(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側に開口し基板内部に側壁がある溝と、前記溝内に前記溝の上部から底部にかけてその断面形状の幅が広がる領域を含む電極と、を含み、前記溝の側壁の少なくとも一部が前記電極と接触しておらず、前記溝の深さが、前記電極の高さよりも深いまたは前記電極の高さと同一であることを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
受光面側に開口し基板内部に側壁がある溝と、前記溝内にその断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形電極とを有し、前記溝の側壁の少なくとも一部が前記山形電極と接触しておらず、前記溝の深さが、前記山形電極の高さよりも深いまたは前記山形電極の高さと同一であることを特徴とする、太陽電池。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池において、前記溝は、その幅をｗ、山形電極の傾斜角をａ°として、溝の深さが、山形電極の高さよりも、０．５ｗ×ｔａｎ（９０−ａ）°以上深く形成されることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
受光面側に、その断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形となる電極を有した太陽電池の製造方法において、前記山形電極を形成する際に、所望の電極幅よりも狭いスリットを備えた蒸着マスクを電極形成面とある間隔をもって保持した状態で蒸着する方法であって、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離を保持する際に、基板表面にレジスト膜を、電極形成面からレジスト膜表面までの高さが、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離と同じになるように形成し、少なくとも電極形成部を含む部分が開口するようにパターニングし、レジスト表面に蒸着マスクを密着させてなることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
受光面側に、その断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形となる電極を有した太陽電池の製造方法であって、前記山形電極を形成する際に、所望の電極幅よりも狭いスリットを備えた蒸着マスクを電極形成面とある間隔をもって保持した状態で蒸着する方法であって、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離を保持する際に、基板表面の電極形成部に溝を、その深さが所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離と同じになるように形成し、基板表面に蒸着マスクを密着させてなる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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光電変換効率の高い太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、太陽電池の受光面側に形成される電極の断面形状は、図１に示すように、矩形をしており、電極上に入射した光１１は受光面外に反射されてしまい、光電変換に寄与しない。この電極上に入射した光を有効に利用する方法として、電極の断面形状を、受光面に対して４５°以上の傾斜をもつ山形とすることが有効であるが、その形成方法として、例えば、特開昭５６−１０９７７に開示された、所望の電極幅よりも狭いスリットを備えた蒸着マスクを電極形成面とある間隔をもって保持した状態で蒸着することにより、平らな面に形成する方法が取られている。このようにして形成した山形電極の場合、図２に断面と入射光の経路を示すが、電極上に入射した光１１が受光面に向けて反射し、光電変換に利用できるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電極の場合、図２に示すように電極から反射されて受光面に向かった光の受光面における反射分１１´は二度と受光面に向かうことはなく、入射光の利用としては不十分である。また、実際の太陽電池の利用を考えた場合、大部分は屋外での発電用であり、その際には、地面の上や、建物の屋根の上あるいは壁面等にある角度をもたせて固定して設置することが一般的に行われている。