JP6151566B2 - 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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Description
例えば、特許文献5では、めっき法により形成する集電極に関し、めっき時の電流量などを所定の範囲にすることにより、集電極のRaを0.1〜0.6μmに制御する方法が提案されている。この方法により、めっき電極と導電性接着剤との密着性を向上させている。また特許文献6では、ITOなどの透明電極層表面のRaを5μm以上とすることで、集電極との密着性を高めることができる旨が記載されている。
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。
上記のように、開口部9hを有する絶縁層9が形成された後、第一導電層形成領域の絶縁層9上に第二導電層72がめっき法により形成される。この際、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。
ここで、一般に、ITO等の透明電極層や、酸化シリコン等の絶縁層は親水性であり、基板12の表面や絶縁層9の表面の水との接触角は、10°程度あるいはそれ以下である場合が多い。一方、エアーブロー等によるめっき液の除去を容易にする観点からは、基板12の表面の水との接触角を20°以上とすることが好ましい。基板表面の接触角を大きくするために、基板12表面に撥水処理が行われてもよい。撥水処理は、例えば表面への撥水層の形成することにより行われる。撥水処理により、基板表面のめっき液に対する濡れ性を低下させることができる。
第一導電層または第二導電層の表面を、キーエンス社製のレーザー顕微鏡VK−8510を用いて、JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997に対応)に基づいて、表面粗さRaを測定した。
(粘度測定)
印刷ペーストの粘度は、株式会社ブルックフィールド社製の回転式粘度計により、溶液温度25℃回転速度10rpmで測定した。
(集電極と配線部材の断面観察)
測定サンプルを樹脂で包埋後、機械研磨により、集電極と配線部材が交差する領域において該集電極の線幅方向の断面を作製し、オリンパス社製の光学顕微鏡BX51を用いて、80倍に拡大し、光学顕微鏡観察を行った。
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。
この際、集電極(第二導電層)は、配線部材に埋め込まれていなかった。すなわち、第二導電層の配線部材と接する面の全面が前記導電性接着剤で覆われており、導電性微粒子により集電極と配線部材とが導通されていた。
第一導電層71形成用印刷ペーストの粘度および低融点材料径が表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。
第一導電層71形成用印刷ペーストの粘度および第一導電層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。
集電極と配線部材とを接続する工程での圧力が2MPaに変更され、さらに第一導電層71形成用印刷ペーストの粘度および低融点材料径が表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。実施例5では、断面観察した際に、集電極は、配線部材に埋め込まれていなかった。すなわち略全面が導電性接着剤により接着されていた。
集電極と配線部材とを接続する工程での圧力が2MPaに変更され、さらに第一導電層71形成用印刷ペーストの粘度および低融点材料径が表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。参考例3では、断面観察した際に、集電極と配線部材は略全面が導電性接着剤により接着されており、集電極の配線部材との接する面の一部(10%程度以下)が配線部材と接していた。
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、第二金属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。
第一導電層71形成用低融点材料及び材料径が表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。その後、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2,3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。
各実施例、参考例および比較例のヘテロ接合太陽電池セルの太陽電池特性の測定を行った。また、比較例1に示す方法において作製した太陽電池セルにおける太陽電池特性評価結果を基準(1.0)とし、実施例、参考例、比較例に係る太陽電池セルにおける太陽電池特性(セル性能)の評価結果を比較する事により、出力の相関を評価した。
めっき前後の集電極の表面粗さと、該集電極と配線部材とを、導電性接着剤を用いて貼り付けた際の剥離強度との関係を検証した。
実施例、参考例、比較例に係る太陽電池と配線部材とを導電性接着剤を用いて接続した際のセル破損率を評価した。それぞれの太陽電池を10〜20枚作製し、破損したセル枚数を処理した枚数で割った割合を評価した。
実施例、参考例、比較例に係る太陽電池モジュールにおいて、JIS C 8917に従い、温度サイクル試験を実施した。具体的には、温度サイクル試験を実施する前のモジュール出力と、温度サイクル試験を実施した後のモジュール出力を比較する事により、出力の相関を評価した。また各実施例、参考例、比較例において作製した太陽電池モジュールにおける温度サイクル試験前の出力を各々1とし、温度サイクル試験実施後の出力すなわち、サイクル試験前後の保持率(モジュール性能)を比較する事により、出力の相関を評価した。保持率は、95%以上を合格とした。
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
9h.開口部
12.基板
13.陽極
14.基板ホルダ
15.電源
16.めっき液
33.導電性接着剤
34.配線部材
200.太陽電池モジュール
Claims (16)
- 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おり、
前記第一導電層および前記第二導電層の表面粗さを各々Ra1およびRa2としたとき、Ra2=1.0〜10.0μm、Ra1>Ra2を満たす、太陽電池。 - 前記第一導電層の表面粗さRa1が1.0μmより大きく10.0μm以下である、請求項1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1または2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、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3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1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第二導電層は、銅からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記太陽電池と配線部材を備える太陽電池モジュールであって、
前記配線部材は、導電性微粒子を含有する導電性接着剤により、前記太陽電池の前記集電極と接着されており、
前記集電極は、前記配線部材と接着される領域の略全面に前記導電性接着剤を有し、かつ、前記導電性微粒子により、前記配線部材と導通されており、
前記太陽電池は、前記配線部材により、外部回路もしくは他の太陽電池と接続されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。 - 前記集電極は、前記配線部材と接着される領域の全面に前記導電性接着剤を有し、前記配線部材と接していない、請求項7に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電性接着剤に含まれる前記導電性微粒子は、粒子径が5μm〜15μmである、請求項7または8に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電性微粒子が、Ni粒子もしくはAgコートCu粒子からなる、請求項7〜9のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記配線部材の前記太陽電池側の最表面層が半田である、請求項7〜10のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 請求項1〜6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;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、
前記めっき工程において、前記第一導電層上の前記絶縁層の開口部を通じて、第二電極層を析出させる、太陽電池の製造方法。 - 請求項12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13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13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12〜15のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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