JP2015056461A

JP2015056461A - 太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP2015056461A
Application number: JP2013187938A
Authority: JP
Inventors: 士郎関野; Shiro Sekino; 栄信廣門; Yoshinobu Hirokado
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-23
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP6184263B2

Abstract

【課題】テクスチャなどによる凹凸により、電極が、にじみ受光面積が小さくなるのを抑制し、高効率の太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】ペースト化したＥＶＡなどの封止材（受光面側封止材２ｂ）構成樹脂をにじみ抑制材２ａとして電極１６の非印刷部あるいは電極１６の両端に印刷形成し、電極１６のにじみを抑制するとともに、太陽電池モジュール工程の封止工程において一体化することにより、にじみによる受光面積減少を抑制する。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュールに係り、特にその電極形成に関する。

太陽電池セルの表面は、入射した光を効率よく取り込むために、シリコンウェハを加工してテクスチャと呼ばれる凹凸を作りこむことが多い。この時、スクリーン印刷した表面電極用のペーストがテクスチャの凹部を通ってにじみが発生する。太陽電池では、受光面積が広くなると電流が増加し変換効率を上げることができるが、このにじみによって受光面積が狭くなり変換効率が低下するという問題がある。

従来の太陽電池セルの表面電極の形成時に、電極のにじみを抑制するために、焼成時に熱分解される材料を用いてにじみを抑制する例があるが、にじみを抑制する材料を熱分解するには８００℃前後の焼成温度が必要である。このため、３００℃以下で加熱処理を行うような低温プロセスによって太陽電池セルを作製する場合には、熱分解が不十分となり、このようなにじみ抑制のために使用する材料が分解せずに残留し特性低下を招くという問題がある(例えば特許文献１)。この他、溝を形成するもの、表面電極を構成する表面導体直下に平坦化処理を施したり、溶融する材料を供給したりするものなども提案されている。

特開２０１１−７１４８９号公報

しかしながら、焼成によって焼失する材料を用いる上記従来の技術によれば、３００℃以下の加熱により電極を形成するものに対しては、適用できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、３００℃以下の低温で硬化する電極を用いた太陽電池セルを製造する場合のような低温プロセスによっても、にじみを低減し、変換効率の高い太陽電池モジュール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、半導体基板表面に機能膜を形成し、太陽電池セルを形成する工程と、太陽電池セルに、電極を形成する工程と、インターコネクタの配された太陽電池セルを、封止材とともに積層し、硬化する封止工程とを含む。そして電極を形成する工程に先立ち、少なくとも電極形成領域を開口部とし、この開口部を囲む領域に、封止材と同一の樹脂からなるにじみ抑制材を形成する工程を含み、封止工程で、にじみ抑制材と封止材とを一体化する。

本発明によれば、電極導体を印刷するに先立ち、封止材を構成する樹脂材料をペースト化した樹脂ペーストを印刷することにより、電極導体のにじみを抑制し、受光面積を増やすことにより、太陽電池セルの高効率化が実現可能となるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。図２は、実施の形態１の太陽電池モジュールを示す図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態１の太陽電池セルの製造方法の基本概念を示す模式図である。図４（ａ）〜（ｈ）は、同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、同太陽電池モジュールの実装工程を示す工程断面図である。図６は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの分解斜視図である。図７は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャート図である。図８は、図７の要部を詳細に示すフローチャート図である。図９（ａ）および（ｂ）は、同電極の製造工程を示す拡大断面図である（ペースト化したＥＶＡの供給量が少ない場合）。図１０（ａ）および（ｂ）は、同電極の製造工程を示す拡大断面図である（ペースト化したＥＶＡの供給量が多い場合）。図１１（ａ）および（ｂ）は、同電極の製造工程に用いられるにじみ抑制材形成用のマスクを示す平面図及び形成されたにじみ抑制材を示す図である。図１２（ａ）〜（ｈ）は、実施の形態２の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図１３（ａ）および（ｂ）は、同電極の製造工程に用いられるにじみ抑制材形成用のマスクを示す平面図及び形成されたにじみ抑制材を示す図である。図１４は、本実施の形態４の太陽電池セルの製造方法で得られた電極の要部拡大断面図である。図１５（ａ）および（ｂ）は、従来例の太陽電池セルの製造方法の基本概念を示す模式図である。図１６（ａ）〜（ｆ）は、従来例の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池およびそ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。

