太阳能电池及其制造方法和太阳能电池模块的制作方法_2

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的电场,从而能够有效地分离回收电子?空穴对。因此,优选 光入射侧的异质结为反向结。另一方面,比较空穴和电子时,有效质量和散射截面积小的电 子通常迀移率更大。从以上观点考虑,优选异质结太阳能电池中使用的单晶硅基板1为n 型单晶硅基板。从光封闭的观点考虑,优选单晶硅基板1在其表面具有纹理结构。
[0047] 在形成有纹理的单晶硅基板的表面将硅系薄膜制膜。作为硅系薄膜的制膜方法, 优选等离子体CVD法。作为利用等离子体CVD法形成硅系薄膜的条件,优选采用基板温度 100~300°C、压力20~2600Pa、高频功率密度0? 004~0? 8W/cm2。作为硅系薄膜的形成 中使用的原料气体,优选使用SiH4、Si2H6等含有硅的气体,或者硅系气体和H2的混合气体。
[0048] 导电型硅系薄膜3a、3b是一导电类型或者相反导电类型的硅系薄膜。例如,使用 n型单晶硅基板作为一导电类型单晶硅基板1时,一导电类型硅系薄膜和相反导电类型硅 系薄膜分别成为n型和p型。作为用于形成p型或者n型硅系薄膜的掺杂气体,优选使用 B2H6或者PH^。另外,由于P、B之类的杂质的添加量微量即可,所以优选使用预先用SiH4、 H2稀释而得的混合气体。在导电型硅系薄膜的制膜时,通过添加CH4、C02、NH3、GeH4等含有 不同种类元素的气体,使硅系薄膜合金化,也能够改变硅系薄膜的能隙。
[0049] 作为硅系薄膜,可举出非晶硅薄膜、微晶硅(含有非晶硅和晶体硅的薄膜)等。其 中优选使用非晶硅系薄膜。例如,作为使用n型单晶硅基板作为一导电类型单晶硅基板1 时的光电转换部50的优选构成,可举出透明电极层6a/p型非晶硅系薄膜3a/i型非晶硅系 薄膜2a/n型单晶硅基板1/i型非晶硅系薄膜2b/n型非晶硅系薄膜3b/透明电极层6b的 顺序的层叠构成。此时,从前面叙述的理由出发,优选将P层侧作为受光面。
[0050] 作为本征硅系薄膜2a、2b,优选由硅和氢构成的i型氢化非晶硅。如果利用CVD法 在单晶硅基板上将i型氢化非晶硅制膜,则能够抑制杂质向单晶硅基板的扩散,并且有效 进行表面钝化。另外,通过改变膜中的氢量,能够使能隙具有在进行载流子回收的方面有效 的分布。
[0051] 优选p型硅系薄膜为p型氢化非晶硅层、p型非晶碳化硅层、或者p型非晶氧化硅 层。从抑制杂质扩散、降低串联电阻的观点考虑,优选为P型氢化非晶硅层。另一方面,由 于P型非晶碳化硅层和P型非晶氧化硅层为宽带隙的低折射率层,所以从能够减少光学损 失的角度出发优选。
[0052] 异质结太阳能电池的光电转换部50在导电型娃系薄膜3a、3b上具备透明电极层 6a、6b。透明电极层6a、6b以导电性氧化物为主成分。作为导电性氧化物,例如,可以单独 或混合使用氧化锌、氧化铟、氧化锡。从导电性、光学特性和长期可靠性的观点考虑,优选含 有氧化铟的铟系氧化物,其中更优选使用以氧化铟锡(ITO)为主成分的氧化物。透明电极 层可以是单层,也可以是由多层构成的层叠结构。
[0053] 在此,本说明书中,以特性的成分为"主成分"是指含量大于50重量%,优选为70 重量%以上,更优选为90%重量以上。
[0054] 可以向透明电极层中添加掺杂剂。例如,使用氧化锌作为透明电极层时,作为掺杂 剂,可举出铝、镓、硼、硅、碳等。使用氧化铟作为透明电极层时,作为掺杂剂,可举出锌、锡、 钛、钨、钼、硅等。使用氧化锡作为透明电极层时,作为掺杂剂,可举出氟等。
[0055] 掺杂剂可以向受光面侧透明电极层6a和背面侧透明电极层6b中的一方或两方中 添加。特别优选将掺杂剂添加到受光面侧透明电极层6a中。通过将掺杂剂添加到受光面 侧透明电极层6a中,能够使透明电极层本身低电阻化,并且能够抑制透明电极层6a与集电 极70之间的电阻所致的损失。
