(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被塗布面に対し第１方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に第１電極を形成する第１電極用ノズルと、
前記塗布液が硬化してなる前記第１電極を形成された前記被塗布面に対し前記第１方向と異なる第２方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２電極用ノズルと、
前記第１電極の頂面の前記被塗布面からの高さを検出する高さ検出手段と、
前記高さ検出手段の検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御する制御手段と
を備え、
前記第２電極用ノズルが前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過する時に、前記制御手段が前記第２電極用ノズルの吐出口を前記第１電極の前記頂面に近接対向させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させる
ことを特徴とする電極形成装置。
【請求項２】
前記第１電極用ノズルは光硬化性樹脂を含む前記塗布液を吐出し、前記第１電極用ノズルから前記被塗布面に塗布された前記塗布液に対し光照射して前記塗布液を硬化させる硬化手段を備える請求項１に記載の電極形成装置。
【請求項３】
第１方向に沿って延びる第１電極を被塗布面に形成された基板の前記被塗布面に対し、前記第１方向と異なる第２方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２電極用ノズルと、
前記第１電極の頂面の前記被塗布面からの高さを検出する高さ検出手段と、
前記高さ検出手段の検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御して、前記第２電極用ノズルが前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過する時に前記第２電極用ノズルの吐出口を前記第１電極の頂面に近接対向させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させる制御手段と
を備えることを特徴とする電極形成装置。
【請求項４】
前記第２電極用ノズルの前記吐出口の開口面が、前記被塗布面に対し略平行である請求項１ないし３のいずれかに記載の電極形成装置。
【請求項５】
前記第２方向に沿った前記吐出口の開口長さが、前記第２方向に沿った前記第１電極の幅よりも小さい請求項１ないし４のいずれかに記載の電極形成装置。
【請求項６】
前記第２電極用ノズルは光硬化性樹脂を含む前記塗布液を吐出し、前記第２電極用ノズルから前記被塗布面に塗布された前記塗布液に対し光照射する光照射手段を備える請求項１ないし５のいずれかに記載の電極形成装置。
【請求項７】
基板の表面に第１方向に沿って延びる第１電極を形成する第１工程と、
前記第１工程で形成された前記第１電極頂面の前記基板表面からの高さを検出する検出工程と、
前記第１電極を形成された前記基板の表面に対し、電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２工程と
を備え、
前記第２工程では、前記検出工程での検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御して、前記ノズルを前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過させる時に、該ノズルの吐出口を前記第１電極の頂面に近接対向させながら通過させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させる
ことを特徴とする電極形成方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記ノズルの吐出口の開口面を前記基板表面に対し略平行とする請求項７に記載の電極形成方法。
【請求項９】
前記第２電極の形成本数は、前記第１電極の形成本数よりも多い請求項７または８に記載の電極形成方法。
【請求項１０】
前記第１方向に沿った第２電極の幅は、前記第２方向に沿った前記第１電極の幅よりも小さい請求項７ないし９のいずれかに記載の電極形成方法。
【請求項１１】
前記第２工程では、前記第２電極を前記第１電極と略同じ高さに形成する請求項７ないし１０のいずれかに記載の電極形成方法。
【請求項１２】
前記第１電極と前記第２電極との交点における盛り上がり量の許容最大値を予め定めておき、
前記第２工程において前記ノズルを前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過させる時には、前記ノズルの前記吐出口と前記第１電極の前記頂面との間隔を前記許容最大値以下に制御する請求項７ないし１１のいずれかに記載の電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極材料を含む塗布液をノズルから吐出させて基板上に電極を形成する装置および方法に関するものであり、特に太陽電池基板に電極を形成する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に所定のパターンを形成する技術としては、パターン材料を含む塗布液を吐出するノズルを基板に対し相対移動させて基板にパターンを描画する方法がある。ここで、基板上で互いに交わるパターンを塗布により形成する場合には、パターンの交点において、塗布液が二重に塗布されることにより高さが他の部分より高くなってしまうことがある。この問題を回避するため、例えば、本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術では、基板上に交差するリブパターンを形成するのに際して、先に形成されたリブパターンのうち、後で形成されるリブパターンと交差する部分を除去してから、後のリブパターン形成を行うようにしている。
【０００３】
