(57)【要約】【課題】導電性ペーストを半導体基板の主面に形成した溝に充填して電極を形成する際に、焼結による導電性ペーストの三次元的な収縮が生じても、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保することができる太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供する。【解決手段】少なくとも、導電性ペーストを半導体基板の主面に形成した溝に充填して電極を形成する工程を有する太陽電池の製造方法であって、前記電極形成工程において少なくとも、前記半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を形成した後、該電極形成用溝に導電性ペーストを充填し、該導電性ペーストを焼結して電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、導電性ペーストを半導体基板の主面に形成した溝に充填して電極を形成する工程を有する太陽電池の製造方法であって、前記電極形成工程において少なくとも、前記半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を形成した後、該電極形成用溝に導電性ペーストを充填し、該導電性ペーストを焼結して電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記導電性ペーストを、スクリーン印刷法により前記電極形成用溝に充填することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の製造方法により製造された太陽電池。
【請求項４】
少なくとも半導体基板の一主面側に表面電極と、他の主面側に裏面電極と、光を受光するためのpn接合とを有する太陽電池であって、少なくとも、前記半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を有し、該電極形成用溝に電極材料が充填された電極を有するものであることを特徴とする太陽電池。
【請求項５】
前記半導体基板が、シリコン基板であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１の溝部の斜面の主面からの俯角が４０〜６７．５°であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１の溝部の開口幅が２０〜２００μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１の溝部の深さが１０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第２の溝部の開口幅が、前記第１の溝部の開口幅より小さく、かつ１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第２の溝部の深さが１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率の太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。さらに詳しくは、半導体基板と十分に大きな接触面積を持つ電極を有する太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に太陽電池は、シリコン等の半導体基板の受光面側に光を受光するためのpn接合が形成され、太陽電池の受光面側および裏面側のそれぞれに電力取り出し用の電極が形成されている。
【０００３】
この受光面側に形成される電極、特にフィンガ電極は、光を遮らないようその占有面積が小さいことと、抵抗率が低いことが求められる。この要求に対する解決方法として、半導体基板に電極形成用溝を形成し、この溝に導電性ペーストを充填・焼結して形成される埋め込み型電極を用いる方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
この埋め込み型電極を用いる方法では、電極幅を狭くして受光面における電極の占有面積を小さくすることと、半導体基板と電極との接触面積をより大きくして抵抗率を低くすることとを両立することができ、上記問題を解決することができる。
【０００４】
しかしながら、この埋め込み型電極を導電性ペーストを用いて形成する際に、導電性ペーストが焼結により三次元的に収縮するため、たとえば図７のような断面形状の電極形成用溝を用いた場合、電極が半導体基板から剥離して所望の接触面積が得られないという問題点があった。
【０００５】
この問題に対して、図５に示すような断面がＶ字状の電極形成用溝を用いて電極を形成する方法がある。この場合、図８に示すように、導電性ペースト２が焼結により三次元的に収縮しても、導電性ペースト２は自重により電極形成用溝下部へと滑落しＶ字の先端にフィットするので、半導体基板１との接触面積を確保できるように思われる。
【０００６】
しかしながら、実際にＶ字状の電極形成用溝を研削等で形成しようとしても、砥石の消耗やダレによってＶ字の先端部分が鋭利な形状を持つことはまれである。そうした場合は、Ｖ字の先端部分は曲面や平面になる。たとえば図９に示すような断面形状の溝になった場合、焼結により収縮した導電性ペースト２は溝側面で半導体基板１と剥離することになり、所望の接触面積が得られない。
上記問題点に関しては、特許文献１及び２では特にとりあげておらず、解決策も示されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２３３７２号公報
