DE69332933T2

DE69332933T2 - Photovoltaische Vorichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69332933T2
Application number: DE69332933T
Authority: DE
Inventors: Ippei Ohta-ku Sawayama; Hitoshi Ohta-ku Toma; Yoshihiko Ohta-ku Hyosu; Tatsuo Ohta-ku Fujisaki; Toshihiko Ohta-ku Mimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: US5428249A; KR100190800B1; EP0579199B1; DE69332933D1; US6214636B1; EP0778624B1; KR940006293A; EP0579199A1; DE69330925D1; ATE239303T1; AU671639B2; ATE207244T1; DE69330925T2; EP0778624A2; AU4195993A; EP0778624A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode einer Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die eine Sammelelektrode aufweist, die mit der Zeit weniger Beeinträchtigung verursacht, einen niedrigen Widerstand aufweist und dick gemacht werden kann.
Stand der Technik
Eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung ist eine Halbleiter-Vorrichtung, die als Photosensor, eine photoelektrische Zelle oder eine Solarzelle bekannt ist, die eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie ist, die einen photovoltaischen Strom eines Halbleiters verwendet.
Um eine Einergiekrise zu mildern, die durch eine ungenügende Zufuhr an Energie durch eine Stromversorgung verursacht wird, aufgrund einer kürzlich abrupt angestiegenen Nachfrage nach Energie oder um eine globale Umweltzerstörung zu mildern, aufgrund eines Phänomens der Erwärmung, das aus einem Treibhauseffekt resultiert, der durch einen Anstieg der Menge an Kohlendioxid verursacht wird, wobei eine Quelle der Energiezufuhr erwünscht wird, die weniger schädlich gegenüber der Umwelt ist.
Insbesondere eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung (die eine photovoltaische Vorrichtung und eine Solarzelle hierin im folgenden einschließen wird), die rein ist, eine hohe Sicherheit aufweist und Energie permanent für eine ausgedehnte Zeitdauer liefert, wird als sehr hervorragend als eine neue Quelle der Energiezufuhr angesehen, die die obigen Anforderungen erfüllt.
Bekannte Beispiele einer photovoltaischen Vorrichtung sind die folgenden:

(1) Auf Kristall basierende Solarzelle Eine auf Kristall basierende Solarzelle wird hergestellt, indem eine p-n Verbindung mittels Dotierens einer Verunreinigung vom n-Typ oder p-Typ in einem Einkristall vom p-Typ oder n-Typ oder polykristallinen Wafer hergestellt wird.
2) Amorphe auf Silicium basierend Solarzelle Eine amorphe auf Silicium basierende Solarzelle wird hergestellt, indem Monosilangas oder Disilangas zersetzt wird, zum Beispiel indem Wärme, ein RF elektrisches Feld oder Licht verwendet wird, wodurch a-Si oder ähnliches hergestellt und abgeschieden wird. In diesem Fall wird eine amorphe auf Silicium basierende Solarzelle mit einer Pin-Struktur gebildet, indem ein Halbleiter vom p-Typ und ein Halbleiter vom n-Typ mittels Dotierens eines Gases gebildet wird, wie B₂H₆ oder BF₃, wie ein Dotierstoff vom p-Typ und PH₃ als Dotierstoff vom n-Typ gleichzeitig mit einem Monosilan oder Disilan.
(3) Verbundhalbleiter-Solarzelle

Eine Verbundhalbleiter-Solarzelle ist eine GaAs Solarzelle, die hergestellt, wird, indem eine p-n Struktur mittels Ziehens eines p-Typ GaAs auf einem n-Typ GeAs mittels epitaxialem Wachstums in der Flüssigphase gebildet wird. Eine Solarzelle, bei der eine p-n Struktur, indem n-Typ CdS und p-Typ CdTe geschichtet und calziniert wird, ist auch eine Verbundhalbleiter-Solarzelle.
Zusätzlich zu den obigen Solarzellen sind ein CuInSe₂ Solarzelle und ein n-Typ CdS/p-Typ CuInS₂-Solarzelle als photovoltaische Vorrichtungen verwendbar. Diese photovoltaischen Vorrichtungen zielen auf ein effizientes Herausziehen an auffallender optischer Energie als eine elektrische Energie über eine Sammelektorelektrode.
Um eine photovoltaische Vorrichtung mit hoher Umwandlungseffizienz zu erhalten, sind daher die folgenden zwei Punkte ichtig.

(1) Die Effizienz der Umwandlung aus optischer Energie in elektrische Energie zu steigern.
(2) Eine Sammelelektrode mit niedrigem elektrischen Widerstand zu Zwecken des Verminderns eines Jouleverlust zu bilden, indem der elektrische Widerstand an der Sammelelektrode vermindert wird, indem eine elektrische Energie über die Sammelelektrode gesammelt wird und indem das Abschirmen des Lichts durch die Sammelelektrode reduziert wird.

Die folgenden zwei Verfahren sind als ein Verfahren der Bildung einer Sammelelektrode bekannt.
Eines ist ein Verfahren zur Bildung einer Sammelelektrode mittels Dampfabscheidung eines leitenden Metalls, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-5066 offenbart.
Das andere ist ein Verfahren der Bildung einer Sammelelektrode mittels Druckens und Calzinieren einer leitenden Paste, die hergestellt wird, indem ein leitendes Pulver gebunden wird, indem Glas oder ein Polymer verwendet wird.
Insbesondere ist das Verfahren, das eine leitende Paste als Sammelelektrode verwendet, eine der Techniken, die leicht großflächige Vorrichtungen über ein einfaches Herstellungsverfahren bildet und es wird daher erwartet, einen überraschenden Effekt der Reduzierung der Herstellungskosten aufzuweisen.
Gegenwärtig jedoch weisen die Sammelelektroden, die mittels dieser üblichen Verfahren hergestellt werden, ein Problem der Abnahme bei der Umwandlungseffizienz oder eine Unfähigkeit, ausreichend einen stabilen Betrieb über eine lange Zeitdauer an Zeit zu erreichen, was aus den folgenden Betrachtungen resultiert.

(1) Der elektrische Widerstand einer Sammelelektrode selbst ist relativ hoch, was zu einem Anstieg bei dem Joule-Verlust führt und dies steigert den Verlust an Umwandlungseffizienz.
(2) Da eine Sammelelektrode mit einer langen Zeitdauer der Verwendung oxidiert, steigt ihr elektrischer Widerstand weiter von einem anfänglichen elektrischen Widerstand, was den Verlust der Umwandlungseffizienz steigert.
(3) Eine Sammelelektrode schält sich von einem Halbleiter oder einer durchsichtigen Elektrode unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, um teilweise die Funktion als Sammelelektrode zu verschlechtern.
(4) Einige Materialien, wie ein Polymerbindemittel, verschlechtern sich optisch durch Bestrahlung mit Licht, um feine Risse zu bilden oder verursachen ein Brechen der Sammelelektrode, was die Sammelelektrode veranlaßt ihre Funktion zu verlieren.

