CN114747022A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使透明电极层的形成简单化的太阳能电池的制造方法。太阳能电池的制造方法依次包含在基板(11)的背面侧形成导电型半导体层(25,35)的工序；在导电型半导体层(25,35)上形成透明导电膜的工序；以及在导电型半导体层(25,35)上形成金属电极层的非固化膜的工序；使透明导电膜图案化而形成透明电极层(28,38)的工序；以及形成金属电极层(29,39)的工序。金属电极层非固化膜形成工序中，通过将印刷材料进行印刷并干燥，形成金属电极层的非固化膜，在透明电极层形成工序中，将金属电极层的非固化膜作为掩模，使透明导电膜图案化，在金属电极层形成工序中，将金属电极层的非固化膜烧制并使其固化，从而形成金属电极层(29,39)。

Description

太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种背面电极型(背接触型)的太阳能电池的制造方法。
背景技术
作为使用了半导体基板的太阳能电池，有在受光面侧和背面侧的两面形成了电极的两面电极型的太阳能电池、以及仅在背面侧形成了电极的背面电极型的太阳能电池。两面电极型的太阳能电池中，由于在受光面侧形成了电极，因此由于该电极太阳光被遮挡。另一方面，背面电极型的太阳能电池中，由于在受光面侧没有电极，因此与两面电极型的太阳能电池比较，太阳光的受光率高。专利文献1中公开了背面电极型的太阳能电池。
专利文献1所记载的太阳能电池具备半导体基板、依次层叠于半导体基板的背面侧的第一导电型半导体层以及第一电极层、依次层叠于半导体基板的背面侧的其它的一部分的第二导电型半导体层和第二电极层。第一电极层与第二电极层为了防止短路而相互分离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－131586号公报。
发明内容
一般而言，第一电极层和第二电极层分别包含透明电极层和金属电极层。金属电极层例如可以通过使用银膏的丝网印刷法，比较容易地分离而形成。另一方面，透明电极层需要通过使用了掩模的例如光刻法分离而形成，其形成工序比较复杂。
本发明的目的在于提供一种能够使透明电极层的形成简单化的太阳能电池的制造方法。
本发明所涉及的太阳能电池的制造方法是具备半导体基板、配置于上述半导体基板的一个主面侧的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层、与上述第一导电型半导体层对应的第一透明电极层和第一金属电极层；以及与上述第二导电型半导体层对应的第二透明电极层和第二金属电极层的背面电极型的太阳能电池的制造方法，其依次包含如下的工序：在上述半导体基板的上述一个主面侧的一部分形成上述第一导电型半导体层，在上述半导体基板的上述一个主面侧的其它的一部分形成上述第二导电型半导体层的半导体层形成工序；在上述第一导电型半导体层和上述第二导电型半导体层上横跨这些而形成透明导电膜的透明导电膜形成工序；经由上述透明导电膜在上述第一导电型半导体层上形成上述第一金属电极层的非固化膜，介由上述透明导电膜在上述第二导电型半导体层上形成上述第二金属电极层的非固化膜的金属电极层非固化膜形成工序；通过使上述透明导电膜图案化，形成相互分离的上述第一透明电极层和上述第二透明电极层的透明电极层形成工序：以及形成上述第一金属电极层和上述第二金属电极层的金属电极层形成工序，上述金属电极层非固化膜形成工序中，通过对包含粒子状的金属材料、树脂材料和溶剂的印刷材料进行印刷而干燥，形成上述第一金属电极层的非固化膜和上述第二金属电极层的非固化膜，上述透明电极层形成工序中，将上述第一金属电极层的非固化膜和上述第二金属电极层的非固化膜用作掩模，使上述透明导电膜图案化，上述金属电极层形成工序中，通过对上述第一金属电极层的非固化膜和上述第二金属电极层的非固化膜进行烧制并使其固化，形成上述第一金属电极层和上述第二金属电极层。
发明效果
根据本发明，能够使太阳能电池的透明电极层的形成简单化。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块的一个例子的侧面图。
图2是从背面侧观察本实施方式所涉及的太阳能电池的图。
图3是图2的太阳能电池中的III-III线剖视图。
图4A是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的半导体层形成工序的图。
图4B是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的透明导电膜形成工序的图。
图4C是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层非固化膜形成工序的图。
图4D是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的透明电极层形成工序的图。
图4E是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层形成工序的图。
图5是将本实施方式所涉及的太阳能电池的透明电极层和金属电极层的端部放大而示出的图。
图6A是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的半导体层形成工序的图。
图6B是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的透明导电膜形成工序的图。
图6C是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层形成工序的图。
图6D是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的透明电极层形成工序的图。
图7是将比较例所涉及的太阳能电池的透明电极层和金属电极层的端部放大而示出的图。
具体实施方式
以下，参照附加的附图说明本发明的实施方式的一个例子。应予说明，在各附图中对相同或相当的部分附加相同的符号。另外，为了方便，也存在省略阴影、部件符号等的情况，在该情况下，参照其它的附图。
