TWI676299B - 太陽能電池及太陽能電池模組、以及太陽能電池及太陽能電池模組之製造方法 - Google Patents

太陽能電池及太陽能電池模組、以及太陽能電池及太陽能電池模組之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之太陽能電池(101)具備光電轉換部(50)，該光電轉換部(50)具有n型結晶矽基板(1)、設置於第一主面之p型矽系薄膜(31)、及設置於第二主面之n型矽系薄膜(32)，於p型矽系薄膜(31)第一電極層(61)、n型矽系薄膜(32)上具備第二電極層。於第一電極層(61)上設置有圖案集電極(70)。於光電轉換部(50)之第一主面上，自周端側起依序存在第二電極層之回折部(501)、未設置有第一電極層及上述第二電極層中之任一者之絕緣區域(401)、及第一電極層(61)形成區域。第一電極層(61)係於利用遮罩被覆光電轉換部之第一主面之周緣部之狀態下，藉由乾式製程而製膜。第二電極層(62)係不使用遮罩，於光電轉換部之第二主面上藉由乾式製程而製膜。

Description

太陽能電池及太陽能電池模組、以及太陽能電池及太陽能電池模組之製造方法
本發明係關於一種太陽能電池及太陽能電池模組、以及太陽能電池及太陽能電池模組之製造方法。
於太陽能電池中，為了將於具有半導體接面之光電轉換部產生之載子有效率地向外部電路提取，而於光電轉換部上設置有電極。於在結晶矽基板上具備包含矽系薄膜之半導體層之異質接面太陽能電池中，設置透明電極層或金屬集電極來作為電極，於光入射面側設置有圖案集電極。太陽能電池之電極連接於配線材料，將配線材料與鄰接之太陽能電池或外部電路電性連接，藉此進行模組化。
於異質接面太陽能電池之光電轉換部之形成中，一般而言，係於矽基板正面，藉由電漿CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法或濺鍍法等乾式製程，形成半導體層、透明電極層、金屬電極層等薄膜。該等薄膜不僅於基板正面，而且亦回折至側面或背面而製膜，故而存在發生正面與背面之間之短路或漏電流之情況。
於專利文獻1中，提出有如下方法：為了防止因薄膜之回折而引起之短路或漏電，而一面利用遮罩覆蓋結晶矽基板之周緣部，一面形成半導體層或電極層。於專利文獻2中，提出有如下方法：藉由割斷並去除形成半導體層及電極層之後之結晶矽基板之周緣部，而將光電轉換部之側面設為使矽基板露出之割斷面。於專利文獻3中，提出有 如下方法：藉由對電池胞周緣部之雷射照射形成分離槽，而將結晶矽基板上之透明電極層及半導體層去除。於專利文獻2之割斷面或專利文獻3之分離槽，係於正面不存在電極或半導體層而使矽基板露出之狀態，從而去除因回折而引起之短路部分。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-44461號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-310774號公報
[專利文獻3]日本專利特開平9-129904號公報
於如專利文獻1，一面利用遮罩覆蓋基板正背之周緣部，一面形成半導體層或電極層之方法中，於各層之形成時需要進行遮罩之位置對準，故而會導致生產性之降低。又，無法利用電極層回收於基板之周緣部之載子，故而會發生因載子回收率降低而引起之發電損耗(填充因數(FF，Fill Factor)或電流量之降低)。
於如專利文獻2，割斷去除基板之周緣部之情形時，矽基板之面積變小，故而存在電流量降低之傾向。於如專利文獻3，形成分離槽之情形時，無法將分離槽之外周用作有效發電區域，故而與專利文獻2之情形時同樣地，存在電流量降低之傾向。
如上所述，於藉由使用遮罩之製膜、分離槽之形成、割斷等方法，實現基板正背之電極間之短路或漏電之防止之情形時，有效發電區域之減少或製造步驟之複雜化成為問題。又，於本發明者等人之研究中，若於太陽能電池之光電轉換部之周緣部存在矽基板或半導體層露出之區域，則於將該太陽能電池與配線材料連接而模組化時，配線材料與露出於周緣部之矽基板或半導體層接觸，會發生漏電流或機械 性損傷，而存在模組性能降低之傾向。
鑒於上述情況，本發明之目的在於提供一種防止正背之電極間之短路，並且於模組化時亦不易發生因與配線材料之接觸而引起之特性降低之太陽能電池。
本發明之太陽能電池具備光電轉換部，該光電轉換部具有n型結晶矽基板、設置於矽基板之第一主面之p型矽系薄膜、及設置於矽基板之第二主面之n型矽系薄膜。於p型矽系薄膜上，設置有透明之第一電極層，於n型矽系薄膜上，設置有第二電極層。於第一電極層上，設置有圖案集電極。
p型矽系薄膜亦設置於矽基板之側面及第二主面之周緣部，n型矽系薄膜亦設置於矽基板之側面及第一主面之周緣部。於光電轉換部之側面，與n型矽系薄膜相比，p型矽系薄膜位於更靠近矽基板之側。p型矽系薄膜之形成及n型矽系薄膜之形成較佳為均不使用遮罩，而係藉由乾式製程實施。
於利用遮罩被覆光電轉換部之第一主面之周緣部之狀態下，藉由乾式製程製膜第一電極層，藉此於第一主面之周緣部存在未形成有第一電極層之區域。不使用遮罩，於光電轉換部之第二主面上，藉由乾式製程製膜第二電極層，藉此，第二電極層係自第二主面經由側面回折至第一主面之周緣部而形成。第二電極層之朝第一主面之回折部之厚度較佳為1~200nm。回折部之厚度較佳為小於第一電極層之膜厚及第二主面中之第二電極層之膜厚。
