太陽能電池及其制造方法和太陽能電池模塊及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池及其制造方法。本發(fā)明還涉及太陽能電池模塊及其制造方 法。
【背景技術】
[0002] 能源問題、地球環(huán)境問題越來越深刻，作為代替化石燃料的能源，太陽能電池逐漸 備受注目。在太陽能電池中，通過將對由半導體接合等形成的光電轉(zhuǎn)換部進行光照射而產(chǎn) 生的載流子（電子和空穴）導出到外部電路，從而進行發(fā)電。為了將光電轉(zhuǎn)換部中產(chǎn)生的 載流子有效地導出到外部電路，在太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換部上設置集電極。
[0003] 例如，在使用了單晶硅基板、多晶硅基板的晶體硅系的太陽能電池中，在受光面設 置由細的金屬形成的集電極。另外，就連在晶體硅基板上具有非晶硅層和透明電極層的異 質(zhì)結(jié)太陽能電池中，也在透明電極層上設置集電極。
[0004] 太陽能電池的集電極通常是利用絲網(wǎng)印刷法對銀糊料進行圖案印刷而形成的。該 方法工序本身簡單，但存在銀的材料成本大，并且由于使用含有樹脂的銀糊料材料而導致 集電極的電阻率增大的問題。為了減小使用銀糊料形成的集電極的電阻率，需要較厚地印 刷銀糊料。然而，如果增加印刷厚度，則電極的線寬度也變大，因此電極的細線化困難，集電 極所致的遮光面積變大。
[0005] 作為用于解決上述課題的方法，已知有利用在材料成本和工序成本方面優(yōu)異的鍍 覆法形成集電極的方法。例如，在專利文獻1~3中，公開了利用鍍覆法在構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換部 的透明電極上形成了由銅等形成的金屬層的太陽能電池。在該方法中，首先，在光電轉(zhuǎn)換部 的透明電極層上，形成具有與集電極的形狀對應的開口部的抗蝕劑材料層（絕緣層），利用 電鍍在透明電極層上的抗蝕劑開口部形成金屬層。其后，通過除去抗蝕劑，從而形成規(guī)定形 狀的集電極。專利文獻3中，公開了通過在基底電極層形成后使用掩模形成鍍覆電極層，從 而使鍍覆電極的線寬度在基底電極層的線寬度以下的技術。
[0006] 另外，專利文獻4中，公開了在透明電極上設置SiO2等絕緣層后，設置貫通絕緣層 的槽使透明電極層的表面或者側(cè)面露出，以與透明電極的露出部導通的方式形成金屬集電 極的方法。具體而言，提出了利用光鍍覆法等在透明電極層的露出部形成金屬籽晶，以該金 屬籽晶為起點通過電鍍形成金屬電極的方法。根據(jù)這樣的方法，不需要像專利文獻1、2那 樣使用抗蝕劑，因此在材料成本和工藝成本方面更有利。另外，通過設置低電阻的金屬籽 晶，能夠降低透明電極層與集電極之間的接觸電阻。
[0007] 另外專利文獻5中，公開了通過使用具有適當?shù)拇植诙群投嗫仔缘膶щ娦宰丫В?并在該導電性籽晶上將絕緣層制膜，從而在導電性籽晶上的絕緣層形成不連續(xù)的開口，以 該開口為起點通過鍍覆形成集電極的方法。
[0008] 現(xiàn)有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開昭60 - 66426號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開2000 - 58885號公報
[0012] 專利文獻3 :日本特開2010 - 98232號公報
[0013] 專利文獻4 :日本特開2011 - 199045號公報
[0014] 專利文獻5 :國際公開W02011/045287號小冊子

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 像專利文獻3那樣使用與集電極圖案對應的掩模時，需要用于制作掩模的費用、 作業(yè)量，存在無法面向?qū)嵱没@樣的問題。
