JP2011023717A - 透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透光性領域を精確に確保することができ、透光パターンを多様に選択することが容易で、大面積の透光性薄膜太陽電池モジュールにおいて効果的に透光機能を実現することを可能とし、透光性太陽薄膜電池モジュールが短絡しやすい問題を改善する。
【解決手段】本発明は、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域に印刷し、前記インクスラリーを乾燥させ固めるステップと、前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップと、前記インクスラリーを除去するステップと、を含む透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域に印刷し、前記インクスラリーを乾燥させ固めるステップと、前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップと、前記インクスラリーを除去するステップと、を含む透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法。
【選択図】図１
Description
本発明は太陽光発電に関し、特に、薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法に関する。
近年、代替エネルギーの発展に伴い、薄膜太陽電池技術は急速に進んでいる。薄膜電池が奇麗な外観を持っているため、薄膜電池を建物に組み合わせた建物一体型太陽光発電がだんだん普及されている。薄膜電池が建物のカーテンウォールとして利用される際、薄膜太陽電池の電気出力特性のほか、薄膜太陽電池の透光性も無視できない特性である。現在、薄膜太陽電池モジュールの透光機能を実現するために、通常化学エッチング方法やレーザーエッチング方法が用いられる。従来の化学エッチング方法は、マスクとして粘着テープを使用する。つまり、非晶質シリコン膜を堆積した後に、エッチングを実施する箇所に粘着テープを貼り付け、そして非晶質シリコン膜の表面に水酸化カルシウム（ＮａＯＨ）のエッチングを阻止するための非酸化金属を堆積した後、粘着テープを取り外し、ＮａＯＨ溶液でエッチングすることによって、透光を実現するようになっている。
しかしながら、上記の技術案を用いると、少なくとも下記の問題が存在している。即ち、粘着テープを真空室に置く際、真空室も汚染され、薄膜の形成品質に悪影響を与えるので、透光性薄膜太陽電池モジュールの短絡の可能性が増大される。
また、粘着テープが熱いアルカリ溶液の作用下で、アルカリ溶液が粘着テープに覆われた部位へ浸透する現象が生じるので、保護しようとする領域とエッチングしようとする領域とを精確に区画することができなくなり、透光性薄膜太陽電池モジュール全体の電気特性の大幅低下を招く恐れもある。
さらに、大面積の高効モジュールの大規模量産において、粘着テープの貼付け・剥離作業は、非現実的である。
又、レーザーエッチングを用いる場合に、現在のレーザーエッチング装置が円形スポットを採用することが多く、スポットの中心部と周辺部でのレーザーエネルギー分布が不均一であるので、エッチング厚さが不均一になりやすく、かつ周辺でのエッチング効果が悪いので、薄膜モジュールの電気特性に悪影響を与えている。
上述した従来技術で薄膜モジュールの透光性を実現する際、存在する問題を解決するために、本発明は、透光性領域の精確な位置決め、多様の透光パターンの選択、大面積の透光薄膜太陽電池モジュールにおける透光機能の実現を図ることができ、更に透光薄膜太陽電池モジュールが短絡しやすい問題を改善することができる、マスクとして粘着テープを使用する必要のない新たなエッチング方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、スクリーン印刷法により、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域に印刷し、且つ前記インクスラリーを乾燥させ固めるステップと、前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップと、前記インクスラリーを除去するステップと、を含む透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法を提供している。
前記スクリーンに、予め薄膜太陽電池モジュールの透光必要領域に対応するバターンを設けておくことが好ましい。
前記インクスラリーは、水溶性のインクスラリーであることが好ましい。
前記水溶性のインクスラリーは、水溶性アクリル酸樹脂２５％〜３５％、水１５％〜２５％、エタノール５％〜１５％、トリエチルアミン５％〜１０％、顔料１０％〜３０％、及び助剤１％〜３％を含むことが好ましい。
