JP2016533635A - 結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
局部背表面フィールドに接続された局部電極、及びシリコン基板とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜が覆われた背面電極を備え、局部電極と背面電極との間に少なくとも一つのブリッジ電極が設けられており、ブリッジ電極とシリコン基板とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜が覆われており、局部電極と背面電極はブリッジ電極により接続され、且つ局部電極と背面電極との間に、ブリッジ電極の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜が設けられている結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極及びその製造方法を提供する。局部背表面フィールドにおけるキャビティの形成を抑制しつつ、局部背表面フィールドの厚さを増加し、少数キャリヤが局部背表面フィールドを通過してコンタクト領域に達して複合される抵抗損失を低減し、背面パッシベーション電池の変換効率を向上させることができる。
Description
本発明は結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極及びその製造方法に関し、太陽電池という技術分野に属する。
現在、局部背表面フィールド電池は現在の効率的な結晶シリコン太陽電池の開発の重要方向となっていて、背面パッシベーション技術及び局部背表面フィールド構成により、太陽電池の背面の複合が顕著的に減少され、長いバンドにおける背面反射が向上し、背面における自由キャリアの吸収が減少され、その結果、電池の変換効率が向上する。現在、背面パッシベーション電池の製造プロセスを低減するために、一般的に、レーザ又は化学パルプ腐食といった方法で背面のパッシベーション膜を部分的に開口し、その後、スクリーン印刷又は蒸着といった方法で背面に一つのアルミニウム層を形成し、高温過程において、アルミニウム原子はケイ素原子の代りにシリコン格子に進入し、膜開口領域の下にｐ型高濃度ドープ領域、つまり局部背表面フィールドが形成される。
しかし、通常の全背表面印刷又はアルミニウム層堆積の方法では、アルミニウムとケイ素による高温中の拡散係数の差に起因して、コンタクト領域に空洞が形成しやすくなり、その結果、（１）局部背表面フィールドが形成できなくなり、背面における表面複合が大量になり、（２）局部背表面フィールドとＡｌ−Ｓｉ合金層とのコンタクト面積が小さくなり、フィルファクターが低下し、（３）キャビティ効果の原因で局部背表面フィールドの厚さが不十分となり、現在の局部背表面フィールド電池、特に背部点接触電池の効率向上がキャビティの形成により制限される。
本発明は、従来技術の欠陥を克服するという技術課題を解決するためになされたもので、局部背表面フィールドキャビティの形成を抑制しつつ、局部背表面フィールドの厚さを増加させ、少数キャリヤが局部背表面フィールドを通過してコンタクト領域に達して複合されることによる抵抗損失を低減させ、背面パッシベーション電池の変換効率を向上させることができる結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極を提供する。
上記技術課題を解決するために、本発明の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極は、局部背表面フィールドに接続された局部電極、及びシリコン基板とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜が覆われた背面電極を備え、局部電極と背面電極との間に少なくとも一つのブリッジ電極が設けられており、ブリッジ電極とシリコン基板とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜が覆われており、局部電極と背面電極はブリッジ電極により接続され、且つ局部電極と背面電極との間に、ブリッジ電極の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜が設けられている。
さらに、ブリッジ電極の幅は０．１−５００００μｍであり、長さは０．１−１０００μｍである。ブリッジ電極の幅と長さを制御することにより、高温中におけるケイ素のＡｌ−Ｓｉ液体合金への拡散総量を制御することができる。
さらに、背面パッシベーション膜の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種である。
さらに、局部電極、背面電極及びブリッジ電極の材料にはアルミニウムが含まれている。
さらに、局部電極の断面はライン状又はドット状となり、ドット状は円形や平行四角形や正多角形を含む。
さらに、前記局部電極の断面がライン状となる場合、局部電極の幅は１μｍ以上であり、局部電極の中心間の間隔は１００μｍ以上である。
さらに、前記局部電極の断面がドット状となる場合、局部電極の寸法は１μｍ以上であり、局部電極の中心間の間隔は５０μｍ以上である。
