JP2008004574A - Solar battery cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は太陽電池セルおよびその製造方法に係り、特にシリコン半導体基板の裏面にアルミニウム電極が形成された太陽電池セルおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar battery cell and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solar battery cell in which an aluminum electrode is formed on the back surface of a silicon semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.
太陽電池セルは、安全で環境負荷の少ないクリーンなエネルギー源としてより広範囲に実用化が望まれている。特に、シリコン半導体基板を用いて構成される太陽電池セルの普及を図るためには、軽量化と低コスト化を進めることが必要とされている。この要求に応じて太陽電池セルの厚みを薄くするための研究開発が重ねられている。 Solar cells are desired to be put into practical use more widely as clean energy sources that are safe and have a low environmental impact. In particular, in order to promote the spread of solar cells that are configured using a silicon semiconductor substrate, it is necessary to promote weight reduction and cost reduction. In response to this demand, research and development for reducing the thickness of solar cells has been repeated.
図5は、一般的な太陽電池セル101の断面構造を模式的に示す図である。図5に示すように、シリコン半導体基板102は、p型シリコン半導体基板103の受光面側にn型不純物層104が形成され、このn型不純物層104上に反射防止膜106およびグリッド電極107が形成されている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a general
一方、シリコン半導体基板102の裏面側には、裏面電極としてのアルミニウム電極108が形成されている。アルミニウム電極108は、シリコン半導体基板102側から順に、アルミニウムシリコン混合層109、アルミニウム層110が形成されている。
On the other hand, an
一般に、アルミニウム電極108は、p型シリコン半導体基板103の裏面にアルミニウム含有ペーストを塗布して焼成することにより形成されている。また、この焼成により、アルミニウム含有ペーストからp型シリコン半導体基板103へとアルミニウムが拡散し、p+層(またはp++層)105が形成される。
In general, the
このp+層105が存在することによって、いわゆるBSF(Back Surface Field)の効果が得られ、p型半導体基板103内で生成したキャリアの収集効率を高めることができる。すなわち、p型シリコン半導体基板103内で生成した少数キャリアのうち、裏面電極に向かうキャリアは、p+層105が内部電界を形成し障壁となることによって表面方向に反発され、表面電極で光電流として有効に収集され、結果として光起電力と光電流が増加して変換効率が向上する。
By the presence of the p + layer 105, a so-called BSF (Back Surface Field) effect can be obtained, and the collection efficiency of carriers generated in the p-
このような太陽電池セル101は、例えばその複数個を配線を用いて直列に接続した後、その全体を受光面側と裏面側とからそれぞれ光透性基板と裏面シートとによって挟持し、それらの平面方向の周囲をモジュール枠によって固定することで太陽電池モジュールとされている。
For example, such a
このような太陽電池セル101におけるアルミニウム電極108は、上記したようにp型シリコン半導体基板103の裏面上にアルミニウム含有ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、さらに酸化性雰囲気中で焼成することにより形成されている。この際、所望のBSF効果を得るためには、アルミニウム含有ペーストを厚く塗布して焼成する必要がある。
As described above, the
しかし、アルミニウム含有ペーストを厚く塗布した場合、アルミニウム電極108が厚くなる。このため、太陽電池セル101を軽量化するためにシリコン半導体基板102を薄くした場合、シリコン半導体基板102の厚みに対するアルミニウム電極108の厚みの比率が大きくなる。
However, when the aluminum-containing paste is applied thickly, the
その結果、アルミニウム電極108を形成するための焼成後に常温へと冷却した際、アルミニウムまたはアルミニウムシリコン合金とシリコンとの間の熱膨張係数の差に起因して内部応力が発生し、シリコン半導体基板102に反りが発生し、太陽電池モジュールを製造するための後工程等で割れ易くなる。
As a result, when cooled to room temperature after firing to form the
このような課題を解決するために、いくつかの方法が提案されている。例えば、シリコン半導体基板上に裏面電極を形成した後、この裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この方法では製造プロセスが複雑になるという課題がある。 In order to solve such a problem, several methods have been proposed. For example, a method has been proposed in which after a back electrode is formed on a silicon semiconductor substrate, the surface of the back electrode is partially etched in the thickness direction (see, for example, Patent Document 1). However, this method has a problem that the manufacturing process becomes complicated.
