(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン印刷に用いられるメタルマスクであって、
板状の形状を呈する板状部と、
第１の方向に沿って延びるように前記板状部の第１面側に形成されるとともに、前記板状部の前記第１の方向に沿った端部に至らないように形成された溝と、
前記溝の底面に形成されて前記第１面の裏面側である第２面側に貫通する複数の第１開口と、
前記溝につながるように形成されて、前記第１の方向と略垂直な第２の方向に沿って延びるとともに前記板状部を貫通する第２開口と、
前記板状部の第１面側のうち、前記溝および前記第２開口が形成された領域よりも前記第１の方向に沿って端部側となる領域に形成された第３開口と、を備え、
前記第３開口は、前記第２の方向に沿って延びるように形成され、
前記溝の溝幅よりも前記第１の方向に沿った前記第２開口の幅のほうが小さいことを特徴とするメタルマスク。
【請求項２】
前記第３開口は、前記第２面側に貫通することを特徴とする請求項１に記載のメタルマスク。
【請求項３】
前記第３開口は、複数の貫通孔が前記第２の方向に沿って並べて形成されて構成されることを特徴とする請求項２に記載のメタルマスク。
【請求項４】
前記第３開口の内部は、底面を有する溝形状であることを特徴とする請求項１に記載のメタルマスク。
【請求項５】
前記第３開口は、前記第１の方向に沿った前記溝の延長線上と重ならない領域に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のメタルマスク。
【請求項６】
前記第３開口は、前記溝の延長線を挟んで両側に形成されており、
前記溝の延長線を挟んだ前記第３開口同士は、互いに前記第１の方向に沿ってずれた位置に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のメタルマスク。
【請求項７】
前記板状部の前記第１の方向に沿った最も端部寄りに形成された前記第２開口よりもさらに端部寄りに、前記第１開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のメタルマスク。
【請求項８】
グリッド電極とバス電極とが受光面側に形成された太陽電池の製造方法であって、
請求項１〜７のいずれか１つに記載のメタルマスクを、その第１面が所定の間隔を設けて前記受光面に対向するように配置するステップと、
スキージで前記第２面側を押圧することで前記第１〜第３開口を通してペースト状の電極材料を前記受光面に供給するステップと、を含み、
前記溝および前記第１開口を通過した電極材料によって前記バス電極が形成され、
前記第２開口を通過した電極材料によって前記グリッド電極が形成されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記メタルマスクを配置するステップの後に、前記メタルマスクの第３開口と前記太陽電池との間にダミーフィルムを配置するステップと、
前記受光面に電極材料を供給するステップの後に、前記ダミーフィルムを除去するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の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、メタルマスクおよび太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面に凹凸を有する基板に対して十分なペースト量が供給可能な印刷用マスクとしては、フォトリソグラフ法により開口寸法が異なるメタルマスク原板を作製し、前記メタルマスク原板にエッチング法でプリント配線基板やモジュール基板に追従する凸部を形成した印刷用メタルマスクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
表面に凹凸を有する基板として、例えば太陽電池素子がある。太陽電池素子は、例えば厚さ２００μｍ程度のシリコン基板において、光の集光率を高めるために表側（受光面側）に１０μｍ程度の凹凸構造を持つ。また、表面に反射防止膜である窒化シリコン膜が成膜されている。窒化シリコン膜上には、光−電子変換された電子を集める表面電極が形成されている。またシリコン基板の裏面には、裏面電極および外部電極とコンタクトを取る裏面接続用電極が形成されている。
【０００４】
一般に、表面電極の形成は、所望のパターンの透過部を有するスクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法によりペースト状材料をシリコン基板の所定の場所に印刷し、焼成炉で高温処理することで形成される。
【０００５】
