CN104205352A - 太阳能电池、太阳能电池组件和太阳能电池的制造方法 - Google Patents

太阳能电池、太阳能电池组件和太阳能电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有较高的形状精度的电极的太阳能电池。太阳能电池(10)包括光电转换部(10a)和电极(21)。光电转换部(10a)具有设置有凹凸结构的主面(10a1)。电极(21)配置在主面(10a1)之上。电极(21)包含第一导电材料(41)、第二导电材料(42)和树脂(43)。第二导电材料(42)是与第一导电材料(41)相比纵横比大的扁平状。在电极中，第二导电材料(42)的体积含量比第一导电材料(41)的体积含量多。凹凸结构包含比第一导电材料(41)的平均粒径大且比第二导电材料(42)的平均长径小的凹凸结构。

Description

太阳能电池、太阳能电池组件和太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池、太阳能电池组件和太阳能电池的制造方法。
背景技术
在专利文献1中记载有：关于太阳能电池的电极的形成，通过在具有光电转换部的绒面(texture)结构的表面上涂敷导电性浆料(paste)来形成电极的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－76398号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
具有要改善太阳能电池的电极的形状精度的期待。
本发明的主要目的在于提供具有较高的形状精度的电极的太阳能电池。
用于解决问题的技术方案
本发明的太阳能电池具有光电转换部和电极。光电转换部具有设置有凹凸结构的主面。电极配置在上述主面之上。电极包含第一导电材料、第二导电材料和树脂。第二导电材料为与第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比(aspectratio)更大的扁平状。电极中，第二导电材料的体积含量比第一导电材料的体积含量多。凹凸结构包含比第一导电材料的平均粒径大且比第二导电材料的平均长径小的凹凸结构。
本发明的太阳能电池组件具有太阳能电池、第一保护部件、第二保护部件和密封件。第一保护部件配置在太阳能电池的一侧。第二保护部件配置在太阳能电池的另一侧。密封件配置在第一保护部件和第二保护部件之间。密封件密封太阳能电池。太阳能电池具有光电转换部和电极。光电转换部具有设置有凹凸结构的主面。电极配置在主面之上。电极包含第一导电材料、第二导电材料和树脂。第二导电材料为与第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比更大的扁平状。电极中，第二导电材料的体积含量比第一导电材料的体积含量多。凹凸结构包含比第一导电材料的平均粒径大且比第二导电材料的平均长径小的凹凸结构。
在本发明的太阳能电池的制造方法中，准备浆料，该浆料包含第一导电材料、第二导电材料和树脂，第二导电材料为与第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比更大的扁平状，第二导电材料的体积含量比第一导电材料的体积含量多。在具有设置有比第一导电材料的平均粒径大且比第二导电材料的平均长径小的凹凸结构的主面的光电转换部的主面之上涂敷浆料，由此形成包含第一导电材料、第二导电材料和树脂的电极。
发明效果
根据本发明，能够提供具有较高的形状精度的电极的太阳能电池。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的太阳能电池组件的概略截面图。
图2是本发明的一个实施方式的太阳能电池的概略平面图。
图3是本发明的一个实施方式中的太阳能电池的概略背面图。
图4是图2的线IV－IV的示意截面图。
具体实施方式
以下，对实施本发明的优选的方式的一个例子进行说明。其中，以下的实施方式仅仅为例示。本发明不限于以下的实施方式。
另外，在实施方式等中参照的各附图中，实质上具有相同功能的部件用相同的附图标记进行参照。另外，在实施方式等中参照的各附图，是示意地记载的图，在附图中所描绘的物体的尺寸的比率等，有时与现实的物体的尺寸的比率等不同。在附图相互之间，有时物体的尺寸比率等也不同。具体的物体的尺寸比率等应参照以下的说明进行判断。
