JP7137271B2 - Method for manufacturing solar cell and method for manufacturing solar cell module - Google Patents

Method for manufacturing solar cell and method for manufacturing solar cell module Download PDF

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Description

本発明は、結晶半導体基板上に薄膜を備える太陽電池製造方法に関する。また、本発明は、太陽電池モジュール製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell comprising a thin film on a crystalline semiconductor substrate. The present invention also relates to a method for manufacturing a solar cell module.

結晶シリコン基板等の結晶半導体基板を用いた太陽電池では、表面に凹凸(テクスチャ)を形成し、光反射を低減することにより、半導体基板に入射する光量を増大させている(いわゆる光閉じ込め)。例えば、単結晶シリコン基板では、アルカリを用いた異方性エッチングにより、基板表面の全面に、ピラミッド状のテクスチャを形成できる。テクスチャが形成された結晶半導体基板の表面には、半導体薄膜、透明導電膜、パッシベーション膜、反射防止膜等の薄膜が形成される(例えば特許文献1)。 In a solar cell using a crystalline semiconductor substrate such as a crystalline silicon substrate, unevenness (texture) is formed on the surface to reduce light reflection, thereby increasing the amount of light incident on the semiconductor substrate (so-called light confinement). For example, in a single-crystal silicon substrate, an anisotropic etching using an alkali can form a pyramidal texture on the entire surface of the substrate. A thin film such as a semiconductor thin film, a transparent conductive film, a passivation film, or an antireflection film is formed on the textured surface of the crystalline semiconductor substrate (for example, Patent Document 1).

結晶半導体基板を用いた太陽電池は、1つの基板の面積が小さいため、実用に際しては、複数の太陽電池を電気的に接続してモジュール化を行い、出力を高めている。太陽電池の性能向上、および太陽電池の性能を一定水準に維持するために、半導体基板上に形成される薄膜は、膜厚が一定かつ均一であることが望まれている。 Since the area of one substrate of a solar cell using a crystalline semiconductor substrate is small, in practical use, a plurality of solar cells are electrically connected to form a module to increase the output. In order to improve the performance of solar cells and maintain the performance of solar cells at a constant level, it is desired that the thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate be constant and uniform.

国際公開第2018/003891号WO2018/003891

太陽電池は、建物の屋根や陸上等に設置されることが一般的であるが、近年では、建物の外壁への太陽電池の設置も進んでいる。これに伴い、太陽電池モジュールには、発電効率の向上に加えて、外観の均一性や、建物との色調の調和等の意匠的な要素が重要視されるようになっている。 Solar cells are generally installed on the roofs of buildings, on land, or the like, but in recent years, installation of solar cells on the outer walls of buildings is also progressing. Along with this, in addition to the improvement of power generation efficiency, design elements such as appearance uniformity and color harmony with buildings are becoming more important for solar cell modules.

太陽電池は、可視光を含む近紫外から近赤外までの波長領域の太陽光を吸収するため、その外観は、黒色またはそれに近い色であるが、若干の赤みや青みを帯びた色に視認される。半導体基板上に形成される薄膜の膜厚が異なると、界面での多重反射による反射光の色調に相違が生じ、太陽電池の発電特性には実質的な影響を与えないわずかな膜厚の相違であっても、反射光の色調が異なって視認される場合がある。 Solar cells absorb sunlight in the wavelength range from near-ultraviolet to near-infrared, including visible light, so they appear black or nearly black in appearance, but they appear slightly reddish or bluish. be done. If the thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate is different, the color tone of the reflected light will be different due to multiple reflections at the interface. Even so, the color tone of the reflected light may be perceived differently.

太陽電池の反射光の色調の相違を低減して外観を均一化するためには、半導体基板上に形成する薄膜の膜厚を均一化することが理想的である。しかし、太陽電池の量産においては、半導体基板上に設けられる薄膜の成膜バッチ内での膜厚のバラツキや成膜バッチ間での膜厚のバラツキは不可避である。 In order to reduce the difference in the color tone of the reflected light of the solar cell and make the appearance uniform, it is ideal to make the film thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate uniform. However, in the mass production of solar cells, it is inevitable that the thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate varies within a batch and between batches.

薄膜の膜厚のバラツキ低減のために、膜厚の測定結果を製造工程へフィードバックして、膜厚の均一化を図ることが考えられる。また、薄膜の膜厚にバラツキが生じた場合でも、膜厚を正確に測定し、薄膜の膜厚が近接する基板を選択して集積すれば、1つのモジュールに含まれる複数の太陽電池の色調を統一できると考えられる。いずれの手法においても、膜厚を均一化するための前提として、半導体基板上に形成された薄膜の膜厚を正確に測定することが重要である。 In order to reduce variations in the film thickness of the thin film, it is conceivable to feed back the measurement result of the film thickness to the manufacturing process to make the film uniform. In addition, even if the thickness of the thin film varies, if the thickness is accurately measured and substrates with thin film thicknesses close to each other are selected and integrated, the color tone of multiple solar cells contained in one module can be improved. can be unified. In any method, it is important to accurately measure the film thickness of the thin film formed on the semiconductor substrate as a precondition for uniformizing the film thickness.

薄膜の膜厚を測定するために、成膜装置内に、製品取得用の基板とは別に、ダミー基板を配置する方法が知られている。しかし、ダミー基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する方法では、成膜装置内の場所による膜厚のバラツキ(バッチ内バラツキ)を正確に評価することはできない。 In order to measure the film thickness of a thin film, a method is known in which a dummy substrate is arranged in a film forming apparatus separately from a substrate for obtaining a product. However, the method of measuring the film thickness of the thin film formed on the dummy substrate cannot accurately evaluate the film thickness variation (in-batch variation) depending on the location in the film deposition apparatus.

本発明の一実施形態にかかる太陽電池の製造方法では、結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成し、その上に少なくとも1層の薄膜を形成する。結晶半導体基板上に形成される薄膜の例として、透明導電膜および半導体薄膜等が挙げられる。 In a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, unevenness is formed on the first main surface of a crystalline semiconductor substrate, and at least one layer of thin film is formed thereon. Examples of thin films formed on crystalline semiconductor substrates include transparent conductive films and semiconductor thin films.

半導体基板の主面に凹凸(テクスチャ)が設けられていると、テクスチャにより光が乱反射し、反射光の方位が一定でないため、分光エリプソメトリー等の光学的な測定が困難となる。半導体基板表面の一部にテクスチャが形成されていない平坦領域を設け、テクスチャが形成されている領域と平坦領域の両方に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定することにより、薄膜の膜厚を正確に測定できる。 If unevenness (texture) is provided on the main surface of the semiconductor substrate, light is diffusely reflected by the texture, and the direction of the reflected light is not uniform, making optical measurement such as spectroscopic ellipsometry difficult. By providing a flat region where no texture is formed on a part of the semiconductor substrate surface, forming a thin film on both the region where the texture is formed and the flat region, and measuring the film thickness of the thin film on the flat region, The film thickness of thin films can be accurately measured.

分光エリプソメトリー等の分光法により膜厚を測定するために、平坦領域の面積は10mm以上とすることが好ましい。平坦領域の大きさは、薄膜の膜厚を測定可能であれば十分である。太陽電池の変換効率を高めるために、膜厚測定箇所以外には凹凸が設けられていることが好ましい。そのため、平坦領域の面積が、第一主面の面積の5%以下が好ましい。In order to measure the film thickness by a spectroscopic method such as spectroscopic ellipsometry, the flat region preferably has an area of 10 mm 2 or more. The size of the flat region is sufficient as long as the film thickness of the thin film can be measured. In order to increase the conversion efficiency of the solar cell, it is preferable that unevenness is provided in areas other than the film thickness measurement locations. Therefore, the area of the flat region is preferably 5% or less of the area of the first main surface.

結晶半導体基板は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板である。半導体基板表面の凹凸は、例えばアルカリを用いた異方性エッチングにより形成される。凹凸高さは、例えば0.5~10μm程度である。 A crystalline semiconductor substrate is, for example, a monocrystalline silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. The irregularities on the surface of the semiconductor substrate are formed by, for example, anisotropic etching using alkali. The height of the unevenness is, for example, about 0.5 to 10 μm.

