JP2002299669A - Polycrystalline solar cell and method of manufacturing polycrystalline solar cell - Google Patents
Polycrystalline solar cell and method of manufacturing polycrystalline solar cellInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特性の良好な多結晶太陽電池及び多結晶太陽
電池の製造方法を提供すること。
【解決手段】多結晶シリコン基板11上に、活性層12
及び活性層12と反対極性の半導体層13とから構成さ
れた多結晶太陽電池において、活性層12が基板11の
結晶構造を反映して成長した多結晶よりなり、活性層1
2を形成する多結晶の粒界部16における膜厚が多結晶
粒中心部の膜厚よりも小さく、粒界部16が溝状となる
ことにより粒界部16上の半導体層13に溝が形成さ
れ、溝に発電電流を取り出すための電極14が埋め込ま
れている。
(57) [Problem] To provide a polycrystalline solar cell having good characteristics and a method of manufacturing the polycrystalline solar cell. An active layer (12) is provided on a polycrystalline silicon substrate (11).
In a polycrystalline solar cell including the active layer 12 and the semiconductor layer 13 having the opposite polarity, the active layer 12 is formed of a polycrystal that reflects the crystal structure of the substrate 11, and the active layer 1
Since the thickness of the polycrystalline grain boundary portion 16 forming the second layer 2 is smaller than the thickness of the polycrystalline grain central portion and the grain boundary portion 16 has a groove shape, a groove is formed in the semiconductor layer 13 on the grain boundary portion 16. The electrode 14 for taking out the generated current is buried in the groove.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は多結晶太陽電池及び多結
晶太陽電池の製造方法に係る。より詳細には、低コスト
基板上に薄膜多結晶シリコンを積層した多結晶太陽電池
及び多結晶太陽電池の製造方法に関する。The present invention relates to a polycrystalline solar cell and a method for manufacturing a polycrystalline solar cell. More specifically, the present invention relates to a polycrystalline solar cell in which thin-film polycrystalline silicon is stacked on a low-cost substrate, and a method for manufacturing a polycrystalline solar cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】各種機器の駆動エネルギー源や商用電力
と系統連結させる電源として、太陽電池が広く研究され
ている。2. Description of the Related Art Solar cells have been widely studied as power sources that are system-connected to driving energy sources of various devices and commercial power.
【0003】太陽電池はコスト的要請から金属のような
低価格基板上に素子を形成できることが望まれる。一
方、太陽電池を構成する半導体としては一般にシリコン
が用いられる。中でも、光エネルギーを起電力に変換す
る効率すなわち光電変換効率の観点からは、単結晶シリ
コンが最も優れている。しかし、大面積化および低コス
ト化の観点からは、アモルファスシリコンが有利とされ
ている。[0003] For a solar cell, it is desired that an element can be formed on a low-cost substrate such as a metal due to cost requirements. On the other hand, silicon is generally used as a semiconductor constituting a solar cell. Among them, single crystal silicon is the most excellent from the viewpoint of efficiency of converting light energy into electromotive force, that is, photoelectric conversion efficiency. However, amorphous silicon is considered to be advantageous from the viewpoint of increasing the area and reducing the cost.
【0004】また、近年においては、アモルファスシリ
コンなみの低コストと単結晶シリコンなみの高エネルギ
ー変換効率とを得る目的で、多結晶シリコンの使用が検
討されている。ところが、このような単結晶や多結晶シ
リコンにおいて従来提案されている方法は塊状の結晶を
スライスして板状の基板とするため、その厚さを0.3
mm以下にすることは困難であった。従って、基板は、
光量を十分に吸収するのに必要以上の厚さを有してしま
すため、材料の有効利用が十分ではなかった。即ち、低
価格化を図るためにはさらなる薄型化が必要であった。[0004] In recent years, the use of polycrystalline silicon has been studied for the purpose of obtaining low cost comparable to amorphous silicon and high energy conversion efficiency comparable to single crystal silicon. However, in a method conventionally proposed for such a single crystal or polycrystalline silicon, a bulk crystal is sliced into a plate-like substrate.
mm was difficult. Therefore, the substrate is
The material was not thick enough to absorb the amount of light, so the material was not effectively used. That is, in order to reduce the cost, it was necessary to further reduce the thickness.
【0005】低価格化を目指した多結晶シリコン基板の
作製方法としては、溶融したSiの液滴を坩堝に流し込
むというスピン法を用いてシリコンウエハーを形成する
方法が提案されているる。しかし、この方法は、厚さは
最低でも0.1〜0.2mm程度となり、結晶Siとし
て光吸収に必要十分な膜厚(20〜50μm)に比べま
だ薄型化が十分ではなかった。加えて、このような薄型
化では、もはやシリコンウエハー自体が基板としての強
度を有することが困難になり、その結果必然的にシリコ
ンウエハーを支持する別の安価な基板が要求されるとい
う問題もあった。[0005] As a method of manufacturing a polycrystalline silicon substrate aiming at low cost, there has been proposed a method of forming a silicon wafer by using a spin method in which molten Si droplets are poured into a crucible. However, this method has a thickness of at least about 0.1 to 0.2 mm at the minimum, and has not been sufficiently thinned as compared with a film thickness (20 to 50 μm) necessary and sufficient for light absorption as crystalline Si. In addition, such thinning makes it difficult for the silicon wafer itself to have the strength as a substrate, which inevitably requires another inexpensive substrate for supporting the silicon wafer. Was.
【0006】そこで金属級シリコンからなる基板を形成
した後、その上に光吸収に必要十分な膜厚を有するシリ
コン層を液相成長法で形成して太陽電池とする試みが報
告されている(T.F.Ciszek, T.H.Wang, X.Wu, R.W.Burro
ws, J.Alleman, C.R.Schwerdtfeger and T.Bekkedahl,
"Si thin layer growth from metal solution on sing
le-crystal and cast metallurgical-grade multicryst
alline Si substrates", 23rd IEEE Photovoltaic spec
ialists Conference, (1993) p.65)。Accordingly, there has been reported an attempt to form a solar cell by forming a substrate made of metal-grade silicon and then forming a silicon layer having a film thickness necessary and sufficient for light absorption on the substrate by a liquid phase growth method (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157556). TFCiszek, THWang, X.Wu, RWBurro
ws, J. Alleman, CRSchwerdtfeger and T. Bekkedahl,
"Si thin layer growth from metal solution on sing
le-crystal and cast metallurgical-grade multicryst
alline Si substrates ", 23rd IEEE Photovoltaic spec
ialists Conference, (1993) p.65).
【0007】上述の方法では金属溶媒に銅、アルミニウ
ムあるいは錫を用いて金属級シリコンからなる低純度シ
リコン基板上にシリコン層を形成しており、いづれの場
合も成長初期に自然酸化膜除去の為のエッチバックを行
う。このエッチバックを行うと、主に結晶粒界中に溶媒
である金属が取り残されてしまい、そのため太陽電池と
しての特性は十分なものが得られていなかった。In the above-mentioned method, a silicon layer is formed on a low-purity silicon substrate made of metal-grade silicon using copper, aluminum or tin as a metal solvent. In either case, a natural oxide film is removed at the beginning of growth. Perform etch back. When this etch-back is performed, the metal which is a solvent is mainly left behind in the crystal grain boundaries, and as a result, sufficient characteristics as a solar cell have not been obtained.
【0008】この点を解決する目的で銅及びアルミニウ
ム合金を溶媒に用いてエッチバックを行わない方法が開
示されている(T.H.Wang, T.F.Ciszek, C.R.Schwerdtfeg
er,H.Moutinho, R.Matson. "Growth of silicon thin l
ayers on cast MG-Si frommetal solutions for solar
cells". Solar Energy Materials and Solar Cells41/4
2 (1996) p.19)。しかし、この方法は、量産化を図った
場合には、合金の組成制御が複雑になる等の問題があ
る。In order to solve this problem, there has been disclosed a method in which copper and an aluminum alloy are used as a solvent and etching back is not performed (THWang, TFCiszek, CRSchwerdtfeg).
er, H. Moutinho, R. Matson. "Growth of silicon thin l
ayers on cast MG-Si frommetal solutions for solar
cells ". Solar Energy Materials and Solar Cells41 / 4
2 (1996) p.19). However, this method has a problem that, when mass production is intended, the composition control of the alloy becomes complicated.
【0009】先に本発明の出願人は、特開平10−09
8205号公報において、結晶シリコン基体上に金属溶
媒を用いた液相成長法によりシリコン層を形成する工程
を含む太陽電池の製造方法であって、前記結晶シリコン
基体表面の不純物濃度の総量が10ppm以上であり、
前記金属溶媒がインジウムであることを特徴とする太陽
電池の製作方法を提案している。[0009] The applicant of the present invention has disclosed in
No. 8205, a method for manufacturing a solar cell including a step of forming a silicon layer on a crystalline silicon substrate by a liquid phase growth method using a metal solvent, wherein the total impurity concentration on the surface of the crystalline silicon substrate is 10 ppm or more. And
The present invention proposes a method for manufacturing a solar cell, wherein the metal solvent is indium.
【0010】またG.Ballhorn,K.J.Weber,S.Armand,M.J.
Stocks,A.W.Blakers. "High-efficiency multicrystall
ine silicon solar cells". Solar Energy Material an
d Cells 52(1998) p.61-p.68においては、多結晶シリコ
ン基板上に、液相成長法によりシリコン層を形成する際
に、成長とメルトバックとを繰返すことにより、平坦な
成長が得られることが記載されている。[0010] Also, G. Ballhorn, KJ Weber, S. Armand, MJ
Stocks, AWBlakers. "High-efficiency multicrystall
ine silicon solar cells ". Solar Energy Material an
d Cells 52 (1998) p.61-p.68 show that when a silicon layer is formed on a polycrystalline silicon substrate by liquid phase epitaxy, growth and meltback are repeated to achieve flat growth. It is stated that it can be obtained.
【0011】しかしながら一般的に多結晶太陽電池の場
合、粒界に欠陥が多数あり、そこでの電荷の再結合が大
きい。多結晶太陽電池の変換効率を向上させるために
は、粒界での電荷の再結合を抑えることが必要である。
従来このために、多結晶シリコンの上に非晶質シリコン
あるいは微結晶シリコンを薄く成膜し、含まれるH原子
で粒界のダングリングボンドをターミネイトすることに
より粒界を不活性化し、粒界での再結合を抑えていた。
しかしながらこの方法ではターミネートしたH原子の離
脱を防ぐためにその後のプロセス条件に大きな制限が課
せられる。またその効果も十分とはいえなかった。However, in general, in the case of a polycrystalline solar cell, there are many defects at grain boundaries, and charge recombination there is large. In order to improve the conversion efficiency of a polycrystalline solar cell, it is necessary to suppress the recombination of charges at grain boundaries.
Conventionally, for this purpose, a thin film of amorphous silicon or microcrystalline silicon is formed on polycrystalline silicon, and the dangling bonds at the grain boundaries are terminated by H atoms contained in the film to inactivate the grain boundaries. Recombination was suppressed.
However, this method imposes great limitations on subsequent process conditions in order to prevent the escape of terminated H atoms. The effect was not enough.
【0012】一般的に、太陽電池の発電電力を外部回路
に取り出す場合、光照射側からは、グリッド状の集電電
極から取り出している。しかしながら集電電極の下は光
が照射されないため、発電の起こらない領域になってし
まう。そこで集電電極の面積をできるだけ小さくしよう
とするが、あまり小さいと直列抵抗が上昇し変換効率は
低下してしまう。従って集電電極の面積には最適値が存
在する。この値は発電電流、その下の半導体層あるいは
透明電極層の抵抗値に依存するが、一般的には太陽電池
の光入射面の面積に対して5%から15%程度である。
従って集電電極の存在による発電効率の低下は避けられ
ない。In general, when power generated by a solar cell is taken out to an external circuit, it is taken out from a grid-like current collecting electrode from the light irradiation side. However, since light is not irradiated below the current collecting electrode, the region becomes a region where power generation does not occur. Therefore, an attempt is made to reduce the area of the collecting electrode as much as possible. However, if the area is too small, the series resistance increases and the conversion efficiency decreases. Therefore, there is an optimum value for the area of the collecting electrode. This value depends on the generated current and the resistance of the underlying semiconductor layer or transparent electrode layer, but is generally about 5% to 15% with respect to the area of the light incident surface of the solar cell.
Therefore, a reduction in power generation efficiency due to the presence of the collecting electrode is inevitable.
【0013】さらに、多結晶太陽電池の場合は、光入射
面に粒界部分が存在する。活性層としての多結晶層に光
が照射された場合、結晶粒の中心部で発生した電荷は光
電流として外部回路に取り出せる。しかし結晶粒界近傍
で発生した電荷は粒界に達する割合が多い。そして一般
に結晶粒界は欠陥が多く、発生した電荷の再結合中心が
多いため、この粒界部分で多くの電荷が再結合して消滅
してしまい光電流として外部回路に取り出せる割合が小
さくなってしまう。従って多結晶太陽電池に集電電極を
設ける場合、集電電極自体の面積の他に、粒界部分の面
積を考慮する必要がある(粒界部分はその上が集電電極
によって遮光されていなくても発電に寄与する割合が小
さいため、集電電極部分の面積と粒界部分の面積のトー
タルの面積を小さくする必要がある)。Further, in the case of a polycrystalline solar cell, a grain boundary portion exists on the light incident surface. When the polycrystalline layer as the active layer is irradiated with light, charges generated at the center of the crystal grain can be taken out to an external circuit as a photocurrent. However, the charge generated in the vicinity of the crystal grain boundary has a large proportion reaching the grain boundary. In general, the crystal grain boundaries have many defects and many recombination centers of generated charges, so that many charges recombine and disappear at these grain boundaries, and the proportion of photocurrent that can be taken out to an external circuit is reduced. I will. Therefore, when a collecting electrode is provided in a polycrystalline solar cell, it is necessary to consider the area of the grain boundary portion in addition to the area of the collecting electrode itself (the grain boundary portion is not shielded from light by the collecting electrode. However, since the rate of contribution to power generation is small, it is necessary to reduce the total area of the current collecting electrode portion and the grain boundary portion.)
