CN101651167A - 太阳电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制导电性膏在光电变换部上渗透扩散的太阳电池的制造方法。在该太阳电池的制造方法中，印刷第一导电性材料的第一印刷速度比印刷在上述第一导电性材料上设置的第二导电性材料的第二印刷速度快。
Description
基于35USC119，本申请要求2008年7月25日提出的日本申请P2008-192701号、发明名称为“太阳电池的制造方法”的优先权，并且引入其全部内容以作参照。
技术领域
本发明涉及具备在光电变换上设置的多个细线电极的太阳电池及其制造方法。
背景技术
由于太阳电池能够将清洁且取之不尽的太阳光能量直接变换为电能，所以期待作为新的能源。
通常，太阳电池具备通过受光而生成光生载流子的光电变换部、和从光电变换部收集光生载流子的多个细线电极。各细线电极通过丝网印刷法或胶版印刷法等印刷法，将导电性膏印刷到光电变换部上而形成。
在此，提出了利用丝网印刷法反复多次地印刷导电性膏，从而形成各细线电极的方法(参照专利文献1)。采用该方法，能够使各细线电极的表面平坦，所以即使使用在低温环境下使用的高电阻的导电性膏，也能够抑制各细线电极的电阻增大。
专利文献1：日本特开平11-103084号公报
但是，由于印刷在光电变换部上的导电性膏具有流动性，所以存在导电性膏在光电变换部上渗透扩散的问题。这样，一旦导电性膏在光电变换部上渗透扩散，细线电极的线宽就会变大，所以导致光电变换部的受光面积减少。
特别是在以提高光电变换部的光吸收效率为目的而在光电变换部的表面上形成有多个凸部的情况下，容易产生这样的问题。具体而言，导电性膏沿着各凸部之间的空间(谷部)渗透扩散。
发明内容
本发明的一个方面提供一种太阳电池的制造方法，该太阳电池具备光电变换部和多个细线电极，该多个细线电极分别包含在上述光电变换部上依次形成的第一导电层和第二导电层，通过以第一印刷速度在上述光电变换部上印刷第一导电性材料，形成上述第一导电层，通过以第二印刷速度在上述第一导电层上印刷第二导电性材料，形成上述第二导电层，其中，印刷上述第一导电性材料的第一印刷速度比印刷上述第二导电性材料的第二印刷速度快。
根据上述太阳电池的制造方法，由于第一印刷速度比第二印刷速度快，所以能够减少第一导电性材料的量。因此，能够抑制第一导电性材料在光电变换部上渗透扩散。此外，由于第二印刷速度比第一印刷速度慢，所以使第二导电性材料的量增多，并且由于第一导电性材料产生的表面张力，可以保持较小的第二导电层的线宽。结果，由于能够增大各细线电极的高度，所以能够减小各细线电极的电阻。
此外，优选在形成上述第一导电层之后，对上述第一导电层进行加热处理。
如上所述，可以提供一种能够抑制电性膏在光电变换部上渗透扩散的太阳电池的制造方法。
附图说明
图1是实施方式的太阳电池10的受光面侧的平面图。
图2是图1的A-A线的截面图。
图3是用于说明实施方式的多个细线电极30的形成方法的图(其1)。
图4是用于说明实施方式的多个细线电极30的形成方法的图(其2)。
图5是用于说明实施方式的多个细线电极30的形成方法的图(其3)。
图6是表示第一印刷速度V1与第一导电层31的线宽的关系、以及第二印刷速度V2与第二导电层32的线宽的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，利用附图说明实施方式。在下面附图的记载中，相同或类似的部分标注相同或类似的符号。其中，应该注意附图仅为示意图，各尺寸的比率等与现实不同。因此，具体的尺寸等应该参考下面的说明来判断。此外，当然也包括在附图之间的各尺寸的关系和比率不同的部分。
在此，介词on、over、above例如由层的表面定义，与空间中的表面的方向没有关系。介词above在说明书和权利要求中也用于某层与其他层接触的情况，此外，介词on也用于某层不与其他层接触的情况，例如其间存在层的情况。
