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TWI656650B - Solar cell and manufacturing method thereof, solar cell module and manufacturing method thereof, and solar power generation system - Google Patents

Solar cell and manufacturing method thereof, solar cell module and manufacturing method thereof, and solar power generation system Download PDF

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TWI656650B
TWI656650B TW106108573A TW106108573A TWI656650B TW I656650 B TWI656650 B TW I656650B TW 106108573 A TW106108573 A TW 106108573A TW 106108573 A TW106108573 A TW 106108573A TW I656650 B TWI656650 B TW I656650B
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渡部武紀
松尾陽子
橋上洋
大寛之
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日商信越化學工業股份有限公司
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Abstract

本發明係一種太陽電池胞,其特徵為在半導體基板的第一主表面上具有指狀電極,以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆,前述包含絕緣材料之材料,是不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者。藉此,提供即便使用EVA,也抑制隨時間經過之光電變換效率的降低之太陽電池胞以及使用彼之太陽電池模組。

Description

太陽電池胞及其製造方法、太陽電池模組及其製造方法、太陽光發電系統
本發明係有關高光電變換效率太陽電池胞及高光電變換效率太陽電池胞之製造方法。
使用單晶N型矽基板之高光電變換效率太陽電池之概觀顯示於圖2,剖面構造之模式圖顯示於圖3。太陽電池胞(以下,亦簡稱為太陽電池)200,作為N型基板110的受光面之集電電極,具有多數被稱作指狀電極(以下,亦簡稱為finger(指狀電極))121,322之百~數十μm寬幅之電極。鄰接指狀電極之間隔一般為1~3mm程度。此外,具有2~4根供連結太陽電池胞用之作為集電電極之匯流條電極(以下亦簡稱為匯流條)231。作為這些電極之形成方法,可列舉蒸鍍法、濺鍍法等,但是從成本面而言,將有機結合劑摻混銀等金屬微粒子之金屬膏、採用網版等來印刷,於數百度下進行熱處理而與基板黏接之方法被廣泛利用。電極以外之部分係以氮化矽膜等防反射膜345覆蓋著。基板的表面係形成與基板的導電型相反的P型層312。在背面側也形成指狀電極323,電極以外之部分係由氮化 矽等膜344覆蓋著。背面的最表層係形成與基板相同的導電型的高濃度N型層313。
此外,進而作為高光電變換效率之太陽電池構造有背面電極型太陽電池。圖4顯示背面電極型太陽電池400之背面之概觀。在基板110的背面,射極層312及基底層313交互地被配列,且沿著各個層上設置指狀電極(射極電極322、基底電極323)。進而,設置把從該等電極得到之電流進而集電之用的匯流條電極(發射用匯流條電極432、基底用匯流條電極433)。功能上,匯流條電極大多與指狀電極正交。射極層312的寬幅為數mm~數百μm,基底層313的寬幅為數百μm~數十μm。此外,電極寬幅一般為數百~數十μm程度。圖5顯示背面電極型太陽電池400之剖面構造之模式圖。在基板110的背面的最表層附近形成射極層312及基底層313。射極層312及基底層313之各層厚最多為1μm程度。在各層上設置指狀電極322、323,非電極領域(電極並未被形成之領域)之表面係由氮化矽膜或氧化矽膜等之介電體膜(背面保護膜344)所覆蓋。太陽電池400之受光面側在減低反射損失之目的下,設置防反射膜345。由於在受光面不存在電極,入射光不被遮住而進入基板內,所以與圖3之構造相比光電變換效率變高。
