JPH0658968B2

JPH0658968B2 - 薄膜太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH0658968B2
Application number: JP62282801A
Authority: JP
Inventors: 真治西浦; 山田　　克己
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1987-11-09
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPH01124270A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、非晶質シリコン（以下ａ−Siと記す）等で光
電変換のための接合を、また一方の電極を印刷電極で形
成した低コストの薄膜太陽電池に関する。

〔従来の技術〕

非晶質シリコンを用いた従来の薄膜太陽電池は、出力電
圧を高くするために通常ユニットセルを直列接続する。
ユニットセルは、例えばガラス基板等の透明絶縁基板上
のＩＴＯ（インジウム・錫酸化物），SnO₂（酸化錫）を
透明電極とし、シラン，アセチレン等の炭化水素および
ジボランの混合ガスのグロー放電分解による約200Åの
厚さのｐ層，シランガスのグロー放電分解による約0.５
μｍの厚さのノンドープ層、シラン，フォスフィンの混
合ガスのグロー放電分解による約500Åの厚さのｎ層か
らなるｐ−ｉ−ｎ構造のａ−Si層をはさんで、１μｍ程
度の金属薄膜からなる裏面電極を有する。直列接続のた
めには、一つの透明絶縁基板上に透明電極膜，ａ−Si
膜，裏面電極膜をそれぞれ全面成膜し、その都度パター
ニングして各セル間の分離とセル間接続部の形成を行
う。透明電極のパターニングは、電子ビーム蒸着または
スパッタリングで成膜後、印刷法またはフォトマスクを
用いた露光によりレジストパターンを形成してエッチン
グ処理することによって行われる。ａ−Si膜のパターニ
ングは、フォトリソグラフィ法あるいはレーザスクライ
ビング法によって行われる。金属電極膜は、電子ビーム
蒸着またはスパッタリング法で成膜し、フォトリソグラ
フィ法でパターニングする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このうち、裏面電極を金属薄膜で形成するには、高価な
蒸着装置，スパッタリング装置を用い、フォトリソグラ
フィ技術を適用するので工数の低減が困難である。そこ
で太陽電池のコスト低減のために裏面電極を成膜とパタ
ーニングが同時に行われる印刷電極により形成すること
が検討された。結晶Siまたは多結晶Si太陽電池の場合
は、Ag粒子をエポキシ樹脂に混じて作成したペーストを
塗布し、600〜700℃で焼成してSi層との電気的接触をと
り、電極を形成することができる。しかしａ−Si太陽電
池に適用すると、例えば第２図の線10のような特性とな
り、フィルファクタが0.４あるいはそれ以下となってい
る。これは、ａ−Siの場合は温度を200℃以上にあげる
ことができないので、高分子樹脂をとばして焼結するこ
とができず、十分低い接触抵抗を確保できないのがその
原因である。従って、ａ−Siの電極用塗料としては、15
0℃程度の焼成で十分低い接触抵抗がとれることが必要
である。また従来の印刷電極では耐湿性が良好でなかっ
た。

本発明の目的は、上述の問題を解決し、150℃程度で焼
成することにより、ａ−Si層との間に十分低い接触抵抗
が得られ、かつ高温高湿に耐える印刷電極を裏面電極と
する薄膜太陽電池を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、透明絶縁基板上
に透明電極と接合を有するａ−Si層と裏面電極が積層さ
れてなるユニットセルが直列接続される太陽電池の製造
方法において、裏面電極が樹脂に対して導電物質として
粒径１〜１０μｍのＮｉ粒子を１倍〜５倍の重量比で含
み更にシリコンカップリング剤を混練した樹脂を印刷
し、焼成する、または予めシリコンカップリング剤を塗
布した面に樹脂に対して導電物質として粒径１〜１０μ
ｍのＮｉ粒子を１倍〜５倍の重量比で含んだ樹脂を印刷
し、焼成することとする。

