JP4329280B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池の製造方法、特に、基板に複数個の所定の貫通孔を形成するための薄膜基板貫通孔加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いていたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００３】
上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。
【０００４】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法の一例として、本願出願人により、いわゆるＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film ）型の薄膜太陽電池が提案されており、例えば特開平１０−２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に記載されている。
【０００５】
図１２は、上記特開平１０−２３３５１７号公報に記載された薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱＣに沿っての断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥＥ断面図を示す。
【０００６】
電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシリコンのＰin接合である。フィルム基板用材料としては、ポリイミドのフィルム、例えば厚さ５０μｍのフィルムが用いられている。
【０００７】
フィルムの材質としては、他に、ポリエチレンナフタレート（ＰEN）、ポリエーテルサルフォン（ＰES）、ポリエチレンテレフタレート（ＰET）、またはアラミド系のフィルムなどを用いることができる。
【０００８】
次に、製造工程の概要につき以下に説明する。
【０００９】
先ず、フィルム基板にパンチを用いて、例えば直径約１ｍｍの接続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極層として、スパッタにより銀を、例えば１００ｎｍの厚さに成膜し、これと反対の面（裏側とする）には、第３電極層として、同じく銀電極を成膜する。接続孔ｈ１の内壁で第１電極層と第３電極層とは重なり、導通する。
【００１０】
電極層としては、銀（Ag）以外に、Al，Cu，Ti等の金属をスパッタまたは電子ビーム蒸着等により製膜しても良く、金属酸化膜と金属の多層膜を電極層としても良い。成膜後、表側では、第１電極層を所定の形状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニングする。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電変換層Ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜する。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工により二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成する。なお、前記幅Ｗ２は、接続孔ｈ１にまたがってもよい。
【００１１】
さらに第２電極層として表側に透明電極層（ＩＴＯ層）を成膜する。但し、二つの素子列の間とこれに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。透明電極層としては、ITO（インシ゛ウムスス゛オキサイト゛）以外に、SnO2、ZnOなどの酸化物導電層を用いることができる。
【００１２】
次いで裏面全面に第４電極層として金属膜などの低抵抗導電膜からなる層を成膜する。第４電極の成膜により、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４電極とが重なり、導通する。表側では、レーザ加工により下電極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第２電極ｕ１〜ｕ６を形成し、裏側では第３電極と第４電極とを同時にレーザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、および電力取り出し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁部では表側の分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形成し、隣接電極間には一本の分離線を形成する。
【００１３】
全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分離線ｇ２の中にはどの層も無い。
【００１４】
こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順の光電変換素子の直列接続が完成する。
【００１５】
なお、第３電極層と第４電極層は電気的には同一の電位であるので、以下の説明においては説明の便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともある。
【００１６】
図１３は、構造の理解の容易化のために、薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図１３において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７（ｈ２）を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８（ｈ１）を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。
【００１７】
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を図１４（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた位置に集電孔７７を形成する（工程（Ｄ））。工程（c）と工程（Ｄ）との間に、第１電極層（下電極）７４を所定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。
