JP2011187906A - 太陽電池素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一導電型の半導体層と逆導電型の半導体層とを有する半導体基板2を備え、半導体基板2の少なくとも一方主面が逆導電型の半導体層であり、前記半導体基板の一方主面に対向する他方主面および前記逆導電型の半導体層のそれぞれの上に、発電電力を取り出すための電極3〜6が形成された太陽電池素子1であって、前記逆導電型の半導体層の上に形成された電極3および電極4が少なくとも銀と銅を含有している。
【選択図】図1
Description
を提供できる。
本実施形態の太陽電池素子の基本構成(以下、タイプ1)は、一導電型の半導体層と逆導電型の半導体層とを有する半導体基板を備え、この半導体基板の少なくとも一方主面が逆導電型の半導体層であり、この半導体基板の少なくとも一方主面に逆導電型の半導体層が形成され、半導体基板の一方主面(以下、第1面という)に対向する他方主面(以下、第2面という)および逆導電型の半導体層のそれぞれの上に、発電電力を取り出すための電極が形成されたものとする。そして、例えば、半導体基板の第2面および逆導電型の半導体層の少なくとも一方の上に形成された電極が銀と銅を含有している。
電極は、例えば銀を表面にコーティングした銅フィラーを多数含有する導電ペーストを塗布して、焼成することにより形成する。あるいは、例えば銀フィラー、銅フィラーおよび有機ビヒクル等を混練して、所定の粘度に調整した導電ペーストを塗布して、焼成することにより形成してもよい。
図1(a),(b)に示すように、両面電極型の太陽電池素子1は、光が入射する受光面である第1面2aとこれに対向する裏面である第2面2bとを有する半導体基板2と、この半導体基板2の第1面2a上に設けられたバスバー電極3およびフィンガー電極4と、第2面2b上に設けられた集電電極5と、出力取出電極6と、を有する。
次に、このタイプの太陽電池素子1の製造方法の一例について説明する。
どを用いることができる。
銀を表面にコーティングした銅フィラーを用いる例について説明する。図3に示すように、銅フィラー13は、銀層15を銅本体14の表面にコーティングしている。ここで、銅フィラー13は、例えば直径0.1〜10μm程度の球状であるが、この形状に限定されるものではなく、例えば断面が楕円となるラグビーボール状、または角部を持つ多面体形状でもよい。なお、銅本体14の表面には微細な凹凸が形成されていてもよい。この銅フィラー14の材料としては、純度99.9質量%以上の銅とすると好適である。特に、太陽電池素子1の直列抵抗成分を低下させるために、抵抗の低い無酸素銅をより好適に用いることができる。
の酸化を抑制するため、炉内のピーク温度付近の位置の酸素濃度が100ppm〜500ppmになるように、窒素ガスなど不活性ガスを炉内部に導入することが望ましい。
れを添加して、ペースト状にした銀ペーストを所定の電極形状に塗布し、最高温度が600〜850℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより形成可能である。塗布法としては、スクリーン印刷法などの周知の方法を用いることができる。
出力取出電極6を形成するための導電ペーストは、例えば、多数の銀フィラーと多数の銅フィラーと有機ビヒクルとガラスフリットを銀と銅の合計100質量部に対してそれぞれ5〜30質量部、0.1〜15質量部配合、混練し、溶剤を用いて、50〜200Pa・sの程度の粘度に調節したものを用いてもよい。
次に、バックコンタクト型の太陽電池素子について説明する。
2bが形成されている。
次に、本実施形態の太陽電池素子21の製造方法について説明する。
まず、一導電型を示す半導体基板25として、例えばボロンなどがドープされたp型のシリコン基板を準備する。このシリコン基板は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなるシリコン基板を用いればよく、シリコン基板の大きさは例えば一辺140〜180mm程度の正方形または矩形で、その厚みは150μm〜300μm程度にすればよい。
