JP2008159996A - Solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell.
従来の太陽電池では、シリコン半導体基板の非受光面に形成される裏面電極層は、アルミニウム粉末を導電粒子として含む導体ペーストを塗布して焼成することにより得られていた。 In the conventional solar cell, the back electrode layer formed on the non-light-receiving surface of the silicon semiconductor substrate is obtained by applying and baking a conductor paste containing aluminum powder as conductive particles.
一方、太陽電池の製造原価を低減するためには、シリコン半導体基板を薄くすることが望まれる。しかし、シリコンとアルミニウムとでは熱膨張率が大きく異なるので、太陽電池においては、シリコン半導体基板を薄くするにつれて、シリコン半導体基板の反りが発生しやすくなり、製造工程における割れも発生しやすくなる。 On the other hand, in order to reduce the manufacturing cost of the solar cell, it is desired to make the silicon semiconductor substrate thin. However, since the thermal expansion coefficient differs greatly between silicon and aluminum, in a solar cell, as the silicon semiconductor substrate is made thinner, warpage of the silicon semiconductor substrate is likely to occur, and cracks in the manufacturing process are likely to occur.
このため、特許文献1では、アルミニウム粉末、ガラスフリット及び有機質ビヒクルに加えて、アルミニウム含有有機化合物を導体ペーストに含有させることにより、裏面電極層を薄くし、シリコン半導体基板の反りを抑制している。
For this reason, in
しかし、特許文献1の技術では、裏面電極層からシリコン半導体基板へアルミニウムが拡散することによるキャリア収集効率の向上効果(BSF(Back Surface Field)効果)が十分に得られなくなるという問題がある。
However, the technique of
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、十分なBSF効果が得られるにも関わらずシリコン半導体基板等の光電変換体の反りを抑制することができる板状の太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and provides a plate-like solar cell capable of suppressing the warpage of a photoelectric conversion body such as a silicon semiconductor substrate, although a sufficient BSF effect can be obtained. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、板状の光電変換体と前記光電変換体の非受光面に面上のひろがりをもって形成された裏面電極層とを備える太陽電池であって、前記裏面電極層の断面に観察される、複数の構成粒子が結合したアルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法が40μm以下であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項2の発明は、前記裏面電極層の断面に観察される、前記裏面電極層のボイド率が25%以上であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池である。
The invention according to claim 2 is the solar cell according to
請求項3の発明は、前記結合粒子を分離して得られる粒子の50%粒径d50が7μm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の太陽電池である。 A third aspect of the present invention is the solar cell according to the first or second aspect, wherein the 50% particle diameter d 50 of the particles obtained by separating the binding particles is 7 μm or less.
請求項1ないし請求項3の発明によれば、十分なBSF効果を得るために必要な裏面電極層の厚みを確保しつつ、光電変換体の反りを効果的に抑制することができる。 According to the first to third aspects of the invention, the warpage of the photoelectric conversion body can be effectively suppressed while ensuring the thickness of the back electrode layer necessary for obtaining a sufficient BSF effect.
<1 太陽電池の構成>
図1は、本発明の望ましい実施形態に係る太陽電池1の構成を示す図である。図1は、太陽電池1の断面構造を示す断面図となっている。
<1 Solar cell configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1に示すように、太陽電池1は、シリコン半導体基板11を備える。シリコン半導体基板11は、p型のシリコン半導体基板11の表面(受光面)11aの近傍をn型不純物層111とし、裏面(非受光面)11bの近傍をp+層112とすることにより得られている。シリコン半導体基板11は、pn接合を有する板状の光電変換体となっている。p+層112は、シリコン半導体基板11への光の照射により生成したキャリアの収集効率を向上させる役割を果たしている(BSF効果)。
As shown in FIG. 1, the
シリコン半導体基板11の厚みは、特に制限されないが、典型的には、100μm〜400μmである。また、n型不純物層111の拡散深さも、特に制限されないが、典型的には、0.2μm〜0.5μmである。
The thickness of the
シリコン半導体基板11の表面11aには、反射防止膜12と、反射防止膜12を貫通してn型不純物層111と接する格子状の表面電極13とが形成されている。
On the
また、シリコン半導体基板11の裏面11bには、裏面電極層14が略全面にひろがって形成されている。
In addition, a
<2 太陽電池の製造方法>
続いて、太陽電池1の製造手順について、図2を参照しながら説明する。
<2 Manufacturing method of solar cell>
Then, the manufacturing procedure of the
太陽電池1の製造にあたっては、まず、p型のシリコン半導体基板11の表面11aからドナー不純物を拡散させ、表面11aの近傍がn型不純物層111となったシリコン半導体基板11を得る(図2(A))。
In manufacturing the
続いて、シリコン半導体基板11の表面11aには、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、窒化シリコン膜等の反射防止膜12がPECVD法、蒸着法、スパッタ法などを用いて成膜されるとともに(図2(B))、銀ペースト等をスクリーン印刷して乾燥させることにより、格子状の表面電極13が形成される(図2(C))。
Subsequently, an
さらに、シリコン半導体基板11の裏面11bには、アルミニウム粉末を導体粒子として含む導体ペースト(以下、単に「ペースト」)をスクリーン印刷して乾燥させることにより、裏面11bの略全面にひろがる裏面電極層14が形成される(図2(D))。
Furthermore, a back
このようにして形成された表面電極13及び裏面電極層14は、アルミニウムの融点である660℃以上の温度で焼成され、裏面電極層14からシリコン半導体基板11へのアルミニウムの拡散によりp+層112が形成される。
The
なお、裏面に形成される電極は、裏面のほぼ全面に形成したAlを主成分とする裏面電極層14に加えて、出力を取り出すためにAgを主成分とする出力取出電極(不図示)を形成しても構わない。形成方法の一例としては、出力取出電極を形成する部位を除いた開口部を設けて裏面のほぼ全面にAlペーストをスクリーン印刷等により塗布・乾燥させ、開口部に対して銀等を主成分とする電極ペーストを一部Al電極と重なるように塗布して乾燥させ、焼成すればよい。また、裏面電極層14を酸等により除去し、その代わりに銀ペースト等により新たな裏面電極層を形成しても、p+層112によるBSF効果を有する太陽電池1を実現することができる。
The electrode formed on the back surface includes an output extraction electrode (not shown) mainly composed of Ag in order to extract output in addition to the back
<3 ペーストについて>
続いて、裏面電極層14の形成に用いられるペーストについて説明する。
<3 About paste>
Next, the paste used for forming the
ペーストは、少なくともアルミニウム粉末と有機質ビヒクルとを含有しており、アルミニウム粉末の90%粒径d90と10%粒径d10との差d90−d10が13μm以下となっている。 The paste contains at least an aluminum powder and an organic vehicle, and the difference d 90 -d 10 between the 90% particle diameter d 90 and the 10% particle diameter d 10 of the aluminum powder is 13 μm or less.
このようにアルミニウム粉末の粒径を均一化すると、焼成の際のネック成長を抑制することができ、焼結初期に粗大粒子が形成されることを防ぐことができるので、裏面電極層14において、アルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法を40μm以下とすることができる。そして、結合粒子の平均寸法が40μm以下となると、シリコン半導体基板11と裏面電極層14との熱膨張率の差に起因する反りを抑制することができるので、裏面電極層14を薄くしてBSF効果を低下させることなくシリコン半導体基板11の反りを抑制することができる。
When the particle size of the aluminum powder is made uniform in this way, neck growth during firing can be suppressed, and coarse particles can be prevented from being formed in the early stage of sintering. The average dimension of the binding particles containing aluminum as a main component can be 40 μm or less. When the average size of the binding particles is 40 μm or less, warpage caused by the difference in thermal expansion coefficient between the
ここで、結合粒子とは、一の構成粒子の一部分と他の構成粒子の一部分とが焼結により結合するネック成長により、複数の構成粒子が結合して生成された粒子である。この結合粒子は、電子顕微鏡で観察すれば、樹脂等を介して結合したように見えるペースト中の粒子とは明確に区別することができる。 Here, the binding particles are particles generated by combining a plurality of constituent particles by neck growth in which a part of one constituent particle and a part of another constituent particle are combined by sintering. When these bonded particles are observed with an electron microscope, they can be clearly distinguished from the particles in the paste that appear to be bonded via a resin or the like.
