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      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_3

      文檔序號(hào):8531987閱讀:來源:國(guó)知局
      面,利用掃描式電子顯微鏡等觀察截面,計(jì)算絕緣層的 開口的長(zhǎng)度和測(cè)定區(qū)域的長(zhǎng)度,將它們的比作為第一導(dǎo)電層的非中央部的絕緣層的開口的 密度S。。如圖5(D)所示,該直線%通過區(qū)域A的非中央部的中心(分界線Ob與第一導(dǎo)電 層的端部的中心)附近和區(qū)域C的非中央部的中心附近,且與第一導(dǎo)電層的延伸方向大致 平行。第一導(dǎo)電層在兩端具有非中央部,一般而言,這2個(gè)非中央部的絕緣層的開口的密度 同等。因此,可以將任一方的非中央部的絕緣層的開口的密度作為該被測(cè)定區(qū)域的非中央 部的開口的密度。
      [0105] 在集電極的多個(gè)被測(cè)定區(qū)域分別實(shí)施上述的(i)~(iii),在各測(cè)定區(qū)域計(jì)算中 央部的開口的密度S。和非中央部的開口的密度Stj。例如,在10個(gè)被測(cè)定區(qū)域分別進(jìn)行上 述的測(cè)定,將各被測(cè)定區(qū)域的絕緣層的開口的密度的平均值定義為絕緣層的開口的密度。
      [0106] (集電極所致的遮光面積的降低)
      [0107] 以下,利用圖3A、B,對(duì)集電極所致的遮光進(jìn)行說明。一般而言,鍍覆法中以生成的 起點(diǎn)為中心金屬各向同性地生長(zhǎng)。因此,如圖3A(1)所示,絕緣層的開口(鍍覆的起點(diǎn)79) 在第一導(dǎo)電層271上均勻地形成時(shí),金屬也從第一導(dǎo)電層的端部附近生長(zhǎng),如圖3A(2)所 示,第二導(dǎo)電層272從第一導(dǎo)電層271的形成區(qū)域超出地生長(zhǎng)(圖3A(2)的陰影線區(qū)域)。 這樣,第二導(dǎo)電層272在沒有形成第一導(dǎo)電層271的區(qū)域(第一導(dǎo)電層非形成區(qū)域)上也 生長(zhǎng),因此第二導(dǎo)電層272的寬度容易比第一導(dǎo)電層271的寬度大。即,與僅形成第一導(dǎo)電 層時(shí)相比,集電極所致的遮光面積容易變大,成為太陽能電池的電流(Jsc)下降的原因。
      [0108] 通過減小第一導(dǎo)電層的線寬度,也能夠減少遮光面積。然而,第一導(dǎo)電層與透明電 極層之間的接觸電阻根據(jù)兩者的接觸面積而變化,因此如果減小第一導(dǎo)電層的線寬度(面 積),則有時(shí)無法忽略接觸電阻增大導(dǎo)致的太陽能電池性能的降低。與此相對(duì),本發(fā)明中,如 圖3B(1)所示,將絕緣層的開口(鍍覆的起點(diǎn)79)以偏處于第一導(dǎo)電層71的中央部的方式 配置,如圖3B(2)所示,利用鍍覆法以絕緣層的開口為起點(diǎn)形成第二導(dǎo)電層72。
      [0109] 圖3C是表示圖3B⑵中形成的集電極沿Cl-C2線的截面的示意圖。本發(fā)明的 太陽能電池中,如圖3C所示,作為第二導(dǎo)電層72的析出的起點(diǎn)的絕緣層9的開口 9h偏處 于第一導(dǎo)電層71的中央部。因此,第二導(dǎo)電層難以從第一導(dǎo)電層超出生成,能夠在不增加 第二導(dǎo)電層所致的遮光面積的情況下減少指狀電極的接觸電阻。
      [0110] 從抑制第二導(dǎo)電層所致的遮光面積增大的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選第一導(dǎo)電層上的非中央 部的絕緣層的開口的密度比第一導(dǎo)電層上的中央部的絕緣層的開口的密度小。特別優(yōu)選絕 緣層的開口不在第一導(dǎo)電層上的非中央部形成。
      [0111] (在絕緣層形成開口的方法)
      [0112] 在絕緣層9形成用于導(dǎo)通第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層的開口的方法沒有特別限定, 可以采用激光照射、機(jī)械開孔、化學(xué)蝕刻等方法。在一個(gè)實(shí)施方式中,通過使第一導(dǎo)電層中 的低熔點(diǎn)材料熱流動(dòng),而在形成于第一導(dǎo)電層上的絕緣層形成開口。