【0014】特開平5−299677号公報では、集電
電極としてZnO透光性電極を用いた方法が記載されて
いる。しかしながら一般に透光性電極は金属等に比べ抵
抗率は高く、大面積の太陽電池には向かない。JP-A-5-299677 describes a method using a ZnO translucent electrode as a current collecting electrode. However, in general, a light-transmitting electrode has a higher resistivity than a metal or the like and is not suitable for a large-area solar cell.
【0015】特開平6−125100号公報には、集電
電極の抵抗を、半田を上にのせることにより、低下させ
る方法が示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-125100 discloses a method of lowering the resistance of a current collecting electrode by placing solder on top.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとしている課題】本発明は、特性の
良好な多結晶太陽電池及び多結晶太陽電池の製造方法を
提供することを第一の目的とする。すなわち変換効率の
高い薄膜多結晶シリコンなどの多結晶太陽電池及び多結
晶太陽電池の製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polycrystalline solar cell having good characteristics and a method for manufacturing the polycrystalline solar cell. That is, an object of the present invention is to provide a polycrystalline solar cell such as a thin-film polycrystalline silicon having a high conversion efficiency and a method of manufacturing the polycrystalline solar cell.
【0017】また本発明の第二の目的は安価な多結晶太
陽電池及び多結晶太陽電池の製造法を提供することにあ
る。A second object of the present invention is to provide an inexpensive polycrystalline solar cell and a method for manufacturing the polycrystalline solar cell.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の従来技
術における問題を解決し、上記の目的を達成すべく本発
明者が鋭意研究を重ねた結果完成に至ったものである。The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and has been completed as a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above objects.
【0019】本発明の多結晶太陽電池は、多結晶シリコ
ン基板上に、活性層及び該活性層と反対極性の半導体層
とから構成された多結晶太陽電池において、該活性層が
基板の結晶構造を反映して成長した多結晶よりなり、該
活性層を形成する多結晶の粒界部における膜厚が多結晶
粒中心部の膜厚よりも小さく、該粒界部が溝状となるこ
とにより該粒界部上の前記半導体層に溝が形成され、該
溝に発電電流を取り出すための電極が埋め込まれている
ことを特徴とする。A polycrystalline solar cell according to the present invention is a polycrystalline solar cell comprising an active layer and a semiconductor layer having the opposite polarity to the active layer on a polycrystalline silicon substrate. The thickness at the grain boundary portion of the polycrystal forming the active layer is smaller than the thickness at the center portion of the polycrystal grain, and the grain boundary portion has a groove shape. A groove is formed in the semiconductor layer on the grain boundary portion, and an electrode for extracting a generated current is embedded in the groove.
【0020】前記活性層は、液相成長された活性層であ
ることが好ましい。Preferably, the active layer is a liquid phase grown active layer.
【0021】活性層を形成する多結晶の粒界部における
膜厚が多結晶粒中心部の膜厚に対して、0.20以上
0.85以下の範囲内にあることが好ましい。It is preferable that the film thickness at the grain boundary of the polycrystal forming the active layer is in the range of 0.20 to 0.85 with respect to the film thickness at the center of the polycrystal.
【0022】活性層を形成する多結晶の粒界部における
膜厚が多結晶粒中心部の膜厚に対して、0.25以上
0.75以下の範囲内にあることが好ましい。It is preferable that the film thickness at the grain boundary of the polycrystal forming the active layer is in the range of 0.25 to 0.75 with respect to the film thickness at the center of the polycrystal.
【0023】単位面積当たりに存在する電極部分の面積
が1%以上20%以下であることが好ましい。It is preferable that the area of the electrode portion existing per unit area is 1% or more and 20% or less.
【0024】多結晶シリコン基板が10ppm以上の不
純物を含む金属級シリコンであることが好ましい。It is preferable that the polycrystalline silicon substrate is metal-grade silicon containing 10 ppm or more of impurities.
【0025】溝に埋め込まれた発電電流を取り出すため
の電極は、金属ペーストであることが好ましい。The electrode for taking out the generated current embedded in the groove is preferably a metal paste.
【0026】金属ペーストは、Ag、Al,Cu,Cr
粉をポリマーに混成したものであることが好ましい。The metal paste is made of Ag, Al, Cu, Cr
It is preferable that the powder is mixed with a polymer.
【0027】前記金属粉は、0.3〜0.5μmのりん
片状金属粉と0.1〜0.2μmの球状金属粉との混合
金属粉であることが好ましい。The metal powder is preferably a mixed metal powder of a flaky metal powder of 0.3 to 0.5 μm and a spherical metal powder of 0.1 to 0.2 μm.
【0028】溝に埋め込まれた発電電流を取り出すため
の電極は、金属ペーストと導電性粉体と該導電性粉体よ
りも低い融点の金属または合金または混合物(低融点金
属)層とから構成され、前記導電性粉体が前記半導体層
上に前記金属ペーストを介して固定され、その上に前記
低融点金属層が形成されていることが好ましい。The electrode for taking out the generated current embedded in the groove is composed of a metal paste, a conductive powder, and a metal or alloy or a mixture (low-melting metal) layer having a lower melting point than the conductive powder. Preferably, the conductive powder is fixed on the semiconductor layer via the metal paste, and the low melting point metal layer is formed thereon.
【0029】導電性粉体は、Ni,Ag,Cuあるいは
これらの合金の少なくとも一つからなることが好まし
い。The conductive powder is preferably made of at least one of Ni, Ag, Cu or an alloy thereof.
【0030】本発明の多結晶太陽電池の製造方法は、多
結晶シリコン基板上に、液相成長された活性層および該
活性層と反対極性の半導体層とから構成された多結晶太
陽電池の製造方法であって、該活性層を形成する多結晶
の粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の膜厚よりも小
さく、該粒界部を溝状に形成する工程と、該溝に発電電
流を取り出すための電極を埋め込む工程とを有すること
を特徴とする。The method for manufacturing a polycrystalline solar cell according to the present invention is directed to a method for manufacturing a polycrystalline solar cell comprising an active layer grown on a polycrystalline silicon substrate and a semiconductor layer having the opposite polarity to the active layer. A film thickness at a grain boundary portion of the polycrystal forming the active layer is smaller than a film thickness at a central portion of the polycrystal grain, and forming the grain boundary portion in a groove shape; Embedding an electrode for extracting a current.
【0031】溝に埋め込む発電電流を取り出すための電
極は金属ペーストであることが好ましい。It is preferable that the electrode for extracting the generated current to be embedded in the groove is a metal paste.
【0032】溝に埋め込まれた発電電流を取り出すため
の電極は、金属ペーストと導電性粉体と該導電性粉体よ
りも低い融点の金属または合金または混合物(低融点金
属)層とから構成され、前記導電性粉体が前記半導体層
上に前記金属ペーストを介して固定する工程と、その上
に前記低融点金属層を形成する工程とを有することが好
ましい。The electrode for taking out the generated current embedded in the groove is composed of a metal paste, a conductive powder, and a metal or alloy or a mixture (low-melting metal) layer having a lower melting point than the conductive powder. Preferably, the method further includes a step of fixing the conductive powder on the semiconductor layer via the metal paste, and a step of forming the low melting point metal layer thereon.
【0033】[0033]
【作用】本発明者は、多結晶シリコン太陽電池の変換効
率を向上させるために、幾多の実験を重ねた。その結
果、集電電極の存在が変換効率に大きく影響しているこ
とがわかった。集電電極の下は光が照射されないため、
発電は起こらない。集電電極がなければ当然ながら発電
されるわけであるから、集電電極の面積割合だけ発電効
率は低下する。従って集電電極の面積割合が小さいほど
変換効率が大きくなる。しかしながら集電電極の面積割
合が余りに小さくなると直列抵抗が増加し、太陽電池の
曲線因子特性(Fill Factor)が悪くなり、
変換効率が低下する。従って集電電極の面積割合に最適
値があることがわかった。集電電極の材質、表面半導体
層の表面抵抗に依存するが、通常5から15%程度であ
る。従ってこの割合の変換効率の低下は避けられない。The present inventor has conducted a number of experiments in order to improve the conversion efficiency of a polycrystalline silicon solar cell. As a result, it was found that the presence of the collecting electrode greatly affected the conversion efficiency. Since no light is irradiated below the collecting electrode,
No power generation occurs. If there is no current collecting electrode, power is naturally generated, so the power generation efficiency is reduced by the area ratio of the current collecting electrode. Therefore, the smaller the area ratio of the collecting electrode, the higher the conversion efficiency. However, if the area ratio of the collecting electrode is too small, the series resistance increases and the fill factor of the solar cell deteriorates,
Conversion efficiency decreases. Therefore, it was found that there was an optimum value for the area ratio of the collecting electrode. Although it depends on the material of the collecting electrode and the surface resistance of the surface semiconductor layer, it is usually about 5 to 15%. Therefore, a decrease in the conversion efficiency at this ratio cannot be avoided.
【0034】一方、多結晶太陽電池において、粒界近傍
での発電効率は結晶粒の中心部に比し著しく低いことが
知られている。特に多結晶粒界の膜厚が厚い場合に著し
い。On the other hand, in a polycrystalline solar cell, it is known that the power generation efficiency in the vicinity of the grain boundary is significantly lower than that in the center of the crystal grain. This is particularly remarkable when the thickness of the polycrystalline grain boundary is large.
【0035】従って先に説明したように、多結晶太陽電
池に集電電極を設ける場合、集電電極自体の面積の他
に、粒界部分の面積を考慮する必要がある(粒界部分は
その上が集電電極によって遮光されていなくても発電に
寄与する割合が小さいため、集電電極部分の面積と粒界
部分の面積のトータルの面積を小さくする必要があ
る)。Therefore, as described above, when a current collecting electrode is provided in a polycrystalline solar cell, it is necessary to consider the area of the grain boundary portion in addition to the area of the current collecting electrode itself (the grain boundary portion is not Even if the upper part is not shaded by the collecting electrode, the contribution to power generation is small, so it is necessary to reduce the total area of the collecting electrode portion and the grain boundary portion.
【0036】これに対して粒界の上に集電電極を作りこ
めるならば、集電電極の存在によって光が照射されない
ことによる発電効率の低下は極めて小さくできる。しか
しながら粒界上に集電電極を形成することは極めて難し
い。粒界は不規則に形成されているため手作業で行なう
以外方法はなく、工業化は不可能である。On the other hand, if the current collecting electrode can be formed on the grain boundary, the decrease in power generation efficiency due to no light irradiation due to the presence of the current collecting electrode can be extremely reduced. However, it is extremely difficult to form a collecting electrode on a grain boundary. Since the grain boundaries are irregularly formed, there is no other method than manual operation, and industrialization is impossible.
【0037】本発明者らは多結晶シリコン基板の上に液
相法でシリコン結晶を成長させる実験をおこなった。そ
の結果成長条件を選ぶことにより、結晶粒界部の膜厚を
結晶粒部の膜厚より小さく成長できることがわかった。The present inventors have conducted experiments for growing silicon crystals on a polycrystalline silicon substrate by a liquid phase method. As a result, it was found that by selecting the growth conditions, the thickness of the crystal grain boundary can be made smaller than the thickness of the crystal grain.
【0038】また多結晶粒界の膜厚と多結晶粒の膜厚の
比は液相成長法において、成長条件を制御することによ
り、所望の値にすることができた。すなわち粒界にそっ
て溝状の構造を作ることができた。Further, the ratio of the thickness of the polycrystalline grain boundary to the thickness of the polycrystalline grain could be set to a desired value by controlling the growth conditions in the liquid phase growth method. That is, a groove-like structure could be formed along the grain boundaries.
【0039】ここでこの溝にのみ導電ペーストを埋め込
むことはたやすい。すなわちゴムあるいはやわらかく弾
力性のあるプラスチック製のブレードで半導体表面をこ
することによりできることがわかった。Here, it is easy to embed the conductive paste only in these grooves. That is, it was found that the semiconductor surface can be rubbed with a blade made of rubber or a soft and elastic plastic.
【0040】また、金属級シリコンのような低純度シリ
コン基板の表面にインジウムを用いた液相成長法により
シリコン層を堆積させることで、特性の良好な薄膜結晶
太陽電池が形成できることを見出した。It has also been found that a thin-film crystal solar cell having good characteristics can be formed by depositing a silicon layer on the surface of a low-purity silicon substrate such as metal-grade silicon by a liquid phase growth method using indium.