(太阳能电池模块)
图1是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块的一个例子的侧面图。太阳能电池模块100具备排列成二维状的多个太阳能电池单元1。
太阳能电池单元1通过布线部件2串联和/或并联地连接。具体而言，布线部件2连接于太阳能电池单元1的电极层的母线部(后述)。布线部件2例如是接头等公知的连接器。
太阳能电池单元1和布线部件2被受光面保护部件3与背面保护部件4夹住。在受光面保护部件3与背面保护部件4之间，填充有液体状或固体状的密封材料5，因此，太阳能电池单元1和布线部件2被密封。受光面保护部件3例如是玻璃基板，背面保护部件4是玻璃基板或者金属板。密封材料5例如是透明树脂。
以下，对于太阳能电池单元(以下称为太阳能电池)1详细进行说明。
(太阳能电池)
图2是从背面侧观察本实施方式所涉及的太阳能电池的图。图2所示的太阳能电池1是背面电极型的太阳能电池。太阳能电池1具备包含2个主面的半导体基板11，在半导体基板11的主面具有第一导电型区域7和第二导电型区域8。
第一导电型区域7呈所谓的梳型的形状，具有与梳齿相当的多个指部7f和与梳齿的支承部相当的母线部7b。母线部7b沿着半导体基板11的一个边部向第一方向(X方向)延伸，指部7f从母线部7b向与第一方向交叉的第二方向(Y方向)延伸。
同样地第二导电型区域8是所谓的梳型的形状，具有与梳齿相当的多个指部8f和与梳齿的支承部相当的母线部8b。母线部8b沿着与半导体基板11的一个边部对置的其它的边部向第一方向(X方向)延伸，指部8f从母线部8b向第二方向(Y方向)延伸。
指部7f与指部8f呈向第二方向(Y方向)延伸的带状，交替地设置于第一方向(X方向)。
应予说明，第一导电型区域7和第二导电型区域8可以形成为条纹状。
图3是图2的太阳能电池的III-III线剖视图。如图3所示，太阳能电池1具备在半导体基板11的主面中的受光侧的主面即受光面侧层叠的钝化层13。另外，太阳能电池1具备依次层叠于半导体基板11的主面中的受光面的相反侧的主面(一个主面)即背面侧的一部(主要是第一导电型区域7)的钝化层23、第一导电型半导体层25和第一电极层27。另外，太阳能电池1具备依次层叠于半导体基板11的背面侧的其它的一部分(主要为第二导电型区域8)的钝化层33、第二导电型半导体层35以及第二电极层37。
半导体基板11由单晶硅或者多晶硅等结晶硅材料形成。半导体基板11例如是在结晶硅材料掺杂了n型掺杂剂而成的n型的半导体基板。应予说明，半导体基板11例如可以是在结晶硅材料中掺杂了p型掺杂剂而成的p型的半导体基板。作为n型掺杂剂，例如可举出磷(P)。作为p型掺杂剂，例如可举出硼(B)。半导体基板11作为吸收来自受光面侧的入射光并生成光载流子(电子和空穴)的光电变换基板发挥功能。
通过作为半导体基板11的材料使用结晶硅，可得到即使在暗电流比较小且入射光的强度低的情况下也比较高的输出(无论照度如何均稳定的输出)。
半导体基板11可以在背面侧具有称为纹理结构的金字塔型的微细的凹凸结构。因此，没有被半导体基板11吸收而通过的光的回收效率提高。
另外，半导体基板11可以在受光面侧具有称为纹理结构的金字塔型的微细的凹凸结构。因此，入射光的反射在受光面减少，半导体基板11的光封闭效果提高。
钝化层13形成于半导体基板11的受光面侧。钝化层23形成于半导体基板11的背面侧的第一导电型区域7。钝化层33形成于半导体基板11的背面侧的第二导电型区域8。钝化层13,23,33例如由本征(i型)非晶体硅材料形成。钝化层13,23,33抑制由半导体基板11生成的载流子的再结合，提高载流子的回收效率。
可以在半导体基板11的受光面侧的钝化层13上，例如设置由SiO、SiN或SiON等的材料形成的反射防止层。
第一导电型半导体层25形成于钝化层23上，即半导体基板11的背面侧的第一导电型区域7。第一导电型半导体层25例如由非晶体硅材料形成。第一导电型半导体层25例如是在非晶体硅材料掺杂了p型掺杂剂(例如上述的硼(B))而成的p型的半导体层。
第二导电型半导体层35形成于钝化层33上，即半导体基板11的背面侧的第二导电型区域8。第二导电型半导体层35例如由非晶体硅材料形成。第二导电型半导体层35例如是在非晶体硅材料掺杂了n型掺杂剂(例如掺杂了上述的磷(P))而成的n型的半导体层。
应予说明，第一导电型半导体层25可以是n型的半导体层，第二导电型半导体层35可以是p型的半导体层。
第一导电型半导体层25和钝化层23与第二导电型半导体层35和钝化层33呈向第二方向(Y方向)延伸的带状，沿着第一方向(X方向)交替地并列。第二导电型半导体层35和钝化层33的一部分可以在邻接的第一导电型半导体层25和钝化层23的一部分上重叠(省略图示)。
第一电极层27与第一导电型半导体层25对应地具体而言形成于半导体基板11的背面侧的第一导电型区域7的第一导电型半导体层25上。第二电极层37与第二导电型半导体层35对应地具体而言形成于半导体基板11的背面侧的第二导电型区域8的第二导电型半导体层35上。第一电极层27具有依次层叠在第一导电型半导体层25上的第一透明电极层28和第一金属电极层29。第二电极层37具有依次层叠在第二导电型半导体层35上的第二透明电极层38和第二金属电极层39。
第一透明电极层28和第二透明电极层38由透明的导电性材料形成。作为透明导电性材料，可举出ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟和氧化锡的复合氧化物)等。
第一金属电极层29和第二金属电极层39由含有银、铜、铝等粒子状的金属材料、绝缘性的树脂材料以及溶剂的导电性膏材料形成。
第一电极层27和第二电极层37、即第一透明电极层28、第二透明电极层38、第一金属电极层29和第二金属电极层39呈沿着第二方向(Y方向)延伸的带状，沿着第一方向(X方向)交替地并列。第一透明电极层28与第二透明电极层38相互分离，第一金属电极层29与第二金属电极层39也相互分离。
第一透明电极层28的第一方向(X方向)的带宽比第一金属电极层29的第一方向(X方向)的带宽窄，第二透明电极层38的第一方向(X方向)的带宽比第二金属电极层39的第一方向(X方向)的带宽窄。
