JP6181979B2 - SOLAR CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND SOLAR CELL MODULE - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。さらに、本発明は太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. Furthermore, the present invention relates to a solar cell module.

エネルギー問題や地球環境問題が深刻化する中、化石燃料にかわる代替エネルギーとして、太陽電池が注目されている。太陽電池では、半導体接合等からなる光電変換部への光照射により発生したキャリア(電子および正孔)を外部回路に取り出すことにより、発電がおこなわれる。光電変換部で発生したキャリアを効率的に外部回路へ取出すために、太陽電池の光電変換部上には集電極が設けられる。   As energy problems and global environmental problems become more serious, solar cells are attracting attention as alternative energy alternatives to fossil fuels. In a solar cell, electric power is generated by taking out carriers (electrons and holes) generated by light irradiation to a photoelectric conversion unit made of a semiconductor junction or the like to an external circuit. In order to efficiently extract carriers generated in the photoelectric conversion unit to an external circuit, a collector electrode is provided on the photoelectric conversion unit of the solar cell.

例えば、結晶シリコン基板上に、非晶質シリコン層および透明電極層を有するヘテロ接合太陽電池では、例えば一導電型シリコン基板上に逆導電型シリコン系薄膜を形成することによりPN接合部やPIN接合部が形成され、透明電極層上に集電極が設けられる。また薄膜シリコン太陽電池では、PIN層を製膜してPIN接合部を形成した光電変換ユニット上に透明電極層と集電極が形成されたものが一般的に用いられている。   For example, in a heterojunction solar cell having an amorphous silicon layer and a transparent electrode layer on a crystalline silicon substrate, for example, a PN junction or PIN junction is formed by forming a reverse conductivity type silicon thin film on a one conductivity type silicon substrate. The collector electrode is provided on the transparent electrode layer. Thin film silicon solar cells are generally used in which a transparent electrode layer and a collecting electrode are formed on a photoelectric conversion unit in which a PIN layer is formed to form a PIN junction.

太陽電池の形成においては、一般に、導電型半導体層、透明電極層、金属電極層等の薄膜が、プラズマCVD法やスパッタ法等により基板表面に形成される。これらの薄膜は、基板表面のみならず、側面や裏面にも回り込んでしまい、表面と裏面との間の短絡やリークを生じる場合がある。このような回り込みによる短絡を防止するために、例えば特許文献1では、結晶シリコン基板の周端部をマスクで覆いながら導電型半導体層や透明電極層を形成する方法が提案されている。   In the formation of a solar cell, a thin film such as a conductive semiconductor layer, a transparent electrode layer, or a metal electrode layer is generally formed on the substrate surface by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. These thin films wrap around not only the substrate surface but also the side surfaces and the back surface, which may cause a short circuit or a leak between the front surface and the back surface. In order to prevent such a short circuit due to wraparound, for example, Patent Document 1 proposes a method of forming a conductive semiconductor layer or a transparent electrode layer while covering a peripheral end portion of a crystalline silicon substrate with a mask.

また、特許文献2,3では、基板上に半導体薄膜や電極を形成した後に、所定の加工を行い、短絡を防止する方法が開示されている。具体的には、特許文献2では、レーザー照射により溝を形成した後、該溝に沿って結晶シリコン基板を割断することにより、光電変換部の側面が割断面からなる太陽電池を形成する方法が開示されている。   Patent Documents 2 and 3 disclose a method of preventing a short circuit by performing predetermined processing after forming a semiconductor thin film or an electrode on a substrate. Specifically, in Patent Document 2, after forming a groove by laser irradiation, a method of forming a solar cell in which the side surface of the photoelectric conversion unit has a fractured surface by cleaving the crystalline silicon substrate along the groove. It is disclosed.

特許文献2では、PN接合部を有する側からレーザー照射する場合に生じ得る、PN接合部のレーザー痕によるダメージを抑制する観点から、PN接合部と反対側からレーザーを照射する方法が記載されている。この場合、PN接合部に達しない溝を形成することができるが、絶縁処理を行うためには溝形成後に折割りを行う必要がある。   Patent Document 2 describes a method of irradiating a laser from the side opposite to the PN junction from the viewpoint of suppressing damage caused by laser marks in the PN junction that may occur when laser irradiation is performed from the side having the PN junction. Yes. In this case, a groove that does not reach the PN junction can be formed. However, in order to perform the insulation treatment, it is necessary to perform splitting after the groove is formed.

特許文献3では、結晶シリコン基板上に形成された導電型半導体層および透明電極層をレーザー照射により除去して、溝を形成する方法が提案されている。特許文献2の割断面や特許文献3の溝の表面には、半導体薄膜や電極が存在しないため、回り込みによる短絡の問題が解決される。   Patent Document 3 proposes a method of forming a groove by removing a conductive semiconductor layer and a transparent electrode layer formed on a crystalline silicon substrate by laser irradiation. Since the semiconductor thin film and the electrode do not exist on the fractured surface of Patent Document 2 or the surface of the groove of Patent Document 3, the problem of short circuit due to wraparound is solved.

また、特許文献4には、キャリア分離用電界を形成するための半導体接合部(n型単結晶シリコン基板)と、その反対側にキャリア再結合を抑制する抑制層(n型非晶質シリコン系薄膜)とが設けられ、抑制層側のコーナー部分に傾斜面を形成し、半導体接合部に直接光を取り込むことで抑制層での光吸収を抑制し、光学ロスを減少させることが記載されている。   Further, Patent Document 4 discloses a semiconductor junction (n-type single crystal silicon substrate) for forming an electric field for carrier separation, and a suppression layer (n-type amorphous silicon system) for suppressing carrier recombination on the opposite side. A thin film) is formed, an inclined surface is formed in the corner portion on the suppression layer side, and light absorption in the suppression layer is suppressed by taking light directly into the semiconductor junction, thereby reducing optical loss. Yes.

特開2001−44461号公報JP 2001-44461 A 特開2006−310774号公報JP 2006-310774 A 特開平9−129904号公報JP-A-9-129904 特開2010−232466号公報JP 2010-232466 A

しかしながら、特許文献1のようにマスクを用いる場合は、透明電極層などを製膜しない「余白部」が大きくなり、受光面積が小さくなるという問題がある。またマスク準備工程など新たな工程も必要となり、生産性の観点から問題がある。   However, in the case of using a mask as in Patent Document 1, there is a problem that the “margin” where the transparent electrode layer or the like is not formed becomes large and the light receiving area becomes small. In addition, a new process such as a mask preparation process is required, which is problematic from the viewpoint of productivity.

一方で、レーザーを用いた絶縁処理をもちいる場合は、マスク製膜と比較して、より精細な位置で絶縁処理を行うことが可能となるため、受光面積を大きくすることが可能となる。しかしながら、特許文献2のようにレーザー光をPN接合部と反対面側から照射する場合においては、通常必ず折割りする必要があり、受光面積をより増大させる観点からは課題が残る。特許文献3の様に、PN接合部側からレーザーを照射する場合は、必ずしも折割りは必要ではなく、溝の形成のみで絶縁処理が可能となる。   On the other hand, when an insulating process using a laser is used, the insulating process can be performed at a finer position as compared with the mask film formation, so that the light receiving area can be increased. However, in the case of irradiating laser light from the side opposite to the PN junction as in Patent Document 2, it is usually necessary to always divide the laser beam, and there remains a problem from the viewpoint of further increasing the light receiving area. When the laser is irradiated from the PN junction side as in Patent Document 3, the splitting is not necessarily required, and the insulating process can be performed only by forming the groove.

しかしながら本発明者らの検討によれば、該太陽電池を用いて太陽電池モジュールを作製する際、溝のみを形成したPN接合部側に配線部材を形成すると、溝を挟んでP型半導体側の電極とN型半導体側の電極が同一平面上に並ぶことになり、表裏の電極が短絡することが明らかとなった。   However, according to the study by the present inventors, when a solar cell module is manufactured using the solar cell, if a wiring member is formed on the PN junction side where only the groove is formed, the P-type semiconductor side is sandwiched between the grooves. It was revealed that the electrode and the electrode on the N-type semiconductor side were arranged on the same plane, and the front and back electrodes were short-circuited.

特許文献4では、PN接合部とは反対面側にコーナー部を形成しており、表裏面の回り込みによる短絡の除去については何ら検討がなされておらず、半導体層や透明電極層の回り込みによる短絡を除去するためには、マスクを用いるか、別途割断することによる絶縁処理が必要となり、受光面のロスにつながるという問題がある。   In Patent Document 4, a corner portion is formed on the side opposite to the PN junction portion, and no study has been made on the removal of a short circuit due to the wraparound of the front and back surfaces, and the short circuit due to the wraparound of the semiconductor layer or the transparent electrode layer. In order to remove light, an insulating process is required by using a mask or by cleaving separately, leading to a problem of loss of the light receiving surface.

本発明は、上記のような太陽電池の絶縁処理に関わる従来技術の問題点を解決し、太陽電池の変換効率を向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the problems of the prior art relating to the insulation treatment of the solar cell as described above, and to improve the conversion efficiency of the solar cell.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、所定の絶縁処理により、結晶シリコン系太陽電池の変換効率が向上可能であることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have a result of intensive studies in view of the above problems, and more predetermined insulation treatment, it found that the conversion efficiency of the crystalline silicon solar cell can be improved, leading to the present invention.

すなわち、本発明は、以下に関する。   That is, the present invention relates to the following.

太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の一主面上に集電極を有する前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の第一主面上に、逆導電型シリコン系薄膜、第一透明電極層、をこの順に有し、前記基板の第二主面上に、一導電型シリコン系薄膜、裏面電極層をこの順に有する。前記光電変換部は、第一主面および側面に、前記第一透明電極層および前記裏面電極層のいずれも設けられていない絶縁領域を有する。前記光電変換部一主面側表面の幅W1が二主面側表面の幅W2よりも小さく、かつ第一主面の周縁部と側面に跨って、光電変換部の幅がW2よりも小さい肩構造を有する The solar cell has a photoelectric conversion part and a collector electrode on the first main surface of the photoelectric conversion part . The photoelectric conversion unit, on the first main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate, opposite conductivity type silicon-based thin film, the first transparent electrode layer, a has in this order on a second main surface of said substrate, one conductivity type silicon-based thin film, the back surface electrode layer is perforated in this order. The photoelectric conversion portion includes a first main surface and a side, an insulating region either not provided the first transparent electrode layer and the back electrode layer. The photoelectric conversion section is smaller width W1 of the first main surface side surface than the width W2 of the second major surface side surface and over the peripheral portion and the side surface of the first major surface, the width of the photoelectric conversion portion to have a small shoulder structure than W2.

前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の第一主面上に、第一真性シリコン系薄膜、逆導電型シリコン系薄膜、および第一透明電極層、をこの順に有し、前記基板の第二主面上に、第二真性シリコン系薄膜、一導電型シリコン系薄膜、および裏面電極層をこの順に有することが好ましい。 The photoelectric conversion unit, on the first main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate, a first intrinsic silicon-based thin film, opposite conductivity type silicon-based thin film, and the first transparent electrode layer, a has in this order, the substrate on the second main surface preferably has a second intrinsic silicon-based thin film, one conductivity type silicon-based thin film, and a back electrode layer in this order.

前記裏面電極層は、前記第二主面側の第二透明電極層または裏面金属電極の少なくともいずれか一方により構成されることが好ましい。   The back electrode layer is preferably composed of at least one of the second transparent electrode layer or the back metal electrode on the second main surface side.

記光電変換部の第一主面側からの肩構造形成領域の厚み方向の距離d1と、前記光電変換部の第一主から第二主面までの距離d、0<d1≦0.95dを満たことが好ましい。 The previous SL distance in the thickness direction of the shoulder structure formation region from the first main surface side of the photoelectric conversion portion d1, and the distance d in the second main bamboo shoots from the first main surface of the photoelectric conversion unit is, 0 <d1 it is preferred that meet the ≦ 0.95d.

前記光電変換部の第一主面側表面において、一主平行な方向における前記肩構造の幅xが、0<x≦1000μmを満たすことが好ましい。 In the first main surface of the photoelectric conversion unit, the width x of the shoulder structure at the first main surface and parallel to the direction, it is preferable to satisfy 0 <x ≦ 1000 .mu.m.

記光電変換部は、側面の全体が絶縁領域であり、側面の前記肩構造以外の領域にレーザー痕を有する。 Before SL photoelectric conversion unit is an overall side insulation region, that have a laser mark on a region other than the shoulder structure of the side surface.

前記絶縁領域が、前記光電変換部の第一主面側における周縁部の全周に亘って形成されていることが好ましい。 Wherein the insulating region is preferably formed over the entire circumference of the peripheral portion of the first main surface side of the photoelectric conversion unit.

太陽電池モジュールは、前記太陽電池と、他の太陽電池または外部電極と、を接続する配線部材を有することが好ましい。 Photovoltaic modules, and the solar cell, and Turkey which have a wiring member for connecting the other solar cells or an external electrode, are preferred.

前記太陽電池を製造する方法は、前記光電変換部を準備する光電変換部準備工程の後、前記絶縁領域を形成する絶縁処理工程を有する。前記絶縁処理工程において、光電変換部の一主側の前記一導電型結晶シリコン基板の側面を削ることにより前記肩構造を形成され、前記光電変換部の側面へのレーザー照射により、光電変換部の側面に形成されていた前記第一透明電極層および前記裏面電極層が除去され、前記絶縁領域の前記肩構造以外の領域に前記レーザー痕が形成されることが好ましい。 Method for producing the solar cell, after the photoelectric conversion portion preparation step of preparing the photoelectric conversion unit, to have a dielectric process step of pre-forming a Kize' edge region. Wherein the insulating step, formed the shoulder structure by cutting said one conductivity type crystalline silicon substrate side of the first main surface side of the photoelectric conversion unit, by laser irradiation of the side surface of the photoelectric conversion unit, photoelectric conversion It is preferable that the first transparent electrode layer and the back electrode layer formed on the side surface of the part are removed, and the laser mark is formed in a region other than the shoulder structure of the insulating region .

