JPWO2014189058A1 - 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014189058A1 JPWO2014189058A1 JP2014557643A JP2014557643A JPWO2014189058A1 JP WO2014189058 A1 JPWO2014189058 A1 JP WO2014189058A1 JP 2014557643 A JP2014557643 A JP 2014557643A JP 2014557643 A JP2014557643 A JP 2014557643A JP WO2014189058 A1 JPWO2014189058 A1 JP WO2014189058A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- solar cell
- layer
- insulating layer
- photoelectric conversion
- 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
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 151
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 136
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 136
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 106
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 137
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 53
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 43
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 42
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 582
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 80
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 67
- 239000000463 material Substances 0.000 description 65
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 63
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 62
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 61
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 59
- 239000010408 film Substances 0.000 description 48
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 37
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 30
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 21
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 17
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 12
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 11
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 9
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 6
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- -1 for example Substances 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 3
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N isopropyl alcohol Natural products CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000391 spectroscopic ellipsometry Methods 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXBGKZZUSMCPIB-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ba+2].[Sm+3] Chemical compound [O-2].[Ba+2].[Sm+3] GXBGKZZUSMCPIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJXXCWDIBHXWOH-UHFFFAOYSA-N barium(2+);oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ba+2].[Ba+2].[Ba+2].[Ba+2].[Ba+2].[Ta+5].[Ta+5].[Ta+5].[Ta+5] BJXXCWDIBHXWOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Cu+2].[O-]S([O-])(=O)=O JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PTVDYARBVCBHSL-UHFFFAOYSA-N copper;hydrate Chemical compound O.[Cu] PTVDYARBVCBHSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910001954 samarium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075630 samarium oxide Drugs 0.000 description 1
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/04—Semiconductor 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
- H01L31/06—Semiconductor 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 potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor 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 potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0745—Semiconductor 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 potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
- H01L31/0747—Semiconductor 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 potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
-
- Y—GENERAL 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
- 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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
この太陽電池では、半導体接合等からなる光電変換部へ光を照射することで、キャリア(電子及び正孔)を発生させる。そして、この発生したキャリアを外部回路に取り出すことにより、発電が行われる。この太陽電池の光電変換部上には、光電変換部で発生したキャリアを効率的に外部回路へ取り出すために集電極が設けられる。
また、太陽電池には、結晶シリコン基板上に、非晶質シリコン層及び透明電極層を有するヘテロ接合太陽電池がある。このヘテロ接合太陽電池でも、透明電極層上に集電極が設けられる。
例えば、特許文献1〜3では、光電変換部を構成する透明電極上に、銅等からなる金属層がめっき法により形成された太陽電池の作製方法が開示されている。
特許文献1に開示された集電極の作製方法について説明すると、まず、光電変換部の透明電極層上に、集電極の形状に対応する開口部を有するレジスト材料層(絶縁層)を形成する。次に透明電極層のレジスト開口部に電気めっきにより金属層を形成する。その後、レジストを除去することで、所定の形状の集電極を形成する。
