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JP7666964B2 - Method for manufacturing solar cell and solar cell - Google Patents
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Description

本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell and a solar cell.

特許文献1~3には、裏面電極型の太陽電池における2つの極性の電極と配線部材との接続に関する技術が開示されている。特許文献1および2には、裏面電極型の太陽電池において、
・第1電極および第2電極に交差する第1配線および第2配線を有し、
・第1配線は、第1電極と交差する点で第1電極と接続され、第2電極と交差する点で絶縁層によって第2電極と絶縁され、
・第2配線は、第2電極と交差する点で第2電極と接続され、第1電極と交差する点で絶縁層によって第1電極と絶縁される、
ことが記載されている。
Patent documents 1 to 3 disclose techniques relating to connections between electrodes of two polarities and wiring members in a back electrode type solar cell.
- having first wiring and second wiring intersecting the first electrode and the second electrode,
the first wiring is connected to the first electrode at a point where it intersects with the first electrode, and is insulated from the second electrode by an insulating layer at a point where it intersects with the second electrode;
The second wiring is connected to the second electrode at a point where it intersects with the second electrode, and is insulated from the first electrode by an insulating layer at a point where it intersects with the first electrode.
It is stated that:

また、特許文献3には、裏面電極型の太陽電池セルにおいて、
・p電極およびn電極に交差するp電極用配線およびn電極用配線を有し、
・裏面に絶縁樹脂が形成され、
・p電極用配線は、p電極と交差する点で絶縁樹脂の孔部の導電部材によってp電極と接続され、n電極と交差する点で絶縁樹脂によってn電極と絶縁され、
・n電極用配線は、n電極と交差する点で絶縁樹脂の孔部の導電部材によってn電極と接続され、p電極と交差する点で絶縁樹脂によってp電極と絶縁される、
ことが記載されている。
In addition, Patent Document 3 describes a back electrode type solar cell,
-having p-electrode wiring and n-electrode wiring intersecting the p-electrode and the n-electrode,
・Insulating resin is formed on the back side,
The p-electrode wiring is connected to the p-electrode by a conductive member in a hole in the insulating resin at a point where it intersects with the p-electrode, and is insulated from the n-electrode by the insulating resin at a point where it intersects with the n-electrode,
The n-electrode wiring is connected to the n-electrode by a conductive member in a hole in the insulating resin at a point where it intersects with the n-electrode, and is insulated from the p-electrode by the insulating resin at a point where it intersects with the p-electrode.
It is stated that:

特開2018-133567号公報JP 2018-133567 A 特開2015-159286号公報JP 2015-159286 A 特開2014-127550号公報JP 2014-127550 A

本願発明者(ら)は、このような太陽電池の低コスト化の目的で、金属電極層の材料として、比較的に高価な公知のAgペーストに代えて、比較的に安価な金属、例えばCu(例えば、スパッタリング等のPVD法を用いて製膜後、ウエットエッチング)を用いることを考案している。なお、配線部材とのコンタクトを行う部分のみに、Agペーストからなるコンタクト電極を用いる。 In order to reduce the cost of such solar cells, the inventor(s) of the present application have devised the use of a relatively inexpensive metal, such as Cu (e.g., a film formed using a PVD method such as sputtering, followed by wet etching) as the material for the metal electrode layer, instead of the relatively expensive known Ag paste. Note that contact electrodes made of Ag paste are used only in the parts that make contact with the wiring members.

また、本願発明者(ら)は、このような太陽電池の製造プロセルの簡略化の目的で、配線部材との絶縁およびコンタクトを確保するための絶縁層およびコンタクト電極(Agペースト)を、金属電極層(例えばCu)および透明電極層のウエットエッチングのレジストとして兼用することを考案している。 The inventor(s) of the present application have also devised a method for simplifying the manufacturing process of such solar cells by using the insulating layer and contact electrode (Ag paste) for ensuring insulation and contact with the wiring members as a resist for wet etching of the metal electrode layer (e.g., Cu) and transparent electrode layer.

しかし、本願発明者(ら)の知見によれば、このような太陽電池およびその製造方法では、金属電極層および透明電極層のウエットエッチング後のアニール(加熱)の際に、金属電極層の金属成分、例えばCuが半導体基板に拡散することにより、太陽電池の性能が低下してしまう。 However, according to the knowledge of the present inventor(s), in such solar cells and their manufacturing methods, when annealing (heating) is performed after wet etching of the metal electrode layer and transparent electrode layer, the metal components of the metal electrode layer, such as Cu, diffuse into the semiconductor substrate, resulting in a decrease in the performance of the solar cell.

本発明は、製造プロセスの簡略化および太陽電池の低コスト化を図っても、太陽電池の性能低下の抑制が可能な太陽電池の製造方法および太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a solar cell and a manufacturing method thereof that can suppress deterioration in solar cell performance while simplifying the manufacturing process and reducing the cost of solar cells.

本発明に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層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における前記第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、一連の透明電極層の材料膜を形成する透明電極層材料膜形成工程と、前記透明電極層の材料膜の上に、一連の金属電極層の材料膜を形成する金属電極層材料膜形成工程と、前記金属電極層の材料膜の上に、一連の導電性保護層の材料膜を形成する導電性保護層材料膜形成工程と、前記第1領域における前記導電性保護層の材料膜を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層、および、前記第2領域における前記導電性保護層材料膜を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層であって、互いに離間する前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記第1非絶縁領域および前記第2非絶縁領域にコンタクト電極を形成するコンタクト電極形成工程と、前記第1絶縁層、前記第2絶縁層および前記コンタクト電極をマスクとするエッチング法を用いて、前記導電性保護層の材料膜の露出部分、およびこの露出部分に対応する前記金属電極層の材料膜および前記透明電極層の材料膜を除去することにより、パターン化された前記第1透明電極層、前記第1金属電極層および第1導電性保護層と、パターン化された前記第2透明電極層、前記第2金属電極層および第2導電性保護層とを形成する透明電極層および金属電極層形成工程と、を含む。前記コンタクト電極形成工程では、粒子状の金属材料および樹脂材料を含む印刷材料を印刷して硬化または乾燥させることにより、前記コンタクト電極を形成し、前記透明電極層および金属電極層形成工程では、前記導電性保護層の材料膜が、前記コンタクト電極を介して侵入するエッチング溶液から、前記金属電極層、前記透明電極層、前記半導体層および前記半導体基板を保護する。 The method for manufacturing a solar cell according to the present invention is a method for manufacturing a back electrode type solar cell including a semiconductor substrate, a first conductive type semiconductor layer, a first transparent electrode layer, and a first metal electrode layer, which are stacked in sequence in a first region that is a part of one main surface side of the semiconductor substrate, and a second conductive type semiconductor layer, a second transparent electrode layer, and a second metal electrode layer, which are stacked in sequence in a second region that is another part of the one main surface side of the semiconductor substrate, the method including a transparent electrode layer material film forming step of forming a series of transparent electrode layer material films on the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer on the one main surface side of the semiconductor substrate, a metal electrode layer material film forming step of forming a series of metal electrode layer material films on the transparent electrode layer material film, a conductive protective layer material film forming step of forming a series of conductive protective layer material films on the metal electrode layer material film, and forming the conductive protective layer material film in the first region into a first non-insulating region. a first insulating layer entirely covering the conductive protection layer material film in the second region except for a second non-insulating region, and a second insulating layer entirely covering the conductive protection layer material film in the second region except for a second non-insulating region, wherein the first insulating layer and the second insulating layer are spaced apart from each other; a contact electrode forming step of forming contact electrodes in the first non-insulating region and the second non-insulating region; and a transparent electrode layer and metal electrode layer forming step of forming a patterned first transparent electrode layer, a patterned first metal electrode layer, and a patterned first conductive protection layer, by removing exposed portions of the material film of the conductive protection layer, and the material film of the metal electrode layer and the material film of the transparent electrode layer corresponding to the exposed portions, using an etching method using the first insulating layer, the second insulating layer, and the contact electrode as a mask. In the contact electrode formation process, the contact electrode is formed by printing and curing or drying a printing material containing particulate metal material and resin material, and in the transparent electrode layer and metal electrode layer formation process, the material film of the conductive protective layer protects the metal electrode layer, the transparent electrode layer, the semiconductor layer, and the semiconductor substrate from the etching solution that penetrates through the contact electrode.

本発明に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備える裏面電極型の太陽電池であって、前記第1金属電極層の上に形成された第1導電性保護層と、前記第2金属電極層の上に形成された第2導電性保護層と、前記第1導電性保護層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層と、前記第2導電性保護層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層と、前記第1非絶縁領域および前記第2非絶縁領域に形成されたコンタクト電極であって、粒子状の金属材料および樹脂材料を含む印刷材料を印刷して硬化させてなる前記コンタクト電極と、を備える。 The solar cell according to the present invention is a back electrode type solar cell including a semiconductor substrate, a first conductive type semiconductor layer, a first transparent electrode layer, and a first metal electrode layer, which are stacked in order in a first region that is a part of one main surface side of the semiconductor substrate, and a second conductive type semiconductor layer, a second transparent electrode layer, and a second metal electrode layer, which are stacked in order in a second region that is the other part of the one main surface side of the semiconductor substrate, and includes a first conductive protective layer formed on the first metal electrode layer, a second conductive protective layer formed on the second metal electrode layer, a first insulating layer that entirely covers the first conductive protective layer except for the first non-insulating region, a second insulating layer that entirely covers the second conductive protective layer except for the second non-insulating region, and contact electrodes formed in the first non-insulating region and the second non-insulating region, the contact electrodes being formed by printing and curing a printing material containing a particulate metal material and a resin material.

本発明によれば、製造プロセルの簡略化および太陽電池の低コスト化を図っても、太陽電池の性能低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the performance of solar cells even while simplifying the manufacturing process and reducing the cost of solar cells.

本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。FIG. 2 is a diagram showing the solar cell according to the embodiment as viewed from the back surface side. 図1の太陽電池におけるIIA-IIA線断面図である。2 is a cross-sectional view of the solar cell taken along line IIA-IIA in FIG. 1 . 図1の太陽電池におけるIIB-IIB線断面図である。2 is a cross-sectional view of the solar cell taken along line IIB-IIB in FIG. 1 . 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。3A to 3C are diagrams illustrating a semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment. 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層材料膜形成工程、すなわち透明電極層材料膜形成工程、金属電極層材料膜形成工程および導電性保護層材料膜形成工程を示す図である。1A to 1C are diagrams showing electrode layer material film forming steps in the manufacturing method for a solar cell according to the present embodiment, that is, a transparent electrode layer material film forming step, a metal electrode layer material film forming step, and a conductive protective layer material film forming step. 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における絶縁層形成工程を示す図である。3A to 3C are diagrams illustrating an insulating layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment. 本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるコンタクト電極形成工程を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating a contact electrode forming step in the manufacturing method for the solar cell according to the embodiment. 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層形成工程、すなわち透明電極層形成工程、金属電極層形成工程および導電性保護層形成工程を示す図である。2A to 2C are diagrams illustrating electrode layer forming steps in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, that is, a transparent electrode layer forming step, a metal electrode layer forming step, and a conductive protective layer forming step. 比較例の太陽電池の断面図であって、図1におけるIIA-IIA線相当の断面図である。2 is a cross-sectional view of a solar cell of a comparative example, taken along line IIA-IIA in FIG. 1 . 比較例の太陽電池の断面図であって、図1におけるIIB-IIB線相当の断面図である。2 is a cross-sectional view of a solar cell of a comparative example, taken along line IIB-IIB in FIG. 1 . 比較例の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。5A to 5C are diagrams illustrating a semiconductor layer forming step in a solar cell manufacturing method according to a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における電極層材料膜形成工程、すなわち透明電極層材料膜形成工程および金属電極層材料膜形成工程を示す図である。1A to 1C are diagrams showing an electrode layer material film forming step, that is, a transparent electrode layer material film forming step and a metal electrode layer material film forming step, in a manufacturing method for a solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における絶縁層形成工程を示す図である。1A to 1C are diagrams illustrating an insulating layer forming step in a solar cell manufacturing method according to a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法におけるコンタクト電極形成工程を示す図である。11A to 11C are diagrams illustrating a contact electrode forming step in a solar cell manufacturing method according to a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における電極層形成工程、すなわち透明電極層形成工程および金属電極層形成工程を示す図である。4A to 4C are diagrams illustrating electrode layer forming steps, that is, a transparent electrode layer forming step and a metal electrode layer forming step, in a solar cell manufacturing method of a comparative example.

