太阳能电池及其制造方法和太阳能电池模块及其制造方法_5

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周边将绝缘层制膜而使低熔 点材料周边的绝缘层发生变形,形成开口的情况。
[0168] 作为在与绝缘层的形成几乎同时形成开口的方法,例如,采用如下方法,S卩,在绝 缘层形成工序中,边将基板加热至比第一导电层71的低熔点材料711的热流动开始温度T1 高的温度Tb,边在第一导电层71上将绝缘层9制膜。由于在低熔点材料成为流动状态的 第一导电层上将绝缘层9制膜,所以与制膜同时在制膜界面产生应力,在绝缘层形成例如 缝隙状的开口。应予说明,绝缘层形成时的基板温度Tb(以下,也称为"绝缘层形成温度") 表示绝缘层制膜开始时刻的基板表面温度(也称为"基板加热温度")。一般而言,绝缘层 制膜中的基板表面温度的平均值通常在制膜开始时刻的基板表面温度以上。因此,只要绝 缘层形成温度Tb比低熔点材料的热流动开始温度1\高,就能够在绝缘层形成开口等变形。
[0169] 例如,绝缘层9利用CVD法、溅射法等干式法形成时,通过使绝缘层制膜中的基板 表面温度比低熔点材料的热流动开始温度1\高,能够形成开口。另外,绝缘层9利用涂布等 湿式法形成时,通过使干燥溶剂时的基板表面温度比低熔点材料的热流动开始温度T1高, 能够形成开口。应予说明,利用湿式法形成绝缘层时的"制膜开始时刻"是指溶剂的干燥开 始时刻。绝缘层形成温度Tb的优选范围与上述退火温度Ta的优选范围相同。
[0170] 基板表面温度例如可以通过在基板表面贴附温度显示材料(也称为THERMO LABEUTHERMOSEAL)、热电偶来测定。另外,加热部(加热器等)的温度可以按基板的表面 温度成为规定范围的方式适当地调整。在绝缘层形成工序中进行退火处理时,通过适当地 调整绝缘层的材料和组成、制膜条件(制膜方法、基板温度、导入气体的种类和导入量、制 膜压力、功率密度等),能够在绝缘层形成开口。
[0171] 利用等离子体CVD法形成绝缘层9时,从形成致密的膜的观点考虑,绝缘层形成温 度Tb优选为130°C以上,更优选为140°C以上,进一步优选为150°C以上。另外,优选绝缘层 制膜时的基板表面的最高达到温度比光电转换部的耐热温度低。
[0172] 从形成更致密的膜的观点考虑,等离子体CVD的制膜速度优选为Inm/秒以下,更 优选为〇. 5nm/秒以下,进一步优选为0. 25nm/秒以下。作为利用等离子体CVD形成氧化硅 时的制膜条件,优选基板温度145°C~250°C、压力30Pa~300Pa、功率密度0. 01W/cm2~ 0? 16W/cm2〇
[0173] 在与绝缘层的形成几乎同时形成开口后,开口的形成存在不充分的位置时等,可 以进一步进行前面叙述的退火工序。
[0174] 如上所述,在通过使第一导电层中的低熔点材料热流动而在形成于第一导电层上 的绝缘层形成开口的方法中,由于在低熔点材料上的绝缘层形成开口,所以如果以低熔点 材料偏处于第一导电层上的中央部的方式形成第一导电层,则绝缘层的开口也以偏处于第 一导电层上的中央部的方式形成。应予说明,如图6所示,即便在第一导电层的最表面没有 低熔点材料的情况下,也能够在低熔点材料的厚度方向的投影面上的绝缘层形成开口。
[0175] 本发明中,由于绝缘层的开口以偏处于第一导电层上的中央部的方式形成,所以 中央部的绝缘层的开口的密度S。比非中央部的绝缘层的开口的密度S大。即,中央部的绝 缘层的开口的密度S。与非中央部的绝缘层的开口的密度S的比S小于1。S(/S。优选为 0.5以下,进一步优选为0.2以下。若越小,则即便第二导电层的厚度屯大,也能够减 小第二导电层的宽度。因此,集电极的宽度变小,集电极所致的遮光减少,所以能够提高太 阳能电池的发电量。
