(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性で可撓性の基板の一面上に光電変換層を挟んで基板側に第１電極層、反対側に透明な第３電極層が設けられており、前記第１電極層は基板の他面上に形成されている第２電極層と基板を貫通する接続孔の内面で接続され、前記第３電極層は基板の他面上に形成されている第４電極層と基板を貫通する集電孔の内面で接続されている薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔または集電孔の開孔がポンチとダイを用いる打ち抜き加工によってなされる薄膜太陽電池の製造方法において、前記ダイの前記基板に面する面とポンチの貫通する穴の内壁面とがなす稜にはＲが付けられていることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記Ｒは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
絶縁性で可撓性の基板の一面上に光電変換層を挟んで基板側に第１電極層、反対側に透明な第３電極層が設けられており、前記第１電極層は基板の他面上に形成されている第２電極層と基板を貫通する接続孔の内面で接続され、前記第３電極層は基板の他面上に形成されている第４電極層と基板を貫通する集電孔の内面で接続されている薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔または集電孔の開孔がポンチとダイを用いる剪断加工によってなされる薄膜太陽電池の製造方法において、前記ポンチの先端底面の形状はポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な円柱面であることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造装置であって、前記接続孔または集電孔の開孔を打ち抜き加工によって行うポンチとダイを備えた薄膜太陽電池の製造装置において、前記ダイの前記基板に面する面とポンチの貫通する穴の内壁面とがなす稜にはＲが付けられていることを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項５】
前記Ｒは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項６】
請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造装置であって、前記接続孔または集電孔の開孔を打ち抜き加工によって行うポンチとダイを備えた薄膜太陽電池の製造装置において、前記ポンチの先端底面の形状はポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な円柱面であることを特徴とする薄膜太陽電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックフィルムなどの可撓性基板上に光電変換層が形成されてなり、基板の貫通孔を通して表裏の電極の接続が行われる薄膜太陽電池の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックフィルムなどの可撓性基板上に薄膜太陽電池を形成する場合には、基板の太陽電池の反対側面  （裏面とする）  にも電極を配置し、基板を貫通して接続することにより、基板面積に対する太陽電池面積の比を大きくすることができる等の特長を持たせることができる。
【０００３】
図６は裏面に電極を有する太陽電池の平面図である。図７は裏面に電極を有する太陽電池の製造工程順の図６におけるＸＸ断面図であり、  （ａ）  は接続開孔、（ｂ）  は第１電極層と第２電極層成膜、  （ｃ）  は集電開孔、  （ｄ）  は光電変換層成膜、  （ｅ）  は第３電極層成膜、  （ｆ）  は第４電極層成膜、  （ｇ）  は切断部を示す図である。図７では、分図符号と工程符号を同一としてある。可撓性で絶縁性の基板１ａは、ポリイミド系のフィルムで厚さは５０μｍ  であるが、フィルムとしてはポリエチレンナフタレート  （ＰＥＮ）  、ポリエーテルサルフォン  （ＰＥＳ）  、ポリエチレンテレフタレート  （ＰＥＴ）  またはアラミド系のフィルム等を用いることができる。この基板１ａの所定位置に複数個の接続孔ｈ１を開ける  （工程  （ａ））。接続孔ｈ１の直径は１ｍｍのオーダーである。次に、基板１ａの上に、第１電極層１ｂ（  この面を表面とする）  、それと反対側である裏面に第２電極層１ｃを順次成膜する。第１電極層１ｂと第２電極層１ｃの成膜順は逆でもよい。このとき、接続孔ｈ１の内面で第１電極層１ｂと第２電極層２ｃとが重なり、互いに導通する  （工程  （ｂ））。これら電極層としては、Ａｇを数１００ｎｍの厚さにスパッタにより形成してある。Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属をスパッタまたは電子ビーム蒸着等により成膜しても良く、金属酸化膜と金属の多層膜を電極層として形成しても良い。
【０００４】
次に、再び複数個の集電孔ｈ２を基板に開孔する（  工程  （ｃ））。
次に、光電変換層１ｄを成膜する。光電変換層１ｄは薄膜半導体層であり、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）はその代表例である  （工程  （ｄ））。
次に、光電変換層１ｄの上に、第３電極層１ｅとして透明電極層を形成する。この工程を経て、例えば太陽電池に必要な層が全て積層される。透明電極層としてＩＴＯ（インジウムスズオキサイド）、ＳｎＯ２  、ＺｎＯなどの酸化物導電層を用いるのが一般的である。膜形成時に接続孔ｈ１の周縁部をマスクで覆うなどして初めに形成した接続孔ｈ１部分には膜が形成されないようにする  （工程  （ｅ））。
【０００５】
次に、裏面に金属膜などの低抵抗導電膜からなる第４電極層１ｆを成膜する。この工程により、集電孔ｈ２の内面で第３電極層１ｅと第４電極層１ｆとが重なり、互いに導通させることができる（  工程  （ｆ））。
以上の成膜工程の終了後、基板両面の積層を所定の形状に切断し、ユニットセルの多段直列接続からなる太陽電池を形成する  （工程  （ｇ））。図７  （ｇ）  では太陽電池が光照射され発電しているときに同じ電位となる電極層に同じハッチングを施してある。ユニットセルＵは集電孔ｈ２のみを有するように、切断部１ｇにより切断されており、集電孔ｈ２においてのみ第３電極層１ｅと裏側面の第４電極層１ｆと接続されている。一方、接続孔と１つのユニットセル中の集電孔とを有するように切断部１ｈにより切断されて裏面電極Ｅが形成される。接続孔ｈ１においてはユニットセルＵの下部電極  （第１電極層１ｂ）  と裏面電極Ｅ  （第２電極層１ｃと第４電極層１ｆの２重層）  とが接続されている。従って、任意のユニットセルＵｎ  に隣接し合う裏面電極Ｅｎ−１，ｎ  と裏面電極Ｅｎ，ｎ＋１  はＥｎ−１，ｎ  −Ｕｎ  −Ｅｎ，ｎ＋１  なる直列接続をなし、所定の多段直列接続された太陽電池を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の開孔工程  （工程  （ａ）  および工程  （ｂ））において、従来は、パンチを用いる打ち抜き加工またはレーザー光などのエネルギービームを用いるレーザー加工によっていた。しかし、レーザー加工においては、ＹＡＧ  レーザーなど赤外レーザーの場合は熱加工であるため、熱による凹凸が孔の内面と周縁に形成され、電極層が分離してしまうことがあった。一方、エキシマレーザーなど短波長レーザーの場合は凹凸の形成されない加工が可能ではあるが、量産性に劣り、運転コストが高いことなどから適用が困難であった。
【０００７】
パンチを用いた打ち抜き加工においては、発明者らは量産性に富む連続開孔加工方法を既に提案した。図８は薄膜太陽電池の製造装置における開孔装置の断面模式図である。巻き出しロールＲ１から送りだされた基板１ａは、順次、位置検出開孔部Ｐ３、集電開孔部Ｐ２および接続開孔部Ｐ１で所定位置に所定数の位置検出孔、集電孔および接続孔を開けられ、洗浄装置で洗浄された後、巻き取りロールＲ２に巻き取られる。各種の孔位置に対応して基板１ａの搬送方向および搬送距離を任意に制御される。
【０００８】
図９は従来の開孔装置の開孔部の拡大断面模式図である。開孔部は断面が基板の孔形状のポンチＰと、ポンチＰと同じ断面形状の開孔部を有するストリッパープレートＰｓと同じ開口部を有するダイＤからなっている。ダイＤとストリッパープレートＰｓの上に搬送され停止した基板１ａをストリッパープレートＰｓが押さえてから、ポンチＰが基板１ａを打ち抜き（貫通し）、基板１ａに孔が開けられる。
【０００９】
しかし、上記のパンチによる開孔では、孔の基板のダイ側に円周方向の溝が形成され、第２電極層および第４電極層が溝を被覆できず切れ目を生じ、孔を介した第１電極層と第２電極層、あるいは第３電極層と第４電極層の接続抵抗が著しく高くなることがあった。その結果、太陽電池の曲線因子が低下し、出力低下を来していた。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、接続孔や集電孔での接続抵抗は低く、太陽電池特性の良好な薄膜太陽電池を製造でき、量産性に富む薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、絶縁性で可撓性の基板の一面上に光電変換層を挟んで基板側に第１電極層、反対側に透明な第３電極層が設けられており、前記第１電極層は基板の他面上に形成されている第２電極層と基板を貫通する接続孔の内面で接続され、前記第３電極層は基板の他面上に形成されている第４電極層と基板を貫通する集電孔の内面で接続されている薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔または集電孔の開孔がポンチとダイを用いる打ち抜き加工によってなされる薄膜太陽電池の製造方法において、前記ダイの前記基板に面する面とポンチの貫通する穴の内壁面とがなす稜にはＲが付けられていることとする。
【００１２】
前記Ｒは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であると良い。
絶縁性で可撓性の基板の一面上に光電変換層を挟んで基板側に第１電極層、反対側に透明な第３電極層が設けられており、前記第１電極層は基板の他面上に形成されている第２電極層と基板を貫通する接続孔の内面で接続され、前記第３電極層は基板の他面上に形成されている第４電極層と基板を貫通する集電孔の内面で接続されている薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔または集電孔の開孔がポンチとダイを用いる剪断加工によってなされる薄膜太陽電池の製造方法において、前記ポンチの先端底面の形状はポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な円柱面であることとする。
【００１３】
上記の薄膜太陽電池の製造装置であって、前記接続孔または集電孔の開孔を打ち抜き加工によって行うポンチとダイを備えた薄膜太陽電池の製造装置において、前記ダイの前記基板に面する面とポンチの貫通する穴の内壁面とがなす稜にはＲが付けられていると良い。
前記Ｒは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であると良い。
【００１４】
上記の薄膜太陽電池の製造装置であって、前記接続孔または集電孔の開孔を打ち抜き加工によって行うポンチとダイを備えた薄膜太陽電池の製造装置において、前記ポンチの先端底面の形状はポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な曲柱面であると良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、次の実験事実を見いだしたことに基づいている。
従来の開孔装置の開孔部  （図９）  において、ダイの穴内壁面と上面、およびポンチの側面と底面は、それぞれの面のなす稜は、切断が容易に行えるように、鋭く刃状に形成されている。そのため、比加工物は切断時には両面から同時に切れ目が入るが、切断穴径はポンチの径により定まる。そのため、ダイ側の切れ目は切断に至らず、切断穴の外側に断面が溝として残る。結局、電極層の被覆に切れ目が生じ、接続抵抗が低下する。
【００１６】
本発明によれば、ダイの稜にＲを付け丸くしたため、ダイ側の切れ目は生じず、電極層の被覆に切れ目は生じない。しかし、Ｒが大きくなると、いわゆるバリ（突起）  が穴周縁部に生じ、以降の他のフィルムの密着を妨げるようになる。
また、ダイ側の稜が鋭くても、ポンチの底面を上側に凸な平行曲面  （最も単純な形状は円筒面）  にすれば、ポンチの稜  （刃）  は非加工物の切断線の一部にしか当たらないので、ダイの稜  （刃）  は切断を開始せず、ダイ側の切れ目は生じず、電極層の被覆に切れ目は生じない。
