专利名称：光生伏打装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光生伏打装置，特别涉及一种具有包括氧化物透明导电膜和在其上形成的糊电极的光生伏打元件的光生伏打装置。
背景技术：
在现有技术中，已知有在第一导电型结晶系半导体层和第二导电型非晶质半导体层之间，具有通过插入实质上真性的非晶质半导体层来改善结合特性的构造，同时，具有在第二导电型的非晶质半导体层上形成的氧化物透明导电膜和在其上形成的糊电极的光生伏打元件。这种光生伏打元件，例如在特开2003-197943号公报中已经公开。
在所述特开2003-197943号公报中所公开的构造的光生伏打元件中，能够使用等离子CVD法在约200℃以下的低温形成非晶质半导体层。在通过如此低温处理来形成光生伏打元件的情况下，使用通过在200℃以下温度的烧制能够硬化的低温烧制膏，在氧化物透明导电膜上形成糊电极。
但是，在所述特开2003-197943号公报中所公开的构造的光生伏打元件中，低温烧制膏对氧化物透明导电膜的密合性比较小，所以存在糊电极对氧化物透明导电膜的密合性低的情况。为此，在用电布线连接具有这种糊电极的多个光生伏打元件来制作光生伏打装置(光生伏打组件)时，如果通过电布线对糊电极施加外力，会产生电布线和糊电极从光生伏打元件的氧化物透明导电膜上剥离的现象。其结果，在生产时将发生光生伏打装置成品率降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题作出的，本发明的1个目的是，提供一种即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，生产时的成品率降低也能得到抑制的光生伏打装置。
为了实现上述目的，本发明第一方面的光生伏打装置具有光生伏打元件，其包括具有2nm以下的算术平均表面粗糙度的氧化物透明导电膜；在氧化物透明导电膜上形成的，至少包含金属材料和树脂材料的糊电极，树脂材料包括60重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
该第一方面的光生伏打装置中，如上所述，将包含具有60重量％以上100重量％以下的环氧树脂的树脂材料的糊电极，形成在具有2nm以下的算术平均表面粗糙度的氧化物透明导电膜上，这样在糊电极对算术平均表面粗糙度是2nm以下值的氧化物透明导电膜的密合性降低的情况下，由于包含60重量％以上的密合性高的环氧树脂，所以也能够将糊电极很好地密合到氧化物透明导电膜上。由此，即使在生产光生伏打装置时对光生伏打元件的糊电极施加了外力，也能够抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离。其结果，即使氧化物透明导电膜的算术平均表面粗糙度在2nm以下的较小值时，也能够抑制光生伏打装置生产时的成品率降低。并且，由于能够将糊电极与氧化物透明导电膜很好地密合，即使在长时间使用光生伏打装置的情况下，也能够抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离。其结果，不仅提高了光生伏打装置生产时的可靠性，也能够提高光生伏打装置的长时期的可靠性。另外，通过将氧化物透明导电膜的算术平均表面粗糙度设定为2nm以下的较小值，能够降低氧化物透明导电膜的光吸收和电阻，由此能提高光生伏打元件的输出特性。其结果，能够提高光生伏打装置的输出特性。
在上述第一方面的光生伏打装置中，光生伏打元件优选包括第一导电型的结晶系半导体层；在结晶系半导体层上形成的实质上真性的非单结晶半导体层，氧化物透明导电膜形成在非单结晶半导体层上。按照这种构成，在具有在第一导电型结晶系半导体层上形成实质上真性的非单结晶半导体层的构造光生伏打元件之光生伏打装置中，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时能够提高输出特性。而且，作为非单结晶，它是不仅包括非晶质，也包含微结晶的广义概念。
这种情况下，光生伏打元件优选包括在实质上真性的非单结晶半导体层上形成的第二导电型非单结晶半导体层，氧化物透明导电膜形成在第二导电型的非单结晶半导体层上。按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件在第一导电型结晶系半导体层上顺序形成实质上真性的非单结晶半导体层，和第二导电型非单结晶半导体层，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时提高输出特性。
在所述包括第一导电型结晶系半导体层、实质上真性的非单结晶半导体层、和氧化物透明导电膜的构成中，优选为，实质上真性的非单结晶半导体层包括在第一导电型结晶系半导体层上面形成的实质上真性的第一非单结晶半导体层，和在第一导电型结晶系半导体层的下面形成的实质上真性的第二非单结晶半导体层；光生伏打元件包括在第一非单结晶半导体层上面形成的第二导电型的第三非单结晶半导体层，和在第二非单结晶半导体层的下面上形成的第一导电型的第四非单结晶半导体层；氧化物透明导电膜包括在第三非单结晶半导体层的上面上形成的第一氧化物透明导电膜，和在第四非单结晶半导体层的下面上形成的第二氧化物透明导电膜。按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件在第一导电型的结晶系半导体层的上面上顺序形成实质上真性的第一非单结晶半导体层、和第二导电型的第三非单结晶半导体层、和第一氧化物透明导电膜，同时，在第一导电型结晶系半导体层的下面上顺序形成实质上真性的第二非单结晶半导体层、第一导电型的第四非单结晶半导体层、和第二氧化物透明导电膜，即使在第一氧化物透明导电膜和第二氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时能够提高输出特性。