Bei diesen Betrachtungen sind einige Verbesserungen vorgenommen worden, um den elektrischen Widerstand einer Sammelelektrode zu vermindern oder den Betrieb einer Sammelelektrode für eine lange Zeitdauer zu stabilisieren. Ein Beispiel ist ein Verfahren zur Bindung leitender Pulver aus Gold und Silber mit niedrig schmelzendem Glas, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-59549 offenbart.
Andere Beispiele sind ein Verfahren zum Binden von Gold, Silber und Aluminium mit niedrig schmelzenden Glas, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-59551 (U.S. Patent Nr. 4,256,513) offenbart und ein Verfahren zum Binden eines leitenden Pulvers, das aus einer Nickel-Antimon-Legierung besteht, indem ein Bindemittel verwendet wird, wie in der japanischen Pantentveröffentlichung Nr. 62-8958 (US Patent Nr. 4,342,796) offenbart.
Die japanischen Pantentveröffentlichungen Nr. 63-11791, 2-3553, 2-3554 (US Patent Nr. 4,486,232), oder 2-3555 offenbaren auch ein Verfahren zur Zugabe verschiedener Metalle, wie Wismuth und ein seltenes Erdenelement zu Silber, und Binden des resultierenden Materials, indem ein Bindemittel verwendet wird.
Bei einigen der obigen Verfahren jedoch beträgt der spezifische Volumen-Widerstand einer Sammelelektrode ungefähr 30 bis 50 p ohm·cm, das heißt, er ist nicht ausreichend erniedrigt, wie der der Sammelelektrode einer photovoltaischen Vorrichtung und dies steigert den Verlust der Umwandlungseffizienz. Zusätzlich sind keine befriedigenden Lösungen bei Langzeitstabilität, Widerstand gegenüber Feuchtigkeit und Widerstand gegenüber Licht erhalten worden.
Wie in 2 gezeigt, wird eine übliche Sammelelektrode einer photovoltaischen Vorrichtung oft hergestellt, indem ein leitendes Pastenmaterial gedruckt wurde, das durchvon feinen Silberteilchen von ungefähr 1 bis 10 μm im Durchmesser in einem auf Polyester basierenden, auf Polyimid basierenden, auf Epoxy basierenden oder Phenol basierenden wärmehärtbarem Harz oder in einer Glasurmasse erhalten wird und dem Mischen des Dispergiermittels mit einem organischen Lösungsmittel, wie Cellosolve zur Kontrolle der Viskosität auf einer transparenten Elektrodenschicht 71, wie einer Oberfläche einer Elektrodenformation einer photovoltaischen Vorrichtung, indem ein Schablonenschirm oder ähnliches verwendet wird, und dem thermischen Härten der resultierenden Struktur. Diese Struktur macht es möglich, eine Elektrode bei hoher Produktivität und einer hohen Materialausbeute zu bilden, indem ein Material mit sehr großer Fläche verwendet wird, was sehr viel zu einer Reduktion bei den Herstellungskosten beiträgt, was gegenwärtig ein großes Problem der photovoltaischen Vorrichtungen ist.
Bei dem Fall einer Sammelelektrode 74, die aus der leitenden Paste gemacht ist, die eine Linienbreite d von 100 bis 150 pm und eine Dicke h von 10 bis 20 μm aufweist, was üblich für die den Zweck der Massenproduktion ist.
Verschiedene Substanzen können als Material für die leitende Paste verwendet werden. Bei einer auf amorphen Silicium basierenden Solarzelle, die geeignet ist, leicht durch Behandlungen mit hoher Temperatur beschädigt zu werden, ist es jedoch üblich, eine Polymerpaste zu verwenden, die durch Monodispergieren von feinen Kupfer- oder Silberteilchen von ungefähr 1 bis 5 μm im Durchmesser in einem auf Polyester basierenden, auf Polyimid basierendem, Epoxy-basierendem oder Phenolbasierendem wärmehärtbarem Harz hergestellt wird.
Kürzlich jedoch, mit der Verbesserung der Wir kungsgrade der photoelektrischen Umwandlungeffizienz oder dem Anstieg der Flächen der photovoltaischen Vorrichtungen entstand eine Nachfrage nach einer Sammelelektrode mit einem geringeren Verlust als dem der üblichen Sammelelektroden und so wurden Sammelelektroden, die gebildet werden, indem nur eine leitende Paste verwendet wird, unfähig diese Anforderungen zu erfüllen. Als ein Beispiel weist die Sammelelektrode 74, die aus der leitenden Paste gebildet wird, die aus einem wärmehärtbaren Harz besteht, einen spezifischen Widerstand von 3 × 10^–5 bis 5 × 10^–5 ohm·cm auf. Zusätzlich, falls feines Drucken mit einer schmäleren Linienbreite durchgeführt wird, um einen Verlust zu reduzieren, der durch das Abschirmen von Licht durch die Sammelelektrode entsteht, eine Druckveränderung ansteigt oder die Schichtdicke verringert sich demgemäß und ein Erzeugungsverlust, der auf den Widerstand der Sammelelektrode zurückzuführen ist, steigt stark. Des weiteren ist ein Erwärmen für eine lange Zeitdauer erforderlich, um eine derartige leitende Paste zu härten, so ist es praktisch schwierig, eine dicke Elektrode durch Beschichtungsschichten der Paste eine zu Oberst auf der nächsten zu erhalten.
Wie in 3 gezeigt, weist daher eine erfindungsgemäße Sammelelektrode eine Struktur auf, bei der ein Material 87 mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, wie Lot, auf der leitenden Paste 84, wie oben beschrieben, aufgebracht wird. Diese Sammelelektrode verursacht eine geringere Beeinträchtigung mit der Zeit und hat einen niedrigen spezifischen Widerstand.
Zusätzlich ist es wünschenswert die Schichtdicke zu steigern, um den Wirkungsgrad der Sammelfunktion zu verbessern. Falls jedoch ein Material mit einer hohen Benetzbarkeit, in Bezug auf das Lot, einfach als leitende Paste verwendet wird, um die Bindungseigenschaften in Bezug auf das Lot zu verbessern, nimmt die Krümmung des Lotmaterials ab und keine ausreichende Schichtdicke kann erhalten werden.
Verfahren, die die Dampf abscheidung oder das Sputtern verwenden, sind auch als Bildungsverfahren für die Elektrode bekannt. Diese Verfahren jedoch werden fast nicht mehr bei der Herstellung von großflächigen Vorrichtungen verwendet, da die Herstellungskosten ansteigen.
Beachtung verdient, dass Verluste, die durch eine Sammelelektrode bei einer photovoltaischen Vorrichtung entstehen, grob in einen Verlust eingeteilt werden, der durch ein Abschirmen des Lichts durch ein Elektrodenmaterial und einen Widerstandsverlust verursacht wird, der auf einen Widerstand zurückzuführen ist, den das Elektrodenmaterial aufweist. Um den Verlust zu reduzieren, der aus dem Abschirmen des Lichts resultiert, muß die Linienbreite der Elektrode abnehmen.
Falls jedoch die Linienbreite abnimmt, um den Verlust aus der Abschirmung des Lichts zu reduzieren, wird es schwierig, eine große Dicke beim Siebdrucken zu erhalten und der Widerstand steigt verglichen mit der Abnahme der Linienbreite unter dem Einfluß von Druckveränderungen.
