JP2004134656A

JP2004134656A - Solar cell fabricating method and solar cell fabricated thereby

Info

Publication number: JP2004134656A
Application number: JP2002299172A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyazawa; 宮澤　彰; Satoshi Tanaka; 田中　聡; Toshihiro Machida; 町田　智弘; Koji Tomita; 富田　孝司
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell equipped with electrodes having a high aspect ratio for improving the photoelectric conversion efficiency by improving the adhesive of their metal wires to a substrate, and to provide its fabricating method. <P>SOLUTION: The solar cell fabricating method includes a process for forming a pn junction on a semiconductor substrate and a process for forming electrodes on a semiconductor substrate surface. The process for forming the electrodes on the semiconductor substrate surface includes a process for covering the circumferences of the wires with conductive materials, a process for arranging the covered wires on the semiconductor substrate surface, and a process for baking the arranged wires. Further, the solar cell is fabricated by this method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、より詳細には、電極について改良された太陽電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池の典型的な構成を、図７に示す。図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図７（ｂ）に示すように、太陽電池７１は、たとえば、シリコンなどのｐ型半導体基板７２の表面に、ｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層７３が形成されてｐｎ接合を構成し、ＴｉＯ_２膜などの反射防止膜７４がｎ型拡散層７３上に形成され、さらに、ｎ型拡散層７３に直接、接続する銀電極７７が形成されている。また、半導体基板７２の裏面には、ほぼ全面に、ＢＳＦ層７５と、その上にアルミ電極７６が形成されており、さらにアルミ電極７６上の一部に銀電極７８が形成されている。
【０００３】
このような太陽電池は、典型的には、図８に示すような方法により製造される。まず、基板エッチングによりｐ型半導体基板を得、この半導体基板の表面にｎ型となるドーパントを拡散してｎ型拡散層を形成することにより、ｐｎ接合を形成する。つぎに、反射防止膜を形成し、基板裏面にアルミペーストを塗布し、乾燥した後、焼成することにより、ＢＳＦ層とアルミ電極を形成する。つづいて、基板裏面に銀ペーストを塗布し、乾燥した後、受光面となる面にも銀ペーストを塗布し、乾燥し、焼成する。これにより、受光面と裏面に銀電極を形成する。
【０００４】
太陽電池を高効率化するためには、発生する光電流をできるだけ多くし、その電流を損失無く外部へできるだけ多く取出すことが重要である。発生する光電流を多くするためには、電極面積をできるだけ少なくする方がよい。一方、発生した電流を損失無く外部へできるだけ多く取出すためには、その流れる経路である太陽電池表面および電極の直列抵抗による損失をできるだけ小さくする方がよい。このため、電極幅、厚さ、本数および電極材料の比抵抗などを考慮し、最適なパターン設計がなされている。
【０００５】
ペーストを基板表面に塗布する方法として、一般にスクリーン印刷法が知られている。スクリーン印刷法は、研究レベルでは５０μｍの線幅が作製可能であるが、そのような微細電極の形成には、高品質なスクリーン、高精度な印刷機、ペーストの最適な粘性、の全ての条件が揃わなければならない。どれか一つでも満足していなければ、スクリーンの目詰まりによる印刷カスレ（断線）が発生したり、無理な印刷をすることによる印刷ダレ（広がり）が発生したり、基板の割れが発生したりして、設計通りの微細な電極線幅を得ることは非常に困難である。
【０００６】
また、微細電極形成用の高品質なスクリーンは非常に破れやすく、量産には不向きである。このため、現実に量産できるものは１５０μｍ前後の線幅であり、その場合の電極の厚みは２０〜５０μｍである。特に、基板表面の凹凸が大きい場合は、電極の断線や広がりが多発し、太陽電池の変換効率を低下させるという問題があり、太陽電池を高効率化するために、電極幅が細く、かつ、厚みのある、言い換えれば、高アスペクト比の電極が望まれている。
【０００７】
特開昭５９−１１５５２４号公報には、半導体基板表面に載せた金属細線群を加熱、加圧することにより、電極を形成する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、金属細線にかける圧力が２００〜３００Ｋｇｆ／ｃｍ^２と非常に大きく、半導体基板が割れることがある。特に、低コスト化のために基板を大面積化や薄型化した場合、割れが顕著になる。また、太陽電池の高効率化のために基板表面に凹凸を形成した場合、金属細線の基板に対する接着強度が充分でなく、電極剥離が発生し、太陽電池の変換効率を大幅に低下させている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５９−１１５５２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、金属細線の基板に対する接着強度を向上させ、光電変換効率を向上させる高アスペクト比の電極を有する太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有し、半導体基板表面に電極を形成する工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆する工程と、被覆した細線を半導体基板表面に配置する工程と、配置した細線を焼成する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
細線は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの少なくとも一つの元素を含み、導電性材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。導電性材料は、金属粉末と、ガラスフリットと、樹脂と、溶剤とを含むペースト状のものが好適である。細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであり、細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形であるものが望ましい。細線を半導体基板表面に配置した後、細線の両端を基板に向けて加圧する方法、または、細線上の導電性材料の被覆量に多い部分と少ない部分とを設け、導電性材料の被覆量が多い部分を加圧する方法を採用することが望ましい。一方、電極上には、外部への電力取出し用の配線材料を接続しておくことが望ましい。
【００１２】
本発明の太陽電池は、かかる方法により製造されることを特徴とする。これらの太陽電池の中でも、電極上に、太陽電池間の接続用の配線材料が接続されているもの、または、複数個の太陽電池が、周囲を導電性材料で被覆した細線で接続されているものが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（太陽電池の製造方法）
本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有し、半導体基板表面に電極を形成する工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆し、半導体基板表面に配置し、焼成する工程を有することを特徴とする。従来のスクリーン印刷法により微細電極を形成しようとすると、高品質のスクリーン、高精度の印刷機および適度の粘性を有するペーストが必要となるが、本発明の製造方法によれば、導電性材料で被覆した細線を基板上に配置し、焼成するという工程を経るため、幅が微細で、厚みのある電極を容易に形成することができ、効率のよい太陽電池を容易に量産することができる。また、基板表面の凹凸が大きいときでも、電極の断線を抑えることができるから、光電変換効率を高めることができる。さらに、本発明では、導電性材料で被覆した細線を使用するため、導電性材料で被覆しない細線を基板に加圧し、加熱する従来の方法に比べて、細線と基板との十分な接着強度を得、基板の割れを防止し、基板の大型化および薄型化を図ることができる。
【００１４】
半導体基板としては、通常の太陽電池に用いられるものであれば特に限定されず、たとえば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＺｎＳｅなどの化合物半導体が挙げられ、中でもシリコンが望ましい。また、半導体基板は、単結晶、多結晶、いわゆるマイクロクリスタルと呼ばれる微結晶、アモルファスおよびこれらが混在するものであってもよい。
【００１５】
半導体基板は、受光面側に凹凸が形成されているものが望ましい。凹凸は、特に限定されるものではなく、太陽電池の変換効率を高めるように機能するような高低差、ピッチを有するように形成されていることが望ましい。たとえば、高さ数μｍの微小ピラミッド形状、深さ数十μｍの溝を多数平行に配置した形状などが挙げられる。基板表面に凹凸を形成する方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液、さらにアルカリ溶液にイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を加えた水溶液で基板表面を処理する方法、ダイシング装置またはレーザなどを用いる方法、または、ドライエッチングにより溝や凹部を形成する方法などが挙げられる。
【００１６】
半導体基板には、ｐｎ接合が形成されている。たとえば、ｐ型の半導体基板の表面にｎ型の拡散層が形成されることによりｐｎ接合を形成することができる。ｎ型拡散層の不純物濃度、ｐ型半導体基板の厚さおよびｎ型拡散層の厚さは、通常の太陽電池として機能し得るものの中から適宜選択することができる。
【００１７】
半導体基板にｐｎ接合を形成する方法としては、たとえば、ｐ型半導体基板に対してＰ_２Ｏ_５またはＰＯＣｌ_３により気相拡散し、８００〜９５０℃の温度で５〜３０分間処理する方法、Ｐ含有化合物を含む液を塗布して熱処理により拡散させる方法、ｎ型半導体基板に対してＢＢｒ_３により気相拡散する方法、Ｂ含有化合物を含む液を塗布して熱処理により拡散させる方法などが挙げられる。