於光電轉換部之第一主面上，自周端側起依序存在第二電極層之回折部、未設置有第一電極層及第二電極層中之任一者之絕緣區域、及第一電極層形成區域。
光電轉換部較佳為於第一主面具備具有斜面之凹凸構造。作為 具有斜面之凹凸構造之具體例，可列舉稜錐狀之凹凸構造。
於上述太陽能電池之圖案集電極，連接用以將太陽能電池電性連接至外部電路或其他太陽能電池之配線材料，密封連接配線材料後之太陽能電池，藉此製作太陽能電池模組。於一實施形態中，配線材料於光入射面側之表面具有凹凸構造。
本發明之太陽能電池於光電轉換部之第一主面存在絕緣區域，故而抑制因電極間之短路或漏電而引起之轉換特性之降低。又，第一主面之周端由自第二主面回折而形成之第二電極層保護，故而能夠防止因模組化時之與配線材料之接觸而引起之損傷。進而，第二電極層之回折部之厚度較小，經由配線材料之漏電流較小，故而模組性能優異。
1‧‧‧n型結晶矽基板
9‧‧‧配線材料
9a‧‧‧配線材料之上表面
9b‧‧‧配線材料之下表面
10‧‧‧正面構件
11‧‧‧背面構件
12‧‧‧密封材料
21‧‧‧本質矽系薄膜
22‧‧‧本質矽系薄膜
31‧‧‧p型矽系薄膜
32‧‧‧n型矽系薄膜
50‧‧‧光電轉換部
61‧‧‧第一電極層
62‧‧‧第二電極層
62a‧‧‧透明電極層
62b‧‧‧金屬電極層
70‧‧‧集電極
71‧‧‧匯流排電極
72‧‧‧指狀電極
101‧‧‧太陽能電池
401‧‧‧絕緣區域
402‧‧‧絕緣區域
501‧‧‧回折部
502‧‧‧回折部
615‧‧‧第一電極層
621‧‧‧第二電極層之形成於光電轉換部之第二主面上之部分
623‧‧‧第二電極層之形成於光電轉換部之側面之部分
625‧‧‧第二電極層之回折至第一主面之周緣部而形成之部分
d1‧‧‧第二電極層之回折部之周端側之斜面上之厚度
d2‧‧‧第二電極層之回折部之基板面中央側之斜面上之厚度
W0‧‧‧絕緣區域之寬度
W1‧‧‧第一電極層非形成區域之寬度
W2第二電極層之回折部之寬度
圖1係表示太陽能電池之集電極圖案之一例之俯視圖。
圖2係表示一實施形態之太陽能電池之模式性剖視圖。
圖3係表示一實施形態之太陽能電池模組之模式性剖視圖。
圖4係表示於比較例之太陽能電池之製造步驟中，不使用遮罩，形成矽系薄膜及電極層為止之狀態之模式性剖視圖。
圖5係表示太陽能電池之周緣部之構成之圖，A係俯視圖，B係剖視圖。
圖6係表示比較例之太陽能電池之周緣部之構成之剖視圖。
圖7係用以說明形成於紋理上之電極之膜厚之模式性剖視圖。
圖8係連接有配線材料之太陽能電池之周緣部之模式性剖視圖。
圖9係密封後之太陽能電池之周端附近之模式性剖視圖。
圖10係太陽能電池之周端附近之光學顯微圖像。
圖1係太陽能電池之光入射面之俯視圖，表示集電極之圖案形狀之一例。太陽能電池於光入射面具備圖案集電極70。作為集電極之圖案形狀，廣泛使用如圖1所示，由相互平行而形成之細線狀之指狀電極72與連接複數個指狀電極之匯流排電極71所構成之圖案。
圖2係圖1之集電極70(匯流排電極71)之延伸方向上之太陽能電池之模式性剖視圖。太陽能電池101係異質接面太陽能電池。異質接面太陽能電池之光電轉換部50於結晶矽基板1之表面，具有與結晶矽具有不同帶隙之導電型矽系薄膜31、32。作為矽系薄膜，較佳為非晶質者。其中，於用以形成擴散電位之導電型矽系薄膜31、32與結晶矽基板1之間介存有本質矽系薄膜21、22者作為轉換效率最高之太陽能電池之形態之一而被知曉。於光電轉換部50之第一主面上，設置有第一電極層61及圖案集電極70，於第二主面上，設置有第二電極層62。
本發明之太陽能電池於光電轉換部50之第一主面之周緣部，具有未形成有第一電極層61及第二電極層62中之任一者之絕緣區域401。再者，於本說明書中，主面之「周端」係指主面之端緣。「周緣部」係指周端及距周端為特定距離(數十μm~數mm左右)之區域。
圖3係表示太陽能電池模組之一實施形態之模式性剖視圖，鄰接之太陽能電池101係藉由配線材料9而電性連接。鄰接配置之2個太陽能電池係藉由如下方式串聯連接，即，使一太陽能電池之第一主面側之電極與另一太陽能電池之第二主面側之電極藉由配線材料而連接。於如圖1所示，集電極70包含指狀電極72及匯流排電極71之情形時，一般於匯流排電極上連接配線材料。
[異質接面太陽能電池之積層構成]
以下，一面參照圖2，一面對本發明之太陽能電池之構成進行說明。於本發明之異質接面太陽能電池中，作為結晶矽基板1，係使用n型單晶矽基板。第一主面側(光入射面側)之導電型矽系薄膜31為p 型，第二主面側(背面側)之導電型矽系薄膜32為n型。結晶矽基板1就光封閉等觀點而言，較佳為於表面具有紋理構造(凹凸構造)。作為紋理之形狀，較佳為稜錐狀。藉由對單晶矽基板之表面實施各向異性蝕刻處理，能夠形成稜錐狀之紋理。
作為於結晶矽基板1之表面製膜之本質矽系薄膜21、22，較佳為包含矽及氫之i型氫化非晶質矽。藉由在結晶矽基板上製膜i型氫化非晶質矽，能夠抑制雜質向結晶矽基板擴散，並且有效地進行表面鈍化。本質矽系薄膜21、22之膜厚分別較佳為3nm~16nm，更佳為4nm~14nm，進而較佳為5nm~12nm。
再者，本說明書中之「膜厚」係指製膜面上之厚度。於在基板形成有紋理之情形時，將紋理斜面之垂直方向設為厚度方向。
作為導電型矽系薄膜31、32，可列舉非晶質矽系薄膜、微晶矽系薄膜(含有非晶質矽及晶質矽之薄膜)等。作為矽系薄膜，除矽以外，亦可使用氧化矽、碳化矽、氮化矽等矽系合金。矽系薄膜較佳為非晶質矽薄膜。
