(57)【要約】  シリコン半導体基板を薄くした場合でも、電極層の機械的強度や密着性を低下させることがなく、所望のＢＳＦ効果を十分達成することができ、かつ焼成後のシリコン半導体基板の変形（反り）を抑制することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された不純物層、または、不純物層と電極層を備えた太陽電池素子を提供する。ペースト組成物は、シリコン半導体基板（１）の上にｐ＋層（７）またはアルミニウム電極層（５）を形成するためのペースト組成物であって、アルミニウム被覆化合物粉末を含む。このアルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、無機化合物および有機化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物粒子と、この化合物粒子の表面を被覆し、アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面に位置し、かつ、アルミニウムを含有するアルミニウム含有被覆層とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基板（１）の上に不純物層（７）または電極層（５）を形成するためのペースト組成物であって、
アルミニウム被覆化合物粉末を含み、前記アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、無機化合物および有機化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物粒子と、前記化合物粒子の表面を被覆し、前記アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面に位置し、かつ、アルミニウムを含有するアルミニウム含有被覆層とを含む、ペ−スト組成物。
【請求項２】
有機質ビヒクル、ガラスフリットおよびアルミニウム粉末からなる群より選ばれた少なくとも１種をさらに含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項３】
前記アルミニウム被覆化合物粉末を１．０質量％以上９０．０質量％以下含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項４】
前記アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径が、０．０１μｍ以上３０．０μｍ以下である、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項５】
前記アルミニウム含有被覆層の平均厚みが、０．１μｍ以上１５．０μｍ以下である、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項６】
前記アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、前記化合物粒子と前記アルミニウム含有被覆層との間に介在しかつアルミニウム以外の金属を含有する金属含有介在層をさらに含む、請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項７】
請求項１に記載のペースト組成物をシリコン半導体基板（１）の上に塗布した後、焼成することにより形成された不純物層（７）を備えた、太陽電池素子。
【請求項８】
請求項１に記載のペースト組成物をシリコン半導体基板（１）の上に塗布した後、焼成することにより形成された不純物層（７）と電極層（５）を備えた、太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的にはペースト組成物、およびそれを用いた太陽電池素子に関し、特定的には、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の上に不純物層または電極を形成する際に用いられるペースト組成物、およびそれを用いた太陽電池素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体基板の上に電極が形成された電子部品として、特開２０００−９０７３４号公報（以下、特許文献１という）、特開２００４−１３４７７５号公報（以下、特許文献２という）、特開２００３−２２３８１３号公報（特許文献３という）に開示されているような太陽電池素子が知られている。【０００３】
図１は、太陽電池素子の一般的な断面構造を模式的に示す図である。【０００４】