前記絶縁領域、レーザー照射により形成されてもよいThe insulating region may be formed by laser irradiation.

前記絶縁領域、メカニカルスクライブにより形成されてもよいThe insulating region may be formed by the mechanical scribing.

本発明によれば、折り割り工程を行わずに絶縁処理を行えるため、ウェハの利用面積を最大にし、かつプロセスの簡略化を実現することができる。更に、本発明の太陽電池を用いてモジュールを作製した場合、配線部材との接触により生じうる短絡を抑制することが可能となる。したがって、高効率の太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, since the insulation process can be performed without performing the folding process, the use area of the wafer can be maximized and the process can be simplified. Furthermore, when a module is produced using the solar cell of the present invention, it is possible to suppress a short circuit that may occur due to contact with the wiring member. Therefore, a highly efficient solar cell can be provided.

一実施形態にかかるヘテロ接合太陽電池を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the heterojunction solar cell concerning one Embodiment. 本発明の一実施形態による太陽電池の周縁部における模式的断面図である。It is typical sectional drawing in the peripheral part of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による太陽電池の周縁部における模式的断面図である。It is typical sectional drawing in the peripheral part of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による太陽電池の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の実施形態による太陽電池の周縁部の模式図である。It is a schematic diagram of the peripheral part of the solar cell by embodiment of this invention. 本発明の一実施形態及び比較例による太陽電池の周縁部における模式的断面図である。It is typical sectional drawing in the peripheral part of the solar cell by one Embodiment and comparative example of this invention.

本発明における太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の一主面上に集電極を有する。前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の第一主面上に、逆導電型シリコン系薄膜、第一透明電極層、をこの順に有し、前記基板の第二主面上に、一導電型シリコン系薄膜、裏面電極層をこの順に有する。光電変換部は、第一主面および側面に、第一主面側の第一透明電極層と第二主面側の裏面電極層の短絡が除去された絶縁領域を有し、前記絶縁領域は、前記光電変換部における第一主面側表面および第二主面側表面の幅を各々W1およびW2としたとき、W1<W2を満たし、かつ、前記基板が露出するように、前記光電変換部の第一主面の周縁部と側面に跨って形成される肩構造を有する。 The solar cell in this invention has a photoelectric conversion part and a collector electrode on the 1st main surface of the said photoelectric conversion part. The photoelectric conversion unit, on the first main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate, opposite conductivity type silicon-based thin film, the first transparent electrode layer, a has in this order on a second main surface of said substrate, one A conductive silicon thin film and a back electrode layer are provided in this order. The photoelectric conversion unit, the first main surface and a side, an insulating region a short is removed in the first main surface side first transparent electrode layer and the back electrode layer of the second major surface of said insulating region , when with each W1 and W2 the width of the first main surface side surface and a second main surface side surface of the photoelectric conversion unit, W1 <meet W2, and such that said substrate is exposed, the photoelectric conversion portion having a shoulder structure formed over the peripheral portion and the side surface of the first major surface of.

以下、本発明の一実施形態であるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池(以下、「ヘテロ接合太陽電池」と記載する場合がある)を例として、本発明をより詳細に説明する。ヘテロ接合太陽電池は、一導電型の単結晶シリコン基板の表面に、単結晶シリコンとはバンドギャップの異なるシリコン系薄膜を有することで、拡散電位が形成された結晶シリコン系太陽電池である。シリコン系薄膜としては非晶質のものが好ましい。中でも、拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と結晶シリコン基板の間に、薄い真性の非晶質シリコン層を介在させたものは、変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池の形態の一つとして知られている。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by taking, as an example, a heterojunction crystalline silicon solar cell (hereinafter sometimes referred to as a “heterojunction solar cell”) that is an embodiment of the present invention. A heterojunction solar cell is a crystalline silicon solar cell in which a diffusion potential is formed by having a silicon thin film having a band gap different from that of single crystal silicon on the surface of a single crystal silicon substrate of one conductivity type. The silicon-based thin film is preferably amorphous. Among them, a thin intrinsic amorphous silicon layer interposed between a conductive amorphous silicon thin film for forming a diffusion potential and a crystalline silicon substrate is a crystalline silicon solar cell having the highest conversion efficiency. It is known as one of the forms.

図1は、本発明の一実施形態に係る結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。結晶シリコン系太陽電池100は、光電変換部50として、一導電型単結晶シリコン基板1の一方の面(光入射側の面)に、導電型シリコン系薄膜3aおよび第一透明電極層6aをこの順に有する。一導電型単結晶シリコン基板1の他方の面(光入射側の反対面)には、導電型シリコン系薄膜3bおよび裏面電極層をこの順に有する。裏面電極層としては、裏面側透明電極層6b(第二透明電極層6b)もしくは裏面金属電極の少なくともいずれか一方を有する。裏面電極層として、裏面側透明電極層6bを有することが好ましい。光電変換部50表面の第一透明電極層6a上には、集電極70が形成される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a crystalline silicon solar cell according to an embodiment of the present invention. In the crystalline silicon solar cell 100, as the photoelectric conversion unit 50, the conductive silicon thin film 3 a and the first transparent electrode layer 6 a are provided on one surface (surface on the light incident side) of the one conductive single crystal silicon substrate 1. Have in order. On the other surface of the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 1 (opposite surface on the light incident side), a conductive silicon-based thin film 3b and a back electrode layer are provided in this order. As a back surface electrode layer, it has at least any one of a back surface side transparent electrode layer 6b (2nd transparent electrode layer 6b) or a back surface metal electrode. It is preferable to have the back surface side transparent electrode layer 6b as a back surface electrode layer. A collecting electrode 70 is formed on the first transparent electrode layer 6 a on the surface of the photoelectric conversion unit 50.

一導電型単結晶シリコン基板1と導電型シリコン系薄膜3a,3bとの間には、真性シリコン系薄膜2a,2bを有することが好ましい。裏面側透明電極層6b上には裏面金属電極8を有することが好ましい。   It is preferable to have intrinsic silicon-based thin films 2a and 2b between the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 1 and the conductive silicon-based thin films 3a and 3b. It is preferable to have the back metal electrode 8 on the back side transparent electrode layer 6b.

更に、光電変換部50には、一主面側の周縁部と側面に絶縁領域A0が形成されている。前記絶縁領域A0は、前記光電変換部における第一主面側表面および第二主面側表面の幅を各々W1およびW2としたとき、W1<W2を満たし、かつ、前記基板が露出するように、前記光電変換部の第一主面の周縁部と側面に跨って形成された肩構造を有する。 Furthermore, in the photoelectric conversion unit 50, an insulating region A0 is formed on the peripheral edge and the side surface on the first main surface side. The insulating region A0 is when the width of the first main surface side surface and a second main surface side surface of the photoelectric conversion unit and each W1 and W2, meet W1 <W2, and, as the substrate is exposed has a shoulder structure formed over the peripheral portion and the side surface of the first major surface of the photoelectric conversion unit.

まず、本発明の結晶シリコン系太陽電池における、一導電型単結晶シリコン基板1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。   First, the one conductivity type single crystal silicon substrate 1 in the crystalline silicon solar cell of the present invention will be described. In general, a single crystal silicon substrate contains an impurity that supplies electric charge to silicon in order to provide conductivity. Single crystal silicon substrates include an n-type in which atoms (for example, phosphorus) for introducing electrons into silicon atoms and a p-type in which atoms (for example, boron) for introducing holes into silicon atoms are contained. That is, “one conductivity type” in the present invention means either n-type or p-type.

ヘテロ接合太陽電池では、単結晶シリコン基板へ入射した光が最も多く吸収される入射側のへテロ接合を逆接合として強い電場を設けることで、電子・正孔対を効率的に分離回収することができる。そのため、光入射側のヘテロ接合は逆接合であることが好ましい。一方で、正孔と電子とを比較した場合、有効質量および散乱断面積の小さい電子の方が、一般的に移動度が大きい。以上の観点から、ヘテロ接合太陽電池に用いられる単結晶シリコン基板1は、n型単結晶シリコン基板であることが好ましい。単結晶シリコン基板1は、光閉じ込めの観点から、表面にテクスチャ構造を有することが好ましい。   In heterojunction solar cells, electron / hole pairs are efficiently separated and recovered by providing a strong electric field with the heterojunction on the incident side where the most incident light is absorbed as the reverse junction. Can do. Therefore, the heterojunction on the light incident side is preferably a reverse junction. On the other hand, when holes and electrons are compared, electrons having smaller effective mass and scattering cross section generally have higher mobility. From the above viewpoint, the single crystal silicon substrate 1 used for the heterojunction solar cell is preferably an n-type single crystal silicon substrate. The single crystal silicon substrate 1 preferably has a texture structure on the surface from the viewpoint of light confinement.

テクスチャが形成された一導電型単結晶シリコン基板1の表面に、シリコン系薄膜が製膜される。シリコン系薄膜の製膜方法としては、プラズマCVD法が好ましい。プラズマCVD法によるシリコン系薄膜の形成条件としては、基板温度100〜300℃、圧力20〜2600Pa、高周波パワー密度0.004〜0.8W/cmが好ましく用いられる。シリコン系薄膜の形成に使用される原料ガスとしては、SiH、Si等のシリコン含有ガス、またはシリコン系ガスとHとの混合ガスが好ましく用いられる。 A silicon-based thin film is formed on the surface of the one conductivity type single crystal silicon substrate 1 on which the texture is formed. As a method for forming a silicon-based thin film, a plasma CVD method is preferable. As conditions for forming a silicon-based thin film by plasma CVD, a substrate temperature of 100 to 300 ° C., a pressure of 20 to 2600 Pa, and a high frequency power density of 0.004 to 0.8 W / cm 2 are preferably used. As a source gas used for forming a silicon-based thin film, a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixed gas of a silicon-based gas and H 2 is preferably used.

導電型シリコン系薄膜3は、一導電型または逆導電型のシリコン系薄膜である。例えば、一導電型単結晶シリコン基板1としてn型が用いられる場合、一導電型シリコン系薄膜、および逆導電型シリコン系薄膜は、各々n型、およびp型となる。p型またはn型シリコン系薄膜を形成するためのドーパントガスとしては、BまたはPH等が好ましく用いられる。また、PやBといった不純物の添加量は微量でよいため、予めSiHやHで希釈された混合ガスを用いることが好ましい。導電型シリコン系薄膜の製膜時に、CH、CO、NH、GeH等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。 The conductive silicon thin film 3 is a one-conductivity type or reverse conductivity type silicon thin film. For example, when n-type is used as the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 1, the one-conductivity-type silicon-based thin film and the reverse-conductivity-type silicon-based thin film are n-type and p-type, respectively. B 2 H 6 or PH 3 is preferably used as the dopant gas for forming the p-type or n-type silicon-based thin film. Moreover, since the addition amount of impurities such as P and B may be small, it is preferable to use a mixed gas diluted with SiH 4 or H 2 in advance. When forming a conductive silicon thin film, a gas containing a different element such as CH 4 , CO 2 , NH 3 , GeH 4 is added to alloy the silicon thin film, thereby reducing the energy gap of the silicon thin film. It can also be changed.

シリコン系薄膜としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン(非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜)等が挙げられる。中でも非晶質シリコン系薄膜を用いることが好ましい。例えば、一導電型単結晶シリコン基板1としてn型単結晶シリコン基板を用いた場合の光電変換部50の好適な構成としては、透明電極層6a/p型非晶質シリコン系薄膜3a/i型非晶質シリコン系薄膜2a/n型単結晶シリコン基板1/i型非晶質シリコン系薄膜2b/n型非晶質シリコン系薄膜3b/透明電極層6bの順の積層構成が挙げられる。この場合、前述の理由から、p層側を光入射面とすることが好ましい。   Examples of silicon-based thin films include amorphous silicon thin films, microcrystalline silicon (thin films containing amorphous silicon and crystalline silicon), and the like. Among these, it is preferable to use an amorphous silicon thin film. For example, as a preferable configuration of the photoelectric conversion unit 50 when an n-type single crystal silicon substrate is used as the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 1, the transparent electrode layer 6a / p-type amorphous silicon thin film 3a / i type is used. Examples include a laminated structure in the order of amorphous silicon thin film 2a / n type single crystal silicon substrate 1 / i type amorphous silicon thin film 2b / n type amorphous silicon thin film 3b / transparent electrode layer 6b. In this case, for the reason described above, it is preferable that the p-layer side be the light incident surface.

真性シリコン系薄膜2a,2bとしては、シリコンと水素で構成されるi型水素化非晶質シリコンが好ましい。単結晶シリコン基板上に、CVD法によってi型水素化非晶質シリコンが製膜されると、単結晶シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。   The intrinsic silicon thin films 2a and 2b are preferably i-type hydrogenated amorphous silicon composed of silicon and hydrogen. When i-type hydrogenated amorphous silicon is deposited on a single crystal silicon substrate by CVD, surface passivation can be effectively performed while suppressing impurity diffusion into the single crystal silicon substrate. Further, by changing the amount of hydrogen in the film, it is possible to give an effective profile to the carrier recovery in the energy gap.

p型シリコン系薄膜は、p型水素化非晶質シリコン層、p型非晶質シリコンカーバイド層、またはp型非晶質シリコンオキサイド層であることが好ましい。不純物拡散の抑制や直列抵抗低下の観点ではp型水素化非晶質シリコン層が好ましい。一方、p型非晶質シリコンカーバイド層およびp型非晶質シリコンオキサイド層は、ワイドギャップの低屈折率層であるため、光学的なロスを低減できる点において好ましい。   The p-type silicon thin film is preferably a p-type hydrogenated amorphous silicon layer, a p-type amorphous silicon carbide layer, or a p-type amorphous silicon oxide layer. A p-type hydrogenated amorphous silicon layer is preferable from the viewpoint of suppressing impurity diffusion and reducing the series resistance. On the other hand, the p-type amorphous silicon carbide layer and the p-type amorphous silicon oxide layer are wide gap low-refractive index layers, which are preferable in terms of reducing optical loss.

