JPWO2011010373A1 - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

太陽電池セルおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2011010373A1
JPWO2011010373A1 JP2011523512A JP2011523512A JPWO2011010373A1 JP WO2011010373 A1 JPWO2011010373 A1 JP WO2011010373A1 JP 2011523512 A JP2011523512 A JP 2011523512A JP 2011523512 A JP2011523512 A JP 2011523512A JP WO2011010373 A1 JPWO2011010373 A1 JP WO2011010373A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
insulating film
width
groove
grid electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011523512A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5410526B2 (ja
Inventor
光徳 中谷
光徳 中谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2011010373A1 publication Critical patent/JPWO2011010373A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5410526B2 publication Critical patent/JP5410526B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第1工程と、前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第2工程と、主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第3工程と、前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第4工程と、を含む。

Description

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。
従来、シリコン(Si)を主成分とした太陽電池セルの大量生産を目指した製造工程では、一般的に、金属粉末を含有するペーストをスクリーン印刷法により太陽電池基板に印刷、乾燥、焼結して、太陽電池基板上に電極を形成している(たとえば、特許文献1参照)。ここで、太陽電池セルの受光面(表面)に設けられる受光面側電極においては、光電変換効率を向上させるために、低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる受光面における電極面積を減らすことが重要である。すなわち、受光面側電極は、低い電極抵抗を維持しつつ、アスペクト比(電極厚み/電極幅)が極力高くされることが好ましい。
特開平2−298078号公報
しかしながら、通常のスクリーン印刷法を用いて受光面側電極を形成する場合は、焼結後の電極寸法は幅100μm、厚み20μm、アスペクト比(電極厚み/電極幅)が0.2程度が限界である。これよりも電極幅を短縮しつつ、電極断面積を維持するために厚みの厚い電極、すなわちアスペクト比の高い状態に印刷することは困難である。
また、太陽電池セルの裏面側のキャリア再結合による特性低下を抑制するために、アルミニウム(Al)電極を直接シリコン基板に接触させず、シリコン基板の裏面の高品質な結晶性を維持させるためにシリコン基板の裏面に絶縁膜を形成し、該絶縁膜に穴や溝を設けて裏面側電極設けた構造の研究開発が盛んである。このような構造では、穴や溝の微細化がキーポイントとなっており、上述した受光面側電極の形成と同様に高アスペクト比で低抵抗な印刷電極の製造方法の開発が必須である。
さらに、スクリーン印刷法を用いて太陽電池セルの電極を形成する場合は、金属粒子を含むペーストを印刷、乾燥、焼結して形成するため、乾燥後にペースト内の金属粒子間に存在した空隙が焼結後まで残存し、最終的に電極内部に残存する。電極内部に空隙が存在する場合には、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入しやすい。このため、電極の形成においては、太陽電池セルの耐久性を向上させるために電極内の空隙を無くすことが重要である。また、電極内の空隙は、電極の抵抗を高くする要因にもなる。
したがって、安価で大量生産に適したスクリーン印刷法を用いた太陽電池セルの電極の形成においては、電極抵抗を低く維持しつつアスペクト比を向上させて電極の微細化を図るとともに、電極内の空隙を減らして太陽電池セルの寿命劣化を防ぐことが望まれている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率および耐久性に優れ、安価に量産可能な太陽電池セルおよびその製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第1工程と、前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第2工程と、主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第3工程と、前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第4工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、安価で大量生産が容易な従来の印刷法を用いて、電極の抵抗を増加させずに電極の細線化および厚膜化を図り、電極による面積の低減を抑制し、光電変換効率の高効率化および耐久性に優れた太陽電池セルを安価に量産することができる。
図1−1は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの断面構造を説明するための要部断面図である。 図1−2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面側からみた太陽電池セルの上面図である。 図1−3は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面と反対側(裏面側)からみた太陽電池セルの下面図である。 図2−1は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図2−2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図2−3は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図2−4は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図2−5は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図3は、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法によりグリッド電極を形成した場合における、設計幅に対する焼成後のグリッド電極の実印刷幅と実印刷厚とを示す特性図である。
