TW201644061A - 太陽電池裝置及其製造方法 - Google Patents

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Junichi Koike
Makoto Wada
Yuji Sutou
Daisuke Ando
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Abstract

本發明提供一種含Cu金屬層對Si基板及TAB線具有良好之積層強度且抑制Cu向基板中及Ag指形配線中擴散之太陽電池裝置。 本發明提供一種太陽電池裝置10，其係具有矽半導體基板1、含Cu金屬層4、含Ag指形配線2、及包含氧化物或有機化合物之界面層3者，且含Ag指形配線2積層於矽半導體基板1之受光面側，界面層3積層於矽半導體基板1之受光面側，含Cu金屬層4積層於界面層3上，並且與含Ag指形配線2相隔地配置。

Description

太陽電池裝置及其製造方法
本發明係關於一種太陽電池之電極配線及其周邊構造者，且係關於一種受光面側之Cu金屬層之構造及其形成步驟。
關於當前所製造之太陽電池，一般而言，作為電極配線，使用Ag(銀)作為配線材料。然而，Ag為貴金屬材料，其原料價格較高，占太陽電池價格之2成以上。為了謀求太陽電池之低價格化，原料價格較Ag經濟之Cu(銅)受到關注，正在大力地進行應用Cu作為太陽電池之電極配線的研究開發。Cu為低電阻材料，非常期待其作為代替Ag之配線材料。
太陽電池之矽半導體基板(Si基板)構成包含二極體之太陽電池元件，將照射至Si基板面之光轉換成電力進行發電。為了將所產生之電流取出至外部，使太陽電池之Si基板表面存在指形配線及匯流排配線之2種配線構造作為電極配線(有時亦稱為指形電極、匯流排電極)。指形配線係負責將Si基板所產生之電流進行集電之作用的配線，且係由多條細線構成。匯流排配線係負責將指形配線所集電之電流連接向TAB線之作用的配線。繼而，藉由TAB線將電流取出至外部(例如，專利文獻1)。
匯流排配線具有收束複數條指形配線進行集電之作用，又，為了維持與TAB線或Si基板之密接性，以遠遠寬於指形配線之配線寬度進行設計，匯流排配線之佔有面積變大。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-205137號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]A.S. Grove, Physics and Technology of Semiconductor Devices, p40(1967)
若使用高價之Ag作為佔有面積較大之匯流排配線材料，則存在太陽電池裝置之製造成本變高之問題。因此，期待藉由將高價之Ag換成經濟之Cu而使太陽電池裝置之製造成本大幅地降低。然而，Cu與Si存在相互擴散且Si中之Cu擴散速度非常快之問題(參照非專利文獻1)。因此，若於先前之匯流排配線中使用Cu，則Cu原子容易進入Si半導體基板中。已進入基板中之Cu由於會於矽帶隙較深之能量位置形成受體能階，使二極體內之載體壽命縮短，故而成為使太陽電池特性劣化之原因。又，使用有Cu之匯流排配線無法充分地確保與Si基板之密接性或與形成於Si基板上之抗反射膜(SiN、SiO2等)之密接性。因此，亦存在使用有Cu之匯流排配線會自Si基板或抗反射膜剝離之問題。
進而，若於先前之匯流排配線中使用Cu，則Cu向Ag指形配線中擴散，Cu以Ag指形配線作為路徑向Si基板中擴散，從而會產生導致上述太陽電池特性之劣化的問題。因此，本發明之目的在於提供一種能夠解決上述問題之太陽電池裝置。
本發明者等人發現：藉由於Si基板與含Cu金屬層之間設置包含氧化物或有機化合物之界面層，即便於供先前之Ag匯流排配線配置 之部位形成含Cu金屬層，亦能夠抑制Cu向Si基板中擴散，且含Cu金屬層與Si基板具有較高之積層強度。進而，發現：藉由使含Cu金屬層與含Ag指形配線相隔地配置，設為互不相接之構造，能夠抑制Cu通過含Ag指形配線向Si基板中擴散。又，發現：於含Cu金屬層經由焊料層而與TAB線連接之情形時，TAB線與含Cu金屬層及Si基板相互成為具有良好之積層強度之構造，從而完成本發明。具體而言，本發明提供以下(1)~(10)。