在所述第一方面的光生伏打装置中，构成糊电极的树脂材料优选包括75重量％以上100重量％以下的环氧树脂。如按照这种构成，能够使糊电极与氧化物透明导电膜更好地密合。由此，能够抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离，故能够进一步抑制光生伏打装置生产时的成品率降低。并且，能够将糊电极与氧化物透明导电膜更好地密合，由此即使在长期间使用光生伏打装置的情况下，也能够进一步抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离。其结果，不仅能够提高光生伏打装置生产时的可靠性，而且进一步提高了光生伏打装置的长期间的可靠性。
在所述第一方面的光生伏打装置中，氧化物透明导电膜优选具有0.5nm以上1nm以下的算术平均表面粗糙度。如按照这种构成，由0.5nm以上1nm以下较小的算术平均表面粗糙度，能够更降低氧化物透明导电膜的光吸收和电阻，所以能够进一步提高光生伏打元件的输出特性。
在所述第一方面的光生伏打装置中，氧化物透明导电膜优选包括添加SnO2的In2O3。如按这种构成，在包括由添加了SnO2的In2O3的ITO(Indium Tin Oxide)膜构成的氧化物透明导电膜的光生伏打元件中，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低。
这种情况下，氧化物透明导电膜中的Sn的包含率优选在5重量％以下。如按照这种构成，能够提高氧化物透明导电膜的光透过率。
在所述第一方面的光生伏打装置中，构成糊电极的树脂材料优选包括环氧树脂和尿烷树脂。如按照这种构成，通过弹性高的尿烷树脂，能够提高糊电极的弹性。由此，能够降低通过烧制糊电极而硬化时在糊电极中产生的残留应力。其结果，能够通过包含60重量％以上的环氧树脂提高密合性，同时通过尿烷树脂降低糊电极的残留应力。并且，通过在树脂材料中增加尿烷树脂，树脂材料变软，在氧化物透明导电膜上通过丝网印刷法等形成糊电极时，能够容易形成糊电极。
在所述第一方面的光生伏打装置中，构成糊电极的金属材料优选为Ag。如按照这种构成，在具有使用包含Ag作为金属材料的糊电极光生伏打元件的光生伏打装置中，在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时成品率的降低。
在所述第一方面的光生伏打装置中，对氧化物透明导电膜表面的水的接触角优选为40°以上74°以下。如按照这种构成，即使由于对氧化物透明导电膜表面的水的接触角为40°以上74°以下的大角度，氧化物透明导电膜的表面的润湿性降低，由此造成糊电极对氧化物透明导电膜表面的密合性降低时，通过包含60重量％以上的环氧树脂，也能够将糊电极良好地与氧化物透明导电膜密合。
在所述第一方面的光生伏打装置中，优选为，以规定的间隔设置多个光生伏打元件；糊电极包括在光生伏打元件的上面形成的第一糊电极，和在光生伏打元件的下面形成的第二糊电极，还具有电布线；电布线的一端与在规定的光生伏打元件的上面形成的第一糊电极连接，其另一端与在邻近规定光生伏打元件的其它光生伏打元件的下面形成的第二糊电极连接。如按照这种构成，在具有通过电布线连接多个的光生伏打元件的光生伏打装置中，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时成品率的降低。
本发明第二方面的光生伏打装置，包括具有表面对水的接触角为40°以上74°以下的氧化物透明导电膜；在氧化物透明导电膜上形成的、至少包括金属材料和树脂材料的糊电极，树脂材料包括60重量％以上100重量％以下的环氧树脂的光生伏打元件。
在该第二方面的光生伏打装置中，如上所述，即使在通过将包括具有60重量％以上100重量％以下的环氧树脂的树脂材料的糊电极形成在具有对水的接触角为40°以上74°以下的表面的氧化物透明导电膜上，水的接触角成为40°以上74°以下的大角度而氧化物透明导电膜的表面的润湿性降低，由此导致糊电极对氧化物透明导电膜的密合性降低时，由于含有60％以上密合性高的环氧树脂，所以能够将糊电极良好地与氧化物透明导电膜密合。由此，即使在生产光生伏打装置时对光生伏打元件的糊电极施加外力的情况下，也能够抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离。其结果，即使由于对氧化物透明导电膜表面的水的接触角是40°以上74°以下而导致糊电极对氧化物透明导电膜的密合性降低的情况下，也能够抑制光生伏打装置生产时的成品率的降低。
在上述第二方面的光生伏打装置中，优选为，光生伏打元件包括第一导电型的结晶系半导体层；在结晶系半导体层上形成的实质上真性的非单结晶半导体层，氧化物透明导电膜形成在非单结晶半导体层上。按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件具有在第一导电型结晶系半导体层上形成实质上真性的非单结晶半导体层的构造，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时能够提高输出特性。
