ES2950782T3

ES2950782T3 - Método de secado de pasta de poliimida y método para producir células solares con una capacidad de conversión fotoeléctrica de alta eficacia

Info

Publication number: ES2950782T3
Application number: ES18869781T
Authority: ES
Inventors: Takenori Watabe; Hiroshi Hashigami; Hiroyuki Ohtsuka
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: KR102637680B1; CN111278575B; WO2019082495A1; US20200303570A1; US11742439B2; JP6875252B2; EP3702048A4; EP3702048B1; TW201922860A; EP3702048A1; CN111278575A; KR20200079488A; JP2019076859A

Abstract

La presente invención proporciona un método para secar una pasta de poliimida que contiene un disolvente orgánico y una resina de poliimida disuelta en el disolvente orgánico, y se cura hasta obtener poliimida curada mediante secado y calentamiento. El método se caracteriza por comprender: una etapa para aplicar la pasta de poliimida a una superficie de un sustrato; una etapa para aplicar un disolvente que contiene una sustancia polar a al menos una superficie de una porción del sustrato al que se ha aplicado la pasta de poliimida; y una etapa para, después de aplicar el disolvente que contiene la sustancia polar, secar la pasta de poliimida y el disolvente que contiene la sustancia polar. Como resultado, se proporciona un método para secar una pasta de poliimida que puede mantener la productividad y la forma impresa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de secado de pasta de poliimida y método para producir células solares con una capacidad de conversión fotoeléctrica de alta eficacia

Campo de la técnica

La presente invención se refiere a un método de fabricación de una célula solar.

Antecedentes de la técnica

Como una de las estructuras de una célula solar con una eficiencia de conversión fotoeléctrica relativamente alta que usa un sustrato semiconductor monocristalino o un sustrato semiconductor policristalino, existe una célula solar del tipo de contacto trasero en la que todos los electrodos positivos y negativos se proporcionan sobre una superficie no receptora de luz (parte trasera). En la Figura 2 se ilustra una vista general de la parte trasera de esta célula solar de tipo contacto trasero. Sobre la parte trasera de una célula solar 100 (parte trasera de un sustrato semiconductor de la célula solar 110), se proporcionan las capas emisoras 112 y las capas base 113 que están dispuestas alternativamente, y los electrodos 124 y 125 (electrodos emisores 124 y electrodos base 125) a lo largo de las respectivas capas. Además, se proporcionan las barras colectoras de electrodos 134 y 135 (una barra colectora de los electrodos emisores 134 y una barra colectora de los electrodos base 135) para recoger las corrientes obtenidas de estos electrodos. Funcionalmente, las barras colectoras de los electrodos suelen ser ortogonales a los electrodos colectores. El ancho de la capa emisora 112 es a menudo de varios mm a varios cientos de μm, y el ancho de la capa base 113 es a menudo de varios cientos de μm a varias decenas de μm. Además, un ancho del electrodo es normalmente de aproximadamente varios cientos a varias decenas de μm, y el electrodo se denomina a menudo electrodo de contacto.

En la Figura 3 se ilustra un diagrama esquemático de una estructura en sección transversal de la célula solar 100. Las capas emisoras 112 y las capas base 113 se forman cerca de una superficie exterior del lado trasero del sustrato 110. Cada espesor de película de la capa emisora 112 y de la capa base 113 es típicamente de aproximadamente 1 μm como máximo. En cada capa, se proporcionan los electrodos de contacto 124 y 125 (los electrodos emisores 124 y los electrodos base 125), y una superficie de una región sin electrodos se cubre con una película dieléctrica (película de pasivación trasera) 142 tal como una película de nitruro de silicio y una película de óxido de silicio. En el lado de la superficie receptora de luz, se proporciona una película antirreflectante 141 con el fin de reducir la pérdida de reflectancia.

Para mejorar la pérdida por resistencia interna debida a la resistencia de los contactos, se conoce públicamente una estructura en la que se proporciona una pluralidad de barras colectoras, por ejemplo, en el Documento de Patente 1. Una estructura del lado trasero de esta célula solar tiene una estructura como se ilustra esquemáticamente en la Figura 5(c) que se describirá en detalle más adelante. Esta es una estructura en la que los contactos y las barras colectoras que se enfrentan entre sí están conectados a través de una película aislante. Como un método de fabricación de esta estructura, existe un método en el que, después de formar los contactos, se imprime una pasta aislante, tal como una pasta de poliimida, en una forma de patrón, se seca y se cura, y se forman las barras colectoras sobre esto con una pasta conductora de curado a baja temperatura, que se describirá en detalle más adelante.

Si bien se conocen públicamente otros ejemplos de aplicación de una pasta de poliimida a una célula solar en los Documentos de Patente 3 a 5, o similares, en cualquier caso, es necesario formar de manera reproducible un patrón fino.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Documento de Patente 1: WO2015/190024A1

Documento de Patente 2: JPS62-234575A

Documento de Patente 3: JP2012-69592A

Documento de Patente 4: JP2010-528487A

Documento de Patente 5: JP2013-153212A

Sumario de la invención

Problema técnico

Si bien, después de aplicar una pasta de poliimida mediante impresión o similar, es necesario secar la pasta de poliimida a una temperatura de aproximadamente 50 a 300°C, si la pasta de poliimida se expone a una temperatura alta, se manifiesta su fluidez, y existe el problema de que la impresión se expande (fluye) desde una forma deseada. Debido a que la cantidad de flujo no es fija, es imposible resolver este problema haciendo un patrón previo más pequeño.

