オフセット印刷装置及び該装置を用いた太陽電池の電極形成方法
【課題】微細で厚みのある電極を効率よく形成し得るオフセット印刷装置を提供する。
【解決手段】印刷ユニット１１，２１，３１は、被印刷物５０上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロール１２と第１ブランケットロール１２を有する第１印刷ユニット１１と、第１印刷ユニット１１により印刷された被印刷物５０上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロール２２と第２ブランケットロール２３を有する第２印刷ユニット２１と、第２印刷ユニット２１により重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロール３２と第３ブランケットロール３３を有する第３印刷ユニット３１とを備えることを特徴とする。
【解決手段】印刷ユニット１１，２１，３１は、被印刷物５０上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロール１２と第１ブランケットロール１２を有する第１印刷ユニット１１と、第１印刷ユニット１１により印刷された被印刷物５０上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロール２２と第２ブランケットロール２３を有する第２印刷ユニット２１と、第２印刷ユニット２１により重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロール３２と第３ブランケットロール３３を有する第３印刷ユニット３１とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット印刷装置及び該装置を用いたオフセット印刷法による太陽電池の電極形成方法に関する。更に詳しくは、複数の印刷ユニットを備え、所望の厚さの電極を効率よく形成し得るオフセット印刷装置及びこれを用いた太陽電池の電極形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池としてｐ型半導体基板を有するものが知られている。この太陽電池にはｐｎ接合が作成され、このｐｎ接合に向かう適切な波長の放射線は、この太陽電池内に正孔−電子対を発生させる外部エネルギーの供給源として働くようになっている。そして、ｐｎ接合に存在する電位差のため、正孔と電子とはこの接合部を反対方向に横断し、それによって、電力を外部回路に送出することが可能な電流の流れを引き起こすようになっている。そして、このような構成を有するほとんどの太陽電池は、メタライズされているシリコンウェーハ、すなわち導電性である金属接点が設けられているシリコンウェーハの形をとる。
【０００３】
ここで、現在、地球上で使用されているほとんどの発電用の太陽電池は、シリコン太陽電池である。この太陽電池ではｐ型半導体基板が用いられ、そのｐ型半導体基板の上面にｎ型半導体層を形成してｐｎ接合とし、そのｎ型半導体層の上に反射防止用のコーティングとして窒化ケイ素層を更に形成している。そして、その窒化ケイ素層を貫通してｎ型半導体層と導通する電極をその窒化ケイ素層の上に形成している。
【０００４】
太陽電池セルの受光面に形成される上記電極は、一定ピッチで平行、かつ線状に形成されたグリッド電極と、このグリッド電極と直交して形成された２本のバス電極から構成され、これら電極の形成には、従来からスクリーン印刷法が用いられている。スクリーン印刷法では、電極形成用の導電性インクを、所定パターンに対応する網目状の開口部を有するスクリーンマスクに充填させ、これをプラスチック等からなるスキージで押圧し、スクリーンマスクの空隙部から被印刷物上に導電性インクを押し出して、所望の電極パターンを形成する。
【０００５】
しかし、スクリーン印刷法に用いられるスクリーンマスクは、金属、合成樹脂等の線材を織ったものであるため、糸の太さには限界があり、微細な電極パターンを印刷する際に電極のエッジが乱れたり、にじみを生じるといった不具合が生じる。
【０００６】
また、太陽電池セルの受光面側は太陽光の反射を抑え、入射光をより多く取り込むために、その表面が凹凸状のテクスチャ構造に形成される。このため、スクリーン印刷法で、スキージによる押圧を高くすると、テクスチャ構造の凸部に導電性インクが転写されず、一方、押圧を高くすると、テクスチャ構造の凹部に導電性インクが埋まらず、所望の線状パターンを形成しにくいといった不具合が生じる。
【０００７】
太陽電池セルの電極、特にグリッド電極は、太陽電池セルの受光面がテクスチャ構造に形成されているため、また、セル内部に太陽光をより多く取り込み、かつ生じた電流をロスなく取り出すという理由から、より微細で、かつ厚みのあるものに形成する必要がある。
【０００８】
このようなスクリーン印刷法による不具合を解消し、かつ微細で厚みのある電極を形成し得る太陽電池の電極形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、スクリーン印刷法の代わりにオフセット印刷法を採用し、電極を形成するための導電性ペーストを基板に印刷する印刷工程と、基板に印刷された導電性ペーストを加熱する加熱工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返して、重ね印刷することを特徴としている。
【０００９】
ところで、従来のオフセット印刷装置は、図５に示すように、インキ４１を充填する所定パターンの凹部１０２ａが形成されたグラビアロール１０２と、このグラビアロールから印刷パターンを受理し、印刷パターンを被印刷物に転写するブランケットロール１０３とを有する印刷ユニット１０１を備えている。そして、グラビアロール１０２が回転しながら、所定パターンの凹部１０２ａにインキ４１が充填され、かつ余分なインキ４１はブレード１０４によって除去されることにより、所望の印刷パターンが得られる。この印刷パターンは、グラビアロール１０２と逆方向に回転するブランケットロール１０３に転写される。更にブランケットロール１０３に転写された印刷パターンは、テーブル１０７上に載置された被印刷物５０を回転するブランケットロール１０３下方を移動させるか、或いは固定された被印刷物５０の上方を印刷ユニット１０１が移動することにより被印刷物５０に印刷され、所定の印刷パターンが被印刷物５０上に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−４４９７４号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のオフセット印刷装置は、図５に示すように、グラビアロール１０２とブランケットロール１０３がそれぞれ１つずつ設けられた単一の印刷ユニット１０１を備えるのが一般的である。そのため、上記特許文献１に示されるように、電極の膜厚を増やすために重ね印刷を行う場合には、１回の印刷工程を終えた後、固定された印刷ユニット１０１にパターンの形成された被印刷物５０を再度通す印刷作業を繰り返すか、或いは固定され、かつパターンの形成された被印刷物５０上方において印刷ユニット１０１を反復動作させる必要がある。このような工程が増える結果、製造の遅延を招き、生産性が悪化するという不具合が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、微細で厚みのある電極を効率よく形成し得るオフセット印刷装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、オフセット印刷法により、微細で、かつ厚みのある電極を効率よく形成し得る太陽電池の電極形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点は、供給されたインキを充填する所定パターンの凹部が形成されたグラビアロールと、グラビアロールからインキパターンを受理し、インキパターンを被印刷物に転写するブランケットロールとを有する印刷ユニットを備え、被印刷物に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置において、印刷ユニットは、被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットとを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の観点は、半導体基板の上面に、電極形成用の導電性インキと第１の観点に基づくオフセット印刷装置を用いて電極パターンを印刷する太陽電池セルの電極形成方法であって、オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写する工程と、半導体基板の上面に、第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する工程と、オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写する工程と、半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する工程と、オフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写する工程と、第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する工程とを含む太陽電池セルの電極形成方法である。