      [0113] 作為利用第一導(dǎo)電層中的低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)形成開口的方法,可舉出如下方 法:在含有低熔點(diǎn)材料的第一導(dǎo)電層71上形成絕緣層9后,加熱(退火)至低熔點(diǎn)材料的 熱流動(dòng)開始溫度T1以上使第一導(dǎo)電層的表面形狀發(fā)生變化,在形成于第一導(dǎo)電層上的絕緣 層9形成開口(縫隙)的方法;或者,在含有低熔點(diǎn)材料的第一導(dǎo)電層71上形成絕緣層9 時(shí)加熱至T1以上,從而使低熔點(diǎn)材料熱流動(dòng),在形成絕緣層的同時(shí)形成開口的方法。
      [0114] 以下,基于附圖對(duì)利用第一導(dǎo)電層中的低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)在絕緣層形成開口的 方法進(jìn)行說明。
      [0115] 圖4是表示在太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換部50上形成集電極7的方法的一個(gè)實(shí)施 方式的工序概念圖。該實(shí)施方式中,首先,準(zhǔn)備光電轉(zhuǎn)換部50(光電轉(zhuǎn)換部準(zhǔn)備工序,圖 4 (A))。例如,為異質(zhì)結(jié)太陽能電池時(shí),如上所述,準(zhǔn)備在一導(dǎo)電類型硅基板上具備硅系薄膜 和透明電極層的光電轉(zhuǎn)換部。
      [0116] 在光電轉(zhuǎn)換部的第一主面上形成含有低熔點(diǎn)材料711的第一導(dǎo)電層71 (第一導(dǎo)電 層形成工序,圖4(B))。優(yōu)選第一導(dǎo)電層71以低熔點(diǎn)材料711偏處于中央部的方式形成。
      [0117] 在第一導(dǎo)電層71上形成絕緣層9 (絕緣層形成工序,圖4(C))。絕緣層9可以僅在 第一導(dǎo)電層71上形成,也可以在光電轉(zhuǎn)換部50的沒有形成第一導(dǎo)電層71的區(qū)域(第一導(dǎo) 電層非形成區(qū)域)上形成。特別是像異質(zhì)結(jié)太陽能電池這樣在光電轉(zhuǎn)換部50的表面形成 有透明電極層的情況,優(yōu)選在第一導(dǎo)電層非形成區(qū)域上也形成絕緣層9。
      [0118] 形成絕緣層后,通過加熱進(jìn)行退火處理(退火工序,圖4 (D))。利用退火處理,將第 一導(dǎo)電層71加熱至退火溫度Ta,使低熔點(diǎn)材料711熱流動(dòng),從而使第一導(dǎo)電層71的表面 形狀發(fā)生變化,隨之形成于第一導(dǎo)電層71上的絕緣層9發(fā)生變形。絕緣層9的變形典型的 是在絕緣層上形成開口 9h。開口 9h例如形成為縫隙狀。低熔點(diǎn)材料711偏處于第一導(dǎo)電 層71的中央部時(shí),利用退火處理,使絕緣層的開口以偏處于第一導(dǎo)電層上的中央部的方式 形成。
      [0119] 利用退火處理在絕緣層上形成開口后,利用鍍覆法形成第二導(dǎo)電層72(鍍覆工 序,圖4 (E))。第一導(dǎo)電層71被絕緣層9覆蓋,但在絕緣層9形成有開口 9h的部分,第一 導(dǎo)電層71是露出的狀態(tài)。因此,第一導(dǎo)電層暴露于鍍覆液,能夠以該開口 9h為起點(diǎn)析出金 屬。根據(jù)這樣的方法,即便不設(shè)置具有與集電極的形狀對(duì)應(yīng)的開口的抗蝕劑材料層,也能夠 利用鍍覆法形成與集電極的形狀對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電層。即,以偏處于第一導(dǎo)電層上的中央部 的絕緣層的開口為起點(diǎn),利用鍍覆法形成第二導(dǎo)電層,因此能夠抑制第二導(dǎo)電層的線寬度 的增大。
      [0120] (第一導(dǎo)電層)
      [0121] 第一導(dǎo)電層71是作為利用鍍覆法形成第二導(dǎo)電層時(shí)的導(dǎo)電性基底層發(fā)揮功能的 層。因此,第一導(dǎo)電層只要具有可作為電鍍的基底層發(fā)揮功能的程度的導(dǎo)電性即可。應(yīng)予 說明,本說明書中,如果體積電阻率為KT2D?cm以下則定義為導(dǎo)電性。另外,如果體積電 阻率為IO2Q?cm以上則定義為絕緣性。
      [0122] 從成本的觀點(diǎn)考慮,第一導(dǎo)電層71的膜厚優(yōu)選為20ym以下,更優(yōu)選為10ym以下。另一方面,從使第一導(dǎo)電層71的線性電阻在理想的范圍的觀點(diǎn)考慮,膜厚優(yōu)選為 0? 5ym以上,更優(yōu)選為Iym以上。
      [0123] 優(yōu)選第一導(dǎo)電層71含有熱流動(dòng)開始溫度T1的低熔點(diǎn)材料。熱流動(dòng)開始溫度是指 材料因加熱而發(fā)生熱流動(dòng)從而使含有低熔點(diǎn)材料的層的表面形狀發(fā)生變化的溫度,典型的 是熔點(diǎn)。高分子材料、玻璃有時(shí)在比熔點(diǎn)低的溫度下材料軟化而發(fā)生熱流動(dòng)。對(duì)于這樣的 材料,可以定義為熱流動(dòng)開始溫度=軟化點(diǎn)。軟化點(diǎn)是粘度成為4. 5XIO6Pa*s的溫度(與 玻璃的軟化點(diǎn)的定義相同)。
      [0124] 第一導(dǎo)電層71通過含有低熔點(diǎn)材料,能夠在低熔點(diǎn)材料存在的區(qū)域上的絕緣層 形成開口,能夠以該開口為起點(diǎn)通過鍍覆使第二導(dǎo)電層析出。
      [0125] 這種情況下,低熔點(diǎn)材料偏處于第一導(dǎo)電層上的中央部,由此能夠在第一導(dǎo)電層 上的中央部容易地形成絕緣層的開口。如圖6所示,在低熔點(diǎn)材料711上的絕緣層9形成 開口。因此,為了減小第二導(dǎo)電層的線寬度,優(yōu)選第一導(dǎo)電層的非中央部的低熔點(diǎn)材料的密 度比中央部低,更優(yōu)選低熔點(diǎn)材料在第一導(dǎo)電層的非中央部不存在。
      [0126] 通過觀察第一導(dǎo)電層中的低熔點(diǎn)材料的分布,能夠估測(cè)絕緣層的開口的分布(密 度)。低熔點(diǎn)材料的分布可以通過觀察第一導(dǎo)電層的表面來評(píng)價(jià)。低熔點(diǎn)材料的密度可以 通過低熔點(diǎn)材料在規(guī)定的觀察區(qū)域所占的面積除以觀察區(qū)域的面積來求得。
      [0127] 進(jìn)行表面觀察時(shí),低熔點(diǎn)材料所占的面積可以使用光學(xué)顯微鏡或掃描式電子顯微 鏡測(cè)定。通過外觀觀察難以區(qū)別低熔點(diǎn)材料和低熔點(diǎn)材料以外的材料時(shí),可以通過第一導(dǎo) 電層的組成的映射測(cè)定(Y7匕°>夕測(cè)定)等,測(cè)定低熔點(diǎn)材料所占的面積。應(yīng)予說明,組 成分析可以通過檢測(cè)由電子束等的照射產(chǎn)生的特性X射線,進(jìn)行分光來實(shí)施。例如,可以通 過掃描電子束照射位置來測(cè)定組成的空間分布。
      [0128] 將第一導(dǎo)電層上的中央部的低熔點(diǎn)材料的密度設(shè)為M。,非中央部的低熔點(diǎn)材料的 密度設(shè)為Mtj時(shí),從實(shí)現(xiàn)高效率的太陽能電池的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選M</MC低于I(S卩,優(yōu)選低熔點(diǎn) 材料偏處于中央部)。M</MC更優(yōu)選為0. 5以下,進(jìn)一步優(yōu)選為0. 2以下。M</MC越小,低熔 點(diǎn)材料偏處于中央部的程度越高,隨之,開口容易偏處于第一導(dǎo)電層上的絕緣層的中央部 形成(即,StZSc變?。?,得到高效率的太陽能電池。
      [0129] 作為以低熔點(diǎn)材料偏處于第一導(dǎo)電層的中央部的方式形成第一導(dǎo)電層的方法,例 如,可舉出使第一導(dǎo)電層成為不含低熔點(diǎn)材料的第一電極圖案層和線寬度比第一電極圖案 小且含有低熔點(diǎn)材料的第二電極圖案層這樣的雙層結(jié)構(gòu)的方法。此時(shí),優(yōu)選將第二電極圖 案層以位于第一電極圖案層的中央部的方式形成。
