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KR20190058713A - 전극 접합 장치 및 전극 접합 방법 - Google Patents

전극 접합 장치 및 전극 접합 방법 Download PDF

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KR20190058713A
KR20190058713A KR1020197014695A KR20197014695A KR20190058713A KR 20190058713 A KR20190058713 A KR 20190058713A KR 1020197014695 A KR1020197014695 A KR 1020197014695A KR 20197014695 A KR20197014695 A KR 20197014695A KR 20190058713 A KR20190058713 A KR 20190058713A
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아키히로 이치노세
요시히토 야마다
토모유키 니시나카
아키오 요시다
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 전극에 대해 복수점의 초음파 진동 접합 처리를 시행하고, 기판에 대해 전극을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리력의 편차를 억제할 수 있는, 전극 접합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명은, 태양전지 셀(ST1)상에서, 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라, 집전 전극(20A, 20B)을 배치시킨다. 그리고, 가압 부재(12A)에 의해, 단변부로부터 집전 전극이 배치된 위치까지의 유리 기판의 영역에서, 단변부에 따라, 유리 기판을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서, 초음파 진동 툴(14)을 이용하여, 집전 전극에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다.

Description

전극 접합 장치 및 전극 접합 방법{ELECTRODE BONDING DEVICE AND ELECTRODE BONDING METHOD}
본 발명은, 태양전지의 제조 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 초음파 진동 접합법을 이용한, 기판과 태양전지의 구성 부재와의 접합에 관한 것이다.
종래로부터, 태양전지로서, 유리 기판상에 발전층 및 전극층 등을 성막하여 이루어지는 박막 태양전지가, 이용되고 있다. 당해 박막 태양전지는, 일반적으로 복수의 태양전지 셀이 직렬로 접속되어 구성되어 있다.
또한, 상기 박막 태양전지의 구성에서, 각 태양전지 셀에서 발전한 전기는, 유리 기판의 양 단변부(端邊部) 부근에 형성된 집전(集電) 전극(버스바)에서 집전된다. 그리고, 집전 전극에 의해 집전된 전기는, 인출선(리드선)에 의해 취출된다. 즉, 인출선은, 집전 전극에 접속되어 있고, 또한 단자 박스의 단자에도 접속되어 있다. 당해 접속 구성에 의해, 인출선은, 집전 전극에서 집전된 전기를, 단자 박스로 유도하는 것이 가능해진다.
여기서, 집전 전극은, 유리 기판상에 형성된 태양전지 셀의 전극층과 전기적으로 접속되어 있고, 인출선은, 태양전지 셀과는 직접 접속되어 있지 않다(즉, 인출선은, 집전 전극을 통하여 태양전지 셀과는 전기적으로 접속되지만, 태양전지 셀 자신과 인출선 자신과는 절연되어 있다).
또한, 본 발명에 관련되는 종래 기술(즉, 초음파 진동 접합 처리를 이용하여, 집전 전극 등을 기판에 접속하는 종래 기술)은, 이미 복수 존재하고 있다(특허 문헌 1, 2, 3, 4, 5).
특허문헌 1 : 국제공개 제2010/150350호 특허문헌 2 : 일본 특개2011-9261호 공보 특허문헌 3 : 일본 특개2011-9262호 공보 특허문헌 4 : 일본 특개2012-4280호 공보 특허문헌 5 : 일본 특개2012-4289호 공보
기판상에는, 태양전지 셀(태양전지 적층막)이 형성되어 있고, 당해 태양전지 셀상에, 대형상(帶狀)의 집전 전극을 배치시키고, 당해 집전 전극에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 이에 의해, 당해 태양전지 셀을 구성하는 전극층과 집전 전극이 전기적으로 접속되고, 집전 전극이 기판에 대해 접합된다.
초음파 진동 접합 처리에서는, 초음파 진동 툴을, 집전 전극에 대해 당접하고, 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서, 초음파 진동 툴을 수평 방향으로 초음파 진동시키다. 그런데, 근래, 기판에 대한 집전 전극의 박리강도(剝離强度)(접합강도(接合强度))를 저강도로 시공하는 것이, 요망된다. 이것은, 이하의 이유에 의한다.
기판에 대한 집전 전극의 박리강도(접합강도)를 강하게 하기 위해, 초음파 진동 툴을 집전 전극에 강하게 가압시킨다. 그래서, 집전 전극의 하방에 존재하는 태양전지 셀이 데미지를 받고, 당해 데미지를 받은 태양전지 셀에서는, 발전이 행하여지지 않는다. 따라서, 기판에 대한 집전 전극의 접합(고정)을 유지하면서, 태양전지 셀의 데미지를 회피하기 위해, 기판에 대한 집전 전극의 박리강도(접합강도)를 저강도로 시공하는 것이 요망되고 있다. 또한, 집전 전극의 박리강도는 저하시켜도, 집전 전극이, 태양전지 셀이 형성되어 있는 기판에 고정되는 것은 필요하다.
