JP4761714B2 - Solar cell and solar cell module using the same - Google Patents
Solar cell and solar cell module using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP4761714B2 JP4761714B2 JP2004021175A JP2004021175A JP4761714B2 JP 4761714 B2 JP4761714 B2 JP 4761714B2 JP 2004021175 A JP2004021175 A JP 2004021175A JP 2004021175 A JP2004021175 A JP 2004021175A JP 4761714 B2 JP4761714 B2 JP 4761714B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- electrode
- back surface
- region
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 115
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 56
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 49
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 39
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 36
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 25
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 5
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- LKJPSUCKSLORMF-UHFFFAOYSA-N Monolinuron Chemical compound CON(C)C(=O)NC1=CC=C(Cl)C=C1 LKJPSUCKSLORMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、太陽電池およびこの太陽電池を用いた太陽電池モジュールに関し、その電極の密着強度を改善した太陽電池およびこの太陽電池を用いた太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell and a solar cell module using the solar cell, and more particularly to a solar cell with improved adhesion strength of electrodes and a solar cell module using the solar cell.
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは18%程度の変換効率が達成されている。 A solar cell converts incident light energy into electrical energy. Major solar cells are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of materials used. Of these, most of the crystalline silicon solar cells currently on the market are in the market. This crystalline silicon solar cell is further classified into a single crystal type and a polycrystalline type. Single-crystal silicon solar cells have the advantage that the substrate quality is good and the efficiency can be easily increased, but the substrate is expensive to manufacture. On the other hand, the polycrystalline silicon solar cell has the advantage that it can be manufactured at a low cost although it has the disadvantage that it is difficult to increase the efficiency because the quality of the substrate is inferior. In recent years, conversion efficiency of about 18% has been achieved at the research level due to the improvement of the quality of the polycrystalline silicon substrate and the advancement of cell technology.
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。 On the other hand, mass-produced polycrystalline silicon solar cells have been distributed in the market because of their low cost. However, in recent years, demand has increased further as environmental issues have been addressed, resulting in higher conversion efficiency at lower costs. Is now required.
特許文献1に記載されている太陽電池の一般的な構造を図5に示す。図5(a)は、断面構造を示す図であり、図5(b)は表面から見た図、図5(c)は裏面から見た図である。101は例えばp型シリコンの半導体基板、102は半導体基板101の表面側にリン原子などが高濃度に拡散され、半導体基板101との間にpn接合を形成した逆導電型領域、103は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜である。さらに、半導体基板101の表面側には表面電極105を設けるとともに、裏面側にはアルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域104aと、アルミニウムからなる裏面集電部104b、銀を主成分とする裏面電極106とを設けている。
The general structure of the solar cell described in
表面電極は、図5(b)に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、スクリーン印刷法等により銀ペーストなどを塗布した後、焼成することで形成される。また、表面電極105は反射防止膜103の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表面電極105を形成する場合と、もしくは反射防止膜103の上から直接、表面電極105を焼き付けて形成する場合とがある。
As shown in FIG. 5B, the surface electrode is generally formed in a lattice shape, and is formed by applying a silver paste or the like by screen printing or the like and then baking. Further, the
裏面側は、図5(c)に示すように、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストを塗布した後、700〜800℃で焼成することにより、シリコンの半導体基板101のシリコン中にアルミニウムが拡散して、p型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域104aが形成される。裏面電界領域104aは発生したキャリアが裏面で再結合することを防ぐ効果がある。
As shown in FIG. 5C, the back side is coated with silicon paste containing aluminum powder by a screen printing method or the like, and then baked at 700 to 800 ° C. to form silicon in the
なおこの、裏面電界領域104aは半導体基板1の裏面略全面に形成されることが多く、これを形成するのと同時に、シリコン中に拡散しなかったアルミニウムなどを主体とする裏面集電部104bを裏面に残し、これを裏面電極の一部として使用する場合もある。通常は、裏面に対してアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成して裏面電極106を形成する。
The back surface
そして上述のようにして作製された銀を主成分とする表面電極105、裏面電極106の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆されることが多い。
The surfaces of the
上述の裏面電界領域104aによって、太陽電池で発生したキャリアを電界効果(BSF効果)により効率よく収集し、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
With the above-described back surface
また通常、太陽電池一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。太陽電池モジュールの一例として、図4に、太陽電池Xを組み合わせて構成した一般的な太陽電池モジュールを示す。 In general, since the electric output generated by one solar cell is small, it is necessary to connect a plurality of solar cells in series and parallel to constitute a solar cell module so that a practical electric output can be taken out. As an example of the solar cell module, FIG. 4 shows a general solar cell module configured by combining solar cells X.
図4に示すように、ある太陽電池Xの表面電極と隣接する太陽電池Xの裏面電極とが例えば銅箔などからなるインナーリード9によって半田接続され、電気的に接続されている。そして、ガラスなどからなる透光性パネル10と、裏面保護材12との間にエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などを主成分とする充填材11で気密に封入されて、太陽電池モジュールを構成している。太陽電池モジュールの出力は、出力配線13を経て端子ボックス14に接続されている。そしてこの端子ボックスからさらに外部の負荷に接続されている。
ところが、このようにして形成した裏面電界領域104aは太陽電池で発生したキャリアを電界効果により効率よく収集し、太陽電池の変換効率を向上させる効果が大きいため、非常に有効であるが、その反面、基板裏面の表面はシリコンとアルミニウムの合金が形成され、特にその最表面はアルミニウムの濃度が非常に高くなっていることから、脆くなっており、その上に形成した裏面電極106の密着強度が弱くはがれやすくなりやすいという問題があった。また、アルミニウムを主成分とする裏面集電部104bを間に介した場合には、脆い合金層の上に、気孔率の高いアルミニウムを主成分とする裏面集電部104bが存在するため、裏面集電部104b内や、合金層からの剥離が発生しやすく、裏面電極106の密着強度を向上させることは難しい。
However, the back surface
このような問題点を有する太陽電池を用いて、図4に示したような太陽電池モジュールを作製した場合、裏面電極106と半田で接続されたインナーリード9の接続部が、裏面電極106の密着強度が弱いため、長期信頼性に欠けたものとなるといった問題があった。
When the solar cell module as shown in FIG. 4 is manufactured using the solar cell having such a problem, the connection portion of the inner lead 9 connected to the
例えば、リード線を取り付けるときには通常熱により半田付けを行うため、太陽電池の電極密着強度が弱いとこの工程で電極がはがれるという問題が生じやすい。また、モジュール化した後、通常そのモジュールは屋外に設置する。そのためモジュールは太陽光を受けて発熱し、また、風雨も受けるため、熱、湿度の変化にさらされる。そのためこのときに電極の密着強度が弱いとモジュール化してからも電極が剥離して太陽電池モジュールとしての電気特性が低下するという問題が発生しやすくなる。 For example, since soldering is usually performed with heat when a lead wire is attached, a problem that the electrode is peeled off in this step tends to occur if the electrode adhesion strength of the solar cell is weak. In addition, after modularization, the module is usually installed outdoors. Therefore, the module receives sunlight and generates heat, and also receives wind and rain, so it is exposed to changes in heat and humidity. For this reason, if the adhesion strength of the electrode is weak at this time, a problem that the electrode peels off even after the module is formed and the electrical characteristics as the solar cell module are deteriorated easily occurs.
