太阳能电池元件的制造方法及太阳能电池元件 |
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| 申请号 | CN201180066540.4 | 申请日 | 2011-12-21 | 公开(公告)号 | CN103348489B | 公开(公告)日 | 2016-05-18 |
| 申请人 | 信越化学工业株式会社; | 发明人 | 三田怜; 远洞阳子; 渡部武纪; 大塚宽之; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了 太阳能 电池 元件的制造方法，其可谋求提高在丝网印刷工序中形成的集 电极 的膜厚，且降低其 电阻 值，并对转换效率的提高做出贡献。当通过 导电性 糊的丝网印刷形成 太阳能电池 元件的集电极时，多次重复该丝网印刷处理。此时，使第二次以后的丝网印刷时的 刮涂 速度等于或高于第一次丝网印刷时的刮涂速度。在第一次印刷的集电极上重叠进行第二次以后的丝网印刷，因此，刮涂速度越快，糊和基底的印刷板脱离越好，糊的涂布量增大，所形成的集电极的膜厚变厚。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种太阳能电池元件的制造方法，其是具有集电极的太阳能电池元件的制造方法，其特征在于，所述集电极的形成按如下进行，多次重复进行在集电极形成位置的含有玻璃料、清漆以及铝或银的导电性糊的丝网印刷并在500～950℃的温度下焙烧所述导电性糊，并且在该导电性糊的多次重复印刷中，使第二次以后的丝网印刷时的刮涂速度高于第一次丝网印刷时的刮涂速度。 |
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| 说明书全文 | 太阳能电池元件的制造方法及太阳能电池元件技术领域[0001] 本发明涉及太阳能电池元件的制造方法及采用该方法所获得的太阳能电池元件。 背景技术[0002] 一般来说，以往的太阳能电池元件具有图1中所示的结构。图1中，1为p型半导体衬底，其例如是大小为100～150mm见方、厚度为0.1～0.3mm厚的板状，由多晶或单晶硅等构成，掺杂有硼等p型杂质。在该衬底1上，掺杂磷等n型杂质而形成n型扩散层2，设置SiN（氮化硅）等的减反射膜3。利用丝网印刷法将导电性铝糊印刷在背面后，进行干燥和焙烧，由此同时形成背面电极6和BSF（背表面场）层4，在正面印刷导电性银糊后，进行干燥和焙烧，形成集电极（或正面电极）5，由此制造太阳能电池。另外，以下将成为太阳能电池受光侧的衬底的面设为正面，将与受光侧相反一侧的衬底的面设为背面。 [0003] 当通过这样的丝网印刷法形成集电极时，在一次印刷处理中相对于100μm线宽30μm的厚度为极限，厚度的变化也大。因此，电阻升高，成为阻碍转换效率提高的主要因素。 [0004] 为了谋求降低上述那样的集电极的电阻值，研究了在通过多次的丝网印刷形成集电极时，在多次的丝网印刷处理的每一次中，使用不同式样的网孔的方法（参照例如特开2010-103572号公报）。通过这样的方法制造的太阳能电池元件一般具有如图2中所示的结构。由于进行重叠印刷，正面电极的高度变高。另外，在图中，7表示第二层的正面电极。 [0005] 但是，如果网孔的式样（pattern）不同，通过各自的式样施加印刷压力时的伸展程度等不同，因此，印刷精度受到不良影响。难以正确地重叠集电极。所以，发生集电极的偏离，结果，太阳能电池的转换效率降低，或产生由于集电极局部变厚而造成的外观上的问题。 发明内容[0006] 发明所要解决的课题 [0007] 本发明是鉴于上述事情而完成的，其目的是提供太阳能电池元件及其制造方法，其可精度良好地印刷集电极，同时可降低电阻值，具有良好的电特性，而且可缩短制造节拍时间（takt time）。 [0008] 用于解决课题的手段 [0009] 本发明人为实现以上目的作了仔细的研究，结果发现当通过多次丝网印刷而形成集电极时，通过使第二次以后的丝网印刷时的刮涂速度与第一次丝网印刷时的刮涂速度相等或更高可降低集电极的电阻值。由此，不发生由于网孔式样的变化导致的集电极的偏离，且可使制造节拍时间缩短，通过这样的不损害可靠性和外观，而且可缩短制造节拍时间的丝网印刷方法形成集电极对于太阳能电池元件的制造是有利的，从而完成了本发明。 [0010] 因此，本发明提供了太阳能电池元件的制造方法，所述太阳能电池具有集电极，其特征在于，集电极通过以下方式形成：多次重复进行集电极形成位置的导电性糊的丝网印刷，并且在该导电性糊的多次重复印刷中，使第二次以后的丝网印刷时的刮涂速度等于或高于第一次丝网印刷时的刮涂速度。