WO2013001861A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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electrode conductive
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西田 豊三
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三洋電機株式会社
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    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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    • H01L31/04Semiconductor 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
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    • H01L31/056Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 describes a solar cell having a collector electrode partially formed on the back surface and a reflective film made of Ag formed on the entire back surface including the collector electrode.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.
  • the solar cell according to the present invention includes a photoelectric conversion unit, a first electrode, and a second electrode.
  • the first electrode is disposed on one main surface of the photoelectric conversion unit, and the second electrode is disposed on the other main surface of the photoelectric conversion unit in a smaller area than the first electrode.
  • the first electrode includes a first first electrode conductive layer and a second first electrode conductive layer.
  • the first first electrode conductive layer is disposed on one main surface of the photoelectric conversion unit.
  • the second first electrode conductive layer is disposed on the first first electrode conductive layer.
  • the first first electrode conductive layer has a higher light reflectance than the second first electrode conductive layer.
  • the second first electrode conductive layer has a lower electrical resistance than the first first electrode conductive layer.
  • a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion unit in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view enlarging a part of the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the second embodiment.
  • the solar cell 1 includes a photoelectric conversion unit 10, a first electrode 21, and a second electrode 22.
  • the photoelectric conversion unit 10 has a first main surface 10a and a second main surface 10b that oppose each other.
  • the first electrode 21 is disposed on the first main surface 10 a of the photoelectric conversion unit 10.
  • the second electrode 22 is disposed on the second main surface 10b of the photoelectric conversion unit.
  • the photoelectric conversion unit 10 generates electron and hole carriers by receiving light.
  • the photoelectric conversion unit 10 receives light at the second main surface 10b.
  • the second electrode 22 is partially disposed on the second main surface 10b so that light can be received by the second main surface 10b.
  • a passivation layer 31 is provided on the portion of the second main surface 10b exposed from the second electrode 22.
  • the passivation layer 31 has translucency with respect to light in a wavelength range that can be absorbed by at least the photoelectric conversion unit 10. Further, the passivation layer 31 suppresses carrier recombination at least on the surface exposed from the second electrode 22 of the second main surface 10b.
  • the first electrode 21 has, at least in part, a reflection film disposed so as to cover substantially the entire surface of the first main surface 10a so that the light transmitted through the photoelectric conversion unit 10 can be reflected.
  • the photoelectric conversion unit 10 includes a substrate 11 made of a semiconductor material having one conductivity type.
  • the photoelectric conversion unit 10 has a semiconductor junction for forming an electric field for carrier separation, such as a PN junction. This semiconductor junction may be formed by diffusing a predetermined dopant in the substrate 11 or may be formed by providing a semiconductor layer containing the predetermined dopant on the main surface of the substrate 11.
  • the photoelectric conversion unit 10 shown in FIG. 3 has a semiconductor junction formed between the substrate 11 and a semiconductor layer including a predetermined dopant provided on the main surface of the substrate 11.
  • the substrate 11 has a first main surface 11a and a second main surface 11b facing each other.
  • the first main surface 11a has a texture structure including a plurality of irregularities.
  • the texture structure may be a pyramidal (quadrangular pyramid or quadrangular pyramid-shaped) uneven structure obtained by performing anisotropic etching on the surface of a substrate made of single crystal silicon having a (100) plane. .
  • substrate which consists of a single crystal silicon or a polycrystalline silicon may be sufficient.
  • the 2nd main surface 11b may have a texture structure similarly to the 1st main surface 11a, and may have a planar shape.
  • a first semiconductor layer 15 of the first conductivity type is disposed on the first main surface 11a of the substrate 11.
  • a second conductive type second semiconductor layer 13 is disposed on the second main surface 11 b of the substrate 11.
  • a first transparent conductive layer 17 is disposed on substantially the entire surface of the first semiconductor layer 15.
  • a second transparent conductive layer 16 is disposed on substantially the entire surface of the second semiconductor layer 13.
  • the photoelectric conversion unit 10 may include an i-type third semiconductor layer 14 between the substrate 11 and the first semiconductor layer 15. Similarly, the photoelectric conversion unit 10 may include an i-type fourth semiconductor layer 12 between the substrate 11 and the second semiconductor layer 13. By doing so, the junction characteristics between the substrate 11 and the first semiconductor layer 15 and the junction characteristics between the substrate 11 and the second semiconductor layer 13 can be improved.
  • the substrate 11 can be made of, for example, n-type or p-type crystalline silicon.
  • the third semiconductor layer 14 and the fourth semiconductor layer 12 can be made of i-type amorphous silicon containing hydrogen, for example.
  • the thicknesses of the third semiconductor layer 14 and the fourth semiconductor layer 12 are preferably such that they do not substantially contribute to power generation, for example, about several to 250 inches.
  • the first semiconductor layer 15 and the second semiconductor layer 13 can be made of, for example, p-type or n-type amorphous silicon containing hydrogen.
  • the 1st transparent conductive layer 17 and the 2nd transparent conductive layer 16 can be comprised by translucent conductive oxides, such as indium oxide oxidation and zinc oxide, for example.
  • the photoelectric conversion unit 10 has the first main surface 10a and the second main surface 10b.
  • the first main surface 10 a is configured by the first transparent conductive layer 17, and the second main surface 10 b is configured by the second transparent conductive layer 16. It is not limited to.
  • a transparent conductive layer can be dispensed with.
  • both the first main surface 10a and the second main surface 10b are composed of semiconductor layers.