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、pn接合型太陽電池において、裏面電界領域による電界効果を損なうことなく、なおかつ十分な電極強度を有するとともに長期信頼性に優れた太陽電池とそれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. In a pn junction solar cell, the present invention has sufficient electrode strength and long-term reliability without impairing the electric field effect due to the back surface electric field region. It is to provide a solar cell excellent in and a solar cell module using the solar cell.
本発明の太陽電池は、受光面と非受光面とを備えた一導電型を有する半導体基板と、前記受光面側に形成された、前記半導体基板と逆の導電型を有する逆導電型領域と、前記受光面側に形成された表面電極と、前記非受光面側に形成された、前記半導体基板と同じ導電型を有する裏面電界領域と、前記非受光面側に形成された裏面電極と、前記裏面電極と前記半導体基板とが前記裏面電界領域を介さずに接触したコンタクト部であって、前記表面電極の外郭形状を前記受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の内側に存在するコンタクト部と、を備え、前記半導体基板は、光活性領域であるバルク基板領域部分を有し、前記コンタクト部は、前記第一形状の外郭から、前記バルク基板領域部分を単独で取り出してその受光面側から測定した少数キャリア拡散長の長さだけ内側にずらした第二形状の内側に存在する。 Solar cell of the present invention, the light-receiving surface and a semiconductor substrate having one conductivity type and a non-light-receiving surface, wherein formed on the light-receiving surface side, opposite conductivity type region with said semiconductor substrate opposite conductivity type A surface electrode formed on the light receiving surface side, a back surface electric field region having the same conductivity type as the semiconductor substrate formed on the non-light receiving surface side, and a back electrode formed on the non light receiving surface side A contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other without passing through the back surface electric field region, and the inner side of the first shape in which the outer shape of the front electrode is projected in a direction perpendicular to the light receiving surface And the semiconductor substrate has a bulk substrate region portion that is a photoactive region, and the contact portion takes out the bulk substrate region portion alone from the outline of the first shape. From the light receiving surface side. Present inside the second shape obtained by shifting inside the minority carrier diffusion length length of that.
このように、裏面電極と半導体基板とが裏面電界領域を介さずに直接接触したコンタクト部は、脆い裏面電界領域の影響を受けないので、良好な密着強度を得ることができる。その反面、このコンタクト部は、裏面電界領域を介さないで接触しているので、長波長側の感度が低くなってしまい特性が低下してしまう。本発明の構成においては、このコンタクト部が、表面電極の外郭形状を受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の内側、すなわち表面電極の陰となって発電特性に対する寄与が小さい部分に存在するので悪影響を少なくできる。 As described above, the contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in direct contact without going through the back surface electric field region is not affected by the fragile back surface electric field region, so that good adhesion strength can be obtained. On the other hand, since the contact portion is in contact without passing through the back surface electric field region, the sensitivity on the long wavelength side is lowered and the characteristics are deteriorated. In the configuration of the present invention, this contact portion is the inner side of the first shape obtained by projecting the outer shape of the surface electrode in the direction orthogonal to the light receiving surface, that is, the portion that contributes less to the power generation characteristics behind the surface electrode. Because it exists in, it can reduce adverse effects.
本発明の太陽電池において、主にpn接合部(逆導電型領域と一導電型の半導体基板との界面)において光照射により発生した少数キャリア(例えば、p型半導体基板では電子)は発生した後に、拡散によって裏面電極に到達する。ここで表面電極の陰となっている部分との境界の近くで発生した少数キャリアの一部は、拡散によって裏面電極に到達したときに、表面電極の陰となっている部分、すなわち第一形状の外郭の内側にまで入り込んでくる可能性がある。本発明では、裏面電極と半導体基板とが裏面電界領域を介さずに直接接触したコンタクト部が、第一形状よりさらに少数キャリア拡散長の長さだけ内側にずれた第二形状の内側に存在するように構成した。これによって、拡散によって少数キャリアが裏面に到達したときに、表面電極の陰の部分(第一形状の内側)に入り込んできた少数キャリアの大部分は、第一形状と第二形状との間に存在する裏面電界領域で確実に捕捉できるので、太陽電池の特性に与える悪影響を少なくすることができる。 In the solar cell of the present invention, after minority carriers (for example, electrons in a p-type semiconductor substrate) generated by light irradiation are generated mainly at a pn junction (an interface between a reverse conductivity type region and a semiconductor substrate of one conductivity type). , Reach the back electrode by diffusion. Here, a part of the minority carriers generated near the boundary with the portion that is shaded by the surface electrode is the portion that is shaded by the surface electrode when it reaches the back electrode by diffusion, that is, the first shape. There is a possibility that it will go inside the outer shell. In the present invention, the contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without going through the back surface electric field region is present inside the second shape further shifted inward by the length of the minority carrier diffusion length than the first shape. It was configured as follows. As a result, when the minority carriers reach the back surface by diffusion, most of the minority carriers that have entered the shaded part of the front electrode (inside the first shape) are between the first shape and the second shape. Since it can be reliably captured in the existing back surface electric field region, adverse effects on the characteristics of the solar cell can be reduced.
なお、本発明において太陽電池の少数キャリア拡散長は、元の半導体基板の少数キャリア拡散長とは異なり、「バルク基板領域部分を単独で取り出してその受光面側から測定した少数キャリア拡散長」と定義され、太陽電池の製造工程を経て太陽電池素子として形成された太陽電池のバルク基板領域における少数キャリア拡散長を意味する。このバルク基板領域は、元の半導体基板と比較すれば、太陽電池の製造工程を通過しているので、その途中で熱処理・化学薬品処理などを複数回受けていることから、半導体特性が変化している。 In the present invention, the minority carrier diffusion length of the solar cell is different from the minority carrier diffusion length of the original semiconductor substrate, and is “minority carrier diffusion length measured from the light-receiving surface side of the bulk substrate region portion alone”. It is defined and means the minority carrier diffusion length in the bulk substrate region of a solar cell formed as a solar cell element through a solar cell manufacturing process. Compared to the original semiconductor substrate, this bulk substrate region has passed through the manufacturing process of solar cells, so it has undergone multiple heat treatments and chemical treatments in the middle, so the semiconductor characteristics have changed. ing.
また、「バルク基板領域部分を単独で取り出して」とは、太陽電池から電極部、反射防止膜、pn接合部、high−low接合部、などの光活性領域であるp型もしくはn型のバルク基板領域部分以外を全て取り除いて、基板状態に戻すことを意味する。 “Extracting a bulk substrate region alone” means a p-type or n-type bulk that is a photoactive region such as an electrode portion, an antireflection film, a pn junction, and a high-low junction from a solar cell. It means that all except the substrate region portion is removed and the substrate state is restored.