【００１６】
本発明の第３の観点は、第２の観点の電極形成方法により電極が形成された太陽電池セルである。
【００１７】
本発明の第４の観点は、第３の観点の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の観点のオフセット印刷装置では、印刷ユニットが、被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットとを備える。これにより、微細で、かつ厚みのある電極を形成する際に、被印刷物を印刷装置に通し直すといった印刷作業、或いは印刷ユニットの反復動作を省くことができ、生産性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の第２の観点の電極形成方法では、オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写し、半導体基板の上面に、第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する。また、オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写し、半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する。更にオフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写し、第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する。これらの工程は、第１の観点に基づくオフセット印刷装置を用いるため、一台の印刷装置で連続して行うことができる。これにより、半導体基板を印刷装置に通し直すといった印刷作業、或いは印刷ユニットの反復動作が省略され、微細で、かつ厚みのある電極を効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明実施形態のオフセット印刷装置の主要部を示す概略図である。
【図２】太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【図３】その太陽電池セルの焼成前の状態を示す図１に対応する断面図である。
【図４】太陽電池セルの上面図である。
【図５】従来のオフセット印刷装置の主要部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
本発明は、図５に示される、供給されたインキ４１を充填する所定パターンの凹部１０２ａが形成されたグラビアロール１０２と、グラビアロール１０２から印刷パターンを受理し、印刷パターンを被印刷物５０に転写するブランケットロール１０３とを有する印刷ユニット１０１を備え、被印刷物５０に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置の改良である。
【００２３】
その特徴ある構成は、図１に示すように、印刷ユニットが、被印刷物５０上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロール１２と第１ブランケットロール１３を有する第１１１印刷ユニットと、第１印刷ユニット１１により印刷された被印刷物５０上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロール２２と第２ブランケットロール２３を有する第２印刷ユニット２１と、第２印刷ユニット２１により重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロール３２と第３ブランケットロール３３を有する第３印刷ユニット３１とを備えることにある。
【００２４】
即ち、本発明のオフセット印刷装置１０は、第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１及び第３印刷ユニット３１の３つの印刷ユニットを備え、一台のこのオフセット印刷装置１０で、３層のインキ（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）を被印刷物５０上の同一位置に重ねて印刷することにより、３層の印刷パターンを被印刷物５０上に重ね合わせて形成することができるように構成される。第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１は、所定の間隔をあけて、かつ上下左右の方向へ微調整が可能な状態に固定される。具体的には第２印刷ユニット２１は第１印刷ユニット１１に比べて被印刷物５０に対して僅かに高く位置し、第３印刷ユニット３１は第２印刷ユニット２１に比べて被印刷物５０に対して僅かに高く位置するように固定される。これは重ね印刷した部分の厚さを大きくするためである。また、印刷装置１０には、被印刷物５０を第１印刷ユニット１１から、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１の方向へ順次搬送させる可動式の搬送ステージ１６と、この搬送ステージ１６上に被印刷物５０を固定した状態で載置するためのテーブル１７を備えている。更に、図示しないが、印刷ユニット１１、２１、３１には、クリーニングローラや、印刷した後の印刷パターンを乾燥するための乾燥装置等を備えている。
【００２５】
印刷ユニット１１、２１、３１が有する第１グラビアロール１２、第２グラビアロール２２及び第３グラビアロール３２は、いずれも円柱状又は円筒状の形状を有し、図１において、軸心を中心として時計回りに回転するように設定される。グラビアロール１２、２２、３２の各軸は互いに平行に設けられ、これらグラビアロール１２、２２、３２の柱面には、所定の細長い溝状のパターンの第１凹部１２ａ、第２凹部２２ａ、第３凹部３２ａがそれぞれ複数本互いに平行に形成され、これらの３つパターンは、重ね印刷を実現するためにすべて共通のパターンに形成される。具体的には複数の凹部１２ａはグラビアロール１２の柱面に等間隔（等ピッチ）に形成される。複数の凹部２２ａ、３２ａは、それぞれの大きさ、間隔（ピッチ）に関して凹部１２ａと同一に形成される。
【００２６】
また、グラビアロールの１２、２２、３２下方にはインク槽（図示しない）及びこのインク槽からグラビアロール１２、２２、３２の凹部１２ａ、２２ａ、３２ａへインクを供給、充填するためのフィッシャーロール（図示しない）がそれぞれ設置される。また、供給された余分なインキを拭き取るための第１ブレード１４、第２ブレード２４、第３ブレード３４がそれぞれ設置される。グラビアロール１２、２２、３２の径は、５０〜１０００ｍｍの範囲内のいずれも同一寸法である。
【００２７】
第１ブランケットロール１３、第２ブランケットロール２３及び第３ブランケットロール３３は、アルミ等によって形成された軸心と、シリコーンゴム等の弾性部材によって形成された外周部によって構成される。また、ブランケットロール１３、２３、３３は、いずれも円柱状又は円筒状の形状を有し、図１において、軸心を中心として反時計回り、即ちグラビアロール１２、２２、３２とは、逆方向に回転するように設定される。ブランケットロール１３、２３、３３の柱面は、グラビアロールの１２、２２、３２の柱面とそれぞれ接触するように配置され、グラビアロール１２、２２、３２の凹部１２ａ、２２ａ、３２ａに充填されたインキ４１は、ブランケットロール１３、２３、３３の柱面に所定のパターンで転写される。３つのブランケットロール１３、２３、３３の径は、５０〜１０００ｍｍの範囲内のいずれも同一寸法であって、かつグラビアロール１２、２２、３２と同一寸法であることが好ましい。
