JP2020509601A - Ｐ型ｐｅｒｃ両面太陽電池及びそのモジュール、システムと製造方法 - Google Patents

Ｐ型ｐｅｒｃ両面太陽電池及びそのモジュール、システムと製造方法 Download PDF

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Abstract

Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池は、裏面銀電極（１）、裏面アルミニウムグリッド線（２）、裏面パッシベーション層（３）、Ｐ型シリコン（４）、Ｎ型エミッタ（５）、表面窒化シリコン膜（６）、表面銀電極（７）をこの順に含み、裏面パッシベーション層には、レーザグルービングによって第１のレーザグルービング領域（８）が形成され、第１のレーザグルービング領域は、裏面アルミニウムグリッド線の下方に設置され、裏面アルミニウムグリッド線は、第１のレーザグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続され、裏面アルミニウムグリッド線の周りに、アルミニウムグリッド外枠（９）が設置され、アルミニウムグリッド外枠は、裏面アルミニウムグリッド線および裏面銀電極に接続され、第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニット（８１）を含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体（８２）を含み、裏面アルミニウムグリッド線は、第１のレーザグルービング体と垂直である。当該太陽電池は、構成が簡単で、コストが低く、広く普及されやすく、光電変換効率が高い。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池分野に関し、特に、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池、上記Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法、上記Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を使用した太陽電池モジュール、及び上記Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を使用した太陽エネルギーシステムに関する。
結晶シリコン系太陽電池は、太陽放射エネルギーを効率的に吸収し、光起電力効果によって光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、太陽光が半導体のＰＮ接合に照射すると、新たな正孔‐電子対が形成され、ＰＮ接合の電界により、正孔がＮ型領域からＰ型領域へ移動し、電子がＰ型領域からＮ型領域へ移動することになり、回路を連通すると電流が形成されることになる。
従来の結晶シリコン系太陽電池に、基本的に、表面パッシベーション技術のみが採用される。即ち、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマ促進化学気相堆積）法によって、シリコンウエハの表面に窒化シリコンを１層堆積することで、少数キャリアの表面での再結合速度を下げて、結晶シリコン系電池の開放電圧と短絡電流を大幅に向上させることができ、このようにして結晶シリコン系太陽電池の光電変換効率が向上する。しかし、シリコンウエハの裏面がパッシベーションされていないため、光電変換効率の向上には制限がある。
従来技術の両面太陽電池は、以下の構成を有する。基板にＮ型シリコンウエハを使用し、太陽光の光子が電池の裏面に照射されると、Ｎ型シリコンウエハで生成されたキャリアが、約２００μｍの厚さを有するシリコンウエハを通る。Ｎ型シリコンウエハの少数キャリアの寿命が長く、キャリアの再結合速度が低いため、一部のキャリアが表面のＰＮ接合に到着することができる。また、太陽電池の表面は、主要受光面となり、その変換効率が、電池全体の変換効率で占める割合が非常に高い。更に、太陽電池の表面と裏面が総合的に機能することによって、電池の変換効率が大幅に向上する。しかし、Ｎ型シリコンウエハの価格が高く、Ｎ型両面電池のプロセスが複雑であるため、高効率かつ低コストの両面太陽電池をどのように開発するかは、企業や研究者から注目が集まっている問題である。
一方、結晶シリコン系電池の光電変換効率に対する要求が高まるにつれて、裏面パッシベーション型（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ、ＰＥＲＣという）太陽電池が研究されつつあるが、本分野の主流メーカーは、主に、片面ＰＥＲＣ太陽電池を開発している。これに対して、本発明は、ＰＥＲＣ高効率電池と両面電池とを組み合わせ、総合的な光電変換効率が一層高まるＰＥＲＣ両面太陽電池を開発することを目的とする。
ＰＥＲＣ両面太陽電池において、光電変換効率が高く、かつ、両面で太陽光を吸収するため、発電量が一層高くなり、実際の応用で更に大きな使用価値がある。従って、本発明は、プロセスが簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高いＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする課題は、構成が簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高いＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、プロセスが簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高いＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、構成が簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高いＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池モジュールを提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、構成が簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高いＰ型ＰＥＲＣ両面太陽エネルギーシステムを提供することである。
前記課題を解決するために、本発明は、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を提供し、当該Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池は、裏面銀電極と、裏面アルミニウムグリッド線と、裏面パッシベーション層と、Ｐ型シリコンと、Ｎ型エミッタと、表面窒化シリコン膜と、表面銀電極とをこの順に含み、