このように太陽電池を基板状態に戻すためには、機械的に研磨したり、化学的にエッチングしたりすればよい。例えば、表面電極や裏面電極については、王水で溶解除去、SiNX膜である反射防止膜については、HF液でエッチング除去、表面側の接合や裏面側の裏面電界領域(BSF)などの拡散領域については、混酸(HF:HNO3=1:3〜1:4で混合したもの)でエッチング除去すれば、基板状態に復帰させることができる。また、この方法によれば、エッチング面が鏡面状態となるので好ましい。このようにして基板状態に復帰させた後、希HF液で表面処理を行って純水洗浄し、1週間以上大気中で放置して処理表面状態が安定化してから少数キャリア拡散長の測定を行うことが望ましい。 Thus, in order to return the solar cell to the substrate state, it may be mechanically polished or chemically etched. For example, surface electrodes and back electrodes are dissolved and removed with aqua regia, and antireflection films that are SiN X films are etched away with HF liquid, diffusion on the front surface side, back surface field region (BSF), etc. The region can be returned to the substrate state by etching away with a mixed acid (mixed with HF: HNO 3 = 1: 3 to 1: 4). Also, this method is preferable because the etched surface is in a mirror state. After returning to the substrate state in this way, surface treatment is performed with dilute HF solution, washing with pure water, and the substrate is left in the atmosphere for one week or more to measure the minority carrier diffusion length after the treatment surface state is stabilized. It is desirable to do.
また、少数キャリア拡散長は、測定したデータの平均値とすればよい。 The minority carrier diffusion length may be an average value of measured data.
そして、本発明の太陽電池において、前記少数キャリア拡散長の測定は、SPV法(Surface Photovoltage Method)によって行われるのが好ましい。このSPV法は、非接触非破壊の測定法であること、短時間に高精度で測定ができること、試料の前処理が不要なこと、表面状態の影響を受けにくいこと、などの優れた点を有し、本発明の効果を再現性よく得ることができるので望ましい。 Then, in the solar battery of the present invention, measurement before Symbol minority carrier diffusion length is preferably carried out by the SPV method (Surface Photovoltage Method). This SPV method is a non-contact non-destructive measurement method, can be measured with high accuracy in a short time, does not require sample pretreatment, and is not easily affected by the surface condition. It is desirable because the effects of the present invention can be obtained with good reproducibility.
さらに、本発明の太陽電池において、前記半導体基板は、B(ホウ素)をドープしたp型結晶シリコン基板とすれば、容易に入手可能であり、コストパフォーマンスの高い太陽電池を形成することができる。 Further, in the solar cell of the present invention, before Symbol semiconductor substrate, if B (boron) and doped p-type crystalline silicon substrate, is readily available, to form a cost-effective solar cell it can.
また、本発明の太陽電池において、前記裏面電界領域は、主成分としてAlを含有するほうが好ましい。このようにp型結晶シリコンにおいてp型ドーパントであるAlを用いれば、シリコンとの間に低温の融点を有する共晶合金相の裏面電界領域を容易に形成することができる。 Further, in the solar battery of the present invention, before Symbol back surface field region is preferably more containing Al as a main component. Thus, if Al which is a p-type dopant is used in p-type crystalline silicon, a back surface electric field region of a eutectic alloy phase having a low melting point can be easily formed with silicon.
また、本発明の太陽電池において、前記裏面電極は、主成分としてAgを含有するほうが好ましい。本発明では、裏面電極として、Alを主成分とする裏面電界領域を介さずシリコン基板と直接接触したAgを主成分とする材料によって構成すれば、ハンダ濡れ性が高く、低抵抗の裏面電極とすることができ、高性能な太陽電池とすることができる。 Further, in the solar battery of the present invention, before Symbol backside electrode is preferably more containing Ag as a main component. In the present invention, as a back electrode, if made of a material mainly composed of Ag in direct contact with the silicon substrate not through the back surface field region mainly composed of Al, high solder wettability, and the back electrode of low resistance And a high performance solar cell.
さらに、本発明の太陽電池モジュールは、複数個の本発明の太陽電池と、一の前記太陽電池の前記表面電極と他の前記太陽電池の前記裏面電極とを電気的に接続したインナーリードと、を備えている。このように本発明の太陽電池モジュールは、裏面電極の密着強度が向上した本発明の太陽電池同士をインナーリードで接続しているため、太陽電池としての電気特性を低下させることなく電極密着強度を増すことができ、太陽電池モジュールの作製工程における歩留まりが向上し、さらに太陽電池モジュールの長期信頼性も向上する。 Further, solar cell modules of the present invention, a solar cell of the plurality of the present invention, an inner lead that connects the back electrode of the surface electrode and the other of said solar cell one of the solar cell electrically It is equipped with. As described above, the solar cell module of the present invention connects the solar cells of the present invention with improved adhesion strength of the back electrode with the inner leads, so that the electrode adhesion strength is reduced without deteriorating the electrical characteristics as a solar cell. The yield in the manufacturing process of the solar cell module is improved, and the long-term reliability of the solar cell module is also improved.
上述のように本発明の太陽電池は、裏面電極と半導体基板とが裏面電界領域を介さずに直接接触したコンタクト部を有し、脆い裏面電界領域の影響を受けないので、良好な密着強度を得ることができる。このコンタクト部は、裏面電界領域を介さないで接触しているので、長波長側の感度が低くなってしまい特性が低下してしまうが、本発明の構成においては、このコンタクト部が、表面電極の外郭形状を受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の内側、すなわち表面電極の陰となって発電特性に対する寄与が小さい部分に存在するので悪影響を少なくでき、太陽電池としての電気特性を低下させることなく電極密着強度を増すことができる。 As described above, the solar cell of the present invention has a contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in direct contact without going through the back surface electric field region, and is not affected by the fragile back surface electric field region. Obtainable. Since the contact portion is in contact without passing through the back surface electric field region, the sensitivity on the long wavelength side is lowered and the characteristics are deteriorated. However, in the configuration of the present invention, the contact portion is a surface electrode. Of the outer shape of the projection in the direction perpendicular to the light receiving surface, that is, in the shadow of the surface electrode and in a portion that has a small contribution to the power generation characteristics, the adverse effect can be reduced, and the electricity as a solar cell The electrode adhesion strength can be increased without deteriorating the characteristics.
また、本発明の太陽電池において、主にpn接合部(逆導電型領域と一導電型の半導体基板との界面)において光照射により発生した少数キャリア(例えば、p型半導体基板では電子)は発生した後に、拡散によって裏面電極に到達する。ここで表面電極の陰となっている部分との境界の近くで発生した少数キャリアの一部は、拡散によって裏面電極に到達したときに、表面電極の陰となっている部分、すなわち第一形状の外郭の内側にまで入り込んでくる可能性がある。本発明では、裏面電極と半導体基板とが裏面電界領域を介さずに直接接触したコンタクト部が、第一形状よりさらに少数キャリア拡散長の長さだけ内側にずれた第二形状の内側に存在するように構成した。これによって、拡散によって少数キャリアが裏面に到達したときに、表面電極の陰の部分(第一形状の内側)に入り込んできた少数キャリアの大部分は、第一形状と第二形状との間に存在する裏面電界領域で確実に捕捉できるので、太陽電池の特性に与える悪影響を少なくすることができ、電極密着強度を増加させる際に、太陽電池としての電気特性を低下させることをさらに少なくすることができる。 In the solar cell of the present invention, minority carriers (for example, electrons in the p-type semiconductor substrate) generated by light irradiation are mainly generated at the pn junction (interface between the reverse conductivity type region and the one-conductivity type semiconductor substrate). After that, the back electrode is reached by diffusion. Here, a part of the minority carriers generated near the boundary with the portion that is shaded by the surface electrode is the portion that is shaded by the surface electrode when it reaches the back electrode by diffusion, that is, the first shape. There is a possibility that it will go inside the outer shell. In the present invention, the contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without going through the back surface electric field region is present inside the second shape further shifted inward by the length of the minority carrier diffusion length than the first shape. It was configured as follows. As a result, when the minority carriers reach the back surface by diffusion, most of the minority carriers that have entered the shaded part of the front electrode (inside the first shape) are between the first shape and the second shape. Since it can be reliably captured in the existing back surface electric field region, the adverse effect on the characteristics of the solar cell can be reduced, and when the electrode adhesion strength is increased, the electrical characteristics of the solar cell are further reduced. Can do.
