、前記粒子がｐ‐ｎコーティングを有さない表面領域を持つ請求項５〜９のいずれかに記載の単粒子膜。
【請求項１１】
前記層（１９）が幾つかの部分から形成され、その中に粒子（２０）が含まれ、これらの層（１９）が前記領域（１８）によって互いに分離されている請求項５〜１０のいずれかに記載の単粒子膜。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれかに記載の単粒子膜を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項１３】
ｐ‐ｎコーティングを有し、前記層（１９）中に埋め込まれた前記突出する粒子（２０）が、少なくとも大部分が透明電極（２１）で被覆され、前記電極（２１）が前記層（１９）の横に隣接する第１の領域（１８）に電気的に接続され、逆側ではｐ‐ｎコーティングを含まない粒子領域が電極（２６）で被覆され、前記電極（２６）が前記層（１９）の横に隣接する第２の領域（１８）に接続される請求項１２に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単粒子膜（monograin membrane）の製造方法及び該方法で製造した単粒子膜に関する。更に、本発明は製造した単粒子膜を用いた太陽電池の製造及び得られる太陽電池に関する。ただし、本発明で製造した単粒子膜を他の態様で用いてもよく、例えば電気エネルギーを放射エネルギーに変換するために使用したり、放射線検出器に使用してもよい。また、スクリーン印刷に用いるスクリーンの製造での使用等の他の用途も可能である。
【背景技術】
【０００２】
単粒子膜は、単一面中に粒子（grains）、球状体（spherules）、又は微粒子（particles）が埋め込まれた膜である。以下、特に明記しない限り、「粒子」という語は基本的に球状体や微粒子も包含するものとする。該膜の厚さは粒子の直径に対応する。一般にこの膜の厚さはそれに含まれる粒子の直径よりも小さく、そのため粒子は少なくとも１つの膜表面から突出する。通常、該膜は非導電性ポリマー等の非導電性バインダーからなる。粒子は具体的には放射線（特に太陽光）を電気エネルギーに変換でき、および／または電気エネルギーから放射線を生成放射する材料からなる。通常、粒子は半導体である。
【０００３】
単粒子膜は単一の粒子と同程度の厚さを有し、より厚い膜と比較して様々な利点を示す。例えば、粒子間の境界抵抗の発生が回避される。また、粒子が他の粒子を遮断することがないため、良好な効率因子が得られる。更に、材料の重量と有効な表面との有利な比率が得られる。
【０００４】
単粒子膜及びこれを用いて製造される太陽電池は、例えば特許文献１及び２により公知である。
【０００５】
特許文献３には、感光性の粒子又は微粒子を含有する単粒子膜を有する感光装置が記載されている。この感光性粒子は、例えば原子百分率０．０１％〜０．１％の銅をドープした硫化カドミウムからなり、粒子の直径は約４０μｍであり、ポリウレタン樹脂からなる絶縁バインダーによって保持され、膜の両側からほぼ同程度に突出している。このような感光性層は１つの粒子の直径とほぼ同等の厚さを有し、それ故に単粒子膜又は単微粒子膜と称される。この単粒子膜には少なくとも２つの電極を設置し、各電極には１つのリード線が接続される。今、入射光に対する障害を最小限に抑えるために、具体的には厚さ０．３μｍのインジウムからなる電極を層の一面のみに取り付ける。好ましくは厚さ１００Åのやはりインジウムからなる補助電極を逆側に配置するのが好ましい。このような電極及び補助電極を取り付けた単粒子膜をプラスチック中に埋め込んでもよい。
【０００６】
特許文献４は単粒子膜の製造方法を開示している。粒子はｐ‐ｎ遷移部（p-n transition）を有する半導体材料からなる。まずゼラチンや水溶性糖類等からなる薄い液体結合層（liquid bonding layer）を担体に塗布する。この液体結合層中には粒子が僅かに沈められている。次いで液体バインダー、すなわち、フォトレジストで粒子を被覆し、フォトレジストを、可能ならば、粒子間の領域のみが不溶性となるように露光する。未露光領域を現像工程で除去し、それから結合層を粒子表面の各部から洗い落とす。露出した粒子表面を、例えば厚さ１００Åの、例えば銅からなる透明電極で被覆する。安定した構造を得るために、透明エポキシ樹脂を電極に塗布してもよい。その後、結合層を洗い落とし、突出する粒子とインジウムからなる層の間に抵抗接点を形成する。