ヘテロ接合太陽電池100の光電変換部50は、導電型シリコン系薄膜3a,3b上に、透明電極層6a,6bを備えることが好ましい。透明電極層は、透明電極層形成工程により形成される。透明電極層6a,6bは、導電性酸化物を主成分とする。導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛や酸化インジウム、酸化錫を単独または混合して用いることができる。導電性、光学特性、および長期信頼性の観点から、酸化インジウムを含んだインジウム系酸化物が好ましく、中でも酸化インジウム錫(ITO)を主成分とするものがより好ましく用いられる。ここで「主成分とする」とは、含有量が50重量%より多いことを意味し、70重量%以上が好ましく、90%重量以上がより好ましい。透明電極層は、単層でもよく、複数の層からなる積層構造でもよい。   The photoelectric conversion unit 50 of the heterojunction solar cell 100 preferably includes the transparent electrode layers 6a and 6b on the conductive silicon thin films 3a and 3b. The transparent electrode layer is formed by a transparent electrode layer forming step. The transparent electrode layers 6a and 6b are mainly composed of a conductive oxide. As the conductive oxide, for example, zinc oxide, indium oxide, or tin oxide can be used alone or in combination. From the viewpoints of conductivity, optical characteristics, and long-term reliability, an indium oxide containing indium oxide is preferable, and an indium tin oxide (ITO) as a main component is more preferably used. Here, “main component” means that the content is more than 50% by weight, preferably 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more. The transparent electrode layer may be a single layer or a laminated structure composed of a plurality of layers.

透明電極層には、ドーピング剤を添加することができる。例えば、透明電極層として酸化亜鉛が用いられる場合、ドーピング剤としては、アルミニウムやガリウム、ホウ素、ケイ素、炭素等が挙げられる。透明電極層として酸化インジウムが用いられる場合、ドーピング剤としては、亜鉛や錫、チタン、タングステン、モリブデン、ケイ素等が挙げられる。透明電極層として酸化錫が用いられる場合、ドーピング剤としては、フッ素等が挙げられる。   A doping agent can be added to the transparent electrode layer. For example, when zinc oxide is used as the transparent electrode layer, examples of the doping agent include aluminum, gallium, boron, silicon, and carbon. When indium oxide is used as the transparent electrode layer, examples of the doping agent include zinc, tin, titanium, tungsten, molybdenum, and silicon. When tin oxide is used as the transparent electrode layer, examples of the doping agent include fluorine.

ドーピング剤は、第一透明電極層6aおよび裏面側透明電極層6bの一方もしくは両方に添加することができる。特に、第一透明電極層6aにドーピング剤を添加することが好ましい。第一透明電極層6aにドーピング剤を添加することで、透明電極層自体が低抵抗化されるとともに、透明電極層6aと集電極7との間での抵抗損を抑制することができる。   The doping agent can be added to one or both of the first transparent electrode layer 6a and the back surface side transparent electrode layer 6b. In particular, it is preferable to add a doping agent to the first transparent electrode layer 6a. By adding a doping agent to the first transparent electrode layer 6a, the resistance of the transparent electrode layer itself can be reduced, and resistance loss between the transparent electrode layer 6a and the collector electrode 7 can be suppressed.

第一透明電極層6aの膜厚は、透明性、導電性、および光反射低減の観点から、10nm以上140nm以下であることが好ましい。透明電極層6aの役割は、集電極7へのキャリアの輸送であり、そのために必要な導電性があればよく、膜厚は10nm以上であることが好ましい。膜厚を140nm以下にすることにより、透明電極層6aでの吸収ロスが小さく、透過率の低下に伴う光電変換効率の低下を抑制することができる。また、透明電極層6aの膜厚が上記範囲内であれば、透明電極層内のキャリア濃度上昇も防ぐことができるため、赤外域の透過率低下に伴う光電変換効率の低下も抑制される。   The film thickness of the first transparent electrode layer 6a is preferably 10 nm or more and 140 nm or less from the viewpoints of transparency, conductivity, and light reflection reduction. The role of the transparent electrode layer 6a is to transport carriers to the collector electrode 7, and it is only necessary to have conductivity necessary for that purpose, and the film thickness is preferably 10 nm or more. By setting the film thickness to 140 nm or less, absorption loss in the transparent electrode layer 6a is small, and a decrease in photoelectric conversion efficiency accompanying a decrease in transmittance can be suppressed. Moreover, if the film thickness of the transparent electrode layer 6a is within the above range, an increase in carrier concentration in the transparent electrode layer can also be prevented, so that a decrease in photoelectric conversion efficiency due to a decrease in transmittance in the infrared region is also suppressed.

透明電極層の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積(MOCVD)法等が好ましい。いずれの製膜方法においても、熱やプラズマ放電によるエネルギーを利用することもできる。   The method for forming the transparent electrode layer is not particularly limited, but a physical vapor deposition method such as a sputtering method, a chemical vapor deposition (MOCVD) method using a reaction between an organometallic compound and oxygen or water is preferable. In any film forming method, energy by heat or plasma discharge can be used.

透明電極層作製時の基板温度は、適宜設定される。例えば、シリコン系薄膜として非晶質シリコン系薄膜が用いられる場合、200℃以下が好ましい。基板温度を200℃以下とすることにより、非晶質シリコン層からの水素の脱離や、それに伴うシリコン原子へのダングリングボンドの発生を抑制でき、結果として変換効率を向上させることができる。   The substrate temperature at the time of producing the transparent electrode layer is appropriately set. For example, when an amorphous silicon thin film is used as the silicon thin film, the temperature is preferably 200 ° C. or lower. By setting the substrate temperature to 200 ° C. or lower, desorption of hydrogen from the amorphous silicon layer and accompanying dangling bonds to silicon atoms can be suppressed, and as a result, conversion efficiency can be improved.

裏面側透明電極層6b上には、裏面金属電極8が形成されることが好ましい。すなわち、裏面電極層として、裏面側透明電極層6bと裏面金属電極8を有することが好ましい。裏面金属電極8としては、近赤外から赤外域の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム等が挙げられる。裏面金属電極の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法や真空蒸着法等の物理気相堆積法や、スクリーン印刷等の印刷法等が適用可能である。   It is preferable that the back surface metal electrode 8 is formed on the back surface side transparent electrode layer 6b. That is, it is preferable to have the back surface side transparent electrode layer 6b and the back surface metal electrode 8 as a back surface electrode layer. As the back surface metal electrode 8, it is desirable to use a material having high reflectivity from the near infrared to the infrared region and high conductivity and chemical stability. Examples of the material satisfying such characteristics include silver and aluminum. The method for forming the back metal electrode is not particularly limited, but a physical vapor deposition method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, a printing method such as screen printing, or the like is applicable.

図2は、一実施形態により、シリコン基板1上に、シリコン系薄膜2,3;透明電極層6;および裏面金属電極8までが形成された状態を模式的に表す断面図である。図2では、一導電型単結晶シリコン基板1の裏面側に真性シリコン系薄膜2bおよび一導電型シリコン系薄膜3bが形成された後、光入射側に真性シリコン系薄膜2aおよび逆導電型シリコン系薄膜3bが形成され、その後、光入射側の透明電極層6a、ならびに裏面側の透明電極層6bおよび裏面金属電極8までが形成された場合の構造を模式的に示している(なお、結晶シリコン系太陽電池の各層の形成順は、図2に示す形態に限定されるものではない)。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state where the silicon thin films 2 and 3; the transparent electrode layer 6; and the back metal electrode 8 are formed on the silicon substrate 1 according to an embodiment. In FIG. 2, after the intrinsic silicon thin film 2b and the one conductivity type silicon thin film 3b are formed on the back side of the one conductivity type single crystal silicon substrate 1, the intrinsic silicon type thin film 2a and the reverse conductivity type silicon system are formed on the light incident side. The thin film 3b is formed, and then the structure in the case where the transparent electrode layer 6a on the light incident side, the transparent electrode layer 6b on the back surface side, and the back surface metal electrode 8 are formed is schematically shown. The order of forming each layer of the solar cell is not limited to the form shown in FIG.

マスクを使用せずに、CVD法やスパッタ法等により上記各層が形成された場合、一導電型単結晶シリコン基板1の裏面側の真性シリコン系薄膜2b、一導電型シリコン系薄膜3b、透明電極層6bおよび裏面金属電極8は、製膜時の回り込みによって、一導電型結晶シリコン基板1の側面および光入射面にまで形成されている。また、一導電型単結晶シリコン基板1の光入射面に形成された真性シリコン系薄膜2b、逆導電型シリコン系薄膜3b、および透明電極層6aは、製膜時の回り込みによって、一導電型単結晶シリコン基板1の側面および裏面側にまで形成されている。このような回り込みが生じた場合、図3からも理解されるように、表面側の最表面層である透明電極層と、裏面側の透明電極層や裏面金属層が、短絡した状態となり、太陽電池の特性が低下するおそれがある。なお、各層の回り込みの順(各層の製膜順)は、図3には限定されず、どのような順番で製膜した場合であっても良い。   When the above layers are formed by CVD or sputtering without using a mask, the intrinsic silicon thin film 2b, the one conductivity type silicon thin film 3b on the back side of the one conductivity type single crystal silicon substrate 1, the transparent electrode The layer 6b and the back surface metal electrode 8 are formed up to the side surface and the light incident surface of the one-conductivity type crystalline silicon substrate 1 by wraparound during film formation. In addition, the intrinsic silicon thin film 2b, the reverse conductivity silicon thin film 3b, and the transparent electrode layer 6a formed on the light incident surface of the one conductivity type single crystal silicon substrate 1 are formed in the one conductivity type single crystal silicon by wraparound during film formation. The crystal silicon substrate 1 is formed up to the side surface and the back surface side. When such wraparound occurs, the transparent electrode layer, which is the outermost surface layer on the front surface side, and the transparent electrode layer and the rear surface metal layer on the back surface side are short-circuited as shown in FIG. The battery characteristics may be degraded. The order in which each layer wraps around (the order in which each layer is formed) is not limited to that shown in FIG. 3, and any order may be used.

(絶縁処理)
絶縁処理として、例えば、表裏の透明電極層の短絡の様な、PN接合部を回避して電気的な短絡を取り除く絶縁領域が形成されることによって、回り込みによる電気的短絡の問題を解決することができる。
(Insulation treatment)
To solve the problem of electrical short circuit due to wraparound by forming an insulation region that eliminates electrical short circuit by avoiding PN junction, such as short circuit of transparent electrode layers on the front and back, as insulation treatment Can do.

絶縁処理は、一般に太陽電池のP型半導体側とN型半導体側の電極間に短絡電流を生じさせないために行う工程である。例えば、絶縁処理が不十分な場合の例として、PN接合を跨るように側面端部等に透明電極層が付着しているような場合においては、PN接合部だけでなく、PN接合を跨るように付着した透明電極層などを介しても電流が流れることになる。このようなPN接合部の短絡により生じ得るリーク電流を抑制するために、通常は透明電極層や裏面電極層のマスク製膜を行うことで、回り込みによる短絡を防止したり、表裏の層を回り込むように製膜した後、レーザー照射やメカニカルな方法により部を分離することにより短絡を除去する方法が行われている。   Insulating treatment is a process generally performed in order to prevent a short circuit current from being generated between the electrodes on the P-type semiconductor side and the N-type semiconductor side of the solar cell. For example, as an example of a case where the insulation treatment is insufficient, when a transparent electrode layer is attached to the side edge portion or the like so as to straddle the PN junction, it straddles not only the PN junction but also the PN junction. A current also flows through the transparent electrode layer attached to the substrate. In order to suppress the leakage current that may occur due to such a short circuit of the PN junction part, the masking of the transparent electrode layer or the back electrode layer is usually performed to prevent a short circuit due to the wraparound or to wrap around the front and back layers. Thus, after forming into a film, the method of removing a short circuit by separating a part by laser irradiation or a mechanical method is performed.

ここで、本明細書において光電変換部とは、半導体層や金属あるいは金属酸化物等からなる電極等が積層されて光起電力を生じさせ、更には、電力を取り出すという太陽電池の基本的な部分を指す。このため、後述のように第一主面側に形成される絶縁層も、光閉じ込めの面では光電変換に関係するものの、直接的に光起電力を生じさせたり、導電性によって電力を取り出したりする部分ではないため、光電変換部には含まれない。 Here, in this specification, the photoelectric conversion portion is a basic structure of a solar cell in which a semiconductor layer, an electrode made of a metal, a metal oxide, or the like is stacked to generate a photovoltaic power, and further, power is taken out. Refers to the part. Therefore, even an insulating layer formed on the first main surface side as described later, although in terms of the light confinement is related to the photoelectric conversion, or cause directly photovoltaic, or remove the power of a conductive Since it is not a part to perform, it is not included in the photoelectric conversion unit.