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。 Below, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Note that the same reference numerals will be used to refer to the same or equivalent parts in each drawing. For convenience, hatching and component reference numerals may be omitted, in which case other drawings should be referenced.

(本実施形態の太陽電池)
図1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2Aは、図1の太陽電池におけるIIA-IIA線断面図であり、図2Bは、図1の太陽電池におけるIIB-IIB線断面図である。図1、図2Aおよび図2Bに示す太陽電池1は、裏面電極型(バックコンタクト型、裏面接合型ともいう。)であってヘテロ接合型の太陽電池である。
(Solar Cell of the Present Embodiment)
Fig. 1 is a view of the solar cell according to this embodiment as viewed from the back surface side. Fig. 2A is a cross-sectional view of the solar cell in Fig. 1 taken along line IIA-IIA, and Fig. 2B is a cross-sectional view of the solar cell in Fig. 1 taken along line IIB-IIB. The solar cell 1 shown in Figs. 1, 2A, and 2B is a back electrode type (also called a back contact type or back junction type) heterojunction solar cell.

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領域7と第2領域8とを有する。以下では、半導体基板11の主面のうちの受光する側の主面を受光面とし、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)を裏面とする。 The solar cell 1 comprises a semiconductor substrate 11 having two principal surfaces, and the principal surface of the semiconductor substrate 11 has a first region 7 and a second region 8. In the following, the principal surface of the semiconductor substrate 11 that receives light is referred to as the light-receiving surface, and the principal surface (one principal surface) of the semiconductor substrate 11 opposite the light-receiving surface is referred to as the back surface.

第1領域7は、帯状の形状をなし、Y方向(第2方向)に延在する。同様に、第2領域8は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1領域7と第2領域8とは、Y方向に交差するX方向(第1方向)に交互に設けられている。 The first region 7 has a band-like shape and extends in the Y direction (second direction). Similarly, the second region 8 has a band-like shape and extends in the Y direction. The first region 7 and the second region 8 are alternately arranged in the X direction (first direction) that intersects with the Y direction.

太陽電池1は、半導体基板11の受光面側に順に積層されたパッシベーション層13および光学調整層15を備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の一部(第1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、第1電極層27および第1絶縁層41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(第2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、第2電極層37および第2絶縁層42を備える。また、太陽電池1は、第1電極層27に対応する第1コンタクト電極51と、第2電極層37に対応する第2コンタクト電極52とを備える。 The solar cell 1 includes a passivation layer 13 and an optical adjustment layer 15, which are stacked in order on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11. The solar cell 1 also includes a passivation layer 23, a first conductive type semiconductor layer 25, a first electrode layer 27, and a first insulating layer 41, which are stacked in order on a portion (first region 7) of the back side of the semiconductor substrate 11. The solar cell 1 also includes a passivation layer 33, a second conductive type semiconductor layer 35, a second electrode layer 37, and a second insulating layer 42, which are stacked in order on another portion (second region 8) of the back side of the semiconductor substrate 11. The solar cell 1 also includes a first contact electrode 51 corresponding to the first electrode layer 27, and a second contact electrode 52 corresponding to the second electrode layer 37.

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。 The semiconductor substrate 11 is formed of a crystalline silicon material such as single crystal silicon or polycrystalline silicon. The semiconductor substrate 11 is, for example, an n-type semiconductor substrate in which a crystalline silicon material is doped with an n-type dopant. The semiconductor substrate 11 may be, for example, a p-type semiconductor substrate in which a crystalline silicon material is doped with a p-type dopant. An example of an n-type dopant is phosphorus (P). An example of a p-type dopant is boron (B). The semiconductor substrate 11 functions as a photoelectric conversion substrate that absorbs incident light from the light-receiving surface side and generates photocarriers (electrons and holes).

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。 By using crystalline silicon as the material for the semiconductor substrate 11, the dark current is relatively small, and a relatively high output (stable output regardless of illuminance) can be obtained even when the intensity of the incident light is low.

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を主成分とする材料で形成される。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。 The passivation layer 13 is formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 11. The passivation layer 23 is formed in a first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11. The passivation layer 33 is formed in a second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11. The passivation layers 13, 23, and 33 are formed of a material whose main component is, for example, an intrinsic (i-type) amorphous silicon material. The passivation layers 13, 23, and 33 suppress recombination of carriers generated in the semiconductor substrate 11 and increase the carrier recovery efficiency.

光学調整層15は、半導体基板11の受光面側のパッシベーション層13上に形成されている。光学調整層15は、入射光の反射を防止する反射防止層として機能するとともに、半導体基板11の受光面側およびパッシベーション層13を保護する保護層として機能する。光学調整層15は、例えば酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の絶縁体材料で形成される。 The optical adjustment layer 15 is formed on the passivation layer 13 on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 11. The optical adjustment layer 15 functions as an anti-reflection layer that prevents reflection of incident light, and also functions as a protective layer that protects the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 11 and the passivation layer 13. The optical adjustment layer 15 is formed of an insulating material such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a composite thereof such as silicon oxynitride (SiON).

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領域7に形成されている。一方、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領域8に形成されている。すなわち、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは、X方向に交互に並んでいる。第2導電型半導体層35の一部は、隣接する第1導電型半導体層25の一部の上に重なっていてもよい(図示省略)。 The first conductive type semiconductor layer 25 is formed on the passivation layer 23, i.e., in the first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11. On the other hand, the second conductive type semiconductor layer 35 is formed on the passivation layer 33, i.e., in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11. That is, the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 have a band-like shape and extend in the Y direction. The first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 are alternately arranged in the X direction. A part of the second conductive type semiconductor layer 35 may overlap a part of the adjacent first conductive type semiconductor layer 25 (not shown).

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。 The first conductive type semiconductor layer 25 is formed of, for example, an amorphous silicon material. The first conductive type semiconductor layer 25 is, for example, a p-type semiconductor layer in which an amorphous silicon material is doped with a p-type dopant (for example, the above-mentioned boron (B)).

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。 The second conductive type semiconductor layer 35 is formed of, for example, an amorphous silicon material. The second conductive type semiconductor layer 35 is, for example, an n-type semiconductor layer in which an amorphous silicon material is doped with an n-type dopant (for example, the above-mentioned phosphorus (P)). Note that the first conductive type semiconductor layer 25 may be an n-type semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor layer 35 may be a p-type semiconductor layer.

第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。一方、第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。すなわち、第1電極層27および第2電極層37は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1電極層27と第2電極層37とは、X方向に交互に設けられている。 The first electrode layer 27 is formed on the first conductive type semiconductor layer 25, i.e., in the first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11. On the other hand, the second electrode layer 37 is formed on the second conductive type semiconductor layer 35, i.e., in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11. That is, the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 are strip-shaped and extend in the Y direction. The first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 are alternately provided in the X direction.

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、第1金属電極層29および第1導電性保護層27Pを有する。一方、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、第2金属電極層39および第2導電性保護層37Pを有する。 The first electrode layer 27 has a first transparent electrode layer 28, a first metal electrode layer 29, and a first conductive protection layer 27P, which are stacked in this order on the first conductive semiconductor layer 25. On the other hand, the second electrode layer 37 has a second transparent electrode layer 38, a second metal electrode layer 39, and a second conductive protection layer 37P, which are stacked in this order on the second conductive semiconductor layer 35.

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)、ZnO(Zinc Oxide:酸化亜鉛)等が挙げられる。 The first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are formed of a transparent conductive material. Examples of transparent conductive materials include ITO (Indium Tin Oxide: a composite oxide of indium oxide and tin oxide), ZnO (Zinc Oxide: zinc oxide), etc.

第1金属電極層29および第2金属電極層39は、金属材料で形成される。金属材料としては、公知のAg粉末を含有する導電性ペースト材料と比較して安価な材料、例えばCu、Al等が用いられる。 The first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39 are formed of a metal material. The metal material used is a material that is less expensive than the known conductive paste material containing Ag powder, such as Cu or Al.

第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pは、上述した第1透明電極層28および第2透明電極層38と同様に、透明な導電性材料で形成される。第1導電性保護層27Pは、コンタクト電極51,52の印刷の際に、印刷ダメージから金属電極層29を保護するように機能する。また、第1導電性保護層27Pは、金属電極層29,39および透明電極層28,38の同時エッチングおよびアニール(加熱)の際に、エッチング溶液から第1金属電極層29、第1透明電極層28、半導体層25,23および半導体基板11を保護するように機能する。同様に、第2導電性保護層37Pは、コンタクト電極51,52の印刷の際に、印刷ダメージから金属電極層39を保護するように機能する。また、第2導電性保護層37Pは、金属電極層29,39および透明電極層28,38の同時エッチングおよびアニール(加熱)の際に、エッチング溶液から第2金属電極層39、第2透明電極層38、半導体層35,33および半導体基板11を保護するように機能する。これらの機能の詳細は後述する。 The first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P are formed of a transparent conductive material, similar to the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 described above. The first conductive protective layer 27P functions to protect the metal electrode layer 29 from printing damage when printing the contact electrodes 51 and 52. The first conductive protective layer 27P also functions to protect the first metal electrode layer 29, the first transparent electrode layer 28, the semiconductor layers 25 and 23, and the semiconductor substrate 11 from the etching solution when simultaneously etching and annealing (heating) the metal electrode layers 29 and 39 and the transparent electrode layers 28 and 38. Similarly, the second conductive protective layer 37P functions to protect the metal electrode layer 39 from printing damage when printing the contact electrodes 51 and 52. In addition, the second conductive protective layer 37P functions to protect the second metal electrode layer 39, the second transparent electrode layer 38, the semiconductor layers 35 and 33, and the semiconductor substrate 11 from the etching solution during simultaneous etching and annealing (heating) of the metal electrode layers 29 and 39 and the transparent electrode layers 28 and 38. The details of these functions will be described later.

これらの機能を実現するため、第1透明電極層28および第2透明電極層38は、アモルファス(非晶質)の透明導電膜であり、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pは、結晶質の透明導電膜であると好ましい。結晶質の透明導電膜では、アモルファスの透明導電膜と比較して、例えば断面をTEM等で観察すると、膜中における結晶粒が占める領域が多い。そのため、結晶質の透明導電膜のエッチングレート(速度)は、アモルファスの透明導電膜のエッチングレート(速度)よりも低い(遅い)。 To achieve these functions, it is preferable that the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are amorphous (non-crystalline) transparent conductive films, and the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P are crystalline transparent conductive films. In a crystalline transparent conductive film, when a cross section is observed, for example, with a TEM, a larger area in the film is occupied by crystal grains, compared to an amorphous transparent conductive film. Therefore, the etching rate (speed) of a crystalline transparent conductive film is lower (slower) than that of an amorphous transparent conductive film.

第1絶縁層41は、第1電極層27上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。第2絶縁層42は、第2電極層37上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。すなわち、第1絶縁層41および第2絶縁層42は、図1に示すように、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1絶縁層41と第2絶縁層42とは、X方向に交互に設けられている。 The first insulating layer 41 is formed on the first electrode layer 27, i.e., in the first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11. The second insulating layer 42 is formed on the second electrode layer 37, i.e., in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11. That is, the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are strip-shaped and extend in the Y direction, as shown in FIG. 1. The first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are alternately provided in the X direction.

第1絶縁層41は、第1非絶縁領域41aを除いて、第1電極層27を全体的に覆う。同様に、第2絶縁層42は、第2非絶縁領域42aを除いて、第2電極層37を全体的に覆う。 The first insulating layer 41 entirely covers the first electrode layer 27, except for the first non-insulating region 41a. Similarly, the second insulating layer 42 entirely covers the second electrode layer 37, except for the second non-insulating region 42a.