電極形成方法としては、現在、安価に製作できる方法としてスクリーン印刷法が主流である。例えば、表面電極としてのグリッド電極（幅の細い電極）の形成にはメッシュの無い金属板に所定のパターンの開口を開けたメタルマスクを用い、グリッド電極と直交する表面電極としてのバス電極（幅の太い電極）の形成にはスクリーンマスクを用いて、重ね（多層）印刷することで受光面側の電極を形成する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
スクリーンマスクを用いた先行事例としては、グリッド電極の形状をバス電極から離れるほど細くする形状にすることで、電流の集電率を低下させることなく受光面積を増加させる方法も示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０２５６７号公報
【特許文献２】特許第３８０３１３３号公報
【特許文献３】特開平６−２８３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、メタルマスクとスクリーンマスクを用いて、重ね（多層）印刷する方法では、工数が増加し、生産タクトが低下する問題があった。さらに、断線や印刷カスレの無い細幅のグリッド電極を実現するためには、重ね印刷する際に異なる印刷マスクを使うことで、印刷マスク管理項目（特に配線間ピッチ変動）が増える点、さらに高い重ね合わせ精度に関わる問題があった。グリッド電極幅が細くなるほど、高い重ね合わせ精度が要求され位置ずれのリスクが高まる。その結果、グリッド電極幅が拡がってしまい、電極形成工程での歩留まりを低下させる問題があった。
【０００９】
そこで、工数の削減や歩留まりの向上を図るために、例えばバス電極とグリッド電極を一括してメタルマスクで形成するとともに、オフコンタクト印刷方式（マスクと基板との間に所定の間隔を設けて印刷する方式）を採用することが考えられる。
【００１０】
この場合、メタルマスクにはバス電極用の開口とグリッド電極用の開口が形成されることとなる。そうすると、印刷時に加えられる力によってバス電極とグリッド電極との接続部の変形が問題になりやすい。特に、オフコンタクト印刷方式で印刷する場合に印刷繰り返し時に加えられる変形と引張力によって、引張方向に沿った最外両端部に形成されたグリッド電極とバス電極との接続部で、メタルマスク自体が破損しやすいという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オフコンタクト印刷方式によるスクリーン印刷を繰り返しても、破損しにくいメタルマスク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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状の形状を呈するとともに第１面側が凸となるように第１面の裏面である第２面側から押圧力が加えられることで第１の方向に沿った引張力が加えられる板状部と、第１の方向に沿って延びるように板状部の第１面側に形成されるとともに、板状部の第１の方向に沿った端部に至らないように形成された溝と、溝の底面に形成されて第１面の裏面側である第２面側に貫通する複数の第１開口と、溝につながるように形成されて、第１の方向と垂直な第２の方向に沿って延びるとともに板状部を貫通する第２開口と、板状部の第１面側のうち、溝および第２開口が形成された領域よりも第１の方向に沿って端部側となる領域であって、第１の方向に沿った溝の延長線上と重ならない領域に形成された第３開口と、を備え、第３開口は、第２の方向に沿って延びるように形成され、溝の溝幅よりも第１の方向に沿った第２開口の幅のほうが小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最外両端部に形成されたバス電極とグリッド電極との接続部での変形を抑えることで、メタルマスクが破損するのを抑えることができるという効果を奏する。また、幅の異なる電極を１回の印刷で同時に形成できるので、重ね印刷を行う場合に比べて高速印刷が可能になるとともに、位置ずれの少ない安定した形状で表面電極を形成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１−１】図１−１は、太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、太陽電池の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるメタルマスクの平面図である。
【図３】図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【図４】図４は、図２に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。
【図５】図５は、図２に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。
【図６】図６は、図２に示すメタルマスクを用いたスクリーン印刷を説明するための概略図である。
