JP2009272405A - Solar battery element and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solar cell element and a manufacturing method thereof.
従来の太陽電池素子は、たとえば厚さ200μmのp型シリコン基板において、光の集光率を高めるために表側(受光面側)に10μmの凹凸構造を持ち、また表面に反射防止膜であるシリコン窒化膜が成膜されている。シリコン窒化膜上には、光−電子変換された電子を集める表面電極が形成されている。また裏面には、裏面電極および外部電極とコンタクトを取る裏面接続用電極が形成されている。ここで、太陽電池素子の光−電子変換効率を向上させる方法として、受光面側の面積を最大に利用し、表面極面積を小さくする方法がある。 For example, a conventional solar cell element is a p-type silicon substrate having a thickness of 200 μm, and has a concavo-convex structure of 10 μm on the front side (light receiving surface side) in order to increase the light collection rate, and a silicon that is an antireflection film on the surface A nitride film is formed. On the silicon nitride film, a surface electrode that collects the photo-electron converted electrons is formed. Further, on the back surface, a back surface connection electrode is formed in contact with the back surface electrode and the external electrode. Here, as a method for improving the photo-electron conversion efficiency of the solar cell element, there is a method of making the surface area on the light receiving surface maximum and reducing the surface pole area.
一般に表面電極の形成は、所望のパターンの透過部を有する印刷マスク版を用いた印刷法によりペーストをシリコン基板の所定の場所に印刷し、焼成炉で高温処理することにより形成される。表面電極を所望のパターンに形成するための印刷マスク版は、線径10〜100μm程度のステンレスなどの金属細線をピッチ20〜200μm程度で縦横に編みこんだメッシュを金属枠に貼り付け、このメッシュに所望の厚さのフィルム状の感光性樹脂を貼り付け、さらに所望のパターンを写真製版法により露光エッチングすることで形成される。このような印刷マスク版を印刷装置に取り付け、該印刷マスク版に位置合わせしてシリコン基板を配置する。そして印刷マスク版上にペーストを載せて樹脂製のスキイジで押し込み、印刷マスク版の透過部からペーストが押し出されることで、該ペーストがシリコン基板側に密着して所望のパターンが形成される。 In general, the surface electrode is formed by printing a paste on a predetermined location of a silicon substrate by a printing method using a printing mask plate having a transmissive portion having a desired pattern, and performing high-temperature treatment in a baking furnace. A printing mask plate for forming a surface electrode in a desired pattern is obtained by attaching a mesh in which fine metal wires such as stainless steel having a wire diameter of about 10 to 100 μm are braided vertically and horizontally at a pitch of about 20 to 200 μm on a metal frame. A film-like photosensitive resin having a desired thickness is attached to the film, and a desired pattern is exposed and etched by photolithography. Such a printing mask plate is attached to a printing apparatus, and a silicon substrate is arranged in alignment with the printing mask plate. Then, the paste is placed on the printing mask plate and pushed in with a resin squeegee, and the paste is pushed out from the transmission part of the printing mask plate, so that the paste adheres to the silicon substrate side and a desired pattern is formed.
また、細線電極の形成方法にはその他さまざまな方法があり、シリンジに圧力をかけノズルからペーストを塗布する方法やロールコーターによる塗布、インクジェットを用いる塗布、写真製版による方法などの例がある。 There are various other methods for forming the thin wire electrode, such as a method in which a pressure is applied to a syringe and a paste is applied from a nozzle, a method using a roll coater, a method using an ink jet, and a method using a photoengraving method.
これらのなかでも、最も安価に製作できる前記印刷法での形成が主であり、電極の細線化を行った例として、グリッド電極(細い電極)の形成にはメッシュの無い金属薄板に所定のパターンの開口を開けたメタルマスクを用い、直交するバス電極(太い電極)の形成にはメッシュを用いたメッシュマスクを用いて、多層印刷することで電極形成を行う方法がある(たとえば、特許文献1参照)。この方法であればメッシュによる印刷マスク版を用いて形成した電極で起こる断線や印刷のカスレなどを防ぐことが可能である。 Among these, the formation by the printing method that can be manufactured at the lowest cost is the main, and as an example of thinning the electrode, the grid electrode (thin electrode) is formed with a predetermined pattern on a thin metal plate without a mesh. There is a method of forming electrodes by multi-layer printing using a mesh mask using a mesh for forming orthogonal bus electrodes (thick electrodes) using a metal mask having an opening of (see Patent Document 1). reference). If this method is used, it is possible to prevent disconnection, printing blur, and the like that occur in an electrode formed using a printing mask plate made of mesh.
またメッシュマスクを用いた例では、グリッド電極の形状をバス電極側で太く、バス電極から離れるほど細くする形状にすることで、電流の集電率を落とすことなく受光面積を増加させる方法が示されている(たとえば、特許文献2参照)。 An example using a mesh mask shows how to increase the light receiving area without reducing the current collection rate by making the grid electrode shape thicker on the bus electrode side and thinner toward the bus electrode. (For example, see Patent Document 2).
