JPWO2011155052A1 - 結晶系太陽電池セル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、開口率を向上することができ、かつ、シリコン層にダメージを与えることのない結晶系太陽電池セルの受光面電極形成技術を提供する。本発明は、光入射側の表面側にｎ+型半導体層１１を有し、かつ、裏面側にｐ+型半導体層１３を有するシリコン基板１０を備え、シリコン基板１０のｎ+型半導体層１１上に、反射防止膜１２と、受光面電極として、フィンガー電極２１とバスバー電極２２が設けられるとともに、シリコン基板１０のｐ+型半導体層１３上に焼結裏面電極層１４ａが設けられている。フィンガー電極２１とバスバー電極２２は、導体からなるボンディングワイヤによって構成されている。ボンディングワイヤとしては、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、又はこれらの合金からなる。
Description
本発明は、結晶系太陽電池、特に、シリコン基板を用いた太陽電池の受光面電極の形成方法に関するものである。
図５（ａ）は、従来の結晶系太陽電池のセル構造を示す概略図、図５（ｂ）は、従来の結晶系太陽電池のセル構造を示す平面図である。
図５（ａ）（ｂ）に示すように、従来の結晶系太陽電池のセル１０１は、テクスチャー１０２が形成されたシリコン基板１０３の表側面（光１００が入射する側の面）に、ｎ+型半導体層１０４、反射防止膜１０５が順次形成され、さらに、反射防止膜１０５上には、直線状に延びる受光面電極１０６（バスバー電極１０６ａ及びフィンガー電極１０６ｂ）が、ｎ+型半導体層１０４と接続されるように形成されている。
一方、シリコン基板１０３の裏側面には、ｐ+型半導体層１０７、裏面電極１０８が順次形成されている。
従来、結晶系太陽電池の受光面電極１０６は、銀ペーストを用いたスクリーン印刷で形成していた。
しかし、従来技術においては、受光面電極１０６の抵抗値を低くするために、フィンガー電極１０６ｂの線幅を１００μｍ程度、バスバー電極１０６ａの線幅を２ｍｍ程度と大きくする必要があり、その結果、従来技術では開口率が９３％程度と低いという課題があった。
また、スクリーン印刷では、スクリーン版と太陽電池の表面が接触するため、基板が割れたり、ステンレスからなるメッシュ部分がシリコン層に当接してダメージを与えるという問題もあった。
なお、本発明に関する先行技術としては、以下に示すようなものがある。
図５（ａ）（ｂ）に示すように、従来の結晶系太陽電池のセル１０１は、テクスチャー１０２が形成されたシリコン基板１０３の表側面（光１００が入射する側の面）に、ｎ+型半導体層１０４、反射防止膜１０５が順次形成され、さらに、反射防止膜１０５上には、直線状に延びる受光面電極１０６（バスバー電極１０６ａ及びフィンガー電極１０６ｂ）が、ｎ+型半導体層１０４と接続されるように形成されている。
一方、シリコン基板１０３の裏側面には、ｐ+型半導体層１０７、裏面電極１０８が順次形成されている。
従来、結晶系太陽電池の受光面電極１０６は、銀ペーストを用いたスクリーン印刷で形成していた。
しかし、従来技術においては、受光面電極１０６の抵抗値を低くするために、フィンガー電極１０６ｂの線幅を１００μｍ程度、バスバー電極１０６ａの線幅を２ｍｍ程度と大きくする必要があり、その結果、従来技術では開口率が９３％程度と低いという課題があった。
また、スクリーン印刷では、スクリーン版と太陽電池の表面が接触するため、基板が割れたり、ステンレスからなるメッシュ部分がシリコン層に当接してダメージを与えるという問題もあった。
なお、本発明に関する先行技術としては、以下に示すようなものがある。
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、開口率を向上することができる太陽電池セルの受光面電極形成技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、シリコン層にダメージを与えることのない太陽電池セルの受光面電極形成技術を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた本発明は、光入射側の表面側に第１導電型層を有し、かつ、裏面側に第２導電型層を有する半導体基板を備え、前記半導体基板の第１導電型層上に、反射防止膜と、受光面電極とが設けられるとともに、前記半導体基板の第２導電型層上に接続用裏面電極が設けられ、前記受光面電極が、導体からなるボンディングワイヤによって構成されている結晶系太陽電池セルである。
本発明では、前記ボンディングワイヤが、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、又はこれらの合金からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記受光面電極が、ガラスフリットを含有する導電性焼結体からなる接続膜を介して前記半導体基板の第１導電型層に電気的に接続されている場合にも効果的である。
本発明では、前記受光面電極が、前記半導体基板の第１導電型層上に設けられた第１の受光面電極と、当該第１の受光面電極上に設けられた第２の受光面電極とを有し、前記第１の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第１の接続膜を介して前記半導体基板の前記第１導電型層に電気的に接続されるとともに、前記第２の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第２の接続膜を介して前記第１の受光面電極に電気的に接続されている場合にも効果的である。
