JP6284740B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換可能な光電変換装置である。太陽電池は、表面電極層と、裏面電極層と、当該2つの電極層に挟まれた半導体接合等からなる光電変換部を備えている。また、太陽電池は、この光電変換部に光を照射することによって発生するキャリア(電子及び正孔)を電極層により収集して外部回路に取り出すことが可能となっている。
また、表面電極層は、集電極を備えており、当該集電極からキャリアを外部電極に取り出す構造となっている。
具体的には、電解めっき法では、めっき処理の対象となる被めっき基板を、フレームやホルダーなどの保持部材によって、めっき液内に浸漬した状態で保持する。そして、同一のめっき液内にめっき電極を浸漬し、被めっき基板と当該めっき電極間で電圧を加えることによって、被めっき基板上にめっき液の成分たる金属イオンを析出させ、金属からなるめっき層を形成する方法である。また、この電解めっき法は、太陽電池以外にも応用されている。例えば、特許文献3では、この電解めっき法が光電変換部を備えていない配線基板のスルーホールの形成等に応用されている。
上記の他、本発明に関連する先行技術を記載した文献として、特許文献4がある。
さらに、導電クリップ101は、通常、高導電率の材料で形成され、被めっき層102までの間で抵抗損失が少なくなるように導電させるため、導電クリップ101の接続部位近傍は、低抵抗で電流が流れやすい。
すなわち、導電クリップ101を被めっき層102ともにめっき液に浸漬させると、導電クリップ101の一部は、被めっき層102の外側から回り込んで固定しているから、当該部分は、めっき電極に近い位置となる。そのため、導電性クリップ101の一部に優先的にめっき層100が析出しやすく、導電性クリップ101との接触部位近傍の被めっき層102にめっき層100が形成されにくい。
このめっき層100のパターニングは、フォトリソグラフィー法によって行われることがある。すなわち、このめっき層100のパターニングは、被めっき基板110の被めっき面に紫外線等によって硬化又は軟化するフォトレジスト材料からなるレジスト層を形成する。その後、このレジスト層を形成した被めっき基板110をめっき液に浸し、電圧を印加することによって、レジスト層で覆われていない部位のみにめっき層が形成され、所定の形状にパターニングされためっき層100が形成される。
また、太陽電池の製造には、表面電極層と裏面電極層の両面の電極層にめっき層を形成する場合がある。この場合、従来の方法では、それぞれの電極層に別途独立して給電する必要があるので、片面にめっき層を形成する場合に比べて、導電性クリップの被めっき基板への取り付け部位が増える。そのため、被めっき基板に導電性クリップを取り付ける際に、上記したような破損が生じる可能性が高くなるという問題があった。
すなわち、例えば、結晶系の太陽電池であるヘテロ接合型の太陽電池などでは、透明電極層のような光電変換部を挟んで表裏面で重複して形成される層が存在する。このような重複する層は、製造工程の簡略化の観点から、一つの装置中で連続して表裏面を成膜することができる。
この製造工程では、重複する層を一つの装置内で成膜するために、成膜面を光入射面側と裏面側とに入れ替えて成膜する工程が存在する。例えば、被めっき基板の光入射面側に透明電極層を形成した後に、被めっき基板の裏面側に透明電極層を形成する工程が存在する。
この場合、第一透明電極層と第二透明電極層は、電気的に接続された状態となり、発電時に太陽電池が短絡したり、特性が著しく低下したりする原因となる。
本発明は、表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記表面電極層と前記裏面電極層のうち、一方の電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、他方の電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでいる。
また「表面電極層と裏面電極層の実質的な電気接続を切り離した状態」には、太陽電池の発電時において、太陽電池の発電に支障のない程度の微弱電流が表面電極層と裏面電極層で流れる程度に通電する状態も含む。
また、本発明の製造方法によれば、めっき工程後に、表面電極層と裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程を行うので、表面電極層と裏面電極層が電気的に接続されることによる短絡を防止することができる。
本発明は、表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記裏面電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、表面電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでいる。
本発明の製造方法によれば、導電性保持部材を裏面電極層に接触させて給電するため、成膜面である表面側(光入射面側)において、導電性保持部材の存在がめっき層の形成の妨げにならない。
また、本発明の製造方法によれば、導電性保持部材を裏面電極層に接触させて給電するため、上記した例のように、導電性保持部材の接続部位の幅を細くして、レジスト層に当たらないように導電性保持部材を裏面電極層に接触させる必要がない。また、導電性保持部材が接触するのは光反射側である裏面電極層側なので、導電性保持部材と裏面電極層との接触面積を大きくすることが可能であり、薄くて強度の弱い被めっき基板であっても、割れにくくすることが可能である。それ故に、不具合なく容易にめっき層を形成できる。
