JP2019009312A - 高効率裏面電極型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率が高くかつ安価な裏面電極型太陽電池を提供する。また、光電変換効率が高くかつ安価な太陽電池モジュール及び太陽電池発電システムを提供する。また、製造が簡便で電極での抵抗損が少なく、光電変換効率が高い裏面電極型太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】結晶シリコン基板の第１主表面に、ｐ型の導電型を有するｐ型領域と、ｎ型の導電型を有するｎ型領域とを有し、ｐ型領域上に形成された正電極と、ｎ型領域上に形成された負電極とを具備する裏面電極型太陽電池であって、正電極が、ｐ型領域上に形成され、ＩＩＩ族元素を含む第１導電体と、第１導電体の上に積層され、第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２導電体との積層導電体から成るものであり、負電極が、ｎ型領域上に形成された第２導電体から成るものであることを特徴とする太陽電池。【選択図】 図１

Description

本発明は、高効率裏面電極型太陽電池及びその製造方法に関する。
結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる手法として、近年では受光面の電極を廃して電極の影による光学的損失を無くした、所謂、裏面電極型太陽電池が広く検討されるようになってきた。
図６は、一般的な裏面電極型太陽電池の基本構造を示す模式図である。尚、受光面は同図中下向きで示してある。図６に示されるように、裏面電極型太陽電池６０１は、基板６０２の非受光面に、ホウ素やアルミニウムなどのＩＩＩ族元素が高濃度拡散されたｐ型領域６０３が形成され、これに隣接するようにリンやアンチモンなどのＶ族元素が高濃度拡散されたｎ型領域６０４が形成されている。
ｐ型領域６０３とｎ型領域６０４は、光励起されたキャリアの再結合による損失を低減するため、主に酸化シリコンや窒化シリコン、酸化アルミニウムまたは炭化シリコンなどの単層膜または積層膜から成るパッシベーション膜６０５に覆われており、また反対面（受光面）は窒化シリコン、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムなどの単層膜または積層膜から成る反射防止膜６０６で覆われている。
また、正電極６０７と負電極６０８がパッシベーション膜６０５を貫通して形成されている。これらの電極は、コストの面から、銀などの金属微粒子を有機バインダーに混ぜた導電性ペーストをスクリーン版印刷やディスペンシングで所定箇所に塗布し、その後数百〜８５０℃程度で熱処理を行って形成するのが一般的である。
ところが、実際にはｐ型シリコンとｎ型シリコンに上記のような一般的な銀ペーストを一様に適用すると、ｐ型シリコンと電極の接触抵抗が大きくなることが多い。これはシリコンの導電型により、導電性ペースト中の金属との仕事関数差が異なることに起因している。
この問題に対し、たとえば特許文献１では、銀を主成分とした導電性ペーストの固形分としてアルミニウム粉末を６〜３０重量％添加することにより、良好な電気的接触が得られると記述されている。
また、特許文献２では、ガリウムまたはインジウムを添加した銀ペーストを使い、熱処理によりｐ型シリコンに当該不純物を導入することで電気接触を得る方法が記述されている。
特公昭６１−５９５４６号公報 特表２００２−５１１１９０号公報
しかし一方で、ＩＩＩ族元素からなる添加物は、それ自体の電気導電率が低いため、これを電極剤に配合すると配線抵抗が増大してしまうという問題があった。また正負の両電極を基板の非受光面に配置した裏面電極型太陽電池は、基板両面に電極のある従来型の太陽電池に比べて光電流密度が高いため、配線抵抗が高いことによる出力特性の低下が特段顕著になるという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、製造が簡便で、光電変換効率が高くかつ安価な裏面電極型太陽電池を提供することを目的とする。また、本発明は、光電変換効率が高くかつ安価な太陽電池モジュール及び太陽電池発電システムを提供することを目的とする。また、本発明は、簡便な方法で電極での抵抗損が少なく、光電変換効率が高い裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、結晶シリコン基板の第１主表面に、ｐ型の導電型を有するｐ型領域と、ｎ型の導電型を有するｎ型領域とを有し、前記ｐ型領域上に形成された正電極と、前記ｎ型領域上に形成された負電極とを具備する裏面電極型太陽電池であって、前記正電極が、前記ｐ型領域上に形成され、ＩＩＩ族元素を含む第１導電体と、該第１導電体の上に積層され、前記第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２導電体との積層導電体から成るものであり、前記負電極が、前記ｎ型領域上に形成された前記第２導電体から成るものであることを特徴とする太陽電池を提供する。
