(57)【要約】  信頼性を向上させた太陽電池素子を提供するために、一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板（１）と、前記一主面上に設けられた、主成分として銀を含む第１電極（６）と、前記一主面上において第１電極（６）に接続しており、主成分としてアルミニウムを含む第２電極（７）とを備えており、第１電極（６）は、スズ単体を含む太陽電池素子（１０）とする。
2013162024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板と、前記一主面上に設けられた、主成分として銀を含む第１電極と、前記一主面上において前記第１電極に接続しており、主成分としてアルミニウムを含む第２電極とを備え、前記第１電極は、スズ単体を含む、太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１電極における前記スズ単体の含有量は、銀１００質量部に対して０．１〜５質量部である、請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記第２電極は、前記第１電極上に位置する部位を有する、請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第２電極の平均厚みは、前記第１電極の平均厚みよりも大きい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記一主面の前記第２電極の非形成領域に、パッシベーション層がさらに設けられている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板を準備する工程と、主成分として銀を含み副成分としてスズ単体を含む第１金属ペーストを前記一主面上に塗布する工程と、主成分としてアルミニウムを含む第２金属ペーストを、前記一主面上において前記第１金属ペーストに接触するように前記一主面上に塗布する工程と、前記第１金属ペーストを焼成する工程と、前記第２金属ペーストを焼成する工程とを備えた、太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１金属ペーストを焼成する工程および前記第２金属ペーストを焼成する工程を同時に行なう、請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記スズ単体を、平均粒径が１〜２０μｍの粒子で前記第１金属ペースト内に含有させる、請求項６または請求項７に記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  シリコン基板を備えた太陽電池素子において、裏面側となる一主面側に、主成分として銀を含む第１電極と、主成分としてアルミニウムを含む第２電極とが形成される。このとき、第２電極の一部は第１電極と重なり、第１電極に接続している。この重なり部分において、シリコンが銀およびアルミニウムと合金を形成しやすくなる。このように、シリコンの一部が合金になった場合、シリコン基板の一部に空隙が生じて、該空隙の近傍におけるシリコン基板が脆弱になる。加えて、近年、シリコン基板の厚みが薄くなっているため、この脆弱な部分を起点にしてシリコン基板が割れやすくなっている。このような問題を解決するため、例えば、第１電極と第２電極との重なり領域を制御することを目的として、第１電極の電極形状の最適化が求められている（例えば、特開平１０−１４４９４３号公報を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、電極形成の際にかかる熱履歴または重なり領域のバラつきなどの影響を受けると、シリコン基板の割れが低減されにくい場合があった。そのため、シリコン基板の割れの発生を低減した太陽電池素子およびその製造方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明の一形態に係る太陽電池素子は、一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板と、前記一主面上に設けられた、主成分として銀を含む第１電極と、前記一主面上において前記第１電極に接続しており、主成分としてアルミニウムを含む第２電極とを備え、前記第１電極は、スズ単体を含む。【０００５】  また、本発明の一形態に係る太陽電池素子の製造方法は、一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板を準備する工程と、主成分として銀を含み副成分としてスズ単体を含む第１金属ペーストを前記一主面上に、塗布する工程と、主成分としてアルミニウムを含む第２金属ペーストを、前記一主面上において前記第１金属ペーストに接触するように前記一主面上に塗布する工程と、前記第１金属ペーストを焼成する工程と、前記第２金属ペーストを焼成する工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００６】  上記の太陽電池素子およびその製造方法によれば、シリコン基板の割れの発生を低減できるため、信頼性の高い太陽電池素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を第１主面側から見た平面模式図である。
【図２】図２は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を第２主面側から見た平面模式図である。