しかしながら、上述したメッシュマスクを用いた印刷法では、太陽電池素子の受光面積を増やして変換効率の向上を得るために表面電極のグリッド電極を80μm以下と極めて細く設定し、バス電極とグリッド電極とを同じパターンで多層印刷した場合、焼成冷却時にバス電極とグリッド電極との間で断線が生じる。この原因は、バス電極とグリッド電極とを同じパターンで多層印刷することで、バス電極とグリッド電極との膜厚の差が大きくなり焼成冷却時の収縮で断線することである。これは、印刷面積に比例した量のペーストがメッシュマスクを透過して印刷され、バス電極と極めて細いグリッド電極とでは印刷面積が大きく異なるためにバス電極とグリッド電極との膜厚の差が大きくなることに起因する。さらに、太陽電池素子の受光面側には、効率良く光を集光するための微小凹凸が形成されており、これがさらにグリッド電極を細線印刷する際の断線の原因となる。したがって、グリッド電極の電極幅を極力細くすることができないために、太陽電池素子の受光面積を拡大することできず変換効率を向上させることに限界があるという問題があった。 However, in the printing method using the mesh mask described above, in order to increase the light receiving area of the solar cell element and to improve the conversion efficiency, the grid electrode of the surface electrode is set to be very thin as 80 μm or less, and the bus electrode and the grid electrode When the multi-layer printing is performed in the same pattern, disconnection occurs between the bus electrode and the grid electrode during firing and cooling. The cause of this is that the bus electrode and the grid electrode are multilayer printed in the same pattern, thereby increasing the difference in film thickness between the bus electrode and the grid electrode, resulting in disconnection due to contraction during firing cooling. This is because the amount of paste proportional to the printing area is printed through the mesh mask, and the difference in film thickness between the bus electrode and the grid electrode is large because the printing area differs greatly between the bus electrode and the extremely thin grid electrode. Due to becoming. Furthermore, minute unevenness for efficiently condensing light is formed on the light receiving surface side of the solar cell element, and this further causes disconnection when the grid electrode is finely printed. Therefore, since the electrode width of the grid electrode cannot be reduced as much as possible, there is a problem that the light receiving area of the solar cell element cannot be increased and there is a limit to improving the conversion efficiency.
このような断線を回避するためには、グリッド電極とバス電極との膜厚を揃えるために印刷マスク版の開口率をバス電極で小さくする方法、バス電極とグリッド電極とを分けて印刷する方法、電極下部を平坦化する方法などの方法が考えられる。しかしながら、このような方法ではプロセスの追加による生産コストの増加や、電極の位置合わせによる歩留まり低下、という問題があった。 In order to avoid such disconnection, in order to make the film thickness of the grid electrode and the bus electrode uniform, a method of reducing the aperture ratio of the printing mask plate by the bus electrode, a method of printing the bus electrode and the grid electrode separately A method such as a method of flattening the lower part of the electrode can be considered. However, such a method has a problem of an increase in production cost due to an additional process and a decrease in yield due to electrode alignment.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成可能になるとともに、グリッド電極の電極幅を極力細くすることができるので、変換効率に優れた太陽電池素子およびその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to form a grid electrode and a bus electrode having greatly different electrode widths by preventing disconnection by an inexpensive and simple process, and reducing the electrode width of the grid electrode. Since it can be made as thin as possible, it aims at obtaining the solar cell element excellent in conversion efficiency, and its manufacturing method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池素子は、スクリーン印刷用のマスクを用いた多層印刷により形成されたバス電極とこのバス電極の電極幅より狭い電極幅のグリッド電極とを基板の受光面側に有する太陽電池素子であって、前記バス電極と前記グリッド電極とを接続し、前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えること、を特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the solar cell element according to the present invention includes a bus electrode formed by multilayer printing using a mask for screen printing and an electrode width narrower than the electrode width of the bus electrode. A grid electrode on the light receiving surface side of the substrate, wherein the bus electrode and the grid electrode are connected, and a width in the longitudinal direction of the bus electrode is narrower than an electrode width of the bus electrode, and An electrode connection portion having a region wider than the electrode width of the grid electrode is provided.
この発明によれば、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成し、太陽電池素子のコスト増加や歩留まり低下を生じさせることなく、太陽電池素子の変換効率を向上させることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, the grid electrode and the bus electrode having greatly different electrode widths are formed by preventing the disconnection by an inexpensive and simple process, and without increasing the cost of the solar cell element or reducing the yield, the solar cell element It is possible to improve the conversion efficiency.
以下に、本発明にかかる太陽電池素子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 Embodiments of a solar cell element and a method for manufacturing the solar cell element according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
実施の形態1.
図1−1および図1−2は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池素子の概略構成を説明するための図であり、図1−1は太陽電池素子を受光面側から見た上面図、図1−2は、図1−1の線分A−Aにおける断面図である。
FIGS. 1-1 and 1-2 are diagrams for explaining a schematic configuration of the solar cell element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1-1 is a solar cell element viewed from the light receiving surface side. FIG. 1-2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1-1.