또한, 기판에 대해 대형상의 집전 전극을 접합시킬 때에는, 당해 대형상에 따라, 집전 전극의 복수점(처리실시점(處理實施点) 또는 처리점(處理点)이라고 칭한다)에 대해, 초음파 진동 접합 처리가 시행된다. 여기서, 집전 전극에서의 각 처리실시점에서, 집전 전극의 박리강도(접합강도)에 큰 편차가 생기는 것은 바람직하지가 않다. 이것은, 집전 전극의 박리강도(접합강도)를 저강도로 시공시킨 경우에 있어서, 박리강도(접합강도)의 편차가 커지면, 전혀 접합할 수 없는 처리실시점이 발생하거나, 가압력이 너무 크기 때문에 태양전지 셀에 데미지를 주여 버리는 처리실시점이 발생하거나 하기 때문이다.
그래서, 본 발명은, 집전 전극에 대해 복수점의 초음파 진동 접합 처리를 시행하고, 기판에 대해 집전 전극을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리력의 편차를 억제할 수 있는, 전극 접합 장치 및 전극 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 전극 접합 장치는, 태양전지 셀이 형성되어 있는 사각형상의 기판에 대해, 상기 기판의 단변부(端邊部)에 따라, 전극을 접합시키는 전극 접합 장치로서, 상기 기판을 재치시키는 테이블과, 상기 태양전지 셀상에서, 상기 단변부에 따라 배치되어 있는 상기 전극에 대해, 초음파 진동 접합 처리를 시행하는, 초음파 진동 툴과, 상하 방향으로 이동 가능하고, 상기 기판을 가압하는 2개의 가압 부재를, 구비하고 있고, 상기 기판은, 제1의 단변부와, 당해 제1의 단변부에 대향하는 제2의 단변부를 갖고 있고, 일방의 상기 가압 부재는, 상기 기판에서의, 상기 제1의 단변부로부터 상기 전극의 배치 위치까지의 제1의 소정 영역에서, 상기 제1의 단변부에 따라, 상기 기판을 가압하고, 타방의 상기 가압 부재는, 상기 기판에서의, 상기 제2의 단변부로부터 상기 전극의 배치 위치까지의 제2의 소정 영역에서, 상기 제2의 단변부에 따라, 상기 기판을 가압한다.
또한, 본 발명에 관한 전극 접합 방법은, (A) 태양전지 셀(ST1)이 형성되어 있는 사각형상의 기판(1)을, 테이블(11)상에 재치하는 공정과, (B) 상기 태양전지 셀상에서, 상기 기판의 단변부(L1, L2)에 따라, 전극(20A, 20B)을 배치시키는 공정과, (C) 상기 단변부로부터 상기 전극이 배치된 위치까지의 상기 기판의 영역에서, 상기 단변부에 따라, 상기 기판을 가압하는 공정과, (D) 상기 (C)공정을 행하면서, 상기 전극에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행하고, 상기 전극을 상기 기판에 접합시키는 공정을, 구비하고 있다.
본 발명에서는, 태양전지 셀상에서, 기판의 단변부에 따라 배치되어 있는 전극에 대해, 이하의 접합 처리를 시행한다. 즉, 단변부로부터 전극이 배치된 위치까지의 기판의 영역에서, 단변부에 따라, 기판을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서, 상기 전극에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행하여, 전극을 기판에 접합시킨다.
따라서 기판(1)에 대해 전극을 작은 박리강도(접합강도)로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차를 억제할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.
도 1은 태양전지 셀(ST1)이 형성된 유리 기판(1)의 전체를 도시하는 사시도.
도 2는 전극 접합 장치(100)의 주요부 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 전극 접합 장치(100)의 주요부 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 4는 유리 기판(1)이, 기판 고정부(12)에 의해 고정·가압되는 양상을 도시하는 사시도.
도 5는 유리 기판(1)이, 기판 고정부(12)에 의해 고정·가압되는 양상을 도시하는 확대 단면도.
도 6은 태양전지 셀(ST1)상에, 집전 전극(20A, 20B)이 배치되어 있는 양상을 도시하는 사시도.
도 7은 태양전지 셀(ST1)상에, 집전 전극(20A, 20B)이 배치되어 있는 양상을 도시하는 확대 단면도.
도 8은 초음파 진동 툴(14)이, 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 실시하는 양상을 도시하는 확대 단면도.
도 9는 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리가 실시된 후의 양상을 도시하는 사시도.
도 10은 본 발명의 효과를 설명하는 실험 데이터를 도시하는 도면.
본 발명에서는, 태양전지에 배설된 집전 전극의 접합에는, 초음파 진동 접합법(초음파 진동 접합 처리)를 채용한다. 여기서, 초음파 진동 접합법에서는, 접합 대상물(집전 전극)에 대해, 수직 방향으로 가압하면서 수평 방향으로 초음파 진동을 인가함에 의해, 당해 접합 대상물을 피접합 대상물(태양전지 셀 기판)에 접합하는 수법(처리)이다. 이하, 본 발명을 그 실시의 형태를 도시하는 도면에 의거하여 구체적으로 설명한다.
<실시의 형태>
우선, 투명성을 갖는, 사각형상의 기판(1)(이하에서는, 유리 기판(1)이라고 한다)을 준비한다. 그리고, 당해 유리 기판(1)의 제1의 주면(主面)상에, 표면 전극층, 발전층 및 이면 전극층을 각각, 소정의 패턴 형상으로 형성한다. 당해 공정까지에 의해, 박막 태양전지의 기본 구성이 작성된다. 또한, 표면 전극층, 발전층 및 이면 전극층의 전부를 덮도록, 제1의 주면 상방에, 절연성을 갖는 보호막을 적층시켜도 좋다. 이하에서는, 설명 간단화를 위해, 보호막을 포함하지 않고서 설명을 진행한다.
