WO2015118740A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2015118740A1
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三島 孝博
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a back junction solar cell.
  • a back junction solar cell is known as a solar cell that can realize improved photoelectric conversion efficiency (see, for example, Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a solar cell capable of increasing current collection efficiency.
  • the solar cell of the present invention includes a photoelectric conversion portion having a p-type surface and an n-type surface on one main surface, a p-side electrode provided on the p-type surface and formed from a plating film, and the n-type An n-side electrode provided on the surface and formed from a plating film; a p-side seed layer provided between the p-type surface and the p-side electrode; the n-type surface and the n-side electrode; And an interval W 1 between the adjacent p-side electrode and the n-side electrode that are closest to each other is located between the end of the p-side seed layer and the n-side seed layer. wider than the spacing W 2 between the ends of the seed layer.
  • the current collection efficiency can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the insulating layer in the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the insulating layer in the solar cell of the second embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the insulating layer in the solar cell of the third embodiment.
  • the solar cell 1 a includes a photoelectric conversion unit 10.
  • the substrate 11 of the photoelectric conversion unit 10 has a first main surface 11a and a second main surface 11b.
  • the first main surface 11a forms a light receiving surface
  • the second main surface 11b forms a back surface.
  • the “light receiving surface” is a surface that mainly receives light.
  • the photoelectric conversion unit 10 is a member that generates carriers such as holes and electrons when receiving light.
  • the photoelectric conversion unit 10 may generate carriers only when light is received on the first main surface 11a constituting the light receiving surface, and constitutes not only the first main surface 11a but also the back surface.
  • the carrier may also be generated when light is received on the second main surface 11b.
  • the photoelectric conversion unit 10 has a p-type surface 10bp and an n-type surface 10bn on the second main surface 11b.
  • a p-side electrode 21p is disposed on the p-type surface 10bp.
  • An n-side electrode 22n is arranged on the n-type surface 10bn.
  • the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n are each provided in a comb-like shape, and are provided so that the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n enter each other.
  • the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n each have a plurality of finger portions and a bus bar portion to which the plurality of finger portions are electrically connected.
  • the configuration of the electrode is not particularly limited.
  • the electrode may be composed of only a plurality of finger portions, for example.
  • the photoelectric conversion unit 10 includes, for example, a substrate made of a semiconductor material, a p-type semiconductor layer that is disposed on one main surface of the substrate, and forms a p-type surface 10 bp, and one main surface of the substrate. And an n-type semiconductor layer constituting the n-type surface 10bn.
  • the p-type surface 10bp may be constituted by a p-type dopant diffusion region provided on the substrate.
  • the n-type surface 10bn may be constituted by an n-type dopant diffusion region provided on the substrate.
  • the uneven structure may be a texture structure.
  • the “texture structure” refers to a concavo-convex structure formed to suppress surface reflection and increase the light absorption amount of the photoelectric conversion unit.
  • Specific examples of the texture structure include a pyramidal (quadrangular pyramid or quadrangular frustum-shaped) uneven structure obtained by performing anisotropic etching on the surface of a single crystal silicon substrate having a (100) plane. .
  • the solar cell 1a includes a photoelectric conversion unit 10 having a light receiving surface 10a and a back surface 10b.
  • the photoelectric conversion unit 10 includes a substrate 11.
  • the substrate 11 is made of a semiconductor material.
  • the substrate 11 can be made of, for example, a crystalline semiconductor such as crystalline silicon.
  • the substrate 11 has one conductivity type. Specifically, in this embodiment, an example in which the conductivity type of the substrate 11 is n-type will be described.
  • a semiconductor layer 12 n made of an n-type semiconductor having the same conductivity type as the substrate 11 is provided on the first main surface 11 a located on the light receiving surface 10 a side of the substrate 11.
  • the semiconductor layer 12n substantially covers the entire first main surface 11a.
  • the semiconductor layer 12n can be composed of n-type amorphous silicon or the like.
  • the thickness of the semiconductor layer 12n can be, for example, about 1 nm to 10 nm.
  • the reflection suppressing layer 13 On the surface of the semiconductor layer 12n opposite to the substrate 11, a reflection suppressing layer 13 having both a function of suppressing reflection and a function as a protective film is provided.
  • the reflection suppressing layer 13 constitutes the light receiving surface 10 a of the photoelectric conversion unit 10.
  • the reflection suppressing layer 13 can be made of, for example, silicon nitride.
  • the thickness of the reflection suppression layer 13 can be suitably set according to the wavelength of the light etc. which are going to suppress reflection.
  • the thickness of the reflection suppressing layer 13 can be set to, for example, about 50 nm to 200 nm.
  • a semiconductor layer 14 p made of a p-type semiconductor having a conductivity type different from that of the substrate 11 is provided on a part of the second main surface 11 b of the substrate 11.
  • a semiconductor layer 15n made of an n-type semiconductor having the same conductivity type as that of the substrate 11 is provided on at least a part of the second main surface 11b of the substrate 11 where the semiconductor layer 14p is not provided. ing. In the present embodiment, the entire second main surface 11b is substantially covered with the semiconductor layer 14p and the semiconductor layer 15n.
  • the semiconductor layer 14p and the semiconductor layer 15n can be made of p-type and n-type amorphous silicon, respectively.
  • the back surface 10b of the photoelectric conversion unit 10 is configured by the semiconductor layer 14p and the semiconductor layer 15n.
  • the semiconductor layer 14p constitutes a p-type surface 10bp.