また、例えば、シリコン半導体基板の裏面全体にアルミニウム含有ペーストを薄く塗布し、その上から厚くしたい部分に再度アルミニウム含有ペーストを塗布した後、焼成することにより、2種以上の厚みで裏面電極を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。さらに、シリコン半導体基板の裏面に裏面電極を格子状に形成する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。また、シリコン半導体基板の裏面に裏面電極を厚みの異なるストライプ状に形成する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。さらに、シリコン半導体基板の裏面に裏面電極を矩形状に形成する方法が提案されている(例えば、特許文献5参照。)。しかし、これらのいずれの方法によってもBSF効果をもたらすp+層の形成が不均一になり、変換効率が低下するという課題がある。
上記したように、太陽電池セルにおいては、一般にシリコン半導体基板の厚みを薄くすると反りが発生しやすく、後工程で割れ易くなるという課題がある。また、割れの原因となる反りの発生を抑制するために各種方法が提案されているが、いずれも製造プロセスが複雑になったり、BSF効果をもたらすp+層の形成が不均一となったりするため、必ずしも変換効率が十分でないという課題がある。 As described above, in the solar battery cell, there is a problem that, when the thickness of the silicon semiconductor substrate is generally reduced, warpage is likely to occur, and cracking is likely to occur in a subsequent process. In addition, various methods have been proposed to suppress the occurrence of warping that causes cracking. However, in any case, the manufacturing process becomes complicated, or the formation of the p + layer that brings about the BSF effect becomes uneven. Therefore, there is a problem that the conversion efficiency is not necessarily sufficient.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、薄いシリコン半導体基板を用いた場合であっても、後工程等でのシリコン半導体基板における割れを抑制することができる太陽電池セルおよびその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and even when a thin silicon semiconductor substrate is used, a solar battery cell capable of suppressing cracks in the silicon semiconductor substrate in a post-process and the like, and It aims at providing the manufacturing method.
本発明の太陽電池セルは、シリコン半導体基板と、前記シリコン半導体基板の非受光面側に形成されたアルミニウム電極とを備える太陽電池セルであって、前記アルミニウム電極は、前記シリコン半導体基板の非受光面側へのアルミニウム含有ペーストの塗布、焼成により形成されたアルミニウム焼結層と、前記アルミニウム焼結層上に形成された導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストから形成された導電性有機樹脂層とからなることを特徴とするものである。 The solar battery cell of the present invention is a solar battery cell comprising a silicon semiconductor substrate and an aluminum electrode formed on the non-light-receiving surface side of the silicon semiconductor substrate, the aluminum electrode being non-light-receiving of the silicon semiconductor substrate. Conductivity formed from a conductive paste containing an aluminum sintered layer formed by applying and baking an aluminum-containing paste on the surface side, and conductive particles and an organic resin formed on the aluminum sintered layer. It consists of an organic resin layer.
前記導電性有機樹脂層の電気抵抗率は1×10−5Ω・cm以下であることが好ましく、前記導電性有機樹脂層上にはさらに保護フィルムが設けられていることが好ましい。 The electrical resistivity of the conductive organic resin layer is preferably 1 × 10 −5 Ω · cm or less, and a protective film is preferably further provided on the conductive organic resin layer.
前記導電性有機樹脂層および前記保護フィルムは、予め前記保護フィルム上に前記導電性有機樹脂層が形成されたシート状積層体を前記アルミニウム焼結層上に積層することにより形成されたものであることが好ましい。 The conductive organic resin layer and the protective film are formed by laminating a sheet-like laminate in which the conductive organic resin layer is previously formed on the protective film on the aluminum sintered layer. It is preferable.
前記シリコン半導体基板の厚さは200μm以下であることが好ましく、前記アルミニウム焼結層の厚さは前記シリコン半導体基板の厚さの20%以下であることが好ましい。 The thickness of the silicon semiconductor substrate is preferably 200 μm or less, and the thickness of the aluminum sintered layer is preferably 20% or less of the thickness of the silicon semiconductor substrate.
本発明の太陽電池セルの製造方法は、シリコン半導体基板上にアルミニウム含有ペースト塗布した後、焼成することによりアルミニウム焼結層を形成する工程と、保護フィルム上に導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなる導電性有機樹脂層が形成されたシート状積層体を前記アルミニウム焼結層上に積層する工程とを有することを特徴とするものである。 The manufacturing method of the photovoltaic cell of the present invention includes a step of forming an aluminum sintered layer by baking after applying an aluminum-containing paste on a silicon semiconductor substrate, and containing conductive particles and an organic resin on the protective film. And a step of laminating a sheet-like laminate on which the conductive organic resin layer made of the conductive paste is formed on the aluminum sintered layer.
本発明の太陽電池セルによれば、シリコン半導体基板上に形成されるアルミニウム電極を、アルミニウム含有ペーストを焼成してなるアルミニウム焼結層と、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなる導電性有機樹脂層とからなるものとすることで、導電性有機樹脂層によってシリコン半導体基板を強化することができ、後工程等におけるシリコン半導体基板の割れを有効に抑制することができる。また、導電性有機樹脂層によってシリコン半導体基板を強化できるため、より薄いシリコン半導体基板を用いることができるようになり、太陽電池セルを薄型化、軽量化することができる。 According to the solar cell of the present invention, the aluminum electrode formed on the silicon semiconductor substrate is made of an aluminum sintered layer formed by firing an aluminum-containing paste, and a conductive paste containing conductive particles and an organic resin. By comprising the conductive organic resin layer to be formed, the silicon semiconductor substrate can be strengthened by the conductive organic resin layer, and cracking of the silicon semiconductor substrate in a subsequent process or the like can be effectively suppressed. In addition, since the silicon semiconductor substrate can be reinforced by the conductive organic resin layer, a thinner silicon semiconductor substrate can be used, and the solar cell can be reduced in thickness and weight.