【特許文献２】特開平０８−１９１１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、導電性ペーストを半導体基板の主面に形成した溝に充填して電極を形成する際に、焼結による導電性ペーストの三次元的な収縮が生じても、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保することができる太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、導電性ペーストを半導体基板の主面に形成した溝に充填して電極を形成する工程を有する太陽電池の製造方法であって、前記電極形成工程において少なくとも、前記半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を形成した後、該電極形成用溝に導電性ペーストを充填し、該導電性ペーストを焼結して電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する（請求項１）。
【００１０】
このような形状の電極形成用溝を形成すれば、導電性ペーストが焼結により収縮して自重で電極形成用溝の下方へと滑り落ちると、第２の溝部がこの導電性ペーストの下端を収納して導電性ペーストと半導体基板とが剥離するのを防ぎ、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保できるとともに、表面での占有面積が小さくシャドーロスが少ないので発電効率の良い太陽電池を製造することができる。
【００１１】
この場合、前記導電性ペーストを、スクリーン印刷法により前記電極形成用溝に充填することが好ましい（請求項２）。
このようにスクリーン印刷法を用いれば、効率的に導電性ペーストを充填できるため量産性に優れ、製造コストを低減することができる。
【００１２】
さらに本発明は、上記の太陽電池の製造方法により製造された太陽電池を提供する（請求項３）。
本発明の太陽電池の製造方法で製造された太陽電池であれば、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保できるとともに、シャドーロスも少ない発電効率の良い太陽電池とすることができる。
【００１３】
また、本発明は、少なくとも半導体基板の一主面側に表面電極と、他の主面側に裏面電極と、光を受光するためのpn接合とを有する太陽電池であって、少なくとも、前記半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を有し、該電極形成用溝に電極材料が充填された電極を有するものであることを特徴とする太陽電池を提供する（請求項４）。
【００１４】
このような太陽電池であれば、電極と半導体基板との接触面積が十分に大きく、電極の表面での占有面積が小さい発電効率の良い太陽電池とすることができる。
【００１５】
この場合、前記半導体基板が、シリコン基板であることが好ましい（請求項５）。
このように半導体基板をシリコン基板とすることで、低コストで発電効率の良い太陽電池とすることができる。
【００１６】
この場合、前記第１の溝部の斜面の主面からの俯角が４０〜６７．５°であることが好ましい（請求項６）。
このように第１の溝部の斜面の俯角を４０〜６７．５°とすることで、電極の望ましいアスペクト比が得られ、電極と半導体基板との接触面積がより大きく、電極の占有面積が小さい太陽電池とすることができる。
【００１７】
この場合、前記第１の溝部の開口幅が２０〜２００μｍであることが好ましい（請求項７）。
このように第１の溝部の開口幅を２０〜２００μｍとすることで、受光面における電極の占有面積が確実に小さくシャドーロスの少ない太陽電池とすることができる。
【００１８】
この場合、前記第１の溝部の深さが１０〜１５０μｍであることが好ましい（請求項８）。
このように、第１の溝部の深さを１０〜１５０μｍとすることで、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保することができる。
【００１９】
この場合、前記第２の溝部の開口幅が、前記第１の溝部の開口幅より小さく、かつ１０〜１００μｍであることが好ましく（請求項９）、また、前記第２の溝部の深さが１０〜５０μｍであることが好ましい（請求項１０）。
こうすることで、焼結時に導電性ペーストが収縮して滑り落ちたとしても下端部を確実に収納して電極と半導体基板との接触を確保して発電効率の良い太陽電池とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によると、半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝に、導電性ペーストを充填・焼結して電極を形成するので、焼結による導電性ペーストの三次元的収縮の影響が抑制され、電極と半導体基板との接触面積が大きく、シャドーロスも少ない発電効率の良い太陽電池を製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者は、半導体基板の主面に導電性ペーストを用いて電極を形成する際に、導電性ペーストが焼結により三次元的に収縮する影響を抑制して、半導体基板と電極との接触面積を十分に確保した発電効率の良い太陽電池を製造することを検討した。その結果、半導体基板の主面からの俯角が一定の鋭角となる斜面を有する第１の溝部と、該第１の溝部の斜面下端に連続して該斜面より大きな俯角を持つ面を有する第２の溝部とを具備する電極形成用溝を用いれば、たとえ導電性ペーストが焼結により収縮したとしても半導体基板と電極との接触面積を十分に確保した発電効率の良い太陽電池が得られることに想到し、本発明を完成させた。
【００２２】
先ず、本発明の太陽電池の製造方法について、図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