また、本明細書において、「絶縁領域」とは、前記基板の表面に形成された単一あるいは複数の特定の領域を指す用語であり、太陽電池の表裏の電気的短絡を防止する領域を意味する。例えば、ヘテロ接合太陽電池においては、前記一主面側の少なくとも第一透明電極層と、他主面側の少なくとも裏面電極層と、の短絡が除去された領域を意味する。典型的には、絶縁領域は、前記基板の一主面側の最表面層を構成する成分が少なくとも付着していない領域である。なお、「付着していない領域」とは、当該層を構成する材料元素が全く検出されない領域に限定されるものではなく、材料の付着量が周辺の「形成部」と比較して著しく少なく、当該層自体が有する特性(電気的特性、光学特性、機械的特性等)が発現しない領域も、「付着していない領域」に包含される。 Further, in this specification, the “insulating region” is a term indicating a single or a plurality of specific regions formed on the surface of the substrate, and means a region that prevents electrical short circuit between the front and back of the solar cell. To do. For example, in a heterojunction solar cell, it means a region where a short circuit between at least the first transparent electrode layer on the first main surface side and at least the back electrode layer on the other main surface side is removed. Typically, the insulating region is a region to which at least a component constituting the outermost surface layer on the first main surface side of the substrate is not attached. The "non-attached region" is not limited to a region where the material element constituting the layer is not detected at all, and the amount of material attached is significantly less than the surrounding "formation part" A region where the characteristics (electrical properties, optical properties, mechanical properties, etc.) of the layer itself are not expressed is also included in the “non-attached region”.

これにより光電変換部の第一主面側の最表面層と、第二主面側の裏面電極層と、の電気的な短絡を除去する。裏面電極層としては、少なくとも第二透明電極層または裏面金属層のいずれか一方を有することが好ましい。   Thereby, an electrical short circuit between the outermost surface layer on the first main surface side of the photoelectric conversion portion and the back electrode layer on the second main surface side is removed. The back electrode layer preferably has at least one of the second transparent electrode layer and the back metal layer.

例えば、ヘテロ接合太陽電池では、裏面電極層として、裏面側透明電極層や、全面に形成された場合の金属電極層などが含まれる。表面側の最表面層は、例えば、ヘテロ接合太陽電池では第一透明電極層が相当し、通常の結晶シリコン系太陽電池においては、導電型半導体層がこれに相当する。   For example, in a heterojunction solar cell, the back electrode layer includes a back side transparent electrode layer, a metal electrode layer formed over the entire surface, and the like. The outermost surface layer on the surface side corresponds to, for example, a first transparent electrode layer in a heterojunction solar cell, and corresponds to a conductive semiconductor layer in a normal crystalline silicon solar cell.

ここで、裏面電極層は、裏面側の略全面に形成された電極層であり、例えば、ヘテロ接合太陽電池は、通常、裏面側透明電極層や、裏面金属電極などが相当し、通常の結晶シリコン系太陽電池においては、裏面金属電極がこれに相当する。また例えば、裏面電極層として裏面側透明電極層と裏面金属電極を有するものを用いる場合、第一透明電極層と裏面側透明電極層が基板側面に回り込んで製膜されており、裏面金属電極のみマスク製膜して回り込みが抑えられているような場合でも、電気抵抗の低い裏面側透明電極層を介して第一透明電極層と裏面金属電極も電気的に短絡しているということができる。なお、本発明において、「略全面」とは、ある領域において、ある層が90%以上に形成されていることを意味する。   Here, the back electrode layer is an electrode layer formed on substantially the entire back side. For example, a heterojunction solar cell usually corresponds to a back side transparent electrode layer, a back metal electrode, etc. In the silicon-based solar cell, the back metal electrode corresponds to this. Also, for example, when using a back electrode layer having a back side transparent electrode layer and a back side metal electrode as the back side electrode layer, the first transparent electrode layer and the back side transparent electrode layer are formed around the side surface of the substrate. Even in the case where the wraparound is suppressed only by forming a mask, it can be said that the first transparent electrode layer and the back surface metal electrode are also electrically short-circuited through the back surface side transparent electrode layer having a low electrical resistance. . In the present invention, “substantially the entire surface” means that a certain layer is formed in 90% or more in a certain region.

なお、本発明におけるヘテロ接合太陽電池の場合、絶縁領域は、一主面側の最表面層が付着していないことが好ましく、更には第二主面側の裏面電極層も付着していないことがより好ましい。また一導電型単結晶シリコン基板が露出するように絶縁領域が形成されることが好ましい。 In the case of the heterojunction solar cell according to the present invention, the outermost surface layer on the first main surface side is preferably not attached to the insulating region, and further, the back electrode layer on the second main surface side is not attached. It is more preferable. In addition, an insulating region is preferably formed so that the single-conductivity single crystal silicon substrate is exposed.

これにより短絡防止効果をより向上させることができる。また、別の例として、ヘテロ接合太陽電池以外の結晶系シリコン太陽電池においては、一導電型結晶シリコン基板内を含む表面側に逆導電型シリコン系薄膜が形成された構造であり、最表面層が逆導電型シリコン系薄膜であるため、絶縁領域は一導電型結晶シリコン基板の一主面側、及び/又は側面に形成される逆導電型シリコン系薄膜が形成されていない領域を意味する。この場合、逆導電型シリコン系薄膜が形成されていない部分まで基板を削って、絶縁領域を形成することになる。 Thereby, the short circuit prevention effect can be further improved. As another example, a crystalline silicon solar cell other than a heterojunction solar cell has a structure in which a reverse conductivity type silicon thin film is formed on the surface side including the inside of one conductivity type crystalline silicon substrate, Is a reverse-conductivity-type silicon-based thin film, the insulating region means a region where the reverse-conductivity-type silicon-based thin film formed on the first main surface side and / or the side surface of the one-conductivity-type crystalline silicon substrate is not formed. . In this case, the substrate is shaved to a portion where the reverse conductivity type silicon-based thin film is not formed to form an insulating region.

絶縁領域の形成方法は特に限定されず、例えば、レーザー照射、機械研磨、化学エッチング等によって所定領域の電極層や半導体薄膜等を除去する方法等が挙げられる。   A method for forming the insulating region is not particularly limited, and examples thereof include a method of removing an electrode layer, a semiconductor thin film, or the like in a predetermined region by laser irradiation, mechanical polishing, chemical etching, or the like.

以下では、ヘテロ接合太陽電池を用いた場合の好ましい実施形態について説明するが、本発明における太陽電池は、以下に限定されるものではない。   Below, although preferable embodiment at the time of using a heterojunction solar cell is described, the solar cell in this invention is not limited to the following.

一導電型半導体基板として一導電型単結晶シリコン基板を用い、該シリコン基板の一主面上に逆導電型半導体層として逆導電型シリコン系薄膜と、一主面側の最表面層として透明電極層を有し、該シリコン基板の第二主面側に裏面電極層として第二透明電極層と裏面金属層を有する太陽電池を用いて説明する。 A single-conductivity type single crystal silicon substrate is used as the single-conductivity type semiconductor substrate, a reverse-conductivity-type silicon thin film as a reverse-conductivity-type semiconductor layer on the first main surface of the silicon substrate, and an outermost surface layer on the first main-surface side a transparent electrode layer will be described with reference to solar cells having a second transparent electrode layer and the back metal layer as a back electrode layer on the second main surface side of the silicon substrate.

図3(A)〜(B)は、それぞれ、半導体層や透明電極層を製膜後に、光電変換部の第一主面の周縁部および側面に絶縁領域が形成された場合の例を表す模式的断面図である。 Figure 3 (A) ~ (B), respectively, after the film of the semiconductor layer and the transparent electrode layer, schematically showing an example of a case where the peripheral portion and the side surface insulating region of the first major surface of the photoelectric conversion unit is formed FIG.

図3(A1)では表裏の半導体層や透明電極層が基板の側面にまで回り込んで形成されている様子を模式的に示している。また図3(A1)では、裏面金属電極も側面に回りこんで形成されている。このような太陽電池の光電変換部の第一主面の周縁部および側面に絶縁領域が形成される。なお、図3(B)中における太線部分が絶縁領域に相当する。本発明においては、図3(B)に示すように絶縁領域A0として、光電変換部の一主面側表面から側面へ跨って形成された肩構造を有する。 FIG. 3A1 schematically shows a state in which the front and back semiconductor layers and the transparent electrode layer are formed to wrap around the side surface of the substrate. In FIG. 3 (A1), the back metal electrode is also formed around the side surface. Periphery and on the side surface insulating region of the first major surface of the photoelectric conversion part of the solar cell is formed. Note that a thick line portion in FIG. 3B corresponds to an insulating region. In this invention, as shown to FIG. 3 (B), it has the shoulder structure formed ranging from the 1st main surface side surface of a photoelectric conversion part to the side surface as insulation area | region A0.

図3(B1)では、シリコン基板1の主面から側面に跨るように、表裏の透明電極層6およびシリコン系薄膜2,3が除去された絶縁領域A0が形成されている。ここで、A0は第一主面側の基板も除去するように形成されている。図3(B2)では、シリコン基板1の主面から側面に跨るように、表裏の透明電極層6およびシリコン系薄膜2,3が除去された絶縁領域A0が形成されており、A0は第一主面側の基板も除去するように形成されている。さらに、側面に形成されていた表裏の半導体層および透明電極層が全て除去されている。この際、図3(B2)も示されているように、基板側面にもレーザー痕が形成されている。 In FIG. 3 (B1), the insulating region A0 from which the front and back transparent electrode layers 6 and the silicon-based thin films 2 and 3 are removed is formed so as to extend from the main surface to the side surface of the silicon substrate 1. Here, A0 is formed so as also to remove the substrate of the first major surface side. In FIG. 3 (B2), the insulating region A0 from which the transparent electrode layers 6 on the front and back sides and the silicon-based thin films 2 and 3 are removed is formed so as to extend from the main surface to the side surface of the silicon substrate 1, and A0 is the first. It is formed so as also to remove the substrate main surface side. Further, the front and back semiconductor layers and the transparent electrode layer formed on the side surfaces are all removed. At this time, as shown in FIG. 3 (B2), laser marks are also formed on the side surface of the substrate.

この場合、図3(B2)における「レーザー痕A1」も絶縁領域に含まれる。すなわち、肩構造部分とレーザー痕部分が絶縁領域A0となる。ここで、例えば、レーザー照射により溝を形成した後に、メカニカルに基板を折り割りした場合も、該折割り部分の断面形状は類似した形状となるが、折り割りを実施した場合は、図3(B2)のようなレーザー痕A1が存在しない点で異なる。更に、レーザー照射のみで基板の割断まで実施する場合は、図3(B2)のように「肩構造」の様な形状とはならず、側面はレーザー痕のみを有する面となる。   In this case, the “laser mark A1” in FIG. 3B2 is also included in the insulating region. That is, the shoulder structure portion and the laser mark portion become the insulating region A0. Here, for example, when the substrate is mechanically folded after forming the groove by laser irradiation, the sectional shape of the folded portion is similar, but when the folding is performed, FIG. The difference is that there is no laser mark A1 as in B2). Further, in the case where the substrate is cleaved only by laser irradiation, it does not have a shape like a “shoulder structure” as shown in FIG. 3 (B2), and the side surface has only a laser mark.

本発明のように、絶縁領域A0として肩構造を形成することにより、レーザー照射により溝を形成後に折割りを行う場合に比べて、製造工程を低減することができる。またレーザー照射のみにより基板の割断を行う場合と異なり、レーザー照射回数を低減できるため、生産性の観点から好ましい。すなわち、レーザー照射のみで割断する場合、光電変換部の第一主面側と第二主面とを貫通させるようにレーザー照射するためには、ある程度のレーザー照射回数が必要であるが、本発明においては、貫通させる必要がないため、好ましい。 By forming a shoulder structure as the insulating region A0 as in the present invention, the manufacturing process can be reduced as compared with the case of performing the splitting after forming the groove by laser irradiation. Further, unlike the case of cleaving the substrate only by laser irradiation, the number of times of laser irradiation can be reduced, which is preferable from the viewpoint of productivity. That is, when breaking in only the laser irradiation, in order to laser irradiation so as to penetrate the first main surface side and a second main surface of the photoelectric conversion unit, it is necessary some laser irradiation frequency, the present invention Is preferable because it does not need to penetrate.

図3(B3)では、段差のある構造とは別に、斜めに絶縁領域が形成されている場合を示している。   FIG. 3B3 shows a case where an insulating region is formed obliquely apart from the structure having a step.

図3(A2)では、図3(A1)とほぼ同様であるが、裏面金属電極のみマスクをして形成している点で異なる構造を示している。 図3(B4)においては、表裏の半導体層と透明電極層、が側面にまで回り込んで形成されており、裏面金属電極のみマスクを用いて形成することにより、側面への周り込みを防いでいる。図3(B5)では、図3(B4)からさらに側面に形成された半導体層、透明電極層が全て除去されている。   3A2 is substantially the same as FIG. 3A1, but shows a different structure in that only the back metal electrode is masked. In FIG. 3 (B4), the front and back semiconductor layers and the transparent electrode layer are formed to wrap around to the side surface, and only the back surface metal electrode is formed using a mask to prevent the wraparound to the side surface. Yes. In FIG. 3 (B5), the semiconductor layer and the transparent electrode layer formed further on the side surface from FIG. 3 (B4) are all removed.

図3(A2)のような場合、裏面金属電極はマスクにより形成領域を制限されているため、直接的に表側の最表面層とは接触していないが、低抵抗である裏面側透明電極層を介在して電気的に短絡しているため、絶縁領域がない状態では短絡していると言える。よって、絶縁領域が形成されることによって、第一主面側の最表面層と裏面電極層の短絡が除去される。 In the case of FIG. 3 (A2), since the formation area of the back metal electrode is limited by the mask, it is not in direct contact with the outermost surface layer on the front side, but the back side transparent electrode layer has low resistance. It can be said that it is short-circuited when there is no insulating region. Accordingly, by the insulating region is formed, a short circuit of the outermost layer and the back electrode layer of the first main surface side is removed.

これらの絶縁領域は、各層を製膜後に、レーザー照射、機械研磨等によって所定領域に付着した透明電極層や半導体薄膜等を除去することにより形成される。   These insulating regions are formed by removing a transparent electrode layer, a semiconductor thin film, or the like attached to a predetermined region by laser irradiation, mechanical polishing, or the like after forming each layer.

