CN101931028A

CN101931028A - 薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法

Info

Publication number: CN101931028A
Application number: CN2010102061603A
Authority: CN
Inventors: 福岛幸裕
Original assignee: Omura Technology Co Ltd
Current assignee: Omura Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2010-12-29
Also published as: JP2011009302A; KR20100138771A; TW201119048A

Abstract

本发明提供一种薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法。该形成方法不会浪费昂贵的金属、资源，而能够在任意大小、形状的基板上高效且低成本地形成均匀的背面电极层。将含有金属粒子的导电性墨保持于在表面形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版(11)，将保持于该墨保持部的导电性墨转印于在透明电极层(2)的背面侧层叠形成有光电转换层(3)的绝缘透光性基板(1)之后，对上述转印的导电性墨进行加热，从而，无论是任意大小、形状的基板，都能够在其背面侧表面高速且高效地形成规定图案的背面电极层(4)。

Description

薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法

技术领域

本发明涉及一种在薄膜太阳能电池的背面形成背面电极的方法，该薄膜太阳能电池是在透光性基板上层叠由半导体接合构成的光电转换层而成的。

背景技术

近年来，研究开发出一种这样的薄膜半导体太阳能电池(以下称为薄膜太阳能电池)，即，能够使用非晶形(非晶质)硅、CdS、CuInSe₂等化合物半导体来替代采用单晶或多晶硅的以往类型的太阳能电池、从而以低成本制造出的薄膜太阳能电池。该薄膜太阳能电池例如采用这样的构造，即，在玻璃等绝缘透光性基板的背面形成有SnO₂、ITO、ZnO等透明导电膜(透明电极层)，在透明导电膜的背面侧表面层叠形成有依次层叠有非晶质半导体的p层、i层、n层的薄膜半导体膜(光电转换层)，在薄膜半导体膜的背面侧表面层叠形成有采用Ag(银)、Al(铝)、Cu(铜)等反射率较高的金属而成的导电膜(背面电极层)(例如参照专利文献1、2等)。

该背面电极(背面电极层)采用反射率较高的金属是为了补偿比晶硅太阳能电池低的转换效率(光电转换效率)，通过将从透光性基板侧入射的太阳光反射，能够利用“光的封闭效果”提高太阳能电池的发电效率。

专利文献1：日本特开平8-37317号公报

专利文献2：日本特开2005-175449号公报

在制造上述构造的薄膜太阳能电池的情况下，在绝缘透光性基板上形成透明电极层、在透明电极层上形成光电转换层以及在光电转换层上形成背面电极层，均可采用溅射法(sputtering)、蒸镀法、CVD法等，其中，为了形成背面电极层，大多采用将金属锭作为靶材而在真空室内成膜的溅射法。

但是，对于采用上述溅射法形成背面电极层，除必要部分之外的部分也会被成膜，因此，昂贵的金属锭的一部分也被浪费了。另外，由于溅射法是分批式处理，因此周期(无效时间)较长，存在受到使用的溅射装置的室尺寸的限制而难以使处理的基板的尺寸大型化这样的问题。

并且，溅射装置的真空装置、附带设备等较多，因此，设置装置需要广阔的空间，用于冲撞靶材的惰性气体、电力等为了连续地进行处理而必须持续供给的资源也较多，运行成本也较高。另外，这些问题是在蒸镀法、CVD法等以往的背面电极层的形成方法中共同存在的问题。

发明内容

本发明即是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种不会浪费昂贵的金属、资源而能够在任意大小、形状的基板上高效且低成本地形成均匀的背面电极层的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法。

为了达到上述目的，本发明的主旨在于提供一种薄膜太阳能电池用背面电极的形成(制造)方法，该方法是在薄膜太阳能电池中形成背面电极的方法，该薄膜太阳能电池包括依次形成在绝缘透光性基板的背面的透明电极层、光电转换层及背面电极层，包括以下工序：将含有金属粒子的导电性墨保持于柔性印刷版的工序，该柔性印刷版的表面形成有规定图案的墨保持部；使在透明电极层上层叠形成有光电转换层的绝缘透光性基板密合于该柔性印刷版、将保持于上述墨保持部的导电性墨转印于光电转换层上的工序；在该转印之后对上述被转印的导电性墨进行加热而在上述光电转换层上形成规定图案的背面电极层的工序。

即，本发明人反复考虑是否能够替代需要上述大规模的装置的方法而利用简单的方法解决上述课题，构想能否利用印刷实现该目的。然后，针对印刷反复进行研究，结果发现，采用含有反射率优良的金属粒子的导电性墨，利用柔性版印刷方法在基板的表面上形成规定电极图案的薄膜状的导电膜(导电性被膜)，从而能够构成(制造)适合薄膜太阳能电池的特性的背面电极，以完成本发明。

