JP2010192658A - 太陽電池用基板及び太陽電池用基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板層(12)と、基板層(12)の上に積層された金属層(14)と、を備え、基板層(12)は、金属層(14)との積層面に、平面視で、略円形状又は略多角形状である凹部(12a)を有し、金属層(14)は、基板層(12)における凹部(12a)以外の表面を被覆する、太陽電池用基板(10)とすること。
【選択図】図1
Description
[1]
基板層と、基板層上に積層された金属層と、を備え、
基板層は、金属層との積層面に、平面視で略円形状又は略多角形状を有する凹部を有し、
金属層は、基板層における凹部以外の表面を被覆する、太陽電池用基板。
[2]
基板層は、シリコンウェハを含む、[1]に記載の太陽電池用基板。
[3]
略円形状又は略多角形状の直径が、150nm〜2μmである、[1]又は[2]に記載の太陽電池用基板。
[4]
金属層の厚さが、100nm〜1μmである、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
[5]
金属層が、金又は白金を含む、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
[6]
基板層に形成されたテキスチャー構造を、更に備える、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
[7]
基板層の表面を、下地処理剤により表面処理する表面処理工程と、
表面処理工程の後、金属コロイド溶液を含む塗膜を形成する塗膜形成工程と、
塗膜を焼結することにより、略円形状又は略多角形状の空孔を有する金属層を、基板層上に形成する金属層形成工程と、
金属層の空孔からエッチングすることで、基板層に凹部を形成する凹部形成工程と、
を含む、太陽電池用基板の製造方法。
図1は、本実施形態の太陽電池用基板の一実施形態の概略断面図である。
太陽電池用基板10は、基板層12と、基板層12上に積層された金属層14と、を備え、基板層12は、金属層14との積層面に、平面視で略円形状又は略多角形状を有する凹部12aを有し、金属層14は、基板層12における凹部12a以外の表面を被覆する。即ち、金属層14は、空孔14aを有している多孔質構造を備えている。
即ち、太陽電池用基板10は、太陽光等の光Lが照射されることで発電できる基板である。例えば、太陽電池用基板10は、基板層12表面のp型化及び/又はn型化、パッシベーション化等によって太陽電池の内部構造にヘテロ構造を作製できる。ヘテロ構造の界面に光Lが照射されることによって、発電して電気が発生する。
本実施形態では、基板層12の凹部12aは、金属層14の空孔14aを利用したエッチング(後述する)によって形成されるため、基板層12の凹部12aと金属層14の空孔14aの位置関係は対応している。基板層12の凹部12aの直径としては、150nm〜2μmであることが好ましく、より好ましくは180nm〜1.8μm、さらに好ましくは200nm〜1.6μmである。なお、本実施形態において「直径」とは、平面視面積と同一の面積を有する真円の直径を意味する。
なお、基板層12は、複数層であってもよい。例えば、寸法安定性等を向上させるために、複数の材料が積層された多層構造とすることができる。
そして、金属層14は多孔質構造を有する。多孔質構造は、空孔14aを有する構造である。空孔14aの形状は、特に限定されず、金属層14を略垂直方向に貫通している形状であることが好ましい。空孔14aが略垂直方向に貫通していることにより、光Lを効率的に基板層12へ透過できるため好ましい。
太陽電池用基板10の製造方法について、図2を併用して説明する。図2は、本実施形態の製造方法を説明する概念図である。
本実施形態の太陽電池用基板10の製造方法は、基板層12の表面を、下地処理剤により表面処理する表面処理工程と、表面処理工程の後、金属コロイド溶液を含む塗膜を形成する塗膜形成工程と、塗膜を焼結することにより、略円形状又は略多角形状の空孔14aを有する金属層14を、基板層12上に形成する金属層形成工程と、金属層14の空孔14aからエッチングすることで、基板層12上に凹部12aを形成する凹部形成工程と、を含む。
まず、基板層12の表面を下地処理剤により表面処理する。
下地処理剤を用いることで、基板層12と塗膜(後述)の密着性を向上させ得、塗膜形成時に金属コロイド溶液(後述)を塗布する際の濡れ性も向上し、均一に塗布することができる。
次に、表面処理された基板層12上に、金属コロイド溶液を含む塗膜を形成する(図2の(A))。金属コロイド溶液は、金属粒子を含むコロイド溶液である。金属粒子としては、特に限定されず、市販品を用いることができる。例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル等の公知の金属粒子が挙げられる。それらの中でも、金、銀、銅又は白金の金属粒子が汎用性、コスト及び機能性の観点から好ましい。金属粒子が、金又は白金の金属粒子である場合、金属層14の多孔質構造より安定化(錆びたりしない)できる。また、金属粒子が銀又は銅の金属粒子である場合、金属層14の多孔質構造の導電性をさらに高くすることができる。
なお粒径は、電子顕微鏡観察により、一次粒径の10点平均値として求められる値である。金属粒子の配分量としては、金属コロイド溶液中、好ましくは5〜40質量%、より好ましくは8〜20質量%、さらに好ましくは10〜20質量%である。
なお分散剤は、焼結時に揮発して金属層14の多孔質構造から外に排出されることが好ましい。分散剤が除去されることで、焼結時に金属粒子同士が結着しやすくなるため好ましい。
アミン類としては、例えば、アルキルアミンやアルキルジアミンが挙げられる。アルコール類としては、例えば、アルキルジオールが挙げられる。チオール類としては、例えば、アルキルチオールやアルキルジチオールが挙げられる。
