DE112011106010T5

DE112011106010T5 - Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle

Info

Publication number: DE112011106010T5
Application number: DE112011106010.6T
Authority: DE
Inventors: c/o Sanyo Electric Co. Ltd. Taira Shigeharu; c/o Sanyo Electric Co. Ltd. Teranaka Shinobu
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-10-23
Also published as: WO2013094033A1; JP6037135B2; JPWO2013094033A1

Abstract

Dieses Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle (10) umfasst einen Schritt, bei dem unter Verwendung einer Rakel (40) und einer Siebdruckplatte (30) mit einem Öffnungsabschnitt (34) entsprechend der Form einer Lichtaufnahmeflächen-Elektrode (20) ein Ausgangsmaterial der Lichtaufnahmeflächen-Elektrode (20) gedruckt wird, wobei der Druckvorgang in eine Mehrzahl von Durchgängen unterteilt ist und auf die Lichtaufnahmefläche einer photoelektrischen Wandlereinheit (11) gedruckt wird. Außerdem wird in einem ersten Druckschritt, bei dem es sich zumindest um die erste Ausführung in dem Schritt handelt, das Ausgangsmaterial unter Verwendung einer Siebdruckplatte (30) mit einer Plattendicke von 20–40 μm gedruckt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle.
Stand der Technik
Eine Solarzelle enthält Elektroden auf Hauptebenen ihrer photoelektrischen Wandlereinheit zum Sammeln von durch Aufnahme von Licht erzeugten Ladungsträgern. Derartige Elektroden sollen den eigenen Widerstand der Elektroden ebenso unterdrücken wie den Kontaktwiderstand der Elektroden mit der photoelektrischen Wandlereinheit, den Kontaktwiderstand der Elektroden mit Verdrahtungen und dergleichen. Beispielsweise zeigen die Patentschriften 1 und 2 Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle, bei denen Elektroden durch mehrmaliges Wiederholen eines Siebdruckvorgangs elektrisch leitender Paste erzeugt werden.
Schriften
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift HEI 11403084
Patentschrift 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2001-61109

Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Bei den oben angesprochenen herkömmlichen Methoden lässt sich die Rauhigkeit der Oberfläche speziell der Elektrode verringern, um den Widerstand der Elektrode selbst zu verringern. Solarzellen finden derzeit rasche Verbreitung, so dass eine weitere Verbesserung des photoelektrischen Wandlungswirkungsgrads erwünscht ist.
Lösung des Problems
Ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle, bei dem eine Elektrode auf eine Hauptebene einer photoelektrischen Wandlereinheit vorgesehen wird, wobei das Verfahren Schritte des Druckens des Ausgangsmaterials der Elektrode auf der Hauptebene in einem unterteilten Prozess (das heißt im Rahmen eines in mehrere wiederholte Vorgänge aufgeteilten Prozesses) unter Verwendung einer Prozessplatte mit einem einer Form der Elektrode entsprechenden Öffnungsabschnitt und einer Rakel enthält, wobei zumindest in einem ersten Druckschritt für einen ersten Druckvorgang das Ausgangsmaterial der Elektrode unter Verwendung einer Prozessplatte mit einer Plattendicke von 20 μm bis 40 μm gedruckt wird.
Vorteilhafte Wirkungsweisen der Erfindung
Erfindungsgemäß lässt sich eine Solarzelle mit hervorragenden photoelektrischen Umwandlungseigenschaften schaffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung von der Lichtaufnahmeflächen-Seite.
2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang der Linie A-A in 1 veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das ein Prinzip eines Druckverfahrens gemäß der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das das Prinzip des Siebdruckverfahrens gemäß der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B in 3.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Die Zeichnungen, auf die für die Ausführungsformen Bezug genommen wird, stellen schematische Ansichten dar, wobei die Abmessungen oder Verhältnisse der in den Zeichnungen dargestellten Bestandteile nicht notwendigerweise mit jenen realer Produkte übereinstimmen. Spezifische Abmessungen und Verhältnisse derartiger Produkte sollten unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung betrachtet werden.
1 ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle 10, die mit Hilfe eines Fertigungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gefertigt wurde, wobei die Solarzelle von ihrer Lichtaufnahmeflächen-Seite her betrachtet ist. 2 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A in 1 und stellt ein Diagramm dar, welches einen Querschnitt der Solarzelle 10 in deren Dickenrichtung rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung von Fingern 21 veranschaulicht.
Die Solarzelle 10 enthält eine photoelektrische Wandlereinheit 11, die durch Aufnehmen von Licht Ladungsträger erzeugt, Lichtaufnahmeflächen-Elektroden 20, die auf der Lichtaufnahmefläche der photoelektrischen Wandlereinheit 11 ausgebildet sind, und nicht dargestellte Rückseitenelektroden, die auf der Rückseite der photoelektrischen Wandlereinheit 11 gebildet sind. Es sei angemerkt, dass ähnlich den Lichtaufnahmeflächen-Elektroden 20 die Rückseitenelektroden einen Aufbau haben können, bei dem weiter unten noch zu erläuternde Finger und Sammelschienen vorgesehen sind. Im übrigen kann von einer Konfiguration Gebrauch gemacht werden, bei der ein aus Silber (Ag) oder dergleichen bestehender dünner Metallfilm auf im wesentlichen der gesamten Fläche der Rückseite ausgebildet ist.