【0041】また、坩堝内で溶融/固化させた板状金属
級シリコンの表面にインジウムを用いた液相成長法によ
りシリコン層を堆積させることで、特性の良好な薄膜結
晶太陽電池が形成できることを見出した。またさらに坩
堝内で溶融/固化させた板状金属級シリコンの表面層を
金属溶媒で溶解/再析出させた後にその上にインジウム
を用いた液相成長法によりシリコン層を堆積させること
でより良好な太陽電池が形成できることを見出し、本発
明の完成に至った。Further, it is demonstrated that a thin-film crystalline solar cell having good characteristics can be formed by depositing a silicon layer on the surface of a plate-like metal-grade silicon melted / solidified in a crucible by a liquid phase growth method using indium. I found it. Further, the surface layer of the plate-shaped metal-grade silicon melted / solidified in the crucible is further dissolved / reprecipitated with a metal solvent, and then a silicon layer is deposited thereon by a liquid phase growth method using indium. They found that a perfect solar cell could be formed, and completed the present invention.
【0042】本発明においては、集電電極が発電効率の
悪い粒界近傍に限定されるため、集電電極の存在のた
め、光が結晶粒の上に照射されないことによる発電効率
の低下を抑制することができ、変換効率の向上が得られ
る。In the present invention, since the current collecting electrode is limited to the vicinity of the grain boundary where power generation efficiency is poor, a reduction in power generation efficiency due to light not being irradiated onto the crystal grains due to the presence of the current collecting electrode is suppressed. And the conversion efficiency can be improved.
【0043】本発明は、多結晶の構造的特長、即ち粒界
近傍の膜の厚さと結晶粒の中心部分の厚さの差(=凹
凸)を積極的に活用するものであり、従来のように平坦
化処理を必要とする技術とは全く異なるものである。The present invention positively utilizes the structural characteristics of polycrystal, that is, the difference (= unevenness) between the thickness of the film near the grain boundary and the thickness of the central portion of the crystal grain. This is completely different from a technique that requires a flattening process.
【0044】前記活性層を液相成長させるに際し、基板
として安価な金属級シリコン基板を用いたとしても、表
面にインジウムを接触させて液相成長を行うことにより
不純物の混入の少ない活性層を成長させることができ、
変換効率が高い太陽電池が得られる。Even when an inexpensive metal-grade silicon substrate is used as the substrate for growing the active layer in the liquid phase, the active layer with less impurities is grown by contacting the surface with indium to perform the liquid phase growth. Can be
A solar cell with high conversion efficiency can be obtained.
【0045】粒界近傍の膜の厚さ(t2)を結晶粒の中
心部分の厚さ(t1)より薄く構成する点については以
下の作用効果を有する。t2/t1の比が0.20以上
0.85以下、より好ましくは0.25以上0.75以
下とすることにより、粒界近傍における電荷の走行距離
が短くなり、電荷の走行時間を短くなる。そのため太陽
電池セル内での電荷の再結合が減少し、外部回路にとり
だされる電流が増加し、変換効率の向上が得られる。The point that the thickness (t2) of the film near the grain boundary is made smaller than the thickness (t1) of the central portion of the crystal grain has the following operation and effect. By setting the ratio of t2 / t1 to be 0.20 or more and 0.85 or less, more preferably 0.25 or more and 0.75 or less, the traveling distance of the electric charge near the grain boundary is shortened, and the traveling time of the electric charge is shortened. . As a result, recombination of charges in the solar cell is reduced, the current taken out to an external circuit is increased, and the conversion efficiency is improved.
【0046】0.20以下の場合は結晶粒界部の膜厚が
結晶粒部の膜厚に比べ著しく小さくなり、結晶粒界部で
のリーク電流が増加する。特に結晶粒界部の膜厚が極め
て薄い場合は上部高濃度半導体層および集電電極と下部
高濃度半導体層との絶縁が維持できないほどリーク電流
が増加する。また逆に結晶粒部の膜厚が極めて厚い場合
は結晶粒部内を電荷が走る過程で結晶粒部内の欠陥によ
る再結合も増加する。0.85以上の場合は結晶粒界近
傍において発生した電荷の走行距離が長くなり、結晶粒
界部の欠陥による再結合が増加するという理由によりIn the case of 0.20 or less, the thickness of the crystal grain boundary becomes significantly smaller than the thickness of the crystal grain, and the leakage current at the crystal grain boundary increases. In particular, when the thickness of the crystal grain boundary portion is extremely small, the leakage current increases so that insulation between the upper high-concentration semiconductor layer and the current collecting electrode and the lower high-concentration semiconductor layer cannot be maintained. Conversely, when the thickness of the crystal grain portion is extremely large, recombination due to defects in the crystal grain portion increases in the course of the charge running in the crystal grain portion. In the case of 0.85 or more, the traveling distance of the charges generated in the vicinity of the crystal grain boundaries becomes longer, and recombination due to defects in the crystal grain boundaries increases.
【0047】なお、本発明における粒界近傍の膜の厚さ
(t1)を結晶粒の中心部分の厚さ(t2)とは、その
測定方法としては特に限定はないが、例えば触針式の膜
厚測定装置が簡便で好ましい。このようなものとして
は、アルファーステップ(商品名)、タリステップ(商
品名)等の装置がある。結晶を成長させていない基板部
分を基準にとって結晶粒部および結晶粒界部をそれぞれ
1mm程度の長さにわたって測定しその各部分の平均を
出す。その際それぞれの複数箇所を測定(例えば10点
平均)することが好ましい。また本発明の結晶粒の中心
部分の厚さ(t2)とは、図3に示したように基板と、
結晶粒の中心部分(基板に平行な部分)の厚さであり、
粒界部分近傍の一部が盛り上がっているような場合に
は、盛り上がっている部分の厚さは除外して考える。In the present invention, the thickness (t1) of the film in the vicinity of the grain boundary is referred to as the thickness (t2) of the central portion of the crystal grain. A film thickness measuring device is simple and preferable. Such devices include devices such as Alpha Step (product name) and Tali Step (product name). The crystal grain portion and the crystal grain boundary portion are each measured over a length of about 1 mm with reference to the substrate portion on which no crystal is grown, and the average of each portion is obtained. At that time, it is preferable to measure each of the plurality of points (for example, average 10 points). Further, the thickness (t2) of the central part of the crystal grain of the present invention refers to the thickness of the substrate as shown in FIG.
The thickness of the central part of the crystal grain (part parallel to the substrate),
In the case where a part near the grain boundary is raised, the thickness of the raised part is considered.
【0048】なお、結晶粒の中心部の厚さと粒界部分の
厚さを所望の比に調整する方法例の詳細は例えば次の通
りである。The details of an example of a method of adjusting the thickness of the central portion of the crystal grain and the thickness of the grain boundary portion to a desired ratio are as follows, for example.
【0049】一般的に堆積とメルトバックが共存するよ
うな熱平衡状態を維持して成長を行なうと平坦な膜にな
りやすい。逆に熱平衡からずれるほど結晶粒の中心部の
厚さと粒界部分の厚さとの差がつきやすい。したがって
液相成長時の温度降下速度が速いほど差がつきやすい。
また液相成長前の過飽和度が高いほど差がつきやすい。
そのほかたとえば金属溶媒を循環させ、つねに過飽和度
の高い溶媒を基板に接しさせることによりメルトバック
を抑え、結晶粒の中心部の厚さと粒界部分の厚さとの差
をつけることができる。In general, when growth is performed while maintaining a thermal equilibrium state in which deposition and meltback coexist, a flat film tends to be formed. Conversely, the more the thermal equilibrium deviates from the thermal equilibrium, the more likely the difference between the thickness at the center of the crystal grain and the thickness at the grain boundary is. Therefore, the difference tends to increase as the temperature drop rate during liquid phase growth increases.
Also, the higher the degree of supersaturation before liquid phase growth, the more likely the difference will be.
In addition, for example, by circulating a metal solvent and always bringing a solvent having a high degree of supersaturation into contact with the substrate, meltback can be suppressed, and a difference between the thickness of the central portion of the crystal grain and the thickness of the grain boundary portion can be provided.
【0050】また差がつきすぎた場合はメルトバックの
工程を導入することにより、結晶粒の中心部の厚さと粒
界部分の厚さを所望の比に調整することができる。When the difference is too large, the thickness of the central portion of the crystal grains and the thickness of the grain boundary portion can be adjusted to a desired ratio by introducing a step of melt back.
【0051】また、本発明においては、単位面積当たり
に存在する集電電極の面積(=粒界部分の面積)を特定
の範囲(1%以上20%以下)に制御することにより本
発明の効果を一層高めることができる。In the present invention, the effect of the present invention can be obtained by controlling the area of the current collecting electrode per unit area (= the area of the grain boundary portion) to a specific range (1% or more and 20% or less). Can be further increased.
【0052】すなわち、粒界部分は先に説明したように
欠陥が多く存在する。従って集電電極を粒界部分に埋め
込んだとしても全体に対して集電電極(=粒界部分)の
占める割合がある程度以上多くなると、粒界部分で再結
合し、その結果光電流として取り出すことのできない電
流が増大し、光電変換効率が低くなる場合がある。That is, the grain boundary portion has many defects as described above. Therefore, even if the current collecting electrode is embedded in the grain boundary portion, if the ratio of the current collecting electrode (= grain boundary portion) to the whole becomes larger than a certain level, the current collecting electrode is recombined at the grain boundary portion, and as a result, the photocurrent is taken out. In some cases, the current that cannot be performed increases, and the photoelectric conversion efficiency decreases.
【0053】本発明者らがこの点に着目して種種の検討
を行ったところ、単位面積当たりに存在する集電電極
(=粒界部分)の面積が20%以下、より好ましくは1
0%以下、最適には8%以下のときに、本発明の効果が
一層顕著であることが確認された。下限値については特
に限定はないが(0の場合は単結晶であるため本発明の
範囲外)、単結晶に近づくほどコスト的には上昇する方
向であるため、1%以上であることがコスト面及び特性
面から考えて最適な範囲である。The inventors of the present invention have studied various kinds of materials by paying attention to this point, and found that the area of the current collecting electrode (= grain boundary portion) per unit area is 20% or less, more preferably 1% or less.
It was confirmed that the effect of the present invention was even more remarkable when the content was 0% or less, optimally 8% or less. The lower limit is not particularly limited (a value of 0 is a single crystal, which is out of the scope of the present invention). However, the lower the value, the higher the cost. This is the optimum range in view of the surface and characteristics.
【0054】単位面積当たりに存在する集電電極(=粒
界部分)の面積が20%を超えると、光電流として取り
出すことのできる電流が著しく減少するため本発明の効
果を充分に発現することができない場合がある。If the area of the current collecting electrode (= grain boundary portion) per unit area exceeds 20%, the current that can be taken out as a photocurrent is significantly reduced, so that the effects of the present invention can be sufficiently exhibited. May not be possible.
【0055】また、多結晶シリコン基板として、10p
pm以上の不純物を含む金属級シリコン基板を使用する
ことにより、太陽電池グレード(不純物濃度10ppm
未満)のシリコン量が通常の多結晶ウエハー太陽電池に
比べ、大幅に少なくすることができる。As a polycrystalline silicon substrate, 10 p
By using a metal-grade silicon substrate containing impurities of pm or more, solar cell grade (impurity concentration 10 ppm)
) Of silicon can be significantly reduced as compared with ordinary polycrystalline wafer solar cells.
【0056】また、金属級シリコン基板表面にインジウ
ムを接触させて液相成長を行うことにより不純物混入の
少ない、太陽電池に好適なシリコン層が形成できる。In addition, by performing liquid phase growth by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate, it is possible to form a silicon layer suitable for a solar cell with less impurities.
【0057】また、インジウムで液相成長する前に、基
板表面層を金属溶媒により溶解した後、再析出させるこ
とで、偏析効果により大部分の不純物を表面層から取り
除いておくことができる。そのためこの上に液相成長す
ることでより良質なシリコン層が形成できる。このと
き、再析出させた層内には基板に含まれた不純物の中、
ホウ素Bが残りやすいため、再析出シリコン層はp型
(p+)となる。このp型(p+)層は太陽電池作製時に
BSF(Back Surface Field)層と
して利用できる。Before the liquid phase growth of indium, the substrate surface layer is dissolved with a metal solvent and then reprecipitated, so that most of the impurities can be removed from the surface layer by the segregation effect. Therefore, a higher quality silicon layer can be formed by liquid phase growth on this. At this time, the re-deposited layer contains impurities contained in the substrate,
Since boron B is likely to remain, the re-deposited silicon layer becomes p-type (p + ). This p-type (p + ) layer can be used as a BSF (Back Surface Field) layer when manufacturing a solar cell.
【0058】溝に埋め込まれた発電電流を取り出すため
の電極に金属ペーストを用いた場合には、溝に電極を埋
め込む加工が容易であり、生産コストを低くできる。When a metal paste is used for an electrode for taking out the generated current embedded in the groove, the process of embedding the electrode in the groove is easy and the production cost can be reduced.
【0059】金属ペーストとして、金属粉としてAg,
Al,Cu,Cr,Niをポリマーに混成したものを用
いた場合には、導電性が高く、電極抵抗による電流取り
出し時の損失を小さくできる。As a metal paste, Ag,
When a mixture of Al, Cu, Cr, and Ni in a polymer is used, the conductivity is high and the loss at the time of current extraction due to electrode resistance can be reduced.
