(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面上に、前記光生成キャリアを収集する複数のフィンガー電極及び当該複数のフィンガー電極が収集した前記光生成キャリアを収集するバスバー電極構造をとる太陽電池の製造において、太陽電池基板（セル）を移動させながら、長孔断面を有する複数の吐出ノズル孔よりなる塗布ヘッドから、加圧された集電極材料を吐出して一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成装置。
【請求項２】
光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面上に、前記光生成キャリアを収集する複数のフィンガー電極及び当該複数のフィンガー電極が収集した前記光生成キャリアを収集するバスバー電極構造をとる太陽電池の製造において、太陽電池基板（セル）を移動させながら、長孔断面を有する複数の吐出ノズル孔よりなる塗布ヘッドから、加圧された集電極材料を吐出して一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の太陽電池集電極形成装置において、長孔断面を有する吐出ノズル孔の長軸が集電極の塗布方向と一致した塗布ヘッドにより、加圧された集電極材料を吐出して、一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成装置。
【請求項４】
請求項１または請求項３記載の太陽電池集電極形成装置において、各長孔断面を有する吐出ノズル孔からの吐出流動方向が、基板の移動方向に対して、反対側に傾斜している塗布ヘッドを具備したことを特徴とする太陽電池集電極の形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池集電極形成装置において、太陽電池のフィンガー電極材料を吐出する各長孔断面を有する吐出ノズル孔からの吐出方向が、基板の移動方向に対して、反対側に傾斜している塗布ヘッドを用いることを特徴とする太陽電池集電極の形成方法。
【請求項６】
請求項１、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池集電極形成装置において、前記太陽電池基板（セル）の形状に対応した電極パターンに合わせるように、各電極を形成する各ノズルの吐出／停止を順次、切替えることができる開閉バルブをヘッドに具備したことを特徴とする太陽電池集電極の形成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽電池電極形成装置に用いられる塗布ヘッドにおいて、具備された開閉バルブは塗布材料で充填された吐出流路の供給方向に対して直角方向にスライドできる機構により各吐出ノズル孔からの吐出の有無を制御できることを特徴とする太陽電池集電極形成用ヘッド。
【請求項８】
請求項６記載の太陽電池集電極形成装置において、請求項７記載の塗布ヘッドを用いた太陽電池集電極の形成方法。
【請求項９】
請求項１、請求項３、請求項４または請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池集電極形成装置において、搭載される塗布ヘッドは吐出ノズル孔の間隔を規定するブロックと吐出流路を切削した薄層のスペーサを交互に積層スタックした塗布ヘッドを搭載したことを特徴とする太陽電池集電極形成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の太陽電池集電極形成装置において、前記積層スタックした塗布ヘッドを用いた太陽電池集電極の形成方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の太陽電池集電極形成装置に用いられる塗布ヘッドにおいて、具備された開閉バルブは、塗布材料を吐出する吐出口列に平行な回転軸を有し、側面に切り欠きを有する円柱形状をしており、当該開閉バルブを回転することにより、各吐出ノズル孔からの吐出の有無を制御できることを特徴とする太陽電池集電極形成用ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長孔断面をもつ複数の吐出ノズルを有する塗布ヘッドを用いて、光入射面に集電極を形成する太陽電池集電極の形成装置及び太陽電池集電極、とくにフィンガー電極の形成方法に関するものであり、加えて、製造法や組立性を考慮した塗布ヘッドの構造及び製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はクリーンなエネルギ源であることと、地球温暖化防止という視点から各国の注目が集まり、実際の導入も盛んに行われている。太陽電池は、シリコン系、化合物系、有機物系、色素増感型と多岐に渡っているが、現在及びここ暫くの間の中心は、結晶系のシリコン系太陽電池である。本発明は、この太陽電池の集電極の形成に関するものである。
【０００３】
太陽電池は光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面及び背面に、出力取り出し用の一対の電極を形成することによって製作されるのが一般的である。この場合、光入射面上に設けられる電極は、入射光を遮る面積を出来るだけ小さくするために、複数の線幅が小さいフィンガー電極及び線幅が相対的に大きいバスバー電極を有する櫛形形状に形成される。
【０００４】
しかし、入射光を遮る面積を出来るだけ小さくするために、フィンガー電極を狭幅にすると、電極の電気抵抗が増加することによって電流効率が低下し、その結果、太陽電池の変換効率の低下を招く。したがって、より多くの電流を確保し、より多くの入射光を光電変換部に到達させるためには、フィンガー電極を出来るだけ狭幅で、且つ、電極の厚さを大きくできるような形成法の開発が望まれている。
【０００５】
即ち、フィンガー電極断面における電極の幅に対する電極の厚さの比を電極アスペクト比と呼んでおり、太陽電池の高効率化にとって、高電極断面アスペクト比の電極を形成する装置の開発が重要な課題となっている。
【０００６】
現在に至るまで、太陽電池のフィンガー電極の形成はスクリーン印刷法によって、行われていた。スクリーン印刷法は比較的高粘度の材料による電極形成が可能であり、現段階では、主流のプロセスとなっている。
【０００７】
しかし、スクリーン印刷法では、消耗品として考えられているスクリーン版の損耗や版離れの強制に起因する電極材料のセル基板に対する付着力の低下、パターンの乱れ等の問題がある上、印刷時に生じる‘にじみ’のために、線幅の狭小化には限界があり、電極アスペクト比の向上は期待できない状況にある。
