WO2013094033A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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thickness
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solar cell
photoelectric conversion
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平　茂治
志敦 寺中
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三洋電機株式会社
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.
  • the solar cell includes an electrode on the main surface of the photoelectric conversion unit in order to collect carriers generated by light reception.
  • Such an electrode is required to suppress the resistance of the electrode itself, the contact resistance between the electrode and the photoelectric conversion unit, the contact resistance between the electrode and the wiring material, and the like.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a method for manufacturing a solar cell in which electrodes are formed by repeating screen printing of a conductive paste a plurality of times.
  • the unevenness of the electrode surface can be reduced, and in particular, the resistance of the electrode itself can be lowered.
  • further improvement in photoelectric conversion efficiency is required.
  • a method for manufacturing a solar cell according to an aspect of the present invention is a method for manufacturing a solar cell including an electrode on a main surface of a photoelectric conversion unit, and includes a plate making having an opening corresponding to the shape of the electrode, and a squeegee. And a step of printing the constituent material of the electrode on the main surface in a plurality of times, and in the first printing step at least the first of the steps, the electrode is formed using a plate making with a plate thickness of 20 ⁇ m to 40 ⁇ m. The component material is printed.
  • a solar cell having good photoelectric conversion characteristics can be provided.
  • FIG. 1 It is the top view which looked at the solar cell which is an example of embodiment of this invention from the light-receiving surface side. It is a figure which shows the AA line cross section of FIG. It is a figure which shows the principle of the screen printing method in an example of embodiment of this invention. It is a figure which shows the principle of the screen printing method in an example of embodiment of this invention. It is the B section enlarged view of FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of a solar cell 10 manufactured by a manufacturing method that is an example of an embodiment of the present invention, as viewed from the light-receiving surface side.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and shows a cross section obtained by cutting the solar cell 10 in the thickness direction perpendicular to the direction in which the fingers 21 extend.
  • the solar cell 10 is formed on the photoelectric conversion unit 11 that generates carriers by receiving light, the light-receiving surface electrode 20 formed on the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit 11, and the back surface of the photoelectric conversion unit 11.
  • a back electrode (not shown).
  • the back surface electrode can be configured to include a finger and a bus bar, which will be described later, similarly to the light receiving surface electrode 20. Or it is good also as a structure which has metal thin films, such as silver (Ag) formed in the substantially whole area on the back surface.
  • the “light-receiving surface” means a main surface on which sunlight mainly enters from the outside of the solar cell 10. For example, more than 50% to 100% of the sunlight incident on the solar cell 10 enters from the light receiving surface side.
  • the “back surface” means a main surface opposite to the light receiving surface. On the back surface, the influence of the light-shielding loss on the photoelectric conversion characteristics is less than that of the light receiving surface, so that the back electrode can be formed in a larger area than the light receiving surface electrode 20. In other words, the surface having the large electrode area among the main surfaces is the back surface.
  • the photoelectric conversion unit 11 includes a substrate made of a semiconductor material such as crystalline silicon (c-Si), gallium arsenide (GaAs), or indium phosphorus (InP).
  • the photoelectric conversion unit 11 has a light-transmitting property such as an i-type amorphous silicon layer, a p-type amorphous silicon layer, and tin-doped indium oxide (ITO) on the light-receiving surface of an n-type single crystal silicon substrate.
  • a transparent conductive layer made of a conductive oxide.
  • an i-type amorphous silicon layer, an n-type amorphous silicon layer, and a transparent conductive layer are sequentially provided on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate.
  • the photoelectric conversion unit 11 is not limited to this configuration, and various configurations can be adopted.
  • the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 11 has a texture structure (not shown).
  • the texture structure is a surface uneven structure that suppresses surface reflection and increases the light absorption amount of the photoelectric conversion unit 11.
  • the uneven height of the texture structure is preferably 1 ⁇ m to 15 ⁇ m, and particularly preferably 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the texture structure there is a pyramidal (quadrangular pyramid or quadrangular pyramid-shaped) uneven structure obtained by performing anisotropic etching on the light receiving surface of a substrate made of single crystal silicon having a (100) plane. It can be illustrated.
  • a concavo-convex structure obtained by performing isotropic etching on the light receiving surface of a substrate made of crystalline silicon may be used.
  • the texture structure is preferably provided also on the back surface of the photoelectric conversion unit 11.
  • the light-receiving surface electrode 20 (hereinafter referred to as electrode 20) includes, for example, a plurality (for example, 50) of fingers 21 and a plurality (for example, two) of bus bars 22.
  • the finger 21 is a thin wire electrode formed over a wide range on the light receiving surface in order to collect carriers generated by the photoelectric conversion unit 11.
  • the bus bar 22 is an electrode that collects carriers from the fingers 21, and all the fingers 21 are electrically connected.
  • a wiring material is connected to the bus bar 22 when the solar cell 10 is modularized.
  • two bus bars 22 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval, and a plurality of fingers 21 are arranged so as to intersect therewith.
  • the finger 21 includes a first finger 21 a that extends from each of the bus bars 22 toward the edge of the light receiving surface, and a second finger 21 b that connects the two bus bars 22.
  • Both the finger 21 and the bus bar 22 are preferably formed using a conductive paste described later, and include a binder resin and a conductive filler.
  • the finger 21 has a laminated structure.
  • the finger 21 has, for example, a first conductive layer 23 formed directly on the light receiving surface and a second conductive layer 24 formed on the first conductive layer 23.
  • the bus bar 22 preferably includes a first conductive layer 23 and a second conductive layer 24.