結晶半導体基板の主面の一部に平坦領域を設ける方法としては、主面の全体に凹凸を形成した後に、所定領域の凹凸を平坦化する方法、および主面の一部の領域に凹凸を形成せずに平坦領域とする方法が挙げられる。例えば、結晶半導体基板の主面の一部の領域に冶具を接触させて結晶半導体基板を固定し、この状態でウェットエッチング等により凹凸を形成すれば、冶具が接触している領域には凹凸が形成されず、この領域が平坦領域となる。結晶半導体基板の主面の一部の領域にレジストや接着テープ等を積層して表面をマスクした状態で凹凸を形成してもよい。この場合は、マスクが積層された領域が平坦領域となる。 As a method of providing a flat region in part of the main surface of a crystalline semiconductor substrate, there is a method of forming unevenness over the entire main surface and then flattening the unevenness in a predetermined region, and a method of forming unevenness in a partial region of the main surface. There is a method of forming a flat region without forming. For example, if the crystalline semiconductor substrate is fixed by bringing a jig into contact with a part of the main surface of the crystalline semiconductor substrate, and unevenness is formed by wet etching or the like in this state, unevenness is formed in the area that is in contact with the jig. is not formed, and this area becomes a flat area. A resist, an adhesive tape, or the like may be layered on a partial region of the main surface of the crystalline semiconductor substrate to mask the surface, and the unevenness may be formed. In this case, the area where the mask is laminated becomes a flat area.

結晶半導体基板の主面上に複数の平坦領域を設けてもよい。この場合、複数の平坦領域のそれぞれに少なくとも1層の薄膜を形成することが好ましい。それぞれの平坦領域は、面積が10mm以上であることが好ましい。この形態では、半導体基板の面内での薄膜の膜厚のバラツキを評価できる。1枚の半導体基板上に薄膜を形成後に基板を複数に分割する場合は、分割される領域ごとに平坦領域を設けてもよい。A plurality of flat regions may be provided on the main surface of the crystalline semiconductor substrate. In this case, it is preferable to form at least one layer of thin film on each of the plurality of flat regions. Each flat region preferably has an area of 10 mm 2 or more. In this form, variations in the film thickness of the thin film within the plane of the semiconductor substrate can be evaluated. When the substrate is divided into a plurality of parts after forming a thin film on one semiconductor substrate, a flat area may be provided for each divided area.

平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後、半導体基板を分割して、平坦領域を除去してもよい。これにより、平坦領域を含まず主面の全面に凹凸が設けられている太陽電池が得られる。 After measuring the film thickness of the thin film on the flat area, the semiconductor substrate may be divided to remove the flat area. As a result, a solar cell is obtained in which unevenness is provided over the entire main surface without including a flat region.

複数の太陽電池を電気的に接続することにより太陽電池モジュールが得られる。平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、その値が所定の範囲内である太陽電池を選別し、選別された太陽電池をモジュール化してもよい。膜厚が所定範囲内にある太陽電池を選別することにより、1つのモジュールに含まれる複数の太陽電池の薄膜の膜厚バラツキが小さいため、反射光の色調が統一され、モジュールの意匠性を向上できる。 A solar cell module is obtained by electrically connecting a plurality of solar cells. The film thickness of the thin film formed on the flat region may be measured, the solar cells having the value within a predetermined range may be selected, and the selected solar cells may be modularized. By sorting out solar cells whose film thickness is within a specified range, variations in the film thickness of the thin films of multiple solar cells included in a single module are small, so the color tone of the reflected light is unified, improving the design of the module. can.

太陽電池の製造工程や、モジュール化前に、それぞれの半導体基板上に形成された薄膜の膜厚を測定し、膜厚が一定範囲内であるものを集積してモジュール化することにより、1つの太陽電池モジュールに含まれる複数の太陽電池の色調の統一が可能となる。 By measuring the film thickness of the thin film formed on each semiconductor substrate during the manufacturing process of the solar cell and before modularization, and by integrating and modularizing those with a film thickness within a certain range, one It is possible to unify the color tone of the plurality of solar cells included in the solar cell module.

太陽電池を受光面からみた平面図である。It is the top view which looked at the solar cell from the light-receiving surface. 太陽電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a solar cell; FIG. 太陽電池ストリングを受光面からみた平面図である。FIG. 3 is a plan view of the solar cell string viewed from the light receiving surface; 太陽電池モジュールの断面図である。1 is a cross-sectional view of a solar cell module; FIG. Aは1つの基板から複数の太陽電池を作製する例を示す平面図であり、Bはシングリング構造の積層形態を示す平面図である。A is a plan view showing an example of producing a plurality of solar cells from one substrate, and B is a plan view showing a lamination form of a single ring structure.

図1は、金属電極形成前の太陽電池を受光面からみた平面図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。太陽電池100は、結晶シリコン基板の主面上にシリコン系半導体薄膜を備え、その上に透明導電膜を備える結晶シリコン系太陽電池(いわゆる「ヘテロ接合太陽電池」)である。 FIG. 1 is a plan view of a solar cell before forming a metal electrode, viewed from the light receiving surface. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1. FIG. The solar cell 100 is a crystalline silicon solar cell (so-called "heterojunction solar cell") having a silicon semiconductor thin film on the main surface of a crystalline silicon substrate and a transparent conductive film thereon.

太陽電池100は、結晶シリコン基板1の第一主面(受光面)に、真性シリコン系薄膜11、第一導電型シリコン系薄膜21、および受光面透明導電層31を順に備え、結晶シリコン基板1の第二主面に、真性シリコン系薄膜12、第二導電型シリコン系薄膜22、および裏面透明導電層32を順に備える。 A solar cell 100 includes an intrinsic silicon-based thin film 11, a first conductivity type silicon-based thin film 21, and a light-receiving surface transparent conductive layer 31 in this order on a first main surface (light-receiving surface) of a crystalline silicon substrate 1. The intrinsic silicon-based thin film 12, the second conductivity type silicon-based thin film 22, and the rear transparent conductive layer 32 are provided in this order on the second main surface of the .

結晶シリコン基板1としては、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板が用いられる。太陽電池の変換効率を高めるためには、単結晶シリコン基板が好ましく用いられる。結晶シリコン基板1の導電型は、n型およびp型のいずれでもよい。第一導電型シリコン系薄膜21と第二導電型シリコン系薄膜22とは異なる導電型を有し、一方がp型、他方がn型である。変換効率を高める観点から、結晶シリコン基板1がn型単結晶シリコン基板であり、受光面側の第一導電型シリコン系薄膜21がp型シリコン系薄膜である構成が好ましい。 As the crystalline silicon substrate 1, a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate is used. A single crystal silicon substrate is preferably used to increase the conversion efficiency of the solar cell. The conductivity type of crystalline silicon substrate 1 may be either n-type or p-type. The first-conductivity-type silicon-based thin film 21 and the second-conductivity-type silicon-based thin film 22 have different conductivity types, one being p-type and the other being n-type. From the viewpoint of increasing the conversion efficiency, it is preferable that the crystalline silicon substrate 1 is an n-type single crystal silicon substrate and the first conductivity type silicon-based thin film 21 on the light-receiving surface side is a p-type silicon-based thin film.

結晶シリコン基板1の厚みは50~500μm程度である。結晶シリコン基板1の第一主面には、ピラミッド状のテクスチャ(凹凸構造)が形成されている。テクスチャは、結晶シリコン基板1の第一主面の略全面に形成されている。テクスチャの凹凸高さは、例えば0.5~10μmである。受光面にテクスチャが形成されていることにより、光反射が低減するため、結晶シリコン基板1に入射する光の量が増大し、太陽電池の発電効率が向上する。 The thickness of the crystalline silicon substrate 1 is about 50-500 μm. A pyramid-shaped texture (uneven structure) is formed on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 . The texture is formed on substantially the entire first main surface of the crystalline silicon substrate 1 . The unevenness height of the texture is, for example, 0.5 to 10 μm. Since the texture is formed on the light-receiving surface, light reflection is reduced, so that the amount of light incident on the crystalline silicon substrate 1 is increased, and the power generation efficiency of the solar cell is improved.