(1)一種太陽電池裝置，其係具有矽半導體基板、含Cu金屬層、含Ag指形配線、及包含氧化物或有機化合物之界面層者，且含Ag指形配線積層於矽半導體基板之受光面側，界面層積層於矽半導體基板之受光面側，含Cu金屬層積層於界面層上，並且與含Ag指形配線相隔地配置。
(2)如(1)之太陽電池裝置，其於矽半導體基板與界面層之間積層有抗反射膜。
(3)如(1)或(2)之太陽電池裝置，其中含Cu金屬層及含Ag指形配線經由焊料層而與TAB線連接。
(4)如(1)~(3)中任一項之太陽電池裝置，其包含含Cu金屬層配置於複數條含Ag指形配線之間且含Ag指形配線被分斷之構造。
(5)如(1)~(4)中任一項之太陽電池裝置，其包含含Ag指形配線配置於複數層含Cu金屬層之間且含Cu金屬層被分斷之構造。
(6)如(1)~(5)中任一項之太陽電池裝置，其包含含Ag指形配線之端部藉由含Ag指形配線收束且焊料層連接於端部之構造。
(7)一種太陽電池裝置之製造方法，其具備如下步驟：於矽半導體基板之受光面側形成含Ag指形配線；於受光面側形成包含氧化物或有機化合物之界面層；及與含Ag指形配線相隔地於界面層上形成含Cu金屬層。
(8)如(7)之製造方法，其包含如下步驟：將含Cu金屬層與含Ag指形配線進行焊接；及將含Cu金屬層與TAB線進行焊接。
(9)如(7)或(8)之製造方法，其中於在矽半導體基板之受光面側形成含Ag指形配線之步驟中，將Ag漿料網版印刷於受光面側，並於Ag漿料乾燥後進行燒透煅燒，於在界面層上形成含Cu金屬層之步驟中，將Cu漿料網版印刷於界面層上，並於Cu漿料乾燥後於氧化環境下進行煅燒，於氧化環境下之煅燒後於還原環境下進行煅燒。
(10)如(7)或(8)之製造方法，其中於在矽半導體基板之受光面側形成含Ag指形配線之步驟、及在界面層上形成含Cu金屬層之步驟中，將Ag漿料網版印刷於受光面側，將包含Cu氧化物之漿料網版印刷於界面層上，於Ag漿料及包含Cu氧化物之漿料乾燥後進行燒透煅燒，並於燒透煅燒後於還原環境下進行煅燒。
於本發明之太陽電池裝置中，具有含Cu金屬層形成於包含氧化物或有機化合物之界面層上且含Cu金屬層與含Ag指形配線物理性地分離之構造。因此，能夠抑制含Cu金屬層中之Cu原子直接侵入至Si基板內，且含Cu金屬層與Si基板能夠經由界面層而具有較高之積層強度。又，亦能夠抑制含Cu金屬層之Cu原子經由含Ag指形配線進入Si基板內。藉此，能夠抑制因Cu原子而引起之太陽電池性能之劣化，且能夠維持可靠性。進而，由於使用經濟之Cu代替先前用作匯流排配線材料之Ag，故而根據本發明之太陽電池裝置之製造方法，能夠使太陽電池製造成本大幅地降低。
1‧‧‧Si基板
2‧‧‧含Ag指形配線
2b‧‧‧其他含Ag指形配線
3‧‧‧界面層(氧化物界面層、有機化合物界面層)
4‧‧‧含Cu金屬層
5‧‧‧TAB線
6‧‧‧焊料層
7‧‧‧抗反射膜
8‧‧‧含Ag燒透層
10‧‧‧太陽電池裝置
10b‧‧‧太陽電池裝置
20‧‧‧太陽電池裝置
圖1(a)、(b)係表示本實施形態之太陽電池裝置之受光面側之配線構造之一例的概略圖。
圖2(a)~(f)係以各種形態表示本實施形態之太陽電池裝置之受光 面側之配線構造的模式圖。
圖3係表示本實施形態之太陽電池裝置之受光面側之配線構造之進而又一例的概略剖視圖。
圖4(a)~(h)係表示製造圖1之太陽電池裝置之配線構造之步驟的模式圖。
圖5(a)~(h)係表示製造圖1之太陽電池裝置之配線構造之步驟的模式圖。
圖6係與圖2(e)之構造對應之太陽電池受光面之光學顯微鏡照片。
圖7係圖6之樣品之太陽電池特性。
圖8(a)、(b)係表示作為比較例之太陽電池裝置之受光面側之配線構造的概略圖。
圖9係與圖8之構造對應之太陽電池受光面之光學顯微鏡照片。
圖10係圖9之樣品之太陽電池特性。
以下，針對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不受該實施形態所限定。
本實施形態之太陽電池裝置係如下之太陽電池裝置：其係具有矽半導體基板、含Cu金屬層、含Ag指形配線、及包含氧化物或有機化合物之界面層者，且含Ag指形配線積層於矽半導體基板之受光面側，界面層積層於矽半導體基板之受光面側，含Cu金屬層積層於界面層上並且與含Ag指形配線相隔地配置。
