(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁性高分子基板の一面上に順次積層された下部電極層、接着剤、第２の絶縁性高分子基板、及び半導体薄膜よりなる光電変換層から構成される太陽電池パドルの製造方法において、前記第１の絶縁性基板を前記接着剤を介して前記第２の絶縁性基板と貼りあわせる工程の後に、前記第１の絶縁性高分子基板の前記一面とは反対の一面側からレーザ光を照射して少なくとも前記第１の絶縁性高分子基板のみを貫通する穴を設ける工程を有することを特徴とする太陽電池パドルの製造方法。
【請求項２】
第１の絶縁性高分子基板の一面上に順次積層された下部電極層、接着剤、第２の絶縁性高分子基板、及び半導体薄膜よりなる光電変換層から構成される太陽電池パドルにおいて、前記第１の絶縁性高分子基板の前記一面とは反対の一面側に少なくとも前記第１の絶縁性高分子基板のみを貫通する直径０．１ｍｍ以下の穴を有することを特徴とする太陽電池パドル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池パドル用部品の製造に好適な穴明方法を用いた太陽電池パドルの製造方法及び太陽電池パドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の人工衛星においては、大型化や多機能化に伴う搭載機器の増加から消費電力は増大している。図６に示すような人工衛星は、衛星本体２３に図示しない折りたたみ展開機構を介して電力源である太陽電池パドル２４を収納した状態でロケットにより宇宙空間へ輸送され、宇宙空間へ到達した時点で、この折りたたみ展開機構により太陽電池パドル２４を展開し太陽電池の受光面を宇宙空間に構築する。太陽電池パドル２４に対しては、太陽電池セルの搭載個数を増やすために大型化（大面積化）が要求されている。同時に、人工衛星の大型化や多機能化に伴う搭載機器の増加によって、太陽電池パドル２４そのものの搭載スペースは縮小することが求められている。この相反する要求を達成する為に、フレキシブル型と呼ばれる太陽電池パドルへの要求が高くなってきている。しかしながら、現在、最も広く使われているリジット型太陽電池パドルのサブストレート（太陽電池セルを搭載する土台の部分）は、アルミニウムのハニカムにＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を接着した構造である。これに対して、フレキシブル型太陽電池パドルのサブストレートは、電力伝達用の銅電極を絶縁するために、耐熱性が強く機械的強度の大きな、二枚のポリイミドフィルムで挟んで、双方を接着剤で貼り合わせた構造になっている。
【０００３】
これらの太陽電池パドルは衛星軌道が大気圏外にある為に通常は、高真空（１０-10 Ｔｏｒｒ程度）で、かつ、温度サイクルがおおよそ、−７０℃〜＋７０℃という環境下で使用される。
【０００４】
このため、高真空中において太陽からの放射熱や太陽電池からの発熱でサブストレートが加熱されると、接着層のエポキシ系接着剤が気化してアウトガスが発生し、そのガスが２枚のポリイミドフィルムの間に充満することによって、サブストレートが膨張により局所的に湾曲し、太陽電池セルの破損が発生することが度々ある。そのような接着剤の気化により発生するアウトガスによるトラブルを回避する為に、気化したガスを太陽電池パドルの外部に逃がす、ガス抜き用の微細な穴をポリイミドフィルム上に多数形成する方法が幾つか試みられてきた。それらの技術に関する例としては、ポリイミドフィルムを貼合わせる前にドリルやパンチで機械的に穴を形成する方法や、貼合わせた後に機械的に穴を形成する方法が挙げられる。
また、この微細な穴は穴径が大き過ぎるとサブストレートの機械的強度を低下させるので、ガスが抜ける範囲で穴径が極力小さいことが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、大気圏外で作動中の太陽電池パドルにおける接着層から発生する、アウトガスによるトラブルを回避する為に、ガス抜き用の微細な穴をポリイミドフィルム上に多数形成する方法は、従来から行われていたが、ポリイミドフィルムを貼合わせる前に穴を形成する方法では、穴明け後に銅電極を挟んでエポキシ系接着剤で接着するため、接着剤が穴を通してポリイミドフィルム表面に到達して、結果として太陽電池パドルの表面を汚染する場合が多く、さらに、ガス抜き用の穴が接着剤で埋まってしまい太陽電池パドルの変形を防ぐことができない等の不具合が生じていた。また、貼りあわせた後に機械的に穴を形成する方法では、穴深さの加工精度が低く、太陽電池パドルを貫いた貫通穴になる場合が多く、かつ、穴の直径も０．５ｍｍ程度が限度であった。