実施の形態１．
本実施の形態では、所望の機能層の形成されたテクスチャつきシリコン基板に、電極形成領域を残して、電極の反転パターンからなるマスクを用いて、ＥＶＡペーストを印刷形成し、ＥＶＡパターンをにじみ抑制材として、電極を印刷形成する。ここではＥＶＡペーストは、ＥＶＡ樹脂をトルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたものを用いる。そして、実装に際しては裏面側封止材および受光面側封止材として、にじみ抑制材として用いたものと同一組成のＥＶＡを用いて太陽電池セルを封止するようにしたことを特徴とする。

図１および図２は、本発明にかかる太陽電池、太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態１の太陽電池モジュールを示す図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図、図２は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態１の太陽電池セルの製造方法の基本概念を示す模式図である。図４（ａ）〜（ｈ）は同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、同太陽電池モジュールの実装工程を示す工程断面図である。図６は本実施の形態１の太陽電池モジュールの分解斜視図である。図７は本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャート図、図８は図７の要部を詳細に示すフローチャート図である。

まず、説明に先立ち、本実施の形態の基本概念を説明する。図３（ａ）に示すように、機能層形成のなされた太陽電池基板１０表面ににじみ抑制材２ａとして、電極形成領域を避けるように、電極の反転パターンからなるマスクを用いて、ＥＶＡペーストを印刷形成する。ここではｎ型の単結晶シリコン基板１１表面のテクスチャ１１Ｔが機能層を形成した後もテクスチャ１０Ｔとして太陽電池基板１０表面に凹凸が形成される。そして図３（ｂ）に示すように、ＥＶＡパターンをにじみ抑制材２ａとして、にじみ抑制材２ａの開口に電極１６を印刷形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、透光性基板１と、受光面側封止材２ｂとしてのＥＶＡと、太陽電池基板１０と、裏面側封止材５と、バックシート６とを順次積層し、積層体を加熱加圧し、太陽電池セル３を封止する。

この工程により、にじみ抑制材２ａとして封止材（少なくとも受光面側封止材２ｂ）と同一材料を用いることで、にじみ抑制材２ａが残留した場合にも、後続工程である樹脂封止工程においても受光面側封止材２ｂと均一に混ざり合い、確実な樹脂封止が可能となる。したがって、低温での電極の焼成工程などでにじみ抑制材２ａが残留した場合にも、密着性よく確実な封止が実現され、長寿命化をはかることができる。また、にじみによる遮光面積の増大を防ぎ、配線の実効的な線幅を細くすることができるため、大電流を取り出すことができ、変換効率の増大を図ることができる。さらにまた、にじみ抑制材２ａを用いることで、電極パターンの断面形状としては、図３（ｃ）に示すように、上部で大きく下部で小さい、逆テーパ形状をなすように形成することができる。これにより、上面の面積を、タブ線４との接続に十分な大きさとすることができる。そして逆テーパ状の断面とすることで、電極表面を反射材で構成すれば、太陽電池基板１０表面からの光を反射し、再度太陽電池基板１０に戻すことができ、更なる変換効率の増大をはかることができる。

次に、本実施の形態１の太陽電池セルの製造工程について、図４（ａ）〜（ｈ）の工程断面図、図７および図８のフローチャートを参照しつつ説明する。図７は太陽電池モジュールの製造工程を示し、図８はこのうち太陽電池セルの製造工程を示す。太陽電池モジュールは、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を用意し、テクスチャ１１Ｔの形成、機能膜の形成、透光性導電膜１５の形成を経て太陽電池基板１０を形成する。そしてこの太陽電池基板に、にじみ抑制材２ａの形成、電極形成を経てまず太陽電池セル３を形成する（ステップＳ１００）。この工程については後で詳述する。このようにして形成された太陽電池セル３をインターコネクタとしてのタブ線４によって複数個直列接続しストリングを形成する（ステップＳ１０１）。そして、図６に分解斜視図を示すように、透光性基板１、受光面側封止材２ｂと、太陽電池基板１０と、裏面側封止材５と、バックシート６とを順次積層し（ステップＳ１０２）、積層体を加熱加圧し、太陽電池基板１０を封止する（ステップＳ１０３）。そして、取り出し電極などを形成し太陽電池モジュールを得る（ステップＳ１０４）。

