WO2014189058A1 - 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法 Download PDF

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恒 宇津
足立 大輔
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell, a solar cell module, a method for manufacturing a solar cell, and a method for manufacturing a solar cell module.
  • the solar cell for example, there is a crystalline silicon solar cell using a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. In this crystalline silicon solar cell, a collector electrode made of a thin metal is provided on the light receiving surface.
  • a solar cell there is a heterojunction solar cell having an amorphous silicon layer and a transparent electrode layer on a crystalline silicon substrate. Also in this heterojunction solar cell, a collector electrode is provided on the transparent electrode layer.
  • the collector electrode of the above-described solar cell is often formed by printing a silver paste material in a predetermined pattern by a screen printing method.
  • this method has a problem that although the process itself is simple, the material cost of silver increases.
  • this method uses a silver paste material containing a resin, there is a problem that the resistivity of the collector electrode is higher than that of pure metal. Therefore, when forming a collector electrode using a silver paste material, in order to reduce the resistivity of the collector electrode, it is necessary to print the silver paste material thickly. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases. Further, when the printing thickness is increased, the line width of the formed collecting electrode is also increased. Therefore, it is difficult to make the electrode thin, and there is a problem that the light shielding loss due to the collecting electrode is increased.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose a method for manufacturing a solar cell in which a metal layer made of copper or the like is formed by plating on a transparent electrode constituting a photoelectric conversion unit.
  • the production method of the collector electrode disclosed in Patent Document 1 will be described. First, a resist material layer (insulating layer) having an opening corresponding to the shape of the collector electrode is formed on the transparent electrode layer of the photoelectric conversion portion. Next, a metal layer is formed by electroplating in the resist opening of the transparent electrode layer. Thereafter, by removing the resist, a collector electrode having a predetermined shape is formed.
  • Patent Document 3 discloses that the line width of the plating electrode layer is made equal to or smaller than the base electrode layer by forming the plating electrode layer using a mask after the base electrode layer is formed. Moreover, in patent document 3, in view of the problem that solar cell characteristics deteriorate when exposed to a high-temperature and high-humidity environment, the plating solution adhered to the substrate after the plating step is used. It has been disclosed to remove by washing with water or an organic solvent.
  • Patent Document 4 a transparent insulating layer such as silicon dioxide (SiO 2 ) is provided on a transparent conductive film, and then a groove penetrating the transparent insulating layer is provided to expose the surface or side surface of the transparent conductive film. .
  • electrically_connect with the exposed part of a transparent conductive film is disclosed.
  • Patent Document 4 proposes a method in which a metal seed is formed on an exposed portion of a transparent conductive film by a photoplating method or the like, and a metal collector electrode is formed by electroplating using the metal seed as a starting point. According to the method described in Patent Document 4, it is not necessary to use a resist as in Patent Document 1.
  • Patent Document 4 is more advantageous in terms of material cost and process cost than the method described in Patent Document 1. Moreover, the method of patent document 4 can reduce the contact resistance between a transparent conductive film and a metal collector electrode by providing a low-resistance metal seed.
  • Patent Document 5 the unevenness of the conductive seed is increased.
  • a discontinuous opening is formed on the conductive seed so as to cover the entire surface of the photoelectric conversion portion other than the conductive seed.
  • Patent Document 5 describes that a plating layer is formed through the opening.
  • Patent Documents 6 and 7 are documents that describe prior art related to the present invention.
  • the plating electrode layer can be thinned with a mask.
  • a mask corresponding to the collector electrode pattern is used as in Patent Document 3, there is a problem that costs and man-hours for manufacturing the mask are required and it is not suitable for practical use.
  • Patent Document 4 According to the method described in Patent Document 4 described above, it is possible to form a collector electrode with a fine line pattern by plating without using an expensive resist material.
  • a method of forming a metal seed that is the starting point of electrolytic plating by a photoplating method, such as the method described in Patent Document 4 is applicable to the n-layer side of the semiconductor junction, but is applied to the p-layer side. I can't do it.
  • a heterojunction solar cell has the highest characteristics of a configuration in which an n-type single crystal silicon substrate is used and a heterojunction on the p layer side is a light incident side.
  • Patent Document 4 since the method described in Patent Document 4 cannot be applied to the p-layer side as described above, it is not suitable for forming a collector electrode on the light incident side in a heterojunction solar cell in which the p-layer side is the light incident side. There is a problem.
  • Patent Document 4 the side surface of the transparent electrode layer and the metal collecting electrode are in contact with each other in a groove penetrating the insulating layer and the transparent electrode layer.
  • the thickness of the transparent electrode layer is generally about 100 nm, the contact area between them is small. For this reason, there is a problem that the overall resistance between the transparent electrode layer and the collector electrode is increased, and the function as the collector electrode cannot be sufficiently exhibited.
  • Patent Document 5 a conductive paste with large irregularities is used. Therefore, the plating layer is formed by being embedded in the conductive paste. When the plating solution penetrates into the conductive paste, the conductive paste may be peeled off from the conductive substrate (photoelectric conversion unit). Therefore, it is considered that the reliability of the formed solar cell is lowered.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art related to the formation of the collector electrode of the solar cell as described above, to improve the conversion efficiency of the solar cell, and to reduce the manufacturing cost of the solar cell. And Moreover, it aims at providing the solar cell module which uses these solar cells, and its manufacturing method.
  • the present inventors have found that by using a predetermined collector electrode, the conversion efficiency of the solar cell can be improved, and that the collector electrode can be formed at low cost.
  • the present invention has been reached.
  • One aspect of the present invention is a method for manufacturing a solar cell having at least a first electrode, a metal layer, and an insulating layer on a first main surface side of a photoelectric conversion portion having a planar shape,
  • the “main surface” is a surface extending in a substantially planar shape, and the surface has fine irregularities.
  • the main surface innumerable irregularities are formed on the surface of the photoelectric conversion unit, but the main surface in this case does not refer to each inclined surface of the texture structure, To the last, when it sees as a whole, it points to the surface which expanded greatly.
  • the opening forming step by irradiating the laser beam, at least a part of the object to be removed is removed to form the opening of the insulating layer. It is possible to contact the layer. Therefore, a metal layer can be formed by a plating method while suppressing a decrease in performance of the photoelectric conversion unit. Further, according to this aspect, the opening is formed in the insulating layer using the object to be removed. Therefore, the opening can be formed even if the insulating layer is made of a material that transmits most of the laser light.
  • a transparent electrode layer is generally disposed on the surface of the photoelectric conversion portion on the light incident side in order to introduce light into the inside and take out electricity converted from the light therein.
  • This transparent electrode layer is often formed of a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO). It is known that the transparent conductive oxide such as ITO is eroded when exposed to a plating solution, and the performance deteriorates.
  • ITO indium tin oxide
  • the photoelectric conversion part is provided with a transparent electrode layer on the outermost surface on the first main surface side, and in the insulating layer forming step, the photoelectric conversion part is used as a reference for the transparent electrode layer.
  • the insulating layer is formed so that most of the outer surface is not exposed.
  • “Most part” here means that 80% or more and 100% or less of the reference surface is covered.
  • the insulating layer is formed so that most of the outer surface of the transparent electrode layer is not exposed. Therefore, even if the transparent electrode layer is formed of a transparent conductive oxide such as ITO, the transparent electrode layer is hardly eroded in the plating step, and the performance of the photoelectric conversion unit can be prevented from being deteriorated.
  • a transparent conductive oxide such as ITO
  • a preferable aspect is that the object to be removed has conductivity.
  • conduction can be established between the electrode layer and the metal layer without completely removing the object to be removed in the opening forming step. That is, even if the object to be removed is coated on the outside of the first electrode, conduction can be obtained.
  • Patent Document 6 a grid-shaped surface electrode is formed before the antireflection film is formed, and then the antireflection film is formed on the entire surface including the surface electrode. Next, an opening is formed by irradiating the surface electrode with a laser. Then, a method for forming a solder layer on the opening forming portion on the surface electrode by dipping in the solder solution in this state is introduced.
  • the photoelectric conversion portion of the solar cell is irradiated with laser light, the photoelectric conversion portion may be damaged. Therefore, it is necessary to irradiate only the grid-shaped surface electrode portion with laser light.
  • a preferable aspect is to irradiate the laser beam with an output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit.
  • One index representing “output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit” here is, for example, the life of the irradiated portion of the irradiated laser light when irradiated with the laser light.
  • the output is such that the decrease in time is less than 20%.
  • the solar cell is manufactured by irradiating the laser beam adjusted to an output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit, the laser beam temporarily protrudes from the electrode layer and is irradiated to the photoelectric conversion unit. Even if this is the case, the performance of the photoelectric conversion unit is hardly deteriorated. Therefore, the opening can be formed without precisely adjusting the irradiation position of the laser light as in Patent Document 6. Therefore, according to this aspect, the manufacturing time can be shortened and the productivity can be improved. From another point of view, since the influence on the photoelectric conversion unit is small, the spot diameter of the laser beam can be intentionally increased for irradiation. Therefore, the formation area of the metal layer can be easily controlled.
  • the opening forming step there is an electrode layer forming region where the electrode layer is formed when the photoelectric conversion portion is viewed in plan, and other electrode layer non-forming regions, and the laser light is Irradiating across the electrode layer formation region and the electrode layer non-formation region.
  • the laser beam since the laser beam is intentionally irradiated across the electrode layer formation region and the electrode layer non-formation region in the opening formation step, it can be removed to the end of the electrode layer. .
  • the metal layer formation range can be intentionally moved toward the other end. Therefore, the width of the metal layer can be controlled, and the metal layer can be thinned.
  • a preferable aspect is that the opening is formed by irradiating a laser beam having a wavelength of 400 nm or more and 1500 nm or less in the opening forming step.
  • the influence of the laser beam on the photoelectric conversion unit can be reduced.
  • the opening forming step by irradiating a laser beam of 100 .mu.W / [mu] m 2 or more 1500 ⁇ W / ⁇ m 2 or less in the power density, may form the opening.
  • a preferable aspect is that at least a part of the object to be removed is removed by irradiating a laser beam in the opening forming step, and the metal layer is in direct contact with the surface of the first electrode in the plating step. Forming a metal layer.
  • the object to be removed is not interposed between the first electrode and the metal layer, and the metal layer is in direct contact with the surface of the first electrode, thereby suppressing resistance loss during power generation. Can do.
  • the insulating layer may be transparent, and an opening may be formed in the insulating layer by melting or sublimating the object to be removed in the laser process.
  • the opening of the insulating layer is formed by melting or sublimating the object to be removed by laser light, it is easy to form the opening.
  • the first electrode and the object to be removed may be formed in this order on the photoelectric conversion portion.
  • the member to be removed is located outside the first electrode with reference to the photoelectric conversion unit. That is, since the photoelectric conversion part is protected by the first electrode, damage to the photoelectric conversion part due to the formation of the opening by the laser beam can be suppressed.
  • the first electrode and the object to be removed can be formed by separate processes, so that the first electrode and the object to be removed can be formed with a small amount of impurities.
  • the first electrode and the object to be removed are simultaneously formed on the photoelectric conversion unit using the inclusion containing the first electrode and the object to be removed. May be.
  • the process can be simplified.
  • the inclusion may be applied directly on the photoelectric conversion portion by a printing method.
  • the metal layer may be a single metal or an alloy.
  • the metal layer since the metal layer does not contain insulating impurities such as resin, the metal layer becomes a low resistance body.
  • the metal layer may have copper (Cu).
  • the above aspect may be formed by irradiating a second harmonic laser or an infrared laser in the opening of the insulating layer in the opening forming step.
  • the “infrared laser” is a laser that oscillates light in the infrared region, and specifically, a laser that oscillates light in a region (infrared region) having a wavelength longer than 780 nm.
  • the opening of the insulating layer is formed of a fundamental laser beam having a wavelength in the infrared region or a second harmonic of a fundamental wave having a wavelength in the infrared region. You may form by irradiating a laser beam.
  • the above-mentioned aspect may be formed by irradiating the SHG laser power density of the openings of the insulating layer 100 ⁇ W / ⁇ m 2 ⁇ 1500 ⁇ W / ⁇ m 2.
  • the above-mentioned aspect may be formed by irradiating an IR laser power density of the openings of the insulating layer 100 ⁇ W / ⁇ m 2 ⁇ 1500 ⁇ W / ⁇ m 2.
  • the above-described aspect may be formed by irradiating the opening portion of the insulating layer with laser light having a large intensity distribution.
  • the laser beam forming the opening may have a spot diameter larger than the width of the object to be removed.
  • spot diameter refers to the diameter or maximum outer dimension of the irradiated part when the irradiation target is irradiated with laser light.
  • spot diameter refers to the diameter or maximum outer dimension of the irradiated part when the irradiation target is irradiated with laser light.
  • the “spot diameter” is a long diameter
  • the “spot diameter” is a diagonal line.
  • One aspect of the present invention is a method of manufacturing a solar cell module using a solar cell formed by the above-described manufacturing method.
  • the solar cell module whose conversion efficiency improved compared with the former can be formed.
  • the collecting electrode can be formed at a lower cost than in the prior art.
  • one or more solar cells are formed by the manufacturing method described above, and one of the one or more solar cells is connected to an external circuit or another solar cell by a wiring member. Good.
  • External circuit here is a circuit arranged outside the solar cell, for example, a power circuit or a mounting circuit connected to an external power source.
  • One aspect of the present invention is a solar cell including an electrode layer, an insulating layer, and a metal layer on a first main surface side of a photoelectric conversion unit having a planar spread, and the insulating layer includes An opening that penetrates in a vertical direction with respect to the first main surface of the photoelectric conversion portion, and the electrode layer includes a first electrode and a member to be removed, and the hole extends in the vertical direction.
  • the hole portion is a bottomed hole having a bottom portion, and the opening portion and the hole portion form a communication hole communicating with each other, and the insulating layer is based on the photoelectric conversion portion.
  • a solar cell in which a part of the metal layer is filled in the communication hole from the outside.
  • the communication hole is formed by the opening that is the through hole and the hole that is the bottomed hole, and a part of the metal layer is filled into the communication hole from the outside of the insulating layer. That is, the metal layer does not reach the photoelectric conversion part through the communication hole. Therefore, even if the metal layer is formed by the plating method, the photoelectric conversion portion is not exposed to the plating solution from the communication hole, and the photoelectric conversion portion can be prevented from being eroded by the plating solution.
  • the metal layer may be in contact with the first electrode in the hole.
  • the metal layer may be in contact with the first electrode and the object to be removed in the hole.
  • the metal layer is in contact with the first electrode and the object to be removed, the metal layer is hardly peeled off from the hole.
  • the communication hole extends in a surface direction on the first main surface side of the photoelectric conversion unit, and the communication hole is formed in the width direction of the electrode layer in a cross section orthogonal to the extension direction. It is located in the center.
  • the metal layer is filled in the communication hole located at the center of the electrode layer, the connection portion between the electrode layer and the metal layer is protected from the outside by the insulating layer and the electrode layer. Therefore, the metal layer is unlikely to be separated from the electrode layer due to external factors such as vibration.
  • the insulating layer has a plurality of openings penetrating in a direction perpendicular to the surface on the first main surface side of the photoelectric conversion portion, and the electrode layer has a plurality of holes, Each of the plurality of holes is a bottomed hole, and each of the plurality of holes communicates with a corresponding opening to form a communication hole, and a part of the metal layer is filled in the communication hole. It has been done.
  • communication holes are formed at a plurality of locations, and a metal layer is formed in each communication hole. Therefore, even if the metal layer filled in one hole is peeled off, the function as a collector electrode can be ensured by the metal layer filled in another hole.
  • the plurality of holes may have different shapes.
  • the metal layer may be a plating layer formed by a plating method.
  • the photoelectric conversion unit has a silicon-based thin film and a transparent electrode layer in this order on one main surface of the one-conductivity-type crystalline silicon substrate, and has an electrode layer on the transparent electrode layer. May be.
  • the electrode layer may have the first electrode and the object to be removed in this order from the transparent electrode layer side.
  • 95% or more of the metal layer may be formed of a single metal or a metal alloy.
  • the metal layer may contain copper (Cu) as a main component.
  • it can be formed at a lower cost than silver or gold while having sufficient conductivity as a collecting electrode.
  • the opening has an outer opening area different from the inner opening area on the basis of the photoelectric conversion portion, and the outer opening area is larger than the inner opening area.
  • One aspect of the present invention is a solar cell module using the above-described solar cell.
  • the conversion efficiency is improved as compared with the conventional one, and further, the solar cell module is superior in cost compared with the conventional one.
  • the above-described aspect is a solar cell module including a plurality of the above-described solar cells, and at least two of the plurality of solar cells may be connected in series or in parallel by a wiring member.
  • the aspect described above has a plurality of protective materials and a sealing material, and sandwiches the above-described solar cell with at least two protective materials among the plurality of protective materials.
  • the sealing material may be filled in between.
  • the solar cell is sealed with the protective material and the sealing material. Therefore, entry of water or the like into the photoelectric conversion unit can be prevented.
  • the collecting electrode (electrode layer and metal layer) can be formed by plating, the resistance of the collecting electrode (electrode layer and metal layer) is reduced, and the conversion efficiency of the solar cell can be improved. it can. Further, according to the present invention, it is possible to form the collector electrode (electrode layer and metal layer) relatively easily and at low cost without using an expensive photoresist.
  • FIG. 2 is an AA cross-sectional view of the solar cell module of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the crystalline silicon solar cell in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a BB cross-sectional view showing the main part of the crystalline silicon solar cell of FIG. 3 and shows the texture structure as a plane for easy understanding.
  • FIG. 4 is a BB cross-sectional view showing the crystalline silicon solar cell of FIG. 3.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a method for producing the solar cell module of FIG. 1, wherein (a) to (e) represent manufacturing steps.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a method for producing a solar cell module in a second embodiment of the present invention, wherein (a) to (e) represent each manufacturing process. Note that the silicon-based thin film, the transparent electrode layer, and the back surface metal electrode on the back side of the single crystal silicon substrate are not related to each manufacturing process, and thus are omitted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a method for producing a solar cell module in a third embodiment of the present invention, wherein (a) to (e) represent each manufacturing process. Note that the silicon-based thin film, the transparent electrode layer, and the back surface metal electrode on the back side of the single crystal silicon substrate are not related to each manufacturing process, and thus are omitted. It is sectional drawing which showed typically the crystalline silicon solar cell in 4th embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a method for producing a solar cell module according to a fourth embodiment of the present invention, wherein (a) to (e) represent manufacturing steps.
  • FIG.13 It is a partially broken perspective view showing the condition of the crystalline silicon solar cell in the laser process of FIG.13 (c). It is explanatory drawing of the crystalline silicon solar cell in other embodiment of this invention, (a) is sectional drawing of the board
  • the solar cell module of the present invention will be described in detail.
  • dimensional relationships such as thickness and length are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings and do not represent actual dimensional relationships.
  • the film thickness means the film thickness in the direction perpendicular to the textured slope on the silicon substrate. That is, the film thickness represents the actual average film thickness.
  • the inside and outside directions are defined with reference to the photoelectric conversion unit.
  • the solar cell module 1 of the first embodiment of the present invention includes a plurality (three in FIG. 2) of crystalline silicon solar cells 2 connected in series or in parallel via a wiring member 3. Connected.
  • two protective materials 5 and 6 sandwich the plurality of crystalline silicon solar cells 2, and a sealing material 7 is interposed between the protective materials 5 and 6. Is filled.
  • the protective materials 5 and 6 are protective materials for protecting the solar cell 2 and are plate-like bodies having a sealing function such as waterproofness.
  • a glass substrate or the like can be employed.
  • the sealing material 7 is a filler having a sealing function such as waterproofness.
  • the sealing material 7 is a fluid, and is also an adhesive that adheres the protective materials 5 and 6 to the crystalline silicon solar cell 2 by solidifying.
  • the collector electrodes 45 are distributed in a comb shape as can be read from FIG. 3 when seen in a plan view.
  • the collector electrode 45 is an extraction electrode for extracting electricity generated by the photoelectric conversion unit 10 (see FIG. 4), and is formed of a plurality of bus bar portions 46 and a large number of finger portions 47.
  • the bus bar portion 46 extends in a predetermined direction in the surface direction of the crystalline silicon solar cell 2.
  • the finger portion 47 extends in the plane direction of the crystalline silicon solar cell 2 and intersects the extending direction of the bus bar portion 46.
  • a part of the collector electrode 45 of the crystalline silicon solar cell 2 is formed by a plating method, and the present invention has one of the features in the method of forming the collector electrode 45. is doing.
  • the laser light is intentionally projected from the second electrode 17 that forms a part of the collector electrode 45 and irradiated.
  • the crystalline silicon solar cell 2 is a heterojunction crystalline silicon solar cell (hereinafter also referred to as “heterojunction solar cell”). As shown in FIG. 4, the crystalline silicon solar cell 2 has a collector electrode 45 and an insulating layer 12 formed on one main surface (first main surface) of the photoelectric conversion unit 10. In the crystalline silicon solar cell 2, a back metal electrode 37 is formed on the other main surface (second main surface) of the photoelectric conversion unit 10.
  • the collector electrode 45 includes an electrode layer 11 and a metal layer 15.
  • the electrode layer 11 is formed of a first electrode 16 and a second electrode 17 (object to be removed). Specifically, as shown in FIG. 4, the electrode layer 11 is formed on the light incident side transparent electrode layer 32 positioned on the outermost surface on the first main surface side of the photoelectric conversion unit 10.
  • the electrode layer 11 has a laminated structure in which the first electrode 16 and the second electrode 17 are laminated in order from the transparent electrode layer 32 side.
  • the electrode layer 11 has a hole 19 that extends from the outside of the second electrode 17 toward the first electrode 16 in the thickness direction (stacking direction).
  • the hole 19 is a bottomed hole with the first electrode 16 as a bottom, and penetrates the second electrode 17 in the thickness direction.
  • the insulating layer 12 covers the outside of the photoelectric conversion unit 10 and the electrode layer 11, and has an opening 18 continuous with the hole 19.
  • the opening 18 is a through hole penetrating the insulating layer 12 in the thickness direction.
  • the opening 18 communicates with the hole 19 and forms one communicating hole 25 together with the hole 19. That is, the communication hole 25 is a bottomed hole having the first electrode 16 as a bottom and extending outward in the thickness direction.
  • the metal layer 15 is filled in the communication hole 25 and further covers a part of the outside of the insulating layer 12.
  • the metal layer 15 is in contact with the first electrode 16 at the bottom of the communication hole 25, and is further in contact with the second electrode 17 and the insulating layer 12 that form the inner wall surface of the communication hole 25.
  • the back surface metal electrode 37 positioned on the second main surface side of the photoelectric conversion unit 10 is formed on the back surface side transparent electrode layer 36 positioned on the outermost surface of the photoelectric conversion unit 10 as shown in FIG.