【００２８】
上記ブランケットロール１３、２３、３３から、被印刷物５０への印刷パターンの転写、印刷は、テーブル１７に載置された被印刷物５０が搬送ステージ１６によって、第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１の下方をこの順に通過することにより行われる。また、第１ブランケットロール１３に転写された第１印刷パターンを被印刷物５０上に印刷し、第２ブランケットロール２３に転写された第２印刷パターンをこの第１印刷パターン上に重ね合わせて印刷し、更に第３ブランケットロールに転写された第３印刷パターンを、第２印刷パターン上に重ね合わせて印刷するために、グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の各回転速度、搬送ステージ１６の搬送速度は同期して所定の速度に設定される。
【００２９】
続いて、上記本発明のオフセット印刷装置１０を用いた太陽電池セルの電極形成方法について、太陽電池セルの製造工程の一例とともに説明する。
【００３０】
太陽電池セルの製造工程では、先ず図３に示すように、基板としてｐ型半導体基板６４を準備する。この基板としてＳｉ基板を用いる場合、単結晶基板、多結晶基板のいずれであってもよい。この場合、最初に所望の厚さにスライスされた基板６４のスライスダメージを除去するため、１０〜２０μｍ程度表面をフッ酸（フッ化水素酸）と硝酸との混酸または水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液でエッチングすることが好ましい。単結晶基板を用いる場合、上面の反射を抑えるためにその上面にテクスチャ構造を形成するのが好ましい。このテクスチャ構造は、濃度１〜５％の水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液にイソプロピルアルコールを３〜１０％加え、８０℃前後で３０〜６０分エッチングすることにより形成することができる。また、テクスチャエッチングを行う前にｐ型半導体基板６４の下面に数百ｎｍの酸化膜を成膜することによって受光面のみをテクスチャ構造とすることができる。
【００３１】
このｐ型半導体基板６４の下面には、従来から公知の方法によりｐ+層６６を形成する。Ａｌペーストを用いて形成する場合には、図３に示すように、先ずＡｌペースト６７をｐ型半導体基板６４の下面に印刷し、その後焼成する。Ａｌペースト６７は、焼成によって、乾燥状態から図２に示すアルミニウム裏面電極６８に変換する。焼成中、裏面のＡｌペースト６７とｐ型半導体基板６４の裏面との境界は合金状態を成し、焼成後にその境界にＡｌ−Ｓｉ合金層６９を形成する。そして、そのＡｌ−Ｓｉ合金層６９のｐ型半導体基板６４側にｐ＋層６６が形成される。
【００３２】
なお、このｐ＋層６６の形成方法としては、Ａｌペーストを必ずしも用いなくても良く、他の方法であっても良い。例えば、７００〜１０００℃で数十分間Ｂｒ３を気相拡散する方法により、ｐ型半導体基板６４の下面にｐ＋層６６を形成しても良い。この方法によりｐ＋層１６を形成する場合、受光面側に拡散されないように予め受光面側に酸化膜等を形成しておく必要がある。また、ホウ素化合物を含む薬液をｐ型半導体基板１４にスピンコートしてから７００〜１０００℃でアニールする方法やイオン注入によりｐ＋層１６を拡散して形成する方法であっても良い。
【００３３】
一方、ｐ型半導体基板６４の上面にはｎ型半導体層６２が形成される。このｎ型半導体層６２は、リン（Ｐ）等の熱拡散によって形成することができ、この場合オキシ塩化リン（ＰＣＣｌ3）がリン拡散源として一般に使用される。例えば、この半導体層６２をｐ型半導体基板６４の全面に形成した後、その上面をレジスト等で保護し、ｎ型半導体層６２が上面にのみ残るよう、エッチングによってほとんどの面から除去する。次いで有機溶媒等を使用して、レジストを除去することにより、ｐ型半導体基板６４の上面にｎ型半導体層６２を形成することができる。なお、このｎ型半導体層６２は、平方センチメートル当たりが数十オーム程度の面積抵抗率と、約０．３〜０．５μｍの厚さとを有することが好ましい。
【００３４】
次に、このｎ型半導体層６２の上に反射防止用のコーティングとしての窒化ケイ素層６１を形成する。この窒化ケイ素層６１は、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）等のプロセスにより、約７００〜９００Åの厚さになるまでｎ型半導体層６２上に形成する。
【００３５】
次に、上述した図１に示す本発明実施形態のオフセット印刷装置１０を用いて、図２に示すテクスチャ構造、ｎ型半導体層６２、窒化ケイ素層６１が形成されたｐ型半導体基板６４の上面に電極１３を形成する。
【００３６】
電極１３は、図４に示すように、一定ピッチで平行、かつ線状に形成されたグリッド電極６３ａと、このグリッド電極６３ａと直交して形成される２本のバス電極６３ｂから構成される。なお、バス電極６３ｂについては、従来からのスクリーン印刷法により形成する。
【００３７】
先ず、電極形成用の導電性インキを用意する。導電性インキとしては、銀粉末と、ガラス粉末と、樹脂及び溶剤からなるビヒクルと、銀粉末及びガラス粉末を分散し安定化させる分散剤等を含有するものが挙げられる。ビヒクルは、印刷に適した流体力学的性質を有する「ペースト」と呼ばれる粘性組成物を形成するためのものであり、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂又はウレタン系樹脂及びその化合物等を高沸点有機溶剤に溶解させた樹脂及び溶剤からなる有機物である。その他、樹脂としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロースとフェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタクリレート、エチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルを含めたポリマーも例示することができる。また、高沸点溶剤としては、アルコール系、グリコール系、エーテル系、グリコールエーテル系及びエステル系溶剤等を例示することができる。
【００３８】
分散剤は、組成物中の銀粉末及びガラス粉末を分散し安定化させるものであり、アミン系分散剤、カルボン酸系分散剤、リン酸系分散剤、スルホン酸系分散剤及びアクリル酸系分散剤等が挙げられる。また、その他、増粘剤又はその他の一般的な添加剤を含ませてもよい。オフセット印刷法で印刷パターンを形成するグリッド電極６３ａ用の導電性インキの粘度は、１〜１００Ｐａ・ｓにするのが好ましい。下限値未満では、粘度が低すぎる為にグラビア版からブランケットへのペースト転写が不充分となり電極膜厚が薄くなりやすく、上限値を越えると粘度が高すぎる為にグラビア版の凹部にインキを埋め込むことが困難となりやすい。
【００３９】
次いで、図１に示すオフセット印刷装置１０のグラビアロールの１２、２２、３２下方に設置されたインク槽（図示しない）に上記電極形成用の導電性インキを貯え、テーブル１７上に被印刷物５０としてｐ型半導体基板６４を設置する。グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の各回転速度、搬送ステージ１６の搬送速度は、電極パターンを高精度に重ねあわせて印刷できるように、同期して所定の速度に設定して印刷を開始する。
【００４０】
グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の回転と、搬送ステージ１６によるｐ型半導体基板６４の搬送により、先ず第１印刷ユニット１１の第１グラビアロール１２から第１ブランケットロール１３に線状の第１電極パターンが転写され、ｐ型半導体基板６４の上面に、第１ブランケットロール１３に転写された線状の第１電極パターンが印刷される。次に、第２印刷ユニット２１の第２グラビアロール２２から第２ブランケットロール２３に線状の第２電極パターンが転写され、ｐ型半導体基板６４の上面に印刷された線状の第１電極パターン上に、第２ブランケットロール２３に転写された線状の第２電極パターンが重ね合わせて印刷される。そして、第３印刷ユニット３１の第３グラビアロール３２から第３ブランケットロール３３に線状の第３電極パターンが転写され、線状の第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された線状の第２電極パターン上に、第３ブランケットロール３３に転写された線状の第３電極パターンが更に重ね合わせて印刷される。このようにして、３層からなるグリッド電極６３ａの線状の電極パターンが連続してｐ型半導体基板６４の上面に印刷される。続いて、ｐ型半導体基板６４の上面にスクリーン印刷法により、２本のバス電極６３ｂの電極パターンを印刷する。