  • the semiconductor layer 15n constitutes the n-type surface 10bn.
  • the thickness of the semiconductor layer 14p can be, for example, about 2 nm to 20 nm.
  • the thickness of the semiconductor layer 15n can be, for example, about 5 nm to 50 nm.
  • a semiconductor layer made of a substantially intrinsic i-type semiconductor having a thickness that does not substantially contribute to power generation, for example, about several to 250 inches, is provided between the semiconductor layer 14p and the second main surface 11b. It may be done.
  • there is a semiconductor layer made of a substantially intrinsic i-type semiconductor having a thickness that does not substantially contribute to power generation for example, about several to 250 inches. It may be provided.
  • the semiconductor layer made of a substantially intrinsic i-type semiconductor can be made of amorphous silicon or the like.
  • the end of the semiconductor layer 14p in the x-axis direction overlaps the semiconductor layer 15n in the thickness direction z.
  • An insulating layer 16 is provided between the end of the semiconductor layer 14p and the semiconductor layer 15n.
  • the insulating layer 16 can be made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.
  • a p-side seed layer 17 is provided on the semiconductor layer 14p.
  • the p-side seed layer 17 is a layer having a function as a seed for forming the p-side electrode 21p by plating.
  • an n-side seed layer 18 is provided on the semiconductor layer 15n.
  • the n-side seed layer 18 is a layer having a function as a seed for forming the n-side electrode 22n by plating.
  • a p-side electrode 21p that collects holes is provided on the p-side seed layer 17 provided on the p-type surface 10bp.
  • the p-side electrode 21p is electrically connected to the p-type surface 10bp through the p-side seed layer 17.
  • an n-side electrode 22n that collects electrons is provided on the n-side seed layer 18 provided on the n-type surface 10bn.
  • the n-side electrode 22n is electrically connected to the n-type surface 10bn through the n-side seed layer 18. Therefore, the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 have conductivity.
  • Each of the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n is formed of a plating film.
  • Each of the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n may be constituted by a stacked body of a plurality of plating films, for example.
  • each of the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n may be configured by a laminate of a first plating film made of Cu and a second plating film made of Sn, for example.
  • the thicknesses of the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n can be about 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, respectively.
  • an insulating layer 23 is provided between the end of the adjacent p-side seed layer 17 and the end of the n-side seed layer 18. .
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged vicinity of the insulating layer in the solar cell of the first embodiment.
  • the p-side seed layer 17 is composed of a laminated body of a transparent conductive layer 17a and a metal layer 17b.
  • the n-side seed layer 18 is composed of a laminate of a transparent conductive layer 18a and a metal layer 18b.
  • each of the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 includes transparent conductive layers 17a and 18a provided on the p-type surface 10bp or the n-type surface 10bn (see FIG. 2), the transparent conductive layers 17a, And metal layers 17b and 18b provided on 18a.
  • the transparent conductive layer 17a and the metal layer 17b are formed so that the position of the end portion 17d of the metal layer 17b is substantially the same as the position of the end portion 17c of the transparent conductive layer 17a.
  • the transparent conductive layer 18a and the metal layer 18b are formed so that the position of the end 18d of the metal layer 18b is substantially the same as the position of the end 18c of the transparent conductive layer 18a.
  • the p-side seed layer 17 is composed of a laminated film (a transparent conductive layer and a metal layer) of two different materials.
  • the metal layer and the transparent conductive layer Each etching amount can be adjusted by selecting an etching solution, changing an etching time, or the like.
  • the etching amount of the metal layer is larger than that of the transparent conductive layer, the width of the transparent conductive layer can be made wider than that of the metal layer.
  • the width of the metal layer and the transparent conductive layer can be made substantially the same, or the width of the transparent conductive layer can be made narrower than the metal layer.
  • the position of the end portion of the p-side seed layer 17 is the position of the end portion 17c of the transparent conductive layer 17a. Further, the position of the end of the n-side seed layer 18 is the position of the end 18c of the transparent conductive layer 18a. Therefore, the interval W 2 between end portions of the n-side seed layer 18 of p-side seed layer 17 is the distance between points in closest proximity to each other in the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 adjacent .
  • the transparent conductive layers 17a and 18a can be formed of a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO), for example.
  • the metal layers 17b and 18b can be formed of at least one metal such as Cu and Ag, for example.
  • the thickness of the transparent conductive layers 17a and 18a can be about 0.1 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the thickness of the metal layers 17b and 18b can be about 0.1 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 are composed of a laminate of a transparent conductive layer and a metal layer, but may be composed of only a transparent conductive layer or only a metal layer. It may be configured.
  • the front end portion 23 a of the insulating layer 23 is a surface on the back surface side of the insulating layer 23 so as to cover the end portion 17 d of the p-side seed layer 17 and the end portion 18 d of the n-side seed layer 18. It has spread to.
  • a p-side electrode 21p is provided on the p-side seed layer 17.
  • an n-side electrode 22n is provided on the n-side seed layer 18.
  • the p-side electrode 21p is formed so as to cover a part of the distal end portion 23a of the insulating layer 23.
  • the n-side electrode 22n is also formed so as to cover a part of the tip portion 23a of the insulating layer 23. Therefore, the tip 23a of the insulating layer 23 enters between the p-side seed layer 17 and the p-side electrode 21p and between the n-side seed layer 18 and the n-side electrode 22n.
  • the insulating layer 23 is preferably formed of, for example, an inorganic insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, and an organic insulating material such as an epoxy resin, an acrylic resin, or a urethane resin. In particular, it is preferably formed from a resist material containing an epoxy resin.
