(57)【要約】【課題】半導体基板の薄肉化に因る、太陽電池セルの反りに起因した歩留まりの低下および裏面側の電極に起因した出力の低下が防止された、歩留まりおよび出力特性に優れ、安価且つ高品質な太陽電池セルを得ること。【解決手段】ＰＮ接合を有する半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側において、裏面銀電極と、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機物成分を含有したアルミニウムを主成分とする第１のアルミニウム電極と、がアルミニウムを主成分とする第２のアルミニウム電極を介して接続されてなる裏面側電極と、を備える。【選択図】図１−１
2011003784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＮ接合を有する半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に形成された表面側電極と、
前記半導体基板の裏面側において、裏面銀電極と、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機物成分を含有したアルミニウムを主成分とする第１のアルミニウム電極と、がアルミニウムを主成分とする第２のアルミニウム電極を介して接続されてなる裏面側電極と、
を備えることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
前記半導体基板の裏面側における前記第１のアルミニウム電極の面積比率が９０％以上であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項３】
前記半導体基板の裏面側における前記裏面銀電極の面積比率が５％未満であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項４】
ＰＮ接合を有する半導体基板の受光面側に表面側電極を形成する第１工程と、
前記半導体基板の裏面側に、銀を含む裏面銀電極と、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機物成分を含有したアルミニウムを主成分とする第１のアルミニウム電極とを、アルミニウムを主成分とする第２のアルミニウム電極を介して電気的に接続させて裏面側電極を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板の裏面側における前記第１のアルミニウム電極の面積比率を９０％以上とすること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の裏面側における前記裏面銀電極の面積比率を５％未満とすること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在地球上で用いられている電力用太陽電池の主流は、シリコン基板を用いたバルク型のシリコン太陽電池である。そして、シリコン太陽電池の量産レベルにおけるプロセスフローについては、極力簡素化を実施して製造コストの低減を図るべく、種々の研究がなされている。バルク型のシリコン太陽電池の場合は、材料費のおよそ半分を基板材料費が占めている。この為、シリコン基板の厚さを薄くすることがコスト低減の一つの課題となっている。例えばシリコン結晶系太陽電池の商業化が開始された当初は４００μｍ厚程度あったシリコン基板は、現在では２００μｍ厚未満の１６０μｍ〜１８０μｍ厚のシリコン基板が用いられるようになってきている。
【０００３】
しかしながら、シリコン基板を薄くすると、シリコン基板と、該シリコン基板の裏面のほぼ全面に形成されるアルミニウム電極との膨張係数の差により、電極形成時の焼成後の太陽電池セルに反りが生じる。この反りが大きい場合は、後の工程で太陽電池セルと太陽電池セルとを直列に半田付け接続する工程や、透明樹脂を用いてガラスとバックフィルムとの間を封止する工程であって真空引きや圧力を印加するラミネート工程において割れが発生して歩留まりが低下する場合があった。このため、焼成後の太陽電池セルの反り量は小さい方が望ましく、一般的には２ｍｍ程度より少なく抑える方向でプロセスの改良がなされている。
【０００４】
そこで、従来は、アルミニウム電極形成用のアルミニウムペーストの膨張係数をシリコンの膨張係数に近づけて焼成後の反りを抑制する目的でアルミニウムペーストに酸化珪素等の無機物を混入してシリコン基板とアルミニウム電極との膨張係数の差を小さくすることにより、太陽電池セルの反りの抑制を図っている。例えば、特許文献１では、アルミニウムペーストに酸化珪素や酸化アルミニウムを混合させ、太陽電池の焼成後の反り低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、太陽電池セルの反りは抑制できるものの、アルミニウム電極自体の抵抗が大きくなる。すなわち、酸化珪素等を混入したアルミニウムペーストにより形成したアルミニウム電極と、酸化珪素等を混入しないアルミニウムペーストにより形成したアルミニウム電極とを比較すると、アルミニウム電極の厚みが同一の場合は、電極の抵抗は酸化珪素等を混入したアルミニウム電極の方が大きくなる。そして、焼成後における太陽電池セルの反りの抑制効果を維持しつつ、抵抗をこれまでの酸化珪素等を混入しないアルミニウム電極と同様にするためには、太陽電池セルの反りが大きくならない厚さの範囲内において電極の厚さを厚くする必要がある。
【０００７】
