JPH06318723A - Photovoltaic element and its manufacture - Google Patents

Photovoltaic element and its manufacture

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JPH06318723A
JPH06318723A JP5107082A JP10708293A JPH06318723A JP H06318723 A JPH06318723 A JP H06318723A JP 5107082 A JP5107082 A JP 5107082A JP 10708293 A JP10708293 A JP 10708293A JP H06318723 A JPH06318723 A JP H06318723A
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JP
Japan
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photovoltaic element
electrode
layer
electrode layer
insulating layer
Prior art date
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Application number
JP5107082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuko Yokoyama
優子 横山
Tsutomu Murakami
勉 村上
Hirobumi Ichinose
博文 一ノ瀬
Akio Hasebe
明男 長谷部
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

PURPOSE:To improve the characteristics and reliability of a photovoltaic element by providing an electrode layer between an upper electrode and a grid electrode respectively composed of semiconductor layers and an insulating layer between the upper electrode and the electrode layer. CONSTITUTION:This element has at least semiconductor layers 103, 104, and 105 formed on a substrate 101 and a high-resistance electrode layer and a low- resistance electrode for preventing short-circuit currents. An insulating layer 107 is provided between the semiconductor layers 103, 104, and 105 and the electrode layer 108 and the electrode layer 108 is electrically connected to the semiconductor layer 103, 104, and 105 through the insulating layer 107. The layer 107 is composed of a high polymer resin selected from among polyester, ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic resin, epoxy resin, and polyurethane and has transmissivity of >=50% against the sunlight. Therefore, a photovoltaic element having high initial characteristics and excellent durability can be obtained, because the internal defect of the element can be sealed and the void content of the electrode layer can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、良好な特性を有し且つ
信頼性の高い光起電力素子およびその作製方法に係わ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic device having good characteristics and high reliability, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光起電力モジュールは、電卓、腕時計な
ど民生機器用の電源として広く応用されており、また、
石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替電力用として
実用化可能な技術として注目されている。この光起電力
モジュールに用いられる光起電力素子には、単結晶半導
体、多結晶半導体、薄膜半導体等がある。そのなかでも
薄膜光起電力素子は、単結晶光起電力素子に比較して大
面積の膜が作製でさることや、膜厚が薄くて済むこと、
任意の基板材料に堆積できることなどの長所があり有望
視されている。
2. Description of the Related Art Photovoltaic modules are widely applied as power sources for consumer equipment such as calculators and wristwatches.
It is drawing attention as a technology that can be put to practical use as an alternative power source for so-called fossil fuels such as oil and coal. The photovoltaic element used in this photovoltaic module includes a single crystal semiconductor, a polycrystalline semiconductor, a thin film semiconductor, and the like. Among them, the thin-film photovoltaic element is that a film having a large area can be produced as compared with the single crystal photovoltaic element, and that the film thickness can be thin.
It has advantages such as being able to be deposited on any substrate material, and is considered promising.

【0003】薄膜光起電力素子は半導体のpn接合、p
in接合、ショットキー接合等の半導体接合部に発生す
る拡散電位を利用した技術であり、シリコンなどの半導
体が太陽光を吸収して電子と正孔の光キャリヤーを生成
し、該光キャリヤーを接合部の拡散電位により生じた内
部電界でドリフトさせ、外部に取り出すものである。こ
のような光起電力素子の半導体材料としては、アモルフ
ァスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、ア
モルファスSiCなどのテトラヘドラル系のアモルファ
ス半導体を用いたものが拳げられる。
A thin film photovoltaic element is a semiconductor pn junction, p
This is a technology that uses the diffusion potential generated in a semiconductor junction such as an in-junction or a Schottky junction. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight to generate photocarriers for electrons and holes, and the photocarriers are joined. The internal electric field generated by the diffusion potential of the part causes the electric field to drift to the outside. As a semiconductor material for such a photovoltaic element, a material using a tetrahedral amorphous semiconductor such as amorphous silicon, amorphous silicon germanium, or amorphous SiC can be used.

【0004】アモルファスシリコン光起電力素子の構造
は、例えば基板上に薄膜のp層、i層、n層からなるp
in接合を積層して構成される。また、変換効率を向上
させるためにpin接合を2以上の直列に積層するいわ
ゆるタンデムセルも検討されている。半導体の光入射側
及び裏面側には上部電極及び下部電極の一対の電極が設
けられる。上部電極は透明導電膜であり、その上に集電
電極として光の入射を妨げないように櫛状のグリッド電
極が形成される。更にグリッド電極の電流を集合させる
バスバーが設けられる。グリッド電極はスパッタ法、蒸
着法などの真空プロセスを用いて形成することもできる
が、パターニングのためのマスクが必要であったり、マ
スク部分の蒸着材料が無駄になったり、成膜時間が長い
ことなどの量産性に問題がある。これに対し、導電性ペ
ーストを用いたスクリーン印刷法がスループットの高い
量産に適した方法として実用化されている。
The structure of an amorphous silicon photovoltaic element is, for example, a p layer composed of a thin p layer, an i layer and an n layer on a substrate.
It is configured by stacking in-junctions. In addition, a so-called tandem cell in which two or more pin junctions are stacked in series has been studied to improve conversion efficiency. A pair of electrodes, an upper electrode and a lower electrode, are provided on the light incident side and the back surface side of the semiconductor. The upper electrode is a transparent conductive film, and a comb-shaped grid electrode is formed thereon as a collector electrode so as not to prevent the incidence of light. Further, a bus bar for collecting the current of the grid electrode is provided. The grid electrode can be formed by using a vacuum process such as a sputtering method or an evaporation method, but a mask for patterning is required, the evaporation material of the mask portion is wasted, and the film formation time is long. There is a problem in mass productivity. On the other hand, a screen printing method using a conductive paste has been put into practical use as a method suitable for mass production with high throughput.

【0005】ところで、光起電力モジュールを例えば一
般家庭の電力供給用として用いる場合には約3KWの出
力が必要となり、変換効率10%の光起電力モジュール
を用いた場合30m2と、大面積の光起電力モジユール
が必要となる。しかしながら、光起電力素子の製造工程
上、大面積にわたって欠陥のない光起電力素子を作製す
ることは困難であり、例えば多結晶では粒界部分に低抵
抗な部分が生じてしまう。また、アモルファスシリコン
のような薄膜光起電力モジュ一ルにおいては、半導体層
の成膜時にダストの影響などによりピンホールや欠陥が
生じ、シャントやショートの原因となり、これらのシャ
ントやショートは変換効率を著しく低下させることが知
られている。
By the way, when the photovoltaic module is used, for example, for supplying electric power to general households, an output of about 3 KW is required, and when a photovoltaic module with a conversion efficiency of 10% is used, it has a large area of 30 m 2. Photovoltaic modules are required. However, in the manufacturing process of a photovoltaic element, it is difficult to manufacture a photovoltaic element having no defects over a large area. For example, in a polycrystal, a low resistance portion is generated in a grain boundary portion. Also, in thin-film photovoltaic modules such as amorphous silicon, pinholes and defects occur due to the influence of dust during semiconductor layer formation, causing shunts and shorts. Is known to be significantly reduced.

【0006】ピンホールや欠陥ができる原因とその影響
についてさらに詳しく述べると、例えばステンレス基板
上に堆積したアモルファスシリコン光起電力素子の場合
では、基板表面は完全に平滑な面とは言えず傷やへこ
み、あるいはスパイク状の突起が存在することや、基板
上に光を乱反射する目的で凹凸のあるバックリフレクタ
ーを設けたりするため、p、n層のように数10nmの
厚みの薄膜の半導体層がこのような表面を完全にカバー
出来無いこと、あるいは別の原因として成膜時のごみな
どによりピンホールが生じることなどが挙げられる。
The cause of pinholes and defects and their effects will be described in more detail. For example, in the case of an amorphous silicon photovoltaic element deposited on a stainless steel substrate, the substrate surface cannot be said to be a completely smooth surface and may be scratched or damaged. Due to the presence of dents or spike-like protrusions and the provision of a back reflector having irregularities on the substrate for the purpose of irregularly reflecting light, a thin semiconductor layer with a thickness of several tens nm, such as p and n layers, is formed. Such surface cannot be completely covered, or another cause is that pinholes are generated due to dust during film formation.

【0007】アモルファスシリコン光起電力素子におい
ては一般的に半導体自体のシート抵抗は高いため、半導
体全面にわたる透明な上部電極を必要とし、通常は、S
nO 2,ITO(In23+SnO2)のような反射防止
膜としても機能する透明導電膜を設ける。光起電力素子
の下部電極と上部電極との間の半導体がピンホールによ
り失われていて、下部電極と上部電極とが直接接触した
り、基板のスパイク状欠陥が上部電極と接触したり、半
導体層が完全に失われないまでも低抵抗なシャントまた
はショートとなっている場合には、光によって発生した
電流が上部電極を平行に流れて前記シャントまたはショ
ート部の低抵抗部分に流れ込むこととなり、発生した電
流を損失してしまう。微少な欠陥においても該欠陥に流
れ込む電流はかなり大きなものとなる。このような電流
損失があると光起電力素子の開放電圧が下がり、とりわ
け、光強度が低い場合には、光によって発生する電流と
シャントによるリーク電流との大きさがあまり変わらな
いため、顕著に開放電圧が下がることになる。さらに、
欠陥の位置がグリッド電極やバスバーから離れている場
合には、欠陥部分に流れ込むときの抵抗が大きいため電
流損失は比較的少ないが、欠陥部分がグリッド電極やバ
スバーの下にある場合には、欠陥により損失する電流は
より大きなものとなる。
Amorphous silicon photovoltaic devices
Generally, semiconductors have high sheet resistance, so semiconductors
Requires a transparent top electrode over the body, usually S
nO 2, ITO (In2O3+ SnO2Anti-reflective like
A transparent conductive film that also functions as a film is provided. Photovoltaic element
The semiconductor between the bottom and top electrodes of the
And the lower and upper electrodes made direct contact.
Board spike-like defects may come into contact with the upper electrode,
A shunt with low resistance, even if the conductor layer is not completely lost.
Is caused by light when it is short
Current flows in parallel through the upper electrode and the shunt or short
The current will flow into the low resistance part of the
The flow is lost. Even small defects flow to the defects.
The current flowing in is quite large. Such current
If there is a loss, the open circuit voltage of the photovoltaic element will drop and
If the light intensity is low, the current generated by the light and
The magnitude of the leakage current due to the shunt does not change much
Therefore, the open circuit voltage is significantly reduced. further,
If the position of the defect is far from the grid electrode or bus bar
In this case, the resistance when flowing into the defective part is large, so
The flow loss is relatively small, but the defective parts are
If it is below the bar, the current lost due to the defect is
It will be bigger.