前記裏面パッシベーション層には、レーザグルービングによって第１のレーザグルービング領域が形成され、前記第１のレーザグルービング領域は、前記裏面アルミニウムグリッド線の下方に設置され、前記裏面アルミニウムグリッド線は、前記第１のレーザグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続され、前記裏面アルミニウムグリッド線の周りに、アルミニウムグリッド外枠が設置され、前記アルミニウムグリッド外枠は、前記裏面アルミニウムグリッド線および前記裏面銀電極に接続され、
前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記裏面アルミニウムグリッド線は、前記第１のレーザグルービング体と垂直である。
上記技術案の好ましい形態として、前記アルミニウムグリッド外枠の下方には、第２のレーザグルービング領域が設置され、前記第２のレーザグルービング領域は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニットを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含み、前記アルミニウムグリッド外枠は、前記第２のレーザグルービング体と垂直である。
上記技術案の好ましい形態として、前記第１のレーザグルービングユニット同士は、平行に設置され、
各第１のレーザグルービングユニットにおいて、前記第１のレーザグルービング体は、並列に設置され、前記第１のレーザグルービング体は、同一の水平面に位置するか、または、上下にずらして位置する。
上記技術案の好ましい形態として、前記第１のレーザグルービングユニット同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍであり、
各第１のレーザグルービングユニットにおいて、前記第１のレーザグルービング体同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍであり、
前記第１のレーザグルービング体の長さは、５０〜５０００μｍであり、前記第１のレーザグルービング体の幅は、１０〜５００μｍであり、
前記裏面アルミニウムグリッド線の数は、３０〜５００本であり、
前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、３０〜５００μｍであり、前記第１のレーザグルービング体の長さよりも小さい。
上記技術案の好ましい形態として、前記裏面パッシベーション層は、酸化アルミニウム層と、窒化シリコン層とを含み、前記酸化アルミニウム層は、Ｐ型シリコンに接続され、前記窒化シリコン層は、酸化アルミニウム層に接続され、
前記窒化シリコン層の厚さは、２０〜５００ｎｍであり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは、２〜５０ｎｍである。
これに対応して、本発明は、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法をさらに開示し、当該Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法は、
Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面と裏面に、テクスチャ構造を形成するステップ（１）と、
前記シリコンウエハに対して拡散処理を施して、前記Ｎ型エミッタを形成するステップ（２）と、
拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去するステップ（３）と、
前記シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積するステップ（４）と、
前記シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積するステップ（５）と、
前記シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積するステップ（６）と、
水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の前記第１のレーザグルービング体を含む前記第１のレーザグルービング領域を形成するように、前記シリコンウエハの裏面にレーザグルービングするステップ（７）と、
前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷するステップ（８）と、
前記シリコンウエハの裏面に、前記第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、前記第１のレーザグルービング体と垂直である前記裏面アルミニウムグリッド線を得るステップ（９）と、
前記シリコンウエハの裏面に、前記裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、前記アルミニウムグリッド外枠を得るステップ（１０）と、
前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷するステップ（１１）と、
前記シリコンウエハを高温で焼結して、前記裏面銀電極と前記表面銀電極とを形成するステップ（１２）と、
前記シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施すステップ（１３）と、を含む。
上記技術案の好ましい形態として、ステップ（３）と（４）の間に、前記シリコンウエハの裏面を研磨するステップをさらに含む。
上記技術案の好ましい形態として、ステップ（７）は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニットを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含む第２のレーザグルービング領域を形成するように、前記シリコンウエハの裏面にレーザグルービングするステップをさらに含む。
前記第２のレーザグルービング体は、前記アルミニウムグリッド外枠と垂直である。
これに対応して、本発明は、ＰＥＲＣ太陽電池と封止材とを含むＰＥＲＣ太陽電池モジュールをさらに開示し、前記ＰＥＲＣ太陽電池は、上記いずれか一つに記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である。