しかし、この場合には、アルミニウム電極と、太陽電池セルと太陽電池セルとを相互に接続するための裏面銀電極と、接続部における接続抵抗を抑制することが困難となる。そして、太陽電池セル同士を電気的に接続するための接続タブと呼ばれる導電性金属との接続を考慮した場合は、裏面銀電極とアルミニウム電極との接続部での抵抗増を招き、太陽電池モジュールの出力の低下を招くことになる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池セルの反りに起因した歩留まりの低下および裏面側の電極に起因した出力の低下が防止された、歩留まりおよび出力特性に優れ、安価且つ高品質な太陽電池セルおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルは、ＰＮ接合を有する半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側において、裏面銀電極と、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機物成分を含有したアルミニウムを主成分とする第１のアルミニウム電極と、がアルミニウムを主成分とする第２のアルミニウム電極を介して接続されてなる裏面側電極と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体基板の薄肉化に因る、太陽電池セルの反りに起因した歩留まりの低下および裏面側の電極に起因した出力の低下を防止して、歩留まりおよび出力特性に優れた高品質な太陽電池セルを安価に実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの要部断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面と反対側（裏面側）から見た下面図である。
【図２−１】図２−１は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−２】図２−２は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−３】図２−３は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−４】図２−４は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−５】図２−５は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−６】図２−６は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−７】図２−７は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−８】図２−８は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図２−９】図２−９は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図３−１】図３−１は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図３−２】図３−２は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図３−３】図３−３は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図３−４】図３−４は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図４−１】図４−１は、従来の太陽電池セルの裏面側電極１２２の構造の一例を示す断面図である。
【図４−２】図４−２は、従来の太陽電池セルの裏面側電極１２２の構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１３】
実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の構成を説明するための図であり、図１−１は、太陽電池セル１の要部断面図、図１−２は、受光面側から見た太陽電池セル１の上面図、図１−３は、受光面と反対側（裏面側）から見た太陽電池セル１の下面図である。図１−１は、図１−３のＡ−Ａ方向における要部断面図である。
【００１４】
本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、ｐ型多結晶シリコンからなる半導体基板１２の受光面側にリン拡散によってｎ型不純物拡散層１３が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１１が形成されている。また、ｎ型不純物拡散層１３上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）よりなる反射防止膜１４が形成されている。なお、半導体基板１２としてはｐ型多結晶のシリコン基板に限定されず、ｐ型単結晶のシリコン基板やｎ型の多結晶のシリコン基板、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００１５】
また、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層１３）の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸２４が形成されている。微小凹凸２４は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。
【００１６】
反射防止膜１４は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）に例えば７０ｎｍ〜９０ｎｍ程度の膜厚で形成されて受光面での入射光の反射を防止する。
【００１７】
また、半導体基板１１の受光面側には、長尺細長の表銀グリッド電極１５が複数並べて設けられ、この表銀グリッド電極１５と導通する表銀バス電極１６が該表銀グリッド電極１５と略直交するように設けられており、それぞれ底面部においてｎ型不純物拡散層１３に電気的に接続している。表銀グリッド電極１５および表銀バス電極１６は銀材料により構成されている。そして、表銀グリッド電極１５と表銀バス電極１６とにより第１電極である受光面側電極１７が構成される。