【０００７】
更に、特許文献４により、ｎ導電性材料からなる粒子にｐ導電性材料の被覆層を設け、コアと被覆層との間にｐ‐ｎ遷移部を形成することも公知である。粒子を部分的に液体結合層内に沈降させた後、結合層が硬化されている。粒子の結合層から突出した部分から被覆層をエッチングして除去し、該結合層から突出した粒子を硬化性バインダーで被覆する。バインダーを硬化した後、結合層を除去し、透明電極に接触させる。逆側の面を摩耗させ、これにより粒子を部分的に被覆されていない状態とし、更に電極に接触させる。
【０００８】
これらの方法は共に２つの面を削磨する必要があるため仕事量が増えるという欠点がある。更に、摩耗が不十分なために効率因子が悪化するリスクが増加する。
【０００９】
特許文献５により、２つのフィルム間で粒子と硬化性バインダーを押圧し、粒子の先端をフィルム内に押し込むことが公知である。これにより粒子が突出する領域にバインダーが含まれない単粒子膜が得られる。しかしながら、粒子に比較的大きな圧力をかける必要がある点で不利である。また、この製造方法ではまず粒子をバインダーに完全に浸漬し、完全にバインダーで濡らすため、粒子表面からバインダーを所望の程度まで除去することを確実に排除することはできない。更に、この方法では連続的な製造が不可能である。結果的に、粒子が両面から同程度突出した膜が得られる。
【００１０】
特許文献６により、特にガラスからなる基質コアを有し、これを少なくとも１つの背面接触層とＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で被覆した、太陽電池用の球状半導体要素が公知である。基質コアを形成することにより比較的高価な半導体材料を節約する。この球状体をフレキシブル支持体上に配置した担体層に塗布し、担体層内に押し込む。このとき、球状体のある部分が担体層の下面からはみ出し、その反対側の部分が担体層の内部に完全には入り込まない程度に押圧する。一方の側では背面接触層に至るまで化合物半導体を除去する。最終的には適当な手法により両側を電極で被覆する。一方の電極は透明材料からなる。
【００１１】
更に、特許文献７は、太陽電池の半導体集積直列電気回路の製造方法を開示している。まず、１つ以上の導電体を絶縁担体層内に導入する。このとき、導電体が担体層の表面から担体層の少なくとも一方の側に突出し、導電体によって境界線が形成されるようにする。半導電性の粒子又は球状体を絶縁担体層内に導入し担体層の少なくとも一方の側から突出させる。担体層の一方の側において半導電性粒子の一部を除去する。粒子を除去した側に背面接触層を設置し、他方の側には前面接触層を設置する。所望の直列回路を得るためにこれら２つの接触層を分離切断する。このとき、導電性領域への接触を防ぐのは難しい。このため、実際には、球状体又は粒子を導入して全ての小片の位置を決める前に、構造を形成する必要がある。
【００１２】
前述の技術は、実際には半導体及び導電体を導入する際に多大な困難を伴う点で不利である。半導電性粒子を担体内に押し込む必要があるため、比較的高い圧力を付与しなければならず、粒子を損傷する場合がある。
【００１３】
特許文献８より、半導電性の微粒子をプラスチックフィルム中に埋め込み、両側で接触させることが公知である。
【００１４】
以下、特に明記しない限り、上記従来技術により公知の特性は、それぞれ個別に組み合わせてよく、また本発明の特徴と組み合わせてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許公開第２００７／０１８９９５６Ａ１号
【特許文献２】米国特許公開第２００７／１１３８８８Ａ１号
【特許文献３】独国特許出願公告第１７６４８７３号（DE-AS １７６４８７３）