これに対応して、本発明は、ＰＥＲＣ太陽電池を含むＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムをさらに開示し、前記ＰＥＲＣ太陽電池は、上記いずれか一つに記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である。
本発明の実施は、以下の有益な効果が得られる。
本発明において、シリコンウエハの裏面に裏面パッシベーション層を形成してから、裏面パッシベーション層にレーザグルービングによって第１のレーザグルービング領域を形成し、その後、アルミニウムペーストがグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続するように、レーザスクライビング方向と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷し、このようにして、裏面アルミニウムグリッド線を得る。当該ＰＥＲＣ両面太陽電池は、アルミニウムペーストを印刷する通常の方式とは異なる方式を使用して、シリコンウエハの表面と裏面に電池のグリッド線の構成を製造することによって、アルミニウムグリッドの幅が第１のレーザグルービング領域の長さよりもはるかに小さいため、アルミニウムペーストと第１のレーザグルービング領域を精密に位置合わせする必要がなく、レーザプロセスと印刷プロセスを簡素化し、印刷装置の試運転の難易度を低減し、容易に産業化して大規模に生産する。また、アルミニウムペースト被覆領域以外の第１のレーザグルービング領域によって、電池の裏面と表面による太陽光の吸収が増加し、電池の光電変換効率を向上することができる。
また、印刷工程において、アルミニウムペーストの粘度が高く、スクリーンの線幅が比較的に狭いため、アルミニウムグリッドが切れることが偶に発生する。アルミニウムグリッドの切れは、ＥＬ検査による画像において、黒いグリッド切れが出現してしまう。それと同時に、アルミニウムグリッドの切れは、電池の光電変換効率に影響を与える。そこで、本発明は、裏面アルミニウムグリッド線の周りに、アルミニウムグリッド外枠を設置し、前記アルミニウムグリッド外枠は、裏面アルミニウムグリッド線および裏面銀電極に接続するため、電子のためもう一本の伝送経路を提供し、アルミニウムグリッドの切れによるＥＬ検査のグリッド切れ、および、光電変換効率の低下問題を防止する。
アルミニウムグリッド外枠の下方には、第２のレーザグルービング領域が設置されてもよいし、設置されなくてもよいが、第２のレーザグルービング領域が設置されている場合、アルミニウムペーストと第２のレーザグルービング領域とを精密に位置合わせする必要がなく、レーザプロセスと印刷プロセスを簡素化し、印刷装置の試運転の難易度が低くなる。また、アルミニウムペースト被覆領域以外の第２のレーザグルービング領域によって、電池の裏面と表面による太陽光の吸収が増加し、電池の光電変換効率を向上することができる。
従って、本発明によれば、構成が簡単で、プロセスが簡単で、コストが低く、広く普及しやすく、光電変換効率が高い。
本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の断面図である。 本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の裏面構成の第１の実施例を示す模式図である。 本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の裏面構成の第２の実施例を示す模式図である。 本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の第１のレーザグルービング領域の１つの実施例を示す模式図である。 本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の第１のレーザグルービング領域のもう１つの実施例を示す模式図である。 本発明のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の第２のレーザグルービング領域を示す模式図である。
以下、本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
従来の片面太陽電池は、電池の裏面に、シリコンウエハの裏面全体を覆う全面アルミニウム裏面電界（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）が設けられている。全面アルミニウム裏面電界は、開放電圧Ｖｏｃ及び短絡電流Ｊｓｃを向上させ、少数キャリアを面から離れさせ、少数キャリアの再結合率を低減させることで、電池全体の効率を高めるように機能する。しかしながら、光が全面アルミニウム裏面電界を透過しないため、全面アルミニウム裏面電界を有する太陽電池の裏面は光エネルギーを吸収することができず、表面のみで光エネルギーを吸収し、電池の総合的な光電変換効率を大幅に向上させることは困難である。
上記課題に対して、図１に示すように、本発明は、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池を提供する。当該Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池は、裏面銀電極１、裏面アルミニウムグリッド線２、裏面パッシベーション層３、Ｐ型シリコン４、Ｎ型エミッタ５、表面窒化シリコン膜６、表面銀電極７をこの順に含み、裏面パッシベーション層３には、レーザグルービングによって第１のレーザグルービング領域８が形成され、前記裏面アルミニウムグリッド線２は、第１のレーザグルービング領域８を介してＰ型シリコン４に接続される。表面銀電極７は、表面銀電極バスバー７Ａと表面銀電極フィンガー７Ｂとを含む。前記裏面パッシベーション層３は、酸化アルミニウム層３１と窒化シリコン層３２とを含む。
本発明は、従来の片面型ＰＥＲＣ太陽電池を改良したものであり、全面アルミニウム裏面電界を設置しなくなり、その代わりに、複数の裏面アルミニウムグリッド線２を設け、レーザグルービング技術によって裏面パッシベーション層３にレーザグルービング領域８を開設し、裏面アルミニウムグリッド線２は、Ｐ型シリコン４と局所的に接触するように、平行に設置されたこれらのレーザグルービング領域８に印刷される。密集して平行に配置された裏面アルミニウムグリッド線２は、開放電圧Ｖｏｃと短絡電流Ｊｓｃを向上させ、少数キャリアの再結合率を低減し、電池の光電変換効率を向上させる役割を果たし、従来の片面電池の構成における全面アルミニウム裏面電界の代わりに使用されるだけではなく、裏面アルミニウムグリッド線２は、シリコンウエハの裏面を完全に覆わず、太陽光が裏面アルミニウムグリッド線２同士の間を介してシリコンウエハに投射することができるため、シリコンウエハの裏面による光エネルギーの吸収が可能となり、電池の光電変換効率を大幅に向上することが可能となる。
