(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状アルミニウムと、有機溶剤を含む有機ビヒクルとを含むアルミニウムペーストであって、前記粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、前記重量％は、前記球状アルミニウム粉末と前記結節状アルミニウム粉末との和を基準とする、アルミニウムペースト。
【請求項２】
（ｉ）ｐ型領域、ｎ型領域、およびｐーｎ接合部を有するシリコンウェハの裏面に、請求項１に記載のアルミニウムペーストを塗布するステップと、
（ｉｉ）前記アルミニウムペーストを塗布した面を焼成して、前記ウェハを７００から９００℃のピーク温度に到達させるステップと、
を含む、シリコン太陽電池の形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法によって作製されるシリコン太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムペーストと、シリコン太陽電池の製造におけるアルミニウムペーストの使用、すなわち、シリコン太陽電池のアルミニウム裏面電極および個々のシリコン太陽電池の製造におけるアルミニウムペーストの使用と、に関する。 
【背景技術】
【０００２】
ｐ型ベースを有する従来の太陽電池構造は、典型的には電池の前面すなわち太陽側にある陰極と、裏面にある陽極とを有する。半導体ボディのｐ−ｎ接合に衝突する、しかるべき波長の放射線が、半導体ボディ内に電子−正孔対を発生させるための外部エネルギ源として働くことがよく知られている。ｐ−ｎ接合に存在する電位差によって、正孔および電子は、それぞれ反対の方向に動いて接合部を横切り、外部回路に電力を供給できる電流の流れを発生させる。ほとんどの太陽電池は、メタライズされた、すなわち、導電性の金属コンタクトが設けられたシリコンウェハの形をとる。
【０００３】
シリコン太陽電池の形成時には、シリコンウェハの裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥させることが一般的である。次に、このウェハを、アルミニウムの融点を超える温度で焼成してアルミニウム−シリコン溶融物を形成し、その次の冷却段階において、アルミニウムがドープされた、シリコンのエピタキシャル成長層を形成する。この層は、一般に裏面電界（ＢＳＦ）層と呼ばれ、太陽電池のエネルギ変換効率の向上に役立つ。
【０００４】
現行の発電用太陽電池のほとんどがシリコン太陽電池である。量産工程の一般的な目標は、工程を最大限に単純し、製造コストを最小限に抑えることである。特に電極は、金属ペーストからスクリーン印刷するなどの方法を用いて作製する。
【０００５】
以下では、この製造方法の一例を、図１を参照しながら説明する。図１Ａは、ｐ型シリコン基板１０を示す。
【０００６】
図１Ｂでは、リン（Ｐ）などの熱拡散により、逆導電型のｎ型拡散層２０を形成している。気体リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が一般的に使用される。その他の液体源としては、リン酸などがある。特に修正がなければ、拡散層２０は、シリコン基板１０の全面にわたって形成される。こうして形成されたｐ−ｎ接合部は、ｐ型ドーパントの濃度とｎ型ドーパントの濃度とが等しく、太陽側の近くにｐ−ｎ接合部を有する従来型の太陽電池では、接合深さは、０．０５から０．５μｍである。
【０００７】
この拡散層を形成した後、残りの面にある余分な表面ガラスを、フッ化水素酸などの酸によるエッチングで除去する。
【０００８】
次に、図１Ｄに示すように、たとえば、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）などの工程により、ｎ型拡散層２０の上に反射防止膜（ＡＲＣ）３０を、０．０５から０．１μｍの厚さに形成する。
【０００９】
図１Ｅに示すように、反射防止膜３０の上に、前面電極用として前面銀ペースト（前面電極形成銀ペースト）５００をスクリーン印刷し、乾燥させる。さらに次に、基板の裏面に、裏面銀（または銀／アルミニウム）ペースト７０およびアルミニウムペースト６０をスクリーン印刷し（または、他の何らかの方法で塗布し）、乾燥させる。通常は、まず、裏面銀（または銀／アルミニウム）ペーストを、２つの平行なストリップ（バスバー）として、または、相互接続ストリング（予備はんだされた銅リボン）をはんだ付けするために用意される長方形（タブ）として、シリコン上にスクリーン印刷し、次に、露出した領域にアルミニウムペーストを、裏面銀（または銀／アルミニウム）と多少重なるように印刷する。場合によっては、アルミニウムペーストを印刷してから、銀（または銀／アルミニウム）ペーストを印刷する。次に、焼成を、典型的には、ベルト炉において１から５分間行い、ウェハを７００から９００℃の範囲のピーク温度に到達させる。前面電極および裏面電極の焼成は、順次または同時に行うことが可能である。
