JP5261110B2

JP5261110B2 - 太陽電池の製造方法及び太陽電池

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Publication number: JP5261110B2
Application number: JP2008250737A
Authority: JP
Inventors: 大輔井手
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: US20100078069A1; JP2010080888A; US9246034B2

Description

本発明は、裏面接合型の太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。このような太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。そのため、家屋やビル等の電力源（エネルギー源）として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を電気的に接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。

従来、受光面積の拡大を目的として、半導体基板の裏面側に複数本のｎ型領域と複数本のｐ型領域とが交互に形成された、いわゆる裏面接合型の太陽電池が知られている。ｎ型領域上には、透明導電層と導電層とによって構成される収集電極が形成される。当該収集電極は、ｎ型領域からキャリア（電子）を収集する。同様に、ｐ型領域上にも、透明導電層と導電層とによって構成される収集電極が形成される。当該収集電極は、ｐ型領域からキャリア（正孔）を収集する。

このようなｎ型領域、ｐ型領域及び透明導電層は、一般的に、メタルマスクを用いて所定のパターンで形成することができる（例えば、特許文献１参照）。メタルマスクを用いる場合には、所定のパターンの位置精度が高いという利点がある。なお、導電層は、印刷法やスパッタリング法によって形成することができる。
特開２００５−１０１４２７号公報

ここで、キャリアの収集効率を向上させるには、ｎ型領域とｐ型領域との間隔を狭くすることが好ましい。しかしながら、メタルマスクの開口部を微細に形成すれば、強度の低下によってメタルマスクに破損や曲がり（浮き）が生じ、半導体基板表面に傷をつけてしまう、或いはパターンがずれてしまうという問題があった。そのため、メタルマスクを用いてｎ型領域とｐ型領域とを微細に形成するにも限界があった。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、微細に形成されたｎ型領域とｐ型領域とを有する太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することを目的とする。

本発明の特徴に係る太陽電池の製造方法は、受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する半導体基板を備える太陽電池の製造方法であって、裏面側に一導電型半導体層を所定の方向に沿って形成する工程Ａと、裏面側に他導電型半導体層を所定の方向に沿って形成する工程Ｂと、一導電型半導体層上及び他導電型半導体層上それぞれに導電性ペーストを用いて導電層を形成する工程Ｃとを備え、工程Ａにおいて、一導電型半導体層を、所定の方向に沿って配置される複数の島状半導体層を有するように形成し、工程Ｃにおいて、一導電型半導体層上に形成される導電層を、印刷法を用いて複数の島状半導体層上に跨るように形成することを要旨とする。

本発明の特徴に係る太陽電池の製造方法によれば、一導電型半導体層を複数の島状半導体層を有するように形成するので、メタルマスクを用いても一導電型半導体層の線幅を細くすることができる。また、印刷法を用いて導電層を形成するので、複数の島状ｎ型非晶質半導体層を跨るように線幅の細い導電層を形成することができる。従って、高い変換効率を有する太陽電池を製造することができる。

本発明の特徴では、工程Ａにおいて、複数の島状半導体層に対応する複数の開口部と、互いに隣接する開口部間を接続する渡り部とを有するメタルマスクを用いて、一導電型半導体層を形成してもよい。

本発明の特徴では、半導体基板として一導電型を有する基板を用い、工程Ｂにおいて、他導電型半導体層を、一導電型半導体層の幅よりも大きい幅に形成してもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池は、受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する半導体基板と、裏面側において、所定の方向に沿って形成される一導電型半導体層と、裏面側において、所定の方向に沿って形成される他導電型半導体層と、一導電型半導体層上及び他導電型半導体層上それぞれに形成される導電層とを備え、一導電型半導体層は、所定の方向に沿って配置される複数の島状半導体層を有し、一導電型半導体層上に形成される導電層は、導電性ペーストを用い、複数の島状半導体層上に跨っていることを要旨とする。