  • the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n have n-side electrodes 22p and n adjacent to each other in the cross section (zx plane) perpendicular to the longitudinal direction (y-axis direction) of the finger electrodes.
  • the distance W 1 between the locations closest to each other in the side electrode 22 n is wider than the distance W 2 between the end of the p-side seed layer 17 and the end of the n-side seed layer 18. Therefore, the distance W 2, may be relatively narrow than the interval W 1. For this reason, the areas of the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 in the solar cell 1a can be relatively increased, and the current collection efficiency can be increased.
  • the interval W 1 is preferably in the range of 10 to 1000 ⁇ m, and more preferably in the range of 30 to 300 ⁇ m.
  • Distance W 2 is preferably in the range of 1 ⁇ 100 [mu] m, and even more preferably to a range of 1 ⁇ 20 [mu] m.
  • Width W 3 in the spread direction of the distal end portion 23a of the insulating layer 23 (x-axis direction), and 2 times the width of the p-side electrode 21p or n-side electrode 22n thickness than the interval W 1, the distance W 1, was added on the order it was, is preferably at least twice the spacing W 2, more preferably 10 times or more.
  • p-side electrodes 21p and the n-side electrode 22n is an area that covers the solar cell is reduced.
  • p-side electrode 21p when increasing the width W 3 without changing the thickness of the n-side electrode 22n may p-side electrode 21p, the electrical resistance of the n-side electrode 22n increases.
  • the photoelectric conversion unit 10 is prepared.
  • the p-side seed layer 17 is formed on the p-type surface 10 bp
  • the n-side seed layer 18 is formed on the n-type surface 10 bn.
  • Each of the p-side and n-side seed layers 17 and 18, for example, a p-side and n-side seed layers 17 and 18 are continuously formed by a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the area spacing W 2 Can be separated by a method such as photolithography.
  • the insulating layer 23 is formed. Specifically, a portion where the p-type surface 10 bp is exposed and a portion where the n-type surface 10 bn is exposed on the boundary portion between the p-type surface 10 bp and the n-type surface 10 bn of the back surface 10 b of the photoelectric conversion unit 10.
  • An insulating layer 23 is formed so as to be partitioned.
  • the method for forming the insulating layer 23 is not particularly limited.
  • the insulating layer 23 can be formed by, for example, a screen printing method, an inkjet method, a dispenser method, a photolithography method, or the like.
  • the p-side electrode 21p is formed on the p-type surface 10bp by a plating method such as electrolytic plating, and the n-side electrode 22n is formed on the n-type surface 10bn.
  • the insulating layer 23 is preferably formed of a photoresist or the like with high formation accuracy.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the insulating layer in the solar cell of the second embodiment.
  • the metal layer 17b, the distance W 5 between the end portions 17d and 18d of the 18b, the transparent conductive layer 17a, to be wider than the distance W 2 between the end portions 17c and 18c of the 18a, the transparent conductive layer 17a, 18a and metal layers 17b, 18b are formed. Therefore, the metal layer 17b in the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 adjacent the interval W 5 between 18b, the transparent conductive layer 17a of the p-side seed layer 17 adjacent the n-side seed layer 18, between 18a It is wider than the distance W 2.
  • the end portions 17d and 18d of the metal layers 17b and 18b are formed at positions retreated from the positions of the end portions 17c and 18c of the transparent conductive layers 17a and 18a.
  • Such metal layers 17b and 18b are formed, for example, in the same manner as in the first embodiment, after forming the transparent conductive layers 17a and 18a and the metal layers 17b and 18b, the respective end portions of the metal layers 17b and 18b are formed. It can be formed by selective etching and removal.
  • the tip 23 a of the insulating layer 23 extends so as to cover the end 17 c of the transparent conductive layer 17 a of the p-side seed layer 17 and the end 18 c of the transparent conductive layer 18 a of the n-side seed layer 18.
  • a p-side electrode 21p is provided on the p-side seed layer 17.
  • an n-side electrode 22n is provided on the n-side seed layer 18.
  • the p-side electrode 21p is formed so as to cover the distal end portion 23a of the insulating layer 23.
  • the n-side electrode 22n is also formed so as to cover the tip 23a of the insulating layer 23.
  • the tip 23a of the insulating layer 23 enters between the transparent conductive layer 17a and the p-side electrode 21p and between the transparent conductive layer 18a and the n-side electrode 22n.
  • both end portions in the x direction of the distal end portion 23a of the insulating layer 23 may be formed so as to cover the end portions 17d and 18d of the metal layers 17b and 18b, respectively.
  • Each of the p-side and n-side seed layers 17 and 18 of the second embodiment can be formed by the following method, for example. First, the p-side and n-side seed layers 17 and 18 are continuously formed by sputtering or CVD. Then separated metal layer 17b, the region of the spacing W 5 of 18b by a method such as etching. Finally, to separate the transparent conductive layer 17a, the area of the spacing W 2 of 18a by a method such as etching.
  • the insulating layer 23 is made of a transparent insulating material.
  • the transparent insulating material include a transparent organic insulating material and a transparent resist material.
  • the distance W 1 between locations closest to each other of the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n adjacent the spacing between the end portions of the n-side seed layer 18 of p-side seed layer 17 It is wider than W 2. Therefore, the distance W 2, may be relatively narrow than the interval W 1. For this reason, the areas of the p-side seed layer 17 and the n-side seed layer 18 in the solar cell can be relatively increased, and the current collection efficiency can be increased.