本发明的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法将含有金属粒子的导电性墨保持于在其表面形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，将保持于该墨保持部的导电性墨转印于在透明电极层上层叠形成有光电转换层的绝缘透光性基板之后，对上述被转印的导电性墨进行加热，从而，无论是任意大小、形状的基板，都能在其表面高速且高效地形成规定图案的背面电极。

而且，本发明的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法不需要溅射这样的大规模的真空装置等，不会在除所需区域之外的区域转印不必要的导电性墨，因此，不会浪费昂贵的金属、工业资源，能够以低成本形成适合薄膜太阳能电池的背面电极。

并且，在本发明的形成方法中，特别是上述金属粒子是平均粒径0.5～300nm的银粒子时具有这样的优点，即，在利用上述柔性版印刷法形成导电膜(背面电极层)的情况下，能够形成薄膜且表面粗糙较少的、银粒子不会自其表面突出的平坦均匀的背面电极。

另外，在上述导电性墨所含有的银粒子的平均粒径小于0.5nm、或者银粒子的平均粒径大于300nm的情况下，有时可能无法形成均匀平滑的背面电极。

另外，上述银粒子的平均粒径是假定各粒子的形状比较规则的球状银粒子，但银粒子也可以是片状、鳞片状等不定形的状态。在这些片状、鳞片状等不定形的银粒子的情况下，根据其测定的方向，也存在混合有平均粒径大大脱离上述范围的微米级尺寸的粒子的情况。但是，即使是这样的较大的粒子，例如该粒子为扁平形状时，只要其厚度(扁平状的厚度方向)在上述0.5～300nm的范围内，在本发明的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法中也不会有特别大的问题。

而且，在本发明的形成方法中，特别是在上述导电性墨的粘度被调整为0.5～1000mPa·s的情况下，能够高效地制造薄膜且表面粗糙较少的、平坦均匀的背面电极。而且，由于该导电性墨的粘度适合上述柔性版印刷法，因此，该导电性墨的使用量及该墨所含有的昂贵的银(银粒子)的使用量减少，能够降低该薄膜太阳能电池用背面电极的成本。另外，在上述导电性墨的粘度小于0.5mPa·s、或者大于1000mPa·s的情况下，有时可能无法涂敷出均匀的背面电极。

附图说明

图1是从背面侧看本发明实施方式的薄膜太阳能电池的俯视图。

图2是本发明实施方式的薄膜太阳能电池的侧视图。

图3是用于制造本发明实施方式的薄膜太阳能电池用背面电极的柔性版印刷机(flexographic press)的概略结构图。

具体实施方式

接着，根据附图详细说明本发明的实施方式。

图1是从背面侧看本发明实施方式的薄膜太阳能电池的俯视图，图2是从横向看该薄膜太阳能电池的侧视图。另外，这些图夸大厚度来绘制。

本实施方式的薄膜太阳能电池由绝缘透光性基板1、利用溅射法形成在绝缘透光性基板1的背面侧的透明电极层2、利用同样的溅射法进一步形成在透明电极层2的背面侧的光电转换层3、及以覆盖该光电转换层3的方式形成的背面电极层4构成。另外，在实际使用该薄膜太阳能电池的情况下，可将太阳能电池的各单元电连接，利用由树脂等构成的密封剂进行保护并做成板、做成组件，从而以太阳能电池板组的方式来使用。

绝缘透光性基板1例如作为代表性的例子，能够列举出厚度0.5～10mm左右的平板玻璃。另外，也可以在该绝缘透光性基板1的背面(被膜形成面侧)预先实施用于提高利用后处理形成的被膜的密合性的等离子处理、UV处理、研磨处理等表面处理。

透明电极层2例如由SnO₂、ITO、ZnO等构成，其利用溅射法等形成为膜厚500～1500nm左右的透明的导电性被膜。

光电转换层3采用单晶硅、多晶硅、单晶锗、微晶硅等结晶系、或者非晶形(非结晶)硅等非晶形系、GaAs、InP、CdS、CdTe、CuInSe₂等化合物半导体来层叠形成，其内部成为构成pn接合、pin接合、异质结(hetero junction)、肖特基型、多重接合型等的多层构造(省略图示)。另外，作为层厚(膜厚)例如能够列举出，在pn接合的情况下为200～400μm，在pin接合情况下为100nm～5μm。

而且，背面电极层4采用含有Ag(银)、Al(铝)、Cu(铜)等金属粒子的导电性墨，利用柔性版印刷方法形成为膜厚50～1500nm的导电性被膜。另外，作为上述金属，使用Ag(银)、Al(铝)、Cu(铜)是为了将从上述绝缘透光性基板1侧入射的光反射而提高薄膜太阳能电池的短路电流值。在本实施方式中，其中优选使用Ag(银)。

