JP2014075505A - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール - Google Patents
光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014075505A JP2014075505A JP2012222734A JP2012222734A JP2014075505A JP 2014075505 A JP2014075505 A JP 2014075505A JP 2012222734 A JP2012222734 A JP 2012222734A JP 2012222734 A JP2012222734 A JP 2012222734A JP 2014075505 A JP2014075505 A JP 2014075505A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- electrode
- silicon substrate
- back surface
- conversion device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 125
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 92
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 91
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 90
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 42
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 25
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 13
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 4
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 229920012753 Ethylene Ionomers Polymers 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】長波長の光のシリコン基板を透過を防止して発電効率を高めることができる光電変化装置および光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光電変換装置10の裏面コンタクト電極17および裏面パッシベーション膜19の略全面に、裏面コンタクト電極17と電気的に接続する銅電極20を形成する。
【選択図】図2
【解決手段】光電変換装置10の裏面コンタクト電極17および裏面パッシベーション膜19の略全面に、裏面コンタクト電極17と電気的に接続する銅電極20を形成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュールに関する。
太陽電池である光電変換装置は、化合物半導体または有機材料など様々な種類があるが、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。近年では、光電変換装置の低コスト化から、シリコン基板が薄板化してきている。また、現在、量産されている光電変換装置の中では、入射光側の面である受光面に櫛型の集電極を有し、受光面と反対側の面である裏面の両面に電極を形成した両面電極型の光電変換装置が多数を占める。両面電極型の光電変換装置の中でも、高い光電変換効率を実現するための構造として、シリコン基板と裏面電極の接合部において局所的にp+層を設けた光電変換装置が非特許文献1に、PERL(Passivated Emitter, Rear Locally−diffused)構造として開示されている。
図7は、非特許文献1に開示されている光電変換装置の一般的な例であり、断面を表す模式図である。
p型シリコン基板101の入射光側の面である受光面(以下「p型シリコン基板の受光面」という。)に、n型半導体層102が形成され、n型半導体層102は受光面反射防止膜103によって覆われている。受光面電極104は、受光面反射防止膜103を貫通して、n型半導体層102に接続している。
また、p型シリコン基板101の受光面の反対側の面である裏面(以下「p型シリコン基板の裏面」という。)には、裏面パッシベーション膜106がパターニングされて形成され、そのパターニングに対応したp型シリコン基板101の裏面には、裏面電界層105が形成されている。107は裏面電極、108はアルミニウム電極である。
図8は、光電変換装置の製造方法の一例を示す製造フロー図である。
まず、受光面テクスチャリング工程(S11。「S」はステップを表す。以下同様。)において、テクスチャ構造である凹凸構造を形成する。
次に、pn接合形成工程(S12)において、p型シリコン基板101の受光面に、例えばリンを熱処理により拡散させることによって、n型半導体層102を形成する。
次に、反射防止膜形成工程(S13)において、n型半導体層102の上に受光面反射防止膜103を形成する。
次に、パッシベーション膜形成工程(S14)において、p型シリコン基板101の裏面に、例えば、酸化シリコン膜等の裏面パッシベーション膜106を形成する。
