JP4781111B2 - 太陽電池の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池、太陽電池を含む半導体装置及びその作製方法に関する。

太陽電池は、屋外に設置して太陽光発電システムとして利用する他に、電卓、ラジオ、時計等の消費電力の小さい電気機器の電源としても普及している。このような民生用途において、例えば、腕時計のように機能性だけでなく外観上のデザインなども重視する場合には、太陽電池の実装方法にも工夫がなされ、時計の文字盤としてそのまま利用したり、或いは半透光性の文字盤の下に設置して目立たなくしたりする等の処理がなされている。

太陽電池の大部分は、ガラス、ステンレス、または有機樹脂材料などを基板として、その上に非晶質半導体や微結晶半導体、またはカルコパライド系（或いはＩＩ−ＶＩ族）化合物半導体の薄膜で光電変換層を形成したものである。特に基板に有機樹脂材料を用いた太陽電池は、薄くて軽量であり、落としても割れないといった耐衝撃性に優れることから、カード型電卓や腕時計などの携帯型の製品や、テレビなど室内用電気機器のリモコンに搭載するのに適している（特許文献１参照）。

このように様々な電気機器に利用される太陽電池だが、電気機器の小型化及び軽量化と共に、太陽電池においても小型化及び軽量化が求められている。
特開２００１−１８５７４５号公報

本発明では、太陽電池の電極層や絶縁分離層の形状を微細化することにより余分な部分を省き、光を遮ってしまう領域を小さくして受光面積を増大させることを課題とする。

本発明においては、光電変換層、例えばアモルファス半導体層表面に有機物層を形成することにより、アモルファス半導体層の濡れ性を低くして、アモルファス半導体層と電極と絶縁分離層の接触角を大きくすることにより、電極層や絶縁分離層の形状を微細化することができる。またアモルファス半導体層と電極と絶縁分離層の接触角を大きくすることにより、光を遮る部分を省いて受光領域を増大させることができる。さらに電極層や絶縁分離層の厚さ方向における余分な部分を省くことができる。

本発明は、基板上に第１の電極層を形成し、前記第１の電極層上に光電変換層を形成し、前記光電変換層上に有機物層を形成し、前記光電変換層に、前記第１の電極層に達する開孔を形成し、前記開孔に導電性ペーストを用いて第２の電極層を形成し、前記有機物層上に、前記第２の電極層を介して前記第１の電極層に電気的に接続される第１の導電層と、前記光電変換層に電気的に接続される第２の導電層を形成し、前記有機物層は、前記導電性ペーストの前記光電変換層に対する接触角を増大させることを特徴とする太陽電池の作製方法に関するものである。

本発明は、基板上に第１の電極層を形成し、前記第１の電極層上に光電変換層を形成し、前記光電変換層の表面を有機材料で処理することにより前記光電変換層の表面を改質し、前記光電変換層に、前記第１の電極層に達する開孔を形成し、前記開孔に導電性ペーストを充填して第２の電極層を形成し、前記光電変換層上に、前記第２の電極層を介して前記第１の電極層に電気的に接続される第１の導電層と、前記光電変換層に電気的に接続される第２の導電層を形成し、前記光電変換層を前記有機物によって処理することにより、前記導電性ペーストの前記光電変換層に対する接触角が増大することを特徴とする太陽電池の作製方法に関するものである。

本発明において、前記基板は、ガラス、ステンレス、または高分子材料で形成されているものである。

本発明において、前記高分子材料は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレートのいずれか１つである。

本発明において、前記有機物層は、シランカップリング化合物を含むものである。

本発明において、前記導電性ペーストは、銀、金、銅又はニッケルの金属材料を含む導電性ペースト、もしくは導電性カーボンペーストのいずれかである。

本発明において、前記電極層は、インクジェット法又はスクリーン印刷法で形成される。

本発明により電極層や絶縁分離層の形状を微細化することができる。これにより単位面積あたりのセル数を増大させ、スループットを上げることが可能となる。また光電変換層と電極との接触角を大きくすることにより、光を遮る部分を省いて受光領域を増大させることができる。さらに電極層や絶縁分離層の厚さ方向における余分な部分を省くことができるので、太陽電池を小型化及び軽量化することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。