在第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边，形成有第一金属电极层29和第二金属电极层39的导电性膏材料中不能均匀存在绝缘性的树脂材料而成的树脂膜40。
第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的第一导电型半导体层25的一部分和第二导电型半导体层35的一部分由树脂膜40覆盖。详细而言第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的、第一导电型半导体层25的凹凸结构(纹理结构)的谷部和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部由树脂膜40覆盖。另一方面，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的、第一导电型半导体层25的凹凸结构的顶部和第二导电型半导体层35的凹凸结构的顶部没有由树脂膜40覆盖而露出。
在第一导电型半导体层25与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35与树脂膜40的层间，与第一透明电极层28和第二透明电极层38相同材料的透明导电膜48配置成岛状(不连续)。详细而言，在第一导电型半导体层25的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间，透明导电膜48配置成岛状。
第一金属电极层29与第一导电型半导体层25的接触面积是第一透明电极层28与第一导电型半导体层25的接触面积的一半以下，第二金属电极层39与第二导电型半导体层35的接触面积是第二透明电极层38与第二导电型半导体层35的接触面积的一半以下。
以下，对太阳能电池的制造方法进行说明。应予说明，为了容易理解本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的特征，在说明本实施方式的太阳能电池的制造方法之前，本申请发明人将考察本实施方式的太阳能电池的制造方法的过程中考察的太阳能电池的制造方法作为比较例进行说明。
(比较例的太阳能电池的制造方法)
参照图6A～图6D，对比较例所涉及的太阳能电池的制造方法进行说明。图6A是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的半导体层形成工序的图，图6B是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的透明导电层形成工序的图。图6C是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层形成工序的图，图6D是表示比较例所涉及的太阳能电池的制造方法的透明电极层形成工序的图。图6A～图6D中，表示半导体基板11的背面侧，省略半导体基板11的表面侧。
首先，如图6A所示，在至少背面侧具有凹凸结构(纹理结构)的半导体基板11的背面侧的一部分具体而言第一导电型区域7，形成钝化层23和第一导电型半导体层25(半导体层形成工序)。
例如使用CVD法或PVD法，在半导体基板11的背面侧的全部制成钝化膜和第一导电型半导体膜后，可以使用利用使用光刻技术生成的掩模或者金属掩模的蚀刻法，使钝化层23和第一导电型半导体层25图案化。应予说明，作为相对于p型半导体膜的蚀刻溶液，例如可举出含有臭氧的氟酸、硝酸与氟酸的混合液这样的酸性溶液，作为相对于n型半导体膜的蚀刻溶液，例如可举出氢氧化钾水溶液这样的碱性溶液。
或者使用CVD法或者PVD法，在半导体基板11的背面侧层叠钝化层和第一导电型半导体层时，可以使用掩模同时进行钝化层23和p型半导体层25的制膜和图案化。
接下来，在半导体基板11的背面侧的其它的一部分，具体而言在第二导电型区域8，形成钝化层33和第二导电型半导体层35(半导体层形成工序)。
例如上述同样地使用CVD法或PVD法，在半导体基板11的背面侧的全部制成钝化膜和第二导电型半导体膜后，可以使用利用使用光刻技术生成的掩模或者金属掩模的蚀刻法，使钝化层33和第二导电型半导体层35图案化。
或者在使用CVD法或者PVD法，在半导体基板11的背面侧层叠钝化层和第二导电型半导体层时，可以使用掩模同时进行钝化层33和第二导电型半导体层35的制膜和图案化。
应予说明，在该半导体层形成工序中，可以在半导体基板11的受光面侧的整面形成钝化层13(省略图示)。
接下来，如图6B所示，在第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35上跨着这些层形成透明导电膜28Z(透明导电膜形成工序)。作为透明导电膜28Z的形成方法，例如可使用CVD法或PVD法等。
接下来，如图6C所示，经由透明导电膜28Z，在第一导电型半导体层25上形成第一金属电极层29，经由透明导电膜28Z，在第二导电型半导体层35上形成第二金属电极层39(金属电极层形成工序)。
第一金属电极层29和第二金属电极层39通过将印刷材料(例如油墨)印刷而形成。作为第一金属电极层29和第二金属电极层39的形成方法，可举出丝网印刷法、喷墨法、凹版涂布法、或者点胶法等。这些方法中，优选为丝网印刷法。
印刷材料在绝缘性的树脂材料中包含粒子状(例如球状)的金属材料。印刷材料为了调整粘度或涂工性可以包含溶剂等。
作为绝缘性的树脂材料，可举出基体树脂等。详细而言，作为绝缘性树脂，优选为高分子化合物，特别优选为热固化型树脂或者紫外线固化型树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯或者有机硅系的树脂等作为代表例。
作为金属材料，可举出银、铜、铝等。这些材料中，优选为包含银粒子的银膏。
例如印刷材料中含有的金属材料的比例以相对于印刷材料整体的重量比计为85％～95％。