本発明においては、図(B1)〜(B5)に示すように、少なくとも第一主面の最表面層が除去され、かつ第一主面と側面にまたがって形成された肩構造を有する絶縁領域が形成される。すなわち、本実施形態においては、少なくとも第一主面の最表面層である透明電極層が除去されており、また側面に回り込んだ第二主面側の第二主面側層(透明電極層、および/または、裏面金属電極)との電気的な短絡が除去されて絶縁領域が形成されている。これらの絶縁領域では、シリコン基板1の一部が削り取られるように形成される。 In the present invention, as shown in FIG. 3 (B1) ~ (B5) , having at least a first major surface outermost layer is removed in, and shoulder structure formed across the first main surface and a side surface insulating A region is formed. That is, in this embodiment, at least a first main surface transparent electrode layer which is the uppermost surface layer has been removed, also the second main surface side layer of the second major surface wrapping around the side surface (the transparent electrode layer And / or an electrical short circuit with the back surface metal electrode) is removed to form an insulating region. These insulating regions are formed so that a part of the silicon substrate 1 is scraped off.

絶縁処理工程としては、図4(A)に示されているように、光電変換部の一主面側表面に垂直な断面において、光電変換部の周縁部の側面端部から、光電変換部の表面と平行な方向への幅xが、0μm<x≦1000μmとなる位置に、前記一主面側から、側面に前記一導電型単結晶シリコン基板を削るようにまたがり、かつ光電変換部の第一主面および第二主面の表面の幅を各々W1およびW2としたとき、W1<W2を満たすように形成されるように(図4(C)参照)、レーザー照射を行うことが好ましい。中でも、後述のように、集電極形成後に絶縁処理を行う場合、集電極よりも外側にレーザー照射を行うことが好ましい。また一主面側の周縁部にレーザー光を照射することがより好ましく、該一主面周縁部の全周に亘ってレーザー光を照射する工程を有することがさらに好ましい。また該一主面周縁部の全周に亘って連続してレーザー照射することが特に好ましい。 As shown in FIG. 4 (A), the insulation treatment step is performed from the side edge of the peripheral edge of the photoelectric conversion unit in the cross section perpendicular to the first main surface side surface of the photoelectric conversion unit. A width x in a direction parallel to the surface of the substrate straddles the single-conductivity-type single crystal silicon substrate on the side surface from the first main surface side to a position where 0 μm <x ≦ 1000 μm, and a photoelectric conversion unit first main surface and when the width of the second major surface of the surface respectively and W1 and W2 of, (see FIG. 4 (C)) to be formed so as to satisfy W1 <W2, be performed with a laser irradiation preferable. In particular, as will be described later, when the insulating treatment is performed after the collector electrode is formed, it is preferable to perform laser irradiation outside the collector electrode. Also it is more preferable to irradiate the laser beam to the peripheral portion of the first main surface side, it is more preferably a step of irradiating a laser beam along the entire circumference of the first main surface periphery. Further it is particularly preferred to laser irradiation continuously over the entire circumference of the first main surface periphery.

この場合、溝を周縁部全周に連続して形成する場合に生じ得る、基板の角部分からの破断をより抑制することができる。特にヘテロ接合太陽電池など、通常単結晶シリコン基板を使用するため、特定の結晶方向に劈開しやすく、破損しやすいが、本発明のように肩構造を有する絶縁領域を形成することにより、別途の折割り工程等が不要なため、破損をより抑制することができる。   In this case, it is possible to further suppress breakage from the corner portion of the substrate, which may occur when the groove is continuously formed on the entire periphery. In particular, since a single crystal silicon substrate is usually used, such as a heterojunction solar cell, it is easy to cleave in a specific crystal direction and easily break, but by forming an insulating region having a shoulder structure as in the present invention, a separate Since a splitting process or the like is unnecessary, damage can be further suppressed.

なお、第一主面もしくは第二主面上における「光電変換部の幅」とは、光電変換部の一主面側表面に垂直な断面において、ある主面上に製膜された表面の層における最も離れた距離を意味する。すなわち、ある主面の表面側の層として、最表面層をマスクにより、その下地層よりも幅が小さくなるように製膜した場合、該主面における「光電変換部の幅」は最表面層の下地層の幅を意味する。例えば、裏面電極層として、裏面全面に形成された第二透明電極層と、マスク製膜により前記第二透明電極層よりも面積が小さい範囲に形成した裏面金属電極を用いる場合、裏面側の「光電変換部の幅」は、第二透明電極層の幅を意味する。 The “width of the photoelectric conversion portion” on the first main surface or the second main surface is a surface perpendicular to the first main surface side surface of the photoelectric conversion portion, which is a surface formed on a main surface. Means the farthest distance in the layer. That is, as a layer on the surface side of a certain main surface, when the outermost surface layer is formed using a mask so that the width is smaller than the underlayer, the “width of the photoelectric conversion portion” on the main surface is the outermost surface layer. This means the width of the underlying layer. For example, as the back electrode layer, when using a second transparent electrode layer formed on the entire back surface and a back metal electrode formed in a range smaller than the second transparent electrode layer by mask film formation, The “width of the photoelectric conversion part” means the width of the second transparent electrode layer.

ここで、本発明においては、一導電型単結晶シリコン基板の一主面(光入射面)と他主面(裏面)との間に側面を有する。「周縁部」とは、図5の斜線部として示されている部分を表し、一主面から見た場合、側面により近い領域を意味する。この際、レーザー光を周縁部から側面にかけて照射し、前記一主面側の周縁部と側面に跨って形成された肩構造を有する絶縁領域A0が形成される。上述の様に、図4(A)に示すように、第一主面と第二主面の層が回り込んで形成された光電変換部に対し、レーザー照射等により絶縁処理を行うことで図3(B1)〜(B5)に示されているように絶縁領域A0を形成する。 Here, in the present invention, a side surface is provided between the first main surface (light incident surface) and the other main surface (back surface) of the one conductivity type single crystal silicon substrate. The “peripheral portion” represents a portion shown as a hatched portion in FIG. 5, and means a region closer to the side surface when viewed from the first main surface. At this time, the laser beam is irradiated from the peripheral portion to the side surface to form an insulating region A0 having a shoulder structure formed across the peripheral portion and the side surface on the first main surface side. As described above, as shown in FIG. 4 (A), with respect to the photoelectric conversion portion formed wraps around a layer of the first major surface and a second main surface, Figure by performing an insulating treatment by laser irradiation or the like 3 (B1) to (B5), the insulating region A0 is formed.

ここで、本発明において「肩構造」とは、図5に示すように、光電変換部の第一主面および第二主面の表面の幅を各々W1およびW2としたとき、W1<W2を満たし、基板が露出するように光電変換部の第一主面の周縁部および側面に跨って形成されれば特に制限されない。 Here, the "shoulder structure" in the present invention, as shown in FIG. 5, when the width of the first main surface and second main surface of the surface of the photoelectric conversion unit respectively and W1 and W2, the W1 <W2 filled it is not particularly limited if it is formed across the peripheral portion and a side of the first main surface of the photoelectric conversion unit so that the substrate is exposed.

例えば、図3(A)に示すように、光電変換部の側面に回り込んで製膜されている各層は、レーザー照射により除去されてしまう場合があり、図3(B2)の「レーザー痕A1」の様に除去されてしまっても良い。この場合、第一主面側から側面にまたがる領域では、典型的には、シリコン基板も除去され、「レーザー痕A1」で表されている側面においては回り込んだ薄膜のみ除去されている。ヘテロ接合太陽電池においては、電気的な短絡を防ぐ絶縁領域は、第一主面から側面に跨る領域だけでなく、側面の各層が除去された部分も含まれる。これは、ヘテロ接合太陽電池の場合、第一主面側の最表面層である光入射面側の透明電極層は基板表面上に付着しているだけであるため、通常はレーザー痕が残る程度にレーザーが照射されると、その部分における透明電極層は除去される。 For example, as shown in FIG. 3A, each layer formed around the side surface of the photoelectric conversion portion may be removed by laser irradiation, and the “laser mark A1” in FIG. It may be removed like In this case, in the region extending from the first main surface side to the side surface, typically, the silicon substrate is also removed, and only the thin film that wraps around is removed on the side surface represented by “laser mark A1”. In the heterojunction solar cell, insulating regions to prevent electrical short circuit, not only in the region extending over the side face from the first main surface, also include layers have been removed portion of the side surface. Extent which, when the heterojunction solar cell, since the transparent electrode layer on the light incident surface side, which was the outermost layer of the first main surface side is only attached on the substrate surface, usually a laser scar remains When the laser is irradiated, the transparent electrode layer in the portion is removed.

また、図3(B1)に示すように、側面に回り込んだ各層は残り、絶縁領域のみ除去されてもよい。図3(B1)の様に残ったままの状態の方が、側面におけるパッシベーションの観点からより好ましい。   Further, as shown in FIG. 3 (B1), each layer that wraps around the side surface may remain, and only the insulating region may be removed. The state of remaining as shown in FIG. 3 (B1) is more preferable from the viewpoint of passivation on the side surface.

また、絶縁処理工程は、第一主面上の最表面層と、第二主面上の裏面電極層を形成後であれば、どの段階で行っても良い。例えば、ヘテロ接合太陽電池を用いる場合、第一透明電極層と裏面側透明電極層、裏面金属電極を形成後であれば、どの段階で行っても良い。   Further, the insulating treatment process may be performed at any stage as long as the outermost surface layer on the first main surface and the back electrode layer on the second main surface are formed. For example, when using a heterojunction solar cell, it may be performed at any stage as long as the first transparent electrode layer, the back surface side transparent electrode layer, and the back surface metal electrode are formed.

また、裏面電極層として、裏面金属電極を形成せず、裏面側透明電極層のみ形成する場合(例えば、裏面金属電極の替わりに、導電性ペースト等、スクリーン印刷等による集電極を形成する場合)は、第一透明電極層と裏面側透明電極層形成後であれば良い。   In addition, as a back electrode layer, when the back metal electrode is not formed, but only the back side transparent electrode layer is formed (for example, instead of the back metal electrode, a collector electrode such as conductive paste or screen printing is formed) May be after the first transparent electrode layer and the back side transparent electrode layer are formed.

レーザー光は光電変換部の第一主面側から、該第一主面上における周縁部に照射し、図4(A)のように、照射する位置はセルの側面端部から、光電変換部の表面と平行な方向への幅をxとすると、0<x≦1000μmであることが好ましく、0<x≦700μmであることが更に好ましく、更には0<x≦500μmであることが特に好ましい。十分な絶縁機能を持つ絶縁領域が形成されれば、xは小さければ小さいほど、太陽電池の受光面積が増加するため好ましい。また、図3(B3)のように、斜めに肩構造が形成されている場合は、図4(B)に示されているように肩構造部の底辺の長さをxとする。   The laser light is irradiated from the first main surface side of the photoelectric conversion unit to the peripheral portion on the first main surface, and the irradiation position is from the side edge of the cell, as shown in FIG. Where x is the width in the direction parallel to the surface, it is preferably 0 <x ≦ 1000 μm, more preferably 0 <x ≦ 700 μm, and even more preferably 0 <x ≦ 500 μm. . If an insulating region having a sufficient insulating function is formed, it is preferable that x is smaller because the light receiving area of the solar cell is increased. When the shoulder structure is formed obliquely as shown in FIG. 3 (B3), the length of the bottom side of the shoulder structure portion is x as shown in FIG. 4 (B).

また、前記絶縁領域は、図4(A)に示されているように、基板の厚みをdとし、肩構造形成領域における前記光電変換部の第一主面側から第二主面側への厚み方向の距離をd1とすると、0<d1≦0.95dであることが好ましく、d1≦0.5dであることが更に好ましく、d1≦0.2dであることが特に好ましい。これは、レーザー照射により形成されるダメージ部の面積がより小さくなればなるほど、キャリアの再結合中心が減少し、太陽電池特性の向上が期待できるからである。 Further, the insulating region, as shown in FIG. 4 (A), the thickness of the substrate is d, the first main surface side of the photoelectric conversion unit in the shoulder structure forming region to the second main surface side When the distance in the thickness direction is d1, it is preferably 0 <d1 ≦ 0.95d, more preferably d1 ≦ 0.5d, and particularly preferably d1 ≦ 0.2d. This is because the smaller the area of the damaged portion formed by laser irradiation, the smaller the number of carrier recombination centers, and the higher the solar cell characteristics can be expected.

d1は絶縁領域における基板厚みの平均値から算出することが好ましく、測定方法としては、SEMや光学顕微鏡による断面観察や段差計を用いて測定することが好ましい。なお、光電変換部の表面に凹凸形状を有する場合は、上述の方法等により取得した断面データに関して、所望の幅を計測したい位置の近傍で10点程度の幅を計測し、その平均値を測定することにより求めることができる。   It is preferable to calculate d1 from the average value of the substrate thickness in the insulating region, and as a measuring method, it is preferable to measure using a cross-sectional observation with a SEM or an optical microscope or a step meter. In addition, when the surface of the photoelectric conversion part has a concavo-convex shape, the width of about 10 points is measured in the vicinity of the position where the desired width is to be measured with respect to the cross-sectional data acquired by the above-described method and the average value is measured. Can be obtained.