  • the finger 21 and the bus bar 22 may have a laminated structure having three or more layers.
  • the thickness of the finger 21 is preferably 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the thickness t 23 of the first conductive layer 23 is 5 ⁇ m to 35 ⁇ m, more preferably 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, and particularly preferably 15 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • the thickness t 24 of the second conductive layer 24 is particularly preferably equal to the thickness t 23 from the viewpoint of productivity and the like.
  • the thicknesses t 23 and t 24 are average values of values measured by cross-sectional observation using a scanning electron microscope (SEM).
  • the thickness of the bus bar 22 is preferably equal to that of the finger 21.
  • the width W 21 of the finger 21 is preferably 30 ⁇ m to 150 ⁇ m from the viewpoint of reducing the light shielding loss. As the distance from the bus bar 22 increases, the width W 21 may be narrowed. In this case, the finest width W 21 is preferably 30 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the width of the bus bar 22 is preferably 0.05 mm to 1.5 mm, for example.
  • FIG. 5 is an enlarged view of part B of FIG. 3 and shows the dimensions and the like of the screen plate 30.
  • the photoelectric conversion unit 11 is manufactured by a known method.
  • the electrodes 20 finger 21 and bus bar 22
  • the electrodes 20 are formed on the light receiving surface.
  • a back surface electrode it can form by the screen printing method similarly to the electrode 20, and can also form by another method.
  • the back electrode is formed by a screen printing method, it is preferable that the back electrode be formed in a larger area than the electrode 20 by a single printing process.
  • the electrode 20 is formed in a plurality of times using a plate making and squeegee 40.
  • the method using plate making and the squeegee 40 is a kind of stencil printing method and belongs to the screen printing method.
  • a screen plate 30 illustrated in FIGS. 3 to 5 or a metal mask plate (not shown) can be used as the plate making.
  • the screen plate 30 is used as plate making will be described.
  • the screen plate 30 having the opening 34 corresponding to the shape of the electrode 20 and the squeegee 40 are used on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 11.
  • the ink 50 containing the constituent materials (binder resin and conductive filler) of the electrode 20 is transferred. More specifically, the ink 50 is placed on the screen plate 30 in which the opening 34 is formed only in the portion to be transferred, and the ink 50 is filled in the opening 34 by sliding the squeegee 40. Subsequently, when the portion of the screen plate 30 through which the squeegee 40 passes is separated from the light receiving surface, the ink 50 is ejected from the opening 34 and transferred onto the light receiving surface. After this printing process is repeated a plurality of times, the stacked ink 50 is solidified by heating or the like to form the electrode 20. In the present embodiment, off-contact printing will be described, but on-contact printing may be applied.
  • the screen plate 30 includes a mesh 31 that is a woven fabric or the like that transmits the ink 50 and a frame 32 on which the mesh 31 is stretched.
  • the mesh 31 is provided with a mask material 33 corresponding to a region on the light receiving surface where the ink 50 is not desired to be applied. That is, the screen plate 30 allows the ink 50 to pass through only the opening 34 which is a portion of the mesh 31 that is not masked by the mask material 33.
  • the screen plate 30 has a pattern of openings 34 corresponding to the shapes of the fingers 21a and 21b and the bus bar 22, respectively.
  • the material, wire diameter, number of meshes, opening, opening rate, etc. of the mesh 31 are selected according to the width, thickness, etc. of the electrode 20 to be formed.
  • the material of the mesh 31 is, for example, a resin fiber such as polyester or a metal wire such as stainless steel.
  • the wire diameter of the mesh 31 is selected according to the thickness of the electrode 20 to be formed.
  • the number of meshes is selected according to the strength of the mesh 31 and the definition of the electrode 20 to be formed.
  • the opening is selected according to the particle size of the conductive filler contained in the ink 50, and is generally preferably at least twice the particle size.
  • the opening rate is selected according to the thickness of the electrode to be formed, the sloping width, and the like.
  • the material of the mesh 31, the wire diameter, the number of meshes, the opening, the opening rate, and the like are selected depending on the composition of the ink 50, printing conditions, and the like.
  • a photosensitive emulsion is usually used.
  • the emulsion is selected according to the resolution, exposure sensitivity, and the like.
  • a diazo or stilbazolium material is used.
  • a metal foil can be used.
  • the emulsion is applied, for example, on a mesh 31 stretched on a frame 32, and becomes a mask material 33 through an ultraviolet exposure process and an unexposed part removal process.
  • the squeegee 40 is made of a material suitable for spreading the ink 50 on the screen plate 30.
  • the squeegee 40 is preferably composed of an elastic body having solvent resistance.
  • urethane rubber or the like is suitable.
  • the shape of the squeegee 40 is not particularly limited, but a flat squeegee is preferable.
  • the ink 50 is a fluid fluid paste.
  • examples of the ink 50 include a heat curing type that is solidified by heating at 200 ° C. or less, an ultraviolet curing type that is solidified by ultraviolet irradiation, and a baking type that is solidified by heating at about 400 ° C. to 1000 ° C.
  • Particularly suitable as the ink 50 is a heat-curing type conductive paste in which a binder resin and a conductive filler are mixed in a solvent.
  • the solvent for example, organic solvents such as alcohols, glycol ethers and hydrocarbons, or mixed solvents thereof are used.
  • binder resin for example, a cellulose resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a silicone resin, or a mixed resin thereof is used.
  • conductive filler for example, metal particles such as silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), carbon, or a mixture thereof is used.
