JP2010263015A - Method for forming electrode of solar cell, and method of manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の電極形成方法および太陽電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a solar cell electrode and a method for manufacturing a solar cell.
従来、太陽電池の受光面側電極の形成における代表的な方法として、スクリーン印刷法を用いた方法がある。このスクリーン印刷法を用いた方法では、所望のパターンの透過部を有する印刷マスク版(スクリーン版)を用いて印刷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受光面側電極を形成する。 Conventionally, there is a method using a screen printing method as a typical method for forming a light receiving surface side electrode of a solar cell. In the method using the screen printing method, a printing mask plate (screen plate) having a transmissive portion of a desired pattern is used to print a printing paste on a predetermined position of a silicon substrate, and light is received by high-temperature processing in a baking furnace. A surface side electrode is formed.
具体的には、まず印刷版枠にスクリーンメッシュと呼ばれる網状に編んだステンレス線を張り、四方を引っ張って緊張させて固定する。つぎに、スクリーンメッシュ上に版膜を作って必要な画線(透過部のパターン)以外の目を塞いでスクリーン版を形成する。そして、製作したスクリーン版をスクリーン印刷機にセットする。また、該スクリーン版に位置合わせしてシリコン基板を配置する。 Specifically, first, a stainless steel wire knitted in a net shape called a screen mesh is stretched on the printing plate frame, and tension is fixed by pulling on all sides. Next, a plate film is formed on the screen mesh, and the screen plate is formed by closing the eyes other than the required image line (transmission portion pattern). Then, the produced screen plate is set on a screen printer. Further, a silicon substrate is arranged in alignment with the screen plate.
つぎに、スクリーン版上に印刷ペーストを載せて透過部のパターン上に押し広げる。続いて、スキージと呼ばれるゴム状の板をスクリーン版の内側の版膜を加圧しながら移動させる。これにより、印刷ペーストは版膜の形成されていない部分のスクリーンメッシュ(透過部のパターン)を透過し、スクリーン版の下に配置されたシリコン基板上に押し出され、密着して所望のパターンが形成される。その後、印刷ペーストは乾燥を経て焼成される。これにより、所望のパターンの受光面側電極が形成される。この様に、印刷版を用いることによって容易に電極のパターンを形成することができるため、現在ではこの方法が最も広く用いられている。 Next, the printing paste is placed on the screen plate and spread on the pattern of the transmission part. Subsequently, a rubber-like plate called a squeegee is moved while pressing the plate film inside the screen plate. As a result, the printing paste passes through the screen mesh (transmission pattern) where the plate film is not formed, and is pushed out onto the silicon substrate placed under the screen plate to form a desired pattern. Is done. Thereafter, the printing paste is baked after being dried. Thereby, the light-receiving surface side electrode of a desired pattern is formed. As described above, since the electrode pattern can be easily formed by using the printing plate, this method is most widely used at present.
一方、今後見込まれるシリコン太陽電池の急激な普及に対して、シリコン原料の不足が懸念されている。その対策として、太陽電池の発電効率を向上させることにより、従来と同じ量の原料であっても大きな電力を発電し、太陽電池の発電量当たりの単価を下げ、生産数を増加させることができる。シリコン太陽電池用に使用する基板の面積には標準的な規格があり、現在は156mm×156mmが一般的に用いられており、この基板1枚当たりの発電効率を向上させることが太陽電池の発電効率の向上につながる。 On the other hand, a shortage of silicon raw materials is a concern for the rapid spread of silicon solar cells expected in the future. As a countermeasure, by improving the power generation efficiency of solar cells, it is possible to generate large power even with the same amount of raw materials as before, lower the unit price per solar cell power generation amount, and increase the number of production . There is a standard specification for the area of the substrate used for silicon solar cells, and currently 156 mm × 156 mm is generally used, and improving the power generation efficiency per one substrate power generation of the solar cell It leads to improvement of efficiency.
発電効率を向上させる方法の1つに、例えば基板上の発電に寄与する実質的な受光面の面積を大きく確保して、1枚の基板から得られる電流の量を増加させる方法がある。この場合は、基板において発生した電流を流す電極であっても、受光面を遮るものは最小限の面積で形成することが必要である。 As one method for improving the power generation efficiency, for example, there is a method of increasing the amount of current obtained from one substrate by ensuring a large area of a substantial light receiving surface that contributes to power generation on the substrate. In this case, it is necessary to form an electrode through which the current generated in the substrate flows, with a minimum area that blocks the light receiving surface.
従来のスクリーン印刷法により線幅の細いグリッド電極を形成する場合は、スクリーンメッシュが印刷ペーストによる目詰まりを起こし易くなり、この目詰まりを防止しようとすると印刷厚みを薄くせざるを得ない。この結果、グリッド電極の断面積が低減してグリッド電極自体の電気抵抗が増加するため、基板で得られた大きな電流を発電効率の増加につなげることができず、太陽電池の出力特性を向上させることができない。そこで、厚みの厚い電極パターンを形成するために複数回の重ね印刷が必要となり、スクリーン版の印刷ペースト抜け性改善とともに複数回の重ね印刷が可能な印刷ペーストが必要であった。したがって、この方法では印刷工程の複雑化とともに装置台数の増加、および新規材料の開発と価格上昇を招き、製造コストが大幅に増加する。 When a grid electrode having a thin line width is formed by a conventional screen printing method, the screen mesh is likely to be clogged by the printing paste, and the printing thickness must be reduced to prevent the clogging. As a result, since the cross-sectional area of the grid electrode is reduced and the electrical resistance of the grid electrode itself is increased, a large current obtained from the substrate cannot be connected to an increase in power generation efficiency, and the output characteristics of the solar cell are improved. I can't. Therefore, a plurality of times of overprinting are required to form a thick electrode pattern, and a printing paste capable of being overprinted a plurality of times is required along with improvement of the screen paste printing paste omission. Therefore, this method leads to a complicated printing process, an increase in the number of apparatuses, development of new materials and an increase in price, and a manufacturing cost is greatly increased.