Der Begriff „Lichtaufnahmefläche” bedeutet hier eine Hauptebene, durch die Sonnenlicht von außerhalb der Solarzelle 10 hauptsächlich eintritt. Beispielsweise beträgt der Anteil von Sonnenlicht, welches auf der Lichtaufnahmeflächen-Seite eintritt, mehr als 50% bis hin zu 100% des gesamten in die Solarzelle 10 eintretenden Sonnenlichts. Darüber hinaus bedeutet „Rückseite” eine Hauptebene auf der der Lichtaufnahmefläche abgewandten Seite. Da die Rückseite dem Einfluss von Lichtabschirmverlusten auf die photoelektrische Wandlerkennlinie weniger ausgesetzt ist als die Lichtaufnahmefläche, können die Rückseiten-Elektroden so ausgebildet sein, dass sie eine größere Flächenbedeckung aufweisen als die Lichtaufnahmeflächen-Elektroden 20. In anderen Worten: von den Hauptebenen ist die Rückseite diejenige Fläche, die eine größere Elektrodenbedeckungsfläche besitzt.
Die photoelektrische Wandlereinheit 11 enthält einen aus einem Halbleiterwerkstoff gefertigtes Substrat, zum Beispiel aus kristallinem Silicium (c-Si), Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphor (InP). Die photoelektrische Wandlereinheit 11 enthält beispielsweise eine eigenleitende (i-Typ-)amorphe Siliciumschicht, eine p-leitende amorphe Siliciumschicht und eine transparente elektrisch leitende Schicht aus einem lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Oxid, beispielsweise Zinn-dotiertem Indiumoxid (ITO), in dieser Reihenfolge auf der Lichtaufnahmefläche eines n-leitenden Einkristall-Siliciumsubstrats. Darüber hinaus enthält die photoelektrische Wandlereinheit 11 eine eigenleitende amorphe Siliciumschicht, eine n-leitende amorphe Siliciumschicht und eine transparente elektrisch leitende Schicht in dieser Reihenfolge auf der Rückseite des n-leitenden Einkristall-Siliciumsubstrats. Ersichtlich ist die photoelektrische Wandlereinheit 11 nicht auf diese Konfiguration beschränkt, sondern kann von unterschiedlichen Arten von Konfigurationen Gebrauch machen.
Die Lichtaufnahmefläche der photoelektrischen Wandlereinheit 11 besitzt vorzugsweise eine texturierte Struktur. Die texturierte Struktur ist eine Oberflächenrauhigkeits-Struktur zum Unterdrücken einer Oberflächen-Reflexion und zum Erhöhen einer Lichtabsorptionsmenge der phtooelektrischen Wandlereinheit 11. Eine Rauhigkeits-Höhe der Textur, das heißt eine Tiefe der konkaven Bereiche, beträgt vorzugsweise 1 μm bis 15 μm, insbesondere bevorzugt 5 μm bis 10 μm. Spezifische Beispiele der Textur beinhalten eine Rauhigkeit der Struktur mit Pyramiden (Quadrat-Pyramiden oder Quadrat-Pyramidenstümpfe), die man erhält, indem man ein anisotropes Ätzen auf der Lichtaufnahmefläche des aus einkristallinem Silicium bestehenden Substrat mit einer (100)-Ebene durchführt. Ein weiteres Beispiel ist eine Rauhigkeits-Struktur, die man erhält durch Ausführen isotropen Ätzens auf der Lichtaufnahmefläche des aus kristallinem Silcium bestehenden Substrats. Die Textur ist vorzugsweise auch auf der Rückseite der photoelektrischen Wandlereinheit 11 vorhanden.
Die Lichtaufnahmeflächen-Elektroden 20 (im folgenden als Elektroden 20 bezeichnet) sind beispielsweise so konfiguriert, dass sie mehrere (zum Beispiel 50) Finger 21 und mehrere (beispielsweise 2) Sammelschienen 22 enthalten. Die Finger 21 sind Elektroden mit dünner Drahtform, die verbreitet auf der Lichtaufnahmefläche ausgebildet sind, um Ladungsträger zu sammeln, die durch die photoelektrische Wandlereinheit 11 erzeugt werden. Die Sammelschienen 22 sind Elektroden zum Sammeln der Ladungsträger aus den Fingern 21, und sie sind elektrisch mit sämtlichen Fingern 21 verbunden. Außerdem sind die Sammelschienen 21 mit einer Verdrahtung verbunden, wenn die Solarzellen 10 zu einem Modul integriert sind.
In der Solarzelle 10 befinden sich zwei Sammelschienen 22 parallel zueinander mit vorbestimmtem Lückenabstand voneinander beabstandet. Die mehreren Finger 21 sind derart angelegt, dass sie die Sammelschienen 22 kreuzen. Jeder Finger 21 enthält einen ersten Finger 21a, der sich von der betreffenden Sammelschiene 22 zu der zugehörigen Endkantenseite der Lichtaufnahmefläche erstreckt, und einen zweiten Finger 21b, der die beiden Sammelschienen 22 verbindet. Sowohl die Finger 21 als auch die Sammelschienen 22 sind unter Verwendung einer elektrisch leitenden Paste, die weiter unten noch angesprochen wird, ausgebildet, sie sind vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie ein Trägerharz und einen elektrisch leitenden Füllstoff enthalten.
