JP4046819B2

JP4046819B2 - 光起電力素子の製造方法

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Publication number: JP4046819B2
Application number: JP32518997A
Authority: JP
Inventors: 幸司都築; 孝一清水; 祥史竹山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH11145502A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光起電力素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を入射させて起電力を発生させる光電変換素子（光起電力素子）は、さまざまな分野で利用されている。特に、近年は環境問題に対する関心の高まりから、クリーンなエネルギーの発生源としての太陽電池として利用されてきている。
そうした太陽電池としては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いた結晶系の太陽電池、アモルファスシリコンを用いた非晶質（アモルファス）系の太陽電池、および化合物半導体系の太陽電池が知られている。
これらの太陽電池の中、アモルファスシリコン太陽電池は、変換効率こそ結晶系の太陽電池に及ばないものの、安価に製造でき、大面積化が容易で、かつ光吸収係数が大きいので薄膜で動作するなどの結晶系太陽電池にはない優れた特徴を有していることから注目され、研究され、また実際に使用されてきている。しかし、未だ普及するには至っていない。その理由の１つとして、その製造コストが比較的高いということがある。この問題の解決策として、（ｉ）発電領域の効率的利用、（ｉｉ）接続箇所を減らすことによる接続部材費の節減、および接続のための人件費の削減、および（ｉｉｉ）光電変換層の製造費の低減、が挙げられる。これらの事項を達成するためには、太陽電池の大面積化が必要不可欠である。
ところで、アモルファスシリコン太陽電池の構成としては、例えば、ステンレスなどからなる導電性基板上に、裏面電極、半導体層、受光面電極の順番で堆積したものが公知であり、前記受光面電極は、例えば透明導電性酸化物によって形成される。さらに、電流を集めるための集電電極が、前記受光面電極上の表面上に形成される。この集電電極は、太陽電池の光入射面側に設けられるため、集電電極の面積はいわゆるシャドーロスとなり、太陽電池の発電に寄与する有効面積を減少させてしまう。このため、集電電極は比較的細い形状で形成される。
【０００３】
特に、上述したように、コスト低減の目的で太陽電池を大面積化する場合には、集電電極の長さも長くなることから、細い形状はもちろんのこと、できるだけ低抵抗になるように材料および断面形状について設計することが要求される。
この要求を満たす材料として、例えば、米国特許第４．２６０，４２９号公報に開示されるように、金属ワイヤーに導電性粒子を含むポリマーで被覆した電極が提案されている。当該提案によれば、導電性のよい銅などの金属ワイヤーを用いるため、長い集電電極を形成した場合でも電気抵抗ロスが少なく、またアスペクト比を１：１にできるため、シャドーロスも小さくすることができる。
また、前記米国特許公報には、ワイヤーの固定接着方法に関して、コートワイヤー周囲に配された導電性接着材を用いて簡便な方法で接着できることが記載されていて、例えば熱や圧力により接着する方法が示されているが、具体的な装置や手法は示されていない。
また、特開平７−３３５９２１号公報には、少なくとも１層の導電性接着材で被覆された金属ワイヤーを光起電力素子に設置するについて、熱および圧力を用いる方法が開示されている。当該公報に記載の方法によれば、集電電極となりうる金属ワイヤーに均一に熱／圧力をかけることができ、密着力が向上すると同時にシャドーロスも小さくすることができるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公開公報に記載の方法においては、光起電力素子の集電電極形成位置に被覆ワイヤーを乗せた状態で加熱／加圧により接着を行うが、この方法においては、両端が完全に固定された被覆ワイヤーが、加熱時に熱膨張することによって、所望のワイヤー長よりも長さが長くなってしまい、ワイヤーの蛇行現象が起こってしまうという問題がある。