また、特許文献3では、めっき液が残留したままの太陽電池が、高温高湿環境下に暴露されると太陽電池特性が劣化するとの問題に鑑みて、めっき工程後に基板に付着しためっき液を水や有機溶媒等により洗浄除去することが開示されている。
具体的には、特許文献4では、透明導電膜の露出部に光めっき法等により金属シードを形成し、この金属シードを起点として電気めっきにより金属集電極を形成する方法が提案されている。
この特許文献4に記載の方法によれば、特許文献1のようにレジストを用いる必要がない。そのため、特許文献4に記載の方法は、特許文献1に記載の方法よりも材料コスト及びプロセスコスト面で有利である。また、特許文献4に記載の方法は、低抵抗の金属シードを設けることにより、透明導電膜と金属集電極との間の接触抵抗を低下させることができる。
ここで、一般に、ヘテロ接合太陽電池では、n型単結晶シリコン基板を用い、p層側のヘテロ接合を光入射側とする構成の特性が最も高いことが知られている。
しかしながら、特許文献4に記載の方法では、上記したようにp層側に適用できないので、p層側を光入射側とするヘテロ接合太陽電池における光入射側の集電極の形成には適さないとの問題がある。
例えば、光電変換部がテクスチャ構造をとる場合には、光電変換部の表面に無数の凹凸が形成されるが、この場合の主面とは、テクスチャ構造のそれぞれの傾斜面を指すのではなく、あくまで、全体としてみたときに、大きく広がった面を指す。
また、本様相によれば、被除去体を利用して絶縁層に開口部を形成する。そのため、たとえ絶縁層がレーザー光のほとんどを透過する材質であっても、開口部を形成することができる。
この特許文献6の方法では、太陽電池の光電変換部分にレーザー光が照射されると、光電変換部にダメージが生じてしまう可能性がある。そのため、グリッド状の表面電極の部分のみにレーザー光を照射する必要がある。しかしながら、グリッド状の表面電極の部分のみにレーザー光を照射するには位置合わせが難しく、また、工程時間もかかるという問題がある。
但し、厳密なライフタイムの測定は難しく、必ずしも正しいライフタイムの測定ができるとは限らない。
このため、たとえ測定したライフタイムに大きな下落が見られたとしても、解放電圧(Voc)の低下が許容範囲内であれば、影響を与えない出力であると言える。具体的には、Vocの低下がレーザー光の照射前後で3パーセント以下にとどまった場合は、影響を与えない出力であると言える。
また、別の観点から言うと、光電変換部への影響が小さいので、意図的にレーザー光のスポット径を広げて照射することもできる。そのため、金属層の形成面積も容易に制御可能である。
また、電極層の一方の端部をレーザー照射範囲から除外することによって、意識的に金属層の形成範囲を他方の端部側に寄せることもできる。そのため、金属層の幅を制御することができ、金属層の細線化が可能である。
また、この様相によれば、第一電極及び被除去体を別の工程によって形成できるので、第一電極及び被除去体を不純物の少ない状態で形成できる。
また、本発明によれば、高価なフォトレジストを使用することなく、比較的簡単に低コストで集電極(電極層及び金属層)の形成を実現することができる。
なお、各図面において、厚さや長さなどの寸法関係については、図面の明瞭化と簡略化のため、適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
また、特に断りがない限り、膜厚は、シリコン基板上におけるテクスチャ斜面に対して垂直方向における膜厚を意味する。すなわち、膜厚は、実質の平均膜厚を表す。
さらに、以下の説明において、特に断りがない限り、光電変換部を基準として内外方向を規定する。
保護材5,6は、太陽電池2を保護する保護材であって、防水性等の封止機能を備えた板状体である。保護材5,6としては、例えば、ガラス基板などが採用できる。
封止材7は、防水性等の封止機能を備えた充填剤である。封止材7は、流体であって、固化することによって、保護材5,6を結晶シリコン太陽電池2に対して接着する接着剤でもある。
集電極45は、光電変換部10(図4参照)で発電した電気を取り出す取出電極であり、複数のバスバー部46及び多数のフィンガー部47から形成されている。バスバー部46は、結晶シリコン太陽電池2の面方向において所定の方向に延びている。フィンガー部47は、結晶シリコン太陽電池2の面方向であって、バスバー部46の延伸方向に対して交差する方向に延びている。
結晶シリコン太陽電池2は、図4に示されるように、光電変換部10の一方の主面(第一主面)上に集電極45及び絶縁層12が形成されている。
また、結晶シリコン太陽電池2は、光電変換部10の他方の主面(第二主面)上に裏面金属電極37が形成されている。
電極層11は、第一電極16及び第二電極17(被除去体)から形成されている。
具体的には、電極層11は、図4に示されるように、光電変換部10の第一主面側の最表面に位置する光入射側透明電極層32上に形成されている。電極層11は、透明電極層32側から順に第一電極16、第二電極17が積層した積層構造をとっている。
また、電極層11は、第二電極17の外側から第一電極16に向かって厚み方向(積層方向)に延びた穴部19を有している。
穴部19は、第一電極16を底部とする有底穴であり、第二電極17を厚み方向に貫通している。
開口部18は、絶縁層12を厚み方向に貫通した貫通孔である。開口部18は、穴部19と互いに連通しており、穴部19とともに一つの連通穴25を形成している。すなわち、連通穴25は、第一電極16を底部とし、厚み方向において外側に向かって延びた有底穴である。
金属層15は、連通穴25の底部で第一電極16と接しており、さらに連通穴25の内壁面を形成する第二電極17及び絶縁層12と接している。
本実施形態では、電極層11は、第一電極16及び第二電極17によって形成されているので、「電極層形成領域」とは、第一電極16及び第二電極17の少なくとも一方が形成されている領域を意味する。
電極層非形成領域21に注目すると、結晶シリコン太陽電池2は、図4に示されるように、光電変換部10上に直接絶縁層12が被覆されている。
上記したように電極層11は、第一電極16と、第二電極17から形成されている。
第一電極16は、光入射側透明電極層32よりも導電率が高い導電体であり、光入射側透明電極層32との接触抵抗がある程度低い導電体でもある。
また、第一電極16は、レーザー光の照射により第二電極17を除去する際に、第二電極17よりも除去されにくい材料で形成されている。すなわち、第一電極16は、所定の出力のレーザー光に対して、第二電極17よりも耐性を有している。
第一電極16及び第二電極17の選定方法について後述するが、通常用いられる出力のレーザー光の場合に採用できる第一電極16の例としては、銀(Ag)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)などが挙げられる。すなわち、基本的には、第一電極16は、光吸収が低く、反射率の高い金属が好ましい。
一方、第二電極17としては、レーザー光により比較的除去されやすい材料が好ましい。第二電極17の例としては、錫(Sn)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)等が挙げられる。
なお、第一電極16、第二電極17に用いる材料は、後述するようにレーザー光の種類や条件により様々であるため、上述のものに限定されない。
なお、本実施形態の電極層11は、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法等により、形成されている。
この場合の第一電極16の厚み(膜厚)は、レーザー光を十分に反射するだけの厚みがあること及び生産性の観点から、50nm以上1μm以下であることが好ましく、100nm以上700nm以下であることがさらに好ましく、300nm以上600nm以下であることが特に好ましい。
この場合の第一電極16の厚み(膜厚)は、レーザー光を十分に反射するだけの厚みを確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、300nm以上であることが特に好ましい。
また、第一電極16の厚みは、生産性の観点から、1μm以下であることが好ましく、700nm以下であることがさらに好ましく、600nm以下であることが特に好ましい。
一方、第二電極17の厚み(膜厚)は、必ずしもレーザー光によって全て除去される必要はなく、第二電極上の絶縁層が除去できる程度の厚みがあればよい。すなわち、第二電極17の厚みは、第二電極上の絶縁層が除去できる程度の厚みを確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、200nm以上であることが特に好ましい。
また、第二電極17の厚みは、コストを低減する観点から、700nm以下であることが好ましく、600nm以下であることがさらに好ましく、500nm以下であることが特に好ましい。
絶縁層12は、電気的に絶縁性を有した層であり、めっき工程において金属層15が形成される領域を制限する層である。
絶縁層12の材料は、めっき工程に用いるめっき液に対する化学的安定性を有する材料であることが望ましい。絶縁層12の材料としてめっき液に対する化学的安定性が高い材料を用いることにより、めっき工程において、絶縁層12がめっき液に溶解しにくく、光電変換部10の表面へのダメージが生じにくくなる。
さらに絶縁層12は、電極層11が形成されていない電極層非形成領域21にも形成されることが好ましい。すなわち、絶縁層12は、電極層形成領域20及び電極層非形成領域21に跨がって形成されていることが好ましい。