【００１８】
次に、第１電極層７４の上に、光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図４に示すような直列接続構造を形成する。
【００１９】
なお、図１４においては、集電孔ｈ２内における透明電極層７６と第４電極層７９との接続をそれぞれの層を重ねて２層で図示しているが、前記図１２においては、電気的に一層として扱い、１層で図示している。
【００２０】
前記薄膜太陽電池の製造工程において、接続孔７８を形成する工程（b）および集電孔７７を形成する工程（Ｄ）は、従来、パンチを用いる打抜き加工またはレーザー光などのエネルギービームを用いるレーザー加工によっていた。しかし、レーザー加工においてはYAGレーザーなどの赤外レーザーの場合は、熱加工であるため、熱により凹凸が孔の内面と周辺に形成され、電極層が分離してしまうことがあった。一方、エキシマレーザーなど短波長レーザーの場合は、凹凸の形成されない加工が可能ではあるが、量産性に劣り、運転コストが高いことなどから適用が困難であった。
【００２１】
ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する、いわゆるパンチを用いた打抜き加工に関して、本件出願人は、量産性に富む連続開孔加工装置を提案した（特開平８−１３９３５２号公報参照）。図１５は、前記公報に記載された薄膜太陽電池の製造装置における開孔装置の断面模式図であり、基板搬送手段と貫通孔加工手段と加工位置検出孔加工手段とを備える。巻出しロールＲ１から送り出された基板１ａは、順次、加工位置検出用の孔開孔部Ｐ３０、集電孔開孔部Ｐ２０、および接続孔開孔部Ｐ１０により、所定位置に所定数の加工位置検出孔、集電孔および接続孔が開けられ、洗浄装置で洗浄された後、巻取りロールＲ２に巻き取られる。各種の孔位置に対応して、加工位置検出用の孔を基準として、基板１ａの搬送方向および搬送距離が制御される。
【００２２】
図１６は従来の開孔装置の開孔部の拡大模式図である。開孔部は断面が基板の孔形状のポンチＰとポンチＰと同じ断面形状の開孔部を有するストリッパープレートＰｓと同じ開口部を有するダイＤとからなる。ダイＤとポンチＰとは所定のクリアランスＣを有するように構成されている。ダイＤとストリッパープレートＰｓとの間に搬送され停止した基板１ａは、ストリッパープレートＰｓにより押さえられ、この状態でポンチＰが基板１ａを打抜き（貫通し）、基板１ａに孔が開けられる。
【００２３】
次に、前記ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池における各種の基板貫通孔の配置の一例等について、以下に述べる。
【００２４】
図１７は基板の位置検出用孔と接続孔の配置の一例を示す平面図である。基板１ａには位置検出孔ｈ３，接続孔ｈ１の順に開孔される。位置検出孔ｈ３は太陽電池の所定のユニットパターンの長さ間隔に開けられ、以降の搬送の位置決めに用いられる。
【００２５】
先ず、位置検出孔ｈ３を開け、以降基板１ａを所定の距離づつ搬送して停止し、フィルムの幅方向に１回のポンチ操作で複数個の接続孔ｈ１の列を形成する。これを所定の回数繰り返した後、位置検出孔ｈ３を開ける。この位置検出用孔ｈ３の距離を１基本パターンの長さとし、この繰り返しにより長尺の基板１ａに多数の基本パターンを形成することができる。
【００２６】
図１８は、この例においてさらに集電孔が開けられた基板の平面図である。集電孔列の間隔は、例えば５ｍｍとするが、この間隔は太陽電池パターンにより任意の値とすることができる。なお、この場合の孔形状は必ずしも円である必要はなく、例えば太陽電池特性を向上させる為には集電孔ｈ２の面積はできるだけ小さく、しかも周辺の長さができる限り長くなる形状が良い。また、この例においては、１動作で基板搬送方向に１ラインの孔形成を行っているが、複数ラインを同時に孔開けして、その量産性を向上させることができる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の薄膜太陽電池の各種の貫通孔を、前記のようにポンチを用いて打抜き加工する方法においては、下記のような問題があった。
【００２８】
上記ポンチによる開孔の場合には、加工面側のフィルム基板面が、ポンチに引きずられてだれてしまい、裏面側には大きなバリが発生してしまう問題があった。その結果、図１４において基板７１上に形成された第１電極層７４に円周上の亀裂が生じてしまう。そのため、光電変換層７５が第１電極層７４に生じた亀裂を覆いきれずに、第１電極層７４と第３電極層７６とが接触してしまい太陽電池の曲線因子が低下し、結果として変換効率を低下させてしまう問題があった。
【００２９】
一般的にポンチ加工において、上記のような表面側のダレおよび裏面側のバリを低減する為には、ポンチＰとダイＤのクリアランスＣを極力小さくして加工すれば良いといわれている、しかし、ポンチＰとダイＤのクリアランスＣを小さくしていくと、金型の製造コストが上がるばかりか、クリアランスの小さいポンチとダイを製造すること自体、技術的に困難となる状況にあった。
【００３０】
また、前記のような開孔法を採用すると、孔の形状に切断面が形成されるのみで、切り抜き部分（加工残渣）が依然として基板の貫通孔に近い場所に残る問題がある。このような加工残渣をそのまま放置しておくと、適切なクリーンレベルを要する製膜装置等における製膜の際に支障を来す恐れがある。
【００３１】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の課題は、接続孔や集電孔の加工方法を改善して、第１電極層に亀裂を発生させることなく精度の良い孔加工が可能な薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明によれば、電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記ポンチはその先端外径部に円形状の刃を有するものとし、前記ダイは前記基板の裏面に当接し、かつ少なくともポンチの外径より大きな外径を有する円筒状もしくは中空円筒状のダイとし、さらに、前記ポンチの外周と小隙間を有しかつポンチの軸と同心状に前記基板の表面に当接する中空円筒部材を設け、この中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定して前記加工を行なうこととする（請求項１の発明）。
【００３３】
前記方法により、ポンチに引きずられて第１電極層周辺に亀裂が生じる問題が解消し、精度の良い孔加工が可能となる。