【００１８】
電極は、半導体基板のｐ型領域およびｎ型拡散層に、それぞれ接続されるように形成されており、通常、半導体基板の表面および裏面にそれぞれ形成されている。本発明においては、電極面積を小さくして発電効率を高めるため、少なくとも受光面側の電極は、導電性材料を被覆した細線からなるものが望ましい。導電性材料を被覆した細線からなる電極は、アルミペーストや銀ペーストなどの導電性ペーストを、アルミ線や銅線などの細線の周囲に塗布し、その細線の両側に張力をかけながら、半導体基板表面に押し付けて密着し、焼成して、形成される。
【００１９】
焼成とは、１００℃前後の加熱とは異なり、数百度の高温で所定の雰囲気に晒すことにより、導電性材料中の金属粒子を燒結し、緻密化することを意味する。１００℃前後では、揮発性の溶剤成分が蒸発するのみであるが、３００℃前後では可燃性成分が燃焼し、さらに高温で溶融成分が溶け、金属粒子が燒結し、温度が低下したときに、溶融成分が固化し、基板との間に強い接着力を発生する。また、焼成により、反射防止膜を貫通して、半導体基板とコンタクトすることも可能である。したがって、本発明で用いる導電性材料は、２００℃前後の比較的低温での熱処理により、電極を形成する熱硬化型の導電性材料とは異なる。なお、受光面でない裏面の電極は、上記方法により形成してもよいし、従来のスクリーン印刷法、蒸着、メッキなどにより形成してもよいが、裏面も受光面として用いる場合は、発電効率を高めるため、裏面も上記方法で形成する方が望ましい。
【００２０】
細線の材料は、導電性があり、線状に加工できる材料であれば、どのような材料でも使用できるが、耐熱性があり、比抵抗が小さい材料が望ましい。したがって、具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの中の少なくとも一つの元素が含まれるものが望ましい。このような細線としては、たとえば、金線、銀線、銅線、白金線、アルミ線、ステンレス鋼線、タングステン線、モリブデン線、ピアノ線、鉄線、カーボンファイバーなどが挙げられる。細線の材料は、単独で加工されていても良いし、合金化されていてもよい。さらに、表面にメッキや表面処理が施されていてもよい。
【００２１】
細線は、太さが数μｍ〜数百μｍまでのものを幅広く使用できるが、基板に配置するときの張力に耐え、半導体基板表面に押しつけても切れない適度の強度が必要であり、また、基板表面が凹凸を有するときでも、基板に密着し、柔軟性を発揮するものが望ましいため、細線は、最大径が２０〜１００μｍのものが望ましい。また、細線は、数μｍからなる極細線を束ねたより線であってもよい。細線の引張り強さや硬度は、材料などを調整することにより適宜設定することができる。
【００２２】
導電性材料は、液体状やペースト状など、細線の表面に塗布できる性状のものを使用できるが、ペースト状のものが、基板との密着性が向上するので望ましい。細線の周囲への導電性材料の塗布量は、基板との密着性を高め、基板への接着力を大きくするため、５〜１００μｍの厚さが望ましい。したがって、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍとなるように塗布することが望ましい。導電性材料は、細線に対する塗布性を改良し、所望の形状および塗布量を確保できるように、適宜調整してもよい。
【００２３】
導電性材料は、細線に塗布するときはペースト状を呈し、焼成すると溶融し、温度が低下すると固化して基板に接着する性質を有する点で、金属粉末と、ガラスフリットと、樹脂と、溶剤とからなるものが望ましい。金属粉末としては、銀粉末、銅粉末、アルミ粉末などが挙げられ、単独で用いても、数種類を混ぜて用いてもよい。たとえば、平均粒径０．１〜１０μｍの銀粉末６０〜９０質量％、ガラスフリット数質量％、セルロースなどの樹脂およびカルビトール系溶剤が５〜４０質量％とを有する導電性材料を用いることができる。さらに、たとえば、半導体基板との密着性を向上するためにＰ含有化合物（Ｐ_２Ｏ_５など）などを任意に配合することもできる。導電性材料は、導電性および耐熱性が大きい点で、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの中の少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。
【００２４】
細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面形状は、丸（円形、楕円形）、三角形、または四角形が望ましい。断面を三角形や四角形とすることにより、電極幅を増やすことなく、基板との接着面積が増せるので、接着強度を向上できる。また、断面を丸（円形、楕円形）とすることにより、断面積を増やすことができるので、電極の比抵抗を低減できる。導電性材料で被覆した細線の本数は、細線の太さにより太陽電池の変換効率が変わるため、適宜調整することができる。
【００２５】
導電性材料が被覆された細線を半導体基板表面に配置した後、細線を基板に密着させるために、張力をかけた細線の両端を基板に向けて加圧することが望ましい。また、より確実に密着させる場合は、細線全体を加圧することが望ましい。ただし、必要以上に大きな力で加圧すると、加圧した部分の導電性材料が半導体基板の表面に広がり、微細幅の電極を形成するという効果を損ない、また、基板に割れの生じる虞がある。したがって、基板への加圧力は、これらの点を考慮して、調整することが望ましい。また、細線への導電性材料の被覆量に多い部分と少ない部分を設けると、被覆量の多い部分を加圧することにより、半導体基板表面に導電性材料を所望の大きさに広げることができ、細線の接着強度を増すことができる点で望ましい。細線へかける張力は、細線の破断強度より小さい範囲内で適宜設定することが可能であるが、通常、１〜２００Ｋｇｆ／ｍｍ^２が望ましい。
【００２６】
導電性材料は、細線に被覆した後、適宜乾燥することが望ましい。乾燥の条件としては、たとえば、１００〜２００℃、１〜５分間の範囲で適宜設定することができる。ついで、４００〜１０００℃で焼成する。より具体的には、酸化性雰囲気で、６００℃〜９００℃、１〜１０分間の範囲内で焼成するのが好適である。だだし、酸化しやすい細線材料を用いた場合は、非酸化性、あるいは還元性雰囲気とする方がよい。
【００２７】
電極上に外部への電力取出し用の配線材料または太陽電池間の接続用の配線材料を接続しておくと、電力の取出し、および、複数個の太陽電池を直列または並列に接続して行なうモジュール化が容易になる点で望ましい。電極上の配線用材料を接続する箇所は、所望の位置でよいが、細線を基板に配置した後、加圧により、電極の他の大部分よりも導電性材料が広がった箇所、あるいは所望の大きさに広げた箇所に接続すると、広がり部分はある程度の面積を有することから、インターコネクタなどの接続が容易になる点で望ましい。また、複数個の太陽電池間の接続を、周囲を導電性材料で被覆した細線により行なう態様は、半導体基板表面の電極をそのまま太陽電池間の接続材料として利用することができ、インターコネクタなどにより別途、接続する必要がない点、さらに接続抵抗を低減することができる点で望ましい。なお、接続を容易にするために、半田層を電極上に形成してもよい。
【００２８】
本発明の太陽電池の製造方法においては、反射防止膜、保護膜などを形成する工程を含めることができる。反射防止膜は、たとえば、常圧ＣＶＤ法を用いて酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を形成する方法、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜を形成する方法などが挙げられる。たとえば、ＴｉＯ_２では６０〜９０ｎｍ程度の膜厚、Ｓｉ_３Ｎ_４では、７０〜１００ｎｍ程度の膜厚が適当である。反射防止膜は、電極形成前後のいずれの時期に形成してもよいが、電極の形成前に反射防止膜を形成する場合には、電極が形成される部分の反射防止膜をあらかじめ除去する必要がある。ただし、ファイヤースルー型の導電性材料を用いて電極を形成する場合には、反射防止膜の除去なしに形成することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の表面にＢＳＦ層を形成する工程を含めることができる。ＢＳＦ層の厚さなどは、得ようとする太陽電池の特性に応じて適宜調整することができる。
【００２９】
（太陽電池）
本発明の太陽電池は、導電性材料で周囲を被覆した細線を半導体基板表面に配置し、焼成することにより形成した電極を有することを特徴とする。細線は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの少なくとも一つの元素を含み、導電性材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。また、細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであり、細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形であるものが望ましい。電極の一部の幅が、電極の他の大部分の幅よりも広く、電極上には、外部への電力取出し用の配線材料または太陽電池間の接続用の配線材料が接続されている太陽電池が好適であり、複数個の太陽電池が、周囲を導電性材料で被覆した細線で接続されている態様が望ましい。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜４
実施例１〜４の太陽電池の構造を図１に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）において、ｐ型シリコン基板１２の表面に、ｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層１３が形成されて、ｐｎ接合を構成する。ｎ型拡散層１３上に、窒化珪素膜である反射防止膜１４が形成され、反射防止膜１４上に、ｎ型拡散層１３に直接、接続する電極１７が形成されている。また、シリコン基板１２の裏面には、ほぼ全面に、ＢＳＦ層１５とアルミ電極１６とが形成されており、さらに銀製の裏面電極１８を形成している。ここで、受光面電極１７は、銅製の細線の周囲を導電性材料Ａｇで被覆した構造を有する。
【００３１】
本実施例の太陽電池は、図２に示される方法により製造した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液により、ｐ型結晶シリコン基板表面をテクスチャエッチングした。つぎに、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、プラズマＣＶＤ法により、膜厚８０ｎｍ程度の窒化珪素膜を形成し、シリコン基板の裏面に、アルミペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥した後、８００℃で焼成して、シリコン基板の裏面に、厚さ数μｍのＢＳＦ層と、厚さ数十μｍのアルミ電極を形成した。ＢＳＦ層は、６００℃以上の焼成により、アルミがシリコン中に拡散することにより形成した。さらに、裏面の一部に銀ペーストを印刷し、乾燥した。
【００３２】
つづいて、断面が円形となるように、導電製材料である銀ペーストで周囲を被覆された銅線（細線）に張力をかけながら、反射防止膜の上方から下方へ押付けて、反射防止膜上に配置した。余分な金属線を切断し、乾燥した後、６５０℃で焼成して、シリコン基板の受光面に、受光面電極を形成した。なお、受光面電極は、裏面のアルミ電極および銀電極と同時に焼成しても同様の結果が得られた。さらに、シリコン基板を、半田槽に浸漬することにより、シリコン基板の受光面および裏面の電極上に半田層を形成し、太陽電池を完成させた。実施例１〜４で作製した電極を表１に示す。
【００３３】
【表１】