【００４１】
その後、約７００〜９７５℃の温度範囲の赤外炉内で、１〜３０分間、好ましくは数分から数十分間焼成を行う。この焼成により所望の電極パターンに印刷された導電性インキ４１中の銀を窒化ケイ素層５１に浸透させ、図２に示すように、焼成することにより得られた電極１３を窒化ケイ素層５１を貫通してその窒化ケイ素層５１の下のｎ型半導体層６２と導通させる。このように、焼成することにより得られた電極１３は、その適切な電気的性能とｎ型半導体層１２との密着性を確保することができる。
【００４２】
このようにして、ｐ型半導体基板６４には、そのｐ型半導体基板６４の上面に形成されたｎ型半導体層６２と、そのｎ型半導体層６２の上に形成された窒化ケイ素層６１と、その窒化ケイ素層６１を貫通してｎ型半導体層６２と導通する電極６３が形成される。
【実施例】
【００４３】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００４４】
＜実施例１＞
電極形成用の導電性インキを下記のように作製した。
【００４５】
先ず、α-テルピネオール及びブチルカルビトールアセテートを２：１で混合した溶剤を１０質量部、ウレタン−アクリレート樹脂を１０質量部を混合してビヒクルを調製し、更に分散剤としてカルボン酸系分散剤を５質量部を添加混合した。
【００４６】
次に、Ａｇ粉末８３質量部と、ガラス粉末２質量部とを、上記分散剤が添加されたビヒクル１５質量部に混合した。その後、これを三本ロールで混練し、Ａｇ粉末及びガラス粉末を分散させ、銀粉末とガラス粉末とビヒクルと分散剤とを含む導電性インキを得た。オフセット印刷法により形成するグリッド電極用の導電性インキについては、３本ロールミルにて混練することによって、粘度を５Ｐａ・ｓ（ズリ速度：１０ｓ-1）に調整した。なお、Ａｇ粉末及びガラス粉末の平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布装置（堀場製作所社製 型名：ＬＡ−９５０）により測定されたレーザー回析散乱法により得られた値である。また、ペースト粘度は、レオメータ（ティーエーインスツルメント社製 型名：ＡＲ１０００）にて、コーンとして４０ｍｍφのアルミ製プレートタイプを使用した。測定条件は、ギャップを２００μｍ、測定温度を２５℃にて、ズリ速度を０〜２０ｓ-1まで変化させた時の粘度の測定を行い、ズリ速度１０ｓ-1の時の粘度を代表値とした。
【００４７】
次に、上記導電性インキを用いて太陽電池セル基板を下記のように作製した。
【００４８】
１５５ｍｍ角、０．２ｍｍ厚のｐ型多結晶Ｓｉ基板を、イソプロピルアルコールを含む水酸化ナトリウム水溶液にて、表面をエッチングし、２〜３μｍの凹凸を有するテクスチャを形成した。次に、基板の一方に、リン化合物（ＰＣＣｌ3）を塗布した後、８００℃にて数分間、加熱することにより、厚さが約０．４μｍのｎ型Ｓｉ層を形成した。続いて、プラズマＣＶＤにより厚さ０．０７μｍの窒化ケイ素膜を形成した。
【００４９】
その後、表面に窒化ケイ素膜を形成した基板上面に、上記調製したグリッド電極用の導電性インキと図１に示す本発明のオフセット印刷装置１０を用いて、第１電極パターン、第２電極パターン及び第３電極パターンの３層からなる線状の電極パターンを印刷した。オフセット印刷装置１０が備えるグラビアロール１２、２２、３２には、凹部１２ａ、２２ａ、３２ａのパターンが、線幅が５０μｍであり、長さが１５３ｍｍのラインが、ピッチ２．４２ｍｍで６２本平行に並んだものを使用した。更にグリッド電極の電極パターンと直交するバス電極の電極パターンをスクリーン印刷法により２本印刷した。
【００５０】
その後、ベルト式乾燥炉にて１５０℃で、１０分間、乾燥した。また、基板の裏面には、１５３ｍｍ角ベタパターンを有する、乳剤厚３０μｍのスクリーン版を用いて、Ａｌペーストをスクリーン印刷し、約１５３ｍｍ角、厚さ約２０μｍの印刷パターンを形成した。同様に、これをベルト式乾燥炉にて１５０℃で、１０分間、乾燥した。更に、赤外線ランプ加熱炉を用いて、大気中で、室温から８００℃まで、１５秒で昇温した後、１５秒で室温まで冷却し、基板を得た。
【００５１】
このようにして、上面にはグリッド電極とこのグリッド電極と直交する２本のバス電極、裏面にはＡｌ電極が形成された太陽電池セル基板５０枚を得た。
【００５２】
＜比較例１＞
スクリーン印刷版（メッシュ目開き幅５０μｍ、長さ１５３ｍｍ、ピッチ２．４２ｍｍ）を用いたスクリーン印刷法による重ね印刷を３回行うことによりグリッド電極の電極パターンを印刷したこと以外は、実施例１と同様に、太陽電池セル基板５０枚を得た。
【００５３】
＜比較試験及び評価１＞
実施例１及び比較例１でそれぞれ得られた太陽電池セル基板５０枚のグリッド電極について、基板１枚につき、任意に選択した１２点のグリッド電極の線幅及び厚さを、レーザー顕微鏡（型名：ＶＫ−９７１０ キーエンス社製）を用いて測定し、これらの平均値を求めた。また、電極の断線の有無については、実態顕微鏡を用いて目視により確認し、基板１枚当たり（６２本のグリッド電極）に確認された断線本数の平均値を求めた。これらの結果を次の表１に示す。
【００５４】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１と比較例１を比較すると、実施例１では、比較例１とほぼ同等の微細な線幅のグリッド電極が形成され、しかも比較例１のものよりも大幅に厚みのあるグリッド電極が形成されたことが確認された。また、実施例１では、断線の本数も比較例１に比べ、大幅に少ないことが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１０ オフセット印刷装置
１１ 第１印刷ユニット
１２ 第１グラビアロール
１３ 第１ブランケットロール
２１ 第２印刷ユニット
２２ 第２グラビアロール
２３ 第２ブランケットロール
３１ 第３印刷ユニット
３２ 第３グラビアロール
３３ 第３ブランケットロール
４１ インキ（導電性インキ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット印刷装置及び該装置を用いたオフセット印刷法による太陽電池の電極形成方法に関する。更に詳しくは、複数の印刷ユニットを備え、所望の厚さの電極を効率よく形成し得るオフセット印刷装置及びこれを用いた太陽電池の電極形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池としてｐ型半導体基板を有するものが知られている。この太陽電池にはｐｎ接合が作成され、このｐｎ接合に向かう適切な波長の放射線は、この太陽電池内に正孔−電子対を発生させる外部エネルギーの供給源として働くようになっている。そして、ｐｎ接合に存在する電位差のため、正孔と電子とはこの接合部を反対方向に横断し、それによって、電力を外部回路に送出することが可能な電流の流れを引き起こすようになっている。そして、このような構成を有するほとんどの太陽電池は、メタライズされているシリコンウェーハ、すなわち導電性である金属接点が設けられているシリコンウェーハの形をとる。
【０００３】
ここで、現在、地球上で使用されているほとんどの発電用の太陽電池は、シリコン太陽電池である。この太陽電池ではｐ型半導体基板が用いられ、そのｐ型半導体基板の上面にｎ型半導体層を形成してｐｎ接合とし、そのｎ型半導体層の上に反射防止用のコーティングとして窒化ケイ素層を更に形成している。そして、その窒化ケイ素層を貫通してｎ型半導体層と導通する電極をその窒化ケイ素層の上に形成している。
【０００４】
太陽電池セルの受光面に形成される上記電極は、一定ピッチで平行、かつ線状に形成されたグリッド電極と、このグリッド電極と直交して形成された２本のバス電極から構成され、これら電極の形成には、従来からスクリーン印刷法が用いられている。スクリーン印刷法では、電極形成用の導電性インクを、所定パターンに対応する網目状の開口部を有するスクリーンマスクに充填させ、これをプラスチック等からなるスキージで押圧し、スクリーンマスクの空隙部から被印刷物上に導電性インクを押し出して、所望の電極パターンを形成する。
