JP6592447B2 - 太陽電池および太陽電池モジュール、ならびに太陽電池および太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
以下では、図2を参照しながら、本発明の太陽電池の構成について説明する。本発明のヘテロ接合太陽電池では、結晶シリコン基板1としてn型単結晶シリコン基板が用いられる。第一の主面側(光入射面側)の導電型シリコン系薄膜31はp型、第二の主面側(裏面側)の導電型シリコン系薄膜32はn型である。結晶シリコン基板1は、光閉じ込め等の観点から、表面にテクスチャ構造(凹凸構造)を有することが好ましい。テクスチャの形状としてはピラミッド状が好ましい。単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチング処理を施すことにより、ピラミッド状のテクスチャを形成できる。
図4は、マスクを用いることなく、シリコン基板1の第一の主面上に、シリコン系薄膜21,31および第一電極層61が形成され、シリコン基板1の第二の主面上にシリコン系薄膜22,32および第二電極層62が形成された状態を模式的に表す断面図である。図4では、シリコン基板1の第一の主面に真性シリコン系薄膜21およびp型シリコン系薄膜31が形成された後、第二の主面に真性シリコン系薄膜22およびn型シリコン系薄膜32が形成され、その後、第一電極層61および第二電極層が形成された場合の構造が示されている。
第一の主面の周縁部に絶縁領域を設ける方法としては、生産性の観点、および電極層製膜時の回り込みによる表裏の短絡を確実に防止する観点から、第一の主面の周縁部をマスクで覆った状態で、第一電極層を製膜する方法が好ましい。第一電極層61の製膜時に、光電変換部の第一の主面の周縁部をマスクで覆うことにより、第一の主面の周端から距離W1の範囲は、第一電極層非形成領域となる。第一電極層非形成部の幅W1は、第二電極層の回り込み部の幅W2よりも大きければよい。W1は、好ましくは、50μm〜5mm程度である。
第一電極層61上には集電極70が形成される。集電極70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、めっき法等の公知技術によって作製できる。パターン化された集電極の形成には、生産性の観点からスクリーン印刷法が適している。スクリーン印刷法では、金属粒子を含む印刷ペースト、および集電極のパターン形状に対応した開口パターンを有するスクリーン版を用いて、パターンが印刷される。印刷ペーストとして、溶剤を含む材料が用いられる場合には、溶剤を除去するために、例えば5分間〜1時間程度、乾燥が行われることが好ましい。スクリーン印刷法により形成された集電極の導電性を十分向上させるためには、熱処理によりペースト中のバインダー樹脂を硬化させることが望ましい。ペーストに含まれるバインダー樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等が好ましい。
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。タブ等の配線材を介して直列または並列に接続された複数の太陽電池を、封止材を介して表面部材と裏面部材とで挟持して封止することにより、太陽電池のモジュール化が行われる。
(光電変換部の形成)
入射面の面方位が(100)、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハ(156mm角)を、2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した後、超純水によるリンスを2回行った。このウェハを、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してピラミッド状のテクスチャを形成した。その後に超純水によるリンスを2回行った。
第一の主面のp型非晶質シリコン層上に、第一電極層(透明電極層)として、膜厚100nmの酸化インジウム錫(ITO)がスパッタ法により製膜された。製膜の際、ウェハの周端から0.5mmの領域をマスクで遮蔽し、第一の主面の周縁部および側面には透明電極層が製膜されないようにした。ターゲットとして酸化インジウムと酸化錫の焼結体を用い、基板温度:室温、圧力:0.2Paのアルゴン雰囲気中で、0.5W/cm2のパワー密度を印加して透明電極層の製膜が行われた。
集電極の形成には、金属材料としての銀粉末を含み、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を用いた。図1に示す集電極パターンに対応する開口を有するスクリーン版を用いて、第一電極層上にスクリーン印刷法によりペーストを塗布し、200℃で熱処理を行った。その後、第一電極層上と同様にして、第二電極層上にもスクリーン印刷法により集電極を形成した。