さらに、本発明の製造方法によれば、めっき工程後に、表面電極層と裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程を行うので、表面電極層と裏面電極層が電気的に接続されることによる短絡を防止することができる。
本発明は、前記めっき工程において、前記表面電極層及び前記裏面電極層のうち、少なくとも一方は、前記光電変換部の側面の一部又は全部を覆っており、前記光電変換部の側面又はその近傍において、前記表面電極層及び前記裏面電極層が接している。
また、本発明の製造方法によれば、表面電極層及び裏面電極層を電気的に接続するにあたって、特許文献3のように、光電変換部に貫通孔等を設けて表面電極層と裏面電極層を接続する必要がないため、光電変換部の強度が低下しない。
一方、本発明の製造方法によれば、導電性保持部材に給電することにより、被めっき基板の両面の電極層にめっき層を同時に形成するので、片面ずつにそれぞれ独立して給電する必要はない。そのため、たとえ、被めっき基板の厚みが薄い場合であっても、導電性保持部材を接続する際に、誤って被めっき基板が破損してしまうことを防止することができる。
また本発明の構成によれば、第一導電層と第二導電層は、直接接することで電気的に接続されているため、第一導電層よりも導電率が低い第一透明電極層や第二導電層よりも導電率が低い第二透明電極層を介してめっき層を形成する場合に比べて、短時間でめっきできる。
さらに、本発明の製造方法によれば、片面側からの給電によって、少なくとも反対側の電極層にめっき層を成膜することができるので、破損する可能性も低くなる。また、例えば、導電性保持部材を「面状」に接続することで、被めっき基板に対して局所的に集中荷重が加わることを避けることができ、破損をより抑制することもできる。
このようなパターニングは、レジスト層等を用いることによって、行うことが可能である。しかしながら、このようなパターニングを行う場合、表面電極層上のめっき層の成膜面積は、裏面電極層上のめっき層の成膜面積に比べて著しく小さくなる。そのため、めっき工程において、同時に表面電極層上のめっき層及び裏面電極層上のめっき層にめっきを形成した場合、裏面電極層上のめっき層が十分量形成されると、表面電極層上のめっき層の厚みが所望の厚みよりも厚くなる場合がある。すなわち、上記した場合、表面電極層上のめっき層の形成量を裏面電極層上のめっき層の形成量に比べて少なくする必要があり、裏面電極層上のめっき層の形成量と表面電極層上のめっき層の形成量を適切な量に制御する必要がある。
前者の場合の一例としては、例えば、特許文献4がある。この特許文献4に記載の太陽電池製造装置では、めっき電極と被めっき基板との間に規則的に穴が配列した分配プレート(遮蔽板)を介在させて、金属イオンの移動を制御している。
この方法を応用して、表面電極層の近傍に遮蔽板を設置すれば、表面電極層上でのめっき層の形成量を抑えることができると推察される。
しかしながら、この方法では、分配プレートによってめっき液の対流が阻害される。そのため、めっき液内で金属イオン等の偏りが生じるおそれがあり、良好なめっき層が形成されないおそれもある。
そこで、本発明者は、後者の電流量による制御に注目し、透明電極層と導電層との導電率の違いに着目した。
例えば、導電性保持部材から裏面電極層に給電する場合には、導電性保持部材から、第二導電層と、第一透明電極層及び/又は第二透明電極層と、を経由して第一導電層に給電することになる。すなわち、第一透明電極層及び/又は第二透明電極層の内部抵抗によって、第二導電層上に形成されるめっき層と第一導電層上に形成されるめっき層との間で形成量に差が生じる。そのため、上記したような表面電極層上のめっき層と裏面電極層上のめっき層との間で成膜面積に差がある場合でも、表面電極層上にめっき層が付きすぎることを防止することができる。
また、絶縁層として光を吸収するような材料を用いた場合などには、より光電変換部に光を入射させる観点から、絶縁層除去工程において、基板の表面に対して平行な、めっき層が形成されるめっき層形成領域以外の領域(めっき層非形成領域)における全ての絶縁層を除去することが好ましい。また、絶縁層除去工程において、めっき層と表面電極層との間に介在した絶縁層を除く全ての絶縁層を除去することが好ましい。
本発明は、前記被めっき基板は、前記表面電極層が光電変換部側から第一透明電極層、第一導電層の順に積層されてなり、前記めっき工程後に第一導電層の大部分を除去する第一導電層除去工程を行うことに関連する。
上記した定義では、第一導電層の大部分は、第一導電層全体の70パーセント以上の部分を指すが、光をより光電変換部に入射させる観点から、第一導電層除去工程では、第一導電層の80パーセント以上の部位を除去することが好ましく、90パーセント以上の部位を除去することがより好ましい。
ここでいう「一導電型」とは、n型、又は、p型のどちらか一方であることをいう。すなわち、「一導電型の単結晶シリコン基板」とは、n型の単結晶シリコン基板又はp型の単結晶シリコン基板である。
この発明の製造方法によれば、一導電型シリコン系薄膜と逆導電型シリコン系薄膜が接しているので、例えば、一導電型シリコン系薄膜がn型であり、逆導電型シリコン系薄膜がp型である場合において、表面電極層側にPN接合が形成される。そのため、例えば、一導電型シリコン系薄膜や逆導電型シリコン系薄膜として導電性の高い材料を用いた場合など、めっき工程において導電性保持部材から給電する際に、表面電極層と裏面電極層間の導電経路に加えて、一導電型シリコン系薄膜と逆導電型シリコン系薄膜との導電経路も形成される場合があるため、めっき工程における表面電極層側への給電を補助することができる。