このような場合、一日のうちで太陽光が受光面に対して斜めに入射する時間が長くなるが、従来の山形電極では図３に示すように、電極の傾斜角をａ°として、入射角（１８０−２ａ）°以下で入射した光は電極に入射した分はすべて受光面外に反射されてしまい、山形電極の効果は全くなくなってしまう。従って、従来山形電極が有効に働くのは、光の入射角度が、(１８０−２ａ)°より大きい場合のみに限られてしまう。また、形成方法としては、特開昭５６−１０９７７に示される方法があるが、これは数ｍｍ程度の幅の電極を形成する場合は、蒸着マスクと基板を数ｍｍの間隔をあけて保持すればよいので簡単である。ところが、近年の高効率を狙った太陽電池においては、数十μｍ程度の幅の微細な電極を形成する必要があり、そのためには、蒸着マスクを基板上に数十μｍの間隔をあけて保持しなければならないが、特開昭５６−１０９７７には、この蒸着マスクの支持方法は開示されていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１の太陽電池は、上記請求項１において、受光面側に開口し基板内部に側壁がある溝と、前記溝内に前記溝の上部から底部にかけてその断面形状の幅が広がる領域を含む電極と、を含み、前記溝の側壁の少なくとも一部が前記電極と接触しておらず、前記溝の深さが、前記電極の高さよりも深いまたは前記電極の高さと同一であることを特徴とする太陽電池である。また、本発明に係る請求項２の太陽電池は、上記請求項２において、受光面側に開口し基板内部に側壁がある溝と、前記溝内にその断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形電極とを有し、前記溝の側壁の少なくとも一部が前記山形電極と接触しておらず、前記溝の深さが、前記山形電極の高さよりも深いまたは前記山形電極の高さと同一であることを特徴とする太陽電池である。
【０００５】
本発明にかかる請求項３の太陽電池は、上記請求項３において、請求項２に記載の太陽電池において、前記溝は、その幅をｗ、山形電極の傾斜角をａ°として、溝の深さが、山形電極の高さよりも、０．５ｗ×ｔａｎ（９０−ａ）°以上深く形成されることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係る請求項４の太陽電池の製造方法は、上記請求項４において、受光面側に、その断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形となる電極を有した太陽電池の製造方法において、前記山形電極を形成する際に、所望の電極幅よりも狭いスリットを備えた蒸着マスクを電極形成面とある間隔をもって保持した状態で蒸着する方法であって、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離を保持する際に、基板表面にレジスト膜を、電極形成面からレジスト膜表面までの高さが、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離と同じになるように形成し、少なくとも電極形成部を含む部分が開口するようにパターニングし、レジスト表面に蒸着マスクを密着させてなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る請求項５の太陽電池の製造方法は、上記請求項５において、受光面側に、その断面形状が前記受光面に対して傾斜を持つ山形となる電極を有した太陽電池の製造方法であって、前記山形電極を形成する際に、所望の電極幅よりも狭いスリットを備えた蒸着マスクを電極形成面とある間隔をもって保持した状態で蒸着する方法であって、所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離を保持する際に、基板表面の電極形成部に溝を、その深さが所望の電極の形状を得るために必要な電極形成面と蒸着マスクとの距離と同じになるように形成し、基板表面に蒸着マスクを密着させてなることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
請求項１および請求項２においては、溝内に電極を形成することにより、溝壁面で光が反射して入射光の利用率を高めることが可能となる。
【０００９】
請求項３においては、山形電極を、電極高さより深い溝内に形成することにより、斜めからの光が入射した際に生じる山形電極による損失をなくすことが可能となる。
【００１０】
請求項４においては、レジスト皮膜を蒸着マスクの支持体として用いることにより、膜厚制御性のよいレジスト皮膜の特性を活かして、薄い膜厚の蒸着マスク支持体を形成することができる。
【００１１】
請求項５においては、溝を利用して自動的に蒸着マスクと山形電極形成部との間に所望の間隔をもたせることが可能になる。
【００１２】
