(57)【要約】【課題】太陽電池素子の裏面にアルミニウムなどからなる電極材料を焼き付ける際に球状の突起や凹凸が発生することを防止する。【解決手段】一導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈する領域と表面電極とを設けると共に、他の主面側に主としてアルミニウムとガラス成分からなる集電部と、この集電部よりも半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取出部とからなる裏面電極を設けた太陽電池素子であって、上記集電部に酸化マグネシウムを含有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈する領域と表面電極とを設けると共に、他の主面側に主としてアルミニウムとガラス成分からなる集電部と、この集電部よりも半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取出部とからなる裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記集電部に酸化マグネシウムを含有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記酸化マグネシウムを前記アルミニウム１００重量部に対して０．０５〜５重量部含有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
一導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈する領域と表面電極とを設けると共に、他の主面側に主としてアルミニウムとガラス成分からなる集電部と、この集電部よりも半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取出部とからなる裏面電極を設けた太陽電池素子の製造方法において、前記集電部を酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムを含有したペーストを焼き付けることによって形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属酸マグネシウムはアルミン酸マグネシウム、マグネシウム・鉄酸化物、モリブデン酸マグネシウム、インジウム酸マグネシウム、スズ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、タングステン酸マグネシウム、ジルコン酸マグネシウムのうちの一種以上からなることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池素子の製造方法。
【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とその製造方法に関し、特にアルミニウム粉末を主成分とする裏面電極を設けた太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子は、例えばＰ型シリコンなどからなる半導体基板の表面近傍全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層を設け、半導体基板の表面に窒化シリコン膜などからなる反射防止膜を設け、表面に銀からなる電極材料を櫛状のパターンで印刷するとともに、裏面には銀などからなる出力取出部とアルミニウムなどからなる集電部を印刷した後、焼き付けることにより電極を形成する。このとき、集電部のアルミニウムが半導体基板に拡散し、Ｐ＋層を形成する。このＰ＋層は基板内部で発生したキャリアが裏面で再結合するのを防ぐため、太陽電池素子の特性が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の太陽電池素子では、アルミニウムなどからなる電極材料を半導体基板に焼き付ける際に、アルミニウムと半導体基板の界面で形成された合金が表面張力によって凝集し、アルミニウム電極を突き抜けて表面で凝固して球状の突起を多数発生させたり、凝集した合金が界面で凝固してアルミニウム電極に凹凸が形成されてしまうという問題があった。そのため、次工程での製造プロセスにおいて、自動機のハンドリングミス等が生じたり、セルの割れや欠けが生じることがあった。
【０００４】
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、太陽電池素子の裏面にアルミニウムなどからなる電極材料を焼き付ける際に、球状の突起や凹凸が発生することを防いだ太陽電池素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題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は、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈する領域と表面電極とを設けると共に、他の主面側に主としてアルミニウムとガラス成分からなる集電部と、この集電部よりも半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取出部とからなる裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記集電部に酸化マグネシウムを含有することを特徴とする。
【０００６】
前記酸化マグネシウムを前記アルミニウム１００重量部に対して０．０５〜５重量部含有することが望ましい。
【０００７】
また請求項３に係る太陽電池素子の製造方法においては、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈する領域と表面電極とを設けると共に、他の主面側に主としてアルミニウムとガラス成分からなる集電部と、この集電部よりも半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取出部とからなる裏面電極を設けた太陽電池素子の製造方法において、前記集電部を酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムを含有したペーストを焼き付けることによって形成することを特徴とする。
【０００８】
前記金属酸マグネシウムはアルミン酸マグネシウム、マグネシウム・鉄酸化物、モリブデン酸マグネシウム、インジウム酸マグネシウム、スズ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、タングステン酸マグネシウム、ジルコン酸マグネシウムのうちの一種以上からなることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１に基づき詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子も構造自体は従来の太陽電池素子と略同様である。すなわち、例えばＰ型シリコンなどからなる半導体基板１の表面近傍の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層２を設け、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などからなる反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどからなる集電部５と銀などからなる出力取出部６で構成される裏面電極を設けている。
【００１０】
このような太陽電池素子は、例えばＰ型半導体基板１をＮ型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層２を形成し、ＣＶＤ法などで反射防止膜３を形成して拡散層２を分離した後、表面に銀ペーストを主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面には酸化マグネシウムまたは金属酸マグネシウムを含有し、アルミニウムと有機ビヒクルを主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷して６８０〜７８０℃程度で焼き付けることにより、表面電極４、および集電部５と出力取出部６からなる裏面電極を形成する。
【００１１】
裏面電極を焼き付ける際に、アルミニウムと半導体基板１との界面に形成される合金に電極材料中のマグネシウムが溶解し、合金の表面張力が軽減されて凝集を防ぐ。これにより、アルミニウム表面の球状の突起や凹凸の発生を抑制することができる。これはアルミニウムペーストに酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムのどちらを添加しても同様に得られる効果である。金属酸マグネシウムを添加した場合は、焼き付けることによって酸化マグネシウムのみが合金層と反応し、残りの金属もしくは金属酸化物はアルミニウム中に点在することになる。
【００１２】
このとき集電部５中に金属マグネシウムを混合すると、半導体基板１と激しく反応して基板１中に深いスパイクを形成し、ｐｎ接合を突き抜ける場合があり、リーク電流が増加して太陽電池特性が低下するため、酸化マグネシウムまたは金属酸マグネシウムの形で含有させる必要がある。
【００１３】
上記酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムは焼き付け後の集電部５中のアルミニウム１００重量部に対して酸化マグネシウムを０．０５〜５重量部含有するように添加することが望ましい。酸化マグネシウムの含有量が０．０５重量部未満ではアルミニウム表面の球状の突起や凹凸が発生し、５重量部以上ではアルミニウム電極の抵抗値が増大して太陽電池特性の低下を招く。この酸化マグネシウムの含有量はＳＩＭＳによって測定することができる。
【００１４】
また、集電部５の材料中には少量のガラスフリットを含有させてもよい。ガラスフリットはアルミニウム粉末同士の焼結を抑制してアルミニウムを主成分とする集電部５の収縮を防ぐため、セルの反りが減少して後工程で取扱い易くなる。
【００１５】
上記金属酸マグネシウムは、アルミン酸マグネシウム、マグネシウム・鉄酸化物、モリブデン酸マグネシウム、インジウム酸マグネシウム、スズ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、タングステン酸マグネシウム、ジルコン酸マグネシウムのうちの一種以上からなることが望ましい。例えばハロゲン化物のような金属酸マグネシウム以外のマグネシウム化合物を添加すると焼成時に有毒ガスが発生し、作業上不向きである。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。半導体基板１として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型多結晶シリコン基板を準備し、ダメージ層除去のため、アルカリ水溶液で表面を２０μｍエッチングした。そして、熱拡散法でオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源として深さ０．５μｍのＮ型拡散層２を形成した。次に、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンの反射防止膜３を８００Åの厚さで形成した後、拡散層２を分離した。
【００１７】
次に、シリコン基板１の裏面にアルミニウムペーストおよび酸化マグネシウムを添加したアルミニウムペーストをそれぞれ印刷して乾燥するとともに、銀ペーストを印刷して乾燥した。また、表面に銀ペーストを印刷して乾燥して７００℃で焼成することによって表面電極４、および集電部５と出力取出部６からなる裏面電極を形成した。その後、溶融した半田槽の中に浸漬して表面電極４および裏面電極の出力取出部６を上に半田槽（不図示）を形成し、太陽電池素子を形成した。裏面の集電部５上に形成された球状突起の個数および太陽電池素子の出力特性を表１に示す。各条件のサンプル数はそれぞれ１０枚で、球状突起の個数は１０枚の合計の個数であり、出力特性は１０枚の平均特性である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
集電部５に含有される酸化マグネシウムのアルミニウムに対する比率が０．０２５％（条件Ｎｏ．２）のときは集電部５上の球状突起は８２個であったのに対し、０．０５％（条件Ｎｏ．３）では３８個に減少する。酸化マグネシウムの含有率を０．１％以上（条件Ｎｏ．４以降）に増やしても、球状突起の個数は０．０５％（条件Ｎｏ．３）の場合とほとんど変わらない
しかし、集電部５中に含有される酸化マグネシウムをアルミニウムに対して１０％（条件Ｎｏ．８）にすると、含有比率が５％以下（条件Ｎｏ．１〜７）の場合に比較して短絡電流、開放電圧、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）のすべてが低下する。
【００２０】
つまり条件Ｎｏ．３〜７のときに、球状突起の数が減少し、出力特性の低下も発生しない。
【００２１】
また同じように集電部５にアルミニウムペーストおよびチタン酸マグネシウムを添加したアルミニウムペースト使用した時の集電部５上に形成された球状突起の個数および太陽電池素子の出力特性を表２に示す。このときの各条件のサンプル数もそれぞれ１０枚で、球状突起の個数は１０枚の合計の個数であり、出力特性は１０枚の平均特性である。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
集電部５に含有される酸化マグネシウムのアルミニウムに対する比率が０．０２５％（条件Ｎｏ．２）のとき集電部５上の球状突起は８５個であったのに対し、０．０５％（条件Ｎｏ．３）では４１個に減少する。酸化マグネシウムの含有率を０．１％以上（条件Ｎｏ．４以降）に増やしても、球状突起の個数は０．０５％（条件Ｎｏ．３）の場合とほとんど変わらない
しかし、集電部５中に含有される酸化マグネシウムをアルミニウムに対して１０％（条件Ｎｏ．８）にすると、含有比率が５％以下（条件Ｎｏ．１〜７）の場合に比較して短絡電流、開放電圧、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）のすべてが低下する。
【００２４】
つまり条件Ｎｏ．３〜７のときに、球状突起の数が減少し、出力特性の低下も発生しない。
【００２５】
アルミニウム電極表面に球状の突起や凹凸が発生するのを抑制する作用をもたらすのは酸化マグネシウムであるので、他の金属酸マグネシウムを使用したときも同様の効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子では、裏面電極の集電部に酸化マグネシウムを含有することから、電極を焼付ける際に裏面電極の集電部のアルミニウム表面の微小な玉や凹凸の発生を防ぐことができ、従来問題であったアルミニウム表面の微小な玉や凹凸による後工程での歩留の低下を極力低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・拡散層、３・・・反射防止膜、４・・・表面電極、５・・・集電部、６・・・出力取出部
【図１】
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