本発明の特徴において、半導体基板は、一導電型を有し、他導電型半導体層は、一導電型半導体層の幅よりも大きい幅を有していてもよい。

本発明によれば、微細に形成されたｎ型領域とｐ型領域とを有する太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することを目的とする。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池の構成）
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、太陽電池１００の裏面側の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、太陽電池１００は、ｎ型半導体基板１０、ｉ型非晶質半導体層１１、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ、ｐ型非晶質半導体層１２ｐ、ｎ側収集電極１３ｎ及びｐ側収集電極１３ｐを備える。

ｎ型半導体基板１０は、光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。ｎ型半導体基板１０は、ｎ型ドーパントをドープされた半導体材料によって構成される。このような半導体材料としては、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料などの一般的な半導体材料を用いることができる。ｎ型半導体基板１０は、受光により光生成キャリア（正孔及び電子）を生成する。なお、ｎ型半導体基板１０の導電型はｎ型であるため、光生成キャリアのうち電子は多数キャリアであり、正孔は少数キャリアである。

ｉ型非晶質半導体層１１は、図１に示すように、ｎ型半導体基板１０の裏面略全面を覆うように形成される。ｉ型非晶質半導体層１１は、ドーパントを添加せず、或いは微量のドーパントを添加することによって形成される真性な非晶質半導体層である。ｉ型非晶質半導体層１１は、膜中に水素を含有しており、ｎ型半導体基板１０の裏面において光生成キャリアが再結合することを抑制するパッシベーション性を有する。

ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｉ型非晶質半導体層１１上において、第１方向に沿って形成される。ｎ型非晶質半導体層１２ｎには、ｎ型半導体基板１０から多数キャリアである電子が集められる。

ここで、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、図１に示すように、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１によって構成される。各島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１は、第１方向に沿って配置される。図３は、図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。図３に示すように、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１は、ｎ型半導体基板１０の第１方向中央において、間隔Ｌｎ_１で離間している。

ｐ型非晶質半導体層１２ｐは、図１に示すように、ｉ型非晶質半導体層１１上において、第１方向に沿って形成される。ｐ型非晶質半導体層１２ｐには、ｎ型半導体基板１０から少数キャリアである正孔が集められる。

ｎ型非晶質半導体層１２ｎとｐ型非晶質半導体層１２ｐとは、図１に示すように、第１方向に略直交する第２方向において交互に設けられる。また、図２に示すように、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの線幅Ｌｎは、ｐ型非晶質半導体層１２ｐの線幅Ｌｐよりも小さい。ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｎ型半導体基板１０の多数キャリアである電子を収集する。このため、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの線幅を小さくしても収集効率は低下しない。また、ｐ型非晶質半導体層１２ｐは、ｎ型半導体基板１０の少数キャリアである正孔を収集する。このため、ｐ型非晶質半導体層１２ｐの線幅を大きくすることで収集効率を向上させることができる。

ｎ側収集電極１３ｎは、ｎ型半導体基板１０から電子を収集する収集電極である。ｎ側収集電極１３ｎは、図１に示すように、第１方向に沿って形成される。ｎ側収集電極１３ｎは、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１上に跨って形成される。

また、ｎ側収集電極１３ｎは、図２に示すように、ｎ側透明導電層１３ｎ_１とｎ側導電層１３ｎ_２とによって構成される。ｎ側透明導電層１３ｎ_１は、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１上に形成される。ｎ側導電層１３ｎ_２は、ｎ側透明導電層１３ｎ_１上に形成される。また、ｎ側導電層１３ｎ_２は、図３に示すように、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の間でｉ型非晶質半導体層１１上に形成されている。ｎ側透明導電層１３ｎ_１は、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物によって形成される。ｎ側導電層１３ｎ_２は、熱硬化型樹脂と複数の導電性フィラーとによって構成される熱硬化型樹脂ペーストによって形成される。導電性フィラーとしては、銀粒子などを用いることができる。

ｐ側収集電極１３ｐは、ｎ型半導体基板１０から正孔を収集する収集電極である。ｐ側収集電極１３ｐは、図１に示すように、ｐ型非晶質半導体層１２ｐ上において、第１方向に沿って形成される。