図１（Ａ）〜図１（Ｂ）、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３を用いて本実施の形態を説明する。まず基板１０１上に透明導電膜１０２を形成する。本実施の形態では、基板１０１としてフレキシブル基板を用い、具体的には高分子材料で形成された基板、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のフィルムを用いる。ポリエチレンナフタレートの他にも、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）等のフィルムを用いてもよい。またガラス基板やステンレス基板を用いてもよい。

本実施の形態では、透明導電膜１０２として酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ））膜を用いる。また酸化インジウム酸化スズ合金（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉを含む酸化インジウム酸化スズ合金導電膜や酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成された導電膜を用いてもよい。

透明導電膜１０２上に、アモルファス半導体膜１０３を形成する。アモルファス半導体膜１０３には、ｐ型アモルファス半導体膜１０３ａ、導電型を付与する不純物を含まないアモルファス半導体膜１０３ｂ及びｎ型アモルファス半導体膜１０３ｃを形成する。

本実施の形態では、ｐ型アモルファス半導体膜１０３ａとして、ボロン（Ｂ）を含んだアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。導電型を付与する不純物を含まないアモルファス半導体膜１０３ｂとしてはプラズマＣＶＤ法で真性アモルファスシリコン膜を形成すればよい。またｎ型アモルファス半導体膜１０３ｃとしては、リン（Ｐ）を含むアモルファスシリコン膜を形成してもよいし、真性アモルファスシリコン膜を形成後、リンを導入してもよい。

アモルファス半導体膜１０３を形成後、有機物層１０４を形成する（図１（Ａ）参照）。有機物層１０４としては、アモルファス半導体膜１０３の表面を改質する有機材料、例えばフッ化炭素鎖を含む物質、またはシランカップリング材を含む物質を用いることができる。シランカップリング材は、Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ_{（４−ｎ）}（ｎ＝１、２、３）の化学式で表される。ここで、Ｒは、アルキル基などの比較的不活性な基を含む物である。また、Ｘはハロゲン、メトキシ基、エトキシ基又はアセトキシ基など、基質表面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な加水分解基からなる。有機物層１０４を形成することにより、すなわち有機材料でアモルファス半導体膜１０３の表面を処理することにより、アモルファス半導体膜１０３の表面を改質されてぬれ性が低くなる。

また、シランカップリング材の代表例として、Ｒにフルオロアルキル基を有するフッ素系シランカップリング材（フルオロアルキルシラン（ＦＡＳ））を用いることにより、よりぬれ性を低めることができる。ＦＡＳのＲは、（ＣＦ_３）（ＣＦ_２）ｘ（ＣＨ_２）ｙ（ｘ：０以上１０以下の整数、ｙ：０以上４以下の整数）で表される構造を持ち、複数個のＲ又はＸがＳｉに結合している場合には、Ｒ又はＸはそれぞれすべて同じでも良いし、異なっていてもよい。代表的なＦＡＳとしては、ヘプタデフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン（以下、ＦＡＳともいう。）が挙げられる。

アモルファス半導体膜１０３の表面を改質する材料として、シランカップリング材のＲにフッ化炭素鎖を有さず、アルキル基を有す物質も用いることができ、例えば有機シランとしてオクタデシルトリメトキシシラン等を用いることができる。

アモルファス半導体膜１０３の表面を改質する材料を塗布法により、アモルファス半導体膜１０３の表面に形成する場合は、これらの物質を分散させる溶媒としては、ｎーペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワランなどの炭化水素系溶媒又はテトラヒドロフランなどを用いることができる。

この有機物層１０４はアモルファス半導体膜１０３の表面を改質し、後の工程で導電性ペーストを用いて電極を形成する際に、導電性ペーストとアモルファス半導体膜１０３表面との接触角を大きくすることができる。このようなアモルファス半導体膜の表面改質は、アモルファス半導体膜の水酸基と有機物層が反応することによって行われるものと考えられる。