接下来，第一金属电极层29和第二金属电极层39印刷后，通过加热处理或紫外线照射处理，使第一金属电极层29和第二金属电极层39的绝缘性树脂固化(例如180度，60分钟)。此时，绝缘性树脂材料渗出到第一金属电极层29和第二金属电极层39的周边，形成绝缘性的树脂材料偏在于第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边而成的树脂膜40。
此时，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的透明导电膜28Z的凹凸结构(纹理结构)的谷部由树脂膜40覆盖。另一方面，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的透明导电膜28Z的凹凸结构的顶部没有由树脂膜40覆盖而露出。
应予说明，这样由导电性膏形成的第一金属电极层29和第二金属电极层39可以具有聚氨酯键。例如与环氧树脂树脂相比，聚氨酯树脂交联时的收缩小，树脂不易产生裂纹。如果树脂不易产生裂纹，则能够防止蚀刻溶液向金属电极层渗入，能够防止因金属电极层下的透明导电膜蚀刻所导致的金属电极层的剥离、长期可靠性的恶化。
接下来，如图6D所示使用将第一金属电极层29及其周边的树脂膜40以及第二金属电极层39及其周边的树脂膜40用作掩模的蚀刻法，通过使透明导电膜28Z图案化，形成相互分离的第一透明电极层28和第二透明电极层38(透明电极层形成工序)。作为蚀刻法，例如可举出湿式蚀刻法，作为蚀刻溶液，可举出盐酸(HCl)等酸性溶液。
此时，在第一金属电极层29与第二金属电极层39之间，从凹凸结构(纹理结构)的顶部朝向谷部进行透明导电膜28Z的蚀刻。这里，为了分离第一透明电极层28与第二透明电极层38，这些层之间的透明导电膜可以不连续，透明导电膜48可以岛状地残留于凹凸结构的谷部。如果透明导电膜48岛状地残留于凹凸结构的谷部，则凹凸结构的谷部的树脂膜40残留于第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35上。
根据以上的工序，比较例的背面电极型的太阳能电池1完成。
这里，以往的太阳能电池的制造方法中，在透明导电膜形成工序后且金属电极层形成工序前，包含透明电极层形成工序。
在透明电极层形成工序中，例如通过使用光刻法使透明导电膜图案化，从而形成相互分离的第一透明电极层和第二透明电极层。光刻法中，
·在透明导电膜上涂布抗蚀剂，
·通过使抗蚀剂感光，在抗蚀剂形成开口，
·通过将抗蚀剂作为掩模对在开口露出的透明导电膜进行蚀刻，形成相互分离的第一透明电极层和第二透明电极层，除去抗蚀剂。
对此，根据比较例的太阳能电池的制造方法，在透明导电膜形成工序后，依次包含金属电极层形成工序和透明电极层形成工序，透明电极层形成工序中，将通过金属电极层形成工序形成的第一金属电极层29和第二金属电极层39用作掩模，使透明导电膜28Z图案化，形成相互分离的第一透明电极层28和第二透明电极层38。因此，根据比较例的太阳能电池的制造方法，以往不需要使用利用掩模的光刻法等，能够进行透明电极层的形成的简单化和缩短化。其结果是能够使太阳能电池和太阳能电池模块低成本化。
这里，如果将第一金属电极层29和第二金属电极层39用作掩模并使透明导电膜28Z图案化，在对透明导电膜28Z蚀刻时，第一金属电极层29和第二金属电极层39下的透明导电膜28Z也被蚀刻，有使第一透明电极层28和第一金属电极层29以及第二透明电极层38和第二金属电极层39发生剥离的可能性。
关于这点，根据比较例的太阳能电池的制造方法，在金属电极层形成工序中，通过印刷包含粒子状的金属材料、树脂材料和溶剂的印刷材料并使其固化，形成树脂材料偏在于第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边而成的树脂膜40，在透明电极层形成工序中，将第一金属电极层29及其周边的树脂膜40以及第二金属电极层39其周边的树脂膜40用作掩模，使透明导电膜28Z图案化。因此，第一金属电极层29和第二金属电极层39下的透明导电膜28Z的蚀刻被抑制，第一透明电极层28和第一金属电极层29的剥离以及第二透明电极层38和第二金属电极层39的剥离得到抑制。
在通过这样的制造方法制造的太阳能电池1中，第一透明电极层28的带宽比第一金属电极层29的带宽窄，第二透明电极层38的带宽比第二金属电极层39的带宽窄，形成有第一金属电极层29以及第二金属电极层39中的印刷材料中的树脂材料偏在于第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边而成的树脂膜。
应予说明，在根据以往的太阳能电池的制造方法制造的太阳能电池中，一般而言透明电极层的带宽可以宽于金属电极层的带宽。
另外，在根据比较例的制造方法制造的太阳能电池1中，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的第一导电型半导体层25的一部分和第二导电型半导体层35的一部分由树脂膜40覆盖。详细而言，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的、第一导电型半导体层25的凹凸结构(纹理结构)的谷部和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部由树脂膜40覆盖。
另外，在第一导电型半导体层25与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35与树脂膜40的层间，与第一透明电极层28和第二透明电极层38相同材料的透明导电膜48配置成岛状(不连续)。详细而言，在第一导电型半导体层25的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间，透明导电膜48配置成岛状。因此，第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35露出的面积变小。因此，太阳能电池及太阳能电池模块的劣化受到抑制，太阳能电池及太阳能电池模块的可靠性(例如长期耐久性)提高。
这样，根据比较例的太阳能电池的制造方法，与以往的使用光刻法等的方法比较，可以进行透明电极层的形成的简单化和缩短化，但太阳能电池的性能降低。推测其是因为以下的理由。