次に、パッシベーション膜パターニング工程(S15)において、裏面パッシベーション膜106をパターニングによって部分的に除去してコンタクトボールを形成し、コンタクトホールにp型不純物であるアルミニウムを充填する。
次に、裏面電界層形成工程(S16)において、パターニングに対応した裏面電界層105を、熱処理によりp型シリコン基板101の裏面に形成し、取り出し電極としてアルミニウム電極108を形成する。
次に、裏面電極形成工程(S17)において、裏面パッシベーション膜106、アルミニウム電極108を覆うようにして、アルミニウムを蒸着し裏面電極107を形成する。
次に、受光面電極形成工程(S18)において、受光面反射防止膜103をパターニングして受光面電極104を形成する。
非特許文献1に記載の光電変換装置100は、局所的に設けた裏面電界層105によりLBSF(Local Back Surface Field)効果を得ながら、同時に裏面パッシベーション膜106によりp型シリコン基板101の裏面表層部シリコン原子の未結合手を終端させ、表面再結合速度を低減することができる。光電変換効率と表面再結合速度は密接に結びついており、上述のように表面再結合速度を低減することにより、光電変換効率を高くすることができる。
Jianhoa Zhao, Aihua Wang and Martin A. Green, "24.5% Efficiency silicon PERT cells on MCZ substrates and 24.7% efficiency PERL cells on FZ substrates", Progress in photovoltaics: Research and Applications, 7, pp.471-474. (1999)
ところで、上述のような半導体基板を使用した光電変換装置の製造コスト削減を図るために、製造コストの大きい部分を占める半導体基板の厚さを薄くして材料の使用量の削減が試みられている。シリコン基板を用いる光電変換装置の場合には、シリコン使用量を減少させるために、シリコン基板の厚みの薄型化が進められた。ところが、シリコン基板が薄くなると長波長の光がシリコン基板を透過してしまい、発電効率が低くなるという問題があった。この問題はシリコン基板が薄くなればなるほど顕著になる。
シリコン基板を透過した光は、裏面電極で反射させることにより、シリコン基板で再度発電のために利用することができるが、非特許文献にあるようなアルミニウムの裏面電極では、1000nmを超えるような長波長の光の反射率が小さいため、その波長領域における発電効率が低かった。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、裏面電極の反射率を向上させて発電効率を高めることができる光電変換装置および光電変換モジュールを提供することを目的とする。
本発明の光電変換装置は、第1導電型のシリコン基板と、シリコン基板の受光面に形成された第2導電型の半導体層と、半導体層上に形成された受光面電極と、シリコン基板の裏面に形成されたコンタクトホールを有する裏面パッシベーション膜と、シリコン基板のコンタクトホールに対応する位置に形成され、シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極と、裏面コンタクト電極および裏面パッシベーション膜の略全面に形成され、裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極を有するものである。
また、本発明の光電変換装置は、銅電極は銅箔であってもよい。
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、第1導電型のシリコン基板の受光面側に、第2導電型の半導体層を形成する工程と、第1導電型のシリコン基板の裏面側に、裏面パッシベーション膜を形成する工程と、裏面パッシベーション膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、シリコン基板のコンタクトホールに対応する位置に、シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極を形成する工程と、裏面コンタクト電極および裏面パッシベーション膜の略全面に、裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極を形成する工程とを含むものである。
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、前記銅電極を形成する工程は銅箔を接着または圧着する工程を含んでもよい。
また、本発明の光電変換モジュールは、第1導電型のシリコン基板と、シリコン基板の受光面に形成された第2導電型の半導体層と、半導体層上に形成された受光面電極と、シリコン基板の裏面に形成されたコンタクトホールを有する裏面パッシベーション膜と、シリコン基板のコンタクトホールに対応する位置に形成され、シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極と、裏面コンタクト電極および裏面パッシベーション膜の略全面に形成され、裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極とを有する複数の光電変換装置を用い、複数の光電変換装置のそれぞれの銅電極にインターコネクタを接続して形成したものである。