【０００５】
しかし、スクリーン印刷法に用いられるスクリーンマスクは、金属、合成樹脂等の線材を織ったものであるため、糸の太さには限界があり、微細な電極パターンを印刷する際に電極のエッジが乱れたり、にじみを生じるといった不具合が生じる。
【０００６】
また、太陽電池セルの受光面側は太陽光の反射を抑え、入射光をより多く取り込むために、その表面が凹凸状のテクスチャ構造に形成される。このため、スクリーン印刷法で、スキージによる押圧を高くすると、テクスチャ構造の凸部に導電性インクが転写されず、一方、押圧を高くすると、テクスチャ構造の凹部に導電性インクが埋まらず、所望の線状パターンを形成しにくいといった不具合が生じる。
【０００７】
太陽電池セルの電極、特にグリッド電極は、太陽電池セルの受光面がテクスチャ構造に形成されているため、また、セル内部に太陽光をより多く取り込み、かつ生じた電流をロスなく取り出すという理由から、より微細で、かつ厚みのあるものに形成する必要がある。
【０００８】
このようなスクリーン印刷法による不具合を解消し、かつ微細で厚みのある電極を形成し得る太陽電池の電極形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、スクリーン印刷法の代わりにオフセット印刷法を採用し、電極を形成するための導電性ペーストを基板に印刷する印刷工程と、基板に印刷された導電性ペーストを加熱する加熱工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返して、重ね印刷することを特徴としている。
【０００９】
ところで、従来のオフセット印刷装置は、図５に示すように、インキ４１を充填する所定パターンの凹部１０２ａが形成されたグラビアロール１０２と、このグラビアロールから印刷パターンを受理し、印刷パターンを被印刷物に転写するブランケットロール１０３とを有する印刷ユニット１０１を備えている。そして、グラビアロール１０２が回転しながら、所定パターンの凹部１０２ａにインキ４１が充填され、かつ余分なインキ４１はブレード１０４によって除去されることにより、所望の印刷パターンが得られる。この印刷パターンは、グラビアロール１０２と逆方向に回転するブランケットロール１０３に転写される。更にブランケットロール１０３に転写された印刷パターンは、テーブル１０７上に載置された被印刷物５０を回転するブランケットロール１０３下方を移動させるか、或いは固定された被印刷物５０の上方を印刷ユニット１０１が移動することにより被印刷物５０に印刷され、所定の印刷パターンが被印刷物５０上に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−４４９７４号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のオフセット印刷装置は、図５に示すように、グラビアロール１０２とブランケットロール１０３がそれぞれ１つずつ設けられた単一の印刷ユニット１０１を備えるのが一般的である。そのため、上記特許文献１に示されるように、電極の膜厚を増やすために重ね印刷を行う場合には、１回の印刷工程を終えた後、固定された印刷ユニット１０１にパターンの形成された被印刷物５０を再度通す印刷作業を繰り返すか、或いは固定され、かつパターンの形成された被印刷物５０上方において印刷ユニット１０１を反復動作させる必要がある。このような工程が増える結果、製造の遅延を招き、生産性が悪化するという不具合が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、微細で厚みのある電極を効率よく形成し得るオフセット印刷装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、オフセット印刷法により、微細で、かつ厚みのある電極を効率よく形成し得る太陽電池の電極形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点は、供給されたインキを充填する所定パターンの凹部が形成されたグラビアロールと、グラビアロールからインキパターンを受理し、インキパターンを被印刷物に転写するブランケットロールとを有する印刷ユニットを備え、被印刷物に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置において、印刷ユニットは、被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットとを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の観点は、半導体基板の上面に、電極形成用の導電性インキと第１の観点に基づくオフセット印刷装置を用いて電極パターンを印刷する太陽電池セルの電極形成方法であって、オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写する工程と、半導体基板の上面に、第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する工程と、オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写する工程と、半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する工程と、オフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写する工程と、第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する工程とを含む太陽電池セルの電極形成方法である。
【００１６】
本発明の第３の観点は、第２の観点の電極形成方法により電極が形成された太陽電池セルである。
【００１７】
本発明の第４の観点は、第３の観点の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の観点のオフセット印刷装置では、印刷ユニットが、被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットとを備える。これにより、微細で、かつ厚みのある電極を形成する際に、被印刷物を印刷装置に通し直すといった印刷作業、或いは印刷ユニットの反復動作を省くことができ、生産性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の第２の観点の電極形成方法では、オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写し、半導体基板の上面に、第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する。また、オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写し、半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する。更にオフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写し、第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する。これらの工程は、第１の観点に基づくオフセット印刷装置を用いるため、一台の印刷装置で連続して行うことができる。これにより、半導体基板を印刷装置に通し直すといった印刷作業、或いは印刷ユニットの反復動作が省略され、微細で、かつ厚みのある電極を効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明実施形態のオフセット印刷装置の主要部を示す概略図である。
【図２】太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【図３】その太陽電池セルの焼成前の状態を示す図１に対応する断面図である。
【図４】太陽電池セルの上面図である。
【図５】従来のオフセット印刷装置の主要部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