なお、光電変換部の表面に凹凸形状を有する場合は、光電変換部の第一主面側表面の凸部から第二主面側表面の凸部までの厚みを意味する。この場合、例えば、光電変換部の表面に垂直な断面において第一主面と第二主面の凸部間の距離を10点程度求め、該距離の平均値を求めることにより算出することができる。この際、断面は、上述のように例えばSEMなどにより100倍〜1000倍程度で観察することにより求めることができる。
通常、裏表面の短絡を防止するために、各層を形成した後に、照射面を上にし、上から下へとレーザー照射することにより溝が形成され、最後に溝形成により生じた残渣(すなわち堆積物)が除去されることが一般的に行われている。
In the case having an uneven shape on the surface of the photoelectric conversion unit is meant the thickness of the convex portion of the first main surface side surface of the photoelectric conversion portion to the convex portion of the second major surface side surface design. In this case, for example, in a cross section perpendicular to the surface of the photoelectric conversion unit the distance between the convex portion of the first major surface and a second main surface determined about 10, can be calculated by obtaining the average value of the distance . At this time, the cross section can be obtained by observing at a magnification of about 100 to 1000 times with, for example, SEM as described above.
Usually, in order to prevent short circuit of the back surface, after each layer is formed, a groove is formed by irradiating laser from top to bottom with the irradiation surface up, and finally the residue (i.e. deposited) formed by the groove formation Is generally removed.

例えば、波長の短いレーザーを用いて、PN接合部とは反対側の面(すなわち本発明においては第二主面側)から、PN接合部には達しないようにレーザー光を照射して溝を形成し、メカニカルに折り割りを行うことで、絶縁処理を行うことができる。 For example, using a short wavelength lasers, from (the second main surface side in other words the present invention) opposite surface to the PN junction, a groove by irradiating a laser beam so as not to reach the PN junction The insulating treatment can be performed by forming and mechanically folding.

しかしながら、この場合、レーザー照射によりPN接合部に達しないように溝を形成するだけでは、電気的な絶縁を取ることはできず、絶縁処理のために必ず折り割りが必要になる。このため、シリコン基板の端部から、ある程度距離をとった所に溝を形成しないと、メカニカルに折り割りを実施することは困難である。従って、元のシリコン基板を最大限に利用することができず、受光面積にロスが生じることとなる。   However, in this case, electrical insulation cannot be obtained simply by forming a groove so as not to reach the PN junction by laser irradiation, and folding is always necessary for insulation treatment. For this reason, unless the groove is formed at a certain distance from the end of the silicon substrate, it is difficult to mechanically perform the splitting. Therefore, the original silicon substrate cannot be used to the maximum, and the light receiving area is lost.

一方で、PN接合部側(すなわち本発明においては第一主面側)からレーザー光を照射した場合は、レーザーによる溝だけで電気的な絶縁を実現することができるため、シリコン基板の端部に非常に近いところにレーザーを照射することにより、受光面積を広くすることが可能である。 On the other hand, PN junction-side (in other words, the present invention is the first main surface side) when irradiated with a laser beam from, since it is possible to achieve electrical isolation only grooves by laser, the ends of the silicon substrate It is possible to increase the light receiving area by irradiating a laser very close to the area.

すなわち、PN接合部に達するようにレーザー照射を行う場合、別途の折割処理を行う必要がないが、PN接合部でダメージが生じ、リーク電流が発生するため、好ましくないとされてきた。しかしながら本発明のように、第一主面の周縁部から側面に跨るように形成された肩構造を有する絶縁領域を形成することで、できる限り側面端部近傍に絶縁領域を形成することができるため、発電面積を増加させることができる。従って、変換効率の高い太陽電池を作製できる。また後述のように、該太陽電池を用いた太陽電池モジュールを作製した場合、後述のように配線部材の接触によるリーク電流の発生を抑制することが期待できる。 That is, when laser irradiation is performed so as to reach the PN junction, it is not necessary to perform a separate splitting process, but it is not preferable because damage occurs in the PN junction and a leak current is generated. However, as the present invention, by forming the insulating region having the formed shoulder structure so as to extend over the side face from the first main surface of the peripheral portion, it is possible to form the insulating region in the vicinity of the end face portion as much as possible Therefore, the power generation area can be increased. Therefore, a solar cell with high conversion efficiency can be produced. Further, as will be described later, when a solar cell module using the solar cell is manufactured, it can be expected that generation of a leakage current due to contact of the wiring member is suppressed as described later.

レーザー光としては、基材として用いられる材料が吸収可能な光の波長で、絶縁領域A0の形成に十分な出力を有するものが適用可能であり、絶縁領域A0の周辺に堆積物を形成できればどのようなものでも良い。たとえは、YAGレーザーやArレーザーの第3高調波等の波長が400nm以下のUVレーザーでは、絶縁領域の深さを低減させることができるため、基板へのダメージを抑制しながら絶縁領域A0を形成しやすく、表裏の電気的な絶縁処理を行うことが可能である。   As the laser light, a laser light having a wavelength that can be absorbed by the material used as the base material and having an output sufficient for forming the insulating region A0 can be applied, and any laser light can be formed around the insulating region A0. Something like that. For example, a UV laser having a wavelength of 400 nm or less, such as the third harmonic of a YAG laser or an Ar laser, can reduce the depth of the insulating region, so that the insulating region A0 is formed while suppressing damage to the substrate. It is easy to carry out, and it is possible to perform the electrical insulation process of the front and back.

パワーとしては、1〜20Wのものを用いることができ、また、レーザー光の光径としては、例えば、20〜200μmのものを用いることができる。このような条件のレーザー光を照射することにより、幅が上記のレーザー光の光径とほぼ同じである絶縁領域を形成することができる。また、より長波長光を利用する、第2高調波レーザーやIRレーザーを使用しても良い。   The power can be 1 to 20 W, and the laser beam diameter can be 20 to 200 μm, for example. By irradiating the laser beam under such conditions, an insulating region having a width substantially the same as the light diameter of the laser beam can be formed. Further, a second harmonic laser or an IR laser that uses longer wavelength light may be used.

また、レーザー光を太陽電池の光入射面から照射することにより、受光面側の集電極に対して対称な位置をレーザーで加工することができる。これにより裏面からレーザーを照射した場合に比べ、端部からの距離が概ね均等な位置に集電極を配置することができ、集電極の位置ズレによる電気抵抗ロスを最小に抑えることができ、量産時において曲率因子を安定的に高い値に保つことができる。   Further, by irradiating laser light from the light incident surface of the solar cell, a position symmetrical to the collector electrode on the light receiving surface side can be processed with a laser. This makes it possible to place the collector electrode at a position where the distance from the edge is approximately uniform compared to when the laser is irradiated from the back surface, minimizing the electrical resistance loss due to misalignment of the collector electrode, and mass production. At times, the curvature factor can be stably maintained at a high value.

またメカニカルに絶縁領域を形成する方法としては、スクラバーやダイシングソー等の方法を用いることができる。この場合、レーザーによるPN接合へのダメージは生じず、電気的短絡部を含まない太陽電池を形成することができる。またこの場合、リーク電流が生じないため、変換効率の高い太陽電池を作製できる。上記の絶縁領域の形成方法の中でも、生産性の観点および短絡を確実に除去する観点からは、レーザー照射を用いた方法が特に好ましい。   As a method for mechanically forming the insulating region, a method such as a scrubber or a dicing saw can be used. In this case, damage to the PN junction by the laser does not occur, and a solar cell that does not include an electrical short-circuit portion can be formed. In this case, since a leak current does not occur, a solar cell with high conversion efficiency can be manufactured. Among the methods for forming the insulating region, a method using laser irradiation is particularly preferable from the viewpoint of productivity and the viewpoint of reliably removing the short circuit.

太陽電池性能向上の観点から、絶縁領域は、集電極70よりも外周の領域に設けられることが好ましい。   From the viewpoint of improving the performance of the solar cell, it is preferable that the insulating region is provided in a region outside the collector electrode 70.

絶縁領域形成後に熱処理(熱処理工程)が行われることが好ましい。これにより絶縁領域でのリーク電流を抑制することができる。例えば、本発明の一実施形態のように第一主面側からレーザー照射により一導電型単結晶シリコン基板と逆導電型シリコン系薄膜にまたがるPN接合部への溝形成を行う際に生じうる、PN接合部へのダメージをより抑制することが可能となる。また上記実施形態のようにPN接合部有するものだけでなく、一導電型半導体基板と逆導電型半導体層との間に、真性半導体層などを含む、PIN接合部を有する場合でも同様と考えられる。   It is preferable that a heat treatment (heat treatment step) is performed after the insulating region is formed. As a result, leakage current in the insulating region can be suppressed. For example, as in the embodiment of the present invention, it may occur when forming a groove in a PN junction extending over a one-conductivity-type single crystal silicon substrate and a reverse-conductivity-type silicon thin film by laser irradiation from the first main surface side. It is possible to further suppress damage to the PN junction. In addition to the case where the PN junction is provided as in the above-described embodiment, the same applies to the case where the PIN junction includes an intrinsic semiconductor layer or the like between the one-conductivity-type semiconductor substrate and the reverse-conductivity-type semiconductor layer. .

熱処理工程で、絶縁領域を加熱する温度は、リーク電流を抑制する観点から、150℃以上であることが好ましく、170℃以上であることがより好ましい。一方、本発明の太陽電池として、透明電極層を有するものを用いる場合、これらの層の変質に伴う、VocやFFの低下をより抑制できる観点から、熱処理温度は250℃以下であることが好ましく、230℃以下であることがより好ましい。   In the heat treatment step, the temperature for heating the insulating region is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 170 ° C. or higher, from the viewpoint of suppressing leakage current. On the other hand, when using the solar cell having a transparent electrode layer as the solar cell of the present invention, the heat treatment temperature is preferably 250 ° C. or lower from the viewpoint of further suppressing the decrease in Voc and FF accompanying the alteration of these layers. More preferably, it is 230 degrees C or less.

熱処理工程における雰囲気や処理圧力は、大気圧、減圧雰囲気、真空中、加圧雰囲気のいずれで実施してもよい。裏面電極層の変質(例えば、酸化)などをより抑制できる観点から、減圧雰囲気や真空中、酸化性ガスを低減した雰囲気で実施することが好ましい。なお、大気中とは、大気雰囲気の組成、圧力を特に制御することなく熱処理工程を実施することを意味する。なお、熱処理工程において、機密性の高い設備を用いた場合、加熱により設備内に封止された大気が熱膨張し、装置内の圧力が大気圧よりも高くなり得るが、このときも大気圧中とみなすものとする。   The atmosphere and the treatment pressure in the heat treatment step may be any of atmospheric pressure, reduced pressure atmosphere, vacuum, and pressurized atmosphere. From the viewpoint of further suppressing deterioration (for example, oxidation) of the back electrode layer, it is preferable to carry out in a reduced pressure atmosphere or in an atmosphere with reduced oxidizing gas. The term “in air” means that the heat treatment step is performed without particularly controlling the composition and pressure of the air atmosphere. In the heat treatment process, when highly confidential equipment is used, the atmosphere sealed in the equipment due to heating may thermally expand, and the pressure in the apparatus may be higher than atmospheric pressure. It shall be regarded as medium.

また、光入射面側の集電極として、印刷法を用いた銀ペースト等の樹脂ペーストを含有する導電性ペースト等を用いる場合、一般的に、まず150℃程度で乾燥させた後、別途樹脂ペーストを170℃〜210℃程度で硬化している。この際、前記熱処理工程において前記集電極の硬化を行うことが好ましい。なお、集電極は、絶縁処理工程前に形成しても良いし、絶縁処理工程後に形成しても良い。   Further, when using a conductive paste containing a resin paste such as a silver paste using a printing method as a collector electrode on the light incident surface side, generally, after first drying at about 150 ° C., a separate resin paste Is cured at about 170 ° C to 210 ° C. At this time, it is preferable to cure the collector electrode in the heat treatment step. Note that the collector electrode may be formed before the insulating treatment step or after the insulating treatment step.

スクリーン印刷等の印刷法により形成される場合、粒子の粒径は、スクリーン版のメッシュサイズ等に応じて適宜に設定され得る。例えば、粒径は、メッシュサイズより小さいことが好ましく、メッシュサイズの1/2以下がより好ましい。なお、粒子が非球形の場合、粒径は、粒子の投影面積と等面積の円の直径(投影面積円相当径、Heywood径)により定義される。   When formed by a printing method such as screen printing, the particle size of the particles can be appropriately set according to the mesh size of the screen plate. For example, the particle size is preferably smaller than the mesh size, and more preferably ½ or less of the mesh size. When the particles are non-spherical, the particle size is defined by the diameter of a circle having the same area as the projected area of the particles (projected area circle equivalent diameter, Heywood diameter).

以上のように形成された光電変換部の第一主面上に、集電極70が形成される。図1に示すヘテロ接合太陽電池の実施形態では、光入射側の透明電極層6a上に、集電極70が形成される。この際、前記絶縁領域は、第一主面側の最表面層形成後、及び裏面電極層形成後(すなわち光電変換部準備工程後)であれば集電極形成後であっても良いし、集電極形成前であってもよい。例えば集電極として第一導電層と第二導電層の2層を有する場合、集電極としての第一導電層形成後第二導電層形成前であってもよい。 The above-formed photoelectric conversion unit first main surface on, collector electrode 70 is formed. In the embodiment of the heterojunction solar cell shown in FIG. 1, a collecting electrode 70 is formed on the transparent electrode layer 6a on the light incident side. At this time, the insulating region may be after the collector electrode is formed as long as it is after the outermost surface layer is formed on the first main surface side and after the back electrode layer is formed (that is, after the photoelectric conversion portion preparation step). It may be before electrode formation. For example, in the case of having two layers of the first conductive layer and the second conductive layer as the collector electrode, it may be after the formation of the first conductive layer as the collector electrode and before the formation of the second conductive layer.

集電極70としては、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法等の公知技術によって作製できるが、生産性の観点からAgペーストを用いたスクリーン印刷法や、銅を用いためっき法等が好ましい。めっき法により集電極を形成する場合、例えば、Agペースト等による下地層(第一導電層)を形成後、該第一導電層上に第二導電層をめっきにより形成する方法などが挙げられる。   The collector electrode 70 can be produced by a known technique such as an ink jet method, a screen printing method, a wire bonding method, a spray method, a vacuum deposition method, or a sputtering method. From the viewpoint of productivity, a screen printing method using an Ag paste, A plating method using copper is preferred. In the case of forming the collecting electrode by a plating method, for example, a method of forming a second conductive layer on the first conductive layer after plating by forming a base layer (first conductive layer) with Ag paste or the like can be mentioned.