実施例１
図１は本発明に係る開孔部の拡大断面模式図である。
【００１７】
従来の開孔部と異なる点のみ説明する。ダイＤの基板１ａに面する面とポンチＰの通過する孔の内壁面とがなす稜に丸みＲを形成してある。
基板１ａとしては、本実施例では膜厚５０μｍ  のポリイミドフィルムを用いたが、ＰＥＮ  、ＰＥＳ  、ＰＥＴ  またはポリイミドなどの絶縁性プラスチックフィルムを用いることも出来る。また、膜厚は実施例では５０μｍ  のものを用いたがこの厚さに限定されるものではない。
【００１８】
図３は本発明の実施例における基板の位置検出用孔と接続孔の配置を示す平面図である。基板１ａには位置検出用孔ｈ３、接続孔ｈ１の順に開孔される。位置検出用孔ｈ３は太陽電池の所定のユニットのパターンの長さ間隔に開けられ、以降の搬送の位置決めに用いられる。
先ず、位置検出用孔ｈ３を開け、以降基板１ａを所定の距離づつ搬送して停止し、フィルムの幅方向に１回のポンチ操作で複数個の接続孔ｈ１の列を形成した。これを所定の回数繰り返した後、位置検出用孔ｈ３を開ける。この位置検出用孔ｈ３の距離を１基本パターンの長さとしこの繰り返しにより長尺の基板１ａに多数の基本パターンを形成することができる。開孔後、同一の装置内で粘着ロールまたは、非接触の超音波などによるブローにより基板１ａ表面を清浄にした。
【００１９】
この面に第１電極層１ｂ、およびそれと反対側の面に第２電極層１ｃとしてＡｇをスパッタにより数百ｎｍ厚で形成した（図７（ｃ）  参照）。材料としては、この他ＡｌやＡｇ／  透明導電層などの多層構造膜などを用いることができる。第１電極層１ｂ、第２電極層１ｃどちらが先でもよいが、逆順が好ましい。
この後、同じ開孔装置に装着し、位置検出用孔ｈ３を位置検出センサにより検知し停止した後、集電孔ｈ２の列を所定数開けた。図４は本発明の実施例においてさらに集電孔が開けられた基板の平面図である。実施例では集電孔列の間隔を５ｍｍとしたが、この間隔は太陽電池パターンにより任意の値とすることができる。
【００２０】
なお、この場合の孔形状は必ずしも円である必要はなく、例えば太陽電池の特性を向上させるためには集電孔ｈ２の面積は出来るだけ小さく、しかも周辺の長さが出来る限り長くなる形状が良い。
実施例中では、１  動作で基板幅方向に１  ラインの孔形成を行ったが、複数ライン数として、その量産性を向上させることができる。
【００２１】
こうした工程を経たうえで、光電変換層１ｄとして薄膜半導体層を形成した。本実施例では通常のグロー放電分解法により堆積される水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）系の材料を用いてｎ−ｉ−ｐ  接合を形成した（図７（ｄ）  参照）。その上に第３電極層として透明電極層を形成した。この層にはＩＴＯ  、ＺｎＯ  などの酸化物導電膜を用いることができるが、本実施例ではスパッタによるＩＴＯ  膜を成膜した（図７（ｅ）  参照）。このとき、膜形成時にマスクで覆うなどして接続孔ｈ１には膜が形成されないようにする。次に太陽電池を形成した面とは反対側の基板面に金属膜などからなる第４電極層を最終的に成膜した。本実施例中では材料としてＮｉを用いたが、Ｎｉに限定されるものではない。成膜方法はスパッタである（図７（ｆ）  参照）。
【００２２】
最後に、直列構造を形成するため、ＹＡＧ  レーザーにより、表面の第１電極層から第３電極層までの３層と、裏面の第２、第４電極層の２層を切断し、所定のパターンとした。（図７（ｇ）  参照）。
このＲの大きさの効果を調べるため、Ｒの異なるダイを用いて、接続孔の接続抵抗の変化を調べた。図２は本発明に係る接続抵抗のダイのＲ依存性を示すグラフである。カーブａがこの実施例１の接続抵抗である。カーブｂは実施例２のカーブであり実施例２で説明する。従来は０．４ないし２．２Ωにばらつき、平均１．２オームであったが、本発明に係る場合はＲ＝０．０５ｍｍ以上でばらつきは０．２Ωの幅以内であり、平均値は０．２Ωと小さくほとんどＲに依存していないことが判る。
【００２３】
例えば、Ｒ＝０．１ｍｍの場合、太陽電池特性の曲線因子も従来は０．５程度だったものが０．６程度と向上することができた。