Para suprimir la fluidez, del Documento de Patente 2 se conoce públicamente un método para realizar un tratamiento a alta temperatura después de realizar un tratamiento a baja temperatura durante un período fijo para volatilizar en cierto grado un disolvente. Si bien, mediante este método se soluciona el problema del flujo de una impresión, al mismo tiempo se produce una degradación de la productividad tal como un aumento en el período de tratamiento y un aumento en el tamaño del aparato de tratamiento.

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas antes mencionados, y está dirigida a proporcionar un método de fabricación de una célula solar que puede secar una pasta de poliimida manteniendo la productividad y la forma cuando se fabrica una célula solar que incluye una película de poliimida curada como parte de una estructura de la célula solar.

Solución al problema

Para lograr el objeto descrito anteriormente, la presente invención proporciona un método de secado de una pasta de poliimida que incluye un disolvente orgánico y una resina de poliimida disuelta en el disolvente orgánico, y que se convierte en poliimida curada al curarse como resultado del secado y calentamiento, incluyendo el método de secado una etapa de aplicación de la pasta de poliimida a la superficie de un material base, una etapa de aplicación de un disolvente que incluye un material polar a una superficie de material base al menos en una parte donde se aplica la pasta de poliimida y, después de aplicar el disolvente que incluye el material polar, una etapa de secado de la pasta de poliimida y del disolvente que incluye el material polar.

Según dicho método de secado de una pasta de poliimida, es posible suprimir el flujo de la pasta durante el secado. Por lo tanto, es posible obtener de manera reproducible un patrón en una forma deseada sin aumentar el período de secado, es decir, manteniendo la productividad.

El material polar es al menos un tipo entre agua, etilenglicol, ácido acético, metanol, etanol, 1 -propanol, 2-propanol, 1 -butanol y ácido fórmico.

Mediante el uso de un material polar de este tipo, es posible suprimir de forma más eficaz el flujo de la pasta durante el secado.

Además, el disolvente que incluye el material polar es preferentemente un disolvente que incluye el material polar en una proporción igual o superior al uno por ciento en masa.

Mediante el uso del material polar a tal relación, es posible suprimir de forma más eficaz el flujo de la pasta al secarse.

Además, la presente invención proporciona un método de fabricación de una célula solar que incluye una película de poliimida curada formada con poliimida curada como parte de una estructura de la célula solar, incluyendo el método de fabricación una etapa de, cuando se forma la película de poliimida curada, secar una pasta de poliimida usando el método de secado de la pasta de poliimida según uno de los métodos descritos anteriormente.

Además, más específicamente, la presente invención proporciona un método de fabricación según la reivindicación 1.

Según estos métodos de fabricación de la célula solar, es posible obtener de manera reproducible un patrón de una película de poliimida curada en una forma deseada sin aumentar el período de secado de la pasta de poliimida y, por lo tanto, mantener la productividad.

Efectos ventajosos de la invención

Según el método de secado de la pasta de poliimida de la presente invención, es posible obtener de manera reproducible un patrón en una forma deseada sin aumentar el período de secado y, por lo tanto, mantener la productividad. Si bien, de manera convencional, se requiere un método de secado en el que la temperatura se eleva en dos etapas para realizar el secado de modo que no se produzca el flujo de la pasta de poliimida, mediante el uso de la presente invención, es posible realizar el secado a una temperatura alta desde el principio, de modo que sea posible mejorar la productividad como resultado de reducir el tamaño de un aparato de secado y acortar el período de secado.

El método de secado de una pasta de poliimida de la presente invención se aplica a la fabricación de una célula solar, de modo que sea posible mejorar la productividad de fabricación de una célula solar.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas de un método de secado de una pasta de poliimida de la presente invención.

La Figura 2 es una vista general de una célula solar típica del tipo de contacto trasero a la que se puede aplicar la presente invención.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de una sección transversal de una célula solar típica del tipo de contacto trasero a la que se puede aplicar la presente invención.

La Figura 4 es un diagrama esquemático de una sección transversal que ilustra un ejemplo de un método de fabricación de una célula solar del tipo de contacto trasero a la que se puede aplicar la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo del método de fabricación de la célula solar del tipo de contacto trasero a la que se puede aplicar la presente invención.

Descripción de las realizaciones

Si bien se describirá a continuación una realización de la presente invención, la mismo no se limita a esta.

En la siguiente descripción detallada, se describirán una serie de detalles específicos para desarrollar la comprensión de la totalidad de la presente invención y para describir cómo se implementa la presente invención con ejemplos específicos. Sin embargo, se debe entender que la presente invención se puede implementar sin estos detalles específicos. En la siguiente descripción, los métodos, procedimientos y técnicas conocidos públicamente no se describen en detalle para no dejar poco clara la presente invención. Aunque la presente invención se describirá con referencia a los dibujos específicos para los ejemplos específicos, la presente invención no se limita a estos. Los dibujos incluidos y descritos en la presente invención son dibujos esquemáticos y no limitan el alcance de la presente invención. Además, en los dibujos, los tamaños de algunos elementos están exagerados con fines ilustrativos y, por lo tanto, no están ilustrados a escala.

