JP2011505068A - 太陽電池の金属電極の電気化学的堆積方法 - Google Patents

Abstract

陰極を含んだ太陽電池３０の表面を電解質溶液２０と接触させるステップと、太陽電池の陽極を固体金属５０に接続するステップと、光源６０を使用して太陽電池の主受光面に光を照射するステップとを含み、電解質溶液内の金属イオンが太陽電池の陰極表面から生じる電子を受け取って金属を生成し、太陽電池の陰極表面に堆積するとともに、前記固体金属が太陽電池の陽極に電子を供給し金属イオンを生成し、電解質溶液に溶解される、太陽電池の金属電極の電気化学的堆積方法。

Description

本発明は、金属の電気化学的堆積方法に関し、特に太陽電池の陰極表面に金属電極を電気化学的に堆積させる方法に関する。

現在、商業化されている太陽電池の導電電極の形成方法は、ほとんどがスクリーン印刷法により、太陽電池の陰極表面に銀ペーストを印刷し、陽極表面にアルミニウムペーストを印刷し、高温で焼成することにより該太陽電池の陰極と陽極に導電陰極と導電陽極を同時に形成するようになっている。このような太陽電池の導電電極形成方法の長所は、工程が簡単でかつ確実であるので、大規模な量産に適していることである。

しかし、このようなスクリーン印刷及び焼成によって太陽電池の導電電極を形成する簡単な工程により、太陽電池の光電変換効率を向上させるには限界がある。焼成の後に、スクリーン印刷に用いられるペーストと太陽電池の表面との間の良好な抵抗接触が得られ、太陽電池の直列抵抗を低減させるためには、太い金属フィンガー線（一般に１００μｍより大きい）を設けるだけでなく、エミッタのシート抵抗を低く（一般に５０Ω／ｃｍ^２である）を設計する必要がある。太い金属フィンガー線は、太陽電池の有効な作業面積を減少させ、エミッタのシート抵抗を低くした設計は、太陽電池の短絡電流を低下を招いている。これらは、現在商業化された太陽電池の光電変換効率が低くなる要因である。

太陽電池の光電変換効率を向上させる一つの主要手段として、エミッタのシート抵抗を増加させる方法がある。しかしながら、太陽電池のエミッタのシート抵抗を増加した後、ペーストをスクリーン印刷し、焼成する工程を行うと、太陽電池の接触抵抗が増大されるため、太陽電池の光電変換効率が低減される。そのため、太陽電池のエミッタシート抵抗を増加させた後に、解決しなければならない一つの課題は、金属の導電電極と太陽電池との間の接触抵抗を低減させることである。

上記課題を解決するための一つの方法は、選択的拡散工程を用いることである。いわゆる選択的拡散工程とは、２つの異なるシート抵抗値を持つ太陽電池のエミッタの異なる領域を形成することをいう。つまり、金属の導電電極が形成される領域は、低シート抵抗であり、その他の受光面は、高シート抵抗である。このような工程設計により、太陽電池の短絡電流を増大させるとともに、金属導線と太陽電池との間の接触抵抗を低減させることができる。そのため、選択的拡散工程は、太陽電池の光電変換効率を向上させる一つの主要手段である。

しかしながら、上記スクリーン印刷及び焼成の工程を、選択的拡散工程を使用した太陽電池に適用することが困難である。その主な原因としては、スクリーン印刷工程においては、金属ペーストを低シート抵抗を有する太陽電池のエミッタ領域に位置合わせることが困難でなるからである。

この位置合わせの問題を解決するための通常な方法として、前記スクリーン印刷法に替わって、太陽電池の表面に、化学的堆積により金属の導電電極を形成する方法が用いられている。埋込みコンタクト太陽電池は、銅のような金属の化学的堆積方法を用いて太陽電池のエミッタに金属の導電電極を形成したものである。その具体的な方法は、大きいシート抵抗を有するエミッタ表面に不働態被膜又は反射防止膜を覆わせ、レザーエッチングで不働態被膜にグルービングした後、さらに深く拡散させることで、該エミッタ表面のグルービング領域のシート抵抗を低減した後、金属の化学的堆積方法により、低シート抵抗を有するエミッタ領域に太陽電池の金属の導電電極を形成する。

銅の化学的堆積過程は、相当緩やかな化学過程である。通常、１０時間近くかからないと、所望の金属の導電電極の厚さに達することができない。堆積が速すぎることにより生じる応力及び吸着問題を防止するために、一般に金属の導電電極の化学的堆積速度は１時間あたり２μｍ以下に限定されている。