また、これにより得られる外観を損ねてしまうという問題もある。また、極端な場合には、蛇行したワイヤーが所定領域からはみ出して、太陽電池の有効領域外に接着されてしまい、太陽電池がショート（短絡状態）してしまうという特性上の問題が生ずることがある。
本発明の目的は、これらの問題を克服し、外観がよく、製造安定性に優れた光起電力素子の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従来技術における上述した問題を解決し、上記目的を達成する本発明は、導電性樹脂を被覆した金属ワイヤーからなる集電電極を有する光起電力素子の製造方法において、所望長さよりも短い該金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定し、その後、加熱および加圧にて前記金属ワイヤーを熱膨張させながら、前記金属ワイヤーの全部分を光起電力素子面上に接着することを特徴とする。前記光起電力素子は可撓性を有するものである。
前記金属ワイヤーの両端部の前記光起電力素子への固定は、粘着性材料を用いて行われる。該粘着性材料としては、好ましくは両面テープを使用する。前記金属ワイヤーを前記粘着性材料を使用して前記光起電力素子に固定した後の加熱処理は、該金属ワイヤーを被覆している導電性樹脂層の軟化温度から１５０℃の範囲で行われる。また、上述したように固定した後の加圧処理は、１ｋｇ／ｃｍ²乃至１０ｋｇ／ｃｍ²の範囲の加圧により行われる。
【０００６】
【作用】
本発明者らによる実験を介しての検討の結果、従来技術において上述したように、ワイヤーの蛇行現象が起こってしまうのは、所望長さのワイヤー両端部を完全に固定した状態で加熱／加圧を行うことによって、ワイヤーが熱膨張して長さの伸びた状態で光起電力素子上に密着してしまうことに原因があることが判った。
これらの問題を解決するために本発明者らが実験を介して検討した結果、上述した構成の本発明によれば以下に述べるような作用効果が得られることが判った。
（１）所望長さよりも短い金属ワイヤー両端部を光起電力素子に固定し、その後に加熱および加圧をすることで、熱膨張により該金属ワイヤーを所望の長さに伸びた状態で接着することができ、ワイヤーの余剰分のでることがなくなる。その結果、ワイヤーの蛇行現象を防ぐことができる。
（２）光起電力素子自体が可撓性を有することで、所望長さよりも短い金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定する際に、光起電力素子のほうを湾曲することができるので、所望状態の固定が容易にできる。
（３）金属ワイヤー両端部の固定を粘着性材料により行うことで、複数本の金属ワイヤーを固定する際に、金属ワイヤーの長さのばらつきを、その粘性によって吸収することができる。
（４）前記粘着性材料が、両面テープであることによって、製造工程を簡易にすることができる。
（５）金属ワイヤーを固定するための熱が、導電性樹脂層の軟化温度乃至１５０℃の範囲とすることで、導電性接着材の余分な広がりを抑えることができ、シャドーロスの小さな高特性の光起電力素子を得ることができる。
（６）金属ワイヤーを固定するための圧力を１ｋｇ／ｃｍ²乃至１０ｋｇ／ｃｍ²の範囲とすることで、導電性接着材の余分な広がりを抑えることができるとともに、安定した接着強度を得ることができる。
【０００７】
【実施態様例】
以下に、本発明の実施態様例を説明する。本発明は、これらの実施態様例に限定されるものではない。
【０００８】
【集電電極】
図１に、導電性樹脂層を被覆した金属ワイヤー１００を示す。集電電極１００を構成する金属ワイヤー１０１は、線材として工業的に安定に供給されているものが好ましく、かつ、前記金属ワイヤーを形成する金属体の材質としては、比抵抗が１０^-4Ωｃｍ以下の金属を用いることが望ましい。例えば、銅、銀、金、白金、アルミニウム、モリブデン、タングステンなどの材料が、比抵抗が小さいため好適に用いられる。中でも、銅が電気抵抗が低いうえに安価であることから望ましい。また、前記金属ワイヤーはこれらの金属の合金であってもよい。