  • the insulating layer 23 is formed from a transparent insulating material. Therefore, it is possible to capture light from the region of the spacing W 2. Further, in the region W 4, transparent on the transparent electrode layer 17a or 18a insulating layer 23 is formed. Therefore, it is possible to capture light from region W 4. Therefore, in this embodiment, it can also light from a back surface and can raise electric power generation amount.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the insulating layer in the solar cell of the third embodiment.
  • the metal layer 17b, the distance W 5 between the end portions 17d and 18d of the 18b, the transparent conductive layer 17a, to be wider than the distance W 2 between the end portions 17c and 18c of the 18a, the transparent conductive layer 17a, 18a and metal layers 17b, 18b are formed.
  • Relationship spacing W 2 and spacing W 5 is common to the second embodiment.
  • the insulating layer 23 is not provided.
  • the solar cell of this embodiment can be manufactured as follows. Similar to the first and second embodiments, the p-side and n-side seed layers 17 and 18 are continuously formed by sputtering, CVD, or the like. Next, in the present embodiment, a plating film is formed on the entire surface of the continuously formed p-side and n-side seed layers 17 and 18 by a plating method such as an electrolytic plating method. Thereafter, the region other than the interval W 1 shown in FIG. 5, a resist mask. Then, the opening area of the resist mask, i.e. plating film formed on the entire surface in the region of the spacing W 1, and is removed etching the metal layer 17b and 18b. As the etching solution used at this time, an etching solution (for example, iron chloride) having a slower etching rate than the transparent electrode layers 17a and 18a is used.
  • a plating solution for example, iron chloride
  • a metal layer 17b and 18b in the region of the spacing W 1. was then exposed by removal of the metal layer 17b and 18b, in a region other than the spacing W 2 in the transparent electrode layer 17a and 18a, a resist mask is formed, the transparent electrode is etched by a distance W 2 region using hydrochloric acid Layers 17a and 18a are removed.
  • the metal layers 17 b and 18 b and the transparent electrode layers 17 a and 18 a formed as described above are formed without providing the insulating layer 23.
  • the solar cell of this embodiment can be manufactured.
  • the interval W 1 since wider than the spacing W 2, the distance W 2, can be relatively narrow than the interval W 1, it is possible to increase current collection efficiency.
  • the insulating layer 23 is not formed. Therefore, as in the second embodiment, it is possible to capture light from the region of the spacing W 2. Furthermore, it is possible to capture light from region W 4. Therefore, in this embodiment, similarly to the second embodiment, it is possible to perform daylighting from the back surface, and the power generation amount can be increased.
  • the configuration in which the insulating layer 23 is not provided has been described, but a configuration in which the insulating layer 23 is provided may be employed.
  • a function as a protective film can be imparted to portions where the p-side and n-side seed layers 17 and 18 are not present (intervals W 1 and W 2 ).