【００１０】
その結果、図１Ｆに示すように、ペーストから溶解したアルミニウムが、焼成工程においてシリコンを溶解し、その後、冷却されると、シリコンベース１０からエピタキシャル成長する共晶層を形成して、高濃度のアルミニウムドーパントを含有するｐ＋層４０を形成する。この層は、一般に裏面電界（ＢＳＦ）層と呼ばれ、太陽電池のエネルギ変換効率の向上に役立つ。一般には、このエピタキシャル層の表面に、アルミニウムの薄層が存在する。
【００１１】
アルミニウムペーストは、焼成により、乾燥状態６０からアルミニウム裏面電極６１に変化する。同時に、裏面銀（または銀／アルミニウム）ペースト７０は、焼成により、銀（または銀／アルミニウム）裏面電極７１に変化する。焼成中に、裏面アルミニウムと裏面銀（または銀／アルミニウム）との間の境界が合金状態になり、電気的にも接続される。ｐ＋層４０を形成する必要があることを１つの理由として、アルミニウム電極は、裏面電極のほとんどの領域を占める。銀（または銀／アルミニウム）裏面電極を、裏面の複数部分の上に（多くの場合、２から６ｍｍの幅のバスバーとして）形成する。これらは、予備はんだされた銅リボンなどにより太陽電池同士を接続するための電極として用いる。さらに、前面銀ペースト５００は、焼成時に焼結されて反射防止膜３０に浸透し、ｎ型層２０と電気的に接触することが可能になる。このタイプの工程を、一般に「焼成貫通（ファイヤスルー）」と呼ぶ。この焼成貫通状態を、図１Ｆの層５０１で示した。
【００１２】
上述のようなアルミニウムペーストは、多くの特許出願において開示されている。そのうちの、たとえば、米国特許出願公開第２００７／００７９８６８号明細書では、アルミニウムペーストに含有されるアルミニウム粉末が噴霧アルミニウムを含んでよいことが開示されている。アルミニウムの噴霧化は、空気中または不活性雰囲気中で行うことが可能である。
【００１３】
シリコンウェハから作製され、アルミニウム裏面電極を有するシリコン太陽電池は、シリコンとアルミニウムのバイメタルストリップであって、いわゆる反り挙動を示す場合がある。反りは、太陽電池の亀裂や破損につながるおそれがあり、望ましくない。また、反りは、シリコンウェハの加工に関連する問題の原因にもなる。加工中のシリコンウェハは、通常、吸引パッドを用いる自動処理装置を利用して吊り上げられるが、反りが多いと、確実な動作が行われない可能性がある。太陽電池業界における反り要件では、太陽電池のゆがみの代表値を１．５ｍｍ未満としている。反り現象の克服は、大きく、かつ／または薄いシリコンウェハ（たとえば、厚さが１８０μｍ未満、特に１２０μｍから１８０μｍ未満の範囲であって、面積が２５０ｃｍ２超から４００ｃｍ２の範囲であるシリコンウェハ）から作製されるシリコン太陽電池の場合には、特に難題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、シリコン太陽電池のｐ型アルミニウム裏面電極の形成に用いるアルミニウムペースト（アルミニウム厚膜組成物）に関する。本発明はさらに、シリコン太陽電池の製造におけるアルミニウムペーストの形成方法および使用、ならびにシリコン太陽電池そのものに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、粒状アルミニウムと、有機ビヒクルと、任意選択的に１種類以上のガラスフリット組成物とを含むアルミニウムペーストを対象とする。ここで、粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状（不規則形状）アルミニウム粉末とを含み、これらの重量％は、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和を基準とする。
【００１６】
本発明はさらに、ｐ型領域およびｎ型領域、ならびにｐ−ｎ接合部を有するシリコンウェハを利用するシリコン太陽電池の形成方法およびシリコン太陽電池そのものを対象とし、この形成方法は、本発明のアルミニウムペーストをシリコンウェハの裏面に塗布（具体的にはスクリーン印刷）するステップと、印刷した面を焼成して、ウェハを７００から９００℃の範囲のピーク温度に到達させるステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】シリコン太陽電池の組み立てを例示する工程フロー図である。