また、この発明の製造方法によれば、分離工程において、一導電型シリコン系薄膜と逆導電型シリコン系薄膜の実質的な電気接続を切り離すので、一導電型シリコン系薄膜や逆導電型シリコン系薄膜として導電性の高い材料を用いた場合、PN接合による一導電型シリコン系薄膜と逆導電型シリコン系薄膜の短絡を防止することができる。
請求項10に記載の発明は、表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記表面電極層と前記裏面電極層のうち、一方の電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、他方の電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでおり、前記被めっき基板は、前記表面電極層が光電変換部側から第一透明電極層、第一導電層の順に積層されてなり、前記めっき工程後に第一導電層の70パーセント以上を除去する第一導電層除去工程を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法である。
なお、以下の説明において、特に断りがない限り、めっき装置1の上下の位置関係は、図1の姿勢を基準に説明する。また、図面は、理解を容易にするために全体的に実際の大きさ(長さ、幅、厚さ)に比べて誇張して描写していることがある。各物性は、特に断りがない限り、標準状態(一般的にその分野において主に測定が行われる条件)における物性を表す。
そして、本発明は、このめっき装置1で使用されるめっき用治具2の構造に1つの特徴を備えている。
めっき用治具2は、図1のように、被めっき基板20を挟持して所定の姿勢で保持するための固定治具である。
めっき用治具2は、支持台10と、絶縁クリップ11と、絶縁体12と、導電クリップ13(導電性保持部材)から形成されている。
支持台10は、帯状に延びた板状の導電体であり、図1に示されるように外部電源7と電気的に接続可能となっている。
また、支持台10上には、図示しない支持台保護層によって被覆されていることが好ましい。
この支持台保護層は、図7のようにめっき装置1に取り付けた際に、支持台10がめっき浴5のめっき液31に晒されるのを防止する層である。
支持台保護層は、めっき用治具2をめっき装置1に設置した際に、支持台10のめっき液31に浸漬される領域全体を覆っている。
支持台保護層の材料は、めっき液31に対する耐性と、絶縁性を有していれば、特に限定されるものではない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、セラミック、プラスチック、ゴム、エポキシ樹脂などが採用できる。PTFEを使用する場合には、より信頼性が高い観点からPTFEの中でもテフロン(登録商標)であることが好ましい。
絶縁クリップ11は、絶縁体によって形成されている。
絶縁クリップ11の材料は、めっき液31に対する耐性と、絶縁性を有していれば、特に限定されるものではない。絶縁クリップ11の材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、セラミック、プラスチック、ゴム、エポキシ樹脂などが採用できる。PTFEを使用する場合には、より信頼性が高い観点からPTFEの中でもテフロン(登録商標)であることが好ましい。
押圧部25は、被めっき基板20を押圧して支持する部位である。
接続部26は、支持台10に対して立設されており、押圧部25に対しても立設されている。
導電クリップ13は、図1の拡大図のように、骨格を形成するクリップ本体15と、クリップ本体15上を被覆したクリップ被覆層16から形成されている。導電クリップ13は、クリップ本体15の大部分がクリップ被覆層16で被覆されている。
クリップ本体15は、導電体によって形成されており、クリップ本体15を含む導電クリップ13は、図7のように長方形状の板状部材を湾曲させた形状をしている。
クリップ被覆層16の材料は、めっき液31に対する耐性と、絶縁性を有していれば、特に限定されるものではない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、セラミック、プラスチック、ゴム、エポキシ樹脂などが採用できる。PTFEを使用する場合には、より信頼性が高い観点からPTFEの中でもテフロン(登録商標)であることが好ましい。
露出部17は、クリップ本体15がクリップ被覆層16から露出した部位である。すなわち、露出部17は、被めっき基板20にめっきする際に、被めっき基板20と接触する部位であって、被めっき基板20への給電点となる部位である。
露出部17は、自然姿勢において、緩やかに湾曲し、曲面状となっている。
ここで、「自然姿勢」とは、外力が働いていない状態を指し、本実施形態で則していうと、被めっき基板20を挟んでいない状態を指す。
被覆部18は、クリップ本体15の少なくとも裏面側(被めっき基板20と反対側)の面全体に形成されており、本実施形態では、被めっき基板20をめっき用治具2に取り付けた際に、被めっき基板20との接触部位以外の部位に形成されている。
絶縁体12は、絶縁クリップ11の押圧部25と支持台10の厚み方向に所定の間隔を空けて配されており、当該間隔に被めっき基板20を取り付け可能となっている。