本发明还提供通过该方法得到的太阳能电池元件。 [0011] 在该场合，优选从第二次以后的丝网印刷时的刮涂速度的值减去第一次丝网印刷时的刮涂速度的值所获得的结果为0mm/秒～300mm/秒。 [0012] 发明的效果 [0013] 根据本发明，在对于太阳能电池进行集电极的丝网印刷时，以等于或高于第一次集电极印刷速度的速度进行第二次以后的集电极印刷，由此不仅可改善太阳能电池的电特性而不损害可靠性和外观，而且可缩短太阳能电池元件的制造节拍时间。可广泛用于具有高的电特性的太阳能电池元件的制造方法。附图说明 [0014] 图1为表示太阳能电池结构的截面图。 [0015] 图2为表示通过多次丝网印刷形成正面电极的太阳能电池元件的结构的截面图。 具体实施方式[0016] 下面详说明述本发明的实施方案。但是，本发明除了下述说明外，还可以用许多种其它的实施方案来实施，本发明的范围并不限于下述的实施方案，而是权利要求书中所记载的。而且，附图并不是依原尺寸按比例描绘。为了使本发明的说明和理解更清楚，根据关联部件将尺寸进行了扩大，另外，对于一些不重要的部件没有进行图示。 [0017] 如上所述，图1为表示太阳能电池元件的一般结构的截面图。在图1中，1表示半导体衬底，2表示扩散层（扩散区域），3表示减反射膜兼钝化膜，4表示BSF层，5表示集电极（正面电极），6表示背面电极。 [0018] 这里，说明图1中所示的太阳能电池元件的制造工序。 [0020] 下面以使用p型硅衬底的太阳能电池元件的制造方法为例进行说明。优选使用大小为100～150mm见方、厚度为0.05～0.30mm的板状衬底。然后，通过例如在酸性溶液中浸渍来除去由于切片等所造成的表面损伤之后，通过进一步在碱性溶液中进行化学刻蚀、清洗和干燥，使成为太阳能电池元件的受光面的p型硅衬底的正面具有称为纹理的凹凸结构。凹凸结构在太阳能电池元件的受光面产生光的多次反射。因此，通过形成凹凸结构，实际有效地降低了反射率，提高了转换效率。 [0021] 然后，将p型硅衬底置于包含例如POCl3等、约850℃以上的高温气体中，通过热扩散法使磷等n型杂质元素在p型硅衬底的整个表面扩散，在表面上形成薄层电阻为30～300Ω/□程度的n型扩散层2。另外，当通过热扩散法形成n型扩散层时，可在p型硅衬底的两面以及端面也形成n型扩散层，在此情况下，可通过将用耐酸性树脂被覆了所需要的n型扩散层表面的p型硅衬底浸渍在氟硝酸溶液中来除去不需要的n型扩散层。然后，通过浸渍在例如稀释的氢氟酸的溶液等化学药品中来除去扩散时在半导体衬底表面上形成的玻璃层，然后用纯水清洗。 [0022] 进一步，在上述p型硅衬底的正面一侧形成减反射膜兼钝化膜3。该减反射膜兼钝化膜可例如由SiN等构成，例如通过用N2稀释SiH4和NH3的混合气体，通过辉光放电分解产生等离子体并沉积的等离子CVD法等形成。考虑到与p型硅衬底的折光指数的差异等，该减反射膜兼钝化膜以折光指数成为1.8～2.3程度的方式来形成，并形成为 程度的厚度，设置它是为了防止在p型硅衬底的正面上光被反射，有效地将光吸收到p型硅衬底中。另外，该SiN也能够作为在形成时对n型扩散层具有钝化效果的钝化膜而发挥作用，与减反射作用结合，具有提高太阳能电池元件的电特性的效果。 [0023] 接着，在背面丝网印刷包含例如铝、玻璃料和清漆等的导电性糊且将其干燥。然后，在正面丝网印刷包含例如银、玻璃料和清漆等的导电性糊且将其干燥。此后，在500～950℃程度的温度下将各电极用糊焙烧，由此形成BSF层4、正面电极（即集电极）5和背面电极6。 [0024] 在以上所述的典型的晶体硅太阳能电池元件的制造方法中，因为集电极的电阻值高，得不到具有高的电特性的太阳能电池元件。根据本发明的太阳能电池元件的制造方法的特征在于，在通过上述丝网印刷法形成集电极的工序之后，再以等于或高于第一次刮涂速度的刮涂速度多次进行在集电极形成位置的导电糊的丝网印刷，由此提高了太阳能电池元件的电特性。通过所述丝网印刷工序提高电特性是由于以下原因。 [0025] 在典型的丝网印刷法的情况下，利用包含银等的导电性糊第一次形成集电极时的刮涂速度为50～300mm/秒。若低于此范围，产生作为印刷对象物的硅衬底和糊与印刷板脱离差、糊洇渗，或膜厚不均这样的问题。另一方面，高于该范围，可产生与印刷板快速脱离，糊不能充分转印至硅衬底、集电极模糊，或使膜厚变薄这样的问题。