【図３】図３は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を示す模式図であり、図１におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図４】図４は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を第１および第２電極形成後の第２主面側から見た平面模式図である。
【図５】図５は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例であり、第２電極のみを第２主面側から見た平面模式図である。
【図６】図６は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を示す模式図であり、図４におけるＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【図７】図７は本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を説明する模式図であり、図７（ａ）は太陽電池モジュールの一部断面拡大図であり、図７（ｂ）は太陽電池モジュールを第１主面側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  以下、本発明の一形態に係る太陽電池素子およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュールについて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は適宜変更し得る。また、図３および図６は断面図であるが、構成要素の断面を示すためのハッチングは省略している。
【０００９】  ＜太陽電池素子の構成＞  本実施形態に係る太陽電池素子１０は、図１乃至図３に示すように、光が入射する受光面（図３における上面であり、以下では第１主面という）１０ａと、この第１主面１０ａの反対側に位置する裏面（図３における下面であり、以下では第２主面という）１０ｂと、側面１０ｃとを有する。また、太陽電池素子１０は、シリコン基板１を備えており、シリコン基板１においても第１主面１ａと、第２主面１ｂと、側面１ｃとを有する。このシリコン基板１は、図３に示すように、例えば、一導電型の半導体領域である第１半導体層（ｐ型半導体領域）２と、この第１半導体層２における第１主面１０ａ側に設けられた逆導電型の半導体領域である第２半導体層（ｎ型半導体領域）３とを有する。さらに、太陽電池素子１０は、図３に示すように、第３半導体層４、反射防止層５、第１電極６、第２電極７および第３電極８を備えている。
【００１０】  シリコン基板１は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン基板であり、第１半導体層２と、該第１半導体層２の第１主面１ａ側に設けられた第２半導体層３とを備えている。なお、本実施形態において、シリコン基板１に代えて、上述したような第１半導体層２および第２半導体層を有する基板を用いてもよい。
【００１１】  第１半導体層２としては、上述したように、ｐ型の板状の半導体を用いることができる。第１半導体層２を構成する半導体としては、例えば、多結晶シリコン基板が用いられる。第１半導体層２の平均厚みは、例えば、２５０μｍ以下、さらには１５０μｍ以下とすることができる。第１半導体層２の形状は、特に限定されるものではないが、製法上の観点から平面視で四角形状としてもよい。多結晶シリコン基板からなる第１半導体層２をｐ型にする場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンまたはガリウムを用いることができる。
【００１２】  第２半導体層３は、第１半導体層２の上に積層されている半導体層である。これにより、第２半導体層３は、第１半導体層２との界面でｐｎ接合を形成している。第２半導体層３は、第１半導体層２に対して逆の導電型、すなわち、ｎ型の半導体層であり、第１半導体層２における第１主面１ａ側に設けられている。第１半導体層２がｐ型の導電型のシリコン基板において、例えば、第２半導体層３はシリコン基板１の第１主面１ａ側にリン等の不純物を拡散させることによって形成できる。
【００１３】  図３に示すように、シリコン基板１の第１主面１ａ側には、凹凸形状１ｄが設けられていてもよい。凹凸形状１ｄの凸部の高さは０．１〜１０μｍ程度、凸部の幅は０．１〜２０μｍ程度である。凹凸形状１ｄは多数のピラミッド形状であってもよく、図３に示すような凹部が球面状の形状に限定されない。
【００１４】  なお、上述した凸部の高さとは、例えば、図３の断面図において、凹部の底面を通る直線を基準線とし、該基準線に垂直な方向における、該基準線から凸部の頂面までの距離のことである。また、凸部の幅とは、前記基準線に平行な方向における、隣接する凸部の頂面間の距離のことである。
【００１５】  反射防止層５は、例えば、窒化シリコン層または酸化シリコン層などから形成される。反射防止層５の厚みは、材料によって適宜選択可能であり、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚みを採用すればよい。例えば、反射防止層５の屈折率は１．８〜２．３程度として、平均厚みは２００〜１２００Å程度とすることができる。
