JP2009182290A - Solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、シリコン基板を用いた太陽電池とその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell using a silicon substrate and a manufacturing method thereof.
太陽電池の基板の裏面には、発生したキャリアがその表面で再結合によって消失することを防ぐために、表面近傍に逆電界領域が形成されており、この逆電界領域で裏面に移動してきた少数キャリアを追い返す機能が付与されている。この逆電界領域はBSF層と呼ばれる。太陽電池においては、光の入射によって発生したキャリアを効率よく捕獲するために、太陽電池の裏面(受光面に対して反対側の基板面)に、BSF層が形成されている。このようなBSF層(逆電界領域)の形成のためには、裏面電極の作製時に、p型の太陽電池の基板に対してp+型の導電型を有する領域が同時に形成されるような方法が取られている。 In order to prevent the generated carriers from disappearing due to recombination on the surface of the substrate of the solar cell, a reverse electric field region is formed in the vicinity of the surface, and minority carriers that have moved to the back surface in this reverse electric field region The function to repel is given. This reverse electric field region is called a BSF layer. In a solar cell, a BSF layer is formed on the back surface (substrate surface opposite to the light receiving surface) of the solar cell in order to efficiently capture carriers generated by the incidence of light. In order to form such a BSF layer (reverse electric field region), there is a method in which a region having a p + type conductivity type is simultaneously formed on a substrate of a p type solar cell when a back electrode is formed. Has been taken.
このBSF層の形成を含めた裏面電極の作製方法としては、多結晶シリコン型の太陽電池の場合には、多結晶シリコン基板の裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷により形成し、焼成時にアルミニウムペーストから基板内部へのアルミニウムの拡散によってp+型の導電層(BSF層)の形成と、アルミニウムによる裏面電極の作製とを同時に行う方法が低コストな作製方法として用いられている。 In the case of a polycrystalline silicon type solar cell, an aluminum paste is formed on the back surface of the polycrystalline silicon substrate by screen printing, and the substrate is made from the aluminum paste during firing. A method of simultaneously forming a p + type conductive layer (BSF layer) by the diffusion of aluminum into the interior and the back electrode using aluminum is used as a low cost manufacturing method.
その他、太陽電池に関する発明として、光励起キャリアの再結合を防止するために、シリコン原子と炭素原子を含有した層を形成し、該層のバンドギャップが層厚方向になめらかに変化した太陽電池が提案されている(特許文献1〜3参照。)。これらの文献においては、AlSiを裏面オーミック電極として使用する方法が記述されている。
In addition, as an invention related to a solar cell, a solar cell in which a layer containing silicon atoms and carbon atoms is formed to prevent recombination of photoexcited carriers and the band gap of the layer changes smoothly in the layer thickness direction is proposed. (See
また、宇宙用途に適するように、太陽電池シリコン基板と背面電極を電気的に接続するために形成された背面絶縁層における複数の開口の開口率を最適化する方法が、特許文献4に提案されている。該文献においては、AlとTi−Pd−Agを積層して、電極とBSF層を形成する方法が記述されている。また、太陽電池セルの反りを解消するために電極形成においてAlを積層して熱処理する方法(特許文献5参照。)や、太陽電池セルの割れを防止するため電極形成においてにAlと無機物繊維を積層する方法(特許文献6参照。)が提案されている。 Further, Patent Document 4 proposes a method for optimizing the aperture ratio of a plurality of openings in a back insulating layer formed to electrically connect a solar cell silicon substrate and a back electrode so as to be suitable for space applications. ing. This document describes a method of forming an electrode and a BSF layer by laminating Al and Ti—Pd—Ag. Moreover, in order to eliminate the curvature of a photovoltaic cell, the method of laminating and heat-treating Al in electrode formation (see Patent Document 5), or in the formation of an electrode to prevent cracking of the photovoltaic cell, Al and inorganic fibers are used. A method of stacking has been proposed (see Patent Document 6).
また、太陽電池の電気的性能とはんだの接着性を改善する方法が特許文献7〜9に提案されている。これらの文献においては、AlとAgを積層して熱処理する工程により、電極とBSF層を形成する方法が記述されている。
Further,
裏面電極材料としては上記のように、基板と裏面電極とのオーミックコンタクトの獲得や、裏面電極と接続部材との半田付け性の改善等については種々の検討が行われている。 As described above, various studies have been made on obtaining the ohmic contact between the substrate and the back electrode and improving the solderability between the back electrode and the connecting member as the back electrode material.
