JP7356445B2 - 太陽電池の製造方法、太陽電池、および太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、裏面電極型（バックコンタクト型）の太陽電池の製造方法、裏面電極型の太陽電池、および、その太陽電池を備えた太陽電池モジュールに関する。

半導体基板を用いた太陽電池として、受光面側および裏面側の両面に電極が形成された両面電極型の太陽電池と、裏面側のみに電極が形成された裏面電極型の太陽電池とがある。両面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されるため、この電極により太陽光が遮蔽されてしまう。一方、裏面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されないため、両面電極型の太陽電池と比較して太陽光の受光率が高い。特許文献１には、裏面電極型の太陽電池が開示されている。

特許文献１に記載の太陽電池は、半導体基板と、半導体基板の裏面側に順に積層された第１導電型半導体層および第１電極層と、半導体基板の裏面側の他の一部に順に積層された第２導電型半導体層および第２電極層とを備える。第１電極層と第２電極層とは、短絡を防止するために互いに分離される。

特開２０１３－１３１５８６号公報

一般に、第１電極層および第２電極層の各々は、透明電極層と金属電極層とを含む。金属電極層は、例えば銀ペーストを用いたスクリーン印刷法により、比較的に容易に分離して形成できる。一方、透明電極層は、マスクを用いた例えばフォトリソグラフィ法により分離して形成する必要があり、その形成工程が比較的に複雑であった。

本発明は、透明電極層の形成の簡略化が可能な太陽電池の製造方法、太陽電池、および、太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、２つの主面を有する半導体基板と、半導体基板の一方主面側に配置された第１導電型半導体層および第２導電型半導体層と、第１導電型半導体層に対応する第１透明電極層および第１金属電極層と、第２導電型半導体層に対応する第２透明電極層および第２金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、半導体基板の一方主面側の一部に第１導電型半導体層を形成し、半導体基板の一方主面側の他の一部に第２導電型半導体層を形成する半導体層形成工程と、第１導電型半導体層および第２導電型半導体層の上にこれらに跨って透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と、透明導電膜を介して第１導電型半導体層の上に第１金属電極層を形成し、透明導電膜を介して第２導電型半導体層の上に第２金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、透明導電膜をパターニングすることにより、互いに分離された第１透明電極層および第２透明電極層を形成する透明電極層形成工程とをこの順で含み、金属電極層形成工程では、粒子状の金属材料、樹脂材料および溶媒を含む印刷材料を印刷して硬化させることにより、第１金属電極層および第２金属電極層を形成し、第１金属電極層の周縁および第２金属電極層の周縁に樹脂材料が偏在してなる樹脂膜を形成し、透明電極層形成工程では、第１金属電極層およびその周縁の樹脂膜、および、第２金属電極層およびその周縁の樹脂膜をマスクとして用いて、透明導電膜をパターニングする。

本発明に係る太陽電池は、２つの主面を有する半導体基板と、半導体基板の一方主面側に配置された第１導電型半導体層および第２導電型半導体層と、第１導電型半導体層に対応する第１透明電極層および第１金属電極層と、第２導電型半導体層に対応する第２透明電極層および第２金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、第１透明電極層および第１金属電極層は帯状をなし、第１透明電極層の帯幅は第１金属電極層の帯幅よりも狭く、第２透明電極層および第２金属電極層は帯状をなし、第２透明電極層の帯幅は第２金属電極層の帯幅よりも狭く、第１金属電極層の周縁および第２金属電極層の周縁には、第１金属電極層および第２金属電極層の印刷材料における樹脂材料が偏在してなる樹脂膜が形成されている。

本発明に係る太陽電池モジュールは、上記した太陽電池を備える。

本発明によれば、太陽電池の透明電極層の形成の簡略化が可能となる。

本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。 本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。 図２の太陽電池におけるIII-III線断面図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における半導体層形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明導電膜形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における金属電極層形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層形成工程を示す図である。 実施例の太陽電池の裏面側の金属電極層および金属電極層間を、ＳＥＭを用いて１００倍の倍率で観測した結果である。 図５Ａにおける金属電極層間の部分Ａを、ＳＥＭを用いて４５０倍の倍率で観測した結果である。 図５Ｂにおける金属電極層間の部分Ｂを、ＳＥＭを用いて５０００倍の倍率で観測した結果である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

（太陽電池モジュール）
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。太陽電池モジュール１００は、二次元状に配列された複数の太陽電池セル１を備える。