Zum Beispiel, die Sammelelektrode, die aus der leitenden Paste gebildet wird, besteht aus einem wärmehärtbaren Harz, das vorher in dem konventionellem Beispiel erwähnt wurde, hat einen Volumenwiderstand von3 × 10^–5 bis 5 × 10^–5 ohm·cm. Zusätzlich, falls feines Drucken durchgeführt wird, um den Verlust zu reduzieren, der auf das Abschirmen des Lichts durch die Elektrode zurückzuführen ist, steigt eine Druckveränderunge an oder die Schichtdicke nimmt demgemäß ab, was zu einem großen Anstieg bei dem Widerstandsverlust der Sammelelektrode führt. Des weiteren, da eine leitende Paste der obigen Sorte für eine lange Zeitdauer erwärmt werden muß, um zu härten, ist es schwierig eine große Dicke bei den Beschichtungsschichten der Paste eine oben auf die andere zu erhalten.
9 zeigt die Struktur einer Sammelelektrode, bei der ein Material mit einem niedrigen Volumenwiderstand auf einem leitenden Verbundelement angeordnet ist, das aus der leitenden Paste besteht, die oben beschrieben ist.
Die 8A bis 8F stellen ein praktisches Beispiel der Schritte der Herstellung dieser Struktur dar. Zuerst wird eine leitende Paste 20202 von der obigen Sorte auf eine durchsichtige Elektrode (SnO₂, InO₃ oder ITO) 20201 der photovoltaischen Vorrichtung (8A) gedruckt und die resultierende Struktur wird thermisch in einem Thermotrockenofen gehärtet (8B).
Es ist jedoch gefunden worden, dass falls eine Lotschicht 20203 auf der leitenden Paste 20202 gebildet wird, indem ein geschmolzenes Lot verwendet wird, wobei diese Lotschicht 20203 sehr dünn war und daher unbefriedigend den Widerstandsverlust verbessert, obwohl die Schicht einen Effekt der Steigerung der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umwelt hatte. 7 ist eine Darstellung, die die Dicke einer Sammelelektrode mit Lot zeigt, die gebildet wird, wenn geschmolzenes Lot auf einem verbundenen leitenden Element tauchgelötet wird, das aus einer leitenden Paste vom Polymertyp besteht.
Der Erfinder druckte daher eine Lotpaste, die gebildet wird, indem feine Lotteilchen 30 bis 50 μm im Durchmesser mit einem dickflüssigem Flußmittel gemischt werden, indem eine Metallplatte verwendet wird, und indem thermisch die resultierende Struktur in einem Heißluft-Trockenofen geschmolzen wird. Mit dem Ergebnis, dass eine dicke Elektrode mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 30 μm über eine Breite von 300 μm realisiert wurde, die eine beachtliche Verbesserung anzeigte, verglichen mit der Elektrode, die durch Tauchföten gebildet wird.
Falls jedoch die Menge an Lötpaste, die angeordnet werden soll, einfach ansteigt, indem die Schichtdicke einer Metallplatte ansteigt, um eine größere Dicke als die, die mittels des obigen Verfahrens erhalten wird, zu realisieren, erreicht das Lot auf dem verbundenen leitenden Element manchmal eine gesättigte kritische Menge. In einem derartigen Fall konzentriert sich das Lot auf einen besonderen Teil des verbundenen leitenden Elements, das eine große Lötkugel bildet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Halbleiter-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Sammelelektrode einschließt, die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, die unten beschrieben werden, die eine hohe Umwandlungseffizienz aufweist und die stabil über einen langen Zeitraum arbeiten. Spezieller die erfindungsgemäßen Halbleiter-Vorrichtungen sind wie folgt.

(1) Eine photovoltaische Vorrichtung, in der der elektrische Widerstand der Sammelelektrode gering genug ist, um den Joulschenverlust zu vermindern, wodurch der Verlust an Umwandlungseffizienz vermindert wird.
(2) Eine photovoltaische Vorrichtung, die eine anfängliche Umwandlungseffizienz der Vorrichtung auf einem hohen Niveau erhält und daher stabil über einen lange dauernden Gebrauch arbeiten kann.
(3) Eine photovoltaische Vorrichtung, bei der kein Abschälen einer Sammelelektrode von einem Halbleiter oder einer durchsichtigen Elektrode gegenüber verschiedenen Umweltfaktoren geschieht, wie einen Zustand einer hohen Feuchtigkeit, einen Zustand einer hohen Temperatur, eine Zustand einer niedrigen Temperatur und einer Wiederholung von diesen Zuständen und die daher die anfängliche Funktion der Sammelelektrode auf einem hohen Niveau erhalten kann.
(4) Eine photovoltaische Vorrichtung, bei der eine Sammelelektrode kaum optische Beeinträchtigungen, wie feine Risse oder Brechen nach Bestrahlung mit Licht verursacht und die daher die Anfangsfunktion der Sammelelektrode auf hohem Niveau halten kann.
(5) Eine photovoltaische Vorrichtung, die eine Elektrodenstruktur aufweist; die einen Verlust vermindern kann, der durch eine Abschirmung des Lichts verursacht wird, während ein niedriger Verlust des Widerstands und eine hohe Umwandlungseffizienz erhalten bleibt und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser photovoltaischen Vorrichtung werden auch zur Verfügung gestellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine in Anspruch 1 definierte photoelektrische Umwandlungsvorrischtung zur Verfügung gestellt.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung können die leitenden Teilchen aus zwei oder mehr Typen von Metallmaterialien bestehen.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das leitende Element aus einem niedrig schmelzenden Metall, das ein Metall, eine Legierung oder eine Mischung davon ist und ein leitendes Pulver, das in dem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als das niedrig schmelzende Metall.
Bei der obigen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das niedrig schmelzende Metall eine eutektische Legierung sein.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung haben die leitenden Teilchen eine Benetzbarkeit in Bezug auf die eutektische Legierung.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das Metall, das eine Benetzbarkeit aufweist, ein ferromagnetisches Metall sein.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das Metallelement ein Lot sein, das primär aus Sn, Pb oder In besteht.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das Metallelement primär aus Cu bestehen.
Die obige erfindungsgemäße photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung umfasst weiter eine durchsichtige Schicht zwischen dem Halbleiter und der Sammelelektrode.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann der Halbleiter amorphes Silicium sein.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung weist das leitende Pulver Benetzbarkeit in Bezug auf die eutektische Legierung auf.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das leitende Pulver aus Silber, Kupfer, Gold, Palladium oder Zinn bestehen.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das ferromagnetische Metall zumindest aus einem von Nickel oder Eisen bestehen.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung besteht das leitende Pulver aus einem hoch leitenden Metall und einem ferromagnetischen Metall.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann das leitende Pulver auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des niedrig schmelzenden Metalls anwesend sein.
Bei der obigen erfindungsgemäßen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung kann der Schmelzpunkt des leitenden Pulvers um 100° C oder mehr höher als der des niedrig schmelzenden Metalls sein.