  • squeegee angle, squeegee speed, squeegee printing pressure, and clearance which is the distance between the screen plate 30 and the photoelectric conversion unit 11, are listed as main parameters for determining printing conditions.
  • the squeegee angle is an angle formed by the screen plate 30 and the squeegee 40 with respect to the traveling direction of the squeegee 40.
  • the squeegee angle affects the ejectability of the ink 50. Normally, the smaller the angle, the greater the amount of ink 50 ejected. However, if the squeegee angle is too small, the scraping property of the ink 50 is deteriorated, and therefore, approximately 50 ° to 80 ° is preferable, and approximately 60 ° to 70 ° is particularly preferable.
  • the squeegee speed is a speed at which the squeegee 40 is moved.
  • the squeegee speed is preferably set to about 20 to 200 mm / sec from the viewpoint of printing resolution.
  • the squeegee printing pressure is a pressure applied to the squeegee 40. If the squeegee printing pressure is too low, variations in the ejection amount of the ink 50 are likely to occur. On the other hand, if the squeegee printing pressure is too high, the ink 50 is deeply scraped and the transfer amount of the ink 50 is greatly reduced. Therefore, squeegee printing pressure is preferably about 2 ⁇ 6kgf / cm 2, about 3 ⁇ 5kgf / cm 2 is particularly preferred.
  • the clearance is a parameter related to plate separation, and is preferably set to about 1/1000 to 1/300 of the inner dimension of the frame 32 from the viewpoint of good plate separation property and suppression of a decrease in screen tension.
  • the ink 50 is printed on the light receiving surface in a plurality of times. Then, the electrode 20 having a laminated structure is formed. In the case of the electrode 20 having a two-layer structure, two printing steps are performed.
  • the first printing process which is the first printing process
  • printing is performed using a screen plate 30 having a plate thickness t 30 of 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the first printing step is a step of printing the ink 50 directly on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 11, and the first conductive layer 23 is printed by this step.
  • the second printing process which is the second printing process, for example, printing is performed using the same screen plate 30 as in the first printing process.
  • the second printing step is a step of printing the ink 50 on the first conductive layer 23 printed in the first printing step, and the second conductive layer 24 is printed by this step.
  • the plate thickness t 30 is the screen plate 30 obtained by adding the thickness t 31 which is the thickness of the mesh 31 and the thickness t 33 of the mask material 33 (hereinafter referred to as emulsion thickness t 33 ). Is the total thickness.
  • the opening width W 34 of the opening 34 is selected according to the width of the electrode 20. In the case of the finger 21, for example, the opening width W 34 is 30 ⁇ m to 150 ⁇ m, and in the case of the bus bar 22, for example, the opening width W 34 is 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the dimensions such as t 30 , t 31 , t 33 , and W 34 mean average values unless otherwise specified.
  • the transferred ink 50 varies depending on the printing conditions. Therefore, the thickness t 23 of the first conductive layer 23 is made thinner than BanAtsu t 30.
  • the screen plate 30 used in the first printing step further preferably has a plate thickness t 30 of 25 ⁇ m to 40 ⁇ m, particularly preferably 25 ⁇ m to 38 ⁇ m. If the plate thickness t 30 in the first printing step is within this range, the contact resistance between the photoelectric conversion unit 11 and the electrode 20 is kept low while the electrode 20 is thinned to sufficiently reduce the amount of conductive paste used. be able to.
  • the screen plate 30 used in the first printing step is preferably an emulsion thickness t 33 is 10 ⁇ m or less.
  • the thickness t 31 has a limit in thinning from the viewpoint of durability of the screen plate 30. Therefore, a thin plate thickness t 30 such as 20 ⁇ m to 40 ⁇ m can be realized mainly by reducing the emulsion thickness t 33 .
  • the emulsion thickness t 33 is preferably 2 ⁇ m or more. When the emulsion thickness t 33 is less than 2 ⁇ m, it is difficult to control the thickness, and the uniformity of the emulsion thickness t 33 may be impaired. That is, in the first printing step, the emulsion thickness t 33 is preferably 2 ⁇ m to 10 ⁇ m. Particularly preferably, it is 2 ⁇ m to 7 ⁇ m.
  • the second printing step may be used a screen plate 30 thinner plate thickness t 30 than the first printing step, but as described above, the same screen plate as the first printing process in view of productivity and the like 30 Is preferably used.
  • the solar cell 10 which has low resistance loss and a favorable fill factor (FF) is obtained.
  • FF fill factor
  • the resistance of the electrode 20 itself can be reduced as the thickness of the electrode 20 is increased.
  • the plate thickness t 30 of the screen plate 30 is reduced to 40 ⁇ m or less. Normally, the resistance loss increases as the electrode thickness is reduced.
  • the printing pressure is transmitted to the interface between the photoelectric conversion unit 11 and the electrode 20 by greatly reducing the plate thickness t 30 of the screen plate 30 to 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the contact resistance at the interface is greatly reduced. That is, when the thickness of the transferred ink 50 is reduced, the force applied from the squeegee 40 is not absorbed by the ink 50 but is transmitted to the photoelectric conversion unit 11 and the adhesion between the photoelectric conversion unit 11 and the electrode 20 is improved.
  • the printing pressure in the second printing process is also easily transmitted to the interface between the photoelectric conversion unit 11 and the electrode 20. Further, the ink 50 can easily enter the concave portion of the texture structure.
  • the solar cell 10 obtained by the said manufacturing method has low contact resistance of the photoelectric conversion part 11 and the electrode 20, and thins the thickness of the electrode 20 and implement
  • the thickness of the electrode 20 can be reduced, the stress applied to the photoelectric conversion unit 11 with the thermal expansion and contraction of the electrode 20 can be reduced, and the photoelectric conversion unit 11 can be thinned.