[0176] 应予说明,使绝缘层的开口偏处于第一导电层上的中央部的方法不限于使第一导 电层中的低熔点材料热流动的方法。例如,可以采用激光照射、机械开孔、化学蚀刻等方法, 使开口以偏处于第一导电层上的中央部的绝缘层的方式形成。
[0177] 为了使第二导电层低电阻化,优选在绝缘层中,邻接的开口间的距离dIP小。如图 9A和图9B所示,通过使从第一导电层上的绝缘层的1个开口的底部(第一导电层上)析出 的第二导电层的金属材料与从邻接的开口的底部析出的金属材料接触,从而以多个开口为 起点的第二导电层电连接,集电极低电阻化。
[0178] 如图9A所示,只要邻接的开口间的距离dIP为2X(d2 -d〇以下,则从邻接的开口 的底部析出的第二导电层的金属材料彼此电连接。如图9B所示,邻接的开口间的距离dIP越 小,从邻接的开口的底部析出的第二导电层材料重合的区域越大。因此,dIP更优选为(12 - 屯的 1.5 倍以下(即,dIP<LSX((I2-Cl1))O
[0179] 如图8A示意所示,将第一导电层的延伸方向设为Y轴方向时,将某开口 91^与+Y 方向侧的邻接开口 9hm(+Y)的间隔dIP(+Y)以及开口 9hm与一Y方向侧的邻接开口的间隔 dIP( -Y)中任一大的一方的值作为dIP。图8A的情况下,由于dIP(+Y) <dIP( -Y),所以邻 接的开口间的距呙dIP=dIP( -Y)。优选dIP( -Y)和dIP( -Y)均为(d2-d〇的2倍以 下,更优选为(Cl2-Cl1)的1.5倍以下。
[0180] 第一导电层含有低熔点材料且低熔点材料形成为岛状时,邻接的低熔点材料间的 距离(U尤选为ZX(CU-Cl1)以下,更优选为LSX(Cl2-Cl1)以下。如果在第一导电层内邻 接的低熔点材料间的距离小,则其上的绝缘层中邻接的开口部间的距离dIP变小,因此以多 个开口为起点的第二导电层电连接,集电极低电阻化。
[0181] 如图8B示意所示,将第一导电层的某低熔点材料711_"与+Y方向侧的邻接低熔点 材料71Im (+Y)的间隔心(+Y)以及低熔点材料711_"与一Y方向侧的邻接低熔点材料711m (- Y)的间隔<(一Y)中任一大的一方的值作为邻接的低熔点材料间的距离心。图8B的情 况下,由于da(+Y) < <( -Y),所以邻接的低熔点材料间的距离<=dPJ-Y)。优选 -Y)和心(一Y)均为(d2-d〇的2倍以下,更优选为(d2-d〇的L5倍以下。
[0182] 应予说明,低熔点材料形成岛状是指例如粒子状的低熔点材料被第一导电层的低 熔点材料以外的材料(例如高软化点材料、树脂糊料等)包围而独立存在的状态。另外低 熔点材料凝聚时,可以将凝聚的低熔点材料视为1个岛(低熔点材料),求出邻接的低熔点 材料间的距离即可。
[0183] (第二导电层)
[0184] 如上所述,形成具有开口 9h的绝缘层9后,利用镀覆法在第一导电层形成区域的 绝缘层9上形成第二导电层72。作为第二导电层析出的金属只要是用镀覆法能够形成的 材料就没有特别限定,例如,可以使用铜、镍、锡、铝、铬、银、金、锌、铅、钯等或者它们的混合 物。