【００３４】
また、前記発明によれば、精度の良い孔加工に関わり、ポンチの引き込み力に伴う孔精度の低下を抑制することのみならず、基板に生じたしわに伴う孔の位置ずれ精度の低下を抑制し、孔の位置制度を向上することができる。
【００３５】
さらに、前記発明によれば、基板のポンチ近傍を基板両面から、局部的に固定できるので、基板のしわの影響を受けることなく、孔の位置精度が向上する。
【００３６】
なお、中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定する際、基板を押す圧力が強すぎると、開孔部周辺に応力がかかり、基板および基板に形成された薄膜にダメージを発生させる原因となるので、この弊害が生じないような圧力制御が必要となる。また、２つの筒状部材における基板接触部の肉厚が薄いと押え込む役割の筒の先端がポンチの刃のような役割を果たしてしまい、良好な孔形成に対して不都合である。従って筒状部材の先端部分の厚さは、前記圧力とも関連して適度な厚さが必要である。このような製造方法によれば、原理的に平板状のダイが不要となり、加工装置の簡略化が図れる。
【００３７】
前記加工を連続して行なった場合、繰り返し加工により、ダイの材料硬度がポンチの材料硬度と同等以上の場合には、ポンチの機械的劣化が著しくなる。これを回避するためには、下記のようにすることが好ましい。即ち、前記ダイの材料硬度は、ポンチの材料硬度より小とする。また、前記基板とダイとの間に、前記ポンチおよびダイの材料硬度より小なる中間保護板を挿入して加工する。
【００３８】
また、ポンチの機械的耐久性向上の観点から、前記請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが円筒状のダイの場合に、前記ダイは、ダイ上のポンチの刃と対応する部位に、加工時に前記ポンチの円形状の刃の部分がダイと接触することを防止するための凹溝を設けてなるものとする（請求項２の発明）。
【００３９】
例えば、ポンチの刃形状と同様の凹溝をダイ上に形成し、孔加工時に、ポンチはダイに接触するまで打ち下ろさず、フィルム基板面の裏面側の位置まで打ち下ろすことにより、ポンチの機械的耐久性を著しく伸ばすことが可能となり、量産性が高い製造方法を提供できる。
【００４０】
さらに、フィルム基板がポンチに引きずられて亀裂が発生することを回避する観点から、下記請求項３の発明が好適である。即ち、請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが中空円筒状のダイの場合に、前記ダイの中空円筒部に前記ポンチと対向する第２のポンチを設け、２個のポンチで基板の表面および裏面の両側から加工する。この場合、２個のポンチの接触に伴う機械的劣化により、ポンチを比較的早期に交換する必要があるが、基板のだれの問題がない良好な孔を形成できる。
【００４１】
また、前述の加工残渣の基板からの安全な分離除去を行なう観点から、下記の製造方法とするのが好ましく、参考までに種々の好ましい製造方法について述べる。即ち、電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記加工後の基板に粘着シートをロール搬送して接触させ、粘着シートに加工残渣を接着して基板から分離除去する。
【００４２】
また、前記製造方法において、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に圧縮ガスの排出口を設け、この圧縮ガスのブローにより、加工残渣を基板から分離除去する。さらに、前記製造方法において、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に空気の吸引口を設け、この空気の吸引により、加工残渣を基板から分離除去する。
【００４３】
また、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に可動性の棒状部材を設け、この棒状部材を加工残渣に向けて突出し加工残渣を押圧することにより、加工残渣を基板から分離除去する。さらにまた、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に可動性の針状部材を設け、この針状部材を加工残渣に向けて突出させて加工残渣を突き刺した後、前記ポンチ内に収納して加工残渣を基板から分離除去する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について、図４〜６に基づいて以下に述べる。
【００４５】
また、前述の参考までに述べた種々の好ましい製造方法についても、参考例として、図１〜３ならびに図７〜１１に基づいて、以下に述べる。
【００４６】
図１ないし図６は、この発明の貫通孔加工方法のそれぞれ異なる参考例および実施例に関わる開孔部の拡大模式図である。前述の従来の方法と異なる点を中心に、以下に述べる。なお、下記参考例および実施例において、フィルム基板としては、膜厚０．０５ｍｍのポリイミドフィルムを用いたが、PEN,PES,PETまたはアラミドなどの絶縁性プラスチックフィルムを用いることもできる。また、貫通孔の配置は、前述の図１８に示したものと同等である。
【００４７】
図１に示す参考例は、平板状のダイＤ２とストリッパープレートＰｓとの間に、基板１ａを挟んで押圧し、ポンチＰ１により、加工を行なう方法を示す。図１において、ポンチＰ１の機械的寿命の増強の為、ポンチＰ１には超硬、ダイＤ２にはハイス鋼を使用し焼き入れ条件をHRC55としたものを用いた。使用材質はこれに限定されるものではなく、例えばポンチＰ１をハイス鋼で焼き入れ条件をHRC65とし、ダイＤ２側の焼き入れ条件をポンチＰ１側の条件よりも弱くするなど、ポンチＰ１の硬度をダイＤ２の硬度よりも高くしておけば良い。
【００４８】
図２は、基板１ａとダイＤ２との間に、ゴム等のポンチＰ１より硬度の低い材料からなる中間保護板Ｇ１を挿入する参考例を示す。この場合も、挿入する材料Ｇ１がポンチＰ１の硬度よりも低ければ良く、材質は限定されない。
【００４９】
図３は、異なる参考例を示し、ダイＤ２にポンチの刃形状と同様の凹溝Ｄｏを設けた参考例を示す。この場合、孔加工時に、ポンチＰ１はダイに接触するまで打ち下ろさず、基板１ａの裏面側の位置まで打ち下ろすことにより、ポンチの機械的耐久性を著しく向上できる。
【００５０】
前記参考例によって製造された薄膜太陽電池についてその特性を測定したところ、いずれも前述の亀裂に起因する極性因子の低下はみられず、良好な孔を形成することができることが確認された。