但是，当第二次以后进行通过丝网印刷的重复来形成集电极的情况下，因为印刷对象物是第一层的集电极而不是硅衬底，印刷对象物和糊与印刷板脱离的状态与第一次时不同。若与硅衬底表面相比较，第一层的集电极的表面状态粗糙，容易适应糊中所含的清漆等。因此，通过以印刷第一层的集电极时的速度以上的刮涂速度快速印刷，糊和基底与印刷板的脱离良好，增大了糊的涂布量。结果，集电极的膜厚变厚，电阻值降低，可提高太阳能电池元件的电特性。 [0026] 在该场合，从第二次以后的丝网印刷时的刮涂速度的值减去第一次丝网印刷时的刮涂速度的值所获得的结果为0mm/秒～300mm/秒，优选10mm/秒～100mm/秒，且更优选40mm/秒～80mm/秒。 [0027] 另外，进行第三次以后的丝网印刷时，与之前的丝网印刷时的刮涂速度的差也同样，优选10mm/秒～100mm/秒，更优选40mm/秒～80mm/秒。 [0028] 而且，优选用于丝网印刷的网孔的式样在各次的丝网印刷中相同。 [0029] 另外，当通过丝网印刷形成集电极时，优选通过各丝网印刷而形成的集电极的厚度形成为5～50μm，特别是8～35μm，另外，优选集电极的总厚度在形成三层的场合为25～70μm，在形成四层的场合为30～90μm。 [0030] 另外，作为在丝网印刷中使用的油墨可使用公知的导电性银糊等公知的油墨，除了上述刮涂速度按如上所述调整外，可以常用方法进行丝网印刷。 [0031] 实施例 [0032] 以下示出实施例和比较例，对本发明进行具体说明，但本发明并不限于下述实施例。 [0033] 实施例1和比较例1 [0034] 首先，通过对将掺杂硼的、切割为0.2mm厚度而制作的电阻率为约1Ω·cm的p型单晶硅构成的p型硅衬底进行外径加工，制成15cm见方的正方形的板状。然后，将该p型硅衬底在氟硝酸溶液中浸渍15秒以将损伤刻蚀掉，再在含有2质量%KOH和2质量%IPA的70℃的溶液中进行5分钟化学刻蚀，然后用纯水清洗并干燥，由此在p型硅衬底的正面上形成纹理结构。接着，对于该p型硅衬底，在POCl3气体气氛中、在870℃的温度、以及30分钟的条件下通过热扩散法，在p型硅衬底中形成n型层。在此，n型层的薄层电阻为约40Ω/□，深度为0.4μm。然后，在n型层上形成耐酸性树脂后，通过将p型硅衬底浸渍于氟硝酸溶液中10秒，除去未形成耐酸性树脂部分的n型层。然后，通过除去耐酸性树脂，仅在p型硅衬底的正面形成n型层。接着，通过使用SiH4、NH3和N2的等离子CVD法，在p型硅衬底的形成有n型层的正面上以的厚度形成减反射膜兼钝化膜的SiN。接着，在p型硅衬底的背面印刷导电性铝糊并在150℃进行干燥。 [0035] 之后，对于p型硅衬底，在正面上，通过丝网印刷法，利用导电性银糊，以150mm/秒的刮涂速度形成20μm厚的集电极，并在150℃进行干燥。进一步，制作以100mm/秒进行集电极的重叠印刷的比较例和以200mm/秒进行集电极的重叠印刷的实施例，分别在150℃进行干燥，得到最终印刷电极厚度30μm。将至此为止的处理过的衬底放入焙烧炉，以最高温度为800℃焙烧导电性糊以形成电极，由此制作了太阳能电池元件。测量这些太阳能电池元件的电特性和印刷节拍时间。 [0036] 表1中显示了以上述方法分别制作实施例和比较例各10片太阳能电池元件时的太阳能电池元件的电特性和印刷节拍时间的平均值。 [0037] 表1 [0038] [0039] 如表1所示，确认通过使用根据本发明的丝网印刷法，与比较例相比，太阳能电池的电特性上升（转换效率绝对值为0.3%）。在该场合，仅通过改变刮涂速度就改善了0.3%的转换效率，在通过累加各种条件而带来效率上升的元件转换效率中，可评价为大的贡献，另外，由于没有延长印刷节拍时间，还与制造成本的降低相关。 [0040] 实施例2和比较例2 [0041] 与实施例1同样地操作，制备p型硅衬底，通过丝网印刷法，利用导电性银糊在正面上形成集电极。在该场合，以150mm/秒的刮涂速度形成20μm的第一层；以200mm/秒的刮涂速度形成12μm的第二层；以250mm/秒的刮涂速度形成8μm的第三层。使最终的印刷电极厚度为40μm。 [0042] 表2中显示了所得到的太阳能电池元件的电特性及印刷节拍时间。 [0043] 另外，为了对比，通过以150mm/秒的刮涂速度印刷第一层；以100mm/秒的刮涂速度印刷第二层；以90mm/秒的刮涂速度印刷第三层，形成总厚度40μm的电极。表2中也显示了所得到的电特性和印刷节拍时间的结果。 [0044] 表2 [0045] |
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