JP2005353691A - 電極、太陽電池、これらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
積算増加する電流を効率よく輸送することができる電極、及びこの電極を低コストで製造する方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の電極は、複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる。
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
この電極は、太陽電池のグリッド電極に好適に用いられる。また、この電極を用いると、安価に高効率の太陽電池を製造することができる。
【選択図】図2
積算増加する電流を効率よく輸送することができる電極、及びこの電極を低コストで製造する方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の電極は、複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる。
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
この電極は、太陽電池のグリッド電極に好適に用いられる。また、この電極を用いると、安価に高効率の太陽電池を製造することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、電極、太陽電池、及びこれらの製造方法に関する。
図5を用いて、太陽電池の一般的な製造方法について、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池31を例に挙げて説明する。
まず、キャスト法により作製したシリコンインゴットをマルチワイヤー法でスライスしてp型シリコン基板32を得る。次に、この基板に対し、受光面側表面を化学的に加工して微細凹凸(最大高さ10μm程度)を形成し、その後、熱拡散法でn型層33を形成する。次に、基板裏面にアルミニウム拡散などにより裏面電界層(BSF)効果のあるp+高濃度層34を形成する(例えば、特許文献1参照)。次に、n型層33の表面に反射防止膜35を形成する。反射防止膜35は、TiO2又はSiNを、例えば、700Å程度の膜厚で成膜して形成する。
化学的加工の微細凹凸に代えて、表面にV溝を形成した凹凸構造を用いることもある(例えば、特許文献2参照)。この方法では、先端にダイアモンド等のシリコンより硬度の高い材料を埋め込んだ複数の回転ブレードを基板に当てることで基板表面にV字形状の溝を多数形成する。
受光面電極40の形状としては、幅150μm程度の細線部分(以下、グリッド電極36)と幅2mm程度の太線部分(以下、メイン電極38)を組合せた形状とする。この受光面電極は、印刷用スクリーンで電極材料を印刷して形成される。グリッド電極36は、線状のパターンで略3mmのピッチの平行した細線で形成される。一方、裏面電極39は裏面全体に形成される。
他の電極形成の方法としては、蒸着法で金属薄膜を形成後、半導体工業で多用されているフォトリソ技術を用いれば、線幅10μm以下の線幅が可能である。
更には、特許文献3、特許文献4、特許文献5に示されるように、ノズルから電極材料を押出して描画する方法がある。線幅は概ね100μm程度が可能で、印刷法と同様に低コストな方法とされる。
太陽電池のグリッド電極の形状については、特許文献6に示されるように、テーパ近似の形状とすることが望ましい。テーパとする理由は、グリッド電極には発生電流が次第に集積され、それに応じた電流パスが必要となることによる。つまり、グリッド電極のセル端部分からメイン電極に近づくほど、光による発生電流が積算され増加する。電極以外の受光面積をできるだけ広くしながら、かつ、線方向の抵抗をより低減するには、電極をテーパ形状とすることが大切となっている。このことで太陽電池の抵抗損失を防ぎ変換効率を高くできる。
電極厚みを増加する方法としては、特許文献7に示されるように、被メッキ基板を、メッキ液から引出しながらメッキすることで、各部分の実効的な浸漬時間を変化させてメイン電極側を厚くすることが知られる。
特開2002−176186号公報
特公平7−105518号公報
特開昭58−27375号公報
米国特許第5151377号明細書