導電型矽系薄膜31、32之膜厚較佳為3~30nm。為了降低因矽系薄膜之光吸收而引起之電流損耗，配置於矽基板1之光入射面側之p型矽系薄膜31之膜厚較佳為於能夠形成擴散電位之範圍內儘可能小。p型矽系薄膜31之膜厚較佳為10nm以下，更佳為8nm以下。另一方面，因配置於矽基板1之背面側之n型矽系薄膜32之光吸收而引起之電流損耗，與因p型矽系薄膜31之光吸收而引起之損耗相比較小。因此，就擴散電位之形成及第二電極層製膜時對基板等之損傷降低之觀點而言，n型矽系薄膜32較佳為具有大於p型矽系薄膜31之膜厚。具體而言，n型矽系薄膜之膜厚較佳為較p型矽系薄膜之膜厚大1nm以上，較佳為大2nm以上。
於本發明中，於形成n型矽系薄膜32之前，先進行p型矽系薄膜 31之形成。因此，於光電轉換部50之側面及主面周緣部之矽系薄膜之回折部，p型矽系薄膜31與n型矽系薄膜32相比，位於更靠近n型結晶矽基板1之側。因於側面及主面周緣部，自矽基板側起形成有n/p/n之接面，故而能夠阻止逆向電流，從而抑制漏電。
於光電轉換部50之第一主面上(p型矽系薄膜31上)，形成有透明電極層來作為第一電極層61。作為透明電極層之材料，可使用導電性氧化物。例如，可將氧化鋅、氧化銦、氧化錫等單獨使用，或以複合氧化物之形式使用。就導電性、光學特性、及長期可靠性之觀點而言，較佳為銦系氧化物，其中，較佳為添加有摻雜劑之銦系氧化物。作為摻雜至銦系氧化物之摻雜劑，較佳使用錫、鎢、鈰、鈦、氫。又，摻雜劑之濃度較佳為0.1原子%以上且15原子%以下，更佳為1原子%以上且10原子%以下，特佳為使用以氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)為主成分者。此處，「為主成分」係意指含量多於50重量%，較佳為70重量%以上，更佳為90重量%以上。透明電極層可為單層，亦可為包含複數層之積層構造。
第一電極層61之膜厚就透明性、導電性、及光反射降低之觀點而言，較佳為10nm以上且200nm以下。第一電極層之功能係對集電極70輸送載子，因此，只要具有所需之導電性即可。
於光電轉換部50之第二主面上(n型矽系薄膜32上)，形成有第二電極層62。作為第二電極層62，係使用透明電極層或金屬電極層。第二電極層62亦可如圖2所示，為透明電極層62a與金屬電極層62b之積層體。作為金屬電極層，較理想使用近紅外至紅外區域之波長區域之光之反射率較高、低電阻(例如電阻率為3×10-6Ω．cm以下)、化學穩定性較高之材料。作為滿足此種特性之材料，可列舉銀、銅、鋁等。再者，於未形成有金屬電極層62b之情形時，就增加配線材料與回折部之第二導電層之接觸電阻之觀點而言，較佳為第二導電層之透明電極 層中摻雜劑之濃度較低，於將銦系氧化物用作第二電極層之情形時，摻雜劑濃度較佳為10原子%以下，更佳為3原子%以下。
於第二電極層62包含金屬電極層之情形時，能夠藉由金屬電極層反射於光電轉換部未被吸收而到達至第二主面側之光，使其再入射至光電轉換部，從而提高光之利用效率。尤其是，矽對近紅外至長波長側之吸光係數較小，故而藉由使用近紅外至紅外區域之波長區域之光之反射率較高之材料來作為金屬電極層，能夠提高光之利用效率，從而增大太陽能電池之電流值。又，藉由在光電轉換部50與金屬電極層62b之間具有以金屬氧化物為主成分之透明電極層62a，實現光電轉換部與第二電極層之間之密接性之提高或接觸電阻之降低，並且藉由透明電極層62a阻止金屬成分自金屬電極層62b向光電轉換部50擴散，故而能夠提高轉換特性。
第二電極層62之膜厚於第二電極層包含透明電極層之情形時、於第二電極層包含金屬電極層之情形時、於第二電極層62上形成有圖案集電極之情形時等，可根據電極之積層構成而適當設定。例如，於第二電極層62包含透明電極層，於透明電極層上形成有圖案集電極之情形時，第二電極層62之膜厚較佳為5~500nm，更佳為10~200nm。於第二電極層包含金屬電極層之情形時，第二電極層62之膜厚較佳為50nm~30μm，更佳為100nm~20μm。
再者，於本說明書中，第二電極層之「金屬電極層」係指形成於第二主面上之整個面之金屬電極。如圖1所示之經圖案化之集電極並不包含於「金屬電極層」。
作為矽系薄膜、透明電極層、及金屬電極層之製膜方法，較佳為CVD法、濺鍍法、真空蒸鍍法、離子鍍覆法等乾式製程。其中，矽系薄膜較佳為藉由電漿CVD法製膜。透明電極層之製膜方法較佳為濺鍍法等物理氣相沈積法、或利用有機金屬化合物與氧或水之反應之化 學氣相沈積(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沈積))法等。金屬電極層之製膜方法較佳為濺鍍法或真空蒸鍍法等物理氣相沈積法。金屬電極層亦可藉由鍍敷法形成。
[周緣部之構成]
圖4係模式性地表示不使用遮罩，於矽基板1之第一主面上形成有矽系薄膜21、31及第一電極層61，於矽基板1之第二主面上形成有矽系薄膜22、32及第二電極層62之狀態的剖視圖。於圖4中，係表示於矽基板1之第一主面形成本質矽系薄膜21及p型矽系薄膜31之後，於第二主面形成本質矽系薄膜22及n型矽系薄膜32，其後，形成第一電極層61及第二電極層之情形時的構造。
於不使用遮罩，而藉由CVD法、濺鍍法、真空蒸鍍法或離子鍍覆法等乾式製程形成上述各層之情形時，矽基板1之第二主面上之矽系薄膜22、32及第二電極層62不僅形成於第二主面上，而且藉由製膜時之回折，亦形成於結晶矽基板1之側面及第一主面之周緣部。又，結晶矽基板1之第一主面上之矽系薄膜21、31及第一電極層61藉由製膜時之回折，形成至矽基板1之側面及第二主面之周緣部。如此，若發生製膜時之回折，則自圖4亦可理解，第一電極層61與第二電極層62成為短路之狀態，而使太陽能電池之特性降低。