【0060】金属粉として、0.3〜0.5μmのりん
片状金属粉と0.1〜0.2μmの球状金属粉との混合
金属粉を用いた場合には、ペーストとしての作業性がよ
く、乾燥したときの充填が高いため、高い伝導性が得ら
れる。When a mixed metal powder of a flaky metal powder of 0.3 to 0.5 μm and a spherical metal powder of 0.1 to 0.2 μm is used as the metal powder, the workability as a paste becomes poor. Good and high filling when dry provides high conductivity.
【0061】溝に埋め込まれた発電電流を取り出すため
の電極は、金属ペーストと導電性粉体と該導電性粉体よ
りも低い融点の金属または合金または混合物(低融点金
属)層とから構成され、前記導電性粉体が前記半導体層
上に前記金属ペーストを介して固定され、その上に前記
低融点金属層が形成されている場合には、太陽電池の変
換効率はより一層向上する。The electrode for taking out the generated current embedded in the groove is composed of a metal paste, a conductive powder, and a metal or alloy or a mixture (low-melting metal) layer having a lower melting point than the conductive powder. When the conductive powder is fixed on the semiconductor layer via the metal paste and the low melting point metal layer is formed thereon, the conversion efficiency of the solar cell is further improved.
【0062】すなわち、銀ペーストなどの金属ペースト
の硬化前に導電性紛体を金属ペーストの結着剤に含ませ
硬化させ、その上に選択的に半田材料等の低融点金属ま
たは合金または混合物を固定することにより、直列抵抗
の一層の低抵抗化ができる。そのため、太陽電池の変換
効率はより一層向上する。That is, before hardening a metal paste such as a silver paste, a conductive powder is included in a binder of the metal paste and hardened, and a low-melting metal or alloy such as a solder material or an alloy or a mixture is selectively fixed thereon. By doing so, the series resistance can be further reduced. Therefore, the conversion efficiency of the solar cell is further improved.
【0063】導電性粉体として、Ni,Ag,Cuある
いはこれらの合金の少なくとも一つからなるものを用い
ることにより高い伝導性が得られる。High conductivity can be obtained by using, as the conductive powder, one made of at least one of Ni, Ag, Cu or an alloy thereof.
【0064】[0064]
【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態に
係る太陽電池の構成を示した図1および図2に基づき、
本発明をより詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, based on FIGS. 1 and 2 showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention, FIG.
The present invention will be described in more detail.
【0065】図1は本発明の実施の形態に係る太陽電池
の一つの構成例を示すものである。FIG. 1 shows one structural example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
【0066】図1において、11は金属級多結晶シリコ
ンのウエハーのウエハーである。この上に11の結晶構
造をそのまま反映して、太陽電池グレードのシリコン多
結晶層12が形成されている。16は11の金属級多結
晶シリコンウエハーの結晶粒界であり、12の太陽電池
グレードのシリコン多結晶層にも引き継がれている。In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a metal-grade polycrystalline silicon wafer. On top of this, a solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is formed reflecting the crystal structure of 11 as it is. Reference numeral 16 denotes a crystal grain boundary of the 11th metal-grade polycrystalline silicon wafer, which is inherited by 12 solar cell grade silicon polycrystalline layers.
【0067】11の金属級多結晶シリコンウエハーは一
般的にはBが不純物として、多量に含有することにより
強いp型である。抵抗率は0.1−0.001Ω・cm
程度が代表的な値である。含まれる不純物によっては、
n型を示す場合もある。また導電型が明確にならない場
合もある。この場合は図2の構造の太陽電池にすること
が好ましい。The metal-grade polycrystalline silicon wafer of No. 11 is generally a strong p-type because it contains a large amount of B as an impurity. The resistivity is 0.1-0.001Ω · cm
The degree is a typical value. Depending on the impurities contained,
In some cases, it indicates n-type. In some cases, the conductivity type is not clear. In this case, it is preferable to use a solar cell having the structure shown in FIG.
【0068】したがって11と12との間に不用意な接
合をつくらないために、11の金属級多結晶シリコンウ
エハーがp型である場合は12の太陽電池グレードのシ
リコン多結晶層もp型にしておくことが必要である。そ
のため12のシリコン多結晶層作製時の金属溶媒にはシ
リコンと共にIII族の元素を若干溶け込ませておくこと
が必要である。Therefore, in order to prevent inadvertent bonding between 11 and 12, when the metal-grade polycrystalline silicon wafer 11 is p-type, the solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is also made p-type. It is necessary to keep. Therefore, it is necessary to dissolve a group III element slightly together with silicon in the metal solvent at the time of preparing the silicon polycrystalline layer.
【0069】11の金属級多結晶シリコンウエハーがN
型である場合は12の太陽電池グレードのシリコン多結
晶層もN型にしておくことが必要である。そのため12
のシリコン多結晶層作製時の金属溶媒にはシリコンと共
にV族の元素を若干溶け込ませておくことが必要であ
る。The eleven metal-grade polycrystalline silicon wafers were N
In the case of the type, the twelve solar cell grade silicon polycrystalline layers also need to be N-type. Therefore 12
It is necessary to dissolve a group V element together with silicon in the metal solvent at the time of preparing the silicon polycrystalline layer.
【0070】11の太陽電池グレードのシリコン多結晶
層12の膜厚は10〜200μmが好ましく、より好ま
しくは20〜200μmである。太陽光の吸収を考える
と10μ以上が好ましく、そのため大きな発電電流が得
られる。一方、余り厚いと製造コストが高くなり好まし
くない。好ましい膜厚は上記の範囲である。The thickness of the solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is preferably 10 to 200 μm, more preferably 20 to 200 μm. Considering the absorption of sunlight, 10 μm or more is preferable, and therefore a large generated current can be obtained. On the other hand, if it is too thick, the manufacturing cost increases, which is not preferable. The preferred film thickness is in the above range.
【0071】また、12の太陽電池グレードのシリコン
多結晶層の製造方法において使用される結晶成長法とし
ては、液相成長法、LPCVD法、常圧CVD法、プラ
ズマCVD法、光CVD法、スパッタリング法等が用い
られるが、成長速度、結晶性の点から液相成長法を用い
るのが好ましい。The crystal growth method used in the method for manufacturing the twelve solar cell grade silicon polycrystalline layers includes a liquid phase growth method, an LPCVD method, a normal pressure CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, and a sputtering method. A liquid phase growth method is preferably used from the viewpoint of growth rate and crystallinity.
【0072】13は、12とpn接合を形成するための
半導体層で、12とは反対の型の層である。12がP型
のときは、13はN型に、12がN型のときは、13は
P型になるようにする。Reference numeral 13 denotes a semiconductor layer for forming a pn junction with 12, which is a layer of the opposite type to 12. When 12 is P-type, 13 is N-type, and when 12 is N-type, 13 is P-type.
【0073】13の半導体層の形成方法としては、12
の層の表面にイオン打ち込み法あるいは熱拡散法により
12とは反対極性の不純物を導入する方法である。不純
物としては、n型ではP,As,Sb等、p型ではB,
Al,Ga等が夫々好適に選ばれる。The method for forming the semiconductor layer 13 is as follows:
In this method, impurities having a polarity opposite to that of 12 are introduced into the surface of the layer by ion implantation or thermal diffusion. As impurities, P, As, Sb, etc. for n-type, and B, P-type for p-type.
Al, Ga, etc. are each suitably selected.
【0074】半導体接合の形成には、多結晶Siの表面
に多結晶Siの導電型とは異なる半導体層13を液相成
長法、あるいは各種CVD法等で堆積しても良い。この
場合半導体層13の結晶構造は、12の多結晶Si層の
結晶構造を引き継いでも、引き継がなくても良い。引き
継がない場合は、微結晶シリコン、非晶質シリコン・カ
ーバイト等の膜も使用可能である。In forming a semiconductor junction, a semiconductor layer 13 having a conductivity type different from that of polycrystalline Si may be deposited on the surface of polycrystalline Si by a liquid phase growth method, various CVD methods, or the like. In this case, the crystal structure of the semiconductor layer 13 may or may not inherit the crystal structure of the twelve polycrystalline Si layers. If not succeeded, a film of microcrystalline silicon, amorphous silicon carbide or the like can be used.
【0075】これらの接合深さあるいは半導体層の厚さ
としては導入される不純物の量にもよるが、0.01〜
1μmの範囲とするのが好ましく、より好ましくは0.
02〜0.5μmである。接合を均一に形成するために
は、0.01μm以上の半導体層の厚みを必要とする。
一方余り厚いとこの領域での光吸収が無視できなくな、
発電効率が低下する。The junction depth or the thickness of the semiconductor layer depends on the amount of impurities to be introduced.
It is preferably in the range of 1 μm, more preferably 0.1 μm.
02 to 0.5 μm. In order to form a uniform junction, a thickness of the semiconductor layer of 0.01 μm or more is required.
On the other hand, if it is too thick, light absorption in this region cannot be ignored,
Power generation efficiency decreases.
【0076】14は、粒界の溝に形成された集電電極で
ある。集電電極は金属ペーストをコーティングすること
により形成される。Reference numeral 14 denotes a current collecting electrode formed in the groove at the grain boundary. The collecting electrode is formed by coating a metal paste.
【0077】集電電極14はポリエステル系、ポリイミ
ド系、エポキシ系、フェノール系等の熱硬化性樹脂、も
しくはガラスフリットに、直径0.1〜1μm程度の
銀、金、銅、Al等の導電性の高い金属の微粒子を単分
散させ、さらに粘性を整えるためにセルソルブ等の有機
溶剤を混ぜた導電ペースト材料をゴムあるいはやわらか
く弾力性のあるプラスチック製のブレード等を用いて、
半導体層13の上の溝中に埋め込み、その後加熱硬化す
る。The collecting electrode 14 is made of a thermosetting resin such as polyester, polyimide, epoxy or phenol, or a glass frit, and is made of a conductive material such as silver, gold, copper, or Al having a diameter of about 0.1 to 1 μm. High-dispersion metal particles are monodispersed, and a conductive paste material mixed with an organic solvent such as Cellsolve is used to adjust the viscosity using rubber or a soft and elastic plastic blade.
It is buried in the groove above the semiconductor layer 13 and then cured by heating.
【0078】集電電極の太さは、溝の深さできまる。溝
の深さは必要な電力が取り出せる範囲で適宜設計されれ
ば良い。溝の深さ以上に集電電極の太さを太くする必要
のあるときにはその上に半田等をもればよい。導電ペー
ストが乾く前に半田に対して濡れ性の良い金属紛を導電
ペースト上に降りかけ、導電ペースト上以外の部分に積
もった金属粉はエアー等を吹きかけることにより飛ば
す。その後導電ペーストを加熱乾燥すると、シリコン表
面は半田に対して濡れ性がよくないため、試料を半田の
溶液に浸すと埋め込んだ金属上にのみ半田がつく。The thickness of the current collecting electrode is determined by the depth of the groove. The depth of the groove may be appropriately designed as long as necessary power can be taken out. When it is necessary to increase the thickness of the current collecting electrode beyond the depth of the groove, solder or the like may be provided thereon. Before the conductive paste dries, metal powder having good wettability with respect to the solder falls on the conductive paste, and the metal powder accumulated on portions other than the conductive paste is blown off by blowing air or the like. Thereafter, when the conductive paste is heated and dried, the silicon surface has poor wettability with respect to the solder. Therefore, when the sample is immersed in a solder solution, the solder is formed only on the embedded metal.
【0079】15は反射防止膜であり、TiO2,Sn
O2,In2O3,ZnO等の膜がスパッタリング法等で
形成される。Reference numeral 15 denotes an antireflection film, which is made of TiO 2 , Sn
A film of O 2 , In 2 O 3 , ZnO or the like is formed by a sputtering method or the like.
【0080】膜厚は、反射防止効果がもっとも大きくな
るように光電流が最大になる波長でのシリコンと反射防
止膜の屈折率を考慮して決められる。The film thickness is determined in consideration of the refractive index of silicon and the antireflection film at a wavelength at which the photocurrent is maximized so that the antireflection effect is maximized.
【0081】図2は本発明の別の構造例である。図2の
21から26は図1の11から16に対応している。2
7は21の金属級多結晶シリコンウエハーと22の太陽
電池グレードのシリコン多結晶層との間に導入した高ド
ーピング層である。極性は22と同じであるが、抵抗率
は低い。通常0.1Ω・cm以下である。この構造は2
1の金属級多結晶シリコンウエハーの極性が明確でない
とき、22の太陽電池グレードのシリコン多結晶層との
間をオーミックにするために効果がある。FIG. 2 shows another structural example of the present invention. 2 correspond to 11 to 16 in FIG. 2
Reference numeral 7 denotes a highly doped layer introduced between 21 metal-grade polycrystalline silicon wafers and 22 solar cell grade silicon polycrystalline layers. The polarity is the same as 22, but the resistivity is low. Usually, it is 0.1 Ω · cm or less. This structure is 2
When the polarity of the first metal-grade polycrystalline silicon wafer is not clear, it is effective to make ohmic contact with 22 solar cell grade silicon polycrystalline layers.
