JP3169353U - 太陽電池及びその電極構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】二度刷りのスクリーン印刷技術を改良して、電極導電率を高めると同時に、太陽電池の信頼度及び良品率を高めることにより、光電変換率を高めて、生産コストを抑える太陽電池及びその電極構造を提供する。【解決手段】太陽電池の電極構造は、太陽電池１の基板１０に設置され、複数のバスバー電極１２及び複数のくし型電極１１を備える。バスバー電極１２は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて基板１０に設置され、くし型電極１１は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて隣合うバスバー電極１２間を繋ぐように配置される。バスバー電極１２及びくし型電極１１は、二度刷りのスクリーン印刷によって形成される。第一次スクリーン印刷では、くし型電極１１の下部を形成し、第二次スクリーン印刷では、くし型電極１１の上部及びバスバー電極１２を形成する。【選択図】図１
Description
本考案は、電極構造に関し、特に、太陽電池及びその電極構造に関する。
太陽光発電は、現在最も発展に力が注がれている再生エネルギー技術である。太陽光発電は、その発電過程において、二酸化炭素等の温室効果ガスが発生しない、汚染や騒音の発生がゼロに等しいといった長所を有する。このため、その他の発電コストと同等にまで、太陽光発電のコストダウンが実現するのを、誰もが期待するところである。しかしながら、太陽光発電のコストは、太陽電池モジュール以外にも、架台、変圧器、太陽電池を設置するための土地等の問題もあり、コストが高くなる。故に、太陽電池の発電効率を高め、発電コストを下げることが、太陽光発電市場を拡大できるか否かを左右する要素であると言える。
スクリーン印刷（Screen printing）技術の応用は、太陽電池の電極構造製造において、太陽電池の製造コスト及び時間を効果的に削減することが可能である。また、電極構造の製造に応用されるスクリーン印刷技術は、通常シルバーペースト印刷によって、必要なバスバー電極（Busbar electrode）及びくし型電極（Finger electrode）構造が形成される。
太陽電池の光電変換効率をさらに高めるために、バスバー電極の太陽入射光に対する遮蔽率を低くする方法を考える必要がある。このため、バスバー電極が覆う基板上の表面積は小さいほどよい。しかしながら、充分な電子流量を伝導させるために、電極と基板の間には充分な大きさの伝導面積を必要とし、それで初めて、電極の導電度に影響しない条件の下で、光電変換効率を高めることができる。従来、二度刷りのスクリーン印刷技術を応用して、幅の狭い、高さのあるバスバー電極を印刷する方法がある。しかしながら、二度刷りのスクリーン印刷は同じパターンであり、パターンの精度に誤差が生じる。許容される誤差を超過した場合、バスバー電極の幅が広くなり過ぎて、太陽電池の光電変換効率を高めることができない。精度の誤差を小さくするためには、精度の高いスクリーン印刷機器を購入し、スクリーン膜（版）を使用する必要があるが、いずれも生産コストを上げることになる。
したがって、本考案は、従来の二度刷りのスクリーン印刷技術を改良して、電極導電率を高めると同時に、太陽電池の信頼度及び良品率を高めることにより、太陽電池の光電変換率を高めて、生産コストを抑えることを課題とする。
上記課題を解決するため、本考案は、従来の二度刷りのスクリーン印刷技術を改良して、電極導電率を高めると同時に、太陽電池の信頼度及び良品率を高めることにより、太陽電池の光電変換率を高めて、生産コストを抑える太陽電池及びその電極構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本考案の太陽電池の電極構造は、太陽電池の基板に設置されて、複数のバスバー電極及び複数のくし型電極を備える。前記バスバー電極は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて基板に設置される。前記くし型電極は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記隣合うバスバー電極間を繋ぐように配置される。前記バスバー電極及びくし型電極は、二度刷りのスクリーン印刷によって形成される。一回目のスクリーン印刷では、くし型電極の下部を形成し、二回目のスクリーン印刷では、くし型電極の上部及びバスバー電極を形成する。
上記目的を達成するため、本考案の太陽電池は、基板、複数のバスバー電極及び複数のくし型電極を備える。前記バスバー電極は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて基板上に設置することで形成される。前記くし型電極は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記隣合うバスバー電極間を繋ぐように配置される。前記バスバー電極及びくし型電極は、二度刷りのスクリーン印刷によって形成される。一回目のスクリーン印刷は、くし型電極の下部を形成し、二回目のスクリーン印刷では、くし型電極の上部及びバスバー電極を形成する。
本考案の実施形態において、一回目のスクリーン印刷の材料成分と二回目のスクリーン印刷の材料成分は異なる。好適には、二回目のスクリーン印刷材料の導電度は、一回目のスクリーン印刷材料の導電度より高く、さらに、好適には、一回目のスクリーン印刷材料の透過性は、二回目のスクリーン印刷材料の透過性より高い。
本考案の実施形態において、一回目のスクリーン印刷の材料成分及び二回目のスクリーン印刷的材料成分は、銀金属の微粒及びガラス粉を含む。
本考案の実施形態において、基板は、非結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板またはガリウム砒素基板等である。