しかしながら、裏面電極におけるプロセス上の問題として、裏面電極ペーストをスクリーン印刷により形成した後の焼成工程に於いて、焼成条件あるいは電極ペーストの印刷膜厚を適切に選択しない場合には、焼成後の太陽電池基板裏面電極部に、膨れや、アルミニウムがボール状に突出する欠陥が発生することを挙げることができる。このような欠陥の発生は、電極としての機能が阻害されるのに加え、複数の太陽電池セルをタイリングして並べて一枚の太陽電池パネルとするときに突起の為にセルに割れが生ずることや、セル裏面に貼り付けるバックフィルムを突き破り絶縁不良が生ずる可能性が高くなるなど基板の実装上の障害にも繋がり、製品の性能低下や生産歩留まりの低下となり、好ましくない。 However, as a process problem in the back electrode, in the baking step after the back electrode paste is formed by screen printing, if the baking conditions or the printed film thickness of the electrode paste is not properly selected, the sun after baking It can be mentioned that bulges and defects in which aluminum protrudes in a ball shape occur in the battery substrate back electrode part. In addition to hindering the function as an electrode, the occurrence of such a defect causes a crack in the cell due to a protrusion when a plurality of solar cells are tiled to form a single solar panel. In addition, the back film to be attached to the back surface of the cell may break through the back film, leading to a failure in mounting of the substrate such as an increase in the possibility of poor insulation, resulting in a decrease in product performance and a decrease in production yield.
電極焼成時の電極部分について、裏面電極の大気面側の大部分はペースト中に含まれるアルミニウム粒子形状が持ち越されて形成される多孔質状の部分となり、また電極ペースト中のアルミニウム粒子と基板とが共晶反応により低融点化して発生するアルミニウムシリコン合金融液部が裏面電極と基板との境界部に存在する。上記の欠陥は、発生したアルミニウムシリコン融液が、裏面電極の多孔質部分の機械的に弱い部分を突き破って、大気面側に吹き出すことによって発生するものと考えられる。 As for the electrode portion during electrode firing, the majority of the back surface electrode on the air side becomes a porous portion formed by carrying over the shape of the aluminum particles contained in the paste, and the aluminum particles in the electrode paste and the substrate However, there is an aluminum silicon compound liquid portion generated by lowering the melting point by eutectic reaction at the boundary between the back electrode and the substrate. The defects described above are considered to occur when the generated aluminum silicon melt breaks through a mechanically weak portion of the porous portion of the back electrode and blows out to the air surface side.
また、近年、低コスト化のために多結晶基板の薄板厚化が進んでいるが、基板厚が薄くなった場合、裏面電極に起因して発生する基板の反りを低減することが必要になる。このために、裏面電極は、その発生応力を低減するために、形成厚さを薄くしたり、応力発生の小さい電極ペーストを用いたりしている。しかし、電極厚さを薄くすることで電極強度は低下し、また、低応力ペーストは多くの場合アルミニウム粒子の焼結性が悪く、電極自体の強度の低下を招き易く、これらによる電極強度の低下から、前記欠陥が多く発生する場合がある。また、低応力化のための焼結抑制は、Alの拡散性の低下に繋がりやすく、シリコン基板中へのAlの拡散により形成されるBSF層の形成状態も劣化し、期待される発電効率が得られにくくなる場合がある。 In recent years, the thickness of a polycrystalline substrate has been reduced for cost reduction. However, when the substrate thickness is reduced, it is necessary to reduce the warpage of the substrate caused by the back electrode. . For this reason, in order to reduce the generation | occurrence | production stress, the back surface electrode makes thin formation thickness or uses the electrode paste with little stress generation | occurrence | production. However, reducing the electrode thickness reduces the electrode strength, and low-stress pastes often have poor sinterability of aluminum particles, which tends to reduce the strength of the electrode itself. Therefore, many of the defects may occur. In addition, the suppression of sintering for reducing the stress is likely to lead to a decrease in Al diffusibility, the formation state of the BSF layer formed by the diffusion of Al into the silicon substrate is deteriorated, and the expected power generation efficiency is improved. It may be difficult to obtain.