前記金属ワイヤーの表面には、所望に応じて、腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性の向上、電気的導通の改良などの目的で薄い金属層を形成したものでもよい。該表面金属層としては、例えば、銀、パラジューム、銀とパラジュームの合金、金などの腐食されにくい貴金属や、ニッケル、錫などの耐食性のよい金属を用いることができる。なかでも、金、銀、錫が湿度などの影響を受けにくいため、当該金属層として好適に用いられる。前記金属層の形成方法としては、例えば、メッキ法、クラッド法が好適に用いられる。また、前記金属をフィラーとして樹脂に分散して作製した導電性樹脂をコートしてもよい。該コートの厚みは、所望に応じて決定されるものであるが、例えば断面が円形の金属ワイヤーであれば、直径の１％から１０％の厚みが好適である。電気的導通、耐食性の効果、金属層厚みを考慮して金属層の比抵抗は、１０^-6Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下が好適である。
前記金属ワイヤーの断面形状は円形が好適であるが、矩形であってもよく所望に応じて適宜選択される。前記金属ワイヤーの直径は、電気抵抗ロスとシャドーロスとの和が最小となるように設定して選択されるものであるが、具体的には例えば直径２５μｍから１ｍｍまでの銅線が好適に用いられる。より好ましくは、２５μｍから２００μｍとすることで効率のよい光起電力素子が得られる。２５μｍより細い場合はワイヤーが切れやすく製造が困難となり、また電気ロスも大きくなる。また、２００μｍ以上であるとシャドーロスが大きくなったり、光起電力素子表面の凹凸が大きくなって表面を被覆する際にＥＶＡなどの充填材を厚くしなければならなくなる。
前記金属ワイヤーは公知の伸線機によって所望の直径に成型して作製できる。伸線機を通過した金属ワイヤーは硬質であるが、伸び易さや曲げ易さなどの所望の特性に応じて公知の方法でアニールし、軟質にしてもよい。
【０００９】
本発明において、前記金属ワイヤーを被覆するための導電性樹脂としては、導電性粒子と高分子樹脂とを分散して得られるものが使用される。前記高分子樹脂としては金属ワイヤーに塗膜を形成しやすく、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性に優れた樹脂が好ましい。具体的には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、アルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂などの熱硬化性樹脂が好適な材料として挙げられる。とりわけ、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂はエナメル線用絶縁被覆材料として用いられており柔軟性や生産性の面で優れた材料である。しかも、耐湿性、接着性の面でも光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。
この他、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、メラミン樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることもできる。これらの中、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂が柔軟性、耐湿性、接着性の面で優れた材料で光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。
前記導電性粒子は導電性を付与するための顔料であり具体的な材料としては、カーボンブラック、グラファィトなどやＩｎ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＩＴＯ，ＺｎＯおよび前記材料に適当なドーパントを添加した酸化物半導体材料などが好適に用いられる。前記導電性粒子の粒径は、形成する前記被覆層の厚みよりも小さくする必要があるが、小さすぎると粒子同士の接触点での抵抗が大きくなるため所望の比抵抗が得られなくなる。このような事情から前記導電性粒子の平均粒径としては０．０２μｍ乃至１５μｍが好ましい。また、異なる２種類以上の導電性粒子を混合して、比抵抗や導電性樹脂内での分散度を調節してもよい。さらに、ＩＴＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＺｎＯなどの材料を用いることにより透光性を付与してもよい。これらの中、ＩＴＯを用いることにより特に高い透光性が達成できる。