根据本申请发明人的情况，如图7所示，在透明电极层28(38)中，存在与半导体基板11的界面的一部分28a(38a)与其他的部分比较不易溶解的情况。推测这是因为：透明电极层28(38)的基底的半导体层25,23(35,33)为非晶体硅层，从而与半导体基板11的界面的一部分28a(38a)结晶化不易溶解。
在对与该半导体基板11的界面的一部分28a(38a)进行蚀刻所需要的盐酸浸渍的条件中，推测其他的部分的端部蚀刻成需要以上的面积(侧面蚀刻)，透明电极层28(38)与金属电极层29(39)的接触面积减少。因此，太阳能电池的性能降低。
比较例的太阳能电池的制造方法中，
·对金属电极层29,39进行烧制(180度，60分钟)(金属电极层形成工序)，
·将金属电极层29,39用作掩模，对透明导电膜28Z进行蚀刻(透明电极层形成工序)。
(本实施方式的太阳能电池的制造方法)
与此相对，本实施方式的太阳能电池的制造方法中，
·对金属电极层的非固化膜29Z,39Z进行干燥(例如150度，3分钟)(金属电极层非固化膜形成工序)，
·将金属电极层的非固化膜29Z,39Z用作掩模，对透明导电膜28Z进行蚀刻(透明电极层形成工序)，
·对金属电极层29,39进行烧制(180度，60分钟)(金属电极层形成工序)。
以下，参照图4A～图4E对本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法进行说明。图4A是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的半导体层形成工序的图，图4B是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的透明导电层形成工序的图。图4C是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层非固化膜形成工序的图，图4D是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的透明电极层形成工序的图。图4E是表示本实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的金属电极层形成工序的图。图4A～图4E中示出了半导体基板11的背面侧，省略半导体基板11的表面侧。
首先，与比较例同样地如图4A所示，至少在背面侧具有凹凸结构(纹理结构)的半导体基板11的背面侧的一部分，具体而言在第一导电型区域7，形成钝化层23和第一导电型半导体层25(半导体层形成工序)。
例如，可以上述同样地使用CVD法或PVD法，在半导体基板11的背面侧的全部制成钝化膜和第一导电型半导体膜后，使用利用使用光刻技术生成的掩模或者金属掩模的蚀刻法，使钝化层23和第一导电型半导体层25图案化。
或者可以使用CVD法或者PVD法，在半导体基板11的背面侧层叠钝化层和第一导电型半导体层时，使用掩模同时进行钝化层23和p型半导体层25的制膜和图案化。
接下来，在半导体基板11的背面侧的其它的一部分具体而言在第二导电型区域8形成钝化层33和第二导电型半导体层35(半导体层形成工序)。
例如可以与上述相同地使用CVD法或PVD法，在半导体基板11的背面侧的全部制成钝化膜和第二导电型半导体膜后，使用利用使用光刻技术生成的掩模或者金属掩模的蚀刻法，使钝化层33和第二导电型半导体层35图案化。
或者可以使用CVD法或者PVD法，在半导体基板11的背面侧层叠钝化层和第二导电型半导体层时，使用掩模，同时进行钝化层33和第二导电型半导体层35的制膜和图案化。
应予说明，可以在该半导体层形成工序中，在半导体基板11的受光面侧的整面形成钝化层13(省略图示)。
接下来，与比较例同样地如图4B所示在第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35上跨着这些层形成透明导电膜28Z(透明导电膜形成工序)。作为透明导电膜28Z的形成方法，例如可使用CVD法或PVD法等。
接下来如图4C所示经由透明导电膜28Z在第一导电型半导体层25上形成第一金属电极层的非固化膜29Z，经由透明导电膜28Z在第二导电型半导体层35上形成第二金属电极层的非固化膜39Z(金属电极层非固化膜形成工序)。
第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z通过与上述同样地将印刷材料(例如油墨)印刷而形成。作为第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z的形成方法，可举出丝网印刷法、喷墨法、凹版涂布法或者点胶法等。这些方法中，优选为丝网印刷法。
印刷材料与上述同样地在绝缘性的树脂材料中包含粒子状(例如球状)的金属材料。印刷材料为了调整粘度或者涂工性可以包含溶剂等。
作为绝缘性的树脂材料，可举出基体树脂等。详细而言，作为绝缘性树脂，优选为高分子化合物，特别优选为热固化型树脂或者紫外线固化型树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯或者有机硅系的树脂等是代表例。
作为金属材料，可举出银、铜、铝等。这些中，优选为包含银粒子的银膏。
例如印刷材料中含有的金属材料的比例是以相对于印刷材料整体的重量比计为85％～95％。
接下来，第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z印刷后，通过加热处理或紫外线照射处理，使第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z的绝缘性树脂干燥。作为干燥的条件，与后述的烧制的条件比较，加热温度低，加热时间设定得短。例如作为干燥的条件，为加热温度120度～180度，加热时间1分钟～20分钟，优选为加热温度150度，加热时间3分钟。因此，第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z中，表面的绝缘性树脂发生干燥，但内部的绝缘性树脂仍为非干燥的状态。