另外，作为使用的导电性墨，优选采用作为上述金属粒子含有平均粒径0.5～300nm的银粒子的“纳米银导电性墨”。该纳米银导电性墨除上述平均粒径的银粒子之外，由作为粘合剂的树脂和作为它们的分散溶剂的碳化氢系溶剂构成，作为构成该墨的粘合剂树脂，例如可采用丙烯酸系树脂、环氧系树脂等，作为碳化氢系溶剂，可使用十四烷、十三烷、癸醇、萜品醇等。并且，上述导电性墨调整为，其固体成分为3～80wt％、其粘度为0.5～1000mPa·s。

另外，上述“纳米银导电性墨”将银粒子、粘合剂和溶剂作为主要成分(低温烧结银导电性墨)。在此，主要成分是指占整体过半的成分，是也包含整体仅由主要成分构成的情况的意思。

另外，上述银粒子是其粒子形状为球状、片状、鳞片状等的银粉末，其加热(烧结)前的平均粒径(或者平均当量圆直径)处于0.5～300nm的范围内。并且，上述银粒子的平均粒径是使用动态光散射粒子解析装置利用光子相关光谱法来测定的。在银粒子的平均粒径大于300nm的情况下，有可能导致导电性降低、或者阻碍墨的流动性而导致该导电性墨的稳定性降低。

而且，根据需要，也可以向本实施方式的导电性墨中添加增塑剂、润滑剂、分散剂(表面活性剂)、流平剂、消泡剂、抗氧化剂等各种添加剂。并且，也可以适当添加有机·无机系的填充剂。

接着，对使用柔性版印刷机在上述薄膜太阳能电池的背面侧形成背面电极(背面电极层4)的方法进行说明。

图3是制造本发明实施方式的薄膜太阳能电池用背面电极的柔性版印刷机的概略结构图，图中的附图标记11表示印刷版、附图标记12表示印刷滚筒，附图标记13表示网纹辊(AniloxRoll)，附图标记14表示载物台，附图标记15表示刮板、附图标记16表示墨盒。

首先，对形成本实施方式的薄膜太阳能电池用背面电极所采用的柔性印刷版进行说明。该印刷版11是利用通过了负片的紫外线照射使尿烷系丙烯酸酯的预聚物、聚丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯单体、光阻聚剂、光聚合引发剂等混合物固化而成形的凸版印刷版。

在上述印刷版11的表面(墨保持面)形成有沿着规定形状的背面电极图案的微细凹凸，在形成于它们之间的凹部(墨保持部)保持有上述导电性墨。另外，保持于该墨保持部的每单位面积的墨保持量被设定为约1～50ml/m²。

采用上述构造的柔性印刷版11进行的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法基本上是与通常的柔性版印刷同样的过程。首先，将从墨盒16供给来的墨(纳米银导电性墨)通过网纹辊13供给到印刷版11，在形成于该印刷版11表面的规定电极图案的墨保持部保持规定量的纳米银导电性墨。

接着，在使该印刷版11与印刷滚筒12一同旋转的同时、使载置在载物台14上的基板(透明电极层2及光电转换层3层叠完毕的绝缘透光性基板1)同步移动，使该基板1密合于上述印刷版11(轻触)，从而，保持于上述墨保持部的纳米银导电性墨被转印到该基板1上的光电转换层3的表面(印刷面)。

之后，将转印有上述纳米银导电性墨后的基板1投入到烘箱等烘干机中，将墨加热烧结(200～300℃、30～60分钟)，从而，该墨中的溶剂等蒸发，并且，上述墨中的银粒子被烧结，形成成为背面电极层4的导电性被膜。

利用上述方法，能够制造膜厚为100～1500nm(表面粗度Ra：10～150nm)、该背面电极层4的体积电阻率为1.0×10^- ⁴Ω·cm以下的、适合薄膜太阳能电池的背面电极。

另外，由于本实施方式的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法设定了最佳的各种印刷条件，因此，能够利用一次工序过程(one pass)制造上述构造的薄膜太阳能电池用背面电极，与柔性版印刷工序的高速性(印刷速度：20m/分钟以上)相结合，能够低成本且高速高效地生产该薄膜太阳能电池。

接着，将实施例与比较例一同进行说明。但是，本发明并不限定于以下实施例。

实施例

在该实施例中，使用采用纳米银导电性墨而利用柔性版印刷制成的薄膜太阳能电池用背面电极(实施例1)和利用以往的溅射法制成的薄膜太阳能电池用背面电极(比较例1)，对它们的背面电极层的体积电阻率(比电阻：Ω·cm)、反射率(％：400nm时)等进行比较。

在实施例1的薄膜太阳能电池用背面电极中使用以下的导电性墨(低温烧结纳米银导电性墨)和基材。

纳米银导电性墨

哈利玛化成株式会社制NPS-J-HTB

成分：银粒子-粒径3～7nm(平均粒径：5nm)