太陽電池基板の反りの発生量は電極厚さに依存し、電極厚さを厚くすれば基板の反りは大きく、薄くすれば基板の反りは小さくすることが出来る。また、BSF層の形成状態としては、裏面電極の厚さが薄いと十分な形成状態が得られず、厚くすることにより十分なBSF層を得ることが出来るようになる。このような傾向にある両者のバランスをとる条件は、基板厚が薄くなることに伴って狭くなり、更に、電極欠陥の生成を抑制し、全てを満足する構成、プロセス条件を見いだすことは極めて難しい。また、上述した文献の内容は目的が異なり、問題の解決には至らない。 The amount of warpage of the solar cell substrate depends on the electrode thickness. If the electrode thickness is increased, the warpage of the substrate is increased, and if it is decreased, the warpage of the substrate can be decreased. As the formation state of the BSF layer, a sufficient formation state cannot be obtained if the thickness of the back electrode is thin, and a sufficient BSF layer can be obtained by increasing the thickness. The conditions for balancing the two tending in this way become narrower as the substrate thickness becomes thinner, and furthermore, it is extremely difficult to find a configuration and process conditions that satisfy all of them by suppressing the generation of electrode defects. . In addition, the contents of the above-mentioned documents have different purposes and do not solve the problem.
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、焼成後の太陽電池基板裏面電極部において、膨れや、アルミニウムがボール状に突出する欠陥が発生するのを抑制し、かつ裏面電極に起因して発生する基板の反りを低減した太陽電池を得る事を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and suppresses the occurrence of blisters or defects in which aluminum protrudes in a ball shape in the back electrode portion of the solar cell substrate after firing, and the back electrode. An object of the present invention is to obtain a solar cell in which the warpage of the substrate caused by the above is reduced.
本発明に係る太陽電池は、受光面を有するシリコン基板、シリコン基板の受光面に対して反対面側に形成されアルミニウムを含有する第1の電極層、第1の電極層とシリコン基板との間に形成されアルミニウムとシリコンを含有する第2の電極層、第2の電極層とシリコン基板との間に形成されたBSF層を備えて構成される。 A solar cell according to the present invention includes a silicon substrate having a light receiving surface, a first electrode layer containing aluminum formed on the opposite side to the light receiving surface of the silicon substrate, and between the first electrode layer and the silicon substrate. And a second electrode layer containing aluminum and silicon, and a BSF layer formed between the second electrode layer and the silicon substrate.
裏面電極の構成について、第1の電極層としてアルミニウムを主体とし、特に低応力特性を有するペーストとする。また、中間層である第2の電極層として、第1の電極層に対して、低融点であり、BSF形成能力の高い材質であるアルミニウムとシリコンを含有する層を配置する。第2の電極層により、基板焼成時の過剰なアルミニウムシリコン融液の生成を抑制することで裏面電極における突起等の欠陥生成を抑制でき、同時に有効なBSF層を形成することができる。よって、裏面電極部において膨れやアルミニウムがボール状に突出する欠陥が発生するのを抑制し、かつ裏面電極に起因して発生する基板の反りを低減した、低板厚のシリコン基板を用いた太陽電池セルを、高効率で歩留まりよく生産できるようになる。 Regarding the configuration of the back electrode, the first electrode layer is mainly made of aluminum, and particularly a paste having low stress characteristics. Further, as the second electrode layer which is an intermediate layer, a layer containing aluminum and silicon, which is a material having a low melting point and a high BSF forming ability, is disposed with respect to the first electrode layer. The second electrode layer can suppress generation of excessive aluminum silicon melt during substrate baking, thereby suppressing generation of defects such as protrusions on the back electrode, and at the same time, forming an effective BSF layer. Therefore, the sun using a low-thickness silicon substrate that suppresses the occurrence of swelling and defects in which aluminum protrudes in a ball shape in the back electrode part and reduces the warpage of the substrate caused by the back electrode. Battery cells can be produced with high efficiency and high yield.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