表１の結果から明らかなとおり、実施例１〜３の太陽電池はいずれも、電極幅１５０μｍの通常の太陽電池と比較して、同等レベルかそれ以下の電極幅で、電極断面積比を１．５〜７倍とすることができた（現行品の電極断面積比を１とする。）。実施例４の太陽電池では、電極幅は通常品よりも太くなっているものの、電極断面積比は１２倍と大幅に向上することができた。スクリーン印刷法により銀ペーストを塗布し、電極を形成する従来の方法により製造した太陽電池（比較例１）および実施例１〜４の太陽電池についての特性を表２に示す。
【００３４】
【表２】

表２の結果から明らかなとおり、実施例１、３の太陽電池は、比較例１の太陽電池と比較して、細線化による短絡電流密度Ｊｓｃの向上と、断面積比の増大で電極の抵抗が大幅に低減できたことにより曲線因子ＦＦの向上が見られ、従来の太陽電池よりも高い変換効率ηを得ることができた。また、実施例２、４の太陽電池は、比較例１の太陽電池と比較して、同じかそれ以下の電極幅であるため、Ｊｓｃは向上していないものの、増大した電極断面積による電極の抵抗を大幅に低減できた結果、ＦＦが大幅に向上し、従来の太陽電池よりも高い変換効率を得ることができた。
【００３５】
実施例５
細線として、直径５０μｍのタングステン線を用い、半導体基板に配置した後、細線の両端を基板に向けて加圧した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．５ｍＡ／ｃｍ^２、Ｖｏｃ：５９６ｍＶ、ＦＦ：０．７４、η：１３．５％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。両端を加圧したことにより、電極が基板に確実に固定された結果、密着性が増し、同時に太陽電池の変換効率も向上した。
【００３６】
実施例６
細線として、直径５０μｍの銅線を用い、断面が基板側を底辺とする三角形になるように、銀ペーストで銅線の周囲を被覆した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．８ｍＡ／ｃｍ^２、Ｖｏｃ：５９４ｍＶ、ＦＦ：０．７４、η：１３．５％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。断面を三角形としたことにより、基板との接着面積が増大し、密着性が実施例１よりも向上した。
【００３７】
実施例７
細線として、直径５０μｍの銅線を用い、断面が正方形になるように、銀ペーストで銅線の周囲を被覆した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．５ｍＡ／ｃｍ^２、Ｖｏｃ：５９４ｍＶ、ＦＦ：０．７５、η：１３．６％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。断面を正方形としたことにより、基板との接着面積が増大し、密着性が実施例１よりも向上した。
【００３８】
実施例８
細線として、直径１００μｍのステンレス製の鋼線を用い、その周囲を銀ペーストで、大部分の厚さが１０μｍ、一部分の厚さが２００μｍとなるように被覆した。この際線を基板に配置した後、厚さ２００μｍに被覆した部分を余分に加圧した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。さらに、複数の太陽電池を接続するために、余分に加圧した部分に、半田で被覆された銅板からなるインターコネクターを接続した。
【００３９】
その結果、部分的に厚く被覆した部分を加圧することにより、基板表面に電極の広がり部分が形成でき、密着性が実施例１よりも向上した。さらに、その広がり部分がある程度の面積を有することから、インターコネクタの接続を容易にすることが可能となった。
【００４０】
実施例９
細線として、直径２μｍのカーボンファイバを１０本束ねたより線を用いた以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。本実施例では、直径２μｍのカーボンファイバを１０本束ねたより線を用いたため、実施例１よりもさらに細線化が可能となった。
【００４１】
実施例１０
半導体基板表面にダイシング装置による溝を多数形成したこと以外は、実施例５と同様にして太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性を表３に示す。表３中の比較例２は、スクリーン印刷法により銀ペーストを塗布し、電極を形成した従来の太陽電池についての特性である。
【００４２】
【表３】