【0082】以下図1の構造の太陽電池の作製工程例を
示す。 粒状の金属級シリコンを石英坩堝内に投入した。 この坩堝を真空誘導加熱炉内に入れてシリコンの融点
(〜1415℃)以上に一定時間保持することにより金
属級シリコンを溶融した。次に温度を下げて固化させる
ことにより金属級シリコンのインゴットを作製した。 得られた金属級シリコンのインゴットを厚さ350m
mにスライシングし、金属級シリコンのウエハーを作製
した。 金属級シリコンのウエハーを、洗剤および有機溶剤で
洗浄したのち、1.5%のHE水溶液で1分間エッチン
グをおこない、表面の酸化膜を取り除いた。 得られた金属級シリコンウエハーをカーボン・グラフ
ァイト等で形成されたボート内に載置し、水素雰囲気中
でインジウムを用いた液相成長法によりこの基板上にシ
リコン層を堆積した。 このシリコン層表面に接合を形成した。 この上に集電電極パターンを形成した。 この上に反射防止膜を形成し、図1に示す構造の太陽
電池を作製した。An example of a manufacturing process of the solar cell having the structure shown in FIG. 1 will be described below. Granular metal-grade silicon was charged into a quartz crucible. The metal-grade silicon was melted by placing the crucible in a vacuum induction heating furnace and maintaining the temperature above the melting point of silicon (〜1415 ° C.) for a certain period of time. Next, an ingot of metal-grade silicon was produced by lowering the temperature and solidifying. The obtained metal-grade silicon ingot is 350 m thick.
m to produce a metal-grade silicon wafer. After cleaning the metal-grade silicon wafer with a detergent and an organic solvent, the wafer was etched with a 1.5% HE aqueous solution for 1 minute to remove an oxide film on the surface. The obtained metal-grade silicon wafer was placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a silicon layer was deposited on the substrate by a liquid phase growth method using indium in a hydrogen atmosphere. A bond was formed on the surface of the silicon layer. A current collecting electrode pattern was formed thereon. An anti-reflection film was formed thereon, and a solar cell having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.
【0083】また、本発明の別の実施態様に係る図2に
示す構造の太陽電池の作製方法例は次の通りである。 粒状の金属級シリコンを石英坩堝内に投入した。 この坩堝を真空誘導加熱炉内に入れてシリコンの融点
(〜1415℃)以上に一定時間保持することにより金
属級シリコンを溶融した。次に温度を下げて固化させる
ことにより金属級シリコンのインゴットを作製した。 得られた金属級シリコンのインゴットを厚さ350m
mにスライシングし、金属級シリコンのウエハーを作製
した。 金属級シリコンのウエハーを、洗剤および有機溶剤で
洗浄したのち、1.5%のHE水溶液で1分間エッチン
グをおこない、表面の酸化膜を取り除いた。 得られた金属級シリコンのウエハーをカーボン・グラ
ファイト等で形成されたボート内に載置し、例えばイン
ジウム等の金属溶媒を金属級シリコン基板上に接触させ
て電気炉内に入れ、金属級シリコン基板表面層を溶媒中
に溶解させた。次いで温度を下げて溶媒中のシリコン濃
度を飽和あるいは過飽和状態にして再び金属級シリコン
基板表面上にシリコンを析出させた。このとき析出した
シリコンはp型(p+)となった。 得られた金属級シリコン基板をカーボン・グラファイ
ト等で形成されたボート内に載置し、水素雰囲気中でイ
ンジウムを用いた液相成長法によりこの基板上にシリコ
ン層を堆積した。 このシリコン層表面に接合を形成した。 この上に集電電極パターンを形成した。 この上に反射防止膜を形成し、図2に示す構造の太陽
電池を作製した。An example of a method for manufacturing a solar cell having the structure shown in FIG. 2 according to another embodiment of the present invention is as follows. Granular metal-grade silicon was charged into a quartz crucible. The metal-grade silicon was melted by placing the crucible in a vacuum induction heating furnace and maintaining the temperature above the melting point of silicon (〜1415 ° C.) for a certain period of time. Next, an ingot of metal-grade silicon was produced by lowering the temperature and solidifying. The obtained metal-grade silicon ingot is 350 m thick.
m to produce a metal-grade silicon wafer. After cleaning the metal-grade silicon wafer with a detergent and an organic solvent, the wafer was etched with a 1.5% HE aqueous solution for 1 minute to remove an oxide film on the surface. The obtained metal-grade silicon wafer is placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a metal solvent such as indium is brought into contact with the metal-grade silicon substrate and placed in an electric furnace, and the metal-grade silicon substrate is placed in the electric furnace. The surface layer was dissolved in the solvent. Then, the temperature was lowered to make the concentration of silicon in the solvent saturated or supersaturated, and silicon was deposited again on the surface of the metal-grade silicon substrate. At this time, the deposited silicon became p-type (p + ). The obtained metal-grade silicon substrate was placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a silicon layer was deposited on the substrate by a liquid phase growth method using indium in a hydrogen atmosphere. A bond was formed on the surface of the silicon layer. A current collecting electrode pattern was formed thereon. An antireflection film was formed thereon, and a solar cell having the structure shown in FIG. 2 was manufactured.
【0084】以下に本発明に係る太陽電池の製造方法例
について詳述する。Hereinafter, an example of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described in detail.
【0085】本発明に使用される液相成長法は、シリコ
ン基板表面に存在する自然酸化膜を除去する目的で水素
雰囲気下で行われる。成長温度は500〜1100℃の
範囲が好ましく、より好適には700〜1050℃の範
囲が選ばれる。The liquid phase growth method used in the present invention is performed in a hydrogen atmosphere for the purpose of removing a natural oxide film present on the surface of a silicon substrate. The growth temperature is preferably in the range of 500 to 1100C, more preferably in the range of 700 to 1050C.
【0086】本発明に使用されるインジウムとしては9
9.9%〜99.9999%の高純度のものが好まし
い。The indium used in the present invention is 9
High purity of 9.9% to 99.9999% is preferable.
【0087】また、本発明に使用される液相成長法とし
ては、徐冷法や温度差法が好ましいが、本発明者による
恒温法(特開平6−191987号公報)も用いること
ができる。As the liquid phase growth method used in the present invention, a slow cooling method or a temperature difference method is preferable, but a constant temperature method (JP-A-6-191987) by the present inventors can also be used.
【0088】本発明の太陽電池用基体に使用される金属
級シリコンとしては低純度、具体的には不純物元素を
0.1%乃至2%含むものが安価で容易に用いられる。
粒状あるいは粉末状にしてから溶融される前に必要に応
じて予め塩酸等の酸による処理を行い、不純物の量を軽
減しておくことも可能である。As the metal-grade silicon used for the solar cell substrate of the present invention, low-grade, specifically, those containing 0.1% to 2% of an impurity element are inexpensive and easily used.
It is also possible to reduce the amount of impurities by performing a treatment with an acid such as hydrochloric acid in advance as needed before granulation or powdering and before melting.
【0089】本発明に使用される坩堝の材質としては加
工の容易性や価格の点から石英あるいはカーボン・グラ
ファイトが用いられるが、溶融/固化したシリコンを離
型させる材料が塗布できてなおかつ融点がシリコンのそ
れよりも高いものであれば何でも良く、シリコン・カー
バイトや窒化珪素あるいは窒化ホウ素等も使用可能であ
る。また、坩堝は非対称に形成したり、放熱板を付けた
りすることで固化時の熱の流れを制御することで金属級
シリコンに含まれる不純物をシート表面片側に偏析させ
ると同時に結晶粒径を拡大させることも可能である。As the material of the crucible used in the present invention, quartz or carbon graphite is used from the viewpoint of easiness of processing and cost, but a material capable of releasing the molten / solidified silicon from the mold can be applied and the melting point can be reduced. Anything higher than that of silicon can be used, and silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, or the like can be used. In addition, the crucible is formed asymmetrically or by attaching a heat sink to control the heat flow during solidification, thereby segregating impurities contained in metal-grade silicon to one side of the sheet surface and increasing the crystal grain size. It is also possible to make it.
【0090】本発明に使用される坩堝内に塗布される離
型剤としては溶融したシリコンに対して反応を起こさず
接触角の大きいものが選ばれる。具体的にはSi3N4を
主成分としたものが用いられ、必要に応じてSiO2等
が添加される。離型剤の坩堝内への被膜の仕方としては
粉末状のSi3N4を分散させた有機溶液あるいはシラノ
ール溶液を坩堝内にスプレーし、400℃以上の熱処理
をして被膜を形成する。The release agent applied to the crucible used in the present invention is selected from those which do not react with molten silicon and have a large contact angle. Specifically, a material containing Si 3 N 4 as a main component is used, and SiO 2 or the like is added as necessary. As a method of coating the release agent into the crucible, an organic solution or a silanol solution in which powdered Si 3 N 4 is dispersed is sprayed into the crucible, and a heat treatment at 400 ° C. or more is performed to form a coating.
【0091】本発明において使用される金属級シリコン
基板の表面を溶解/再析出させる金属溶煤としては比較
的融点が低く、シリコン基板の表面層を充分に溶解する
ものが選ばれる。このようなものとしては例えばインジ
ウム、ガリウム、錫等が好適である。As the metal soot used for dissolving / reprecipitating the surface of the metal-grade silicon substrate used in the present invention, one having a relatively low melting point and sufficiently dissolving the surface layer of the silicon substrate is selected. As such a material, for example, indium, gallium, tin and the like are preferable.
【0092】また本発明において使用される、インジウ
ムによる液相成長のときのボートや金属級シリコンウエ
ハー表面を金属溶媒で溶解/再析出させるときのボート
としては主にカーボン・グラファイトが用いられるが、
シリコン・カーバイトや窒化珪素等も使用可能である。
金属溶媒をシリコンウエハー表面に接触させる方法とし
ては主にスライド方式やtipping方式が用いられ
る。As the boat used in the present invention for the liquid phase growth with indium and the boat for dissolving / reprecipitating the surface of a metal-grade silicon wafer with a metal solvent, mainly carbon graphite is used.
Silicon carbide, silicon nitride and the like can also be used.
As a method for bringing the metal solvent into contact with the surface of the silicon wafer, a slide method or a tipping method is mainly used.
【0093】本発明において金属級シリコンインゴット
作製に使用される炉としては真空誘導加熱炉が制御性の
上から好ましく、シリコンの融点以上の温度まで安定し
て保持できるものが用いられ、固化させる場合の形成さ
れるインゴットの結晶性の維持の点からおよそ−30℃
/min以下の速度で降温できるものが好ましい。ま
た、金属溶媒で金属級シリコンウエハー基板表面を溶解
/再析出させる場合に用いた炉は通常の電気炉である
が、その仕様は上記真空誘導加熱炉に準じたものを用い
る。またこの場合も誘導加熱炉であってもよい。図3
は、太陽電池グレードシリコン層のみの断面図である。
本発明では結晶粒部の膜厚t1と結晶粒界部の膜厚t2
との比を規定している。In the present invention, a vacuum induction heating furnace is preferably used as a furnace used for manufacturing a metal-grade silicon ingot from the viewpoint of controllability. -30 ° C. from the viewpoint of maintaining the crystallinity of the ingot formed
Those capable of lowering the temperature at a rate of not more than / min are preferred. The furnace used for dissolving / reprecipitating the surface of a metal-grade silicon wafer substrate with a metal solvent is an ordinary electric furnace, and the specifications thereof conform to those of the above vacuum induction heating furnace. Also in this case, an induction heating furnace may be used. FIG.
Is a cross-sectional view of only the solar cell grade silicon layer.
In the present invention, the thickness t1 of the crystal grain portion and the thickness t2 of the crystal grain boundary portion
And the ratio is defined.
【0094】以下では、上述した太陽電池を得るため
に、本発明者が行った実験について詳述する。Hereinafter, an experiment conducted by the present inventors to obtain the above-described solar cell will be described in detail.
【0095】(実験1)本実験では金属級シリコン多結
晶基板をカーボン・グラファイトで形成されたボート内
に戴置し、水素雰囲気中において過冷却度30℃、成膜
開始温度980℃として金属溶媒の温度降下速度を変
え、液相成長させたシリコン層の結晶粒部および結晶粒
界部の膜厚を測定した。降下速度は1℃/min、2℃
/min、3℃/min、4℃/min、5℃/mi
n、6℃/min、7℃/minとした。これらの試料
をそれぞれ試料1―7とする。この結果それぞれの試料
の結晶粒界部と結晶粒部の膜厚の比(t2/t1)は表
1に示す結果となった。(Experiment 1) In this experiment, a metal-grade silicon polycrystal substrate was placed in a boat made of carbon graphite, and a supercooling degree of 30 ° C. and a film formation starting temperature of 980 ° C. were set in a hydrogen atmosphere in a metal solvent. Was changed, and the film thickness of the crystal grain portion and the crystal grain boundary portion of the silicon layer grown in the liquid phase was measured. The descending speed is 1 ℃ / min, 2 ℃
/ Min, 3 ° C / min, 4 ° C / min, 5 ° C / mi
n, 6 ° C./min, 7 ° C./min. These samples are referred to as samples 1 to 7, respectively. As a result, the ratio (t2 / t1) of the film thickness between the crystal grain boundary and the crystal grain in each sample was as shown in Table 1.