【００１６】  第３半導体層４は、シリコン基板１の第２主面１ｂ側に形成されており、第１半導体層２と同一の導電型、すなわちｐ型である。そして、第３半導体層４が含有するドーパントの濃度は、第１半導体層２が含有するドーパントの濃度よりも高い。すなわち、第３半導体層４中には、第１半導体層２において一導電型にするためにドープされるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在する。このような第３半導体層４は、シリコン基板１における第２主面１ｂの近傍でキャリアの再結合による変換効率の低下を低減させる役割を有しており、シリコン基板１における第２主面１ｂ側で内部電界を形成するものである。第３半導体層４は、例えば、シリコン基板１の第２主面１ｂ側にボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって形成できる。このとき、第３半導体層４が含有するドーパント元素の濃度は１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。第３半導体層４は、後述する第２電極７とシリコン基板１との接触部分に形成されるとよい。
【００１７】  第１電極６は、図２および図３に示すように、シリコン基板１の第２主面１ｂ側に設けられた電極である。第１電極６の厚みは、１０〜３０μｍ程度、短手方向の幅は１．３〜７ｍｍ程度である。また、第１電極６は、主成分として銀を含んでいる。このような第１電極６は、例えば、銀を主成分とする金属ペーストをスクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。なお、本実施形態において、「主成分」とは、全体の成分に対して含有される比率が５０質量％以上であることを示す。
【００１８】  第２電極７は、図３に示すように、シリコン基板１の第２主面１ｂにおいて、第１電極６と電気的に接続するように設けられている電極である。このとき、第１電極６の少なくとも一部が第２電極７と接続していればよい。また、第２電極７の厚みは、１５〜５０μｍ程度であり、シリコン基板１の第２主面１ｂのうち第１電極６が形成される領域の一部を除いた略全面に形成される。また、第２電極７は、主成分としてアルミニウムを含んでいる。このような第２電極７は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属ペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。
【００１９】  そして、本実施形態において、第１電極６はスズ単体を含んでいる。これにより、第１電極６と第２電極７との重なり部分Ｍ付近を起因としたシリコン基板１の割れの発生を低減することができる。この理由については定かではないが、重なり部分Ｍにおいて銀とスズとの合金が先に形成されることによって、シリコン、銀およびアルミニウムの合金化が阻害されためと推測される。これにより、上記合金の生成によって生じ得るシリコン基板１の空隙が低減される。
【００２０】  また、第１電極６は微小な貫通孔を有し、貫通孔の周囲にスズが付着するような形状であってもよい。これにより、貫通孔内にアルミニウムが挿入されるため、第１電極６と第２電極７との接触面積が増加し、太陽電池素子１０の出力特性が向上する。このような場合であっても、貫通孔の近傍に存在する単体のスズによって、シリコン、銀およびアルミニウムよりなる合金の発生が阻害される。その結果、シリコン基板１の割れの発生が低減される。
【００２１】  第１電極６中のスズ単体の有無を確かめる手法としては、例えば、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）による測定が挙げられる。具体的には、スズがＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真によって黒色の斑点状として確認できる場合に、その斑点状部位において、例えば、日本電子製ＪＸＡ−８１００を用いてＥＰＭＡによる成分分析を行なえば、スズ単体の有無を確認することができる。
【００２２】  また、例えば、第１電極６のＳＥＭ写真でスズが黒色の斑点状で確認できない場合であっても、ＥＰＭＡによる成分分析によって、スズ単体の有無を推測できる。
【００２３】  また、第１電極６におけるスズ単体の含有量は、銀１００質量部に対して０．１〜５質量部含まれていればよい。スズ単体の含有量を上記範囲内とすることによって、シリコン基板の割れの発生を低減しつつ、電極の密着強度が良好となる。
【００２４】  また、第２電極７は、図３に示すように、第１電極６上に位置する部位を有していてもよい。これにより、第１電極６とシリコン基板１との接触面積を広くすることができるため、第１電極６の密着強度が良好となる。また、アルミニウムは銀よりも融点が低いことから、第１電極６の上に第２電極７が位置していると、電極形成時に溶融したアルミニウムが銀とシリコンに接触しやすくなる。そのため、アルミニウム、銀およびシリコンが合金化する可能性が高くなる。しかしながら、第１電極６にスズ単体が含有されていれば、上述した合金化が阻害され、シリコン基板１の割れの発生を低減できる。
【００２５】  また、第２主面１ｂに直交する厚み方向において、第２電極７の平均厚みは、第１電極６の平均厚みよりも大きくてもよい。これにより、第２電極７は抵抗ロスが低減されるため、太陽電池素子１０の出力特性を向上することができる。また、アルミニウムは銀よりも融点が低いことから、電極形成時に溶融したアルミニウムが多く存在することによって、アルミニウムが銀とシリコンとに接触しやすくなる。そのため、アルミニウム、銀およびシリコンが合金化する可能性が高くなる。しかしながら、第１電極６にスズ単体が含有されていれば、上述した合金化が阻害されて、シリコン基板１の割れの発生を低減できる。