表３の結果から明らかなとおり、凹凸の大きい基板表面においては、従来のスクリーン印刷法による電極形成では、期待するほど太陽電池を向上させることができず、電極の断線および広がりが多数発生したため、太陽電池の変換効率を低下させた。これに対して、本実施例では、電極の断線および広がりが発生しないため、変換効率を向上することができた。
【００４３】
実施例１１
本実施例の太陽電池の構造を図３に示す。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ｐ型シリコン基板の表面にｎ型ドーパントを拡散し、ｎ型拡散層を形成することによりｐｎ接合を構成する。つぎに、ｎ型拡散層上に、酸化チタン膜からなる反射防止膜を形成し、反射防止膜上に、ｎ型拡散層に直接、接続する電極３７を形成している（図３（ｂ））。また、シリコン基板の裏面には、裏面電極３８と半田層を形成する。ここで、受光面側の電極３７はモリブデン線の細線の周囲を、Ａｇからなる導電性材料で被覆した構造を有し、裏面電極３８はアルミ製の細線の周囲を、Ａｇからなる導電性材料で被覆した構造を有する。
【００４４】
本実施例の太陽電池は、図４（ａ）に示す方法により製造した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液によりｐ型結晶シリコン基板の表面をテクスチャエッチングした。ついで、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法によって、膜厚８０ｎｍ程度の酸化チタン膜を形成した。つぎに、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆されたアルミ線（細線）に張力をかけながら、シリコン基板の裏面へ押し付けて配置した。一方、受光面側は、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン線（細線）に張力をかけながら、反射防止膜上方から下方へ押し付けて、反射防止膜に配置した。余分な金属線を切断し、乾燥した後、基板の受光面側に配置した電極と基板の裏面に配置した電極の双方を同時に６５０℃で焼成して、電極３７および電極３８を形成し、太陽電池を得た。なお、図４（ｂ）に示すように、基板の受光面側に配置した電極と基板の裏面に配置した電極を、別々に焼成しても、本実施例と同様の太陽電池を得ることができた。
【００４５】
得られた太陽電池は、基板の裏面にも受光面と同様な電極を形成しているので、電極の抵抗を大幅に低減することができ、高い変換効率を得ることができた。また、このような太陽電池を複数個接続する場合、受光面に固定した細線と裏面に固定した細線を接続することにより、実施例８に示したインターコネクタによる接続に比べ、簡単に接続することができた。
【００４６】
実施例１２
本実施例の太陽電池の構造を図５に示す。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ｐ型シリコン基板の表面にｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層が形成されてｐｎ接合を構成し、ｎ型拡散層上に、酸化チタン膜である反射防止膜が形成され、反射防止膜上に、ｎ型拡散層に直接、接続する電極５７を形成している（図５（ｂ））。また、シリコン基板の裏面には、電極５８と半田層を形成し、受光面側の電極５７および裏面の電極５８は、モリブデン製の細線の周囲を導電性材料Ａｇで被覆する構造を有する。
【００４７】
本実施例の太陽電池は、図６に示される方法により形成した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液によりｐ型結晶シリコン基板の表面をテクスチャエッチングした。つぎに、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法によって、膜厚８０ｎｍ程度の酸化チタン膜を形成した。つぎに、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン製の細線に張力をかけながら、シリコン基板の裏面へ押付けて配置した。つづいて、細線を切断することなく、同様の方法で作成した別の太陽電池の受光面側に、上述の銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン製の細線に張力をかけながら、反射防止膜の上方から下方へ押付けて配置し、同様の操作を複数の太陽電池について行ない、太陽電池列を形成した。太陽電池列の形成後、余分な金属線を切断し、乾燥した後、６５０℃で焼成した。
【００４８】
得られた太陽電池列は、電極の接続により生じる抵抗がないため、電気抵抗を大幅に低減することができ、高い変換効率を得ることができた。また、受光面に固定した細線を切断せずに、隣りの太陽電池の裏面にそのまま接続することにより、実施例１１で要した接続が不要となった。一方、高いアスペクト比を有する電極の形成により、効率のよい太陽電池の製造が可能となり、表面の凹凸が大きい基板に対して、その効果が大きいことがわかった。
【００４９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性材料で被覆された細線により電極を形成しているため、細くて厚い高いアスペクト比を有する電気抵抗の低い電極を形成でき、効率のよい太陽電池を提供することができる。特に、凹凸が大きい基板に対して、その効果が顕著である。また、導電性材料で被覆された細線を基板表面に配置した後、部分的に加圧することにより、加圧部分での接着性が向上するため、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。さらに、導電性材料の被覆量を部分的に厚くし、被覆量の厚い部分を加圧することによっても、接着性が向上するため、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。また、加圧し、広がった部分にインターコネクタが簡単に接続できるため、効率のよい安価な太陽電池を提供することができる。一方、細線は基板の両面に適用でき、同一の細線で太陽電池間を接続することができるため、従来のインターコネクタが不要となり、効率のよい安価な太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図３】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）と（ｂ）とは、ともに本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図５】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図７】（ａ）は、従来の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図８】従来の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１　太陽電池、１２　ｐ型シリコン基板、１３　ｎ型拡散層、１４　反射防止膜、１５　ＢＳＦ層、１６　アルミ電極、１７　受光面側電極、１８　裏面電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell with improved electrodes and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows a typical configuration of a conventional solar cell. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along a line DD of FIG. 7A. As shown in FIG. 7B, the solar cell 71 has a pn junction in which an n-type diffusion layer 73 in which an n-type dopant is diffused is formed on a surface of a p-type semiconductor substrate 72 such as silicon. TiO ₂ An antireflection film 74 such as a film is formed on the n-type diffusion layer 73, and a silver electrode 77 that is directly connected to the n-type diffusion layer 73 is formed. A BSF layer 75 and an aluminum electrode 76 are formed on almost the entire back surface of the semiconductor substrate 72, and a silver electrode 78 is formed on a part of the aluminum electrode 76.
[0003]
Such a solar cell is typically manufactured by a method as shown in FIG. First, a p-type semiconductor substrate is obtained by substrate etching, and an n-type dopant is diffused on the surface of the semiconductor substrate to form an n-type diffusion layer, thereby forming a pn junction. Next, an anti-reflection film is formed, an aluminum paste is applied to the back surface of the substrate, dried, and baked to form a BSF layer and an aluminum electrode. Subsequently, after a silver paste is applied to the back surface of the substrate and dried, the silver paste is also applied to a surface to be a light receiving surface, dried, and fired. Thereby, silver electrodes are formed on the light receiving surface and the back surface.
[0004]
In order to increase the efficiency of a solar cell, it is important to generate as much photocurrent as possible and to extract the current to the outside as much as possible without loss. In order to increase the generated photocurrent, it is better to reduce the electrode area as much as possible. On the other hand, in order to take out the generated current as much as possible to the outside without loss, it is better to minimize the loss due to the series resistance of the solar cell surface and the electrode, which is the flow path. For this reason, an optimum pattern design has been made in consideration of the electrode width, thickness, number, specific resistance of the electrode material, and the like.
[0005]
As a method of applying the paste to the substrate surface, a screen printing method is generally known. The screen printing method can produce a line width of 50 μm at the research level, but the formation of such fine electrodes requires all conditions of high quality screen, high precision printing machine, and optimal viscosity of the paste. Must be aligned. If any one of them is not satisfied, the printing may be blurred (broken line) due to the clogging of the screen, the printing sagging (spreading) may occur due to excessive printing, or the substrate may be cracked. It is very difficult to obtain a fine electrode line width as designed.
[0006]
In addition, a high-quality screen for forming fine electrodes is very easily broken and is not suitable for mass production. Therefore, what can be actually mass-produced has a line width of about 150 μm, and in that case, the thickness of the electrode is 20 to 50 μm. In particular, when the unevenness of the substrate surface is large, disconnection and spread of the electrode occur frequently, and there is a problem that the conversion efficiency of the solar cell is reduced.In order to increase the efficiency of the solar cell, the electrode width is small, and An electrode having a large thickness, in other words, a high aspect ratio is desired.
[0007]
JP-A-59-115524 discloses a method of forming an electrode by heating and pressing a group of fine metal wires placed on a semiconductor substrate surface (see Patent Document 1). However, in this method, the pressure applied to the fine metal wire is 200 to 300 kgf / cm. ² And the semiconductor substrate may be broken. In particular, when the substrate is made large in area or thin for cost reduction, cracking becomes remarkable. In addition, when unevenness is formed on the substrate surface to increase the efficiency of the solar cell, the adhesive strength of the thin metal wire to the substrate is not sufficient, electrode peeling occurs, and the conversion efficiency of the solar cell is greatly reduced. .
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-59-115524
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a solar cell having a high aspect ratio electrode for improving the adhesive strength of a thin metal wire to a substrate and improving the photoelectric conversion efficiency, and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a step of forming a pn junction on a semiconductor substrate and a step of forming an electrode on the surface of the semiconductor substrate. The method includes a step of coating with a conductive material, a step of arranging the coated fine wire on the surface of the semiconductor substrate, and a step of firing the arranged fine wire.
[0011]
The thin wire contains at least one element of Au, Ag, Cu, Al, C, W, Pt, Fe, Ti, Ni, Cr, Mo, Si, and the conductive material is Au, Ag, Cu, Al, W , Pt, Ti, and Ni are preferable. The conductive material is preferably a paste containing a metal powder, a glass frit, a resin, and a solvent. The fine wire has a maximum diameter of 20 to 100 μm, the maximum diameter after coating the conductive material is 30 to 200 μm, and the cross section after coating the conductive material around the fine wire has a round, triangular or square shape. Some are desirable. After arranging the fine wire on the surface of the semiconductor substrate, a method in which both ends of the fine wire are pressed toward the substrate, or a portion having a large amount and a small portion of the conductive material on the fine wire is provided. It is desirable to employ a method of pressing a large part. On the other hand, it is desirable to connect a wiring material for extracting power to the outside on the electrode.
[0012]
The solar cell of the present invention is manufactured by such a method. Among these solar cells, those in which a wiring material for connection between the solar cells is connected to the electrodes, or a plurality of solar cells are connected by thin wires whose periphery is covered with a conductive material. Things are desirable.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Method of manufacturing solar cells)
The method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a step of forming a pn junction on a semiconductor substrate and a step of forming an electrode on the surface of the semiconductor substrate. A step of covering with a conductive material, arranging it on a surface of a semiconductor substrate, and firing. In order to form a fine electrode by a conventional screen printing method, a high-quality screen, a high-precision printing machine and a paste having an appropriate viscosity are required, but according to the manufacturing method of the present invention, a conductive material is used. Since the step of arranging and firing the coated thin wire on the substrate and firing the same, an electrode having a small width and a large thickness can be easily formed, and an efficient solar cell can be easily mass-produced. Further, even when the surface of the substrate has large irregularities, disconnection of the electrode can be suppressed, so that the photoelectric conversion efficiency can be increased. Furthermore, in the present invention, since a thin wire coated with a conductive material is used, a sufficient bonding strength between the thin wire and the substrate is achieved as compared with a conventional method in which a thin wire not coated with a conductive material is pressed against a substrate and heated. As a result, cracking of the substrate can be prevented, and the size and thickness of the substrate can be reduced.
[0014]
The semiconductor substrate is not particularly limited as long as it is used for a normal solar cell, and examples thereof include semiconductors such as silicon and germanium, and compound semiconductors such as GaAs, InGaAs, and ZnSe, with silicon being preferred. The semiconductor substrate may be a single crystal, a polycrystal, a microcrystal called a so-called microcrystal, an amorphous material, or a mixture of these.
[0015]
It is desirable that the semiconductor substrate has irregularities formed on the light receiving surface side. The unevenness is not particularly limited, and is desirably formed to have a height difference and a pitch that functions to increase the conversion efficiency of the solar cell. For example, a fine pyramid shape having a height of several μm, a shape in which a number of grooves having a depth of several tens μm are arranged in parallel, and the like can be given. As a method of forming irregularities on the substrate surface, an alkaline solution such as NaOH or KOH, a method of treating the substrate surface with an aqueous solution obtained by adding an organic solvent such as isopropyl alcohol to an alkaline solution, a method using a dicing apparatus or a laser, Alternatively, a method of forming a groove or a concave portion by dry etching may be used.
[0016]
A pn junction is formed in the semiconductor substrate. For example, a pn junction can be formed by forming an n-type diffusion layer on the surface of a p-type semiconductor substrate. The impurity concentration of the n-type diffusion layer, the thickness of the p-type semiconductor substrate, and the thickness of the n-type diffusion layer can be appropriately selected from those that can function as ordinary solar cells.
[0017]
As a method of forming a pn junction in a semiconductor substrate, for example, a P-type ₂ O ₅ Or POCl ₃ Gas-phase diffusion, and a treatment at a temperature of 800 to 950 ° C. for 5 to 30 minutes, a method of applying a solution containing a P-containing compound and diffusing it by heat treatment, and a method of applying BBr to an n-type semiconductor substrate. ₃ And a method of applying a liquid containing a B-containing compound and diffusing it by heat treatment.
[0018]
The electrodes are formed so as to be connected to the p-type region and the n-type diffusion layer of the semiconductor substrate, respectively, and are usually formed on the front surface and the back surface of the semiconductor substrate, respectively. In the present invention, in order to increase the power generation efficiency by reducing the electrode area, it is desirable that at least the electrode on the light receiving surface side be made of a fine wire coated with a conductive material. An electrode consisting of a thin wire coated with a conductive material is coated with a conductive paste such as an aluminum paste or a silver paste around a thin wire such as an aluminum wire or a copper wire. It is formed by pressing against the surface and closely adhering to it and firing.