このような太陽電池の正電極は、シリコン基板と接する第１導電体がＩＩＩ族元素を含むことで接触抵抗が低く、配線に接続される第２導電体が第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低いことで配線抵抗が低いものとなる。即ち、正電極がシリコン基板と電極の電気接触が良好で、さらに、配線抵抗が低減されたものとなる。その結果、本発明の太陽電池は抵抗損の少ない高効率な裏面電極型太陽電池となる。
このとき、前記第１導電体が、銀を主成分とするものとすることができる。または、前記第１導電体が、アルミニウムを主成分とするものとすることができる。
第１導電体の主成分を銀とすれば、銀ペーストを用いることができる。また、第１導電体の主成分を比較的安価なアルミニウムとすれば、太陽電池のコストを低減することができる。
さらに、本発明の太陽電池は、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域の前記正電極及び前記負電極が形成されていない表面に形成されたパッシベーション膜を具備するものであることが好ましい。
このようなものは、パッシベーション膜によってシリコン基板の表面での電子と正孔の再結合を抑制することができるため、より高効率の太陽電池となる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の太陽電池を電気的に接続して成るものであることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
このように、本発明の太陽電池を電気的に接続した太陽電池モジュールであれば、抵抗損の少ないものとなる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の太陽電池モジュールを電気的に複数接続して成るものであることを特徴とする太陽電池発電システムを提供する。
本発明の太陽電池を電気的に接続した太陽電池モジュールは、複数接続して太陽電池発電システムとすることができ、このような太陽電池発電システムは抵抗損の少ないものとなる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、結晶シリコン基板の第１主表面にｐ型の導電型を有するｐ型領域及びｎ型の導電型を有するｎ型領域を形成する工程と、前記ｐ型領域の上にＩＩＩ族元素を含む第１導電体を形成する工程と、該第１導電体の上と前記ｎ型領域の上の両方に前記第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２導電体を形成する工程とを含み、前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程とにより、前記第１導電体と前記第２導電体の積層導電体から成る正電極と、前記第２導電体から成る負電極とを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
このようにすれば、電極での抵抗損が少なく光電変換効率が高い裏面電極型太陽電池を簡便な方法で製造することができる。特に、このような方法であれば、新たな工程を設けずに正電極形成の一部と負電極形成を同時に行うことができ、高効率な太陽電池を安価に製造することが可能になる。
このとき、前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程は、電極剤をスクリーン印刷またはディスペンシング形成するステップを含むことが好ましい。
これらのような方法を用いることで、安価で生産性良く太陽電池を製造することができる。