【００５１】
図４は、請求項１の発明に関わる実施例を示し、中空円筒状のダイＷ２とポンチの外周部に設けた中空円筒部材Ｗ１とを備え、このダイＷ２と中空円筒部材Ｗ１とにより、基板１ａは局部的に固定されて孔加工が行なわれる。
【００５２】
図５は、ダイＷ２を円筒状とし、ダイＷ２にポンチの刃形状と同様の凹溝Ｗｏを設けた実施例を示す。前記図４および図５に示す実施例において、ポンチとダイの材質は、前述の実施例と同様に、ダイ側の硬度をポンチ側に比べて小とするのが好ましい。
【００５３】
図６は、請求項３の発明に関わる実施例を示し、基板を挟んで２個のポンチＰ１およびＰ２を備える実施例を示す。前記図４ないし図６の実施例によれば、基板１ａは局部的に固定されて孔加工が行なわれるので、前述のように孔の位置精度が向上する。
【００５４】
次に、図７ないし図１１に、この発明の貫通孔加工における加工残渣の分離除去方法のそれぞれ異なる参考例に関わる概念的模式図を示す。
【００５５】
図７は、参考例の概念的模式図を示す。図７において、Ｑ１は、従来の技術の項において述べた一連の孔加工プロセス装置を概念的に示し、Ｒｎは、粘着シートを巻回したロールを概念的に示す。複数個の孔がＱ１において形成された後に、Ｒｎに巻回された粘着シートｎをロール搬送して、図示しない基板と接触させ、基板と粘着シートとを再度分離する際に、基板上に付着している加工残渣を粘着シートに接着して基板から分離除去する。加工残渣は、基板の裏面側上面に主に付着するが、必要に応じ、粘着シートは基板の両側に接触させて、基板上に付着した加工残渣を選択的に除去する。
【００５６】
図８は、異なる参考例の概念的模式図を示す。図８に示すように、ポンチＰ１内部を空洞にし、エアガン等圧縮ガスが噴出できるような手段Ｃ１と圧縮ガスの排出口Ａ１とを設け、この排出口Ａ１から圧縮ガスをブローすることにより、加工残渣Ｆ１を吹き飛ばし、基板１ａから分離除去できる。
【００５７】
図９は、さらに異なる参考例の概念的模式図を示す。図９において、Ｃ２は空気吸引手段を示し、Ａ２は空気の吸引口を示す。この場合には、空気の吸引口Ａ２から加工残渣Ｆ１を吸引して分離除去する。なお、フィルム基板は、薄くかつ可撓性があるので、空気の吸引口Ａ２から吸い込み、ポンチの外部に、空気の吸引力により排出することができる。
【００５８】
図１０および図１１は、それぞれさらに異なる参考例の概念的模式図を示し、各図におけるＢ１およびＢ２は、それぞれ可動性の棒状部材および針状部材を示す。加工残渣Ｆ１は、前述のように棒状部材および針状部材により分離除去できる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記ポンチはその先端外径部に円形状の刃を有するものとし、前記ダイは前記基板の裏面に当接し、かつ少なくともポンチの外径より大きな外径を有する円筒状もしくは中空円筒状のダイとし、さらに、前記ポンチの外周と小隙間を有しかつポンチの軸と同心状に前記基板の表面に当接する中空円筒部材を設け、この中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定して前記加工を行なうことにより、ポンチに引きずられて第１電極層周辺に亀裂が生じる問題が解消し、精度の良い孔加工が可能となる。
【００６０】
また、基板のポンチ近傍を基板両面から、局部的に固定でき、基板のしわの影響を受けることなく、孔の位置精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図２】 この発明の異なる参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図３】 この発明の異なる参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図４】 この発明の実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図５】 この発明の異なる実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図６】 この発明の異なる実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図７】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図８】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図９】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１０】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１１】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１２】 薄膜太陽電池の構成の一例を示す図
【図１３】 薄膜太陽電池の概略構成を示す斜視図
【図１４】 従来の薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図
【図１５】 従来の薄膜太陽電池の開孔装置の断面模式図
【図１６】 従来の開孔装置の開孔部の拡大模式図
【図１７】 基板の位置検出用孔と接続孔の配置を示す平面図
【図１８】 図１７に対し、さらに集電孔が開けられた基板の平面図
【符号の説明】
１ａ：基板、Ａ１：圧縮ガスの排出口、Ａ２：空気の吸引口、Ｂ１：棒状部材、Ｂ２：針状部材、Ｆ１：加工残渣、Ｇ１：中間保護板、Ｄ２：ダイ、Ｄｏ，Ｗｏ：凹溝、ｎ：粘着シート、Ｐ１，Ｐ２：ポンチ、Ｐｓ：ストリッパープレート、Ｗ１：中空円筒部材、Ｗ２：円筒状もしくは中空円筒状のダイ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池の製造方法、特に、基板に複数個の所定の貫通孔を形成するための薄膜基板貫通孔加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いていたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００３】
上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。