如前所述的太陽電池,被加工為太陽電池模組。圖10顯示太陽電池模組之一例之概觀。藉由前述方式製作出太陽電池1000,係在太陽電池模組1060內作成磁磚狀被全面鋪上之構造。在太陽電池模組1060內,鄰接的太陽電池1000彼此數枚~數10枚電性地串聯地被接續,構成被稱作串(string)之串聯電路。串(string)之概觀顯示於圖11。圖11,係相當於並非通常人眼所能觸及的模組內部背面側之模式圖。此外,指狀電極或匯流條並未被圖示。為了作成串聯接續,如圖11所示,鄰接之太陽電池1000的P匯流條(在接合在基板的P型層之指狀電極接續著的匯流條電極)與N匯流條(在接合在基板的N型層之指狀電極接續著的匯流條電極)彼此以極耳(tab lead)線1161等連接著。太陽電池模組之剖面模式圖顯示於圖12。如前所述,串(string)藉由將極耳(tab lead)線1161接續在匯流條電極231而構成複數太陽電池1000。該串(string),通常用EVA(乙烯醋酸乙烯酯)等透光性充填劑1272密封,非受光面側是由PET(聚對苯二甲酸乙二酯)等耐候性樹脂膜1273覆蓋、受光面是由鈉鈣玻璃等之透光性且機械性強度強之受光面保護材料1271所覆蓋。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-58808號公報
作為模組的充填劑使用EVA的話,已知隨著時間的經過,模組的光電變換效率的降低量是很大的。這應該是模組內有少量水分透過,使EVA加水分解產生醋 酸,此醋酸侵蝕電極的緣故。
專利文獻1,係以連接電極與導線的接著劑覆蓋電極表面,使接著劑也進入電極內部,提高電極與基板之接著強度者。對於避免充填劑與電極之直接接觸的意義上算是有效的方法。但是根據這方法的話,不僅必須要準備導電此一多餘的步驟,而且還有導線與電極的位置對準並不容易的問題。
本發明係有鑑於前述問題點而完成者,目的在於提供即使用EVA也抑制隨時間經過之光電變換效率的降低的太陽電池胞及其簡易的製造方法。
為了達成前述目的,在本發明提供一種太陽電池胞,在半導體基板的第一主表面上具有指狀電極,以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆,前述包含絕緣材料之材料,是不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸之太陽電池胞。
使用此太陽電池胞製作太陽電池模組時,包含絕緣材料之材料妨礙EVA與電極之直接接觸,所以可以防止隨著時間經過之電極與基板的接著強度降低。此外,於模組製造步驟等之基板破損時,包含絕緣材料之材料可以發揮連接固定破損的基板彼此的功能,供除去破片之時間可以縮短,可以減少模組製造時之停機時間 (downtime)。
此外,前述包含絕緣材料之材料可以是熱硬化性材料。
包含絕緣材料的材料為熱硬化性者因為容易加工所以較佳。
此外,前述包含絕緣材料之材料,可以是由含有至少從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成的。
這些樹脂,化學上安定而可使用溫度較高,容易形成圖案,所以在本發明之太陽電池胞,包含絕緣材料的材料以含有這些樹脂為佳。
此外,前述第一主表面,為前述太陽電池胞之非受光面是較佳的。
包含絕緣材料的材料即使是吸收光的材料,只要是非受光面,光電變換特性就不會降低。
進而,在本發明,提供一種特徵為內藏前述本發明之太陽電池胞的太陽電池模組。
如此,本發明之太陽電池胞可以內藏於太陽電池模組。
在此場合,前述太陽電池模組係包含充填劑者。
前述充填劑亦可為含有乙烯醋酸乙烯酯之材料。
本發明之太陽電池模組,即使充填劑為乙烯醋酸乙烯酯,隨時間經過之劣化也不容易發生。
進而,本發明提供一種太陽光電發電系統,其特徵係具有前述本發明之太陽電池模組。
進而,內藏了本發明的太陽電池胞之太陽電池模組,可以用於太陽光發電系統。
進而,在本發明,提供一種太陽電池胞之製造方法,特徵為包含在半導體基板的第一主表面上形成指狀電極的步驟,及 以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料進行包覆的步驟; 作為前述包含絕緣材料之材料,使用不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者。
使用此製造方法製造的太陽電池胞製作太陽電池模組時,包含絕緣材料之材料妨礙EVA與電極之直接接觸,所以可以防止隨著時間經過之電極與基板的接著強度降低。此外,於模組製造步驟等之基板破損時,包含絕緣材料之材料可以發揮連接固定破損的基板彼此的功能,除去破片之時間被緩和,可以減少模組製造時之停機時間(downtime)。
此外,作為前述包含絕緣材料之材料可以使用熱硬化性材料。
包含絕緣材料的材料為熱硬化性者因為容易加工所以較佳。
此外,作為前述包含絕緣材料之材料,可以使用由含有從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成的。
這些樹脂,化學上安定而可使用溫度較高,容易形成圖案,所以在本發明之太陽電池胞之製造方法,包含絕緣材料的材料以含有這些樹脂為佳。
此外,使前述第一主表面,為前述太陽電池胞之非受光面是較佳的。
包含絕緣材料的材料即使是吸收光的材料,只要是非受光面,光電變換特性就不會降低。
進而,在本發明,提供一種太陽電池模組之製造方法,特徵為使用前述本發明之太陽電池胞,製造內藏該太陽電池胞的太陽電池模組。
如此,可以製造使用本發明之太陽電池胞製造太陽電池模組。
在此場合,前述太陽電池模組為包含充填劑者, 作為前述充填劑亦可使用含有乙烯醋酸乙烯酯之材料。
若是本發明之太陽電池模組之製造方法,作為充填劑使用含有乙烯醋酸乙烯酯之材料,也可以製造出隨著時間之劣化不容易發生之太陽電池模組。