第1非絶縁領域41aは、第1絶縁層41で覆われておらず、第1電極層27を露出する開孔で構成される。第1非絶縁領域41aは、X方向(第1方向)に延在する第1直線X1上に配置されている。同様に、第2非絶縁領域42aは、第2絶縁層42で覆われておらず、第2電極層37を露出する開孔で構成される。第2非絶縁領域42aは、X方向(第1方向)に延在する第1直線X1と異なる第2直線X2上に配置されている。第1直線X1および第2直線X2は、第1電極層27および第2電極層37と交差し、Y方向(第2方向)に交互に並んでいる。 The first non-insulating region 41a is not covered with the first insulating layer 41 and is composed of an opening exposing the first electrode layer 27. The first non-insulating region 41a is arranged on a first straight line X1 extending in the X direction (first direction). Similarly, the second non-insulating region 42a is not covered with the second insulating layer 42 and is composed of an opening exposing the second electrode layer 37. The second non-insulating region 42a is arranged on a second straight line X2 different from the first straight line X1 extending in the X direction (first direction). The first straight line X1 and the second straight line X2 intersect the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 and are arranged alternately in the Y direction (second direction).

第1絶縁層41および第2絶縁層42の材料としては、例えば酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等が挙げられる。また、例えばスクリーン印刷によって塗布し、焼成することができるエポキシ樹脂系またはレジンエステル系などの熱硬化性樹脂を用いることもできる。これらの樹脂に対して、印刷性向上または耐薬品性向上の目的で、シリカまたはタルクなどの無機系の粒子を混合してもよい。 Materials for the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 include, for example, silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a composite thereof such as silicon oxynitride (SiON). Thermosetting resins such as epoxy resins or resin esters that can be applied by screen printing and baked can also be used. Inorganic particles such as silica or talc may be mixed into these resins to improve printability or chemical resistance.

第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aには、第1コンタクト電極51が形成されており、第2絶縁層42の第2非絶縁領域42aには、第2コンタクト電極52が形成されている。すなわち、第1コンタクト電極51は、第1電極層27上に形成されており、第1直線X1上に配置されている。一方、第2コンタクト電極52は、第2電極層37上に形成されており、第2直線X2上に配置されている。 A first contact electrode 51 is formed in the first non-insulating region 41a of the first insulating layer 41, and a second contact electrode 52 is formed in the second non-insulating region 42a of the second insulating layer 42. That is, the first contact electrode 51 is formed on the first electrode layer 27 and is disposed on the first straight line X1. On the other hand, the second contact electrode 52 is formed on the second electrode layer 37 and is disposed on the second straight line X2.

第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52は、Cu、Ag、Al等の粒子状の金属材料および樹脂材料を含む印刷材料、或いは金属材料および樹脂材料に加えて更に溶媒を含む印刷材料を印刷して硬化させてなる。これらの中でも、印刷材料としては、配線部材との接続のための半田とのコンタクト性の観点で、Agペースト材料が好ましい。 The first contact electrode 51 and the second contact electrode 52 are formed by printing and curing a printing material containing particulate metal material such as Cu, Ag, Al, etc. and a resin material, or a printing material containing a solvent in addition to the metal material and the resin material. Among these, an Ag paste material is preferred as the printing material from the viewpoint of contact with the solder for connection to the wiring member.

第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aのY方向(第2方向)の幅、すなわち第1コンタクト電極51のY方向(第2方向)の幅は、第1配線部材91の幅よりも大きい。同様に、第2非絶縁領域42aのY方向(第2方向)の幅、すなわち第2コンタクト電極52のY方向(第2方向)の幅は、第2配線部材92の幅よりも大きい。例えば、第1非絶縁領域41aおよび第2非絶縁領域42aの幅、すなわち第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52の幅は、1mm以上50mm以下である。これによれば、配線部材接続時のアライメントのクリアランスを確保することができる。 The width in the Y direction (second direction) of the first non-insulating region 41a of the first insulating layer 41, i.e., the width in the Y direction (second direction) of the first contact electrode 51, is greater than the width of the first wiring member 91. Similarly, the width in the Y direction (second direction) of the second non-insulating region 42a, i.e., the width in the Y direction (second direction) of the second contact electrode 52, is greater than the width of the second wiring member 92. For example, the widths of the first non-insulating region 41a and the second non-insulating region 42a, i.e., the widths of the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52, are 1 mm or more and 50 mm or less. This ensures alignment clearance when connecting the wiring members.

図1、図2Aおよび図2Bに示すように、第1電極層27と第2電極層37とは、第1領域7と第2領域8との境界において分離している。すなわち、第1透明電極層28と第2透明電極層38とは離間しており、第1金属電極層29と第2金属電極層39とは離間しており、第1導電性保護層27Pと第2導電性保護層37Pとは離間している。また、第1絶縁層41と第2絶縁層42とは分離している。 As shown in Figures 1, 2A and 2B, the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 are separated at the boundary between the first region 7 and the second region 8. That is, the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are separated, the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39 are separated, and the first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P are separated. Also, the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are separated.

第1透明電極層28と第2透明電極層38との間の領域、すなわち第1金属電極層29と第2金属電極層39との間の領域、換言すれば第1導電性保護層27Pと第2導電性保護層37Pと間の領域は、第1絶縁層41および第2絶縁層42で覆われていない。 The area between the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38, i.e., the area between the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39, in other words, the area between the first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P, is not covered with the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42.

第1導電性保護層27Pにおける第1金属電極層29と接する主面と反対側の主面は、第1絶縁層41で覆われている。同様に、第2導電性保護層37Pにおける第2金属電極層39と接する主面と反対側の主面は、第2絶縁層42で覆われている。一方、第1導電性保護層27Pの側面は第1絶縁層41で覆われていない。同様に、第2導電性保護層37Pの側面は第2絶縁層42で覆われていない。 The main surface of the first conductive protection layer 27P opposite to the main surface in contact with the first metal electrode layer 29 is covered with a first insulating layer 41. Similarly, the main surface of the second conductive protection layer 37P opposite to the main surface in contact with the second metal electrode layer 39 is covered with a second insulating layer 42. On the other hand, the side surface of the first conductive protection layer 27P is not covered with the first insulating layer 41. Similarly, the side surface of the second conductive protection layer 37P is not covered with the second insulating layer 42.

また、第1金属電極層29の側面および第1透明電極層28の側面は、第1絶縁層41で覆われていない。同様に、第2金属電極層39の側面および第2透明電極層38の側面は、第2絶縁層42で覆われていない。 Furthermore, the side surfaces of the first metal electrode layer 29 and the first transparent electrode layer 28 are not covered with the first insulating layer 41. Similarly, the side surfaces of the second metal electrode layer 39 and the second transparent electrode layer 38 are not covered with the second insulating layer 42.

図1に示すように、第1配線部材91は、第1直線X1に沿ってX方向(第1方向)に延在する。同様に、第2配線部材92は、第2直線X2に沿ってX方向(第1方向)に延在する。すなわち、第1配線部材91および第2配線部材92は、第1電極層27および第2電極層37と交差し、Y方向(第2方向)に交互に並んでいる。 As shown in FIG. 1, the first wiring member 91 extends in the X direction (first direction) along a first straight line X1. Similarly, the second wiring member 92 extends in the X direction (first direction) along a second straight line X2. That is, the first wiring member 91 and the second wiring member 92 intersect with the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37, and are arranged alternately in the Y direction (second direction).

第1配線部材91は、第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aにおける第1コンタクト電極51によって第1電極層27に電気的に接続され、第2絶縁層42によって第2電極層37と電気的に絶縁される。同様に、第2配線部材92は、第2絶縁層42の第2非絶縁領域42aにおける第2コンタクト電極52によって第2電極層37に電気的に接続され、第1絶縁層41によって第1電極層27と電気的に絶縁される。 The first wiring member 91 is electrically connected to the first electrode layer 27 by a first contact electrode 51 in the first non-insulating region 41a of the first insulating layer 41, and is electrically insulated from the second electrode layer 37 by the second insulating layer 42. Similarly, the second wiring member 92 is electrically connected to the second electrode layer 37 by a second contact electrode 52 in the second non-insulating region 42a of the second insulating layer 42, and is electrically insulated from the first electrode layer 27 by the first insulating layer 41.

第1配線部材91と第2配線部材92とのY方向の中心間隔(ピッチ)は、第1電極層27と第2電極層37とのX方向の中心間隔(ピッチ)よりも大きい。例えば、第1配線部材91と第2配線部材92との中心間隔(ピッチ)は、5mm以上50mm以下である。これによれば、電極層を流れる電流経路を短くすることができ、電極抵抗に起因する出力ロスを低減することができ、太陽電池の発電効率を向上することができる。 The center-to-center distance (pitch) in the Y direction between the first wiring member 91 and the second wiring member 92 is greater than the center-to-center distance (pitch) in the X direction between the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37. For example, the center-to-center distance (pitch) between the first wiring member 91 and the second wiring member 92 is 5 mm or more and 50 mm or less. This makes it possible to shorten the current path flowing through the electrode layer, reduce output loss due to electrode resistance, and improve the power generation efficiency of the solar cell.

第1配線部材91および第2配線部材92としては、公知のタブ線等が挙げられる。 The first wiring member 91 and the second wiring member 92 may be a known tab wire, etc.

ここで、本願発明者(ら)は、このような太陽電池の低コスト化の目的で、金属電極層29,39の材料として、比較的に高価な公知のAgペーストに代えて、比較的に安価な金属、例えばCu(例えば、スパッタリング等のPVD法を用いて製膜後、ウエットエッチング)を用いることを考案している。なお、配線部材91,92とのコンタクトを行う部分のみに、Agペーストからなるコンタクト電極51,52を用いる。 Here, in order to reduce the cost of such solar cells, the inventor(s) of the present application have devised the use of a relatively inexpensive metal, such as Cu (e.g., a film formed using a PVD method such as sputtering, followed by wet etching) as the material for the metal electrode layers 29, 39, instead of the relatively expensive known Ag paste. Note that contact electrodes 51, 52 made of Ag paste are used only in the portions that make contact with the wiring members 91, 92.

また、本願発明者(ら)は、このような太陽電池の製造プロセルの簡略化の目的で、配線部材91,92との絶縁およびコンタクトを確保するための絶縁層41,42およびコンタクト電極51,52(Agペースト)を、金属電極層29,39(例えばCu)および透明電極層28,38のウエットエッチングのレジストとして兼用することを考案している。以下に、このような本願発明者(ら)の考案の太陽電池およびその製造方法について、比較例として説明する。 In addition, in order to simplify the manufacturing process of such solar cells, the inventor(s) have devised a method in which the insulating layers 41, 42 and the contact electrodes 51, 52 (Ag paste) for ensuring insulation and contact with the wiring members 91, 92 also serve as resists for wet etching of the metal electrode layers 29, 39 (e.g., Cu) and the transparent electrode layers 28, 38. Below, a solar cell devised by the inventor(s) and a manufacturing method thereof will be described as a comparative example.

(比較例の太陽電池)
図4Aは、比較例の太陽電池の断面図であって、図1におけるIIA-IIA線相当の断面図であり、図4Bは、比較例の太陽電池の断面図であって、図1におけるIIB-IIB線相当の断面図である。図4Aおよび図4Bに示す比較例の太陽電池1Xは、図2Aおよび図2Bに示す太陽電池1と比較して、第1電極層27Xが第1導電性保護層27Pを備えていない点、および第2電極層37Xが第2導電性保護層37Pを備えていない点で、本実施形態と異なる。
(Comparative Example Solar Cell)
Fig. 4A is a cross-sectional view of a solar cell of a comparative example, which is a cross-sectional view corresponding to line IIA-IIA in Fig. 1, and Fig. 4B is a cross-sectional view of a solar cell of a comparative example, which is a cross-sectional view corresponding to line IIB-IIB in Fig. 1. Solar cell 1X of the comparative example shown in Fig. 4A and Fig. 4B differs from the solar cell 1 shown in Fig. 2A and Fig. 2B in that the first electrode layer 27X does not include the first conductive protection layer 27P and the second electrode layer 37X does not include the second conductive protection layer 37P from the present embodiment.