【００１８】
一方、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）には、第２電極である裏面側電極２２が形成されている。裏面側電極２２は、アルミニウム材料からなる裏面アルミニウム電極２０と銀材料からなる裏面銀電極２１とにより構成される。裏面アルミニウム電極２０は、半導体基板１１の裏面のほぼ全体にわたって設けられた第１アルミニウム電極１８と、該第１アルミニウム電極１８および裏面銀電極２１の双方と重複領域を有するように半導体基板１１の面内方向における形状が略枠状とされて設けられた第２アルミニウム電極１９とを有する。
【００１９】
第１アルミニウム電極１８は、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セル１の反りに対して抑制効果を有するアルミニウム電極である。すなわち、第１アルミニウム電極１８は、酸化珪素等の無機物成分を含有したアルミニウムペーストにより形成されることにより、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セル１の反りに対して抑制効果を有するアルミニウム電極である。酸化珪素等の無機物成分は、電極形成用のアルミニウムペーストの膨張係数をシリコンの膨張係数に近づけて半導体基板１２（シリコン基板）とアルミニウム電極との膨張係数の差を小さくすることにより、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セル１の反りを抑制する目的で含有される。このような無機物成分としては、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ、溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機化合物粉末が用いられる。
【００２０】
また、第２アルミニウム電極１９は、第１アルミニウム電極１８とは異なり、焼成後の太陽電池セル１の反りに対する抑制効果よりも電極の導電率を優先させた、第１アルミニウム電極１８よりも高い導電率を有するアルミニウム電極である。すなわち、第２アルミニウム電極１９は、焼成後の太陽電池セル１の反りの抑制のための無機物成分を含有していない、アルミニウムを主成分とするアルミニウムペーストにより形成されることにより、第１アルミニウム電極１８よりも低い抵抗値を有するアルミニウム電極である。
【００２１】
裏面銀電極２１は、第２アルミニウム電極１９と重複領域を有するように半導体基板１１の面内方向における形状が略正方形状とされ、半導体基板１１の裏面において表銀バス電極１６と略同一方向に配列されている。
【００２２】
上述したように第１アルミニウム電極１８と第２アルミニウム電極１９、および第２アルミニウム電極１９と裏面銀電極２１とがそれぞれ重複領域を有することにより、第１アルミニウム電極１８と第２アルミニウム電極１９と第２アルミニウム電極１９とが電気的に接続されている。そして、太陽電池セルをモジュール化する際には、裏面銀電極２１に導電性金属からなる接続タブが接続されて太陽電池セル同士が電気的に接続される。
【００２３】
ここで、第１アルミニウム電極１８は、半導体基板１１の裏面面積の９０％以上の面積に設けられることが好ましい。半導体基板１１の裏面における第１アルミニウム電極１８の面積比率を９０％以上とすることにより、焼成後の太陽電池セル１の反りに対して良好な抑制効果を得ることができる。
【００２４】
また、裏面銀電極２１は、半導体基板１１の裏面面積の５％未満の面積に設けられることが好ましい。例えば現在は半導体基板１１としては、一般に１５６ｍｍ角の半導体基板が用いられている。この場合、半導体基板１１の裏面における裏面銀電極２１の面積比率を５％未満とすることにより、アルミニウム電極の形成面積を広く確保しつつ、太陽電池セルをモジュール化する際の接続タブとの接続を確実に行うことができる。なお、第２アルミニウム電極１９が残りの面積に設けられる。
【００２５】
したがって、このような面積比率で各電極を半導体基板１１の裏面に設けることにより、焼成後の太陽電池セル１の反りに対して良好な抑制効果を得るとともに、第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１との接続抵抗の増加を抑制することができる。
【００２６】
また、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）側の表層部には、高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ（Back  Surface  Field））２３が形成されている。
【００２７】
このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（半導体基板１２とｎ型不純物拡散層１３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成される。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層１３に向かって移動し、ホールはｐ＋層２３に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層１３に電子が過剰となり、ｐ＋層２３にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層１３に接続した受光面側電極１７がマイナス極となり、ｐ＋層２３に接続した裏面側電極２２がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００２８】
