(57)【要約】【課題】  薄膜太陽電池の電気的処理を、安定的に短時間で行う。【解決手段】  本発明は、薄膜太陽電池の電気的処理に用いるプローブユニットに関する。そして、本発明のプローブユニットは、薄膜太陽電池と接触して薄膜太陽電池に電気的処理を行うプローブユニット本体と、プローブユニット本体により薄膜太陽電池に電気的処理を行う際に、プローブユニット本体が薄膜太陽電池に接触して処理を行う処理対象領域を減圧させる吸引機構とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
2011204904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽電池と接触して上記薄膜太陽電池に電気的処理を行うプローブユニット本体と、
上記プローブユニット本体により上記薄膜太陽電池に上記電気的処理を行う際に、上記プローブユニット本体が上記薄膜太陽電池に接触して処理を行う処理対象領域を減圧させる吸引機構と
を有することを特徴とするプローブユニット。
【請求項２】
上記吸引機構は、
少なくとも上記プローブユニット本体を覆う吸引ノズルと、
上記吸引ノズル内を減圧する吸引源とを有し、
上記プローブユニット本体は、
上記薄膜太陽電池と接触する１又は複数の端子と、
上記端子を支持する基板とを有し、
上記基板には、１又は複数の通気孔が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
【請求項３】
当該プローブユニットが上記電気的処理を行う上記薄膜太陽電池は、酸化亜鉛を用いた電極を備えるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブユニットに関し、例えば、薄膜太陽電池を構成する太陽電池セル間の短絡部の有無の検査や、短絡部の除去等の電気的処理に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、縦横約１ｍほどの光透過性のガラスなどの基板上に光透過性の基板側電極と光電変換半導体層、および裏面電極とを積層させ、一定の間隔(通常数十μｍ〜百μｍ程度)で一定の幅(通常数ｍｍ〜十ｍｍ程度)に、薄膜太陽電池を構成する太陽電池セルを形成させる溝切り工程を経て製造される。この製造工程において、隣接する太陽電池セル間で短絡部が生じたり、同一太陽電池セルの基板側電極と裏面電極との間で短絡部が生じたりすることがある。また、製造工程中に光電変換半導体層にピンホールが形成されたり、あるいは、不純物の混入により、隣接する太陽電池セル間や、同一太陽電池セルの基板側電極と裏面電極との間で同様の短絡部が生じることも多い。
【０００３】
そのために、従来、薄膜太陽電池の製造工程には、前記短絡部の有無を検査し、検出された短絡部に逆バイアス電圧を印加することにより前記短絡部に電流を集中させ、生じたジュール熱によって該短絡部の導通部を飛散させたり、酸化して絶縁化することにより該短絡部を除去する工程を含む。
【０００４】
薄膜太陽電池の前記短絡部の検出処理や除去処理、特性測定などの方法は、特許文献１、２に開示されている。特許文献２は、太陽電池セルに電圧印加を行うことで、太陽電池セルの特性測定や特性改善を行っており、特許文献１ではこういった太陽電池セル表面に接触可能なプローブが開示されている。
【０００５】
薄膜太陽電池は、前述のように基板となるガラス板に酸化亜鉛や酸化インジウム錫、酸化錫等の透明導電薄膜を塗布して基板側電極とし、その上に多結晶の酸化珪素に特性を決定する僅かな量の物質を混合させ、それぞれＰ層、Ｉ層、Ｎ層として光電変換半導体層を積層形成している。そして、最上層には、銀薄層などが裏面電極として設けられる。太陽光等の励起光は、ガラス基板の側より基板側電極である透明導電薄膜を透して酸化珪素の各層に到達し、光励起されて上部の基板側電極と裏面電極間に電位差を生ずる。
【０００６】
近年では、光励起材料として酸化珪素皮膜以外にも例えば、銅・インジウム・ガリウム・セレン等を用いることなど、また、裏面電極は光の透過性が必要でないため、銀以外に多くの導電材料が用いられる。
【０００７】
一方、基板側電極としては、光透過性が必要なために使用できる導電材料は限られている。そういった中で、酸化亜鉛は、太陽電池電極の目的としての良好な抵抗率、光透過性を持つ以外にも禁制帯幅が３．３７ｅＶ程度のワイドギャップの半導体であり、アルミニウムやガリウム、塩素や弗素をドープすることで、低抵抗化する、また、酸化亜鉛は、還元雰囲気での耐性に優れる、さらに、酸化亜鉛は、原料が安価であるなどの特徴があり、その有用性は高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−１８６２１２号公報