  • the insulating layer 23 can protect the power generation region (the photoelectric conversion unit 10 including the semiconductor layer 14p and the semiconductor layer 15n) from the surrounding environment of the solar cell and further increase the reliability.
  • p-side electrodes 21p the electrode layer such as the n-side electrode 22n is sometimes internal stress occurs after formation, or to generate warpage in the substrate, around the interval W 1 as the separation region of the electrode, cracks in the substrate Etc. may occur.
  • this problem can be suppressed.
  • the insulating layer 23 has substantially the same contraction or expansion polarity as the p-side electrode 21p and the n-side electrode 22n and has the same magnitude of internal stress, the stress is locally concentrated on the substrate. Can be relaxed, and the mechanical reliability of the solar cell can be further enhanced.
  • the conductivity type of the substrate 11 is n-type has been described, but the conductivity type of the substrate 11 may be p-type.

Abstract

 集電効率を高めることができる太陽電池を提供する。 一主面にp型表面10bpとn型表面10bnとを有する光電変換部10と、p型表面10bpの上に設けられ、めっき膜から形成されたp側電極21pと、n型表面10bnの上に設けられ、めっき膜から形成されたn側電極22nと、p型表面10bpとp側電極21pとの間に設けられたp側シード層17と、n型表面10bnとn側電極22nとの間に設けられたn側シード層18とを備え、隣り合うp側電極21pとn側電極22nにおいて互いに最も近接した箇所間の間隔Wが、p側シード層17の端部とn側シード層18の端部間の間隔Wより広い。

Description

太陽電池
 本発明は、裏面接合型の太陽電池に関する。
 従来、改善された光電変換効率を実現し得る太陽電池として、裏面接合型の太陽電池が知られている(例えば特許文献1を参照)。
国際公開第2013/081104号パンフレット
 裏面接合型の太陽電池において、集電効率を高めることが望まれている。
 本発明の目的は、集電効率を高めることができる太陽電池を提供することにある。
 本発明の太陽電池は、一主面にp型表面とn型表面とを有する光電変換部と、前記p型表面の上に設けられ、めっき膜から形成されたp側電極と、前記n型表面の上に設けられ、めっき膜から形成されたn側電極と、前記p型表面と前記p側電極との間に設けられたp側シード層と、前記n型表面と前記n側電極との間に設けられたn側シード層とを備え、隣り合う前記p側電極と前記n側電極において互いに最も近接した箇所間の間隔Wが、前記p側シード層の端部と前記n側シード層の端部間の間隔Wより広い。
 本発明によれば、集電効率を高めることができる。
図1は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的平面図である。 図2は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。 図3は、第1の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。 図4は、第2の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。 図5は、第3の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。
 以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
 (第1の実施形態)
 (太陽電池1aの構成)
 図1及び図2に示されるように、太陽電池1aは、光電変換部10を有する。光電変換部10の基板11は、第1の主面11aと、第2の主面11bとを有する。第1及び第2の主面11a,11bのうち、第1の主面11aが受光面を構成しており、第2の主面11bが裏面を構成している。ここで、「受光面」とは、主として受光する面である。
 光電変換部10は、受光した際に正孔や電子などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部10は、受光面を構成している第1の主面11aにおいて受光した際にのみキャリアを生成させるものであってもよいし、第1の主面11aのみならず、裏面を構成している第2の主面11bにおいて受光した際にもキャリアを生成させるものであってもよい。
 光電変換部10は、第2の主面11bに、p型表面10bpと、n型表面10bnとを有する。p型表面10bpの上には、p側電極21pが配されている。n型表面10bnの上には、n側電極22nが配されている。p側電極21p、n側電極22nは、それぞれ、くし歯状に設けられていて、p側電極21pとn側電極22nとが互いに入り込むように設けられている。具体的には、p側電極21p、n側電極22nは、それぞれ、複数のフィンガー部と、複数のフィンガー部が電気的に接続されたバスバー部とを有する。もっとも、本発明において、電極の構成は、特に限定されない。電極は、例えば、複数のフィンガー部のみによって構成されていてもよい。
 光電変換部10は、例えば、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に配されており、p型表面10bpを構成しているp型半導体層と、基板の一主面の上に配されており、n型表面10bnを構成しているn型半導体層とを有していてもよい。p型表面10bpは、基板に設けられたp型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。n型表面10bnは、基板に設けられたn型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。