また、ある程度の厚みを持った線幅の細いグリッド電極を形成するには、スクリーン印刷機とその印刷条件、スクリーン版とその仕様およびスクリーン印刷用印刷ペースト等の複雑に絡みあった特性を十分に熟知し、これらに適合したプロセス条件を構築することが必要である。しかしながら、太陽電池製造用として装置メーカーや材料メーカーが市場で販売しているものを購入して製造を行っているのが実情であり、上述したプロセス条件が伴っておらず、所望の形状のグリッド電極を形成することができない。すなわち、スクリーン印刷法による電極の形成には、限界がある。 In addition, in order to form a grid electrode with a certain thickness and a thin line width, the screen printer and its printing conditions, the screen plate and its specifications, and the intricately entangled characteristics such as screen printing print paste are sufficient. It is necessary to build process conditions that are familiar and compatible with these. However, the actual situation is that equipment manufacturers and material manufacturers purchase and manufacture products that are sold in the market for solar cell production, and the grids of the desired shape are not accompanied by the process conditions described above. An electrode cannot be formed. That is, there is a limit to the formation of electrodes by the screen printing method.
そこで、電極の形成方法として、スクリーン印刷法の代わりに、コーティングロールを基板に圧接させることにより、コーティングロール上に塗布されたペーストを基板に転写する方法が考えられている。具体的には、印刷ペーストを塗布させるためのノズルをパターン状に配置し、該ノズルの先端から噴出された印刷ペーストを回転するロール上にパターン状に塗布し、このロールと基板とを圧接することにより該基板上に印刷ペーストを転写する方法が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, as a method for forming the electrodes, a method of transferring the paste applied on the coating roll to the substrate by pressing the coating roll onto the substrate instead of the screen printing method has been considered. Specifically, nozzles for applying a printing paste are arranged in a pattern, the printing paste ejected from the tip of the nozzle is applied in a pattern on a rotating roll, and the roll and the substrate are pressed against each other. Thus, a method of transferring a printing paste onto the substrate is disclosed (for example, see Patent Document 1).
コーティングロールを備えた印刷機により受光面電極のパターンを形成する代表的な方法は以下の通りである。まず、グリッド電極形成用ノズルより、コーティングロール上に印刷ペーストをグリッド電極のパターン状に塗布する。それと同時に、バス電極形成用ノズルより、コーティングロール上に印刷ペーストをバス電極のパターン状に塗布する。この時、バス電極形成用ノズルはグリッド電極のパターンと直交してバス電極のパターンを配置するため、コーティングロール上をその回転と同期を取りながら斜めに移動する。このようにしてコーティングロール上に受光面電極のパターン状に形成された印刷ペーストは、ステージ上に真空吸着された基板にコーティングロールを圧接することによって転写される。その後、基板に転写されたパターンは乾燥した後、焼成される。 A typical method for forming the pattern of the light receiving surface electrode by a printing machine equipped with a coating roll is as follows. First, a printing paste is applied in a pattern of a grid electrode on a coating roll from a grid electrode forming nozzle. At the same time, the printing paste is applied in a pattern of bus electrodes on the coating roll from the bus electrode forming nozzle. At this time, the bus electrode forming nozzles are arranged obliquely on the coating roll while synchronizing with the rotation of the bus electrode pattern because the bus electrode pattern is arranged perpendicular to the grid electrode pattern. The printing paste formed in the pattern of the light receiving surface electrode on the coating roll in this way is transferred by pressing the coating roll onto the substrate vacuum-adsorbed on the stage. Thereafter, the pattern transferred to the substrate is dried and then baked.
また、電極パターンをコーティングロールから基板に直接転写するのではなく、一旦、焼成後に消失するシート状基材に転写し、そのシート状基材を基板に貼付する方法が開示されている(たとえば、特許文献2参照)。 In addition, a method is disclosed in which the electrode pattern is not directly transferred from the coating roll to the substrate, but once transferred to a sheet-like base material that disappears after firing, and the sheet-like base material is attached to the substrate (for example, Patent Document 2).
また、グリッド電極を形成する別の手法として、LSIを製造する際に用いられるレジストを使用した転写法を模して、まずレジストの代わりとなるフィルムを基板に貼付し、そのフィルムにレーザー加工によって従来よりも線幅の細い電極パターンを有する開口部を形成した後に、この開口部に印刷ペーストを埋め込んだ後にフィルムを除去、乾燥を経て焼成される方法が開示されている(たとえば、特許文献3、特許文献4参照)。 As another method for forming grid electrodes, a transfer method using a resist used in the manufacture of LSI is imitated. First, a film serving as a resist is pasted on a substrate, and laser processing is applied to the film. A method is disclosed in which after forming an opening having an electrode pattern with a narrower line width than before, a film is removed after embedding a printing paste in the opening, and the film is baked after drying (for example, Patent Document 3). , See Patent Document 4).