まず、ホウ素あるいはガリウムなどをドープしたp型単結晶シリコンウェーハ３を準備する。単結晶シリコンの物性は特に限定されるものではなく、例えば比抵抗を０．１〜５Ωｃｍ、結晶方位を｛１００｝とすることができる。単結晶シリコンの育成方法としては、チョクラルスキー（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）を用いることができる。このシリコンウェーハ３のスライス加工時のダメージを除去するために、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの高濃度アルカリ溶液、あるいはフッ酸と硝酸の混酸などを用いてシリコンウェーハ３の表面をエッチングする。
【００２３】
次に、シリコンウェーハ３の表面にテクスチャ構造（光閉じ込め用凹凸）を形成する。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度数％から数十％、温度６０℃〜１００℃）中に１０分から３０分浸漬することで、容易に形成される。上記溶液中に、所定量のイソプロピルアルコールを溶解させ、反応を促進させても良い。特に、均一なテクスチャを形成するためには、６０〜７０℃に加熱した濃度数％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液中に、数％のイソプロパノールを混合した溶液を用いるのが好ましい。
【００２４】
次に、図３に示すように、シリコンウェーハ３の受光面側に少なくとも第１の溝部と第２の溝部とを有する電極形成用溝４を形成する。このような電極形成用溝４は、ダイシング装置やレーザーなどを用いて形成することができる。
【００２５】
ここで図６の拡大断面図に示すように、本発明で形成する電極形成用溝４の第１の溝部４−１の斜面は、半導体基板の主面からの俯角αが鋭角（９０°未満）となるように形成されている。一方、第２の溝部４−２の面は、第１の溝部の斜面下端に連続して俯角αより大きな俯角βとなるように形成されている。このような溝形状をすることによって、図１に示すように導電性ペーストが焼結により収縮して自重で電極形成用溝の下方へと滑り落ちると、第２の溝部がこの導電性ペーストの下端を収納して導電性ペーストと半導体基板とが剥離するのを防ぎ、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保できるとともに、表面での占有面積が小さくシャドーロスが少ないので発電効率の良い太陽電池を製造することができる。
このとき、第１の溝部４−１の斜面の主面からの俯角αが４０〜６７．５°であることが好ましい。このように俯角αを４０〜６７．５°とすることで、電極の望ましいアスペクト比が得られる。また、俯角αが４０°以上であれば、焼結により三次元的に収縮した導電性ペーストは、その自重により一層スムーズに滑落することができ、焼結による導電性ペーストの収縮の影響をより抑制できる。また、俯角が６７．５°以下であれば、よりシャドーロスの少ない発電効率の良い太陽電池とすることができる。
【００２６】
また、第１の溝部４−１の開口幅が２０〜２００μｍであることが好ましい。このように第１の溝部４−１の開口幅を２０〜２００μｍとした太陽電池は、その電極が受光面に適切な電極幅を持ち、電極形成用溝への導電性ペーストの充填がより容易であるのと同時に、電極が受光面を占有する面積が大きくなりすぎることもない。
【００２７】
また、第１の溝部４−１の深さが１０〜１５０μｍであることが好ましい。このように第１の溝部４−１の深さを１０〜１５０μｍとした太陽電池は、その電極が半導体基板と適切な接触面積を持ち、電極の抵抗率が低く抑えられると同時に、電極が不必要に深くなりすぎることもない。
【００２８】
なお、第２の溝部４−２の形状としては、これに限定されず例えば図２に例示するような形状であってもよい。図２の（ｃ）に示すように、第２の溝部の面は平面に限らず曲面であってもよい。
【００２９】
このとき、第２の溝部４−２の開口幅が、第１の溝部４−１の開口幅より小さく、かつ１０〜１００μｍであることが好ましい。第２の溝部４−２の開口幅をこのようにした太陽電池では、焼結により三次元的に収縮した導電性ペーストが滑落して導電性ペーストの下端が第２の溝部４−２に適切に収容されるため、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保でき、発電効率の良い太陽電池とすることができる。また、第２の溝部４−２の開口幅が不必要に大きくなることも無い。
【００３０】
また、第２の溝部４−２の深さが１０〜５０μｍであることが好ましい。第２の溝部４−２の深さを１０〜５０μｍとすれば、焼結により三次元的に収縮した導電性ペーストが滑落しても導電性ペーストの下端が第２の溝部４−２の底部に当接することなく適切に収容されるため、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保でき、発電効率の良い太陽電池とすることができる。また、第２の溝部４−２が必要以上に深くなることも無い。
【００３１】
次に、シリコンウェーハ３の受光面側にオキシ塩化リンを用いた熱拡散によってＶ族元素のリンを不純物としたｎ型拡散層５を形成する。なお、このｎ型拡散層５の形成は塗布拡散、もしくはイオン注入法によって行うこともできる。
【００３２】
このように、p型シリコンウェーハとその上に形成したｎ型拡散層により、太陽電池の受光面側に光を受光し起電するためのpn接合を形成する。
【００３３】
さらに、シリコンウェーハ３の裏面に裏面電極６を形成する。この電極材料には銀や銅等の金属が用いられるが、経済性・加工性・単結晶シリコンとの接着性の観点からアルミニウムがもっとも好ましい。また、抵抗性や生産性の観点から、裏面電極６の厚さは５〜５０μｍとするのが好ましい。この裏面電極の形成方法としては、スパッタリング法・真空蒸着法・スクリーン印刷法等を用いることができる。
【００３４】
次に、上記で形成した電極形成用溝４に、表面電極を形成する。この電極材料としては、金・銀・銅・ニッケル・亜鉛・アルミニウム等の金属を含む導電性ペーストを用いる。この導電性ペーストを電極形成用溝に充填する方法としては、製造コストの観点からスクリーン印刷法が最適である。