太陽電池セル１は、配線部材２によって直列および／または並列に接続される。具体的には、配線部材２は、太陽電池セル１の電極層におけるバスバー部（後述）に接続される。配線部材２は、例えば、タブ等の公知のインターコネクタである。

太陽電池セル１および配線部材２は、受光面保護部材３と裏面保護部材４とによって挟み込まれている。受光面保護部材３と裏面保護部材４との間には、液体状または固体状の封止材５が充填されており、これにより、太陽電池セル１および配線部材２は封止される。受光面保護部材３は、例えばガラス基板であり、裏面保護部材４はガラス基板または金属板である。封止材５は、例えば透明樹脂である。
以下、太陽電池セル（以下、太陽電池という。）１について詳細に説明する。

（太陽電池）
図２は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図２に示す太陽電池１は、裏面電極型の太陽電池である。太陽電池１は、２つの主面を備える半導体基板１１を備え、半導体基板１１の主面において第１導電型領域７と第２導電型領域８とを有する。

第１導電型領域７は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー部７ｆと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部７ｂとを有する。バスバー部７ｂは、半導体基板１１の一方の辺部に沿って第１方向（Ｘ方向）に延在し、フィンガー部７ｆは、バスバー部７ｂから、第１方向に交差する第２方向（Ｙ方向）に延在する。
同様に、第２導電型領域８は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部８ｆと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部８ｂとを有する。バスバー部８ｂは、半導体基板１１の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第１方向（Ｘ方向）に延在し、フィンガー部８ｆは、バスバー部８ｂから、第２方向（Ｙ方向）に延在する。
フィンガー部７ｆとフィンガー部８ｆとは、第２方向（Ｙ方向）に延在する帯状をなしており、第１方向（Ｘ方向）に交互に設けられている。
なお、第１導電型領域７および第２導電型領域８は、ストライプ状に形成されてもよい。

図３は、図２の太陽電池におけるIII-III線断面図である。図３に示すように、太陽電池１は、半導体基板１１の主面のうちの受光する側の主面である受光面側に積層されたパッシベーション層１３を備える。また、太陽電池１は、半導体基板１１の主面のうちの受光面の反対側の主面（一方主面）である裏面側の一部（主に、第１導電型領域７）に順に積層されたパッシベーション層２３、第１導電型半導体層２５、および第１電極層２７を備える。また、太陽電池１は、半導体基板１１の裏面側の他の一部（主に、第２導電型領域８）に順に積層されたパッシベーション層３３、第２導電型半導体層３５、および第２電極層３７を備える。

半導体基板１１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板である。なお、半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型の半導体基板であってもよい。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。
半導体基板１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。

半導体基板１１は、裏面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、半導体基板１１に吸収されず通過してしまった光の回収効率が高まる。
また、半導体基板１１は、受光面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、受光面において入射光の反射が低減し、半導体基板１１における光閉じ込め効果が向上する。

パッシベーション層１３は、半導体基板１１の受光面側に形成されている。パッシベーション層２３は、半導体基板１１の裏面側の第１導電型領域７に形成されている。パッシベーション層３３は、半導体基板１１の裏面側の第２導電型領域８に形成されている。パッシベーション層１３，２３，３３は、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
パッシベーション層１３，２３，３３は、半導体基板１１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。

半導体基板１１の受光面側のパッシベーション層１３上には、例えばＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮ等の材料で形成される反射防止層が設けられていてもよい。

第１導電型半導体層２５は、パッシベーション層２３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第１導電型領域７に形成されている。第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型の半導体層である。

第２導電型半導体層３５は、パッシベーション層３３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第２導電型領域８に形成されている。第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型の半導体層である。
なお、第１導電型半導体層２５がｎ型の半導体層であり、第２導電型半導体層３５がｐ型の半導体層であってもよい。

第１導電型半導体層２５およびパッシベーション層２３と、第２導電型半導体層３５およびパッシベーション層３３とは、第２方向（Ｙ方向）に延在する帯状をなしており、第１方向（Ｘ方向）に交互に並んでいる。
第２導電型半導体層３５およびパッシベーション層３３の一部は、隣接する第１導電型半導体層２５およびパッシベーション層２３の一部の上に重なっていてもよい（図示省略）。