図１に示すように、太陽電池素子は、厚みが１５０〜３００μｍのｐ型のシリコン半導体基板１を用いて構成される。ｐ型のシリコン半導体基板１の受光面側には、厚みが０．３〜０．６μｍのｎ型不純物層２と、その上に反射防止膜３とグリッド電極４が形成されている。【０００５】
また、ｐ型のシリコン半導体基板１の裏面側には、アルミニウム電極層５が形成されている。アルミニウム電極層５は、アルミニウム粉末、ガラスフリットおよび有機質ビヒクルからなるペースト組成物をスクリーン印刷等によって塗布し、乾燥した後、６６０℃（アルミニウムの融点）以上の温度にて焼成することによって形成されている。この焼成の際にアルミニウムがｐ型のシリコン半導体基板１の内部に拡散することにより、アルミニウム電極層５とｐ型のシリコン半導体基板１との間にＡｌ−Ｓｉ合金層６が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による不純物層としてｐ+層７が形成される。このｐ+層７の存在により、電子の再結合を防止し、生成キャリアの収集効率を向上させるＢＳＦ（Back Surface Field）効果が得られる。【０００６】
ところで、最近では太陽電池のコストダウンを図ると共に、シリコンの供給量不足のためにシリコン半導体基板１をさらに薄くすることが検討されている。しかし、シリコン半導体基板１が薄くなれば、シリコンとアルミニウムとの熱膨張係数の差に起因してペースト組成物の焼成後に裏面電極８が形成された裏面側が凹状になるようにシリコン半導体基板１が変形し、反りが発生する。このため、太陽電池の製造工程で割れ等が発生し、その結果、太陽電池の製造歩留まりが低下するという問題があった。【０００７】
この問題を解決するために、ペースト組成物の塗布量を減らし、裏面電極８を薄くする方法がある。しかしながら、ペースト組成物の塗布量を減らすと、シリコン半導体基板１の表面から内部に拡散するアルミニウムの量が不十分となる。その結果、所望のＢＳＦ効果を達成することができないため、太陽電池の特性が低下するという問題が生じる。【０００８】
そこで、所望の太陽電池の特性を確保するとともにシリコン半導体基板１の反りを低減させることが可能な導電性ペーストの組成が、たとえば、特許文献１に開示されている。この導電性ペーストは、アルミニウム粉末、ガラスフリット、有機質ビヒクルに加えて、さらにアルミニウム含有有機化合物を含有する。【０００９】
また、特許文献２には、従来のペースト組成に有機化合物粒子および炭素粒子の少なくとも１種を添加して、焼成時におけるアルミニウム電極層５の収縮を抑止することによりシリコン半導体基板１の反りを低減する方法が開示されている。この方法によると、添加された有機化合物粒子または炭素粒子は、ペースト中では固体粒子状態で存在し、焼成時に燃焼し消失することにより、電極内に微細な空孔を多数形成することにより基板の反りが抑えられる。【００１０】
さらに、特許文献３には、無機化合物粉末を添加して焼成時におけるアルミニウム電極層５の収縮を抑止することによりシリコン半導体基板１の反りを低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−９０７３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４７７５号公報
【特許文献３】特開２００３−２２３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、シリコン半導体基板に生じる反り量を小さくするためには、依然としてアルミニウム電極層５を薄くすることが必要である。これによりＢＳＦ効果を低下させる恐れがある。【００１３】
また、特許文献２に開示された方法では、電極内に微細な空孔を多数形成するので、アルミニウム電極層５の機械的強度や密着性が低下してしまう。【００１４】
さらに、特許文献３に開示された方法では、無機化合物粉末によりアルミニウム電極層５の密着性が低下してしまう。【００１５】
したがって、所望のＢＳＦ効果を十分得るとともに、アルミニウム電極層５の機械的強度や密着性が低下することなく、反り量を低減するための方法や導電性ペーストの組成は開発されていない状況である。【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決することであり、シリコン半導体基板を薄くした場合でも、電極層の機械的強度や密着性を低下させることがなく、所望のＢＳＦ効果を十分達成することができ、かつ焼成後のシリコン半導体基板の変形（反り）を抑制することが可能なペースト組成物と、その組成物を用いて形成された不純物層、または、不純物層と電極層を備えた太陽電池素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の粉末を含有したペースト組成物を使用することにより、上記の目的を達成できることを見出した。この知見に基づいて、本発明に従ったペースト組成物は、次のような特徴を備えている。【００１８】