【００１８】
以下は、図１に示されている参照符号の説明である。
【００１９】
１０  ｐ型シリコンウェハ
２０  ｎ型拡散層
３０  反射防止膜（たとえば、ＳｉＮｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ）
４０  ｐ＋層（裏面電界（ＢＳＦ））
６０  裏面に形成されたアルミニウムペースト
６１  （裏面アルミニウムペーストを焼成して得られた）アルミニウム裏面電極
７０  裏面に形成された銀（または銀／アルミニウム）ペースト
７１  （裏面銀（または銀／アルミニウム）ペーストを焼成して得られた）銀（または銀／アルミニウム）裏面電極
５００  前面に形成された銀ペースト
５０１  （前面銀ペーストを焼成して得られた）銀前面電極
【図２Ａ】本発明の導電アルミニウムペーストを用いてシリコン太陽電池を製造する製造工程を説明する図である。以下は、図２に示されている参照符号の説明である。
【００２０】
１０２  シリコン基板（シリコンウェハ）
１０４  受光面側電極
１０６  第１の電極用ペースト組成物
１０８  第２の電極用導電ペースト
１１０  第１の電極
１１２  第２の電極
【図２Ｂ】本発明の導電アルミニウムペーストを用いてシリコン太陽電池を製造する製造工程を説明する図である。
【図２Ｃ】本発明の導電アルミニウムペーストを用いてシリコン太陽電池を製造する製造工程を説明する図である。
【図２Ｄ】本発明の導電アルミニウムペーストを用いてシリコン太陽電池を製造する製造工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末とを上述の特定の重量比で含有するアルミニウム厚膜組成物は、これを用いて作製されるシリコン太陽電池の反りおよび電気性能に関して、良好かつバランスの取れた全体特性を示すことがわかった。上記の新規なアルミニウム厚膜組成物をシリコン太陽電池のアルミニウム裏面電極の製造に用いることにより、結果として、反り挙動が少なく電気特性が良好なシリコン太陽電池が得られるだけでなく、アルミニウム裏面電極とシリコンウェハ基板との間の粘着性が低下する傾向が軽減もしくは除去される。アルミニウム裏面電極とシリコンウェハ基板との間の粘着性が良好であることは、シリコン太陽電池の耐久寿命すなわち実用寿命を延ばすことにつながる。また、有利なことに、本発明のアルミニウムペーストを使用して得られるＡｌ−Ｓｉ共晶層および裏面電界の厚みが非常に均一である。
【００２２】
本発明のアルミニウムペーストは、粒状アルミニウムおよび有機ビヒクル（有機媒体）を含み、この粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、これらの重量％は、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和を基準とする。一実施形態では、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和は、粒状アルミニウムの９０重量％超を占める。さらなる一実施形態では、粒状アルミニウムの１００重量％を占める。
【００２３】
粒状アルミニウムは、アルミニウム、またはアルミニウムと他の１種類以上の類似の金属（たとえば、亜鉛、スズ、銀、およびマグネシウム）との合金を含んでよい。アルミニウム合金の場合、アルミニウムの含有率は、たとえば、９９．７重量％から１００重量％未満である。
【００２４】
前述のとおり、この粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、これらの重量％は、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和を基準とする。一実施形態では、粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状アルミニウム粉末とからなり、これらの重量％の合計は１００重量％になる。
【００２５】
さらなる一実施形態では、この粒状アルミニウムは、５０から７５重量％の球状アルミニウム粉末と、２５から５０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、これらの重量％は、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和を基準とする。別の実施形態では、粒状アルミニウムは、５０から７５重量％の球状アルミニウム粉末と、２５から５０重量％の結節状アルミニウム粉末とからなり、これらの重量％の合計は１００重量％になる。
【００２６】