本発明によれば、光電変換装置の裏面の裏面パッシベーション膜で電子?正孔対の再結合損失を低減するとともに、裏面パッシベーション膜に密着した銅電極でシリコン基板を透過した光を反射して、その反射光を発電に利用することにより、光電変換装置の発電効率を高めることができる。また、発電効率の高い光電変換モジュールを提供することができる。
図1は、本発明の光電変換装置を示す平面図である。図1に示すように、光電変換装置10の上面である受光面には、反射防止膜13、受光面電極16が形成され、受光面電極16は、メイン電極15とサブ電極14からなる。サブ電極14は、キャリアを収集する電極であり、メイン電極15と接続され、櫛歯状に複数形成されている。また、メイン電極15は、光電変換装置同士を接続する際に用いるインターコネクタを接続するための電極である。
図2は、図1で示したA−A’の断面を示す模式図である。図2に示すように、光電変換装置10は、光電変換装置本体21と裏面電極である銅電極20からなり、光電変換装置本体21は、銅電極20上に配置されている。
厚みが100μm程度の第1導電型であるp型のシリコン基板11の入射光側の面である受光面(以下「シリコン基板の受光面」という。)に光電変換層として、リンなどの第2導電型であるn型の導電材料が拡散されたn+拡散層12が形成されている。シリコン基板の受光面の表面はテクスチャ構造である凹凸構造となっている。その上にはシリコン窒化物の反射防止膜13が形成されている。
ここでは第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としているが、原理的には導電型にはよらないので、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型として光電変換装置を形成してもよい。
p型シリコン基板11の受光面には受光面電極16が形成され、サブ電極14は反射防止膜13を貫通し、受光面電極16とn型半導体層であるn+拡散層12とが電気的に接続されている。受光面電極16とn+拡散層12とは、少なくともサブ電極14よって電気的に接続されていればよい。なお、図2においては、受光面表面の凹凸構造を省略している。
また、シリコン基板11の受光面の反対側の面である裏面(以下「シリコン基板の裏面」という。)には、シリコン窒化膜で形成された裏面パッシベーション膜19が形成されている。裏面パッシベーション膜19はシリコン基板11まで達するコンタクトホールである、貫通孔22を有しており、シリコン基板11の貫通孔22に対応する位置に裏面電界層18が複数形成されている。裏面電界層18は、BSF(Back Surface Field)効果を有する。
そして、貫通孔22に対応する位置に裏面コンタクト電極であるアルミニウム電極17が形成されている。裏面パッシベーション膜19上およびアルミニウム電極17のシリコン基板11と反対側の面上には、銅電極20が形成されている。銅電極20は、光電変換装置本体21の裏面の略全面を覆うように形成されている。銅電極20は、アルミニウム電極17と電気的に接続され、シリコン基板11と導通している。銅電極20は、光電変換装置本体21の裏面に銅箔を接着もしくは圧着して形成するほか、光電変換装置本体21の裏面に銅を蒸着して形成することも可能である。
銅電極20は光電変換装置本体を通り抜けてきた光を反射して、再度光電変換装置本体21に入射させるBSR(Back Surface Reflector)効果を有している。すなわち、銅電極20のBSR効果により反射光を発電に寄与させることにより、光電変換装置10の発電効率を高めることができる。
銅箔を接着剤で接着する場合には、光電変換装置本体21の裏面に、接着剤をスクリーン印刷する。接着剤は点状に数点配置されていればよい。接着剤を印刷後、光電変換装置本体21に銅箔を押圧して、光電変換装置本体21に貼着する。このとき、接着剤のない部分も銅箔を押圧することにより銅箔と密着する。このようにして銅箔を光電変換装置本体21に接着することができる。接着剤の存在する面積は極少なく、ほとんどの部分で銅箔と光電変換装置本体21が直接接しているので、接着剤は銅箔によるBSR効果をほとんど妨げない。
また、受光面電極16を形成した後、銅箔を非加熱で接着して銅電極20を形成するので、裏面に電極材料を塗布して、高温で焼成して裏面電極を形成したものに比べ、基板のそりが少ない。そのため、光電変換モジュールを制作する工程での光電変換装置の破損が少なくなる。
図3は、裏面電極の分光反射率の測定結果を示すグラフである。Al蒸着、Alペースト、および銅箔で裏面電極を形成したセルを作製しそれぞれのセルの分光反射率を測定した。シリコン基板を使用した光電変換装置は、1100nm程度までの波長の光を発電に利用できるので、1100nm程度までの分光反射率が重視される。図3において、1000nm以上の長波長における光の反射率は銅箔がAl蒸着、Alペーストよりも高い。したがって、銅電極は、薄いシリコン基板を透過しやすい長波長の光を効率良く反射することができ、Alを裏面電極として使用したよりも、光電変換効率の向上に寄与することができる。このことから、長波長において、銅電極はAlで形成した裏面電極よりもBSR効果が高いといえる。
さらに、銅箔で裏面電極を形成した場合、アルミニウムペーストで裏面電極を作製した場合のような裏面電極の焼成工程がないので、光電変換装置の湾曲が起こりにくく、モジュール工程における割れは起こりにくい。また、太陽電池として使用中に、シリコン基板に亀裂が入っても、裏面の略全面を覆う銅箔により、光電変換装置の電気的特性は維持されるので、耐久性の高い光電変換モジュールを実現することができる。