这种情况下，优选为，光生伏打元件包括在实质上真性的非单结晶半导体层上形成的第二导电型非单结晶半导体层，氧化物透明导电膜形成在第二导电型的非单结晶半导体层上。按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件在第一导电型结晶系半导体层上顺序形成实质上真性的非单结晶半导体层，和第二导电型非单结晶半导体层，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时提高输出特性。
在所述包括第一导电型结晶系半导体层，实质上真性的非单结晶半导体层和氧化物透明导电膜的构成中，优选为，实质上真性的非单结晶半导体层，包括在第一导电型结晶系半导体层上面形成的实质上真性的第一非单结晶半导体层；和在第一导电型结晶系半导体层的下面上形成的实质上真性的第二非单结晶半导体层，光生伏打元件包括在第一非单结晶半导体层上面形成的第二导电型的第三非单结晶半导体层；和在第二非单结晶半导体层的下面上形成的第一导电型的第四非单结晶半导体层，氧化物透明导电膜包括在第三非单结晶半导体层的上面上形成的第一氧化物透明导电膜；和在第四非单结晶半导体层的下面上形成的第二氧化物透明导电膜。按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件在第一导电型的结晶系半导体层的上面上顺序形成实质上真性的第一非单结晶半导体层、第二导电型的第三非单结晶半导体层、和第一氧化物透明导电膜，同时，在第一导电型结晶系半导体层的下面上顺序形成实质上真性的第二非单结晶半导体层、第一导电型的第四非单结晶半导体层、和第二氧化物透明导电膜，即使在第一氧化物透明导电膜和第二氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低，同时能够提高输出特性。
在所述第二方面的光生伏打装置中，构成糊电极的树脂材料优选包括75重量％以上100重量％以下的环氧树脂。如按照这种构成，能够使糊电极与氧化物透明导电膜良好地密合。由此，能够抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离，所以能够进一步抑制光生伏打装置生产时的成品率的降低。并且，能够将糊电极与氧化物透明导电膜很好地密合，由此即使在长期间使用光生伏打装置的情况下，也能够进一步抑制糊电极从氧化物透明导电膜上剥离。其结果，不仅能够提高光生伏打装置生产时的可靠性，而且能进一步提高光生伏打装置的长期间的可靠性。
在所述第二方面的光生伏打装置中，氧化物透明导电膜优选包括添加SnO2的In2O3。如按这种构成，在包括由添加了SnO2的In2O3的ITO(Indium Tin Oxide)膜构成的氧化物透明导电膜的光生伏打元件中，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时的成品率的降低。
这种情况下，氧化物透明导电膜中的Sn的含量优选在5重量％以下。如按照这种构成，能够提高氧化物透明导电膜的光透过率。
在所述第二方面的光生伏打装置中，构成糊电极的树脂材料优选在环氧树脂之外，还包括尿烷树脂。如按照这种构成，通过弹性高的尿烷树脂，能够提高糊电极的弹性。由此，能够降低通过烧制糊电极而硬化时在糊电极中产生的残留应力。其结果，能够通过含有60重量％以上的环氧树脂提高密合性，同时通过尿烷树脂降低糊电极的残留应力。并且，通过在树脂材料中加入尿烷树脂，树脂材料变软，在氧化物透明导电膜上通过丝网印刷法等形成糊电极时，能够容易形成糊电极。
在所述第二方面的光生伏打装置中，构成糊电极的金属材料优选为Ag。如按照这种构成，在具有光生伏打元件的光生伏打装置中，该光生伏打元件使用包含Ag作为金属材料的糊电极，在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时成品率的降低。
在所述第二方面的光生伏打装置中，优选为，以规定的间隔设置多个光生伏打元件，糊电极包括在光生伏打元件的上面形成的第一糊电极，和在光生伏打元件的下面形成的第二糊电极，还具有电布线，该电布线的一端与在规定的光生伏打元件的上面形成的第一糊电极连接，同时其另一端与在邻近规定光生伏打元件的其它光生伏打元件的下面形成的第二糊电极连接。如按照这种构成，在具有通过电布线连接多个光生伏打元件的光生伏打装置中，即使在氧化物透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时成品率的降低。
图1是表示本发明一种实施形式的光生伏打元件的构成的截面图。
图2是表示图1所示的一种实施形式的光生伏打元件的单结晶硅基板的表面附近的构造的截面图。
图3是表示图1所示的一种实施形式的光生伏打元件的ITO膜的构造的放大截面图。
图4是表示使用图1所示的一种实施形式的光生伏打元件的光生伏打组件的构成的截面图。
图5和图6是用于说明本发明一种实施形式的光生伏打元件的制作工序的截面图。
图7是表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)和光生伏打元件的标准化输出(Pmax)的关系的相关图。
图8是表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)和ITO膜表面的水的接触角的关系的相关图。
图9是用于说明ITO膜表面的水的接触角的测量方法的示意图。
图10是表示标准化接头(tab)强度和光生伏打组件生产时的成品率的关系的相关图。
图11是用于说明标准化接头强度的测量方法的图。
图12是表示糊电极的树脂粘合剂中环氧树脂的含有率与标准化接头强度的关系的相关图。
图13是表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)和标准化接头强度的关系的相关图。