(比較例の太陽電池の製造方法)
以下では、図5A~図5Eを参照して、比較例の太陽電池の製造方法について説明する。図5Aは、比較例の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5Bは、比較例の太陽電池の製造方法における電極層材料膜形成工程、すなわち透明電極層材料膜形成工程および金属電極層材料膜形成工程を示す図である。また、図5Cは、比較例の太陽電池の製造方法における絶縁層形成工程を示す図であり、図5Dは、比較例の太陽電池の製造方法におけるコンタクト電極形成工程を示す図である。また、図5Eは、比較例の太陽電池の製造方法における電極層形成工程、すなわち透明電極層形成工程および金属電極層形成工程を示す図である。図5A~図5E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。
(Comparative Example: Solar Cell Manufacturing Method)
Hereinafter, the method for manufacturing a solar cell of the comparative example will be described with reference to Figures 5A to 5E. Figure 5A is a diagram showing a semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell of the comparative example, and Figure 5B is a diagram showing an electrode layer material film forming step, i.e., a transparent electrode layer material film forming step and a metal electrode layer material film forming step, in the method for manufacturing a solar cell of the comparative example. Also, Figure 5C is a diagram showing an insulating layer forming step in the method for manufacturing a solar cell of the comparative example, and Figure 5D is a diagram showing a contact electrode forming step in the method for manufacturing a solar cell of the comparative example. Also, Figure 5E is a diagram showing an electrode layer forming step, i.e., a transparent electrode layer forming step and a metal electrode layer forming step, in the method for manufacturing a solar cell of the comparative example. Figures 5A to 5E show the back side of the semiconductor substrate 11, and the front side of the semiconductor substrate 11 is omitted.

まず、図5Aに示すように、半導体基板11の裏面側の一部に、具体的には第1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層材料膜および第1導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術または印刷技術を用いて生成するレジスト、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。 First, as shown in FIG. 5A, a passivation layer 23 and a first conductive type semiconductor layer 25 are formed on a part of the back side of the semiconductor substrate 11, specifically in the first region 7 (semiconductor layer formation process). For example, after a passivation layer material film and a first conductive type semiconductor layer material film are formed on the entire back side of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, the passivation layer 23 and the first conductive type semiconductor layer 25 may be patterned using an etching method that uses a resist or a metal mask generated using a photolithography technique or a printing technique.

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層材料膜および第2導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術または印刷技術を用いて生成するレジスト、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。 Next, a passivation layer 33 and a second conductive type semiconductor layer 35 are formed on another part of the back side of the semiconductor substrate 11, specifically in the second region 8 (semiconductor layer formation process). For example, as described above, a passivation layer material film and a second conductive type semiconductor layer material film may be formed on the entire back side of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, and then the passivation layer 33 and the second conductive type semiconductor layer 35 may be patterned using an etching method that uses a resist or a metal mask generated using a photolithography technique or a printing technique.

次に、図5B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一連の透明電極層材料膜28Zを形成する(透明電極層材料膜形成工程)。透明電極層材料膜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。 Next, as shown in FIG. 5B, a series of transparent electrode layer material films 28Z are formed on and across the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 (transparent electrode layer material film forming process). The transparent electrode layer material film 28Z can be formed by, for example, CVD or PVD.

次に、透明電極層材料膜28Z上に、すなわち第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35に跨って一連の金属電極層材料膜29Z(例えばCu)を形成する(金属電極層材料膜形成工程)。金属電極層材料膜29Zの形成方法としては、例えばスパッタリング等のPVD法が用いられる。 Next, a series of metal electrode layer material films 29Z (e.g., Cu) is formed on the transparent electrode layer material film 28Z, i.e., across the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 (metal electrode layer material film formation process). The metal electrode layer material film 29Z is formed, for example, by a PVD method such as sputtering.

次に、図5Cに示すように、透明電極層材料膜28Zおよび金属電極層材料膜29Zを介して第1導電型半導体層25上に、すなわち第1領域7に、第1非絶縁領域41aを除いて第1絶縁層41を形成する。また、透明電極層材料膜28Zおよび金属電極層材料膜29Zを介して第2導電型半導体層35上に、すなわち第2領域8に、第2非絶縁領域42aを除いて第2絶縁層42を形成する(絶縁層形成工程)。なお、第1絶縁層41と第2絶縁層42とは、互いに離間するように形成される。 Next, as shown in FIG. 5C, a first insulating layer 41 is formed on the first conductive type semiconductor layer 25, i.e., in the first region 7, except for the first non-insulating region 41a, via the transparent electrode layer material film 28Z and the metal electrode layer material film 29Z. A second insulating layer 42 is formed on the second conductive type semiconductor layer 35, i.e., in the second region 8, except for the second non-insulating region 42a, via the transparent electrode layer material film 28Z and the metal electrode layer material film 29Z (insulating layer formation process). Note that the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are formed to be spaced apart from each other.

第1絶縁層41および第2絶縁層42の形成方法としては、PVD法、CVD法、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。 Methods for forming the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 include the PVD method, the CVD method, the screen printing method, the inkjet method, the gravure coating method, the dispenser method, etc.

次に、図5Dに示すように、第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aに第1コンタクト電極51を形成し、第2絶縁層42の第2非絶縁領域42aに第2コンタクト電極52を形成する(コンタクト電極形成工程)。第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52の形成方法としては、スクリーン印刷法等の印刷法が挙げられる。例えば、Ag粒子および樹脂材料を含む印刷材料、或いはAg粒子および樹脂材料に加えて更に溶媒を含む印刷材料、すなわちAgペースト材料を印刷して硬化または乾燥させることにより、第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52を形成する。なお、乾燥とは、硬化温度よりも低い温度で、かつ硬化時間よりも短い時間で完全に硬化させない状態とすることである。 Next, as shown in FIG. 5D, a first contact electrode 51 is formed in the first non-insulating region 41a of the first insulating layer 41, and a second contact electrode 52 is formed in the second non-insulating region 42a of the second insulating layer 42 (contact electrode formation process). Examples of a method for forming the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52 include printing methods such as screen printing. For example, the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52 are formed by printing and curing or drying a printing material containing Ag particles and a resin material, or a printing material containing Ag particles and a resin material as well as a solvent, i.e., an Ag paste material. Note that drying refers to a state in which the material is not completely cured at a temperature lower than the curing temperature and for a time shorter than the curing time.

次に、図5Eに示すように、第1絶縁層41および第1コンタクト電極51、および第2絶縁層42および第2コンタクト電極52をマスクとするウエットエッチング法を用いて、金属電極層材料膜29Zおよび透明電極層材料膜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、および、互いに分離された第1金属電極層29および第2金属電極層39を形成する(透明電極層形成工程および金属電極層形成工程)。これにより、第1電極層27Xおよび第2電極層37Xが形成される。このとき、第1絶縁層41および第2絶縁層42を除去せずに残す。その後、アニール(加熱)を行うことにより、比較例の太陽電池1Xが得られる。 Next, as shown in FIG. 5E, the metal electrode layer material film 29Z and the transparent electrode layer material film 28Z are patterned using a wet etching method with the first insulating layer 41 and the first contact electrode 51, and the second insulating layer 42 and the second contact electrode 52 as masks, to form the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38, which are separated from each other, and the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39, which are separated from each other (transparent electrode layer forming process and metal electrode layer forming process). As a result, the first electrode layer 27X and the second electrode layer 37X are formed. At this time, the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are left without being removed. After that, annealing (heating) is performed to obtain the solar cell 1X of the comparative example.

金属電極層材料膜29Zおよび透明電極層材料膜28Zの同時エッチングのエッチング溶液としては、過硫酸アンモニウム(過硫安)等の酸化剤と塩酸(HCl)等の酸性溶液との混合溶液が挙げられる。 The etching solution for simultaneous etching of the metal electrode layer material film 29Z and the transparent electrode layer material film 28Z can be a mixed solution of an oxidizing agent such as ammonium persulfate (ammonium persulfate) and an acidic solution such as hydrochloric acid (HCl).

次に、半導体基板11の両面側をクリーニングする(洗浄工程)。洗浄工程では、例えばオゾン処理を行った後、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)が行われる。 Next, both sides of the semiconductor substrate 11 are cleaned (cleaning process). In the cleaning process, for example, ozone treatment is performed, followed by hydrofluoric acid treatment (treatment with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and another type of acid).

本願発明者(ら)の知見によれば、この比較例の太陽電池1Xの製造方法では、第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52の下の半導体基板11に局所的な物理的なダメージが生じてしまうことがあった。これは以下のように考察される。 According to the knowledge of the present inventor(s), the manufacturing method of the solar cell 1X of this comparative example sometimes caused localized physical damage to the semiconductor substrate 11 below the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52. This is considered as follows.

コンタクト電極形成工程における例えばAgペーストのスクリーン印刷の際に、例えばCuからなる金属電極層材料膜29Zに局所的な物理的なダメージが生じてしまう。すると、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39のダメージ箇所に侵入し、透明電極層28,38を局所的に溶かし、半導体層25,23,35,33のダメージ箇所に侵入する。すると、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散する。これにより、太陽電池1Xの性能が低下してしまうことが考えられる。 During the contact electrode formation process, for example, when Ag paste is screen printed, localized physical damage occurs to the metal electrode layer material film 29Z made of Cu. Then, during the wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process, the etching solution that has penetrated the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste penetrates the damaged areas of the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu during annealing (heating), locally dissolves the transparent electrode layers 28 and 38, and penetrates the damaged areas of the semiconductor layers 25, 23, 35, and 33. Then, the metal components of the metal electrode layers 29 and 39, for example Cu, diffuse into the semiconductor substrate 11. This is thought to degrade the performance of the solar cell 1X.

また、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39をエッチングすることにより、Cuイオンが生じる。このCuイオンが、アニールの際に、例えば金属電極層29,39の表面を介して移動し、半導体基板11に拡散する。これにより、太陽電池1Xの性能が低下してしまうことが考えられる。 In addition, during wet etching in the transparent electrode layer forming process and the metal electrode layer forming process, the etching solution that penetrates the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste etches the metal electrode layers 29, 39 made of Cu during annealing (heating), generating Cu ions. During annealing, these Cu ions migrate, for example, through the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 and diffuse into the semiconductor substrate 11. This is thought to result in a decrease in the performance of the solar cell 1X.

この点に関し、コンタクト電極形成工程における印刷ダメージに対する耐性、および透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるエッチング溶液およびアニール(加熱)に対する耐性を向上するため、本願発明者(ら)は、第1電極層27に第1導電性保護層27Pを設け、第2電極層37に第2導電性保護層37Pを設けることを考案する。 In this regard, in order to improve resistance to printing damage in the contact electrode formation process and resistance to etching solutions and annealing (heating) in the transparent electrode layer formation process and metal electrode layer formation process, the inventor(s) of the present application devised a method of providing a first conductive protective layer 27P on the first electrode layer 27 and a second conductive protective layer 37P on the second electrode layer 37.

(本実施形態の太陽電池の製造方法)
以下では、図3A~図3E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3A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3Bは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層材料膜形成工程、すなわち透明電極層材料膜形成工程、金属電極層材料膜形成工程および導電性保護層材料膜形成工程を示す図である。また、図3Cは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における絶縁層形成工程を示す図であり、図3Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるコンタクト電極形成工程を示す図である。また、図3Eは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層形成工程、すなわち透明電極層形成工程、金属電極層形成工程および導電性保護層形成工程を示す図である。図3A~図3E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。
(Method of manufacturing solar cell according to the present embodiment)
Hereinafter, the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment will be described with reference to Figures 3A to 3E. Figure 3A is a diagram showing a semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, and Figure 3B is a diagram showing an electrode layer material film forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, that is, a transparent electrode layer material film forming step, a metal electrode layer material film forming step, and a conductive protection layer material film forming step. Also, Figure 3C is a diagram showing an insulating layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, and Figure 3D is a diagram showing a contact electrode forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment. Also, Figure 3E is a diagram showing an electrode layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, that is, a transparent electrode layer forming step, a metal electrode layer forming step, and a conductive protection layer forming step. In Figures 3A to 3E, the back side of the semiconductor substrate 11 is shown, and the front side of the semiconductor substrate 11 is omitted.

まず、図3Aに示すように、半導体基板11の裏面側の一部に、具体的には第1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層材料膜および第1導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術または印刷技術を用いて生成するレジスト、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。 3A, a passivation layer 23 and a first conductive type semiconductor layer 25 are formed on a portion of the back surface of the semiconductor substrate 11, specifically in the first region 7 (semiconductor layer formation process). For example, after a passivation layer material film and a first conductive type semiconductor layer material film are formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, the passivation layer 23 and the first conductive type semiconductor layer 25 may be patterned using an etching method that uses a resist or a metal mask generated using a photolithography technique or a printing technique.

なお、p型半導体層材料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、または硝酸とフッ酸の混合液のような酸性溶液が挙げられ、n型半導体層材料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。 The etching solution for the p-type semiconductor layer material film can be, for example, an acidic solution such as hydrofluoric acid containing ozone or a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid, and the etching solution for the n-type semiconductor layer material film can be, for example, an alkaline solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide.