また、この少数キャリア拡散長の測定を、非接触非破壊の測定法である、短時間に高精度で測定ができる、試料の前処理が不要、表面状態の影響を受けにくい、などの優れた点を有するSPV法を用いて行うことにより、本発明の効果を再現性よく得ることができる。 In addition, this minority carrier diffusion length measurement is a non-contact non-destructive measurement method that can be measured with high accuracy in a short time, does not require sample pretreatment, and is not easily affected by surface conditions. The effect of the present invention can be obtained with good reproducibility by using the SPV method having points.
そして、このように裏面電極の密着強度が向上した本発明の太陽電池同士をインナーリードで接続した本発明の太陽電池モジュールは、電気特性を低下させることなく電極密着強度を増加した太陽電池を用いていることから、その電気特性を維持したまま太陽電池モジュールの作製工程における歩留まりが向上し、さらに太陽電池モジュールの長期信頼性も向上する。 And the solar cell module of this invention which connected the solar cells of this invention with which the adhesive strength of the back surface electrode improved in this way by the inner lead uses the solar cell which increased electrode adhesion strength, without reducing an electrical property. Therefore, the yield in the manufacturing process of the solar cell module is improved while maintaining the electrical characteristics, and the long-term reliability of the solar cell module is also improved.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図3は本発明にかかる太陽電池を示す図であり、(a)はその断面構造、図3(b)は表面から見た図、図3(c)は裏面から見た図である。 3A and 3B are diagrams showing a solar cell according to the present invention, in which FIG. 3A is a cross-sectional structure thereof, FIG. 3B is a diagram viewed from the front surface, and FIG.
図中、1は例えばp型シリコンの半導体基板、2は半導体基板1の表面側にリン原子などが高濃度に拡散され、半導体基板1との間にpn接合を形成した逆導電型領域、3は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜である。さらに、半導体基板1の表面側には表面電極5を設けるとともに、裏面側にはアルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域4aと、アルミニウムからなる裏面集電部4b、銀を主成分とする裏面電極6とを設けている。
In the figure,
半導体基板1は単結晶もしくは多結晶のシリコン基板であり、一主面である受光面(表面)と、他の一主面である非受光面(裏面)とを備えている。この基板はp型、n型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを15cm×15cm程度の大きさに切断して、300μm程度の厚みにスライスして、シリコン基板となる。なお、以下の説明は、入手が容易であり太陽電池としての製造方法も確立しているホウ素をドープしたp型の多結晶のシリコン基板1を用いた例によって行う。
The
シリコン基板1の表面側には、シリコン基板1の導電型と逆の導電型を有する半導体不純物、例えばリンなどが高濃度に拡散された逆導電型領域2が形成され、シリコン基板1との間にpn接合を形成している。また、シリコン基板1の表面側には反射防止膜3、表面電極5が設けられている。
A reverse
シリコン基板1の裏面側には、シリコン基板1の導電型と同じ導電型を有する半導体不純物、例えばアルミニウムが高濃度に拡散された裏面電界領域4aが形成され、裏面電極6が設けられている。
On the back surface side of the
表面電極は、図3(b)に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、スクリーン印刷法等により銀ペーストなどを塗布した後、焼成することで形成される。また、表面電極5は反射防止膜3の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表面電極5を形成する場合と、もしくは反射防止膜3の上から直接、表面電極5を焼き付けて形成する場合とがある。
As shown in FIG. 3B, the surface electrode is generally formed in a lattice shape, and is formed by baking after applying a silver paste or the like by a screen printing method or the like. Further, the
裏面側は、図3(c)に示すように、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストを塗布した後、700〜800℃で焼成することにより、シリコンの半導体基板1のシリコンにアルミニウムが拡散して、p型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域4aが形成される。裏面電界領域4aは発生したキャリアが裏面で再結合することを防ぐ効果があり、太陽電池で発生したキャリアを電界効果(BSF効果)により効率よく収集し、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 3C, the back side is coated with a metal paste containing aluminum powder by screen printing or the like, and then baked at 700 to 800 ° C., so that the silicon of the
なおこの、裏面電界領域4aは半導体基板1の裏面略全面に形成されることが多く、これを形成するのと同時に、シリコンと未反応のアルミニウムなどを主体とする裏面集電部4bを裏面に残し、これを裏面電極の一部として使用する場合もある。通常は、裏面に対してアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成して裏面電極6を形成する。
The back surface
なお、このようにして作製された銀を主成分とする表面電極5、裏面電極6の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆されることが多い。
In addition, the surface of the
また通常、太陽電池一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。本発明の太陽電池モジュールの一例として、図4を用いて説明する。この図は従来の一般的な太陽電池モジュールの説明において使用したものであるが、本発明は、太陽電池に特徴があるため、太陽電池モジュールの構造としては特に変化はない。 In general, since the electric output generated by one solar cell is small, it is necessary to connect a plurality of solar cells in series and parallel to constitute a solar cell module so that a practical electric output can be taken out. An example of the solar cell module of the present invention will be described with reference to FIG. Although this figure is used in the description of a conventional general solar cell module, since the present invention is characterized by a solar cell, there is no particular change in the structure of the solar cell module.
図4に示すように、ある太陽電池Xの表面電極と隣接する太陽電池Xの裏面電極とが例えば銅箔などからなるインナーリード9によって半田接続され、電気的に接続されている。そして、ガラスなどからなる透光性パネルと、裏面保護材12との間にエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などを主成分とする充填材11で気密に封入されて、太陽電池モジュールを構成している。太陽電池モジュールの出力は、出力配線13を経て端子ボックス14に接続されている。そしてこの端子ボックスからさらに外部の負荷に接続されている。
As shown in FIG. 4, the surface electrode of a certain solar cell X and the back electrode of the adjacent solar cell X are soldered and electrically connected by inner leads 9 made of, for example, copper foil. Then, the solar cell module is configured by being hermetically sealed with a
本発明にかかる太陽電池および太陽電池モジュールは以上のような構造を有しているが、以下、本発明にかかる太陽電池の構成について、その製造方法についての説明を交えながらさらに詳しく説明する。なお、以下説明する製造方法は、本発明の太陽電池および太陽電池モジュールを作製するための一例に過ぎず、この製造方法に限定されるものではない。 The solar cell and the solar cell module according to the present invention have the above-described structure. Hereinafter, the configuration of the solar cell according to the present invention will be described in more detail while explaining the manufacturing method. In addition, the manufacturing method demonstrated below is only an example for producing the solar cell and solar cell module of this invention, and is not limited to this manufacturing method.