以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１では、半導体基板１１の裏面側において、裏面銀電極２１と半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した太陽電池セル１の反り抑制を目的とする無機物成分を含有する第１アルミニウム電極１８とが、太陽電池セル１の反り抑制を目的とする無機物成分を含有しない第２アルミニウム電極１９を介して電気的に接続されている。
【００２９】
ここで、太陽電池セル１が焼成後の太陽電池セル１の反りに対して抑制効果を有する第１アルミニウム電極１８を備えることにより、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セル１の反りに対して良好な抑制効果を得ることができ、太陽電池セル１の反りに起因した歩留まりの低下を防止することができる。
【００３０】
また、第１アルミニウム電極１８よりも抵抗の低い第２アルミニウム電極１９を第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１との間に備えることにより、第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１とが重なる部分の抵抗を、従来における無機成分を含有するアルミニウム電極と裏面側銀電極とが重なる部分の抵抗よりも抑制することができる。すなわち、第１アルミニウム電極１８よりも抵抗の低い第２アルミニウム電極１９を第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１との間に備えることにより、裏面アルミニウム電極２０と裏面銀電極２１との接続抵抗を第１アルミニウム電極１８の電極厚を必要以上に厚くすることなく低く抑えることができ、太陽電池セル１をモジュール化する際の裏面アルミニウム電極２０と裏面銀電極２１との接続部での抵抗増に起因した太陽電池モジュールの出力の低下を防止して、出力特性の向上を図ることができる。
【００３１】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１によれば、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化が図られた場合においても太陽電池セル１の反りに起因した歩留まりの低下および裏面側電極２２に起因した出力の低下が防止された、歩留まりおよび出力特性に優れ、安価且つ高品質の太陽電池セルを実現することができる。
【００３２】
つぎに、このような太陽電池セル１の製造方法の一例について図２−１〜図２−９を参照して説明する。図２−１〜図２−９は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するための断面図である。
【００３３】
まず、半導体基板として、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているｐ型多結晶シリコン基板を用意する（以下、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａと呼ぶ）（図２−１）。
【００３４】
ｐ型多結晶シリコン基板１１ａは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面を例えば１０μｍ厚程度エッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
【００３５】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いてｐ型多結晶シリコン基板１１ａをアルカリ溶液中に浸漬して、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側の表面にテクスチャー構造として１０μｍ程度の微小凹凸２４を形成する（図２−２）。このようなテクスチャー構造をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に設けることで、太陽電池セル１の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。
【００３６】
なお、本発明は電極形成にかかる発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
【００３７】
つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板１１ａを熱酸化炉へ投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に熱的にリン（Ｐ）を拡散させて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａと導電型を反転させたｎ型不純物拡散層１３を形成して半導体ｐｎ接合を形成する。これにより、第１導電型層であるｐ型多結晶シリコンからなる半導体基板１２と、該半導体基板１２の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層１３と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる（図２−３）。
【００３８】
通常、リン（Ｐ）の拡散源としてはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が用いられることが多い。また、特に工夫の無い場合、ｎ型不純物拡散層１３はｐ型多結晶シリコン基板１１ａの全面に形成される。本実施の形態でも、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８００℃〜８５０℃の温度で加熱することにより、ｎ型不純物拡散層１３をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの全面に形成する。このｎ型不純物拡散層１３のシート抵抗は数十Ω／□程度であり、拡散層の深さは０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。