【０００８】
また、特許文献１及び特許文献２に示すように、最近注目を集めているインクジェット法による電極形成においては、非常に低い粘度の電極材料を適用するため、太陽電池セル基板上に着弾した液滴は基板上を広く拡散し、線幅の確保が難しい上、厚さも稼げないことより、非常に低い電極アスペクト比しか得られない。
【０００９】
このような状態で、インクジェット法で対処するには、十数回の重ね塗りが必要であり、プロセスにおけるタクトに大きな課題を残す。また、金属粒子の凝集によって、インクジェットヘッドのノズルの目詰まりの懸念に加えて、吐出し易くするために、多量のバインダ等を含有するため、乾燥後のシート抵抗が大きく、二重の困難な技術的な課題を残している。
【００１０】
また、特許文献３に示すように、凹版のオフセット印刷を適用する方法等があるが、根本的にはスクリーン印刷の改善案に過ぎず、消耗品を抱えること、転写性能が保証できないこと等の致命的な欠陥を有しており、実用化されていない。
【００１１】
以上のような背景で、非常に狭小な長孔断面の吐出ノズル列から、塗布材料を高圧で押し出し、直接セル基板上に、塗布しようとする試みがある。ディスペンサ塗布のように、エアを介して間接的に塗布材料を加圧して吐出をさせる方式と、スリットコータのように、塗布材料を直接加圧して吐出させる方式の二つのタイプがある。これらの方法の現状レベルでは、加圧面積に対して開口部の面積が比較的大きい場合に限られており、太陽電池の集電極に期待されるような線幅が狭小で、厚さが比較的大きいパターンの形成は、今だかって実現していない。
【００１２】
また、吐出ノズル孔を有する塗布ヘッドはレーザ等の最新加工技術を用いて製造されるが、現状の加工精度では、ばらつきも多く、また、設備も普及していないため、高価なものになり、精度と価格で両立できる新しい塗布ヘッドの構造と製造方法の開発が望まれている。
【００１３】
しかしながら、スリットコータやディスペンサのように、塗布溶液を直接的あるいは間接的に、加圧して、細い空間から吐出させるには、以下に述べるような問題点がある。
【００１４】
現状、スクリーン印刷で形成されるフィンガー電極の線幅は、約１００ミクロン前後であり、セルの大型化や集光能力の向上で期待される５０ミクロン以下の電極幅を達成するためには、スクリーンマスクを高剛性かつ高精度に対応する必要があり、製造時のランニングコストが上昇し、望ましいことではない。この代わりとして、マルチノズルディスペンサやスリットコータを適用しようとする動きがある。ディスペンサやスリットコータは、ノズルやヘッドと呼ばれる描画手段に、塗布溶液を充填し、空気などを介して間接的に加圧するか、あるいは塗布溶液をポンプ等の手段により、直接的に加圧することによって吐出し、セル上に、電極を形成するものである。
【００１５】
ディスペンサの場合、狭小のノズルを通過する際に、塗布溶液は加圧され、ノズルから吐出された瞬間、圧力は開放されるため、セル上では、ノズル径の５〜６倍の線幅に拡大し、スクリーン印刷法よりも、描画能力は低い。
【００１６】
また、スリットコータでは、薄いギャップシムの適用によって、狭小な電極幅が達成できる可能性はあるものの、以下に述べるような問題点を抱えている。
【００１７】
即ち、第一の問題点は、図１に示すような、太陽電池セル用のフィンガー電極は、４〜５ｍｍ間隔で直線状に形成されるものであり、スリットコータの塗布幅に対して、電極形成のためのスリット開口部が極端に少なく、通常のスリットコータの加圧よりも、さらに大きな圧力を印加する必要がある。このため、前述のディスペンサと同じように、吐出スリット孔から吐出された塗布溶液は、圧力解放によって、線幅を大きく拡大してしまう。この緩和には、塗布溶液の粘度を下げることによって、狭小なスリットギャップ部分での流体摩擦抵抗を低減することが考えられるが、セル基板上での形状維持、即ち、高電極アスペクト比の達成という点で問題となる。まとめると、高粘度の塗布溶液を狭小なスリットギャップを如何に、圧力を上げずに、吐出出来るかというのが第一の課題である。
【００１８】
第二の問題点は、図１からも分かるように、主流である結晶系の太陽電池セルはシリコンウェハから切り出して使う。そのために、有効なセルの取り数の確保から、四隅は切り欠いた形状となることが多い。このため、周辺に近いフィンガー電極は、端部ほど短くなる。従来のスリットコータでは、幅方向の吐出の有無をコントロールできないため、この部分の塗布に対応出来ない。これが、第二の問題点である。
【００１９】
第三の問題点は、塗布ヘッドの性能と価格の問題である。フィンガー電極のような狭小な配線を塗布するためには、非常に狭い吐出ノズル孔を精度よく製作しなければならない。現状では、レーザ加工やワイヤ放電加工といった高級な加工設備の力を借りて、吐出ノズル孔を製作している。しかしながら、エネルギ分布や電位勾配の影響で、特に、深さ方向に、均一な吐出ノズル孔形成が非常に難しく、小径になればなるほど、加工誤差が大きくなっているのが現状である。さらに、前記に代表される加工設備は、非常に高価であり、どこでも、調達できるものではないため、塗布ヘッドも高価なものになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００４−２８１８１３  公開公報
【特許文献２】特開２００９−１９３９９３  公開公報
【特許文献３】特開２００８−１５９７９８  公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決すると同時に、さらに、狭小幅で断面アスペクト比が高いフィンガー電極を形成するためのものであり、信頼性が高い電極形成装置を提供できると同時に、より高い光電変換効率を達成する太陽電池を実現することにも繋がるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第一の特徴は、光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面上に、光生成キャリアを集める複数のフィンガー電極およびバスバー電極を形成する太陽電池集電極形成装置であって、電極材料となる塗布溶液をポンプ等の加圧手段によって、狭小な吐出ノズル孔を通して吐出させ、セル上に直線状の電極を形成するところにある。電極形成の部分だけ、吐出ノズル孔の開口部があり、ここから、塗布溶液が吐出され、セル基板とヘッドの相対移動によって、連続的な電極パターンが形成される仕組みである。
【００２３】
ところが、従来のスリットコータの全塗布幅に比べて、電極形成のための開口部は、開口長さに換算して、３〜５％と非常に短く、スリットギャップ内の圧力がハーゲン・ポアズイユの法則に従うと仮定すると、内部圧力は２０〜３０倍に増加する。これでは、せっかく吐出ノズル孔を微細にしても、吐出後に圧力が開放されて、過大な電極幅となってしまう。