【特許文献４】米国特許第３５２２３３９Ａ号
【特許文献５】仏国特許第１３７２１５４号
【特許文献６】欧州特許第１５２１３０８Ａ１号
【特許文献７】欧州特許第１５２１３０９Ａ１号
【特許文献８】米国特許第４５２１６４０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は改良法によって単粒子膜及び太陽電池を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記本発明の目的は請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。この独立請求項は該方法に従って製造した単粒子膜に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明について詳細に説明する。
上記目的を達成するために、まず、バインダーからなる層を水平に設置する。欧州特許第１５２１３０９Ａ１号により公知の従来技術とは対照的に、この段階ではバインダーは硬化又は架橋されず、液体又は少なくとも粘性を有する。したがって、バインダーは担体層を形成しない。その代わりに、バインダーを担体層の上部に配置したり、或いは担体層上に直接配置したりする。この層において、粒子を、詳細には、部分的にのみ、層内に導入する。即ち、粒子を層の一表面から層内に導入する。「粒子を部分的に導入する」とは、この部分的導入の後に各粒子の一部のみが上記層内に浸漬される状態となり、そのため粒子のある領域が層の表面より上に残ることが好ましいことを意味する。即ち、バインダー表面より上に残る粒子の領域は、バインダーによってぬれることは全くない。その後、バインダーを、例えば硬化又は架橋して固化する。一方の側から粒子が突出した単粒子膜の表面には、結局、バインダーもバインダー残渣も、更には他の接着剤、結合剤、接着剤残渣等も存在しない。本方法は問題なく連続的に実施することが可能である。この場合、例えば、担体はウェブからなり、ローラーやリールから引き出される。まずバインダーがこのリールに連続的に塗布、例えば印刷される。それから粒子又は球状体を連続的に塗布、例えば振りかける。その後ローラー等によって粒子をバインダー内に押し込み、或いは粒子をバインダー内に自己沈降させる。このようにして所望の単粒子膜を連続的且つ自動的に製造できる。
【００１９】
粒子を部分的にのみバインダー内に導入してその一部が突出するようにすると、その突出した側においてはバインダーや接着剤を除去する必要がないため、この除去が不完全になるリスクが生じず、また付加的な工程を行う必要も無い。特に粒子又は球状体が平滑な表面を持たない場合（導入部に記載の従来技術では常に平滑面を持たない）、従来技術では粒子の全ての露出表面にバインダー又は接着剤の残渣を全く残さないようにするのは通常不可能である。本発明の一実施形態では、最初は粒子をバインダーからなる層の表面にのみ散布し、それから粒子の一部を部分的に沈降させ、或いは弱い圧力で部分的に穏やかに押し込むため、この場合粒子が完全にバインダーでぬれることはない。従って、粒子の露出表面にバインダー残渣等が残るという望ましくない状態を確実に回避できる。
【００２０】
更に本発明によれば、粒子又は球状体に、これを損傷するような高い圧力を付与する必要がない。また、上記層中に設置された導電性領域に粒子又は球状体が接触したり粒子又は球状体がその中に押し込まれるのを防ぐ必要がない。
【００２１】
粒子の境界では接着によるずれが生じるものの、上記製造方法によりバインダーの表面は通常は直線的に伸びる。バインダーからなる層の担体は通常平坦であるため、バインダーの下面もまた基本的には直線的に延在する。全体的にみて、バインダーと接触せず、そのためバインダー残渣が残らない突出する粒子表面を有する単粒子膜の形状及び構造となる。
【００２２】