図２と図３に示すように、前記第１のレーザグルービング領域８は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニット８１を含む。複数のレーザグルービングユニット８１は、鉛直方向に沿って配列配置され、各組の第１のレーザグルービングユニット８１は、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体８２を含み、前記裏面アルミニウムグリッド線２は、第１のレーザグルービング体８２と垂直である。図４と図５をさらに参照すると、図４と図５に示す破線枠に囲まれたのは、第１のレーザグルービングユニット８１であり、各組の第１のレーザグルービングユニット８１は、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体８２を含む。
印刷工程において、アルミニウムペーストの粘度が高く、スクリーンの線幅が比較的狭いため、アルミニウムグリッドが切れることが偶に発生する。アルミニウムグリッドの切れは、ＥＬ検査による画像において、黒いグリッド切れが出現してしまう。それと同時に、アルミニウムグリッドの切れは、電池の光電変換効率に影響を与える。そこで、本発明は、裏面アルミニウムグリッド線の周りに、アルミニウムグリッド外枠９が設置され、前記アルミニウムグリッド外枠９は、裏面アルミニウムグリッド線２および裏面銀電極１に接続される。アルミニウムグリッド外枠９は、電子のためもう一本の伝送経路を提供し、アルミニウムグリッドの切れによるＥＬ検査のグリッド切れ、および、光電変換効率の低下問題を防止する。
図３に示す裏面構成の第１の実施例を参照して、アルミニウムグリッド外枠９の下方に、第２のレーザグルービング領域９０が設置されてもよい。図２に示す裏面構成の第２の実施例を参照して、アルミニウムグリッド外枠９の下方に、第２のレーザグルービング領域９０が設置されなくてもよい。
第２のレーザグルービング領域９０が設置されている場合、前記第２のレーザグルービング領域９０は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニット９１を含み、各組の第２のレーザグルービングユニット９１は、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体９２を含み、前記アルミニウムグリッド外枠９は、第２のレーザグルービング体９２と垂直である。具体的に、図６を参照して、前記第２のレーザグルービング領域９０は、鉛直方向に設置された二つの第２のレーザグルービングユニット９１Ａと、水平方向に設置された二つの第２のレーザグルービングユニット９１Ｂとを含み、鉛直方向に設置された第２のレーザグルービングユニット９１Ａは、水平方向に設置された複数の第２のレーザグルービング体９２を含み、水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニット９１Ｂは、鉛直方向に設置された複数の第２のレーザグルービング体９２を含む。
第２のレーザグルービング領域９０が設置されている場合、アルミニウムペーストと第２のレーザグルービング領域とを精密に位置合わせする必要がなく、レーザプロセスと印刷プロセスを簡素化し、印刷装置の試運転の難易度が低くなる。また、アルミニウムペースト被覆領域以外の第２のレーザグルービング領域によって、電池の裏面と表面による太陽光の吸収が増加し、電池の光電変換効率を向上することができる。
なお、第１のレーザグルービングユニット８１は以下の実施形態を含む様々な実施形態を有する。
（１）各組の第１のレーザグルービングユニット８１は、水平方向に設置された一つの第１のレーザグルービング体８２を含み、この場合、第１のレーザグルービングユニット８１は、連続的な直線型グルービング領域である（具体的には図５参照）。
（２）各組の第１のレーザグルービングユニット８１は、水平方向に設置された複数の第１のレーザグルービング体８２を含み、この場合、第１のレーザグルービングユニット８１は、線分を呈する非連続な直線型グルービング領域である（具体的には図４参照）。当該複数の第１のレーザグルービング体８２は、二つ、三つ、四つ、または、それ以上であってもよいが、これらに限定されない。
各組の第１のレーザグルービングユニット８１が、水平方向に設置された複数の第１のレーザグルービング体８２を含む場合、以下の幾つかの状況に分けられる。
Ａ、水平方向に設置された複数の第１のレーザグルービング体８２は、幅、長さ、及び形状が、いずれも同一であり、サイズの単位は、μｍレベルであり、長さが、５０〜５０００μｍであってもよいが、これに限定されない。なお、前記第１のレーザグルービング体８２は、同一の水平面に位置していてもよいし、上下にずらして位置していてもよく（すなわち、同一の水平面に位置しない）、そのずらして分布するパターンは、生産の必要に応じて決定する。
Ｂ、水平方向に設置された複数の第１のレーザグルービング体８２は、幅、長さ、及び形状が、いずれも同一であり、サイズの単位は、ｍｍレベルであり、長さは、５〜６００ｍｍであってもよいが、これに限定されない。なお、前記第１のレーザグルービング体は、同一の水平面に位置していてもよいし、上下にずらして位置していてもよく（すなわち、同一の水平面に位置しない）、そのずらして分布するパターンは、生産の必要に応じて決定する。
Ｃ、水平方向に設置された複数の第１のレーザグルービング体８２は、幅、長さ、及び／又は形状が、異なり、生産の必要に応じて組み合わせて設計することができる。なお、前記第１のレーザグルービング体は、同一の水平面に位置していてもよいし、上下にずらして位置していてもよく（すなわち、同一の水平面に位置しない）、そのずらして分布するパターンは、生産の必要に応じて決定する。
本発明の好ましい実施形態として、前記第１のレーザグルービング体は、直線型であり、これにより、加工が便利で、プロセスが簡単で、生産コストが低減される。前記第１のレーザグルービング体は、例えば、曲線状、アーク状、波状など他の形状に設置されてもよく、その実施される形態は、本発明に挙げられた実施例に限定されない。
前記第１のレーザグルービングユニット８１同士は、平行に設置され、各第１のレーザグルービングユニット８１において、前記第１のレーザグルービング体８２は、並列に設置され、これにより、生産プロセスを簡素化することができ、大規模に普及して応用されることに適する。
前記第１のレーザグルービングユニット８１同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍである。各第１のレーザグルービングユニット８１において、前記第１のレーザグルービング体８２同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍである。