前記インクスラリーの除去は、具体的に脱イオン水で前記インクスラリーを洗浄することで行われることが好ましい。
前記透光性薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップは、前記透光性薄膜太陽電池モジュールに、１０％〜３０％濃度の塩酸（ＨＣＬ）溶液を塗布することで、このＨＣＬ溶液と前記薄膜太陽電池の背面金属電極とを反応させて金属電極をエッチングするステップと、前記透光性薄膜太陽電池モジュールに、濃度が１０％〜３０％で、且つ温度が４０〜８０℃の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を塗布することで、このＮａＯＨ溶液と前記透光性薄膜太陽電池の露出した非晶質シリコン膜と反応させて非晶質シリコン膜を除去するステップと、を含むことが好ましい。
前記ＮａＯＨ溶液を塗布する前に、さらに前記ＨＣＬ溶液により腐食された薄膜太陽電池モジュールを洗浄するステップを含むことが好ましい。
前記ＨＣＬ溶液の濃度は、１５％〜２５％であることが好ましい。
前記ＮａＯＨ溶液の濃度は、１５％〜２５％であることが好ましく、温度は５０〜７０℃であることが好ましい。
前記透光性薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップは、太陽薄膜電池モジュールを前記エッチング溶液に浸漬するか、或は前記エッチング溶液を太陽薄膜電池モジュールに噴射することで行われることが好ましい。
本発明の透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法によれば、透光性領域を精確に確保でき、透光パターンを多様的に選択することが容易になり、大面積の透光性薄膜太陽電池モジュールでの透光機能を実現することが容易であるほか、透光性薄膜太陽電池モジュールが短絡しやすい問題を改善することができる、マスクとして粘着テープを使用する必要がない新たなエッチング方法を提供するという優れた効果がある。
以下、本発明の実施例の添付図面を参照して、本発明の実施例における技術案について、具体且つ完全に説明する。ここで説明する実施例は、全部の実施例ではなく、本発明の実施例の一部だけであることは言うまでもない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を経なくても獲得しえる他の実施例は、全部本発明の保護範囲に属するものである。
図１は、本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法の一例を示すフローチャートである。
図１に示すように、透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法は、スクリーン印刷方法により、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域に印刷し、且つ前記インクスラリーを乾燥させ固めるステップＳ０１と、前記薄膜太陽電池モジュールに前記エッチング溶液を塗布するステップＳ０２と、前記インクスラリーを除去するステップＳ０３と、を含む。
当該実施例において、まずスクリーン印刷方法により、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域、即ち透光の必要がない領域に印刷し、その後、スクリーンを取り外し、インクスラリーを乾燥し固めた後、そして、薄膜太陽電池モジュールに前記エッチング溶液を塗布し、背面金属電極及び非晶質シリコン薄膜層をエッチングして、透明電導膜を露出させ、透光性を実現した後、最後にインクスラリーを除去するようにしている。
図２は、本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法の他の一例を示すフローチャートであり、図３は、本実施例の薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法のスクリーンを示す図であり、図４は、本発明に係るエッチング方法を用いる透光性薄膜太陽電池モジュールを示す図であり、図５は、図４の透光性薄膜太陽電池モジュールの断面図である。
太陽薄膜電池モジュール２は、図５に示すように構成されており、ここで、２１は透光性領域で、２２は背面金属電極層、２３は非晶質シリコン薄膜層、２４は透明電導膜層、２５はガラス基板、２６はレーザー溝Ｐ１で、２７はレーザー溝Ｐ２で、２８はレーザー溝Ｐ３である。
図３〜図５に示したように、本発明の他の実施例の方法は、具体的に以下のようになっている。
まず太陽薄膜電池モジュール２をスクリーン印刷機のスクリーン１の下方に設置する。スクリーン１は、設計、又はクライアントの要求に応じた透光性領域のパターンに基づいて、作製されたものである。インクスラリーは、領域１１を通過して太陽薄膜電池モジュール２の対応する表面に印刷されることができないので、太陽薄膜電池モジュール２において、領域１１に対応する表面は、インクスラリーに保護されず、後続工程でエッチング溶液にエッチングされて、太陽薄膜電池モジュール２の透光性領域２１を形成する。一方、インクスラリーは、領域１２を通過して太陽薄膜電池モジュール２の対応する表面に印刷されることができるので、太陽薄膜電池モジュール２において、領域１２に対応する表面は、インクスラリーに保護され後続工程でエッチング溶液によってエッチングされない。エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーが、スクリーン１を通過し太陽薄膜電池モジュール２の保護必要領域に印刷された後に、スクリーン１を取り外し、太陽薄膜電池モジュール２を焼鈍炉に入れて、インクスラリーを乾燥して固める。ここで、インクスラリーは、水溶性のインクスラリーであり、その基本的な配合比として、２５％〜３５％の水溶性アクリル酸樹脂、１５％〜２５％の水、５％〜１５％のエタノール、５％〜１０％のトリエチルアミン、１０％〜３０％の顔料及び１％-３％の助剤を含む。
次に、透光性薄膜太陽電池モジュール２にエッチング溶液を塗布する。具体的に、図２のように、以下のステップを含む。
ステップＳ０２１：前記透光性薄膜太陽電池モジュールに、１０％〜３０％濃度の塩酸（ＨＣＬ）溶液を塗布して、このＨＣＬ溶液が前記透光性薄膜太陽電池の背面金属電極と反応して金属電極をエッチングする。その後、脱イオン水で洗浄することが好ましい。このステップでは、ＨＣＬ溶液の濃度は１５％〜２５％であることが好ましい。
ステップＳ０２２：前記透光性薄膜太陽電池モジュールに、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を塗布することで、このＮａＯＨ溶液と、前記透光性薄膜太陽電池モジュールのＨＣＬ溶液にエッチングされて露出した非晶質シリコン膜とを反応させ、非晶質シリコン膜を腐食させる。ここで、ＮａＯＨ溶液の濃度は１０％〜３０％、温度は４０〜８０℃であり、このステップでは、ＮａＯＨ溶液の濃度は１５％〜２５％であり、温度は５０〜７０℃であることが好ましい。
具体的に、インクスラリーが固形化された太陽薄膜電池モジュール２を１０％〜３０％濃度のＨＣＬ溶液に浸漬させるか、又はスプレーガンで透光必要部分、例えば透光性領域２１に向け１０％〜３０％濃度のＨＣＬ溶液を噴射することにより、背面のインクスラリーに保護されていない背面金属電極層２２は、ＨＣＬとの化学反応により除去される。その後、太陽薄膜電池モジュール２を１０％〜３０％濃度で、且つ４０〜８０℃温度のＮａＯＨ溶液に浸漬させるか、又はスプレーガンで透光必要部分、例えば透光性領域２１に向け１０％〜３０％濃度で、４０〜８０℃温度のＮａＯＨ溶液を噴射する。ステップＳ０２１で、ＨＣＬ溶液により背面金属電極層２２がエッチングされることにより露出した非晶質シリコン膜２３は、インクスラリーに保護されていないので、ＮａＯＨ溶液と反応して、透明電導膜層２４が露出され、これによって透光機能が実現される。
最後に、太陽薄膜電池モジュール２に塗布されたインクスラリーを除去する。具体的に、脱イオン水で塗布されたインクスラリーを洗浄することによって行われる。
当該実施例の透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法は、マスクとして粘着テープを使用する必要のない新たな透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法であり、スクリーン印刷機とスクリーンとを組み合わせて使用し、太陽薄膜電池モジュールの透光性の必要ない領域にインクスラリーを印刷することによって、透光性領域を精確に確保することができるほか、スクリーンにおいて予めパターンを設けるので、透光パターンを多様に選択することが容易になり、大面積の透光性薄膜太陽電池モジュールにおいて透光機能を実現することができる。
図６は、本発明の透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法を用いた透光性薄膜太陽電池モジュールにおいて、エッチングされた領域、及びインクスラリーにより保護された領域の界面を示す三次元レーザー走査顕微鏡図（１０００倍拡大）である。
図６に示すように、ここで、２２'は本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法により得られた透光性薄膜太陽電池モジュールの背面金属電極層であり、２３'は本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法により得られた透光性薄膜太陽電池モジュールの非晶質シリコン層であり、２４'は本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法により得られた透光性薄膜太陽電池モジュールの透明導電膜層である。図６から、非晶質シリコン層２３'は、透明導電膜層２４'（正極）と背面金属電極層２２'（負極）との間に、「階段」を形成していることが確認できる。これにより、透明導電膜層２４'（正極）と背面金属電極層２２'（負極）との間に生じる短絡現象を有効に回避することができるので、透光性薄膜太陽電池モジュールの短絡しやすい問題が解決され、透光性薄膜太陽電池モジュールの電気特性が向上されている。
本発明に係る透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法によると、透光性領域を精確に確保することができ、透光パターンを多様に選択しやすく、大面積の透光性薄膜太陽電池モジュールにおいて効果的に透光機能を実現することが可能で、また、レーザーで円形透光穴を形成する場合、エネルギー分布が不均一である状況を改善することができるので、透光性太陽薄膜電池モジュールの短絡しやすい問題を解決し、更に透光性太陽薄膜電池モジュールの出力の電気特性を向上させた、マスクとして粘着テープを使用する必要のない新たな薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法を提供している。
上述した例は、単に本発明の実施例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定するものではなく、本発明を説明するためのものである。本発明の思想及び実質範囲内での如何なる変更、均等取替、改善等は、すべて本発明の請求の範囲内に属する。
２１ 透光性領域、２２ 背面金属電極層、２３ 非晶質シリコン薄膜層、２４ 透明電導膜層、２５ ガラス基板、２６ レーザー溝Ｐ１、２７ レーザー溝Ｐ２、２８ レーザー溝Ｐ３。
Claims (10)
- スクリーン印刷方法により、エッチング溶液に対して耐食性を有するインクスラリーを、スクリーンの下に置かれた薄膜太陽電池モジュールの保護必要領域に印刷し、前記インクスラリーを乾燥させ固めるステップと、
前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布するステップと、
前記インクスラリーを除去するステップと、
を含む透光性薄膜太陽電池モジュールのエッチング方法。 - 前記スクリーンに、予め薄膜太陽電池モジュールの透光必要領域と対応するバターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記インクスラリーは、水溶性のインクスラリーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記水溶性のインクスラリーは、２５％〜３５％の水溶性アクリル酸樹脂、１５％〜２５％の水、５％〜１５％のエタノール、５％〜１０％のトリエチルアミン、１０％〜３０％の顔料、及び１％〜３％の助剤を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記インクスラリーを除去するステップは、具体的に脱イオン水で前記インクスラリーを洗浄することで行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布する前記ステップは、
前記薄膜太陽電池モジュールに、１０％〜３０％濃度のＨＣＬ溶液を塗布し、該ＨＣＬ溶液と前記薄膜太陽電池の背面金属電極とを反応させることにより、金属電極をエッチングするステップと、
前記薄膜太陽電池モジュールに、１０％〜３０％濃度で、４０〜８０℃温度のＮａＯＨ溶液を塗布し、該ＮａＯＨ溶液と前記薄膜太陽電池の露出した非晶質シリコン膜とを反応させることにより、非晶質シリコン膜を除去するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記ＮａＯＨ溶液を塗布する前に、さらに前記ＨＣＬ溶液により腐食された薄膜太陽電池モジュールを洗浄するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記ＨＣＬ溶液の濃度は１５％〜２５％であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記ＮａＯＨ溶液の濃度は１５％〜２５％であり、温度は５０〜７０℃であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記薄膜太陽電池モジュールにエッチング溶液を塗布する前記ステップは、太陽薄膜電池モジュールを前記エッチング液に浸漬させるか、或は前記エッチング液を太陽薄膜電池モジュールに向け噴射することで行われることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載の方法。
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