JP7356445B2 - 太陽電池の製造方法、太陽電池、および太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。太陽電池モジュール100は、二次元状に配列された複数の太陽電池セル1を備える。
以下、太陽電池セル(以下、太陽電池という。)1について詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図2に示す太陽電池1は、裏面電極型の太陽電池である。太陽電池1は、2つの主面を備える半導体基板11を備え、半導体基板11の主面において第1導電型領域7と第2導電型領域8とを有する。
同様に、第2導電型領域8は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部8fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部8bとを有する。バスバー部8bは、半導体基板11の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、第2方向(Y方向)に延在する。
フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、第2方向(Y方向)に延在する帯状をなしており、第1方向(X方向)に交互に設けられている。
なお、第1導電型領域7および第2導電型領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板11の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力(照度によらず安定した出力)が得られる。
また、半導体基板11は、受光面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、受光面において入射光の反射が低減し、半導体基板11における光閉じ込め効果が向上する。
パッシベーション層13,23,33は、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
なお、第1導電型半導体層25がn型の半導体層であり、第2導電型半導体層35がp型の半導体層であってもよい。
第2導電型半導体層35およびパッシベーション層33の一部は、隣接する第1導電型半導体層25およびパッシベーション層23の一部の上に重なっていてもよい(図示省略)。
第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に順に積層された第1透明電極層28と第1金属電極層29とを有する。第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に順に積層された第2透明電極層38と第2金属電極層39とを有する。
第1金属電極層29および第2金属電極層39は、銀、銅、アルミニウム等の粒子状の金属材料、絶縁性の樹脂材料および溶媒を含有する導電性ペースト材料で形成される。
第1透明電極層28と第2透明電極層38とは互いに分離されており、第1金属電極層29と第2金属電極層39とも互いに分離されている。
第1透明電極層28の第1方向(X方向)の帯幅は、第1金属電極層29の第1方向(X方向)の帯幅よりも狭く、第2透明電極層38の第1方向(X方向)の帯幅は、第2金属電極層39の第1方向(X方向)の帯幅よりも狭い。
一方、第1金属電極層29と第2金属電極層39との間における、第1導電型半導体層25の凹凸構造の頂部および第2導電型半導体層35の凹凸構造の頂部は、樹脂膜40で覆われておらず、露出している。
例えば、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全てにパッシベーション膜および第1導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するマスクまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層23および第1導電型半導体層25をパターニングしてもよい。なお、p型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えばオゾンを含有するフッ酸や、硝酸とフッ酸の混合液のような酸性溶液が挙げられ、n型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えば水酸化カリウム水溶液のようなアルカリ性溶液が挙げられる。
または、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側にパッシベーション層および第1導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層23およびp型半導体層25の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。
例えば、上述同様に、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全てにパッシベーション膜および第2導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するマスクまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35をパターニングしてもよい。
または、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側にパッシベーション層および第2導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。