【図７】図７は、図２に示すメタルマスクをスクリーン印刷に用いた場合の印刷結果を示す図である。
【図８】図８は、図１に示すメタルマスクを用いて表面電極をスクリーン印刷する方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、比較例として示すメタルマスクの平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示すメタルマスクの破損例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、電極の膜厚と線幅との関係を示す図であって、スクリーンマスクを用いて形成した場合とメタルマスクを用いて形成した場合とを比較する図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２にかかるメタルマスクの平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態３にかかるメタルマスクの平面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示すＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４にかかるメタルマスクの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態にかかるメタルマスクおよび太陽電池の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。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、図面を見易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００１６】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるメタルマスクを用いて製造される太陽電池の概略構成について説明する。図１−１は、太陽電池の概略構成を示す断面図である。図１−２は、太陽電池の概略構成を示す平面図である。
【００１７】
太陽電池５０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２５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２５側の面に形成された表面電極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。
【００１８】
また、表面電極２３としては、グリッド電極２３ａおよびバス電極２３ｂを含み、図１−１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。
【００１９】
次に、太陽電池５０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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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上に表面電極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。
【００２４】
次に、半導体基板２１の受光面２５に、銀が混入されたペースト材料（電極材料）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表面電極２３と裏面電極２４とを形成する。以上のようにして、図１−１および図１−２に示す太陽電池５０が作製される。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態１にかかるメタルマスクの平面図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図４は、図２に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。図５は、図２に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。図２では、メタルマスク１０を表面（第１面）１１ａ側から見た図となっている。メタルマスク１０は、上述した太陽電池５０の製造工程において、受光面２５に表面電極２３を形成する際のスクリーン印刷に用いられるマスクである。
【００２６】
図６は、図２に示すメタルマスク１０を用いたスクリーン印刷を説明するための概略図である。表面電極２３の形成において、メタルマスク１０は、両端が版枠４に保持された状態で、被印刷物である半導体基板２１の受光面２５に板状部１１の表面１１ａが対向するように配置される。そして、板状部１１の裏面１１ｂ側からスキージゴム１でペースト材料が押し込まれることで、メタルマスク１０（板状部１１）を貫通するように形成された貫通部を透過してペースト材料が所定の位置に印刷される。