結晶シリコン基板1の受光面には、テクスチャが設けられていない領域(平坦領域)101が存在する。すなわち、結晶シリコン基板1の受光面には、テクスチャが設けられている凹凸形成領域102と、テクスチャが設けられていない平坦領域101とが存在する。結晶シリコン基板1の第一主面上の薄膜(真性シリコン系薄膜11、第一導電型シリコン系薄膜21、および受光面透明導電層31)は、凹凸形成領域102と平坦領域101の両方に跨って形成されている。 A region (flat region) 101 where no texture is provided exists on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1 . That is, the light-receiving surface of the crystalline silicon substrate 1 has an uneven region 102 provided with a texture and a flat region 101 not provided with a texture. The thin films on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 (intrinsic silicon-based thin film 11, first-conductivity-type silicon-based thin film 21, and light-receiving-surface transparent conductive layer 31) straddle both the irregularity forming region 102 and the flat region 101. formed by

凹凸形成領域102では、結晶シリコン基板1の第一主面上に設けられた薄膜(真性シリコン系薄膜11、第一導電型シリコン系薄膜21、および受光面透明導電層31)は、結晶シリコン基板1の凹凸形状を承継した表面形状を有している。平坦領域101では、結晶シリコン基板1の第一主面上に形成される薄膜11,21,31も平坦な表面形状を有する。 In unevenness forming region 102, the thin films (intrinsic silicon-based thin film 11, first-conductivity-type silicon-based thin film 21, and light-receiving surface transparent conductive layer 31) provided on the first main surface of crystalline silicon substrate 1 are formed on the crystalline silicon substrate. It has a surface shape inheriting the uneven shape of 1. In the flat region 101, the thin films 11, 21, 31 formed on the first main surface of the crystalline silicon substrate 1 also have a flat surface shape.

凹凸形成領域102に光を照射すると、テクスチャにより光が乱反射するため、光学的手法により薄膜の膜厚を測定することは困難である。一方、平坦領域101では、凹凸形成領域のような乱反射が生じないため、光学的手法により、結晶シリコン基板1上に形成された薄膜11,21,31の膜厚の正確な測定が可能である。 When light is irradiated onto the irregularity-formed region 102, the light is diffusely reflected by the texture, so it is difficult to measure the film thickness of the thin film by an optical method. On the other hand, in the flat region 101, diffused reflection does not occur as in the concave-convex forming region, so it is possible to accurately measure the thickness of the thin films 11, 21, 31 formed on the crystalline silicon substrate 1 by an optical method. .

平坦領域101は、製品としての太陽電池100を構成する基板上に存在するため、平坦領域101上の薄膜の膜厚は、製品としての太陽電池100における薄膜の膜厚を正確に反映している。そのため、薄膜の厚みにバッチ内バラツキやバッチ間バラツキが生じた場合でも、個々の基板上に設けられた薄膜の厚みを、正確に把握することが可能となる。 Since flat region 101 exists on the substrate constituting solar cell 100 as a product, the thickness of the thin film on flat region 101 accurately reflects the thickness of the thin film in solar cell 100 as a product. . Therefore, even if the thickness of the thin film varies within a batch or between batches, it is possible to accurately grasp the thickness of the thin film provided on each substrate.

薄膜の膜厚の測定には、分光エリプソメトリー、赤外分光法、ラマン散乱法、X線回折法等の分光法が適している。中でも、短時間で薄膜の膜厚を正確に測定可能であり、複数の薄膜積層体における個々の薄膜の膜厚の測定にも適用可能であることから、分光エリプソメトリーが好ましい。 Spectroscopic methods such as spectroscopic ellipsometry, infrared spectroscopy, Raman scattering, and X-ray diffraction are suitable for measuring the film thickness of thin films. Among them, spectroscopic ellipsometry is preferable because it can accurately measure the film thickness of a thin film in a short time and can be applied to the measurement of the film thickness of each thin film in a plurality of thin film laminates.

平坦領域101の大きさは、上記の方法により膜厚の測定が可能であればよく、例えば面積が10mm以上であればよい。平坦領域の面積は、膜厚の測定方法や、測定スポット径等に応じて設定すればよく、30mm以上、50mm以上、または100mm以上であってもよい。平坦領域101の面積が大きいほど、分光法による測定スポットを大きくできるため、短時間(低積算回数)で高精度の膜厚測定が可能となる。The flat region 101 may have any size as long as the film thickness can be measured by the method described above, for example, an area of 10 mm 2 or more. The area of the flat region may be set according to the film thickness measurement method, the measurement spot diameter, and the like, and may be 30 mm 2 or more, 50 mm 2 or more, or 100 mm 2 or more. The larger the area of the flat region 101, the larger the measurement spot by the spectroscopic method, so it is possible to measure the film thickness with high precision in a short period of time (low number of integrations).

一方、平坦領域101は、凹凸形成領域102よりも光反射率が高く、凹凸領域に比べて、太陽電池の使用時(太陽光の受光時)の光利用効率が低い。そのため、太陽電池の発電効率向上の観点から、平坦領域101の面積は1500mm以下が好ましく、1000mm以下がより好ましく、500mm以下がさらに好ましい。On the other hand, the flat region 101 has a higher light reflectance than the uneven region 102, and has a lower light utilization efficiency during use of the solar cell (when receiving sunlight) compared to the uneven region. Therefore, from the viewpoint of improving the power generation efficiency of the solar cell, the area of the flat region 101 is preferably 1500 mm 2 or less, more preferably 1000 mm 2 or less, and even more preferably 500 mm 2 or less.

平坦領域101の平面視形状は特に限定されず、膜厚測定に適した形状とすればよい。平坦領域の形状としては、正方形、長方形、菱形、平行四辺形および台形等の四角形、三角形、五角形、六角形等の多角形でもよく、円形、楕円形等でもよい。 The planar view shape of the flat region 101 is not particularly limited, and may be a shape suitable for film thickness measurement. The shape of the flat region may be quadrilaterals such as squares, rectangles, rhombuses, parallelograms and trapezoids, polygons such as triangles, pentagons and hexagons, circles, ellipses and the like.

平坦領域の面積は、受光面の面積の5%以下が好ましく、4%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましい。平坦領域の面積が受光面の5%以下であれば、発電効率への影響はわずかである。また、後述のように、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後に、基板を分割して、平坦領域を製品としての太陽電池から除去してもよく、平坦領域を非発電領域としてもよい。 The area of the flat region is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, and even more preferably 3% or less of the area of the light receiving surface. If the area of the flat region is 5% or less of the light receiving surface, the effect on power generation efficiency is slight. As will be described later, after measuring the film thickness of the thin film on the flat area, the substrate may be divided to remove the flat area from the solar cell product, or the flat area may be used as the non-power generation area.

平坦領域を有する太陽電池は、結晶シリコン基板に平坦領域を設けること以外は、一般的な太陽電池と同様のプロセスにより作製できる。結晶シリコン基板に平坦領域を設ける方法としては、主面の全体に凹凸を形成した後に、所定領域の凹凸を平坦化する方法、および主面の一部の領域に凹凸を形成せずに平坦領域とする方法が挙げられる。以下、単結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池の製造プロセスの一例を示す。 A solar cell having a flat region can be produced by a process similar to that of a general solar cell, except that the flat region is provided on a crystalline silicon substrate. A method of forming a flat region on a crystalline silicon substrate includes a method of forming unevenness on the entire main surface and then flattening the unevenness in a predetermined area, and a method of forming a flat area without forming unevenness on a part of the main surface. There is a method of An example of the manufacturing process of a heterojunction solar cell using a single crystal silicon substrate is shown below.

単結晶シリコン基板は、例えばチョクラルスキー法等によって作製されたシリコンインゴットを、ワイヤーソーを用いて所定の厚みにスライスすることにより作製される。表面にピラミッド状のテクスチャを形成するためには、(100)面で切り出した単結晶シリコン基板が用いられる。 A single crystal silicon substrate is produced by slicing a silicon ingot produced by, for example, the Czochralski method or the like into a predetermined thickness using a wire saw. A single-crystal silicon substrate cut along the (100) plane is used to form a pyramidal texture on the surface.

インゴットからスライスされたシリコン基板(アズスライス基板)は、異方性エッチングによるテクスチャ形成前に、必要に応じて前処理に供される。前処理は、スライスの際のソーワイヤー等に由来する金属の付着物や、スライスによるダメージ層の除去等を目的として実施される。例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液や、フッ化水素酸と硝酸の混合液等を用いて、結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより、前処理が行われる。また、スライス時の切り粉や研磨剤等を除去する目的で洗浄を行ってもよい。 A silicon substrate (as-sliced substrate) sliced from an ingot is subjected to pretreatment as necessary before texture formation by anisotropic etching. The pretreatment is performed for the purpose of removing metal deposits derived from the saw wire or the like during slicing, and removing damaged layers caused by slicing. For example, the pretreatment is performed by etching the surface of the crystalline silicon substrate using an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or the like. Further, cleaning may be performed for the purpose of removing shavings, abrasives, and the like during slicing.

