DE102004048680A1

DE102004048680A1 - Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102004048680A1
Application number: DE102004048680A
Authority: DE
Inventors: Masahito Asai
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2005-05-19
Also published as: KR100652103B1; JP4121928B2; KR20050033846A; US20050194037A1; JP2005116786A; CN100452444C; CN1606175A; US8178777B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle angegeben, die über einen hohen fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad verfügt. Dabei werden eine Gitterelektrode (46) und eine Hauptelektrode (47) zum Ausgeben elektrischer Energie nach außen hergestellt. Die Gitterelektrode wird mit geringer Breite auf einer Lichtempfangsfläche eines Substrats mit einem pn-Übergang durch Sintern eines Metallpastenmaterials hergestellt, und die Hauptelektrode wird in Stabform in elektrischer Verbindung mit der Gitterelektrode hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft Solarzellen mit pn-Übergang, insbesondere solche, mit denen ein hoher fotoelektrischer Wandlungswirkungsgrad erzielbar ist.
Derzeit wird, insbesondere angesichts von Umweltproblemen, immer mehr damit gerechnet, dass Solarzellen zukünftig zu einer bedeutenden Energiequelle werden. Unter verschiedenen Typen von Solarzellen, wie solchen unter Verwendung eines Verbindungshalbleiters und solchen unter Verwendung eines organischen Materials, werden heutzutage hauptsächlich Solarzellen unter Verwendung eines Siliciumkristalls verwendet.

Um den fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad bei einer Solarzelle zu verbessern, wird vorzugsweise eine Elektrodenstruktur verwendet, bei der die Fläche einer Elektrode auf der Lichtempfangsfläche minimiert ist und gleichzeitig der serielle Widerstand auf einen niedrigen Wert gebracht ist. Zum Beispiel ist in JP-A-62-156881 eine Solarzelle offenbart, wie sie in der 5 dargestellt ist. Diese Solarzelle wird auf die folgende Weise hergestellt. Ein aus einer Hauptelektrode 51 und einer Gitterelektrode 52 bestehendes Elektrodenmuster für die Solarzelle wird auf einer Antireflexionsbeschichtung 54 auf einem Siliciumsubstrat 53 durch Siebdruck hergestellt, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei ungefähr 700°C. Dabei durchdringt eine Silberpaste zum Herstellen der Gitterelektrode die Antireflexionsbeschichtung 54, und die Gitterelektrode wird mit der Hauptelektrode verbunden. Bei einer derartigen Solarzelle wird ein hervorragender elektrischer Kontakt zum Siliciumsubstrat 53 erzielt.

Andererseits hat bei einer herkömmlichen Solarzelle das Verhältnis der Fläche des Elektrodenmusters auf der Lichtempfangsfläche zur Fläche der letzteren den hohen Wert von ungefähr 10 %. Demgemäß ist die zur Energieerzeugung beitragende Lichtempfangsfläche verringert, und die Geschwindigkeit der Oberflächenrekombination an der Hauptelektrode 51 und der Gitterelektrode 52 ist groß, was zu schlechteren elektrischen Eigenschaften der Solarzelle, insbesondere einer niedrigen Leerlaufspannung führt. Zwar ist es möglich, die zur Energieerzeugung beitragenden Elektrodenmuster durch Verkleinern der Elektrodenfläche um ungefähr 5 % zu vergrößern, und es ist auch möglich, die Geschwindigkeit der Oberflächenrekombination zu verringern, um die Leerlaufspannung zu erhöhen, jedoch nimmt dann der serielle Widerstand in nachteiliger Weise zu. Dann wird der Füllfaktor der Solarzelle kleiner, und die erzielte elektrische Energie ist ver ringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle zu schaffen, mit dem eine Solarzelle mit hohem fotoelektrischem Wandlungswirkungsgrad hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Durch die Erfindung kann die Gitterelektrode mit geringer Breite und dennoch großer Dicke hergestellt werden. Daher kann eine Solarzelle mit großer, zur Energieerzeugung beitragender Lichtempfangsfläche und kleinem Reihenwiderstand in der Gitterelektrode hergestellt werden, wodurch ein verbesserter fotoelektrischer Wandlungswirkungsgrad erzielt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
1A bis 1I veranschaulichen Schritte bei einem Herstellverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Draufsicht, die ein Muster einer Pastenschicht zeigt, die bei der Ausführungsform der Erfindung eine Gitterelektrode bildet.