なお有機物層１０４は、完全な膜になっていなくてもよく、アモルファス半導体膜１０３の表面を改質できる程度に存在していればよい。

次いで、レーザスクライブにより透明導電膜１０２、アモルファス半導体膜１０３及び有機物層１０４を貫通するコンタクトホール１０６及び１０７を作成する（図１（Ｂ）参照）。コンタクトホール１０６及び１０７の幅は、５０μｍ〜３００μｍであればよい。コンタクトホール１０６及び１０７は、透明導電膜１０２に達しており、図１（Ｂ）に示されるように、コンタクトホール１０６及び１０７の底面が基板１０１の表面であってもよい。

次にコンタクトホール１０６に絶縁性材料を充填して、絶縁分離用の絶縁層１０８を形成する（図２（Ａ）参照）。絶縁層１０８はインクジェット法、スクリーン印刷法等により形成される。インクジェット法を用いて絶縁層１０８を形成する場合は、感光材を含む組成物を用いればよい。例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光材であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生材などを、溶媒に溶解又は分散させたものを用いればよい。溶媒としては、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤などを用いる。溶媒の濃度は、レジストの種類などに応じて適宜設定するとよい。

またコンタクトホール１０７に導電性ペーストを充填してインクジェット法又はスクリーン印刷法等にて電極１０９を形成する（図２（Ｂ）参照）。導電性ペーストとしては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を含む導電性ペースト、または導電性カーボンペーストを用いることができる。本実施の形態では、銀（Ａｇ）ペーストを用いて電極１０９を形成する。

電極１０９を形成する際に、アモルファス半導体膜１０３の表面に有機物層１０４を形成することによって、有機物層１０４に対する導電性ペーストの表面張力が大きくなっているので、導電性ペーストにより光が遮られてしまう領域を減少させることができる。

電極１０９を形成したら、アモルファス半導体膜１０３及び有機物層１０４上に導電層１１０（１１０ａ及び１１０ｂ）を形成する。前述のように、有機物層１０４は完全な膜になっていなくてもよいので、アモルファス半導体膜１０３上に導電層１１０が形成されている領域が存在していてもよい。図３において、導電層１１０ａは、電極１０９を介して透明導電膜１０２に電気的に接続され、導電層１１０ｂは、アモルファス半導体膜１０３中のｎ型アモルファス半導体膜１０３ｃに電気的に接続される。なお、アモルファス半導体膜１０３ｃと導電層１１０ｂとの間には、有機物層１０４が形成されているが、アモルファス半導体膜１０３ｃと導電層１１０ｂの電気的接続を阻害するものではない。

導電層１１０の成膜方法としては、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法又はインクジェット法、あるいはこれらの手段を併用する。スパッタリング法を用いる場合は、導電層１１０の材料として、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料、若しくは化合物材料を用いることが可能である。またインクジェット法を用いる場合、導電層１１０の材料として、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を含む導電性ペーストを用いることが可能である。

なお、絶縁層１０８と電極１０９はどちらを先に形成してもよい。

図３では、絶縁層１０８と電極１０９が有機物層１０４を形成することにより、それぞれコンタクトホール１０６及び１０７からはみ出さずに形成されている様子が示されている。

絶縁層１０８と電極１０９はコンタクトホール１０６及び１０７からはみ出さずに形成されていることが好ましく、図１１（Ａ）のように、絶縁層１０８と電極１０９がコンタクトホール１０６及び１０７の表面から少し凹んだ状態で形成されていてもよい。また、図１１（Ｂ）のように、絶縁層１０８と電極１０９がコンタクトホール１０６及び１０７の表面から少し出っ張った状態で形成されていてもよい。

以上より、本発明の太陽電池を作製することができる。本発明により受光領域が従来より増大した太陽電池を作製することができ、厚さが薄い太陽電池を作製することができる。また基板一枚の単位面積あたり、より多くの太陽電池を得ることが可能である。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５及び図６を用いて本実施例を説明する。本実施例では、有機樹脂材料を基板として同一基板上で複数の単位セル（ユニットセルともいう）を直列接続する集積型太陽電池を作製する方法を作製する。

図４（Ａ）において、基板５０１にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などの透光性を有する有機樹脂材料を用いる。勿論、その他市販のソーダ石灰ガラスや無アルカリガラスやステンレス基板を適用することもできる。