一方、本発明は、光入射側の表面側に第１導電型層を有し、かつ、裏面側に第２導電型層を有する半導体基板の第１導電型層上に、反射防止膜が設けられた太陽電池用基板を用意し、ガラスフリットを含有する導電性ペーストを用い、当該導電性ペーストを焼結させることにより、導体からなるボンディングワイヤによって構成された受光面電極を前記太陽電池用基板上に固着するとともに、当該受光面電極を前記半導体基板の第１導電型層に対して電気的に接続させる工程を有する結晶系太陽電池セルの製造方法である。
本発明では、前記受光面電極が、第１及び第２の受光面電極を備え、前記反射防止膜上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第１の接続膜を形成する工程と、前記第１の接続膜上に前記第１の受光面電極を配置する工程と、前記第１の接続膜を焼結させる工程と、前記第１の受光面電極上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第２の接続膜を形成する工程と、前記第２の接続膜を焼結させる工程とを有する場合にも効果的である。
本発明では、前記ボンディングワイヤに前記導電性ペーストを塗布乾燥して接続膜を形成した受光面電極を用意し、前記受光面電極を前記太陽電池用基板上に配置する工程と、前記受光面電極の接続膜を焼結させる工程とを有する場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性ペーストを塗布する工程が、ディスペンサ法又はインクジェット法によるものである場合にも効果的である。
本発明では、前記ボンディングワイヤが、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、又はこれらの合金からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記受光面電極が、ガラスフリットを含有する導電性焼結体からなる接続膜を介して前記半導体基板の第１導電型層に電気的に接続されている場合にも効果的である。
本発明では、前記受光面電極が、前記半導体基板の第１導電型層上に設けられた第１の受光面電極と、当該第１の受光面電極上に設けられた第２の受光面電極とを有し、前記第１の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第１の接続膜を介して前記半導体基板の前記第１導電型層に電気的に接続されるとともに、前記第２の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第２の接続膜を介して前記第１の受光面電極に電気的に接続されている場合にも効果的である。
一方、本発明は、光入射側の表面側に第１導電型層を有し、かつ、裏面側に第２導電型層を有する半導体基板の第１導電型層上に、反射防止膜が設けられた太陽電池用基板を用意し、ガラスフリットを含有する導電性ペーストを用い、当該導電性ペーストを焼結させることにより、導体からなるボンディングワイヤによって構成された受光面電極を前記太陽電池用基板上に固着するとともに、当該受光面電極を前記半導体基板の第１導電型層に対して電気的に接続させる工程を有する結晶系太陽電池セルの製造方法である。
本発明では、前記受光面電極が、第１及び第２の受光面電極を備え、前記反射防止膜上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第１の接続膜を形成する工程と、前記第１の接続膜上に前記第１の受光面電極を配置する工程と、前記第１の接続膜を焼結させる工程と、前記第１の受光面電極上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第２の接続膜を形成する工程と、前記第２の接続膜を焼結させる工程とを有する場合にも効果的である。
本発明では、前記ボンディングワイヤに前記導電性ペーストを塗布乾燥して接続膜を形成した受光面電極を用意し、前記受光面電極を前記太陽電池用基板上に配置する工程と、前記受光面電極の接続膜を焼結させる工程とを有する場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性ペーストを塗布する工程が、ディスペンサ法又はインクジェット法によるものである場合にも効果的である。
本発明の場合、受光面電極が導体からなるボンディングワイヤによって構成されており、従来技術のスクリーン印刷による受光面電極と比較して、同等の配線抵抗を有する電極を作成する場合に、受光面電極の幅を非常に小さくすることができる。その結果、従来技術では９３％程度であった太陽電池セルの開口率を、９９％程度と大幅に向上させることができる。
また、本発明の場合、導電性ペーストの塗布及び焼結によって受光面電極を太陽電池用基板上に固着することから、導電性ペーストの塗布手段が太陽電池用基板に接触することがなく、従来のスクリーン印刷の場合のように基板が割れたり、シリコン層にダメージを与えることがない。
さらに、本発明においては、ボンディングワイヤからなる受光面電極を導電性ペーストを介して反射防止膜上に配置し、その状態で、ガラスフリットを含有する導電性ペーストからなる第１の接続膜を焼結させることから、反射防止膜と第１の接続膜の反応によるファイアースルーにより、焼結された接続膜を介して受光面電極と半導体基板の第１導電型層とを確実に電気的に接続することができる。
本発明によれば、結晶系太陽電池セルの開口率を大幅に向上させることができる。
１…太陽電池用基板、１０…シリコン基板（半導体基板）、１１…ｎ+型半導体層（第１導電型層）、１２…反射防止膜、１３…ｐ+型半導体層（第２導電型層）、１４…裏面電極層、１５…第１の接続膜、１６…第１の焼結接続膜、１７…第２の接続膜、１８…第２の焼結接続膜、２１…フィンガー電極（第１の受光面電極）、２２…バスバー電極（第２の受光面電極）、３０…結晶系太陽電池セル