【００２６】  第３電極８は、シリコン基板１の第１主面１ａ側に設けられた電極である。また、第３電極８は、図１に示すように、第３出力取出電極８ａと、複数の線状の第３集電電極８ｂとを有する。第３出力取出電極８ａの少なくとも一部は、第３集電電極８ｂと交差して電気的に接続されている。一方、第３集電電極８ｂは、線状であり、短手方向において、例えば、５０〜２００μｍ程度の幅を有している。第３出力取出電極８ａは、例えば、短手方向において、１．３〜２．５ｍｍ程度の幅を有している。そして、第３集電電極８ｂの短手方向の幅は、第３出力取出電極８ａの短手方向の幅よりも小さい。また、第３集電電極８ｂは、互いに１．５〜３ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。このような第３電極８の厚みは、１０〜４０μｍ程度である。このような第３電極８は、例えば、銀を主成分とする第３金属ペーストをスクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。
【００２７】  また、上記実施形態においては、第２電極７が第２主面１ｂの略全面を覆うような形状であったが、他の形態であってもよい。第２電極７は、図４および図６に示すように、第３集電電極８ｂと同様に、複数の線状を成していてもよい。このとき、第１電極６の少なくとも一部は、第２電極７と交差して電気的に接続されている。一方、第２電極７は、線状であり、短手方向において、例えば、５０〜３００μｍ程度の幅を有している。第１電極６は、例えば、短手方向において、１．３〜３ｍｍ程度の幅を有している。そして、第２電極７の短手方向の幅は、第１電極６の短手方向の幅よりも小さい。また、第２電極７は、互いに１．５〜３ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。なお、第２電極７は第３電極８の第３集電電極８ｂに比べて、短手方向の幅を広くすることによって、第２電極７の直列抵抗を下げて、太陽電池素子１０の出力特性を向上させることができる。
【００２８】  また、太陽電池素子１０は、図５および図６に示すように、第２主面１ｂ上に窒化シリコンまたは酸化アルミニウムなどからなるパッシベーション層９を有する構造であってもよい。
【００２９】  パッシベーション層９は、シリコン基板１の裏面である第２主面１ｂおよび側面１ｃにおいて、少数キャリアの再結合を低減する役割を有するものである。パッシベーション層９としては、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜、アモルファス窒化シリコン（a−ＳｉＮｘ）膜などのシリコン系窒化膜、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化チタン（ＴｉＯ２）などの膜が使用できる。なお、このパッシベーション層９は、厚みを１０〜２００ｎｍ程度にできて、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成すればよい。このようなパッシベーション層９を設けることによって、太陽電池素子１０の出力特性が向上する。また、本実施形態において、パッシベーション層９は、第２主面１ｂ上の第２電極７の非形成領域に設けられている。これにより、シリコン基板１と第２電極７との接触抵抗を小さくすることができるため、太陽電池素子１０の出力特性がより向上する。
【００３０】  一方、このような形態では、第２電極７が略全面に形成されないことから、太陽電池素子の破壊強度が小さくなる虞がある。しかしながら、第１電極６にスズ単体を含有させることによって、シリコン基板１の割れの発生を低減できて、太陽電池素子１０が破壊されにくくなる。
【００３１】  ＜太陽電池素子の製造方法＞  次に、太陽電池素子１０の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
【００３２】  まず、第１半導体層（ｐ型半導体領域）２を有するシリコン基板１の基板準備工程について説明する。シリコン基板１は、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法または鋳造法などによって形成される。なお、以下では、シリコン基板１として、ｐ型の多結晶シリコン基板を用いた例について説明する。
【００３３】  最初に、例えば、鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを、例えば、２５０μｍ以下の厚みにスライスする。その後、シリコン基板１の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を清浄するために、シリコン基板１の表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、フッ酸またはフッ硝酸などの水溶液でごく微量エッチングしてもよい。
【００３４】  次に、シリコン基板１の第１主面１ａに凹凸形状１ｄを形成する。凹凸形状１ｄの形成方法としては、ＮａＯＨ等のアルカリ溶液またはフッ硝酸等の酸溶液を使用したウエットエッチング方法またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等を使用したドライエッチング方法を用いて凹凸形状１ｄを形成することができる。