次にこの太陽電池セルの製造工程（ステップＳ１００）について詳細に説明する。まず図４（ａ）に示すように、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を用意する。このｎ型の単結晶シリコン基板１１は、通常、引き上げにより得られたインゴットをスライスすることにより切り出されたものであるため、表面に自然酸化膜、および構造的欠陥、金属等による汚染をはらんでいる。このため、まずここで用いられるｎ型単結晶シリコン基板１１に対して洗浄および、ダメージ層エッチングを行う（Ｓ１００１）。

ｎ型単結晶シリコン基板１１に対し、洗浄、ダメージ層エッチングを行った後、ｎ型単結晶シリコン基板１１内の不純物を除去するためにゲッタリングを行う（Ｓ１００２）。ゲッタリング工程では、処理温度１０００℃程度のリンの熱拡散により形成されたリンガラス層に不純物を偏析させ、リンガラス層をフッ化水素等でエッチングする。

ゲッタリング後、基板表面での光反射損失を低減させる目的でアルカリ溶液および添加剤を用いたウェットエッチングにより、テクスチャを形成する（Ｓ１００３）。アルカリ溶液には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を、添加剤にはイソプロピルアルコール等を用いる。

テクスチャ形成後、ヘテロ接合界面となるｎ型単結晶シリコン基板１１表面のパーティクル、有機物汚染、金属汚染を除去するために基板洗浄を実施する（Ｓ１００４）。洗浄には、いわゆるＲＣＡ洗浄や、ＳＰＭ洗浄（硫酸過酸化水素水洗浄）、ＨＰＭ洗浄（塩酸過酸化水素水洗浄）、ＤＨＦ洗浄（希弗酸洗浄）、アルコール洗浄等を用いる。

ここでＲＣＡ洗浄とは、まずウェハ（ｎ型の単結晶シリコン基板１１）を希フッ酸水溶液（ＨＦ）の中に入れ、表面の薄いシリコン酸化膜を溶出する。このときシリコン酸化膜が溶出すると同時に、その上に付着していた多くの異物も同時に取り去られる。さらに、アンモニア（ＮＨ₄ＯＨ）＋過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）で、有機物やパーティクルを除去する。次いで塩酸（ＨＣ１）＋過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）で金属類を除去し、最後に超純水で仕上げを行う方法である。

上記のいずれかの洗浄方法を用いて、基板洗浄を行った後、ヘテロ接合、および、ｐｎ、ｎｎ⁺接合を形成するために、ｎ型単結晶シリコン基板１１上に、順次各導電型の半導体層を形成する。上記テクスチャ形成工程、洗浄工程を経て得られたｎ型単結晶シリコン基板１１は、厚さ１００〜５００μｍで、表面および裏面にテクスチャ１１Ｔを有している。

次にＲＦ‐ＰＥＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）装置を用いてｎ型単結晶シリコン基板１１の両面に順次薄膜シリコン層を形成し、図４（ｃ）に示すように、機能層を形成する（機能層の形成：Ｓ１００５）。上述したようにＨＦ洗浄工程によりｎ型単結晶シリコン基板１１表面の汚染、自然酸化被膜を除去したのちＣＶＤ装置に投入、通例の条件で、まず、ｎ型単結晶シリコン基板１１の第２主面１１Ｂ側に対して非晶質シリコンｉ層１２ｂ（第１の真性半導体層）及び非晶質シリコンｎ層１４（第１導電型半導体層）を形成する。そしてｎ型単結晶シリコン基板１１の第１主面１１Ａ側に対して非晶質シリコンｉ層１２ａ（第１の真性半導体層）及び非晶質シリコンｐ層１３（第２導電型半導体層）を形成する。そしてマスクを形成しスパッタリング法を用いて透光性導電膜１５を形成した（Ｓ１００６）。

このように、ｎ型単結晶シリコン基板１１は、図４（ｂ）に示すように表面には受光した太陽光を反射させずに効率よく封じ込めるためのテクスチャ１１Ｔとよばれる凹凸を初期段階で形成されている。

このテクスチャ１１Ｔは、図４（ｃ）に示すように、各種機能膜（非晶質シリコンｉ層１２ａ、非晶質シリコンｐ層１３、非晶質シリコンｉ層１２ｂ及び非晶質シリコンｎ層１４）を成膜し、最表面に透光性導電膜１５を成膜しても表面にはテクスチャが形成されている。