【００２４】
この現象を防止するためには、電極幅に影響しないで、圧力を下げる状態で塗布を行う方法が最善である。前述したように、塗布溶液粘度の低減は、圧力低下に大きな寄与をするものの、吐出後の高アスペクト比を実現する形状維持性能を悪化させるため、出来れば採用したくない。
【００２５】
フィンガー電極は複数の直線状の配線で構成されており、その間隔は一定である。この特徴に着眼し、塗布方向に開口部を長くとっても、描画特性には影響が少ないと判断した。すなわち、塗布方向に長辺をもつ矩形状の開口部か、もしくは、塗布方向に長軸をもつ楕円形状の開口部であれば、電極幅に影響をもたずに、開口部の増加によって、狭小な塗布溶液供給流路内の圧力は低下できるというのが、本発明の基本的な考え方である。
【００２６】
また、塗布ヘッドから塗布溶液を吐出する場合、溶液が流路から吐出ノズル孔に至り、吐出する方向がセル基板面に対して直角の場合には、噴流の状態となり、圧力を下げてもセル基板面に沿う流れを生じるため、形成される電極幅は必然的に増加する。この状況を緩和するためには、基板面に対する直角方向の速度ベクトル成分を小さくすることが必要である。そのためには、吐出ノズル孔に至る塗布液の流動方向を、塗布方向に対して順方向に傾けることで、課題は解決できる。即ち、スリットギャップ内の流路方向をセル基板面に対して順方向に傾けるということである。この場合の順方向とは、塗布溶液の吐出流動を基準に考えると、基板の動きに対して、流動抵抗が少ない状況に動く場合を指し、逆方向とはその反対方向に動く場合を指す。
【００２７】
本発明の第二の特徴はフィンガー電極の長さのコントロールが可能という点である。太陽電池の主幹である光電変換部を構成するセルは、通常、シリコンウェハから切り出しており、ウェハの利用効率を上げるために、矩形ではなく、円弧の一部分も切り欠いて使うため、図１に示したように、４辺形の４隅を切り欠いた、８辺形をなすことが多い。通常の吐出ノズル孔をもつスリットコータから塗布溶液を吐出する場合、一度に各孔から吐出されるため、形成されるフィンガー電極は長さが一定であり、太陽電池セルの各コーナー部での対応ができない。
【００２８】
この課題に対して、横方向に並んでいる吐出ノズル孔の供給方向言い換えれば吐出方向に直角なスライドバルブを設けることにより、吐出ノズル孔への塗布溶液の供給および遮断をする制御手段によりこの課題を解決している。
【００２９】
すなわち、８辺形のセルの場合、塗布開始時点では、大部分を占める中央部のフィンガー電極の供給口は開いており、徐々にスライドバルブが外側にシフトしていき、電極塗布が順々に行われていく。塗布の中間段階では、全ての吐出ノズル孔から、塗布溶液が吐出され、塗布終了時点に近くなると、再びスライドバルブが外側から内側に向かって移動し、所定の８辺形のフィンガー電極パターンが塗布されることになる。
【００３０】
また、第三の特徴は、高価な加工技術を用いた塗布ヘッドではなく、通常の加工技術を用いた塗布ヘッド構造及び製造方法の提案である。この際、吐出ノズル孔の加工精度は従来の方法によるものより、レベルが高く、必然的に吐出も安定している。この結果、特殊な加工技術によるところなく、通常の手段によるため、塗布ヘッドは低下価格となる。また、太陽電池セルの設計変更、例えば電極間隔の変更等には柔軟に対応可能である他、損傷が起こった場合、従来の塗布ヘッドでは、全部を取り換える必要があるのに対して、本発明の構造によれば、部分的な取り換えで済み、多くの点で従来をはるかに凌駕する塗布ヘッドを提供できる。
【００３１】
本発明は、上記の課題を解決するために、光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面上に、前記光生成キャリアを収集する複数のフィンガー電極及び当該複数のフィンガー電極が収集した前記光生成キャリアを収集するバスバー電極構造をとる太陽電池の製造において、太陽電池基板（セル）を移動させながら、長孔断面を有する複数の吐出ノズル孔よりなる塗布ヘッドから、加圧された集電極材料を吐出して一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成装置の構成とした。
【００３２】
また、光入射により光生成キャリアを発生する光電変換部の光入射面上に、前記光生成キャリアを収集する複数のフィンガー電極及び当該複数のフィンガー電極が収集した前記光生成キャリアを収集するバスバー電極構造をとる太陽電池の製造において、太陽電池基板（セル）を移動させながら、長孔断面を有する複数の吐出ノズル孔よりなる塗布ヘッドから、加圧された集電極材料を吐出して一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成方法の構成とした。
【００３３】
また、請求項１記載の太陽電池集電極形成装置において、長孔断面を有する吐出ノズル孔の長軸が集電極の塗布方向と一致した塗布ヘッドにより、加圧された集電極材料を吐出して、一括形成されることを特徴とする太陽電池集電極の形成装置の構成とした。
【００３４】
また、請求項１または請求項３記載の太陽電池集電極形成装置において、各長孔断面を有する吐出ノズル孔からの吐出流動方向が、基板の移動方向に対して、反対側に傾斜している塗布ヘッドを具備したことを特徴とする太陽電池集電極の形成装置の構成とした。
【００３５】
また、請求項４に記載の太陽電池集電極形成装置において、太陽電池のフィンガー電極材料を吐出する各長孔断面を有する吐出ノズル孔からの吐出方向が、基板の移動方向に対して、反対側に傾斜している塗布ヘッドを用いることを特徴とする太陽電池集電極の形成方法の構成とした。
【００３６】
また、請求項１、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池集電極形成装置において、前記太陽電池基板（セル）の形状に対応した電極パターンに合わせるように、各電極を形成する各ノズルの吐出／停止を順次、切替えることができる開閉バルブをヘッドに具備したことを特徴とする太陽電池集電極の形成装置の構成とした。
【００３７】
また、請求項６に記載の太陽電池電極形成装置に用いられる塗布ヘッドにおいて、具備された開閉バルブは塗布材料で充填された吐出流路の供給方向に対して直角方向にスライドできる機構により各吐出ノズル孔からの吐出の有無を制御できることを特徴とする太陽電池集電極形成用ヘッドの構成とした。
【００３８】
また、請求項６記載の太陽電池集電極形成装置において、請求項７記載の塗布ヘッドを用いた太陽電池集電極の形成方法の構成とした。