本発明はまた当該結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法を提供し、この方法は、
（１）スクリーン印刷用のスクリーンを提供し、ここで、スクリーンは、当該結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の背面電極領域及び複数の局部電極とブリッジ電極からなるアレイ領域には、スラリーが通過できるように網糸を設置し、その他の部分はスラリーが通過できない膜からなるステップ；
（２）背面パッシベーション膜が堆積されたシリコン基板を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口するステップ；
（３）ステップ（１）におけるスクリーンを用いて、スクリーン印刷という方法でシリコン基板の背面に金属スラリーを印刷し；
（４）高温焼成中、局部電極とシリコン基板を局部背表面フィールドに形成させるステップを備える。
（１）スクリーン印刷用のスクリーンを提供し、ここで、スクリーンは、当該結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の背面電極領域及び複数の局部電極とブリッジ電極からなるアレイ領域には、スラリーが通過できるように網糸を設置し、その他の部分はスラリーが通過できない膜からなるステップ；
（２）背面パッシベーション膜が堆積されたシリコン基板を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口するステップ；
（３）ステップ（１）におけるスクリーンを用いて、スクリーン印刷という方法でシリコン基板の背面に金属スラリーを印刷し；
（４）高温焼成中、局部電極とシリコン基板を局部背表面フィールドに形成させるステップを備える。
本発明はまた結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法を提供し、この方法は、
（１）背面パッシベーション膜が堆積されたシリコン基板を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口し；
（２）ＣＶＤ又はＰＶＤという方法でシリコン基板の背面パッシベーション膜に、前記結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極における背面電極及び複数の局部電極とブリッジ電極が配列してなるセルを堆積し；
（３）高温焼成中、局部電極とシリコン基板を局部背表面フィールドに形成させる、というステップを備える。
（１）背面パッシベーション膜が堆積されたシリコン基板を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口し；
（２）ＣＶＤ又はＰＶＤという方法でシリコン基板の背面パッシベーション膜に、前記結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極における背面電極及び複数の局部電極とブリッジ電極が配列してなるセルを堆積し；
（３）高温焼成中、局部電極とシリコン基板を局部背表面フィールドに形成させる、というステップを備える。
上記技術方案を採用した本発明は下記有利な効果を有し：
（１）本発明は局部電極を用いるため、局部背表面フィールドにキャビティが出る確率が極めて低下し、電池の開放電圧とフィルファクターが向上し；そして本発明は、膜開口領域に局部電極を形成するため、高温中、ケイ素の電極での横方向の伝達が抑制され、当該各電極にアルミニウムが含まれている場合、Ａｌ−Ｓｉ液体合金におけるケイ素の濃度が迅速に飽和値に達し、降温中には、ケイ素がＡｌ−Ｓｉ液体状態からすばやく析出し、Ａｌ−Ｓｉ境界において硬化して局部背表面フィールドを形成し、キャビティの形成を大幅に抑制し；
（２）ブリッジ電極で局部電極により収集された電流を背面電極に導き、ブリッジ電極と背面電極を用いて、背面電極の抵抗を減少して、電池の抵抗損失が低下した；
（３）本発明によるプロセスが簡単であり、通常のスクリーン印刷に対して、一回の印刷だけでも本発明の構成が実現でき、大規模生産に適している。
（１）本発明は局部電極を用いるため、局部背表面フィールドにキャビティが出る確率が極めて低下し、電池の開放電圧とフィルファクターが向上し；そして本発明は、膜開口領域に局部電極を形成するため、高温中、ケイ素の電極での横方向の伝達が抑制され、当該各電極にアルミニウムが含まれている場合、Ａｌ−Ｓｉ液体合金におけるケイ素の濃度が迅速に飽和値に達し、降温中には、ケイ素がＡｌ−Ｓｉ液体状態からすばやく析出し、Ａｌ−Ｓｉ境界において硬化して局部背表面フィールドを形成し、キャビティの形成を大幅に抑制し；
（２）ブリッジ電極で局部電極により収集された電流を背面電極に導き、ブリッジ電極と背面電極を用いて、背面電極の抵抗を減少して、電池の抵抗損失が低下した；
（３）本発明によるプロセスが簡単であり、通常のスクリーン印刷に対して、一回の印刷だけでも本発明の構成が実現でき、大規模生産に適している。
以下、本発明の内容がより容易且つ明確に理解できるように、図面と組合わせて実施例に応じて本発明について詳細に説明する。