Gemäß zu noch einem anderen Aspekt der vorlieenden Erfindung wird hier auch ein Verfahren zur Herstellung einer in Anspruch 6 definierten photoelektrischen Umwandlungsvorrichtug zur Verfügung gestellt.
Die üblichen Probleme, die vorher erwähnt wurden, können mittels der erfindungsgemäßen Mittel gelöst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine erfindungsgemäße photovoltaische Vorrichtung zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer üblichen photovoltaischen Vorrichtung zeigt;
3 ist eine schematische Schnittansicht, die ein praktisches Beispiel einer photovoltaischen Vorrichtung zeigt; Die 4A bis 4F sind Schnittansichten, die die Herstellungsschritte des Beispiels 1 zeigen.
Die 5A, 5B und 5C sind schematische Schnittansichten, die Lötpasten jeweils gemäß den Beispielen 1, 2 und 3 zeigen.
Die 6A bis 6G sind Schnittansichten, die Herstellungsschritte gemäß Beispiel 4 zeigen.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Linienbreite und der Dicke der Sammelelektrode zeigt;
Die 8A bis 8F sind schematische perspektivische Ansichten zu Erklärungsschritten der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung; und
9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptteil der photovoltaischen Vorrichtung zeigt, die in den 8A bis 8F gezeigt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die erste Wirkung der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, den elektrischen Widerstand der Sammelelektrode wirksam zu vermindern.
Ein verbundenes leitendes Element wird gebildet, indem zum Beispiel eine pastenförmige Substanz (auf die manchmal als leitende Paste hierin Bezug genommen wird) calziniert wird, die aus einem leitenden Pulver und Glas oder einem Polymer (Bindemittel) besteht, weist einen spezifischen Volumenwiderstand von 30 bis 50 g ohm·cm oder mehr auf.
Falls eine Sammelelektrode mit einer Linienbreite von 200 μm und einer durchschnittlichen Schichtdicke von 10 μm gebildet wird, indem nur die leitende Paste von diesem Typ verwendet wird, betrug ein linearer Widerstand 1,5 ohm/cm oder mehr, was zu einer Sammelelektrode mit einem hohen elektrischen Widerstand führt. Demzufolge stieg der Sammelverlust extrem an, um die Effizienz der Umwandlung signifikant zu vermindern.
Beachtenswert ist, dass die obige Wirkung nicht auf verbundene leitende Elemente mit einem spezifischen Volumen-Widerstand von 30 bis 50 μ ohm·cm oder mehr beschränkt ist, sondern kann ähnlich bei verbundenen leitenden Elementen mit niedrigerem spezifischen Volumen-Widerstand erhalten werden.
Da Licht abgeschirmt werden kann, indem das Metallelement gebildet wird, kann ein Effekt der signifikanten Abnahme aller-Beeinträchtigungen, die durch Licht verursacht werden, erwartet werden, wie der Effekt der Verhinderung der oben beschriebenen optischen Zersetzung.
(Leitende Teilchen)
Bevorzugte Beispiele von leitenden Teilchen sind Teilchen aus Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Eisen, Chrom und Titan zusätzlich zu Gold, Silber, Platin und Palladium; Teilchen aus Legierungen von diesen Metallen und andere Metalle; Teilchen von dotierten Metallen; Teilchen von diesen Metallen oder anderen Metallen, die mit einer speziellen Verteilung versehen sind, Oberflächen beschichtete Teilchen aus diesen Metallen oder anderen Metallen und Teilchen aus Oxiden, wie ITO, Zn0 und SnO. Diese leitenden Teilchen können auch Mischungen von diesen Teilchen sein.
Das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass selbst Strukturen, die hauptsächlich aus Metallen, wie Kupfer, Nickel, Zinn, Zink, Aluminium und Eisen bestehen, die üblicherweise als schwierig zu verwenden angesehen werden, aufgrund eines Problems der Oxidation und ähnlichem, sehr schwer oxidieren und können daher stabil verwendet werden.
Zusätzlich können erfindungsgemäß selbst Strukturen, die hauptsächlich aus Metallen, wie Indium, Palladium, Chrom, Titan, Zinn, Blei, Eisen, Kobalt und Nickel oder aus feinen Teilchen von Metalloxiden, wie ITO, Zn0 und SnO bestehen, die üblicherweise, aufgrund ihrer hohen elektrischen Widerstände als schwierig zu verwenden angesehen werden, mit erniedrigten elektrischen Widerständen verwendet werden.
Beispiele der Strukturen der leitenden Teilchen, die die obigen Wirkungen zur Verfügung stellen, sind wie folgt.

(1)- Ein sogenanntes sortiertes Legierungsteilchen, das aus einer Vielzahl an Metallen besteht und bei denen die Verteilung von einem der Metalle graduell von der Oberfläche zum Inneren des Teilchens abnimmt. Beispiele sind eine Kupferlegierung, bei der die Verteilung von Silber einen Gradient aufweist, eine Kupferlegierung, bei der die Verteilung von Zinn einen Gradient aufweist, eine Kupferlegierung bei der die Verteilung von Blei einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Kupfer einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Zinn einen Gradient aufweist, eine Silberlegierung, bei der die Verteilung von Palladium einen Gradient aufweist und eine Aluminiumlegierung, bei der die Verteilung von Kupfer einen Gradient aufweist. Dieselben überraschenden Effekte können durch ein tertiäres Metallsystem und ein quaternäres Metallsystem wie auch durch ein binäres Metallsystem erhalten werden. Beispiele von diesem Verfahren zur Bildung dieser Teilchen sind ein Verfahren zur Erhaltung eines Gradienten, indem die Mengen der Metallzuführung aus einer Vielzahl von Metallquellen über ein Vakuumerwärmen oder Sputtern kontrolliert wird; ein Verfahren zur Eihaltung eines Gradienten, indem Gebrauch von dem Unterschied zwischen den Tendenzen der Innenfällung bei einem Verfahren der Reduktionsfällung in einer Lösung gemacht wird; und einem Verfahren des Erhaltens eines Gradienten, indem der Unterschied am Schmelzpunkt verwendet wird, wenn eine geschmolzene Legierung zerstäubt wird. Die abgestufte Verteilung kann auch kontrolliert werden, indem weiter eine Wärmebehandlung für diese Teilchen durchgeführt wird.
(2) Ein Teilchen, das aus einer bestimmten Art von einem Metall besteht, wird mit einem verschiedenen Metall Oberflächen- beschichtet. Beispiele sind ein Kupferteilchen, das mit Silber Oberflächen- beschichtet ist, ein Kupferteilchen, das mit Zinn Oberflächenbeschichtet ist, ein Kupferteilchen, das mit Blei Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Kupfer Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Zinn Oberflächen- beschichtet ist, ein Silberteilchen, das mit Palladium Oberflächen- beschichtet ist, ein Aluminiumteilchen, das mit Kupfer Oberflächenbeschichtet ist und ein Eisenteilchen, das Kohlenstoffbeschichtet ist. Teilchen von diesem Typ können mit einem Verfahren gebildet werden, bei dem Metallionen in verschiedenen Metallteilchen eingesetzt werden, einem Verfahren der Durchführung einer Naß-Plattierung oder einem Verfahren der Behandlung einer Vielzahl von Arten der Metallteilchen unter verstärktem Rühren.