  • the second electrode 22 is disposed on the second main surface 10 b of the photoelectric conversion unit 10.
  • the first electrode 21 is disposed on the first main surface 10a.
  • One of the first electrode 21 and the second electrode 22 is an electrode that collects electrons, and the other is an electrode that collects holes.
  • the first electrode 21 includes at least a layer disposed so as to cover substantially the entire first main surface 10a of the photoelectric conversion unit 10.
  • the thickness of the first electrode 21 can be, for example, about 1 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • the first electrode 21 is composed of a stacked body of a plurality of conductive layers.
  • the first electrode 21 includes a first first electrode conductive layer 21a, a migration suppression layer 21b, and a second first electrode conductive layer 21c in order from the first main surface 10a side.
  • the first first electrode conductive layer 21a is disposed on the first main surface 10a.
  • the migration suppression layer 21b is disposed on the first first electrode conductive layer 21a.
  • the second first electrode conductive layer 21c is disposed on the migration suppression layer 21b.
  • the first first electrode conductive layer 21a has a higher light reflectance than the second first electrode conductive layer 21c.
  • the second first electrode conductive layer 21c has a lower electrical resistance than the first first electrode conductive layer 21a.
  • the first first electrode conductive layer 21a is made of, for example, a metal selected from the group consisting of Ag, Al, Rh, Au, and Ni, or a group consisting of Ag, Al, Rh, Au, and Ni. It can be composed of an alloy containing at least one selected metal.
  • the 1st 1st electrode conductive layer 21a is comprised by Ag or Rh. In this case, the light reflectance of the first first electrode conductive layer 21a can be further increased.
  • the second first electrode conductive layer 21c is made of a metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Zn and Rh or an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Zn and Rh. Can be configured. Especially, it is preferable that the 2nd 1st electrode conductive layer 21c is comprised by Cu. In this case, the electrical resistance of the second first electrode conductive layer 21c can be further reduced.
  • the migration suppression layer 21b disposed between the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c is composed of the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer. Migration between the layer 21c is suppressed.
  • the migration suppressing layer 21b is made of, for example, a metal selected from the group consisting of Ni, Ti, W and Mo, or an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, W and Mo. Can do. Especially, it is preferable that the migration suppression layer 21b is comprised with Ni.
  • the migration between the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c is caused by at least one of the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c.
  • the migration suppression effect by the migration suppression layer 21b is stronger when at least one of the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c is made of a noble metal or an alloy containing a noble metal. Played.
  • both the 1st 1st electrode conductive layer 21a and the 2nd 1st electrode conductive layer 21c do not contain the alloy containing a noble metal or a noble metal, it is not necessary to provide the migration suppression layer 21b.
  • the thickness of the first first electrode conductive layer 21a is not particularly limited as long as a sufficiently high light reflectance is obtained.
  • the thickness of the first first electrode conductive layer 21a is preferably, for example, 10 nm or more, and preferably 100 nm or more. However, if the thickness of the first first electrode conductive layer 21a is too thick, it may be peeled off. For this reason, the thickness of the first first electrode conductive layer 21a is preferably 10 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the first first electrode conductive layer 21 a is preferably provided on substantially the entire first main surface 10 a of the photoelectric conversion unit 10. By doing in this way, much light of the light which permeate
  • the thickness of the migration suppression layer 21b is not particularly limited as long as migration between the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c can be suppressed.
  • the thickness of the migration suppression layer 21b is, for example, preferably 20 nm or more, and preferably 100 nm or more.
  • the thickness of the migration suppression layer 21b is preferably 10 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the thickness of the second first electrode conductive layer 21c is not particularly limited as long as the electrical resistance of the first electrode 21 can be sufficiently lowered.
  • the thickness of the second first electrode conductive layer 21c is, for example, preferably 0.2 ⁇ m or more, and more preferably 1 ⁇ m or more. However, if the thickness of the second first electrode conductive layer 21c is too thick, the entire electrode may be peeled off. For this reason, the thickness of the second first electrode conductive layer 21c is preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 20 ⁇ m or less. Note that the second first electrode conductive layer 21c may be provided on at least a part of the first main surface 10a of the photoelectric conversion unit 10.
  • the formation method of the first first electrode conductive layer 21a, the migration suppression layer 21b, and the second first electrode conductive layer 21c is not particularly limited.
  • the 1st 1st electrode conductive layer 21a, the migration suppression layer 21b, and the 2nd 1st electrode conductive layer 21c can be formed by sputtering method, a vapor deposition method, a plating method etc., for example.
  • the second first electrode conductive layer 21c is preferably a plating film formed by a plating method. In this case, the second first electrode conductive layer 21c can be easily formed thick, and the electric resistance of the second first electrode conductive layer 21c can be easily reduced.
  • the second electrode 22 is disposed on a part of the second main surface 10b of the photoelectric conversion unit 10. The other part of the second main surface 10 b is exposed from the second electrode 22.
  • a passivation layer 31 is disposed on at least the exposed portion of the second main surface 10b from the second electrode 22.
  • the passivation layer 31 and the second electrode 22 cover substantially the entire second main surface 10b.
  • the passivation layer 31 is made of, for example, a metal oxide such as silicon oxide, a metal nitride such as silicon nitride, or the like, or an organic substance such as a resin such as imide, acrylic, epoxy, urethane, or ethylene vinyl copolymer. Can do.
  • the second electrode 22 has a plurality of finger portions 22A and a bus bar portion 22B.
  • the plurality of finger portions 22A extend along the y direction (one direction), and are spaced apart from each other along the x direction (the other direction) intersecting the y direction.