本發明之太陽電池胞係具有高的光電變換效率者。特別是,本發明的太陽電池胞,把指狀電極以包含EVA以外的絕緣材料之材料(不加水分解者或者是加水分解時不產生羧酸者)包覆者,所以即使長期間使用也可以維持高的光電變換效率。若是本發明之太陽電池胞之製造方法,能夠以比較簡易的方法大幅改善模組化後之隨著時間經過之劣化。進而,作為材料使用混合了導電材料者的話,初期特性也可以改善。在適用於背面電極型太陽電池的場合,不會增加工序數目。此外,也可以改善太陽電池胞的機械強度。
110‧‧‧半導體基板
121‧‧‧指狀電極
151‧‧‧包含絕緣材料的材料
312‧‧‧射極層
313‧‧‧基底層
322‧‧‧射極電極
323‧‧‧基底電極
432‧‧‧射極用匯流條電極
433‧‧‧基底用匯流條電極
600‧‧‧太陽電池
605‧‧‧絕緣膜
圖1係顯示關於本發明之指狀電極附近之一例之剖面模式圖。
圖2係可以適用本發明之一般的雙面電極型太陽電池之概觀圖。
圖3係可以適用本發明之一般的雙面電極型太陽電池之剖面模式圖。
圖4係可以適用本發明之一般的背面電極型太陽電池之背面概觀圖。
圖5係可以適用本發明之一般的背面電極型太陽電池 之剖面模式圖。
圖6係顯示關於本發明之背面電極型太陽電池之一例之背面概觀圖。
圖7係於實施例1把絕緣材料圖案狀地印刷於指狀電極上以及不同的導電型用之匯流條(bus bar)與指狀電極交叉的區域之後的基板的背面之圖。
圖8係於實施例2把絕緣材料僅塗布於不同的導電型用之匯流條與指狀電極交叉的區域之後的基板的背面之圖。
圖9係實施例1、2、3之背面電極型太陽電池之背面概觀圖。
圖10係可以適用本發明之一般的太陽電池模組之概觀圖。
圖11係可以適用本發明之一般的太陽電池模組之背面內部模式圖。
圖12係可以適用本發明之一般的太陽電池模組之剖面模式圖。
圖13係顯示關於本發明之太陽光電發電系統之一例之模式圖。
圖14係顯示相關於本發明的實施例1、2、3及比較例之隨著時間經過之光電變換效率的變化之圖。
以下,更詳細說明本發明。
使用EVA(乙烯醋酸乙烯酯)之太陽電池模組, 耐濕性不充分會由於隨著時間經過的變化而使光電變換效率降低係屬已知。亦即,市面上要求著即便使用EVA,也抑制隨時間經過之光電變換效率的降低之太陽電池胞。
本案發明人等為了達成前述目的而進行了銳意的檢討。結果,發現了一種太陽電池胞,在半導體基板的第一主表面上具有指狀電極,以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆,前述包含絕緣材料之材料,是不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸為其特徵之太陽電池胞,可以解決前述課題,從而完成本發明。
進而,如前所述,市面上要求著即便使用EVA,也抑制隨時間經過之光電變換效率的降低之太陽電池胞之簡易的製造方法。
本案發明人等為了達成前述目的而進行了銳意的檢討。結果,發現了包含在半導體基板的第一主表面上形成指狀電極的步驟,及以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料進行包覆的步驟;作為前述包含絕緣材料之材料,使用不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸為其特徵之太陽電池胞之製造方法,可以解決前述課題,從而完成本發明。
在以下詳細的說明,為了提供本發明之全體理解、及在特定具體例怎樣實施,而說明許多特定的細部。然而,本發明應該被理解為無論該等特定的細部也可以實施。以下,對於公知之方法、程序、及技術並沒有詳細地顯示,因為不會使本發明因而不明瞭。本發明,針對特定之具體例,雖參照特定之圖式同時加以說明,但本發明並不以此為限。在此包含而記載之圖式僅係模式顯示,本發明之範圍並不此以為限。此外,在圖式中,為了圖示目的會有幾個要素的大小被誇張化,因此不是按照比例尺所繪。
[太陽電池胞]
本發明之太陽電池胞的特徵使用圖1來說明。圖1係本發明之太陽電池胞之指狀電極附近的剖面模式圖。本發明之太陽電池胞,在半導體基板110的第一主表面上具有指狀電極121。本發明之太陽電池胞,以指狀電極121的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料(包含絕緣材料之層)151包覆。藉著具有此構造,被模組化時,電極不會與充填劑直接接觸,所以充填劑造成的隨時間經過之劣化不會發生。所謂充填劑造成的隨時間經過之劣化,例如有EVA吸濕、加水分解而產生醋酸,此酸侵蝕電極的場合。進而,雖然原因仍為不明,但PID(Potential Induced Degradation:對模組施加高電壓所導致的模組輸出的降低)現象受到抑制。
此外,藉著具有此構造,太陽電池的機械強度提高。具體而言,包含絕緣材料的材料151發揮連接住基板的作用,可以減少基板破損的場合之破片數目。這可以縮短例如模組製造時等之基板破損時的復原時間,可以減少裝置的停機時間。
由這樣的理由來看,包含絕緣材料的材料151只要至少有覆蓋電極的寬幅即可,例如最大幅比電極寬幅大10~200μm,由電極測得的厚度有1~20μm即可。此外,只要電極被覆蓋即可,覆蓋基板全面也可以。