前記第１のレーザグルービング体８２の長さは、５０〜５０００μｍであり、幅は、１０〜５００μｍである。好ましくは、前記第１のレーザグルービング体８２の長さは、２５０〜１２００μｍであり、幅は、３０〜８０μｍである。
第１のレーザグルービングユニット８１の長さ、幅、及び間隔、アルミニウムグリッドの数及び幅は、アルミニウムグリッドとＰ型シリコンとの接触面積、アルミニウムグリッドの遮光面積、および、十分な電子の収集を総合的に考慮した上で最適化されたものであり、その目的は、裏面アルミニウムグリッドの遮光面積をできるだけ低減するとともに、良好な電流出力を確保し、さらに、電池全体の光電変換効率を向上することである。
前記裏面アルミニウムグリッド線２の数は、３０〜５００本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線２の幅は、３０〜５００μｍであり、前記裏面アルミニウムグリッド線２の幅は、前記第１のレーザグルービング体８２の長さよりもはるかに小さい。好ましくは、前記裏面アルミニウムグリッド線２の数は、８０〜２２０本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線２の幅は、５０〜３００μｍである。
前記裏面アルミニウムグリッド線の幅が前記第１のレーザグルービング体の長さよりもはるかに小さく、アルミニウムグリッドが第１のレーザグルービング体と垂直である場合、裏面アルミニウムグリッド線の印刷を極めて便利にすることができる。精密な位置合わせが必要なく、アルミニウムグリッドがすべて第１のレーザグルービング領域内に位置することができ、レーザプロセスと印刷プロセスを簡素化し、印刷装置の試運転の難易度を低減し、容易に産業化して大規模に生産する。
本発明は、レーザグルービングによって、裏面パッシベーション層に第１のレーザグルービング領域を形成し、その後、アルミニウムペーストがグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続するように、レーザスクライビング方向と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷し、このようにして、裏面アルミニウムグリッド線を得る。当該ＰＥＲＣ両面太陽電池において、アルミニウムペーストを印刷する通常の方式とは異なる方式を使用して、シリコンウエハの表面と裏面に電池のグリッド線の構成を製造することによって、アルミニウムペーストと第１のレーザグルービング領域を精密に位置合わせする必要がなく、プロセスが簡単で、容易に産業化して大規模に生産する。アルミニウムグリッドが第１のレーザグルービング体に平行する場合、アルミニウムペーストと第１のレーザグルービング領域を精密に位置合わせする必要があり、印刷装置の精度と重複性への要求が非常に高く、歩留まりを制御し難く、不良品が多く、平均として光電変換効率が低下してしまう。本発明によれば、歩留まりを９９.５％まで向上することができる。
さらに、前記裏面パッシベーション層３は、酸化アルミニウム層３１と窒化シリコン層３２とを含み、前記酸化アルミニウム層３１は、Ｐ型シリコン４に接続され、前記窒化シリコン層３２は、酸化アルミニウム層３１に接続され、
前記窒化シリコン層３２の厚さは、２０〜５００ｎｍであり、
前記酸化アルミニウム層３１の厚さは、２〜５０ｎｍである。
好ましくは、前記窒化シリコン層３２の厚さは、１００〜２００ｎｍであり、
前記酸化アルミニウム層３１の厚さは、５〜３０ｎｍである。
これに対応して、本発明は、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法をさらに開示し、当該Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法は、
Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面と裏面に、テクスチャ構造を形成するＳ１０１と、
シリコンウエハに対して拡散処理を施して、Ｎ型エミッタを形成するＳ１０２と、
拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去するＳ１０３と、
シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積するＳ１０４と、
シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積するＳ１０５と、
シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積するＳ１０６と、
水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含む第１のレーザグルービング領域を形成するように、シリコンウエハの裏面にレーザグルービングするＳ１０７と、
前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷するＳ１０８と、
前記シリコンウエハの裏面に、第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、第１のレーザグルービング体と垂直である裏面アルミニウムグリッド線を得るＳ１０９と、
前記シリコンウエハの裏面に、裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、アルミニウムグリッド外枠を得るＳ１１０と、
前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷するＳ１１１と、
シリコンウエハを高温で焼結して、裏面銀電極と表面銀電極とを形成するＳ１１２と、
シリコンウエハに対して、ＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を抑制するためのアニーリング処理を施すＳ１１３と、を含む。
なお、Ｓ１０６と、Ｓ１０４及びＳ１０５との順序を入れ替えてもよく、Ｓ１０６は、Ｓ１０４とＳ１０５より前であってもよい。Ｓ１０９とＳ１１０は、一つのステップに合併して、１回の印刷で、裏面アルミニウムグリッド線とアルミニウムグリッド外枠を完成してもよい。
Ｓ１０３とＳ１０４との間に、シリコンウエハの裏面を研磨するステップをさらに含む。本発明において、裏面研磨ステップを有してもよいし、有さなくてもよい。