  • the electrode layer 11 is formed in a predetermined pattern (for example, comb shape), and the electrode layer forming region 20 in which the electrode layer 11 is formed. And there exists the electrode layer non-formation area
  • the electrode layer 11 is formed by the first electrode 16 and the second electrode 17, at least one of the first electrode 16 and the second electrode 17 is formed as the “electrode layer formation region”. Means the area.
  • the crystalline silicon solar cell 2 has a cross-sectional structure in which an electrode layer 11, an insulating layer 12, and a metal layer 15 are stacked in this order on the photoelectric conversion unit 10. It has.
  • the crystalline silicon solar cell 2 also has a cross-sectional structure in which an electrode layer 11 and a metal layer 15 are stacked in this order on the photoelectric conversion unit 10.
  • the communication hole 25 is located closer to one side of the electrode layer forming region 20 in the width direction (the direction orthogonal to the extending direction of the collector electrode 45). That is, the communication hole 25 is formed along the end of the electrode layer forming region 20, and the metal layer 15 is formed along the communication hole 25.
  • the crystalline silicon solar cell 2 is directly covered with the insulating layer 12 on the photoelectric conversion portion 10 as shown in FIG.
  • the electrode layer 11 is formed of the first electrode 16 and the second electrode 17.
  • the first electrode 16 is a conductor having a higher conductivity than the light incident side transparent electrode layer 32, and is also a conductor having a contact resistance with the light incident side transparent electrode layer 32 that is somewhat low.
  • the first electrode 16 is made of a material that is less easily removed than the second electrode 17 when the second electrode 17 is removed by laser light irradiation. That is, the first electrode 16 is more resistant than the second electrode 17 to laser light with a predetermined output.
  • the 2nd electrode 17 is a to-be-removed body from which at least 1 part is removed by the laser beam used in the laser process mentioned later.
  • the 2nd electrode 17 is also a peeling body for removing the insulating layer 12 which has transparency.
  • the selection method of the 1st electrode 16 and the 2nd electrode 17 is mentioned later, as an example of the 1st electrode 16 employable in the case of the laser beam of the output normally used, silver (Ag), copper (Cu), aluminum ( Al). That is, basically, the first electrode 16 is preferably a metal having low light absorption and high reflectance.
  • the second electrode 17 is preferably a material that is relatively easily removed by laser light.
  • Examples of the second electrode 17 include tin (Sn), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), and the like.
  • the material used for the 1st electrode 16 and the 2nd electrode 17 is various according to the kind and conditions of a laser beam so that it may mention later, it is not limited to the above-mentioned thing.
  • the electrode layer 11 can form the 1st electrode 16 and the 2nd electrode 17 by patterning, for example, covering the area
  • the electrode layer 11 of the present embodiment is formed by sputtering, vapor deposition, or the like using a mask.
  • the thickness (film thickness) of the first electrode 16 is preferably not less than 50 nm and not more than 1 ⁇ m, and preferably not less than 100 nm and not more than 700 nm, from the viewpoint of sufficient thickness to reflect the laser beam and productivity. More preferably, it is more preferably 300 nm or more and 600 nm or less.
  • the thickness (film thickness) of the first electrode 16 is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and more preferably 300 nm or more from the viewpoint of ensuring a thickness sufficient to reflect the laser beam sufficiently. It is particularly preferred that the thickness of the first electrode 16 is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 700 nm or less, and particularly preferably 600 nm or less from the viewpoint of productivity. On the other hand, the thickness (film thickness) of the second electrode 17 does not necessarily need to be completely removed by the laser beam, but may be sufficient to remove the insulating layer on the second electrode.
  • the thickness of the second electrode 17 is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and 200 nm or more from the viewpoint of securing a thickness that can remove the insulating layer on the second electrode. It is particularly preferred.
  • the thickness of the second electrode 17 is preferably 700 nm or less, more preferably 600 nm or less, and particularly preferably 500 nm or less from the viewpoint of reducing cost.
  • the insulating layer 12 is an electrically insulating layer and is a layer that limits a region where the metal layer 15 is formed in the plating process.
  • the material of the insulating layer 12 is desirably a material having chemical stability with respect to the plating solution used in the plating process. By using a material having high chemical stability with respect to the plating solution as the material of the insulating layer 12, the insulating layer 12 is difficult to dissolve in the plating solution in the plating step, and damage to the surface of the photoelectric conversion unit 10 is less likely to occur.
  • the insulating layer 12 is formed at least on the second electrode 17 in the electrode layer forming region 20 including the opening 18.
  • the insulating layer 12 is preferably formed on the entire surface of the electrode layer 11 in the electrode layer forming region 20 including the opening 18.
  • the insulating layer 12 is preferably formed also in the electrode layer non-formation region 21 where the electrode layer 11 is not formed. That is, the insulating layer 12 is preferably formed across the electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21.
  • the insulating layer 12 can be used for the photoelectric conversion unit 10 when the metal layer 15 is formed by plating.
  • the transparent electrode layer 32 is formed on the outermost surface of the photoelectric conversion unit 10 as in the solar cell 2 that is a heterojunction solar cell, the insulating layer 12 is formed on the surface of the transparent electrode layer 32. The contact between the transparent electrode layer 32 and the plating solution is suppressed, and the deposition of the metal layer 15 on the transparent electrode layer 32 can be prevented.
  • the insulating layer 12 is preferably formed also on the surface of the photoelectric conversion unit 10.
  • the insulating layer 12 is more preferably formed over the entire electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21 including the opening 18 from the viewpoint of productivity.
  • the crystalline silicon solar cell 2 may be diffused into silicon constituting a part or all of the photoelectric conversion unit 10 depending on, for example, the type (for example, copper) of the plating layer deposited from the plating solution.
  • the insulating layer 12 is formed in the whole area of the electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21 including the opening 18.
  • the insulating layer 12 of the present embodiment is formed over the entire electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21 including the opening 18.
  • the insulating layer 12 adheres to the surface of the photoelectric conversion unit 10. It is preferable that the strength is large.
  • the insulating layer 12 preferably has a high adhesion strength with the transparent electrode layer 32 on the outermost surface of the photoelectric conversion unit 10. By increasing the adhesion strength between the transparent electrode layer 32 and the insulating layer 12, the insulating layer 12 becomes difficult to peel off during the plating step, and metal deposition on the transparent electrode layer 32 can be prevented. Since the crystalline silicon solar cell 2 of the present embodiment is a heterojunction solar cell, from the viewpoint described above, the insulating layer 12 having a high adhesion strength with the transparent electrode layer 32 on the surface of the photoelectric conversion unit 10 is employed. Yes.
  • the material of the insulating layer 12 it is preferable to use a material with little light absorption. That is, it is preferable that the insulating layer 12 has transparency. Since the insulating layer 12 is formed on the light incident surface side (first main surface side) of the photoelectric conversion unit 10, if the light absorption by the insulating layer 12 is small, more light can be taken into the photoelectric conversion unit 10. It becomes possible. For example, when the insulating layer 12 has sufficient transparency with a transmittance of 90% (percent) or more, optical loss due to light absorption in the insulating layer 12 is small, so that the insulating layer 12 is formed after the metal layer 15 is formed. Without being removed, it can be used as it is as a solar cell.
  • the insulating layer 12 when it uses as a part of solar cell 2 as it is, without removing the insulating layer 12 after a plating process, the insulating layer 12 is transparent. In addition to the properties, it is more desirable to use a material having sufficient weather resistance and stability against heat and humidity.
  • the insulating layer 12 of the present embodiment employs a transparent material having a transmittance of 90% or more from the above viewpoint, and further employs a material having weather resistance and stability against heat and humidity. . Therefore, the manufacturing process of the crystalline silicon solar cell 2 can be simplified, and the productivity can be further improved.
  • the material of the insulating layer 12 may be an inorganic insulating material or an organic insulating material.
  • the inorganic insulating material for example, materials such as silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, and zinc oxide can be used.
  • the organic insulating material for example, materials such as polyester, ethylene vinyl acetate copolymer, acrylic resin, epoxy resin, and polyurethane can be used.
  • silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, sialon (SiAlON), yttrium oxide, magnesium oxide, barium titanate, samarium oxide Barium tantalate, tantalum oxide, magnesium fluoride, titanium oxide, strontium titanate and the like are preferably used.
  • the material of the insulating layer 12 is silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, sialon, yttrium oxide, magnesium oxide, titanium from the viewpoint of electrical characteristics, adhesion to the transparent electrode layer 32, and the like.
  • Barium oxide, samarium oxide, barium tantalate, tantalum oxide, magnesium fluoride, and the like are preferable, and silicon oxide, silicon nitride, and the like are particularly preferably used from the viewpoint of appropriately adjusting the refractive index.
  • These inorganic materials are not limited to those having a stoichiometric composition, and may include oxygen deficiency or the like.
  • the thickness of the insulating layer 12 is preferably thin enough to allow the opening 18 to be formed in the insulating layer 12 when the second electrode 17 is removed by laser light irradiation. From this viewpoint, the thickness of the insulating layer 12 is preferably 5000 nm or less, more preferably 1000 nm or less, and particularly preferably 500 nm or less.
  • the light reflection characteristics are improved, and the amount of light introduced into the cell (photoelectric conversion unit 10) of the solar cell 2 is increased. It becomes possible. That is, the conversion efficiency of the solar cell 2 can be further improved by appropriately setting the optical characteristics and film thickness of the insulating layer 12.
  • the refractive index of the insulating layer 12 is preferably lower than the refractive index of the surface of the photoelectric conversion unit 10.
  • the transparent electrode layer 32 (generally having a refractive index of about 1.9 to 2.1) is provided on the surface of the photoelectric conversion unit 10 as in the case of the solar cell 2 which is a heterojunction solar cell, the insulating layer 12 is refracted.
  • the refractive index of the insulating layer 12 is such that the sealing material 7 and the transparent electrode The intermediate value of the layer 32 is preferable.
  • the refractive index of the insulating layer 12 is preferably, for example, 1.4 to 1.9, more preferably 1.5 to 1.8, and further preferably 1.55 to 1.75. By taking such a range, it is possible to increase the amount of light introduced into the cell (photoelectric conversion unit 10) of the solar cell 2 by enhancing the effect of preventing light reflection at the interface.
  • the refractive index in this specification is a refractive index with respect to light with a wavelength of 550 nm unless otherwise specified, and is a value measured by spectroscopic ellipsometry. Further, it is preferable that the optical film thickness (refractive index ⁇ film thickness) of the insulating layer 12 is set so as to improve the antireflection characteristics according to the refractive index of the insulating layer 12.
  • the thickness of the insulating layer 12 is preferably set within a range of 30 nm to 250 nm, more preferably set within a range of 50 nm to 250 nm, from the viewpoint of imparting suitable antireflection characteristics to the insulating layer 12. preferable.
  • the film thickness of the insulating layer 12 in the electrode layer forming region 20 and the film thickness of the insulating layer 12 in the electrode layer non-forming region 21 may be different.
  • the thickness of the insulating layer 12 is set from the viewpoint of facilitating the formation of the opening 18 by laser light irradiation, and the electrode layer non-formation region 21 has appropriate antireflection characteristics.
  • the film thickness of the insulating layer 12 may be set so as to be the optical film thickness. That is, the film thickness of the electrode layer non-formation region 21 may be larger than the film thickness of the insulating layer 12 in the electrode layer formation region 20.
  • the formation method of the insulating layer 12 is not particularly limited.
  • a dry method such as a plasma CVD method or a sputtering method is preferably used.
  • a wet method such as a spin coating method or a screen printing method is preferably used. According to these methods, it is possible to form a dense film with few defects such as pinholes.
  • the insulating layer 12 is preferably formed by a plasma CVD method.
  • a film having a highly dense structure can be formed not only when the insulating layer 12 has a thickness of about 200 nm but also when the insulating layer 12 has a thickness of about 30 to 100 nm.
  • the insulating layer 12 is also formed from the viewpoint that the film can be accurately formed on the recesses and protrusions of the texture structure. It is preferably formed by a plasma CVD method.
  • a highly dense insulating layer 12 it is possible to reduce damage to the transparent electrode layer 32 during plating, and to prevent metal deposition on the transparent electrode layer 32.
  • a dense insulating layer 12 is also a barrier such as water or oxygen against the layers inside the photoelectric conversion unit 10 such as the silicon-based thin films 31 and 35 in the crystalline silicon solar cell 2. Can function as a layer. Therefore, the effect of improving the long-term reliability of the crystalline silicon solar cell 2 can be expected by using a highly dense insulating layer 12.
  • the metal layer 15 constitutes a part of the collector electrode 45 and is a plating layer formed by a plating method.
  • the metal layer 15 is not particularly limited as long as it is a material that can be formed by plating.
  • copper, nickel, tin, aluminum, chromium, silver, gold, zinc, lead, palladium, or a mixture or alloy thereof is used. be able to. It is preferable that 95% or more of the metal layer 15 is formed of a single metal or an alloy.
  • the metal layer 15 is formed of copper alone. Therefore, the metal layer 15 of the present embodiment has a sufficiently low resistance as the collecting electrode 45 and can be formed at a lower cost than when a noble metal such as gold or silver is used.
  • the line resistance of the metal layer 15 is preferably as small as possible.
  • the line resistance of the metal layer 15 is preferably 1 ⁇ / cm or less, and more preferably 0.5 ⁇ / cm or less.
  • the line resistance of the first electrode 16 and the second electrode 17 only needs to be small enough to function as a base layer during electroplating, and may be, for example, 5 ⁇ / cm or less.
  • the first electrode 16 and the second electrode 17 are formed in a comb shape as in the present embodiment, and the power is directly supplied to the photoelectric conversion unit 10 via the first electrode 16 and the second electrode 17, 5 ⁇ / Cm or less is preferable.
  • the metal layer 15 can be formed by any of the electroless plating method and the electrolytic plating method, but it is preferable to form the metal layer 15 by the electrolytic plating method from the viewpoint of productivity.
  • the deposition rate of the metal can be increased by controlling the current and the like. Therefore, the metal layer 15 can be formed in a short time.
  • the metal layer 15 may have a multilayer structure composed of a plurality of layers. For example, after the first plating layer made of a material having high conductivity such as copper is formed on the first electrode 16 and the second electrode 17 through the opening 18 of the insulating layer 12, the chemical stability is excellent. By forming the second plating layer on the surface of the first plating layer, the collector electrode 45 having low resistance and excellent chemical stability can be formed.
  • the back metal electrode 37 is desirably made of a material having high reflectivity from the near infrared to the infrared region and high conductivity and chemical stability. Examples of materials that satisfy such characteristics include silver, aluminum, copper, and gold.
  • a method for forming the back metal electrode 37 is not particularly limited, but a physical vapor deposition method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, a printing method such as screen printing, or the like is applicable. Similar to the metal layer 15, the back metal electrode 37 may be formed by a plating method. In this case, from the viewpoint of reducing the production process of the solar cell 2, it is preferably formed simultaneously with the metal layer 15.
  • the photoelectric conversion unit 10 that forms the skeleton of the crystalline silicon solar cell 2 has a silicon-based thin film on one main surface (surface on the first main surface side) of the one-conductivity type single crystal silicon substrate 30. 31 and the light incident side transparent electrode layer 32 are laminated.
  • the photoelectric conversion unit 10 is formed by laminating a silicon-based thin film 35 and a back-side transparent electrode layer 36 on the other main surface (surface on the second main surface side) of the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30. is there. That is, the outermost surface of the photoelectric conversion unit 10 is formed by the transparent electrode layers 32 and 36.
  • the silicon-based thin film 31 is formed by laminating an intrinsic silicon-based thin film 40 and a reverse-conductivity-type silicon-based thin film 41 in order from the one conductivity type single crystal silicon substrate 30 side.
  • the silicon-based thin film 35 is formed by laminating an intrinsic silicon-based thin film 42 and a one-conductive type silicon-based thin film 43 in order from the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30 side.
  • a silicon-based thin film 31 and a transparent electrode layer 32 are formed on substantially the entire surface of one main surface of the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30.
  • the electrode layer 11 having the first electrode 16 and the second electrode 17 in this order is formed on a part of the transparent electrode layer 32.
  • substantially the entire surface means that 95% or more of the reference surface is covered. In the following description, “substantially the entire surface” is generally defined in the same manner.
  • the internal structure of the photoelectric conversion unit 10 defines the inside and outside directions with respect to the silicon substrate.
  • a single crystal silicon substrate 30 contains an impurity that supplies electric charge to silicon in order to provide conductivity.
  • an n-type containing an atom for example, phosphorus
  • a p-type containing an atom for example, boron
  • the crystalline silicon solar cell 2 of the present embodiment is a heterojunction solar cell as described above, and from the viewpoint of efficiently separating and collecting electron / hole pairs, the light incident side heterojunction may be a reverse junction.
  • the single conductivity type single crystal silicon substrate 30 is preferably an n type single crystal silicon substrate from the viewpoint of improving mobility.
  • the single conductivity type single crystal silicon substrate 30 preferably has a texture structure on the surface from the viewpoint of light confinement. As shown in FIG. 5, the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30 of the present embodiment has a texture structure on both surfaces (a surface on the first main surface side and a surface on the second main surface side).
  • the conductive type silicon-based thin films 41 and 43 are reverse-conductive type or one-conductive type silicon-based thin films.
  • the “reverse conductivity type” in the present invention refers to a conductivity type that is either n-type or p-type and is different from one conductivity type.
  • n-type is used as the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30
  • the one-conductivity-type silicon-based thin film 43 is n-type and the reverse-conductivity-type silicon-based thin film 41 is p-type.
  • silicon-based thin films examples include amorphous silicon thin films, microcrystalline silicon (thin films containing amorphous silicon and crystalline silicon), and the like. Among these, it is preferable to use an amorphous silicon thin film.
  • the transparent electrode layer 32 / p-type amorphous silicon thin film 41 / i-type non-layer A laminated structure in the order of crystalline silicon-based thin film 40 / n-type single crystal silicon substrate 30 / i-type amorphous silicon-based thin film 42 / n-type amorphous silicon-based thin film 43 / transparent electrode layer 36 is given.
  • the p layer side p-type amorphous silicon thin film 41 side
  • the light incident surface first main surface side
  • i-type hydrogenated amorphous silicon composed of silicon and hydrogen is preferable.
  • i-type hydrogenated amorphous silicon is deposited on the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30 by the CVD method, surface passivation is effectively performed while suppressing impurity diffusion into the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30. be able to. Further, by changing the amount of hydrogen in the film, it is possible to give an effective profile to the carrier recovery in the energy gap.
  • the p-type silicon thin film constituting the reverse conductivity type silicon thin film 41 is a p-type hydrogenated amorphous silicon layer, a p-type amorphous silicon carbide layer, or a p-type amorphous silicon oxide layer. It is preferable that A p-type hydrogenated amorphous silicon layer is preferable from the viewpoint of suppressing impurity diffusion and reducing the series resistance. On the other hand, the p-type amorphous silicon carbide layer and the p-type amorphous silicon oxide layer are wide gap low refractive index layers. Therefore, it is preferable in that the optical loss can be reduced.
  • the photoelectric conversion unit 10 preferably includes the transparent electrode layers 32 and 36 outside the conductive silicon thin films 41 and 43.
  • the transparent electrode layers 32 and 36 are mainly composed of a conductive oxide.
  • the conductive oxide for example, transparent conductive oxides such as zinc oxide, indium oxide, and tin oxide can be used alone or in combination.
  • This conductive oxide is preferably an indium oxide containing indium oxide from the viewpoint of conductivity, optical characteristics, and long-term reliability, and more preferably an indium tin oxide (ITO) as a main component. Used.
  • “main component” means that the content is more than 50 weight percent, preferably 70 weight percent or more, and more preferably 90 weight percent or more.
  • Each of the transparent electrode layers 32 and 36 may be a single layer or may have a laminated structure including a plurality of layers.
  • a doping agent may be added to the transparent electrode layers 32 and 36.
  • preferable doping agents include aluminum, gallium, boron, silicon, carbon, and the like.
  • preferred doping agents include zinc, tin, titanium, tungsten, molybdenum, silicon, and the like.
  • tin oxide is used as the transparent electrode layers 32 and 36, a preferable doping agent includes fluorine.
  • the doping agent can be added to one or both of the transparent electrode layers 32 and 36.
  • a doping agent to the light incident side transparent electrode layer 32, the resistance of the transparent electrode layer 32 itself is reduced and resistance loss between the transparent electrode layer 32 and the first electrode 16 of the electrode layer 11 is reduced. Can be suppressed.
  • the film thickness of the light incident side transparent electrode layer 32 is preferably 10 nm or more and 140 nm or less from the viewpoints of transparency, conductivity, and light reflection reduction.
  • the role of the transparent electrode layer 32 is to transport carriers to the first electrode 16, as long as it has conductivity necessary for that purpose.
  • the thickness of the transparent electrode layer 32 should be 10 nm or more. preferable.
  • the absorption loss in the transparent electrode layer 32 is small, and the decrease in photoelectric conversion efficiency accompanying the decrease in transmittance can be suppressed.
  • the film thickness of the transparent electrode layer 32 is within the above range, an increase in carrier concentration in the transparent electrode layer 32 can be prevented, and a decrease in photoelectric conversion efficiency accompanying a decrease in infrared transmittance can be suppressed.
  • the photoelectric conversion part formation process which forms the photoelectric conversion part 10 is performed.
  • silicon-based thin films 31 and 35 are formed on the front and back surfaces of the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30 on which the texture structure is formed (silicon-based thin film forming step). That is, the intrinsic silicon-based thin film 40 and the reverse conductivity-type silicon-based thin film 41 are formed on the surface on the first main surface side of the one conductivity type single crystal silicon substrate 30.
  • an intrinsic silicon-based thin film 42 and a one-conductivity-type silicon-based thin film 43 are formed on the surface on the second main surface side of the one-conductivity-type single crystal silicon substrate 30.
  • a plasma CVD method is preferable.
  • a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., a pressure of 20 Pa to 2600 Pa, and a high frequency power density of 0.004 W / cm 2 to 0.8 W / cm 2 are preferably used.
  • the raw material gas used for forming the silicon-based thin films 31 and 35 is a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a mixed gas of silicon-based gas and hydrogen (H 2 ). Is preferably used.
  • transparent electrode layers 32 and 36 are laminated from the outside of the silicon-based thin films 31 and 35, respectively (transparent electrode layer forming step).
  • a film forming method of the transparent electrode layers 32 and 36 is not particularly limited, but a physical vapor deposition method such as a sputtering method, or a chemical vapor deposition (MOCVD) using a reaction between an organometallic compound and oxygen or water. ) Method is preferred. In any film forming method, energy by heat or plasma discharge can be used.
  • the substrate temperature when producing the transparent electrode layers 32 and 36 is appropriately set.