また、本発明の太陽電池の製造方法は、さらに、前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程よりも前に、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域の表面にパッシベーション膜を形成する工程を含み、前記第１導電体を形成する工程において、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型領域の上にＩＩＩ族元素を含む前記第１電極剤を塗布し、前記第２導電体を形成する工程において、該第１電極剤の上と前記パッシベーション膜を介した前記ｎ型領域の上の両方に前記第１電極剤よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２電極剤を塗布し、前記第２導電体を形成する工程の後に、前記第１電極剤と前記第２電極剤を焼結することで、前記正電極と前記負電極を形成することが好ましい。
このように、パッシベーション膜を形成することで、より高効率の太陽電池を製造することが可能となる。また、上記方法は簡便な方法である。
本発明の太陽電池であれば、良好な電気接触と低い配線抵抗を両立した正電極を具備するため、太陽電池出力の抵抗損が低減されたものとなる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、このような抵抗損が低減された高効率の太陽電池を安価に簡便に製造することができる。特に、本発明の太陽電池の製造方法では、スクリーン印刷法やディスペンシング法が利用でき、さらに、正電極形成の一部と負電極形成を同時に行うことができるため、光電変換効率の高い太陽電池をより安価により高い生産性で製造することができる。
本発明に係る太陽電池の構造の一形態を示す図である。 本発明に係る太陽電池の製造方法の一例を示す図である。 本発明に係る太陽電池の裏面構造の一形態を示す図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの一形態を示す図である。 本発明に係る太陽光発電システムの一形態を示す図である。 従来の裏面電極型太陽電池の基本構造を示す図である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明の太陽電池の構造の一例を、図１を用いて具体的に説明する。尚、受光面は図１中では下向きで示してある。
図１に示すように、本発明の裏面電極型太陽電池１０１（以下、単に太陽電池と呼称する場合もある）は、結晶シリコン基板１０２の第１主表面（太陽電池としたときに、非受光面となる面）に、ｐ型の導電型を有するｐ型領域１０３と、ｎ型の導電型を有するｎ型領域１０４とを有し、ｐ型領域１０３上に形成された正電極１０７と、ｎ型領域１０４上に形成された負電極１０８とを具備する。
より具体的には以下のようなものとすることができる。本発明の裏面電極型太陽電池１０１は、ｐ型またはｎ型の導電型をもつ結晶シリコン基板１０２の第１主表面（太陽電池としたときに、非受光面となる面）に、ｐ型の導電型を付与するドーパントが結晶シリコン基板１０２のドーパント濃度よりも高濃度に添加されたｐ型の導電型を有するｐ型領域１０３が局所的に形成されているものとすることができる。更に、同第１主表面においてｎ型の導電型を付与するドーパントがシリコン基板１０２のドーパント濃度よりも高濃度に添加されたｎ型の導電型を有するｎ型領域１０４がｐ型領域１０３と隣り合うように形成されているものとすることができる。
ｐ型領域１０３の上には、第１導電体１０９と第２導電体１１０の積層導電体１１１から成る正電極１０７が形成されている。一方、ｎ型領域１０４の上には、第２導電体１１０から成る負電極１０８が形成されている。ｐ型領域１０３上に形成され正電極１０７の一部を構成する第１導電体１０９は、ＩＩＩ族元素を含むものである。
第１導電体１０９はｐ型領域１０３との接触抵抗を低減する目的から、ガラスフリットが添加されたアルミニウムペーストの焼結体か、または、ＩＩＩ族元素とガラスフリットが添加された銀ペーストの焼結体が好適に用いられる。ＩＩＩ族元素はホウ素やガリウムまたはインジウムの単体または化合物を用いて良いが、コストの点からアルミニウムを用いるのが好ましい。ＩＩＩ族元素の化合物としては、より具体的には、窒化ホウ素、酸化ホウ素、塩化アルミニウム、及び臭化アルミニウムのうちの１種以上を含むことが好ましい。第１導電体１０９中のＩＩＩ族元素の含有割合は、添加元素やその形態により適宜調整する必要があるが、たとえばアルミニウムを用いる場合の含有割合は概ね３重量％以上にすると良い。また、第１導電体は、銀又はアルミニウムを主成分とすることが好ましい。銀を主成分とする場合、銀の含有割合は５０質量％以上とすることが好ましい。アルミニウムを主成分とする場合、アルミニウムの含有割合は５０質量％以上とすることが好ましい。