アズスライス基板の表面には、スライス時のソーワイヤーや砥粒による加工痕(ダメージ)による微細な凹凸が形成されている場合がある。また、前処理後の基板表面にも微細な凹凸が残存している場合がある。これらの微細な凹凸(算術平均粗さRaが100nm以下)は、異方性エッチングにより形成される凹凸に比べて十分に小さく、分光エリプソメトリー等による薄膜の膜厚測定への影響が小さいため、平坦面であるとみなすことができる。 The surface of the as-sliced substrate may have fine unevenness due to processing marks (damage) caused by a saw wire or abrasive grains during slicing. Further, fine irregularities may remain even on the surface of the substrate after the pretreatment. These fine irregularities (arithmetic mean roughness Ra of 100 nm or less) are sufficiently smaller than irregularities formed by anisotropic etching, and have little effect on thin film thickness measurement by spectroscopic ellipsometry or the like. It can be considered as a flat surface.

単結晶シリコン基板の表面に、異方性エッチング用添加剤を含むアルカリ溶液(異方性エッチング液)を接触させることにより、異方性エッチングが行われ、表面にピラミッド状のテクスチャが形成される。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が用いられる。添加剤は、単結晶シリコンの(110)面のエッチング速度を低下させ、(100)面のエッチング速度を相対的に大きくする作用を有する。異方性エッチング用添加剤としては、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類や各種の界面活性剤が用いられる。 By bringing an alkaline solution (anisotropic etchant) containing an anisotropic etching additive into contact with the surface of a single crystal silicon substrate, anisotropic etching is performed and a pyramidal texture is formed on the surface. . Sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are used as the alkali. The additive has the effect of decreasing the etching rate of the (110) plane of single crystal silicon and relatively increasing the etching rate of the (100) plane. Lower alcohols such as isopropyl alcohol and various surfactants are used as the anisotropic etching additive.

単結晶シリコン基板の表面にエッチング液を接触させる方法としては、浸漬法やスプレー法が挙げられる。異方性エッチングの際に、所定の領域へのエッチング液のアクセスを制限すると、エッチング液のアクセスが制限された領域には凹凸が形成されず、平坦領域となる。 As a method of bringing the etching solution into contact with the surface of the single crystal silicon substrate, there are an immersion method and a spray method. When the access of the etchant to a predetermined region is restricted during anisotropic etching, the region to which the access of the etchant is restricted does not form unevenness and becomes a flat region.

結晶シリコン基板をエッチング液に浸漬して異方性エッチングを実施する場合は、複数のシリコン基板を収容したカセットをエッチング液に浸漬する方法が効率的である。シリコン基板表面にピン等の冶具を接触させることにより、シリコン基板がカセット内で固定される。一般には、結晶シリコン基板の全面に凹凸を形成するために、冶具の接触領域はできる限り小さいことが好ましい。これとは逆に、冶具の接触領域を意図的に大きくすることにより、結晶シリコン基板の表面に、面積10mm以上の平坦領域を設けることができる。When performing anisotropic etching by immersing a crystalline silicon substrate in an etching solution, it is efficient to immerse a cassette containing a plurality of silicon substrates in the etching solution. The silicon substrate is fixed within the cassette by bringing a jig such as a pin into contact with the surface of the silicon substrate. In general, it is preferable that the contact area of the jig is as small as possible in order to form unevenness on the entire surface of the crystalline silicon substrate. Conversely, by intentionally enlarging the contact area of the jig, a flat area with an area of 10 mm 2 or more can be provided on the surface of the crystalline silicon substrate.

結晶シリコン基板の表面の一部の領域にマスク材を積層した状態で、エッチングを実施してもよい。マスク材で被覆された領域には凹凸が形成されないため、この領域が平坦領域となる。マスク材としては、レジストや接着テープ等を用いればよい。 Etching may be performed with a mask material laminated on a partial region of the surface of the crystalline silicon substrate. Since unevenness is not formed in the area covered with the mask material, this area becomes a flat area. A resist, an adhesive tape, or the like may be used as the mask material.

エッチングにより凹凸形成後の結晶シリコン基板は、酸、オゾン、アルカリ等による後処理に供してもよい。 The crystalline silicon substrate on which unevenness has been formed by etching may be subjected to a post-treatment with acid, ozone, alkali or the like.

異方性エッチングによる凹凸形成の前に前処理が行われる場合、前処理の際にも、所定の領域(平坦領域)へのエッチング液のアクセスが制限されていてもよい。異方性エッチングによる凹凸形成後に後処理が行われる場合、後処理の際にも所定の領域へのエッチング液のアクセスが制限されていてもよい。 When a pretreatment is performed before unevenness is formed by anisotropic etching, access of the etchant to a predetermined area (flat area) may be restricted during the pretreatment. When a post-treatment is performed after unevenness is formed by anisotropic etching, access of the etchant to a predetermined region may be restricted even during the post-treatment.

例えば、カセット内に結晶シリコン基板を固定し、冶具との接触面積を大きくすることにより平坦領域を設ける場合は、同一のカセット内にシリコン基板をセットした状態で、前処理、異方性エッチングおよび後処理を実施すれば、前処理および後処理の際も、冶具が接触している領域へのエッチング液等の処理液のアクセスが制限される。また、結晶シリコン基板の表面にマスク材を積層する場合は、アズスライス基板の表面にマスク材を積層した状態で、前処理、異方性エッチングおよび後処理を実施すれば、前処理および後処理の際も、マスク材が積層された領域への処理液のアクセスが制限される。これらの形態では、平坦領域は、アズスライス基板と同様の表面形状を有する。 For example, when a crystalline silicon substrate is fixed in a cassette and a flat area is provided by increasing the contact area with a jig, pretreatment, anisotropic etching and etching are performed while the silicon substrate is set in the same cassette. If post-processing is performed, access of a processing liquid such as an etchant to the area in contact with the jig is restricted during both pre-processing and post-processing. In the case of laminating the mask material on the surface of the crystalline silicon substrate, pretreatment, anisotropic etching and post-treatment are performed while the mask material is laminated on the surface of the as-sliced substrate. Also in this case, the access of the processing liquid to the region where the mask material is laminated is restricted. In these forms, the planar regions have surface topography similar to the as-sliced substrate.

前処理および後処理の際には、所定領域への処理液のアクセスを制限せず、異方性エッチングを実施する際に所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。例えば、前処理後に、冶具との接触面積が大きいカセットにシリコン基板をセットして異方性エッチングを実施すればよい。前処理後にシリコン基板の表面にマスク材を積層し、異方性エッチング後にマスク材を除去してもよい。前処理および後処理のいずれか一方で、所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。前処理の途中の段階から所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。後処理の途中の段階まで所定領域への処理液のアクセスを制限してもよい。 The access of the processing liquid to the predetermined region may not be restricted during the pre-treatment and the post-processing, and the access of the processing liquid to the predetermined region may be restricted during the anisotropic etching. For example, after the pretreatment, anisotropic etching may be performed by setting the silicon substrate in a cassette having a large contact area with the jig. A mask material may be laminated on the surface of the silicon substrate after pretreatment, and the mask material may be removed after anisotropic etching. In either pre-treatment or post-treatment, access of treatment liquid to a given area may be restricted. Access of the treatment liquid to the predetermined area may be restricted from the intermediate stage of the pretreatment. Access of the processing liquid to the predetermined area may be restricted until a stage in the middle of the post-processing.

平坦領域を設ける箇所は特に限定されない。結晶シリコン基板1の周縁の領域は、基板の中央部に比べて、薄膜の膜厚や膜質が不均一となりやすい。また、エッジアイソレーション等を目的として基板の周縁には薄膜が形成されない場合がある。そのため、平坦領域は、シリコン基板の周縁(端面)から離れた位置に設けられていてもよい。平坦領域がシリコン基板の端面から隔てて設けられる場合、シリコン基板の端面と平坦領域との距離W(最も近い端面との距離)は、300μm以上、500μm以上、1mm以上、2mm以上、または3mm以上であり得る。距離Wは、5mm以上、8mm以上、または10mm以上であってもよい。 The location where the flat region is provided is not particularly limited. In the peripheral region of the crystalline silicon substrate 1, the thickness and quality of the thin film tend to be non-uniform compared to the central portion of the substrate. Also, in some cases, the thin film is not formed on the periphery of the substrate for the purpose of edge isolation or the like. Therefore, the flat region may be provided at a position away from the peripheral edge (end surface) of the silicon substrate. When the flat region is provided apart from the end face of the silicon substrate, the distance W between the end face of the silicon substrate and the flat region (the distance to the nearest end face) is 300 μm or more, 500 μm or more, 1 mm or more, 2 mm or more, or 3 mm or more. can be The distance W may be 5 mm or more, 8 mm or more, or 10 mm or more.