  • 200 ° C. or lower is preferable.
  • the film forming range of the transparent electrode layers 32 and 36 is not particularly limited. The film may be formed on the entire surface, or may be formed while avoiding the peripheral end portion from the viewpoint of preventing a short circuit. The above is the photoelectric conversion part forming step.
  • the electrode layer 11 is formed on the light incident side transparent electrode layer 32 of the photoelectric conversion portion 10 (electrode layer forming step) as shown in FIG. ). Specifically, the first electrode 16 is directly formed on the light incident side transparent electrode layer 32, and the second electrode 17 is formed from above the first electrode 16.
  • a film may be formed in a pattern by a vapor deposition method or a sputtering method using a mask.
  • a paste-form thing containing the 1st electrode 16 and / or the 2nd electrode 17 as a granular material can also form a pattern by the printing method. Is possible.
  • the second electrode 17 may be formed on the first electrode 16, or the first electrode 16 and the second electrode 17 may be formed simultaneously.
  • the second electrode 17 is formed on the first electrode 16 after the first electrode 16 is formed.
  • the case where it forms simultaneously is demonstrated in detail in 4th embodiment mentioned later.
  • the electrode layer 11 is formed by laminating the second electrode 17 patterned in substantially the same shape as the first electrode 16 on the first electrode 16 patterned in a desired shape.
  • patterning in substantially the same shape means patterning so that 95% or more of the whole overlap when one side is overlaid on the other.
  • the insulating layer 12 is further formed on the photoelectric conversion unit 10 in which the electrode layer 11 is formed (hereinafter, the photoelectric conversion unit 10 and the stacked body thereon are also collectively referred to as a stacked substrate).
  • Form insulating layer forming step. That is, as illustrated in FIG. 6B, the insulating layer 12 is formed so as to cover the photoelectric conversion unit 10 and the electrode layer 11. At this time, the insulating layer 12 covers at least the electrode layer 11, and further covers substantially the entire surface of the photoelectric conversion unit 10 on the first main surface side.
  • a laser step (opening forming step) which is a feature of the present invention is performed on the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed. Specifically, as shown in FIG. 6C, the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed is irradiated with laser light from the light incident side.
  • the laser beam is irradiated across the electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21 and irradiated so as to trace the electrode layer 11.
  • the laser light is irradiated along the second electrode 17 of the patterned electrode layer 11, and the laser light is applied to the electrode layer 11 in the electrode layer forming region 20. And it irradiates so that the photoelectric conversion part 10 of the electrode layer non-formation area
  • region 21 may be straddled.
  • the second electrode 17 is left on one end (the end in the direction orthogonal to the laser light irradiation direction), and the other end is The second electrode 17 is substantially removed.
  • laser light having an output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit 10 is selected and used by a selection method described later.
  • a part or all of the insulating layer 12 and the second electrode 17 are removed from the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed by the above-described laser light irradiation. That is, a part or all of the insulating layer 12 and the second electrode 17 are removed from the outside of the insulating layer 12 by irradiation with laser light, and the communication hole 25 (opening 18 and hole 19) is formed.
  • the laser beam for removing the electrode layer 11 generally does not react with the insulating layer 12 that is an insulator, and the laser beam for the electrode layer 11 that is a conductor does not react. Reacts to the two electrodes 17. Therefore, by irradiating the laser beam, the insulating layer 12 directly laminated on the second electrode 17 to be removed is also removed at the same time as the second electrode 17 is removed. In other words, the corresponding portion of the insulating layer 12 is also peeled off following the melting or sublimation of the second electrode 17. Therefore, in the laser process, the opening 18 can be formed in the insulating layer 12 at a position corresponding to the hole 19 of the second electrode 17.
  • the electrode layer forming region 20 is a region in which the patterned electrode layer 11 is formed by melting or sublimating part or all of the second electrode 17 by irradiating the laser beam.
  • An opening 18 is formed in the insulating layer 12.
  • the laminated substrate in which the communication holes 25 are formed by the laser process is immersed in a plating bath, and the metal layer 15 is formed on the electrode layer 11 by a plating method (plating process; metal layer forming process).
  • the plating solution passes through the opening 18 of the insulating layer 12 and comes into contact with the first electrode 16 and / or the second electrode 17 that forms the bottom and side surfaces of the communication hole 25.
  • the metal layer 15 is formed by a plating method mainly around the bottom of the communication hole 25. That is, the metal layer 15 is formed using the first electrode 16 and / or the second electrode 17 as a seed layer.
  • the plating step a method for forming the metal layer 15 by an electrolytic plating method will be described using acid copper plating as an example.
  • the laminated substrate after the laser process and the anode of the plating electrode are immersed in the plating solution in the plating tank. That is, the laminated substrate in which the electrode layer 11 (the first electrode 16 and the second electrode 17) and the insulating layer 12 having the opening 18 are formed on the photoelectric conversion unit 10 is immersed in the plating solution. Then, by applying a voltage between the anode of the plating electrode and the laminated substrate, copper as the metal layer 15 is selectively deposited on the first electrode 16 and the second electrode 17 not covered with the insulating layer 12. To do.
  • the plating solution used for acidic copper plating contains copper ions, and for example, those having a known composition mainly composed of copper sulfate, sulfuric acid, and water can be used.
  • a plating solution removing step to remove the plating solution remaining on the surface of the multilayer substrate.
  • the plating solution removing step it is possible to remove the metal that can be deposited starting from other than the opening 18 of the insulating layer 12 formed by laser processing. Examples of the metal deposited starting from other than the opening 18 include those starting from a pinhole of the insulating layer 12.
  • Removal of the plating solution is performed, for example, by removing the plating solution remaining on the surface of the laminated substrate taken out from the plating tank by air blow type air washing, then washing with water, and further blowing off the washing solution by air blow. be able to.
  • the amount of plating solution remaining on the surface of the multilayer substrate by performing air cleaning before washing with water, the amount of plating solution brought in during washing can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of cleaning liquid required for water washing, and it is possible to reduce the trouble of waste liquid treatment that occurs with water washing. Therefore, environmental load and cost due to cleaning can be reduced, and productivity of the solar cell can be improved.
  • the back surface metal electrode 37 is formed on the back surface side transparent electrode layer 36 of the laminated substrate by a plating process or a separate process (back surface metal forming process). At this time, the shape of the back surface metal electrode 37 may be formed by patterning into a predetermined shape, or may be formed on the substantially entire surface of the back surface side transparent electrode layer 36.
  • post-treatment such as folding is performed as necessary to manufacture the crystalline silicon solar cell 2.
  • the solar cell 2 is preferably modularized for practical use.
  • the modularization of the solar cell 2 is performed by an appropriate method.
  • the bus bar portion 46 is connected to the collector electrode 45 via an interconnector (wiring member 3) such as a tab, whereby the plurality of crystalline silicon solar cells 2 are connected in series or in parallel, and the sealing material 7 and glass Modularization is performed by sealing with protective materials 5 and 6 such as plates.
  • a plurality of crystalline silicon solar cells 2 manufactured by the above-described steps are prepared, and the crystalline silicon solar cells 2 are connected in series or in parallel by the wiring member 3. Then, the connected crystalline silicon solar cells 2 are sandwiched between the protective materials 5 and 6, and the sealing material 7 is filled between the protective materials 5 and 6 for sealing. Thus, modularization is performed and the solar cell module 1 is manufactured.
  • the selection method of the 1st electrode 16 and the 2nd electrode 17 is demonstrated.
  • the present inventor conducted an experiment on the resistance of the metal material to the laser light in the following procedure. That is, first, a transparent electrode layer was formed to a thickness of about 100 nm on an uneven silicon wafer. Next, a sample was prepared by forming a metal material described in the list of Table 1 on the transparent electrode layer as an electrode layer. Thereafter, two types of laser light of an infrared laser (IR) (wavelength 1064 nm) and a second harmonic generation (SHG; second harmonic generation) (wavelength 532 nm) of the IR laser are respectively placed at predetermined positions on the sample. Irradiated.
  • IR infrared laser
  • SHG second harmonic generation
  • the laser beam irradiation described above was carried out using a two-wavelength laser processing machine (LAY-746BA-9BK) manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd. for the second harmonic of the infrared laser and IR laser.
  • LAY-746BA-9BK a two-wavelength laser processing machine manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd.
  • the use condition as the first electrode 16 is to have a resistance not to be removed with respect to the laser beam
  • the use condition as the second electrode 17 is to have resistance to be removed with respect to the laser beam. It is. From this point of view, according to Table 1, a metal material with “ ⁇ ” is adopted as the first electrode 16 and a metal material with “ ⁇ ” is used as the second electrode 17 with respect to laser light with a certain output. Can be adopted. That is, the first electrode 16 and the second electrode 17 are selected by comparing “ ⁇ ” and “x” arranged in the column direction of Table 1.
  • the first electrode 16 In the case of an IR laser having a wavelength of 1064 nm and a power density of 563 ⁇ W / ⁇ m 2 , it is possible to use silver (Ag), aluminum (Al), or copper (Cu) as the first electrode 16 according to Table 1. .
  • tin (Sn), chromium (Cr), and titanium (Ti) can be used as the second electrode 17.
  • the first electrode 16 silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), It is chromium (Cr) and titanium (Ti), and tin (Sn) can be used as the second electrode 17.
  • the use condition as laser light is that the laser conditions are such that the transparent electrode layer 32 is not removed. From this point of view, according to Table 2, in the laser light having a specific wavelength, it is possible to adopt the power density with “ ⁇ ” in the transparent electrode layer portion. For example, in the case of an IR laser having a wavelength of 1064 nm, from Table 2, an infrared laser (IR laser) having a power density in the range of 113 ⁇ W / ⁇ m 2 or more and less than 676 ⁇ W / ⁇ m 2 can be used. In addition, as a use condition as laser light, it is preferable that cell damage is small.
  • the laser light has an output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit 10. From this point of view, according to Table 2, in the laser light having a specific wavelength, it is preferable that the transparent electrode layer portion is marked with “ ⁇ ” and the cell damage portion is marked with “ ⁇ ”.
  • the power density when using an infrared laser with a wavelength of 1064 nm is preferably 100 ⁇ W / ⁇ m 2 or more, considering that the type of laser light and the irradiation conditions vary somewhat depending on the apparatus. , more preferably 350 ⁇ W / ⁇ m 2 or more, still more preferably 400 W / [mu] m 2 or more, and particularly preferably 450 ⁇ W / ⁇ m 2 or more.
  • the power density in the case of using the infrared laser having a wavelength of 1064nm is preferably at 670 ⁇ W / ⁇ m 2 or less, more preferably 650 ⁇ W / ⁇ m 2 or less, further preferably 600 ⁇ W / ⁇ m 2 or less, 570MyuW / ⁇ m 2 or less is particularly preferable.
  • power density is preferably at 30 ⁇ W / ⁇ m 2 or more, more preferably 40 ⁇ W / ⁇ m 2 or more, further preferably 250 .mu.W / [mu] m 2 or more.
  • power density is preferably 380 W / [mu] m 2 or less, more preferably 340 W / [mu] m 2 or less, and more preferably 300 [mu] W / [mu] m 2 or less.
  • the laser light preferably has a wavelength of 400 nm or more, more preferably 450 nm or more, and even more preferably 500 nm or more.
  • the laser light has a wavelength of preferably 1500 nm or less, more preferably 1300 nm or less, and even more preferably 1100 nm or less, regardless of whether it is a fundamental wave or the nth harmonic (n is an integer).
  • the laser beam to be used can be reduced.
  • the type, irradiation conditions, etc. are not particularly limited.
  • the above-described infrared laser (IR), second harmonic (SHG), third harmonic (THG), or the like can be used for the laser light, but it is particularly preferable to use an SHG laser or an IR laser. .
  • the metal layer 15 can be easily formed by a plating method, so that the cost can be reduced as compared with the conventional method.
  • the opening part 18 is formed in the insulating layer 12 by irradiating a laser beam. Therefore, the opening 18 can be formed without using a resist or the like.
  • the opening width of the opening 18 can be easily controlled by controlling the width of the laser beam and the second electrode 17 overlapping. Therefore, the metal layer 15 having a desired width can be formed, and the collector electrode 45 can be easily thinned.
  • the solar cell module 1 of the present embodiment is irradiated with an output that does not substantially affect the photoelectric conversion unit 10 as laser light, the photoelectric conversion unit 10 is less damaged by the laser light, and high photoelectric conversion is performed. It becomes a solar cell module boasting rate.
  • the electrode layer 11 in which the second electrode 17 is laminated on the first electrode 16 is used.
  • the surface of the photoelectric conversion unit 10 is covered with the first electrode 16, and a part of the second electrode 17 remains. Therefore, according to the manufacturing method of the solar cell module 1 of this embodiment, the damage to the photoelectric conversion part 10 by a plating solution approaching from the opening part 18 can be suppressed more in a plating process.
  • the laser light in the case of irradiating under the condition of laser light that causes damage to the photoelectric conversion unit 10, the laser light must be irradiated only on the second electrode 17. In this case, problems such as difficulty in alignment of the laser beam and increase in process time due to irradiation of the laser beam to the patterned portion may occur.
  • the insulating layer 12 is formed on the entire surface of the electrode layer 11 so that the electrode layer 11 is only the first electrode 16 and covers the electrode layer 11, an opening is formed in the insulating layer 12 on the first electrode 16.
  • the outermost surface layer (for example, a transparent electrode layer) of the photoelectric conversion unit 10 may come into contact with the plating solution as in Patent Document 5 and the like. In such a case, there arises a problem that the transparent electrode layer is damaged by the plating solution, the contact resistance between the outermost surface layer and the plating layer is increased, and the curvature factor is lowered.
  • the laser light output is selected so as not to substantially affect the photoelectric conversion unit 10. That is, on the assumption that the laser beam protrudes from the electrode layer 11, the laser beam is irradiated under a condition in which the damage to the photoelectric conversion unit 10 is small, so that the spot diameter of the laser beam protrudes from the electrode layer 11.
  • the irradiation position of the laser beam is not necessarily limited only to the second electrode 17, and even a laser beam having a large spot diameter can be irradiated on the laminated substrate regardless of the pattern. That is, according to the manufacturing method of the solar cell module 1, the opening 18 can be formed in the insulating layer 12 without precisely controlling the irradiation range of the laser light, and the productivity is excellent.
  • the collector electrode 45 having the first electrode 16, the second electrode 17, and the metal layer 15 has a low contact resistance with the transparent electrode layer 32. It is possible to reduce the power generation loss caused by.
  • the solar cell module of the second embodiment is different in the shape of the solar cell module 1 of the first embodiment and the solar cell 60. That is, the solar cell 60 of the second embodiment is different from the solar cell 2 of the first embodiment in the formation position of the communication hole 25.
  • the communication hole 25 is located at the center in the width direction of the electrode layer forming region 20 (perpendicular to the extending direction of the collecting electrode 45). .
  • the electrode layer forming step shown in FIG. 9A and the insulating layer forming step shown in FIG. 9B are performed, and a laser step (characteristic of this embodiment) is performed on the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed ( Opening step) is performed. That is, as shown in FIG. 9C, the laminated substrate is irradiated with laser light from the light incident surface side, and part or all of the insulating layer 12 and the second electrode 17 are applied as shown in FIG. 9D. By removing, the communication hole 25 is formed.
  • the laser beam has a spot diameter larger than the width of the electrode layer forming region 20 (the length in the direction perpendicular to the extending direction of the collector electrode 45). Is used. Further, when the laser beam is viewed in a cross section orthogonal to the first main surface of the photoelectric conversion unit 10 and orthogonal to the extending direction of the electrode layer 11, as shown in FIG. 9C. Then, irradiation is performed so as to pass through the center in the width direction of the electrode layer 11 in the electrode layer forming region 20 (direction perpendicular to the extending direction of the collector electrode 45).
  • the laser beam when the laser beam is irradiated along the finger portion 47, the laser beam is irradiated so as to pass through the center of the electrode layer forming region 20 in a cross section orthogonal to the extending direction of the finger portion 47. To do. Further, when the laser beam is irradiated along the bus bar portion 46, the laser beam is irradiated so as to pass through the center of the electrode layer forming region 20 in a cross section orthogonal to the extending direction of the finger portion 47.
  • the communication hole 25 is formed by removing part of the insulating layer 12 and the second electrode 17 by utilizing power non-uniformity in the spot (irradiation site) of the laser beam. Specifically, the output, size, and range of the laser light are controlled so that the second electrode 17 is removed only at the center of the laser light irradiation site.
  • the laminated substrate in which the communication holes 25 are formed in the laser process is immersed in a plating bath, and the metal layer 15 is formed on the electrode layer 11 as shown in FIG. 9E (plating process).
  • the solar cell 60 is manufactured in the same manner as in the first embodiment.
  • a part of the second electrode 17 is removed in the laser process. That is, although it removed so that a part of 2nd electrode 17 might remain as a remainder in a laser process, this invention is not limited to this, You may remove all the 2nd electrodes 17.
  • the electrode layer 11 is formed of only the first electrode 16, and the second electrode 17 is not substantially present. That is, the metal layer 15 is directly laminated on the first electrode 16.
  • the electrode layer forming step shown in FIG. 11 (a) and the insulating layer forming step shown in FIG. 11 (b) are performed, and the laser step that characterizes this embodiment is performed on the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed. I do. That is, as shown in FIG. 11C, by irradiating the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed with laser light from the light incident side, as shown in FIG. Alternatively, the entire portion is removed to form the opening 18.
  • the laminated substrate is irradiated with laser light so that the laser light includes all of the second electrode 17, and the second electrode 17 is applied as shown in FIG. Remove virtually all. Therefore, the opening 18 is formed on the entire surface of the insulating layer 12 in the electrode layer forming region 20.
  • the laminated substrate in which the opening part 18 was formed in the plating bath after a laser process is immersed, and the metal layer 15 is formed on the 1st electrode 16 as shown in FIG.11 (e) (plating process).
  • the metal layer 15 is formed using the first electrode 16 exposed at the bottom of the opening 18 as a seed layer.
  • the second electrode 17 since the second electrode 17 is substantially completely removed in the laser process, no resistance loss due to the second electrode 17 occurs. Therefore, the second electrode 17 can be used even if it has a low conductivity or an insulator.
  • the electrode layer 101 of the fourth embodiment is formed by solidifying a paste material 103 (containing material).
  • the paste material 103 includes a first electrode 16 and a second electrode 17 (object to be removed).
  • the paste material 103 is obtained by mixing the particulate first electrode 16 and the particulate second electrode 17 (object to be removed) and integrating them by the paste agent 102.
  • the electrode layer 101 includes a plurality of hole portions 106 having different shapes as shown in FIG.
  • the hole portion 106 is a bottomed hole extending from the outer side to the inner side of the electrode layer 101, like the hole portion 19 of the first embodiment.
  • the insulating layer 12 includes a plurality of openings 105 having different shapes corresponding to the holes 106 of the electrode layer 101.
  • the opening 105 is a through-hole penetrating in the thickness direction of the insulating layer 12, similarly to the opening 18 of the first embodiment.
  • the respective hole portions 106 of the electrode layer 101 and the respective opening portions 105 of the insulating layer 12 are in communication with each other, thereby forming one communication hole 107.
  • Paste agent 102 is a known binder, and pastes first electrode 16 and second electrode 17 by mixing first electrode 16 (first electrode material) and second electrode 17 (second electrode material). It can be held in a shape.
  • the optimum mixing ratio of the first electrode 16 (first electrode material) and the second electrode 17 (second electrode material) in the paste material 103 is determined by the conditions of the laser beam to be irradiated and the “second electrode” existing in the electrode layer 101. 17 ". Therefore, although it cannot be generally stated, the volume ratio of the second electrode 17 (second electrode material) is 30% or more and 90% or less of the volume ratio of the total of both (the first electrode 16 and the second electrode 17). It is preferably 40% or more and 80% or less, more preferably 50% or more and 70% or less.
  • the “position of the second electrode 17” means that the second electrode 17 in the electrode layer 101 is formed in the vicinity of the surface of the electrode layer 101 (the surface on the first main surface side) or the printing method is used. This means a case where the particulate second electrode 17 (second electrode material) is mixed in the paste material 103 as in the case of stacking.
  • the opening 105 can be formed in the insulating layer 12 to such an extent that plating can occur efficiently. Further, by setting the volume ratio of the second electrode 17 (second electrode material) to 90% or less, for example, even when the output of the laser beam is large, the first electrode 16 (first electrode material) serving as the seed layer A sufficient amount can be secured. Therefore, it is possible to suppress the contact resistance between the electrode layer 101 and the transparent electrode layer 32 and reduce the resistance of the electrode layer 101 itself.
  • the first electrode 16 and the second electrode 17 are mixed in the paste material 103, the first electrode 16 and the second electrode 17 are mixed almost uniformly in the paste material 103, or the first electrode 16 and the second electrode 17 are in the vicinity of the surface.
  • the electrode 16 exists in a biased manner and the second electrode 17 does not exist near the surface.
  • the second electrode 17 is sufficiently irradiated with laser light, and the opening 105 can be formed by removing the second electrode 17.
  • the second electrode 17 exists at a position behind the first electrode 16. Therefore, in the latter case, it is considered that the laser light does not easily reach the second electrode 17, and it is considered that the second electrode 17 can be removed by increasing the output of the laser light.
  • the particle diameter of the particles used for the first electrode 16 is preferably 50 nm or more, more preferably 500 nm or more, and particularly preferably 1 ⁇ m or more from the viewpoint of securing a sufficient conductive path.
  • the particle diameter of the particles used for the first electrode 16 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 7 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or less from the viewpoint of thinning.
  • the particle diameter of the second electrode 17 is preferably 50 nm or more, more preferably 500 nm or more, and particularly preferably 1 ⁇ m or more. . Further, the particle diameter of the particles of the second electrode 17 is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less, and particularly preferably 3 ⁇ m or less from the viewpoint of thinning.
  • the method for forming the electrode layer 101 is not particularly limited as long as the paste material 103 is used, but from the viewpoint of productivity, a method of forming by a printing method is preferable.
  • the photoelectric conversion part formation process which forms the photoelectric conversion part 10 is performed, and after the transparent electrode layer formation process of a photoelectric conversion part formation process, as shown to Fig.13 (a), on the light incident side transparent electrode layer 32
  • the electrode layer 101 is formed on (electrode layer forming step).
  • the paste material 103 containing the first electrode 16 and the second electrode 17 is applied on the light incident side transparent electrode layer 32 by a printing method, and the first electrode 16 and the second electrode 17 are formed simultaneously.
  • the insulating layer forming step is performed to form the insulating layer 12 on the laminated substrate on which the electrode layer 101 is formed, as shown in FIG.