1 半導体基板
2 p型シリコン基板
3 不純物拡散層(n型不純物拡散層)
4 反射防止膜
5 受光面側電極
6 表グリッド電極
7 表バス電極
8 絶縁膜
9 裏面側電極
10 裏グリッド電極
11 裏バス電極
13 表グリッド電極形成溝
14 裏グリッド電極形成溝
21 表電極印刷ペースト
22 金属粒子間の空隙
23 裏電極印刷ペースト
24 金属粒子間の空隙
WF 表グリッド電極の電極幅
WR 裏グリッド電極の電極幅
DF 表グリッド電極の電極厚
DR 裏グリッド電極の電極厚
WF1 表グリッド電極形成溝の幅、
WR1 裏グリッド電極形成溝の幅、
WF’ 表グリッド電極の印刷ペースト幅、
WR’ 裏グリッド電極の印刷ペースト幅、
DF’ 表グリッド電極の印刷ペースト厚、
DR’ 裏グリッド電極の印刷ペースト厚、
以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態
図1−1〜図1−3は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの構成を示す図であり、図1−1は、太陽電池セルの断面構造を説明するための要部断面図、図1−2は、受光面側からみた太陽電池セルの上面図、図1−3は、受光面と反対側(裏面側)からみた太陽電池セルの下面図である。図1−1は、図1−2の線分A−Aにおける要部断面図である。
本実施の形態にかかる太陽電池セルは、図1−1〜図1−3に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってpn接合を有する半導体基板1と、半導体基板1の受光面側の面(表面)に形成されて受光面での入射光の反射を防止する絶縁膜である酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)からなる反射防止膜4と、半導体基板1の受光面側の面(表面)において反射防止膜4に囲まれて形成された第1電極である受光面側電極5と、半導体基板1の受光面と反対側の面(裏面)に形成された酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)からなる絶縁膜8と、半導体基板1で発電された電気の取り出しと入射光の反射を目的として半導体基板1の裏面において絶縁膜8に囲まれて形成された第2電極である裏面側電極9と、を備える。
半導体基板1は、第1導電型層であるp型シリコン基板2と、半導体基板1の受光面側にリン拡散によって形成された第2導電型層である不純物拡散層(n型不純物拡散層)3と、によりpn接合が構成されている。n型不純物拡散層3は、表面シート抵抗が30〜100Ω/□とされている。
反射防止膜4および絶縁膜8は、電極形成時の焼成温度で溶融しない比較的融点の高いシリコン系の絶縁膜として、酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)が用いられている。なお、酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)の他にSiN膜などのシリコン系の絶縁膜を用いてもよい。
受光面側電極5は、太陽電池セルの表グリッド電極6および表バス電極7を含み、n型不純物拡散層3に電気的に接続されている。表グリッド電極6は、半導体基板1で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表バス電極7は、表グリッド電極6で集電された電気を取り出すために表グリッド電極6にほぼ直交して設けられている。ここで、表グリッド電極6の寸法は、表グリッド電極の電極幅WF=50μm、表グリッド電極の電極厚DF=50μmであり、表グリッド電極の電極幅WFと表グリッド電極の電極厚DFとのアスペクト比(電極厚み/電極幅)は1である。
また、裏面側電極9は、裏グリッド電極5の電極パターンと略同等のくし型形状に形成されており、裏グリッド電極10と裏バス電極11とを有する。ここで、裏グリッド電極10の寸法は、裏グリッド電極の電極幅WR=500μm、裏グリッド電極の電極厚DR=50μmであり、裏グリッド電極の電極幅WRと裏グリッド電極の電極厚DRとのアスペクト比(電極厚み/電極幅)は0.1である。
また、半導体基板1の裏面側の領域であって裏面側電極9に接する領域にはp型シリコン基板2と等しい導電型の高濃度拡散層であるp+層(BSF:Back Surface Filed層)12が形成されている。
このように構成された太陽電池セルでは、太陽光が太陽電池セルの受光面側から半導体基板1のpn接合面(p型シリコン基板2とn型不純物拡散層3との接合面)に照射されると、ホールと電子が生成する。pn接合部の電界によって、生成した電子はn型不純物拡散層3に向かって移動し、ホールはp型シリコン基板2に向かって移動する。これにより、n型不純物拡散層3に電子が過剰となり、p型シリコン基板2にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はpn接合を順方向にバイアスする向きに生じ、n型不純物拡散層3に接続した受光面側電極5がマイナス極となり、p型シリコン基板2に接続した裏面側電極9がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、受光面側電極5の表グリッド電極6の断面積が2,500μm程度確保されており、且つアスペクト比が1とされており、微細な電極が実現されている。これにより、電極断面積を維持して低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる表グリッド電極6による面積の低減が抑制され、光電変換効率の向上が図られている。
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、受光面側電極5および裏面側電極9の電極内部に空隙が存在しない。このため、この太陽電池セルでは、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内部に侵入しづらく、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加が防止されている。
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、光電変換効率の高効率化および耐久性の向上が図られた太陽電池セルが実現されている。
つぎに、このような太陽電池セルの製造方法の一例について図2−1〜図2−5を参照して説明する。図2−1〜図2−5は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