次に、半導体基板25の第1面21aと裏面21bとの間に貫通孔28を形成する。この貫通孔28は、機械的ドリル、ウォータージェットあるいはレーザー装置等を用いて、例えば半導体基板25の第2面21b側から第1面21a側に向けて形成される。特に、貫通孔28の形成時またはその形成後のマイクロクラックの発生抑制のために、レーザーなどが好適に用いられる。このようなレーザーとしては、例えばエキシマレーザー、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーまたはYVO4(イットリウム・バナデイト)レーザー等を使用することができる。なお形成される貫通孔28の直径は20〜50μm程度が好ましい。
貫通孔28を設けた半導体基板25を、水酸化ナトリウムが10〜30質量%程度で、60〜90℃の水酸化ナトリウム水溶液で5〜20μm程度エッチングする。これにより、貫通孔28内部の側面もエッチングされ、その表面が粗面化される。この粗面化により導電性充填材Gとの接触面積を増加させることができ、両者の接着強度を向上せせることが可能となる。また、このエッチングにより、上述のシリコンインゴットから切り出し時に生じたダメージ層をも除去することができる。さらに、第1面21aも粗面化でき、太陽電池素子21に入射した光の反射を抑えることができ、その光電変換効率をより向上させることができる。
次に、半導体基板25の表面に逆導電型層26を形成する。逆導電型層26を形成するためのn型化ドーピング元素としてはリン(P)を用い、シート抵抗が60〜300Ω/□程度のn+型とする。これにより、逆導電型層26とp型バルク領域との間にpn接合部が形成される。
次に、第1逆導電型層26aの上に、反射防止膜27を形成することが好ましい。この反射防止膜27の材料としては、窒化珪素膜または酸化チタン膜などを用いることができる。反射防止膜27の形成方法としては、PECVD法、蒸着法またはスパッタ法などを
用いることができる。
次に、半導体基板25に、受光面電極22aと貫通孔電極22bを形成する。これらの電極は、半導体基板5の第1面1cにスクリーン印刷法などの塗布法を用いて銀を表面にコーティングした銅フィラーを多数含有する導電ペーストを塗布し、焼成することにより形成される。
次に、半導体基板25の裏面21b上に、集電電極23aを形成する。これは、スクリーン印刷法を用いて、半導体基板25の裏面21b上にアルミニウムを主成分とする導電性ペーストを所定の電極形状に塗布し、その後、上述のように焼成することにより集電電極23aを形成する。また、これにより一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された高濃度ドープ層30を形成することも可能となる。
次に、半導体基板25の第2面21b上に第1電極22cと出力取出電極23bと第3電極24とを形成する。本実施形態の太陽電池素子21においては、第1電極22cと出力取出電極23bと第3電極24を、両面電極型太陽電池素子で説明したように、銀層を表面にコーティングした銅フィラーを多数含有する導電ペーストを用いて行う。
例えば、上述の気相拡散法を用いて逆導電型層の形成を行った場合、半導体基板25の両面および貫通孔28内壁に、同時に逆導電型層26が形成される。このため、半導体基板25の第1面21aと裏面21bの逆導電型層を分離(pn分離)する。このpn分離は、裏面21bの周辺部のみに酸化珪素やアルミナなどの粉末を高圧で吹きつけ裏面21bの周辺部の逆導電型層を削り取るブラスト加工法や裏面21bの周辺端部に分離溝29bを形成するレーザー加工法で可能である。
タイプ2の場合については詳しく述べなかったが、例えば、n型のシリコン基板の一方
主面上に、i型およびp型のアモルファスシリコン層をこの順で製膜し、他方主面上に例えばi型およびn型のアモルファスシリコン層をこの順で製膜して、全体として1つの半導体基板を構成するような場合、いわゆるヘテロ構造を有する太陽電池素子に対しても、本実施形態を適用することは可能であり、タイプ1と同様な作用・効果を期待することができる。
まず、鋳造法で作製した多結晶シリコンからなる半導体基板2を準備した。この半導体基板2は、p型不純物であるボロン(B)を1×1016〜1018atoms/cm3程度含有したものであり、その大きさは約150mm角、厚さは約0.2mm程度のものである。
半導体基板2の準備から集電電極5の形成までは、実施品1と同一の工程で行った。集電電極5の形成後、反射防止膜5を形成した。すなわち第1面2a側表面に反射防止膜8として、窒化シリコン(SiNx)膜をPECVD装置で、約450℃程度の温度でモノシランガスやアンモニアガスを用いて成膜した。この窒化シリコン(SiNx)膜は、反射防止効果を発現させるために、屈折率は2.0程度、膜厚は80nm程度とした。