単粒子膜から太陽電池を製造できるように、一実施形態における粒子は太陽光を電気エネルギーに変換可能な材料からなる。太陽電池を製造するために、粒子の突出した部分に層（以下、ｐ‐ｎコーティングと称する）を設け、それによってｐ‐ｎ遷移部が与えられる。この場合、特に粒子のコアはｎ導電性材料からなり、これをｐ導電性層で包囲する。ただし、原理上はｎ導電性の外層をｐ導電性領域上に配置してもよい。原理上、高効率の太陽電池を得るためには、太陽光または、通常は電磁放射線がまずｐ導電性層に入射するようにすべきである。粒子から好適に電流を引き出すことができるように、バインダーは非導電性材料からなる。この場合、粒子が部分的に電気絶縁体に埋め込まれた単粒子膜となる。
【００２３】
粒子が部分的にのみバインダー内に導入されることにより、粒子が絶縁体の表面に対して部分的に突出するのが好ましい。粒子の突出部にはｐ‐ｎコーティングが形成される。この製造方法によれば、ｐ‐ｎコーティングは更に絶縁体内まで延在する。
【００２４】
電磁放射線を用いて電流を発生させることができるように、ｐ‐ｎコーティングに替えて、電荷担体に対するショットキー接触（Schottky contact）やその他の障壁を形成してもよい。
【００２５】
一実施形態において、粒子は完全に又は実質的に単結晶質であり、好ましくは多結晶質である。この結晶構造が高効率因子を可能にする。多結晶粒子は比較的安価に製造できるため特に好ましい。粒子のコアのみを結晶質とすることも可能である。
【００２６】
具体的には、粒子はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｕＩｎＳｅ2、ＩｎＰ、ＰｂＳ、ＳｂＳ、又はＣｕＺｎＳｎＳＳｅからなる。ｐ‐ｎ遷移部は結果として例えば適当なドーピング又は適当な修飾組成物として提供される。例えば、ケイ素又はゲルマニウムの内部にホウ素をドープし、外部にヒ素又はリンをドープして、ｐ‐ｎ遷移部を得ることができる。通常、各ドープ濃度は、１ｃｍ3あたりのドープ原子数が１０15〜１０20となるようにする。ＧａＡｓを用いる場合、ｐ‐ｎ遷移部を得るためには、内部ではＧａ過剰とし、外層はＡｓ過剰とする。これは上記他の化合物半導体の場合も同様である。
【００２７】
ＣｕＺｎＳｎＳＳｅの場合、あまり高価でない材料からｐ‐ｎコーティングを有する粒子を得るために、ｎ導電性ＣｄＳｕを表面に塗布する。
【００２８】
粒子の直径は、特に５μｍ〜５ｍｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。ｐ‐ｎ遷移部を形成する粒子のコーティングの厚さは、特に１００ｎｍ〜２μｍである。粒子がバインダー表面に対して突出する場合、具体的には１〜５μｍ突出する。
【００２９】
高価な半導体材料を節約するために、粒子はガラス等からなるコアを有してもよい。しかしながら、この場合は生じた電流に対するオーム抵抗は増加する。
【００３０】
このような単粒子膜を用いて、粒子の両側が接触した太陽電池、検出器、又はその類似物を製造する場合、粒子が少なくとも絶縁体の反対側の表面まで達するように、粒子を絶縁体又は非導電性バインダーに導入する。絶縁体を軟質接着剤層又はそれに類似の軟質層上に配置する場合は、粒子が該軟質層内まである程度延在するか、或いは粒子が該軟質層内に押し込まれるのが好ましい。軟質層を除去した後、露出した粒子を好ましくは研磨等して、露出部分のｐ‐ｎコーティングと称される外層を除去する。粒子の外層を除去するため、同時に、バインダー残渣又は軟質層の残渣が露出表面に残るという望ましくない状態を確実に回避できる。
【００３１】
基本的には、ｐ‐ｎコーティングが除去されるため、粒子のこの露出領域は単一の平面内に配置されるか、或いは少なくとも隣接するバインダー表面と共に実質的に単一の平面内に配置される。その後は粒子がバインダーからなる層のこの側から突出することはない。
【００３２】
本発明の一実施形態において、バインダーの材料としては、粒子の材料よりも硬いものを選択する。この場合、研磨するとバインダーよりも粒子材料の方が速く除去される。したがって、特に、粒子を所望の程度だけ確実に除去できる。一般に、研磨した領域においてバインダーよりも粒子が速く除去されるため、粒子は中空の球体のようにバインダー表面の内部に向かって湾曲する。
【００３３】