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の結晶系太陽電池セルの製造工程を示す断面図（その１）、図２（ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態の結晶系太陽電池セルの製造工程を示す断面図（その２）である。また、図３は、同実施の形態の結晶系太陽電池セルの平面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態においては、まず、テクスチャー（図示せず）が形成されたシリコン基板（半導体基板）１０の表側面（光が入射する側の面）に、第１導電型層であるｎ+型半導体層１１、反射防止膜１２が順次形成され、その裏側面に、第２導電型層であるｐ+型半導体層１３、裏面電極層１４が順次形成された太陽電池用基板１を用意する。
本発明の場合、反射防止膜１２の材料は、特に限定されることはないが、後述する焼結時の導電性ペーストとの反応性を確保する観点からは、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）を好適に用いることができる。
また、反射防止膜１２の厚さは、特に限定されることはないが、反射率を低減させる観点からは、１００〜５００ｎｍとすることが好ましい。
なお、裏面電極層１４の材料としては、例えば、銀（Ａｇ）ペーストを好適に用いることができる。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の結晶系太陽電池セルの製造工程を示す断面図（その１）、図２（ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態の結晶系太陽電池セルの製造工程を示す断面図（その２）である。また、図３は、同実施の形態の結晶系太陽電池セルの平面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態においては、まず、テクスチャー（図示せず）が形成されたシリコン基板（半導体基板）１０の表側面（光が入射する側の面）に、第１導電型層であるｎ+型半導体層１１、反射防止膜１２が順次形成され、その裏側面に、第２導電型層であるｐ+型半導体層１３、裏面電極層１４が順次形成された太陽電池用基板１を用意する。
本発明の場合、反射防止膜１２の材料は、特に限定されることはないが、後述する焼結時の導電性ペーストとの反応性を確保する観点からは、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）を好適に用いることができる。
また、反射防止膜１２の厚さは、特に限定されることはないが、反射率を低減させる観点からは、１００〜５００ｎｍとすることが好ましい。
なお、裏面電極層１４の材料としては、例えば、銀（Ａｇ）ペーストを好適に用いることができる。
次に、図１（ｂ）に示すように、反射防止膜１２の表面に、所定の間隔をおいて、後述の導電性ペーストからなる複数の第１の接続膜（接続膜）１５を塗布形成し、その後、これら第１の接続膜１５を乾燥させる。
ここで、第１の接続膜１５を塗布形成する位置は、後述するフィンガー電極（第１の受光面電極）２１を設ける位置に対応する位置であり、例えば、フィンガー電極２１の長さと同等の長さに塗布形成するとよい。
本発明の場合、第１の接続膜１５の塗布方法は、特に限定されることはないが、精度良く第１の接続膜１５を形成する観点からは、ディスペンサによる方法やインクジェットによる方法を採用することが好ましい。
また、第１の接続膜１５の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、フィンガー電極２１の幅より第１の接続膜１５の幅を小さくすることが好ましい。
具体的には、第１の接続膜１５の幅を、５〜１５μｍに設定することが好ましい。
ここで、第１の接続膜１５を塗布形成する位置は、後述するフィンガー電極（第１の受光面電極）２１を設ける位置に対応する位置であり、例えば、フィンガー電極２１の長さと同等の長さに塗布形成するとよい。
本発明の場合、第１の接続膜１５の塗布方法は、特に限定されることはないが、精度良く第１の接続膜１５を形成する観点からは、ディスペンサによる方法やインクジェットによる方法を採用することが好ましい。
また、第１の接続膜１５の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、フィンガー電極２１の幅より第１の接続膜１５の幅を小さくすることが好ましい。
具体的には、第１の接続膜１５の幅を、５〜１５μｍに設定することが好ましい。
一方、第１の接続膜１５の厚さは、特に限定されることはないが、十分な接着強度を確保し、かつ、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、反射防止膜１２より厚くすることが好ましい。
具体的には、第１の接続膜１５の厚さを、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
第１の接続膜１５に用いる導電性ペーストとしては、例えば、特開２００６−２９５１９７号公報に記載された導電性ペーストを好適に用いることができる。
具体的には、第１の接続膜１５の厚さを、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
第１の接続膜１５に用いる導電性ペーストとしては、例えば、特開２００６−２９５１９７号公報に記載された導電性ペーストを好適に用いることができる。
本発明で使用する導電性ペーストは、導電性金属と、無機結合剤と、有機ビヒクルとを含有する。以下、それぞれの成分毎に説明する。
本発明に用いる導電性ペーストにおいて含有可能な導電性金属としては、銀粒子を挙げることができ、かつ、銀粒子が最も好ましい。この銀粒子は、好ましくはフレーク形態または粉末形態のものである。
本発明の場合、導電性ペーストの銀粒子の粒径は、特に限定されることはないが、焼結特性の影響（大きな粒径を有する銀粒子は、小さい粒径を有する銀粒子の速度よりも遅い速度で焼結すること）及び塗布のし易さを考慮すると、銀粒子の平均粒径は、３．０〜１５．０μｍとすることが好ましく、より好ましくは５．０〜１１．０μｍ である。