【００１０】
前記導電性粒子と前記高分子樹脂とは所望の比抵抗を得るため好適な比率で混合されるが、導電性粒子を増加すると比抵抗は低くなるが樹脂の比率が少なくなるため塗膜としての安定性は悪くなる。また、樹脂を増加すると導電性粒子どうしの接触が不良となり高抵抗化する。従って、好適な比率は、用いる高分子樹脂と導電性粒子および所望の物性値によって適宜選択されるものである。具体的には導電性粒子が５体積％から９５体積％程度とすることで良好な比抵抗が得られる。前記導電性樹脂の比抵抗としては光起電力素子によって発生する電流を集電するのに無視しうる抵抗であり、かつ、シャントが生じないように適度な抵抗値とすることが必要であり、具体的には０．０１乃至１００Ωｃｍ程度が好ましい。０．０１Ωｃｍ以下であるとシャントを防ぐバリア機能が少なくなり、１００Ωｃｍ以上では電気抵抗ロスが大きくなるためである。前記導電性粒子および高分子樹脂の混合に際しては、３本ロールミル、ペイントシェーカー、ビーズミルなどの通常の分散装置を用いることができる。分散を良好とするため所望に応じて公知の分散剤を添加してもよい。また、分散時あるいは分散後に導電性樹脂の粘度調整のため適当な溶剤で希釈してもよい。
【００１１】
本発明において、図１に示した集電電極１００の構成では、前記金属ワイヤー１０１に接して設けられる第１の樹脂層１０２は、金属ワイヤーへの湿度の浸透を防いで前記金属ワイヤーの表面の腐食を防ぐとともに、前記金属ワイヤーからの金属イオンマイグレーションを防ぐ機能を有するバリア層である。第１の樹脂層を構成する導電性樹脂に含まれる高分子樹脂としては上述した樹脂の中でもとりわけ透湿性の比較的少ない樹脂が好適に用いられる。すなわち、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらを変性した熱硬化性樹脂が好適である。また、これらの樹脂は被覆後に十分な硬化を行うことが好ましい。第１の樹脂層１０２の厚みは、金属ワイヤー１０１の径や所望の特性によって異なるが、例えば金属ワイヤー１０１が１００μｍであれば第１の樹脂層１０２はピンホールがなく、バリア層としての機能が十分であり、かつ、シャドーロスを極端に生じないようにするために１乃至１５μｍ程度が好適である。１μｍ以下の厚みでは均一にコートすることが難しくピンホールが発生し、バリア層としての機能が不十分となる。また、１５μｍ以上であると被覆層がはがれ易くなったり、シャドーロスが大きくなりすぎるために好ましくない。
第２の樹脂層１０３は、集電電極を半導体層あるいは透明電極に接着固定する機能と集電する機能とを有する接着層である。第２の樹脂層１０３を構成する導電性樹脂に含まれる高分子樹脂としては上述した樹脂の中でもとりわけ接着性が良好で柔軟性のよい樹脂が好適に用いられる。すなわち、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはこれらを変性した熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が好適な材料として挙げられる。とりわけウレタン樹脂は架橋密度を調整しやすい樹脂であるため好適に用いられる。これらの樹脂は被覆後に未硬化の状態としておき、接着工程を経た後硬化するようにすることが望ましい。そのために、当該硬化に使用する硬化剤はブロックイソシアネートにすることが好ましい。ブロックイソシアネートは各ブロックイソシアネートのイソシアネート基の解離温度に加熱することにより硬化が進行する機構をもっている。そのため、解離温度以下で乾燥することにより、含まれていた溶剤が完全に除去され、粘着性、タック性がなくなるためリールにコイル状に巻き取り、保存可能になる。しかも、保存時にはイソシアネートの解離温度以上の熱を加えない限り、硬化が進行しないため、集電電極形成時に一様に十分な接着力が得られる。
第２の樹脂層１０３の厚みは金属ワイヤー１０１の径によって異なるが、例えば金属ワイヤー１０１が１００μｍであれば第２の樹脂層１０３はピンホールがなく、接着層としての機能が十分でありかつシャドーロスを極端に生じないために５乃至３０μｍ程度が好適である。