結合粒子の寸法は、裏面電極層14の断面に観察される結合粒子の最長部分の長さであり、結合粒子の平均寸法は、当該断面の45μm×30μmの長方形領域に含まれる結合粒子の寸法を平均したものである。
The size of the binding particles is the length of the longest portion of the binding particles observed in the cross section of the
また、アルミニウム粉末の粒径を均一化するとともに、フィラーとなる無機化合物粉末としてガラスフリットをペーストに含有させれば、裏面電極層14のボイド率を上昇させることができる。なお、アルミニウム粉末の粒度分布やペースト組成を調整して、裏面電極層14のボイド率を25%以上とすれば、結合粒子の平均寸法をさらに小さくすることができ、シリコン半導体基板11の反りをさらに減らすことができる。
In addition, the void ratio of the
さらに、アルミニウム粉末の粒度分布やペースト組成を調整して、結合粒子を分離して得られる粒子(以下、「分離粒子」)の50%粒径d50が7μm以下となるようにすれば、シリコン半導体基板11の反りをさらに減らすことができる。
Further, by adjusting the particle size distribution and paste composition of the aluminum powder so that the 50% particle size d 50 of particles obtained by separating the bonded particles (hereinafter referred to as “separated particles”) is 7 μm or less. The warp of the
分離粒子は、電極が形成されたシリコン半導体基板をイソプロピルアルコールに浸漬し、これを超音波分散器により剥離処理をした上で、この剥離した溶液(イソプロピルアルコールと電極成分の混合液)を直接マイクロトラック法で粒度測定することにより50%粒径d50を測定することができる。 The separated particles are obtained by immersing a silicon semiconductor substrate on which an electrode is formed in isopropyl alcohol, and performing an exfoliation process using an ultrasonic disperser, and then directly removing the exfoliated solution (mixed liquid of isopropyl alcohol and electrode components). By measuring the particle size by the track method, the 50% particle size d 50 can be measured.
なお、有機質ビヒクルとしては、エチルセルロースやニトロセルロースのような焼成後に灰分が残留しない繊維系樹脂、アクリル樹脂及びアルキッド樹脂等から選択される少なくとも1種類の樹脂をターピネオールやセロソルブ等の有機溶剤に溶解させたものを用いることができる。 The organic vehicle is prepared by dissolving at least one resin selected from a fiber-based resin such as ethyl cellulose and nitrocellulose, which does not retain ash after firing, an acrylic resin, and an alkyd resin, in an organic solvent such as terpineol or cellosolve. Can be used.
また、ガラスフリットとしては、B−Si−Pb系、B−Si−Bi系、B−Si−Zn系及びSi−Bi−Pb系等のものを用いることができる。 As the glass frit, B-Si-Pb, B-Si-Bi, B-Si-Zn, Si-Bi-Pb, or the like can be used.
以下では、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
まず、アルミニウム粉末100重量部に対して、B−Si−Pb系のガラスフリット0〜5.0重量部とニトロセルロースをターピネオールに溶解させた有機質ビヒクル5.0〜10.0重量部とを含有する14種類のペーストを準備し、当該ペーストを用いて、図1に示す断面構造を有する太陽電池1の試料1〜14を作製した。試料1〜14の作製に用いたペーストに含まれるアルミニウム粉末の粒度分布と当該ペーストの組成とは表1に一覧で示されている。
First, 0 to 5.0 parts by weight of a B-Si-Pb glass frit and 5.0 to 10.0 parts by weight of an organic vehicle in which nitrocellulose is dissolved in terpineol with respect to 100 parts by weight of
試料1〜試料14の作製にあたっては、厚みが300μmで、50mm×50mmの大きさの正方形板形状のシリコン半導体基板11を用いた。また、試料1〜14の作製にあたっては、180メッシュのスクリーン印刷用の製版を用いて、焼成後の裏面電極層14の厚みが45μm〜55μmとなるようにペーストを印刷し、赤外線焼成炉を用いて、焼成時間5分ピーク温度800℃の条件で焼成を行った。
In the preparation of
このようにして得られた試料1〜14について、結合粒子の平均寸法、裏面電極層14のボイド率、分離粒子の50%粒径d50及びシリコン半導体基板11の反りを評価した結果を表1に示す。なお、試料1〜6は、本発明の範囲外の試料となっている。
結合粒子の平均寸法及び裏面電極層14のボイド率は、評価対象の試料を樹脂に埋め込み、裏面電極層14の断面が観察できるようにクロスセクションした後に、裏面電極層14の断面を電子顕微鏡を用いて2000倍の倍率で観察することにより評価した。
The average size of the binding particles and the void ratio of the
分離粒子の50%粒径d50は、評価対象の試料を水に浸漬し、約10分間超音波処理して得られた分離粒子の粒度分布をレーザー回折散乱法で測定することにより評価した。 The 50% particle size d 50 of the separated particles was evaluated by measuring the particle size distribution of the separated particles obtained by immersing the sample to be evaluated in water and sonicating for about 10 minutes by a laser diffraction scattering method.
シリコン半導体基板11の反りは、3次元形状測定器を用いて、平面上に載置されたシリコン半導体基板11の最も低い部分と最も高い部分との高さの差を測定することにより評価した。
The warpage of the
表1に示す評価結果から明らかなように、アルミニウム粉末のd90−d10が13μmより大きくなる試料1〜試料6では、結合粒子の平均粒径が40μmより大きくなっており、シリコン半導体基板11の反りが3mm以上となる。
As is apparent from the evaluation results shown in Table 1, in
一方、アルミニウム粉末のd90−d10が13μm以下となる試料7〜試料14では、結合粒子の平均粒径が40μm以下となっており、シリコン半導体基板11の反りも3mmを下回っている。
On the other hand, in Samples 7 to 14 in which d 90 -d 10 of the aluminum powder is 13 μm or less, the average particle size of the binding particles is 40 μm or less, and the warp of the
また、アルミニウム粉末の粒度分布と有機質ビヒクルの含有量とを一定としたままガラスフリットの添加量を0.0重量部〜5.0重量部の範囲内で変化させた試料8〜11の評価結果から明らかなように、ガラスフリットの含有量を増加させることにより、裏面電極層14のボイド率を上昇させることができ、シリコン半導体基板11の反りをさらに抑制することができる。特に、ガラスフリットの含有量を3.0重量部以上とした試料10〜11では、ボイド率が25%以上となり、シリコン半導体基板11の反りも1mm以下に抑制できている。
Evaluation results of Samples 8 to 11 in which the addition amount of the glass frit was changed within the range of 0.0 parts by weight to 5.0 parts by weight while keeping the particle size distribution of the aluminum powder and the content of the organic vehicle constant. As is apparent from the above, by increasing the glass frit content, the void ratio of the
さらに、アルミニウム粉末の粒度分布とガラスフリットの含有量とを一定としたまま有機質ビヒクルの含有量を5.0重量部〜10.0重量部の範囲内で変化させた試料10及び12の評価結果から明らかなように、有機質ビヒクルの含有量を増加させることにより、裏面電極層14のボイド率を上昇させることができ、シリコン半導体基板11の反りをさらに抑制することができる。
Further, the evaluation results of
1 太陽電池
11 シリコン半導体基板
111 n型不純物層
112 p+層
14 裏面電極層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記裏面電極層の断面に観察される、複数の構成粒子が結合したアルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法が40μm以下であることを特徴とする太陽電池。 A solar cell comprising a plate-like photoelectric converter and a back electrode layer formed on the non-light-receiving surface of the photoelectric converter with a spread on the surface,
The solar cell, wherein an average dimension of bonded particles mainly composed of aluminum to which a plurality of constituent particles are bonded, observed in a cross section of the back electrode layer, is 40 μm or less.
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