[0185] 第二导电层的线宽度1^2可以根据第一导电层的线宽度Ln、第二导电层的膜厚d2 等设定。在第一导电层上没有绝缘层和第一导电层上的绝缘层的开口形成在第一导电层的 端部附近的情况下,以第一导电层的宽度方向的端部为起点形成第二导电层。在第一导电 层非形成区域超出形成的第二导电层的宽度最大为(1 2,因此集电极的线宽度(第二导电层 的线宽度)最大变成LT1+2Xd2,使遮光面积增大。
[0186] 另一方面,本发明中,由于绝缘层的开口偏处于第一导电层上的中央部,所以以第 一导电层上的端部为起点形成第二导电层的比例少,能够减小在第一导电层非形成区域超 出形成的第二导电层的宽度。因此,能够减小第二导电层的宽度Lf,结果能够减小集电极的 线宽度。
[0187] 集电极的线宽度LFtt选满足LF<LT1+d2,更优选满足LF<LT1+0.6Xd2。如果满足 LF<LT1+d2,则能够减少第二导电层所致的遮光,提高太阳能电池性能。
[0188] 如图10所示,在距第二导电层的端部为0. 3父(12的范围内,受光面的法线方向的 光^与集电极的表面成大概45°以上的角度入射。以45°以上的角度入射到集电集电极 的光^在集电极表面的反射光1^被反射到太阳能电池侧,因此容易导入电池单元内。因 此,在距第一导电层形成区域的端部宽度为〇.3乂(1 2的范围内,即便第二导电层超出形成, 该区域的第二导电层所致的遮光也容易成为实质上可忽略的程度。因此,即便第二导电层 从第一导电层形成区域超出形成,从第一导电层的两端超出的第二导电层的宽度分别为 0. 3X(12以下时,S卩,如果集电极的线宽度LF满足LLT1+0. 6Xd2,则能够抑制集电极的遮 光所致的发电量的降低。
[0189] 通过适当地调整镀覆时间、镀覆液的浓度等,能够调整第二导电层层的厚度d2、集 电极的线宽度(第二导电层的线宽度)Lf。从抑制集电极的线宽度增大,且减小线性电阻的 观点考虑,第二导电层的厚度d2优选为Iym以上,更优选为3ym以上。d2进一步优选为 5um~ 35um。
[0190] 太阳能电池工作时(发电时),电流主要通过第二导电层。因此,从抑制第二导电 层的电阻所致的电流损失的观点考虑,优选第二导电层的线性电阻尽可能小。具体而言,第 二导电层的线性电阻优选为ID/cm以下,更优选为0. 5Q/cm以下。另一方面,只要第一导 电层的线性电阻小至电镀时能够作为基底层发挥功能的程度即可,例如,只要为5D/cm以 下即可。
[0191] 第二导电层利用非电镀法、电镀法均可形成,但从生产率的观点考虑,优选电镀 法。对于电镀法而言,能够加快金属的析出速度,因此能够以短时间形成第二导电层。
[0192] 以酸性镀铜为例对利用电镀法形成第二导电层的方法进行说明。图11是第二导 电层的形成中使用的镀覆装置10的概念图。将在光电转换部上形成有第一导电层和具有 开口的绝缘层的基板12以及阳极13浸渍于镀覆槽11中的镀覆液16。基板12上的第一导 电层71介由基板支架14与电源15连接。通过在阳极13与基板12之间施加电压,能够在 没被绝缘层9覆盖的第一导电层上,即利用退火处理以在绝缘层产生的开口为起点,选择 性地析出铜。
[0193] 酸性镀铜中使用的镀覆液16含有铜离子。例如可以使用以硫酸铜、硫酸、水为主 成分的公知组成的镀覆液,通过对其通0. 1~lOA/dm2的电流,能够使作为第二导电层的金 属析出。适当的镀覆时间根据集电极的面积、电流密度、阴极电流效率、设定膜厚等适当地 设定。
[0194] 本发明中,作为集电极,可以在第二导电层上进一步形成第三导电层。
[0195] 例如,介由绝缘层的开口在第一导电层上形成由Cu等导电率高的材料构成的第 一镀覆层(第二导电层)后,在上述第二导电层上形成化学稳定性优异的第二镀覆层(第 三导电层),由此能够形成低电阻且化学稳定性优异的集电极。