【０００４】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法の一例として、本願出願人により、いわゆるＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film ）型の薄膜太陽電池が提案されており、例えば特開平１０−２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に記載されている。
【０００５】
図１２は、上記特開平１０−２３３５１７号公報に記載された薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱＣに沿っての断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥＥ断面図を示す。
【０００６】
電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシリコンのＰin接合である。フィルム基板用材料としては、ポリイミドのフィルム、例えば厚さ５０μｍのフィルムが用いられている。
【０００７】
フィルムの材質としては、他に、ポリエチレンナフタレート（ＰEN）、ポリエーテルサルフォン（ＰES）、ポリエチレンテレフタレート（ＰET）、またはアラミド系のフィルムなどを用いることができる。
【０００８】
次に、製造工程の概要につき以下に説明する。
【０００９】
先ず、フィルム基板にパンチを用いて、例えば直径約１ｍｍの接続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極層として、スパッタにより銀を、例えば１００ｎｍの厚さに成膜し、これと反対の面（裏側とする）には、第３電極層として、同じく銀電極を成膜する。接続孔ｈ１の内壁で第１電極層と第３電極層とは重なり、導通する。
【００１０】
電極層としては、銀（Ag）以外に、Al，Cu，Ti等の金属をスパッタまたは電子ビーム蒸着等により製膜しても良く、金属酸化膜と金属の多層膜を電極層としても良い。成膜後、表側では、第１電極層を所定の形状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニングする。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電変換層Ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜する。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工により二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成する。なお、前記幅Ｗ２は、接続孔ｈ１にまたがってもよい。
【００１１】
さらに第２電極層として表側に透明電極層（ＩＴＯ層）を成膜する。但し、二つの素子列の間とこれに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。透明電極層としては、ITO（インシ゛ウムスス゛オキサイト゛）以外に、SnO2、ZnOなどの酸化物導電層を用いることができる。
【００１２】
次いで裏面全面に第４電極層として金属膜などの低抵抗導電膜からなる層を成膜する。第４電極の成膜により、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４電極とが重なり、導通する。表側では、レーザ加工により下電極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第２電極ｕ１〜ｕ６を形成し、裏側では第３電極と第４電極とを同時にレーザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、および電力取り出し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁部では表側の分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形成し、隣接電極間には一本の分離線を形成する。
【００１３】
全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分離線ｇ２の中にはどの層も無い。
【００１４】
こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順の光電変換素子の直列接続が完成する。
【００１５】
なお、第３電極層と第４電極層は電気的には同一の電位であるので、以下の説明においては説明の便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともある。
【００１６】
図１３は、構造の理解の容易化のために、薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図１３において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７（ｈ２）を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８（ｈ１）を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。
【００１７】
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を図１４（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた位置に集電孔７７を形成する（工程（Ｄ））。工程（c）と工程（Ｄ）との間に、第１電極層（下電極）７４を所定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。
【００１８】
次に、第１電極層７４の上に、光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図４に示すような直列接続構造を形成する。
【００１９】
なお、図１４においては、集電孔ｈ２内における透明電極層７６と第４電極層７９との接続をそれぞれの層を重ねて２層で図示しているが、前記図１２においては、電気的に一層として扱い、１層で図示している。
【００２０】
前記薄膜太陽電池の製造工程において、接続孔７８を形成する工程（b）および集電孔７７を形成する工程（Ｄ）は、従来、パンチを用いる打抜き加工またはレーザー光などのエネルギービームを用いるレーザー加工によっていた。しかし、レーザー加工においてはYAGレーザーなどの赤外レーザーの場合は、熱加工であるため、熱により凹凸が孔の内面と周辺に形成され、電極層が分離してしまうことがあった。一方、エキシマレーザーなど短波長レーザーの場合は、凹凸の形成されない加工が可能ではあるが、量産性に劣り、運転コストが高いことなどから適用が困難であった。