この発明に従ったペースト組成物は、シリコン半導体基板の上に不純物層または電極層を形成するためのペースト組成物であって、アルミニウム被覆化合物粉末を含む。このアルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、無機化合物および有機化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物粒子と、この化合物粒子の表面を被覆し、アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面に位置し、かつ、アルミニウムを含有するアルミニウム含有被覆層とを含む。【００１９】
この発明のペースト組成物は、有機質ビヒクル、ガラスフリットおよびアルミニウム粉末からなる群より選ばれた少なくとも１種をさらに含むことが好ましい。【００２０】
また、この発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末を１．０質量％以上９０．０質量％以下含むことが好ましい。【００２１】
この発明のペースト組成物において、アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径が、０．０１μｍ以上３０．０μｍ以下であることが好ましい。【００２２】
また、この発明のペースト組成物において、アルミニウム含有被覆層の平均厚みが、０．１μｍ以上１５．０μｍ以下であることが好ましい。【００２３】
さらに、この発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、化合物粒子とアルミニウム含有被覆層との間に介在しかつアルミニウム以外の金属を含有する金属含有介在層をさらに含むことが好ましい。【００２４】
この発明の一つの局面に従った太陽電池素子は、上述の特徴を有するペースト組成物をシリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより形成された不純物層を少なくとも備える。すなわち、ペースト組成物をシリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより不純物層と電極層を形成した後、電極層を除去してもよい。【００２５】
また、この発明のもう一つの局面に従った太陽電池素子は、上述の特徴を有するペースト組成物をシリコン半導体基板の上に塗布した後、焼成することにより形成された不純物層と電極層を備える。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、アルミニウム被覆化合物粉末を含むペースト組成物を塗布したシリコン半導体基板を焼成することにより、シリコン半導体基板を薄くした場合でも、生成キャリアの収集効率を向上させる所望のＢＳＦ効果と、アルミニウム電極の機械的強度および密着性を維持することができるとともに、焼成後のシリコン半導体基板の変形を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一つの実施の形態として本発明が適用される太陽電池素子の一般的な断面構造を模式的に示す図である。
【図２】焼成後のシリコン基板の変形量を測定する方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末を含むことを特徴としている。そして、このアルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、無機化合物および有機化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物粒子と、この化合物粒子の表面を被覆し、アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面に位置し、かつ、アルミニウムを含有するアルミニウム含有被覆層とを含むことを特徴としている。アルミニウム含有被覆層はアルミニウム合金から形成されてもよい。このようなアルミニウム被覆化合物粉末をペースト組成物に含ませることにより、ペースト組成物を塗布し、焼成した後のシリコン半導体基板の変形を抑制することができる。
【００２９】