【００３９】
請求項１、請求項３、請求項４または請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池集電極形成装置において、搭載される塗布ヘッドは吐出ノズル孔の間隔を規定するブロックと吐出流路を切削した薄層のスペーサを交互に積層スタックした塗布ヘッドを搭載したことを特徴とする太陽電池集電極形成装置の構成とした。
【００４０】
また、請求項９記載の太陽電池集電極形成装置において、前記積層スタックした塗布ヘッドを用いた太陽電池集電極の形成方法の構成とした。
【００４４】
また、請求項６に記載の太陽電池集電極形成装置に用いられる塗布ヘッドにおいて、具備された開閉バルブは、塗布材料を吐出する吐出口列に平行な回転軸を有し、側面に切り欠きを有する円柱形状をしており、当該開閉バルブを回転することにより、各吐出ノズル孔からの吐出の有無を制御できることを特徴とする太陽電池集電極形成用ヘッドの構成とした。
【発明の効果】
【００４５】
以上、詳述してきたように、本発明の太陽電池のセル基板の集電極、とくにフィンガー電極の形成装置ならびに形成方法を用いることによって、以下に述べるような効果が得られる。
【００４６】
まず、第一に、従来のプロセス方法で得られたフィンガー電極よりも、本発明のプロセス装置ならびに方法を適用することによって、電極幅が狭小で電極断面アスペクト比が大きなフィンガー電極が得られ、配線抵抗の低減と入射光面積の増加が図られた結果、製作された太陽電池の光電変換効率の向上に大きな寄与ができる。
【００４７】
第二に、フィンガー電極形成の従来の主流方式であるスクリーン印刷法に比べて、本発明のプロセス装置ならびに方法では消耗品が一切ないため、ランニングコストを大幅に低減できる。
【００４８】
第三に、太陽電池のフィンガー電極形成において、電極塗布材料の有効利用効率を上げることができる。例えば、スクリーン印刷法と比較すると、１．５倍以上の有効利用効率となる。銀等の高価な塗布溶液を使う場合、有利になる。
【００４９】
第四に、本発明のプロセスでは、塗布基板上に塗布溶液が乗るまで、完全密閉の流路を通るため、空気に曝されることがないため、材料の劣化や物性変化が少なく、プロセス管理がし易い。
【００５０】
第五に、本発明の積層型塗布ヘッドは、目詰まりに代表される塗布不良を引き起こすトラブルに対して、洗浄がし易く、回復率も高い。
【００５１】
第六に、本発明の積層型塗布ヘッドは、太陽電池のフィンガー電極設計の変更、例えば、電極幅や電極間隔の変更に対しても容易に対応できる。
【００５２】
第七に、本発明の積層型塗布ヘッドは、従来の加工技術で製作可能であり、価格も低く抑えることができる。万一、ノズルを形成する薄層スペーサが損傷した場合には該当部分だけの取替ですみ、総合しても、低価格である。
【００５３】
第八に、本発明の積層型塗布ヘッドは、形状等の制約から適用先は限界があるものの、隣との距離が比較的大きくとれ、直線描画に近いところの適用先には、簡単な仕組みと低価格で、適用展開が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】結晶系太陽電池セルにおける集電極（フィンガー電極とバスバー電極）の構成例を示した図である。
【図２】太陽電池における基本構造を模式的に示した図である。
【図３】本発明の実施例である太陽電池集電極形成装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例である複数の吐出ノズル孔を具備した、ワイヤ放電加工による一体型の塗布ヘッドの構成を示した図である。
【図５】本発明の実施例である複数の吐出ノズル孔を具備した、レーザ加工による一体型の塗布ヘッドの構成を示した図である。
【図６】本発明の実施例である塗布電極と吐出ノズル長孔の関係を示した図である。
【図７】（ａ）ディスペンサや従来のスリットコータのノズルやヘッドから、塗布溶液が基板面に吐出され、衝突する様子を模式的に示した図である。また、（ｂ）は、本発明の実施例である、塗布ヘッドを傾けることによって、吐出ノズル孔からの塗布溶液の吐出方向を基板面に対して傾け、衝突を緩和している様子を模式的に示した図である。（ｃ）は塗布ヘッド自体は傾けないないが、吐出ノズル孔に至る流路に傾きを与え、衝突を緩和する様子を模式的に示した図である。
【図８】本発明の実施例である、セル基板の電極塗布長が変わる領域に対する、吐出制御の機構を示した図である。
【図９】本発明のセル基板の端部で必要な、電極塗布長が変わる領域に対する、吐出制御の機構について連続的に動作を説明した図である。（ａ）は塗布開始直後を示し、（ｂ）は電極塗布範囲が拡大する時点、（ｃ）は電極塗布範囲が狭まって行く時点、（ｄ）は、塗布が完了する時点でのデバイスの動きを示している。
【図１０】本発明の実施例である、セル基板の電極塗布長が変わる領域に対する、吐出制御の機構を示したもので、ポンプから送り込まれた塗布溶液を塗布ヘッドの端部から流入させる場合の構成を示した図である。
【図１１】本発明の実施例である、積層型の塗布ヘッドの構造を示した図である。
【図１２】本発明の実施例である、積層型の塗布ヘッドを構成する部品のうち、吐出ノズル孔を形成する２つのコンポーネントを示した図である。
【図１３】本発明の実施例である、フィンガー電極の塗布長を変える第二の構造を示した図である。
【図１４】本発明の実施例である、フィンガー電極の塗布長を変える第二の構造において一連の具体的な塗布動作を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載においては同一部分については同一符号を付している。
【実施例１】
【００５６】
図２に本発明の対象となる太陽電池の基本構造について説明する。太陽電池は、太陽光の入射により光生成キャリアを発生する光電変換部と、光電変換部で発生した光生成キャリアを取り出すための正負1対の電極とを備えている。正負1対の電極は光電変換部の表面及び裏面に設けられている場合が圧倒的に多いが、なかには、光電変換部の裏面に正負1対の電極が設けられる場合もある。光電変換部の表面に入射光から光生成キャリアを発生し、かつ、１対の電極のうち一方の電極が光電変換部の表面に設けられる場合、入射光を遮る面積をできるだけ小さくするために、前記した一方の電極は、複数の狭小のフィンガー電極と幅広のバスバー電極とを組み合わせて.くし型形状に形成されるのが一般的である。フィンガー電極は光電変換部で生成された光生成キャリアを集める電極であり、光電変換部の表面のほぼ全域にわたって配置されている。また、バスバー電極は、複数のフィンガー電極で集められた光生成キャリアの集電用の電極であり、フィンガー電極と交差するように、直線状に形成される。
