(57)【要約】【課題】ペースト滲みの広がりを防ぐ太陽電池の製造方法を得ること。【解決手段】実施の形態の太陽電池の製造方法は、第一導電型の半導体基板１の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝４を形成する工程と、前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層３を形成する工程と、第二導電型の層の上に反射防止膜５を形成する工程と、前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極６を形成する工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝を形成する工程と、
前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、
第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第二導電型の層を形成する工程の前に、前記溝の深さよりも凹凸が小さい微小凹凸を前記半導体基板の受光面側に形成する工程
をさらに含む
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】
幅は５〜１０μｍ、深さは１５〜３０μｍとなるように前記溝を形成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記両脇の溝同士の間隔が５０〜９０μｍとなるように前記溝を形成する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記溝の延伸方向に垂直な断面での形状をＶ字、Ｕ字、或いは矩形となるように前記溝を形成する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記延伸方向は（１１０）方向に平行である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記受光面電極を形成した後に、温度７００〜８００℃に加熱することにより前記受光面電極を前記第二導電型の層に接触させる工程
をさらに含む
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
第一導電型はｐ型で、第二導電型はｎ型である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法により製造した
ことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の高効率化技術の一つにグリッド電極細線化がある。太陽電池の受光面に形成されているグリッド電極は光を遮らないように占有面積を少なくし、光電変換に寄与する光を増大させることが重要である。また、発生した光電流を損失なく外部に出力するために、より低抵抗なグリッド電極にする必要もある。太陽電池用グリッド電極の最も適切な形状としては細線、かつ厚膜の高アスペクト比のものが求められる。太陽電池のグリッド電極は一般的にスクリーン印刷を用いて形成される。
【０００３】
スクリーン印刷は装置構成も非常に簡単で安価であるため、量産プロセスに導入しやすい。しかし、電極材料であるペーストの性状が電極性能や印刷性へ大きく影響するため、印刷技術以外にも課題を多く抱えている。太陽電池電極用銀ペーストは主に銀フィラー、有機溶剤、樹脂、ガラス粉末を混合したもので作られている。ペースト材料の改良により高アスペクト化も試みられている(例えば、特許文献１や特許文献２参照)。細線・高アスペクトの太陽電池用グリッド電極を得るためには、印刷技術とペースト性能を両立させなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９５６６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９０３４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、スクリーン印刷での太陽電池用グリッド電極形成時、ペーストが基板に転写された後、ペーストがその形状を保てず、ダレや滲みが発生する。そのため、線幅が増加し、受光面での入射光が減少した結果、太陽電池出力を低下させる。
【０００６】
この滲みを防ぐために、特許文献３では太陽電池の受光面に溝を形成し、その溝に電極を埋め込み、高アスペクト比の電極を形成する方法を提示している。しかし、コスト削減のため、基板厚１００〜２００μｍほどのウエハを使用し、幅４０〜８０μｍ、深さ３０〜６０μｍの溝を形成すると、基板が割れやすくなり、量産時の歩留まりが低下するという問題がある。さらに、溝へのスクリーン印刷では溝の底部とペーストが接触し難いため、ペーストの充填不足が起きやすくなる。充填力を上げるために、ペーストの組成や粘度を調整する方法もあるが、ペーストの状態管理が必要で、コストがかかる。また、充填力を高め、断線を防ぐために処理速度を低速化する必要があり、タクトタイムが増加するなどの問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ペースト滲みの広がりを防いで特性の向上を図った太陽電池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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第一導電型の半導体基板の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝を形成する工程と、前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電極周りに溝が形成されていることにより、ペースト滲みの広がりを防ぎ、電極幅を狭くすることができる。これにより発電量を増加させ、太陽電池特性を向上させるという効果を奏する。また、印刷時、基板とペーストが接触しやすく、ペーストの組成、粘度調整を行わなくても安定して印刷ができる。このため、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる太陽電池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い。
【００１２】
実施の形態．
図１乃至５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法を説明するための各工程での断面図を示している。これにより製造された図５に示す太陽電池は、表面（受光面）に微小凹凸(テクスチャ)２が形成された第一導電型の半導体基板１に第二導電型層３を形成し、その上に反射防止膜５、表銀電極６（受光面グリッド電極）が形成され、半導体基板１の裏側には裏面アルミ電極７（裏面電極）が取り付けられた構造となっている。表銀電極６は紙面垂直方向に延伸している。
【００１３】
図１に示す半導体基板１としては、ｐ型の単結晶もしくは多結晶シリコンの基板を用いる。シリコンインゴットからスライスされたウエハ表面、及び表面付近は、スライス時にクラックなどの物理的ダメージが存在する。そこで、このダメージ層を除去するために、加熱されたアルカリ溶液に浸漬し、エッチングする。半導体基板１にはｐ型に限らず、ｎ型の基板を用いてもよい。
【００１４】
次に、図２に示すように、例えばアルカリエッチングなどの手法により半導体基板１に微小凹凸２を形成する。太陽電池表面はできるだけ多くの光を取り込むためにピラミッド型の微小凹凸２が形成されている。これにより受光面の面積を拡大することができ、反射光を減らし、できるだけ多くの光を取り込める構造となっている。ピラミッド型の他に微小凹凸２の形状として、Ｖ字溝を形成した逆ピラミッド構造もある。微小凹凸２は、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などの添加剤を混ぜ、ウエハを浸漬させると形成することができる。溶液濃度、添加剤の量、温度、時間により微小凹凸２の形状は調整可能である。その他の形成方法として、ドライエッチングであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）でも受光面に微小凹凸２を形成することができる。ＲＩＥは多結晶基板の場合において有効である。
【００１５】
次に、図３に示すように受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成する。受光面電極形成予定領域１０は紙面垂直方向に延伸しているので、両脇の溝４も共に紙面垂直方向に延伸している。溝４の形成方法としては例えば、レーザを用いたスクライビングにより形成する方法がある。受光面電極形成予定領域１０の両脇の溝４と溝４の間隔は例えば５０〜９０μｍで、溝幅５〜１０μｍ、溝深さ１５〜３０μｍで形成する。このような条件であることが、後述するスクリーン印刷でペースト滲みが発生しても、溝を超えないようにして受光面グリッド電極の狭幅化を図るためには望ましい。溝４の幅、深さや形状はレーザ出力や波長を変えて調整することができ、形状としては、例えばＶ字、Ｕ字、矩形などがある。なお、溝４の深さは、微小凹凸２の凹凸の深さよりも一般には深い。
【００１６】
上述した手順とは逆に、微小凹凸２を形成する前に、電極形成箇所の両脇にレーザを用いたスクライビングを行い、溝４を形成する方法もある。図１のダメージ層除去後、電極形成予定領域１０の両脇にレーザスクライブを行う。その後、図２のようにアルカリエッチングを施すことにより、レーザダメージが除去されると同時にＶ字溝を形成することも可能である。
【００１７】
また、ダメージ層除去後に酸化膜を形成し、受光面電極形成予定領域１０の両脇にレーザ照射し、酸化膜を開口後、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、溝部をＶ字形状にすることができる。その後、図２の微小凹凸２の形成に移行することができるが、この酸化膜マスクにレーザにより、直径５−２０μｍの微小開口を規則的に形成することにより、逆ピラミッド構造にすることもできる。酸化膜に、電極脇には直線状の開口を、そのほかは微小開口を形成し、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、電極脇のＶ字溝（溝４）と逆ピラミッド（微小凹凸２）を同時に形成することができる。
【００１８】
この他に、エッチングペーストを溝形成部にスクリーン印刷でパターニングする方法やダイシングソーを用いて機械的に溝４を形成する方法もある。このように、溝４は、レーザ加工、ドライ・ウェットエッチング、ダイシング等での形成のいかなる方法でも作成可能である。なお、微小凹凸２の形成は必須ではなく、受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成すればよいので、受光面電極形成予定部がフラットになっていても構わない。
【００１９】
なお、電極脇の溝の形成方向は、例えば（１１０）方向に平行であることが望ましい。
【００２０】
続いて、図４に示すように半導体基板１に半導体基板１とは異なる導電型の第二導電型層３（ｎ型不純物層）を形成し、ｐｎ接合を形成する。ｐｎ接合があるため、光照射により発生した電荷は分離され、外部回路に取り出される。半導体基板１とは異なる不純物が拡散された第二導電型層３は炉内温度７００〜１０００℃で、リン拡散の場合はＰＯＣｌ3、ボロン拡散の場合はＢＢｒ3雰囲気中で気相拡散にて、半導体基板１の表面へ形成される。第二導電型層３の厚さは１００〜３００ｎｍ程となっている。この層は炉内温度や処理時間、ガス流量などで調整可能である。
【００２１】
次に、図５に示すように、反射防止膜５を第二導電型層３（ｎ型不純物層）の上に形成する。反射防止膜５としては、例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの絶縁膜が利用される。その形成方法はプラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法などがある。
【００２２】
さらに、図５に示すように、半導体基板１の裏面に裏面アルミ電極７、受光面に表銀電極６をそれぞれ形成する。裏面アルミ電極７と受光面の表銀電極６はスクリーン印刷を用いて形成する。スクリーン印刷は電極形状がパターニング開口された印刷マスクと銀やアルミなどの導電性ペーストを用いて形成される。印刷速度は例えば１００〜３００ｍｍ／ｓである。まず、裏面アルミ電極７をベタ印刷し、仮乾燥する。その後、受光面側に形成された溝４と溝４の間に表銀電極６を形成する。この時、印刷ペーストの滲みやダレが生じた場合でも、溝４が形成されていることから、溝４を超えての滲みやダレは低減できる。また、表銀電極６が印刷される領域である２本の溝４の間は溝４の外の大部分を占める受光領域と同等の高さであり、印刷時、スクリーンと受光面電極形成予定領域１０との間の隙間が小さく、押し出されたペーストと基板が接触するため、ペーストの組成および粘度の調整を行わなくても電極グリッドのカスレや断線もなく安定した印刷が可能である。従って、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮も可能となる。なお、受光面電極形成予定領域１０に微小凹凸２が形成されていることにより、ペーストと基板の密着性が高まるので、より安定した印刷をすることができる。これにより、印刷速度を低速化せずに印刷することが可能となる。
【００２３】
印刷乾燥後、温度７００〜８００℃で高速焼成すると受光面の表銀電極６はファイアースルーにて反射防止膜５（窒化膜）を突き破り、第二導電型層３（拡散層）まで到達する。また、裏面アルミ電極７はＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）を形成する。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態にかかる太陽電池の製造方法によれば、受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成することにより、スクリーン印刷における印刷ペースト滲みの広がりを抑制すことが可能となる。即ち、受光面グリッド電極の電極幅を狭幅化することができる。これにより、受光面のシャドーロスを減らして発電量を増加させ、太陽電池特性を向上することが可能となる。
【００２５】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法は、スクリーン印刷を用いて受光面グリッド電極を形成する太陽電池およびその製造方法に有用であり、特に、細線、かつ厚膜の高アスペクト比の受光面グリッド電極を有する太陽電池およびその製造方法に適している。
【符号の説明】
【００２７】
１  半導体基板
２  微小凹凸
３  第二導電型層
４  溝
５  反射防止膜
６  表銀電極（受光面電極）
７  裏面アルミ電極
１０  受光面電極形成予定領域
【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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