実施の形態1にかかる太陽電池素子は、基板としてp型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板(以下、シリコン基板1と呼ぶ)を用いている。なお、基板はこれに限定されるものではなく、n型のシリコン基板を用いても良い。太陽電池素子のシリコン基板1の受光面側の表面には、高さ3〜10μmの微小凹凸2が形成されている。微小凹凸2は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。この微小凹凸2上には、反射防止膜3が設けられ、外部からの光の反射を抑制し、受光面における光の吸収を向上させている。
The solar cell element according to the first embodiment uses a p-type single crystal or polycrystalline silicon substrate (hereinafter referred to as silicon substrate 1) as a substrate. Note that the substrate is not limited to this, and an n-type silicon substrate may be used. On the surface on the light-receiving surface side of the
また、シリコン基板1の受光面側には表面電極として、バス電極4(太い電極)とグリッド電極7(細い電極)とが略直角に交わるように配置され、太陽電池素子において光から変換された電子を収集する。シリコン基板1の裏面(受光面と反対側の面)には、取り出し用の裏面取り出し電極5と裏面電極6とが形成されている。
Further, on the light receiving surface side of the
また、実施の形態1にかかる太陽電池素子は、バス電極4とグリッド電極7とを接続し、バス電極4の長手方向における幅がバス電極4の電極幅より狭く且つグリッド電極7の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えている。すなわち、実施の形態1にかかる太陽電池素子は、バス電極4とグリッド電極7との電極接続部として、図2−1および図2−2に示すようにバス電極4の長手方向における電極幅WCがバス電極4の電極幅WBより狭く且つグリッド電極7の電極幅WGよりも広い、略長方形の形状のバス−グリッド電極接続部9を備えている。ここで、図2−1は、バス−グリッド電極接続部9を説明するための図であり、図1におけるバス電極4とグリッド電極7との交点部分である領域Bを拡大して示す図である。また、図2−2は、バス−グリッド電極接続部9を説明するための図であり、図1における領域Bにおけるグリッド電極7の長手方向に沿った断面図である。
In the solar cell element according to the first embodiment, the
電極の断面形状は、メッシュを用いた電極印刷用の印刷マスク版による電極印刷時に、印刷面積に比例した量のペーストが印刷マスク版を透過して形成されるので、上記のようなバス−グリッド電極接続部9の電極幅WCを選択することによりバス−グリッド電極接続部9の膜厚TCはバス電極4の膜厚TBとグリッド電極7の膜厚TGとの間の値となる。これにより、バス電極4とグリッド電極7との間における高さ方向における段差量が緩和され、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時におけるバス電極4とグリッド電極7との間での熱収縮による断線が防止されている。すなわち、バス電極4とグリッド電極7との間における膜厚の変化量をバス−グリッド電極接続部9により緩和することで、バス電極4とグリッド電極7との間での大きな膜厚差に起因した熱収縮による断線が防止されている。
The cross-sectional shape of the electrode is such that the amount of paste that is proportional to the printing area is formed through the printing mask plate during electrode printing with a printing mask plate for electrode printing using a mesh. bus by selecting the electrode width W C of the electrode connecting portions 9 - thickness T C of the grid
ここで、バス−グリッド電極接続部9の電極幅WCは、バス電極4の電極幅WB:100に対して、30〜80の比率にすることが好ましい。このようなバス−グリッド電極接続部9の電極幅WCを選択することによりバス−グリッド電極接続部9の膜厚TCが確実にバス電極4の膜厚TBとグリッド電極7の膜厚TGとの間の膜厚となり、バス電極4とグリッド電極7との間において断線が生じない断面形状となる。
Here, the electrode width W C of the bus-grid
たとえば図2−1および図2−2に示すような略長方形のバス−グリッド電極接続部9を形成するとき、バス電極4を電極幅2mm、電極膜厚60μm、グリッド電極7を電極幅50μm、電極膜厚40μmとし、バス電極4とグリッド電極7とを接続するバス−グリッド電極接続部9の電極幅WCを800μmにすることによりその膜厚が50μmとなる。
For example, when forming a substantially rectangular bus-grid
ここで、バス−グリッド電極接続部9が無ければ隣り合う異なる膜厚の領域であるバス電極4とグリッド電極7との間の膜厚差は20μmであるが、バス−グリッド電極接続部9が設けられることにより隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差は、バス電極4とバス−グリッド電極接続部9間で10μm、バス−グリッド電極接続部9とグリッド電極7間で10μmとなる。これにより、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における膜厚の差に起因した断線がなくなる。
Here, if there is no bus-grid
つぎに、実施の形態1にかかる太陽電池素子の製造方法について説明する。シリコン基板1としてp型シリコン基板を用意し、該シリコン基板1をフッ化水素や純水で洗浄する。その後、シリコン基板1の表面に微小凹凸2を形成する微小凹凸2形成工程を実施する。シリコン基板1の表面に微小凹凸2を形成する工程としては、たとえばアルカリ溶液(たとえばNaOH溶液)とイソプロピルアルコールの混合溶液にシリコン基板1を浸し、表面凹凸が10μmになるまでウェットエッチングを行う。また、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などのドライエッチングプロセスでシリコン基板1の表面を凹凸形状にしても良い。この場合には、ウェットエッチングのようにシリコン結晶の面方位によらず、より小さな1〜3μmの高さの突起形状を均一に作製することができる。