前記導電性樹脂を前記金属ワイヤーに被覆する方法としては通常のエナメル線の絶縁被覆膜の塗布方法が好適に用いることができるが具体的には、前記導電性樹脂を適当な粘度となるように溶剤で希釈し、前記金属ワイヤーにロールコーターなどを用いてコートし、所望の厚みを形成するためのダイスを通過させてその後加熱炉で溶剤乾燥および熱硬化させる。
図１においては、金属ワイヤー１０１の周囲に導電性樹脂からなるバリア層（１０２）と接着層（１０３）を形成した場合について述べてきたが、これに限ることはなく、例えば金属ワイヤー１０１の周りに直接接着層（１０３）を形成しても構わない。
【００１２】
【光起電力素子】
本発明において用いられる光起電力素子としては、単結晶、多結晶あるいはアモルファスシリコン系光起電力素子（太陽電池）、シリコン以外の半導体を用いた光起電力素子（太陽電池）、ショットキー接合型の光起電力素子（太陽電池）であることができる。しかし、以下ではこれら光起電力素子の中、アモルファスシリコン光起電力素子（太陽電池）の場合について説明する。
図２（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ基板と反対側から光入射するアモルファスシリコン系光起電力素子（太陽電池）の模式的断面図である。図において、２０１は基板、２０２は下部電極、２０３，２１３，２２３はｎ型半導体層、２０４，２１４，２２４はｉ型半導体層、２０５，２１５，２２５はｐ型半導体層、２０６は透明導電膜、２０７は集電電極を表す。
図２に示すアモルファスシリコン系光起電力素子（太陽電池）、即ち、薄膜光起電力素子（太陽電池）の場合には、基板２０１が必要であり、該基板としては絶縁性あるいは導電性基板が用いられる。導電性基板としてはステンレスやアルミなどの金属基板が好適に用いられ裏面電極の役目も果たす。ガラス、高分子樹脂、セラミックスなどの絶縁性基板を用いる場合には、該基板上にクロム、アルミニウム、銀などの金属を蒸着し、裏面電極とする。下部電極２０２は、半導体層２０３，２０４，２０５，２１３，２１４，２１５，２２３，２２４，２２５で発生した電力を取り出すための一方の電極であり、半導体層２０３に対してはオーミックコンタクトとなる仕事関数を持つことが要求される。当該下部電極の構成材料としてはＡｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ等の金属；例えばニクロム等のこれら金属の合金；ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＩＴＯ等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が挙げられる。下部電極２０２の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー化してもよい。また、基板２０１が導電性である場合、下部電極２０２を設けなくてもよい。下部電極２０２はメッキ、蒸着、スパッタなどの公知の方法で形成することができる。
アモルファスシリコン半導体層はｎ層２０３、ｉ層２０４、ｐ層２０５としたシングル構成（図２（ａ）参照）だけでなく、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合を重ねたダブル構成（図２（ｂ）参照）、トリプル構成（図２（ｃ）参照）も好適に用いられる。
特にｉ層２０４、２１４、２２４を構成する半導体材料としてはａ−Ｓｉの他にａ−ＳｉＧｅ，ａ−ＳｉＣなどのいわゆるＩＶ族およびＩＶ族合金系アモルファスシリコン半導体が挙げられる。アモルファスシリコン半導体層の成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法など公知の方法を所望に応じて用いる。成膜装置としてはバッチ式の装置や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。
透明導電膜２０６は、半導体層がアモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い場合必要であり、かつ、光入射側に位置するために透明であることが必要である。透明導電膜２０６の材料としてはＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯなどの金属酸化物が用いられる。
【００１３】
【製造方法】
本発明の集電電極の作製方法を実施するのに好適な装置の例を図３に示す。
図３は、真空システムを用いた加熱装置の模式的断面図である。図３において、３０１は加熱板兼下部チャンバー、３０２はヒーター、３０３は光起電力素子、３０４は下部チャンバー３０１に配設された排気口、３０５は樹脂シート１、３０６は樹脂シート２、３０７は上部チャンバー、３０８は上部チャンバー内に配設された排気口を示す。図３の装置では、加熱板兼下部チャンバー３０１で光起電力素子３０３を加熱すると同時に、樹脂シート１および２により加圧することで接着を行う。
加熱板兼下部チャンバー３０１は光起電力素子を加熱するためのものである。該加熱板兼下部チャンバーには、不図示の熱電対が設置されており、この熱電対で測定した温度をフィードバックして温度制御を行う制御系（図示せず）が配備されている。
加熱板兼下部チャンバー３０１の下部にはヒーター３０２が配置されており、ヒーター３０２の熱は加熱板兼下部チャンバー３０１を介して、光起電力素子３０３に伝えられる。
上部チャンバー３０７は上下動が可能であり、その下部には２枚の樹脂シート３０５，３０６が設置されている。
光起電力素子３０３は加熱板３０１上に置かれると同時に、上部チャンバー３０７が下降を始め、その下降端で周辺をシールし、光起電力素子周辺には加熱板と樹脂フィルムで囲まれた密閉空間が形成される。その階段で、加熱板兼下部チャンバー３０１の排気口３０４からエア引きを行い、密閉空間を真空状態にすることによって、樹脂シート３０５および３０６が光起電力素子の集電電極を素子方向に加圧し、集電電極が素子上に接着される。
樹脂シート３０５は、真空を保持するためと圧力を均一にかけるためのもので、耐熱性、耐久性に優れたフィルムが使用される。具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム、ネオプレンゴムなどの弾性を有する材料が好適に用いられる。樹脂シート３０５の厚みは、所望に応じて設計されるものであるが、５００μｍから２ｍｍ程度が好適である。
樹脂シート３０６は、集電電極の導電性接着材が樹脂シート３０５に付着するのを防ぐためと、樹脂シート３０５が加熱された際に出てくるオイルなどが光起電力素子に付着するのを防ぐためのもので、所望に応じて用いられる。具体的には、１００μｍ程度の厚みのＰＴＦＥ，ＥＴＦＥ，ＰＦＡなどの公知の高分子フィルムが用いられる。また、強度を向上するために、これらの材料にガラス繊維を含浸させたものでもよい。
【００１４】
集電電極に加えられる圧力は、光起電力素子周辺の真空度と、樹脂フィルムの硬度によって決定されるが、ここで述べる圧力とは集電電極の直上に印加される圧力のことであり、その値は１．０〜５ｋｇ／ｃｍ²が望ましい。１．０ｋｇ／ｃｍ²以下の場合には、熱により軟化した導電性接着材があまり加圧されず、光起電力素子との接着面積が小さくなり、シリーズ抵抗が大きくなってしまうという問題が生じることがある。また、５ｋｇ／ｃｍ²以上の場合には、熱により軟化した導電性接着材が押しつぶされすぎて大きく広がり、シャドーロスが大きくなってしまうという問題が生じることがある。
集電電極の加熱温度としては、導電性接着材の軟化温度から１５０℃までの温度範囲とするのが好ましい。この温度範囲において、接着材の広がりは一層抑えられ、シャドーロスの小さな高特性の光起電力素子を得ることができる。
集電電極を形成する際の金属ワイヤーの長さとしては、所望長さよりも短い長さの金属ワイヤーが用いられる。短さの度合いについては、使用するワイヤー材料の熱膨張率、光起電力素子材料の熱膨張率、加熱温度によって決定され、熱膨張時に所望の長さになるように設計される。
光起電力素子が可撓性を有する場合には、所望長さよりも短い金属ワイヤーを光起電力素子の一部に固定した際に、例えば図４に示すようになる。図４において、４０１は光起電力素子、４０２は金属ワイヤー、４０３は粘着性材料である。所望長さよりも短い金属ワイヤーを固定しているため、光起電力素子は凹状に変形する。この状態から、加熱加圧を行うことにより、金属ワイヤーは熱膨張して伸びた状態で接着させるため、所望長さの集電電極を得ることが可能である。
【００１５】
【粘着性材料】
本発明において使用する粘着性材料については、金属ワイヤーからなる集電電極を固定しておく機能が必要である。該粘着性材料としては、例えば、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ポリビニルエーテル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ナイロン系、ポリアミド系、無機系、または複合型接着剤などが挙げられる。これらの接着剤の中で、特に接着性、タック、保持力、耐電性、耐湿性などに優れているものとして、アクリル系、シリコーン系接着剤が好適に用いられる。
さらに、作業性、量産性を高めるために、基材と上記接着剤を重ねた構成の粘着テープ、両面粘着テープを用いることも可能である。その際の基材としては、集電電極を加熱形成する時の耐熱性が要求され、例えば、ポリイミド、ＰＥＴなどが用いられる。
【００１６】
【実施例】
以下の実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は該実施例により限定されるものでない。
【００１７】
【実施例１】
本実施例では、光起電力素子が、ステンレス基板を用いたアモルファスシリコン光起電力素子（太陽電池）の場合を図５を用いて具体的に説明する。
光起電力素子用の基板として、表面を洗浄した厚さ０．１５ｍｍのステンレススチール箔からなるロール状ステンレス基板を用意した。該ステンレス基板の表面上に、ｐｉｎ／ｐｉｎ構造の光起電力素子を公知のプラズマＣＶＤ法により表１に示した条件で形成した。ｐｉｎ／ｐｉｎ構造の光起電力素子の形成されたロール状ステンレス基板を切断することにより、光起電力素子５００（２３９ｃｍ×３５６ｃｍ）を作製した。この光起電力素子５００に対して、以下の処理を順番に行った。
（１）光起電力素子５００の表面上に、ＩＴＯのエッチング材（ＦｅＣｌ₃）含有ペーストをパターン５０１（図５（ａ））のようにスクリーン印刷した後、純水洗浄することにより、ＩＴＯ層の一部をエッチングし上部電極と下部電極の電気的な分離を確実にした。
（２）光起電力素子５００のエッチング領域のすぐ外側に、厚み２００μｍの両面テープ５０２（東洋インキ社製、基材ポリイミド／ＰＥＴ複合材、粘着材シリコン系）を図５（ｂ）に示すように貼付した
（３）別途準備しておいたコートワイヤー５０３（直径１００μｍの銅ワイヤーに、体積抵抗率０．５Ωｃｍのカーボンペーストを２０μｍ厚でコーティングし、乾燥処理したもの、カーボンペーストは、ウレタン樹脂（軟化温度約１００℃）にカーボンブラックを分散し、ＩＰＡ、酢酸エチルで希釈したもの）を３５４．７ｃｍの長さに切断し、図５（ｃ）に示すように複数本両面テープ５０２上に貼りつけた。貼りつけの際には、まず光起電力素子５００を凹上に固定する治具の上に載置し、コートワイヤーをたるみなく貼るために、少々のテンションをかけながら貼りつけた。
（４）コーティングワイヤー５０３からの電気をさらに集電するためのバスバーとして、銀メッキ銅５０４（厚さ１００μｍの銅箔に、両面約１μｍの銀メッキを施したもの）を、コーティングワイヤー５０３を固定している両面テープ５０２上に貼りつけた（図５（ｄ））。
（５）図３に示した真空加熱装置を用いて、加熱加圧プレスを行い、コーティングワイヤー５０３を光起電力素子５００上に接着した。その際の条件は、電極形成面上の温度を２００℃にし、１ｋｇ／ｃｍの圧力で４５ｓｅｃ間プレスした。
これにより太陽電池を得た。以上の方法で、太陽電池１０個作製した。
得られた１０個の太陽電池について、初期特性を、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ²の光量の擬似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）を用いて測定し、変換効率を求めたところ、９．５％±０．０３％であり、良好な特性でばらつきも少なかった。また、シリーズ抵抗も平均３２Ωｃｍ²であり良好な値であった。
またいずれの太陽電池も、コートワイヤーが直線状に接着されており、ゆがみが発生している箇所は見受けられず、外観は良好であった。また、コーティングワイヤーの長さを測定したところ、約３５５．０ｃｍであり、初期長さよりも伸びた状態で接着されていることが判った。また、所望長さ３５５．０ｃｍを達成することができた。
【００１８】
【比較例１】