銀粒子の粒径が３．０μ ｍより小さい場合、銀導電性ペーストは急峻な焼結挙動を示し、アルミニウムペーストとの焼結速度の不整合に起因して、それら２つの電極間で亀裂が発生する傾向がある。
他方、銀粒子の粒径が１５．０μｍより大きい場合、導電性が低下し、および電極フィルムの強度が減少する。この理由は、焼結が十分に進行しないからである。
導電性ペーストに含まれる銀粒子としては、銀が高い純度（９９％以上）を有することが好ましいが、電極パターンの電気的要請に応じて、９９％未満の純度を有する物質もまた用いることができる。
本発明に用いる導電性ペーストにおいて含有可能な導電性金属としては、銀粒子を挙げることができ、かつ、銀粒子が最も好ましい。この銀粒子は、好ましくはフレーク形態または粉末形態のものである。
本発明の場合、導電性ペーストの銀粒子の粒径は、特に限定されることはないが、焼結特性の影響（大きな粒径を有する銀粒子は、小さい粒径を有する銀粒子の速度よりも遅い速度で焼結すること）及び塗布のし易さを考慮すると、銀粒子の平均粒径は、３．０〜１５．０μｍとすることが好ましく、より好ましくは５．０〜１１．０μｍ である。
銀粒子の粒径が３．０μ ｍより小さい場合、銀導電性ペーストは急峻な焼結挙動を示し、アルミニウムペーストとの焼結速度の不整合に起因して、それら２つの電極間で亀裂が発生する傾向がある。
他方、銀粒子の粒径が１５．０μｍより大きい場合、導電性が低下し、および電極フィルムの強度が減少する。この理由は、焼結が十分に進行しないからである。
導電性ペーストに含まれる銀粒子としては、銀が高い純度（９９％以上）を有することが好ましいが、電極パターンの電気的要請に応じて、９９％未満の純度を有する物質もまた用いることができる。
導電性ペーストにおける最も好ましい導電性金属は、上述したように、銀粒子であるが、銀以外の導電性金属を同様に用いることができる。例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）のような金属は有用である。加えて、前述の金属の合金または混合物も、本発明において同様に有用である。例えば、Ｃｕ−Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ａｕなどを用いることができる。
導電性ペーストにおける導電性金属の含有量は、本発明の目的を達成することができる量である限り、特に限定されることはないが、導電性確保の観点からは、例えば銀粒子について、導電性ペーストの重量を基準として４０〜９３質量％の量で含有させることが好ましい。
なお、所望の特性を向上させる目的で、導電性ペーストに対してアルミニウム（Ａｌ）を添加することもできる。
導電性ペーストにおける導電性金属の含有量は、本発明の目的を達成することができる量である限り、特に限定されることはないが、導電性確保の観点からは、例えば銀粒子について、導電性ペーストの重量を基準として４０〜９３質量％の量で含有させることが好ましい。
なお、所望の特性を向上させる目的で、導電性ペーストに対してアルミニウム（Ａｌ）を添加することもできる。
本発明に用いる導電性ペーストは、無機結合剤を含む。
このような無機結合剤としては、４５０〜５５０℃の軟化点を有するガラスフリット（微粒子）を好適に用いることができる。
このようなガラスフリットは、導電性ペーストを６００〜８００℃でベークし、適切に焼結および湿潤し、およびシリコン基板１０に対して適切に接着させることができる。
ガラスフリットの軟化点が４５０℃より低いと、焼結が過剰となり、本発明の効果を十分に得ることができない場合がある。
他方、ガラスフリットの軟化点が５５０℃より高いと、充分な接着強さが発揮されず、かつ、銀の液相焼結を促進することができない場合がある。この理由は、焼結中に充分な溶融流れが発生しないことに起因する。
本明細書では、軟化点として、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会：American Society for Testing and Materials） Ｃ３３８−５７の繊維伸長法（fiber elongation method）によって規定されるものを適用する。
このような無機結合剤としては、４５０〜５５０℃の軟化点を有するガラスフリット（微粒子）を好適に用いることができる。
このようなガラスフリットは、導電性ペーストを６００〜８００℃でベークし、適切に焼結および湿潤し、およびシリコン基板１０に対して適切に接着させることができる。
ガラスフリットの軟化点が４５０℃より低いと、焼結が過剰となり、本発明の効果を十分に得ることができない場合がある。
他方、ガラスフリットの軟化点が５５０℃より高いと、充分な接着強さが発揮されず、かつ、銀の液相焼結を促進することができない場合がある。この理由は、焼結中に充分な溶融流れが発生しないことに起因する。
本明細書では、軟化点として、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会：American Society for Testing and Materials） Ｃ３３８−５７の繊維伸長法（fiber elongation method）によって規定されるものを適用する。
導電性ペーストに含有されるガラスフリットとしては、特に限定されることはないが、軟化点範囲及びガラス可融性の両方の条件を考慮すると、例えば、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸鉛ガラスなどを好適に用いることができる。
なお、ホウケイ酸亜鉛のような鉛を含有しないガラスを用いることもできる。
なお、ホウケイ酸亜鉛のような鉛を含有しないガラスを用いることもできる。
無機結合剤としてのガラスフリットの含有量は、本発明の目的を達成することができる量である限り、特に限定されることはないが、導電性ペーストの総重量を基準として２．０〜１０．０質量％とすることが好ましく、より好ましくは３．０〜６．０質量％である。