本発明は、図５に示される、供給されたインキ４１を充填する所定パターンの凹部１０２ａが形成されたグラビアロール１０２と、グラビアロール１０２から印刷パターンを受理し、印刷パターンを被印刷物５０に転写するブランケットロール１０３とを有する印刷ユニット１０１を備え、被印刷物５０に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置の改良である。
【００２３】
その特徴ある構成は、図１に示すように、印刷ユニットが、被印刷物５０上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロール１２と第１ブランケットロール１３を有する第１１１印刷ユニットと、第１印刷ユニット１１により印刷された被印刷物５０上の第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロール２２と第２ブランケットロール２３を有する第２印刷ユニット２１と、第２印刷ユニット２１により重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロール３２と第３ブランケットロール３３を有する第３印刷ユニット３１とを備えることにある。
【００２４】
即ち、本発明のオフセット印刷装置１０は、第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１及び第３印刷ユニット３１の３つの印刷ユニットを備え、一台のこのオフセット印刷装置１０で、３層のインキ（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）を被印刷物５０上の同一位置に重ねて印刷することにより、３層の印刷パターンを被印刷物５０上に重ね合わせて形成することができるように構成される。第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１は、所定の間隔をあけて、かつ上下左右の方向へ微調整が可能な状態に固定される。具体的には第２印刷ユニット２１は第１印刷ユニット１１に比べて被印刷物５０に対して僅かに高く位置し、第３印刷ユニット３１は第２印刷ユニット２１に比べて被印刷物５０に対して僅かに高く位置するように固定される。これは重ね印刷した部分の厚さを大きくするためである。また、印刷装置１０には、被印刷物５０を第１印刷ユニット１１から、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１の方向へ順次搬送させる可動式の搬送ステージ１６と、この搬送ステージ１６上に被印刷物５０を固定した状態で載置するためのテーブル１７を備えている。更に、図示しないが、印刷ユニット１１、２１、３１には、クリーニングローラや、印刷した後の印刷パターンを乾燥するための乾燥装置等を備えている。
【００２５】
印刷ユニット１１、２１、３１が有する第１グラビアロール１２、第２グラビアロール２２及び第３グラビアロール３２は、いずれも円柱状又は円筒状の形状を有し、図１において、軸心を中心として時計回りに回転するように設定される。グラビアロール１２、２２、３２の各軸は互いに平行に設けられ、これらグラビアロール１２、２２、３２の柱面には、所定の細長い溝状のパターンの第１凹部１２ａ、第２凹部２２ａ、第３凹部３２ａがそれぞれ複数本互いに平行に形成され、これらの３つパターンは、重ね印刷を実現するためにすべて共通のパターンに形成される。具体的には複数の凹部１２ａはグラビアロール１２の柱面に等間隔（等ピッチ）に形成される。複数の凹部２２ａ、３２ａは、それぞれの大きさ、間隔（ピッチ）に関して凹部１２ａと同一に形成される。
【００２６】
また、グラビアロールの１２、２２、３２下方にはインク槽（図示しない）及びこのインク槽からグラビアロール１２、２２、３２の凹部１２ａ、２２ａ、３２ａへインクを供給、充填するためのフィッシャーロール（図示しない）がそれぞれ設置される。また、供給された余分なインキを拭き取るための第１ブレード１４、第２ブレード２４、第３ブレード３４がそれぞれ設置される。グラビアロール１２、２２、３２の径は、５０〜１０００ｍｍの範囲内のいずれも同一寸法である。
【００２７】
第１ブランケットロール１３、第２ブランケットロール２３及び第３ブランケットロール３３は、アルミ等によって形成された軸心と、シリコーンゴム等の弾性部材によって形成された外周部によって構成される。また、ブランケットロール１３、２３、３３は、いずれも円柱状又は円筒状の形状を有し、図１において、軸心を中心として反時計回り、即ちグラビアロール１２、２２、３２とは、逆方向に回転するように設定される。ブランケットロール１３、２３、３３の柱面は、グラビアロールの１２、２２、３２の柱面とそれぞれ接触するように配置され、グラビアロール１２、２２、３２の凹部１２ａ、２２ａ、３２ａに充填されたインキ４１は、ブランケットロール１３、２３、３３の柱面に所定のパターンで転写される。３つのブランケットロール１３、２３、３３の径は、５０〜１０００ｍｍの範囲内のいずれも同一寸法であって、かつグラビアロール１２、２２、３２と同一寸法であることが好ましい。
【００２８】
上記ブランケットロール１３、２３、３３から、被印刷物５０への印刷パターンの転写、印刷は、テーブル１７に載置された被印刷物５０が搬送ステージ１６によって、第１印刷ユニット１１、第２印刷ユニット２１、第３印刷ユニット３１の下方をこの順に通過することにより行われる。また、第１ブランケットロール１３に転写された第１印刷パターンを被印刷物５０上に印刷し、第２ブランケットロール２３に転写された第２印刷パターンをこの第１印刷パターン上に重ね合わせて印刷し、更に第３ブランケットロールに転写された第３印刷パターンを、第２印刷パターン上に重ね合わせて印刷するために、グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の各回転速度、搬送ステージ１６の搬送速度は同期して所定の速度に設定される。
【００２９】
続いて、上記本発明のオフセット印刷装置１０を用いた太陽電池セルの電極形成方法について、太陽電池セルの製造工程の一例とともに説明する。
【００３０】
太陽電池セルの製造工程では、先ず図３に示すように、基板としてｐ型半導体基板６４を準備する。この基板としてＳｉ基板を用いる場合、単結晶基板、多結晶基板のいずれであってもよい。この場合、最初に所望の厚さにスライスされた基板６４のスライスダメージを除去するため、１０〜２０μｍ程度表面をフッ酸（フッ化水素酸）と硝酸との混酸または水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液でエッチングすることが好ましい。単結晶基板を用いる場合、上面の反射を抑えるためにその上面にテクスチャ構造を形成するのが好ましい。このテクスチャ構造は、濃度１〜５％の水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液にイソプロピルアルコールを３〜１０％加え、８０℃前後で３０〜６０分エッチングすることにより形成することができる。また、テクスチャエッチングを行う前にｐ型半導体基板６４の下面に数百ｎｍの酸化膜を成膜することによって受光面のみをテクスチャ構造とすることができる。
【００３１】
このｐ型半導体基板６４の下面には、従来から公知の方法によりｐ+層６６を形成する。Ａｌペーストを用いて形成する場合には、図３に示すように、先ずＡｌペースト６７をｐ型半導体基板６４の下面に印刷し、その後焼成する。Ａｌペースト６７は、焼成によって、乾燥状態から図２に示すアルミニウム裏面電極６８に変換する。焼成中、裏面のＡｌペースト６７とｐ型半導体基板６４の裏面との境界は合金状態を成し、焼成後にその境界にＡｌ−Ｓｉ合金層６９を形成する。そして、そのＡｌ−Ｓｉ合金層６９のｐ型半導体基板６４側にｐ＋層６６が形成される。
【００３２】
なお、このｐ＋層６６の形成方法としては、Ａｌペーストを必ずしも用いなくても良く、他の方法であっても良い。例えば、７００〜１０００℃で数十分間Ｂｒ３を気相拡散する方法により、ｐ型半導体基板６４の下面にｐ＋層６６を形成しても良い。この方法によりｐ＋層１６を形成する場合、受光面側に拡散されないように予め受光面側に酸化膜等を形成しておく必要がある。また、ホウ素化合物を含む薬液をｐ型半導体基板１４にスピンコートしてから７００〜１０００℃でアニールする方法やイオン注入によりｐ＋層１６を拡散して形成する方法であっても良い。
【００３３】