しかしながら特許文献1による方法では、スクリーン印刷機およびスクリーン版は使用しないものの、スクリーン印刷機に比べて複雑な機構を持つコーティングロールを備えた印刷機が必要であり、また例えば線幅が細く厚みの厚いグリッド電極を形成するには、従来のスクリーン印刷用の印刷ペーストでは不向きなため、新たに適した印刷ペーストを開発しなければならない。また、印刷工程そのものが省略される訳ではなく、簡便な工程とは言えない。
However, in the method according to
また、特許文献2の方法では、基板の全面に形成する裏面電極形成のみを対象としており、パターンを有する受光面電極を対象としたものではなく、受光面電極については従来の手法が用いられているためグリッド電極などの微細なパターンを有する受光面電極を形成することは困難である。 In addition, the method of Patent Document 2 is intended only for the formation of the back surface electrode formed on the entire surface of the substrate, and is not intended for the light receiving surface electrode having a pattern. For the light receiving surface electrode, a conventional method is used. Therefore, it is difficult to form a light receiving surface electrode having a fine pattern such as a grid electrode.
また、特許文献3、特許文献4の方法は、特許文献1や特許文献2の方法と比べて、グリッド電極などの微細なパターンを有する受光面電極を形成し易いと考えられるが、フィルムの貼付や除去に加えてパターン加工や印刷まで行わねばならず、効率的な量産方法とは言えない。
In addition, it is considered that the methods of Patent Document 3 and
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極形成を効率的に、簡便且つ安価に行うことが可能な太陽電池の電極形成方法および太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the electrode formation method of a solar cell and the manufacturing method of a solar cell which can perform electrode formation efficiently and simply and cheaply. .
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の電極形成方法は、半導体基板の電極形成面に電極を形成する太陽電池の電極形成方法であって、電極材料により前記電極のパターンが一面側に形成されたシート状基材における前記電極のパターンを前記半導体基板における電極形成面に対向させるとともに前記電極形成面における前記電極の形成位置に位置合わせする第1工程と、前記シート状基材における前記電極のパターンを包含する全領域を均一に押圧することにより前記シート状基材の一面側を前記半導体基板の電極形成面に圧接して、前記電極のパターンを前記半導体基板の電極形成面に転写する第2工程と、前記シート状基材を前記半導体基板の電極形成面から離間させる第3工程と、前記半導体基板に転写された前記電極のパターンを焼成して半導体基板の電極形成面に前記電極を形成する第4工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an electrode formation method for a solar cell according to the present invention is an electrode formation method for a solar cell in which an electrode is formed on an electrode formation surface of a semiconductor substrate. A first step in which the electrode pattern in the sheet-like base material on which the electrode pattern is formed on one surface is opposed to the electrode formation surface in the semiconductor substrate and aligned with the electrode formation position on the electrode formation surface; Then, the entire surface including the electrode pattern in the sheet-like base material is uniformly pressed to press the one surface side of the sheet-like base material against the electrode forming surface of the semiconductor substrate, and the electrode pattern is A second step of transferring to the electrode forming surface of the semiconductor substrate; a third step of separating the sheet-like base material from the electrode forming surface of the semiconductor substrate; and the semiconductor substrate. A fourth step of forming the electrode on the electrode formation surface of the semiconductor substrate by firing the pattern of the transferred said electrodes, characterized in that it comprises a.
本発明によれば、電極の半導体基板への直接の製造工程においては、電極の印刷工程自体が不要となり、乾燥工程も不要となり、太陽電池の電極を効率良く、簡便に且つ安価に作製することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, in the manufacturing process of the electrode directly on the semiconductor substrate, the electrode printing process itself is not required, and the drying process is not required, so that the solar cell electrode can be manufactured efficiently, simply and inexpensively. There is an effect that can be.