第１電極層２７は、第１導電型半導体層２５に対応して、具体的には半導体基板１１の裏面側の第１導電型領域７における第１導電型半導体層２５の上に形成されている。第２電極層３７は、第２導電型半導体層３５に対応して、具体的には半導体基板１１の裏面側の第２導電型領域８における第２導電型半導体層３５の上に形成されている。
第１電極層２７は、第１導電型半導体層２５上に順に積層された第１透明電極層２８と第１金属電極層２９とを有する。第２電極層３７は、第２導電型半導体層３５上に順に積層された第２透明電極層３８と第２金属電極層３９とを有する。

第１透明電極層２８および第２透明電極層３８は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物）等が挙げられる。
第１金属電極層２９および第２金属電極層３９は、銀、銅、アルミニウム等の粒子状の金属材料、絶縁性の樹脂材料および溶媒を含有する導電性ペースト材料で形成される。

第１電極層２７および第２電極層３７、すなわち第１透明電極層２８，第２透明電極層３８，第１金属電極層２９および第２金属電極層３９は、第２方向（Ｙ方向）に延在する帯状をなしており、第１方向（Ｘ方向）に交互に並んでいる。
第１透明電極層２８と第２透明電極層３８とは互いに分離されており、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９とも互いに分離されている。
第１透明電極層２８の第１方向（Ｘ方向）の帯幅は、第１金属電極層２９の第１方向（Ｘ方向）の帯幅よりも狭く、第２透明電極層３８の第１方向（Ｘ方向）の帯幅は、第２金属電極層３９の第１方向（Ｘ方向）の帯幅よりも狭い。

第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁には、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の導電性ペースト材料における絶縁性の樹脂材料が偏在してなる樹脂膜４０が形成されている（詳細は後述する）。

第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における第１導電型半導体層２５の一部および第２導電型半導体層３５の一部は、樹脂膜４０で覆われている。詳説すれば、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における、第１導電型半導体層２５の凹凸構造（テクスチャ構造）の谷部および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の谷部は、樹脂膜４０で覆われている。
一方、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における、第１導電型半導体層２５の凹凸構造の頂部および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の頂部は、樹脂膜４０で覆われておらず、露出している。

第１導電型半導体層２５と樹脂膜４０との層間および第２導電型半導体層３５と樹脂膜４０との層間には、第１透明電極層２８および第２透明電極層３８と同一材料の透明導電膜４８が島状に（連続せずに）配置されている。詳説すれば、第１導電型半導体層２５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間には、透明導電膜４８が島状に配置されている。

第１金属電極層２９と第１導電型半導体層２５との接触面積は、第１透明電極層２８と第１導電型半導体層２５との接触面積の半分以下であり、第２金属電極層３９と第２導電型半導体層３５との接触面積は、第２透明電極層３８と第２導電型半導体層３５との接触面積の半分以下である。

次に、図４Ａ～図４Ｄを参照して、本実施形態に係る太陽電池の製造方法について説明する。図４Ａは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における半導体層形成工程を示す図であり、図４Ｂは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明導電層形成工程を示す図である。図４Ｃは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における金属電極層形成工程を示す図であり、図４Ｄは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層形成工程を示す図である。図４Ａ～図４Ｄでは、半導体基板１１の裏面側を示し、半導体基板１１の表面側を省略する。

まず、図４Ａに示すように、少なくとも裏面側に凹凸構造（テクスチャ構造）を有する半導体基板１１の裏面側の一部に、具体的には第１導電型領域７に、パッシベーション層２３および第１導電型半導体層２５を形成する（半導体層形成工程）。
例えば、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全てにパッシベーション膜および第１導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するマスクまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層２３および第１導電型半導体層２５をパターニングしてもよい。なお、ｐ型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えばオゾンを含有するフッ酸や、硝酸とフッ酸の混合液のような酸性溶液が挙げられ、ｎ型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えば水酸化カリウム水溶液のようなアルカリ性溶液が挙げられる。
または、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側にパッシベーション層および第１導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層２３およびｐ型半導体層２５の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。

次に、半導体基板１１の裏面側の他の一部に、具体的には第２導電型領域８に、パッシベーション層３３および第２導電型半導体層３５を形成する（半導体層形成工程）。
例えば、上述同様に、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全てにパッシベーション膜および第２導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するマスクまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層３３および第２導電型半導体層３５をパターニングしてもよい。
または、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側にパッシベーション層および第２導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層３３および第２導電型半導体層３５の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。

