(57)【要約】【課題】金属細線の基板に対する接着強度を向上させ、光電変換効率を向上させる高アスペクト比の電極を有する太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有し、半導体基板表面に電極を形成する工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆する工程と、被覆した細線を半導体基板表面に配置する工程と、配置した細線を焼成する工程とを有することを特徴とする。また、本発明の太陽電池は、かかる方法により製造され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】
半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法において、半導体基板表面に電極を形成する前記工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆する工程と、被覆した前記細線を半導体基板表面に配置する工程と、配置した前記細線を焼成する工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
細線が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を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】
導電性材料が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、ＴｉおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む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】
導電性材料が、金属粉末と、ガラスフリットと、樹脂と、溶剤とを含むペーストであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形である請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
細線を半導体基板表面に配置した後、細線の両端を前記基板に向けて加圧することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
細線上の導電性材料の被覆量に多い部分と少ない部分とがあることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
導電性材料の被覆量が多い部分を加圧することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
電極上に、外部への電力取出し用の配線材料を接続することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
導電性材料で周囲を被覆した細線を半導体基板表面に配置し、焼成することにより形成した電極を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項１２】
細線が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
導電性材料が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、ＴｉおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１５】
細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形である請求項１１〜１４のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１６】
電極の一部が、電極の他の大部分よりも幅が広いことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１７】
電極上に、外部への電力取出し用の配線材料が接続されていること特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１８】
電極上に、太陽電池間の接続用の配線材料が接続されていることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１９】
複数個の太陽電池が、周囲を導電性材料で被覆した細線で接続されていることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、より詳細には、電極について改良された太陽電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池の典型的な構成を、図７に示す。図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図７（ｂ）に示すように、太陽電池７１は、たとえば、シリコンなどのｐ型半導体基板７２の表面に、ｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層７３が形成されてｐｎ接合を構成し、ＴｉＯ２膜などの反射防止膜７４がｎ型拡散層７３上に形成され、さらに、ｎ型拡散層７３に直接、接続する銀電極７７が形成されている。また、半導体基板７２の裏面には、ほぼ全面に、ＢＳＦ層７５と、その上にアルミ電極７６が形成されており、さらにアルミ電極７６上の一部に銀電極７８が形成されている。