金属の化学的堆積方法により太陽電池の電極を形成する方法は、もう一つの欠点がある。即ち、化学的堆積用の金属溶液の寿命が短いため、一般に数ロットだけ使用された後は、もう使用できなくなる。そのため、金属の化学的堆積方法を大規模な量産に用いる場合、大量の廃水が生じることになる。排出された廃水に処理困難な有機物が含有されているため、金属の化学的堆積工程は、太陽電池の生産コストを増加させることになる。

それだけでなく、化学的堆積用の金属溶液が相当不安定であるため、金属の自己析出現象が発生し易く、生産に影響を及ぼす。また、金属の化学的堆積工程の条件も非常に厳しく要求されている。例えば、化学的堆積用の銅溶液に対する温度制御は厳しく要求されている。銅の自己析出の可能性を減少させるために、銅を化学的に堆積する場合、空気で泡立てる必要があるうえ、濾過を行うことも要求されている。溶液濃度の安定性を保持するために、常に補充液を添加することも要求されている。補充液の添加は要求が非常に厳しく、添加量が多すぎると、銅の自己析出が発生し、また少なすぎると、銅の堆積速度が低下される恐れがある。

また、銅を化学的に堆積するための操作は、通常室温より高い温度、例えば５０℃より高い温度で行われる。このような工程では、大量のエネルギーを必要としているため、生産コストがさらに増加されている。また反応時間が長いため、生産過程においてこれらのエネルギー消耗量は相当の量となっている。

上記課題を解決するための一つの方法は、金属の化学的堆積工程に代えて、電気メッキを用いる方法である。金属の化学的堆積に対し、電気メッキの長所は、金属の堆積速度が速いことである。電気メッキ工程を採用した場合、太陽電池の導電電極の形成時間を、金属の化学的堆積に必要な１０時間近くから１時間以内に短縮することが可能である。通常、電気メッキを用いる際、太陽電池の導電電極の形成は、１０数分間以内に完成することができる。

金属の化学的堆積工程を代えて電気メッキを用いる場合のもう一つの長所は、金属の化学的堆積過程と比べて、金属の電気化学的堆積過程が相当簡単であるため、操作範囲が相当広く、工業化生産に好適である。例えば、金属の電気化学的堆積過程において、温度に対する制限が高くないので、一般に室温で操作可能である。これによって、生産の制御が容易であるほか、加熱に必要なコストも低減されている。電気メッキ用の電解液の組成も非常に簡単であるため、通常、電解液は長期にわたって繰り返し使用することができる。

さらに、一般的な化学的堆積過程で形成された太陽電池の導電電極は、非結晶状態となるが、電気化学的に堆積される太陽電池の金属の導電電極は微結晶状態となる。従って、電気化学的に堆積される金属の導電電極がより優れた導電性を有する。それによる直接影響として、電気メッキによる金属電極は、太陽電池から発生した電流の金属の導電電極での損失を低減することができ、太陽電池の変換効率を向上させることができる。

電気メッキにより金属を堆積する化学過程は非常に簡単で、例えば、電解液のｐＨ値と溶液組成の変化による影響が小さく、溶液に対する管理も非常に簡単であるため、電気メッキは工業化製造に非常に好適である。更に、電気メッキにより太陽電池の金属の導電電極を形成する場合、生産コストが低く、廃液の処理工程も、化学的に堆積された金属の廃液の処理工程と比べると相当簡単である。

しかしながら、このよう従来の電気メッキ工程を太陽電池の大規模な量産に適用することは、現実的にまだ困難である。その主要問題として、電気メッキ治具と太陽電池との接触、及び太陽電池にメッキされる金属の均一性などの問題が挙げられる。前記電気メッキ治具は、伝統的な電気メッキ操作過程に欠かせない重要な工具であり、その電気メッキ治具の電気メッキ操作過程における機能は、電気メッキの対象物を所定の位置又は所定の範囲に固定することと、外部電源の電流を電気メッキの対象物に通電させることである。

実際に、金属化される前の太陽電池表面の抵抗は非常に大きく、通常、電気メッキ治具と太陽電池表面との接触抵抗が大きいことにより、最終的に太陽電池表面にメッキされた金属の均一性の低下を引き起こす。また、太陽電池形成用の半導体材料が非常に脆いため、電気メッキ治具に太陽電池を着脱する過程において、太陽電池が破壊される現象が少なくない。

上述した太陽電池と電気メッキ治具との間の機械的接触と電気的接触により発生する問題を解決する方法として、太陽電池を電解質内に浸漬し、光照射により太陽電池から発生した電気エネルギーを利用して、太陽電池に金属の導電電極を堆積するようにしている。この方法は、光照射により太陽電池で発生した電気エネルギーによって、太陽電池の表面に金属の導電電極を形成するため、従来のように電気メッキ治具により外部電源からの電流を太陽電池の電気メッキ表面に通電することを避け、電気メッキ治具に起因する様々な問題を解決している。