【0096】[0096]
【表1】 [Table 1]
【0097】(実験2)本実験では、金属級シリコンウ
エハーの上に、不純物のより少ないp+シリコン層を形
成する方法を検討した。金属級シリコンウエハーをカー
ボン・ボート内に載置し、インジウムの金属溶媒をシー
ト上に接触させて電気炉内に入れ、1050℃に保持し
て金属級シリコンウエハー表面層をインジウム溶媒中に
溶解させた。この状態をしばらく保持して充分に飽和し
た後、電気炉を制御して温度を下げ、溶媒中のシリコン
を再びシリコンウエハー表面上に析出させた。一定時間
析出させた後、ウエハーに接触させたインジウム溶媒を
取り除いて所望のシリコン析出層を得た。(Experiment 2) In this experiment, a method of forming a p + silicon layer with less impurities on a metal-grade silicon wafer was examined. The metal-grade silicon wafer is placed in a carbon boat, the metal solvent of indium is brought into contact with the sheet, placed in an electric furnace, and maintained at 1050 ° C. to dissolve the surface layer of the metal-grade silicon wafer in the indium solvent. Was. After maintaining this state for a while and sufficiently saturating, the temperature was lowered by controlling the electric furnace, and silicon in the solvent was deposited again on the surface of the silicon wafer. After the deposition for a certain period of time, the indium solvent brought into contact with the wafer was removed to obtain a desired silicon deposition layer.
【0098】表2は、得られたシリコンウエハーの表面
に析出したシリコン層に含まれるの元素を分析した結果
である。Table 2 shows the results of analysis of the elements contained in the silicon layer deposited on the surface of the obtained silicon wafer.
【表2】 [Table 2]
【0099】表2から、析出したシリコン層はの金属級
シリコンに比べて総量で1/100以下とさらに不純物
の量が減少していることが確認された。From Table 2, it was confirmed that the amount of impurities in the deposited silicon layer was further reduced to 1/100 or less as compared with the metal-grade silicon.
【0100】また熱起電力法によりpn判定したとこ
ろ、析出したシリコン層はp型(p+)であることが分
かった。The pn determination by the thermoelectromotive force method revealed that the deposited silicon layer was p-type (p + ).
【0101】上述した各実験の結果から、10ppm以
上の不純物濃度を持つ結晶シリコン基板上にインジウム
を溶媒に用いた液相成長法でシリコン層を形成すること
により、良質なシリコン層が得られること、また粒状の
金属級シリコンを溶融/固化してシリコンウエハーを作
製し、その表面を金属溶媒で溶解/再析出させてp型
(p+)のシリコン層を形成した後、その上にインジウ
ムを溶媒に用いた液相成長法でシリコン層を形成できる
ことが分かった。なお、本発明で作製されるシリコン層
の厚さは、効率の良い光吸収の観点から、好ましくは1
0μm以上、より好ましくは10μm以上100μm以
下、さらに好ましくは10μm以上50μm以下とされ
るのが望ましい。From the results of the above-described experiments, a high-quality silicon layer can be obtained by forming a silicon layer on a crystalline silicon substrate having an impurity concentration of 10 ppm or more by a liquid phase growth method using indium as a solvent. Further, a silicon wafer is produced by melting / solidifying granular metal-grade silicon, and the surface thereof is dissolved / reprecipitated with a metal solvent to form a p-type (p + ) silicon layer, and then indium is deposited thereon. It was found that a silicon layer can be formed by a liquid phase growth method using a solvent. The thickness of the silicon layer manufactured in the present invention is preferably 1 from the viewpoint of efficient light absorption.
It is desirable that the thickness be 0 μm or more, more preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and still more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.
【0102】[0102]
【実施例】以下では、本発明に係る太陽電池をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the solar cell according to the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to these examples.
【0103】(実施例1)本例では、インゴットからス
ライスした金属級シリコンウエハー上に、インジウムを
用いた液相成長法によりシリコン層を堆積し、これを活
性層として薄膜太陽電池を形成した。Example 1 In this example, a silicon layer was deposited on a metal-grade silicon wafer sliced from an ingot by a liquid phase growth method using indium, and a thin-film solar cell was formed using the silicon layer as an active layer.
【0104】純度98%の金属級シリコンを原料として
キャスト法によりインゴットを作り、0.5mm厚のウ
エハー状にスライスして金属級シリコンウエハー基板を
作製した。作製した金属級シリコンウエハー基板の表面
付近の元素分析を行ったところ、表3の結果を得た。An ingot was prepared by casting using metal-grade silicon having a purity of 98% as a raw material, and sliced into a wafer having a thickness of 0.5 mm to prepare a metal-grade silicon wafer substrate. Elemental analysis near the surface of the produced metal-grade silicon wafer substrate was performed, and the results shown in Table 3 were obtained.
【0105】[0105]
【表3】 [Table 3]
【0106】また、金属級シリコンウエハー基板の結晶
粒径は数mm〜数cmであり、比抵抗は0.01Ω・c
m(p型)であった金属級シリコンウエハー基板をカー
ボン・ボート内に載置し、成膜前に980℃で高純度シ
リコンを1時間40分インジウム溶媒中に溶かし込ん
だ。その後ウエハーを溶媒中に置き、高純度シリコンを
溶かし込んだインジウムを溶媒に用いた液相成長法によ
り、水素雰囲気中において過冷却度10℃、成長開始温
度950℃として降下速度を4℃/minで800℃に
下がるまでシリコン層を形成した。The metal-grade silicon wafer substrate has a crystal grain size of several mm to several cm and a specific resistance of 0.01 Ω · c.
The m-grade (p-type) metal-grade silicon wafer substrate was placed in a carbon boat, and high-purity silicon was dissolved in an indium solvent at 980 ° C. for 1 hour and 40 minutes before film formation. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and a liquid crystal growth method using indium in which high-purity silicon is dissolved is used as a solvent. In a hydrogen atmosphere, a degree of supercooling is 10 ° C., a growth start temperature is 950 ° C., and a descent rate is 4 ° C./min. To form a silicon layer until the temperature drops to 800 ° C.
【0107】成膜したシリコン層の膜厚を測定したとこ
ろ、結晶粒の中心部は51μmで、結晶粒界部は28μ
mであった。When the film thickness of the formed silicon layer was measured, the center of the crystal grain was 51 μm and the grain boundary was 28 μm.
m.
【0108】次にシリコン層の表面にPOCl3を拡散
源として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を
形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成された
n+層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約
0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。Next, P was thermally diffused on the surface of the silicon layer at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source to form an n + layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. The dead layer on the surface of the formed n + layer was removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.
【0109】その上に比抵抗値の低い銀のポリマーペー
スト材料をウレタンブレードを用いて、粒界の溝に埋め
込んだ。本実施例で用いた銀のポリマーペーストは、ロ
ールミル装置を用い、粒径0.3〜0.5μmのりん片
状銀粉と0.1〜0.2μmの球状銀粉をエポキシ樹脂
に混成したものである。ここで、粒径は、沈降法で求め
た値である。A silver polymer paste material having a low specific resistance was buried in the grooves at the grain boundaries using a urethane blade. The silver polymer paste used in this example was obtained by mixing a flaky silver powder having a particle size of 0.3 to 0.5 μm and a spherical silver powder having a particle size of 0.1 to 0.2 μm with an epoxy resin using a roll mill device. is there. Here, the particle size is a value obtained by the sedimentation method.
【0110】なお、粉体の作製方法は、例えば電気分解
により粉体を陰極に析出させる方法(電解法)、ボール
ミル、クラッシャーなどの粉砕機や搗砕機を用い、金属
を粉砕して作製する方法(粉砕法)、溶けた金属を細い
ノズルを通して流出させ、この溶湯流に圧縮ガスや水流
ジェットに当てて噴霧状に吹き飛ばすと同時に冷却させ
て作製する方法(アトマイズ法)等があげられる。本実
施例のりん片状及び球状銀粉はそれぞれアトマイズ法で
作製したものである。The method of producing the powder is, for example, a method of depositing the powder on the cathode by electrolysis (electrolysis method), a method of pulverizing metal using a pulverizer or a pulverizer such as a ball mill or a crusher, or the like. (Pulverization method), a method in which a molten metal is caused to flow out through a thin nozzle, and the molten metal stream is blown out in a spray form by applying a compressed gas or a water jet to the molten metal stream, and simultaneously cooled (atomizing method). The scaly and spherical silver powders of the present example were each produced by an atomizing method.
【0111】その後、赤外加熱乾燥炉を用い160℃で
乾燥して、ポリマーペーストを硬化した。Thereafter, the polymer paste was dried at 160 ° C. using an infrared heating and drying oven to harden the polymer paste.
【0112】さらにその上に反射防止膜TiO2を約6
0nmをスパッタリング法により形成し、また金属級シ
リコンウエハーの裏面にもAlを蒸着して裏面電極を形
成した。(試料1とする。)Further, an antireflection film TiO 2 is further
0 nm was formed by a sputtering method, and Al was also deposited on the back surface of the metal-grade silicon wafer to form a back electrode. (This is referred to as Sample 1.)
【0113】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
について粒界の溝に埋め込まれた集電電極の面積の割合
は太陽電池の受光面積の約6%であった。In the thin film crystal solar cell thus manufactured, the ratio of the area of the current collecting electrode embedded in the groove of the grain boundary was about 6% of the light receiving area of the solar cell.
【0114】そこで比較のために粒界を考慮することな
く、n+層の上にスクリーン印刷法で、銀ペーストの集
電電極を形成した。(比較試料1とする。)集電電極の
面積割合は太陽電池の受光面積の約6%になるように、
集電電極の幅および間隔を調整した。AM1.5(10
0mW/cm2)光照射下でのI−V特性について測定
を行ったところ、試料1の太陽電池の変換効率は比較試
料1の太陽電池の変換効率に比べ、5%ほど高かった。Therefore, a current collecting electrode of a silver paste was formed on the n + layer by a screen printing method without considering a grain boundary for comparison. (Comparative sample 1) The area ratio of the collecting electrode was set to be about 6% of the light receiving area of the solar cell.
The width and interval of the collecting electrode were adjusted. AM1.5 (10
(0 mW / cm 2 ) When the IV characteristics under light irradiation were measured, the conversion efficiency of the solar cell of Sample 1 was about 5% higher than the conversion efficiency of the solar cell of Comparative Sample 1.
【0115】(実施例2)実施例1において、銀ペース
トを粒界の溝に埋め込んで集電電極を形成したした後、
次に、銀ペーストを加熱硬化させる前に、アトマイズ法
により作製した粒径3μm〜7μmのNi粒子を、圧縮
空気による粉体スプレー法により、ポリマーペースト上
に吹きつけてトッピングした。このとき半導体表面は十
分に乾燥しておいた。吹きつけられたNi粒子はポリマ
ーペースト上だけでなく、半導体表面上にも付着した。
本実施例では、圧縮空気による粉体スプレー法でNi粒
子をペースト上に吹き付けたが、例えばマイクロディス
ペンサーで塗布してもよいことはいうまでもない。(Example 2) In Example 1, after the silver paste was buried in the groove of the grain boundary to form a current collecting electrode,
Next, before the silver paste was cured by heating, Ni particles having a particle size of 3 μm to 7 μm produced by an atomizing method were sprayed on the polymer paste by a powder spray method using compressed air to be topped. At this time, the semiconductor surface was sufficiently dried. The sprayed Ni particles adhered not only on the polymer paste but also on the semiconductor surface.
In this embodiment, Ni particles are sprayed on the paste by a powder spray method using compressed air, but it goes without saying that the paste may be applied by a micro dispenser, for example.
【0116】そして空気流を吹きつけ、ポリマーペース
ト上以外のNi粒子を吹きとばして除去した。その後、
赤外加熱乾燥炉を用い160℃で乾燥して、ポリマーペ
ーストを硬化した。加熱によりポリマーペーストは収縮
しながらNi粒子を巻き込み硬化した。ペーストの表面
は比較的粒径の大きなNi粒子が銀の微粒子にまきこま
れた形で硬化し、このNi粒子が半田層を形成する際の
土台となる。Then, an air stream was blown to blow out and remove Ni particles other than those on the polymer paste. afterwards,
The polymer paste was dried at 160 ° C. using an infrared heating drying oven to cure the polymer paste. While heating, the polymer paste shrinked and entrained Ni particles while shrinking. The surface of the paste hardens in a form in which Ni particles having a relatively large particle diameter are wrapped in fine silver particles, and the Ni particles serve as a base for forming a solder layer.
【0117】次に、電極形成面全体にフラックス36を
スプレー法により塗布した。フラックスの塗布方法とし
ては、このスプレー法の他、刷毛による塗布、フラック
ス溶液への浸漬、噴流法、滴下法等を用いることができ
る。Next, the flux 36 was applied to the entire surface on which the electrodes were formed by a spray method. As a method of applying the flux, in addition to the spray method, application by a brush, immersion in a flux solution, a jet method, a dropping method, and the like can be used.
【0118】更にフラックスを塗布された電極形成面上
に、噴流半田槽を用いて半田層を形成した。ここで、一
方向に流れるSn60%Pb38%Ag2%の溶融半田
流をつくり、この半田流を電極形成面と接触させた。光
発電素子自体もこの半田流との接触前後で加熱されてお
り、半田が固化して電極以外の部分に付着しないように
した。半田流を通る時間は、2〜30秒程度とした。フ
ラックスを塗布することにより、ポリマーペースト及び
金属粒子と半田の濡れを促進させる他、ポリマーペース
トのない電極形成面への半田の付着をより一層防止する
ことができる。Further, a solder layer was formed on the surface of the electrode on which the flux was applied, using a jet solder bath. Here, a molten solder flow of Sn60% Pb38% Ag2% flowing in one direction was created, and this solder flow was brought into contact with the electrode forming surface. The photovoltaic element itself is also heated before and after contact with the solder flow, so that the solder hardens and does not adhere to portions other than the electrodes. The time for passing through the solder flow was about 2 to 30 seconds. The application of the flux not only promotes the wetting of the solder with the polymer paste and the metal particles, but also can further prevent the solder from adhering to the electrode forming surface without the polymer paste.