このテクスチャ１１Ｔつきｎ型単結晶シリコン基板１１に、各種機能膜および透光性導電膜１５の形成された表面に、電極パターンとなる領域を避けるように、図４（ｄ）に示すにじみ抑制材２ａのパターンをマスクを用いて、印刷形成する（樹脂パターンの形成Ｓ１００７）。このときにじみ抑制材２ａは、受光面側封止材２ｂと同一組成の樹脂から構成される。このにじみ抑制材２ａをトルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたＥＶＡペーストを、マスクを用いて印刷形成して得られる。ここで用いるＥＶＡペースト用のマスクのパターンは、電極形成用のマスクのパターンに対しては、抜きパターンと残しパターンを反対にした反転パターン形状となっている。このときのＥＶＡペーストの粘度は、Ｂ型粘度計で回転数１０ｒｐｍにおいて１０００００ｃｐ程度になるように調整した。範囲としては５００００〜５０００００ｃｐ程度になるように調整するのが望ましい。

このとき、ＥＶＡペーストの形成される下地は、被印刷物であるテクスチャ１１Ｔを有するｎ型の単結晶シリコン基板１１であるため、ＥＶＡペースト用印刷マスクパターンより、ＥＶＡペーストの一部がにじみ出る。図４（ｄ）は形成されたＥＶＡペーストの断面模式図である。このＥＶＡペーストによる印刷体のにじみ量をａとしたとき、あらかじめａの距離を測定した上で、電極１６のパターンの目的とする開口幅ｗに対し、ＥＶＡペーストのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しｗ+ａとして印刷形成した。ＥＶＡパターンを印刷後、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を１４０〜１６０℃、５〜１５分に加熱して硬化したＥＶＡパターンからなるにじみ抑制材２ａを得る。

次に、形成したＥＶＡパターンからなるにじみ抑制材２ａの上から電極材料をスクリーン印刷法により形成する（Ｓ１００８）。図４（ｅ）に示す電極形成用のマスクの開口は、開口幅ｗ[μｍ]以下にする。このとき、電極形成材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ１１Ｔの凹部は硬化したＥＶＡによりせき止められているため、受光面側電極を構成する電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。そして１５０〜２５０℃で１５〜６０分程度加熱硬化させることにより、厚膜導体からなる電極１６を得る。このようにして本発明による太陽光発電セルが完成する。図４（ａ）から図４（ｈ）は、受光面側についてのみ説明したが、裏面側についても同様である。ただし、裏面側については電極幅を細くする必要がない場合もあり、そのような場合には必ずしもにじみ抑制材２ａを形成しなくてもよい。

このときの硬化後のＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａ（図４（ｆ））の膜厚ｔ₁は図９（ａ）および（ｂ）のように、ｎ型単結晶シリコン基板１１表面に形成されたテクスチャ１１Ｔによる凹凸ｔ₀以上の厚みをもち、かつ電極１６の膜厚Ｔより厚くする方が望ましい。図１１（ａ）および（ｂ）は電極形成用のマスクＭ及びこのマスクＭを用いて形成されたにじみ抑制材２ａのパターンを示す平面図である。ここでは遮蔽部である残し部分Ｓ₀とメッシュスクリーンＭ₀とを有するマスクＭを用いたスクリーン印刷により、電極パターン形成を行う。ｏは開口である。図９（ａ）および（ｂ）に示すように、硬化後のＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａの膜厚がテクスチャ１１Ｔの凹凸より薄い場合は、電極ペースト１６ｐを印刷する時にわずかに生じる隙間Ｃから漏れ出ることにより、にじみが生じ受光面積が狭くなる問題がある。また、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように硬化後のＥＶＡの膜厚が受光面側の電極１６の膜厚より厚い場合には、電極１６がスクリーン印刷によりｎ型単結晶シリコン基板１１にペーストを転写する際に、硬化したＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａが基板表面へ到達せずに空隙Ｃが発生し、空隙Ｃから基板表面と電極１６界面で剥離、腐食などの劣化が発生する可能性がある。

本実施の形態においては、硬化後のＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａの膜厚は５μｍで、マスクＭの残し部分Ｓ₀のパターン幅を６０μｍとした。このとき、ｎ型単結晶シリコン基板１１上の抜きパターン幅は６０μｍとなったが、実際の開口は縮小し４０μｍ以下となった。そして電極ペーストの印刷後のパターン幅はにじみも含めて平均４０μｍとなった。このときの電極用のマスクＭの開口幅すなわち残し部分Ｓ₀のパターン幅を４０μｍとすると、にじみのない形状を得ることができた。この印刷体を１３０〜１７０℃、５〜３０分加熱することにより電極ペーストを硬化させ、電極１６を形成することができる。

