太阳能电池及其制造方法和太阳能电池模块及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池及其制造方法。本发明还涉及太阳能电池模块及其制造方 法。
【背景技术】
[0002] 能源问题、地球环境问题越来越深刻，作为代替化石燃料的能源，太阳能电池逐渐 备受注目。在太阳能电池中，通过将对由半导体接合等形成的光电转换部进行光照射而产 生的载流子（电子和空穴）导出到外部电路，从而进行发电。为了将光电转换部中产生的 载流子有效地导出到外部电路，在太阳能电池的光电转换部上设置集电极。
[0003] 例如，在使用了单晶硅基板、多晶硅基板的晶体硅系的太阳能电池中，在受光面设 置由细的金属形成的集电极。另外，就连在晶体硅基板上具有非晶硅层和透明电极层的异 质结太阳能电池中，也在透明电极层上设置集电极。
[0004] 太阳能电池的集电极通常是利用丝网印刷法对银糊料进行图案印刷而形成的。该 方法工序本身简单，但存在银的材料成本大，并且由于使用含有树脂的银糊料材料而导致 集电极的电阻率增大的问题。为了减小使用银糊料形成的集电极的电阻率，需要较厚地印 刷银糊料。然而，如果增加印刷厚度，则电极的线宽度也变大，因此电极的细线化困难，集电 极所致的遮光面积变大。
[0005] 作为用于解决上述课题的方法，已知有利用在材料成本和工序成本方面优异的镀 覆法形成集电极的方法。例如，在专利文献1~3中，公开了利用镀覆法在构成光电转换部 的透明电极上形成了由铜等形成的金属层的太阳能电池。在该方法中，首先，在光电转换部 的透明电极层上，形成具有与集电极的形状对应的开口部的抗蚀剂材料层（绝缘层），利用 电镀在透明电极层上的抗蚀剂开口部形成金属层。其后，通过除去抗蚀剂，从而形成规定形 状的集电极。专利文献3中，公开了通过在基底电极层形成后使用掩模形成镀覆电极层，从 而使镀覆电极的线宽度在基底电极层的线宽度以下的技术。
[0006] 另外，专利文献4中，公开了在透明电极上设置SiO2等绝缘层后，设置贯通绝缘层 的槽使透明电极层的表面或者侧面露出，以与透明电极的露出部导通的方式形成金属集电 极的方法。具体而言，提出了利用光镀覆法等在透明电极层的露出部形成金属籽晶，以该金 属籽晶为起点通过电镀形成金属电极的方法。根据这样的方法，不需要像专利文献1、2那 样使用抗蚀剂，因此在材料成本和工艺成本方面更有利。另外，通过设置低电阻的金属籽 晶，能够降低透明电极层与集电极之间的接触电阻。
[0007] 另外专利文献5中，公开了通过使用具有适当的粗糙度和多孔性的导电性籽晶， 并在该导电性籽晶上将绝缘层制膜，从而在导电性籽晶上的绝缘层形成不连续的开口，以 该开口为起点通过镀覆形成集电极的方法。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开昭60 - 66426号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2000 - 58885号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2010 - 98232号公报
[0013] 专利文献4 :日本特开2011 - 199045号公报
[0014] 专利文献5 :国际公开W02011/045287号小册子
【发明内容】
[0015] 像专利文献3那样使用与集电极图案对应的掩模时，需要用于制作掩模的费用、 作业量，存在无法面向实用化这样的问题。
[0016] 根据专利文献4的方法，能够在不使用高价的抗蚀剂材料的情况下利用镀覆法形 成细线图案的集电极。然而，利用光镀覆法形成作为电镀的起点的金属籽晶的方法可用于 半导体结的n层侧，但无法用于p层侧。已知通常异质结太阳能电池使用n型单晶硅基板， 并以P层侧的异质结为受光面侧的构成的特性最高，但专利文献4的方法存在不适合以p 层侧为受光面的异质结太阳能电池的受光面侧的集电极的形成的问题。另外，专利文献4 中，在贯通绝缘层和透明电极层的槽内，透明电极层的侧面与金属集电极相接，但由于透明 电极层的厚度一般为IOOnm左右，所以两者的接触面积小。因此，存在透明电极与集电极之 间的电阻增大，难以充分发挥作为集电极的功能的问题。