如图1所示，太阳能电池组件1具有通过布线件11电连接的多个太阳能电池10。但是，太阳能电池组件可以仅具有一个太阳能电池。
太阳能电池10具有光电转换部10a。光电转换部10a在受光时生成电子、空穴等载流子。光电转换部10a可以为仅在一主面10a1上受光时产生载流子的部件。光电转换部10a也可以为不仅在一主面10a1上受光时，而且在另一主面10a2上受光时也发电的部件。光电转换部10a例如具有由半导体材料形成的衬底。具体来讲，光电转换部10a例如可以具有晶体硅板和配置在晶体硅板之上的p型半导体层和n型半导体层。光电转换部10a可以由具有露出在表面的p型掺杂物扩散区域和n型掺杂物扩散区域的晶体硅板构成。
如图4所示，在光电转换部10a的主面10a1、10a2的至少一者，设置有被称为绒面结构的凹凸结构。具体来讲，在主面10a1、10a2两者，设置有被称为绒面结构的凹凸结构。在此，“绒面结构”是指为了抑制表面反射、增大光电转换部的光吸收量而形成的凹凸结构。作为绒面结构的具体例，可以列举出通过对具有(100)面的单晶硅衬底的表面实施各向异性蚀刻而获得的金字塔状(四棱锥状、四棱锥台状)的凹凸结构。
绒面结构的大小(相邻的顶部间的距离)例如为1μm～20μm左右，更优选为3μm～10μm。但是，构成绒面结构的多个凸部的大小并不一定均匀。构成绒面结构的多个凸部可以包含不属于上述优选的范围内的大小的凸部。
光电转换部10a之上配置有第一和第二电极21、22。具体来讲，第一电极21配置在主面10a1之上。第二电极22配置在主面10a2之上。这些第一和第二电极21、22之中的一者为收集多数载流子的电极，另一方为收集少数载流子的电极。
第一电极21具有多个副栅线(finger)部21a和主栅线(busbar)部21b。多个副栅线部21a沿x轴方向彼此隔着间隔配置。多个副栅线部21a与主栅线部21b电连接。第一电极21主要在该主栅线部21b，与布线件11电连接。
第二电极22具有多个副栅线部22a和主栅线部22b。多个副栅线部22a沿x轴方向彼此隔着间隔配置。多个副栅线部22a与主栅线部22b电连接。第二电极22主要在该主栅线部22b，与布线件11电连接。
第一电极21与主面10a1之间配置有透明导电性氧化物层31。透明导电性氧化物层31配置成覆盖主面10a1的实质的整体。第二电极22与主面10a2之间配置有透明导电性氧化物层32。透明导电性氧化物层32配置成覆盖主面10a2的实质的整体。透明导电性氧化物层31、32各自例如能够由铟锡氧化物(ITO)等构成。
如图4所示，第一和第二电极21、22包含第一导电材料41、第二导电材料42和树脂43。第一导电材料41可以由多个颗粒的聚集体构成。在构成第一导电材料41的颗粒不构成聚集体的情况下，第一导电材料41由单个的(一个一个的)颗粒构成。所以，在该情况下，第一导电材料41的粒径为一次粒径。构成第一导电材料41的颗粒构成聚集体的情况下，第一导电材料41由多个颗粒的聚集体构成。所以，在该情况下，第一导电材料41的粒径成为二次粒径。第一导电材料的粒径能够通过激光衍射·散射法测定。
第二导电材料42为扁平状。作为第二导电材料42的长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比与第一导电材料41的纵横比相比大。第二导电材料42的纵横比优选为第一导电材料41的纵横比的3倍以上，更优选为5倍以上。具体来讲，第一导电材料41的纵横比优选为1～3，更优选为1～2。
第二导电材料42的体积含量比第一导电材料41的体积含量多。第二导电材料42的体积含量优选为第一导电材料41的体积含量的1.2倍以上，更优选为1.3倍以上。具体来讲，第一和第二电极21、22各自中的第一导电材料41的体积含量优选为25体积％～45体积％，更优选为30体积％～40体积％。第一和第二电极21、22各自中的第二导电材料42的体积含量优选为55体积％～75体积％，更优选为60体积％～70体积％。
第一导电材料41的平均粒径优选为0.5μm～3μm，更优选为0.5μm～2μm。第二导电材料42的平均长径优选为3μm～10μm，更优选为5μm～8μm。第二导电材料42的平均厚度优选为0.1μm～1.5μm，更优选为0.3μm～1μm。第二导电材料42的平均长径和平均厚度能够分别通过SEM观察测定。