  • the manufacturing cost it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the amount of the conductive paste while maintaining the low resistance loss. Further, while maintaining the low resistance loss, the fingers 21 can be further thinned to reduce the light shielding loss. By repeating the screen printing process a plurality of times, the surface unevenness of the electrode 20 is reduced, and for example, the contact resistance between the bus bar 22 and the wiring material can be reduced.
  • a photoelectric conversion part for evaluation is produced by the following procedure. Note that the same photoelectric conversion unit is used in all examples and comparative examples.
  • a clean n-type single crystal silicon substrate (hereinafter referred to as a substrate) is prepared by anisotropically etching the (100) plane using an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution to form a texture structure on the light receiving surface and the back surface.
  • KOH potassium hydroxide
  • the substrate is placed in a vacuum chamber, and an i-type amorphous silicon film and an n-type amorphous silicon film are sequentially formed on the back surface of the substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • silane gas (SiH 4 ) is used as a source gas.
  • silane (SiH 4 ), hydrogen (H 2 ), and phosphine (PH 3 ) are used as source gases.
  • an i-type amorphous silicon film and a p-type amorphous silicon film are sequentially formed by CVD.
  • diborane (B 2 H 6 ) is used as a source gas instead of PH 3 .
  • a TCO (Transparent Conductive Oxide) layer containing indium oxide as a main component is formed on the n-type amorphous silicon film and the p-type amorphous silicon film by sputtering.
  • the photoelectric conversion portion having the layer structure of TCO layer / i-type amorphous silicon film / p-type amorphous silicon film / substrate / i-type amorphous silicon film / n-type amorphous silicon film / TCO layer is obtained. Produced.
  • a light receiving surface electrode is formed on the light receiving surface of the produced photoelectric conversion unit, and a back electrode is formed on the back surface of the photoelectric conversion unit.
  • the light-receiving surface electrode has two bus bars and 50 fingers orthogonal to the bus bars.
  • the following screen plate, squeegee, and conductive paste are prepared. The screen printing process is repeated twice. In the first and second printing steps, the same screen plate, squeegee and conductive paste are used, and the printing conditions shown below are the same. Subsequently, a part of the solvent of the conductive paste transferred by the temporary drying step (150 ° C. ⁇ 15 minutes) is removed.
  • the back electrode has two bus bars and 250 fingers orthogonal to the bus bars, and is formed by a single printing process.
  • the back electrode is printed in the same manner as in the first printing process of the light receiving surface electrode, except that the pattern of the openings of the screen plate is different. Thereafter, the solvent of the conductive paste transferred by the main drying step (200 ° C. ⁇ 60 minutes) is removed, and the binder resin is thermally cured to form the light receiving surface electrode and the back surface electrode.