 受光面を構成している第1の主面10aには、凹凸構造が設けられている。この凹凸構造は、テクスチャ構造であってもよい。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、(100)面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状(四角錐状や、四角錐台状)の凹凸構造が挙げられる。
 図2に示されるように、太陽電池1aは、受光面10a及び裏面10bを有する光電変換部10を有する。光電変換部10は、基板11を備えている。基板11は、半導体材料からなる。基板11は、例えば、結晶シリコンなどの結晶半導体等により構成することができる。基板11は、一の導電型を有する。具体的には、本実施形態では、基板11の導電型がn型である例について説明する。
 基板11の受光面10a側に位置する第1の主面11aの上には、基板11と同じ導電型であるn型の半導体により構成された半導体層12nが設けられている。この半導体層12nにより、第1の主面11aの全体が実質的に覆われている。半導体層12nは、n型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。半導体層12nの厚みは、例えば、1nm~10nm程度とすることができる。
 なお、半導体層12nと第1の主面11aとの間に、例えば数Å~250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なi型半導体からなる半導体層が設けられていてもよい。
 半導体層12nの基板11とは反対側の表面の上には、反射を抑制する機能と、保護膜としての機能とを併せ持つ反射抑制層13が設けられている。この反射抑制層13によって光電変換部10の受光面10aが構成されている。反射抑制層13は、例えば窒化ケイ素等により構成することができる。なお、反射抑制層13の厚みは、反射を抑制しようとする光の波長等に応じて適宜設定することができる。反射抑制層13の厚みは、例えば、50nm~200nm程度とすることができる。
 基板11の第2の主面11bの一部分の上には、基板11とは異なる導電型であるp型の半導体により構成された半導体層14pが設けられている。基板11の第2の主面11bの半導体層14pが設けられていない部分の少なくとも一部の上には、基板11と同じ導電型であるn型の半導体により構成された半導体層15nが設けられている。本実施形態では、半導体層14pと半導体層15nとによって第2の主面11bの全体が実質的に覆われている。半導体層14p及び半導体層15nは、それぞれp型及びn型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。
 これら半導体層14pと半導体層15nとによって光電変換部10の裏面10bが構成されている。半導体層14pは、p型表面10bpを構成している。半導体層15nは、n型表面10bnを構成している。
 半導体層14pの厚みは、例えば、2nm~20nm程度とすることができる。半導体層15nの厚みは、例えば、5nm~50nm程度とすることができる。なお、半導体層14pと第2の主面11bとの間に、例えば数Å~250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なi型半導体からなる半導体層が設けられていてもよい。同様に、半導体層15nと第2の主面11bとの間に、例えば数Å~250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なi型半導体からなる半導体層が設けられていてもよい。実質的に真性なi型半導体からなる半導体層は、アモルファスシリコンなどにより構成することができる。
 半導体層14pのx軸方向における端部は、半導体層15nと厚み方向zにおいて重畳している。半導体層14pの端部と半導体層15nとの間には、絶縁層16が設けられている。絶縁層16は、例えば、窒化ケイ素や酸化ケイ素等により構成することができる。
 半導体層14pの上には、p側シード層17が設けられている。このp側シード層17は、p側電極21pをめっき法により形成するためのシードとしての機能を有する層である。一方、半導体層15nの上には、n側シード層18が設けられている。このn側シード層18は、n側電極22nをめっき法により形成するためのシードとしての機能を有する層である。
 p型表面10bpの上に設けられたp側シード層17の上には、正孔を収集するp側電極21pが設けられている。p側電極21pは、p側シード層17を介してp型表面10bpに電気的に接続されている。一方、n型表面10bnの上に設けられたn側シード層18の上には、電子を収集するn側電極22nが設けられている。n側電極22nは、n側シード層18を介してn型表面10bnに電気的に接続されている。したがって、p側シード層17及びn側シード層18は、導電性を有している。
 p側電極21p及びn側電極22nのそれぞれは、めっき膜から形成されている。p側電極21p及びn側電極22nのそれぞれは、例えば、複数のめっき膜の積層体により構成されていてもよい。具体的には、p側電極21p及びn側電極22nのそれぞれは、例えば、Cuからなる第1のめっき膜と、Snからなる第2のめっき膜の積層体により構成されていてもよい。
 p側電極21p及びn側電極22nの厚みは、それぞれ、20μm~50μm程度とすることができる。
 光電変換部10の裏面10bの面方向(x軸方向)において、隣り合うp側シード層17の端部とn側シード層18の端部との間には、絶縁層23が設けられている。
 図3は、第1の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。図3に示すように、本実施形態において、p側シード層17は、透明導電層17aと金属層17bの積層体から構成されている。同様に、n側シード層18は、透明導電層18aと金属層18bの積層体から構成されている。したがって、p側シード層17及びn側シード層18のそれぞれは、p型表面10bpまたはn型表面10bn(図2を参照)の上に設けられる透明導電層17a,18aと、透明導電層17a,18aの上に設けられる金属層17b,18bとを有している。
 本実施形態において、金属層17bの端部17dの位置は、透明導電層17aの端部17cの位置と概ね同じになるように、透明導電層17a及び金属層17bが形成されている。同様に、金属層18bの端部18dの位置は、透明導電層18aの端部18cの位置と概ね同じになるように、透明導電層18a及び金属層18bが形成されている。
 本実施形態では、p側シード層17は、2つの異なる材質の積層膜(透明導電層、金属層)により構成されている。透明導電層と金属層とを積層したp側シード層17を形成した後に、レジスト膜を利用したエッチングを適用してp側シード層17のパターンを形成する場合は、金属層と透明導電層の各々のエッチング量を、エッチング液の選択やエッチング時間の変更等により調整することが可能である。金属層のエッチング量を透明導電層よりも多くした場合、金属層よりも透明導電層の幅を広くすることができる。一方、別のエッチングの条件を用いることで、金属層と透明導電層の幅を概ね同一にしたり、金属層よりも透明導電層の幅を狭くする事が可能である。
 本実施形態において、p側シード層17の端部の位置は、透明導電層17aの端部17cの位置である。また、n側シード層18の端部の位置は、透明導電層18aの端部18cの位置の位置である。したがって、p側シード層17の端部とn側シード層18の端部間の間隔Wは、隣り合うp側シード層17とn側シード層18において互いに最も近接した箇所間の間隔である。