第一导电材料41和第二导电材料42各自能够由适当的导电材料料构成。第一导电材料41和第二导电材料42各自能够例如由选自Ag、Cu、Au、Pt、Al、Ni和Sn的至少一种金属构成。第一导电材料41的主成分和第二导电材料42的主成分优选为相同。例如，第一导电材料41和第二导电材料42均优选以Ag为一个主成分，或以Au为一个主成分。
如图1所示，在太阳能电池10的一侧配置有第一保护部件14。在太阳能电池10的另一侧配置有第二保护部件15。第一保护部件14与第二保护部件15之间配置有密封件13。利用该密封件13密封太阳能电池10。第一和第二保护部件14、15的至少一者由树脂片构成。具体来讲，第一和第二保护部件14、15的至少一者由不包含金属层、无机氧化物层等阻挡层的树脂片形成。更具体来讲，位于太阳能电池10的受光面侧的第一保护部件14由玻璃板、陶瓷板或树脂板构成。位于太阳能电池10的背面侧的第二保护部件15由不包含金属层、无机氧化物层等阻挡层的树脂片形成。密封件13能够由例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等交联性树脂、或聚烯烃等非交联性树脂构成。
第一和第二电极21、22各自能够以例如以下的要点形成。即，准备包含第一导电材料41、第二导电材料42和树脂43的导电性浆料。该导电性浆料中，第二导电材料42的体积含量比第一导电材料41的体积含量多。接着，在光电转换部10a之上涂敷导电性浆料，使树脂43硬化，由此能够形成第一和第二电极21、22。
例如，在导电性浆料所包含的导电材料的粒径比凹凸结构的节距(pitch)小的情况下，导电材料容易与涂敷的导电性浆料的树脂一起沿着凹凸结构的谷部扩散。因此，以高的形状精度涂敷导电性浆料比较困难。由此，难以形成具有较高的形状精度的电极。
在此，第二导电材料42为扁平状。凹凸结构包含比第二导电材料42的长径小的(窄节距的)凹凸结构。因此，第二导电材料42难以沿凹凸结构的谷部扩散。与第一导电材料相比，以较高的体积含量含有该难以扩散的第二导电材料42。所以，能够获得具有较高的形状精度的电极21、22。
例如，通过提高导电性浆料的粘度，也能够抑制导电性浆料的润湿展布(wet-spreading)。但是，当导电性浆料的粘度高时，导电性浆料的涂敷变困难。所以，当导电性浆料的粘度高时，有时能够获得的电极的形状精度变低。第二导电材料42为扁平状，凹凸结构包含比第二导电材料42的长径小的(窄节距的)凹凸结构的情况下，即使导电性浆料的粘度低，导电性浆料也难以润湿展布。由此，能够获得具有较高的形状精度的电极21、22。
例如，在电极仅包含具有大的纵横比的第二导电材料的情况下，第二导电材料难以进入凹凸结构，因此，有时电极与光电转换部或透明导电性氧化物层的界面的电阻变高。在太阳能电池组件1中，电极21、22包含第二导电材料42和第一导电材料41。凹凸结构包含比第一导电材料41的平均粒径大的凹凸结构。因此，电极21、22与透明导电性氧化物层31、32的界面的电阻低。由此，能够实现改善的光电转换效率。
从为了进一步改善光电转换效率并且获得具有更高的形状精度的电极21、22的观点出发，优选在光电转换部10a的主面10a1、10a2的至少一者上设置的凹凸结构的一半以上为比第一导电材料41的平均粒径大且比第二导电材料42的平均长径小的结构，更加优选实质上全部为比第一导电材料41的平均粒径大且比第二导电材料42的平均长径小的结构。凹凸结构优选包含第一导电材料41的平均粒径的3倍以上且第二导电材料42的平均长径的2倍以下为凹凸结构。优选凹凸结构包含第一导电材料41的平均粒径的5倍以上且第二导电材料42的平均长径的1.5倍以下的凹凸结构。优选凹凸结构的一半以上、更加优选实质上全部，为第一导电材料41的平均粒径的3倍以上且第二导电材料42的平均长径的2倍以下，更优选为第一导电材料41的平均粒径的5倍以上且第二导电材料42的平均长径的1.5倍以下。