特開平6−29559号公報
特開平6−283736号公報
特開平6−53531号公報
真空蒸着とフォトリソを用いる電極形成技術は、容易にこのような精細パターン形状を達成できるが、反面、その電極形成に要するコストは印刷法に比較して20倍以上にもなる。
印刷法は低コストな方法であるが、フォトリソのような精細なパターン形成はできず、実用上は、線が途切れない線幅である最小線幅の150μm付近となっており、この状態ではグリッド電極を細緻にテーパ状に構成することは難しい状況にある。
従来のノズルでの描画形成方法は、一定線幅の連続細線描画に適するが、上記特許文献6に示されるようなテーパ状の細線形状とすることは原理上困難である。
メッキの電極形成は、生産性、コストなどの点で印刷方法には及ばない。
印刷法は低コストな方法であるが、フォトリソのような精細なパターン形成はできず、実用上は、線が途切れない線幅である最小線幅の150μm付近となっており、この状態ではグリッド電極を細緻にテーパ状に構成することは難しい状況にある。
従来のノズルでの描画形成方法は、一定線幅の連続細線描画に適するが、上記特許文献6に示されるようなテーパ状の細線形状とすることは原理上困難である。
メッキの電極形成は、生産性、コストなどの点で印刷方法には及ばない。
本発明は、積算増加する電流を効率よく輸送することができる電極、及びこの電極を低コストで製造する方法を提供するものである。
本発明の電極は、複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる。
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
本発明によれば、電極は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すこと(以下、「ノズル法」という)により描画される電極線を複数段に重ねることによって形成される。各電極線は、低コストな方法であるノズル法によって描画されるので、複数回の描画を行っても、全体として、低コストで電極を形成することができる。また、2段目以上の電極線は、好ましくは、下段の電極線の一端からの所定の範囲を残して、描画される。このとき、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる電極が得られ、この電極は、積算増加する電流を効率よく輸送することができる。
また、このような電極を太陽電池のグリッド電極として用いると、安価で高効率な太陽電池を製造することができる。
1.電極
1−1.電極の構造
本発明の電極は、複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる。
1−1.電極の構造
本発明の電極は、複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる。
電極の厚さが増すと、より多くの電流を輸送することができるようになるので、この電極は、積算増加する電流を効率よく輸送することができる。また、この電極を太陽電池に用いる場合、この電極は一定線幅でありながら、あたかもテーパ電極のように受光面積を維持した状態でグリッド電極部分の長さ方向の抵抗損失を防ぐことが可能になる。
また、各電極線は、複数段の電極線を重ねる方向から見たときに、各電極線の長手方向に平行な端部を示す2本の線(図2(b)24aと26a、あるいは、24bと26b)が、互いに略平行となっていることが好ましい。なぜなら、このような電極を用いると、外観がすっきりした商品性の高い太陽電池を製造することが出来るからである。
また、2段目以上の電極線は、その幅が、その下段の電極線よりも小さいことが好ましい。なぜなら、この場合、下段の電極線の線幅からはみ出すことがなく、2段目以上の電極線を重ねることができ、この電極を太陽電池に用いる場合、受光面積を維持することができるからである。
1−2.電極の形成方法
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
本発明の電極の形成方法は、導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える。
この方法によれば、印刷法のようなスクリーンマスクを不要にでき、再現性の高い安定した細線幅が得られる。また、この方法によれば、印刷法では不可能であった極めて高いアスペクト比(断面高さ/断面線幅)とすることが可能になり、太陽電池の特性値改善できる。