 透明導電層17a、18aは、例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)等の透明導電性酸化物から形成することができる。金属層17b,18bは、例えば、Cu、Agなどの少なくとも一種の金属により形成することができる。透明導電層17a,18aの厚みは、0.1μm~1.0μm程度とすることができる。金属層17b、18bの厚みは、0.1μm~1.0μm程度とすることができる。本実施形態において、p側シード層17及びn側シード層18は、透明導電層と金属層の積層体から構成されているが、透明導電層のみから構成してもよいし、金属層のみから構成してもよい。
 本実施形態において、絶縁層23の先端部23aは、絶縁層23の裏面側の表面であって、p側シード層17の端部17d及びn側シード層18の端部18dの上を覆うように拡がっている。p側シード層17の上には、p側電極21pが設けられている。n側シード層18の上には、n側電極22nが設けられている。p側電極21pは、絶縁層23の先端部23aの一部を覆うように形成されている。n側電極22nも、絶縁層23の先端部23aの一部を覆うように形成されている。したがって、絶縁層23の先端部23aは、p側シード層17とp側電極21pとの間と、n側シード層18とn側電極22nとの間とのそれぞれに入り込んでいる。
 絶縁層23は、例えば、酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機絶縁材料、及びエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などの有機絶縁材料から形成することが好ましい。特に、エポキシ樹脂を含むレジスト材料から形成することが好ましい。
 図3に示すように、本実施形態では、p側電極21p、n側電極22nのフィンガー電極の長手方向(y軸方向)に垂直な断面(zx平面)において、隣り合うp側電極21pとn側電極22nにおいて互いに最も近接した箇所間の間隔Wは、p側シード層17の端部とn側シード層18の端部間の間隔Wより広くなっている。したがって、間隔Wを、間隔Wより相対的に狭くすることができる。このため、太陽電池1aにおけるp側シード層17及びn側シード層18の面積を相対的に大きくすることができ、集電効率を高めることができる。
 間隔Wは、10~1000μmの範囲とすることが好ましく、30~300μmの範囲とすることがさらに好ましい。間隔Wは、1~100μmの範囲とすることが好ましく、1~20μmの範囲とすることがさらに好ましい。
 絶縁層23の先端部23aの拡がり方向(x軸方向)における幅Wは、間隔Wよりp側電極21pまたはn側電極22nの厚みの2倍の幅と、間隔Wと、を加えた程度であり、間隔Wの2倍以上であることが好ましく、さらには10倍以上であることが好ましい。幅Wを大きくすることにより、p側電極21pとn側電極22n間の間隔Wを広くすることができる。したがって、幅Wを大きくすることにより、p側電極21pとn側電極22n間の短絡をより確実に防止することができる。ただし、幅Wが大きくなりすぎると、間隔Wが広くなりすぎて、p側電極21p及びn側電極22nが太陽電池を覆う面積が小さくなる。p側電極21p、n側電極22nの厚さを変更せずに幅Wを大きくする場合には、p側電極21p、n側電極22nの電気抵抗が高くなる場合がある。
 (太陽電池1aの製造方法)
 次に、太陽電池1aの製造方法の一例について説明する。
 まず、光電変換部10を用意する。次に、p型表面10bpの上にp側シード層17を形成すると共に、n型表面10bnの上にn側シード層18を形成する。p側及びn側シード層17,18のそれぞれは、例えば、スパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によりp側及びn側シード層17,18を連続的に形成し、間隔Wの領域をフォトリソグラフィ等の方法によって分離して形成することができる。
 次に、絶縁層23を形成する。具体的には、光電変換部10の裏面10bのp型表面10bpとn型表面10bnとの境界部の上に、p型表面10bpが露出した部分と、n型表面10bnが露出した部分とが区画されるように、絶縁層23を形成する。絶縁層23の形成方法は、特に限定されない。例えば絶縁層23が有機絶縁材料からなる場合は、絶縁層23は、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサ法、フォトリソグラフィー法などにより形成することができる。
 次に、電解めっき法などのめっき法によりp型表面10bpの上にp側電極21pを形成すると共に、n型表面10bnの上にn側電極22nを形成する。ここで、p側電極21pとn側電極22nとが絶縁層23上において接触することを抑制するために、絶縁層23は、形成精度が高いフォトレジスト等により形成しておくことが好ましい。
 (第2の実施形態)
 図4は、第2の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。本実施形態では、金属層17b,18bの端部17d及び18d間の間隔Wが、透明導電層17a,18aの端部17c及び18c間の間隔Wよりも広くなるように、透明導電層17a,18a及び金属層17b,18bが形成されている。したがって、隣り合うp側シード層17とn側シード層18における金属層17b,18b間の間隔Wが、隣り合うp側シード層17とn側シード層18における透明導電層17a,18a間の間隔Wよりも広くなっている。
 本実施形態では、金属層17b,18bの端部17d及び18dが、透明導電層17a,18aの端部17c及び18cの位置より後退した位置に形成されている。このような金属層17b,18bは、例えば、第1の実施形態と同様にして、透明導電層17a,18a及び金属層17b,18bを形成した後、金属層17b,18bのそれぞれの端部を選択的にエッチングして除去することにより形成することができる。
 絶縁層23の先端部23aは、p側シード層17の透明導電層17aの端部17c及びn側シード層18の透明導電層18aの端部18cの上を覆うように拡がっている。p側シード層17の上には、p側電極21pが設けられている。n側シード層18の上には、n側電極22nが設けられている。p側電極21pは、絶縁層23の先端部23aを覆うように形成されている。n側電極22nも、絶縁層23の先端部23aを覆うように形成されている。したがって、絶縁層23の先端部23aは、透明導電層17aとp側電極21pとの間と、透明導電層18aとn側電極22nとの間とのそれぞれに入り込んでいる。なお、絶縁層23の先端部23aのx方向の両側端部は、金属層17b,18bの端部17d及び18dをそれぞれ覆うように形成されていてもよい。
 第2の実施形態のp側及びn側シード層17,18のそれぞれは、例えば、次のような方法で形成することができる。ます、スパッタリング法やCVD法等によりp側及びn側シード層17,18を連続的に形成する。次に、金属層17b,18bの間隔Wの領域をエッチング等の方法によって分離する。最後に、透明導電層17a,18aの間隔Wの領域をエッチング等の方法によって分離する。
 本実施形態において、絶縁層23は、透明な絶縁材料から形成されている。透明な絶縁材料としては、透明な有機絶縁材料、透明なレジスト材料などが挙げられる。
 本実施形態においても、隣り合うp側電極21pとn側電極22nの互いに最も近接した箇所間の間隔Wは、p側シード層17の端部とn側シード層18の端部間の間隔Wより広くなっている。したがって、間隔Wを、間隔Wより相対的に狭くすることができる。このため、太陽電池におけるp側シード層17及びn側シード層18の面積を相対的に大きくすることができ、集電効率を高めることができる。
 本実施形態では、絶縁層23を透明な絶縁材料から形成している。このため、間隔Wの領域から光を取り込むことができる。さらに、領域Wにおいては、透明電極層17aまたは18aの上に透明な絶縁層23が形成されている。このため、領域Wからも光を取り込むことができる。したがって、本実施形態では、裏面からも採光することができ、発電量を高めることができる。
 (第3の実施形態)
 図5は、第3の実施形態の太陽電池における絶縁層の近傍を拡大して示す模式的断面図である。本実施形態では、金属層17b,18bの端部17d及び18d間の間隔Wが、透明導電層17a,18aの端部17c及び18c間の間隔Wよりも広くなるように、透明導電層17a、18a及び金属層17b、18bが形成されている。間隔Wと間隔Wの関係は、第2の実施形態と共通している。
 本実施形態では、絶縁層23が設けられていない。本実施形態の太陽電池は、以下のようにして製造することができる。第1の実施形態及び第2の実施形態と同様に、スパッタリング法やCVD法等によりp側及びn側シード層17,18を連続的に形成する。次に、本実施形態では、連続的に形成されたp側及びn側シード層17,18の上に、電解めっき法などのめっき法により、全面にめっき膜を形成する。その後、図5に示す間隔W以外の領域に、レジストマスクを形成する。次に、レジストマスクの開口領域、すなわち間隔Wの領域における全面に形成されためっき膜、金属層17b及び18bをエッチングし除去する。このときに用いるエッチング液は、透明電極層17a及び18aに対してエッチング速度が遅いエッチング液(例えば、塩化鉄)を用いる。
 以上のようにして、間隔Wの領域におけるめっき膜、金属層17b及び18bを除去する。次に、金属層17b及び18bの除去によって露出した、透明電極層17a及び18aにおける間隔W以外の領域に、レジストマスクを形成し、塩酸等を用いたエッチングにより間隔Wの領域の透明電極層17a及び18aを除去する。
 以上のよう形成された金属層17b及び18b、透明電極層17a及び18aは、絶縁層23を設けることなく、形成されている。
 以上のようにして、本実施形態の太陽電池を製造することができる。
 本実施形態においても、間隔Wは、間隔Wより広くなっているので、間隔Wを、間隔Wより相対的に狭くすることができ、集電効率を高めることができる。
 また、本実施形態では、絶縁層23が形成されていない。このため、第2の実施形態と同様に、間隔Wの領域から光を取り込むことができる。さらに、領域Wからも光を取り込むことができる。従って、本実施形態では、第2の実施形態と同様に、裏面からも採光することができ、発電量を高めることができる。
 なお、第3の実施形態においては絶縁層23を設けない構成を説明したが、絶縁層23を設ける構成としてもよい。絶縁層23を形成した場合、p側及びn側シード層17,18が無い部分(間隔W、W)の保護膜としての機能が付与できる。絶縁層23により、太陽電池の周辺環境から発電領域(半導体層14p、半導体層15nを含む光電変換部10)を保護し信頼性を更に高めることができる。また、p側電極21p、n側電極22n等の電極層は形成後に内部ストレスが発生する場合があり、基板に反りを発生させたり、電極の分離領域となる間隔W付近で、基板にクラック等を生じさせることがある。絶縁層23を形成することによって、この問題を抑制することができる。特に、絶縁層23に実質的にp側電極21p、n側電極22nと収縮または膨張の極性が同じで、大きさが同程度の内部応力を持たせることによって、基板に対する応力の局所的な集中が緩和されて、太陽電池の機械的な信頼性を更に高めることができる。
 上記各実施形態では、基板11の導電型がn型である例について説明したが、基板11の導電型はp型であってもよい。
1a…太陽電池
10…光電変換部
10a…受光面
10b…裏面
10bn…n型表面
10bp…p型表面
11…基板
11a…第1の主面
11b…第2の主面
12n…半導体層
13…反射抑制層
14p…半導体層
15n…半導体層
17…p側シード層
17a…透明導電層
17b…金属層
17c…透明導電層の端部
17d…金属層の端部
18…n側シード層
18a…透明導電層
18b…金属層
18c…透明導電層の端部
18d…金属層の端部
21p…p側電極
22n…n側電極
23…絶縁層
23a…絶縁層の先端部

Claims (10)

  1.  一主面にp型表面とn型表面とを有する光電変換部と、
     前記p型表面の上に設けられ、めっき膜から形成されたp側電極と、
     前記n型表面の上に設けられ、めっき膜から形成されたn側電極と、
     前記p型表面と前記p側電極との間に設けられたp側シード層と、
     前記n型表面と前記n側電極との間に設けられたn側シード層とを備え、
     隣り合う前記p側電極と前記n側電極において互いに最も近接した箇所間の間隔Wが、前記p側シード層の端部と前記n側シード層の端部間の間隔Wより広い、太陽電池。
  2.  前記p側電極と前記n側電極とは、それぞれ、複数のフィンガー電極を備え、
     前記p側電極の複数の前記フィンガー電極と、前記n側電極の前記フィンガー電極とは、互いに入り込むように設けられる、請求項1に記載の太陽電池。
  3.  隣り合う前記p側シード層の端部と前記n側シード層の端部との間に設けられ、その先端部が前記p側シード層の前記端部及び前記n側シード層の前記端部の上を覆うように拡がっている絶縁層と、を更に備える、請求項2に記載の太陽電池。
  4.  前記絶縁層の前記先端部の前記拡がり方向における幅Wが、前記間隔Wの2倍以上である、請求項3に記載の太陽電池。
  5.  前記p側シード層及び前記n側シード層のそれぞれが、前記p型表面または前記n型表面の上に設けられる透明導電層と、前記透明導電層の上に設けられる金属層とを有している、請求項1~4のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6.  隣り合う前記p側シード層と前記n側シード層における前記金属層間の間隔が、隣り合う前記p側シード層と前記n側シード層における前記透明導電層間の間隔よりも広く、
     隣り合う前記p側シード層と前記n側シード層における前記金属層間の間隔が前記間隔Wより広い、請求項5に記載の太陽電池。
  7.  前記絶縁層が、透明の絶縁層である、請求項3~6のいずれか一項に記載の太陽電池。
  8.  前記絶縁層が、レジスト材料から形成されている、請求項3~7のいずれか一項に記載の太陽電池。
  9.  前記光電変換部は、
     半導体材料からなる基板と、
     前記基板の一主面の上に設けられており、前記p型表面を構成しているp型アモルファスシリコン層と、
     前記基板の一主面の上に設けられており、前記n型表面を構成しているn型アモルファスシリコン層とを有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の太陽電池。
  10.  前記絶縁層が持つ内部応力が、実質的にシード層と電極層が持つ内部応力と、極性が同じで大きさが同程度となっている、請求項3~6のいずれか一項に記載の太陽電池。
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