JP6330125B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
したがって、本発明による太陽電池の製造方法(第一の製造方法)は、下記の工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含んでなること、を特徴とするものである。
工程(イ):シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に溶媒受容層を形成する工程
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程
そして、もう一つの本発明による太陽電池の製造方法(第二の製造方法)は、下記の工程(イ)、(ロ)、(ニ)および(ハ)を含んでなること、を特徴とするものである。
工程(イ):シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に溶媒受容層を形成する工程
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ニ):前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を熱処理に付して、前記の溶媒受容層の少なくとも一部を熱分解する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程
このような本発明による本発明による太陽電池の製造方法は、好ましい態様として、前記の溶媒受容層が、前記の導電性ペーストに含有される溶媒(複数の溶媒が含有される場合には、もっとも比率が大きいもの)に対する溶媒受容量が50%以上である材料から形成されたもの、を包含する。
工程(イ):シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に溶媒受容層を形成する工程
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程
そして、もう一つの本発明による太陽電池の製造方法(第二の製造方法)は、下記の工程(イ)、(ロ)、(ニ)および(ハ)を含んでなること、を特徴とするものである。
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ニ):前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を熱処理に付して、前記の溶媒受容層の少なくとも一部を熱分解する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程
ここで、「工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含んでなる」および「工程(イ)、(ロ)、(ニ)および(ハ)を含んでなる」とは、挙示の工程のみからなるものの外に、これらの工程と共に、これらの工程以外の他の工程を含んでなるものをも意味する。
工程(イ)は、シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に溶媒受容層を形成する工程である。
本発明のシリコン基板としては、好ましくは、例えば、単結晶シリコン基板および多結晶シリコン基板を用いることができる。本発明の好ましいシリコン基板の具体例には、例えばp−n接合面を基板内部に有するシリコン基板、特に好ましくは、太陽電池セルの受光面となる面側にn型シリコン層を有するp型シリコン基板、が包含される。
A法:ポリエチレンテレフタレート(PET)製のフィルムに、溶媒受容量を求める樹脂材料をバーコート法にて100μmの厚みで塗工し、これを室温条件下で乾燥する。乾燥後、樹脂材料からPET製フイルムを剥がして、溶媒受容量測定用の試料を作製する。これについて、重量(乾燥重量)を測定する。これを溶媒の中に全体が浸るようにして5分間浸漬した後に、引き上げ、余剰分をティッシュペーパーで軽く拭き取り、重量(浸漬後重量)を測定する。測定された乾燥重量および浸漬後重量を下記式(1)に導入して、溶媒受容量(重量%)を算出する。
溶媒受容量(%) = ( 浸漬後重量 − 乾燥重量 ) / 乾燥重量 ・・・ 式(1)
B法:樹脂材料が有機状微粒子であって、A法の様にPET製フィルム上に塗工することが困難な樹脂材料である場合には、下記の方法によって溶媒受容量を算出する。(参考:JIS K5101-13-1(第13部:吸油量−第1節:精製あまに油法)。
次の式(2)に従い溶媒受容量を算出する。
溶媒受容量(%)=滴下した溶媒量(g) / 試料の重量(g)×100 ・・・式(2)
*1 測定板・・・・ガラス板または大理石板で、最低300mm×400mmのもの。
*2 パレットナイフ・・・・先が細くなった鋼製の刃が付き、長さが140〜150mm、最大幅20〜30mm、最小幅12.5mm以上のもの。
図1(a)は、本発明の好ましい具体例(第一の具体例)についての斜視図であり、第1(b)は、図1(a)の第一の具体例のA−A断面を示す断面図である。
図2は、本発明の好ましい他の具体例(第二の具体例)についての断面図である。
図3は、本発明の好ましい他の具体例(第三の具体例)についての断面図である。
本発明の好ましい他の具体例としては、シリコン基板上に多数の溶媒受容層が点状で配置されたものや、溶媒受容層がメッシュ状で配置されたもの等を挙げることができる。
工程(ロ)は、導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程である。
工程(ニ)は、前記の工程(ロ)によって得られた導電性パターンが形成されたシリコン基板を熱処理する工程である。
工程(ハ)は、前記の工程(ロ)によって得られた導電性ペーストが形成されたシリコン基板あるいは前記の工程(ハ)によって熱処理されたシリコン基板を、焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程である。