여기서, 유리 기판(1)의 제1의 주면상에 형성된, 표면 전극층, 발전층 및 이면 전극층이 당해 순서로 적층하고 이루어지는 적층 구조(또한, 보호막도 형성되어 있는 경우에는, 당해 보호막도 포함한다)의 전체를, 태양전지 적층막(ST1) 또는 태양전지 셀(ST1)이라고 칭하기로 한다.
또한, 표면 전극층, 발전층 및 이면 전극층은, 당해 순서로 적층하고 있고, 표면 전극층 및 이면 전극층은 각각, 발전층과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 유리 기판(1)의 두께는, 예를 들면 수㎜ 정도 이하의 박막 기판이다. 또한, 표면 전극층은, 투명성을 갖는 도전막으로 이루어지고, 예를 들면 ZnO, ITO 또는 SnO2를 채용할 수 있다. 또한, 당해 표면 전극층의 두께는, 예를 들면 수십㎚ 정도이다.
또한, 발전층은, 입사된 광을, 전기로 변환할 수 있는 광전 변환 층이다. 당해 발전층은, 막두께가 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛ 이하)의 박막층이다. 또한, 당해 발전층은, 예를 들면 실리콘 등으로 구성되어 있다. 또한, 이면 전극층은, 예를 들면 은(銀)을 포함하는 도전막을 채용할 수 있다. 당해 이면 전극층의 두께는, 예를 들면 수십㎚ 정도이다.
도 1은, 사각형상의 유리 기판(1)의 제1의 주면상에, 태양전지 적층막(ST1)이 성막된 양상을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 1에서, 태양전지 적층막(ST1)은, 망점으로 도시하고 있다. 또한, 도 1에서, 도면으로부터 시인(視認)할 수 있는, 태양전지 적층막(ST1)이 성막되어 있는 유리 기판(1)의 주면이, 제1의 주면이다. 다른 한편, 도면으로부터 시인할 수 없는, 제1의 주면에 대면하는 주면이, 제2의 주면이다. 제2의 주면에는, 태양전지 적층막(ST1)이 성막되지 않고, 유리 기판(1)이 노출되어 있다.
여기서, 이후의 설명의 용이화를 위해, 이하의 명칭을 정의한다.
유리 기판(1)의 평면시(平面視) 형상은, 사각형상이다. 따라서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(1)의 제1의 주면은, 단변부(端邊部)(L1, L2, L3, L4)를 갖는다. 당해 단변부(L1, L2, L3, L4)는, 제1의 단변부(L1), 제2의 단변부(L2), 제3의 단변부(L3), 및 제4의 단변부(L4)로 구성되어 있다.
도 1에 예시하는 구성에서는, 제1의 단변부(L1) 및 제2의 단변부(L2)는, 서로 대면(대향)하여 평행하게 병주(竝走)하고 있고, 제3의 단변부(L3) 및 제4의 단변부(L4)는, 서로 대면(대향)하여 평행하게 병주하고 있다. 또한, 도 1에 도시하는 구성례에서는, 제1의 단변부(L1)는, 제3의 단변부(L3) 및 제4의 단변부(L4)와 수직으로 교차하고 있고, 제2의 단변부(L2)에서도, 제3의 단변부(L3) 및 제4의 단변부(L4)와 수직으로 교차하고 있다.
다음에, 본 발명에 관한 전극 접합 장치(100)의 구성에 관해 설명한다.
도 2는, 당해 전극 접합 장치(100)의 주요부 구성을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 3은, 도 2의 A-A 단면선에 따른 단면(斷面) 구성을 도시하는 확대 단면도이다.
전극 접합 장치(100)는, 초음파 진동 툴, 제어부, 테이블(11) 및 기판 고정부(12)를 갖는다. 여기서, 도 2에서는, 도면 간략화를 위해, 초음파 진동 툴 및 제어부의 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판 고정부(12)는 2개이고, 일방의 기판 고정부(12)는, 사각형의 평면 형상을 갖는 테이블(11)을 끼우고, 타방의 기판 고정부(12)와 대면하고 있다.
테이블(11)은 평판(平板) 부분을 갖고 있고, 당해 평판 부분상에 유리 기판(1)이 재치된다. 또한, 각 기판 고정부(12)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 가압 부재(12A)와 구동부(12B)로 구성되어 있다. 여기서, 도 2에 도시하는 구성례에서는, 각 기판 고정부(12)에 대해, 2개의 구동부(12B)가 마련되어 있다.
기판 고정부(12)는, 테이블(11)에 재치되어 있는 유리 기판(1)을 가압함에 의해, 당해 유리 기판(1)을 당해 테이블(11)에 대해 고정할 수 있는 장치이다. 일방의 기판 고정부(12)는, 테이블(11)의 일방 사이드에 배설되어 있고, 타방의 기판 고정부(12)는, 테이블(12)의 타방 사이드에 배설되어 있다. 기판 고정부(12)는, 구동부(12B)의 구동에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동할 수 있다.
구동부(12B)는, 에어 실린더 등으로 구성되어 있고, 상술한 바와 같이, 도 3의 상하·좌우 방향으로 구동한다. 또한, 기판 고정부(12)에서의 유리 기판(1)과의 당접측에는, 가압 부재(12A)가 고정되어 있다. 따라서 구동부(12B)의 구동에 따라, 가압 부재(12A)는 이동한다.
가압 부재(12A)는, 도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 단면(斷面) 형상이 L자형상인, 봉형상(棒狀)의 부재(즉, L자봉)이다. 당해 L자의 직각(90°)을 이루는 측이, 유리 기판(1)과 당접한다. 또한, 가압 부재(12A)의 유리 기판(1)과 당접하는 부분은, 탄성 부재(12C)로 구성되어 있다. 여기서, 탄성 부재(12C)에서, 유리 기판(1)에 형성된 태양전지 셀(ST1)과 당접하는 부분은, 유리 기판(1)의 측면과 당접하는 부분보다도, 유연하다.
상기한 바와 같이, 각 기판 고정부(12)는, 2개의 구동부(12B)와, 당해 2개의 구동부(12B)에 고정되어 있는 1개의 가압 부재(12A)로, 구성되어 있다.
제어부는, 기판 고정부(12)의 구동을 제어하는 장치이다. 즉, 제어부는, 가압 부재(12A)에 의한 가압의 힘을 가변으로 제어할 수 있음과 함께, 가압 부재(12A)의 도 3의 좌우 방향의 이동도 제어할 수 있다. 또한, 당해 제어부는, 초음파 진동 툴의 구동도 제어할 수 있다. 즉, 제어부는, 예를 들면, 유저로부터의 지시에 응하여, 초음파 진동 툴에 의한 초음파 진동 접합 처리의 조건(진동수, 진폭, 가압력)을 가변으로 제어한다.
예를 들면, 집전 전극의 재질 및 두께, 태양전지 셀(ST1)을 구성하는 각 막의 재질 및 두께, 및 초음파 진동 접합 처리의 조건에 응하여, 가압 부재(12A)에 의한 유리 기판(1)에 대한 가압력을 바꿀 필요가 있다. 그래서, 제어부는, 유저로부터의 지시에 응하여, 가압 부재(12A)에 의한 가압의 힘을 가변으로 제어한다. 또한, 제어부에, 각 정보(집전 전극의 재질 및 두께, 태양전지 셀(ST1)을 구성하는 각 막의 재질 및 두께, 및 초음파 진동 접합 처리의 조건)가 입력된 경우에, 미리 설정되어 있는 테이블과 상기 각 정보로부터 결정된 가압력에 의해, 가압 부재(12A)를 제어하여도 좋다. 여기서, 당해 테이블에는, 상기 각 정보에 대해 일의적으로 가압력이 규정되어 있다.
다음에, 전극 접합 장치(100)를 이용하여, 유리 기판(1)에 대한 집전 전극의 접합 동작에 관해 설명한다.
우선, 상기한, 태양전지 셀(ST1)이 형성된 유리 기판(1)을 준비한다. 그리고, 당해 유리 기판(1)을, 테이블(11)의 평면부에 재치한다. 여기서, 기판 고정부(12)가 대면하고 있는 방향(이하, 대면 방향이라고 칭한다)의 테이블(11)의 치수는, 당해 대면 방향의 유리 기판(1)의 치수보다도 작다. 또한, 테이블(11)에 유리 기판(1)이 재치되어 있는 상태에서, 태양전지 셀(ST1)이 형성되어 있는 유리 기판(1)의 면이, 상면측이 된다.
다음에, 제어부의 조정된 제어에 의해 구동부(12B)가 구동함에 의해, 기판 고정부(12)는, 도 3의 좌우 방향(보다 구체적으로, 유리 기판(1)의 재치측에 수평 방향)으로, 이동한다. 즉, 기판 고정부(12)는, 양 사이드로부터 유리 기판(1)을 끼우도록, 수평 방향으로 이동한다.
그리고, 유리 기판(1)의 측면과 대면하는 가압 부재(12A)의 면은, 당해 유리 기판(1)의 측면과 접촉한다. 그리고, 각 가압 부재(12A)는, 유리 기판(1)을 양 사이드로부터 파지한다. 여기서, 각 기판 고정부(12)는, 제어부에 의한 조정된 제어에 의해, 수평 방향으로 조정되어 이동한다. 당해 제어는, 유저로부터의 지시에 응하여 실시된다. 즉, 테이블(11)상에서의 유리 기판(1)의 위치는, 유저의 지시에 응하여 결정된다.
여기서, 조정이란, 테이블(11)상에서의 유리 기판(1)의 재치 위치를 위치 결정하는 것을 의미하고 있다. 즉, 각 기판 고정부(12)가 조정된 이동에 의해, 테이블(11)상에서의 유리 기판(1)의 위치를 위치 결정할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 대면 방향의 테이블(11)의 치수는, 대면 방향의 유리 기판(1)의 치수보다도 작다. 따라서 당해 위치 결정할 때에, 가압 부재(12A)가 테이블(11)의 측면에 접촉하여, 가압 부재(12A)에 의한 유리 기판(1)의 위치 결정이 방해되는 것을 방지할 수 있다.
위치 결정이 완료되면, 다음에, 제어부의 제어에 의해 구동부(12B)가 구동함에 의해, 기판 고정부(12)는, 도 3의 하방향(보다 구체적으로, 유리 기판(1)을 가압한 방향)으로, 이동한다. 즉, 기판 고정부(12)는, 상방향으로부터 유리 기판(1)을 가압하도록, 수직 방향으로 이동한다.
그리고, 유리 기판(1)의 상면과 대면한 가압 부재(12A)의 면은, 당해 유리 기판(1)에 형성되어 있는 태양전지 셀(ST1)과 접촉한다. 그리고, 각 가압 부재(12A)는, 유리 기판(1)을 상방향으로부터 가압한다. 여기서, 각 기판 고정부(12)는, 제어부에 의한 제어에 의해, 하방향으로 이동한다. 당해 제어는, 유저로부터의 지시에 응하여 실시된다. 즉, 가압 부재(12A)에 의한 유리 기판(1)에 대한 가압력은, 유저의 지시에 응하여 결정된다.
도 4는, 기판 고정부(12)에 의해, 유리 기판(1)이 테이블(11)에 고정되어 있는 양상을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 5는, 도 3에 대응하는 도면이고, 기판 고정부(12)에 의해, 유리 기판(1)이 테이블(11)에 고정되어 있는 양상을 도시하는 확대 단면도이다.
도 4, 5에 도시하는 바와 같이, 도 1에서 설명한, 태양전지 셀(ST1)이 형성되고, 각 단변부(L1∼L4)를 갖는 유리 기판(1)이, 각 가압 부재(12A)에 의해 가압 고정되어 있다. 여기서, L자봉인 일방의 가압 부재(12A)는, 제1의 단변부(L1)에서, 당해 제1의 단변부(L1)에 따라(보다 구체적으로는, 제1의 단변부(L1)의 전체 길이에 걸쳐서), 유리 기판(1)을 가압하고 있다. 이 대해, L자봉인 타방의 가압 부재(12A)는, 제2의 단변부(L2)에서, 당해 제2의 단변부(L2)에 따라(보다 구체적으로는, 제2의 단변부(L2)의 전체 길이에 걸쳐서), 유리 기판(1)을 가압하고 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 가압 부재(12A)가 갖는 탄성 부재(12C)는, 유리 기판(1)의 제1의 단변부(L1)(및 제2의 단변부(L2))에서, 유리 기판(1)과 당접하고 있다. 여기서, 상기한 바와 같이, 탄성 부재(12C)에서, 유리 기판(1)에 형성된 태양전지 셀(ST1)과 당접하는 부분은, 유리 기판(1)의 측면과 당접하는 부분보다도, 유연하다. 따라서 탄성 부재(12C)의 보다 단단한 부분은, 유리 기판(1)의 위치 결정할 때에, 유리 기판(1)의 측면과 당접하고, 그 후, 수평 방향에서 유리 기판(1)을 파지한다. 이에 대해, 탄성 부재(12C)보다 유연한 부분은, 유리 기판(1)의 상방으로부터, 당해 유리 기판(1)을 가압하고 있다.
또한, 상기에서는, 대면 방향의 테이블(11)의 치수는, 대면 방향의 유리 기판(1)의 치수보다도 작다, 라고 기술하였는데, 이 양상은 도 5에 도시되어 있다. 또한, 가압 부재(12A)가, 유리 기판(1)을 가압하는 부분(가압부분이라고 칭한다)에 주목한다. 당해 가압부분의 적어도 일부의 하방과 테이블(11)에 의해, 유리 기판(1)이 끼여져 있는 구성이 성립하고 있다. 즉, 가압 부재(12A)가 유리 기판(1)을 가압할 때에, 당해 가압 부재(12A)가, 유리 기판(1)에서의 테이블(11)에 재치되지 않은 부분만을 가압하는 일은 없다.
다음에, 테이블(11)에 재치되어 있는 유리 기판(1)에서, 태양전지 셀(ST1)상의 소정의 위치에(유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라), 집전 전극(20A, 20B)을 배치한다. 여기서, 집전 전극(20A, 20B)은, 대형상의 도체이고, 집전 전극(20A, 20B)으로서, 예를 들면, 구리, 알루미늄 또는 이들을 포함하는 도체를 채용할 수 있다.
도 6은, 유리 기판(1)에 형성된 태양전지 셀(ST1)상에, 각 집전 전극(20A, 20B)이 배설되어 있는 양상을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 7은, 도 3, 5에 대응하는 도면이고, 유리 기판(1)에 형성된 태양전지 셀(ST1)상에, 집전 전극(20A, 20B)이 배치되어 있는 양상을 도시하는 확대 단면도이다.
도 6, 7에 도시하는 바와 같이, 대형상의 집전 전극(20A)은, 제1의 단변부(L1)에 따라, 가압 부재(12A)를 피하여, 배치되어 있다. 다른 한편, 대형상의 집전 전극(20B)은, 제2의 단변부(L2)에 따라, 가압 부재(12A)를 피하여, 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 집전 전극(20A)은, 제1의 단변부(L1)로부터 조금 떨어진 위치에서, 당해 제1의 단변부(L1)에 따라 배치되어 있다. 다른 한편, 집전 전극(20B)은, 제2의 단변부(L2)로부터 조금 떨어진 위치에서, 당해 제2의 단변부(L2)에 따라 배치되어 있다.
따라서 L자봉인 일방의 가압 부재(12A)는, 유리 기판(1)에서의, 제1의 단변부(L1)로부터 집전 전극(20A)의 배치 위치까지의 제1의 영역에서, 당해 제1의 단변부(L1)에 따라(보다 구체적으로는, 제1의 단변부(L1)의 전체 길이에 걸쳐서), 유리 기판(1)을 가압하고 있다. 다른 한편, L자봉인 타방의 가압 부재(12A)는, 유리 기판(1)에서의, 제2의 단변부(L2)로부터 집전 전극(20B)의 배치 위치까지의 제2의 영역에서, 당해 제2의 단변부(L2)에 따라(보다 구체적으로는, 제2의 단변부(L2)의 전체 길이에 걸쳐서), 유리 기판(1)을 가압하고 있다. 또한, 제1의 영역의 폭 및 제2의 영역의 폭(즉, 제1의 단변부(L1)로부터 집전 전극(20A)의 배치 위치까지의 거리, 및, 제2의 단변부(L2)로부터 집전 전극(20B)의 배치 위치까지의 거리)는, 예를 들면, 수㎜ 정도이다.
여기서, 상기에서는, 기판 고정부(12)에 의해 유리 기판(1)을 고정한 후에, 당해 유리 기판(1)상에 집전 전극(20A, 20B)을 배치시켰다. 그렇지만, 유리 기판(1)을 테이블(11)에 재치시킨 후, 당해 유리 기판(1)상에 집전 전극(20A, 20B)을 배치시키고, 그리고, 기판 고정부(12)에 의해 유리 기판(1)을 고정시켜도 좋다.
그런데, 집전 전극(20A, 20B)을 태양전지 적층막(ST1)상에 배치시킨 후에, 당해 집전 전극(20A, 20B)의 상면에 대해, 스폿적으로, 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 보다 구체적으로는, 기판 고정부(12)에 의해 유리 기판(1)이 테이블(11)에 대해 고정되어 있는 상태에서, 집전 전극(20A, 20B)에 대해, 후술하는 초음파 진동 접합 처리를 실시한다. 도 8은, 집전 전극(20A, 20B)의 상면에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행하는 양상을 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 초음파 진동 툴(14)을 집전 전극(20A, 20B)의 상면에 당접하고, 당해 접합 방향(유리 기판(1)의 방향)으로 소정의 압력을 인가한다. 그리고, 당해 압력 인가 상태에서, 수평 방향(압력 인가 방향에 수직한 방향)으로, 당해 초음파 진동 툴(14)을 초음파 진동시킨다. 이에 의해, 집전 전극(20A, 20B)을, 태양전지 적층막(ST1)상에서, 접합·고정시킬 수 있다. 당해 초음파 접합 처리를, 집전 전극(20A, 20B)의 상면의 복수 개소에서, 집전 전극(20A, 20B)에 따라, 각각 실시한다.
여기서, 유저의 입력 조작에 의거하여, 제어부는 초음파 진동 접합 처리의 조건을 결정하고, 당해 결정한 조건에 따라, 제어부는 초음파 진동 툴(14)을 제어한다. 또한, 여기서는, 집전 전극(20A, 20B)의 박리강도(접합강도)를 저하시킨 조건, 즉, 집전 전극(20A, 20B)의 아래에 존재하는 태양전지 셀(ST1)에 데미지를 주는 일 없이, 당해 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)에 접합할 수 있는(발전층에 데미지를 주는 일 없이, 전극층과 전기적으로 접합할 수 있는) 초음파 진동 접합 처리의 조건이, 선택된다.
당해 초음파 진동 접합 처리 후의 양상을, 도 9의 사시도에 도시한다. 도 9에서, 부호 25는, 초음파 진동 접합 처리가 시행된 압흔(壓痕)(25)이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 집전 전극(20A, 20B)의 선(線) 방향에 따라, 복수의 압흔(25)이, 스폿적(점재(點在)하여)으로 존재한다.
상기 초음파 진동 접합 처리에 의해, 집전 전극(20A, 20B)이 태양전지 셀(ST1)과 직접, 전기적으로 접속(접합)된다. 이와 같이, 집전 전극(20A, 20B)이 태양전지 셀(ST1)과 전기적으로 접합됨에 의해, 태양전지 모듈에서, 당해 집전 전극(20A, 20B)은, 태양전지 셀(ST1)에서 발전한 전기의 「집전용 전극」인 버스바 전극으로서 기능한다. 여기서, 예를 들면, 일방의 집전 전극(20A)은 캐소드 전극으로서 기능하고, 타방의 집전 전극(20B)은 애노드 전극으로서 기능한다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 전극 접합 장치(100)(전극 접합 방법)는, 태양전지 셀(ST1)상에서, 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라, 배치되어 있는 집전 전극(20A, 20B)에 대해, 이하의 접합 처리를 시행한다. 즉, 단변부(L1, L2)로부터 집전 전극(20A, 20B)이 배치된 위치까지의 유리 기판(1)의 영역에서, 단변부(L1, L2)에 따라, 유리 기판(1)을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서, 상기 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행하여, 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)에 접합시킨다.
따라서 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리강도(접합강도)로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차를 억제할 수 있다. 도 10은, 본 발명의 효과를 나타내는 실험 데이터이다.
발명자들은, 기판 고정부(12)에 의해 단변부(L1, L2)를 가압 고정하면서, 집전 전극(20A, 20B)에 대해, 초음파 진동 접합 처리를 시행하였다(제1의 케이스). 또한, 발명자들은, 기판 고정부(12)에 의해 단변부(L1, L2)를 가압 고정하지 않고서, 집전 전극(20A, 20B)에 대해, 초음파 진동 접합 처리를 시행하였다(제2의 케이스). 여기서, 제1, 2의 케이스에서, 대형상의 집전 전극(20A, 20B)에 대해, 스폿적으로, 당해 집전 전극(20A, 20B)의 연설(延設) 방향에 따라, 복수의 초음파 진동 접합 처리가 실시되었다. 또한, 제1의 케이스에서의 초음파 진동 접합 처리의 조건(초음파 진동 툴(14)에 의한 가압력, 초음파 진동 툴(14)의 진동수·진폭)과, 제2의 케이스에 있어서 초음파 진동 접합 처리의 조건은 같다.
당해 제1, 2의 케이스에서, 초음파 진동 접합 처리가 실시된 각 점에서, 집전 전극(20A, 20B)의 박리력을 측정하였다. 당해 측정 결과가, 도 10에 도시되어 있다. 여기서, 도 10의 종축은, 박리력(박리강도, 접합강도라고도 파악할 수 있다)(g)이고, 도 10의 횡축은, 집전 전극(20A)(또는 집전 전극(20B))에서의, 초음파 진동 접합 처리가 실시된 처리점이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 제1의 케이스에서는, 박리력이 약한 상태에서, 그 강도도 안정되어 있다. 즉, 약한 박리력이 되도록 초음파 진동 접합 처리가 실시되었다고 하여도, 각 처리점에서의 박리강도(접합강도)의 편차는 억제되어 있다.
다른 한편, 제2의 케이스에서는, 약한 박리력이 되도록 초음파 진동 접합 처리가 실시된 결과, 각 처리점에서의 박리력(접합강도)의 편차는 크게 되어 있다. 예를 들면, 박리력 200g(목표치)을 겨누어서 초음파 진동 접합 처리를 실시하였다고 하여도, 접합되지 않는 처리점이 발생하거나, 목표치의 5배 정도의 박리력이 되는 처리점이 발생하거나 하고 있다. 즉, 제2의 케이스에서는, 접합하지 않은 처리점 및 태양전지 셀(ST1)에 데미지를 주고 있는 처리점이, 동일한 집전 전극(20A, 20B)에서, 생기고 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 발명을 채용함에 의해, 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 발명자들은 다양한 실험을 시도한 결과 다음 것을 발견하였다. 즉, 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라 배치시킨다. 그리고, 단변부(L1, L2) 부근(즉, 단변부(L1, L2)로부터 집전 전극(20A, 20B)이 배치된 위치까지의 영역)에서(도 6, 7 참조), 단변부(L1, L2)에 따라 유리 기판(1)을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서, 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 이것에 의해, 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차를 가장 억제할 수 있다는 것을 발견하였다.
예를 들면, 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라 배치시킨다. 그리고, 단변부(L1, L2) 부근(즉, 단변부(L1, L2)로부터 집전 전극(20A, 20B)이 배치된 위치까지의 영역)에서(도 6, 7 참조), 단변부(L1, L2)에 따라 유리 기판(1)을 가압한다. 더하여, 단변부(L3, L4) 부근에 있어서, 당해 단변부(L3, L4)에 따라 유리 기판(1)을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서(즉, 모든 단변부(L1∼L4)를 가압하면서), 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 이 경우에는 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차는 상기 제2의 케이스와 같은 경향이라는 것을 발명자들은 발견하였다.
또한, 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라 배치시킨다. 그리고, 단변부(L3, L4) 부근에서 단변부(L3, L4)에 따라 유리 기판(1)을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서(즉, 단변부(L3, L4)를 가압하면서), 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 이 경우에는, 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차는, 제1의 케이스만큼 억제할 수가 없다는 것을 발명자들은 발견하였다. 집전 전극(20A, 20B)을 유리 기판(1)의 단변부(L1, L2)에 따라 배치시킨다. 그리고, 단변부(L1, L2) 부근(즉, 단변부(L1, L2)로부터 집전 전극(20A, 20B)이 배치되는 위치까지의 영역)에서, 스폿적으로 유리 기판(1)을 가압한다. 그리고, 당해 가압을 행하면서(즉, 단변부(L1, L2) 부근을 점(点)으로 가압하면서), 집전 전극(20A, 20B)에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행한다. 이 경우에는, 유리 기판(1)에 대해 집전 전극(20A, 20B)을 작은 박리력으로 접합시켰다고 하여도, 각 점에서의 박리강도(접합강도)의 편차는 커진다는 것을 발명자들은 발견하였다.
또한, 가압 부재(12A)의 단면 형상은, L자형상이다. 그리고, 구동부(12B)에 의해, 기판 고정부(12)(가압 부재(12A))는, 수평 방향으로도 이동 가능하다. 따라서 가압 부재(12A)를 이용하여, 테이블(11)에서의 유리 기판(1)의 위치 결정 처리도, 행하는 것이 가능해진다.
또한, 가압 부재(12A)에서의 태양전지 셀(ST1)상에 당접하는 부분은, 가압 부재(12A)에서의 유리 기판(1)의 측면에 당접하는 부분보다도, 유연하다. 따라서 가압 부재(12A)는, 소프트하게, 유리 기판(1)을 가압하는 것이 가능해지고, 당해 가압에 의해 태양전지 셀(ST1)에 데미지를 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가압 부재(12A)에서의 유리 기판(1)의 측면에 당접한 부분은 유연하지가 않기 때문에, 유리 기판(1)의 위치 결정을 정밀도 좋게 행할 수 있다.
또한, 가압 부재(12A)에 의한 유리 기판(1)을 가압하는 부분은, 둥그스름함을 띠고 있는 형상이라도 좋다.
또한, 제어부는, 가압 부재(12A)에 의한 가압의 힘 및 초음파 진동 툴(14)에 의한 초음파 진동 접합 처리의 조건을 가변으로 제어한다. 따라서 유리 기판(1)의 두께·소재, 집전 전극(20A, 20B)의 두께·소재 등에 응하여, 자유롭게, 가압 부재(12A)에 의한 가압의 힘 및 초음파 진동 툴(14)에 의한 초음파 진동 접합 처리의 조건을, 변경할 수 있다.
본 발명은 상세히 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에서, 예시이고, 본 발명이 그것으로 한정되는 것이 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형례가, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 해석된다.
1 : 유리 기판 L1∼L4 : 단변부
ST1 : 태양전지 셀 11 : 테이블
12 : 기판 고정부 12A : 가압 부재
12B : 구동부 12C : 탄성 부재
14 : 초음파 진동 툴 20A, 20B : 집전 전극
25 : 압흔 100 : 전극 접합 장치

Claims (6)

  1. 태양전지 셀(ST1)이 형성되어 있는 사각형상의 기판(1)에 대해, 상기 기판의 서로 대향하는 제1 및 제2의 단변부(L1, L2)에 따라, 제1 및 제2의 전극(20A, 20B)을 접합시키는 전극 접합 장치(100)로서,
    상기 기판을 재치시키는 테이블(11)과,
    상기 태양전지 셀상에서, 상기 제1 및 제2의 단변부에 따라 배치되어 있는 상기 제1 및 제2의 전극에 대해, 초음파 진동 접합 처리를 시행하는 초음파 진동 툴(14)과,
    상기 초음파 진동 툴과 독립하여 마련되며, 상하 방향으로 이동 가능하고, 상기 기판의 측면과 접촉하면서 상기 기판을 가압하는 2개의 가압 부재(12A)를 구비하고 있고,
    일방의 상기 가압 부재는,
    상기 기판에서의, 상기 제1의 단변부로부터 상기 제1의 전극의 배치 위치까지의 제1의 소정 영역에서, 상기 제1의 단변부에 따라, 상기 기판을 가압하는 제1의 가압 처리를 실행하며,
    타방의 상기 가압 부재는,
    상기 기판에서의, 상기 제2의 단변부로부터 상기 제2의 전극의 배치 위치까지의 제2의 소정 영역에서, 상기 제2의 단변부에 따라, 상기 기판을 가압하는 제2의 가압 처리를 실행하며,
    상기 제1 및 제2의 가압 처리 이외의 가압 처리는 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압 부재의 단면 형상은, L자형상이고,
    상기 가압 부재는, 수평 방향으로도 이동 가능한 것을 특징으로 하는 전극 접합 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가압 부재에서의 상기 태양전지 셀상에 당접하는 부분은,
    상기 가압 부재에서의 상기 기판의 측면에 당접하는 부분보다도, 유연한 것을 특징으로 하는 전극 접합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가압 부재를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있고,
    상기 제어부는,
    상기 가압 부재에 의한 상기 가압의 힘을 가변으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전극 접합 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초음파 진동 툴에 의한 상기 초음파 진동 접합 처리의 조건을 가변으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전극 접합 장치.
  6. (A) 태양전지 셀(ST1)이 형성되어 있는 사각형상의 기판(1)을, 테이블(11)상에 재치하는 공정과,
    (B) 상기 태양전지 셀상에서, 상기 기판의 단변부(L1, L2)에 따라, 전극(20A, 20B)을 배치시키는 공정과,
    (C) 상기 단변부로부터 상기 전극이 배치된 위치까지의 상기 기판의 영역에서, 상기 단변부에 따라, 가압 부재를 이용하여 상기 기판의 측면과 접촉하면서 상기 기판을 가압하는 공정과,
    (D) 상기 (C)공정을 행하면서, 초음파 진동 툴을 이용하여 상기 전극에 대해 초음파 진동 접합 처리를 시행하고, 상기 전극을 상기 기판에 접합시키는 공정을 구비하며, 상기 가압 부재는 상기 초음파 진동 툴과 독립하여 마련되며,
    상기 공정 (C) 이외에 상기 기판을 가압하는 처리는 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 접합 방법.
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