上記技術は、プラズマ表示装置用のガラス基板上にリブパターンを形成する技術であるが、この技術を例えば太陽電池基板に電極を形成することが考えられる。太陽電池の電極においては、例えば特許文献２に記載されているように、フィンガー電極とも称される多数の細い電極と、これらを横断するバス電極とも称される幅広の電極とが組み合わせられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０９８００１号公報（例えば、図９）
【特許文献２】特開２００５−３５３８５１号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術は、いったん塗布により形成したパターンを部分的に除去する必要があるなど工程数が多く、また交わるパターン間での電気的導通が必ずしも保証されないなど、太陽電池基板への電極形成に適用するには問題が残されている。また、特許文献２ではフィンガー電極とバス電極との交点における高さについては言及されていない。
【０００６】
このように、基板上で互いに交わる電極をノズル塗布により形成する技術において、交点での電極の盛り上がりを抑制しつつ、簡単な工程で電極を形成する技術は確立されるに至っていない。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電極材料を含む塗布液をノズルから吐出させて基板上に電極を形成する方法および装置において、簡単な工程で、しかも交点での電極の盛り上がりを抑制することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明にかかる電極形成装置の第１の態様は、上記目的を達成するため、基板の被塗布面に対し第１方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に第１電極を形成する第１電極用ノズルと、前記塗布液が硬化してなる前記第１電極を形成された前記被塗布面に対し前記第１方向と異なる第２方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２電極用ノズルと、前記第１電極の前記頂面の前記被塗布面からの高さを検出する高さ検出手段と、前記高さ検出手段の検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御する制御手段とを備え、前記第２電極用ノズルが前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過する時に、前記制御手段が前記第２電極用ノズルの吐出口を前記第１電極の前記頂面に近接対向させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、基板に対し相対移動する第２電極用ノズルが第１電極との対向位置を通過する時に、その吐出口が第１電極の頂面に近接した状態で該対向位置を通過する。すなわち、この対向位置では吐出口と第１電極の頂面とが微小距離だけ離れて対向した状態となる。このため、吐出口が第１電極の頂面で塞がれた状態となって塗布液の吐出が抑制されるので、第１電極に重ねてさらに塗布液が塗布されてしまうことが防止される。
【００１０】
したがって、単に２方向にノズルを走査させて塗布液を塗布する場合に比べて工程をほとんど増やすことなく、第１電極と第２電極との交点で電極の高さが増大するのを抑制することができる。また、第２電極用ノズルが塗布液を吐出可能な状態で第１電極との対向位置を通過するので、先に形成される第１電極と後に形成される第２電極との導通を確実に得ることができる。このように、この発明によれば、簡単な工程で、しかも交点での電極の盛り上がりを抑制しながら、互いに交わる電極を基板上に形成することができる。
【００１１】
第２電極用ノズルの吐出口については、第１電極の頂面に接触しない範囲でできるだけ近い位置を通過することが望ましい。特に、第１電極の頂面との間隔がほぼゼロとなるように、第２電極用ノズルの通過位置を定めれば、第１電極上への塗布液の塗布はほぼなくなり、第１電極と第２電極との交点における電極の盛り上がりをほぼゼロとすることができる。
【００１２】
ここで、被塗布面と第２電極用ノズルとの間隔を変更可能とするとともに、該間隔を制御する制御手段を備えるようにしてもよい。こうすることにより、該第２電極用ノズルの吐出口の位置を第１電極の高さに合わせて設定することが可能となり、第１電極と第２電極との交点での盛り上がりをより抑えることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる電極形成装置の第２の態様は、上記目的を達成するため、第１方向に沿って延びる第１電極を被塗布面に形成された基板の前記被塗布面に対し、前記第１方向と異なる第２方向に相対移動しながら電極材料を含む塗布液を前記被塗布面に吐出することで、前記被塗布面に前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２電極用ノズルと、前記第１電極の前記頂面の前記被塗布面からの高さを検出する高さ検出手段と、前記高さ検出手段の検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御して、前記第２電極用ノズルが前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過する時に前記第２電極用ノズルの吐出口を前記第１電極の頂面に近接対向させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させる制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された発明では、第１電極が形成された基板に対し、第２電極用ノズルが、その吐出口が第１電極の頂面に近接対向した状態で第１電極との対向位置を通過し該頂面により吐出口が閉塞されるように制御されるので、上記した発明と同様に、簡単な工程で、しかも交点での電極の盛り上がりを抑制しながら、互いに交わる電極を基板上に形成することができる。
【００１５】
これらの発明において、第１電極の頂面の被塗布面からの高さを検出し、その検出結果に基づき被塗布面と第２電極用ノズルとの間隔を制御する。こうすることで、実際に形成された第１電極の高さに基づいて基づき被塗布面と第２電極用ノズルとの間隔が設定されるので、第１電極と第２電極との交点における電極の盛り上がりをより確実に抑制することができる。
【００１６】