まず、図2−1に示すように半導体基板1として例えばp型多結晶シリコン基板を用意する(以下、p型多結晶シリコン基板1と呼ぶ)。p型多結晶シリコン基板1は、ホウ素(B)等のIII族元素を含有した電気抵抗が0.5〜3Ωcm程度の多結晶シリコン基板である。p型多結晶シリコン基板1は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、p型多結晶シリコン基板1を加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してp型多結晶シリコン基板1の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
つぎに、このp型多結晶シリコン基板1をオキシ塩化リン(POCl)ガス雰囲気中、例えば820℃で10分程度加熱することにより、図2−1に示すようにp型多結晶シリコン基板1の表面に、表面シート抵抗が30〜100Ω/□のn型不純物拡散層3を形成して半導体pn接合を形成する。
つぎに、図2−2に示すように、p型多結晶シリコン基板1の表面に反射防止膜4として、酸素ガス(O)、モノシランガス(SiH)やアンモニアガス(NH)を用いたPECVD法により屈折率が2.0〜2.3、膜厚が650〜900nmの酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)を一様な厚みで成膜する。この反射防止膜4は、p型多結晶シリコン基板1の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。また、p型多結晶シリコン基板1の裏面側の結晶性を改善するために、図2−2に示すように、p型多結晶シリコン基板1の裏面に絶縁膜8として、酸素ガス(O)、モノシランガス(SiH)やアンモニアガス(NH)を用いたPECVD法により反射防止膜4と同様な酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)を一様な厚みで成膜する。
つぎに、図2−3に示すように、反射防止膜4における受光面側電極5の形成領域に、レーザー加工により例えば70μm以下の微細な幅の溝や穴を形成する。本実施の形態では、受光面側電極形成溝のうち表グリッド電極6を成形するための表グリッド電極形成溝としては、反射防止膜4における表グリッド電極6の形成領域に、波長355nm、レーザーエネルギー密度3〜10mJ/cmのレーザー光を用いて表グリッド電極形成溝の幅WF1が50μmの表グリッド電極形成溝13を形成する。
また、図2−3に示すように、絶縁膜8における裏面側電極9の形成領域に、レーザー加工により微細な幅の溝や穴を形成する。本実施の形態では、裏面側電極形成溝のうち裏グリッド電極10を成形するための裏グリッド電極形成溝としては、絶縁膜8における裏グリッド電極10の形成領域に、波長355nm、レーザーエネルギー密度3〜10mJ/cmのレーザー光を用いて裏グリッド電極形成溝の幅WR1が500μmの裏面側電極形成溝14を形成する。
つぎに、図2−4に示すように受光面側電極形成溝を含む反射防止膜4上に、受光面側電極5のパターン、すなわち表グリッド電極6と表バス電極7とのパターンに表電極印刷ペースト21をスクリーン印刷し、乾燥させて、表グリッド電極6と表バス電極7とを形成する(焼成前)。ここで、表グリッド電極6の形成領域においては、表グリッド電極形成溝13および反射防止膜4上においてこの溝を挟む領域を覆って表グリッド電極形成溝13の幅よりも幅広に、表グリッド電極の印刷ペースト幅WF’を表グリッド電極形成溝の幅WF1よりも広く、100μm以上として表電極印刷ペースト21を印刷する。本実施の形態では、表グリッド電極の印刷ペースト幅WF’を100μmとして表電極印刷ペースト21をスクリーン印刷する。
つぎに、図2−4に示すように裏面側電極形成溝を含む絶縁膜8上に、裏面側電極9のパターン、すなわち裏グリッド電極10と裏バス電極11とのパターンで裏電極印刷ペースト23をスクリーン印刷し、乾燥させて、裏グリッド電極10と裏バス電極11とを形成する(焼成前)。ここで、裏グリッド電極10の形成領域においては、裏グリッド電極形成溝14および絶縁膜8上におけるこの溝を挟む領域を覆って裏グリッド電極形成溝14の幅よりも幅広に、裏グリッド電極の印刷ペースト幅WR’を裏グリッド電極形成溝の幅WR1よりも広く500μm以上として裏電極印刷ペースト23を印刷する。本実施の形態では、裏グリッド電極の印刷ペースト幅WR’を900μmとして裏電極印刷ペースト23をスクリーン印刷する。
ここで、電極の印刷に使用するペーストの成分について説明する。表グリッド電極6の表電極印刷ペースト21は、例えば印刷性を確保するためのエチルセルロースやシンナー溶剤と、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)、鉛(Pd)、アルミニウム(Al)のうちの何れか1つもしくは複数の成分、またはこれらの成分の合金の金属粒子と、これらの金属粒子とp型多結晶シリコン基板1の焼成時における反応開始促進として銀(Ag)よりも融点の低いガラス成分である酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉛(PbO)、一酸化シリコン(SiO)、酸化ビスマス(BiO)のうちの何れか1つまたは複数の成分を、を含んでなる。上記の金属は、安価に入手可能であり、太陽電池セルの電極成分としての信頼性が高い。
たとえば印刷ペーストの主成分として銀(Ag、融点:962℃)を80wt%、一酸化鉛(PbO)を0.1wt%含む印刷ペーストでは、1000℃、3秒の条件での近赤外線ヒータ加熱により、n型不純物拡散層3と受光面側電極5との界面に0.01〜0.1μmの深さで金属とシリコンとの反応層を形成することができ、受光面側電極5とn型不純物拡散層3との間で十分に低い接触抵抗が得られる。
同様に、裏面側電極9についても、印刷ペーストの主成分としてアルミニウム(Al)粒子を70wt%含む印刷ペーストを用いることで、表グリッド電極6の場合と同様に裏面側電極9とp型シリコン基板2との間で十分に低い接触抵抗が得られる上に、更にp型多結晶シリコン基板1よりも高濃度にドーピングされたp+層(BSF層)12が形成でき、光発電したキャリアの再結合速度をBSF効果によって抑制でき、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。
つぎに、p型多結晶シリコン基板1を表電極印刷ペースト21や裏電極印刷ペースト23の主成分である金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で焼成する。複数種の金属粒子を含む場合は、該複数種のうち融点または共晶温度の高い方を基準とする。絶縁膜である反射防止膜4や絶縁膜8と、溶融金属とは濡れ性が良くないので、金属粒子が溶融した表電極印刷ペースト21および裏電極印刷ペースト23は、反射防止膜4や絶縁膜8上に残存せずに、絶縁膜8が存在しない受光面側電極形成溝または裏面側電極形成溝に向かって凝集した後、凝固する。なお、反射防止膜4および絶縁膜8には、電極形成時の焼成温度で溶融しないように比較的融点の高いシリコン系の絶縁膜である酸化窒化水素化珪素膜(SiONH膜)が用いられているため、焼成時に反射防止膜4および絶縁膜8が溶融することはない。