[0019]
Firing, unlike heating at around 100 ° C., means that metal particles in a conductive material are sintered and densified by exposing them to a predetermined atmosphere at a high temperature of several hundred degrees. At around 100 ° C., only the volatile solvent component evaporates, but at around 300 ° C., the flammable component burns, and at higher temperatures the molten component melts, the metal particles are sintered, and the temperature decreases. The molten component solidifies and generates a strong adhesive force with the substrate. Further, by baking, it is also possible to penetrate the antireflection film and make contact with the semiconductor substrate. Therefore, the conductive material used in the present invention is different from a thermosetting conductive material that forms an electrode by heat treatment at a relatively low temperature of about 200 ° C. The electrode on the back surface that is not the light receiving surface may be formed by the above method, or may be formed by a conventional screen printing method, vapor deposition, plating, or the like. In order to increase the height, it is preferable that the back surface is also formed by the above method.
[0020]
As the material of the fine wire, any material can be used as long as it is conductive and can be processed into a linear shape, but a material having heat resistance and low specific resistance is desirable. Therefore, specifically, a material containing at least one of Au, Ag, Cu, Al, C, W, Pt, Fe, Ti, Ni, Cr, Mo, and Si is desirable. Examples of such fine wires include gold wires, silver wires, copper wires, platinum wires, aluminum wires, stainless steel wires, tungsten wires, molybdenum wires, piano wires, iron wires, and carbon fibers. The material of the fine wire may be processed alone or may be alloyed. Further, the surface may be subjected to plating or surface treatment.
[0021]
Fine wires can be widely used with a thickness of several μm to several hundred μm, but they need to have a suitable strength that withstands tension when placed on a substrate and does not break even when pressed against the surface of a semiconductor substrate. Even when the surface of the substrate has irregularities, it is desirable that the substrate be in close contact with the substrate and exhibit flexibility, so that the fine wire has a maximum diameter of 20 to 100 μm. Further, the fine wire may be a stranded wire obtained by bundling ultrafine wires of several μm. The tensile strength and hardness of the fine wire can be appropriately set by adjusting the material and the like.
[0022]
As the conductive material, a material such as a liquid or a paste that can be applied to the surface of the fine wire can be used, but a paste is preferable because the adhesion to the substrate is improved. The amount of the conductive material applied around the fine wire is desirably 5 to 100 μm in order to increase the adhesion to the substrate and increase the adhesive force to the substrate. Therefore, it is desirable to apply the conductive material so that the maximum diameter after coating is 30 to 200 μm. The conductive material may be appropriately adjusted so as to improve the applicability to the fine wire and secure a desired shape and application amount.
[0023]
The conductive material has a property of exhibiting a paste shape when applied to a fine wire, melting when baked, and solidifying and bonding to a substrate when the temperature is lowered, in that a metal powder, a glass frit, a resin, and a solvent are used. It is desirable to have the following. Examples of the metal powder include silver powder, copper powder, aluminum powder and the like, and they may be used alone or as a mixture of several types. For example, it is possible to use a conductive material having 60 to 90% by mass of silver powder having an average particle diameter of 0.1 to 10 μm, several mass% of glass frit, a resin such as cellulose and 5 to 40% by mass of a carbitol-based solvent. it can. Further, for example, in order to improve the adhesion to a semiconductor substrate, a P-containing compound (P ₂ O ₅ ) Can be arbitrarily compounded. The conductive material desirably contains at least one of Au, Ag, Cu, Al, W, Pt, Ti, and Ni from the viewpoint of high conductivity and heat resistance.
[0024]
The cross-sectional shape after the conductive material is coated around the fine wire is desirably a circle (circle, ellipse), triangle, or square. By making the cross section triangular or quadrangular, the bonding area with the substrate can be increased without increasing the electrode width, so that the bonding strength can be improved. In addition, since the cross-sectional area can be increased by making the cross section circular (circular or elliptical), the specific resistance of the electrode can be reduced. The number of the fine wires covered with the conductive material can be appropriately adjusted because the conversion efficiency of the solar cell changes depending on the thickness of the thin wires.
[0025]
After arranging the fine wire coated with the conductive material on the surface of the semiconductor substrate, it is desirable to press both ends of the tensioned thin wire toward the substrate in order to bring the fine wire into close contact with the substrate. Further, in order to more securely adhere, it is desirable to press the entire thin wire. However, if pressure is applied with an unnecessarily large force, the conductive material in the pressed portion spreads on the surface of the semiconductor substrate, impairing the effect of forming an electrode having a fine width, and may cause a crack in the substrate. . Therefore, it is desirable to adjust the pressure applied to the substrate in consideration of these points. In addition, when a portion having a large amount of the conductive material and a portion having a small amount of the conductive material are provided on the thin wire, the conductive material can be spread to a desired size on the surface of the semiconductor substrate by pressing the portion having a large amount of the coating, This is desirable in that the adhesive strength of the fine wire can be increased. The tension applied to the fine wire can be appropriately set within a range smaller than the breaking strength of the fine wire, but is usually 1 to 200 kgf / mm. ² Is desirable.
[0026]
It is preferable that the conductive material is appropriately dried after being coated on the fine wire. Drying conditions can be set as appropriate, for example, in the range of 100 to 200 ° C. for 1 to 5 minutes. Next, firing is performed at 400 to 1000 ° C. More specifically, firing in an oxidizing atmosphere at 600 ° C. to 900 ° C. for 1 to 10 minutes is preferable. However, when a thin wire material that is easily oxidized is used, it is better to use a non-oxidizing or reducing atmosphere.
[0027]
A module for extracting power and connecting multiple solar cells in series or in parallel, if wiring materials for extracting power to the outside or wiring materials for connection between solar cells are connected to the electrodes. It is desirable in that it can be easily converted. The place where the wiring material on the electrode is connected may be at a desired position, but after arranging the fine wire on the substrate, by pressing, the place where the conductive material spreads over most of the other part of the electrode, or the desired place It is desirable to connect to an expanded portion because the expanded portion has a certain area, so that connection with an interconnector or the like is facilitated. Further, in a mode in which the connection between a plurality of solar cells is performed by a thin wire whose periphery is covered with a conductive material, the electrode on the surface of the semiconductor substrate can be used as it is as a connection material between the solar cells, and an interconnector or the like is used. It is desirable because there is no need to separately connect, and further, the connection resistance can be reduced. Note that a solder layer may be formed on the electrode to facilitate connection.
[0028]
The method for manufacturing a solar cell of the present invention may include a step of forming an antireflection film, a protective film, and the like. The anti-reflection film is made of, for example, titanium oxide (TiO 2) by using a normal pressure CVD method. ₂ ) A method of forming a film, silicon nitride (Si) using a plasma CVD method ₃ N ₄ And) a method of forming a film. For example, TiO ₂ Is about 60 to 90 nm in thickness, Si ₃ N ₄ In this case, a film thickness of about 70 to 100 nm is appropriate. The anti-reflection film may be formed at any time before or after the electrode is formed. However, if the anti-reflection film is formed before the formation of the electrode, it is necessary to remove the anti-reflection film at the portion where the electrode is to be formed in advance. There is. However, when an electrode is formed using a fire-through type conductive material, the electrode can be formed without removing the antireflection film. Further, the method for manufacturing a solar cell according to the present invention may include a step of forming a BSF layer on the surface of the semiconductor substrate. The thickness and the like of the BSF layer can be appropriately adjusted according to the characteristics of the solar cell to be obtained.
[0029]
(Solar cells)
The solar cell of the present invention is characterized by having an electrode formed by arranging a thin wire whose periphery is covered with a conductive material on the surface of a semiconductor substrate and firing the thin wire. The thin wire contains at least one element of Au, Ag, Cu, Al, C, W, Pt, Fe, Ti, Ni, Cr, Mo, Si, and the conductive material is Au, Ag, Cu, Al, W , Pt, Ti, and Ni are preferable. Further, the thin wire has a maximum diameter of 20 to 100 μm, a maximum diameter of 30 to 200 μm after coating with a conductive material, and a cross section after coating the conductive material around the thin wire with a round, triangular or A square shape is desirable. The width of a part of the electrode is wider than most of the other part of the electrode, and a wiring material for extracting power to the outside or a wiring material for connection between solar cells is connected on the electrode. A battery is preferable, and a mode in which a plurality of solar cells are connected by a thin wire whose periphery is covered with a conductive material is desirable.
[0030]
【Example】
Examples 1-4
The structure of the solar cells of Examples 1 to 4 is shown in FIG. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIG. 1B, an n-type diffusion layer 13 in which an n-type dopant is diffused is formed on the surface of a p-type silicon substrate 12 to form a pn junction. On the n-type diffusion layer 13, an anti-reflection film 14, which is a silicon nitride film, is formed. On the anti-reflection film 14, an electrode 17 that is directly connected to the n-type diffusion layer 13 is formed. A BSF layer 15 and an aluminum electrode 16 are formed on almost the entire back surface of the silicon substrate 12, and a silver back electrode 18 is formed. Here, the light receiving surface electrode 17 has a structure in which the periphery of a fine copper wire is covered with a conductive material Ag.
[0031]
The solar cell of this example was manufactured by the method shown in FIG. First, the surface of the p-type crystalline silicon substrate was texture-etched with an NaOH aqueous solution as an alkaline solution. Next, the silicon substrate is placed in a quartz tube furnace, a processing solution containing P is applied to the surface of the silicon substrate, and a heat treatment is performed at 900 ° C. for about 10 minutes, so that the surface of the silicon substrate has a depth of about 0.1 mm. A 3 μm n-type diffusion layer was formed (pn junction formation). Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of about 80 nm is formed as an anti-reflection film by a plasma CVD method, an aluminum paste is applied to the back surface of the silicon substrate by a screen printing method, dried, and baked at 800 ° C. Then, a BSF layer having a thickness of several μm and an aluminum electrode having a thickness of several tens μm were formed on the back surface of the silicon substrate. The BSF layer was formed by baking at a temperature of 600 ° C. or higher and aluminum diffusing into silicon. Further, a silver paste was printed on a part of the back surface and dried.
[0032]
Then, while applying tension to a copper wire (thin wire) whose periphery is covered with a silver paste as a conductive material so as to have a circular cross section, the copper wire is pressed from above to below the anti-reflection film, and the surface of the anti-reflection film is pressed. Was placed. The excess metal wire was cut, dried, and fired at 650 ° C. to form a light receiving surface electrode on the light receiving surface of the silicon substrate. Similar results were obtained when the light-receiving surface electrode was fired simultaneously with the aluminum electrode and silver electrode on the back surface. Further, the silicon substrate was immersed in a solder bath to form a solder layer on the electrodes on the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate, thereby completing a solar cell. Table 1 shows the electrodes manufactured in Examples 1 to 4.
[0033]
[Table 1]