  • the bus bar portion 22B extends along the x direction and is electrically connected to the plurality of finger portions 22A.
  • the finger unit 22A collects the carriers generated by the photoelectric conversion unit 10, and the bus bar unit 22B collects the carriers collected by the respective finger units 22A. For this reason, bus bar part 22B is made wider than finger part 22A so that resistance loss can be reduced.
  • the thickness of the second electrode 22 is preferably larger than the thickness of the first electrode 21. By doing in this way, the electrical resistance of the 2nd electrode 22 with a relatively small area can be made lower. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 1 can be improved. From the viewpoint of obtaining improved photoelectric conversion efficiency, the thickness of the second electrode 22 is preferably 1.5 times or more, more preferably 5 times or more the thickness of the first electrode 21. . Specifically, the thickness of the second electrode 22 is preferably 5 ⁇ m or more, and more preferably 10 ⁇ m or more. However, if the thickness of the second electrode 22 is too large, the electrode may be peeled off. Therefore, the thickness of the second electrode 22 is preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 40 ⁇ m or less.
  • the configuration and material of the second electrode 22 are not particularly limited, and may be a single layer structure or a laminated structure.
  • the second electrode 22 is composed of a stacked body of a plurality of conductive layers.
  • the second electrode 22 includes a first second electrode conductive layer 22a, a second second electrode conductive layer 22b, and a third second electrode conductive layer 22c.
  • the first second electrode conductive layer 22 a is disposed on the second main surface 10 b of the photoelectric conversion unit 10.
  • the second second electrode conductive layer 22b is disposed on the first second electrode conductive layer 22a.
  • the third second electrode conductive layer 22c is disposed on the second second electrode conductive layer 22b.
  • the second electrode 22 can be configured to include a part having the same layer configuration as at least a part of the first electrode 21 with respect to the constituent material. Specifically, the second electrode 22 can have the same layer configuration as the first electrode 21 with respect to the constituent material. That is, the first first electrode conductive layer 21a and the first second electrode conductive layer 22a closest to the photoelectric conversion unit 10 are made of the same material. The second migration suppression layer 21b and the second second electrode conductive layer 22b from the photoelectric conversion unit 10 are made of the same material. The second second electrode conductive layer 21c and the third second electrode conductive layer 22c in the third layer from the photoelectric conversion unit 10 are made of the same material. By doing in this way, the 1st electrode 21 and the 2nd electrode 22 can be collectively formed in the same process.
  • the solar cell 1 has a relatively low electric resistance on the first main surface 10a of the photoelectric conversion unit 10 and the first first electrode conductive layer 21a having a relatively high light reflectance. It has the 2nd 1st electrode conductive layer 21c.
  • a material having a high light reflectance can be selected regardless of the magnitude of electric resistance.
  • a metal selected from the group consisting of Ag, Al, Rh, Au, and Ni, or Ag, Al, Rh, Au, and Ni is used as a constituent material of the first first electrode conductive layer 21a.
  • An alloy containing at least one metal selected from the group can be selected.
  • the light reflectance of the 1st 1st electrode conductive layer 21a can be made higher.
  • the thickness of the first first electrode conductive layer 21a can be reduced.
  • peeling of the 1st 1st electrode conductive layer 21a which becomes easy to peel when it makes thick can be suppressed.
  • a forming method such as a sputtering method that can be easily peeled off when formed thick can also be used. For this reason, it becomes possible to expand the choices of the first first electrode conductive layer 21a in terms of the material and the forming method, and it is possible to provide the first first electrode conductive layer 21a with good characteristics and productivity. it can.
  • a material having a low electric resistance can be selected regardless of the high light reflectance.
  • a metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Al, Zn and Rh, or Cu, Ag, Al, Zn and Rh are used as a constituent material of the second first electrode conductive layer 21c.
  • An alloy containing at least one metal selected from the group can be selected.
  • the electrical resistance of the 2nd 1st electrode conductive layer 21c can be made lower.
  • a formation method capable of forming a thick film such as a plating method can be selected. Accordingly, it is possible to expand the choices of the second first electrode conductive layer 21c in terms of the material and the forming method, and it is possible to provide the second first electrode conductive layer 21c with good characteristics and productivity. .
  • the low electrical resistance and the high light reflectance of the first electrode 21 having the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c can be achieved.
  • the current collection efficiency by the first electrode 21 can be improved, and the optical path length of the light incident from the second main surface 10b side in the photoelectric conversion unit 10 can be increased. Can be realized.
  • the optical path length in the photoelectric conversion unit 10 of the light incident from the second main surface 10b side can be further increased. Therefore, more improved photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • the second first electrode conductive layer 21c is formed of a plating film, the second first electrode conductive layer 21c is easily formed thick. Therefore, the electrical resistance of the second first electrode conductive layer 21c can be further reduced. As a result, more improved photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • the migration suppression layer 21b is disposed between the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c. For this reason, the migration between the first first electrode conductive layer 21a and the second first electrode conductive layer 21c is suppressed by the migration suppression layer 21b. Therefore, it is possible to suppress a decrease in light reflectance of the first first electrode conductive layer 21a and an increase in electric resistance of the second first electrode conductive layer 21c. Accordingly, further improved photoelectric conversion efficiency is realized, and deterioration of the photoelectric conversion efficiency over time can be suppressed, so that the life of the solar cell 1 can be extended.