なお、この半導体層形成工程において、半導体基板１１の受光面側の全面に、パッシベーション層１３を形成してもよい（図示省略）。

次に、図４Ｂに示すように、第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層３５上にこれらに跨って透明導電膜２８Ｚを形成する（透明導電膜形成工程）。透明導電膜２８Ｚの形成方法としては、例えばＣＶＤ法またはＰＶＤ法等が用いられる。

次に、図４Ｃに示すように、透明導電膜２８Ｚを介して第１導電型半導体層２５上に第１金属電極層２９を形成し、透明導電膜２８Ｚを介して第２導電型半導体層３５上に第２金属電極層３９を形成する（金属電極層形成工程）。
第１金属電極層２９および第２金属電極層３９は、印刷材料（例えば、インク）を印刷することにより形成される。第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の形成方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、グラビアコーティング法、またはディスペンサー法等が挙げられる。これらの中でも、スクリーン印刷法が好ましい。

印刷材料は、絶縁性の樹脂材料中に、粒子状（例えば、球状）の金属材料を含む。印刷材料は、粘度または塗工性の調整のために、溶媒等を含んでもよい。
絶縁性の樹脂材料としては、マトリクス樹脂等が挙げられる。詳説すると、絶縁性樹脂としては、高分子化合物であると好ましく、特に熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂であると好ましく、エポキシ、ウレタン、ポリエステルまたはシリコーン系の樹脂等が代表例である。
金属材料としては、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。これらの中でも、銀粒子を含む銀ペーストが好ましい。
例えば、印刷材料に含有される金属材料の割合は、印刷材料全体に対する重量比として８５％以上９５％以下である。

次に、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の印刷後、加熱処理または紫外線照射処理により、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９における絶縁性樹脂を硬化させる。このとき、絶縁性樹脂材料が第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の周縁に染み出し、第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁に、絶縁性の樹脂材料が偏在してなる樹脂膜４０が形成される。

このとき、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における透明導電膜２８Ｚの凹凸構造（テクスチャ構造）の谷部は、樹脂膜４０で覆われる。一方、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における透明導電膜２８Ｚの凹凸構造の頂部は、樹脂膜４０で覆われず、露出する。
なお、このように導電性ペーストで形成された第１金属電極層２９および第２金属電極層３９はウレタン結合を有していてもよい。例えばエポキシ樹脂に比べて、ウレタン樹脂は架橋時の収縮が小さく、樹脂にクラックが発生し難い。樹脂にクラックが発生し難いと、エッチング溶液が金属電極層へ染み込むことを防止でき、金属電極層の下の透明導電膜がエッチングされることに起因する金属電極層の剥がれや、長期信頼性の悪化を防止できる。

次に、図４Ｄに示すように、第１金属電極層２９およびその周縁の樹脂膜４０、および、第２金属電極層３９およびその周縁の樹脂膜４０をマスクとして用いたエッチング法を用いて、透明導電膜２８Ｚをパターニングすることにより、互いに分離された第１透明電極層２８および第２透明電極層３８を形成する（透明電極層形成工程）。エッチング法としては例えばウェットエッチング法が挙げられ、エッチング溶液としては塩酸（ＨＣｌ）等の酸性溶液が挙げられる。

このとき、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間では、凹凸構造（テクスチャ構造）の頂部から谷部に向かって透明導電膜２８Ｚのエッチングが進行する。
ここで、第１透明電極層２８と第２透明電極層３８とを分離するためには、これらの間の透明導電膜が連続していなければよく、透明導電膜４８が凹凸構造の谷部に島状に残っていてもよい。透明導電膜４８が凹凸構造の谷部に島状に残ると、凹凸構造の谷部における樹脂膜４０が第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層３５上に残る。
以上の工程により、本実施形態の裏面電極型の太陽電池１が完成する。

ここで、従来の太陽電池の製造方法では、透明導電膜形成工程の後であって金属電極層形成工程の前に、透明電極層形成工程を含む。
透明電極層形成工程では、例えばフォトリソグラフィ法を用いて透明導電膜をパターニングすることにより、互いに分離された第１透明電極層および第２透明電極層を形成する。フォトリソグラフィ法では、
・透明導電膜の上にレジストを塗布し、
・レジストを感光させることにより、レジストに開口を形成し、
・レジストをマスクとして開口において露出した透明導電膜をエッチングすることにより、互いに分離された第１透明電極層および第２透明電極層を形成し、
・レジストを除去する。