本発明の一実施形態において、接着剤層は液体に溶解可能である。特に、環境に優しく安価に接着剤を洗い落として除去できるように、接着剤層は水溶性であるのが好ましい。接着剤層は担体に直接塗布してよい。接着剤層が固化した状態でも容易に確実に除去できるように、担体と接着剤層の間に結合層を配置してもよい。
【００３４】
一実施形態においては、太陽電池用の単粒子膜を連続的に製造できるように、交互部分を有するウェブを担体上に形成する。該部分はウェブに沿って伸び、そのためウェブ状担体に平行にウェブ状又はストリップ状に延在する。第１部分は上記非導電性バインダー及びバインダーから突出する粒子を含む層を有する。これに隣接する第２部分は導電性材料からなる層又は領域を有する。これら２つの部分（層又は領域）がそれぞれ１つ又は複数交互に形成され、ウェブ全体の幅を規定する。後述する理由から、この構造を用いることで、複数の太陽電池を互いに電気的に直列接続された状態で連続的に製造できる。したがって、優れた費用効率で大規模な製造が可能となる。この場合、電気絶縁体とその中に配置された粒子からなる上記部分又は領域を有し、これら部分がウェブ状又はストリップ状の導電性領域によって互いに分離された膜が得られる。ある領域で電流輸送が可能な場合、その領域は本発明の意味において導電性であるといえる。導電性領域が複数の導電性微粒子を含んでいれば十分であり、それら微粒子は互いに電気的に接続されている必要はない。微粒子は太陽電池の背面接触部から前面接触部又は正面接触部への電流輸送を可能にするものであればよく、即ち、上記領域内の電流輸送を可能にするものであればよい。これは導電性領域を形成するワイヤを含んでもよい。導電性材料としては、例えば金属又は黒鉛が好適である。
【００３５】
具体的には、担体はアルミニウムフィルム、鋼フィルム、ポリエステルフィルム、又はテフロンフィルムからなる。フィルムの厚さは、特に約１０〜約１００μｍ、例えば１００μｍである。フィルムは連続製造のためにリールから引き出すことができる程度に柔軟な必要があり、この観点でフィルムの厚さを選択する。金属からなる担体フィルムは、後述の態様で製造できるようにするために担体フィルムが十分に歪みを回避できるため好ましい。
【００３６】
導電性領域は電流輸送にのみ機能するものであるため、狭く設計してその必要スペースを有利に最小限に抑えるのが好ましい。本発明の意味においては、導電性領域の幅が隣接する粒子含有電気絶縁層の幅よりも狭い場合、導電性領域を狭く設計したといえる。
【００３７】
太陽電池を最適化するために、粒子が突出する非導電性材料の層の幅を、隣接する導電性材料含有領域よりも数倍広くする。この場合、単に背面接触部から前面接触部へ電流のために機能する領域と比較して、電流を生じる領域が広くなる。
【００３８】
本発明の一実施形態において、導電性領域は導電性バインダーからなる。この実施形態は、１つの製造工程（例えば特に容易で正確な印刷工程）によって、導電性領域を非導電性バインダーと一緒に担体上に塗布できる点で有利である。
【００３９】
単純な方法で確実に各粒子を部分的にのみバインダーからなる層中に導入するために、該層を粒子が沈降しないような固体からなる担体上に配置する。該担体の表面とバインダーからなる層の表面との間の距離は、バインダーからなる層中に部分的にのみ導入される粒子の直径よりも小さい。粒子が担体内に侵入することがないため、当然ながら粒子がバインダー層内に完全に沈降することはない。
【００４０】
一実施形態において、本発明の方法は以下の工程を含む。即ち、まずウェブ状担体の表面に、非導電性バインダーと導電性バインダーとを互いに隣接するようにウェブ状又はストリップ状に塗布する。この表面は粘着性であり、および／または接着剤を付与してある。その後、p‐n遷移部を形成するコーティング（"p‐nコーティング"と称する）を有する粒子を用い、各粒子の一部を非導電性バインダー内に導入する。これにより、粒子が少なくともウェブ状担体の粘着性であり、および／または接着剤を付与した表面に至るまで延在し、粘着性層又は接着剤層に接触する。粒子が導電性領域内に入り込んでも不都合は無い。従って、粒子を複数のバインダー上に均等に振りかけてもよい。即ち微粒子の空間分布に注意を払う必要がないため、上記方法が大幅に簡略化される。更に、導電性領域は固体からなり、その内部に粒子が沈降することが無いため、問題が生じない。