圖1係表示本實施形態之太陽電池裝置之受光面側之配線構造之一例的概略圖。圖1(a)係太陽電池裝置之立體圖，於太陽電池裝置10中，於矽半導體基板(Si基板)1上形成有抗反射膜7，於抗反射膜7上形成有含Ag指形配線2、及包含氧化物或有機化合物之界面層3。進 而，於界面層3上形成有含Cu金屬層4，且含Cu金屬層4與含Ag指形配線2相隔地配置。圖1(b)係太陽電池裝置之剖視圖，且係於圖1(a)之太陽電池裝置10中進而具備TAB線5及焊料層6之太陽電池裝置10之剖視圖。如圖1(b)所示，含Cu金屬層4經由焊料層6與TAB線5電性連接。含Cu金屬層4經由焊料層6亦與含Ag指形配線2電性連接。含Cu金屬層4係包含將Cu作為主體之材料之金屬層。含Ag指形配線2係包含將Ag作為主體之材料之指形配線。界面層3係配置於Si基板1與含Cu金屬層4之間之層，且包含氧化物或有機化合物。
於本實施形態之太陽電池裝置10中，具有含Cu金屬層4與含Ag指形配線2以兩者之配線於上下方向(相對於Si基板之受光面垂直之法線方向)不相互重疊且互不相接之方式相隔地配置的構造。由於Cu與Ag為於高溫中相互具有固溶域之金屬，故而存在Cu向Ag之中擴散之傾向。因此，若含Cu金屬層4與含Ag指形配線2相接，則有Cu原子經由含Ag指形配線2向Si基板1中擴散之虞。相對於此，於本實施形態之太陽電池裝置10中，由於含Cu金屬層4與含Ag指形配線2物理性地分離而配置，不會直接相接，故而能夠抑制Cu原子向含Ag指形配線2中擴散，且能夠抑制Cu原子向Si基板1中擴散。根據以上情況，本實施形態之太陽電池裝置10能夠抑制因Cu擴散而引起之太陽電池特性之劣化，且能夠維持良好之太陽電池特性。進而，藉由將先前之Ag匯流排配線代替為含Cu金屬層4，能夠使太陽電池製造成本大幅地降低。
於本實施形態中，較佳為進而具有含Cu金屬層4與含Ag指形配線2經由藉由焊接所形成之焊料層6與配置於含Cu金屬層4之上方之TAB線5電性連接的構造。藉此，Si基板1所發電之電流藉由含Ag指形配線2進行集電之後，通過焊料層6及含Cu金屬層4藉由TAB線5進行集電，變得容易取出至太陽電池裝置10之外部。又，於含Ag指形配線2具有與焊料層6直接相接之部位之情形時，能夠使電流通過該接觸部位自 含Ag指形配線2直接流至TAB線5。
於本實施形態中，藉由設置界面層3，能夠使含Cu金屬層4與抗反射膜7之積層強度以及與Si基板1之積層強度提昇。又，含Cu金屬層4經由焊料層6而相對於TAB線5具有較高之積層強度。該等積層強度與於使用先前之Ag匯流排配線之情形相同。
如圖1所示，界面層3較佳為以太陽電池裝置10之長度側面為基準之界面層3之寬度之長度長於含Cu金屬層4之寬度之長度且範圍廣泛地形成。界面層3藉由覆蓋含Cu金屬層4之底面部，能夠進一步抑制含Cu金屬層4與Si基板1之接觸，且亦容易抑制Cu原子向Si基板中侵入。界面層3能夠以覆蓋含Ag指形配線2之端部之方式而形成，亦能夠以不覆蓋含Ag指形配線2之端部之方式而形成。亦可藉由界面層3之至少一部分存在於含Ag指形配線2與含Cu金屬層4之間之區域而使含Ag指形配線2與含Cu金屬層4相隔。又，界面層3亦可形成於Si基板1之受光面側之整個面。於在Si基板1之受光面側之整個面形成界面層3之情形時，較佳為將抗反射膜7僅減薄界面層3之厚度量。
TAB線5較佳為經由焊料層6與含Cu金屬層4以較高之積層強度進行積層，且該含Cu金屬層4經由界面層3而與抗反射膜7以及Si基板1以較高之積層強度進行積層。藉此，可獲得TAB線5之積層強度優異之太陽電池裝置10。
於先前之使用Ag匯流排配線之配線構造中，形成有用以使Ag進入Ag匯流排配線之下層之抗反射層中與Si基板電性連接之Ag燒透層。由於該Ag燒透層之正下方之Si基板之區域成為載體之再結合部位，故而Ag匯流排配線所占之部位為無助於載體之累積(發電)之區域。相對於此，於本實施形態之太陽電池裝置10中，由於抗反射膜7上形成有含Cu金屬層4，故而抗反射膜7與Si基板1之界面維持不變，亦不形成載體再結合部位。因此，由於位於含Cu金屬層4之下方之Si 基板1之區域亦有助於發電，故而太陽電池之開放電壓上升，太陽電池之效率提昇，因而為較佳之態樣。
於本實施形態中，由於具備界面層3於基板1與含Cu金屬層4之間具有較高之積層強度之構造，故而亦可設為不形成抗反射膜7之構造。於此情形時，就能夠將製造步驟簡化之方面而言，較佳。並且，界面層3較佳為對Si基板1及含Cu金屬層4具有較高之積層強度，且對於Cu向Si基板1之擴散具備阻隔性。