  • the second electrode 22 includes a part having the same layer configuration as at least a part of the first electrode 21 with respect to the constituent material. Specifically, the second electrode 22 has the same layer configuration as the first electrode 21 with respect to the constituent material. For this reason, for example, the 1st electrode 21 and the 2nd electrode 22 can be easily formed in the same process by using a plating method, a dipping method, etc. Therefore, the solar cell 1 can be manufactured by a simple manufacturing process.
  • the solar cell 1 can be manufactured, for example, by the following manufacturing method.
  • the photoelectric conversion unit 10 is prepared.
  • the photoelectric conversion unit 10 has a third semiconductor layer 14, a first semiconductor layer 15, and a fourth semiconductor layer 12 on a substrate 11 made of n-type single crystal silicon by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the second semiconductor layer 13 is formed, and then the first transparent conductive layer 17 and the second transparent conductive layer 16 are formed by a sputtering method.
  • the passivation layer 31 is formed on the second main surface 10b of the photoelectric conversion unit 10. For example, after forming a passivation film on the second main surface 10b by sputtering, printing, spraying, dipping, or the like, the passivation layer 31 is partially removed by etching, lift-off, or the like. Can be formed. Alternatively, the passivation layer 31 having a predetermined shape may be formed using a mask.
  • the first electrode 21 is formed by forming the first first electrode conductive layer 21a, the migration suppressing layer 21b, and the second first electrode conductive layer 21c in this order on the first main surface 10a. .
  • the first second electrode conductive layer 22a, the second second electrode conductive layer 22b, and the third second electrode conductive layer 22c are partially arranged in this order on a predetermined region of the second main surface 10b. Then, the second electrode 22 is formed.
  • the electrode conductive layer 22c can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method, a plating method, a dipping method, or the like, and among them, a plating method or a dipping method is preferably used. According to these methods, the first first electrode conductive layer 21a, the migration suppression layer 21b, the second first electrode conductive layer 21c, and the second main surface 10b provided on the first main surface 10a. This is because the first second electrode conductive layer 22a, the second second electrode conductive layer 22b, and the third second electrode conductive layer 22c provided on the substrate can be formed in the same process.
  • the passivation layer 31 may be formed.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the solar cell 2 according to the second embodiment.
  • the solar cell 2 is different from the solar cell 1 in that the first electrode 21 has the first protective layer 21d in the outermost layer and the second electrode 22 has the second protective layer 22d in the outermost layer.
  • the first protective layer 21d protects the second first electrode conductive layer 21c having a low electrical resistance from the outside air and moisture, so that an increase in electrical resistance due to the modification of the second first electrode conductive layer 21c is effective. Can be suppressed.