さらに別の実施形態では、この粒状アルミニウムは、６０から７０重量％の球状アルミニウム粉末と、３０から４０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、これらの重量％は、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との和を基準とする。一実施形態では、粒状アルミニウムは、６０から７０重量％の球状アルミニウム粉末と、３０から４０重量％の結節状アルミニウム粉末とからなり、これらの重量％の合計は１００重量％になる。
【００２７】
本明細書では、「球状アルミニウム粉末」という用語を用いている。これは、顕微鏡で見た場合に、個々のアルミニウム粒子が、球または球に近い形状であること、すなわち、完全に円形であるか、多少楕円がかっていると言ってよいことを意味する。球状アルミニウム粉末は、典型的には、（たとえば、５体積％未満から０体積％の）低酸素含有率の不活性ガス雰囲気中、たとえば、窒素またはアルゴン雰囲気中で液体アルミニウムを噴霧することによって作製する。本発明のアルミニウムペーストに使用できる市販の球状アルミニウム粉末の一例として、Ｐｏｕｄｒｅｓ−Ｈｅｒｍｉｌｌｏｎ社のＵＬＴ−０６６５という製品が挙げられる。
【００２８】
本明細書では、「結節状アルミニウム粉末」という用語を用いている。これは、顕微鏡で見た場合に、個々のアルミニウム粒子が、球状ではないことを意味する。これらのアルミニウム粒子は、不規則ながらコンパクトな形状であり（すなわち、縦横比が小さく）、アルミニウムフレークまたはアルミニウムプレートレットと区別が付かなくなることはない。結節状アルミニウム粉末は、典型的には、空気中で液体アルミニウムを噴霧することによって作製する。本発明のアルミニウムペーストに使用できる市販の結節状アルミニウム粉末の一例として、Ａｌｃｏａ社の１４０１／Ｓ２という製品が挙げられる。
【００２９】
球状アルミニウム粉末も結節状アルミニウム粉末も、平均粒子サイズ（平均粒径ｄ５０）は、レーザ散乱方式で測定され、たとえば、４から１２μｍである。本発明のアルミニウムペースト中には、粒状アルミニウムは、アルミニウムペースト組成物の総量に対して５０から８０重量％（または、一実施形態では７０から７５重量％）の比率で存在してよい。
【００３０】
平均粒子サイズに関連して、本明細書および特許請求の範囲においてなされる表現はすべて、アルミニウムペースト組成物中に存在する関連材料の平均粒子サイズに関する。
【００３１】
アルミニウムペースト中に存在する粒状アルミニウムには、他の粒状金属（たとえば、銀あるいは銀合金の粉末など）が付随する場合がある。そのような他の粒状金属の比率は、粒状アルミニウムと他の粒状金属との和に対して０から１０重量％である。
【００３２】
一実施形態では、本発明のアルミニウムペーストはさらに、１種類以上のガラスフリットを無機バインダとして含む。ガラスフリット組成物は、ＰｂＯを含有してよく、一実施形態では、鉛フリーであってよい。ガラスフリット組成物は、焼成後に再結晶または相分離されて、当初軟化点より低い軟化点を有する、分離された相を有するフリットを遊離するガラスフリットを含んでよい。
【００３３】
ガラスフリット組成物の（当初）軟化点（示差熱分析（ＤＴＡ）によって加熱率１０Ｋ／分で測定されるガラス転移温度）は、３２５から６００℃の範囲にあってよい。
【００３４】
レーザ散乱方式で測定される、ガラスフリットの平均粒子サイズ（平均粒径）は、たとえば、２から２０μｍである。ガラスフリットを含むアルミニウムペーストの場合、ガラスフリットの含有率は、アルミニウムペースト組成物の総量に対して、０．０１から５重量％であってよく、一実施形態では０．１から２重量％であってよく、さらなる一実施形態では０．２から１．２５重量％であってよい。
【００３５】
アルミニウムペーストに有用なガラスフリットの何種類かは、当該技術分野において慣用されている。例として、ホウケイ酸ガラスやアルミノケイ酸ガラスがある。さらなる例として、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＰｂＯ、ＺｒＯ２などの酸化物の組み合わせがあり、これらの酸化物を単独で、または組み合わせて用いることによりガラスバインダを形成することが可能である。
【００３６】
従来型ガラスフリットとしては、鉛ホウケイ酸フリット、ビスマス、 カドミウム、バリウム、カルシウム、または他のアルカリ土類ホウケイ酸フリットなどの、ホウケイ酸フリットがある。そのようなガラスフリットの調製方法は周知であり、たとえば、ガラスの各成分を、各成分の酸化物の形でまとめて溶融し、そのような溶融組成物を水に注ぎ込んでフリットを形成する。このひとかたまりの成分は、もちろん、通常のフリット製造条件の下で所望の酸化物をもたらす任意の化合物であってよい。たとえば、酸化ホウ素はホウ酸から得られ、二酸化ケイ素はフリットから作り出され、酸化バリウムは炭酸バリウムから作り出される。
【００３７】
ガラスを、水または不活性、低粘度、低沸点の有機液体とともにボールミルに入れて粉砕することにより、フリットの粒子サイズを小さくし、ほぼ均一なサイズのフリットを得ることが可能である。それを、水または上記有機液体の中で沈降させて微粒子を分離することが可能であり、その微粒子を含有していた上澄み液を除去することが可能である。他の分粒方法を用いることも可能である。
【００３８】
ガラスの調製は、従来のガラス製造技術を用いて、所望の成分を所望の比率で混合し、その混合物を加熱して溶融物を形成することによって行う。当該技術分野では周知であるが、加熱は、ピーク温度まで、かつ、溶融物が完全に液化し、均一になるまで行うことが可能である。
【００３９】
本発明のアルミニウムペーストは、有機ビヒクルを含む。有機ビヒクルとして、非常に様々な不活性粘性材料を使用することが可能である。有機ビヒクル中では、粒状成分（粒状アルミニウム、ガラスフリット（もしあれば））が適度に安定して分散していることが可能である。有機ビヒクルの諸特性（特にレオロジ特性）は、良好な塗布特性をアルミニウムペースト組成物に与えるような特性であることが可能であり、良好な塗布特性としては、不溶性固形物の安定的分散、塗布（特にスクリーン印刷）に適した粘度およびチキソトロピー、シリコンウェハ基板およびペースト固形物の適切な湿潤性、良好な乾燥率、良好な焼成特性などが挙げられる。本発明のアルミニウムペーストに用いる有機ビヒクルは、非水不活性液体であってよい。有機ビヒクルは、有機溶剤または有機溶剤混合物であってよく、一実施形態では、有機ビヒクルは、有機ポリマーを有機溶剤に溶かした溶液であってよい。一実施形態では、この目的に使用するポリマーは、エチルセルロースであってよい。単独または組み合わせで使用できる他のポリマーの例としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、フェノール樹脂、低級アルコールのポリメタクリレートなどが挙げられる。好適な有機溶剤の例としては、エステルアルコール、テルペン（α−またはβ−テルピネオールなど）、またはこれらと他の溶剤（ケロシン、ジブチルフタレート、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、ヘキシレングリコール、高沸点アルコールなど）との混合物が挙げられる。さらに、アルミニウムペーストをシリコンウェハの裏面に塗布した後の急速硬化を促進する揮発性有機溶剤を、有機ビヒクルに含有させることが可能である。これらおよび他の溶剤の様々な組み合わせを開発することにより、粘性および揮発性の所望要件を満たすことが可能である。
【００４０】
本発明のアルミニウムペースト中の有機溶剤の含有率は、アルミニウムペースト組成物の総量に対して５から２５重量％（または、一実施形態では１０から２０重量％）であってよい。
【００４１】
有機ビヒクル中には、有機ポリマーは、アルミニウムペースト組成物の総量に対して０から２０重量％（または、一実施形態では５から１０重量％）の範囲の比率で存在してよい。
【００４２】
本発明のアルミニウムペーストは、耐熱性無機化合物および／または金属有機化合物を含んでよい。「耐熱性無機化合物」は、焼成時にさらされる熱的条件に対して耐性がある無機化合物を意味する。たとえば、耐熱性無機化合物の融点は、焼成時にさらされる温度より高い。例として、無機酸化物（たとえば、アモルファス二酸化ケイ素）が挙げられる。金属有機化合物の例としては、スズ有機化合物および亜鉛有機化合物（亜鉛ネオデカノエートおよびスズ（ＩＩ）２−エチルヘキサノエートなど）が挙げられる。
【００４３】
本発明のアルミニウムペーストは、１種類以上の有機添加物（たとえば、界面活性剤、増粘剤、レオロジ調整剤、および安定剤）を含んでよい。これらの有機添加物は、有機ビヒクルの一部であってよい。一方、これらの有機添加物は、アルミニウムペーストの調製時に別途追加することも可能である。本発明のアルミニウムペースト中には、有機添加物は、たとえば、アルミニウムペースト組成物の総量に対して０から１０重量％の合計比率で存在してよい。
【００４４】
本発明のアルミニウムペースト中の有機ビヒクルの含有率は、ペーストの塗布方法と、使用する有機ビヒクルの種類とに依存してよく、様々であってよい。一実施形態では、有機ビヒクルの含有率は、アルミニウムペースト組成物の総量に対して２０から４５重量％であってよく、一実施形態では２２から３５重量％の範囲であってよい。２０から４５重量％という数には、有機溶剤、存在しうる有機ポリマー、および存在しうる有機添加物が含まれる。
【００４５】
本発明のアルミニウムペーストは、粘性組成物であって、粒状アルミニウムおよびオプションのガラスフリット組成物を有機ビヒクルと機械的に混合することにより調製することが可能である。一実施形態では、製造方法として、従来のロールミルに相当する分散技術であるパワー混合を用いることが可能であり、ロールミルまたは他の混合技術を用いることも可能である。
【００４６】
本発明のアルミニウムペーストは、そのまま使用することが可能であるが、たとえば、追加有機溶剤を加えて希釈することも可能であり、その場合は、アルミニウムペーストの他のすべての成分の重量％が減ることになる。
【００４７】
本発明のアルミニウムペーストは、シリコン太陽電池のアルミニウム裏面電極の製造に用いることが可能であり、あるいは、個々にシリコン太陽電池の製造に用いることが可能である。この製造は、シリコンウェハの裏面に、すなわち、アルミニウムペースト以外の裏面金属ペースト（具体的には、裏面銀（または銀／アルミニウム）ペーストなど）で覆われているか覆われる予定のない、シリコンウェハの裏面の表面部分に、アルミニウムペーストを塗布することによって行うことが可能である。シリコンウェハは、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを含んでよい。一実施形態では、シリコンウェハは、面積が１００から２５０ｃｍ２、厚さが１８０から３００μｍであってよい。しかしながら、本発明のアルミニウムペーストは、より面積が大きく、かつ／またはより薄いシリコンウェハの裏面のアルミニウム裏面電極を製造する場合でも問題なく用いることが可能であり、たとえば、シリコンウェハの厚さが１８０μｍ未満で、特に１４０μｍから１８０μｍ未満の範囲であり、かつ／または面積が２５０ｃｍ２超から４００ｃｍ２の範囲であっても可能である。 
【００４８】
アルミニウムペーストは、乾燥膜厚が、たとえば、１５から６０μｍになるまで塗布する。典型的には、アルミニウムペーストは、単層としてシリコンウェハの裏面に塗布する。アルミニウムペーストを塗布する方法としては印刷があり、たとえば、シリコーンパッド印刷であり、あるいは、一実施形態ではスクリーン印刷である。本発明のアルミニウムペーストの塗布粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＨＢＴ粘度計および＃１４スピンドルを使用して、ユーティリティカップにより、１０ｒｐｍのスピンドル速度および２５℃で測定した場合に、２０から２００Ｐａ・ｓであってよい。
【００４９】
シリコンウェハの裏面にアルミニウムペーストを塗布した後、これらを、たとえば、１から１００分間乾燥させて、ウェハを１００から３００℃の範囲のピーク温度に到達させる。乾燥は、たとえば、ベルト乾燥機、回転式乾燥機、または固定式乾燥機、特にＩＲ（赤外線）ベルト乾燥機を利用して行うことが可能である。
【００５０】
これらの塗布後、あるいは、一実施形態では、これらの塗布および乾燥後、本発明のアルミニウムペーストを焼成してアルミニウム裏面電極を形成する。焼成は、たとえば、１から５分間行って、シリコンウェハを７００から９００℃の範囲のピーク温度に到達させる。焼成は、たとえば、シングルまたはマルチゾーンベルト炉、特にマルチゾーンＩＲベルト炉を利用して行うことが可能である。焼成は、酸素の存在下、特に空気の存在下で行われる。焼成時には、不揮発性有機材料を含有する有機物質と、可能な乾燥ステップにおいて気化しなかった有機部分とを除去することが可能である。すなわち、これらを焼却および／または炭化（特に焼却）することが可能である。焼成時に除去される有機物質には、有機溶剤、存在しうる有機ポリマー、および存在しうる有機添加物が含まれる。アルミニウムペーストがガラスフリットを含む一実施形態では、焼成時にさらなる工程、すなわち、ガラスフリットを焼結する工程があってよい。焼成は、シリコンウェハに塗布されている別の金属ペースト（すなわち、焼成工程においてウェハの表面に前面および／または裏面電極を形成するために塗布された前面および／または裏面金属ペースト）とまとめて（いわゆる同時焼成として）行ってもよい。一実施形態は、前面銀ペーストおよび裏面銀（または裏面銀／アルミニウム）ペーストを含む。
【００５１】
次に、本発明のアルミニウムペーストを用いてシリコン太陽電池を作製する、非限定的な例を、図２を参照しながら説明する。
【００５２】
まず、シリコンウェハ基板１０２を加工する。通常は表面近くにｐ−ｎ接合部を有する、シリコンウェハの受光側の面（前面の表面）に、前面電極（たとえば、主に銀で構成される電極）１０４を設置する（図２Ａ）。シリコンウェハの裏面に、銀（または銀／アルミニウム）導電ペースト（たとえば、Ｅ．Ｉ．  Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙより市販されているＰＶ２０２またはＰＶ５０２またはＰＶ５８３またはＰＶ５８１）を塗布してバスバーまたはタブを形成することにより、電気的に並列に構成されている他の太陽電池との相互接続が可能になる。シリコンウェハの裏面に、太陽電池の裏面（すなわち、ｐ型接点）電極１０６として用いる、本発明の新規なアルミニウムペーストを、上述した銀（または銀／アルミニウム）ペーストなどと多少重なるようなパターンを用いたスクリーン印刷によって塗布し、乾燥させる（図２Ｂ）。ペーストの乾燥は、たとえば、ＩＲベルト乾燥機内で１から１０分間行い、ウェハを１００から３００℃のピーク温度に到達させる。また、アルミニウムペーストの乾燥膜厚は１５から６０μｍであってよく、銀（または銀／アルミニウム）ペーストの厚さは１５から３０μｍであってよい。また、アルミニウムペーストと銀（または銀／アルミニウム）ペーストとが重なる部分は、約０．５から２．５ｍｍであってよい。
【００５３】
次に、得られた基板を、たとえば、ベルト炉内で１から５分間焼成して、ウェハを７００から９００℃のピーク温度に到達させる。これによって、所望のシリコン太陽電池が得られる（図２Ｄ）。アルミニウムペーストから電極１１０を形成する。このアルミニウムペーストは、有機物質を除去するため、かつ、アルミニウムペーストがガラスフリットを含有している場合はこれを焼結するために、焼成されている。
【００５４】
図２Ｄに示すように、本発明のアルミニウムペーストを用いて得られたシリコン太陽電池は、シリコン基板１０２の受光面（表面）上に電極１０４を有し、裏面に、主にアルミニウムおよび銀で構成されたアルミニウム電極１１０、または（銀（または銀／アルミニウム）ペースト１０８を焼成することによって形成された）主に銀（または銀およびアルミニウム）で構成された銀／アルミニウム電極１１２を有している。
【実施例】
【００５５】
（１）太陽電池の製造
以下のようにして、太陽電池を形成した。
【００５６】
（ｉ）用意したＳｉ基板は、厚さ１６０μｍ、面積２４３ｃｍ２の多結晶シリコンウェハであり、ｐ型（ボロン）バルクシリコンであり、ｎ型拡散ＰＯＣｌ３エミッタを有し、表面が酸で特殊加工されており、ウェハのエミッタにＳｉＮｘ反射防止膜（ＡＲＣ）がＣＶＤによって塗布されており、前面（ＰＶ１４５（Ｅ．  Ｉ．  Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙより市販されているＡｇ組成物））には、厚さ２０μｍの銀電極を有している。このＳｉ基板の裏面に、Ａｇ／Ａｌペースト（ＰＶ２０２（Ｅ．  Ｉ．  Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙより市販されているＡｇ／Ａｌ組成物））を印刷し、乾燥させて、５ｍｍ幅のバスバーとした。次に、太陽電池の裏面電極となるアルミニウムペーストを、乾燥膜厚３０μｍでスクリーン印刷した。その際、確実な電気的導通を得るために、アルミニウム膜およびＡｇ／Ａｌバスバーのエッジ同士が１ｍｍ重なるようにした。このスクリーン印刷したアルミニウムペーストを乾燥させてから焼成した。
【００５７】
本実施例のアルミニウムペーストは、７２．５重量％のアルミニウム粉末（各例の平均粒子サイズは６μｍ）と、ポリマー樹脂からなる２７．５重量％の有機ビヒクルと、有機溶剤とからなる。対照ペーストＡに含まれるアルミニウム粉末は、すべて空気噴霧された（結節状）粉末からなる。（本発明による）ペーストＢからＥに含まれるアルミニウム粉末は、空気噴霧された（結節状）粉末と窒素噴霧された（球状）粉末との混合物からなり、球状粉末の割合は１０〜９０重量％である。対照ペーストＦに含まれるアルミニウム粉末は、すべて窒素噴霧された（球状）粉末からなる。
【００５８】
（ｉｉ）次に、印刷したウェハを、Ｃｅｎｔｒｏｔｈｅｒｍ炉で焼成した。ベルト速度は３０００ｍｍ／分である。ゾーン温度を、ゾーン１＝４５０℃、ゾーン２＝５２０℃、ゾーン３＝５７０℃と定義し、最終ゾーンを９５０℃に設定した。これにより、ウェハはピーク温度８５０℃に達した。焼成後、メタライズされたウェハは、光起電性素子として機能するようになった。
【００５９】
電気性能および反りの測定を行った。
【００６０】
（２）検査手順
効率
上述の方法に従って形成した太陽電池を、光変換効率の測定のために、（ＥＥＴＳ  Ｌｔｄ．から供給された）市販のＩ−Ｖ試験装置に入れた。Ｉ−Ｖ試験装置内のランプが、既知の強度（約１０００Ｗ／ｍ２）の太陽光をシミュレートして、電池のエミッタに光を当てた。焼成した電池に印刷したメタライゼーションに、その後、４個の電気プローブを接触させた。太陽電池によって発生した光電流（開放回路電圧ＶＯＣ、短絡電流ＩＳＣ）を、抵抗の配列に対して測定して、Ｉ−Ｖ応答曲線を計算した。その後、Ｉ−Ｖ応答曲線から、曲線因子（ＦＦ）および効率（Ｅｆｆ）の各値を導出した。
【００６１】
反りの測定
反り（電池の反り）は、平坦面上で測定された、室温での焼成電池の中央部の高さの最大偏差で定義される。反りの測定では、金属製フラットベッド上に電池を置き、μｍ分解能を有するダイヤルゲージを用いて各電池の最大偏差を測定した。すなわち、ウェハの中央部の、フラットベッド表面からの距離を測定した。
【００６２】
表１に示した実施例ＡからＦは、球状アルミニウム粉末の割合に対する、アルミニウムペーストの電気特性および反り挙動を示す。表１のデータによれば、実施例ＢからＥに従うアルミニウムペーストを用いて作製した太陽電池は、対照ペーストＡおよびＦのアルミニウムペーストを用いて作製した太陽電池に比べて、電池の電気性能と反りとのバランスがより良好である。
本発明は以下の実施の態様を含むものである。
１．粒状アルミニウムと、有機溶剤を含む有機ビヒクルとを含むアルミニウムペーストであって、前記粒状アルミニウムは、３０から９０重量％の球状アルミニウム粉末と、１０から７０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、前記重量％は、前記球状アルミニウム粉末と前記結節状アルミニウム粉末との和を基準とする、アルミニウムペースト。
２．前記粒状アルミニウムは、５０から７５重量％の球状アルミニウム粉末と、２５から５０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、前記重量％は、前記球状アルミニウム粉末と前記結節状アルミニウム粉末との和を基準とする、前記１．に記載のアルミニウムペースト。
３．前記粒状アルミニウムは、６０から７０重量％の球状アルミニウム粉末と、３０から４０重量％の結節状アルミニウム粉末とを含み、前記重量％の基準は、前記球状アルミニウム粉末と前記結節状アルミニウム粉末との和を基準とする、前記２．に記載のアルミニウムペースト。
４．前記粒状アルミニウムに対する、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との前記和の割合は、９０重量％を超える、前記１．から３．のいずれかに記載のアルミニウムペースト。
５．前記粒状アルミニウムに対する、球状アルミニウム粉末と結節状アルミニウム粉末との前記和の割合は、１００重量％である、前記４．に記載のアルミニウムペースト。
６．前記粒状アルミニウムは、アルミニウムペースト組成物の総量に対して５０から８０重量％の比率で存在する、前記１．から５．のいずれかに記載のアルミニウムペースト。
７．ガラスフリットを、アルミニウムペースト組成物の総量に対して０．０１から５重量％の合計比率でさらに含む、前記１．から６．のいずれかに記載のアルミニウムペースト。
８．前記有機ビヒクルはさらに、有機ポリマーおよび／または有機添加物を含む、前記１．から７．のいずれかに記載のアルミニウムペースト。
９．（ｉ）ｐ型領域、ｎ型領域、およびｐーｎ接合部を有するシリコンウェハの裏面に、請求項１から８のいずれか一項に記載のアルミニウムペーストを塗布するステップと、
（ｉｉ）前記アルミニウムペーストを塗布した面を焼成して、前記ウェハを７００から９００℃のピーク温度に到達させるステップと、
を含む、シリコン太陽電池の形成方法。
１０．前記アルミニウムペーストの前記塗布は、印刷によって行われる、前記９．に記載の方法。
１１．焼成は、焼成時に前記シリコンウェハ上に前面および／または裏面電極を形成するために、前記シリコンウェハに塗布されている他の前面および／または裏面金属ペーストとまとめて同時焼成として行われる、前記９．または１０．に記載の方法。
１２．前記９．から１１．のいずれかに記載の方法によって作製されるシリコン太陽電池。
１３．アルミニウム裏面電極を備えるシリコン太陽電池であって、前記アルミニウム裏面電極は、前記１．から８．のいずれかに記載のアルミニウムペーストを利用して製造される、シリコン太陽電池。
１４．シリコンウェハをさらに備える、前記１３．に記載のシリコン太陽電池。
【００６３】
【表１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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