JP2014229633A - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部の一主面上に透明電極層と集電極をこの順に有する太陽電池であって、前記集電極は、透明電極層側から第一集電極と第二集電極をこの順に有し、前記透明電極層は、光電変換部側から非晶質の第一透明電極層と結晶質の第二透明電極層をこの順に有し、前記第一透明電極層の膜厚d1と第二透明電極層の膜厚d2が、d1>d2を満たす、太陽電池。
【選択図】図1
Description
以上のように、これまでめっき液からの保護と、光吸収性の観点からは、何ら検討されていなかった。
本発明においては、第一透明電極層は、主として光電変換部との電気的な接続と光取り込みのために機能し、第二透明電極層は主として第一透明電極層を外部環境から保護するために機能する。
なお、透明電極層は、光吸収を抑制し、めっき耐性を向上させる観点から、d1+d2が0.5≧d2/(d1+d2)≧0.036が好ましく、d1+d2が0.35≧d2/(d1+d2)≧0.07がより好ましい。
これにより、第一透明電極層が非晶質になりやすく、また第二透明電極層の結晶性をより向上させることができる。前記金属ドーパント量は、光吸収低減の観点から第一透明電極層101のドーパント濃度W1=5〜15重量%が好ましく、7〜12重量%がより好ましい。
第一集電極71は、めっき法により第二集電極が形成される際の導電性下地層として機能する層である。そのため、第一集電極は電解めっきの下地層として機能し得る程度の導電性を有していればよい。なお、本明細書においては、体積抵抗率が10−2Ω・cm以下であれば導電性であると定義する。また、体積抵抗率が、102Ω・cm以上であれば、絶縁性であると定義する。
光電変換部の一主面側(すなわち透明電極層100上)には、絶縁層9が形成される。
ここで、第一集電極71が所定のパターン(例えば櫛形)に形成された場合、透明電極層100の表面上には、第一集電極が形成されている第一集電極形成領域と、第一集電極が形成されていない第一集電極非形成領域とが存在する。
上記のように透明電極層100上に絶縁層が形成された後、第一集電極上に第二集電極72がめっき法により形成される。また第一集電極上に開口部9を有する絶縁層が形成された場合は、第一集電極形成領域の絶縁層上に第二集電極が形成される。この際、第二集電極として析出させる金属は、めっき法で形成できる材料であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物を用いることができる。
電解めっき法では、第二集電極としてめっきされる金属が含まれるめっき液(非中性溶液)が使用される。非中性溶液としては、一般的に、後述のように酸性溶液が用いられる。
なお、各実施例においては、以下の方法で測定を行った。
[膜厚測定]
本実施例における薄膜の膜厚は、断面のSEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800、日立ハイテクノロジーズ社製)観察により求めた。なお、SEM観察によって、第一透明電極層101と第二透明電極層102との界面を識別することは困難である。そのためこれらの層の膜厚は、それぞれ個別に膜厚推定用サンプルを製膜し(シリコン基板上に透明導伝層を製膜したもの)、それらのサンプル膜厚と製膜時間の相関を取って、製膜時間を元に膜厚の算出を行った。また膜厚は、鉛直方向を軸として測定し定義した。
透明電極層の結晶性は、以下の(1)と(2)により評価し、いずれかを満たすものを結晶質、いずれも満たさないものを非晶質であると判断した。
(1)X線回折法
厚さ1.1mmの無アルカリガラス上に透明電極層が形成されたサンプルを用いて、X線回折法により、ピークの有無を識別することによって、透明電極層の結晶性を評価した。X線回折測定は、2θ/θ法により行い、2θの測定範囲を20〜80°とした。
(2)酸処理後SEM表面観察
絶縁層形成前の太陽電池仕掛品(光電変換部の最表面層として透明電極層を有するもの)につき、25℃にした10%塩酸に20秒、60秒浸漬後、純水で洗浄を行いブロワで風乾し、表面形状を走査型電気顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、倍率50,000倍で観察した、処理前後での表面状態について確認した。20秒処理で明確な差が観察できる場合は△、20秒処理で明確な差は見られず60秒処理で明確な差が出るものは○、60秒処理でも明確な差が出ないものを◎とした。
ソーラーシミュレータにより、AM1.5の光を100mW/cm2の光量で照射して、開放端電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)および変換効率(Eff)を測定した。
実施例1のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。
一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜が除去された後、超純水によるリンスが2回行われた。このシリコン基板を、70℃に保持された5/15重量%のKOH/イソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャが形成された。その後に超純水によるリンスが2回行われた。原子間力顕微鏡(AFM パシフィックナノテクノロジー社製)により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが最も進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
第一透明電極層及び第二透明電極層を、各々非晶質10%ITOが90nm、結晶質5%ITOが10nmとした点を除いて、実施例1と同様にしてめっき工程による集電極形成までが行われた。
第一透明電極層及び第二透明電極層を、非晶質10%ITOが100nmのみとした点を除いて、実施例1と同様にしてめっき工程による集電極形成までが行われた。