【００３５】  次に、上記工程によって形成された凹凸形状１ｄを有するシリコン基板１の第１主面１ａに対して、第２半導体層（ｎ型半導体領域）３を形成する工程を行なう。具体的には、凹凸形状１ｄを有するシリコン基板１における第１主面１ａ側の表層内にｎ型の第２半導体層３を形成する。
【００３６】  このような第２半導体層３は、ペースト状にしたＰ２Ｏ５をシリコン基板１の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法などによって形成される。この第２半導体層３は０．２〜２μｍ程度の深さ、４０〜２００Ω／□程度のシート抵抗値を有するように形成される。例えば、気相熱拡散法では、ＰＯＣｌ３等からなる拡散ガスを有する雰囲気中で６００〜８００℃程度の温度においてシリコン基板１を５〜３０分程度熱処理して燐ガラスをシリコン基板１の表面に形成する。その後、アルゴン、窒素等から適宜選択される不活性ガス雰囲気中で８００〜９００℃程度の高い温度において、シリコン基板１を１０〜４０分間程度熱処理することによって、燐ガラスからシリコン基板１にリンが拡散して、シリコン基板１の第１主面１ａ側に第２半導体層３が形成される。
【００３７】  次に、上記第２半導体層３の形成工程において、第２主面１ｂ側にも第２半導体層３が形成された場合には、第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３のみをエッチングして除去する。これにより、第２主面１ｂ側にｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液にシリコン基板１における第２主面１ｂ側のみを浸して第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３を除去する。その後、第２半導体層３を形成する際にシリコン基板１の表面（第１主面１ａ側）に付着した燐ガラスをエッチングして除去する。
【００３８】  このように、第１主面１ａ側に燐ガラスを残存させて、第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３を除去することによって、燐ガラスがエッチング防止層となり、第１主面１ａ側の第２半導体層３が除去されたり、ダメージを受けたりするのを低減することができる。また、シリコン基板１の側面１ｃに形成された第２半導体層３も合わせて除去してもよい。
【００３９】  また、上記第２半導体層３の形成工程において、予め第２主面１ｂ側に拡散マスクを形成しておき、気相熱拡散法等によって第２半導体層３を形成し、続いて拡散マスクを除去してもよい。このようなプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。但し、このようなプロセスであれば、第２主面１ｂ側に第２半導体層３は形成されないため、第２主面１ｂ側の第２半導体層３を除去する工程が不要となる。
【００４０】  以上により、第１主面１ａ側にｎ型半導体層である第２半導体層３が配置され、且つ、表面に凹凸形状１ｄが形成された、ｐ型半導体層（第１半導体層）２を含む多結晶シリコン基板（シリコン基板）１を準備することができる。
【００４１】  次に、シリコン基板１における第１主面１ａ側に、すなわち、第２半導体層３の上に反射防止層５を形成する。反射防止層５は、例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止層５をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止層５が形成される。このときの成膜室内は、５００℃程度とすることができる。
【００４２】  次に、半導体基板１の第２主面１ｂ側に、一導電型の半導体不純物が高濃度に拡散された第３半導体層４を形成する。第３半導体層４の形成方法としては、例えば、以下の２つの方法が挙げられる。第１の方法としては、三臭化ボロン（ＢＢｒ３）を拡散源とした熱拡散法を用いて温度８００〜１１００℃程度で形成する方法がある。第２の方法としては、アルミニウム粉末および有機ビヒクル等からなるアルミニウムペーストを印刷法で塗布した後、温度６００〜８５０℃程度で熱処理（焼成）して、アルミニウムを半導体基板１に拡散する方法がある。この第２の方法を用いれば、印刷面のみに所望の拡散領域を形成することができる上に、第２半導体層３の形成工程で第２主面１ｂ側に形成されたｎ型の逆導電型層を除去する必要がない。そのため、第２の方法を用いれば、所望の拡散領域を形成した後、第１主面１ａまたは第２主面１ｂの外周部のみにおいてレーザ等を用いたｐｎ分離を行なえばよい。
【００４３】  次に、第１電極６、第２電極７および第３電極８を以下のようにして形成する。
【００４４】  まず、第１電極６は、主成分としての銀および副成分としてのスズ単体を含む金属粉末と、有機ビヒクルと、ガラスフリットとを含有する金属ペースト（以下、第１金属ペーストという）を用いて作製される。第１金属ペーストの塗布法としては、例えば、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。第１金属ペーストが塗布されたシリコン基板１を焼成炉内にて最高温度が６００〜８５０℃の条件で数十秒〜数十分間程度焼成することによって、第１電極６がシリコン基板１の第２主面１ｂ側に形成される。