[0016] 根據(jù)專利文獻4的方法，能夠在不使用高價的抗蝕劑材料的情況下利用鍍覆法形 成細線圖案的集電極。然而，利用光鍍覆法形成作為電鍍的起點的金屬籽晶的方法可用于 半導體結(jié)的n層側(cè)，但無法用于p層側(cè)。已知通常異質(zhì)結(jié)太陽能電池使用n型單晶硅基板， 并以P層側(cè)的異質(zhì)結(jié)為受光面?zhèn)鹊臉?gòu)成的特性最高，但專利文獻4的方法存在不適合以p 層側(cè)為受光面的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的受光面?zhèn)鹊募姌O的形成的問題。另外，專利文獻4 中，在貫通絕緣層和透明電極層的槽內(nèi)，透明電極層的側(cè)面與金屬集電極相接，但由于透明 電極層的厚度一般為IOOnm左右，所以兩者的接觸面積小。因此，存在透明電極與集電極之 間的電阻增大，難以充分發(fā)揮作為集電極的功能的問題。
[0017] 專利文獻5公開的方法中，為了在導電性籽晶的表面形狀的變化（起伏）大的部 分不局部形成絕緣層，在絕緣層形成開口A。該方法與專利文獻4記載的方法相比，能夠增 大導電性籽晶與鍍覆金屬電極層的接觸面積。另外，專利文獻5的方法能夠用于太陽能電 池的半導體結(jié)的P層型和n層側(cè)中的任一方。然而，在導電性籽晶形成區(qū)域的端部（導電性 籽晶形成區(qū)域與導電性籽晶非形成區(qū)域的邊界）附近，導電性籽晶的厚度的變化急劇，因 此推測在導電性籽晶形成區(qū)域的端部周邊容易形成絕緣層的開口A。如果以導電性籽晶形 成區(qū)域的端部為起點通過鍍覆使金屬層析出，則金屬在導電性籽晶非形成區(qū)域也析出（圖 12 :參照專利文獻4的FIG. 4c)，因此集電極所致的遮光面積增大，太陽能電池的發(fā)電量降 低。
[0018] 本發(fā)明的目的在于解決如上所述的與太陽能電池的集電極形成有關的現(xiàn)有技術 的問題，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率并且減少太陽能電池的制造成本。
[0019] 本發(fā)明人等鑒于上述課題進行了深入研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使形成于導電性籽晶上 的絕緣層的開口偏處于集電極的寬度方向的中央部，能夠減少集電極所致的遮光面積，提 高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，從而完成了本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明涉及在光電轉(zhuǎn)換部的第一主面上具有沿一個方向延伸的集電極的太陽能 電池和具備該太陽能電池的太陽能電池模塊。集電極從光電轉(zhuǎn)換部側(cè)依次包含第一導電層 和第二導電層，且在第一導電層與第二導電層之間包含形成有開口的絕緣層。第一導電層 被絕緣層覆蓋，第二導電層的一部分通過絕緣層的開口與第一導電層導通。
[0021] 第一導電層在與其延伸方向正交的方向具有非中央部L。和2個非中央部之間的 中央部，上述非中央部L。位于距第一導電層的兩端分別為(12-屯的范圍內(nèi)。中央部的第 一導電層上的絕緣層的開口的密度S。比非中央部的第一導電層上的絕緣層的開口的密度 S。高。應予說明，Cl1為絕緣層的膜厚，(12為第二導電層的膜厚。
[0022] 對中央部和非中央部更詳細地說明，針對在第一導電層的延伸方向從第一導電層 上的區(qū)域X的一端（地點S1)以一定間隔定位的點的集合S= (S1, s2，? ? ?，sN，? ??，su}(N= 1，2, ? ?，u;su為區(qū)域X的另一端），將中央部與非中央部的邊界點的集合84= {bA1，bA2, ? ? ?，bAN，? ? ?，bAu}(N= 1，2, ? ?，u)、Bb={bB1，bB2, ? ? ?，bBN，? ? ?， bBu}(N= 1，2, ??，u)各自所包含的點分別依次連接而形成的2條線所夾的區(qū)域為中央部 (L。)，中央部以外的第一導電層的區(qū)域為非中央部（L。）。
[0023] 其中，
[0024] An:與第一導電層的延伸方向正交的過S1^直線；
[0025] ENA、ENB:AN分別與第一導電層兩端部的交點；
[0026] LN:ENA、Enb的間隔（在sN的第一導電層的線寬度）；
[0027] CN:ENA與Enb的中點；
[0028] 在sN的中央部與非中央部的邊界點：直線An上的距點Cn的距離為LN/2 - (d2 - (I1)的點（將Ena側(cè)的點設為bM，將Enb側(cè)的點設為bBN)。
[0029] 優(yōu)選第一導電層含有熱流動開始溫度T1比光電轉(zhuǎn)換部的耐熱溫度低的低熔點材 料，優(yōu)選低熔點材料偏處于第一導電層的中央部。這種情況下，優(yōu)選低熔點材料形成為多個 島狀區(qū)域，并且1個島狀區(qū)域和與其最接近的島狀區(qū)域的間隔滿足d2X(d2- (I1)。
[0030] 在本發(fā)明的太陽能電池的一個方式中，光電轉(zhuǎn)換部在晶體硅基板的第一主面上依 次具有硅系薄膜和透明電極層，在透明電極層上具有集電極。
[0031] 本發(fā)明的太陽能電池的制造方法依次具有如下工序：在光電轉(zhuǎn)換部的第一主面上 形成第一導電層的工序（第一導電層形成工序），在第一導電層上形成絕緣層的工序（絕緣 層形成工序），以及介由設置于絕緣層的開口，利用鍍覆法形成與第一導電層導通的第二導 電層的工序（鍍覆工序）。開口以偏處于第一導電層上的中央部的方式形成于絕緣層。
[0032] 第一導電層例如通過在光電轉(zhuǎn)換部的第一主面上涂布粘度為10~500Pa?s的涂 布材料后，使涂布材料固化而形成。優(yōu)選第一導電層含有熱流動開始溫度T1比光電轉(zhuǎn)換部 的耐熱溫度低的低熔點材料。
[0033] 在絕緣層形成后，通過在比低熔點材料的熱流動開始溫度T1高的退火溫度Ta進 行加熱處理，能夠在第一導電層上的絕緣層形成開口。另外，如果在比低熔點材料的熱流動 開始溫度T1高的基板溫度Tb形成絕緣層，則能夠在形成絕緣層的同時，在第一導電層上的 絕緣層形成開口。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，能夠利用鍍覆法形成集電極，因此集電極低電阻化，能夠提高太陽能 電池的轉(zhuǎn)換效率。另外，由于利用鍍覆法在第一導電層上的中央部形成第二導電層，所以能 夠減少集電極的寬度，能夠形成遮光面積小的集電極。因此，能夠低廉地提供高效率的太陽 能電池。
【附圖說明】
[0035] 圖1是表示本發(fā)明的太陽能電池的一個實施方式的截面示意圖。
[0036] 圖2是表示一個實施方式涉及的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的截面示意圖。
[0037] 圖3A是表示相關技術中的集電極的結(jié)構(gòu)的概念圖。
[0038] 圖3B是表示集電極的結(jié)構(gòu)的概念圖。
[0039] 圖3C是表示集電極的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
[0040] 圖4是本發(fā)明的一個實施方式中的太陽能電池的制造工序的概念圖。
[0041 ] 圖5是用于說明第一導電層的中央部和非中央部的確定以及開口部的密度的測 定方法的概念圖。
[0042] 圖6是用于說明第一導電層中的低熔點材料的密度的測定方法的概念圖。
[0043] 圖7是示意性地表示在第一導電層形成時，隨著時間經(jīng)過產(chǎn)生流動而印刷涂布層 的形狀發(fā)生變化的樣子的截面圖。
[0044] 圖8A是用于說明鄰接的開口部間的距離的概念圖。
[0045] 圖8B是用于說明鄰接的低熔點材料間的距離的概念圖。
[0046] 圖9A是用于說明鄰接的開口部間的距離與鄰接的第二導電層的電接觸的關系的 概念圖。
[0047] 圖9B是用于說明鄰接的開口部間的距離與鄰接的第二導電層的電接觸的關系的 概念圖。
[0048] 圖10是表不光在集電極的表面反射的樣子的概念圖。
[0049] 圖11是鍍覆裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 圖12是示意地表示相關技術中的集電極的結(jié)構(gòu)的截面圖。
【具體實施方式】
[0051] 如圖1示意所示，本發(fā)明的太陽能電池100在光電轉(zhuǎn)換部50的第一主面上具備集 電極7。集電極7從光電轉(zhuǎn)換部50側(cè)依次包含第一導電層71和第二導電層72。在第一導 電層71與第二導電層72之間形成了具有開口的絕緣層9。第二導電層72的一部分介由例 如絕緣層9的開口 9h與第一導電層71導通。
[0052] 第一導電層上的絕緣層9以中央部的開口的密度比非中央部的開口的密度大的 方式形成。優(yōu)選第一導電層71含有具有比光電轉(zhuǎn)換部50的耐熱溫度低的熱流動開始溫度 T1的低熔點材料。熱流動開始溫度T1例如為250°C以下。第一導電層含有低熔點材料時， 優(yōu)選第一導電層中的低熔點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，以作為本發(fā)明的一個實施方式的異質(zhì)結(jié)晶體硅太陽能電池（以下，有時記 載為"異質(zhì)結(jié)太陽能電池"）為例子，進一步詳細說明本發(fā)明。異質(zhì)結(jié)太陽能電池是通過在 一導電類型的單晶硅基板的表面具有與單晶硅帶隙不同的硅系薄膜而形成了擴散電位的 晶體硅系太陽能電池。作為硅系薄膜，優(yōu)選非晶硅系薄膜。其中，已知在用于形成擴散電位 的導電型非晶硅系薄膜與晶體硅基板之間夾有薄的本征非晶硅層的太陽能電池是轉(zhuǎn)換效 率最尚的晶體娃太陽能電池的形態(tài)之一。
[0054] 圖2是本發(fā)明的一個實施方式涉及的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的截面示意圖。對于異質(zhì) 結(jié)太陽能電池101而言，作為光電轉(zhuǎn)換部50,優(yōu)選在一導電類型單晶硅基板1的一面（受光 面）依次具有導電型硅系薄膜3a和受光面?zhèn)韧该麟姌O層6a。在一導電類型單晶硅基板1 的另一面（受光面的相反面）依次具有導電型硅系薄膜3b和背面?zhèn)韧该麟姌O層6b。在光 電轉(zhuǎn)換部50表面的受光面?zhèn)韧该麟姌O層6a上形成了包含第一導電層71和第二導電層72 的集電極7。在第一導電層71與第二導電層72之間形成了具有開口的絕緣層9。
[0055] 優(yōu)選在一導電類型單晶硅基板1與導電型硅系薄膜3a、3b之間具有本征硅系薄膜 2a、2b。優(yōu)選在背面?zhèn)韧该麟姌O層6b上具有背面金屬電極8。
[0056][光電轉(zhuǎn)換部的構(gòu)成]
[0057] 首先，對異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的一導電類型單晶硅基板進行說明。一般而言單晶 娃基板為了具有導電性而含有對娃供給電荷的雜質(zhì)。單晶娃基板有n型和p型，n型含有 用于向硅原子導入電子的原子（例如磷），P型含有用于向硅原子導入空穴的原子（例如 硼）。S卩，本發(fā)明中的"一導電類型"是指n型或p型中的任一方。
[0058] 異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，通過以吸收最多射向單晶硅基板的光的入射側(cè)的異質(zhì)結(jié)為 反向結(jié)（逆接合）來設置強的電場，能夠有效地分離回收電子?空穴對。因此，優(yōu)選受光面 側(cè)的異質(zhì)結(jié)為反向結(jié)。另一方面，比較空穴和電子時，有效質(zhì)量和散射截面積小的電子一般 迀移率更大。從以上的觀點考慮，優(yōu)選異質(zhì)結(jié)太陽能電池中使用的一導電類型單晶硅基板 是n型單晶硅基板。從光封閉的觀點考慮，優(yōu)選一導電類型單晶硅基板在表面具有紋理結(jié) 構(gòu)。
[0059] 在形成有紋理結(jié)構(gòu)的一導電類型單晶硅基板的表面將硅系薄膜制膜。作為硅系薄 膜的制膜方法，優(yōu)選等離子體CVD法。作為利用等離子體CVD法形成硅系薄膜的條件，優(yōu)選 采用基板溫度100~300°C、壓力20~2600Pa、高頻功率密度0? 004~0? 8W/cm2。作為硅 系薄膜的形成中使用