3 ist eine Draufsicht, die ein Muster einer Pastenschicht zeigt, die bei der Ausführungsform der Erfindung eine Hauptelektrode bildet.
4 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster bei einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster bei einer herkömmlichen Solarzelle zeigt.
6A ist eine Draufsicht, die ein Drucksieb zum Herstellen einer Gitterelektrode bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6B ist eine vergrößerte Draufsicht einer Öffnung im Drucksieb gemäß der 6A.
6C ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VIC-VIC in der 6B.
6D ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VID-VID in der 6B.
6E ist eine Draufsicht, die eine Gitterelektrode mit gleichmäßiger Breite ohne Unterbrechung zeigt.
7A ist eine Vorderansicht eines Quetschwerkzeugs zum Herstellen einer Gitterelektrode bei einer Ausführungsform der Erfindung.
7B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VIIB-VIIB in der 7A.
7C und 7D sind Schnittansichten einer hergestellten Gitterelektrode.
8 ist eine Draufsicht, die ein Drucksieb zum Herstellen einer Hauptelektrode bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle verfügt über Schritte zum Herstellen einer Gitterelektrode geringer Breite auf einer Lichtempfangsfläche eines Substrats mit pn-Übergang durch Sintern eines Metallpastenmaterials sowie des Herstellens einer stabförmigen Hauptelektrode, die elektrisch mit der Gitterelektrode verbunden ist. Durch individuelles Herstellen der Gitterelektrode und der Hauptelektrode unter jeweils geeigneten Bedingungen kann eine Solarzelle mit hoher Leistung mit einer Gitterelektrode geringer Breite und einer stabförmigen Hauptelektrode hergestellt werden.
Im Schritt des Herstellens der Gitterelektrode wird vorzugsweise ein plattenförmiger Körper mit einer Öffnung geringer Breite oder einem Gitter mit einem Dickfilm mit einer Öffnung geringer Breite, hergestellt durch Elektroabscheidung oder Adhäsion, als Drucksieb verwendet. Ein derartiges Drucksieb ist dahingehend geeignet, dass ein Elektrodenmuster in Form eines feinen Musters in der Solarzelle hergestellt werden kann, d. h., dass eine Gitterelektrode geringerer Breite mit größerer Dicke als bisher hergestellt werden kann. Es kann auch bei gleichem Widerstand die Elektrodenbreite verkleinert werden, so dass die Elektrodenfläche verkleinert ist und die Abschattung durch die Elektrode deutlich verringert ist. Es wird auch die Geschwindigkeit der Oberflächenrekombination im Vergleich zu der bei einer herkömmlichen Solarzelle verkleinert, wodurch eine größere Leerlaufspannung erzielt wird. Außerdem kann, da die Gitterelektrode mit kleiner Breite mit größerer Dicke hergestellt werden kann, der serielle Widerstand in der Gitterelektrode gesenkt werden, und der Füllfaktor wird effektiv erhöht. So kann der fotoelektrische Wandlungswirkungsgrad der Solarzelle stark verbessert werden.
Obwohl eine Abhängigkeit von physikalischen Eigenschaften einer zum Drucken verwendeten Paste besteht, verfügt, um ein Gittermuster geringer Breite herzustellen, ein im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode verwendetes Drucksieb im Allgemeinen über eine Öffnung geringer Breite, die vorzugsweise nicht größer als 0,15 mm, bevorzugter nicht größer als 0,12 mm ist. Außerdem verfügt, um eine Unterbrechung der Gitterelektrode zu verhindern, die Öffnung vorzugsweise über eine Breite nicht unter 0,07 mm, bevorzugter nicht unter 0,10 mm. Zum Beispiel kann als Drucksieb eine dünne, rostfreie Platte mit einer durch einen Laser oder dergleichen hergestellten Öffnung geringer Breite verwendet werden. Wenn keine hohe Dimensionsgenauigkeit gefordert ist, kann als Drucksieb, das im Schritt zum Herstellen der stabförmigen Hauptelektrode zu verwenden ist, ein durch ein normales Netz gebildetes Drucksieb verwendet werden. Wenn das Drucken mit hoher Genauigkeit auszuführen ist, wird jedoch vorzugsweise ein Drucksieb verwendet, das durch ein Netz mit einem Dickfilm gebildet ist, mit einer Öffnung geringer Breite, hergestellt durch Elektroabscheidung oder Adhäsion.