此时，与比较例同样地绝缘性树脂材料渗入到第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z的周边，形成绝缘性的树脂材料偏在于第一金属电极层的非固化膜29Z的周边和第二金属电极层的非固化膜39Z的周边而成的树脂膜40。
另外，此时，与比较例同样地第一金属电极层的非固化膜29Z与第二金属电极层的非固化膜39Z之间的透明导电膜28Z的凹凸结构(纹理结构)的谷部由树脂膜40覆盖。另一方面，第一金属电极层的非固化膜29Z与第二金属电极层的非固化膜39Z之间的透明导电膜28Z的凹凸结构的顶部由树脂膜40覆盖而露出。
另外，与比较例同样地这样由导电性膏形成的第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z可以具有聚氨酯键。
接下来，如图4D所示使用将第一金属电极层的非固化膜29Z以及其周边的树脂膜40以及第二金属电极层的非固化膜39Z以及其周边的树脂膜40用作掩模的蚀刻法，通过使透明导电膜28Z图案化，形成相互分离的第一透明电极层28和第二透明电极层38(透明电极层形成工序)。作为蚀刻法，例如可举出湿式蚀刻法，作为蚀刻溶液，可举出盐酸(HCl)等酸性溶液。
此时，与比较例同样地在第一金属电极层的非固化膜29Z与第二金属电极层的非固化膜39Z之间，从凹凸结构(纹理结构)的顶部朝向谷部进行透明导电膜28Z的蚀刻。这里，为了将第一透明电极层28和第二透明电极层38分离，这些间的透明导电膜可以不连续，透明导电膜48可以岛状地残留于凹凸结构的谷部。如果透明导电膜48岛状地残留于凹凸结构的谷部，则凹凸结构的谷部的树脂膜40残留于第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35上。
接下来，如图4E所示通过对第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z进行烧制并使其固化，形成第一金属电极层29和第二金属电极层39(金属电极层形成工序)。作为烧制处理，与上述干燥处理同样地可举出加热处理或紫外线照射处理。作为烧制的条件，例如为加热温度160度～200度，加热时间30分钟～120分钟，优选为加热温度180度，加热时间60分钟。因此，在第一金属电极层29和第二金属电极层39中，可以使表面和内部的绝缘性树脂固化。
此时，绝缘性树脂材料向第一金属电极层29和第二金属电极层39的周边进一步渗出，进一步形成绝缘性的树脂材料偏在于第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边而成的树脂膜40。
另外，此时，与比较例同样地第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的透明导电膜28Z的凹凸结构(纹理结构)的谷部由树脂膜40覆盖。另一方面，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的透明导电膜28Z的凹凸结构的顶部不由树脂膜40覆盖露出。
另外，与比较例同样地如此由导电性膏形成的第一金属电极层29和第二金属电极层39可以具有聚氨酯键。
根据以上的工序，完成本实施方式的背面电极型的太阳能电池1。
根据本实施方式的太阳能电池的制造方法，在透明导电膜形成工序后，依次包含金属电极层非固化膜形成工序和透明电极层形成工序，在透明电极层形成工序中，将由金属电极层非固化膜形成工序形成的第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z用作掩模，使透明导电膜28Z图案化，形成相互分离的第一透明电极层28和第二透明电极层38。因此，利用本实施方式的太阳能电池的制造方法，也与上述比较例的太阳能电池的制造方法同样地如以往所示不需要使用利用掩模的光刻法等，能够进行透明电极层的形成的简单化和缩短化。其结果是能够进行太阳能电池和太阳能电池模块的低成本化。
另外，根据本实施方式的太阳能电池的制造方法，在透明电极层形成工序前的金属电极层非固化膜形成工序中，仅对金属电极层的非固化膜29Z,39Z进行干燥(例如150度，3分钟)，在透明电极层形成工序后的金属电极层形成工序中，对金属电极层29,39进行烧制(例如180度，60分钟)。因此，与上述比较例的太阳能电池的制造方法比较，能够减少太阳能电池的性能的降低。推测其是由于以下的理由。
利用本实施方式的太阳能电池的制造方法，如上所述，在透明电极层28(38)的蚀刻(透明电极层形成工序)中，在对与半导体基板11的界面的一部分28a(38a)进行蚀刻所需要的盐酸浸渍的条件中，其他的部分的端部蚀刻到必要以上(侧面蚀刻)。
然而，本实施方式的太阳能电池的制造方法中，在透明电极层28(38)的蚀刻(透明电极层形成工序)后进行金属电极层29(39)的烧制时(金属电极层形成工序)，如图5所示推测金属电极层29(39)覆盖透明电极层28(38)的端面，使透明电极层28(38)与金属电极层29(39)的接触面积的减少恢复。
这里，如果与上述同样地将第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z用作掩模而使透明导电膜28Z图案化时，在透明导电膜28Z蚀刻时，第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z下的透明导电膜28Z也被蚀刻，有第一透明电极层28和第一金属电极层的非固化膜29Z以及第二透明电极层38和第二金属电极层的非固化膜29Z发生剥离的可能性。
关于这点，利用本实施方式的太阳能电池的制造方法，与比较例的太阳能电池的制造方法同样地利用金属电极层非固化膜形成工序，对粒子状的金属材料、树脂材料以及包含溶剂的印刷材料进行印刷并干燥，形成树脂材料偏在于第一金属电极层的非固化膜29Z的周边和第二金属电极层的非固化膜39Z的周边而成的树脂膜40，在透明电极层形成工序中，将第一金属电极层的非固化膜29Z及其周边的树脂膜40以及第二金属电极层的非固化膜39Z以及其周边的树脂膜40用作掩模，使透明导电膜28Z图案化。因此，第一金属电极层的非固化膜29Z和第二金属电极层的非固化膜39Z下的透明导电膜28Z的蚀刻受到抑制，第一透明电极层28和第一金属电极层的非固化膜29Z的剥离以及第二透明电极层38以及第二金属电极层的非固化膜39Z的剥离受到抑制。
在由本实施方式的太阳能电池的制造方法制造的太阳能电池1中，与比较例同样地第一透明电极层28的带宽比第一金属电极层29的带宽窄，第二透明电极层38的带宽比第二金属电极层39的带宽窄，形成有第一金属电极层29和第二金属电极层39的印刷材料中的树脂材料偏在于第一金属电极层29的周边和第二金属电极层39的周边而成的树脂膜。
应予说明，由以往的太阳能电池的制造方法制造的太阳能电池中，一般而言，透明电极层的带宽是宽于金属电极层的带宽的。
另外，利用由本实施方式的制造方法制造的太阳能电池1，与比较例相同地第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的第一导电型半导体层25的一部分和第二导电型半导体层35的一部分由树脂膜40覆盖。详细而言，第一金属电极层29与第二金属电极层39之间的、第一导电型半导体层25的凹凸结构(纹理结构)的谷部和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部由树脂膜40覆盖。
另外，在第一导电型半导体层25与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35与树脂膜40的层间，与第一透明电极层28和第二透明电极层38相同材料的透明导电膜48配置成岛状(不连续)配置。详细而言，在第一导电型半导体层25的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间和第二导电型半导体层35的凹凸结构的谷部与树脂膜40的层间，透明导电膜48配置成岛状。因此，第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35露出的面积变小。因此，太阳能电池和太阳能电池模块的劣化受到抑制，太阳能电池和太阳能电池模块的可靠性(例如长期耐久性)提高。
以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，可以进行各种变更和变形。例如，如图3所示，上述实施方式中示出了异质结型的太阳能电池1，本发明并不限于异质结型的太阳能电池，也可应用于同质结型的太阳能电池等各种太阳能电池。
另外，上述实施方式中，虽然例示了具有结晶硅基板的太阳能电池，但并不限于此。例如太阳能电池可以具有镓砷(GaAs)基板。
实施例
以下，基于实施例对本发明具体进行说明，本发明并不限于以下的实施例。
(实施例1)
通过图4A～图4E所示的太阳能电池的制造方法，制成图1～图3所示的太阳能电池1和太阳能电池模块100。实施例1的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→ITO蚀刻→Ag烧制)
透明导电膜形成工序：
透明导电膜的材料ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟和氧化锡的复合氧化物)，膜厚100nm
金属电极层非固化膜形成工序：
金属电极层的非固化膜的材料Ag膏，干燥温度150度，干燥时间3分钟
透明电极层形成工序：
蚀刻溶液HCl，浓度35％，蚀刻时间140秒
金属电极层形成工序：
烧制温度180度，烧制时间60分钟
(实施例2)
在实施例1中，金属电极层非固化膜形成工序的干燥温度不同。实施例2的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→ITO蚀刻→Ag烧制)
金属电极层非固化膜形成工序：
金属电极层的非固化膜的材料Ag膏，干燥温度140度，干燥时间3分钟
(实施例3)
在实施例1中，金属电极层非固化膜形成工序的干燥温度不同。实施例3的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→ITO蚀刻→Ag烧制)
金属电极层非固化膜形成工序：
金属电极层的非固化膜的材料Ag膏，干燥温度130度，干燥时间3分钟
(实施例4)
在实施例1中，金属电极层非固化膜形成工序的干燥温度不同。实施例4的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→ITO蚀刻→Ag烧制)
金属电极层非固化膜形成工序：
金属电极层的非固化膜的材料Ag膏，干燥温度120度，干燥时间3分钟
(实施例5)
在实施例1中，透明电极层形成工序的蚀刻液的浓度和蚀刻时间不同。实施例5的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→ITO蚀刻→Ag烧制)
透明电极层形成工序：
蚀刻溶液HCl，浓度12％，蚀刻时间490秒
(比较例1)
使用以往的光刻法，制成太阳能电池和太阳能电池模块。比较例1的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
透明导电膜形成工序：
透明导电膜的材料铟锡氧化物(ITO)，膜厚100nm
透明电极层形成工序：
蚀刻溶液HCl，浓度35％，蚀刻时间45秒
金属电极层形成工序：
金属电极层的材料Ag膏，烧制温度180度，烧制时间60分钟
(比较例2)
在实施例1中，透明电极层形成工序与金属电极层形成工序的顺序不同。比较例2的太阳能电池的制造方法的主要特征如下且如表1所示。
(Ag干燥→Ag烧制→ITO蚀刻)
透明导电膜形成工序：
透明导电膜的材料铟锡氧化物(ITO)，膜厚100nm
金属电极层非固化膜形成工序：
金属电极层的非固化膜的材料Ag膏，干燥温度150度，干燥时间3分钟
金属电极层形成工序：
烧制温度180度，烧制时间60分钟
透明电极层形成工序：
蚀刻溶液HCl，浓度35％，蚀刻时间140秒
使用具有AM1.5的光谱分布的脉冲太阳模拟器，在25℃下以100mW/cm2的能量密度照射擬似太阳光，测定上述的实施例和比较例的太阳能电池的性能特性(短路电流Isc，释放电压Voc，曲线因素FF以及变换效率Eff)。将测定结果示于表1。
表1中，将比较例1的输出特性结果作为基准(1.00)，通过比较各实施例的评价结果，评价输出的相关性。