これに対し、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、透明導電膜形成工程の後に、金属電極層形成工程および透明電極層形成工程をこの順で含み、透明電極層形成工程では、金属電極層形成工程によって形成された第１金属電極層２９および第２金属電極層３９をマスクとして用いて、透明導電膜２８Ｚをパターニングすることにより、互いに分離された第１透明電極層２８および第２透明電極層３８を形成する。これにより、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、従来のように、マスクを用いたフォトリソグラフィ法等を用いる必要がなく、透明電極層の形成の簡略化および短縮化が可能である。その結果、太陽電池および太陽電池モジュールの低コスト化が可能である。

ここで、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９をマスクとして用いて透明導電膜２８Ｚをパターニングすると、透明導電膜２８Ｚのエッチングの際に、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の下の透明導電膜２８Ｚもエッチングされ、第１透明電極層２８および第１金属電極層２９、および、第２透明電極層３８および第２金属電極層３９が剥離してしまう可能性がある。

この点に関し、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、金属電極層形成工程において、粒子状の金属材料、樹脂材料および溶媒を含む印刷材料を印刷して硬化させることにより、第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁に樹脂材料が偏在してなる樹脂膜４０を形成し、透明電極層形成工程において、第１金属電極層２９およびその周縁の樹脂膜４０、および、第２金属電極層３９およびその周縁の樹脂膜４０をマスクとして用いて、透明導電膜２８Ｚをパターニングする。これにより、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の下の透明導電膜２８Ｚのエッチングが抑制され、第１透明電極層２８および第１金属電極層２９の剥離、および、第２透明電極層３８および第２金属電極層３９の剥離が抑制される。

このような製造方法によって製造された太陽電池１では、第１透明電極層２８の帯幅は第１金属電極層２９の帯幅よりも狭く、第２透明電極層３８の帯幅は第２金属電極層３９の帯幅よりも狭く、第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁には、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９の印刷材料における樹脂材料が偏在してなる樹脂膜が形成されている。
なお、従来の太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池では、一般に、透明電極層の帯幅は金属電極層の帯幅よりも広い。

また、本実施形態の製造方法によって製造された太陽電池１では、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における第１導電型半導体層２５の一部および第２導電型半導体層３５の一部は、樹脂膜４０で覆われている。詳説すれば、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における、第１導電型半導体層２５の凹凸構造（テクスチャ構造）の谷部および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の谷部は、樹脂膜４０で覆われている。
また、第１導電型半導体層２５と樹脂膜４０との層間および第２導電型半導体層３５と樹脂膜４０との層間には、第１透明電極層２８および第２透明電極層３８と同一材料の透明導電膜４８が島状に（連続せずに）配置されている。詳説すれば、第１導電型半導体層２５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間には、透明導電膜４８が島状に配置されている。
これにより、第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層３５が露出する面積が小さくなる。そのため、太陽電池および太陽電池モジュールの劣化が抑制され、太陽電池および太陽電池モジュールの信頼性（例えば、長期耐久性）が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、図３に示すようにヘテロ接合型の太陽電池１を例示したが、本発明は、ヘテロ接合型の太陽電池に限らず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池に適用可能である。

また、上述した実施形態では、結晶シリコン基板を有する太陽電池を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を有していてもよい。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

以下のとおり、図２および図３に示す太陽電池１を、図４Ａ～図４Ｄに示す工程に従って作製した。

まず、単結晶シリコン基板の裏面側に異方性エッチングを行うことにより、裏面側にピラミッド型のテクスチャ構造が形成された半導体基板１１を得た。

次に、ＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全てにパッシベーション膜および第１導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成したフォトレジスト（マスク）を利用したエッチング法を用いて、半導体基板１１の裏面側の一部に、パッシベーション層２３および第１導電型半導体層２５を形成した（半導体層形成工程）。

次に、ＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の裏面側の全てにパッシベーション膜および第２導電型半導体膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成したフォトレジスト（マスク）を利用したエッチング法を用いて、半導体基板１１の裏面側の他の一部に、パッシベーション層３３および第２導電型半導体層３５を形成した（半導体層形成工程）。