  • the third second electrode conductive layer 22c is protected from the outside air and moisture by the second protective layer 22d, it is possible to effectively increase the electrical resistance due to the modification of the third second electrode conductive layer 22c. Can be suppressed. As a result, the life of the solar cell 2 can be extended.
  • the first protective layer 21d and the second protective layer 22d have high durability against oxygen, moisture, and the like and have conductivity.
  • the first protective layer 21d and the second protective layer 22d are, for example, a metal selected from the group consisting of Ni, Sn, and Zn, or at least selected from the group consisting of Ni, Sn, and Zn. It can be composed of an alloy containing a kind of metal. Especially, it is preferable to consist of Ni or an alloy containing Ni.

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Abstract

本発明の太陽電池(1)は、光電変換部(10)と、第1の電極(21)と、第2の電極(22)とを備える。また、第1の電極(21)は、光電変換部(10)の一主面(10a)の上に配され、第2の電極(22)は、光電変換部(10)の他主面(10b)の上に、第1の電極(21)よりも小面積に配されている。ここで第1の電極(21)は、第1の第1電極導電層(21a)と、第2の第1電極導電層(21c)とを含み、第1の第1電極導電層(21a)は、光電変換部(10)の一主面(10a)の上に配され、第2の第1電極導電層(21c)は、第1の第1電極導電層(21a)の上に配されており、第1の第1電極導電層(21a)は、第2の第1電極導電層(21c)よりも高い光反射率を有し、第2の第1電極導電層(21c)は、第1の第1電極導電層(21a)よりも低い電気抵抗を有することにより、第1の電極(21)の高い光反射率と低い電気抵抗とを両立する。

Description

太陽電池及びその製造方法
 本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
 近年、環境負荷が低いエネルギー源として、太陽電池に対する注目が高まっている。太陽電池の光電変換特性を向上させるために、太陽電池の裏面に反射膜を設け、太陽電池を透過した光を再度太陽電池内に入射させることが検討されている。例えば、特許文献1には、裏面上に部分的に形成された集電極と、集電極上を含んで裏面の全面上に形成されたAgからなる反射膜とを有する太陽電池が記載されている。
特開平11-103081号公報
 ところで、近年、太陽電池の大面積化が進められている。太陽電池の面積が大きくなると、電極により収集されるキャリアの量が多くなり、電極の電流密度が大きくなる。このため、太陽電池を大面積化するに際しては、電極を低抵抗化する必要がある。
 しかしながら、上記従来の構成では電極の低抵抗化が困難であるため、光電変換効率が低くなりがちである。
 本発明の目的は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することにある。
 本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、第1の電極と、第2の電極とを備える。第1の電極は、光電変換部の一主面の上に配されている、第2の電極は、光電変換部の他主面の上に、第1の電極よりも小面積に配されている。第1の電極は、第1の第1電極導電層と、第2の第1電極導電層とを含む。第1の第1電極導電層は、光電変換部の一主面の上に配されている。第2の第1電極導電層は、第1の第1電極導電層の上に配されている。第1の第1電極導電層は、第2の第1電極導電層よりも高い光反射率を有する。第2の第1電極導電層は、第1の第1電極導電層よりも低い電気抵抗を有する。
 本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することができる。
図1は、第1の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図2は、第1の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 図3は、第1の実施形態における光電変換部の略図的断面図である。 図4は、第1の実施形態に係る太陽電池の一部分を拡大した略図的断面図である。 図5は、第2の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
 以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。 
 また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
 《第1の実施形態》
 図1に示されるように、本実施形態に係る太陽電池1は、光電変換部10と、第1の電極21と、第2の電極22とを有する。光電変換部10は、互いに対抗する第1の主面10aと、第2の主面10bとを有する。第1の電極21は、光電変換部10の第1の主面10a上に配されている。第2の電極22は、光電変換部の第2の主面10b上に配されている。
 光電変換部10は、受光により電子や正孔のキャリアを発生させる。光電変換部10は、第2の主面10bで受光する。第2の電極22は、第2の主面10bで受光可能となるように、第2の主面10b上に部分的に配される。第2の主面10bの第2の電極22から露出する部分上には、パッシベーション層31が設けられている。パッシベーション層31は、少なくとも光電変換部10で吸収可能な波長範囲の光に対する透光性を有する。また、パッシベーション層31は、少なくとも第2の主面10bの第2の電極22から露出する表面でのキャリアの再結合を抑制する。
 第1の電極21は少なくとも一部に、光電変換部10を透過した光を反射できるように第1の主面10aの略全面を覆うように配された反射膜を有する。
 (光電変換部)
 図3に示されるように、光電変換部10は、一の導電型を有する半導体材料からなる基板11を含む。光電変換部10は、PN接合等の、キャリア分離用の電界を形成するための半導体接合を有する。この半導体接合は、基板11内に所定のドーパントを拡散させることによって形成しても良いし、基板11の主面上に所定のドーパントを含む半導体層を設けることによって形成しても良い。図3に示される光電変換部10は、基板11と、基板11の主面上に設けられた所定のドーパントを含む半導体層との間に形成される半導体接合を有する。
 基板11は、互いに対向する第1の主面11aと、第2の主面11bとを有する。図4に示されるように、第1の主面11aは、複数の凹凸を含むテクスチャ構造を有する。テクスチャ構造は、(100)面を有する単結晶シリコンからなる基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状(四角錐状や、四角錐台状)の凹凸構造であってもよい。また、単結晶シリコンや多結晶シリコンからなる基板の表面に等方性エッチングを施すことによって得られる凹凸構造であっても良い。なお、第2の主面11bは、第1の主面11aと同様にテクスチャ構造を有していてもよいし、平面状の形状を有していてもよい。