図1および図2では、結晶シリコン基板1の受光面の1箇所に平坦領域101が設けられているが、受光面の複数の箇所に平坦領域を設けてもよい。複数の箇所に平坦領域を設けることにより、結晶シリコン基板の面内の複数の箇所で薄膜の膜厚を正確に測定可能であるため、面内の膜厚のバラツキを評価できる。また、1枚のシリコン基板を複数に分割して太陽電池を作製する場合は、分割後の太陽電池のそれぞれに平坦領域が設けられていれば、それぞれの太陽電池の薄膜の膜厚を正確に測定できる。 In FIGS. 1 and 2, the flat region 101 is provided at one location on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, but flat regions may be provided at a plurality of locations on the light receiving surface. By providing flat regions at a plurality of locations, it is possible to accurately measure the film thickness of the thin film at a plurality of locations within the plane of the crystalline silicon substrate, so that in-plane film thickness variations can be evaluated. In addition, when a solar cell is manufactured by dividing one silicon substrate into a plurality of pieces, if each of the divided solar cells has a flat region, the thickness of the thin film of each solar cell can be accurately adjusted. can be measured.

図2では、結晶シリコン基板1の受光面にのみテクスチャを有する形態が図示されているが、裏面にもテクスチャが設けられてもよい。裏面には平坦領域が設けられていてもよく、裏面の全面にテクスチャが形成されていてもよい。 Although FIG. 2 shows a configuration in which only the light-receiving surface of the crystalline silicon substrate 1 is textured, the texture may be provided on the back surface as well. A flat area may be provided on the back surface, or the entire back surface may be textured.

一部の領域が平坦領域である結晶シリコン基板上に薄膜を形成することにより、太陽電池が得られる。薄膜の形成は通常の太陽電池の製造工程と同様に実施すればよく、凹凸形成領域102および平坦領域101の両方に薄膜が形成される。薄膜は、必ずしも結晶シリコン基板1の主面の全面に形成する必要はない。例えば、基板の周縁部分をマスクで覆って成膜を実施してもよい。膜厚の測定精度を高める観点から、平坦領域101の全体に薄膜が形成されることが好ましい。 A solar cell is obtained by forming a thin film on a crystalline silicon substrate, a part of which is a flat region. The formation of the thin film may be performed in the same manner as in the normal solar cell manufacturing process, and the thin film is formed on both the irregularity-formed region 102 and the flat region 101 . The thin film does not necessarily have to be formed over the entire main surface of the crystalline silicon substrate 1 . For example, film formation may be performed with the peripheral portion of the substrate covered with a mask. From the viewpoint of improving the measurement accuracy of the film thickness, it is preferable to form the thin film over the entire flat region 101 .

1枚の基板上に複数の平坦領域が設けられている場合は、それぞれの平坦領域の全体に薄膜が形成されることが好ましい。平坦領域ごとに製膜する薄膜の種類を変更してもよい。例えば、第1の平坦領域にはシリコン系薄膜11,21を形成し、第2の平坦領域には透明導電層31を形成すれば、全ての薄膜を形成後に、それぞれの薄膜の膜厚を個別に測定することが可能となる。 When a plurality of flat regions are provided on one substrate, it is preferable that the thin film is formed over the entirety of each flat region. The type of thin film to be deposited may be changed for each flat region. For example, if the silicon-based thin films 11 and 21 are formed in the first flat region and the transparent conductive layer 31 is formed in the second flat region, after forming all the thin films, the film thickness of each thin film can be measured individually. It becomes possible to measure

結晶シリコン基板1の表面に真性シリコン系薄膜11,12が設けられることにより、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い、太陽電池の開放電圧を向上できる。パッシベーション効果を高めるために、真性シリコン系薄膜11,12は、水素化非晶質シリコンであることが好ましい。 By providing the intrinsic silicon thin films 11 and 12 on the surface of the crystalline silicon substrate 1, it is possible to effectively perform surface passivation while suppressing diffusion of impurities into the silicon substrate, thereby improving the open-circuit voltage of the solar cell. In order to enhance the passivation effect, the intrinsic silicon-based thin films 11 and 12 are preferably hydrogenated amorphous silicon.

結晶シリコン基板1に対するパッシベーション効果を高める観点から、真性シリコン系薄膜11,12としては、真性非晶質シリコンが好ましい。真性シリコン系薄膜11,12の膜厚は、2~15nm程度である。導電型シリコン系薄膜21,22としては、非晶質シリコン系薄膜、微結晶シリコン系薄膜等が挙げられる。シリコン系薄膜として、シリコン以外に、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等のシリコン系合金を用いることもできる。これらの中でも、非晶質シリコンが好ましい。導電型シリコン系薄膜21,22の膜厚は、3~30nm程度である。 From the viewpoint of enhancing the passivation effect for the crystalline silicon substrate 1, the intrinsic silicon-based thin films 11 and 12 are preferably intrinsic amorphous silicon. The film thickness of the intrinsic silicon thin films 11 and 12 is about 2 to 15 nm. Examples of the conductive silicon thin films 21 and 22 include amorphous silicon thin films and microcrystalline silicon thin films. Silicon-based alloys such as silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride can also be used as the silicon-based thin film in addition to silicon. Among these, amorphous silicon is preferred. The film thickness of the conductive silicon-based thin films 21 and 22 is about 3 to 30 nm.

シリコン系薄膜上に設けられる透明導電層31,32としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン等の導電性酸化物が好ましく、中でもITO等のインジウム系複合酸化物が好ましい。透明導電層31,32の膜厚は15~200nm程度である。 As the transparent conductive layers 31 and 32 provided on the silicon-based thin films, conductive oxides such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and titanium oxide are preferable, and indium-based composite oxides such as ITO are particularly preferable. The film thickness of the transparent conductive layers 31 and 32 is approximately 15 to 200 nm.

これらの薄膜の成膜方法は特に限定されない。膜厚が均一な薄膜を形成しやすいことから、スパッタ法、有機金属化学気相堆積(MOCVD)法、熱CVD法、プラズマCVD法、分子線ビームエピタキシー(MBE)法、パルスレーザー堆積(PLD)法等のドライプロセスが好ましい。シリコン系薄膜の形成にはプラズマCVD法が好ましく、透明導電層の形成にはスパッタ法またはMOCVD法が好ましい。 The method of forming these thin films is not particularly limited. Since it is easy to form a thin film with a uniform thickness, sputtering, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), thermal CVD, plasma CVD, molecular beam epitaxy (MBE), pulsed laser deposition (PLD) A dry process such as a method is preferred. A plasma CVD method is preferable for forming a silicon-based thin film, and a sputtering method or MOCVD method is preferable for forming a transparent conductive layer.

結晶シリコン基板1上に薄膜を成膜後、平坦領域上に形成された薄膜11,21,31の膜厚を、分光エリプソメトリー等により測定する。平坦領域では光の乱反射が少ないため、分光法による正確な膜厚測定が可能である。膜厚の測定は、1層の薄膜の形成後に逐次実施してもよく、複数の薄膜を形成後に実施してもよい。また、シリコン系薄膜11,21を形成後に、これらの合計膜厚を測定し、その後、透明導電層31を形成し、透明導電層31の膜厚を測定してもよい。 After forming thin films on the crystalline silicon substrate 1, the film thicknesses of the thin films 11, 21 and 31 formed on the flat regions are measured by spectroscopic ellipsometry or the like. Since there is less diffuse reflection of light in the flat region, accurate film thickness measurement by spectroscopy is possible. The measurement of the film thickness may be carried out successively after forming one layer of thin film, or may be carried out after forming a plurality of thin films. Alternatively, after forming the silicon-based thin films 11 and 21, the total film thickness of these may be measured, and then the transparent conductive layer 31 may be formed and the film thickness of the transparent conductive layer 31 may be measured.