Una pasta de poliimida que se puede aplicar en un método de secado de una pasta de poliimida de la presente invención es una pasta de poliimida que incluye un disolvente orgánico y una resina de poliimida disuelta en el disolvente orgánico, y que se convierte en poliimida curada al curarse como resultado de ser secada y calentada. Es decir, esta pasta de poliimida se forma con al menos moléculas de poliimida y un disolvente, y se pueden mezclar otros componentes, tal como un agente tixotrópico, según sea necesario. Además, la pasta de poliimida se convierte en una forma de pasta al hacer que la viscosidad sea de 30 a 150 Pas, y si se dibuja una forma arbitraria, se puede mantener su forma. Por lo tanto, mediante el uso de un método de impresión o similar, es posible conformar la poliimida en una forma de patrón deseada sobre un sustrato. Las características deseadas de la pasta de poliimida normalmente se obtienen volatilizando un disolvente a una temperatura de 50 a 300°C y curándola mediante calentamiento a una temperatura de 250 a 400°C. Sin embargo, si la pasta de poliimida se expone a una atmósfera igual o superior a 140°C al principio, no se puede obtener un patrón deseado debido a la disminución de la viscosidad y la manifestación de la fluidez. Para solucionar este problema, en la presente invención, después de aplicar un disolvente que incluye un material polar sobre una superficie de aplicación del sustrato inmediatamente después de aplicar la pasta de poliimida, se secan la pasta de poliimida y el disolvente. Es preferible realizar el secado a una temperatura igual o superior a 140°C.

Más específicamente, en la presente invención, a través de las etapas ilustradas en la Figura 1, se seca la pasta de poliimida. Es decir, primero, se aplica la pasta de poliimida a una superficie de un material base (etapa S1). En la presente invención, el material base se puede convertir en un objetivo sobre el que se va a formar la poliimida curada.

A continuación, se aplica un disolvente que incluye un material polar a una superficie del material base al menos en una parte donde se aplica la pasta de poliimida (etapa S2). Este disolvente incluye preferiblemente uno de agua, etilenglicol, ácido acético, metanol, etanol, 1-propanol (n-propanol), 2-propanol, 1-butanol y ácido fórmico como material polar. Las presiones de vapor de estos disolventes son relativamente bajas y el aumento del período de secado como resultado de la aplicación de estos es menor. Además, la concentración es preferiblemente igual o superior al uno por ciento en masa y puede ser del 100 por ciento.

A continuación, después de aplicar el disolvente que incluye el material polar descrito anteriormente, se secan la pasta de poliimida y el disolvente que incluye el material polar (etapa S3).

Si el material polar como el descrito anteriormente se une a la pasta (el material polar descrito anteriormente también es un disolvente con polaridad), las moléculas de poliimida precipitan desde el disolvente en la pasta y solidifican. Debido a que se pierde la fluidez de la pasta, la forma no se expande si se somete a un tratamiento a alta temperatura. Como método para aplicar el disolvente que incluye el material polar, si bien también es posible usar un método en el que el material base se sumerge en el disolvente, un método de impresión o un método de revestimiento por rotación, se puede obtener un efecto suficiente, incluso mediante el rociado de una pequeña cantidad de disolvente. De esta manera, la "aplicación" del disolvente en la presente invención incluye un método para poner la superficie en un estado donde el disolvente se pone en contacto con la superficie en al menos una parte donde se aplica la pasta de poliimida para cubrir la superficie en esa parte. Además, después de aplicar la poliimida, y antes de aplicar el disolvente, se puede dejar en reposo para llevar a cabo la nivelación, el desespumado a vacío o similar, según corresponda.

El método descrito anteriormente se puede aplicar a la fabricación de una célula solar. Es decir, en el método de fabricación de una célula solar que incluye una película de poliimida curada formada con poliimida curada como parte de una estructura de la célula solar, cuando se forma la película de poliimida curada, es posible aplicar el método de secado de una pasta de poliimida de la presente invención.

Específicamente, el método de secado de una pasta de poliimida de la presente invención se puede aplicar a un método de fabricación de una célula solar que incluye una película de poliimida curada formada con poliimida curada como parte de una estructura de la célula solar, el método de fabricación incluye una etapa de formar una unión pn para unir una capa de tipo-p y una capa de tipo-n dentro de un sustrato semiconductor, una etapa de formar un electrodo de tipo-p que entra en contacto eléctricamente con la capa de tipo-p, y una etapa de formar un electrodo de tipo-n que contacta eléctricamente con la capa de tipo-n. Es decir, el método de fabricación de la célula solar incluye una etapa de, cuando se forma una película de poliimida curada, aplicar una pasta de poliimida que incluye un disolvente orgánico y una resina de poliimida disuelta en el disolvente orgánico y que se convierte en poliimida curada al ser curada como resultado de ser secada y calentada, a una superficie de una estructura que incluye un sustrato semiconductor, una etapa de aplicar un disolvente que incluye un material polar a una superficie de la estructura que incluye el sustrato semiconductor al menos en una parte donde se aplica la pasta de poliimida, una etapa de, después de aplicar el disolvente que incluye el material polar, secar la pasta de poliimida y el disolvente que incluye el material polar, y una etapa de calentar y curar la pasta de poliimida seca para formar una película de poliimida curada.

A continuación se describirá un método adicional de fabricación específico de la célula solar de la presente invención usando un ejemplo en un caso donde se aplica el método de fabricación a una célula solar del Documento de Patente 1 usando la Figura 4.