実施例および比較例においては、溶媒受容層等の形成は下記の樹脂材料を用いた。
樹脂材料
・アクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)
・中空粒子(「SX868(B)」、JSR社製)
・有機微粒子(「ガンツパール PM−030EM」、アイカ社製)
・アクリル系樹脂材料(「AC100B3」、大成火薬社製)
・ポリビニルアルコール(「ポバール PVA225」、クラレ社製)
上記の各樹脂材料の溶媒受容量は、表1に示される通りである。
用いられた各樹脂材料の溶媒受容量は、表1に示される通りである。
ここで、溶媒受容量とは、樹脂材料の性状に応じ、下記のA法またはB法によって算出したときのものである。
A法:ポリエチレンテレフタレート(PET)製のフィルムに、溶媒受容量を求める樹脂材料をバーコート法にて100μmの厚みで塗工し、これを室温条件下で乾燥する。乾燥後、樹脂材料からPET製フイルムを剥がして、溶媒受容量測定用の試料を作製する。これについて、重量(乾燥重量)を測定する。これを溶媒の中に全体が浸るようにして5分間浸漬した後に、引き上げ、余剰分をティッシュペーパーで軽く拭き取り、重量(浸漬後重量)を測定する。測定された乾燥重量および浸漬後重量を下記式(1)に導入して、溶媒受容量(重量%)を算出する。
溶媒受容量(%) = ( 浸漬後重量 − 乾燥重量 ) / 乾燥重量 ・・・ 式(1)
B法:樹脂材料が有機状微粒子であって、A法の様にPET製フィルム上に塗工することが困難な樹脂材料である場合には、下記の方法によって溶媒受容量を算出する(参考:JIS K5101-13-1(第13部:吸油量−第1節:精製あまに油法))。
溶媒受容量は、次の式(2)で算出する。
溶媒受容量(%)=滴下した溶媒量(g) / 試料の重量(g)×100 ・・・式(2)
*1 測定板・・・・ガラス板または大理石板で、最低300mm×400mmのもの。
*2 パレットナイフ・・・・先が細くなった鋼製の刃が付き、長さが140〜150mm、最大幅20〜30mm、最小幅12.5mm以上のもの。
多結晶シリコンウエハ(縦156mm×156mm×厚さ200μm)の表面に、アクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)を用いて、乾燥重量で塗工量が1μg/mm2となるように塗工した。その後、50℃で5分間乾燥して、厚さ0.4μmの溶媒受容層が形成されたシリコン基板を得た。
この溶媒受容層に対して、導電性ペースト(「XSR3921−599 NT7」、ナミックス社製)にスクリーン印刷法によって塗工して、表面電極を形成した。なお、このときに使用されたスクリーン版は、線経16μmの#500スクリーンメッシュに厚さ15μmの乳剤膜が保持されたものであって、この乳剤膜に、フィンガー電極形成用の開口幅26μmのスリットが形成されているものである。
上記のスクリーン印刷の結果、塗膜幅が28μmである導電性ペーストの塗膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y')/(X'))は、0.15〜0.4の範囲内であった。
実施例1のアクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)の代わりに、中空粒子(「SX868(B)」、JSR社製)を用いた以外は実施例1と同様にして、厚さ0.4μmの溶媒受容層が形成されたシリコン基板を得た。次いで、実施例1と同様の方法によってスクリーン印刷を行った。
その結果、塗膜幅が29μmである導電性ペーストの塗膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y)/(X))は、0.11〜0.4の範囲内であった。
実施例1のアクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)の代わりに、多孔質粒子(「ガンツパール PM−030EM」、アイカ社製)を用いた以外は実施例1と同様にして、厚さ0.9μmの溶媒受容層が形成されたシリコン基板を得た。次いで、実施例1と同様の方法によってスクリーン印刷を行った。
その結果、塗膜幅が28μmである導電性ペーストの塗工膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y)/(X))は、0.13〜0.4の範囲内であった。
実施例1と同じ多結晶シリコンウエハを用いた。この多結晶シリコンウエハに溶媒受容層を形成することなく、実施例1と同じ導電性ペーストおよびスクリーン版を用いて、スクリーン印刷を行った。
その結果、塗膜幅が35μmである導電性ペーストの塗膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y)/(X)は、0.05〜0.22の範囲内であった。
実施例1のアクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)の代わりに、「AC100B3」、大成火薬社製)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面に樹脂膜が形成されたシリコン基板を得た。次いで、実施例1と同様の方法によってスクリーン印刷を行った。
その結果、塗膜幅が34μmである導電性ペーストの塗工膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y)/(X))は、0.06〜0.26の範囲内であった。
実施例1のアクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)の代わりに、ポリビニルアルコール(「ポバール PVA225」、クラレ社製)を用いた以外は実施例1と同様にして、表面に樹脂膜が形成されたシリコン基板を得た。次いで、実施例1と同様の方法によってスクリーン印刷を行った。
その結果、塗膜幅が35μmである導電性ペーストの塗工膜が得られた。この塗膜のアスペクト比((Y)/(X))は、0.05〜0.22の範囲内であった。
実施例1と同様に、多結晶シリコンウエハ(縦156mm×156mm×厚さ180μm)の片方の表面に、アクリル系樹脂材料(「ES−960MC」、高松油脂社製)を乾燥重量で塗工量が1μg/mm2となるように塗工した。その後、50℃で5分間乾燥して、溶媒受容層が形成されたシリコン基板を得た。
この溶媒受容層に対して、導電性ペースト(「XSR3921−599」、ナミックス社製)をスクリーン印刷法によって塗工して、表面電極を形成した。なお、この際に使用されたスクリーン版は、線経19μmの#400スクリーンメッシュに厚さ15μmの乳剤膜が保持されたものであって、この乳剤膜に、フィンガー電極形成用の開口幅54μmのスリットならびにバスパー電極形成用の開口幅2μmのスリットが形成されているものである。
上記のスクリーン印刷の結果、塗膜幅が60μmであるフィンガー電極用の塗膜ならびに膜幅が2mmであるバスパー電極用の塗膜が得られた。
上記で得られたフィンガー電極、バスパー電極および裏面電極が形成されたシリコン基板を、ハロゲンランプを加熱源とする近紫外線焼結炉(Despatch Industries製)を用いて焼成した。焼成条件は、775〜800℃をピーク温度とし、大気中で焼成炉のイン−アウト30秒で両面同時に焼成した。以上のようにして、太陽電池を製造した。
上記で作製した太陽電池について、電流−電圧特性を、ソーラーシュミレータ光(AM1.5、エネルギー密度100mW/cm2)の照射下で測定し、測定結果から曲線因子(FF)を算出した。
この実施例4の太陽電池は、FF値が0.787のものであった。このFF値は、太陽電池として良好な数値であると同時に、後述の<比較例4>で作製した太陽電池(即ち、溶媒受容層を形成しないで作製した太陽電池)と同等のFF値のものである。従って、溶媒受容層の形成および熱分解物を経ても、太陽電池特性に何ら悪影響が生じないことが確認された。
実施例4と同様の多結晶シリコンウエハ上に直接、導電性ペースト(「XSR3921−599」、ナミックス社製)をスクリーン印刷法によって塗工して、表面電極を形成した。なお、この際に使用されたスクリーン版は、線経19μmの#400スクリーンメッシュに厚さ15μmの乳剤膜が保持されたものであって、この乳剤膜に、フィンガー電極形成用の開口幅54μmのスリットならびにバスパー電極形成用の開口幅2mmのスリットが形成されているものである。
上記のスクリーン印刷の結果、実施例4と同様に、塗膜幅が60μmであるフィンガー電極用の塗膜ならびに膜幅が2mmであるバスパー電極用の塗膜が得られた。
実施例4と同じ条件で焼成を行って太陽電池を製造し、そして、同様に電気特性の評価を行った。この比較例4の太陽電池は、FF値が0.785のものであった。
2 溶媒受容層
3、3’ 導電性ペースト
Claims (6)
- 下記の工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含んでなることを特徴とする、太陽電池の製造方法。
工程(イ):シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に中空状の粒子材料もしくは多孔質状の粒子材料を用いて溶媒受容層を形成する工程(ここで、この溶媒受容層は、後記の工程(ロ)の導電性ペーストに含有される溶媒(複数の溶媒が含有される場合には、もっとも比率が大きいもの)に対する溶媒受容量が50%以上である材料から形成されるものであり、この溶媒受容層の単位面積あたりの溶媒受容層形成材料の塗工量は0.5〜10μg/mm2である)
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程 - 下記の工程(イ)、(ロ)、(ニ)および(ハ)を含んでなることを特徴とする、太陽電池の製造方法。
工程(イ):シリコン基板の少なくとも片方の表面の一部に中空状の粒子材料もしくは多孔質状の粒子材料を用いて溶媒受容層を形成する工程(ここで、この溶媒受容層は、後記の工程(ロ)の導電性ペーストに含有される溶媒(複数の溶媒が含有される場合には、もっとも比率が大きいもの)に対する溶媒受容量が50%以上である材料から形成されるものであり、この溶媒受容層の単位面積あたりの溶媒受容層形成材料の塗工量は0.5〜10μg/mm2である)
工程(ロ):導電性金属粒子および溶媒を含む導電性ペーストを、前記の溶媒受容層に接するように塗工して、前記のシリコン基板に導電性パターンを形成する工程
工程(ニ):前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を熱処理に付して、前記の溶媒受容層の少なくとも一部を熱分解する工程
工程(ハ):次いで、前記の導電性パターンが形成されたシリコン基板を焼成処理に付して、導電性ペーストを焼成する工程 - 前記の溶媒受容層が、前記の工程(ハ)および/または工程(ニ)において熱分解可能な材料によって形成された、請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記の溶媒受容層が、熱分解温度が500℃以下である材料によって形成された、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記の溶媒受容層が、前記の導電性ペーストに含有される溶媒(複数の溶媒が含有される場合には、もっとも比率が大きいもの)に対する溶媒受容量が60%以上である有機微粒子から形成されたものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記の工程(ロ)における導電性ペーストの塗工を、スクリーン印刷法によって行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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