即ち、図４に請求項１および請求項２に係る発明による電極部を備えた素子の断面と、そこに真上からの入射した光の反射経路を示す。従来例では図２に示すように、電極の斜面で反射して受光面に入射した光の反射分１１´は二度と受光面に戻って来ることはない。しかしながら、本発明においては、図４に示すように、電極と溝の壁１０´との間で反射を繰り返すため、電極で反射される光が素子に吸収される量が増加し、さらに光電変換に対する寄与率が高まる。
【００１３】
図５に請求項３に係る発明による電極部を備えた素子の断面図と、そこに入射角(１８０−２ａ)°で斜めから入射した光の経路を示す。入射した光は溝の壁部分１０′に入射し、光電変換に寄与する。これ以下の角度で入射した光についても同様である。
【００１４】
また、電極形成については、請求項４に係る発明により、図６(ｄ)に示すように、基板上に適当な厚さのレジスト皮膜を形成して、少なくとも電極形成部を含む部分を開口し、レジスト膜表面に蒸着マスクを密着させて置くことによって、所望の間隔を電極形成部と蒸着マスクの間に持たせることができ、レジスト膜の厚さはμｍオーダーで制御可能であるので、レジスト膜厚を適当に選択することによって、微細な山形電極を形成することができる。
【００１５】
更に、請求項５に係る発明により、図７(ｄ)に示すように、電極形成部にあらかじめ適当な深さの溝を形成しておいて、基板にマスクを密着させて置くことで、レジスト皮膜の形成、パターニング等の工程なしで、自動的にマスクと電極形成部に所望の間隔を持たせることができるようになり、工程を簡略化することができる。
【００１６】
【実施例】
(実施例１)
請求項１、請求項２及び請求項４に基づいた実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
まず、図６(ａ)を参考にして、Ｐ型Ｓｉ基板１に、厚さ２０μｍのブレードを備えたダイサーを用いて、幅２０μｍ、深さ２０μｍの溝２を１ｍｍピッチで形成する。次に、図６(ｂ)を参考にして、りん拡散を行い、基板表面にＮ+層３を形成する。次に、図６(ｃ)を参考にして、バックエッチを施した後、裏面にＡｌペーストを印刷焼成してＰ+層４および裏面電極５を形成する。次に、図６(ｄ)を参考にして、表面にフォトレジスト６を４０μｍの厚さに塗布し、電極形成部を含むように３０μｍの幅に開口する。そのうえに密着させて幅１０μｍに開口した蒸着マスク８を載せる。次に、Ｔｉを５００Å蒸着してから、反射率の高いＡｇを蒸着すると、図６に示すように山形電極７が形成される。山形電極は高さ２０μｍ、傾斜角７０°であった。次に、蒸着マスクを外し、アセトン中にてフォトレジストを除去して完成した素子を図６(ｆ)に示す。図４に本実施例による電極部の入射光の反射経路を示す。従来例では、図２に示すように電極の斜面で反射して受光面に入射した光の反射分１１′は二度と受光面に戻って来ることはないが、本発明においては、電極と溝の壁１０′との間で反射を繰り返し、さらに光電変換に対する寄与率が高まる。
【００１８】
(実施例２)
請求項３及び請求項５に基づいた実施例について図面を用いて説明する。
【００１９】
まず、図７(ａ)を参考にして、Ｐ型Ｓｉ基板１に、ダイサーを用いて、幅２０μｍ、深さ６０μｍの溝２を５００μｍピッチで形成する。次に、図７(ｂ)を参考にして、りん拡散を行い、基板表面にＮ+層３を形成する。次に、図７(ｃ)を参考にして、バックエッチを施した後、裏面にＡｌペーストを印刷焼成してＰ+層４および裏面電極５を形成する。次に、図７(ｄ)を参考にして、基板表面に密着させて幅１０μｍに開口した蒸着マスク８を載せる。次に、Ｔｉを５００Å蒸着してから、反射率の高いＡｇを蒸着すると、図７(ｅ)に示すように山形電極が形成される。次に蒸着マスクを外して完成した素子を図７(ｆ)に示す。今回の条件では、高さ２０μｍ、傾斜角７０°の山形電極７が幅２０μｍ、深さ６０μｍの溝に形成されており、溝の深さ６０μｍは、電極の高さ２０μｍよりも０.５×２０×ｔａｎ(９０−７０)゜≒３.６μｍ以上深くなっており、請求項３を満たしている。図８及び図９に実施例１による電極と本実施例による電極とにそれぞれ、入射角ｎ゜(ｎ＜４０＝１８０−７０×２)で入射した光の経路を示す。この角度で入射した光の場合、実施例１による電極では、一部の光が電極の斜面に当たり受光面外に反射されてしまい、ｎ＜２０のときには、５０％もの損失となる。また、従来山形電極では、この角度で入射した光が、すべて電極斜面で受光面外に反射されてしまうことは「従来の技術」で述べた通りである。しかしながら、本実施例による電極では、入射した光はすべて溝の壁１０′に入射して光電変換に寄与する。従って、本実施例による電極を備えた太陽電池は、屋外に設置した場合、全日照時間において、電極による反射損失を生じることがない。図１０に傾斜角ａ°の従来山形電極に入射角(１８０−２ａ)°以下の角度で光が入射したときに電極によって生じる陰を示す。入射角が小さくなるほど、従来例では受光面のうちで電極の陰になる部分１２が大きくなって受光面に入射する光のうち光電変換に寄与する光の割合が減少する。図１１に、従来山形電極を備えた太陽電池に有効に入射した光の量を１としたときの、本実施例による太陽電池に有効に入射する光の量を、入射角４０°以下の場合について示す。電極は、いずれも高さ２０μｍ、傾斜角７０°、ピッチ５００μｍで形成されている。本実施例では受光面に入射する光はすべて光電変換に寄与するので、入射角が小さくなるほど、本実施例の優位性が大きくなる。
【００２０】
また、電極形成時においては、請求項４の方法では金属蒸着時に蒸着マスクを基板とある間隔を持たせて保持するために、(実施例１)で述べたように、レジスト膜の形成、パターニング、除去という工程が必要であったが、本発明では溝形成時の深さを適当に選択することにより、基板にマスクを密着させて置くことで、自動的にマスクと電極形成部に必要な間隔を持たせることができ、工程を簡略化できる。
【００２１】
以上の実施例においては、溝の形成にダイサーを用いたが、この他にも、レジスト等でエッチングマスクを形成した後に、ウエットエッチあるいはドライエッチを行って形成することもできる。なお、本発明は、基板の溝加工が可能であって、受光面に電極を有する太陽電池であれば適用することができ、実施例に挙げた太陽電池に限定されるものではない。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１および請求項２の太陽電池によれば、山形電極の入射光の利用率が高まり、高効率化を図ることが可能となる。
【００２３】
請求項３の太陽電池によれば、電極による反射損失が生じることのない理想的な太陽電池を提供することが可能となる。
【００２４】
請求項４の太陽電池の製造方法によれば、山形電極の微細化が可能となるものである。
【００２５】
請求項５の太陽電池の製造方法によれば、その工程の簡略化が可能となるものである。
【００２６】
即ち、太陽電池に山形電極を形成する際に、電極形成部にあらかじめ溝を形成しておくことによって、山形電極の入射光光電変換寄与率向上効果をさらに高めることができ、変換効率を向上させることができる。また、溝の深さを適当に選ぶことによって、光が斜めに入射したときも、電極による反射損失が発生することがないようにできる。また、形成方法に関して、基板上に適当な厚さのレジスト皮膜を形成して、少なくとも電極形成部を含む部分を開口し、レジスト膜表面に蒸着マスクを密着させて置くことによって、所望の間隔を電極形成部と蒸着マスクの間に持たせることができ、レジスト膜の厚さはμｍオーダーで制御可能であるので、レジスト膜厚を適当に選択することによって、微細な山形電極を形成することができる。また、電極形成部にあらかじめ適当な深さの溝を形成しておいて、基板にマスクを密着させて置くことで、レジスト皮膜の形成、パターニング等の工程なしで、自動的にマスクと電極形成部に所望の間隔を持たせることができるようになり、工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の矩形電極における入射光の経路を示す図である。
【図２】  従来の山形電極における入射光の経路を示す図である。
【図３】  傾斜角ａ°の従来山形電極に入射角(１８０−２ａ)°およびそれ以下の角度で入射した光の経路を示す図である。
【図４】  請求項１および請求項２に係る発明による山形電極における入射光の経路を示す図である。
【図５】  請求項３に係る発明による傾斜角ａ°の山形電極に入射角(１８０−２ａ)°で入射した光の経路を示す図である。
【図６】  (ａ)〜(ｆ)  実施例１に係る素子作成工程図である。
【図７】  (ａ)〜(ｆ)  実施例２に係る素子作成工程図である。
【図８】  実施例１による山形電極に入射角ｎ°(ｎ＜４０）で入射した光の経路を示す図である。
【図９】  実施例２による山形電極に入射角ｎ°(ｎ＜４０）で入射した光の経路を示す図である。
【図１０】  傾斜角ａ°の従来山形電極に入射角(１８０−２ａ)°以下の角度で光が入射したときに電極によって生じる陰を示す図である。
【図１１】  入射角４０°以下で光が入射した時に、従来山形電極を備えた太陽電池に有効に入射する光の量を１としたときの、実施例２による太陽電池に有効に入射する光の量を表す図である。
【符号の説明】
１  Ｐ型Ｓｉ基板
２  溝
３  Ｎ+層
４  Ｐ+層
５  裏面電極
６  レジスト
７  山形電極
８  蒸着マスク
９  矩形電極
１０  基板
１０′  壁
１１  入射光
１１′  反射光
１２  陰
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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