絶縁クリップ11及び絶縁体12は、支持台10の上端部側に接続されており、導電クリップ13は、支持台10の下端部側に接続されている。すなわち、絶縁クリップ11及び絶縁体12は、導電クリップ13と上下方向(天地方向)にずれた位置にある。
導電クリップ13は、被めっき基板20を固定した際に被めっき基板20に近接する方向に折り曲がって湾曲しており、導電クリップ13の下部に位置する露出部17は、絶縁体12の先端面(被めっき基板20側の面)とほぼ同一平面上に位置している。
めっき液31は、公知のめっき液であり、成膜するめっき層8の種類等によって適宜使い分けられる。本実施形態では、金属塩を溶解した電解液であり、具体的には、硫酸銅が電離した硫酸銅水溶液である。すなわち、本実施形態では、銅イオンと、硫酸イオンが電離している。
なお、めっき液には、電導度塩、アノード溶解促進剤、錯化剤、皮膜の外観と物性を調整する添加剤などの公知の添加物を添加してもよい。
本実施形態では、上記したようにめっき液31として硫酸銅のめっき液を使用しているので、めっき電極6として銅単体などが使用できる。なお、めっき電極6は、溶解する側の電極であるから、当然陽極(アノード)となる。
また、めっき電極6は板状の導電体であり、めっき電極6の大きさは、図1から読み取れるように、被めっき基板20のほぼ全面を覆う程度の大きさとなっている。
被めっき基板20は、平面視したときに、多角形状をしており、具体的には、図2から読み取れるように、四角形の4隅を取り除いた疑似四角形状をしている。
被めっき基板20は、図2,図3から読み取れるように光電変換層53上にめっき下地層51が被覆されためっき層形成領域60と、基板の表面に対して平行なめっき層形成領域60以外の領域であるめっき層非形成領域61を有している。
めっき層形成領域60は、図2に示されるように、バスバー形成領域62と、フィンガー形成領域63から形成されている。
バスバー形成領域62は、めっき層8を形成することによって、いわゆるバスバー電極として機能する領域である。バスバー形成領域62は、図2のように縦方向l(長さ方向)に延伸している。
フィンガー形成領域63の幅は、バスバー形成領域62の幅に比べて極めて狭い。
また、被めっき基板20は、めっき層非形成領域61において、光入射側から絶縁層58と、表面電極層54と、光電変換層53と、裏面電極層55がこの順に積層している。
めっき下地層51の材料は、電解めっき法における下地層として機能し得る程度の導電率を有していれば、特に限定されるのではないが、めっき下地層51の体積抵抗率は10-4Ω・cm以上10-2Ω・cm以下であることが好ましい。この範囲であれば、導電性の下地層として十分に機能することができる。
例えば、めっき下地層51としては、ニッケル単体や銅単体、これらの合金等が使用できる。
なお、本実施形態では、めっき下地層51は、第一透明電極層52よりも高い導電率を有している。
第一透明電極層52は、これらの中でも、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い。
また、第一透明電極層52は、上記した導電性酸化物にドーピング剤を添加したものであってもよい。
ここで「主成分とする」とは、含有量が50重量パーセントより多いことを意味し、70重量パーセント以上が好ましく、90重量パーセント以上がより好ましい。
第一透明電極層52の形成方法は、特に限定されない。例えば、スパッタ法などによって形成できる。
第二透明電極層56は、上記した第一透明電極層52と同様、透明性及び導電性を有した層であり、導電性酸化物を主成分とした層である。第二透明電極層56としては、第一透明電極層52と同様の材料が使用できる。すなわち、第二透明電極層56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、又は混合したものが使用できる。
第二透明電極層56は、これらの中でも、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い。
また、第二透明電極層56は、上記した導電性酸化物にドーピング剤を添加したものであってもよい。
ここで「主成分とする」とは、含有量が50重量パーセントより多いことを意味し、70重量パーセント以上が好ましく、90重量パーセント以上がより好ましい。
第二透明電極層56の形成方法は、特に限定されない。例えば、スパッタ法などによって形成できる。
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の金属が挙げられる。
金属層57の成膜方法は、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。
金属層57は、光電変換層53の裏面側の面の略全面に形成してもよいし、光入射面側のめっき下地層51のように櫛型電極としてもよい。
本実施形態の絶縁層58は、めっき層8を形成する際に使用されるめっき液31に対する化学的安定性を有する材料によって形成されている。そのため、めっき工程の際に、絶縁層58が溶解しにくく、光電変換層53へのダメージが生じにくくできる。
また、絶縁層58を除去する除去液としては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、アルキルベンゼンスルホン酸、エタノールアミン類、水酸化ナトリウムなどを含む溶液などが使用できる。
本実施形態では、フォトレジスト材料として、ポジ型のノボラック樹脂を使用しており、除去液として、水酸化ナトリウム水溶液を使用している。
光入射側に注目すると、光入射側に位置する第一透明電極層52は、図4(e)のように、光電変換層53の一方の主面(光入射面)から対向する主面(裏面)にかけて、連続して光電変換層53の側面を覆っている。
また、第一透明電極層52は、大部分が光電変換層53の一方の主面(光入射面)に積層されている。
表面電極層54の一部たるめっき下地層51は、光電変換層53側からみて、金属層57のさらに外側を覆っている。すなわち、めっき下地層51は、光電変換層53の一方の主面(光入射面)から対向する主面(裏面)にかけて、側面を覆っている。
光電変換層53の内部では、第一透明電極層52と同様、最表面に位置する逆導電型シリコン系薄膜72(図6参照)が一方の主面(光入射面)から対向する主面(裏面)にかけて、連続して単結晶シリコン基板70の側面を覆っている。
また、裏面電極層55の一部たる金属層57は、光電変換層53側からみて、第二透明電極層56のさらに外側を覆っている。すなわち、金属層57も光電変換層53の他方の主面(裏面)から対向する主面(光入射面)にかけて、側面を覆っている。
光電変換層53の内部では、金属層57と同様、最裏面に位置する一導電型シリコン系薄膜74(図6参照)が一方の主面(裏面)から対向する主面(光入射面)にかけて、連続して単結晶シリコン基板70の側面を覆っている。
一導電型シリコン系薄膜74は、単結晶シリコン基板70の側面において逆導電型シリコン系薄膜72上を覆っており、逆導電型シリコン系薄膜72と接している。すなわち、逆導電型シリコン系薄膜72と一導電型シリコン系薄膜74は、PN接合を形成している。
このときの成膜範囲は、ともに単結晶シリコン基板70と同じ範囲かやや大きい範囲を成膜している。
なお、逆導電型シリコン系薄膜72及び一導電型シリコン系薄膜74の成膜範囲は、マスクによって、所望の形状又は所望の範囲になるように成膜してもよい。
このときの成膜範囲は、光電変換層53と同じ範囲かやや大きい範囲を成膜している。そのため、光電変換層53の光入射面(表面)から各辺の側面にまで、第一透明電極層52が形成される。すなわち、第一透明電極層52は、光電変換層53の光入射面(表面)から裏面に向かって延びており、光電変換層53の側面を巻き込んでいる。
このときの成膜範囲は、光電変換層53と同じ範囲かやや大きい範囲を成膜している。そのため、光電変換層53の裏面側から各辺の側面側にまで、第二透明電極層56が形成されており、第二透明電極層56は、第一透明電極層52の外側を巻き込んで接触した状態で形成されている。
このときの成膜範囲は、光電変換層53と同じ範囲かやや大きい範囲を成膜している。そのため、光電変換層53の裏面側から側面側にまで金属層57が形成されており、金属層57は、第二透明電極層56の外側を覆っている。本実施形態では、金属層57は、第二透明電極層56上全体を覆っている。
このようにして、第二透明電極層56上に金属層57が積層され、裏面電極層55が形成される。
このときの成膜範囲は、光電変換層53と同じ範囲かやや大きい範囲を成膜している。そのため、光電変換層53の裏面側から側面側にまでめっき下地層51が形成されており、めっき下地層51は、光入射面側の面において、第一透明電極層52の外側を覆っており、側面において、金属層57上を覆っている。本実施形態では、めっき下地層51は、光入射側において、第一透明電極層52上全体を覆っており、側面においても金属層57上全体を覆っている。
このようにして、第一透明電極層52上にめっき下地層51が積層され、表面電極層54が形成される。
具体的には、めっき下地層51の全面にレジスト材料を塗布し、所望の部位をマスクで覆って光を照射する(露光工程)。その後、除去液に浸してレジスト材料の露光部位を溶解させる(現像工程)。
具体的には、図5(g)のようにめっき用治具2の導電クリップ13を介して裏面電極層55の一部たる金属層57に給電することによって、光入射面側の表面電極層54の一部たるめっき下地層51上にめっき層8を形成する(めっき工程)。
このとき、被めっき基板20は、図1に示されるように、めっき用治具2の絶縁クリップ11、絶縁体12、及び、導電クリップ13によって、めっき液31内に浸漬された状態で保持されている。
すなわち、表面電極層54のめっき下地層51及び裏面電極層55の金属層57は、めっき液31に晒されており、その状態で給電されることによって、それぞれのめっき液31への露出面にめっき層8が析出される。
またこのとき、図1のように、導電クリップ13の露出部17は、被めっき基板20の裏面電極層55と面接触している。
絶縁クリップ11と絶縁体12は、被めっき基板20の一部を挟んでいることが好ましい。具体的には、絶縁クリップ11は、被めっき基板20の被めっき箇所以外の部位、すなわち、図7に示されるめっき層非形成領域61の一部を挟んでいることが好ましい。言い換えると、絶縁クリップ11は、めっき下地層51を挟んでいないことが好ましい。そのため、絶縁クリップ11と絶縁体12の存在がめっき層8の形成を阻害しない。
さらにこのとき、裏面側の金属層57を介して光入射面側のめっき下地層51に給電するため、金属層57とめっき下地層51は、同電位となり、金属層57に正に帯電することはない。すなわち、金属層57が酸化されてイオン化することはない。さらに金属層57は、めっき下地層51と同電位であるから、金属層57上にもめっき層8が形成される。そのため、裏面電極層55の金属層57の厚みが薄くても十分な導電が可能である。