第一導電層71の膜厚は、コスト的な観点から20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。一方、第一導電層71のライン抵抗を所望の範囲とする観点から、膜厚は0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。   The film thickness of the first conductive layer 71 is preferably 20 μm or less from the viewpoint of cost, and more preferably 10 μm or less. On the other hand, from the viewpoint of setting the line resistance of the first conductive layer 71 in a desired range, the film thickness is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1 μm or more.

なお、絶縁領域の形成は、第一主面側の最表面層と第二主面側の裏面電極層形成後であれば、集電極形成前でも後でもよい。また集電極が第一導電層と第二導電層の2層により形成される場合、第一導電層形成前であっても良いし、第二導電層形成後であってもよいが、第一導電層上にめっきにより第二導電層を形成する場合、絶縁処理工程は、第一導電層形成後、めっき工程前に行うことが好ましい。   The insulating region may be formed before or after the collector electrode is formed as long as the outermost surface layer on the first main surface side and the back electrode layer on the second main surface side are formed. Further, when the collector electrode is formed of two layers of the first conductive layer and the second conductive layer, it may be before the first conductive layer is formed or after the second conductive layer is formed. When forming a 2nd conductive layer by plating on a conductive layer, it is preferable to perform an insulation process process after a 1st conductive layer formation and before a plating process.

また本発明においては、絶縁領域は絶縁層により覆われることが好ましい。この場合、後述のように、モジュール化した際に、タブ線との接続による短絡をより防止することができる。この際、絶縁処理工程後に絶縁層形成工程を有することが好ましい。   In the present invention, the insulating region is preferably covered with an insulating layer. In this case, as described later, when modularized, a short circuit due to connection with the tab wire can be further prevented. At this time, it is preferable to have an insulating layer forming step after the insulating treatment step.

また、集電極として、第一導電層上にめっきにより形成した第二導電層を有する場合、第二導電層形成工程前に、絶縁領域を形成した後に保護層で覆うことで、めっき液から絶縁領域を保護することができる。また、この際、光電変換部の一主面上における第一導電層非形成領域を覆うように絶縁層を形成することがより好ましい。特に、本発明におけるヘテロ接合太陽電池では、光電変換部の第一主面側の最表面層として透明電極層を有するため、めっき液から透明電極層を保護することができる。 Moreover, when it has the 2nd conductive layer formed by plating on the 1st conductive layer as a collector electrode, it covers from a plating solution by covering with a protective layer after forming an insulating region before a 2nd conductive layer formation process. The area can be protected. At this time, it is more preferable to form an insulating layer so as to cover the first conductive layer non-formation region on the first main surface of the photoelectric conversion portion. In particular, in the heterojunction solar cell according to the present invention, the transparent electrode layer can be protected from the plating solution because it has the transparent electrode layer as the outermost surface layer on the first main surface side of the photoelectric conversion portion.

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、集電極に配線部材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、封止剤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。   The solar cell of the present invention is preferably modularized for practical use. The modularization of the solar cell is performed by an appropriate method. For example, a bus bar is connected to the collector electrode via an interconnector such as a wiring member, whereby a plurality of solar cells are connected in series or in parallel and sealed with a sealant and a glass plate to form a module. Is done.

ここで、従来技術である、光入射面側に溝構造を形成することで、絶縁処理を行う場合、図6(A)に矢印で電流の流れが模式的に示されているように、モジュール化を行った際に配線部材によって太陽電池の表裏電極が短絡する可能性が生じる。ここで、本来配線部材と集電極との間に半田やコンダクティブフィルム等を用いて接着を行うが、図6では簡略化のため、半田等は省略している。一方で、図6(B)の様に、本発明に依れば、絶縁領域A0が前記一主面側の周縁部と側面にまたがって形成された肩構造を有するため、配線部材と裏面側の電極との接触が抑制される。これにより、モジュール化後のリーク電流の発生を防ぐことが可能になる。 Here, when the insulation process is performed by forming a groove structure on the light incident surface side, which is a conventional technique, the current flow is schematically shown by an arrow in FIG. 6A. There is a possibility that the front and back electrodes of the solar cell are short-circuited by the wiring member when the conversion is performed. Here, originally, bonding is performed between the wiring member and the collector electrode using solder, a conductive film, or the like. However, in FIG. 6, solder and the like are omitted for simplification. On the other hand, as shown in FIG. 6B, according to the present invention, since the insulating region A0 has a shoulder structure formed across the peripheral edge and the side surface on the first main surface side, the wiring member and the back surface Contact with the side electrode is suppressed. Thereby, it becomes possible to prevent the occurrence of leakage current after modularization.

この際、絶縁領域上に絶縁層が形成されることが好ましい。図6(C)の記載されているように、絶縁領域の上(特に肩構造の上)に絶縁層が形成されている場合は、更にリーク電流発生が抑制されることが期待できると考えられる。   At this time, an insulating layer is preferably formed on the insulating region. As shown in FIG. 6C, when an insulating layer is formed on the insulating region (especially on the shoulder structure), it can be expected that generation of leakage current is further suppressed. .

なお、この際、配線部材が、絶縁領域A0における肩構造が形成された領域の少なくとも一部上に形成されている場合、上述のような効果がより期待できる。中でも、絶縁領域A0が絶縁層で覆われている場合、配線部材が絶縁領域A0上に形成されることがより好ましい。中でも、絶縁領域の略全面が絶縁層により覆われていることがさらに好ましく、全面が覆われていることが特に好ましい。なお絶縁領域の「略全面」とは、絶縁領域の90%以上が覆われていることを意味する。 なお、本発明の結晶シリコン系太陽電池のように、光電変換部50の表面にテクスチャ構造(凹凸構造)を有する場合、テクスチャの凸部から短絡が生じうるが、保護層で覆うことにより、タブ線と接続された際の短絡をより防止できる。   At this time, when the wiring member is formed on at least a part of the region where the shoulder structure is formed in the insulating region A0, the above-described effects can be expected more. In particular, when the insulating region A0 is covered with an insulating layer, it is more preferable that the wiring member is formed on the insulating region A0. Among these, it is more preferable that substantially the entire surface of the insulating region is covered with the insulating layer, and it is particularly preferable that the entire surface is covered. The “substantially the entire surface” of the insulating region means that 90% or more of the insulating region is covered. In addition, when the surface of the photoelectric conversion part 50 has a texture structure (uneven structure) like the crystalline silicon solar cell of the present invention, a short circuit may occur from the texture protrusion, but by covering with a protective layer, a tab Short circuit when connected to the wire can be prevented more.

この際、絶縁層の材料や膜厚、製膜方法などは特に制限されないが、特にヘテロ接合太陽電池などテクスチャの凹部や凸部にも精度よく膜形成できる観点からも、絶縁層はプラズマCVD法により形成されることが好ましい。緻密性が高い絶縁層を用いることにより、上述のようにタブ線と接続される際の短絡をより防止できる。また集電極をめっきにより形成する場合、めっき耐性をより向上させることができる。   At this time, the material, film thickness, film forming method, etc. of the insulating layer are not particularly limited, but the insulating layer is formed by a plasma CVD method from the viewpoint that the film can be formed accurately even on textured concave and convex portions such as heterojunction solar cells. It is preferably formed by. By using a highly dense insulating layer, a short circuit when connected to the tab wire as described above can be further prevented. Moreover, when forming a collector electrode by plating, plating tolerance can be improved more.

以下、図1に示すヘテロ接合太陽電池に関する実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the examples of the heterojunction solar cell shown in FIG. 1, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
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。
Example 1
The heterojunction solar cell of Example 1 was manufactured as follows.

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最も進行しており、(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。   As a single conductivity type single crystal silicon substrate, an n-type single crystal silicon wafer having an incident plane of (100) and a thickness of 200 μm was used, and this silicon wafer was immersed in a 2 wt% HF aqueous solution for 3 minutes. After the silicon oxide film was removed, rinsing with ultrapure water was performed twice. This silicon substrate was immersed in a 5/15 wt% KOH / isopropyl alcohol aqueous solution maintained at 70 ° C. for 15 minutes, and the texture was formed by etching the surface of the wafer. Thereafter, rinsing with ultrapure water was performed twice. When the surface of the wafer was observed with an atomic force microscope (manufactured by AFM Pacific Nanotechnology), the surface of the wafer was most etched and a pyramidal texture with an exposed (111) surface was formed. It was.

エッチング後のウェハがCVD装置へ導入され、その光入射側に、真性シリコン系薄膜2aとしてi型非晶質シリコンが5nmの膜厚で製膜された。i型非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:120Pa、SiH/H流量比:3/10、投入パワー密度:0.011W/cmであった。なお、本実施例における薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜された薄膜の膜厚を、分光エリプソメトリー(商品名M2000、ジェー・エー・ウーラム社製)にて測定することにより求められた製膜速度から算出された値である。 The etched wafer was introduced into a CVD apparatus, and an i-type amorphous silicon film having a thickness of 5 nm was formed on the light incident side as an intrinsic silicon-based thin film 2a. The film formation conditions for the i-type amorphous silicon were: substrate temperature: 150 ° C., pressure: 120 Pa, SiH 4 / H 2 flow rate ratio: 3/10, and input power density: 0.011 W / cm 2 . In addition, the film thickness of the thin film in a present Example measures the film thickness of the thin film formed on the glass substrate on the same conditions by the spectroscopic ellipsometry (brand name M2000, JA Woollam Co., Ltd. product). It is a value calculated from the film forming speed obtained by this.

i型非晶質シリコン層2a上に、逆導電型シリコン系薄膜3aとしてp型非晶質シリコンが7nmの膜厚で製膜された。p型非晶質シリコン層3aの製膜条件は、基板温度が150℃、圧力60Pa、SiH/B流量比が1/3、投入パワー密度が0.01W/cmであった。なお、上記でいうBガス流量は、HによりB濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。 On the i-type amorphous silicon layer 2a, a p-type amorphous silicon film having a thickness of 7 nm was formed as the reverse conductivity type silicon-based thin film 3a. The film forming conditions for the p-type amorphous silicon layer 3a were as follows: the substrate temperature was 150 ° C., the pressure was 60 Pa, the SiH 4 / B 2 H 6 flow rate ratio was 1/3, and the input power density was 0.01 W / cm 2 . . The B 2 H 6 gas flow rate mentioned above is the flow rate of the diluted gas diluted with H 2 to a B 2 H 6 concentration of 5000 ppm.

次にウェハの裏面側に、真性シリコン系薄膜2bとしてi型非晶質シリコン層が6nmの膜厚で製膜された。i型非晶質シリコン層2bの製膜条件は、上記のi型非晶質シリコン層2aの製膜条件と同様であった。i型非晶質シリコン層2b上に、一導電型シリコン系薄膜3bとしてn型非晶質シリコン層が4nmの膜厚で製膜された。n型非晶質シリコン層3bの製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:60Pa、SiH/PH流量比:1/2、投入パワー密度:0.01W/cmであった。なお、上記でいうPHガス流量は、HによりPH濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。 Next, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 6 nm was formed as an intrinsic silicon-based thin film 2b on the back side of the wafer. The film formation conditions for the i-type amorphous silicon layer 2b were the same as those for the i-type amorphous silicon layer 2a. On the i-type amorphous silicon layer 2b, an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 4 nm was formed as a one-conductivity-type silicon-based thin film 3b. The film forming conditions for the n-type amorphous silicon layer 3b were: substrate temperature: 150 ° C., pressure: 60 Pa, SiH 4 / PH 3 flow rate ratio: 1/2, input power density: 0.01 W / cm 2 . The PH 3 gas flow rate mentioned above is the flow rate of the diluted gas diluted with H 2 to a PH 3 concentration of 5000 ppm.

この上に透明電極層6aおよび6bとして、各々酸化インジウム錫(ITO、屈折率:1.9)が100nmの膜厚で製膜された。ターゲットとして酸化インジウムを用い、基板温度:室温、圧力:0.2Paのアルゴン雰囲気中で、0.5W/cmのパワー密度を印加して透明電極層の製膜が行われた。裏面側透明電極層6b上には、裏面金属電極8として、スパッタ法により銀が500nmの膜厚で形成された。第一透明電極層6a上には、第一導電層71および第二導電層72を有する集電極70が印刷法を用いて銀ペーストを印刷することにより形成された。 On this, as transparent electrode layers 6a and 6b, indium tin oxide (ITO, refractive index: 1.9) was formed to a thickness of 100 nm. Using indium oxide as a target, a transparent electrode layer was formed by applying a power density of 0.5 W / cm 2 in an argon atmosphere at a substrate temperature of room temperature and a pressure of 0.2 Pa. On the back surface side transparent electrode layer 6b, silver was formed as a back surface metal electrode 8 with a film thickness of 500 nm by sputtering. On the 1st transparent electrode layer 6a, the collector electrode 70 which has the 1st conductive layer 71 and the 2nd conductive layer 72 was formed by printing a silver paste using a printing method.

銀ペーストは、バインダー樹脂としてエポキシ系樹脂を含む印刷ペーストが用いられた。この印刷ペーストを、集電極パターンに対応する開口幅(L=80μm)を有する#230メッシュ(開口幅:l=85μm)のスクリーン版を用いて、スクリーン印刷し、90℃で乾燥が行われた。   As the silver paste, a printing paste containing an epoxy resin as a binder resin was used. The printed paste was screen printed using a # 230 mesh (opening width: l = 85 μm) screen plate having an opening width (L = 80 μm) corresponding to the collector electrode pattern, and dried at 90 ° C. .