図３に示すように、結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極であって、局部背表面フィールド５に接続された局部電極３、及びシリコン基板６とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜２が覆われた背面電極１を備え、局部電極３と背面電極１との間に４つのブリッジ電極４が設けられ、ブリッジ電極４とシリコン基板６とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜２が覆われ、局部電極３と背面電極１はブリッジ電極４により接続され、且つ局部電極３と背面電極１との間に、ブリッジ電極４の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜２が設けられている。
背面パッシベーション膜２の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種であればよい。
局部電極３、背面電極１及びブリッジ電極４の材料にはアルミニウムが含まれている。
本実施例はスクリーン印刷による円孔状アレイの結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極を提供し、背面上のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜の堆積が完成した後、化学スラリーでその膜を開口する。スクリーンの設計により、スクリーン印刷及び設計された背面スクリーンで背面にアルミニウムスラリーを印刷し、複数の円孔アレイからなるパターンを形成させ、ここで、円孔のコンタクト間の間隔は５００μｍであり、単体の円孔の点接触のパターンは、図３に示すように、円孔の径が１００μｍであり、円孔のエッジとＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜２に覆った背面電極１との距離が２０μｍであり、そして、スクリーンの設計により、印刷中、円孔と背面電極１が４つのチャンネルを介して接続され、チャンネルの幅が５０μｍであり、長さが円孔のエッジから背面電極１までの距離と同じ、つまり２０μｍである。通常の焼成を経て、円孔と下のシリコン基板６は局部背表面フィールド５を形成し、円孔はまた局部電極３を形成し、チャンネル内にブリッジ電極４が形成され、局部電極３は４つのブリッジ電極４を介して背面電極１と互いに接続される。ブリッジ電極４とのコンタクト部分以外、局部電極３と背面電極１はＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜により離間されたため、高温中に、ケイ素のＡｌ−Ｓｉ合金液への拡散が制限されたため、キャビティの形成が大幅に減少された。本発明による方法でなく、背面の全面にわたってアルミニウムスラリーを印刷し焼成すれば、キャビティ率は１００％となる一方、本発明による方法を採用すれば、キャビティ率は１００％から２０％まで効率的に低下した。
図４，５に示すように、結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極であって、局部背表面フィールド５に接続された局部電極３、及びシリコン基板６とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜２が覆われた背面電極１を備え、局部電極３と背面電極１との間に２つのブリッジ電極４が設けられ、ブリッジ電極４とシリコン基板６とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜２が覆われ、局部電極３と背面電極１はブリッジ電極４により接続され、且つ局部電極３と背面電極１との間に、ブリッジ電極４の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜２が設けられている。
背面パッシベーション膜２の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種であればよい。
局部電極３、背面電極１及びブリッジ電極４の材料にはアルミニウムが含まれている。
本実施例はスクリーン印刷による角孔状アレイの結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極を提供し、背面上のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜２の堆積及び局部レーザ膜開口が完成した後、スクリーンの設計により、スクリーン印刷で背面にアルミニウムスラリーを印刷し、角孔状アレイからなるパターンを形成する。ここで、角孔の中心間の間隔は４００μｍであり、単体の角孔の点接触のパターンは図４に示すように、角孔の辺長は８０μｍであり、角孔のエッジと背面電極１との距離は３０μｍであり、同一の印刷においては、また角孔及び背面電極１を接続する２つのブリッジ電極４を形成し、ブリッジ電極４の幅は４０μｍであり、長さも３０μｍである通常の焼成を経て、角孔内の局部電極３と下のシリコン基板６は局部背表面フィールド５を形成した。ブリッジ電極４とのコンタクト部分以外、局部電極３と背面電極１はＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜２により離間され、本発明による方法によれば、キャビティ率は９０％から２２％まで低下し、背面角孔の点接触アレイの局部は図５に示す。
図６に示すように、結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極であって、局部背表面フィールド５に接続された局部電極３、及びシリコン基板６とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜２が覆われた背面電極１を備え、局部電極３と背面電極１との間に複数のブリッジ電極４が設けられ、ブリッジ電極４とシリコン基板６とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜２が覆われ、局部電極３と背面電極１はブリッジ電極４により接続され、且つ局部電極３と背面電極１との間に、ブリッジ電極４の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜２が設けられている。
背面パッシベーション膜２の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種であればよい。
局部電極３、背面電極１及びブリッジ電極４の材料にはアルミニウムが含まれている。
本実施例はスクリーン印刷による結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極を提供し、まずスクリーン印刷用のスクリーンを設計し、背面上のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜の堆積及び局部レーザ膜開口が完成した後、スクリーン印刷と設計された背面スクリーンと背面印刷用のアルミニウムスラリーにより、ライン状のアレイからなるパターンを形成させる。ここで、ライン間の間隔は１２００μｍであり、背面のライン状のアレイの局部は図６に示す。ラインの幅は６０μｍであり、長さは１５３ｍｍであり、ラインエッジと背面のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＮｘ：Ｈパッシベーション膜に覆われた背面電極１との距離は３０μｍであり、同一の印刷において、また幅が４０μｍ、長さが３０μｍ、間隔が１ｍｍであるブリッジ電極４を形成した。通常の焼成を経て、ライン内の局部電極３と下のシリコン基板６は局部背表面フィールド５を形成し、ブリッジ電極４を介して背面電極１にアレイ接続された。本発明の方法によれば、キャビティ率が１００％から１７％まで低下した。
図１，２に示すように、結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極であって、局部背表面フィールド５に接続された局部電極３、及びシリコン基板６とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜２が覆われた背面電極１を備え、局部電極３と背面電極１との間に少なくとも１つのブリッジ電極４が設けられ、ブリッジ電極４とシリコン基板６とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜２が覆われ、局部電極３と背面電極１はブリッジ電極４により接続され、且つ局部電極３と背面電極１との間に、ブリッジ電極４の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜２が設けられている。
ブリッジ電極４の幅は０．１−５００００μｍであってもよく、長さは０．１−１０００μｍであってもよい。
背面パッシベーション膜２の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種であればよい。
局部電極３、背面電極１及びブリッジ電極４の材料にはアルミニウムが含まれている。
局部電極３の断面はライン状又はドット状であってもよく、ドット状は円形や平行四角形や正多角形を含む。
局部電極３の断面がライン状となる場合、局部電極３の幅は１μｍ以上であり、局部電極３の中心間の間隔は１００μｍ以上である。
局部電極３の断面がドット状となる場合、局部電極３の寸法は１μｍ以上であり、局部電極３の中心間の間隔は５０μｍ以上である。
当該結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法であって、この方法は、
（１）背面パッシベーション膜２が堆積されたシリコン基板６を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口し；
（２）ＣＶＤ又はＰＶＤという方法でシリコン基板６の背面パッシベーション膜２に、前記結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極における背面電極１及び複数の局部電極３とブリッジ電極４が配列してなるセルを堆積し；
（３）高温焼成中、局部電極３とシリコン基板６を局部背表面フィールド５に形成させる、というステップを備える。
（１）背面パッシベーション膜２が堆積されたシリコン基板６を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口し；
（２）ＣＶＤ又はＰＶＤという方法でシリコン基板６の背面パッシベーション膜２に、前記結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極における背面電極１及び複数の局部電極３とブリッジ電極４が配列してなるセルを堆積し；
（３）高温焼成中、局部電極３とシリコン基板６を局部背表面フィールド５に形成させる、というステップを備える。
上記述べた具体的な実施例は、本発明の解決する技術課題、技術方案及び有利な効果をさらに説明するものであり、本発明を限定するものではなく、ただ本発明の具体的な実施例であると理解すべきであり、本発明の趣旨及び原則にあれば、任意の補正、同等変換、改善などがすべて本発明の保護範囲に含まれている。
１ 背面電極
２ 背面パッシベーション膜
３ 局部電極
４ ブリッジ電極
５ 局部背表面フィールド
６ シリコン基板
２ 背面パッシベーション膜
３ 局部電極
４ ブリッジ電極
５ 局部背表面フィールド
６ シリコン基板
Claims (9)
- 局部背表面フィールド（５）に接続された局部電極（３）、及びシリコン基板（６）とのコンタクト表面に背面パッシベーション膜（２）が覆われた背面電極（１）を備える結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極であって、局部電極（３）と背面電極（１）との間に少なくとも一つのブリッジ電極（４）が設けられており、ブリッジ電極（４）とシリコン基板（６）とのコンタクト表面にも背面パッシベーション膜（２）が覆われており、局部電極（３）と背面電極（１）はブリッジ電極（４）により接続され、且つ局部電極（３）と背面電極（１）との間に、ブリッジ電極（４）の接続領域以外の部分にも、背面パッシベーション膜（２）が設けられていることを特徴とする結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記ブリッジ電極（４）の幅は０．１−５００００μｍであり、長さは０．１−１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記背面パッシベーション膜（２）の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンから選ばれた一種又は多種であることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記局部電極（３）、背面電極（１）及びブリッジ電極（４）の材料にはアルミニウムが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記局部電極（３）の断面はライン状又はドット状となり、ドット状は円形や平行四角形や正多角形を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記局部電極（３）の断面がライン状となる場合、局部電極（３）の幅は１μｍ以上であり、局部電極（３）の中心間の間隔は１００μｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 前記局部電極（３）の断面がドット状となる場合、局部電極（３）の寸法は１μｍ以上であり、局部電極（３）の中心間の間隔は５０μｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極。
- 請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法であって、
（１）スクリーン印刷用のスクリーンを提供し、ここで、スクリーンは、請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の背面電極（１）領域及び複数の局部電極（３）とブリッジ電極（４）からなるアレイ領域には、スラリーが通過できるように網糸を設置し、その他の部分はスラリーが通過できない膜からなるステップと、
（２）背面パッシベーション膜（２）が堆積されたシリコン基板（６）を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口するステップと、
（３）ステップ（１）におけるスクリーンを用いて、スクリーン印刷という方法でシリコン基板（６）の背面に金属スラリーを印刷するステップと、
（４）高温焼成中、局部電極（３）とシリコン基板（６）を局部背表面フィールド（５）に形成させるステップとを備えることを特徴とする結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法。 - 請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法であって、
（１）背面パッシベーション膜（２）が堆積されたシリコン基板（６）を提供し、且つレーザにより膜を部分的に開口するステップと、
（２）ＣＶＤ又はＰＶＤという方法でシリコン基板（６）の背面パッシベーション膜（２）に、請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極における背面電極（１）及び複数の局部電極（３）とブリッジ電極（４）が配列してなるセルを堆積するステップと、
（３）高温焼成中、局部電極（３）とシリコン基板（６）を局部背表面フィールド（５）に形成させるステップ、とを備えることを特徴とする結晶シリコン太陽電池の背面ブリッジ式コンタクト電極の製造方法。
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