上述のように、太陽電池の裏面電界領域4aは通常、半導体基板1と同一の導電型を形成する不純物を高濃度にドーピングすることによって作製する。例えば、半導体基板1がp型シリコン基板の場合、アルミニウムペーストを裏面全面に印刷し、焼成を行うことでアルミニウムとシリコンが合金を形成し、裏面電界領域4aとしての役割を担う。これは光の照射により基板内部で発生したキャリアの収集効率を向上させるための電界を形成するものであり、裏面にこうした裏面電界領域4aを設けることで長波長側の感度を向上させることができる。なお、この感度の違いは基板の厚みやドーピング濃度など、太陽電池の各パラメータによって変化する。
As described above, the back surface
それに対して、裏面電界領域4aがない部分では長波長側の感度が低くなり、特性が低下してしまう。そのため裏面電界領域4aは太陽電池の裏面全面に形成することが望ましい。
On the other hand, in the portion where the back surface
通常、例えばシリコン太陽電池の場合には、裏面にアルミニウムペーストを印刷して焼成を行うことで裏面電界領域4aを形成している。このときに印刷・焼成したアルミニウムはさらに裏面集電部4bとして利用できる。ただし、このアルミニウムの裏面集電部4bは焼成時の収縮により、時としてシリコン基板1の反りの原因になることがある。その場合にはこのアルミニウムの裏面集電部4bを除去して形成した裏面電界領域4aのみを残すこともできる。本発明はこの裏面集電部4bの有無とは無関係に効果を奏することができるので、以下、裏面集電部4bについては特に必要がない限り触れないが、存在していてもよいことはもちろんである。
Usually, for example, in the case of a silicon solar cell, the back surface
裏面電界領域4aを形成すると同時もしくはその後には、表面電極5とともに裏面電極6を形成する。これらの電極は通常、銀を含有したペーストである。受光面側に形成する表面電極5はpn接合面に十分に光を吸収するために電極面積はできるだけ少ない方が好ましいが、非受光面側に形成する裏面電極6はこの制約がないため、直列抵抗を十分に小さくするように大きな面積を取ることが一般的である。ただし、電極材料として主に用いられる銀は高価であるため、使用する量は少ない方がよい。この相反する要因から、一般的には受光面側の表面電極5の主電極よりも若干太い主電極を、裏面電極6に持たせることが多い。
At the same time as or after the formation of the back surface
この裏面電界領域4aは、シリコン表面に多量の不純物をドーピングしたものであることから非常に脆くなっており、この上に裏面電極6を形成した場合、脆くなった裏面電界領域4aの部分から局所的に剥がれやすいという問題がある。なお、裏面電界領域4aを形成する際に形成した裏面集電部4bのアルミニウムの上に形成した場合には、気孔率の高い裏面集電部4bのアルミニウムや脆くなった裏面電界領域4aのために、十分な密着強度が得られにくかった。
The back
そこで本発明は、この裏面電極6を以下に示すような構造とすることによってこれらの課題を一気に解決した。図1に本発明にかかる太陽電池の断面構造を示す。図1(a)は太陽電池の断面構造を示す模式図であり、(b)は、その一実施形態における(a)のA部の要部拡大図、(c)は別の実施形態における(a)のA部の要部拡大図である。
Therefore, the present invention solves these problems at once by making the
最初に本発明の参考例について図1(b)を用いて説明する。 First, a reference example of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の参考例にかかる裏面電極6の構造は、図1(b)に示すように、裏面電極6と半導体基板であるシリコン基板1とが裏面電界領域4aを介さずに直接接触したコンタクト部7を設けるとともに、このコンタクト部7を存在させる領域として、表面電極5の外郭形状を受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の外郭位置を示す線S1の内側に存在するようにしている。
As shown in FIG. 1B, the structure of the
具体的な裏面電極6の例について、図2に下面方向から見た斜視図を示す。この例では、裏面電極6を設けるに当たって、裏面電界領域4aを間に介さない窓状のコンタクト部7を設けている。
About the example of the specific
このように、裏面電極6と半導体基板であるシリコン基板1とが脆い裏面電界領域4aを介さずに直接接触したコンタクト部7が存在することによって、この裏面電極6は、シリコン基板1に対して合金層を形成するなどして、良好な密着強度を有するようになる。そして、このコンタクト部7は、裏面電界領域4aを介さないでシリコン基板1と接触しているので、長波長側の感度が低くなってしまい特性が低下してしまう。本発明の構成においては、このコンタクト部7が、表面電極5の外郭形状を受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の外郭位置を示す線S1の内側、すなわち表面電極5の陰となって実質的に光電変換に寄与しない部分に存在するので、太陽電池としての電気特性を低下させることなく電極の密着強度を増すことができる。
Thus, the
また、図3に示す本発明の太陽電池X同士をインナーリードで接続した本発明の太陽電池モジュールは、電極の密着強度を増加した太陽電池を用いていることから、太陽電池モジュールの電気特性を低下させることなく、作製工程における歩留まりが向上し、さらに太陽電池モジュールの長期信頼性も向上する。 Moreover, since the solar cell module of the present invention in which the solar cells X of the present invention shown in FIG. 3 are connected by inner leads uses a solar cell with increased adhesion strength of the electrodes, the electrical characteristics of the solar cell module are improved. Without lowering, the yield in the manufacturing process is improved, and the long-term reliability of the solar cell module is also improved.
次に本発明の実施形態について図1(c)を用いて説明する。なお、主要部は上記参考例と全く同様であるので異なる部分についてのみ説明する。 Next implementation mode of the present invention will be described with reference to FIG. 1 (c). Since the main part is exactly the same as the above-described reference example , only different parts will be described.
本発明の実施形態にかかる裏面電極6の構造は、図1(c)に示すように裏面電極6と半導体基板であるシリコン基板1とが裏面電界領域4aを介さずに直接接触したコンタクト
部7を設けるところまでは第一の実施形態と同様であるが、このコンタクト部7を存在させる領域として、表面電極5の外郭形状を受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の外郭位置を示す線S1から少数キャリア拡散長Lの長さだけさらに内側にずらした第二形状の外郭位置を示す線S2の内側に存在するようにしている。
Structure of the
ここで述べた少数キャリア拡散長Lは、半導体に注入された少数キャリアの拡散距離を表すものであり、この値が大きいときには、キャリアが再結合などによって失われることがなく、拡散によってより遠くに移動することができる。太陽電池の厚さレベルの少数キャリア拡散長Lを有する場合、例えば、表面電極5の近傍で発生した少数キャリアは、裏面電極6にまで移動することができる。逆に小さいときには、再結合などによって失われてしまう。典型的には、少数キャリア拡散長Lは数十から数百μmの値を有している。
The minority carrier diffusion length L described here represents the diffusion distance of minority carriers injected into the semiconductor. When this value is large, carriers are not lost due to recombination, etc. Can move. When the solar cell has a minority carrier diffusion length L of the thickness level, for example, minority carriers generated in the vicinity of the
上述に記載したような本発明の実施形態にかかる構成を有する太陽電池が効果を奏する理由については、以下のように推測する。 The reason why the solar cell having a structure according to the implementation embodiments of the present invention as described above is an effect is presumed as follows.