【００２１】
ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する、いわゆるパンチを用いた打抜き加工に関して、本件出願人は、量産性に富む連続開孔加工装置を提案した（特開平８−１３９３５２号公報参照）。図１５は、前記公報に記載された薄膜太陽電池の製造装置における開孔装置の断面模式図であり、基板搬送手段と貫通孔加工手段と加工位置検出孔加工手段とを備える。巻出しロールＲ１から送り出された基板１ａは、順次、加工位置検出用の孔開孔部Ｐ３０、集電孔開孔部Ｐ２０、および接続孔開孔部Ｐ１０により、所定位置に所定数の加工位置検出孔、集電孔および接続孔が開けられ、洗浄装置で洗浄された後、巻取りロールＲ２に巻き取られる。各種の孔位置に対応して、加工位置検出用の孔を基準として、基板１ａの搬送方向および搬送距離が制御される。
【００２２】
図１６は従来の開孔装置の開孔部の拡大模式図である。開孔部は断面が基板の孔形状のポンチＰとポンチＰと同じ断面形状の開孔部を有するストリッパープレートＰｓと同じ開口部を有するダイＤとからなる。ダイＤとポンチＰとは所定のクリアランスＣを有するように構成されている。ダイＤとストリッパープレートＰｓとの間に搬送され停止した基板１ａは、ストリッパープレートＰｓにより押さえられ、この状態でポンチＰが基板１ａを打抜き（貫通し）、基板１ａに孔が開けられる。
【００２３】
次に、前記ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池における各種の基板貫通孔の配置の一例等について、以下に述べる。
【００２４】
図１７は基板の位置検出用孔と接続孔の配置の一例を示す平面図である。基板１ａには位置検出孔ｈ３，接続孔ｈ１の順に開孔される。位置検出孔ｈ３は太陽電池の所定のユニットパターンの長さ間隔に開けられ、以降の搬送の位置決めに用いられる。
【００２５】
先ず、位置検出孔ｈ３を開け、以降基板１ａを所定の距離づつ搬送して停止し、フィルムの幅方向に１回のポンチ操作で複数個の接続孔ｈ１の列を形成する。これを所定の回数繰り返した後、位置検出孔ｈ３を開ける。この位置検出用孔ｈ３の距離を１基本パターンの長さとし、この繰り返しにより長尺の基板１ａに多数の基本パターンを形成することができる。
【００２６】
図１８は、この例においてさらに集電孔が開けられた基板の平面図である。集電孔列の間隔は、例えば５ｍｍとするが、この間隔は太陽電池パターンにより任意の値とすることができる。なお、この場合の孔形状は必ずしも円である必要はなく、例えば太陽電池特性を向上させる為には集電孔ｈ２の面積はできるだけ小さく、しかも周辺の長さができる限り長くなる形状が良い。また、この例においては、１動作で基板搬送方向に１ラインの孔形成を行っているが、複数ラインを同時に孔開けして、その量産性を向上させることができる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の薄膜太陽電池の各種の貫通孔を、前記のようにポンチを用いて打抜き加工する方法においては、下記のような問題があった。
【００２８】
上記ポンチによる開孔の場合には、加工面側のフィルム基板面が、ポンチに引きずられてだれてしまい、裏面側には大きなバリが発生してしまう問題があった。その結果、図１４において基板７１上に形成された第１電極層７４に円周上の亀裂が生じてしまう。そのため、光電変換層７５が第１電極層７４に生じた亀裂を覆いきれずに、第１電極層７４と第３電極層７６とが接触してしまい太陽電池の曲線因子が低下し、結果として変換効率を低下させてしまう問題があった。
【００２９】
一般的にポンチ加工において、上記のような表面側のダレおよび裏面側のバリを低減する為には、ポンチＰとダイＤのクリアランスＣを極力小さくして加工すれば良いといわれている、しかし、ポンチＰとダイＤのクリアランスＣを小さくしていくと、金型の製造コストが上がるばかりか、クリアランスの小さいポンチとダイを製造すること自体、技術的に困難となる状況にあった。
【００３０】
また、前記のような開孔法を採用すると、孔の形状に切断面が形成されるのみで、切り抜き部分（加工残渣）が依然として基板の貫通孔に近い場所に残る問題がある。このような加工残渣をそのまま放置しておくと、適切なクリーンレベルを要する製膜装置等における製膜の際に支障を来す恐れがある。
【００３１】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の課題は、接続孔や集電孔の加工方法を改善して、第１電極層に亀裂を発生させることなく精度の良い孔加工が可能な薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明によれば、電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記ポンチはその先端外径部に円形状の刃を有するものとし、前記ダイは前記基板の裏面に当接し、かつ少なくともポンチの外径より大きな外径を有する円筒状もしくは中空円筒状のダイとし、さらに、前記ポンチの外周と小隙間を有しかつポンチの軸と同心状に前記基板の表面に当接する中空円筒部材を設け、この中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定して前記加工を行なうこととする（請求項１の発明）。
【００３３】
前記方法により、ポンチに引きずられて第１電極層周辺に亀裂が生じる問題が解消し、精度の良い孔加工が可能となる。
【００３４】
また、前記発明によれば、精度の良い孔加工に関わり、ポンチの引き込み力に伴う孔精度の低下を抑制することのみならず、基板に生じたしわに伴う孔の位置ずれ精度の低下を抑制し、孔の位置制度を向上することができる。
【００３５】
さらに、前記発明によれば、基板のポンチ近傍を基板両面から、局部的に固定できるので、基板のしわの影響を受けることなく、孔の位置精度が向上する。
【００３６】
