JP3819507B2

JP3819507B2 - 光起電力装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP3819507B2
Application number: JP01684297A
Authority: JP
Inventors: 直樹大東; 敏宏野村; 隆司大川; 浩司勝部; 良信高畠
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: JPH10214983A; US6013873A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光起電力装置の製造方法において、基板上の中央部に配置される第１電極層、半導体光活性層及び第２電極層の積層体からなる発電領域と、基板上の外周部に存在する非発電領域とを分割する製造方法及び構造が、例えば、特開平７−２３１０１５号公報に開示されている。ここに開示された製造方法は、絶縁基板上に、第１電極層を構成する第１導電膜を形成する工程と、基板上の全外周の内側に第１導電膜を分割する下部外周溝を形成し、前記第１電極層を分割形成する工程と、下部外周溝に外周絶縁部材を配置する工程と、第１導電膜上の略全表面に半導体光活性層を構成する半導体膜及び第２電極層を構成する第２導電膜の積層体を形成する工程と、この第２電極層の露出方向から、外周絶縁部材上にエネルギービームを照射して、照射部分の半導体膜及び第２導電膜を除去し、外周絶縁部材に到達する上部外周溝を形成して、半導体光活性層及び第２電極層を分割形成する工程からなる。そして、第２電極層上を含んで基板表面の略全面に、耐湿性を向上させるために、保護膜を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の製造方法により製造された光起電力装置を長期間に渡って屋外で使用する場合においては、基板外周部の端面より水分が進入し、基板外周部の第２電極膜、半導体膜、外周絶縁部材が腐食、剥離する。更に水分が進入し、発電領域の第２電極層、半導体光活性層が腐食、剥離し、出力特性低下をもたらす。また、これら腐食、剥離は、光起電力装置の受光面側より目視できることより、外観上においても好ましくない。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するために成されたものであり、耐湿性の大きい光起電力装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に依れば、中央に複数の発電領域が配列される領域と、前記複数の発電領域が配置される領域の周囲が非発電領域となる領域を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に設けた第 1 導電膜の前記発電領域となる領域に設けられ溝により複数に分離形成された第 1 電極層と、下部外周溝で分離され前記第１電極層を囲むように設けられた外周第 1 導電膜と、前記第 1 電極層上に設けられる半導体光活性層及び第 2 電極層からなる積層体と、上部外周溝で分離され前記外周第 1 導電膜上に設けられた前記半導体光活性層及び第 2 電極層と同一材料の外周積層体と、前記第 1 電極層と前記第 1 電極層に隣接する前記半導体光活性層上に設けられた前記第 2 電極層が接続されることにより前記複数の発電領域が直列に接続され、前記積層体及び前記外周積層体の表面に設けられるとともに前記上部外周溝にも設けられるペースト状の樹脂が固形化した保護膜と、前記保護膜の上に設けられ前記保護膜のピンホールを被覆する下層に熱可塑性樹脂より成る接着層を持った保護フィルムとからなり、前記絶縁基板の外周部からの水分の侵入を防止することを特徴とする。
【０００６】
【実施例】
以下に、本発明の光起電力装置の製造方法の一実施例を、図１〜４を用いて詳細に説明する。
【０００７】
まず、図１において、１０はガラス等の透光性を有する矩形状の絶縁基板、２０ａ〜２０ｃは後述する第１電極層、半導体光活性層及び第２電極層の積層体で構成される発電領域である。また、２０ａｔ、２０ｃｔは、光起電力装置からの出力を取り出すための左端、右端出力端子領域である。
【０００８】
そして、図１に示す工程において、基板１０上の全面に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）等の透明導電膜からなる第１電極膜３０（厚さ約０．０７〜１．０μｍ）を形成する。