[表1]
Figure BDA0003666996560000201
根据比较例2，与比较例1比较，FF和Eff降低。推测其是如下所导致的：在Ag膏烧制后将Ag电极(29,39)作为掩模蚀刻透明导电膜(28Z)，如图7所示透明电极层(28,38)的端部蚀刻成必要以上(侧面蚀刻)，透明电极层(28,38)与金属电极层(29,39)的接触面积减少。
根据实施例1，与比较例2比较，FF的降低减少。推测其是如下所导致的：仅在透明导电膜(28Z)蚀刻前，干燥Ag膏(29Z,39Z)(例如150度，3分钟)，在透明导电膜(28Z)蚀刻后，对Ag膏(29,39)进行烧制(例如180度，60分钟)，如图5所示，金属电极层(29,39)覆盖透明电极层(28,38)的端面，透明电极层(28,38)与金属电极层(29,39)的接触面积的减少恢复，太阳能电池的串联电阻的降低恢复。
根据实施例1～4可知，金属电极层非固化膜形成工序的金属电极层的非固化膜29Z,39Z的干燥温度越靠近150度，FF和Eff的降低越减少。推测其是如下所导致的：如果透明导电膜(28Z)的蚀刻前的Ag膏(29Z,39Z)的干燥不充分，则在Ag膏(29Z,39Z)下渗入盐酸，透明电极层(28,38)与金属电极层(29,39)的接触面积减少，太阳能电池的串联电阻上升。
根据实施例5，与比较例2比较FF和Eff的降低减少。然而，可预想到蚀刻时间越长，越发生透明电极层(28,38)的端部的蚀刻。由此，根据本发明的太阳能电池的制造方法，如上所述，如图5所示，金属电极层(29,39)覆盖透明电极层(28,38)的端面，透明电极层(28,38)与金属电极层(29,39)的接触面积的减少恢复，太阳能电池的串联电阻的降低恢复。
符号说明
1太阳能电池；2布线部件；3受光面保护部件；4背面保护部件；5密封材料；7第一导电型区域；8第二导电型区域；7b，8b母线部；7f，8f指部；11半导体基板；13,23,33钝化层；25第一导电型半导体层；27第一电极层；28第一透明电极层；28Z透明导电膜；29第一金属电极层；29Z第一金属电极层的非固化膜；35第二导电型半导体层；37第二电极层；38第二透明电极层；39第二金属电极层；39Z第二金属电极层的非固化膜；40树脂膜；48透明导电膜；100太阳能电池模块

Claims (7)

1.一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池是背面电极型的太阳能电池，具备：半导体基板，配置在所述半导体基板的一个主面侧的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层，与所述第一导电型半导体层对应的第一透明电极层和第一金属电极层，以及，与所述第二导电型半导体层对应的第二透明电极层和第二金属电极层，
所述太阳能电池的制造方法包含如下工序：
半导体层形成工序，在所述半导体基板的所述一个主面侧的一部分形成所述第一导电型半导体层，在所述半导体基板的所述一个主面侧的其它的一部分形成所述第二导电型半导体层，
透明导电膜形成工序，在所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层上跨着这些层形成透明导电膜，
金属电极层非固化膜形成工序，介由所述透明导电膜在所述第一导电型半导体层上形成所述第一金属电极层的非固化膜，介由所述透明导电膜在所述第二导电型半导体层上形成所述第二金属电极层的非固化膜，
透明电极层形成工序，通过使所述透明导电膜图案化，形成相互分离的所述第一透明电极层和所述第二透明电极层，以及
金属电极层形成工序，形成所述第一金属电极层和所述第二金属电极层；
在所述金属电极层非固化膜形成工序中，通过将包含粒子状的金属材料、树脂材料和溶剂的印刷材料进行印刷并进行干燥，形成所述第一金属电极层的非固化膜和所述第二金属电极层的非固化膜，
所述透明电极层形成工序中，将所述第一金属电极层的非固化膜和所述第二金属电极层的非固化膜用作掩模，使所述透明导电膜图案化，
所述金属电极层形成工序中，通过对所述第一金属电极层的非固化膜和所述第二金属电极层的非固化膜进行烧制来固化，从而形成所述第一金属电极层和所述第二金属电极层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述金属电极层形成工序中，所述烧制的温度为160度～200度，所述烧制的时间为30分钟～120分钟，
所述金属电极层非固化膜形成工序中，所述干燥的温度比所述烧制的温度低，所述干燥的时间比所述烧制的时间短。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述金属电极层非固化膜形成工序中，所述干燥的温度为120度～180度，所述干燥的时间为1分钟～20分钟。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述金属电极层形成工序中，形成所述树脂材料偏在于所述第一金属电极层的非固化膜的周边和所述第二金属电极层的非固化膜的周边而成的树脂膜，
所述透明电极层形成工序中，将所述第一金属电极层的非固化膜及其周边的所述树脂膜以及所述第二金属电极层的非固化膜及其周边的所述树脂膜用作掩模，将所述透明导电膜图案化，
所述金属电极层形成工序中，进一步形成所述树脂材料偏在于所述第一金属电极层的周边和所述第二金属电极层的周边而成的树脂膜。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述透明电极层形成工序中，使用利用了蚀刻溶液的湿式蚀刻法，将所述透明导电膜图案化。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述金属电极层非固化膜形成工序中，使用丝网印刷法印刷所述印刷材料。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述印刷材料中含有的所述金属材料的比例以相对于所述印刷材料整体的重量比计为85％～95％。
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