絶縁層12が電極層形成領域20だけでなく電極層非形成領域21にも形成されている場合には、めっき法により金属層15が形成される際に、絶縁層12が光電変換部10をめっき液から化学的及び電気的に保護することが可能となる。
例えば、ヘテロ接合太陽電池である太陽電池2のように光電変換部10の最表面に透明電極層32が形成されている場合は、透明電極層32の表面に絶縁層12が形成されることで、透明電極層32とめっき液との接触が抑止され、透明電極層32上への金属層15の析出を防ぐことができる。
絶縁層12は、生産性の観点から、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されることがさらに好ましい。
また、結晶シリコン太陽電池2は、例えばめっき液から析出されるめっき層の種類(例えば、銅)によっては、光電変換部10の一部又は全部を構成するシリコンに拡散するおそれがある。この点からも、絶縁層12は、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されることが好ましい。
本実施形態の絶縁層12は、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されている。
例えば、ヘテロ接合太陽電池では、絶縁層12は、光電変換部10の最表面の透明電極層32との付着強度が大きいことが好ましい。
透明電極層32と絶縁層12との付着強度を大きくすることにより、めっき工程中に、絶縁層12が剥離しにくくなり、透明電極層32上への金属の析出を防ぐことができる。
本実施形態の結晶シリコン太陽電池2は、ヘテロ接合太陽電池であるので、上記した観点から、絶縁層12として光電変換部10の表面の透明電極層32との付着強度が大きいものを採用している。
絶縁層12は、光電変換部10の光入射面側(第一主面側)に形成されるので、絶縁層12による光吸収が小さければ、より多くの光を光電変換部10へ取り込むことが可能となる。
例えば、絶縁層12が透過率90%(パーセント)以上の十分な透明性を有する場合、絶縁層12での光吸収による光学的な損失が小さいので、金属層15を形成した後に絶縁層12を除去することなく、そのまま太陽電池として使用することができる。
また、後述する本実施形態の製造方法のように、めっき工程以降において、絶縁層12が除去されることなく、そのまま太陽電池2の一部として使用される場合には、絶縁層12は、透明性に加えて、十分な耐候性、及び熱・湿度に対する安定性を有する材料を用いることがより望ましい。
本実施形態の絶縁層12は、上記の観点から透過率が90パーセント以上の透明性を有するものを採用しており、さらに耐候性、及び熱・湿度に対する安定性を有するものを採用している。そのため、結晶シリコン太陽電池2の製造工程を単純化でき、生産性をより向上させることが可能となる。
無機絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の材料を用いることができる。
有機絶縁性材料としては、例えば、ポリエステル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の材料を用いることができる。
このような無機材料の中でも、めっき液に対する耐性や透明性の観点からは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン(SiAlON)、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム等が好ましく用いられる。
これらの中でも、絶縁層12の材料は、電気的特性や透明電極層32との密着性等の観点から、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム等が好ましく、屈折率を適宜に調整し得る観点から、酸化シリコンや窒化シリコン等が特に好ましく用いられる。
なお、これらの無機材料は、化学量論的(stoichiometric)組成を有するものに限定されず、酸素欠損等を含むものであってもよい。
かかる観点から、絶縁層12の膜厚は、5000nm以下であることが好ましく、1000nm以下であることがより好ましく、特に500nm以下であることが好ましい。
すなわち、絶縁層12の光学特性や膜厚を適宜設定することで、太陽電池2の変換効率をより向上させることが可能となる。
このような効果を得るためには、絶縁層12の屈折率が光電変換部10の表面の屈折率よりも低いことが好ましい。
さらに、本実施形態の太陽電池モジュール1のように、結晶シリコン太陽電池2(太陽電池セル)が封止されてモジュール化される場合、絶縁層12の屈折率は、封止材7と透明電極層32の中間的な値であることが好ましい。
以上の観点から、絶縁層12の屈折率は、例えば1.4〜1.9が好ましく、1.5〜1.8がより好ましく、1.55〜1.75がさらに好ましい。
このような範囲をとることで、界面での光反射防止効果を高めて、太陽電池2のセル内部(光電変換部10)へ導入される光量を増加させることが可能である。
なお、電極層形成領域20の絶縁層12の膜厚と電極層非形成領域21の絶縁層12の膜厚は異なっていてもよい。
例えば、電極層形成領域20では、レーザー光の照射による開口部18の形成を容易とする観点で絶縁層12の膜厚が設定され、電極層非形成領域21では、適宜の反射防止特性を有する光学膜厚となるように絶縁層12の膜厚が設定されてもよい。
すなわち、電極層非形成領域21の膜厚を電極層形成領域20の絶縁層12の膜厚よりも厚くしてもよい。
この方法により、絶縁層12の厚みが200nm程度の厚いものだけでなく、絶縁層12の厚みが30〜100nm程度に薄く形成した場合でも、緻密性の高い構造の膜を形成することができる。
絶縁層12として緻密性が高いものを用いることにより、めっき処理した時の透明電極層32へのダメージを低減できることに加えて、透明電極層32上への金属の析出を防止することができる。
さらに、このような緻密性が高い絶縁層12は、結晶シリコン太陽電池2におけるシリコン系薄膜31,35等のように、光電変換部10の内部の層に対しても、水や酸素などのバリア層として機能し得る。そのため、絶縁層12として緻密性が高いものを用いることで、結晶シリコン太陽電池2の長期信頼性の向上の効果も期待できる。
金属層15は、集電極45の一部を構成し、めっき法により形成されるめっき層である。
金属層15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又は合金を用いることができる。
金属層15は、全体の95パーセント以上が金属単体又は合金によって形成されていることが好ましい。
本実施形態では、金属層15は、銅単体によって形成されている。そのため、本実施形態の金属層15は、集電極45として十分に低抵抗であるとともに、金や銀などの貴金属を使用する場合に比べて、低コストで形成できる。
一方、第一電極16及び第二電極17のライン抵抗は、電気めっきの際の下地層として機能し得る程度に小さければよく、例えば、5Ω/cm以下にすればよい。
本実施形態のように、第一電極16と第二電極17が櫛型状に形成され、第一電極16及び第二電極17を介して、光電変換部10に直接給電する場合には、5Ω/cm以下であることが好ましい。
電解めっき法では、電流等を制御することで金属の析出速度を大きくできる。そのため、金属層15を短時間で形成することができる。
裏面金属電極37は、近赤外から赤外域の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。
このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム、銅、金等が挙げられる。
裏面金属電極37の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法や真空蒸着法等の物理気相堆積法や、スクリーン印刷等の印刷法等が適用可能である。裏面金属電極37は、金属層15と同様、めっき法によって形成してもよい。この場合、太陽電池2の生産工程を低減する観点から、金属層15と同時に形成されることが好ましい。
また、光電変換部10は、一導電型単結晶シリコン基板30の他の主面(第二主面側の面)上に、シリコン系薄膜35及び裏面側透明電極層36が積層されたものである。すなわち、光電変換部10は、最外面が透明電極層32,36によって形成されている。
シリコン系薄膜31は、一導電型単結晶シリコン基板30側から順に真性シリコン系薄膜40、逆導電型シリコン系薄膜41が積層して形成されている。
シリコン系薄膜35は、一導電型単結晶シリコン基板30側から順に真性シリコン系薄膜42、一導電型シリコン系薄膜43が積層して形成されている。
ここでいう「略全面」とは、基準面の95パーセント以上が覆われていることをいう。以下の説明においても、「略全面」は原則として同様の定義とする。
一般的に単結晶シリコン基板は、導電性を持たせるために、シリコンに対して電荷を供給する不純物を含有している。単結晶シリコン基板には、シリコン原子に電子を導入するための原子(例えば、リン)を含有させたn型と、シリコン原子に正孔を導入する原子(例えば、ボロン)を含有させたp型がある。
すなわち、本明細書における「一導電型」とは、n型又はp型のどちらか一方であることを意味する。
また、一導電型単結晶シリコン基板30は、移動度を向上させる観点から、n型単結晶シリコン基板であることが好ましい。
一導電型単結晶シリコン基板30は、光閉じ込めの観点から、表面にテクスチャ構造を有することが好ましい。