【特許文献２】米国特許第４１６６９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述の酸化亜鉛を基板側電極に用いた時の薄膜太陽電池の電気的特性に、例えば、溝によりスクライブされた太陽電池セル間に電圧を印加した場合、漏れ電流値が一定の値に収束するまでの過渡時間が変動するなど、一連の不安定さが見出されることがある。この原因としては、従来より太陽電池セル内部の不純物準位や結晶粒界、その他薄膜の積層間の接合等によってこういった電気的特性の不安定さがもたらされたものと考えられてきた。
【００１０】
この薄膜太陽電池の電気的特性の不安定さにより、従来から、薄膜太陽電池の製造工程において、前述した前記短絡部の検査処理や除去処理で、処理のために長時間を要し、あるいは処理精度が悪くなる場合があった。
【００１１】
そのため、薄膜太陽電池の電気的処理を、安定的に短時間で行うことができるプローブユニットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプローブユニットは、（１）薄膜太陽電池と接触して上記薄膜太陽電池に電気的処理を行うプローブユニット本体と、（２）上記プローブユニット本体により上記薄膜太陽電池に上記電気的処理を行う際に、上記プローブユニット本体が上記薄膜太陽電池に接触して処理を行う処理対象領域を減圧させる吸引機構とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄膜太陽電池の電気的処理を、安定的に短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るプローブユニットの斜視図である。
【図２】酸化亜鉛の薄膜導電電極の電気的特性の実験試料の構成について示した説明図である。
【図３】酸化亜鉛の薄膜導電電極の電気的特性の実験結果について示したグラフである。
【図４】実施形態に係るプローブユニットを有する電気処理装置の概略側面図である。
【図５】実施形態に係るプローブユニット基板及び吸引カバーの概略上面図である。
【図６】実施形態の変形実施形態に係るプローブユニット基板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明によるプローブユニットを電気処理装置に適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【００１６】
（Ａ−１）薄膜太陽電池の電気的特性について
まず、本発明のプローブユニット（電気処理装置）において処理対象となる、前述の酸化亜鉛を基板側電極に用いた薄膜太陽電池の電気的特性の実験結果について説明する。
【００１７】
これまで酸化亜鉛は、高い水接触角を示し、水に濡れにくい表面を有するとされてきたが、近年に至り酸化亜鉛と同様の物質である、酸化アルミニウムや酸化チタンなどが、フーリエ変換赤外分光分析や近赤外吸収測定の結果などからは、水分子との相互作用が強く水分子の吸着量が多いとする見解もみられる。
【００１８】
本発明者らは、薄膜太陽電池の特性測定等電気的処理において、前述のような酸化亜鉛を用いた基板側電極（酸化亜鉛微粒子の塗布膜からなる）に吸着した水分が影響しているとの予想の下に検討を進めた結果、該吸着水分が、あたかも静電容量を持ち、測定等のために印加された電圧が、該吸着水分に充電されてしまうために、吸着水分量により測定される特性が安定的に得られないのではないかと考えるに至った。
【００１９】
次に、前述の予想に基づき行った、酸化亜鉛の薄膜導電電極の電気的特性に関する実験結果について説明する。
【００２０】
図２は、酸化亜鉛の薄膜導電電極の電気的特性に関する実験試料の構成について示した説明図である。
【００２１】
図２に示すように、ガラス板２１０の上に、８０μｍの溝２３０により仕切られて絶縁分離された厚さがおよそ４００ｎｍの酸化亜鉛を塗布した２つの薄膜導電電極２２０−１、２２０−２が準備されている。
【００２２】
図２に示す実験装置は、図示しない電源により、薄膜導電電極２２０−１、２２０−２間に直流８０Ｖを印加する。また、図示しない検査装置により、電圧印加した際に薄膜導電電極２２０−１、２２０−２間の電流値（漏れ電流値）を測定する。これは薄膜太陽電池の実際の検査工程における漏れ電流測定や、それぞれのセルの間の絶縁抵抗を測定する検査と同様である。
【００２３】
図３は、図２に示す薄膜導電電極２２０−１、２２０−２の間に電圧を印加した実験での印加電圧波形と、電圧印加した際の漏れ電流波形について示す。
【００２４】
図３（ａ）は、第１の環境(２３℃、４０％ＲＨ)の状態で２４時間放置した後における薄膜導電電極２２０−１、２２０−２間の漏れ電流測定実験の結果である。また、図３（ｂ）は、第２の環境(２３℃、８０％ＲＨ)の状態で２４時間放置した後における薄膜導電電極２２０−１、２２０−２間の漏れ電流測定実験の結果である。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）の図のそれぞれ中央に示された漏れ電流値を比較すると図３（ａ）の漏れ電流値は電圧印加後直ちに約数μＡの安定した漏れ電流値を示すが、図３（ｂ）では漏れ電流が長時間に亘って収束しないことが分かる。
【００２６】
図３に示す実験結果により、薄膜導電電極２２０−１、２２０−２は、その主成分である酸化亜鉛に吸着された水分があたかも静電容量を持っているように振る舞い、印加された電圧による電荷がその吸着水分に充電されてしまうとの予想を裏付けるものであり、したがってその吸着水分の吸着状態や吸着量などの因子が電気的特性の安定に影響を与え、漏れ電流が固有漏れ電流値に収束するまでの時間に差を生じた原因であることを示している。
【００２７】
すなわち以上の実験結果は、押し並べて考えると、酸化亜鉛を代表とするような水分吸着能の大きい材料を主成分とする薄膜層構成を用いた太陽電池セルにおいては、電気的特性が不安定となる要因の一つが、従来疎水性とされてきたにも拘らず酸化亜鉛などの水分吸着能が大きい材料を用いた薄膜層では吸着水分による電気的安定性を損なう可能性があることを強く窺わせるものである。
【００２８】
以上のことにより、酸化亜鉛の薄膜導電電極を用いた薄膜太陽電池について、電気的特性を安定させるには、薄膜太陽電池の吸着水分を除去する吸着水分除去処理が必要となる。
【００２９】
薄膜太陽電池の吸着水分を除去する方法としては、太陽電池基板を加熱する方法が考えられるが、太陽電池装置は一平米を超える大面積であることが一般的であり、加熱プロセスを、かかる太陽電池基板で適用するに、大面積基板に対する加熱源の配置やコスト、加熱に要するエネルギなど、さらには基板全体の昇温に時間がかかることのタクト低下、均一な加熱状態を得ることが難しいことなど問題が多い。
【００３０】
また、薄膜太陽電池の吸着水分を除去する別の方法として、空気流を薄膜太陽電池全面、もしくは電気的処理を行なおうとする領域へ吹き付けることも考えられるが、後述するような吸着水分除去の限界のほか、太陽電池基板上に存在する吸着水分以外の塵埃等が散乱し、例えば、スクライビング残渣が他のセル間に混入して不規則導通を惹起してセルの故障を発生させる恐れがあること、また、薄膜太陽電池に空気流を吹き付けることで、空気流により離脱した吸着水分が空気流の流出方向に送られて新たな吸着を生じる、あるいは吸着水分を含む空気流が基板全体に拡散し、それらが再吸着する際に基板に吸着水分が偏在する、それらが既に測定されたセルに及び、再吸着した場合太陽電池セルおよび電極が不均一に劣化した状態で出荷される恐れがある。さらに、近年、新材料開発による軟材料の使用や、より薄膜化されつつある太陽電池に対して、空気流の吹きつけを行うことは、物理的ダメージを与える可能性があり、将来性を期待し得ない。吸着水分や塵埃の拡散に対しては、空気流の流れ方向を一定に制御することも考えられるが、太陽電池基板のごとき大面積を有する基盤側測定装置では、巨力な吹きつけ空気流を内部に設けた整流板制御するので、装置が大型化、コストの増大は避けられない。
【００３１】
また後述するように、薄膜太陽電池の表面の吸着水分以外の、薄膜太陽電池各層内部に吸着されている吸着水分の除去は前記各方法によっても依然達成されない。
【００３２】
そのことから前述の薄膜太陽電池の特性測定、短絡部除去等に用いられる電気的処理装置の改善された方法は測定時、あるいは電気的処理時における処理方法、就中、プローブユニットの改良等により達成されるものであり、したがって本発明の目的である上記課題の解決は、薄膜太陽電池のかかる吸着水分の除去を効率的に行うことのできる吸引機構により達成されるものである。そして、その吸引機構で、前述の薄膜太陽電池の吸着水分や光電変換層の同様の吸着水分が減圧によって水蒸気圧を下落させることにより、環境温度での沸点下落がこういった吸着水分の脱離をもたらす。こういった効果は、例えば空気流等の吹き付けによっても多少の効果は期待できるものの、薄膜太陽電池の各層の表面に吸着された水分の脱離は相当程度に乾燥された気流と、各層を形成する材料粒子と吸着水分粒子との間に働く分子間凝集力(例えば、ｖａｎ  Ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ吸着力など)を断ち切るだけの強い流速などが準備されればある程度の効果を期待し得る。このような薄膜太陽電池の表面の吸着水分の除去はある程度の効果が期待できるものの、前述のように薄膜太陽電池各層内部に存在する吸着水分はかかる気流によっては排除出来ない。特にそれら内部に存在する吸着水分は前述のような各層内部の浮遊電気容量形成に大きな部分を占めているためである。
【００３３】
（Ａ−２）実施形態の構成及び動作
図４は、この実施形態の太陽電池セルを電気的処理をする電気処理装置１の概略側面図である。
【００３４】
電気処理装置１は、プローブユニット１０及び処理対象電池搬送機構２０を有している。電気処理装置１は、プローブユニット１０を用いて、処理対象の薄膜太陽電池Ｂに対して、所定の電気的処理（例えば、上述の短絡部の検査処理や除去処理）を行う。なお、薄膜太陽電池Ｂには、前述の酸化亜鉛の薄膜導電電極が基板側電極として用いられている。
【００３５】
処理対象電池搬送機構２０は、例えば、搬送モータや搬送コンベア等からなり、図示しない制御部の制御により、薄膜太陽電池Ｂを電気的処理位置まで搬送してプローブユニット１０により電気的処理を行い、処理後、薄膜太陽電池Ｂを次の工程へ搬送するものである。
【００３６】
プローブユニット１０は、複数のプローブピン１２が取り付けられたプローブユニット基板１１、吸引ノズル１３、及び吸引源１４を有している。
【００３７】
プローブユニット１０は、図示しない制御部の制御により、薄膜太陽電池Ｂに対し相対的に上下動可能に設定されている。プローブユニット１０は、処理対象電池搬送機構２０が所定の電気的検査処理位置などへ搬出入しているときなどにおいては、上方の待機位置にあり、薄膜太陽電池Ｂの移動搬送に支障ないようにされる。プローブユニット１０は、薄膜太陽電池Ｂへの電気的処理時に、プローブピン１２を薄膜太陽電池Ｂに設けられた電極に接触して電気的に接続させるものである。
【００３８】
プローブユニット基板１１及びプローブピン１２の構成については、既存の薄膜太陽電池を電気的処理をするものと同様のものが設けられている。なお、プローブユニット基板１１に設けられるプローブピン１２の数や位置はこの場合においては接触して電気的に接続される薄膜太陽電池Ｂに設けられた電極に対応して、必要に応じて設けられている。
【００３９】
図１は、プローブユニット１０の斜視図である。
【００４０】
吸引ノズル１３は、長方形のプローブユニット基板１１を上から覆う吸引カバー１３１と、吸引カバー１３１の上面に設けられた開口部に接続した円筒状の吸引ダクト１３２とを有する。吸引ダクト１３２の形状は例えば、吸引カバー１３１の方向に内径を増し、あるいは減じるようなテーパ形状（すり鉢形状）とすることも出来る。図１では、図示を省略しているが、図４に示すように吸引ダクト１３２は、吸引源１４と接続されている。
【００４１】
吸引源１４は、吸引ノズル１３を介して、プローブピン１２が薄膜太陽電池Ｂに設けられた電極に接触して電気的接続をする部分に対して特に減圧吸引を行なう。吸引源１４は、公知の減圧吸引装置を用いているが、この目的に合致するその他の装置も使用可能である。
【００４２】
吸引ノズル１３は、薄膜太陽電池Ｂの表面のプローブピン１２が接触し電気的処理を行うために電気的接続を行なう電極との接触部分を略密閉状態とし、吸引源１４により減圧吸引する。このことで薄膜太陽電池Ｂに設けられた電極のうちの少なくともプローブユニット１０により接触し、電気的処理を行う電極との接触する領域について、吸引源１４による減圧によって水蒸気圧が下落することにより吸着水分を脱離させることが出来る。また減圧により、吸引カバー１３１と薄膜太陽電池Ｂとの間に設けられた間隙部より外部の空気を導入することで生じた気流によって、薄膜導電電極と薄膜太陽電池Ｂの各面から脱離された吸着水分が排除され、吸着水分除去処理が行われる。
【００４３】
吸引ノズル１３の各部の材質は限定されないものであるが、気密性、剛性の高いものを用いることが望ましくここでは耐腐食性からＳＵＳを用いて構成されているが、その他、例えば、金属や樹脂性の材料（例えば、プラスチック、ゴム等）を用いても良い。
【００４４】
なお、プローブユニット基板１１の側面及び上面と、吸引カバー１３１の内面との間は、図１に示すように、吸引源１４の側へ空気が流れる程度の隙間が生じる位置関係で固定されているものとする。また、吸引カバー１３１の下端は、プローブユニット１０が降下した際に、吸引源１４の側へ空気が流れる程度の隙間が生じる程度の位置になるようになされていることが望ましい。また、吸引カバー１３１の下端は、プローブユニット１０が降下し、薄膜太陽電池Ｂと接続する際に妨げとならない位置とする必要がある。