Below, the manufacturing method of the solar cell
つぎに、表面に微小凹凸2を形成したシリコン基板1をオキシ塩化リン(POCl3)ガス中で気相拡散法により高温で熱拡散させてシリコン基板1の表面層にn型層を形成する拡散工程を実施する。このときに拡散させるリン濃度は、オキシ塩化リンガスの濃度および温度雰囲気、加熱時間により制御することが可能である。拡散後のシリコン基板1のシート抵抗は50〜65Ω/□になる。
Next, diffusion is performed in which a
拡散工程後、シリコン基板1の受光面側の一面に反射防止膜3を形成する。反射防止膜3の形成にはたとえばプラズマCVDを使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜3として窒化シリコン膜を80nmの厚みで形成する。
After the diffusion step, an
つぎにシリコン基板1の裏面に裏面電極を形成する。裏面電極はシリコン基板1の裏面のほぼ全体に形成する。裏面電極の形成方法としては、印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点から印刷法が好ましい。印刷法による裏面電極の形成は、最初に銀材料のペーストを裏面取り出し電極5の形状に印刷し、150℃の温度で乾燥した後に、アルミ材料のペーストを裏面電極6の形状に印刷する。
Next, a back electrode is formed on the back surface of the
裏面電極を形成した後に、表面電極の形成を行う。表面電極も印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点から印刷法が好ましい。表面電極の材料には、銀を用いたペーストを使用する。表面電極の印刷は、まず印刷装置に印刷マスク版をセットし、印刷パターンが所定の位置になるようにシリコン基板1を配置する。印刷マスク版には、図2−1および図2−2に示すような略長方形のバス−グリッド電極接続部9、バス電極4、グリッド電極7の形状のパターンが形成されている。そして、印刷処理によりペーストがシリコン基板1上に塗布される。これにより、バス−グリッド電極接続部9、バス電極4、グリッド電極7の形状が同時にシリコン基板1に印刷される。その後、150℃の温度で乾燥を行うことで、ペースト中の有機溶剤が除去され、ペーストが乾燥状態になる。
After forming the back electrode, the front electrode is formed. For the surface electrode, methods such as a printing method, an ink jet method, a sputtering method, and a vapor deposition method can be used, but the printing method is preferable from the viewpoint of the ease of electrode formation and the process time. As a material for the surface electrode, a paste using silver is used. For printing the surface electrode, first, a printing mask plate is set in a printing apparatus, and the
グリッド電極が幅100μm以下の細線である場合には、電流が流れ易くなるように断面積を確保するため、電極膜厚を厚くする必要がある。このため、電極幅100μm以下のグリッド電極の形成には、ペーストを複数回、重ねて印刷する必要がある。そこで、ペーストを乾燥したシリコン基板1を再度印刷装置に取り付け、前回印刷した位置と同じになるように位置合わせを行う。そして、電極の印刷を行い、その後ペーストを乾燥させる。このとき、印刷マスク版におけるバス−グリッド電極接続部9のパターンは、電極幅がバス電極4のパターンの電極幅より小さく且つグリッド電極7のパターンの電極幅よりも大きい値とされる。このような印刷−乾燥工程を必要な電極高さになるまで複数回行う。つぎに、電極を焼き付けるために750℃〜800℃の大気雰囲気で焼成を行い、太陽電池素子が完成する。
When the grid electrode is a thin wire having a width of 100 μm or less, it is necessary to increase the electrode film thickness in order to secure a cross-sectional area so that current can easily flow. For this reason, in order to form a grid electrode having an electrode width of 100 μm or less, it is necessary to print the paste several times. Therefore, the
ここで従来の太陽電池素子の製造方法と比較して説明する。従来の太陽電池素子では表面に微小凹凸を形成し、さらに反射防止膜を成膜したシリコン基板に表面電極を印刷法により形成する場合、たとえばグリッド電極の電極幅0.06mm、バス電極の電極幅2.0mmのパターンを有する印刷マスク版を用いて電極をシリコン基板に印刷し、さらに乾燥炉で150℃乾燥する。そして、この印刷工程−乾燥工程をたとえば4回繰り返して電極形成を行う。 Here, it demonstrates compared with the manufacturing method of the conventional solar cell element. In a conventional solar cell element, when a surface electrode is formed by a printing method on a silicon substrate on which fine irregularities are formed on the surface and further an antireflection film is formed, for example, the electrode width of the grid electrode is 0.06 mm, the electrode width of the bus electrode An electrode is printed on a silicon substrate using a printing mask plate having a 2.0 mm pattern, and further dried at 150 ° C. in a drying furnace. And this printing process-drying process is repeated 4 times, for example, and electrode formation is performed.