印刷後の電極ペーストを加熱硬化することにより得られた太陽電池セルは、その後、通常工程と同様に、図５（ａ）に示すように、グリッドパターンおよびバスパターンを構成する電極１６を有している。２ａはにじみ抑制材である。図５（ｂ）に示すように、この電極１６上に、フラックスＦを用いてタブ線４をはんだ付けなどにより接続し、セル同士を接合する。そしてこの後、図５（ｃ）に示すように、タブ線４によって接合され、ストリングＳを形成する。そしてストリングＳ全体を受光面側封止材２ｂとしてのＥＶＡシートで覆い図６に示すように加圧加熱する。

このとき、図４（ｇ）〜（ｈ）に示すように、印刷によりｎ型単結晶シリコン基板１１上に形成したＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａは加圧と加熱により、ＥＶＡシートからなる受光面側封止材２ｂと一体化し、電極１６の印刷によるにじみが抑制できた太陽電池モジュールを得ることができる。にじみ抑制材２ａとＥＶＡシート２ｂとは、一旦硬化しているので、一般的な機械研磨ではダレが生じるので摘発は困難であるが、ＡｒやＧａイオン照射による断面観察では境界部が見える。

最終的に、図６に示すように機能膜（１２ａ，１２ｂ，１３，１４，１５）、保護ガラスとしての透光性基板１およびフレーム７で封止し、本発明による太陽電池のモジュールが完成する。

このようにして得られた太陽電池モジュールは、太陽電池基板１０の電極１６を印刷する前に、電極１６のにじみを抑制するために、ペースト化したＥＶＡなどのにじみ抑制材２ａを電極１６の配線部の両端部に塗布し、硬化させた後に、電極１６を印刷形成するようにしたものである。図２及び図４では、電極１６の断面は、垂直となっているが、にじみ抑制材２ａのダレから、図３に示したのと同様、若干、逆テーパ状となっている。前述したように、この逆テーパ状の電極１６は太陽電池セル表面からの反射光を反射して太陽電池セルに戻す作用もあり、変換効率の増大に寄与するものである。

比較のために、にじみ抑制材２ａを形成しない従来例の電極形成方法の概念図を図１５（ａ）および（ｂ）に示す。にじみ抑制材２ａを形成することなく直接スクリーン印刷により電極１６を形成し（図１５（ａ））、図３（ｃ）に示した本実施の形態と同様に受光面側封止材２ｂ及び受光面側保護材としての透光性基板１とを用いて封止を行うものである（図１５（ｂ））。この場合は電極１６の断面がテーパ状となっている。

又比較のために、にじみ抑制材２ａを形成しない従来例の太陽電池モジュールの製造工程を図１６（ａ）〜（ｆ）に示す。にじみ抑制材２ａを用いることなくスクリーン印刷により、電極パターン１６Ｓを形成し（図１６（ｄ））、焼成により電極１６を形成し、封止を行なう工程は図４（ａ）〜（ｈ）に示した本実施の形態１の工程と同様である。

このように、図１５（ａ）および（ｂ）、図１６（ａ）〜（ｆ）との比較からも、本実施の形態の効果は明らかである。すなわち、本実施の形態によれば、電極を印刷するに先立ち、ペースト化したＥＶＡなど、受光面側封止材と同一組成の樹脂からなるにじみ抑制材２ａを印刷することにより、電極１６のにじみを抑制し、受光面側封止材２ｂを構成する封止樹脂と共に硬化しているため、細く高精度の電極を得ることができる。したがって受光面積を増やすことにより、太陽電池セルの高効率化が実現できる。又長期信頼性に優れたものとなる。一方、受光面側封止材２ｂと異なる組成のにじみ抑制材２ａを用いた場合、受光面側封止材２ｂとにじみ抑制材２ａとの間に剥離が生じ、そこに含まれる大気中成分が悪影響を及ぼす場合がある。３００℃以下の低温で硬化する電極１６を有する太陽電池セルを製造する場合、電極１６の硬化時ににじみ抑制材２ａが消失しない場合が多いが、このように低温硬化型の電極を用いた場合に特に有効である。