図4は、本発明の光電変換装置本体の裏面を示す平面図である。図4(a)において、アルミニウム電極17は、光電変換装置本体21の裏面に複数の点状に形成されており、図4(b)において、アルミニウム電極17は、光電変換装置本体21の裏面に縞状に形成されている。図4(a)および図4(b)において、アルミニウム電極17以外の部分は、裏面パッシベーション膜19である。前述したように、裏面パッシベーション膜19および、アルミニウム電極17上に銅箔が接着されるか、銅が蒸着されて、銅電極20が形成されている。特に、図4(a)のようにアルミニウム電極17が点状の場合、銅箔からなる裏面電極を用いることによって、シリコン基板の裏面に透過した光を余すことなく利用することができ、より効果が高い。
図5は、本発明の光電変換装置の製造方法を示すフロー図である。
まず、インゴットからスライスされたp型多結晶のシリコン基板11を準備する。シリコン基板11は、一辺156mmの正方形状であり、厚さは0.15mmであり、比抵抗は、約1.5Ωcmである。
受光面テクスチャリング工程(S1。「S」はステップを表す。以下同様。)において、第1導電型であるp型のシリコン基板11の表面の全面に、アルカリ液を用いたテクスチャエッチングにより、20μm程度のエッチングを行い、インゴットのスライスによって生じたシリコン基板11表面の破砕層を除去するとともに、受光面のテクスチャ構造である凹凸構造を形成する。
次に、pn接合形成工程(S2)において、シリコン基板11をPOCl3を含む雰囲気で電気炉にて840℃の温度で20分間熱処理して、シリコン基板11の表面にリンを気相拡散して、第2導電型であるn型の半導体層を形成する。さらに、HF水溶液中でPSG(リンガラス)層などを除去後、洗浄、乾燥して、拡散層のシート抵抗が70Ω/cm程度の受光面側のn+拡散層12を得た。ここで、n+拡散層12の形成は、気相拡散ではなくn型不純物のリンを含む塗布液をp型のシリコン基板11の受光面となる面に塗布して熱処理を行う塗布拡散法を用いてもよい。
次に、反射防止膜形成工程(S3)において、n+拡散層12上に、ガス種としてシラン及びアンモニアを用いたプラズマCVD法により、膜厚70nm程度のシリコン窒化膜を積層することにより、反射防止膜13を形成する。
次に、裏面エッチング工程(S4)において、シリコン基板11の受光面にエッチング防止のための耐酸性を有する保護テープを貼り、シリコン基板11の裏面をフッ酸と硝酸の混合液を使用してウエットエッチングすることで、シリコン基板11の裏面に形成されたn型半導体層を除去するとともに、シリコン基板11の裏面を平坦化する。この際、シリコン基板11の端面に形成された凹凸構造及びn型半導体層も除去される。
次に、パッシベーション膜形成工程(S5)において、平坦化されたシリコン基板11の裏面に、プラズマCVD法によってシリコン窒化膜を積層することにより、裏面パッシベーション膜19を形成する。
次に、パッシベーション膜パターニング工程(S6)において、フォトリソグラフィ法により、裏面パッシベーション膜19を所定のパターンにエッチングし、裏面パッシベーション膜19を貫通するコンタクトホールである貫通孔22を形成する。
次に、裏面電界層形成工程(S7)において、貫通孔部分に、スクリーン印刷法によって、アルミニウム粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなるアルミニウムペーストを印刷、乾燥し、近赤外線炉中にて700℃以上で焼成することにより、貫通孔22に対応した箇所のp型シリコン基板11の裏面にアルミニウムを拡散させて拡散層である裏面電界層18を形成する。アルミニウムは、シリコンに対してp型不純物になるので、アルミニウム拡散層である裏面電界層18はp型半導体層となる。裏面電界層18のp型不純物濃度は、シリコン基板11のp型不純物濃度よりも高い。また、上記焼成で、貫通孔には、裏面コンタクト電極である、アルミニウム電極17が形成される。
次に、受光面電極形成工程(S8)において、スクリーン印刷法を用いて、銀粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなる銀ペーストを印刷、乾燥し、500℃以上で焼成して銀からなる受光面電極16を形成する。尚、受光面電極16は、焼成時に反射防止膜13を貫通して形成され、n+拡散層12と電気的に接続する。受光面電極16を形成する際、メイン電極15、サブ電極14を、それぞれ異なる銀ペーストを使用して形成した場合、焼成後、少なくともサブ電極14がn+拡散層12と接して形成されていればよい。このようにして、光電変換装置本体21を作製する。
次に、裏面電極形成工程(S9)において、光電変換装置本体21の裏面に銅箔を接着し、銅電極20を形成する。銅箔は、一辺155mmの正方形状であり、厚さは10μmである。銅箔は接着剤により、アルミニウム電極17および裏面パッシベーション膜19に接着される。
前述したように、銅箔を接着剤で接着する場合には、光電変換装置本体21の裏面に、接着剤をスクリーン印刷する。接着剤は点状に数点配置されていればよい。接着剤を印刷後、光電変換装置本体21に銅箔を押圧して、光電変換装置本体21に貼着する。このとき、接着剤のない部分も銅箔を押圧することにより銅箔と密着する。このようにして銅箔を光電変換装置本体21に接着することができる。接着剤の存在する面積は極少なく、ほとんどの部分で銅箔と光電変換装置本体21が直接接しているので、接着剤が銅箔によるBSR効果をほとんど妨げない。