(3) Ein sogenanntes Legierungsteilchen, das aus einer Vielzahl von Metallen besteht und indem die Verteilung relativ ausgeglichen ist. Beispiele sind ein Messingteilchen, ein Bronzeteilchen., ein Gold-Kupfer-Legierungsteilchen, ein Phosphor-Bronzeteilchen, ein gereinigtes Silberteilchen und ein Zinn-Blei-Legierungsteilchen.
(4) Ein Teilchen, das gebildet wird, indem verschiedene Metallteilchen gemischt werden. Beispiele sind eine Kupfer-Silber-Mischungsteilchen, ein Kupier-Zinn-Mischungsteilchen und ein Palladium-Silber-Mischungsteilchen.

Obwohl verschiedene Teilchengrößen als Teilchengröße der leitenden Teilchen verwendbar sind, beträgt die durchschnittliche Teilchengröße der Anzahl nach verzugsweise 0,01 bis 100 μm in Bezug auf den elektrischen Widerstand oder eine Stabilität des langdauernden Betriebs (die durchschnittliche Teilchengröße der Anzahl nach ist ein Durchschnittswert der Durchmesser der Teilchen, die durch ein Sedimentationsverfahren oder einen durchschnittlichen Wert der Durchmesser der wahren Kreise, die äquivalent zu den sektionalen Flächen der individuellen Teilchen sind, gemessen wird).
Als Bindemittel zum Binden der leitenden Teilchen können sowohl anorganische als auch organische Materialien, die allgemein als Bindemittel bekannt sind, verwendet werden.
Zum Beispiel sind verschiedene Glasmaterialien^–als anorganische Bindemittel verwendbar und ein thermopla.stis-Ches Polymer und ein härtbares Polymer sind als organische Bindemittel verwendbar.
Verwendbare Beispiele des thermoplastischen polymeren Bindemittels sind ein gesättigtes Polyester Harz, ein phenolisches Harz, ein acrylisches Harz, ein Styralharz, ein Epoxyharz, ein Urethanharz, ein Vinylacetatharz, ein Vinylchloridharz, ein Vinylalkoholharz, ein Acetalharz, ein Amidharz und modifizierte Harze und Copolymerharze von diesen Harzen.
Verwendbare Beispiele des härtbaren polymeren Bindemittels sind ein Imidharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Phenolharz, ein Alkydharz, ein ungesättigtes acrylisches-Harz, ein Epoxyharz, ein Polyurethanharz, ein Melaminharz, ein Diallylphthalatharz und Oligomere und modifizierte Harze von diesen Harzen.
Insbesondere können die härtbaren polymeren Bindemittel einen überlegenen Effekt in Bezug auf die langdauernde Betriebsstabilität zur Verfügung stellen.
Speziell falls ein durchschnittliches Molekulargewicht der Anzahl nach 5000 oder weniger betrug, wurde ein adhäsives Pulver eines Metalls, das geschichtet wird, weiter verstärkt, um noch überraschendere Effekte zu erreichen.
In einigen Fällen können die erfindungsgemäßen Effekte weiter verbessert werden, indem eine geringe Menge eines thermoplastischen Polymers zu dem härtbaren Polymer hinzugefügt wird oder indem verschiedene Additive hinzugefügt werden, wie Kupplungsmittel oder Dispersionsmittel für den Zweck der Kontrolle des Dispersionsvermögens der leitenden Teilchen oder Benetzbarkeit in Bezug auf das Bindemittel.
Das Mischungsverhältnis der leitenden Teilchen zu dem Bindemittel wird wiedergegeben durch:
Das Mischungsverhältnis beträgt bevorzugt 3% bis 50%, falls der elektrische Widerstand und die Betriebsstabilität über einen langen Zeitraum in Betracht gezogen werden.
Als Mischmittel wird Rühren oder Mahlen verwendet, während eine richtige Mengeneines verdünnenden Lösungsmittels, wie benötigt, hinzugefügt wird.
Als Vorrichtung zum Mahlen, ist es möglich verschiedene übliche verwendete Mahlvorrichtungen zu verwenden, wie eine Walzenmühle, eine Perlenmühle (bead mill), eine Sandmühle, eine Ultraschallmühle, eine Injektionskollisionsmühle (injection collision mill) und eine Kugelmühle.
Das verbundene leitende Element, das die leitenden reilchen aufweist, kann mittels Mittel zum Drucken gebildet werden, wie Siebdruck, Flachdruckverfahren, Tiefdruckverfahren, Reliefdruck, falls das Element in der Form einer Tinte ist. Das verbundene leitende Element kann auch mittels Zuführung, indem Zuführmittel verwendet werden, gebildet werden, wie eine Ausgabevorrichtung, und Härtens mittels Wärmetrocknung oder thermischen Härtens oder indem Licht- oder Elektronenstrahlen verwendet werden. Die Schichtdicke des verbundenen leitenden Elements bewegt sich vorzugsweise zwischen 0,1 und 500 μm in Bezug auf den elektrischen Widerstand und langdauernde Betriebsstabilität.
Die erfindungsgemäßen Effekte wurden überhaupt nicht jermindert, selbst wenn eine durchsichtige leitende Schicht, eine Antireflexionsschicht, eine Schutzschicht und ähnliches zwischen der Halbleiterschicht und dem verbundenen leitenden Element gebildet wurde, das die leitenden Teilchen aufweist.
(Metallelement)
Beispiele von dem Metall sind Gold, Silber, Patin, Palladium, Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Eisen, Chrom, Titan, Metalle, die hauptsächlich aus diesen Metallen und Legierungen von diesen Metallen.
Ein Metall mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 30 μ ohm·cm oder weniger ist besonders bevorzugt. Beispiele sind Gold, Silber, Platin, Palladium, Kupfer, Nickel., Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Eisen, Chrom, Titan, Metalle, die hauptsächlich aus diesen Metallen und Legierungen von diesen Metallen.
Beispiele von einem Metall, das sehr ausgezeichnet bei den Eigenschaften der partikulären Adhäsion und der Betriebsstabilität ist, sind verschiedene niedrig schmelzende Lote, die hauptsächlich aus Zinn und Blei bestehen, eine niedrig schmelzende Legierung, die Indium, ein Metall mit einer relativ hohen Verstreckbarkeit enthält, wie Kupfer, Zinn, Blei, Zink, Aluminium, Indium, Gold, Silber und Palladium und Legierungen, die diese Metalle enthalten.
Beispiele von Mitteln, die das Metallelement bilden, sind Mittel, die Vakuumdampfabscheidung oder Sputtern verwenden, Mittel zur Naßbildung, die Plattieren verwenden, Mittel zum Tauchbeschichten in einem geschmolzenen Metall und Mittel zum pulvrigen Metallschmelzen. Es ist auch möglich andere allgemeine Metallelemente bildende Mittel zu verwenden.
Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 0,01 bis 500 μm hinsichtlich des elektrischen Widerstands und der Betriebsstabiliät über einen längeren Zeitraum.