ここで、表電極印刷ペースト21や裏電極印刷ペースト23の主成分である金属は凝固する際に、表グリッド電極の印刷ペースト幅WF’および裏グリッド電極の印刷ペースト幅WR’は、それぞれ電極幅WFおよび電極幅WRへ縮小される。一方、表グリッド電極の印刷ペースト厚DF’および裏グリッド電極の印刷ペースト厚DR’は、それぞれ電極厚DFおよび電極厚DRへ増大する。これは、絶縁膜と溶融金属との濡れ性が良くないため、金属粒子が溶融した表電極印刷ペースト21および裏電極印刷ペースト23が、絶縁膜8が存在しない受光面側電極形成溝または裏面側電極形成溝に集まることによる。これにより、凝集した溶融金属は印刷した幅よりも狭い幅で凝固するが、電極の断面積はほぼ維持される。
そして、表電極印刷ペースト21の印刷時から断面積がほぼ維持された状態で表グリッド電極6(焼成後)が形成され、図2−5に示すように表グリッド電極形成溝の幅WF1と同じ電極幅を有し、細線化および厚膜化が図られた表グリッド電極6(焼成後)が得られる。同様に、裏電極印刷ペースト23の印刷時から断面積がほぼ維持された状態で裏グリッド電極10(焼成後)が形成され、図2−5に示すように裏グリッド電極形成溝の幅WR1と同じ電極幅を有し、細線化および厚膜化が図られた裏グリッド電極10(焼成後)が得られる。
具体的な寸法として、例えば、表グリッド電極形成溝の幅WF1=50μm、表グリッド電極の印刷ペースト幅WF’=120μm、表グリッド電極の印刷ペースト厚DF’=25μmとすると、焼成後においては電極幅WF=50μm、電極厚DF=50μm、アスペクト比(電極厚み/電極幅)が1である表グリッド電極6が得られる。また、裏グリッド電極形成溝の幅WR1=500μm、裏グリッド電極の印刷ペースト幅WR’=900μm、裏グリッド電極の印刷ペースト厚DR’=30μmとすると、焼成後においては電極幅WR=500μm、電極厚DR=50μm、アスペクト比(電極厚み/電極幅)が0.1である裏グリッド電極10が得られる。
また、印刷、乾燥された表電極印刷ペースト21は、スクリーン印刷に使用するマスクのメッシュに起因して金属粒子間の空隙22を多く内包する。同様に、印刷、乾燥された裏電極印刷ペースト23は、スクリーン印刷に使用するマスクのメッシュに起因して金属粒子間の空隙24を多く内包する。しかし、印刷ペースト内の金属の溶融時間が十分長ければ、印刷・乾燥後に存在した金属粒子間の空隙は無くなる。すなわち、表電極印刷ペースト21や裏電極印刷ペースト23の主成分である金属の融点以上や共晶温度以上の温度で十分な時間だけ焼成すると、金属粒子間の空隙22、金属粒子間の空隙24は消失し、空隙の無い受光面側電極5および裏面側電極9が得られる。空隙が内在しない電極は、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入し難いため、太陽電池セルの耐湿性が大きく向上し、太陽電池セルの寿命を長く延ばすことができる。また、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加を防止して、低抵抗の電極を実現できる。
なお、上記のように印刷ペーストには金属とシリコン基板との接触抵抗を下げる効果を得るために亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、シリコン(Si)、ビスマス(Bi)等の酸化物からなるガラス成分を含有させているが、シリコン(Si)、窒素(N)、酸素(O)、水素(H)等からなる絶縁膜はこれらガラス成分に溶融して受光面側電極形成溝や裏面側電極形成溝の形状を破壊する虞がある。このため、印刷ペーストにおけるこれらのガラス成分の含有率は、極力少ないことが好ましい。本実施の形態においては、印刷ペーストを金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度にまで上げて焼結させるため、これらのガラス成分が極微量含有する、もしくは無い場合でも、p型多結晶シリコン基板1のシリコンと金属粒子との界面では金属とシリコンとの反応層が形成され、十分に低い接触抵抗を得ることが可能である。
図3は、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法によりグリッド電極を形成した場合における、設計幅に対する焼成後のグリッド電極の実印刷幅(μm)と実印刷厚(μm)とを示す特性図である。ここで、スクリーン印刷マスクの厚みは一定である。図3から分かるように、設計幅が100μmの場合、グリッド電極の実印刷幅は120μm、実印刷厚は25μmであり、アスペクト比(電極厚み/電極幅)は0.2である。また、図3から分かるように、実印刷幅は設計幅に比例して厚くなる。一方、実印刷厚は、設計幅を100μmより小さくすると印刷ペーストの粘性に起因してスクリーン印刷マスクから印刷ペーストが押し出されにくくなるため激減し、設計幅を100μより大きくしても飽和傾向を示す。したがって、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法により所望のアスペクト比のグリッド電極を形成することは困難であり、特に高いアスペクト比のグリッド電極を形成することは困難であった。図3に示した例の場合は、設計幅が100μm以外の場合には、アスペクト比が0.2より高いグリッド電極を形成することは困難であった。
これに対して、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法では、焼成後において電極幅WF=50μm、電極厚DF=50μm、アスペクト比(電極厚み/電極幅)が1である表グリッド電極6を形成することができ、設計幅が100μm以外であってアスペクト比の高いグリッド電極を形成することができる。
上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、印刷ペーストの印刷時よりも電極幅が縮小され、電極厚が増大した、細線化および厚膜化が図られた表グリッド電極6を形成することができる。これにより、電極断面積を維持して低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる電極による面積の低減を抑制し、光電変換効率を向上させることができる。
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、電極内部に空隙が存在しない。このため、電極内部に太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入しづらく、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加が防止される。
また、従来の印刷技術で形成されるグリッド電極幅は100μm以上であったため、グリッド電極に遮られて発電できない太陽電池セルの受光面積ロスは3%以上であったが、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、グリッド電極幅50μm以下、アスペクト比0.8以上の低抵抗なグリッド電極を形成できるため、太陽電池セルの光電変換効率は相対的に2%以上向上する。
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、光電変換効率の高効率化および耐久性の向上が図られた太陽電池セルを安価に量産することができる。

