JP2011181812A - 太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パッシベーション膜を形成することなく、光電変換効率を低下させずに反りを低減する太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法を得ること。
【解決手段】基板の一方の面全体にAl膜が形成された太陽電池セルの製造方法であって、基板を、平坦な矯正ジグ上に搭載する工程と、矯正ジグ上に搭載された基板の上に、基板の周縁部を露出させるマスクを載置する工程と、露出している基板の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する工程と、基板の周縁部に塗布された熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、矯正ジグから基板を取り外すとともに、マスクを基板上から取り除く工程とを含む。
【選択図】図1
【解決手段】基板の一方の面全体にAl膜が形成された太陽電池セルの製造方法であって、基板を、平坦な矯正ジグ上に搭載する工程と、矯正ジグ上に搭載された基板の上に、基板の周縁部を露出させるマスクを載置する工程と、露出している基板の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する工程と、基板の周縁部に塗布された熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、矯正ジグから基板を取り外すとともに、マスクを基板上から取り除く工程とを含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に反りの発生を抑制できる太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。
光エネルギー(例えば太陽光)を電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境配慮型設計思想の広まりとともに、様々な構造のものが開発されている。また、半導体装置の発展はとどまるところを知らず、ますます我々の生活に密着した存在となっている。
これらの太陽電池や半導体装置は、半導体基板(Si基板)上に金属層を形成する構造であり、Si基板の熱膨張係数は金属層の熱膨張係数よりも小さいため、多少なりとも反りが発生する。半導体装置の場合は、半導体ウェハを小さく個片化することによって反りが低減されるため、反りが問題とはならないことが多い。これに対し、太陽電池の場合は、太陽電池セルを銅リード線などで繋げて大面積化することから、特に反りが問題となる。すなわち、反りが大きい太陽電池セル同士を銅リード線で繋げてモジュール化する場合、位置がずれたり、このときの熱衝撃で割れたりすることが懸念される。
また、昨今ではコスト低減化の要求から、一つのインゴットから切り出す数を多くするために半導体基板の薄型化が進んでおり、太陽電池や半導体ウェハの反りは増える傾向にある。
半導体ウェハの反りは、主にSi基板の表面に成膜される金属層厚などで抑制可能であるが、太陽電池セルの場合、裏面に形成される金属層厚がそのままデバイス性能と直結しているため、Si基板の表面に形成する金属層厚を小さくすることは困難である。
太陽電池セルの基本的な構造として、p型Si基板に対し、凹凸構造を有する受光面にSi基板側からn型層、反射防止膜を形成し、裏面にSi基板側からp型層、Al電極を形成し、受光面及び裏面にAgのグリッド電極を形成するものがある。
この構造の場合、太陽光から電気への変換効率は、AlイオンがドープされるSi基板裏面のAl量に相関している。具体的には、Si基板の裏面に設けるAl層は厚い方が光電変換効率は高くなる。しかし、Al層を厚くすると、Al層の引張応力による反りが生じ、特にSi基板を薄くすると反りが増加する。このため、Si基板の反りを抑えるために、光電変換効率を犠牲にしてでもAl層を薄くする必要があった。
Al層を薄くせず、かつ光電変換効率を低下させずにSi基板の反りを低減する方法として、Si基板の裏面に形成するAl層をグリッド状に小さくし、光電変換効率を低下させないようにパッシベーション膜を形成する方法が特許文献1に開示されている。
しかしながら、特許文献1のように裏面パッシベーション膜を形成するには、Al層の形成とは別に、パッシベーション膜とする膜を形成する必要があるため、パッシベーション膜を形成するための装置や作業時間を含め、多大なコストが発生してしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パッシベーション膜を形成することなく、光電変換効率を低下させずに反りを低減する太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板の一方の面全体にAl膜が形成された太陽電池セルの製造方法であって、基板を、平坦な矯正ジグ上に搭載する工程と、矯正ジグ上に搭載された基板の上に、基板の周縁部を露出させるマスクを載置する工程と、露出している基板の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する工程と、基板の周縁部に塗布された熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、矯正ジグから基板を取り外すとともに、マスクを基板上から取り除く工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、パッシベーション膜を形成することなく、光電変換効率を低下させずに太陽電池セルの反りを低減できるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池セル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、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法の流れを示す図である。