JPH05110122A - 光電変換装置及びその製造方法 - Google Patents
光電変換装置及びその製造方法Info
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- JPH05110122A JPH05110122A JP3268027A JP26802791A JPH05110122A JP H05110122 A JPH05110122 A JP H05110122A JP 3268027 A JP3268027 A JP 3268027A JP 26802791 A JP26802791 A JP 26802791A JP H05110122 A JPH05110122 A JP H05110122A
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- substrate
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池をはじめ大型化した光電変換装置
を、薄型化した半導体基板を使用しても、該基板の変形
や特性低下等がなく、又、低コストの裏面電極の構造で
ある。 【構成】 ｐ型シリコン単結晶基板１０の受光面側にｎ
+層１を形成し、次に、基板１０全面にシリコン酸化膜
２の形成と、受光面側の反射防止膜３と表面電極４を作
製する。続いて基板１０裏面に、アルミペーストをドッ
ト状に多数互に分離させて印刷した上燒成してｐ+領域
６と裏面電極５を作製し、該電極５をアルミシート７で
接続する。以上で作製した電極５は互に分離しているの
で、基板１０と熱膨張係数の差があっても、作製したセ
ル１２が、該熱膨張係数の差によって変形することはな
くなる。
を、薄型化した半導体基板を使用しても、該基板の変形
や特性低下等がなく、又、低コストの裏面電極の構造で
ある。 【構成】 ｐ型シリコン単結晶基板１０の受光面側にｎ
+層１を形成し、次に、基板１０全面にシリコン酸化膜
２の形成と、受光面側の反射防止膜３と表面電極４を作
製する。続いて基板１０裏面に、アルミペーストをドッ
ト状に多数互に分離させて印刷した上燒成してｐ+領域
６と裏面電極５を作製し、該電極５をアルミシート７で
接続する。以上で作製した電極５は互に分離しているの
で、基板１０と熱膨張係数の差があっても、作製したセ
ル１２が、該熱膨張係数の差によって変形することはな
くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面積の大きい光電変換
装置を効率よく作動させる構造及び、その製造方法に関
するものである。
装置を効率よく作動させる構造及び、その製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からの光電変換装置の代表的なもの
に、太陽電池がある。又、一般的な太陽電池は、厚さ
０．４ｍｍ程度のｐ型シリコンの単結晶基板の受光面に
する表面側に、不純物拡散でｎ+層を形成した後、表面
側のグリッド状電極と、裏面側の全面電極とを、金属で
形成していた。この裏面電極の形成には、アルミニウム
粉末を樹脂等と混練して作ったペースト状のインクでそ
の基板の裏面のほぼ全面に印刷した上、加熱して合金膜
にするか、又は、アルミニウムを真空蒸着するなどの方
法が用いられていた。
に、太陽電池がある。又、一般的な太陽電池は、厚さ
０．４ｍｍ程度のｐ型シリコンの単結晶基板の受光面に
する表面側に、不純物拡散でｎ+層を形成した後、表面
側のグリッド状電極と、裏面側の全面電極とを、金属で
形成していた。この裏面電極の形成には、アルミニウム
粉末を樹脂等と混練して作ったペースト状のインクでそ
の基板の裏面のほぼ全面に印刷した上、加熱して合金膜
にするか、又は、アルミニウムを真空蒸着するなどの方
法が用いられていた。
【０００３】電極として、アルミニウム（Ａｌ）を主成
分とする材料が用いられているのは約７００℃程度の熱
処理でＡｌと共晶反応したシリコンｐ層に、再結晶によ
るｐ+層が形成され、この層がバックサーフェイスフィ