従来、焼成後のシリコン半導体基板の変形を抑制するためには、ペースト組成物に無機化合物粒子、有機化合物粒子または炭素粒子などから構成される粉末を添加すること、または、ペースト組成物の塗布膜厚を薄くすること、以外に実質的に有効な手段はなかった。無機化合物粒子、有機化合物粒子または炭素粒子などから構成される粉末の添加は、基板変形の抑制に一定の効果があるが、電極層の機械的強度や密着性が低下してしまうという問題が生じる。一方、ペースト組成物の塗布膜厚を薄くすると基板の変形量が減るが、シリコン半導体基板の表面より内部へのアルミニウムの拡散量が不十分となり、所望のＢＳＦ効果を得ることができず、結果として太陽電池の特性が低下するという問題が生じる。
【００３０】
これらに対して、本発明では、所望のＢＳＦ効果を得ることができるとともに、焼成後のシリコン半導体基板の変形を抑制することができる。上記のアルミニウム被覆化合物粉末をペースト組成物に含ませることにより、焼成後のシリコン半導体基板の変形を抑制できる理由は明らかではないが、ペースト組成物の焼成時に形成された不純物層および／または電極層の焼成後の冷却時に収縮する量が、アルミニウム被覆化合物粉末を構成する化合物粒子の存在、および／または、加熱中に炭化した粒子の存在により抑制されるためと考えられる。
【００３１】
また、本発明では、アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面にアルミニウム含有被覆層が位置しているので、そのアルミニウム含有被覆層に含まれるアルミニウム同士の金属接合によって、アルミニウム電極層の機械的強度や密着性の低下を防ぐことができるものと考えられる。
【００３２】
［アルミニウム被覆化合物粉末］
本発明において使用するアルミニウム被覆化合物粉末の含有量、アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子、アルミニウム被覆化合物粒子の基材である化合物粒子、アルミニウム被覆化合物粒子の最外層であるアルミニウム含有被覆層は、特に限定されないが、以下のようなものであることが好ましい。
【００３３】
＜化合物粒子の形状＞
化合物粒子の形状は、特に指定されず、球状、棒状、針状、中空状、その他の形状であってもよいが、ペーストの粘性、チクソ性、塗布性などを考慮すると、より好ましくは球状である。
【００３４】
＜化合物粒子の材料として用いられる無機化合物の種類＞
無機化合物としては、アルミニウム（Ａｌ）より熱膨張係数が小さい、金属または非金属の酸化物、水酸化物、炭化物、窒化物などが挙げられ、例えば、アルミナ、シリカ、マイカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム等が挙げられる。より好ましくは、無機化合物としては、工業的に球状粉が得られやすいアルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム等である。
【００３５】
＜化合物粒子の材料として用いられる有機化合物の種類＞
有機化合物としては、アルミニウム（Ａｌ）より熱膨張係数が小さい、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブテン樹脂、アクリル樹脂、アクリルニトリル樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、ポリビニールアルコールなどが挙げられ、２００℃以上の耐熱性を有するものがより好ましい。
【００３６】
＜アルミニウム被覆化合物粉末の含有量＞
本発明のペースト組成物に含められるアルミニウム被覆化合物粉末の含有量は、１．０質量％以上９０．０質量％以下であることが好ましいが、より好ましくは１０．０質量％以上８５．０質量％以下、さらに好ましくは２５．０質量％以上８０．０質量％以下である。アルミニウム被覆化合物粉末の含有量が１．０質量％未満では、焼成後のシリコン半導体基板の変形を抑制するほどの十分な添加効果を得ることができない。一方、アルミニウム被覆化合物粉末の含有量が９０．０質量％を超えると、ペースト化が困難となり、ペスト組成物の塗布性が低下する恐れがある。
【００３７】
＜アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径＞
本発明のペースト組成物に含められるアルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径は、０．０１μｍ以上３０．０μｍ以下であるのが好ましいが、より好ましくは０．１μｍ以上２５．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以上２０．０μｍ以下である。アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径が３０μｍを超えると、ＢＳＦ効果をもたらすｐ＋層７の形成が不均一となり、太陽電池において十分なエネルギー変換効率を得ることができない。一方、アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径が０．０１μｍ未満では、ペースト組成物のチクソ性が高くなり、スクリーン印刷等におけるペースト組成物の塗布性が低下する恐れがある。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法により測定することができる。