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および第1導電型半導体層25の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。 Alternatively, when a passivation layer and a first conductive type semiconductor layer are laminated on the back side of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, a mask may be used to simultaneously form and pattern the passivation layer 23 and the first conductive type semiconductor layer 25.

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層材料膜および第2導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術または印刷技術を用いて生成するレジスト、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。 Next, a passivation layer 33 and a second conductive type semiconductor layer 35 are formed on another part of the back side of the semiconductor substrate 11, specifically in the second region 8 (semiconductor layer formation process). For example, as described above, a passivation layer material film and a second conductive type semiconductor layer material film may be formed on the entire back side of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, and then the passivation layer 33 and the second conductive type semiconductor layer 35 may be patterned using an etching method that uses a resist or a metal mask generated using a photolithography technique or a printing technique.

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。 Alternatively, when a passivation layer and a second conductive type semiconductor layer are laminated on the back side of the semiconductor substrate 11 using a CVD method or a PVD method, a mask may be used to simultaneously form and pattern the passivation layer 33 and the second conductive type semiconductor layer 35.

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)。 In addition, in this semiconductor layer formation process, a passivation layer 13 may be formed on the entire light-receiving surface side of the semiconductor substrate 11 (not shown).

次に、図3B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一連の透明電極層材料膜28Zを形成する(透明電極層材料膜形成工程)。透明電極層材料膜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。 Next, as shown in FIG. 3B, a series of transparent electrode layer material films 28Z are formed on and across the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 (transparent electrode layer material film forming process). The transparent electrode layer material film 28Z can be formed by, for example, CVD or PVD.

次に、透明電極層材料膜28Z上に、すなわち第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35に跨って一連の金属電極層材料膜29Z(例えばCu)を形成する(金属電極層材料膜形成工程)。金属電極層材料膜29Zの形成方法としては、例えばスパッタリング等のPVD法が用いられる。 Next, a series of metal electrode layer material films 29Z (e.g., Cu) is formed on the transparent electrode layer material film 28Z, i.e., across the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 (metal electrode layer material film formation process). The metal electrode layer material film 29Z is formed, for example, by a PVD method such as sputtering.

次に、金属電極層材料膜29Z上に、すなわち第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35に跨って一連の導電性保護層材料膜27PZを形成する(導電性保護層材料膜形成工程)。導電性保護層材料膜27PZの形成方法としては、上述した透明電極層材料膜28Zと同様に、例えばCVD法またはPVD法等が用いられる。 Next, a series of conductive protective layer material films 27PZ are formed on the metal electrode layer material film 29Z, i.e., across the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 (conductive protective layer material film formation process). As a method for forming the conductive protective layer material film 27PZ, for example, a CVD method or a PVD method is used, as in the case of the transparent electrode layer material film 28Z described above.

次に、図3Cに示すように、透明電極層材料膜28Z、金属電極層材料膜29Zおよび導電性保護層材料膜27PZを介して第1導電型半導体層25上に、すなわち第1領域7に、第1非絶縁領域41aを除いて第1絶縁層41を形成する。また、透明電極層材料膜28Zおよび金属電極層材料膜29Zを介して第2導電型半導体層35上に、すなわち第2領域8に、第2非絶縁領域42aを除いて第2絶縁層42を形成する(絶縁層形成工程)。なお、第1絶縁層41と第2絶縁層42とは、互いに離間するように形成される。 Next, as shown in FIG. 3C, a first insulating layer 41 is formed on the first conductive type semiconductor layer 25, i.e., in the first region 7, except for the first non-insulating region 41a, via the transparent electrode layer material film 28Z, the metal electrode layer material film 29Z, and the conductive protective layer material film 27PZ. A second insulating layer 42 is formed on the second conductive type semiconductor layer 35, i.e., in the second region 8, except for the second non-insulating region 42a, via the transparent electrode layer material film 28Z and the metal electrode layer material film 29Z (insulating layer formation process). Note that the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are formed to be spaced apart from each other.

第1絶縁層41および第2絶縁層42の形成方法としては、PVD法、CVD法、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。 Methods for forming the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 include the PVD method, the CVD method, the screen printing method, the inkjet method, the gravure coating method, the dispenser method, etc.

次に、図3Dに示すように、第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aに第1コンタクト電極51を形成し、第2絶縁層42の第2非絶縁領域42aに第2コンタクト電極52を形成する(コンタクト電極形成工程)。第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52の形成方法としては、スクリーン印刷法等の印刷法が挙げられる。例えば、Ag粒子および樹脂材料を含む印刷材料、或いはAg粒子および樹脂材料に加えて更に溶媒を含む印刷材料、すなわちAgペースト材料を印刷して硬化または乾燥させることにより、第1コンタクト電極51および第2コンタクト電極52を形成する。なお、乾燥とは、上述したように、硬化温度よりも低い温度で、かつ硬化時間よりも短い時間で完全に硬化させない状態とすることである。 Next, as shown in FIG. 3D, a first contact electrode 51 is formed in the first non-insulating region 41a of the first insulating layer 41, and a second contact electrode 52 is formed in the second non-insulating region 42a of the second insulating layer 42 (contact electrode formation process). Examples of a method for forming the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52 include printing methods such as screen printing. For example, the first contact electrode 51 and the second contact electrode 52 are formed by printing and curing or drying a printing material containing Ag particles and a resin material, or a printing material containing Ag particles and a resin material as well as a solvent, i.e., an Ag paste material. Note that, as described above, drying refers to a state in which the material is not completely cured at a temperature lower than the curing temperature and for a time shorter than the curing time.

このとき、すなわち、例えばAgペーストのスクリーン印刷の際、導電性保護層材料膜27PZにより、例えばCuからなる金属電極層材料膜29Zが保護され、金属電極層材料膜29Zに局所的な物理的なダメージが生じることが抑制される。 At this time, that is, during screen printing of, for example, Ag paste, the conductive protective layer material film 27PZ protects the metal electrode layer material film 29Z made of, for example, Cu, and suppresses localized physical damage to the metal electrode layer material film 29Z.

次に、図3Eに示すように、第1絶縁層41および第1コンタクト電極51、および第2絶縁層42および第2コンタクト電極52をマスクとするウエットエッチング法を用いて、導電性保護層材料膜27PZをパターニングすることにより、互いに分離された第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pを形成する(電極層形成工程)。 Next, as shown in FIG. 3E, the conductive protective layer material film 27PZ is patterned using a wet etching method with the first insulating layer 41 and the first contact electrode 51, and the second insulating layer 42 and the second contact electrode 52 as masks to form a first conductive protective layer 27P and a second conductive protective layer 37P that are separated from each other (electrode layer formation process).

導電性保護層材料膜27PZの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。 An example of an etching solution for the conductive protective layer material film 27PZ is an acidic solution such as hydrochloric acid (HCl).

次に、第1絶縁層41および第1コンタクト電極51、および第2絶縁層42および第2コンタクト電極52をマスクとするウエットエッチング法を用いて、金属電極層材料膜29Zおよび透明電極層材料膜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、および、互いに分離された第1金属電極層29および第2金属電極層39を形成する(電極層形成工程)。これにより、第1電極層27および第2電極層37が形成される。このとき、第1絶縁層41および第2絶縁層42を除去せずに残す。 Next, the metal electrode layer material film 29Z and the transparent electrode layer material film 28Z are patterned using a wet etching method with the first insulating layer 41 and the first contact electrode 51, and the second insulating layer 42 and the second contact electrode 52 as masks, to form the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38, which are separated from each other, and the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39, which are separated from each other (electrode layer formation process). This forms the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37. At this time, the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 are left without being removed.

金属電極層材料膜29Zおよび透明電極層材料膜28Zの同時エッチングのエッチング溶液としては、過硫酸アンモニウム(過硫安)等の酸化剤と塩酸(HCl)等の酸性溶液との混合溶液が挙げられる。 The etching solution for simultaneous etching of the metal electrode layer material film 29Z and the transparent electrode layer material film 28Z can be a mixed solution of an oxidizing agent such as ammonium persulfate (ammonium persulfate) and an acidic solution such as hydrochloric acid (HCl).

次に、半導体基板11の両面側をクリーニングする(洗浄工程)。洗浄工程では、例えばオゾン処理を行った後、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)が行われる。 Next, both sides of the semiconductor substrate 11 are cleaned (cleaning process). In the cleaning process, for example, ozone treatment is performed, followed by hydrofluoric acid treatment (treatment with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and another type of acid).

その後、半導体基板11の受光面側の全面に、光学調整層15を形成する(図示省略)。なお、上述したコンタクト電極形成工程において印刷材料を乾燥させた場合、印刷材料を硬化させてもよい。その後、アニール(加熱)を行うことにより、図1および図2に示す本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が得られる。 Then, an optical adjustment layer 15 is formed over the entire light-receiving surface side of the semiconductor substrate 11 (not shown). If the printing material is dried in the contact electrode formation process described above, the printing material may be hardened. Then, annealing (heating) is performed to obtain the back electrode type solar cell 1 of this embodiment shown in Figures 1 and 2.

ここで、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、エッチング溶液が、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入する。しかし、上述したように、金属電極層材料膜29Zの局所的な物理的なダメージが抑制されている。そのため、アニール(加熱)の際に、コンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下が抑制されると考えられる。 Here, during wet etching in the transparent electrode layer forming process and the metal electrode layer forming process, the etching solution penetrates into the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste. However, as described above, local physical damage to the metal electrode layer material film 29Z is suppressed. Therefore, during annealing (heating), the etching solution that penetrated into the contact electrodes 51, 52 is suppressed from penetrating into the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28, 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, 33, and the metal components of the metal electrode layers 29, 39, such as Cu, are suppressed from diffusing into the semiconductor substrate 11. It is believed that this suppresses the deterioration of the performance of the solar cell 1.

また、コンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液は、その後の洗浄工程に至るまでコンタクト電極51,52内に長時間保持され得る。そのため、このエッチング溶液のコンタクト電極51,52下の層への侵入を抑制する観点で、第1導電性保護層27Pおよび第2導電層保護層37Pのエッチング溶液に対するエッチングレートは低いと好ましい。これにより、金属電極層29,39および透明電極層28,38へのエッチング溶液の侵入をより抑制することができ、より性能の高い太陽電池を得ることができる。 The etching solution that has penetrated into the contact electrodes 51, 52 can be retained in the contact electrodes 51, 52 for a long time until the subsequent cleaning process. Therefore, in order to prevent the etching solution from penetrating into the layers below the contact electrodes 51, 52, it is preferable that the etching rate of the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P with respect to the etching solution is low. This makes it possible to further prevent the etching solution from penetrating into the metal electrode layers 29, 39 and the transparent electrode layers 28, 38, and to obtain a solar cell with higher performance.

一方、金属電極層29,39および透明電極層28,38のパターンの形成精度を向上させる観点では、透明電極層28,38のエッチングレートは高いと好ましい。第1導電性保護層27Pおよび第2導電層保護層37Pを設けることで、金属電極層29,39を介した透明電極層28,38へのエッチング溶液の侵入が抑制されるため、エッチング溶液にする透明電極層28,38のエッチングレートを高くしても、性能の高い太陽電池を生産性よく製造することが可能となる。 On the other hand, from the viewpoint of improving the pattern formation accuracy of the metal electrode layers 29, 39 and the transparent electrode layers 28, 38, it is preferable that the etching rate of the transparent electrode layers 28, 38 is high. By providing the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P, the intrusion of the etching solution into the transparent electrode layers 28, 38 via the metal electrode layers 29, 39 is suppressed, so that even if the etching rate of the transparent electrode layers 28, 38 in the etching solution is increased, it is possible to manufacture high-performance solar cells with good productivity.

これらの点に関し、本実施形態では、第1透明電極層28および第2透明電極層38が、アモルファス(非晶質)の透明導電膜であり、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pが、結晶質の透明導電膜であると、結晶質の透明導電膜のエッチングレート(速度)は、アモルファスの透明導電膜のエッチングレート(速度)よりも低い(遅い)。そのため、アニール(加熱)の際に、コンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下が抑制されると考えられる。 In this embodiment, in regard to these points, if the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are amorphous (non-crystalline) transparent conductive films, and the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P are crystalline transparent conductive films, the etching rate (speed) of the crystalline transparent conductive film is lower (slower) than the etching rate (speed) of the amorphous transparent conductive film. Therefore, during annealing (heating), the etching solution that has penetrated the contact electrodes 51 and 52 is prevented from penetrating the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28 and 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, and 33, and the metal components of the metal electrode layers 29 and 39, such as Cu, are prevented from diffusing into the semiconductor substrate 11. This is thought to suppress the deterioration of the performance of the solar cell 1.