In der Solarzelle 10 besitzen die Finger 21 eine Schichtstruktur. Ein Finger 21 enthält beispielsweise eine erste elektrisch leitende Schicht 23, die direkt auf der Lichtaufnahmefläche gebildet ist, und eine zweite elektrisch leitende Schicht 24 auf der ersten elektrisch leitenden Schicht 23. In ähnlicher Weise besitzt eine Sammelschiene 22 ebenfalls vorzugsweise eine erste elektrisch leitende Schicht 23 und eine zweite elektrisch leitende Schicht 24. Insbesondere können entweder die Finger 21 und die Sammelschienen 22 oder sowohl die Finger 21 als auch die Sammelschiene 22 eine Schichtstruktur mit drei oder mehr Schichten aufweisen.
Die Dicke der Finger 21 beträgt vorzugsweise 20 μm bis 100 μm. Eine Dicke t₂₃ der ersten leitenden Schicht 23 beträgt 5 μm bis 35 μm, vorzugsweise 10 μm bis 30 μm, noch mehr bevorzugt 15 μm bis 25 μm. Eine Dicke t₂₄ der zweiten elektrisch leitenden Schicht 24 ist insbesondere bevorzugt äquivalent zu der Dicke t₂₃, was die Produktivität und dergleichen berücksichtigt. Die Dicken t₂₃ und t₂₄ sind Durchschnittswerte von Werten, die durch Querschnittsbetrachtung mit Hilfe eines Rasterelektrodenmikroskops (REM oder SEM = Scanning Electron Microscope). Insbesondere ist die Dicke der Sammelschiene 22 vorzugsweise äquivalent zu der der Finger 21.
Eine Breite W₂₁ der Finger beträgt vorzugsweise 30 μm bis 150 μm im Hinblick auf eine Verringerung von Lichtabschirmverlusten. Je größer der Abstand von der Sammelschiene 22, desto geringer kann die Breite W₂₁ gewählt werden. In diesem Fall beträgt die Breite W₂₁ des schmalsten Bereichs vorzugsweise 30 μm bis 80 μm. Die Breite der Sammelschiene 22 beträgt vorzugsweise 0,05 mm bis 1,5 mm.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Fertigen der Solarzelle 10 mit dem oben erläuterten Aufbau im einzelnen erläutert.
3 und 4 sind Diagramme zum Erläutern eines Prinzips eines Siebdruckverfahrens. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B in 3 und eine Darstellung der Abmessungen und dergleichen der Siebdruckplatte 30.
Bei dem Fertigungsprozess der Solarzelle 10 wird die photoelektrische Wandlereinheit 11 nach einem bekannten Verfahren hergestellt. Nach Vorbereitung der photoelektrischen Wandlereinheit 11 werden die Elektroden 20 (Finger 21 und Sammelschienen 22) auf ihrer Lichtaufnahmefläche gebildet. Die Rückseitenelektroden können durch das Siebdruckverfahren ähnlich demjenigen gebildet werden, welches zur Bildung der Elektroden 20 dient, sie können aber auch nach einem anderen Verfahren gebildet werden. Bei der Bildung der Rückseitenelektroden durch das Siebdruckverfahren wird in einem Druckschritt vorzugsweise ein Bereich gebildet, der größer ist als der der Elektroden 20.
Die Elektroden 20 werden in unterteilter Weise im Zuge mehrerer Operationen gebildet, indem von der Prozessplatte und einer Rakel 40 Gebrauch gemacht wird. Das Verfahren unter Verwendung der Prozessplatte und der Rakel 40 bildet eine Art von Schablonendruck und zählt zu den Siebdruckverfahren. Die Prozessplatte kann von der in 3 bis 5 dargestellten Siebdruckplatte 30 oder einer nicht dargestellten Metall-Maskenplatte Gebrauch machen. Im folgenden wird ein Fall beschrieben, bei dem als Prozessplatte von der Siebdruckplatte 30 Gebrauch gemacht wird.
Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, wird in dem Siebdruckschritt zum Bilden der Elektroden 20 unter Verwendung der Siebdruckplatte 30 mit den Formen der Elektroden 20 entsprechenden Öffnungen 34 unter Einsatz der Rakel 40 Tinte 50, welche das Ausgangsmaterial der Elektroden 20 (Trägerharz und elektrisch leitender Füllstoff) enthält, auf die Lichtaufnahmefläche der photoelektrischen Wandlereinheit 11 übertragen. Im einzelnen wird die Tinte 50 auf der Siebdruckplatte 30 platziert, in der die Öffnungsbereiche 34 nur für die transferierenden Teile ausgebildet sind, und die Rakel 40 wird über die Platte gezogen. Dadurch werden die Öffnungsbereiche 34 mit der Tinte 50 gefüllt. Anschließend, wenn ein Teil der Siebdruckplatte 30 mit der darüber gestrichenen Rakel 40 von der Lichtaufnahmefläche abgehoben werden kann, wird die Tinte 50 aus dem Öffnungsbereich 34 ausgestoßen, um auf die Lichtaufnahmefläche transferiert zu werden. Nachdem dieser Druckschritt mehrmals wiederholt wurde, wird die geschichtete Tinte 50 mit Wärme oder dergleichen behandelt, um unter Bildung der Elektroden 20 verfestigt zu werden. Insbesondere kann bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der ein kontaktloses Drucken beschrieben wurde, auch ein Kontakt-Drucken angewendet werden.