また、第２導電体１１０は、第１導電体１０９よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い。特に、第２導電体１１０には、ガラスフリットが添加され、且つ、ＩＩＩ族元素が添加されていない一般的な銀ペーストの焼結体で形成されることが好ましい。負電極１０８となる第２導電体１１０にＩＩＩ族元素が添加されていると、配線抵抗が高くなるだけでなく、ｎ型領域１０４の表面にエネルギー障壁が形成されてしまうことで接触抵抗が増加し、太陽電池特性が低下する。
このように、正電極１０７をｐ型領域１０３と良好な電気的接触を得る第１導電体１０９と配線抵抗の低い第２導電体１１０の積層構造とすることで電気抵抗損失が低減され、太陽電池の光電変換効率を向上させることが可能となる。
また、ｐ型領域１０３の正電極非形成部とｎ型領域１０４の負電極非形成部にはパッシベーション膜１０５が形成されていることが好ましい。この場合、即ち、本発明の裏面電極型太陽電池１０１は、ｎ型領域１０３とｐ型領域１０４の正電極１０７及び負電極１０８が形成されていない表面に形成されたパッシベーション膜１０５を具備する。このようなパッシベーション膜１０５によって、結晶シリコン基板１０２の表面における正孔と電子の再結合を抑制できるため、より高効率の太陽電池となる。パッシベーション膜１０５には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は炭化シリコンなどが使用できる。これらは単層で用いても良いし、組み合わせて積層膜としても良い。パッシベーション膜１０５の膜厚は、十分なパッシベーション効果を得るため、数ｎｍから１００ｎｍとするのが良い。また、ｐ型領域１０３の表面とｎ型領域１０４の表面にそれぞれ構成の異なる膜を適用しても良い。
また、結晶シリコン基板１０２の受光面には反射防止膜１０６が形成されていることが好ましい。反射防止膜１０６は光閉じ込め効果を得る必要から、屈折率が１．８から２．２の誘電体を用いるのが良く、このために窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などが使用できる。これらの誘電体は、最適な光閉じ込め効果を得るために、膜厚を７０ｎｍから１２０ｎｍとして用いるのが良い。また、これらは単層で用いても良いし、図には示していないが、上記の誘電体と結晶シリコン基板１０２との間に膜厚４０ｎｍ以下の酸化シリコンや酸化アルミニウムの中間層を形成しても良い。これにより、受光面表面のパッシベーション効果を高めることができる。
次に、図２を参照して、本発明の太陽電池の製造方法を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
結晶シリコン基板２０２は抵抗率が０．１〜１０Ω・ｃｍのｐ型またはｎ型の導電型をもつ結晶シリコンとすることができ、図には示していないが、基板表面には光閉じ込めのための凹凸構造を形成することができる。凹凸構造は、結晶シリコン基板２０２を酸性またはアルカリ溶液に一定時間浸漬することで得られる。酸性溶液には一般にフッ硝酸に酢酸、リン酸、硫酸、水などの混合酸溶液が用いられ、これに結晶シリコン基板２０２を浸漬すると、基板加工時に荒れた表面の微細な溝が優先的にエッチングされるなどして、凹凸構造が形成される。またアルカリ溶液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム水溶液、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液が用いられる。アルカリエッチングはＳｉ−ＯＨ結合を形成する事でエッチングを進行させるためにエッチング速度が結晶面方位に依存するため、エッチング速度の遅い結晶面が露出した凹凸構造が得られる。
結晶シリコン基板２０２の非受光面では必ずしも凹凸構造は必要ない。むしろ、平坦化することにより表面積を減じてキャリア再結合損失を低減する効果が期待できる。その場合には、フッ硝酸を含んだ薬液を使用したスピンエッチングやインライン型の片面洗浄機が利用できる。
凹凸構造形成後には、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等、若しくは、これらの混合液の酸性水溶液中で結晶シリコン基板２０２を洗浄することが好ましい。コスト的及び特性的観点から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。