【００３９】
なお、詳細は省略するが、このｎ型不純物拡散層１３は、例えばレジストによりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの一主面を保護して、他主面のみにｎ型不純物拡散層１３を残すようにｐ型多結晶シリコン基板１１ａをエッチング除去し、その後、レジストを有機溶剤等を用いて除去することにより形成することができる。また、ｎ型不純物拡散層１３の形成直後の表面にはガラスを主成分とするリンガラス層（図示せず）が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。
【００４０】
つぎに、光電変換効率改善のために、反射防止膜１４として例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）をｎ型不純物拡散層１３上に例えば７０ｎｍ〜９０ｎｍ程度の膜厚で形成する（図２−４）。反射防止膜１４の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜１４としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜１４の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜１４として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜１４の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜１４としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００４１】
つぎに、半導体基板１１の裏面に、裏面側電極２２として第１アルミニウム電極１８と第２アルミニウム電極１９と裏面銀電極２１とを形成する。裏面側電極２２のうち第１アルミニウム電極１８は、半導体基板１１の裏面のほぼ全体に形成する。裏面電極の形成方法としては、印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点からは印刷法が好ましい。
【００４２】
印刷法により裏面電極を形成する場合は、まず半導体基板１１の裏面に、焼成後の太陽電池セルの反りに対して抑制効果のある無機物成分を含有した第１アルミニウム電極ペースト１８ａを第１アルミニウム電極１８の形状にスクリーン印刷する。その後、例えば１５０℃程度の温度で第１アルミニウム電極ペースト１８ａを乾燥させる（図２−５）。
【００４３】
ここで、第１アルミニウム電極ペースト１８ａは、アルミニウムを主成分とし、電極形成用のアルミニウムペーストの膨張係数をシリコンの膨張係数に近づけて焼成後の太陽電池セルの反りを抑制する目的で酸化珪素等の無機物成分を含有させたアルミニウムペーストである。具体的には、第１アルミニウム電極ペースト１８ａは、主成分であるアルミニウム粉末と、ガラスフリットと、熱膨張率がアルミニウムよりも小さく、且つ、溶融温度、軟化温度および分解温度のうちのいずれかがアルミニウムの融点よりも高い無機化合物粉末とを有機ビヒクルに分散して得られる金属ペースト（厚膜ペースト組成物）である。電極ペーストに含まれているガラスフリットがシリコンと反応固着することにより電極の機械的な強度が保たれる。この作用は、以下の電極ペーストも同様である。
【００４４】
つぎに、銀（Ａｇ）ペースト２１ａを裏面銀電極２１の形状にスクリーン印刷し、例えば１５０℃程度の温度で乾燥させる（図２−６）。銀（Ａｇ）ペースト２１ａは、主成分である銀（Ａｇ）粉末と、ガラスフリットとを有機ビヒクルに分散して得られる金属ペースト（厚膜ペースト組成物）である。
【００４５】
つぎに、第２アルミニウム電極ペースト１９ａを第２アルミニウム電極１９の形状にスクリーン印刷する。その後、例えば１５０℃程度の温度で第２アルミニウム電極ペースト１９ａを乾燥させる（図２−７）。ここで、第２アルミニウム電極ペースト１９ａは、焼成後の太陽電池セルの反りに対する抑制効果よりも電極の導電率を優先させたアルミニウムペーストであり、焼成後の太陽電池セルの反りの抑制のための無機物成分を含有していない、アルミニウムを主成分とするアルミニウムペーストである。具体的には、第２アルミニウム電極ペースト１９ａは、主成分であるアルミニウム粉末と、ガラスフリットとを有機ビヒクルに分散して得られる金属ペースト（厚膜ペースト組成物）である。
【００４６】
次に、受光面側電極１７である表銀グリッド電極１５および表銀バス電極１６を形成する。受光面側電極１７の形成方法としては、印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点からは印刷法が好ましい。
【００４７】
印刷法により受光面側電極１７を形成する場合は、まず反射防止膜１４上の電極形成領域に銀（Ａｇ）ペースト１７ａを表銀グリッド電極１５と表銀バス電極１６との形状にスクリーン印刷し、例えば１５０℃程度の温度で乾燥させる（図２−８）。
【００４８】
その後、ピーク温度が例えば７００℃〜９００℃となる焼成プロファイルによって数分から十数分間、近赤外炉中で電極ペーストを焼成することにより、第１アルミニウム電極ペースト１８ａは、乾燥後状態から焼成後状態の第１アルミニウム電極１８になる。銀（Ａｇ）ペースト２１ａは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面銀電極２１になる。第２アルミニウム電極ペースト１９ａは、乾燥後状態から焼成後状態の第２アルミニウム電極１９になる。これにより、裏面側電極２２である第１アルミニウム電極１８と第２アルミニウム電極１９と裏面銀電極２１とが形成される。この焼成時に第２アルミニウム電極１９と裏面銀電極２１との境界は合金状態となり、電気的にも接続される。