本考案の実施形態において、基板は、Ｎ型半導体基板またはＰ型半導体基板である。
このように、本考案が提供する太陽電池の電極構造は、その一回目のスクリーン印刷のパターンと二回目のパターンが異なる。本考案は、まず一回目のスクリーン印刷において複数のくし型電極の下部が形成され、それを乾かして固化させた後、さらに、二回目のスクリーン印刷において複数のくし型電極の上部及び複数のバスバー電極が形成された後、同様にそれを乾かして固化させる。好適には、一回目のスクリーン印刷と二回目のスクリーン印刷に使用される材料は異なる。本考案の好適な実施形態において、一回目のスクリーン印刷材料の透過性は、二回目のスクリーン印刷材料の透過性より高く、さらに、二回目のスクリーン印刷材料の導電度は、一回目のスクリーン印刷材料の導電度より高いことにより、一回目のスクリーン印刷によって形成されたくし型電極下部が、高温焼結を経た後、好適に基板の抗反射層を透過する。さらに、二回目のスクリーン印刷によって形成されたくし型電極上部及びバスバー電極は、高温焼結を経た後、基板の抗反射層に接触するだけで、これを透過しない。したがって、本考案の太陽電池及びその電極構造は、従来の二度刷りのスクリーン印刷技術が、同一のパターンを重複印刷する方法を採用した電極とは異なり、太陽電池製品の環境耐用信頼度及びバスバー電極の導電度を高め、セルの破損率を低く抑えて、太陽電池の光電変換率を高めると同時に生産コストを低く抑えるという目的を達成する。
本考案の太陽電池及びその電極構造は、従来の二度刷りのスクリーン印刷技術が、同一のパターンを重複印刷する方法を採用した電極とは異なり、太陽電池製品の環境耐用信頼度及びバスバー電極の導電度を高め、セルの破損率を低く抑えて、太陽電池の光電変換率を高めると同時に生産コストを低く抑える。
以下、図を参照しながら、本考案の好適な実施形態における太陽電池及びその電極構造について説明する。図１は、本考案の太陽電池１及びその電極構造を示した図である。太陽電池１は、基板１０、複数のバスバー電極１２及び複数のくし型電極１１を備える。このうち、太陽電池１は、シリコン系太陽電池または薄膜太陽電池である。基板１０は、非結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板またはガリウム砒素基板等であり、さらに、あらかじめ少なくとも１個のＮ型半導体層または少なくとも１個のＰ型半導体層がその上（ＰＮ）に設置されている。好適には、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層の間に、さらにＩ型半導体層（ＰＩＮ）を備える。なお、基板１０の裏面側には、他極側の平面電極が設けられている。
複数のバスバー電極１２は、導電材質を含む材料によって間隔をおいて、基板１０上に設置されて形成される。複数のくし型電極１１は、導電材質を含む材料によって、間隔をおいて隣合うバスバー電極１２間を繋ぐように設置される。本考案の好適な実施形態において、導電材質を含む材料は、銀ペーストであり、それは、例えば、銀金属の微粒、有機溶剤及び有機結合剤、並びにガラス粉を含む混合物である。そして、ガラス粉の成分は、酸化物粉末（例えば、鉛、ビスマス、シリコン等）を含む。
以上、本考案に開示する太陽電池１の構造について述べた。続いて、この太陽電池１の電極構造の製造方法について説明する。図２は、本考案の太陽電池の電極構造における製造方法の過程を示した図である。この製造方法は、ステップＳ２１からステップＳ２５を備える。本製造方法によって製造される太陽電池の電極構造（複数のくし型電極１１と複数のバスバー電極１２）は、上述のとおりであるため、以下では再述しない。
ステップＳ２１は、基板１０を提供する。基板１０は、すでに事前処理された半導体基板１０である。事前処理は、例えば、あらかじめ少なくとも１個のＮ型半導体層または少なくとも１個のＰ型半導体層（ＰＮ）が基板上に設置され、好適には、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層の間にはさらに、Ｉ型半導体層（ＰＩＮ）を備える。
ステップＳ２２は、第一次スクリーン印刷と称する。このステップは、導電材質を含む材料を、第一次スクリーン印刷によって、間隔をおいて基板１０上に形成することで、複数のくし型電極１１の下部を形成する。図３を参照しながら説明する。ここでは、第一次スクリーン印刷時に使用されるスクリーン版３０は、印刷時におけるそのペースト透過可能なエリア３１が、すなわち複数のくし型電極１１を形成するエリアである。
ステップＳ２３は、第一次スクリーン印刷後、くし型電極１１の下部を固化させることで、材料中の揮発溶剤を除去する。その固化方式は、熱固化または光固化方式によってこれを達成する。光固化は、例えば、紫外光（ＵＶ）固化である。本考案の好適な実施形態において、熱固化方式を使用してくし型電極１１を固化させる場合は、すなわち、印刷完成後、直接１００〜２００℃で乾燥させることで、溶剤を除去して、印刷パターンを破損させない。
ステップＳ２４は、第二次スクリーン印刷と称する。このステップは、導電材質を含む材料を、第二次スクリーン印刷によって、間隔をおいて基板１０上に形成することで、くし型電極１１の上部及び複数のバスバー電極１２を形成させる。図４を参照しながら説明する。ここでは、第二次スクリーン印刷時に使用されるスクリーン版４０は、印刷時におけるそのペースト透過可能なエリア４１が、すなわち複数のバスバー電極１２を形成するエリアである。好適には、第一次スクリーン印刷の材料と第二次スクリーン印刷の材料は異なる。
好適には、第二次スクリーン印刷材料の導電度は、第一次スクリーン印刷材料の導電度より高い。好適には、第一次スクリーン印刷材料の透過性は、第二次スクリーン印刷材料の透過性より高い。