本実施形態の一導電型単結晶シリコン基板30は、図5に示されるように、その両面(第一主面側の面及び第二主面側の面)にテクスチャ構造を備えている。
本発明における「逆導電型」とは、n型又はp型のどちらか一方であって、かつ、一導電型と異なる導電型であることをいう。
例えば、一導電型単結晶シリコン基板30としてn型が用いられる場合、一導電型シリコン系薄膜43はn型となり、逆導電型シリコン系薄膜41はp型となる。
例えば、一導電型単結晶シリコン基板30としてn型単結晶シリコン基板を用いた場合の光電変換部の好適な構成としては、透明電極層32/p型非晶質シリコン系薄膜41/i型非晶質シリコン系薄膜40/n型単結晶シリコン基板30/i型非晶質シリコン系薄膜42/n型非晶質シリコン系薄膜43/透明電極層36の順の積層構成が挙げられる。この場合、電子・正孔対を効率的に分離回収する観点から、p層側(p型非晶質シリコン系薄膜41側)を光入射面(第一主面側)とすることが好ましい。
一導電型単結晶シリコン基板30上に、CVD法によってi型水素化非晶質シリコンが製膜されると、一導電型単結晶シリコン基板30への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。
不純物拡散の抑制や直列抵抗低下の観点ではp型水素化非晶質シリコン層が好ましい。
一方、p型非晶質シリコンカーバイド層及びp型非晶質シリコンオキサイド層は、ワイドギャップの低屈折率層である。そのため、光学的なロスを低減できる点において好ましい。
透明電極層32,36は、導電性酸化物を主成分としている。
この導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛や酸化インジウム、酸化錫などの透明導電酸化物を単独又は混合して用いることができる。
この導電性酸化物としては、導電性、光学特性、及び長期信頼性の観点から、酸化インジウムを含んだインジウム系酸化物が好ましく、中でも酸化インジウム錫(ITO)を主成分とするものがより好ましく用いられる。
ここで「主成分とする」とは、含有量が50重量パーセントより多いことを意味し、70重量パーセント以上が好ましく、90重量パーセントの以上がより好ましい。透明電極層32,36は、それぞれ単層でもよく、複数の層からなる積層構造をとっていてもよい。
例えば、透明電極層32,36として酸化亜鉛が用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、アルミニウムやガリウム、ホウ素、ケイ素、炭素等が挙げられる。
透明電極層32,36として酸化インジウムが用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、亜鉛や錫、チタン、タングステン、モリブデン、ケイ素等が挙げられる。
透明電極層32,36として酸化錫が用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、フッ素等が挙げられる。
特に、第一主面側の光入射側透明電極層32にドーピング剤を添加することが好ましい。光入射側透明電極層32にドーピング剤を添加することで、透明電極層32自体が低抵抗化されるとともに、透明電極層32と電極層11の第一電極16との間での抵抗損を抑制することができる。
この透明電極層32の役割は、第一電極16へのキャリアの輸送であり、そのために必要な導電性があればよく、上記したように透明電極層32の膜厚は10nm以上であることが好ましい。
また、透明電極層32の膜厚を140nm以下にすることにより、透明電極層32での吸収ロスが小さく、透過率の低下に伴う光電変換効率の低下を抑制することができる。
さらに透明電極層32の膜厚が上記範囲内であれば、透明電極層32内のキャリア濃度上昇も防ぐことができ、赤外域の透過率低下に伴う光電変換効率の低下も抑制できる。
光電変換部形成工程では、まず、テクスチャ構造が形成された一導電型単結晶シリコン基板30の表裏面に、シリコン系薄膜31,35を製膜する(シリコン系薄膜形成工程)。
すなわち、一導電型単結晶シリコン基板30の第一主面側の面上に真性シリコン系薄膜40及び逆導電型シリコン系薄膜41を形成する。また、一導電型単結晶シリコン基板30の第二主面側の面上に真性シリコン系薄膜42及び一導電型シリコン系薄膜43を形成する。
プラズマCVD法によるシリコン系薄膜31,35の形成条件としては、基板温度100℃〜300℃、圧力20Pa〜2600Pa、高周波パワー密度0.004W/cm2〜0.8W/cm2が好ましく用いられる。
シリコン系薄膜31,35の形成に使用される原料ガスとしては、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスと水素(H2)との混合ガスが好ましく用いられる。
基板温度を200℃以下とすることにより、非晶質シリコン層からの水素の脱離や、それに伴うシリコン原子へのダングリングボンド(dangling bond)の発生を抑制でき、結果として変換効率を向上させることができる。
なお、透明電極層32,36の製膜範囲は特に限定されない。全面に製膜してもよいし、短絡防止の観点から周端部を避けて製膜してもよい。
以上が光電変換部形成工程である。
具体的には、光入射側透明電極層32上に第一電極16を直接形成し、さらに第一電極16の上から第二電極17を形成する。
この場合、例えば、第一電極16を形成した後に、第一電極16上に第二電極17を形成しても良いし、第一電極16と第二電極17を同時に形成してもよい。
本実施形態では、第一電極16を形成した後に、第一電極16上に第二電極17を形成している。なお、同時に形成する場合については、後述する第四実施形態で詳細に説明する。
ここでいう「略同一形状にパターニング」とは、一方に他方を平面上に重ねたときに全体の95パーセント以上が重なるようにパターニングすることをいう。
すなわち、図6(b)に示されるように、光電変換部10及び電極層11を覆うように絶縁層12を形成する。
このとき、絶縁層12は、少なくとも電極層11を覆っており、さらに、光電変換部10の第一主面側の面の略全面を覆っている。
具体的には、図6(c)に示されるように、絶縁層12が形成された積層基板に対して光入射側からレーザー光を照射する。
このとき、図6(c)に示されるように、主にパターニングされた電極層11の第二電極17上に沿ってレーザー光を照射しつつ、レーザー光が電極層形成領域20の電極層11及び電極層非形成領域21の光電変換部10に跨がるように照射する。そして、図7から読み取れるように、第一電極16上において、一方の端部(レーザー光の照射方向に対して直交方向の端部)側に第二電極17を残し、他方の端部側の第二電極17を実質的に除去する。
本実施形態では、レーザー光は、後述する選定方法によって、光電変換部10に実質的に影響を与えない出力のものを選定して使用している。
言い換えると、第二電極17の溶融又は昇華に追随して絶縁層12の対応部位も剥離される。そのため、レーザー工程において、第二電極17の穴部19に対応した位置に絶縁層12に開口部18を形成することができる。
このとき、めっき液が絶縁層12の開口部18を通過して、連通穴25の底部や側面を形成する第一電極16及び/又は第二電極17と接触する。そして、主に連通穴25の底部を中心として金属層15がめっき法により形成される。すなわち、第一電極16及び/又は第二電極17を種層として金属層15を形成される。
レーザー工程後の積層基板と、めっき電極の陽極とが、めっき槽中のめっき液に浸される。すなわち、光電変換部10上に、電極層11(第一電極16及び第二電極17)、及び開口部18を有する絶縁層12が形成された積層基板がめっき液に浸される。
そして、めっき電極の陽極と積層基板との間に電圧を印加することにより、絶縁層12で覆われていない第一電極16及び第二電極17の上に選択的に金属層15たる銅が析出する。すなわち、積層基板に対して、レーザー処理により絶縁層12に生じた開口部18を起点として、選択的に銅を析出させることができる。
このとき、酸性銅めっきに用いられるめっき液は、勿論、銅イオンを含み、例えば、硫酸銅、硫酸、水を主成分とする公知の組成のものが使用可能である。
めっき液除去工程によってこのような金属が除去されることによって、遮光損が低減され、太陽電池特性をより向上させることが可能となる。
水洗の前にエアー洗浄を行い積層基板の表面に残留するめっき液量を低減することによって、水洗の際に持ち込まれるめっき液の量を減少させることができる。
そのため、水洗に要する洗浄液の量を減少できるとともに、水洗に伴って発生する廃液処理の手間も低減できる。それ故に、洗浄による環境負荷や費用が低減されるとともに、太陽電池の生産性を向上させることができる。
このとき、裏面金属電極37の形状は、所定の形状にパターニングして形成してもよいし、裏面側透明電極層36の略全面に形成してもよい。
例えば、集電極45にタブ等のインターコネクタ(配線部材3)を介してバスバー部46が接続されることによって、複数の結晶シリコン太陽電池2が直列又は並列に接続され、封止材7及びガラス板等の保護材5,6により封止されることでモジュール化が行われる。
このようにして、モジュール化を行い、太陽電池モジュール1が製造される。
本発明者は、第一電極16及び第二電極17に用いる材料を選定するために、以下の様な手順で、金属材料のレーザー光に対する耐性について実験を行った。
すなわち、まず、凹凸付きのシリコンウェハ上に透明電極層を100nm程度製膜した。次に、透明電極層の上に表1のリスト中に記載されている金属材料を電極層として製膜したサンプルを準備した。その後、そのサンプル上に、赤外線レーザー(IR;Infrared Laser)(波長1064nm)、及びIRレーザーの第二高調波(SHG;Second Harmonic Generation)(波長532nm)の二種類のレーザー光をそれぞれ所定の位置に照射した。
そして、目視で金属材料もしくは透明電極層材料が除去されたか否かの確認を行った。上記したレーザー光の照射は、赤外線レーザー、及びIRレーザーの第二高調波に関しては、芝浦メカトロニクス株式会社製の2波長レーザー加工機(LAY-746BA-9BK)を使用して実施した。
表1,表2では、材料の除去が確認できた場合を「○」と表記し、除去ができなかった場合を「×」で表している。
表2の「セルダメージ」の項目については、別途、太陽電池セルを組み立てて、太陽電池セルにレーザー光を照射し、その部分のライフタイムが20パーセント以上低下した部分を「×」、そうでない場合を「○」としている。ライフタイムは、SEMILAB社のWT−2000を使用して測定した。
第一電極16としての使用条件としては、レーザー光に対して除去されない程度の耐性を有することであり、第二電極17としての使用条件としては、レーザー光に対して除去される耐性を有することである。
この観点から、表1により、ある出力のレーザー光に対して、「×」の付いている金属材料を第一電極16として採用し、「○」の付いている金属材料を第二電極17として採用することができる。すなわち、表1の列方向に並んだ「○」と「×」を比較して、第一電極16と第二電極17を選定する。
例えば、波長が1064nmでパワー密度が563μW/μm2のIRレーザーの場合、表1により、第一電極16として使用できるのは、銀(Ag)や、アルミニウム(Al)、銅(Cu)である。一方、第二電極17として使用できるのは、錫(Sn)や、クロム(Cr)、チタン(Ti)である。
また例えば、波長が532nmでパワー密度が297μW/μm2のSHGレーザーの場合、表1により、第一電極16として使用できるのは、銀(Ag)や、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、チタン(Ti)であり、第二電極17として使用できるのは、錫(Sn)である。
レーザー光としての使用条件は、透明電極層32が除去されない程度のレーザー条件であることである。
この観点から、表2により、特定の波長のレーザー光において、透明電極層の部分に「○」の付いているパワー密度が採用可能となる。
例えば、波長が1064nmのIRレーザーの場合、表2からは、パワー密度が113μW/μm2以上676μW/μm2未満の範囲の赤外線レーザー(IRレーザー)が使用可能となる。
また、レーザー光としての使用条件として、セルダメージが少ない方が好ましい。すなわち、レーザー光が光電変換部10に実質的に影響を与えない出力であることが好ましい。
この観点から、表2により、特定の波長のレーザー光において、透明電極層の部分に「○」の付いており、かつ、セルダメージの部分に「○」の付いているものが好ましい。
また波長1064nmの赤外線レーザーを用いる場合のパワー密度は、670μW/μm2以下であることが好ましく、650μW/μm2以下であることがより好ましく、600μW/μm2以下であることがさらに好ましく、570μW/μm2以下であることが特に好ましい。
波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度は、30μW/μm2以上であることが好ましく、40μW/μm2以上であることがより好ましく、250μW/μm2以上であることがさらに好ましい。
また波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度は、380W/μm2以下であることが好ましく、340μW/μm2以下であることがより好ましく、300μW/μm2以下であることがさらに好ましい。
また、レーザー光は、基本波、第n高調波(nは整数)を問わず、波長が1500nm以下であることが好ましく、1300nm以下であることがより好ましく、1100nm以下であることがさらに好ましい。
例えば、レーザー光には、上記した赤外線レーザー(IR),第二高調波(SHG),第三高調波(THG)などを用いることができるが、SHGレーザーやIRレーザーを使用することが特に好ましい。
例えば、電極層11が第一電極16のみであって、かつ電極層11を覆うように、電極層11の全面に絶縁層12が形成される場合、第一電極16上の絶縁層12に開口部18を形成しようとすると、レーザー光によって第一電極16の一部又は全部を除去する必要がある。通常、このとき、光電変換部10へもダメージが生じ得る条件にてレーザー光の照射を行うこととなる。そのため、電極層形成領域20に正確に照準を合わせてレーザー光の照射を行う必要がある。
これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール1では、第一電極16、第二電極17、及び金属層15を有する集電極45は、透明電極層32との接触抵抗が低いので、接触抵抗に起因する発電ロスを低減することが可能となる。
第二実施形態の太陽電池モジュールは、第一実施形態の太陽電池モジュール1と太陽電池60の形状が異なる。
すなわち、第二実施形態の太陽電池60は、第一実施形態の太陽電池2と、連通穴25の形成位置が異なる。
第二実施形態の太陽電池60は、図8に示されるように、連通穴25が電極層形成領域20の幅方向(集電極45の延伸方向に対して直交方向)の中央に位置している。
すなわち、図9(c)のように、光入射面側から積層基板に対してレーザー光を照射し、図9(d)のように、絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去して連通穴25を形成する。
また、レーザー光は、図9(c)に示されるように、光電変換部10の第一主面に対して直交する断面であって電極層11の延び方向に対して直交する断面をみたときに、電極層形成領域20の電極層11の幅方向(集電極45の延伸方向に対して直交方向)の中央を通過するように照射される。
より詳細には、レーザー光をフィンガー部47に沿って照射する場合には、フィンガー部47の延び方向に対して直交する断面において、電極層形成領域20の中央を通過するようにレーザー光を照射する。また、レーザー光をバスバー部46に沿って照射する場合には、フィンガー部47の延び方向に対して直交する断面において、電極層形成領域20の中央を通過するようにレーザー光を照射する。
なお、本実施形態では、レーザー光のスポット(照射部位)内のパワー不均一性を利用して、絶縁層12及び第二電極17の一部を除去して連通穴25を形成する。具体的には、レーザー光の照射部位の中心部のみで第二電極17が除去されるようにレーザー光の出力、大きさ、範囲を制御している。
めっき工程以降、第一実施形態と同様にして、太陽電池60が製造される。
上記した第一,二実施形態では、レーザー工程において第二電極17の一部を除去した。すなわち、レーザー工程において第二電極17の一部が残部として残るように除去したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第二電極17の全てを取り除いてもよい。
すなわち、図11(c)のように、絶縁層12が形成された積層基板に対して光入射側からレーザー光を照射することで、図11(d)のように、絶縁層12の一部又は全部を除去し開口部18を形成する。
このとき、開口部18の底部に露出する第一電極16を種層として、金属層15を形成される。
第四実施形態の電極層101は、図12に示されるように、ペースト材料103(含有物)を固化することによって形成されている。
ペースト材料103は、図12のように、第一電極16と、第二電極17(被除去体)を含むものである。具体的には、ペースト材料103は、粒子状の第一電極16と、粒子状の第二電極17(被除去体)を混合し、ペースト剤102によって一体化されたものである。
穴部106は、第一実施形態の穴部19と同様、電極層101の外側から内側に向けて延びた有底穴である。
絶縁層12は、電極層101の穴部106に対応して形状の異なる複数の開口部105を備えている。
開口部105は、第一実施形態の開口部18と同様、絶縁層12の厚み方向に貫通した貫通孔である。
そして、電極層101のそれぞれの穴部106と絶縁層12のそれぞれの開口部105は、互いに連通しており、それぞれ一つの連通穴107を形成している。
そのため、一概には言えないが、第二電極17(第二電極材料)の体積比は、両方の合計(第一電極16及び第二電極17)の体積比の30%以上90%以下であることが好ましく、40%以上80%以下であることがより好ましく、50%以上70%以下であることが特に好ましい。
また、第二電極17(第二電極材料)の体積比を90%以下とすることで、例えば、レーザー光の出力が大きい場合でも、種層となる第一電極16(第一電極材料)の量を十分に確保できる。そのため、電極層101と透明電極層32の間の接触抵抗の抑制や電極層101自身の低抵抗化が可能となる。
前者の場合は、例えば、第二電極17がペースト剤102で覆われていたとしても、通常のペースト剤102は、ある程度の光を透過することが多い。そのため、前者の場合は、第二電極17に十分にレーザー光が照射されると考えられ、第二電極17を除去することによる開口部105の形成を行うことができる。
一方で、後者の場合は、第一電極16の陰となる位置に第二電極17が存在する。そのため、後者の場合は、レーザー光が第二電極17に到達しにくくなると考えられ、レーザー光の出力を高くすることにより、第二電極17を除去しうると考えられる。