次に、ＣＶＤ法を用いて、第１導電型半導体層２５および第２導電型半導体層３５上にこれらに跨って透明導電膜２８Ｚを形成した（透明導電膜形成工程）。

次に、銀ペーストを用いたスクリーン印刷法を用いて、透明導電膜２８Ｚを介して第１導電型半導体層２５上に第１金属電極層２９を形成し、透明導電膜２８Ｚを介して第２導電型半導体層３５上に第２金属電極層３９を形成した（金属電極層形成工程）。
その後、第１金属電極層２９および第２金属電極層３９を１８０℃のオーブンで１時間加熱処理した。これにより、印刷材料における絶縁性の樹脂材料が第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁に染み出し、第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁に樹脂膜４０が形成された。

次に、第１金属電極層２９およびその周縁の樹脂膜４０、および、第２金属電極層３９およびその周縁の樹脂膜４０をマスクとして用いたエッチング法を用いて、透明導電膜２８Ｚをパターニングすることにより、互いに分離された第１透明電極層２８および第２透明電極層３８を形成した（透明電極層形成工程）。エッチング溶液としては塩酸（ＨＣｌ）を使用した。

以上のように実施例の太陽電池を作製する過程において、透明導電膜形成工程および金属電極層形成工程の後であって透明電極層形成工程前の太陽電池の裏面側を、ＳＥＭ（フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡Ｓ４８００、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観測した。その結果を図５Ａ～図５Ｃに示す。

図５Ａは、実施例の太陽電池の裏面側の金属電極層および金属電極層間を、ＳＥＭを用いて１００倍の倍率で観測した結果であり、図５Ｂは、図５Ａにおける金属電極層間の部分Ａを、ＳＥＭを用いて４５０倍の倍率で観測した結果である。図５Ｃは、図５Ｂにおける金属電極層間の部分Ｂを、ＳＥＭを用いて５０００倍の倍率で観測した結果である。

図５Ａ～図５Ｃによれば、第１金属電極層２９の周縁および第２金属電極層３９の周縁に、絶縁性の樹脂材料が偏在してなる樹脂膜４０（黒い部分）が形成されていることが確認された。
また、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における透明導電膜２８Ｚの凹凸構造（テクスチャ構造）の谷部は、樹脂膜４０（黒い部分）で覆われていることが確認された。一方、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における透明導電膜２８Ｚの凹凸構造の頂部は、樹脂膜４０で覆われず、露出していることが確認された。これにより、その後の透明電極層形成工程におけるエッチングにおいて、凹凸構造の頂部から底部に向かって透明導電膜２８Ｚのエッチングが進行することが予想される。

次に、透明電極形成工程の後、作製した実施例の太陽電池の裏面側をＳＥＭを用いて観測し、第１透明電極層２８および第１金属電極層２９、および、第２透明電極層３８および第２金属電極層３９が剥離されていないことを確認した。また、第１金属電極層２９と第２金属電極層３９との間における凹凸構造の谷部に樹脂膜４０が剥離されずに残っていることを確認した。
更に、電極間の短絡チェックを行い、電極層間の短絡がないことを確認した。
樹脂膜４０が剥離されておらず、電極層間の短絡がないことから、第１導電型半導体層２５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間および第２導電型半導体層３５の凹凸構造の谷部と樹脂膜４０との層間に透明導電膜４８が島状に残り、樹脂膜４０が保持されていることが予想される。

１ 太陽電池
２ 配線部材
３ 受光面保護部材
４ 裏面保護部材
５ 封止材
７ 第１導電型領域
８ 第２導電型領域
７ｂ，８ｂ バスバー部
７ｆ，８ｆ フィンガー部
１１ 半導体基板
１３，２３，３３ パッシベーション層
２５ 第１導電型半導体層
２７ 第１電極層
２８ 第１透明電極層
２８Ｚ 透明導電膜
２９ 第１金属電極層
３５ 第２導電型半導体層
３７ 第２電極層
３８ 第２透明電極層
３９ 第２金属電極層
４０ 樹脂膜
４８ 透明導電膜
１００ 太陽電池モジュール

Claims (13)