  • the thickness of the 1st conductive layer (electrode) and the fill factor (FF) were evaluated.
  • the evaluation results are shown in Table 1 together with the dimensions of the screen plate used for printing the light receiving surface electrode. Note that the thickness of the electrode is approximately twice the thickness of the first conductive layer.
  • Examples 2 to 7 Comparative Examples 1 to 3> A solar cell was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the dimensions of the screen plate used for printing the light-receiving surface electrode were changed to those shown in Table 1.
  • the mesh used was 400 mesh (hard calender processed product).
  • the solar cell of each example showed a high FF, although the electrode thickness was thinner than the solar cells of Comparative Examples 1 to 3. This result is due to the fact that the adhesion between the photoelectric conversion part and the electrode is improved and the contact resistance is greatly reduced by layer printing using a screen plate with a plate thickness of 20 ⁇ m to 40 ⁇ m and an emulsion thickness of 2 ⁇ m to 10 ⁇ m. To do.

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Abstract

　太陽電池１０の製造方法は、受光面電極２０の形状に対応した開口部３４を有するスクリーン版３０、及びスキージ４０を用いて、受光面電極２０の構成材を複数回に分けて光電変換部１１の受光面上に印刷する工程を備える。そして、当該工程のうち少なくとも１回目の第１印刷工程では、版厚が２０μｍ～４０μｍであるスクリーン版３０を用いて構成材を印刷する。

Description

太陽電池の製造方法
　本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
　太陽電池は、受光により発生したキャリアを収集するために、光電変換部の主面上に電極を備える。かかる電極には、電極自体の抵抗や電極と光電変換部との接触抵抗、電極と配線材との接触抵抗等を低く抑えることが求められている。例えば、特許文献１，２には、導電性ペーストのスクリーン印刷を複数回繰り返して電極を形成する太陽電池の製造方法が開示されている。
特開平１１－１０３０８４号公報 特開２０１１－６１１０９号公報
　上記従来技術によれば、電極表面の凹凸を低減して、特に電極自体の抵抗を低くすることができる。しかしながら、太陽電池の普及が急速に進んでいる現状において、さらなる光電変換効率の向上が要求されている。
　本発明の一態様に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部の主面上に電極を備えた太陽電池の製造方法であって、電極の形状に対応した開口部を有する製版、及びスキージを用いて、電極の構成材を複数回に分けて主面上に印刷する工程を備え、当該工程のうち少なくとも１回目の第１印刷工程では、版厚が２０μｍ～４０μｍである製版を用いて電極の構成材を印刷する。
　本発明によれば、良好な光電変換特性を有する太陽電池を提供することができる。
本発明の実施形態の一例である太陽電池を受光面側から見た平面図である。 図１のＡ‐Ａ線断面を示す図である。 本発明の実施形態の一例におけるスクリーン印刷法の原理を示す図である。 本発明の実施形態の一例におけるスクリーン印刷法の原理を示す図である。 図３のＢ部拡大図である。
　図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
　本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態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、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
　図１は、本発明の実施形態の一例である製造方法により製造される太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。図２は、図１のＡ‐Ａ線断面図であって、フィンガー２１が延びる方向に直交して太陽電池１０を厚み方向に切断した断面を示す図である。
　太陽電池１０は、光を受光することでキャリアを生成する光電変換部１１と、光電変換部１１の受光面上に形成された受光面電極２０と、光電変換部１１の裏面上に形成された図示しない裏面電極とを備える。尚、裏面電極は、受光面電極２０と同様に、後述のフィンガー、バスバーを含む構成とすることができる。或いは、裏面上の略全域に形成された銀（Ａｇ）等の金属薄膜を有する構成としてもよい。
　ここで、「受光面」とは、太陽電池１０の外部から太陽光が主に入射する主面を意味する。例えば、太陽電池１０に入射する太陽光のうち５０％超過～１００％が受光面側から入射する。また、「裏面」とは、受光面と反対側の主面を意味する。裏面では、受光面と比べて光電変換特性に対する遮光ロスの影響が少ないため、受光面電極２０よりも大面積に裏面電極を形成できる。換言すると、主面のうち電極面積が大きな面が裏面である。