(構成)
図5に、本実施の形態に係る太陽電池の構成を示す。太陽電池は多結晶シリコンからなるシリコン基板1を備え、シリコン基板1の光入射面すなわち受光面の表層にはn+伝導層3を有し、n+伝導層3の表面は反射防止膜4によって覆われている。反射防止膜4上には、例えば銀からなる複数の電極5が設けられている。
<
(Constitution)
FIG. 5 shows a configuration of the solar cell according to the present embodiment. The solar cell includes a
また、シリコン基板1の受光面に対して反対面側に形成されアルミニウムを含有する第1の電極層7と、第1の電極層7とシリコン基板1との間に形成され、アルミニウムに対して12重量%シリコンなる組成のアルミニウムとシリコンを含有する第2の電極層6を備える。第1の電極層7の融点は第2の電極層6の融点よりも高い。さらに、第2の電極層6とシリコン基板1との間には、シリコン基板1側にBSF層9、第2の電極層6側に合金層8を備える。
In addition, the
(製法)
図1〜図5は、この発明を実施するための実施の形態1における、太陽電池基板の製造工程を説明するための断面図である。多結晶シリコンからなるシリコン基板1は、図1のように光入射面すなわち受光面となる基板第1面1aと、その裏面である基板第2面1bとを有している。このような厚さ約200μmのシリコン基板1を準備する。
(Manufacturing method)
1-5 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the solar cell substrate in
シリコン基板1はp型の伝導性を持ち、その表面は反射防止のため、図2に示すようにエッチング層2が形成される。シリコン基板1の基板第2面1bは、P型の表層を構成している。また、基板第1面1aの表層にはn+伝導層3を有し、n+伝導層3の表面には反射防止膜4が形成される。基板第1面1aには、例えば銀からなる複数の電極5が形成される。
The
このような構成の光入射面側構造に対し、図3に示すように基板第2面1bに電極が形成される。基板第2面1bの表面に、第2の電極層6となる膜厚約10μmのアルミニウム−12重量%シリコンなる組成を有する粒子を含有する層を、スクリーン印刷法により形成する。すなわち、シリコン基板1の受光面と反対側の表面においてアルミニウムとシリコンを含有する第2の電極層6を形成する。この時の粒子としては、アルミニウムとシリコンの合金粒子でも良いし、所定の割合にアルミニウム粒子とシリコン粒子を混合したものでも構わない。
With respect to the light incident surface side structure having such a configuration, an electrode is formed on the
次に、図4に示すように、この第2の電極層6の表面に、応力発生の小さい構成を有するアルミニウムの粒子を含有した印刷ペーストを用いて、スクリーン印刷法により膜厚約20μmの第1の電極層7を形成する。すなわち、第2の電極層6の表面においてアルミニウムを含有する第1の電極層7を形成する。このとき、第1の電極層7の融点は第2の電極層6の融点よりも高い。
Next, as shown in FIG. 4, the surface of the
さらに、この積層体を大気中にて800℃程度で30秒の熱処理を行う。この熱処理中に第2の電極層6とシリコン基板1の表面(裏面1b)とが反応溶融して、図5に示すように合金層8が形成されるとともに、焼成に伴い第1の電極層7に含まれるアルミニウムが合金層8とシリコン基板1に拡散していき、シリコン基板1と第2の電極層との間にBSF層9が形成される。
Furthermore, this laminated body is heat-treated at about 800 ° C. for 30 seconds in the atmosphere. During this heat treatment, the
また、同時に、第2の電極層6と第1の電極層7とが相互拡散を起こし、第2の電極層6中のシリコン、或いは、第2の電極層6と基板表面が反応溶融した際にシリコン基板1から拡散するシリコンが、焼成中および焼成後の第1の電極層7中にも拡散することとなる。また、同時に第1の電極層7中のアルミニウムも焼成中及び焼成後の第2の電極層6から基板溶融部へ拡散するため、トータルとしての反応部の形成とBSF層9の形成に関与することとなり、いわばアルミニウムの供給源として機能することとなる。さらに、基板第1面の電極5は、反射防止膜4を突き抜けて、n+伝導層3と電気的に接続される。
At the same time, when the
なお、第1の電極層7を形成する低応力型のペーストは、アルミニウム粒子の加工や、添加物によって電極を構成するアルミニウム粒子同志の焼結による緻密化を抑制することで体積収縮を抑え、基板に対する応力発生を抑制するものが多い。この場合には、焼結抑制することが、同時に、電極の強度低下に繋がる場合が多く、低応力型ペーストを裏面電極用として単独で用いた場合には、裏面電極が膨れたり、亀裂が発生し、そこから反応溶融したアルミニウムシリコン合金が表出したりする欠陥が発生しやすい(図6の裏面電極欠陥12参照。)。
The low-stress paste forming the
(効果)
BSF層9の形成は電極と基板界面部の状態に大きく左右され、電極の厚さは、電極基板界面部の状態について、焼成時の雰囲気やアルミニウムの供給といった、重要ではあるが間接的な関与によって影響を与えているものと推定される。また、前記のAlの突起等の裏面電極の欠陥は、電極形成用ペースト中のアルミニウム粒子と基板材料であるシリコンとの共晶反応による低融点化により、何らかの原因で局所的にアルミニウムシリコン融液の生成と電極強度とのバランスで発生することが推定される。
(effect)
The formation of the
上記のような複数の異なる性能を有する電極材料を最適に配置する多層構成とすることにより、裏面欠陥の源となる基板と電極層界面での反応溶融層の発生状態を、完全にではないが、一定の制御を行うことができるようになる。 By adopting a multilayer configuration in which electrode materials having a plurality of different performances as described above are optimally arranged, the generation state of the reaction molten layer at the interface between the substrate that is the source of the back surface defect and the electrode layer is not completely. It becomes possible to perform a certain control.