此外,包含絕緣材料之材料151,是不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者。使用此材料的話,不會發生包含絕緣材料的材料自身侵蝕電極的問題。包含絕緣材料之材料,只要具有前述性質即可,沒有特別限定,可以是熱硬化性材料。包含絕緣材料的材料為熱硬化性者因為容易加工所以較佳。更具體地說,包含絕緣材料之材料,可以是由含有從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成的。也可以是這些材料的混合物,也可以混合金屬粉等,賦予其他機能。這些樹脂,化學上安定而可使用溫度較高,容易形成圖案,所以在本發明之太陽電池胞,包含絕緣材料的材料以含有這些樹脂為佳。又,前述樹脂之中,不會加水分解者,為聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹 脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂。此外,在加水分解時不會產生羧酸者為聚矽氧樹脂。因為模組化時變得容易劣化,所以EVA(亦即,加水分解時會產生醋酸者)不能使用。
前述包含絕緣材料之材料是會吸收光的材料的場合,可以使用於非受光面側。亦即,第一主表面,為太陽電池胞之非受光面是較佳的。使用於非受光面側的話,不會發生包含絕緣材料之材料所導致的光電變換效率的降低。若是不吸收光(例如波長300~1200nm程度之範圍)的材料的話,當然用在受光面上不會有任何問題。此外,於受光面及非受光面這兩面以包含絕緣材料之材料包覆指狀電極亦可。
又,雖未被圖示,但在電極正下方被形成高濃度的摻雜層亦可,此外,於基板表面被形成氮化矽膜那樣的介電體膜亦可。
於本發明之太陽電池胞,指狀電極的配置沒有特別限定。本發明也可以適用於從前的太陽電池胞(圖2~5所示的構造)之任一種。亦即,於圖2~5,把露出於外部的指狀電極,以指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆,可以完成本發明之太陽電池胞。
此外,本發明,也可以適用於把圖6所示的匯流條配置複數根於基板內的構造。圖6係顯示關於本發明之背面電極型太陽電池之一例之背面概觀圖。如圖6所 示,太陽電池600,具備半導體基板110。此處,半導體基板110具有第1導電型。此外,於半導體基板110之第1主表面,具備具有與第1導電型相反導電型之第2導電型之射極層312,與射極層312相接的射極電極322,具有第1導電型的基底層313,與基底層313相接的基底電極323,防止射極層312與基底層313之電氣短路的絕緣膜605。此外,如圖6所示,太陽電池600,具備為了從基底電極323所得到的電流更為集電之用的基底用匯流條電極433。此外,具備為了從射極電極322所得到的電流更為集電之用的射極用匯流條電極432。
在本發明,於圖6,把露出於外部的指狀電極,以指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆。此構造,亦即,顯示圖6之指狀電極部以包含絕緣材料的材料包覆者,為圖9。圖9係本發明之背面電極型太陽電池的背面概觀圖,在後述之實施例製造此構造之背面電極型太陽電池。如圖9所示,太陽電池900,以使在圖6露出於外部的指狀電極(基底電極323、射極電極322)的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料151包覆著。圖9之包含絕緣材料的材料151以外的構成與圖6相同,所以省略說明。如圖9所示,包含絕緣材料之材料為沿著指狀電極的形狀亦可。在此場合,與把包含絕緣材料之材料形成於全面的場合相比,包含絕緣材料之材料的面積可以縮小。結果,可以減少包含絕緣材料之材料的使用量,比較經濟。另一方面,也可以把包含絕緣材料之材料形成於全 面。在此場合,沒有必要把包含絕緣材料之材料形成圖案,所以可簡便地形成,沒有必要進行指狀電極與包含絕緣材料之材料之間的位置對準。
如此,本發明之太陽電池胞,在模組化時,在充填劑與指狀電極之間中介著包含絕緣材料之材料,所以充填劑與指狀電極不接觸。亦即,不會發生起因於充填劑的隨時間經過之劣化。
[太陽電池模組]
進而,在本發明,提供一種特徵為內藏前述本發明之太陽電池胞的太陽電池模組。如此,本發明之太陽電池胞可以內藏於太陽電池模組。太陽電池模組的構造沒有特別限定,可以是前述圖10~12所示的構造。如圖12所示,在本發明,太陽電池模組1060之太陽電池胞1000,除了連接極耳(tab lead)線1161之處所以外都以充填劑1272包覆亦可。如前所述,本發明之太陽電池胞,以指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆。亦即,本發明之太陽電池胞,在被模組化時,即使除了連接極耳(tab lead)線1161之處所以外都以充填劑1272包覆著,也可以防止指狀電極與充填劑之直接接觸。亦即,不會發生起因於充填劑的隨時間經過之劣化。亦即,本發明可以適用於圖12所示的構造之太陽電池模組。
在此場合,太陽電池模組為包含充填劑者,充填劑為含有乙烯醋酸乙烯酯之材料亦可。如前所述,本 發明之太陽電池模組,即使充填劑為乙烯醋酸乙烯酯,隨時間經過之劣化也不容易發生。
[太陽電池胞之製造方法]