しかしながら、このような太陽電池自体が発生した電気エネルギーによって、太陽電池表面に金属を堆積する方法においても、少なからず欠点がある。まず、太陽電池の陽極表面における金属を保護するために、一つの直流電源を別途に配置する必要がある。この直流電源の正極が電解質溶液内の金属に接続されており、この直流電源の負極が電解質溶液内の太陽電池の陽極金属に接続されている。このような接続によって、太陽電池の陰極に金属を堆積する場合に、該太陽電池の陽極における金属がダメージを受けないようにすることは可能であるが、実際に、金属を堆積する際にこのような接続方法を用いることにより、太陽電池の陰極と陽極に同時に金属を堆積することになるため、生産コストの無駄な増加を引起している。

この方法のもう一つの欠点は、太陽電池の陰極表面に存在している電位が、太陽電池から生じる電位と外部電源の電位との総和であるため、太陽電池の陰極表面の電位は、太陽電池から生じる電位によって決定されているだけでなく、外部電源から太陽電池に印加する電位によって決定されることになる。そのため、太陽電池表面における金属メッキの均一性は、太陽電池表面に照射した光の均一性だけでなく、外部電源から太陽電池に印加する電位の均一性にも影響されている。すなわち、表面全体での非常に良好な接触を実現しないと、太陽電池の陰極表面に均一の電位が得られない。実際に、このような均一な接触は、工業生産において容易に実現することができない。

以上のような従来技術における問題に鑑みて、本発明は、太陽電池が光照射を受けると電位を発生する特徴を利用して、太陽電池の陰極表面において電気化学的に金属を堆積する工程を提供することをひとつの目的としている。

さらに、本発明は、太陽電池の陰極表面のみに金属を堆積させる金属の電気化学的堆積工程を提供することをもうひとつの目的としている。

さらに、本発明は、金属の堆積速度を確実に制御可能な、太陽電池の陰極表面に金属を電気化学的に堆積する工程を提供することをもうひとつの目的としている。

本発明は、大規模な量産に適した、太陽電池の陰極表面に金属を堆積する工程を提供することをもうひとつの目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、陰極を含んだ太陽電池表面を電解質溶液と接触させるステップと、太陽電池の陽極を固体金属に接続するステップと、光源を使用して太陽電池の主受光面に光を照射するステップと、を含み、前記電解質溶液内の金属イオンが前記太陽電池の陰極表面から生じる電子を受け取って金属を生成し、前記太陽電池の陰極表面に堆積されるともに、前記固体金属が前記太陽電池の陽極に電子を供給するともに金属イオンを生成し、電解質溶液に溶解される、太陽電池の金属電極の電気化学的堆積方法を提供している。

好ましくは、前記太陽電池は、陰極の位置する表面以外の部分において前記電解質溶液と接触しない。

好ましくは、前記太陽電池の前記電解質溶液と接触する表面は、陰極のみを含む。

好ましくは、前記太陽電池の前記電解質溶液と接触する表面が、陰極と陽極の双方を含むようにしてもよい。

好ましくは、該電解質溶液は、金属イオン、酸基、水および添加剤を含む。

好ましくは、該電解質溶液は、少なくとも１種の金属イオンを含む。

好ましくは、該電解質溶液は、少なくとも１種の酸基を含む。

好ましくは、該電解質溶液は、少なくとも１種の添加剤を含む。

好ましくは、前記主受光面は、該太陽電池の前記電解質溶液と接触する表面、又は該太陽電池の前記電解質溶液と接触しない表面である。

好ましくは、前記光照射を行うステップにおいて、光照射の光源は、自然光又は照明装置から照射された光である。

好ましくは、前記光照射を行うステップにおいて、光は、直接太陽電池の表面に照射するか、あるいは電解質又はその他の媒体を透過して太陽電池の表面に照射する。

好ましくは、前記太陽電池の陽極と前記固体金属とは、導線によって電気的に接続されている。

好ましくは、前記固体金属は、少なくとも１種の金属又は合金からなる。

好ましくは、前記固体金属は、少なくとも一面が前記電解質溶液と接触している。

好ましくは、前記方法は、さらに太陽電池の陽極と固体金属との間に外部電源を接続するステップを含む。

好ましくは、前記外部電源は、負極が該太陽電池の陽極に接続され、その正極が該固体金属に接続された直流電源である。

好ましくは、該直流電源の出力パワーは０より大きい。

好ましくは、該固体金属の成分と、太陽電池の陰極表面に堆積される金属の成分が同様である。

好ましくは、前記太陽電池は、電解質溶液の上方に固定される。

好ましくは、前記太陽電池は、水平方向に移動可能である。

本発明における金属の電気化学的堆積過程において、金属イオンが太陽電池の陰極にのみ堆積されるので、金属が陽極に堆積され短絡が発生することにより電池効率が低下される問題が根本的に解決されるともに、いかなる電気的な接触による太陽電池ウェハーの損傷や、堆積された金属が不均一となる現象を回避できる。