      [0130] 另外,如下所述,使用由粒子狀的低熔點(diǎn)材料、粒子狀的高熔點(diǎn)材料和樹脂等構(gòu)成 的涂布材料將第一導(dǎo)電層形成圖案時(shí),通過控制低熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料的粒徑和含量、 涂布材料的粘度,也能夠使低熔點(diǎn)材料偏處于第一導(dǎo)電層的中央部。
      [0131] 第一導(dǎo)電層在含有低熔點(diǎn)材料的基礎(chǔ)上還含有高熔點(diǎn)材料時(shí),優(yōu)選低熔點(diǎn)材料的 粒徑比高熔點(diǎn)材料的粒徑大。例如,利用絲網(wǎng)印刷法呈圖案狀形成第一導(dǎo)電層時(shí),由于涂布 材料有粘性,所以如圖7所示,隨著時(shí)間經(jīng)過產(chǎn)生流動(dòng)而印刷涂布層78的形狀發(fā)生變化。此 時(shí),如果低熔點(diǎn)材料711的粒徑比高熔點(diǎn)材料712的粒徑大,則由于粒徑小的高熔點(diǎn)材料更 容易流動(dòng),所以高熔點(diǎn)材料712優(yōu)先移動(dòng)到第一導(dǎo)電層71的端部。結(jié)果低熔點(diǎn)材料711留 在第一導(dǎo)電層71的中央部,能夠使低熔點(diǎn)材料711偏處于第一導(dǎo)電層71的中央部。
      [0132] 從這樣的觀點(diǎn)考慮,形成第一導(dǎo)電層的涂布材料的粘度優(yōu)選為10~500Pa?s,更 優(yōu)選為50~300Pa*s。如果涂布材料的粘度為上述范圍內(nèi),則由于不易發(fā)生粒徑大的低熔 點(diǎn)材料的流動(dòng),且容易發(fā)生高熔點(diǎn)材料等的流動(dòng),所以如圖7(B)所示,低熔點(diǎn)材料容易偏 處于第一導(dǎo)電層的中央部。應(yīng)予說明,涂布材料的粘度可以利用Brookfield株式會(huì)社制的 旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)(B型粘度計(jì)),在溫度25°C、旋轉(zhuǎn)速度IOrpm的條件下測(cè)定。
      [0133] 優(yōu)選低熔點(diǎn)材料在退火處理時(shí)發(fā)生熱流動(dòng),使第一導(dǎo)電層71的表面形狀發(fā)生變 化。因此,優(yōu)選低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度1\比退火溫度Ta低。另外,本發(fā)明中,優(yōu)選 在比光電轉(zhuǎn)換部50的耐熱溫度低的退火溫度Ta進(jìn)行退火處理。因此,優(yōu)選低熔點(diǎn)材料的 熱流動(dòng)開始溫度T1比光電轉(zhuǎn)換部的耐熱溫度低。
      [0134] 光電轉(zhuǎn)換部的耐熱溫度是指具備該光電轉(zhuǎn)換部的太陽能電池(也稱為"電池單 元")或者使用電池單元制成的太陽能電池模塊的特性不可逆地降低的溫度。例如,在圖2 所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池101中,構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換部50的單晶硅基板1即便被加熱至500°C 以上的高溫時(shí)也不易發(fā)生特性變化。另一方面,如果透明電極層6a、6b或非晶硅系薄膜2a、 2b、3a、3b被加熱至250°C左右,則有時(shí)發(fā)生熱劣化、摻雜雜質(zhì)的擴(kuò)散,發(fā)生太陽能電池特性 的不可逆的降低。因此,異質(zhì)結(jié)太陽能電池中,優(yōu)選第一導(dǎo)電層71含有熱流動(dòng)開始溫度T1 為250°C以下的低熔點(diǎn)材料。
      [0135] 低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度T1的下限沒有特別限定。從增大退火處理時(shí)的第一 導(dǎo)電層的表面形狀的變化量,容易在絕緣層9上形成開口 9h的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選在第一導(dǎo)電 層的形成工序中,低熔點(diǎn)材料不發(fā)生熱流動(dòng)。例如,通過涂布、印刷形成第一導(dǎo)電層時(shí),有時(shí) 為了干燥而進(jìn)行加熱。這種情況下,優(yōu)選低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度1\比用于干燥第一 導(dǎo)電層的加熱溫度高。從該觀點(diǎn)考慮,低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度T1優(yōu)選為80°C以上, 更優(yōu)選為100°C以上。