【００３８】
＜アルミニウム含有被覆層の形成＞
アルミニウム含有被覆層は、化合物粒子の表面上に直接、形成されてもよいが、後述するように化合物粒子の表面とアルミニウム含有被覆層との間にアルミニウム以外の金属含有介在層が介在し、この金属含有介在層の上にアルミニウム含有被覆層が形成されていてもよい。また、アルミニウム含有被覆層がアルミニウム合金から形成される場合には、アルミニウム合金を構成するアルミニウム以外の金属元素は、ＢＳＦ効果をもたらすｐ＋層７の形成に阻害を与えないものであれば特に限定されない。
【００３９】
＜アルミニウム含有被覆層の平均厚み＞
アルミニウム含有被覆層の平均厚みは、０．１μｍ以上１５．０μｍ以下であるのが好ましいが、より好ましくは０．５μｍ以上１２．０μｍ以下、さらに好ましくは１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。アルミニウム含有被覆層の平均厚みが０．１μｍ未満では、アルミニウム量が不足してＢＳＦ効果をもたらすｐ＋層７の形成が不十分となり、太陽電池においてエネルギー変換効率の低下を招く恐れがある。アルミニウム含有被覆層の平均厚みが１５．０μｍを超えると、アルミニウム被覆化合物粒子の平均粒径が３０μｍを超えるために、ＢＳＦ効果をもたらすｐ＋層７の形成が不均一となり、太陽電池において十分なエネルギー変換効率を得ることができない。なお、アルミニウム含有被覆層の平均厚みは、任意に選ばれた５０粒のアルミニウム被覆化合物粒子の電子顕微鏡による断面観察により測定することができる。
【００４０】
＜化合物粒子の表面へのアルミニウム含有被覆層の形成方法＞
化合物粒子の表面へのアルミニウム含有被覆層の形成方法としては、特に限定されず、蒸着法、スパッタ法、湿式法等の公知の方法が例示される。湿式法としては、例えば以下の方法がある。
【００４１】
まず、化合物粒子の表面に、無電解メッキ法にてアルミニウム以外の金属の層、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）などを含有する金属含有介在層を形成する。その目的は、化合物粒子とアルミニウム含有被覆層との間の密着性を向上させることと、化合物粒子に電気伝導性を付与することである。その金属含有介在層の表面上に、溶融塩メッキ法にてアルミニウム含有被覆層を形成する。これにより、化合物粒子の表面とアルミニウム含有被覆層との間にアルミニウム以外の金属介在層が存在することになる。
【００４２】
[有機質ビヒクル]
本発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末とともに、有機質ビヒクルをさらに含んでいてもよい。有機質ビヒクルとしては、エチルセルロース、アクリル樹脂、アルキッド樹脂等をグリコールエーテル系、タービネオール系などの溶剤に溶解したものが使用される。有機質ビヒクルの含有量は、１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。有機質ビヒクルの含有量が１０質量％未満になると、または９０質量％を超えると、ペースト組成物の印刷性が低下する。なお、有機質ビヒクルは、ペースト組成物の粘度を調整するためにペースト組成物の残部として添加される。
【００４３】
［ガラスフリット］
さらに、本発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末とともに、あるいは、アルミニウム被覆化合物粉末と有機質ビヒクルとともに、ガラスフリットをさらに含んでいてもよい。ガラスフリットの含有量は、１０．０質量％以下であるのが好ましい。ガラスフリットは、焼成時のアルミニウム被覆化合物粉末とシリコン半導体基板１との密着性を向上させ、Ａｌ−Ｓｉ合金層６が形成されると同時に、アルミニウム原子の拡散による不純物層としてのｐ＋層７が形成されやすくするために添加されるものである。ガラスフリットの含有量が１０．０質量％を超えると、ガラスの偏析が生じる恐れがある。本発明のペースト組成物に含められるガラスフリットとしては、ＳｉＯ2-Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ系の他に、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＺｎＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系等が挙げられる。
【００４４】
［アルミニウム粉末］
本発明のペースト組成物は、基本的には、アルミニウム被覆化合物粉末を含有していれば、従来公知のペースト組成物に通常含まれているアルミニウム粉末を含めなくても所望のＢＳＦ効果をもたらすことができるものである。より好ましくは、本発明のペースト組成物は、アルミニウム被覆化合物粉末とともに、あるいは、アルミニウム被覆化合物粉末と有機質ビヒクルとともに、あるいは、アルミニウム被覆化合物粉末と有機質ビヒクルとガラスフリットとともに、アルミニウム粉末をさらに含んでいてもよい。この場合、アルミニウム粉末を添加することにより、所望のＢＳＦ効果をもたらすのに必要な金属アルミニウム量に対して、アルミニウム被覆化合物粉末中の金属アルミニウム量では不足するときに、金属アルミニウム量を補うことができる。アルミニウム粉末の含有量は７０質量％以下であるのが好ましい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の一つの実施例について説明する。【００４６】
まず、表１に示されるように種類Ａ〜Ｅのアルミニウム被覆化合物粉末を準備した。表１に示される無機／有機化合物粒子からなる化合物粉末に、無電解メッキ処理を施すことにより、無機／有機化合物粒子の表面上に、表１に示される厚みで金属含有介在層を形成し、さらに溶融塩メッキ処理を施すことにより、その金属含有介在層の表面上に、表１に示される厚みでアルミニウム含有被覆層を形成して、種類Ａ〜Ｅの各アルミニウム被覆化合物粉末を作製した。なお、種類Ｃのアルミニウム被覆化合物粉末の作製において、アルミニウム含有被覆層の材料としては、アルミニウム−５質量％シリコンのアルミニウム合金を用いた。また、アルミニウム含有被覆層の平均厚みは、前述のように任意に選ばれた５０粒のアルミニウム被覆化合物粒子の電子顕微鏡による断面観察により測定した。【００４７】
次に、表２に示すように、上記で作製された種類Ａ〜Ｅのアルミニウム被覆化合物粉末のいずれかを３０．０質量％、５０．０質量％、６０．０質量％または６５．０質量％、アルミニウム粉末を０質量％または５．０質量％、ガラスフリットを１．５質量％または３．０質量％、含み、残部が有機質ビヒクルになるように、各成分を周知の混合機にて混合して、実施例１〜６のペースト組成物を作製した。【００４８】
有機質ビヒクルとしてはエチルセルロースをグリコールエーテル系有機溶剤に溶解したもの、ガラスフリットとしてはＢ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系のガラスフリットを用いた。【００４９】
比較のため、アルミニウム粉末を７０．０質量％、ガラスフリットを１．５質量％、残部が有機質ビヒクルになるように、各成分を周知の混合機にて混合して、比較例１のペースト組成物を作製した。また、アルミニウム被覆化合物粉末の代わりに、平均粒径が０．４μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末を３．０質量％、あるいは、平均粒径が５μｍの炭素（Ｃ）粉末を５．０質量％、含み、さらにアルミニウム粉末を７０．０質量％、ガラスフリットを１．５質量％、含み、残部が有機質ビヒクルになるように、各成分を周知の混合機にて混合して、比較例２と３のペースト組成物を作製した。【００５０】
ここで、実施例１〜６のペースト組成物に用いられたアルミニウム被覆化合物粉末は、シリコン半導体基板１との反応性の確保、塗布性、および塗布膜の均一性の点から、平均粒径が０．５〜１０μｍの球形、または球形に近い形状を有する粒子からなる粉末を用いた。なお、平均粒径は、前述のようにレーザー回折・散乱法（装置名：マイクロトラック  ＭＴ３００ＥＸII）により測定した。【００５１】
上記の各種のペースト組成物を厚みが１８０μｍ、大きさが１５５ｍｍ×１５５ｍｍのｐ型のシリコン半導体基板１に２５０メッシュのスクリーン印刷板を用いて塗布・印刷し、乾燥させた。塗布量は、乾燥後の塗布厚みが１５〜３０μｍになるように設定した。【００５２】
ペーストが印刷されたｐ型のシリコン半導体基板１を乾燥した後、赤外線焼成炉にて、空気雰囲気で４００℃／分の加熱速度で加熱し、７２０℃の温度で３０秒間保持する条件で焼成した。焼成後、冷却することにより、図１に示すようにｐ型のシリコン半導体基板１にアルミニウム電極層５、Ａｌ−Ｓｉ合金層６およびｐ＋層７を形成した構造を得た。【００５３】
電極間のオーム抵抗に影響を及ぼす裏面電極８の表面抵抗を４探針式表面抵抗測定器（ナプソン社製ＲＧ−５型シート抵抗測定器）にて測定した。その後、裏面電極８を形成したｐ型のシリコン半導体基板１を塩酸水溶液に浸漬することによって、アルミニウム電極層５とＡｌ−Ｓｉ合金層６を溶解除去し、ｐ＋層７が形成されたｐ型のシリコン半導体基板１の表面抵抗を上記の表面抵抗測定器にて測定した。ｐ＋層７の表面抵抗とＢＳＦ効果との間には相関関係があり、その表面抵抗が小さいほど、ＢＳＦ効果が高いとされている。ここで、目標とする表面抵抗の値は、裏面電極８では２４．０ｍΩ／□以下、ｐ＋層７では２２．０Ω／□以下である。【００５４】
図２に示すように、焼成後のシリコン半導体基板１の変形量は、焼成・冷却後、アルミニウム電極層５を上にして基板の四隅の一端を押さえて、その対角に位置する一端の浮き上がり量（基板の厚みを含む）ｘを測定することによって評価した。なお、ｘの目標値は２．３ｍｍ以下である。【００５５】
シリコン半導体基板１に形成されたアルミニウム電極層５の機械的強度と密着性は、アルミニウム電極層５の表面にセロハンテープを粘着させてから剥がすことにより、アルミニウム電極層５の剥離有無で評価した。表２において、○はアルミニウム電極層５が全く剥離しなかったこと、△はアルミニウム電極層５の一部が剥離したこと、×はアルミニウム電極層５の全体が剥離したことを示す。【００５６】
以上のようにして測定された裏面電極８の表面抵抗、ｐ+層７の表面抵抗、焼成後のシリコン半導体基板１の変形量、および、アルミニウム電極層５の剥離性を表２に示す。【００５７】
【表１】
2010084715.tif 000003
【００５８】
【表２】
2010084715.tif 000004
【００５９】
表２に示す結果から、従来のペースト組成物（比較例１）を用いて裏面電極８を形成すると、焼成後のシリコン半導体基板１の変形量が２．３ｍｍを大きく超えたのに対して、アルミニウム被覆化合物粉末を含む本発明のペースト組成物（実施例１〜６）を用いて裏面電極８を形成すると、焼成後のシリコン半導体基板１の変形量を２．３ｍｍ以下まで低減させることができることがわかる。【００６０】
また、アルミナ粉末や炭素粉末を含むペース組成物（比較例２と３）を用いて裏面電極８を形成しても、シリコン半導体基板１の変形量の抑制において、ある程度の効果が見られたが、アルミニウム電極層５の密着性が低下した。【００６１】
これに対して、アルミニウム被覆化合物粉末を含む本発明のペースト組成物（実施例１〜６）を用いて裏面電極８を形成すると、アルミニウム電極層５の密着性の低下が認められなかった。【００６２】
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明によれば、結晶系シリコン太陽電池を構成するシリコン半導体基板の上に不純物層または電極を形成する際に用いられるペースト組成物において、アルミニウム被覆化合物粉末を含むペースト組成物を塗布したシリコン半導体基板を焼成することにより、シリコン半導体基板を薄くした場合でも、生成キャリアの収集効率を向上させる所望のＢＳＦ効果と、アルミニウム電極の機械的強度および密着性を維持することができるとともに、焼成後のシリコン半導体基板の変形を低減させることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：シリコン半導体基板、２：ｎ型不純物層、３：反射防止膜、４：グリッド電極、５：アルミニウム電極層、６：Ａｌ−Ｓｉ合金層、７：ｐ＋層、８：裏面電極。
【図１】
2010084715.tif 000005
【図２】
2010084715.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月25日(2010.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
太陽電池素子においてＢＳＦ効果を得るためにシリコン半導体基板（１）の受光面と反対側の面の上に不純物層（７）または電極層（５）を形成するために用いられるペースト組成物であって、
アルミニウム被覆化合物粉末を含み、前記アルミニウム被覆化合物粉末を構成する各アルミニウム被覆化合物粒子が、無機化合物および有機化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物粒子と、前記化合物粒子の表面を被覆し、前記アルミニウム被覆化合物粒子の最外表面に位置し、かつ、アルミニウムを含有するアルミニウム含有被覆層とを含む、ペースト組成物。
【国際調査報告】
2010084715.tif 000007
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