(57)【要約】【課題】電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消するとともに、後工程で２００℃以上の高温に曝すことができる太陽電池素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して一主面側に電極材料を焼き付けることによりバスバー部５ａとフィンガー部５ｂとから成る表面電極５を形成し、他の主面側に裏面電極４を形成するとともに、これらの電極４、５を半田７で被覆する太陽電池素子の製造方法であって、上記半導体基板１の一主面側に電極材料を焼き付けた後、この電極材料を焼き付けた領域の一部にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付け、その後上記電極材料を焼き付けた領域を上記半田７で被覆する。【選択図】  図１
2004152828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して一主面側にバスバー部とフィンガー部とから成る表面電極を形成し、他の主面側に裏面電極を形成するとともに、これらの電極が半田で被覆された太陽電池素子において、前記表面電極のバスバー部の半田がガラスで分割されていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して一主面側に電極材料を焼き付けてバスバー部とフィンガー部とから成る表面電極を形成し、他の主面側に裏面電極を形成するとともに、これらの電極を半田で被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板の一主面側に電極材料を焼き付けた後、この電極材料を焼き付けた領域の一部にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付け、その後前記電極材料を焼き付けた領域を前記半田で被覆することを特徴とする太陽電池素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子およびその形成方法に関し、特にシリコン等の半導体基板を用いた太陽電池素子およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来の太陽電池を図３に示す。図３において、１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、２は半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散された他の導電型を呈する拡散層、３は反射防止膜、４は一導電型不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極である。表面電極５は、バスバー電極５ａが設けられると共に、このバスバー電極５ａと垂直に複数のフィンガー電極５ｂが設けられている。
【０００３】
この種太陽電池の電極パターンは拡散層２のシート抵抗によりフィンガー電極５ｂのピッチが決定されるとともに、配線抵抗が極小になるように設計される。従来の代表的な電極パターンを図４に示す。例えばディップ法による半田コートの際、図４（ａ）の太陽電池ではバスバー電極５ａが半導体基板１の片側のみに設けられているので、半田膜が張らないように、このバスバー部５ａを上方に位置させて半田コートされる。噴流法でも同様な考え方で膜が張らない方向に太陽電池が設置される。
【０００４】
しかし、太陽電池が大面積化するとフィンガー部５ｂが長くなり、それに伴う配線抵抗が大きくなる。すなわちフィンガー部５ｂと垂直にバスバ一部５ａを複数個設けることによって配線抵抗を低減させることが必要になり、図４（ｂ）のようにバスバー部５ａを半導体基板１の両側に平行に設けた電極パターンが採用される。
【０００５】
このとき、二つのバスバー部５ａとフィンガー部５ｂで閉じたパターン部ができるので、ディップ法、噴流式に拘らず半田を被覆すると、この部分に半田膜が張る個所が発生する。半導体基板を半田槽から引き上げた後に、この半田膜がはじけないときは半田ブリッジが形成されてフィンガー部５ｂ間が半田で覆われ受光面が減少する。一方、半田膜がはじけたときは、行き場のない半田によって半田玉が表面電極５部分に形成される。これら半田ブリッジや半田玉は外観を阻害するとともに、モジュール化のときの歩留りを低下させる。
【０００６】
従来、これらの解決法として、溶融半田槽から引き上げるときに、ヒータで熱風を送って半田が剥がれるようにしたり、引き上げた太陽電池素子を加熱するといった方法があった（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、半田ディップ時や引き上げ時に、太陽電池を必要以上に加熱すると、表面電極５と半導体基板１との密着強度が低下するという問題を誘発する。
【０００８】
この問題を解決するために、表面電極を半田で被覆する際に、表面電極の一部にレジスト膜を塗布して半田で被覆することが行われている（例えば特許文献２参照）。この方法によると、フィンガー電極５ｂの交わる箇所のバスバー電極５ａの中ほどに例えば有機硬化樹脂などから成る半田レジストを塗布してから半田で被覆することから、閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップ時に半田の膜の形成がなく、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板と電極の密着強度が向上する。
【０００９】
しかし、半田レジストは、紫外線硬化型や熱硬化型などさまざまな種類のものがあるが、いずれにしても硬化のための特別な設備が必要となってしまうという問題があった。また、反射防止膜との密着性が悪く、半田被覆やモジュール形成などの次工程で剥離してしまい、外観を損なってしまうという問題もあった。特に半田レジストは一般的な半田の融点である２００℃前後の耐熱性しかないため、この半田レジストを塗布した後に２００℃以上の熱を加えると剥離したり、ポーラスな状態となって崩れ落ちたりするという問題は更に顕著になり、半田を分割して半田膜の形成を抑えるという本来の目的を果たさなくなるという問題を誘発する。
【００１０】
また、半田レジストを電極上のみでなく反射防止膜上にも塗布することから、受光面積を減少させてしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消するとともに、次工程においても外観を損なうことのない太陽電池素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−１４５１６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−４３５９６号公報
【問題点を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子では、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して一主面側にバスバー部とフィンガー部とから成る表面電極を形成し、他の主面側に裏面電極を形成するとともに、これらの電極が半田で被覆された太陽電池素子において、前記表面電極のバスバー部の半田がガラスで分割されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して一主面側に電極材料を焼き付けてバスバー部とフィンガー部とから成る表面電極を形成し、他の主面側に裏面電極を形成するとともに、これらの電極を半田で被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板の一主面側に電極材料を焼き付けた後、この電極材料を焼き付けた領域の一部にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付け、その後前記半導体材料を焼き付けた領域を前記半田で被覆することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面にもとづき詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池素子の形成方法を示す図である。まず、半導体基板１を用意する。（図１（ａ）参照）。この半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、比抵抗１．５Ω・ｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００〜５００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。
【００１５】
次に、シリコン基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などの中で加熱することによって、シリコン基板１の表面部分にリン原子を１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度拡散させて他の導電型を呈する領域１ａを形成し、半導体接合部３を形成する（図１（ｂ）参照）。この他の導電型を呈する領域１ａは、０．２〜０．５μｍ程度の深さに形成され、シート抵抗が４０Ω／□以上になるように形成される。シリコン基板１の一主面側の他の導電型を呈する領域１ａのみを残して他の部分の他の導電型を呈する領域１ａをフッ酸と硝酸を主成分とするエッチング液で除去して純水で洗浄する（図１（ｃ））。
【００１６】
次に、シリコン基板１の一主面側に反射防止膜２を形成する（図１（ｄ）参照）。この反射防止膜２はたとえば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜２はシリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。
【００１７】
そして、この反射防止膜２の表面電極５に相当する部分をエッチングした上で電極ペースト５を塗布して焼成する。もしくはこの反射防止膜２上に直接電極ペースト５を塗布して焼成する。電極ペースト５の塗布と焼成においては、裏面電極材料４を塗布して乾燥した後、表面電極材料５を塗布して乾燥して焼成する。この電極材料４、５は銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加してぺースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどから成る。電極材料５、６は受光面の配線抵抗が極小になるように配設される。すなわち受光面は最大になり、配線抵抗は最小になるように設計されたものである。表面電極５は、バスバー部５ａがフィンガー部５ｂに垂直に２本設けられている。
【００１８】
その後、図２に示すように、それぞれのバスバー部５ａとフィンガー部５ｂの交わる箇所のバスバー部５ａの中ほどにガラスペースト６を塗布する。このガラスペースト６は、例えば軟化点が６００℃程度のＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２などからなるガラス粉末、エチルセルロースなどのバインダー、および顔料などからなる。顔料を添加することによって、塗布状態を目視で確認することができるため、作業しやすくなる。また、塗布のパターンは例えば幅１００μｍ長さ１０００μｍ、厚みは２０μｍ程度にすればよい。ピッチはフィンガーピッチによって決まる。
【００１９】
その後、ガラスペースト中のガラスの軟化点以上の温度で焼き付ける。最後に半導体基板１を半田槽に浸漬させることにより表裏両面の電極上に１００〜２００μｍ程度の厚みの半田層７を形成する。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る太陽電池素子によれば、表面電極のバスバー部の半田がガラスで分割されていることから、受光面積を減らすことなく、バスバー部の半田を分割し、半田ブリッジや半田玉の発生を極力抑えることが可能になる。また次工程でガラスが剥離して外観を損なうといった問題を発生させることもない。
【００２１】
また、本発明に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板の一主面側に電極材料を焼き付けた後、この電極材料を焼き付けた領域の一部にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付け、その後上記電極材料を焼き付けた領域を半田で被覆することから、電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消できるとともに、後工程で２００℃以上の高温に曝しても半田膜の形成を抑制できる。また、ガラス層を形成した後に２００℃以上の高温に曝すことが可能となり、後工程の自由度が高まる。具体的には、ガラス層を形成した後に、パッシベーション効果を高めるためにアニールをすることも可能になるし、溶融温度の高い半田を使用することも可能になる。また、ガラスペーストを塗布した後に、焼成やアニ−ルといった６００℃以上の作業を行うことにより、塗布したペーストを焼き固めることができるため、特別な装置を必要としなくなる。さらに、環境に配慮して半田の鉛フリー化が進められているなか、従来一般的に使用されているＳｎ−Ｐｂ系の半田よりも溶融温度の高い鉛フリー半田を使用しても半田膜の形成を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の形成方法の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子の一主面側の電極パターンの一例を示す図である。
【図３】従来の太陽電池素子を示す断面図である。
【図４】従来の太陽電池素子の電極パターンを示す図であり、（ａ）はバスバー部が一つ形成された例、（ｂ）はバスバー部が二つ形成された例である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、１ａ・・・他の導電型を呈する領域、２・・・反射防止膜、３・・・半導体接合部、４・・・裏面電極、５・・・表面電極、５ａ・・・バスバー部、５ｂ・・・フィンガー部、６・・・ガラス層、７・・・半田層
【図１】
2004152828.tif 000003
【図２】
2004152828.tif 000004
【図３】
2004152828.tif 000005
【図４】
2004152828.tif 000006