(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池の製造方法であって、
前記メイングリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれるガラスフリットの軟化点温度が、前記サブグリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれるガラスフリットの軟化点温度より低い太陽電池の製造方法。
【請求項２】
受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池の製造方法であって、
前記メイングリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれる銀のＢＥＴ値が、前記サブグリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれる銀のＢＥＴ値より大きい太陽電池の製造方法。
【請求項３】
受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池であって、
前記メイングリッド電極およびサブグリッド電極は、銀粒子及びガラスフリットを含み、
前記メイングリッド電極の銀の含有率が、前記サブグリッド電極の銀の含有率より低く、
前記メイングリッド電極に含まれるガラスフリットの軟化点温度が、前記サブグリッド電極に含まれるガラスフリットの軟化点温度より低い太陽電池。
【請求項４】
受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池であって、
前記メイングリッド電極および前記サブグリッド電極は、銀粒子及びガラスフリットを含み、
前記メイングリッド電極の銀粒子のＢＥＴ値が、前記サブグリッド電極の銀粒子のＢＥＴ値より大きい太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。特に、太陽電池の入射光側の面である受光面の電極の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
【０００３】
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。
【０００４】
図６、図７は、特許文献１に開示されている従来の太陽電池１０１の模式的な図である。図６は、太陽電池の受光面側の平面図を示す模式的な図であり、図７は、図６で示したＢ−Ｂ′の断面である。
【０００５】
太陽電池１０１は、ｐ型のシリコン基板１０３を基材として、受光面１２１となる表面近傍にｎ型拡散層１０４が形成されている。さらに、その表面を覆うように、反射防止膜１０５が形成されている。受光面１２１には、銀電極による電極部１０２が形成されている。電極部１０２は、メイングリッド１０２ａと、サブグリッド１０２ｂとからなる。受光面１２１と反対側の面、すなわち裏面１２２には、表面近傍にｐ＋型層であるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層１０６が形成されている。さらに、ＢＳＦ層１０６のある領域を覆うようにアルミ電極１０７が配置されている。裏面１２２には、アルミ電極１０７に一部重なるように銀電極１０８が形成されている。
【０００６】
受光面１２１の電極部１０２は、銀ペーストを用いてスクリーン印刷し、乾燥させ、酸化性雰囲気下で焼成して形成する。焼成時に電極部１０２は、反射防止膜１０５をファイヤースルー、すなわち突き抜けてｎ型拡散層１０４と接触する。銀ペーストを用いてスクリーン印刷する際、メイングリッド１０２ａ及びサブグリッド１０２ｂのパターンは、同じ銀ペーストを用いて１回の工程で形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽光発電システムが急速に普及するにつれ太陽電池の製造コストの低減は必要不可欠となっている。これに対し、電極部の銀の使用量を低減することは有効な手段の一つである。
【０００９】