このため太陽電池パドルは機械的強度の低下が避けられず、ロケットでの打ち上げの時に折りたたまれた太陽電池パドルを宇宙空間で展開する際での大きな衝撃にも耐えねばならないため、宇宙空間での動作に支障をきたしていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような技術的課題を解決するためになされたものであり、請求項１によると、第１の絶縁性高分子基板の一面上に順次積層された下部電極層、接着剤、第２の絶縁性高分子基板、及び半導体薄膜よりなる光電変換層から構成される太陽電池パドルの製造方法において、前記第１の絶縁性基板を前記接着剤を介して前記第２の絶縁性基板と貼りあわせる工程の後に、前記第１の絶縁性高分子基板の前記一面とは反対の一面側からレーザ光を照射して少なくとも前記第１の絶縁性高分子基板のみを貫通する穴を設ける工程を有することを特徴とする太陽電池パドルの製造方法を提供するものである。
【００１３】
この太陽電池パドルの製造方法によると、第１の絶縁性基板を接着剤を介して第２の絶縁性基板と貼りあわせる工程の後に、太陽電池の形成された側とは反対の面から穴明が行われるので穴が接着剤で塞がることもない。
【００１４】
請求項２によると、第１の絶縁性高分子基板の一面上に順次積層された下部電極層、接着剤、第２の絶縁性高分子基板、及び半導体薄膜よりなる光電変換層から構成される太陽電池パドルにおいて、前記第１の絶縁性高分子基板の前記一面とは反対の一面側に少なくとも前記第１の絶縁性高分子基板のみを貫通する直径０．１ｍｍ以下の穴を有することを特徴とする太陽電池パドルを提供するものである。
【００１５】
この太陽電池パドルによると、形成するガス抜き穴の直径が小さいために、ロケット打ち上げ時や宇宙空間での動作時における太陽電池パドルの機械的強度の低下も防ぐことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の概要を示す説明図である。加工用ＸＹテーブル１上の所定位置に被加工用のワークである可撓性多層膜２（可撓性膜）が載置されている。この可撓性多層膜２は太陽電池パドルの一部を形成するサブストレート３で、図２に示すように、表面層がポリイミドフィルム層４（第１の絶縁性高分子基板）で、次層は銅電極５が挿入されたエポキシ系の接着層６で、最下層がポリイミドフィルム層７（第２の絶縁性高分子基板）の三層構造を形成している。このサブストレート３は、図３に示すようにシリコン系の接着剤で半導体薄膜よりなる光電変換層から構成される太陽電池セル８に接合される。
【００１７】
また、このサブストレート３の上面に多数の小さな穴ｈを有する遮光マスク９が、サブストレート３の被加工面の全体を覆うように載置され、固定具１０によって密接状態にクランプされている。この遮光マスク９は厚さ０．３ｍｍのステンレス製で、直径０．４ｍｍである多数の貫通穴が所定ピッチで設けられている。また、この遮光マスク９上方にはレーザビームヘッド１１が配設されており、このレーザビームヘッド１１はエキシマレーザ発振器１２からスリット１３、ミラー１４、レンズ１５等の光学部品を介して光路が導かれている。なお、上記光路と逆の方向にはモニタ用のカメラ１６が設けられモニタＴＶ１７に接続されている。
【００１８】
これらの構成による装置によるガス抜き穴の形成のための加工を説明すると、加工用ＸＹテーブル１上に載置されている可撓性多層膜２である太陽電池パドルの一部を形成するサブストレート３を複数枚並べて、上面から固定具１０によって遮光マスク９を介してクランプし、加工用ＸＹテーブル１を所定位置に移動させる。この状態で、図２（ａ）に示すようなポリイミドフィルム層４のみを貫いて穴明加工する。なお、太陽電池パドルを対象とした本実施例では、図２（ｂ）に示すように、接着層６の深部にまで穴が到達するのは接着剤の溶発を招いて好ましくない。
【００１９】
エキシマレーザ発振器１２から発振されたレーザ光は、光学部品を介してレーザビームヘッド１１から遮光マスク９を介してサブストレート３に向けて照射される。サブストレート３の表面層は、ポリイミドフィルム層４であるので、エキシマレーザには加工性の良好な波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いている。エキシマレーザ発振器１２から発振されたレーザ光は、スリット１３で整形された後にミラー１４を経由してレンズ１５で結像し、レーザビームヘッド１１から遮光マスク９に設けられた直径０．４ｍｍの穴を通過してポリイミドフィルム層４の表面に照射される。この際の照射条件はフルエンスが１Ｊ／ｃｍ、繰り返し周波数が１０Ｈｚ、照射ショット数が１００ショットである。そして、遮光マスク９に設けられた多数の穴ｈ間のピッチに同期して、加工用ＸＹテーブル１が移動して、その都度レーザ光が穴ｈを介してポリイミドフィルム層４の表面に照射される。加工時のポリイミドフィルム層４は遮光マスク９により表面が押圧されている為に、可撓性のあるポリイミドフィルム層４は、遮光マスク９に密接して表面の波打ちが修正されるので、加工面が平坦な状態で加工される。
