JP5325349B1 - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
第一導電層71上には、絶縁層9が形成される。ここで、第一導電層71が所定のパターン(例えば櫛形)に形成された場合、光電変換部50の表面上には、第一導電層が形成されている第一導電層形成領域と、第一導電層が形成されていない第一導電層非形成領域とが存在する。絶縁層9は、少なくとも第一導電層形成領域に形成される。本発明において、絶縁層9は、第一導電層非形成領域上にも形成されていることが好ましく、第一導電層非形成領域の全面に形成されていることが特に好ましい。絶縁層が第一導電層非形成領域にも形成されている場合、めっき法により第二導電層が形成される際に、光電変換部をめっき液から化学的および電気的に保護することが可能となる。例えば、ヘテロ接合太陽電池のように光電変換部50の表面に透明電極層が形成されている場合は、透明電極層の表面に絶縁層が形成されることで、透明電極層とめっき液との接触が抑止され、透明電極層上への金属層(第二導電層)の析出を防ぐことができる。また、生産性の観点からも、第一導電層形成領域と第一導電層非形成領域との全体に絶縁層が形成されることがより好ましい。
実施例1のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。
一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜が除去された後、超純水によるリンスが2回行われた。このシリコン基板を、70℃に保持された5/15重量%のKOH/イソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャが形成された。その後に超純水によるリンスが2回行われた。原子間力顕微鏡(AFM パシフィックナノテクノロジー社製)により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
第一導電層71形成用の印刷ペースト中の金属材料粉末と銀粉末との比率が表1に示すように変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
絶縁層9の膜厚が表1に示すように変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
アニール温度が160℃に変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
アニール温度が200℃に変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
アニール温度が230℃、アニール時間が10分間に変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
第一導電層71形成用の印刷ペースト中の低融点材料が、インジウム金属粉末(粒径DL=40μm、融点T1=154℃)に変更された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
絶縁層9として酸化シリコン層に代えて、Al2O3層がEB蒸着法により200nmの膜厚で形成された点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
実施例11において、めっきにより第二導電層72が形成された後、超音波洗浄装置による洗浄(めっき液の除去)工程が設けられた点を除いて実施例11と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
絶縁層9として酸化シリコン層がスパッタ法により200nmの膜厚で形成された点を除いて、実施例1と同様にヘテロ接合太陽電池が作製された。
第一導電層71形成用の印刷ペースト中の低融点材料が、粒径DL=0.3〜0.7μmの銀微粒子に変更され、高融点材料が用いられなかった点を除いて、実施例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
第一導電層71形成用の印刷ペースト中の高融点材料が、銀粉末(粒径:2〜3μm、融点:971℃)とアルミニウム粉末(粒径:2〜4μm、融点:933℃)との重量比60:40の混合物に変更された点を除いて、実施例1と同様にヘテロ接合太陽電池が作製された。
第一導電層形成用の印刷ペーストとして、低融点材料を含まない銀ペースト(すなわち金属材料粉末と銀粉末との比率を0:100としたもの)が用いられた点を除いて、実施例1と同様にして第一導電層(銀電極)71の形成までが行われた。その後、絶縁層形成工程、アニール工程、第二導電層形成工程のいずれも実施せず、この銀電極を集電極とするヘテロ接合太陽電池が作製された。
実施例1において、第一導電層および絶縁層を形成後、アニール工程を実施することなく、めっき法による第二導電層の形成を試みたが、銅が析出せず、第二導電層が形成されなかった。
第一導電層71形成用の印刷ペースト中の低融点材料が、SnSb粉末(粒径DL=35〜45μm、融点T1=266℃)に変更された点を除いて、実施例1と同様に第一導電層の形成および絶縁層の形成までが行われた。その後、実施例1と同様にめっき法による第二導電層の形成を試みたが、銅が析出せず、第二導電層が形成されなかった。