  • the laser process which is a feature of this embodiment, is performed on the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed. That is, as shown in FIG. 13C, the laminated substrate on which the insulating layer 12 is formed is irradiated with laser light from the light incident side. By doing so, as shown in FIG. 13D, a part or all of the insulating layer 12 and the second electrode 17 are removed to form a plurality of openings 105 and a plurality of holes 106. That is, a plurality of communication holes 107 are formed on the laminated substrate covered with the insulating layer 12. At this time, as shown in FIG.
  • all of the electrode layers 101 in the electrode layer forming region 20 are irradiated with laser light mainly along the second electrode 17 of the patterned electrode layer 101. Is applied across the photoelectric conversion portion 10 of the electrode layer non-formation region 21 so as to cover the surface. That is, the laser beam is irradiated so as to include all of the second electrode 17, and the second electrode 17 is removed as shown in FIG. At this time, only the portion of the second electrode 17 located mainly on the surface side (first main surface side) in the paste agent 102 is removed by the laser beam, and the portion of the second electrode 17 in the paste is mainly centered. Thus, a plurality of openings 105 are formed in the insulating layer 12. That is, a plurality of hole portions 106 having different shapes are formed in the electrode layer 101, and each hole portion 106 communicates with a corresponding opening portion 105 to form a communication hole 107.
  • the laminated substrate in which the opening part 105 was formed in the plating bath after a laser process is immersed and the metal layer 15 is formed on the 1st electrode 16 as shown in FIG.13 (e) (plating process).
  • the metal layer 15 is formed using the first electrode 16 as a seed layer, and the metal layer 15 is filled in each communication hole 107.
  • the first electrode 16 and the second electrode 17 are evenly dispersed in the normal paste. .
  • the outermost surface layer (for example, the transparent electrode layer 32) of the photoelectric conversion unit 10 directly under the paste may be exposed.
  • the plating solution penetrates into the conductive seed, the conductive substrate (photoelectric conversion unit) is damaged, and the solar Battery characteristics may be degraded.
  • the outermost surface layer of the photoelectric conversion part is exposed as described above, the outermost surface may be damaged by the plating solution, and the solar cell characteristics may be deteriorated.
  • the surface of the photoelectric conversion unit 10 in the electrode layer formation region 20 is covered with the electrode layer 101 even after the laser beam irradiation. That is, since the communication hole 107 is a bottomed hole, the plating solution enters the communication hole 107 and the surface of the photoelectric conversion unit 10 is not exposed to the plating solution, thereby further suppressing damage to the photoelectric conversion unit 10 from the plating solution. it can. In addition, after irradiating a laser beam, when using the paste etc. which have the 1st electrode 16 and the 2nd electrode 17 as the electrode layer 101, it is preferable that a part of 2nd electrode 17 remains.
  • the paste material 103 may be applied so that the first electrode 16 and / or the second electrode 17 are locally aggregated.
  • the second electrode 17 is preferably aggregated at the center of the paste material 103 in the electrode layer forming region 20.
  • the opening 105 can be formed in the center of the electrode layer formation region 20 with respect to the insulating layer 12 in the laser process. Therefore, in the plating process, the formation of the metal layer 15 can be substantially stopped in the electrode layer forming region 20.
  • the method for aggregating the first electrode 16 and the second electrode 17 is not particularly limited. Aggregation may be performed using the viscosity of the paste agent 102, or may be performed using the particle size and specific gravity of the first electrode 16 and the second electrode 17. Further, the agglomeration may be performed by controlling the drying temperature.
  • the second electrode 17 is completely removed in the thickness direction by the laser beam.
  • the present invention is not limited to this, and the opening 18 can be formed in the insulating layer 12. Good. That is, it is not always necessary to remove all of the second electrode 17 with laser light.
  • the laser process only a part of the second electrode 17 may be removed as shown in FIG. That is, the second electrode 17 may finally remain. In this case, the bottom of the opening 18 becomes the second electrode 17.
  • the power of the irradiation laser is preferably such that the photoelectric conversion unit 10 is not damaged, and therefore a laser with a certain low power is used. For this reason, removing only a part of the second electrode 17 or melting and forming the opening 18 in the insulating layer 12 can sufficiently occur.
  • laser light having a predetermined wavelength and power density is selected and used in manufacturing the solar cell module 1, but the present invention is not limited to this.
  • laser light is used.
  • it can use also in wavelengths and power densities other than the laser beam derived
  • power density is preferably 100 .mu.W / [mu] m 2 or more 1500 ⁇ W / ⁇ m 2 or less, in particular 400 W / [mu] m 2 or more 600 ⁇ W / ⁇ m 2 or less.
  • a SHG laser with a wavelength of 532 nm, power density it is preferable that it is preferably 100 .mu.W / [mu] m 2 or more 1500 ⁇ W / ⁇ m 2 or less, more 200 ⁇ W / ⁇ m 2 or more 500 W / [mu] m 2 or less, particularly 200MyuW / [mu] m is preferably 2 or more 300 [mu] W / [mu] m 2 or less.
  • the insulating layer 12 belonging to the electrode layer non-formation region 21 is not removed in the steps after the plating step, but the present invention is not limited to this, and the insulating layer 12 is removed. Also good. That is, the insulating layer removing step may be performed after the metal layer 15 is formed (after the plating step). In particular, when a material having high light absorption is used as the insulating layer 12, it is preferable to perform the insulating layer removing step. By performing the insulating layer removing step, it is possible to suppress a decrease in solar cell characteristics due to light absorption of the insulating layer 12. The method for removing the insulating layer 12 is appropriately selected according to the characteristics of the material of the insulating layer 12.
  • the insulating layer 12 can be removed by chemical etching or mechanical polishing. An ashing method can also be applied depending on the material. At this time, it is more preferable that all of the insulating layer 12 on the electrode layer non-forming region 21 is removed from the viewpoint of further improving the light capturing effect. In the case where a material with low light absorption is used as the insulating layer 12 as in the above-described embodiment, the insulating layer removing step need not be performed.
  • the metal layer 15 is provided on the light incident side (first main surface side) of the crystalline silicon solar cell 2 which is a heterojunction solar cell has been mainly described, but the present invention is limited to this.
  • the same collector electrode 45 may be formed on the back surface side (second main surface side) of the crystalline silicon solar cell 2.
  • a heterojunction solar cell is used.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to other solar cells.
  • a crystalline silicon solar cell other than a heterojunction solar cell a solar cell using a semiconductor substrate other than silicon such as GaAs, a transparent electrode on a pin junction or a pn junction of an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film
  • a semiconductor substrate other than silicon such as GaAs
  • a transparent electrode on a pin junction or a pn junction of an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film Applied to various types of solar cells such as silicon-based thin film solar cells with layers, compound semiconductor solar cells such as CIS and CIGS, organic thin film solar cells such as dye-sensitized solar cells and organic thin films (conductive polymers) Is possible.
  • Examples of the silicon thin film solar cell include an amorphous silicon thin film solar cell having an amorphous intrinsic (i type) silicon thin film between a p type thin film and an n type thin film, and a p type thin film and an n type thin film. Examples thereof include a crystalline silicon-based semiconductor solar cell having a crystalline intrinsic silicon thin film between the thin film.
  • a tandem thin film solar cell in which a plurality of pin junctions are stacked is also suitable.
  • the back surface metal electrode 37 is provided outside the back surface side transparent electrode layer 36.
  • the present invention is not limited to this, and the back surface side transparent electrode layer 36 also functions as an electrode. There is no need to provide the back metal electrode 37.
  • a solar cell module including a plurality of solar cells has been described.
  • the present invention is not limited to this, and a solar cell module including one solar cell may be used.
  • one end of the wiring member 3 is connected to one solar cell 2 and the other body is connected to the other solar cell 2, but the present invention is limited to this. Instead, the other end may be connected to an external circuit.
  • the present invention will be specifically described with reference to examples of the heterojunction solar cell, but the present invention is not limited to the following examples.
  • materials used as the first electrode 16 and the second electrode 17 were selected from the conditions and materials examined in Tables 1 and 2, and electrode layers were produced.
  • Example 1 The heterojunction solar cell of Example 1 was manufactured as follows.
  • an n-type single crystal silicon wafer having an incident plane of (100) and a thickness of 200 ⁇ m was used as the single conductivity type single crystal silicon substrate 30 .
  • This silicon wafer was immersed in a 2 wt% HF aqueous solution for 3 minutes to remove the silicon oxide film on the surface, and then rinsed with ultrapure water twice.
  • This silicon substrate was immersed in a 5/15 wt% potassium hydroxide (KOH) / isopropyl alcohol aqueous solution maintained at 70 ° C. for 15 minutes, and a texture was formed by etching the surface of the wafer. Thereafter, rinsing with ultrapure water was performed twice.
  • KOH potassium hydroxide
  • isopropyl alcohol aqueous solution maintained at 70 ° C. for 15 minutes
  • the etched wafer was introduced into a CVD apparatus, and on the light incident side, i-type amorphous silicon was formed as an intrinsic silicon-based thin film 40 to a thickness of 5 nm.
  • the film forming conditions for the i-type amorphous silicon were: substrate temperature: 150 ° C., pressure: 120 Pa, SiH 4 / H 2 flow rate ratio: 3/10, and input power density: 0.011 W / cm 2 .
  • the film thickness of the thin film in a present Example measures the film thickness of the thin film formed on the glass substrate on the same conditions by the spectroscopic ellipsometry (brand name M2000, JA Woollam Co., Ltd. product). It is a value calculated from the film forming speed obtained by this.
  • a p-type amorphous silicon film having a thickness of 7 nm was formed as a reverse conductive silicon thin film 41.
  • the film forming conditions for the p-type amorphous silicon layer 3a were as follows: the substrate temperature was 150 ° C., the pressure was 60 Pa, the SiH 4 / B 2 H 6 flow rate ratio was 1/3, and the input power density was 0.01 W / cm 2 . .
  • the B 2 H 6 gas flow rate mentioned above is the flow rate of the diluted gas diluted with H 2 to a B 2 H 6 concentration of 5000 ppm.
  • an i-type amorphous silicon layer was formed as an intrinsic silicon thin film 42 on the back side of the wafer so as to have a film thickness of 6 nm.
  • the film formation conditions for the i-type amorphous silicon layer 42 were the same as the film formation conditions for the i-type amorphous silicon layer 40 described above.
  • an n-type amorphous silicon layer was formed as a one-conductive silicon-based thin film 43 so as to have a thickness of 4 nm.
  • the deposition conditions for the one-conductivity-type silicon thin film 43 are as follows: substrate temperature: 150 ° C., pressure: 60 Pa, SiH 4 / PH 3 flow rate ratio: 1/2, input power density: 0. It was 01 W / cm 2 .
  • the PH 3 gas flow rate mentioned above is the flow rate of the diluted gas diluted with H 2 to a PH 3 concentration of 5000 ppm.
  • transparent electrode layers 32 and 36 indium tin oxide (ITO, refractive index: 1.9) was formed to a thickness of 100 nm. Indium oxide was used as a target, and transparent electrode layers 32 and 36 were formed by applying a power density of 0.5 W / cm 2 in an argon atmosphere at a substrate temperature of room temperature and a pressure of 0.2 Pa. On the back surface side transparent electrode layer 36, as the back surface metal electrode 37, it formed into a film so that silver might become a film thickness of 500 nm by the sputtering method.
  • ITO indium tin oxide
  • an electrode layer having the first electrode 16 and the second electrode 17 in this order was formed by sputtering using a mask.
  • Silver (Ag) was formed to 100 nm as the first electrode 16
  • chromium (Cr) was formed to 50 nm as the second electrode 17 to form a comb-shaped pattern.
  • the width of the bus bar portion in the comb pattern was 1 mm, and the width of the finger portion was 80 ⁇ m.
  • the laminated substrate is placed in a CVD apparatus, and a silicon oxide layer (refractive index: 1.5) is formed as the insulating layer 12 to a thickness of 80 nm by plasma CVD. Thus, it was formed on the light incident surface side.
  • the film forming conditions of the insulating layer 12 were: substrate temperature: 135 ° C., pressure 133 Pa, SiH 4 / CO 2 flow rate ratio: 1/20, input power density: 0.05 W / cm 2 (frequency 13.56 MHz).
  • the insulating layer 12 was formed on substantially the entire surface of the electrode layer forming region 20 and the electrode layer non-forming region 21 on one main surface side of the photoelectric conversion unit 10.
  • the second electrode 17 is removed by irradiating a SHG laser having a power density of 290 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 532 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m so as to roughly trace a comb pattern, and removing the second electrode 17.
  • An opening was formed in the silicon oxide layer in the region where the was formed.
  • a part of the second electrode 17 remained on the first electrode 16 and a part of the first electrode 16 was exposed.
  • the wafer after the formation of the insulating layer 12 was introduced into a hot air circulation oven, and an annealing process was performed at 180 ° C. for 20 minutes in an air atmosphere.
  • the laminated substrate that had been annealed as described above was placed in a plating tank.
  • the plating solution copper sulfate pentahydrate, sulfuric acid, and sodium chloride were added to a solution prepared so as to have a concentration of 120 g / l, 150 g / l, and 70 mg / l, respectively. : No. ESY-2B, ESY-H, ESY-1A) were added.
  • plating is performed under conditions of a temperature of 40 ° C. and a current of 3 A / dm 2 , and copper is uniformly deposited as a metal layer 15 with a thickness of about 10 ⁇ m on the first electrode 16 and the second electrode 17. did. Almost no copper was deposited in the region where the first electrode 16 was not formed.
  • the silicon wafer on the outer periphery of the cell was removed with a width of 0.5 mm using a laser processing machine, and a heterojunction solar cell of the present invention was produced.
  • Tin (Sn) is formed as a second electrode with a thickness of 50 nm, and then irradiated with an IR laser having a power density of 560 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 1064 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m, generally following a comb pattern.
  • An IR laser having a power density of 560 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 1064 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m, generally following a comb pattern.
  • a solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that.
  • Titanium (Ti) is formed as a second electrode with a thickness of 50 nm, and then irradiated with an IR laser having a power density of 560 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 1064 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m, generally following a comb pattern.
  • An IR laser having a power density of 560 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 1064 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m, generally following a comb pattern.
  • a solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that.
  • Comparative Example 1 As Comparative Example 1, only silver (Ag) paste (first electrode) was formed as an electrode layer by a printing method, an insulating layer was not formed, and a metal layer by plating was not formed. In the same manner as in Example 1, a heterojunction solar cell was produced.
  • Comparative Example 2 Example, except that the second electrode 17 is not formed, and an SHG laser having a power density of 680 ⁇ W / ⁇ m 2 , a wavelength of 532 nm, and a spot diameter of 100 ⁇ m is irradiated so as to generally follow a comb pattern.
  • a solar cell was produced in the same manner as in Example 1.
  • the insulating layer 12 is formed so as to cover the first electrode 16, and in order to remove the insulating layer 12, the laser can be removed under the condition that silver (Ag) as the first electrode 16 can be removed. Irradiated with light.
  • Table 3 shows the production conditions of the heterojunction solar cells of the above examples and comparative examples. Furthermore, Table 3 shows the measurement results of the solar cell characteristics (open circuit voltage (Voc), short circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and conversion efficiency (Eff)) of the heterojunction solar cells of the above Examples and Comparative Examples. .
  • Example 1 a metal layer 15 made of bulk copper (Cu) using a plating method is formed as an electrode. Therefore, the series resistance at the collector electrode 45 is low. On the other hand, Comparative Example 1 uses a silver paste. Therefore, the series resistance is higher than that of bulk copper (Cu). For this reason, it is thought that the value of Example 1 was higher in the curvature factor.
  • Example and Comparative Example 2 Voc and the curvature factor were greatly reduced as compared with Example, and the conversion efficiency was lowered accordingly.
  • the second electrode 17 is not provided, the insulating layer 12 is formed on the first electrode 16, and it is necessary to form an opening in the insulating layer 12. Therefore, since the insulating layer 12 was irradiated with high-power laser light, the damage to the PN junction and the like of the photoelectric conversion unit 10 was larger than that in the example.
  • Comparative Example 2 it is considered that good solar cell characteristics can be obtained to some extent if laser light is irradiated only on the first electrode 16 and the insulating layer 12 is removed. However, it is considered difficult to irradiate laser light only on the comb electrode pattern on the light incident surface of the solar cell.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were compared, the characteristics of Comparative Example 2 were lower than those of Comparative Example 1 using a paste having a high resistance despite using bulk copper (Cu) by plating.
  • the Voc and the curvature factor are lowered by the irradiation of the laser beam and the damage to the photoelectric conversion unit 10. It is thought to be caused.