第一電極16に用いる粒子の粒径は、十分な導電経路を確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがさらに好ましく、1μm以上であることが特に好ましい。
第一電極16に用いる粒子の粒径は、細線化の観点から、10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがさらに好ましく、5μm以下であることが特に好ましい。
第二電極17の粒子の粒径は、十分な大きさの開口部105を形成する観点から、50nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがさらに好ましく、1μm以上であることが特に好ましい。
また、第二電極17の粒子の粒径は、細線化の観点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがさらに好ましく、3μm以下であることが特に好ましい。
電極層101の形成方法は、ペースト材料103を使用すれば、特に限定されないが、生産性の観点からは、印刷法により形成する方法が好ましい。
すなわち、図13(c)のように、絶縁層12が形成された積層基板に対して、光入射側からレーザー光を照射する。
こうすることで、図13(d)のように、絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去して複数の開口部105及び複数の穴部106を形成する。すなわち、絶縁層12が被覆した積層基板上に複数の連通穴107を形成する。
このとき、図13(c)のように、主にパターニングされた電極層101の第二電極17上に沿ってレーザー光を照射しつつ、レーザー光を電極層形成領域20の電極層101の全てを覆うように電極層非形成領域21の光電変換部10に跨がって照射する。すなわち、レーザー光を、第二電極17の全てを含むように照射して、図13(d)のように第二電極17を取り除く。
このとき、主にペースト剤102中の表面側(第一主面側)に位置する第二電極17の部分のみがレーザー光によって除去されて、主にペースト中の第二電極17の部分を中心にして、絶縁層12に複数の開口部105が形成される。
すなわち、電極層101には、形状が異なる複数の穴部106が形成されており、それぞれの穴部106は、対応する開口部105と連通して連通穴107が形成されている。
このとき、第一電極16を種層として、金属層15が形成され、各連通穴107内に金属層15が充填される。
このような場合、高出力のレーザー光により全ての第二電極17を除去した場合、ペースト直下にある光電変換部10の最表面層(例えば透明電極層32)が露出する可能性がある。
また、例えば、特許文献5などのように、導電性シードとして凹凸の粗いものを用いた場合、めっき液が導電性シード内に浸透し、導電性基板(光電変換部)がダメージを受け、太陽電池特性が低下する可能性がある。同様に、上述の様に光電変換部の最表面層が露出した場合、めっき液により最表面がダメージを受け、太陽電池特性の低下をもたらす可能性がある。
なお、レーザー光を照射した後において、電極層101として第一電極16と第二電極17を有するペースト等を用いる場合、第二電極17が一部残っていることが好ましい。
第二電極17を電極層形成領域20におけるペースト材料103の中央に凝集させることが好ましい。
こうすることによって、レーザー工程において、絶縁層12に対して電極層形成領域20の中央に開口部105を形成することができる。
そのため、めっき工程において、金属層15の形成を概ね電極層形成領域20に留めることができる。
なお、第一電極16や第二電極17を凝集させる方法は、特に限定されない。ペースト剤102の粘度を利用して凝集させてもよいし、第一電極16や第二電極17の粒径や比重を利用して凝集させてもよい。また、乾燥温度を制御して凝集させてもよい。
すなわち、必ずしも第二電極17をレーザー光によって全て除去する必要はなく、レーザー工程において、図15のように、第二電極17の一部のみを除去してもよい。すなわち、第二電極17が最終的に残っていても良い。この場合、開口部18の底部は、第二電極17となる。
上記した実施形態の場合、照射レーザーのパワーは、光電変換部10にダメージを与えない程度が好ましいので、ある程度低パワーのレーザーが使用される。このため、第二電極17の一部のみを除去することや、溶解して絶縁層12に開口部18を形成することは十分起こり得る。
具体的には、波長1064nmのIRレーザーを用いる場合、パワー密度が100μW/μm2以上1500μW/μm2以下であることが好ましく、特に400μW/μm2以上600μW/μm2以下であることが好ましい。
また、波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度が、100μW/μm2以上1500μW/μm2以下であることが好ましく、さらに200μW/μm2以上500μW/μm2以下であることが好ましく、特に200μW/μm2以上300μW/μm2以下であることが好ましい。
特に、絶縁層12として光吸収の大きい材料が用いられる場合は、絶縁層除去工程が行われることが好ましい。絶縁層除去工程を行うことによって、絶縁層12の光吸収による太陽電池特性の低下を抑制することができる。
絶縁層12の除去方法は、絶縁層12の材料の特性に応じて適宜選択される。例えば、化学的なエッチングや機械的研磨により絶縁層12が除去され得る。
また、材料によってはアッシング法も適用可能である。この際、光取り込み効果をより向上させる観点から、電極層非形成領域21上の絶縁層12が全て除去されることがより好ましい。
なお、上記した実施形態のように、絶縁層12として光吸収の小さい材料が用いられる場合は、絶縁層除去工程が行われる必要はない。
例えば、ヘテロ接合太陽電池以外の結晶シリコン太陽電池や、GaAs等のシリコン以外の半導体基板が用いられる太陽電池、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜のpin接合あるいはpn接合上に透明電極層が形成されたシリコン系薄膜太陽電池や、CIS,CIGS等の化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池や有機薄膜(導電性ポリマー)等の有機薄膜太陽電池のような各種の太陽電池に適用可能である。
実施例1のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。
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。
i型非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:120Pa、SiH4/H2流量比:3/10、投入パワー密度:0.011W/cm2であった。
なお、本実施例における薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜された薄膜の膜厚を、分光エリプソメトリー(商品名M2000、ジェー・エー・ウーラム社製)にて測定することにより求められた製膜速度から算出された値である。
p型非晶質シリコン層3aの製膜条件は、基板温度が150℃、圧力60Pa、SiH4/B2H6流量比が1/3、投入パワー密度が0.01W/cm2であった。
なお、上記でいうB2H6ガス流量は、H2によりB2H6濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
i型非晶質シリコン層42の製膜条件は、上記のi型非晶質シリコン層40の製膜条件と同様であった。
i型非晶質シリコン層42上に、一導電型シリコン系薄膜43としてn型非晶質シリコン層を4nmの膜厚となるように製膜した。
一導電型シリコン系薄膜43(n型非晶質シリコン層)の製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:60Pa、SiH4/PH3流量比:1/2、投入パワー密度:0.01W/cm2であった。なお、上記でいうPH3ガス流量は、H2によりPH3濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
ターゲットとして酸化インジウムを用い、基板温度:室温、圧力:0.2Paのアルゴン雰囲気中で、0.5W/cm2のパワー密度を印加して透明電極層32,36の製膜を行った。
裏面側透明電極層36上には、裏面金属電極37として、スパッタ法により銀が500nmの膜厚となるように製膜した。
第一電極16として銀(Ag)を100nm、第二電極17としてクロム(Cr)を50nm、櫛型のパターン形状になるように製膜した。
櫛型のパターンにおけるバスバー部の幅は1mmであり、フィンガー部の幅は80μmであった。
絶縁層12の製膜条件は、基板温度:135℃、圧力133Pa、SiH4/CO2流量比:1/20、投入パワー密度:0.05W/cm2(周波数13.56MHz)であった。
この際、前記絶縁層12は、光電変換部10の一主面側において、電極層形成領域20と電極層非形成領域21の略全面に形成されていた。
この際、第二電極17の一部が第一電極16上に残っており、第一電極16の一部がむき出しとなっていた。その後、絶縁層12を形成した後のウェハを熱風循環型オーブンに導入し、大気雰囲気において、180℃で20分間、アニール処理を実施した。以上のようにしてアニール工程が行われた積層基板をめっき槽内に設置した。
第二電極として錫(Sn)を50nmの厚みで形成し、その後、パワー密度560μW/μm2、波長1064nmであり、スポット径が100μmであるIRレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射したことを除いて実施例1と同様に太陽電池を作製した。