【００４９】
また、表銀グリッド電極１５および表銀バス電極１６の形状に印刷した銀（Ａｇ）ペースト１７ａは乾燥後状態から焼成後状態の表銀グリッド電極１５および表銀バス電極１６になる。また、半導体基板１１の裏面側における第１アルミニウム電極１８と第２アルミニウム電極１９とに接する領域周辺に、第１アルミニウム電極１８および第２アルミニウム電極１９からアルミニウムが高濃度に拡散したｐ＋層２３が形成される。また、受光面側電極１７中の銀が反射防止膜１４を溶融・貫通して、ｎ型不純物拡散層１３と受光面側電極１７とが電気的に接続する（図２−９）。
【００５０】
以上により、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セルが作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
【００５１】
裏面側電極２２は、上述した３種類の電極ペーストの印刷の順番により例えば図３−１〜図３−４に示す４種類の構造で形成することが可能である。図３−１〜図３−４は、裏面側電極２２の構造の例を模式的に示す断面図である。なお、図３−１〜図３−４においては、裏面側電極２２の構造以外のテクスチャー構造などの形態については記載を省略している。上述した本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の有する効果は、４種類の何れの構造においても同様に得ることができる。図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面側電極２２は、図３−１に示す構造と同等の構造を有する。
【００５２】
ここで、図３−１は、本発明を適用して構成した太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図であり、裏面銀電極２１（第１アルミニウム電極１８）、第１アルミニウム電極１８（裏面銀電極２１）、第２アルミニウム電極１９の順で電極ペーストを印刷して裏面側電極２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。図３−２は、本発明を適用して構成した太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図であり、裏面銀電極２１、第２アルミニウム電極１９、第１アルミニウム電極１８の順で電極ペーストを印刷して裏面側電極２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。
【００５３】
また、図３−３は、本発明を適用して構成した太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図であり、第１アルミニウム電極１８、第２アルミニウム電極１９、裏面銀電極２１の順で電極ペーストを印刷して裏面側電極２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。図３−４は、本発明を適用して構成した太陽電池セルの裏面側電極の構造の一例を模式的に示す断面図であり、第２アルミニウム電極１９、第１アルミニウム電極１８（裏面銀電極２１）、裏面銀電極２１（第１アルミニウム電極１８）の順で電極ペーストを印刷して裏面側電極２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。
【００５４】
従来の構造との比較のために、従来の太陽電池セルの裏面側電極の構造を図４−１および図４−２に示す。図４−１は、従来の太陽電池セルの裏面側電極１２２の構造の一例を示す断面図であり、裏面銀電極１２１、太陽電池セルの反り抑制のための無機物成分を含有するアルミニウム電極１１８の順で電極ペーストを半導体基板１１１の裏面に印刷して裏面側電極１２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。図４−２は、従来の太陽電池セルの裏面側電極１２２の構造の一例を示す断面図であり、太陽電池セルの反り抑制のための無機物成分を含有するアルミニウム電極１１８、裏面銀電極１２１の順で電極ペーストを半導体基板１１１の裏面に印刷して裏面側電極１２２を形成した場合の裏面電極構造を模式的に示す断面図である。なお、図４−１および図４−２においては、裏面側電極１２２の構造以外のテクスチャー構造などの部材については記載を省略している。
【００５５】
図４−１および図４−２に示すような従来の太陽電池セルの裏面側電極１２２の構造では、アルミニウム電極１１８の抵抗が高いため、太陽電池セルの反りが大きくならない厚さの範囲内において電極の厚さを厚くする必要がある。しかし、接続タブとの接続を考慮した場合は、裏面側電極１２２とアルミニウム電極１１８との接続部での抵抗増を招き、太陽電池モジュールの出力の低下を招くことになる。
【００５６】
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法で作製した図１−１〜図１−３に示す太陽電池セルおよび図３−１〜図３−４に示す裏面側電極の構造を有する太陽電池セルは、太陽電池セルをモジュール化する際の裏面アルミニウム電極２０と裏面銀電極２１との接続部での抵抗増に起因した太陽電池モジュールの出力の低下を防止して、出力特性の向上を図ることができる。
【００５７】
つぎに、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法により、５０枚の太陽電池セルを作製し、接続タブを用いて直列に接続して太陽電池モジュールを作製した（実施例）。作製した太陽電池モジュールを実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。その結果として裏面側電極（パッド）１つ当たりの抵抗（ｍΩ）と、モジュール出力（Ｗ）とを表１に示す。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