【００４５】  次に、第２電極７は、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（以下、第２金属ペーストという）を用いて作製される。この第２金属ペーストを、予め塗布された第１金属ペーストの一部に接触するように第２主面１ｂ上に塗布する。このとき、第１電極６が形成される部位の一部を除いて、第２主面１ｂのほぼ全面に塗布してもよい。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。第２金属ペーストが塗布されたシリコン基板１を焼成炉内にて最高温度が６００〜８５０℃の条件で数十秒〜数十分間程度焼成することによって、第２電極７がシリコン基板１の第２主面１ｂ側に形成される。また、第２金属ペーストを用いて第３半導体層４と第２電極７の形成を同時に行なってもよい。
【００４６】  第３電極８は、例えば主成分として銀（Ａｇ）等からなる金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（以下、第３金属ペーストという）を用いて作製される。この第３金属ペーストを、シリコン基板１の第１主面１ａに塗布し、その後、最高温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって第３電極８を形成する。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥してもよい。なお、第３電極８は、第３出力取出電極８ａと第３集電電極８ｂとを有するが、スクリーン印刷を用いることで、第３出力取出電極８ａと第３集電電極８ｂとは、１つの工程で形成することができる。
【００４７】  以上の工程によって、太陽電池素子１０を作製することができる。そして、本実施形態において、第１電極６は、主成分として銀を含み副成分としてスズ単体を含む金属粉末を含有する第１金属ペーストを用いて形成されている。これにより、第１電極６と第２電極７との重なり部分Ｍ付近を起因としたシリコン基板１の割れの発生を低減することができる。なお、第２金属ペーストにスズ単体を含有させると、第２電極７と同時に形成される第３半導体層４にスズが悪影響を与えやすく、太陽電池素子１０の出力特性が低下する場合がある。
【００４８】  また、第１金属ペースト中のスズ単体、有機ビヒクル、ガラスフリットの含有量は、銀１００質量部に対してそれぞれ０．１〜５質量部、１０〜３０質量部、０．１〜１０質量部である。スズ単体を上記範囲で含有させることによって、形成された第１電極６の密着強度が良好となる。
【００４９】  また、スズ単体は、平均粒径が１〜２０μｍの粒子で第１金属ペースト内に含有させることによって、スズ単体の第１金属ペースト中への分散性を高めることができる。これにより、第１電極６中において略均一にスズ単体が存在することから、第１電極６と第２電極７との重なり部分Ｍ付近におけるシリコン、銀およびアルミニウムの３種の金属の合金化を効率よく阻害できるため、シリコン基板１の割れの発生を低減することができる。
【００５０】  また、シリコン基板１の第２主面１ｂ側にパッシベーション層９を設ける場合は、第１および第２金属ペーストを塗布する前に、例えば、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いてシリコン基板１の第２主面１ｂ側に形成すればよい。次いで、第２金属ペーストをパッシベーション層９の上に直接、所定領域に塗布し、最高温度が６００〜８００℃の高温の熱処理を行なうファイヤースルー法を利用すればよい。このファイヤースルー法では、塗布された第２金属ペースト成分がパッシベーション層９を突き破り、シリコン基板１の第２主面１ｂ側に第３半導体層４が形成され、その上に第２電極７が形成される。第２電極７は、例えば図５に示すように、第２主面１ｂのうち第１電極６の一部が形成される領域内を含めて形成されればよい。なお、第２電極７の形成より先に第１電極６を形成してもよい。また、第１電極６はシリコン基板１と直接接触する必要はなく、第１電極６とシリコン基板１との間にパッシベーション層９が存在しても構わない。
【００５１】  また、第１電極６および第２電極７は、各々の金属ペーストを塗布した後、同時に焼成して形成しても構わない。このように形成することによって、生産性が向上するとともに、シリコン基板１にかかる熱履歴を低減して、太陽電池素子１０の出力特性を向上させることができる。また、同時に焼成した場合には、特に、シリコン、銀およびアルミニウムの３種の金属の合金化が起こりやすくなるが、第１金属ペーストにスズ単体を含有させることによって、合金化を阻害できる。その結果、シリコン基板１の割れの発生が低減される。
【００５２】  なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、多くの修正および変更を加えることができる。
【００５３】  例えば、パッシベーション層９を形成する前に、シリコン基板１を洗浄してもよい。洗浄工程としては、例えば、フッ酸処理、ＲＣＡ洗浄（米国ＲＣＡ社が開発した洗浄法であり、高温・高濃度の硫酸・過酸化水素水、希フッ酸（室温）、アンモニア水・過酸化水素水、または、塩酸・過酸化水素水などによる洗浄方法）および該洗浄後のフッ酸処理、またはＳＰＭ（Sulfuric Acid/Hydrogen Peroxide/Water Mixture）洗浄および該洗浄後のフッ酸処理等による洗浄方法を用いることができる。