本実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法は、一方の面にAl層が形成されたSi基板を矯正ジグ上に載置する工程と、矯正ジグ上に載置したSi基板の上にマスクを配置する工程と、Si基板の周縁部に選択的に熱硬化性樹脂を配置する工程と、熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、矯正ジグ及びマスクとSi基板を取り外す工程とを有する。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法の流れを示す図である。本実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法は、一方の面にAl層が形成されたSi基板を矯正ジグ上に載置する工程と、矯正ジグ上に載置したSi基板の上にマスクを配置する工程と、Si基板の周縁部に選択的に熱硬化性樹脂を配置する工程と、熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、矯正ジグ及びマスクとSi基板を取り外す工程とを有する。
図2は、反り量比較実験の手順を示す図である。まず、太陽電池セルを模擬するSi基板サンプル9を作成する。縦横寸法が150mm、厚さが80mm、130mm、200mmとなるようにダイシング及び研削したSi基板の片面に、Alペーストを厚さ30μm、45μmを目標として印刷する。これをマッフル炉の中に入れ、60℃/分の昇温速度で900℃まで加熱した後30秒間保持し、炉内で冷却することにより、Si基板サンプル9が得られる。なお、Si基板サンプル9は、焼結後のAl平均膜厚が25μm、41μm、誤差±5μmである。Alペーストとしては、例えば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド製のMAXSUNNY−ALを用いることができる(工程S1)。
上記のようにして作成したSi基板サンプル9を、反りが無いように補正するための矯正ジグ10に両面テープで貼り付ける(工程S2)。さらに、その上からマスク板11を中心位置が合うようにセットする(工程S3)。なお、ここでは矯正ジグ10として厚さ10mm、縦横300mmのモリブデン板を用い、マスク板11として縦横寸法が148mm、146mm、144mm、142mmで厚さ0.2mmのステンレス板を用いたが、これに限る必要はない。また、矯正ジグ10へのSi基板サンプル9の固定は、糊残渣低減のためにマスク板11上と矯正ジグ10とを金属板などで固定しても良い。換言すると、マスク板11と矯正ジグ10との間に金属板を掛け渡して固定しても良い。さらに、露出面積が15%以下であることから、マスク板11を載せることにより、マスク板11の重さによってSi基板サンプル9の反りを矯正できる。これらの工程により、Si基板サンプル9のおもて面(Al層が成膜されていない側)は、反りが矯正された状態で、幅1mmにわたって周縁部が露出した状態となっている。
次に、Si基板サンプル9の端部に、硬化前のポリイミド樹脂12を適量塗布する。ポリイミド樹脂を塗布する際は、シリンジ内にイミド樹脂の含有濃度を調整したポリイミド樹脂を入れ、ディスペンサの加圧圧力と加圧時間とに基づいて約100μm厚となるように制御する。ここでは、ポリイミド樹脂12として京セラケミカル製CT4150を用いたが、これに限定されることはない(工程S4)。
この状態で、熱処理によってポリイミド樹脂12を熱硬化させる。ここでは、400℃に保ったオーブンで2時間硬化させた(工程S5)。ポリイミド樹脂12が硬化する際に収縮して引張応力を発生させるため、Al層が発生させる引張応力と、ポリイミド樹脂12が発生させる引張応力とが打ち消しあう。その後、矯正ジグ10、マスク板11を外し(工程S6)、反りが補正されたSi基板サンプル9を得る。熱収縮後のポリイミド樹脂12の厚さは、イミド樹脂濃度と塗布厚制御とによって所望の厚さに制御できる。ここでは、10μm、25μm、50μmを目標厚さとし、熱硬化処理後にポリイミド樹脂12がある部分と無い部分との厚さの差をマイクロメータで測定し、10点測定で目標厚さ±5μmで制御できていることを確認した。
表1は、Si基板厚と平均Al厚、樹脂塗布幅(マスク面積/基板面積)、硬化後平均樹脂厚さの組み合わせを変えた実施例1〜15についての初期反り、矯正後反り量、および判定結果を示す。また、比較例1〜6として、ポリイミド樹脂12による矯正を行わない場合のSi基板厚、平均Al厚、初期反り及び判定結果を示す。なお、判定結果は、矯正後の反り量が2mm以下の場合が○、2mm超4mm以下の場合は△、4mm超の場合は×で表している。反り量は、レーザ変位計(例えばキーエンス株式会社製LK−G5000)で測定した。
比較例1〜6に示されるように、Si基板厚が薄く、平均Al厚が増加するほど初期反りは増加する。そして、実施例1〜15に示されるように、Si基板の反りは、矯正ジグ10及びマスク板11を用いて基板裏面の周縁部にポリイミド樹脂12を塗布し、硬化させることによって著しく矯正される。その矯正効果は、樹脂塗布幅や硬化後の樹脂厚さが大きいほど顕著であるが、樹脂厚さが厚すぎるとコスト的には不利である。また、樹脂の塗布幅が大きいと受光面積が減少して光電変換効率が低くなるため、マスク板11の面積はSi基板サンプル9の面積に対して85%〜99.99%であることが望ましい。