例えば、銀ナノ粒子を用いる場合、2−メチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、ブトキシプロピルアミン、ジエチルメチルアミン、2−ジメチルアミノエタノール又はメチルジエタノールアミン等のアミン化合物、エチレンジアミン等のアルキルアミン類、エチレングリコール又はプロピレングリコール等のアルキルアルコール類、エタンジチオール等のアルキルチオール類、シクロヘキシルチオール等の脂環式チオール類等が好ましい。
また、金ナノ粒子を用いる場合、オクチルチオール、ヘキサチオール又はデカンチオール等のアルキルチオール類等が好ましい。
次に、金属コロイド溶液を含む塗膜を焼結する(図2の(B))。
焼結は、あらかじめ加温状態にしておいた焼結炉に塗布・乾燥した基材を所定時間挿入することで行うことができる。焼結条件は、塗布した金属種に応じて適宜選定されるが、好ましくは50〜400℃で0.2〜5時間の条件を採用することができる。なお、本実施形態では、塗布乾燥した時点で空孔14aは形成されており、焼結によって金属層14を固定化することができる。
厚さ斑(%)=(|T0−T1|×100)/T0 (1)
次に、金属層14の前記空孔14aからエッチングして、基板層12に凹部12aを形成する(図2の(C))。
また、凹部12aを形成してからp型化及び/又はn型化することは、p型化及び/又はn型化の厚さを均一に形成できるため好ましい。凹部12aを形成してからパッシベーション化する場合は、パッシベーション層の抵抗による集電効率の低下が無いため好ましい。
3cm角のシリコンウェハ(厚さ250μm)の表面に下地処理剤(3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、和光純薬社製)を数滴滴下し、液状塗膜の膜厚が3μmになるようにスピンコーターを用いて塗布した。窒素ガスを用いて乾燥し、金属ナノ粒子コロイド溶液(金:粒径2〜4nm、田中貴金属社製、溶媒:テルピネオール、α異性体比率70%、和光純薬社製、分散剤:デカンチオール2質量%)を滴下して、2分間スピンコート法にて膜を形成させた。乾燥後、300℃、2時間の焼結条件で電気炉にて焼結させ、更にエッチング処理(詳細は後述する)を行うことにより、多孔質構造を金属層に有する太陽電池用基板を得た。表1に、用いた材料や条件、及び得られた基板の多孔質構造の物性をまとめた。
表1〜3に示す材料や条件で基板を製造した。3cm角のシリコンウェハの表面に下地処理剤を数滴滴下し、液状塗膜の膜厚が3μmになるようにスピンコーターを用いて塗布した。窒素ガスを用いて乾燥し、表1〜3に記載された金属ナノ粒子コロイド溶液又は塗工液1gを滴下して、2分間スピンコート法にて膜を形成させた。乾燥後、所定温度及び所定時間に調整した電気炉にて焼結させ、更にエッチングを行うことにより、多孔質構造の太陽電池用基板を得た。表1〜3に、用いた材料や条件、及び得られた基板の多孔質構造の物性をまとめた。
導電性評価として四端子四探針方式ロレスタ・GP(ダイヤインストロメンツ社製)を用いてJIS K 7194に準拠して測定した。作成した多孔質構造上の任意の5箇所を測定し、その最小値から最大値の幅で表記した。
透過率測定としてオーシャンオプティクス社製USB4000−TR−600を用いてスライドガラス上に形成された多孔質構造を光波長が500nmにおける透過率を測定した。作成した多孔質構造上の任意の5箇所を測定し、最小値から最大値の幅で表記した。
実施例1における焼結物、硝酸60質量%、フッ酸8%のエッチング溶液を用いて、3分間エッチング処理を行った。エッチング処理の前後の基板の構造を、日立社製走査型電子顕微鏡S3000Nを用いて観察した。エッチング処理前の平面のSEM写真を図3に示す。また、金属層よりエッチングした後の平面のSEM写真を図4に示す。図5は、金属層をAuエッチング液(AURM−302関東化学)にて剥ぎ取った後の基板層表面のSEM写真である。
図3ではほぼ均一な穴が金属層に形成されていることが確認でき、図4、5では金属層の空孔よりエッチングされたことによって、基板層に凹形状を作成できていることが確認できた。
実施例2〜18における焼結物についても上記した条件でエッチング処理を行ったところ、実施例1と同様に、ほぼ均一な穴が金属層に形成されていることが確認でき、かつ金属層の空孔よりエッチングすることにより基板層に凹形状を作製できていることが確認できた。
12 基板層
12a 凹部
121 下地層
14 金属層
14a 空孔
Claims (7)
- 基板層と、前記基板層上に積層された金属層と、を備え、
前記基板層は、前記金属層との積層面に、平面視で略円形状又は略多角形状を有する凹部を有し、
前記金属層は、前記基板層における前記凹部以外の表面を被覆する、太陽電池用基板。 - 前記基板層は、シリコンウェハを含む、請求項1に記載の太陽電池用基板。
- 前記略円形状又は前記略多角形状の直径が、150nm〜2μmである、請求項1又は2に記載の太陽電池用基板。
- 前記金属層の厚さが、100nm〜1μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
- 前記金属層が、金又は白金を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
- 前記基板層はテキスチャー構造を、更に備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池用基板。
- 基板層の表面を、下地処理剤により表面処理する表面処理工程と、
前記表面処理工程の後、金属コロイド溶液を含む塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜を焼結することにより、略円形状又は略多角形状の空孔を有する金属層を、前記基板層上に形成する金属層形成工程と、
前記金属層の前記空孔からエッチングすることで、前記基板層に凹部を形成する凹部形成工程と、
を含む、太陽電池用基板の製造方法。
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2009
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