以下,以N型基板之場合為例,說明具體的太陽電池製造方法。又,在以下,以第一主表面為背面(非受光面)的場合為例進行說明。
首先,在高純度矽裡摻雜磷、砷、或銻之類的5價元素,準備比電阻0.1~5Ω‧cm之原切割(as-cut)單晶{100}N型矽基板。單晶矽基板,亦可利用CZ(柴可拉斯基,Czochralski)法、FZ(浮熔區,Floating zone)法之任一種方法來製作。基板未必是單晶矽,多晶矽亦可。
其次,將切片或研削時被形成的基板表面的機械性損傷,使用濃度5~60%的氫氧化鈉或氫氧化鉀之類的高濃度鹼液,或者氟酸與硝酸的混合酸液等來進行蝕刻。依下一步驟的紋理形成條件之不同,此步驟不一定要,也可能省略。
接著,於基板表面進行被稱作紋理的微小的凹凸成形。紋理是供降低太陽電池的反射率之有效的方法。紋理(texture),係藉由在加熱的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等鹼溶液(濃度1~10%、溫度60~90℃)中,浸漬10分鐘到30分鐘程度而製作出。多半在前述溶液中,溶解特定量的2-丙醇,促進反應進行。
紋理形成後,將以前述方式形成紋理之基板,在鹽酸、硫酸、硝酸、氟酸等,或者這些的混合液之酸性水溶液中進行洗淨。亦可混合過氧化氫使清淨度提高。
接著,形成P型層。P型層的形成,可以使用氣相擴散法、或塗布擴散法,使用任一種皆可。作為氣相擴散法之例,可以是將基板在作成2枚一組並重疊之狀態下載置於熱處理爐,將BBr3與氧之混合氣體導入而在950~1050℃下進行熱處理之方法。作為運載氣體以氮或氬為佳。此外,作為塗布擴散法之例,可以是將含有硼源的塗布劑在第一主表面全面加以塗布,在950~1050℃下進行熱處理之方法。作為塗布劑,可以利用含有例如作為硼源之硼酸1~4%、作為增黏劑之聚乙烯醇0.1~4%之水溶液。
其次形成N型層。於N型層的形成,可以使用氣相擴散法、塗布擴散法,使用任一種皆可。作為氣相擴散法之例,可以是在將基板作成2枚一組並重疊之狀態下載置於熱處理爐,在830~950℃、氧氯化磷與氮及氧混合氣體氛圍下將基板進行熱處理之方法。塗布擴散法,係將含有磷之材料或旋轉塗布、或印刷之後進行熱處理之方法,使用任一種方法皆可。
其次,將表面的玻璃用氟酸等去除。
接著,進行受光面之防反射膜形成。作為防反射膜,可以利用氮化矽膜或氧化矽膜。氮化矽膜之場合 係使用電漿CVD裝置、進行約100nm製膜。作為反應氣體,多混合單矽烷(SiH4)及氨(NH3)來使用,替代NH3而使用氮亦為可能,此外,為了製程壓力的調整、反應氣體的稀釋,亦有在反應氣體混合氫氣。氧化矽膜之場合,也可以CVD法形成,但利用熱氧化法所得到之膜可以得到較高的特性。
在背面最好是也與受光面同樣地用氮化矽膜或氧化矽膜來形成保護膜。為了提高表面的保護效果,也可以先在基板表面形成1~20nm程度薄薄的氧化鋁膜或熱氧化膜之後,再形成上述之氮化矽膜或氧化矽膜。
其次,在半導體基板的第一主表面上形成指狀電極。首先,作為背面電極,將含有例如銀粉之糊膏以網版印刷法來形成。印刷圖案作成櫛齒狀、將指狀電極與匯流條同時地形成是最簡便的。指狀電極寬幅最好是40~200μm程度,匯流條電極寬幅則是0.5~2mm程度。
在受光面電極形成也採用網版印刷法,將銀粉與玻璃料、與有機物結合劑混合之銀膏加以印刷。印刷圖案與背面同樣作成櫛齒狀、將指狀電極與匯流條同時地形成是最簡便的。指狀電極寬幅最好是40~100μm程度,匯流條電極寬幅則是0.5~2mm程度。
以上的表背面電極印刷之後,利用熱處理(燒成)在氮化矽膜等使銀粉貫通(燒成貫通),導通電極與矽。背面電極及受光面電極之燒成可以是同時進行,抑或分別進行。燒成,是藉由在溫度700~850℃處理數秒~數分鐘 來進行。
最後,於指狀電極上形成含絕緣材料之層。亦即,以至少指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料進行包覆。在本發明之太陽電池胞之製造方法,作為述包含絕緣材料之材料,使用不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者。包含絕緣材料之材料的詳細內容如在前述太陽電池胞之項所說明的。先準備糊狀的絕緣材料,以網版印刷或投放器(dispenser)等來進行塗布。沿著指狀電極塗布亦可,塗布於基板全面亦可。此外,絕緣材料為透明的話,使用於受光面側也不會產生變換效率的降低。此外,材料不限定為絕緣材料。亦即,使用使銀或銅等粒子分散之樹脂等亦可。在此場合,實質上使指狀電極的剖面積增加,可以減低指狀電極之電阻。使用於背面的話,變換效率提高。
如前所述,包含絕緣材料之材料可以包含銀等導電性粒子。此處,EVA加水分解而產生的醋酸對變換效率造成影響的理由,應該是比起與太陽電池胞的半導體基板直接接合的指狀電極(接觸電極)所包含的銀等導電性粒子,造成指狀電極(接觸電極)與基板之接觸電阻更為惡化的緣故。亦即,包含絕緣材料之材料含有導電性粒子的場合,即使包含該絕緣材料之材料受到醋酸的侵蝕,該材料之下的指狀電極也不受影響所以變換效率不會降低。亦即,藉著以該材料覆蓋指狀電極,應該可以停止指狀電極之接觸電阻惡化。又,在本發明,匯流條電極亦可不以包 含絕緣材料之材料包覆。這與前述同樣,基本上只要指狀電極(接觸電極)被保護著即可,變換效率不會變差,亦即,匯流條電極多少被酸侵蝕也不會有特別的問題。亦即,本發明之要旨是基本上維持指狀電極與基板之接觸電阻,沒有與基板取得直接接觸的必要的匯流條電極即使沒有包覆也不會有特別的問題。