しかしながら、電極部１０２の銀の使用量を低減すると、抵抗の増加による性能低下等を引き起こす可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、性能低下を起こすことなく電極の銀使用量の低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池の製造方法は、受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池の製造方法であって、前記メイングリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれるガラスフリットの軟化点温度が、前記サブグリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれるガラスフリットの軟化点温度より低いことを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽電池の製造方法は、受光面にメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池の製造方法であって、メイングリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれる銀のＢＥＴ値が、サブグリッド電極の形成に用いる銀ペーストに含まれる銀のＢＥＴ値より大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の太陽電池は、受光面に銀粒子及びガラスフリットを含むメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池であって、メイングリッド電極の銀の含有率が、サブグリッド電極の銀の含有率より低く、メイングリッド電極に含まれるガラスフリットの軟化点温度が、サブグリッド電極に含まれるガラスフリットの軟化点温度より低いことを特徴とする。
【００１４】
本発明の太陽電池は、受光面に銀粒子及びガラスフリットを含むメイングリッド電極とサブグリッド電極を有する太陽電池であって、メイングリッド電極の銀粒子のＢＥＴ値が、前記サブグリッド電極の銀粒子のＢＥＴ値より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、性能低下を起こすことなく電極の銀使用量を低減した太陽電池及びその製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池の一例の表す受光面側の模式的な平面図である。
【図２】図１の円で囲んだ箇所を斜めから見た拡大図を表す模式的な図である。
【図３】サブグリッド電極とメイングリッド電極の接合部分を模式的に示した図である。
【図４】太陽電池をインターコネクタにより２個直列に接続した状態を示す模式的な図である。
【図５】実施例９〜１２におけるメイングリッド電極とサブグリッド電極の界面の状況を模式的に示した図である。
【図６】従来技術の太陽電池の受光面側の平面図を示す模式的な図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ′の断面を表す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２は、本発明の太陽電池の一例を表す図である。図１は、受光面側の平面図であり、図２は、図１の丸で囲んだ箇所を斜めから見た拡大図である。
【００２１】
太陽電池１１は以下の工程で作製する。ｐ型単結晶Ｓｉ基板１をエッチングによりテクスチャー形成後、受光面（表面）にイソプロポキシチタネートにリン化合物を含ませたＰＴＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）液を塗布、乾燥させ、８００〜９００℃に加熱し、リンを拡散させてｎ型拡散層２を形成すると同時に、とリンを含有したＴｉＯｘからなる反射防止膜３を形成する。ｎ型拡散層２のシート抵抗は４５Ω/□前後である。
【００２２】
次に電極を形成する。ｐ型単結晶Ｓｉ基板１の非受光面（裏面）には裏面銀電極７およびアルミ電極８を印刷、乾燥を行う。表面にはサブグリッド電極５、メイングリッド電極４の順に印刷、乾燥を行う。このとき、サブグリッド電極５、メイングリッド電極４の形成には、異なる銀ペーストを用いる。
【００２３】
電極の印刷は、所望のパターンに開口したスクリーンを用い、ペーストをスキージングすることでパターン形成するスクリーン印刷法を用いる。銀やアルミといった所望の導電材料を主成分とするペーストを用いる。
【００２４】
全ての電極パターンが形成された後、８００℃前後の温度で焼成を行う。この時、銀ペーストがファイヤースルー性を有するものであると、焼成により銀ペーストが反射防止膜３を貫通し、ｎ型拡散層２と電極材料が電気的に接続される。またアルミ電極８はｐ型半導体中にｐ＋層６、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）を形成する。このようにして太陽電池１１を得る。
【００２５】
図３はサブグリッド電極５とメイングリッド電極４の接合部分を示した図である。サブグリッド電極５に使用する銀ペーストを削減するため、サブグリッド電極５とメイングリッド電極４が重なる部分においては、サブグリッド電極５を分断している。