また、受光面電極16を形成した後に、銅箔を非加熱で接着して銅電極20を形成するので、裏面に電極材料を塗布して、高温で焼成して裏面電極を形成したものに比べ、基板のそりが少ない。そのため、光電変換モジュールを制作する工程での光電変換装置の破損が少なくなる。
図6は、本発明の光電変換モジュールを示す模式図である。図6において、光電変換装置10は、インターコネクタ31で隣の光電変換装置10と接続されている。インターコネクタ31は、光電変換装置10のメイン電極15と隣の光電変換装置10の裏面の銅電極20を電気的に接続している。光電変換装置10は、EVA(エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂)などの充填剤32で封止されている。光電変換装置で発電された電力は、裏面側に設けられた端子ボックス33を通じてケーブル34で外部へ取り出される。
充填剤の受光面側にはガラス35が設けられており、裏面には裏面フィルム36が設けられている。ガラス35、充填剤32、裏面フィルム36はラミネーターによって板状に形成され、その周囲を枠体37によって支持されて、光電変換モジュール30を形成している。
また、光電変換モジュール30の充填剤32として、ハイミラン(登録商標)のようなエチレン系アイオノマー樹脂を使用することにより、銅電極20の腐食を長期間にわたって防止し、裏面電極の腐食による反射率の低下を防止できるので、高発電効率を維持できるので、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することができる。
実施例2は、銅電極20に使用する銅箔に細かいテクスチャを有する銅箔を使用する。。前述した銅電極20を形成する裏面電極形成工程(S9)において、実施例1で用いた平滑な銅箔の代わりに、細かいテクスチャを有する銅箔を使用すると、細かい凹凸が形成された銅電極20をもつ光電変換装置10が得られる。銅電極20上に形成された細かい凹凸により、シリコン基板11を通り抜けた光が銅電極20の表面で乱反射して、シリコン基板11内の光路長が増大するような光、すなわち、シリコン基板11への入射角が大きくなる反射光が増え、光電変換する確率が高まり、発電効率が高まる。光電変化装置本体21の構成は実施例1と同じである。
実施例3は、銅箔をラミネータで圧着することにより銅電極20を形成した。銅電極20を形成する裏面電極形成工程(S9)工程において、ラミネータにより、バックシート、EVA、銅箔、光電変換装置本体50をこの順に圧着すると、銅箔が光電変換装置本体50の裏面に密着し、銅電極20が形成される。その後、EVAをバックシートと一緒に光電変換装置10から剥離する。このようにして裏面の銅電極20を圧着により形成した光電変換装置10を得る。光電変換装置本体21の構成は実施例1と同じである。
比較例1は、裏面電極として、蒸着装置により光電変換装置本体の裏面全面にアルミニウムを5μm形成したものである。光電変換装置本体の構成は、実施例1と同じである。
比較例2は、シリコン基板の裏面に、直接裏面電極としてアルミニウム層を形成したものである。比較例2において、光電変換装置本体の裏面側にパッシベーション膜はない。シリコン基板の裏面側に形成された凹凸構造およびn型半導体層をエッチング除去するとともに、シリコン基板の裏面を平坦化した後、裏面側に電極接続のために、銀ペーストを部分的に印刷、乾燥し、さらにスクリーン印刷により、Alペーストをスクリーン印刷法で全面に形成し、乾燥した。その後近赤外線炉中にて焼成することにより、裏面に裏面電界層を形成するとともに、裏面電極を形成した。
上記に説明した実施例1から3および比較例1、2を用いて、光電変換モジュールを作成し、特性を比較した。
表1より、実施例1および3の、裏面を銅箔で作製した光電変換装置を用いた光電変換モジュールは、比較例1のアルミニウム蒸着や比較例2のアルミニウムペーストで裏面を作製した光電変換装置用いた光電変換モジュールよりも、短絡電流密度(Jsc)開放電圧(Voc)ともに高く、また、高い光電変換効率(Eff)を得ることができた。
さらに、実施例2でテクスチャのある銅箔を用いて作製したセルは、さらに高い短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、および高い光電変換効率(Eff)を得ることができた。
さらに、銅箔で裏面電極を形成した実施例1〜3の光電変換装置においては、光電変換モジュール作製工程での割れはおこらなかった。比較例2では裏面へのインターコネクタ接続工程や、ラミネート工程で割れが発生した。アルミニウムペースト印刷後の焼成で光電変換装置の湾曲が発生したことが原因と考えられる。
銅箔で裏面電極を形成した場合、アルミニウムペーストで裏面電極を作製した場合のような裏面電極の焼成工程がないので、光電変換装置の湾曲が起こりにくい。したがって、光電変換装置の上下方向から力が加わるラミネータを使用するモジュール工程における割れは発生しにくい。
また、光電変換モジュールを太陽電池として使用中に、シリコン基板に亀裂が入っても、裏面の略全面を覆う銅箔により、光電変換装置の電気的特性は維持されるので、耐久性の高い光電変換モジュールを実現することができる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。これらの第1乃至第3の実施例の特徴を組み合わせた実施形態も本発明に含まれる。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