すなわち、基板と接触する電極部には、BSF形成能力の高い材質を配置しており、またこの第2の電極層6自体の機械的強度が第1の電極層7単独の場合よりも高い為に、電極自体の強度を高めることが可能である。一方で、電極強度が高い分、発生応力が大きいため、薄く形成することが必要であり、そのままでは、十分なBSF層9を形成する環境を整えることが難しいが、この領域以外は直接的にはBSF形成には関与しないため、第2の電極層6上に、低応力アルミニウムペーストにより第1の電極層7を形成しBSF形成を補助させることで、BSF層形成のためのアルミニウムの供給と酸化状態の調整を行うことができ、低応力特性と高いBSF形成能力を両立することができる。
That is, a material having a high BSF forming ability is disposed on the electrode portion in contact with the substrate, and the mechanical strength of the
高いBSF能力形成能力とは、p型伝導性を有するシリコン基板中に拡散して、拡散部にp+伝導性を有効に付与しうるものであり、例えば、基板上の中間層として、上述したようにアルミニウム、シリコンの合金あるいは混合材料を、主構成層としてアルミニウムを用いれば、中間層は主構成層よりも低融点であるため、アルミニウムの拡散を確保できる。 The high BSF capability forming capability means that the p + conductivity can be effectively imparted to the diffusion portion by diffusing into the silicon substrate having p-type conductivity. For example, as the intermediate layer on the substrate, as described above Further, if aluminum, an alloy of silicon, or a mixed material is used as the main constituent layer, the intermediate layer has a lower melting point than the main constituent layer, so that diffusion of aluminum can be secured.
上記構成を用いた裏面電極は、測定プローブによる2端子直接コンタクトによる広がり抵抗法による測定では、BSF層9と見られる裏面電極端から基板内へ形成される低抵抗部は、平均深さとして5.5μmと評価され、この時の裏面欠陥発生数は基板5cm角当たり、ほぼ無しとすることができた。
In the back electrode using the above-described configuration, the low resistance portion formed from the end of the back electrode seen as the
比較のために、従来技術である、太陽電池の裏面電極を、市販低応力アルミニウムペーストによりスクリーン印刷で作製した比較例を説明する。工程としては、上記とほぼ同じであり、電極層の印刷形成が1回、すなわち電極の構成が1種類である点のみ異なる。印刷乾燥後の電極の厚さは平均として約35μmであった。この場合の裏面電極の状態としては、上記と同様にして、基板内の低抵抗部を測定したところ、その深さは平均深さとして5.2μmであった。 For comparison, a comparative example in which the back electrode of a solar cell, which is a conventional technique, is produced by screen printing with a commercially available low-stress aluminum paste will be described. The steps are almost the same as described above, except that the electrode layer is printed once, that is, the electrode configuration is one type. The average thickness of the electrode after printing and drying was about 35 μm. As the state of the back electrode in this case, when the low resistance portion in the substrate was measured in the same manner as described above, the depth was 5.2 μm as an average depth.