本発明のもう１つの長所は、太陽電池の他面が電解質溶液と接触しないので、太陽電池の他面の金属を保護するため外部電源を別途に設置する必要がないことである。これにより、太陽電池表面の電位が０から変えることができ、かつ確実に制御できるので、太陽電池の陰極表面の電気化学的な反応速度を制御することができる。

本発明のもう１つの重要な長所は、光強度の均一性が確保されたので、太陽電池の電位が表面の全体で非常に均一となっており、太陽電池の陰極表面全体にわたって堆積された金属も非常に均一な厚さとなっている。

本発明のもう１つの長所は、自己位置合わせの効果を奏することである。この長所は、特に選択的拡散構造を有する太陽電池の形成に有利である。

本発明における金属の電気化学的堆積方法を使用して、太陽電池の陰極表面において電気化学反応を行うことで金属を堆積することを示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明における具体例を詳細に説明する。

図１は、本発明における金属の電気化学的堆積方法を使用して、太陽電池の陰極表面において電気化学反応を行うことで金属を堆積することを示す概略図である。

図面に示すように、本発明における金属の電気化学的堆積方法に用いられる装置は、主として、電解質溶液槽１０、電解質溶液２０、太陽電池３０、金属導線４０、金属ブロック５０、発光装置６０である。

本発明における電解質溶液槽１０の主な作用は、電解質溶液２０を収納することである。太陽電池３０の主受光面がその陰極表面である場合、本発明における電解質溶液槽１０のもう１つの作用は、発光装置６０から発射された光を透過させ太陽電池３０の主受光面に照射することを許容することである。こうして、本発明における電解質溶液槽１０は、一般に、例えば石英、ガラス、透明有機材料などの透明かつ耐腐食性の材料で作成すればよい。

太陽電池の主受光面がその陰極を含まない場合、即ち、その主受光面と陰極表面がそれぞれ太陽電池の両面である場合に、発光装置から発射された光が直接太陽電池の上面に照射するように、発光装置を太陽電池の上方に配置すべきである。

本発明における電解質溶液槽１０内の電解質溶液２０は、主として、例えば硫酸銅と塩化ニッケルなどのような、金属イオンと酸基からなる。電解質溶液２０は、要求される堆積金属によって、１種の金属イオンのみを含んでもよく、多種の金属イオンを含んでもよい。

同様に、要求される堆積金属によっては、電解質溶液２０内に１種の酸基を含んでもよく、また例えば硫酸基、硝酸基などの多種の酸基を含んでもよい。

堆積金属の応力の減少と、堆積された金属の平滑性の向上のために、異なる電解質溶液と金属の電気化学的堆積工程によっては、電解質溶液２０内に適宜添加剤を加えてもよい。

本発明は、太陽電池３０の陰極を含む一面のみが電解質溶液２０と接触し、他面が電解質溶液２０と接触しないことをひとつの重要な技術的特徴としている。

工業生産上の便利のため、９０％以上の商業化太陽電池の両面は、それぞれ陰極と陽極である。したがって、本発明における方法は、特にこのような商業化された太陽電池への金属堆積に好適である。本発明における方法が前記商業化太陽電池に用いられる場合、その陽極がその陰極の反対面にあり、かつ電解質溶液と接触しないので、太陽電池の陽極上の金属を保護するための外部電源を接続しなくてもよい。

図１に示すように、固体金属５０と太陽電池３０とが導電線４０によって電気的に接続されている。通常、固体金属５０の主要な成分は、太陽電池３０の陰極表面に堆積しようとする金属の成分と同様である。

固体金属５０は、単一成分の金属であってもよく、１種以上の金属からなる合金であってもよい。該固体金属５０は、電解槽１０内の、電解質溶液２０と良好に接触可能な、いずれかの箇所に配置される。太陽電池３０の陰極が主受光面である場合、固体金属５０が配置される位置は、発光装置６０から発射された光の太陽電池３０の表面への照射へ影響しない位置である。

図１は、本発明における方法を使用して太陽電池の陰極表面に金属電極を電気化学的に堆積する完全な反応過程を示している。

従来の電気メッキ工程と異なり、本発明における電気化学反応は、外部から電気エネルギーを供給する必要がなく、太陽電池自体から発生される電気エネルギーを利用して電気化学反応を実現するようになっている。