Wenn ein Drucksieb verwendet wird, das über eine Öffnung geringer Breite verfügt, die durch einen Laser oder dergleichen in einer dünnen, rostfreien Platte hergestellt wurde, kann sich die Öffnung beim Druckvorgang weit öffnen, wenn sie übermäßig lang ist, was zu einer größeren Breite des Gitters führt. Demgemäß verfügt das Drucksieb in einem solchen Fall vorzugsweise über mindestens einen Verbindungsabschnitt in der Öffnung, der auf der Substratseite über eine Vertiefung verfügt. Da der Verbindungsabschnitt auf der Substratseite über die genannte Vertiefung verfügt, kann Paste in diese eindringen. Daher ist die gedruckte Gitterelektrode nicht unterbrochen, so dass eine kontinuierliche Form geringer Breite erzielt wird. Damit der Verbindungsabschnitt eine Erweiterung der Öffnung verhindern kann und ausreichend Raum zum Aufnehmen von Paste in der Vertiefung während des Druck vorgangs besteht, verfügt die Vertiefung im Verbindungsabschnitt vorzugsweise über eine solche Tiefe, die ungefähr der Hälfte der Dicke des Drucksiebs entspricht.
Die 6B zeigt ein Beispiel, bei dem eine Öffnung 66, die in einem Drucksieb zum Herstellen der in der 6A dargestellten Gitterelektrode ausgebildet ist, über einen Verbindungsabschnitt 66a verfügt, der auf der Substratseite mit einer Vertiefung versehen ist. Die 6B ist eine vergrößerte Draufsicht einer derartigen Öffnung. Die 6C ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIC-VIC in der 6B. Gemäß der 6C verfügt die Öffnung über einen Verbindungsabschnitt 66a auf der dem Substrat abgewandten Seite (links in der 6C). Die 6D ist eine Schnittansicht entlang der Linie VID-VID in der 6B. In der 6D ist eine Vertiefung 66c auf der Substratseite (unterer Teil in der 6D) vorhanden. Da das Drucksieb über den Verbindungsabschnitt 66a in der Öffnung verfügt, kann trotz großer Länge der Öffnung eine Verbreiterung derselben und eine größere Breite der Gitterelektrode während des Druckvorgangs vermieden werden. Außerdem wird die Paste durch das Drucksieb gedruckt, und Paste dringt in die Vertiefung 66 in der Öffnung ein. Daher kann eine Gitterelektrode mit gleichmäßiger Breite ohne Unterbrechung, wie es in der 6E dargestellt ist, hergestellt werden.
Das Herstellen der Gitterelektrode durch ein Tintenstrahlverfahren oder ein Spenderverfahren ermöglicht ein feines, genaues und schnelles Auftragen der Paste, und dies ist hinsichtlich einer Massenherstellbarkeit und einer Kostensenkung bevorzugt. Das Tintenstrahlverfahren ist ein Verfahren zum Auftragen einer Paste auf das Substrat durch Zerstäuben und Versprühen der Paste durch eine Düse. Zu Tintenstrahlverfahren gehören ein elektrostatisches Tintenstrahlverfahren mit einem Zerstäuben der Paste durch Druck, wie er er zeugt wird, wenn ein piezoelektrischer Schwinger schwingt, und ein bubble-jet^(R)-Verfahren, bei dem feine Pastenteilchen durch einen in einer Düse vorhandenen Heizer momentan erwärmt werden und durch Verdampfung abgesprüht werden, um auf das Substrat aufgetragen zu werden, wobei beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren beide Verfahren anwendbar sind. Andererseits ist ein Spenderverfahren ein solches, bei dem die Paste durch eine dünne Leitung für einen Zeichenvorgang ausgegeben wird, wobei mehrere dünne Leitungen mit konstantem Intervall angeordnet sind und mehrere Gitterelektroden gleichzeitig hergestellt werden können. Abhängig vom Verfahren zum Herstellen der Gitterelektrode, der Eigenschaft der Paste oder dergleichen verfügt die Gitterelektrode im Allgemeinen über eine Breite von vorzugsweise 0,12 mm bis 0,15 mm, bevorzugter von 0,10 mm bis 0,12 mm, um die auf der Lichtempfangsfläche belegte Elektrodenfläche zu verkleinern, um den Wandlungswirkungsgrad zu verbessern und um eine Unterbrechung einer Elektrode geringer Breite zu verhindern.