【０００９】
次に、基板１０の各辺の内側に、レーザビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射しながら直線的に操作することで、照射部分の第１導電膜を除去し、下部外周溝４０（幅約２０〜１００μｍ）を形成する。これにより、この下部外周溝４０の外側に外周第１導電膜３１が形成されることになる。加えて、各発電領域間、発電領域２０ｃと右端出力端子領域２０ｃｔ間に、レーザビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射しながら直線的に走査することで、照射部分の第１導電膜を除去し、領域間溝４１、４１、端子部溝４２（幅約２０〜１００μｍ）を形成する。これにより、各発電領域毎に対応した第１電極層３０ａ〜３０ｃ、右端第１導電膜３０ｃｔを分割形成すると共に、左端出力端子領域２０ａｔに第１電極層２０ａより延出する左端延出第１導電膜３０ａｔが形成される。
【００１０】
次に、第１電極層３０ｂ、３０ｃの左端上に領域間溝４１と平行に、帯状の銀ペースト等からなる導電ペースト５０ａｂ、５０ｂｃを配置する。そして、左端延出第１導電膜３０ａｔ、右端第１導電膜３０ｃｔ上においても、基板１０の側辺に平行に帯状の導電ペースト５１、５２を配置する。ここで、導電ペースト５０ａｂ、５０ｂｃ、５１、５２は、ポリイミド又はフェノール系のバインダーに銀、ニッケル又はアルミニウム等の粉末（粒径約３〜７μｍ）を含むもので、スクリーン印刷によりパターニングされた後、約２５０〜６００℃で焼成され、高さ約１０〜５０μｍ、幅約０．２〜０．６ｍｍに形成される。
【００１１】
次に図２に示す工程においては、基板１０の全外周の内側に位置する下部外周溝４０に、第１外周絶縁部材６０を配置し、この第１外周絶縁部材６０の外側の外周第１電極膜３１上に第２外周絶縁部材６１を配置する。そして、第１電極層３０ｂ、３０ｃ各々の左端上に、領域間絶縁部材６２、６２を配置する。更に、第１電極層３０ａの左端上に、分割絶縁部材６３を配置する。これら絶縁部材６０、６１、６２、６３は、平面図の図２（ａ）において、斜線で示されている。また、これらは、ポリイミド又はフェノ−ル系のバインダーに二酸化シリコン等の無機材料の粉末（粒径約１．５〜７．０μｍ）を含むもので、スクリーン印刷法によりパタ−ニングされた後、約２５０〜６００℃で乾燥され、高さ約１０〜５０μｍ、幅約０．２〜０．６ｍｍに形成される。
【００１２】
次に図３に示す工程においては、第１電極層上で基板１０上方の略全面に、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム等をｐｎまたはｐｉｎに積層した半導体膜７０（厚さ約０．３〜１．０μｍ）を、及び、アルミニウム、チタン、ニッケル等の金属膜からなる第２電極膜７０（厚さ約０．１〜１．０μｍ）を積層形成する。
【００１３】
次に、この第２導電膜８０の露出方向から、第１外周絶縁部材６０、第２外周絶縁部材６１、領域間絶縁部材６２及び分割絶縁部材６３上に、レーザビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射して、照射部分の半導体膜７０及び第２導電膜８０を除去し、各々の絶縁部材に到達する第１上部外周溝９０、第２上部外周溝９１、領域間上部溝９２、分割上部溝９３（幅約２０〜１００μｍ）を形成する。そして、これらの第１上部外周溝９０、領域間上部溝９２、分割上部溝９３により、各発電領域に対応した半導体光活性層７０ａ〜７０ｃ及び第２電極層８０ａ〜８０ｃに分割形成される。また、基板１０の外周部においては、外周半導体膜７１、外周第２電極膜８１が形成される。加えて、左端出力端子領域２０ａｔにおいては、半導体膜材料からなる半導体層７０ａｔ及び第２導電膜材料からなる第２電極パッド８０ａｔが分割形成されることになる。一方、右端出力端子領域２０ｃｔにおいては、半導体光活性層７０ｃから延出した半導体層７０ｃｔ及び第２電極層８０ｃから延出する第２電極延出部８０ｃｔが形成されることになる。
【００１４】