第二電極としてチタン(Ti)を50nmの厚みで形成し、その後、パワー密度560μW/μm2、波長1064nmであり、スポット径が100μmであるIRレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射したことを除いて実施例1と同様に太陽電池を作製した。
比較例1として、電極層として銀(Ag)ペースト(第一電極)のみを印刷法にて形成し、絶縁層を形成せず、さらにめっきによる金属層を形成しなかった点を除いて、実施例1と同様に、ヘテロ接合太陽電池を作製した。
第二電極17を形成しない点と、パワー密度680μW/μm2、波長532nmであり、スポット径が100μmであるSHGレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射した点を除いて、実施例1と同様に太陽電池を作製した。
比較例2においては、第一電極16を覆うように絶縁層12が形成されており、絶縁層12を除去するために、第一電極16である銀(Ag)を除去可能な条件にてレーザー光を照射した。
比較例2においては、仮に、第一電極16上にのみレーザー光を照射し、絶縁層12の除去を行った場合は、ある程度良い太陽電池特性を得ることができると考えられる。しかしながら、太陽電池の光入射面の櫛電極パターン上のみにレーザー光を照射するのは難しいと考えられる。
2,60 結晶シリコン太陽電池(太陽電池)
3 配線部材
10 光電変換部
11,101 電極層
12 絶縁層
15 金属層
16 第一電極
17 第二電極(被除去体)
18,105 開口部
19,106 穴部
25,107 連通穴
32 光入射側透明電極層(透明電極層)
Claims (13)
- 面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、少なくとも第一電極と、金属層と、絶縁層を有する太陽電池の製造方法であって、
前記光電変換部の第一主面側に、前記第一電極と被除去体を含む電極層を形成する電極層形成工程と、
前記光電変換部の第一主面側に、少なくとも被除去体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記被除去体を利用して前記絶縁層に開口部を形成する開口部形成工程と、
めっき法により、前記絶縁層の開口部を通じて、前記電極層上に金属層を形成する金属層形成工程と、をこの順に実施し、
前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、被除去体の少なくとも一部を除去して前記絶縁層の開口部を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記光電変換部は、第一主面側の最外面に透明電極層が設けられており、
前記絶縁層形成工程において、前記光電変換部を基準として、前記透明電極層の外側の面の大部分が露出しないように前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記被除去体は、導電性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記レーザー光を、光電変換部に実質的に影響を与えない出力により照射することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
- 前記開口部形成工程において、光電変換部を平面視したときに前記電極層が形成された電極層形成領域と、それ以外の電極層非形成領域が存在し、
前記レーザー光を、前記電極層形成領域と前記電極層非形成領域に跨がって照射することを特徴とする請求項4に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記開口部形成工程において、400nm以上1500nm以下の波長を有するレーザー光を照射することにより、前記開口部を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
- 前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、前記被除去体の少なくとも一部を除去し、
前記めっき工程において、前記第一電極の表面に前記金属層が直接接するように金属層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により太陽電池を形成し、
当該太陽電池を用いることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 - 面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、電極層、絶縁層、及び金属層を備えた太陽電池であって、
前記絶縁層は、前記光電変換部の第一主面に対して垂直方向に貫通した開口部を有し、
前記電極層は、第一電極と、被除去体を含むものであって、前記垂直方向に延びた穴部を有し、
前記穴部は、底部を有した有底穴であり、
前記開口部と前記穴部は、互いに連通した連通穴を形成しており、
前記光電変換部を基準として、前記絶縁層の外側から前記連通穴に金属層の一部が充填されていることを特徴とする太陽電池。 - 前記金属層は、前記穴部内で前記第一電極及び前記被除去体に接していることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池。
- 前記連通穴は、光電変換部の第一主面側の面方向に延伸しており、
前記延伸方向に対して直交する断面において、前記連通穴は、前記電極層の幅方向の中央に位置していることを特徴とする請求項9又は10に記載の太陽電池。 - 前記絶縁層は、光電変換部の第一主面側の面に対して垂直方向に貫通した開口部を複数有し、
前記電極層は、複数の穴部を有しており、
前記複数の穴部は、いずれも有底穴であり、
前記複数の穴部のそれぞれが対応する開口部と連通して連通穴を形成しており、
前記連通穴内に金属層の一部が充填されていることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の太陽電池。 - 請求項9〜12のいずれかに記載の太陽電池を用いることを特徴とする太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014557643A JP5771759B2 (ja) | 2013-05-21 | 2014-05-20 | 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013107394 | 2013-05-21 | ||
JP2013107394 | 2013-05-21 | ||
PCT/JP2014/063386 WO2014189058A1 (ja) | 2013-05-21 | 2014-05-20 | 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 |
JP2014557643A JP5771759B2 (ja) | 2013-05-21 | 2014-05-20 | 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5771759B2 JP5771759B2 (ja) | 2015-09-02 |
JPWO2014189058A1 true JPWO2014189058A1 (ja) | 2017-02-23 |
Family
ID=51933611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014557643A Active JP5771759B2 (ja) | 2013-05-21 | 2014-05-20 | 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9761752B2 (ja) |
EP (1) | EP3001461A4 (ja) |
JP (1) | JP5771759B2 (ja) |
MY (1) | MY179134A (ja) |
TW (1) | TWI630726B (ja) |
WO (1) | WO2014189058A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8975175B1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-03-10 | Sunpower Corporation | Solderable contact regions |
JP6745089B2 (ja) * | 2015-01-16 | 2020-08-26 | 株式会社カネカ | 太陽電池モジュール |
TWI573283B (zh) * | 2016-03-03 | 2017-03-01 | 上銀光電股份有限公司 | 太陽能板模組 |
RU2624990C1 (ru) * | 2016-09-15 | 2017-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Контактная сетка гетеропереходного фотоэлектрического преобразователя на основе кремния и способ ее изготовления |