 基板11の第1の主面11aの上には、第1の導電型の第1の半導体層15が配されている。一方、基板11の第2の主面11bの上には、第2の導電型の第2の半導体層13が配されている。第1の半導体層15の略全面の上には、第1の透明導電層17が配されている。第2の半導体層13の略全面の上には、第2の透明導電層16が配されている。
 光電変換部10は、基板11と第1の半導体層15との間に、i型の第3の半導体層14を備えていても良い。同様に、光電変換部10は、基板11と第2の半導体層13との間に、i型の第4の半導体層12を備えていても良い。このようにすることで、基板11と第1の半導体層15との間の接合特性、及び基板11と第2の半導体層13との間の接合特性を改善することができる。
 基板11は、例えばn型またはp型の結晶系シリコンにより構成することができる。第3の半導体層14及び第4の半導体層12は、例えば水素を含むi型のアモルファスシリコンにより構成することができる。第3の半導体層14及び第4の半導体層12の厚みは、例えば数Å~250Å程度の実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。第1の半導体層15及び第2の半導体層13は、例えば水素を含むp型またはn型のアモルファスシリコンにより構成することができる。第1の透明導電層17及び第2の透明導電層16は、例えば酸化インジウム酸化や酸化亜鉛等の透光性導電酸化物により構成することができる。
 前述のように、光電変換部10は、第1の主面10aと、第2の主面10bとを有する。図3に示される光電変換部10では、第1の主面10aは第1の透明導電層17により構成され、第2の主面10bは第2の透明導電層16により構成されるが、これに限るものではない。基板11内に所定のドーパントを拡散させることによって形成した半導体接合を有する光電変換部では、透明導電層を不要とすることができる。この場合、第1の主面10a及び第2の主面10bは、いずれも半導体層から構成される。
 (電極)
 図1に示されるように、光電変換部10の第2の主面10bの上には、第2の電極22が配されている。一方、第1の主面10aの上には、第1の電極21が配されている。第1の電極21及び第2の電極22のうち一方の電極が電子を収集する電極であり、他方が正孔を収集する電極である。
 第1の電極21は、少なくとも一部に光電変換部10の第1の主面10aの実質的に全体を覆うように配された層を含む。第1の電極21の厚みは、例えば、1μm~25μm程度とすることができる。
 太陽電池1において、第1の電極21は、複数の導電層の積層体により構成されている。詳細には、第1の電極21は、第1の主面10a側から順に、第1の第1電極導電層21aと、マイグレーション抑制層21bと、第2の第1電極導電層21cとを有する。具体的に、第1の第1電極導電層21aは、第1の主面10aの上に配されている。マイグレーション抑制層21bは、第1の第1電極導電層21aの上に配されている。第2の第1電極導電層21cは、マイグレーション抑制層21bの上に配されている。
 第1の第1電極導電層21aは、第2の第1電極導電層21cよりも高い光反射率を有する。第2の第1電極導電層21cは、第1の第1電極導電層21aよりも低い電気抵抗を有する。具体的には、第1の第1電極導電層21aは、例えば、Ag,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた金属、またはAg,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金により構成することができる。なかでも、第1の第1電極導電層21aは、AgまたはRhにより構成されていることが好ましい。この場合、第1の第1電極導電層21aの光反射率をさらに高めることができる。
 第2の第1電極導電層21cは、Cu,Ag,Zn及びRhからなる群から選ばれた金属、またはCu,Ag,Zn及びRhからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金により構成することができる。なかでも、第2の第1電極導電層21cは、Cuにより構成されていることが好ましい。この場合、第2の第1電極導電層21cの電気抵抗をより低くすることができる。
 第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間に配されているマイグレーション抑制層21bは、第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間のマイグレーションを抑制する。マイグレーション抑制層21bは、例えば、Ni,Ti,W及びMoからなる群から選ばれた金属、またはNi,Ti,W及びMoからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金により構成することができる。なかでも、マイグレーション抑制層21bは、Niにより構成されていることが好ましい。なお、第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間のマイグレーションは、第1の第1電極導電層21a及び第2の第1電極導電層21cの少なくとも一方が貴金属(金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、銅)または貴金属を含む合金により構成されている場合に生じやすい。このため、マイグレーション抑制層21bによるマイグレーション抑制効果は、第1の第1電極導電層21a及び第2の第1電極導電層21cの少なくとも一方が貴金属または貴金属を含む合金により構成されている場合により強く奏される。尚、第1の第1電極導電層21a及び第2の第1電極導電層21cの両方が貴金属または貴金属を含む合金を含まない場合には、マイグレーション抑制層21bを設けなくても良い。
 第1の第1電極導電層21aの厚みは、十分に高い光反射率が得られる程度の厚みであれば特に限定されない。第1の第1電極導電層21aの厚みは、例えば、10nm以上であることが好ましく、100nm以上であることが好ましい。但し、第1の第1電極導電層21aの厚みが厚すぎると剥離する場合がある。このため、第1の第1電極導電層21aの厚みは、10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。また、第1の第1電極導電層21aは、光電変換部10の第1の主面10aの略全面上に設けることが好ましい。このようにすることで、光電変換部10を透過した光のうちの多くの光を反射させ、発電に寄与させることができる。
 マイグレーション抑制層21bの厚みは、第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間のマイグレーションを抑制できる程度であれば特に限定されない。マイグレーション抑制層21bの厚みは、例えば、20nm以上であることが好ましく、100nm以上であることが好ましい。但し、マイグレーション抑制層21bの厚みが厚すぎると導電率が悪くなる場合がある。このため、マイグレーション抑制層21bの厚みは、10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。
 第2の第1電極導電層21cの厚みは、第1の電極21の電気抵抗を十分に低くできる程度であれば特に限定されない。第2の第1電極導電層21cの厚みは、例えば、0.2μm以上であることが好ましく、1μm以上であることが好ましい。但し、第2の第1電極導電層21cの厚みが厚すぎると電極全体が剥離する場合がある。このため、第2の第1電極導電層21cの厚みは、100μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。尚、第2の第1電極導電層21cは、少なくとも光電変換部10の第1の主面10aの一部分の上に設ければよい。