【００２６】
サブグリッド電極５の線幅は８０μｍ、平均厚は約１５μｍ、メイングリッド電極４の線幅は３．０ｍｍ、中心部の平坦部分の厚さは約１５μｍとなるよう形成した。
【００２７】
図４（ａ）は、太陽電池１１を２個直列に接続した状態の正面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。これらの図では、太陽電池１１の構造は簡略化して示している。太陽電池１１はこのように、複数直列につないで使用することが一般的である。インターコネクタ９は、太陽電池１１を直列に接続するための配線材であり、ある太陽電池１１の表面のメイングリッド電極４と別の太陽電池１１の裏面の裏面銀電極７を接続する。接続にはハンダを用いる。インターコネクタ９の幅は２．０ｍｍである。
【００２８】
ここで、サブグリッド電極５とメイングリッド電極４に必要とされる特性に関して述べる。サブグリッド電極５は、太陽電池１１で発生した光電流を出来るだけ損失なく、サブグリッド電極５の端からメイン電極４まで数ｃｍ程度の距離を経て集電するものであるため、低抵抗であることが求められる。このことから、サブグリッド電極５の形成に用いる銀ペーストの銀の含有量を減らすことは、抵抗が上昇するために望ましくない。
【００２９】
メイングリッド電極４やサブグリッド電極５の材料である焼成銀は純銀の抵抗率よりも１桁ほど高い一方、インターコネクタ９はハンダ被覆された銅線であり、抵抗率は純銅並みである。従ってメイングリッド電極４は、電流を長距離伝導させるものではなく、サブグリッド電極５で集電した電流をインターコネクタ９に伝導することが主な役割である。電流がメイングリッド電極４を流れる距離はメイングリッド電極の幅以下であり、電流がサブグリッド電極５を流れる長さに比べれば短いため、メイングリッド電極４の抵抗による損失は少ない。従ってメイングリッド電極４の形成に用いる銀ペーストの銀の含有量を減らして抵抗が高くなっても、太陽電池の性能への影響は小さい。本発明はこの点に着目し、メイングリッド電極４の形成に用いる銀ペーストの銀含有量を、太陽電池の性能を落とさない程度まで削減することを試みた。
【００３０】
また、サブグリッド電極とメイングリッド電極とで異なる銀ペーストを用いた場合、電極間の抵抗が低く接合の強度が高いことや、それらが長期信頼性を有することが求められる。さらに、メイングリッド電極はインターコネクタから外力を受けることがある。従ってメイングリッド電極は、外力によって剥がれないように太陽電池の表面に対して接着強度が高く、その長期信頼性が高いことが求められる。こういった条件を満たすため、銀ペーストのガラスフリットの量等の諸条件を検討した。
【００３１】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３２】
以下の実施例、比較例においては、サブグリッド電極５には全て同じ銀ペーストを用い、メイングリッド電極４に用いる銀ペーストを種々変更してその特性を調べた。サブグリッド電極５に用いた銀ペーストをペーストＡとし、これを基準の銀ペーストとする。
【００３３】
使用したすべての銀ペーストは、ファイヤースルー性を有するものである。
【００３４】
＜実施例１〜４＞
これらの実施例では、メイングリッド電極４に銀含有率とガラスフリット含有率を変えた銀ペーストを用いて検討した。サブグリッド電極５には前記の通りペーストＡを使用した。また、基準として、メイングリッド電極にもペーストＡを使用した太陽電池も作製した。
【００３５】
表１に各実施例の銀ペースト及び基準であるペーストＡをメイングリッド電極に使用して作製した太陽電池の特性を示す。
【００３６】
【表１】
0005820278.tif 000002
まず表の各項目に関して説明する。
【００３７】
銀含有率やガラスフリットの含有率は、銀ペースト中の銀やガラスフリットの含有率である。ｗｔ％（質量百分率）で記載している。
【００３８】
ガラスフリット／銀含有率比は、銀含有率に対するガラスフリット含有率の比をパーセントで示したものである。
【００３９】
銀含有率比は、各銀ペーストの銀含有率を、基準となるペーストＡの銀含有率に対する比率で示している。銀含有率比が１００％を下回れば、銀の使用量を削減できていることを意味する。
【００４０】
最大出力比は、作製した太陽電池の電気特性を示す値である。メイングリッド電極及びサブグリッド電極の両方にペーストＡを使用して作製した基準となる太陽電池の最大出力（Ｐｍ）を基準とした比率で示している。最大出力比が１００％付近であれば、基準となる太陽電池と遜色ない性能であることがわかる。
【００４１】
接着強度は、メイングリッド電極５の接着強度を示したものである。作製した太陽電池１１のメイングリッド電極５に、幅２．０ｍｍ厚さ０．５ｍｍのハンダ被覆されたインターコネクタ９をハンダ付けし、４５°の方向に引っ張り、その剥離強度が２Ｎ以上であったものを合格としている。表では合格の場合を「○」、不合格の場合を「×」と記載した。
【００４２】
信頼性は、作製した太陽電池１１を温度８５℃、湿度８５％の環境下に５００時間放置した時の最大出力の保持率が９８％以上であったものを合格としている。
【００４３】
まず基準となるペーストＡの結果を見ると、接着強度、信頼性ともに合格であった。従って、少なくともサブグリッド電極５とメイングリッド電極４の両方にペーストＡを用いた基準となる太陽電池は、実用に耐えうることがわかる。
【００４４】
続いて各実施例の結果を見ると、実施例１〜４は、いずれも銀ペーストの銀含有率比が１００％を下回っており、銀の使用量を削減できている。また、いずれもガラスフリットの含有率がペーストＡ（１．５ｗｔ％）より大きく、１．６ｗｔ％以上である。さらにガラスフリット／銀含有率比いずれもがペーストＡ（１．８％）より大きく、２．０％以上である。
【００４５】
一方、最大出力比は９９．７％〜１００．４％であり、ほとんど性能に差は無い。また、いずれも接着強度、信頼性ともに合格であった。
【００４６】
以上より、メイングリッド電極４に使用する銀ペーストは、サブグリッド電極５に用いる銀ペーストより銀含有率を少なくして、銀の使用量を削減することができた。また、ガラスフリットの含有率を大きくすることで、あるいはガラスフリット／銀含有率比を大きくすることで、銀の使用量を減らしても銀ペーストＡを使用した場合と同程度の性能を得られた。すなわち、性能を落とすことなく低コスト化が可能となった。
【００４７】
＜実施例５〜８＞
これらの実施例及び比較例では、メイングリッド電極４に銀含有率とガラスフリット軟化点を変えた銀ペーストを用いて検討した。サブグリッド電極５には前記の通りペーストＡを使用した。
【００４８】
表２に各実施例の銀ペースト及び基準であるペーストＡをメイングリッド電極に使用して作製した太陽電池の特性を示す。
【００４９】
【表２】
0005820278.tif 000003
表の項目のうち、表１と異なるもののみ説明する。
【００５０】
ガラスフリット軟化点は、各銀ペーストに用いたガラスフリットの軟化点の温度を記載している。また、サブグリッドとの軟化点差は、サブグリッドに用いたペーストＡの軟化点５９０℃と比較した、各銀ペーストの軟化点の温度差を示したものである。
【００５１】
各実施例の結果を見ると、実施例５〜８は、いずれも銀ペーストの銀含有率比が１００％を下回っており、銀の使用量を削減できている。また、いずれもガラスフリット軟化点がペーストＡ（５９０℃）より低く、いずれも５６０℃以下である。
【００５２】
一方、最大出力比は９９．７％〜１００．４％であり、ほとんど性能に差は無い。また、いずれも接着強度、信頼性ともに合格であった。
【００５３】
以上より、メイングリッド電極４に使用する銀ペーストは、サブグリッド電極５に用いる銀ペーストより銀含有率を少なくして、銀の使用量を削減することができた。また、ガラスフリット軟化点を低くすることで、銀の使用量を減らしても銀ペーストＡを用いた場合と同程度の性能を得られた。すなわち、性能を落とすことなく低コスト化が可能となった。
【００５４】
＜実施例９〜１２＞
これらの実施例及び比較例では、メイングリッド電極４は銀含有率と銀粉のＢＥＴ値を変えた銀ペーストを用いて検討した。サブグリッド電極５には前記の通りペーストＡを使用した。
【００５５】
表３に各実施例の銀ペースト及び基準であるペーストＡをメイングリッド電極に使用して作製した太陽電池の特性を示す。
【００５６】
【表３】
0005820278.tif 000004
表の項目のうち、表１、表２と異なるもののみ説明する。
【００５７】
ＢＥＴ値（Ｂｒｕｎａｕｒｅ  Ｅｍｍｅｔｔ  Ｔｅｌｌｅｒ  Ｖａｌｕｅ）は比表面積とも呼ばれる値で、物体の単位質量あたりの表面積である。この値を銀粉の粒径の指標として用いている。ＢＥＴ値が大きいほど銀粉の粒径が小さい。銀粉の形状によらずＢＥＴ値が０．２５ｍ２／ｇまでを「小」、０．２５〜０．５０ｍ２／ｇまでのものを「中」、０．５０ｍ２／ｇ以上を「大」と三分類して表に示した。
【００５８】
各実施例の結果を見ると、実施例９〜１２は、いずれも銀ペーストの銀含有率比が１００％を下回っており、銀の使用量を削減できている。また、いずれも銀粉のＢＥＴ値の分類は「大」であり、ペーストＡのＢＥＴ値の分類「中」よりＢＥＴ値が大きい。すなわちいずれも銀粉の粒径がペーストＡに用いた銀粉より小さい。