本実施形態の場合、光電変換層53の各辺の側面で金属層57とめっき下地層51が直接接触しているので、金属層57からめっき下地層51全体に均等に導電し、導電ムラが生じにくいので、めっき層8の厚みが均等となる。
以上がめっき工程の説明である。
また、めっき下地層51とめっき層8(第一めっき層45)を備えた集電極65が形成される。
なお、本実施形態の分離工程では、レーザー光によって、光電変換層53の側面に位置する表面電極層54と裏面電極層55を全て除去し、表面電極層54と裏面電極層55の重なり部位又は接する部位を物理的に切り離している。
絶縁領域は、典型的には、太陽電池50の表面電極層54及び/又は裏面電極層55を構成する成分が除去され、当該成分が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、材料の付着量がその周辺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。
本実施形態の太陽電池50では、上記したように導電型シリコン系薄膜72,74がPN接合を形成しているため、導電型シリコン系薄膜72,74として導電率が高いものを用いた場合には、導電型シリコン系薄膜72,74の接触部位も同時に除去することが好ましい。すなわち、分離工程において、一導電型シリコン系薄膜74と逆導電型シリコン系薄膜72の実質的な電気接続を切り離すことによって、一導電型シリコン系薄膜74と逆導電型シリコン系薄膜72の短絡をより防止することができる。
ヘテロ接合太陽電池は、一導電型の単結晶シリコン基板上に、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。
一方、単結晶シリコン基板70の他方の面(光入射側と反対側の面,裏面)上に真性シリコン系薄膜73及び一導電型シリコン系薄膜74がこの順に積層されている。
また、単結晶シリコン基板70と逆導電型シリコン系薄膜72の間、単結晶シリコン基板70と一導電型シリコン系薄膜74の間には、真性シリコン系薄膜71,73が介在している。
以上の観点から、単結晶シリコン基板70は、n型単結晶シリコン基板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。
単結晶シリコン基板70上に、CVD法によってi型水素化非晶質シリコンが成膜されると、単結晶シリコン基板70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。
第一めっき層45は、めっき層形成領域60に形成されるめっき層であり、バスバー電極とフィンガー電極の一部を形成する層である。
第一めっき層45は、めっき下地層51上の実質的に全面において形成されている。すなわち、めっき下地層51の光入射側の面上には、第一めっき層45が連続して形成されている。
ここでいう「実質的に全面」とは、ピンホール等の欠陥が生じている場合も含む。
そのため、裏面側からの給電によって、表面電極層54上に成膜することができる。
そして、上記した実施形態の太陽電池の製造方法によれば、金属層形成工程後にめっき下地層形成工程を行っている。
この工程順の利点について簡単に説明すると、仮に、めっき下地層形成工程後に金属層形成工程を行った場合、金属層57が光入射面側に回り込んで第一透明電極層52と金属層57との間にめっき下地層51が介在することとなる。そのため、第一透明電極層52と金属層57の間に入っためっき下地層51が除去し難くなる。
一方、上記した実施形態の太陽電池の製造方法によれば、金属層形成工程後にめっき下地層形成工程を行うので、めっき下地層51を除去しやすい。
第2実施形態のめっき用治具80は、図8,図9に示されるように、被めっき基板20の裏面を覆う裏面側支持具81と、外部電源7と接続可能な導電性コンタクト部82と、被めっき基板20の側面と光入射面(表面)の周縁部を覆う光入射面側支持具83から形成されている。
支持本体85は、被めっき基板20の裏面をすべて覆う程度の大きさを有している。
めっき装置1に取り付けた際に天面を形成する立壁部86は、電源側接続部92を挿通可能な取出開口90を有している。
取出開口90は、立壁部86の立設方向先端面から支持本体85に向かって切り欠かれた方形状の切り欠きである。
基板側接続部93は、被めっき基板20の裏面全体を覆う程度の大きさである。基板側接続部93は、正面視したときに、被めっき基板20と同一又は相似形状をしている。すなわち、多角形状となっている。
また、基板側接続部93は、図8の拡大図に示されるように、被めっき基板20の裏面電極層55と直接面接触可能となっている。
電源側接続部92は、基板側接続部93から張り出した舌状の部位であり、図9のように裏面側支持具81の取出開口90を挿通可能となっている。
めっき用開口95は、組み立てたときに、被めっき基板20の被めっき面と対応する位置に設けられている。
被めっき基板20は、図8,図9から読み取れるように、光入射面側支持具83及び裏面側支持具81によって囲まれており、光入射面(表面)のみがめっき液31に晒されている。
光入射面側支持具83は、正面視したときに、被めっき基板20のめっき層形成領域60上を被っていない。すなわち、正面視したときに、めっき用開口95内に被めっき基板20のめっき層形成領域60が位置している。
言い換えると、被めっき基板20のめっき層形成領域60は、光入射面側支持具83のめっき用開口95から露出している。すなわち、被めっき基板20のめっき下地層51は、めっき用開口95を介してめっき液31に晒されている。そのため、めっき電極6と導電性コンタクト部82間に電圧を印加することによって、絶縁層58から露出しためっき下地層51上にのみめっき層8が析出する。
また、上記した第1実施形態においても、第2実施形態のように、裏面電極層55上を遮蔽板等によって覆い、裏面電極層55上にめっき層8が形成されないようにしても良い。
上記した実施形態のように、めっき下地層51を透明電極層52と別途形成することが好ましい。この場合、めっき下地層51により導電率がより高くなり、良質なめっき層8が形成されやすくすることができる。まためっき下地層51により透明電極層52がめっき液31に溶解することなどをより防止できる。さらにめっき下地層51により隣接する層との接触抵抗がより小さくなり、抵抗損失などをより低減できる。
また、透明電極層52上やめっき下地層51上に裸線の配線部材を接着剤等で接着し、配線部材を介して通電することによって配線部材上にめっき層8を形成してもよい。すなわち、本発明の「第一導電層」には、モジュール化等を行う際に使用される板状又は箔状の配線部材も含む。
なお、絶縁クリップ11の代わりに導電体で形成された導電クリップ97によって被めっき基板20を固定し、導電クリップ97から裏面電極層55に給電することが好ましい。
具体的に説明すると、金属層形成工程とめっき下地層形成工程の間に、第二透明電極層形成工程を行うことによって、図14(a)のように、被めっき基板20の側面で金属層57とめっき下地層51間に第二透明電極層56が介在することとなる。すなわち、電流は、金属層57とめっき下地層51間の導電経路において、第一透明電極層52及び/又は第二透明電極層56を通過することとなる。そして、図14(b)のように、めっき層8を形成することによって、優先的に裏面電極層55側からめっき層8が形成される。そのため、第二透明電極層56の内部抵抗により、電流の下流側の面の成膜量を抑えることができる。
また、絶縁層58の形成方法は、乾式法、湿式法でもよい。絶縁層58は、乾式法の場合には、例えば、化学気相成長法(CVD)法により、形成することができる。湿式法の場合には、例えば、スピンコートやスプレーで形成することができる。湿式法の場合には、特にフォトリソグラフィー法などで形成することが好ましい。
めっき層8を細線化しつつ所望の形状に形成する観点から、上記した実施形態のようにフォトリソグラフィー法を用いて、絶縁層58のパターニングすることが好ましい。
すなわち、絶縁層の材料として光を吸収しないものを用いた場合等には必ずしも除去する必要がない。勿論、このような場合でも上記した実施形態のように絶縁層除去工程を行ってもよい。
また、同様の理由から、導電クリップ13と被めっき基板20の接触は、面接触としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電クリップ13と被めっき基板20の接触は、点接触であってもよい。
この場合、フィンガー電極は細線であるから、位置合わせしにくいので、フィンガー形成領域63のめっき下地層51への給電構造が問題となる。
上記した実施形態の太陽電池50の製造方法であれば、裏面電極層55側から給電するため、フィンガー形成領域63のみにめっき層8を形成し、フィンガー電極のみを形成することができる。
各めっき下地層51を接続する場合には、めっき層8の形成の妨げとなることを防止する観点から、フィンガー形成領域63の外側端部で接続することが好ましい。
発電時における寄生吸収を抑制する観点からは、上記した実施形態のように透明電極層56と、金属層57の積層構造であることが好ましい。
例えば、絶縁領域66を形成する方法としては、電極層54,55や半導体薄膜等による光電変換層53の一部を製膜する際にマスク等を用い、所定領域に電極層54,55や半導体薄膜等による光電変換層53等の一部が付着しないように製膜を行う方法や、機械研磨、化学エッチング等によって所定領域の電極層54,55や光電変換層53の一部を除去する方法、各層を製膜後に、基板ごと端部を割断して、電極層54,55や半導体薄膜等による光電変換層53が付着していない割断面を形成する方法などが挙げられる。
2 めっき用治具
5 めっき浴
13 導電クリップ(導電性保持部材)
20 被めっき基板
45 第一めっき層
46 第二めっき層
50 太陽電池
51 めっき下地層(第一導電層)
52 第一透明電極層
53 光電変換層(光電変換部)
54 表面電極層
55 裏面電極層
56 第二透明電極層
57 金属層(第二導電層)
58 絶縁層
59 開口
70 単結晶シリコン基板(一導電型の単結晶シリコン基板)
71 真性シリコン系薄膜
72 逆導電型シリコン系薄膜
73 真性シリコン系薄膜
74 一導電型シリコン系薄膜
Claims (10)
- 表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、
前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、
前記表面電極層と前記裏面電極層は、別途工程にて形成されるものであって、前記光電変換部の側面において重なり部位があり、
導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、
前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記表面電極層と前記裏面電極層のうち、一方の電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、他方の電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、