本発明の太陽電池において、主にpn接合部(逆導電型領域2とシリコン基板1との界面)において光照射により発生した少数キャリア(例えば、p型半導体基板では電子)は発生した後に、少数キャリア拡散長Lで規定される長さ程度の距離を拡散によって移動する。この少数キャリアについては、電界によるドリフトがかかっていない限り、基本的に等方向に拡散する。
In the solar cell of the present invention, minority carriers (for example, electrons in a p-type semiconductor substrate) generated by light irradiation mainly at a pn junction (an interface between the reverse
ここで図1(c)に示すように、表面電極5の陰となっている部分である第一形状の外郭位置を示す線S1の境界近傍で光照射によって発生した少数キャリアについては、拡散によって裏面電極6に到達したときに、表面電極5の陰となっている部分、すなわち線S1の内側(図1(c)においてS1の左側)にまで入り込んでくる可能性がある。
Here, as shown in FIG. 1 (c), minority carriers generated by light irradiation in the vicinity of the boundary of the line S1 indicating the outline position of the first shape, which is a portion behind the
このような場合、図1(b)に示した裏面電極6の構造では、このように外部から入り込んできた少数キャリアが、裏面電界領域4aを介さずに裏面電極6とシリコン基板1とが直接接触しているコンタクト部7に到達するので、このような少数キャリアは裏面電界領域4aによる効果を受けることができない。
In this case, in the structure of the
それに対して本発明では、第一形状の外郭位置を示す線S1から少数キャリア拡散長Lの長さだけさらに内側にずらした第二形状の外郭位置を示す線S2の内側に存在するようにしているので、拡散によって少数キャリアが裏面に到達したときに、表面電極5の陰の部分である第一形状の外郭位置を示す線S1の内側に入り込んできた少数キャリアの大部分は、このS1とS2との間に存在する裏面電界領域4aで確実に捕捉できるので、太陽電池の特性に与える悪影響を少なくすることができる。
On the other hand, in the present invention, it is arranged so as to exist inside the line S2 indicating the outline position of the second shape shifted further inward by the length of the minority carrier diffusion length L from the line S1 indicating the outline position of the first shape. Therefore, when the minority carriers reach the back surface by diffusion, most of the minority carriers that have entered the line S1 indicating the outline position of the first shape, which is the shaded portion of the
なお、第二の外郭位置を示す線S2の内側(図1(c)においてS2の左側)に少数キャリアが入り込む可能性はあるが、大部分は少数キャリア拡散長Lの長さ程度拡散した時点で再結合などによって失われるので、S2の内側に入り込む分はごくわずかとなり、問題とならない。 Note that minority carriers may enter inside the line S2 indicating the second outline position (left side of S2 in FIG. 1C), but most of the time when the minority carrier diffusion length L is diffused. Since it is lost due to recombination or the like, the amount entering the inside of S2 is negligible, and there is no problem.
なお、本発明において、太陽電池の少数キャリア拡散長Lは、元の半導体基板の少数キャリア拡散長とは異なり、「バルク基板領域部分を単独で取り出してその受光面側から測定した少数キャリア拡散長」と定義される。これは、太陽電池の製造工程を経て太陽電池素子として形成された太陽電池のバルク基板領域における少数キャリア拡散長Lを意味する。 In the present invention, the minority carrier diffusion length L of the solar cell is different from the minority carrier diffusion length of the original semiconductor substrate, and is “minority carrier diffusion length measured from the light receiving surface side by taking out the bulk substrate region alone. Is defined. This means the minority carrier diffusion length L in the bulk substrate region of the solar cell formed as a solar cell element through the solar cell manufacturing process.
少数キャリア拡散長の値は、シリコン基板を作製する前のインゴットの製造方法や基板の処理方法によっても変化するし、太陽電池を作製するセルプロセスにおける熱処理工程の条件や洗浄方法等によっても変化する。ここで定義したバルク基板領域についても、元の半導体基板と比較すれば、太陽電池の製造工程を通過しているので、その途中で熱処理・化学薬品処理などを複数回受けていることから、半導体特性が変化しており、このバルク基板領域における少数キャリア拡散長で定義することによって、本発明は意味を持つものとなる。 The value of the minority carrier diffusion length varies depending on the manufacturing method of the ingot before manufacturing the silicon substrate and the processing method of the substrate, and also varies depending on the conditions of the heat treatment step in the cell process for manufacturing the solar cell, the cleaning method, and the like. . The bulk substrate region defined here also passes through the solar cell manufacturing process compared to the original semiconductor substrate, so it has undergone multiple heat treatments and chemical treatments on its way, so the semiconductor The characteristics have changed, and the present invention is meaningful by defining it by the minority carrier diffusion length in the bulk substrate region.
なお、バルク基板領域部分を単独で取り出すためには、図3に示した太陽電池から、銀を主成分とする表面電極5および裏面電極6(アルミニウムを主成分とする裏面集電部4bが存在する場合も含む)については王水で溶解除去、SiNX膜などからなる反射防止膜3についてはHF液でエッチング除去、pn接合部、high−low接合部などを構成しているn型のシリコンである逆導電型領域2やp+型のシリコンとアルミニウム合金である裏面電界領域4aについては混酸でエッチング除去すれば、バルク基板領域部分のみを取り出し、基板状態に戻すことができる。
In addition, in order to take out a bulk substrate area | region part independently, from the solar cell shown in FIG. 3, the
そして、基板状態に戻したこのバルク基板領域部分を光入射面側から、例えば、SPV法によって少数キャリア拡散長Lを全面にわたって測定すればよい。 Then, the minority carrier diffusion length L may be measured over the entire surface of the bulk substrate region portion returned to the substrate state from the light incident surface side, for example, by the SPV method.
なお、本発明においては、少数キャリア拡散長Lの測定として、SPV法を用いて行うのが望ましい。その理由として、SPV法は、非接触非破壊の測定法である、短時間に高精度で測定ができる、試料の前処理が不要、表面状態の影響を受けにくい、などの優れた点を有し、本発明の効果を再現性よく得ることができるからである。 In the present invention, the minority carrier diffusion length L is preferably measured using the SPV method. The SPV method is superior in that it is a non-contact non-destructive measurement method, can be measured with high accuracy in a short time, does not require sample pretreatment, and is not easily affected by surface conditions. This is because the effects of the present invention can be obtained with good reproducibility.
なお、本発明において、SPV法を用いる場合、再現性よく評価するために、
(1)測定光波長が、試料の厚さに比べて十分小さいこと、具体的には、1/4以下であること
(2)表面状態を一定にするため鏡面状態で測定を行うこと、具体的には、混酸(HF:HNO3=1:3〜1:4で混合したもの)でエッチング除去して、エッチング面を鏡面状態とすること
(3)表面処理後、1週間以上大気中で放置して処理表面状態が安定化してから測定を行うこと
が必要である。
In the present invention, when using the SPV method, in order to evaluate with good reproducibility,
(1) The measurement light wavelength is sufficiently smaller than the thickness of the sample, specifically, 1/4 or less. (2) Measurement is performed in a mirror state to make the surface state constant. Specifically, etching is removed with a mixed acid (mixed with HF: HNO 3 = 1: 3 to 1: 4), and the etched surface is made into a mirror surface state. (3) After the surface treatment, in the atmosphere for one week or more. It is necessary to perform the measurement after the treatment surface state is stabilized by leaving it to stand.