以下に、本発明にかかる太陽電池の電極形成方法および太陽電池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。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the electrode formation method of the solar cell concerning this invention and the manufacturing method of a solar cell is described in detail based on drawing. 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. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1−1〜図1−3は、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セル1の概略構成を示す図であり、図1−1は、太陽電池セル1の断面図、図1−2は、受光面側からみた太陽電池セル1の上面図、図1−3は、受光面と反対側からみた太陽電池セル1の下面図である。図1−1は、図1−2のA−A方向における断面図である。
FIGS. 1-1 to 1-3 are diagrams showing a schematic configuration of a
太陽電池セル1は、図1−1〜図1−3に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってpn接合を有する半導体基板11と、半導体基板11の受光面側の面(おもて面)に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜17と、半導体基板11の受光面側の面(おもて面)において反射防止膜17に囲まれて形成された第1電極である受光面側電極19と、半導体基板11の受光面と反対側の面(裏面)に形成された第2電極である裏面側電極21と、を備える。
As shown in FIGS. 1-1 to 1-3, the
半導体基板11は、p型(第1の導電型)多結晶シリコン層13と、該p型多結晶シリコン層13の表面の導電型が反転したn型(第2の導電型)不純物拡散層15とを有し、これらによりpn接合が構成されている。受光面側電極19としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極23および表銀バス電極25を含む。表銀グリッド電極23は、半導体基板11で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極25は、表銀グリッド電極23で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極23にほぼ直交して設けられている。また、裏面側電極21は、半導体基板11の裏面の全面に形成されている。
The
このように構成された太陽電池セル1では、太陽光が太陽電池セル1の受光面側から半導体基板11のpn接合面(p型多結晶シリコン層13とn型不純物拡散層15との接合面)に照射されると、ホールと電子が生成する。pn接合部の電界によって、生成した電子はn型不純物拡散層15に向かって移動し、ホールはp型多結晶シリコン層13に向かって移動する。これにより、n型不純物拡散層15に電子が過剰となり、p型多結晶シリコン層13にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はpn接合を順方向にバイアスする向きに生じ、n型不純物拡散層15に接続した受光面側電極19がマイナス極となり、p型多結晶シリコン層13に接続した裏面側電極21がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
In the
以上のように構成された実施の形態1にかかる太陽電池セル1は、表銀グリッド電極23の線幅が80ミクロン、厚みが25ミクロン程度の細線且つ厚膜の細線電極とされており、受光面を遮る面積が極力低減されている。これにより、実施の形態1にかかる太陽電池セル1では、半導体基板11での発電に寄与する実質的な受光面の面積を大きく確保し、太陽電池セル1から得られる電流の量を増加させて、出力特性の向上が図られている。
In the
また、表銀グリッド電極23は、線幅が細いだけではなく、厚みが厚く形成されているため、断面積が広く確保されている。これにより、表銀グリッド電極23の線幅を細くしたことに起因して表銀グリッド電極23自体の電気抵抗が増加することが防止されており、発電された電流を発電効率の増加につなげることができ、出力特性の向上が図られている。
Moreover, since the surface
したがって、実施の形態1にかかる太陽電池セル1においては、受光面側電極19として細幅且つ厚膜の表銀グリッド電極23を備えることにより、受光面積を広く確保し、光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
Therefore, in the
つぎに、このような太陽電池セル1の製造方法の一例について図2−1〜図4を参照して説明する。図2−1〜図2−7は、実施の形態1にかかる太陽電池セル1の製造工程を説明するための断面図である。
Next, an example of a method for manufacturing such a
まず、半導体基板として、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているp型多結晶シリコン基板を用意する(以下、p型多結晶シリコン基板11aと呼ぶ)(図2−1)。
First, as a semiconductor substrate, for example, a p-type polycrystalline silicon substrate that is most frequently used for consumer solar cells is prepared (hereinafter referred to as a p-type
p型多結晶シリコン基板11aは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、p型多結晶シリコン基板11aを酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してp型多結晶シリコン基板11aの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
Since the p-type
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、p型多結晶シリコン基板11aの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成してもよい(図示せず)。このようなテクスチャー構造をp型多結晶シリコン基板11aの受光面側に設けることで、太陽電池セル1の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル1に入射する光を効率的に半導体基板11の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。
At the same time as the damage removal or subsequent to the damage removal, fine unevenness may be formed as a texture structure on the light receiving surface side surface of the p-type
なお、本発明は電極形成にかかる発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をp型多結晶シリコン基板11aの表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりp型多結晶シリコン基板11aの表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
In addition, since this invention is invention concerning electrode formation, it does not restrict | limit in particular about the formation method and shape of a texture structure. For example, an alkaline aqueous solution containing isopropyl alcohol or a method using acid etching mainly composed of a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or a mask material partially provided with an opening is formed on the surface of the p-type