実施の形態２.
図１２（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態２の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図１３（ａ）および（ｂ）は電極形成用のマスクＭ及びこのマスクＭを用いて形成されたにじみ抑制材２ａのパターンを示す平面図である。ここでは遮蔽部である残し部分Ｓを有するマスクＭを用いたスクリーン印刷により、電極パターン形成を行う。ｏは開口である。本実施の形態においても実施の形態１と同様に、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｎ型の単結晶シリコン基板１１に各種機能膜を成膜し、最表面に透光性導電膜１５を成膜した１５６ｍｍ□のウェハの断面模式図である。ｎ型の単結晶シリコン基板１１表面には受光した太陽光を反射させずに効率よく封じ込めるためのテクスチャ１１Ｔとしての凹凸が初期段階で形成されている。この図１２（ｃ）に示すテクスチャつきｎ型の単結晶シリコン基板１１に、電極印刷用のマスクＭの開口ｏすなわち電極となる部分各１本ずつに対し、その両端のみに開口された２本の直線がパターニングされたマスクＭ（図１３（ａ））を用いて、トルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたＥＶＡペーストを印刷形成する。ここで用いるＥＶＡペースト用のマスクＭのパターンは、にじみ分も含めて電極パターンの端部にのみＥＶＡペーストからなるにじみ抑制材２ａＳを形成するようにする。このときのＥＶＡペーストの粘度は、Ｂ型粘度計で回転数１０[ｒｐｍ]において８００００〜２０００００[ｃｐ]程度になるように調整した。このとき、図１３（ｂ）に示すように、太陽電池セルの形成されたｎ型単結晶シリコン基板１１表面ににじみ抑制材２ａのパターンが形成される。このとき、被印刷物であるｎ型単結晶シリコン基板１１は、テクスチャすなわち凹凸構造を有する基板であるため、印刷用のマスクＭのパターンより、ＥＶＡペーストの一部がにじみ出る。本実施の形態でも図１２（ｄ）は形成したＥＶＡペーストのパターンの断面の模式図である。このＥＶＡペーストによる印刷体のにじみ長さをａ_１[μｍ]、電極１６のパターンの開口幅をｗ[μｍ]としたとき、ＥＶＡのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しｗ＋ａ_１として印刷形成した。ＥＶＡパターンを印刷後、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を１４０〜１６０℃、５〜１５分加熱して硬化したＥＶＡ膜２ａＳを得る。

次に、図１２（ｅ）に示すように、形成したにじみ抑制材２ａＳとしてのＥＶＡ樹脂膜の上から受光面側電極用の電極ペースト１６ｐをスクリーン印刷法により印刷を行う。電極材料用のマスクの開口は、開口幅ｗ[μｍ]以下にする。このとき、電極材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ凹部は硬化したＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａＳによりせき止められているため、受光面側の電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。１５０〜２５０℃で１５〜６０分程度加熱硬化させることにより本発明による太陽光発電セルが完成する。

このときの硬化後のＥＶＡの膜厚は図１２（ｆ）のように、ウェハ表面に形成されたテクスチャ１０Ｔの凹凸以上の厚みをもち、かつ受光面側の電極１６の膜厚より薄くする方が望ましい。この場合も図９に示すように、硬化後のにじみ抑制材２ａＳの膜厚がテクスチャ１０Ｔの凹凸より薄い場合は、電極用の電極ペースト１６ｐを印刷する時にわずかに生じる隙間Ｃから漏れ出ることにより、にじみが生じ受光面積が狭くなる問題がある。また、図１０に示したように硬化後のにじみ抑制材２ａＳの膜厚が電極１６の膜厚より厚い場合には、電極１６がスクリーン印刷により基板にペーストを転写する際に、硬化したＥＶＡからなるにじみ抑制材２ａＳが基板表面へ到達せずに空隙Ｃが発生し、空隙Ｃ部分から基板表面と電極１６界面で剥離、腐食などの劣化が発生する可能性がある。

本実施の形態においては、硬化後のにじみ抑制材２ａＳの膜厚は５μｍで、マスクの残し部分のパターン幅を６０μｍとした。このとき、ｎ型単結晶シリコン基板１１上の抜きパターン間隔は実際の開口は電極ペーストの印刷後の開口幅はにじみも含めて平均４０μｍとなった。このときの受光面側の電極用のマスクの開口幅を４０μｍとすると、にじみのない形状を得ることができる。この印刷体を１３０〜１７０℃、５〜３０分加熱することにより電極１６を硬化させることができ、厚膜導体からなる電極を得る。