[0017] 专利文献5公开的方法中，为了在导电性籽晶的表面形状的变化（起伏）大的部 分不局部形成绝缘层，在绝缘层形成开口A。该方法与专利文献4记载的方法相比，能够增 大导电性籽晶与镀覆金属电极层的接触面积。另外，专利文献5的方法能够用于太阳能电 池的半导体结的P层型和n层侧中的任一方。然而，在导电性籽晶形成区域的端部（导电性 籽晶形成区域与导电性籽晶非形成区域的边界）附近，导电性籽晶的厚度的变化急剧，因 此推测在导电性籽晶形成区域的端部周边容易形成绝缘层的开口A。如果以导电性籽晶形 成区域的端部为起点通过镀覆使金属层析出，则金属在导电性籽晶非形成区域也析出（图 12 :参照专利文献4的FIG. 4c)，因此集电极所致的遮光面积增大，太阳能电池的发电量降 低。
[0018] 本发明的目的在于解决如上所述的与太阳能电池的集电极形成有关的现有技术 的问题，提高太阳能电池的转换效率并且减少太阳能电池的制造成本。
[0019] 本发明人等鉴于上述课题进行了深入研宄，结果发现通过使形成于导电性籽晶上 的绝缘层的开口偏处于集电极的宽度方向的中央部，能够减少集电极所致的遮光面积，提 高太阳能电池的转换效率，从而完成了本发明。
[0020] 本发明涉及在光电转换部的第一主面上具有沿一个方向延伸的集电极的太阳能 电池和具备该太阳能电池的太阳能电池模块。集电极从光电转换部侧依次包含第一导电层 和第二导电层，且在第一导电层与第二导电层之间包含形成有开口的绝缘层。第一导电层 被绝缘层覆盖，第二导电层的一部分通过绝缘层的开口与第一导电层导通。
[0021] 第一导电层在与其延伸方向正交的方向具有非中央部L。和2个非中央部之间的 中央部，上述非中央部L。位于距第一导电层的两端分别为(12-屯的范围内。中央部的第 一导电层上的绝缘层的开口的密度S。比非中央部的第一导电层上的绝缘层的开口的密度 S。高。应予说明，Cl1为绝缘层的膜厚，(12为第二导电层的膜厚。
[0022] 对中央部和非中央部更详细地说明，针对在第一导电层的延伸方向从第一导电层 上的区域X的一端（地点S1)以一定间隔定位的点的集合S= (S1, s2，? ? ?，sN，? ??，su}(N= 1，2, ? ?，u;su为区域X的另一端），将中央部与非中央部的边界点的集合84= {bA1，bA2, ? ? ?，bAN，? ? ?，bAu}(N= 1，2, ? ?，u)、Bb={bB1，bB2, ? ? ?，bBN，? ? ?， bBu}(N= 1，2, ??，u)各自所包含的点分别依次连接而形成的2条线所夹的区域为中央部 (L。)，中央部以外的第一导电层的区域为非中央部（L。）。
[0023] 其中，
[0024] An:与第一导电层的延伸方向正交的过S1^直线；
[0025] ENA、ENB:AN分别与第一导电层两端部的交点；
[0026] LN:ENA、Enb的间隔（在sN的第一导电层的线宽度）；
[0027] CN:ENA与Enb的中点；
[0028] 在sN的中央部与非中央部的边界点：直线An上的距点Cn的距离为LN/2 - (d2 - (I1)的点（将Ena侧的点设为bM，将Enb侧的点设为bBN)。
[0029] 优选第一导电层含有热流动开始温度T1比光电转换部的耐热温度低的低熔点材 料，优选低熔点材料偏处于第一导电层的中央部。这种情况下，优选低熔点材料形成为多个 岛状区域，并且1个岛状区域和与其最接近的岛状区域的间隔满足d2X(d2- (I1)。
[0030] 在本发明的太阳能电池的一个方式中，光电转换部在晶体硅基板的第一主面上依 次具有硅系薄膜和透明电极层，在透明电极层上具有集电极。
[0031] 本发明的太阳能电池的制造方法依次具有如下工序：在光电转换部的第一主面上 形成第一导电层的工序（第一导电层形成工序），在第一导电层上形成绝缘层的工序（绝缘 层形成工序），以及介由设置于绝缘层的开口，利用镀覆法形成与第一导电层导通的第二导 电层的工序（镀覆工序）。开口以偏处于第一导电层上的中央部的方式形成于绝缘层。
[0032] 第一导电层例如通过在光电转换部的第一主面上涂布粘度为10~500Pa?s的涂 布材料后，使涂布材料固化而形成。优选第一导电层含有热流动开始温度T1比光电转换部 的耐热温度低的低熔点材料。
[0033] 在绝缘层形成后，通过在比低熔点材料的热流动开始温度T1高的退火温度Ta进 行加热处理，能够在第一导电层上的绝缘层形成开口。另外，如果在比低熔点材料的热流动 开始温度T1高的基板温度Tb形成绝缘层，则能够在形成绝缘层的同时，在第一导电层上的 绝缘层形成开口。
[0034] 根据本发明，能够利用镀覆法形成集电极，因此集电极低电阻化，能够提高太阳能 电池的转换效率。另外，由于利用镀覆法在第一导电层上的中央部形成第二导电层，所以能 够减少集电极的宽度，能够形成遮光面积小的集电极。因此，能够低廉地提供高效率的太阳 能电池。
【附图说明】
[0035] 图1是表示本发明的太阳能电池的一个实施方式的截面示意图。
[0036] 图2是表示一个实施方式涉及的异质结太阳能电池的截面示意图。
[0037] 图3A是表示相关技术中的集电极的结构的概念图。
[0038] 图3B是表示集电极的结构的概念图。
[0039] 图3C是表示集电极的结构的截面示意图。
[0040] 图4是本发明的一个实施方式中的太阳能电池的制造工序的概念图。
[0041 ] 图5是用于说明第一导电层的中央部和非中央部的确定以及开口部的密度的测 定方法的概念图。
[0042] 图6是用于说明第一导电层中的低熔点材料的密度的测定方法的概念图。
[0043] 图7是示意性地表示在第一导电层形成时，随着时间经过产生流动而印刷涂布层 的形状发生变化的样子的截面图。
[0044] 图8A是用于说明邻接的开口部间的距离的概念图。
[0045] 图8B是用于说明邻接的低熔点材料间的距离的概念图。
[0046] 图9A是用于说明邻接的开口部间的距离与邻接的第二导电层的电接触的关系的 概念图。
[0047] 图9B是用于说明邻接的开口部间的距离与邻接的第二导电层的电接触的关系的 概念图。
[0048] 图10是表不光在集电极的表面反射的样子的概念图。
[0049] 图11是镀覆装置的结构示意图。
[0050] 图12是示意地表示相关技术中的集电极的结构的截面图。
【具体实施方式】
[0051] 如图1示意所示，本发明的太阳能电池100在光电转换部50的第一主面上具备集 电极7。集电极7从光电转换部50侧依次包含第一导电层71和第二导电层72。在第一导 电层71与第二导电层72之间形成了具有开口的绝缘层9。第二导电层72的一部分介由例 如绝缘层9的开口 9h与第一导电层71导通。
[0052] 第一导电层上的绝缘层9以中央部的开口的密度比非中央部的开口的密度大的 方式形成。优选第一导电层71含有具有比光电转换部50的耐热温度低的热流动开始温度 T1的低熔点材料。热流动开始温度T1例如为250°C以下。第一导电层含有低熔点材料时， 优选第一导电层中的低熔点材料以在中央部的存在密度比在非中央部的存在密度大的方 式定位。
[0053] 以下，以作为本发明的一个实施方式的异质结晶体硅太阳能电池（以下，有时记 载为"异质结太阳能电池"）为例子，进一步详细说明本发明。异质结太阳能电池是通过在 一导电类型的单晶硅基板的表面具有与单晶硅带隙不同的硅系薄膜而形成了扩散电位的 晶体硅系太阳能电池。作为硅系薄膜，优选非晶硅系薄膜。其中，已知在用于形成扩散电位 的导电型非晶硅系薄膜与晶体硅基板之间夹有薄的本征非晶硅层的太阳能电池是转换效 率最尚的晶体娃太阳能电池的形态之一。
[0054] 图2是本发明的一个实施方式涉及的异质结太阳能电池的截面示意图。对于异质 结太阳能电池101而言，作为光电转换部50,优选在一导电类型单晶硅基板1的一面（受光 面）依次具有导电型硅系薄膜3a和受光面侧透明电极层6a。在一导电类型单晶硅基板1 的另一面（受光面的相反面）依次具有导电型硅系薄膜3b和背面侧透明电极层6b。在光 电转换部50表面的受光面侧透明电极层6a上形成了包含第一导电层71和第二导电层72 的集电极7。在第一导电层71与第二导电层72之间形成了具有开口的绝缘层9。
[0055] 优选在一导电类型单晶硅基板1与导电型硅系薄膜3a、3b之间具有本征硅系薄膜 2a、2b。优选在背面侧透明电极层6b上具有背面金属电极8。
[0056][光电转换部的构成]
[0057] 首先，对异质结太阳能电池中的一导电类型单晶硅基板进行说明。一般而言单晶 娃基板为了具有导电性而含有对娃供给电荷的杂质。单晶娃基板有n型和p型，n型含有 用于向硅原子导入电子的原子（例如磷），P型含有用于向硅原子导入空穴的原子（例如 硼）。S卩，本发明中的"一导电类型"是指n型或p型中的任一方。
[0058] 异质结太阳能电池中，通过以吸收最多射向单晶硅基板的光的入射侧的异质结为 反向结（逆接合）来设置强的电场，能够有效地分离回收电子?空穴对。因此，优选受光面 侧的异质结为反向结。另一方面，比较空穴和电子时，有效质量和散射截面积小的电子一般 迀移率更大。从以上的观点考虑，优选异质结太阳能电池中使用的一导电类型单晶硅基板 是n型单晶硅基板。从光封闭的观点考虑，优选一导电类型单晶硅基板在表面具有纹理结 构。
[0059] 在形成有纹理结构的一导电类型单晶硅基板的表面将硅系薄膜制膜。作为硅系薄 膜的制膜方法，优选等离子体CVD法。作为利用等离子体CVD法形成硅系薄膜的条件，优选 采用基板温度100~300°C、压力20~2600Pa、高频功率密度0? 004~0? 8W/cm2。作为硅 系薄膜的形成中使用