　光電変換部１１は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、又はインジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板を有する。光電変換部１１は、例えば、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層と、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透光性導電酸化物からなる透明導電層とを順に有する。また、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層と、透明導電層とを順に有する。尚、光電変換部１１はこの構成に限定されるものではなく、種々の構成を採ることができる。
　光電変換部１１の受光面は、図示しないテクスチャ構造を有することが好適である。テクスチャ構造とは、表面反射を抑制し、光電変換部１１の光吸収量を増大させる表面凹凸構造である。テクスチャ構造の凹凸高さ、即ち凹部の深さは、１μｍ～１５μｍが好適であり、５μｍ～１０μｍが特に好適である。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコンからなる基板の受光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）の凹凸構造が例示できる。或いは、結晶性シリコンからなる基板の受光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も良い。テクスチャ構造は、光電変換部１１の裏面にも設けられることが好ましい。
　受光面電極２０（以下、電極２０とする）は、例えば、複数（例えば、５０本）のフィンガー２１と、複数（例えば、２本）のバスバー２２とを含んで構成される。フィンガー２１は、光電変換部１１で生成されたキャリアを収集するために、受光面上の広範囲に形成される細線状の電極である。バスバー２２は、フィンガー２１からキャリアを集電する電極であって、全てのフィンガー２１が電気的に接続されている。また、バスバー２２には、太陽電池１０をモジュール化する際に配線材が接続される。
　太陽電池１０では、２本のバスバー２２が所定の間隔を空けて互いに平行に配置され、これに交差して複数のフィンガー２１が配置されている。フィンガー２１には、バスバー２２の各々から受光面の端縁側に延びる第１のフィンガー２１ａと、２本のバスバー２２を繋ぐ第２のフィンガー２１ｂとがある。フィンガー２１、バスバー２２は、いずれも、後述する導電性ペーストを用いて形成され、バインダ樹脂と導電性フィラーとを含んで構成されることが好適である。
　太陽電池１０では、フィンガー２１が積層構造を有する。フィンガー２１は、例えば、受光面上に直接形成される第１導電層２３と、第１導電層２３上に形成される第２導電層２４とを有する。バスバー２２も同様に、第１導電層２３と、第２導電層２４とを有することが好適である。尚、フィンガー２１及びバスバー２２は、３層以上を有する積層構造であってもよい。
　フィンガー２１の厚みは、２０μｍ～１００μｍが好適である。第１導電層２３の厚みｔ23は、５μｍ～３５μｍであり、１０μｍ～３０μｍがより好ましく、１５μｍ～２５μｍが特に好ましい。第２導電層２４の厚みｔ24は、生産性等の観点から厚みｔ23と同等であることが特に好ましい。ここで、厚みｔ23，ｔ24は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた断面観察により計測される値の平均値である。尚、バスバー２２の厚みは、フィンガー２１と同等であることが好適である。
　フィンガー２１の幅Ｗ21は、遮光ロス低減等の観点から、３０μｍ～１５０μｍが好適である。バスバー２２からの距離が遠くなるほど幅Ｗ21を細くしてもよく、この場合、最細部の幅Ｗ21は３０μｍ～８０μｍが好適である。バスバー２２の幅は、例えば、０．０５ｍｍ～１．５ｍｍが好適である。
　以下、上記構成を備えた太陽電池１０の製造方法について詳説する。
　図３，４は、スクリーン印刷法の原理を説明するための図である。図５は、図３のＢ部拡大図であって、スクリーン版３０の寸法等を示す図である。
　太陽電池１０の製造工程では、光電変換部１１が公知の方法により製造される。光電変換部１１が準備されると、その受光面上に電極２０（フィンガー２１及びバスバー２２）を形成する。裏面電極については、電極２０と同様にスクリーン印刷法で形成できるし、他の方法でも形成できる。裏面電極をスクリーン印刷法で形成する場合、１回の印刷工程によって電極２０よりも大面積に形成することが好適である。
　電極２０は、製版及びスキージ４０を用いて、複数回に分けて形成される。製版及びスキージ４０を用いる方法は、孔版印刷法の一種であり、スクリーン印刷法に属する。製版としては、図３～図５に例示するスクリーン版３０や図示しないメタルマスク版を用いることができる。以下、製版としてスクリーン版３０を用いた場合について説明する。
　図３，４に示されるように、電極２０のスクリーン印刷工程では、電極２０の形状に対応した開口部３４を有するスクリーン版３０、及びスキージ４０を用いて、光電変換部１１の受光面上に電極２０の構成材（バインダ樹脂及び導電性フィラー）を含むインク５０を転写する。より詳しくは、転写したい部分のみに開口部３４が形成されたスクリーン版３０上にインク５０を載せ、スキージ４０を摺動させることにより、開口部３４にインク５０を充填する。続いて、スクリーン版３０のスキージ４０が通り過ぎた部分が受光面から離れるときに、開口部３４からインク５０が吐出されて受光面上に転写される。この印刷工程を複数回繰り返した後、積層されたインク５０を加熱等により固化させて電極２０を形成する。尚、本実施形態では、オフコンタクト印刷について説明するが、オンコンタクト印刷を適用してもよい。
　スクリーン版３０は、インク５０を透過する織物等であるメッシュ３１と、メッシュ３１が張られる枠３２とを有する。そして、メッシュ３１には、インク５０を塗布したくない受光面上の領域に対応してマスク材３３が設けられる。つまり、スクリーン版３０は、メッシュ３１においてマスク材３３でマスキングされていない部分である開口部３４のみからインク５０を透過可能とする。スクリーン版３０は、フィンガー２１ａ，２１ｂ、及びバスバー２２の形状にそれぞれ対応した開口部３４のパターンを有する。
　メッシュ３１の材質、線径、メッシュ数、オープニング、オープニング率等は、形成される電極２０の幅、厚み等に応じて選定される。メッシュ３１の材料は、例えば、ポリエステル等の樹脂繊維やステンレス等の金属線とされる。メッシュ３１の線径は、形成される電極２０の厚み等に応じて選定される。メッシュ数は、メッシュ３１の強度や形成される電極２０の精細度に応じて選定される。オープニングは、インク５０に含まれる導電性フィラーの粒径に応じて選定され、一般的に粒径の２倍以上とすることが好適である。オープニング率は、形成される電極の厚みやだれ幅などに応じて選定される。また、その他インク５０の組成や印刷条件等によってもメッシュ３１の材質、線径、メッシュ数、オープニング、オープニング率等が選定される。