なお、樹脂被覆による受光面積の減少(光電変換効率の低下)は、裏面のAl層を厚くすることによって補うことができる。
以上のように、本実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法によれば、太陽電池セルの大型化を図る場合に信頼性を高め、歩留まりを向上させることができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。上記実施の形態1での比較例1〜6、実施例1〜15の縦横150mmのSi基板サンプル9を16個ずつ用意し、Al層が露出している裏面の全面に厚さ100μmのNi層を真空蒸着で形成後、各列4個で4列に並べた。Si基板サンプル9の各々の中央部には、幅8mm、厚さ約0.1mmの無酸素銅板表面に厚さ5μmを目標として電解Snめっきを被覆したものを、Ni蒸着面にフラックスを塗布してから載せ、ランプヒータではんだが溶融するのを目視で確認するまで加熱後空冷して接合することにより太陽電池モジュールを模した試験片を形成した。その結果、反り量が4mmを超えるSi基板サンプル9は、全てにひび又は割れが発生し、2mm超4mm以下のSi基板サンプル9は、一部にひび又は割れが発生し、反り量が2mm以下のSi基板サンプル9は、全てを問題なく接合できた。
本発明の実施の形態2に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。上記実施の形態1での比較例1〜6、実施例1〜15の縦横150mmのSi基板サンプル9を16個ずつ用意し、Al層が露出している裏面の全面に厚さ100μmのNi層を真空蒸着で形成後、各列4個で4列に並べた。Si基板サンプル9の各々の中央部には、幅8mm、厚さ約0.1mmの無酸素銅板表面に厚さ5μmを目標として電解Snめっきを被覆したものを、Ni蒸着面にフラックスを塗布してから載せ、ランプヒータではんだが溶融するのを目視で確認するまで加熱後空冷して接合することにより太陽電池モジュールを模した試験片を形成した。その結果、反り量が4mmを超えるSi基板サンプル9は、全てにひび又は割れが発生し、2mm超4mm以下のSi基板サンプル9は、一部にひび又は割れが発生し、反り量が2mm以下のSi基板サンプル9は、全てを問題なく接合できた。
これにより、熱硬化性樹脂を用いて反り量を4mm以下に抑えた太陽電池セルを接合して太陽電池モジュールを形成することにより、太陽電池セルにひびや割れが発生することを低減でき、反り量を2mm以下に抑えた太陽電池セルを接合して太陽電池モジュールを形成することにより、太陽電池セルにひびや割れが発生することを防止できることが確認できた。
以上のように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池セルの大型化を図る場合や、個々の太陽電池セルを銅線で接合する場合に信頼性を高めることができる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法は、光電変換効率を低下させずに反りを低減する点で有用であり、特に、薄型の太陽電池セル及び太陽電池モジュールの製造に適している。
9 Si基板サンプル
10 矯正ジグ
11 マスク板
12 ポリイミド樹脂
10 矯正ジグ
11 マスク板
12 ポリイミド樹脂
Claims (3)
- 基板の一方の面全体にAl膜が形成された太陽電池セルの製造方法であって、
前記基板を、平坦な矯正ジグ上に搭載する工程と、
前記矯正ジグ上に搭載された前記基板の上に、前記基板の周縁部を露出させるマスクを載置する工程と、
露出している前記基板の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記基板の周縁部に塗布された前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記矯正ジグから前記基板を取り外すとともに、前記マスクを前記基板上から取り除く工程とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 前記マスクの面積は、前記基板の面積の85%以上99.99%以下であることを特徴とする請求項1記載の太陽電池セルの製造方法。
- 請求項1又は2記載の太陽電池セルの製造方法によって製造された太陽電池セルを複数個配列させる工程と、
配列させた前記太陽電池セルを、リード線で電気的に接続する工程とを有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010046473A JP2011181812A (ja) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | 太陽電池セルの製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015525970A (ja) * | 2012-06-29 | 2015-09-07 | サンパワー コーポレイション | 太陽電池の構造的一体性を向上させるための方法及び太陽電池 |
US11567048B2 (en) | 2017-11-17 | 2023-01-31 | Lg Energy Solution, Ltd. | Jig for pressing gas analysis monocell, and gas analysis device including same |
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- 2010-03-03 JP JP2010046473A patent/JP2011181812A/ja active Pending
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