【0119】残存するフラックスを温水によるシャワー
水洗で洗浄除去した。洗浄終了後、乾燥して集電電極の
作製を終了した。The remaining flux was removed by washing with shower water using warm water. After the completion of the washing, the substrate was dried to complete the production of the current collecting electrode.
【0120】さらにその上に反射防止膜TiO2を約6
0nmをスパッタリング法により形成し、また金属級シ
リコンウエハーの裏面にもAlを蒸着して裏面電極を形
成した。(試料2とする。)Further, an anti-reflection film TiO 2 is further
0 nm was formed by a sputtering method, and Al was also deposited on the back surface of the metal-grade silicon wafer to form a back electrode. (This is referred to as Sample 2.)
【0121】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
(試料2)についてAM1.5(100mW/cm2)
光照射下でのI−V特性について測定を行ったところ、
試料2の太陽電池の変換効率は比較試料1の太陽電池の
変換効率に比べ、8%ほど高かった。The thin-film crystal solar cell (sample 2) manufactured in this manner had an AM of 1.5 (100 mW / cm 2 ).
When the IV characteristics under light irradiation were measured,
The conversion efficiency of the solar cell of Sample 2 was about 8% higher than the conversion efficiency of the solar cell of Comparative Sample 1.
【0122】(実施例3)実施例1において、実験1の
条件で、シリコン層を形成した後、各溝に実施例1と同
じ条件で、銀ペーストを埋め込み、その後実施例1と同
じ条件で太陽電池を形成した。各試料をAM1.5(1
00mW/cm2)光照射下でのI−V特性について測
定を行ったところ、図4に示すように溝の深さによって
変換効率は変化した。(Example 3) In Example 1, after forming a silicon layer under the conditions of Experiment 1, a silver paste was embedded in each groove under the same conditions as in Example 1, and then under the same conditions as in Example 1. A solar cell was formed. Each sample was transferred to AM1.5 (1
(00 mW / cm 2 ) When the IV characteristics under light irradiation were measured, as shown in FIG. 4, the conversion efficiency varied depending on the depth of the groove.
【0123】溝の浅いところで変換効率の低いのは集電
電極の抵抗が高くなってしまったためである。溝の深い
ところで変換効率の低いのは、粒界部でのリーク電流が
増加したためである。The reason why the conversion efficiency is low at the shallow groove is that the resistance of the current collecting electrode has increased. The reason why the conversion efficiency is low in the deep part of the groove is that the leak current at the grain boundary part has increased.
【0124】(実施例4)金属級シリコンウエハーをカ
ーボン・ボート内に載置し、インジウムの金属溶媒をシ
ート上に接触させて電気炉内に入れ、800℃に保持し
て金属級シリコンウエハー表面層をIn溶媒中に溶解さ
せた。この状態で数時間おいて充分に飽和したところで
次に電気炉を制御して温度を0.5℃/minの速度で
下げ、700℃まで、溶媒中のシリコンを再びシリコン
ウエハー表面上に析出させた。2時間析出させた後、ボ
ートをスライドさせてウエハー上のインジウム溶媒を取
り除き、所望のシリコン析出層を得た。Example 4 A metal-grade silicon wafer was placed in a carbon boat, and a metal solvent of indium was brought into contact with the sheet and placed in an electric furnace. The layer was dissolved in the In solvent. In this state, when several hours have passed and saturation is sufficient, the electric furnace is controlled to lower the temperature at a rate of 0.5 ° C./min, and silicon in the solvent is deposited again on the silicon wafer surface to 700 ° C. Was. After deposition for 2 hours, the boat was slid to remove the indium solvent on the wafer, and a desired silicon deposition layer was obtained.
【0125】表4は、金属級シリコンウエハーの表面に
析出したシリコン層に含まれるの元素を分析した結果で
ある。Table 4 shows the results of analysis of elements contained in the silicon layer deposited on the surface of the metal-grade silicon wafer.
【0126】[0126]
【表4】 [Table 4]
【0127】表4から、原料である粒状の金属級シリコ
ンに比べて、析出させたシリコン層は著しく不純物の量
が減少していることが確認された。また得られた再析出
シリコン層の厚さはSBM/EDXによる断面観察から
約15μmであった。From Table 4, it was confirmed that the amount of impurities in the deposited silicon layer was significantly reduced as compared with the granular metal-grade silicon as the raw material. Further, the thickness of the obtained reprecipitated silicon layer was about 15 μm from a cross-sectional observation by SBM / EDX.
【0128】また、熱起電力法によるpn判定では析出
したシリコン層はp型(p+)であることが分かった。The pn judgment by the thermoelectromotive force method revealed that the deposited silicon layer was p-type (p + ).
【0129】このシリコンウエハーの表面、すなわち析
出させたシリコン層の上に、前述の溶解/再析出の工程
で使用したインジウム金属溶媒とは別のインジウムを溶
媒に用いて液相成長を行った。成膜前に、980℃で高
純度シリコンを1時間40分インジウム溶媒中に溶かし
込んでおいた。その後ウエハーを溶媒中に置き,水素雰
囲気中において過冷却度30℃、成長開始温度950℃
として降温速度4℃/minでシリコン層を形成した。
得られたシリコン層の膜厚は結晶粒の中心部で53μ
m、粒界部で、30μmであった。On the surface of the silicon wafer, that is, on the deposited silicon layer, liquid phase growth was performed using indium other than the indium metal solvent used in the above-described dissolution / reprecipitation step as a solvent. Before film formation, high-purity silicon was dissolved in an indium solvent at 980 ° C. for 1 hour and 40 minutes. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and in a hydrogen atmosphere, the degree of supercooling is 30 ° C., and the growth start temperature is 950 ° C.
The silicon layer was formed at a temperature lowering rate of 4 ° C./min.
The thickness of the obtained silicon layer is 53 μm at the center of the crystal grain.
m, 30 μm at the grain boundary.
【0130】シリコン層の表面にPOCl3を拡散源と
して900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約0.2
μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。The surface of the silicon layer was subjected to thermal diffusion of P at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source to form an n + layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. Formed n +
The dead layer on the layer surface is removed by etching,
A junction depth with an appropriate surface concentration of μm was obtained.
【0131】作製したn+層の上に、比抵抗値の低い銀
のポリマーペースト材料をウレタンブレードを用いて、
粒界のみぞのみに埋め込んだ。本実施例で用いた銀のポ
リマーペーストは、ロールミル装置を用い、粒径0.3
〜0.5μmのりん片状銀粉と0.1〜0.2μmの球
状銀粉をエポキシ樹脂に混成したものである。ここで、
粒径は、沈降法で求めた値である。A silver polymer paste material having a low specific resistance value was formed on the n + layer by using a urethane blade.
The grain boundary was embedded only in the groove. The silver polymer paste used in the present example was prepared by using a roll mill device to obtain a particle size of 0.3.
A mixture of epoxy resin and flaky silver powder of about 0.5 μm and spherical silver powder of 0.1 to 0.2 μm. here,
The particle size is a value determined by the sedimentation method.
【0132】なお、粉体の作製方法は、例えば電気分解
により粉体を陰極に析出させる方法(電解法)、ボール
ミル、クラッシャーなどの粉砕機や搗砕機を用い、金属
を粉砕して作製する方法(粉砕法)、溶けた金属を細い
ノズルを通して流出させ、この溶湯流に圧縮ガスや水流
ジェットに当てて噴霧状に吹き飛ばすと同時に冷却させ
て作製する方法(アトマイズ法)等があげられる。本実
施例のりん片状及び球状銀粉はそれぞれアトマイズ法で
作製したものである。The powder may be produced by, for example, a method of depositing the powder on a cathode by electrolysis (electrolysis method), or a method of pulverizing a metal by using a pulverizer or a crusher such as a ball mill or a crusher. (Pulverization method), a method of producing a molten metal by flowing it out through a fine nozzle, blowing the molten metal stream against a compressed gas or a water jet to blow it out in a spray form, and cooling it at the same time (atomizing method). The scaly and spherical silver powders of the present example were each produced by an atomizing method.
【0133】その後、赤外加熱乾燥炉を用い160℃で
乾燥して、ポリマーペーストを硬化した。Thereafter, the polymer paste was dried at 160 ° C. using an infrared heating and drying oven to harden the polymer paste.
【0134】さらにその上に反射防止膜TiO2を約6
0nmをスパッタリング法により形成し、また金属級シ
リコンウエハーの裏面にもAlを蒸着して裏面電極を形
成した。Further, an antireflection film TiO 2 is further
0 nm was formed by a sputtering method, and Al was also deposited on the back surface of the metal-grade silicon wafer to form a back electrode.
【0135】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
について粒界の溝に埋め込まれた集電電極の面積の割合
は太陽電池の受光面積の約6%であった。(試料3とす
る。)In the thin film crystal solar cell manufactured in this manner, the ratio of the area of the current collecting electrode embedded in the groove of the grain boundary was about 6% of the light receiving area of the solar cell. (This is referred to as Sample 3.)
【0136】そこで比較のために粒界を考慮することな
く、n+層の上にスクリーン印刷法で、銀ペーストの集
電電極を形成した。集電電極の面積割合は太陽電池の受
光面積の約6%になるように、集電電極の幅および間隔
を調整した。(比較試料2とする。)AM1.5(10
0mW/cm2)光照射下でのI−V特性について測定
を行ったところ、試料3の太陽電池の変換効率は比較試
料2の太陽電池の変換効率に比べ、6%ほど高かった。Therefore, a current collecting electrode of a silver paste was formed on the n + layer by a screen printing method without considering a grain boundary for comparison. The width and interval of the collecting electrodes were adjusted so that the area ratio of the collecting electrodes was about 6% of the light receiving area of the solar cell. (Comparative sample 2) AM1.5 (10
(0 mW / cm 2 ) When the IV characteristics under light irradiation were measured, the conversion efficiency of the solar cell of Sample 3 was about 6% higher than the conversion efficiency of the solar cell of Comparative Sample 2.
【0137】(実施例5)実施例1において、銀ペース
トを粒界の溝に埋め込んで集電電極を形成したした後、
次に、銀ペーストを加熱硬化させる前に、アトマイズ法
により作製した粒径3μm〜7μmのNi粒子を、圧縮
空気による粉体スプレー法により、ポリマーペースト上
に吹きつけてトッピングした。(Example 5) In Example 1, after the silver paste was buried in the groove of the grain boundary to form a current collecting electrode,
Next, before the silver paste was cured by heating, Ni particles having a particle size of 3 μm to 7 μm produced by an atomizing method were sprayed on the polymer paste by a powder spray method using compressed air to be topped.
【0138】このとき半導体表面は十分に乾燥しておい
た。吹きつけられたNi粒子はポリマーペースト上だけ
でなく、半導体表面上にも付着した。本実施例では、圧
縮空気による粉体スプレー法でNi粒子をペースト上に
吹き付けたが、例えばマイクロディスペンサーで塗布し
てもよいことはいうまでもない。At this time, the semiconductor surface was sufficiently dried. The sprayed Ni particles adhered not only on the polymer paste but also on the semiconductor surface. In this embodiment, Ni particles are sprayed on the paste by a powder spray method using compressed air, but it goes without saying that the paste may be applied by a micro dispenser, for example.
【0139】そして空気流を吹きつけ、ポリマーペース
ト上以外のNi粒子を吹きとばして除去した。その後、
赤外加熱乾燥炉を用い160℃で乾燥して、ポリマーペ
ーストを硬化した。加熱によりポリマーペーストは収縮
しながらNi粒子を巻き込み硬化した。ペーストの表面
は比較的粒径の大きなNi粒子が銀の微粒子にまきこま
れた形で硬化し、このNi粒子が半田層を形成する際の
土台となる。Then, an air stream was blown to blow and remove Ni particles other than those on the polymer paste. afterwards,
The polymer paste was dried at 160 ° C. using an infrared heating drying oven to cure the polymer paste. While heating, the polymer paste shrinked and entrained Ni particles while shrinking. The surface of the paste hardens in a form in which Ni particles having a relatively large particle diameter are wrapped in fine silver particles, and the Ni particles serve as a base for forming a solder layer.
【0140】次に電極形成面全体にフラックス36をス
プレー法により塗布した。フラックスの塗布方法として
は、このスプレー法の他、刷毛による塗布、フラックス
溶液への浸漬、噴流法、滴下法等を用いることができ
る。Next, a flux 36 was applied to the entire surface on which the electrodes were formed by a spray method. As a method of applying the flux, in addition to the spray method, application by a brush, immersion in a flux solution, a jet method, a dropping method, and the like can be used.
【0141】更にフラックスを塗布された電極形成面上
に、噴流半田槽を用いて半田層を形成した。ここで、一
方向に流れるSn60%Pb38%Ag2%の溶融半田
流をつくり、この半田流を電極形成面と接触させた。光
発電素子自体もこの半田流との接触前後で加熱されてお
り、半田が固化して電極以外の部分に付着しないように
した。半田流を通る時間は、2〜30秒程度とした。フ
ラックスを塗布することにより、ポリマーペースト及び
金属粒子と半田の濡れを促進させる他、ポリマーペース
トのない電極形成面への半田の付着をより一層防止する
ことができる。Further, a solder layer was formed on the electrode forming surface to which the flux was applied, using a jet solder bath. Here, a molten solder flow of Sn60% Pb38% Ag2% flowing in one direction was created, and this solder flow was brought into contact with the electrode forming surface. The photovoltaic element itself is also heated before and after contact with the solder flow, so that the solder hardens and does not adhere to portions other than the electrodes. The time for passing through the solder flow was about 2 to 30 seconds. The application of the flux not only promotes the wetting of the solder with the polymer paste and the metal particles, but also can further prevent the solder from adhering to the electrode forming surface without the polymer paste.