アルミニウムグリッド外枠の下方には、第２のレーザグルービング領域を設置してもよいし、設置しなくてもよいが、第２のレーザグルービング領域を設置する場合、ステップ（７）は、シリコンウエハの裏面にレーザグルービングして、第２のレーザグルービング領域を形成することを、さらに含む。前記第２のレーザグルービング領域は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニットを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含み、前記第２のレーザグルービング体は、アルミニウムグリッド外枠と垂直である。
なお、製造方法における第１のレーザグルービング領域と裏面アルミニウムグリッド線の具体的なパラメータの設定は、上記と同じであるため、ここで説明を省略する。
これに対応して、本発明は、ＰＥＲＣ太陽電池と封止材とを含むＰＥＲＣ太陽電池モジュールをさらに開示し、前記ＰＥＲＣ太陽電池は、上記いずれか一つのＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である。具体的に、ＰＥＲＣ太陽電池モジュールの一つの実施例として、上から順に接続された高透過性強化ガラス、エチレン―酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＰＥＲＣ太陽電池、エチレン―酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、および高透過性強化ガラスから構成される。
これに対応して、本発明は、ＰＥＲＣ太陽電池を含むＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムをさらに開示し、前記ＰＥＲＣ太陽電池は、上記いずれか一つのＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である。ＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムの一つの好ましい実施例として、ＰＥＲＣ太陽電池、蓄電池パック、充放電コントローラインバータ、交流配電キャビネット、および太陽追尾制御システムを含む。その中、ＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムは、蓄電池パックと充放電コントローラインバータを有してもよいし、有さなくてもよく、当業者は、必要に応じて設置可能である。
なお、ＰＥＲＣ太陽電池モジュールとＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムにおいて、Ｐ型ＰＥＲＣ両面太陽電池以外の部材は、先行技術を参照して設計すればよい。
以下、具体的な実施例によって、本発明をより詳しく説明する。
実施例１
（１）Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成し、
（２）シリコンウエハに拡散処理を施して、Ｎ型エミッタを形成し、
（３）拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、
（４）シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積し、
（５）シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積し、
（６）シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積し、
（７）シリコンウエハの裏面にレーザグルービングして、第１のレーザグルービング領域を形成し、前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記第１のレーザグルービング体の長さは、１０００μｍであり、幅は、４０μｍであり、
（８）前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷し、
（９）前記シリコンウエハの裏面に、第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、第１のレーザグルービング体と垂直である裏面アルミニウムグリッド線を得ており、裏面アルミニウムグリッド線の数は、１５０本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、１５０μｍであり、
（１０）前記シリコンウエハの裏面に、裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、アルミニウムグリッド外枠を得ており、
（１１）前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷し、
（１２）シリコンウエハを高温で焼結して、裏面銀電極と表面銀電極とを形成し、
（１３）シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施す。
実施例２
（１）Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成し、
（２）シリコンウエハに拡散処理を施して、Ｎ型エミッタを形成し、
（３）拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、シリコンウエハの裏面を研磨し、
（４）シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積し、
（５）シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積し、
（６）シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積し、
（７）シリコンウエハの裏面にレーザグルービングして、第１のレーザグルービング領域と第２のレーザグルービング領域を形成し、前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記第１のレーザグルービング体の長さは、５００μｍであり、幅は、５０μｍであり、
前記第２のレーザグルービング領域は、鉛直に設置された二つの第２のレーザグルービングユニットと水平に設置された二つの第２のレーザグルービングユニットとを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含み、前記第２のレーザグルービング体は、アルミニウムグリッド外枠と垂直であり、前記第２のレーザグルービング体の長さは、５００μｍであり、幅は、５０μｍであり、
（８）前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷し、