なお、中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定する際、基板を押す圧力が強すぎると、開孔部周辺に応力がかかり、基板および基板に形成された薄膜にダメージを発生させる原因となるので、この弊害が生じないような圧力制御が必要となる。また、２つの筒状部材における基板接触部の肉厚が薄いと押え込む役割の筒の先端がポンチの刃のような役割を果たしてしまい、良好な孔形成に対して不都合である。従って筒状部材の先端部分の厚さは、前記圧力とも関連して適度な厚さが必要である。このような製造方法によれば、原理的に平板状のダイが不要となり、加工装置の簡略化が図れる。
【００３７】
前記加工を連続して行なった場合、繰り返し加工により、ダイの材料硬度がポンチの材料硬度と同等以上の場合には、ポンチの機械的劣化が著しくなる。これを回避するためには、下記のようにすることが好ましい。即ち、前記ダイの材料硬度は、ポンチの材料硬度より小とする。また、前記基板とダイとの間に、前記ポンチおよびダイの材料硬度より小なる中間保護板を挿入して加工する。
【００３８】
また、ポンチの機械的耐久性向上の観点から、前記請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが円筒状のダイの場合に、前記ダイは、ダイ上のポンチの刃と対応する部位に、加工時に前記ポンチの円形状の刃の部分がダイと接触することを防止するための凹溝を設けてなるものとする（請求項２の発明）。
【００３９】
例えば、ポンチの刃形状と同様の凹溝をダイ上に形成し、孔加工時に、ポンチはダイに接触するまで打ち下ろさず、フィルム基板面の裏面側の位置まで打ち下ろすことにより、ポンチの機械的耐久性を著しく伸ばすことが可能となり、量産性が高い製造方法を提供できる。
【００４０】
さらに、フィルム基板がポンチに引きずられて亀裂が発生することを回避する観点から、下記請求項３の発明が好適である。即ち、請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが中空円筒状のダイの場合に、前記ダイの中空円筒部に前記ポンチと対向する第２のポンチを設け、２個のポンチで基板の表面および裏面の両側から加工する。この場合、２個のポンチの接触に伴う機械的劣化により、ポンチを比較的早期に交換する必要があるが、基板のだれの問題がない良好な孔を形成できる。
【００４１】
また、前述の加工残渣の基板からの安全な分離除去を行なう観点から、下記の製造方法とするのが好ましく、参考までに種々の好ましい製造方法について述べる。即ち、電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記加工後の基板に粘着シートをロール搬送して接触させ、粘着シートに加工残渣を接着して基板から分離除去する。
【００４２】
また、前記製造方法において、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に圧縮ガスの排出口を設け、この圧縮ガスのブローにより、加工残渣を基板から分離除去する。さらに、前記製造方法において、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に空気の吸引口を設け、この空気の吸引により、加工残渣を基板から分離除去する。
【００４３】
また、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に可動性の棒状部材を設け、この棒状部材を加工残渣に向けて突出し加工残渣を押圧することにより、加工残渣を基板から分離除去する。さらにまた、前記粘着シートによる加工残渣の除去方法に代えて、前記ポンチの中央部に可動性の針状部材を設け、この針状部材を加工残渣に向けて突出させて加工残渣を突き刺した後、前記ポンチ内に収納して加工残渣を基板から分離除去する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について、図４〜６に基づいて以下に述べる。
【００４５】
また、前述の参考までに述べた種々の好ましい製造方法についても、参考例として、図１〜３ならびに図７〜１１に基づいて、以下に述べる。
【００４６】
図１ないし図６は、この発明の貫通孔加工方法のそれぞれ異なる参考例および実施例に関わる開孔部の拡大模式図である。前述の従来の方法と異なる点を中心に、以下に述べる。なお、下記参考例および実施例において、フィルム基板としては、膜厚０．０５ｍｍのポリイミドフィルムを用いたが、PEN,PES,PETまたはアラミドなどの絶縁性プラスチックフィルムを用いることもできる。また、貫通孔の配置は、前述の図１８に示したものと同等である。
【００４７】
図１に示す参考例は、平板状のダイＤ２とストリッパープレートＰｓとの間に、基板１ａを挟んで押圧し、ポンチＰ１により、加工を行なう方法を示す。図１において、ポンチＰ１の機械的寿命の増強の為、ポンチＰ１には超硬、ダイＤ２にはハイス鋼を使用し焼き入れ条件をHRC55としたものを用いた。使用材質はこれに限定されるものではなく、例えばポンチＰ１をハイス鋼で焼き入れ条件をHRC65とし、ダイＤ２側の焼き入れ条件をポンチＰ１側の条件よりも弱くするなど、ポンチＰ１の硬度をダイＤ２の硬度よりも高くしておけば良い。
【００４８】
図２は、基板１ａとダイＤ２との間に、ゴム等のポンチＰ１より硬度の低い材料からなる中間保護板Ｇ１を挿入する参考例を示す。この場合も、挿入する材料Ｇ１がポンチＰ１の硬度よりも低ければ良く、材質は限定されない。
【００４９】
図３は、異なる参考例を示し、ダイＤ２にポンチの刃形状と同様の凹溝Ｄｏを設けた参考例を示す。この場合、孔加工時に、ポンチＰ１はダイに接触するまで打ち下ろさず、基板１ａの裏面側の位置まで打ち下ろすことにより、ポンチの機械的耐久性を著しく向上できる。
【００５０】
前記参考例によって製造された薄膜太陽電池についてその特性を測定したところ、いずれも前述の亀裂に起因する極性因子の低下はみられず、良好な孔を形成することができることが確認された。
【００５１】
図４は、請求項１の発明に関わる実施例を示し、中空円筒状のダイＷ２とポンチの外周部に設けた中空円筒部材Ｗ１とを備え、このダイＷ２と中空円筒部材Ｗ１とにより、基板１ａは局部的に固定されて孔加工が行なわれる。
【００５２】
図５は、ダイＷ２を円筒状とし、ダイＷ２にポンチの刃形状と同様の凹溝Ｗｏを設けた実施例を示す。前記図４および図５に示す実施例において、ポンチとダイの材質は、前述の実施例と同様に、ダイ側の硬度をポンチ側に比べて小とするのが好ましい。
【００５３】
図６は、請求項３の発明に関わる実施例を示し、基板を挟んで２個のポンチＰ１およびＰ２を備える実施例を示す。前記図４ないし図６の実施例によれば、基板１ａは局部的に固定されて孔加工が行なわれるので、前述のように孔の位置精度が向上する。