一方、ｐ型半導体基板６４の上面にはｎ型半導体層６２が形成される。このｎ型半導体層６２は、リン（Ｐ）等の熱拡散によって形成することができ、この場合オキシ塩化リン（ＰＣＣｌ3）がリン拡散源として一般に使用される。例えば、この半導体層６２をｐ型半導体基板６４の全面に形成した後、その上面をレジスト等で保護し、ｎ型半導体層６２が上面にのみ残るよう、エッチングによってほとんどの面から除去する。次いで有機溶媒等を使用して、レジストを除去することにより、ｐ型半導体基板６４の上面にｎ型半導体層６２を形成することができる。なお、このｎ型半導体層６２は、平方センチメートル当たりが数十オーム程度の面積抵抗率と、約０．３〜０．５μｍの厚さとを有することが好ましい。
【００３４】
次に、このｎ型半導体層６２の上に反射防止用のコーティングとしての窒化ケイ素層６１を形成する。この窒化ケイ素層６１は、プラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ）等のプロセスにより、約７００〜９００Åの厚さになるまでｎ型半導体層６２上に形成する。
【００３５】
次に、上述した図１に示す本発明実施形態のオフセット印刷装置１０を用いて、図２に示すテクスチャ構造、ｎ型半導体層６２、窒化ケイ素層６１が形成されたｐ型半導体基板６４の上面に電極１３を形成する。
【００３６】
電極１３は、図４に示すように、一定ピッチで平行、かつ線状に形成されたグリッド電極６３ａと、このグリッド電極６３ａと直交して形成される２本のバス電極６３ｂから構成される。なお、バス電極６３ｂについては、従来からのスクリーン印刷法により形成する。
【００３７】
先ず、電極形成用の導電性インキを用意する。導電性インキとしては、銀粉末と、ガラス粉末と、樹脂及び溶剤からなるビヒクルと、銀粉末及びガラス粉末を分散し安定化させる分散剤等を含有するものが挙げられる。ビヒクルは、印刷に適した流体力学的性質を有する「ペースト」と呼ばれる粘性組成物を形成するためのものであり、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂又はウレタン系樹脂及びその化合物等を高沸点有機溶剤に溶解させた樹脂及び溶剤からなる有機物である。その他、樹脂としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロースとフェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタクリレート、エチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルを含めたポリマーも例示することができる。また、高沸点溶剤としては、アルコール系、グリコール系、エーテル系、グリコールエーテル系及びエステル系溶剤等を例示することができる。
【００３８】
分散剤は、組成物中の銀粉末及びガラス粉末を分散し安定化させるものであり、アミン系分散剤、カルボン酸系分散剤、リン酸系分散剤、スルホン酸系分散剤及びアクリル酸系分散剤等が挙げられる。また、その他、増粘剤又はその他の一般的な添加剤を含ませてもよい。オフセット印刷法で印刷パターンを形成するグリッド電極６３ａ用の導電性インキの粘度は、１〜１００Ｐａ・ｓにするのが好ましい。下限値未満では、粘度が低すぎる為にグラビア版からブランケットへのペースト転写が不充分となり電極膜厚が薄くなりやすく、上限値を越えると粘度が高すぎる為にグラビア版の凹部にインキを埋め込むことが困難となりやすい。
【００３９】
次いで、図１に示すオフセット印刷装置１０のグラビアロールの１２、２２、３２下方に設置されたインク槽（図示しない）に上記電極形成用の導電性インキを貯え、テーブル１７上に被印刷物５０としてｐ型半導体基板６４を設置する。グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の各回転速度、搬送ステージ１６の搬送速度は、電極パターンを高精度に重ねあわせて印刷できるように、同期して所定の速度に設定して印刷を開始する。
【００４０】
グラビアロール１２、２２、３２、ブランケットロール１３、２３、３３の回転と、搬送ステージ１６によるｐ型半導体基板６４の搬送により、先ず第１印刷ユニット１１の第１グラビアロール１２から第１ブランケットロール１３に線状の第１電極パターンが転写され、ｐ型半導体基板６４の上面に、第１ブランケットロール１３に転写された線状の第１電極パターンが印刷される。次に、第２印刷ユニット２１の第２グラビアロール２２から第２ブランケットロール２３に線状の第２電極パターンが転写され、ｐ型半導体基板６４の上面に印刷された線状の第１電極パターン上に、第２ブランケットロール２３に転写された線状の第２電極パターンが重ね合わせて印刷される。そして、第３印刷ユニット３１の第３グラビアロール３２から第３ブランケットロール３３に線状の第３電極パターンが転写され、線状の第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された線状の第２電極パターン上に、第３ブランケットロール３３に転写された線状の第３電極パターンが更に重ね合わせて印刷される。このようにして、３層からなるグリッド電極６３ａの線状の電極パターンが連続してｐ型半導体基板６４の上面に印刷される。続いて、ｐ型半導体基板６４の上面にスクリーン印刷法により、２本のバス電極６３ｂの電極パターンを印刷する。
【００４１】
その後、約７００〜９７５℃の温度範囲の赤外炉内で、１〜３０分間、好ましくは数分から数十分間焼成を行う。この焼成により所望の電極パターンに印刷された導電性インキ４１中の銀を窒化ケイ素層５１に浸透させ、図２に示すように、焼成することにより得られた電極１３を窒化ケイ素層５１を貫通してその窒化ケイ素層５１の下のｎ型半導体層６２と導通させる。このように、焼成することにより得られた電極１３は、その適切な電気的性能とｎ型半導体層１２との密着性を確保することができる。
【００４２】
このようにして、ｐ型半導体基板６４には、そのｐ型半導体基板６４の上面に形成されたｎ型半導体層６２と、そのｎ型半導体層６２の上に形成された窒化ケイ素層６１と、その窒化ケイ素層６１を貫通してｎ型半導体層６２と導通する電極６３が形成される。
【実施例】
【００４３】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００４４】
＜実施例１＞
電極形成用の導電性インキを下記のように作製した。
【００４５】
先ず、α-テルピネオール及びブチルカルビトールアセテートを２：１で混合した溶剤を１０質量部、ウレタン−アクリレート樹脂を１０質量部を混合してビヒクルを調製し、更に分散剤としてカルボン酸系分散剤を５質量部を添加混合した。
【００４６】
次に、Ａｇ粉末８３質量部と、ガラス粉末２質量部とを、上記分散剤が添加されたビヒクル１５質量部に混合した。その後、これを三本ロールで混練し、Ａｇ粉末及びガラス粉末を分散させ、銀粉末とガラス粉末とビヒクルと分散剤とを含む導電性インキを得た。オフセット印刷法により形成するグリッド電極用の導電性インキについては、３本ロールミルにて混練することによって、粘度を５Ｐａ・ｓ（ズリ速度：１０ｓ-1）に調整した。なお、Ａｇ粉末及びガラス粉末の平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布装置（堀場製作所社製 型名：ＬＡ−９５０）により測定されたレーザー回析散乱法により得られた値である。また、ペースト粘度は、レオメータ（ティーエーインスツルメント社製 型名：ＡＲ１０００）にて、コーンとして４０ｍｍφのアルミ製プレートタイプを使用した。測定条件は、ギャップを２００μｍ、測定温度を２５℃にて、ズリ速度を０〜２０ｓ-1まで変化させた時の粘度の測定を行い、ズリ速度１０ｓ-1の時の粘度を代表値とした。
【００４７】
次に、上記導電性インキを用いて太陽電池セル基板を下記のように作製した。
【００４８】
１５５ｍｍ角、０．２ｍｍ厚のｐ型多結晶Ｓｉ基板を、イソプロピルアルコールを含む水酸化ナトリウム水溶液にて、表面をエッチングし、２〜３μｍの凹凸を有するテクスチャを形成した。次に、基板の一方に、リン化合物（ＰＣＣｌ3）を塗布した後、８００℃にて数分間、加熱することにより、厚さが約０．４μｍのｎ型Ｓｉ層を形成した。続いて、プラズマＣＶＤにより厚さ０．０７μｍの窒化ケイ素膜を形成した。
【００４９】
