(57)【要約】表面に凹凸のある基板（１）にパターンの形成材料およびバインダ成分を含むパターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷してパターンを形成するパターン形成方法であって、前記パターン形成用ペーストのバインダ成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを、前記凹凸を被覆するように前記基板（１）の表面にスクリーン印刷法で印刷して下地層（２）を形成する下地層形成工程と、前記下地層（２）上に前記パターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷して前記ペーストのパターン（３）を形成するペーストパターン形成工程と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸のある基板にパターンの形成材料およびバインダ成分を含むパターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷してパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記パターン形成用ペーストのバインダ成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを、前記凹凸を被覆するように前記基板の表面にスクリーン印刷法で印刷して下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上に前記パターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷して前記ペーストのパターンを形成するペーストパターン形成工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記バインダ成分は、樹脂および溶剤であること、
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記下地層を前記ペーストのパターンの印刷領域を広げたパターンで前記基板の表面において部分的に形成すること、
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記下地層を前記ペーストのパターンのネガパターン状に形成すること、
を特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記ペーストパターン形成工程の後に、
前記ペーストのパターンを焼成するとともに前記下地層を焼失させて前記基板の表面と接触したパターンを形成する焼成工程を有すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板の一面側の表面に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、
前記凹凸形状を形成した前記半導体基板の一面側に、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
請求項５に記載のパターン形成方法により前記半導体基板の表面に電極パターンを形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法および太陽電池の製造方法に関し、特に凹凸を有する基板の表面にスクリーン印刷を用いて厚膜パターンを形成可能なパターン形成方法および太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、厚膜パターンを形成する技術として、撥油膜形成工程において厚膜導体ペーストに対する接触角が基板の一面よりも高く且つフッ素樹脂等から成る撥油膜がその一面に形成され、続く印刷工程においてその撥油膜上に厚膜導体ペーストを厚膜スクリーン印刷することにより印刷膜が形成され、更に焼成工程においてその印刷膜が形成された基板を焼成処理されることにより、その印刷膜から厚膜導体が生成されると同時に撥油膜が分解除去される方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、他の厚膜パターン形成技術として、ガラス基板上に有機高分子化合物からなる下地層を形成し、その上から電極又は障壁となるペーストをスクリーン印刷によりパターン状に印刷した後、続く焼成工程において下地層を焼失させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０８８９９号公報
【特許文献２】特開平６−１５０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来技術においては、厚膜パターンを形成する面が略平坦であることを前提として、焼成工程で消失する下地層を厚膜パターン印刷前に形成していた。このため、厚膜パターン印刷前において、下地層は、膜厚０．００１μｍ〜５μｍの範囲で薄く形成されていた。【０００６】
この結果、例えば１０μｍ〜１５μｍの高低差のある凹凸が存在するワーク基板表面に下地層を形成する場合は、下地層の表面にはワーク基板由来の表面凹凸が残る。そして、厚膜ペーストを印刷する際に、下地層の表面の凹凸の存在により印刷マスクとワーク基板表面の隙間が生じ、この隙間に厚膜ペーストが回り込み、厚膜パターンの滲みが発生する、という問題があった。【０００７】
また、従来技術においては、スクリーン印刷法を用いるため、スキージと呼ばれるウレタン性ゴムでスクリーンマスクの表面を加圧（印圧）してワーク基板に押し当て、スクリーンマスクを変形させながらスキージを移動させる。このようにスクリーンマスク裏の乳剤面をワーク基板に接触させながらスクリーンマスク開口からペーストを押し込むことで、ワーク基板上に所望のパターンが印刷される。【０００８】
しかし、ワーク基板の厚さが薄い場合、例えば１ｍｍより薄い場合には、ワーク基板が脆いため印圧（スキージ圧）を高められず、スクリーンマスク裏の乳剤面とワーク基板との密着が得られない。この結果、ワーク基板上に印刷された厚膜パターンに滲みが発生し易い、という問題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表面に凹凸を有する薄い基板上にパターン滲みの少ない安定した状態でパターンを形成するパターン形成方法およびこれを用いた太陽電池の製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパターン形成方法は、表面に凹凸のある基板にパターンの形成材料およびバインダ成分を含むパターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷してパターンを形成するパターン形成方法であって、前記パターン形成用ペーストのバインダ成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを、前記凹凸を被覆するように前記基板の表面にスクリーン印刷法で印刷して下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上に前記パターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷して前記ペーストのパターンを形成するペーストパターン形成工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、表面に凹凸を有する薄い基板上にパターン滲みの少ない安定した状態でパターンを形成することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、樹脂を溶剤（ＢＣＡ）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。
【図３】図３は、樹脂を溶剤（テキサノール）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。
【図４】図４は、樹脂を溶剤（ターピネオール）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。
【図５】図５は、略平坦な基板上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。
【図６】図６は、略平坦な基板上に導体パターンと同一の樹脂、溶剤をバインダ成分として使って形成した下地層上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。
【図７】図７は、略平坦な基板上に導体パターンと異なる樹脂、溶剤をバインダ成分として使って形成した下地層上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。
【図８】図８は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図９】図９は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１０】図１０は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準の厚さで下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１１】図１１は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１２】図１２は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１３】図１３は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準の厚さで下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１４】図１４は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１５】図１５は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１６】図１６は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準厚さの下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【図１７】図１７は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に厚さを変えて下地層を形成し、その上にマスク寸法を０．０５〜０．１０ｍｍ迄変えてスクリーン印刷法で形成した厚膜の導体ペーストパターンの印刷・乾燥後のパターン幅を示す特性図である。
【図１８−１】図１８−１は、本発明の実施の形態１にかかるパターン形成方法を用いて電極パターンを作製した太陽電池の断面図である。
【図１８−２】図１８−２は、本発明の実施の形態１にかかるパターン形成方法を用いて電極パターンを作製した太陽電池の上面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態３にかかるパターン形成方法において基板の表面に下地層および導体ペーストパターンが形成された状態を模式的に示す要部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるパターン形成方法および太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。以下、図１を参照して、実施の形態１にかかるパターン形成方法を説明する。まず、表面に凹凸のある基板１を準備し、凹凸のある面を上にして該基板１を配置する（図１（ａ））。
【００１５】
つぎに、基板１における凹凸のある表面に、下地層の材料となる下地層用ペースト状材料（以下、下地層用ペーストと呼ぶ）をスクリーン印刷法により印刷し、印刷した下地層用ペーストを乾燥して下地層（乾燥膜）２を形成する（図１（ｂ））。基板１における凹凸のある表面に下地層２を形成することにより、該下地層２が基板１の表面の凹凸を緩和することで基板１の表面状態を略平坦にする。ここで、下地層用ペーストは、次工程で印刷する導体パターンの材料となる導体ペースト状材料（以下、導体ペーストと呼ぶ）が含有するバインダ成分と同じバインダ成分を含むペースト状材料である。また、下地層２の厚みは、基板１の表面の凹凸をある程度緩和する厚みとすることが好ましい。なお、例えば基板１の表面の凹凸が１０μｍ〜１５μｍの高低差を有する場合は、下地層２の厚みが従来のように膜厚０．００１μｍ〜５μｍ程度では基板１の表面の凹凸を緩和できない。
【００１６】
つぎに、下地層２の上に導体パターンの材料となる導体ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、印刷した導体ペーストを乾燥して導体ペーストパターン３を形成する（図１（ｃ））。基板１が薄い場合は基板１が脆いため、下地層用ペーストおよび導体ペーストの印刷時の印刷圧力を０．２０（ＭＰＡ）よりも高い圧力とすると基板１の損壊が生じる。このため、例えば０．１６〜０．１８（ＭＰＡ）の低い印圧（スキージ圧）で印刷する。
【００１７】
つぎに、下地層２が焼失する条件で基板１の焼成を行って下地層２を焼失させ、導体ペーストパターン３を焼成することにより、焼成された導体パターン４が基板１に接触して密着固定され、導体パターン付き基板５が完成する（図１（ｄ））。
【００１８】
以上のような実施の形態１にかかるパターン形成方法においては、導体ペーストが含有する成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により、凹凸のある基板１の表面を覆うようにして基板１の表面に下地層２を形成する。
【００１９】
このように、基板１の表面の凹凸を緩和する所定の厚さの下地層２を予め基板１の表面に形成するので、導体ペーストを印刷した際の基板１の表面の凹凸に起因した導体ペーストパターン３の滲みを抑えて、形成幅の広がりの無い安定した形状の導体パターン４を形成することができる、という従来にない顕著な効果を奏する。すなわち、印刷マスクと印刷面の隙間に導体ペーストが回り込んで導体ペーストパターン３の滲みが発生することを抑えて、形成幅の広がりの無い安定した形状の導体パターン４を形成することができる。この効果は、厚膜の導体パターン４を形成する場合に特に有効であり、滲みの少ない厚膜の導体パターン４が得られる。
【００２０】
また、下地層用ペーストは、導体ペーストが含有する成分と同じバインダ成分を含むため、導体ペーストの印刷時における下地層２と導体ペーストとの馴染みが良くなり、低スキージ圧で導体ペーストパターン３を印刷できる。このため、例えば、厚さが１ｍｍ未満である薄い基板１であっても、基板１を損傷させることなく、導体パターン４を形成することができる。
【００２１】
次に、実施の形態１にかかるパターン形成方法について検証した結果について説明する。基板の表面に下地層の材料となる下地層用ペーストを印刷マスク（３２５メッシュ、総厚８０μｍ）を使ってスクリーン印刷法により形成した。ここでは、下地層の状態を比較するために、表面が略平坦な基板を用いた。下地層用ペーストは、スクリーン印刷可能な粘度に調整するために、樹脂量を１０ｗｔ％に固定して、溶媒を変えて３種類作製した。下地層用ペーストの溶媒には、テキサノール、ブチルカルビトールアセテート（Butyl  Carbitol  Acetate：ＢＣＡ）、ターピネオールの３種を使用した。
【００２２】
このような３種類の下地層用ペーストをスクリーン印刷法により基板の表面に印刷した後、９０℃、１５分保持の条件で乾燥して下地層を形成した。下地層の印刷・乾燥後の断面形状を図２、図３、図４に示す。図２は、樹脂を溶剤（ＢＣＡ）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。図３は、樹脂を溶剤（テキサノール）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。図４は、樹脂を溶剤（ターピネオール）に溶解させた下地層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により略平坦な基板上に形成した下地層（乾燥膜）の断面図である。
【００２３】
図２〜図４において横軸の測定位置ｘ（ｍｍ）は、下地層の面内の一方向（測定方向）における位置を示す。また、図２〜図４において縦軸の高さｚ（ｍｍ）は、下地層の高さを示す。図２〜図４より、乾燥後の下地層の膜厚は、０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍであった。また、図２〜図４に示すように、用いた下地層用ペーストに因り、下地層の表面粗さに違いが認められた。すなわち、溶剤としてＢＣＡを用いて作製した下地層（図２参照）、溶剤としてテキサノールを用いて作製した下地層（図３参照）、溶剤としてターピネオールを用いて作製した下地層（図４参照）の順番で下地層の表面粗さが大きくなっていることが分かる。
【００２４】
つぎに、上記の３種類の下地層をそれぞれ複数の基板に形成した。そして、これらの下地層の上に、銀（Ａｇ）を含む導体Ａｇペーストをスクリーン印刷法により印刷し、乾燥することで導体ペーストパターンのサンプルを形成した。ここで、導体Ａｇペーストは、含有する樹脂および溶剤がそれぞれの下地層を形成した下地層用ペーストの樹脂および溶剤と同一材料であるペーストＡと、含有する樹脂および溶剤がそれぞれの下地層を形成した下地層用ペーストの樹脂および溶剤と異なるペーストＢと、の２種類を用意した。
【００２５】
導体Ａｇペーストのスクリーン印刷に用いるスクリーンマスクには、長さが１５０ｍｍであり線幅を０．０５ｍｍから０．１ｍｍに変化させた直線状パターンが幅方向に２ｍｍ〜３ｍｍ間隔で周期的に並ぶ開口パターンを有するマスクを使用した。
【００２６】
これらの導体ペーストパターンのサンプルに対して乾燥後の導体ペーストパターン幅を測定した結果のうち代表的なものを図５、図６、図７に示す。図５は、略平坦な基板上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。すなわち、図５は、下地層無しのサンプルについて示している。
【００２７】
図６は、略平坦な基板上に導体パターンと同一の樹脂、溶剤をバインダ成分として使って形成した下地層上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。すなわち、図６では、溶剤としてターピネオールを用いて作製した表面粗さが大きい下地層上に、下地層と同一の樹脂、溶剤（ターピネオール）を用いたペーストＡにより作製したサンプルについて示している。
【００２８】
図７は、略平坦な基板上に導体パターンと異なる樹脂、溶剤をバインダ成分として使って形成した下地層上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の形成寸法（幅）をマスク寸法（開口幅寸法）に対して示した特性図である。すなわち、図７では、溶剤としてテキサノールを用いて作製した表面粗さが小さい下地層上に、下地層と異なる樹脂、溶剤（ＢＣＡ）を用いたペーストＢにより作製したサンプルについて示している。
【００２９】
図５と、図６および図７とを比較することにより、導体ペーストパターンの形成条件の違いにより乾燥後の導体ペーストパターン幅に違いが認められた。すなわち、下地層の表面粗さの違い、および導体ペーストの種類に因って、乾燥後の導体ペーストパターン幅に違いが認められた。
【００３０】
下地層の表面粗さが大きく、下地層と同一の樹脂、溶剤を用いているペーストＡにより作製したサンプルの場合は（図６参照）、導体パターンの滲みが抑制され、マスクのパターン開口幅に対する乾燥後の導体ペーストパターン幅の広がりが抑えられた（図６参照）。一方、下地層の表面粗さが小さく、下地層と異なる樹脂、溶剤を用いているペーストＢにより作製したサンプルの場合は、導体ペーストでは、導体ペーストパターンの滲みは改善されなかった（図７参照）。
【００３１】
次に、実施の形態１にかかるパターン形成方法により、表面に凹凸のある基板の表面に厚膜の導体ペーストパターン（厚膜ペーストパターン）を形成して効果を検証した。パターンの滲み抑制に好適な組み合わせを使って、基板の表面凹凸が０．００５ｍｍ〜０．０２０ｍｍ程度、基板厚さ０．５ｍｍ未満の基板に対して厚膜ペーストパターンを形成した。
【００３２】
下地層用ペーストは、導体ペーストに含まれる樹脂を溶剤（ターピネオール）に溶解させて作製した。下地層用の印刷マスクは、上記と同じ印刷マスク（３２５メッシュ、総厚８０μｍ）を用いた。導体ペースト用の印刷マスクは、２００〜３００メッシュ、総厚８０μｍのものを用いた。また、導体ペースト用の印刷マスクは、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．１０ｍｍの３種類のものを用いた。
【００３３】
そして、乾燥後の膜厚値を変えた下地層を複数作製し、導体ペーストパターンの滲みの抑制効果が認められる下地層の膜厚を調べた。下地層の膜厚は、下地層用ペーストに含まれる樹脂成分の重量％（５ｗｔ％〜１０ｗｔ％）を固定して、印刷・乾燥を繰り返すことにより調整した。
【００３４】
図８〜図１６に、基板の表面上に、または膜厚を変えて形成した下地層上にスクリーン印刷法で形成した導体ペーストパターンの印刷・乾燥後の平均断面形状を示す。
【００３５】
図８は、比較対象であり、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図９は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図１０は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準の厚さで下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【００３６】
図１１は、比較対象であり、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図１２は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図１３は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準の厚さで下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【００３７】
図１４は、比較対象であり、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、マスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて直接形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図１５は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に薄い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。図１６は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に標準厚さの下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いて形成された厚膜パターンの平均断面形状を示す特性図である。
【００３８】
ここで、「薄い下地層」の厚さは、基板の凹凸に対して薄い厚さである。「標準厚さの下地層」の厚さは、基板の凹凸に対して好適な厚さである。また、図８〜図１４においては、横軸に厚膜パターンの幅方向における測定位置ｘ（ｍｍ）、縦軸に厚膜パターンの高さｚ（ｍｍ）を示している。導体ペーストパターンの断面形状の測定は、形成された導体ペーストパターン表面を非接触式のレーザー変位計により厚膜パターンの幅方向に走査する走査処理を、厚膜パターンの長さ方向に一定ピッチ（０．０２５ｍｍ）で２０回繰り返すことにより行った。
【００３９】
図８〜図１４において、下地層を形成していない場合の測定結果（図８、図１１、図１４）から、用いた基板の表面凹凸（形成面凹凸）の形状が確認できる。また、図８〜図１０を比較することにより、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍのマスクを用いた場合において、下地層の膜厚を厚くすることによって、厚膜パターン形成表面の形成面凹凸が緩和されていることが分かる。また、図１１〜図１３を比較することにより、マスク寸法（開口幅寸法）が０．０７ｍｍのマスクを用いた場合において、下地層の膜厚を厚くすることによって、厚膜パターン形成表面の形成面凹凸が緩和されていることが分かる。また、図１４〜図１６を比較することにより、マスク寸法（開口幅寸法）が０．１０ｍｍのマスクを用いた場合において、下地層の膜厚を厚くすることによって、厚膜パターン形成表面の形成面凹凸が緩和されていることが分かる。
【００４０】
上記のサンプルについて、下地層厚さ（ｍｍ）と厚膜パターン形成表面の表面凹凸（形成面凹凸）（ｍｍ）との範囲を表１に示す。厚膜パターン形成表面の表面凹凸（形成面凹凸）は、厚膜パターンを形成した面の高さの最大、最小の差で定義し、厚膜パターンの形成面における２０箇所で測定位置を変えて測定して結果を得た。
【００４１】
また、これらのサンプルの他に、上記のサンプルと同様にして、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に厚い下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）が０．０５ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．１０ｍｍのマスクを用いて厚膜パターンを形成した。その測定結果も表１に合わせて示す。
【００４２】
【表１】
2012105068.tif 000003
【００４３】
表１に示した通り、用いた基板の表面凹凸（形成面凹凸）は０．００５ｍｍ〜０．０２１ｍｍであった。また、図８〜図１４および表１より、下地層の厚さの違いにより厚膜パターンのパターン幅の拡がりが抑えられ、パターン滲みが少なくなっていることが分かる。すなわち、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に、０．００６ｍｍ〜０．０１０ｍｍの範囲の厚みの下地層を形成し、その上に厚膜パターンを形成することにより、厚膜パターンのパターン幅の拡がりを抑える効果が得られることが分かる。また、この水準の基板表面凹凸がある場合は、０．００２ｍｍ〜０．００５ｍｍ程度の薄い下地層ではパターン滲みの抑制において有効でないことが確認された。
【００４４】
つぎに、下地層上に幅の広い厚膜の導体ペーストパターン（厚膜ペーストパターン）を形成し、印刷・乾燥後の線幅を測定した結果を図１７に示す。図１７は、０．５ｍｍよりも薄い凹凸のある基板上に厚さを変えて下地層を形成し、その上にマスク寸法（開口幅寸法）を０．０５〜０．１０ｍｍ迄変えてスクリーン印刷法で形成した厚膜の導体ペーストパターンの印刷・乾燥後のパターン幅を示す特性図である。図中、「下地無し」は基板上に直接導体ペーストパターンを形成した場合、「下地１」は基板の凹凸に対して下地層の厚さが薄い場合、「下地２」は基板の凹凸に対して下地層の厚さが標準（好適な）場合、「下地３」は基板の凹凸に対して下地層の厚さが標準よりも厚い場合を示している。下地１は表１の下地層厚０．００２〜０．００５ｍｍ、下地２は表１の下地層厚０．００６〜０．０１０ｍｍ、下地３は表１の下地層厚０．００７〜０．０１６ｍｍに相当する。
【００４５】
厚膜ペーストパターンの形成条件は、マスク寸法（開口幅寸法）以外は図８〜図１６の場合と同様である。印刷・乾燥後の厚膜パターン線幅は、一定長さ（約０．２ｍｍ）の測定ウィンドウの中に収まる導体ペーストパターンの両端を検出し、その平均点（ｘ座標）でパターンのエッヂ（左側・右側）を測定し、その２点の平均点間の距離で定義した。この測定動作を導体ペーストパターンの長さ方向に２０回繰り返してデータを収集した。
【００４６】
図１７から、下地無しおよび下地１の場合は、下地２および下地３の場合と比較して印刷・乾燥後の導体ペーストパターンのパターン幅が広く、パターン滲みの抑制効果が得られていないことが分かる。すなわち、上記のように形成された導体ペーストパターンの線幅測定結果においても、下地層の存在および下地層の厚みによって、パターン滲みの抑制効果の違いがあることが認められた。
【００４７】
この導体ペーストパターンに対して、焼成温度８００〜９００℃で焼成を行うことにより導体パターンを得た。下地層は５００℃超で焼失する材料であるため、焼成後は凹凸のある基板表面に導体パターンが密着固定された形で導体パターン付基板が形成できた。
【００４８】
上述した実施の形態１にかかるパターン形成方法は、特にテクスチャーと呼ばれる凹凸構造を有する基板上に電極パターンを形成する太陽電池のグリッド電極の形成に好適である。実施の形態１にかかるパターン形成方法を用いることにより、電極パターン幅の拡がりを少なくして細幅で厚膜電極パターンを形成できるので、太陽光からの入射光を遮る電極部が少ない面積で形成され、発電効率の低下を抑えることができる。なお、実施の形態１にかかるパターン形成方法の適用はこれに限定されず、表面に凹凸を有する基板上にパターンを形成する場合に広く適用可能である。
【００４９】
図１８−１および図１８−２は、上述した実施の形態１にかかるパターン形成方法を用いて電極パターンを作製した太陽電池を示す図であり、図１８−１は太陽電池の断面図、図１８−２は太陽電池の上面図である。図１８−１および図１８−２に示す太陽電池は、基板表層に第２導電型の不純物元素を拡散した不純物拡散層であるＮ層２１ａを有する第１導電型の半導体基板であるＰ型の半導体基板２１と、半導体基板２１の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜２２と、半導体基板２１の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極２３と、半導体基板２１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面電極２４と、を備える。なお、Ｎ型の半導体基板にＰ層を備える構成としてもよい。
【００５０】
また、受光面側電極２３としては、グリッド電極２３ａおよびバス電極２３ｂを含み、図１８−１においてはグリッド電極２３ａの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板２１には、基板表面にテクスチャー構造を形成した基板を使用して、太陽電池を構成している。
【００５１】
つぎに、図１８−１および図１８−２に示す太陽電池を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製造工程と同様であるため、特に図示しない。
【００５２】
まず、半導体基板２１として例えば数百μｍ厚のｐ型多結晶シリコン基板を用意し、基板洗浄を行う。そして、ｐ型多結晶シリコン基板をフッ酸などの酸または加熱したアルカリ溶液中に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。その後、純水で洗浄する。
【００５３】
ダメージ除去に続いて、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合溶液にｐ型多結晶シリコン基板を浸漬して該ｐ型多結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面に例えば１０μｍ程度の深さで微小凹凸を形成してテクスチャー構造を形成する。このようなテクスチャー構造をｐ型多結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池に入射する光を効率的に半導体基板２１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。
【００５４】
つぎに、テクスチャー構造を形成したｐ型多結晶シリコン基板を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気の存在下で加熱してｐ型多結晶シリコン基板の表面にリンガラスを形成することでｐ型多結晶シリコン基板中にリンを拡散させ、ｐ型多結晶シリコン基板の表層にＮ層２１ａを形成する。これにより、基板表層にＮ層２１ａを有する半導体基板２１が得られる。
【００５５】
次に、フッ酸溶液中で半導体基板２１のリンガラス層を除去した後、反射防止膜２２としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＮ層２１ａ上に受光面側電極２３の形成領域を除いて形成する。反射防止膜の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜２２は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
【００５６】
次に、半導体基板２１の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、半導体基板２１の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極２３と裏面電極２４とを形成する。ここで、受光面側電極２３の形成に、上述した実施の形態１にかかるパターン形成方法を用いる。これにより、滲みの少ない厚膜の受光面側電極２３が得られる。以上のようにして、図１８−１および図１８−２に示す太陽電池が作製される。
【００５７】
実施の形態２．
下地層を表面に凹凸のある基板上に設ける場合、所望の導体パターンから幅・長さを大きくしたパターンで下地層を形成してもよい。図１９は、本発明の実施の形態２にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。実施の形態２にかかるパターン形成方法は、実施の形態１にかかるパターン形成方法において下地層の形成パターンを導体パターンから大きくしたパターンで形成することが異なる。以下、図１９を参照して、実施の形態２にかかるパターン形成方法を説明する。
【００５８】
まず、表面に凹凸のある基板１を準備し、凹凸のある面を上にして該基板１を配置する（図１９（ａ））。つぎに、基板１における凹凸のある表面に、下地層の材料となる下地層用ペーストをスクリーン印刷法により、導体パターンから幅・長さを大きくしたパターン、すなわち導体パターンの形成領域を広げたパターンで印刷し、印刷した下地層用ペーストを乾燥して下地層２ａを形成する（図１９（ｂ））。
【００５９】
下地層２ａは、例えば導体パターンの線幅に対して片側につき０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ大きくし、導体パターンの長さに対して片側につき０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ大きくしたパターンで、導体パターンの形成位置に対応する領域に形成する。ここで、下地層用ペーストは、次工程で印刷する導体パターンの材料となる導体ペーストが含有するバインダ成分と同じバインダ成分を含むペースト状材料である。
【００６０】
つぎに、下地層２ａの上に導体パターンの材料となる導体ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、印刷した導体ペーストを乾燥して導体ペーストパターン３を形成する（図１９（ｃ））。つぎに、下地層２ａが焼失する条件で基板１の焼成を行って下地層２ａを焼失させ、導体ペーストパターン３を焼成することにより、焼成された導体パターン４が基板１に接触して密着固定され、導体パターン付き基板５が完成する（図１９（ｄ））。
【００６１】
以上のような実施の形態２にかかるパターン形成方法は、下地層を基板全面に形成する場合と比較して、下地層用ペーストの使用量の削減と相俟って下地層の厚膜化が達成され、基板表面の凹凸の緩和に効果があり、形成幅の広がりの無い安定した形状の導体パターンを形成することができる。
【００６２】
実施の形態３．
下地層を表面に凹凸のある基板上に設ける場合、導体パターンが形成されない領域に下地層を形成してもよい。図２０は、本発明の実施の形態３にかかるパターン形成方法における各工程を模式的に示す断面図である。実施の形態３にかかるパターン形成方法は、実施の形態２にかかるパターン形成方法において下地層の形成パターンを導体パターンのネガパターン状に形成することが異なる。すなわち、下地層を、導体パターンの幅方向において導体パターンのエッヂ部が形成される領域近辺に形成し、導体パターンの幅方向における中央領域には形成しない。以下、図２０を参照して、実施の形態３にかかるパターン形成方法を説明する。
【００６３】
まず、表面に凹凸のある基板１を準備し、凹凸のある面を上にして該基板１を配置する（図２０（ａ））。つぎに、基板１における凹凸のある表面に、下地層の材料となる下地層用ペーストをスクリーン印刷法により、導体パターンのネガパターン状となるパターンで印刷し、印刷した下地層用ペーストを乾燥して下地層２ｂを形成する（図２０（ｂ））。
【００６４】
下地層２ｂは、例えば導体パターンの幅方向において導体パターンのエッヂ部が形成される領域近辺に形成し、導体パターンの幅方向における中央領域には形成しない。ここで、下地層用ペーストは、次工程で印刷する導体パターンの材料となる導体ペーストが含有するバインダ成分と同じバインダ成分を含むペースト状材料である。
【００６５】
つぎに、下地層２ｂ上およびその間の領域に導体パターンの材料となる導体ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、印刷した導体ペーストを乾燥して導体ペーストパターン３を形成する（図２０（ｃ））。図２１は、基板１の表面に下地層２ｂおよび導体ペーストパターン３が形成された状態を模式的に示す要部平面図である。つぎに、下地層２ｂが焼失する条件で基板１の焼成を行って下地層２ｂを焼失させ、導体ペーストパターン３を焼成することにより、焼成された導体パターン４が基板１に接触して密着固定され、導体パターン付き基板５が完成する（図２０（ｄ））。
【００６６】
以上のような実施の形態３にかかるパターン形成方法では、導体ペーストパターン３は印刷時に凹凸のある基板１の表面に直接接触するが、滲みの原因になるパターンエッヂは下地層２ｂの表面に接触する。このため、導体パターン４の拡がりは下地層２ｂの表面の粗さで制約される効果があり、形成幅の広がりの無い安定した形状の導体パターン４を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかるパターン形成方法は、表面に凹凸を有する薄い基板上にパターン滲みの少ない安定した状態でパターンを形成する場合に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１  基板
２  下地層
２ａ  下地層
２ｂ  下地層
３  導体ペーストパターン
４  導体パターン
５  導体パターン付き基板
２１  半導体基板
２１ａ  Ｎ層
２２  反射防止膜
２３  受光面側電極
２３ａ  グリッド電極
２３ｂ  バス電極
２４  裏面電極
【図１】
2012105068.tif 000004
【図２】
2012105068.tif 000005
【図３】
2012105068.tif 000006
【図４】
2012105068.tif 000007
【図５】
2012105068.tif 000008
【図６】
2012105068.tif 000009
【図７】
2012105068.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012105068.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2012105068.tif 000018
【図１６】
2012105068.tif 000019
【図１７】
2012105068.tif 000020
【図１８−１】
2012105068.tif 000021
【図１８−２】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月5日(2013.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパターン形成方法は、表面に凹凸のある基板にパターンの形成材料およびバインダ成分を含むパターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷してパターンを形成するパターン形成方法であって、前記パターン形成用ペーストのバインダ成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを、前記凹凸を被覆するように前記基板の表面にスクリーン印刷法で印刷して下地層を形成する下地層形成工程と、前記下地層上に前記パターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷して前記パターン形成用ペーストのパターンを形成するペーストパターン形成工程と、前記パターン形成用ペーストのパターンを焼成するとともに前記下地層を焼失させて前記基板の表面と接触したパターンを形成する焼成工程と、を含むことを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
表面に凹凸のある基板にパターンの形成材料およびバインダ成分を含むパターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷してパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記パターン形成用ペーストのバインダ成分と同じバインダ成分を含む下地層用ペーストを、前記凹凸を被覆するように前記基板の表面にスクリーン印刷法で印刷して下地層を形成する下地層形成工程と、
前記下地層上に前記パターン形成用ペーストをスクリーン印刷法で印刷して前記パターン形成用ペーストのパターンを形成するペーストパターン形成工程と、
前記パターン形成用ペーストのパターンを焼成するとともに前記下地層を焼失させて前記基板の表面と接触したパターンを形成する焼成工程と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記バインダ成分は、樹脂および溶剤であること、
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記下地層を前記パターン形成用ペーストのパターンの印刷領域を広げたパターンで前記基板の表面において部分的に形成すること、
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記下地層を前記パターン形成用ペーストのパターンのネガパターン状に形成すること、
を特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板の一面側の表面に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、
前記凹凸形状を形成した前記半導体基板の一面側に、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法により前記半導体基板の表面に電極パターンを形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【国際調査報告】
2012105068.tif 000026
2012105068.tif 000027
2012105068.tif 000028
2012105068.tif 000029