　マスク材３３には、通常、感光性の乳剤が使用される。乳剤は、解像度や露光感度等に応じて選定され、例えば、ジアゾ系やスチルバゾリウム系の材料が用いられる。また、乳剤以外に金属箔を用いることもできる。乳剤は、例えば、枠３２に張られたメッシュ３１上に塗布され、紫外線の露光過程、未露光部の除去過程を経てマスク材３３となる。
　スキージ４０は、スクリーン版３０上にインク５０を塗り広げるために適した材料で構成される。スキージ４０は、耐溶剤性のある弾性体で構成することが好適である。例えば、ウレタンゴム等が好適である。尚、スキージ４０の形状は、特に限定されないが、平スキージが好適である。
　インク５０は、流動性のあるペースト状の流体物である。インク５０には、２００℃以下の加熱により固化する加熱硬化タイプ、紫外線照射により固化する紫外線硬化タイプ、４００℃～１０００℃程度の加熱で固化する焼成タイプ等が挙げられる。インク５０として特に好適なものは、溶剤にバインダ樹脂と導電性フィラーとを混合した加熱硬化タイプの導電性ペーストである。溶剤には、例えば、アルコール系、グリコールエーテル系、炭化水素系等の有機溶剤、又はこれらの混合溶剤などが用いられる。バインダ樹脂には、例えば、セルロース系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等、又はこれらの混合樹脂などが用いられる。導電性フィラーには、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属粒子やカーボン、又はこれらの混合物などが用いられる。
　電極２０のスクリーン印刷工程では、印刷条件を決定する主要なパラメータとして、スキージ角度、スキージ速度、スキージ印圧、及びスクリーン版３０と光電変換部１１との距離であるクリアランスが挙げられる。
　スキージ角度は、スキージ４０の進行方向に対して、スクリーン版３０とスキージ４０とがなす角度である。スキージ角度は、インク５０の吐出性に影響し、通常、角度が小さくなるほどインク５０の吐出量が多くなる。但し、スキージ角度を小さくし過ぎると、インク５０の掻き取り性が悪くなるため、５０°～８０°程度が好適であり、６０°～７０°程度が特に好適である。
　スキージ速度は、スキージ４０を移動させる速度である。スキージ速度は、印刷解像性等の観点から、２０～２００ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定することが好適である。
　スキージ印圧は、スキージ４０に加える圧力である。スキージ印圧が低すぎるとインク５０の吐出量にばらつきが発生し易くなる。一方、スキージ印圧が高すぎると、インク５０の掻き取りが深くなりインク５０の転写量が大きく減少する。このため、スキージ印圧は、２～６ｋｇｆ／ｃｍ2程度が好適であり、３～５ｋｇｆ／ｃｍ2程度が特に好適である。
　クリアランスは、版離れに関するパラメータであり、良好な版離れ性、スクリーン張力の低下抑制等の観点から、枠３２の内寸の１／１０００～１／３００程度に設定することが好適である。
　電極２０のスクリーン印刷工程では、上記のように、インク５０を複数回に分けて受光面上に印刷する。そして、積層構造を有する電極２０を形成する。２層構造を有する電極２０の場合、２回の印刷工程が行なわれる。
　１回目の印刷工程である第１印刷工程では、版厚ｔ30が２０μｍ～４０μｍであるスクリーン版３０を用いて印刷を行なう。第１印刷工程は、インク５０を光電変換部１１の受光面上に直接印刷する工程であり、この工程により第１導電層２３が印刷される。２回目の印刷工程である第２印刷工程では、例えば、第１印刷工程と同じスクリーン版３０を用いて印刷を行なう。第２印刷工程は、第１印刷工程で印刷された第１導電層２３上にインク５０を印刷する工程であり、この工程により第２導電層２４が印刷される。
　図５に示されるように、版厚ｔ30とは、メッシュ３１の厚みである紗厚ｔ31と、マスク材３３の厚みｔ33（以下、乳剤厚ｔ33という）を足し合わせたスクリーン版３０の総厚である。版厚ｔ30を変更することにより、電極２０の厚みを調整することができ、他の条件が同じであれば版厚ｔ30が厚いほど電極２０の厚みは増加する。開口部３４の開口幅Ｗ34は、電極２０の幅に応じて選定される。フィンガー２１の場合には、例えば、３０μｍ～１５０μｍの開口幅Ｗ34とされ、バスバー２２の場合には、例えば、０．５ｍｍ～１．５ｍｍの開口幅Ｗ34とされる。尚、ｔ30，ｔ31，ｔ33，Ｗ34等の寸法は、特に断らない限り平均値を意味する。
　第１印刷工程では、版厚ｔ30が２０μｍ～４０μｍであるスクリーン版３０を用いて、厚みｔ23が５μｍ～３５μｍ、特に好ましくは１５μｍ～２５μｍの第１導電層２３を形成する。転写されるインク５０は、印刷条件によって変化する。そのため、第１導電層２３の厚みｔ23は版厚ｔ30よりも薄くなる。
　第１印刷工程で使用するスクリーン版３０は、さらに、版厚ｔ30が２５μｍ～４０μｍであることが好ましく、２５μｍ～３８μｍであることが特に好ましい。第１印刷工程における版厚ｔ30がこの範囲内であれば、電極２０を薄肉化して導電性ペーストの使用量を十分に低減しながら、光電変換部１１と電極２０との接触抵抗を低く抑えることができる。
　また、第１印刷工程で使用するスクリーン版３０は、乳剤厚ｔ33が１０μｍ以下であることが好ましい。紗厚ｔ31は、スクリーン版３０の耐久性等の観点から薄膜化に限界がある。このため、２０μｍ～４０μｍのような薄い版厚ｔ30は、主に乳剤厚ｔ33の薄膜化により実現できる。一方、乳剤厚ｔ33は、２μｍ以上であることが好ましい。乳剤厚ｔ33が２μｍ未満になると、厚みの制御が難しくなり、乳剤厚ｔ33の均一性が損なわれる場合がある。つまり、第１印刷工程において、乳剤厚ｔ33は、２μｍ～１０μｍが好ましい。特に好ましくは、２μｍ～７μｍである。
　尚、第２印刷工程では、第１印刷工程よりも版厚ｔ30が薄いスクリーン版３０を用いてもよいが、上記のように、生産性等の観点から第１印刷工程と同じスクリーン版３０を用いることが好適である。
　上記製造方法によれば、電極２０の厚みが薄いにも関わらず、抵抗損失が低く良好な曲線因子（ＦＦ）を有する太陽電池１０が得られる。
　通常は、電極２０の厚みを厚くするほど電極２０自体の抵抗を低減できると考えられる。このため従来では、スクリーン版３０の版厚ｔ30を４０μｍより大きくして、１回のスクリーン印刷で転写するインク５０の厚みを大きくすることが検討されてきた。しかしながら、このようにスクリーン版３０の版厚ｔ30を４０μｍより大きくしても、期待されるほど抵抗損失を改善することは困難であった。
　そこで、上記製造方法では、スクリーン版３０の版厚ｔ30を４０μｍ以下と小さくした。通常、電極の厚みを薄くすると抵抗損失が高くなるが、スクリーン版３０の版厚ｔ30を２０μｍ～４０μｍと大幅に薄くしたことにより、光電変換部１１と電極２０との界面に印圧が伝わり易くなり、当該界面における接触抵抗が大きく低減する。つまり、転写されるインク５０の厚みが薄くなると、スキージ４０から加わる力がインク５０により吸収されず光電変換部１１まで伝達されて光電変換部１１と電極２０との密着性が向上する。また、第２印刷工程における印圧も光電変換部１１と電極２０との界面に伝わり易くなる。また、インク５０がテクスチャ構造の凹部に入り込み易くなる。