また、2段目以上の電極線は、好ましくは、下段の電極線の一端からの所定の範囲を残して、描画される。このとき、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる電極が得られ、この電極は、積算増加する電流を効率よく輸送することができる。
本発明の方法で用いるペースト状の材料は、導電性材料を主成分とする。導電性材料は、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、鉄、タンタル、チタン、モリブデン等の金属又は合金、SnO2、InO2、ZnO、ITO等の透明導電材など、又はこれらの組合せからなる。導電性材料は、好ましくは、粉末状である。また、ペースト状の材料は、例えば、上記導電性材料と、ガラスフリット、樹脂及び有機溶媒のうちの1つ以上を混合して調製することができる。
この方法を実施するための装置などについては、後述する太陽電池の受光面電極の形成方法で用いるものと同様である。
2.太陽電池
本発明の太陽電池は、上記記載の電極を基板上に備える。このような太陽電池は、上記記載の電極の形成方法を備える方法で製造することができる。
また、本発明の太陽電池は、具体的には、基板と、基板上に形成されたメイン電極と、基板上に形成されると共にメイン電極に接続されるグリッド電極とを備え、グリッド電極は、上記記載の電極からなる。また、このような太陽電池は、メイン電極を基板上に形成し、メイン電極に電気的に接続されるようにグリッド電極を基板上に形成する工程を備え、グリッド電極は、上記記載の電極の形成方法によって形成される方法で製造することができる。
本発明の太陽電池は、上記記載の電極を基板上に備える。このような太陽電池は、上記記載の電極の形成方法を備える方法で製造することができる。
また、本発明の太陽電池は、具体的には、基板と、基板上に形成されたメイン電極と、基板上に形成されると共にメイン電極に接続されるグリッド電極とを備え、グリッド電極は、上記記載の電極からなる。また、このような太陽電池は、メイン電極を基板上に形成し、メイン電極に電気的に接続されるようにグリッド電極を基板上に形成する工程を備え、グリッド電極は、上記記載の電極の形成方法によって形成される方法で製造することができる。
ここでいう「基板」は、太陽電池を製造するために用いる基板であり、例えば、第1導電型の半導体基板であって、受光面に第2導電型層を備える。受光面と反対側の面である裏面には、高濃度の第1導電型がほぼ全面に形成されていることが好ましい。基板裏面には、好ましくは、裏面電極が形成される。
太陽電池は、受光面全体で光を受けて、キャリアを発生させる。受光面で発生したキャリアは、グリッド電極を通って、メイン電極に集められ、さらに、メイン電極を通って外部回路に運ばれる。グリッド電極を流れる電流は、メイン電極に近づくにつれて、積算的に増大する。このため、グリッド電極の断面積もメイン電極に近づくにつれて大きくなるように、設計することが好ましい。本発明の電極は、グリッド電極に用いることができ、メイン電極に近づくにつれて、その厚さが厚くなる。
2−1.半導体基板
半導体基板の種類は、通常、光電変換素子に用いられる基板、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板等の元素半導体基板;シリコンゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板等の化合物半導体基板などの公知材料を使用することができる。なかでも、シリコン基板が好ましい。この半導体基板の作製には、主にキャスト法、CZ法又はFZ法により形成されたインゴットを利用する。これを例えば、マルチワイヤー法でスライスして半導体基板として用いることができる。半導体基板は、例えば、0.1〜20 Ωcm程度の抵抗値に設定されていることが適当である。
半導体基板の種類は、通常、光電変換素子に用いられる基板、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板等の元素半導体基板;シリコンゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板等の化合物半導体基板などの公知材料を使用することができる。なかでも、シリコン基板が好ましい。この半導体基板の作製には、主にキャスト法、CZ法又はFZ法により形成されたインゴットを利用する。これを例えば、マルチワイヤー法でスライスして半導体基板として用いることができる。半導体基板は、例えば、0.1〜20 Ωcm程度の抵抗値に設定されていることが適当である。