（９）前記シリコンウエハの裏面に、第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、第１のレーザグルービング体と垂直である裏面アルミニウムグリッド線を得ており、裏面アルミニウムグリッド線の数は、２００本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、２００μｍであり、
（１０）前記シリコンウエハの裏面に、裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、アルミニウムグリッド外枠を得ており、
（１１）前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷し、
（１２）シリコンウエハを高温で焼結して、裏面銀電極と表面銀電極とを形成し、
（１３）シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施す。
実施例３
（１）Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成し、
（２）シリコンウエハに拡散処理を施して、Ｎ型エミッタを形成し、
（３）拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、
（４）シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積し、
（５）シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積し、
（６）シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積し、
（７）シリコンウエハの裏面にレーザグルービングして、第１のレーザグルービング領域を形成し、前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記第１のレーザグルービング体の長さは、３００μｍであり、幅は、３０μｍであり、
（８）前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷し、
（９）前記シリコンウエハの裏面に、第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、第１のレーザグルービング体と垂直である裏面アルミニウムグリッド線を得ており、裏面アルミニウムグリッド線の数は、２５０本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、２５０μｍであり、
（１０）前記シリコンウエハの裏面に、裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、アルミニウムグリッド外枠を得ており、
（１１）前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷し、
（１２）シリコンウエハを高温で焼結して、裏面銀電極と表面銀電極とを形成し、
（１３）シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施す。
実施例４
（１）Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成し、
（２）シリコンウエハに拡散処理を施して、Ｎ型エミッタを形成し、
（３）拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、シリコンウエハの裏面を研磨し、
（４）シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積し、
（５）シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積し、
（６）シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積し、
（７）シリコンウエハの裏面にレーザグルービングして、第１のレーザグルービング領域を形成し、前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記第１のレーザグルービング体の長さは、１２００μｍであり、幅は、２００μｍであり、
前記第２のレーザグルービング領域は、鉛直に設置された二つの第２のレーザグルービングユニットと水平に設置された二つの第２のレーザグルービングユニットとを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含み、前記第２のレーザグルービング体は、アルミニウムグリッド外枠と垂直であり、前記第２のレーザグルービング体の長さは、１２００μｍであり、幅は、２００μｍであり、
（８）前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷し、
（９）前記シリコンウエハの裏面に、第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、第１のレーザグルービング体と垂直である裏面アルミニウムグリッド線を得ており、裏面アルミニウムグリッド線の数は、３００本であり、前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、３００μｍであり、
（１０）前記シリコンウエハの裏面に、裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、アルミニウムグリッド外枠を得ており、
（１１）前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷し、
（１２）シリコンウエハを高温で焼結して、裏面銀電極と表面銀電極とを形成し、
（１３）シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施す。
なお、上記実施例は、本発明を実施するための形態を説明するのみに用いられ、本発明の範囲を制限するものではない。好ましい実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の要旨および範囲を逸脱しない範囲で様々な変更及び均等な置換が可能であることを理解すべきである。

Claims (10)

  1. 裏面銀電極と、裏面アルミニウムグリッド線と、裏面パッシベーション層と、Ｐ型シリコンと、Ｎ型エミッタと、表面窒化シリコン膜と、表面銀電極とをこの順に含み、