  • Solar cell module 2 60 Crystalline silicon solar cell (solar cell) DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Wiring member 10 Photoelectric conversion part 11,101 Electrode layer 12 Insulating layer 15 Metal layer 16 1st electrode 17 2nd electrode (to-be-removed body) 18, 105 opening 19, 106 hole 25, 107 communication hole 32 light incident side transparent electrode layer (transparent electrode layer)

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Abstract

【課題】本発明は、太陽電池の変換効率を向上させること、及び太陽電池の製造コストを低減することを目的とする。 【解決手段】光電変換部の第一主面側に、前記第一電極と被除去体を含む電極層を形成する電極層形成工程と、少なくとも被除去体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、被除去体を利用して絶縁層に開口部を形成する開口部形成工程と、めっき法により、絶縁層の開口部を通じて、電極層上に金属層を形成する金属層形成工程と、をこの順に実施し、開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、被除去体の少なくとも一部を除去して、絶縁層の開口部を形成する。

Description

太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法
 本発明は、太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池の製造方法、並びに太陽電池モジュールの製造方法に関する。
 近年、エネルギー問題や地球環境問題が深刻化する中、化石燃料にかわる代替エネルギーとして、太陽電池が注目されている。
 この太陽電池では、半導体接合等からなる光電変換部へ光を照射することで、キャリア(電子及び正孔)を発生させる。そして、この発生したキャリアを外部回路に取り出すことにより、発電が行われる。この太陽電池の光電変換部上には、光電変換部で発生したキャリアを効率的に外部回路へ取り出すために集電極が設けられる。
 太陽電池には、例えば、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン系の太陽電池がある。この結晶シリコン系の太陽電池では、受光面に細い金属からなる集電極が設けられる。
 また、太陽電池には、結晶シリコン基板上に、非晶質シリコン層及び透明電極層を有するヘテロ接合太陽電池がある。このヘテロ接合太陽電池でも、透明電極層上に集電極が設けられる。
 上記した太陽電池の集電極は、一般に、スクリーン印刷法により、銀ペースト材料を所定のパターン状に印刷することにより形成されることが多い。しかしながら、この方法は、工程自体は単純であるが、銀の材料コストが嵩むという問題がある。また、この方法は、樹脂を含有する銀ペースト材料が用いられるので、純金属に比べて集電極の抵抗率が高くなるとの問題がある。そのため、銀ペースト材料を用いて集電極を形成する場合において、集電極の抵抗率を小さくするためには、銀ペースト材料を厚く印刷する必要がある。それ故に、製造コストが嵩むという問題がある。また、印刷厚みを大きくすると、形成される集電極の線幅も大きくなる。そのため、電極の細線化が困難であり、集電極による遮光損が大きくなるという問題もある。
 これらの問題を解決するための手法として、めっき法により集電極を形成する方法が知られている。このめっき法は、一般的に材料コスト及び製造工程におけるコスト(プロセスコスト)の面で、印刷法よりも優れている。
 例えば、特許文献1~3では、光電変換部を構成する透明電極上に、銅等からなる金属層がめっき法により形成された太陽電池の作製方法が開示されている。
 特許文献1に開示された集電極の作製方法について説明すると、まず、光電変換部の透明電極層上に、集電極の形状に対応する開口部を有するレジスト材料層(絶縁層)を形成する。次に透明電極層のレジスト開口部に電気めっきにより金属層を形成する。その後、レジストを除去することで、所定の形状の集電極を形成する。
 特許文献3では、下地電極層形成後にマスクを用いてめっき電極層を形成することにより、めっき電極層の線幅を下地電極層以下とすることが開示されている。
 また、特許文献3では、めっき液が残留したままの太陽電池が、高温高湿環境下に暴露されると太陽電池特性が劣化するとの問題に鑑みて、めっき工程後に基板に付着しためっき液を水や有機溶媒等により洗浄除去することが開示されている。
 特許文献4では、透明導電膜上に二酸化珪素(SiO2)等の透光性絶縁層を設けた後、透光性絶縁層を貫通する溝を設けて透明導電膜の表面又は側面を露出させる。そして、透明導電膜の露出部と導通するように金属集電極を形成する方法が開示されている。
 具体的には、特許文献4では、透明導電膜の露出部に光めっき法等により金属シードを形成し、この金属シードを起点として電気めっきにより金属集電極を形成する方法が提案されている。
 この特許文献4に記載の方法によれば、特許文献1のようにレジストを用いる必要がない。そのため、特許文献4に記載の方法は、特許文献1に記載の方法よりも材料コスト及びプロセスコスト面で有利である。また、特許文献4に記載の方法は、低抵抗の金属シードを設けることにより、透明導電膜と金属集電極との間の接触抵抗を低下させることができる。
 特許文献5では、導電性シードの凹凸を大きくしている。こうすることにより、絶縁層を製膜するときに、光電変換部の導電性シード以外の部分の全面を覆って、導電性シード上に不連続な開口部を形成する。そして、特許文献5では、この開口部を通じてめっき層を形成する旨が記載されている。
 上記の他、本発明に関連する先行技術を記載した文献として、特許文献6,7がある。
特開昭60-66426号公報 特開2000-58885号公報 特開2010-98232号公報 特開2011-199045号公報 特表2013-507781号公報 特開平4-348569号公報 特開平4-504033号公報
 上記した特許文献3に記載の方法によると、マスクによるめっき電極層の細線化が可能である。しかしながら、特許文献3のように集電極パターンに対応するマスクを用いる場合、マスクを作製するための費用や工数が必要となり、実用化に向かないという問題がある。
 上記した特許文献4に記載の方法によれば、高価なレジスト材料を用いることなく、めっき法により細線パターンの集電極を形成可能である。しかしながら、特許文献4に記載の方法のように、電解めっきの起点となる金属シードを光めっき法により形成する方法は、半導体接合のn層側には適用可能であるものの、p層側に適用することはできない。
 ここで、一般に、ヘテロ接合太陽電池では、n型単結晶シリコン基板を用い、p層側のヘテロ接合を光入射側とする構成の特性が最も高いことが知られている。
 しかしながら、特許文献4に記載の方法では、上記したようにp層側に適用できないので、p層側を光入射側とするヘテロ接合太陽電池における光入射側の集電極の形成には適さないとの問題がある。
 また、特許文献4では、絶縁層と透明電極層とを貫通する溝内で、透明電極層の側面と金属集電極とが接している。しかしながら、透明電極層の厚みは、一般に100nm程度であるので、両者の接触面積が小さい。そのため、透明電極層と集電極との間での全体の抵抗が高くなり、集電極としての機能を十分に発揮できないとの問題がある。
 特許文献5では、凹凸が大きな導電性ペーストを用いている。そのため、めっき層が導電性ペースト内に埋め込まれて形成されることとなる。めっき液が導電性ペーストに浸透すると、導電性ペーストが導電性基板(光電変換部)から剥がれるおそれが生じる。そのため、形成される太陽電池の信頼性が低下すると考えられる。
 以上のように、従来技術では、スクリーン印刷法による集電極の形成の代替案として、めっき法による集電極の形成が提案されているものの、太陽電池の実用化に際して、いずれの提案も有効な方策とはなっていなかった。
 そこで、本発明は、上記のような太陽電池の集電極の形成に関わる従来技術の問題点を解決し、太陽電池の変換効率を向上させること、及び太陽電池の製造コストを低減することを目的とする。また、これらの太陽電池を使用した太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、所定の集電極を用いることにより、太陽電池の変換効率が向上可能であり、さらに当該集電極が低コストで形成可能であることを見出し、本発明に至った。
 本発明の一つの様相は、面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、少なくとも第一電極と、金属層と、絶縁層を有する太陽電池の製造方法であって、前記光電変換部の第一主面側に、前記第一電極と被除去体を含む電極層を形成する電極層形成工程と、前記光電変換部の第一主面側に、少なくとも被除去体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記被除去体を利用して前記絶縁層に開口部を形成する開口部形成工程と、めっき法により、前記絶縁層の開口部を通じて、前記電極層上に金属層を形成する金属層形成工程と、をこの順に実施し、前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、被除去体の少なくとも一部を除去して前記絶縁層の開口部を形成することである。
 ここでいう「主面」とは、実質的に平面状に延びた面であり、表面の微細な凹凸は問わない。
 例えば、光電変換部がテクスチャ構造をとる場合には、光電変換部の表面に無数の凹凸が形成されるが、この場合の主面とは、テクスチャ構造のそれぞれの傾斜面を指すのではなく、あくまで、全体としてみたときに、大きく広がった面を指す。
 本様相によれば、開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、被除去体の少なくとも一部を除去して絶縁層の開口部を形成するので、絶縁層の外側からめっき液を電極層に接触させることが可能である。そのため、光電変換部の性能の低下を抑制しつつ、めっき法によって金属層を形成できる。
 また、本様相によれば、被除去体を利用して絶縁層に開口部を形成する。そのため、たとえ絶縁層がレーザー光のほとんどを透過する材質であっても、開口部を形成することができる。
 ところで、光電変換部の光入射側の表面には、一般的に、光を内部に導入し、その内部で光から変換された電気を取り出すために透明電極層が配されている。この透明電極層は、インジウム錫酸化物(ITO)などの透明導電性酸化物で形成されている場合が多い。このITOなどの透明導電性酸化物は、めっき液に晒されると、浸食されて、性能が低下することが知られている。
 そこで、好ましい様相は、前記光電変換部は、第一主面側の最外面に透明電極層が設けられており、前記絶縁層形成工程において、前記光電変換部を基準として、前記透明電極層の外側の面の大部分が露出しないように前記絶縁層を形成することである。
 ここでいう「大部分」とは、基準面の80パーセント以上100パーセント以下が覆われていることを意味する。
 本様相によれば、絶縁層形成工程において、透明電極層の外側の面の大部分が露出しないように絶縁層を形成する。そのため、たとえ透明電極層が、ITOなどの透明導電性酸化物で形成されていても、めっき工程において透明電極層が浸食されにくく、光電変換部の性能が低下することを防止することができる。
 好ましい様相は、前記被除去体は、導電性を有することである。
 本様相によれば、開口部形成工程において、完全に被除去体を除去しなくても電極層と金属層の間で導通を取ることができる。すなわち、たとえ第一電極の外側に被除去体が被覆した状態であっても、導通を取ることができる。
 ところで、特許文献6では、反射防止膜を形成する前にグリッド状の表面電極を形成し、その後、反射防止膜を表面電極上も含めた全面に形成する。次に、レーザーを表面電極上に照射することで開口部を形成する。そして、この状態で半田溶液に浸すことで、表面電極上の開口部形成部分に半田層を形成する方法が紹介されている。
 この特許文献6の方法では、太陽電池の光電変換部分にレーザー光が照射されると、光電変換部にダメージが生じてしまう可能性がある。そのため、グリッド状の表面電極の部分のみにレーザー光を照射する必要がある。しかしながら、グリッド状の表面電極の部分のみにレーザー光を照射するには位置合わせが難しく、また、工程時間もかかるという問題がある。
 そこで、好ましい様相は、前記レーザー光を、光電変換部に実質的に影響を与えない出力により照射することである。
 ここでいう「光電変換部に実質的に影響を与えない出力」を表す一つの指標としては、例えば、レーザー光を被照射物に照射したときに、被照射物のレーザー光の照射部位のライフタイムの低下が20パーセント未満に収まる出力であることが挙げられる。
 但し、厳密なライフタイムの測定は難しく、必ずしも正しいライフタイムの測定ができるとは限らない。
 このため、たとえ測定したライフタイムに大きな下落が見られたとしても、解放電圧(Voc)の低下が許容範囲内であれば、影響を与えない出力であると言える。具体的には、Vocの低下がレーザー光の照射前後で3パーセント以下にとどまった場合は、影響を与えない出力であると言える。
 本様相によれば、光電変換部に実質的に影響を与えない出力に調整したレーザー光を照射することによって太陽電池を製造するので、仮にレーザー光が電極層からはみ出して光電変換部に照射されたとしても、光電変換部の性能がほとんど低下することない。そのため、特許文献6のように精密にレーザー光の照射位置を調整せずとも開口部を形成することができる。それ故に、本様相によれば、製造時間の短縮化が可能であり、生産性を向上可能である。
 また、別の観点から言うと、光電変換部への影響が小さいので、意図的にレーザー光のスポット径を広げて照射することもできる。そのため、金属層の形成面積も容易に制御可能である。
 より好ましい様相は、前記開口部形成工程において、光電変換部を平面視したときに前記電極層が形成された電極層形成領域と、それ以外の電極層非形成領域が存在し、前記レーザー光を、前記電極層形成領域と前記電極層非形成領域に跨がって照射することである。
 本様相によれば、開口部形成工程において、意図的にレーザー光を電極層形成領域と電極層非形成領域に跨がって照射しているので、電極層の端部まで除去することができる。
 また、電極層の一方の端部をレーザー照射範囲から除外することによって、意識的に金属層の形成範囲を他方の端部側に寄せることもできる。そのため、金属層の幅を制御することができ、金属層の細線化が可能である。
 好ましい様相は、前記開口部形成工程において、400nm以上1500nm以下の波長を有するレーザー光を照射することにより、前記開口部を形成することである。
 この範囲の波長であれば、レーザー光による光電変換部への影響を少なくすることができる。
 上記した様相は、前記開口部形成工程において、100μW/μm2以上1500μW/μm2以下のパワー密度のレーザー光を照射することにより、前記開口部を形成してもよい。
 好ましい様相は、前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、前記被除去体の少なくとも一部を除去し、前記めっき工程において、前記第一電極の表面に前記金属層が直接接するように金属層を形成することである。
 本様相によれば、めっき工程において、第一電極と金属層との間に被除去体が介在せず、第一電極の表面に金属層が直接接するので、発電時における抵抗損失を抑制することができる。
 上記した様相は、前記絶縁層は、透明性を有し、前記レーザー工程において、前記被除去体を溶融又は昇華させることによって絶縁層に開口部を形成してもよい。
 この様相によれば、レーザー光により被除去体が溶融又は昇華することによって絶縁層の開口部が形成されるので、開口部を形成しやすい。
 上記した様相は、前記電極層形成工程において、前記光電変換部上に前記第一電極と前記被除去体をこの順に形成してもよい。
 この様相によれば、光電変換部を基準として第一電極の外側に被除去体が位置する。すなわち、光電変換部が第一電極によって保護されているので、レーザー光による開口部の形成に伴う光電変換部の損傷を抑制することができる。
 また、この様相によれば、第一電極及び被除去体を別の工程によって形成できるので、第一電極及び被除去体を不純物の少ない状態で形成できる。
 上記した様相は、前記電極層形成工程において、前記第一電極及び前記被除去体を含んだ含有物を使用して、前記光電変換部上に前記第一電極と前記被除去体を同時に形成してもよい。
 この様相によれば、含有物を使用して第一電極と被除去体を同時に形成するので、工程の簡易化が可能である。
 上記した様相は、前記含有物を印刷法によって光電変換部上に直接塗布してもよい。
 上記した様相は、前記金属層は、金属単体又は合金であってもよい。
 この様相によれば、金属層に樹脂等の絶縁性の不純物が含まれないので、金属層は低抵抗体となる。
 上記した様相は、前記金属層は、銅(Cu)を有していてもよい。
 上記した様相は、前記開口部形成工程において、前記絶縁層の開口部は、第二高調波レーザー若しくは赤外線レーザーを照射することにより形成してもよい。
 ここでいう「赤外線レーザー」とは、赤外線領域の光を発振するレーザーであり、具体的には、波長が780nmより長い領域(赤外線領域)の光を発振するレーザーである。
 上記した様相は、上記した前記開口部形成工程において、前記絶縁層の開口部は、赤外線領域の波長を有した基本波のレーザー光又は赤外線領域の波長を有した基本波の第二高調波のレーザー光を照射することにより形成されてもよい。
 上記した様相は、前記絶縁層の開口部を100μW/μm2~1500μW/μm2のパワー密度のSHGレーザーを照射することにより形成してもよい。
 上記した様相は、前記絶縁層の開口部を100μW/μm2~1500μW/μm2のパワー密度のIRレーザーを照射することにより形成してもよい。
 上記した様相は、前記絶縁層の開口部を強度分布が大きいレーザー光を照射することにより形成してもよい。
 上記した様相は、開口部を形成するレーザー光は、スポット径が被除去体の幅よりも大きいものであってもよい。
 ここでいう「スポット径」とは、照射対象物にレーザー光を照射したときに、照射部位の直径又は最大外形寸法をいう。例えば、レーザー光の照射部位の形状が楕円の場合は、「スポット径」は長径であり、レーザー光の照射部位の形状が四角形の場合は、「スポット径」は対角線である。
 本発明の一つの様相は、上記した製造方法により太陽電池を形成し、当該太陽電池を用いる太陽電池モジュールの製造方法である。
 本様相の太陽電池モジュールの製造方法であれば、従来に比べて変換効率が向上した太陽電池モジュールを形成できる。また、本様相によれば、集電極を従来に比べて低コストで形成できる。
 上記した様相は、上記した製造方法により1又は複数の太陽電池を形成し、前記1又は複数の太陽電池のうち、一の太陽電池を外部回路又は他の太陽電池と配線部材によって接続してもよい。
 ここでいう「外部回路」は、太陽電池の外部に配された回路であり、例えば、外部電源に接続される電源回路や実装回路などである。
 本発明の一つの様相は、面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、電極層、絶縁層、及び金属層を備えた太陽電池であって、前記絶縁層は、前記光電変換部の第一主面に対して垂直方向に貫通した開口部を有し、前記電極層は、第一電極と、被除去体を含むものであって、前記垂直方向に延びた穴部を有し、前記穴部は、底部を有した有底穴であり、前記開口部と前記穴部は、互いに連通した連通穴を形成しており、前記光電変換部を基準として、前記絶縁層の外側から前記連通穴に金属層の一部が充填されている太陽電池である。
 本様相によれば、貫通孔である開口部と、有底穴である穴部によって連通穴が形成されており、絶縁層の外側から連通穴に金属層の一部が充填されている。すなわち、連通穴を介して光電変換部まで金属層が至らない。そのため、めっき法によって金属層が形成されていても、連通穴からは、光電変換部がめっき液に晒されることがなく、光電変換部がめっき液に浸食されることを防止できる。
 上記した様相は、前記金属層は、前記穴部内で前記第一電極に接していてもよい。
 上記した様相は、前記金属層は、前記穴部内で前記第一電極及び前記被除去体に接していてもよい。
 本様相によれば、金属層が第一電極及び被除去体に接しているので、金属層が穴部から剥がれにくい。
 好ましい様相は、前記連通穴は、光電変換部の第一主面側の面方向に延伸しており、前記延伸方向に対して直交する断面において、前記連通穴は、前記電極層の幅方向の中央に位置していることである。
 本様相によれば、電極層の中央に位置する連通穴に金属層が充填されているので、絶縁層及び電極層によって電極層と金属層との接続部位が外部から保護されている。そのため、振動等の外部要因によって、金属層が電極層から乖離しにくい。
 好ましい様相は、前記絶縁層は、光電変換部の第一主面側の面に対して垂直方向に貫通した開口部を複数有し、前記電極層は、複数の穴部を有しており、前記複数の穴部は、いずれも有底穴であり、前記複数の穴部のそれぞれが対応する開口部と連通して連通穴を形成しており、前記連通穴内に金属層の一部が充填されていることである。
 本様相によれば、複数箇所で連通穴が形成され、それぞれの連通穴に金属層が形成されている。そのため、たとえ一の穴部に充填された金属層が剥離したとしても、他の穴部に充填された金属層によって、集電極としての機能を確保することができる。
 上記した様相は、前記複数の穴部は、互いに形状が異なっていてもよい。
 上記した様相は、前記金属層は、めっき法によって形成されためっき層であってもよい。
 上記した様相は、前記光電変換部は、一導電型結晶シリコン基板の一主面上に、シリコン系薄膜、及び透明電極層をこの順に有し、前記透明電極層上に電極層を有していてもよい。
 上記した様相は、前記電極層は、前記透明電極層側から、前記第一電極と前記被除去体をこの順に有していてもよい。
 上記した様相は、前記金属層は、全体の95パーセント以上が金属単体又は金属合金で形成されていてもよい。
 上記した様相は、前記金属層は、銅(Cu)を主成分としてもよい。
 この様相によれば、集電極として十分な導電率を有しつつ、銀や金等に比べて安価に形成することができる。
 上記した様相は、前記開口部は、前記光電変換部を基準として、外側の開口面積と内側の開口面積が異なり、外側の開口面積が内側の開口面積よりも大きいことである。
 本発明の一つの様相は、上記した太陽電池を用いる太陽電池モジュールである。
 本様相の太陽電池モジュールによれば、従来に比べて変換効率が向上し、さらに従来に比べてコスト面で優れた太陽電池モジュールとなる。
 上記した様相は、上記した太陽電池を複数備えた太陽電池モジュールであって、前記複数の太陽電池のうち少なくとも2枚の太陽電池が配線部材によって直列又は並列に接続されていてもよい。
 上記した様相は、複数の保護材と、封止材を有し、前記複数の保護材のうち、少なくとも2つの保護材で上記した太陽電池を挟んでおり、前記2つの保護材と太陽電池の間に前記封止材が充填されていてもよい。
 この様相によれば、太陽電池が保護材と封止材によって封止されている。そのため、光電変換部への水等の進入を防止することができる。
 本発明によれば、めっき法により集電極(電極層及び金属層)が形成可能であるため、集電極(電極層及び金属層)が低抵抗化され、太陽電池の変換効率を向上することができる。
 また、本発明によれば、高価なフォトレジストを使用することなく、比較的簡単に低コストで集電極(電極層及び金属層)の形成を実現することができる。
本発明の第一実施形態における太陽電池モジュールを模式的に示した斜視図である。 図1の太陽電池モジュールのA-A断面図である。 図2の結晶シリコン太陽電池を模式的に表す斜視図である。 図3の結晶シリコン太陽電池の要部を表すB-B断面図であり、理解を容易にするためにテクスチャ構造を平面にして図示している。 図3の結晶シリコン太陽電池を表すB-B断面図である。 図1の太陽電池モジュールの作製方法を模式的に示した断面図であり、(a)~(e)は各製造工程を表す。なお、単結晶シリコン基板よりも裏面側のシリコン系薄膜、透明電極層、及び裏面金属電極については、各製造工程に関係しないため、省略する。 図6(c)のレーザー工程における結晶シリコン太陽電池の状況を表す一部破断斜視図である。 本発明の第二実施形態における結晶シリコン太陽電池を模式的に示した断面図である。 本発明の第二実施形態における太陽電池モジュールの作製方法を模式的に示した断面図であり、(a)~(e)は各製造工程を表す。なお、単結晶シリコン基板よりも裏面側のシリコン系薄膜、透明電極層、及び裏面金属電極については、各製造工程に関係しないため、省略する。 本発明の第三実施形態における結晶シリコン太陽電池を模式的に示した断面図である。 本発明の第三実施形態における太陽電池モジュールの作製方法を模式的に示した断面図であり、(a)~(e)は各製造工程を表す。なお、単結晶シリコン基板よりも裏面側のシリコン系薄膜、透明電極層、及び裏面金属電極については、各製造工程に関係しないため、省略する。 本発明の第四実施形態における結晶シリコン太陽電池を模式的に示した断面図である。 本発明の第四実施形態における太陽電池モジュールの作製方法を模式的に示した断面図であり、(a)~(e)は各製造工程を表す。なお、単結晶シリコン基板よりも裏面側のシリコン系薄膜、透明電極層、及び裏面金属電極については、各製造工程に関係しないため、省略する。 図13(c)のレーザー工程における結晶シリコン太陽電池の状況を表す一部破断斜視図である。 本発明の他の実施形態における結晶シリコン太陽電池の説明図であり、(a)は、レーザー工程後の基板の断面図であり、(b)は、裏面金属形成工程後の基板の断面図である。 従来の技術の一実施形態における太陽電池の作製方法を示す模式的断面図である。
 以下、本発明の太陽電池モジュールについて詳細に説明する。
 なお、各図面において、厚さや長さなどの寸法関係については、図面の明瞭化と簡略化のため、適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。
 また、特に断りがない限り、膜厚は、シリコン基板上におけるテクスチャ斜面に対して垂直方向における膜厚を意味する。すなわち、膜厚は、実質の平均膜厚を表す。
 さらに、以下の説明において、特に断りがない限り、光電変換部を基準として内外方向を規定する。
 本発明の第一実施形態の太陽電池モジュール1は、図1,図2から読み取れるように、複数(図2では3枚)の結晶シリコン太陽電池2を、配線部材3を介して直列又は並列に接続したものである。また、太陽電池モジュール1は、図2に示されるように、2枚の保護材5,6がこれら複数の結晶シリコン太陽電池2を挟んでおり、保護材5,6の間を封止材7が充填されている。
 保護材5,6は、太陽電池2を保護する保護材であって、防水性等の封止機能を備えた板状体である。保護材5,6としては、例えば、ガラス基板などが採用できる。
 封止材7は、防水性等の封止機能を備えた充填剤である。封止材7は、流体であって、固化することによって、保護材5,6を結晶シリコン太陽電池2に対して接着する接着剤でもある。
 結晶シリコン太陽電池2は、平面視すると、図3から読み取れるように、櫛状に集電極45が分布されている。