【００３５】
上記電極材料を電極形成用溝４に充填した後、これを焼結して表面電極７を形成する。
ここで図１に示すように、導電性ペースト２を電極形成用溝４に充填して焼結すると、導電性ペースト２は３次元的に収縮し自重により下方へと滑落する。この時、本発明では、この滑落した導電性ペースト２の先端を第２の溝部４−２が収納することにより、導電性ペースト２と半導体基板１とは焼結後も十分な接触面積を得ることができる。
【００３６】
次に、太陽光反射防止と表面保護をかねてプラズマＣＶＤによってシリコンナイトライド膜８を受光面上に形成する。このシリコンナイトライド膜の成膜には、ＰＶＤ法等を用いても問題ない。
【００３７】
以上のような本発明の太陽電池の製造方法によれば、焼結により導電性ペーストが三次元的に収縮して電極と半導体基板とが剥離する事態を防止することができ、電極と半導体基板との接触面積を十分に確保するとともにシャドーロスが少ない発電効率の高い太陽電池を製造することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１、比較例１）
図３に示すような電極形成用溝を有する太陽電池Ａ、および図４に示すような電極形成用溝を有する太陽電池Ｂを製造して、各太陽電池の能力を測定してそれらの比較を行った。
【００４０】
１０ｃｍ角、面方位｛１００｝、基板厚３００μｍ、抵抗率０．５Ωｃｍのガリウム添加p型シリコン単結晶ウェーハ３を、水酸化カリウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を除去した。
さらにイソプロピルアルコールを混入した水酸化カリウム水溶液により、反射防止構造であるテクスチャ構造を形成した。
【００４１】
次に、シリコンウェーハ３の受光面側に、研削により電極形成用溝４を形成した。
実施例１として、図３に示すように、本発明に従う第１の溝部と第２の溝部とを有する電極形成用溝４を研削して形成した。このとき第１の溝部の幅は１００μｍ、深さは５０μｍとした。また、第２の溝部は、幅２０μｍ、深さ２０μｍとした。
比較例１として、図４に示すように、断面が矩形の電極形成用溝４を研削して形成した。このとき溝の幅は１００μｍ、深さは５０μｍとした。
【００４２】
次に、オキシ塩化リンを利用した熱拡散によってＶ族元素のリンを不純物としたｎ型拡散層５を受光面に形成した。
次にシリコンウェーハ３の裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着により厚さ５μｍの裏面電極６を形成した。
【００４３】
次に、スクリーン印刷により電極形成用溝４に導電性ペーストを充填し、この導電性ペーストを焼結して表面電極７を形成した。この上にさらに膜厚７０ｎｍのシリコンナイトライド膜８を形成した。
【００４４】
以上のようにして、太陽電池Ａ（実施例１、図３）および太陽電池Ｂ（比較例１、図４）を製造した。
次に、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用いて、それぞれの太陽電池の出力特性を測定した。得られた出力特性を、表１に示す。
【表１】
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【００４５】
表１において、太陽電池Ａは太陽電池Ｂと比較して変換効率が１％高くなっている。これは、フィルファクタの向上によるものであり、本発明に係る電極形成用溝の形状により、焼結時の導電性ペーストの収縮を原因とする電極と半導体基板との接触面積の減少が抑えられるとともに、表面でのシャドーロスが低減されて太陽電池の出力が向上したものと考えられる。
【００４６】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４７】
たとえば、上記では太陽電池の受光面側に表面電極を形成する場合に本発明による溝を形成する場合について例を挙げて説明したが、太陽電池の裏面側に電極を形成する際に本発明の製造方法を用いてもよい。
また、上記では第１の溝部と第２の溝部から成る電極形成用溝を形成する場合について例を挙げて説明したが、本発明に従う第１の溝部と第２の溝部に加えて、第３の溝部またはそれ以上の多段の溝部を有する電極形成用溝を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る太陽電池の電極形成用溝における導電性ペーストの収縮を示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽電池の電極形成用溝の第２の溝部の形状の例である。
【図３】本発明に係る太陽電池の断面図である（実施例１）。
【図４】従来の太陽電池の断面図である（比較例１）。
【図５】太陽電池のＶ字状の電極形成用溝の断面図である。
【図６】本発明に係る太陽電池の電極形成用溝の形状を示す断面図である。
【図７】従来の太陽電池の電極形成用溝における導電性ペーストの収縮を示す断面図である。
【図８】太陽電池のＶ字状の電極形成用溝における導電性ペーストの収縮を示す断面図である。
【図９】従来の太陽電池の電極形成用溝における導電性ペーストの収縮を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…半導体基板、  ２…導電性ペースト、  ３…シリコンウェーハ、
４…電極形成用溝、４−１…第１の溝部、４−２…第２の溝部、
５…ｎ型拡散層、  ６…裏面電極、  ７…表面電極、
８…シリコンナイトライド層、
α…第１の溝部の斜面の俯角、  β…第２の溝部の面の俯角。
【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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