【００５４】
次に、図７ないし図１１に、この発明の貫通孔加工における加工残渣の分離除去方法のそれぞれ異なる参考例に関わる概念的模式図を示す。
【００５５】
図７は、参考例の概念的模式図を示す。図７において、Ｑ１は、従来の技術の項において述べた一連の孔加工プロセス装置を概念的に示し、Ｒｎは、粘着シートを巻回したロールを概念的に示す。複数個の孔がＱ１において形成された後に、Ｒｎに巻回された粘着シートｎをロール搬送して、図示しない基板と接触させ、基板と粘着シートとを再度分離する際に、基板上に付着している加工残渣を粘着シートに接着して基板から分離除去する。加工残渣は、基板の裏面側上面に主に付着するが、必要に応じ、粘着シートは基板の両側に接触させて、基板上に付着した加工残渣を選択的に除去する。
【００５６】
図８は、異なる参考例の概念的模式図を示す。図８に示すように、ポンチＰ１内部を空洞にし、エアガン等圧縮ガスが噴出できるような手段Ｃ１と圧縮ガスの排出口Ａ１とを設け、この排出口Ａ１から圧縮ガスをブローすることにより、加工残渣Ｆ１を吹き飛ばし、基板１ａから分離除去できる。
【００５７】
図９は、さらに異なる参考例の概念的模式図を示す。図９において、Ｃ２は空気吸引手段を示し、Ａ２は空気の吸引口を示す。この場合には、空気の吸引口Ａ２から加工残渣Ｆ１を吸引して分離除去する。なお、フィルム基板は、薄くかつ可撓性があるので、空気の吸引口Ａ２から吸い込み、ポンチの外部に、空気の吸引力により排出することができる。
【００５８】
図１０および図１１は、それぞれさらに異なる参考例の概念的模式図を示し、各図におけるＢ１およびＢ２は、それぞれ可動性の棒状部材および針状部材を示す。加工残渣Ｆ１は、前述のように棒状部材および針状部材により分離除去できる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、ＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記ポンチはその先端外径部に円形状の刃を有するものとし、前記ダイは前記基板の裏面に当接し、かつ少なくともポンチの外径より大きな外径を有する円筒状もしくは中空円筒状のダイとし、さらに、前記ポンチの外周と小隙間を有しかつポンチの軸と同心状に前記基板の表面に当接する中空円筒部材を設け、この中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定して前記加工を行なうことにより、ポンチに引きずられて第１電極層周辺に亀裂が生じる問題が解消し、精度の良い孔加工が可能となる。
【００６０】
また、基板のポンチ近傍を基板両面から、局部的に固定でき、基板のしわの影響を受けることなく、孔の位置精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図２】 この発明の異なる参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図３】 この発明の異なる参考例に関わる開孔部の拡大模式図
【図４】 この発明の実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図５】 この発明の異なる実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図６】 この発明の異なる実施例に関わる開孔部の拡大模式図
【図７】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図８】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図９】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１０】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１１】 この発明の異なる参考例の概念的模式図
【図１２】 薄膜太陽電池の構成の一例を示す図
【図１３】 薄膜太陽電池の概略構成を示す斜視図
【図１４】 従来の薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図
【図１５】 従来の薄膜太陽電池の開孔装置の断面模式図
【図１６】 従来の開孔装置の開孔部の拡大模式図
【図１７】 基板の位置検出用孔と接続孔の配置を示す平面図
【図１８】 図１７に対し、さらに集電孔が開けられた基板の平面図
【符号の説明】
１ａ：基板、Ａ１：圧縮ガスの排出口、Ａ２：空気の吸引口、Ｂ１：棒状部材、Ｂ２：針状部材、Ｆ１：加工残渣、Ｇ１：中間保護板、Ｄ２：ダイ、Ｄｏ，Ｗｏ：凹溝、ｎ：粘着シート、Ｐ１，Ｐ２：ポンチ、Ｐｓ：ストリッパープレート、Ｗ１：中空円筒部材、Ｗ２：円筒状もしくは中空円筒状のダイ。
Claims (3)
- 電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池の製造方法であって、前記接続孔および集電孔を、ポンチとダイとからなる金型を用いて加工する製造方法において、前記ポンチはその先端外径部に円形状の刃を有するものとし、前記ダイは前記基板の裏面に当接し、かつ少なくともポンチの外径より大きな外径を有する円筒状もしくは中空円筒状のダイとし、さらに、前記ポンチの外周と小隙間を有しかつポンチの軸と同心状に前記基板の表面に当接する中空円筒部材を設け、この中空円筒部材と前記円筒状もしくは中空円筒状のダイとにより基板を固定して前記加工を行なうことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
- 請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが円筒状のダイの場合に、前記ダイは、ダイ上のポンチの刃と対応する部位に、加工時に前記ポンチの円形状の刃の部分がダイと接触することを防止するための凹溝を設けてなることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
- 請求項１に記載の製造方法において、前記ダイが中空円筒状のダイの場合に、前記ダイの中空円筒部に前記ポンチと対向する第２のポンチを設け、２個のポンチで基板の表面および裏面の両側から加工することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
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