Die Siebdruckplatte 30 enthält ein Gewebe 31, bei dem es sich um einen Klebstoff oder dergleichen handelt, der ein Passieren der Tinte 50 gestattet, und einen Rahmen 32, auf dem das Gewebe 31 platziert ist. Das Gewebe 31 ist mit einem Maskenmaterial 33 entsprechend einer Zone auf der Lichtaufnahmefläche, auf der ein Auftrag der Tinte 50 nicht erwünscht ist, ausgestattet. In anderen Worten: die Siebdruckplatte 30 ermöglicht einen Durchgang der Tinte 50 nur durch die Öffnungsabschnitte 34, die nicht durch das Maskenmaterial 33 in dem Gewebe 31 maskiert sind. Die Siebdruckplatte 30 besitzt Muster der Öffnungsbereiche 34, die den Formen der Finger 21a und 21b und der Sammelschienen 22 entsprechen.
Der Werkstoff, der Drahtdurchmesser, die Maschenzahl, die Öffnung, das Öffnungsverhältnis und dergleichen des Gewebes 31 werden nach Maßgabe der Breite, der Dicke und dergleichen der zu bildenden Elektroden 20 gewählt. Das Material des Gewebes 31 besteht beispielsweise aus Harzfasern wie Polyester, oder Metalldrähten aus Edelstahl. Der Drahtdurchmesser des Gewebes 31 ist abhängig von der Dicke und dergleichen der zu bildenden Elektroden 20 gewählt. Die Maschenzahl wird abhängig von der Festigkeit des Gewebes 31 und der Feinheit der ausgebildeten Elektroden 20 gewählt. Die Öffnung wird abhängig von dem Partikeldurchmesser des elektrisch leitenden Füllstoffs in der Tinte 50 gewählt und ist im allgemeinen vorzugsweise doppelt oder mehrfach so groß wie der Partikeldurchmesser. Das Öffnungsverhältnis wird nach Maßgabe der Dicke, der Auflockerungsbreite und dergleichen der gebildeten Elektroden gewählt. Darüber hinaus werden das Material, der Drahtdurchmesser, die Maschenzahl, die Öffnung, das Öffnungsverhältnis und dergleichen des Gewebes 31 auch in Abhängigkeit der Zusammensetzung, der Druckverbindungen und dergleichen der Tinte 50 gewählt.
Das Maskenmaterial 33 verwendet typischerweise eine lichtempfindliche Emulsion. Die Emulsion wird nach Maßgabe der Auflösung, der Belichtungsempfindlichkeit und dergleichen ausgewählt und macht beispielsweise Gebrauch von diazo-basierten und stilbazolium-basierten Materialien. Anstelle der Emulsion kann auch eine Metallfolie verwendet werden. Die Emulsion wird zum Beispiel auf das Gewebe 31 aufgebracht, wenn dieses über den Rahmen 32 gelegt ist, um das Maskenmaterial 33 durch einen Belichtungsvorgang mit ultraviolettem Licht und einem Beseitigungsprozess für den nicht belichteten Teil zu erhalten.
Die Rakel 40 setzt sich aus einem Material zusammen, welches geeignet ist für das Aufbringen und Ausbreiten der Tinte 50 auf der Siebdruckplatte 30. Vorzugsweise setzt sich die Rakel 40 aus einem lösungsmittelbeständigen elastischen Körper zusammen. Bevorzugt wird beispielsweise Urethankautschuk und dergleichen. Insbesondere gibt es hinsichtlich der Form der Rakel 40 keine besondere Beschränkung, obschon die Rakel vorzugsweise flach ist.
Die Tinte 50 ist ein pastöses Fluidmaterial mit Flüssigeigenschaft. Beispiele für die Tinte 50 beinhalten Wärmeaushärtende Tinte, die sich bei Erwärmung auf 200°C oder weniger verfestigt, bei Ultraviolettlicht aushärtende Tinte, die sich bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht verfestigt, und Tinte vom Sinter-Typ, die sich bei Erwärmung auf annähernd 40°C bis 1000°C verfestigt. Besonders bevorzugte Tinte 50 ist elektrisch leitende Paste vom thermisch aushärtenden Typ, gewonnen durch Mischen eines Trägerharzes und eines elektrisch leitenden Klebstoffs in einem Lösungsmittel. Das Lösungsmittel ist zum Beispiel ein Lösungsmittel auf Alkoholbasis, Glykol-Etherbasis, Kohlenwasserstoffbasis oder ein anders basiertes organisches Lösungsmittel; ein aus diesen Bestandteilen gemischtes Lösungsmittel oder dergleichen. Das Trägerharz ist beispielsweise ein Harz auf Zellulosebasis, Epoxybasis, ein Acrylharz, ein Harz auf Urethanbasis, auf Silikonbasis oder dergleichen; aus diesem Bestandteil gemischte Harze oder dergleichen. Der elektrisch leitende Füllstoff besteht zum Beispiel aus Metallpartikeln wie Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni); Kohlenstoffpartikel, ein Gemisch aus diesen Partikeln oder dergleichen.