その後、表面に窒化ケイ素膜を形成した基板上面に、上記調製したグリッド電極用の導電性インキと図１に示す本発明のオフセット印刷装置１０を用いて、第１電極パターン、第２電極パターン及び第３電極パターンの３層からなる線状の電極パターンを印刷した。オフセット印刷装置１０が備えるグラビアロール１２、２２、３２には、凹部１２ａ、２２ａ、３２ａのパターンが、線幅が５０μｍであり、長さが１５３ｍｍのラインが、ピッチ２．４２ｍｍで６２本平行に並んだものを使用した。更にグリッド電極の電極パターンと直交するバス電極の電極パターンをスクリーン印刷法により２本印刷した。
【００５０】
その後、ベルト式乾燥炉にて１５０℃で、１０分間、乾燥した。また、基板の裏面には、１５３ｍｍ角ベタパターンを有する、乳剤厚３０μｍのスクリーン版を用いて、Ａｌペーストをスクリーン印刷し、約１５３ｍｍ角、厚さ約２０μｍの印刷パターンを形成した。同様に、これをベルト式乾燥炉にて１５０℃で、１０分間、乾燥した。更に、赤外線ランプ加熱炉を用いて、大気中で、室温から８００℃まで、１５秒で昇温した後、１５秒で室温まで冷却し、基板を得た。
【００５１】
このようにして、上面にはグリッド電極とこのグリッド電極と直交する２本のバス電極、裏面にはＡｌ電極が形成された太陽電池セル基板５０枚を得た。
【００５２】
＜比較例１＞
スクリーン印刷版（メッシュ目開き幅５０μｍ、長さ１５３ｍｍ、ピッチ２．４２ｍｍ）を用いたスクリーン印刷法による重ね印刷を３回行うことによりグリッド電極の電極パターンを印刷したこと以外は、実施例１と同様に、太陽電池セル基板５０枚を得た。
【００５３】
＜比較試験及び評価１＞
実施例１及び比較例１でそれぞれ得られた太陽電池セル基板５０枚のグリッド電極について、基板１枚につき、任意に選択した１２点のグリッド電極の線幅及び厚さを、レーザー顕微鏡（型名：ＶＫ−９７１０ キーエンス社製）を用いて測定し、これらの平均値を求めた。また、電極の断線の有無については、実態顕微鏡を用いて目視により確認し、基板１枚当たり（６２本のグリッド電極）に確認された断線本数の平均値を求めた。これらの結果を次の表１に示す。
【００５４】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１と比較例１を比較すると、実施例１では、比較例１とほぼ同等の微細な線幅のグリッド電極が形成され、しかも比較例１のものよりも大幅に厚みのあるグリッド電極が形成されたことが確認された。また、実施例１では、断線の本数も比較例１に比べ、大幅に少ないことが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１０ オフセット印刷装置
１１ 第１印刷ユニット
１２ 第１グラビアロール
１３ 第１ブランケットロール
２１ 第２印刷ユニット
２２ 第２グラビアロール
２３ 第２ブランケットロール
３１ 第３印刷ユニット
３２ 第３グラビアロール
３３ 第３ブランケットロール
４１ インキ（導電性インキ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給されたインキを充填する所定パターンの凹部が形成されたグラビアロールと、前記グラビアロールから印刷パターンを受理し、前記印刷パターンを被印刷物に転写するブランケットロールとを有する印刷ユニットを備え、前記被印刷物に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置において、
前記印刷ユニットは、前記被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、
前記第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の前記第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、
前記第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の前記第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットと
を備えることを特徴とするオフセット印刷装置。
【請求項２】
半導体基板の上面に、電極形成用の導電性インキと請求項１記載のオフセット印刷装置を用いて電極パターンを印刷する太陽電池セルの電極形成方法であって、
前記オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写する工程と、
前記半導体基板の上面に、前記第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する工程と、
前記オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写する工程と、
前記半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、前記第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する工程と、
前記オフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写する工程と、
前記第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、前記第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する工程と
を含む太陽電池セルの電極形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の電極形成方法により電極が形成された太陽電池セル。
【請求項４】
請求項３記載の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュール。
【請求項１】
供給されたインキを充填する所定パターンの凹部が形成されたグラビアロールと、前記グラビアロールから印刷パターンを受理し、前記印刷パターンを被印刷物に転写するブランケットロールとを有する印刷ユニットを備え、前記被印刷物に所定の印刷パターンを形成するオフセット印刷装置において、
前記印刷ユニットは、前記被印刷物上に第１印刷パターンを印刷する第１グラビアロールと第１ブランケットロールを有する第１印刷ユニットと、
前記第１印刷ユニットにより印刷された被印刷物上の前記第１印刷パターン上に、第２印刷パターンを重ね合わせて印刷する第２グラビアロールと第２ブランケットロールを有する第２印刷ユニットと、
前記第２印刷ユニットにより重ね合わせて印刷された第１印刷パターン上の前記第２印刷パターン上に、第３印刷パターンを更に重ね合わせて印刷する第３グラビアロールと第３ブランケットロールを有する第３印刷ユニットと
を備えることを特徴とするオフセット印刷装置。
【請求項２】
半導体基板の上面に、電極形成用の導電性インキと請求項１記載のオフセット印刷装置を用いて電極パターンを印刷する太陽電池セルの電極形成方法であって、
前記オフセット印刷装置が備える第１印刷ユニットの第１グラビアロールから第１ブランケットロールに第１電極パターンを転写する工程と、
前記半導体基板の上面に、前記第１ブランケットロールに転写された第１電極パターンを印刷する工程と、
前記オフセット印刷装置が備える第２印刷ユニットの第２グラビアロールから第２ブランケットロールに第２電極パターンを転写する工程と、
前記半導体基板の上面に印刷された第１電極パターン上に、前記第２ブランケットロールに転写された第２電極パターンを重ね合わせて印刷する工程と、
前記オフセット印刷装置が備える第３印刷ユニットの第３グラビアロールから第３ブランケットロールに第３電極パターンを転写する工程と、
前記第１電極パターン上に重ね合わせて印刷された第２電極パターン上に、前記第３ブランケットロールに転写された第３電極パターンを更に重ね合わせて印刷する工程と
を含む太陽電池セルの電極形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の電極形成方法により電極が形成された太陽電池セル。
【請求項４】
請求項３記載の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７８００６（Ｐ２０１１−１７８００６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３６８０（Ｐ２０１０−４３６８０）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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