[0196] 优选在镀覆工序后设置镀覆液除去工序以除去残留在基板12表面的镀覆液。通 过设置镀覆液除去工序,能够除去以退火处理所形成的绝缘层9的开口 9h以外为起点析出 的金属。
[0197] 作为以开口 9h以外为起点析出的金属,例如可举出以绝缘层9的针孔等为起点析 出的金属。利用镀覆液除去工序除去这样的金属,由此能够减少遮光面积,进一步提高太阳 能电池特性。
[0198] 在此,一般而言,ITO等的透明电极层、氧化硅等的绝缘层为亲水性,基板12的表 面、绝缘层9的表面与水的接触角多为10°左右或10°以下。另一方面,从利用吹气等容 易除去镀覆液的观点考虑,优选基板12的表面与水的接触角为20°以上。为了增大基板表 面的接触角,可以对基板12表面进行拒水处理。拒水处理例如通过在表面形成拒水层来进 行。通过拒水处理能够降低基板表面对镀覆液的润湿性。
[0199] 应予说明,也可以形成具有拒水性的绝缘层9代替对绝缘层9的表面实施拒水处 理。即,通过形成与水的接触角0大(例如20°以上)的绝缘层9,可以省略另外实施的 拒水处理工序,因此能够进一步提高太阳能电池的生产率。作为使绝缘层具有拒水性的方 法,例如,可举出利用改变了绝缘层的制膜条件(例如,导入制膜室的硅原料气体与氧原料 气体的流量比)的等离子体CVD法将作为绝缘层的氧化硅层制膜的方法。
[0200][集电极形成后的附加工序]
[0201] 本发明中,在集电极形成后(镀覆工序后)可以进行绝缘层除去工序。特别是使用 光吸收大的材料作为绝缘层时,为了抑制绝缘层的光吸收导致的太阳能电池特性的降低, 优选进行绝缘层除去工序。绝缘层的除去方法根据绝缘层材料的特性适当地选择。例如,可 以通过化学蚀刻、机械研磨除去绝缘层。另外,根据材料也可以采用灰化(ashing)法。此 时,从进一步提高光导入效果的观点考虑,更优选除去全部第一导电层非形成区域上的绝 缘层。另外,在绝缘层9上形成拒水层时,优选与绝缘层9 一起也除去拒水层。应予说明, 使用光吸收小的材料作为绝缘层时,不需要进行绝缘层除去工序。
[0202] 以上,以在异质结太阳能电池的受光面侧设置集电极7的情形为中心进行了说 明,但也可以在背面侧形成相同的集电极。像异质结太阳能电池这样使用了晶体硅基板的 太阳能电池由于电流量大,所以通常有透明电极层/集电极间的接触电阻的损失所致的发 电损失明显的趋势。与此相对,本发明中,由于具有第一导电层和第二导电层的集电极与透 明电极层的接触电阻低,所以能够减少由接触电阻产生的发电损失。
[0203] [异质结太阳能电池以外的应用例]
[0204] 本发明可用于异质结太阳能电池以外的晶体硅太阳能电池,使用GaAs等硅以外 的半导体基板的太阳能电池,在非晶硅系薄膜、晶体硅系薄膜的pin结或pn结上形成透明 电极层的硅系薄膜太阳能电池,CIS、CIGS等化合物半导体太阳能电池,色素敏化太阳能电 池,有机薄膜(导电性聚合物)等有机薄膜太阳能电池这样的各种太阳能电池。
[0205] 作为晶体硅太阳能电池,可举出在一导电类型(例如p型)晶体硅基板的第一主 面上具有相反导电类型(例如n型)的扩散层,并在扩散层上具有上述集电极的构成。这 样的晶体硅太阳能电池通常在一导电类型层的背面侧具备P+层等导电型层。这样,光电转 换部不包含非晶硅层、透明电极层时
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