ステップＳ２５は、第二次スクリーン印刷後、くし型電極１１の上部及びバスバー電極１２を固化させることで、材料中の揮発溶剤を除去する。その固化方式は、熱固化または光固化方式によって達成する。光固化は、例えば、紫外光（ＵＶ）固化である。本考案の好適な実施形態において、くし型電極１１の下部を固化するのと同様の固化方式を使用する。
このように、本考案が提供する太陽電池の電極結構は、まず第一次スクリーン印刷において複数のくし型電極の下部が形成され、それを乾かして固化させた後、さらに、二回目のスクリーン印刷において複数のくし型電極の上部及び複数のバスバー電極が形成された後、同様にそれを乾かして固化させる。その第一次スクリーン印刷のパターンと第二次スクリーン印刷のパターンは異なる。好適には、第一次スクリーン印刷と第二次スクリーン印刷に使用される材料は異なる。本考案の好適な実施形態において、第一次スクリーン印刷材料の透過性は、第二次スクリーン印刷材料の透過性より高く、さらに、第二次スクリーン印刷材料の導電度は、前記第一次スクリーン印刷材料の導電度より高いことにより、第一次スクリーン印刷によって形成されたくし型電極下部が、高温焼結を経た後、好適に基板の抗反射層を透過する。さらに、第二次スクリーン印刷によって形成されたくし型電極上部及びバスバー電極は、高温焼結を経た後、基板の抗反射層に接触するだけで、これを透過しない。このため、効果的に太陽電池製品の環境耐用信頼度及びバスバー電極の導電度を高め、セルの破損率を低く抑える。したがって、本考案の太陽電池及びその電極構造は、従来の二度刷りのスクリーン印刷技術が、同一のパターンを重複印刷する方法を採用した電極とは異なり、太陽電池の光電変換率を高めると同時に生産コストを低く抑えるという目的を達成する。
以上、本考案の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本考案に含まれる。
１ 太陽電池
１０ 基板
１１ くし型電極
１２ バスバー電極
３０，４０ スクリーン版
３１，４１ ペースト透過可能なエリア
１０ 基板
１１ くし型電極
１２ バスバー電極
３０，４０ スクリーン版
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Claims (12)
- 太陽電池の基板に設置される太陽電池の電極構造であって、
導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記基板に設置されて形成される複数のバスバー電極と、
導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記隣合うバスバー電極間を繋ぐように設置されるくし型電極を備え、
前記バスバー電極及び前記くし型電極は、二回のスクリーン印刷によって形成され、第一次スクリーン印刷は、前記くし型電極の下部を形成し、第二次スクリーン印刷は、前記くし型電極の上部及び前記バスバー電極を形成することを特徴とする太陽電池の電極構造。 - 前記第一次スクリーン印刷の材料成分と前記第二次スクリーン印刷の材料成分は異なることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
- 前記第二次スクリーン印刷材料の導電度は、前記第一次スクリーン印刷材料の導電度より高いことを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
- 前記第一次スクリーン印刷材料の透過性は、前記第二次スクリーン印刷材料の透過性より高いことを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
- 前記第一次スクリーン印刷の材料成分及び前記第二次スクリーン印刷の材料成分は、銀金属の微粒及びガラス粉を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
- 基板と、
導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記基板に設置されて形成される複数のバスバー電極と、
導電材質を含む材料によって間隔をおいて前記隣合うバスバー電極間を繋ぐように設置されるくし型電極を備え、
前記バスバー電極及び前記くし型電極は、二回のスクリーン印刷によって形成され、第一次スクリーン印刷は、前記くし型電極の下部を形成し、第二次スクリーン印刷は、前記くし型電極の上部及び前記バスバー電極を形成することを特徴とする太陽電池。 - 前記第一次スクリーン印刷の材料成分と前記第二次スクリーン印刷の材料成分は異なることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
- 前記第二次スクリーン印刷材料の導電度は、前記第一次スクリーン印刷材料の導電度より高いことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
- 前記第一次スクリーン印刷材料の透過性は、前記第二次スクリーン印刷材料の透過性より高いことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
- 前記第一次スクリーン印刷の材料成分及び前記第二次スクリーン印刷の材料成分は、銀金属の微粒及びガラス粉を含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
- 前記基板は、非結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板またはガリウム砒素基板であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
- 前記基板は、Ｎ型半導体基板またはＰ型半導体基板であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
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