次に、レーザー光を光入射面側から照射して、絶縁領域の形成を行った。レーザー光は、ウェハの端部より0.5mmまでの周縁部の全周に亘って照射し、太陽電池の光入射面と側面に跨るように絶縁領域を形成した。レーザー光としては、レーザーの加工点におけるスポット径が約100μmの第三高調波(波長355nm)を用い、基板端部から、複数回位置を基板の内側に向けてずらしながら照射した。この際、SEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、倍率が500倍の条件で、基板の第一主面から側面に跨って、d1=91μm、x=502μmとなるようにレーザー光により除去されていることを確認した。この際、レーザー照射部はレーザーにより表面が凹凸状に荒れていたが、10点d1を計測して、その平均を求めた。これにより図6(B)の様な端部構造を持つ絶縁処理を実施した。 Next, an insulating region was formed by irradiating laser light from the light incident surface side. Laser light was irradiated over the entire circumference of the peripheral edge from the edge of the wafer to 0.5 mm, and an insulating region was formed so as to straddle the light incident surface and side surface of the solar cell. As the laser light, a third harmonic (wavelength 355 nm) having a spot diameter of about 100 μm at the laser processing point was used, and irradiation was performed while shifting the position a plurality of times toward the inside of the substrate from the edge of the substrate. At this time, by using a SEM (field emission scanning electron microscope S4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), magnification 500 times conditions, over the side surface from the first main surface of the substrate, d1 = 91μm, x = It was confirmed that the laser beam was removed so as to be 502 μm. At this time, the surface of the laser irradiation part was roughened by the laser, but 10 points d1 were measured and the average was obtained. As a result, an insulation process having an end structure as shown in FIG.

以上のようにして作製した結晶シリコン系太陽電池セルを1枚含むミニモジュールを作製し、AM1.5のスペクトル分布を有するソーラーシミュレータを用いて、25℃の下で擬似太陽光を100mW/cmのエネルギー密度で照射して太陽電池特性の測定を行った。ミニモジュールの構造は、バックシート/封止材/配線部材接続済み結晶シリコン系太陽電池/封止材/ガラスであり、結晶シリコン系太陽電池に貼り付けた配線部材を介して外部の測定器と接続し、前記のソーラーシミュレータを用いて太陽電池特性の測定を行った。 A mini-module including one crystalline silicon-based solar cell manufactured as described above is manufactured, and simulated solar light is 100 mW / cm 2 at 25 ° C. using a solar simulator having an AM1.5 spectral distribution. The solar cell characteristics were measured by irradiation at an energy density of. The structure of the mini-module is a backsheet / sealing material / wiring member-connected crystalline silicon solar cell / sealing material / glass, and is connected to an external measuring instrument via a wiring member attached to the crystalline silicon solar cell. It connected and measured the solar cell characteristic using the said solar simulator.

(比較例1)
レーザー光を、ウェハの端部より0.5mmの周縁部のみに照射し、図6(A)の様な溝構造を形成したことを除いて、実施例1同様に結晶シリコン系太陽電池セルを作製した。
(Comparative Example 1)
A crystalline silicon solar cell is formed in the same manner as in Example 1 except that a laser beam is irradiated only on the peripheral edge of 0.5 mm from the edge of the wafer, and a groove structure as shown in FIG. Produced.

以上のようにして作製した結晶シリコン系太陽電池セルを1枚含むミニモジュールを作製し、AM1.5のスペクトル分布を有するソーラーシミュレータを用いて、25℃の下で擬似太陽光を100mW/cmのエネルギー密度で照射して太陽電池特性の測定を行った。ミニモジュールの構造は、バックシート/封止材/接続済み結晶シリコン系太陽電池/封止材/ガラスであり、結晶シリコン系太陽電池に貼り付けた配線部材を介して外部の測定器と接続し、前記のソーラーシミュレータを用いて太陽電池特性の測定を行った。 A mini-module including one crystalline silicon-based solar cell manufactured as described above is manufactured, and simulated solar light is 100 mW / cm 2 at 25 ° C. using a solar simulator having an AM1.5 spectral distribution. The solar cell characteristics were measured by irradiation at an energy density of. The structure of the mini-module is backsheet / sealing material / connected crystalline silicon solar cell / sealing material / glass, which is connected to an external measuring instrument via a wiring member attached to the crystalline silicon solar cell. The solar cell characteristics were measured using the solar simulator.

上記実施例及び比較例の太陽電池セル及びミニモジュールの光電変換特性を表1に示す。   Table 1 shows the photoelectric conversion characteristics of the solar cells and mini-modules of the examples and comparative examples.

実施例1及び、比較例1のセルの特性では、ともに表面からレーザーを照射しており、照射幅と領域が僅かに異なる程度の違いしかないため、セルとしては、ほぼ同様の太陽電池特性が得られた。   The cell characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 are both irradiated with laser from the surface, and there is only a slight difference between the irradiation width and the area, so that the cell has almost the same solar cell characteristics. Obtained.

次に、それぞれをミニモジュールにした実施例1、及び比較例1を比較する。比較例1では、実施例1と比較して、リーク電流による曲率因子の低下がみられた。一方で、実施例1では、配線部材によるリーク電流の発生は見られなかった。これは、図6(A)に示されているように、比較例1の端部付近の構造は、表裏の電極がレーザーにより絶縁処理を施した溝の両端に位置することとなるため、リーク電流が発生したと考えられる。   Next, Example 1 and Comparative Example 1 in which each is a mini-module will be compared. In Comparative Example 1, as compared with Example 1, a decrease in curvature factor due to leakage current was observed. On the other hand, in Example 1, generation | occurrence | production of the leakage current by a wiring member was not seen. As shown in FIG. 6 (A), the structure in the vicinity of the end portion of Comparative Example 1 is because the front and back electrodes are located at both ends of the groove that has been insulated by the laser. It is thought that current was generated.

これに対し、実施例1では、端部の構造が図6(B)の様になっており、絶縁領域が第一主面の周縁部と側面に跨っていたため、配線部材によるダメージが生じず、リーク電流が発生しなかったと考えられる。 In contrast, in Example 1, the structure of the end portion has become as in FIG. 6 (B), the insulating region was across the peripheral portion and the side surface of the first main surface, without causing damage due to the wiring member It is considered that no leakage current occurred.

以上、実施例を用いて説明したように、本発明によれば、肩構造を設けることで配線部材によるリーク電流を防止でき、また、ウェハを最大限に活用することができるため、高出力の太陽電池を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, according to the present invention, it is possible to prevent a leakage current due to the wiring member by providing the shoulder structure, and to utilize the wafer to the maximum extent. A solar cell can be provided.

1.一導電型結晶シリコン基板
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
8.裏面金属電極
9.絶縁層
50.光電変換部
100.ヘテロ接合太陽電池
20.配線部材
1. One conductivity type crystalline silicon substrate 2. Intrinsic silicon-based thin film 5. Conductive silicon thin film 6. Transparent electrode layer Collector electrode 8. Back metal electrode 9. Insulating layer 50. Photoelectric conversion unit 100. Heterojunction solar cell 20. Wiring member

Claims (15)

光電変換部と、前記光電変換部の一主面上に集電極を有する太陽電池であって、
前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の第一主面上に、逆導電型シリコン系薄膜と第一透明電極層をこの順に有し、前記基板の第二主面上に、一導電型シリコン系薄膜と裏面電極層をこの順に有し、
前記光電変換部は、第一主面および側面に、前記第一透明電極層および前記裏面電極層のいずれも設けられていない絶縁領域を有し、
前記光電変換部一主面側表面の幅W1が二主面側表面の幅W2よりも小さく、かつ第一主面の周縁部と側面に跨って、光電変換部の幅がW2よりも小さい肩構造を有し、
前記光電変換部は、側面の全体が絶縁領域であり、側面の前記肩構造以外の領域にレーザー痕を有する、太陽電池。
A solar cell having a photoelectric conversion part and a collector electrode on the first main surface of the photoelectric conversion part,
The photoelectric conversion unit, on the first main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate having a reverse conductivity type silicon-based thin film and the first transparent electrode layer in this order, on the second main surface of the substrate, Ichishirubeden Type silicon-based thin film and back electrode layer in this order,
The photoelectric conversion portion, the first main surface and the side surface, an insulating region either not provided the first transparent electrode layer and the back electrode layer,
The photoelectric conversion section is smaller width W1 of the first main surface side surface than the width W2 of the second major surface side surface and over the peripheral portion and the side surface of the first major surface, the width of the photoelectric conversion portion have a small shoulder structure than W2,
The photoelectric conversion part is a solar cell in which the entire side surface is an insulating region and has laser marks in a region other than the shoulder structure on the side surface .
前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の第一主面上に、第一真性シリコン系薄膜、逆導電型シリコン系薄膜、および第一透明電極層、をこの順に有し、前記基板の第二主面上に、第二真性シリコン系薄膜、一導電型シリコン系薄膜、および裏面電極層をこの順に有する、請求項1に記載の太陽電池。 The photoelectric conversion unit, on the first main surface of the one conductivity type crystalline silicon substrate, a first intrinsic silicon-based thin film, opposite conductivity type silicon-based thin film, and the first transparent electrode layer, a has in this order, the substrate on the second main surface, having a second intrinsic silicon-based thin film, one conductivity type silicon-based thin film, and a back electrode layer in this order, a solar cell according to claim 1. 前記裏面電極層は、二透明電極層または裏面金属電極の少なくともいずれか一方により構成される、請求項1または請求項2に記載の太陽電池。 The backside electrode layer is at least composed of either one of the second transparent electrode layer or the back metal electrode, the solar cell according to claim 1 or claim 2. 記光電変換部の第一主面側からの肩構造形成領域の厚み方向の距離d1と、前記光電変換部の第一主から第二主面までの距離d、0<d1≦0.95dを満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。 The previous SL distance in the thickness direction of the shoulder structure formation region from the first main surface side of the photoelectric conversion portion d1, and the distance d in the second main bamboo shoots from the first main surface of the photoelectric conversion unit is, 0 <d1 ≦ 0.95D satisfying the solar cell according to any one of claims 1 to 3. 前記光電変換部の第一主面側表面において、一主平行な方向における前記肩構造の幅xが、0<x≦1000μmを満たす、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。 In the first main surface of the photoelectric conversion unit, the width x of the shoulder structure at the first main surface and a direction parallel, 0 <satisfy x ≦ 1000 .mu.m, according to any one of claims 1 to 4 Solar cells. 前記絶縁領域が絶縁層により覆われている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。The solar cell according to claim 1, wherein the insulating region is covered with an insulating layer. 記光電変換部は、一主面側における周縁部の全周に亘って前記絶縁領域を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池。 Before SL photoelectric conversion unit, having an insulating region over the entire circumference of the peripheral portion of the first main surface side, the solar cell according to any one of claims 1-6. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池、および前記太陽電池と他の太陽電池または外部電極とを接続する配線部材を有する、太陽電池モジュール。 Any solar cell according to item 1, and having the solar cell and other solar cell or the wiring member for connecting the external electrodes, solar cell module according to claim 1 to 7. 請求項1〜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、
前記光電変換部を準備する光電変換部準備工程の後、前記絶縁領域を形成する絶縁処理工程を有し、
前記絶縁処理工程において、前記光電変換部の第一主面側の前記一導電型結晶シリコン基板の側面を削ることにより前記肩構造が形成され、前記光電変換部の側面へのレーザー照射により、光電変換部の側面に形成されていた前記第一透明電極層および前記裏面電極層が除去され、前記絶縁領域の前記肩構造以外の領域に前記レーザー痕が形成される、太陽電池の製造方法。
A method of manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7
After the photoelectric conversion unit preparation step of preparing the photoelectric conversion unit, an insulating process step of pre-forming a Kize' edge region,
Wherein the insulating step, the shoulder structure is formed by cutting said one conductivity type crystalline silicon substrate side of the first main surface side of the photoelectric conversion unit, by laser irradiation of the side surface of the photoelectric conversion unit, photoelectric The method for manufacturing a solar cell, wherein the first transparent electrode layer and the back electrode layer formed on the side surface of the conversion portion are removed, and the laser mark is formed in a region other than the shoulder structure of the insulating region .
前記肩構造が、前記光電変換部の第一主面側からのレーザー照射により形成される、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 9 , wherein the shoulder structure is formed by laser irradiation from a first main surface side of the photoelectric conversion unit . 前記肩構造が、メカニカルスクライブにより形成される、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 9 , wherein the shoulder structure is formed by mechanical scribing. 前記絶縁処理工程の後に、前記絶縁領域上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程をさらに有する、請求項9〜11のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, further comprising an insulating layer forming step of forming an insulating layer on the insulating region after the insulating treatment step. 前記絶縁層形成工程後に、めっき法により前記集電極が形成されるめっき工程をさらに有する、請求項12に記載の太陽電池の製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 12, further comprising a plating step in which the collecting electrode is formed by a plating method after the insulating layer forming step. 前記集電極は、前記第一透明電極層上に第一導電層および第二導電層を順に有し、The collector electrode has a first conductive layer and a second conductive layer in order on the first transparent electrode layer,
前記第一透明電極上に前記第一導電層を形成後に、前記絶縁処理工程および前記絶縁層形成工程を行った後、前記第一導電層上にめっき法により前記第二導電層を形成するめっき工程が行われる、請求項12に記載の太陽電池の製造方法。After forming the first conductive layer on the first transparent electrode, performing the insulating treatment step and the insulating layer forming step, and then forming the second conductive layer on the first conductive layer by a plating method The manufacturing method of the solar cell of Claim 12 with which a process is performed.
前記絶縁処理工程の後に、前記絶縁領域を150℃以上に加熱する熱処理工程をさらに有する、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。The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 9 to 14, further comprising a heat treatment step of heating the insulating region to 150 ° C or higher after the insulating treatment step.
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