【００５７】
また、光電変換部がその表面のみならず裏面からの光入射により光生成キャリアを発生することができる場合には、光電変換部の光入射面には、光電変換部の表面のみならず裏面も含まれる。よって、光電変換部の表面及び裏面上にも同様にしてフィンガー電極及びバスバー電極が形成される。
【００５８】
光電変換部はｐｎあるいはｐｉｎ接合などの半導体接合を有しており、単結晶シリコン、多結晶シリコン等のシリコン系半導体材料、非晶質シリコン系材料あるいはＣｕＩｎＳｅ等の薄膜半導体材料、あるいはＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料から構成されている。また、最近では、色素増感型等の有機半導体材料も検討されている。
【００５９】
太陽電池の集電極は導電性材料によって構成され、代表的なものとしてエポキシ樹脂をバインダ、導電性粒子をフィラーとした熱硬化型導電性樹脂などの導電性ペーストがある。集電極のフィラーは電気伝導性を得ることを目的としており、組成として、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、錫等から選ばれる少なくとも1種類の金属粒子もしくはこれらの合金や混合体が適用できる。また、集電極のバインダはフィラーを接着することを主目的としており、信頼性を維持するためには、耐湿性や耐熱性に優れていることが要求される。これらの要件を満足するバインダの材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などが挙げられ、少なくとも一種あるいはこれらの樹脂の混合や共重合などを適用できる。
【００６０】
また、光電変換部が結晶系半導体のように、高耐熱性を有する場合には、バインダとして、高温で硬化・焼成できる無機系の材料を用いることができる。例えば、銀やアルミニウムなどの金属粒子に、ガラスフリットおよび有機質ビークルなどから構成されるものが該当する。
【００６１】
太陽電池セルの集電極、とくにフィンガー電極に要求される項目としては、光入射のための開口面積の増加と、抵抗損失の低減である。開口面積の増加に関しては、スクリーン印刷製造時によく見られた‘にじみ’の解消も含め、出来るだけ細い電極幅を実現した上で、電極厚さを出来るだけ厚く形成する、すなわち、高アスペクト比形状を達成することである。そのため、出来るだけ粒径の小さな導電性フィラーを用い、相対的に高い粘度で、吐出が出来れば、実現の可能性が大きくなる。
【００６２】
図３を参照して、本発明の実施の形態に係る太陽電池集電極形成装置について説明する。本装置における機構については、ベース１の上に置かれた、太陽電池のセル基板２を固定する真空吸着用の溝がついたテーブル３とこのテーブル３を任意の位置に移動できる駆動機構４よりなる基板側システムと微小孔付き塗布ヘッド5を支え、塗布ヘッド５と太陽電池セル基板２との間のギャップを設定する上下方向に移動できる駆動機構６よりなるヘッド側システムよりなっており、これら２つのシステムはベース1上に固定された、門型フレーム７で相対的な位置関係を定められている。すなわち、ヘッド側システム全体は門型フレーム７に固定されており、ベース1上に固定されている基板側システムと対峙する仕組みとなっている。これらの機構に加えて、塗布ヘッド５に塗布溶液タンク８から塗布溶液を供給するための送液ポンプ９よりなる液供給システムを合わせて、太陽電池集電極形成装置となっている。
【００６３】
個々の要素について説明する。セル基板２を固定するテーブル３は、真空ポンプ１０により、基板背面を吸着するため、表面に溝が形成されており、負圧を発生させ、固定する。また、電極形成後、セル基板２の取り外しのために、基板を持ち上げるリフトピンが内蔵されている。この動作は通常、空気圧を使って、実行される。
【００６４】
テーブル３上に真空吸着固定されたセル基板２を移動させる駆動機構４は、最も簡単な場合には、1方向のみの移動機構をもち、最も自由度を持つためには、平面２方向と、面内回転方向の合計３軸の移動機構を持つことができる。この移動機構としては、モータ駆動のボールねじ機構をサーボ制御する仕組みが一般的であるが、リニアガイドの応用や、トンネルアクチュエータを利用するものもある。同様に、ヘッドの上下方向移動を可能とする駆動機構６も、モータ駆動のボールねじ機構がよく用いられる。場合によっては、リニアガイドを用いることもある。
【００６５】
さらに、本装置で重要な要素部品は送液ポンプ９である。ポンプも様々な種類があり、要求される性能項目は、まず、定量性に優れていることである。回転型や往復動型など多い種類の中で、単位回転当たりの吐出流量や単位変位当たりの吐出量のばらつきが小さいことが重要である。同じような趣旨で、脈動が少ないことも必要である。次に、太陽電池の電極塗布溶液は前出したように、電極断面形状のアスペクト比をできるだけ大きくしたいために、一般的に粘度が高い。そのため、微細な吐出ノズル孔１１から塗布溶液を吐出する場合、大きな流動摩擦抵抗を生み、必然的に塗布ヘッド５内の圧力は高くなる。したがって、高吐出圧力のポンプが必要となる。また、電極形成に用いられる材料の中には、溶解や腐食などのポンプ材料を劣化させる要因を含んでいる場合も多いため、化学的な安定性も要求される。一般的には、ベローズポンプやギアポンプなどが適用されるが、回転型で、正逆回転可能な、スクリューポンプは、塗布開始と終了がある間歇塗布には好適である。
【００６６】
本装置のフィンガー電極形成動作について説明する。液供給システムによって、塗布ヘッド５に塗布材料が供給される状態で、セル基板２と塗布ヘッド５の間のギャップが一定に設定された後、基板側システムを移動させながら塗布を行うものである。この場合は、ヘッド側システムが固定され、基板側システムが移動する仕組みであるが、基板側が固定され、ヘッド側が移動する場合もある。電極材料となる塗布溶液は送液ポンプ９によって塗布ヘッド５に送られ、フィンガー電極形成位置に正確に位置決めされた微小な吐出ノズル孔１１から吐出される。安定な吐出を得るために、送液ポンプ９の吐出流量を主に様々な制御が実施される。
【００６７】
図４に塗布ヘッド５の構造の一実施例を示す。この塗布ヘッドはワイヤ放電加工により製作された例である。まず、塗布ヘッド５は３つのプレートで構成されている。すなわち、複数の狭小な吐出ノズル孔１１を含むノズルプレート１２ａ、吐出ノズル孔１１を塞ぐカバープレート１３ａ及びノズルプレート１２ａ内にあり、送液ポンプ９からの塗布溶液を貯めるタンクの役割を果たすキャビティ１４を塞ぐ役目のシーリングプレート１５の３つのプレートである。ノズルプレート１２ａとシーリングプレート１５は構造上、一体でも構わないが、ワイヤ放電加工で吐出ノズル孔列１１を加工する際、ワイヤの通路として、キャビティ１４の天井部分を開放しておく必要があり、必然的に３体構造となったものである。一定厚さのワイヤでノズルプレート１２ａの端面を切削し、切削深さによって、長孔の程度が決定される。この吐出ノズル孔１１の形状が長孔であり、この長軸の方向が塗布するフィンガー電極の塗布方向と一致させることが、本発明における請求項１、請求項２及び請求項３である。