【０００３】
このような太陽電池は、典型的には、図８に示すような方法により製造される。まず、基板エッチングによりｐ型半導体基板を得、この半導体基板の表面にｎ型となるドーパントを拡散してｎ型拡散層を形成することにより、ｐｎ接合を形成する。つぎに、反射防止膜を形成し、基板裏面にアルミペーストを塗布し、乾燥した後、焼成することにより、ＢＳＦ層とアルミ電極を形成する。つづいて、基板裏面に銀ペーストを塗布し、乾燥した後、受光面となる面にも銀ペーストを塗布し、乾燥し、焼成する。これにより、受光面と裏面に銀電極を形成する。
【０００４】
太陽電池を高効率化するためには、発生する光電流をできるだけ多くし、その電流を損失無く外部へできるだけ多く取出すことが重要である。発生する光電流を多くするためには、電極面積をできるだけ少なくする方がよい。一方、発生した電流を損失無く外部へできるだけ多く取出すためには、その流れる経路である太陽電池表面および電極の直列抵抗による損失をできるだけ小さくする方がよい。このため、電極幅、厚さ、本数および電極材料の比抵抗などを考慮し、最適なパターン設計がなされている。
【０００５】
ペーストを基板表面に塗布する方法として、一般にスクリーン印刷法が知られている。スクリーン印刷法は、研究レベルでは５０μｍの線幅が作製可能であるが、そのような微細電極の形成には、高品質なスクリーン、高精度な印刷機、ペーストの最適な粘性、の全ての条件が揃わなければならない。どれか一つでも満足していなければ、スクリーンの目詰まりによる印刷カスレ（断線）が発生したり、無理な印刷をすることによる印刷ダレ（広がり）が発生したり、基板の割れが発生したりして、設計通りの微細な電極線幅を得ることは非常に困難である。
【０００６】
また、微細電極形成用の高品質なスクリーンは非常に破れやすく、量産には不向きである。このため、現実に量産できるものは１５０μｍ前後の線幅であり、その場合の電極の厚みは２０〜５０μｍである。特に、基板表面の凹凸が大きい場合は、電極の断線や広がりが多発し、太陽電池の変換効率を低下させるという問題があり、太陽電池を高効率化するために、電極幅が細く、かつ、厚みのある、言い換えれば、高アスペクト比の電極が望まれている。
【０００７】
特開昭５９−１１５５２４号公報には、半導体基板表面に載せた金属細線群を加熱、加圧することにより、電極を形成する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、金属細線にかける圧力が２００〜３００Ｋｇｆ／ｃｍ２と非常に大きく、半導体基板が割れることがある。特に、低コスト化のために基板を大面積化や薄型化した場合、割れが顕著になる。また、太陽電池の高効率化のために基板表面に凹凸を形成した場合、金属細線の基板に対する接着強度が充分でなく、電極剥離が発生し、太陽電池の変換効率を大幅に低下させている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５９−１１５５２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、金属細線の基板に対する接着強度を向上させ、光電変換効率を向上させる高アスペクト比の電極を有する太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有し、半導体基板表面に電極を形成する工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆する工程と、被覆した細線を半導体基板表面に配置する工程と、配置した細線を焼成する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
細線は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの少なくとも一つの元素を含み、導電性材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。導電性材料は、金属粉末と、ガラスフリットと、樹脂と、溶剤とを含むペースト状のものが好適である。細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであり、細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形であるものが望ましい。細線を半導体基板表面に配置した後、細線の両端を基板に向けて加圧する方法、または、細線上の導電性材料の被覆量に多い部分と少ない部分とを設け、導電性材料の被覆量が多い部分を加圧する方法を採用することが望ましい。一方、電極上には、外部への電力取出し用の配線材料を接続しておくことが望ましい。
【００１２】
本発明の太陽電池は、かかる方法により製造されることを特徴とする。これらの太陽電池の中でも、電極上に、太陽電池間の接続用の配線材料が接続されているもの、または、複数個の太陽電池が、周囲を導電性材料で被覆した細線で接続されているものが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（太陽電池の製造方法）
