光电元件制造技术

一种有高释出电压的光电元件，它能抑制载流子从上电极注入处于发生层的最上层处的ｐ－半导体中。按本发明专利技术的光电元件、其中，用“ｎ”表示的ｎ－型半导体层。用“ｉ”表示的ｉ－型半导体层和用“ｐ”表示的ｐ－型层依次叠置于衬底上，构成包含ｎｉｐ结的结构，发生层包括至少一个所设置的这种结构上电极放在位于发生层最上表面上的ｐ－型层上构成光电元件，其特征是位于发生层的最上表面上的ｐ－型层由与ｉ－层连接的含晶第一ｐ－层和与上电极连接的非晶的第二ｐ－层构成。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能太池、光传感器等用的光电元件，及其制造方法。应用光电元件的太阳能电池，有可能作为一种替代能源，替代现存火力发电站和水力发电站，以解决这些常规发电站的问题。特别是，对非晶硅太阳能电池已做了各种研究，因为能制成价格低的电池，并能制成其面积比用结晶太阳能电池元件的太阳能电池的面积大的元件。改善非晶硅太阳能电池的光电转换效率，是非晶硅太阳能电池能商品化的重要问题，以下将说明为解决这些问题所作过的各种研究。已知的非晶硅太阳能电池的结构是，在导电衬底上，如不锈钢板上，顺序叠置背电极，半导体层和入射表面电极。入射表面电极用例如透明导电氧化物制成。而且，集电极包括放在上述入射表面电极上的细金属丝，以收集产生的电能。上述集电极放在入射表面；随之而产生的问题是，它减小了太阳能电池的有效发生面积。这种面积损失称为阴暗损失。为此，上述集电极通常制成细的梳形。因此，集电极的形状通常倾向于细长形，并要求所选择的材料和截面形状的设计应使其电阻值小。在上述集电极的表面上构成称作汇流条电极的电极，以收集由集电极收集的电流。用比集电极丝粗的金属丝制造汇流条电极。现在说明为减小阴暗损失，电阻损失，提高上述结构的太阳能电池的转换效率，而进行的研究的现有状况。用电阻率小的材料，如银(1.62×10-6Ωcm)，或铜(1.72×10-6Ωcm)，制作上述集电极，以减小阴暗损失和电阻损失。用真空蒸发、电镀和丝网印刷的方法形成集电极。真空蒸发法有真空工艺造成的慢沉淀，低进入等问题，要形成线性图形必须用掩模，而且掩模会造成金属损失，和掩模上的淀积。丝网印刷的问题是难以形成低电阻电极。例如，导电浆料的最低电阻值的电阻率是4.0×10-5Ωcm。这个值比块状纯银的电阻率高一个数量级，这就是说，浆料的电阻值比银的电阻值高一个数量级。用以下三种方法可减小用这种材料的集电极的电阻值，而不减小集电极面积。(a)，增加电极厚度。在这种情况下，实际可用的厚度上限为10μm至20μm。当用该电极厚度，构成长度超过例如10cm的集电极时，必须使电极的宽度大于200μm，以使电阻值损失小。外形尺寸比(厚度与宽度之比)变成如1∶10的小值，使阴暗损失变的较大。(b)由美国专利(USP)4260429和4283591公开的，包含聚合物的导电颗粒涂覆的金属丝制造集电极。USP-4260429所公开的集电极的横截面示于附图说明图1A中。该图中，101是金属丝，102是导电聚合物制成的涂层。该专利技术的特征是，即使用有小电阻值损失的铜线制成长电极，由于外形比可以做到1∶1这样小，因此阴暗损失也小。USP4260429所公开的集电极的可靠之处是可用导电粘接的简单方法固定金属丝。USP4283591中公开了防止金属电极与Cu2S层物理接触的方法，该方法防止了金属铜淀积。然而，这些方法中存在以下问题。(1)USP-4260429中，(A)长期曝露试验或温度-湿度试验发现了以下问题。有缺陷的部分中，如有针孔或短路的部分中，会出现上下电极之间短路；由小的并联电阻值引起较低的转换效率，使其合格率差。本专利技术人的各种试验表明，电化学反应会带来问题，在电化学反应中，上述金属丝的离子组分扩散通过导电聚合物，并达到上述半导体元件处。(B)USP 4260429所公开的电极提出获取好的金属丝与半导体元件之间的导电率，但没解决金属丝与半导体元件之间的电化学反应所造成的故障的问题。(C)USP-4260429所公开的电极存在的问题是电极的某些部分可能没有足够的粘结力。有时，要求太阳能电池衬底与集电极的金属槽之间粘接时，一些金属材料槽几乎没有足够的粘接力。(D)就露在大气中的恶劣条件下所用的太阳能电池而言，不仅要求电极与太阳能电池之间的初始粘接力，还要求稳固的粘接力。使用上述电极的太阳能电池的缺陷是，在作为加速测试的温度-湿度试验和耐热试验中出现的粘接力损坏，引起串联电阻值增大和转换效率降低。(E)太阳能电池衬底与金属管之间初始粘接力不足，湿度和温度引起的电池元件、金属丝与涂层之间的粘接力损坏，造成了太阳能电池脱落的一些问题。(F)由于没有构成作为涂覆膜的牢固涂层，湿气容易损坏太阳能电池。(G)希望以单独方式制造涂覆丝电极，并使用储藏后的产品，然而，使用热固性树脂的情况下，上述电极构成在太阳能电池上时，由于难以控制的干燥之后，聚合物加速固化，上述电极有难以获得足够的粘接力的问题。但这并不是说，要求选用使热固性树脂固化和有较长固化时间的固化剂。(H)当只用热塑性树脂时，电极构成之后的叠置工艺过程中，热滞后会引起电极损坏，并有以下问题，即线宽改变，局部脱落和电极位置漂移等。(I)就露在大气中使用的太阳能电池而言，要求即使在恶劣条件下长期使用，电极与太阳能电池之间的粘接力也不变。使用上述电极的太阳能电池的问题是，作为加速试验的长期曝露在大气中的测试或温度-湿度试验中，粘接力劣化而引起串联电阻值增大和转换效率下降。(2)在USP4283591的情况下(A)尽管公开了防止金属电极与半导体层之间真正接触的思想，但没能解决金属离子缓慢扩散通过导电聚合物和引起故障的问题。(B)该专利技术提出的电极，在热压工艺中，上述涂层的破裂会使金属丝与太阳能电池衬底接触。没有提出该问题的定量测量方法。(C)由于制造中不包括干燥工艺，涂覆丝不能储藏，因此，电极制造中会受某些限制。(3)在USP-4260429和USP-4283591的情况下，(A)两份专利中任何一份均有难以获得良好的厚度均匀的涂层和稳定良好的电导率的问题。(B)当涂层有引起足够大的漏电流的针孔时，上下电极之间会形成短路。结果并联电阻值下降，造成较低的转换效率，并使合格率下降。(C)专利技术提出的电极有可能使金属丝与太阳能电池衬底接触，当其在户外使用时，不能很好地搬迁和打开盖板。(4)在USP5084104的情况下(A)当使用有诸如针孔或短路的有缺陷部分的非晶硅太阳能电池时，上下电极之间形成短路，小的并联电阻值引起较低的转换效率，使合格率差。(B)涂料溶剂的渗透引起的电极溶解或软化而产生的热滞后，会使使用导电粘接剂涂覆的电极的串联电阻值增大。(C)当作为加速试验而曝露于大气中的试验或温度-湿度试验时，光电元件的串联电阻值增大，转换效率下降。本专利技术的目的是，提供一种集电极，它具有优良的存储性，优良的粘接力，能防止由潮湿引起的漏电。本专利技术的另一个目的是，提供一种光电元件，它有高的初始特性和长期可靠性。用上述集电极，能避免上下电极之间短路，能避免涂料溶剂渗入到用导电粘结剂涂覆的电极中，并能防止串联电阻值增大。本专利技术还有一个目的是，提供一种制造方法，它能以高合格率制造光电元件、并能稳定操作。按本专利技术的第一实施例，提供了一种光电元件的结构，用导电粘接剂涂覆的电极，通过导电粘接剂置于光电半导体层上，其中导电粘接剂至少由两层构成；导电粘接剂中包括的邻近电极的一层的软化点高于光电元件的最高热储藏温度。按本专利技术的第二实施例，提供了一种集电极，由于金属丝上有包含导电树脂的涂层，因此，金属丝不与光电元件直接接触，其中的金属离子不会扩散进入光电元件的半导体层中。按本专利技术的第三实施例，在集电极中，包含有由导电粘接剂构成的涂层的金属丝。是用粘接剂通过所述涂层形成在光电元件上的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电元件，其结构包括用导电粘接剂涂覆的电极，它通过所述导电粘接剂设置在光电半导体层上，其特征是，所述导电粘接剂层至少由两层构成，构成较靠近电极的一层的导电粘接剂的软化点，高于所述光电元件热处理过程中的最高温度。

【技术特征摘要】
JP 1995-10-9 261152/95;JP 1994-11-4 295887/94;JP 11.一种光电元件，其结构包括用导电粘接剂涂覆的电极，它通过所述导电粘接剂设置在光电半导体层上，其特征是，所述导电粘接剂层至少由两层构成，构成较靠近电极的一层的导电粘接剂的软化点，高于所述光电元件热处理过程中的最高温度。2.按权利要求1的光电元件，其特征是，所述导电粘接剂的电阻率不小于0.1Ωcm并不大于100Ωcm。3.按权利要求1或2的光电元件，其特征是，所述导电粘接剂包括导电颗粒和聚合物树脂。4.按权利要求1至3中任一项的光电元件，其特征是，气孔半径不小于1μm的导电粘接剂的孔隙率不大于0.02ml/g。5.按权利要求1至4中任一项的光电元件，其特征是，所述聚合物是从丁醛树脂、氨基甲酸乙酯树脂，环氧树脂和苯氧基树脂中选出的至少一种。6.按权利要求1至5中任一项的光电元件，其特征是，所述导电粘接剂中包含的固化剂是块状异氰酸酯。7.按权利要求1至6中任一项的光电元件，其特征是，所述导电颗粒是从石墨、碳黑、In2O3、TiO2、SnO2、ITO、ZnO及这些材料中加入包括三价金属元素杂质的材料中选出的至少一种。8.按权利要求1至7中任一项的光电元件，其特征是，所述导电粘接剂的玻璃转换点不低于200℃。9.按权利要求1至8中任一项的光电元件，其特征是，所述半导体光电层上的透明电极与所述导电粘接剂接触。10.一种集电极，其中的金属丝上设置有包含导电树脂的涂层，金属丝不直接接触光电元件，其特征是，所述金属丝的金属离子不扩散进所述光电元件的半导体层中。11.按权利要求10的集电极，其特征是，即使加于所述金属丝上的电压不低于所述光电元件的电动力时，所述涂层有防止所述金属离子扩散的功能。12.按权利要求10的集电极，其特征是，分子量不小于1000并不大于50,000的聚合物树脂用作形成所述涂层的所述导电树脂的粘接剂。13.按权利要求10的集电极，其特征是，具有不低于20％并不高于100％的凝胶组分的聚合物树脂用于形成所述涂层的所述导电树脂的粘接剂。14.按权利要求10的集电极，其特征是，形成所述涂层的所述导电树脂的孔隙率不大于0.04cc/g。15.按权利要求12的集电极，其特征是，所述涂层由不少于两层的多层膜构成，并且导电树脂至少构成最里层或除最外层的多层，最外层包括权利要求12所述的聚合物树脂。16.按权利要求15的集电极，其特征是，至少构成最外层的导电树脂是未硫化的热固性聚合物树脂。17.按权利要求12的集电极，其特征是，所述聚合物树脂是从氨基甲酸乙酯树脂，环氧树脂和酚树脂中选出的至少一种。18.按权利要求12的集电极，其特征是，所述聚合物树脂的固化剂是块状异氰酸酯。19.一种光电元件，包括一个至少包含一个Pin结或pn结的半导体层，和一个设置在所述半导体层的光入射边中的集电报，其特征是，所述集电极包括权利要求10所述集电极。20.按权利要求19的光电元件，其特征是，在所述半导体层的入射边设置有透明电极，所述集电极设置在所述透明电极上。21.按权利要求19的光电元件，其特征是，所述半导体层包括单晶硅，多晶硅，薄膜多晶硅，非晶硅，非晶硅锗和非晶硅碳中的至少一种。22.按权利要求19的光电元件，其特征是，包括所述Pin结的所述半导体层是有三层叠层的三层电池。23.一种光电元件的制造方法，所述光电元件的结构在入射边有集电极，它包括将权利要求10所述的集电极用加热，加压或加热并加压方式，粘接到所述光电元件的入射边。24.按权利要求23的光电元件制造方法，其特征是，加于所述集电极上的热升高的温度不低...

【专利技术属性】
技术研发人员：一ノ濑博文，长谷部明男，村上勉，新仓谕，上野雪绘，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]