ガラスフリットの含有量が２．０質量％よりも少ないと、接着強さが不充分となる場合があり、他方、ガラスフリットの量が１０．０質量％より多いと、例えば、後加工として行うハンダ付け工程が、ガラスの浮遊(glassfloating)などによって阻害される場合がある。
ガラスフリットの含有量が２．０質量％よりも少ないと、接着強さが不充分となる場合があり、他方、ガラスフリットの量が１０．０質量％より多いと、例えば、後加工として行うハンダ付け工程が、ガラスの浮遊(glassfloating)などによって阻害される場合がある。
本発明に用いる導電性ペーストは、有機ビヒクルを含む。
導電性ペーストに含まれる有機ビヒクルとしては、不活性液体を使用することができる。
このような不活性液体としては、有機液体として、例えば、アルコール類；アルコールのエステル類（アセテートまたはプロピオネートのようなもの）；デンプン（パイン油およびテルピネオールのようなもの）；樹脂（ポリメタクリレートなど）またはエチルセルロースのパイン油溶液またはエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテートの溶液、またはエチルセルロースのテルピネオール溶液のような種々の溶液を挙げることができる。
導電性ペーストに含まれる有機ビヒクルとしては、不活性液体を使用することができる。
このような不活性液体としては、有機液体として、例えば、アルコール類；アルコールのエステル類（アセテートまたはプロピオネートのようなもの）；デンプン（パイン油およびテルピネオールのようなもの）；樹脂（ポリメタクリレートなど）またはエチルセルロースのパイン油溶液またはエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテートの溶液、またはエチルセルロースのテルピネオール溶液のような種々の溶液を挙げることができる。
本発明においては、有機ビヒクルとして、エチルセルロースのテルピネオール溶液（エチルセルロース含有量＝５〜５０質量％）を好適に用いることができる。
有機ビヒクルの好ましい含有量は、導電性ペーストの総重量を基準として５〜５０質量％である。
有機ビヒクルの好ましい含有量は、導電性ペーストの総重量を基準として５〜５０質量％である。
本発明に用いる導電性ペーストには、増粘剤や安定剤、また他の一般的な添加剤を添加することができる。
添加剤を用いる際に、粘着付与剤（剤粘剤）、安定剤などを添加することができるし、あるいは、他の一般的添加剤として分散剤、粘度調整剤などを添加することもできる。
添加剤の量は、最終的に得られる導電性ペーストの特性に基づいて決定され、関与する製造者が適宜決定することができる。なお、数種の添加剤を使用することもできる。
添加剤を用いる際に、粘着付与剤（剤粘剤）、安定剤などを添加することができるし、あるいは、他の一般的添加剤として分散剤、粘度調整剤などを添加することもできる。
添加剤の量は、最終的に得られる導電性ペーストの特性に基づいて決定され、関与する製造者が適宜決定することができる。なお、数種の添加剤を使用することもできる。
本発明に用いる導電性ペーストは、所定の範囲内の粘度を有することが好ましい。
導電性ペーストに対して適切な粘度を与えるためには、上述した粘着付与剤（増粘剤）を添加することで達成できる。
本発明に用いる導電性ペーストは、上述した各成分を公知の３本ロールニーダーによって混合することによって製造することができる。
本発明に用いる導電性ペーストの粘度は、特に限定されることはないが、ブルックフィールド(Brookfield)ＨＢＴ粘度計および＃１４スピンドルを用いるユーティリティカップを用い、回転数１０ｒｐｍおよび温度２５℃において測定される際に、５０〜３００Ｐａ・Ｓとなるように調整することが好ましい。
導電性ペーストに対して適切な粘度を与えるためには、上述した粘着付与剤（増粘剤）を添加することで達成できる。
本発明に用いる導電性ペーストは、上述した各成分を公知の３本ロールニーダーによって混合することによって製造することができる。
本発明に用いる導電性ペーストの粘度は、特に限定されることはないが、ブルックフィールド(Brookfield)ＨＢＴ粘度計および＃１４スピンドルを用いるユーティリティカップを用い、回転数１０ｒｐｍおよび温度２５℃において測定される際に、５０〜３００Ｐａ・Ｓとなるように調整することが好ましい。
本実施の形態においては、以上説明した導電性ペーストからなる第１の接続膜１５を、反射防止膜１２上に複数塗布形成した後、これらの第１の接続膜１５を乾燥させる。この場合、好ましい乾燥温度は、１８０℃以下である。
さらに、図１（ｃ）に示すように、第１の接続膜１５のそれぞれの上に、ボンディングワイヤからなるフィンガー電極２１を位置合わせして配置（載置）する。
本発明の場合、フィンガー電極２１を構成するボンディングワイヤの材料は、特に限定されることはないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はこれらの合金からなるものを好適に用いることができる。
これらのうちでも、導電性を向上させる観点からは、銀（Ａｇ）を用いることが好ましい。
なお、フィンガー電極２１を構成するボンディングワイヤの断面形状は真円形状であり、開口率を向上させる観点からは、その直径は、小さい程好ましい。
ただし、電極として要求される強度や配線抵抗の大きさを考慮すると、直径が１０〜１００μｍとすることが好ましい。
さらに、図１（ｃ）に示すように、第１の接続膜１５のそれぞれの上に、ボンディングワイヤからなるフィンガー電極２１を位置合わせして配置（載置）する。
本発明の場合、フィンガー電極２１を構成するボンディングワイヤの材料は、特に限定されることはないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はこれらの合金からなるものを好適に用いることができる。