(太阳电池的结构)
下面，参照附图说明实施方式的太阳电池的结构。图1是实施方式的太阳电池10的受光面侧的平面图。图2是图1的A-A线的截面图。
如图1和图2所示，太阳电池10具备光电变换部20、多个细线电极30和连接用电极40。
光电变换部20具有太阳光射入的受光面(图2的上面)、和设置在受光面的相对侧的背面(图2的下面)。受光面和背面是太阳电池10的主面。
光电变换部20具有使用半导体晶片形成的半导体pn结或半导体pin结，通过受光而生成光生载流子。所谓的光生载流子就是太阳光被光电变换部20吸收而产生的空穴和电子。光电变换部20包含由单晶硅、多晶硅等结晶系半导体材料构成的半导体晶片。在实施方式中，光电变换部20具有所谓的HIT结构，在该结构中，通过在单晶硅晶片和非晶硅层之间实质地夹入本征非晶硅层，降低其界面上的缺陷，改善异性结合界面的特性。具体而言，如图2所示，光电变换部20具备：在n型单晶硅晶片21的一个主面上依次形成的i型非晶硅层22、p型非晶硅层23和ITO层24，以及在n型单晶硅晶片21的另一个主面上依次形成的i型非晶硅层25、n型非晶硅层26和ITO层27。
其中，如图2所示，在n型单晶硅晶片21的一个主面和另一个主面上，形成有多个凸部(网纹)。
多个细线电极30是收集来自光电变换部20的光生载流子的电极。如图1所示，多个细线电极30形成在光电变换部20的受光面的大致整个区域上。多个细线电极30可以由以树脂材料为粘接剂、以银颗粒等导电性颗粒为填充物的树脂型导电性膏，或者烧结型导电性膏(所谓的陶瓷膏)等导电性材料形成。其中，各细线电极30的尺寸、形状和数量可以考虑光电变换部20的尺寸和物性等，设定为适当的数量。例如，在光电变换部20的尺寸是大约100mm的四边形的情况下，可以形成大约50个宽度为0.03～0.15mm、高度为0.01～0.05mm的细线电极30。
在此，在实施方式中，如图2所示，各细线电极30包括在光电变换部20上依次形成的第一导电层31和第二导电层32。第一导电层31和第二导电层32分别采用印刷法由上述导电性材料形成。
实施方式的太阳电池具有在光电变换部20上以第一截面积形成的第一导电层31，和在第一导电层上以比第一截面积大的第二截面积形成的第二导电层32。并且，实施方式的太阳电池的第二导电层32的高度比第一导电层31的高度高。此外，在光电变换部的表面上形成网纹，在其表面上形成第一导电层。
连接用电极40是用于连接相互电串联或并联连接多个太阳电池10的配线材料(未图示)的电极。连接用电极40与多个细线电极30交叉地形成，并且与各细线电极30电连接。连接用电极40可以使用与各细线电极30相同的材料形成。并且，连接用电极40的尺寸、形状和数量可以考虑光电变换部20的尺寸和物性等，设定为适当的数量。例如，在光电变换部20的尺寸是大约100mm的四边形的情况下，可以形成2个宽度为0.3～2.0mm、高度为0.01～0.05mm的连接用电极40。
如图2所示，虽然在实施方式中各细线电极30和连接用电极40也形成在光电变换部20的背面上，但是不限于此。例如，细线电极30可以以覆盖光电变换部20的背面的大致整个表面的方式形成。本发明不限定在光电变换部20的背面上形成的细线电极30和连接用电极40的形状。
(太阳电池的制造方法)
下面，参照附图说明实施方式的太阳电池10的制造方法。
首先，通过对n型单晶硅晶片21实施蚀刻处理，在n型单晶硅晶片21的表面上形成微细的凹凸(网纹)。
接着，在n型单晶硅晶片的一个主面上，采用CVD(化学汽相沉积)法，依次形成i型非晶硅层22、p型非晶硅层23。同样，在n型单晶硅晶片21的另一个主面上，依次形成i型非晶硅层25、n型非晶硅层26。
接下来，采用测射法等，在p型非晶硅层23上形成ITO层24，并在n型非晶硅层26上形成ITO层27。
接下来，采用丝网印刷法，在光电变换部20上印刷第一导电性材料31S，由此形成第一导电层31。具体而言，如图3所示，利用刮磨刀(squeegee)52向光电变换部20上挤出配置在丝网版51上的第一导电性材料31S。在丝网版51中，去除涂布网眼状的丝网(纱)的乳剂，以与各细线电极30的图案对应。第一导电性材料31S通过丝网版51中去除了乳剂的区域，被挤出到光电变换部20上。
接着，采用丝网印刷法，在第一导电层31上印刷第二导电性材料32S，由此形成第二导电层32。具体而言，如图4所示，利用刮磨刀52向光电变换部20上挤出配置在丝网版51上的第二导电性材料32S。第二导电性材料32S通过丝网版51中去除了乳剂的区域，被挤出到第一导电层31上。由于第一导电性材料31S未干燥，所以对印刷在第一导电层31上的第二导电性材料32S作用表面张力。图5是表示在光电变换部20上形成的多个细线电极30的图。
在此，如图3所示，印刷第一导电性材料31S的第一印刷速度V1是刮磨刀52的移动速度。此外，如图4所示，印刷第二导电性材料32S的第二印刷速度V2是刮磨刀52的移动速度。在实施方式中，第一印刷速度V1比第二印刷速度V2快。
虽然第一印刷速度V1和第二印刷速度V2例如可以设定为30～200mm/sec，但是不限于此。优选第一印刷速度V1和第二印刷速度V2根据第一导电性材料31S和第二导电性材料32S的粘度和各细线电极30的线宽适当设定。
此外，连接用电极40可以在形成多个细线电极30的同时形成。在这种情况下，优有按照与连接用电极40对应的图案去除乳剂。
接下来，通过在百数十度进行加热，使第一导电性材料31S和第二导电性材料32S硬化。
(作用、效果)
在实施方式的太阳电池10的制造方法中，印刷第一导电性材料31S的第一印刷速度V1比印刷第二导电性材料32S的第二印刷速度V2快。
在此，在图6中表示第一印刷速度V1与第一导电层31的线宽的关系以及第二印刷速度V2与第二导电层32的线宽的关系。其中，图6所示的值根据以50mm/sec形成的第一导电层31的线宽的值标准化。
如图6所示，存在各印刷速度越快，各导电层的线宽越小的趋势。这是因为各印刷速度越快，导电性材料从丝网版挤出的量越少。
此外，存在第二导电层32的线宽比第一导电层31的线宽小的趋势。这是因为第一导电性材料31S由于形成在光电变换部20表面上的网纹而容易渗透扩散，而第二导电性材料32S受到第一导电性材料31S产生的表面张力的作用难以渗透扩散。
根据实施方式，由于第一印刷速度V1比第二印刷速度V2快，所以第一导电性材料31S被挤出的量少。因此，能够抑制第一导电性材料31S在光电变换部20上渗透扩散。结果，由于能够减小第一导电层31的线宽，所以能够实现光电变换部20的受光面积的增大。
此外，由于第二印刷速度V2比第一印刷速度V1慢，所以第二导电性材料32S被挤出的量多，并且由于第一导电性材料31S产生的表面张力，能够保持较小的第二导电层32的线宽。结果，由于能够使各细线电极30的高度增大，所以能够减小各细线电极30的电阻。
(其他的实施方式)
虽然本发明通过上述实施方式记载，但是不应该理解为构成公开一部分的论述和附图用于限定本发明。根据公开内容，本领域技术人员可以清楚各种替代实施方式、实施例和应用技术。
例如，在上述实施方式中说明了各细线电极30具有两层结构的情况，但是各细线电极30也可以具有两层以上的结构。在这种情况下，优选第三层以上的层的印刷速度比上述第一印刷速度VL大。