次に、結晶シリコン基板の第１主表面にｐ型の導電型を有するｐ型領域及びｎ型の導電型を有するｎ型領域を形成する。これは以下に説明するように、図２（ａ）〜（ｃ）に示した工程により形成することができるが、これに限定されない。まず、図２（ａ）に示すように、結晶シリコン基板２０２の片面にｐ型領域２０３を形成する。ＩＩＩ族元素を含んだ拡散源を用いれば、ｐ型領域２０３を形成でき、電気的特性と装置の簡易性から、たとえば、臭化ボロンを用いて９００〜１０００℃で気相拡散するのがよい。本発明の太陽電池はｐ型領域２０３を裏面（太陽電池としたときに非受光面となる面）にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、受光面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にホウ素が拡散されないように工夫を施す必要がある。また、気相拡散の他、ホウ素化合物を基板に塗布して乾燥した後、９００〜１０００℃で熱拡散してｐ型領域２０３を形成しても良い。この方法によれば、比較的容易に非塗布面へのホウ素拡散が抑制できる。またこの他にも、拡散剤によるスピンコート法、スプレー法等により片面拡散を行うことができる。
また、ｐ型領域２０３の上には、拡散バリア２１２を形成することができる。これには、化学気相体積法や物理蒸着法で得られる窒化シリコンや酸化シリコンが好適に用いられる。この場合、膜の製造方法にもよるが、概ね厚さ５０〜２００ｎｍの膜を形成する。これらの他、熱処理で得られる酸化シリコン膜を用いても良い。この場合、基板を８００〜１１００℃の酸素または水蒸気雰囲気中で熱処理し、２０〜２００ｎｍの酸化シリコンを成長させる。尚、この熱酸化は、ホウ素などのＩＩＩ族元素の拡散と連続して行っても良い。
続いて、図２（ｂ）のようにｎ型領域を形成する箇所の拡散バリア２１２を部分的に除去し、ｐ型領域２０３を露出させる。拡散バリア２１２の除去は、たとえばエッチングペーストを所望箇所にスクリーン印刷し、１００〜４００℃での熱処理を行うことで実現できる。また工程がより簡素なレーザーアブレーションを行ってもよい。
次に、図２（ｃ）に示すように、拡散バリアの開口部へｎ型領域２０４を形成することができる。Ｖ族元素を含んだ拡散源を用いれば、ｎ型領域２０４を形成でき、電気的特性と装置の簡易性から、たとえばオキシ塩化リンを用いて８００〜９８０℃で気相拡散するのがよい。本発明の太陽電池はｎ型領域２０４を裏面（非受光面）にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、受光面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にリンが拡散されないように工夫を施す必要がある。また、気相拡散の他、リン化合物を基板に塗布して乾燥した後、８００〜９８０℃で熱拡散してｎ型領域２０４を形成しても良い。この方法によれば、比較的容易に非塗布面へのリン拡散が抑制できる。
リンなどのＶ族元素拡散は、上記の方法の他、拡散バリア２１２の開口部に露出したｐ型領域２０３をエッチング除去してから行っても良い。この場合、例えば結晶シリコン基板２０２を水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液に浸漬することで、拡散バリア２１２がマスクとして働き、開口部のｐ型領域２０３を選択的に除去できる。
ｐ型領域とｎ型領域の形成パターンは、例えば、図３（ａ）のように、結晶シリコン基板３０２において、ｐ型領域３０３とｎ型領域３０４が直線状に隣接する形式でも良いし、図３（ｂ）及び図３（ｃ）のようにｐ型領域３０３又はｎ型領域３０４のどちらかが島状に形成されても良い。
リンなどのＶ族元素拡散後、拡散面に形成されたボロンガラス、拡散バリア１０、リンガラスをフッ酸などで除去する。基板表面の清浄性を保つため、より好ましくは、アンモニア水や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液と０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。これに加えて、さらに塩酸、硫酸、硝酸、もしくはこれらの混合液、あるいはこれらと０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。また好ましくは最後段でフッ酸水溶液により基板表面の酸化膜を除去するのが良い。
