JP2013131631A

JP2013131631A - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2013131631A
Application number: JP2011280050A
Authority: JP
Inventors: Naoya Sotani; 直哉曽谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP5923735B2

Abstract

【課題】改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供する。
【解決手段】一主面１０ｂにｐ型表面１０ｂｐとｎ型表面１０ｂｎとを有する光電変換部１０を用意する。光電変換部１０の一主面１０ｂの上に、ｐ型表面１０ｂｐとｎ型表面１０ｂｎとを区画する絶縁層２２を形成する。絶縁層２２を形成した後に、めっき法により、ｐ型表面１０ｂｐの上にｐ側電極１３ｐを形成すると共に、ｎ型表面１０ｂｎの上にｎ側電極１４ｎを形成する電極形成工程を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

従来、改善された光電変換効率を実現し得る太陽電池として、裏面接合型の太陽電池が知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１には、裏面電極をスクリーン印刷法により形成することが記載されている。

特開２００５−１０１２４０号公報

特許文献１に記載の方法では、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造するのが困難であるという問題がある。

本発明は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することを主な目的とする。

本発明に係る太陽電池の製造方法では、一主面にｐ型表面とｎ型表面とを有する光電変換部を用意する。光電変換部の一主面の上に、ｐ型表面とｎ型表面とを区画する絶縁層を形成する。絶縁層を形成した後に、めっき法により、ｐ型表面の上にｐ側電極を形成すると共に、ｎ型表面の上にｎ側電極を形成する電極形成工程を行う。

本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。

第１の実施形態における太陽電池製造工程を説明するための略図的断面図である。第１の実施形態における太陽電池製造工程を説明するための略図的断面図である。第１の実施形態における太陽電池製造工程を説明するための略図的断面図である。光電変換部の一例の略図的断面図である。光電変換部の他の例の略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本実施形態では、図３に示す裏面接合型の太陽電池１の製造方法の一例について説明する。

まず、図１に示される光電変換部１０を用意する。光電変換部１０は、一主面（裏面）１０ｂにｐ型表面１０ｂｐとｎ型表面１０ｂｎとを有するものである限りにおいて特に限定されない。光電変換部１０の例については、後述する。

次に、光電変換部１０の主面１０ｂにｐ型表面１０ｂｐとｎ型表面１０ｂｎとを区画する絶縁層２２を形成する。絶縁層２２は、例えば、酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機絶縁材料や、感光性または非感光性のエポキシ樹脂やポリイミド樹脂、あるいはエチレン酢酸ビニル共重合樹脂、などの有機絶縁材料により構成することができる。絶縁層２２は、例えば、主面１０ｂ上に形成された絶縁膜の一部をエッチングなどに除去することにより形成することができる。また、絶縁層２２を有機絶縁材料により形成する場合は、絶縁層２２をスクリーン印刷法やインクジェット法などの印刷法により形成することもできる。絶縁層２２を感光性の樹脂材料により形成する場合は、絶縁層２２をフォトリソグラフィー法を用いて形成することもできる。

次に、光電変換部１０の主面１０ｂの上にシード層２１を形成する。具体的には、絶縁層２２を含んだ主面１０ｂの略全面の上に、面状のシード層２１を形成する。なお、シード層２１は、めっきのシードとなる層である。シード層２１はスパッタリング法やＣＶＤ法、または無電解めっき法などによって形成することができる。また、シード層２１は、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などの透明導電膜、Ｃｕなどの金属膜、または透明導電膜と金属膜の積層体によって構成することができる。

次に、無電解めっき法または電解めっき法などのめっき法により、ｐ型表面１０ｂｐの上にｐ側電極１３ｐ（図３を参照）を形成すると共に、ｎ型表面１０ｂｎの上にｎ側電極１４ｎを形成する電極形成工程を行うことにより、太陽電池１を完成させることができる。

本実施形態では、具体的には、まず、図２に示されるように、電極形成工程において、光電変換部１０の主面１０ｂの上に、絶縁層２２よりも厚い導電膜１２を形成する。導電膜１２は、絶縁層２２が設けられていない部分と、絶縁層２２が設けられている部分とに跨がるように、主面１０ｂの実質的に全体にわたって形成される。従って、この状態では、導電膜１２のｐ型表面１０ｂｐの上に位置する部分と、ｎ型表面１０ｂｎの上に位置する部分とは、電気的に接続されている。