半導体基板の表面は、受光面に表面反射低減のための凹凸が形成されていることが好ましい。つまり、受光面のうち、実質的に受光を行う面は、平坦でもよいが、微細な凹凸、例えば、高低差が1〜10μm程度の凹凸が形成されていてもよい。この凹凸は、実質的に受光を行う面に均一に、しかも反射率の低い状態に形成されていることが好ましい。
半導体基板は、第1導電型の導電性を有している。第1導電型は、n型又はp型のいずれでもよい。半導体基板には、受光面となる側に、受光面側接合層として、基板とは異なるドーパント種で、しかも濃度の異なる第2導電型層が形成される。ここで、第2導電型とは、第1導電型とは逆導電型であり、p型又はn型のいずれであってもよい。つまり、半導体基板には、光入射側(受光面)からn型、p型の層又は光入射側からp型、n型の層のいずれの順序で配置していてもよい。各層のドーパント濃度は、特に限定されるものではなく、例えば、高濃度第2導電型層のドーパント濃度は、1018〜1021/cm3程度であるが、この層内において濃度プロファイルを有することも、太陽電池では変換効率を高くすることが可能になり好ましい。これらの受光面側接合層は、当該分野で公知の熱拡散法、イオンインプランテーション法により形成することができる。
なお、受光面と反対側の面(裏面)は、第1導電型の導電性を有しているため、特にドーパントをドーピングしなくてもよいが、光電変換効率、裏面電極とのオーミックコンタクト性等を考慮して、ドーパント濃度を、半導体基板のドーパント濃度よりも高く設定しておくことが好ましい。例えば、半導体基板の裏面における第1導電型層のドーパント濃度は、1017〜1020/cm3程度が挙げられる。また、裏面の高濃度第1導電型層の接合深さは、半導体基板の厚み等によって、適宜調整することができるが、例えば、0.1〜5.0μm程度が適当である。これはBSF層として効果があるが、更には裏面反射層(back surface reflector)を形成してもよいし、表面再結合を防止するために、酸化膜、窒化膜等を形成してもよい。裏面反射層、反射防止膜としては、シリコン酸化膜及び酸化チタン膜等の酸化膜、窒化膜等を用いることができる。
2−2.受光面電極(メイン電極、グリッド電極)、電極形成装置
本発明の受光面電極の形成に用いる装置は、図1に示すような、XY軸に稼動(Y軸は紙面奥方向)できるテーブル1、テーブル1に載置、固定された第1導電層、第2導電層、SiN層の順に構成されたシリコン基板2、その上方に角度可変部品7で固定したノズル3、導電性電極材料(以下、ペースト4と記述)を封入したシリンジ10が図示しない手段で保持される。シリンジ10の内面に密接しながら可動のピストン6、ノズル3とシリンジ10を接続した耐圧チューブ8、ピストン6を押すことのできる加圧機構9で構成した装置を用いて本発明の電極を形成する。なお、保持部品12、13はノズル3を、図示しないベースプレートへ保持するためのものである。
本発明の受光面電極の形成に用いる装置は、図1に示すような、XY軸に稼動(Y軸は紙面奥方向)できるテーブル1、テーブル1に載置、固定された第1導電層、第2導電層、SiN層の順に構成されたシリコン基板2、その上方に角度可変部品7で固定したノズル3、導電性電極材料(以下、ペースト4と記述)を封入したシリンジ10が図示しない手段で保持される。シリンジ10の内面に密接しながら可動のピストン6、ノズル3とシリンジ10を接続した耐圧チューブ8、ピストン6を押すことのできる加圧機構9で構成した装置を用いて本発明の電極を形成する。なお、保持部品12、13はノズル3を、図示しないベースプレートへ保持するためのものである。
