[发明专利]太阳能电池集电极形成装置及其方法和涂布头

说明书

技术领域

本发明涉及利用包括具有长孔截面的多个喷出喷嘴在内的涂布头在光入射面上形成集电极的太阳能电池集电极的形成装置及太阳能电池集电极、特别是指状电极的形成方法，此外，还涉及考虑了制造方法、组装性的涂布头的结构及制造方法。

背景技术

太阳能电池由于是绿色能源，而且出于防止全球气候变暖的观点，受到了各国的关注，其实际的导入也正在积极进行。太阳能电池涉及硅类、化合物类、有机物类、染料敏化型等多个方面，当前以及近期的中心将围绕结晶类的硅类太阳能电池。本发明涉及该太阳能电池的集电极的形成。

通常，太阳能电池通过在利用光入射来产生光生载流子的光电转换部的光入射面及背面形成一对获取输出用的电极而制成。在该情况下，为了尽可能减小入射光被遮挡的面积，将设置在光入射面上的电极形成为梳形形状，其具有多个线宽较小的指状电极以及线宽相对较大的母线电极。

然而，若为了尽可能减小入射光被遮挡的面积，而缩小指状电极的宽度，则电流效率会由于电极电阻的增加而下降，其结果，会导致太阳能电池的转换效率的下降。因此，为了确保更多的电流、以及使更多的入射光到达光电转换部，希望开发一种能尽可能地减小指状电极的宽度、且能增大电极厚度的形成方法。

即，将指状电极截面上的电极厚度与电极宽度的比称为电极高宽比，对于太阳能电池的高效率化而言，形成高电极截面高宽比的电极的装置的开发成为了重要的课题。

迄今为止，太阳能电池的指状电极的形成是通过丝网印刷法来进行的。丝网印刷法可以利用粘度较高的材料来形成电极，因而在现阶段是主流的工艺。

然而，采用丝网印刷法会存在被认为是消耗品的丝网印版的损耗、强行印版脱离所引起的电极材料对于电池单元基板的附着力的下降、图案的紊乱等问题，而且由于印刷时产生的“渗洇”，对线宽的减小造成了限制，从而无法期待电极高宽比的提高。

此外，如专利文献1和专利文献2所示那样，对于最近备受瞩目的利用喷墨法进行的电极形成，由于应用了粘度非常低的电极材料，因此滴落在太阳能电池单元基板上的液滴会在基板上广泛扩散，因而难以确保线宽，而且由于也无法积累足够的厚度，因此只能得到非常低的电极高宽比。

在这种状态下，利用喷墨法时必须进行十几次的重复涂布来应对，在工艺节奏上留下了较大的课题。此外，由于金属粒子的聚集，喷墨头的喷嘴可能会堵塞，而且为了便于喷出，会含有大量的粘接剂等，因此干燥后的薄层电阻会变大，留下了双重困难的技术课题。

此外，如专利文献3所示那样，存在着应用凹版的胶印的方法，但其本质不过是丝网印刷的改进，仍然具有需要消耗品、无法保证转印性能等致命的缺陷，因而尚未实用化。

在上述背景下，进行了以下尝试：即，利用高压将涂布材料从非常狭小的长孔截面的喷出喷嘴列中挤出，并直接涂布到电池单元基板上。存在着以下两种类型：如分配器(dispenser)涂布那样通过空气来间接地对涂布材料进行加压并喷出的方式、和如狭缝涂布机那样直接对涂布材料进行加压并喷出的方式。这些方法的当前水平仅限于开口部面积相对于加压面积比较大的情况，而对于太阳能电池的集电极所期待的线宽较小、厚度比较大的图案的形成，现在是无法实现的。

此外，虽然具有喷出喷嘴孔的涂布头是利用激光等最新的加工技术来制造的，但在当前的加工精度下，偏差也较多，而且由于设备也尚未普及，故价格较高，因此期望开发一种能兼顾精度和价格的新的涂布头的结构和制造方法。

然而，对于狭缝涂布机、分配器那样、直接或间接地对涂布溶液进行加压来从狭窄的空间中喷出的方法，会存在下述问题。

当前，利用丝网印刷所形成的指状电极的线宽大约在100微米左右，为了达到电池单元的大型化、聚光能力的提高所期待的50微米以下的电极宽度，需要使丝网掩模应对高刚性和高精度，使得制造时的运行成本上升，故不理想。作为其替代，存在应用多喷嘴分配器、狭缝涂布机的倾向。分配器、狭缝涂布机通过在被称为喷嘴、喷头的绘制单元中充填涂布溶液，并经由空气等来间接进行加压，或者利用泵等直接对涂布溶液进行加压，从而将其喷出，并在电池单元上形成电极。

对于分配器的情况，涂布溶液在通过狭小的喷嘴时被加压，并在从喷嘴喷出的瞬间释放压力，因此线宽会在电池单元上扩大为喷嘴直径的5～6倍，相比于丝网印刷法，绘制能力较低。

此外，若采用狭缝涂布机，由于应用了较薄的间隙垫片，因此可能能够实现狭小的电极宽度，但会存在下述问题。