また、本発明の太陽電池セルの製造方法によれば、シリコン半導体基板上にアルミニウム含有ペースト塗布した後、焼成することによりアルミニウム焼結層を形成する工程と、保護フィルム上に導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなる導電性有機樹脂層が形成されたシート状積層体を前記アルミニウム焼結層上に積層する工程とを有するものとすることで、シリコン半導体基板の割れが抑制され、また薄型化、軽量化も可能な太陽電池セルを容易に製造することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the photovoltaic cell of this invention, after apply | coating an aluminum containing paste on a silicon semiconductor substrate, the process of forming an aluminum sintered layer by baking, and electroconductive particle and organic on a protective film And a step of laminating a sheet-like laminate on which the conductive organic resin layer made of a conductive paste containing a resin is formed on the aluminum sintered layer, the crack of the silicon semiconductor substrate is suppressed. In addition, it is possible to easily manufacture a solar battery cell that can be reduced in thickness and weight.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明の太陽電池セル1の一例を示す断面図である。図1に示すように、シリコン半導体基板2は、p型シリコン半導体基板3の受光面側にn型不純物層4が形成され、裏面側(非受光面側)にp+層(またはp++層)5が形成されたものである。このシリコン半導体基板2の受光面側には、反射防止膜6およびグリッド電極7が形成されている。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a
一方、シリコン半導体基板2の裏面側には、アルミニウム焼結層8が形成されている。このアルミニウム焼結層8は、シリコン半導体基板2側から順に、アルミニウムシリコン混合層9、アルミニウム層10となっている。また、アルミニウム焼結層8上には、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなる導電性有機樹脂層11が形成されている。ここで、アルミニウム焼結層8とこの導電性有機樹脂層11とからなるものが、本発明におけるアルミニウム電極12である。
On the other hand, an aluminum sintered
本発明の太陽電池セル1では、このような導電性有機樹脂層11を設けることで、この導電性有機樹脂層11を電極として用いることができると共に、シリコン半導体基板2を強化するものとして用いることができる。このため、太陽電池モジュールを製造するための後工程等で太陽電池セル1のシリコン半導体基板2に過度な応力が加わった場合でも、シリコン半導体基板2の割れを抑制することができる。
In the
特に、太陽電池セル1を軽量化するためにシリコン半導体基板2を例えば厚さ200μm以下に薄型化した場合、アルミニウム焼結層8を形成する際にシリコン半導体基板2に大きな反りが発生しやすく、後工程等で割れやすくなるが、このような導電性有機樹脂層11を設けることで、後工程等でのシリコン半導体基板2における割れを有効に抑制することができる。
In particular, when the
本発明の太陽電池セル1では、図2に示すように、導電性有機樹脂層11上にさらに有機樹脂系のフィルムからなる保護フィルム13を設けることが好ましい。このような保護フィルム13を設けることで、さらにシリコン半導体基板2を強化することができる。このため、太陽電池モジュールを製造するための後工程等で太陽電池セル1のシリコン半導体基板2に過度な応力が加わった場合でも、シリコン半導体基板2の割れをさらに有効に抑制することができる。
In the
なお、図2に示す太陽電池セル1では、導電性有機樹脂層11の略全面に保護フィルム13を設けているが、太陽電池モジュールを製造するための他の太陽電池セルとの配線による接続等のために、保護フィルム13の一部に厚さ方向に貫通する貫通孔を設けてもよい。
In the
本発明に用いられるシリコン半導体基板2は、太陽電池セル1の薄型化、軽量化の観点から、厚さが200μm以下であることが好ましい。シリコン半導体基板2がこのような薄いものの場合、特にアルミニウム焼結層8を形成する際に、大きな反りが発生しやすく、後工程等で割れやすくなる。しかし、このようなものに導電性有機樹脂層11、さらには保護フィルム13を設けることで、後工程等での割れをより有効に抑制することができる。
The
シリコン半導体基板2としては非結晶系または結晶系のシリコンを適用することができるが、結晶系のシリコンを適用することが好ましい。結晶系のシリコンとしては、単結晶系または多結晶系のいずれであってもよい。シリコン半導体基板2の受光面側には、太陽電池セル1の発電効率を高めるために、テクスチャ構造が形成されていてもよい。
Amorphous or crystalline silicon can be applied as the
シリコン半導体基板2におけるp+層5の厚さは6μm以上であることが好ましい。p+層5の厚さが6μm未満であると、BSF効果が著しく低下する。p+層5の厚さの上限値は、シリコン半導体基板2に発生する反り等の要因にならない限り必ずしも限定されるものではないが、40μm程度とすることが好ましい。
The thickness of the p + layer 5 in the
また、p+層5の表面抵抗は12Ω/□以下であることが好ましい。p+層5の表面抵抗が12Ω/□を超えると、BSF効果が著しく低下する。p+層5の表面抵抗の下限値は必ずしも限定されるものではないが、1.0Ω/□程度であれば十分である。 The surface resistance of the p + layer 5 is preferably 12Ω / □ or less. When the surface resistance of the p + layer 5 exceeds 12 Ω / □, the BSF effect is significantly reduced. The lower limit value of the surface resistance of the p + layer 5 is not necessarily limited, but about 1.0Ω / □ is sufficient.