アニール温度が300℃に変更された点を除いて、比較例3と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。比較例4では、めっき工程において絶縁層の第一導電層形成領域上に銅が析出し、第二導電層が形成された。
実施例1において、第一導電層を形成後、絶縁層形成工程およびアニール工程を実施することなく、めっき法により第二導電層が形成された。比較例5では、第二導電層を形成することができたものの、めっき処理中に透明電極層が完全にエッチングされる不具合が生じており、太陽電池として機能するものが得られなかった。
参考例1では、i型非晶質シリコン層2形成時の基板温度が170℃に変更され、n型非晶質シリコン層3bの膜厚が8nmに変更された以外は、実施例1と同様にして、光電変換部の形成および第一導電層71の形成までが行われた。その後、第一導電層71が形成されたウェハが、CVD装置に投入され、絶縁層9として酸化シリコン層(屈折率:1.5)が、CVD法により80nmの厚みで光入射面側に形成された。
絶縁層形成後、アニール処理前に、基板12の表面に撥水層が設けられた点を除いて、参考例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。撥水層は、テトラデシルホスホン酸(材料A)を0.5×10−3モル/Lの濃度でイソプロピルアルコールに溶解させた撥水処理材料液中に、基板12を1分間浸漬することにより形成した。なお、本実施例では、アニール工程(180℃で20分間の加熱)が、撥水層の乾燥を兼ねている。
撥水処理材料液への浸漬時間が5分間に変更された点を除いて、実施例16と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。めっき工程前の基板表面の水に対する接触角θは110°〜120°であり、めっき工程前後で水に対する接触角に変化はなかった。めっき工程において、10μm程度の厚みで銅(第二導電層)を析出させるのに必要な時間は、参考例1の約2倍であった。
撥水処理材料としてベンゾイルスルホン酸(材料B)が用いられた点を除いて、実施例17と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。めっき工程前の基板表面の水に対する接触角θは60°〜70°であり、めっき工程前後で水に対する接触角に変化はなかった。めっき工程において、10μm程度の厚みで銅(第二導電層)を析出させるのに必要な時間は、参考例1の約1.3倍であった。
撥水処理材料液への浸漬時間が1分間に変更された点を除いて、実施例18と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。めっき工程前の基板表面の水に対する接触角θは20°〜30°であり、めっき工程前後で水に対する接触角に変化はなかった。めっき工程において、10μm程度の厚みで銅(第二導電層)を析出させるのに必要な時間は、参考例1と同等であった。
酸化シリコン層の製膜条件が、基板温度:135℃、圧力:133Pa、SiH4/CO2流量比:1/3、投入パワー密度:0.15W/cm2(周波数27MHz)に変更された点を除いて、参考例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された(以下、この絶縁層の製膜条件を「条件D」と称する)。めっき工程前の基板表面の水に対する接触角θは60°〜70°であり、めっき工程前後で水に対する接触角に変化はなかった。めっき工程において、10μm程度の厚みで銅(第二導電層)を析出させるのに必要な時間は、参考例1と同等であった。
絶縁層を形成せずに、透明電極層6a上に直接撥水層が形成された点を除いて、実施例16と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。比較例6では、前述の比較例5のように透明電極層が完全にエッチングされる不具合は生じなかったが、透明電極層の第一導電層非形成領域上にもほぼ全面に第二導電層が形成される不具合が生じており、太陽電池として機能するものが得られなかった。
2.真性シリコン系薄膜
3.導電型シリコン系薄膜
6.透明電極層
7.集電極
71.第一導電層
711.低融点材料
72.第二導電層
8.裏面金属電極
9.絶縁層
91.撥水層
9h.開口部
9x.ピンホール
50.光電変換部
100.太陽電池
101.ヘテロ接合太陽電池
10.めっき装置
11.めっき槽
12.基板
13.陽極
14.基板ホルダ
15.電源
16.めっき液
Claims (21)
- 光電変換部と、前記光電変換部の一主面上の集電極とを有する太陽電池であって、
前記集電極は、前記光電変換部側から順に第一導電層と第二導電層とを含み、かつ、前記第一導電層と前記第二導電層の間に、開口部が形成された絶縁層を含み、
前記第一導電層は前記絶縁層により被覆されており、
前記第一導電層は低融点材料を含み、前記低融点材料の熱流動開始温度T1は前記光電変換部の耐熱温度よりも低温であり、
前記第二導電層の一部が、前記絶縁層の前記開口部を通して前記第一導電層に導通されている太陽電池。 - 前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に、シリコン系薄膜および透明電極層をこの順に有し、
前記透明電極層上に前記集電極を有し、