Die 2 zeigt ein Muster einer als Gitterelektrode dienenden Pastenschicht 26. In der 2 ist eine Pastenschicht 2G auf einer Antireflexionsbeschichtung 23 auf einem Siliciumsubstrat 21 hergestellt. Die 3 zeigt ein Muster einer als Hauptelektrode dienenden Pastenschicht 37. In der 3 ist die Pastenschicht 37 auf einer Antireflexionsbeschichtung 33 auf einem Siliciumsubstrat 31 hergestellt. Beim Beispiel in den 2 und 3 ist das Muster der als Hauptelektrode dienenden Pastenschicht durch zwei Linien rechtwinklig zur als Gitterelektrode dienenden Pastenschicht realisiert. Hierbei ist der Abstand zwischen den in der Längsrichtung benachbarten Gitterelektroden kleiner als die Breite der Hauptelektrode. Demgemäß werden die in der Längsrichtung benachbarten Gitterelektroden durch die Herstellung der stabförmigen Hauptelektrode elektrisch miteinander verbunden. Dies erfolgt z. B. dadurch, dass der Abstand zwi schen den Öffnungen im Drucksieb, die in der Längsrichtung benachbart sind, kleiner als die Breite der stabförmigen Hauptelektrode gemacht wird, wenn die Gitterelektrode hergestellt wird. Die 4 zeigt einen elektrischen Verbindungszustand. In der 4 ist die auf einer Antireflexionsbeschichtung 43 auf einem Siliciumsubstrat 41 hergestellte Gitterelektrode 46 elektrisch mit der Hauptelektrode 47 verbunden.
Vorzugsweise wird im Schritt des Herstellens der Gitterelektrode auf dem Substrat eine Ausrichtmarkierung hergestellt, um die Ausrichtung der Gitterelektrode und der Hauptelektrode zu erleichtern und dadurch eine genaue Ausrichtung zu ermöglichen. Die Ausrichtungsmarkierung wird vorzugsweise an einer Position hergestellt, an der die Hauptelektrode herzustellen ist, da dann diese Markierung nach der Herstellung der Gitterelektrode nicht mehr auf dem Substrat erkennbar ist. Die 6A veranschaulicht ein Drucksieb zum Herstellen der Gitterelektrode. Ein derartiges Drucksieb ist mit einem Siebrahmen 61 versehen, und es verfügt über ein Loch 69 zum Herstellen der Ausrichtungsmarkierung. Die 8 zeigt das Drucksieb zum Herstellen der Hauptelektrode. Das in der 8 dargestellte Drucksieb ist mit einem Siebrahmen 81 versehen, und es verfügt über eine Öffnung 87 zum Herstellen der Hauptelektrode sowie ein Loch 80 zum Herstellen der Ausrichtungsmarkierung. Die Ausrichtungsmarkierung wird gemeinsam mit der Gitterelektrode mittels des in der 6A dargestellten Lochs 69 auf dem Substrat hergestellt. Die Ausrichtungsmarkierung wird durch eine CCD-Kamera oder dergleichen erkannt. Dann wird das Drucksieb entsprechend der in der 8 dargestellten Ausrichtungsmarkierung (Loch 80) verstellt, so dass die Gitterelektrode und die Hauptelektrode mit hoher Genauigkeit positioniert werden. Die Ausrichtungsmarkierung verfügt vorzugsweise über Kreis- oder Ovalform. Dies, da eine derartige Form nicht die Tendenz zeigt, unter einem Mangel wie einem schwachen Fleck beim Druckvorgang zu leiden, so dass selbst dann, wenn ein schwacher Fleck erzeugt wird, eine Ausrichtungsmarkierung einer solchen Form durch eine CCD-Kamera leicht erkannt wird.