 集電極45は、光電変換部10(図4参照)で発電した電気を取り出す取出電極であり、複数のバスバー部46及び多数のフィンガー部47から形成されている。バスバー部46は、結晶シリコン太陽電池2の面方向において所定の方向に延びている。フィンガー部47は、結晶シリコン太陽電池2の面方向であって、バスバー部46の延伸方向に対して交差する方向に延びている。
 本実施形態の太陽電池モジュール1は、結晶シリコン太陽電池2の集電極45の一部がめっき法により形成されるものであり、本発明は当該集電極45の形成方法に特徴の一つを有している。
 また、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法は、後述するレーザー工程において、集電極45の一部を形成する第二電極17から意図的にレーザー光をはみ出させて照射していることを一つの特徴とする。
 これらの特徴を踏まえて、以下、第一実施形態の結晶シリコン太陽電池2について詳細に説明する。
 まず、結晶シリコン太陽電池2の主な特徴の部位について説明する。
 結晶シリコン太陽電池2は、ヘテロ接合結晶シリコン太陽電池(以下、「ヘテロ接合太陽電池」ともいう)である。
 結晶シリコン太陽電池2は、図4に示されるように、光電変換部10の一方の主面(第一主面)上に集電極45及び絶縁層12が形成されている。
 また、結晶シリコン太陽電池2は、光電変換部10の他方の主面(第二主面)上に裏面金属電極37が形成されている。
 集電極45は、図4に示されるように、電極層11と金属層15を備えている。
 電極層11は、第一電極16及び第二電極17(被除去体)から形成されている。
 具体的には、電極層11は、図4に示されるように、光電変換部10の第一主面側の最表面に位置する光入射側透明電極層32上に形成されている。電極層11は、透明電極層32側から順に第一電極16、第二電極17が積層した積層構造をとっている。
 また、電極層11は、第二電極17の外側から第一電極16に向かって厚み方向(積層方向)に延びた穴部19を有している。
 穴部19は、第一電極16を底部とする有底穴であり、第二電極17を厚み方向に貫通している。
 絶縁層12は、図4に示されるように、光電変換部10及び電極層11の外側を被覆しており、穴部19と連続した開口部18を有している。
 開口部18は、絶縁層12を厚み方向に貫通した貫通孔である。開口部18は、穴部19と互いに連通しており、穴部19とともに一つの連通穴25を形成している。すなわち、連通穴25は、第一電極16を底部とし、厚み方向において外側に向かって延びた有底穴である。
 金属層15は、図4に示されるように、連通穴25内に充填されており、さらに絶縁層12の外側の一部を覆っている。
 金属層15は、連通穴25の底部で第一電極16と接しており、さらに連通穴25の内壁面を形成する第二電極17及び絶縁層12と接している。
 光電変換部10の第二主面側に位置する裏面金属電極37は、図4に示されるように、光電変換部10の最裏面に位置する裏面側透明電極層36上に形成されている。
 結晶シリコン太陽電池2は、光電変換部10の第一主面を平面視すると、電極層11が所定のパターン(例えば櫛形)に形成されており、電極層11が形成された電極層形成領域20と、その他の領域である電極層非形成領域21が存在する。
 本実施形態では、電極層11は、第一電極16及び第二電極17によって形成されているので、「電極層形成領域」とは、第一電極16及び第二電極17の少なくとも一方が形成されている領域を意味する。
 電極層形成領域20に注目すると、結晶シリコン太陽電池2は、図4に示されるように、光電変換部10上に電極層11、絶縁層12、及び金属層15がこの順に積層された断面構造を備えている。また結晶シリコン太陽電池2は、光電変換部10上に電極層11及び金属層15がこの順に積層された断面構造も備えている。
 連通穴25は、図4に示されるように、幅方向(集電極45の延伸方向に対して直交する方向)において、電極層形成領域20の片側寄りに位置している。すなわち、連通穴25は電極層形成領域20の端部に沿って形成されており、金属層15は、この連通穴25に沿って形成されている。
 電極層非形成領域21に注目すると、結晶シリコン太陽電池2は、図4に示されるように、光電変換部10上に直接絶縁層12が被覆されている。
 続いて、結晶シリコン太陽電池2の各主要部位の材質等について説明する。
 (電極層11)
 上記したように電極層11は、第一電極16と、第二電極17から形成されている。
 第一電極16は、光入射側透明電極層32よりも導電率が高い導電体であり、光入射側透明電極層32との接触抵抗がある程度低い導電体でもある。
 また、第一電極16は、レーザー光の照射により第二電極17を除去する際に、第二電極17よりも除去されにくい材料で形成されている。すなわち、第一電極16は、所定の出力のレーザー光に対して、第二電極17よりも耐性を有している。
 第二電極17は、後述するレーザー工程において、用いられるレーザー光によって少なくとも1部が除去される被除去体である。第二電極17は、透明性を有した絶縁層12を除去するための剥離体でもある。
 第一電極16及び第二電極17の選定方法について後述するが、通常用いられる出力のレーザー光の場合に採用できる第一電極16の例としては、銀(Ag)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)などが挙げられる。すなわち、基本的には、第一電極16は、光吸収が低く、反射率の高い金属が好ましい。
 一方、第二電極17としては、レーザー光により比較的除去されやすい材料が好ましい。第二電極17の例としては、錫(Sn)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)等が挙げられる。
 なお、第一電極16、第二電極17に用いる材料は、後述するようにレーザー光の種類や条件により様々であるため、上述のものに限定されない。
 電極層11は、例えば、電極層11を形成しない領域(電極層非形成領域21)をマスク等で覆い、第一電極16や第二電極17をパターニングにより形成することができる。
 なお、本実施形態の電極層11は、マスクを用いてスパッタ法や蒸着法等により、形成されている。
 この場合の第一電極16の厚み(膜厚)は、レーザー光を十分に反射するだけの厚みがあること及び生産性の観点から、50nm以上1μm以下であることが好ましく、100nm以上700nm以下であることがさらに好ましく、300nm以上600nm以下であることが特に好ましい。
 この場合の第一電極16の厚み(膜厚)は、レーザー光を十分に反射するだけの厚みを確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、300nm以上であることが特に好ましい。
 また、第一電極16の厚みは、生産性の観点から、1μm以下であることが好ましく、700nm以下であることがさらに好ましく、600nm以下であることが特に好ましい。
 一方、第二電極17の厚み(膜厚)は、必ずしもレーザー光によって全て除去される必要はなく、第二電極上の絶縁層が除去できる程度の厚みがあればよい。すなわち、第二電極17の厚みは、第二電極上の絶縁層が除去できる程度の厚みを確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、200nm以上であることが特に好ましい。
 また、第二電極17の厚みは、コストを低減する観点から、700nm以下であることが好ましく、600nm以下であることがさらに好ましく、500nm以下であることが特に好ましい。
 (絶縁層12)
 絶縁層12は、電気的に絶縁性を有した層であり、めっき工程において金属層15が形成される領域を制限する層である。
 絶縁層12の材料は、めっき工程に用いるめっき液に対する化学的安定性を有する材料であることが望ましい。絶縁層12の材料としてめっき液に対する化学的安定性が高い材料を用いることにより、めっき工程において、絶縁層12がめっき液に溶解しにくく、光電変換部10の表面へのダメージが生じにくくなる。
 絶縁層12は、図4に示されるように、開口部18を含めて、少なくとも電極層形成領域20の第二電極17上に形成されている。その中でも、絶縁層12は、開口部18を含めて、電極層形成領域20の電極層11の全面に形成されていることが好ましい。
 さらに絶縁層12は、電極層11が形成されていない電極層非形成領域21にも形成されることが好ましい。すなわち、絶縁層12は、電極層形成領域20及び電極層非形成領域21に跨がって形成されていることが好ましい。
 絶縁層12が電極層形成領域20だけでなく電極層非形成領域21にも形成されている場合には、めっき法により金属層15が形成される際に、絶縁層12が光電変換部10をめっき液から化学的及び電気的に保護することが可能となる。
 例えば、ヘテロ接合太陽電池である太陽電池2のように光電変換部10の最表面に透明電極層32が形成されている場合は、透明電極層32の表面に絶縁層12が形成されることで、透明電極層32とめっき液との接触が抑止され、透明電極層32上への金属層15の析出を防ぐことができる。
 また、絶縁層12は、光電変換部10の表面にも形成されることが好ましい。
 絶縁層12は、生産性の観点から、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されることがさらに好ましい。
 また、結晶シリコン太陽電池2は、例えばめっき液から析出されるめっき層の種類(例えば、銅)によっては、光電変換部10の一部又は全部を構成するシリコンに拡散するおそれがある。この点からも、絶縁層12は、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されることが好ましい。
 本実施形態の絶縁層12は、開口部18を含めて電極層形成領域20及び電極層非形成領域21の全域に形成されている。
 また、本実施形態のように電極層形成領域20だけではなく、電極層非形成領域21にも絶縁層12が形成される場合には、絶縁層12は、光電変換部10の表面との付着強度が大きいことが好ましい。
 例えば、ヘテロ接合太陽電池では、絶縁層12は、光電変換部10の最表面の透明電極層32との付着強度が大きいことが好ましい。
 透明電極層32と絶縁層12との付着強度を大きくすることにより、めっき工程中に、絶縁層12が剥離しにくくなり、透明電極層32上への金属の析出を防ぐことができる。
 本実施形態の結晶シリコン太陽電池2は、ヘテロ接合太陽電池であるので、上記した観点から、絶縁層12として光電変換部10の表面の透明電極層32との付着強度が大きいものを採用している。
 絶縁層12の材料には、光吸収が少ない材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁層12は、透明性を有していることが好ましい。
 絶縁層12は、光電変換部10の光入射面側(第一主面側)に形成されるので、絶縁層12による光吸収が小さければ、より多くの光を光電変換部10へ取り込むことが可能となる。
 例えば、絶縁層12が透過率90%(パーセント)以上の十分な透明性を有する場合、絶縁層12での光吸収による光学的な損失が小さいので、金属層15を形成した後に絶縁層12を除去することなく、そのまま太陽電池として使用することができる。
 また、後述する本実施形態の製造方法のように、めっき工程以降において、絶縁層12が除去されることなく、そのまま太陽電池2の一部として使用される場合には、絶縁層12は、透明性に加えて、十分な耐候性、及び熱・湿度に対する安定性を有する材料を用いることがより望ましい。
 本実施形態の絶縁層12は、上記の観点から透過率が90パーセント以上の透明性を有するものを採用しており、さらに耐候性、及び熱・湿度に対する安定性を有するものを採用している。そのため、結晶シリコン太陽電池2の製造工程を単純化でき、生産性をより向上させることが可能となる。
 絶縁層12の材料は、無機絶縁性材料でも、有機絶縁性材料でもよい。
 無機絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の材料を用いることができる。
 有機絶縁性材料としては、例えば、ポリエステル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の材料を用いることができる。
 このような無機材料の中でも、めっき液に対する耐性や透明性の観点からは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン(SiAlON)、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム等が好ましく用いられる。
 これらの中でも、絶縁層12の材料は、電気的特性や透明電極層32との密着性等の観点から、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム等が好ましく、屈折率を適宜に調整し得る観点から、酸化シリコンや窒化シリコン等が特に好ましく用いられる。
 なお、これらの無機材料は、化学量論的(stoichiometric)組成を有するものに限定されず、酸素欠損等を含むものであってもよい。
 絶縁層12の膜厚は、レーザー光の照射により第二電極17が除去される際に、絶縁層12に開口部18が形成され得る程度に薄いことが好ましい。
 かかる観点から、絶縁層12の膜厚は、5000nm以下であることが好ましく、1000nm以下であることがより好ましく、特に500nm以下であることが好ましい。
 電極層非形成領域21における絶縁層12の光学特性や膜厚を適宜設定することで、光反射特性を改善させ、太陽電池2のセル内部(光電変換部10)へ導入される光量を増加させることが可能となる。
 すなわち、絶縁層12の光学特性や膜厚を適宜設定することで、太陽電池2の変換効率をより向上させることが可能となる。
 このような効果を得るためには、絶縁層12の屈折率が光電変換部10の表面の屈折率よりも低いことが好ましい。
 また、ヘテロ接合太陽電池である太陽電池2のように、光電変換部10の表面に透明電極層32(一般には屈折率:1.9~2.1程度)を有する場合、絶縁層12の屈折率は、空気(屈折率=1.0)と透明電極層32との中間的な値であることが好ましい。
 さらに、本実施形態の太陽電池モジュール1のように、結晶シリコン太陽電池2(太陽電池セル)が封止されてモジュール化される場合、絶縁層12の屈折率は、封止材7と透明電極層32の中間的な値であることが好ましい。
 以上の観点から、絶縁層12の屈折率は、例えば1.4~1.9が好ましく、1.5~1.8がより好ましく、1.55~1.75がさらに好ましい。
 このような範囲をとることで、界面での光反射防止効果を高めて、太陽電池2のセル内部(光電変換部10)へ導入される光量を増加させることが可能である。
 なお、本明細書における屈折率は、特に断りがない限り、波長550nmの光に対する屈折率であり、分光エリプソメトリーにより測定される値である。また、絶縁層12の屈折率に応じて、反射防止特性が向上するように絶縁層12の光学膜厚(屈折率×膜厚)が設定されることが好ましい。
 絶縁層12の膜厚は、絶縁層12に好適な反射防止特性を付与する観点から、30nm~250nmの範囲内で設定されることが好ましく、50nm~250nmの範囲内で設定されることがより好ましい。
 なお、電極層形成領域20の絶縁層12の膜厚と電極層非形成領域21の絶縁層12の膜厚は異なっていてもよい。
 例えば、電極層形成領域20では、レーザー光の照射による開口部18の形成を容易とする観点で絶縁層12の膜厚が設定され、電極層非形成領域21では、適宜の反射防止特性を有する光学膜厚となるように絶縁層12の膜厚が設定されてもよい。
 すなわち、電極層非形成領域21の膜厚を電極層形成領域20の絶縁層12の膜厚よりも厚くしてもよい。
 絶縁層12の形成方法は、特に限定されない。例えば、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁性材料の場合は、プラズマCVD法、スパッタ法等の乾式法が好ましく用いられる。また、有機絶縁性材料の場合は、スピンコート法、スクリーン印刷法等の湿式法が好ましく用いられる。これらの方法によれば、ピンホール等の欠陥が少なく、緻密な構造の膜を形成することが可能となる。
 中でも、より緻密な構造の膜を形成する観点から、絶縁層12は、プラズマCVD法で形成されることが好ましい。
 この方法により、絶縁層12の厚みが200nm程度の厚いものだけでなく、絶縁層12の厚みが30~100nm程度に薄く形成した場合でも、緻密性の高い構造の膜を形成することができる。
 例えば、結晶シリコン太陽電池2のように、光電変換部10の表面にテクスチャ構造(凹凸構造)を有する場合、テクスチャ構造の凹部や凸部にも精度よく膜形成できる観点からも、絶縁層12はプラズマCVD法により形成されることが好ましい。
 絶縁層12として緻密性が高いものを用いることにより、めっき処理した時の透明電極層32へのダメージを低減できることに加えて、透明電極層32上への金属の析出を防止することができる。
 さらに、このような緻密性が高い絶縁層12は、結晶シリコン太陽電池2におけるシリコン系薄膜31,35等のように、光電変換部10の内部の層に対しても、水や酸素などのバリア層として機能し得る。そのため、絶縁層12として緻密性が高いものを用いることで、結晶シリコン太陽電池2の長期信頼性の向上の効果も期待できる。
 (金属層)
 金属層15は、集電極45の一部を構成し、めっき法により形成されるめっき層である。
 金属層15は、めっき法で形成できる材料であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物又は合金を用いることができる。
 金属層15は、全体の95パーセント以上が金属単体又は合金によって形成されていることが好ましい。
 本実施形態では、金属層15は、銅単体によって形成されている。そのため、本実施形態の金属層15は、集電極45として十分に低抵抗であるとともに、金や銀などの貴金属を使用する場合に比べて、低コストで形成できる。
 太陽電池2の動作時(発電時)において、光電変換部10で発生した電流は、主として金属層15を流れる。そのため、金属層15での抵抗損を抑制する観点から、金属層15のライン抵抗は、できる限り小さいことが好ましい。具体的には、金属層15のライン抵抗は、1Ω/cm以下であることが好ましく、0.5Ω/cm以下であることがより好ましい。
 一方、第一電極16及び第二電極17のライン抵抗は、電気めっきの際の下地層として機能し得る程度に小さければよく、例えば、5Ω/cm以下にすればよい。
 本実施形態のように、第一電極16と第二電極17が櫛型状に形成され、第一電極16及び第二電極17を介して、光電変換部10に直接給電する場合には、5Ω/cm以下であることが好ましい。
 金属層15は、無電解めっき法及び電解めっき法のいずれのめっき法でも形成され得るが、生産性の観点から、電解めっき法で形成することが好適である。
 電解めっき法では、電流等を制御することで金属の析出速度を大きくできる。そのため、金属層15を短時間で形成することができる。
 金属層15は、複数の層から構成された多層構造であってもよい。例えば、銅等の導電率の高い材料からなる第一のめっき層を、絶縁層12の開口部18を介して第一電極16及び第二電極17上に形成した後、化学的安定性に優れる第二のめっき層を第一のめっき層の表面に形成することにより、低抵抗で化学的安定性に優れた集電極45を形成することができる。
 (裏面金属電極37)
 裏面金属電極37は、近赤外から赤外域の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。
 このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム、銅、金等が挙げられる。
 裏面金属電極37の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法や真空蒸着法等の物理気相堆積法や、スクリーン印刷等の印刷法等が適用可能である。裏面金属電極37は、金属層15と同様、めっき法によって形成してもよい。この場合、太陽電池2の生産工程を低減する観点から、金属層15と同時に形成されることが好ましい。
 続いて、結晶シリコン太陽電池2の詳細な構成について説明する。なお、上述した説明と重複する部分は、説明を省略する。
 結晶シリコン太陽電池2の骨格をなす光電変換部10は、図5に示されるように、一導電型単結晶シリコン基板30の一主面(第一主面側の面)上に、シリコン系薄膜31及び光入射側透明電極層32が積層したものである。
 また、光電変換部10は、一導電型単結晶シリコン基板30の他の主面(第二主面側の面)上に、シリコン系薄膜35及び裏面側透明電極層36が積層されたものである。すなわち、光電変換部10は、最外面が透明電極層32,36によって形成されている。
 シリコン系薄膜31は、一導電型単結晶シリコン基板30側から順に真性シリコン系薄膜40、逆導電型シリコン系薄膜41が積層して形成されている。
 シリコン系薄膜35は、一導電型単結晶シリコン基板30側から順に真性シリコン系薄膜42、一導電型シリコン系薄膜43が積層して形成されている。
 また、結晶シリコン太陽電池2は、一導電型単結晶シリコン基板30の一主面上に、シリコン系薄膜31及び、透明電極層32が略全面に形成されている。結晶シリコン太陽電池2は、透明電極層32の一部に、第一電極16及び第二電極17をこの順に有する電極層11が形成されている。
 ここでいう「略全面」とは、基準面の95パーセント以上が覆われていることをいう。以下の説明においても、「略全面」は原則として同様の定義とする。
 以下に、結晶シリコン太陽電池2の光電変換部10の各部位の材質等について説明する。なお、光電変換部10の内部構造は、シリコン基板を基準として内外方向を規定する。
 まず、一導電型単結晶シリコン基板30について説明する。
 一般的に単結晶シリコン基板は、導電性を持たせるために、シリコンに対して電荷を供給する不純物を含有している。単結晶シリコン基板には、シリコン原子に電子を導入するための原子(例えば、リン)を含有させたn型と、シリコン原子に正孔を導入する原子(例えば、ボロン)を含有させたp型がある。
 すなわち、本明細書における「一導電型」とは、n型又はp型のどちらか一方であることを意味する。
 本実施形態の結晶シリコン太陽電池2は、上記したようにヘテロ接合太陽電池であり、電子・正孔対を効率的に分離回収する観点から、光入射側のヘテロ接合は逆接合であることが好ましい。
 また、一導電型単結晶シリコン基板30は、移動度を向上させる観点から、n型単結晶シリコン基板であることが好ましい。
 一導電型単結晶シリコン基板30は、光閉じ込めの観点から、表面にテクスチャ構造を有することが好ましい。
 本実施形態の一導電型単結晶シリコン基板30は、図5に示されるように、その両面(第一主面側の面及び第二主面側の面)にテクスチャ構造を備えている。
 導電型シリコン系薄膜41,43は、逆導電型又は一導電型のシリコン系薄膜である。
 本発明における「逆導電型」とは、n型又はp型のどちらか一方であって、かつ、一導電型と異なる導電型であることをいう。
 例えば、一導電型単結晶シリコン基板30としてn型が用いられる場合、一導電型シリコン系薄膜43はn型となり、逆導電型シリコン系薄膜41はp型となる。
 シリコン系薄膜としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン(非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜)等が挙げられる。中でも非晶質シリコン系薄膜を用いることが好ましい。
 例えば、一導電型単結晶シリコン基板30としてn型単結晶シリコン基板を用いた場合の光電変換部の好適な構成としては、透明電極層32/p型非晶質シリコン系薄膜41/i型非晶質シリコン系薄膜40/n型単結晶シリコン基板30/i型非晶質シリコン系薄膜42/n型非晶質シリコン系薄膜43/透明電極層36の順の積層構成が挙げられる。この場合、電子・正孔対を効率的に分離回収する観点から、p層側(p型非晶質シリコン系薄膜41側)を光入射面(第一主面側)とすることが好ましい。
 一導電型単結晶シリコン基板30に接する真性シリコン系薄膜40,42としては、シリコンと水素で構成されるi型水素化非晶質シリコンが好ましい。
 一導電型単結晶シリコン基板30上に、CVD法によってi型水素化非晶質シリコンが製膜されると、一導電型単結晶シリコン基板30への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。
 本実施形態において、逆導電型シリコン系薄膜41を構成するp型シリコン系薄膜は、p型水素化非晶質シリコン層、p型非晶質シリコンカーバイド層、又はp型非晶質シリコンオキサイド層であることが好ましい。
 不純物拡散の抑制や直列抵抗低下の観点ではp型水素化非晶質シリコン層が好ましい。
 一方、p型非晶質シリコンカーバイド層及びp型非晶質シリコンオキサイド層は、ワイドギャップの低屈折率層である。そのため、光学的なロスを低減できる点において好ましい。
 結晶シリコン太陽電池2は、上記したようにヘテロ接合太陽電池であるから、光電変換部10は、導電型シリコン系薄膜41,43の外側に、透明電極層32,36を備えることが好ましい。
 透明電極層32,36は、導電性酸化物を主成分としている。
 この導電性酸化物としては、例えば、酸化亜鉛や酸化インジウム、酸化錫などの透明導電酸化物を単独又は混合して用いることができる。
 この導電性酸化物としては、導電性、光学特性、及び長期信頼性の観点から、酸化インジウムを含んだインジウム系酸化物が好ましく、中でも酸化インジウム錫(ITO)を主成分とするものがより好ましく用いられる。
 ここで「主成分とする」とは、含有量が50重量パーセントより多いことを意味し、70重量パーセント以上が好ましく、90重量パーセントの以上がより好ましい。透明電極層32,36は、それぞれ単層でもよく、複数の層からなる積層構造をとっていてもよい。
 透明電極層32,36には、ドーピング剤を添加することもできる。
 例えば、透明電極層32,36として酸化亜鉛が用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、アルミニウムやガリウム、ホウ素、ケイ素、炭素等が挙げられる。
 透明電極層32,36として酸化インジウムが用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、亜鉛や錫、チタン、タングステン、モリブデン、ケイ素等が挙げられる。
 透明電極層32,36として酸化錫が用いられる場合、好ましいドーピング剤としては、フッ素等が挙げられる。
 ドーピング剤は、透明電極層32,36の一方若しくは両方に添加することができる。
 特に、第一主面側の光入射側透明電極層32にドーピング剤を添加することが好ましい。光入射側透明電極層32にドーピング剤を添加することで、透明電極層32自体が低抵抗化されるとともに、透明電極層32と電極層11の第一電極16との間での抵抗損を抑制することができる。
 光入射側透明電極層32の膜厚は、透明性、導電性、及び光反射低減の観点から、10nm以上140nm以下であることが好ましい。
 この透明電極層32の役割は、第一電極16へのキャリアの輸送であり、そのために必要な導電性があればよく、上記したように透明電極層32の膜厚は10nm以上であることが好ましい。
 また、透明電極層32の膜厚を140nm以下にすることにより、透明電極層32での吸収ロスが小さく、透過率の低下に伴う光電変換効率の低下を抑制することができる。
 さらに透明電極層32の膜厚が上記範囲内であれば、透明電極層32内のキャリア濃度上昇も防ぐことができ、赤外域の透過率低下に伴う光電変換効率の低下も抑制できる。