　このため、上記製造方法により得られる太陽電池１０は、光電変換部１１と電極２０との接触抵抗が低く、電極２０の厚みを薄くして良好な光電変換効率を実現する。また、電極２０の厚みを薄くできることから、電極２０の熱膨張収縮に伴い光電変換部１１に加わるストレスを小さくでき、光電変換部１１の薄型化を図ることもできる。
　また、上記製造方法によれば、低抵抗損失を維持しながら、導電性ペーストの使用量を削減して製造コストを下げることができる。また、低抵抗損失を維持しながら、フィンガー２１をさらに細線化して遮光ロスを低減できる。尚、スクリーン印刷工程を複数回繰り返すことにより、電極２０の表面凹凸が低減されて、例えば、バスバー２２と配線材との接触抵抗を低減することができる。
　以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　評価用の光電変換部を以下の手順で作製する。尚、光電変換部は、全ての実施例・比較例で同じものを用いる。
　まず、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いて（１００）面を異方性エッチングし、受光面及び裏面にテクスチャ構造を形成した清浄なｎ型単結晶シリコン基板（以下、基板という）を準備する。続いて、当該基板を真空チャンバ内に設置し、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、当該基板の裏面上にｉ型非晶質シリコン膜、ｎ型非晶質シリコン膜を順に形成する。ｉ型非晶質シリコン膜の形成工程では、シランガス（ＳｉＨ4）を原料ガスとする。また、ｎ型非晶質シリコン膜の形成工程では、シラン（ＳｉＨ4）、水素（Ｈ2）、及びホスフィン（ＰＨ3）を原料ガスとする。基板の受光面にも、ＣＶＤにより、ｉ型非晶質シリコン膜、ｐ型非晶質シリコン膜を順に形成する。ｐ型非晶質シリコン膜の形成工程では、ＰＨ3の代わりに、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を原料ガスとする。
　続いて、スパッタリング法により、ｎ型非晶質シリコン膜上、及びｐ型非晶質シリコン膜上に、酸化インジウムを主成分とするＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｏｘｉｄｅ）層を形成する。
　こうして、ＴＣＯ層／ｉ型非晶質シリコン膜／ｐ型非晶質シリコン膜／基板／ｉ型非晶質シリコン膜／ｎ型非晶質シリコン膜／ＴＣＯ層の層構造を有する光電変換部を作製した。
　次に、作製した光電変換部の受光面上に受光面電極を、光電変換部の裏面上に裏面電極をそれぞれ形成する。
　受光面電極は、２本のバスバー、及びこれに直交する５０本のフィンガーとする。まず、以下に示すスクリーン版、スキージ、及び導電性ペーストを準備する。スクリーン印刷工程は、２回繰り返して行なう。第１・第２印刷工程では、同じスクリーン版、スキージ、及び導電性ペーストを使用し、以下に示す印刷条件も同じとする。続いて、仮乾燥工程（１５０℃×１５分）により転写された導電性ペーストの溶剤の一部を除去する。
　裏面電極は、２本のバスバー、及びこれに直交する２５０本のフィンガーとし、１回の印刷工程により形成する。スクリーン版の開口部のパターンが異なる以外は、受光面電極の第１印刷工程と同様にして裏面電極を印刷する。
　その後、本乾燥工程（２００℃×６０分）により転写された導電性ペーストの溶剤を除去し、バインダ樹脂を熱硬化させて、受光面電極及び裏面電極を形成する。
　[スクリーン版・スキージ・導電性ペースト]
　　メッシュ；４００メッシュ（ソフトカレンダー加工品）
　　マスク材；感光性乳剤
　　スキージ；ポリウレタン製平スキージ（硬度７０度）
　　導電性ペースト；銀粒子分散エポキシ樹脂
　[印刷条件]
　　スキージ角度；７０°
　　スキージ速度；１００ｍｍ／ｓｅｃ
　　スキージ印圧；４ｋｇｆ／ｃｍ2
　　クリアランス；１．５ｍｍ
　作製した太陽電池について、第１導電層（電極）の厚み、及び曲線因子（ＦＦ）の評価を行なった。評価結果は、受光面電極の印刷に使用したスクリーン版の寸法と共に表１に示した。尚、第１導電層の厚みの約２倍が電極の厚みである。
　＜実施例２～７、比較例１～３＞
　受光面電極の印刷に使用したスクリーン版の寸法を表１に示すものに変更した以外は、実施例１と同様にして太陽電池の作製及び評価を行なった。尚、メッシュは、４００メッシュ（ハードカレンダー加工品）を用いた。
　〔表１〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　表１に示すように、各実施例の太陽電池は、比較例１～３の太陽電池と比べて、電極の厚みが薄いにも関わらず、高いＦＦを示した。この結果は、版厚２０μｍ～４０μｍ、乳剤厚を２μｍ～１０μｍに設定したスクリーン版を用いた積層印刷によって、光電変換部と電極との密着性を向上させ接触抵抗を大幅に低減したことに起因する。
　版厚を１７μｍ、乳剤厚を１μｍに設定したスクリーン版を用いた場合（比較例３）では、電極の厚みのばらつきが大きく、安定した特性が得られなかった。
　１０　太陽電池、１１　光電変換部、２０　受光面電極、２１，２１ａ，２１ｂ　フィンガー、２２　バスバー、２３　第１導電層、２４　第２導電層、３０　スクリーン版、３１　メッシュ、３２　枠、３３　マスク材、３４　開口部、４０　スキージ、５０　インク。

Claims (4)

  1. 　光電変換部の主面上に電極を備えた太陽電池の製造方法であって、
    　前記電極の形状に対応した開口部を有する製版、及びスキージを用いて、前記電極の構成材を複数回に分けて前記主面上に印刷する工程を備え、
    　前記工程のうち少なくとも１回目の第１印刷工程では、版厚が２０μｍ～４０μｍである前記製版を用いて前記構成材を印刷する太陽電池の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記製版は、メッシュと、前記開口部を選択的に形成するマスク材とを含み、
    　前記第１印刷工程では、前記マスク材の厚みが１０μｍ以下である前記製版を用いて前記構成材を印刷する。
  3. 　請求項２に記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記第１印刷工程では、前記マスク材の厚みが２μｍ以上である前記製版を用いて前記構成材を印刷する。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記工程のうち２回目の第２印刷工程で用いる前記製版の前記版厚は、前記第１印刷工程で用いる前記製版の前記版厚以下である。
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