JPWO2013161127A1 - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
第一導電層71上には、絶縁層9が形成される。ここで、第一導電層71が所定のパターン(例えば櫛形)に形成された場合、光電変換部50の表面上には、第一導電層が形成されている第一導電層形成領域と、第一導電層が形成されていない第一導電層非形成領域とが存在する。本発明において、絶縁層9は、少なくとも第一導電層形成領域、および第一導電層非形成領域の絶縁領域5xに形成される。
上記のように、開口部9hを有する絶縁層9が形成された後、第一導電層形成領域の絶縁層9上に第二導電層72がめっき法により形成される。この際、第二導電層として析出させる金属は、めっき法で形成できる材料であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物を用いることができる。
実施例1では、図7に示される方法により、ヘテロ接合型太陽電池の絶縁処理および集電極の形成が行われた。
一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜が除去された後、超純水によるリンスが2回行われた。このシリコン基板を、70℃に保持された5/15重量%のKOH/イソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャが形成された。その後に超純水によるリンスが2回行われた。原子間力顕微鏡(AFM パシフィックナノテクノロジー社製)により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが最も進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
第一導電層71の形成には、低融点材料としてのSnBi金属粉末(粒径DL=25〜35μm、融点T1=141℃)と高融点材料としての銀粉末(粒径DH=2〜3μm、融点T2=971℃)とを、20:80の重量比で含み、さらに高融点材料のバインダー樹脂としてエポキシ系樹脂を含む印刷ペーストが用いられた。この印刷ペーストを、集電極パターンに対応する開口幅(L=80μm)を有する#230メッシュ(開口幅:l=85μm)のスクリーン版を用いて、スクリーン印刷し、90℃で乾燥が行われた。
まず、ウェハをレーザ加工装置に移動し、レーザ光によってウェハの外周部の全周にわたって、図6(A1)に示すように溝を形成した。溝の位置はウェハの端から0.5mmとした。レーザ光としては、YAGレーザの第三高調波(波長355nm)を用い、溝の深さはウェハの厚みの3分の1程度とした。続いて図6(B1)に示すように、溝に沿ってウェハを折り曲げ端部を割断し、ウェハの外周部を除去した。この工程により、ウェハの側面には、シリコン系薄膜、透明電極層および裏面金属電極のいずれも付着していない絶縁領域が形成された。
第一導電層71が形成後に端部が割断さされたウェハが、CVD装置に投入され、絶縁層9として酸化シリコン層(屈折率:1.5)が、プラズマCVD法により120nmの厚みで光入射面側に形成された。
実施例1と同様に、ウェハの全面に、マスクを用いることなく、シリコン系薄膜、透明電極層および裏面金属電極が製膜され、光電変換部が形成された。その後、実施例1と同様に第一導電層の形成が行われた。第一導電層形成後、シリコンウェハの割断が行われなかったこと以外は、実施例1と同様に、絶縁層の形成および第二導電層の形成が行われた。
各層の製膜時にマスクが用いられたこと以外は、実施例1と同様にして各層の製膜が行われ、図4(A1)に模式的に示される断面を有する光電変換部が形成された。その後、シリコンウェハの割断が行われなかったこと以外は実施例1と同様にして、第一導電層、絶縁層、および第二導電層が順次形成された。得られた太陽電池の断面は、図4(A2)に模式的に示されるように、第一の主面側のセル外周部約2mmの幅の透明電極層除去領域511xおよび導電型半導体層除去領域521x、ならびに側面の導電型半導体層除去領域522xの全てが絶縁層で覆われていた。さらに、絶縁層製膜時にマスクが用いられなかったため、第二の主面側の透明電極層除去領域512xおよび導電型半導体層除去領域523xも絶縁層で覆われていた。
参考例2では、導電性シリコン薄膜の製膜時にはマスクを用いず、透明電極層および裏面金属電極製膜時にマスクを用いたこと以外は上記実施例2と同様にして、図12(A1)に模式的に示される断面を有する光電変換部が形成された。図12(A1)に示す形態では、基板表裏の導電型半導体層3a,3bは短絡されている。一方、セル外周部約2mmの領域513x,515x、および側面514xでは、電極層6a,6bおよび8が形成されていないため、表裏の電極層の短絡は除去されている。
その後、実施例2と同様にして、第一の主面側の透明電極層上に、第一導電層、絶縁層、および第二導電層が順次形成された。絶縁層製膜の際に、透明電極層形成時と同様のマスクが用いられたため、得られた太陽電池は、図12(A2)に模式的に示される断面を有しており、電極層除去領域(領域513x,514x,および515x)は絶縁層により覆われていなかった。
第一導電層形成用の印刷ペーストとして、低融点材料を含まない銀ペースト(すなわち金属材料粉末と銀粉末との比率を0:100としたもの)が用いられた点を除いて、参考例1と同様にして第一導電層(銀電極)71の形成までが行われた。その後、絶縁層形成工程、アニール工程、第二導電層形成工程のいずれも実施せず、この銀電極を集電極とする結晶シリコン系太陽電池が作製された。
絶縁層を形成せず、第二導電層を、フォトリソグラフィ法を用いて形成した点を除いて参考例1と同様にして結晶シリコン系太陽電池が作製された。
第一導電層までが形成されたウェハ基板に、スピンコート法によりフォトレジストを基板全面に塗布した。フォトレジストを乾燥させた後、第一導電層に対応した開口パターンを有するフォトマスクを介してフォトレジストに紫外線を照射した。更に、現像液に浸漬することにより、第一導電層上にフォトレジストの開口パターンを形成した。その後、めっき装置に導入し、第一導電層に通電することによりフォトレジストの開口パターン部に第二導電層を形成した。その後、フォトレジストをレジスト剥離液により除去し、参考例1と同様に絶縁処理を実施した。
以上のようにして得られた実施例、参考例および比較例の結晶シリコン系太陽電池に、AM1.5のスペクトル分布を有するソーラーシミュレータを用いて、25℃の下で擬似太陽光を100mW/cm2のエネルギー密度で照射して、太陽電池特性の測定を行った。更に、当結晶シリコン系太陽電池を1枚含むミニモジュールを作製し、このミニモジュールを、温度85度、湿度85%の環境下に1000時間放置する環境試験を実施した。
2.真性シリコン系薄膜
3.導電型シリコン系薄膜
6.透明電極層
7.集電極
71.第一導電層
711.低融点材料
72.第二導電層
8.裏面金属電極
9.絶縁層
9h.開口部
50.光電変換部
5x.絶縁領域
100.太陽電池
101.ヘテロ接合太陽電池
10.めっき装置
11.めっき槽
12.基板
13.陽極
14.基板ホルダ
15.電源
16.めっき液