第1金属電極層29および第2金属電極層39は、印刷材料(例えば、インク)を印刷することにより形成される。第1金属電極層29および第2金属電極層39の形成方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、グラビアコーティング法、またはディスペンサー法等が挙げられる。これらの中でも、スクリーン印刷法が好ましい。
絶縁性の樹脂材料としては、マトリクス樹脂等が挙げられる。詳説すると、絶縁性樹脂としては、高分子化合物であると好ましく、特に熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂であると好ましく、エポキシ、ウレタン、ポリエステルまたはシリコーン系の樹脂等が代表例である。
金属材料としては、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。これらの中でも、銀粒子を含む銀ペーストが好ましい。
例えば、印刷材料に含有される金属材料の割合は、印刷材料全体に対する重量比として85%以上95%以下である。
なお、このように導電性ペーストで形成された第1金属電極層29および第2金属電極層39はウレタン結合を有していてもよい。例えばエポキシ樹脂に比べて、ウレタン樹脂は架橋時の収縮が小さく、樹脂にクラックが発生し難い。樹脂にクラックが発生し難いと、エッチング溶液が金属電極層へ染み込むことを防止でき、金属電極層の下の透明導電膜がエッチングされることに起因する金属電極層の剥がれや、長期信頼性の悪化を防止できる。
ここで、第1透明電極層28と第2透明電極層38とを分離するためには、これらの間の透明導電膜が連続していなければよく、透明導電膜48が凹凸構造の谷部に島状に残っていてもよい。透明導電膜48が凹凸構造の谷部に島状に残ると、凹凸構造の谷部における樹脂膜40が第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35上に残る。
以上の工程により、本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が完成する。
透明電極層形成工程では、例えばフォトリソグラフィ法を用いて透明導電膜をパターニングすることにより、互いに分離された第1透明電極層および第2透明電極層を形成する。フォトリソグラフィ法では、
・透明導電膜の上にレジストを塗布し、
・レジストを感光させることにより、レジストに開口を形成し、
・レジストをマスクとして開口において露出した透明導電膜をエッチングすることにより、互いに分離された第1透明電極層および第2透明電極層を形成し、
・レジストを除去する。
なお、従来の太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池では、一般に、透明電極層の帯幅は金属電極層の帯幅よりも広い。
また、第1導電型半導体層25と樹脂膜40との層間および第2導電型半導体層35と樹脂膜40との層間には、第1透明電極層28および第2透明電極層38と同一材料の透明導電膜48が島状に(連続せずに)配置されている。詳説すれば、第1導電型半導体層25の凹凸構造の谷部と樹脂膜40との層間および第2導電型半導体層35の凹凸構造の谷部と樹脂膜40との層間には、透明導電膜48が島状に配置されている。
これにより、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35が露出する面積が小さくなる。そのため、太陽電池および太陽電池モジュールの劣化が抑制され、太陽電池および太陽電池モジュールの信頼性(例えば、長期耐久性)が向上する。
その後、第1金属電極層29および第2金属電極層39を180℃のオーブンで1時間加熱処理した。これにより、印刷材料における絶縁性の樹脂材料が第1金属電極層29の周縁および第2金属電極層39の周縁に染み出し、第1金属電極層29の周縁および第2金属電極層39の周縁に樹脂膜40が形成された。
また、第1金属電極層29と第2金属電極層39との間における透明導電膜28Zの凹凸構造(テクスチャ構造)の谷部は、樹脂膜40(黒い部分)で覆われていることが確認された。一方、第1金属電極層29と第2金属電極層39との間における透明導電膜28Zの凹凸構造の頂部は、樹脂膜40で覆われず、露出していることが確認された。これにより、その後の透明電極層形成工程におけるエッチングにおいて、凹凸構造の頂部から底部に向かって透明導電膜28Zのエッチングが進行することが予想される。
更に、電極間の短絡チェックを行い、電極層間の短絡がないことを確認した。
樹脂膜40が剥離されておらず、電極層間の短絡がないことから、第1導電型半導体層25の凹凸構造の谷部と樹脂膜40との層間および第2導電型半導体層35の凹凸構造の谷部と樹脂膜40との層間に透明導電膜48が島状に残り、樹脂膜40が保持されていることが予想される。
2 配線部材
3 受光面保護部材
4 裏面保護部材
5 封止材
7 第1導電型領域
8 第2導電型領域
7b,8b バスバー部
7f,8f フィンガー部
11 半導体基板
13,23,33 パッシベーション層
25 第1導電型半導体層
27 第1電極層
28 第1透明電極層
28Z 透明導電膜
29 第1金属電極層
35 第2導電型半導体層
37 第2電極層
38 第2透明電極層
39 第2金属電極層
40 樹脂膜
48 透明導電膜
100 太陽電池モジュール
Claims (13)
- 2つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側に配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に対応する第1透明電極層および第1金属電極層と、前記第2導電型半導体層に対応する第2透明電極層および第2金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の前記一方主面側の一部に前記第1導電型半導体層を形成し、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に前記第2導電型半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記第1導電型半導体層および前記第2導電型半導体層の上にこれらに跨って透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と、
前記透明導電膜を介して前記第1導電型半導体層の上に前記第1金属電極層を形成し、前記透明導電膜を介して前記第2導電型半導体層の上に前記第2金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、
前記透明導電膜をパターニングすることにより、互いに分離された前記第1透明電極層および前記第2透明電極層を形成する透明電極層形成工程と、
をこの順で含み、
前記金属電極層形成工程では、粒子状の金属材料、樹脂材料および溶媒を含む印刷材料を印刷して硬化させることにより、前記第1金属電極層および前記第2金属電極層を形成し、前記第1金属電極層の周縁および前記第2金属電極層の周縁に前記樹脂材料が偏在してなる樹脂膜を形成し、
前記透明電極層形成工程では、前記第1金属電極層およびその周縁の前記樹脂膜、および、前記第2金属電極層およびその周縁の前記樹脂膜をマスクとして用いて、前記透明導電膜をパターニングする、
太陽電池の製造方法。 - 前記透明電極層形成工程では、エッチング溶液を用いたウェットエッチング法を用いて、前記透明導電膜をパターニングする、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記金属電極層形成工程では、スクリーン印刷法を用いて、前記印刷材料を印刷する、請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記印刷材料に含有する前記金属材料の割合は、前記印刷材料全体に対する重量比として85%以上95%以下である、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。
- 2つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側に配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に対応する第1透明電極層および第1金属電極層と、前記第2導電型半導体層に対応する第2透明電極層および第2金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、
前記第1透明電極層および前記第1金属電極層は帯状をなし、前記第1透明電極層の帯幅は前記第1金属電極層の帯幅よりも狭く、
前記第2透明電極層および前記第2金属電極層は帯状をなし、前記第2透明電極層の帯幅は前記第2金属電極層の帯幅よりも狭く、
前記第1金属電極層の周縁および前記第2金属電極層の周縁には、前記第1金属電極層および前記第2金属電極層の印刷材料における樹脂材料が偏在してなる樹脂膜が形成されており、
前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間における前記第1導電型半導体層の一部および前記第2導電型半導体層の一部は、前記樹脂膜で覆われており、
前記第1導電型半導体層と前記樹脂膜との層間および前記第2導電型半導体層と前記樹脂膜との層間には、前記第1透明電極層および前記第2透明電極層と同一材料の透明導電膜が島状に配置されている、
太陽電池。 - 前記半導体基板の2つの主面のうち少なくとも前記一方主面側は、凹凸構造を有し、
前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間における前記第1導電型半導体層の谷部および前記第2導電型半導体層の谷部は、前記樹脂膜で覆われており、
前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間における前記第1導電型半導体層の頂部および前記第2導電型半導体層の頂部は、前記樹脂膜で覆われておらず、露出している、
請求項5に記載の太陽電池。 - 前記第1導電型半導体層の谷部と前記樹脂膜との層間および前記第2導電型半導体層の谷部と前記樹脂膜との層間には、前記第1透明電極層および前記第2透明電極層と同一材料の透明導電膜が島状に配置されている、請求項6に記載の太陽電池。
- 前記印刷材料は金属ペーストであり、
前記樹脂膜は、前記印刷材料に含有する樹脂材料が染み出してなる、
請求項5~7のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記第1金属電極層および前記第2金属電極層は、前記印刷材料に含有する金属材料である銀を含む、請求項8に記載の太陽電池。
- 前記第1金属電極層および前記第2金属電極層は、前記印刷材料に含有する粒子状の金属材料を含む、請求項8または9に記載の太陽電池。
- 前記印刷材料から形成される前記第1金属電極層および前記第2金属電極層は、ウレタン結合を有する、請求項8~10のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第1金属電極層と前記第1導電型半導体層との接触面積は、前記第1透明電極層と前記第1導電型半導体層との接触面積の半分以下であり、
前記第2金属電極層と前記第2導電型半導体層との接触面積は、前記第2透明電極層と前記第2導電型半導体層との接触面積の半分以下である、
請求項5~11のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 請求項5~12のいずれか1項に記載の太陽電池を備える、太陽電池モジュール。
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