これらのうちでも、導電性を向上させる観点からは、銀（Ａｇ）を用いることが好ましい。
なお、フィンガー電極２１を構成するボンディングワイヤの断面形状は真円形状であり、開口率を向上させる観点からは、その直径は、小さい程好ましい。
ただし、電極として要求される強度や配線抵抗の大きさを考慮すると、直径が１０〜１００μｍとすることが好ましい。
さらに、フィンガー電極２１を配置した太陽電池用基板１を、空気中で、温度６００〜８００℃、２〜１５分にわたって加熱して焼結させる。この場合、フィンガー電極２１を加圧してもよい。
これにより、第１の接続膜１５の導電性ペーストに含まれるガラスフリットと反射防止膜１２の物質が反応し、反射防止膜１２が融解して、図１（ｄ）に示すように、焼結した第１の接続膜（以下「第１の焼結接続膜」という。）１６が反射防止膜１２中に埋没する（ファイアスルー）。
これにより、第１の接続膜１５の導電性ペーストに含まれるガラスフリットと反射防止膜１２の物質が反応し、反射防止膜１２が融解して、図１（ｄ）に示すように、焼結した第１の接続膜（以下「第１の焼結接続膜」という。）１６が反射防止膜１２中に埋没する（ファイアスルー）。
さらに、上述した焼結工程によって、各フィンガー電極２１が、第１の焼結接続膜１６に対して固着される。
その結果、第１の焼結接続膜１６とｎ+型半導体層１１が接触してこれらが電気的に接続されるので、接続膜である第１の焼結接続膜１６を介してフィンガー電極２１とｎ+型半導体層１１とが電気的に接続される。
その結果、第１の焼結接続膜１６とｎ+型半導体層１１が接触してこれらが電気的に接続されるので、接続膜である第１の焼結接続膜１６を介してフィンガー電極２１とｎ+型半導体層１１とが電気的に接続される。
この状態においては、第１の焼結接続膜１６の幅は、各フィンガー電極２１の幅より小さい。
なお、上述した焼結工程により、裏面電極層１４の銀ペーストも焼成され、焼結裏面電極層１４ａが形成される。
なお、上述した焼結工程により、裏面電極層１４の銀ペーストも焼成され、焼結裏面電極層１４ａが形成される。
その後、図２（ａ）に示すように、上述した導電性ペーストからなる第２の接続膜１７を、各フィンガー電極２１上に塗布形成し、その後、これらを乾燥させる。
本発明の場合、第２の接続膜１７の塗布方法は、特に限定されることはないが、精度良く第２の接続膜１７を形成する観点からは、ディスペンサによる方法やインクジェットによる方法を採用することが好ましい。
また、第２の接続膜１７の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、後述するバスバー電極２２の幅より第２の接続膜１７の長さ（バスバー電極２２の延びる方向に対して直交する方向の長さ）を小さくすることが好ましい。
具体的には、第２の接続膜１７の幅を、５〜１５μｍに設定することが好ましい。
なお、第２の接続膜１７の好ましい乾燥温度は、１８０℃以下である。
一方、第１の接続膜１５の厚さは、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
本発明の場合、第２の接続膜１７の塗布方法は、特に限定されることはないが、精度良く第２の接続膜１７を形成する観点からは、ディスペンサによる方法やインクジェットによる方法を採用することが好ましい。
また、第２の接続膜１７の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、後述するバスバー電極２２の幅より第２の接続膜１７の長さ（バスバー電極２２の延びる方向に対して直交する方向の長さ）を小さくすることが好ましい。
具体的には、第２の接続膜１７の幅を、５〜１５μｍに設定することが好ましい。
なお、第２の接続膜１７の好ましい乾燥温度は、１８０℃以下である。
一方、第１の接続膜１５の厚さは、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
さらに、図２（ｂ）に示すように、第２の接続膜１７のそれぞれの上に、ボンディングワイヤからなるバスバー電極２２を位置合わせして配置（載置）する。
本発明の場合、バスバー電極２２を構成するボンディングワイヤの材料は、特に限定されることはないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はこれらの合金からなるものを好適に用いることができる。
これらのうちでも、導電性を向上させる観点からは、銀（Ａｇ）を用いることが好ましい。
なお、バスバー電極２２を構成するボンディングワイヤの断面形状は真円形状であり、太陽電池セルの開口率を向上させる観点からは、その直径は、小さい程好ましい。
ただし、電極として要求される強度や配線抵抗の大きさを考慮すると、直径が１２０〜５００μｍ以下とすることが好ましい。
本発明の場合、バスバー電極２２を構成するボンディングワイヤの材料は、特に限定されることはないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はこれらの合金からなるものを好適に用いることができる。
これらのうちでも、導電性を向上させる観点からは、銀（Ａｇ）を用いることが好ましい。
なお、バスバー電極２２を構成するボンディングワイヤの断面形状は真円形状であり、太陽電池セルの開口率を向上させる観点からは、その直径は、小さい程好ましい。
ただし、電極として要求される強度や配線抵抗の大きさを考慮すると、直径が１２０〜５００μｍ以下とすることが好ましい。
さらに、バスバー電極２２を配置した太陽電池用基板１を、空気中で、温度６００〜８００℃、２〜１５分にわたって加熱して焼結させる。この場合、バスバー電極２２を加圧してもよい。
これにより、第２の接続膜１７が焼結され、各フィンガー電極２１が、焼結された第２の接続膜（以下「第２の焼結接続膜」という。）１８に対して固着されるとともに、各バスバー電極２２が、第２の焼結接続膜１８に対して固着される。