〔作用〕粒径１〜１０μｍのＮｉ粒子を樹脂に対して１倍〜５倍
の重量比で混じた樹脂にシリコンカップリング剤を添加
して印刷した裏面電極は、150℃程度の温度の焼成でａ
−Siとの間に低い接触抵抗を形成する。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示し、ガラス基板１のＩＴ
ＯあるいはSnO₂を電子ビーム蒸着またはスパッタリング
で成膜後、フォトリソグラフィ法により透明電極21，2
2，23，24…のパターニングをする。次いで前述のよう
な方法でｐ−ｉ−ｎ構造のａ−Si層を形成し、フォトリ
ソグラフィ法で一端が透明電極21，22，23，24…の間隔
の一部を埋めるパターン31，32，33，34…を形成する。
つづいて、金属電極41，42，43，44のパターンをフィラ
ーとしてNi粒子を含んだフェノール樹脂を用いて印刷法
で形成した。このフェノール樹脂は、フェノール，ホル
マリン，ロジン，油を反応させてグリセリンなどでエス
テル化したものである。Ni粒子はボールミル等を用いて
粒径１〜10μｍの粉末にしたものを用い、樹脂に対して
１倍ないし５倍の重量比で混合した。一方、ａ−Si層3
1，32，33，34…の表面を、例えば東芝シリコーン商品
名ＴＳＬ8331（γ−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン），商品名ＴＳＬ8340（Ｎ−（β−アミノエチル）−
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン），商品名ＴＳ
Ｌ8350（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン）のようなシリコンカップリング剤に１〜１５分浸漬
し、その後乾燥，焼成した。次にNi粒子を混じたフェノ
ール樹脂をエチレングリコール系またはジエチレングリ
コール系の溶媒を用いて粘度を調整し、120〜180メッシ
ュのスクリーンマスクを用いて一端がａ−Si31，32，3
3，34…の間隙の一部を埋め、隣接セルの透明電極22，2
3，24…の端部に接触する裏面電極41，42，43，44…の
パターンを印刷し、120〜180℃で20〜60分間硬化させ
た。この薄膜太陽電池は、第２図の線20で示すような初
期特性を示してフィルファクタ0.６を得た。また60℃，
90％の高温高湿放置試験において、40時間程度で0.５程
度までフィルファクタが低下するが、500時間程度で0.5
5まで回復するという特性が得られた。

印刷裏面電極形成の第二の実施例としては、Ni粒子とし
て、ボールミル等を用いて５〜10μｍ程度の粒度の粉末
に形成したものを用い、これを上述の実施例のようなフ
ェノール樹脂に１倍ないし５倍の重量比で混合したの
ち、これに0.１〜５重量％の上述の実施例のようなシリ
コンカップリング剤を添加した。この樹脂を上述の実施
例と同様の溶媒を用いて100〜400ポワーズに粘度を調整
し、複数のロール間を樹脂を通過させて粒子が樹脂内で
ほぼ一様に分散するように粒度調整するロール分散処理
を行ったのち、180〜250メッシュのスクリーンマスクを
用いて10〜20μｍ厚さに塗布し、硬化は120〜180℃で20
〜60分行った。この太陽電池はフィルファクタ0.61を
得、60℃，90％の高温高湿放置試験においては、500時
間で２％程度低下し、0.60のフィルファクタ値が得られ
ている。ロール分散後のNi粒径は、ロール分散により粒
子がかけて小さくなるもの、あるいは凝集によりあたか
も粒径が大きくなったかの如くなるものにより、ばらつ
きが生じ３〜20μｍであった。この粒径を５〜15μｍと
するとフィルファクタは0.01程度向上する。すなわち粒
径は膜厚の30％ないし２倍程度とすることがよいことが
わかった。さらに好ましいのは0.５〜1.５倍である。

樹脂として上述のようなフェノール樹脂にアルキッド樹
脂をフェノール／アルキッド比が４／６〜２／８となる
ように混合したものを用いることもできる。アルキッド
樹脂としては、無水フタル酸とグリセリンの系に亜麻仁
油，桐油，大豆油などの乾性油，脱水ひまし油またはそ
の構成樹脂酸を加えて形成した。他の処理はロール分散
処理を行った上述の第二の実施例同様で、その結果初期
特性としてフィルファクタ0.61を得た。60℃，90％の高
温高湿放置試験においては、500時間経過してもフィル
ファクタはほとんど変化しなかった。

樹脂としてフェノール変性アルキッド樹脂にエポキシ樹
脂を用いて同様の工程で製造した太陽電池では、初期特
性としてフィルファクタ0.59を得、60℃，90％の高温高
湿処理で500時間後、0.57と劣化は少なかった。エポキ
シ樹脂としては、例えばフェノール，アセトンから形成
したビスフェノールＡにエピクロルヒドリンを作用させ
て形成した。

さらにこの樹脂のNiフィラーにＩＴＯの粒子を３μｍ程
度に粉砕したものをNiフィラーの20〜60％添加して用い
た場合には、初期特性としてフィルファクタ0.61を得、
60℃，90％の高温高湿処理で500時間後0.58であった。
添加剤としてＩＴＯ粒子の代わりにSnO₂粒子を同様の条
件で用いてもほとんど差はなかった。

メラミン１モルにホルムアルデヒド４〜６モルとブタノ
ールを仕込み、アンモニアでpH６〜８とし、90〜100℃
で30分間メチロール化反応を行い、のちりん酸ブチルエ
ステルを少量加え、pH４〜５で約１時間ブチルエーテル
化反応をさせる。次にキシロールを加え、生成した水お
よびブタノールを留去させる。生成物はキシロールある
いはブタノールまたはこれらの混合溶剤で希釈しメラミ
ン樹脂液を形成した。この樹脂に、無水ブタル酸とグリ
セリンの系に亜麻仁油，桐油，大豆油などの乾性油を加
え、30〜45％の短油長のアルキッド樹脂を混じた。この
ようにして形成したメラミンアルキッド樹脂を用い、10
μｍ程度の粉末に形成したNi粒子を混じ、さらに0.１〜
５重量％のシリコンカップリング剤を添加したのちロー
ル分散処理を行い、180〜250メッシュのスクリーンマス
クを用いて10〜20μｍの厚さに塗布した。この場合セル
特性として0.60を得、60℃，90％の高温高湿処理を500
時間行ってもほとんど低下しなかった。さらに上述のよ
うにＩＴＯまたはSnO₂を添加することにより、フィルフ
ァクタが若干改善され0.61が得られた。

第３図は第１図と異なる構造の薄膜太陽電池で、この場
合ａ−Si層は個々のユニットセル毎に切断しないで、連
続した層３となっている。各セル間の接続は、セルの配
列方向に対して側方への透明電極22，23，24…の引出し
部に裏面電極41，42，43，44…の引出し部を重ねること
により行われる。この構造の太陽電池においても上述の
ような各種の印刷金属電極を裏面電極41，42，43，44…
とすることができる。

第４図(a)〜(d)は本発明のさらに別の実施例の製造工程
を示し、第１図と共通の部分には同一の符号が付されて
いる。先ず、図(a)に示すように、ガラス基板１の上にS
iO₂からなる透明導電膜をスパッタリングにより1000〜3
000Åの厚さに形成したのち波長1.06μｍのＹＡＧレー
ザ光のスポット径60μｍのビームにより透明電極21〜25
を形成した。次に、図(b)に示すようにｐｉｎ接合を有
するａ−Si層３を第１図に関して述べたようなプラズマ
ＣＶＤ法を用いて約１μｍの厚さに形成した。次いで図
(c)に示すような金属電極パターン41，42，43，44，45
…を上述のような印刷法により塗布，硬化した。金属電
極41，42，43，44と透明電極22，23，24，25の重なり部
６の幅ｗを30μｍとし、金属電極間７の間隔ｄは約50μ
ｍとした。このあと、ガラス基板１側から波長0.53μｍ
のＹＡＧレーザ光をスポット径50〜80μｍ程度でａ−Si
層３の金属電極と透明電極の重なり部６に焦点をあて、
かつスポットの中心を、例えば金属電極41の42側の端面
に沿わせる形で照射した。この結果、ａ−Si層３は図
(d)に示すように金属電極の間隙７の下部８で切断さ
れ、ａ−Si層31，32，33，34，35…に分割される。そし
て切断部８に接する金属電極，透明電極の重なり部６が
微結晶化し、両電極の接続領域61，62，63，64…とな
る。

このようなレーザ光によるパターニングおよび結晶化は
第５図に示す加工モードに基づき、レーザ出力がＡの領
域にあるとき可能であったが、Ｑ周波数が３kHz以下の
場合には印刷金属電極に損傷が生ずるものが存在した。
好ましくは３kHz〜８kHzで照射する必要がある。レーザ
スポットが大きいと隣接の金属電極を照射するので、ス
ポット径を絞るなど工夫する必要がある。

金属電極の印刷を上述の第二の実施例を同様の材料を用
い、焼成を150℃で60分行った場合、上記の工程で製造
された薄膜太陽電池は10mW／cm²および100mW／cm²の照
射下で0.65以上のフィルファクタを得た。またロール分
散処理によりNi粒子の径を５〜10μｍとした場合は、フ
ィルファクタが若干向上し、0.67の値が得られた。また
60℃，90％の高温高湿での1000時間放置試験での劣化は
３〜５％にすぎなかった。ａ−Siのパターンの位置合わ
せが不要になりその合わせ余裕をとる必要もないので、
ユニットセルのピッチ５mmの場合、素子間の無効部分の
幅が250μｍから150μｍに減少し、有効面積率が91％ま
で向上した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フェノール樹脂，アルキッド樹脂等に
導電性フィラーとして粒径１〜１０μｍのＮｉ粒子を樹
脂に対して１倍〜５倍の重量比で混入し、さらにこの樹
脂を予めシランカップリング剤を塗布した面に印刷する
か、あるいはシランカップリング剤を混練したのち印刷
することによって、低温度の焼成によりａ−Si層との低
接触抵抗が得られる結果、フィルファクタが大きく耐熱
耐湿性の良好な太陽電池を得ることができた。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例の太陽電池の断面図、第２図
は本発明の一実施例および従来例の太陽電池の出力特性
線図、第３図は本発明の異なる実施例の太陽電池の斜視
図、第４図(a)〜(d)はさらに別の実施例の太陽電池製造
工程を順次示す断面図、第５図はレーザパターニングの
加工モードのレーザ出力および周波数との関係線図であ
る。１：ガラス基板、21，22，23，24，25：透明電極、３，
31，32，33，34，35：ａ−Si層、41，42，43，44，45：
印刷電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明絶縁基板上に透明電極と接合を有する
非晶質シリコン層と裏面電極が積層されてなるユニット
セルが直列接続されるものの製造方法において、裏面電
極が樹脂に対して導電物質として粒径１〜１０μｍのニ
ッケル粒子を１倍〜５倍の重量比で含み更にシリコンカ
ップリング剤を混練した樹脂を印刷し、焼成する、また
は予めシリコンカップリング剤を塗布した面に樹脂に対
して導電物質として粒径１〜１０μｍのニッケル粒子を
１倍〜５倍の重量比で含んだ樹脂を印刷し、焼成するこ
とを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の樹脂にシリコ
ンカップリング剤を混練して印刷する製造方法におい
て、樹脂にニッケル粒子を混合後、シリコンカップリン
グ剤を添加し、ロール間を通過させるロール分散処理に
より粒度が３〜２０μｍのニッケル粒子を含む樹脂とし
て印刷することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。