In dem Siebdruckschritt für die Elektroden 20 beinhalten Beispiele der Primärparameter, welche die Druckbedingungen bestimmen, einen Rakelwinkel, eine Rakelgeschwindigkeit, einen Rakel-Andruck und eine Lücke, bei der es sich um den Abstand zwischen der Siebdruckplatte 30 und der photoelektrischen Wandlereinheit 11 handelt.
Der Rakelwinkel ist ein Winkel der Siebdruckplatte 30 gegenüber der Rakel 40 in Bezug auf die Vorschubrichtung der Rakel 40. Der Rakelwinkel hat Einfluss auf die Charakteristika des Ausstoßes der Tinte 50. Typischerweise gilt: je kleiner der Winkel, desto größer ist die Ausstoßmenge der Tinte 50. Man beachte, dass ein zu kleiner Rakelwinkel zu einem ungünstigen Verhalten beim Abschaben der Tinte 50 führt. Aus diesem Grund beträgt der Rakelwinkel vorzugsweise etwa 50° bis 80°, noch mehr bevorzugt etwa 60° bis 70°.
Bei der Rakelgeschwindigkeit handelt es sich um eine Geschwindigkeit, mit der die Rakel 40 bewegt wird. Im Hinblick auf die Druckauflösung und dergleichen beträgt die Rakelgeschwindigkeit vorzugsweise etwa 20 bis 200 mm/s.
Der Rakel-Andruck ist ein Druck, der auf die Rakel 40 aufgebracht wird. Ein zu geringer Rakel-Andruck führt dazu, dass die Ausstoßmenge der Tinte 50 anfällig für Ungleichmäßigkeiten ist. Ein zu hoher Rakel-Andruck führt andererseits zu einem übermäßig tiefen Schaben der Tinte 50, was eine starke Abnahme der Transfermenge der Tinte 50 verursacht. Dementsprechend beträgt der Rakel-Andruck vorzugsweise etwa 2 bis 6 kg/cm², insbesondere bevorzugt etwa 3 bis 5 kg/cm².
Die Lücke oder der lichte Abstand ist ein Parameter, der das Abrücken der Platte betrifft. Im Hinblick auf hervorragende Eigenschaften des Platten-Abhebens, des Unterdrückens einer Abnahme der Siebspannung und dergleichen beträgt die Lücke vorzugsweise 1/1000 bis 1/300 der Innenabmessung des Rahmens 32.
Wie oben angesprochen, wird bei dem Siebdruckschritt für die Elektroden 20 die Tinte 50 auf die Lichtaufnahmefläche in unterteilter Weise aufgedruckt, das heißt im Zuge wiederholter Vorgänge. Hierdurch werden die Elektroden 20 mit einer Schichtstruktur gebildet. Für den Fall, dass die Elektroden 20 eine Zweischichtstruktur aufweisen, werden die Druckschritte durch zwei Vorgänge gebildet.
In einem ersten Druckschritt, bei dem es sich um den Druckschritt handelt, bei dem zum ersten Mal ein Druckvorgang stattfindet, wird das Drucken unter Verwendung der Siebdruckplatte 30 mit einer Plattendicke t₃₀ von 20 μm bis 40 μm durchgeführt. Der erste Druckvorgang ist ein Schritt, bei dem die Tinte 50 direkt auf die Lichtaufnahmefläche der photoelektrischen Wandlereinheit 11 gedruckt wird, und es ist dieser Schritt, der die erste elektrisch leitende Schicht 23 druckt. In einem zweiten Schritt, bei dem es sich um den Druckschritt handelt, bei dem der Druckvorgang zum zweiten Mal erfolgt, findet der Druck beispielsweise unter Verwendung derselben Siebdruckplatte 30 statt, die auch für den ersten Druckschritt verwendet wird. Bei dem zweiten Druckschritt handelt es sich um einen Schritt des Druckens der Tinte 50 auf die erste leitende Schicht 23, welche in dem ersten Druckschritt gedruckt wurde, und dieser Schritt druckt die zweite elektrisch leitende Schicht 24.
Wie in 5 gezeigt ist, handelt es sich bei der Plattendicke t₃₀ um die Gesamtdicke der Siebdruckplatte 30, welche ihrerseits erhalten wird durch Addieren einer Gewebedicke t₃₁, bei der es sich um die Dicke des Gewebes 31 handelt, und einer Dicke t₃₃ des Maskenmaterials 33 (im folgenden als Emulsionsdicke t₃₃ bezeichnet). Ein Ändern der Plattendicke t₃₀ kann die Dicke der Elektroden 20 justieren. Während die übrigen Bedingungen unverändert bleiben, gilt, dass je größer die Plattendicke t₃₀ ist, desto größer die Dicke der Elektroden 20 wird. Für den Fall der Finger 21 beträgt die Öffnungsbreite W₃₄ beispielsweise 30 μm bis 150 μm. Im Fall der Sammelschienen 22 beträgt die Öffnungsbreite W₃₄ zum Beispiel 0,5 mm bis 1,5 mm. Wenn nichts anderes gesagt ist, repräsentieren die Abmessungen t₃₀, t₃₁, t₃₃, W₃₄ und dergleichen Durchschnittswerte.