つぎに、このp型多結晶シリコン基板11aを熱酸化炉へ投入し、n型の不純物であるリン(P)の雰囲気下で加熱する。この工程によりp型多結晶シリコン基板11aの表面にリン(P)を拡散させて、n型不純物拡散層15を形成して半導体pn接合を形成する(図2−2)。本実施の形態では、p型多結晶シリコン基板11aをオキシ塩化リン(POCl3)ガス雰囲気中において、例えば800℃〜850℃の温度で加熱することにより、n型不純物拡散層15を形成する。
Next, this p-type
ここで、n型不純物拡散層15の形成直後の表面にはガラスを主成分とするリンガラス層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。
Here, since the phosphor glass layer mainly composed of glass is formed on the surface immediately after the formation of the n-type
つぎに、n型不純物拡散層15を形成したp型多結晶シリコン基板11aの受光面側に、光電変換効率改善のために、反射防止膜17として例えばシリコン窒化膜(SiN膜)を形成する(図2−3)。反射防止膜17の形成には、例えばプラズマCVD法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜17としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜17の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜17として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜17の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜17としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
Next, for example, a silicon nitride film (SiN film) is formed as an
つぎに、リン(P)の拡散によりp型多結晶シリコン基板11aの裏面に形成されたn型不純物拡散層15を除去する。これにより、第1導電型層であるp型多結晶シリコン層13と、該p型多結晶シリコン層13の受光面側に形成された第2導電型層であるn型不純物拡散層15と、によりpn接合が構成された半導体基板11が得られる(図2−4)。
Next, the n-type
p型多結晶シリコン基板11aの裏面に形成されたn型不純物拡散層15の除去は、例えば片面エッチング装置を用いて行う。または、反射防止膜17をマスク材として活用し、エッチング液にp型多結晶シリコン基板11aの全体を浸漬させる方法を用いてもよい。エッチング液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を、室温〜95℃、好ましくは50℃〜70℃に加熱したものを用いる。また、エッチング液として、硝酸とフッ酸との混合水溶液を用いてもよい。
The n-type
つぎに、受光面側電極19(焼成前)、すなわち表銀グリッド電極23と表銀バス電極25とのパターンを反射防止膜17上に形成する。ここで、本実施の形態では、受光面側電極19のパターンを以下のようにして転写により形成する。
Next, the light receiving surface side electrode 19 (before firing), that is, the pattern of the front
まず、図3に示すように、予め表面が平滑な長尺状のシート状基材であるベースフィルム31上に、受光面側電極19の電極材料であって銀(Ag)、ガラス等を含む受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成しておく。図3は、受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム31を示す模式図である。受光面側電極材料ペースト19aのパターンは、受光面側電極19の形状、すなわち長尺状の細線かつ厚膜の表銀グリッド電極23の形状と、このパターンに略直交する帯状の表銀バス電極25の形状とに形成される。
First, as shown in FIG. 3, on the
また、受光面側電極材料ペースト19aのパターンは、半導体基板11の1枚分を1単位として、ベースフィルム31の長手方向において規定の距離だけ離間させて複数単位分が形成される。半導体基板11の表面とは異なった、表面が平滑なベースフィルム31上に受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成することにより、面内方向における滲みがなく、垂直方向の形状が保持された電極パターンを形成することができる。
Further, the pattern of the light receiving surface side
ベースフィルム31上への受光面側電極材料ペースト19aのパターンの形成方法としては、特に限定されず、例えばオフセット印刷やスクリーン印刷等の手法を用いてもよい。受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム31は、図4に示すように、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを外周側にしてロール状に巻かれた状態で送り出しロール32にセットされる。図4は、本実施の形態における電極の形成方法を説明するための模式図である。
The method for forming the pattern of the light receiving surface side
ベースフィルム31は、送り出しロール32から送り出されると、2つのサブロール33を経由するとともに、半導体基板11の保持部材であるステージ35上を通過して巻き取りロール34へと導かれて搬送される。そして、このベースフィルム31の搬送途中において、ベースフィルム31と半導体基板11との位置合わせを行ってベースフィルム31の搬送を停止する。すなわち、ベースフィルム31に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンの位置を、受光面側を上にしてステージ35上に保持された半導体基板11における電極形成位置に合わせて、ベースフィルム31の搬送を停止する。
When the
つぎに、半導体基板11と略同等の面積をする略平板状の押圧部材であるスタンパー36をベースフィルム31の上から押下、加圧して、半導体基板11とベースフィルム31とを圧接させる。その後、スタンパー36を持ち上げてベースフィルム31を半導体基板11から離間させる。これにより、ベースフィルム31上に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンが半導体基板11の表面の反射防止膜17上に転写される(図2−5)。すなわち、受光面側電極19として表銀グリッド電極23と表銀バス電極25とが反射防止膜17上に形成される(焼成前)。
Next, the
ここで、半導体基板11とベースフィルム31との圧接は、加圧のみで行ってもよく、また加圧に加えてステージ35を加熱することにより半導体基板11を加熱して行ってもよい。半導体基板11を加熱することにより、半導体基板11への受光面側電極材料ペースト19aの密着性を向上させることができる。
Here, the pressure contact between the
受光面側電極材料ペースト19aのパターンの転写後、ベースフィルム31を規定の長さだけ搬送して巻き取りロール34により巻き取る。これにより、受光面側電極材料ペースト19aのパターンが半導体基板11に転写された部分のベースフィルム31は巻き取りロール34に巻き取られ、次の受光面側電極材料ペースト19aのパターンがステージ35上に移動する。そして、ステージ35上の半導体基板11を交換して、上記の処理を繰り返す。
After the transfer of the pattern of the light receiving surface side
このように受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム31を予め準備しておき、該ベースフィルム31に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンを転写することにより、受光面側電極19の半導体基板11への直接の製造工程においては、受光面側電極材料ペーストの印刷工程自体が不要となり、受光面側電極材料ペーストの乾燥工程も不要となる。また、半導体基板11の受光面全体を均一に押圧するため、半導体基板11の割れや欠けの発生が抑制され、歩留まりの向上を図ることができる。
The
受光面側電極19(焼成前)の転写後、半導体基板11の裏面側の全面に、裏面側電極21の電極材料であってアルミニウム(Al)、ガラス等を含む裏面側電極材料ペースト21aをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥する(図2−6)。
After the transfer of the light-receiving surface side electrode 19 (before firing), a back-side