測定を行うデータ数は、バルク基板領域部分のサイズと、測定サイズ(例えば、SPV法による測定光のスポット径)から定まる最大測定点数の1/4以上とすればよい。例えば、150mm角のバルク基板領域部分を6mm径の測定光スポットサイズを有するSPV法で測定する場合、最大測定点数は、(150/6)×(150/6)=25点×25点=625点となるが、これに対して、625点/4≒157点以上とすればよく、例えば、13点×13点=169点の測定を行うことによって、十分信頼性のある測定を行うことができ、測定に必要な時間も短縮できる。 The number of data to be measured may be ¼ or more of the maximum number of measurement points determined from the size of the bulk substrate region portion and the measurement size (for example, spot diameter of measurement light by SPV method). For example, when a 150 mm square bulk substrate region portion is measured by the SPV method having a measurement light spot size of 6 mm diameter, the maximum number of measurement points is (150/6) × (150/6) = 25 points × 25 points = 625 On the other hand, it is sufficient to set 625 points / 4≈157 points or more. For example, by performing measurement of 13 points × 13 points = 169 points, sufficiently reliable measurement can be performed. And the time required for measurement can be shortened.
なお、このように被測定体の複数ポイントを測定して得られた少数キャリア拡散長より、例えば、その平均値を、この被測定体の少数キャリア拡散長として採用することが望ましい。また、最大値を少数キャリア拡散長として採用してもよく、より確実に本発明の効果を得ることができる。 Note that it is desirable to employ, for example, the average value as the minority carrier diffusion length of the measured object from the minority carrier diffusion length obtained by measuring a plurality of points of the measured object in this way. Further, the maximum value may be adopted as the minority carrier diffusion length, and the effect of the present invention can be obtained more reliably.
図1(b)、図1(c)に示した本発明にかかるコンタクト部7を有する裏面電極6を作製するためには、例えば、裏面電界領域4aを形成するときに、アルミニウムペーストを印刷・焼成する際にシリコン基板1の裏面の略全面に印刷する代わりに、このコンタクト部7を設けたい位置をパターンで抜いておいて印刷・焼成してシリコン基板1が外部に露出した領域を形成しておき、その露出領域に接触するように銀ペーストを印刷・焼成して裏面電極6を形成すればよい。このコンタクト部7を設ける基板露出領域を形成する方法としては、この方法に限定されるものではなく、レジストを塗布して、所定形状のマスクを通して露光することによって、レジストを硬化させ、未硬化部分を現像で除去した後、エッチングなどの所定方法によって基板露出領域を形成してもよい。また、感光性を有するペーストを用いて所定形状としてもよい。
In order to fabricate the
また表面電極5は、図3(b)に示すように、通常は、フィンガー電極と呼ばれる150μm〜200μm程度の幅を有する多数の細い電極と、バスバー電極と呼ばれる1mm程度の太い電極(例えば、図に示すように太陽電池セル当たり2本設けている)との組合せが用いられることが多いが、表面電極5の中でもバスバー電極の裏面側の位置に上述のような形状としてコンタクト部7を形成することが望ましい。これによって、裏面電極6とシリコン基板1との密着強度を十分強いものとすることができる。
Further, as shown in FIG. 3B, the
以上、本発明にかかる構成を有した太陽電池および太陽電池モジュールは、従来の問題点が解決され、pn接合型太陽電池において、裏面電界領域による電界効果を損なうことなく、なおかつ十分な電極強度を有するとともに長期信頼性に優れたものとなる。 As described above, the solar cell and the solar cell module having the configuration according to the present invention have solved the conventional problems, and in the pn junction type solar cell, the electrode effect is sufficient without impairing the electric field effect due to the back surface electric field region. And long-term reliability.
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。 It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
さらに、上述の説明では、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して裏面電極6を形成する工程において、金属ペーストとしては、銀を主成分とする銀ペーストを用いて行った例によって説明したが、これに限るものではなく、銀以外に、白金、金、銅などの導電抵抗の低い金属を主成分とする金属ペーストを用いても構わない。
Furthermore, in the above description, in the step of forming the
また、上述の説明では、所定の金属ペーストを塗布・焼成して本発明にかかる裏面電極を形成する工程と、表面電極5を形成する工程を別々に塗布・焼成した例によって説明したがこれに限るものではなく、同時に焼成しても構わない。同時に焼成すれば、工程を短縮して、高い生産性を得ることができる。
Further, in the above description, the process of forming and applying the predetermined metal paste to form the back electrode according to the present invention and the process of forming the
そして、すでに述べたように、裏面集電部4bであるアルミニウムを主成分とする電極を設けても設けなくても構わないし、また形状は図に示されたものに限定されるものではない。図に示したように略全面に形成された形状でも構わないし、反りの低減のため、ライン状、格子状、ドット状に形成された形状のものに使用してもよい。
And as already stated, it is not necessary to provide the electrode which has aluminum as a main component which is the back surface
さらに上述の説明では、半導体基板1として、シリコン基板を用いた例によって説明したが、これに限るものではなく、光電変換機能を有する半導体基板であれば、いかなるものであっても本発明の効果を奏しうる。その例としては、例えばGaAsなどの化合物半導体基板を挙げることができる。
Further, in the above description, the example in which the silicon substrate is used as the
また、上述の説明では、主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して本発明にかかる裏面電界領域4aを形成する工程と、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して裏面電極6を形成する工程とで、別々に塗布・焼成して電極を形成した例によって説明したがこれに限るものではなく、同時に焼成しても構わない。同時に焼成すれば、工程を短縮して、高い生産性を得ることができる。
In the above description, a step of applying and baking an aluminum paste containing aluminum powder as a main component to form the back surface
そして、上述の説明では、主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して本発明にかかる裏面電界領域4aを形成する工程が、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して裏面電極6を形成する工程よりも先に行うような例によって説明したがこれに限るものではなく、これらの工程の順番を入れ替えても構わない。
In the above description, the step of applying and baking the aluminum paste containing aluminum powder as the main component to form the back surface
さらに、太陽電池の製造方法についても上述の方法に限定されるものではなく、本発明の構成を得るために、別の方法を用いても構わない。例えば、所定の金属ペーストの印刷・焼成によって表面電極5、裏面電極6を得る代わりに、CVD法やPVD法などの薄膜を形成する手法を用いてこれらの電極を形成しても構わない。
Furthermore, the manufacturing method of the solar cell is not limited to the above-described method, and another method may be used to obtain the configuration of the present invention. For example, instead of obtaining the
例えば、上述の説明では、キャスト法を用いた多結晶シリコン基板を例にとって説明したが、多結晶シリコン基板はキャスト法に限る必要はなく、その他の手法による多結晶シリコン基板一般に適用できる。また多結晶シリコン基板に限定されるものではなく、太陽電池級単結晶シリコン基板に代表される単結晶シリコン基板にも適用できる。また結晶シリコン基板に限定される必要はなく、結晶質シリコン薄膜であってもよい。 For example, in the above description, the polycrystalline silicon substrate using the cast method has been described as an example. However, the polycrystalline silicon substrate is not limited to the cast method, and can be applied to a general polycrystalline silicon substrate by other methods. Further, the present invention is not limited to a polycrystalline silicon substrate, and can be applied to a single crystal silicon substrate typified by a solar cell grade single crystal silicon substrate. Moreover, it is not necessary to be limited to a crystalline silicon substrate, and a crystalline silicon thin film may be used.