本例は、長さ３５４．７ｃｍのコートワイヤーを用いる代わりに、長さ３５５ｃｍのコートワイヤーを用いた点が実施例１と異なる。
両面テープを貼付するところまでは実施例１と同様の手法を行い、その後実施例１で使用したと同じコーティングワイヤーを３５５．０ｃｍの長さに切断し、図６（ａ）に示すように両面テープ上に貼りつけた。貼りつけの際には、実施例１とは異なり、光起電力素子を凹状にすることなく、平面上で貼りつけを行った。ただし、たるみをなくすために多少のテンションは加えながら貼りつけた。次に実施例１と同様に、バスバーである銀メッキ銅を貼りつけた後、２００℃、１ｋｇ／ｃｍ²、４５ｓｅｃでプレスを行い、コーティングワイヤーを光起電力素子上に接着した。これにより太陽電池を得た。
以上の方法で、太陽電池１０個作製した。
得られた１０個の太陽電池について、初期特性を、シミュレータを用いて測定し、変換効率を求めたところ、９．５％±０．０３％であり、実施例１と同様に良好な特性でばらつきも少なかった。また、シリーズ抵抗も平均３２Ωｃｍ²であり良好な値であった。
しかしながら、外観に関しては、ほとんどの太陽電池のコートワイヤーが図６（ｂ）に示すように蛇行して接着されてしまった。
実施例１と比較例１を比較することにより、本発明の効果が明らかであることがわかる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特性的に全く問題がなく、かつ外観も良好な光起電力素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被覆層を設けた集電電極の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のアモルファスシリコン系光起電力素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の真空加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図４】光起電力素子に、コートワイヤー両端を固定した状況を示す模式図である。
【図５】実施例１に係る光起電力素子の製造方法の概略図である。
【図６】比較例１に係る光起電力素子の製造方法の概略図、および集電電極の形成状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１００，４０２，５００，５０３コーティングワイヤー
１０１金属ワイヤー
１０２バリヤ層
１０３接着層
２０１基板
２０２下部電極
２０３，２１３，２２３ｎ型半導体層
２０４，２１４，２２４ｉ型半導体層
２０５，２１５，２２５ｐ型半導体層
２０６透明導電膜
２０７集電電極
３０１加熱板兼下部チャンバー
３０２ヒーター
３０３，４０１光起電力素子
３０４，３０８排気口
３０５樹脂シート１
３０６樹脂シート２
３０７上部チャンバー
４０３粘着性材料
５０１エッチングライン
５０２両面テープ
５０４バスバー

Claims

導電性樹脂層を被覆した金属ワイヤーからなる集電電極を有する光起電力素子の製造方法において、所望長さよりも短い該金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定する工程と、加熱および加圧にて前記金属ワイヤーを熱膨張させながら前記金属ワイヤーを光起電力素子面上に接着する工程とを含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。
前記光起電力素子が可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子の製造方法。
前記両端部の固定が、粘着性材料を使用して行われることを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力素子の製造方法。
前記粘着性材料が、両面テープであることを特徴とする請求項３に記載の光起電力素子の製造方法。
上記金属ワイヤーを固定するための熱が、導電性樹脂層の軟化温度から１５０℃以内の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法。
上記金属ワイヤーを固定するための圧力が、１ｋｇ／ｃｍ²以上１０ｋｇ／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法。