隣接する太陽電池の第一の主面上の集電極と第二の主面上の集電極とを配線材に接続することにより、複数の太陽電池を直列接続し、両端の太陽電池に引き出し線としての配線材を接続した。集電極と配線材とは、はんだにより接続した。配線材を接続後の太陽電池を、封止材(充填剤)を介して、ガラス基板(表面部材)および裏面シート(裏面部材)で挟み込み、封止した。引き出し線を配線ボックスに取り付けて、太陽電池モジュールを作製した。封止後の太陽電池モジュールにおいて、配線材は、第一の主面上における第二電極層の回りこみ部と接触していた。
第二電極層として、膜厚100nmのITO(透明電極)に引き続き、膜厚500nmのAgがスパッタ法により製膜された。第二電極層のAgもITOと同様に、基板の側面および第一の主面の周縁部に回り込んで形成されていた。実施例2では、第二電極層上に集電極を形成せず、第一の主面上の集電極と第二電極層とを配線材に接続することにより、複数の太陽電池を直列接続した。これらの点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
第二電極層として、膜厚100nmのITO(透明電極)に引き続き、膜厚500nmのAgと、膜厚20nmのTiがこの順にスパッタ法により製膜された。実施例3では、配線材と第二電極層との接続に、導電性フィルム(CF)を用いた。これらの点を除いて、実施例2と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
第二電極層として、膜厚100nmのITO(透明電極)に引き続き、膜厚500nmのAgと、膜厚20nmのCrがこの順にスパッタ法により製膜された点を除いて、実施例3と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
第二電極層として、膜厚100nmのITO(透明電極)に引き続き、膜厚50nmのAgと、膜厚500nmのCuと、膜厚20nmのCrがこの順にスパッタ法により製膜された点を除いて、実施例3と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
電極層の形成時にマスクを用いず、図4に示すように第一電極層および第二電極層の両方が反対側の主面に回り込むように形成した後、基板の周端から0.5mmの位置に、光入射面側からレーザ光を照射して、分離溝(絶縁領域)を形成した。分離溝は結晶シリコン基板にまで到達していた。これらの点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
第一電極層製膜時にはマスクを用いず、第二電極層は、基板の周端から0.5mmの領域をマスクで遮蔽した状態で製膜を行うことにより、第二の主面の周縁に絶縁領域が形成された。これらの点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
第一電極層および第二電極層の両方を、基板の周端から0.5mmの領域をマスクで遮蔽した状態で製膜を行うことにより、絶縁領域が第一の主面と第二の主面の両面に形成された点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池モジュールが作製された。
<第二電極層の回り込み部の厚み>
基板周端から約10μmの位置における電極の厚みを、断面の透過型電子顕微鏡観察により求めた。
<リーク電流>
モジュール化前の太陽電池、および太陽電池モジュールのそれぞれに−2Vの電圧を印加した際の暗電流から、リーク電流を求めた。太陽電池モジュールでは、暗電流をセルの直列接続数で割ったもの(セル1個あたりのリーク電流)を、リーク電流とした。
<モジュール性能>
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℃の環境下で擬似太陽光を100mW/cm2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。
21,22 真性シリコン系薄膜
31 p型シリコン系薄膜
32 n型シリコン系薄膜
61 第一電極層
62 第二電極層
70 集電極
501 回り込み部
401 絶縁領域
101 太陽電池
9 配線材
Claims (14)
- n型結晶シリコン基板と、前記シリコン基板の第一の主面に設けられたp型シリコン系薄膜と、前記シリコン基板の第二の主面に設けられたn型シリコン系薄膜とを有する光電変換部;前記p型シリコン系薄膜上に設けられた透明な第一電極層;前記n型シリコン系薄膜上に設けられた第二電極層;および前記第一電極層上に設けられたパターン集電極を備える太陽電池の製造方法であって、
結晶シリコン基板の第一の主面上へのp型シリコン系薄膜の形成後に、前記結晶シリコン基板の第二の主面上へのn型シリコン系薄膜の形成が行われ、
光電変換部の第一の主面の周縁部がマスクで被覆された状態で、ドライプロセスにより第一電極層が製膜されることにより、光電変換部の第一の主面の周端および側面には第一電極層が形成されず、第一の主面の周縁部に第一電極層が形成されていない領域が存在し、
マスクを用いずに、光電変換部の第二の主面上にドライプロセスにより第二電極層が製膜されることにより、第二の主面から側面を介して第一の主面の周縁部の第一電極層が形成されていない領域に回り込んで第二電極層が形成されることにより、
光電変換部の第一の主面上に、周端側から順に、前記第二電極層の回り込み部、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれも設けられていない絶縁領域、および第一電極層形成領域を有し、前記第二電極層の回り込み部には、第一電極層が形成されていない、太陽電池の製造方法。 - 前記p型シリコン系薄膜の形成および前記n型シリコン系薄膜の形成が、いずれも、マスクを用いずにドライプロセスにより実施される、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換部は、第一の主面に、斜面を有する凹凸構造を有する、請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法により太陽電池を作製するステップ;
前記太陽電池のパターン集電極に、前記太陽電池を外部回路または他の太陽電池に電気的に接続するための配線材を接続するステップ;および
配線材を接続後の太陽電池を封止するステップ
を有する、太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記配線材は、光入射面側の表面に凹凸構造を有する、請求項4に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- n型結晶シリコン基板と、前記シリコン基板の第一の主面に設けられたp型シリコン系薄膜と、前記シリコン基板の第二の主面に設けられたn型シリコン系薄膜とを有する光電変換部;前記p型シリコン系薄膜上に設けられた透明な第一電極層;前記n型シリコン系薄膜上に設けられた第二電極層;および前記第一電極層上に設けられたパターン集電極を備える太陽電池であって、
前記p型シリコン系薄膜は、前記シリコン基板の側面および第二の主面の周縁部にも設けられており、
前記n型シリコン系薄膜は、前記シリコン基板の側面および第一の主面の周縁部にも設けられており、
前記光電変換部の側面において、前記n型シリコン系薄膜よりも前記p型シリコン系薄膜の方が、前記シリコン基板に近い側に位置し、
光電変換部の第一の主面の周端および側面には第一電極層が設けられておらず、前記光電変換部の第一の主面の周縁部には、前記第一電極層が設けられていない領域が存在し、
前記第二電極層は、前記光電変換部の側面および第一の主面の周縁部の第一電極層が設けられていない領域にも設けられることにより、第一の主面の周縁部には、前記第二電極層の回り込み部が形成されており、
前記光電変換部の第一の主面上に、周端側から順に、前記第二電極層の回り込み部、前記第一電極層および前記第二電極層のいずれも設けられていない絶縁領域、および第一電極層形成領域を有し、
前記第二電極層の回り込み部には、前記第一電極層が形成されておらず、
前記第二電極層の回り込み部の厚みが、1〜200nmであり、かつ前記第一電極層の膜厚および第二の主面における前記第二電極層の膜厚よりも小さい、太陽電池。 - 前記光電変換部は、第一の主面に、斜面を有する凹凸構造を有し、
前記第二電極層の回り込み部は、前記凹凸構造の周端側斜面上の厚みが、前記凹凸構造の基板面中央側斜面上の厚みよりも大きい、請求項6に記載の太陽電池。 - 前記第二電極層が透明電極層を含む、請求項6または7に記載の太陽電池。
- 前記第二電極層が、光電変換部側から順に、透明電極層と金属電極層とを有し、
前記金属電極層の最表面層が、抵抗率が6×10−6Ωcm以上の高抵抗金属層である、請求項6〜8のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記高抵抗金属層が、Sn,TiおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む、請求項9に記載の太陽電池。
- 前記透明電極層と前記高抵抗金属層との間に、抵抗率が3×10−6Ωcm以下の低抵抗金属層を含む、請求項9または10に記載の太陽電池。
- 前記低抵抗金属層が、AgおよびCuからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む、請求項11に記載の太陽電池。
- 請求項6〜12のいずれか1項に記載の太陽電池と、前記太陽電池を外部回路または他の太陽電池に電気的に接続するための配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
前記配線材は、前記太陽電池のパターン集電極に接続されており、
配線材が接続された前記太陽電池が封止材により封止されている、太陽電池モジュール。 - 前記配線材は、光入射面側の表面に凹凸構造を有する、請求項13に記載の太陽電池モジュール。
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