 第1の第1電極導電層21a、マイグレーション抑制層21b及び第2の第1電極導電層21cの形成方法は特に限定されない。第1の第1電極導電層21a、マイグレーション抑制層21b及び第2の第1電極導電層21cは、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき法等により形成することができる。なかでも第2の第1電極導電層21cは、めっき法により形成されためっき膜であることが好ましい。この場合、第2の第1電極導電層21cを容易に厚く形成でき、第2の第1電極導電層21cの電気抵抗を低くしやすいためである。
 第2の電極22は、光電変換部10の第2の主面10bの一部分の上に配されている。第2の主面10bの他の部分は、第2の電極22から露出している。少なくとも第2の主面10bの第2の電極22からの露出部の上には、パッシベーション層31が配されている。これらパッシベーション層31及び第2の電極22により、第2の主面10bの実質的に全体が覆われている。なお、パッシベーション層31は、例えば、酸化シリコンなどの金属酸化物,窒化シリコンなどの金属窒化物等の他,イミド,アクリル,エポキシ、ウレタン,エチレンビニル共重合物などの樹脂等有機物により構成することができる。
 図2に示されるように、第2の電極22は、複数のフィンガー部22Aと、バスバー部22Bとを有する。複数のフィンガー部22Aは、y方向(一の方向)に沿って延び、y方向に交差するx方向(他の方向)に沿って相互に間隔をおいて配されている。
 バスバー部22Bは、x方向に沿って延び、複数のフィンガー部22Aに電気的に接続される。フィンガー部22Aは、光電変換部10で生成されたキャリアを収集する、バスバー部22Bは、夫々のフィンガー部22Aで収集されたキャリアを集電する。このため、バスバー部22Bは、抵抗損失を減らすことができるよう、フィンガー部22Aよりも幅広にされる。
 第2の電極22の厚みは、第1の電極21の厚みよりも大きくすることが好ましい。このようにすることにより、面積の相対的に小さな第2の電極22の電気抵抗をより低くすることができる。従って、太陽電池1の光電変換効率を改善することができる。より改善された光電変換効率を得る観点からは、第2の電極22の厚みは、第1の電極21の厚みの1.5倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましい。具体的には、第2の電極22の厚みは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。但し、第2の電極22の厚みが大きすぎると、電極が剥離する場合がある。従って、第2の電極22の厚みは、100μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましい。
 第2の電極22の構成及び材料は特に限定されるものではなく、単層構造であっても良いし、積層構造であっても良い。図1に示される太陽電池1では、第2の電極22は、複数の導電層の積層体により構成されている。詳細には、第2の電極22は、第1の第2電極導電層22aと、第2の第2電極導電層22bと、第3の第2電極導電層22cとを有する。第1の第2電極導電層22aは、光電変換部10の第2の主面10bの上に配されている。第2の第2電極導電層22bは、第1の第2電極導電層22aの上に配されている。第3の第2電極導電層22cは、第2の第2電極導電層22bの上に配されている。
 第2の電極22は、構成材料に関し、第1の電極21の少なくとも一部と同じ層構成を有する部分を含むように構成することができる。具体的には、第2の電極22は、構成材料に関し、第1の電極21と同じ層構成とすることができる。すなわち、最も光電変換部10側の第1の第1電極導電層21aと第1の第2電極導電層22aとは同じ材料からなる。光電変換部10から2層目のマイグレーション抑制層21bと第2の第2電極導電層22bとは同じ材料からなる。光電変換部10から3層目の第2の第1電極導電層21cと第3の第2電極導電層22cとは同じ材料からなる。このようにすることで、第1の電極21と第2の電極22とを同じ工程で一括して形成することができる。
 以上のように、太陽電池1は、光電変換部10の第1の主面10a上に、光反射率が相対的に高い第1の第1電極導電層21aと、電気抵抗が相対的に低い第2の第1電極導電層21cと有する。このため、第1の第1電極導電層21aの構成材料として、電気抵抗の大きさに関わらず、光反射率が高い材料を選択することができる。具体的には、第1の第1電極導電層21aの構成材料として、例えば、Ag,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた金属、またはAg,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金を選択することができる。このため、第1の第1電極導電層21aの光反射率をより高くし得る。また、第1の第1電極導電層21aの厚みを薄くすることもできる。このため、厚くすると剥離し易くなる第1の第1電極導電層21aの剥離を抑制することができる。さらに、厚く形成すると剥離し易くなるスパッタリング法等の形成方法も使用することができる。このため、材料面及び形成方法の面で、第1の第1電極導電層21aの選択肢を広げることが可能となり、特性及び生産性の良い第1の第1電極導電層21aを提供することができる。
 また、第2の第1電極導電層21cの構成材料として、光反射率の高さに関わらず、電気抵抗が低い材料を選択することができる。具体的には、第2の第1電極導電層21cの構成材料として、例えば、Cu,Ag,Al,Zn及びRhからなる群から選ばれた金属、またはCu,Ag,Al,Zn及びRhからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金を選択することができる。このため、第2の第1電極導電層21cの電気抵抗をより低くし得る。さらに、光反射を考慮する必要がないので、メッキ法等の厚い膜を形成可能な形成方法を選択することもできる。従って、材料面及び形成方法の面で、第2の第1電極導電層21cの選択肢を広げることが可能となり、特性及び生産性の良い第2の第1電極導電層21cを提供することができる。
 また、第1の第1電極導電層21a及び第2の第1電極導電層21cを有する第1の電極21の低い電気抵抗と高い光反射率とを両立させることができる。その結果、第1の電極21による集電効率を向上できると共に、第2の主面10b側から入射した光の光電変換部10における光路長を長くすることができるため、改善された光電変換効率を実現することができる。
 特に、第1の主面11aは、複数の凹凸を含むテクスチャ構造を有するため、第2の主面10b側から入射した光の光電変換部10における光路長をより長くすることができる。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。
 また、第2の第1電極導電層21cをめっき膜により構成した場合は、第2の第1電極導電層21cを厚く形成しやすい。従って、第2の第1電極導電層21cの電気抵抗をより低くすることができる。その結果、より改善された光電変換効率を実現することができる。
 太陽電池1では、第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間に、マイグレーション抑制層21bが配されている。このため、このマイグレーション抑制層21bにより、第1の第1電極導電層21aと第2の第1電極導電層21cとの間のマイグレーションが抑制される。よって、第1の第1電極導電層21aの光反射率の低下及び第2の第1電極導電層21cの電気抵抗の増大を抑制することができる。従って、さらに改善された光電変換効率が実現されると共に、光電変換効率の経時的な劣化を抑制することができるので、太陽電池1の長寿命化を図ることができる。