[0056] 从透明性、导电性和减少光反射的观点考虑,受光面侧透明电极层6a的膜厚优选 为IOnm~140nm。透明电极层6a的作用是向集电极70输送载流子,因此只要具有所需的 导电性即可,膜厚优选为IOnm以上。通过使膜厚为140nm以下,能够减少在透明电极层6a 的光吸收所致的损失,抑制与透射率的降低相伴的光电转换效率的降低。另外,只要透明电 极层6a的膜厚在上述范围内,还能够防止透明电极层内的载流子浓度上升,因此还抑制与 红外区域的透射率降低相伴的光电转换效率的降低。
[0057] 透明电极层的制膜方法没有特别限定,优选溅射法等物理气相沉积法、利用有机 金属化合物与氧或水的反应的化学气相沉积(MOCVD)法等。在任一制膜方法中,都可利用 热、等离子体放电所产生的能量。
[0058] 透明电极层制作时的基板温度适当地设定。例如,使用非晶硅系薄膜作为硅系薄 膜时,优选为200°C以下。通过使基板温度成为200°C以下,能够抑制氢从非晶硅层的脱离 以及与其相伴的硅原子的悬空键的产生,结果能够提高转换效率。
[0059] 优选在背面侧透明电极层6b上形成背面金属电极8。作为背面金属电极8,优选 使用从近红外区到红外区的反射率高且导电性、化学稳定性高的材料。作为满足这样的特 性的材料,可举出银、铝等。背面金属电极层的制膜方法没有特别限定,可以使用溅射法、真 空蒸镀法等物理气相沉积法,丝网印刷等印刷法等。
[0060] [集电极]
[0061] 在受光面侧透明电极层6a上形成集电极70。集电极70从光电转换部50侧包含 第一导电层71和第二导电层72。第二导电层72利用镀覆法形成。
[0062] (第一导电层)
[0063] 第一导电层71是作为利用镀覆法形成第二导电层时的导电性基底层发挥功能的 层。因此,第一导电层只要具有能够作为电镀的基底层发挥功能的程度的导电性即可。应 予说明,本说明书中,只要体积电阻率为KT2D?cm以下就定义为导电性。另外,只要体积 电阻率为IO2Q?cm以上,就定义为绝缘性。
[0064] 第一导电层71可以利用喷墨法、丝网印刷法、导线粘接法、喷雾法、真空蒸镀法、 溅射法等公知技术制作。优选第一导电层71以梳形等规定形状图案化。从生产率的观点 考虑,丝网印刷法适合图案化的第一导电层的形成。丝网印刷法中,使用导电性的印刷糊料 和具有与集电极的图案形状对应的开口图案的丝网版来印刷集电极图案。
[0065] 优选第一导电层71使用含有导电性微粒和绝缘性材料的导电性糊料形成。作为 绝缘性材料,可以使用粘结剂树脂等。特别是如下所述,通过使第一导电层的形成材料含有 的绝缘性材料渗出而形成第一绝缘层时,优选使用粘结剂树脂作为绝缘性材料。
[0066] 作为粘结剂树脂,优选使用环氧系树脂、酚醛系树脂、丙烯酸系树脂等热固性树 月旨。这些树脂可以是固态的树脂,也可以是液态树脂。另外,导电性糊料可以含有有机溶剂、 无机溶剂。通过使导电性糊料含有液态树脂、有机溶剂等液态材料,能够提高涂布性(印刷 性)。
[0067] 作为导电性微粒,可以使用银、铝、铜、铟、铋、镓等金属材料的单质或者多种金属 材料。导电性微粒710的粒径优选为0.25ym以上,更优选为0.5ym以上。第一导电层71 利用丝网印刷等印刷法形成时,导电性微粒的粒径可以根据丝网版的网眼尺寸等适当地设 定。优选粒径比网眼尺寸小,更优选为网眼尺寸的1/2以下。应予说明,粒子为非球形时, 粒径被定义为与粒子的投影面积相等面积的圆的直径(投影面积圆相当直径,Heywood直 径)。
[0068] 另外,为了充分提高利用丝网印刷形成的第一导电层的导电性,优选通过热处理 使树脂材料固化。例如,通过使含有导电性微粒和绝缘性材料的导电性糊料固化,形成第一 导电层。使用含有溶剂的材料作为导电性糊料时,优选实施用于除去溶剂的干燥工序。此时 的干燥温度考虑到光电转换部的透明电极层、非晶硅系薄膜的耐热性,优选为250°C以下, 更优选为200°C以下,进一步优选为180°C以下。干燥时间例如可以被适当地设定成5分 钟~1小时左右。