次に、導電膜１２の厚みを絶縁層の厚み以下とする。これにより、導電膜１２のｐ型表面１０ｂｐの上に位置している部分と、ｎ型表面１０ｂｎの上に位置している部分とを絶縁層２２により隔離し、導電膜１２のｐ型表面１０ｂｐの上に位置している部分からｐ側電極１３ｐを形成すると共に、導電膜１２のｎ型表面１０ｂｎの上に位置している部分からｎ側電極１４ｎを形成する。

なお、導電膜１２の厚みを低減する方法としては、機械的研磨によるポリッシング法や、機械的研磨と化学的研磨の両方を用いたＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などが挙げられる。導電膜１２の表面の平坦性が高い場合は、エッチバック法が好ましく用いられる。

なお、導電膜１２の厚みを低減する工程において、絶縁層２２の厚みも同時に低減し、導電膜１２の厚みと絶縁層２２の厚みとを等しくしてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、絶縁層２２を設けた状態でスパッタリング法によりシード層２１を形成し、めっき法によりｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとを形成する。このため、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとを高い形状精度で形成することができる。よって、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとの間の間隔を小さくすることができる。従って、改善された光電変換効率を有する太陽電池１を製造することが可能となる。

本実施形態のように、導電膜１２の厚みを絶縁層２２の厚み以下とする工程の後に、絶縁層２２を除去しない場合、絶縁層２２を有する太陽電池１を得ることができる。絶縁層２２を有することによって、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとの間の絶縁が十分に保たれ、太陽電池１の信頼性が向上する。

また、絶縁層２２を設けた状態でシード層２１をに形成することにより、電界めっき法によって導電膜１２を形成する際にシード層２１全体に均一に電流を流すことができる。これによって、導電膜１２の膜厚の均一性が向上する。

ところで、ｎ型表面の上に第１のシード層を形成し、ｐ型表面の上に、第１のシード層とは隔離された第２のシード層を形成し、その後、めっき法によりシード層の上にｐ側電極及びｎ側電極を形成することも考えられる。しかしながら、この場合は、第１のシード層と第２のシード層との間隔が小さいと、ｐ側電極とｎ側電極とが接触してしまう虞がある。このため、第１のシード層と第２のシード層との間の間隔を広くする必要がある。それに対して、絶縁層２２を設ける本実施形態では、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとが接触する虞がないため、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとの間の間隔を狭くすることができる。従って、改善された光電変換効率を有する太陽電池１を製造することができる。

なお、本実施形態では、導電膜１２を絶縁層２２よりも厚く形成してから導電膜１２の厚みを低減したが、導電膜１２を絶縁層２２よりも薄く形成し、直接ｐ側電極１３ｐ及びｎ側電極１４ｎを形成してもよい。

（光電変換部１０の一例）
図４は、光電変換部の一例の略図的断面図である。図４に示されるように、本例においては、光電変換部１０は、基板１１を備えている。基板１１は、半導体材料からなる。基板１１は、例えば、結晶シリコンなどの結晶半導体等により構成することができる。基板１１は、一の導電型を有する。具体的には、ここでは、基板１１の導電型がｎ型である例について説明する。

基板１１の他主面（受光面）１０ａ側に位置する第１の主面１１ａの上には、基板１１と同じ導電型であるｎ型の半導体により構成された半導体層１５ｎが配されている。この半導体層１５ｎにより、第１の主面１１ａの実質的に全体が覆われている。半導体層１５ｎは、ｎ型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。

なお、半導体層１５ｎと第１の主面１１ａとの間に、例えば数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層が配されていてもよい。

半導体層１５ｎの基板１１とは反対側の表面の上には、反射を抑制する機能と、保護膜としての機能とを併せ持つ反射抑制層１６が配されている。この反射抑制層１６によって光電変換部１０の受光面１０ａが構成されている。反射抑制層１６は、例えば窒化ケイ素等により構成することができる。

基板１１の第２の主面１１ｂの一部分の上には、基板１１とは異なる導電型であるｐ型の半導体により構成された半導体層１７ｐが配されている。基板１１の第２の主面１１ｂの半導体層１７ｐが配されていない部分の少なくとも一部の上には、基板１１と同じ導電型であるｎ型の半導体により構成された半導体層１８ｎが配されている。半導体層１７ｐは、例えば、ｐ型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。本実施形態では、半導体層１７ｐと半導体層１８ｎとによって第２の主面１１ｂの実質的に全体が覆われている。

これら半導体層１７ｐと半導体層１８ｎとによって光電変換部１０の裏面１０ｂが構成されている。半導体層１７ｐは、ｐ型表面１０ｂｐを構成している。半導体層１８ｎは、ｎ型表面１０ｂｎを構成している。