此外，在上述实施方式中说明了采用丝网印刷法形成多个细线电极30，但是不限于此。例如，可以采用胶版印刷法形成多个细线电极30。具体而言，通过将在橡皮布(blanket)上以规定图案配置的第一导电性材料31S复制到光电变换部20上，由此形成第一导电层31。同样，通过将在橡皮布上以规定图案配置的第二导电性材料32S复制到第一导电层31上，由此形成第二导电层32。在这种情况下，第一印刷速度V1是将第一导电性材料31S复制到光电变换部20上的复制速度(橡皮布的转动速度或光电变换部20的移动速度)。第二印刷速度V2是将第二导电性材料32S复制到第一导电层31上的复制速度(橡皮布的转动速度或光电变换部20的移动速度)。
此外，虽然在上述实施方式中未特别提及，但是也可以通过对第一导电层31实施加热处理，使第一导电层31的溶剂蒸发之后，在第一导电层31上形成第二导电层32。由此，由于第二导电层32中的溶剂被吸收在第一导电层31中，所以能够进一步减小第二导电层32的线宽。其中，对第一导电层31实施加热处理的条件可以为第一导电层31中的溶剂中的至少一部分蒸发、并且第一导电层31不硬化的条件。
此外，在上述实施方式中第一导电性材料31S和第二导电性材料32S为同种材料，但是也可以是不同的材料。
此外，在上述实施方式中说明了将本发明适用于HIT型太阳电池的情况，但是也可以适用于薄膜型太阳电池等其他太阳电池。
这样，本发明当然包含没有在此记载的各种实施方式等。因此，发明技术的范围仅由基于上述说明的适当的权利要求的范围的发明特定主题确定。
[实施例]
下面，具体地说明本发明的太阳电池的实施例，但是本发明不限于下面的实施例，在不改变其要点的范围内，可以适当变化实施。
(太阳电池的制作)
如下所述，制作比较例和实施例的太阳电池。
首先，通过对104mm的四边形的n型单晶硅晶片实施各向异性蚀刻处理，从而在n型单晶硅晶片的表面形成多个凸部(网纹)。
接着，采用等离子CVD法，在n型单晶硅晶片的一个主面上依次层叠大约10nm厚的i型非晶硅层和大约10nm厚的p型非晶硅层，之后，在另一个主面上依次层叠大约10nm厚的i型非晶硅层和大约10nm厚的n型非晶硅层。接着，采用溅射法，在p型非晶硅层上和n型非晶硅层上形成ITO膜。
接着，采用丝网印刷法，在光电变换部上重叠印刷树脂型导电性膏，形成细线电极和连接用电极。
如表1所示设定树脂型导电性膏的第一印刷速度V1和第二印刷速度V2，制作比较例1～4和实施例1～3的太阳电池各100个。
[表1]
| V1(mm/sec) | V2(mm/sec) | |
| 比较例1 | 50 | 50 |
| 比较例2 | 50 | 100 |
| 比较例3 | 50 | 150 |
| 比较例4 | 150 | 150 |
| 实施例1 | 100 | 50 |
| 实施例2 | 150 | 50 |
| 实施例3 | 150 | 100 |
如表1所示，在比较例1～4中，可以使第一印刷速度V1与第二印刷速度V2相等或比第二印刷速度V2慢。另一方面，在实施例1～3中，使第一印刷速度V1比第二印刷速度V2快。
(太阳电池特性的比较)
对于比较例1～4和实施例1～3的太阳电池，测定太阳电池的特性。在表2中表示测定结果。其中，在表2中，表示利用比较例1的测定值标准化的值。
| 电极宽度(μm) | 电极高度(μm) | ISC | F.F. | ISC×F.F. | |
| 比较例1 | 89.9 | 34.3 | 1.000 | 1.000 | 1.000 |
| 比较例2 | 90.1 | 33.2 | 0.999 | 0.997 | 0.996 |
| 比较例3 | 89.8 | 32.3 | 0.999 | 0.994 | 0.993 |
| 比较例4 | 86.5 | 29.4 | 1.030 | 0.971 | 1.000 |
| 实施例1 | 88.4 | 33.4 | 1.011 | 0.997 | 1.008 |
| 实施例2 | 87.6 | 32.5 | 1.023 | 0.993 | 1.016 |