第一透明電極層及び第二透明電極層を、各々非晶質10%ITOが10nm、結晶質5%ITOが90nmとした点を除いて、実施例1と同様にしてめっき工程による集電極形成までが行われた。
第一透明電極層及び第二透明電極層を、各々結晶質5%ITOが30nm、非晶質10%ITOが70nmとした点を除いて、実施例1と同様にしてめっき工程による集電極形成までが行われた。
第一透明電極層及び第二透明電極層を、非晶質10%ITOが100nmのみの一層とし、第一集電極形成用の印刷ペーストとして、低融点材料を含まない銀ペースト(すなわち金属材料粉末と銀粉末との比率を0:100としたもの)が用いられた点を除いて、実施例1と同様にして第一集電極(銀電極)71の形成までが行われた。その後、絶縁層形成工程、アニール工程、第二金属層形成工程のいずれも実施せず、この銀電極を集電極とするヘテロ接合太陽電池が作製された。
従って、本発明の透明電極層を有する太陽電池を用いることにより、長時間静置後の信頼性もより向上すると考えられる。
2.真性シリコン系薄膜
3.導電型シリコン系薄膜
70.集電極
71.第一集電極
711.低融点材料
72.第二集電極
8.裏面金属電極
9.絶縁層
9h.開口部
50.光電変換部
100.透明電極層
101.第一透明電極層
102.第二透明電極層
103.裏面側透明電極層
110.太陽電池
111.ヘテロ接合太陽電池
10.めっき装置
11.めっき槽
12.基板
13.陽極
14.基板ホルダ
15.電源
16.めっき液
Claims (16)
- 光電変換部と、前記光電変換部の一主面上に透明電極層と集電極をこの順に有する太陽電池であって、
前記集電極は、透明電極層側から第一集電極と第二集電極をこの順に有し、
前記透明電極層は、光電変換部側から非晶質の第一透明電極層と結晶質の第二透明電極層をこの順に有し、
前記第一透明電極層の膜厚d1と第二透明電極層の膜厚d2が、d1>d2を満たす、太陽電池。 - 前記第二透明電極層が完全結晶化されている、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第一透明電極層と第二透明電極層の膜厚がd1+d2=10〜140nmを満たし、かつ第二透明電極層の膜厚d2がd2=5〜50nmを満たす、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記第一透明電極層と第二透明電極層の膜厚が0.5≧d2/(d1+d2)≧0.036を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第一透明電極層と第二透明電極層は各々金属ドーパントを含有し、
前記第一透明電極層および第二電極層の金属ドーパント量を各々W1およびW2としたとき、W1=5〜15重量%、W2=0.1〜10重量%、W2<W1を満たす、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記光電変換部が一導電型結晶シリコン基板の一主面上にシリコン系薄膜を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第一集電極と第二集電極の間に開口部が形成された絶縁層を含み、
前記第一集電極は、前記絶縁層により被覆されており、
前記絶縁層に設けられた前記開口部を介して前記第一集電極と第二集電極が導通されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記第二透明電極層上にも前記絶縁層を有する、請求項7に記載の太陽電池。
- 前記第一集電極は低融点材料を含み、前記低融点材料の熱流動開始温度T1が250℃以下である、請求項7または8に記載の太陽電池。
- 前記低融点材料が金属材料を含む、請求項9に記載の太陽電池。
- 前記第二集電極が銅を主成分とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の太陽電池を備える太陽電池モジュール。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法であって、
光電変換部の一主面上に前記第一透明電極層と第二透明電極層をこの順に形成する透明電極層形成工程;
前記透明電極層上に第一集電極が形成される第一集電極形成工程;
前記第一集電極上にめっき法により第二集電極が形成されるめっき工程、をこの順に有し、
前記透明電極層形成工程後、めっき工程前に、前記第二透明電極層上に絶縁層が形成される絶縁層形成工程を有する、太陽電池の製造方法。 - 第一集電極形成工程後に前記絶縁層形成工程を有し、
前記絶縁層形成工程において前記絶縁層が第一集電極上に形成され、
前記めっき工程において前記絶縁層に設けられた開口部を介してめっき法により第一集電極と導通する第二集電極が形成される、請求項13に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第一集電極は熱流動開始温度T1が前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である低融点材料を含み、
前記絶縁層形成工程後に、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温のアニール温度Taで加熱処理が行われることにより前記開口部が形成される、請求項13または14に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第一集電極は熱流動開始温度T1が前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である低融点材料を含み、
前記絶縁層形成工程において、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温の基板温度Tbで前記絶縁層が形成されることにより、絶縁層の形成と同時に前記開口部が形成される、請求項13〜15のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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