具体实施例方式
下面，基于图来说明本发明的实施形式。
首先，参照图1～图4，说明本实施形式的光生伏打元件和使用光生伏打元件的光生伏打组件(光生伏打装置)的构成。
本实施形式的光生伏打元件1，如图1所示，具有约1Ω·cm的电阻率和约300μm的厚度，同时，包括具有(100)面的n型单结晶硅基板2(下面，称为n型单结晶硅基板2)。而且，该n型单结晶硅基板2是本发明的“第一导电型的结晶系半导体层”的一个例子。另外，在n型单结晶硅基板2的表面上，如图2所示，形成具有几μm～几十μm高度H的棱锥状凹凸。在该n型单结晶硅基板2的上面上，形成具有约5nm厚度的实质上真性的i型非晶质硅层3。而且，该i型非晶质硅层3是本发明的“实质上真性的非单结晶半导体层”和“第一非单结晶半导体层”的一个例子。另外，在i型非晶质硅层3上，形成具有约5nm厚度的p型非晶质硅层4。而且，该p型非晶质硅层4是本发明的“第二导电型非单结晶半导体层”和“第三非单结晶半导体层”的一个例子。
另外，在p型非晶质硅层4上，形成具有约100nm厚度的ITO膜5。而且，该ITO膜5是本发明的“氧化物透明导电膜”和“第一氧化物透明导电膜”的一个例子。另外，该ITO膜5是通过添加SnO2的In2O3形成的。而且，为了提高ITO膜5的光透过率，ITO膜5中的Sn的包含率，优选设定为约5重量％以下，更优选设定为约2重量％以下。另外，ITO膜5，如图3所示，在表面上形成具有约0.5nm～约4nm大小的凹凸。由此，ITO膜5具有约0.5nm以上约2nm以下的算术平均表面粗糙度(Ra)。而且，该算术平均表面粗糙度(Ra)由日本工业标准(JIS B 0601-1994)来规定。另外，对具有约0.5nm以上约2nm以下的算术平均表面粗糙度(Ra)的ITO膜5的表面的水的接触角，在约40°以上约74°以下。
另外，在ITO膜5的上面上的规定区域中，形成糊电极6。而且，该糊电极6是本发明的“第一糊电极”的一个例子。另外，该糊电极6由银(Ag)和树脂粘合剂构成。而且，该银是本发明的“金属材料”的一个例子。树脂粘合剂是本发明的“树脂材料”的一个例子。另外，构成糊电极6的树脂粘合剂包含环氧树脂，同时树脂粘合剂中的环氧树脂的包含率是在约60重量％以上约100重量％以下。而且，在树脂粘合剂中的环氧树脂不满100重量％时，树脂粘合剂中的环氧树脂以外的部分全部由尿烷树脂构成。
另外，在n型单结晶硅基板2的下面上，形成具有约5nm厚度的实质上真性的i型非晶质硅层7。而且，该i型非晶质硅层7是本发明的“实质上真性的非单结晶半导体层”和“第二非单结晶半导体层”的一个例子。另外，在i型非晶质硅层7上，形成具有约20nm厚度的n型非晶质硅层8。而且，该n型非晶质硅层8是本发明的“第四非单结晶半导体层”的一个例子。这样在n型单结晶硅基板2的下面上，顺序形成i型非晶质硅层7和n型非晶质硅层8，由此形成所谓的BSF(Back Surface Field)构造。另外，在n型非晶质硅层8上，形成具有约100nm厚度的ITO膜9。而且，该ITO膜9是本发明的“氧化物透明导电膜”和“第二氧化物透明导电膜”的一个例子。另外，在ITO膜9上的规定区域中，形成糊电极10。而且，该糊电极10是本发明的“第二糊电极”的一个例子。另外，在n型单结晶硅基板2的下面上形成的i型非晶质硅层7、n型非晶质硅层8、ITO膜9和糊电极10的上述之外的构成，分别与在n型单结晶硅基板2的上面上形成的i型非晶质硅层3、p型非晶质硅层4、ITO膜5和糊电极6的构成相同。
另外，使用本实施形式的光生伏打元件1的光生伏打组件11，如图4所示，具有多个光生伏打元件1。这些多个光生伏打元件1的每个，通过由扁平形状的铜箔构成的接头12与相互邻近的其它光生伏打元件1串联连接。而且，该接头12是本发明的“电布线”的一个例子。另外，接头12的一端，与规定的光生伏打元件1的上面的糊电极6(参照图1)连接，同时，另一端与邻近该规定的光生伏打元件1的其它光生伏打元件1的下面侧的糊电极10(参照图1)连接。另外，由接头12连接的多个光生伏打元件1，通过由EVA(Ethylene Vinyl Acetate)构成的填充材料13覆盖。另外，在填充材料13的上面，设置由玻璃基板构成的表面保护材料14。另外，在填充材料13的下面上，设置由PET(Poly Ethylene Terephtalate)/铝箔/PET的3层构造形成的里面保护材料15。
下面，参照图1和图4～图6，来说明本实施形式的光生伏打元件和使用它的光生伏打组件的制造工序。
首先，如图5所示，通过洗净除去杂质准备具有约1Ω·cm的电阻率和约300μm的厚度的n型单结晶硅基板2。接着，使用RF等离子CVD法，在n型单结晶硅基板2的上面上顺序形成具有约5nm厚度的i型非晶质硅层3，和具有约5nm厚度的p型非晶质硅层4。而且，利用RF等离子CVD法形成i型非晶质硅层3和p型非晶质硅层4的具体条件是，频率约13.56MHz，形成温度约100℃～约250℃，反应压力约26.6Pa～约80.0Pa，RF功率约10W～约100W。
接着，在n型单结晶硅基板2的下面上顺序形成具有约5nm厚度的i型非晶质硅层7，和具有约20nm厚度的n型非晶质硅层8。而且，该i型非晶质硅层7和n型非晶质硅层8，分别通过与所述i型非晶质硅层3和p型非晶质硅层4相同的工序来形成。
接着，如图6所示，使用磁控管溅射法，在p型非晶质硅层4和n型非晶质硅层8的每个上，分别形成具有约100nm厚度同时具有约0.5nm以上约2nm以下的算术平均表面粗糙度(Ra)的ITO膜5和9。这种ITO膜5和9的具体形成条件是，形成温度约50℃～约250℃，Ar气体流量约200sccm，O2气体流量约50sccm，功率约0.5kW～约3kW，磁场强度约500Gauss～约3000Gauss。