印刷後の電極ペーストを加熱硬化することにより電極１６を形成して得られた太陽電池セルは、その後、前記実施の形態１の工程と同様に、バス電極の電極１６のパターン上に、タブ線４をはんだ付けなどによりセル同士を接合し、全体をＥＶＡシートからなる受光面側封止材２ｂで覆い、加圧加熱する。このとき、図１２（ｈ）に示すように、印刷によりｎ型の単結晶シリコン基板１１上に形成したにじみ抑制材２ａのＥＶＡ樹脂は受光面側封止材２ｂのＥＶＡシートと一体化し、光学的特性を維持しつつ、密着性、封止性も高く維持することができ、電極の印刷によるにじみを抑制できることが分かる。

最終的に、図６に示したように透光性基板１及び、裏面側封止材５、バックシート６およびフレーム７で封止し、本発明による太陽電池のモジュールが完成する。

本実施の形態は、実施の形態１に比べて、ＥＶＡペーストの使用量が少ないこと、また、セル作製時の印刷形成による太陽電池基板とにじみ抑制材２ａ（ＥＶＡ）との界面接合不良を減らすことができる。さらに実施の形態１では受光面側封止材２ｂが直接太陽電池セルに当接する領域がないが、受光面側封止材２ｂが直接太陽電池セルに当接する領域を設けることができ、より接合性が向上する。ＥＶＡペーストの使用量が少ないため、にじみ抑制材２ａの乾燥、硬化に要する熱処理時間も低減することができる。さらにまた、にじみ抑制材２ａのパターンと、受光面側封止材２ｂとの接触面積が増大するため、接合不良による電気特性低下を抑制することができ、長期信頼性が確保しやすくなることが特徴である。

実施の形態３．
前記実施の形態１，２では、にじみ抑制材２ａをスクリーン印刷によって形成したが、本実施の形態では、ディスペンサを用いてにじみ抑制材２ａを形成したことを特徴とするものである。他は前記実施の形態２と同様である。工程図についても前記実施の形態２と同様であるためここでは省略する。ただし、にじみ分を考慮したパターン幅については適宜調整される。

なお、前記実施の形態２では、受光面側の電極部分に対し、電極印刷用のマスク各１本ずつに対し、その両端のみに開口された２本の直線がパターニングされたマスクを用いて、トルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたＥＶＡペーストを印刷形成したのに対し、本実施の形態では、ディスペンサによりＥＶＡペーストを供給する。ここで用いるＥＶＡペースト用のマスクのパターンは、にじみ分も含めて電極パターンの端部にのみＥＶＡペーストを形成するようにする。このときのＥＶＡペーストの粘度は、Ｂ型粘度計で回転数１０[ｒｐｍ]において、２００００[ｃｐ]になるように調整した。ディスペンサによりＥＶＡペーストのパターンを形成する場合の粘度は、１００００〜１０００００[ｃｐ]程度となるように調整するのが望ましい。

このとき、ＥＶＡペーストの形成される下地は、被印刷物であるテクスチャ１０Ｔを有する太陽電池基板１０を構成するｎ型の単結晶シリコン基板１１であるため、ＥＶＡペースト用のマスクパターンより、ＥＶＡペーストの一部がにじみ出る。このＥＶＡペーストによる印刷体のにじみ長さをａ₂としたとき、あらかじめａ₂の距離を測定した上で、電極１６のパターン形成を目的とする開口幅ｗに対し、ＥＶＡペーストのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しｗ+ａ₂として印刷形成した。ＥＶＡパターンを印刷後、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を１４０〜１６０℃、５〜１５分に加熱して硬化したＥＶＡを得る。

次に、形成したＥＶＡパターンからなるにじみ抑制材２ａの上から電極材料をスクリーン印刷法により形成する。電極形成用のマスクの開口は、開口幅ｗ[μｍ]以下にする。このとき、表面形成材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ１１Ｔの凹部は硬化したＥＶＡによりせき止められているため、電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。そして１５０〜２５０℃で１５〜６０分程度加熱硬化させることにより、受光面側電極としての電極１６を得る。このようにして本発明による太陽光発電セルが完成する。

本実施の形態は、実施の形態1、２に比べて、基板表面との密着性の高いにじみ抑制材パターンを形成することができる。さらにまたＥＶＡペーストが外気にさらされないため乾燥、酸化などによる変質、粘度の変化がほとんどないこと、ＥＶＡペーストの使用量が少ないこと、また、セル作製時の印刷形成によるＥＶＡとの界面接合不良を減らすことができ、接合不良による電気特性低下および長期信頼性が確保しやすくなることが特徴である。