另一方面，如圖2及圖5所示，本發明之太陽能電池於光電轉換部之第一主面之周緣部具有未形成有第一電極層及第二電極層中之任一者之絕緣區域401。藉由存在絕緣區域，能夠解決第一電極層與第二電極層之短路之問題。
圖5A係自第一主面側觀察於本發明之太陽能電池之製造過程中，於結晶矽基板1之第一主面形成有矽系薄膜21、31及第一電極層61，於第二主面形成有矽系薄膜22、32及第二電極層62之狀態之情況的俯視圖。於第一主面之周緣部，自周端側朝向基板面中央側，依序 存在第二電極層之回折部501、絕緣區域401、及第一電極層61形成區域。
圖5B係圖5A之B1-B2線處之剖視圖。如圖5B所示，第二電極層62形成於光電轉換部之第二主面之包含周端之整個面，且亦回折至光電轉換部之側面及第一主面之周緣部而形成。即，第二電極層62具有形成於光電轉換部之第二主面上之部分621、形成於光電轉換部之側面之部分623、及回折至第一主面之周緣部而形成之部分625。第二電極層回折至第一主面之周緣部而形成之部分625對應於圖5A中之回折部501。
於第一主面之周緣部，距周端為寬度W1之區域係未形成有第一電極層之第一電極層非形成區域。回折部501之寬度W2小於第一電極層非形成區域之寬度W1，故而於第一主面之周緣部，以W0=W1-W2之寬度存在絕緣區域401。
如此，藉由在光電轉換部之第一主面上存在絕緣區域，防止第一電極層61與第二電極層62之短路，從而提高太陽能電池之轉換效率。又，於光電轉換部之第二主面上，於包含周端之整個面形成有第二電極層，故而亦能夠利用光電轉換部之周緣部有效地回收載子。因此，於本發明之構成中，與於光電轉換部之兩面具有絕緣區域之情形時相比，能夠期待轉換效率之提高。
於本發明之構成中，於矽基板1之側面亦形成有本質矽系薄膜，故而於基板側面，亦獲得對矽基板之鈍化效果。因此，於側面之載子再結合得以抑制，與割斷矽基板之周緣部而形成絕緣區域之方法相比，能夠期待開路電壓(Voc)或填充因數(FF)之提高。又，於本發明之構成中，與割斷基板之情形時相比，有效發電面積較大，因此，亦能夠期待轉換效率之提高。
如圖5B所示，本發明之太陽能電池於第一主面之周緣部具有絕 緣區域401，p型矽系薄膜31與n型矽系薄膜32相比，位於更靠近n型結晶矽基板1之側。於此種構成中，與如圖6所示於第二主面之周緣部具有絕緣區域之構成相比，能夠降低漏電。
圖6係模式性地表示將第一電極層61回折至第二主面之周緣部而製膜，形成回折部502，於第二主面之周緣部存在未形成有第二電極層62之區域，藉此於第二主面存在絕緣區域402之形態。於該形態下，於第二電極層62與回折至第二主面而形成之第一電極層615之間，存在經由n層32之漏電路徑。又，經由n層32、i層22，n型結晶矽基板1亦可能成為第二電極層62與第一電極層615之漏電路徑。
於圖5B所示之形態中，於第一主面側，於第一電極層61與第二電極層之回折部501之間，存在經由p層31及回折至第一主面側而形成之n層32之漏電路徑。然而，形成於矽基板之光入射面側之p層31與n層32相比，膜厚較小，面方向之電阻較大，故而與如圖6所示，n層成為漏電路徑之情形時相比，圖5B所示之形態中，經由導電型矽系薄膜之漏電量較小。
又，於圖5B所示之形態中，於第一電極層61與n型結晶矽基板1之間、及第二電極層之回折部625與n型結晶矽基板1之間之兩者存在p層31，故而不會發生經由n型結晶矽基板之漏電。進而，於光電轉換部之側面，p層31與n層32相比，位於更靠近n型結晶矽基板1之側，於側面及主面周緣部自矽基板側起形成有n/p/n之接面，故而阻止逆向電流，經由側面之漏電亦得以抑制。
[絕緣區域之形成方法]
作為於第一主面之周緣部設置絕緣區域之方法，就生產性之觀點、及確實地防止因電極層製膜時之回折而引起之正背之短路之觀點而言，較佳為於利用遮罩覆蓋第一主面之周緣部之狀態下，製膜第一電極層之方法。於第一電極層61之製膜時，利用遮罩覆蓋光電轉換部 之第一主面之周緣部，藉此，距第一主面之周端為距離W1之範圍成為第一電極層非形成區域。第一電極層非形成部之寬度W1只要大於第二電極層之回折部之寬度W2即可。W1較佳為50μm~5mm左右。
藉由不使用遮罩而進行第二電極層之製膜，第二電極層亦回折至側面及第一主面之周緣部而形成。於以使製膜面朝上之方式配置基板而進行製膜之面朝上(沈積物朝下(Deposition Down))方式中，係於第二主面之包含周端之整個面形成第二電極層。於以使製膜面朝下之方式配置基板而進行製膜之面朝下(沈積物朝上(Deposition Up))方式中，係於除用以載置基板之卡止部以外之第二主面之整個面形成第二電極層。
藉由乾式製程，以回折至第二主面上之整個面、側面、及第一主面之周緣部之方式進行電極層之製膜之後，亦可於該電極層上，藉由鍍敷法形成另一電極層。再者，於藉由電解鍍敷法形成金屬層之情形時，易於使朝第二主面上之鍍敷厚度與朝第一主面周緣部之回折部上之鍍敷厚度同等。就抑制太陽能電池模組中之經由配線材料之漏電之觀點而言，較佳為以使回折部上之鍍敷厚度較小之方式，選擇鍍敷方法。例如，於電場電鍍時，於鍍敷電極與鍍敷對象之間設置遮蔽板，使特定區域之電場密度變小，藉此，能夠使於電場密度較小之區域之鍍敷厚度小於其他部分。