結晶シリコン基板1の受光面に平坦領域101を設け、その上に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定することにより、膜厚の正確な評価が可能となる。薄膜の膜厚が所定範囲内である基板を選別すれば、選別された基板(すなわち、薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池)は、反射光のスペクトルの差が小さい。そのため、選別された太陽電池を集積すれば、受光面から視認した際の色調が統一され、意匠性の高い太陽電池モジュールが得られる。 By forming a flat region 101 on the light receiving surface of the crystalline silicon substrate 1, forming a thin film thereon, and measuring the film thickness of the thin film on the flat region, the film thickness can be accurately evaluated. If substrates with thin film thicknesses within a predetermined range are selected, the selected substrates (that is, solar cells with thin film thicknesses within a predetermined range) have a small difference in the spectrum of reflected light. Therefore, by accumulating the selected solar cells, it is possible to obtain a solar cell module with a uniform color tone when visually recognized from the light receiving surface and a highly designed solar cell module.

結晶シリコン基板1上に薄膜41を形成後、金属電極60を形成してもよい(図3参照)。受光面側の金属電極60は、所定形状にパターニングされており、電極が設けられていない部分から光を取り込むことができる。受光面の金属電極60のパターン形状は特に限定されない。受光面の金属電極60は、y方向に延在する複数のフィンガー電極61、およびフィンガー電極に直交してx方向に延在するバスバー電極62からなるグリッド状に形成される。裏面の金属電極70は、受光面の電極と同様にパターン形状を有していてもよく、全面に設けられていてもよい。 After forming the thin film 41 on the crystalline silicon substrate 1, the metal electrode 60 may be formed (see FIG. 3). The metal electrode 60 on the light-receiving surface side is patterned into a predetermined shape, and can take in light from a portion where no electrode is provided. The pattern shape of the metal electrode 60 on the light receiving surface is not particularly limited. The metal electrode 60 on the light-receiving surface is formed in a grid shape including a plurality of finger electrodes 61 extending in the y-direction and busbar electrodes 62 extending in the x-direction perpendicular to the finger electrodes. The metal electrode 70 on the back surface may have a pattern shape similar to the electrode on the light receiving surface, or may be provided on the entire surface.

金属電極は、スパッタ法等のドライプロセス、インクジェット印刷およびスクリーン印刷等の印刷法、めっき法等のウェットプロセスにより形成できる。図3に示すように、平坦領域101に金属電極60が設けられない場合は、金属電極60を形成後に、平坦領域101上の薄膜の膜厚を測定してもよい。平坦領域に金属電極を設ける場合は、金属電極を形成する前に、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定する。 The metal electrodes can be formed by dry processes such as sputtering, printing methods such as inkjet printing and screen printing, and wet processes such as plating. As shown in FIG. 3, when the metal electrode 60 is not provided on the flat area 101, the thickness of the thin film on the flat area 101 may be measured after the metal electrode 60 is formed. When a metal electrode is provided on the flat area, the thickness of the thin film on the flat area is measured before forming the metal electrode.

図3は、複数の太陽電池100を配線材81を介して電気的に接続した太陽電池ストリング130を受光面からみた平面図である。図3では、太陽電池100の表面に設けられたバスバー電極62上に配線材81が接続されているため、バスバー電極は図示されていない。1つの太陽電池の受光面の電極60と、隣接する太陽電池の裏面の電極70とを、配線材81を介して電気的に接続することにより、太陽電池ストリングが形成される。太陽電池の電極60,70と、配線材81とは、はんだや導電性接着剤等を介して接続される。 FIG. 3 is a plan view of a solar cell string 130 in which a plurality of solar cells 100 are electrically connected via wiring members 81, viewed from the light receiving surface. In FIG. 3 , the busbar electrodes are not shown because the wiring member 81 is connected to the busbar electrodes 62 provided on the surface of the solar cell 100 . A solar cell string is formed by electrically connecting the electrode 60 on the light-receiving surface of one solar cell and the electrode 70 on the back surface of an adjacent solar cell via wiring material 81 . The electrodes 60 and 70 of the solar cell and the wiring material 81 are connected via solder, a conductive adhesive, or the like.

x方向に沿って複数の太陽電池を接続した太陽電池ストリングを、y方向に複数並べてグリッドを形成してもよい。 A plurality of solar cell strings each having a plurality of solar cells connected along the x direction may be arranged in the y direction to form a grid.

図4は、2枚の保護材の間に、太陽電池ストリング(またはグリッド)を備える太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池ストリングの受光面側(図4の上側)には、光透過性の受光面保護材91が設けられ、裏面側(図4の下側)には裏面保護材92が設けられている。太陽電池モジュール200では、保護材91,92の間に封止材95が充填されることにより、太陽電池ストリングが封止されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a solar cell module with a solar cell string (or grid) between two protective materials. A light-transmissive light-receiving surface protective member 91 is provided on the light-receiving surface side (upper side in FIG. 4) of the solar cell string, and a rear surface protective member 92 is provided on the rear surface side (lower side in FIG. 4). In the solar cell module 200 , the solar cell strings are sealed by filling the space between the protective members 91 and 92 with the sealing material 95 .

前述のように、事前に薄膜41の膜厚を測定し、その結果に基づいて選別した太陽電池を集積してストリング(またはアレイ)を形成することにより、太陽電池モジュール200に含まれるそれぞれの太陽電池100は、薄膜の膜厚バラツキが小さく、反射光の色調が統一されている。そのため、太陽電池モジュールは、外観の色調が統一され、意匠性に優れる。 As described above, the film thickness of the thin film 41 is measured in advance, and the solar cells selected based on the measurement result are integrated to form a string (or array), so that each solar cell included in the solar cell module 200 In the battery 100, variations in thickness of the thin film are small, and color tone of reflected light is unified. Therefore, the solar cell module has a uniform appearance color tone and is excellent in design.

図3では、平坦領域101以外の領域(すなわち凹凸形成領域102)に金属電極60を設ける形態を示したが、平坦領域101に金属電極が設けられていてもよい。平坦領域101上に配線材81を接続してもよい。平坦領域に金属電極や配線材を設けた場合、その領域は、金属電極または配線材の「影」となり、光が到達しない。すなわち、受光面に金属電極または配線材が設けられた領域は、非発電領域となる。 Although FIG. 3 shows a mode in which the metal electrode 60 is provided in a region other than the flat region 101 (that is, the concave-convex forming region 102), the metal electrode may be provided in the flat region 101. FIG. A wiring member 81 may be connected on the flat region 101 . When a metal electrode or wiring material is provided in a flat area, the area becomes a "shadow" of the metal electrode or wiring material, and light does not reach the area. That is, the area where the metal electrode or the wiring member is provided on the light receiving surface becomes the non-power generation area.

平坦領域101は、受光面にテクスチャが形成されていないため、凹凸形成領域に比べると反射率が高く、太陽光の利用効率が低いが、平坦領域101を非発電領域とすれば、テクスチャが形成されていなくとも、発電効率は低下しない。平坦領域101を非発電領域とする場合は、面積を確保する観点から、平坦領域上に配線材を接続することが好ましい。平坦領域上に配線材を接続する場合、平坦領域に金属電極(例えばバスバー電極)を設けてもよく、金属電極を介さずに平坦領域上に配線材を配置してもよい。 Since the flat region 101 does not have a texture formed on the light receiving surface, it has a higher reflectance and a lower sunlight utilization efficiency than the concave-convex formed region. Even if it is not installed, the power generation efficiency does not decrease. When the flat area 101 is used as a non-power generation area, it is preferable to connect wiring members on the flat area from the viewpoint of securing the area. When a wiring material is connected on the flat area, a metal electrode (for example, a busbar electrode) may be provided on the flat area, or the wiring material may be arranged on the flat area without a metal electrode.

製品としての太陽電池および太陽電池モジュールには平坦領域が含まれていなくてもよい。例えば、結晶シリコン基板1の凹凸形成領域および平坦領域に薄膜を形成し、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定後に、シリコン基板を分割して、製品となる部分(太陽電池)から、平坦領域を除去してもよい。平坦領域を除去した太陽電池を接続してモジュール化することにより、変換効率を向上できる。平坦領域を除去する前に膜厚の測定が行われるため、その測定結果に基づいて太陽電池の選別が可能である。そのため、平坦領域を含む太陽電池をモジュール化する場合と同様に、個々の太陽電池の反射光の色調が統一され、意匠性に優れる太陽電池モジュールが得られる。 A solar cell and a solar cell module as a product need not include a flat area. For example, a thin film is formed on the irregularity forming region and the flat region of the crystalline silicon substrate 1, and after measuring the film thickness of the thin film on the flat region, the silicon substrate is divided, and the flat region is separated from the product portion (solar cell). may be removed. Conversion efficiency can be improved by connecting the solar cells from which the flat regions are removed to form a module. Since the film thickness is measured before the flat regions are removed, the solar cells can be sorted based on the measurement results. Therefore, as in the case of modularizing solar cells including flat regions, the color tone of the reflected light of each solar cell is unified, and a solar cell module with excellent design is obtained.

平坦領域を除去すると、太陽電池の面積が減少するため、1個の太陽電池の発電量は低下する。一方、所定の面積に配置可能な太陽電池の数が増加するため、モジュールとしての発電効率は維持できる。 If the flat region is removed, the area of the solar cell is reduced, so the amount of power generated by one solar cell is reduced. On the other hand, since the number of solar cells that can be arranged in a given area increases, the power generation efficiency of the module can be maintained.

上記では、基板を分割して平坦領域を除去する前に、平坦領域上の薄膜の膜厚を測定する例について言及したが、基板を分割して、製品部分から平坦領域を除去した後に、膜厚の測定を実施してもよい。分割により除去された平坦領域と製品領域との対応関係をトレース可能であれば、基板を分割後に平坦領域上の薄膜の膜厚を測定し、その結果に基づいて、太陽電池の選別が可能である。 The above mentions the example of measuring the film thickness of the thin film on the flat area before dividing the substrate and removing the flat area. Thickness measurements may be performed. If it is possible to trace the correspondence between the flat area removed by division and the product area, it is possible to measure the film thickness of the thin film on the flat area after dividing the substrate, and sort the solar cells based on the result. be.

薄膜を形成後の基板を分割する形態として、平坦領域を除去する場合について言及したが、薄膜を形成後の基板を分割して、1つの基板から複数の太陽電池を得てもよい。1つの基板上に複数の平坦領域が存在する場合は、基板上に薄膜を形成後に、基板を複数に分割し、分割後のそれぞれの太陽電池に平坦領域が含まれていてもよい。 As a form of dividing the substrate after forming the thin film, the case of removing the flat region has been mentioned, but the substrate after forming the thin film may be divided to obtain a plurality of solar cells from one substrate. When a plurality of flat regions exist on one substrate, after forming a thin film on the substrate, the substrate may be divided into a plurality of pieces, and each of the divided solar cells may include a flat region.

平坦領域上で基板を分割することにより、1つの基板から、それぞれが平坦領域を有する複数の太陽電池を作製することもできる。例えば、図5Aに示すように基板120の中央に平坦領域101を設け、平坦領域を通る分割線X-Xに沿って、2つの太陽電池121,122に分割すれば、分割後の2つの太陽電池121,122は、それぞれ、平坦領域101a,101bを有する。 A plurality of solar cells, each having a flat area, can also be made from one substrate by dividing the substrate on the flat area. For example, as shown in FIG. 5A, if a flat region 101 is provided in the center of the substrate 120 and divided into two solar cells 121 and 122 along the dividing line XX passing through the flat region, two solar cells after division can be obtained. Batteries 121 and 122 have flat regions 101a and 101b, respectively.

図3,4では、配線材81を介して隣接する太陽電池を電気的に接続する例を示したが、隣接する太陽電池の表裏を重ね合わせることにより電気的接続を行ってもよい。例えば、図5Bに示すように、太陽電池121の受光面と、太陽電池122の裏面とが重なるように積層し、太陽電池121の受光面の電極62と、太陽電池122の裏面の電極(不図示)とを接続することにより、隣接する太陽電池を電気的に接続できる(いわゆる「シングリング」構造)。 3 and 4 show an example in which the adjacent solar cells are electrically connected via the wiring material 81, but the electrical connection may be made by overlapping the front and back surfaces of the adjacent solar cells. For example, as shown in FIG. 5B, the light-receiving surface of the solar cell 121 and the back surface of the solar cell 122 are stacked so as to overlap, and the electrode 62 on the light-receiving surface of the solar cell 121 and the electrode on the back surface of the solar cell 122 (non-electrode) are formed. shown) can electrically connect adjacent solar cells (a so-called “shingling” structure).

この形態では、図5Aに示すように、1つの基板120を分割して2つの太陽電池121,122を作製し、太陽電池121の端部に、太陽電池122を重ね合わせている。下側に配置される太陽電池121の平坦領域101a上に、太陽電池122を重ねれば、平坦領域101aは非発電領域となる。なお、図5Bでは2つの太陽電池を重ね合わせる例を示しているが、太陽電池122の端部に、さらに別の太陽電池を重ね合わせて、3以上の太陽電池を接続してもよい。 In this form, as shown in FIG. 5A, one substrate 120 is divided to produce two solar cells 121 and 122, and the solar cell 122 is superimposed on the edge of the solar cell 121. As shown in FIG. If the solar cell 122 is overlaid on the flat region 101a of the solar cell 121 arranged on the lower side, the flat region 101a becomes a non-power generating region. Although FIG. 5B shows an example in which two solar cells are superimposed, another solar cell may be superimposed on the edge of the solar cell 122 to connect three or more solar cells.

上記の例では、結晶シリコン基板上に薄膜を備える太陽電池の例を示したが、半導体基板は、シリコン基板に限定されず、GaAs等のシリコン以外の結晶半導体基板でもよい。また、平坦領域上に設けられた薄膜の膜厚を測定する技術は、ヘテロ接合太陽電池に限定されず、結晶半導体基板上に、半導体薄膜、透明導電膜、反射防止膜、パッシベーション膜等の各種の薄膜を備える太陽電池にも適用可能である。 In the above example, an example of a solar cell having a thin film on a crystalline silicon substrate was shown, but the semiconductor substrate is not limited to a silicon substrate, and may be a crystalline semiconductor substrate other than silicon such as GaAs. In addition, the technique for measuring the film thickness of a thin film provided on a flat region is not limited to heterojunction solar cells, and various types of semiconductor thin films, transparent conductive films, antireflection films, passivation films, etc. can be applied on a crystalline semiconductor substrate. It can also be applied to a solar cell having a thin film of

太陽電池は受光面と裏面の両方に電極を有する形態に限定されず、裏面にのみ電極を有するバックコンタクト型の太陽電池であってもよい。バックコンタクト太陽電池は、受光面に電極を有さないため、外観が黒色で統一されており意匠性に優れているが、その反面、反射光のわずかな色調の相違が目立ちやすい。受光面に平坦領域を設け、その上に形成されたパッシベーション膜としての半導体薄膜や反射防止膜の膜厚を測定し、膜厚が所定範囲内であるものを集積してモジュール化することにより、全面の色調が統一されたバックコンタクト型の太陽電池モジュールを形成できる。 The solar cell is not limited to having electrodes on both the light-receiving surface and the back surface, and may be a back contact type solar cell having electrodes only on the back surface. Since the back-contact solar cell does not have an electrode on the light-receiving surface, it has a uniform black appearance and is excellent in designability. By providing a flat region on the light receiving surface, measuring the film thickness of the semiconductor thin film as a passivation film formed thereon and the anti-reflection film, and integrating the film thicknesses within a predetermined range to form a module, It is possible to form a back-contact type solar cell module in which the color tone of the entire surface is uniform.