次に、図２（ｄ）に示すように、ｐ型領域とｎ型領域の上にパッシベーション膜２０５を形成することができる。パッシベーション膜２０５には窒化シリコンが好適に用いられる。この場合、プラズマＣＶＤを用い、シラン、アンモニアおよび水素の混合比を適宜調整することでパッシベーション効果の高い膜が得られる。この他、酸化シリコンや酸化アルミニウムまたは炭化シリコンなどを熱処理、ＣＶＤ法、スパッタ法あるいは原子層堆積法などの方法で形成しても良い。また、これらの膜を単層もしくは上記のいずれかと組み合わせて積層形成しても良い。また、パッシベーション膜２０５の膜厚は、十分なパッシベーション効果を得るため、数ｎｍから１００ｎｍ形成するのが良い。
続いて、結晶シリコン基板２０２の受光面に反射防止膜２０６を形成する。反射防止膜２０６は光閉じ込め効果を得る必要から、屈折率が１．８から２．２の誘電体を用いるのが良く、このために窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などが使用できる。これらの膜は、最適な光閉じ込め効果を得るために、膜厚を７０ｎｍから１２０ｎｍとして用いるのが良い。また、これらは単層で用いても良いし、図には示していないが、上記の膜と結晶シリコン基板２０２の間に膜厚４０ｎｍ以下の酸化シリコンや酸化アルミニウムの中間層を形成しても良い。これにより、受光面表面のパッシベーション効果を高めることができる。
次に、図２（ｅ）に示すようにｐ型領域２の上に第１電極剤２０９ａを塗布する。第１電極剤２０９ａはｐ型領域２０３と良好な電気的接触を得るため、アルミニウム粉末とガラスフリットを有機バインダーに混合したアルミニウムペーストか、または、銀粉末とガラスフリットとＩＩＩ族元素の単体又は化合物とを有機バインダーに混合した銀ペーストが好適に用いられる。後者の場合、ＩＩＩ族元素の含有割合は、添加する元素およびその形態により適宜調整する必要があるが、コストの面でアルミニウム粉末を固形分割合として３重量％以上添加した銀ペーストを用いるのが好ましい。
第１電極剤２０９ａの形成方法に特に制限は無いが、生産性の観点から、導電性ペーストをｐ型領域２０３の上へスクリーン印刷またはディスペンシング形成塗布することが好ましい。
この後、結晶シリコン基板２０２を１００〜３００℃の大気中で乾燥させる。
続いて、図２（ｆ）に示すように第１電極剤２０９ａとｎ型領域２０４の上に第２電極剤２１０ａを塗布により形成する。第２電極剤２１０ａには、ＩＩＩ族元素を含まず、銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペーストが好適に用いられる。
この後、基板を１００〜３００℃の大気中で乾燥させる。
続いて、基板を例えば７００〜８９０℃程度の大気中で１秒〜１０分間焼成する。この熱処理により第１電極剤２０９ａと第２電極剤２１０ｂを焼結すれば、図２（ｇ）に示すように、正電極２０７と負電極２０８が形成され、さらにパッシベーション膜２０５が電極剤に侵食されて両電極と結晶シリコン基板２０２が電気的に接触する。以上のようにして、本発明の裏面電極型太陽電池２０１を製造できる。
また、以上の工程により得られた複数の本発明の太陽電池を電気的に直列接続することで、太陽電池モジュールが得られる。図４は、本発明の太陽電池モジュール４２０の非受光面側における構成の一例である。太陽電池４０１の正電極４０７が隣接する太陽電池の負電極４０８にタブ４２１によって電気的に接続され、所定の出力に必要な枚数の太陽電池が連結されている。なお、１つの太陽電池の正電極４０７は太陽電池モジュール４２０の正極端子４２２に接続され、別の１つの太陽電池の負電極４０８は太陽電池モジュール４２０の負極端子４２３に接続されている。接続された太陽電池は、図４には示してないが、カバーガラスと充填剤、さらにバックシートによって封止される。カバーガラスにはソーダライムガラスが広く使用される。また充填剤にはエチレンビニルアセテートやポリオレフィンまたはシリコーンなどが使用される。バックシートにはポリエチレンテレフタレートを使用した機能性フィルムが一般的に用いられている。