また比較のため従来の太陽電池モジュールとして、図４−１に示す裏面側電極の構造を有する太陽電池セルを５０枚作製し、接続タブを用いて直列に接続して太陽電池モジュールを作製した（比較例）。作製した太陽電池モジュールを実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。その結果として裏面側電極（パッド）１つ当たりの抵抗（ｍΩ）と、モジュール出力（Ｗ）とを表１に併せて示す。
【００６０】
表１から分かるように、比較例の太陽電池モジュールでは、裏面側電極の一つ当たりの抵抗値は２０ｍΩ〜４０ｍΩであり、５０枚構成のモジュール出力は１８０Ｗであった。一方、実施例にかかる太陽電池モジュールでは、裏面側電極の一つ当たりの抵抗値は１０ｍΩ〜１５ｍΩであり、５０枚構成のモジュールの出力は１８２Ｗであった。したがって、実施例にかかる太陽電池モジュールでは、比較例の太陽電池モジュールと比較して１％程度の向上が図られており、モジュールの出力の向上を確認することができた。
【００６１】
また、太陽電池セルの反り量を確認したところ、実施例の太陽電池セルの反り量は比較例の太陽電池セルとほぼ同等であった。これにより、実施例の太陽電池セルにおいては、半導体基板（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セルの反りに対して良好な抑制効果を得られていることが確認された。また、太陽電池モジュールに対して割れ等の発生を目視で確認したところ、モジュール化に際しての割れ等の発生状況もほとんど認められず、歩留まりの低下の防止効果を確認することができた。
【００６２】
上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法では、半導体基板１１の裏面側において、裏面銀電極２１と半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した太陽電池セル１の反り抑制を目的とする無機物成分を含有する第１アルミニウム電極１８とを、太陽電池セル１の反り抑制を目的とする無機物成分を含有しない第２アルミニウム電極１９を介して電気的に接続する。
【００６３】
ここで、焼成後の太陽電池セル１の反りに対して抑制効果を有する第１アルミニウム電極１８を設けることにより、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化に起因した焼成後の太陽電池セル１の反りに対して良好な抑制効果を得ることができ、太陽電池セル１の反りに起因した歩留まりの低下を防止することができる。
【００６４】
また、第１アルミニウム電極１８よりも抵抗の低い第２アルミニウム電極１９を第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１との間に設けることにより、第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１とが重なる部分の抵抗を、従来における無機成分を含有するアルミニウム電極と裏面側銀電極とが重なる部分の抵抗よりも抑制することができる。すなわち、第１アルミニウム電極１８よりも抵抗の低い第２アルミニウム電極１９を第１アルミニウム電極１８と裏面銀電極２１との間に設けることにより、裏面アルミニウム電極２０と裏面銀電極２１との接続抵抗を第１アルミニウム電極１８の電極厚を必要以上に厚くすることなく低く抑えることができ、太陽電池セル１をモジュール化する際の裏面アルミニウム電極２０と裏面銀電極２１との接続部での抵抗増に起因した太陽電池モジュールの出力の低下を防止して、出力特性の向上を図ることができる。
【００６５】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、半導体基板１２（シリコン基板）の薄肉化が図られた場合においても太陽電池セル１の反りに起因した歩留まりの低下および裏面側電極２２に起因した出力の低下が防止された、歩留まりおよび出力特性に優れ、安価且つ高品質の太陽電池セルを作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは半導体基板の薄膜化を図る場合に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１  太陽電池セル
１１  半導体基板
１１ａ  ｐ型多結晶シリコン基板
１２  半導体基板
１３  ｎ型不純物拡散層
１４  反射防止膜
１５  表銀グリッド電極
１６  表銀バス電極
１７  受光面側電極
１７ａ  銀（Ａｇ）ペースト
１８  第１アルミニウム電極
１８ａ  第１アルミニウム電極ペースト
１９  第２アルミニウム電極
１９ａ  第２アルミニウム電極ペースト
２０  裏面アルミニウム電極
２１  裏面銀電極
２１ａ  銀（Ａｇ）ペースト
２２  裏面側電極
２３  ｐ＋層（ＢＳＦ）
１１８  アルミニウム電極
１２１  裏面銀電極
１２２  裏面側電極
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図２−８】
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【図２−９】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４−１】
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【図４−２】
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