(57)【要約】【課題】微細な且つ高精度の電極配線パターンを形成することができる太陽電池の製造方法を提供する。また、スクリーン印刷技術を用いることなく、余剰ペーストの発生を防止できるようにした太陽電池の製造方法を提供する。さらにまた、電極配線パターンの変更を簡単に行えるようにした太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池を構成する半導体基板１３上に、金属超微粒子を分散したインクを使用して電極配線パターン２１を形成する。また、電極配線パターン２１の形成は、インクジェットプリンタを用いて行うことが好ましい。また、電極配線パターン２１は、半導体基板１３上に予め設けられた溝４２に埋込まれることが好ましい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を構成する半導体基板上に、金属超微粒子を分散したインクを使用して電極配線パターンを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記電極配線パターンの形成は、インクジェットプリンタを用いて行うことを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記電極配線パターンは、前記半導体基板上に予め設けられた溝に埋込まれることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板として、単結晶、多結晶、またはガラス（アモルファス）基板を用いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記金属超微粒子として、粒径が１μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の銀の超微粒子を用いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の金属超微粒子と、粒径が１μｍ以上のものを混合したインクを使用して電極パターンを形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造方法に係り、特に微細な電極配線パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、一般にシリコン等の半導体基板の内部にＰＮ接合が形成され、表面側および裏面側に取出し電極が配置されている。半導体基板内部のＰＮ接合に入射した光は、電子とホールの対を形成し、光起電力が形成され、取出し電極から発電電力が取出される。
【０００３】
このような太陽電池においては、電極配線パターンの形成は導電材ペーストをスクリーン印刷により行うことが一般的である。スクリーン印刷による電極配線パターンの形成は、電極配線パターンが開口したスクリーンマスクを使用して、導電材ペーストをスクリーンマスクに開口した電極配線パターンに従って塗布することにより行う。そして、高温で焼成することにより、導電材からなる電極配線パターンが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクリーン印刷を用いた電極配線パターンの形成は、その微細化に限界がある。即ち、スクリーン印刷に用いるスクリーンマスク自体の精度、およびその位置合わせ精度に限界があり、電極配線パターンの微細化による光電変換効率の向上に限界が生じることになる。また、スクリーン印刷法を用いると、作業上必然的に余剰ペーストが発生し、多量のペーストが無駄になるという問題がある。また、電極配線パターンの形状を変更したい場合に、スクリーンマスクを再度製作する必要があり、設計変更等に際して時間とコストが必要となるという問題がある。
【０００５】
また、一般に電極配線パターンを微細化すると、電極配線の抵抗が上昇し、発電電力出力に損失が生じるという問題がある。このような問題を解決するため、太陽電池を構成する半導体基板上に予め溝を設け、その溝に金属めっき等で銅等の配線材料を埋め込んで電極配線パターンを形成するという方法がある。この方法により、線幅が細く、且つ深さがあるので低抵抗の電極配線パターンが形成されるが、非常に手間がかかるためコスト高となり、量産化が現実には難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、微細な且つ高精度の電極配線パターンを形成することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。また、スクリーン印刷技術を用いることなく、余剰ペーストの発生を防止できるようにした太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。さらにまた、電極配線パターンの変更を簡単に行えるようにした太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、太陽電池を構成する半導体基板上に、金属超微粒子を分散したインクを使用して電極配線パターンを形成することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、前記電極配線パターンの形式は、インクジェットプリンタを用いて行うことを特徴とする。さらにまた、本発明の他の態様によれば、前記電極配線パターンは、前記半導体基板上に予め設けられた溝に埋込まれることを特徴とする。
【０００９】
上述した太陽電池の製造方法によれば、金属超微粒子が分散したインクを使用して、またインクジェットプリンタを用いて電極配線パターンの形成を行うことで、微細且つ高精度の電極配線パターンを半導体基板上に形成することができる。電極配線パターンを微細化することにより、光の照射面積が広がり、発電電力が増加し、光電変換効率を向上することができる。そして、インクジェットプリンタを用いて電極配線パターンを形成するので、従来のスクリーン印刷技術を用いる必要がなくなり、余剰ペーストの発生という問題を解消することができる。これにより、材料の無駄をなくし製造コストを低減することができる。また、電極配線パターン自体はスクリーンマスクによらず、コンピュータ上の設計データをそのまま使用することができるので、電極配線パターンの設計変更が容易であり、試作期間が短縮され、また他品種少量生産への対応も容易である。
【００１０】
さらにまた、太陽電池を構成する半導体基板上に設けられた微細な配線用の溝に、インクジェットプリンタを用いて高精度の導電性インクの埋め込みが可能となるので、上記溝内に電極配線用の導電性金属を容易に埋め込むことができる。これにより、微細幅で深さが比較的深い導電性金属が埋め込まれた電極配線を容易に形成することができ、この電極配線は低抵抗で且つ配線幅が狭く受光面積が広いので、太陽電池の発電出力を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１２】
図１は、本発明の太陽電池の製造工程に用いられるインクジェットプリンタを示す。このインクジェットプリンタ１０は、インクカートリッジ１１を備え、このカートリッジ１１内に金属超微粒子が分散したインクを貯留する。このインクは、例えばガス蒸発法により金属蒸気と溶剤蒸気とを接触せしめて金属超微粒子分散液を得て、この分散液に低分子量の溶剤を加えて金属超微粒を沈降させ、得られた沈降物に溶剤および分散剤を添加してインク特性に優れた分散液からなるインクジェット用インクが得られる（特開２００２−１２１４３７号公報参照）。そして、このインクジェット用インクは、インクの供給安定性、インクの液的形成飛翔安定性、プリンタヘッドの高速応答性などのインクジェットプリンタ用インクに要求される特性を満足するものである（同公報参照）。このような金属超微粒子分散液からなるインクジェット用インクは市販されていて、この市販品を利用することができる。
【００１３】
この金属超微粒子としては、粒径が１μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の銀、金、銅等の各種金属の微粒子を用いることができる。尚、粒径が小さい金属超微粒子と大きい金属超微粒子を混合したインクを用いてもよい。ここでは、粒径５ｎｍ程度の銀の超微粒子を分散させたインクを用いている。粒径５ｎｍ程度の銀の超微粒子を用いることで、比較的低温の３００℃程度で十分な焼結性が得られ、微細電極配線パターンの形成に好適である。
【００１４】
カートリッジ１１の下面にはインクジェット用ノズル１２が配置され、その直下に配置された半導体基板１３にインクが噴出される。カートリッジ１１は横方向駆動機構１５により紙面の水平方向に移動可能であり、また半導体基板１３は送り方向の移動機構１４により紙面に対して垂直方向に移動可能となっている。したがって、水平方向の移動機構１５および送り方向の移動機構１４の位置決め精度と、噴射ノズル１２の噴射タイミングの精度を制御することで、通常の市販のインクジェットプリンタ並みまたはそれ以上の精密なインクの塗布が可能である。
【００１５】
図２は、半導体基板上に形成した電極配線パターンの一例を示す。この電極配線パターン２１は、半導体基板１３の内部に形成されたＰＮ接合により生じた光起電力を取出すためのものであり、半導体基板の表裏側両面にこのような電極配線パターン２１が設けられている。ここで、半導体基板の寸法は、一例として１０ｃｍ×３．３ｃｍ程度であり、厚さは１００μｍ程度である。半導体基板は、単結晶、多結晶、またはガラス（アモルファス）基板等である。
【００１６】
電極配線パターン２１は、１本の共通電極２１ａとこれに接続する多数の個別電極２１ｂとから構成されている。特に、表面側に用いられる電極配線パターンは、太陽光の入射面積をできるだけ広げるために電極幅Ｗはできるだけ狭いことが好ましい。超微粒子金属を分散させたインクを用い、このインクをインクジェットプリンタにより塗布してパターンを形成することで、半導体基板上に幅５０μｍ以下の微細且つ高精度の電極配線を形成できる。
【００１７】
半導体基板上に印刷された電極配線パターンは、大気中で３００℃、１０分間程度焼成し、インク中に含まれる高分子バインダや溶媒を除去し、金属超微粒子の焼結を行う。焼成により形成された電極配線パターンの導電層は、その抵抗値が数μΩ・ｃｍと非常に低く、且つ引き剥がし強度も高く、半導体基板との密着性も良好である。
【００１８】
インクジェットプリンタを用いた電極配線パターンの印刷は、近年広く普及している市販のインクジェットプリンタと同様に、コンピュータの図面データの出力により行われる。従って、コンピュータの図面データを変更することにより、任意の電極配線パターンを印刷することが可能である。このため、例えば試作開発時には、各種の電極配線パターンを容易に形成することができ、最適な電極配線パターンを短時間で決定することが可能となる。また、生産現場においては、多品種少量生産のような場合に、設計仕様に対応して任意のパターンを形成することができるため、従来技術のスクリーン印刷におけるスクリーンマスクの変更という問題がなくなり、生産の柔軟性が極めて高くなる。
【００１９】
また、粒径が数百〜数ｎｍの金属超微粒子を用いることで、焼成温度を低くすることができ、例えば３００℃程度の温度の炉を用いることで焼成が可能となるので、高温の炉を用いることによる設備および品質面における各種の問題点を解消することができる。なお、金属超微粒子としては、銀の他に金や銅等の各種導電性の高い金属の同様な粒径の超微粒子を用いることができる。
【００２０】
つぎに、本発明の第１の実施形態である金属超微粒子が分散したインクを用いた太陽電池の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、Ｎ形の太陽電池用半導体基板３１を用意する。そして、表面酸化物を水酸化カリウムなどで洗浄除去後、片面にボロンなどの不純物を熱拡散して、Ｐ＋層３２を形成する。アルミのペーストを塗布後に加熱焼成しても、同様の層を得ることができる。そして、半導体基板の反対側の面に、リンなどの不純物を熱拡散してＮ＋層３３を形成する（図３（ｂ）参照）。
【００２１】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、粒径が例えば数ｎｍの銀の超微粒子が分散したインクを用い、図１に示すようにインクジェットプリンタを用いて半導体基板上に電極配線パターン３４を形成する。そして、半導体基板の裏面側にも同様に電極配線パターン３５を形成する。なお、裏面側は太陽光が入射しない場合には配線幅Ｗを狭くする必要がないため、従来技術であるスクリーン印刷方式を使用してもよい。そして、表裏面に電極配線パターンが印刷された半導体基板を焼成炉内で焼成し、超微粒子金属の焼結を行う。上述したように銀等の超微粒子金属のインクを用いて形成された電極配線パターンの導電体は固有抵抗が低く、且つ半導体基板との良好な密着性が得られる。
【００２２】
つぎに、本発明の第２の実施形態である埋め込み形の電極配線を備えた太陽電池の製造方法について、図４を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、Ｎ形の太陽電池用の半導体基板４１を用意する。そして、この表面酸化物を水酸化カリウムで洗浄除去する。つぎに、図４（ｂ）に示すように、半導体基板の表面にダイシングまたはＹＡＧレーザを用いて電極配線の形成部に溝４２を形成する。溝の深さは要求仕様に応じて異なるが、例えば数十μｍ程度に形成することが好ましい。溝の幅は電極配線幅と等しくなるので、数十μｍ以下に形成することが好ましい。
【００２３】
つぎに、図４（ｃ）に示すように、半導体基板の表面側にリンなどの不純物を熱拡散してＮ＋層４３を形成する。そして、半導体基板の裏面側にボロン等の不純物を熱拡散して、Ｐ＋層４４を形成する。そして、図４（ｄ）に示すように、インクジェットプリンタを用いて、銀の超微粒子を分散したインクを表面電極用の溝内にこれを埋め込むように塗布して電極層４５を形成する。この時、電極配線部の溝の形成の際に用いた設計データによりインクジェットプリンタの出力パターンを制御するので、精密な位置合わせが可能となり、電極形成用の溝内に銀の超微粒子を分散したインクを正確に埋め込むことができる。そして、半導体基板の裏面側にも電極４６を形成するが、上述したように半導体基板の裏面側を光の入射面として用いない場合には、電極配線の精度が低くてもよいため、スクリーン印刷により行うようにしてもよい。そして、表裏面に電極配線パターンが印刷された半導体基板を焼成炉内で焼成し、超微粒子金属の焼結を行う。上述したように超微粒子金属のインクを用いて形成された電極配線パターンの導電体は固有抵抗が低く、且つ半導体基板との良好な密着性が得られる。
【００２４】
なお、上述の実施形態では半導体基板がＮ形のものを用いる例について説明したが、Ｐ形の半導体基板を用い、Ｎ形の不純物拡散層を形成するようにしても勿論よい。また、表面に反射防止膜やパッシベーション膜を形成してもよく、また表面にテクスチャリングを施すようにしても勿論よい。これらの工程の付加により太陽電池のより高い光電変換効率等が得られる。
【００２５】
なお、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、金属超微粒子が分散したインクを配線材料として使用することで、微細な高精度の配線パターンを形成することができる。これにより、太陽電池を構成する半導体基板の受光面を拡大して、光電変換効率をより高めることができる。また、インクジェットプリンタを用いて電極配線パターンを印刷により形成することで、従来のスクリーン印刷に伴う余剰ペーストの発生が防止され、設計および生産のフレキシビリティが拡大する。また、インクジェットプリンタにより、埋込型の電極配線を容易に形成できるので、太陽電池の埋込配線を量産技術として用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属超微粒子を分散したインクを用いて電極配線パターンを印刷により形成するインクジェットプリンタを示す模式的な断面図である。
【図２】半導体基板上に形成された電極配線パターンの一例を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の太陽電池の製造方法を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の太陽電池の製造方法を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０      インクジェットプリンタ
１１      インクカートリッジ
１２      インク噴射ノズル
１３      半導体基板
１４      送り方向の移動機構
１５      水平方向の移動機構
２１      電極配線パターン
３１，４１      半導体基板
３２，３３，４３，４４      隔離層
４２      溝
３４，３５，４５，４６      電極
Ｗ        配線幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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