基本的な電極線描画動作は、まず、ピストン6を加圧することにより、この中に封入されたペースト4を、ノズル3の先端から押出して、シリコン基板2の端部5から描画を開始する。同時に、シリコン基板2をX方向に移動させることで、シリコン基板上に連続してペースト4の細線がシリコン基板2の他の端面まで描画できる。次に、紙面の奥方向をY軸として、グリッド電極間距離分だけY軸方向に移動させ、同時にX軸も開始点まで戻す。再び、同様に直線の描画を行う。この動作を繰返して、シリコン面にグリッド電極線となるペースト細線を描画する。ステージ1のX方向への速度は、ノズル3からのペーストの押出し速度よりも大きくすることも可能である。ノズル3とシリコン基板2の距離は0.5〜30mmが可能であるが、好ましくは2〜10mmである。ノズル3の形状は、金属材質に微小孔が穿たれたもので、孔の直径は20〜500μmにすることができ、直径50〜100μmが好ましい。材質としては、金属、セラミック、ガラス質など硬質の材質であればよい。
ここでは、テーブル1を移動させて、ペースト細線(電極線)の描画を行ったが、ノズル3を移動させて描画を行ってもよく、この両方を移動させて描画を行ってもよい。また、ペースト細線のサイズは、ノズル3の微細孔のサイズを変えることによって調節してもよく、テーブル1とノズル3との間の相対速度やノズルの角度を変えることによって調節してもよい。
このような基本動作を用いた電極線描画方法について、電極の構造とともに、図2を用いてその詳細を述べる。この図2では、前出の図5の従来グリッド電極1本(角形基板の略半分の長さ)に、相当する部分だけの詳細図として示した。基板21は、シリコン基板の上面にpn接合、反射防止膜を有している。上記構成の描画装置により、シリコン基板の端面22からメイン電極23まで、ペーストで電極線24を描画する。この後乾燥炉などで電極線24を固化する。この電極線24の上で、同様に描画後、電極線24の略1/2の位置25からメイン電極23に達するまで、ペーストを重ねて描画して電極線26を形成する。電極線26の描画線幅は、電極線24よりも狭くする。この狭める大きさは、描画装置の繰返し精度を考慮して、電極線24の線幅を超えないようにする(超えると受光面積を減じる)。しかし、ペースト材料の基板との接触角が小さい場合には、第1描画と第2描画を同一条件としても、第1描画線幅が第2同よりも大きくすることができる。一方、メイン電極23については、印刷法やノズル法など種々の方法で形成することができる。なお、ここでは2段重ねでグリッド電極を構成することで説明したが、3段、4段などと、セルの大きさ、グリッド電極の長さなどの設計事項により、様々に最適な構成ができることは言うまでもない。更には、単一のノズルで太陽電池のグリッド電極を描画形成すること以外に、多数のノズルを配置して、セル内のグリッド電極を同時に描画することも可能である。
メイン電極23、及び電極線24、26は同じ材料で構成できる。他の構成としては、例えば電極23は基板21との高い接着強度の得られる材料とすること、電極線24には基板21との接触抵抗を高める材料を用いること、電極線26には電気伝導を高めた材料を用いるなど、それぞれの部分に必要な電極特性を高める目的で、ペーストの組成や含有物を変化させることも可能である。ペースト材料は、上記電極の形成方法の項で述べたものを用いることができる。
なお、グリッド電極は、基板のグルーブ凹凸の溝方向に実質的に直交するように形成することが好ましい。グリッド電極をグルーブ凹凸表面上に構成することで、従来のアルカリエッチング凹凸表面の太陽電池よりも大幅な特性改善が可能になる
2−3.裏面電極
裏面電極は、一般的に裏面全面に形成されるが、上記グリッド電極の形成を裏面全面電極に置き換えて裏面電極とすることも可能である。この場合には、裏面のグリッド電極以外の部分にいわゆる裏面反射層などを形成することも可能になる。
裏面電極は、一般的に裏面全面に形成されるが、上記グリッド電極の形成を裏面全面電極に置き換えて裏面電極とすることも可能である。この場合には、裏面のグリッド電極以外の部分にいわゆる裏面反射層などを形成することも可能になる。
ノズル描画のグリッド電極を、テクスチャ表面の多結晶シリコン太陽電池に適用した実施例について記す。
まず、図3のS−1に示すように、外形10×10cm、厚さ0.35mmにスライスされ、比抵抗1Ωcmに設定されたp型多結晶シリコン基板を、5%NaOHアルカリ水溶液に対し7%アルコールを加えた溶液に、80℃で10分間浸漬し、シリコン基板表面を深さ20μmまでエッチングする。これにより、破砕層の除去と同時に反射低減のための表面凹凸の形成を行うことができる。なお、凹凸は高さ5〜10μmの微細形状であるため、基板全体は実質的には平坦である。