10 光電変換装置、11 p型シリコン基板、12 n+拡散層、13 反射防止膜、14 サブ電極、15 メイン電極、16 受光面電極、17 アルミニウム電極、18 裏面電界層、19 裏面パッシベーション膜、20 銅電極、21 光電変換装置本体、22 コンタクトホール、30 光電変換モジュール、31 インターコネクタ、32 充填剤、35 ガラス、36 バックシート、37 枠体
Claims (5)
- 第1導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成された受光面電極と、
前記シリコン基板の裏面に形成されたコンタクトホールを有する裏面パッシベーション膜と、
前記シリコン基板の前記コンタクトホールに対応する位置に形成され、前記シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極と、
前記裏面コンタクト電極および前記裏面パッシベーション膜の略全面に形成され、前記裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極を有する光電変換装置。 - 前記銅電極は、銅箔である請求項1記載の光電変換装置。
- 第1導電型のシリコン基板の受光面側に、第2導電型の半導体層を形成する工程と、
前記第1導電型のシリコン基板の裏面側に、裏面パッシベーション膜を形成する工程と、
前記裏面パッシベーション膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記シリコン基板の前記コンタクトホールに対応する位置に、前記シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極を形成する工程と、
前記裏面コンタクト電極および前記裏面パッシベーション膜の略全面に、前記裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極を形成する工程とを含む、光電変換装置の製造方法。 - 前記銅電極を形成する工程は、銅箔を接着または圧着する工程を含む、請求項3記載の光電変換装置の製造方法。
- 第1導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成された受光面電極と、
前記シリコン基板の裏面に形成されたコンタクトホールを有する裏面パッシベーション膜と、
前記シリコン基板の前記コンタクトホールに対応する位置に形成され、前記シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極と、
前記シリコン基板の前記コンタクトホールに対応する位置に形成され、前記シリコン基板と電気的に接続する裏面コンタクト電極と、
前記裏面コンタクト電極および前記裏面パッシベーション膜の略全面に形成され、前記裏面コンタクト電極と電気的に接続する銅電極とを有する複数の光電変換装置を用い、
前記複数の光電変換装置のそれぞれの銅電極にインターコネクタを接続して形成した光電変換モジュール。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012222734A JP2014075505A (ja) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール |
PCT/JP2013/076634 WO2014054605A1 (ja) | 2012-10-05 | 2013-10-01 | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012222734A JP2014075505A (ja) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014075505A true JP2014075505A (ja) | 2014-04-24 |
Family
ID=50434931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012222734A Pending JP2014075505A (ja) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014075505A (ja) |
WO (1) | WO2014054605A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017005041A (ja) * | 2015-06-08 | 2017-01-05 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
JP2017011190A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池の製造方法および太陽電池 |
JP2017228636A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | シャープ株式会社 | 太陽電池セル及び太陽電池モジュール |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6167967A (ja) * | 1984-09-11 | 1986-04-08 | Sharp Corp | 太陽電池bsr電極構造 |