そして、半導体基板11を例えば700℃〜1000℃で焼成することで、受光面側電極19および裏面側電極21が形成される(図2−7)。また、受光面側電極19中の銀が反射防止膜17を貫通して、n型不純物拡散層15と受光面側電極19とが電気的に接続する。
And the light-receiving
以上のような工程を実施することにより、図1−1〜図1−3に示す実施の形態1にかかる太陽電池セル1を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板11への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
By performing the steps as described above, the
上述したように、実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法においては、半導体基板11に直接、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成せずに、ベースフィルム31に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンを半導体基板11に転写する。このようなこの手法を採用することにより、受光面側電極19、すなわち細線かつ厚膜の表銀グリッド電極23と表銀バス電極25のパターンを形成する工程と、形成したパターンを半導体基板11に配置する工程と、が分離される。
As described above, in the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment, the light receiving surface formed on the
そして、前者の工程では、半導体基板11とは異なった、表面が平滑なベースフィルム31上に受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成することにより、面内方向に滲みのない、垂直方向の形状が保持された電極パターンを形成することができる。また、後者の工程では、半導体基板11をスクリーン版やロール版でなぞりながら圧力をかけるのではなく、半導体基板11の受光面全体を均一に押圧するため、半導体基板11の割れや欠けの発生を抑制して、歩留まりの向上を図ることができる。
In the former process, the pattern of the light receiving surface side
また、予め受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム31から該受光面側電極材料ペースト19aのパターンを転写することにより、効率良く受光面側電極19を形成することができる。また、受光面側電極材料ペースト19aのパターンの転写は、簡略な装置および簡便な工程で実施可能であり、効率良く電極の形成が可能である。そして、半導体基板11に対する直接の印刷工程が無いため、製造ラインに印刷や乾燥のための装置が不要となり、電極形成コストが大幅に削減できる。
Further, the light receiving
そして、実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法においては、ベースフィルム31は洗浄等の工程を経た上で、再生利用が可能であり、省資源化とともにコストの削減を図ることができる。
And in the manufacturing method of the photovoltaic
したがって、実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法においては、受光面側電極19として細幅且つ厚膜の表銀グリッド電極23および表銀バス電極25を効率良く、簡便に且つ安価に作製することができる。そして、受光面積が広く確保され、光電変換効率に優れた太陽電池セルを効率良く、簡便に且つ安価に作製することができる。
Therefore, in the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment, the thin and thick surface
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1において説明した太陽電池セルの製造方法の変形例について説明する。なお、実施の形態2にかかる太陽電池セルの製造方法の基本的プロセスは実施の形態1の場合と同様なので、図2−1〜図2−4を参照して説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, a modification of the method for manufacturing a solar battery cell described in the first embodiment will be described. In addition, since the basic process of the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning Embodiment 2 is the same as that of the case of
まず、実施の形態1において図2−1〜図2−4を用いて説明した工程を行って図2−4に示すようにpn接合が構成された半導体基板11を形成する。つぎに、受光面側電極19(焼成前)、すなわち表銀グリッド電極23と表銀バス電極25とのパターンを反射防止膜17上に形成する。ここで、本実施の形態では、受光面側電極19のパターンを以下のようにして転写により形成する。
First, the steps described with reference to FIGS. 2-1 to 2-4 in the first embodiment are performed to form a
まず、図5に示すように、予め長尺状のシート状基材であるベースフィルム41上に、受光面側電極19の電極材料であって銀(Ag)、ガラス等を含む受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成しておく。図5は、受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム41を示す模式図である。ここで、ベースフィルム41は、第1ベースフィルム41aと、表面が平滑な第2ベースフィルム41bと、が積層された二重構造とされ、第2ベースフィルム41b上に電極パターン、すなわち受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成する。
First, as shown in FIG. 5, on a
また、第2ベースフィルム41bには、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを含有する半導体基板11と同等の大きさの領域を区画するように、厚み方向に切れ目42が設けられている。この切れ目42を設けることにより、後の転写処理において第2ベースフィルム41bの第1ベースフィルム41aからの剥離が容易となる。また、第2ベースフィルム41bの材料には、後の焼成工程において消失する材料が用いられる。
In addition, the
また、受光面側電極材料ペースト19aのパターンは、半導体基板11の1枚分を1単位として、第2ベースフィルム41bの長手方向において規定の距離だけ離間させて複数単位分が形成される。半導体基板11の表面とは異なった、表面が平滑な第2ベースフィルム41b上に受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成することにより、面内方向における滲みがなく、垂直方向の形状が保持された電極パターンを形成することができる。
Further, the pattern of the light receiving surface side
第2ベースフィルム41b上への受光面側電極材料ペースト19aのパターンの形成方法としては、特に限定されず、例えばオフセット印刷やスクリーン印刷等の手法を用いてもよい。受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム41は、実施の形態1の場合と同様に、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを外周側にしてロール状に巻かれた状態で送り出しロール32にセットされる。
The method for forming the pattern of the light receiving surface side
ベースフィルム41は、送り出しロール32から送り出されると、2つのサブロール33を経由するとともにステージ35上を通過して巻き取りロール34へと導かれて搬送される。そして、このベースフィルム41の搬送途中において、ベースフィルム41と半導体基板11との位置合わせを行ってベースフィルム41の搬送を停止する。すなわち、ベースフィルム41に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンの位置を、受光面側を上にしてステージ35上に配置された半導体基板11における電極形成位置に合わせて、ベースフィルム41の搬送を停止する。
When the