Por ejemplo, para que un sustrato 310 funcione como una parte de conversión fotoeléctrica de la célula solar, se dopan elementos del grupo V, tales como fósforo, arsénico y antimonio, al silicio de alta pureza para preparar un sustrato de silicio 310 de tipo-n monocristalino cortado {100} cuya resistencia específica se hace de 0,1 a 5 ü c m . El sustrato monocristalino se puede fabricar usando un método CZ o un método FZ. El sustrato 310 no tiene que ser necesariamente un silicio monocristalino y puede ser silicio policristalino.

A continuación, se forman pequeñas irregularidades denominadas textura sobre ambas superficies principales del sustrato 310 (Figura 4(a)). La textura tiene una estructura de forma piramidal diminuta y se forma al usar la característica de que la velocidad de grabado difiere dependiendo de la dirección del plano de un cristal. La textura se genera sumergiendo el sustrato en una disolución alcalina caliente (con una concentración del 1 al 10 % y a una temperatura de 60 a 100°C) de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, carbonato de sodio, hidrogenocarbonato de sodio, o similar, durante aproximadamente 10 a 30 minutos. También es posible promover la reacción disolviendo una cantidad predeterminada de 2-propanol en la disolución descrita anteriormente.

Una vez formada la textura, el sustrato se limpia en una disolución acuosa ácida de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fluorhídrico o una mezcla líquida de los mismos. También es posible mejorar el nivel de limpieza mezclando peróxido de hidrógeno.

La capa emisora 312 se forma sobre una primera superficie principal de este sustrato 310 (una superficie principal que se convierte en una superficie no receptora de luz (parte trasera) cuando se convierte en una célula solar) (Figura 4(b)). La capa emisora 312 tiene un tipo de conductividad (en este caso, tipo-p) inversa a la del sustrato 310, y tiene un espesor de aproximadamente 0,05 a 2 μm. La capa emisora 312 se puede formar a través de la difusión en fase de vapor usando BBr3, o similar. Se superponen un par de dos sustratos 310 y se colocan en un horno de tratamiento térmico, y se someten a un tratamiento térmico de 950 a 1.050°C mediante la introducción de una mezcla de gas de BBr3 y oxígeno. Como gas portador son adecuados el nitrógeno y el argón. Además, también es posible formar la capa emisora 312 usando un método en el que se aplica un agente de revestimiento que incluye una fuente de boro a la primera superficie principal y se realiza un tratamiento térmico a una temperatura de 950 a 1.050°C. Como agente de revestimiento, por ejemplo, se puede usar una disolución acuosa que incluya ácido bórico del 1 al 4 % como una fuente de boro y alcohol polivinílico del 0,1 al 4 % como un agente espesante. Si la capa emisora 312 se forma usando uno de los métodos descritos anteriormente, también se forma una capa de vidrio que al mismo tiempo incluye el boro sobre la superficie de la capa emisora 312.

Después de formar la capa emisora 312, sobre ambas superficies principales se forman las máscaras (máscaras de difusión, películas de barrera) 351 y 352 que es el siguiente paso (Figura 4 (c)). Como máscaras 351 y 352, se pueden usar una película de óxido de silicio, una película de nitruro de silicio o similar. Si se usa un método CVD (por sus siglas en ingles), seleccionando un tipo de gas a introducir según corresponda, es posible formar cualquier película. En el caso de una película de óxido de silicio, es posible formar las máscaras oxidando térmicamente el sustrato 310. Al someter el sustrato 310 a un tratamiento térmico de 950 a 1.100°C en una atmósfera de oxígeno durante 30 minutos a 4 horas, se forma una película de óxido de silicio de aproximadamente 100 a 250 nm. Este tratamiento térmico se puede realizar dentro del mismo lote posterior al tratamiento térmico para la formación del emisor descrito anteriormente. Además, aunque se forme vidrio sobre la superficie del sustrato 310 como se describe anteriormente después de formar la capa emisora 312, este vidrio preferiblemente no se elimina antes de que se formen las máscaras, particularmente en el caso donde la capa emisora 312 sea una del tipo-p. Al no eliminar la capa de vidrio, es posible suprimir el aumento en el número de procesos y evitar la disminución de la vida útil de los portadores minoritarios del sustrato 310. Se considera que la capa de vidrio proporciona un efecto absorbente.

Además, en un caso en el que se use boro como dopante para la capa emisora 312, si las máscaras se forman mediante oxidación térmica, la concentración del boro en la superficie preferiblemente disminuye y la velocidad de recombinación en la superficie disminuye debido a una diferencia en el coeficiente de difusión y en el coeficiente de segregación entre el Si y el SÍO².

A continuación, como se ilustra en la Figura 4(d), la máscara 352 se abre en una parte que se convierte en una región base (parte de abertura de la máscara 354). Específicamente, la máscara 352 se abre para tener un ancho de abertura de 50 a 200 gm en forma de líneas paralelas a intervalos de aproximadamente 0,6 a 2,0 mm. Se puede usar un método químico como un método de fotolitografía o pasta de grabado, o un método físico como láser o cortadora.