【００５９】
一方、最大出力比は９９．７％〜１００．４％であり、ほとんど性能に差は無い。また、いずれも接着強度、信頼性ともに合格であった。
【００６０】
以上より、メイングリッド電極４に使用する銀ペーストは、サブグリッド電極５に用いる銀ペーストより銀含有率を少なくして、銀の使用量を削減することができた。また、銀粉の粒径を小さくすることで、銀の使用料を減らしても銀ペーストＡを用いた場合と同程度の性能を得られた。すなわち、性能を落とすことなく低コスト化が可能となった。
【００６１】
図５は、実施例９〜１２におけるメイングリッド電極４とサブグリッド電極５の接合部分の状況を模式的に示した図である。図５（ａ）はメイングリッド電極４とサブグリッド電極５の接合部分の正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）で示したＡ−Ａ′の断面である。図５（ｃ）は図５（ｂ）において円で囲んだ部分における銀粉の状況を説明する概念図である。図５（ｃ）において、黒い大きな丸はサブグリッド電極５中の銀粉を、白い小さな丸はメイングリッド電極４中の銀粉を表す。図５（ｃ）のように、メイングリッド電極４の銀粉の粒径の方がサブグリッド電極５の銀粉の粒径より小さいため、メイングリッド電極４の銀粉がサブグリッド電極５の銀粉の隙間に入り込み、電極間を低抵抗で接続すると共に密着度が高くなったものと考えられる。
【００６２】
＜実施例１３〜１５及び比較例１＞
これらの実施例及び比較例では、性能を落とすことなくメイングリッド電極４を薄くすることを試みた。メイングリッド電極４を薄くすれば、さらに銀使用量を削減できるためである。サブグリッド電極５はペーストＡを使用し、前述の８０μｍの線幅のスクリーンで印刷し、平均厚を約１５μｍとなるよう形成した。メイングリッド電極４は前記実施例１の銀ペーストを使用し、スクリーン仕様を変えることで厚さを４種類に変化させて、実施例３つ及び比較例１つを作製した。メイングリッド電極４の厚さはメイングリッド電極４の中心部の平坦部分を1本当たり３点測定し、その平均値を厚さとした。
【００６３】
表４に各実施例及び比較例を作製するために用いたスクリーンの仕様と評価結果を示す。
【００６４】
【表４】
0005820278.tif 000005
各実施例及び比較例１の結果を見ると、メイングリッド電極４の平均厚は実施例１３が最も厚く、比較例１が最も薄い。最大出力比は９９．６％〜１００．２％であり、ほとんど性能に差は無い。接着強度と信頼性は、実施例１３〜１５は合格であったのに対し、比較例１は不合格であった。
【００６５】
接着強度と信頼性が合格であった実施例１３〜１５のメイングリッド電極４の平均厚は、いずれもサブグリッド電極５の平均厚１５μｍより薄い。このように、メイングリッド電極に用いる銀ペーストの銀含有量を減らすことに加えて、メイングリッド電極の厚さをより薄くすることで、性能を落とすことなくさらに銀使用量を削減して低コスト化することが可能となった。
【００６６】
一方、比較例１の結果より、メイングリッド電極４を薄くしすぎると接着強度と信頼性が低下することがわかる。上記の結果によれば、実施例１５の厚さ５．９μｍと比較例１の厚さ４．８μｍの間に臨界があることから、メイングリッド電極４の平均厚が約５．４μｍ以上であることが望ましい。また、５．９μｍ以上であることがより望ましい。
【００６７】
なお、上記実施例１３〜１５では、スクリーン仕様を変えることによりメイングリッド電極の厚さを変えたが、銀ペーストの粘性を変化させることにより変えることも可能である。
【００６８】
以上説明したように、本発明は現行と同等の電気特性、接着強度、信頼性を有する太陽電池を、低コストで製造することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、グリッド電極と主電極とで異なる銀ペーストを用いた太陽電池及びその製造方法、該太陽電池を用いた太陽電池モジュール全般に広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ｐ型単結晶Ｓｉ基板
２  ｎ型拡散層
３  反射防止膜
４  メイングリッド電極
５  サブグリッド電極
６  ｐ＋層
７  裏面銀電極
８  アルミ電極
９  インターコネクタ
１１  太陽電池
【図１】
0005820278.tif 000006
【図２】
0005820278.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005820278.tif 000011
【図７】
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