JP4105863B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶半導体粒子を用いた光電変換装置の製造方法に関し、特に太陽光発電に使用される光電変換装置の製造方法にする。
【0002】
【従来の技術】
従来の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置を図2に示す。
図2に示すように、特開昭61−124179号公報には、第1のアルミニウム箔25に開口を形成し、その開口にp形シリコン部26の上にn形表皮部27を持つシリコン球26を結合し、球の裏側のn形表皮部27を除去し、アルミニウム上に酸化物層28をコーティングし、球裏側のp形シリコン部26との接面上の酸化物層28を除去し、このp型シリコン部26と第2のアルミニウム箔29とを固着する光電変換装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図2に示す特開昭61−124179号公報の光電変換装置では、p形中心核26の上にn形表皮部27をもつシリコン球26を第1のアルミニウム箔25と接合させる際に、第1のアルミニウム箔25に開口部を形成し、その開口部にシリコン球26を落とし込む必要があるが、開口部全てにシリコン球26を落とし込むことは製造上困難であり、またシリコン球26の球径が小さくなればその困難性は更に増すという問題があった。
【0004】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、結晶半導体粒子の球径に関係なく基板表面に結晶半導体粒子を配設する光電変換装置の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に一導電型を呈する結晶半導体粒子を配設して固着し、この結晶半導体粒子上に他の導電型を呈する半導体層を形成する光電変換装置の製造方法において、前記基板表面に接着剤を塗布した後に前記基板の接着剤を塗布した側を下面にして多数の粒径が不均一の前記結晶半導体粒子に押し付けた後前記基板を引上げることによって、前記基板上に前記結晶半導体粒子を一時的に接着するとともに余分な前記結晶半導体粒子を落とし、その後荷重を結晶半導体粒子上にかけてこの基板と結晶半導体粒子の共晶温度以上で加熱することによって前記接着剤を揮散させながら若しくは揮散させた後に前記基板に前記結晶半導体粒子を固着し、さらに前記基板に固着しなかった前記結晶半導体粒子を取り除くことを特徴とする。
【0006】
また、請求項2に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に一導電型を呈する結晶半導体粒子を配設して固着し、この結晶半導体粒子上に他の導電型を呈する半導体層を形成する光電変換装置の製造方法において、前記基板上に粒径が不均一の前記結晶半導体粒子と接着剤とを混合したペーストを塗布することによって、前記基板上に前記結晶半導体粒子を一時的に接着し、その後荷重を結晶半導体粒子上にかけてこの基板と結晶半導体粒子の共晶温度以上で加熱することによって前記接着剤を揮散させながら若しくは揮散させた後に前記基板に前記結晶半導体粒子を固着し、さらに前記基板に固着しなかった前記結晶半導体粒子を取り除くことを特徴とする。
【0007】
また、前記基板上に前記結晶半導体粒子を一時的に接着した後、ローラーで押し付けることを特徴とする。
【0008】
また、前記接着剤が共晶温度より250℃低い温度から〜共晶温度で焼飛する有機樹脂材料から成り、酸素含有雰囲気下で加熱することを特徴とする。前記有機樹脂材料が、ブチラール樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)のうちのいずれか一種以上から成ることを特徴とする。
【0009】
また、前記接着剤が前記基板と前記結晶半導体粒子との固着温度以下の沸点を有する有機材料から成り、不活性雰囲気下で加熱することを特徴とする。その有機材料が、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、へキシレングリコール、オクチレングリコール、グリセリン、パーフルオロケロシンのうちのいずれか一種以上から成ることを特徴とする。
【0010】
また、前記結晶半導体粒子を前記基板上面からの投影面積比で70%以上の密度で配設することを特徴とする。
【0011】
また、前記基板がアルミニウムから成り、前記結晶半導体粒子がシリコンから成ることを特徴とする。
【0012】
また、前記結晶半導体粒子の平均粒径が0.2〜0.6mmであることを特徴とする。
【0013】
上記のような方法で結晶半導体粒子を基板上に配設すると結晶半導体粒子を安定して並べることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の光電変換装置の製造方法によって製造される光電変換装置を示す。
【0015】
基板1はアルミニウム以上の融点の金属、セラミックであればよく、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、ニッケル合金、アルミナ等が用いられる。そして基板1がアルミニウム以外の材料の場合は、その材料とアルミニウムから成る層1’の構成とし、アルミニウム層1’には更に第2の添加元素としてシリコン、マグネシウム、マンガン、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、銀、銅から選ばれた1種もしくは複数種の元素を添加してもよく、結晶半導体粒子2の固着時の溶融過多の防止を維持することができる。アルミニウム層1’の膜厚は、20μm以上とする。20μm未満では結晶半導体粒子2との固着を行う際に膜厚が不足して十分な固着ができなくなる。
【0016】
基板1の表面に接着剤によって結晶半導体粒子2をランダムに一層以上一時的に接着させる。接着剤は結晶半導体粒子2を基板1の表面に付着させた状態を維持し、後述の処理で基板上から脱離しないようにする効果を持つ。接着剤を用いないと、基板1上に並べた結晶半導体粒子2が不安定な状態となって後述の処理で基板1上から脱離してしまい、結晶半導体粒子2を安定して配設することができなくなる。
【0017】
基板1上に結晶半導体粒子2を一時的に接着させる方法として、第一の方法は、
基板1上に接着剤を塗布して接着剤層6を設け、基板1の接着剤層6を下面にして、バット等の平皿状のものに結晶半導体粒子を多数敷き詰めたところに押し付けることによって基板1に付着させ、基板1を引き上げて余分な結晶半導体粒子2を落とすことによって、結晶半導体粒子2を粒径の大小によらずに安定して1層以上接着することが可能となる。更に後述の加熱処理によって基板1に接しなかった結晶半導体粒子2は基板1と固着しないために、基板1を傾けて固着しなかった結晶半導体粒子2を取り除くことによって結晶半導体粒子2を基板1上に1層だけ配設することができる。
【0018】
第二の方法は、接着剤と結晶半導体粒子を混合したペーストを基板1上にドクターブレード法等で塗布することによって、結晶半導体粒子2を粒径の大小によらずに安定して1層以上接着することが可能となる。更に後述の加熱処理によって基板1に接しなかった結晶半導体粒子2は基板1と固着しないために、基板1を傾けて固着しなかった結晶半導体粒子2を取り除くことによって結晶半導体粒子2を基板1上に1層だけ配設することができる。
【0019】
上記2つの方法で基板1上に結晶半導体粒子2を接着した後、更にローラー等で押し付けることによって結晶半導体粒子2同士の隙間に更に結晶半導体粒子2を敷き詰めて基板1に接する結晶半導体粒子2の密度を向上させることもできる。
【0020】
その後、一定の荷重を結晶半導体粒子2上にかけて、基板1の材料と結晶半導体粒子2の材料との共晶温度以上に加熱することによって、基板1と結晶半導体粒子2の合金層7を介して基板1と結晶半導体粒子2を固着させる。このとき大気中で加熱処理すると、前述の有機系の接着剤層6又は接着剤は分解して一部有機残渣を残しながら揮散し、残存した有機残渣が基板1の表面を覆うために基板1の表面酸化が一時的に防止され、固着が行われる。その後の加熱によって残存した有機残渣は完全に揮散する。
【0021】
接着剤層6又は接着剤の材質としては共晶温度より250℃低い温度から〜共晶温度(基板1と結晶半導体粒子2との固着温度)で分解して揮散するものであればよく、基板1がアルミニウムから成り、結晶半導体粒子2がシリコンから成る場合には327〜577℃の範囲となり、ブチラール樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)等の樹脂を溶媒で溶解させた有機系の樹脂が上げられ、分解して揮散する温度が共晶温度より250℃以上低い温度では共晶温度までに有機成分が一時的にも残存しないために共晶温度に至る前に基板1の表面が酸化してしまい、酸化膜のために基板1と結晶半導体粒子2との共晶ができなくなってしまう。
【0022】
また、窒素又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行う場合は、有機系の接着剤層6又は接着剤は共晶温度未満で完全に蒸発することで揮散し、基板1と結晶半導体粒子2の固着界面で有機残渣を残すことがなく、良好に固着が行われる。
【0023】
接着剤層6又は接着剤の材質としては基板1と結晶半導体粒子2との固着温度以下の沸点を有し、基板1上から流れ出さないためのある程度の粘性があるものであればよく、エチレングリコール(bp.:199℃、粘性率:25cp)、プロピレングリコール(bp.:187℃、粘性率:56cp)、トリメチレングリコール(bp.:214℃、粘性率:0.46St)、1,3−ブチレングリコール(bp.:207℃、粘性率:130cp)、テトラメチレングリコール(bp.:229℃、粘性率:89cp)、ペンタメチレングリコール(bp.:242℃、粘性率:128cp)、へキシレングリコール(bp.:197℃、粘性率:34cp)、オクチレングリコール(bp.:243℃、粘性率:323cp)、グリセリン(bp.:290℃、粘性率:1412cp)、パーフルオロケロシン(bp.:215℃)等の有機材料が上げられ、沸点を有さず酸素雰囲気下で分解して揮散する材料では、共晶温度になっても有機成分が残存してしまい、残存成分のために基板1と結晶半導体粒子2との共晶ができなくなってしまう。
【0024】
接着剤層6の形成方法は、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スプレー法、ディッピング法等で基板1の表面上に10〜100μmの厚みに塗布する。
【0025】
ここで、結晶半導体粒子2の配設密度は、配設された結晶半導体粒子2の基板1上面から見た投影面積比で示される。最大で90.6%の投影面積比となるが、70%以下になると光電変換効率が急激に減少するため、結晶半導体粒子2の充填密度を示す投影面積比は70%以上がよく、上記配設方法によって投影面積比が70%以上の配設が可能となる。
【0026】
基板1上には、前述のように第一導電型の結晶半導体粒子2を多数配設する。この結晶半導体粒子2は、Siにp形を呈するB、Al、Ga等、又はn形を呈するP、As等が微量元素含まれているものである。結晶半導体粒子2の形状としては多角形を持つもの、曲面を持つもの等があり、粒径分布としては不均一とし、均一の場合は粒径を揃えるための工程が必要になるため、より安価にするためには不均一の方が有利である。更に凸曲面を持つことによって光の光線角度の依存性も小さい。結晶半導体粒子2の粒径としては、0.2〜0.8mmがよく、0.8mmを越えると切削部も含めた従来の結晶板型の太陽電池のシリコン使用量と変わらなくなり、結晶半導体粒子を用いるメリットがなくなる。また、0.2mmよりも小さいと基板1へのアッセンブルがしにくくなるという別の問題が発生してしまう。より好適にはシリコン使用量の関係から0.2〜0.6mmがよい。
【0027】
基板1上には、絶縁体3が設けられる。この絶縁体3は、正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなり、例えばSiO2、Al2O3、PbO、B2O3、ZnO等を任意な成分とするガラススラリー、或いはポリイミド樹脂や耐熱性エポキシ樹脂等の有機材料、或いは基板1の表面を陽極酸化させて形成した絶縁酸化膜を用いた絶縁体等がある。ガラススラリーを用いる場合は、基板1と結晶半導体粒子2との間でオーミック固着を取る際の加熱温度未満で融解して結晶半導体粒子2を部分的に覆う特性を持つものである。なお、結晶半導体粒子2上に後述の結晶半導体層4を設けてpn接合を形成する際に、pn接合面積を確保するために絶縁体3を形成する前に、結晶半導体粒子2の上面に上面コート層8を設けて結晶半導体粒子2の上面に絶縁体3が形成されないようにしてもよい。上面コート層8の材料としては絶縁体3をはじく材料であればよく、炭素系、窒化硼素系、有機系のもがある。絶縁体3を形成した後は、上面コート層8をブラッシングや洗浄等で除去する。
【0028】
絶縁体3および結晶半導体粒子2上には表面電極を兼ねる第二導電形の結晶半導体層4を設け、結晶半導体粒子2上にpn接合を形成する。この結晶半導体層4は、気相成長法等により例えばシラン化合物の気相にn形を呈するリン系化合物の気相、又はp形を呈するホウ素系化合物の気相を微量導入して形成する。なお、結晶半導体層4は、単結晶質、多結晶質、又は微結晶質を含むものであればよい。また、結晶半導体層4は電極の役目も兼ね備えるならば、導電性の兼ね合いから層中の微量元素の濃度は高くてもよく、例えば1×1016〜1021atm/cm3程度である。
【0029】
第二導電形の結晶半導体層4上には保護層5を設ける。保護層5は光学的に透明の特性を持つものがよく、CVD法やPVD法等によって例えば酸化珪素、酸化セシウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン、SiO2−TiO2、酸化タンタル、酸化イットリウム等を単一組成又は複数組成で単層又は組み合わせて結晶半導体層4上に形成する。保護層5に電極の役目を担わせることも可能であり、その際はSnO2、In2O3、ITO、ZnO等の透明導電性の材料を用いればよい。
【0030】
なお、保護層5の膜厚を最適化すれば反射防止膜としての機能も期待できる。
【0031】
直列抵抗値を低くするために結晶半導体層4又は保護層5の上に一定間隔のフィンガーやバスバーといったパターン電極を設け、変換効率を向上させることも可能である。
【0032】
【実施例】
次に、本発明の光電変換装置の製造方法の具体例を説明する。
〔例1〕
アルミニウム合金をニッケル合金基材上に50μmの厚みで冷間圧着で形成した基板1を用い、表1に示す材料から成る接着剤層をスクリーン印刷又はドクターブレードで塗布した。そしてバットに乗せた直径約0.2〜0.6mmのp形シリコン粒子に基板の接着剤層を下面側にしてp形シリコン粒子に押し付けて基板の接着剤層に付着させ、その後基板1を傾けて余分なp形シリコン粒子を取り除いた。その後、加熱処理時にp形シリコン粒子が動かないように一定の荷重をかけて押し付けた状態で、大気中の577℃(アルミニウムとシリコンの共晶温度)以上の温度で5〜30分加熱してシリコン粒子をアルミニウム合金に固着させた(実施例1〜4)。
【0033】
なお、比較例1として、基板上に接着剤層を塗布しなかった以外は、実施例1〜4と同様の処理を行った。
【0034】
また、実施例5〜8として、実施例1〜4で用いた接着剤層の材料にp形シリコン粒子を混合させたペーストを基板上にドクターブレード法で塗布してp形シリコン粒子を基板上に一時的に接着して実施例1〜4と同様の処理を行って固着させた。
【0035】
なお、比較例2として、接着剤でペースト化しなかった以外は実施例5〜8と同様の処理を行った。
【0036】
更に、実施例1、3、5、7でp形シリコン粒子を基板上に一時的に接着してテフロン製のローラーで押し付けた後、実施例1〜4と同様の処理を行って固着させた試料を実施例9〜12とした。
【0037】
以上のようにしてp形シリコン粒子を基板上に配設した試料の固着処理前後のシリコン粒子の投影面積比を測定した。その結果を表1にまとめる。
【0038】
【表1】
【0039】
比較例1は、接着剤層を形成しなかったために、製法上p形シリコン粒子を基板上に全く固着できなかった。
【0040】
比較例2は、p形シリコン粒子がその後の作業で基板から脱離してしまい、固着前の投影面積比が54%と悪い状況となった。
【0041】
一方、実施例1〜8では、接着剤層の形成又は接着剤を使ったペーストを用いてp形シリコン粒子を70%以上の投影面積比で基板上に接着することができ、固着処理後もp形シリコン粒子の投影面積比を維持することができた。
【0042】
更に、ローラーで押し付けた実施例9〜12では、p形シリコン粒子の投影面積比が80%以上であり、p形シリコン粒子が基板上に更に密に固着することができた。
〔例2〕
実施例1〜4と同様の方法で、表2に示す材料から成る各接着剤層を用いてp形シリコン粒子を基板上に接着させ、大気中でp形シリコン粒子を基板に固着させたときの、固着処理前後でのシリコン粒子の投影面積比を測定した。その結果を表2にまとめる。
【0043】
接着剤層の材料として分解による揮散温度が327〜577℃(アルミニウムとシリコンの共晶温度)であるブチラール樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)を有機溶媒又は水で溶解させ、スクリーン印刷又はドクターブレードで塗布した。なお、比較例としては、接着剤層の材料として蒸発による揮散温度(沸点)が327℃未満のカルビトール(bp.:196℃、2−(2−ethoxyethoxy)ethanol)、パーフルオロケロシン(bp.:215℃)を用いた。
【0044】
【表2】
【0045】
どの試料も固着前はp形シリコン粒子を70%以上の投影面積比で基板上に接着することができた。
【0046】
しかしながら、比較例3、4では、固着後の状態において、シリコン粒子を基板に固着できないものがあり、p形シリコン粒子の投影面積比が低いものとなった。これは、接着剤層の材料の揮散温度(沸点)が327℃未満であり、固着時の温度で接着剤層の材料がすぐに揮散(蒸発)してしまったために、基板のアルミニウム合金の表面に酸化膜が形成され、基板のアルミニウムとシリコン粒子の共晶の形成が阻害されたものと考えられる。
【0047】
一方、実施例13〜22では、シリコン粒子の粒子径が0.2mm或いは0.6mmでもp形シリコン粒子の投影面積比が固着前の状態を維持することができた。このことは、固着時の温度で基板のアルミニウム合金の表面を接着剤層が覆っているために表面に酸化膜が形成されず、基板のアルミニウムとシリコン粒子の共晶が良好に形成されたためと考えられる。
〔例3〕
実施例1〜4と同様の方法で、表3に示す材料から成る各接着剤層を用いてp形シリコン粒子を基板上に接着させ、窒素又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でp形シリコン粒子を基板に固着させたときの、固着処理前後でのシリコン粒子の投影面積比を測定した。その結果を表3にまとめる。
【0048】
接着剤層の材料として沸点が基板と結晶半導体粒子との固着温度以下で、ある程度の粘性を持つエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、へキシレングリコール、オクチレングリコール、グリセリン、パーフルオロケロシンをスクリーン印刷又はドクターブレードで塗布した。なお、比較例としては、接着剤層の材料として沸点を持たず酸素雰囲気下で分解して揮散する有機樹脂材料としてブチラール樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)を有機溶媒で溶解させたものを用いた。
【0049】
【表3】
【0050】
どの試料も固着前ではp形シリコン粒子を70%以上の投影面積比で基板上に接着することができた。
【0051】
しかしながら、比較例5、6、7では、固着後の状態において、シリコン粒子が基板に固着できないものがあり、p形シリコン粒子の投影面積比が低いものとなった。
【0052】
これは、接着剤層の材料が沸点を持たず、酸素雰囲気下で分解して揮散する材料であるために、固着時の温度で接着剤層の材料が残存してしまい、基板のアルミニウム合金の表面に残存膜が形成され、基板のアルミニウムとシリコン粒子の共晶の形成が阻害されたものと考えられる。
【0053】
一方、実施例23〜42では、シリコン粒子の粒子径が0.2mm或いは0.6mmでもp形シリコン粒子の投影面積比が固着前の状態を維持することができた。このことは、ある程度の粘性を持った接着剤層を用いることによってシリコン粒子を密に固定することが可能となり、更に固着時の温度未満で蒸発して残存成分を残さないために、基板のアルミニウムとシリコン粒子の共晶が良好に形成されたためと考えられる。
【0054】
以上のことから、本発明の光電変換装置の製造方法によれば、高い投影面積比で、シリコン粒子を基板上に配設することができる光電変換装置を製造することができることが確認できた。
【0055】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光電変換装置の製造方法によれば、基板表面に接着剤を塗布した後に基板の接着剤を塗布した側を下面にして多数の粒径が不均一の結晶半導体粒子に押し付けた後基板を引上げることによって、基板上に結晶半導体粒子を一時的に接着するとともに余分な結晶半導体粒子を落とし、その後荷重を結晶半導体粒子上にかけてこの基板と結晶半導体粒子の共晶温度以上で加熱することによって上記接着剤を揮散させながら若しくは揮散させた後に上記基板に上記結晶半導体粒子を固着し、さらに基板に固着しなかった結晶半導体粒子を取り除いたり、基板上に粒径が不均一の結晶半導体粒子と接着剤とを混合したペーストを塗布することによって、基板上に結晶半導体粒子を一時的に接着し、その後荷重を結晶半導体粒子上にかけてこの基板と結晶半導体粒子の共晶温度以上で加熱することによって上記接着剤を揮散させながら若しくは揮散させた後に上記基板に上記結晶半導体粒子を固着し、さらに基板に固着しなかった結晶半導体粒子を取り除くことから、基板上面に結晶半導体粒子を高い密度で配設することが可能となり、よって高い変換効率を維持することができる光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって製造される光電変換装置の一実施形態を示す断面図である。
【図2】従来の光電変換装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・・基板
1’・・・アルミニウム層
2・・・・第一導電形結晶質半導体粒子
3・・・・絶縁体層
4・・・・第二導電形半導体層(他方の電極層)
5・・・・保護層
6・・・・接着剤層
7・・・・基板と結晶質半導体粒子の合金層
8・・・・上面コート層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device using crystalline semiconductor particles, and particularly to a method for manufacturing a photoelectric conversion device used for photovoltaic power generation.
[0002]
[Prior art]
A conventional photoelectric conversion device using crystalline semiconductor particles is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, Japanese Patent Laid-Open No. 61-124179 discloses a silicon sphere having an opening formed in a first aluminum foil 25 and an n-
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the photoelectric conversion device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-124179 shown in FIG. 2, when the
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photoelectric conversion device in which crystal semiconductor particles are arranged on a substrate surface regardless of the spherical diameter of the crystal semiconductor particles. There is.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1 is provided by arranging and fixing a crystal semiconductor particle having one conductivity type on a substrate, and another conductivity type on the crystal semiconductor particle. In the method of manufacturing a photoelectric conversion device for forming a semiconductor layer exhibiting the above, the crystal semiconductor particles having a large number of non-uniform particle sizes with the adhesive-coated side of the substrate being the lower surface after the adhesive is applied to the substrate surface The crystal semiconductor particles are temporarily bonded onto the substrate by dropping the substrate after being pressed onto the substrate, and excess crystal semiconductor particles are dropped , and then a load is applied onto the crystal semiconductor particles to apply the substrate and the crystal semiconductor particles. of fixed said crystalline semiconductor particles on the substrate after being or volatilization while volatilizing the adhesive by heating at a eutectic temperature or higher, Do further secured to said substrate Characterized in that removing the crystal semiconductor particles Tsu.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein a crystalline semiconductor particle exhibiting one conductivity type is disposed and fixed on a substrate, and a semiconductor layer exhibiting another conductivity type is formed on the crystal semiconductor particle. in the manufacturing method of a photoelectric conversion device that, by applying a paste the particle size on the substrate is obtained by mixing a bonding agent and the crystalline semiconductor particles of non-uniform, temporarily bonding said crystalline semiconductor particles on the substrate Then, the crystal semiconductor particles are fixed to the substrate while volatilizing or volatilizing the adhesive by applying a load on the crystal semiconductor particles and heating at a temperature equal to or higher than the eutectic temperature of the substrate and the crystal semiconductor particles. The crystalline semiconductor particles that have not adhered to the substrate are removed .
[0007]
In addition, the crystalline semiconductor particles are temporarily bonded onto the substrate and then pressed with a roller.
[0008]
The adhesive is made of an organic resin material burned off at a temperature lower than the eutectic temperature by 250 ° C. to a eutectic temperature, and is heated in an oxygen-containing atmosphere. The organic resin material is composed of one or more of butyral resin, methylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol (PVA), and polyethylene glycol (PEG).
[0009]
The adhesive is made of an organic material having a boiling point not higher than a fixing temperature between the substrate and the crystalline semiconductor particles, and is heated in an inert atmosphere. The organic material is at least one of ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,3-butylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, hexylene glycol, octylene glycol, glycerin, and perfluorokerosine. It is characterized by comprising.
[0010]
Further, the crystalline semiconductor particles are arranged at a density of 70% or more in terms of a projected area ratio from the upper surface of the substrate.
[0011]
Further, the substrate is made of aluminum, and the crystalline semiconductor particles are made of silicon.
[0012]
The average particle size of the crystalline semiconductor particles is 0.2 to 0.6 mm.
[0013]
When the crystalline semiconductor particles are arranged on the substrate by the method as described above, the crystalline semiconductor particles can be stably arranged.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a photoelectric conversion device manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention.
[0015]
The substrate 1 may be a metal or ceramic having a melting point higher than that of aluminum, and for example, aluminum, aluminum alloy, iron, stainless steel, nickel alloy, alumina, or the like is used. When the substrate 1 is made of a material other than aluminum, a layer 1 ′ made of the material and aluminum is used, and the aluminum layer 1 ′ further includes silicon, magnesium, manganese, chromium, titanium, nickel, One or more elements selected from zinc, silver and copper may be added, and the prevention of excessive melting at the time of fixing the
[0016]
One or more
[0017]
As a method for temporarily adhering the
The substrate is formed by applying an adhesive on the substrate 1 to provide an adhesive layer 6, pressing the adhesive layer 6 of the substrate 1 on the lower surface, and pressing a large number of crystalline semiconductor particles on a flat dish such as a bat. By attaching it to 1 and pulling up the substrate 1 and dropping excess
[0018]
In the second method, a paste in which an adhesive and crystal semiconductor particles are mixed is applied onto the substrate 1 by a doctor blade method or the like, so that the
[0019]
After the
[0020]
Thereafter, a certain load is applied to the
[0021]
The material of the adhesive layer 6 or the adhesive may be any material that decomposes and volatilizes from a temperature lower than the eutectic temperature by 250 ° C. to the eutectic temperature (fixing temperature between the substrate 1 and the crystalline semiconductor particles 2). When 1 is made of aluminum and the
[0022]
In addition, when heat treatment is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, the organic adhesive layer 6 or the adhesive is volatilized by being completely evaporated below the eutectic temperature, and the substrate 1 and the crystalline semiconductor Fixation is performed satisfactorily without leaving an organic residue at the fixing interface of the
[0023]
As the material of the adhesive layer 6 or the adhesive, any material may be used as long as it has a boiling point not higher than the fixing temperature between the substrate 1 and the
[0024]
The adhesive layer 6 is formed by applying a thickness of 10 to 100 μm on the surface of the substrate 1 by a screen printing method, a doctor blade method, a spray method, a dipping method or the like.
[0025]
Here, the arrangement density of the
[0026]
A large number of first-conductivity-type
[0027]
An
[0028]
On the
[0029]
A
[0030]
In addition, if the film thickness of the
[0031]
In order to reduce the series resistance value, pattern electrodes such as fingers and bus bars at regular intervals may be provided on the crystalline semiconductor layer 4 or the
[0032]
【Example】
Next, the specific example of the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of this invention is demonstrated.
[Example 1]
An adhesive layer made of the material shown in Table 1 was applied by screen printing or a doctor blade using a substrate 1 in which an aluminum alloy was formed on a nickel alloy base material by cold pressing with a thickness of 50 μm. Then, the p-type silicon particles having a diameter of about 0.2 to 0.6 mm placed on the bat are attached to the p-type silicon particles by pressing the p-type silicon particles with the adhesive layer of the substrate on the lower surface side, and then the substrate 1 is attached. Tilt to remove excess p-type silicon particles. Then, in a state of pressing with a certain load so that the p-type silicon particles do not move during the heat treatment, heat at 577 ° C. (eutectic temperature of aluminum and silicon) in the atmosphere for 5 to 30 minutes. Silicon particles were fixed to an aluminum alloy (Examples 1 to 4).
[0033]
In addition, as the comparative example 1, the process similar to Examples 1-4 was performed except not having apply | coated the adhesive bond layer on the board | substrate.
[0034]
Moreover, as Examples 5-8, the paste which mixed the p-type silicon particle with the material of the adhesive layer used in Examples 1-4 was apply | coated to the board | substrate by the doctor blade method, and p-type silicon particle was carried out on a board | substrate. Then, the same treatment as in Examples 1 to 4 was performed and adhered.
[0035]
In addition, as Comparative Example 2, the same treatment as in Examples 5 to 8 was performed except that the paste was not formed with an adhesive.
[0036]
Further, in Examples 1, 3, 5, and 7, the p-type silicon particles were temporarily adhered onto the substrate and pressed with a Teflon roller, and then fixed by performing the same process as in Examples 1 to 4. The sample was made into Examples 9-12.
[0037]
As described above, the projected area ratio of the silicon particles before and after fixing the sample in which the p-type silicon particles were arranged on the substrate was measured. The results are summarized in Table 1.
[0038]
[Table 1]
[0039]
In Comparative Example 1, since no adhesive layer was formed, p-type silicon particles could not be fixed on the substrate at all due to the manufacturing method.
[0040]
In Comparative Example 2, the p-type silicon particles were detached from the substrate in the subsequent work, and the projected area ratio before fixing was 54%, which was a bad situation.
[0041]
On the other hand, in Examples 1 to 8, p-type silicon particles can be bonded onto a substrate with a projected area ratio of 70% or more using an adhesive layer formation or a paste using an adhesive, and even after the fixing process. The projected area ratio of the p-type silicon particles could be maintained.
[0042]
Further, in Examples 9 to 12 pressed with a roller, the projected area ratio of the p-type silicon particles was 80% or more, and the p-type silicon particles were able to adhere more densely on the substrate.
[Example 2]
When p-type silicon particles are adhered to the substrate using the adhesive layers made of the materials shown in Table 2 in the same manner as in Examples 1 to 4, and the p-type silicon particles are fixed to the substrate in the atmosphere. The projected area ratio of silicon particles before and after the fixing treatment was measured. The results are summarized in Table 2.
[0043]
Butylal resin, methylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol (PVA), and polyethylene glycol (PEG) having a volatilization temperature due to decomposition of 327-577 ° C. (eutectic temperature of aluminum and silicon) as materials for the adhesive layer with an organic solvent or water Dissolved and applied by screen printing or doctor blade. In addition, as a comparative example, as a material for the adhesive layer, carbitol (bp .: 196 ° C., 2- (2-ethoxyethyl) ethanol) having a volatilization temperature (boiling point) by evaporation of less than 327 ° C., perfluorokerosine (bp. : 215 ° C).
[0044]
[Table 2]
[0045]
All samples were able to adhere p-type silicon particles on the substrate with a projected area ratio of 70% or more before fixing.
[0046]
However, in Comparative Examples 3 and 4, there were those in which the silicon particles could not be fixed to the substrate in the state after fixing, and the projected area ratio of the p-type silicon particles was low. This is because the volatilization temperature (boiling point) of the material of the adhesive layer is less than 327 ° C., and the material of the adhesive layer immediately volatilizes (evaporates) at the fixing temperature. It is considered that an oxide film was formed on the substrate, and the formation of a eutectic of aluminum and silicon particles on the substrate was hindered.
[0047]
On the other hand, in Examples 13 to 22, even when the particle diameter of the silicon particles was 0.2 mm or 0.6 mm, the projected area ratio of the p-type silicon particles could maintain the state before fixing. This is because the surface of the aluminum alloy of the substrate is covered with the adhesive layer at the temperature at the time of fixation, so that an oxide film is not formed on the surface, and the eutectic of the aluminum and silicon particles of the substrate is well formed. Conceivable.
[Example 3]
In the same manner as in Examples 1 to 4, p-type silicon particles were adhered to the substrate using each adhesive layer made of the materials shown in Table 3, and p-type silicon was used in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The projected area ratio of the silicon particles before and after the fixing treatment when the particles were fixed to the substrate was measured. The results are summarized in Table 3.
[0048]
Ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,3-butylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol having a certain boiling point as a material for the adhesive layer and having a boiling point below the fixing temperature between the substrate and the crystalline semiconductor particles, Hexylene glycol, octylene glycol, glycerin and perfluorokerosine were applied by screen printing or a doctor blade. As a comparative example, butyral resin, methylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol (PVA) dissolved in an organic solvent as an organic resin material that does not have a boiling point as an adhesive layer material and decomposes and volatilizes in an oxygen atmosphere. Was used.
[0049]
[Table 3]
[0050]
All samples were able to adhere p-type silicon particles on the substrate with a projected area ratio of 70% or more before fixing.
[0051]
However, in Comparative Examples 5, 6, and 7, there were those in which the silicon particles could not be fixed to the substrate in the state after fixing, and the projected area ratio of the p-type silicon particles was low.
[0052]
This is because the material of the adhesive layer does not have a boiling point and decomposes and volatilizes in an oxygen atmosphere, so the material of the adhesive layer remains at the temperature at the time of fixing, and the aluminum alloy of the substrate It is considered that a residual film was formed on the surface and the formation of a eutectic of aluminum and silicon particles on the substrate was hindered.
[0053]
On the other hand, in Examples 23 to 42, even when the particle diameter of the silicon particles was 0.2 mm or 0.6 mm, the projected area ratio of the p-type silicon particles was able to maintain the state before fixing. This is because it becomes possible to fix the silicon particles tightly by using an adhesive layer having a certain degree of viscosity, and to evaporate below the temperature at the time of fixing and leave no remaining components, so that the aluminum of the substrate This is probably because the eutectic of silicon particles was formed well.
[0054]
From the above, it has been confirmed that according to the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention, it is possible to manufacture a photoelectric conversion device capable of arranging silicon particles on a substrate with a high projected area ratio.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention, a large number of non-uniform crystal semiconductor particles with the adhesive applied to the substrate surface and the substrate applied adhesive side as the lower surface in by pulling the substrate after pressing, dropped excess crystal semiconductor particles with temporarily adhering the crystal semiconductor particles on a substrate, subjected thereafter the load on the crystal semiconductor particles substrate eutectic temperature of the crystal semiconductor particles fixed the crystal semiconductor particles to the substrate after being or volatilization while volatilizing the adhesive by heating above, further dislodge the crystal semiconductor particles not fixed to the substrate, the particle size on the substrate not by applying a uniform crystal semiconductor particles by mixing the adhesive paste, crystal semiconductor particles temporarily adhered to the substrate, then load crystalline semiconductor particles Over and secured to the crystal semiconductor particles to the substrate after being or volatilization while volatilizing the adhesive by heating in the substrate and above the eutectic temperature of the crystal semiconductor particles, crystal semiconductor particles further not fixed to the substrate from removing, it is possible to provide a photoelectric conversion device which can be can be arranged at a high density crystal semiconductor particles on the upper surface of the substrate, thus maintaining a high conversion efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a photoelectric conversion device manufactured by the method of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional photoelectric conversion device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... substrate 1 '...
5... Protective layer 6...
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