In dem ersten Druckschritt wird die erste elektrisch leitende Schicht 23 mit der Dicke t₂₃ von 5 μm bis 35 μm, besonders bevorzugt 15 μm bis 25 μm, unter Verwendung der Siebdruckplatte 30 gebildet, die eine Plattendicke t₃₀ von 20 μm bis 40 μm besitzt. Die transferierte Tinte 50 variiert abhängig von den Druckbedingungen. Folglich wird die Dicke t₂₃ der ersten elektrisch leitenden Schicht 23 geringer als die Plattendicke t₃₀.
Die Siebdruckplatte 30, die bei dem ersten Druckschritt verwendet wird, besitzt weiterhin vorzugsweise eine Plattendicke t₃₀ von 25 μm bis 40 μm, insbesondere bevorzugt 25 μm bis 38 μm. Wenn die Plattendicke t₃₀ in dem ersten Druckschritt in diesen Bereich fällt, lässt sich der Kontaktwiderstand der photoelektrischen Wandlereinheit 11 bezüglich der Elektrodenbreite auf einen geringen Wert drücken, während die dünneren Elektroden 20 dazu beitragen, den Verbrauch der elektrisch leitenden Paste zu reduzieren.
Darüber hinaus besitzt die in dem ersten Druckschritt verwendete Siebdruckplatte 30 bevorzugt eine Emulsionsdicke t₃₃ von 10 μm oder weniger. Die Gewebedicke t₃₁ unterliegt einer Beschränkung bezüglich einer Verdünnung, und zwar im Hinblick auf die Haltbarkeit der Siebdruckplatte 30 und dergleichen. Aus diesem Grund lässt sich eine geringe Plattenstärke t₃₀ von 20 μm bis 40 μm hauptsächlich dadurch erreichen, dass die Emulsionsdicke t₃₃ zu einem dünnen Film ausgebildet wird. Andererseits beträgt die Emulsionsdicke t₃₃ vorzugsweise 2 μm oder mehr. Ist die Emulsionsdicke t₃₃ kleiner als 2 μm, lässt sich die Dicke nur schwer steuern, was möglicherweise zu einem Verlust an Gleichmäßigkeit der Emulsionsdicke t₃₃ führt. In anderen Worten: bei dem ersten Druckschritt beträgt die Emulsionsdicke t₃₃ vorzugsweise 2 μm bis 10 μm, besonders bevorzugt 2 μm bis 7 μm.
Während bei dem zweiten Druckschritt eine Siebdruckplatte mit einer Plattendicke t₃₀ verwendet werden kann, die geringer ist als diejenige bei dem ersten Druckschritt, wird vorzugsweise im Hinblick auf die Produktivität dieselbe Siebdruckplatte 30 wie bei dem ersten Druckschritt verwendet, wie oben erläutert wurde.
Bei dem oben erläuterten Fertigungsverfahren kann ungeachtet der Dicke der Elektroden 20 die gefertigte Solarzelle 10 einen geringen Verlustwiderstand und einen hervorragenden Füllfaktor (FF) aufweisen.
Typischerweise wird angenommen, dass je größer die Dicke der Elektrode 20 ist, desto größer die mögliche Verringerung des Widerstands der Elektrode 20 selbst ist. Deshalb wurde üblicherweise ein Test vorgenommen, bei dem die Plattendicke t₃₀ der Siebdruckplatte 30 größer als 40 um gemacht wurde, um die Dicke der Tinte 50 zu erhöhen, die in einem Siebdruckvorgang übertragen wurde. Eine Verbesserung des Verlustwiderstands hat sich jedoch als schwierig erwiesen, selbst wenn die Plattendicke t₃₀ der Siebdruckplatte 30 größer als 40 μm gemacht wurde.
Deshalb wird bei dem oben erläuterten Fertigungsverfahren die Plattendicke t₃₀ der Siebdruckplatte 30 kleiner gemacht, bis hinab zu 40 μm oder darunter. Während die geringe Dicke einer Elektrode typischerweise zu einem hohen Verlustwiderstand führt, kann die Plattendicke t₃₀ der Siebdruckplatte 30 außergewöhnlich klein gehalten werden, hinab zu 20 μm bis 40 μm, was das Ausüben des Andrucks auf die Grenzfläche zwischen der photoelektrischen Wandlereinheit 11 und den Elektroden 20 ermöglicht. Demzufolge nimmt der Kontaktwiderstand an der Grenzfläche außerordentlich stark ab. In anderen Worten: die geringe Dicke der transferierten Tinte 50 führt dazu, dass die seitens der Rakel 40 aufgebrachte Kraft nicht von der Tinte 50 absorbiert wird, sondern stattdessen der photoelektrischen Wandlereinheit 11 zugute kommt. Hierdurch verbessert sich die Haftung zwischen der photoelektrischen Wandlereinheit 11 und den Elektroden. Außerdem gelangt der aufgebrachte Druck bei dem zweiten Druckvorgang in einfacher Weise an die Grenzfläche zwischen der photoelektrischen Wandlereinheit 11 und den Elektroden 20. Außerdem tritt die Tinte 50 leicht in die konkaven Teile der texturierten Struktur ein.
Aus diesem Grund besitzt die durch das oben erläuterte Fertigungsverfahren erhaltene Solarzelle 10 einen geringen Kontaktwiderstand zwischen der photoelektrischen Wandlereinheit 11 und den Elektroden 20, was zu einem hervorragenden photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad bei geringer Dicke der Elektroden 20 führt. Ferner ermöglicht die geringe Dicke der Elektroden 20 eine Reduzierung der Spannung, die auf die photoelektrische Wandlereinheit 11 durch Wärmeausdehnung und -zusammenziehung der Elektroden 20 ausgeübt wird, außerdem wird eine dünnere photoelektrische Wandlereinheit 11 möglich.