 続いて、第一実施形態における太陽電池2の製造方法について説明する。
 まず、光電変換部10を形成する光電変換部形成工程を行う。
 光電変換部形成工程では、まず、テクスチャ構造が形成された一導電型単結晶シリコン基板30の表裏面に、シリコン系薄膜31,35を製膜する(シリコン系薄膜形成工程)。
 すなわち、一導電型単結晶シリコン基板30の第一主面側の面上に真性シリコン系薄膜40及び逆導電型シリコン系薄膜41を形成する。また、一導電型単結晶シリコン基板30の第二主面側の面上に真性シリコン系薄膜42及び一導電型シリコン系薄膜43を形成する。
 このときのシリコン系薄膜31,35の製膜方法としては、プラズマCVD法が好ましい。
 プラズマCVD法によるシリコン系薄膜31,35の形成条件としては、基板温度100℃~300℃、圧力20Pa~2600Pa、高周波パワー密度0.004W/cm2~0.8W/cm2が好ましく用いられる。
 シリコン系薄膜31,35の形成に使用される原料ガスとしては、シラン(SiH4)、ジシラン(Si26)等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスと水素(H2)との混合ガスが好ましく用いられる。
 シリコン系薄膜形成工程後、シリコン系薄膜31,35の外側から透明電極層32,36をそれぞれ積層する(透明電極層形成工程)。
 このとき、透明電極層32,36の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素又は水との反応を利用した化学気相堆積(MOCVD)法等が好ましい。いずれの製膜方法においても、熱やプラズマ放電によるエネルギーを利用することもできる。
 透明電極層32,36を作製する時の基板温度は、適宜設定される。例えば、シリコン系薄膜31,35として非晶質シリコン系薄膜が用いられる場合、200℃以下が好ましい。
 基板温度を200℃以下とすることにより、非晶質シリコン層からの水素の脱離や、それに伴うシリコン原子へのダングリングボンド(dangling bond)の発生を抑制でき、結果として変換効率を向上させることができる。
 なお、透明電極層32,36の製膜範囲は特に限定されない。全面に製膜してもよいし、短絡防止の観点から周端部を避けて製膜してもよい。
 以上が光電変換部形成工程である。
 光電変換部形成工程の透明電極層形成工程の後、図6(a)に示されるように、光電変換部10の光入射側透明電極層32上に電極層11を形成する(電極層形成工程)。
 具体的には、光入射側透明電極層32上に第一電極16を直接形成し、さらに第一電極16の上から第二電極17を形成する。
 第一電極16及び第二電極17の形成方法としては、マスクを用いて蒸着法やスパッタ法等によりパターン状に製膜しても良い。また、第一電極16及び第二電極17の形成方法としては、粒状の材料として第一電極16及び/又は第二電極17を含有するペースト状のものを印刷法により、パターンを形成することも可能である。
 この場合、例えば、第一電極16を形成した後に、第一電極16上に第二電極17を形成しても良いし、第一電極16と第二電極17を同時に形成してもよい。
 本実施形態では、第一電極16を形成した後に、第一電極16上に第二電極17を形成している。なお、同時に形成する場合については、後述する第四実施形態で詳細に説明する。
 本実施形態の場合、所望の形状にパターニングされた第一電極16上に当該第一電極16と略同一形状にパターニングされた第二電極17が積層して電極層11が形成される。
 ここでいう「略同一形状にパターニング」とは、一方に他方を平面上に重ねたときに全体の95パーセント以上が重なるようにパターニングすることをいう。
 続いて、電極層形成工程後に、電極層11が形成された光電変換部10(以下、光電変換部10及びその上の積層体をまとめて積層基板ともいう)のさらにその上に絶縁層12を形成する(絶縁層形成工程)。
 すなわち、図6(b)に示されるように、光電変換部10及び電極層11を覆うように絶縁層12を形成する。
 このとき、絶縁層12は、少なくとも電極層11を覆っており、さらに、光電変換部10の第一主面側の面の略全面を覆っている。
 そして、この絶縁層形成工程後に、絶縁層12が形成された積層基板に対して本発明の特徴たるレーザー工程(開口部形成工程)を行う。
 具体的には、図6(c)に示されるように、絶縁層12が形成された積層基板に対して光入射側からレーザー光を照射する。
 このとき、レーザー光は、電極層形成領域20と電極層非形成領域21に跨がって照射し、電極層11をなぞるように照射する。
 このとき、図6(c)に示されるように、主にパターニングされた電極層11の第二電極17上に沿ってレーザー光を照射しつつ、レーザー光が電極層形成領域20の電極層11及び電極層非形成領域21の光電変換部10に跨がるように照射する。そして、図7から読み取れるように、第一電極16上において、一方の端部(レーザー光の照射方向に対して直交方向の端部)側に第二電極17を残し、他方の端部側の第二電極17を実質的に除去する。
 本実施形態では、レーザー光は、後述する選定方法によって、光電変換部10に実質的に影響を与えない出力のものを選定して使用している。
 そして、図6(d)に示されるように、上記したレーザー光の照射によって、絶縁層12が形成された積層基板から絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去する。すなわち、レーザー光の照射により、絶縁層12の外側から絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去して、連通穴25(開口部18及び穴部19)を形成する。
 ここで、電極層11を除去するためのレーザー光は、透明な絶縁層12を使用した場合、一般的に絶縁体である絶縁層12には反応せず、導電体である電極層11の第二電極17に反応する。そのため、レーザー光が照射されることにより、第二電極17が除去されると同時に当該除去される第二電極17上に直接積層した絶縁層12も除去される。
 言い換えると、第二電極17の溶融又は昇華に追随して絶縁層12の対応部位も剥離される。そのため、レーザー工程において、第二電極17の穴部19に対応した位置に絶縁層12に開口部18を形成することができる。
 このように、本実施形態では、レーザー光を照射することで第二電極17の一部又は全部を溶融又は昇華させ、パターン化された電極層11が形成された領域である電極層形成領域20の絶縁層12に開口部18を形成する。
 レーザー工程にて連通穴25が形成された積層基板をめっき浴に浸漬し、めっき法によって電極層11上に金属層15を形成する(めっき工程;金属層形成工程)。
 このとき、めっき液が絶縁層12の開口部18を通過して、連通穴25の底部や側面を形成する第一電極16及び/又は第二電極17と接触する。そして、主に連通穴25の底部を中心として金属層15がめっき法により形成される。すなわち、第一電極16及び/又は第二電極17を種層として金属層15を形成される。
 ここで、めっき工程において、酸性銅めっきを例として、電解めっき法による金属層15の形成方法について説明する。
 レーザー工程後の積層基板と、めっき電極の陽極とが、めっき槽中のめっき液に浸される。すなわち、光電変換部10上に、電極層11(第一電極16及び第二電極17)、及び開口部18を有する絶縁層12が形成された積層基板がめっき液に浸される。
 そして、めっき電極の陽極と積層基板との間に電圧を印加することにより、絶縁層12で覆われていない第一電極16及び第二電極17の上に選択的に金属層15たる銅が析出する。すなわち、積層基板に対して、レーザー処理により絶縁層12に生じた開口部18を起点として、選択的に銅を析出させることができる。
 このとき、酸性銅めっきに用いられるめっき液は、勿論、銅イオンを含み、例えば、硫酸銅、硫酸、水を主成分とする公知の組成のものが使用可能である。
 めっき工程の後には、めっき液除去工程を行い、積層基板の表面に残留しためっき液を除去することが好ましい。めっき液除去工程を設けることによって、レーザー処理で形成された絶縁層12の開口部18以外を起点として析出し得る金属を除去することができる。開口部18以外を起点として析出する金属としては、例えば、絶縁層12のピンホール等を起点とするものが挙げられる。
 めっき液除去工程によってこのような金属が除去されることによって、遮光損が低減され、太陽電池特性をより向上させることが可能となる。
 めっき液の除去は、例えば、めっき槽から取り出された積層基板の表面に残留しためっき液をエアーブロー式のエアー洗浄により除去した後、水洗を行い、さらに、エアーブローにより洗浄液を吹き飛ばす方法により行うことができる。
 水洗の前にエアー洗浄を行い積層基板の表面に残留するめっき液量を低減することによって、水洗の際に持ち込まれるめっき液の量を減少させることができる。
 そのため、水洗に要する洗浄液の量を減少できるとともに、水洗に伴って発生する廃液処理の手間も低減できる。それ故に、洗浄による環境負荷や費用が低減されるとともに、太陽電池の生産性を向上させることができる。
 めっき工程又は別途工程により、積層基板の裏面側透明電極層36上に裏面金属電極37を形成する(裏面金属形成工程)。
 このとき、裏面金属電極37の形状は、所定の形状にパターニングして形成してもよいし、裏面側透明電極層36の略全面に形成してもよい。
 めっき工程の以後又は別途工程にて、必要に応じて折り割等の後処理を行い、結晶シリコン太陽電池2が製造される。
 ここで、太陽電池2は、実用に供するに際して、モジュール化されることが好ましい。この太陽電池2のモジュール化は、適宜の方法により行われる。
 例えば、集電極45にタブ等のインターコネクタ(配線部材3)を介してバスバー部46が接続されることによって、複数の結晶シリコン太陽電池2が直列又は並列に接続され、封止材7及びガラス板等の保護材5,6により封止されることでモジュール化が行われる。
 そこで、本実施形態では、上記した工程により製造された結晶シリコン太陽電池2を複数用意し、配線部材3により各結晶シリコン太陽電池2を直列又は並列接続する。そして、保護材5,6によって、接続した各結晶シリコン太陽電池2を挟み、保護材5,6間に封止材7を充填させて封止する。
 このようにして、モジュール化を行い、太陽電池モジュール1が製造される。
 続いて、第一電極16及び第二電極17の選定方法について説明する。
 本発明者は、第一電極16及び第二電極17に用いる材料を選定するために、以下の様な手順で、金属材料のレーザー光に対する耐性について実験を行った。
 すなわち、まず、凹凸付きのシリコンウェハ上に透明電極層を100nm程度製膜した。次に、透明電極層の上に表1のリスト中に記載されている金属材料を電極層として製膜したサンプルを準備した。その後、そのサンプル上に、赤外線レーザー(IR;Infrared Laser)(波長1064nm)、及びIRレーザーの第二高調波(SHG;Second Harmonic Generation)(波長532nm)の二種類のレーザー光をそれぞれ所定の位置に照射した。
 そして、目視で金属材料もしくは透明電極層材料が除去されたか否かの確認を行った。上記したレーザー光の照射は、赤外線レーザー、及びIRレーザーの第二高調波に関しては、芝浦メカトロニクス株式会社製の2波長レーザー加工機(LAY-746BA-9BK)を使用して実施した。
 上記した実験の結果を表1,表2に示す。
 表1,表2では、材料の除去が確認できた場合を「○」と表記し、除去ができなかった場合を「×」で表している。
 表2の「セルダメージ」の項目については、別途、太陽電池セルを組み立てて、太陽電池セルにレーザー光を照射し、その部分のライフタイムが20パーセント以上低下した部分を「×」、そうでない場合を「○」としている。ライフタイムは、SEMILAB社のWT-2000を使用して測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 まず、特定の波長及びパワー密度のレーザー光における第一電極16及び第二電極17の選定について説明する。
 第一電極16としての使用条件としては、レーザー光に対して除去されない程度の耐性を有することであり、第二電極17としての使用条件としては、レーザー光に対して除去される耐性を有することである。
 この観点から、表1により、ある出力のレーザー光に対して、「×」の付いている金属材料を第一電極16として採用し、「○」の付いている金属材料を第二電極17として採用することができる。すなわち、表1の列方向に並んだ「○」と「×」を比較して、第一電極16と第二電極17を選定する。
 例えば、波長が1064nmでパワー密度が563μW/μm2のIRレーザーの場合、表1により、第一電極16として使用できるのは、銀(Ag)や、アルミニウム(Al)、銅(Cu)である。一方、第二電極17として使用できるのは、錫(Sn)や、クロム(Cr)、チタン(Ti)である。
 また例えば、波長が532nmでパワー密度が297μW/μm2のSHGレーザーの場合、表1により、第一電極16として使用できるのは、銀(Ag)や、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、チタン(Ti)であり、第二電極17として使用できるのは、錫(Sn)である。
 次に、使用するレーザー光の波長及びパワー密度の選定について説明する。
 レーザー光としての使用条件は、透明電極層32が除去されない程度のレーザー条件であることである。
 この観点から、表2により、特定の波長のレーザー光において、透明電極層の部分に「○」の付いているパワー密度が採用可能となる。
 例えば、波長が1064nmのIRレーザーの場合、表2からは、パワー密度が113μW/μm2以上676μW/μm2未満の範囲の赤外線レーザー(IRレーザー)が使用可能となる。
 また、レーザー光としての使用条件として、セルダメージが少ない方が好ましい。すなわち、レーザー光が光電変換部10に実質的に影響を与えない出力であることが好ましい。
 この観点から、表2により、特定の波長のレーザー光において、透明電極層の部分に「○」の付いており、かつ、セルダメージの部分に「○」の付いているものが好ましい。
 以上の結果に基づいて、レーザー光の種類や照射条件が装置により多少の変動はあることを踏まえると、波長1064nmの赤外線レーザーを用いる場合のパワー密度は、100μW/μm2以上であることが好ましく、350μW/μm2以上であることがより好ましく、400μW/μm2以上であることがさらに好ましく、450μW/μm2以上であることが特に好ましい。
 また波長1064nmの赤外線レーザーを用いる場合のパワー密度は、670μW/μm2以下であることが好ましく、650μW/μm2以下であることがより好ましく、600μW/μm2以下であることがさらに好ましく、570μW/μm2以下であることが特に好ましい。
 波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度は、30μW/μm2以上であることが好ましく、40μW/μm2以上であることがより好ましく、250μW/μm2以上であることがさらに好ましい。
 また波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度は、380W/μm2以下であることが好ましく、340μW/μm2以下であることがより好ましく、300μW/μm2以下であることがさらに好ましい。
 レーザー光は、基本波、第n高調波(nは整数)を問わず、波長が400nm以上であることが好ましく、450nm以上であることがより好ましく、500nm以上であることがさらに好ましい。
 また、レーザー光は、基本波、第n高調波(nは整数)を問わず、波長が1500nm以下であることが好ましく、1300nm以下であることがより好ましく、1100nm以下であることがさらに好ましい。
 なお、レーザー光の種類や照射条件は、装置により多少の変動はあり、必ずしも上記の範囲に限定されるものではない。
 また、第一電極16を除去せずに、第二電極17のみを除去でき、さらに、電極層非形成領域21の光電変換部10へのダメージを最小限に抑えることができれば、用いるレーザー光の種類、照射条件等は特に限定されない。
 例えば、レーザー光には、上記した赤外線レーザー(IR),第二高調波(SHG),第三高調波(THG)などを用いることができるが、SHGレーザーやIRレーザーを使用することが特に好ましい。
 本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法によれば、めっき法によって容易に金属層15を形成できるので、従来に比べて低コスト化が可能である。
 また、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法では、レーザー光を照射することによって絶縁層12に開口部18を形成する。そのため、レジスト等を用いなくても、開口部18を形成できる。
 また、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法によれば、レーザー光と第二電極17と重なる幅を制御することで、開口部18の開口幅を容易に制御可能である。そのため、所望の幅の金属層15を形成することができ、容易に集電極45の細線化を行うことができる。
 さらに、本実施形態の太陽電池モジュール1は、レーザー光として光電変換部10に実質的に影響を与えない出力により照射しているので、レーザー光による光電変換部10の損傷が少なく、高光電変換率を誇る太陽電池モジュールとなる。
 また、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法では、電極層11として、第一電極16上に第二電極17が積層されたものを用いている。そして、電極層形成領域20においては、光電変換部10の表面が第一電極16により覆われており、さらに第二電極17が一部残っている。そのため、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法によれば、めっき工程において、めっき液が開口部18から進入することによる光電変換部10へのダメージをより抑制できる。
 ところで、特許文献6に示されている技術では、レーザー光の強度が正確に設定されていないので、図16(a)のように表面電極上のみにレーザー光を照射する必要があった。そのため、図16(c)のように、表面電極よりも広い領域にレーザー光が照射された場合や、誤って表面電極からレーザー光がはみ出した場合には、図16(d)のように、表面電極周辺部における光電変換部において、レーザー光によるダメージが生じる可能性がある。すなわち、レーザー光によって、光電変換部の一部が損傷するおそれがあった。
 また、光電変換部10へダメージの入るレーザー光の条件で照射する場合であれば、レーザー光は第二電極17上のみに照射しなければならない。この場合、レーザー光のアライメント(alignment)の難しさや、パターン化された部分へのレーザー光の照射による工程時間増加などの問題が生じる可能性がある。
 例えば、電極層11が第一電極16のみであって、かつ電極層11を覆うように、電極層11の全面に絶縁層12が形成される場合、第一電極16上の絶縁層12に開口部18を形成しようとすると、レーザー光によって第一電極16の一部又は全部を除去する必要がある。通常、このとき、光電変換部10へもダメージが生じ得る条件にてレーザー光の照射を行うこととなる。そのため、電極層形成領域20に正確に照準を合わせてレーザー光の照射を行う必要がある。
 さらに、第一電極16を除去し過ぎると、特許文献5などのように、光電変換部10の最表面層(例えば、透明電極層)がめっき液と接触する場合がある。このような場合、透明電極層がめっき液によりダメージを受け、最表面層とめっき層の接触抵抗が大きくなり、曲率因子の低下が生じるといった問題が生じる。
 一方、本実施形態の太陽電池モジュール1の製造方法によれば、レーザー光の出力が実質的に光電変換部10に影響を及ぼさないように選定されている。すなわち、レーザー光が電極層11からはみ出すことを前提とした上で、光電変換部10へのダメージが小さい条件でレーザー光を照射しているので、電極層11からレーザー光のスポット径がはみ出していても、光電変換部10に損傷を与えることを防止できる。そのため、レーザー光の照射位置は、必ずしも第二電極17上のみに限る必要はなく、レーザー光のスポット径の大きなものでも、積層基板上をパターンに関係なく照射することができる。すなわち、太陽電池モジュール1の製造方法によれば、精密にレーザー光の照射範囲を制御しなくても、絶縁層12に開口部18を形成することができ、生産性に優れる。
 ところで、ヘテロ接合太陽電池のように結晶シリコン基板を用いた太陽電池は、発電する電流量が大きい。そのため、一般に、透明電極層/集電極間の接触抵抗に起因するエネルギー損失が顕著となる傾向がある。
 これに対して、本実施形態の太陽電池モジュール1では、第一電極16、第二電極17、及び金属層15を有する集電極45は、透明電極層32との接触抵抗が低いので、接触抵抗に起因する発電ロスを低減することが可能となる。
 続いて、第二実施形態の太陽電池モジュールを説明する。なお、第一実施形態と同様のものは同じ符番を付して説明を省略する。
 第二実施形態の太陽電池モジュールは、第一実施形態の太陽電池モジュール1と太陽電池60の形状が異なる。
 すなわち、第二実施形態の太陽電池60は、第一実施形態の太陽電池2と、連通穴25の形成位置が異なる。
 第二実施形態の太陽電池60は、図8に示されるように、連通穴25が電極層形成領域20の幅方向(集電極45の延伸方向に対して直交方向)の中央に位置している。
 続いて、第二実施形態の太陽電池60の製造方法について説明する。なお、第一実施形態と同様の工程については、説明を省略する。
 図9(a)に示される電極層形成工程及び図9(b)に示される絶縁層形成工程を行い、絶縁層12が形成された積層基板に対して、本実施形態の特徴たるレーザー工程(開口部形成工程)を行う。
 すなわち、図9(c)のように、光入射面側から積層基板に対してレーザー光を照射し、図9(d)のように、絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去して連通穴25を形成する。
 このとき、レーザー光は、図9(c)に示されるように、そのスポット径が電極層形成領域20の幅(集電極45の延伸方向に対して直交する方向の長さ)よりも大きいものを使用する。
 また、レーザー光は、図9(c)に示されるように、光電変換部10の第一主面に対して直交する断面であって電極層11の延び方向に対して直交する断面をみたときに、電極層形成領域20の電極層11の幅方向(集電極45の延伸方向に対して直交方向)の中央を通過するように照射される。
 より詳細には、レーザー光をフィンガー部47に沿って照射する場合には、フィンガー部47の延び方向に対して直交する断面において、電極層形成領域20の中央を通過するようにレーザー光を照射する。また、レーザー光をバスバー部46に沿って照射する場合には、フィンガー部47の延び方向に対して直交する断面において、電極層形成領域20の中央を通過するようにレーザー光を照射する。
 なお、本実施形態では、レーザー光のスポット(照射部位)内のパワー不均一性を利用して、絶縁層12及び第二電極17の一部を除去して連通穴25を形成する。具体的には、レーザー光の照射部位の中心部のみで第二電極17が除去されるようにレーザー光の出力、大きさ、範囲を制御している。
 その後、レーザー工程において連通穴25が形成された積層基板をめっき浴に浸漬し、図9(e)のように電極層11上に金属層15を形成する(めっき工程)。
 めっき工程以降、第一実施形態と同様にして、太陽電池60が製造される。
 上記した第一,二実施形態では、レーザー工程において第二電極17の一部を除去した。すなわち、レーザー工程において第二電極17の一部が残部として残るように除去したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第二電極17の全てを取り除いてもよい。
 この場合について第三実施形態の太陽電池モジュール70として説明する。なお、第一,二実施形態と同様のものは同じ符番を付して説明を省略する。
 第三実施形態の太陽電池モジュール70は、図10に示されるように、電極層11が第一電極16のみで形成されており、実質的に第二電極17が存在していない。すなわち、第一電極16上に金属層15が直接積層されている。
 続いて、第三実施形態の太陽電池モジュール70の製造方法について説明する。なお、第一,二実施形態と同様の工程については、説明を省略する。
 図11(a)に示される電極層形成工程及び図11(b)に示される絶縁層形成工程を実施し、絶縁層12が形成された積層基板に対して、本実施形態の特徴たるレーザー工程を行う。
 すなわち、図11(c)のように、絶縁層12が形成された積層基板に対して光入射側からレーザー光を照射することで、図11(d)のように、絶縁層12の一部又は全部を除去し開口部18を形成する。
 このとき、図11(c)のように、レーザー光が第二電極17の全てを含むようにレーザー光を積層基板に対して照射して、図11(d)のように第二電極17を実質的に全て取り除く。したがって、電極層形成領域20の絶縁層12の全面に開口部18が形成される。
 そして、レーザー工程後にめっき浴に開口部18が形成された積層基板を浸漬し、図11(e)のように、第一電極16上に金属層15を形成する(めっき工程)。
 このとき、開口部18の底部に露出する第一電極16を種層として、金属層15を形成される。
 第三実施形態の太陽電池モジュール70の製造方法によれば、レーザー工程において、第二電極17を実質的に全て取り除くので、第二電極17による抵抗損失が生じない。そのため、第二電極17が導電率の低いものや絶縁体であっても使用可能である。
 続いて、第四実施形態の太陽電池モジュール100について説明する。なお、第一,二,三実施形態と同様のものは同じ符番を付して説明を省略する。
 第四実施形態の電極層101は、図12に示されるように、ペースト材料103(含有物)を固化することによって形成されている。
 ペースト材料103は、図12のように、第一電極16と、第二電極17(被除去体)を含むものである。具体的には、ペースト材料103は、粒子状の第一電極16と、粒子状の第二電極17(被除去体)を混合し、ペースト剤102によって一体化されたものである。
 電極層101は、図14に示されるように形状の異なる複数の穴部106を備えている。
 穴部106は、第一実施形態の穴部19と同様、電極層101の外側から内側に向けて延びた有底穴である。
 絶縁層12は、電極層101の穴部106に対応して形状の異なる複数の開口部105を備えている。
 開口部105は、第一実施形態の開口部18と同様、絶縁層12の厚み方向に貫通した貫通孔である。
 そして、電極層101のそれぞれの穴部106と絶縁層12のそれぞれの開口部105は、互いに連通しており、それぞれ一つの連通穴107を形成している。
 ペースト剤102は、公知の結着剤であり、第一電極16(第一電極材料)及び第二電極17(第二電極材料)を混合することで第一電極16及び第二電極17をペースト状に保持することが可能となっている。
 ペースト材料103内の第一電極16(第一電極材料)と第二電極17(第二電極材料)の最適な混合比は、照射するレーザー光の条件や電極層101に存在する「第二電極17の位置」に依存する。
 そのため、一概には言えないが、第二電極17(第二電極材料)の体積比は、両方の合計(第一電極16及び第二電極17)の体積比の30%以上90%以下であることが好ましく、40%以上80%以下であることがより好ましく、50%以上70%以下であることが特に好ましい。
 なお、「第二電極17の位置」とは、電極層101において第二電極17が電極層101の表面(第一主面側の面)近傍に形成されている場合や、印刷法を用いて積層させる場合のように、微粒子状の第二電極17(第二電極材料)が、ペースト材料103中に混在する場合などを意味する。