Die 7A zeigt ein Druck-Quetschwerkzeug, wie es beim Herstellen der Gitterelektrode bei einem Siebdruckverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Außerdem zeigt die 7B eine Schnittansicht entlang der Linie VIIB-VIIB in der 7A. Wenn ein Druck-Quetschwerkzeug 72 einen Vorderendabschnitt 72b zum Abkratzen einer Paste aufweist, bei dem es sich um einen flexiblen Körper in Form einer dünnen Platte handelt, und wenn es einen Körperabschnitt 72a zum Halten des Vorderendabschnitts 72b aufweist, der ein starrer und dicker plattenförmiger Körper ist, kann ein Muster geringer Breite genau hergestellt werden. Die 7C zeigt einen Schnitt einer Gitterelektrode, die unter Verwendung eines herkömmlichen Druck-Quetschwerkzeugs hergestellt wurde, und die 7D zeigt einen Schnitt einer Gitterelektrode, die unter Verwendung eines Quetschwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde. Wie es aus der 7C zum herkömmlichen Beispiel erkennbar ist, zeigt der Querschnitt der Gitterelektrode in seinem Zentrum eine vertiefte Form, wenn ein üblicherweise verwendetes Quetschwerkzeug aus Urethan verwendet wird. Wenn dagegen das erfindungsgemäße Quetschwerkzeug verwendet wird, zeigt der Querschnitt der Gitterelektrode Rechteckform, wobei eine dicke Elektrode erhalten wird, deren Querschnittsfläche groß ist. Daher kann selbst dann, wenn die Gitterelektrode eine geringe Breite aufweist, ihr serieller Widerstand gesenkt werden.
Wenn das Siebdruckverfahren verwendet wird, stimmt vorzugsweise die Vorschubrichtung des Druck-Quetschwerkzeugs mit der Längsrichtung der Öffnung im Drucksieb überein, wie es in der 6A dargestellt ist, so dass leicht eine Gitterelektrode geringer Breite ohne Unterbrechung ausgebildet wird. Hierbei bezeichnet die Übereinstimmung der Vorschubrichtung des Druck-Quetschwerkzeugs mit der Längsrichtung der Öffnung im Drucksieb nicht nur eine vollständige Übereinstimmung der Richtungen, sondern auch eine wesentliche Übereinstimmung derselben. Dies, da eine Gitterelektrode geringer Breite ohne Unterbrechungen selbst dann effektiv ausgebildet wird, wenn wesentliche Übereinstimmung besteht. Obwohl Abhängigkeit von der Viskosität der Paste oder dem durch das Quetschwerkzeug ausgeübten Druck besteht, gehört zu wesentlicher Übereinstimmung im Wesentlichen der Fall, bei dem sich die Vorschubrichtung des Druck-Quetschwerkzeugs von der Längsrichtung der Öffnung im Drucksieb im Bereich von ± 10° unterscheidet.
Vorzugsweise wird als beim Herstellschritt für die Gitterelektrode verwendete Paste eine solche verwendet, die aus einem metallischen Material besteht, mit dem durch Sintern ein hervorragender Ohmscher Kontakt zu einer n⁺-Schicht im Siliciumsubstrat durch die Antireflexionsbeschichtung hindurch erzielt wird. Zum Beispiel wird geeigneterweise eine Silberpaste für das, was als Durchbrennen bezeichnet wird, dadurch erhalten, dass die Silberpaste mit einer Menge von 0,05 bis 0,3 Gew.-% einer Phosphorverbindung oder einer Verbindung auf Phosphorbasis dotiert wird. Andererseits wird im Schritt zum Herstellen der Hauptelektrode vorzugsweise eine Paste verwendet, die aus einem metallischen Material besteht, mit dem hervorragende Lotbenetzung und hervorragende Kontakteigenschaften zum Substrat erzielt werden. Geeigneterweise wird zum Erzielen hervorragender Lotbenetzbarkeit und Adhäsion zum Substrat eine Silberpaste verwendet, die keine Phosphorverbindung oder Verbindung auf Phosphorbasis enthält. Eine Silberpaste, die eine große Menge einer Phosphorverbindung oder einer Verbindung auf Phosphorbasis ent hält, verfügt im Allgemeinen über hervorragende Durchbrenneigenschaften, jedoch über schlecht Lotbenetzbarkeit und schlechte Adhäsion zum Substrat. Außerdem werden selbst dann, wenn Pasten mit derselben Zusammensetzung zum Herstellen der Gitterelektrode und der Hauptelektrode verwendet werden, Pasten mit voneinander verschiedenen Viskositäten verwendet. Durch diese Vorgehensweise kann der Druckvorgang auf eine für die jeweilige Elektrode geeignete Weise mit erhöhter Genauigkeit ausgeführt werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform wurde beispielhaft unter Bezugnahme auf eine herkömmliche Solarzelle beschrieben. Zusätzlich zu einer derartigen Solarzelle können gemäß der Erfindung auch andere Solarzellen hergestellt werden, z. B. solche vom BSF-Typ und solche mit texturierter Elektrodenoberfläche.
Eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Solarzelle verfügt bei den Oberflächenelektroden über eine Gitterelektrode mit geringerer Breite und größerer Dicke als dies herkömmlich möglich war, während eine Hauptelektrode vorhanden ist, die dazu dient, Gitterelektroden miteinander zu verbinden, die in der Längsrichtung zueinander benachbart liegen. Auf diese Weise kann die Elektrodenfläche verkleinert werden, ohne dass der serielle Widerstand der Oberflächenelektrode vergrößert würde. Daher kann mit einer durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren hergestellten Solarzelle eine hervorragende Verbesserung des Wandlungswirkungsgrads erzielt werden.
Beispiel 1
Es wurde eine Solarzelle mit den durch die 1A bis 1I veranschaulichten Schritten hergestellt. Als Erstes wurde die Oberfläche eines p-Siliciumsubstrats 11 mit einer auf hoher Temperatur befindlichen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid behandelt, um eine beschädigte Schicht an der Oberfläche zu entfernen (1A). Dann wurde auf der gesamten Oberfläche des p-Siliciumsubstrats 11 durch Dampfphasendiffusion von POCl₃ eine n⁺-Schicht (Schicht mit hoher n-Konzentration) 12 hergestellt, wie es in der 1B dargestellt ist. Danach wurde die Oberfläche der n⁺-Schicht 12 mit Fluorwasserstoffsäure gewaschen, und auf der Seite der Lichtempfangsfläche wurde durch Plasma-CVD (chemische Dampfabscheidung) eine Antireflexionsbeschichtung 13 aus Siliciumnitrid hergestellt, wie es in der 1C dargestellt ist. Dann wurde auf der Antireflexionsbeschichtung 13 durch einen Druckvorgang eine Resistfarbschicht 14 hergestellt. Durch chemisches Ätzen mit Fluor-Salpetersäure wurde ein übergang abgetrennt, und die Resistfarbschicht 14 wurde durch ein Lösungsmittel entfernt (1E). Anschließend wurde eine Silberpaste, die dadurch erhalten worden war, dass Al mit einigen Prozent in Ag eingemischt wurde, auf die von der Lichtempfangsfläche abgewandte Rückseite des Siliciumsubstrats 11 aufgedruckt, um eine als Rückseitenelektrode dienende Silberpastenschicht 15 auszubilden, wie es in der 1F dargestellt ist, woraufhin ein Trocknungsvorgang folgte.