その結果、図２（ｃ）及び図３に示すように、接続膜である第２の焼結接続膜１８を介してバスバー電極２２とフィンガー電極２１とが電気的に接続され、シリコン基板１０に対して電気的に接続された第１及び第２の受光面電極を有する結晶系太陽電池セル３０を得る。
これにより、第２の接続膜１７が焼結され、各フィンガー電極２１が、焼結された第２の接続膜（以下「第２の焼結接続膜」という。）１８に対して固着されるとともに、各バスバー電極２２が、第２の焼結接続膜１８に対して固着される。
その結果、図２（ｃ）及び図３に示すように、接続膜である第２の焼結接続膜１８を介してバスバー電極２２とフィンガー電極２１とが電気的に接続され、シリコン基板１０に対して電気的に接続された第１及び第２の受光面電極を有する結晶系太陽電池セル３０を得る。
以上述べたように本実施の形態においては、受光面電極であるフィンガー電極２１及びバスバー電極２２が、導体からなるボンディングワイヤによって構成されており、従来技術のスクリーン印刷による受光面電極と比較して、同等の配線抵抗を有する電極を作成する場合に、受光面電極の幅を非常に小さくすることができる。その結果、結晶系太陽電池セルの開口率を大幅に向上させることができる。
また、本実施の形態においては、導電性ペーストの塗布乾燥及び焼結によってフィンガー電極２１及びバスバー電極２２を太陽電池用基板１上に固着することから、導電性ペーストの塗布手段が太陽電池用基板１に接触することがなく、従来のスクリーン印刷の場合のように基板が割れたり、シリコン層にダメージを与えることがない。
また、本実施の形態においては、ボンディングワイヤからなるフィンガー電極２１を導電性ペーストを介して反射防止膜１２上に配置し、その状態で、ガラスフリットを含有する導電性ペーストからなる第１の接続膜１５を焼結させることから、反射防止膜１２と第１の接続膜１５の反応によるファイアースルーにより、第１の焼結接続膜１６を介してフィンガー電極２１と半導体基板１０のｎ+型半導体層１１とを確実に電気的に接続することができる。
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施の形態を示すものであり、以下、上記実施の形態と共通する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、まず、図１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように、導電性ペーストの塗布、乾燥及び焼結を行うことにより、太陽電池用基板１上において、第１の焼結接続膜１６を介してフィンガー電極２１とｎ+型半導体層１１とを電気的に接続する。
その後、図４（ａ）に示すように、バスバー電極２２の表面に、所定の間隔をおいて、上記導電性ペーストからなる複数の第２の接続膜１７を塗布形成し、その後、これらを乾燥させる。
ここで、バスバー電極２２表面の第２の接続膜１７を塗布形成する位置は、太陽電池用基板１上に設けられたフィンガー電極２１との接続部分とすることが好ましい。
本実施の形態においては、まず、図１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように、導電性ペーストの塗布、乾燥及び焼結を行うことにより、太陽電池用基板１上において、第１の焼結接続膜１６を介してフィンガー電極２１とｎ+型半導体層１１とを電気的に接続する。
その後、図４（ａ）に示すように、バスバー電極２２の表面に、所定の間隔をおいて、上記導電性ペーストからなる複数の第２の接続膜１７を塗布形成し、その後、これらを乾燥させる。
ここで、バスバー電極２２表面の第２の接続膜１７を塗布形成する位置は、太陽電池用基板１上に設けられたフィンガー電極２１との接続部分とすることが好ましい。
本発明の場合、第２の接続膜１７の塗布方法は、特に限定されることはないが、バスバー電極２２表面に精度良く第２の接続膜１７を形成する観点からは、ディスペンサによる方法やインクジェットによる方法を採用することが好ましい。
また、第２の接続膜１７の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、バスバー電極２２の幅より第２の接続膜１７の長さ（バスバー電極２２の延びる方向に対して直交する方向の長さ）を小さくすることが好ましい。
一方、第２の接続膜１７の厚さは、特に限定されることはないが、十分な接着強度を確保し、かつ、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
また、第２の接続膜１７の幅は、特に限定されることはないが、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、バスバー電極２２の幅より第２の接続膜１７の長さ（バスバー電極２２の延びる方向に対して直交する方向の長さ）を小さくすることが好ましい。
一方、第２の接続膜１７の厚さは、特に限定されることはないが、十分な接着強度を確保し、かつ、太陽電池セルの開口率を一層向上させる観点からは、５００〜１００００ｎｍに設定することが好ましい。
そして、バスバー電極２２の第２の接続膜１７と、太陽電池用基板１のフィンガー電極２１との位置が一致するように位置合わせを行い、図４（ｂ）に示すように、太陽電池用基板１上のフィンガー電極２１と第２の接続膜１７が接触するようにバスバー電極２２を配置（載置）する。
その後、この太陽電池用基板１を、空気中で、温度６００〜８００℃、２〜１５分にわたって加熱して焼結させる。この場合、バスバー電極２２を加圧してもよい。
これにより、上記実施の形態と同様に、第２の接続膜１７が焼結され、図４（ｃ）に示すように、各フィンガー電極２１が、第２の焼結接続膜１８に対して固着されるとともに、各バスバー電極２２が、第２の焼結接続膜１８に対して固着される。
その結果、上記実施の形態と同様、第２の焼結接続膜１８を介してバスバー電極２２とフィンガー電極２１とが電気的に接続され、シリコン基板１０に対して電気的に接続された第１及び第２の受光面電極を有する結晶系太陽電池セル３０を得る。