      [0136] 只要熱流動(dòng)開始溫度T1為上述范圍,則低熔點(diǎn)材料可以是有機(jī)物,也可以是無機(jī) 物。低熔點(diǎn)材料在電學(xué)上可以為導(dǎo)電性,也可以為絕緣性,但優(yōu)選具有導(dǎo)電性的金屬材料。 如果低熔點(diǎn)材料為金屬材料,則由于能夠減小第一導(dǎo)電層的電阻值,所以通過電鍍形成第 二導(dǎo)電層時(shí),能夠提高第二導(dǎo)電層的膜厚的均勻性。另外,如果低熔點(diǎn)材料為金屬材料,還 能夠降低光電轉(zhuǎn)換部50與集電極7之間的接觸電阻。
      [0137] 作為低熔點(diǎn)材料,可優(yōu)選使用低熔點(diǎn)金屬材料的單質(zhì)或合金、多種低熔點(diǎn)金屬材 料的混合物。作為低熔點(diǎn)金屬材料,例如,可舉出銦、鉍、鎵等。
      [0138] 優(yōu)選第一導(dǎo)電層71在含有上述的低熔點(diǎn)材料的基礎(chǔ)上,還含有與低熔點(diǎn)材料相 比具有相對(duì)高的熱流動(dòng)開始溫度T2的高熔點(diǎn)材料。第一導(dǎo)電層71通過具有高熔點(diǎn)材料, 能夠高效地導(dǎo)通第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層,能夠提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。例如,使用表 面能大的材料作為低熔點(diǎn)材料時(shí),由于退火處理使第一導(dǎo)電層71暴露于高溫下,如果低熔 點(diǎn)材料成為液相狀態(tài),則低熔點(diǎn)材料的粒子集合而成為粗大的粒狀,在第一導(dǎo)電層71有時(shí) 發(fā)生斷路。與此相對(duì),高熔點(diǎn)材料即便退火處理時(shí)被加熱也不會(huì)成為液相狀態(tài),因此通過使 第一導(dǎo)電層形成材料中含有高熔點(diǎn)材料,能夠抑制低熔點(diǎn)材料的粗大化所致的第一導(dǎo)電層 的斷路。
      [0139] 優(yōu)選高熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度T2比退火溫度Ta高。即,第一導(dǎo)電層71含有 低熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料時(shí),優(yōu)選低熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng)開始溫度T1、高熔點(diǎn)材料的熱流動(dòng) 開始溫度1和退火處理的退火溫度Ta滿足TTa<T2。高熔點(diǎn)材料可以為絕緣性材料, 也可以為導(dǎo)電性材料,從進(jìn)一步減小第一導(dǎo)電層的電阻的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選導(dǎo)電性材料。另 外,低熔點(diǎn)材料的導(dǎo)電性低時(shí),通過使用導(dǎo)電性高的材料作為高熔點(diǎn)材料,能夠減小第一導(dǎo) 電層整體的電阻。作為導(dǎo)電性的高熔點(diǎn)材料,例如,可優(yōu)選使用銀、鋁、銅等金屬材料的單質(zhì) 或者多種金屬材料。
      [0140] 第一導(dǎo)電層71含有低熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料時(shí),其含有比從抑制如上所述的低 熔點(diǎn)材料粗大化引起的斷路、第一導(dǎo)電層的導(dǎo)電性、在絕緣層形成開口的容易性(增大第 二導(dǎo)電層的金屬析出的起點(diǎn)數(shù))等觀點(diǎn)考慮適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。其最佳值根
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