印刷マスク版の仕様は、たとえば400番メッシュ(線径20μm、開口率50%)、乳剤厚20μmである。形成した表面電極の形状は、バス電極高さ60μm、グリッド電極高さ40μmであり、バス電極4とグリッド電極7との膜厚に大きな差を有する構造になった。
The specifications of the printing mask plate are, for example, 400 mesh (wire diameter 20 μm, aperture ratio 50%) and emulsion thickness 20 μm. The formed surface electrode has a bus electrode height of 60 μm and a grid electrode height of 40 μm, and has a structure having a large difference in film thickness between the
このように形成された電極を750〜800℃の大気中で焼成すると、バス電極4とグリッド電極7との間でクラックが入り断線した。これは、隣り合う異なる膜厚の領域であるバス電極4とグリッド電極7との幅および膜厚に大きく違いがあるため、熱による収縮での歪みのために断線したものである。このように、細線印刷をする場合には電流を効率良く流すように断面積を増加させる多層印刷は必須であるが、グリッド電極7を細線化すると多層印刷においてグリッド電極7とバス電極4とに膜厚の差が生じ、その後の焼成冷却時に断線が発生する。
When the electrode formed in this manner was baked in the atmosphere at 750 to 800 ° C., cracks occurred between the
ここで、多層印刷においてバス電極4とグリッド電極7とに大きな膜厚の差が生じるのは、グリッド電極7を細線印刷するために細かいメッシュの印刷マスク版で印刷したため、グリッド電極7の細線部のペースト透過率と、バス電極4の印刷部のペースト透過率とに差が生じためである。
Here, the large difference in film thickness between the
しかしながら、本実施の形態においては、バス電極4とグリッド電極7との接続部の電極幅を変更することで印刷マスク版におけるペースト透過率を制御し、隣り合う異なる膜厚の領域間の大きな膜厚の差を無くして断線を防いでいる。印刷パターン面積を小さくするとペーストの透過率が下がることから、バス電極4とグリッド電極7とを接続するバス−グリッド電極接続部9を設け、該バス−グリッド電極接続部9の電極幅WCをバス電極4の電極幅WBより狭く且つグリッド電極7の電極幅WGよりも広くすることにより、バス−グリッド電極接続部9の膜厚TCをバス電極4の膜厚TBとグリッド電極7の膜厚TGとの間の値とする。これにより、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における隣り合う異なる膜厚の領域間での断線を防止することができる。すなわち、従来はバス電極4とグリッド電極7との間で生じていた断線を防止することができる。
However, in the present embodiment, the paste transmittance in the printing mask plate is controlled by changing the electrode width of the connection portion between the
このような電極形状の変更は、複雑なプロセスを用いることなく、印刷マスク版の設計の変更だけで容易に実現することができるため、生産コストを増加させること無く適応できる。 Such a change in the electrode shape can be easily realized by only changing the design of the printing mask plate without using a complicated process, and thus can be applied without increasing the production cost.
上述したように、実施の形態1にかかる太陽電池素子によれば、バス電極4とグリッド電極7との間に該バス電極4とグリッド電極7とを接続するバス−グリッド電極接続部9を設け、このバス−グリッド電極接続部9の電極幅をバス電極4の電極幅WBより狭く且つグリッド電極7の電極幅WGよりも広く設定している。これにより、電極形成時のバス−グリッド電極接続部9の膜厚TCがバス電極4の膜厚TBとグリッド電極7の膜厚TGとの間の値となるため、バス電極4とグリッド電極7との間における隣り合う異なる膜厚の領域間の大きな段差が無くなり、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における膜厚の差に起因した断線が防止される。
As described above, according to the solar cell element according to the first embodiment, the bus-grid
したがって、実施の形態1にかかる太陽電池素子によれば、電極幅の大きく異なるバス電極4とグリッド電極7との間における断線が防止され、生産性およびコストに優れた太陽電池素子が実現されている。また、断線を起こさずにグリッド電極の電極幅を極力細くすることができるので、太陽電池素子の受光面積を拡大して変換効率を向上させることができる。
Therefore, according to the solar cell element according to the first embodiment, disconnection between the
また、実施の形態1にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、電極幅の大きく異なるバス電極4とグリッド電極7とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成し、太陽電池素子のコスト増加や歩留まり低下を生じさせることなく、変換効率に優れた太陽電池素子を作製できる。
Moreover, according to the manufacturing method of the solar cell element according to the first embodiment, the
実施の形態2.
実施の形態2では、バス−グリッド電極接続部9の他の形状について説明する。図3−1および図3−2は実施の形態2にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部9の構成を説明するための図であり、図3−1はバス−グリッド電極接続部9の周辺部を受光面側から見た要部上面図、図3−2はグリッド電極7の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部9の周辺部を示す要部断面図である。なお、実施の形態2にかかる太陽電池素子は、バス−グリッド電極接続部9以外は実施の形態1の太陽電池素子と同じ構成を有する。
In the second embodiment, another shape of the bus-grid
実施の形態1では、バス電極4の長手方向においてバス電極4の電極幅WBより狭く且つグリッド電極7の電極幅WGよりも広い電極幅WCを有する略長方形のバス−グリッド電極接続部9を例に挙げたが、図3−1に示すように、バス−グリッド電極接続部9の電極幅を、該バス−グリッド電極接続部9とバス電極4との接続部Dからグリッド電極7の先端方向に向かってグリッド電極7の電極幅まで徐々に変化させても良い。
In the first embodiment, substantially rectangular bus having an electrode width W wider electrode width W C than G electrode width W B than narrow and the