次いで、S−2において、POCl3を含む雰囲気の860℃電気炉中の治具に、得られたシリコン基板を載置し、20分間のリンの拡散を行い、シリコン基板表面にn型拡散層(n+層)を形成する。その後、HF水溶液中でPSG(リンガラス)層等を除去し、洗浄、乾燥する。これにより、シート抵抗が50Ω/□、接合深さが約0.3μm、表面付近のドーパント濃度が1.2×1020cm-3程度のn型拡散層を得ることができる。その後、S−3に示すように、シリコン基板の一表面に、プラズマCVD装置を用い、ガス種としてシラン及びアンモニアを用いて、膜厚730Å程度のSi3N4を反射防止膜として形成する。S−4においては、裏面の不要なn層を除去する。受光面となる側にだけ耐酸ワックスを塗布後、裏面側を酸系のエッチング溶液中でn型層を除去した。S−5において、裏面全面にアルミニウムペースト材料を全面に印刷、乾燥した。S−6において、反対の受光面側に2mm幅のメイン電極を印刷した後、S−7で、650℃のベルト炉内でこれら両面の印刷したペーストを焼成した。
S−8には、受光面側に、図1で示した描画装置を用い、径100μmのノズルで、グリッド電極となる72%重量の銀粉末(平均粒径7.6μm。最大粒径12μm)を含むペーストを、圧力3.0kg/cm2に加圧した状態で、図2のように2段で電極を描画した。このとき、グリッド電極長さ48mmの中で、基板端から24mmを残して、メイン電極根元までを2段目とした。この電極を上部から見たとき、電極線の長手方向に平行な端部を示す2本の線(図2(b)24aと26a、あるいは、24bと26b)が略平行となっている細線24と26で構成されている。グリッド電極ピッチは2.8mmとした。グリッド電極部はメイン電極部と交差して重なる形状とした。図4に示すグリッド電極を3段重ねしたセル、及び図示しない4段重ねでグリッド電極としたセルも試作した。3段重ねでは図4に示すように、グリッド電極長さ48mmの中で、基板端から16mmを残して、メイン電極根元までを2段として、3段目は同32mmを残して電極51、52、53の3段重ねとした。同様に4段重ねのグリッド電極では、先端から12mm毎に段数が増える構成となる(図示しない)。このようなグリッド電極を構成したセルの、シリコン基板面積に対しての電極占有率はいずれもほぼ4%程度になった。
その後、S−9に示す第2焼成プロセスでは、400℃の焼成炉中で加熱して電極とした。最後にS−10で、このようにして得られた太陽電池セルについて、電流電圧特性を測定した。この測定は、照射強度100mW/cm2の疑似太陽光下(JIS標準光AM1.5G)で、太陽電池セル受光面内のメイン電極の片方に測定器を結線して行った。
なお、上記製造方法においては、実施例1の太陽電池セルを形成することができる限り、各工程の順序を入れ替えてもよい。
グリッド電極をノズル形成で、1回描画のセル、2回描画セル、3回描画セル、4回描画セルの4つのセルを測定した結果を表1に示す。
ノズル描画のグリッド電極を、グルーブ表面の多結晶シリコン太陽電池に適用した実施例を記す。グリッド電極長さは48mmで、線幅としては、先端幅、根元線幅ともに120μmとした。グリッド電極の重ねは2段で行った。
グルーブ表面の太陽電池セルは、前述の実施例1の太陽電池セルとは、図3のS−1で表面凹凸の形状と作製方法が異なる。グルーブ表面は、シリコン基板の受光面となる表面をダイシング用の回転ブレードでその円周部分をV型としたブレードで、シリコン表面に多数の平行溝をピッチ70μm、深さ70μmで加工した。加工歪は酸エッチング溶液で除去した。その他のプロセスは上述の実施例と同様である。メイン電極はグルーブ溝方向と平行に形成し、グリッド電極線は溝と直交する方向に形成した。作製したグルーブセルの効率特性をグリッド電極の諸特性とともに表1に示した。
(比較例1)
図3のS−6で、グリッド電極とメイン電極ともに、一つのスクリーンパターンを用い印刷法で同時に形成した太陽電池を作製した。グリッド電極長さは48mmで、線幅としては、先端幅、根元線幅ともに140μm印刷法の実用上の最小線幅とした。このようなグリッド電極を構成したセルの、シリコン基板面積に対しての電極占有率はほぼ5%程度になった。
図3のS−6で、グリッド電極とメイン電極ともに、一つのスクリーンパターンを用い印刷法で同時に形成した太陽電池を作製した。グリッド電極長さは48mmで、線幅としては、先端幅、根元線幅ともに140μm印刷法の実用上の最小線幅とした。このようなグリッド電極を構成したセルの、シリコン基板面積に対しての電極占有率はほぼ5%程度になった。