【００２７】
本実施の形態では、メタルマスク１０と被印刷物との間に所定の間隔（例えば、１．５ｍｍ〜２ｍｍの間隔）が設けられた状態でスクリーン印刷が行われるオフコンタクト印刷を例示している。スクリーン印刷時には、スキージゴム１がメタルマスク１０の裏面１１ｂ側に押し付けられるので、板状部１１の裏面１１ｂ側から押圧力が加えられて、板状部１１は表面１１ａ側が凸となるように変形する。また、それに伴ってメタルマスク１０には、矢印Ｘに示す方向に引張力が加わる。オフコンタクト印刷を行うことで、引張力が加わる方向（以下、第１の方向ともいう）に沿った両端部で、メタルマスク１０が変形しやすくなる。
【００２８】
メタルマスク１０は板状の形状を呈する板状部１１を備えている。板状部１１には、グリッド電極２３ａを形成するための溝３０および第１開口３１と、バス電極２３ｂを形成するため第２開口３２と、スクリーン印刷時に加わる引張力によるメタルマスク１０の破損を抑制するためのダミー開口（第３開口）３３が形成されている。
【００２９】
溝３０は、第１の方向（矢印Ｘに示す方向，図２も参照）に沿って延びるように表面１１ａに形成される。また、溝３０は、板状部１１の端部のうち版枠４に保持される端部、すなわち第１の方向に沿った端部に至らない長さで形成されている。また、溝３０は、バス電極２３ｂの平面形状と略同じ平面形状で形成される。第１開口３１は、溝３０の底面に複数形成される。第１開口３１は、図３、４に示すように、溝３０の底面から板状部１１の裏面１１ｂに貫通するように形成される。したがって、スクリーン印刷時には、板状部１１の裏面１１ｂから押し込まれたペースト材料が、第１開口３１を通って溝３０に侵入し、溝３０を通って表面１１ａ側に押出される。そして、溝３０の平面形状に倣ったバス電極２３ｂが半導体基板２１の受光面２５に印刷される。
【００３０】
第２開口３２は、図２に示すように、第１の方向と垂直な第２の方向（矢印Ｙに示す方向，図２も参照）に沿って延びるように形成される。第２開口３２は、グリッド電極２３ａの平面形状と略同じ形面形状で形成される。第２開口３２は、図４に示すように、溝３０とつながるように形成され、板状部１１の表面１１ａから裏面１１ｂに貫通するオープン開口になっている。したがって、スクリーン印刷時には、板状部１１の裏面１１ｂから押し込まれたペースト材料が、第２開口３２を通って表面１１ａ側に押出される。そして、第２開口の平面形状に倣ったグリッド電極２３ａが半導体基板２１の受光面２５に印刷される。
【００３１】
なお、第２開口３２のうち、第１の方向に沿った最も端部寄りに形成された第２開口３２（図２に示す最端開口３２ａ）よりもさらに端部寄りにも溝３０と第１開口３１（図２に示す最端開口３１ａ）が形成されている。
【００３２】
板状部１１のうち、溝３０、第１開口３１、第２開口３２が形成される領域、すなわち、グリッド電極２３ａとバス電極２３ｂを印刷するための領域（印刷領域Ｐ）よりも、第１の方向に沿った板状部１１の端部側となる領域（ダミー領域Ｑ）には、ダミー開口（第３開口）３３が形成される。ダミー開口３３は、板状部１１の表面１１ａから裏面１１ｂに貫通する複数の貫通孔３３ａ〜３３ｃで構成されている。
【００３３】
貫通孔３３ａ〜３３ｃは、第２の方向に沿って並べられており、ダミー開口３３は全体として第２の方向に沿って延びるように形成されている。例えば図２では、貫通孔３３ａ〜３３ｃの幅が６０μｍであり、貫通孔３３ａ〜３３ｃは第２の方向に４０μｍ幅で並べることが想定されている。また、貫通孔３３ａ〜３３ｃ同士に挟まれた領域（架橋パターン３４）は、板状部１１の他の領域の厚さよりも薄くされており、例えば図２では、メタルマスク１０の厚さが７０μｍである場合、架橋パターン３４の厚さを４０μｍとすることが想定されている。また、架橋パターン３４同士は、２００μｍピッチで設けられることが想定されている。また、ダミー開口３３は、溝３０の延長線と重ならない領域、すなわち図２で二点鎖線に挟まれた領域から外れた領域に形成される。
【００３４】
図７は、図２に示すメタルマスク１０をスクリーン印刷に用いた場合の印刷結果を示す図である。メタルマスク１０用いてスクリーン印刷を行うと、図７に示すような印刷結果となる。印刷されたペースト材料のうち、ダミー開口３３を通過して印刷されたペースト材料５１は、グリッド電極２３ａやバス電極２３ｂとして利用できないため、不要な印刷結果となる。そこで、図６に示すように、半導体基板２１の受光面２５とメタルマスク１０のダミー領域Ｑとの間にフィルム（ダミーフィルム５２）を挿入してから、スクリーン印刷を行う。ダミー開口３３を通過したペースト材料はダミーフィルム５２上に印刷されるため、スクリーン印刷の終了後にダミーフィルム５２を除去すれば、半導体基板２１の受光面２５から不要なペースト材料を簡単に除去できる。
【００３５】
図８は、図１に示すメタルマスク１０を用いて表面電極２３をスクリーン印刷する方法を示すフローチャートである。まず、メタルマスク１０を、その表面１１ａが半導体基板２１の受光面２５に、所定の間隔を設けて対向するように配置する（ステップＳ１）（図６も参照）。次に、ダミー領域Ｑと受光面２５との間にダミーフィルム５２を配置する（ステップＳ２）。なお、ダミーフィルム５２は、少なくともダミー開口３３と受光面２５との間に配置されていればよい。
【００３６】
次に、メタルマスク１０の裏面１１ｂ側にスキージゴム１を用いてペースト状の電極材料を押し付ける（ステップＳ３）。これにより、溝３０、第１開口３１、第２開口３２およびダミー開口３３を通して受光面２５にペースト状の電極材料が供給される。そして、ダミーフィルム５２を除去することで（ステップＳ４）、受光面２５に表面電極２３が形成される。このスクリーン印刷の工程は、太陽電池５０の製造工程に組み入れられる。
【００３７】
次に、比較例としてのメタルマスク１００について説明する。図９は、比較例として示すメタルマスク１００の平面図である。図９に示すように、メタルマスク１００にはダミー開口３３（図２も参照）が形成されていない。また、第２開口３２のうち、第１の方向に沿った最も端部寄りに形成された第２開口３２（図２に示す最端開口３２ａ）よりもさらに端部寄りには、第１開口３１が形成されていない。
【００３８】
上述したように、オフコンタクト印刷を行うことで、メタルマスクにはその端部が変形する。特にその変形は、第１の方向に沿った最外端に形成された第２開口３２と溝３０との接続部分に集中しやすい。そのため、印刷工程を繰り返すと、メタルマスク１００のうち変形の影響を最も受けやすい最外端の開口位置でメタルマスク１００が破損しやすくなる。
【００３９】
図１０は、図９に示すメタルマスク１００の破損例を示す平面図である。図１０に示すように、最外端に形成された第２開口３２が溝３０につながる部分で破断が生じやすい。例えば、第１開口３１の径が１００μｍ、第１開口３１同士の距離が４０μｍである。
【００４０】
メタルマスク１００の最外端の第２開口３２が溝３０につながる部分で破断が生じることで、最外端の第２開口３２の幅が広がってしまう。また、最外端の第２開口３２の幅が広がることで、それに隣接する第２開口３２の幅が狭められてしまう。
【００４１】
このように破断が生じたメタルマスク１００を用いてオフコンタクト印刷を行うと、幅が狭められた第２開口３２で十分なペースト材料が通過できず、グリッド電極２３ａ（図２も参照）に断線が生じてしまう場合がある。
【００４２】
一方、本実施の形態にかかるメタルマスク１０は、溝３０、第１開口３２および第２開口３２が形成された印刷領域Ｐよりも端部側となるダミー領域Ｑにダミー開口３３が形成されている。ダミー開口３３が形成されることで、ダミー領域Ｑにも板状部１１の変形が分散される。そのため比較例で示したメタルマスク１００の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、オフコンタクト印刷でのメタルマスク１０の破損が発生しにくくなる。
【００４３】
また、比較例で示すメタルマスク１００では、第２開口３２のうち、第１の方向に沿った最も端部寄りに形成された第２開口３２（図２に示す最端開口３２ａ）よりもさらに端部寄りには、第１開口３１が形成されていない。そのため、最端開口３２ａ以外の第２開口３２に比べて、溝３０との接続部位で周囲に形成された第１開口３１の数が少なくなってしまう。
【００４４】
周囲に形成された第１開口３１の数が少なくなることで、最端開口３２ａのうち溝３０との接続部位では、十分にペースト材料が供給されず、グリッド電極２３ａとバス電極２３ｂとの接続状態が不安定になり、断線してしまう場合があった。
【００４５】
一方、本実施の形態では、図２に示すように、最端開口３２ａよりもさらに端部寄りにも溝３０と最端開口３１ａが形成されている。そのため、他の第２開口３２の周囲と略同数の第１開口３１が、最端開口３２ａの周囲に形成される。
【００４６】
そして、最端開口３２ａのうち溝３０との接続部位に対して、最端開口３１ａからもペースト材料が供給されるため、ペースト材料の供給が不足しにくく、グリッド電極２３ａとバス電極２３ｂとの接続状態が安定しやすい。これにより、グリッド電極２３ａとバス電極２３ｂとが断線するのを抑制することができる。
【００４７】
また、メタルマスク１０の第２開口３２にはスクリーンマスクに見られるような障害物（紗）の存在がないため、膜厚の揃った（うねりの少ない）グリッド電極２３ａを印刷することができる。参考のために形成したパターンの形状を示すと、グリッド電極２３ａ形成用の開口幅が６０μｍでマスクの厚さが７０μｍのスクリーンマスクを用いた場合、印刷されたグリッド電極２３ａの厚さは２０μｍから１２０μｍとなった。一方、第２開口３２の開口幅が６０μｍ、マスクの厚さが７０μｍのメタルマスク１０を用いた場合、印刷されたグリッド電極２３ａの厚さは２８μｍから３８μｍとなり、膜厚変動がスクリーンマスクを用いた場合に比べて１／１０となる膜厚うねりの少ないグリッド電極２３ａを印刷形成できた。なお、グリッド電極２３ａの幅は、何れも平均幅が８０μｍ程度に仕上がった。
【００４８】
また、グリッド電極２３ａの細線化を図るために第２開口３２の開口幅を小さくする場合がある。ここで、スクリーンマスクにおいてグリッド電極２３ａ用の開口幅を５０μｍより小さくすると、紗の存在によって被印刷体（半導体基板２１）へのペースト材料の転写性が低下し、グリッド電極２３ａに断線が発生しやすくなる。一方、メタルマスク１０では、第２開口３２の幅を４０μｍとした場合であっても、紗の存在がないため、ペースト材料の転写性が低下しにくく、グリッド電極２３ａに断線が発生しにくい。
【００４９】
図１１は、電極の膜厚と線幅との関係を示す図であって、スクリーンマスクを用いて形成した場合とメタルマスク１０を用いて形成した場合とを比較する図である。図１１では、一般に使われるスクリーンマスクで形成されたグリッド電極２３ａの線幅と膜厚のデータ、およびメタルマスク１０を用いて形成したグリッド電極２３ａの線幅と膜厚のデータがプロットされている。また、図１１の示す直線３５は、膜厚を線幅で除した値であるアスペクト比が０．５の場合を示している。この直線３５より上方にあるデータはアスペクト比が０．５より大きいことを示している。ここでマスクの厚さは何れも７０μｍとし、ペースト状材料（Ａｇペースト）は同一のものを用いて試験を行っている。
【００５０】
ここで、１回の印刷で形成される電極のアスペクト比が０．５より大きくなる電極を本実施の形態では高アスペクト配線と定義する。図１１に示すように、一般的なスクリーンマスクを用いて形成された電極はアスペクト比が０．４より小さいのに対して、メタルマスク１０を用いて形成された電極はアスペクト比が０．５より大きく、高アスペクト配線として形成できている。
【００５１】
また、本実施の形態にかかるメタルマスク１０は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。今回用いた印刷機では、従来メタルマスク適用時のコンタクト印刷時に必要な版離れ動作に係わる処理時間が、オフコンタクト方式の印刷の結果、印刷時に作用することでゼロに短縮できた。
【００５２】
上述したように溝３０、第１開口３１、第２開口３２、ダミー開口３３が形成されたメタルマスク１０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５０のグリッド電極２３ａの形成に好適である。メタルマスク１０を用いることにより、グリッド電極２３ａの幅の拡がりを少なくして細幅で厚膜に形成できるので、太陽光からの入射光を遮る表面電極２３の面積をなるべく小さくすることができる。これにより、太陽電池５０における発電効率の低下を抑えることができる。なお、本実施の形態では、メタルマスクを用いたパターン形成の適用例として、太陽電池５０への表面電極２３の形成を例に挙げて説明したがこれに限定されない。すなわち、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することができる。
【００５３】
実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２にかかるメタルマスクの平面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態２にかかるメタルマスク６０では、溝３０の延長線を挟んで形成されたダミー開口６３同士が、互いに第１の方向にずれて形成されている。ダミー開口６３が複数の貫通孔６３ａ〜６３ｃを並べて形成され、貫通孔６３ａ〜６３ｃの間には架橋パターン６４が設けられている点については、上記実施の形態１と同様であり、貫通孔６３ａ〜６３ｃ同士の間隔等についても同様であり、図１２に示すＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図は図５と同様になる。
【００５４】
ダミーグリッド電極パターンの配置は特に問わないが、本実施例では、バス電極に相当する部分には、グリッド電極に相当するパターンはバス電極に相当する部分を隔てて交わらないように配置した。最外端のグリッド電極とバス電極の接続部が、オフコンタクト印刷時に最も強度的には弱い箇所になる。最外端のグリッド電極のみバス電極との接続箇所を無くすことで強度的に弱い箇所を無くした。
【００５５】
このようにダミー開口６３を形成した場合にも、上記実施の形態１と同様に、比較例で示したメタルマスク１００（図９、図１０も参照）の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク６０の破損が発生しにくくなる。
【００５６】
また、メタルマスク６０の第２開口３２にはスクリーンマスクに見られるような障害物（紗）の存在がないため、膜厚の揃った（うねりの少ない）グリッド電極２３ａを印刷することができる。
【００５７】
また、本実施の形態２にかかるメタルマスク６０は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
【００５８】
実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３にかかるメタルマスクの平面図である。図１４は、図１３に示すＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態３にかかるメタルマスク７０では、図１４に示すようにダミー開口７３が、底面を有する溝として形成されている。そのため、スクリーン印刷時にダミー開口７３をペースト材料が通過せず、表面電極２３の形成時にダミーフィルム５２を用いずに済む。そのため、工数を削減して印刷処理のより一層の高速化を図ることができる。
【００５９】
また、このようにダミー開口７３を形成した場合にも、上記実施の形態１と同様に、比較例で示したメタルマスク１００（図９、図１０も参照）の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク７０の破損が発生しにくくなる。
【００６０】
また、メタルマスク７０の第２開口３２にはスクリーンマスクに見られるような障害物（紗）の存在がないため、膜厚の揃った（うねりの少ない）グリッド電極２３ａを印刷することができる。
【００６１】
また、本実施の形態３にかかるメタルマスク７０は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
【００６２】
実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４にかかるメタルマスクの平面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態４にかかるメタルマスク８０では、上記実施の形態３と同様にダミー開口８３が溝として形成され、上記実施の形態２と同様に溝３０の延長線を挟んで形成されたダミー開口８３同士が、互いに第１の方向にずれて形成されている。
【００６３】
ダミー開口８３が溝として形成されているため、スクリーン印刷時にダミー開口８３をペースト材料が通過せず、表面電極２３の形成時にダミーフィルム５２を用いずに済む。そのため、工数を削減して印刷処理のより一層の高速化を図ることができる。
【００６４】
また、このようにダミー開口８３を形成した場合にも、上記実施の形態１と同様に、比較例で示したメタルマスク１００（図９、図１０も参照）の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク８０の破損が発生しにくくなる。
【００６５】
また、メタルマスク８０の第２開口３２にはスクリーンマスクに見られるような障害物（紗）の存在がないため、膜厚の揃った（うねりの少ない）グリッド電極２３ａを印刷することができる。
【００６６】
また、本実施の形態３にかかるメタルマスク８０は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかるメタルマスクは、太陽電池に対して配線を印刷するのに有用であり、特に、オフコンタクト印刷方式によって配線を印刷するのに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１  スキージゴム
４  版枠
１０，６０，７０，８０  メタルマスク
１１  板状部
１１ａ  表面（第１面）
１１ｂ  裏面（第２面）
２１  半導体基板
２１ａ  Ｎ層
２２  反射防止膜
２３  表面電極
２３ａ  グリッド電極
２３ｂ  バス電極
２４  裏面電極
２５  受光面
３０  溝
３１  第１開口
３１ａ  最端開口
３２  第２開口
３２ａ  最端開口
３３  ダミー開口（第３開口）
３３ａ〜３３ｃ  貫通孔
３４  架橋パターン
５０  太陽電池
５１  ペースト材料
５２  ダミーフィルム
６３  ダミー開口（第３開口）
６３ａ〜６３ｃ  貫通孔
７３，８３  ダミー開口（第３開口）
１００  メタルマスク
Ｐ  印刷領域
Ｑ  ダミー領域
【図１−１】
0005542162.tif 000002
【図１−２】
0005542162.tif 000003
【図２】
0005542162.tif 000004
【図３】
0005542162.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005542162.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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