【００４５】
図５は吸引カバー１３１及びプローブユニット基板１１の概略上面図である。なお、図５においては、吸引ダクト１３２等の図示は省略している。
【００４６】
前述の通り吸引カバー１３１とプローブユニット基板１１との間隙は吸引源１４の側へ気流を生じさせる位置関係で固定されている必要がある。その固定方法は限定されないものであるが、例えば、図５に示すようにプローブユニット基板１１の側面と吸引カバー１３１の内面との間を複数の留具１３３（例えば、ボルトやピン等）により固定するようにしても良い。留具１３３を配置することにより、吸引カバー１３１とプローブユニット基板１１との間を、固定しつつ吸引源１４の側への気流を妨げないようにすることができる。
【００４７】
電気処理装置１の図示しない制御部や電源等とプローブユニット基板１１はケーブル１１１により接続している。そして、図１に示すように、ケーブル１１１は、吸引カバー１３１に設けられた孔１３４を通って、電気処理装置１本体側に接続している。なお、孔１３４とケーブル１１１との隙間は、コーキング等により埋められている。また、ケーブル１１１は、プローブユニット１０の上下動の妨げとならない程度の余裕のある長さとしている。
【００４８】
吸引源１４の吸引圧力は調節可能でありその制御方法は公知の方法が適用できる。吸引源１４により減圧吸引圧力は工程等により適宜制御する。
【００４９】
また、吸引源１４による吸引の開始は工程等により適切なタイミングで行なわれ、たとえば薄膜太陽電池Ｂに対する電気的処理が開始される前に吸引を開始することなどが行なわれる。
【００５０】
また、吸引源１４による減圧処理に要するタクト時間を予め実験等により知ることで、所定時間内で減圧処理が完了（薄膜太陽電池Ｂを電気的に安定状態にさせる処理を完了）するように、吸引源１４による吸引の圧力を調節するようにしても良い。
【００５１】
（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５２】
プローブユニット１０に、吸引機構（吸引ノズル１３及び吸引源１４）を設けることにより、薄膜太陽電池Ｂを減圧吸引して吸着水分を除去するので、薄膜太陽電池Ｂを電気的処理を安定して行なうことができる。特に酸化亜鉛の電極を有する薄膜太陽電池においては、前述の図３に示すような特性があるため、薄膜太陽電池Ｂに対する電気的処理時間を短縮出来、かつ処理精度を向上させることができる。
【００５３】
また、この実施形態では、薄膜太陽電池Ｂの吸着水分除去を目的として、吸引機構（吸引ノズル及び吸引源）が設けられているが、気流方向等を制御することで薄膜太陽電池Ｂの表面等に付着などした塵埃などを順次、あるいは同時に一括して除去することも可能である。
【００５４】
（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態例に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【００５５】
（Ｂ−１）上記の実施形態において、プローブユニット基板１１は平板を用いて説明したが、プローブユニット基板１１のプローブピン１２が配置されていない領域に１又は複数の通気孔（透孔）を設けても良い。
【００５６】
図６は、プローブピン１２が配置されていない領域に通気孔が設けられたプローブユニット基板１１の斜視図である。
【００５７】
図６に示すように、プローブユニット基板１１に複数の通気孔１１２を設けることにより、減圧によって薄膜太陽電池Ｂの各面より離脱された吸着水分が効率的に吸引源１４により吸引排除させることができる。なお、通気孔１１２の形状、大きさ、数等は、適宜工程や、対象の太陽電池の形態、その他の諸条件に合致するよう最適化して決めることが出来る。
【００５８】
（Ｂ−２）上記の実施形態では、本発明のプローブユニットについて、薄膜太陽電池の電気的処理に適用する例について説明してきたが、水分吸着する性質がある材質（例えば、酸化アルミニウムや酸化チタンなど）を用いる他の電気的処理に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…電気処理装置、１０…プローブユニット、１１…プローブユニット基板、１２…プローブピン、１３…吸引ノズル、１３１…吸引カバー、１３２…吸引ダクト、１４…吸引源、２０…処理対象電池搬送機構、Ｂ…薄膜太陽電池。
【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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