また、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pによって、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39をエッチングして、Cuイオンが生じ、このCuイオンが、アニールの際に、例えば金属電極層29,39の表面を介して移動し、半導体基板11に拡散することが、抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下が抑制されると考えられる。 In addition, the first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P prevent the etching solution that penetrates the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process from etching the metal electrode layers 29, 39 made of Cu during annealing (heating), generating Cu ions that then migrate, for example, through the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 and diffuse into the semiconductor substrate 11 during annealing. This is believed to prevent a decrease in the performance of the solar cell 1.

以上説明したように、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、金属電極層29,39の材料として、比較的に高価な公知のAgペーストに代えて、比較的に安価な金属、例えばCu(例えば、スパッタリング等のPVD法を用いて製膜後、ウエットエッチング)を用いる。これにより、太陽電池の低コスト化が可能である。 As described above, according to the solar cell manufacturing method of this embodiment, a relatively inexpensive metal, such as Cu (e.g., a film formed using a PVD method such as sputtering, followed by wet etching) is used as the material for the metal electrode layers 29, 39 instead of the relatively expensive known Ag paste. This makes it possible to reduce the cost of the solar cell.

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、配線部材91,92との絶縁およびコンタクトを確保するための絶縁層41,42およびコンタクト電極51,52(Agペースト)を、金属電極層29,39(例えばCu)および透明電極層28,38のウエットエッチングのレジストとして兼用する。これにより、金属電極層29,39および透明電極層28,38のウエットエッチングのレジストの形成および除去の工程を削減することができ、太陽電池の製造プロセルの簡略化が可能である。 In addition, according to the solar cell manufacturing method of this embodiment, the insulating layers 41, 42 and the contact electrodes 51, 52 (Ag paste) for ensuring insulation and contact with the wiring members 91, 92 also serve as resists for wet etching of the metal electrode layers 29, 39 (e.g., Cu) and the transparent electrode layers 28, 38. This makes it possible to eliminate the steps of forming and removing resists for wet etching of the metal electrode layers 29, 39 and the transparent electrode layers 28, 38, simplifying the solar cell manufacturing process.

更に、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、透明電極層28,38および金属電極層29,39の上に導電性保護層27P,37Pを設ける。これにより、コンタクト電極形成工程における例えばAgペーストのスクリーン印刷の際に、導電性保護層27P,37Pにより、例えばCuからなる金属電極層29,39が保護され、Cuからなる金属電極層29,39に局所的な物理的なダメージが生じることが抑制される。そのため、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下を抑制することができる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the solar cell of this embodiment, conductive protective layers 27P, 37P are provided on the transparent electrode layers 28, 38 and the metal electrode layers 29, 39. As a result, during screen printing of, for example, Ag paste in the contact electrode formation process, the conductive protective layers 27P, 37P protect the metal electrode layers 29, 39 made of, for example, Cu, and local physical damage to the metal electrode layers 29, 39 made of Cu is suppressed. Therefore, during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process, the etching solution that has penetrated into the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste is suppressed from penetrating into the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28, 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, 33 during annealing (heating), and the metal components of the metal electrode layers 29, 39, such as Cu, are suppressed from diffusing into the semiconductor substrate 11. This suppresses the deterioration of the performance of the solar cell 1.

また、第1透明電極層28および第2透明電極層38が、アモルファス(非晶質)の透明導電膜であり、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pが、結晶質の透明導電膜であると、結晶質の透明導電膜のエッチングレート(速度)は、アモルファスの透明導電膜のエッチングレート(速度)よりも低い(遅い)。そのため、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下を抑制することができる。 In addition, if the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are amorphous (non-crystalline) transparent conductive films, and the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P are crystalline transparent conductive films, the etching rate (speed) of the crystalline transparent conductive film is lower (slower) than the etching rate (speed) of the amorphous transparent conductive film. Therefore, during wet etching in the transparent electrode layer forming process and the metal electrode layer forming process, the etching solution that has penetrated into the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste is prevented from penetrating into the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28 and 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, and 33 during annealing (heating), and the metal components of the metal electrode layers 29 and 39, such as Cu, are prevented from diffusing into the semiconductor substrate 11. This prevents the performance of the solar cell 1 from deteriorating.

また、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pによって、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39をエッチングして、Cuイオンが生じ、このCuイオンが、アニールの際に、例えば金属電極層29,39の表面を介して移動し、半導体基板11に拡散することが、抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下を抑制することができる。 Furthermore, the first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P prevent the etching solution that penetrates the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process from etching the metal electrode layers 29, 39 made of Cu during annealing (heating), generating Cu ions that then migrate, for example, through the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 and diffuse into the semiconductor substrate 11 during annealing. This prevents a decrease in the performance of the solar cell 1.

また、比較例の太陽電池1Xのように、ITO/Cu/Ag電極構造では、従来のITO/Ag電極構造と比較して、Cuからなる金属電極層29,39の表面が酸化し、金属電極層29,39と、Agペーストからなるコンタクト電極51,52とのコンタクト抵抗が増大してしまう。そのため、比較例の太陽電池1XのITO/Cu/Ag電極構造では、従来のITO/Ag電極構造と比較して、直列抵抗Rsが増大してしまう。 In addition, in the ITO/Cu/Ag electrode structure of the solar cell 1X of the comparative example, the surface of the metal electrode layers 29, 39 made of Cu is oxidized, and the contact resistance between the metal electrode layers 29, 39 and the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste increases, compared to the conventional ITO/Ag electrode structure. Therefore, in the ITO/Cu/Ag electrode structure of the solar cell 1X of the comparative example, the series resistance Rs increases, compared to the conventional ITO/Ag electrode structure.

一方、本実施形態の太陽電池1のように、ITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、導電性保護層27P,37Pにより、Cuからなる金属電極層29,39の表面の酸化が抑制され、金属電極層29,39と、Agペーストからなるコンタクト電極51,52とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。そのため、太陽電池1のITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、比較例のITO/Cu/Ag電極構造と比較して、直列抵抗Rsの増大を抑制することができ、従来のITO/Ag電極構造と比較しても、直列抵抗Rsを同程度とすることができる。 On the other hand, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of the solar cell 1 of this embodiment, the conductive protective layers 27P, 37P suppress oxidation of the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, and can suppress an increase in the contact resistance between the metal electrode layers 29, 39 and the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste. Therefore, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of the solar cell 1, an increase in the series resistance Rs can be suppressed compared to the ITO/Cu/Ag electrode structure of the comparative example, and the series resistance Rs can be kept at the same level as in the conventional ITO/Ag electrode structure.

また、本実施形態の太陽電池1のように、ITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、導電性保護層27P,37Pにより、Cuからなる金属電極層29,39の表面の酸化が抑制されるので、比較例のITO/Cu/Ag電極構造と比較して、高温の熱処理を実施することができ、Cuの体積抵抗率の低減により直列抵抗Rsが低下し、太陽電池の性能を向上することができる。 In addition, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of the solar cell 1 of this embodiment, the conductive protective layers 27P, 37P suppress oxidation of the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, so that high-temperature heat treatment can be performed compared to the ITO/Cu/Ag electrode structure of the comparative example, and the series resistance Rs can be reduced by reducing the volume resistivity of Cu, improving the performance of the solar cell.

また、本実施形態の太陽電池1のように、ITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、導電性保護層27P,37Pにより、Cuからなる金属電極層29,39の表面の酸化が抑制されるので、比較例のITO/Cu/Ag電極構造と比較して、金属電極層29,39と、Agペーストからなるコンタクト電極51,52との密着性を向上することができ、その結果、太陽電池の信頼性を高めることができる。 In addition, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of the solar cell 1 of this embodiment, the conductive protective layers 27P, 37P suppress oxidation of the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, so that the adhesion between the metal electrode layers 29, 39 and the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste can be improved compared to the ITO/Cu/Ag electrode structure of the comparative example, and as a result, the reliability of the solar cell can be improved.

このように、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、製造プロセスの簡略化および太陽電池の低コスト化を図っても、太陽電池の性能低下を抑制することができる。 In this way, the solar cell manufacturing method of this embodiment can suppress deterioration in solar cell performance while simplifying the manufacturing process and reducing the cost of the solar cell.

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、結晶シリコン材料を用いた太陽電池1を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池の材料としては、ガリウムヒ素(GaAs)等の種々の材料が用いられてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible. For example, the above-described embodiments have been illustrated as solar cell 1 using crystalline silicon material, but the present invention is not limited to this. For example, various materials such as gallium arsenide (GaAs) may be used as the material of the solar cell.

また、上述した実施形態では、図2に示すようにヘテロ接合型の太陽電池1を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池セルにも適用可能である。 In the above-described embodiment, a heterojunction solar cell 1 is illustrated as shown in FIG. 2. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to various solar cell types such as homojunction solar cells.

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。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
図3A~図3Eに示す本実施形態の太陽電池の製造方法を用いて図1~図2Bに示す本実施形態の裏面電極型の太陽電池を実施例1として作製した。なお、実施例1では、コンタクト電極の印刷の際の局所的なダメージの低減効果をより明確にするために、コンタクト電極の印刷領域を大きくした。具体的には、図1~図3Eにおいて、第1絶縁層41および第2絶縁層42の形成を省略し、第1領域7全体に第1コンタクト電極51を形成し、第2領域8全体に第2コンタクト電極52を形成した。実施例1の太陽電池およびその製造方法の特徴は以下の通りである。
<透明電極層材料膜形成工程>
透明電極層材料膜材料:アモルファスITO、形成方法:CVD、膜厚:100nm
<金属電極層材料膜形成工程>
金属電極層材料膜材料:Cu、形成方法:PVD(スパッタ)、膜厚:250nm
<導電性保護層材料膜形成工程>
導電性保護層材料膜材料:結晶ITO、形成方法:PVD、膜厚:50nm
<絶縁層形成工程>
省略
<コンタクト電極形成工程>
コンタクト電極材料:Agペースト、形成方法:スクリーン印刷、乾燥:180度/60分、膜厚:約30μm
<導電性保護層形成工程(パターニング)>
エッチング溶液:塩酸(HCl)1wt%の溶液、エッチング時間:30秒
<透明電極層形成工程および金属電極層形成工程(同時パターニング)>
エッチング溶液:過硫酸アンモニウム(過硫安)5wt%と塩酸(HCl)9wt%との混合溶液、エッチング時間:60秒
<アニール>
コンタクト電極 乾燥:180度/1時間
Example 1
A back electrode type solar cell of this embodiment shown in Figures 1 to 2B was fabricated as Example 1 using the solar cell manufacturing method of this embodiment shown in Figures 3A to 3E. In Example 1, the printing area of the contact electrode was enlarged to more clearly demonstrate the effect of reducing local damage during printing of the contact electrode. Specifically, in Figures 1 to 3E, the formation of the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 was omitted, and the first contact electrode 51 was formed over the entire first region 7, and the second contact electrode 52 was formed over the entire second region 8. The solar cell of Example 1 and its manufacturing method have the following features.
<Transparent electrode layer material film formation process>
Transparent electrode layer material: amorphous ITO, formation method: CVD, film thickness: 100 nm
<Metal electrode layer material film formation process>
Metal electrode layer material: Cu, Forming method: PVD (sputtering), Film thickness: 250 nm
<Conductive protective layer material film formation process>
Conductive protection layer material: Crystalline ITO, Forming method: PVD, Film thickness: 50 nm
<Insulating layer forming process>
<Contact electrode formation process>
Contact electrode material: Ag paste, Forming method: Screen printing, Drying: 180 degrees/60 minutes, Film thickness: Approximately 30 μm
<Conductive Protective Layer Forming Process (Patterning)>
Etching solution: 1 wt % hydrochloric acid (HCl) solution, etching time: 30 seconds <Transparent electrode layer forming process and metal electrode layer forming process (simultaneous patterning)>
Etching solution: mixed solution of 5 wt% ammonium persulfate (ammonium persulfate) and 9 wt% hydrochloric acid (HCl), etching time: 60 seconds <Annealing>
Contact electrode drying: 180 degrees/1 hour