前記の試料と比べてやや形成厚さは浅いが、形成状態自体はほぼ同等と考えられる。裏面欠陥については、基板5cm角当たり、10個から20個の裏面電極部膨れや、球状のアルミニウムシリコン合金の突起の生成、欠陥が見られた。これらの欠陥は、太陽電池の信頼性、実装上の生産性の点で好ましくない。また、裏面電極の膜厚や、焼成条件を調整することで有る程度の発生の抑制は可能であるが、製造条件が限定されることは、安定生産、あるいは高い歩留まりを得る上で不利であり、広範な電極構成、焼成条件において欠陥発生の少ない電極構成、材料を適用することが望ましい。 Although the formation thickness is slightly shallower than that of the sample, the formation state itself is considered to be almost the same. Regarding the back surface defects, 10 to 20 back surface electrode bulges, spherical aluminum silicon alloy protrusions, and defects were observed per 5 cm square of the substrate. These defects are not preferable in terms of solar cell reliability and mounting productivity. In addition, it is possible to suppress the occurrence to some extent by adjusting the film thickness of the back electrode and the firing conditions, but the limited production conditions are disadvantageous for stable production or high yield. It is desirable to apply a wide range of electrode configurations and electrode configurations and materials with less defects under firing conditions.
これらの第2の電極層6すなわち中間層は、熱処理初期に、基板と電極との境界部に存在すれば効果を発現しうるため、厚く形成する必要はなく、主構成層より薄く、2〜3μm程度の厚さがあれば良い。形成手法としても特に限定はないが、スクリーン印刷法や、薄く形成する場合には、スピンコート法やスプレー塗布を行っても良い。 These second electrode layers 6, that is, the intermediate layers can exhibit an effect if they are present at the boundary between the substrate and the electrode in the initial stage of the heat treatment, and therefore do not need to be formed thicker and are thinner than the main constituent layers. A thickness of about 3 μm is sufficient. Although there is no particular limitation on the forming method, a spin coating method or spray coating may be performed in the case of a screen printing method or when forming a thin film.
<実施の形態2>
(構成)
図5に、本実施の形態に係る太陽電池の構成を示す。本実施の形態においては複数の太陽電池が用意され、それぞれの第2の電極層6におけるアルミニウムとシリコンは、異なる組成により構成される。なお、第2の電極層6のアルミニウムに対するシリコンの含有量は、2重量%以上かつ15重量%以下が、本実施の形態における好適な範囲である。
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(Constitution)
FIG. 5 shows a configuration of the solar cell according to the present embodiment. In the present embodiment, a plurality of solar cells are prepared, and aluminum and silicon in each
その他の構成は実施の形態1と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
(製法)
本実施の形態において、第1の電極層7は実施の形態1と同じアルミニウムペーストが用いられるが、第2の電極層6の形成は、図7の試料1〜7に記載したアルミニウムシリコンペーストが用いられる。それぞれのペーストは、アルミニウムとシリコンの組成、または金属粉の種類(混合粉または合金粉)が異なる。焼成前の第2の電極層6のアルミニウムに対するシリコンの含有量は、2重量%以上かつ15重量%以下が、本実施の形態における好適な範囲である。
(Manufacturing method)
In the present embodiment, the same aluminum paste as in the first embodiment is used for the
なお、図7にはこのときの基板内の第2の電極層6の形成厚さ、低抵抗領域の形成深さ、および裏面電極欠陥の生成量についても示されている。第2の電極層6の形成厚さは、印刷乾燥後の厚さである。
FIG. 7 also shows the formation thickness of the
その他の製法は実施の形態1と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。 Since other manufacturing methods are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
(効果)
図7より、同じ組成であっても混合粉を用いるか合金粉を用いるかによって差が見られるが、BSF層6と見られる基板中の低抵抗層の厚さからすると、第2の電極6層のアルミニウムシリコン組成として15重量%以下が実質上有効であり、シリコン含有量が20重量%となると低抵抗層の形成はあるものの薄い生成深さとなるため、部分的に低抵抗領域の生成が十分ではない部分も生じている可能性が高まり、安定性生産上に懸念が生ずる。
(effect)
From FIG. 7, even if the composition is the same, a difference can be seen depending on whether the mixed powder or the alloy powder is used. From the viewpoint of the thickness of the low resistance layer in the substrate, which is regarded as the
また、シリコン量1重量%の場合には、実施の形態1において比較として示した試料と比べて、裏面欠陥の発生量に差が無くなり、有効性が低下する。よって、第2の電極層6のアルミニウムに対するシリコンの含有量は2重量%以上かつ15重量%以下が有効である。
Further, when the silicon amount is 1% by weight, there is no difference in the amount of back surface defects compared to the sample shown as a comparison in the first embodiment, and the effectiveness is reduced. Therefore, it is effective that the content of silicon with respect to aluminum in the
許容される欠陥発生数としては、欠陥の大きさにもよるため、一義的に決定できないが、発生が無ければ最も良いが、5cm角に1個程度に抑制されれば、実質上問題は無い。 The allowable number of defects that can be generated cannot be determined uniquely because it depends on the size of the defect, but it is best if there are no defects. .