その後、この太陽電池用基板１を、空気中で、温度６００〜８００℃、２〜１５分にわたって加熱して焼結させる。この場合、バスバー電極２２を加圧してもよい。
これにより、上記実施の形態と同様に、第２の接続膜１７が焼結され、図４（ｃ）に示すように、各フィンガー電極２１が、第２の焼結接続膜１８に対して固着されるとともに、各バスバー電極２２が、第２の焼結接続膜１８に対して固着される。
その結果、上記実施の形態と同様、第２の焼結接続膜１８を介してバスバー電極２２とフィンガー電極２１とが電気的に接続され、シリコン基板１０に対して電気的に接続された第１及び第２の受光面電極を有する結晶系太陽電池セル３０を得る。
以上述べた本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様の効果に加えて、直列抵抗を低減することができるという効果がある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態においては、バスバー電極２２に対して導電性ペーストを塗布して第２の接続膜１７を形成するようにしたが、本発明はこれに限られず、フィンガー電極２１に対して導電性ペーストを塗布して第１の接続膜１５を形成して焼結することもできる。
また、例えば、フィンガー電極２１、バスバー電極２２を導電性ペーストに浸すことにより、フィンガー電極２１、バスバー電極２２の表面全面にそれぞれ接続膜を形成することもできる。
さらに、本発明に用いる半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板のいずれも用いることができる。
例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態においては、バスバー電極２２に対して導電性ペーストを塗布して第２の接続膜１７を形成するようにしたが、本発明はこれに限られず、フィンガー電極２１に対して導電性ペーストを塗布して第１の接続膜１５を形成して焼結することもできる。
また、例えば、フィンガー電極２１、バスバー電極２２を導電性ペーストに浸すことにより、フィンガー電極２１、バスバー電極２２の表面全面にそれぞれ接続膜を形成することもできる。
さらに、本発明に用いる半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板のいずれも用いることができる。
Claims (8)
- 光入射側の表面側に第１導電型層を有し、かつ、裏面側に第２導電型層を有する半導体基板を備え、
前記半導体基板の第１導電型層上に、反射防止膜と、受光面電極とが設けられるとともに、前記半導体基板の第２導電型層上に接続用裏面電極が設けられ、
前記受光面電極が、導体からなるボンディングワイヤによって構成されている結晶系太陽電池セル。 - 前記ボンディングワイヤが、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、又はこれらの合金からなる請求項１記載の結晶系太陽電池セル。
- 前記受光面電極が、ガラスフリットを含有する導電性焼結体からなる接続膜を介して前記半導体基板の第１導電型層に電気的に接続されている請求項１又は２のいずれか１項記載の結晶系太陽電池セル。
- 前記受光面電極が、前記半導体基板の第１導電型層上に設けられた第１の受光面電極と、当該第１の受光面電極上に設けられた第２の受光面電極とを有し、前記第１の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第１の接続膜を介して前記半導体基板の前記第１導電型層に電気的に接続されるとともに、前記第２の受光面電極が、前記導電性焼結体からなる第２の接続膜を介して前記第１の受光面電極に電気的に接続されている請求項３記載の結晶系太陽電池セル。
- 光入射側の表面側に第１導電型層を有し、かつ、裏面側に第２導電型層を有する半導体基板の第１導電型層上に、反射防止膜が設けられた太陽電池用基板を用意し、
ガラスフリットを含有する導電性ペーストを用い、当該導電性ペーストを焼結させることにより、導体からなるボンディングワイヤによって構成された受光面電極を前記太陽電池用基板上に固着するとともに、当該受光面電極を前記半導体基板の第１導電型層に対して電気的に接続させる工程を有する結晶系太陽電池セルの製造方法。 - 請求項５において、前記受光面電極が、第１及び第２の受光面電極を備え、
前記反射防止膜上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第１の接続膜を形成する工程と、
前記第１の接続膜上に前記第１の受光面電極を配置する工程と、
前記第１の接続膜を焼結させる工程と、
前記第１の受光面電極上に前記導電性ペーストを塗布乾燥して第２の接続膜を形成する工程と、
前記第２の接続膜を焼結させる工程とを有する結晶系太陽電池セルの製造方法。 - 請求項５において、前記ボンディングワイヤに前記導電性ペーストを塗布乾燥して接続膜を形成した受光面電極を用意し、
前記受光面電極を前記太陽電池用基板上に配置する工程と、
前記受光面電極の接続膜を焼結させる工程とを有する結晶系太陽電池セルの製造方法。 - 前記導電性ペーストを塗布する工程が、ディスペンサ法又はインクジェット法によるものである請求項５乃至７のいずれか１項記載の結晶系太陽電池セルの製造方法。
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| PCT/JP2010/059913 WO2011155052A1 (ja) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 結晶系太陽電池セル及びその製造方法 |
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