100,121,122 太陽電池
101 平坦領域
102 凹凸形成領域
1 結晶シリコン基板
11,12 真性シリコン系薄膜
21,22 導電型シリコン系薄膜
31,32 透明導電層
60,70 金属電極
61 フィンガー電極
62,72 バスバー電極
81 配線材
91,92 保護材
95 封止材
130 太陽電池ストリング
200 太陽電池モジュール
Reference Signs List 100, 121, 122 Solar cell 101 Flat region 102 Concavo-convex forming region 1 Crystal silicon substrate 11, 12 Intrinsic silicon thin film 21, 22 Conductive silicon thin film 31, 32 Transparent conductive layer 60, 70 Metal electrode 61 Finger electrode 62, 72 Bus bar electrode 81 Wiring material 91, 92 Protective material 95 Sealing material 130 Solar cell string 200 Solar cell module

Claims (20)

第一主面および第二主面を有する結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成し、前記結晶半導体基板の第一主面上に少なくとも1層の薄膜を形成する太陽電池の製造方法であって、
前記第一主面上の一部に、凹凸が設けられていない平坦領域が10mm以上の面積で存在し、
前記平坦領域は、前記結晶半導体基板の端面から隔てて設けられており、
前記結晶半導体基板の第一主面上の、凹凸形成領域および平坦領域の両方に、前記薄膜を形成する、太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell, comprising forming unevenness on the first main surface of a crystalline semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface, and forming at least one layer of thin film on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate. There is
A flat region having no unevenness is present on a part of the first main surface with an area of 10 mm 2 or more,
The flat region is provided apart from an end surface of the crystalline semiconductor substrate,
A method for manufacturing a solar cell, wherein the thin film is formed on both the irregularity forming region and the flat region on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate.
前記薄膜を形成した後、前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
薄膜の膜厚を測定後に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去することにより、前記平坦領域を含まない太陽電池を得る、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
After forming the thin film, measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region,
2. The method of manufacturing a solar cell according to claim 1 , wherein after measuring the film thickness of the thin film, the crystalline semiconductor substrate is divided to remove the flat region to obtain a solar cell that does not include the flat region.
第一主面および第二主面を有する結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成し、前記結晶半導体基板の第一主面上に少なくとも1層の薄膜を形成する太陽電池の製造方法であって、
前記第一主面上の一部に、凹凸が設けられていない平坦領域が10mm以上の面積で存在し、
前記結晶半導体基板の第一主面上の、凹凸形成領域および平坦領域の両方に、前記薄膜を形成し、その後、前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
薄膜の膜厚を測定後に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去することにより、前記平坦領域を含まない太陽電池を得る、太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell, comprising forming unevenness on the first main surface of a crystalline semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface, and forming at least one layer of thin film on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate. There is
A flat region having no unevenness is present on a part of the first main surface with an area of 10 mm 2 or more,
forming the thin film on both the concave-convex forming region and the flat region on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate, and then measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region;
A method of manufacturing a solar cell , comprising dividing the crystalline semiconductor substrate to remove the flat region after measuring the film thickness of the thin film, thereby obtaining a solar cell that does not include the flat region .
分光法により前記薄膜の膜厚を測定する、請求項2または3に記載の太陽電池の製造方法。4. The method for manufacturing a solar cell according to claim 2, wherein the film thickness of said thin film is measured by spectroscopy. 前記平坦領域の面積が、第一主面の面積の5%以下である、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。 The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the area of the flat region is 5% or less of the area of the first main surface. 前記結晶半導体基板が、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板である、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 6. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 , wherein said crystalline semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. アルカリを用いた異方性エッチングにより、前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成する、請求項1~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 1 to 6 , wherein unevenness is formed on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate by anisotropic etching using an alkali. 前記凹凸形成領域における凹凸高さが0.5~10μmである、請求項1~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 1 to 7 , wherein the unevenness height in the unevenness forming region is 0.5 to 10 µm. 前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成する際に、前記結晶半導体基板の第一主面の一部の領域に冶具を接触させることにより、前記結晶半導体基板を固定し、
前記冶具が接触している領域に凹凸が形成されないことにより、前記平坦領域が設けられる、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
fixing the crystalline semiconductor substrate by bringing a jig into contact with a partial region of the first main surface of the crystalline semiconductor substrate when forming the unevenness on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate;
The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 8 , wherein the flat region is provided by not forming irregularities in the region in contact with the jig.
前記結晶半導体基板の第一主面の一部の領域にマスクを積層した状態で、前記結晶半導体基板の第一主面に凹凸を形成することにより、前記マスクが積層された領域を前記平坦領域とする、請求項1~いずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 By forming unevenness on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate in a state where a mask is laminated on a partial region of the first main surface of the crystalline semiconductor substrate, the region where the mask is laminated is the flat region. The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 8 , wherein 前記結晶半導体基板の第一主面上に複数の平坦領域を設け、複数の平坦領域のそれぞれに少なくとも1層の薄膜を形成する、請求項1~10のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to any one of claims 1 to 10 , wherein a plurality of flat regions are provided on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate, and at least one layer of thin film is formed in each of the plurality of flat regions. Production method. 前記薄膜として、少なくとも1層の透明導電膜を形成する、請求項1~11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 any one of claims 1 to 11 , wherein at least one layer of transparent conductive film is formed as the thin film. 前記薄膜として、少なくとも1層の半導体薄膜を形成する、請求項1~12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 1 to 12 , wherein at least one layer of semiconductor thin film is formed as the thin film. 前記薄膜を形成した後、前記結晶半導体基板を複数に分割して、1つの結晶半導体基板から2以上の太陽電池を得る、請求項1~13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 1 to 13 , wherein after forming the thin film, the crystalline semiconductor substrate is divided into a plurality of pieces to obtain two or more solar cells from one crystalline semiconductor substrate. . 前記薄膜を形成した後、前記平坦領域を通る分割線に沿って前記結晶半導体基板を複数に分割して、1つの結晶半導体基板から2以上の太陽電池を得る、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。2. The solar cell according to claim 1, wherein after forming the thin film, the crystalline semiconductor substrate is divided into a plurality of pieces along a dividing line passing through the flat region to obtain two or more solar cells from one crystalline semiconductor substrate. manufacturing method. 請求項1~15のいずれか1項に記載の方法により太陽電池を製造し、
前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
前記薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池を選別し、
選別された太陽電池の複数を電気的に接続してモジュール化する、太陽電池モジュールの製造方法。
Producing a solar cell by the method according to any one of claims 1 to 15 ,
measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region;
Selecting solar cells in which the film thickness of the thin film is within a predetermined range,
A method for manufacturing a solar cell module, comprising electrically connecting a plurality of sorted solar cells into a module.
前記薄膜の膜厚を測定後、モジュール化の前に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去する、請求項16に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 17. The method of manufacturing a solar cell module according to claim 16 , wherein after measuring the film thickness of said thin film and before modularization, said crystalline semiconductor substrate is divided to remove said flat region. 請求項1に記載の方法により太陽電池を製造し、
前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
前記薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池を選別し、
前記平坦領域に配線材を接続し、配線材を介して複数の太陽電池を電気的に接続してモジュール化する、太陽電池モジュールの製造方法。
Producing a solar cell by the method according to claim 1,
measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region;
Selecting solar cells in which the film thickness of the thin film is within a predetermined range,
A method of manufacturing a solar cell module, wherein a wiring member is connected to the flat region, and a plurality of solar cells are electrically connected via the wiring member to form a module .
複数の太陽電池が電気的に接続されている太陽電池モジュールの製造方法であって、A method for manufacturing a solar cell module in which a plurality of solar cells are electrically connected,
第一主面および第二主面を有し、第一主面に凹凸を有し、かつ第一主面上の一部に、凹凸が設けられていない平坦領域が10mmHaving a first main surface and a second main surface, having unevenness on the first main surface, and a flat area having no unevenness on a part of the first main surface is 10 mm 2 以上の面積で存在する結晶半導体基板を準備し、Prepare a crystalline semiconductor substrate having an area equal to or greater than
前記結晶半導体基板の第一主面上の、凹凸形成領域および平坦領域の両方に、少なくとも1層の薄膜を形成することにより太陽電池を製造し、manufacturing a solar cell by forming at least one layer of thin film on both the concave-convex forming region and the flat region on the first main surface of the crystalline semiconductor substrate;
前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region;
前記薄膜の膜厚が所定範囲内である太陽電池を選別し、Selecting solar cells in which the film thickness of the thin film is within a predetermined range,
選別された太陽電池の複数を電気的に接続してモジュール化を行い、A plurality of sorted solar cells are electrically connected to form a module,
前記薄膜の膜厚を測定後、モジュール化の前に、前記結晶半導体基板を分割して前記平坦領域を除去する、After measuring the film thickness of the thin film, dividing the crystalline semiconductor substrate and removing the flat region before modularization;
太陽電池モジュールの製造方法。A method for manufacturing a solar cell module.
請求項1または15に記載の方法により太陽電池を製造し、
前記平坦領域上に形成された薄膜の膜厚を測定し、
薄膜の膜厚を測定後の太陽電池の前記平坦領域が、他の太陽電池の第二主面と重なるように積層して、複数の太陽電池を電気的に接続してモジュール化する、太陽電池モジュールの製造方法。
Producing a solar cell by the method according to claim 1 or 15 ,
measuring the film thickness of the thin film formed on the flat region;
A solar cell, wherein the flat region of the solar cell after measuring the film thickness of the thin film is laminated so as to overlap the second main surface of another solar cell, and a plurality of solar cells are electrically connected to form a module. Module manufacturing method.
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