つぎに、実施の形態1の場合と同様にスタンパー36をベースフィルム41の上から押下、加圧して、半導体基板11とベースフィルム41とを圧接させる。その後、スタンパー36を持ち上げてベースフィルム41を半導体基板11から離間させる。これにより、第2ベースフィルム41bが切れ目42に沿って第1ベースフィルム41aから剥離し、第2ベースフィルム41b上に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンは図6に示すように第2ベースフィルム41bごと半導体基板11の表面の反射防止膜17上に転写される。すなわち、受光面側電極19として表銀グリッド電極23と表銀バス電極25とが反射防止膜17上に形成される(焼成前)(図2−5)。図6は、受光面側電極材料ペースト19aのパターンが第2ベースフィルム41bごと反射防止膜17上に転写された状態を示す模式図である。
Next, as in the case of the first embodiment, the
受光面側電極材料ペースト19aのパターンを第2ベースフィルム41bごと第1ベースフィルム41aから剥離して半導体基板11の表面の反射防止膜17上に転写するため、第1ベースフィルム41aと第2ベースフィルム41bとの接着強度を調整することにより、実施の形態1の場合よりも小さい加圧力で受光面側電極材料ペースト19aのパターンを反射防止膜17上に転写することができる。
Since the pattern of the light-receiving surface side
また、半導体基板11とベースフィルム41との圧接は、加圧のみで行ってもよく、また加圧に加えてステージ35を加熱することにより半導体基板11を加熱して行ってもよい。半導体基板11を加熱することにより、半導体基板11への受光面側電極材料ペースト19aの密着性を向上させることができる。
Further, the pressure contact between the
受光面側電極材料ペースト19aのパターンの転写後、ベースフィルム41を規定の長さだけ搬送して巻き取りロール34により巻き取る。これにより、受光面側電極材料ペースト19aのパターンが半導体基板11に転写された部分のベースフィルム41は巻き取りロール34に巻き取られ、次の受光面側電極材料ペースト19aのパターンがステージ35上に移動する。そして、ステージ35上の半導体基板11を交換して、上記の処理を繰り返す。
After the pattern of the light receiving surface side
このように受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム41を予め準備しておき、該ベースフィルム41に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンを転写することにより、実施の形態1の場合と同様に受光面側電極19の半導体基板11への直接の製造工程においては、受光面側電極材料ペーストの印刷工程自体が不要となり、受光面側電極材料ペーストの乾燥工程も不要となる。また、半導体基板11の受光面全体を均一に押圧するため、半導体基板11の割れや欠けの発生が抑制され、歩留まりの向上を図ることができる。
The
受光面側電極19(焼成前)の転写後、半導体基板11の裏面側の全面に、裏面側電極21の電極材料であってアルミニウム(Al)、ガラス等を含む裏面側電極材料ペースト21aをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥する(図2−6)。
After the transfer of the light-receiving surface side electrode 19 (before firing), a back-side
そして、半導体基板11を例えば700℃〜1000℃で焼成することで、受光面側電極19および裏面側電極21が形成される(図2−7)。また、受光面側電極19中の銀が反射防止膜17を貫通して、n型不純物拡散層15と受光面側電極19とが電気的に接続する。また、受光面側電極材料ペースト19aのパターンとともに反射防止膜17上に転写された第2ベースフィルム41bは、焼成時に焼き飛ばされて消滅する。
And the light-receiving
以上のような工程を実施することにより、図1−1〜図1−3に示す太陽電池セル1を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板11への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
By performing the steps as described above, the
上述したように、実施の形態2にかかる太陽電池セルの製造方法においても、半導体基板11に直接、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成せずに、ベースフィルム41に形成された受光面側電極材料ペースト19aのパターンを半導体基板11に転写する。このようなこの手法を採用することにより、実施の形態1の場合と同様に受光面側電極19、すなわち細線かつ厚膜の表銀グリッド電極23と表銀バス電極25のパターンを形成する工程と、形成したパターンを半導体基板11に配置する工程と、が分離される。
As described above, also in the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment, the light receiving surface formed on the
そして、前者の工程では、実施の形態1の場合と同様に半導体基板11とは異なった、表面が平滑なベースフィルム31上に受光面側電極材料ペースト19aのパターンを形成することにより、面内方向に滲みのない、垂直方向の形状が保持された電極パターンを形成することができる。また、後者の工程では、半導体基板11をスクリーン版やロール版でなぞりながら圧力をかけるのではなく、半導体基板11の受光面全体を均一に押圧するため、半導体基板11の割れや欠けの発生を抑制して、歩留まりの向上を図ることができる。
In the former process, the pattern of the light receiving surface side
また、予め受光面側電極材料ペースト19aのパターンが形成されたベースフィルム41から該受光面側電極材料ペースト19aのパターンを転写することにより、効率良く受光面側電極19を形成することができる。また、受光面側電極材料ペースト19aのパターンの転写は、簡略な装置および簡便な工程で実施可能であり、効率良く電極の形成が可能である。そして、半導体基板11に対する直接の印刷工程が無いため、製造ラインに印刷や乾燥のための装置が不要となり、電極形成コストが大幅に削減できる。
In addition, the light receiving
そして、実施の形態2にかかる太陽電池セルの製造方法においては、受光面側電極材料ペースト19aのパターンを第2ベースフィルム41bごと第1ベースフィルム41aから剥離して半導体基板11の表面の反射防止膜17上に転写するため、第1ベースフィルム41aと第2ベースフィルム41bとの接着強度を調整することにより、実施の形態1の場合よりも小さい加圧力で受光面側電極材料ペースト19aのパターンを反射防止膜17上に転写することができ、転写処理の省力化が可能である。
And in the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning Embodiment 2, the pattern of the light-receiving surface side
また、実施の形態2にかかる太陽電池セルの製造方法においては、第1ベースフィルム41aは洗浄等の工程を経た上で、再生利用が可能であり、省資源化とともにコストの削減を図ることができる。
Moreover, in the manufacturing method of the photovoltaic cell according to the second embodiment, the
したがって、実施の形態2にかかる太陽電池セルの製造方法においては、実施の形態1の場合と同様に受光面側電極19として細幅且つ厚膜の表銀グリッド電極23および表銀バス電極25を効率良く、簡便に且つ安価に作製することができる。そして、受光面積が広く確保され、光電変換効率に優れた太陽電池セルを効率良く、簡便に且つ安価に作製することができる。
Therefore, in the method for manufacturing a solar battery cell according to the second embodiment, the thin and thick surface
以上のように、本発明にかかる太陽電池の電極形成方法は、微細なパターンを有する太陽電池の電極を簡便且つ安価に形成する場合に有用である。 As described above, the method for forming an electrode of a solar cell according to the present invention is useful when forming an electrode of a solar cell having a fine pattern easily and inexpensively.