【0142】残存するフラックスを温水によるシャワー
水洗で洗浄除去した。洗浄終了後、乾燥して集電電極の
作製を終了した。The remaining flux was removed by washing with hot water using a shower. After the completion of the washing, the substrate was dried to complete the production of the current collecting electrode.
【0143】さらにその上に反射防止膜TiO2を約6
0nmをスパッタリング法により形成し、また金属級シ
リコンウエハーの裏面にもAlを蒸着して裏面電極を形
成した。(試料4とする。)Further, an anti-reflection film TiO 2 is further
0 nm was formed by a sputtering method, and Al was also deposited on the back surface of the metal-grade silicon wafer to form a back electrode. (This is referred to as Sample 4.)
【0144】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
(試料4)についてAM1.5(100mW/cm2)
光照射下でのI−V特性について測定を行ったところ、
試料4の太陽電池の変換効率は比較試料2の太陽電池の
変換効率に比べ、9%ほど高かった。The thin-film crystal solar cell (sample 4) manufactured in this manner had an AM of 1.5 (100 mW / cm 2 ).
When the IV characteristics under light irradiation were measured,
The conversion efficiency of the solar cell of Sample 4 was about 9% higher than the conversion efficiency of the solar cell of Comparative Sample 2.
【0145】(実施例5)本実施例では、導電性紛体と
して粒径3〜10μmの銀を用いた他は、実施例2と同
様にして集電電極を作製した。その他の条件は実施例2
と同じにして、太陽電池を作製したところ、実施例2と
同様の優れた特性が得られた。Example 5 In this example, a current-collecting electrode was produced in the same manner as in Example 2, except that silver having a particle size of 3 to 10 μm was used as the conductive powder. Other conditions are the same as those in Example 2.
When a solar cell was produced in the same manner as in Example 1, excellent characteristics similar to those of Example 2 were obtained.
【0146】(実施例6)本実施例では、導電性紛体と
して粒径3〜6μmの銅を用いた他は、実施例2と同様
にして集電電極を作製した。その他の条件は実施例2と
同じにして、太陽電池を作製したところ、実施例2と同
様の優れた特性が得られた。(Example 6) In this example, a current collecting electrode was produced in the same manner as in Example 2 except that copper having a particle size of 3 to 6 µm was used as the conductive powder. The other conditions were the same as in Example 2, and a solar cell was produced. As a result, the same excellent characteristics as in Example 2 were obtained.
【0147】(実施例7)本実施例では、導電性紛体と
して粒径3〜10μmの銀を用いた他は、実施例4と同
様にして集電電極を作製した。その他の条件は実施例4
と同じにして、太陽電池を作製したところ、実施例4と
同様の優れた特性が得られた。Example 7 In this example, a current-collecting electrode was produced in the same manner as in Example 4, except that silver having a particle size of 3 to 10 μm was used as the conductive powder. The other conditions were the same as in Example 4.
When a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, excellent characteristics similar to those of Example 4 were obtained.
【0148】(実施例8)本実施例では、導電性紛体と
して粒径3〜6μmの銅を用いた他は、実施例4と同様
にして集電電極を作製した。その他の条件は実施例4と
同じにして、太陽電池を作製したところ、実施例4と同
様の優れた特性が得られた。Example 8 In this example, a current collecting electrode was produced in the same manner as in Example 4, except that copper having a particle size of 3 to 6 μm was used as the conductive powder. Other conditions were the same as in Example 4, and a solar cell was fabricated. As a result, excellent characteristics similar to those of Example 4 were obtained.
【0149】[0149]
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、集電電極が発電効率の悪い粒界近傍に限定されるた
め、集電電極の存在に起因する、光が結晶粒の上に照射
されないことに夜発電効率の低下をふせぐことができ、
変換効率の向上が得られる。As described above, according to the present invention, since the current collecting electrode is limited to the vicinity of the grain boundary where power generation efficiency is poor, light caused by the presence of the current collecting electrode causes light on the crystal grains. Not irradiating can reduce the decline in night power generation efficiency,
Conversion efficiency can be improved.
【0150】さらに、金属ペーストの硬化前に導電性紛
体を金属ペーストの結着剤に含ませ硬化させ、その上に
選択的に半田材料等の低融点金属または合金または混合
物を固定することにより、直列抵抗の一層の低抵抗化が
できる。Further, before the metal paste is hardened, the conductive powder is contained in a binder of the metal paste and hardened, and a low-melting metal or alloy or mixture such as a solder material is selectively fixed thereon. The series resistance can be further reduced.
【0151】また、使用する太陽電池グレードのシリコ
ン量が通常の多結晶ウエハー太陽電池に比べ、大幅に少
なくすることができる。Further, the amount of silicon of the solar cell grade to be used can be significantly reduced as compared with a normal polycrystalline wafer solar cell.
【0152】また、金属級シリコン基板表面にインジウ
ムを接触させて液相成長を行うことにより不純物混入の
少ない、太陽電池に好適なシリコン層が形成できる。In addition, by performing liquid phase growth by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate, it is possible to form a silicon layer suitable for a solar cell with less impurities.
【図1】本発明の太陽電池の一構成例を示す概念図であ
る。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a solar cell of the present invention.
【図2】本発明の太陽電池の他の構成例を示す概念図で
ある。FIG. 2 is a conceptual diagram showing another configuration example of the solar cell of the present invention.
【図3】本発明の多結晶シリコン層の断面の概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic view of a cross section of a polycrystalline silicon layer of the present invention.
【図4】本発明における結晶粒界部と結晶粒部との膜厚
の比に対する変換効率との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the conversion efficiency and the ratio of the film thickness between the crystal grain boundary and the crystal grain in the present invention.
11,21 金属級多結晶シリコンウエハー 12,22 太陽電池グレードの多結晶シリコン層 13,23 それぞれ12および22のシリコン層とp
n接合を形成するための半導体層 14,25 集電電極 15,25 反射防止膜 16,26 結晶粒界 27 高ドーピング層11,21 metal grade polycrystalline silicon wafer 12,22 solar cell grade polycrystalline silicon layer 13,23 12 and 22 silicon layers and p, respectively
Semiconductor layer for forming n-junction 14, 25 Current collecting electrode 15, 25 Antireflection film 16, 26 Crystal grain boundary 27 Highly doped layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 彰志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 佐藤 宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA03 CB04 DA03 DA20 FA14 FA30 GA04 GA20 HA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akishi Nishida 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hiroshi Sato 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon F term (reference) 5F051 AA03 CB04 DA03 DA20 FA14 FA30 GA04 GA20 HA03
Claims (16)
活性層と反対極性の半導体層とから構成された多結晶太
陽電池において、該活性層が基板の結晶構造を反映して
成長した多結晶よりなり、該活性層を形成する多結晶の
粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の膜厚よりも小さ
く、該粒界部が溝状となることにより該粒界部上の前記
半導体層に溝が形成され、該溝に発電電流を取り出すた
めの電極が埋め込まれていることを特徴とする多結晶太
陽電池。1. A polycrystalline solar cell comprising an active layer and a semiconductor layer having the opposite polarity to an active layer on a polycrystalline silicon substrate, wherein the active layer is grown by reflecting the crystal structure of the substrate. The thickness at the grain boundary of the polycrystal forming the active layer is smaller than the thickness at the center of the polycrystal grain, and the grain boundary becomes a groove, so that the grain boundary is formed on the grain boundary. A polycrystalline solar cell, wherein a groove is formed in a semiconductor layer, and an electrode for extracting a generated current is embedded in the groove.
成長された活性層であることを特徴とする多結晶太陽電
池。2. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein said active layer is an active layer grown by liquid phase.
する多結晶の粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の膜
厚に対して、0.20以上0.85以下の範囲内にある
ことを特徴とする多結晶太陽電池。3. A film according to claim 1, wherein the thickness of the polycrystalline grain forming the active layer at the grain boundary portion is in the range of 0.20 to 0.85 with respect to the thickness of the central portion of the polycrystalline grain. A polycrystalline solar cell, characterized in that:
成する多結晶の粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の
膜厚に対して、0.25以上0.75以下の範囲内にあ
ることを特徴とする多結晶太陽電池。4. A film according to claim 1, wherein the film thickness of the polycrystal forming the active layer at the grain boundary is 0.25 or more and 0.75 or less with respect to the film thickness at the center of the polycrystal. A polycrystalline solar cell, characterized in that:
在する電極部分の面積が1%以上20%以下であること
を特徴とする多結晶太陽電池。5. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein the area of the electrode portion per unit area is 1% or more and 20% or less.
板が10ppm以上の不純物を含む金属級シリコンであ
ることを特徴とする多結晶太陽電池。6. A polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein said polycrystalline silicon substrate is metal-grade silicon containing 10 ppm or more of impurities.
た発電電流を取り出すための電極は、金属ペーストであ
ることを特徴とする多結晶太陽電池。7. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein the electrode for extracting a generated current embedded in the groove is a metal paste.
は、Ag、Al,Cu,Cr,Ni粉をポリマーに混成
したものであることを特徴とする多結晶太陽電池。8. The polycrystalline solar cell according to claim 7, wherein the metal paste is a mixture of Ag, Al, Cu, Cr, and Ni powder in a polymer.
3〜0.5μmのりん片状金属粉と0.1〜0.2μm
の球状金属粉との混合金属粉であることを特徴とする多
結晶太陽電池。9. The method according to claim 8, wherein the metal powder contains 0.1.
3 ~ 0.5μm scaly metal powder and 0.1 ~ 0.2μm
A polycrystalline solar cell characterized by being a mixed metal powder with a spherical metal powder.
れた発電電流を取り出すための電極は、金属ペーストと
導電性粉体と該導電性粉体よりも低い融点の金属または
合金または混合物(低融点金属)層とから構成され、前
記導電性粉体が前記半導体層上に前記金属ペーストを介
して固定され、その上に前記低融点金属層が形成されて
いることを特徴とする多結晶太陽電池。10. The electrode according to claim 1, wherein the electrode for extracting the generated current embedded in the groove is formed of a metal paste, a conductive powder, and a metal or alloy or a mixture (melting point) lower than the conductive powder. A low melting point metal) layer, wherein the conductive powder is fixed on the semiconductor layer via the metal paste, and the low melting point metal layer is formed thereon. Solar cells.
は、Ni,Ag,Cuあるいはこれらの合金の少なくと
も一つからなることを特徴とする多結晶太陽電池。11. The polycrystalline solar cell according to claim 10, wherein the conductive powder is made of at least one of Ni, Ag, Cu, and an alloy thereof.
れた活性層および該活性層と反対極性の半導体層とから
構成された多結晶太陽電池の製造方法であって、該活性
層を形成する多結晶の粒界部における膜厚が多結晶粒中
心部の膜厚よりも小さく、該粒界部を溝状に形成する工
程と、該溝に発電電流を取り出すための電極を埋め込む
工程とを有することを特徴とする多結晶太陽電池の製造
方法。12. A method for manufacturing a polycrystalline solar cell comprising an active layer grown in a liquid phase on a polycrystalline silicon substrate and a semiconductor layer having the opposite polarity to the active layer, wherein the active layer is formed. A step of forming the grain boundary portion in a groove shape in which the thickness at the grain boundary portion of the polycrystal to be formed is smaller than the thickness of the central portion of the polycrystal grain; A method for producing a polycrystalline solar cell, comprising:
電電流を取り出すための電極は金属ペーストであること
を特徴とする多結晶太陽電池の製造方法。13. The method for manufacturing a polycrystalline solar cell according to claim 12, wherein the electrode for extracting a generated current embedded in the groove is a metal paste.
埋め込まれた発電電流を取り出すための電極は、金属ペ
ーストと導電性粉体と該導電性粉体よりも低い融点の金
属または合金または混合物の層とから構成され、前記導
電性粉体が前記半導体層上に前記金属ペーストを介して
固定する工程と、その上に前記低融点金属層を形成する
工程とを有することを特徴とする多結晶太陽電池の製造
方法。14. An electrode according to claim 11, wherein the electrode for extracting a generated current embedded in the groove is made of a metal paste, a conductive powder, and a metal, an alloy or a mixture having a lower melting point than the conductive powder. And a step of fixing the conductive powder on the semiconductor layer via the metal paste, and a step of forming the low melting point metal layer thereon. Solar cell manufacturing method.
晶シリコン基板が10ppm以上の不純物を含む金属級
シリコン基板であることを特徴とする多結晶太陽電池の
製造方法。15. The method for manufacturing a polycrystalline solar cell according to claim 12, wherein the polycrystalline silicon substrate is a metal-grade silicon substrate containing 10 ppm or more of impurities.
板表面にインジウムを接触させて液相成長を行うことを
特徴とする多結晶太陽電池の製造方法。16. A method for manufacturing a polycrystalline solar cell according to claim 15, wherein indium is brought into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate to perform liquid phase growth.
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|---|---|---|---|---|
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