Ｒには他の理由による限界がある。Ｒが大きすぎると加工裏面側の突起となるバリが大きくなり過ぎてしまう。このバリは、太陽電池をモジュール化する場合に封止フィルムの密着を妨げ、光電変換特性や信頼性を損なうなどの問題が生じてくるで、Ｒは０．２ｍｍ程度以下が好ましい。
【００２４】
また、接続直列用孔ｈ１におけるほどはないが、集電用孔ｈ２においても、同様の効果が得られる。
実施例２
この実施例はポンチの刃先角を鋭角にした場合である。図５は本発明に係る他の実施例の開孔部の拡大断面模式図である。
【００２５】
ポンチＰの先端底面の形状を、ポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な円柱面としてある。従って、ポンチの２つの最先端部の刃先角は鋭角であり、徐々に直角となっている。
このポンチと実施例１のダイを組み合わせて開孔部とした開孔装置を用いて、実施例１と同様に薄膜光電変換素子を作製し、接続孔の接続抵抗を調べた。接続抵抗の図２のカーブｂである。この実施例の場合はＲ＝０．０５ｍｍ以上でばらつきは０．１５Ω程度の幅以内であり、平均値は０．１５Ωと小さくほとんどＲに依存していないことが判る。
【００２６】
太陽電池特性の曲線因子も実施例１と同様に改善された。
なお、従来のＲのないダイとこの実施例のポンチとの組み合わせた開口部を用いても、接続孔の接続抵抗は低くなり、実用上は問題ないが、ばらつきがやゝ大きかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁性で可撓性の基板の一面上に光電変換層を挟んで基板側に第１電極層、反対側に透明な第３電極層が設けられており、前記第１電極層は基板の他面上に形成されている第２電極層と基板を貫通する接続孔の内面で接続され、前記第３電極層は基板の他面上に形成されている第４電極層と基板を貫通する集電孔の内面で接続されている薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔または集電孔の開孔がポンチとダイを用いる打ち抜き加工によってなされる薄膜太陽電池の製造方法において、前記ダイの前記基板に面する面とポンチの貫通する穴の内壁面とがなす稜にＲを付けたので、基板のダイ側には切れ目は入らず、電極層の被覆は損なわれなくなった。
【００２８】
あるいは、上記の薄膜太陽電池の製造方法において、前記ポンチの先端底面の形状をポンチの側面と垂直であり、打ち抜き方向に凹な円柱面であることとしたため、開孔はポンチの先端から始まり徐々に進むので、孔周縁に溝は生じない。従って、接続孔や集電孔での接続抵抗は低く、その影響による曲線因子の低下もなく太陽電池特性の良好な薄膜太陽電池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例の開孔部の拡大断面模式図
【図２】本発明に係る接続抵抗のダイのＲ依存性を示すグラフ
【図３】本発明の実施例における基板の位置検出用孔と接続孔の配置を示す平面図
【図４】本発明の実施例においてさらに集電孔が開けられた基板の平面図
【図５】本発明に係る他の実施例の開孔部の拡大断面模式図
【図６】裏面に電極を有する太陽電池の平面図
【図７】裏面に電極を有する太陽電池の製造工程順の図６におけるＸＸ断面図であり、（ａ）  は接続開孔、  （ｂ）  は第１電極層と第２電極層成膜、  （ｃ）  は集電開孔、（ｄ）  は光電変換層成膜、  （ｅ）  は第３電極層成膜、  （ｆ）  は第４電極層成膜、（ｇ）  は切断部を示す図
【図８】薄膜太陽電池の製造装置における開孔装置の断面模式図
【図９】開孔装置の従来の開孔部の拡大断面模式図
【符号の説明】
１ａ  基板
ｈ１  接続孔
ｈ２  集電孔
ｈ３  位置検出用孔
１ｂ  第１電極層
１ｃ  第２電極層
１ｄ  光電変換層
１ｅ  第３電極層
１ｆ  第４電極層
１ｇ  切断部
Ｅ    裏面電極
Ｕ    ユニットセル
Ｐ１  接続孔開孔部
Ｐ２  集電孔開孔部
Ｐ３  位置検出用孔開孔部
Ｐ    ポンチ
Ｐ１  ポンチ
Ｄ    ダイ
Ｄ１  ダイ
Ｐｓ  ストリッパープレート
Ｒ１  巻き出しロール
Ｒ２  巻き取りロール
Ｗ    洗浄部
【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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