Danach wurde die Silberpaste durch das Siebdruckverfahren auf die Lichtempfangsfläche des Siliciumsubstrats 11 aufgedruckt, um eine Silberpastenschicht 16 herzustellen, wie es in der 1G dargestellt ist, die als Gitterelektrode geringer Breite diente. Gleichzeitig wurde eine Ausrichtungsmarkierung (nicht dargestellt) für die Hauptelektrode an einer Position hergestellt, an der eine Hauptelektrode herzustellen war, woraufhin ein Trocknungsvorgang folgte. Anschließend wurde, wie es in der 1H dargestellt ist, ein für eine stabförmige Hauptelektrode dienendes Muster einer Silberpastenschicht 17 auf ähnliche Weise wie beim Herstellen der Silberpastenschicht 16 durch ein Siebdruckverfahren hergestellt, woraufhin wieder ein Trocknungsvorgang folgte. Nach einem Sintern bei einer Temperatur von 700°C war die Gitterelektrode elektrisch mit der Hauptelektrode verbunden. Die Elektrode auf der Lichtempfangsfläche und die Rückseitenelektrode wurden so hergestellt, wie es in der 1I dargestellt ist, und auf diesen Elektroden wurde durch Tauchlöten jeweils eine Lotschicht 18 hergestellt, die mit einer jeweiligen Zuleitung 10 verbunden wurde. So war schließlich eine Solarzelle mit einem Elektrodenmuster erhalten, wie es in der 4 dargestellt ist. Die erhaltene Solarzelle verfügte über eine Gitterelektrode geringer Breite und großer Dicke, wobei die auf der Lichtempfangsfläche durch die dortige Oberflächenelektrode belegte Fläche klein war. Darüber hinaus war auch der serielle Widerstand klein und der Wandlungswirkungsgrad betrug 17 %.
Die Silberpaste zum Herstellen der Gitterelektrode wurde dadurch erhalten, dass Silber mit einer Menge von 0,1 Gew.-% Phosphor dotiert wurde. Nach dem Sintern bei einer Temperatur von 700°C war die Silberpaste in die Antireflexionsbeschichtung eingedrungen, wodurch eine hervorragende elektrische Verbindung zur n⁺-Schicht hergestellt war. Andererseits bestand die Silberpaste zum Herstellen der Hauptelektrode aus einer Paste ohne Phosphor oder eine Verbindung auf Phosphorbasis, wie ein Gemisch von Silberpulvern, Glasfritte und einem Harz oder einem Lösungsmittel, und diese Paste zeigte hervorragende Lotbenetzbarkeit und Kontakteigenschaften in Bezug auf das Substrat.
Wie es in der 6A veranschaulicht ist, wurde ein Druckvorgang für die als Gitterelektrode dienende Silberpaste dadurch ausgeführt, dass das Druck-Quetschwerkzeug in der Längsrichtung der im Drucksieb ausgebildeten Öffnung 66 angetrieben wurde. Daher wies die hergestellte Silberpastenschicht eine gleichmäßige Breite ohne Unterbrechung auf.
Nach dem Trocknen waren auf dem Substrat 21 die als Gitterelektrode dienende und in Streifen ausgebildete Silberpastenschicht 26 und die Ausrichtungsmarkierung 29 für die Hauptelektrode ausgebildet, wie es in der 2 dargestellt ist. Für das für den Druckvorgang verwendete Drucksieb wurde ein plattenförmiger Körper mit einer unter Verwendung eines Lasers hergestellten Öffnung geringer Breite in einer dünnen, rostfreien Platte verwendet. Hierbei verfügte die Öffnung über eine Breite von 0,09 mm, und die streifenförmig hergestellte Silberpastenschicht wies eine Breite von 0,11 mm auf. Die 7A ist eine Vorderansicht des für den Druckvorgang verwendeten Quetschwerkzeugs, und die 7B zeigt einen Schnitt durch dieses. Das hier verwendete Quetschwerkzeug wurde aus rostfreiem Material hergestellt, wobei ein Körperabschnitt 72a als starres und dickes plattenförmiges Element hergestellt wurde und ein Vorderendabschnitt 72b als flexibler und dünner plattenförmiger Körper hergestellt wurde. Die durch dieses Quetschwerkzeug hergestellte Elektrode wies rechteckigen Querschnitt auf, wie es in der 7D dargestellt ist, wobei die Querschnittsfläche deutlich größer als die in der 7C dargestellte Querschnittsfläche einer Elektrode war, die unter Verwendung eines herkömmlichen Quetschwerkzeugs aus Urethan erzielt wurde.