JP2021150506A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 株式会社カネカ | 太陽電池製造方法および太陽電池 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4586988A (en) | 1983-08-19 | 1986-05-06 | Energy Conversion Devices, Inc. | Method of forming an electrically conductive member |
US5011565A (en) | 1989-12-06 | 1991-04-30 | Mobil Solar Energy Corporation | Dotted contact solar cell and method of making same |
JPH04348569A (ja) | 1991-05-27 | 1992-12-03 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
JP3619681B2 (ja) * | 1998-08-03 | 2005-02-09 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池及びその製造方法 |
JP2000058885A (ja) | 1998-08-03 | 2000-02-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池及びその製造方法 |
US6949400B2 (en) * | 2002-01-25 | 2005-09-27 | Konarka Technologies, Inc. | Ultrasonic slitting of photovoltaic cells and modules |
JP2010098232A (ja) | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Sharp Corp | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
EP2422377A4 (en) | 2009-04-22 | 2013-12-04 | Tetrasun Inc | LOCALIZED METAL CONTACTS BY LOCALIZED LASER-ASSISTED CONVERSION OF FUNCTIONAL FILMS IN SOLAR CELLS |
EP2312641A1 (en) | 2009-10-13 | 2011-04-20 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) | Device comprising electrical contacts and its production process |
JP5535709B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2014-07-02 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池、その太陽電池を用いた太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法 |
CN102576767B (zh) * | 2010-09-03 | 2016-02-10 | 泰特拉桑有限公司 | 将金属栅格触点图案和介电图案形成到需要导电触点的太阳能电池层上的方法 |
KR101661768B1 (ko) | 2010-09-03 | 2016-09-30 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조 방법 |
SG191044A1 (en) | 2010-12-06 | 2013-08-30 | Shinetsu Chemical Co | Solar cell and solar-cell module |
JP2012160769A (ja) | 2012-05-31 | 2012-08-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池モジュール |
-
2014
- 2014-05-20 EP EP14800502.8A patent/EP3001461A4/en not_active Withdrawn
- 2014-05-20 US US14/892,456 patent/US9761752B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-05-20 JP JP2014557643A patent/JP5771759B2/ja active Active
- 2014-05-20 WO PCT/JP2014/063386 patent/WO2014189058A1/ja active Application Filing
- 2014-05-20 MY MYPI2015704165A patent/MY179134A/en unknown
- 2014-05-21 TW TW103117840A patent/TWI630726B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI630726B (zh) | 2018-07-21 |
EP3001461A1 (en) | 2016-03-30 |
US20160126406A1 (en) | 2016-05-05 |
EP3001461A4 (en) | 2017-01-25 |
JP5771759B2 (ja) | 2015-09-02 |
MY179134A (en) | 2020-10-28 |
TW201507191A (zh) | 2015-02-16 |
US9761752B2 (en) | 2017-09-12 |
WO2014189058A1 (ja) | 2014-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5425349B1 (ja) | 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 | |
US10964826B2 (en) | Solar cell and production method therefor, and solar cell module | |
JP5694620B1 (ja) | 結晶シリコン系太陽電池の製造方法、および結晶シリコン系太陽電池モジュールの製造方法 | |
WO2014192739A1 (ja) | 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およびその製造方法 | |
JP5771759B2 (ja) | 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 | |
US10522704B2 (en) | Solar cell, method for manufacturing same | |
JP5584846B1 (ja) | 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 | |
JP6164939B2 (ja) | 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 | |
JP2014232775A (ja) | 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 | |
JP6196031B2 (ja) | 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 | |
JP6564219B2 (ja) | 結晶シリコン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 | |
JP2014229712A (ja) | 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 | |
JP6143520B2 (ja) | 結晶シリコン系太陽電池およびその製造方法 | |
JP2014232820A (ja) | 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 | |
JP6097068B2 (ja) | 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 | |
JP6030928B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
TWI492403B (zh) | 太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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: 20150604 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150629 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5771759 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 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |