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特表2024-536519太陽電池の導電性接触構造、太陽電池モジュール及び発電システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-04
(54)【発明の名称】太陽電池の導電性接触構造、太陽電池モジュール及び発電システム
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0224 20060101AFI20240927BHJP
H01L 31/0747 20120101ALN20240927BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 260
H01L31/06 455
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024522471
(86)(22)【出願日】2022-06-21
(85)【翻訳文提出日】2024-04-15
(86)【国際出願番号】 EP2022000057
(87)【国際公開番号】W WO2022199882
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】202210239253.9
(32)【優先日】2022-03-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523369271
【氏名又は名称】ソーラーラボ アイコ ヨーロッパ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ワン ヨンチャン
(72)【発明者】
【氏名】シュウ ウェンリ
(72)【発明者】
【氏名】チャン ジャンジュン
(72)【発明者】
【氏名】ホン ジャンボ
(72)【発明者】
【氏名】チン ガン
【テーマコード（参考）】
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F251AA02
5F251AA03
5F251CB11
5F251CB27
5F251DA07
5F251FA04
5F251FA06
5F251FA18
5F251GA04
(57)【要約】
本発明は、太陽電池の導電性接触構造を提供し、基板と、半導体領域と、電極と、を含み、前記半導体領域は前記基板上又は内部に配置され、前記電極は前記半導体領域内に配置され、前記電極は半導体領域に接触するシード層を含み、前記シード層は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、前記主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、前記補強成分はＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、半導体領域と、
電極と、
を含む太陽電池の導電性接触構造であって、
前記半導体領域は前記基板上又は内部に配置され、
前記電極は前記半導体領域内に配置され、
前記電極は前記半導体領域に接触するシード層を含み、
前記シード層は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、前記主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、前記補強成分は、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む、前記太陽電池の導電性接触構造。
【請求項2】
前記主成分は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＭｇのうちのいずれか１つ又は複数を含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項3】
前記補強成分は非金属成分をさらに含む、請求項１又は２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項4】
前記主成分は含有量が前記シード層の５０ｗｔ．％より多い、請求項１又は２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項5】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｎｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項6】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｗであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項7】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｔｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項8】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｍｏであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項9】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｃｒであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項10】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｓｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項11】
前記シード層は、物理気相成長による製造方法、又はスクリーン印刷による製造方法、又は化学気相成長による製造方法、又は電気めっきによる製造方法、又は化学めっきによる製造方法を使用することによって、前記基板上に形成される、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項12】
前記電極は、前記シード層の上方に配置された導電層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項13】
前記導電層は、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｌのうちのいずれか１つ又は複数を含む、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項14】
前記シード層と前記半導体領域との間にパッシベーション膜が形成され、前記パッシベーション膜に開口が設けられ、前記シード層は、前記開口を介して前記半導体領域に接触する、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項15】
前記シード層と前記パッシベーション膜との間に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）薄膜がさらに配置され、前記ＴＣＯ薄膜は、前記パッシベーション膜における前記開口を介して前記半導体領域に接触する、請求項１４に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項16】
前記ＴＣＯ薄膜は、錫ドープ酸化インジウム又は酸化亜鉛系薄膜である、請求項１５に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項17】
前記半導体領域はトンネル酸化層及びドープトポリシリコンを含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項18】
前記導電層を前記シード層上に成長させる方法は、電気めっき、物理気相成長、スクリーン印刷、又は化学めっきを含む、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項19】
前記導電層が保護層で覆われる、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項20】
前記保護層はＳｎ層又はＡｇ層である、請求項１９に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項21】
前記保護層は電気めっき又は化学めっきの方法で前記導電層上に成長する、請求項１９又は２０に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項22】
前記基板はシリコン基板である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項23】
前記シード層は、複数のサブシード層を積層して構成される、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項24】
前記サブシード層中の主成分の含有量は前記基板から離れる方向に沿って低減する、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項25】
前記シード層の厚さは１０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項26】
前記シード層の厚さは３０ｎｍ～３００ｎｍの範囲である、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項27】
前記導電層の厚さは１μｍ～８００μｍの範囲である、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項28】
前記導電層の厚さは１μｍ～１００μｍの範囲である、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項29】
請求項１～２８のいずれか１項に記載の導電性接触構造を含む、太陽電池。
【請求項30】
互いに電気的に接続された複数の請求項２９に記載の太陽電池を含む、太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池の技術分野に関し、具体的には、太陽電池の導電性接触構造、太陽電池モジュール及び発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池では、図２に示すように、通常、シリコン基板２００を覆う導電層として銅層１００を採用するが、銅とシリコンとの結合力が不十分であるため、導電層がシリコン基板から剥がれやすくなり、また、導電層中の銅がシリコン基板の内部に拡散すると、太陽電池の性能が低下する。この問題を解決するために、従来技術では、銅導電層とシリコン基板との間にシード層３００を追加することによって、銅導電層１００とシリコン基板２００との結合力を強化する。該シード層は、通常、ニッケル層を採用し、ニッケル層は、銅導電層とシリコン基板との結合力を強化するが、強化効果が理想的ではなく、且つニッケル層の光反射効果が悪く、太陽電池の光閉じ込め効果を低下させる。
【発明の概要】
【0003】
本発明は、導電層と基板との結合力を強化し、太陽電池の光閉じ込め効果を向上させることを目的とし、太陽電池の導電性接触構造、太陽電池モジュール及び発電システムを提供する。
【0004】
この目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。
【0005】
太陽電池の導電性接触構造を提供し、該太陽電池の導電性接触構造は、
基板と、
半導体領域と、
電極と、を含み、
前記半導体領域は前記基板上又は内部に配置され、
前記電極は前記半導体領域内に配置され、
前記電極は前記半導体領域に接触するシード層を含み、
前記シード層は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、前記主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、前記補強成分は、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む。
基板と、
半導体領域と、
電極と、を含み、
前記半導体領域は前記基板上又は内部に配置され、
前記電極は前記半導体領域内に配置され、
前記電極は前記半導体領域に接触するシード層を含み、
前記シード層は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、前記主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、前記補強成分は、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む。
【0006】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分はＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＭｇのうちのいずれか１つ又は複数を含む。
【0007】
この実施形態の一クラスにおいて、前記補強成分は非金属成分をさらに含んでもよい。
【0008】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は含有量が前記シード層の５０ｗｔ．％より多い。
【0009】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｎｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0010】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｗであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0011】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｔｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0012】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｍｏであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0013】
この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｃｒであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。この実施形態の一クラスにおいて、前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｓｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0014】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層は、物理気相成長、スクリーン印刷、化学気相成長、電気めっき、又は化学めっきのうちのいずれか１つの製造方法によって前記基板上に形成される。
【0015】
この実施形態の一クラスにおいて、前記電極は前記シード層の上方に配置された導電層をさらに含む。
【0016】
この実施形態の一クラスにおいて、前記導電層はＣｕ、Ａｇ、及びＡｌのうちのいずれか１つ又は複数を含む。
【0017】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層と前記半導体領域との間にパッシベーション膜が形成され、前記パッシベーション膜に開口が設けられ、前記シード層は前記開口を介して前記半導体領域に接触する。
【0018】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層と前記パッシベーション膜との間に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）薄膜がさらに設けられ、前記ＴＣＯ薄膜は、前記パッシベーション膜における前記開口を介して前記半導体領域に接触する。
【0019】
この実施形態の一クラスにおいて、前記ＴＣＯ薄膜は錫ドープ酸化インジウム又は酸化亜鉛系薄膜である。
【0020】
この実施形態の一クラスにおいて、前記半導体領域はトンネル酸化層及びドープトポリシリコンを含む。
【0021】
この実施形態の一クラスにおいて、前記導電層を前記シード層上に成長させる方法は、電気めっき、物理気相成長、スクリーン印刷、又は化学めっきを含む。
【0022】
この実施形態の一クラスにおいて、前記導電層の上部が保護層で覆われる。
【0023】
この実施形態の一クラスにおいて、前記保護層はＳｎ層又はＡｇ層である。
【0024】
この実施形態の一クラスにおいて、前記保護層は電気めっき又は化学めっきの方法で前記導電層上に成長する。
【0025】
この実施形態の一クラスにおいて、前記基板はシリコン基板である。
【0026】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層は、複数のサブシード層を積層して構成される。
【0027】
この実施形態の一クラスにおいて、前記基板から離れる方向に積層された前記サブシード層中の主成分の含有量が徐々に低減する。
【0028】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層の厚さは１０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である。
【0029】
この実施形態の一クラスにおいて、前記シード層の厚さは３０ｎｍ～３００ｎｍの範囲である。
【0030】
この実施形態の一クラスにおいて、前記導電層の厚さは１μｍ～８００μｍの範囲である。
【0031】
この実施形態の一クラスにおいて、前記導電層の厚さは１μｍ～１００μｍの範囲である。
【0032】
本発明は、上記の導電性接触構造を含む太陽電池をさらに提供する。
【0033】
本発明は、互いに電気的に接続された複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールをさらに提供する。
【0034】
本発明は、互いに電気的に接続された複数の太陽電池モジュールを含む太陽光発電システムをさらに提供する。
【0035】
本発明は、導電層と基板との間にシード層を追加し、該シード層は合金材料を含み、その主成分が、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、補強成分がＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、又はＶのうちのいずれか１つ又は複数であることによって、上記主成分と補強成分が融合して形成したシード層は、導電層及び基板のいずれとも強い結合力を有し、且つ太陽電池の光閉じ込め効果を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
以下において、本発明の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、本発明の実施例に用いられる図面について簡単に説明する。明らかに、以下に記載される図面は、本発明の一部の実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面から他の図面に想到し得る。
【0037】
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下に、図面を参照しながら、具体的な実施形態により本発明の技術的解決手段をさらに説明する。
【0039】
ここで、図面は例示的な説明のためのものに過ぎず、実物図ではなく単なる模式図を示し、本発明を限定するものと理解すべきではない。本発明の実施例をより良く説明するために、図面は一部の部材が省略、拡大又は縮小されることがあり、実際の製品の寸法を示すものではなく、当業者であれば、図面における公知の構造及びその説明のいくつかが省略され得ることは理解可能である。
【0040】
本発明の実施例の図面における同一又は類似の符号は、同一又は類似の部材に対応する。本発明の説明において、理解すべきことは、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」等で示される方位又は位置関係は、図面に基づいて示される方位又は位置関係であり、本発明を容易に説明し記述を簡略化するためのものに過ぎず、記載される装置又は要素は必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構成、操作されたりすることを明示又は暗示するものではないので、図面中の位置関係を説明する用語は例示的に説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものと理解してはならない点であり、当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の具体的な意味を理解可能である。
【0041】
本発明の記述において、別に明確に規定、限定しない限り、「接続する」等の部材同士の接続関係を示す用語が現れる場合、該用語は広義的に理解すべきであり、例えば、固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、又は一体化であってもよく、機械的な接続であってもよく、電気的な接続であってもよく、直接接続であってもよく、更に中間媒介を介した間接的な接続であってもよく、２つの部材の内部連通又は２つの部材の相互作用関係であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本発明での上記用語の具体的な意味を理解可能である。
【0042】
本発明の実施例で提供される太陽電池の導電性接触構造は、図１に示すように、
基板１と、
基板１上又は内部に配置された半導体領域と、
半導体領域内に配置された電極１００と、を含み、
電極は半導体領域に接触するシード層２を含み、
シード層２は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属（好ましくはＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、又はＭｇ（マグネシウム）のうちのいずれか１つ又は複数）であり、補強成分は、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、又はＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む。シード層中の主成分の含有量は、＞５０％であることが好ましい。より好ましくは、シード層の主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｔｉであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｗであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｔｉであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｍｏであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下である。
基板１と、
基板１上又は内部に配置された半導体領域と、
半導体領域内に配置された電極１００と、を含み、
電極は半導体領域に接触するシード層２を含み、
シード層２は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属（好ましくはＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、又はＭｇ（マグネシウム）のうちのいずれか１つ又は複数）であり、補強成分は、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、又はＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む。シード層中の主成分の含有量は、＞５０％であることが好ましい。より好ましくは、シード層の主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｔｉであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｗであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｔｉであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下であり、あるいは、主成分は、Ａｌであり、含有量がシード層の７０ｗｔ．％以上であり、補強成分は、Ｍｏであり、含有量がシード層の３０ｗｔ．％以下である。
【0043】
現在、量産化された結晶シリコン太陽電池では、Ａｇペーストを電極材料として使用し、ここで、電池の非シリコンのコストに占めるＡｇペーストのコストの割合が３０％に近い。Ａｇの使用量を減らし、又はＡｇの生産技術を使用しないことで、太陽電池の生産コストを効果的に削減することができる。そのうち、ＣｕはＡｇの良好な代替品であり、Ａｇに比べて、Ｃｕを導電材料とする優位性は下記表１を参照されたい。
【0044】
【表1】
【0045】
上記表１から、Ｃｕは、化学的特性が比較的に安定し、延性に優れ、体積抵抗が十分に低く、大量に入手可能で安価である（Ａｇ材料価格の１／７２に近い）といった優れた特性を有するため、Ａｇの有効な代替品になることが分かる。しかし、Ｃｕは太陽電池での応用を制限する２つの重要な特徴があり、その１つは、Ｃｕの拡散係数が大きすぎることであり、図３は一般的な金属の拡散係数の模式図であり、図３における横座標、縦座標はそれぞれ、温度（単位はケルビンＫ）の逆数、金属元素の拡散係数を表し、図３から、Ｃｕの拡散係数は他の金属よりも遥かに高く、Ａｇ／Ａｌ等よりも５桁高いことが明らかである。
【0046】
もう１つは、Ｃｕ欠陥は正孔に対して大きな捕集断面を有し、バルクライフタイムを大幅に短縮させ、さらに太陽電池の電気的性能を低下させ、Ｃｕ含有量がバルクライフタイム及び電気的性能に与える影響は、下記表２を参照されたい。
【0047】
【表2】
【0048】
上記表２から、Ｃｕ含有量の増加に伴い、バルクライフタイムが大幅に短縮し、電池効率も大幅に低下することが分かる。Ｃｕ不純物が１Ｅ１２／ｃｍ３しかない場合にも、電池効率が０．２９％低下する。
【0049】
従来技術において、通常、Ｎｉ（ニッケル）はＣｕ拡散のバリア層として使用され、且つ基板とＣｕ電極に良好に接着することができ、その実現形態の大体の手順は、コーティングされた基板の用意－レーザーによる金型削り出し－Ｎｉ電気めっき－Ｃｕ層電気めっきである。しかし、本発明者らは研究の過程で、ＮｉはＣｕのバリア層として、長波長域の反射効果が悪く、電池の光閉じ込め効果を低下させ、さらに電池の変換効率を低下させるという大きな欠陥が存在することを見出した。
【0050】
Ｎｉ＋ＣｕとＡｇを電極材料とする電池光学性能の比較データは下記表３を参照されたい。
【0051】
【表3】
【0052】
上記表３から、Ｎｉ＋Ｃｕの組み合わせによって、電池の短絡電流密度が大幅に減少することが分かる。シミュレーション結果では、短絡電流の密度が０．７５ｍＡ／ｃｍ２低下すると予測するが、実験結果では、短絡電流の密度が１．３６ｍＡ／ｃｍ２低下し、理論的な予測よりも大きい。
【0053】
以下において、一般的な金属の光閉じ込め効果を分析する。
【0054】
現在、完成品電池のシリコンウェハ厚さは約１５０μｍであり、＞８５０ｎｍの波長の光子はこの厚さを効果的に透過することができ、同時に、Ｓｉの禁制帯幅が１．１２ｅＶであるため、＞１２００ｎｍの波長の光子は電子正孔対を励起しにくく、したがって、本発明者らは光閉じ込め効果を考慮する時に、主に８５０～１２００ｎｍの波長帯に注目する。下記表４は異なる金属の界面反射率、及び２０２２年２月時点で調べた市場価格である。
【0055】
【表4】
【0056】
上記表４から、異なる金属間の界面反射率の差異が大きいことが明らかである。そのうち、Ａｇ／Ａｌ／Ｃｕ／Ｍｇの４種類の金属では、比較的理想的な短絡電流密度結果を得ることができ、シード層に使用すると、いずれも有効な光閉じ込め効果を形成することができる。さらに分析すると、Ｃｕはシード層として応用することができず、それは、シード層の重要な役割の１つがＣｕを阻止することであるためであり、Ｍｇも、化学的性質が活発すぎるため、好ましい選択肢ではなく、Ａｇも、価格が高いため、好ましい選択肢ではなく、一方で、Ａｌは、優れた裏面反射率の効果を有するとともに、化学的性質が比較的安定し、且つ価格がＡｇの１／２２３、Ｃｕの１／３だけで、安価であるため、理想的なシード層金属である。
【0057】
しかし、純Ａｌ金属をシード層とした場合に、別の問題が発生し、即ち、Ａｌと他の金属との間の接着が弱く、純Ａｌをシード層として用いる技術では製品が信頼性の標準を満たさず、製品が冷熱交替したり屈曲したりする場合や、部品の溶接中の溶接点の応力により、いずれもＡｌと外層金属との分離が引き起こされ、剥離を生じさせ、故障を引き起こす。
【0058】
ＡｌとＣｕとの間の結合力が弱く、大面積のフィンガーの脱落を引き起こしやすい。この問題を解決するために、本発明者らは、Ａｌ／基板の接触面積を増加したり、サンプルを昇温させて金属同士の相互拡散を促したり、Ａｌ／Ｃｕ材料の間にＴｉＷ等の新材料を挟み込んだりする等、種々の改善方法を試したが、その効果はいずれも理想的ではなく、最終的に、Ｃｕと良好な相互接続を形成し得る補強成分をＡｌ材料に添加してシード層とすると、Ｃｕ電気めっきの後に追加のアニーリング処理すら必要とせず、シード層／電気めっき層の良好な結合が形成され、電気めっき層の接着が大幅に向上することを見出し、最後に、この問題の解決に至った。
【0059】
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶ等の補強成分は接着を著しく強化する。
【0060】
さらに、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、及びＳｉは反射率が低い。材料を過剰に添加すると、光学性能が低下する可能性がある。ここで、Ｗを例として、合金成分の性能が成分の強化平均値であると簡単に仮定すると、下記表５に示す推定結果を得る。
【0061】
【表5】
【0062】
ここで、Ｗ含有量が３０％である場合に、その電流損失が０．３６ｍＡ／ｃｍ２であり、それによって、電池変換効率が約０．２％低下し、この低下が比較的大きいが、ＣｕでＡｇを代替することによるコスト削減、及び信頼性問題の解決をまとめて考慮すると、許容する価値があり、そのため、シード層の３０ｗｔ．％以下の補強成分が推奨値であると認められる。
【0063】
さらに、本発明のシード層中の補強成分の割合は不均一に分布してもよく、このように、より好ましい性能効果を得ることができ、その原理は、基板に近い部分で補強成分の含有量を減少させることによって、光の反射を強化することができ、また、導電層金属と接触する部分で比較的多い補強成分を含有することによって、導電層金属との結合力を向上させることができることである。
【0064】
下記表６は異なる電極技術による溶接引張力の対比である。
【0065】
【表6】
【0066】
上記表６から、純Ａｌシード層はフィンガーの引張力が比較的低く、通常のＡｇ電極よりも遥かに低いが、ＡｌとＣｕにＴｉＷ材料を直接挟み込んだ後に、溶接引張力が向上したが、依然として不十分であるのに対して、本発明におけるＡｌ合金シード層で製造された太陽電池は、溶接引張力が通常のＡｇ電極よりも高いことが分かる。
【0067】
Ａｌは、シード層とＣｕ導電層との間の接着、及び太陽電池の光閉じ込効果を向上させる主成分として使用される。表７は、各単一の補強成分と主成分Ａｌとの組合せによってもたらされ得る技術的効果のデータを示す。
【0068】
【表7】
【0069】
上記実験データから分かるように、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶも、補強成分として、シード層とＣｕ導電層との間の接着及び太陽電池の光閉じ込め効果を向上させることができる。強調すべきことは、補強成分Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのいずれか１つ又は複数は、Ａｌとの組合せが数百あり、本発明で全ての成分について実験的な比較データを提供することは不可能である点である。したがって、具体的な実施において個別の補強成分としてのＮｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶの実験データが与えられている前提で、明らかに、主成分Ａｌと組み合わせられた他の補強成分も、所望の技術的効果を達成することができる。
【0070】
さらに、シード層の厚さは、≧３０ｎｍであることが好ましく、実験によると、厚さ３０ｎｍのシード層はＣｕ金属の拡散を阻止するのに十分であり、厚さが≦３００ｎｍである場合に、主に考慮する要因はコストの抑制であり、例えば、物理気相成長の方法を用いてシード層を製造し、Ａｌの価格が他の金属よりも低いとしても、Ａｌターゲット材のコストによる影響は依然として無視できず、また、シード層の厚さが高いほど、設備側の生産能力が低くなり、大規模生産の普及に不利であり、したがって、シード層の厚さは、３０ｎｍ～３００ｎｍであることが好ましい。
【0071】
さらに、合金ターゲット材のコストを節約し、且つＣｕ金属の基板への拡散をさらに制限するために、合金シード層と基板との間に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を追加することができ、長波長帯の光はＴＣＯ層を透過し、合金層界面で有効に反射することができ、同様に理想的な性能及び信頼性の結果を得ることができる。
【0072】
上記解決手段では、シード層は、物理気相成長法（スパッタリング及び蒸着を含む）、スクリーン印刷法、化学気相成長、電気めっき、化学めっきのうちのいずれか１つの製造方法で基板上に形成することが好ましい。シード層は、複数のサブシード層を積層してなることが好ましく、基板から離れる方向に積層されたサブシード層中の主成分の含有量が徐々に低減することがより好ましく、基板に近いサブシード層中の主成分の含有量が大きいことにより、光反射効果を強化し、太陽電池の光閉じ込め効果を向上させることができ、また、基板から遠い（導電層により近い）サブシード層中の補強成分の含有量が多く、主成分の含有量が比較的少ないことにより、サブシード層と導電層との結合力を確保することができる。
【0073】
シード層の厚さは、１０ｎｍ～１０００ｎｍであることが好ましく、３０ｎｍ～３００ｎｍの範囲であることがより好ましい。
【0074】
本実施例で提供される電極は図１に示すように、シード層２の上方に配置された導電層３をさらに含む。該導電層３を製造する材料は、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｌのうちのいずれか１つ又は複数を含む。導電層をシード層上に成長させる方法は、電気めっき、物理気相成長、スクリーン印刷、又は化学めっきを含む。導電層の厚さは、１～８００μｍの範囲であることが好ましく、１μｍ～１００μｍの範囲であることがより好ましい。
【0075】
導電層を保護するために、好ましくは、導電層の上部が保護層４で覆われる。より好ましくは、該保護層４はＳｎ層又はＡｇ層である。保護層４は、電気めっき又は化学めっきの方法で導電層３上に成長することが好ましい。
【0076】
図１に示すように、シード層２と半導体領域との間にシード層２を保護するためのパッシベーション膜６が形成されることが好ましく、パッシベーション膜６に開口７が設けられ、シード層２は該開口を介して半導体領域に接触する。より好ましくは、シード層２とパッシベーション膜６との間にＴＣＯ薄膜がさらに配置され、ＴＣＯ薄膜は、パッシベーション膜における開口を介して半導体領域に接触する。半導体領域は、トンネル酸化層５及びドープトポリシリコン８を含むことが好ましい。
【0077】
以上のように、本発明は、導電層と基板との間にシード層を追加し、該シード層は合金材料を含み、その主成分が平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、補強成分がＭｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、又はＶのうちのいずれか１つ又は複数であることによって、上記主成分と補強成分が融合して形成したシード層は、導電層及び基板のいずれとも強い結合力を有し、且つ太陽電池の光閉じ込め効果を向上させる。
【0078】
本発明の実施例は、上記の導電性接触構造を含む太陽電池をさらに提供する。
【0079】
本発明の実施例は、互いに電気的に接続された、上記導電性接触構造を有する複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールをさらに提供する。
【0080】
本発明の実施例は、互いに電気的に接続された複数の太陽電池モジュールを含む太陽光発電システムをさらに提供する。
【0081】
説明すべきことは、上述した具体的な実施形態は、本発明の好ましい実施例及び適用する技術原理に過ぎない点である。本発明に様々な修正、同等の代替、変化等を施すことが可能であることは当業者にとって自明である。但し、これらの変換は、本発明の精神から逸脱しない限り、全て本発明の保護範囲に含まれるものとする。また、本願の明細書及び特許請求の範囲で使用されるいくつかの用語は、説明を容易にするためのものに過ぎず、限定するものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、半導体領域と、
電極と、
を含む太陽電池の導電性接触構造であって、
前記半導体領域は前記基板上又は内部に配置され、
前記電極は前記半導体領域内に配置され、
前記電極は前記半導体領域に接触するシード層を含み、
前記シード層は合金材料を含み、主成分及び補強成分を含み、前記主成分は、平均屈折率２未満、波長範囲８５０～１２００ｎｍの１つ又は複数の金属であり、前記補強成分は、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ｓｉ、及びＶのうちのいずれか１つ又は複数を含む、前記太陽電池の導電性接触構造。
【請求項2】
前記主成分は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＭｇのうちのいずれか１つ又は複数を含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項3】
前記補強成分は非金属成分をさらに含む、請求項１又は２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項4】
前記主成分は含有量が前記シード層の５０ｗｔ．％より多い、請求項１又は２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項5】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｎｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項6】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｗであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項7】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｔｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項8】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｍｏであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項9】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｃｒであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項10】
前記主成分は、Ａｌであり、含有量が前記シード層の７０ｗｔ．％以上であり、前記補強成分は、Ｓｉであり、含有量が前記シード層の３０ｗｔ．％以下である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項11】
前記シード層は、物理気相成長による製造方法、又はスクリーン印刷による製造方法、又は化学気相成長による製造方法、又は電気めっきによる製造方法、又は化学めっきによる製造方法を使用することによって、前記基板上に形成される、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項12】
前記電極は、前記シード層の上方に配置された導電層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項13】
前記導電層は、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｌのうちのいずれか１つ又は複数を含む、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項14】
前記シード層と前記半導体領域との間にパッシベーション膜が形成され、前記パッシベーション膜に開口が設けられ、前記シード層は、前記開口を介して前記半導体領域に接触する、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項15】
前記シード層と前記パッシベーション膜との間に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）薄膜がさらに配置され、前記ＴＣＯ薄膜は、前記パッシベーション膜における前記開口を介して前記半導体領域に接触する、請求項１４に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項16】
前記ＴＣＯ薄膜は、錫ドープ酸化インジウム又は酸化亜鉛系薄膜である、請求項１５に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項17】
前記半導体領域はトンネル酸化層及びドープトポリシリコンを含む、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項18】
前記導電層を前記シード層上に成長させる方法は、電気めっき、物理気相成長、スクリーン印刷、又は化学めっきを含む、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項19】
前記導電層が保護層で覆われる、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項20】
前記保護層はＳｎ層又はＡｇ層である、請求項１９に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項21】
前記保護層は電気めっき又は化学めっきの方法で前記導電層上に成長する、請求項１９又は２０に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項22】
前記基板はシリコン基板である、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項23】
前記シード層は、複数のサブシード層を積層して構成される、請求項１に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項24】
前記サブシード層中の主成分の含有量は前記基板から離れる方向に沿って低減する、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項25】
前記シード層の厚さは１０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項26】
前記シード層の厚さは３０ｎｍ～３００ｎｍの範囲である、請求項２３に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項27】
前記導電層の厚さは１μｍ～８００μｍの範囲である、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項28】
前記導電層の厚さは１μｍ～１００μｍの範囲である、請求項１２に記載の太陽電池の導電性接触構造。
【請求項29】
請求項１、２、５～２０、２２～２８のいずれか１項に記載の導電性接触構造を含む、太陽電池。
【請求項30】
互いに電気的に接続された複数の請求項１、２、５～２０、２２～２８のいずれか１項に記載の導電性接触構造を含む太陽電池を含む、太陽電池モジュール。
【国際調査報告】