银含有率：53～58wt％

粘合剂树脂

溶剂·稀释剂-十四烷

固体成分：55～60wt％

粘度：8～12mPa·s

基材

玻璃坯料仓本制作所制厚度-0.7mm

另外，实施例1的制作所采用的柔性版印刷机在以下的加工条件下使用(柔性版印刷的概略结构参照图3)。

柔性版印刷机

MT-TECH(MTテック)公司制FC-33S

柔性印刷版

KOMURA-TECH公司制-使用上述实施方式中详细记载的柔性印刷版。

版厚度-2.25mm 600线/inch开口率5～10％

硬度：40～70度(肖氏A级硬度)

对墨溶剂(十四烷)的溶胀率：0.5～15％(重量变化率)

印刷用墨保持部的墨保持量：4ml/m²(调整范围：1～5ml/m²)

网纹辊

200线/inch(100～600线/inch)

单元容量(单元容积)：8ml/m²(调整范围：1.5～50ml/m²)

柔性版印刷条件

·印刷速度(印刷载物台移动量)：25m/分钟

·网纹辊速度：200rpm

·网纹辊-印刷版之间间隙宽度：8mm(调整范围：4～8mm)

·印刷版-基材之间间隙宽度：10mm(调整范围：8～12mm)

·印刷室的环境(气氛)

温度：15～30℃湿度：40～70％RH

·印刷后的烘干条件

预备烘干：温度：80～150℃时间：30秒～5分钟

正式烧结：温度：150～300℃时间：20分钟～180分钟

实施例1

在以上加工条件下，利用柔性版印刷机将纳米银导电性墨印刷转印于在玻璃基材上预先形成有透明电极层2及光电转换层3的基板1的背面，以80℃×5分钟的条件将其预备烘干之后进行正式烧结(在30分钟内从70℃升温至300℃)，获得膜厚0.4μm的薄膜太阳能电池用背面电极。

比较例1

使用通常的溅射装置，在玻璃基材上预先形成有透明电极层2及光电转换层3的基板1上形成与以往品相同的银的薄膜层(膜厚0.3μm)。

使用以上实施例1及比较例1的样品进行薄膜太阳能电池用背面电极的物性比较。

(体积电阻值(电阻率))

使用数字式万用表(Advantest公司制R6551)，利用四探针法测定电阻值。另外，使用电子显微镜(日本电子公司制JSM-5500)观察截面，测定由银粒子形成的层的厚度，由这些测定值计算出体积电阻值(电阻率)。

密合性

按照JIS K5400-8.5(JIS D0202)交错划线式试验进行评价。切割的间隔为1mm，在切割导电膜之后附着粘合带，1分钟之后，拿起带的端部与涂膜面成直角地瞬间将其剥离，目测评价该剥离状态。另外，粘合带采用玻璃带CT-12(Nichiban公司制)。

评价标准：

完全没有自基材剥离。-○

局部自基材剥离。-△

整体自基材剥离。-×

反射率

使用岛津制作所制作的紫外可见近红外分光光度计UV-3600测定照射400nm的光时的45°反射率。

“表1”表示以上试验结果。

表1

背面电极层	实施例1	比较例1
			膜厚(μm)	0.4	0.3
体积电阻值(μΩ·cm)	6.3	1.0
			密合性(剥离试验)	○	○
反射率(％：400nm)	78	80
			形成方法	柔性版印刷	溅射法

通过以上形成方法，能够以低成本制作与利用以往的溅射法形成的背面电极具有相同性能的薄膜太阳能电池用背面电极。

工业实用性

本发明的形成方法适合制造在透光性基板的背面层叠有由半导体接合构成的光电转换层的薄膜太阳能电池所采用的背面电极。特别是，本发明的形成方法能够低成本且高效地生产该背面电极、甚至是薄膜太阳能电池，较为理想。

Claims

1.一种薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法，该方法是在薄膜太阳能电池中形成背面电极的方法，该薄膜太阳能电池包括依次形成在绝缘透光性基板的背面的透明电极层、光电转换层及背面电极层，其中，

包括以下工序：

将含有金属粒子的导电性墨保持于柔性印刷版的工序，该柔性印刷版的表面形成有规定图案的墨保持部；

使在透明电极层上层叠形成有光电转换层的绝缘透光性基板密合于该柔性印刷版、将保持于上述墨保持部的导电性墨转印于光电转换层上的工序；

在该转印之后对上述被转印的导电性墨进行加热而在上述光电转换层上形成规定图案的背面电极层的工序。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法，其中，

上述金属粒子是平均粒径0.5～300nm的银粒子。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜太阳能电池用背面电极的形成方法，其中，

上述导电性墨的粘度被调整为0.5～1000mPa·s。