Darüber hinaus wird bei dem oben beschriebenen Fertigungsverfahren bei Aufrechterhaltung eines geringen Verlustwiderstands der Verbrauch an elektrisch leitender Paste verringert, was wiederum die Fertigungskosten senkt. Während außerdem der geringe Verlustwiderstand erhalten bleibt, lassen sich außerdem feinere Finger 21 erhalten, was den Lichtabschirmverlust reduziert. Insbesondere lässt sich die Oberflächenrauhigkeit der Elektroden 20 durch mehrmaliges Wiederholen von Siebdruckschritten verringern, was wiederum beispielsweise eine Verringerung des Kontaktwiderstands der Sammelschienen 22 bezüglich einer Verdrahtung gestattet.
BEISPIELE
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung weiter anhand von Beispielen erläutert, obschon die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
<Beispiel 1>
Eine photoelektrische Wandlereinheit wurde durch folgende Prozeduren zwecks Bewertung gefertigt. Insbesondere wurden gleiche photoelektrische Wandlereinheiten für sämtliche Beispiele und Vergleichsbeispiele verwendet.
Als erstes wurde unter Verwendung einer wässrigen Kaliumhydroxid-(KOH)-Lösung ein anisotropes Ätzen an der (100)-Ebene vorgenommen, um dadurch ein reines n-leitendes Einkristall-Siliciumsubstrat (im folgenden als Substrat bezeichnet) zu erhalten, an dessen Lichtaufnahmefläche und Rückfläche Texturen gebildet wurden. Im Anschluss daran wurde das Substrat in eine Vakuumkammer eingebracht, um eine eigenleitende (i-Typ-)amorphe Siliciumschicht und eine n-leitende amorphe Siliciumschicht in dieser Reihenfolge auf der Rückseite des Substrats mit Hilfe eines CVD-Verfahrens (chemisches Beschichten aus der Gasphase) zu bilden. Bei dem Prozess zum Bilden der eigenleitenden (i-Typ-)amorphen Siliciumschicht wurde als Ausgangsmaterialgas Silangas (SiH₄) verwendet. Außerdem wurde bei dem Prozess zum Bilden des n-leitenden amorphen Siliciumfilms als Ausgangsmaterialgas Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂) und Phosphin (PH₃) verwendet. Auf der Lichtaufnahmefläche des Substrats wurden eine eigenleitende amorphe Siliciumschicht und eine p-leitende amorphe Siliciumschicht in dieser Reihenfolge ebenfalls mittels DVD-Verfahren gebildet. Beim Prozess zum Bilden der p-leitenden amorphen Siliciumschicht wurde anstelle von PH₃ als Ausgangsmaterialgas Diboran (B₂H₆) verwendet.
Anschließend wurden TCO-Schichten (aus transparentem leitendem Oxid; Transparent Conductive Oxide) mit einer Primärkomponente aus Indiumoxid auf der n-leitenden amorphen Siliciumschicht und auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht durch Sputtern gebildet.
Hierdurch wurde die photoelektrische Wandlereinheit gewonnen, die eine geschichtete Struktur in Form einer TCO-Schicht/eigenleitenden amorphen Siliciumschicht/p-leitenden amorphen Siliciumschicht/Substrat/eigenleitenden amorphen Siliciumschicht/n-leitenden amorphen Siliciumschicht/TCO-Schicht besaß.
Als nächstes wurden Lichtaufnahmeflächen-Elektroden und Rückseitenelektroden auf der Lichtaufnahmefläche der photoelektrischen Wandlereinheit bzw. auf der Rückseite der photoelektrischen Wandlereinheit ausgebildet.
Die Lichtaufnahmeflächen-Elektroden enthielten zwei Sammelschienen und 50 Finger, die die Sammelschienen rechtwinklig kreuzten. Als erstes wurden die folgende Siebdruckplatte, eine Rakel und eine elektrisch leitende Paste vorbereitet. Die Siebdruckschritte wurden zweimal wiederholt. Bei dem ersten und dem zweiten Druckschritt wurden dieselbe Siebdruckplatte, dieselbe Rakel und dieselbe elektrisch leitende Platte verwendet, und zwar unter den unten angegebenen Druckbedingungen. Anschließend wurde in einem vorläufigen Trocknungsschritt (150°C × 15 Minuten) das Lösungsmittel der so transferierten elektrisch leitenden Paste teilweise entfernt.
Die Rückseitenelektroden enthielten zwei Sammelschienen und 250 Finger, welche die Sammelschienen rechtwinklig kreuzten, ausgebildet in einem Druckschritt. Die Rückseitenelektroden wurden in ähnlicher Weise gedruckt wie bei dem ersten Druckschritt für die Lichtaufnahmeflächen-Elektroden, mit der Ausnahme unterschiedlicher Muster für die Öffnungsbereiche in der Siebdruckplatte.