Claims (8)

  1. 半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第1工程と、
    前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第2工程と、
    主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第3工程と、
    前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第4工程と、
    を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  2. 前記電極内部に空隙が存在しないこと、
    を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  3. 前記半導体基板がシリコン基板であり、前記電極印刷ペーストは前記金属粒子として銀、銅、金、白金、鉛、アルミニウムのうちの何れかの成分単独もしくは複数、またはこれらの成分の合金の金属粒子を含むこと、
    を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  4. 前記絶縁膜がシリコン系絶縁膜であること、
    を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  5. 前記電極が受光面側電極であり、前記絶縁膜が反射防止膜であること、
    を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  6. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一面側に形成された絶縁膜と、
    前記絶縁膜に設けられた溝に埋め込まれるとともに前記絶縁膜の表面から前記溝と同じ幅で突出して設けられて前記半導体基板の一面側に電気的に接続する電極と、
    を備えることを特徴とする太陽電池セル。
  7. 前記電極が受光面側電極であり、前記絶縁膜が反射防止膜であること、
    を特徴とする請求項6に記載の太陽電池セル。
  8. 前記電極内部に空隙が存在しないこと、
    を特徴とする請求項6に記載の太陽電池セル。
JP2011523512A 2009-07-22 2009-07-22 太陽電池セルの製造方法 Expired - Fee Related JP5410526B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/063126 WO2011010373A1 (ja) 2009-07-22 2009-07-22 太陽電池セルおよびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011010373A1 true JPWO2011010373A1 (ja) 2012-12-27
JP5410526B2 JP5410526B2 (ja) 2014-02-05