【0008】一方、ピンホール状の欠陥部分では、半導
体層で発生した電荷が該欠陥部分にリークするばかりで
なく、水分との相互作用によりピンホール中にイオン性
の物質が生成するので、光起電力モジュ一ル使用時に、
使用時間の経過と共に次第に該欠陥部分の電気抵抗が低
下し、変換効率などの特性が劣化する現象が見られる。
On the other hand, at the pinhole-shaped defect portion, not only the charge generated in the semiconductor layer leaks to the defect portion, but also an ionic substance is generated in the pinhole due to the interaction with moisture, and When using the electromotive force module,
There is a phenomenon in which the electric resistance of the defective portion gradually decreases with the lapse of use time, and characteristics such as conversion efficiency deteriorate.

【0009】このような問題の対策としてシャント部分
を選択的に樹脂で埋める方法や、シャント部分に金属を
析出した後に陽極酸化法で絶縁化する方法などが提案さ
れている。
As measures against such a problem, a method of selectively filling the shunt portion with a resin, a method of depositing a metal on the shunt portion and then insulating the metal by an anodic oxidation method, and the like have been proposed.

【0010】例えば米国特許第4451970号公報に
開示されるように、素子の欠陥部を検出器によって検知
し、その後検出された欠陥部にアプリケータで絶縁体を
塗布する方法がある。また、特公昭62−40871号
公報に開示される方法では、フォトレジストを塗布して
ピンホールに充填し、露光、現像、リンス、焼成の工程
を行ってピンホールを塞ぐ方法である。
For example, as disclosed in US Pat. No. 4,451,970, there is a method of detecting a defective portion of an element with a detector and then applying an insulator to the detected defective portion with an applicator. Further, the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-40871 is a method of coating a photoresist and filling the pinhole, and then performing the steps of exposure, development, rinsing and baking to close the pinhole.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら米国特許
第4451970号公報に開示された発明においては、
まず欠陥を検出し、選択的に樹脂をつける必要があるた
め、工程が複雑となり、装置も大がかりとなる。また特
許公告62−40871に開示された発明では、フォト
レジスト塗布後、露光、現像するなど工程が複雑になる
ばかりでなく、透明基板上に堆積した薄膜の光起電力素
子にしか用いることができなかった。またどちらの方法
も最初から存在したシャントを塞いだ後に発生した欠陥
には対応できないという問題がある。
However, in the invention disclosed in US Pat. No. 4,451,970,
First, it is necessary to detect defects and selectively attach resin, which complicates the process and makes the device large. Further, in the invention disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-40871, not only the process of exposing and developing after applying a photoresist becomes complicated, but also it can be used only for a photovoltaic device of a thin film deposited on a transparent substrate. There wasn't. Further, neither of these methods has a problem in that it cannot deal with defects that occur after the existing shunt is closed.

【0012】そこで本発明者は、特に変換効率の大きな
低下原因となる、電極の下に存在する欠陥を封止するた
め、電極と半導体層との間に欠陥がある場合には抵抗と
して働き、光起電力素子によって発生する電流に対して
は抵抗とならない、短絡電流封止のための電極層を設け
る検討を行った。
Therefore, the present inventor seals a defect existing under the electrode, which causes a large decrease in conversion efficiency. Therefore, when there is a defect between the electrode and the semiconductor layer, the inventor works as a resistor. A study was made to provide an electrode layer for short-circuit current sealing, which does not become a resistance against the current generated by the photovoltaic element.

【0013】ところがこの電極層と半導体層との界面
で、前記電極層の空隙率が大きく密着性が悪いために、
電極と半導体層との間の抵抗が大きくなり集電の妨げと
なって効率が低下することを発見した。また、剥離が起
きたり、次第にリーク電流が生じ信頼性が低下すること
を見い出した。
However, at the interface between the electrode layer and the semiconductor layer, since the porosity of the electrode layer is large and the adhesion is poor,
It has been discovered that the resistance between the electrode and the semiconductor layer increases, which hinders current collection and reduces efficiency. Further, they have found that peeling occurs, and a leak current gradually occurs to lower reliability.

【0014】本発明の目的は、光起電力素子における前
述した問題および本発明の過程で生じた上述の問題を解
決して、特性の良好な光起電力素子の構造を提供するこ
とである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in a photovoltaic device and the above-mentioned problems caused in the process of the present invention, and to provide a structure of a photovoltaic device having good characteristics.

【0015】本発明の他の目的は、量産性が良く、信頼
性の高い光起電力素子の作製方法を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photovoltaic device which has good mass productivity and high reliability.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子で
は、基板上に、半導体層、短絡電流を防止するための高
抵抗電極層、及び低抵抗電極を少なくとも形成してなる
光起電力素子において、前記半導体と前記電極層との間
に絶縁層を設け、該絶縁層を通して前記電極層と前記半
導体層とを電気的に接続させたことを特徴とする。
In the photovoltaic device of the present invention, a photovoltaic device is formed by forming at least a semiconductor layer, a high resistance electrode layer for preventing a short circuit current, and a low resistance electrode on a substrate. In the element, an insulating layer is provided between the semiconductor and the electrode layer, and the electrode layer and the semiconductor layer are electrically connected through the insulating layer.

【0017】前記絶縁層は、ポリエステル、エチレン酢
酸ビニル共重合体、アクリル、エポキシ、およびポリウ
レタンの内から選ばれた高分子樹脂であることが好まし
く、太陽光に対する透過率が、50%以上であることが
好ましい。
The insulating layer is preferably a polymer resin selected from polyester, ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic, epoxy, and polyurethane, and has a transmittance of sunlight of 50% or more. It is preferable.

【0018】また、前記電極層は、導電性ペーストを用
いて形成されることが好ましく、また該導電性ペースト
はIn23、SnO2、ZnO、CdO、CdSnO4
ITO(In23+SnO2)、及びカーボンからなる
導電性フィラーの内の少なくとも一つとポリエステル、
エポキシ及びポリウレタンからなる高分子樹脂バインダ
ーの内の少なくとも一つを含むことが好ましい。
Further, the electrode layer is preferably formed by using a conductive paste, and the conductive paste is In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, CdO, CdSnO 4 ,
ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) and at least one of conductive fillers made of carbon and polyester,
It is preferable to include at least one of polymer resin binders composed of epoxy and polyurethane.

【0019】さらに、前記電極層の空隙率は、5%以下
であることが好ましい。
Further, the porosity of the electrode layer is preferably 5% or less.

【0020】また、本発明の光起電力素子作製方法は、
基板上に、半導体層、絶縁層、及び電極層を少なくとも
形成してなる光起電力素子の作製方法において、半導体
層形成後、高分子樹脂からなる絶縁層を形成し、更に高
分子樹脂バインダーを含む導電性ペーストを用いて電極
層を形成することを特徴とする。
Further, the method for producing a photovoltaic element of the present invention is
In a method for manufacturing a photovoltaic device, which comprises at least a semiconductor layer, an insulating layer, and an electrode layer formed on a substrate, an insulating layer made of a polymer resin is formed after the semiconductor layer is formed, and a polymer resin binder is further added. It is characterized in that the electrode layer is formed using a conductive paste containing the same.

【0021】前記絶縁層は、電着法、電解重合法、プラ
ズマ重合法、スピンコート法、ロールコート法およびデ
ィッピング法の内から選ばれた方法で形成される。
The insulating layer is formed by a method selected from electrodeposition, electrolytic polymerization, plasma polymerization, spin coating, roll coating and dipping.

【0022】また、前記導電性ペーストは前記高分子樹
脂を溶解する成分を含有し、電極層形成時に前記絶縁層
の一部を溶解するのが好ましい。
Further, it is preferable that the conductive paste contains a component capable of dissolving the polymer resin, and dissolves a part of the insulating layer when the electrode layer is formed.

【0023】[0023]

【作用及び実施態様例】本発明では、欠陥が封止され特
性及び信頼性の高い光起電力素子の構成として、半導体
層の上部電極とグリッド電極との間に電極層を設け、さ
らに上部電極と電極層の間に絶縁層を設けている。
According to the present invention, an electrode layer is provided between the upper electrode of the semiconductor layer and the grid electrode, and the upper electrode is provided as a structure of a photovoltaic element in which defects are sealed and which has high characteristics and reliability. An insulating layer is provided between the electrode layer and the electrode layer.

【0024】本発明の作用を説明するに当たって、まず
本発明を完成する過程で得た知見を説明する。
In explaining the operation of the present invention, the knowledge obtained in the process of completing the present invention will be described first.

【0025】欠陥部分への短絡電流を防ぐためには、欠
陥部分を絶縁性物質で覆えば良いが、欠陥部を検出して
塞ぐよりもグリッド電極と上部電極との間に電極層を設
け、光起電力素子によって発生する電流に対しては抵抗
とならずに、欠陥がある場合には抵抗として働くように
する方が簡便であり、後から発生するシャントにも対応
できる。しかしながら、グリッド電極と上部電極との間
にこの電極層のみを積層した場合は、空隙率が高くな
り、グリッド電極と上部電極との間の抵抗が非常に大き
くなって電流を損失したり、空隙が多数存在するために
剥離やリーク電流が生じ、信頼性が低いなどの問題が生
じてきた。
In order to prevent a short-circuit current to the defective portion, it is sufficient to cover the defective portion with an insulating material, but rather than detecting and closing the defective portion, an electrode layer is provided between the grid electrode and the upper electrode, and It is easier not to act as a resistance against the current generated by the electromotive force element, but to act as a resistance when there is a defect, and it is possible to cope with a shunt that occurs later. However, when only this electrode layer is laminated between the grid electrode and the upper electrode, the porosity becomes high, the resistance between the grid electrode and the upper electrode becomes very large, and the current is lost or the air gap is reduced. Since there are a large number of defects, peeling and leakage current occur, which causes problems such as low reliability.

【0026】これらの知見を基づいて、電極層と上部電
極との間に絶縁層を設けることで電極層の空隙率を下
げ、極めて優れた特性と信頼性の光起電力素子と、高歩
留まりの作製法を可能にしたのが本発明である。
Based on these findings, by providing an insulating layer between the electrode layer and the upper electrode, the porosity of the electrode layer can be reduced, and a photovoltaic element with extremely excellent characteristics and reliability and high yield can be obtained. The present invention enables the manufacturing method.

【0027】本発明の光起電力素子では、電極層となる
導電性ぺースト塗布時に、ペーストに含まれる溶剤また
は高分子樹脂バインダーのモノマーが、上部電極に積層
された絶縁層を部分的に溶解し、形成される電極層の空
隙率を下げると共に、導電性フィラーが上部電極と接触
し良好な電気的コンタクトをとることができることが特
微である。
In the photovoltaic device of the present invention, the solvent contained in the paste or the monomer of the polymer resin binder partially dissolves the insulating layer laminated on the upper electrode when the conductive paste serving as the electrode layer is applied. However, it is characteristic that the porosity of the formed electrode layer can be reduced and the conductive filler can come into contact with the upper electrode to make good electrical contact.