また上述の説明では、少数キャリア拡散長を用いて説明したが、この少数キャリア拡散長と比例関係にある少数キャリアライフタイムを用いても同様な説明が可能である。少数キャリアライフタイムの測定は例えばμPCD法(マイクロ波光導電率減衰法)で測定できる。 In the above description, the minority carrier diffusion length is used. However, the same explanation can be made using a minority carrier lifetime that is proportional to the minority carrier diffusion length. The minority carrier lifetime can be measured, for example, by the μPCD method (microwave photoconductivity decay method).
1:半導体基板(シリコン基板)
2:逆導電型領域
3:反射防止膜
4a:裏面電界領域(BSF領域)
4b:裏面集電部
5:表面電極
6:裏面電極
7:コンタクト部
9:インナーリード
10:透光性パネル
11:充填材
12:裏面保護材
13:出力配線
14:端子ボックス
L:少数キャリア拡散長
S1:第一形状の外郭位置を示す線
S2:第二形状の外郭位置を示す線
X:太陽電池
1: Semiconductor substrate (silicon substrate)
2: Reverse conductivity type region 3:
4b: Back surface current collector 5: Front surface electrode 6: Back surface electrode 7: Contact portion 9: Inner lead 10: Translucent panel 11: Filler 12: Back surface protective material 13: Output wiring 14: Terminal box L: Minority carrier diffusion Length S1: Line indicating the outline position of the first shape S2: Line X indicating the outline position of the second shape: Solar cell
Claims (6)
前記受光面側に形成された、前記半導体基板と逆の導電型を有する逆導電型領域と、
前記受光面側に形成された表面電極と、
前記非受光面側に形成された、前記半導体基板と同じ導電型を有する裏面電界領域と、
前記非受光面側に形成された裏面電極と、
前記裏面電極と前記半導体基板とが前記裏面電界領域を介さずに接触したコンタクト部であって、前記表面電極の外郭形状を前記受光面に対して直交する方向に投影した第一形状の内側に存在するコンタクト部と、を備え、
前記半導体基板は、光活性領域であるバルク基板領域部分を有し、
前記コンタクト部は、前記第一形状の外郭から、前記バルク基板領域部分を単独で取り出してその受光面側から測定した少数キャリア拡散長の長さだけ内側にずらした第二形状の内側に存在する太陽電池。 A semiconductor substrate having one conductivity type having a light receiving surface and a non-light receiving surface;
A reverse conductivity type region having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, formed on the light receiving surface side;
A surface electrode formed on the light receiving surface side;
A back surface electric field region having the same conductivity type as the semiconductor substrate, formed on the non-light-receiving surface side;
A back electrode formed on the non-light-receiving surface side;
The contact portion in which the back electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other without passing through the back surface electric field region, and the inner shape of the outer shape of the front electrode is projected in a direction orthogonal to the light receiving surface. An existing contact part ,
The semiconductor substrate has a bulk substrate region portion that is a photoactive region;
The contact portion is present inside the second shape, which is taken out from the outer shape of the first shape alone and is shifted inward by the length of the minority carrier diffusion length measured from the light receiving surface side of the bulk substrate region portion. Solar cell.
一の前記太陽電池の前記表面電極と他の前記太陽電池の前記裏面電極とを電気的に接続したインナーリードと、を備えた太陽電池モジュール。 A plurality of solar cells including the solar cell according to any one of claims 1 to 5 ;
The solar cell module provided with the inner lead which electrically connected the said surface electrode of one said solar cell, and the said back surface electrode of another said solar cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004021175A JP4761714B2 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Solar cell and solar cell module using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004021175A JP4761714B2 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Solar cell and solar cell module using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005217131A JP2005217131A (en) | 2005-08-11 |
JP4761714B2 true JP4761714B2 (en) | 2011-08-31 |
Family
ID=34904900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004021175A Expired - Fee Related JP4761714B2 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Solar cell and solar cell module using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4761714B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI449183B (en) * | 2007-06-13 | 2014-08-11 | Schott Solar Ag | Semiconductor component and method for producing a metal-semiconductor contact |
CN101765920B (en) * | 2007-07-30 | 2012-05-30 | 京瓷株式会社 | Solar cell module |
DE102011016335B4 (en) * | 2011-04-07 | 2013-10-02 | Universität Konstanz | Nickel-containing and corrosive printable paste and method for forming electrical contacts in the manufacture of a solar cell |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002280431A (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Method for measuring diffusion length of minority carries of n-type wafer |
JP4212292B2 (en) * | 2002-04-10 | 2009-01-21 | シャープ株式会社 | Solar cell and manufacturing method thereof |
JP2002359388A (en) * | 2002-05-28 | 2002-12-13 | Kyocera Corp | Solar battery device |
-
2004
- 2004-01-29 JP JP2004021175A patent/JP4761714B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005217131A (en) | 2005-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180233621A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
CN109728103B (en) | Solar cell | |
EP2717325B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing a solar cell | |
JP5258325B2 (en) | Solar cell module | |
US7910823B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
CN102396073B (en) | Photvoltaic device and manufacture method thereof | |
JP5626361B2 (en) | SOLAR CELL, SOLAR CELL MODULE, AND SOLAR CELL MANUFACTURING METHOD | |
US20090139570A1 (en) | Solar cell and a manufacturing method of the solar cell | |
US9209342B2 (en) | Methods of manufacturing light to current converter devices | |
JP6104037B2 (en) | Photovoltaic device, manufacturing method thereof, and photovoltaic module | |
JP2009152222A (en) | Manufacturing method of solar cell element | |
JP2006270043A (en) | Solar cell module | |
US20160197207A1 (en) | Solar cell, solar cell module, and manufacturing method of solar cell | |
JP2013239476A (en) | Photovoltaic device and method of manufacturing the same, and photovoltaic module | |
JP2008270743A5 (en) | ||
KR101597532B1 (en) | The Manufacturing Method of Back Contact Solar Cells | |
KR101878397B1 (en) | Solar cell and method for fabricating the same | |
US8637948B2 (en) | Photovoltaic device | |
Schultz et al. | Silicon solar cells with screenprinted front side metallization exceeding 19% efficiency | |
JP4761714B2 (en) | Solar cell and solar cell module using the same | |
JP2003224289A (en) | Solar cell, method for connecting solar cell, and solar cell module | |
JP4467337B2 (en) | Solar cell module | |
JP5501549B2 (en) | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion module composed thereof | |
KR101889776B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same, and solar cell module | |
KR101708242B1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100427 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100623 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110510 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110607 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4761714 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |