(57)【要約】【課題】裏面側電極における膨れや突起の発生が防止され、歩留まりに優れた太陽電池セルおよびその製造方法を得ること。【解決手段】第１の導電型層からなるシリコン基板１３と、前記シリコン基板１３の受光面に形成された第２の導電型層１５と、前記第２の導電型層１５上に設けられた受光面側電極２１と、前記シリコン基板１３の受光面と反対側の裏面に設けられた裏面側電極２７と、を備え、前記裏面側電極２７は、アルミニウムを主構成要素として前記裏面上に設けられた第１裏面側電極２９と、銀、銅、金、ニッケルからなる群より選択されるいずれか１つ以上の金属を含有して前記第１裏面側電極２９上の全面に設けられた第２裏面側電極３１と、を備える。【選択図】図１−１
2010192858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型層からなるシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面に形成された第２の導電型層と、
前記第２の導電型層上に設けられた受光面側電極と、
前記シリコン基板の受光面と反対側の裏面に設けられた裏面側電極と、
を備え、
前記裏面側電極は、アルミニウムを主構成要素として前記裏面上に設けられた第１裏面側電極と、銀、銅、金、ニッケルからなる群より選択されるいずれか１つ以上の金属を含有して前記第１裏面側電極上の全面に設けられた第２裏面側電極と、を備えること、
を特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
シリコン基板の一面側に電極ペーストを配置した後に焼成を行うことにより前記シリコン基板の一面側に電極を形成する太陽電池セルの製造方法であって、
前記シリコン基板の一面側に、アルミニウムを主構成要素として含有する第１の電極ペーストを配置する第１工程と、
前記第１の電極ペーストを乾燥させる第２工程と、
前記焼成を行う焼成温度では完全に溶融しない高融点を有する金属を含有する第２の電極ペーストを前記乾燥させた第１の電極ペースト上の全面に配置する第３工程と、
前記第２の電極ペーストを乾燥させる第４工程と、
前記シリコン基板を焼成することにより、前記アルミニウムを主構成要素とする第１電極と前記高融点を有する金属を含有する第２電極とが順次積層された前記電極を前記シリコン基板の一面上に形成する第５工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記高融点を有する金属として、銀、銅、金、ニッケルからなる群より選択されるいずれか１つ以上の金属を用いること、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記電極が、太陽電池セルにおける受光面と反対側の面に形成される裏面側電極であること、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関し、特に、裏面側電極に起因した歩留まりの低下が防止された太陽電池セルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上で用いられている電力用太陽電池の主流はシリコン太陽電池である。このようなシリコン太陽電池の量産においては、そのプロセスフローをなるべく簡素化して製造コストの低減が図られている。中でも太陽電池セルに設けられる電極に関しては、金属を含有したペーストを、スクリーン印刷等を用いて形成する方法が採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
このような電極の形成方法について説明する。まず、太陽電池用基板として、ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板を準備し、その表面に例えばリン（Ｐ）を熱的に拡散させ導電型を反転させたｎ型拡散層を形成する。このｎ型拡散層のシート抵抗は数十Ω／□程度であり、その深さは０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。通常、リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が用いられることが多い。一般的には、ｎ型拡散層はｐ型シリコン（Ｓｉ）基板の全面に形成される。そして、このｎ型拡散層のシート抵抗は数十Ω／□程度であり、その深さは０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。
【０００４】
続いて、ｐ型シリコン基板に形成されたｎ型拡散層の片面をレジストにより保護した後、ｐ型シリコン基板の一主面のみにｎ型拡散層を残すようにエッチング処理を行う。エッチング処理後に残存したレジストは、有機溶剤等を用いて除去される。次いで、プラズマＣＶＤ法等により、絶縁膜（反射防止膜）として、例えば窒化シリコン膜をｎ型拡散層上に７０ｎｍｎｍ〜９０ｎｍ程度の厚みで形成する。
【０００５】
次に、ｐ型シリコン基板の裏面に裏面側電極形成用のアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。通常、アルミニウムペースト面上の一部またはアルミニウムペースト面の設けた開口部に銀ペーストを重ねて印刷し、その上に配線を半田付けする。また、窒化シリコン膜上に表面電極形成用の銀ペーストを裏面と同様にスクリーン印刷し、乾燥させる。その後、ｐ型シリコン基板を７００℃〜９００℃程度で数分から十数分間、例えば近赤外ランプ炉中で焼成する。この結果、ｐ型シリコン基板の裏面側では、焼成中にアルミニウムペーストから不純物としてのアルミニウムがｐ型シリコン基板中に拡散し、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層が形成される。このｐ＋層は、一般にＢＳＦ（Back Surface Field）層と呼ばれ、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上に寄与するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４９３号公報
【特許文献３】特開２００５−３３１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウムからなる裏面側電極の形成時に、裏面側電極の膨れや突起が生じることがある。そして、裏面側電極の膨れや突起が生じた場合は、突起等を起点としてｐ型シリコン基板に割れが生じる基板割れ率が増加する、という問題がある。また、太陽電池セルをモジュールする際において、太陽電池セルの裏面側を絶縁層により覆ってラミネートする際に、裏面側電極の膨れや突起が絶縁層を突き破ることで、絶縁性が確保できない、という問題がある。これらの問題は、太陽電池セルや該太陽電池セルを組み立てて作製される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。したがって、裏面側電極の形成においては、膨れや突起の発生を防止することが重要である。
【０００８】
また、高集積回路半導体デバイスや薄膜トランジスタデバイスにおいても金属配線としてアルミニウムを使用することが多く行われており、その金属配線を形成する熱処理プロセスにおいては、アルミニウムと基板間における熱膨張率差に基づくアルミニウムの膨れ（いわゆるヒロック）が生ずる場合があることが知られている（例えば、特許文献３参照）。このような熱膨張率差による不具合を抑制するために、特許文献３においてはアルミニウムとガラス基板との間に窒化アルミニウム等の中間層を挿入し、アルミニウムの膨れを抑制する技術が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の太陽電池セルの製造プロセスで裏面側電極を形成する場合のアルミニウムの膨れのメカニズムは、本発明者らの詳細な実験結果によると、熱膨張率差に基づくものとは考え難い。また、太陽電池セルの製造プロセスにおいてアルミニウム電極とシリコン基板との間に中間層を挿入することは、ＢＳＦ層の生成を妨げ、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上を妨げることになるため、容易に実施できるものではない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏面側電極における膨れや突起の発生が防止され、歩留まりに優れた太陽電池セルおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルは、第１の導電型層からなるシリコン基板と、前記シリコン基板の受光面に形成された第２の導電型層と、前記第２の導電型層上に設けられた受光面側電極と、前記シリコン基板の受光面と反対側の裏面に設けられた裏面側電極と、を備え、前記裏面側電極は、アルミニウムを主構成要素として前記裏面上に設けられた第１裏面側電極と、銀、銅、金、ニッケルからなる群より選択されるいずれか１つ以上の金属を含有して前記第１裏面側電極上の全面に設けられた第２裏面側電極と、を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、裏面側電極が、アルミニウムを主構成要素として裏面上に設けられた第１裏面側電極と、銀、銅、金、ニッケルからなる群より選択されるいずれか１つ以上の金属を含有して第１裏面側電極上の全面に設けられた第２裏面側電極と、により構成されるため、焼成時における表面の盛り上がり（腫れ）や突起が形成されず、略平坦な表面を有する裏面側電極が形成されている。これにより、裏面側電極の表面の盛り上がり（腫れ）や突起を起点としたシリコン基板の割れが発生せず、また、モジュール化の際の絶縁膜の突き破りが発生せず、歩留まりに優れた太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−６】図２−６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図３−１】図３−１は、従来の太陽電池セルの製造方法における裏面側電極突起状の膨れの生成を説明するための断面図である。
【図３−２】図３−２は、従来の太陽電池セルの製造方法における裏面側電極突起状の膨れの生成を説明するための断面図である。
【図３−３】図３−３は、従来の太陽電池セルの製造方法における裏面側電極突起状の膨れの生成を説明するための断面図である。
【図３−４】図３−４は、従来の太陽電池セルの製造方法における裏面側電極突起状の膨れの生成を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例における試料作製条件をまとめて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびそ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。
【００１５】
実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す図であり、図１−１は、太陽電池セル１の断面図、図１−２は、受光面側からみた太陽電池セル１の上面図、図１−３は、受光面と反対側からみた太陽電池セル１の下面図である。図１−１は、図１−３の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【００１６】
太陽電池セル１は、図１−１〜図１−３に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１１と、半導体基板１１の受光面側の面（表（おもて）面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜１９と、半導体基板１１の受光面側の面（表（おもて）面）において反射防止膜１９に囲まれて形成された受光面側電極２１と、半導体基板１１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面側電極２７と、を備える。
【００１７】
半導体基板１１は、ｐ型（第１の導電型）多結晶シリコン基板１３と、該ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面の導電型が反転したｎ型（第２の導電型）拡散層１５を有し、これらによりｐｎ接合が構成される。また、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側には、高濃度不純物としてアルミニウムを含んだｐ＋層（ＢＳＦ層）１７を有する。
【００１８】
受光面側電極２１としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５を含む。表銀グリッド電極２３は、銀からなり、半導体基板１１で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極２５は、銀からなり、表銀グリッド電極２３で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極２３にほぼ直交して設けられている。
【００１９】
裏面側電極２７は、半導体基板１１（ｐ＋層（ＢＳＦ層）１７）の裏面の外周部近傍を除いたほぼ全面に形成されており、ｐ＋層（ＢＳＦ層）１７側から第１裏面側電極２９と第２裏面側電極３１との２層構造の電極がｐ＋層（ＢＳＦ層）１７上に順次積層されてなる。第１裏面側電極２９は、アルミニウムを主構成要素とする裏面側電極である。第２裏面側電極３１は、電極形成時の焼成温度（例えば７００℃〜９００℃）では溶融しない高融点を有する金属からなり、第１裏面側電極２９上に該第１裏面側電極２９の全面を覆って形成された例えば銀（Ａｇ）からなる裏面側電極である。第２裏面側電極３１を構成する高融点金属としては、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちのいずれかの１つ以上の金属を用いることができる。
【００２０】
このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（ｐ型多結晶シリコン基板１３とｎ型拡散層１５との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型拡散層１５に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶シリコン基板１３に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層１５に電子が過剰となり、ｐ型多結晶シリコン基板１３にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型拡散層１５に接続した受光面側電極２１がマイナス極となり、ｐ型多結晶シリコン基板１３（ｐ＋層（ＢＳＦ層）１７）に接続した裏面側電極２７がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００２１】
以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１は、裏面側電極２７として、第１裏面側電極２９と第２裏面側電極３１とがｐ＋層（ＢＳＦ層）１７上に順次積層されている。このため、第１裏面側電極２９と第２裏面側電極３１とをｐ＋層（ＢＳＦ層）１７上に形成する際の焼成工程において、第１裏面側電極２９との材料となる例えばアルミニウムペーストの液体層の自由が束縛されるため、表面張力による盛り上がりが発生することがなく、第１裏面側電極２９の表面に盛り上がり（腫れ）や突起が形成されず、略平坦な表面を有する裏面側電極２７が形成されている。
【００２２】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、略平坦な表面を有する裏面側電極２７が略平坦な表面を有することにより、裏面側電極２７の表面の盛り上がり（腫れ）や突起を起点とした半導体基板１１の割れが発生せず、歩留まりに優れた太陽電池セルが実現されている。
【００２３】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、略平坦な表面を有する裏面側電極２７が略平坦な表面を有することにより、太陽電池セル１をモジュール化のために太陽電池セル１の裏面側を絶縁層により覆ってラミネートする際に、裏面側電極２７の表面の盛り上がり（腫れ）が絶縁層を突き破ることがなく、絶縁性が確保された太陽電池モジュールを作製することができる。
【００２４】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、半導体基板１１と第１裏面側電極２９との間に中間層が挿入されていないため所望のＢＳＦ層が確実に形成されており、該ＢＳＦ層が太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与する。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【００２５】
つぎに、このような太陽電池セル１の製造方法の一例について図２−１〜図２−６を参照して説明する。図２−１〜図２−６は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するための断面図である。なお、図２−１〜図２−６においては、理解の容易のため、太陽電池セル１の裏面側を上側にして記載している。
【００２６】
まず、半導体基板１１となるｐ型多結晶シリコン基板１３を用意する。そして、このｐ型多結晶シリコン基板１３を例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ型多結晶シリコン基板１３の全表面にリン（Ｐ）を熱的に拡散させる。これにより、ｐ型多結晶シリコン基板１３の全表面に、導電型を反転させたｎ型拡散層１５を形成して半導体ｐｎ接合を形成する。ここで、ｎ型拡散層１５のシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、当該ｎ型拡散層１５の深さは、０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。
【００２７】
次に、ｎ型拡散層１５を形成したｐ型多結晶シリコン基板１３の表（おもて）面の全面にレジストを形成する。そして、該レジストをマスクとして用いてｐ型多結晶シリコン基板１３にエッチング処理を施す。これにより、図２−１に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表（おもて）面の表面にのみ、ｎ型拡散層１５を残して、不要な部分のｎ型拡散層１５を除去する。その後、有機溶剤等を用いてレジストを除去する。
【００２８】
つぎに、図２−２に示すように、反射防止膜１９として例えばプラズマＣＶＤ（Plasma  Enhanced  Chemical  Vapor  Deposition）法によりシリコン窒化膜などの絶縁膜を７０ｎｍ〜９０ｎｍ程度の一様な厚みでｎ型拡散層１５上に成膜する。この反射防止膜１９は、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。
【００２９】
次に、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側の全面に、第１裏面側電極２９となる第１の電極ペーストであるアルミニウム（Ａｌ）ペーストをスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃程度で乾燥する。アルミニウムペーストは、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなる導電性ペーストである。このアルミニウムペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図２−３に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面上に、アルミニウムペースト電極層２９ａが形成される（焼成前）。このアルミニウムペースト電極層２９ａの厚みは、２０μｍ〜４０μｍ程度である。
【００３０】
次に、乾燥させたアルミニウムペースト電極層２９ａ上に、第２裏面側電極３１となる第１の電極ペーストである高融点金属ペーストをスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃程度で乾燥する。ここで、高融点金属ペーストは、下部のアルミニウムペースト電極層２９ａの全体を被覆するように印刷する。この高融点金属ペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図２−４に示すように、アルミニウムペースト電極層２９ａ上に、高融点ペースト電極層３１ａが形成される（焼成前）。この高融点ペースト電極層３１ａの厚みは１０μｍ程度である。
【００３１】
ここで、高融点金属ペーストは、後述する焼成温度（例えば７００℃〜９００℃）では完全に溶融しない高融点を有する金属とガラスフリットと溶剤を主として含有する導電性ペーストである。このような高融点を有する金属としては、例えば銀（融点：９６１℃）、銅（融点：１０８３℃）、金（融点：１０６４℃）、ニッケル（融点：１４５５℃）のうちのいずれかの１つの金属を用いることができる。
【００３２】
次に、受光面側電極２１のパターン、すなわち表銀グリッド電極２３と表銀バス電極２５とのパターンを反射防止膜１９上に銀（Ａｇ）ペーストでスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃程度で乾燥させる。この銀ペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図２−５に示すように、反射防止膜１９上に所定のパターンの受光面側ペースト電極２１ａが形成される（焼成前）。
【００３３】
そして、ｐ型多結晶シリコン基板１３に対して、例えば近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理を施す。ここで、焼成処理は、温度７００℃〜９００℃程度で、数分から十数分間の時間だけ実施される。焼成処理を施すとｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側では、アルミニウムペースト電極層２９ａから不純物としてのアルミニウムがｐ型多結晶シリコン基板１３中に拡散する。これにより、図２−６に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側におけるアルミニウムペースト電極層２９ａとの接触領域近傍に、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ層）１７が形成される。これにより、表（おもて）面側にｎ型拡散層１５が形成され、裏面側にｐ＋層（ＢＳＦ層）１７が形成された、ＰＮ接合を有する半導体基板１１が形成される。ここで、光電変換効率を向上させるために、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面の面内に大部分においてｐ＋層（ＢＳＦ層）１７を形成する必要がある。したがって、アルミニウムペースト電極層２９ａは、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面の大部分の表面積を覆って形成されていることが好ましい。
【００３４】
また、この焼成処理により、図２−６に示すように、アルミニウムペースト電極層２９ａは第１裏面側電極２９に、高融点ペースト電極層３１ａは第２裏面側電極３１に、受光面側ペースト電極２１ａは受光面側電極２１になる。すなわち、該焼成処理により、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側では、アルミニウムからなる第１裏面側電極２９と、該第１裏面側電極２９に積層された銀からなる第２裏面側電極３１が形成される。これにより、裏面側電極２７が得られる。また、該焼成処理により、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表（おもて）面側では、銀（Ａｇ）からなる受光面側電極２１が形成される。
【００３５】
以上のような工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、上記一連の工程により複数の太陽電池セル１を作製した後は、各太陽電池セル１の第２裏面側電極３１および受光面側電極２１に対して相互に銅箔等を半田付けし、太陽電池セル１の所望の直列・並列接続を形成する。これにより、複数の太陽電池セル１から構成される太陽電池モジュールが作製される。
【００３６】
次に、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を従来の太陽電池セルの製造方法と比較するために、特許文献１にかかる技術を採用することにより発生している、裏面側電極用ペーストの焼成時において突起状の膨れが発生する問題について図３−１〜図３−４を参照して説明する。図３−１〜図３−４は、従来の太陽電池セルの製造方法における裏面側電極突起状の膨れの生成を説明するための断面図である。
【００３７】
従来の太陽電池セルの製造方法においても、裏面側電極を形成するために用いられるアルミニウムペーストは、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなるものである。図３−１に示すようにｎ型拡散層１１５を形成したシリコン基板１１３の裏面側に、受光面側電極を形成するためにアルミニウムペーストを印刷した後、焼成前の約２００℃での乾燥を行う。この乾燥時において、溶剤は揮発し、アルミニウム粒子とガラスフリットとからなる固体層であるアルミニウムペースト電極層２２９ａが形成される。
【００３８】
次に、近赤外線ランプ照射炉内での焼成工程を行うが、該焼成工程における昇温時に、アルミニウムペースト電極層２２９ａのアルミニウム粒子（融点６６０℃）が溶融しはじめる。このとき、シリコン基板１１３の裏面側のシリコン表面が、溶融したアルミニウムに溶解するため、アルミニウムとシリコンとが混合したアルミシリコンの溶融液がアルミニウムペースト電極層２２９ａ内に形成される。
【００３９】
ここで、近赤外線ランプ照射炉によるアルミニウムペースト電極層２２９ａの加熱は、シリコン基板による光吸収後の熱伝導によるものである。このため、アルミニウムペースト電極層２２９ａの溶融は、該アルミニウムペースト電極層２２９ａとシリコン基板１１３との界面側から始まり、その後、アルミニウムペースト電極層２２９ａの表層部に向かって広がってゆくものと考えられる。
【００４０】
シリコン基板１１３の裏面側へのアルミニウムペーストの印刷においては、印刷したアルミニウムペーストの厚みの均一性が保持されていない場合がある。例えば図３−２に示すように、印刷、乾燥されたアルミニウムペースト電極層２２９ｂにおいて、層厚が薄い部分２２９ｂ−１と、層厚が厚い部分２２９ｂ−２とが形成されているとする。この場合は、層厚が薄い部分２２９ｂ−１では、アルミニウムペースト電極層２２９ｂが上部の空気と接する境界部分（表面）まで溶融するタイミングが、周りの層厚が厚い部分２２９ｂ−２よりも早くなる。その結果、図３−３に示すように層厚が薄い部分の液体層（アルミシリコンの溶融液）２２９ｃ−１と層厚が厚い部分の液体層（アルミシリコンの溶融液）２２９ｃ−２とが形成される。
【００４１】
そして、図３−３に示すように、層厚が厚い部分２２９ｂ−２における空気と接する境界部分（表面）側には未溶融層２２９ｄが存在するため、層厚が薄い部分の液体層２２９ｃ−１と層厚が厚い部分の液体層２２９ｃ−２との上部において、層厚が薄い部分２２９ｂ−１に相当する部分にのみ開口を有する固体層の蓋が載っているような状態となる。このため、空気と接する境界まで液相化した部分（層厚が薄い部分の液体層２２９ｃ−１）のアルミシリコン溶融液は、表面張力で盛り上がり、周りのアルミシリコン溶融液が凝集する。
【００４２】
この状態から降温過程が開始された場合は、相図に従ってアルミシリコン溶融液からアルミニウムとシリコンとが分離、凝固し、図３−４に示すように裏面側電極２２９が形成される。そして、シリコンの共融点濃度は１２％であり、アルミシリコン溶融液が盛り上がった部分に、ほぼ１００％アルミニウムからなる突起状の膨れ２２９ｅがそのまま残される。
【００４３】
このような突起状の膨れ２２９ｅが生じた場合は、これを起点としてシリコン基板１１３に割れが生じる基板割れ率が増加する、という問題が生じる。また、太陽電池セルをモジュールする際において、太陽電池セルの裏面側を絶縁層により覆ってラミネートする際に、突起状の膨れ２２９ｅが絶縁層を突き破ることで、絶縁性が確保できない、という問題が生じる。これらの問題は、太陽電池セルや該太陽電池セルを組み立てて作製される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。
【００４４】
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法おいては、裏面側電極２７の形成時に、アルミニウムペースト電極層２９ａの上に、焼成温度では溶融しない高融点を有する金属を含有する導電性ペーストにより高融点ペースト電極層３１ａを形成し、例えばアルミニウムからなる第１裏面側電極２９と銀からなる第２裏面側電極３１との二相構造の裏面側電極２７を形成する。この場合は、電極の焼成工程において、アルミニウムペースト電極層２９ａの一部の領域が厚み方向の全体において融解して液体化した場合でも、その上部を含んだアルミニウムペースト電極層２９ａの全面に、固体層（高融点ペースト電極層３１ａ）が蓋をした状態が維持されている。これにより、アルミニウムペースト電極層２９ａが溶融した液体層の、厚み方向への自由が束縛されるため、表面張力による液体層の盛り上がりが発生することが防止される。
【００４５】
これにより、アルミニウムペースト電極層２９ａの膜厚分布や、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面の凹凸に起因するアルミニウムペースト電極層２９ａの膜厚の不均一などが存在する場合でも、焼成工程中におけるアルミシリコン溶融液の盛り上がりを防止して、第１裏面側電極２９における膨れや突起の発生を防止・抑制することが可能となる。
【００４６】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法おいては、裏面側電極２７の膨れや突起に起因した太陽電池セルや該太陽電池セルを組み立てて作製される太陽電池モジュールの歩留まり低下を防止して、歩留まり良く太陽電池セルを作製することができる。
【００４７】
つぎに、具体的な実施例について説明する。上述したように、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面上に裏面側電極２７を形成する際の焼成工程中に発生するアルミシリコン溶融液の上部に、焼成工程中に融解しない高融点ペースト電極層３１ａが存在することにより、アルミシリコン溶融液の突起状の膨れの発生を防止、抑制することができる。そこで発明者は、裏面側電極の形成に対応するように、高融点ペーストに含有される金属の種類、高融点ペーストの厚み、および焼成温度を変化させて、模擬的な裏面側電極（以下、模擬電極と呼ぶ）の形成を行い、突起状の膨れの発生頻度をシミュレーションする実験を行った。
【００４８】
すなわち、上述した実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法により実際に１８種類（試料１〜試料１８）の試料を１０個ずつ作製し、アルミニウムからなる突起状の膨れの発生頻度を評価した。まず、測定対象である試料１〜試料１８について図４を参照して説明する。図４は、実施例における試料作製条件をまとめて示す図である。
【００４９】
（試料１〜試料３）
１５０ｍｍ角の多結晶シリコン基板の一面上に、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなるアルミニウムペーストを略３０μｍの厚さでスクリーン印刷した。次に、多結晶シリコン基板を２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで、近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理した。ピーク温度は、試料１は７５０℃、試料２は８００℃、試料３は８５０℃とした。以上のようにして、試料１〜試料３を作製した。
【００５０】
（試料４〜試料６）
１５０ｍｍ角の多結晶シリコン基板の一面上に、試料１〜試料３の場合と同じアルミニウムペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷した。次に、多結晶シリコン基板を２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで近赤外線ランプ照射炉中で、焼成処理した。ピーク温度は、試料４は７５０℃、試料５は８００℃、試料６は８５０℃とした。以上のようにして、試料４〜試料６を作製した。
【００５１】
（試料７〜試料９）
試料４〜試料６の場合と同様にアルミニウムペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。次に、アルミニウムペースト上の全面に、主として銀粒子と溶剤とガラスフリットとからなる銀ペーストを略１０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで、近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理した。ピーク温度は、試料７は７５０℃、試料８は８００℃、試料９は８５０℃とした。以上のようにして、アルミニウム層と銀層との２層構造の模擬電極を形成して、試料７〜試料９を作製した。
【００５２】
（試料１０〜試料１２）
試料４〜試料６の場合と同様にアルミニウムペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。次に、アルミニウムペースト上の全面に、主として銀粒子と溶剤とガラスフリットとからなる銀ペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで、近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理した。ピーク温度は、試料１０は７５０℃、試料１１は８００℃、試料１２は８５０℃とした。以上のようにして、アルミニウム層と銀層との２層構造の模擬電極を形成して、試料１０〜試料１２を作製した。
【００５３】
（試料１３〜試料１５）
試料４〜試料６の場合と同様にアルミニウムペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。次に、アルミニウムペースト上の全面に、主として銅粒子と溶剤とガラスフリットとからなる銅ペーストを略１０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで、近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理した。ピーク温度は、試料１３は７５０℃、試料１４は８００℃、試料１５は８５０℃とした。以上のようにして、アルミニウム層と銅層との２層構造の模擬電極を形成して、試料１３〜試料１５を作製した。
【００５４】
（試料１６〜試料１８）
試料４〜試料６の場合と同様にアルミニウムペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。次に、アルミニウムペースト上の全面に、主として銅粒子と溶剤とガラスフリットとからなる銅ペーストを略２０μｍの厚さでスクリーン印刷し、２５０℃、１０分間の条件で、電気炉内で乾燥した。その後、多結晶シリコン基板を、常温からピーク温度まで昇温５分、１分保持、降温３０分の温度プロファイルで近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理した。ピーク温度は、試料１６は７５０℃、試料１７は８００℃、試料１８は８５０℃とした。以上のようにして、アルミニウム層と銅層との２層構造の模擬電極を形成して、試料１６〜試料１８を作製した。
【００５５】
以上のようにして作製した各試料について、模擬電極の表面における突起発生を目視で観察し、計測した。各試料のＮ数は１０であり、多結晶シリコン基板１枚あたりの突起の発生個数を平均した結果を図４に併せて示す。
【００５６】
模擬電極がアルミニウム層のみにより形成されており、アルミニウム層の厚さが異なる試料１〜試料３と試料４〜試料６とを比較すると、焼成温度が同じ場合には、アルミニウムペーストの膜厚が薄い試料１〜試料３の方が突起の発生個数が多くなっている。これは、焼成温度が同じ場合には、アルミニウムペーストの膜厚が薄い方が所定の時間内でアルミニウムペーストが厚み方向において全て溶融する部分の発生する可能性が高いため、突起の発生が多いためであると考えられる。
【００５７】
また、アルミニウムペーストの膜厚が薄く、且つ、焼成温度が８００℃の場合である試料５において、突起の発生個数が最大となった。アルミニウムペーストの膜厚が薄く、焼成温度が低い場合（７５０℃、試料４）は、アルミニウムペーストが厚み方向において全て溶融することがないため、突起の発生が抑制されたものと考えられる。また、アルミニウムペーストの膜厚が薄く、焼成温度が高い場合（８５０℃、試料６）は、アルミニウムペーストが、アルミニウムペーストの層厚が薄い領域も、アルミニウムペーストの厚い領域も、全面にわたって均一な溶融相となる傾向があるため、突起の発生が抑制されたものと考えられる。
【００５８】
また、模擬電極がアルミニウム層のみにより形成されている試料４〜試料６と、模擬電極がアルミニウム層と銀層との２層構造で形成されている試料７〜試料９とを比較すると、焼成温度が同じ場合には、試料７〜試料９の方が、突起の発生個数が大幅に減少している。これは、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法の効果によるものであると考えられる。すなわち、模擬電極形成時の焼成工程中に発生するアルミシリコン溶融液の上部に、焼成工程中に融解しない高融点ペースト層である銀ペースト層が存在することにより、アルミシリコン溶融液の突起状の膨れの発生が防止、抑制されていると考えられる。
【００５９】
また、模擬電極がアルミニウム層と銀層との２層構造で形成されており、銀層の厚みが異なる試料７〜試料９と試料１０〜試料１２とを比較すると、焼成温度が同じ場合には、銀層の厚みが厚い試料１０〜試料１２の方が、突起の発生個数がさらに減少している。このことより、焼成工程中に融解しない高融点ペースト層である銀ペースト層の厚みが厚い方が、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法の効果をより多く得られると考えられる。
【００６０】
また、模擬電極がアルミニウム層のみにより形成されている試料４〜試料６と、模擬電極がアルミニウム層と銅層との２層構造で形成されている試料１３〜試料１５とを比較すると、焼成温度が同じ場合には、試料１３〜試料１５の方が、突起の発生個数が大幅に減少している。これは、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法の効果によるものであると考えられる。すなわち、模擬電極形成時の焼成工程中に発生するアルミシリコン溶融液の上部に、焼成工程中に融解しない高融点ペースト層である銅ペースト層が存在することにより、アルミシリコン溶融液の突起状の膨れの発生が防止、抑制されていると考えられる。
【００６１】
また、模擬電極がアルミニウム層と銅層との２層構造で形成されており、銅層の厚みが異なる試料１３〜試料１５と試料１６〜試料１８とを比較すると、焼成温度が同じ場合には、銅層の厚みが厚い試料１６〜試料１８の方が、突起の発生個数がさらに減少している。このことより、焼成工程中に融解しない高融点ペースト層である銅ペースト層の厚みが厚い方が、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法の効果をより多く得られると考えられる。
【００６２】
以上の結果より、シリコン基板上に、アルミニウム層からなる第１電極層と、電極形成時の焼成温度では溶融しない高融点を有する金属からなる第２電極層と、を積層した２層構造の電極を形成することにより、電極表面における突起の発生個数が低減された良好な品質の電極を作製することができると言える。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、太陽電池セルおよび該太陽電池セルを組み立てて作製される太陽電池モジュールの歩留まりの向上に有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１  太陽電池セル
１１  半導体基板
１３  ｐ型多結晶シリコン基板
１５  ｎ型拡散層
１９  反射防止膜
２１  受光面側電極
２１ａ  受光面側ペースト電極
２３  表銀グリッド電極
２５  表銀バス電極
２７  裏面側電極
２９  裏面側電極
２９ａ  アルミニウムペースト電極層
３１  裏面側電極
３１ａ  高融点ペースト電極層
１１３  シリコン基板
１１５  ｎ型拡散層
２２９  裏面側電極
２２９ａ  アルミニウムペースト電極層
２２９ｂ  アルミニウムペースト電極層
２２９ｃ−１  層厚が薄い部分の液体層（アルミシリコンの溶融液）
２２９ｃ−２  層厚が厚い部分の液体層（アルミシリコンの溶融液）
２２９ｂ  アルミニウムペースト電極層
２２９ｂ−１  アルミニウムペースト電極層における層厚が薄い部分
２２９ｂ−２  アルミニウムペースト電極層における層厚が厚い部分
２２９ｄ  未溶融層
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４】
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