すなわち、バス−グリッド電極接続部9が、接続部Dからグリッド電極7の先端方向に向かって細くなる先細り形状とされてもよい。このとき、バス−グリッド電極接続部9がバス電極4と接合する接続部Dの電極幅WDは、バス電極4の電極幅WBと同等もしくはそれ以下とし、バス電極4とバス−グリッド電極接続部9との膜厚の差が大きくならないようにする。図3−1に示す例では、バス−グリッド電極接続部9は、バス電極4との接続部分からグリッド電極7との接続部分に向かって、電極幅WCがバス電極4の電極幅WBからグリッド電極7の電極幅WGに変化している。
In other words, the bus-grid
たとえば、バス−グリッド電極接続部9がバス電極4と接合する接続部Dの電極幅WDを2mmとし、グリッド電極7の電極幅WGを60μmとして直線的に変化させると、バス−グリッド電極接続部9の断面形状は、図3−2に示すようにバス−グリッド電極接続部9の膜厚TCが60μmから40μmに緩やかに変化する形状となる。これは、電極の断面形状は、印刷面積に比例した量のペーストが電極印刷用の印刷マスク版を透過して形成されるので、バス−グリッド電極接続部9の電極幅WCを、該バス−グリッド電極接続部9とバス電極4との接続部Dからバス−グリッド電極接続部9とグリッド電極7と接続部Eまでグリッド電極7の電極幅まで徐々に変化させることにより、ペーストの電極印刷用の印刷マスク版の透過量も徐々に変化しているためである。
For example, the bus - the grid
このようにバス−グリッド電極接続部9の膜厚TCが緩やかに変化する形状とすることにより、電極膜厚の大きな変化が無くなり、その後の焼成冷却時における熱収縮による断線が生じない電極形成が実現できる。そして、バス−グリッド電極接続部9の形状をこのような形状にすることで、バス電極4とグリッド電極7との間での断線を防止しながら、電極の細線化により従来に比べ受光面積の広い太陽電池素子が実現できる。
Thus bus - by a shape having a thickness T C of the grid
上述したバス−グリッド電極接続部9を有する実施の形態2にかかる太陽電池素子は、バス−グリッド電極接続部9を図3−1および図3−2に示すように接続部Dから接続部Eに向かって細くなる先細り形状に印刷すること以外は、実施の形態1の場合と同様にして形成することができる。
In the solar cell element according to the second embodiment having the bus-grid
また、図3−1および図3−2に示すようなバス−グリッド電極接続部9を形成した場合、グリッド電極7の細線化により従来に比べて受光面積は増えるが、バス−グリッド電極接続部9の面積が多少大きくなるので受光面積の増加効果が小さくなる場合が考えられる。
Further, when the bus-grid
そこで、図4−1および図4−2に示すようにバス電極4におけるバス−グリッド電極接続部9との接合部近傍の電極幅が、バス電極4の他の部分の電極幅よりも狭くされた形状とすることで受光面積が増加し、同時にバス電極4とグリッド電極7との間での大きな膜厚の差を無くして断線が防止された電極形成が可能になる。図4−1および図4−2は実施の形態2にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部9の他の構成を説明するための図であり、図4−1はバス−グリッド電極接続部9の周辺部を受光面側から見た要部上面図、図4−2はグリッド電極7の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部9の周辺部を示す要部断面図である。
Therefore, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the electrode width in the vicinity of the joint portion of the
バス電極4におけるバス−グリッド電極接続部9との接合部Fの電極幅WFは、バス電極4の電極幅WBの20%〜80%の幅とすることが好ましい。接合部Fの電極幅WFが極端に狭くなるとバス電極4の電極幅WBも極端に狭くなって電流が制限されるため効率の低下が起こる。このため、受光面積を増やし且つ電極の断線を防ぐには、バス電極4におけるバス−グリッド電極接続部9との接合部Fの電極幅WFは、上記のような範囲とすることが好ましい。
Bus in the bus electrode 4 - electrode width W F of the junction F between the grid
このような電極形状の変更は、複雑なプロセスを用いることなく、印刷マスク版の設計の変更だけで容易に実現することができるため、生産コストを増加させること無く適応できる。 Such a change in the electrode shape can be easily realized by only changing the design of the printing mask plate without using a complicated process, and thus can be applied without increasing the production cost.
上述したように、実施の形態2にかかる太陽電池素子によれば、実施の形態1にかかる太陽電池素子と同様に、電極幅の大きく異なるバス電極4とグリッド電極7との間における断線が防止され、生産性、コストおよび変換効率に優れた太陽電池素子が実現される。
As described above, according to the solar cell element according to the second embodiment, as in the solar cell element according to the first embodiment, disconnection between the
実施の形態3.
図5は、印刷法により形成した細線電極であるグリッド電極7の、該グリッド電極7の長手方向に沿った断面図である。グリッド電極7として細線電極を印刷法で形成する場合、図5に示すようにグリッド電極7の表面に印刷マスク版のメッシュ10による凹部11(メッシュ跡)が形成され、グリッド電極7の表面に凹凸形状ができる。グリッド電極7の印刷に使用するペーストの特性によるが、細線印刷するためのペーストは粘度が比較的高く、チクソ性の高いものが使用されるので、レベリング特性が悪いためこの傾向が強い。また多層印刷では凹凸形状において凹部の部分に凹部を重ねて、凸部の部分に凸部を重ねて印刷するので、凹凸差がさらに大きくなる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
電極表面の凹凸形状は電子の流れに大きく影響して集電効率が落ち、太陽電池素子の特性の劣化の原因となる。メッシュ10による凹凸形状はメッシュピッチで決まるので、印刷毎にメッシュピッチの異なる印刷マスク版を使用することもできるが、この場合、コストの増加や印刷処理工程の複雑化が生じる。
The uneven shape on the electrode surface greatly affects the flow of electrons, resulting in a decrease in current collection efficiency, which causes deterioration of the characteristics of the solar cell element. Since the concavo-convex shape by the
そこで、電極の多層印刷時に、印刷マスク版(メッシュマスク)とシリコン基板1とを第1の相対位置において、バス電極4とグリッド電極7とバス−グリッド電極接続部9とをシリコン基板1に同時に印刷する第1の工程と、第1の相対位置からグリッド電極7の長手方向と略平行な方向に所定量だけ変位した印刷マスク版(メッシュマスク)とシリコン基板1との第2の相対位置において、バス電極4とグリッド電極7とバス−グリッド電極接続部9とをシリコン基板1に同時に印刷する第2の工程と、を実行する。これにより、凹部11(メッシュ跡)の形成位置を平均化して、凹部11の大きさを小さくして、グリッド電極7の表面を平坦に近づけ、印刷マスク版のメッシュ10による凹部11に起因した太陽電池素子の特性の劣化を防止することができる。
Therefore, at the time of multilayer printing of the electrodes, the printing mask plate (mesh mask) and the
たとえば、電極の多層印刷時にメッシュ開口寸法の1/2の値X、またはそのn倍(nX)だけグリッド電極7の長手方向と略平行な方向にシリコン基板1または印刷マスク版をオフセットする(シリコン基板1と印刷マスク版との相対位置を変える)ことで凹部11(メッシュ跡)の形成位置を平均化して、凹部11の大きさを小さくして、グリッド電極7の表面を平坦に近づけることができる。このようにシリコン基板1または印刷マスク版をオフセットするとバス電極4の電極幅は印刷回数分だけX、またはそのn倍(nX)ずつ広くなるので、受光面積が減少しないように、印刷マスク版のバス電極4の線幅をシフトする距離だけ予め狭く設計する。
For example, when the electrode is multilayer printed, the
また、上記のようにオフセットして多層印刷をすることで形状を変更したと同じように膜厚の差を少なくする効果がある。図6は、シリコン基板1または印刷マスク版をオフセットして多層印刷を行った場合の電極の構成を説明するための図であり、グリッド電極7の長手方向における断面のうちバス電極4の周辺部を示す要部断面図である。
Further, there is an effect of reducing the difference in film thickness as in the case of changing the shape by performing multi-layer printing with offset as described above. FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the electrodes when the multi-layer printing is performed by offsetting the
シリコン基板1または印刷マスク版の位置を変えて印刷するので、パターン周辺に膜厚の差ができるようになり、たとえば図6に示すようにグリッド電極7の長手方向におけるバス電極4の中央から周辺方向(グリッド電極7の先端方向)へ徐々に膜厚が薄くなるような形状になる。これにより、バス電極4とグリッド電極7との間での大きな段差を無くして両者の膜厚差を小さくし、バス電極4とグリッド電極7との間での熱収縮による断線を防止することができる。
Since printing is performed by changing the position of the
本願発明者は、外形寸法150mm×150mm、厚さ0.2mmのp型多結晶シリコン基板を用いて以下の実験を行った。このp型多結晶シリコン基板は、受光面側にエッチングにより形成した微小凹凸形状を有しており、この微小凹凸形状の上に表面電極の形成を印刷法で行った。 The inventor of the present application conducted the following experiment using a p-type polycrystalline silicon substrate having an outer dimension of 150 mm × 150 mm and a thickness of 0.2 mm. This p-type polycrystalline silicon substrate has a fine uneven shape formed by etching on the light receiving surface side, and a surface electrode was formed on the fine uneven shape by a printing method.
表面電極の電極形状は、実施の形態2で示した図4−1および図4−2に示す形状であり、設計値としてバス電極4の電極幅2mm、グリッド電極7の電極幅が0.05mm、グリッド電極7の長手方向におけるバス−グリッド電極接続部9の中央部の電極幅WCが0.5mmで接続するような形状とした。そして、バス−グリッド電極接続部9は、グリッド電極7の長手方向において、バス電極4方向に向かって電極幅WCが徐々に広くなり、グリッド電極7の先端方向に向かって徐々に狭くなる電極形状となっている。
The electrode shape of the surface electrode is the shape shown in FIG. 4A and FIG. 4B shown in the second embodiment, and the bus width of the
印刷マスク版は、メッシュに線径16μmのステンスメッシュ325番を使用した。多層印刷時の印刷マスク版のオフセット量を、印刷1回につきメッシュ開口80μmの半分の40μmとし、バス電極4の電極幅WBは1.84mm設計とした。グリッド電極の電極幅WGは0.03mm設計である。
For the printing mask plate, Stained Mesh No. 325 having a wire diameter of 16 μm was used as the mesh. The offset amount of the printing mask plate at the multi-layered printed, a half of 40μm mesh opening 80μm per printing once, electrode width W B of the
印刷は、基板の外形基準で印刷1回につき40μm、グリッド電極7の長手方向と略平行な方向にずらしながら印刷を行った。印刷と印刷との間には、乾燥工程として150℃の乾燥炉でペーストの乾燥処理を行った。このような印刷−乾燥工程を5回繰り返して、表面電極を形成した。
The printing was performed while shifting in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the
基板の裏面には、148mm×148mm角の領域にアルミペーストを印刷法で印刷して電極形成を行い、820℃で電極を焼成処理した。以上の処理により、実施例のサンプルを得た。実施例のサンプルのバス電極4とグリッド電極7との接続部(バス−グリッド電極接続部9)やグリッド電極7に断線は無く、グリッド電極7の表面の凹凸も少なくなった。
On the back surface of the substrate, an electrode was formed by printing an aluminum paste in a 148 mm × 148 mm square region by a printing method, and the electrode was baked at 820 ° C. The sample of an Example was obtained by the above process. The connection part (bus-grid electrode connection part 9) and the
また、比較サンプルとして、上記と同様のp型多結晶シリコン基板に多層印刷時のオフセットを行わずに、バス電極の電極幅2mm、グリッド電極の電極幅100μmであり、バス−グリッド電極接続部9を備えない従来の太陽電池素子を作製した。 Further, as a comparative sample, an electrode width of 2 mm for the bus electrode and an electrode width of 100 μm for the grid electrode without performing offset at the time of multilayer printing on the same p-type polycrystalline silicon substrate as described above, the bus-grid electrode connecting portion 9 A conventional solar cell element not including the above was produced.