Después de abrir la máscara 352, como se ilustra en la Figura 4(e), a continuación el sustrato 310 se puede sumergir en una disolución acuosa alcalina que es una disolución acuosa de KOH, NaOH o similar, que se calienta de 50 a 90°C y cuya concentración es alta (del 10 al 30 %), durante 1 a 30 minutos, para eliminar (grabar) la capa emisora 312 que no es necesaria en la parte de la abertura (rebaje 361 en la parte de la abertura de la máscara). Las máscaras 351 y 352 descritas anteriormente también funcionan como máscaras para el grabado alcalino en la presente etapa. Si se realiza este grabado, como se ilustra en la Figura 4(e), se forma un rebaje sobre la superficie del sustrato 310. La profundidad del rebaje está determinada por la profundidad de la capa emisora 312 y es, normalmente, de aproximadamente 0,5 a 10 gm. Mediante un dopante de tipo-p en la parte de la abertura que se elimina, es posible controlar fácilmente la concentración del dopante de la capa base. Además, debido a que la máscara también se forma en el lado de la superficie receptora de luz, la textura no se grava sobre la superficie receptora de luz.

A continuación, como se ilustra en la Figura 4(f), se forma la capa base 313. Para formar la capa base 313 se puede usar un método de difusión en fase de vapor usando cloruro de fosforilo. Al someter el sustrato 310 a un tratamiento térmico bajo una atmósfera de cloruro de fosforilo y una mezcla gaseosa de nitrógeno y oxígeno a 830 a 950°C, se obtiene una capa de difusión de fósforo (capa N⁺) que se convierte en la capa base 313. Aparte del método de difusión en fase de vapor, también es posible formar la capa base usando un método en el que se reviste por rotación un material que incluye fósforo, o se realiza un tratamiento térmico después de la impresión. Debido a que la máscara 351 se forma en el lado de la superficie receptora de luz tras la formación de la capa base 313 (véase la Figura 4(e)), el fósforo no se dopa automáticamente en el lado de la superficie receptora de luz tras el tratamiento térmico. Además, debido a que las máscaras 351 y 352 son innecesarias en las etapas posteriores, no es necesario oxidar el sustrato 310 más de lo necesario o formar una película extra. Es decir, en el momento en el que finaliza el tratamiento térmico para formar la capa base, el espesor de la película de óxido de silicio sobre la capa base puede ser igual o inferior a 95 nm. Téngase en cuenta que, en un caso en el que se realiza la etapa de grabado descrito anteriormente, como se ilustra en la Figura 4(f), la capa base se forma sobre una superficie interior del rebaje 361.

Una vez formada la capa de difusión, las máscaras y el vidrio formados sobre las superficies se eliminan con ácido fluorhídrico o similar. Por este medio, como se ilustra en la Figura 4(f), se eliminan las máscaras 351 y 352.

A continuación, se forma una película antirreflectante 341 sobre una segunda superficie principal (una superficie principal opuesta a la primera superficie principal descrita anteriormente) (Figura 4(g)). Como película antirreflectante 341, se puede usar una película de nitruro de silicio, una película de óxido de silicio o similar. En el caso de una película de nitruro de silicio, se forma una película de aproximadamente 100 nm usando un aparato CVD por plasma. Como gas de reacción, si bien a menudo se usa una mezcla de silano (SiH⁴) y amoníaco (NH³), también se puede usar nitrógeno en lugar de NH³. Para ajustar la presión del proceso, diluir el gas de reacción y, además, promover un efecto de pasivación en masa del sustrato 310 en el caso de que se use silicio policristalino para el sustrato 310, hay un caso donde se mezcla hidrógeno con el gas de reacción. En el caso de una película de óxido de silicio, aunque la película también se puede formar usando un método de CVD, se pueden obtener características más altas si la película se forma usando un método de oxidación térmica. Para mejorar el efecto de la pasivación de la superficie, también es posible formar una película de nitruro de silicio, una película de óxido de silicio o similar, después de formar previamente una película de óxido de aluminio sobre la superficie del sustrato 310.

También se puede usar una película de nitruro de silicio y una película de óxido de silicio (película de pasivación trasera 342) para la primera superficie principal como una película que pasiva la superficie del sustrato (película de pasivación trasera) (Figura 4(g)). El espesor de la película de pasivación 342 del lado trasero es preferentemente de 50 a 250 nm. La película de pasivación de la parte trasera 342 se puede formar usando un método de CVD en el caso de una película de nitruro de silicio y se puede formar usando un método de oxidación térmica o un método de CVD en el caso de una película de óxido de silicio de manera similar a la película antirreflectante 341 en el lado de la segunda superficie principal (superficie receptora de luz). Además, en el caso de que el sustrato sea de tipo-n como en este ejemplo, también es posible formar una película de nitruro de silicio, una película de óxido de silicio o similar, después de formar previamente una película de óxido de aluminio que es eficaz como pasivación de una capa de tipop sobre la superficie del sustrato 310. Aunque también se forma una película de óxido de aluminio sobre la capa base (tipo-n), debido a que la mayor parte de la superficie (primera superficie principal) es la capa emisora (tipo-p) 312, existe una menor degradación en las características debido a esto.