 太陽電池1では、第2の電極22が、構成材料に関し、第1の電極21の少なくとも一部と同じ層構成を有する部分を含む。具体的には、第2の電極22は、構成材料に関し、第1の電極21と同じ層構成を有している。このため、例えば、めっき法やディッピング法などを用いることにより、第1の電極21と第2の電極22とを容易に同一工程で形成し得る。従って、太陽電池1は、簡易な製造工程により製造可能である。
 (太陽電池1の製造方法)
 太陽電池1は、例えば以下の製造方法により製造することができる。
 まず、光電変換部10を用意する。例えば、光電変換部10は、n型の単結晶シリコンからなる基板11に対して、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により第3の半導体層14、第1の半導体層15、第4の半導体層12、第2の半導体層13を形成し、その後スパッタリング法により第1の透明導電層17及び第2の透明導電層16を形成することにより作製することができる。
 次に、光電変換部10の第2の主面10bの上に、パッシベーション層31を形成する。パッシベーション層31は、例えば、第2の主面10bの上に、スパッタ法,印刷法,スプレー法、ディッピング法等によりパッシベーション膜を形成した後に、エッチング法,リフトオフ法等により一部を除去することにより形成することができる。或いは、マスクを用いて所定形状のパッシベーション層31を形成するようにしても良い。
 次に、第1の主面10aの上に第1の第1電極導電層21a、マイグレーション抑制層21b及び第2の第1電極導電層21cをこの順に形成して第1の電極21を形成する。また、第2の主面10bの所定の領域上に、部分的に第1の第2電極導電層22a,第2の第2電極導電層22b及び第3の第2電極導電層22cをこの順に形成して第2の電極22を形成する。第1の第1電極導電層21a、マイグレーション抑制層21b及び第2の第1電極導電層21c、第1の第2電極導電層22a,第2の第2電極導電層22b及び第3の第2電極導電層22cの形成は、例えば、スパッタリング法、CVD法、めっき法、ディッピング法等により行うことができ、なかでも、めっき法、ディッピング法が好ましく用いられる。これらの方法によれば、第1の主面10aの上に設けられる第1の第1電極導電層21a、マイグレーション抑制層21b及び第2の第1電極導電層21cと、第2の主面10bの上に設けられる第1の第2電極導電層22a,第2の第2電極導電層22b及び第3の第2電極導電層22cとを同じ工程で形成可能であるからである。
 なお、ここではパッシベーション層31を形成した後に第2の電極22を形成する例について説明したが、電極22を形成した後に、パッシベーション層31を形成してもよい。
 以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
 《第2の実施形態》
 図5は、第2の実施形態に係る太陽電池2の略図的断面図である。太陽電池2は、第1の電極21が最外層に第1の保護層21dを有し、第2の電極22が最外層に第2の保護層22dを有する点において太陽電池1と異なっている。第1の保護層21dにより、低電気抵抗な第2の第1電極導電層21cが外気や水分から保護されるため、第2の第1電極導電層21cの変性による電気抵抗の増大等を効果的に抑制することができる。また、第2の保護層22dにより、第3の第2電極導電層22cが外気や水分から保護されるため、第3の第2電極導電層22cの変性による電気抵抗の増大等を効果的に抑制することができる。その結果、太陽電池2の長寿命化を図ることができる。
 なお、第1の保護層21d及び第2の保護層22dは、酸素や水分等に対する耐久性が高いものであり、かつ、導電性を有するものであることが好ましい。具体的には、第1の保護層21d及び第2の保護層22dは、例えば、Ni,Sn及びZnからなる群から選ばれた金属、またはNi,Sn及びZnからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金により構成することができる。なかでも、NiまたはNiを含む合金からなることが好ましい。
 以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
1、2…太陽電池
10…光電変換部
10a…第1の主面
10b…第2の主面
11…基板
11a…第1の主面
11b…第2の主面
21…第1の電極
22…第2の電極
21a…第1の第1電極導電層
21b…マイグレーション抑制層
21c…第2の第1電極導電層
21d…第1の保護層
22a…第1の第2電極導電層
22b…第2の第2電極導電層
22c…第3の第2電極導電層
22d…第2の保護層
22A…フィンガー部
22B…バスバー部
31…パッシベーション層

Claims (10)

  1.  光電変換部と、
     前記光電変換部の一主面の上に配された第1の電極と、
     前記光電変換部の他主面の上に、前記第1の電極よりも小面積に配された第2の電極と、
    を備え、
     前記第1の電極は、前記光電変換部の一主面の上に配された第1の第1電極導電層と、前記第1の第1電極導電層の上に配された第2の第1電極導電層とを含み、
     前記第1の第1電極導電層は、前記第2の第1電極導電層よりも高い光反射率を有し、
     前記第2の第1電極導電層は、前記第1の第1電極導電層よりも低い電気抵抗を有する、太陽電池。
  2.  請求項1に記載の太陽電池であって、
     前記第1の第1電極導電層は、Ag,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた金属、またはAg,Al,Rh,Au及びNiからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる。
  3.  請求項1または2に記載の太陽電池であって、
     前記第2の第1電極導電層は、Cu,Ag,Al,Zn及びRhからなる群から選ばれた金属、またはCu,Ag,Al,Zn及びRhからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
     前記第1の電極は、前記第1の第1電極導電層と前記第2の第1電極導電層との間に、マイグレーション抑制層をさらに有する。
  5.  請求項4に記載の太陽電池であって、
     前記マイグレーション抑制層は、Ni,Ti,W及びMo,またはNi,Ti,W及びMoからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
     前記第2の電極は、構成材料に関し、前記第1の電極の少なくとも一部と同じ層構成を有する部分を含む。
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
     前記光電変換部は、半導体材料からなり、前記第1の電極側を向く第1の主面及び前記第2の電極側を向く第2の主面を有する基板を含み、
     前記基板の前記第1の主面は、複数の凹凸を有する。
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
     前記第1の電極は、前記第2の第1電極導電層の上に配されている保護層をさらに備える。
  9.  請求項11に記載の太陽電池であって、
     前記保護層は、Ni,Sn及びZnまたはNi,Sn及びZnからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる。
  10.  請求項1~9のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法であって、
     前記第2の第1電極導電層をめっきにより形成する、太陽電池の製造方法。
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