ールド（ＢＳＦ）の特性を持つからである。
分とする材料が用いられているのは約７００℃程度の熱
処理でＡｌと共晶反応したシリコンｐ層に、再結晶によ
るｐ+層が形成され、この層がバックサーフェイスフィ
ールド（ＢＳＦ）の特性を持つからである。
【０００４】以上のようなＡｌ裏面電極は、比較的低コ
ストで高い変換効率の太陽電池が得られるが、そのシリ
コン基板とアルミニウム・シリコン合金層では熱膨張係
数に差があり、作製した太陽電池に歪が残ることにな
る。なお、以上の裏面全体にＡｌ電極を形成すること
は、該シリコン基板を透過した光線を裏面で反射して、
再びシリコン内に導入することで、光エネルギーの変換
効率を高くできるからである（ＢＳＦ）。この裏面電極
をＡｌ金属にするために、従来はＡｌの真空蒸着が必要
であり低コスト化が難しかった。
ストで高い変換効率の太陽電池が得られるが、そのシリ
コン基板とアルミニウム・シリコン合金層では熱膨張係
数に差があり、作製した太陽電池に歪が残ることにな
る。なお、以上の裏面全体にＡｌ電極を形成すること
は、該シリコン基板を透過した光線を裏面で反射して、
再びシリコン内に導入することで、光エネルギーの変換
効率を高くできるからである（ＢＳＦ）。この裏面電極
をＡｌ金属にするために、従来はＡｌの真空蒸着が必要
であり低コスト化が難しかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池などの光電変
換装置の製造を、低コスト化するためには、シリコン基
板を従来の厚さ０．４ｍｍ程度から０．３ｍｍ以下へ
と、より薄い基板にして、しかも、その変換効率を高く
しておく必要がある。
換装置の製造を、低コスト化するためには、シリコン基
板を従来の厚さ０．４ｍｍ程度から０．３ｍｍ以下へ
と、より薄い基板にして、しかも、その変換効率を高く
しておく必要がある。
【０００６】以上から、Ａｌ裏面電極を用い、シリコン
基板を薄くして行くと、作製した太陽電極の歪による変
形が大きくなり、例えば１０ｃｍ角で厚さ０．２５ｍｍ
のシリコン基板を用いたときの太陽電池は、その受光面
側に中央部が５〜１０ｍｍの高さになる凸形に変形し
て、セル完成のための従来の配線や耐湿構造への封止な
どが困難になる。なお、この例の太陽電池の裏面電極
を、純Ａｌになる真空蒸着を用いると、変形はしないが
低コスト化が困難になる。
基板を薄くして行くと、作製した太陽電極の歪による変
形が大きくなり、例えば１０ｃｍ角で厚さ０．２５ｍｍ
のシリコン基板を用いたときの太陽電池は、その受光面
側に中央部が５〜１０ｍｍの高さになる凸形に変形し
て、セル完成のための従来の配線や耐湿構造への封止な
どが困難になる。なお、この例の太陽電池の裏面電極
を、純Ａｌになる真空蒸着を用いると、変形はしないが
低コスト化が困難になる。
【０００７】本発明は、光電変換装置の裏面電極におけ
る上述の従来の課題を解消して、太陽電池などの光電変
換装置で、その半導体基板を変形させない裏面電極の構
成とその製造方法を提供することを目的としている。
る上述の従来の課題を解消して、太陽電池などの光電変
換装置で、その半導体基板を変形させない裏面電極の構
成とその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、第１導電型の半導体基板の受光面となる
表面側に第２導電型の半導体層が形成された光電変換装
置において、上記の半導体基板の裏面電極を例えばアル
ミニウムのシート等の板状の金属電極に略均等に分布
し、かつ互いに分離して形成された複数の小突起の先端
部で上記の半導体基板の裏面に接続されるように構成す
るように成している。
め、本発明は、第１導電型の半導体基板の受光面となる
表面側に第２導電型の半導体層が形成された光電変換装
置において、上記の半導体基板の裏面電極を例えばアル
ミニウムのシート等の板状の金属電極に略均等に分布
し、かつ互いに分離して形成された複数の小突起の先端
部で上記の半導体基板の裏面に接続されるように構成す
るように成している。
【０００９】上記の半導体基板はシリコン単結晶からな
る厚さ０．３ｍｍ以下の基板を用いるのが好ましい。
る厚さ０．３ｍｍ以下の基板を用いるのが好ましい。
【００１０】また本発明の光電変換装置の製造方法は、
第１導電型の半導体基板の表面に第２導電型の半導体層
を形成する工程と、上記の半導体基板の裏面に電極形成
用の小金属突起を複数分散して、この半導体基板全面に
形成する工程と、形成した全金属突起の先端部分のみに
裏面電極板を接続する工程を含むように構成している。
第１導電型の半導体基板の表面に第２導電型の半導体層
を形成する工程と、上記の半導体基板の裏面に電極形成
用の小金属突起を複数分散して、この半導体基板全面に
形成する工程と、形成した全金属突起の先端部分のみに
裏面電極板を接続する工程を含むように構成している。
【００１１】上記の半導体基板の裏面に形成する電極形
成用の小金属突起は、アルミニウム金属の微粉末を樹脂
で混練したペーストのスクリーン印刷により形成するの
が好ましい。
成用の小金属突起は、アルミニウム金属の微粉末を樹脂
で混練したペーストのスクリーン印刷により形成するの
が好ましい。
【００１２】
【作用】本発明で形成した裏面電極では、基板と接続し
た小さい突起状電極の接触面積が小さく、かつ、該突起
電極の上を覆う金属板の電極も設けられた構成になる。
た小さい突起状電極の接触面積が小さく、かつ、該突起
電極の上を覆う金属板の電極も設けられた構成になる。
【００１３】本発明で形成した裏面電極は、基板の裏面
と接続した各突起電極の面積を小さくできるので、該電
極作製後の歪は極めて小さくでき基板を変形させること
はない。又、該突起電極の後に接続する金属板により各
突起電極の相互接続と、光の反射を行なうので該光電変
換装置の特性を低下させることはなく、又、真空蒸着法
を用いないので低コストの作製が可能になる。
と接続した各突起電極の面積を小さくできるので、該電
極作製後の歪は極めて小さくでき基板を変形させること
はない。又、該突起電極の後に接続する金属板により各
突起電極の相互接続と、光の反射を行なうので該光電変
換装置の特性を低下させることはなく、又、真空蒸着法
を用いないので低コストの作製が可能になる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１５】図１に示したのが本実施例のシリコン基板
１０を用いた太陽電池のセル１２の構造であり、図１
（Ａ）にその断面図を示し、図１（Ｂ）に突起状に形成
した裏面電極部で切断したときの平面図を示した。
１０を用いた太陽電池のセル１２の構造であり、図１
（Ａ）にその断面図を示し、図１（Ｂ）に突起状に形成
した裏面電極部で切断したときの平面図を示した。
【００１６】先ず、図１（Ａ）によって、本実施例の太
陽電池の製造工程を説明する。使用したｐ型シリコンの
単結晶基板（厚み０．３ｍｍ以下、例えば０．２５ｍｍ
厚）の受光面にする表面のみに、約９００℃での熱拡散
法でリンのドーパントをさ深さ０．５μｍの深さまで高
濃度に拡散させてｎ+層を形成した。続いて、この基板
の表面再結合による損失を低減するため、約８００℃に
した酸化雰囲気の炉内に入れて、シリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2膜）２を形成した。次に受光面側に従来の方法によ
る反射防止膜３を堆積した。表面のｎ+層側には、スク
リーン印刷法で銀ペースト材料をグリッド状に形成した
上、約６００℃で燒成した表面電極４を作製した。更
に、基板のｐ型面に裏面電極５を作製するため、基板１
０の裏面に、図１（Ｂ）に示したようにアルミニウムペ
ースト材料により径が０．０５〜１．０ｍｍのドット形
状に配列するよう印刷によって同時に形成し、次に、７
００℃程度にした電気炉中で燒成した。この燒成工程
で、塗布したペースト中のアルミニウムは、薄いシリコ
ン酸化膜を貫通して基板１０裏面のシリコンと合金化す
ると共に拡散して基板１０に、図１（Ａ）に示したよう
な複数のｐ+領域６を形成した。つまり、本実施例のア
ルミニウムペーストによるドット状の印刷と燒成で、ｐ
+領域６とＡｌ−Ｓｉ合金層電極５が同時に形成される
と共に、電極５形成部は良好なオーミック接合を形成し
ていた。
陽電池の製造工程を説明する。使用したｐ型シリコンの
単結晶基板（厚み０．３ｍｍ以下、例えば０．２５ｍｍ
厚）の受光面にする表面のみに、約９００℃での熱拡散
法でリンのドーパントをさ深さ０．５μｍの深さまで高
濃度に拡散させてｎ+層を形成した。続いて、この基板
の表面再結合による損失を低減するため、約８００℃に
した酸化雰囲気の炉内に入れて、シリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2膜）２を形成した。次に受光面側に従来の方法によ
る反射防止膜３を堆積した。表面のｎ+層側には、スク
リーン印刷法で銀ペースト材料をグリッド状に形成した
上、約６００℃で燒成した表面電極４を作製した。更
に、基板のｐ型面に裏面電極５を作製するため、基板１
０の裏面に、図１（Ｂ）に示したようにアルミニウムペ
ースト材料により径が０．０５〜１．０ｍｍのドット形
状に配列するよう印刷によって同時に形成し、次に、７
００℃程度にした電気炉中で燒成した。この燒成工程
で、塗布したペースト中のアルミニウムは、薄いシリコ
ン酸化膜を貫通して基板１０裏面のシリコンと合金化す
ると共に拡散して基板１０に、図１（Ａ）に示したよう
な複数のｐ+領域６を形成した。つまり、本実施例のア
ルミニウムペーストによるドット状の印刷と燒成で、ｐ
+領域６とＡｌ−Ｓｉ合金層電極５が同時に形成される
と共に、電極５形成部は良好なオーミック接合を形成し
ていた。
【００１７】なお、本実施例で用いたアルミペースト材
料は、アルミニウムの粉末を樹脂などの共によく混練し
てペースト状にしたものである。ここでアルミニウムを
主成分にしたのは、約７００℃以上の加熱でのシリコン
との共晶反応で、アルミニウムがドープされた再結晶層
によるｐ+層６が形成され、前記のＢＳＦの効果による
光電変化効率の向上を図ることができるからである。
料は、アルミニウムの粉末を樹脂などの共によく混練し
てペースト状にしたものである。ここでアルミニウムを
主成分にしたのは、約７００℃以上の加熱でのシリコン
との共晶反応で、アルミニウムがドープされた再結晶層
によるｐ+層６が形成され、前記のＢＳＦの効果による
光電変化効率の向上を図ることができるからである。
【００１８】以上の工程の次に、図２に示したように、
図１（Ａ）の構成にしたセル１２を、０．０１〜０．１
ｍｍのアルミニウム金属シート７の上に載置して電気的
な所定の配置にした後、耐候性を持たせるため、ガラス
板８とテドラフィルム１１の間のＥＶＡ（エチレン・ビ
ニール・アセテート）によって真空封入した。この封止
工程により、アルミニウムシート７とセル１２の間に
は、樹脂層を通しての圧着力（〜１ｋｇ／ｃｍ2）が働
くことになり、基板１０の裏面のほぼ全面にわたってド
ット状に多数配置した突起状の電極５はアルミシート７
と電気的に接続された状態で保持されることになる。
図１（Ａ）の構成にしたセル１２を、０．０１〜０．１
ｍｍのアルミニウム金属シート７の上に載置して電気的
な所定の配置にした後、耐候性を持たせるため、ガラス
板８とテドラフィルム１１の間のＥＶＡ（エチレン・ビ
ニール・アセテート）によって真空封入した。この封止
工程により、アルミニウムシート７とセル１２の間に
は、樹脂層を通しての圧着力（〜１ｋｇ／ｃｍ2）が働
くことになり、基板１０の裏面のほぼ全面にわたってド
ット状に多数配置した突起状の電極５はアルミシート７
と電気的に接続された状態で保持されることになる。
【００１９】以上の本実施例によって説明した本発明の
効果は、基板の厚さを薄くし、その面積を大きくしても
裏面電極を互いに分離したドット状にした多分配列した
構成にすることで、作製した太陽電池が歪によって変形
するのを防ぎ、かつ、そのモジュール化において裏面に
貼り付けたアルミニウムシート７が電気的接続と裏面反
射の作用を行なうことになる以上のように作製した実施
例の太陽電池セル１２でのドット状の裏面電極の占有率
を横軸にし、対応する特性の関連を示したのが図３であ
る。
効果は、基板の厚さを薄くし、その面積を大きくしても