Anschließend wurde in einem Haupt-Trocknungsschritt (200°C × 60 Minuten) das Lösungsmittel der so transferierten elektrisch leitenden Paste entfernt, um dadurch eine thermische Aushärtung des Trägerharzes zu erreichen und die Lichtaufnahmeflächen-Elektroden und Rückseitenelektroden auszubilden.
[Siebdruckplatte, Rakel und elektrisch leitende Paste]
Gewebe: 400 Maschen (weiches Kalander-Verarbeitungsmaterial)
Maskenmaterial: lichtempfindlicihe Emulsion
Rakel: Flach-Rakel aus Urethan (Härte 70)
Elektrisch leitende Paste: in Epoxyharz dispergierte Silberpartikel
[Druckbedingungen]
Rakel-Winkel: 70°
Rakelgeschwindigkeit: 100 mm/s
Rakel-Andruck: 4 kg/cm²
Lücke: 1,5 mm
Die Auswertung der Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht (Elektrode) und des Füllfaktors (FF) wurde an der erstellten Solarzelle vorgenommen. Die Bewertungsergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt, zusammen mit den Abmessungen der für das Drucken der Lichtaufnahmeflächen-Elektroden verwendeten Siebdruckplatte. Insbesondere ist die Elektrodendicke nahezu doppelt so groß wie die Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht.
<Beispiele 2 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3>

Es erfolgte eine Erstellung und Bewertung der Solarzellen ähnlich wie beim Beispiel 1, mit Ausnahme von Änderungen in den Abmessungen der Siebdruckplatte, die für das Drucken der Lichtaufnahmeflächen-Elektroden verwendet wurde, wie es aus Tabelle 1 hervorgeht. Insbesondere wurde ein Sieb mit 400 Maschen (hartes Kalander-Verarbeitungsmaterial) verwendet. [Tabelle 1]

	Plattendicke (μm)	Stoffdicke (μm)	Emulsionsdicke (μm)	Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht (μm)	FF (Verbesserungsrate %)
Bsp. 1	38	36	2	16	0,1
Bsp. 2	30	26	4	19	0,2
Bsp. 3	28	26	2	15	0,2
Bsp. 4	28	23	5	20	0,3
Bsp. 5	28	19	9	21	0,4
Bsp. 6	25	19	6	16	0,1
Bsp. 7	25	16	9	19	0,3
Vgl.-Bsp. 1	48	28	20	25	0
Vgl.-Bsp. 2	42	28	14	20	–0,2
Vgl.-Bsp. 3	17	16	1	-	-

Wie in Tabelle 1 dargestellt, weisen die Solarzellen in den obigen Beispielen, obschon sie eine geringere Dicke der Elektroden im Vergleich zu den Solarzellen nach den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 aufweisen, hohe FF-Werte auf. Diese Ergebnisse sind zurückzuführen auf ein verbessertes Haften zwischen der photoelektrischen Wandlereinheit und den Elektroden, wodurch der Kontaktwiderstand reduziert wird, erreicht durch ein schichtweises Drucken unter Verwendung einer Siebdruckplatte, in der die Plattendicke 20 μm bis 40 μm beträgt, und die Emulsionsdicke 2 μm bis 10 μm beträgt.
Für den Fall, dass die Siebdruckplatte mit einer Plattendicke von 17 μm und der Emulsionsdicke von 1 μm verwendet wird (Vergleichsbeispiel 3), zeigte die starke Dickenschwankung der Elektroden keine stabilen Eigenschaften.
Bezugszeichenliste

10: Solarzelle
11: Photoelektrische Wandlereinheit
20: Lichtempfangsflächen-Elektrode
21, 21a und 21b: Finger
22: Sammelschiene
23: Erste elektrisch leitende Schicht
24: Zweite elektrisch leitende Schicht
30: Siebdruckplatte
31: Gewebe
32: Rahmen
33: Maskenmaterial
34: Öffnungsbereich
40: Rakel
50: Tinte

Claims

Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle, in der sich auf einem Substrat einer photoelektrischen Wandlereinheit eine Elektrode befindet, umfassend Schritte des Druckens eines Ausgangsmaterials der Elektrode auf dem Substrat, aufgeteilt in eine Mehrzahl wiederholter Vorgänge unter Verwendung einer Druckplatte mit einem Öffnungsabschnitt entsprechend einer Form der Elektrode und einer Rakel, wobei in mindestens einem ersten Druckschritt für die mehreren wiederholten Vorgänge das Ausgangsmaterial unter Verwendung einer Druckplatte gedruckt wird, die eine Plattendicke von 20 μm bis 40 μm aufweist.
Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle nach Anspruch 1, bei der die Druckplatte ein Gewebe und ein Schablonenmaterial zum selektiven Bilden des Öffnungsabschnitts enthält, und in dem ersten Druckschritt das Ausgangsmaterial unter Verwendung einer Druckplatte gedruckt wird, in der das Schablonenmaterial eine Dicke von 10 μm oder weniger besitzt.
Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle nach Anspruch 2, bei der in dem ersten Druckschritt das Ausgangsmaterial unter Verwendung einer Druckplatte gedruckt wird, in der das Schablonenmaterial eine Dicke von 2 μm oder mehr besitzt.
Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Plattendicke der in einem zweiten Druckschritt für die mehreren wiederholten Vorgänge verwendeten Druckplatte gleich oder kleiner ist als die Plattendicke der in dem ersten Druckschritt verwendeten Druckplatte.