於形成抗反射膜7之情形時，如圖1(b)所示，為了確保Si基板1與含Ag指形配線2之電性接觸，於含Ag指形配線2之下方可形成含Ag燒透層8。含Ag燒透層8係藉由形成含Ag指形配線2之高溫熱處理而使Ag進入抗反射膜7中所形成之層。Si基板1所產生之電流通過含Ag燒透層8流向含Ag指形配線2。
Ag由於會不與Si形成反應產物，又，Si基板中之Ag擴散速度非常慢，故而即便於抗反射膜中擴散而到達Si基板，亦會停留於Si基板之表面側，不會引起太陽電池特性之劣化。然而，若含Cu金屬層與Ag指形配線相接，則Cu原子通過Ag指形配線及Ag燒透層到達Si基板，向Si基板中擴散。因此，存在因如上述之Cu擴散而引起太陽電池特性劣化之情況。
另一方面，於本實施形態之太陽電池裝置10中，由於具有含Cu金屬層4與含Ag指形配線2相隔地配置並且分離之構造，故而可抑制Cu原子經由含Ag指形配線2及含Ag燒透層8擴散至Si基板1，且能夠抑制太陽電池裝置10之性能劣化。
於本實施形態中，較佳為含Ag指形配線2利用其他含Ag指形配線2b將其端部收束，且較佳為具備焊料層6連接於該端部之構造。
圖2係自上方表示本實施形態之太陽電池裝置之配線構造之模式圖，且係針對含Ag指形配線2、含Cu金屬層4、TAB線5之配置關係而 表示各種形態者。圖2(a)係圖1所示之配線圖案例1。於複數個以梳齒狀配置含Ag指形配線2而成之群彼此之間，配置有未分斷之長方片狀之含Cu金屬層4。藉此，成為複數個含Ag指形配線2由含Cu金屬層4分斷之構造。
圖2(b)係作為配線圖案例1之變化例之配線圖案例2。如圖2(b)所示，複數個含Ag指形配線2之端部亦可設為利用其他含Ag指形配線2b收束之構造。端部被收束之含Ag指形配線2經由焊料層6與TAB線5焊接。若與含Ag指形配線2未被收束之情形相比，則含Ag指形配線2之端部被收束之情形時由於與TAB線5焊接之面積亦增加，故而積層強度增加，並且接觸電阻減小，能夠取出更大之電流。因此，有助於太陽電池裝置10之可靠性及製造良率之提昇。
於本實施形態之太陽電池裝置10中，可具有含Cu金屬層4被分斷之構造，含Cu金屬層4以被分斷之形狀形成於複數個含Ag指形配線2之間亦較佳。
圖2(c)、(d)係作為變化例之配線圖案例3、配線圖案例4。藉由界面層3、TAB線5及含Cu金屬層4之相互較高之積層強度，可充分地確保Si基板1與TAB線5之積層強度。因此，如圖2(c)、(d)所示，可採用將含Cu金屬層4分斷之形狀，亦可配置於以梳齒狀配置之複數個含Ag指形配線2之群之間。即便含Cu金屬層4被分斷，Si基板1所產生之電流亦能夠自含Ag指形配線2通過焊料層6流至TAB線5而取出至太陽電池裝置10之外部。此種配線構造能夠使形成含Cu金屬層4時之Cu漿料使用量降低，從而使太陽電池裝置之製造成本降低。
圖2(e)、(f)係作為變化例之配線圖案例5、配線圖案例6。可於1條連續之含Ag指形配線2之間配置呈被分斷之形狀之含Cu金屬層4。此種配線構造由於作為集電電極之含Ag指形配線2對TAB線5之接觸之部分增加，故而能夠高效率地將所發電之電力進行集電。
圖3係表示本實施形態之太陽電池裝置之配線構造之進而又一例之概略剖視圖。即，為如下太陽電池裝置10b，其具有Si基板1、及經由含Ag燒透層8設置於Si基板1之受光面側之含Ag指形配線2，且含Cu金屬層4於含Ag指形配線2與含Ag指形配線2之間相隔地配置，於含Cu金屬層4之正下方形成有界面層3，含Ag指形配線2與含Cu金屬層4經由焊料層6與TAB線5連接。若將圖3所示之構造與圖1(b)之構造相比，則由於在去除抗反射膜7之部分配置有界面層3，故而界面層3與Si基板1直接相接。因此，藉由含Cu金屬層4與Si基板1之間之界面層3可抑制Cu原子之擴散，且具有確保含Cu金屬層4、界面層3及Si基板1之積層強度之效果。根據圖3之太陽電池裝置10b之構造，由於TAB線5不僅能夠自含Ag指形配線2集電，而且亦能夠自含Cu金屬層4集電，故而能夠高效率地對Si基板1所發電之電力進行集電。
(製造方法)
本實施形態之太陽電池裝置之製造方法係具有如下步驟之方法：於具有p-n接合且形成有紋理及抗反射膜之Si基板1之受光面側形成含Ag指形配線2；於先前之匯流排配線之位置形成含Cu金屬層4；及將含Cu金屬層4、含Ag指形配線2及TAB線5進行焊接。
(製造方法1)
於本實施形態之太陽電池裝置之製造方法中，較佳為具備如下步驟：Si基板1之受光面之含Ag指形配線2係將Ag漿料進行網版印刷並於150~300℃之溫度範圍內進行乾燥，其後於750~900℃之溫度範圍內進行燒透煅燒而予以形成，界面層原料溶液係塗佈於供含Cu金屬層4形成之區域，含Cu金屬層4係將Cu漿料網版印刷於進行過塗佈之界面層3上並於150~300℃之溫度範圍內進行乾燥，其後，於氣氛環境中於300~500℃之溫度範圍內進行氧化煅燒，其後，進而於氫氣、醇、氨氣、一氧化碳等還原性氣氛中於300~500℃之溫度範圍內 進行還原煅燒而形成。
(製造方法2)
於本實施形態之太陽電池裝置之製造方法中，較佳為具備如下步驟：Si基板1之受光面之含Ag指形配線2係將Ag漿料進行網版印刷並於150~300℃之溫度範圍內進行乾燥，將界面層原料溶液塗佈於供含Cu金屬層4形成之區域，含Cu金屬層4係將Cu漿料或Cu氧化物漿料網版印刷於進行過塗佈之界面層3上並於150~300℃之溫度範圍下進行乾燥，其後，於750~900℃之溫度範圍內進行燒透煅燒，其後，進而於氫氣、醇、氨氣、一氧化碳等還原性氣氛中於300~500℃之溫度範圍內進行還原煅燒而形成。
Cu氧化物漿料可將Cu2O粒子與樹脂(纖維素)及有機溶劑(TEXANOL)進行混合而製作。Cu氧化物漿料可包含CuO粒子。於將Cu2O粒子與CuO粒子進行混合之情形時，作為重量比，較佳為CuO粒子為Cu2O粒子之3倍以下。
(製造方法例1)
圖4係表示製造本實施形態之太陽電池裝置之配線構造之步驟的模式圖。如圖4(a)所示，基板係使用矽半導體基板(Si基板)1。於Si基板1之受光面表面可形成凹凸之紋理組織(圖示省略)。
(抗反射膜之形成)
較佳為如圖4(b)所示般於Si基板1上形成抗反射膜7，以使電池轉換效率提昇。抗反射膜7包含SiN或SiO2等之絕緣膜。抗反射膜7能夠藉由化學氣相沈積(CVD)法而形成，且能夠使用熱CVD法、電漿CVD法、原子層沈積法(ALD法)等。作為抗反射膜7之膜厚，較佳為30nm~100nm左右。
(含Ag指形配線之形成)
繼而，如圖4(c)、(d)所示般於抗反射膜7上形成含Ag指形配線 2。作為原料，可使用對Ag粉末混合玻璃料、樹脂成分、及溶劑而製備成之Ag漿料。玻璃料係用以於燒透煅燒步驟中使玻璃成分與抗反射膜成分進行熔融並使Ag擴散至熔融部位而到達Si基板表面藉此確保含Ag指形配線2與Si基板1之電性歐姆接觸、及積層強度而添加的成分。藉由網版印刷法，以特定之配線形狀將銀漿印刷於抗反射膜7上，其後，於150℃~300℃左右進行乾燥，能夠去除揮發性較高之溶劑(圖4(c))。
其後，藉由於750~900℃內進行數秒~十數秒左右之大氣煅燒A，對所印刷之Ag漿料進行煅燒，而形成含Ag指形配線2(圖4(d))。又，於該煅燒過程中，形成Ag貫通於抗反射膜7中且Ag接觸於Si基板1表面之含Ag燒透層8。
(氧化物界面層之形成)
繼而，如圖4(e)所示，形成含有氧化物之界面層即氧化物界面層3。例如，可使用濕式塗佈法進行成膜。於藉由濕式塗佈法之情形時，將含有特定成分之金屬有機化合物或金屬氯化物等與溶劑進行混合而作為原料溶液來製作塗佈液。於金屬有機化合物或金屬氯化物中，較佳為使用含有Mn、Ti、Mo、W之中至少一種者。尤其是使用含有Mn者更佳。具體而言，可使用將乙酸錳溶解於醇中而成之溶液等。
作為塗佈氧化物界面層3之原料溶液之方法，可使用：狹縫塗佈、滾筒塗佈(roller coating)、噴墨塗佈、旋轉塗佈、浸漬塗佈、噴霧塗佈等。
於形成於Si基板1之抗反射膜7上塗佈原料溶液之後，於100℃~300℃左右進行乾燥處理，使溶劑揮發去除。其後，為了形成氧化物，亦可於300℃~600℃左右進行熱處理。若熱處理溫度較低，則有源自所塗佈之原料溶液之碳成分殘存而使與含Cu金屬層4之密接性降低之虞。熱處理時間較佳為1分鐘~30分鐘左右。關於熱處理環境， 可於大氣或減壓氣氛環境下進行。
又，作為氧化物界面層3之成膜法，亦可使用化學氣相沈積法、濺鍍法等公知之成膜方法。為了形成氧化物，較佳為進行350℃~800℃左右之熱處理。於氧化物界面層3中較佳為包含Mn、Ti、Mo、W之中至少一種。尤佳為含有Mn之氧化物。