本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、半導体基板表面に電極を形成する工程とを有し、半導体基板表面に電極を形成する工程が、細線の周囲を導電性材料で被覆し、半導体基板表面に配置し、焼成する工程を有することを特徴とする。従来のスクリーン印刷法により微細電極を形成しようとすると、高品質のスクリーン、高精度の印刷機および適度の粘性を有するペーストが必要となるが、本発明の製造方法によれば、導電性材料で被覆した細線を基板上に配置し、焼成するという工程を経るため、幅が微細で、厚みのある電極を容易に形成することができ、効率のよい太陽電池を容易に量産することができる。また、基板表面の凹凸が大きいときでも、電極の断線を抑えることができるから、光電変換効率を高めることができる。さらに、本発明では、導電性材料で被覆した細線を使用するため、導電性材料で被覆しない細線を基板に加圧し、加熱する従来の方法に比べて、細線と基板との十分な接着強度を得、基板の割れを防止し、基板の大型化および薄型化を図ることができる。
【００１４】
半導体基板としては、通常の太陽電池に用いられるものであれば特に限定されず、たとえば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＺｎＳｅなどの化合物半導体が挙げられ、中でもシリコンが望ましい。また、半導体基板は、単結晶、多結晶、いわゆるマイクロクリスタルと呼ばれる微結晶、アモルファスおよびこれらが混在するものであってもよい。
【００１５】
半導体基板は、受光面側に凹凸が形成されているものが望ましい。凹凸は、特に限定されるものではなく、太陽電池の変換効率を高めるように機能するような高低差、ピッチを有するように形成されていることが望ましい。たとえば、高さ数μｍの微小ピラミッド形状、深さ数十μｍの溝を多数平行に配置した形状などが挙げられる。基板表面に凹凸を形成する方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液、さらにアルカリ溶液にイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を加えた水溶液で基板表面を処理する方法、ダイシング装置またはレーザなどを用いる方法、または、ドライエッチングにより溝や凹部を形成する方法などが挙げられる。
【００１６】
半導体基板には、ｐｎ接合が形成されている。たとえば、ｐ型の半導体基板の表面にｎ型の拡散層が形成されることによりｐｎ接合を形成することができる。ｎ型拡散層の不純物濃度、ｐ型半導体基板の厚さおよびｎ型拡散層の厚さは、通常の太陽電池として機能し得るものの中から適宜選択することができる。
【００１７】
半導体基板にｐｎ接合を形成する方法としては、たとえば、ｐ型半導体基板に対してＰ２Ｏ５またはＰＯＣｌ３により気相拡散し、８００〜９５０℃の温度で５〜３０分間処理する方法、Ｐ含有化合物を含む液を塗布して熱処理により拡散させる方法、ｎ型半導体基板に対してＢＢｒ３により気相拡散する方法、Ｂ含有化合物を含む液を塗布して熱処理により拡散させる方法などが挙げられる。
【００１８】
電極は、半導体基板のｐ型領域およびｎ型拡散層に、それぞれ接続されるように形成されており、通常、半導体基板の表面および裏面にそれぞれ形成されている。本発明においては、電極面積を小さくして発電効率を高めるため、少なくとも受光面側の電極は、導電性材料を被覆した細線からなるものが望ましい。導電性材料を被覆した細線からなる電極は、アルミペーストや銀ペーストなどの導電性ペーストを、アルミ線や銅線などの細線の周囲に塗布し、その細線の両側に張力をかけながら、半導体基板表面に押し付けて密着し、焼成して、形成される。
【００１９】
焼成とは、１００℃前後の加熱とは異なり、数百度の高温で所定の雰囲気に晒すことにより、導電性材料中の金属粒子を燒結し、緻密化することを意味する。１００℃前後では、揮発性の溶剤成分が蒸発するのみであるが、３００℃前後では可燃性成分が燃焼し、さらに高温で溶融成分が溶け、金属粒子が燒結し、温度が低下したときに、溶融成分が固化し、基板との間に強い接着力を発生する。また、焼成により、反射防止膜を貫通して、半導体基板とコンタクトすることも可能である。したがって、本発明で用いる導電性材料は、２００℃前後の比較的低温での熱処理により、電極を形成する熱硬化型の導電性材料とは異なる。なお、受光面でない裏面の電極は、上記方法により形成してもよいし、従来のスクリーン印刷法、蒸着、メッキなどにより形成してもよいが、裏面も受光面として用いる場合は、発電効率を高めるため、裏面も上記方法で形成する方が望ましい。
【００２０】
細線の材料は、導電性があり、線状に加工できる材料であれば、どのような材料でも使用できるが、耐熱性があり、比抵抗が小さい材料が望ましい。したがって、具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの中の少なくとも一つの元素が含まれるものが望ましい。このような細線としては、たとえば、金線、銀線、銅線、白金線、アルミ線、ステンレス鋼線、タングステン線、モリブデン線、ピアノ線、鉄線、カーボンファイバーなどが挙げられる。細線の材料は、単独で加工されていても良いし、合金化されていてもよい。さらに、表面にメッキや表面処理が施されていてもよい。
【００２１】
細線は、太さが数μｍ〜数百μｍまでのものを幅広く使用できるが、基板に配置するときの張力に耐え、半導体基板表面に押しつけても切れない適度の強度が必要であり、また、基板表面が凹凸を有するときでも、基板に密着し、柔軟性を発揮するものが望ましいため、細線は、最大径が２０〜１００μｍのものが望ましい。また、細線は、数μｍからなる極細線を束ねたより線であってもよい。細線の引張り強さや硬度は、材料などを調整することにより適宜設定することができる。
【００２２】
導電性材料は、液体状やペースト状など、細線の表面に塗布できる性状のものを使用できるが、ペースト状のものが、基板との密着性が向上するので望ましい。細線の周囲への導電性材料の塗布量は、基板との密着性を高め、基板への接着力を大きくするため、５〜１００μｍの厚さが望ましい。したがって、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍとなるように塗布することが望ましい。導電性材料は、細線に対する塗布性を改良し、所望の形状および塗布量を確保できるように、適宜調整してもよい。
【００２３】
導電性材料は、細線に塗布するときはペースト状を呈し、焼成すると溶融し、温度が低下すると固化して基板に接着する性質を有する点で、金属粉末と、ガラスフリットと、樹脂と、溶剤とからなるものが望ましい。金属粉末としては、銀粉末、銅粉末、アルミ粉末などが挙げられ、単独で用いても、数種類を混ぜて用いてもよい。たとえば、平均粒径０．１〜１０μｍの銀粉末６０〜９０質量％、ガラスフリット数質量％、セルロースなどの樹脂およびカルビトール系溶剤が５〜４０質量％とを有する導電性材料を用いることができる。さらに、たとえば、半導体基板との密着性を向上するためにＰ含有化合物（Ｐ２Ｏ５など）などを任意に配合することもできる。導電性材料は、導電性および耐熱性が大きい点で、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの中の少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。
【００２４】
細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面形状は、丸（円形、楕円形）、三角形、または四角形が望ましい。断面を三角形や四角形とすることにより、電極幅を増やすことなく、基板との接着面積が増せるので、接着強度を向上できる。また、断面を丸（円形、楕円形）とすることにより、断面積を増やすことができるので、電極の比抵抗を低減できる。導電性材料で被覆した細線の本数は、細線の太さにより太陽電池の変換効率が変わるため、適宜調整することができる。
【００２５】
導電性材料が被覆された細線を半導体基板表面に配置した後、細線を基板に密着させるために、張力をかけた細線の両端を基板に向けて加圧することが望ましい。また、より確実に密着させる場合は、細線全体を加圧することが望ましい。ただし、必要以上に大きな力で加圧すると、加圧した部分の導電性材料が半導体基板の表面に広がり、微細幅の電極を形成するという効果を損ない、また、基板に割れの生じる虞がある。したがって、基板への加圧力は、これらの点を考慮して、調整することが望ましい。また、細線への導電性材料の被覆量に多い部分と少ない部分を設けると、被覆量の多い部分を加圧することにより、半導体基板表面に導電性材料を所望の大きさに広げることができ、細線の接着強度を増すことができる点で望ましい。細線へかける張力は、細線の破断強度より小さい範囲内で適宜設定することが可能であるが、通常、１〜２００Ｋｇｆ／ｍｍ２が望ましい。
【００２６】
導電性材料は、細線に被覆した後、適宜乾燥することが望ましい。乾燥の条件としては、たとえば、１００〜２００℃、１〜５分間の範囲で適宜設定することができる。ついで、４００〜１０００℃で焼成する。より具体的には、酸化性雰囲気で、６００℃〜９００℃、１〜１０分間の範囲内で焼成するのが好適である。だだし、酸化しやすい細線材料を用いた場合は、非酸化性、あるいは還元性雰囲気とする方がよい。
【００２７】
電極上に外部への電力取出し用の配線材料または太陽電池間の接続用の配線材料を接続しておくと、電力の取出し、および、複数個の太陽電池を直列または並列に接続して行なうモジュール化が容易になる点で望ましい。電極上の配線用材料を接続する箇所は、所望の位置でよいが、細線を基板に配置した後、加圧により、電極の他の大部分よりも導電性材料が広がった箇所、あるいは所望の大きさに広げた箇所に接続すると、広がり部分はある程度の面積を有することから、インターコネクタなどの接続が容易になる点で望ましい。また、複数個の太陽電池間の接続を、周囲を導電性材料で被覆した細線により行なう態様は、半導体基板表面の電極をそのまま太陽電池間の接続材料として利用することができ、インターコネクタなどにより別途、接続する必要がない点、さらに接続抵抗を低減することができる点で望ましい。なお、接続を容易にするために、半田層を電極上に形成してもよい。
【００２８】
本発明の太陽電池の製造方法においては、反射防止膜、保護膜などを形成する工程を含めることができる。反射防止膜は、たとえば、常圧ＣＶＤ法を用いて酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を形成する方法、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）膜を形成する方法などが挙げられる。たとえば、ＴｉＯ２では６０〜９０ｎｍ程度の膜厚、Ｓｉ３Ｎ４では、７０〜１００ｎｍ程度の膜厚が適当である。反射防止膜は、電極形成前後のいずれの時期に形成してもよいが、電極の形成前に反射防止膜を形成する場合には、電極が形成される部分の反射防止膜をあらかじめ除去する必要がある。ただし、ファイヤースルー型の導電性材料を用いて電極を形成する場合には、反射防止膜の除去なしに形成することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の表面にＢＳＦ層を形成する工程を含めることができる。ＢＳＦ層の厚さなどは、得ようとする太陽電池の特性に応じて適宜調整することができる。
【００２９】
（太陽電池）
本発明の太陽電池は、導電性材料で周囲を被覆した細線を半導体基板表面に配置し、焼成することにより形成した電極を有することを特徴とする。細線は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃ、Ｗ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉの少なくとも一つの元素を含み、導電性材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも一つの元素を含むものが望ましい。また、細線は、最大径が２０〜１００μｍであり、導電性材料を被覆した後の最大径が３０〜２００μｍであり、細線の周囲に導電性材料を被覆した後の断面が、丸、三角形または四角形であるものが望ましい。電極の一部の幅が、電極の他の大部分の幅よりも広く、電極上には、外部への電力取出し用の配線材料または太陽電池間の接続用の配線材料が接続されている太陽電池が好適であり、複数個の太陽電池が、周囲を導電性材料で被覆した細線で接続されている態様が望ましい。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜４
実施例１〜４の太陽電池の構造を図１に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）において、ｐ型シリコン基板１２の表面に、ｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層１３が形成されて、ｐｎ接合を構成する。ｎ型拡散層１３上に、窒化珪素膜である反射防止膜１４が形成され、反射防止膜１４上に、ｎ型拡散層１３に直接、接続する電極１７が形成されている。また、シリコン基板１２の裏面には、ほぼ全面に、ＢＳＦ層１５とアルミ電極１６とが形成されており、さらに銀製の裏面電極１８を形成している。ここで、受光面電極１７は、銅製の細線の周囲を導電性材料Ａｇで被覆した構造を有する。
【００３１】
本実施例の太陽電池は、図２に示される方法により製造した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液により、ｐ型結晶シリコン基板表面をテクスチャエッチングした。つぎに、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、プラズマＣＶＤ法により、膜厚８０ｎｍ程度の窒化珪素膜を形成し、シリコン基板の裏面に、アルミペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥した後、８００℃で焼成して、シリコン基板の裏面に、厚さ数μｍのＢＳＦ層と、厚さ数十μｍのアルミ電極を形成した。ＢＳＦ層は、６００℃以上の焼成により、アルミがシリコン中に拡散することにより形成した。さらに、裏面の一部に銀ペーストを印刷し、乾燥した。
【００３２】
つづいて、断面が円形となるように、導電製材料である銀ペーストで周囲を被覆された銅線（細線）に張力をかけながら、反射防止膜の上方から下方へ押付けて、反射防止膜上に配置した。余分な金属線を切断し、乾燥した後、６５０℃で焼成して、シリコン基板の受光面に、受光面電極を形成した。なお、受光面電極は、裏面のアルミ電極および銀電極と同時に焼成しても同様の結果が得られた。さらに、シリコン基板を、半田槽に浸漬することにより、シリコン基板の受光面および裏面の電極上に半田層を形成し、太陽電池を完成させた。実施例１〜４で作製した電極を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2004134656.tif 000003
表１の結果から明らかなとおり、実施例１〜３の太陽電池はいずれも、電極幅１５０μｍの通常の太陽電池と比較して、同等レベルかそれ以下の電極幅で、電極断面積比を１．５〜７倍とすることができた（現行品の電極断面積比を１とする。）。実施例４の太陽電池では、電極幅は通常品よりも太くなっているものの、電極断面積比は１２倍と大幅に向上することができた。スクリーン印刷法により銀ペーストを塗布し、電極を形成する従来の方法により製造した太陽電池（比較例１）および実施例１〜４の太陽電池についての特性を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2004134656.tif 000004
表２の結果から明らかなとおり、実施例１、３の太陽電池は、比較例１の太陽電池と比較して、細線化による短絡電流密度Ｊｓｃの向上と、断面積比の増大で電極の抵抗が大幅に低減できたことにより曲線因子ＦＦの向上が見られ、従来の太陽電池よりも高い変換効率ηを得ることができた。また、実施例２、４の太陽電池は、比較例１の太陽電池と比較して、同じかそれ以下の電極幅であるため、Ｊｓｃは向上していないものの、増大した電極断面積による電極の抵抗を大幅に低減できた結果、ＦＦが大幅に向上し、従来の太陽電池よりも高い変換効率を得ることができた。
【００３５】
実施例５
細線として、直径５０μｍのタングステン線を用い、半導体基板に配置した後、細線の両端を基板に向けて加圧した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．５ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃ：５９６ｍＶ、ＦＦ：０．７４、η：１３．５％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。両端を加圧したことにより、電極が基板に確実に固定された結果、密着性が増し、同時に太陽電池の変換効率も向上した。
【００３６】
実施例６
細線として、直径５０μｍの銅線を用い、断面が基板側を底辺とする三角形になるように、銀ペーストで銅線の周囲を被覆した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．８ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃ：５９４ｍＶ、ＦＦ：０．７４、η：１３．５％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。断面を三角形としたことにより、基板との接着面積が増大し、密着性が実施例１よりも向上した。
【００３７】
実施例７
細線として、直径５０μｍの銅線を用い、断面が正方形になるように、銀ペーストで銅線の周囲を被覆した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性は、Ｊｓｃ：３０．５ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃ：５９４ｍＶ、ＦＦ：０．７５、η：１３．６％であり、実施例１と同様に良好な結果が得られた。断面を正方形としたことにより、基板との接着面積が増大し、密着性が実施例１よりも向上した。
【００３８】
実施例８
細線として、直径１００μｍのステンレス製の鋼線を用い、その周囲を銀ペーストで、大部分の厚さが１０μｍ、一部分の厚さが２００μｍとなるように被覆した。この際線を基板に配置した後、厚さ２００μｍに被覆した部分を余分に加圧した以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。さらに、複数の太陽電池を接続するために、余分に加圧した部分に、半田で被覆された銅板からなるインターコネクターを接続した。
【００３９】
その結果、部分的に厚く被覆した部分を加圧することにより、基板表面に電極の広がり部分が形成でき、密着性が実施例１よりも向上した。さらに、その広がり部分がある程度の面積を有することから、インターコネクタの接続を容易にすることが可能となった。
【００４０】
実施例９
細線として、直径２μｍのカーボンファイバを１０本束ねたより線を用いた以外は、実施例１と同様にして受光面電極を形成し、太陽電池を得た。本実施例では、直径２μｍのカーボンファイバを１０本束ねたより線を用いたため、実施例１よりもさらに細線化が可能となった。
【００４１】
実施例１０
半導体基板表面にダイシング装置による溝を多数形成したこと以外は、実施例５と同様にして太陽電池を得た。得られた太陽電池の特性を表３に示す。表３中の比較例２は、スクリーン印刷法により銀ペーストを塗布し、電極を形成した従来の太陽電池についての特性である。
【００４２】
【表３】
2004134656.tif 000005
表３の結果から明らかなとおり、凹凸の大きい基板表面においては、従来のスクリーン印刷法による電極形成では、期待するほど太陽電池を向上させることができず、電極の断線および広がりが多数発生したため、太陽電池の変換効率を低下させた。これに対して、本実施例では、電極の断線および広がりが発生しないため、変換効率を向上することができた。
【００４３】
実施例１１
本実施例の太陽電池の構造を図３に示す。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ｐ型シリコン基板の表面にｎ型ドーパントを拡散し、ｎ型拡散層を形成することによりｐｎ接合を構成する。つぎに、ｎ型拡散層上に、酸化チタン膜からなる反射防止膜を形成し、反射防止膜上に、ｎ型拡散層に直接、接続する電極３７を形成している（図３（ｂ））。また、シリコン基板の裏面には、裏面電極３８と半田層を形成する。ここで、受光面側の電極３７はモリブデン線の細線の周囲を、Ａｇからなる導電性材料で被覆した構造を有し、裏面電極３８はアルミ製の細線の周囲を、Ａｇからなる導電性材料で被覆した構造を有する。
【００４４】
本実施例の太陽電池は、図４（ａ）に示す方法により製造した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液によりｐ型結晶シリコン基板の表面をテクスチャエッチングした。ついで、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法によって、膜厚８０ｎｍ程度の酸化チタン膜を形成した。つぎに、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆されたアルミ線（細線）に張力をかけながら、シリコン基板の裏面へ押し付けて配置した。一方、受光面側は、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン線（細線）に張力をかけながら、反射防止膜上方から下方へ押し付けて、反射防止膜に配置した。余分な金属線を切断し、乾燥した後、基板の受光面側に配置した電極と基板の裏面に配置した電極の双方を同時に６５０℃で焼成して、電極３７および電極３８を形成し、太陽電池を得た。なお、図４（ｂ）に示すように、基板の受光面側に配置した電極と基板の裏面に配置した電極を、別々に焼成しても、本実施例と同様の太陽電池を得ることができた。
【００４５】
得られた太陽電池は、基板の裏面にも受光面と同様な電極を形成しているので、電極の抵抗を大幅に低減することができ、高い変換効率を得ることができた。また、このような太陽電池を複数個接続する場合、受光面に固定した細線と裏面に固定した細線を接続することにより、実施例８に示したインターコネクタによる接続に比べ、簡単に接続することができた。
【００４６】
実施例１２
本実施例の太陽電池の構造を図５に示す。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ｐ型シリコン基板の表面にｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層が形成されてｐｎ接合を構成し、ｎ型拡散層上に、酸化チタン膜である反射防止膜が形成され、反射防止膜上に、ｎ型拡散層に直接、接続する電極５７を形成している（図５（ｂ））。また、シリコン基板の裏面には、電極５８と半田層を形成し、受光面側の電極５７および裏面の電極５８は、モリブデン製の細線の周囲を導電性材料Ａｇで被覆する構造を有する。
【００４７】
本実施例の太陽電池は、図６に示される方法により形成した。まず、アルカリ溶液であるＮａＯＨ水溶液によりｐ型結晶シリコン基板の表面をテクスチャエッチングした。つぎに、シリコン基板を石英チューブ炉に入れて、シリコン基板の表面に、Ｐを含む処理液を塗布し、９００℃で１０分間程度熱処理を行なうことにより、シリコン基板の表面に深さ約０．３μｍのｎ型拡散層を形成した（ｐｎ接合形成）。その後、反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法によって、膜厚８０ｎｍ程度の酸化チタン膜を形成した。つぎに、断面が円形となるように、導電性材料である銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン製の細線に張力をかけながら、シリコン基板の裏面へ押付けて配置した。つづいて、細線を切断することなく、同様の方法で作成した別の太陽電池の受光面側に、上述の銀ペーストで周囲を被覆したモリブデン製の細線に張力をかけながら、反射防止膜の上方から下方へ押付けて配置し、同様の操作を複数の太陽電池について行ない、太陽電池列を形成した。太陽電池列の形成後、余分な金属線を切断し、乾燥した後、６５０℃で焼成した。
【００４８】
得られた太陽電池列は、電極の接続により生じる抵抗がないため、電気抵抗を大幅に低減することができ、高い変換効率を得ることができた。また、受光面に固定した細線を切断せずに、隣りの太陽電池の裏面にそのまま接続することにより、実施例１１で要した接続が不要となった。一方、高いアスペクト比を有する電極の形成により、効率のよい太陽電池の製造が可能となり、表面の凹凸が大きい基板に対して、その効果が大きいことがわかった。
【００４９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性材料で被覆された細線により電極を形成しているため、細くて厚い高いアスペクト比を有する電気抵抗の低い電極を形成でき、効率のよい太陽電池を提供することができる。特に、凹凸が大きい基板に対して、その効果が顕著である。また、導電性材料で被覆された細線を基板表面に配置した後、部分的に加圧することにより、加圧部分での接着性が向上するため、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。さらに、導電性材料の被覆量を部分的に厚くし、被覆量の厚い部分を加圧することによっても、接着性が向上するため、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。また、加圧し、広がった部分にインターコネクタが簡単に接続できるため、効率のよい安価な太陽電池を提供することができる。一方、細線は基板の両面に適用でき、同一の細線で太陽電池間を接続することができるため、従来のインターコネクタが不要となり、効率のよい安価な太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図３】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）と（ｂ）とは、ともに本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図５】（ａ）は、本発明の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図７】（ａ）は、従来の太陽電池の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図８】従来の太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１　太陽電池、１２　ｐ型シリコン基板、１３　ｎ型拡散層、１４　反射防止膜、１５　ＢＳＦ層、１６　アルミ電極、１７　受光面側電極、１８　裏面電極。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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