また、図５は、上記の太陽電池モジュールを電気的に複数接続して成る太陽電池発電システムの基本構成を示したものである。太陽電池発電システム５３０は、複数の太陽電モジュール５２０が配線５３１で直列に連結され、インバータ５３２を経由して外部負荷回路５３３に発電電力を供給する。図５には示していないが、当該システムは発電した電力を蓄電する２次電池をさらに備えていて良い。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、本発明の太陽電池の製造方法を用いて、裏面電極型太陽電池を製造した。
（実施例１）
最初に、１５０ｍｍ角、厚さ２００μｍおよび比抵抗１Ω・ｃｍのリンドープｎ型アズカットシリコン基板において、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、８０℃の５％水酸化カリウム水溶液中に２０分間浸漬し、ランダムピラミッド状のテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
続いて、基板裏面にホウ素化合物とバインダーの混合物をスピンコートし、１０００℃で、３０分間の熱処理でボロン拡散して、ｐ型領域を形成した。その後さらに続けて１０００℃、２時間の酸化熱処理を行った。
熱処理後、基板裏面のｎ型領域を形成する箇所の酸化膜を、波長５３２ｎｍのレーザー光照射によりライン状に除去した。
次に、受光面を向い合せて２枚１組にした基板を石英ボートに装填し、オキシ塩化リンを用いて８２０℃で３０分間の熱処理を行い、ｎ型領域を形成した。
次に、基板を１０％のＨＦ水溶液に浸漬してガラス層を除去した後、さらに８０℃の塩酸水と過酸化水素水の混合液と２％のＨＦ水溶液に順次浸漬して洗浄後し、純水でのリンス後乾燥した。
次に、洗浄後の基板の受光面に反射防止膜として膜厚９０ｎｍの窒化シリコンをプラズマＣＶＤ法により形成し、非受光面側にはパッシベーション膜として膜厚１０ｎｍの酸化アルミニウムを原子層堆積法により形成した後、さらに膜厚９０ｎｍの窒化シリコンを積層した。
この後、ｐ型領域に、銀粉末とガラスフリットの混合物にアルミニウム粉末を１０重量％配合し、有機バインダーと混合させて得た銀ペーストをスクリーン印刷により塗布し、２００℃で１分間乾燥した。
次に、ｎ型領域と、ｐ型領域に形成された銀ペーストの乾燥体上に、スクリーン印刷によりＩＩＩ族元素無添加の銀ペーストを塗布し、２００℃で１分間乾燥した後、さらに８００℃、３秒間の熱処理を行って銀ペーストを焼結させ、太陽電池を得た。
最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。
（実施例２）
実施例１と同様の手順でパッシベーション膜と反射防止膜の形成まで行った結晶シリコン基板において、ｐ型領域にアルミニウム粉末とガラスフリットの混合物を有機バインダーと混合させて得たアルミニウムペーストをスクリーン印刷により塗布し、２００℃で１分間乾燥した。
次に、ｎ型領域と、ｐ型領域に形成されたアルミニウムペーストの乾燥体上に、スクリーン印刷によりＩＩＩ族元素無添加の銀ペーストを塗布してさらに２００℃で１分間乾燥した後、８００℃、３秒間の熱処理を行って銀ペーストを焼結させ、太陽電池を得た。
最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。
（比較例１）
実施例１と同様の手順でパッシベーション膜と反射防止膜の形成まで行った結晶シリコン基板において、ｐ型領域に、銀粉末とガラスフリットの混合物にアルミニウム粉末を１０重量％配合し、有機バインダーと混合させて得た銀ペーストをスクリーン印刷により塗布し、２００℃で１分間乾燥した。
次に、ｎ型領域にスクリーン印刷によりＩＩＩ族元素無添加の銀ペーストを塗布してさらに２００℃で１分間乾燥した後、８００℃、３秒間の熱処理を行って銀ペーストを焼結させ、太陽電池を得た。
最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。
上記実施例１、２及び比較例１の太陽電池の特性をまとめて以下の表１に示す。表１において、Ｊｓｃは短絡電流、Ｖｏｃは開放電圧、ＦＦは曲線因子、Ｅｆｆ．は変換効率である。本発明の太陽電池では正電極における抵抗損が低減されて曲線因子（ＦＦ）が改善され、比較例より高い変換効率を示した。
表１に、実施例、比較例における実施結果をまとめたもの示す。
Figure 2019009312
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１０１、２０１、４０１…裏面電極型太陽電池、
１０２、２０２、３０２…結晶シリコン基板、
１０３、２０３、３０３…ｐ型領域、 １０４、２０４、３０４…ｎ型領域、
