(57)【要約】【課題】シリコン半導体基板の非受光面にアルミニウムを主成分とする裏面電極層を形成した太陽電池において、ＢＳＦ効果を維持しつつシリコン半導体基板１１の反りを抑制する。【解決手段】シリコン半導体基板１１の裏面１１ｂに塗布される導体ペーストは、少なくともアルミニウム粉末と有機質ビヒクルとを含有しており、アルミニウム粉末の９０％粒径ｄ90と１０％粒径ｄ10との差ｄ90−ｄ10が１３μｍ以下となっている。このようにアルミニウム粉末の粒径を均一化すると、焼成の際のネック成長を抑制することができ、焼結初期に粗大粒子が形成されることを防ぐことができるので、裏面電極層１４において、アルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法を４０μｍ以下とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の光電変換体と前記光電変換体の非受光面に面上のひろがりをもって形成された裏面電極層とを備える太陽電池であって、
前記裏面電極層の断面に観察される、複数の構成粒子が結合したアルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法が４０μｍ以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記裏面電極層の断面に観察される、前記裏面電極のボイド率が２５％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。
【請求項３】
前記結合粒子を分離して得られる粒子の５０％粒径ｄ50が７μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２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、太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池では、シリコン半導体基板の非受光面に形成される裏面電極層は、アルミニウム粉末を導電粒子として含む導体ペーストを塗布して焼成することにより得られていた。
【０００３】
一方、太陽電池の製造原価を低減するためには、シリコン半導体基板を薄くすることが望まれる。しかし、シリコンとアルミニウムとでは熱膨張率が大きく異なるので、太陽電池においては、シリコン半導体基板を薄くするにつれて、シリコン半導体基板の反りが発生しやすくなり、製造工程における割れも発生しやすくなる。
【０００４】
このため、特許文献１では、アルミニウム粉末、ガラスフリット及び有機質ビヒクルに加えて、アルミニウム含有有機化合物を導体ペーストに含有させることにより、裏面電極層を薄くし、シリコン半導体基板の反りを抑制している。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、裏面電極層からシリコン半導体基板へアルミニウムが拡散することによるキャリア収集効率の向上効果（ＢＳＦ（Back Surface Field）効果）が十分に得られなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、十分なＢＳＦ効果が得られるにも関わらずシリコン半導体基板等の光電変換体の反りを抑制することができる板状の太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、板状の光電変換体と前記光電変換体の非受光面に面上のひろがりをもって形成された裏面電極層とを備える太陽電池であって、前記裏面電極層の断面に観察される、複数の構成粒子が結合したアルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法が４０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記裏面電極層の断面に観察される、前記裏面電極層のボイド率が２５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池である。
【００１０】
請求項３の発明は、前記結合粒子を分離して得られる粒子の５０％粒径ｄ50が７μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１ないし請求項３の発明によれば、十分なＢＳＦ効果を得るために必要な裏面電極層の厚みを確保しつつ、光電変換体の反りを効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜１  太陽電池の構成＞
図１は、本発明の望ましい実施形態に係る太陽電池１の構成を示す図である。図１は、太陽電池１の断面構造を示す断面図となっている。
【００１３】
図１に示すように、太陽電池１は、シリコン半導体基板１１を備える。シリコン半導体基板１１は、ｐ型のシリコン半導体基板１１の表面（受光面）１１ａの近傍をｎ型不純物層１１１とし、裏面（非受光面）１１ｂの近傍をｐ+層１１２とすることにより得られている。シリコン半導体基板１１は、ｐｎ接合を有する板状の光電変換体となっている。ｐ+層１１２は、シリコン半導体基板１１への光の照射により生成したキャリアの収集効率を向上させる役割を果たしている（ＢＳＦ効果）。
【００１４】
シリコン半導体基板１１の厚みは、特に制限されないが、典型的には、１００μｍ〜４００μｍである。また、ｎ型不純物層１１１の拡散深さも、特に制限されないが、典型的には、０．２μｍ〜０．５μｍである。
【００１５】
シリコン半導体基板１１の表面１１ａには、反射防止膜１２と、反射防止膜１２を貫通してｎ型不純物層１１１と接する格子状の表面電極１３とが形成されている。
【００１６】
また、シリコン半導体基板１１の裏面１１ｂには、裏面電極層１４が略全面にひろがって形成されている。
【００１７】
＜２  太陽電池の製造方法＞
続いて、太陽電池１の製造手順について、図２を参照しながら説明する。
【００１８】
太陽電池１の製造にあたっては、まず、ｐ型のシリコン半導体基板１１の表面１１ａからドナー不純物を拡散させ、表面１１ａの近傍がｎ型不純物層１１１となったシリコン半導体基板１１を得る（図２（Ａ））。
【００１９】
続いて、シリコン半導体基板１１の表面１１ａには、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、窒化シリコン膜等の反射防止膜１２がＰＥＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用いて成膜されるとともに（図２（Ｂ））、銀ペースト等をスクリーン印刷して乾燥させることにより、格子状の表面電極１３が形成される（図２（Ｃ））。
【００２０】
さらに、シリコン半導体基板１１の裏面１１ｂには、アルミニウム粉末を導体粒子として含む導体ペースト（以下、単に「ペースト」）をスクリーン印刷して乾燥させることにより、裏面１１ｂの略全面にひろがる裏面電極層１４が形成される（図２（Ｄ））。
【００２１】
このようにして形成された表面電極１３及び裏面電極層１４は、アルミニウムの融点である６６０℃以上の温度で焼成され、裏面電極層１４からシリコン半導体基板１１へのアルミニウムの拡散によりｐ+層１１２が形成される。
【００２２】
なお、裏面に形成される電極は、裏面のほぼ全面に形成したＡｌを主成分とする裏面電極層１４に加えて、出力を取り出すためにＡｇを主成分とする出力取出電極（不図示）を形成しても構わない。形成方法の一例としては、出力取出電極を形成する部位を除いた開口部を設けて裏面のほぼ全面にＡｌペーストをスクリーン印刷等により塗布・乾燥させ、開口部に対して銀等を主成分とする電極ペーストを一部Ａｌ電極と重なるように塗布して乾燥させ、焼成すればよい。また、裏面電極層１４を酸等により除去し、その代わりに銀ペースト等により新たな裏面電極層を形成しても、ｐ+層１１２によるＢＳＦ効果を有する太陽電池１を実現することができる。
【００２３】
＜３  ペーストについて＞
続いて、裏面電極層１４の形成に用いられるペーストについて説明する。
【００２４】
ペーストは、少なくともアルミニウム粉末と有機質ビヒクルとを含有しており、アルミニウム粉末の９０％粒径ｄ90と１０％粒径ｄ10との差ｄ90−ｄ10が１３μｍ以下となっている。
【００２５】
このようにアルミニウム粉末の粒径を均一化すると、焼成の際のネック成長を抑制することができ、焼結初期に粗大粒子が形成されることを防ぐことができるので、裏面電極層１４において、アルミニウムを主成分とする結合粒子の平均寸法を４０μｍ以下とすることができる。そして、結合粒子の平均寸法が４０μｍ以下となると、シリコン半導体基板１１と裏面電極層１４との熱膨張率の差に起因する反りを抑制することができるので、裏面電極層１４を薄くしてＢＳＦ効果を低下させることなくシリコン半導体基板１１の反りを抑制することができる。
【００２６】
ここで、結合粒子とは、一の構成粒子の一部分と他の構成粒子の一部分とが焼結により結合するネック成長により、複数の構成粒子が結合して生成された粒子である。この結合粒子は、電子顕微鏡で観察すれば、樹脂等を介して結合したように見えるペースト中の粒子とは明確に区別することができる。
【００２７】
結合粒子の寸法は、裏面電極層１４の断面に観察される結合粒子の最長部分の長さであり、結合粒子の平均寸法は、当該断面の４５μｍ×３０μｍの長方形領域に含まれる結合粒子の寸法を平均したものである。
【００２８】
また、アルミニウム粉末の粒径を均一化するとともに、フィラーとなる無機化合物粉末としてガラスフリットをペーストに含有させれば、裏面電極層１４のボイド率を上昇させることができる。なお、アルミニウム粉末の粒度分布やペースト組成を調整して、裏面電極層１４のボイド率を２５％以上とすれば、結合粒子の平均寸法をさらに小さくすることができ、シリコン半導体基板１１の反りをさらに減らすことができる。
【００２９】
さらに、アルミニウム粉末の粒度分布やペースト組成を調整して、結合粒子を分離して得られる粒子（以下、「分離粒子」）の５０％粒径ｄ50が７μｍ以下となるようにすれば、シリコン半導体基板１１の反りをさらに減らすことができる。
【００３０】