1 太陽電池セル
11 半導体基板
11a p型多結晶シリコン基板
13 p型多結晶シリコン層
15 n型不純物拡散層
17 反射防止膜
19 受光面側電極
19a 受光面側電極材料ペースト
21 裏面側電極
21a 裏面側電極材料ペースト
23 表銀グリッド電極
25 表銀バス電極
31 ベースフィルム
32 送り出しロール
33 サブロール
34 巻き取りロール
35 ステージ
36 スタンパー
41 ベースフィルム
41a 第1ベースフィルム
41b 第2ベースフィルム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電極材料により前記電極のパターンが一面側に形成されたシート状基材における前記電極のパターンを前記半導体基板における電極形成面に対向させるとともに前記電極形成面における前記電極の形成位置に位置合わせする第1工程と、
前記シート状基材における前記電極のパターンを包含する全領域を均一に押圧することにより前記シート状基材の一面側を前記半導体基板の電極形成面に圧接して、前記電極のパターンを前記半導体基板の電極形成面に転写する第2工程と、
前記シート状基材を前記半導体基板の電極形成面から離間させる第3工程と、
前記半導体基板に転写された前記電極のパターンを焼成して半導体基板の電極形成面に前記電極を形成する第4工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の電極形成方法。 A method for forming an electrode of a solar cell, wherein an electrode is formed on an electrode forming surface of a semiconductor substrate,
The electrode pattern in the sheet-like base material in which the electrode pattern is formed on one surface side by the electrode material is opposed to the electrode formation surface in the semiconductor substrate and aligned with the electrode formation position on the electrode formation surface. 1 process,
By pressing the entire region including the electrode pattern in the sheet-like base material uniformly, one surface side of the sheet-like base material is pressed against the electrode forming surface of the semiconductor substrate, and the electrode pattern is changed to the semiconductor A second step of transferring to the electrode forming surface of the substrate;
A third step of separating the sheet-like base material from the electrode forming surface of the semiconductor substrate;
A fourth step of firing the electrode pattern transferred to the semiconductor substrate to form the electrode on an electrode formation surface of the semiconductor substrate;
A method for forming an electrode of a solar cell, comprising:
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の電極形成方法。 In the second step, pressing one surface side of the sheet-like base material to the electrode forming surface of the semiconductor substrate while heating the semiconductor substrate;
The method for forming an electrode for a solar cell according to claim 1.
前記第2工程では、前記第2シート状基材ごと前記電極のパターンを前記半導体基板の電極形成面に転写すること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の電極形成方法。 The sheet-like base material is a first sheet-like base material, and a second sheet-like shape in which the electrode pattern is formed on one side and the electrode pattern is on the outer side. A substrate and a laminated structure in which the substrate is laminated;
In the second step, transferring the electrode pattern together with the second sheet-like base material to the electrode forming surface of the semiconductor substrate;
The method for forming an electrode for a solar cell according to claim 1.
前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する第2工程と、
電極材料により受光面側電極のパターンが一面側に形成されたシート状基材における前記受光面側電極のパターンを前記反射防止膜に対向させるとともに前記反射防止膜上における前記受光面側電極の形成位置に位置合わせする第3工程と、
前記シート状基材における前記受光面側電極のパターンを包含する全領域を均一に押圧することにより前記シート状基材の一面側を前記反射防止膜に圧接して、前記受光面側電極のパターンを前記反射防止膜上に転写する第4工程と、
前記シート状基材を前記反射防止膜から離間させる第5工程と、
前記半導体基板の他面側に電極材料により裏面側電極のパターンを配置する第6工程と、
前記受光面側電極のパターンおよび裏面側電極のパターンを焼成して前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する前記受光面電極と、前記裏面側電極と、を形成する第7工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 A first step of forming an impurity diffusion layer in which an impurity element of the second conductivity type is diffused on one surface side of the first conductivity type semiconductor substrate;
A second step of forming an antireflection film on the impurity diffusion layer;
The pattern of the light receiving surface side electrode is formed on one surface side with an electrode material, and the pattern of the light receiving surface side electrode is opposed to the antireflection film and the light receiving surface side electrode is formed on the antireflection film. A third step of aligning with the position;
A pattern of the light-receiving surface side electrode is formed by pressing one surface side of the sheet-shaped base material against the antireflection film by uniformly pressing the entire region including the pattern of the light-receiving surface side electrode in the sheet-like base material. A fourth step of transferring the film onto the antireflection film;
A fifth step of separating the sheet-like substrate from the antireflection film;
A sixth step of arranging a pattern of the back side electrode with an electrode material on the other side of the semiconductor substrate;
The light receiving surface side electrode pattern and the back surface side electrode pattern are baked to form the light receiving surface electrode that penetrates the antireflection film and is electrically connected to the impurity diffusion layer, and the back surface side electrode. A seventh step;
The manufacturing method of the solar cell characterized by including.
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