氧化物界面層3可形成於Si基板1上，亦能夠以與含Ag指形配線2相接之方式而形成，還可以不相接之方式而形成。又，亦可形成於Si基板1之整個表面。
(有機化合物界面層之形成)
亦可形成為含有有機化合物之界面層即有機化合物界面層3代替氧化物界面層。作為有機化合物，例如有：環氧樹脂系接著劑、改性聚矽氧系接著劑、屬於聚乙烯醇之聚乙烯醇縮丁醛樹脂接著劑、屬於芳香族雜環聚合物之聚苯并咪唑接著劑、聚醯亞胺系接著劑等。各接著劑藉由按照特定之方法進行加熱硬化，能夠提高作為界面層3之接著性。
(含Cu金屬層之形成)
繼而，如圖4(f)、(g)所示般於界面層3上形成含Cu金屬層4。作為原料，使用將Cu粉末與樹脂成分、溶劑進行混合而製備成之Cu漿料。藉由網版印刷法以特定之配線形狀將Cu漿料印刷於氧化物界面層3上，其後，於150℃~300℃左右之溫度下進行乾燥，使Cu漿料中之溶劑揮發去除(圖4(f))。
其後，作為第一熱處理，於包含氧之環境內於300℃~600℃左右之溫度下進行煅燒熱處理(氧化處理B)。熱處理時間較佳為1分鐘~15分鐘左右。環境中之氧濃度較佳為100ppm以上，更佳為500~3000ppm。去除Cu漿料中之樹脂成分並且使銅粒子氧化，形成氧化銅，利用氧化時之體積膨脹促進燒結(圖4(g))。
繼而，作為第二熱處理，於包含一氧化碳、醇、氨、甲酸、或氫之環境下，於300℃~600℃左右之溫度下進行還原處理C。於該環境中亦可進而包含氧。由於藉由加入氧可抑制Cu之還原反應，故而能夠對Cu之還原狀態進行調整。熱處理時間較佳為1分鐘~15分鐘左右。使氧化銅粒子還原成銅粒子，而形成含Cu金屬層4(圖4(g))。
(與TAB線之焊接)
繼而，如圖4(h)所示般將含Cu金屬層4及含Ag指形配線2、TAB線5進行焊接，完成焊料連接。於進行焊接之前，進行焊料助焊劑之塗佈，以將含Cu金屬層4及含Ag指形配線2上之表面氧化物、表面硫化物或污濁成分去除，且使焊料潤濕性提昇。於焊料助焊劑塗佈中，例如可使用滾筒塗佈。
於塗佈焊料助焊劑之後，進行焊接。作為焊料材料，可為鉛焊料，亦可為無鉛焊料，可使用普通之焊料材料。焊接較佳為以接合於含Cu金屬層4與含Ag指形配線2之兩者之方式進行。焊料材料較佳為使用熔點為400℃以下者。具有高於400℃之熔融溫度之焊料材料由於在焊接時有含Cu金屬層4之Cu原子於焊料中會擴散並經由焊料層6擴散至含Ag指形配線2之虞，故而欠佳。
如圖4(h)所示，TAB線5藉由上述焊接，經由焊料層6與含Ag指形配線2與含Cu金屬層4之兩者電性連接。TAB線5較佳為較含Cu金屬層4範圍更廣泛地形成，且較佳為經由焊料層6而連接於含Cu金屬層4之上方之位置。又，亦可使用外側預先塗佈有焊料材料之附焊料之TAB線。
TAB線5較佳為經由焊料層6與含Cu金屬層4以較高之積層強度地進行積層，作為積層強度，較佳為TAB線5之每1mm寬度之剝離強度為2N/mm以上。含Cu金屬層4較佳為經由氧化物界面層3與Si基板1上之抗反射膜7以較高之積層強度進行積層。
其結果為，能夠形成TAB線5與Si基板1以較高之積層強度積層而成之太陽電池裝置10。
Si基板1所產生之電流係藉由含Ag指形配線2進行集電，並通過焊料層6及含Cu金屬層4流向TAB線5，而取出至太陽電池裝置10之外部。
(製造方法例2)
圖5係表示製造本實施形態之太陽電池裝置之配線構造之步驟的模式圖。將形成含Cu金屬層4之情形時之與上述製造方法例1(圖4)不同之態樣示於圖5。
如圖5(a)~(c)所示般，於將含Ag指形配線2形成用之Ag漿料印刷於抗反射膜7上之後，進行至乾燥處理為止。
其後，如圖5(d)所示，進行界面層3之形成，其係於將該界面層之原料溶液塗佈成特定形狀之後進行加熱處理而形成氧化物界面層3。關於此時之加熱溫度，例如較佳為於300~500℃下進行，以使已經印刷之Ag漿料不產生煅燒。
繼而，可如圖5(e)所示般將含Cu金屬層4形成用之Cu漿料印刷於界面層3上之後，實施至乾燥處理為止。
其後，如圖5(f)所示般一次性地進行用以形成含Cu金屬層4及含Ag指形配線2之煅燒處理。該一次性煅燒處理D較佳為依照形成含Ag指形配線2之煅燒條件，藉由於750~900℃下實施數秒~十數秒左右之大氣煅燒而進行。此時，由於含Ag指形配線2之Ag貫通於抗反射膜7中，與Si基板1表面接觸，故而同時形成含Ag燒透層8。該煅燒處理對於含Cu金屬層4而言，相當於製造方法例1之第一氧化熱處理步驟，可形成包含氧化銅之組織。
繼而，如圖5(g)所示般實施用以形成含Cu金屬層4之還原熱處理(還原處理C)。該還原熱處理相當於製造方法例1之對含Cu金屬層4進 行之第二還原熱處理步驟，且其方法與製造方法例1相同。
最後，如圖5(h)所示般進行將TAB線5與含Ag指形配線2、含Cu金屬層4進行焊接之焊料連接步驟，從而完成太陽電池裝置10。焊料連接步驟亦以與製造方法例1相同之方法進行即可。如此，藉由一次性進行含Cu金屬層4及含Ag指形配線2之煅燒，由於熱處理步驟數減少1個，故而能夠使太陽電池製造成本降低。
[實施例]
以下，其於實施例對本發明進一步詳細地進行說明，但本發明並不限定於該等說明。
(實施例1)
製作具有圖1(b)及圖2(e)所示之配線形態之太陽電池裝置之樣品，並對其特性進行評價。
於樣品之製作中，使用圖4所示之方法。Si基板1係使用p型單晶矽晶圓。基板尺寸設為20mm×20mm，厚度設為約0.2mm。對該Si基板1表面利用鹼溶液進行蝕刻，製作稜錐形狀之凹凸(紋理)構造。其後，使磷擴散而形成n型之發射極層，並形成p-n接合。於具有紋理之Si基板1之受光面側，使用電漿CVD法成膜膜厚為70nm之氮化矽膜，並將該氮化矽膜作為抗反射膜7。
將標準之銀(Ag)漿料網版印刷於抗反射膜7上，其後，將該樣品於大氣環境中於180℃下進行乾燥，使揮發性較高之有機溶劑成分蒸發去除。含Ag指形配線2係厚度為約15μm且以1.5mm之間隔而形成。
繼而，於大氣環境下進行800℃、5秒之熱處理。藉由該熱處理，Si基板1上之Ag漿料之構成物即玻璃料與正下方之抗反射膜7進行熔融反應，Ag貫通於抗反射膜7中而形成含Ag燒透層8。該含Ag燒透層8係以Ag與Si基板1表面相接之方式而形成。樣品於冷卻至室溫之後 自燒透爐取出。
繼而，於抗反射膜7上之供含Cu金屬層4形成之區域塗佈金屬氧化物界面層3之原料液，以於該樣品形成含有金屬氧化物之界面層即金屬氧化物界面層3。關於原料液，使用將錳有機化合物(乙酸錳)與醇酐進行混合而成之溶液。沿含Cu金屬層4區域之寬度方向以成為2.0mm之寬度之方式進行塗佈。
將該樣品配置於加熱板上，於大氣環境下進行200℃、10分鐘之乾燥處理，進而進行450℃、10分鐘之煅燒處理。樣品於冷卻至室溫之後自加熱板上取出。
金屬氧化物界面層3係沿含Cu金屬層4區域之寬度方向以2.0mm之寬度而形成，且亦形成於配置於含Cu金屬層4之延伸部之含Ag指形配線2上。對樣品剖面使用穿透式電子顯微鏡進行觀察，結果為，金屬氧化物界面層3之膜厚為約25nm。
繼而，將Cu漿料網版印刷於形成有界面層3之含Ag指形配線2之間隙部，以於該樣品形成含Cu金屬層4。將該樣品於含有1000ppm之氧之氮氣環境中進行450℃、5分鐘之氧化熱處理，其後，於含有乙醇氣體之氮氣環境中進行475℃、5分鐘之還原熱處理。樣品於冷卻至室溫之後自氧化熱處理爐取出。
將所獲得之樣品之光學顯微鏡照片示於圖6。含Cu金屬層形成於連續之含Ag指形配線之間隙，且厚度為約18μm，長方形狀之各邊之長度為0.5mm及1.5mm，未與Ag指形配線相接。
繼而，為了對該樣品焊接TAB線5，而塗佈酸性溶液(焊料助焊劑)，將形成於含Cu金屬層4及含Ag指形配線2之表面之氧化物去除。 其後，焊接預先被覆有Sn-Ag-Cu合金之無鉛焊料材料之TAB線5。於TAB線5中，使用2mm寬度之扁平Cu線。
對所製作之太陽電池裝置之樣品如以下方式對TAB線5之密接 性、太陽電池裝置10之輸出特性進行測定，並進行評價。
(TAB線5之積層強度)
將TAB線之端部安裝於拉伸試驗機之夾具，依據日本工業標準(JIS Z 0237)所記載之方法，沿與基板垂直之方向進行拉伸，對TAB線之剝離強度進行測定。使用10塊基板實施試驗，結果為，剝離強度之平均值為2.6N/mm，標準偏差誤差為±0.4N/mm。
(太陽電池裝置之輸出特性)
使用太陽模擬器並依據日本工業標準(JIS C 8913)所記載之方法，對太陽電池裝置之輸出特性進行測定。
將對太陽電池裝置之輸出特性進行測定所得之結果示於圖7。於圖7中，(a)明電流錶示投光之情形時之電流值，(b)暗電流錶示未投光之情形時之電流值。所製作之樣品之轉換效率為18.72%。為了進行比較，將具有與本實施例所製作之樣品相同之配線形狀且針對含Cu金屬層4及含Ag指形配線2之兩者利用Ag漿料製作而成之太陽電池裝置之輸出特性表示為「Ag參考」。該樣品之轉換效率為18.68%。