【００６８】
図５に、塗布ヘッド５の別の構造の実施例を示す。この塗布ヘッドはレーザ加工によって製作された例である。この例も塗布ヘッド５は３つのプレートで構成されている。すなわち、複数の狭小な吐出ノズル孔１１を含むノズルプレート１２ｂ，カバープレート１３ｂ、前記のキャビティ１４を含むカバープレート１３ｃである。この構造では、ノズルプレート１２ｂの長手方向に直角にレーザによって長円を索孔する。対象となるノズルプレート１２ｂの材料にもよるが、通常は、ＹＡＧレーザが加工機として用いられる。本構造では、塗布溶液の流動に伴う内圧の増加に対して、ノズルプレート１２ｂと２枚のカバープレート１３ｂおよび１３ｃの接合面が大きな影響を持たないのに対して、図４の構造では、増加する内圧に対してノズルプレート１２ａとカバープレート１３ａが口を開くような変形をするために、塗布溶液のシール性という点からは、図５の塗布ヘッド構造の方が優れている。ここで示したような、長孔断面をもつ、吐出ノズル孔１１による集電極形成が本発明の請求項１、請求項２及び請求項３に該当する。
【００６９】
ここで、吐出ノズル孔１１の断面形状を長孔にする理由について説明する。ディスペンサは、一つのノズルの場合が多く、空気を介して塗布溶液を加圧し塗布する。この場合、空気は圧縮性流体であり、過剰な圧力を印加しても、塗布溶液自体にかかる力は、抑えられる。このため、ノズルから解放された塗布溶液はそれ程拡がらずに、基板面に塗布できる。
【００７０】
しかしながら、相対的に力が弱く、ノズルに至るまでの、流動摩擦抵抗が大きい場合には、塗布が不可能となる。例えば、塗布溶液の粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の非常に高い場合やノズル孔の直径が非常に小さい場合には、ディスペンサでは吐出ができなくなる。本発明の対象となる太陽電池のフィンガー電極形成の場合のように、電極幅が狭く、且つ電極断面のアスペクト比を高くしたい場合には、ディスペンサは不適である。
【００７１】
一方、スリットコータでは、スリットギャップが狭くても、トータルの開口面積が確保されている場合には、粘度が１００Ｐａ・ｓ以上の高粘度でも、吐出が可能である。スリットコータはディスペンサと異なり、塗布溶液を直接加圧できることが大きな要因である。しかし、今回の対象となる太陽電池のフィンガー電極の場合のように、塗布するパターンが全面に至らず、局所的な場合には、閉じている部分が多く、開口部は極めて少なくなる。このため、流動摩擦抵抗が増大し、塗布溶液自体が高圧に曝されることになる。このような状況で、吐出を行うと、狭小な吐出ノズル孔１１から出た塗布溶液は解放されて、基板上で拡がってしまうかもしくは、吐出不能となる。
【００７２】
塗布溶液の材料物性,とくに粘度に関しては、太陽電池のフィンガー電極を考えた場合、塗布後の断面形状の維持の点から、高く選定する必要がある。また、電極幅を小さくする必要があるため、吐出ノズル孔１１の短辺は出来るだけ小さくしたい。このような、制約条件の下では、電極幅や断面形状に影響が薄い塗布方向、すなわち、長辺を長くとることにより、見掛けの開口面積を増加させ、塗布溶液にかかる圧力を減少させることが本発明の目的となる。このような、状況を作り出すことによって、高粘度の塗布溶液を用いて、電極幅が小さく、断面アスペクト比も優れたフィンガー電極を形成できることが明らかとなった。図６に、形成されるフィンガー電極と塗布ヘッドの吐出ノズル孔１１の位置関係を模式的に示す。この図から分かるように、吐出ノズル孔１１の長辺の軸は塗布方向と一致している。また、塗布材料の物性、とくに粘度によっては、長孔ではなく、円孔や正方形であってもよい。
【００７３】
塗布へッド５内の塗布溶液にかかる圧力は吐出ノズル孔１１の長孔断面形状で緩和でき、形成される電極の形状に好結果をもたらすことが明らかとなったが、さらに、狭小な電極幅が要求されている。図７（ａ）に模式的に示すように、通常のディスペンサやスリットコータはノズルから吐出する塗布溶液の吐出方向は基板表面に対して直角である。この場合、基板面は塗布溶液の流れに対して壁のような対応をし、所謂、流体力学の世界でいう、‘噴流’現象を生じる。すなわち、塗布溶液は壁に衝突後、壁に沿う全方向の速度ベクトルを生じ、拡散展開する。このことは、フィンガー電極形成の際の狭小化という目的に反する挙動となる。
【００７４】
衝突後の塗布溶液の拡散展開を少しでも緩和するためには、図７（ｂ）に示したように、塗布方向に対して、塗布ヘッド５からの塗布溶液の吐出方向を倒れこむ方向に傾けることが、効果がある。ここでは、塗布ヘッド５を基板面２に対して傾けた状況を示しているが、図７（ｃ）に示すように、塗布ヘッド５は従来通り、直立させ、塗布ヘッド５内の吐出ノズル孔１１に至る吐出流路１５を傾けても構わない。吐出流路２３をセル基板面２に対して傾けることによって、塗布溶液がもつ衝突エネルギを緩和でき、塗布方向の反対方向の速度ベクトルしかもたないため、電極幅の狭小化にとっては、極めて有効な実施形態であり、本発明における請求項４及び請求項５が装置及び方法として、それぞれ該当する。
【００７５】
現在、太陽電池の大部分を占めている結晶太陽電池のセル基板２は、通常、略円形形状をしたシリコンウェハから作られ、実装上の関係から、図１に示したような矩形形状をベースとして、４隅を切り欠いた形状をしている。フィンガー電極１６は、一定間隔をもちながら、直線状に形成される。しかし、前記した切り欠き部では、ウェハの外側にいくほど、電極長は短くなり、中央部では一定の長さとなる。段階的に変化させるフィンガー電極の塗布長さへの対応機構について次に説明する。
【００７６】
図８に、フィンガー電極１６の塗布長を変える構造について示す。塗布ヘッドの中心は、吐出ノズル孔１１であり、所定の間隔で所定の本数の断面形状が長孔の吐出ノズル孔１１が形成されている。この吐出ノズル孔１１に塗布溶液を供給する共通の流路の中に、左右に移動可能なスライドバルブ１７が存在し、塗布材料供給口１８を中心に移動できる仕組みである。すなわち、スライドバルブは、共通流路の断面を覆うピストン状のバルブであり、吐出ノズル孔１１を閉塞する役割をもっており、吐出流路２３の上にある場合は、吐出ができない。
【００７７】