但是，例如，第一和第二保护部件14、15的至少一方由树脂片构成，不具有阻挡层的情况下，水分容易经由树脂片浸入密封件13中。浸入到密封件13中的水分到达电极21、22时，电极21、22中的树脂43发生劣化。其结果，电极21、22与透明导电性氧化物层31、32的界面的电阻变高，光电转换效率容易发生劣化。太阳能电池组件1中，电极21、22包含扁平状的第二导电材料42，因此，电极21、22中的、每单位长度存在的导电材料41、42的数量较少。因此，电极21、22中的、每单位长度存在的导电材料之间的间隙的数量也较少。由此，位于导电材料间的间隙的树脂43的电阻上升，电极21、22的接触电阻等电阻也难以上升。所以，太阳能电池组件1的输出特性难以下降。即，使纵横比相对高的扁平状的第二导电材料42按体积比例计比第一导电材料41多，由此，能够改善太阳能电池组件1的耐湿性。
(变形例)
电极可以配置在光电转换部的正上方。即，可以不在电极与光电转换部之间配置透明导电性氧化物层。电极可以设置为面状。太阳能电池可以为背面结型的太阳能电池。
附图标记说明
1…太阳能电池组件
10…太阳能电池
10a…光电转换部
10a1、10a2…主面
11…布线件
13…密封件
14…第一保护部件
15…第二保护部件
21…第一电极
22…第二电极
31、32…透明导电性氧化物层
41…第一导电材料
42…第二导电材料
43…树脂

Claims (8)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
具有设置有凹凸结构的主面的光电转换部；和
配置在所述主面之上的含第一导电材料、第二导电材料和树脂的电极，
所述第二导电材料为与所述第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比更大的扁平状，
在所述电极中，所述第二导电材料的体积含量比所述第一导电材料的体积含量多，
所述凹凸结构包含比所述第一导电材料的平均粒径大且比所述第二导电材料的平均长径小的凹凸结构。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述电极中，所述第二导电材料的体积含量为所述第一导电材料的体积含量的1.2倍以上。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述凹凸结构包含所述第一导电材料的平均粒径的3倍以上且所述第二导电材料的平均长径的2倍以下的凹凸结构。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一导电材料的纵横比在1～3的范围内，
所述第二导电材料的纵横比在5～20的范围内。
5.如权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一导电材料的主成分和所述第二导电材料的主成分相同。
6.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：
太阳能电池；
配置在所述太阳能电池的一侧的第一保护部件；
配置在所述太阳能电池的另一侧的第二保护部件；和
配置在所述第一保护部件与所述第二保护部件之间，密封所述太阳能电池的密封件，
所述太阳能电池包括：
具有设置有凹凸结构的主面的光电转换部；和
配置在所述主面之上的含第一导电材料、第二导电材料和树脂的电极，
所述第二导电材料为与所述第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比更大的扁平状，
在所述电极中，所述第二导电材料的体积含量比所述第一导电材料的体积含量多，
所述凹凸结构包含比所述第一导电材料的平均粒径大且比所述第二导电材料的平均长径小的凹凸结构。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一保护部件和第二保护部件的至少一者由树脂片构成。
8.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于：
准备浆料，其中该浆料含第一导电材料、第二导电材料和树脂，所述第二导电材料为与所述第一导电材料相比作为长径相对于平均厚度之比((长径)/(平均厚度))的纵横比更大的扁平状，所述第二导电材料的体积含量比所述第一导电材料的体积含量多，
在具有设置有比所述第一导电材料的平均粒径大且比所述第二导电材料的平均长径小的凹凸结构的主面的光电转换部的所述主面之上涂敷所述浆料，形成含所述第一导电材料、所述第二导电材料和所述树脂的电极。
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