更に、第２導電膜の露出側から、導電ペースト５０ａｂ、５０ｂｃ、５１、５２上に位置する部分に、レーザビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射する。これにより、導電ペースト５０ａｂ、５０ｂｃと、第２電極層８０ａ、８０ｂが各々溶着されて電気的に接続され、各発電領域２０ａ〜２０ｃが直列に接続される。これらの溶着された部分を、溶着部分５５、５６、５７として、図３に示す。また、左端出力端子領域２０ａｔにおいては、導電ペースト５１と第２電極パッド８０ａｔが電気的に接続され、第１電極層２０ａからの出力を導出することができる。更には、右端出力端子領域２０ｃｔにおいては、導電ペースト５２と第２電極延出部８０ｃｔとが電気的に接続され、この導電ペースト５２により出力端子での電気抵抗を低減し、集電効率が向上する。
【００１５】
次に図４に示す工程においては、左及び右出力端子領域２０ａｔ、２０ｃｔの中央部に位置する矩形状の接続領域１００ａｔ、１００ｃｔを除いて、第２電極層８０ａ〜８０ｃ上を含む基板１０の略全面に、エポキシ、フェノール等の樹脂からなる保護膜１００を配置する。この保護膜１００は、溶剤を含むペースト状の樹脂原材料を、スクリーン印刷によりパタ−ニングした後、１００〜１５０℃にて乾燥し、厚さ約２０〜５０μｍに形成される。
【００１６】
次に、保護膜１００上を含む基板１０の略全面に、接続領域１００ａｔ、１００ｃｔに対応する領域を切り抜いたポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）、フッ素樹脂材料等からなる厚さ約２５〜１０００μｍの保護フィルム１１０が配置される。この保護フィルム１１０は、熱可塑性樹脂からなる接着層（図示せず）が片面に被着された保護フィルムを、保護膜１００側から熱ローラでラミネ−トして形成される。また、このラミネート法に代わって、真空熱圧着法を用いて形成してもよい。ここで、保護膜１００に加えて、保護フィルム１１０を配置する理由は、スクリーン印刷で形成される保護膜１００は水分が透過できるようなピンホールが形成されることが多いため、この水分透過を保護フィルム１１０で確実に防止するためである。加えて、ガラスからなる基板１０の破損時、その破片が飛散することを防止するためである。
【００１７】
そして、接続領域１００ａｔ、１００ｃｔに、リード線１２０ａ、１２０ｃを半田層１２１ａ、１２１ｃを用いて半田付けした後、この半田層１２１ａ、１２１ｃの腐食を防止し、リード線１２０ａ、１２０ｃの引っ張り強度を向上させるために、半田層１２１ａ、１２１ｃ上に樹脂材料からなる補正コート膜１３０ａ、１３０ｃを形成する。以上で、本実施例の光起電力装置が完成する。
【００１８】
次に本発明の光起電力装置の耐剥離性を確認する比較実験を行った。まず、以下２種類の光起電力装置を準備した。
▲１▼本実施例の光起電力装置
▲２▼比較例（本実施例の光起電力装置において、第２外周絶縁部材６１及び第２上部分割溝９１がないもの）
そして、これらを塩度５％の食塩水中に浸けた状態で、屋外に放置した。その結果、本実施例の光起電力装置においては、３０日経過しても発電領域内に剥離は発生しなかった。比較例では、５日経過後、基板外周部より始まった剥離が発電領域内に進行した。この結果より、本実施例では耐剥離性が向上したことが確認できた。
【００１９】
また、本実施例の光起電力装置において耐剥離性が向上した理由は、以下であると考えられる。まず、金属膜である第２電極膜と、半導体光活性層との間の剥離については、第２外周絶縁部材６１は無機材料の粉末を含むものでその表面は凹凸状であり、従って、第２上部外周溝９１を除いた第２外周絶縁部材６１上に形成される第２電極膜及び半導体膜は、この凹凸表面に被着されることになるので、密着力は大きくなる。よって、基板の外周部より進行した第２電極膜と半導体光活性層との間の剥離を、第２外周絶縁部材６１上で止めることができる。
【００２０】
また、透明導電膜からなる第１電極膜と、この上に形成された第２外周絶縁部材６１との間の剥離については、ここの密着力は、第１電極膜と半導体光活性層との密着力より良好であり、基板外周部から進行する第１電極膜と半導体膜との間の剥離は、この部分で止めることができる。
【００２１】
更には、第２外周絶縁部材６１上の第２上部外周溝９１には、樹脂材料からなる保護膜１１０の材料が充填されることになり、同じく樹脂成分を含む第２外周絶縁部材６１と強固に密着することができる。従って、基板外周部より進行した水分はこの部分を通過することが困難になり、発電領域内への水分の進入を減少させることができ、よって、発電領域内での剥離を減少させることができる。
【００２２】