このスライドバルブ１７は、リニアガイド１９を介した、塗布ヘッド５に付属した左右対称の精密台形ねじ２０の駆動から、連結したアーム２１によって、左右に動くしくみである。また、台形ねじ２０の駆動はサーボモータでなされる。この結果、太陽電池セル基板の切り欠き部でのパターニングは可能となる。
【００７８】
一連の具体的な塗布動作について図９（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。この図は、図１に示したような、電極の塗布長が切り欠き部で変わる際の塗布手順を示したものである。まず、（ａ）は塗布開始直後を示しており、塗布ヘッド５が下降し、セル基板２との所定のギャップを設定後、塗布溶液を供給し、セル基板２を搭載したテーブル３を動かし、塗布を開始する。その時、スライドバルブ１７の間隔は、中央部の切り欠きの影響がない基板幅となっている。次に、（ｂ）では、スライドバルブ１７を左右に徐々に動かし、電極の描画本数を順次増やしていく。全本数の描画からは安定した吐出になり、セル基板２の切り欠き部に当たるまで続く。（ｃ）（ｄ）では、スライドバルブ１７を次第に中央に戻していき、描画を中止する電極の本数を順次増やしていく。この際には、送液ポンプ９の吐出流量を減らしていく必要がある。具体的には、供給流路２３に設定した圧力センサ３２の値を監視し、ポンプの回転数にフィードバックする形で制御が行われる。塗布完了の時点で、塗布ヘッド５を上げ、塗布溶液の供給も停止し、終了となる。これらが本発明の請求項６、請求項７及び請求項８に関する実施例である。
【００７９】
また、図８は、塗布溶液を塗布ヘッド５の中央から入れる構造であるが、ヘッドの構成によっては、中央部から入れられないで、塗布ヘッド５の両端部もしくは片端部から入れなければならない場合がある。この場合の、構成を図１０に示す。中央部から塗布溶液を入れていた場合のスライドバルブ１７が中実のピストン状の構造に対して、端面から塗布溶液を入れる場合には、図からも分かるように、中空のピストン状のスライドバルブ１７ａを使うところに特徴があり、円筒の外壁面で吐出ノズル孔への流路を閉塞する。これが、本発明の請求項１２の実施例に該当する構造である。
なお、図９に示した吐出制御用スライドバルブ１７は円柱形状をしているが、それに限ったものではなく、角柱形状でもよい。また、吐出制御用スライドバルブの材料は、スムーズな動作を可能にするため低膨張材であるスーパーインバーセラミックの使用が望ましい。また、吐出制御用スライドバルブや当該スライドバルブと摺動する吐出流路の内面は、耐摩擦性向上のためダイヤモンドライクカーボンコーティングやメッキコーティングを施すことが望ましい。
図１３に、フィンガー電極１６の塗布長を変える第二の構造について示す。本構造では吐出制御用のスライドバルブを用いるかわりに側面に斜めの切り欠き３６を有する回転ロッド３３を用いる。当該回転ロッド３３は、塗布ヘッド５に固定治具３５を用いて固定されたモータ３４を用いて矢印の方向に回転する。塗布溶液は、図１０と同じようにノズルプレート１２にある塗布溶液供給口１８を通して吐出ノズル孔１１に供給される。回転ロッド３３の側面は、吐出ノズル孔１１に接するように配置されており、回転ロッドの切り欠き３６が吐出ノズル孔１１の上に位置するときには、当該吐出ノズル孔は開放されているため塗布溶液が吐出され、回転ロッド３３の切り欠きの無い部分が吐出ノズル孔１１の上に位置するときには、当該吐出ノズル孔は回転ロッド３３によってふさがれてしまうため、塗布溶液が吐出されない。当該切り欠き３６は斜めに形成されており、回転ロッド３３を回転することにより、回転ロッドによりふさがれる吐出ノズル孔と切り欠きにより開放さる吐出ノズル孔を順次変えることができるので、回転ロッド３３を回転しながら塗布を行うことでフィンガー電極の塗布長を変えることができる。
一連の具体的な塗布動作について図１４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。この図は、図９と同様に、電極の塗布長が変わる際の塗布手順を示したものである。まず（ａ）は塗布開始直後を示しており、吐出ノズル孔１１ａの上には回転ロッド３３の切り欠き３６が、吐出ノズル孔１１ｂの上には回転ロッド３３の切り欠きの無い部分が位置しており、吐出ノズル孔１１ａからは塗布溶液が吐出され、吐出ノズル孔１１ｂからは塗布溶液が吐出されない。次に（ｂ）では、回転ロッド３３を所定の角度だけ回転し、回転ロッドの切り欠き部が上に位置する吐出ノズル孔１１ａの数が両側にひとつずつ増え、塗布長が広がる。次に（ｃ）では、さらに回転ロッド３３を所定の角度だけ回転し、回転ロッドの切り欠き部が上に位置する吐出ノズル孔１１ａの数がさらに両側にひとつずつ増え、塗布長が広がる。同様にして塗布長をひろげていき、（ｄ）では、すべての吐出ノズル孔の上に回転ロッド３３の切り欠き３６が位置し、すべての吐出ノズル孔から塗布溶液が吐出される。塗布長を狭める際には、この動作と逆の動作を行えば良い。このように、回転ロッド３３を回転させながら塗布を行うことで、フィンガー電極の塗布長を変えることができる。
【００８０】
次に、狭小微細な吐出ノズル孔群１１をもつ、塗布ヘッド５に要求される項目について検討する。塗布ヘッド５は、太陽電池の集電極形成において、中心デバイスであり、この性能や信頼性が、そのまま、装置の性能や信頼性に置き換わると言っても過言ではない。現在の太陽電池のフィンガー電極の線幅は１００ミクロン前後であり、電極断面のアスペクト比も高くはない。さらに、製造法に起因する電極周辺の‘にじみ’の課題は解決されていない。電極幅を半減し、且つ電極断面アスペクト比を大幅に向上させ、‘にじみ’解消の目的で、提案されたスリットコータ方式の形成方法は、可能性は十分であるものの、メインデバイスである塗布ヘッド５の安定性不足のため、実力値としては、従来の方式と同レベルである。
【００８１】
この原因は、ひとえに、塗布溶液を吐出するノズル孔１１の加工法の困難さによるところが大きい。具体的には、微細孔をレーザ加工やワイヤ放電加工であけるのが常識的な考えであるが、両者とも、材質や形状の制約が大きく、たとえば、レーザによって索孔されたノズルの厚さ方向の径分布は概して良くないし、厚さの制約も大きい。孔形状が本発明で提案しているような長孔になると、ばらつきはさらに大きくなることが推定される。また、ワイヤ放電加工についても、ワイヤが設定される開口面を必要とし、孔形状もきれいではない。しかも、これらの加工設備は高価なため、どこででも加工できるものではない。さらに、フィンガー電極の間隔の変更等の対応には最初から作り直す必要があり、結果、塗布ヘッド５は加工精度が良くないにも拘わらず、非常に高価なものになってしまう。
【００８２】