前記低融点材料の熱流動開始温度T1が250℃以下である、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に逆導電型の拡散層を有し、前記拡散層上に前記集電極を有する、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部は、半導体薄膜のpn接合またはpin接合の一主面上に透明電極層を有し、前記透明電極層上に前記集電極を有する、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第一導電層は、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温の熱流動開始温度T2を有する高融点材料を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第一導電層は、前記低融点材料として、前記光電変換部の耐熱温度よりも低温の焼結ネッキング開始温度を有する金属微粒子を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記絶縁層が、前記光電変換部の第一導電層非形成領域上にも形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記絶縁層表面の水との接触角θが20°以上である、請求項7に記載の太陽電池。
- 前記低融点材料が、金属材料を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池を備える太陽電池モジュール。
- 光電変換部の一主面上に、光電変換部側から順に第一導電層、開口部が形成された絶縁層および第二導電層を有する集電極を備え、前記集電極において、前記第二導電層の一部が、前記絶縁層の前記開口部を通して前記第一導電層に導通されている太陽電池を製造する方法であって、
光電変換部上に低融点材料を含む第一導電層が形成される第一導電層形成工程;
前記第一導電層上に絶縁層が形成される絶縁層形成工程;
前記第一導電層が加熱されるアニール工程;および
めっき法により第二導電層が形成されるめっき工程、をこの順に有し、
前記アニール工程において、前記低融点材料が熱流動を生じるように加熱が行われることにより、前記第一導電層上の絶縁層に前記開口部が形成され、
前記めっき工程において、絶縁層に生じた前記開口部を起点として、第二導電層を析出させる、太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池を製造する方法であって、
前記光電変換部上に低融点材料を含む第一導電層が形成される第一導電層形成工程;
前記第一導電層上に絶縁層が形成される絶縁層形成工程;
前記第一導電層が加熱されるアニール工程;および
めっき法により第二導電層が形成されるめっき工程、をこの順に有し、
前記アニール工程において、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温のアニール温度Taで加熱処理が行われ、前記第一導電層上の絶縁層に前記開口部が形成される、太陽電池の製造方法。 - 前記アニール工程におけるアニール温度Taが、前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である、請求項11または12に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記アニール工程におけるアニール温度Taが、250℃以下である、請求項11または12に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第一導電層は、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温の熱流動開始温度T2を有する高融点材料を含み、
前記アニール工程におけるアニール温度Taが、T1<Ta<T2を満たす、請求項11〜14のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第一導電層は、前記低融点材料として焼結ネッキング開始温度がT1’、融点がT2’の金属微粒子を含み、
前記アニール工程におけるアニール温度Taが、T1’<Ta<T2’を満たす、請求項11〜14のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記絶縁層形成工程において、前記光電変換部の第一導電層非形成領域上にも絶縁層が形成される、請求項11〜16のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- さらに撥水処理工程を有する、請求項11〜17のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記アニール工程よりも前に、前記撥水処理工程が行われる、請求項18に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記絶縁層形成工程後に、前記絶縁層上に前記撥水処理が行われる、請求項18または19に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に、シリコン系薄膜および透明電極層をこの順に有し、前記透明電極層上に前記集電極が形成される、請求項11〜20のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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