Das erfindungsgemäße leitende Pulver hat eine Wirkung der Adsorbtion eines niedrig schmelzenden Metalls, wie ein Lotmaterial, eine Legierung oder eine Mischung (auf die hierin im folgenden als niedrig schmelzendes Metall Bezug genommen wird}. Bei der Bildung einer Elektrodenschicht, die aus einem niedrig schmelzenden Metall besteht, unterdrückt das leitende Pulver die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Metalls, um eine große Menge des niedrig schmelzenden Metalls auf der Halbleiterschicht oder einer durchsichtigen leitenden Schicht) zu fixieren. Dies macht die Bildung einer niedrig schmelzenden Metallschicht mit einer großen Dicke möglich.
Der Widerstand der Sammelelektrode kann weiter abnehmen, indem Aggregate nahe zu einander in der Nähe der Oberfläche des niedrig schmelzenden Metalls gebildet werden.
Dies kann demgemäß den Widerstand der Elektrode vermindern und dadurch die Effizenz der photovoltaischen Vorrichtung steigern. Zusätzlich, indem die Linienbreite in Übereinstimmung mit der Abnahme des Widerstands vermindert wird, was durch die große Dicke erreicht wird, kann der Verlust, der durch die Abschirmung des Lichts durch die Sammelelektrode verursacht wird, reduziert werden, um weiter die Erzeugungseffizienz der photovoltaischen Vorrichtung zu steigern.
Die Anordnungen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Vorrichtungen werden im Detail unten unter Bezug auf die 1 gemacht.
Bezugnehmend auf 1 weist diese photovoltaische Vorrichtung eine durchsichtige leitende Schicht 11, eine Halbleiterschicht 12, ein Substrat 13, ein leitendes Element 15 zur Fixierung eines leitenden Pulvers 14 und eine Schicht eines niedrig schmelzenden Metalls 17 auf.
(Niedrig schmelzendes Metall)
Jedes Metall oder jede Legierung kann als erfindungsgemäßes niedrig schmelzendes Metall verwendet werden, so lange wie der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung niedriger ist als der des leitenden Pulvers über einem Temperaturbereich liegt, innerhalb dem der Halbleiter nicht beschädigt wird. Jedoch weist. das niedrig schmelzende Metall vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der verschieden bei 100°C oder mehr von dem des leitenden Pulvers ist, weil eine Elektrodenschicht mit einer größeren Dicke dann gebildet werden kann. Ein praktisches Beispiel des niedrig schmelzenden Metalls ist Lot und Beispiele des Lotmaterials sind auf Sn-Pb basierendes Lot, Sn-Rg basierendes Lot, Pb-Gruppen Lot und In-Gruppen Lot. Es ist auch möglich Cremlot zu verwenden und die Verwendung von Cremlot ist besonders bevorzugt, da die Dicke von dem Lot kontrolliert werden kann.
(Leitendes Pulver)
Als leitendes Pulver 14, das an der Seite der Halbleiterschicht in der vorliegenden Erfindung fixiert wird, kann ein Pulver, das aus Palladium., Gold, Silber, Kupfer, einer Kupferlegierung, Nickel oder Zink oder einem Pulver besteht, das diese Metalle enthält, bevorzugt verwendet werden. Die Verwendung von diesen Metallen unterdrückt die Fließfähigkeit des Lots, weil die Adsorptionsfunktion, die das leitende Pulver beim Wärmeschmelzen hat, indem die Lotmenge pro Flächeneinheit gesteigert wird und weiter indem der elektrische Widerstand der Sammelelektrode abnimmt.
Die erfindungsgemäßen leitenden Pulverteilchen sind nicht auf kugelförmige Teilchen beschränkt, sondern können schuppige Teilchen oder nadelförmiger Teilchen sein. Obwohl die Größe der Teilchen von der Breite der Sammelelektrode abhängt, die gebildet wird, beträgt sie bevorzugt ungefähr 0,1 bis 100 μm.
Jedes Material kann als Material der erfindungsgemäßen leitenden Elemente 15 verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Material eine hohe Bindungsenergie (hohe Benetzbarkeit) im Hinblick auf die Halbleiterschicht (oder die durchsichtige leitende Schicht) und das niedrig schmelzende Metall aufweist. Zum Beispiel ist es bevorzugt ein verbundenes leitendes Element zu verwenden, das gebildet wird, indem Teilchen aus Metall, wie Gold, Silber, Kupfer, Nickel, oder Eisen in einem Bindemittel, das aus einem organischen Harz, wie einem Epoxyharz, einem phenolischen Harz, einem Polyesterharz oder einem Polyimidharz besteht, dispergiert werden. In Situationen, in denen eine Behandlung bei einer relativ hohen Temperatur möglich ist, ist auch eine calzinierte Paste verwendbar, die gebildet wird, indem das obige Metallmaterial mit einer Glasurmasse gemischt wird.
Indem feine Teilchen von zumindest einem Typ von Metall mit einer Lotbenetzbarkeit oder feine Teilchen von zwei oder mehreren verschiedenen Typen von Metallen mit einer Lotbenetzbarkeit in einem Lot einer eutektischen Legierung als niedrig schmelzendes Metall auf dem verbundenen leitenden Element codispergiert werden, ist es möglich, die Fließfähigkeit des Lots beim Heißschmelzen zu unterdrücken, um dadurch die gesättigte kritische Menge des Lots auf dem verbundenen leitenden Element um das zweifache oder mehr dieser der Vergleichsbeispiele zu steigern. In diesem Fall kann jedes Metallteilchen in dem niedrig schmelzenden Metall dispergiert werden, solange die Teilchen eine Benetzbarkeit in Bezug auf das Lot haben. Beispiele des Metalls sind Silber, Zinn, Gold, Kupfer, Messing, Bronze, Blei, Nickel, Monelmetall, Zink, Eisen, rostfreier Stahl, Nichrom, Aluminium und Palladium. Zusätzlich ist das Lot als niedrig schmelzendes Metall nicht auf das auf dem sogenannten Sn-Pb-basierenden Lot beschränkt, sondern kann auch jedes aus dem Sn-Gruppen Lot, Blei-Gruppen Lot und In-Gruppen Lot sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mittels dieser Beispiele beschrieben.
(Beispiel 1)
Die 4A bis 4F stellen die Schritte der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 dar. Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer amorphen photovoltaischen Vorrichtung. Wie in 4A gezeigt, wurde eine amorphe Halbleiterschicht 14142 auf einem rostfreien Stahlsubstrat 14143 gebildet. Eine Oberfläche der Elektrodenformation war auf der Lichteinfallsseite und die amorphe Halbleiterschicht 14142 als photovoltaische Schicht hatte einen hohen elektrischen Widerstand. Daher wurde die Oberfläche der amorphen Halbleiterschicht 14142 mit einer dünnen durchsichtigen Elektrode (ITO) 14141 bedeckt und der spezifische Volumen- Widerstand der Schicht 14142 betrug 1 × 10^–3 bis 2 × 10^–9 ohm·cm.