以上,以N型基板之場合為例加以敘述,而P型基板之場合係在N型層形成使磷、砷、銻等擴散,在P型層形成使硼、鋁等擴散即可,可以利用本發明之太陽電池胞之製造方法。
進而,於以下說明在背面電極型太陽電池應用之一例。
以N型基板之場合為例進行說明。準備N型矽基板,將表面的切片損傷,使用高濃度鹼液,或者氟酸與硝酸的混合酸液等來進行蝕刻。單晶矽基板,亦可藉由CZ法、FZ法之任一種方法來製作。基板未必是單晶矽,多晶矽亦可。
接著,以前述的方法於基板表面進行紋理形成。
紋理形成後,將以前述方式形成紋理之基板,在鹽酸、硫酸、硝酸、氟酸等,或者這些的混合液之酸性水溶液中進行洗淨。亦可混合過氧化氫使清淨度提高。
在此基板的第一主表面,形成射極層。射極 層係與基板相反的導電型(此場合P型)且厚度為0.05~1μm程度。射極層係可以藉由使用BBr3等之氣相擴散而形成。此外,以將含有硼源的塗布劑在第一主表面加以塗布、進行熱處理之方法也能形成。
射極層形成後,進行下一步驟之供基底層形成用之遮罩在兩主表面上之形成。作為遮罩係可以使用介電體膜之氧化矽膜或者氮化矽膜等。若採用CVD法,則藉由適宜選擇所導入的氣體種類,亦可形成任何膜。氧化矽膜之場合,也可以將基板熱氧化而形成。藉由將基板在氧氛圍中進行950~1100℃、30分鐘~4小時熱處理,形成100nm程度的矽熱氧化膜。藉由適宜選擇溫度、時間、氣體等可以任意變更膜厚,但為了兼顧遮罩功能及其次步驟的部分開口的容易性則最好是作成30~300nm的膜厚。該熱處理亦可在供上述射極形成用之熱處理之後於同一真空室內實施。
接著,將成為基底領域之部分的遮罩部分地去除(開口)。具體而言,以開口幅為50~250μm、0.6~2.0mm程度之間隔平行線狀開口。開口係可以使用光蝕刻法或蝕刻糊,但以雷射之開口較簡便而較佳。作為雷射源,可以使用YAG系、YVO4系、GdVO4系等之第二諧波,只要波長為500~700nm程度則使用什麼樣的雷射源皆可。雷射的條件係可以酌情決定,例如,可以設定輸出為4~20W、頻率為10000~100000Hz、通量為1~5J/cm2、具備振鏡頭(galvo head)、掃描速度速度為100~ 5000mm/秒等。
在遮罩開口後,將基板浸漬於加熱到50~90℃之氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)等之鹼水溶液中,去除開口部之不要的射極層(蝕刻)。
在基底層形成可以使用用氧氯化磷之氣相擴散法。氣相擴散法之外,藉由將含有磷之材料或旋轉塗布、或印刷之後進行熱處理之方法也可以形成。
擴散層形成之後,將遮罩及被形成在表面的玻璃用氟酸等去除。
接著,進行第二主表面之防反射膜之形成。作為防反射膜,可以利用氮化矽膜或氧化矽膜。
於第一主表面,也形成表面保護膜。作為表面保護膜,可以利用氮化矽膜或氧化矽膜。
接著,在半導體基板的第一主表面上形成指狀電極(基底電極及射極電極)。具體而言,將基底電極、以例如網版印刷法來形成。例如,先準備具有開口幅30~200μm、0.6~2.0mm間隔的平行線圖案之製版,將混合了銀粉末與玻璃料、與有機物結合劑之銀膏沿著基底層進行印刷。同樣作法,作成射極電極而印刷銀膏。基底電極用銀膏與射極電極用銀膏可以是相同的,也可使用不同的。以上的電極印刷之後,利用熱處理在氮化矽膜使銀粉末貫通(燒成貫通),導通電極與矽。又,基底層用電極及射極層用電極之燒成也可以分別地進行。燒成,通常是藉由在溫度700~850℃處理5~30分鐘來進行的。
匯流條如圖4所示配置於基板兩端亦可,亦可如圖6所示在基板內配置複數根。以下,參照圖6~9說明於背面電極型太陽電池適用本發明之太陽電池胞的製造方法之場合。如圖9所示,本發明之太陽電池胞之製造方法,以指狀電極322、323的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料151包覆。此外,作為包含絕緣材料之材料,使用不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者。包含絕緣材料之材料的詳細內容如在前述太陽電池胞之項所說明的。
首先,把絕緣材料塗布為圖案狀。以N匯流條(該場合為與基底電極連接之基底用匯流條電極)不與射極電極導通之方式,再者,P匯流條(該場合為與射極電極連接之射極用匯流條電極)不與基底電極導通之方式,塗布為圖案狀。此外,於本發明,也可以同時於指狀電極上塗布絕緣材料。在基板全面也沒有關係,但有必要確保匯流條與指狀電極之導通部(參照圖7)。塗布可以採用網版印刷法等。塗布之後,使之於100~400℃下硬化1~60分鐘程度。圖7係顯示把絕緣材料圖案狀地印刷於指狀電極上,以及不同的導電型用之匯流條與指狀電極交叉的區域(以下也稱為匯流條部)之後的基板背面之圖,在後述之實施例1如此印刷絕緣材料。如圖7所示,於匯流條與指狀電極之導通部使射極電極322、基底電極323露出。被形成於導通部以外的區域的射極電極322、基底電極323以包含絕緣材料的材料151包覆。又,於該露出部上在次一 步驟被形成匯流條,所以模組化時,該露出部不會與充填劑直接接觸。