また、ｐ側収集電極１３ｐは、図２に示すように、ｐ側透明導電層１３ｐ_１とｐ側導電層１３ｐ_２とによって構成される。ｐ側透明導電層１３ｐ_１は、ｐ型非晶質半導体層１２ｐ上に形成される。ｐ側導電層１３ｐ_２は、ｐ側透明導電層１３ｐ_１上に形成される。ｐ側透明導電層１３ｐ_１は、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物によって形成される。ｐ側導電層１３ｐ_２は、熱硬化型樹脂と複数の導電性フィラーとによって構成される熱硬化型樹脂ペーストによって形成される。

（太陽電池の製造方法）
次に、太陽電池１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

まず、ｎ型半導体基板１０の裏面略全面に、ＣＶＤ法を用いて、ｉ型非晶質半導体層１１を形成する。

次に、ｉ型非晶質半導体層１１上にメタルマスクＭ１を被せ、ＣＶＤ法を用いて、島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１を形成する。図４は、メタルマスクＭ１の平面図である。図４に示すように、メタルマスクＭ１は、複数の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の形成パターンに応じた複数の開口部Ｈ１を有する。また、メタルマスクＭ１は、第１方向に沿って並んだ２つの開口部Ｈ１の間に形成される渡り部Ｐを有する。渡り部Ｐは、メタルマスクＭ１の強度を全体的に向上する機能を有する。また、複数の開口部Ｈ１の幅はＬｎである（図２参照）。このようなメタルマスクＭ１を用いることによって、図５に示すように、第１方向に沿って配置された２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１を有するｎ型非晶質半導体層１２ｎが形成される。

次に、ｉ型非晶質半導体層１１上にメタルマスクＭ２を被せ、ＣＶＤ法を用いて、ｐ型非晶質半導体層１２ｐを形成する。図６は、メタルマスクＭ２の平面図である。図６に示すように、メタルマスクＭ２は、複数のｐ型非晶質半導体層１２ｐの形成パターンに応じた複数の開口部Ｈ２を有する。複数の開口部Ｈ２の幅はＬｐである（図２参照）。このようなメタルマスクＭ２を用いることによって、図７に示すように、ｐ型非晶質半導体層１２ｐが、第１方向に沿って形成される。

次に、ｉ型非晶質半導体層１１上にメタルマスクＭ３を被せ、スパッタリング法を用いて、ｎ側透明導電層１３ｎ_１及びｐ側透明導電層１３ｐ_１を形成する。図８は、メタルマスクＭ３の平面図である。図８に示すように、メタルマスクＭ３は、複数の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の形成パターンに応じた複数の開口部Ｈ３と、ｐ型非晶質半導体層１２ｐの形成パターンに応じた開口部Ｈ４とを有する。ただし、ｎ側透明導電層１３ｎ_１が島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１上から漏れないように、開口部Ｈ３の寸法は、上述の開口部Ｈ１の寸法よりも小さいことが好ましい。また、ｐ側透明導電層１３ｐ_１がｐ型非晶質半導体層１２ｐ上から漏れないように、開口部Ｈ４の寸法は、上述の開口部Ｈ２の寸法よりも小さいことが好ましい。

ここで、図８に示すように、メタルマスクＭ３は、第１方向に沿って並んだ２つの開口部Ｈ３の間に形成される渡り部Ｐを有する。渡り部Ｐは、メタルマスクＭ３の強度を全体的に向上させる機能を有する。このようなメタルマスクＭ３を用いることによって、図９に示すように、ｎ側透明導電層１３ｎ_１及びｐ側透明導電層１３ｐ_１が、第１方向に沿って形成される。

次に、ｎ側透明導電層１３ｎ_１上及びｐ側透明導電層１３ｐ_１上に、スクリーン印刷法などの印刷法を用いて、熱硬化型樹脂ペーストを配置する。これによって、ｎ側導電層１３ｎ_２とｐ側導電層１３ｐ_２とが形成される。この際、第１方向に沿って並んだ２本のｎ側透明導電層１３ｎ_１間にも熱硬化型樹脂ペーストを配置する（図２参照）。従って、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１は、２本のｎ側透明導電層１３ｎ_１を介して、ｎ側導電層１３ｎ_２によって電気的に接続される。

次に、熱硬化型樹脂ペーストを３００℃以下で加熱することによって、熱硬化型樹脂ペーストに含まれる有機溶剤を蒸発させる。これによって、熱硬化型樹脂ペーストを硬化させる。この際、熱硬化型樹脂ペーストは、３００℃以下の低温で加熱されるため、導電性フィラーは合金化されない。そのため、熱硬化型樹脂ペーストとｉ型非晶質半導体層１１とは電気的に分離される。従って、ｎ側導電層１３ｎ_２とｎ型半導体基板１０との間にリーク電流は発生しない。

（作用及び効果）
本実施形態に係る太陽電池１００の製造方法において、メタルマスクＭ１は、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の形成パターンに応じた２つの開口部Ｈ１と、２つの開口部Ｈ１の間に形成され渡り部Ｐとを有する。そのため、各開口部Ｈ１の幅を狭くしても、メタルマスクＭ１の強度を維持することができる。その結果、ｎ型非晶質半導体層１２ｎを微細に形成することができるとともに、基板の傷つきや形成パターンのずれの発生を抑制できる。また、本実施形態に係る太陽電池１００の製造方法では、印刷法を用いてｎ側導電層１３ｎ_２を形成するので、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１を跨るように線幅の細いｎ側導電層１３ｎ_２を形成することができる。従って、高い変換効率を有する太陽電池を製造することができる。

また、メタルマスクＭ３は、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の形成パターンに応じた２つの開口部Ｈ３と、２つの開口部Ｈ３の間に形成される渡り部Ｐとを有する。そのため、開口部Ｈ３及び開口部Ｈ４の幅や開口部Ｈ３と開口部Ｈ４との間隔を狭くしても、メタルマスクＭ３の強度を維持することができるとともに、基板の傷つきや形成パターンのずれの発生を抑制できる。その結果、ｎ側透明導電層１３ｎ_１及びｐ側透明導電層１３ｐ_１を微細に形成することができる。

また、ｎ側導電層１３ｎ_２は、低温で硬化可能な熱硬化型樹脂ペーストによって構成される。従って、２つの開口部Ｈ３に対応して形成される２本のｎ側透明導電層１３ｎ_１の間において、ｎ側導電層１３ｎ_２がｉ型非晶質半導体層１１と直接接触していても、ｉ型非晶質半導体層１１を低抵抗化することがなく、ｎ側導電層１３ｎ_２とｎ型半導体基板１０との間にリーク電流が発生することを回避できる。

また、ｐ型非晶質半導体層１２ｐの線幅Ｌｐは、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの線幅Ｌｎよりも大きい。従って、ｎ型半導体基板１０によって生成されるキャリアのうち少数キャリアである正孔を効率的にｐ型非晶質半導体層１２ｐに集めることができる。そのため、太陽電池１００全体としてのキャリア収集効率をより向上させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、ｎ型半導体基板１０の裏面上に、ＣＶＤ法によって、ｎ型非晶質半導体層１２ｎとｐ型非晶質半導体層１２ｐとを形成することとしたが、ｎ型半導体基板１０の裏面側に熱拡散法によってｎ型半導体層とｐ型半導体層とを形成してもよい。

また、上記実施形態では特に触れていないが、太陽電池１００の裏面のうち第１方向一端部において、ｎ型非晶質半導体層とｎ側収集電極とを第２方向に沿って順次形成するとともに、太陽電池１００の裏面のうち第１方向他端部において、ｐ型非晶質半導体層とｐ側収集電極とを第２方向に沿って順次形成してもよい。これによって、太陽電池１００の裏面全面からキャリアを収集することができるため、キャリア収集効率をさらに向上させることができる。

また、上記実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、２本の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１を有することとしたが、これに限られるものではない。ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、３本以上の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１を有していてもよい。なお、ｎ型非晶質半導体層１２ｎが有する島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１の数が多いほど、メタルマスクＭ３は多くの渡り部Ｐを有することとなる。そのため、メタルマスクＭ３の強度をさらに向上させることができる。