なお、半導体層１７ｐと第２の主面１１ｂとの間に、例えば数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層が配されていてもよい。同様に、半導体層１８ｎと第２の主面１１ｂとの間に、例えば数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層が配されていてもよい。実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層は、例えば、ｉ型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。

半導体層１７ｐのｘ軸方向における端部は、半導体層１８ｎと厚み方向ｚにおいて重畳している。半導体層１７ｐの端部と半導体層１８ｎとの間には、絶縁層１９が配されている。絶縁層１９は、例えば、窒化ケイ素や酸化ケイ素等により構成することができる。

このように構成された光電変換部１０の上に、上述のとおり、絶縁層２２を形成する。絶縁層２２を形成したあと、スパッタリング法によりシード層２１を形成し、めっき法によりｐ側電極１３ｐｎ側電極１４ｎを形成して、太陽電池１を完成させることができる。

（光電変換部１０の他の例）
図５は、光電変換部の他の例の略図的断面図である。図５に示されるように、本例においては、基板１１と半導体層１７ｐとの間には、例えば数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層１７ｉが配されている。基板１１と半導体層１８ｎとの間には、例えば数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの実質的に真性なｉ型半導体からなる半導体層１８ｉが配されている。

半導体層１７ｉと半導体層１７ｐとは、半導体層１８ｎの上を含め、第２の主面１１ｂの実質的に全体を覆うように配されている。このため、半導体層１８ｎの上にも、半導体層１７ｉと半導体層１７ｐとが配されている。半導体層１８ｎと半導体層１７ｐとの間には、再結合層２０が配されている。このように、半導体層１８ｎにより構成されたｎ型表面１０ｂｎの上に、さらなる半導体層が設けられていてもよい。

ｐ型表面１０ｂｐで収集された電子は、半導体層１７ｐに直接接触しているｐ側電極１３ｐから取り出される。一方、ｎ型表面１０ｂｎで収集された電子は、再結合層２０、半導体層１７ｉ及び半導体層１７ｐを介して、ｎ側電極１４ｎから取り出される。

再結合層２０は、エネルギーバンド中に多くのギャップ内準位が存在する半導体材料や、ｐ型半導体層とオーム性接触する金属材料などにより構成することができる。再結合層２０の材料として、このような材料を選択することにより、ｎ側電極２２ｎから取り出される電子の損失を低減することができる。具体的には、再結合層２０は、例えば、ｐ型のアモルファスシリコン等により構成することができる。

このように構成された光電変換部１０の上に、上述のとおり、シード層２１及び絶縁層２２を形成する。絶縁層２２を形成したあと、めっき法によりｐ側電極１３ｐｎ側電極１４ｎを形成して、太陽電池１を完成させることができる。

ｐ型表面１０ｂｐとｎ型表面１０ｂｎとは半導体層１７ｉ及び半導体層１７ｐを介して接続されている。しかし、半導体層１７ｉ及び半導体層１７ｐの膜厚は薄いため、抵抗が大きく、流れる電流も小さい。これによって、半導体層１７ｉ及び半導体層１７ｐを分離する形成する工程を省きつつ、ｐ側電極１３ｐとｎ側電極１４ｎとから発電した電流を効率的に取り出すことができる。

１…太陽電池
１０…光電変換部
１０ａ、１０ｂ…主面
１０ｂｎ…ｎ型表面
１０ｂｐ…ｐ型表面
１２…導電膜
１３ｐ…ｐ側電極
１４ｎ…ｎ側電極
２１…シード層
２２…絶縁層

Claims

一主面にｐ型表面とｎ型表面とを有する光電変換部を用意する工程と、
前記光電変換部の一主面の上に、前記ｐ型表面と前記ｎ型表面とを区画する絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層を形成した後に、めっき法により、前記ｐ型表面の上にｐ側電極を形成すると共に、前記ｎ型表面の上にｎ側電極を形成する電極形成工程と、
を備える、太陽電池の製造方法。
前記電極形成工程において、前記光電変換部の一主面の上に前記絶縁層よりも厚い導電膜を形成した後に、前記導電膜の厚みを前記絶縁層の厚み以下とすることにより、前記導電膜の前記ｐ型表面の上に位置している部分と前記ｎ型表面の上に位置している部分とを前記絶縁層により隔離し、前記絶縁層から前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極を形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記絶縁層の形成に先立って、前記光電変換部の一主面の上に、シード層を形成する工程をさらに備える、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。