図１において、発光装置６０は電解槽１０の下方に位置する。該発光装置６０の位置は、太陽電池３０の構造によって決定される。太陽電池３０の陰極が該太陽電池の主受光面である場合、該発光装置６０から発射された光は、透明の電解槽１０を透過した後に、さらに電解質溶液２０を透過して、太陽電池３０の下面である陰極表面に照射する。

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。太陽電池は光照射を受けると、エミッタである陰極の表面で負電位が生じる。したがって、前記光照射によって、太陽電池３０が負電位を生じて、電子を放出する。電解質溶液２０における金属イオンは、負電位に駆動されて陰極へ移動し、太陽電池３０の陰極表面で電子を受け取ると、金属原子を生成して太陽電池３０の陰極表面に堆積される。同時に、電解質溶液２０内の固体金属５０は、太陽電池３０の陽極の正電位の作用で、導電線４０に通じて、電子を失い金属イオンを生成する同時に、電解質溶液２０に溶解されることで、電解質溶液２０における金属イオン濃度の安定性が保たれる。上記により、最終的に外部電源からの電力供給を必要としない電気化学反応過程が実現されている。

外部電源に接続必要な電気メッキ過程と異なり、本発明における前記の金属の電気化学的堆積過程において、外部電源に接続する必要はなく、光に照射された際に太陽電池３０自体から発生した電位により、電気化学反応全体を実現するようになっている。したがって、前記過程において、金属イオンは太陽電池３０の陰極のみに堆積される。

この特徴は、太陽電池の工業生産にとって非常に有意義なものである。外部電源に接続して電気化学反応を実現すれば、太陽電池の表面における、保護されていない陰極と陽極にともに金属が堆積されるため、太陽電池の短絡を招き、太陽電池の光電変換効率が低下される。本発明における方法において、仮に露出された陽極表面が存在したとしても、太陽電池が光照射を受けた後、その陽極が電子を受け取るだけで、電子を放出することはできないので、金属が太陽電池の陽極に堆積されなくなり、陽極の短絡による電池効率低下の問題が完全に解消されている。

同時に、太陽電池ウェハーの厚さは、通常２００μｍ程度であり、いかなる局部的な物理接触によっても容易に破壊される。本発明における金属の電気化学的堆積過程において、外部電源に接続する必要がないので、本発明における電気化学過程においていかなる電気的接触を必要とせず、太陽電池ウェハーを損なう可能性が回避されている。

さらに、通常、太陽電池の陰極表面の抵抗が大きいので、外部の電気接触により太陽電池の陰極表面の電位が不均一となり、ひいては太陽電池の表面に堆積された金属が不均一となってしまう可能性がある。これに対し、本発明における電気化学反応においては、光照射の強度が太陽電池の表面で均一であるかぎり、太陽電池から生じる電位が表面全体で均一である。即ち、その表面に堆積された金属が均一になる。

一方、本発明における電気化学反応過程において、太陽電池の陰極を有する表面は電解質溶液と接触し、太陽電池の他面は電解質溶液と接触しない。したがって、外部電源を使用して太陽電池の他面における金属を保護する必要がなくなる。これにより、太陽電池表面の電位を０から変えることができるため、太陽電池の陰極表面での電気化学反応速度を精度良く制御することができる。金属の電気化学的堆積速度も光照射強度を変更することによって自由に変更することができる。

本発明にかかる方法により製造された太陽電池の陰極表面に堆積された金属は、非常に均一である。これは、太陽電池から生じる電位が、太陽電池にて受けた光照射強度に正比例するからである。光照射強度の均一性を確保できる条件であれば、太陽電池の電位は、表面全体で非常に均一であり、陽極の金属ブロックの設置位置、形状及びサイズに影響されない。均一な電位によって均一な電気化学反応速度が実現できるので、均一な金属堆積層が得られることになる。

本発明における方法は、特に、選択的拡散構造を有する太陽電池の製造に適している。太陽電池の反射率を減少するために、通常、高シート抵抗を有する表面には、反射率を低減するための反射防止膜がメッキされている。本発明における金属の電気化学的堆積過程において、この反射防止膜は、マスクとして、太陽電池の陰極から発生される電子と電解質溶液における金属イオンとの接触を阻止する機能を果たしている。選択的拡散を行った低シート抵抗の表面には、該マスクによる保護がないので、太陽電池の低シート抵抗の表面から発生される電子と電解質溶液内の金属イオンとが接触し、電気化学反応を発生して、その表面に金属の導電電極が生成される。

本発明における金属の電気化学的堆積過程は、間欠的に行われてもよく、連続的に行われてもよい。

金属の電気化学的堆積を間歇に行う過程において、本発明における太陽電池３０は、電解質溶液２０の上方に固定され、その陰極を有する表面が電解質溶液２０と接触する。太陽電池３０が発光装置６０から発射された光を受けると、電解質溶液２０の金属イオンは太陽電池の陰極表面で電子を受け取り、金属を生成して太陽電池の陰極表面に堆積される。

金属の電気化学的堆積を連続に行う過程において、本発明における太陽電池３０は水平方向に移動する。太陽電池３０の移動方式として、ローラ又は可動ホルダーによって移動することができる。例えば、太陽電池３０は、一組のローラ組の上に配置され、その陰極を含んだ表面がその下方にある電解質溶液２０と接触し、この一組のローラが一定方向に回転するとき、太陽電池３０がこのローラ組の上で該方向に沿って移動することによって、金属の電気化学的堆積を連続に行うように構成することができる。

以下、本発明における方法を使用した具体例を説明する。
一、第１実施例

第１ステップでは、以下の通り太陽電池を製造する。

Ｐ型シリコンウェハーに対し、テクスチャー形成を行い、拡散してから、周縁エッチングを行い、Ｎ型表面に窒化ケイ素膜で覆い、Ｐ型表面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、Ｎ型表面に銀ペーストをスクリーン印刷して、太陽電池を焼成する。この太陽電池について測定した結果、該太陽電池の光電変換効率は１６．５７％であり、このうち、その開放電圧は６２５ｍＶ、電流密度は３５．３ｍＡ／ｃｍ²、直列抵抗は０．００７５Ω、並列抵抗は１３．１１Ω、曲線因子は７５．１％であった。

第２ステップでは、電解質溶液を調製する。

硫酸銅２００ｇ、硫酸１２０ｇ、４．５ｍｌの光沢剤ＶＦ１００を均一に１リットルの水に溶解させ、銅電解質溶液を調製する。

硫酸第一錫５０ｇ、硫酸６０ｇ、チモールスルホン酸４８ｇ、クレゾール２．４ｇを１リットルの水に均一に溶解させ、錫電解質溶液を調製する。

第３ステップでは、金属を電気化学的に堆積する。

太陽電池の陰極表面を前記銅電解質溶液と接触させ、太陽電池の陽極を銅電解質溶液内の固体銅に連結させる。発光装置は透明の電解質溶液槽の下部に配置されている。太陽電池が１５分間光照射を受けてから、測定した結果、太陽電池の陰極の導電電極に堆積された銅層の厚さは、約１０μｍである。

次に、上記ステップで得られた太陽電池の陰極を上記錫電解質溶液と接触させ、太陽電池の陽極を錫電解質溶液内の固体錫に連結させる。発光装置は透明の電解質溶液槽の下部に配置されている。太陽電池が１分間光照射を受けた後測定した結果、太陽電池の陰極の導電電極に堆積された錫層の厚さは、約０．０１μｍである。同時に、該太陽電池の光電変換効率は１６．９４％までに高められ、その開放電圧は６２６ｍＶ、電流密度は３５．２ｍＡ／ ｃｍ²、直列抵抗は０．００４５Ω、並列抵抗は４９．４１Ω、曲線因子は７６．９％であることが測定された。
二、第２実施例

第１ステップは、埋込みコンタクト太陽電池を製造する。

Ｐ型シリコンウェハーに対し、テクスチャー形成を行い、浅く拡散し、周縁エッチングを行い、酸化させてから、Ｎ型表面にレザーによりゲート埋込み溝をエッチングし、ゲート埋込み溝内で深拡散させ、Ｐ型表面にアルミニウムをスパッターしあと、アルミニウムを焼成し、ゲート埋込み溝内にニッケルを化学メッキし、さらにニッケル焼成をして、ニッケル−ケイ素合金を形成した。

第２ステップは、電解質溶液を調製する。

硫酸ニッケル１５０ｇ、塩化ナトリウム８ｇ、ホウ酸３０ｇ、無水硫酸ナトリウム４０ｇを１リットルの水に均一に溶解させて、ニッケル電解質溶液を調製する。

硫酸銅２００ｇ、硫酸１２０ｇ、４．５ｍｌの光沢剤ＶＦ１００を１リットルの水に均一に溶解させて、銅電解質溶液を調製する。

シアン化第一銅７５ｇ、シアン化亜鉛９ｇ、シアン化ナトリウム５５ｇ、炭酸ナトリウム１０ｇ、フッ化ナトリウム４ｇを１リットルの水に均一に溶解させ、銅−亜鉛電解質溶液を調製する。