【0028】そこで絶縁層の物性に応じた導電性ペース
ト材料を選ぶ必要がある。すなわち絶縁層の上に電極層
を積層しても該電極層と上部電極のオーミックコンタク
トは充分でなく、グリッド電極に充分な電流を流すこと
ができない。しかし導電性ペーストに含まれる溶剤又は
高分子樹脂バインダーの未反応成分が絶縁層を溶解し、
導電性フィラーが上部電極に接触することにより、電極
層と上部電極とが充分に電気的に接触するようになる。
この場合欠陥部分と導電性フィラーの接触も同時に起こ
る可能性があるが、溶剤で溶けきれないバインダー及び
電極層が欠陥部分を被覆しているため、直接グリッド電
極を積層した場合と比較して適度な抵抗を生じ、ショー
トの程度は軽くなる。また、電極層を直接上部電極上に
積層した場合と比較すると、電極層の空隙率が低くな
り、密着性が改善される。
Therefore, it is necessary to select a conductive paste material according to the physical properties of the insulating layer. That is, even if an electrode layer is laminated on the insulating layer, the ohmic contact between the electrode layer and the upper electrode is not sufficient, and a sufficient current cannot flow through the grid electrode. However, the solvent or unreacted components of the polymer resin binder contained in the conductive paste dissolves the insulating layer,
When the conductive filler contacts the upper electrode, the electrode layer and the upper electrode come into sufficient electrical contact.
In this case, the contact between the defective part and the conductive filler may occur at the same time, but since the binder and the electrode layer that cannot be completely dissolved by the solvent cover the defective part, it is more appropriate than when directly laminating the grid electrode. Resistance, and the degree of short circuit is reduced. Further, as compared with the case where the electrode layer is directly laminated on the upper electrode, the porosity of the electrode layer is reduced and the adhesion is improved.

【0029】さらにこの密着した電極層上にグリッド電
極を積層することで、配線の抵抗を小さくできる。また
電極層だけでなく絶縁層も、シャントやショートの原因
となる半導体層の欠陥部分を被覆して絶縁するため、シ
ョートを抑制することができる。
Further, by laminating the grid electrode on the electrode layer in close contact, the resistance of the wiring can be reduced. Further, not only the electrode layer but also the insulating layer covers and insulates the defective portion of the semiconductor layer that causes the shunt or short circuit, so that the short circuit can be suppressed.

【0030】本発明の内容を図1を用いて詳細に説明す
る。本発明は図1により限定されるものではない。図1
において、100は光起電力素子本体、101は基板、
102は下部電極、103はn層、104はi層、10
5はp層、106は上部電極、107は絶縁層、108
は電極層、109はグリッド電極、111は欠陥部分を
表す。
The contents of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The present invention is not limited to FIG. Figure 1
, 100 is a photovoltaic element body, 101 is a substrate,
102 is a lower electrode, 103 is an n layer, 104 is an i layer, 10
5 is a p-layer, 106 is an upper electrode, 107 is an insulating layer, 108
Is an electrode layer, 109 is a grid electrode, and 111 is a defective portion.

【0031】欠陥部分111は基板の凹凸や成膜時のダ
ストなどの原因で生じる低抵抗部分である。また、製造
初期には正常であっても使用中に低抵抗化した部分をも
表している。
The defective portion 111 is a low resistance portion caused by unevenness of the substrate or dust during film formation. Further, it also indicates a portion where the resistance is lowered during use even though the portion is normal in the initial stage of manufacture.

【0032】本発明で用いられる絶縁層107は、導電
性ペーストからなる短絡電流封止のための電極層108
を形成するときに、電極層108の空隙率を下げる役目
を持つ。絶縁層107は、光起電力素子上の太陽光が入
射する面に積層されるものであるため、太陽光の入射を
妨げないように太陽光に対する透過率が90%以上であ
ることが好ましく、また欠陥を封止するために絶縁性で
ある。また、光起電力モジュールとして屋外で使用する
場合の環境を考え、耐候性が良く、熱、湿度及び光に対
する安定性が要求される。また、場合によっては、光起
電力モジュールが曲げられたり衝撃が与えられるため、
機械的な強度も合わせ持つ必要がある。このような材料
としては高分子樹脂が好適であり、具体的にはポリエス
テル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、エ
ポキシ樹脂、ウレタン等が用いられる。前記高分子樹脂
の好適な分子量としては数平均分子量が1〜2万程度で
ある。また、膜厚としては、電気的絶縁性が保たれ、且
つ光透過性が損なわれないことが好ましいことから高分
子樹脂の種類により適宜選択されるが代表的には数μm
位が適当である。
The insulating layer 107 used in the present invention is an electrode layer 108 made of a conductive paste for sealing a short circuit current.
Has the role of lowering the porosity of the electrode layer 108 when forming. Since the insulating layer 107 is laminated on the surface of the photovoltaic element on which sunlight is incident, the transmittance for sunlight is preferably 90% or more so as not to prevent the incidence of sunlight. It is also insulative to seal defects. Also, considering the environment when used outdoors as a photovoltaic module, it is required to have good weather resistance and stability against heat, humidity and light. Also, in some cases, the photovoltaic module may be bent or impacted,
It is necessary to have mechanical strength as well. A polymer resin is suitable as such a material, and specifically, polyester, ethylene vinyl acetate copolymer, acrylic resin, epoxy resin, urethane or the like is used. A number average molecular weight of the polymer resin is preferably about 1 to 20,000. The film thickness is preferably selected according to the type of polymer resin because it is preferable that the electrical insulation is maintained and the light transmittance is not impaired, but typically several μm.
The place is appropriate.

【0033】このような高分子樹脂を積層する方法とし
ては、通常の方法が用いられるが、例えば溶剤に溶かし
てスピンコートやディッピングする方法、熱で溶融して
ローラーでコーティングする方法、電解重合で堆積する
方法、電着で堆積する方法、プラズマ重合による方法な
どが用いられ、高分子樹脂の物性及び所望の膜厚など諸
条件から適宜決定されるが、量産性の観点からはディッ
ピング法、ローラーコート法、電着法などが好適であ
る。
As a method for laminating such a polymer resin, an ordinary method is used, for example, a method of dissolving in a solvent and performing spin coating or dipping, a method of melting by heat and coating with a roller, and an electrolytic polymerization. A method of depositing, a method of depositing by electrodeposition, a method by plasma polymerization, etc. are used and appropriately determined from various conditions such as physical properties of the polymer resin and a desired film thickness, but from the viewpoint of mass productivity, a dipping method, a roller A coating method, an electrodeposition method and the like are suitable.

【0034】絶縁層107の厚みは、ピンホールが無い
こと、湿度に対するバリヤ性が充分なこと、密着性や柔
軟性などの要求から決められるが、1μm以下ではピン
ホールとなり易く、30μm以上では柔軟性が損なわれ
るため1〜30μm程度が好適である。
The thickness of the insulating layer 107 is determined by requirements such as no pinholes, sufficient barrier properties against humidity, adhesion and flexibility, but if the thickness is 1 μm or less, it easily becomes pinholes, and if it is 30 μm or more, it is flexible. Since the property is impaired, the thickness is preferably about 1 to 30 μm.

【0035】本発明で用いられる電極層108は、グリ
ッド電極109を形成する際のパターンとなるものであ
る。材料としては導電性フィラー、ポリマーからなるバ
インダー、及び前記バインダーを溶解する溶剤を適度な
比率で混合し、ペースト状とした導電性ペーストが挙げ
られる。
The electrode layer 108 used in the present invention serves as a pattern for forming the grid electrode 109. Examples of the material include a conductive paste, a binder made of a polymer, and a conductive paste which is made into a paste by mixing a solvent that dissolves the binder in an appropriate ratio.

【0036】この導電性ペーストはIn23、Sn
2、ZnO、CdO、CdSnO4、ITO(In23
+SnO2)、カーボンの内少なくとも一つの導電性フ
ィラーを含み、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタン
の内少なくとも一つの高分子樹脂バインダーを含むこと
が望ましい。さらに、導電性ペーストに含まれる前記高
分子樹脂(絶縁層)を溶解する成分は酢酸エチル、メチ
ルエチルケトン、トルエンの内少なくとも一つである
か、または前記高分子樹脂バインダーの未反応成分であ
ることが望ましい。この電極層108の好適な抵抗値と
しては、グリッドの設計や、光起電力素子の動作点での
電流値、欠陥の大きさなどにより決定されるが、膜厚1
0μmの時は比抵抗としては0.1Ωcm〜100Ωc
mが好ましく、この範囲では、シャントに対し充分な抵
抗となり、且つ光起電力素子で発生した電流に対しては
無視できる程度の抵抗値となる。
This conductive paste is composed of In 2 O 3 and Sn.
O 2 , ZnO, CdO, CdSnO 4 , ITO (In 2 O 3
+ SnO 2 ), containing at least one conductive filler of carbon, and preferably containing at least one polymer resin binder of polyester, epoxy or polyurethane. Further, the component that dissolves the polymer resin (insulating layer) contained in the conductive paste is at least one of ethyl acetate, methyl ethyl ketone, and toluene, or is an unreacted component of the polymer resin binder. desirable. The preferable resistance value of the electrode layer 108 is determined by the grid design, the current value at the operating point of the photovoltaic element, the size of the defect, etc.
When 0 μm, the specific resistance is 0.1 Ωcm to 100 Ωc
m is preferable, and in this range, the resistance is sufficient for the shunt, and the resistance value is negligible for the current generated in the photovoltaic element.

【0037】これらの電極層の積層は、スクリーン印刷
法を用いることにより生産性良く作製できる。スクリー
ン印刷法はナイロンやステンレスで出来たメッシュに所
望のパターニングを施したスクリーンを用いて導電性ペ
ーストを印刷インキとして用いるものであり線幅として
は、最小で50μm位とすることができる。スクリーン
印刷した導電性ペーストはバインダーを架橋させるため
と溶剤を揮発させるために乾燥炉で加熱する。
The lamination of these electrode layers can be produced with good productivity by using the screen printing method. In the screen printing method, a conductive paste is used as a printing ink by using a screen in which a mesh made of nylon or stainless steel is subjected to desired patterning, and the line width can be about 50 μm at the minimum. The screen-printed conductive paste is heated in a drying oven to crosslink the binder and volatilize the solvent.

【0038】また、電極層108のパターン形成をスク
リーン印刷で行う場合、導電性ペーストの粘度は100
0cps〜10万cps程度あることが望ましい。ま
た、光起電力モジュールを屋外で使用する場合には、湿
度、温度に耐えるような耐候性が必要である。
When the pattern formation of the electrode layer 108 is performed by screen printing, the conductive paste has a viscosity of 100.
It is desirable that it is about 0 cps to 100,000 cps. In addition, when the photovoltaic module is used outdoors, it is necessary to have weather resistance that can withstand humidity and temperature.