最後,形成匯流條。N匯流條(基底用匯流條電極)與基底電極連接、P匯流條(射極用匯流條電極)與射極電極連接,而N匯流條與射極電極及P匯流條與基底電極係中介著絕緣層之構成。作為匯流條材料,可以使用低溫硬化型之導電性糊。具體而言,可以使用含有由Ag、Cu、Au、Al、Zn、In、Sn、Bi、Pb所選擇之1種以上的導電性物質,以及從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇之1種以上的樹脂的材料所構成者。將以上之類的材料在採用例如網版印刷法或投放器等圖案狀地塗布之後,使之於100~400℃下硬化1~60分鐘程度。又,可以把前述絕緣材塗布僅實施於匯流條部,把前述低溫硬化型之導電糊作為含絕緣材料之材料塗布於指狀電極上(參照圖8)。圖8係把絕緣材料僅塗布於匯流條部之後的基板背面之圖,在後述之實施例2如此塗布絕緣材料。在圖8所示態樣,僅匯流條部印刷包含絕緣材料之材料這與圖6所示的多匯流條是相同的。但是,此後,也把低溫硬化型的導電糊,印刷於匯流條的同時也印刷於指狀電極上。在此場合,實質上使指狀電極的剖面積增加,可以減低指狀電極之電阻,提高變換效率。又,在本發明之太陽電池胞之製造方法,最終以指狀電極不露出的方式包覆即 可,也可以如前所述把絕緣材塗布分為2次進行。
以上,以N型基板之場合為例加以敘述,而P型基板之場合係在射極層形成使磷、砷、銻等擴散,在基底層形成使硼、鋁等擴散即可,可以利用本發明之太陽電池胞之製造方法。
[太陽電池模組之製造方法]
利用前述方法製作的太陽電池,係可以使用於太陽電池模組。亦即,在本發明,提供一種太陽電池模組之製造方法,特徵為使用前述本發明之太陽電池胞,製造內藏該太陽電池胞的太陽電池模組。如此,可以使用本發明之太陽電池胞製造太陽電池模組。
在此場合,使太陽電池模組為包含充填劑者,作為充填劑使用含有乙烯醋酸乙烯酯之材料亦可。若是本發明之太陽電池模組之製造方法,作為充填劑使用含有乙烯醋酸乙烯酯之材料,也可以製造出隨著時間之劣化不容易發生之太陽電池模組。
例如,可以製造前述之圖10~12所示的構造之太陽電池模組。為了作成串聯接續,如圖11所示,鄰接之太陽電池1000的P匯流條(在接合在基板的P型層之指狀電極接續著的匯流條電極)與N匯流條(在接合在基板的N型層之指狀電極接續著的匯流條電極)彼此以極耳(tab lead)線1161等連接著。連接可以採用焊接等。連接複數枚而得到串(string)。
該串(string),用EVA(乙烯醋酸乙烯酯)等透光性充填劑1272挾住,非受光面側載置PET(聚對苯二甲酸乙二酯)等耐候性樹脂膜1273、受光面側載置鈉鈣玻璃等之透光性且機械性強度強之受光面保護材料1271,加熱同時進行加壓。作為充填劑1272,上述EVA之外,亦可以使用聚烯烴、聚矽氧、離子聚合物(ionomer)等。
[太陽光發電系統]
進而,也可以使用該模組來構成太陽光電發電系統。亦即,在本發明,提供一種太陽光電發電系統,其特徵係具有前述本發明之太陽電池模組。圖13係圖示連結本發明之模組之太陽光電發電系統之基本構成。複數太陽電池模組1316用配線1315串聯地被連結,經由反相器1317而對外部負載電路1318供給發電電力。雖同圖未圖示,該系統係可以進而具備儲蓄已發電之電力之2次電池。
[實施例]
以下,顯示實施例及比較例更具體地說明本發明,但本發明並不限於下列實施例。
採用本發明之太陽電池胞之製造方法進行背面電極型太陽電池之製作。此外,進行了包含此背面電極型太陽電池的太陽電池模組之製作。又,在實施例1~3作為背面電極型太陽電池製作了圖9所示者。在比較例,作為背面電極型太陽電池製作了圖6所示者。
(實施例1)
對於厚度200μm、比電阻1Ω‧cm之磷摻雜{100}N型原切割(as-cut)矽基板,利用熱濃氫氧化鉀水溶液將損傷層去除後,浸漬到72℃的氫氧化鉀/2-丙醇水溶液中進行紋理形成,接著在加熱到75℃的鹽酸/過氧化氫混合溶液中進行洗淨。
其次,將基板在作成2枚一組並重疊之狀態下載置於熱處理爐,導入溴化硼(BBr3)與氧與氬之混合氣體後於1000℃下進行10分鐘熱處理。藉此,形成射極層。以四探針法測定之結果,射極層的薄膜電阻為50Ω。
將此在1000℃、3小時氧氛圍中熱氧化後形成遮罩。
將遮罩的背面以雷射開口。雷射源係使用Nd:YVO4的第二諧波。開口圖案,係作成間隔1.2mm的平行線狀。輸出為18W、掃描速度為600mm/秒。
將此浸漬於80℃氫氧化鉀(KOH)水溶液後去除開口部的射極層。
其次,在氧氯化磷氛圍下,在870℃下使受光面彼此在重疊之狀態下進行40分鐘熱處理,在開口部形成磷擴散層(基底層)。
之後,藉由浸漬在濃度12%的氟酸以去除表面玻璃。
以上處理之後,使用電漿CVD裝置將氮化矽 膜形成於雙面。膜厚表背面都作成100nm。
其次,將銀膏分別印刷在基底層上及射極層上予以乾燥。將此在780℃的空氣氛圍下予以燒成。
於此基板,如圖7所示,把絕緣材料圖案狀地印刷於指狀電極上以及不同的導電型用之匯流條(bus bar)與指狀電極交叉的區域之匯流條部。於印刷使用網版印刷機,作為絕緣材料,係使用信越化學工業(股)公司製之聚矽氧樹脂。將此以200℃的帶式爐硬化5分鐘。包含絕緣材料的材料之最大寬幅比指狀電極的寬幅更大100μm,由指狀電極測到的厚度為4μm。