以上の背景をもとに、塗布ヘッド５として具備しなければならない条件を列挙すると次のようになる。
（１）吐出ノズル孔の加工精度が十分であること。
（２）吐出ノズル孔の長孔形状のうち、とくに、短辺の寸法ばらつきが非常に小さいこと。
（３）吐出ノズル孔の加工に特殊な方法を使わずに、必然的に低価格であること。
（４）電極幅や電極間隔の変更等に迅速且つ安価に対応できること。
（５）吐出ノズル孔の目詰まり等のトラブルに容易に対処できること。
（６）部分的な損傷に対して、該当部分の取り換えで可能なこと。
【００８３】
前記の塗布ヘッド５の必要条件に基づいた積層型の塗布ヘッド構造を図１１に示す。また、この塗布ヘッドの吐出ノズル孔１１を構成している代表的な部品を図１２に示す。まず、吐出ノズル孔１１は図１２に示す、フィンガー電極の間隔を規定するブロック２２と２枚のブロック２２の間で、吐出ノズル孔１１も含む吐出流路２３を切削形成した薄層スペーサ２４を積層することによって、隙間が微細な長孔（長方形）となる塗布ヘッド５の基本構造が出来上がる。もちろん、塗布溶液の物性、特に粘度の値によっては、吐出ノズル孔１１形状が正方形になることもある。これらの両部品２２、２４には、共通した位置に、積層するためのスタッキングボルト孔２５および、塗布溶液供給流路孔２６が形成されている。これらの２つの部品を交互に積層し、所定の個数を積層し終わったら、両側に塗布溶液を供給するための配管２７および排出するための配管２８を接続するためと、スタッキングボルト２９の台座となる端板３０、３１を取り付け、最後に、ノズル面を調整後、スタッキングボルト２９を締めて積層型の塗布ヘッドの組立が完了する。前記の概念を織り込んだのが、本発明の請求項１１、請求項１２及び請求項１３である。
【００８４】
この構造では、全てが切削や研削といった従来の加工法によっており、全てが基準平面に対して垂直方向の加工であるために、平行度さえ留意すれば、どのような加工設備でも対応可能である。また、長孔ノズルの短辺に相当する薄層スペーサ２４は通常、ステンレス鋼板の圧延材であり、非常に正確な厚さと少ないばらつきを持っており、空間形成でできた吐出ノズル孔１１は、レーザ加工等の最先端の加工技術による索孔よりもはるかに正確である。さらに、この方法で製作された塗布ヘッドは、どの加工方法で作られた塗布ヘッドよりも安価であり、純粋の製造価格は、他の方法および構造と比較して、１／１０以下となる。本発明の請求項１４は、切削及び研削の従来の加工技術による塗布ヘッド５の製造法に関するものである。
【００８５】
また、仕様変更にともなう、電極間隔や電極幅の変更に対してもフレキシブルに対応でき、同一基板内での、仕様値の変更にも対応できるのは、レーザ等の索孔による一体型ヘッドでは全く対応できないのと好対照である。
【００８６】
太陽電池のフィンガー電極に要求される寸法諸元は非常に厳しく、これを実現するデバイスに要求される精度も厳しいものがある。対象とする塗布ヘッド５は、インクジェットヘッドと同レベルの寸法諸元と精度が要求される。一方、塗布対象となる塗布溶液は、インクジェット塗布が１０ｍＰａ・ｓ程度の極めて低い粘度に限定されるのに対して、本発明対象の塗布ヘッド５は粘度１００，０００ｍPa・ｓ以上の塗布溶液を吐出する必要がある。この場合、インクジェット塗布の際にも問題となるノズル孔の目詰まりの問題が信頼性の上で大きな課題となる。レーザ索孔等で作る一体型の塗布ヘッド５は微細な吐出ノズル孔１１に対して、目詰まり回復の手段が難しく、回復ができない場合には、塗布ヘッド５全体を交換せざるを得ない。これに対して、図１１に示した積層型の塗布ヘッド５では目詰まりが起こった場合、直ちに分解して、個々の薄層スペーサ２４の洗浄及び個々のブロック２２の洗浄によって、容易に回復できる。すなわち、平板１枚の洗浄のため、方法として、極めて容易であり、殆んどの場合、目詰まりは解消する。万一、洗浄工程等のハンドリングの誤りによって、薄層のスペーサ２４が破損した場合には、１枚だけを交換すれば、原状回復が可能である。
【００８７】
前記した、各構造及び方法の採用によって、太陽電池セル基板に形成されるフィンガー電極を細く、断面アスペクト比を大きく形成できる。その結果、光電変換効率が向上し、有効な太陽電池システムを提供できる。また、本発明のヘッド構造を採用することによって、太陽電池集電極の形成装置を安価で提供でき、安定で信頼性が高いプロセスを提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、前述の問題点を解決すると同時に、さらに、狭小幅で断面アスペクト比が高いフィンガー電極を形成するためのものであり、信頼性が高い電極形成装置を提供できると同時に、より高い光電変換効率を達成する太陽電池を実現することにも繋がるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１      太陽電池集電極形成装置の機構部分のベース
２      太陽電池のセル基板
３      セル基板吸着搭載テーブル
４      テーブルを移動させるための駆動機構（ステージアクチュエータ）
５      塗布ヘッド
６      ヘッド〜基板間ギャップ調整用移動機構（垂直軸アクチュエータ）
７      ヘッド固定用門型フレーム
８      塗布溶液タンク
９      送液ポンプ
１０      基板吸着用真空ポンプ
１１      吐出ノズル孔
１１ａ    吐出ノズル孔
１１ｂ    吐出ノズル孔
１２      ノズルプレート（ａ）（ｂ）
１３      カバープレート（ａ）（ｂ）（ｃ）
１４      塗布溶液液だめ用キャビティ
１５      シーリングプレート
１６      フィンガー電極
１７      吐出制御用スライドバルブ
１８      塗布溶液供給口
１９      リニアガイド
２０      精密台形ねじ駆動機構
２１      連結アーム
２２      フィンガー電極間隔を規定するブロック
２３      吐出流路
２４      薄層スペーサ
２５      スタッキングボルト孔
２６      共通塗布溶液供給流路孔
２７      塗布溶液供給配管
２８      塗布溶液排出配管
２９      スタッキングボルト
３０      締結台座用端板（１）
３１      締結台座用端板（２）
３２      圧力センサ
３３      回転ロッド
３４      モータ
３５      固定治具
３６      切り欠き
【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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