１０５、２０５、…パッシベーション膜、 １０６、２０６…反射防止膜、
１０７、２０７、４０７…正電極、 １０８、２０８、４０８…負電極、
１０９…第１導電体、 ２０９ａ…第１電極剤、
１１０…第２導電体、 ２１０ａ…第２電極剤、 １１１…積層導電体、
２１２…拡散バリア、
４２０、５２０…太陽電池モジュール、 ４２１…タブ、 ４２２…正極端子、
４２３…負極端子、
５３０…太陽電池発電システム、 ５３１…配線、 ５３２…インバータ、
５３３…外部負荷回路。

Claims (9)

  1. 結晶シリコン基板の第１主表面に、ｐ型の導電型を有するｐ型領域と、ｎ型の導電型を有するｎ型領域とを有し、前記ｐ型領域上に形成された正電極と、前記ｎ型領域上に形成された負電極とを具備する裏面電極型太陽電池であって、
    前記正電極が、前記ｐ型領域上に形成され、ＩＩＩ族元素を含む第１導電体と、該第１導電体の上に積層され、前記第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２導電体との積層導電体から成るものであり、
    前記負電極が、前記ｎ型領域上に形成された前記第２導電体から成るものであることを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第１導電体が、銀を主成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１導電体が、アルミニウムを主成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  4. さらに、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域の前記正電極及び前記負電極が形成されていない表面に形成されたパッシベーション膜を具備するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池を電気的に接続して成るものであることを特徴とする太陽電池モジュール。
  6. 請求項５に記載の太陽電池モジュールを電気的に複数接続して成るものであることを特徴とする太陽電池発電システム。
  7. 結晶シリコン基板の第１主表面にｐ型の導電型を有するｐ型領域及びｎ型の導電型を有するｎ型領域を形成する工程と、
    前記ｐ型領域の上にＩＩＩ族元素を含む第１導電体を形成する工程と、
    該第１導電体の上と前記ｎ型領域の上の両方に前記第１導電体よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２導電体を形成する工程と
    を含み、
    前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程とにより、前記第１導電体と前記第２導電体の積層導電体から成る正電極と、前記第２導電体から成る負電極とを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  8. 前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程は、電極剤をスクリーン印刷またはディスペンシング形成するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
  9. さらに、前記第１導電体を形成する工程と前記第２導電体を形成する工程よりも前に、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域の表面にパッシベーション膜を形成する工程を含み、
    前記第１導電体を形成する工程において、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型領域の上にＩＩＩ族元素を含む前記第１電極剤を塗布し、
    前記第２導電体を形成する工程において、該第１電極剤の上と前記パッシベーション膜を介した前記ｎ型領域の上の両方に前記第１電極剤よりもＩＩＩ族元素の含有割合が低い第２電極剤を塗布し、
    前記第２導電体を形成する工程の後に、前記第１電極剤と前記第２電極剤を焼結することで、前記正電極と前記負電極を形成することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
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