[0069] 从成本的观点考虑,第一导电层71的膜厚优选为20ym以下,更优选为IOym以 下。另一方面,从使第一导电层71的线性电阻成为理想的范围的观点考虑,第一导电层71 的膜厚优选为0. 5ym以上,更优选为Iym以上。
[0070] 第一导电层71可以由多个层构成。例如,可以是由光电转换部表面的与透明电极 层的接触电阻低的下层和含有粘结剂树脂含量多的材料的上层构成的层叠结构。采用这样 的结构,可以期待与透明电极层的接触电阻的降低伴随的太阳能电池的填充因子的提高。
[0071] 以上,以利用丝网印刷形成第一导电层的情况为中心进行了说明,但第一导电层 的形成方法不限于印刷法,也可以利用喷墨法等形成图案。
[0072] (第二导电层)
[0073] 利用镀覆法在第一导电层71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。
[0074] 太阳能电池工作时(发电时),电流主要流过第二导电层。因此,从抑制第二导电 层中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,如上所 述,第一导电层的线性电阻只要低至能够作为电镀时的基底层发挥功能的程度即可,只要 为5D/cm以下即可。
[0075] 第二导电层利用非电镀法、电镀法均可形成。从生产率的观点考虑,优选电镀法。 电镀法中,由于能够加快金属的析出速度,所以能够以短时间形成第二导电层。
[0076] 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3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的基板12 和阳极13浸在镀覆槽11中的镀覆液16中。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间施加电压,从而能够在第一导电层上析出铜。
[0077] 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,通过对其流通0. 1~l〇A/dm2的电流,能够使金属层析出而成为 第二导电层。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。
[0078] 第二导电层可以由多个层构成。例如,介由绝缘层的开口部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后,在第一镀覆层的表面形成化学稳定性优异 的第二镀覆层,由此能够形成低电阻且化学稳定性优异的集电极。
[0079] [绝缘层]
[0080] 如上所述,本发明中,利用镀覆法在第一导电层上形成第二导电层。在形成第二导 电层时,如果光电转换部上的没有形成第一导电层的区域(第一导电层非形成区域)露出, 则光电转换部与镀覆液接触,镀覆液中的金属离子侵入光电转换部的内部(硅基板等),导 致太阳能电池特性的降低。另外,像异质结太阳能电池这样在光电转换部的最表面形成有 透明电极层的情况下,电镀时,除第一导电层以外还对透明电极层进行通电,所以金属还在 第一导电层非形成区域析出。
[0081] 本发明中,为了保护光电转换部,在光电转换部的第一导电层非形成区域形成绝 缘层90,在绝缘层形成后,通过镀覆形成第二导电层。绝缘层90具有第一绝缘层91和第二 绝缘层92,该第一绝缘层91与第一导电层71相接,该第二绝缘层92以覆盖第一绝缘层91 上的至少一部分的方式形成。
[0082] 〈第一实施方式〉
[0083] 以下,作为第一实施方式,对在形成第一绝缘层后使用掩模等形成以规定形状图 案化的第二绝缘层的方式进行说明。图4是表示利用本发明的第一实施方式在太阳能电池 的光电转换部50上形成绝缘层90和集电极70的方法的工序概念图。
[0084] 该实施
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