A continuación, como se describirá más abajo, se forman los electrodos base 325 y los electrodos emisores 324 (Figura 4(h)). Los electrodos base 325 se forman usando, por ejemplo, un método de serigrafía. Por ejemplo, se prepara una placa con un patrón de líneas paralelas a intervalos de 0,6 a 2,0 mm, cuyo ancho de abertura es de 30 a 100 gm, y se imprime a lo largo de la capa base una pasta de Ag en la que se mezclan polvo de Ag y frita de vidrio con un aglutinante orgánico. De manera similar, se imprime una pasta de Ag como electrodos emisores 324. La pasta de Ag para los electrodos base puede ser la misma o diferente de la pasta de Ag para los electrodos emisores. Después de imprimir los electrodos como se describe anteriormente, se hace que el polvo de Ag penetre a través (mediante fuego) de la película de nitruro de silicio mediante un tratamiento térmico, de modo que los electrodos estén en conducción con el silicio. La calcinación se realiza normalmente mediante tratamiento a una temperatura de 700 a 850°C durante 1 a 5 minutos. Convencionalmente, ha sido necesario eliminar una película de pasivación (película de pasivación 342 del lado trasero) sobre la primera superficie principal para reducir la resistencia de contacto. Sin embargo, si la capa emisora 312 se forma en una parte donde se forma la textura, es posible lograr una baja resistencia de contacto sin retirar la película de pasivación (película de pasivación 342 del lado trasero). Téngase en cuenta que también es posible realizar la calcinación por separado para los electrodos de la capa base 325 y los electrodos de la capa emisora 324.

Mediante la Figura 5 se describe una etapa de formación de la barra colectora. La Figura 5(a) es una vista desde arriba del sustrato 310 después de la etapa descrita anteriormente en la Figura 4(h). Los electrodos emisores 324 y los electrodos base 325 se forman respectivamente sobre la región emisora (capa emisora) 312 y sobre la región base (capa base) 313. Primero, se aplica una pasta de poliimida a este sustrato 310 en una forma de patrón. Solo se requiere aplicar la pasta de poliimida en un patrón en una posición de la película aislante 371 ilustrada, por ejemplo, en la Figura 5(b) de modo que una barra colectora N (en este caso, una barra colectora conectada a los electrodos base) no esté en conducción con los electrodos emisores 324 y, además, una barra colectora P (en este caso, una barra colectora conectada a los electrodos emisores) no esté en conducción con los electrodos base 325. Para la aplicación se puede usar un método de serigrafía, un método de chorro de tinta, o similar. Después de aplicar la pasta de poliimida usando, por ejemplo, un método de serigrafía o similar, se aplica un disolvente que incluye un material polar. Posteriormente, como etapa de secado, se realiza el secado, por ejemplo, a una temperatura igual o superior a 140°C. El disolvente incluye preferiblemente uno de agua, etilenglicol, ácido acético, metanol, etanol, 1-propanol (npropanol), 2-propanol, 1-butanol y ácido fórmico, y la concentración es preferiblemente igual o superior al uno por ciento en masa. Mediante este medio, se pierde la fluidez de la poliimida, y no se expande la forma incluso si el tratamiento se realiza a alta temperatura. Como un método de aplicación del disolvente, si bien se pueden usar un método en el que el sustrato se sumerge en el disolvente, un método de impresión o un método de revestimiento por rotación, se puede obtener un efecto suficiente, incluso mediante el rociado de una pequeña cantidad del disolvente.

Por último se forman las barras colectoras. Como se ilustra en la Figura 5(c), las barras colectoras N (barras colectoras de los electrodos base 335) están conectadas a los electrodos base 325, las barras colectoras P (barras colectoras de los electrodos emisores 334) están conectadas a los electrodos emisores 324, las barras colectoras N (barras colectoras de los electrodos base 335) están conectados a los electrodos emisores 324 a través de las capas aislantes 371, y las barras colectoras P (barras colectoras de los electrodos emisores 334) están conectadas a los electrodos base 325 a través de las capas aislantes 371. Como material para las barras colectoras, se puede usar pasta conductora de curado a baja temperatura. Específicamente, se puede usar un material que incluye un material conductor de uno o más tipos seleccionados de Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi y Pb y, además, una resina de uno o más tipos seleccionados de una resina epoxi, una resina acrílica, una resina de poliéster, una resina fenólica y una resina de silicona. Después de que el material descrito anteriormente se aplica en forma de patrón usando, por ejemplo, un método de serigrafía, un dispensador o similar, el material se cura a 100 a 400°C durante 1 a 60 minutos. Debido a que la distancia entre las barras colectoras adyacentes se puede acortar aumentando las barras colectoras, es posible hacer los electrodos de contactos más delgados, de manera que es posible reducir el coste de los materiales de los electrodos de contacto. Si bien el número de barras colectoras se puede determinar según corresponda mediante el equilibrio entre el aumento del costo de los materiales como resultado del aumento del número de barras colectoras y la reducción del costo de los materiales debido a que los electrodos de contacto se hacen más delgados, el número de barras colectoras está preferiblemente entre 4 y 20. De esta manera, se fabrica la célula solar 300 ilustrada en la Figura 5(c).

Aunque anteriormente se ha descrito un ejemplo en un caso donde el sustrato es un sustrato de tipo-N, la presente invención también se puede aplicar en un caso donde el sustrato es un sustrato de tipo-P. Es decir, solo es necesario proporcionar una capa de tipo-N como la capa emisora 312 y proporcionar una capa de tipo-P como la capa base 313.

La presente invención también se puede aplicar a un método de fabricación de una célula solar del tipo electrodo de doble cara del Documento de Patente 3. Después de que se forma una película de Al sobre la cara trasera de un sustrato, y el sustrato se somete a un tratamiento térmico para formar una capa de BSF, se elimina el Al. En la presente invención se imprime una pasta de poliimida con una porción de abertura. Si bien el tamaño de la abertura es preferiblemente de 40 a 300 μm, si el sustrato se seca inmediatamente después de la impresión, existe el caso donde el patrón puede fluir y la abertura se puede hacer más pequeña. En la presente invención, después de la impresión, la pasta se solidifica mediante el rociado de un disolvente, o similar, sobre la superficie de impresión. Mediante este medio, se suprime el flujo, de modo que es posible realizar una fabricación estable.

Después de que se forma una película de poliimida curada, se evapora el Al para hacer un electrodo del lado trasero.

La presente invención también se puede aplicar a un método de fabricación de una célula solar del tipo de contacto trasero según el Documento de Patente 4. Después de formar la capa emisora y la capa base en el lado trasero del sustrato, se forma una película de óxido de silicio sobre éstas. Una pasta de poliimida se serigrafía sobre esta película de óxido de silicio. Una abertura de una placa es de aproximadamente 200 μm. También en este caso, si el sustrato se seca inmediatamente después de la impresión, existe el caso de que el patrón fluye y se hace más grande. En la presente invención, después de la impresión, la pasta se solidifica mediante el rociado de un disolvente, o similar, sobre la superficie de impresión. Mediante este medio, se suprime el flujo, de modo que es posible realizar una fabricación estable.

Después de que se forma una película de poliimida curada, se abre parcialmente una película de óxido de silicio para formar los electrodos.

La presente invención también se puede aplicar a un método de fabricación de una célula solar del tipo de contacto trasero según el Documento de Patente 5. Se forman una capa emisora, una capa base y una película de óxido de silicio en el lado trasero de un sustrato. Se imprime una pasta de poliimida en un patrón tal que la pasta de poliimida se abre solo a la capa base, mediante serigrafía o impresión por chorro de tinta. Si bien la abertura es preferiblemente de aproximadamente 30 a 300 μm, también en este caso, si el sustrato se seca inmediatamente después de la impresión, existe el caso en el que el patrón puede fluir y la abertura se puede volver más pequeña. En la presente invención, después de la impresión, la pasta se solidifica mediante el rociado de un disolvente, o similar, sobre la superficie de impresión. Mediante este medio, se suprime el flujo, de modo que es posible realizar una fabricación estable.

Después de que se forma una película de poliimida curada, se abre parcialmente una porción de contacto para formar un electrodo.

[Ejemplos]

Si bien a continuación se describirá más específicamente la presente invención usando los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos de la presente invención, la misma no se limita a estos ejemplos.

(Ejemplos 1 a 9, Ejemplos Comparativos 1 y 2)

Se confirmó un efecto de supresión del flujo de la poliimida mediante el rociado de un disolvente.

Específicamente, se realizó una impresión sobre un sustrato de silicio usando un método de serigrafía con poliimida para serigrafía Q-IP-0997-N de PI R&D Co., ltd. Una placa de impresión tenía un patrón tal que se proporcionaron una pluralidad de partes que no se abrieron (partes que no se imprimen) cada una con un diámetro de 100 μm, y se realizó la impresión sobre la totalidad del área distinta a estas partes. Se rociaron varios tipos de disolventes sobre una superficie de impresión de un sustrato inmediatamente después de la impresión, se secó el sustrato mediante una placa caliente a 140°C y se observó la forma de la impresión con un microscopio. Se observaron diez partes para las respectivas condiciones, y en la Tabla se indican los valores medios de los diámetros obtenidos de las aberturas.

[Tabla 1]

Mientras que en el Ejemplo Comparativo 1, en el que no se roció un disolvente que incluía un material polar, se produjo el flujo y la abertura se hizo más pequeña, con el rociado de un disolvente en los Ejemplos 1 a 7, fue posible mantener la abertura de aproximadamente 100 μm. Además, en el Ejemplo Comparativo 2, con una abertura pequeña y ^y-butirolactona no se observó un efecto de supresión del flujo. Sin embargo, como se indica en los Ejemplos 8 y 9, se suprimió el flujo al mezclar sólo un 1% de agua en ^Y-butirolactona.

(Ejemplo 10)

Se fabricó una célula solar usando el método de la presente invención.

Se sumergió un sustrato de silicio cortado tipo-N {100} dopado con fósforo con un espesor de 200 μm y una resistencia específica de 1 Qcm en una disolución acuosa de hidróxido de potasio al 2 % / 2-propanol a 72°C para formar la textura por ambas caras y, posteriormente, se limpió el sustrato en una disolución mixta de ácido clorhídrico / peróxido de hidrógeno calentada a 75°C.

A continuación, se superpusieron un par de dos sustratos y se colocaron en un horno de tratamiento térmico, se sometieron a un tratamiento térmico a 1.000°C durante 10 minutos mediante la introducción de una mezcla de gas de BBr3, oxígeno y argón y, posteriormente, se oxidan térmicamente en una atmósfera de oxígeno durante tres horas a 1.000°C para formar las máscaras. Como resultado de la medición usando un método de cuatro sondas, la resistencia de la lámina fue de 50 Q.

La máscara sobre la parte trasera se abrió con láser. Como fuente láser, se usó un segundo armónico de Nd:YVO₄. El patrón la de abertura era una forma de líneas paralelas a intervalos de 1,2 mm. Esto se sumergió en KOH a 80°C, cuya concentración era del 24% para eliminar la capa emisora en la porción de la abertura.