シリコン半導体基板2の裏面側に形成されるアルミニウム焼結層8の厚さは、シリコン半導体基板2(p型シリコン半導体基板3、n型不純物層4およびp+層5)全体の厚さに対して20%以下であることが好ましい((アルミニウム焼結層8の厚さ/シリコン半導体基板2の厚さ)×100≦20[%])。
The thickness of the aluminum sintered
アルミニウム焼結層8の厚さが上記厚さの比を超える場合、シリコン半導体基板2の裏面側にアルミニウム焼結層8を形成する際に、シリコン半導体基板2に大きな反りが発生し、シリコン半導体基板2が割れやすいものとなる。特に、シリコン半導体基板2の厚さが200μm以下といった薄いものの場合、このようなことが顕著となる。本発明では、アルミニウム焼結層8の厚さをシリコン半導体基板2の厚さの20%以下とすることで、シリコン半導体基板2の厚さが200μm以下であっても、その反りの発生を少なくし、割れにくいものとすることができる。
When the thickness of the aluminum sintered
アルミニウム焼結層8上に形成される導電性有機樹脂層11は、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなるものである。具体的には、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストを乾燥させ、加熱により融着あるいは硬化させることにより形成されるものである。
The conductive
導電性有機樹脂層11の厚さは必ずしも限定されるものではないが、保護フィルム13を設けない場合、後工程等でのシリコン半導体基板2の割れを有効に抑制する観点から、10μm以上とすることが好ましい。また、厚さの上限値は、軽量化や薄型化の観点から、50μm以下とすることが好ましい。
The thickness of the conductive
また、保護フィルム13を設ける場合は、主として保護フィルム13によってシリコン半導体基板2が強化され、後工程等での割れが抑制されることから、導電性有機樹脂層11の厚さは上記したような保護フィルム13を設けないものより薄くてもよく、5μm以上とすればよい。また、厚さの上限値は、軽量化や薄型化の観点から、30μm以下とすることが好ましい。
Moreover, when providing the
また、導電性有機樹脂層11はシリコン半導体基板2の強化、あるいは、シリコン半導体基板2(アルミニウム焼結層8)上への保護フィルム13の接着の役割の他に、電極としての役割も兼ねるものであることから、その電気抵抗率はできるだけ小さいことが好ましく、1×10−5Ω・cm以下であることが好ましい。また、配線の接続等をはじめとする後工程等における熱的安定性の観点から、導電性有機樹脂層11はガラス転移温度が200℃以上であることが好ましい。
The conductive
導電性有機樹脂層11を構成する有機樹脂、すなわち導電性ペーストを構成する有機樹脂は、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の中から選ばれる少なくとも1種の樹脂である。熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂としては、必ずしも限定されるものではなく、公知の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。
The organic resin constituting the conductive
具体的な熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の例としては、例えばエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルホルマール、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキシド、ポリブチレンテレフタレート、強化ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン等が挙げられる。これらの樹脂は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of specific thermosetting resins and thermoplastic resins include, for example, epoxy resins, phenoxy resins, phenol resins, urethane resins, polyimide resins, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl formal, polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene oxide. , Polybutylene terephthalate, reinforced polyethylene terephthalate, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyether ketone and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
導電性粒子としては、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、アルミニウム粉末等の金属粉末が挙げられる。これらの中でも、軽量性、耐食性に優れ、かつ電気伝導性が良好であることから、アルミニウム粉末が好適なものとして挙げられる。また、導電性粒子の含有量は、導電性有機樹脂層11の全体中、70重量%以上であることが好ましい。導電性有機樹脂層11中の導電性粒子の含有量が上記含有量未満であると、導電性有機樹脂層11の電気抵抗率が上記したような電気抵抗率とならないおそれがあるため好ましくない。
Examples of the conductive particles include metal powders such as silver powder, copper powder, nickel powder, and aluminum powder. Among these, aluminum powder is preferable because it is excellent in lightness and corrosion resistance and has good electrical conductivity. Moreover, it is preferable that content of electroconductive particle is 70 weight% or more in the whole electroconductive
また、保護フィルム13は、公知の有機樹脂フィルムであればよく、例えば、ポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム等が挙げられる。これらの中でも耐熱性の観点から、ポリイミドフィルムが好適なものとして挙げられる。
Moreover, the
保護フィルム13の厚さは必ずしも限定されるものではないが、後工程等でのシリコン半導体基板2の割れをより有効に抑制する観点から、10μm以上とすることが好ましい。また、太陽電池セル1全体の厚さや重量の増加を抑制する観点から、保護フィルム13の厚さは50μm以下とすることが好ましい。
Although the thickness of the