第３ステップは、埋込みコンタクト電池の陰極金属を電気化学的に堆積する。

該太陽電池の陰極表面を上記ニッケル電解質溶液に接触させ、太陽電池の陽極をニッケル電解質溶液内の固体ニッケルに連結する。発光装置は透明の電解質溶液槽の下部に配置されている。太陽電池が光照射を受けて５分間経過した後に測定した結果、太陽電池のゲート埋込み溝内に堆積されたニッケル層の厚さは、約０．１μｍであった。

さらに、上記ステップで得られた太陽電池の陰極表面を上記銅電解質溶液と接触させ、該太陽電池の陽極を銅電解質溶液内の固体銅に連結する。発光装置は透明の電解質溶液槽の下部に配置される。太陽電池が光照射を受けて２０分間経過した後測定した結果、太陽電池のゲート埋込み溝内に堆積された銅層の厚さは、約１５μｍであった。

次に、上記ステップで得られた太陽電池の陰極表面を上記銅−亜鉛電解質溶液と接触させ、該太陽電池の陽極を銅−亜鉛電解質溶液内の固体銅−亜鉛合金に連結した。発光装置は透明の電解質溶液槽の下部に配置される。太陽電池が光照射を受けて２分間経過した後測定した結果、太陽電池のゲート埋込み溝内に堆積された銅亜鉛合金層の厚さは、約０．０１μｍであった。同時に、該太陽電池の光電変換効率は１７．５３％、その開放電圧は６２０ｍＶ、電流密度は３５．７ｍＡ／ ｃｍ²、直列抵抗は０．００４０Ω、並列抵抗は＞１００Ω、曲線因子は７９．２％であることが測定された。
三、第３実施例

第１ステップでは、裏面全体が導電電極の太陽電池を製造する。

Ｎ型シリコンウェハーに対し、テクスチャー形成を行い、Ｎ型で拡散し、酸化させ、フォトレジストをマスクとしてＰ型電極のためのコンタクト領域を開けて、Ｐ型で深拡散させ、フォトレジストをマスクとしてＮ型電極のためのコンタクト領域を開けて、電極の接触領域にニッケルを化学メッキし、ニッケル焼成をして、ニッケル−ケイ素合金を形成した。

第２ステップでは、電解質溶液を調製する。

硫酸ニッケル１５０ｇ、塩化ナトリウム８ｇ、硼酸３０ｇ、無水硫酸ナトリウム４０ｇを１リットルの水に均一に溶解させ、ニッケル電解質溶液を調製した。

硫酸銅２００ｇ、硫酸１２０ｇ、４．５ｍｌの光沢剤ＶＦ１００を１リットルの水に均一に溶解させ、銅電解質溶液を調製した。

シアン化第一銅２０ｇ、錫酸ナトリウム３０ｇ、シアン化ナトリウム２０ｇ、水酸化ナトリウム１０ｇを１リットルの水に均一に溶解させ、銅−錫電解質溶液を調製した。

第３ステップでは、裏面全体が導電電極である太陽電池の電極を電気化学的に堆積する。

該太陽電池の導電電極表面を上記ニッケル電解質溶液と接触させ、該太陽電池の陽極を外部電源の負極に接続し、該外部電源の正極をニッケル電解質溶液内の固体ニッケルに連結する。発光装置は太陽電池の上部に配置される。外部電源の出力電流を１Ａに制御し、太陽電池が光照射を受けて５分経過した後に測定した結果、太陽電池の陰極表面に堆積されたニッケル層の厚さは約０．１μｍであり、太陽電池の陽極表面に堆積されたニッケル層の厚さは約０．０８μｍであった。

さらに、上記ステップで得られた該太陽電池の導電電極表面を上記銅電解質溶液と接触させ、太陽電池の陽極を外部電源の負極に接続し、該外部電源の正極を銅電解質溶液内の固体銅に接続する。発光装置は太陽電池の上部に配置される。外部電源の出力電流を１．５Ａに制御し、太陽電池が光照射を受けて２０分間経過した後測定した結果、太陽電池の陰極表面に堆積された銅層の厚さは約１５μｍであり、太陽電池の陽極表面に堆積された銅層の厚さは約１２μｍであった。

次に、上記ステップで得られた該太陽電池の導電電極表面を上記銅錫電解質溶液と接触させ、該太陽電池の陽極を外部電源の負極に接続し、該外部電源の正極を銅錫電解質溶液内の固体銅と固体錫に接続した。発光装置は太陽電池の上部に配置される。外部電源の出力電流を０．５Ａに制御し、太陽電池が光照射を受けて２分間経過した後に測定した結果、太陽電池の陰極表面に堆積された銅錫層の厚さは約０．０１μｍであり、太陽電池の陽極表面に堆積された銅錫層の厚さは約０．００８μｍであった。同時に、該太陽電池の光電変換効率は１８．０２％であり、その開放電圧は６２０ｍＶ、電流密度は３６．９ｍＡ／ｃｍ²、直列抵抗は０．００５１Ω、並列抵抗は＞１００Ω、曲線因子は７８．８％であることが測定された。

本発明は、特に陰極と陽極がそれぞれ２つの異なる表面に存在する太陽電池に好適である。

例えば、大多数の商業化された太陽電池は、その陰極と陽極がそれぞれ２つの異なる表面に存在している。商業化太陽電池の主受光面は、その陰極が位置する一方の表面である。電極の遮光面積を減少するために、該太陽電池の陰極の金属導電電極は、多数のゲート線からなる。これらの商業化された太陽電池の陽極は、他方の表面にある。本発明をこのような構造の太陽電池に適用する場合、その陰極表面を電解質溶液と接触させ、その陽極表面を固体金属に接続しかつ電解質溶液と接触させない。この電気化学反応の過程は、特に量産に適している。

同時に、本発明は、陰極と陽極とが同一表面に存在している太陽電池にも好適である。

導電電極の遮光面積を除去し、太陽電池の光電変換効率を向上させるために、太陽電池の陰極と陽極の双方を太陽電池の主受光面の反対面に配置することがある。本発明をこのような構造の太陽電池に適用する場合、該太陽電池の陰極と陽極が位置する一方の表面を電解質溶液と接触させ、該太陽電池の陽極と固体金属との間に外部電源を接続し、かつ発光装置を太陽電池の上方に配置する。発光装置から光が発射されかつ外部電源から電流が供給されると、太陽電池の陰極と陽極において同時に金属の電気化学的堆積反応が行われ、陰極と陽極の金属の導電電極が同時に形成される。この際、発光装置の発光強度と外部電源の電流供給強度を調整することにより、陰極と陽極の金属堆積速度を調整することができる。

本発明は、上記特定の実施例に限られるものではなく、その思想または実質な特徴から逸脱しない前提で、当業者が本発明に基づいて種々変形や変更を行うことができ、これらの変形や変更も、全て本発明の特許請求の範囲内に含まれている。

Claims (22)

1. 陰極を含んだ太陽電池３０の表面を電解質溶液２０と接触させるステップと、
   太陽電池３０の陽極を固体金属５０に接続するステップと、
   光源６０を使用して太陽電池３０の主受光面に光を照射するステップと、を含み、
   前記電解質溶液２０内の金属イオンが前記太陽電池３０の陰極表面から生じた電子を受け取って金属を生成し、前記太陽電池３０の陰極表面に堆積されるとともに、前記固体金属５０が前記太陽電池３０の陽極に電子を供給する同時に、金属イオンとして電解質溶液２０に溶解される、ことを特徴とする太陽電池の金属電極の電気化学的堆積方法。
2. 前記太陽電池３０は、陰極の位置する表面以外の部分が、前記電解質溶液２０と接触しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記太陽電池３０は、前記電解質溶液２０と接触する表面が、陰極のみを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記太陽電池３０は、前記電解質溶液２０と接触する表面が、陰極と陽極の双方を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記電解質溶液２０は、金属イオン、酸基、水および添加剤を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記電解質溶液２０は、少なくとも１種の金属イオンを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記電解質溶液２０は、少なくとも１種の酸基を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記電解質溶液２０は、少なくとも１種の添加剤を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記主受光面は、該太陽電池３０の前記電解質溶液２０と接触する表面であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記主受光面は、該太陽電池３０の前記電解質溶液２０と接触しない表面であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記光を照射するステップにおいて、光照射の光源６０は、自然光、又は照明装置から発射された光であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記光を照射するステップにおいて、光は直接太陽電池３０の表面に照射されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記光を照射するステップにおいて、光は、電解質又はその他の媒体を透過して太陽電池３０の表面に照射されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記太陽電池３０の陽極と前記固体金属５０とは、導線４０によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記固体金属５０は、少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求項１又は１４に記載の方法。
16. 前記固体金属５０は、少なくとも一表面が前記電解質溶液２０と接触することを特徴とする請求項１又は１４に記載の方法。
17. 該方法は、さらに太陽電池３０の陽極と固体金属５０との間に外部電源を接続するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記外部電源は、負極が前記太陽電池３０の陽極に接続され、正極が前記固体金属５０に接続された直流電源であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記直流電源の出力パワーは０より大きいであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 該固体金属５０の成分は、太陽電池３０の陰極表面に堆積される金属の成分と同様であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記太陽電池３０は、電解質溶液２０の上方に固定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 前記太陽電池３０は、水平方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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