基板５０１は適当な大きさのシート状のものを用いても良いし、ロールツーロール法で本実施例の太陽電池を作製する場合には、ロール状に巻かれた基板を用いても良い。ロールツーロール法を適用する場合には、厚さ６０〜１００μｍの有機樹脂フィルム基板を用いると良い。

本実施例で作製する太陽電池は、基板上の光電変換層が形成される面とは反対側の面で光を受光する構造であり、まず、基板５０１上に透明電極層５０２を作製する。透明電極層５０２は酸化インジウム酸化スズ合金（インジウム錫酸化物ともいう）（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、ＩＴＯ−ＺｎＯ合金などで４０〜２００ｎｍ（好適には５０〜１００ｎｍ）の厚さで形成する。しかし、前述の有機樹脂材料は連続使用可能な最高温度が２００℃以下であるので、透明電極層５０２の作製はスパッタ法や真空蒸着法等を用い、成膜時の基板温度も室温から１５０℃程度にとどめて被膜の形成を行う。詳細な作製条件は実施者が適宣決定すれば良く、上記膜厚において２０〜２００Ω／□のシート抵抗が得られるようにする。

透明電極層５０２の低抵抗化という観点からはＩＴＯ膜が適しているが、この上に半導体層を形成するに当たり、水素を含むプラズマ雰囲気に晒すと還元され失透してしまう。これを防ぐために、ＩＴＯ膜上にＳｎＯ_２膜やＺｎＯ膜を形成すると良い。ガリウム（Ｇａ）を１〜１０ｗｔ％含むＺｎＯ（ＺｎＯ：Ｇａ）膜は透過率が高くＩＴＯ膜上に積層させるには好適な材料である。その組み合わせの一例として、ＩＴＯ膜を５０〜６０ｎｍの厚さに形成し、その上にＺｎＯ：Ｇａ膜を２５ｎｍ形成すると失透を防止することが可能であり、良好な光透過特性を得ることができる。この積層膜においてシート抵抗は１２０〜１５０Ω／□が得られる。

次に透明電極層５０２上に光電変換層５０３にはプラズマＣＶＤ法を用いて作製される非単結晶半導体膜を適用する。代表的には、ＳｉＨ_４ガスを原料として作製される水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜であり、その他に水素化非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）膜や水素化非晶質シリコン・炭素（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）膜、或いは水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）膜などで形成する。光電変換層５０３はｐｉｎ接合により構成されるものとするが、価電子制御されたｐ型およびｎ型の層は、ａ−Ｓｉ：Ｈまたはμｃ−Ｓｉ：Ｈにボロンやリンなどの不純物元素を添加したものを用いれば良い。特に、光吸収損失の低減や、透明電極層或いは裏面電極層と良好なオーム接触を形成する目的においてはμｃ−Ｓｉ：Ｈが適している。

本実施例では光電変換層５０３が透明電極層５０２側からｐ型半導体層５０３ａ、ｉ型半導体層５０３ｂ、ｎ型半導体層５０３ｃが積層された状態を示し、それぞれの層の厚さは、ｐ型半導体層５０３ａで１０〜２０ｎｍ、ｉ型半導体層５０３ｂで２００〜１０００ｎｍ、ｎ型半導体層５０３ｃを２０〜６０ｎｍとする。このような非単結晶シリコン材料でｐｉｎ接合を形成すると０．４〜１Ｖ程度の開放電圧を得ることができ、このｐｉｎ接合を一つの単位として複数個積層させたスタック型の構造とすると開放電圧を高めることもできる。

次に光電変換層５０３上に、光電変換層５０３の表面を改質する有機物層５０４を形成する。有機物層５０４は実施の形態で述べた有機物層１０４と同様にして形成すればよい。

そして図４（Ｂ）で示すように、同一基板上に複数のユニットセルを形成するために、レーザ加工法（レーザスクライブ）により有機物層５０４から透明電極層５０２を貫通する開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎとＣ_１〜Ｃ_ｎを形成する。開孔Ｃ_１〜Ｃ_ｎは絶縁分離用の開孔でありユニットセルを形成するために設け、開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎは透明電極層と裏面電極層との接続を形成するための開孔である。レーザ加工法で用いるレーザーの種類は限定されるものではないが、Ｎｄ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザなどを用いる。いずれにしても、透明電極層５０２と光電変換層５０３が積層された状態でレーザ加工を行うことにより、加工時における透明電極層の基板からの剥離を防ぐことができる。