| 实施例3 | 87.1 | 30.8 | 1.025 | 0.981 | 1.006 |
如表2所示，实施例1～3的太阳电池的特性比比较例1～4的太阳电池的特性好。
这是因为在实施例1～3的太阳电池中，通过加快第一印刷速度V1，能够减小各细线电极的线宽，并且通过减慢第二印刷速度V2，能够增大细线电极的高度。并且，在实施例1～3的太阳电池中，与比较例1～3的太阳电池相比，可以使受光面积扩大约3％。
另一方面，在比较例1、2、3中，由于减慢第一印刷速度V1，所以细线电极的线宽比实施例1～3大。结果，光电变换部的受光面积减少，ISC降低。
此外，在比较例2、3、4中，由于加快第二印刷速度V2，所以细线电极的高度比实施例1～3小。结果，细线电极的电阻增大，F.F.降低。
由此可以确定，通过使第一印刷速度V1比第二印刷速度V2快，能够减小细线电极的线宽，并且增大细线电极的高度。
如以上说明，根据实施方式的太阳电池及其方法，可以提供能够抑制导电性膏在光电变换部上渗透扩散的太阳电池。
除了实施方式中记载的以外，本发明还包括不脱离要点的其他实施方式。实施方式用于说明本发明，而不限定本发明的范围。本发明的范围由权利要求的记载所示，而不是由说明书的记载所示。因此，本发明包括包含在权利要求的同等范围内的意思和范围的所有形式。
Claims (10)
1.一种太阳电池的制造方法，该太阳电池具备光电变换部和多个细线电极，该多个细线电极分别包括在所述光电变换部上依次形成的第一导电层和第二导电层，该方法的特征在于：
通过以第一印刷速度在所述光电变换部上印刷第一导电性材料，形成所述第一导电层，
通过以第二印刷速度在所述第一导电层上印刷第二导电性材料，形成所述第二导电层，
其中，印刷所述第一导电性材料的第一印刷速度比印刷所述第二导电性材料的第二印刷速度快。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一印刷速度是用于向所述光电变换部上挤出配置在丝网版上的所述第一导电性材料的刮磨刀的移动速度，
所述第二印刷速度是用于向所述第一导电层上挤出配置在所述丝网版上的所述第二导电性材料的所述刮磨刀的移动速度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一印刷速度是将配置在橡皮布上的所述第一导电性材料复制到所述光电变换部上的复制速度，
所述第二印刷速度是将配置在所述橡皮布上的所述第二导电性材料复制到所述第一导电层上的复制速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一导电性材料和所述第二导电性材料是相同的材料。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在形成所述第一导电层之后，对所述第一导电层进行加热处理。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一印刷速度基于所述第一导电性材料的粘度设定。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一印刷速度基于所述细线电极的线宽设定。
8.一种太阳电池，其特征在于：
包括光电变换部和在所述光电变换部上形成的多个细线电极，
所述细线电极包括：
在所述光电变换部上以第一截面积形成的第一导电层；和
在所述第一导电层上以大于所述第一截面积的第二截面积形成的第二导电层。
9.如权利要求8所述的太阳电池，其特征在于：
所述第二导电层的高度比所述第一导电层的高度高。
10.如权利要求8所述的太阳电池，其特征在于：
在所述光电变换部的表面形成网纹，在其表面形成所述第一导电层。
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