このように、中間層のアルミニウムシリコンの組成を形成時から限定することで、裏面電極欠陥発生に関連する電極、基板界面部でのアルミニウムシリコン融液の形成状態を制御することが出来るため、欠陥発生を抑制することができる。有効な組成範囲としては、アルミニウム融点より低い融点を有するアルミニウムシリコン組成であれば効果を有する。 Thus, by limiting the composition of the aluminum silicon of the intermediate layer from the time of formation, it is possible to control the formation state of the aluminum silicon melt at the interface portion of the electrode and the substrate related to the generation of the back surface electrode defect. Occurrence can be suppressed. As an effective composition range, an aluminum silicon composition having a melting point lower than the aluminum melting point is effective.
上記結果すなわち融点の観点から、アルミニウムに対するシリコンの含有率は、概ね明確に融点が低下する2重量%から、アルミニウムの融点に近接する15重量%程度が有効であるが、特性的に更に好適な範囲としては、最も融点が低下する共晶組成である12%シリコンから、基板側のシリコンがやや溶け込むことが出来る、よりアルミニウム富化組成域が有効である。 From the above result, that is, from the viewpoint of the melting point, the silicon content with respect to aluminum is effective from about 2% by weight where the melting point is clearly reduced to about 15% by weight close to the melting point of aluminum. As a range, an aluminum-enriched composition region in which silicon on the substrate side can be slightly dissolved from 12% silicon which is the eutectic composition with the lowest melting point is more effective.
混合粉と合金粉とは、低抵抗域の形成深さのシリコン含有量に対する変化に対して差が見られるが、これは合金粉の場合は、局所的に見れば、アルミニウムシリコンペーストであってもアルミニウム粉末とシリコン基板が直接接触している部分が存在するため、その部分では、アルミニウム100%のペーストと同様に振る舞うため、シリコン含有量が変わっても、合金粉末ほど大きな挙動の差は出にくいものと考えられる。 There is a difference between the mixed powder and the alloy powder with respect to the change in the formation depth of the low resistance region with respect to the silicon content, but in the case of the alloy powder, when viewed locally, it is an aluminum silicon paste. However, since there is a part where the aluminum powder and the silicon substrate are in direct contact with each other, it behaves like a 100% aluminum paste. It is considered difficult.
<実施の形態3>
(構成)
図5に、本実施の形態に係る太陽電池の構成を示す。本実施の形態においては太陽電池の第2の電極層6の組成、すなわち第2の電極層6のアルミニウムに対するシリコンの含有量は15重量%であり、さらにホウ酸ナトリウムが金属成分重量に対して2%添加されている。すなわち、ボロン化合物をさらに含有している。
<
(Constitution)
FIG. 5 shows a configuration of the solar cell according to the present embodiment. In the present embodiment, the composition of the
その他の構成は実施の形態1と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
(製法)
本実施の形態において、焼成前の第1の電極層7は実施の形態1と同じアルミニウムペーストが用いられるが、第2の電極層6の形成は15重量%のシリコンを含有するアルミニウム合金粉を用いたペーストであり、かつ該ペースト中にホウ酸ナトリウムが金属成分重量に対して2%添加されたものを使用した。すなわち、ボロン化合物がさらに含有されたものを用いた。
(Manufacturing method)
In the present embodiment, the same aluminum paste as in the first embodiment is used for the
その他の製法は実施の形態1と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。 Since other manufacturing methods are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
(効果)
第2の電極層6にホウ酸ナトリウムを添加することにより、添加しない場合に比べ、電極欠陥の生成状況は変わらないが、基板中に形成される低抵抗層の厚さは、添加しない場合の3.5μmに比べ、添加した試料では4.6μmと深くすることが出来る。添加による低抵抗層の厚さの増加は、製造における特性安定性の面で有利である。
(effect)
By adding sodium borate to the
このように、p+伝導層を形成する能力としては、アルミニウム以外にボロンも有効であり、先の構成に加えてボロン化合物を含有した組成とすることも有効である。ボロン化合物としては、酸化ボロン、ホウ酸ナトリウム、あるいはボロン濃度の高いホウ珪酸ガラス、Al−Ca−B−O系などの高濃度のボロンを含有するホウ酸ガラスを加えることが簡便で有効であるが、特にホウ酸ナトリウム、高ボロンホウ珪酸ガラス、ホウ酸ガラスは、反応しやすく、安定であり適用が容易である。 As described above, in addition to aluminum, boron is also effective as an ability to form the p + conductive layer, and it is also effective to have a composition containing a boron compound in addition to the above structure. As the boron compound, it is simple and effective to add boron oxide containing boron oxide such as boron oxide, sodium borate, borosilicate glass having a high boron concentration, or boron having a high concentration such as Al—Ca—B—O system. However, sodium borate, high boron borosilicate glass, and borate glass are easy to react, stable, and easy to apply.