実施の形態４．
前記実施の形態１〜３では、電極の高さをにじみ抑制材２ａの高さより低く形成したが、本実施の形態では、にじみ抑制材２ａのパターンによる開口の深さよりも高くなるように、電極をスクリーン印刷によって形成したことを特徴とするものである。図１４に要部拡大断面図を示すように、電極１６が、断面きのこ状のパターンを構成するように形成する。本実施の形態では、太陽電池セル３を構成する太陽電池基板１０と当接する面積が小さく、水平方向に少し太くなり、さらに次第に細くなり、表面が平坦な形状を得ることができる。

この構成によれば、タブ線４との接触面積を十分に確保しつつ、電極１６そのものが傾斜面を形成しており、反射性金属で電極１６を形成すれば、電極１６の側面での反射により、太陽電池基板１０に対し反射光を効率よく供給することができる。したがって、電極による投影部分全体が遮光体となるわけではなく、効率よく太陽電池基板１０への光の取り込みを実現することが可能となる。

なお、前記実施の形態では、にじみ抑制材及び受光面側封止材としてＥＶＡ樹脂を用いた場合、太陽光の吸収が少なく、後工程で受光面側封止材と一体化するため長期信頼性に優れたものとなるが、この他オレフィン系共重合体など、他の樹脂であってもよい。ただにじみ抑制材は、受光面側封止材と同一材料を用いることで、剥離を生じることなく、界面に含まれる大気成分が悪影響を及ぼすようなこともない。

また、前記実施の形態では、電極を印刷法により形成したが、先ににじみ抑制材を形成しているため、ディップ法でもよい。

また、前記実施の形態では、単結晶シリコン基板に非晶質薄膜層を形成した薄膜太陽電池について説明したが、これに限定されることなく、イオン注入により接合を形成したもの、多結晶シリコン基板など種々の基板を用いた太陽電池にも適用可能である。封止材についてもＥＶＡシートを用いたが、樹脂シートに限定されることなく、樹脂板を用いたり、あるいはガラス基板などの基板上に樹脂を塗布する場合にも適用可能である。適宜変更可能である。

１透光性基板、２ａにじみ抑制材、２ｂ受光面側封止材、３太陽電池セル、４タブ線、５裏面側封止材、６バックシート、１０太陽電池基板、１１ｎ型単結晶シリコン基板、１２ａ，１２ｂ非晶質シリコンｉ層、１３非晶質シリコンｐ層、１４非晶質シリコンｎ層、１５透光性導電膜、１６電極。

Claims

半導体基板表面に機能膜を形成し、太陽電池セルを形成する工程と、
前記太陽電池セルに、電極を形成する工程と、
前記インターコネクタの配された前記太陽電池セルを、封止材とともに積層し、硬化する封止工程とを含み、
前記電極を形成する工程に先立ち、
少なくとも電極形成領域を開口部とし、この開口部を囲む領域に、前記封止材と同一の樹脂からなるにじみ抑制材を形成する工程を含み、
前記封止工程で、前記にじみ抑制材と前記封止材とを一体化するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
前記にじみ抑制材を形成する工程は、
前記封止材を所望の粘度に調整して得られた樹脂ペーストを印刷し、硬化する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記樹脂ペーストは、ＥＶＡペーストであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記にじみ抑制材を形成する工程は、前記開口部の寸法を、前記ＥＶＡペーストのにじみ量と前記電極のマスク開口幅との合計以上にすることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記にじみ抑制材を形成する工程は、前記電極の非印刷部全体に前記ＥＶＡペーストを形成する工程であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記にじみ抑制材を形成する工程は、前記電極のエッジ部分にのみ前記ＥＶＡペーストを形成する工程であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記にじみ抑制材を形成する工程は、前記ＥＶＡペーストによるパターンを硬化させた時の膜厚が、前記太陽電池セルを構成する基板に形成されたテクスチャによる凹凸より厚く、形成する前記電極よりも薄くなるように形成する工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
半導体基板表面に形成された太陽電池セルと、
前記太陽電池セルに、形成された電極と、
インターコネクタを介して接続された前記太陽電池セルを、封止する封止材とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記電極が、前記半導体基板側から外に向かって断面積が大きくなるように、逆テーパ面を有する導体ペーストを硬化させた厚膜導体で構成されたことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記封止材はＥＶＡ樹脂であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール。