JP5695283B1 - 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
まず、ヘテロ接合太陽電池に用いられる、一導電型単結晶シリコン基板について説明する。一般的に単結晶シリコン基板は、導電性を持たせるために、シリコンに対して電荷を供給する不純物を含有している。単結晶シリコン基板は、シリコン原子に電子を導入するための原子(例えばリン)を含有させたn型と、シリコン原子に正孔を導入する原子(例えばボロン)を含有させたp型がある。すなわち、本発明における「一導電型」とは、n型またはp型のどちらか一方であることを意味する。
受光面側透明電極層6a上に、集電極70が形成される。集電極70は、光電変換部50側から、第一導電層71と、第二導電層72とを含む。第二導電層72はめっき法により形成される。
第一導電層71は、めっき法により第二導電層が形成される際の導電性下地層として機能する層である。そのため、第一導電層は電解めっきの下地層として機能し得る程度の導電性を有していればよい。なお、本明細書においては、体積抵抗率が10−2Ω・cm以下であれば導電性であると定義する。また、体積抵抗率が、102Ω・cm以上であれば、絶縁性であると定義する。
第一導電層71上に、第二導電層72がめっき法により形成される。第二導電層として析出させる金属は、めっき法で形成できる材料であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物を用いることができる。
上記のように、本発明においては、第一導電層上にめっき法により第二導電層が形成される。第二導電層形成時に、光電変換部上の第一導電層が形成されていない領域(第一導電層非形成領域)が露出していると、光電変換部がめっき液に接触して、光電変換部の内部(シリコン基板等)に、めっき液中の金属イオンが侵入し、太陽電池特性の低下を招く。また、ヘテロ接合太陽電池のように、光電変換部の最表面に透明電極層が形成されている場合は、電解めっきの際に、第一導電層に加えて透明電極層にも通電が行われるために、第一導電層非形成領域にも金属が析出する。
以下では、第一の実施形態として、第一絶縁層を形成後に、マスク等を用いて所定形状にパターニングされた第二絶縁層を形成する形態について説明する。図4は、本発明の第一の実施形態により、太陽電池の光電変換部50上へ、絶縁層90および集電極70を形成する方法を示す工程概念図である。
上述のように、第一の実施形態では、マスク等を用いて第一導電層上を被覆する方法や、印刷法等により、第一導電層形成領域上に開口部92hを有する第二絶縁層92が形成される。一方、本発明の第二の実施形態では、第一導電層71上の全面に第二絶縁層92が形成された後、第一導電層71上の第二絶縁層92に開口が形成され、この開口を起点としてめっき法により第二導電層72が形成される。
上記のように、本発明の第一の実施形態および第二の実施形態のいずれにおいても、第一導電層上の絶縁層の開口(部)を起点として、めっきにより第二導電層が形成される。めっき後には、基板12の表面に残留しためっき液を除去することが好ましい。めっき液を除去することによって、第一導電層非形成領域に析出した金属を除去することができる。第一導電層非形成領域に析出する金属としては、例えば第二絶縁層92のピンホール等を起点とするものが挙げられる。めっき液除去工程により、このような金属が除去されることによって、遮光が低減され、太陽電池特性をより向上させることが可能となる。
本発明は、ヘテロ接合太陽電池以外の結晶シリコン太陽電池や、GaAs等のシリコン以外の半導体基板が用いられる太陽電池、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜のpin接合あるいはpn接合上に透明電極層が形成されたシリコン系薄膜太陽電池や、CIS,CIGS等の化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池や有機薄膜(導電性ポリマー)等の有機薄膜太陽電池のような各種の太陽電池に適用可能である。
本発明の太陽電池は、実用に供するに際して、モジュール化されることが好ましい。太陽電池のモジュール化は、適宜の方法により行われる。例えば、集電極にタブ等のインターコネクタを介してバスバーが接続されることによって、複数の太陽電池セルが直列または並列に接続され、封止材およびガラス板により封止されることによりモジュール化が行われる。
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を除去後、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。
作製例1と同様に、受光面側透明電極層6a上に、印刷ペースト(塗布材料)がスクリーン印刷され、第一導電層71に接するように第一絶縁層91が形成された。第一導電層形成パターンのネガパターンに開口部を有するスクリーン版を利用して、シロキサン系アクリル樹脂をスクリーン印刷し、400mJの条件にてUV硬化させることにより、第二絶縁層92を形成した。第二絶縁層は、印刷ペーストの塗布層84が形成されていない領域の全面に形成された。第二絶縁層は、ペースト中のバインダー樹脂の染み出しにより形成された第一絶縁層上の略全面を覆うように形成されており、第一導電層上には形成されていなかった。
第一導電層(および第一絶縁層)形成用の印刷ペーストとして、バインダー樹脂の含有量が20wt%のペーストが用いられた点を除いて、作製例1と同様にヘテロ接合太陽電池が作製された。
作製例4では、第一導電層(および第一絶縁層)形成用の印刷ペーストとして、バインダー樹脂の含有量が4wt%のペーストが用いられた点を除いて、作製例1と同様にヘテロ接合太陽電池が作製された。印刷ペーストをスクリーン印刷し、乾燥後のサンプルを光学顕微鏡にて観察したところ、第一導電層からのバインダー樹脂の染み出しは観測されなかった。すなわち、作製例4では、第一絶縁層91が形成されなかった。
作製例5では、作製例4と同様に、バインダー樹脂の含有量が4wt%のペーストを用いて第一導電層を形成後、作製例2と同様に、第一導電層形成パターンのネガパターンのスクリーン版を利用してシロキサン系アクリル樹脂をスクリーン印刷し、硬化させることにより、第二絶縁層92を形成した。その後、第一導電層71上に、第二導電層72として銅を析出させたところ、第一導電層の近傍に銅の析出がみられた。図8Bにおいて、中央の白色部分が第一導電層上に銅が析出した領域であり、その外縁の黒色部分は、第二絶縁層の膜厚が小さい領域である。第一導電層形成領域近傍の絶縁層の膜厚が小さい部分にも銅が析出していることが分かる。
2a,3a. 真性シリコン系薄膜
3a,3b. 導電型シリコン系薄膜
6a,6b. 透明電極層
70. 集電極
71. 第一導電層
710. 導電性微粒子
711. 低融点材料
712. 絶縁性材料
713. 高融点材料
72. 第二導電層
8. 裏面金属電極
90. 絶縁層
91. 第一絶縁層
92. 第二絶縁層
90h. 開口
92h. 開口部
50. 光電変換部
101,102. 太陽電池
105. ヘテロ接合太陽電池
Claims (15)
- 光電変換部と、前記光電変換部の第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、
前記光電変換部の第一主面上において、前記第一導電層が形成されていない第一導電層非形成領域に絶縁層を有し、
前記絶縁層は、光電変換部の第一主面上において前記第一導電層に接する第一絶縁層と、前記第一絶縁層上の少なくとも一部を覆うように形成された第二絶縁層とを備え、
前記光電変換部の第一主面上において、前記第一導電層と前記第一絶縁層との境界から、前記第一絶縁層の端部までの幅が0.2〜1.0mmである、太陽電池。 - 前記第一導電層は、導電性微粒子および絶縁性材料を含み、
前記第一絶縁層は、前記第一導電層の前記絶縁性材料と同一の材料により形成されている、請求項1に記載の太陽電池。 - 光電変換部と、前記光電変換部の第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、導電性微粒子および絶縁性材料を含む第一導電層と、めっきにより形成された第二導電層とを含み、
前記光電変換部の第一主面上に、塗布層を有し、
前記塗布層は、前記第一導電層、および前記第一導電層の外縁に接して形成された第一絶縁層からなり、
さらに、前記第一絶縁層上の少なくとも一部を覆うように形成された第二絶縁層を有し、前記第一導電層が形成されていない第一導電層非形成領域にも前記第二絶縁層が形成されており、
前記光電変換部の第一主面上において、前記第一導電層と前記第一絶縁層との境界から、前記第一絶縁層の端部までの幅が0.2〜1.0mmである、太陽電池。 - 前記第二絶縁層は、前記光電変換部の第一主面上において、前記第一導電層非形成領域の略全面に形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部は、結晶シリコン基板の第一主面上に、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する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第二絶縁層は、前記第一導電層上にも形成され、
前記第一導電層上の前記第二絶縁層に開口が形成されており、
前記第二導電層が、前記第二絶縁層の前記開口を通じて前記第一導電層に導通されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 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る、請求項6に記載の太陽電池。
- 請求項1〜7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。
- 光電変換部と、前記光電変換部の第一主面上の集電極とを有し;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;前記光電変換部の第一主面上において、前記第一導電層が形成されていない第一導電層非形成領域に絶縁層を有し;前記絶縁層は、光電変換部の第一主面上において前記第一導電層に接する第一絶縁層と、前記第一絶縁層上の少なくとも一部を覆うように形成された第二絶縁層とを備える太陽電池の製造方法であって、
光電変換部の第一主面上に、導電性微粒子および絶縁性材料を含有する導電性ペーストが塗布され、導電性ペーストの塗布領域から前記絶縁性材料が染み出すことにより、導電性微粒子および絶縁性材料を含有する第一導電層と、前記第一導電層の外縁に接する第一絶縁層と、からなる塗布層が形成される導電性ペースト塗布工程;
前記第一絶縁層上の少なくとも一部と前記第一導電層上とを覆うように第二絶縁層が形成される第二絶縁層形成工程;
前記第一導電層上の前記第二絶縁層に開口が形成される工程;および
前記第一導電層上に、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;
前記第一導電層は低融点材料を含み、
前記開口が形成される工程において、前記低融点材料の熱流動開始温度T 1 よりも高温のアニール温度Taで加熱処理を行うことにより、前記第二絶縁層に前記開口が形成され、
前記めっき工程において、前記第二絶縁層に形成された前記開口を起点として、第二導電層を析出させることを特徴とする、太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法であって、
光電変換部の第一主面上に、導電性微粒子および絶縁性材料を含有する導電性ペーストが塗布され第一導電層が形成される導電性ペースト塗布工程;および
前記第一導電層上に、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;
前記導電性ペーストの塗布領域から前記絶縁性材料が染み出すことにより、導電性微粒子および絶縁性材料を含有する第一導電層と、前記第一導電層の外縁に接する第一絶縁層と、からなる塗布層が形成され、
前記導電性ペースト塗布工程後、前記めっき工程の前に、前記第一絶縁層上の少なくとも一部を覆うように第二絶縁層が形成される第二絶縁層形成工程を有する、太陽電池の製造方法。 - 前記第二絶縁層形成工程において、前記第一導電層上の少なくとも一部には前記第二絶縁層が形成されず、前記第二絶縁層は、第一導電層形成領域上に開口部を有しており、
前記めっき工程において、前記第二絶縁層の前記開口部を起点として、第二導電層を析出させる、請求項10に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第二絶縁層形成工程において、前記第一導電層上にも前記第二絶縁層が形成され、
前記めっき工程の前に、前記第一導電層上の前記第二絶縁層に開口が形成される工程を有し、
前記めっき工程において、前記第二絶縁層に形成された前記開口を起点として、第二導電層を析出させる、請求項10に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第一導電層は、低融点材料を含み、
前記第二絶縁層形成工程後に、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で加熱処理を行うことにより、前記第二絶縁層に前記開口が形成される、請求項12に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記導電性ペーストは、25℃における粘度が、50〜400Pa・sである、請求項9〜13のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換部は、結晶シリコン基板の第一主面上に、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9〜14のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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