このようにして、透明電極層５０２をＴ_１〜Ｔ_ｎに、光電変換層５０３をＫ_１〜Ｋ_ｎに分割する。そして、図４（Ｃ）に示すように開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎにインクジェット法又はスクリーン印刷法等にて導電性ペーストを充填し、接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを形成する。

導電性ペーストとしては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を含む導電性ペースト、または導電性カーボンペーストを用いることができる。本実施例では、銀（Ａｇ）ペーストを用いて接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを形成する。

接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを形成する際について、光電変換層５０３の表面に有機物層５０４を形成しているので、導電性ペーストの表面張力が大きくなっている。これにより導電性ペーストが開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎからはみ出さないで接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを形成することができる。これにより光を遮ってしまう領域を極力抑えることができ、受光面積を増大させることが可能である。

次に、開孔Ｃ_１〜Ｃ_ｎに絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎを充填して素子の絶縁分離を行う。絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎはインクジェット法、スクリーン印刷法等によって形成される。

絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎをインクジェット法で形成する場合、接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎと同様に、光電変換層５０３の表面に形成されている有機物層５０４のはたらきにより、絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎもその幅を細くすることができる。

インクジェット法で絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎを形成する場合、絶縁樹脂層の材料としては、感光材を含む組成物を用いればよく、例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光材であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生材などを、溶媒に溶解又は分散させたものを用いる。溶媒としては、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤などを用いる。溶媒の濃度は、レジストの種類などに応じて適宜設定するとよい。

また絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎをスクリーン印刷法により形成する場合は、以下に示す手順によって絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎを形成する。絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎを形成するための絶縁樹脂原料として、フェノキシ樹脂、シクロヘキサン、イソホロン、高抵抗カーボンブラック、アエロジル、分散材、消泡材及びレベリング材を用意する。

先ず上記原料中、フェノキシ樹脂をシクロヘキサノン及びイソホロンの混合溶剤に完全に溶解し、カーボンブラック、アエロジル、分散材と共にジルコニア製ボールミルにより４８時間分散する。次いで、消泡材、レベリング材を添加し更に２時間混合する。次に熱架橋反応性樹脂、例えばｎ―ブチル化メラミン樹脂及び硬化促進材、を添加する。

これらを更に混合分散し、パッシベーション膜用絶縁性樹脂組成物を得る。

得られた絶縁樹脂組成物インキを使用し、絶縁膜を、スクリーン印刷法を用いて形成する。塗布後、１６０℃オーブン中にて２０分間熱硬化させ、絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎを得る。

なお本実施例では接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを先に形成したが、接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎと絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎはどちらを先に形成しても構わない。

次に、図５で示すような裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１を形成する。裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１としては、スパッタリング、蒸着法、メッキ法、スクリーン印刷法、インクジェット法等によって形成すればよい。

スパッタリング法を用いる場合は、裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１の材料として、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料、若しくは化合物材料を用いることが可能である。またインクジェット法を用いる場合、裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１の材料として、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を含む導電性ペーストを用いることが可能である。

また裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１をスクリーン印刷法により形成する方法を以下に説明する。まず、使用する導電性インキとして、グラファイト粉末、高導電性ブラック、オレイン酸（分散剤）及びイソホロン（溶剤）を用意する。

これらをボールミルに投入して粉砕し、より微粒子化する。次にこの中に、飽和ポリエステル樹脂のγ―ブチロラクトンラッカー２０ｗｔ％を投入する。

そして消泡材、レベリング材を添加する。

更にボールミルにて分散混合後得られたペーストを、三本ロールミルで更によく分散し導電性カーボンペーストを得る。

このペーストに、脂肪族多管能イソシアナートであるヘキサメチレンジイソシアナート系ポリイソシアナートのイソシアナート基をアセト酢酸エチルによりブロックし、酢酸セロソルブで、キシレン１対１の溶剤で希釈したアセト酢酸エチルブロック体（固形分８０ｗｔ％、ＮＣＯ含率１０ｗｔ％）コロネート２５１３を添加しディスパーによりよく混合し十分脱泡して導電性カーボンペーストを得る。