分離粒子は、電極が形成されたシリコン半導体基板をイソプロピルアルコールに浸漬し、これを超音波分散器により剥離処理をした上で、この剥離した溶液（イソプロピルアルコールと電極成分の混合液）を直接マイクロトラック法で粒度測定することにより５０％粒径ｄ50を測定することができる。
【００３１】
なお、有機質ビヒクルとしては、エチルセルロースやニトロセルロースのような焼成後に灰分が残留しない繊維系樹脂、アクリル樹脂及びアルキッド樹脂等から選択される少なくとも１種類の樹脂をターピネオールやセロソルブ等の有機溶剤に溶解させたものを用いることができる。
【００３２】
また、ガラスフリットとしては、Ｂ−Ｓｉ−Ｐｂ系、Ｂ−Ｓｉ−Ｂｉ系、Ｂ−Ｓｉ−Ｚｎ系及びＳｉ−Ｂｉ−Ｐｂ系等のものを用いることができる。
【実施例】
【００３３】
以下では、本発明の実施例について説明する。
【００３４】
まず、アルミニウム粉末１００重量部に対して、Ｂ−Ｓｉ−Ｐｂ系のガラスフリット０〜５．０重量部とニトロセルロースをターピネオールに溶解させた有機質ビヒクル５．０〜１０．０重量部とを含有する１４種類のペーストを準備し、当該ペーストを用いて、図１に示す断面構造を有する太陽電池１の試料１〜１４を作製した。試料１〜１４の作製に用いたペーストに含まれるアルミニウム粉末の粒度分布と当該ペーストの組成とは表１に一覧で示されている。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
試料１〜試料１４の作製にあたっては、厚みが３００μｍで、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの正方形板形状のシリコン半導体基板１１を用いた。また、試料１〜１４の作製にあたっては、１８０メッシュのスクリーン印刷用の製版を用いて、焼成後の裏面電極層１４の厚みが４５μｍ〜５５μｍとなるようにペーストを印刷し、赤外線焼成炉を用いて、焼成時間５分ピーク温度８００℃の条件で焼成を行った。
【００３７】
このようにして得られた試料１〜１４について、結合粒子の平均寸法、裏面電極層１４のボイド率、分離粒子の５０％粒径ｄ50及びシリコン半導体基板１１の反りを評価した結果を表１に示す。なお、試料１〜６は、本発明の範囲外の試料となっている。
【００３８】
結合粒子の平均寸法及び裏面電極層１４のボイド率は、評価対象の試料を樹脂に埋め込み、裏面電極層１４の断面が観察できるようにクロスセクションした後に、裏面電極層１４の断面を電子顕微鏡を用いて２０００倍の倍率で観察することにより評価した。
【００３９】
分離粒子の５０％粒径ｄ50は、評価対象の試料を水に浸漬し、約１０分間超音波処理して得られた分離粒子の粒度分布をレーザー回折散乱法で測定することにより評価した。
【００４０】
シリコン半導体基板１１の反りは、３次元形状測定器を用いて、平面上に載置されたシリコン半導体基板１１の最も低い部分と最も高い部分との高さの差を測定することにより評価した。
【００４１】
表１に示す評価結果から明らかなように、アルミニウム粉末のｄ90−ｄ10が１３μｍより大きくなる試料１〜試料６では、結合粒子の平均粒径が４０μｍより大きくなっており、シリコン半導体基板１１の反りが３ｍｍ以上となる。
【００４２】
一方、アルミニウム粉末のｄ90−ｄ10が１３μｍ以下となる試料７〜試料１４では、結合粒子の平均粒径が４０μｍ以下となっており、シリコン半導体基板１１の反りも３ｍｍを下回っている。
【００４３】
また、アルミニウム粉末の粒度分布と有機質ビヒクルの含有量とを一定としたままガラスフリットの添加量を０．０重量部〜５．０重量部の範囲内で変化させた試料８〜１１の評価結果から明らかなように、ガラスフリットの含有量を増加させることにより、裏面電極層１４のボイド率を上昇させることができ、シリコン半導体基板１１の反りをさらに抑制することができる。特に、ガラスフリットの含有量を３．０重量部以上とした試料１０〜１１では、ボイド率が２５％以上となり、シリコン半導体基板１１の反りも１ｍｍ以下に抑制できている。
【００４４】
さらに、アルミニウム粉末の粒度分布とガラスフリットの含有量とを一定としたまま有機質ビヒクルの含有量を５．０重量部〜１０．０重量部の範囲内で変化させた試料１０及び１２の評価結果から明らかなように、有機質ビヒクルの含有量を増加させることにより、裏面電極層１４のボイド率を上昇させることができ、シリコン半導体基板１１の反りをさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の望ましい実施形態に係る太陽電池１の断面構造を示す断面図である。
【図２】太陽電池１の製造手順を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  太陽電池
１１  シリコン半導体基板
１１１  ｎ型不純物層
１１２  ｐ+層
１４  裏面電極層
【図１】
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【図２】
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