【００５４】  また、パッシベーション層９を形成する工程の後の任意の工程において、水素を含んだガスを用いてアニール処理を行なうことで、さらに、シリコン基板１における少数キャリアの再結合速度を低下させることが可能である。
【００５５】  また、例えば、太陽電池素子１０は第３電極８の一部を第２主面１０ｂ側に設けたメタル・ラップ・スルー構造のバックコンタクト太陽電池素子であっても構わない。
【００５６】  ＜太陽電池モジュール＞  本実施形態に係る太陽電池モジュール２０について、図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて詳細に説明する。太陽電池モジュール２０は、上述した本実施形態の太陽電池素子１０を１つ以上備えている。具体的には、太陽電池モジュール２０においては、上記太陽電池素子１０が複数電気的に接続されている。
【００５７】  単独の太陽電池素子１０の電気出力が小さい場合など、複数の太陽電池素子１０を直列および並列に接続することで太陽電池モジュール２０が構成される。この太陽電池モジュール２０を複数個組み合わせることによって、実用的な電気出力の取り出しが可能となる。
【００５８】  図７（ａ）に示すように、太陽電池モジュール２０は、例えば、ガラスなどの透明部材２２と、透明のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）またはエチレン−α−オレフィン共重合体などからなる表側充填材２４と、複数の太陽電池素子１０と、これら複数の太陽電池素子１０を接続する配線部材２１と、ＥＶＡまたはエチレン−α−オレフィン共重合体などからなる裏側充填材２５と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等の材料からなり、単層または積層構造の裏面保護材２３とを主として備えている。
【００５９】  隣接する太陽電池素子１０同士は、一方の太陽電池素子１０の第１電極６と他方の太陽電池素子１０の第３電極８とが配線部材２１によって接続されることで、互いに電気的に直列に接続されている。
【００６０】  配線部材２１としては、例えば、厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆された部材が用いられる。
【００６１】  また、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、最初の太陽電池素子１０の一端と最後の太陽電池素子１０の電極の一端とは、各々、出力取出部である端子ボックス２７に、出力取出配線２６によって接続される。また、図７（ａ）では図示を省略しているが、図７（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール２０は、アルミニウムなどからなる枠２８を備えていてもよい。
【００６２】  また、太陽電池モジュール２０において、白色系の裏側充填材２５を用いることによって、高機能の裏面反射構造を実現することが可能である。
【００６３】  以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
【実施例】
【００６４】  以下に、上記実施形態のより具体的な実施例について説明する。まず、シリコン基板１として、１辺が１５６ｍｍで厚さが約２００μｍの多結晶シリコン基板を複数準備した。これらの多結晶シリコン基板は、予めｐ型の導電型になるようにボロンをドープしたものを用いた。【００６５】  準備したそれぞれの多結晶シリコン基板の第１主面１ａ側に、ＲＩＥ法を用いて、図３に示すような凹凸形状１ｄを形成した。【００６６】  次に、リン原子を拡散させて、シート抵抗が９０Ω／□程度となるｎ型の第２半導体層３を基板１の表面に形成した。なお、側面１ｃおよび第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３はフッ硝酸溶液で除去し、その後、第２半導体層３上に残った燐ガラスをフッ酸溶液で除去した。【００６７】  次に、シリコン基板１の第２主面１ｂの上にはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって酸化アルミニウム層からなるパッシベーション層９を形成して、第１主面１ａの上にはプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン層からなる反射防止層５を形成した。【００６８】  そして、第１主面１ａ側には主成分として銀を含む第３金属ペーストを図１に示すような線状パターンに塗布した。また、第２主面１ｂ側には、主成分として銀を含む第１金属ペーストを図４に示すような第１電極６のパターンに塗布し、主成分としてアルミニウムを含む第２金属ペーストを図５に示すような第２電極７のパターンに塗布した。その後、これらのペーストのパターンを焼成することによって、図６に示すように、第３半導体層４、第１電極６、第２電極７および第３電極８を形成した。なお、第２電極７および第３電極８は、第２および第３金属ペーストをファイヤースルー法を利用することによって、それぞれシリコン基板１と接続するようにした。以上のようにして太陽電池素子１０を作製した。【００６９】  ここで、本発明の一実施例として、第１金属ペーストに副成分としてスズ単体を含む金属ペーストを用いて太陽電池素子を作製した。一方、比較例として、副成分として追加成分のない金属ペースト（比較例１）、副成分として酸化スズを含む金属ペースト（比較例２）、副成分としてスズ亜鉛合金を含む金属ペースト（比較例３）を用いて太陽電池素子を作製した。比較例１を除いて、第１金属ペースト中に含有させた副成分は、平均粒径５μｍの粒子状のものを、銀１００質量部に対して３質量部含有させた。【００７０】  そして、実施例および比較例１〜３の各太陽電池素子について、４点曲げ試験による破壊強度を測定した。また、第１電極６を除去し、シリコン基板１の表面に発生した空隙の頻度を評価した。これらの測定結果を表１に示す。【００７１】
【表１】
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実施例は比較例１〜３に比べて破壊強度が高いことを確認した。さらに、実施例は比較例１〜３に比べてシリコン基板１に発生した空隙が大幅に少ないことを確認した。
【００７２】  さらに、実施例において銀１００質量部に対してスズ単体の含有量が０．０５、０．１、１、５および７質量部である第１金属ペーストを用い、４点曲げ試験による破壊強度と電極の密着強度を測定した。密着強度は、銅箔の周りが半田で被覆された配線部材を第１電極６に接着させ、銅箔を引っ張った時に第１電極６がシリコン基板１から外れた強度を６点測定し、その平均値を密着強度とした。これらの測定結果を表２に示す。なお、第１電極６の形成後の第１電極６におけるスズ単体の含有量は、日本電子製ＪＸＡ−８１００を用いてＥＰＭＡによる成分分析を行なった。その結果、第１電極６におけるスズ単体の含有量は、上記金属ペースト中のスズ単体の含有量と比較して分析誤差の範囲内でほぼ同等であったことを確認した。【００７３】
【表２】
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表２からわかるように、銀１００質量部に対してスズの含有量が０．１〜５質量部の第１金属ペーストを用いることにより、破壊強度および密着強度が良好であることを確認した。
【符号の説明】
【００７４】１    ：シリコン基板  １ａ：第１主面  １ｂ：第２主面  １ｃ：側面２    ：第１半導体層（ｐ型半導体領域）３    ：第２半導体層（ｎ型半導体領域）４    ：第３半導体層５    ：反射防止層６    ：第１電極７    ：第２電極８    ：第３電極  ８ａ：第３出力取出電極  ８ｂ：第３集電電極９    ：パッシベーション層１０  ：太陽電池素子  １０ａ：第１主面  １０ｂ：第２主面  １０ｃ：側面
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月16日(2015.2.16)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板と、
前記一主面上に設けられた、主成分として銀を含む第１電極と、
前記一主面上において前記第１電極に接続しており、主成分としてアルミニウムを含む第２電極とを備え、
前記第１電極は、スズ単体を含むとともに貫通孔を有し、該貫通孔の周囲に前記スズ単体が存在している、太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１電極における前記スズ単体の含有量は、銀１００質量部に対して０．１〜５質量部である、請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記第２電極は、前記第１電極上に位置する部位を有する、請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第２電極の平均厚みは、前記第１電極の平均厚みよりも大きい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記一主面の前記第２電極の非形成領域に、パッシベーション層がさらに設けられている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法であって、
一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板を準備する工程と、
主成分として銀を含み副成分としてスズ単体を含む第１金属ペーストを前記一主面上に塗布する工程と、
主成分としてアルミニウムを含む第２金属ペーストを、前記一主面上において前記第１金属ペーストに接触するように前記一主面上に塗布する工程と、
前記第１金属ペーストを焼成する工程と、
前記第２金属ペーストを焼成する工程とを備えた、太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１金属ペーストを焼成する工程および前記第２金属ペーストを焼成する工程を同時に行なう、請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記スズ単体を、平均粒径が１〜２０μｍの粒子で前記第１金属ペースト内に含有させる、請求項６または請求項７に記載の太陽電池素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の一形態に係る太陽電池素子は、一主面側にシリコンを含む半導体領域を有する基板と、前記一主面上に設けられた、主成分として銀を含む第１電極と、前記一主面上において前記第１電極に接続しており、主成分としてアルミニウムを含む第２電極とを備え、前記第１電極は、スズ単体を含むとともに貫通孔を有し、該貫通孔の周囲に前記スズ単体が存在する貫通孔と該貫通孔の周囲に存在している。
【国際調査報告】
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