Es ist unmöglich, eine Elektrode direkt auf die durchsichtige leitenden Schicht 14141 zu löten, weil ITO ein Oxid ist und daher keine Benetzbarkeit in bezug auf das Lot aufweist. Da daher ein Überschichtungs-Elektrodenmittel, das als ein Teil für das Löten dient, verlangt wird, um eine dicke Sammelelektrode zu bilden, wurde eine Metallschicht auf der durchsichtig leitenden Schicht 14141 mittels Dampfabscheidung gebildet. Die 4B zeigt diesen Schritt der Dampfabscheidung. Bezugnehmend auf 4B wurde die durchsichtige leitende Schicht 14141 im voraus mit einer Metallmaske 14144 gemustert und verdampfte Metallteilchen wurden an die durchsichtige leitende Schicht 14141 mittels des Erwärmens durch einen Elektronenstrahl oder Widerstandsheizung gehaftet, um dadurch eine Metallschicht 14145 zu bilden.
Als Metallteilchen, die dampfabgeschieden werden sollen, wurde Nickel verwendet, das gute Hafteigenschaften in bezog auf ITO und eine hohe Benetzbarkeit des Lots aufweist. 4C zeigt einen Schritt, nachdem die Maske 14144 entfernt wurde, in dem die Metall-Sammelelektrode 14145 von ungefähr 1 μm dick auf der Oberfläche der Elektrodenformation gebildet werden konnte. Die Herstellungskosten steigen extrem an, wenn die Dampfabscheidung angepasst wird, weil die Rate der Schichtbildung der Dampfabscheidung niedrig ist. In diesem Beispiel jedoch, da eine sehr dünne Schicht als Teil für das Löten verwendet wird, entsteht kein großes Problem, was die Herstellungskosten betrifft.
Wie in 4D gezeigt, wurde ein Cremlotmaterial 14147 mittels Siebdruck auf die Metallschicht 14145 gehaftet, die wie ein Teil zum Löten gebildet ist. In diesem Fall ist die Druckgenauigkeit des Cremlots nicht so streng, wie die der Metallschicht 14145, die aus Nickel besteht. Als ein Beispiel, falls die Linienbreite der Nickelelektrode 14145 100 μm beträgt, kann das Cremlot mit einem Rand, der sich auf ungefähr 100 μm auf jeder der linken und rechten Seiten erstreckt, gedruckt werden.
Darauf folgend, wie in 4E gezeigt, wurde das Cremlot 14147, das auf der Nickelelektrode 14145 haftet, bei 180°C bis 240°C mittels eines Infrarot-Erwärmens in einem Schmelzofen oder in einem Dampfphasenofen heißgeschmolzen. Bei diesem Heißschmelzen ballte sich die Nickelelektrode 14145 mit einer hohen Benetzbarkeit des Lots, aufgrund der Oberflächenspannung, zusammen und zur selben Zeit wurde das Lotmaterial und die Kupferteilchen, die an der Außenseite der Nickelelektrode 14145 anwesend sind, auf der Nickelelektrode angezogen. Die Kupferteilchen, die so auf der Nickelelektrode 14145 bewegt wurden, stiegen an der Nickelelektrode auf, um eine dicke Sammelelektrode 14146 zu bilden, während die Fließfähigkeit des geschmolzenen Lots unterdrückt wird, um zu verhindern, dass sich der Lot zu einem Ball auf einem Teil der Elektrode zusammenfindet.
Ein Flußmaterial und ein thixotropes Material 141418, das in dem Cremlot enthalten ist, verbleibt auf der Oberfläche des Lots oder um das Lot herum. Falls dieses Material 14148 zurückbleibt, kann es die Oberfläche kontaminieren, was auf seine inherenten Eigenschaften zurückzuführen ist, um dadurch mit auffallendem Licht in Wechselwirkung zu treten oder kann die Zuverlässigkeit eines Produkts unter den Bedingungen einer hohen Temperatur, hoher Feuchtigkeit beeinträchtigen. Daher wurde die resultierende Struktur brausegewaschen, zum Beispiel mit einem organischen Lösungsmittel, wie einem modifizierten Alkohol oder Cellosolve und wurde dann getrocknet. (4F).
Das Cremlot 14147 hatte eine Zusammensetzung und eine Anordnung wie in 5A gezeigt. Bezugnehmend auf 5A, wurden Kupferteilchen 15151 mit einer Teilchengröße von ungefähr 50 bis 100 μm bei einem Gewichsverhältnis von 5% bis 25% in bezug auf Sn-Pb (Sn63% : Pb 37%) Lotteilchen 15152 von ungefähr 5 bis 30 μm in der Teilchengröße dispergiert. Ein Floßmittel als Bindemittel und ein thixotropes Material 15153 als Ansteigmittel zur Kontrolle der Viskosität wurde zwischen die Lotteilchen 15152 und die Kupferteilchen 15151 gemischt. Dies macht es möglich das Cremlot leicht zu drucken, indem Siebdrucken verwendet wird. Zusätzlich zu dem Cremlot, das in 5A gezeigt wird, können die verwendet werden, die in den 5B und 5C gezeigt werden.
(Beispiel 2)
5B zeigt Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung, bei der Kupferteilchen 15154 mit Sn 63% Pb 37% Lot 15155 bedeckt werden. In dieser Anordnung kann der Bereich des Gew.% des Kupfers auf ungefähr 3 bis 40 Gew.% erweitert werden, obwohl die Durchmesser der einzelnen Teilchen dadurch ansteigen, dass sie vom Lot bedeckt werden, um dadurch einen Nachteil bei den Druckeigenschaften zu verursachen.
(Beispiel 3)
5C zeigt Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, in dem Sn-Pb Lot 15158 nicht nur als Teilchen in einer Paste dispergiert ist, sondern zum Teil an Kupferteilchen 15157 gebunden ist. In dieser Anordnung passen sich die Kupferteilchen selbst an die Lotteilchen schnell beim Schmelzen an.
Die Form von diesen Teilchen ist nicht beschränkt auf eine Kugel, und jedes der Sn-Ag, Pb-Gruppen, Au-Gruppen und In-Gruppen Lotmaterialien kann auch zusätzlich zu dem Sn-Pb Lotmateria,l verwendet werden.
(Beispiel 4)
Die 6A bis 6G stellen die Schritte der Herstellung der photovoltaischen Vorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 dar. Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer polykristallinen Solarzelle. Die Oberfläche der Elektrodenformation von dieser polykristallinen Solarzelle ist ein Silicium-Substrat 16161 vom p-Typ (6A) mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit, aber das Lot als Sammelelektrode kann nicht direkt auf dem Substrat 16161 gebildet werden. Daher wurde eine calzinierte Paste 16163, die normalerweise in einem dickschichtigen Hybrid IC oder ähnlichem verwendet wurde, verwendet, um eine überschichtete Elektrode mittels Siebdrucken zu bilden, wie unten beschrieben (6B).
Die calzinierte Paste 16163, die hauptsächlich aus Silberteilchen von ungefähr 3 bis 10 μm im Durchmesser besteht, wurde weiter mit einer Glasurmasse als Bindemittel und einem thixotropen Material zur Kontrolle der Viskosität der Paste hinzugefügt. Das Muster der calzinierten Paste 16163 kann leicht mittels Siebdruckens gebildet werden.