そして、実施例のサンプルおよび比較例のサンプルについて、太陽光をシミュレートする装置を用いて特性を測定した。実施例のサンプルと比較サンプルとを比較すると、比較サンプルの太陽電池素子の電流密度Jが33.2mA/cm2であるのに対して実施例のサンプルの電流密度Jは34.0mA/cm2と増加し、受光面積の増加分2.5%の電流密度の増加が確認できた。 And about the sample of the Example and the sample of the comparative example, the characteristic was measured using the apparatus which simulates sunlight. When the sample of the example and the comparative sample are compared, the current density J of the solar cell element of the comparative sample is 33.2 mA / cm 2 whereas the current density J of the sample of the example is 34.0 mA / cm 2. As a result, an increase in current density of 2.5% was confirmed.
これにより、シリコン基板と印刷マスク版との相対位置を変えて電極の多層印刷を行うことにより、グリッド電極7の表面に平坦に近づけ、印刷マスク版のメッシュ10による凹部11に起因した太陽電池素子の特性の劣化を防止することができることが確認された。
Thus, by performing multi-layer printing of the electrodes by changing the relative position between the silicon substrate and the printing mask plate, the solar cell element caused by the
上述したように、実施の形態3にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、電極幅の大きく異なるバス電極4とグリッド電極7との間における断線が防止されるとともに、多層印刷時の印刷マスク版のメッシュ10による凹部11に起因した太陽電池素子の特性の劣化が防止された、生産性、コストおよび変換効率に優れた太陽電池素子を作製することができる。
As described above, according to the method for manufacturing the solar cell element according to the third embodiment, the disconnection between the
以上のように、本発明にかかる太陽電池素子は、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを有する太陽電池素子に有用である。 As described above, the solar cell element according to the present invention is useful for a solar cell element having a grid electrode and a bus electrode having greatly different electrode widths.
1 シリコン基板
2 微小凹凸
3 反射防止膜
4 バス電極
5 電極
6 裏面電極
7 グリッド電極
9 グリッド電極接続部
10 マスク印刷版のメッシュ
11 凹部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記バス電極と前記グリッド電極とを接続し、前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えること、
を特徴とする太陽電池素子。 A solar cell element having a bus electrode formed by multilayer printing using a screen printing method and a grid electrode having an electrode width narrower than the electrode width of the bus electrode on the light receiving surface side of the substrate,
Connecting the bus electrode and the grid electrode, and having an electrode connection portion having a region in which the width in the longitudinal direction of the bus electrode is narrower than the electrode width of the bus electrode and wider than the electrode width of the grid electrode;
A solar cell element characterized by the above.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。 The electrode connecting portion has a substantially rectangular shape in which the width in the longitudinal direction of the bus electrode is narrower than the electrode width of the bus electrode and wider than the electrode width of the grid electrode in the in-plane direction of the substrate;
The solar cell element according to claim 1.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。 The electrode connection portion has an electrode width that changes from an electrode width of the bus electrode to an electrode width of the grid electrode from a connection portion with the bus electrode toward a connection portion with the grid electrode.
The solar cell element according to claim 1.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。 The bus electrode has a width in a short direction of the bus electrode in a connection portion with the electrode connection portion, which is narrower than a width in a portion other than the connection portion with the electrode connection portion,
The solar cell element according to claim 1.
前記バス電極と前記グリッド電極とを印刷する際に、前記バス電極と前記グリッド電極とを接続するとともに前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を前記バス電極と前記グリッド電極と同時に印刷する印刷工程を含むこと、
を特徴とする太陽電池素子の製造方法。 As a process of printing and forming bus electrodes and grid electrodes on a substrate by multilayer printing using a screen printing mask,
When printing the bus electrode and the grid electrode, the bus electrode is connected to the grid electrode and the width of the bus electrode in the longitudinal direction is smaller than the electrode width of the bus electrode and the electrode width of the grid electrode Including a printing step of printing an electrode connection portion having a wider area simultaneously with the bus electrode and the grid electrode,
The manufacturing method of the solar cell element characterized by these.
前記マスクと前記基板との第1の相対位置において、前記バス電極と前記グリッド電極と前記電極接続部とを前記基板に同時に印刷する第1の工程と、
前記第1の相対位置から前記グリッド電極の長手方向と略平行な方向に変位した前記マスクと前記基板との第2の相対位置において、前記バス電極と前記グリッド電極と前記電極接続部とを前記基板に同時に印刷する第2の工程と、
を含むことを特徴とする請求項5に記載の太陽電池素子の製造方法。 The printing step comprises:
A first step of simultaneously printing the bus electrode, the grid electrode, and the electrode connection portion on the substrate at a first relative position between the mask and the substrate;
In the second relative position of the mask and the substrate displaced from the first relative position in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the grid electrode, the bus electrode, the grid electrode, and the electrode connection portion are A second step of simultaneously printing on the substrate;
The manufacturing method of the solar cell element of Claim 5 characterized by the above-mentioned.
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