【００４１】
このように調製した非導電性層及び導電性層（又はウェブ）の表面の各部を、それぞれ透明導電性材料でウェブ状に被覆する。このとき各ウェブ部分をその下の単一の導電性層のみに電気的に接続する。逆に言うと、下の各導電性層を単一の透明導電性ウェブ部分のみに電気的に接続する。その後、特に洗浄によって、担体と粘着性表面又は接着剤表面とを、それに直接隣接するp‐nコーティングと共に除去する。このようにして露出した表面の各部をそれぞれ導電性材料でウェブ状に被覆する。このとき各ウェブ部分をその下の単一の導電性層のみに電気的に接続する。逆に言うと、下の各導電性層を単一の導電性のウェブ部分のみに電気的に接続する。これにより複数の太陽電池が互いに電気的に直列接続された状態となる。即ち、導電性中間層によって互いに接続された２つの外側導電性部分によって、粒子が突出した各層を被覆する。この導電性部分は太陽電池の前面接触部及び背面接触部を形成する。
【００４２】
これらの工程が完了すると、複数の太陽電池が電気的に直列接続された機能的太陽光モジュールが得られる。
【００４３】
一方の側に電流を発生する層を十分な幅で形成し、オーム抵抗によるロスが大きくなりすぎるのを避ける観点から、内部に粒子を含む非導電性領域の幅は好ましくは３〜２０ｍｍである。導電性領域は電流発生に寄与するわけではなく直列電気回路の一部にすぎないため、該導電性領域の幅は好ましくは１ｍｍ以下である。
【００４４】
図１は一連の工程全体の概略を示す。この製造装置は、金属やポリマー等からなる担体フィルムを次の加工ステーション２に供給する手段１を有する。担体フィルムは具体的には１００μｍの厚さの鋼からなり、例えばリールから引き出され、ガイドローラーによって加工ステーション２に供給される。供給手段１は２つのローラーを有し、第１ローラーの担体フィルムを使い切った後、できるだけ速く第２ローラーへと担体フィルムを供給できるようにするのが好ましい。
【００４５】
担体フィルムは通常０．０５〜０．５ｍｍの厚さ及び７０〜１２０ｃｍの幅を有し、水平に加工ステーション２内へと輸送される。加工ステーション２では、担体フィルム１６の表面に接着剤からなる層（以下、接着層と称する）を塗布する。塗布した接着層の厚さは例えば１〜２μｍである。図２は接着層１７を設置したフィルム１６の幅方向に沿った断面を示す。接着層は例えば印刷法で形成できる。
【００４６】
具体的には、接着層はアラビアゴム又は従来の写真接着剤（photo glue）からなる。当初は、この接着剤は、次の塗布層を付着させ、その後担体から除去する目的のみで使用する。この目的に応じて接着剤層の接着剤を選択する。接着剤層が常に十分に柔軟で、大きな力を加えることなく粒子の一部を接着剤層中に押し込むことができれば好都合である。
【００４７】
接着層１７を塗布した後、被覆された担体フィルムを加工ステーション３に送り、そこで導電性ポリマー１８及び非導電性ポリマー又はバインダー１９を、具体的には印刷法によって互いに隣接するようにウェブ状に塗布する。ウェブ状又はストリップ状の部分が、担体フィルムの幅方向に対して垂直に（即ち、担体フィルムウェブに沿って）延在する。図３は塗布した部分１８及び１９の断面を示す。導電性ポリマーウェブ１８は、例えば黒鉛含有懸濁液の状態で塗布する。塗布したウェブ１９は、例えばエポキシ樹脂からなるものであってよい。塗布したポリマーウェブの厚さは通常５〜２０μｍ、好ましくは２０μｍ以上である。導電性部分１８に対して相対的に広い活性表面を得るために、非導電性ウェブ１９の幅は、好ましくは導電性ウェブ１８の幅よりも実質的に大きく、すなわち具体的には２倍以上大きく、特に好ましくは３倍以上大きい。
【００４８】
具体的には、導電性ポリマーはポリアセチレン、ポリアニリン、又は導電性微粒子との複合材からなるのが好適である。非導電性バインダーとしては、ポリエステル樹脂又はポリエステル樹脂系バインダーが好適である。このような好適な非導電性バインダーは、例えばエピコート８２８、８３８、及び１００１等の名称で市販されている。
【００４９】
光活性微粒子又は粒子２０を今、柔軟性を維持しているウェブ状非導電性層１９内に導入する。この工程は図１に示す加工ステーション４で行う。この光活性粒子は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換できる。粒子の直径は接着層１７を含む非導電性ポリマーウェブ１９の厚さよりも大きく、そのため導入された粒子がポリマーウェブ中に完全に浸漬されることはない。微粒子２０をポリマーウェブに振りかけ、重力によって、接着層１７又は担体１６によってこの沈降が止められるまで、ポリマーウェブ中に沈降させてよい。必要であれば、或いはこの過程を加速するために、微粒子をポリマーウェブ１９中に押し込んでもよい。微粒子２０が導電性ウェブ１８に接触していたとしても大きな問題は生じない。微粒子、粒子、又は球状体２０の直径は層１９の厚さよりも大きく、例えば１ｍｍである。
【００５０】
光活性微粒子２０は既に被覆されてｐ−ｎ遷移部を形成している。
【００５１】
図４は、粒子２０が部分的にウェブ１９内に導入され、接着層１７に接触している状態を示す断面図である。ここでは粒子２０を正円で示したが、通常はこのような形状ではない。
【００５２】
次のステーション５では、突出した微粒子２０を含むポリマーウェブ１９上に、透明導電性層２１を塗布する。透明導電性層２１は、例えば酸化亜鉛又はＩｎＳｎＯ3からなり、通常はＩＴＯからなる。この塗布は印刷法又はスパッタ法により行うことができる。図５に示すように、透明導電コーティング２１は、微粒子２０と導電性ウェブ１８の両方と電気的に接触する。この塗布は直接パターン状に行ってよく、また当初は導電性層１８と非導電性層１９の全表面を被覆するように行ってもよい。
【００５３】
既に予めパターン状に塗布されていない場合は、加工ステーション６で、図６に示すように透明層２１をパターン状に加工する。この加工は、例えばレーザーを用いることにより正確に且つ安価に行う。このようにして形成された凹部２２によって透明層２１が個々のウェブに分割される。このとき、各透明ウェブが単一の導電性ポリマーウェブ１８のみに横方向に電気接続される。逆に言うと、各導電性ポリマーウェブ１８が単一の透明導電性ウェブ２１のみに電気的に接続される。
【００５４】
ステーション７では、図７に示すように、例えばアルミニウムからなる導電性ストリップ２３の一端を、外側透明ウェブ２１に電気的に接続する。例えば、ストリップ２３を導電性接着剤で接着したり、はんだ付けしたりする。
【００５５】
ステーション８では、次の保護層を容易に塗設できるようにするための透明非導電性接着層２４を表面に形成する。この接着層は、例えばＰＶＡ（ポリ酢酸ビニル）からなるものであってよい。また、図８に示すように、接着層２４は横方向の領域を覆っていてもよい。接着層は中間部の空間を埋め、平坦な表面を形成する。
【００５６】
太陽電池を封入するために、例えば図９に示すもうひとつの保護層２５を積層する。この保護層は接着層２４によって太陽電池に強固に接続される。保護層２５は特に水分及び酸素から保護する作用を示す。特に保護層を問題無く連続的に塗布できるようにするために、保護層は柔軟なハイバリアフィルムからなる。原理上はガラスも太陽電池を酸素及び水分から好適に保護するのに適している。
【００５７】
ステーション１０で担体フィルム１６を除去する。特に接着剤１７がまだ柔軟である場合、即ち硬化又は完全には架橋されていない場合は、担体フィルム１６を容易に除去できる。これにより、図１０の断面図に示す構造が得られる。
【００５８】
次のステーション１１では、例えば洗浄及び／又はブラッシングによって、接着剤１７を除去する。更に、抵抗接点の形成を可能にするために、例えば研磨によって、こうして露出した微粒子又は粒子２０の部分のｐ‐ｎコーティングを除去する。更に、露出した粒子の研磨表面を反転させ、これを容易に被覆できるように、ここでウェブを他の経路で下方に送り、更に水平に逆方向に送る。次のステーション１２に到着する前にウェブを図１１に示す状態とする。
【００５９】
ステーション１２では、更なる電気接触部２６を、例えばパターン状に積層状態に印刷する。ただし、まず全表面に導電性層を塗布し、それからレーザーでパターン化してもよい。このとき、微粒子２０のコアと接触部２６の間のみに抵抗接点が存在する。接触部２６によって、非導電性ポリマー層１９とその中に部分的に埋め込まれた微粒子２０とからなる部分の間で直列電気接続が完成する。従って各電気接触部２６は次には単一の導電性ストリップ状層１８のみに電気的に接続され、更に、横に隣接する非導電性ポリマー１９及び微粒子２０からなる単一の層を正確に被覆する。図１２に示すように、非導電性ポリマー１９及び微粒子２０からなるウェブ状層を、接触部２１及び２６でできる限り完全に被覆する。ただし通常は接触部２６に含まれない小さな周縁部が残る。これにより、第２のストリップ状導電性層１８への電気的接続がないことが保証される。同じ理由で、通常、ストリップ状導電性層１８は部分的にのみ上下の接触部２１及び２６で被覆される。
【００６０】
次のステーション１３では、更なる導電性ストリップ２７を設置して、その後部が横に突出するようにする。ストリップ２７は例えばアルミニウム又は他の金属（銅等）からなり、既に導電性ストリップ２３を添付した側とは逆の側に設置される。この設置は上述した手法を用いて行ってよい。その結果、図１３に示す断面構造が得られる。
【００６１】
次の加工ステーション１４では、表面を例えば接着剤２８で封入し、好ましくは続く加工ステーション１５で更にアルミニウムフィルム２９で保護する。このフィルムとしては、特に水分及び酸素から保護できるものを選択する。該フィルムは透明でなくてもよい。フィルム（例えばアルミニウムからなるフィルム）が反射性である場合、太陽電池に向けて電磁放射線を反射して効率因子を改善することが可能である。
【００６２】
最後に、切断ステーション（カッター）でウェブを所望の大きさに分割する。
【００６３】
この製造は完全に連続的に行うことができ、最終的に所望の大きさの太陽電池が得られる。横に突出する導電性ストリップ２３及び２７を用いて、容易に、このように製造した太陽電池を互いに接続したり、電気負荷に接続したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の単粒子膜を製造する方法における一連の工程全体の概略を示す模式図である。
【図２】接着層１７を設置したフィルム１６の幅方向に沿った断面を示す模式図である。
【図３】接着層１７に塗布した導電性ウェブ１８及び非導電性ウェブ１９の断面を示す模式図である。
【図４】粒子２０が部分的に非導電性ウェブ１９内に導入され、接着層１７に接触している状態を示す断面の模式図である。
【図５】透明導電コーティング２１が微粒子２０と導電性ウェブ１８の両方と電気的に接触している状態を示す断面の模式図である。
【図６】加工ステーション６において、透明層２１をパターン状に加工した状態を示す断面の模式図である。
【図７】ステーション７において、導電性ストリップ２３の一端が透明導電性ウェブ２１に電気的に接続している状態を示す断面の模式図である。
【図８】接着層２４が透明導電性ウェブ２１の外側を覆っている状態を示す模式図である。
【図９】接着層２４の外側に保護層２５を積層した状態を示す断面の模式図である。
【図１０】図９のフィルム１６を除去した状態を示す断面の模式図である。
【図１１】ステーション１１で接着剤１７を除去後、露出した粒子の研磨表面を反転させた状態を示す断面の模式図である。
【図１２】図１１における露出した粒子の研磨表面に電気接触部２６でできるだけ完全に被覆した状態を示す断面の模式図である。
【図１３】図１２における電気接触部２６の端部に導電性ストリップ２７を取り付けた状態を示す断面の模式図である。
【図１４】図１３における電気接触部２６の表面に接着剤２８を用いてアルミニウムフィルム２９を積層した状態を示す断面の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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