JPH01129470A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-22 | Fuji Electric Co Ltd | 非晶質半導体簿膜太陽電池 |
WO2010119512A1 (ja) * | 2009-04-14 | 2010-10-21 | 三菱電機株式会社 | 光起電力装置とその製造方法 |
JP5425224B2 (ja) * | 2009-12-25 | 2014-02-26 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池およびその製造方法 |
-
2012
- 2012-10-05 JP JP2012222734A patent/JP2014075505A/ja active Pending
-
2013
- 2013-10-01 WO PCT/JP2013/076634 patent/WO2014054605A1/ja active Application Filing
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017005041A (ja) * | 2015-06-08 | 2017-01-05 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
JP2017011190A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池の製造方法および太陽電池 |
JP2017228636A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | シャープ株式会社 | 太陽電池セル及び太陽電池モジュール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014054605A1 (ja) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6189971B2 (ja) | 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール | |
JP5025184B2 (ja) | 太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュール、並びに、これらの製造方法 | |
TWI597856B (zh) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
JP6525583B2 (ja) | 太陽電池素子および太陽電池モジュール | |
JP6495649B2 (ja) | 太陽電池素子および太陽電池モジュール | |
JP2016006869A (ja) | 太陽電池素子および太陽電池モジュール | |
JP4578123B2 (ja) | 太陽電池モジュール | |
WO2011074280A1 (ja) | 光起電力装置およびその製造方法 | |
WO2013018521A1 (ja) | 光電変換装置モジュール、光電変換装置モジュールの製造方法、および光電変換装置 | |
US20200176623A1 (en) | Solar cell element and solar cell module | |
TWI459572B (zh) | Light power device and its manufacturing method | |
JP4185332B2 (ja) | 太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュール | |
WO2014054605A1 (ja) | 光電変換装置、光電変換装置の製造方法および光電変換モジュール | |
JP2011243806A (ja) | 太陽電池 | |
JP6072904B2 (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
WO2014050193A1 (ja) | 光電変換モジュール | |
JP6430842B2 (ja) | 太陽電池素子の製造方法および太陽電池モジュールの製造方法 | |
JP2005353836A (ja) | 太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュール | |
JP5452755B2 (ja) | 光起電力装置の製造方法 | |
JP2016189439A (ja) | 太陽電池素子およびその製造方法 | |
JP2016178280A (ja) | 太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュール | |
WO2014112053A1 (ja) | 太陽電池セルおよびその製造方法 | |
WO2018173125A1 (ja) | 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール | |
JP2012114388A (ja) | 両面電極型太陽電池用基板、その一部から形成される両面電極型太陽電池セル、および、両面電極型太陽電池セルの製造方法 | |
JP2005108884A (ja) | 太陽電池素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150423 |