A continuación, en una atmósfera de cloruro de fosforilo, los sustratos se sometieron a tratamiento térmico a 870°C durante 40 minutos en un estado en el que las superficies receptoras de luz se superponen entre sí para formar una capa de difusión de fósforo en la porción de la abertura.

Posteriormente, se sumergió el sustrato en ácido fluorhídrico cuya concentración era del 25% para eliminar el vidrio superficial y las máscaras.

Después del tratamiento descrito anteriormente, se formaron una película de óxido de aluminio y una película de nitruro de silicio sobre ambos lados usando un aparato de plasma CVD. Los espesores de película se establecieron respectivamente en 10 nm y 100 nm en ambos lados.

A continuación, sin realizar aberturas en la película de óxido de aluminio / película de nitruro de silicio, se imprimió y secó una pasta de Ag respectivamente sobre la capa base y la capa emisora usando una impresora de pantalla. Esto se calcinó en una atmósfera de aire a 780°C.

Se imprimió una pasta de poliimida sobre este sustrato en forma de patrón usando una impresora de pantalla. Después de la impresión, se roció uniformemente agua pura sobre una superficie de impresión y el sustrato se secó durante 5 minutos en un horno de cinta a 200°C.

Por último, se imprimió una pasta de Ag de curado a baja temperatura en forma de seis líneas para que fuera ortogonal al electrodo de contacto existente usando una impresora de pantalla y se curó durante 30 minutos en un horno de cinta a 300°C para hacer las barras colectoras.

(Ejemplo Comparativo 3)

En el Ejemplo 10, después de imprimir la pasta de poliimida, el sustrato se secó durante 5 minutos en un horno de cinta a 200°C sin rociar agua pura. Posteriormente, se formaron las barras colectoras usando un método similar al del Ejemplo 10.

La apariencia de las muestras de los dos los tipos de células solares obtenidas como se ha descrito anteriormente se observó con un microscopio. Mientras que en el Ejemplo Comparativo en diferentes puntos se encontraron partes donde las barras colectoras que deberían estar conectadas a los contactos estaban obstruidas por una película de poliimida curada, en el Ejemplo 10, no se confirmaron dichas partes obstruidas.

Luego, se midieron las características de corriente-voltaje para obtener la eficiencia de conversión fotoeléctrica en condiciones de espectro AM 1.5 e intensidad de irradiación de 100 mW/cm2 y 25°C usando un simulador solar fabricado por Yamashita Denso Corporation. En la Tabla 2 se indican los valores medios de los resultados obtenidos.

[Tabla 2]

En comparación con el Ejemplo Comparativo 3, en el Ejemplo 10, la eficiencia de conversión es alta. En el Ejemplo Comparativo 3, debido a que ocurren localizaciones de algunas partes donde las barras colectoras no se pueden conectar eléctricamente a los contactos tal como se describió anteriormente, se aprecia de forma excesiva la pérdida de resistencia interna por la resistencia de los contactos, disminuye el factor de llenado y disminuye la eficiencia de conversión. Debido a que en el Ejemplo las barras colectoras están conectadas de una manera confiable a los contactos, se exhibe una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica.

Obsérvese que la presente invención no se limita a la realización descrita anteriormente. La realización descrita anteriormente es un ejemplo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de una célula solar que incluye una película de poliimida curada formada con poliimida curada como parte de una estructura de la célula solar, comprendiendo el método de fabricación:

una etapa de formar una unión pn que une una capa de tipo-p y una capa de tipo-n dentro de un sustrato semiconductor;

una etapa de formar un electrodo de tipo-p que contacta eléctricamente con la capa de tipo-p;

una etapa de formar un electrodo de tipo-n que contacta eléctricamente con la capa de tipo-n,

una etapa de formar una barra colectora de tipo-p conectada al electrodo de tipo-p; y

una etapa de formar una barra colectora de tipo-n conectada al electrodo de tipo-n;

en donde la película de poliimida curada se aplica en un patrón en posiciones para aislar la barra colectora de tipo-n del electrodo de tipo-p y en la parte para aislar la barra colectora de tipo-p del electrodo de tipo-n;

comprendiendo el método de fabricación además las etapas de formación de la poliimida curada:

una etapa de aplicar una pasta de poliimida que incluye un disolvente orgánico y una resina de poliimida disuelta en el disolvente orgánico, y que se convierte en la poliimida curada al curarse como resultado del secado y del calentamiento, a una superficie de una estructura que incluye el sustrato semiconductor;

una etapa de, después de aplicar una pasta de poliimida, aplicar un disolvente que incluye un material polar de al menos un tipo entre agua, etilenglicol, ácido acético, metanol, etanol, 1 -propanol, 2-propanol, 1 -butanol y ácido fórmico, a una superficie de la estructura que incluye el sustrato semiconductor al menos en una parte donde se aplica la pasta de poliimida;

una etapa de secado de la pasta de poliimida y del disolvente que incluye el material polar, después de aplicar el disolvente que incluye el material polar; y

una etapa de calentamiento y curado de la pasta de poliimida seca para formar la película de poliimida curada.

2. El método de fabricación de la célula solar según la reivindicación 1,

en donde el disolvente que incluye el material polar es un disolvente que incluye el material polar en una proporción igual o superior al uno por ciento en masa.