就藉由第二電極層之回折部501覆蓋並保護第一主面之周端及其附近之矽系薄膜之觀點而言，回折部501之寬度W2較佳為5μm以上，更佳為10μm以上。為了提高利用第一電極層61之載子回收效率，較佳為第一電極層非形成部之寬度W1較小，就防止於第一主面上之第二電極層之回折部與第一電極層之短路之觀點而言，回折部501之寬度W2較佳為於能夠確實地保護第一主面之周端之範圍內較小。W2較佳為3mm以下，更佳為2mm以下，進而較佳為1mm以下。W1、 W2、及絕緣區域之寬度W0係藉由太陽能電池表面之光學顯微鏡觀察而求出。
於本發明中，與將基板之周端部割斷並去除之方法、或於周緣部形成分離槽之方法相比，能夠將伴隨正背之電極層之短路去除之有效發電面積之減少抑制為最小限度。又，若於形成電極層之後藉由雷射加工形成割斷面或分離槽，則附著於雷射加工面之電極材料或雷射加工區域附近之pn接面之損傷等可能會成為漏電之原因，於此相對，於藉由電極層之遮罩製膜防止短路之方法中，能夠防止伴隨加工之新的漏電路徑之產生。進而，於本發明中，於第二電極層之製膜並不使用遮罩，故而與於兩面之電極層之製膜使用遮罩之情形時相比，能夠使遮罩之位置對準之次數減半，從而提高生產效率。
於利用乾式製程之製膜時，製膜面之回折至背面而製膜之部分之厚度小於製膜面之膜厚。因此，第二電極層之回折部625之厚度小於第二主面上之第二電極層621之膜厚。第二電極層之回折部之厚度較佳為1~200nm。又，第二電極層之回折部之厚度較佳為小於第一電極層之膜厚。
若第二電極層之回折部之厚度為1nm以上，則能夠抑制對第一主面之周端附近之光電轉換部之機械性損傷。若第二電極層之回折部之厚度較小，則能夠抑制經由配線材料之漏電流(詳細情況於後文進行敍述)。第二電極層之回折部之厚度較佳為100nm以下，更佳為50nm以下。
第二電極層之回折部之厚度係藉由回折部之寬度方向之中央(距周端之距離為W2/2之位置)附近之剖面顯微鏡觀察而求出。於在紋理構造上形成有回折部之情形時，如圖7所示，有周端側(圖中之A側)之斜面上之厚度d1大於基板面中央側(圖中之B側)之斜面上之厚度d2之傾向。於該情形時，將d1與d2之平均值設為第二電極層之回折部之厚 度。
於如圖7所示，第二電極層之回折部之周端側斜面上厚度較小之情形時、或於回折部局部存在厚度較小之區域之情形時，膜厚較小之部分之電阻較高，成為漏電路徑之瓶頸，故而有經由配線材料之漏電流變小之傾向。第二電極層之回折部亦可包含島狀地形成有第二電極層之區域。
[集電極]
於第一電極層61上，形成有集電極70。集電極70可藉由噴墨法、網版印刷法、導線接著法、噴霧法、真空蒸鍍法、濺鍍法、鍍敷法等公知技術而製作。就生產性之觀點而言，經圖案化之集電極之形成適用網版印刷法。於網版印刷法中，係使用含有金屬粒子之印刷漿料、及具有對應於集電極之圖案形狀之開口圖案之網版，印刷圖案。於將含有溶劑之材料用作印刷漿料之情形時，為了去除溶劑，例如較佳為進行5分鐘~1小時左右乾燥。為了充分提高藉由網版印刷法而形成之集電極之導電性，較理想為藉由熱處理使漿料中之黏合劑樹脂硬化。作為漿料中所含之黏合劑樹脂，較佳為環氧系樹脂、酚系樹脂、丙烯酸系樹脂等。
集電極亦可包含複數層。例如，亦可為包含與第一電極層61之接觸電阻較低之下層、及具有與配線材料9之連接性優異之特性之上層的積層構造。根據此種構造，能夠期待伴隨與第一電極層之接觸電阻之降低之太陽能電池之填充因數提高。又，藉由將集電極設為積層構造，能夠期待集電極之進一步之低電阻化或高可靠性化。
[太陽能電池模組]
本發明之太陽能電池於供實用時，係經模組化。藉由將經由引板等配線材料而串聯或並聯連接之複數個太陽能電池介隔密封材料利用正面構件與背面構件夾持並密封，而進行太陽能電池之模組化。
正面構件10(透光性構件)及背面構件11係板狀或片狀之構件，分別配置於太陽能電池101之第一主面側(光入射面)及第二主面側。作為正面構件10之材料，可採用玻璃、透光性塑膠等透明材料。作為背面構件11，可採用聚對苯二甲酸乙二酯膜等樹脂膜或鋼板、玻璃板等。
密封材料12係填充正面構件10與背面構件11之間而密封太陽能電池者，且係具有透光性及絕緣性之接著性樹脂材料。作為具有絕緣性之接著性樹脂材料，例如可採用：聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等聚烯烴系樹脂；聚乙烯丁醛等熱硬化性樹脂；乙烯乙酸乙烯酯(EVA)等。
配線材料9係用以將太陽能電池間或外部電路與太陽能電池連接之導電性板狀構件，具有可撓性。作為配線材料之材料，一般使用銅。亦可藉由被覆材料被覆銅等芯材之表面。就使與太陽能電池之電極之接合變得容易之觀點而言，作為配線材料之被覆材料，廣泛使用焊料。作為被覆材料，亦可使用銀、錫、鎳等金屬。若將銀用作被覆材料，則能夠提高配線材料之反射率。若將鎳用作被覆材料，則能夠降低配線材料之反射率，從而提高太陽能電池模組之設計性。亦可將於上表面(光入射面)9a具有高度5μm~100μm左右之凹凸構造之板狀構件用作配線材料。配線材料於上表面具有凹凸構造，藉此，能夠使於配線材料表面之反射光擴散，從而使反射光高效率地再入射至太陽能電池，故而能夠提高模組性能。
圖8係將匯流排電極71與配線材料9之下表面9b連接之後，密封前之太陽能電池之周緣部附近之剖面構造之模式圖。連接於匯流排電極71之配線材料9係以使下表面9b與太陽能電池之第一主面相對向之方式而配置。密封前，配線材料9與回折部之第二電極層625隔開。
圖9係密封後之第一主面周端附近之模式性剖視圖。藉由密封之 壓力，使配線材料9之下表面9b與第二電極層之回折部625局部接觸。若於基板之周端附近使光電轉換部之矽系薄膜或矽基板露出，則由於與配線材料之接觸，容易發生機械性損傷。於異質接面太陽能電池中，若於矽系薄膜發生機械性損傷，則會失去矽基板表面之鈍化功能，而存在轉換特性大幅降低之情況。另一方面，於本發明中，如圖9所示，光電轉換部之表面係藉由第二電極層之回折部625而保護，故而能夠防止因與配線材料之接觸而對矽系薄膜之機械性損傷。
太陽能電池之第一主面側之集電極係與配線材料之下表面9b接合，與此相對，第二主面側之電極係與配線材料之上表面9a接合。於使用在上表面9a具有凹凸構造之配線材料之情形時，太陽能電池之第二主面容易受到因與配線材料之凹凸構造之凸部之接觸而引起的機械性損傷。若於第二主面側存在絕緣區域，則因配線材料之凹凸構造之凸部與絕緣區域之接觸，容易發生對矽系薄膜之機械性損傷，模組轉換特性之降低成為問題。於本發明之太陽能電池中，於第二主面之整個面形成有第二電極層，故而即便於使用在上表面9a具有凹凸構造之配線材料之情形時，亦不易發生對第二主面側之矽系薄膜之機械性損傷。因此，能夠有效率地再利用於配線材料表面之反射散射光，並且因配線材料之連接而引起之機械性損傷較少，故而獲得轉換特性較高之太陽能電池模組。
若配線材料9與第二電極層之回折部625接觸，則同一電池胞之第一主面之集電極70與第二主面之第二電極層62短路，可能會成為漏電之原因。於在矽基板1之第一主面具有紋理構造之情形時，如圖9模式性地所示，第一主面中之第二電極層625與配線材料9之接觸區域僅位於紋理之凸部之頂點附近。因此，第二電極層之回折部625與配線材料9之接觸面積較小，接觸電阻較大，故而能夠抑制因與配線材料之接觸而引起之漏電流。
又，第二電極層之回折部625之厚度小於第二主面中之第二電極層621之膜厚，故而回折部625之面方向之電阻較大。因此，能夠抑制因第二電極層之回折部625與配線材料9之接觸而引起之漏電流。
因金屬電極層與透明電極層相比電阻率較小，故而於第二電極層62包含金屬電極層之情形時，與第二電極層包含透明電極層之情形時相比，第二電極層之回折部625與配線材料9之接觸電阻較小，有漏電流變大之傾向。將包含較Ag、Cu等低電阻金屬材料高電阻之金屬材料之金屬層作為第二電極層62之最表面層而設置，亦以回折至第一主面側之方式形成該高電阻金屬層，藉此，能夠增大回折部與配線材料之接觸電阻，從而降低漏電流。又，藉由將金屬電極層設為自光電轉換部側起為低電阻金屬層與高電阻金屬層之積層構成，能夠抑制於第二電極層之電阻損耗，並且降低因第二電極層之回折部與配線材料之接觸而引起之漏電流。
低電阻金屬材料具有3×10-6Ω.cm以下之電阻率。低電阻金屬材料之電阻率較佳為2×10-6Ω.cm以下。高電阻金屬材料具有6×10-6Ω.cm以上之電阻率。高電阻金屬材料之電阻率較佳為10×10-6Ω.cm以上。為了良好地保持於第二主面側之第二電極層與配線材料之電性接觸，高電阻導電材料之電阻率較佳為60×10-6Ω.cm以下。作為高電阻導電材料，可適用Ti、Sn、Cr、Ni、及含有其等之合金等。若使用如Ti、Al、Cr、Ni般於表面形成穩定之氧化物層之高電阻導電材料，則能夠進一步提高配線材料與第二電極層之回折部之接觸電阻。
[實施例]
以下，舉出實施例，對本發明進行具體說明，但本發明並不限定於以下之實施例。
[實施例1]
(光電轉換部之形成)
將入射面之面方位為(100)、厚度為200μm之n型單晶矽晶圓(156mm見方)於2重量%之HF水溶液中浸漬3分鐘，而去除表面之氧化矽膜後，進行利用超純水之沖洗2次。將該晶圓於保持於70℃之5/15重量%之KOH/異丙醇水溶液中浸漬15分鐘，蝕刻晶圓之表面，形成稜錐狀之紋理。其後，進行利用超純水之沖洗2次。
將形成有紋理之晶圓導入至CVD裝置，於其光入射面(第一主面)側，以5nm之膜厚製膜i型非晶質矽，作為本質矽系薄膜。i型非晶質矽之製膜條件為，基板溫度：170℃，壓力：120Pa，SiH4/H2流量比：3/10，投入功率密度：0.011W/cm2。再者，本實施例中之薄膜之膜厚係藉由利用分光橢圓偏光儀(商品名M2000，J.A.Woollam公司製造)測定於玻璃基板上以相同條件製膜之薄膜之膜厚而求出製膜速度，對由該製膜速度與製膜時間之積所算出之膜厚乘以特定之係數s而獲得之值。形成有紋理之基板由於與形成紋理前相比，表面積更大，故而向紋理基板上之製膜速度變得小於向玻璃基板上之製膜速度。於本實施例中，基於實驗資料，將係數設為s=0.67。
於i型非晶質矽層上，以7nm之膜厚製膜p型非晶質矽。p型非晶質矽層之製膜條件為，基板溫度：50℃，壓力：60Pa，SiH4/B2H6流量比：1/3，投入功率密度：0.01W/cm2。再者，上述B2H6氣體流量係利用H2將B2H6濃度稀釋為5000ppm之稀釋氣體之流量。
其次，於晶圓之背面側(第二主面)，以6nm之膜厚製膜i型非晶質矽層，作為本質矽系薄膜。第二主面上之i型非晶質矽層之製膜條件係與第一主面上之i型非晶質矽層之製膜條件相同。於第二主面上之i型非晶質矽層上，以20nm之膜厚製膜n型非晶質矽層。n型非晶質矽層之製膜條件為，基板溫度：150℃，壓力：60Pa，SiH4/PH3流量比：1/2，投入功率密度：0.01W/cm2。再者，上述PH3氣體流量係利用H2將PH3濃度稀釋至5000ppm之稀釋氣體之流量。
(電極層之形成)
於第一主面之p型非晶質矽層上，藉由濺鍍法以膜厚100nm製膜氧化銦錫(ITO)，作為第一電極層(透明電極層)。於製膜時，利用遮罩遮蔽自晶圓之周端起0.5mm之區域，而使第一主面之周緣部及側面不製膜透明電極層。使用氧化銦與氧化錫之燒結體作為靶，於基板溫度：室溫，壓力：0.2Pa之氬氣氛圍中，施加0.5W/cm2之功率密度，進行透明電極層之製膜。
於第二主面之n型非晶質矽層上，藉由濺鍍法以膜厚100nm製膜ITO，作為第二電極層。濺鍍條件係與第一透明電極層之製膜條件相同。於第二電極層之製膜時，並不使用遮罩，於第二主面之整個面、基板之側面、及第一主面之周緣部亦形成第二電極層。將第二電極層形成後之晶圓之第一主面之光學顯微鏡照片示於圖10。根據圖10求出之第二電極層朝向第一主面之周緣部之回折部的寬度為約20μm。
以如上方式，於在第一主面上形成透明電極層時，於利用遮罩遮蔽周緣部之狀態下進行製膜，第二電極層係不使用遮罩而進行製膜，藉此，於第一主面之周緣部，形成寬度約0.4mm之絕緣區域。
(集電極之形成)
於集電極之形成時，係使用含有作為金屬材料之銀粉末、且含有環氧系樹脂來作為黏合劑樹脂之印刷漿料。使用具有對應於圖1所示之集電極圖案之開口之網版，於第一電極層上，藉由網版印刷法塗佈漿料，以200℃進行熱處理。其後，與於第一電極層上同樣地，亦於第二電極層上，藉由網版印刷法形成集電極。
(模組化)
藉由將鄰接之太陽能電池之第一主面上之集電極與第二主面上之集電極連接於配線材料，將複數個太陽能電池串聯連接，於兩端之太陽能電池連接作為引出線之配線材料。集電極與配線材料係藉由焊 料而連接。將連接配線材料之後之太陽能電池介隔密封材料(填充劑)，利用玻璃基板(正面構件)及背面片材(背面構件)夾入並密封。將引出線安裝至配線箱，而製作太陽能電池模組。於密封後之太陽能電池模組中，配線材料與第一主面上之第二電極層之回折部接觸。
[實施例2]
於以膜厚100nm製膜ITO(透明電極)之後，繼續藉由濺鍍法以膜厚500nm製膜Ag，作為第二電極層。第二電極層之Ag亦與ITO同樣地，回折至基板之側面及第一主面之周緣部而形成。於實施例2中，於第二電極層上並不形成集電極，將第一主面上之集電極與第二電極層連接於配線材料，藉此將複數個太陽能電池串聯連接。除該等方面以外，係與實施例1同樣地製作太陽能電池模組。
[實施例3]
於以膜厚100nm製膜ITO(透明電極)之後，繼續藉由濺鍍法依序以膜厚500nm製膜Ag、以膜厚20nm製膜Ti，作為第二電極層。於實施例3中，於配線材料與第二電極層之連接係使用導電性膜(CF，Conductive Film)。除該等方面以外，係與實施例2同樣地製作太陽能電池模組。
[實施例4]
於以膜厚100nm製膜ITO(透明電極)之後，繼續藉由濺鍍法依序以膜厚500nm製膜Ag、以膜厚20nm製膜Cr，作為第二電極層，除該等方面以外，係與實施例3同樣地製作太陽能電池模組。
[實施例5]
於以膜厚100nm製膜ITO(透明電極)之後，繼續藉由濺鍍法依序以膜厚50nm製膜Ag、以膜厚500nm製膜Cu、以及以膜厚20nm製膜Cr，作為第二電極層，除該等方面以外，係與實施例3同樣地製作太陽能電池模組。
[比較例1]
於電極層之形成時不使用遮罩，如圖4所示，使第一電極層及第二電極層之兩者以回折至相反側之主面之方式形成之後，對自基板之周端起0.5mm之位置，自光入射面側照射雷射光，形成分離槽(絕緣區域)。分離槽並未到達至結晶矽基板。除該等方面以外，係與實施例1同樣地製作太陽能電池模組。
[比較例2]
於第一電極層製膜時不使用遮罩，第二電極層係於利用遮罩遮蔽自基板之周端起0.5mm之區域之狀態下進行製膜，藉此於第二主面之周緣形成絕緣區域。除該等方面以外，係與實施例1同樣地製作太陽能電池模組。
[比較例3]
第一電極層及第二電極層之兩者係於利用遮罩遮蔽自基板之周端起0.5mm之區域之狀態下進行製膜，藉此，絕緣區域形成於第一主面與第二主面之兩面，除該等方面以外，係與實施例1同樣地製作太陽能電池模組。
[評價]
<第二電極層之回折部之厚度>
藉由剖面之透過型電子顯微鏡觀察，求出自基板周端起約10μm之位置之電極之厚度。
<漏電流>
根據對模組化前之太陽能電池、及太陽能電池模組之各者施加-2V之電壓時之暗電流，求出漏電流。於太陽能電池模組中，將暗電流除以電池胞之串聯連接數後所得者(每1個電池胞之漏電流)設為漏電流。
<模組性能>
使用具有AM1.5之光譜分佈之太陽模擬器，於25℃之環境下，以100mW/cm2之能量密度照射虛擬太陽光，而進行太陽能電池特性之測定。
將各實施例及比較例之製造條件、模組性能、及漏電流之評價結果示於表1。於表1中，係以將比較例1之模組之填充因數(FF)、電流(Isc)、最大輸出(Pmax)設為1之相對值表示模組性能。
於藉由對第一電極層進行遮罩製膜而於第一主面(正面)設置有絕緣區域之實施例1中，與藉由雷射加工而設置有分離槽之比較例1相比，獲得較高之Isc及FF。認為導致該差異之原因在於：於比較例1中，由於製作時之雷射照射，對非晶質矽層或結晶矽基板產生損傷，而形成漏電路徑；以及未回收於較分離槽更靠周端側處產生之載子。
自實施例1與比較例2之對比可知：與絕緣區域存在於第二主面之情形時相比，絕緣區域存在於第一主面之情形時，漏電流更小，而獲得更高之FF。又，可知：於實施例1中，於經由配線材料進行模組化之後，漏電流量亦較小，從而抑制經由配線材料之漏電。再者，於比較例2中，雖然模組化前後之漏電流量同等，但認為其原因在於：因於電池胞單獨體之漏電量較大，故而未檢測到經由配線材料之漏電流，於比較例2亦發生與實施例1同等之經由配線材料之漏電。
自實施例1與比較例3之對比可知：藉由使絕緣區域形成於第一主面，而獲得更高之Isc。作為導致該差異之原因，可列舉：於實施例1中，第二電極層係回折至第一主面側而形成，藉此有效發電區域較大；以及因光電轉換部之周端由電極層覆蓋，故而不易發生模組化時之伴隨與配線材料之連接之損傷等。
於積層透明電極層與金屬電極層來作為第二電極層之實施例2~5中，與比較例1、2相比，於電池胞單獨體之漏電較小，模組化後之漏電流較小，故而亦獲得較高之FF。可知：藉由形成包含體積電阻率較Ag高之Cr(體積電阻率=1.3×10-7Ω．cm)或Ti(體積電阻率=4.3×10-7Ω．cm)等之高電阻金屬層來作為第二電極層之最表面層，高電阻金屬層成為第一主面之回折部之最表面層，故而與最表面層為Ag之實施例2相比，模組化後之漏電流較小，使FF得以提高。再者，於實施例2~5中，係將第二電極層之膜厚設為600~670nm，但回折至第一主面側而形成之第二電極層之厚度於任何實施例中均無較大差別，大致同 等。

Claims (14)

  1. 一種太陽能電池之製造方法，該太陽能電池包括：光電轉換部，其具有n型結晶矽基板、設置於上述矽基板之第一主面之p型矽系薄膜、及設置於上述矽基板之第二主面之n型矽系薄膜；透明之第一電極層，其設置於上述p型矽系薄膜上；第二電極層，其設置於上述n型矽系薄膜上；及圖案集電極，其設置於上述第一電極層上；並且上述太陽能電池之製造方法於結晶矽基板之第一主面上形成p型矽系薄膜後，進行於上述結晶矽基板之第二主面上之n型矽系薄膜之形成，於利用遮罩被覆光電轉換部之第一主面之周緣部之狀態下，藉由乾式製程製膜第一電極層，藉此於第一主面之周緣部存在未形成有第一電極層之區域，不使用遮罩，於光電轉換部之第二主面上，藉由乾式製程製膜第二電極層，藉此自第二主面經由側面回折至第一主面之周緣部而形成第二電極層，藉此，於光電轉換部之第一主面上，自周端側起依序具有上述第二電極層之回折部、未設置有上述第一電極層及上述第二電極層中之任一者之絕緣區域、及第一電極層形成區域。
  2. 如請求項1之太陽能電池之製造方法，其中上述p型矽系薄膜之形成及上述n型矽系薄膜之形成均不使用遮罩，而藉由乾式製程實施。
  3. 如請求項1或2之太陽能電池之製造方法，其中上述光電轉換部於第一主面具備具有斜面之凹凸構造。
  4. 一種太陽能電池模組之製造方法，其包括如下步驟：藉由如請求項1至3中任一項之方法製作太陽能電池；於上述太陽能電池之圖案集電極，連接用以將上述太陽能電池電性連接至外部電路或其他太陽能電池之配線材料；及對連接配線材料後之太陽能電池進行密封。
  5. 如請求項4之太陽能電池模組之製造方法，其中上述配線材料於光入射面側之表面具有凹凸構造。
  6. 一種太陽能電池，其包括：光電轉換部，其具有n型結晶矽基板、設置於上述矽基板之第一主面之p型矽系薄膜、及設置於上述矽基板之第二主面之n型矽系薄膜；透明之第一電極層，其設置於上述p型矽系薄膜上；第二電極層，其設置於上述n型矽系薄膜上；及圖案集電極，其設置於上述第一電極層上；且上述p型矽系薄膜亦設置於上述矽基板之側面及第二主面之周緣部，上述n型矽系薄膜亦設置於上述矽基板之側面及第一主面之周緣部，於上述光電轉換部之側面，與上述n型矽系薄膜相比，上述p型矽系薄膜位於更靠近上述矽基板之側，於上述光電轉換部之第一主面之周緣部，存在未設置有上述第一電極層之區域，上述第二電極層亦設置於上述光電轉換部之側面及第一主面之周緣部，藉此，於第一主面之周緣部形成有上述第二電極層之回折部，於上述光電轉換部之第一主面上，自周端側起依序具有上述第二電極層之回折部、未設置有上述第一電極層及上述第二電極層中之任一者之絕緣區域、及第一電極層形成區域，上述第二電極層之回折部之厚度為1~200nm，並且小於上述第一電極層之膜厚及第二主面中之上述第二電極層之膜厚，於上述第二電極層之回折部，未形成第一電極層。
  7. 如請求項6之太陽能電池，其中上述光電轉換部於第一主面具備具有斜面之凹凸構造，且上述第二電極層之回折部之上述凹凸構造之周端側斜面上的厚度大於上述凹凸構造之基板面中央側斜面上之厚度。
  8. 如請求項6之太陽能電池，其中上述第二電極層包含透明電極層。
  9. 如請求項6至8中任一項之太陽能電池，其中上述第二電極層自光電轉換部側起依序具有透明電極層及金屬電極層，且上述金屬電極層之最表面層係電阻率為6×10-6Ω．cm以上之高電阻金屬層。
  10. 如請求項9之太陽能電池，其中上述高電阻金屬層包含選自由Sn、Ti、及Cr所組成之群中之至少1種金屬。
  11. 如請求項9之太陽能電池，其中於上述透明電極層與上述高電阻金屬層之間，包含電阻率為3×10-6Ω．cm以下之低電阻金屬層。
  12. 如請求項11之太陽能電池，其中上述低電阻金屬層包含選自由Ag及Cu所組成之群中之至少1種金屬。
  13. 一種太陽能電池模組，其包括：如請求項6至12中任一項之太陽能電池；及配線材料，其用以將上述太陽能電池電性連接至外部電路或其他太陽能電池；且上述配線材料連接於上述太陽能電池之圖案集電極，連接有配線材料之上述太陽能電池係藉由密封材料密封。
  14. 如請求項13之太陽能電池模組，其中上述配線材料於光入射面側之表面具有凹凸構造。
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