As is clear from the results in Table 1, all of the solar cells of Examples 1 to 3 had an electrode cross-sectional area ratio of 1 at an equivalent or smaller electrode width than a normal solar cell having an electrode width of 150 μm. 0.5 to 7 times (the electrode cross-sectional area ratio of the current product is 1). In the solar cell of Example 4, although the electrode width was larger than that of the normal product, the electrode cross-sectional area ratio could be greatly improved to 12 times. Table 2 shows the characteristics of the solar cells (Comparative Example 1) manufactured by the conventional method of forming an electrode by applying a silver paste by a screen printing method and the solar cells of Examples 1 to 4.
[0034]
[Table 2]

As is clear from the results in Table 2, the solar cells of Examples 1 and 3 were improved in the short-circuit current density Jsc due to thinning and the resistance of the electrodes due to the increase in the cross-sectional area ratio, as compared with the solar cell of Comparative Example 1. Was significantly reduced, and the fill factor FF was improved, so that a higher conversion efficiency η than the conventional solar cell could be obtained. In addition, the solar cells of Examples 2 and 4 have the same or smaller electrode width than the solar cell of Comparative Example 1, so that although the Jsc has not been improved, the electrode due to the increased electrode cross-sectional area has not been improved. As a result of greatly reducing the resistance, the FF was greatly improved, and a higher conversion efficiency than the conventional solar cell could be obtained.
[0035]
Example 5
A light receiving surface electrode was formed in the same manner as in Example 1 except that a tungsten wire having a diameter of 50 μm was used as a fine wire, and was placed on a semiconductor substrate, and then both ends of the fine wire were pressed toward the substrate. Was. The characteristics of the obtained solar cell are as follows: Jsc: 30.5 mA / cm ² , Voc: 596 mV, FF: 0.74, η: 13.5%, and good results were obtained as in Example 1. By pressing both ends, the electrodes were securely fixed to the substrate, resulting in increased adhesion and, at the same time, improved conversion efficiency of the solar cell.
[0036]
Example 6
A light-receiving surface electrode was formed in the same manner as in Example 1, except that a copper wire having a diameter of 50 μm was used as the thin wire, and the periphery of the copper wire was covered with a silver paste so that the cross section became a triangle with the substrate side as the base. Then, a solar cell was obtained. The characteristics of the obtained solar cell are as follows: Jsc: 30.8 mA / cm ² , Voc: 594 mV, FF: 0.74, η: 13.5%, and good results were obtained as in Example 1. By making the cross section triangular, the adhesion area with the substrate was increased, and the adhesion was improved as compared with Example 1.
[0037]
Example 7
A light receiving surface electrode was formed in the same manner as in Example 1 except that a copper wire having a diameter of 50 μm was used as the fine wire, and the periphery of the copper wire was covered with a silver paste so that the cross section became square. Was. The characteristics of the obtained solar cell are as follows: Jsc: 30.5 mA / cm ² , Voc: 594 mV, FF: 0.75, η: 13.6%, and good results were obtained as in Example 1. When the cross section was square, the area of adhesion to the substrate was increased, and the adhesion was improved as compared with Example 1.
[0038]
Example 8
As a thin wire, a stainless steel wire having a diameter of 100 μm was used, and the periphery thereof was covered with a silver paste so that most of the thickness was 10 μm and part of the thickness was 200 μm. At this time, after the wires were arranged on the substrate, a light-receiving surface electrode was formed in the same manner as in Example 1 except that the portion coated to a thickness of 200 μm was excessively pressed to obtain a solar cell. Further, in order to connect a plurality of solar cells, an interconnector made of a copper plate coated with solder was connected to an excessively pressurized portion.
[0039]
As a result, by applying pressure to the part that was partially thickly coated, an expanded part of the electrode could be formed on the substrate surface, and the adhesion was improved as compared with Example 1. Further, since the widened portion has a certain area, it is possible to easily connect the interconnector.
[0040]
Example 9
A light-receiving surface electrode was formed in the same manner as in Example 1 except that a stranded wire obtained by bundling 10 carbon fibers having a diameter of 2 μm was used as a thin wire, and a solar cell was obtained. In this embodiment, ten strands of carbon fibers having a diameter of 2 μm are bundled to use a stranded wire.
[0041]
Example 10
A solar cell was obtained in the same manner as in Example 5, except that a number of grooves were formed by a dicing device on the surface of the semiconductor substrate. Table 3 shows the characteristics of the obtained solar cell. Comparative Example 2 in Table 3 shows characteristics of a conventional solar cell in which a silver paste was applied by a screen printing method to form electrodes.
[0042]
[Table 3]

As is clear from the results in Table 3, on the surface of the substrate having large unevenness, the solar cell could not be improved as expected by the conventional electrode formation by the screen printing method, and many disconnections and spreads of the electrode occurred. Reduced solar cell conversion efficiency. On the other hand, in the present example, the disconnection and the spread of the electrode did not occur, so that the conversion efficiency could be improved.
[0043]
Example 11
FIG. 3 shows the structure of the solar cell of this example. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a sectional view taken along line BB of FIG. 3A. An pn junction is formed by diffusing an n-type dopant into the surface of a p-type silicon substrate to form an n-type diffusion layer. Next, an antireflection film made of a titanium oxide film is formed on the n-type diffusion layer, and an electrode 37 directly connected to the n-type diffusion layer is formed on the antireflection film (FIG. 3B). ). On the back surface of the silicon substrate, a back electrode 38 and a solder layer are formed. Here, the electrode 37 on the light receiving surface side has a structure in which the periphery of a thin wire of molybdenum wire is covered with a conductive material made of Ag, and the back electrode 38 is formed of a conductive material made of Ag around the thin wire made of aluminum. It has a structure covered with.
[0044]
The solar cell of this example was manufactured by the method shown in FIG. First, the surface of the p-type crystalline silicon substrate was texture-etched with an aqueous NaOH solution as an alkaline solution. Next, the silicon substrate is placed in a quartz tube furnace, and a processing solution containing P is applied to the surface of the silicon substrate, and is heat-treated at 900 ° C. for about 10 minutes, so that the surface of the silicon substrate has a depth of about 0.3 μm. Was formed (pn junction formation). Thereafter, a titanium oxide film having a thickness of about 80 nm was formed as an antireflection film by a normal pressure CVD method. Next, an aluminum wire (fine wire) whose periphery was covered with a silver paste as a conductive material was pressed against the back surface of the silicon substrate while applying tension to the aluminum wire so that the cross section became circular. On the other hand, on the light-receiving surface side, a molybdenum wire (thin wire) whose periphery is covered with a silver paste, which is a conductive material, is pressed down from above the anti-reflection film so that the cross section becomes circular, so that the anti-reflection film is pressed. Placed on the membrane. After cutting and drying the excess metal wire, both the electrode disposed on the light receiving surface side of the substrate and the electrode disposed on the back surface of the substrate are simultaneously fired at 650 ° C. to form the electrode 37 and the electrode 38, I got a battery. In addition, as shown in FIG. 4B, even if the electrode arranged on the light receiving surface side of the substrate and the electrode arranged on the back surface of the substrate are separately fired, a solar cell similar to that of this embodiment can be obtained. did it.
[0045]
In the obtained solar cell, the same electrode as the light receiving surface was formed on the back surface of the substrate, so that the resistance of the electrode could be significantly reduced, and high conversion efficiency could be obtained. Further, when connecting a plurality of such solar cells, by connecting the thin wire fixed to the light receiving surface and the thin wire fixed to the back surface, the connection can be made easier than the connection by the interconnector shown in the eighth embodiment. Was completed.
[0046]
Example 12
FIG. 5 shows the structure of the solar cell of this example. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 5A. An n-type diffusion layer in which an n-type dopant is diffused is formed on the surface of a p-type silicon substrate to form a pn junction. An anti-reflection film, which is a titanium oxide film, is formed on the n-type diffusion layer. Next, an electrode 57 directly connected to the n-type diffusion layer is formed (FIG. 5B). An electrode 58 and a solder layer are formed on the back surface of the silicon substrate, and the electrode 57 on the light receiving surface side and the electrode 58 on the back surface have a structure in which the periphery of a thin wire made of molybdenum is covered with a conductive material Ag.
[0047]
The solar cell of this example was formed by the method shown in FIG. First, the surface of the p-type crystalline silicon substrate was texture-etched with an aqueous NaOH solution as an alkaline solution. Next, the silicon substrate is placed in a quartz tube furnace, a processing solution containing P is applied to the surface of the silicon substrate, and a heat treatment is performed at 900 ° C. for about 10 minutes, so that the surface of the silicon substrate has a depth of about 0.1 mm. A 3 μm n-type diffusion layer was formed (pn junction formation). Thereafter, a titanium oxide film having a thickness of about 80 nm was formed as an antireflection film by a normal pressure CVD method. Next, a molybdenum thin wire whose periphery is covered with a silver paste, which is a conductive material, was pressed against the rear surface of the silicon substrate while applying tension so that the cross section became circular. Then, without cutting the thin wire, on the light-receiving surface side of another solar cell created in the same manner, while applying tension to the thin wire made of molybdenum whose periphery is covered with the above-mentioned silver paste, while applying a tension, , And the same operation was performed on a plurality of solar cells to form a solar cell array. After the formation of the solar cell array, the excess metal wire was cut, dried, and fired at 650 ° C.
[0048]
Since the obtained solar cell row had no resistance caused by the connection of the electrodes, the electric resistance could be significantly reduced, and high conversion efficiency could be obtained. Further, by connecting the thin wire fixed to the light receiving surface to the back surface of the adjacent solar cell without cutting, the connection required in Example 11 became unnecessary. On the other hand, it has been found that the formation of an electrode having a high aspect ratio makes it possible to manufacture a solar cell with high efficiency and has a large effect on a substrate having large surface irregularities.
[0049]
The embodiments and examples disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, since an electrode is formed by a thin wire covered with a conductive material, a thin, thick electrode having a high aspect ratio and a low electric resistance can be formed, and an efficient solar cell can be provided. it can. In particular, the effect is remarkable for a substrate having large irregularities. In addition, since a thin wire covered with a conductive material is arranged on the surface of the substrate and then partially pressed to improve the adhesion at the pressed portion, a highly reliable solar cell can be provided. . Furthermore, by increasing the coating amount of the conductive material partially and pressurizing a portion having a large coating amount, the adhesiveness is improved, so that a highly reliable solar cell can be provided. In addition, since the interconnector can be easily connected to the pressurized and expanded portion, an efficient and inexpensive solar cell can be provided. On the other hand, thin wires can be applied to both surfaces of the substrate, and the same thin wires can connect solar cells. Therefore, a conventional interconnector is not required, and an efficient and inexpensive solar cell can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a solar cell of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing a solar cell of the present invention.
FIG. 3A is a plan view of a solar cell of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line BB in FIG.
FIGS. 4A and 4B are process diagrams showing a method for manufacturing a solar cell according to the present invention.
5A is a plan view of a solar cell of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 5A.
FIG. 6 is a process chart showing a method for manufacturing a solar cell of the present invention.
FIG. 7A is a plan view of a conventional solar cell, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.
FIG. 8 is a process diagram showing a conventional method for manufacturing a solar cell.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 11 solar cell, 12 p-type silicon substrate, 13 n-type diffusion layer, 14 antireflection film, 15 BSF layer, 16 aluminum electrode, 17 light-receiving surface side electrode, 18 back surface electrode.

Claims

In a method for manufacturing a solar cell including a step of forming a pn junction on a semiconductor substrate and a step of forming an electrode on the surface of the semiconductor substrate, the step of forming an electrode on the surface of the semiconductor substrate includes forming a periphery of the fine wire with a conductive material. A method for manufacturing a solar cell, comprising: a step of coating; a step of disposing the coated fine wire on a surface of a semiconductor substrate; and a step of firing the disposed fine wire.

The thin wire contains at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, C, W, Pt, Fe, Ti, Ni, Cr, Mo, and Si. Solar cell manufacturing method.

The method according to claim 1, wherein the conductive material includes at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, W, Pt, Ti, and Ni. .

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive material is a paste containing a metal powder, a glass frit, a resin, and a solvent.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fine wire has a maximum diameter of 20 to 100 m and a maximum diameter of 30 to 200 m after being coated with a conductive material.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein a cross section of the thin wire after the conductive material is coated is a circle, a triangle, or a square.

The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein after arranging the thin wire on the surface of the semiconductor substrate, both ends of the thin wire are pressed toward the substrate.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7, wherein there are a portion having a large amount of the conductive material on the thin wire and a portion having a small amount.

The method for manufacturing a solar cell according to claim 8, wherein a portion having a large amount of the conductive material is pressurized.

The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 9, wherein a wiring material for extracting electric power to the outside is connected on the electrode.

A solar cell comprising an electrode formed by arranging a thin wire whose periphery is covered with a conductive material on the surface of a semiconductor substrate and firing the thin wire.

The thin wire includes at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, C, W, Pt, Fe, Ti, Ni, Cr, Mo and Si. Solar cell.

The solar cell according to claim 11, wherein the conductive material includes at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, W, Pt, Ti, and Ni.

The solar cell according to any one of claims 11 to 13, wherein the fine wire has a maximum diameter of 20 to 100 µm, and the maximum diameter after coating with a conductive material is 30 to 200 µm.

The solar cell according to any one of claims 11 to 14, wherein a cross section of the thin wire after the conductive material is coated is a circle, a triangle, or a square.

The solar cell according to any one of claims 11 to 15, wherein a part of the electrode is wider than a majority of the electrode.

17. The solar cell according to claim 11, wherein a wiring material for extracting power to the outside is connected to the electrode.

The solar cell according to any one of claims 11 to 17, wherein a wiring material for connection between the solar cells is connected to the electrodes.

The solar cell according to any one of claims 11 to 18, wherein a plurality of solar cells are connected by a thin wire whose periphery is covered with a conductive material.