第2の電極層6は、基板とアルミニウムを主体とする電極との共晶反応による融液の発生をある程度コントロールできるものであるため、基板内に形成されるBSF層9の形成能力が低下する場合もあり、この場合、BSF層9の形成に有利なボロン化合物などの元素添加を行うことが有効である。
Since the
1 シリコン基板、1a 基板第1面、1b 基板第2面、2 エッチング層、3 n+伝導層、4 反射防止膜、5 電極、6 第2の電極層、7 第1の電極層、8 合金層、9 BSF層、12 裏面電極欠陥。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記シリコン基板の前記受光面に対して反対面側に形成されアルミニウムを含有する第1の電極層と、
前記第1の電極層と前記シリコン基板との間に形成されアルミニウムとシリコンを含有する第2の電極層と、
前記第2の電極層と前記シリコン基板との間に形成されたBSF層と、を備える、
太陽電池。 A silicon substrate having a light receiving surface;
A first electrode layer formed on the opposite side of the light receiving surface of the silicon substrate and containing aluminum;
A second electrode layer formed between the first electrode layer and the silicon substrate and containing aluminum and silicon;
A BSF layer formed between the second electrode layer and the silicon substrate,
Solar cell.
請求項1に記載の太陽電池。 The melting point of the first electrode layer is higher than the melting point of the second electrode layer;
The solar cell according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の太陽電池。 The silicon content with respect to aluminum in the second electrode layer is 2 wt% or more and 15 wt% or less.
The solar cell according to claim 1 or claim 2.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽電池。 The second electrode layer further contains a boron compound;
The solar cell according to any one of claims 1 to 3.
(b)前記シリコン基板の前記受光面と反対側の表面においてアルミニウムとシリコンを含有する第2の電極層を形成する工程と、
(c)前記第2の電極層の表面においてアルミニウムを含有する第1の電極層を形成する工程と、
(d)前記工程(a)〜(c)によって形成された積層体を熱処理し前記シリコン基板と前記第2の電極層との間にBSF層を形成する工程と、を備える、
太陽電池の製造方法。 (A) forming a light receiving surface on one surface of the silicon substrate;
(B) forming a second electrode layer containing aluminum and silicon on the surface of the silicon substrate opposite to the light receiving surface;
(C) forming a first electrode layer containing aluminum on the surface of the second electrode layer;
(D) heat-treating the laminate formed by the steps (a) to (c) to form a BSF layer between the silicon substrate and the second electrode layer,
A method for manufacturing a solar cell.
請求項5に記載の太陽電池の製造方法。 The melting point of the first electrode layer formed in the step (c) is higher than the melting point of the second electrode layer formed in the step (b).
The manufacturing method of the solar cell of Claim 5.
請求項5または請求項6に記載の太陽電池の製造方法。 The content of silicon with respect to aluminum in the second electrode layer formed in the step (b) is 2 wt% or more and 15 wt% or less.
The manufacturing method of the solar cell of Claim 5 or Claim 6.
請求項5から請求項7のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 The second electrode layer formed in the step (b) further contains a boron compound;
The manufacturing method of the solar cell in any one of Claims 5-7.
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