【0039】電極層108の形態はグリッド電極109
のパターンと同様のパターンに形成されるものであり、
グリッド電極109を積層する時にアライメントを容易
にするためと、グリッド電極109に用いる金属の湿度
の影響によるマイグレーションなどを防ぐために、グリ
ッド電極109よりもやや広めに形成することが好まし
く、1〜5倍とすることが好ましい。この場合グリッド
電極109以外の部分の電極層108によるシャドーロ
スを生じないように光起電力素子の分光感度がある波長
に対しては透明であることが好ましい。
The form of the electrode layer 108 is the grid electrode 109.
It is formed in the same pattern as the pattern of
In order to facilitate alignment when stacking the grid electrode 109 and to prevent migration due to the influence of humidity of the metal used for the grid electrode 109, it is preferable to form the electrode slightly wider than the grid electrode 109, and it is 1 to 5 times larger. It is preferable that In this case, it is preferable that the photovoltaic element is transparent to a wavelength having spectral sensitivity so as to prevent shadow loss due to the electrode layer 108 other than the grid electrode 109.

【0040】本発明の光起電力素子はグリッド電極の下
部に比較的抵抗の高い電極層を形成し、さらにこの高抵
杭の電極層と半導体層との間に絶縁層を設けて電極層の
空隙率を下げたことで、シャントやショートによる電流
リークを少なくするとともに、グリッド電極と上部電極
との密着性を高めて抵抗を小さくした構成であるため、
アモルファスシリコン光起電力素子に好適に適用できる
ものであるが、同様の構成は単結晶、多結晶系あるいは
シリコン以外の半導体を用いた光起電力素子、ショット
キー接合型の光起電力素子などにも適用できることは言
うまでもない。
In the photovoltaic element of the present invention, an electrode layer having a relatively high resistance is formed under the grid electrode, and an insulating layer is provided between the electrode layer of this high resistance pile and the semiconductor layer to form the electrode layer. By reducing the porosity, current leakage due to shunts and short circuits is reduced, and the resistance between the grid electrode and the upper electrode is improved by reducing the resistance.
Although it can be suitably applied to an amorphous silicon photovoltaic element, a similar configuration is applicable to a photovoltaic element using a single crystal, a polycrystalline system or a semiconductor other than silicon, a Schottky junction type photovoltaic element, etc. It goes without saying that it is also applicable.

【0041】以下に、本発明の光起電力素子の実施態様
例について図1〜3を用いて説明するが本発明の内容は
これらに限定されるものではない。
Examples of embodiments of the photovoltaic element of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3, but the contents of the present invention are not limited to these.

【0042】本発明の光起電力素子の好適な構成例を図
に模式的に示す。図1は基板と反対側から光入射するシ
ングルセル構造のアモルファスシリコン光起電力素子の
断面図、図2は図1の構成の光起電力素子を光入射側か
ら見た平面図であり、約10cmの長さのグリッドが3
列形成されていて各列の中央にバスバーが設けられてい
る。図3はトリプルセル構成の断面図である。
A suitable configuration example of the photovoltaic element of the present invention is schematically shown in the drawing. FIG. 1 is a cross-sectional view of an amorphous silicon photovoltaic element having a single cell structure in which light is incident from the side opposite to the substrate, and FIG. 2 is a plan view of the photovoltaic element having the configuration of FIG. 3 grids 10 cm long
The rows are formed and a bus bar is provided at the center of each row. FIG. 3 is a cross-sectional view of a triple cell configuration.

【0043】さらに、図示しないがガラス基板上に堆積
したアモルファスシリコン光起電力素子、単結晶、多結
晶等の結晶系光起電力素子や薄膜多結晶光起電力素子に
おいても本発明の思想を用いた構成は適用可能であるこ
とは言うまでもない。
Further, although not shown, the idea of the present invention is applied to an amorphous silicon photovoltaic element deposited on a glass substrate, a crystalline photovoltaic element such as a single crystal or a polycrystal, and a thin film polycrystalline photovoltaic element. It goes without saying that the configuration that has been used is applicable.

【0044】基板101はアモルファスシリコンのよう
な薄膜の光起電力素子の場合の半導体層103、10
4、105を機械的に支持する部材であり、また場合に
よっては電極として用いられる。基板101は、半導体
層103,104,105を成膜するときの加熱温度に
耐える耐熱性が要求されるが導電性のものでも電気絶縁
性のものでも良い。導電性の材料としては、具体的には
Fe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,
V,Ti,Pt,Pb,Ti等の金属またはこれらの合
金、例えば真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複
合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられ、
電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱
性合成樹脂のフィルムまたはシート又はこれらとガラス
ファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、
金属繊維等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂
シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び/またはSi
2,Si34,Al23,AlN等の絶縁性薄膜をス
パッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処
理を行ったものおよび、ガラス、セラミックスなどが挙
げられる。
The substrate 101 is like amorphous silicon
Layer 103, 10 in case of thin film photovoltaic device
4, 105 is a member that mechanically supports the
Therefore, it is used as an electrode. Substrate 101 is a semiconductor
To the heating temperature when forming the layers 103, 104, 105
Electrical resistance is required even if it is conductive, although it must withstand heat
It can be sex. As the conductive material, specifically,
Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta,
Metals such as V, Ti, Pt, Pb, and Ti, or their combination
Gold, for example brass, stainless steel, etc.
Coalesce, carbon sheet, galvanized steel sheet, etc.
Polyester and polyethylene are used as electrically insulating materials.
Resin, polycarbonate, cellulose acetate, polyp
Ropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, poly
Heat resistance of styrene, polyamide, polyimide, epoxy, etc.
Synthetic resin film or sheet or glass with these
Fiber, carbon fiber, boron fiber,
Composites with metal fibers, thin plates of these metals, resins
Metal thin film and / or Si made of different materials on the surface of sheet etc.
O 2, Si3NFour, Al2O3, Insulating thin film such as AlN
Surface coating process by the putter method, vapor deposition method, plating method, etc.
And the glass, ceramics, etc.
You can

【0045】下部電極102は、半導体層103,10
4,105で発生した電力を取り出すための一方の電極
であり、半導体103に対してはオーミックコンタクト
となるような仕事関数を持つことが要求される。材料と
しては、Al,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,
W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真ちゅう,ニ
クロム,SnO2,In23,ZnO,ITO等のいわ
ゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物(TC
O)等が用いられる。下部電極102の表面は平滑であ
ることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合には
テクスチャー化しても良い。また、基板101が導電性
であるときは下部電極102は特に設ける必要はない。
The lower electrode 102 is composed of the semiconductor layers 103 and 10
It is one electrode for taking out the electric power generated at 4, 105, and is required to have a work function for forming an ohmic contact with the semiconductor 103. As the material, Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo,
W, Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, so-called metal simple substance or alloy such as ITO, and transparent conductive oxide (TC)
O) or the like is used. Although the surface of the lower electrode 102 is preferably smooth, it may be textured if it causes irregular reflection of light. Further, when the substrate 101 is conductive, the lower electrode 102 need not be provided.

【0046】下部電極の作製法には、メッキ、蒸着、ス
パッタ等の方法を用いる。上部電極の作製方法として
は、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタ
リング法、スプレー法等を用いることができ所望に応じ
て適宜選択される。
As a method of manufacturing the lower electrode, a method such as plating, vapor deposition, sputtering or the like is used. As a method for manufacturing the upper electrode, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam heating vapor deposition method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.

【0047】本発明に用いられる光起電力素子の半導体
層としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、
単結晶シリコン等が挙げられる。アモルファスシリコン
光起電力素子においてi層104を構成する半導体材料
としては、a−Si:H、a−Si:F、a−Si:
H:F、a−SiGe:H、a−SiGe:F、a−S
iGe:H:F、a−SiC:H、a−SiC:F、a
−SiC:H:F等のいわゆる第IV族及び第IV族合
金系アモルファス半導体が挙げられる。p層105また
はn層103を構成する半導体材料としては、前述した
i層104を構成する半導体材料に価電子制御剤をドー
ピングすることによって得られる。また原料としては、
p型半導体を得るための価電子制御剤としては周期律表
第III族の元素を含む化合物が用いられる。第III
族の元素としては、B、Al、Ga、Inが挙げられ
る。n型半導体を得るための価電子制御剤としては周期
律表第Vの元素を含む化合物が用いられる。第V族の元
素としては、P、N、As、Sbが挙げられる。
As the semiconductor layer of the photovoltaic element used in the present invention, amorphous silicon, polycrystalline silicon,
Single crystal silicon and the like can be mentioned. As the semiconductor material forming the i layer 104 in the amorphous silicon photovoltaic element, a-Si: H, a-Si: F, a-Si:
H: F, a-SiGe: H, a-SiGe: F, a-S
iGe: H: F, a-SiC: H, a-SiC: F, a
Examples include so-called group IV and group IV alloy-based amorphous semiconductors such as -SiC: H: F. The semiconductor material forming the p-layer 105 or the n-layer 103 can be obtained by doping the above-mentioned semiconductor material forming the i-layer 104 with a valence electron control agent. Also, as a raw material,
A compound containing an element of Group III of the periodic table is used as a valence electron control agent for obtaining a p-type semiconductor. No. III
Examples of the group element include B, Al, Ga, and In. As the valence electron control agent for obtaining the n-type semiconductor, a compound containing an element of the periodic table V is used. Examples of the Group V element include P, N, As, and Sb.

【0048】アモルファスシリコン半導体層の成膜法と
しては、蒸着法、スパッタ法、RFプラズマCVD法、
マイクロ波プラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、
LPCVD法等の公知の方法を所望に応じて用いる。工
業的に採用されている方法としては、原料ガスをRFプ
ラズマで分解し、基板上に堆積させるRFプラズマCV
D法が好んで用いられる。さらに、RFプラズマCVD
においては、原料ガスの分解効率が約10%と低いこと
や、堆積速度が0.1nm/secから1nm/sec
程度と遅いという問題があるがこの点を改良した成膜法
としてマイクロ波プラズマCVD法が注目されている。
以上の成膜を行うための反応装置としては、バッチ式の
装置や連続成膜装置などの公知の装置が所望に応じて使
用できる。本発明の光起電力素子においては、分光感度
や電圧の向上を目的として半導体接合を2以上積層する
いわゆるタンデムセルにも用いることが出来る。
As the film forming method of the amorphous silicon semiconductor layer, vapor deposition method, sputtering method, RF plasma CVD method,
Microwave plasma CVD method, ECR method, thermal CVD method,
A known method such as the LPCVD method is used as desired. As an industrially adopted method, RF plasma CV in which a raw material gas is decomposed by RF plasma and deposited on a substrate
Method D is preferably used. Furthermore, RF plasma CVD
The decomposition efficiency of the source gas is as low as about 10%, and the deposition rate is from 0.1 nm / sec to 1 nm / sec.
The microwave plasma CVD method has been attracting attention as a film forming method that improves this point, although it has a problem of being relatively slow.
As a reaction apparatus for performing the above film formation, a known apparatus such as a batch type apparatus or a continuous film forming apparatus can be used as desired. The photovoltaic element of the present invention can also be used in a so-called tandem cell in which two or more semiconductor junctions are stacked for the purpose of improving spectral sensitivity and voltage.

【0049】上部電極106は、半導体層103,10
4,105で発生した起電力を取り出すための電極であ
り、前記下部電極102と対をなすものである。上部電
極106はアモルファスシリコンのようにシート抵抗が
高い半導体の場合に必要であり、結晶系の光起電力素子
ではシート抵抗が低いため特に必要としない。また、上
部電極106は、光入射側に位置するため、透明である
ことが必要で、透明電極とも呼ばれる。上部電極106
は、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率良
く吸収させるために光の透過率が85%以上であること
が望ましく、さらに、電気的には光で発生した電流を半
導体層に対し横方向に流れるようにするためシート抵抗
値は100Ω/□以下であることが望ましい。このよう
な特性を備えた材料としてSnO2,In23,Zn
O,CdO,CdSnO4,ITO(In23+Sn
2)などの金属酸化物が挙げられる。
The upper electrode 106 is composed of the semiconductor layers 103 and 10
Electrodes for extracting the electromotive force generated at 4, 105, which form a pair with the lower electrode 102. The upper electrode 106 is necessary in the case of a semiconductor having a high sheet resistance such as amorphous silicon, and is not particularly necessary in a crystalline photovoltaic element since it has a low sheet resistance. Further, since the upper electrode 106 is located on the light incident side, it needs to be transparent and is also called a transparent electrode. Upper electrode 106
Has a light transmittance of 85% or more in order to efficiently absorb light from the sun or a white fluorescent lamp into the semiconductor layer. Furthermore, electrically, a current generated by light is applied to the semiconductor layer. On the other hand, it is desirable that the sheet resistance value is 100Ω / □ or less so that the sheet flows in the lateral direction. As materials having such characteristics, SnO 2 , In 2 O 3 , Zn
O, CdO, CdSnO 4 , ITO (In 2 O 3 + Sn
Metal oxides such as O 2 ) may be mentioned.

【0050】次にグリッド電極109は半導体層10
3,104,105で発生した起電力を取り出すための
電極である。グリッド電極109は櫛上に形成され、半
導体層105あるいは上部電極106のシート抵抗の大
きさから好適な幅やピッチなどが決定される。グリッド
電極109は比抵抗が低く光起電力素子の直列抵抗とな
らないことが要求され、所望の比抵抗としては10-2Ω
cm〜10-6Ωcmであり、材料としては、Ti、C
r、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、Sn、Pt等
の金属またはこれらの合金や半田が用いられる。
Next, the grid electrode 109 is the semiconductor layer 10
It is an electrode for taking out the electromotive force generated at 3, 104 and 105. The grid electrode 109 is formed on a comb, and a suitable width and pitch are determined from the magnitude of the sheet resistance of the semiconductor layer 105 or the upper electrode 106. The grid electrode 109 is required to have a low specific resistance and not become a series resistance of the photovoltaic element, and a desired specific resistance is 10 -2 Ω.
cm to 10 −6 Ωcm, and the materials are Ti and C
Metals such as r, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn and Pt, or alloys or solders thereof are used.

【0051】グリッド電極109は櫛状であるため、形
成方法としては、所望の形状のマスクパターンを用い
た、スパッタリング法、抵抗加熱法、CVD法等が用い
られる。あるいは全面に金属層を蒸着した後にエッチン
グしてパターニングする方法、光CVDにより直接グリ
ッド電極パターンを形成する方法、グリッド電極のネガ
パターンのマスクを形成した後にメッキ法により形成す
る方法、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成する
方法などがある。
Since the grid electrode 109 is comb-shaped, a sputtering method, a resistance heating method, a CVD method or the like using a mask pattern of a desired shape is used as a forming method. Alternatively, a method of depositing a metal layer on the entire surface and then patterning by etching, a method of directly forming a grid electrode pattern by photo CVD, a method of forming a negative pattern mask of the grid electrode and then forming by a plating method, and a conductive paste are used. There is a method of forming by screen printing.

【0052】本発明において用いられるバスバー110
は、グリッド電極109を流れる電流を更に一端に集め
るための電極である。電極材料としてはAg、Pt、C
u、等の金属やこれらの合金からなるものを用いること
ができ、形態としてはワイヤー状、箔状のものを張り付
けたりグリッド電極109と同様の導電性ペーストを用
いても良い。箔状のものとしては例えば銅箔や、或いは
銅箔にスズメッキしたものであり、場合によっては接着
剤付きのものが用いられる。
Bus bar 110 used in the present invention
Is an electrode for further collecting the current flowing through the grid electrode 109 at one end. Ag, Pt, C as electrode materials
It is possible to use a metal such as u or an alloy thereof, and as a form, a wire-shaped or foil-shaped one may be attached, or a conductive paste similar to the grid electrode 109 may be used. The foil-shaped material is, for example, a copper foil, or a copper foil plated with tin, and in some cases, a material with an adhesive is used.

【0053】バスバー110の形成方法としては、金属
ワイヤーを導電性接着剤で固定したり、銅箔を張り付け
たりあるいは、グリッド電極109と同様に形成しても
良い。
As a method of forming the bus bar 110, a metal wire may be fixed with a conductive adhesive, a copper foil may be attached, or the bus bar 110 may be formed similarly to the grid electrode 109.

【0054】以上のように作製された光起電力モジュー
ルは、屋外使用の際、耐候性を良くし機械的強度を保つ
ために公知の方法でエンカプシュレーションをしてモジ
ュール化される。具体的なエンカプシュレーション用材
料としては、接着層については、光起電力素子との接着
性、耐候性、緩衝効果の点でEVA(エチレンビニール
アセテート)が好適に用いられる。また、さらに耐湿性
や耐傷性を向上させるために、表面保護層としては弗素
系の樹脂が積層される。弗素系の樹脂としては、例えば
4フッ化エチレンの重合体TFE(デュポン製テフロン
など)、4フッ化エチレンとエチレンの共重合体ETF
E(デュポン製テフゼルなど)、ポリフッ化ビニル(デ
ュポン製テドラーなど)、ポリクロロフルオロエチレン
CTFE(ダイキン工業製ネオフロン)等が挙げられ
る。またこれらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えるこ
とで耐候性を向上させても良い。
The photovoltaic module produced as described above is modularized by encapsulation by a known method in order to improve weather resistance and maintain mechanical strength when used outdoors. As a specific encapsulation material, EVA (ethylene vinyl acetate) is preferably used for the adhesive layer in terms of adhesiveness to the photovoltaic element, weather resistance, and buffering effect. Further, in order to further improve the moisture resistance and the scratch resistance, a fluorine resin is laminated as the surface protective layer. Examples of the fluorine-based resin include a polymer TFE of tetrafluoroethylene (such as Teflon manufactured by DuPont) and a copolymer ETF of ethylene tetrafluoride and ethylene.
Examples thereof include E (Tefzel manufactured by DuPont), polyvinyl fluoride (Tedlar manufactured by DuPont), and polychlorofluoroethylene CTFE (Neotron manufactured by Daikin Industries). Further, weather resistance may be improved by adding a known ultraviolet absorber to these resins.

【0055】エンカプシュレーションの方法としては、
例えば真空ラミネーターのような公知の装置を用いて、
光起電力素子基板と前記樹脂フイルムとを真空中で加熱
圧着する方法が望ましい。
As a method of encapsulation,
Using a known device such as a vacuum laminator,
A method in which the photovoltaic element substrate and the resin film are heated and pressed in vacuum is desirable.

【0056】[0056]

【実施例】本発明の光起電力素子の構成および本発明の
光起電力素子作製方法について、実施例に基づいて群し
く説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。
EXAMPLES The structure of the photovoltaic element of the present invention and the method for producing the photovoltaic element of the present invention will be described in groups based on examples, but the present invention is not limited to these examples. .

【0057】(実施例1)図1に示す層構成でグリッド
長が10cmのバスバー付きのpin接合型シングルセ
ル構成の光起電力素子100Aを以下のようにして作製
した。
(Example 1) A photovoltaic element 100A having a pin junction type single cell structure with a bus bar having a grid length of 10 cm and having the layer structure shown in FIG. 1 was manufactured as follows.

【0058】まず、十分に脱脂、洗浄を行ったSUS4
30BA製基板(幅30cm×長さ30cm、厚み0.
2mm)101をDCスパッタ装置に入れAgを400
nm堆積し、その後ZnOを400nm堆積して下部電
極102を形成した。基板101を取り出し、RFプラ
ズマCVD成膜装置に入れ、n層103、i層104、
p層105の順で堆積を行った。その後、抵抗加熱の蒸
着装置に入れて、酸素を導入しながら1×10-4Tor
rの内圧に保ち、InとSnの合金を抵抗加熱により蒸
着し、反射防止効果を兼ねた透明なITOの上部電極1
06を70nm堆積した。
First, SUS4 that has been thoroughly degreased and washed
30BA substrate (width 30 cm x length 30 cm, thickness 0.
2mm) 101 is put in a DC sputtering device and Ag is set to 400
nm, and then ZnO was deposited to 400 nm to form the lower electrode 102. The substrate 101 is taken out and placed in an RF plasma CVD film forming apparatus, and the n layer 103, i layer 104,
Deposition was performed in order of the p layer 105. Then, it is put in a resistance heating vapor deposition apparatus and 1 × 10 −4 Tor is introduced while introducing oxygen.
A transparent ITO upper electrode 1 which also functions as an anti-reflection effect by keeping an internal pressure of r and depositing an alloy of In and Sn by resistance heating.
06 was deposited to 70 nm.

【0059】次に、基板101をディッピング装置に設
置し、ブチラール樹脂からなる絶縁層107をコーティ
ングした。なお、コーテイングしたブチラール樹脂の膜
厚は3μmであった。次に熱風オーブンの温度を150
℃に保持し、基板101を投入し、ブチラール樹脂の硬
化を行った。
Next, the substrate 101 was placed in a dipping device and coated with an insulating layer 107 made of butyral resin. The thickness of the coated butyral resin was 3 μm. Next, set the temperature of the hot air oven to 150
The temperature was kept at 0 ° C., the substrate 101 was charged, and the butyral resin was cured.

【0060】その後、基板101をオーブンから取り出
して冷却後、基板101をスクリーン印刷機に設置し、
幅300μm、長さ10cmの電極層108を間隔5m
mで3列印刷した。このとき、導電性ペーストはITO
粉80重量%、エポキシ系バインダー20重量%、溶剤
としてブチルセルロースアセテートを10重量%含む組
成のものを用いた。
After that, the substrate 101 was taken out from the oven and cooled, and then the substrate 101 was set in a screen printing machine.
The electrode layer 108 having a width of 300 μm and a length of 10 cm is separated by 5 m.
3 rows were printed with m. At this time, the conductive paste is ITO
A composition containing 80% by weight of powder, 20% by weight of an epoxy binder, and 10% by weight of butyl cellulose acetate as a solvent was used.

【0061】次に、熱風オーブンの温度を180℃に保
持し、基板101を投入し、ITOペーストの硬化を行
った。その後、基板101をオーブンから取り出して冷
却後、基板101をスクリーン印刷機に設置し、幅20
0μm長さ10cmのグリッド電極109を間隔1cm
で印刷した。電極材料としてはAgペーストを用いた。
印刷後、基板101を前記オーブンに入れて160℃で
30分間保持し、導電性ペーストをキュアした。なお、
電極層108及びグリッド電極109の厚みはともに、
10μmであった。
Next, the temperature of the hot air oven was maintained at 180 ° C., the substrate 101 was charged, and the ITO paste was cured. After that, the substrate 101 is taken out of the oven and cooled, and then the substrate 101 is installed in a screen printing machine and a width of 20
The grid electrodes 109 having a length of 0 μm and a length of 10 cm are spaced by 1 cm.
Printed in. Ag paste was used as the electrode material.
After printing, the substrate 101 was placed in the oven and held at 160 ° C. for 30 minutes to cure the conductive paste. In addition,
The thicknesses of the electrode layer 108 and the grid electrode 109 are both
It was 10 μm.

【0062】さらに、幅5mmの接着剤付き銅箔のバス
バー110を接着し、図2に示す30cm×30cm角
のシングルセルを作製した。図2において、101は基
板、102〜106は下部電極、半導体層、上部電極、
109はグリッド、110はバスバーを示す。さらに、
同様の方法で試料を20枚作製した。
Further, a bus bar 110 of copper foil with an adhesive having a width of 5 mm was adhered to produce a single cell of 30 cm × 30 cm square shown in FIG. In FIG. 2, 101 is a substrate, 102 to 106 are lower electrodes, semiconductor layers, upper electrodes,
109 is a grid and 110 is a bus bar. further,
Twenty samples were prepared by the same method.

【0063】次に、これら試料のエンカプシュレーショ
ンを以下のように行った。基板101の上下にEVAを
積層しさらにその上下にフッ素樹脂フィルムETFE
(エチレンテトラフルオロエチレン)(デュポン製製品
名テフゼル)を積層した後、真空ラミネーターに投入し
て150℃で60分間保持し、真空ラミネーションを行
った。
Next, encapsulation of these samples was carried out as follows. EVA is laminated on the upper and lower sides of the substrate 101, and the fluororesin film ETFE is formed on the upper and lower sides of the EVA.
After stacking (ethylene tetrafluoroethylene) (product name Tefzel manufactured by DuPont), it was put into a vacuum laminator and held at 150 ° C. for 60 minutes to perform vacuum lamination.

【0064】得られた試料の初期特性を以下のようにし
て測定した。
The initial characteristics of the obtained sample were measured as follows.

【0065】まず、試料の暗状態での電圧電流特性を測
定し、原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたとこ
ろ、160KΩcm2〜230KΩcm2と良好な特性で
あり、ばらつきも少なかった。またシリーズ抵抗の平均
は31.2Ωcm2であった。
First, the voltage-current characteristics of the sample in the dark state were measured, and the shunt resistance was obtained from the inclination near the origin. The shunt resistance was 160 KΩcm 2 to 230 KΩcm 2 , and the variation was small. The average series resistance was 31.2 Ωcm 2 .

【0066】次に、AM1.5グローバルの太陽光スペ
クトルで100mW/cm2の光量の疑似太陽光源(以
下シミュレータと呼ぶ)を用いて光起電力モジュール特
性を測定し、変換効率を求めたところ、5.5%±0.
3%と良好な特性でありばらつきも少なかった。
Next, the photovoltaic module characteristics were measured using a pseudo solar light source (hereinafter referred to as a simulator) having a light amount of 100 mW / cm 2 in AM1.5 global sunlight spectrum, and conversion efficiency was obtained. 5.5% ± 0.
The characteristic was as good as 3% and there was little variation.

【0067】以上の試料のうち10枚について、信頼性
試験を、日本工業規格C8917の結晶系光起電力モジ
ュールの環境試験方法及び耐久試験方法に定められた温
湿度サイクル試験A−2に基づいて行った。まず、試料
を温湿度が制御できる恒温恒湿器に投入し、−40℃か
ら+85℃(相対湿度85%)に変化させるサイクル試
験を10回繰り返し行った。
A reliability test was conducted on 10 of the above samples based on the temperature / humidity cycle test A-2 defined in the environmental test method and durability test method of the crystalline photovoltaic module of Japanese Industrial Standard C8917. went. First, the sample was placed in a thermo-hygrostat capable of controlling temperature and humidity, and a cycle test for changing from -40 ° C to + 85 ° C (relative humidity 85%) was repeated 10 times.

【0068】次に、試験終了後の試料を初期特性の測定
と同様にシミュレータを用い光起電力モジュール特性を
測定したところ、初期変換効率に対して平均で4%の低
下であり有意な劣化は生じなかった。また、シャント抵
抗を測定したところ平均で約10%の減少で有意な劣化
はなかった。
Next, the characteristics of the photovoltaic module of the sample after the test were measured by using a simulator in the same manner as the measurement of the initial characteristics. As a result, the average conversion efficiency was reduced by 4%, showing no significant deterioration. Did not happen. When the shunt resistance was measured, there was no significant deterioration with an average decrease of about 10%.

【0069】次に試料のグリッドを含む断面を走査型電
子顕微鏡で観察したところ、電極層の断面が均一になっ
ている様子が観察され、空隙率を測定したところ2〜4
%であった。
Next, when the cross section of the sample including the grid was observed with a scanning electron microscope, it was observed that the cross section of the electrode layer was uniform, and the porosity was measured to be 2-4.
%Met.

【0070】また残りの10枚について信頼性試験を以
下のように行った。試料を恒温恒湿器に投入し、+85
℃、相対湿度85%に保持した。この試験器中で試料に
順バイアス電圧+0.3Vを20時間印加し、その間流
れるリーク電流を測定した。図4にリーク電流の経時変
化の一例を示す。バイアス電圧印加20時間後のリーク
電流は平均で7.2mAでありほとんどリークしていな
かった。
A reliability test was conducted on the remaining 10 sheets as follows. Put the sample in the constant temperature and humidity chamber and add +85
The temperature was kept at 85 ° C and the relative humidity was 85%. A forward bias voltage of +0.3 V was applied to the sample for 20 hours in this tester, and the leak current flowing during that time was measured. FIG. 4 shows an example of the change over time of the leak current. The leak current after application of the bias voltage for 20 hours was 7.2 mA on average, and almost no leak occurred.

【0071】本実施例の結果から本発明の構成を用いた
本発明の光起電力素子は歩留まりが良く良好な特性であ
り、信頼性も良いことがわかる。
From the results of this example, it is understood that the photovoltaic element of the present invention using the constitution of the present invention has good yield, good characteristics, and high reliability.

【0072】(比較例1)次に、比較のために、図6に
示す従来の構成の光起電力素子300を以下のようにし
て作製した。
Comparative Example 1 Next, for comparison, a photovoltaic element 300 having a conventional structure shown in FIG. 6 was manufactured as follows.

【0073】実施例1と同様に基板301上に上部電極
306までを形成した。次に、実施例1と同様にしてグ
リッド電極309を印刷した。さらに接着剤付きの銅箔
のバスバー310を積層し、図7に示す30cm×30
cm角のシングルセルを20枚作製した。
Similar to Example 1, the upper electrode 306 was formed on the substrate 301. Next, the grid electrode 309 was printed in the same manner as in Example 1. Further, a bus bar 310 of copper foil with an adhesive is laminated, and 30 cm × 30 shown in FIG.
20 cm square single cells were prepared.

【0074】次にこの試料のエンカプシュレーションを
実施例1と同様に行った。
Next, the encapsulation of this sample was performed in the same manner as in Example 1.

【0075】得られた試料の初期特性を実施例1と同様
の手順で測定したところ、変換効率は4.3%±1.5
%、シャント抵抗は0.3KΩcm2から60KΩcm2
であり、実施例1に比較してシャント抵抗が低く、しか
もばらついたため、変換効率が低くばらつきも大きかっ
た。シリーズ抵抗は平均で27.8Ωcm2であり実施
例1と有意な差はなかった。
When the initial characteristics of the obtained sample were measured by the same procedure as in Example 1, the conversion efficiency was 4.3% ± 1.5.
%, The shunt resistance is 0.3 KΩcm 2 to 60 KΩcm 2
As compared with Example 1, the shunt resistance was low and varied, so the conversion efficiency was low and the variation was large. The series resistance was 27.8 Ωcm 2 on average and there was no significant difference from Example 1.

【0076】次にこの試料の内10枚について信頼性試
験を実施例1と同様に評価した。温湿度サイクル試験終
了後の試料の光起電力モジュール特性基測定したところ
初期値に対し平均で25%の低下を示し、有意な劣化が
起きていた。
Then, a reliability test was performed on 10 of the samples in the same manner as in Example 1. When the photovoltaic module characteristic measurement of the sample after the temperature / humidity cycle test was completed, it showed a 25% decrease on average from the initial value, and significant deterioration had occurred.

【0077】また、シャント抵抗を測定したところ平均
で85%の低下を示し信頼性試験後においてシャントが
発生していることがわかった。
Further, when the shunt resistance was measured, it was found that the average was decreased by 85%, and it was found that the shunt was generated after the reliability test.

【0078】次にリーク電流の測定を残り10枚の試料
について実施例1と同様に行った。リーク電流の経時変
化の一例を図4に示す。20時間のバイアス電圧印加時
のリーク電流は平均で120mAであり、シャントが発
生して大きなリーク電流が流れていることがわかった。
Next, the leak current was measured for the remaining 10 samples in the same manner as in Example 1. FIG. 4 shows an example of changes over time in the leakage current. The leak current when a bias voltage was applied for 20 hours was 120 mA on average, and it was found that a shunt occurred and a large leak current was flowing.

【0079】この試料のシャント部分を以下のようにし
て確認した。まず、試料に1.5Vの逆バイアスを印加
した。この時シャント部分には電流が流れて発熱するが
正常な部分は逆バイアスなので電流が流れず発熱しな
い。この状態で試料表面を赤外線カメラで観察したとこ
ろ発熱部分が観察されグリッド電極309の下でシャン
トしていることがわかった。
The shunt portion of this sample was confirmed as follows. First, a reverse bias of 1.5 V was applied to the sample. At this time, current flows through the shunt portion to generate heat, but the normal portion does not generate heat due to the reverse bias because no current flows. When the surface of the sample was observed with an infrared camera in this state, a heat generating portion was observed and it was found that the sample electrode was shunted under the grid electrode 309.

【0080】以上の実施例1と比較例1から、本発明の
光起電力素子では、欠陥が封止されており、初期効率が
良く、信頼性も良好であることが分かった。
From the above-described Example 1 and Comparative Example 1, it was found that the photovoltaic element of the present invention had defects sealed therein, good initial efficiency, and good reliability.

【0081】(比較例2)次に、さらに比較のため実施
例1と同様の構成で絶縁層の無い図5の光起電力素子1
00Dを以下のようにして作製した。
Comparative Example 2 Next, for comparison, the photovoltaic element 1 of FIG. 5 having the same structure as that of Example 1 and having no insulating layer.
00D was produced as follows.

【0082】実施例1と同様に基板101上に上部電極
106までを形成した。次に、実施例1と同様にして導
電ペーストの電極層108、次にグリッド電極109を
印刷した。さらに接着剤付きの銅箔のバスバー110を
積層し、図7に示す30cm×30cm角のシングルセ
ルを20枚作製した。
Similar to Example 1, the upper electrode 106 was formed on the substrate 101. Next, the electrode layer 108 of the conductive paste and then the grid electrode 109 were printed in the same manner as in Example 1. Further, a bus bar 110 of copper foil with an adhesive was laminated to manufacture 20 single cells of 30 cm × 30 cm square shown in FIG. 7.

【0083】次にこの試料のエンカプシュレーションを
実施例1と同様に行った。
Next, encapsulation of this sample was performed in the same manner as in Example 1.

【0084】得られた試料の初期特性を実施例1と同様
の手順で測定したところ、変換効率は5.0%±1.2
%、シャント抵抗は15KΩcm2から75KΩcm2
あり、実施例1に比較してシャント抵抗が低く、このた
め変換効率が低くばらつきも大きかった。シリーズ抵抗
は平均で45.3Ωcm2であり実施例と比較して高く
電流の損失が起こっていると考えられる。
When the initial characteristics of the obtained sample were measured by the same procedure as in Example 1, the conversion efficiency was 5.0% ± 1.2.
%, The shunt resistance was 15 KΩcm 2 to 75 KΩcm 2 , and the shunt resistance was low compared to Example 1, and therefore the conversion efficiency was low and the variation was large. The series resistance is 45.3 Ωcm 2 on average, and it is considered that the current loss is higher than that of the example.

【0085】次にこの試料の信頼性試験を実施例1と同
様に評価した。温湿度サイクル試験終了後の試料の光起
電力モジュール特性を測定したところ初期値に対し平均
で19%の低下を示し、有意な劣化が起きていた。
Next, the reliability test of this sample was evaluated in the same manner as in Example 1. When the photovoltaic module characteristics of the sample after the completion of the temperature / humidity cycle test were measured, it showed an average decrease of 19% with respect to the initial value, and significant deterioration occurred.

【0086】また、シャント抵抗を測定したところ平均
で20%の低下を示し信頼性試験後においてシャントが
発生していることがわかった。
Further, when the shunt resistance was measured, it was found that the average shunt resistance decreased by 20%, and it was found that the shunt occurred after the reliability test.

【0087】次にリーク電流の測定を実施例1と同様に
行った。20時間バイアス電圧印加時のリーク電流は平
均で34mAであり、比較例1よりは小さいがシャント
が発生していることがわかった。
Next, the leak current was measured in the same manner as in Example 1. The average leak current when applying the bias voltage for 20 hours was 34 mA, which was smaller than that in Comparative Example 1, but it was found that a shunt was generated.

【0088】この試料のシャント部分を比較例1と同様
にして確認したところ、同様にグリッド電極109の下
でシャントしていることがわかった。次に実施例1と同
様に断面の電子顕微鏡観察を行ったところ、電極層に直
径1〜3μ程度の穴が観察され、空隙率を測定したとこ
ろ、10〜15%であった。
When the shunt portion of this sample was confirmed in the same manner as in Comparative Example 1, it was found that the shunt portion was under the grid electrode 109 as well. Next, when the cross section was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, holes having a diameter of about 1 to 3 μm were observed in the electrode layer, and the porosity was measured to be 10 to 15%.

【0089】以上の実施例1と比較例1および2から、
本発明の光起電力素子では、上部電極とグリッド電極の
間に電極層を積層することが短絡電流の防止に効果があ
り、さらにこの電極層は、上部電極との間に絶縁層を積
層することで空隙が低くなり、上部電極に密着するため
に、初期効率が良く、信頼性も良好であることが分かっ
た。
From the above Example 1 and Comparative Examples 1 and 2,
In the photovoltaic element of the present invention, stacking an electrode layer between the upper electrode and the grid electrode is effective in preventing a short circuit current, and further, this electrode layer has an insulating layer stacked between the upper electrode and the upper electrode. As a result, it was found that the initial efficiency was good and the reliability was also good because the voids became low and they adhered to the upper electrode.

【0090】(実施例2)次に実施例1と構成は同じで
絶縁層となる高分子樹脂の積層の方法を変えて積層した
光起電力素子を実施例1とほぼ同様にして作成した。
(Example 2) Next, a photovoltaic element having the same structure as that of Example 1 but different in the method of laminating the polymer resin to serve as the insulating layer was prepared in substantially the same manner as in Example 1.

【0091】まず実施例1と同様に上部電極106まで
を積層した。次に電着装置に基板101を設置し、アク
リル系アニオン電着塗料を用いて電着膜を形成させた。
基板101を取り出し、余分な塗料を水洗後、80℃に
保持した熱風オーブン中で10分間電着膜を乾燥させ、
次に180℃に保持した熱風オーブンで30分間電着膜
の硬化を行った。
First, as in Example 1, the layers up to the upper electrode 106 were laminated. Next, the substrate 101 was placed in the electrodeposition apparatus and an electrodeposition film was formed using an acrylic anion electrodeposition coating material.
The substrate 101 is taken out, excess paint is washed with water, and then the electrodeposition film is dried in a hot air oven kept at 80 ° C. for 10 minutes,
Next, the electrodeposition film was cured for 30 minutes in a hot air oven maintained at 180 ° C.

【0092】次に実施例1と同様にして電極層108、
およびグリッド電極109の印刷を行い、その後実施例
1と同様にしてエンカプシュレーションを行った。さら
に同様の方法で試料を10枚作製した。
Next, in the same manner as in Example 1, the electrode layer 108,
Then, the grid electrode 109 was printed, and then encapsulation was performed in the same manner as in Example 1. Further, 10 samples were prepared by the same method.

【0093】得られた試料の初期特性を実施例1と同様
の方法で測定したところ変換効率は5.8±0.4%で
あり、シャント抵抗は140KΩcm2から180KΩ
cm2であり、良好な特性でばらつきも小さかった。
When the initial characteristics of the obtained sample were measured by the same method as in Example 1, the conversion efficiency was 5.8 ± 0.4%, and the shunt resistance was 140 KΩcm 2 to 180 KΩ.
It was cm 2 and had good characteristics and small variations.

【0094】次にこの試料の信頼性を実施例1と同様に
評価した。変換効率は初期値に対して5%の低下であ
り、有意な劣化は見られなかった。またシャント抵抗は
平均で8%減少し、有意な劣化は見られなかった。また
断面観察では電極層は均一で空隙率は2%から3%であ
った。
Next, the reliability of this sample was evaluated in the same manner as in Example 1. The conversion efficiency was 5% lower than the initial value, and no significant deterioration was observed. The shunt resistance was reduced by 8% on average, and no significant deterioration was observed. Further, in the cross-section observation, the electrode layer was uniform and the porosity was 2% to 3%.

【0095】本実施例の結果から本発明の光起電力素子
は歩留まりが良く良好な特性で有り、信頼性も良いこと
がわかる。
From the results of this example, it can be seen that the photovoltaic element of the present invention has good yield, good characteristics, and good reliability.

【0096】(実施例3)次に実施例1において、太陽
電池の構成を図3のトリプル型太陽電池として半導体層
の形成にマイクロ波プラズマCVD法を用いた以外はほ
ぼ実施例1と同様の方法で以下のようにして太陽電池を
作製した。
(Example 3) Next, in Example 1, the solar cell is substantially the same as in Example 1 except that the triple solar cell of FIG. 3 is used and the microwave plasma CVD method is used for forming the semiconductor layer. A solar cell was manufactured by the following method.

【0097】まず、基板101上にAg層とZnO層と
からなる下部電極102を形成し、その後、マイクロ波
プラズマCVD成膜装置に入れ、n層103、i層10
4、p層105の順で堆積を行いボトム層を形成した。
この時i層104はa−SiGeとした。次にn層11
3、i層114、p層115の順で堆積を行いミドル層
を形成した。i層114はボトム層と同様にa−SiG
eとした。次にn層123、i層124、p層125の
順で堆積を行いトップ層を形成した。i層124はa−
Siとした。次に実施例2と同様に、反射防止効果を兼
ねた透明な上部電極106を70nm堆積した。上部電
極106としてIn23(IO)を用いた。
First, a lower electrode 102 composed of an Ag layer and a ZnO layer is formed on a substrate 101, and then placed in a microwave plasma CVD film forming apparatus to deposit an n layer 103 and an i layer 10.
4 and p layer 105 were deposited in this order to form a bottom layer.
At this time, the i layer 104 was a-SiGe. Next, n layer 11
3, the i layer 114 and the p layer 115 were deposited in this order to form a middle layer. The i layer 114 is made of a-SiG as in the bottom layer.
e. Next, the n layer 123, the i layer 124, and the p layer 125 were deposited in this order to form a top layer. The i layer 124 is a-
It was set to Si. Next, as in Example 2, a transparent upper electrode 106 having a reflection preventing effect was deposited to a thickness of 70 nm. In 2 O 3 (IO) was used as the upper electrode 106.

【0098】次にディッピング装置に基板101を設置
し、実施例1と同様にブチラール樹脂からなる絶縁層1
07をコーティングした後、実施例1と同様に硬化させ
た。
Next, the substrate 101 is placed in a dipping device, and the insulating layer 1 made of butyral resin is used as in Example 1.
After coating 07, it was cured as in Example 1.

【0099】さらに実施例1と同様に電極層108、グ
リッド電極、バスバー110を積層し、図2に示す30
cm角のトリプルセルを作製した。同様にして10枚の
試料を作製した。
Further, the electrode layer 108, the grid electrode, and the bus bar 110 are laminated in the same manner as in Example 1, and 30 shown in FIG.
A cm square triple cell was prepared. Similarly, ten samples were prepared.

【0100】さらに、この試料のエンカプシュレーショ
ンを実施例1と同様に行った。
Further, the encapsulation of this sample was performed in the same manner as in Example 1.

【0101】得られた試料の初期特性は、7.8%±
0.4%でありシャント抵抗が120KΩcm2〜15
0KΩcm2であり良好な特性でばらつきも少なかっ
た。
The initial characteristics of the obtained sample are 7.8% ±
0.4% and the shunt resistance is 120 KΩcm 2 to 15
It was 0 KΩcm 2 and had good characteristics with little variation.

【0102】これらの試料の信頼性試験を、実施例1と
同様にして測定したところ、初期変換効率に対して平均
で2%の低下であり有意な劣化は生じなかった。また、
シャント抵抗を測定したところ平均で約6%の減少で有
意な劣化はなかつた。
When the reliability test of these samples was measured in the same manner as in Example 1, the average conversion efficiency was 2% lower than the initial conversion efficiency, and no significant deterioration occurred. Also,
When the shunt resistance was measured, there was no significant deterioration with an average reduction of about 6%.

【0103】本実施例の結果から本発明の光起電力素子
は歩留まりが良く良好な特性で有り、信頼性も良いこと
がわかる。
From the results of this example, it can be seen that the photovoltaic element of the present invention has good yield, good characteristics, and good reliability.

【0104】[0104]

【発明の効果】本発明の光起電力素子により、即ち、基
板上に、半導体層、短絡電流を防止するための高抵抗電
極層、及び低抵抗電極とを少なくとも形成してなる光起
電力素子において、前記半導体と前記電極層との間に絶
縁層を設けることで、欠陥が封止されるとともに前記電
極層の空隙率を低減でき、初期特性が高く、耐久性に優
れた光起電力素子を提供することが可能となる。
According to the photovoltaic element of the present invention, that is, a photovoltaic element in which at least a semiconductor layer, a high resistance electrode layer for preventing a short circuit current, and a low resistance electrode are formed on a substrate. In, by providing an insulating layer between the semiconductor and the electrode layer, defects can be sealed and the porosity of the electrode layer can be reduced, the initial characteristics are high, and the photovoltaic element has excellent durability. Can be provided.

【0105】また、本発明の光起電力素子作製方法によ
れば、即ち基板上に、半導体層、絶縁層、及び電極層を
少なくとも形成してなる光起電力素子の作製方法におい
て、半導体層形成後、高分子樹脂からなる絶縁層を形成
し、更に高分子樹脂バインダーを含む導電性ペーストを
用いて電極層を形成することにより、空隙率の少ない電
極層が形成され、初期特性の良い、信頼性に優れた光起
電力素子を高い歩留まりで作製することができる。
According to the method for producing a photovoltaic element of the present invention, that is, in the method for producing a photovoltaic element in which at least a semiconductor layer, an insulating layer, and an electrode layer are formed on a substrate, a semiconductor layer is formed. After that, an insulating layer made of a polymer resin is formed, and then an electrode layer is formed by using a conductive paste containing a polymer resin binder, whereby an electrode layer with a low porosity is formed, good initial characteristics, and reliable. A photovoltaic element having excellent properties can be manufactured with a high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光起電力素子の構成を模式的に示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a photovoltaic element of the present invention.

【図2】本発明の光起電力素子の構成を模式的に示す平
面図である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of the photovoltaic element of the present invention.

【図3】本発明のトリプル型光起電力素子の構成を模式
的に示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing the structure of a triple photovoltaic element of the present invention.

【図4】実施例1と比較例1、2におけるリーク電流の
経時変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in leak current with time in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

【図5】比較例2の光起電力素子の構成を模式的に示す
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a photovoltaic element of Comparative Example 2.

【図6】比較例1の光起電力素子の構成を模式的に示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view that schematically shows the configuration of the photovoltaic element of Comparative Example 1.

【図7】比較例1の光起電力素子の構成を模式的に示す
平面図である。
FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of a photovoltaic element of Comparative Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、300 光起電力素子本体 101、301 基板 102、302 下部電極 103、113、123、303 n層 104、114、124、304 i層 105、115、125、305 p層 106、306 上部電極 107 絶縁層 108 電極層 109、309 グリッド電極 110、210 バスバー 111、311 欠陥部分。 100, 300 Photovoltaic device body 101, 301 Substrate 102, 302 Lower electrode 103, 113, 123, 303 n layer 104, 114, 124, 304 i layer 105, 115, 125, 305 p layer 106, 306 upper electrode 107 Insulating layer 108 Electrode layer 109, 309 Grid electrode 110, 210 Bus bar 111, 311 Defect part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷部 明男 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akio Hasebe 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、半導体層、短絡電流を防止す
るための高抵抗電極層、及び低抵抗電極を少なくとも形
成してなる光起電力素子において、前記半導体層と前記
電極層との間に絶縁層を設け、該絶縁層を通して前記電
極層と前記半導体層とを電気的に接続させたことを特徴
とする光起電力素子。
1. A photovoltaic element comprising at least a semiconductor layer, a high resistance electrode layer for preventing a short circuit current, and a low resistance electrode formed on a substrate, wherein the semiconductor layer and the electrode layer are between the semiconductor layer and the electrode layer. A photovoltaic element, wherein an insulating layer is provided on the substrate, and the electrode layer and the semiconductor layer are electrically connected through the insulating layer.
【請求項2】 前記電極層の比抵抗は、0.1〜100
0Ωcmであることを特徴とする請求項1に記載の光起
電力素子。
2. The specific resistance of the electrode layer is 0.1 to 100.
It is 0 ohm-cm, The photovoltaic element of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 前記光起電力素子が薄膜半導体からなる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光起電力素
子。
3. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the photovoltaic element is made of a thin film semiconductor.
【請求項4】 前記電極は、集電電極あるいは取り出し
電極であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1
項に記載の光起電力素子。
4. The electrode according to claim 1, wherein the electrode is a collector electrode or a take-out electrode.
The photovoltaic element according to the item.
【請求項5】 前記絶縁層の太陽光に対する透過率は、
50%以上であることを特徴とする請求項1〜4のいず
れか1項に記載の光起電力素子。
5. The sunlight transmittance of the insulating layer is
It is 50% or more, The photovoltaic element according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 前記絶縁層は、高分子樹脂からなること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光起
電力素子。
6. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the insulating layer is made of polymer resin.
【請求項7】 前記高分子樹脂は、ポリエステル、エチ
レン酢酸ビニル共重合体、アクリル、エポキシ、および
ポリウレタンの内から選ばれた成分からなることを特徴
とする請求項6に記載の光起電力素子。
7. The photovoltaic element according to claim 6, wherein the polymer resin comprises a component selected from polyester, ethylene vinyl acetate copolymer, acrylic, epoxy, and polyurethane. .
【請求項8】 前記電極層は、導電性ペーストを用いて
形成されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1
項に記載の光起電力素子。
8. The electrode layer according to claim 1, which is formed by using a conductive paste.
The photovoltaic element according to the item.
【請求項9】 前記導電性ペーストは、In23、Sn
2、ZnO、CdO、CdSnO4、ITO(In23
+SnO2)、及びカーボンからなる導電性フィラーの
内の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項8に
記載の光起電力素子。
9. The conductive paste is In 2 O 3 , Sn.
O 2 , ZnO, CdO, CdSnO 4 , ITO (In 2 O 3
9. The photovoltaic element according to claim 8, comprising at least one of + SnO 2 ) and a conductive filler made of carbon.
【請求項10】 前記導電性ペーストは、ポリエステ
ル、エポキシ及びポリウレタンからなる高分子樹脂バイ
ンダーの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする請
求項8または9に記載の光起電力素子。
10. The photovoltaic device according to claim 8, wherein the conductive paste contains at least one of polymer resin binders made of polyester, epoxy and polyurethane.
【請求項11】 前記電極層の空隙率は、5%以下であ
ることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記
載の光起電力素子。
11. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the porosity of the electrode layer is 5% or less.
【請求項12】 基板上に、半導体層、絶縁層、及び電
極層を少なくとも形成してなる光起電力素子の作製方法
において、半導体層形成後、高分子樹脂からなる絶縁層
を形成し、更に高分子樹脂バインダーを含む導電性ペー
ストを用いて電極層を形成することを特徴とする光起電
力素子の作製方法。
12. A method of manufacturing a photovoltaic element comprising a substrate, on which at least a semiconductor layer, an insulating layer, and an electrode layer are formed, wherein an insulating layer made of a polymer resin is formed after the semiconductor layer is formed. A method for manufacturing a photovoltaic element, comprising forming an electrode layer using a conductive paste containing a polymer resin binder.
【請求項13】 前記絶縁層は、電着法、電解重合法、
プラズマ重合法、スピンコート法、ロールコート法およ
びディッピング法の内から選ばれた方法で形成すること
を特徴とする請求項12に記載の光起電力素子の作製方
法。
13. The insulating layer comprises an electrodeposition method, an electrolytic polymerization method,
The method for producing a photovoltaic element according to claim 12, wherein the photovoltaic element is formed by a method selected from a plasma polymerization method, a spin coating method, a roll coating method, and a dipping method.
【請求項14】 前記電極層を形成する際、前記絶縁層
の一部を溶解することを特徴とする請求項12または1
3に記載の光起電力素子の作製方法。
14. The method according to claim 12, wherein a part of the insulating layer is melted when the electrode layer is formed.
4. The method for manufacturing the photovoltaic element according to item 3.
【請求項15】 前記導電性ペーストは前記高分子樹脂
を溶解する成分を含有し、前記絶縁層の一部を溶解する
ことを特徴とする請求項14に記載の光起電力素子の作
製方法。
15. The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 14, wherein the conductive paste contains a component that dissolves the polymer resin and dissolves a part of the insulating layer.
【請求項16】 前記高分子樹脂を溶解する成分は、酢
酸メチル、メチルエチルケトンおよびトルエンの内の少
なくとも一つからなることを特徴とする請求項15に記
載の光起電力素子の作製方法。
16. The method for producing a photovoltaic element according to claim 15, wherein the component that dissolves the polymer resin is at least one of methyl acetate, methyl ethyl ketone, and toluene.
【請求項17】 前記高分子樹脂バインダーは、ポリエ
ステル、エポキシ、及びポリウレタンの内の少なくとも
一つを含むことを特徴とする請求項12〜16のいずれ
か1項に記載の光起電力素子の作製方法。
17. The photovoltaic device according to claim 12, wherein the polymer resin binder contains at least one of polyester, epoxy, and polyurethane. Method.
【請求項18】 前記高分子樹脂バインダーは、未反応
成分を含むことを特徴とする請求項12〜17のいずれ
か1項に記載の光起電力素子の作製方法。
18. The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 12, wherein the polymer resin binder contains an unreacted component.
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