また、上記実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎが複数の島状ｎ型非晶質半導体層１２ｎ_１から構成されることとしたが、ｐ型非晶質半導体層１２ｐが複数の島状ｐ型非晶質半導体層から構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、ｎ側導電層１３ｎ_２及びｐ側導電層１３ｐ_２は、印刷法を用いて熱硬化型樹脂ペーストを配置することによって形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、ｎ側導電層１３ｎ_２及びｐ側導電層１３ｐ_２は、メタルマスクを用いない製法によって形成されればよく、また、熱硬化型樹脂ペースト以外の他の導電性ペーストを用いて形成されてもよい。

また、上記実施形態では、太陽電池１００の裏面略全面にｉ型非晶質半導体層１１を形成することとしたが、ｉ型非晶質半導体層１１は形成されなくてもよい。この場合であっても、熱硬化型樹脂ペーストは合金化されないため、ｎ側導電層１３ｎ_２とｎ型半導体基板１０との間にリーク電流が発生することを回避できる。

また、上記実施形態において、「非晶質」には、微小な結晶粒を含むものも含まれており、また、「半導体」には、シリコンやシリコンカーバイドなど一般的に用いられる半導体が含まれている。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る太陽電池１００の裏面側の平面図である。図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。本発明の実施形態に係るメタルマスクＭ１の平面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るメタルマスクＭ２の平面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るメタルマスクＭ３の平面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…ｎ型半導体基板
１１…ｉ型非晶質半導体層
１２ｎ…ｎ型非晶質半導体層
１２ｎ_１…型非晶質半導体層
１２ｐ…ｐ型非晶質半導体層
１３ｎ…ｎ側収集電極
１３ｎ_１…ｎ側透明導電層
１３ｎ_２…ｎ側導電層
１３ｐ…ｐ側収集電極
１３ｐ_１…ｐ側透明導電層
１３ｐ_２…ｐ側導電層
１００…太陽電池
Ｈ１〜４…開口部
Ｍ１〜３…メタルマスク
Ｐ…渡り部

Claims

受光面と、前記受光面の反対側に設けられる裏面とを有する半導体基板と、前記裏面の略全面を覆うｉ型非晶質半導体層と、を備える太陽電池の製造方法であって、
前記i型非晶質半導体層上に一導電型半導体層を所定の方向に沿って形成する工程Ａと、
前記i型非晶質半導体層上に他導電型半導体層を前記所定の方向に沿って形成する工程Ｂと、
前記一導電型半導体層上及び前記他導電型半導体層上それぞれに導電性ペーストを用いて導電層を形成する工程Ｃと
を備え、
前記工程Ａにおいて、前記一導電型半導体層を、前記所定の方向に沿って配置される複数の島状半導体層を有するように形成し、
前記工程Ｃにおいて、前記一導電型半導体層上に形成される前記導電層を、印刷法を用いて前記複数の島状半導体層上に跨るとともに、前記複数の島状半導体層のそれぞれの間において前記ｉ型非晶質半導体層と接するように形成する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記工程Ａにおいて、
前記複数の島状半導体層に対応する複数の開口部と、互いに隣接する開口部間を接続する渡り部とを有するメタルマスクを用いて、前記一導電型半導体層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記半導体基板として一導電型を有する基板を用い、
前記工程Ｂにおいて、
前記他導電型半導体層を、前記一導電型半導体層の幅よりも大きい幅に形成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
受光面と、前記受光面の反対側に設けられる裏面とを有する半導体基板と、
前記裏面の略全面を覆うｉ型非晶質半導体層と、
前記ｉ型非晶質半導体層上において、所定の方向に沿って形成される一導電型半導体層と、
前記ｉ型非晶質半導体層上において、前記所定の方向に沿って形成される他導電型半導体層と、
前記一導電型半導体層上及び前記他導電型半導体層上それぞれに形成される導電層と
を備え、
前記一導電型半導体層は、前記所定の方向に沿って配置される複数の島状半導体層を有し、
前記一導電型半導体層上に形成される前記導電層は、導電性ペーストを用い、前記複数の島状半導体層上に跨るとともに、前記複数の島状半導体層のそれぞれの間において前記i型非晶質半導体層と接している
ことを特徴とする太陽電池。
前記半導体基板は、一導電型を有し、
前記他導電型半導体層は、前記一導電型半導体層の幅よりも大きい幅を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。