また、第２電極用ノズルの吐出口の開口面が、被塗布面に対し略平行であるようにしてもよい。このようにすれば、吐出口が第１電極の頂面によりほぼ完全に塞がれて塗布液の吐出が規制されるとともに、第１電極上に吐出された塗布液があっても吐出口の端部によって擦り切られるので、ノズル通過後の第１電極上には塗布液がほとんど残らず、交点における電極の盛り上がりを防止することができる。
【００１７】
また、第２方向、すなわち第２電極用ノズルの移動方向に沿った吐出口の開口長さが、第２方向に沿った第１電極の幅よりも小さくなるようにしてもよい。このようにすると、第２電極用ノズルが第１電極との対向位置に位置しているとき、吐出口の開口面の全面が第１電極の頂面と対向することになる。そのため、第１電極への塗布液の供給は最小限に抑えられ、交点における電極の盛り上がりをより確実に抑制することができる。この意味において、互いに幅の異なる電極を交わらせる場合には、より幅の広い方を第１電極として先に形成し、より幅の狭い方を第２電極として後から形成することが好ましい。
【００１８】
また、これらの発明において、第２電極用ノズルは光硬化性樹脂を含む塗布液を吐出するように構成され、第２電極用ノズルから被塗布面に塗布された塗布液に対し光照射する光照射手段を備えるようにしてもよい。このように構成された発明では、塗布液を短時間で硬化させることができるので、幅が狭く高さのある、いわゆるアスペクト比の高い電極を形成することができる。したがって、このように構成された発明は、電気抵抗が低く、しかも入射光の遮蔽が少ないことを求められる太陽電池の電極形成に好適に適用することができる。
【００１９】
また、この発明にかかる電極製造方法は、上記目的を達成するため、基板の表面に第１方向に沿って延びる第１電極を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された前記第１電極頂面の前記基板表面からの高さを検出する検出工程と、前記第１電極を形成された前記基板の表面に対し、電極材料を含む塗布液を吐出するノズルを前記第１方向と異なる第２方向に相対移動させて、前記第１電極と交わる第２電極を形成する第２工程とを備え、前記第２工程では、前記検出工程での検出結果に基づき前記被塗布面と前記第２電極用ノズルとの間隔を制御して、前記ノズルを前記基板上の前記第１電極との対向位置を通過させる時に、該ノズルの吐出口を前記第１電極の頂面に近接対向させながら通過させて、前記吐出口を前記頂面により閉塞させることを特徴としている。
【００２０】
このように構成された発明では、上記した電極形成装置の発明と同様に、第１電極に重ねて塗布液が塗布されることを抑制することができ、第１電極と第２電極とを互いに交わらせながら、しかもその交点で盛り上がりの少ない電極を簡単な工程で形成することが可能となっている。
【００２１】
この発明において、第１工程で形成された第１電極頂面の基板表面からの高さを検出する検出工程をさらに設け、第２工程では、検出工程での検出結果に基づきノズルと基板表面との間隔を制御するようにしてもよい。こうすることで、実際に形成された第１電極の高さに基づいて基づき被塗布面とノズルとの間隔が設定されるので、第１電極と第２電極との交点における電極の盛り上がりをより確実に抑制することができる。
【００２２】
また、第２工程では、ノズルの吐出口の開口面を基板表面に対し略平行としてもよい。このようにすれば、第１電極上に吐出された塗布液が吐出口の端部によって擦り切られるので、ノズル通過後の第１電極上には塗布液がほとんど残らず、交点における電極の盛り上がりを防止することができる。
【００２３】
また、第２電極の形成本数が第１電極の形成本数よりも多くなるようにするのが好ましい。言い換えれば、後から形成する電極の数は、先に形成する電極の数よりも多いことが好ましい。数の少ない電極を先に形成しておくことで、後から形成する電極が先の電極を横切る回数が少なくて済み、制御が容易となるからである。この意味において、交わらせる２種類の電極の数が異なる場合、数の少ない方を第１電極として先に形成するのが好ましい。
【００２４】
同じように、第１方向に沿った第２電極の幅は、第２方向に沿った第１電極の幅よりも小さいことが好ましい。つまり、後から形成される電極の幅の方が、先に形成される電極の幅よりも小さいことが好ましい。幅の狭い形成済みの電極に合わせて幅の広い電極形成を制御するよりも、幅の広い形成済みの電極に合わせて幅の狭い電極形成を制御する方が制御が容易となるからである。この意味において、交わらせる２種類の電極の幅が互いに異なる場合、幅の広い方を第１電極として先に形成するのが好ましい。
【００２５】
また、第１電極と第２電極とを略同じ高さに形成するようにしてもよい。この発明では第１電極と第２電極との交点における盛り上がりが抑制されるので、第１電極と第２電極とを略同じ高さとすれば、それらの交点も含めて電極全体を略同じ高さに形成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明にかかる電極形成装置および電極形成方法によれば、先に形成された第１電極にさらに塗布液が重ねられるのを防止しつつ第２電極を形成することができるので、簡単な工程で、両者の交点における電極の盛り上がりを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明にかかる電極形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】ヘッド部の構成をより詳細に示す拡大図である。
【図３】ヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。
【図４】この装置によって製造される太陽電池モジュールの一例を示す図である。
【図５】この電極形成装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】走査プロファイルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１はこの発明にかかる電極形成装置の一実施形態を示す図である。この電極形成装置１は、例えば表面に光電変換層を形成された単結晶シリコンウエハなどの基板Ｗ上に導電性を有する電極配線を形成し、例えば太陽電池として利用される光電変換デバイスを製造する装置である。この装置１は、例えば光電変換デバイスの光入射面に集電電極を形成するという用途に好適に使用することができる。
【００２９】
この電極形成装置１では、基台１１上にステージ移動機構２が設けられ、基板Ｗを保持するステージ３がステージ移動機構２により図１に示すＸ−Ｙ平面内で移動可能となっている。基台１１にはステージ３を跨ぐようにして２組のフレーム１２１，１２２が固定され、フレーム１２１には第１ヘッド部５、フレーム１２２には第２ヘッド部７がそれぞれ取り付けられる。第２ヘッド部７は、第１ヘッド部５に対して（＋Ｘ）方向に離隔配置されており、両者の間隔は基板ＷのＸ方向長さより広く設定される。
【００３０】
ステージ移動機構２は、下段からステージ３をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構２１、Ｙ方向に移動させるＹ方向移動機構２２、および、Ｚ方向を向く軸を中心に回転させるθ回転機構２３を有する。Ｘ方向移動機構２１は、モータ２１１にボールねじ２１２が接続され、さらに、Ｙ方向移動機構２２に固定されたナット２１３がボールねじ２１２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ２１２の上方にはガイドレール２１４が固定され、モータ２１１が回転すると、ナット２１３とともにＹ方向移動機構２２がガイドレール２１４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。
【００３１】
Ｙ方向移動機構２２もモータ２２１、ボールねじ機構およびガイドレール２２４を有し、モータ２２１が回転するとボールねじ機構によりθ回転機構２３がガイドレール２２４に沿ってＹ方向に移動する。θ回転機構２３はモータ２３１によりステージ３をＺ方向を向く軸を中心に回転させる。以上の構成により、第１および第２ヘッド部５，７の基板Ｗに対する相対的な移動方向および向きが変更可能とされる。ステージ移動機構２の各モータは制御ユニット６により制御される。
【００３２】
さらに、θ回転機構２３とステージ３との間には、ステージ昇降機構２４が設けられている。ステージ昇降機構２４は、制御ユニット６からの制御指令に応じてステージ３を昇降させ、基板Ｗを指定された高さ（Ｚ方向位置）に位置決めする。ステージ昇降機構２４としては、例えばソレノイドや圧電素子などのアクチュエータによるもの、ギヤによるもの、楔の噛み合わせによるものなどを用いることができる。
【００３３】
第１ヘッド部５は、ベース５１の下面に基板Ｗ上に液状の塗布液を吐出する吐出ノズル部５２、および、基板Ｗに向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部５３を有し、吐出ノズル部５２には供給管５２２が取り付けられる。供給管５２２は、制御弁５２４を介して電極材料を含む塗布液を貯留するタンク５２５に接続される。タンク５２５には、図示を省略する窒素ガス（Ｎ2）供給源からレギュレータ５２６を介して窒素ガスが導入され、タンク５２５内の塗布液が一定の圧力に加圧されている。制御ユニット６が制御弁５２４の開閉を制御することにより、吐出ノズル部５２からの塗布液吐出のオン・オフが制御される。
【００３４】
光照射部５３は、光ファイバ５３１を介して紫外線を発生する光源ユニット５３２に接続される。図示を省略しているが、光源ユニット５３２はその光出射部に開閉自在のシャッターを有しており、その開閉および開度によって出射光のオン・オフおよび光量を制御することができる。光源ユニット５３２は制御ユニット６により制御されている。
【００３５】
また、光照射部５３を挟んで吐出ノズル部５２と反対側に、高さ検出センサ５４が設けられている。高さ検出センサ５４は、例えば光または超音波を下向きに出射し、反射してくる光または超音波を検出して、基板Ｗ上面の高さおよび基板Ｗ上に形成された構造物の基板Ｗ上面からの高さを検出する。高さ検出センサ５４の出力信号は制御ユニット６に入力されている。
【００３６】
同様に、第２ヘッド部７には、ベース７２、吐出ノズル部７２、光照射部７３が設けられ、吐出ノズル部７２には供給管７２４、制御弁７２４、タンク７２５、レギュレータ７２６等が接続されている。また、光照射部７３には光ファイバ７３１および光源ユニット７３２が接続されている。これらの各構成の機能は、第１ヘッド部５まわりに設けられた対応する各構成のものと同じである。第２ヘッド７には高さ検出センサは設けられない。
【００３７】
図２はヘッド部の構成をより詳細に示す拡大図である。より詳しくは、図２（ａ）は第１ヘッド部５を下方から見たときの吐出ノズル部５２先端付近を示す図であり、図２（ｂ）は第２ヘッド部７を下方から見たときの吐出ノズル部７２先端付近を示す図である。吐出ノズル部５２は内部が筒状の空洞になったノズルベース５２０に、この空洞に連通された吐出口５２１ａを有する筒状の先端ノズル５２１が突設された構造となっている。タンク５２５から供給管５２２を経由して輸送されてくる塗布液は、先端ノズル５２１下端の吐出口５２１ａから基板Ｗに向けて吐出される。図１および図２（ａ）に示すように、先端ノズル５２１は、ノズルベース５２０から（−Ｚ）方向および（＋Ｘ）方向に延びている。
【００３８】
また、光照射部５３は、吐出口５２１ａから吐出される塗布液全体に光を照射するために、Ｙ方向サイズがノズルベース５２０とほぼ同じになっており、その下端は光を集光させるためのレンズ５３１となっている。
【００３９】
図２（ｂ）に示すように、第２ヘッド部７も同様にノズルベース７２０および先端ノズル７２１を備えているが、第１ヘッド部５とは以下の点で相違している。すなわち、第２ヘッド部７ではより小さな吐出口７２１ａを有する先端ノズル７２１がＹ方向に等間隔で複数個（この例では４個であるがこれに限定されない）設けられている。そして、先端ノズル７２１はノズルベース５２０から真下、すなわち（−Ｚ）方向に延びている。なお、下端にレンズ７３１を設けられた光照射部７３は、各先端ノズル７２１から吐出される塗布液に均一に光が照射されるように、第１ヘッド部５の光照射部５３と同様に幅広に形成されている。
【００４０】
先端ノズル５２１，７２１の材質については特に限定されないが、吐出液に対し汚染物質を混入させることがなく、微細加工ができるという点から、例えばシリコンやジルコニアの結晶を用いることができる。また、先端ノズルをノズルベースに着脱可能に取り付けるようにすれば、例えばいずれかの吐出口が塗布液によって目詰まりや損傷を起こした場合、当該先端ノズルのみを交換すればよいので、吐出ノズル部全体を交換するのに比べれば装置のランニングコストの点で有利である。
【００４１】
図３はヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図３（ａ）は第１ヘッド部５からの塗布液の吐出の様子を示す図であり、図３（ｂ）は第２ヘッド部７からの塗布液の吐出の様子を示す図である。後述するように、この実施形態では、ステージ３に載置された基板Ｗをステージ移動機構２によりＸ方向に移動させながら、先端ノズル５２１の吐出口５２１ａから塗布液を吐出させる。したがって、基板Ｗに吐出された塗布液Ａ1は、基板ＷとともにＸ方向（図において右方）に移動してゆく。基板Ｗに対する走査移動という点では、基板Ｗを固定し第１ヘッド部５を移動させるようにしても等価であるが、第１ヘッド部５には各種の配管が接続されており、またノズルの振動に起因する吐出量の変動を抑えるという点から、第１ヘッド部５を固定して基板Ｗを移動させるのが好ましい。
【００４２】
基板移動方向において吐出ノズル部５２の下流側には光照射部５３が設けられており、基板Ｗに塗布された塗布液Ａ1に対して光Ｌ1（例えば紫外線）を照射する。基板Ｗ上に光Ｌ1が照射される光照射位置では、塗布液が光硬化性樹脂を含むものであれば、光照射部５３からの光照射を受けて硬化が始まる。このように、電極材料を含む塗布液に光硬化性樹脂を添加し、塗布直後の塗布液に光照射を行い硬化させることによって、幅が狭く高さのある、高アスペクト比の電極を形成することができる。
【００４３】
前記したように、また図３（ａ）に示すように、先端ノズル５２１はノズルベース５２０から（−Ｚ）方向および（＋Ｘ）方向に延びているので、吐出口５２１ａの開口面を含む平面Ｐ1の法線ベクトルＶ1は基板移動方向に向かう成分を有している。このように吐出口５２１ａを開口させることで、高粘度の塗布液を吐出口５２１ａの周りに滞留させることなく基板Ｗに塗布することができ、また塗布直後の塗布液に光照射を行うことができる。法線ベクトルＶ1の向きについては、鉛直下向き方向に対して３０度以上９０度未満が望ましい。
【００４４】
一方、図３（ｂ）に示すように、第２ヘッド部７では、先端ノズル７２１はノズルベース７２０から下方（−Ｚ方向）に延びている。したがって、吐出口７２１ａの開口面を含む平面Ｐ2は基板Ｗの上面とほぼ平行となっており、その法線ベクトルＶ2も下向きとなっている。基板移動方向において吐出ノズル部５２の下流側には光照射部５３が設けられており、先端ノズル７２１から吐出され基板Ｗに塗布された塗布液Ａ2に対して光Ｌ2を照射する。このようにして、この装置１は基板Ｗ上に所定のパターンを形成することができる。
【００４５】
図４はこの装置によって製造される太陽電池モジュールの一例を示す図である。この太陽電池モジュールＭは、光電変換層を設けられた基板Ｗの上面（光入射面）に、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとを設けたものである。フィンガー電極Ｆは、入射光を遮蔽しないように幅を細く、かつ低抵抗とするために厚みを大きく形成された電極であり、多数本が互いに平行に形成される。一方、バス電極Ｂは、フィンガー電極Ｆによって集められた電荷を外部に低損失で取り出せるように幅広に、また各フィンガー電極Ｆに交わるようにして１本または複数本形成される。後工程およびデバイス性能上の理由から、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとは同じ高さとなるようにする。代表的には、バス電極Ｂおよびフィンガー電極Ｆの幅はそれぞれ２ｍｍおよび１００μｍ程度である。また、これらの高さはともに２０μｍ程度である。
【００４６】
次に、前述した電極形成装置１により、上記の太陽電池モジュールＭを製造する方法について説明する。電極形成装置１においては、フィンガー電極Ｆおよびバス電極Ｂの電極材料を含んで調製された塗布液を予めタンク５２５、７２５に充填しておき、これを光電変換層を形成された基板Ｗに塗布することによって、太陽電池モジュールＭを製造することが可能である。
【００４７】
塗布液としては、導電性および光硬化性を有し、例えば導電性粒子、有機ビヒクル（溶剤、樹脂、増粘剤等の混合物）および光重合開始剤を含むペースト状の混合液を用いることができる。導電性粒子は電極の材料たる例えば銀粉末であり、有機ビヒクルは樹脂材料としてのエチルセルロースと有機溶剤を含む。また、塗布液の粘度は、光照射による硬化処理を実行する前において例えば５０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下で、硬化処理を実行した後は３５０Ｐａ・ｓ以上になることが好ましい。２つのタンク５２５、７２５に充填する塗布液の組成は同じものであってもよく、またそれぞれに組成の異なる塗布液を準備してもよい。
【００４８】
図５はこの電極形成装置による太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。まず最初に、基板Ｗを装置１内に搬入し、ステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。そして、ステージ移動機構２を動作させて、基板Ｗをその右端が第１ヘッド部５の直下近傍位置に来るような所定の描画開始位置（図１における基板Ｗの位置）へ移動させる（ステップＳ１０２）。
【００４９】
次いで、基板ＷをＸ方向に移動させながら、第１ヘッド部５に設けた吐出ノズル部５２および光照射部５３からの塗布液吐出および光照射をそれぞれ開始する（ステップＳ１０３）。各先端ノズル５２１から塗布液が吐出されることにより、基板Ｗ上には、先端ノズル５２１の吐出口５２１ａの開口幅に対応した幅広のストライプパターン状に塗布液が塗布される。また、基板移動方向において吐出ノズル部５２の下流側に設けた光照射部５３から紫外線を照射されることにより、基板Ｗ上の塗布液が硬化し、導電性を有する電極が形成される。この電極はバス電極Ｂとなる。
【００５０】
塗布液が硬化してなる電極については、基板移動方向において吐光照射部５３の下流側に設けた高さ検出センサ５４によって、基板Ｗ上面からの高さが検出される（ステップＳ１０４）。塗布条件および光照射条件が一定であれば形成される電極の高さもほぼ一定と考えられるので、高さ検出は常時行う必要はなく、代表的に数箇所でサンプリングしてもよい。
【００５１】
基板Ｗの一方端から他方端まで塗布液の塗布および光照射が終了すると、基板Ｗの全面に電極を形成し終えるまで、描画開始位置に戻って上記動作を必要回数（図４のモジュールの例では２回）繰り返し行う（ステップＳ１０５）。このとき、１回の動作を終えるごとに基板Ｗの位置をＹ方向に所定量移動させることで、必要本数のストライプ状パターンを形成することができる。こうしてバス電極Ｂが形成される。
【００５２】
続いてフィンガー電極Ｆの形成を行う。バス電極Ｂの形成が完了した時点では、図１における基板Ｗの左端が第１ヘッド部５の直下を通過した位置にある。このとき、基板Ｗの右端が第２ヘッド部７の直下近傍位置に来ているように、２つのフレーム１２１，１２２の位置は設定されている。ここで、θ回転機構２３を動作させて、基板ＷをＺ軸（鉛直軸）周りに９０度回転させる（ステップＳ１０６）。こうすることで、既に形成されているバス電極Ｂに対して次に形成されるフィンガー電極Ｆを略直角に交わらせることができる。電極の交差角度については、ステージ３の回転角度により任意に定めることが可能である。
【００５３】
次に、先に検出したバス電極Ｂの高さ検出結果に基づき、フィンガー電極の形成における、基板Ｗに対する第２ヘッド部７の走査プロファイルを設定する（ステップＳ１０７）。この実施形態では、第２ヘッド部７の吐出ノズル部７２が既に形成されているバス電極Ｂを横切る時に、吐出口７２１ａがバス電極Ｂの頂面にごく近接した状態で通過するように、第２ヘッド部７と基板Ｗとの間の間隔を制御する。
【００５４】
これは、吐出口７２１ａがバス電極Ｂ上を横切る時にバス電極Ｂの頂面が吐出口７２１ａを閉塞し、吐出口７２１ａからの塗布液の吐出を規制することによって、バス電極Ｂの上面にさらに塗布液が盛られるのを抑制するためである。形成済みのバス電極Ｂの上にさらに塗布液を塗布し光照射により硬化させてしまうと、電極の高さが一定とならず交点部分で他の部分と大きく異なってしまうことになる。
【００５５】
これに対し、この実施形態では、吐出口７２１ａがバス電極Ｂの頂面にごく近接した状態で対向しながらバス電極Ｂ上を通過するようにする。こうして吐出口７２１ａをバス電極Ｂの頂面で閉塞しバス電極Ｂ頂面に塗布液が塗布されるのを抑制するとともに、吐出口７２１ａの下面で塗布液を擦り切ることで、この実施形態では、交点での盛り上がりを抑えてほぼ高さの揃った電極を得ている。これを可能とするための処理が、走査プロファイルの設定処理である。走査プロファイルとは、第２ヘッド部７を基板Ｗに対して走査移動させる際に、第２ヘッド部７と基板Ｗとの間隔を時刻に対してどのように設定するかを示す情報であり、基板Ｗに対して吐出口７２１ａが描くべき軌跡として表すことができる。
【００５６】
図６は走査プロファイルの例を示す図である。真下に向かって開口する吐出口７２１ａから吐出された塗布液が基板Ｗ上で示す高さは、吐出液の粘度、吐出量および走査速度によって影響を受けるほか、吐出口７２１ａの基板Ｗからの高さによっても変わる。そこで、まず塗布液Ａ2の高さＨ2が既に形成されたバス電極Ｂの高さ検出結果Ｈ1と同じとなるように、吐出口７２１ａの基板Ｗからの高さＨｇを設定する。こうすることで、まずバス電極Ｂから離れた位置におけるフィンガー電極Ｆの高さをバス電極Ｂの高さに揃えることができる。
【００５７】
次に、先端ノズル７２１がバス電極Ｂ上を通過する時の条件を定める。上記したように、吐出口７２１ａがバス電極Ｂの頂面に対し微小距離だけ離れた状態でバス電極Ｂを横切ることが望ましい。ここでは、モジュールＭの仕様において電極の交点に許容される盛り上がり量の許容最大値をＨ0（例えば５μｍ）とする。つまり、バス電極Ｂの高さＨ1に対して、交点部の電極の高さとして（Ｈ1＋Ｈ0）までが仕様上許容されるものとする。したがって、交点における電極の盛り上がり量がＨ0以下となるように、先端ノズル７２１がバス電極Ｂ上を通過する時の吐出口７２１ａと基板Ｗ上面との間隔を定めればよい。先端ノズル７２１がバス電極Ｂ上を通過する時に塗布液を吐出を一時的に停止させるとの対応も考えられるが、制御弁５４の開閉で吐出口７２１ａからの塗布液の吐出タイミングを細かく制御することは難しく、現実的でない。
【００５８】
図６（ａ）に示すように、塗布液Ａ2の高さＨ2を形成済みのバス電極Ｂの高さＨ1とするために必要な吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔Ｈｇが、塗布液Ａ2の高さＨ2より僅かに大きい場合を考える。より具体的には、吐出口７２１ａと塗布液Ａ2の頂面との間隔ΔＨａ（＝Ｈｇ−Ｈ2）が許容最大値Ｈ0以下である場合である。
【００５９】
この場合には、吐出口７２１ａの基板Ｗからの高さＨｇを一定に保ったまま、基板Ｗに対して第２ヘッド部７を走査移動させればよい。というのは、先端ノズル７２１がバス電極Ｂを横切る時にバス電極Ｂの頂面Ｂａに塗布される塗布液の厚さはΔＨａ程度であり、許容最大値Ｈ0以下に収まっているからである。したがって、この場合の走査プロファイルＰａは、図６（ａ）に示すように基板Ｗの上面に対して平行な直線として表すことができる。
【００６０】
一方、図６（ｂ）に示すように、バス電極Ｂの高さＨ1と等しい塗布液Ａ2の高さを得るために必要な吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔Ｈｇが、上記より大きい場合を考える。より具体的には、吐出口７２１ａと塗布液Ａ2の頂面との間隔ΔＨａ（＝Ｈｇ−Ｈ2）が許容最大値Ｈ0を越えるような場合である。この場合、間隔Ｈｇを保ったまま先端ノズル７２１を走査移動させたのでは、バス電極Ｂ上に許容最大値Ｈ0を超える高さの塗布液が塗布されてしまう。そこで、バス電極Ｂを横切る際には吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を小さくし両者をより近接させる必要がある。このとき、吐出口７２１ａとバス電極Ｂの頂面Ｂａとの間隔が許容最大値Ｈ0以下となるように、吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を定める。したがって、この場合の走査プロファイルＰｂは、図６（ｂ）に示すように、バス電極Ｂから離れた位置では高く、バス電極Ｂ近傍で下降する軌跡となる。
【００６１】
また、特に塗布液の粘度が高い場合などには、図６（ｃ）に示すように、塗布液Ａ2の高さＨ2を得るために、吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔Ｈｇを塗布液の高さＨ2よりも小さくしなければならない場合がある。すなわち、このときΔＨａ（＝Ｈｇ−Ｈ2）＜０である。このケースでは、先端ノズル７２１がバス電極Ｂを横切る時に下端がバス電極Ｂに接触するのを防止するため、バス電極Ｂの手前で間隔を広げ、通過後に再び戻す必要がある。したがって、図６（ｃ）に符号Ｐｃで示す走査プロファイルとなる。
【００６２】
図５に戻ってフローチャートの説明を続ける。制御ユニット６は、フィンガー電極Ｆの形成に先立って、高さ検出センサ５４の検出結果に基づき上記のようにして走査プロアファイルを設定する（ステップＳ１０７）。そして、再びＷをＸ方向に移動させながら、今度は第２へッド部７に設けた吐出ノズル部７２および光照射部７３からの塗布液吐出および光照射を行う（ステップＳ１０８）。このとき、吐出ノズル部７２から吐出された塗布液が基板Ｗに塗布されるが、先に基板Ｗが９０度回転されているため、基板Ｗに対する第２ヘッド部７の相対移動方向は、第１ヘッド部５の移動方向とは９０度異なっている。そのため、既に基板Ｗに形成されているバス電極Ｂと直交するように、新たな塗布が行われる。
【００６３】
またこのとき、走査移動に同期させて、先に定めた走査プロファイルに従って吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を制御する。こうすることで、図６（ｄ）に示すように、後から形成されるフィンガー電極Ｆの高さＨ2をバス電極Ｂの高さＨ1に揃えることができるとともに、両者の交点での盛り上がり量Ｈｃを許容範囲Ｈ0以下に抑えることができる。特に、この実施形態では、幅の広いバス電極Ｂを先に形成しているので、フィンガー電極形成用の先端ノズル７２１のＸ方向における開口長さがバス電極幅よりも小さい。このため、吐出口７２１ａがバス電極Ｂの頂面Ｂａに対向した状態では該吐出口７２１ａがほぼ完全に閉塞される。この結果、バス電極Ｂ上への塗布液の塗布をほぼ完全になくすことができる。なお、吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔については、実際には第２ヘッド部７を動かすのではなく、ステージ昇降機構２４によりステージ３および基板Ｗを昇降させることによって調整する。
【００６４】
こうして基板Ｗの一方端から他方端まで塗布液の塗布および光照射が終了すると、基板Ｗ上にはバス電極Ｂに直交する４本のストライプ状のフィンガー電極Ｆが形成される。基板ＷのＹ方向位置を変えながら上記動作を必要回数繰り返し行うことで、必要な本数のフィンガー電極Ｆを形成することができる（ステップＳ１０９）。こうして基板全面にフィンガー電極Ｆが形成される。電極の形成を完了した基板Ｗについては、装置外へ搬出することで（ステップＳ１１０）、太陽電池モジュールＭの製造は完了する。
【００６５】
以上のように、この実施形態では、幅の狭いフィンガー電極Ｆと、幅広のバス電極Ｂとを基板Ｗ上で交わらせてなる電極パターンを有する太陽電池モジュールＭを製造することが可能である。この実施形態では、フィンガー電極用の吐出ノズル部７２が先に形成されたバス電極Ｂを横切る時に、吐出口７２１ａがバス電極Ｂの頂面Ｂａに近接対向した状態で通過するように、吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を制御しているので、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとの交点における電極の盛り上がりを小さくすることができる。したがって、先に形成した電極の交点部分を除去する必要がなく、工程が簡単である。また電極材料を無駄にすることもない。
【００６６】
より具体的には、バス電極Ｂの高さ検出値Ｈ1と、交点における電極の盛り上がり量の許容最大値Ｈ0とに基づき吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を設定しているので、交点における電極の盛り上がり量を確実に許容範囲内に収めることができる。また、バス電極Ｂの近傍以外では、先に形成されたバス電極Ｂと同じ高さのフィンガー電極Ｆを得られるように吐出口７２１ａと基板Ｗとの間隔を設定しているので、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとの高さを揃えることができる。
【００６７】
なお、バス電極Ｂとフィンガー電極Ｆとの形成順序については、原理的にはどちらが先でも構わないが、本実施形態ではバス電極Ｂを先に形成するようにしている。その理由は以下の通りである。
【００６８】
第１に、バス電極Ｂの形成本数に対してフィンガー電極Ｆの形成本数が多い。本数の多い電極を先に形成してしまうと、後から行う電極形成において、先端ノズル７２１が横切るべき電極の数がより多くなり、走査プロファイルが複雑となって制御が複雑となってしまう。本数の少ないバス電極Ｂ（２本）を先に形成することにより、フィンガー電極形成時にはバス電極を２回横切るだけで済むので、逆の場合よりも制御が簡単になる。
【００６９】
第２に、後から形成されるフィンガー電極Ｆの幅が先に形成されるバス電極Ｂの幅よりも小さいことである。幅の小さなフィンガー電極Ｆの高さに合わせて幅広のバス電極形成時のノズルと基板との間隔制御を行うよりも、幅広のバス電極Ｂの高さに合わせて幅の小さなフィンガー電極形成時の間隔制御を行う方が、簡単かつ高精度に制御を行うことができる。なお、電極の交差角度が直角でない場合には、先に形成される電極の、後の電極形成におけるノズルの走査移動方向に沿った幅と、後から形成される電極の、先の電極形成におけるノズル移動方向に直交する方向に沿った幅との比較となる。
【００７０】
第３に、バス電極形成用の先端ノズル５２１の吐出口５２１ａが、フィンガー電極形成用の先端ノズル７２１の吐出口７２１ａよりも開口面積が大きいことである。吐出口の開口面積が大きいと塗布液の吐出量も多いので制御しにくくなり、より吐出量が少ないフィンガー電極形成用の先端ノズル７２１において間隔制御を行う方が制御が簡単となる。また、間隔を偏光するときに塗布液の一部が走査方向と異なる方向に広がったとしても、吐出量が少なければパターンの乱れが小さくて済む。
【００７１】
また、この実施形態は該当しないが、後から行う電極形成用のノズルの吐出口のその移動方向に沿った開口長さが、横切るべき先の電極の幅よりも大きいときにはさらに制御が難しくなる。というのは、吐出口が先に形成された電極の直上にあるときでも、電極の頂面が吐出口の開口面全体を閉塞することができず、その隙間から塗布液が流出してパターンを乱す可能性があるからである。この意味において、本実施形態のように、ノズル吐出口の開口長さは横切るべきパターンの幅よりも小さいことが望ましい。
【００７２】
以上説明したように、この実施形態では、基板Ｗの上面が本発明の「被塗布面」に相当しており、バス電極Ｂおよびフィンガー電極Ｆが本発明の「第１電極」および「第２電極」に相当している。そして、バス電極Ｂおよびフィンガー電極Ｆの延設方向がそれぞれ本発明の「第１方向」および「第２方向」に相当している。
【００７３】
また、この実施形態では、先端ノズル５２１および７２１がそれぞれ本発明の「第１電極用ノズル」および「第２電極用ノズル」として機能している。また、制御ユニット６が本発明の「制御手段」として機能する一方、光照射部７３が本発明の「光照射手段」として機能している。また、この実施形態では、高さ検出センサ５４が本発明の「高さ検出手段」として機能している。
【００７４】
また、図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０３およびＳ１０８がそれぞれ本発明の「第１工程」および「第２工程」に相当しており、ステップＳ１０４が本発明の「検出工程」に相当している。
【００７５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態は、フィンガー電極Ｆとバス電極Ｂとを直交させた電極を有する太陽電池モジュールＭを製造するための装置に本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、互いに交わる２種類以上の電極を含むものであれば、上記と異なるパターンを形成する目的にも、本発明を適用することが可能である。
【００７６】
また、上記実施形態では、電極を形成されていない基板Ｗに対してバス電極Ｗおよびフィンガー電極Ｆを順次形成しているが、先の電極については予め形成してあってもよい。すなわち、既に電極が形成された基板を受け入れて、既存の電極と交わる電極を新たに形成する電極形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。この場合、第１ヘッド部５は不要であるが、既存電極の高さを検出するための高さ検出センサは依然として必要である。
【００７７】
また、上記実施形態では、光照射による硬化直後のバス電極Ｂの高さを高さ検出センサ５４により検出し、その検出結果に基づいて走査プロファイルを設定した上でフィンガー電極の形成を行っているが、これに限定されない。例えば、第２ヘッド部側に高さ検出センサを設けて予め走査プロファイルを設定せず、高さ検出センサの出力に基づくフィードバック制御によって第２ヘッド部の高さを制御するようにしてもよい。また、例えば高さ検出センサを設置するためのフレームを別途設けて、その検出位置へ基板を搬送して電極高さを検出するようにしてもよい。
【００７８】
また、電極の高さ形成については処理ごとに行わなくてもよい。第１ヘッド部５による塗布条件および光照射条件が決まれば形成される電極の高さもほぼ決まるので、例えばこれらの条件を固定して事前に実験的に電極形成を行って高さを検出しておき、その結果に基づいて後の電極形成の条件（吐出口と基板との間隔）を設定するようにしてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では光硬化性樹脂を含む塗布液に対して光照射を行うことで塗布液を硬化させ電極を得ているが、塗布液が光硬化性樹脂を含むことおよび塗布液に対して光照射を行うことは必須の要件ではない。
【００８０】
また、上記実施形態の第２ヘッド部７では、４個の先端ノズルを有する吐出ノズル部を設けているが、先端ノズルの数はこれに限定されず任意である。逆に、第１ヘッド部５の先端ノズルも１つに限定されない。例えば、第２ヘッド部７に設けられた先端ノズル７２１と同一形状の先端ノズルをＹ方向に近接して複数個配置し、これら複数の先端ノズルから吐出された塗布液が互いに接することで幅広の電極となるようにしてもよい。このようにすると、先端ノズルの形状が全て共通となるので、装置の製造コスト低減およびメンテナンス性の向上を図ることが可能となる。
【００８１】
また、上記各実施形態では基板Ｗの片面にのみ配線を形成しているが、基板Ｗの両面に配線を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００８２】
また、上記各実施形態ではシリコン基板上に電極配線を形成して太陽電池としての光電変換デバイスを製造しているが、基板はシリコンに限定されるものではない。例えば、ガラス基板上に形成された薄膜太陽電池や、太陽電池以外のデバイスに電極を形成する際にも、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
この発明は、基板、特に太陽電池基板上に電極を形成する装置および方法に適用可能であり、特に基板上で互いに交わる電極を形成する場合に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
６  制御ユニット（制御手段）
５４  高さ検出センサ（高さ検出手段）
７３  光照射部（光照射手段）
５２１  先端ノズル（第１電極用ノズル）
７２１  先端ノズル（第２電極用ノズル）
Ｂ  バス電極（第１電極）
Ｆ  フィンガー電極（第２電極）
Ｓ１０３  第１工程
Ｓ１０４  検出工程
Ｓ１０８  第２工程
Ｗ  基板
【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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