半導体基板2の準備から集電電極5の形成までは、実施品1と同一の工程で行った。集電電極5の形成後、反射防止膜8の上に、導電ペーストをスクリーン印刷法を用いて、所定のパターンに直接塗布し、焼成することによって受光面側バスバー電極3と受光面側フィンガー電極4を形成した。
半導体基板2の準備からpn分離まで、上述した実施品1の場合と同一の工程で行った。
このようにして作製した実施品1、実施品2、実施品3および比較品の4種の太陽電池素子の出力特性を、25℃の素子温度、AM1.5、100mW/cm2の擬似太陽光で測定したところ、表1の通りであった。なお、表1においては、短絡電流(Isc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)、光電変換効率(η)について、テスト品を100としたときの指数として表したものである。
多数含有する導電ペーストにより形成した出力取出電極6では剥離は一切無く、十分な接合強度を有していることを確認した。
2、25:半導体基板
2a、21a:第1面
2b、21b:第2面
3:バスバー電極
4,22a:フィンガー電極
5、23a:集電電極
6、23b:出力取出電極
7:除去部
8、27:反射防止膜
9、26:逆導電型層(半導体層)
10:p型バルク領域
13:銅フィラー
14:銅本体
15:銀層
22b:貫通孔電極
22c:第1電極
23:第2電極
24:第3電極
26a:第1逆導電型層
26b:第2逆導電型層
26c:第3逆導電型層
28:電極用貫通孔
29a、29b:分離溝
30:高濃度ドープ層
Claims (8)
- 一導電型の半導体層と逆導電型の半導体層とを有する半導体基板を備え、該半導体基板の少なくとも一方主面が逆導電型の半導体層であり、前記半導体基板の一方主面に対向する他方主面および前記逆導電型の半導体層のそれぞれの上に、発電電力を取り出すための電極が形成された太陽電池素子であって、前記半導体基板の他方主面および前記逆導電型の半導体層の少なくとも一方の上に形成された電極が銀と銅を含有していることを特徴とする太陽電池素子。
- 前記半導体基板の他方主面の上に形成された電極のみが銀と銅を含有していることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記逆導電型の半導体層の上に形成された電極は、前記半導体基板の一方主面側にのみ形成されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記逆導電型の半導体層の上に形成された電極は、前記半導体基板の他方主面側にも形成されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記半導体基板の両主面を貫通する貫通孔を多数有し、前記逆導電型の半導体層は前記貫通孔にも形成されており、前記貫通孔内には導体が設けられ、かつ前記逆導電型の半導体層の上に形成された電極は、前記導体を介して、前記半導体基板の他方主面側にも導出されて形成されていることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池素子。
- 前記貫通孔内に設けた導体が少なくとも銀と銅を含有することを特徴とする請求項5に記載の太陽電池素子。
- 請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法であって、前記逆導電型の半導体層の上に形成した電極は、銀を表面にコーティングした銅フィラーを多数含有する導電ペーストを塗布して、焼成することにより形成したことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
- 請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法であって、前記逆導電型の半導体層の上に形成した電極は、銀フィラーおよび銅フィラーを多数含有する導電ペーストを塗布して、焼成することにより形成したことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
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