次に、本発明の太陽電池セル1の製造方法について説明する。まず、引き上げ法により製造される単結晶シリコン基板あるいは鋳造法により製造される多結晶シリコン基板を用意する。このような単結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板としては、上記したような厚さが200μm以下のものが好適に用いられる。そして、このシリコン基板がp型である場合、このp型シリコン基板3にpn接合を形成するためのn型不純物層4を形成する。
Next, the manufacturing method of the
さらに、このn型不純物層4が形成されたp型シリコン基板3の裏面側(p型シリコン基板3側)の全面にスクリーン印刷法を用いて、アルミニウム含有ペーストを塗布してアルミニウム含有ペースト層を形成する。
Further, an aluminum-containing paste layer is formed by applying an aluminum-containing paste on the entire back surface side (p-
この際、後述する焼成により発生するp型シリコン基板3等における反りを抑制するため、所定のBSF効果が得られる程度のp+層5を形成できる範囲内で、アルミニウム含有ペースト層は極力薄く形成することが好ましい。具体的には、上記したように、最終的に得られるシリコン半導体基板2(p型シリコン半導体基板3、n型不純物層4およびp+層5)全体の厚さに対してアルミニウム焼結層8の厚さが20%以下となるように、アルミニウム含有ペースト層の厚さを調整することが好ましい。
At this time, the aluminum-containing paste layer is formed as thin as possible within a range in which the p + layer 5 having a predetermined BSF effect can be formed in order to suppress warpage in the p-
アルミニウム含有ペーストの組成は必ずしも限定されるものではないが、少なくともアルミニウム粉末を含むものであって、その他にガラスフリット、有機ビヒクル等を含むものである。アルミニウム粉末としては、平均粒径が2〜20μmであるものが好適に用いられ、このようなものとしては市販のアトマイズ粉末が好適に用いられる。 The composition of the aluminum-containing paste is not necessarily limited, but includes at least aluminum powder, and additionally contains glass frit, organic vehicle, and the like. As the aluminum powder, those having an average particle diameter of 2 to 20 μm are suitably used, and commercially available atomized powder is suitably used as such an aluminum powder.
一方、p型シリコン基板3の受光面側には、スクリーン印刷法を用いて銀ペーストを印刷、乾燥し、銀ペースト層を形成する。
On the other hand, on the light-receiving surface side of the p-
その後、この受光面側、裏面側のそれぞれに銀ペースト層、アルミニウムペースト層が形成されたものを一括して焼成する。この焼成により、アルミニウム含有ペースト層中のアルミニウムが不純物としてp型シリコン基板3中に拡散し、高濃度の不純物を含んだp+層5がp型シリコン基板3の裏面側に形成される。また、裏面側のアルミニウムペースト層はアルミニウム焼結層8(アルミニウムシリコン混合層9およびアルミニウム層10)となる。
Thereafter, the silver paste layer and the aluminum paste layer formed on each of the light receiving surface side and the back surface side are baked together. By this firing, aluminum in the aluminum-containing paste layer is diffused as impurities into the p-
焼成温度は600℃以上850℃以下とすることが好ましく、650℃以上800℃以下とすればより好ましい。焼成温度が600℃未満であるとBSF効果をもたらすp+層5が十分に形成されないおそれがある。特に、焼成時に発生するp型シリコン基板3等における反りを抑制するためアルミニウム含有ペースト層を薄く形成した場合、p+層5の形成が不十分となりやすい。また、焼成温度が850℃を超えると、アルミニウムとシリコンとの熱膨張係数の差が著しく大きくなり、焼成後のp型シリコン基板3等における反りが大きくなりやすい。このような焼成では、焼成温度と共に、アルミニウム含有ペースト層の厚さや焼成時の雰囲気等を調整することにより、例えばp+層5の厚さを6μm以上することができると共に、p+層5の表面抵抗を12Ω/□以下とすることができる。
The firing temperature is preferably 600 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, and more preferably 650 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. If the firing temperature is less than 600 ° C., the p + layer 5 that brings about the BSF effect may not be sufficiently formed. In particular, when the aluminum-containing paste layer is formed thin in order to suppress warping in the p-
そして、アルミニウム焼結層8が形成されたシリコン半導体基板2には、そのアルミニウム焼結層8上に導電性有機樹脂層11、または、導電性有機樹脂層11および保護フィルム13を形成する。
Then, on the
導電性有機樹脂層11を単独で設ける場合には、例えば導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストをアルミニウム焼結層8の略全面に塗布して、乾燥させた後、これを加熱して融着あるいは硬化させることにより、アルミニウム焼結層8上に導電性有機樹脂層11を設けることができる。
When the conductive
また、導電性有機樹脂層11と保護フィルム13とを設ける場合には、以下のようにして行うことができる。まず、図3に示すように、予め保護フィルム13上に導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストを塗布して、乾燥させることにより、保護フィルム13上に導電性有機樹脂層11が形成されたシート状積層体20を製造する。
Moreover, when providing the conductive
その後、アルミニウム焼結層8が形成されたシリコン半導体基板2のアルミニウム焼結層8上に、このシート状積層体20をその導電性有機樹脂層11側がアルミニウム焼結層8側となるようにして接触させて配置する。さらに、これらを加熱することにより導電性有機樹脂層11を融着あるいは硬化させて、アルミニウム焼結層8上に保護フィルム13を固定する。
Thereafter, the sheet-
保護フィルム13に厚さ方向の貫通孔を設ける場合には、例えば予め貫通孔が設けられた保護フィルム13を用いてシート状積層体20を製造し、これを上記したようにアルミニウム焼結層8が形成されたシリコン半導体基板2上に固定する。