接着，在ITO膜5和9的各个上的规定区域，使用丝网印刷法，涂覆由银(Ag)和树脂粘合剂(环氧树脂/尿烷树脂为约60重量％/约40重量％～约100重量％/约0重量％)构成的银膏(低温烧制膏)，之后，在约180℃烧制1小时，硬化银膏。由此，形成糊电极6和9。这样，形成图1所示的本实施形式的光生伏打元件1。
接着，准备多个按上述方式形成的光生伏打元件1。然后，将由铜箔构成的接头12(参照图4)的一端与该多个光生伏打元件1的上面的糊电极6连接。该接头12与糊电极6的连接，是通过利用加热涂覆到接头12的表面上的焊锡，将接头12焊接到糊电极6上来进行的。然后，通过同样的工序，将接头12的另一端与邻近的其它光生伏打元件1的下面的糊电极10(参照图1)连接。这样，将多个光生伏打元件1串联连接。
接着，在由玻璃基板构成的表面保护材料14上放置由EVA片构成的填充材料13之后，放置由接头12连接的多个光生伏打元件1。然后，在其上还放置由EVA片构成的填充材料13之后，放置具有PET/铝箔/PET的3层构造的里面保护材料15。之后，通过一面加热一面加压，将表面保护材料14、填充材料13、通过接头12连接的多个光生伏打元件1和里面保护材料15一体化。这样，形成图4所示的本实施形式的光生伏打组件11。
在本实施形式中，如上所述，通过将包含具有约60重量％以上约100重量％以下的环氧树脂的树脂粘合剂的糊电极6和10，分别形成在具有约0.5nm以上约2nm以下的算术平均表面粗糙度(Ra)的ITO膜5和9上，使得算术平均表面粗糙度(Ra)为约0.5nm以上约2nm以下大小的值，由此即使在糊电极6和10对ITO膜5和9的密合性降低的情况下，由于包含约60重量％以上的密合性高的环氧树脂，所以能够将糊电极6和10分别很好地密合到ITO膜5和9上。由此，在使用光生伏打元件1制造光生伏打组件11时，即使在通过接头12对糊电极6和10施加外力的情况下，也能够抑制糊电极6和10以及接头12从ITO膜5和9上剥离。其结果，即使因算术平均表面粗糙度(Ra)是约0.5nm以上约2nm以下大小的值而使得糊电极6和10对各个ITO膜5和9的密合性降低的情况下，也能够抑制光生伏打组件11生产时的成品率的降低。另外，通过将糊电极6和10分别与ITO膜5和9很好地密合，即使在长期间使用光生伏打组件11的情况下，也能够抑制糊电极6和10分别从ITO膜5和9上剥离。其结果，能够提高光生伏打组件11的长期间的可靠性。
另外，在本实施形式中，将ITO膜5的算术平均表面粗糙度(Ra)设定为约2nm以下大小的值，由此能够降低ITO膜5的光吸收和电阻，所以能够提高光生伏打元件1的输出特性。其结果，能够提高光生伏打组件11的输出特性。
另外，在本实施形式中，在构成糊电极6和10的树脂粘合剂中，在环氧树脂之外，还添加尿烷树脂，通过弹性高的尿烷树脂，能够提高糊电极6和10的弹性。由此，在通过烧制而使糊电极6和10(银膏)硬化时，能够降低在糊电极6和10中产生的残留应力。其结果，能够通过包含约60重量％以上的环氧树脂提高密合性，同时通过尿烷树脂降低糊电极6和10中的残留应力。另外，通过向树脂粘合剂中添加尿烷树脂，树脂粘合剂变软，在使用丝网印刷法等在ITO膜5和9上分别形成糊电极6和10时，能够容易形成糊电极6和10。
另外，在本实施形式中，即使在通过将对ITO膜5和9的表面的水的接触角设定为约40°以上约74°以下的大角度，因ITO膜5和9的表面的润湿性降低而导致的糊电极6和10对ITO膜5和9的各个表面的密合性降低的情况下，由于含有60重量％以上的密合性高的环氧树脂，所以能够将糊电极6和10很好地分别与ITO膜5和9密合。由此，即使在使用光生伏打元件1制造光生伏打组件11时，通过接头12对糊电极6和10施加外力，也能够抑制糊电极6和10以及接头12从ITO膜5和9上剥离。其结果，即使在因对ITO膜5和9的表面的水的接触角是约40°以上约74°以下的大角度，而导致糊电极6和10对ITO膜5和9的密合性降低的情况下，也能够抑制光生伏打组件11生产时的成品率的降低。
接着，对为确认所述效果而进行的试验进行说明。具体说，对为研究下述关系而进行的试验进行说明，即ITO膜的表面粗糙度和光生伏打元件的输出特性的关系，以及ITO膜的表面粗糙度和糊电极的密合性的关系。在这种试验中，使用表面上不含棱锥状凹凸的平坦的n型单结晶硅基板来形成光生伏打元件。而且，在该平坦的n型单结晶硅基板上形成ITO膜的情况，与在表面上包含棱锥状凹凸的n型单结晶硅基板上形成ITO膜的情况一样，在ITO膜表面上也形成相同的凹凸形状，这种现象通过TEM(透射电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope))得到了确认。
首先，在图7中，表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)和光生伏打元件的标准化输出(Pmax)的关系。而且，在该图7所示的试验中，固定Ar气体和O2气体的流量，同时，一面将溅射电压从-500V变化到-50V，一面通过磁控管溅射法形成ITO膜。另外，糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂和尿烷树脂的组成比设定为环氧树脂/尿烷树脂＝30重量％/70重量％。另外，ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)使用AFM(原子显微镜)来测量。另外，在图7中，表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)为3nm时通过光生伏打元件的输出而标准化的标准化输出(Pmax)。
参照图7，可以得知，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)从4nm向0.5nm变小，标准化输出(Pmax)从0.99向1.02变大。由此可以得知，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)变小，光生伏打元件的输出特性提高。该输出特性的提高是由短路电流(Isc)和曲线因子(F.F.)增加所导致的。所述的光生伏打元件的输出特性的提高的理由可作如下考虑。即，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)变小，ITO膜的光吸收和电阻降低。由此可以认为，由于光生伏打元件的短路电流(Isc)和曲线因子(F.F.)增加，所以光生伏打元件的输出特性(标准化输出Pmax)提高。
另外，可以得知，ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是2nm时的光生伏打元件的输出特性(Pmax1.01)，相对算术平均表面粗糙度(Ra)是3nm时的光生伏打元件的输出特性(Pmax1)有1％的改善率。另外，可以得知，ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是0.5nm以上1nm以下时的光生伏打元件的输出特性(Pmax1.02)，相对算术平均表面粗糙度(Ra)是3nm时的光生伏打元件的输出特性(Pmax1)有2％的改善率。由此，可以判断为，为了提高光生伏打元件的输出特性，优选将ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)设定为0.5nm以上2nm以下，更优选设定为0.5nm以上1nm以下。
另外，图8表示ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)和ITO膜表面的水的接触角的关系。而且，图8中的ITO膜表面的水的接触角，如图9所示，是通过从ITO膜表面上的水滴和ITO膜表面的接触点引出对水滴表面的切线后，测量该切线和ITO膜表面之间的角度而求出的。参照图8，可以得知，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)从4nm向0.5nm变小，ITO膜表面的水的接触角从20°向74°逐渐变大。即，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)变小，ITO膜表面的湿润性降低。当ITO膜表面的湿润性如此降低时，银膏硬化时产生的银膏中的环氧树脂和ITO膜表面吸附水和氢结合的数减少。因此，可以认为，随着ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)变小，糊电极对ITO膜的密合性降低。另外，从图8可知，在为了提高光生伏打元件的输出特性而优选ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)为约0.5nm以上约2nm以下的范围时，ITO膜表面的水的接触角变成约40°以上约74°以下。这意味着，在ITO膜表面的水的接触角为约40°以上约74°以下时，能够得到良好的输出特性。
另外，图10表示接头强度和光生伏打组件生产时的成品率的关系。这里，接头强度意思是指，在将由铜箔构成的接头焊接到光生伏打元件的糊电极上之后，剥离该焊接的接头时的剥离强度。该接头强度作为糊电极对ITO膜的密合性的指标。另外，在接头强度的测量中，如图11所示，将光生伏打元件1固定到剥离强度测量器20上，同时通过剥离强度测量器20的夹子21将焊接的接头12夹在光生伏打元件1的糊电极6(参照图1)上。然后，通过旋转剥离强度测量器20的手柄22，拉伸夹子21，直到接头12和糊电极6(参照图1)从光生伏打元件1剥离。然后，通过测量剥离强度测量器20的表23表示的剥离强度的最大值，来测量接头强度。
参照图10，可以得知，随着标准化接头强度从1向2变大，光生伏打组件生产时的成品率从97％向99.8％逐渐变大。这里可考虑下面的理由。即，随着标准化接头强度变大，接头和糊电极难于从ITO膜上剥离。由此，在生产光生伏打组件时，对搬送由接头连接的光生伏打元件时通过接头对糊电极施加的外力、表面保护材料、填充材料、用接头连接的光生伏打元件和里面保护材料一边加热一边加压时施加在糊电极的压力等，可以抑制接头和糊电极从光生伏打元件剥离。其结果，抑制了次品的产生，所以提高了光生伏打组件生产时的成品率。另外，由图10可以得知，如果标准化接头强度在1.5以上，光生伏打组件生产时的成品率可达到99％以上。
另外，图12表示了将ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)设为2nm的情况下，糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的包含率和接头强度的关系。而且，在该图12中，表示了糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率是30重量％(尿烷树脂的含有率70重量％)时，由接头强度而标准化的标准化接头强度。另外，树脂粘合剂中的环氧树脂以外的部分全部由尿烷树脂构成。参照图12，可以得知，随着糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的包含率从30重量％向100重量％变大，标准化接头强度从1向2逐渐变大。这可以考虑是由于环氧树脂对ITO膜的接合强度比尿烷树脂的接合强度大，所以随着环氧树脂的含有率变大，标准化接头强度也变大。另外，可以得知，如果将标准化接头强度为1.5以上设为合格品的基准(光生伏打组件生产时的成品率在99％以上)，树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率为60重量％以上时满足合格品的基准。由此可知，在ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是2nm的情况下，糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂优选为60重量％以上(100重量％以下)。
另外，图13表示在改变糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率时，ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)与接头强度之间的关系。在该图13中，表示树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率为30重量％(尿烷树脂的包含率70重量％)时，由接头强度而标准化的标准化接头强度。参照图13，可以得知，随着糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率从30重量％向75重量％逐渐变大，标准化接头强度也变大。另外，可以得知，当ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是1nm以上2nm以下时，如果糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率在60重量％以上，标准化接头强度为1.5以上，同时，如果环氧树脂的含有率是75重量％以上，标准化接头强度是1.75以上。另外，可以得知，在ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是0.5nm以上1nm以下的更小的值时，如果糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率在75重量％以上，可以得到1.75以上的标准化接头强度。从该结果可知，当ITO膜的算术平均表面粗糙度(Ra)是0.5nm以上1nm以下的较小值时，糊电极的树脂粘合剂中的环氧树脂的含有率优选为75重量％以上(100重量％以下)。
而且，应该理解的是，本说明书中公开的实施形式全部为例示而不是限制。本发明的范围不是上述实施形式的说明，而是由权利要求的范围来表示，还包括与权利要求的范围相等的含义和范围中的全部变化。
例如，在上述实施形式中，以在n型单结晶硅基板上形成实质上真性的i型非晶质硅层和p型非晶质硅层之构造的光生伏打元件作为例子来进行说明，但本发明不限于此，它可以在包括氧化物透明导电膜和糊电极的光生伏打元件中得到广泛应用。
另外，在上述实施形式中，以在n型单结晶硅基板的下面形成BSF构造的光生伏打元件为例子来进行说明，但本发明不限于此，它也能应用到不形成BSF构造的光生伏打元件中。
另外，在上述实施形式中，说明了在光生伏打元件上形成由ITO膜构成的氧化物透明导电膜的例子，但本发明不限于此，即使在光生伏打元件上形成由ITO膜以外的材料构成的氧化物透明导电膜时，也能够得到与本发明同样的效果。
另外，在上述实施形式中，作为糊电极，使用了含有银(Ag)作为金属材料的糊电极(银膏)，但是，本发明不限于此，它也可以使用包含银(Ag)以外的金属材料的糊电极。
权利要求
1.一种光生伏打装置，具有光生伏打元件，该光生伏打元件包括具有2nm以下的算术平均表面粗糙度的氧化物透明导电膜；在所述氧化物透明导电膜上形成的、至少包含金属材料和树脂材料的糊电极，所述树脂材料含有60重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，所述光生伏打元件包括第一导电型的结晶系半导体层；在所述结晶系半导体层上形成的实质上真性的非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜形成在所述非单结晶半导体层上。
3.根据权利要求2所述的光生伏打装置，其特征在于，所述光生伏打元件包括在所述实质上真性的非单结晶半导体层上形成的第二导电型非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜形成在所述第二导电型的非单结晶半导体层上。
4.根据权利要求2所述的光生伏打装置，其特征在于，所述实质上真性的非单结晶半导体层，包括在所述第一导电型的结晶系半导体层上面形成的实质上真性的第一非单结晶半导体层；和在所述第一导电型的结晶系半导体层的下面形成的实质上真性的第二非单结晶半导体层，所述光生伏打元件包括在所述第一非单结晶半导体层上面形成的第二导电型的第三非单结晶半导体层；和在所述第二非单结晶半导体层的下面上形成的第一导电型的第四非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜包括在所述第三非单结晶半导体层的上面上形成的第一氧化物透明导电膜；和在所树第四非单结晶半导体层的下面上形成的第二氧化物透明导电膜。
5.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述树脂材料含有75重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，所述氧化物透明导电膜具有0.5nm以上1nm以下的算术平均表面粗糙度。
7.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，所述氧化物透明导电膜含有添加了SnO2的In2O3。
8.根据权利要求7所述的光生伏打装置，其特征在于，所述氧化物透明导电膜中的Sn的含有率在5重量％以下。
9.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述树脂材料，在所述环氧树脂之外，还含有尿烷树脂。
10.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述金属材料是Ag。
11.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，相对所述氧化物透明导电膜表面的水的接触角为40°以上74°以下。
12.根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于，以规定的间隔设置多个所述光生伏打元件，所述糊电极包括在所述光生伏打元件的上面侧形成的第一糊电极；和在所述光生伏打元件的下面侧形成的第二糊电极，还具有电布线，其一端与在规定的所述光生伏打元件的上面侧形成的第一糊电极连接，同时其另一端与在邻近所述规定光生伏打元件的其它所述光生伏打元件的下面侧形成的第二糊电极连接。
13.一种光生伏打装置，具有光生伏打元件，该光生伏打元件包括具有对水的接触角是40°以上74°以下的表面的氧化物透明导电膜；在所述氧化物透明导电膜上形成的、至少包括金属材料和树脂材料的糊电极，所述树脂材料含有60重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
14.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，所述光生伏打元件包括第一导电型的结晶系半导体层；和在所述结晶系半导体层上形成的实质上真性的非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜形成在所述非单结晶半导体层上。
15.根据权利要求14所述的光生伏打装置，其特征在于，所述光生伏打元件包括在所述实质上真性的非单结晶半导体层上形成的第二导电型的非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜形成在所述第二导电型的非单结晶半导体层上。
16.根据权利要求14所述的光生伏打装置，其特征在于，所述实质上真性的非单结晶半导体层，包括在所述第一导电型的结晶系半导体层上面上形成的实质上真性的第一非单结晶半导体层；和在所述第一导电型的结晶系半导体层的下面上形成的实质上真性的第二非单结晶半导体层，所述光生伏打元件包括在所述第一非单结晶半导体层上面上形成的第二导电型的第三非单结晶半导体层；和在所述第二非单结晶半导体层的下面上形成的第一导电型的第四非单结晶半导体层，所述氧化物透明导电膜包括在所述第三非单结晶半导体层的上面上形成的第一氧化物透明导电膜；和在第四非单结晶半导体层的下面上形成的第二氧化物透明导电膜。
17.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述树脂材料含有75重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
18.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，所述氧化物透明导电膜含有添加了SnO2的In2O3。
19.根据权利要求18所述的光生伏打装置，其特征在于，所述氧化物透明导电膜中的Sn的含有率在5重量％以下。
20.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述树脂材料，在所述环氧树脂之外，还含有尿烷树脂。
21.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，构成所述糊电极的所述金属材料是Ag。
22.根据权利要求13所述的光生伏打装置，其特征在于，以规定的间隔设置多个所述光生伏打元件，所述糊电极包括在所述光生伏打元件的上面侧形成的第一糊电极；和在所述光生伏打元件的下面侧形成的第二糊电极，还具有电布线，其一端与在规定的所述光生伏打元件的上面侧形成的所述第一糊电极连接，同时其另一端与在邻近规定所述规定的光生伏打元件的其它所述光生伏打元件的下面侧形成的所述第二糊电极连接。
全文摘要
本发明提供一种光生伏打装置，其在透明导电膜的表面粗糙度小的情况下，也能够抑制生产时成品率的降低。该光生伏打装置具有光生伏打元件，其包括具有2nm以下的算术平均表面粗糙度的氧化物透明导电膜；在氧化物透明导电膜上形成的、至少包含金属材料和树脂材料的糊电极，树脂材料含有60重量％以上100重量％以下的环氧树脂。
文档编号H01L31/04GK1627541SQ20041003163
公开日2005年6月15日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年12月10日
发明者山本武志, 丸山英治, 吉岭幸弘 申请人:三洋电机株式会社