如由圖7所明確：使用本發明之構造及方法所形成之太陽電池裝置呈現出與所有配線使用Ag之先前之太陽電池裝置相同之輸出特性。
(比較例1)
作為與上述實施例1相對之比較例，製作具有如圖8中模式性地表示之配線形態之太陽電池裝置20之樣品，並對其特性進行評價。實施例1之太陽電池裝置10與比較例1之太陽電池裝置20之不同在於：比較例1之太陽電池裝置20中，含Cu金屬層4並非分斷地配置於含Ag指形配線2之間隙，而是以於連續之含Ag指形配線2上呈一列地連續之方式配置。因此，含Ag指形配線2與含Cu金屬層4存在上下重疊且相互相接之部分。除該方面以外，比較例1之太陽電池裝置20之製作方 法與實施例1之太陽電池裝置10相同。
將所獲得之太陽電池裝置20之光學顯微鏡照片示於圖9。進而，將該太陽電池裝置20之輸出特性示於圖10。
於圖10中，氧化熱處理後之輸出特性(a)為曲線之方型稍微劣化。於進而進行追加之還原熱處理之情形時之輸出特性(b)表現為：開放電壓之降低明顯且Cu擴散至Si基板而使轉換效率明顯劣化。使用掃描電子顯微鏡及X射線能量分散分光裝置對樣品剖面進行分析，結果為，能夠確認於含Ag指形配線正下方之Si基板內部形成有Cu3Si化合物，且Cu經由Ag指形配線擴散至Si。
相當於本發明之實施例於與TAB線以及基板之密接性及太陽電池之輸出特性方面呈現出良好之結果。如此，本發明之太陽電池裝置為於先前之配置Ag匯流排配線之部位使用含Cu金屬層者，且具備不遜於先前之太陽電池裝置之功能，能夠大幅地降低製造成本。
1‧‧‧Si基板
2‧‧‧含Ag指形配線
3‧‧‧界面層(氧化物界面層、有機化合物界面層)
4‧‧‧含Cu金屬層
5‧‧‧TAB線
6‧‧‧焊料層
7‧‧‧抗反射膜
8‧‧‧含Ag燒透層
10‧‧‧太陽電池裝置

Claims (10)

  1. 一種太陽電池裝置，其係具有矽半導體基板、含Cu金屬層、含Ag指形配線、及包含氧化物或有機化合物之界面層者，且上述含Ag指形配線積層於上述矽半導體基板之受光面側，上述界面層積層於上述矽半導體基板之受光面側，上述含Cu金屬層積層於上述界面層上，且與上述含Ag指形配線相隔地配置。
  2. 如請求項1之太陽電池裝置，其於上述矽半導體基板與上述界面層之間積層有抗反射膜。
  3. 如請求項1或2之太陽電池裝置，其中上述含Cu金屬層及上述含Ag指形配線經由焊料層與TAB線連接。
  4. 如請求項1至3中任一項之太陽電池裝置，其包含上述含Cu金屬層配置於複數條上述含Ag指形配線之間且上述含Ag指形配線被分斷之構造。
  5. 如請求項1至4中任一項之太陽電池裝置，其包含上述含Ag指形配線配置於複數層上述含Cu金屬層之間且上述含Cu金屬層被分斷之構造。
  6. 如請求項1至5中任一項之太陽電池裝置，其包含上述含Ag指形配線之端部藉由含Ag指形配線收束且上述焊料層連接於上述端部之構造。
  7. 一種太陽電池裝置之製造方法，其具備如下步驟：於矽半導體基板之受光面側形成含Ag指形配線；於上述受光面側形成包含氧化物或有機化合物之界面層；及與上述含Ag指形配線相隔地於上述界面層上形成含Cu金屬層。
  8. 如請求項7之製造方法，其包含如下步驟：將上述含Cu金屬層與上述含Ag指形配線進行焊接；及將上述含Cu金屬層與TAB線進行焊接。
  9. 如請求項7或8之製造方法，其中於在上述矽半導體基板之受光面側形成上述含Ag指形配線之步驟中，將Ag漿料網版印刷於上述受光面側，並於上述Ag漿料乾燥後進行燒透煅燒，且於在上述界面層上形成上述含Cu金屬層之步驟中，將Cu漿料網版印刷於上述界面層上，並於上述Cu漿料乾燥後於氧化環境下進行煅燒，並且於上述氧化環境下之煅燒後於還原環境下進行煅燒。
  10. 如請求項7或8之製造方法，其中於在上述矽半導體基板之受光面側形成上述含Ag指形配線之步驟、及在上述界面層上形成上述含Cu金屬層之步驟中，將Ag漿料網版印刷於上述受光面側，將包含Cu氧化物之漿料網版印刷於上述界面層上，於上述Ag漿料及上述包含Cu氧化物之漿料乾燥後進行燒透煅燒，並於上述燒透煅燒後於還原環境下進行煅燒。
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