(比較例1)
図5A~図5Eに示す比較例の太陽電池の製造方法を用いて図4A~図4Bに示す比較例の裏面電極型の太陽電池を比較例1として作製した。なお、比較例1でも、コンタクト電極の印刷の際の局所的なダメージの低減効果をより明確にするために、コンタクト電極の印刷領域を大きくした。具体的には、図4A~図5Eにおいて、第1絶縁層41および第2絶縁層42の形成を省略し、第1領域7全体に第1コンタクト電極51を形成し、第2領域8全体に第2コンタクト電極52を形成した。比較例1の太陽電池およびその製造方法の特徴は以下および表2の通りである。
<透明電極層材料膜形成工程>
実施例1に同じ。
<金属電極層材料膜形成工程>
実施例1に同じ。
<絶縁層形成工程>
省略
<コンタクト電極形成工程>
実施例1に同じ。
<透明電極層形成工程および金属電極層形成工程(同時パターニング)>
実施例1に同じ。
<アニール>
実施例1に同じ。
(Comparative Example 1)
A comparative back electrode type solar cell shown in Figures 4A to 4B was fabricated as Comparative Example 1 using the comparative solar cell manufacturing method shown in Figures 5A to 5E. Note that, in Comparative Example 1 as well, the printing area of the contact electrode was enlarged to more clearly demonstrate the effect of reducing local damage during printing of the contact electrode. Specifically, in Figures 4A to 5E, the formation of the first insulating layer 41 and the second insulating layer 42 was omitted, and the first contact electrode 51 was formed over the entire first region 7, and the second contact electrode 52 was formed over the entire second region 8. The characteristics of the solar cell of Comparative Example 1 and its manufacturing method are as follows and shown in Table 2.
<Transparent electrode layer material film formation process>
Same as Example 1.
<Metal electrode layer material film formation process>
Same as Example 1.
<Insulating layer forming process>
<Contact electrode formation process>
Same as Example 1.
<Transparent electrode layer forming process and metal electrode layer forming process (simultaneous patterning)>
Same as Example 1.
<Annealing>
Same as Example 1.

(比較例2)
比較例2の太陽電池は、比較例1と比較して、金属電極層29,39として、Cuに代えて、Agペーストからなる金属電極層を形成し、コンタクト電極51,52の形成を省略した点で異なる。
<透明電極層材料膜形成工程>
比較例1に同じ。
<金属電極層材料膜形成工程>
金属電極層材料:Agペースト、形成方法:スクリーン印刷、乾燥:180度/60分、膜厚:約30μm
<絶縁層形成工程>
省略
<コンタクト電極形成工程>
省略
<透明電極層形成工程(パターニング)>
エッチング溶液:塩酸(HCl)1wt%の溶液、エッチング時間:30秒
<アニール>
比較例1に同じ。
(Comparative Example 2)
The solar cell of Comparative Example 2 differs from Comparative Example 1 in that metal electrode layers 29, 39 are formed of Ag paste instead of Cu, and contact electrodes 51, 52 are omitted.
<Transparent electrode layer material film formation process>
Same as Comparative Example 1.
<Metal electrode layer material film formation process>
Metal electrode layer material: Ag paste, Forming method: Screen printing, Drying: 180 degrees/60 minutes, Film thickness: Approximately 30 μm
<Insulating layer forming process>
<Contact electrode formation process>
Omitted <Transparent electrode layer formation process (patterning)>
Etching solution: 1 wt % hydrochloric acid (HCl) solution, etching time: 30 seconds <Annealing>
Same as Comparative Example 1.

(評価1)
フォトルミネッセンス測定装置を用いて、太陽電池のフォトルミネッセンス特性に応じた波長の光(波長:915nm、強度0.67sun)を、太陽電池の受光面に照射し、太陽電池からのフォトルミネッセンス強度を観測した。その結果を表1に示す。表1では、実施例1および比較例1の各々において、アニール前のフォトルミネッセンス強度値を基準として、アニール前およびアニール後のフォトルミネッセンス強度値を規格化して示す。

Figure 0007666964000001
(Rating 1)
Using a photoluminescence measuring device, light of a wavelength corresponding to the photoluminescence characteristics of the solar cell (wavelength: 915 nm, intensity 0.67 sun) was irradiated onto the light receiving surface of the solar cell, and the photoluminescence intensity from the solar cell was observed. The results are shown in Table 1. In Table 1, the photoluminescence intensity values before and after annealing are normalized with respect to the photoluminescence intensity value before annealing in each of Example 1 and Comparative Example 1.
Figure 0007666964000001

(評価2)
AM1.5のスペクトル分布を有するパルスソーラーシミュレーターを用いて、25℃の下で擬似太陽光を100mW/cmのエネルギー密度で照射して、上記の実施例および比較例の太陽電池の性能特性(開放電圧Voc、短絡電流Isc、曲線因子FF、変換効率Eff、直列抵抗Rsおよび並列抵抗Rsh)を測定した。測定結果を表2に示す。

Figure 0007666964000002
(Rating 2)
Using a pulse solar simulator having a spectral distribution of AM1.5, the solar cells were irradiated with artificial sunlight at an energy density of 100 mW/cm2 at 25 °C to measure the performance characteristics (open circuit voltage Voc, short circuit current Isc, fill factor FF, conversion efficiency Eff, series resistance Rs, and parallel resistance Rsh) of the solar cells of the above examples and comparative examples. The measurement results are shown in Table 2.
Figure 0007666964000002

表1によれば、比較例1のITO/Cu/Ag電極構造では、アニールによって熱が加わると、Agペーストからなるコンタクト電極の下部のフォトルミネッセンス強度が低下した。また、表2によれば、比較例1のITO/Cu/Ag電極構造では、比較例2のITO/Ag電極構造と比較して、太陽電池の性能特性が低下した。 According to Table 1, in the ITO/Cu/Ag electrode structure of Comparative Example 1, when heat was applied by annealing, the photoluminescence intensity of the lower part of the contact electrode made of Ag paste decreased. Also, according to Table 2, in the ITO/Cu/Ag electrode structure of Comparative Example 1, the performance characteristics of the solar cell decreased compared to the ITO/Ag electrode structure of Comparative Example 2.

これより、比較例1では、コンタクト電極形成工程におけるAgペーストのスクリーン印刷の際に、Cuからなる金属電極層29,39に局所的な物理的なダメージが生じてしまう。すると、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39のダメージ箇所に侵入し、透明電極層28,38を局所的に溶かし、半導体層25,23,35,33のダメージ箇所に侵入する。すると、金属電極層29,39のCu成分が半導体基板11に拡散する。これにより、太陽電池の性能が低下してしまうことが考えられる。 As a result, in Comparative Example 1, localized physical damage occurs to the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu during screen printing of Ag paste in the contact electrode formation process. Then, during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process, the etching solution that penetrates the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste penetrates the damaged areas of the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu during annealing (heating), locally dissolves the transparent electrode layers 28 and 38, and penetrates the damaged areas of the semiconductor layers 25, 23, 35, and 33. Then, the Cu components of the metal electrode layers 29 and 39 diffuse into the semiconductor substrate 11. This is thought to result in a decrease in the performance of the solar cell.

また、比較例1では、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39をエッチングすることにより、Cuイオンが生じる。このCuイオンが、アニールの際に、例えば金属電極層29,39の表面を介して移動し、半導体基板11に拡散する。これにより、太陽電池の性能が低下してしまうことが考えられる。 In Comparative Example 1, during wet etching in the transparent electrode layer forming process and the metal electrode layer forming process, the etching solution that penetrates the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste etches the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu during annealing (heating), generating Cu ions. During annealing, these Cu ions migrate, for example, through the surfaces of the metal electrode layers 29 and 39 and diffuse into the semiconductor substrate 11. This is thought to result in a decrease in the performance of the solar cell.

一方、表1によれば、実施例1のITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、アニールによって加熱しても、Agペーストからなるコンタクト電極の下部のフォトルミネッセンス強度の低下が抑制された。また、表2によれば、実施例1のITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、比較例1のITO/Cu/Ag電極構造と比較して、太陽電池の性能特性の低下が抑制され、比較例2のITO/Ag電極構造と比較しても太陽電池の性能特性が同程度であった。 On the other hand, according to Table 1, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of Example 1, even when heated by annealing, the decrease in photoluminescence intensity at the bottom of the contact electrode made of Ag paste was suppressed. Also, according to Table 2, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of Example 1, the decrease in the performance characteristics of the solar cell was suppressed compared to the ITO/Cu/Ag electrode structure of Comparative Example 1, and the performance characteristics of the solar cell were comparable to those of the ITO/Ag electrode structure of Comparative Example 2.

これより、実施例1では、コンタクト電極形成工程におけるAgペーストのスクリーン印刷の際に、導電性保護層27P,37Pにより、Cuからなる金属電極層29,39が保護され、Cuからなる金属電極層29,39に局所的な物理的なダメージが生じることが抑制される。そのため、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39のCu成分が半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池の性能の低下を抑制することができると考えられる。 In this way, in Example 1, the metal electrode layers 29, 39 made of Cu are protected by the conductive protective layers 27P, 37P during screen printing of Ag paste in the contact electrode formation process, and local physical damage to the metal electrode layers 29, 39 made of Cu is suppressed. Therefore, during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process, the etching solution that has penetrated into the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste is suppressed from penetrating into the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28, 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, 33 during annealing (heating), and the Cu components of the metal electrode layers 29, 39 are suppressed from diffusing into the semiconductor substrate 11. It is believed that this can suppress the deterioration of the performance of the solar cell.

また、実施例1では、第1透明電極層28および第2透明電極層38が、アモルファス(非晶質)の透明導電膜であり、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pが、結晶質の透明導電膜であり、結晶質の透明導電膜のエッチングレート(速度)は、アモルファスの透明導電膜のエッチングレート(速度)よりも低い(遅い)。そのため、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39、透明電極層28,38、半導体層25,23,35,33に侵入することが抑制され、金属電極層29,39の金属成分、例えばCuが半導体基板11に拡散することが抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下を抑制することができると考えられる。 In Example 1, the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are amorphous (non-crystalline) transparent conductive films, the first conductive protection layer 27P and the second conductive protection layer 37P are crystalline transparent conductive films, and the etching rate (speed) of the crystalline transparent conductive film is lower (slower) than the etching rate (speed) of the amorphous transparent conductive film. Therefore, during wet etching in the transparent electrode layer forming process and the metal electrode layer forming process, the etching solution that has penetrated into the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste is prevented from penetrating into the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu, the transparent electrode layers 28 and 38, and the semiconductor layers 25, 23, 35, and 33 during annealing (heating), and the metal components of the metal electrode layers 29 and 39, such as Cu, are prevented from diffusing into the semiconductor substrate 11. It is believed that this can suppress the deterioration of the performance of the solar cell 1.

また、第1導電性保護層27Pおよび第2導電性保護層37Pによって、透明電極層形成工程および金属電極層形成工程におけるウエットエッチングの際に、Agペーストからなるコンタクト電極51,52に侵入したエッチング溶液が、アニール(加熱)の際に、Cuからなる金属電極層29,39をエッチングして、Cuイオンが生じ、このCuイオンが、アニールの際に、例えば金属電極層29,39の表面を介して移動し、半導体基板11に拡散することが、抑制される。これにより、太陽電池1の性能の低下を抑制することができると考えられる。 Furthermore, the first conductive protective layer 27P and the second conductive protective layer 37P prevent the etching solution that penetrates the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste during wet etching in the transparent electrode layer formation process and the metal electrode layer formation process from etching the metal electrode layers 29, 39 made of Cu during annealing (heating), generating Cu ions that then migrate, for example, through the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 and diffuse into the semiconductor substrate 11 during annealing. This is believed to prevent a decrease in the performance of the solar cell 1.

また、表2によれば、比較例1のITO/Cu/Ag電極構造では、比較例2のITO/Ag電極構造と比較して、直列抵抗Rsが増大した。これより、比較例1では、Cuからなる金属電極層29,39の表面が酸化し、金属電極層29,39と、Agペーストからなるコンタクト電極51,52とのコンタクト抵抗が増大してしまうことが考えられる。 Also, according to Table 2, the ITO/Cu/Ag electrode structure of Comparative Example 1 had an increased series resistance Rs compared to the ITO/Ag electrode structure of Comparative Example 2. This suggests that in Comparative Example 1, the surfaces of the metal electrode layers 29 and 39 made of Cu are oxidized, increasing the contact resistance between the metal electrode layers 29 and 39 and the contact electrodes 51 and 52 made of Ag paste.

一方、表2によれば、実施例1のITO/Cu/ITO/Ag電極構造では、比較例1のITO/Cu/Ag電極構造と比較して、直列抵抗Rsの増大が抑制され、比較例2のITO/Ag電極構造と比較しても、直列抵抗Rsが同程度であった。これより、実施例1では、導電性保護層27P,37Pにより、Cuからなる金属電極層29,39の表面の酸化が抑制され、金属電極層29,39と、Agペーストからなるコンタクト電極51,52とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができると考えられる。 On the other hand, according to Table 2, in the ITO/Cu/ITO/Ag electrode structure of Example 1, the increase in series resistance Rs was suppressed compared to the ITO/Cu/Ag electrode structure of Comparative Example 1, and the series resistance Rs was about the same as that of the ITO/Ag electrode structure of Comparative Example 2. From this, it is considered that in Example 1, the conductive protective layers 27P, 37P suppress the oxidation of the surfaces of the metal electrode layers 29, 39 made of Cu, and can suppress the increase in the contact resistance between the metal electrode layers 29, 39 and the contact electrodes 51, 52 made of Ag paste.

1,1X 太陽電池
7 第1領域
8 第2領域
11 半導体基板
13,23,33 パッシベーション層
15 光学調整層
25 第1導電型半導体層
27,27X 第1電極層
27P 第1導電性保護層
27PZ 導電性保護層材料膜
28 第1透明電極層
28Z 透明電極層材料膜
29 第1金属電極層
29Z 金属電極層材料膜
35 第2導電型半導体層
37,37X 第2電極層
37P 第2導電性保護層
38 第2透明電極層
39 第2金属電極層
41 第1絶縁層
41a 第1非絶縁領域
42 第2絶縁層
42a 第2非絶縁領域
51 第1コンタクト電極
52 第2コンタクト電極
91 第1配線部材
92 第2配線部材
X1 第1直線
X2 第2直線
1, 1X Solar cell 7 First region 8 Second region 11 Semiconductor substrate 13, 23, 33 Passivation layer 15 Optical adjustment layer 25 First conductivity type semiconductor layer 27, 27X First electrode layer 27P First conductive protection layer 27PZ Conductive protection layer material film 28 First transparent electrode layer 28Z Transparent electrode layer material film 29 First metal electrode layer 29Z Metal electrode layer material film 35 Second conductivity type semiconductor layer 37, 37X Second electrode layer 37P Second conductive protection layer 38 Second transparent electrode layer 39 Second metal electrode layer 41 First insulating layer 41a First non-insulating region 42 Second insulating layer 42a Second non-insulating region 51 First contact electrode 52 Second contact electrode 91 First wiring member 92 Second wiring member X1 First straight line X2 Second straight line

Claims (13)

半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層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における前記第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、一連の透明電極層の材料膜を形成する透明電極層材料膜形成工程と、
前記透明電極層の材料膜の上に、一連の金属電極層の材料膜を形成する金属電極層材料膜形成工程と、
前記金属電極層の材料膜の上に、一連の導電性保護層の材料膜を形成する導電性保護層材料膜形成工程と、
前記第1領域における前記導電性保護層の材料膜を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層、および、前記第2領域における前記導電性保護層の材料膜を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層であって、互いに離間する前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記第1非絶縁領域および前記第2非絶縁領域にコンタクト電極を形成するコンタクト電極形成工程と、
前記第1絶縁層、前記第2絶縁層および前記コンタクト電極をマスクとするエッチング法を用いて、前記導電性保護層の材料膜の露出部分、およびこの露出部分に対応する前記金属電極層の材料膜および前記透明電極層の材料膜を除去することにより、パターン化された前記第1透明電極層、前記第1金属電極層および第1導電性保護層と、パターン化された前記第2透明電極層、前記第2金属電極層および第2導電性保護層とを形成する透明電極層および金属電極層形成工程と、
を含み、
前記コンタクト電極形成工程では、粒子状の金属材料および樹脂材料を含む印刷材料を印刷して硬化または乾燥させることにより、前記コンタクト電極を形成し、
前記透明電極層および金属電極層形成工程では、前記導電性保護層の材料膜が、前記コンタクト電極を介して侵入するエッチング溶液から、前記金属電極層、前記透明電極層、前記第1導電型半導体層、前記第2導電型半導体層および前記半導体基板を保護する、
太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a back electrode type solar cell comprising: a semiconductor substrate; a first conductivity type semiconductor layer, a first transparent electrode layer, and a first metal electrode layer, which are laminated in this order in a first region, which is a part of one main surface side of the semiconductor substrate; and a second conductivity type semiconductor layer, a second transparent electrode layer, and a second metal electrode layer, which are laminated in this order in a second region, which is another part of the one main surface side of the semiconductor substrate,
a transparent electrode layer material film forming step of forming a series of transparent electrode layer material films on the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer on the one main surface side of the semiconductor substrate;
a metal electrode layer material film forming step of forming a series of metal electrode layer material films on the transparent electrode layer material film;
a conductive protection layer material film forming step of forming a series of conductive protection layer material films on the material film of the metal electrode layer;
an insulating layer forming step of forming a first insulating layer that entirely covers the material film of the conductive protection layer in the first region except for a first non-insulating region, and a second insulating layer that entirely covers the material film of the conductive protection layer in the second region except for a second non-insulating region, the first insulating layer and the second insulating layer being spaced apart from each other;
a contact electrode forming step of forming contact electrodes in the first non-insulating region and the second non-insulating region;
a transparent electrode layer and metal electrode layer forming step of removing exposed portions of the material film of the conductive protection layer, and the material film of the metal electrode layer and the material film of the transparent electrode layer corresponding to the exposed portions, by using an etching method using the first insulating layer, the second insulating layer and the contact electrode as a mask, thereby forming the first transparent electrode layer, the first metal electrode layer and the first conductive protection layer which are patterned, and the second transparent electrode layer, the second metal electrode layer and the second conductive protection layer which are patterned;
Including,
In the contact electrode forming step, a printing material including a particulate metal material and a resin material is printed and cured or dried to form the contact electrode;
In the transparent electrode layer and metal electrode layer forming step, a material film of the conductive protection layer protects the metal electrode layer, the transparent electrode layer, the first conductive type semiconductor layer, the second conductive type semiconductor layer, and the semiconductor substrate from an etching solution that penetrates through the contact electrodes.
How solar cells are manufactured.
前記金属電極層の材料膜は銅を含む、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the material film of the metal electrode layer contains copper. 前記導電性保護層の材料膜は透明導電膜である、請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 2, wherein the material film of the conductive protective layer is a transparent conductive film. 前記透明電極層および金属電極層形成工程では、前記導電性保護層の材料膜の露出部分をエッチングし、次いで、前記金属電極層の材料膜および前記透明電極層の材料膜を同時にエッチングする、請求項3に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 3, wherein in the transparent electrode layer and metal electrode layer forming step, the exposed portion of the material film of the conductive protection layer is etched, and then the material film of the metal electrode layer and the material film of the transparent electrode layer are simultaneously etched. 前記導電性保護層の材料膜のエッチング溶液は、酸性溶液であり、
前記金属電極層の材料膜および前記透明電極層の材料膜の同時エッチングのエッチング溶液は、酸化剤と酸性溶液との混合溶液である、
請求項4に記載の太陽電池の製造方法。
the etching solution for the material film of the conductive protection layer is an acidic solution;
The etching solution for simultaneous etching of the material film of the metal electrode layer and the material film of the transparent electrode layer is a mixed solution of an oxidizing agent and an acidic solution.
The method for producing a solar cell according to claim 4 .
前記印刷材料は銀ペーストである、請求項1~5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the printing material is silver paste. 半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備える裏面電極型の太陽電池であって、
前記第1金属電極層の上に形成された第1導電性保護層と、
前記第2金属電極層の上に形成された第2導電性保護層と、
前記第1導電性保護層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層と、
前記第2導電性保護層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層と、
前記第1非絶縁領域および前記第2非絶縁領域に形成されたコンタクト電極と、
を備える、太陽電池。
A back electrode type solar cell comprising: a semiconductor substrate; a first conductive type semiconductor layer, a first transparent electrode layer, and a first metal electrode layer, which are laminated in this order in a first region, which is a part of one main surface side of the semiconductor substrate; and a second conductive type semiconductor layer, a second transparent electrode layer, and a second metal electrode layer, which are laminated in this order in a second region, which is another part of the one main surface side of the semiconductor substrate;
a first conductive protection layer formed on the first metal electrode layer;
a second conductive protection layer formed on the second metal electrode layer;
a first insulating layer entirely covering the first conductive protective layer except for a first non-insulating region;
a second insulating layer entirely covering the second conductive protective layer except for a second non-insulating region;
contact electrodes formed in the first non-insulating region and the second non-insulating region;
A solar cell comprising:
前記第1金属電極層および前記第2金属電極層は銅を含む、請求項7に記載の太陽電池。 The solar cell of claim 7, wherein the first metal electrode layer and the second metal electrode layer contain copper. 前記第1導電性保護層および前記第2導電性保護層は透明導電膜である、請求項8に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 8, wherein the first conductive protective layer and the second conductive protective layer are transparent conductive films. 前記第1透明電極層および前記第2透明電極層は、非晶質の透明導電膜であり、
前記第1導電性保護層および前記第2導電性保護層は、結晶質の透明導電膜である、
請求項9に記載の太陽電池。
the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer are amorphous transparent conductive films,
The first conductive protection layer and the second conductive protection layer are crystalline transparent conductive films.
The solar cell according to claim 9.
前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間の領域であって、前記第1透明電極層と前記第2透明電極層との間の前記領域は、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層で覆われておらず、
前記第1非絶縁領域は、前記第1絶縁層で覆われておらず、前記第1導電性保護層を露出し、露出した前記第1導電性保護層の上に前記コンタクト電極を有し、前記半導体基板の前記一方主面に沿う第1方向に延びる第1直線上に配置されており、
前記第2非絶縁領域は、前記第2絶縁層で覆われておらず、前記第2導電性保護層を露出し、露出した前記第2導電性保護層の上に前記コンタクト電極を有し、前記第1方向に延びる前記第1直線と異なる第2直線上に配置されている、
請求項7~10のいずれか1項に記載の太陽電池。
a region between the first metal electrode layer and the second metal electrode layer, the region between the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer being not covered with the first insulating layer and the second insulating layer;
the first non-insulating region is not covered with the first insulating layer, exposes the first conductive protection layer, has the contact electrode on the exposed first conductive protection layer, and is disposed on a first straight line extending in a first direction along the one main surface of the semiconductor substrate;
the second non-insulating region is not covered with the second insulating layer, exposes the second conductive protection layer, has the contact electrode on the exposed second conductive protection layer, and is disposed on a second straight line different from the first straight line extending in the first direction.
The solar cell according to any one of claims 7 to 10 .
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層は、前記一方主面に沿う第2方向であって前記第1方向に交差する前記第2方向に延びる帯状をなし、前記第1方向に交互に並んでおり、
前記第1直線および前記第2直線は、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層と交差し、前記第2方向に交互に並んでいる、
請求項11に記載の太陽電池。
the first insulating layer and the second insulating layer are strip-shaped extending in a second direction along the one main surface and intersecting the first direction, and are arranged alternately in the first direction;
the first straight line and the second straight line intersect the first insulating layer and the second insulating layer and are alternately arranged in the second direction;
The solar cell according to claim 11 .
前記第1直線に沿って前記第1方向に延在し、前記第1非絶縁領域において前記コンタクト電極に電気的に接続される第1配線部材と、
前記第2直線に沿って前記第1方向に延在し、前記第2非絶縁領域において前記コンタクト電極に電気的に接続される第2配線部材と、
を備える、請求項11または12に記載の太陽電池。
a first wiring member extending in the first direction along the first straight line and electrically connected to the contact electrode in the first non-insulating region;
a second wiring member extending in the first direction along the second straight line and electrically connected to the contact electrode in the second non-insulating region;
The solar cell according to claim 11 or 12 , comprising:
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