前記表面電極層及び/又は裏面電極層の一部を除去することによって、前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでいることを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、
前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、
前記表面電極層と前記裏面電極層は、別途工程にて形成されるものであって、前記光電変換部の側面において重なり部位があり、
導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、
前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記裏面電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、表面電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、
前記表面電極層及び/又は裏面電極層の一部を除去することによって、前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでいることを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記めっき工程において、前記表面電極層及び前記裏面電極層のうち、少なくとも一方は、前記光電変換部の側面の一部又は全部を覆っており、
前記光電変換部の側面又はその近傍において、前記表面電極層及び前記裏面電極層が接しており、
前記導電性保持部材に給電することにより、被めっき基板の表面電極層上及び前記裏面電極層上にめっき層を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電の製造方法。 - 前記被めっき基板は、前記表面電極層が光電変換部側から第一透明電極層、第一導電層の順に積層されてなり、
当該第一導電層は、第一透明電極層よりも導電率が大きい層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記裏面電極層は、光電変換部側から第二透明電極層、第二導電層の順に積層されてなり、
当該第二導電層は、第二透明電極層よりも導電率が大きい層であり、
第一導電層と第二導電層は、直接接することで電気的に接続されており、
さらに、前記めっき工程において、前記導電性保持部材に給電することにより、被めっき基板の第一導電層上及び/又は第二導電層上にめっき層を形成することを特徴とする請求項4に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記裏面電極層は、光電変換部側から第二透明電極層、第二導電層の順に積層されてなり、
当該第二導電層は、第二透明電極層よりも導電率が大きい層であり、
第一導電層と第二導電層は、第一透明電極層及び第二透明電極層のうち、少なくとも一方の電極層を介して、電気的に接続されており、
さらに、前記めっき工程において、前記導電性保持部材に給電することにより、被めっき基板の第一導電層上及び第二導電層上にめっき層を形成することを特徴とする請求項4に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記被めっき基板は、表面電極層上に絶縁層が積層されており、
前記絶縁層は、開口を有し、
前記めっき工程において、表面電極層がめっき浴に晒された状態で、前記開口を介して前記表面電極層上にめっき層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記被めっき基板は、表面電極層上に絶縁層が積層されており、
前記めっき工程後に絶縁層を除去する絶縁層除去工程を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記被めっき基板は、前記表面電極層が光電変換部側から第一透明電極層、第一導電層の順に積層されてなり、
前記めっき工程後に第一導電層の70パーセント以上を除去する第一導電層除去工程を行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 - 表面電極層と、裏面電極層と、表面電極層と裏面電極層の間に挟まれた光電変換部とを備えた被めっき基板を用いる太陽電池の製造方法であって、
前記被めっき基板上にめっき層を形成する太陽電池の製造方法において、
導電性保持部材を備えためっき用治具を使用し、
前記被めっき基板を、前記表面電極層と前記裏面電極層が電気的に接続された状態で、かつ、前記表面電極層と前記裏面電極層のうち、一方の電極層と前記導電性保持部材が接触した状態で、前記めっき用治具によって保持し、前記導電性保持部材に給電することによって、他方の電極層上にめっき層を形成するめっき工程と、
前記表面電極層と前記裏面電極層の実質的な電気接続を切り離す分離工程をこの順に含んでおり、
前記被めっき基板は、前記表面電極層が光電変換部側から第一透明電極層、第一導電層の順に積層されてなり、
前記めっき工程後に第一導電層の70パーセント以上を除去する第一導電層除去工程を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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