Family

ID=43498859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011523512A Expired - Fee Related JP5410526B2 (ja) 2009-07-22 2009-07-22 太陽電池セルの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8975109B2 (ja)
EP (1) EP2458641B1 (ja)
JP (1) JP5410526B2 (ja)
CN (1) CN102576776B (ja)
WO (1) WO2011010373A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856413B (zh) * 2012-10-10 2015-11-25 英利能源(中国)有限公司 全玻组件
CN103489934B (zh) * 2013-09-25 2016-03-02 晶澳(扬州)太阳能科技有限公司 一种双面透光的局部铝背场太阳能电池及其制备方法
KR101861172B1 (ko) * 2014-07-09 2018-05-28 엘지전자 주식회사 태양 전지
JP2017139351A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 京都エレックス株式会社 太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子
CN105679845A (zh) * 2016-02-26 2016-06-15 上饶光电高科技有限公司 一种降低晶硅太阳能电池成本提高效率的方法
JP2017162943A (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 東洋アルミニウム株式会社 太陽電池の電極形成方法
CN105742378A (zh) * 2016-04-14 2016-07-06 泰州中来光电科技有限公司 一种n型太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统
CN106847943B (zh) * 2017-03-03 2018-10-09 广东爱旭科技股份有限公司 打孔perc双面太阳能电池及其组件、系统和制备方法
KR20210072110A (ko) * 2018-10-29 2021-06-16 아토비무 유겐가이샤 태양전지 및 태양전지의 제조방법
CN111584654A (zh) * 2020-03-31 2020-08-25 天津爱旭太阳能科技有限公司 一种制备晶硅太阳能电池电极的方法
CN112599632A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 无锡日托光伏科技有限公司 一种mwt电池制备方法及mwt电池

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298078A (ja) 1989-05-12 1990-12-10 Sharp Corp 太陽電池の製造方法
JPH0536998A (ja) * 1991-07-30 1993-02-12 Sharp Corp 電極の形成方法
JPH0690014A (ja) * 1992-07-22 1994-03-29 Mitsubishi Electric Corp 薄型太陽電池及びその製造方法,エッチング方法及び自動エッチング装置,並びに半導体装置の製造方法
US5395457A (en) * 1992-12-16 1995-03-07 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device and method of manufacturing the same
JP2001202822A (ja) * 2000-01-21 2001-07-27 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペースト
JP3557148B2 (ja) * 2000-02-21 2004-08-25 三洋電機株式会社 太陽電池モジュール
AU2002238953B2 (en) * 2001-03-19 2007-03-29 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd Solar cell and its manufacturing method
US20070251570A1 (en) * 2002-03-29 2007-11-01 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes
JP4401158B2 (ja) 2003-12-16 2010-01-20 シャープ株式会社 太陽電池の製造方法
US20070295381A1 (en) * 2004-03-29 2007-12-27 Kyocera Corporation Solar Cell Module and Photovoltaic Power Generator Using This
US8106291B2 (en) * 2004-05-07 2012-01-31 Mitsubishi Electric Corporation Solar battery and manufacturing method therefor
JP4416569B2 (ja) * 2004-05-24 2010-02-17 キヤノン株式会社 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置
US20080000519A1 (en) 2004-07-29 2008-01-03 Kyocera Corporation Solar Cell Device and Method for Manufacturing the Same
US8178778B2 (en) 2005-03-24 2012-05-15 Kyocera Corporation Photovoltaic conversion element and manufacturing method therefor, and photovoltaic conversion module using same
JP2007103572A (ja) 2005-10-03 2007-04-19 Sharp Corp 太陽電池の埋込電極の形成方法及び太陽電池の製造方法
EP1870942B1 (en) 2005-11-28 2016-08-24 Mitsubishi Electric Corporation Solar cell
TWI487124B (zh) * 2006-08-25 2015-06-01 Sanyo Electric Co 太陽電池模組及太陽電池模組的製造方法
US7744714B2 (en) * 2006-11-20 2010-06-29 E.I. Du Pont De Nemours And Company Paste patterns formation method and transfer film used therein
JP2008294209A (ja) 2007-05-24 2008-12-04 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池基板の製造方法
US20100294353A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Conductive paste for solar cell electrode

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011010373A1 (ja) 2011-01-27
CN102576776A (zh) 2012-07-11
CN102576776B (zh) 2015-07-22
JP5410526B2 (ja) 2014-02-05
US9647147B2 (en) 2017-05-09
US20120055548A1 (en) 2012-03-08
EP2458641B1 (en) 2017-08-23
EP2458641A4 (en) 2014-01-01
US8975109B2 (en) 2015-03-10
US20140041724A1 (en) 2014-02-13
EP2458641A1 (en) 2012-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5410526B2 (ja) 太陽電池セルの製造方法
US9972738B2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
KR101719949B1 (ko) 태양전지 셀 및 그 제조 방법, 태양전지 모듈
US8722453B2 (en) Photovoltaic device and method for manufacturing the same
KR101139459B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
JP6272332B2 (ja) 太陽電池素子およびその製造方法
JP4980494B2 (ja) 太陽電池セルおよびその製造方法
WO2010001473A1 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
JP5495777B2 (ja) 太陽電池モジュール
JP2013048126A (ja) 光起電力装置およびその製造方法
KR20090075421A (ko) 태양 전지
EP2293349A1 (en) Photovoltaic system and method for manufacturing the same
KR101371865B1 (ko) 태양전지의 전면전극 구조 및 그 제조방법
JP4557622B2 (ja) 太陽電池素子の接続構造及びこれを含む太陽電池モジュール
JP2016178280A (ja) 太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュール
JP6125042B2 (ja) 太陽電池セルの製造方法
JP2012129407A (ja) 太陽電池素子の製造方法
JP2011018748A (ja) 太陽電池セルの製造方法
KR101341831B1 (ko) 후면 전극 태양전지의 제조방법
JP2014220462A (ja) 太陽電池の製造方法
JP2011165805A (ja) 太陽電池の製造方法
JP2011003784A (ja) 太陽電池セルおよびその製造方法
JP2013149815A (ja) 太陽電池及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121211

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130423

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130613

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130813

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131009

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20131017

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5410526

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees