JP6184263B2 - Manufacturing method of solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に係り、特にその電極形成に関する。 The present invention relates to the production how a solar cell module, particularly to its electrode formation.
太陽電池セルの表面は、入射した光を効率よく取り込むために、シリコンウェハを加工してテクスチャと呼ばれる凹凸を作りこむことが多い。この時、スクリーン印刷した表面電極用のペーストがテクスチャの凹部を通ってにじみが発生する。太陽電池では、受光面積が広くなると電流が増加し変換効率を上げることができるが、このにじみによって受光面積が狭くなり変換効率が低下するという問題がある。 In order to efficiently capture incident light, the surface of the solar battery cell is often processed with a silicon wafer to create irregularities called textures. At this time, the screen-printed surface electrode paste bleeds through the texture recesses. In the solar cell, when the light receiving area is increased, the current is increased and the conversion efficiency can be increased. However, this bleeding causes a problem that the light receiving area is reduced and the conversion efficiency is lowered.
従来の太陽電池セルの表面電極の形成時に、電極のにじみを抑制するために、焼成時に熱分解される材料を用いてにじみを抑制する例があるが、にじみを抑制する材料を熱分解するには800℃前後の焼成温度が必要である。このため、300℃以下で加熱処理を行うような低温プロセスによって太陽電池セルを作製する場合には、熱分解が不十分となり、このようなにじみ抑制のために使用する材料が分解せずに残留し特性低下を招くという問題がある(例えば特許文献1)。この他、溝を形成するもの、表面電極を構成する表面導体直下に平坦化処理を施したり、溶融する材料を供給したりするものなども提案されている。 In order to suppress the bleeding of the electrode when forming the surface electrode of the conventional solar battery cell, there is an example of suppressing the bleeding using a material that is thermally decomposed at the time of firing. Requires a firing temperature of around 800 ° C. For this reason, when producing a solar cell by a low-temperature process in which heat treatment is performed at 300 ° C. or lower, thermal decomposition becomes insufficient, and the material used for suppressing bleeding is not decomposed and remains. However, there is a problem that the characteristic is deteriorated (for example, Patent Document 1). In addition, there have been proposed ones that form grooves, ones that perform a planarization process directly below the surface conductor constituting the surface electrode, and supply a melting material.
しかしながら、焼成によって焼失する材料を用いる上記従来の技術によれば、300℃以下の加熱により電極を形成するものに対しては、適用できないという問題があった。 However, according to the above-described conventional technique using a material that is burned off by firing, there is a problem that it cannot be applied to those in which an electrode is formed by heating at 300 ° C. or lower.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、300℃以下の低温で硬化する電極を用いた太陽電池セルを製造する場合のような低温プロセスによっても、にじみを低減し、変換効率の高い太陽電池モジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is capable of reducing bleeding and reducing the conversion efficiency even by a low-temperature process such as the case of manufacturing a solar cell using an electrode that cures at a low temperature of 300 ° C. or lower. The object is to obtain a battery module.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板表面に機能膜を形成し、太陽電池セルを形成する工程と、太陽電池セルに、電極を形成する工程と、インターコネクタの配された太陽電池セルを、封止材とともに積層し、硬化する封止工程とを含む。そして電極を印刷形成する工程に先立ち、少なくとも電極形成領域を開口部とし、この開口部を囲む領域に、封止材と同一の樹脂からなり、電極のにじみを抑制するにじみ抑制材を形成する工程を含み、封止工程で、にじみ抑制材と封止材とを一体化する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a step of forming a functional film on the surface of a semiconductor substrate to form a solar cell, a step of forming an electrode on the solar cell, an interface And a sealing step of laminating and curing the solar battery cells on which the connectors are arranged together with a sealing material. The advance of the step formed by printing electrodes, at least the electrode formation region and opening, formed in a region surrounding the opening, Ri Do the same resin and sealing material, the Runijimi suppression member to suppress the bleeding of the electrode Including the step of carrying out, and integrating the bleeding suppressing material and the sealing material in the sealing step.
本発明によれば、電極導体を印刷するに先立ち、封止材を構成する樹脂材料をペースト化した樹脂ペーストを印刷することにより、電極導体のにじみを抑制し、受光面積を増やすことにより、太陽電池セルの高効率化が実現可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, before printing the electrode conductor, by printing a resin paste obtained by pasting the resin material constituting the encapsulant, the electrode conductor is prevented from bleeding and the light receiving area is increased. There is an effect that high efficiency of the battery cell can be realized.
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。 Embodiments of a solar cell and a method for manufacturing the solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding.
実施の形態1.
本実施の形態では、所望の機能層の形成されたテクスチャつきシリコン基板に、電極形成領域を残して、電極の反転パターンからなるマスクを用いて、EVAペーストを印刷形成し、EVAパターンをにじみ抑制材として、電極を印刷形成する。ここではEVAペーストは、EVA樹脂をトルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたものを用いる。そして、実装に際しては裏面側封止材および受光面側封止材として、にじみ抑制材として用いたものと同一組成のEVAを用いて太陽電池セルを封止するようにしたことを特徴とする。
In this embodiment, an EVA paste is printed and formed on a textured silicon substrate with a desired functional layer formed, leaving an electrode formation region and using a mask composed of an inverted pattern of electrodes to suppress bleeding of the EVA pattern. An electrode is printed as a material. Here, as the EVA paste, a paste in which EVA resin is dissolved in toluene or xylene is used. In mounting, the solar cell is sealed by using EVA having the same composition as that used as the blur suppressing material as the back surface side sealing material and the light receiving surface side sealing material.
図1および図2は、本発明にかかる太陽電池、太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態1の太陽電池モジュールを示す図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は斜視図、図2は図1(a)のA−A断面図である。図3(a)〜(c)は本実施の形態1の太陽電池セルの製造方法の基本概念を示す模式図である。図4(a)〜(h)は同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図5(a)〜(c)は、同太陽電池モジュールの実装工程を示す工程断面図である。図6は本実施の形態1の太陽電池モジュールの分解斜視図である。図7は本実施の形態1の太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャート図、図8は図7の要部を詳細に示すフローチャート図である。
1 and 2 are views showing a solar cell, a solar cell module, and a solar cell module according to
まず、説明に先立ち、本実施の形態の基本概念を説明する。図3(a)に示すように、機能層形成のなされた太陽電池基板10表面ににじみ抑制材2aとして、電極形成領域を避けるように、電極の反転パターンからなるマスクを用いて、EVAペーストを印刷形成する。ここではn型の単結晶シリコン基板11表面のテクスチャ11Tが機能層を形成した後もテクスチャ10Tとして太陽電池基板10表面に凹凸が形成される。そして図3(b)に示すように、EVAパターンをにじみ抑制材2aとして、にじみ抑制材2aの開口に電極16を印刷形成する。そして、図3(c)に示すように、透光性基板1と、受光面側封止材2bとしてのEVAと、太陽電池基板10と、裏面側封止材5と、バックシート6とを順次積層し、積層体を加熱加圧し、太陽電池セル3を封止する。
First, prior to the description, the basic concept of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3 (a), the EVA paste is applied to the surface of the
この工程により、にじみ抑制材2aとして封止材(少なくとも受光面側封止材2b)と同一材料を用いることで、にじみ抑制材2aが残留した場合にも、後続工程である樹脂封止工程においても受光面側封止材2bと均一に混ざり合い、確実な樹脂封止が可能となる。したがって、低温での電極の焼成工程などでにじみ抑制材2aが残留した場合にも、密着性よく確実な封止が実現され、長寿命化をはかることができる。また、にじみによる遮光面積の増大を防ぎ、配線の実効的な線幅を細くすることができるため、大電流を取り出すことができ、変換効率の増大を図ることができる。さらにまた、にじみ抑制材2aを用いることで、電極パターンの断面形状としては、図3(c)に示すように、上部で大きく下部で小さい、逆テーパ形状をなすように形成することができる。これにより、上面の面積を、タブ線4との接続に十分な大きさとすることができる。そして逆テーパ状の断面とすることで、電極表面を反射材で構成すれば、太陽電池基板10表面からの光を反射し、再度太陽電池基板10に戻すことができ、更なる変換効率の増大をはかることができる。
By using the same material as the sealing material (at least the light-receiving surface
次に、本実施の形態1の太陽電池セルの製造工程について、図4(a)〜(h)の工程断面図、図7および図8のフローチャートを参照しつつ説明する。図7は太陽電池モジュールの製造工程を示し、図8はこのうち太陽電池セルの製造工程を示す。太陽電池モジュールは、n型の単結晶シリコン基板11を用意し、テクスチャ11Tの形成、機能膜の形成、透光性導電膜15の形成を経て太陽電池基板10を形成する。そしてこの太陽電池基板に、にじみ抑制材2aの形成、電極形成を経てまず太陽電池セル3を形成する(ステップS100)。この工程については後で詳述する。このようにして形成された太陽電池セル3をインターコネクタとしてのタブ線4によって複数個直列接続しストリングを形成する(ステップS101)。そして、図6に分解斜視図を示すように、透光性基板1、受光面側封止材2bと、太陽電池基板10と、裏面側封止材5と、バックシート6とを順次積層し(ステップS102)、積層体を加熱加圧し、太陽電池基板10を封止する(ステップS103)。そして、取り出し電極などを形成し太陽電池モジュールを得る(ステップS104)。
Next, the manufacturing process of the photovoltaic cell of
次にこの太陽電池セルの製造工程(ステップS100)について詳細に説明する。まず図4(a)に示すように、n型の単結晶シリコン基板11を用意する。このn型の単結晶シリコン基板11は、通常、引き上げにより得られたインゴットをスライスすることにより切り出されたものであるため、表面に自然酸化膜、および構造的欠陥、金属等による汚染をはらんでいる。このため、まずここで用いられるn型単結晶シリコン基板11に対して洗浄および、ダメージ層エッチングを行う(S1001)。
Next, the manufacturing process (step S100) of this photovoltaic cell is demonstrated in detail. First, as shown in FIG. 4A, an n-type single
n型単結晶シリコン基板11に対し、洗浄、ダメージ層エッチングを行った後、n型単結晶シリコン基板11内の不純物を除去するためにゲッタリングを行う(S1002)。ゲッタリング工程では、処理温度1000℃程度のリンの熱拡散により形成されたリンガラス層に不純物を偏析させ、リンガラス層をフッ化水素等でエッチングする。
After cleaning and damage layer etching are performed on the n-type single
ゲッタリング後、基板表面での光反射損失を低減させる目的でアルカリ溶液および添加剤を用いたウェットエッチングにより、テクスチャを形成する(S1003)。アルカリ溶液には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を、添加剤にはイソプロピルアルコール等を用いる。 After gettering, a texture is formed by wet etching using an alkaline solution and an additive for the purpose of reducing light reflection loss on the substrate surface (S1003). Potassium hydroxide, sodium hydroxide or the like is used for the alkaline solution, and isopropyl alcohol or the like is used for the additive.
テクスチャ形成後、ヘテロ接合界面となるn型単結晶シリコン基板11表面のパーティクル、有機物汚染、金属汚染を除去するために基板洗浄を実施する(S1004)。洗浄には、いわゆるRCA洗浄や、SPM洗浄(硫酸過酸化水素水洗浄)、HPM洗浄(塩酸過酸化水素水洗浄)、DHF洗浄(希弗酸洗浄)、アルコール洗浄等を用いる。
After the texture formation, substrate cleaning is performed in order to remove particles, organic matter contamination, and metal contamination on the surface of the n-type single
ここでRCA洗浄とは、まずウェハ(n型の単結晶シリコン基板11)を希フッ酸水溶液(HF)の中に入れ、表面の薄いシリコン酸化膜を溶出する。このときシリコン酸化膜が溶出すると同時に、その上に付着していた多くの異物も同時に取り去られる。さらに、アンモニア(NH4OH)+過酸化水素(H2O2)で、有機物やパーティクルを除去する。次いで塩酸(HC1)+過酸化水素(H2O2)で金属類を除去し、最後に超純水で仕上げを行う方法である。 In the RCA cleaning, first, a wafer (n-type single crystal silicon substrate 11) is put in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (HF) to elute a thin silicon oxide film. At this time, the silicon oxide film is eluted, and at the same time, many foreign substances adhering to the silicon oxide film are removed at the same time. Further, organic substances and particles are removed with ammonia (NH 4 OH) + hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Next, the metal is removed with hydrochloric acid (HC1) + hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and finally, finishing is performed with ultrapure water.
上記のいずれかの洗浄方法を用いて、基板洗浄を行った後、ヘテロ接合、および、pn、nn+接合を形成するために、n型単結晶シリコン基板11上に、順次各導電型の半導体層を形成する。上記テクスチャ形成工程、洗浄工程を経て得られたn型単結晶シリコン基板11は、厚さ100〜500μmで、表面および裏面にテクスチャ11Tを有している。
After performing substrate cleaning using any of the above-described cleaning methods, in order to form a heterojunction and a pn, nn + junction, a semiconductor of each conductivity type is sequentially formed on the n-type single
次にRF‐PECVD(プラズマCVD)装置を用いてn型単結晶シリコン基板11の両面に順次薄膜シリコン層を形成し、図4(c)に示すように、機能層を形成する(機能層の形成:S1005)。上述したようにHF洗浄工程によりn型単結晶シリコン基板11表面の汚染、自然酸化被膜を除去したのちCVD装置に投入、通例の条件で、まず、n型単結晶シリコン基板11の第2主面11B側に対して非晶質シリコンi層12b(第1の真性半導体層)及び非晶質シリコンn層14(第1導電型半導体層)を形成する。そしてn型単結晶シリコン基板11の第1主面11A側に対して非晶質シリコンi層12a(第1の真性半導体層)及び非晶質シリコンp層13(第2導電型半導体層)を形成する。そしてマスクを形成しスパッタリング法を用いて透光性導電膜15を形成した(S1006)。
Next, a thin film silicon layer is sequentially formed on both surfaces of the n-type single
このように、n型単結晶シリコン基板11は、図4(b)に示すように表面には受光した太陽光を反射させずに効率よく封じ込めるためのテクスチャ11Tとよばれる凹凸を初期段階で形成されている。
In this way, the n-type single
このテクスチャ11Tは、図4(c)に示すように、各種機能膜(非晶質シリコンi層12a、非晶質シリコンp層13、非晶質シリコンi層12b及び非晶質シリコンn層14)を成膜し、最表面に透光性導電膜15を成膜しても表面にはテクスチャが形成されている。
As shown in FIG. 4C, the
このテクスチャ11Tつきn型単結晶シリコン基板11に、各種機能膜および透光性導電膜15の形成された表面に、電極パターンとなる領域を避けるように、図4(d)に示すにじみ抑制材2aのパターンをマスクを用いて、印刷形成する(樹脂パターンの形成S1007)。このときにじみ抑制材2aは、受光面側封止材2bと同一組成の樹脂から構成される。このにじみ抑制材2aをトルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたEVAペーストを、マスクを用いて印刷形成して得られる。ここで用いるEVAペースト用のマスクのパターンは、電極形成用のマスクのパターンに対しては、抜きパターンと残しパターンを反対にした反転パターン形状となっている。このときのEVAペーストの粘度は、B型粘度計で回転数10rpmにおいて100000cp程度になるように調整した。範囲としては50000〜500000cp程度になるように調整するのが望ましい。
The blur suppressing material shown in FIG. 4D is provided on the surface of the n-type single
このとき、EVAペーストの形成される下地は、被印刷物であるテクスチャ11Tを有するn型の単結晶シリコン基板11であるため、EVAペースト用印刷マスクパターンより、EVAペーストの一部がにじみ出る。図4(d)は形成されたEVAペーストの断面模式図である。このEVAペーストによる印刷体のにじみ量をaとしたとき、あらかじめaの距離を測定した上で、電極16のパターンの目的とする開口幅wに対し、EVAペーストのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しw+aとして印刷形成した。EVAパターンを印刷後、n型の単結晶シリコン基板11を140〜160℃、5〜15分に加熱して硬化したEVAパターンからなるにじみ抑制材2aを得る。
At this time, since the base on which the EVA paste is formed is the n-type single
次に、形成したEVAパターンからなるにじみ抑制材2aの上から電極材料をスクリーン印刷法により形成する(S1008)。図4(e)に示す電極形成用のマスクの開口は、開口幅w[μm]以下にする。このとき、電極形成材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ11Tの凹部は硬化したEVAによりせき止められているため、受光面側電極を構成する電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。そして150〜250℃で15〜60分程度加熱硬化させることにより、厚膜導体からなる電極16を得る。このようにして本発明による太陽光発電セルが完成する。図4(a)から図4(h)は、受光面側についてのみ説明したが、裏面側についても同様である。ただし、裏面側については電極幅を細くする必要がない場合もあり、そのような場合には必ずしもにじみ抑制材2aを形成しなくてもよい。
Next, an electrode material is formed on the bleeding
このときの硬化後のEVAからなるにじみ抑制材2a(図4(f))の膜厚t1は図9(a)および(b)のように、n型単結晶シリコン基板11表面に形成されたテクスチャ11Tによる凹凸t0以上の厚みをもち、かつ電極16の膜厚Tより厚くする方が望ましい。図11(a)および(b)は電極形成用のマスクM及びこのマスクMを用いて形成されたにじみ抑制材2aのパターンを示す平面図である。ここでは遮蔽部である残し部分S0とメッシュスクリーンM0とを有するマスクMを用いたスクリーン印刷により、電極パターン形成を行う。oは開口である。図9(a)および(b)に示すように、硬化後のEVAからなるにじみ抑制材2aの膜厚がテクスチャ11Tの凹凸より薄い場合は、電極ペースト16pを印刷する時にわずかに生じる隙間Cから漏れ出ることにより、にじみが生じ受光面積が狭くなる問題がある。また、図10(a)および(b)に示すように硬化後のEVAの膜厚が受光面側の電極16の膜厚より厚い場合には、電極16がスクリーン印刷によりn型単結晶シリコン基板11にペーストを転写する際に、硬化したEVAからなるにじみ抑制材2aが基板表面へ到達せずに空隙Cが発生し、空隙Cから基板表面と電極16界面で剥離、腐食などの劣化が発生する可能性がある。
At this time, the film thickness t 1 of the bleeding
本実施の形態においては、硬化後のEVAからなるにじみ抑制材2aの膜厚は5μmで、マスクMの残し部分S0のパターン幅を60μmとした。このとき、n型単結晶シリコン基板11上の抜きパターン幅は60μmとなったが、実際の開口は縮小し40μm以下となった。そして電極ペーストの印刷後のパターン幅はにじみも含めて平均40μmとなった。このときの電極用のマスクMの開口幅すなわち残し部分S0のパターン幅を40μmとすると、にじみのない形状を得ることができた。この印刷体を130〜170℃、5〜30分加熱することにより電極ペーストを硬化させ、電極16を形成することができる。
In the present embodiment, the thickness of the bleeding
印刷後の電極ペーストを加熱硬化することにより得られた太陽電池セルは、その後、通常工程と同様に、図5(a)に示すように、グリッドパターンおよびバスパターンを構成する電極16を有している。2aはにじみ抑制材である。図5(b)に示すように、この電極16上に、フラックスFを用いてタブ線4をはんだ付けなどにより接続し、セル同士を接合する。そしてこの後、図5(c)に示すように、タブ線4によって接合され、ストリングSを形成する。そしてストリングS全体を受光面側封止材2bとしてのEVAシートで覆い図6に示すように加圧加熱する。
The solar battery cell obtained by heat-curing the electrode paste after printing has
このとき、図4(g)〜(h)に示すように、印刷によりn型単結晶シリコン基板11上に形成したEVAからなるにじみ抑制材2aは加圧と加熱により、EVAシートからなる受光面側封止材2bと一体化し、電極16の印刷によるにじみが抑制できた太陽電池モジュールを得ることができる。にじみ抑制材2aとEVAシート2bとは、一旦硬化しているので、一般的な機械研磨ではダレが生じるので摘発は困難であるが、ArやGaイオン照射による断面観察では境界部が見える。
At this time, as shown in FIGS. 4G to 4H, the bleeding
最終的に、図6に示すように機能膜(12a,12b,13,14)、透光性導電膜15を、保護ガラスとしての透光性基板1およびフレーム7で封止し、本発明による太陽電池のモジュールが完成する。
Finally, as shown in FIG. 6, the functional films (12a, 12b, 13, 14 ) and the translucent
このようにして得られた太陽電池モジュールは、太陽電池基板10の電極16を印刷する前に、電極16のにじみを抑制するために、ペースト化したEVAなどのにじみ抑制材2aを電極16の配線部の両端部に塗布し、硬化させた後に、電極16を印刷形成するようにしたものである。図2及び図4では、電極16の断面は、垂直となっているが、にじみ抑制材2aのダレから、図3に示したのと同様、若干、逆テーパ状となっている。前述したように、この逆テーパ状の電極16は太陽電池セル表面からの反射光を反射して太陽電池セルに戻す作用もあり、変換効率の増大に寄与するものである。
The solar cell module obtained in this way is connected to the
比較のために、にじみ抑制材2aを形成しない従来例の電極形成方法の概念図を図15(a)および(b)に示す。にじみ抑制材2aを形成することなく直接スクリーン印刷により電極16を形成し(図15(a))、図3(c)に示した本実施の形態と同様に受光面側封止材2b及び受光面側保護材としての透光性基板1とを用いて封止を行うものである(図15(b))。この場合は電極16の断面がテーパ状となっている。
For comparison, FIGS. 15A and 15B show conceptual diagrams of a conventional electrode forming method in which the
又比較のために、にじみ抑制材2aを形成しない従来例の太陽電池モジュールの製造工程を図16(a)〜(f)に示す。にじみ抑制材2aを用いることなくスクリーン印刷により、電極パターン16Sを形成し(図16(d))、焼成により電極16を形成し、封止を行なう工程は図4(a)〜(h)に示した本実施の形態1の工程と同様である。
For comparison, FIGS. 16A to 16F show a manufacturing process of a conventional solar cell module in which the
このように、図15(a)および(b)、図16(a)〜(f)との比較からも、本実施の形態の効果は明らかである。すなわち、本実施の形態によれば、電極を印刷するに先立ち、ペースト化したEVAなど、受光面側封止材と同一組成の樹脂からなるにじみ抑制材2aを印刷することにより、電極16のにじみを抑制し、受光面側封止材2bを構成する封止樹脂と共に硬化しているため、細く高精度の電極を得ることができる。したがって受光面積を増やすことにより、太陽電池セルの高効率化が実現できる。又長期信頼性に優れたものとなる。一方、受光面側封止材2bと異なる組成のにじみ抑制材2aを用いた場合、受光面側封止材2bとにじみ抑制材2aとの間に剥離が生じ、そこに含まれる大気中成分が悪影響を及ぼす場合がある。300℃以下の低温で硬化する電極16を有する太陽電池セルを製造する場合、電極16の硬化時ににじみ抑制材2aが消失しない場合が多いが、このように低温硬化型の電極を用いた場合に特に有効である。
Thus, the effects of the present embodiment are also apparent from comparisons with FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A to 16F. That is, according to the present embodiment, before printing the electrode, the bleeding
実施の形態2.
図12(a)〜(h)は、本発明の実施の形態2の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。図13(a)および(b)は電極形成用のマスクM及びこのマスクMを用いて形成されたにじみ抑制材2aのパターンを示す平面図である。ここでは遮蔽部である残し部分Sを有するマスクMを用いたスクリーン印刷により、電極パターン形成を行う。oは開口である。本実施の形態においても実施の形態1と同様に、図12(a)〜(c)に示すように、n型の単結晶シリコン基板11に各種機能膜を成膜し、最表面に透光性導電膜15を成膜した156mm□のウェハの断面模式図である。n型の単結晶シリコン基板11表面には受光した太陽光を反射させずに効率よく封じ込めるためのテクスチャ11Tとしての凹凸が初期段階で形成されている。この図12(c)に示すテクスチャつきn型の単結晶シリコン基板11に、電極印刷用のマスクMの開口oすなわち電極となる部分各1本ずつに対し、その両端のみに開口された2本の直線がパターニングされたマスクM(図13(a))を用いて、トルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたEVAペーストを印刷形成する。ここで用いるEVAペースト用のマスクMのパターンは、にじみ分も含めて電極パターンの端部にのみEVAペーストからなるにじみ抑制材2aSを形成するようにする。このときのEVAペーストの粘度は、B型粘度計で回転数10[rpm]において80000〜200000[cp]程度になるように調整した。このとき、図13(b)に示すように、太陽電池セルの形成されたn型単結晶シリコン基板11表面ににじみ抑制材2aのパターンが形成される。このとき、被印刷物であるn型単結晶シリコン基板11は、テクスチャすなわち凹凸構造を有する基板であるため、印刷用のマスクMのパターンより、EVAペーストの一部がにじみ出る。本実施の形態でも図12(d)は形成したEVAペーストのパターンの断面の模式図である。このEVAペーストによる印刷体のにじみ長さをa1[μm]、電極16のパターンの開口幅をw[μm]としたとき、EVAのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しw+a1として印刷形成した。EVAパターンを印刷後、n型の単結晶シリコン基板11を140〜160℃、5〜15分加熱して硬化したEVA膜2aSを得る。
12 (a) to 12 (h) are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a solar battery cell used in the solar battery module according to
次に、図12(e)に示すように、形成したにじみ抑制材2aSとしてのEVA樹脂膜の上から受光面側電極用の電極ペースト16pをスクリーン印刷法により印刷を行う。電極材料用のマスクの開口は、開口幅w[μm]以下にする。このとき、電極材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ凹部は硬化したEVAからなるにじみ抑制材2aSによりせき止められているため、受光面側の電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。150〜250℃で15〜60分程度加熱硬化させることにより本発明による太陽光発電セルが完成する。
Next, as shown in FIG. 12E, the
このときの硬化後のEVAの膜厚は図12(f)のように、ウェハ表面に形成されたテクスチャ10Tの凹凸以上の厚みをもち、かつ受光面側の電極16の膜厚より薄くする方が望ましい。この場合も図9に示すように、硬化後のにじみ抑制材2aSの膜厚がテクスチャ10Tの凹凸より薄い場合は、電極用の電極ペースト16pを印刷する時にわずかに生じる隙間Cから漏れ出ることにより、にじみが生じ受光面積が狭くなる問題がある。また、図10に示したように硬化後のにじみ抑制材2aSの膜厚が電極16の膜厚より厚い場合には、電極16がスクリーン印刷により基板にペーストを転写する際に、硬化したEVAからなるにじみ抑制材2aSが基板表面へ到達せずに空隙Cが発生し、空隙C部分から基板表面と電極16界面で剥離、腐食などの劣化が発生する可能性がある。
At this time, the cured EVA has a thickness equal to or larger than the unevenness of the
本実施の形態においては、硬化後のにじみ抑制材2aSの膜厚は5μmで、マスクの残し部分のパターン幅を60μmとした。このとき、n型単結晶シリコン基板11上の抜きパターン間隔は実際の開口は電極ペーストの印刷後の開口幅はにじみも含めて平均40μmとなった。このときの受光面側の電極用のマスクの開口幅を40μmとすると、にじみのない形状を得ることができる。この印刷体を130〜170℃、5〜30分加熱することにより電極16を硬化させることができ、厚膜導体からなる電極を得る。
In the present embodiment, the film thickness of the blur suppressing material 2aS after curing is 5 μm, and the pattern width of the remaining portion of the mask is 60 μm. At this time, the interval between the punched patterns on the n-type single
印刷後の電極ペーストを加熱硬化することにより電極16を形成して得られた太陽電池セルは、その後、前記実施の形態1の工程と同様に、バス電極の電極16のパターン上に、タブ線4をはんだ付けなどによりセル同士を接合し、全体をEVAシートからなる受光面側封止材2bで覆い、加圧加熱する。このとき、図12(h)に示すように、印刷によりn型の単結晶シリコン基板11上に形成したにじみ抑制材2aのEVA樹脂は受光面側封止材2bのEVAシートと一体化し、光学的特性を維持しつつ、密着性、封止性も高く維持することができ、電極の印刷によるにじみを抑制できることが分かる。
The solar battery cell obtained by forming the
最終的に、図6に示したように透光性基板1及び、裏面側封止材5、バックシート6およびフレーム7で封止し、本発明による太陽電池のモジュールが完成する。
Finally, as shown in FIG. 6, the solar cell module according to the present invention is completed by sealing with the
本実施の形態は、実施の形態1に比べて、EVAペーストの使用量が少ないこと、また、セル作製時の印刷形成による太陽電池基板とにじみ抑制材2a(EVA)との界面接合不良を減らすことができる。さらに実施の形態1では受光面側封止材2bが直接太陽電池セルに当接する領域がないが、受光面側封止材2bが直接太陽電池セルに当接する領域を設けることができ、より接合性が向上する。EVAペーストの使用量が少ないため、にじみ抑制材2aの乾燥、硬化に要する熱処理時間も低減することができる。さらにまた、にじみ抑制材2aのパターンと、受光面側封止材2bとの接触面積が増大するため、接合不良による電気特性低下を抑制することができ、長期信頼性が確保しやすくなることが特徴である。
Compared with the first embodiment, the present embodiment uses less EVA paste, and reduces the interface bonding failure between the solar cell substrate and the bleeding
実施の形態3.
前記実施の形態1,2では、にじみ抑制材2aをスクリーン印刷によって形成したが、本実施の形態では、ディスペンサを用いてにじみ抑制材2aを形成したことを特徴とするものである。他は前記実施の形態2と同様である。工程図についても前記実施の形態2と同様であるためここでは省略する。ただし、にじみ分を考慮したパターン幅については適宜調整される。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the
なお、前記実施の形態2では、受光面側の電極部分に対し、電極印刷用のマスク各1本ずつに対し、その両端のみに開口された2本の直線がパターニングされたマスクを用いて、トルエンあるいはキシレンに溶解させペースト状にしたEVAペーストを印刷形成したのに対し、本実施の形態では、ディスペンサによりEVAペーストを供給する。ここで用いるEVAペースト用のマスクのパターンは、にじみ分も含めて電極パターンの端部にのみEVAペーストを形成するようにする。このときのEVAペーストの粘度は、B型粘度計で回転数10[rpm]において、20000[cp]になるように調整した。ディスペンサによりEVAペーストのパターンを形成する場合の粘度は、10000〜100000[cp]程度となるように調整するのが望ましい。 In the second embodiment, with respect to the electrode portion on the light receiving surface side, for each one mask for electrode printing, using a mask in which two straight lines opened only at both ends are patterned, In contrast to the EVA paste dissolved in toluene or xylene in the form of a paste, the EVA paste is supplied by a dispenser in this embodiment. The mask pattern for the EVA paste used here is such that the EVA paste is formed only at the end of the electrode pattern including blurring. The viscosity of the EVA paste at this time was adjusted to 20000 [cp] with a B-type viscometer at a rotational speed of 10 [rpm]. It is desirable to adjust the viscosity when forming the EVA paste pattern with a dispenser to be about 10,000 to 100,000 [cp].
このとき、EVAペーストの形成される下地は、被印刷物であるテクスチャ10Tを有する太陽電池基板10を構成するn型の単結晶シリコン基板11であるため、EVAペースト用のマスクパターンより、EVAペーストの一部がにじみ出る。このEVAペーストによる印刷体のにじみ長さをa2としたとき、あらかじめa2の距離を測定した上で、電極16のパターン形成を目的とする開口幅wに対し、EVAペーストのパターン形成用のマスクの開口幅ににじみ量を考慮しw+a2として印刷形成した。EVAパターンを印刷後、n型の単結晶シリコン基板11を140〜160℃、5〜15分に加熱して硬化したEVAを得る。
At this time, since the ground on which the EVA paste is formed is the n-type single
次に、形成したEVAパターンからなるにじみ抑制材2aの上から電極材料をスクリーン印刷法により形成する。電極形成用のマスクの開口は、開口幅w[μm]以下にする。このとき、表面形成材料はチクソトロピー性により粘度が低下し、テスクチャ11Tの凹部は硬化したEVAによりせき止められているため、電極用のペーストはにじむことなく印刷することができる。そして150〜250℃で15〜60分程度加熱硬化させることにより、受光面側電極としての電極16を得る。このようにして本発明による太陽光発電セルが完成する。
Next, an electrode material is formed on the bleeding
最終的に、図6に示したように透光性基板1及び、裏面側封止材5、バックシート6およびフレーム7で封止し、本発明による太陽電池のモジュールが完成する。
Finally, as shown in FIG. 6, the solar cell module according to the present invention is completed by sealing with the
本実施の形態は、実施の形態1、2に比べて、基板表面との密着性の高いにじみ抑制材パターンを形成することができる。さらにまたEVAペーストが外気にさらされないため乾燥、酸化などによる変質、粘度の変化がほとんどないこと、EVAペーストの使用量が少ないこと、また、セル作製時の印刷形成によるEVAとの界面接合不良を減らすことができ、接合不良による電気特性低下および長期信頼性が確保しやすくなることが特徴である。 In the present embodiment, it is possible to form a bleeding suppression material pattern having higher adhesion to the substrate surface than in the first and second embodiments. Furthermore, since the EVA paste is not exposed to the outside air, there is almost no change in quality due to drying, oxidation, etc., there is almost no change in viscosity, the amount of EVA paste used is small, and there is poor interface bonding with EVA due to print formation during cell production. The feature is that it can be reduced, and it is easy to ensure the deterioration of electrical characteristics due to poor bonding and long-term reliability.
実施の形態4.
前記実施の形態1〜3では、電極の高さをにじみ抑制材2aの高さより低く形成したが、本実施の形態では、にじみ抑制材2aのパターンによる開口の深さよりも高くなるように、電極をスクリーン印刷によって形成したことを特徴とするものである。図14に要部拡大断面図を示すように、電極16が、断面きのこ状のパターンを構成するように形成する。本実施の形態では、太陽電池セル3を構成する太陽電池基板10と当接する面積が小さく、水平方向に少し太くなり、さらに次第に細くなり、表面が平坦な形状を得ることができる。
Embodiment 4 FIG.
In the first to third embodiments, the height of the electrode is formed to be lower than the height of the
この構成によれば、タブ線4との接触面積を十分に確保しつつ、電極16そのものが傾斜面を形成しており、反射性金属で電極16を形成すれば、電極16の側面での反射により、太陽電池基板10に対し反射光を効率よく供給することができる。したがって、電極による投影部分全体が遮光体となるわけではなく、効率よく太陽電池基板10への光の取り込みを実現することが可能となる。
According to this configuration, the
なお、前記実施の形態では、にじみ抑制材及び受光面側封止材としてEVA樹脂を用いた場合、太陽光の吸収が少なく、後工程で受光面側封止材と一体化するため長期信頼性に優れたものとなるが、この他オレフィン系共重合体など、他の樹脂であってもよい。ただにじみ抑制材は、受光面側封止材と同一材料を用いることで、剥離を生じることなく、界面に含まれる大気成分が悪影響を及ぼすようなこともない。 In the above-described embodiment, when EVA resin is used as the bleeding suppression material and the light-receiving surface side sealing material, it absorbs less sunlight and is integrated with the light-receiving surface side sealing material in a later process, so long-term reliability is achieved. However, other resins such as other olefin copolymers may be used. However, by using the same material as the light-receiving surface side sealing material, the bleeding suppression material does not cause peeling, and the atmospheric component contained in the interface does not adversely affect the material.
また、前記実施の形態では、電極を印刷法により形成したが、先ににじみ抑制材を形成しているため、ディップ法でもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the electrode was formed by the printing method, since the blur suppression material is formed previously, a dip method may be used.
また、前記実施の形態では、単結晶シリコン基板に非晶質薄膜層を形成した薄膜太陽電池について説明したが、これに限定されることなく、イオン注入により接合を形成したもの、多結晶シリコン基板など種々の基板を用いた太陽電池にも適用可能である。封止材についてもEVAシートを用いたが、樹脂シートに限定されることなく、樹脂板を用いたり、あるいはガラス基板などの基板上に樹脂を塗布する場合にも適用可能である。適宜変更可能である。 In the above embodiment, a thin film solar cell in which an amorphous thin film layer is formed on a single crystal silicon substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and a junction formed by ion implantation, a polycrystalline silicon substrate The present invention is also applicable to solar cells using various substrates. The EVA sheet is also used as the sealing material, but the present invention is not limited to the resin sheet, and the present invention can be applied to a case where a resin plate is used or a resin is applied onto a substrate such as a glass substrate. It can be changed as appropriate.
1 透光性基板、2a にじみ抑制材、2b 受光面側封止材、3 太陽電池セル、4 タブ線、5 裏面側封止材、6 バックシート、10 太陽電池基板、11 n型単結晶シリコン基板、12a,12b 非晶質シリコンi層、13 非晶質シリコンp層、14 非晶質シリコンn層、15 透光性導電膜、16 電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記太陽電池セルに、電極を形成する工程と、
インターコネクタの配された前記太陽電池セルを、封止材とともに積層し、硬化する封止工程とを含み、
前記電極を印刷形成する工程に先立ち、
少なくとも電極形成領域を開口部とし、この開口部を囲む領域に、前記封止材と同一の樹脂からなり、前記電極のにじみを抑制するにじみ抑制材を形成する工程を含み、
前記封止工程で、前記にじみ抑制材と前記封止材とを一体化するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 Forming a functional film on the surface of the semiconductor substrate and forming a solar cell;
Forming an electrode on the solar cell;
The solar battery cell in which the interconnector is arranged is laminated with a sealing material, and includes a sealing step for curing.
Prior to the step of printing the electrode,
At least an electrode formation region is an opening, and a region surrounding the opening is formed of the same resin as the sealing material, and includes a step of forming a bleeding suppressing material that suppresses bleeding of the electrode,
The method for manufacturing a solar cell module, characterized in that, in the sealing step, the bleeding suppression material and the sealing material are integrated.
前記封止材を所望の粘度に調整して得られた樹脂ペーストを印刷し、硬化する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 The step of forming the bleeding suppression material is
The method for manufacturing a solar cell module according to claim 1, further comprising a step of printing and curing a resin paste obtained by adjusting the sealing material to a desired viscosity.
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