つまり図3でS−8とS−9を除いた。なお、表面凹凸加工は、実施例1と同じ条件で行った。得られた太陽電池セルについて、実施例1及び2と同様に特性測定を行った。
(比較例2)
図3のS−6に代えて、グリッド電極、メイン電極ともに、一度に真空蒸着法でチタン、銀(厚さ7μm)の金属層堆積を行った後、フォトリソ法でパターニング行い受光面電極を形成した。そして図3のS−8とS−9は除いたプロセスを用いた。作製した太陽電池を表1比較例2に示す。グリッド電極長さは48mmで、線幅としては、先端幅30μm、根元線幅100μmとした。このようなグリッド電極を構成したセルの、シリコン基板面積に対しての電極占有率は3.4%であった。なお、表面凹凸加工は、実施例1と同じ条件で行った。
図3のS−6に代えて、グリッド電極、メイン電極ともに、一度に真空蒸着法でチタン、銀(厚さ7μm)の金属層堆積を行った後、フォトリソ法でパターニング行い受光面電極を形成した。そして図3のS−8とS−9は除いたプロセスを用いた。作製した太陽電池を表1比較例2に示す。グリッド電極長さは48mmで、線幅としては、先端幅30μm、根元線幅100μmとした。このようなグリッド電極を構成したセルの、シリコン基板面積に対しての電極占有率は3.4%であった。なお、表面凹凸加工は、実施例1と同じ条件で行った。
表1から、ノズルでグリッド電極を重ねて形成すると、曲線因子は、段数の増すほど増加して、結果、変換効率の改善に効果が顕著である(実施例1)。ノズル法の2段重ねのグルーブ電極セルは、従来の印刷電極セル(比較例1)を超える変換効率特性15.7%を得た。
更に、ノズル法で2段重ねグリッド電極をグルーブ凹凸表面上に形成したセル(実施例2)では、グルーブ表面の低反射効果での短絡電流密度の改善、同表面での拡散層実効抵抗成分低減効果(シャープ技報 第70号32頁1998年4月参照)、及びノズル電極の抵抗低減効果が総合され、曲線因子は0.759に改善されて変換効率は17.3%に達した。これは蒸着電極を用いたセル(比較例2)に迫る高い変換効率と言える。
21 基板
23 メイン電極
24、26、51、52、53 電極線
24a、24b、26a、26b 電極線の長手方向に平行な端部を示す線
23 メイン電極
24、26、51、52、53 電極線
24a、24b、26a、26b 電極線の長手方向に平行な端部を示す線
Claims (10)
- 複数段の電極線を重ねて形成される電極において、電極の厚さが一方向に向かって段階的に厚くなる電極。
- 各電極線は、複数段の電極線を重ねる方向から見たときに、各電極線の長手方向に平行な端部を示す2本の線が、互いに略平行となっている請求項1に記載の電極。
- 2段目以上の電極線は、その幅が、その下段の電極線よりも小さい請求項1に記載の電極。
- 請求項1〜3の何れか1つに記載の電極を基板上に備える太陽電池。
- 基板と、基板上に形成されたメイン電極と、基板上に形成されると共にメイン電極に接続されるグリッド電極とを備え、グリッド電極は、請求項1〜3の何れか1つに記載の電極からなる太陽電池。
- 基板は、グルーブ凹凸を備え、グリッド電極は、グルーブ凹凸の溝方向に実質的に直交する請求項5に記載の太陽電池。
- 導電性材料を主成分とするペースト状の材料をノズルから押出すことにより、電極線を複数段に重ねて基板表面上に描画する工程を備える電極の形成方法。
- 2段目以上の電極線は、下段の電極線の一端からの所定の範囲を残して、描画される請求項7に記載の電極の形成方法。
- 請求項7又は8に記載の電極の形成方法を備える太陽電池の製造方法。
- メイン電極を基板上に形成し、メイン電極に電気的に接続されるようにグリッド電極を基板上に形成する工程を備え、グリッド電極は、請求項7〜10の何れか1つに記載の電極の形成方法によって形成される太陽電池の製造方法。
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-
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- 2004-06-08 JP JP2004170222A patent/JP2005353691A/ja active Pending
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