When providing the through-hole of the thickness direction in the
また、例えば貫通孔を有しない保護フィルム13を用いてシート状積層体20を製造し、これを上記したようにアルミニウム焼結層8が形成されたシリコン半導体基板2上に固定した後、表面に露出している保護フィルム13の一部を市販のレーザ加工機等を用いて除去することにより貫通孔を形成してもよい。
Further, for example, the sheet-
導電性有機樹脂層11を形成するために用いられる導電性ペーストは、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の少なくとも1種に導電性粒子が含有されたものである。また、導電性ペーストには、硬化剤、硬化促進剤、溶剤、その他の添加剤を含有させることができる。
The conductive paste used to form the conductive
熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂としては、必ずしも限定されるものではなく、公知の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。 The thermosetting resin and the thermoplastic resin are not necessarily limited, and known thermosetting resins or thermoplastic resins can be used.
具体的な熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の例としては、例えばエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルホルマール、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキシド、ポリブチレンテレフタレート、強化ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン等が挙げられる。これらの樹脂は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of specific thermosetting resins and thermoplastic resins include, for example, epoxy resins, phenoxy resins, phenol resins, urethane resins, polyimide resins, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl formal, polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene oxide. , Polybutylene terephthalate, reinforced polyethylene terephthalate, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyether ketone and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
また、導電性粒子としては、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、アルミニウム粉末等の金属粉末が挙げられる。これらの中でも、軽量性、耐食性に優れ、かつ電気伝導性が良好であることから、アルミニウム粉末が好適なものとして挙げられる。 Examples of the conductive particles include metal powders such as silver powder, copper powder, nickel powder, and aluminum powder. Among these, aluminum powder is preferable because it is excellent in lightness and corrosion resistance and has good electrical conductivity.
導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストは、加熱により融着あるいは硬化させた後の導電性有機樹脂層11の電気抵抗率が1×10−5Ω・cm以下となるように、調整されていることが好ましい。また、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストは、加熱により融着あるいは硬化させた後の導電性有機樹脂層11のガラス転移温度が200℃以上となるように調整されていることが好ましい。
The conductive paste containing the conductive particles and the organic resin is such that the electrical resistivity of the conductive
導電性有機樹脂層11の電気抵抗率を上記範囲とするためには、例えば加熱により融着あるいは硬化させた後の導電性有機樹脂層11中の導電性粒子の含有量が70重量%以上となるように、導電性ペーストの組成を調整する。また、加熱により融着あるいは硬化させた後の導電性有機樹脂層11のガラス転移温度を200℃以上とするには、例えば硬化後のガラス転移温度が200℃以上となるような有機樹脂を選択することにより行うことができる。
In order to set the electrical resistivity of the conductive
以下、本発明を実施例を参照してさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1〜4)
まず、公知の方法により、受光面側にn型不純物層4が形成されたp型シリコン基板3を用意した。なお、この受光面側にn型不純物層4が形成されたp型シリコン基板3は、大きさが5インチ(127mm)×5インチ(127mm)であり、厚みが表1に示すような厚さを有するものである。
(Examples 1-4)
First, a p-
そして、p型シリコン基板3の裏面側に180メッシュのスクリーン印刷板を用いてアルミニウム含有ペーストを塗布、乾燥した後、焼成して、p型シリコン基板3の裏面側にアルミニウム焼結層8(アルミニウムシリコン混合層9およびアルミニウム層10)を形成した。
Then, an aluminum-containing paste is applied to the back side of the p-
ここで、アルミニウム含有ペーストは、アルミニウム粉末を60〜75質量%、ガラスフリットを0.3〜5.0質量%、有機ビヒクルを20〜30質量%の範囲内で含有するものを用いた。具体的には、エチルセルロースをグリコールエーテル系有機溶剤に溶解した有機ビヒクルに、アルミニウム粉末とB2O3−SiO2−PbO系のガラスフリットを加え、周知の混合機にて混合することによりアルミニウム含有ペーストとしたものである。アルミニウム含有ペーストを塗布する厚さは、焼成により得られるアルミニウム焼結層8の厚さが表1に示すような厚さとなるように塗布する厚さを調整した。また、焼成は、赤外線焼成炉にて、400℃/分の昇温速度で加熱し、710〜720℃の温度で30秒間保持する条件で行った。
Here, as the aluminum-containing paste, one containing 60 to 75% by mass of aluminum powder, 0.3 to 5.0% by mass of glass frit, and 20 to 30% by mass of organic vehicle was used. Specifically, aluminum powder and B 2 O 3 —SiO 2 —PbO glass frit are added to an organic vehicle in which ethyl cellulose is dissolved in a glycol ether organic solvent, and the mixture is mixed with a known mixer to contain aluminum. It is a paste. The thickness for applying the aluminum-containing paste was adjusted so that the thickness of the aluminum sintered
このようにしてアルミニウム焼結層8が形成されたp型シリコン基板について、実際に断面を光学顕微鏡で観察して、アルミニウム焼結層8の厚さを10箇所測定した。アルミニウム焼結層8の厚さの平均値を表1の「アルミニウム焼結層の厚さ」の欄に示す。
Thus, about the p-type silicon substrate in which the aluminum sintered
また、このアルミニウム焼結層8が形成されたp型シリコン基板3について、p+層5の表面抵抗の測定を行った。まず、アルミニウム焼結層8が形成されたp型シリコン基板3を塩酸水溶液に浸漬することによって、アルミニウム焼結層8を溶解除去した。そして、p+層5が形成されたp型シリコン基板3の表面抵抗を4端子式表面抵抗測定器(ナプソン社製RG−5型シート抵抗測定器)を用いて測定した。測定条件は電圧を40mV、電流を1mA、表面に与えられる荷重を200gf(1.96N)とした。表面抵抗の測定値を表1の「表面抵抗」の欄に示す。
Further, for the p-
次に、保護フィルム13として、大きさが上記p型シリコン基板3と略同様であり、厚さが25μmのポリイミドフィルムを用意した。この保護フィルム13の一方の主面上に導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストを塗布、乾燥し、図3に示すような保護フィルム13上に導電性有機樹脂層11が形成されたシート状積層体20を得た。
Next, a polyimide film having a size substantially the same as that of the p-
なお、導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストとしては、アルミニウム粉末を80〜95質量%、イミド変性エポキシ樹脂組成物を5〜15質量%、溶剤を5〜10質量%の範囲内で配合、混合したものを用いた。なお、この導電性ペーストは、硬化後の電気抵抗率が9×10−6Ω・cm、ガラス転移温度が210℃(DMA法)となるものである。また、この導電性ペーストを塗布する厚さは、p型シリコン基板3のアルミニウム焼結層8上に接着させた後の厚さが20μmとなるように、調整した。
In addition, as a conductive paste containing conductive particles and an organic resin, the aluminum powder is in the range of 80 to 95% by mass, the imide-modified epoxy resin composition is in the range of 5 to 15% by mass, and the solvent is in the range of 5 to 10% by mass. What was blended and mixed in was used. This conductive paste has an electrical resistivity after curing of 9 × 10 −6 Ω · cm and a glass transition temperature of 210 ° C. (DMA method). The thickness of the conductive paste applied was adjusted so that the thickness after adhering onto the aluminum sintered
そして、上記したようにして製造されたアルミニウム焼結層8を有するp型シリコン基板3のアルミニウム焼結層8上に、シート状積層体20をその導電性有機樹脂層11側がアルミニウム焼結層8側となるように配置した。さらに、これらを170℃で熱処理して、図2に示すようなアルミニウム焼結層8上に導電性有機樹脂層11、保護フィルム13が順に設けられた太陽電池セル1を製造した。
And on the aluminum sintered
(実施例3、4)
実施例1、2と同様にして、アルミニウム焼結層8が形成されたp型シリコン基板3を製造し、アルミニウム焼結層8の厚さおよびp+層5の表面抵抗の各測定を行った。また、同様にして製造されたアルミニウム焼結層8を有するp型シリコン基板3のアルミニウム焼結層8の全面に、実施例1、2で用いたものと同様な導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストを塗布し、170℃で熱処理することにより硬化させ、図1に示すようなアルミニウム焼結層8上に導電性有機樹脂層11が形成された太陽電池セル1を製造した。
(Examples 3 and 4)
In the same manner as in Examples 1 and 2, the p-
(比較例1〜5)
p型シリコン基板として表1に示すような厚さのものを用い、アルミニウム焼結層の厚さが表1に示すような厚さとなるようにしたこと以外は、上記実施例と同様にしてアルミニウム焼結層を有するp型シリコン基板を製造し、これを太陽電池セルとした。そして、この太陽電池セルについて、アルミニウム焼結層の厚さ、p+層の表面抵抗の各測定を行った。なお、ここで製造した太陽電池セルは、実施例で設けたような導電性有機樹脂層および保護フィルムのいずれも設けていないものである。
(Comparative Examples 1-5)
Aluminum was used in the same manner as in the above example, except that a p-type silicon substrate having a thickness as shown in Table 1 was used and the thickness of the aluminum sintered layer was as shown in Table 1. A p-type silicon substrate having a sintered layer was manufactured and used as a solar battery cell. And about this solar cell, each measurement of the thickness of an aluminum sintered layer and the surface resistance of a p + layer was performed. In addition, the photovoltaic cell manufactured here does not provide either the conductive organic resin layer or the protective film as provided in the examples.
次に、実施例および比較例の太陽電池セルについて、反り量の測定および割れやすさを評価した。 Next, the measurement of the amount of warpage and the ease of cracking were evaluated for the solar cells of the examples and comparative examples.
反り量の測定は、例えば図4に示すように、実施例の太陽電池セル1については導電性有機樹脂層11(実施例3、4)または保護フィルム13(実施例1、2)が露出している側を上にして、太陽電池セル1の四隅の一端を矢印で示すように押さえて、その対角に位置する一端の浮き上がり量x(基板の厚みを含む)を測定した。また、このような導電性有機樹脂層や保護フィルムが形成されていない比較例の太陽電池セルについては、アルミニウム焼結層が露出している側を上にして同様に測定を行った。測定結果を表1の「反り」の欄に示す。
For example, as shown in FIG. 4, the conductive organic resin layer 11 (Examples 3 and 4) or the protective film 13 (Examples 1 and 2) is exposed for the
また、割れやすさの評価は以下のようにして行った。すなわち、20個の太陽電池セルを用い、それらの電気的接続等を行い太陽電池モジュールを製造し、その製造工程で割れが発生した太陽電池セルの個数を測定した。結果を表1の「割れ」の欄に示す。なお、表1中、「○」は割れの発生がなかったことを示し、「△」は割れの発生が3個以下であったことを示し、「×」は割れの発生が5個を超えたことを示す。 Moreover, the evaluation of the ease of cracking was performed as follows. That is, 20 solar cells were used to make electrical connections and the like to manufacture a solar cell module, and the number of solar cells that were cracked in the manufacturing process was measured. The results are shown in the “crack” column of Table 1. In Table 1, “◯” indicates that no cracks occurred, “Δ” indicates that cracks occurred 3 or less, and “×” indicates that cracks exceeded 5 It shows that.
表1から明らかなように、比較例の太陽電池セルは全体的に割れの発生が多くなることが認められた。なお、比較例1については、アルミニウム焼結層の厚さが薄いために割れの発生は抑制されているものの、p+層の表面抵抗が高くなっており、実用的ではないことが認められた。 As is clear from Table 1, it was confirmed that the solar cells of the comparative example were more likely to crack as a whole. In Comparative Example 1, although the generation of cracks was suppressed because the thickness of the aluminum sintered layer was thin, it was recognized that the surface resistance of the p + layer was high and not practical. .
これに対して導電性有機樹脂層11を設けた実施例の太陽電池セル1は、いずれも割れの発生が少なくなることが認められた。特に、導電性有機樹脂層11と共に、保護フィルム13を設けた実施例1、2の太陽電池セル1は、割れの発生が抑制されていることが認められた。
On the other hand, it was recognized that the
1…太陽電池セル、2…シリコン半導体基板、3…p型シリコン半導体基板、4…n型不純物層、5…p+層、6…反射防止膜、7…グリッド電極、8…アルミニウム焼結層、9…アルミニウムシリコン混合層、10…アルミニウム層、11…導電性有機樹脂層、12…アルミニウム電極、13…保護フィルム
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アルミニウム電極は、前記シリコン半導体基板の非受光面側へのアルミニウム含有ペーストの塗布、焼成により形成されたアルミニウム焼結層と、前記アルミニウム焼結層上に形成された導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストから形成された導電性有機樹脂層とからなることを特徴とする太陽電池セル。 A solar cell comprising a silicon semiconductor substrate and an aluminum electrode formed on the non-light-receiving surface side of the silicon semiconductor substrate,
The aluminum electrode includes an aluminum sintered layer formed by applying and baking an aluminum-containing paste on the non-light-receiving surface side of the silicon semiconductor substrate, and conductive particles and an organic resin formed on the aluminum sintered layer. And a conductive organic resin layer formed from a conductive paste containing a solar cell.
保護フィルム上に導電性粒子と有機樹脂とを含有する導電性ペーストからなる導電性有機樹脂層が形成されたシート状積層体を前記アルミニウム焼結層上に積層する工程と
を有することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 Applying an aluminum-containing paste on a silicon semiconductor substrate and then baking to form an aluminum sintered layer;
And laminating a sheet-like laminate in which a conductive organic resin layer made of a conductive paste containing conductive particles and an organic resin is formed on a protective film on the aluminum sintered layer. The manufacturing method of the photovoltaic cell.
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