Das Muster der als Hauptelektrode dienenden Silberpastenschicht wurde durch zwei Linien rechtwinklig zur Silberpastenschicht realisiert, die für die Gitterelektrode geringer Breite diente. Hierbei war der Raum zwischen den in der Längsrichtung benachbarten Gitterelektroden enger als die Breite der Hauptelektrode, und die Hauptelektrode wurde bei ihrer Herstellung elektrisch mit der Gitterelektrode verbunden. Beim Herstellen der als Gitterelektrode dienenden Silberpastenschicht wurde nach dem Herstellen der Ausrichtungsmarkierung auf dem Substrat, gemeinsam mit der Herstellung der Gitterelektrode, als Erstes diese Ausrichtungsmarkierung mit einer CCD-Kamera erkannt, und dann wurde das Drucksieb entsprechend einer auf ihm vorhandenen Ausrichtungsmarkierung verstellt und positioniert. Daher wurden die Positioniervorgänge für die Gitterelektrode und die Hauptelektrode mit hoher Genauigkeit ausgeführt.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit einer Gitterelektrode (46) und einer Hauptelektrode (47) zum Ausgeben elektrischer Energie von der Gitterelektrode nach außen, mit den folgenden Schritten: – Herstellen der Gitterelektrode mit geringer Breite auf einer Lichtempfangsfläche eines Substrats mit einem pn-Übergang durch Sintern eines Metallpastenmaterials; und – Herstellen der Hauptelektrode als stabförmige Hauptelektrode in elektrischer Verbindung mit der Gitterelektrode.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelektrode (46) durch eines der folgenden Verfahren hergestellt wird: – ein Siebdruckverfahren, bei dem ein plattenförmiger Körper mit einer Öffnung geringer Breite oder ein Netz mit einem dicken Film mit einer Öffnung geringer Breite, hergestellt durch Elektroabscheidung oder Adhäsion, als Drucksieb verwendet wird; – oder ein Tintenstrahlverfahren; – oder ein Spenderverfahren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen in der Längsrichtung benachbarten Öffnungen im Drucksieb kleiner als die Breite der stabförmigen Hauptelektrode (47) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Längsrichtung benachbarten Gitterelektroden (46) durch Herstellen der stabförmigen Hauptelektrode (47) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode (46) auf dem Substrat eine Ausrichtungsmarkierung zum Ausrichten der Gitterelektrode (46) und der Hauptelektrode (47) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsmarkierung an einer Position angebracht wird, an der die Hauptelektrode (47) herzustellen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelektrode (46) und die Hauptelektrode (47) entsprechend der im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode auf dem Substrat hergestellten Ausrichtungsmarkierung und einer am Drucksieb zum Herstellen der Hauptelektrode vorhandenen Ausrichtungsmarkierung positioniert werden, wobei die im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode hergestellte Ausrichtungsmarkierung durch eine CCD-Kamera erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsmarkierung über Kreis- oder Ovalform verfügt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Siebdruckverfahren die Vorschubrichtung eines Druckquetschwerkzeugs mit der Längsrichtung der Öffnung im Drucksieb übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Herstellen der Hauptelektrode (47) ein Netz als Drucksieb verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Siebdruckverfahren ein Druck-Quetschwerkzeug mit einem Vorderendabschnitt zum Abkratzen einer Paste und einem den Vorderendabschnitt haltenden Körperabschnitt verwendet wird; – wobei der Vorderendabschnitt aus einem flexiblen und dünnen, plattenförmigen Körper besteht und – der Körperabschnitt aus einem starren und dicken, plattenförmigen Körper besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksieb ein plattenförmiger Körper mit einer Öffnung geringer Breite ist, wobei in der Öffnung mindestens ein Verbindungsabschnitt vorhanden ist, der auf der Substratseite über eine Vertiefung verfügt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode (46) eine Paste aus einem metallischen Material verwendet wird, das einen hervorragenden Ohmschen Kontakt zu einer n⁺-Schicht herstellt, und im Schritt um Herstellen der Hauptelektrode (47) eine Paste verwendet wird, die aus einem metallischen Material besteht, das für hervorragende Lotbenetzbarkeit und Kontakteigenschaften zum Substrat sorgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität im Schritt zum Herstellen der Gitterelektrode (4G) verwendeten Paste verschieden von der Viskosität der Paste ist, die im Schritt zum Herstellen der Hauptelektrode (47) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible und dünne, plattenförmige Körper und der starre und dicke, plattenförmige Körper jeweils aus rostfreiem Material bestehen.