將低溫硬化型的銀膏以網版印刷機直線狀地印刷6根,使之於300℃的帶式爐硬化30分鐘、作成匯流條。此處使用的低溫硬化型之銀膏係把銀粉混合於環氧樹脂者。
完成的太陽電池焊接極耳(tab lead)線,以EVA及PET、鈉鈣玻璃夾住,在140℃以1氣壓加壓30分鐘製作了1枚太陽電池之模組。
(實施例2)
直到780℃之燒成步驟為止與實施例1同樣地實施之後,將絕緣材料如圖8所示僅塗布於匯流條部使其硬化。
其次,把與實施例1相同的低溫硬化型銀膏以網版印刷機印刷。印刷圖案為梳齒狀,係沿著匯流條6根以及既設的指狀電極者(參照圖9)。將此以300℃的帶式爐 硬化30分鐘。
將此與實施例1同樣處理而模組化。
(實施例3)
對與實施例1同樣的步驟製作的太陽電池,焊接極耳(tab lead)線,以離子聚合物(ionomer)及PET、鈉鈣玻璃夾住,在120℃以1氣壓加壓30分鐘製作了1枚太陽電池之模組。
(比較例)
直到780℃之燒成步驟為止與實施例1同樣地實施之後,將絕緣材料僅塗布於匯流條部使其硬化。進而,將低溫硬化型的銀膏以網版印刷機直線狀地印刷6根,使之於300℃的帶式爐硬化30分鐘、作成匯流條。將此與實施例1同樣處理而模組化。
(評估方法)
針對上述作法得到之太陽電池之樣本,採用山下電裝(Yamashitadenso)(股)公司製太陽光模擬器於AM1.5頻譜、照射強度100mW/cm2、25℃之條件下,測定電流電壓特性且求出光電變換效率。
進而將此放入85℃濕度85%的恆溫恆濕槽,每1000小時取出測定光電變換效率。
所得到的結果顯示於圖14。圖14係顯示相關 於本發明的實施例1、2、3及比較例之隨著時間經過之光電變換效率的變化之圖。
初期(時間0)特性以實施例2較高。這應該是實質指狀電極剖面積增加的緣故。隨時間經過之劣化,與比較例相比,實施例1、2、3都大幅改善。應該是藉由於指狀電極上覆蓋絕緣材料,得以抑制起因於充填劑的劣化的緣故。
實施例1~3之太陽電池模組,除了充填劑(EVA等)以外,具有含絕緣材料之材料(聚矽氧樹脂等)。亦即,實施例1~3之太陽電池模組,其內藏於太陽電池模組的太陽電池胞之半導體基板直接接合的指狀電極(接觸電極),以不與太陽電池模組的充填劑接觸的方式,以與充填劑不同的材料包覆。因此,實施例1~3之太陽電池模組,即使長期間使用也可以維持光電變換效率。
又,本發明並不以前述實施型態為限定。前述實施形態僅為例示,與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想具有實質上相同的構成,可以發揮同樣的作用效果者,均被包含於本發明的技術範圍。

Claims (9)

  1. 一種背面電極型太陽電池胞,其特徵為在半導體基板的第一主表面上,具有含銀與玻璃的指狀電極以及複數之匯流條電極,前述第一主表面,為前述背面電極型太陽電池胞之非受光面,以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料包覆,前述包含絕緣材料之材料,是不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者;前述包含絕緣材料之材料,係由含有至少從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成的。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之背面電極型太陽電池胞,其中前述包含絕緣材料之材料為熱硬化性材料。
  3. 一種太陽電池模組,其特徵係內藏申請專利範圍第1或2項記載之背面電極型太陽電池胞。
  4. 如申請專利範圍第3項記載之太陽電池模組,其中前述太陽電池模組係包含充填劑者,前述充填劑為含有乙烯醋酸乙烯酯之材料。
  5. 一種太陽光電發電系統,其特徵係具有申請專利範圍第3項記載之太陽電池模組。
  6. 一種背面電極型太陽電池胞之製造方法,其特徵為包含:在半導體基板的第一主表面上形成含銀與玻璃的指狀電極的步驟,及於前述半導體基板之第一主表面上形成複數匯流條電極的步驟,以及以至少前述指狀電極的表面不露出的方式以包含絕緣材料的材料進行包覆的步驟;使前述第一主表面,為前述太陽電池胞之非受光面,作為前述包含絕緣材料之材料,使用不會加水分解者或是在加水分解時不會產生羧酸者,且係使用由含有從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇(PVA)樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成者。
  7. 如申請專利範圍第6項記載之背面電極型太陽電池胞之製造方法,其中作為前述包含絕緣材料之材料使用熱硬化性材料。
  8. 一種太陽電池模組之製造方法,其特徵係使用申請專利範圍第6或7項記載之太陽電池胞,製造內藏該背面電極型太陽電池胞之太陽電池模組。
  9. 如申請專利範圍第8項記載之太陽電池模組之製造方法,其中使前述太陽電池模組為包含充填劑者,作為前述充填劑使用含有乙烯醋酸乙烯酯之材料。
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