裏面電極を互いに分離したドット状にした多分配列した
構成にすることで、作製した太陽電池が歪によって変形
するのを防ぎ、かつ、そのモジュール化において裏面に
貼り付けたアルミニウムシート７が電気的接続と裏面反
射の作用を行なうことになる以上のように作製した実施
例の太陽電池セル１２でのドット状の裏面電極の占有率
を横軸にし、対応する特性の関連を示したのが図３であ
る。
【００２０】この図３で、図３（Ａ）の単位面積当たり
の短絡電流（ＪSC）と、図３（Ｂ）に示した開放電圧
（ＶDC）が、前記裏面電極の占有率の減少に従って、上
昇する傾向にある。これから図３（Ｃ）に示したフィル
・ファクター（Ｆ．Ｆ）が、逆に約５０％以下の裏面電
極占有率で、減少の傾向になっても、図３（Ｄ）に示し
た光電変換効率（ＥEffi）はその占有率が２０％程度に
なるまで上昇している。
の短絡電流（ＪSC）と、図３（Ｂ）に示した開放電圧
（ＶDC）が、前記裏面電極の占有率の減少に従って、上
昇する傾向にある。これから図３（Ｃ）に示したフィル
・ファクター（Ｆ．Ｆ）が、逆に約５０％以下の裏面電
極占有率で、減少の傾向になっても、図３（Ｄ）に示し
た光電変換効率（ＥEffi）はその占有率が２０％程度に
なるまで上昇している。
【００２１】以上のような、図３に示した特性になる原
因として、ｐ+領域による基板１０裏面の占有率の低減
で、不純物の高濃度領域の格子歪による再結合電流を小
さくできること、又、そのドット状裏面電極以外の裏面
のパシベーション効果で、その基板裏面での再結合速度
が低くなって開放電圧が上昇すること、及び、シリコン
基板を透過した光が裏面のアルミニウムシートで効率よ
く反射することが短絡電流特性を向上させている、など
ということが考えられる。
因として、ｐ+領域による基板１０裏面の占有率の低減
で、不純物の高濃度領域の格子歪による再結合電流を小
さくできること、又、そのドット状裏面電極以外の裏面
のパシベーション効果で、その基板裏面での再結合速度
が低くなって開放電圧が上昇すること、及び、シリコン
基板を透過した光が裏面のアルミニウムシートで効率よ
く反射することが短絡電流特性を向上させている、など
ということが考えられる。
【００２２】以上は、本発明を実施例によって説明した
が、本発明は実施例によって限定されるものでなく、例
えばセル裏面のドット電極を円形でなく矩形や、種々の
形状の組合せ、又は、線状などの形状にすることもでき
る。又は、裏面電極を接合したアルミニウムシートも、
シリコン基板を透過する波長の光を効率よく反射する金
属やその金属との積層板を用いることもできる。更に、
使用する半導体基板もシリコンに限定せずＧａＡｓ，Ｚ
ｎＳｅ等の化合物半導体でもよく、その状態も単結晶の
みでなく、多結晶又は非晶質からなる基板に適用しても
よい。
が、本発明は実施例によって限定されるものでなく、例
えばセル裏面のドット電極を円形でなく矩形や、種々の
形状の組合せ、又は、線状などの形状にすることもでき
る。又は、裏面電極を接合したアルミニウムシートも、
シリコン基板を透過する波長の光を効率よく反射する金
属やその金属との積層板を用いることもできる。更に、
使用する半導体基板もシリコンに限定せずＧａＡｓ，Ｚ
ｎＳｅ等の化合物半導体でもよく、その状態も単結晶の
みでなく、多結晶又は非晶質からなる基板に適用しても
よい。
【００２３】
【発明の効果】本発明による光電変換素子は、従来より
薄くした半導体基板を用いても、その作製における加熱
工程による変形が極めて小さくなるので、高い光電変換
効率と信頼性をもつ面積の大きい光電変換装置を低コス
トで製造することが可能になる。
薄くした半導体基板を用いても、その作製における加熱
工程による変形が極めて小さくなるので、高い光電変換
効率と信頼性をもつ面積の大きい光電変換装置を低コス
トで製造することが可能になる。
【図１】実施例の太陽電池の構造を示した断面図であ
る。
る。
【図２】実施例の太陽電池によるモジュール化の構造を
示した断面図である。
示した断面図である。
【図３】実施例の太陽電池の裏面電極の占有率による特
性の変化を示した図である。
性の変化を示した図である。
１ ｎ+層 ２ シリコン酸化膜 ３ 反射防止膜 ４ 表面電極 ５ 裏面電極 ６ ｐ+領域 ７ アルミシート ８ ガラス板 ９ ＥＶＡ（エチレン・ビニール・アセテート） １０ 基板 １１ テドラフィルム １２ セル（太陽電池）
Claims (4)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板の受光面となる
表面側に第２導電型の半導体層が形成された光電変換装
置において、 上記半導体基板の裏面電極を、板状の金属電極に略均等
に分布し、かつ互いに分離して形成された複数の小突起
の先端部で上記半導体基板の裏面に接続されるように構
成して成ることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】 請求項１の半導体基板が、シリコン単結
晶からなる厚さが０．３ｍｍ以下の基板であることを特
徴とする請求項１の光電変換装置。 - 【請求項３】 第１導電型の半導体基板の表面に第２導
電型の半導体層を形成する工程と、前記半導体基板の裏
面に電極形成用の小金属突起を複数分散して該半導体基
板全面に形成する工程と、形成した全金属突起の先端部
分のみに裏面電極板を接続する工程を含んでなることを
特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３の半導体基板の裏面に形成する
電極形成用の小金属突起を、アルミニウム金属の微粉末
を樹脂で混練したペーストのスクリーン印刷により形成
してなることを特徴とする請求項３の光電変換装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3268027A JP2758749B2 (ja) | 1991-10-17 | 1991-10-17 | 光電変換装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3268027A JP2758749B2 (ja) | 1991-10-17 | 1991-10-17 | 光電変換装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110122A true JPH05110122A (ja) | 1993-04-30 |
| JP2758749B2 JP2758749B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=17452873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3268027A Expired - Fee Related JP2758749B2 (ja) | 1991-10-17 | 1991-10-17 | 光電変換装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2758749B2 (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2003224289A (ja) * | 2002-01-28 | 2003-08-08 | Sharp Corp | 太陽電池、太陽電池の接続方法、及び太陽電池モジュール |
| JP2006165179A (ja) * | 2004-12-06 | 2006-06-22 | Denso Corp | 半導体基板およびその製造方法 |
| JP2007201331A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力モジュール |
| US7307210B2 (en) | 2001-06-13 | 2007-12-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell and method of producing the same |
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