【００２０】
その結果、レーザビームはポリイミドフィルム層４の表面に対して真上の同一方向から照射され、かつ、ポリイミドフィルム層４は遮光マスク９の重みで撓むことなく、均一の厚さで加工されるので、図３に示すように、全域に亘って遮光マスク９の穴位置と同じ位置に直径０．１ｍｍ深さ５０μｍの良好なガス抜き穴Ｈが形成される。波長の短い紫外光を出射するＫｒＦエキシマレーザを用いた加工では、レーザの高い光エネルギを用いてポリイミドフィルム層４を構成する結合分子を直接に開裂させる、アブレーション加工が可能な為に、図４に示すようなシャープなエッジを持つ接着層５の底部にまで達する加工穴が形成できる。さらに、アブレーション加工ではレーザ１パルス当たりの加工深さが一定である為に、加工深さの制御が容易である。
【００２１】
実際には、図５で詳細に示すように、太陽電池パドルの断面は構成されている。ここで、銅電極５は、ポリイミドフィルム層４，７により挟み込まれる形で、接着層（エポキシ系接着剤）６によって接着されている。各銅電極５…は、ポリイミドフィルム層４，７に挟まれた状態で、サブストレート３の端部へと折り曲げられて、そこで太陽電池セル８からのバスライン１８に半田付け部１９で接続される。各太陽電池セル８…はインコネクタ２０により電気的に連結され、バスライン１８を通じて人工衛星に電力を供給している。また、各太陽電池セル８…は接着層２１（シリコン系接着剤）によってサブストレート３に固定されるとともに、同様に接着層２１（シリコン系接着剤）によって固定されたカバーガラス２２に覆われている。
【００２２】
なお、本発明のような穴明加工は、サブストレート３の形成後に太陽電池セル８…の形成された側とは反対の面、即ちポリイミドフィルム層４側から行われ、従って本発明の太陽電池パドルはポリイミドフィルム層４側に多数の微小な穴を有することとなる。サブストレート３の形成が終わってから穴を加工するので穴が接着剤で塞がることもない。
【００２３】
この穴明加工は、２．６ｍ×０．６ｍの基板を４０枚ならべたサブストレート３に対して、１０ｍｍ×２４ｍｍピッチで約１６０００個のガス抜き穴を直径０．１ｍｍ形成するように行なった。そして、最終的に製造したフレキシブル型太陽電池パドルは−１１６℃〜８１℃にかけて、１０-5Ｔｏｒｒ以下にて熱真空試験を行なっても、サブストレート３の膨張による太陽電池セル８の破壊は起こらなかった。また、形成するガス抜き穴の直径が小さく、むらなく一定のピッチで同一サイズの穴として形成されているためにロケット打ち上げ時や宇宙空間での動作時における太陽電池パドル全体の機械的強度の低下も防がれている。
【００２４】
なお、上記実施例では、レーザ光は遮光マスク９の穴ピッチ毎に間欠的に照射していたが、加工用のエネルギが十分であれば連続的に照射しても同様な効果が得られることは言うまでもない。また、上記実施例では被加工物として太陽電池パドルの一部を取り上げたが、可撓性膜に対する穴明加工であるならば、その他の被加工物を対象としても良いことも言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の太陽電池パドルの製造方法及び太陽電池パドルは、請求項１の発明によると、第１の絶縁性基板を接着剤を介して第２の絶縁性基板と貼りあわせる工程の後に、太陽電池の形成された側とは反対の面から穴明が行われるので穴が接着剤で塞がることもない。
【００２９】
請求項２の発明によると、形成するガス抜き穴の直径が小さいために、ロケット打ち上げ時や宇宙空間での動作時における太陽電池パドルの機械的強度の低下も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可撓性膜の穴明方法と穴明装置の概略説明図。
【図２】本発明に係る穴明方法の過程におけるサブストレートの拡大断面図。
【図３】本発明に係る太陽電池パドルの拡大断面図。
【図４】本発明の穴明加工による微細穴の模式図。
【図５】本発明に係る太陽電池パドルの詳細断面図。
【図６】太陽電池パドルを搭載した人工衛星の概略構成図。
【符号の説明】
１…加工用ＸＹテーブル
２…可撓性多層膜
３…サブストレート
４…ポリイミドフィルム層
５…銅電極
６…接着層（エポシキ系樹脂）
７…ポリイミドフィルム層
８…太陽電池セル
９…遮光マスク
１０…固定具
１１…レーザビームヘッド
１２…エキシマレーザ発振器
１３…スリット
１４…ミラー
１５…レンズ
１６…カメラ
１７…モニタＴＶ
１８…バスライン
１９…半田付け部
２０…インコネクタ
２１…接着層（シリコン系樹脂）
２２…カバーガラス
２３…衛星本体
２４…太陽電池パドル
ｈ…穴
Ｈ…ガス抜き穴
【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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