1. ２つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側に配置された第１導電型半導体層および第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層に対応する第１透明電極層および第１金属電極層と、前記第２導電型半導体層に対応する第２透明電極層および第２金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、
   前記半導体基板の前記一方主面側の一部に前記第１導電型半導体層を形成し、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に前記第２導電型半導体層を形成する半導体層形成工程と、
   前記第１導電型半導体層および前記第２導電型半導体層の上にこれらに跨って透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と、
   前記透明導電膜を介して前記第１導電型半導体層の上に前記第１金属電極層を形成し、前記透明導電膜を介して前記第２導電型半導体層の上に前記第２金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、
   前記透明導電膜をパターニングすることにより、互いに分離された前記第１透明電極層および前記第２透明電極層を形成する透明電極層形成工程と、
   をこの順で含み、
   前記金属電極層形成工程では、粒子状の金属材料、樹脂材料および溶媒を含む印刷材料を印刷して硬化させることにより、前記第１金属電極層および前記第２金属電極層を形成し、前記第１金属電極層の周縁および前記第２金属電極層の周縁に前記樹脂材料が偏在してなる樹脂膜を形成し、
   前記透明電極層形成工程では、前記第１金属電極層およびその周縁の前記樹脂膜、および、前記第２金属電極層およびその周縁の前記樹脂膜をマスクとして用いて、前記透明導電膜をパターニングする、
   太陽電池の製造方法。
2. 前記透明電極層形成工程では、エッチング溶液を用いたウェットエッチング法を用いて、前記透明導電膜をパターニングする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記金属電極層形成工程では、スクリーン印刷法を用いて、前記印刷材料を印刷する、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記印刷材料に含有する前記金属材料の割合は、前記印刷材料全体に対する重量比として８５％以上９５％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
5. ２つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側に配置された第１導電型半導体層および第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層に対応する第１透明電極層および第１金属電極層と、前記第２導電型半導体層に対応する第２透明電極層および第２金属電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、
   前記第１透明電極層および前記第１金属電極層は帯状をなし、前記第１透明電極層の帯幅は前記第１金属電極層の帯幅よりも狭く、
   前記第２透明電極層および前記第２金属電極層は帯状をなし、前記第２透明電極層の帯幅は前記第２金属電極層の帯幅よりも狭く、
   前記第１金属電極層の周縁および前記第２金属電極層の周縁には、前記第１金属電極層および前記第２金属電極層の印刷材料における樹脂材料が偏在してなる樹脂膜が形成されており、
   前記第１金属電極層と前記第２金属電極層との間における前記第１導電型半導体層の一部および前記第２導電型半導体層の一部は、前記樹脂膜で覆われており、
   前記第１導電型半導体層と前記樹脂膜との層間および前記第２導電型半導体層と前記樹脂膜との層間には、前記第１透明電極層および前記第２透明電極層と同一材料の透明導電膜が島状に配置されている、
   太陽電池。
6. 前記半導体基板の２つの主面のうち少なくとも前記一方主面側は、凹凸構造を有し、
   前記第１金属電極層と前記第２金属電極層との間における前記第１導電型半導体層の谷部および前記第２導電型半導体層の谷部は、前記樹脂膜で覆われており、
   前記第１金属電極層と前記第２金属電極層との間における前記第１導電型半導体層の頂部および前記第２導電型半導体層の頂部は、前記樹脂膜で覆われておらず、露出している、
   請求項５に記載の太陽電池。
7. 前記第１導電型半導体層の谷部と前記樹脂膜との層間および前記第２導電型半導体層の谷部と前記樹脂膜との層間には、前記第１透明電極層および前記第２透明電極層と同一材料の透明導電膜が島状に配置されている、請求項６に記載の太陽電池。
8. 前記印刷材料は金属ペーストであり、
   前記樹脂膜は、前記印刷材料に含有する樹脂材料が染み出してなる、
   請求項５～７のいずれか１項に記載の太陽電池。
9. 前記第１金属電極層および前記第２金属電極層は、前記印刷材料に含有する金属材料である銀を含む、請求項８に記載の太陽電池。
10. 前記第１金属電極層および前記第２金属電極層は、前記印刷材料に含有する粒子状の金属材料を含む、請求項８または９に記載の太陽電池。
11. 前記印刷材料から形成される前記第１金属電極層および前記第２金属電極層は、ウレタン結合を有する、請求項８～１０のいずれか１項に記載の太陽電池。
12. 前記第１金属電極層と前記第１導電型半導体層との接触面積は、前記第１透明電極層と前記第１導電型半導体層との接触面積の半分以下であり、
    前記第２金属電極層と前記第２導電型半導体層との接触面積は、前記第２透明電極層と前記第２導電型半導体層との接触面積の半分以下である、
    請求項５～１１のいずれか１項に記載の太陽電池。
13. 請求項５～１２のいずれか１項に記載の太陽電池を備える、太陽電池モジュール。

Images