    前記裏面パッシベーション層には、レーザグルービングによって第１のレーザグルービング領域が形成され、前記第１のレーザグルービング領域は、前記裏面アルミニウムグリッド線の下方に設置され、前記裏面アルミニウムグリッド線は、前記第１のレーザグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続され、前記裏面アルミニウムグリッド線の周りに、アルミニウムグリッド外枠が設置され、前記アルミニウムグリッド外枠は、前記裏面アルミニウムグリッド線および前記裏面銀電極に接続され、
    前記第１のレーザグルービング領域は、水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の第１のレーザグルービング体を含み、前記裏面アルミニウムグリッド線は、前記第１のレーザグルービング体と垂直である、
    ことを特徴とするＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池。
  2. 前記アルミニウムグリッド外枠の下方には、第２のレーザグルービング領域が設置され、前記第２のレーザグルービング領域は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニットを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含み、前記アルミニウムグリッド外枠は、前記第２のレーザグルービング体と垂直である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池。
  3. 前記第１のレーザグルービングユニット同士は、平行に設置され、
    各第１のレーザグルービングユニットにおいて、前記第１のレーザグルービング体は、並列に設置され、且つ、前記第１のレーザグルービング体は、同一の水平面に位置するか、または、上下にずらして位置する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池。
  4. 前記第１のレーザグルービングユニット同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍであり、
    各第１のレーザグルービングユニットにおいて、前記第１のレーザグルービング体同士の間隔は、０.５〜５０ｍｍであり、
    前記第１のレーザグルービング体の長さは、５０〜５０００μｍであり、前記第１のレーザグルービング体の幅は、１０〜５００μｍであり、
    前記裏面アルミニウムグリッド線の数は、３０〜５００本であり、
    前記裏面アルミニウムグリッド線の幅は、３０〜５００μｍであり、前記第１のレーザグルービング体の長さよりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池。
  5. 前記裏面パッシベーション層は、酸化アルミニウム層と、窒化シリコン層とを含み、前記酸化アルミニウム層は、Ｐ型シリコンに接続され、前記窒化シリコン層は、前記酸化アルミニウム層に接続され、
    前記窒化シリコン層の厚さは、２０〜５００ｎｍであり、
    前記酸化アルミニウム層の厚さは、２〜５０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法であって、
    Ｐ型シリコンであるシリコンウエハの表面と裏面に、テクスチャ構造を形成するステップ（１）と、
    前記シリコンウエハに対して拡散処理を施して、前記Ｎ型エミッタを形成するステップ（２）と、
    拡散処理時に形成された表面のリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去するステップ（３）と、
    前記シリコンウエハの裏面に酸化アルミニウム膜を堆積するステップ（４）と、
    前記シリコンウエハの裏面に窒化シリコン膜を堆積するステップ（５）と、
    前記シリコンウエハの表面に窒化シリコン膜を堆積するステップ（６）と、
    水平方向に設置された複数組の第１のレーザグルービングユニットを含み、各組の第１のレーザグルービングユニットは、水平方向に設置された一つまたは複数の前記第１のレーザグルービング体を含む前記第１のレーザグルービング領域を形成するように、前記シリコンウエハの裏面にレーザグルービングするステップ（７）と、
    前記シリコンウエハの裏面に裏面銀バスバー電極を印刷するステップ（８）と、
    前記シリコンウエハの裏面に、前記第１のレーザグルービング体と垂直な方向に沿ってアルミニウムペーストを印刷して、前記第１のレーザグルービング体と垂直である前記裏面アルミニウムグリッド線を得るステップ（９）と、
    前記シリコンウエハの裏面に、前記裏面アルミニウムグリッド線の周りに沿ってアルミニウムペーストを印刷して、前記アルミニウムグリッド外枠を得るステップ（１０）と、
    前記シリコンウエハの表面に表面電極ペーストを印刷するステップ（１１）と、
    前記シリコンウエハを高温で焼結して、前記裏面銀電極と前記表面銀電極とを形成するステップ（１２）と、
    前記シリコンウエハに対して、ＬＩＤを抑制するためのアニーリング処理を施すステップ（１３）と、を含む、
    ことを特徴とするＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法。
  7. ステップ（３）と（４）の間に、前記シリコンウエハの裏面を研磨するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法。
  8. ステップ（７）は、鉛直方向または水平方向に設置された第２のレーザグルービングユニットを含み、各組の第２のレーザグルービングユニットは、鉛直方向または水平方向に設置された一つまたは複数の第２のレーザグルービング体を含む第２のレーザグルービング領域を形成するように、前記シリコンウエハの裏面にレーザグルービングすることをさらに含み、
    前記第２のレーザグルービング体は、前記アルミニウムグリッド外枠と垂直である、
    ことを特徴とする請求項７に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池の製造方法。
  9. ＰＥＲＣ太陽電池と封止材とを含むＰＥＲＣ太陽電池モジュールであって、
    前記ＰＥＲＣ太陽電池は、請求項１〜５のいずれか1項に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である、
    ことを特徴とするＰＥＲＣ太陽電池モジュール。
  10. ＰＥＲＣ太陽電池を含むＰＥＲＣ太陽エネルギーシステムであって、
    前記ＰＥＲＣ太陽電池は、請求項１〜５のいずれか1項に記載のＰ型ＰＥＲＣ両面太陽電池である、
    ことを特徴とするＰＥＲＣ太陽エネルギーシステム。
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