次に、本実施例の更なる効果について、説明する。本実施例においては、第１外周絶縁部材６０上の第１上部外周溝９０により、第２電極膜を、各発電領域と外側の外周第２電極膜とに分離してしている。仮に、これらの第１上部外周溝９０、第２上部外周溝９１がない場合は、基板１０の側面或るいは裏面に不所望に付着した第２電極膜材料を通じて、各発電領域間が導通状態となり、光起電力装置から正常な特性が出力されなくなる。従って、本明細書の従来の技術で記載した特開平７−２３１０１５号公報においては、本実施例の第１上部外周溝９０に相当する構造のみが開示されている。
【００２３】
しかしながら、第１上部外周溝９０だけで第２電極膜を完璧に電気的に分離することは難しく、例えば、半導体膜及び第２電極膜の膜厚の不均一や偶発的なエネルギービーム出力の低下等により、第２電極膜が電気的に十分に分離できないときが少なからず発生する。しかしながら、本実施例においては、このような場合においても、第２上部外周溝９１により、更に第２電極膜が分離されることより、上記の特性不良を低減できるものである。
【００２４】
また、本実施例においては、第１電極層及び基板を透明として、この側より光を入射しているが、第２電極層、保護膜及び保護フィルムを透明として、この側より光を入射させてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上の説明の如く、基板の全外周の内側に位置する第１外周絶縁部材上の第１上部外周溝と、この第１上部外周溝の外側に配置された第２外周絶縁部材上の第２上部外周溝とにより、半導体膜及び第２電極膜を分離でき、それぞれの外周溝には樹脂材料からなる保護膜で充填され、更にその上を保護フィルムで外周まで覆われるので、基板の外周部から進入する水分により、発電領域の第１電極膜、半導体膜及び第２電極膜が腐食し、剥離することを防止できる。
【００２６】
また、第１上部外周溝、第２上部外周溝により、第２電極膜を確実に電気的に分離することができ、基板の側面或るいは裏面に不所望に付着した第２電極膜材料を通じて、各発電領域間が導通状態となり特性不良となることを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における第１工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図である。
【図２】本発明の一実施例における第２工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図である。
【図３】本発明の一実施例における第３工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】本発明の一実施例における第４工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図である。
【符号の説明】
１０基板
２０ａ〜２０ｃ発電領域
３０第１導電膜
３０ａ〜３０ｃ第１電極層
４０下部外周溝
４１領域間溝
６０第１外周絶縁部材
６１第２外周絶縁部材
７０半導体膜
７０ａ〜７０ｃ半導体光活性層
８０第２導電膜
８０ａ〜８０ｃ第２電極層
９０第１上部外周溝
９１第２上部外周溝

Claims

中央に複数の発電領域が配列される領域と、前記複数の発電領域が配置される領域の周囲が非発電領域となる領域を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けた第 1 導電膜の前記発電領域となる領域に設けられ溝により複数に分離形成された第 1 電極層と、下部外周溝で分離され前記第１電極層を囲むように設けられた外周第 1 導電膜と、
前記第1電極層上に設けられる半導体光活性層及び第 2 電極層からなる積層体と、上部外周溝で分離され前記外周第 1 導電膜上に設けられた前記半導体光活性層及び第 2 電極層と同一材料の外周積層体と、
前記第1電極層と前記第1電極層に隣接する前記半導体光活性層上に設けられた前記第 2 電極層が接続されることにより前記複数の発電領域が直列に接続され、
前記積層体及び前記外周積層体の表面に設けられるとともに前記上部外周溝にも設けられるペースト状の樹脂が固形化した保護膜と、前記保護膜の上に設けられ前記保護膜のピンホールを被覆する下層に熱可塑性樹脂より成る接着層を持った保護フィルムとからなり、
前記絶縁基板の外周部からの水分の侵入を防止することを特徴とした光起電力装置。
前記保護膜はスクリーン印刷により設けられた請求項1に記載の光起電力装置。
前記保護フィルムは熱ローラで設けられる請求項１または請求項２に記載の光起電力装置。