一導電型単結晶シリコン基板として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを用い、このシリコンウェハを2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜が除去された後、超純水によるリンスが2回行われた。このシリコン基板を、70℃に保持された5/15重量%のKOH/イソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャが形成された。その後に超純水によるリンスが2回行われた。原子間力顕微鏡(AFM パシフィックナノテクノロジー社製)により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
2.真性シリコン系薄膜
3.導電型シリコン系薄膜
6.透明電極層
70.集電極
71.第一導電層
711.低融点材料
72.第二導電層
8.裏面金属電極
9.絶縁層
9h.開口部
50.光電変換部
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100.太陽電池
101.ヘテロ接合太陽電池
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11.めっき槽
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13.陽極
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16.めっき液
Claims (20)
- 光電変換部と集電極とを有する太陽電池であって、
前記光電変換部は第一の主面および第二の主面を有し、前記集電極は前記光電変換部の第一の主面上に形成されており、
前記光電変換部の第一の主面側の最表面層は、導電型半導体層または透明電極層であり、
前記集電極は、前記光電変換部側から順に第一導電層と第二導電層とを含み、かつ、前記第一導電層と前記第二導電層の間に絶縁層を含み、
前記絶縁層は開口が設けられており、絶縁層に設けられた前記開口を介して前記第一導電層と第二導電層が導通されており、
前記光電変換部の第一の主面、第二の主面または側面に、第一の主面側の最表面層を構成する成分と第二の主面側の最表面層を構成する成分との短絡が除去された絶縁領域を有し、
前記絶縁領域表面の少なくとも一部が、前記絶縁層で覆われている、太陽電池。 - 前記絶縁領域が、前記集電極よりも外周の領域に設けられている、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部の第一の主面において、前記絶縁層が第一導電層非形成領域上にも形成されている、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部の第一の主面または側面に前記絶縁領域を有し、
第一の主面または側面の絶縁領域は、第一の主面の最表面層を構成する成分が付着しておらず、かつ、その表面の少なくとも一部が前記絶縁層で覆われている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記絶縁領域表面の全てが、前記絶縁層で覆われている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部の第一の主面側の最表面層が透明電極層である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に、シリコン系薄膜、および前記最表面層としての透明電極層をこの順に有し、
前記透明電極層上に前記集電極を有する、請求項6に記載の太陽電池。 - 前記第一導電層は低融点材料を含み、前記低融点材料の熱流動開始温度T1は前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記第一導電層は低融点材料を含み、前記低融点材料の熱流動開始温度T1が250℃以下である、請求項6または7に記載の太陽電池。
- 前記低融点材料が金属材料を含む、請求項8または9に記載の太陽電池。
- 前記第二導電層が銅を主成分とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 請求項1〜11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。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の太陽電池を製造する方法であって、
前記光電変換部上に第一導電層が形成される第一導電層形成工程;
前記第一導電層上に絶縁層が形成される絶縁層形成工程;
前記絶縁層に設けられた開口を介して、めっき法により第一導電層と導通する第二導電層が形成されるめっき工程、をこの順に有し、
さらに、前記絶縁層形成工程よりも前に、前記光電変換部の第一の主面、第二の主面または側面に、前記絶縁領域が形成され、
前記絶縁層形成工程において、前記絶縁領域の少なくとも一部が絶縁層により覆われる、太陽電池の製造方法。 - 前記絶縁領域の形成が、第一導電層形成工程の後、絶縁層形成工程の前に行われる、請求項13に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記絶縁領域の形成において、光電変換部に溝が形成された後、前記溝に沿って光電変換部を割断する方法により、光電変換部の側面に、前記最表面層を構成する成分が付着していない割断面が形成される、請求項13または14に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第一導電層は熱流動開始温度T1が前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である低融点材料を含み、
前記絶縁層形成工程後に、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温のアニール温度Taで加熱処理が行われることにより前記開口が形成される、請求項13〜15のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第一導電層は熱流動開始温度T1が前記光電変換部の耐熱温度よりも低温である低融点材料を含み、
前記絶縁層形成工程において、前記低融点材料の熱流動開始温度T1よりも高温の基板温度Tbで前記絶縁層が形成されることにより、絶縁層の形成と同時に前記開口が形成される、請求項13〜15のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記絶縁層形成工程において、前記光電変換部の第一導電層非形成領域上にも絶縁層が形成される、請求項13〜17のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に、シリコン系薄膜および透明電極層をこの順に有し、前記透明電極層上に前記集電極が形成される、請求項13〜18のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記一導電型結晶シリコン基板が露出するように前記絶縁領域が形成される、請求項19に記載の太陽電池の製造方法。
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