 第二電極17(第二電極材料)の体積比を30%以上とすることで、めっきが効率よく起こりうる程度に、絶縁層12に開口部105を形成することができる。
 また、第二電極17(第二電極材料)の体積比を90%以下とすることで、例えば、レーザー光の出力が大きい場合でも、種層となる第一電極16(第一電極材料)の量を十分に確保できる。そのため、電極層101と透明電極層32の間の接触抵抗の抑制や電極層101自身の低抵抗化が可能となる。
 また、第一電極16と第二電極17がペースト材料103中に混在する場合は、第一電極16と第二電極17がペースト材料103中に略均等に混ざり合っていたり、表面付近に第一電極16が偏って存在して第二電極17が表面付近に存在しなかったりする場合がある。
 前者の場合は、例えば、第二電極17がペースト剤102で覆われていたとしても、通常のペースト剤102は、ある程度の光を透過することが多い。そのため、前者の場合は、第二電極17に十分にレーザー光が照射されると考えられ、第二電極17を除去することによる開口部105の形成を行うことができる。
 一方で、後者の場合は、第一電極16の陰となる位置に第二電極17が存在する。そのため、後者の場合は、レーザー光が第二電極17に到達しにくくなると考えられ、レーザー光の出力を高くすることにより、第二電極17を除去しうると考えられる。
 粒子状の第一電極16及び/又は第二電極17を印刷法により使用する場合は、櫛電極の細線化を考えると、ある程度の粒径以下の粒子を用いることが好ましい。
 第一電極16に用いる粒子の粒径は、十分な導電経路を確保する観点から、50nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがさらに好ましく、1μm以上であることが特に好ましい。
 第一電極16に用いる粒子の粒径は、細線化の観点から、10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがさらに好ましく、5μm以下であることが特に好ましい。
 第二電極17の粒子の粒径は、十分な大きさの開口部105を形成する観点から、50nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがさらに好ましく、1μm以上であることが特に好ましい。
 また、第二電極17の粒子の粒径は、細線化の観点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがさらに好ましく、3μm以下であることが特に好ましい。
 電極層101の形成方法は、ペースト材料103を使用すれば、特に限定されないが、生産性の観点からは、印刷法により形成する方法が好ましい。
 続いて、第四実施形態の太陽電池モジュール100の製造方法について説明する。なお、第一~三実施形態と同様の工程については、簡潔に説明する。
 まず、光電変換部10を形成する光電変換部形成工程を行い、光電変換部形成工程の透明電極層形成工程の後、図13(a)に示されるように、光入射側透明電極層32上に電極層101を形成する(電極層形成工程)。
 このとき、光入射側透明電極層32上に第一電極16と第二電極17を含有するペースト材料103を印刷法により塗布し、第一電極16と第二電極17を同時に形成する。
 電極層形成工程後に、絶縁層形成工程を行い、図13(b)に示されるように、電極層101が形成された積層基板上に絶縁層12を形成する。
 絶縁層形成工程後に、絶縁層12が形成された積層基板に対して、本実施形態の特徴たるレーザー工程を行う。
 すなわち、図13(c)のように、絶縁層12が形成された積層基板に対して、光入射側からレーザー光を照射する。
 こうすることで、図13(d)のように、絶縁層12及び第二電極17の一部又は全部を除去して複数の開口部105及び複数の穴部106を形成する。すなわち、絶縁層12が被覆した積層基板上に複数の連通穴107を形成する。
 このとき、図13(c)のように、主にパターニングされた電極層101の第二電極17上に沿ってレーザー光を照射しつつ、レーザー光を電極層形成領域20の電極層101の全てを覆うように電極層非形成領域21の光電変換部10に跨がって照射する。すなわち、レーザー光を、第二電極17の全てを含むように照射して、図13(d)のように第二電極17を取り除く。
 このとき、主にペースト剤102中の表面側(第一主面側)に位置する第二電極17の部分のみがレーザー光によって除去されて、主にペースト中の第二電極17の部分を中心にして、絶縁層12に複数の開口部105が形成される。
 すなわち、電極層101には、形状が異なる複数の穴部106が形成されており、それぞれの穴部106は、対応する開口部105と連通して連通穴107が形成されている。
 そして、レーザー工程後にめっき浴に開口部105が形成された積層基板を浸漬し、図13(e)のように、第一電極16上に金属層15を形成する(めっき工程)。
 このとき、第一電極16を種層として、金属層15が形成され、各連通穴107内に金属層15が充填される。
 ところで、本実施形態のようにペーストに第一電極16と第二電極17を混ぜて同時に形成する場合においては、通常ペースト内には第一電極16と第二電極17が均等に分散している。
 このような場合、高出力のレーザー光により全ての第二電極17を除去した場合、ペースト直下にある光電変換部10の最表面層(例えば透明電極層32)が露出する可能性がある。
 また、例えば、特許文献5などのように、導電性シードとして凹凸の粗いものを用いた場合、めっき液が導電性シード内に浸透し、導電性基板(光電変換部)がダメージを受け、太陽電池特性が低下する可能性がある。同様に、上述の様に光電変換部の最表面層が露出した場合、めっき液により最表面がダメージを受け、太陽電池特性の低下をもたらす可能性がある。
 これに対し、本実施形態では、レーザー光を照射した後においても、電極層形成領域20における光電変換部10の表面が、電極層101に覆われている。すなわち、連通穴107が有底穴であるので、めっき液が連通穴107に進入して光電変換部10の表面がめっき液に晒されず、めっき液からの光電変換部10のダメージをより抑制できる。
 なお、レーザー光を照射した後において、電極層101として第一電極16と第二電極17を有するペースト等を用いる場合、第二電極17が一部残っていることが好ましい。
 上記した第四実施形態の太陽電池モジュール100では、均等に第一電極16と第二電極17を混合した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電極層形成工程において、第一電極16及び/又は第二電極17が局所的に凝集するようにペースト材料103を塗布してもよい。
 第二電極17を電極層形成領域20におけるペースト材料103の中央に凝集させることが好ましい。
 こうすることによって、レーザー工程において、絶縁層12に対して電極層形成領域20の中央に開口部105を形成することができる。
 そのため、めっき工程において、金属層15の形成を概ね電極層形成領域20に留めることができる。
 なお、第一電極16や第二電極17を凝集させる方法は、特に限定されない。ペースト剤102の粘度を利用して凝集させてもよいし、第一電極16や第二電極17の粒径や比重を利用して凝集させてもよい。また、乾燥温度を制御して凝集させてもよい。
 上記した実施形態では、レーザー工程において、第二電極17をレーザー光によって厚み方向に全て除去していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁層12に開口部18を形成できればよい。
 すなわち、必ずしも第二電極17をレーザー光によって全て除去する必要はなく、レーザー工程において、図15のように、第二電極17の一部のみを除去してもよい。すなわち、第二電極17が最終的に残っていても良い。この場合、開口部18の底部は、第二電極17となる。
 上記した実施形態の場合、照射レーザーのパワーは、光電変換部10にダメージを与えない程度が好ましいので、ある程度低パワーのレーザーが使用される。このため、第二電極17の一部のみを除去することや、溶解して絶縁層12に開口部18を形成することは十分起こり得る。
 上記した実施形態では、太陽電池モジュール1の製造にあたって、所定の波長及びパワー密度のレーザー光を選定して使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、レーザー工程において、レーザー光が電極層11からはみ出さないように制御する場合には、上記の選定により導き出されたレーザー光以外の波長及びパワー密度でも使用できる。
 具体的には、波長1064nmのIRレーザーを用いる場合、パワー密度が100μW/μm2以上1500μW/μm2以下であることが好ましく、特に400μW/μm2以上600μW/μm2以下であることが好ましい。
 また、波長532nmのSHGレーザーを用いる場合、パワー密度が、100μW/μm2以上1500μW/μm2以下であることが好ましく、さらに200μW/μm2以上500μW/μm2以下であることが好ましく、特に200μW/μm2以上300μW/μm2以下であることが好ましい。
 上記した実施形態では、めっき工程以降の工程において、電極層非形成領域21に属する絶縁層12を除去しなかったが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁層12を除去してもよい。すなわち、金属層15を形成した後(めっき工程後)に絶縁層除去工程が行われてもよい。
 特に、絶縁層12として光吸収の大きい材料が用いられる場合は、絶縁層除去工程が行われることが好ましい。絶縁層除去工程を行うことによって、絶縁層12の光吸収による太陽電池特性の低下を抑制することができる。
 絶縁層12の除去方法は、絶縁層12の材料の特性に応じて適宜選択される。例えば、化学的なエッチングや機械的研磨により絶縁層12が除去され得る。
 また、材料によってはアッシング法も適用可能である。この際、光取り込み効果をより向上させる観点から、電極層非形成領域21上の絶縁層12が全て除去されることがより好ましい。
 なお、上記した実施形態のように、絶縁層12として光吸収の小さい材料が用いられる場合は、絶縁層除去工程が行われる必要はない。
 上記した実施形態では、ヘテロ接合太陽電池である結晶シリコン太陽電池2の光入射側(第一主面側)に金属層15が設けられる場合を中心に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、結晶シリコン太陽電池2の裏面側(第二主面側)にも同様の集電極45が形成されてもよい。
 上記した実施形態では、ヘテロ接合太陽電池を使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の太陽電池の場合でも応用可能である。
 例えば、ヘテロ接合太陽電池以外の結晶シリコン太陽電池や、GaAs等のシリコン以外の半導体基板が用いられる太陽電池、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜のpin接合あるいはpn接合上に透明電極層が形成されたシリコン系薄膜太陽電池や、CIS,CIGS等の化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池や有機薄膜(導電性ポリマー)等の有機薄膜太陽電池のような各種の太陽電池に適用可能である。
 シリコン系薄膜太陽電池としては、例えば、p型薄膜とn型薄膜との間に非晶質の真性(i型)シリコン薄膜を有する非晶質シリコン系薄膜太陽電池や、p型薄膜とn型薄膜との間に結晶質の真性シリコン薄膜を有する結晶質シリコン系半導体太陽電池が挙げられる。また、複数のpin接合が積層されたタンデム型の薄膜太陽電池も好適である。
 上記した実施形態では、裏面側透明電極層36の外側に裏面金属電極37を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、裏面側透明電極層36も電極として機能するので、必ずしも裏面金属電極37を設ける必要はない。
 上記した実施形態では、複数の太陽電池を備えた太陽電池モジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、1枚の太陽電池を備えた太陽電池モジュールであってもよい。
 上記した実施形態では、配線部材3の一方の端部は一の太陽電池2に接続され、他方の体部は他の太陽電池2に接続されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他方の端部は外部回路に接続されていてもよい。
 以下、ヘテロ接合太陽電池に関する実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の実施例においては、表1及び表2で検討した条件・材料から第一電極16及び第二電極17として使用する材料を選出して電極層を作製した。
 (実施例1)
 実施例1のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。
 一導電型単結晶シリコン基板30として、入射面の面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコンウェハを用いた。このシリコンウェハを2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した後、超純水によるリンスを2回行った。このシリコン基板を、70℃に保持された5/15重量%の水酸化カリウム(KOH)/イソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬し、ウェハの表面をエッチングすることでテクスチャを形成した。その後に超純水によるリンスを2回行った。
 原子間力顕微鏡(AFM パシフィックナノテクノロジー社製)により、ウェハの表面観察を行ったところ、ウェハの表面はエッチングが最も進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
 エッチング後のウェハをCVD装置へ導入し、その光入射側に、真性シリコン系薄膜40としてi型非晶質シリコンを5nmの膜厚となるように製膜した。
 i型非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:120Pa、SiH4/H2流量比:3/10、投入パワー密度:0.011W/cm2であった。
 なお、本実施例における薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜された薄膜の膜厚を、分光エリプソメトリー(商品名M2000、ジェー・エー・ウーラム社製)にて測定することにより求められた製膜速度から算出された値である。
 i型非晶質シリコン層40上に、逆導電型シリコン系薄膜41としてp型非晶質シリコンを7nmの膜厚となるように製膜した。
 p型非晶質シリコン層3aの製膜条件は、基板温度が150℃、圧力60Pa、SiH4/B26流量比が1/3、投入パワー密度が0.01W/cm2であった。
 なお、上記でいうB26ガス流量は、H2によりB26濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
 次にウェハの裏面側に、真性シリコン系薄膜42としてi型非晶質シリコン層を6nmの膜厚となるように製膜した。
 i型非晶質シリコン層42の製膜条件は、上記のi型非晶質シリコン層40の製膜条件と同様であった。
 i型非晶質シリコン層42上に、一導電型シリコン系薄膜43としてn型非晶質シリコン層を4nmの膜厚となるように製膜した。
 一導電型シリコン系薄膜43(n型非晶質シリコン層)の製膜条件は、基板温度:150℃、圧力:60Pa、SiH4/PH3流量比:1/2、投入パワー密度:0.01W/cm2であった。なお、上記でいうPH3ガス流量は、H2によりPH3濃度が5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
 この上に透明電極層32,36として、各々酸化インジウム錫(ITO、屈折率:1.9)を100nmの膜厚となるように製膜した。
 ターゲットとして酸化インジウムを用い、基板温度:室温、圧力:0.2Paのアルゴン雰囲気中で、0.5W/cm2のパワー密度を印加して透明電極層32,36の製膜を行った。
 裏面側透明電極層36上には、裏面金属電極37として、スパッタ法により銀が500nmの膜厚となるように製膜した。
 光入射側透明電極層32上には、スパッタ法により、マスクを用いて、第一電極16と第二電極17をこの順に有する電極層を形成した。
 第一電極16として銀(Ag)を100nm、第二電極17としてクロム(Cr)を50nm、櫛型のパターン形状になるように製膜した。
 櫛型のパターンにおけるバスバー部の幅は1mmであり、フィンガー部の幅は80μmであった。
 第一電極16及び第二電極17を形成した後、積層基板をCVD装置内に設置し、絶縁層12として酸化シリコン層(屈折率:1.5)を、プラズマCVD法により80nmの厚みとなるように光入射面側に形成した。
 絶縁層12の製膜条件は、基板温度:135℃、圧力133Pa、SiH4/CO2流量比:1/20、投入パワー密度:0.05W/cm2(周波数13.56MHz)であった。
 この際、前記絶縁層12は、光電変換部10の一主面側において、電極層形成領域20と電極層非形成領域21の略全面に形成されていた。
 その後、パワー密度290μW/μm2、波長532nmであり、スポット径が100μmであるSHGレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射し、第二電極17を除去することで、第二電極17が形成されていた領域における酸化シリコン層に開口部を形成した。
 この際、第二電極17の一部が第一電極16上に残っており、第一電極16の一部がむき出しとなっていた。その後、絶縁層12を形成した後のウェハを熱風循環型オーブンに導入し、大気雰囲気において、180℃で20分間、アニール処理を実施した。以上のようにしてアニール工程が行われた積層基板をめっき槽内に設置した。
 めっき液には、硫酸銅五水和物、硫酸、及び塩化ナトリウムが、それぞれ120g/l、150g/l、及び70mg/lの濃度となるように調製された溶液に、添加剤(上村工業製:品番ESY-2B、ESY-H、ESY-1A)が添加されたものが用いられた。このめっき液を用いて、温度40℃、電流3A/dm2の条件でめっきを行い、第一電極16、及び第二電極17上に、10μm程度の厚みで金属層15として銅が均一に析出した。第一電極16が形成されていない領域への銅の析出はほとんど見られなかった。その後、レーザー加工機によりセル外周部のシリコンウェハを0.5mmの幅で除去し、本発明のヘテロ接合太陽電池を作製した。
 (実施例2)
 第二電極として錫(Sn)を50nmの厚みで形成し、その後、パワー密度560μW/μm2、波長1064nmであり、スポット径が100μmであるIRレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射したことを除いて実施例1と同様に太陽電池を作製した。
 (実施例3)
 第二電極としてチタン(Ti)を50nmの厚みで形成し、その後、パワー密度560μW/μm2、波長1064nmであり、スポット径が100μmであるIRレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射したことを除いて実施例1と同様に太陽電池を作製した。
 (比較例1)
 比較例1として、電極層として銀(Ag)ペースト(第一電極)のみを印刷法にて形成し、絶縁層を形成せず、さらにめっきによる金属層を形成しなかった点を除いて、実施例1と同様に、ヘテロ接合太陽電池を作製した。
 (比較例2)
 第二電極17を形成しない点と、パワー密度680μW/μm2、波長532nmであり、スポット径が100μmであるSHGレーザーを、概ね櫛型パターンをなぞるようにして照射した点を除いて、実施例1と同様に太陽電池を作製した。
 比較例2においては、第一電極16を覆うように絶縁層12が形成されており、絶縁層12を除去するために、第一電極16である銀(Ag)を除去可能な条件にてレーザー光を照射した。
 上記各実施例及び比較例のヘテロ接合太陽電池の作製条件を表3に示す。さらに上記各実施例及び比較例のヘテロ接合太陽電池の太陽電池特性(開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)及び変換効率(Eff)の測定結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 比較例1に対し、実施例ではJscが増加した。これは、比較例1では絶縁層12が形成されていないのに対し、実施例では絶縁層12が形成されている分、反射防止効果が得られたためと考えられる。
 また、実施例1~3では、電極として、めっき法を用いたバルクの銅(Cu)からなる金属層15が形成されている。そのため、集電極45における直列抵抗が低い。一方で、比較例1は銀ペーストを用いている。そのため、バルクの銅(Cu)に比べて直列抵抗が高い。このため、曲率因子において実施例1の方が高い値が得られたと考えられる。
 一方で、実施例と比較例2を比較すると、比較例2においては、Vocと曲率因子が実施例に比べて大きく低下し、これに伴い変換効率が低くなった。これは、下記のように考えられる。比較例2においては、第二電極17を有しておらず、第一電極16上に絶縁層12が形成されており、絶縁層12に開口部を形成する必要がある。そのために絶縁層12に高パワーのレーザー光を照射したので、実施例よりも光電変換部10のPN接合部等へのダメージが大きくなったことに起因する。
 比較例2においては、仮に、第一電極16上にのみレーザー光を照射し、絶縁層12の除去を行った場合は、ある程度良い太陽電池特性を得ることができると考えられる。しかしながら、太陽電池の光入射面の櫛電極パターン上のみにレーザー光を照射するのは難しいと考えられる。
 また比較例1と比較例2を比較すると、比較例2ではめっき法によるバルク銅(Cu)を用いたにも拘わらず、抵抗が高いペーストを用いた比較例1よりも特性が低くなった。これは、上述のように、第一電極16上の絶縁層12に開口部を形成する際、レーザー光の照射により、また光電変換部10へのダメージによりVocと曲率因子が低くなったことに起因すると考えられる。
 以上、実施例を用いて説明したように、本発明によれば、高出力の太陽電池を低コストで提供することが可能となる。
  1,60,70,80,100 太陽電池モジュール
  2,60 結晶シリコン太陽電池(太陽電池)
  3 配線部材
 10 光電変換部
 11,101 電極層
 12 絶縁層
 15 金属層
 16 第一電極
 17 第二電極(被除去体)
 18,105 開口部
 19,106 穴部
 25,107 連通穴
 32 光入射側透明電極層(透明電極層)

Claims (13)

  1.  面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、少なくとも第一電極と、金属層と、絶縁層を有する太陽電池の製造方法であって、
     前記光電変換部の第一主面側に、前記第一電極と被除去体を含む電極層を形成する電極層形成工程と、
     前記光電変換部の第一主面側に、少なくとも被除去体を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
     前記被除去体を利用して前記絶縁層に開口部を形成する開口部形成工程と、
     めっき法により、前記絶縁層の開口部を通じて、前記電極層上に金属層を形成する金属層形成工程と、をこの順に実施し、
     前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、被除去体の少なくとも一部を除去して前記絶縁層の開口部を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2.  前記光電変換部は、第一主面側の最外面に透明電極層が設けられており、
     前記絶縁層形成工程において、前記光電変換部を基準として、前記透明電極層の外側の面の大部分が露出しないように前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
  3.  前記被除去体は、導電性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の製造方法。
  4.  前記レーザー光を、光電変換部に実質的に影響を与えない出力により照射することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  5.  前記開口部形成工程において、光電変換部を平面視したときに前記電極層が形成された電極層形成領域と、それ以外の電極層非形成領域が存在し、
     前記レーザー光を、前記電極層形成領域と前記電極層非形成領域に跨がって照射することを特徴とする請求項4に記載の太陽電池の製造方法。
  6.  前記開口部形成工程において、400nm以上1500nm以下の波長を有するレーザー光を照射することにより、前記開口部を形成することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  7.  前記開口部形成工程において、レーザー光を照射することにより、前記被除去体の少なくとも一部を除去し、
     前記めっき工程において、前記第一電極の表面に前記金属層が直接接するように金属層を形成することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載の製造方法により太陽電池を形成し、
     当該太陽電池を用いることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  9.  面状に広がりをもった光電変換部の第一主面側に、電極層、絶縁層、及び金属層を備えた太陽電池であって、
     前記絶縁層は、前記光電変換部の第一主面に対して垂直方向に貫通した開口部を有し、
     前記電極層は、第一電極と、被除去体を含むものであって、前記垂直方向に延びた穴部を有し、
     前記穴部は、底部を有した有底穴であり、
     前記開口部と前記穴部は、互いに連通した連通穴を形成しており、
     前記光電変換部を基準として、前記絶縁層の外側から前記連通穴に金属層の一部が充填されていることを特徴とする太陽電池。
  10.  前記金属層は、前記穴部内で前記第一電極及び前記被除去体に接していることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池。
  11.  前記連通穴は、光電変換部の第一主面側の面方向に延伸しており、
     前記延伸方向に対して直交する断面において、前記連通穴は、前記電極層の幅方向の中央に位置していることを特徴とする請求項9又は10に記載の太陽電池。
  12.  前記絶縁層は、光電変換部の第一主面側の面に対して垂直方向に貫通した開口部を複数有し、
     前記電極層は、複数の穴部を有しており、
     前記複数の穴部は、いずれも有底穴であり、
     前記複数の穴部のそれぞれが対応する開口部と連通して連通穴を形成しており、
     前記連通穴内に金属層の一部が充填されていることを特徴とする請求項9~11のいずれかに記載の太陽電池。
  13.  請求項9~12のいずれかに記載の太陽電池を用いることを特徴とする太陽電池モジュール。
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