Bei dem Siebdrucken können leicht Breiten um 100 μm realisiert werden, indem Techniken des Standes der Technik verwendet werden. In diesem Beispiel wurde daher eine unterschichtete Elektrode mit einer Linienbreite von 80 bis 100 μm als Muster gebildet, indem eine 325-Mesh Siebplatte mit einer relativen Öffnung von 60% verwendet wurde, die bei Tokyo Process Service erhältlich ist. Die Glasunmasse, die in der Paste enthalten ist, schmilzt bei 500°C bis 900°C in ungefähr 30 Minuten, um die Bildung einer Elektrode mit einem Widerstand von ungefähr 5 × 10^–6 bis 8 × 10^–6 ohm·cm möglich zu machen. Jedoch wird es schwierig eine dicke Elektrode zu bilden, wenn die Linienbreite der Elektrode abnimmt.
Aus diesem Grund, nachdem das Calzinieren mittels Erwärmen (6C) durchgeführt wurde, wurde ein Cremlot 16164 folgend denselben Verfahren wie in Beispiel 1 (6D), gedruckt. Das Drucken wurde durchgeführt, indem eine Metallplatte mit einer Schichtdicke von 100 μm verwendet wurde.
Danach, als die resultierende Struktur auf ungefähr 180°C bis 250°C erwärmt wurde, ballte sich das geschmolzene Lot auf der calzinierten Paste zusammen, während sie die Metallteilchen enthält und die Metallteilchen unterdrückten die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls, um eine dicke Sammelelektrode zu bilden.
6E stellt den Zustand dar, nachdem das oben beschriebene Heißschmelzen durchgeführt worden war. Bezugnehmend auf 6E verblieben ein Flußmittel und ein thixotropes Material 16165 auf der Oberfläche auf und um die Sammelelektrode 16164 herum.
6F zeigt einen Schritt des Wegwaschens des Flußmittels und des thixotropen Materials 16165. Bei diesem Schritt wurde ein Brausewaschen durchgeführt, indem ein organisches Lösungsmittel, wie ein modifizierter Alkohol oder Cellosolve oder heißes Wasser verwendet wurde.
Nachdem die Sammelelektrode, wie oben beschrieben, gebildet wurde, wurde eine Antireflexionsschicht 16166 über die gesamte Oberfläche der Elektrodenformation geschichtet, um Reflexion zu verhindern (6G). Jedes Beispiel der vorliegenden Erfindung war gegenüber den üblichen Beispielen überlegen.
Erfindungsgemäß konnte eine Sammelelektrode, die eine große Dicke aufweist, ohne Rücksicht auf ihre geringe Linienbreite, gebildet werden. Dies verminderte demgemäß sehr stark den Widerstand der Sammelelektrode, was es möglich machte, eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz bei niedrigen Kesten zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß können Aggregate der Metallteilchen relativ nahe zu einander in der Nachbarschaft des obersten Bereichs der niedrig schmelzenden Metallschicht gebildet werden. Als ein Ergebnis kann der Widerstand der Sammelelektrode weiter abnehmen, so dass hier eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich, da der Widerstand über eine lange Zeitdauer stabil ist, ist es möglich eine photovoltaische Vorrichtung mit einer hohen Umwandlungseffizienz zur Verfügung zu stellen, bei der eine Abnahme der Ausgabeleistung mit der Zeit gering ist.
Erfindungsgemäß kann ein dickes Lotmaterial auf der Elektrode gebildet werden und dies vermindert den Verlust des Widerstands des Elektrodenmaterials. Zusätzlich steigt die Fließfähigkeit eines magnetischen Materials, das in einem Pastenmaterial enthalten ist, wenn das Pastenmaterial heißgeschmolzen wird, so dass die Dicke einer Lotschicht oder Variationen in der Dicke kontrolliert werden können, indem ein hoch magnetisches Feld angelegt wird. Das heißt, dass die magnetischen Metallteilchen mit einer hohen Lotadsorptivität dazu neigen, eine dicke Lotschicht unter dem Einfluss des magnetischen Feldes zu bilden und das Lot verliert seine Fließfähigkeit, wenn es in diesem magnetischen Feld gekühlt wird, indem eine photovoltaische Vorrichtungselektrode gebildet wird, die eine Lotschicht mit einer beachtlichen Dicke aufweist. Demgemäß kann eine feine Elektrode von niedrigem Widerstand auf der photovoltaischen Vorrichtung gebildet werden und dies steigert die Moduleffizienz der Vorrichtung.
Des weiteren kann erfindungsgemäß eine ausreichend große Dicke erhalten werden, selbst wenn die Linienbreite abnimmt. Daher kann ein Verlust, der durch die Abschirmung des Lichts verursacht wird und ein Verlust des Widerstands reduziert werden und dadurch kann die Modul-Umwandlungs effizienz einer photovoltaischen Vorrichtung effektiv verbessert werden.

Claims

Fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die umfasst: einen Halbleiter (14142) zum Durchführen einer fotoelektrischen Umwandlung; einen transparente leitende Schicht (14141); und eine Kollektorelektrode, die auf der transparenten leitenden Schicht (14141) gebildet ist; wobei die Kollektorelektrode aufweist: (a) ein erstes leitendes Element (14145); und (b) ein zweites leitendes Element (14147), das zusammengesetzt ist aus: einem niedrig schmelzenden Metall, welches ein Metall, eine Legierung oder deren Mischung ist, und ein leitendes Pulver, das in dem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als derjenige des niedrig schmelzenden Metalls, wobei das zweite leitende Element das erste leitende Element bedeckt und elektrisch an das erste leitende Element gebunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste leitende Element aus einem Metall zusammengesetzt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das erste leitende Element Nickel ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das leitende Pulver aus Kupfer zusammengesetzt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste leitende Element eine kalzinierte Paste ist.
Verfahren zum Herstellen einer in einem der Ansprüche 1 bis 5 definierten fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten leitenden Elements auf einem transparenten leitenden Film, das auf einer Halbleiterschicht gebildet ist; Platzieren eines zweiten leitenden Elements, das aus einem niedrig schmelzenden Metall, einem leitenden Pulver, das in dem niedrig schmelzenden Metall enthalten ist und einen höheren Schmelzpunkt als derjenige des niedrig schmelzenden Metalls aufweist, und einem thixotropen Material zusammengesetzt ist, wobei so das erste leitende Element bedeckt wird; Erwärmen des zweiten leitenden Elements; und Entfernen des thixotropen Materials.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der das erste leitende Element ausbildende Schritt Dampfabscheiden eines Materials unter Verwendung eines Maskenmusters umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Platzierens des zweiten leitenden Elements Durchführen von Siebdrucken umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das leitende Pulver (15154) mit dem niedrig schmelzenden Metall (15155) bedeckt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei ein Teil des niedrig schmelzenden Metalls an das leitende Pulver gebunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der das erste leitende Element ausbildende Schritt Drucken und Erwärmen einer kalzinierten Paste, die wenigstens aus Silber, einer Glasfritte und einem thixotropen Material zusammengesetzt ist, umfasst.