そして得られた導電性カーボンペーストをスクリーン印刷法により所定のパターンに印刷し、レベリング、乾燥後１５０℃で３０分で強固に硬化し、図５で示すような裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１を形成する。

それぞれの裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１は開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎにおいて透明電極層Ｔ_１〜Ｔ_ｎと接続するように形成する。開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎには接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎで充填されており、裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１は接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎを介することにより透明電極層Ｔ_１〜Ｔ_ｎとそれぞれ電気的な接続状態が形成される。

最後に封止樹脂層５０５を印刷法で形成するため、封止樹脂原料として、エポキシ樹脂、γ―ブチロラクトン、イソホロン、消泡材及びレベリング材を用意する。

先ず上記原料中、エポキシ樹脂をγ−ブチロラクトン／イソホロンの混合溶剤に完全に溶解し、ジルコニア製ボールミルにより分散する。次いで、消泡材、レベリング材を添加し更に混合し、熱架橋反応成分としてブチル化メラミン樹脂を添加する。

これらを更に混合分散し、透明性及び絶縁性を有する表面保護及び封止膜用の組成物インクを得る。

得られた組成物インキを使用し、封止樹脂層５０５を、スクリーン印刷法を用いて形成し、１５０℃で３０分熱硬化する。封止樹脂層５０５は裏面電極層Ｄ_１とＤ_ｎ＋１上に開孔部を形成し、この部分で外部の回路基板と接続する。

以上のようにして、基板５０１上に透明電極層Ｔ_１〜Ｔ_ｎと光電変換層Ｋ_１〜Ｋ_ｎ、接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎ及び裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１から成る単位セルが形成され、隣接する裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１は透明電極層Ｔ_１〜Ｔ_ｎとを開孔Ｍ_１〜Ｍ_ｎで接続することによりｎ個の直列接続する太陽電池を作製することができる。裏面電極層Ｄ_１は、単位セルＵ_１における透明電極層Ｔ_１の取り出し電極となり、裏面電極層Ｄ_ｎ＋１は単位セルＵ_ｎにおける透明電極層Ｔ_ｎの取り出し電極となる。

なお、図６は図５における開孔Ｃ_１〜Ｃ_ｎ、Ｍ_１〜Ｍ_ｎ、接続電極層Ｅ_１〜Ｅ_ｎ、絶縁樹脂層Ｚ_１〜Ｚ_ｎ、裏面電極層Ｄ_１〜Ｄ_ｎ＋１の位置関係を示した上面図である。図６に示すように単位セルＵ_１〜Ｕ_ｎが直列に接続されて太陽電池が形成される。

本実施例では、本発明を用いて形成した太陽電池を様々な電気機器に応用した例を、図７、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）及び図９を用いて説明する。

図７に本実施例の太陽電池を裏面電極層側から見た場合の上面図を示す。図７で示すのは腕時計において、半光透過性の文字盤の下側（腕時計のムーブメントが組み込まれる部分）に配置される太陽電池の一例を示している。基板６０１は厚さ７０μｍの有機樹脂フィルムであり、実施例１で述べた有機樹脂材料であればいずれも適用可能であるが、代表的にはＰＥＮ基板を用いる。基板６０１の形状は円形に限定されるものではないが、その中心には指針軸の挿通口６０７が設けられている。

太陽電池は基板６０１側から透明電極層、光電変換層、裏面電極層、封止樹脂層を積層するもので、これらは実施例１と同様にして形成する。基板６０１上には４つのユニットセルが同心円状に配置されているが、太陽電池の直列接続の構造は基本的に実施例１と同様である。

図７では透明電極層ＹＴ_１〜ＹＴ_４と光電変換層ＹＫ_１〜ＹＫ_４に形成される開孔ＹＣ_０により、また開孔ＹＣ_０の内側では開孔ＹＣ_１〜ＹＣ_４によって、ユニットセルＹＵ_１〜ＹＵ_４を形成している。開孔ＹＣ_０〜ＹＣ_４は絶縁樹脂層ＹＺ_０〜ＹＺ_４によって充填されている。

接続電極層ＹＥ_１〜ＹＥ_４は金属ペースト、例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてインクジェット法で光電変換層、透明電極層中に形成されている。接続電極層ＹＥ_１〜ＹＥ_４を形成する際に、実施の形態及び実施例１で述べたように、光電変換層上に、光電変換層の表面を改質する有機物層を形成して、光電変換層表面を改質する。これにより光電変換層表面のぬれ性が低くなり、接続電極層ＹＥ_１〜ＹＥ_４を形成する際に、金属ペーストと光電変換層表面との接触角を大きくすることができる。

裏面電極層ＹＤ_１〜ＹＤ_４は、接続電極層ＹＥ_１〜ＹＥ_４を介して、開孔ＹＭ_２〜ＹＭ_４で隣接するユニットセルの透明電極層ＹＴ_２〜ＹＴ_４とそれぞれ接続している。裏面電極層上には封止樹脂層６０４が腕時計の回路基板との接続部６０５及び６０６を除いて全面に形成している。回路基板との接続部６０５は透明電極層の出力電極ＹＤ_０が形成され、開孔ＹＭ_１で透明電極層と出力電極ＹＤ_０が接続している。また、図で示すように裏面電極層ＹＤ_１とは分離して形成されている。一方の接続部６０６である裏面電極層ＹＤ_４は出力電極としても機能する。

図７において、回路基板との接続部６０５周辺のＡ−Ａ’断面を図８（Ａ）に示す。基板６０１上に透明電極層、光電変換層、裏面電極層が形成されている。透明電極層と光電変換層にはレーザー加工法で開孔ＹＣ_０及びＹＭ_１が形成され、開孔ＹＣ_０には絶縁層ＹＺ_０が形成され、開孔を充填している。透明電極層側の出力電極ＹＤ_０は開孔ＹＭ_１中に形成された接続電極層ＹＥ_０を介してユニットセルＹＵ_１の透明電極層ＹＴ_１と接続している。ユニットセルＹＵ_１の裏面電極層ＹＤ_１上には封止樹脂層６０４が形成されている。

同様に、外部回路との接続部６０６周辺のＢ−Ｂ’断面を図８（Ｂ）に示し、基板６０１上に透明電極層ＹＴ_４、光電変換層ＹＫ_４、裏面電極層ＹＤ_４が形成されている。透明電極層ＹＴ_４は開孔ＹＣ_０によって端部の内側に形成され、絶縁層ＹＺ_０が開孔を充填している。封止樹脂層は裏面電極層ＹＤ_４上に形成されているが、接続部６０６上には形成されていない。

図７において隣接するユニットセルの接続部周辺のＣ−Ｃ’断面を図８（Ｃ）に示す。基板６０１上には透明電極層ＹＴ_３、ＹＴ_４が形成され、開孔ＹＣ_３中に形成される絶縁層ＹＺ_３によって絶縁分離されている。同様に光電変換層ＹＫ_３、ＹＫ_４も分離されている。ユニットセルＹＵ_３とＹＵ_４との接続は開孔ＹＭ_４に形成された接続電極層ＹＥ_４を介して、裏面電極層ＹＤ_３が透明電極層ＹＴ_４と接続されている。

以上のようにして、ユニットセルＹＵ_１〜ＹＵ_４の４つを直列に接続した太陽電池を形成することができる。電卓や時計をはじめ各種の電気機器に組み込まれる太陽電池は、当該電気機器内の回路との接続において、半田付けや熱硬化型の接着材で接続する他に、コイルバネや板バネで直接接続する方法がとられている。図９はそのような接続方法の一例を説明する図であり、光電変換装置７０２と回路基板７０６との接続を接続スプリングを介して行う様子を示す。光電変換装置７０２の構成は簡略化して示し、基板７０２ａ上に裏面電極７０２ｂ、絶縁樹脂７０２ｃ、封止樹脂７０２ｄが形成されている様子を示している。その他、ステンレス構造体７０３や支持体７０１などから成っている。接続スプリング７０４は封止樹脂７０２ｄの開孔部で裏面電極と接触していて、回路基板７０６と端子部７０５を介して電気的な接続が形成されている。このような機械的な力を利用した加圧接触式の接続構造は、半田付けやヒートシールなどの接続方法と比較して太陽電池へのダメージが少なく、製造工程においても歩留まりを低下させる要因とならない。

以上のようにして形成された太陽電池を組み込んだ腕時計を図１０（Ａ）に示す。図１０（Ａ）中、８０１は筐体、８０２は図７に示される太陽電池、８０３は長針及び短針を含む文字盤、８０４はカバーを示している。

また図１０（Ｂ）は本発明によって作製された太陽電池を組み込んだ電卓である。図１０（Ｂ）中、９０１は筐体、９０２は太陽電池、９０３はボタン、９０４は表示パネルである。太陽電池９０２は実施例１に示す図５及び図６の太陽電池を用いればよい。

本発明により、太陽電池の電極層や絶縁分離層の形状を微細化することにより余分な部分を省き、光を遮ってしまう領域を小さくして受光面積を増大させることができる。これにより太陽電池及び太陽電池を用いた電気機器を小型化、軽量化することが可能となる。

本発明の太陽電池の作製工程を示す図。 本発明の太陽電池の作製工程を示す図。 本発明の太陽電池の作製工程を示す図。 本発明の太陽電池の作製工程を示す図。 本発明の太陽電池の作製工程を示す図。 本発明の太陽電池の上面図。 本発明を用いて作製した電気機器の例を示す図。 本発明を用いて作製した電気機器の例を示す図。 本発明を用いて作製した電気機器の例を示す図。 本発明を用いて作製した電気機器の例を示す図。 本発明の太陽電池の作製工程を示す図。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 透明導電膜
１０３ アモルファス半導体膜
１０３ａ ｐ型アモルファス半導体膜
１０３ｂ 導電型を付与する不純物を含まないアモルファス半導体膜
１０３ｃ ｎ型アモルファス半導体膜
１０４ 有機物層
１０６ コンタクトホール
１０７ コンタクトホール
１０８ 絶縁層
１０９ 電極
１１０ 導電層
１１０ａ 導電層
１１０ｂ 導電層

Claims (6)

1. 基板上に第１の電極層を形成し、
   前記第１の電極層上に光電変換層を形成し、
   前記光電変換層の表面を有機材料で処理することにより前記光電変換層の表面を改質し、
   前記光電変換層に、前記第１の電極層に達する開孔を形成し、
   前記開孔に導電性ペーストを充填して第２の電極層を形成し、
   前記光電変換層上に、前記第２の電極層を介して前記第１の電極層に電気的に接続される第１の導電層と、前記光電変換層に電気的に接続される第２の導電層を形成し、
   前記光電変換層を前記有機材料によって処理することにより、前記導電性ペーストの前記光電変換層に対する接触角が増大することを特徴とする太陽電池の作製方法。
2. 請求項１において、
   前記導電性ペーストは、銀、金、銅、またはニッケルの金属材料を含む導電性ペースト、もしくは導電性カーボンペーストのいずれかであることを特徴とする太陽電池の作製方法。
3. 基板上に第１の電極層を形成し、
   前記第１の電極層上に光電変換層を形成し、
   前記光電変換層の表面を有機材料で処理することにより前記光電変換層の表面を改質し、
   前記光電変換層に、前記第１の電極層に達する開孔を形成し、
   前記開孔に絶縁樹脂層を充填して絶縁分離を行う太陽電池の作製方法であって、
   前記光電変換層を前記有機材料によって処理することにより、前記絶縁樹脂層の前記光電変換層に対する接触角が増大することを特徴とする太陽電池の作製方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記基板は、ガラス、ステンレスまたは高分子材料で形成されていることを特徴とする太陽電池の作製方法。
5. 請求項４において、
   前記高分子材料は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）のいずれか１つであることを特徴とする太陽電池の作製方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記有機物層は、シランカップリング化合物を含むことを特徴とする太陽電池の作製方法。

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