(57)【要約】【課題】電極と半田との密着性の高い太陽電池素子を提供する。【解決手段】逆導電型の拡散層２と反射防止膜３とを有する半導体基板１の表面側に表面電極５を設けるとともに裏面側に裏面電極６を設け、これら電極５、６を半田８、９で被覆した太陽電池素子であって、上記表面電極５とそれを被覆する半田８には、例えばＡｇ、およびＴｉ、Ｐ、あるいははこれらの化合物のうちのいずれか１種以上などからなる複数の同一元素が含まれている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆導電型の拡散層と反射防止膜を有する半導体基板の表面側に表面電極を設けるとともに裏面側に裏面電極を設け、これら電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記表面電極とそれを被覆する半田に複数の同一元素が含まれていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記複数の同一元素のうち一種類はＡｇであるとともに、他の同一元素はＴｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちのいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記他の同一元素が前記半田中に１０〜１００ｐｐｍ含有されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記他の同一元素が前記表面電極中に０．０５〜５重量％含有されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
【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に関し、特に半田によって電極を被覆した太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な太陽電池素子の構造を図２に示す。図２において、１１は半導体基板、１２は拡散層、１３は反射防止膜、１４はＢＳＦ層、１５は表面電極、１６は裏面銀電極、１７は裏面アルミニウム電極、１８は表面半田層、１９は裏面半田層を示す。
【０００３】
例えばＰ型半導体基板１１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１２を設け、半導体基板１１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜１３を設け、表面に表面電極１５を設けるとともに、裏面に裏面アルミニウム電極１７と裏面銀電極１６とで構成される裏面電極１６、１７を設けている。また、半導体基板１１の裏面には高濃度のＰ型拡散層であるＢＳＦ層１４が形成される。また、表面電極１５と裏面銀電極１６の表面にはそれぞれ表面半田層１８と裏面半田層１９が形成される。
【０００４】
この太陽電池素子の表面電極１４は反射防止膜１３の上に表面電極材料を塗布して焼成することによって電極材料の下の反射防止膜１３を溶融させて半導体基板１１と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法によって形成される。
【０００５】
また、この太陽電池素子の裏面電極１６、１７を形成するには、アルミニウムを主成分とするペーストを半導体基板１１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後に、このペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀を主成分とするペーストを塗布して乾燥し、最後に半導体基板１１の表面側に銀を主成分とするペーストを塗布して乾燥して同時に焼成する方法、すなわち同時焼成法が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、この方法によれば安定したオーミック接触が得られず、電極強度もモジュール化に充分耐えうるものは得られなかった。
【０００７】
この問題を回避するために、反射防止膜１３の上に焼き付ける電極材料にＴｉ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｒ粉末またはその酸化物粉末のいずれか一種または複数種を含有させる方法がある（例えば特許文献１参照）。このようにすることによって反射防止膜１３の上から電極材料を塗布して焼成しても良好なオーミック接触を得ることができ、またモジュール化に耐えうる充分な電極強度を得ることができる。
【０００８】
また、反射防止膜１３の上に焼き付ける電極材料にリン化合物を含有させる方法もある（例えば特許文献２参照）。代表的なリン化合物としてはＰ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ４などの酸化リン、Ａｇ３ＰＯ４やピロリン酸銀などが用いられる。このようにすることによって接触抵抗を低減することができる。
【０００９】
しかし、これらの方法によって電極材料に添加物を含有させると、電極自体がもろくなったり電極と半田との密着性が低下したり半田が濡れないといった問題を発生することがあった。
【００１０】
電極材料に添加物を含有させない従来の太陽電池素子では、この問題を解決するために、半田中にＡｇを添加する方法がある（例えば特許文献３参照）。この方法によれば、電極のＡｇが半田に溶け込むいわゆる銀食われを防止するとともに、半田と電極に同一の元素が含まれていることから、半田と電極の密着性を向上させることができる。
【００１１】
しかし、電極材料に添加物を含有させた太陽電池素子はもともと電極材料に添加物を含有させない太陽電池素子よりも電極と半田との密着性が劣るため、この方法によっても問題を完全には解決することができなかった。
【００１２】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電極と半田との密着性の高い太陽電池素子を提供することを目的とする。
【００１３】
〔特許文献１〕
特開２００１−３１３４００号公報
〔特許文献２〕
特開平１１−１６３３７７号公報
〔特許文献３〕
特開２００１−２７４４２６号公報
【００１４】
【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によれば、逆導電型の拡散層と反射防止膜を有する半導体基板の表面側に表面電極を設けるとともに裏面側に裏面電極を設け、これら電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記表面電極とそれを被覆する半田に複数の同一元素が含まれていることを特徴とする。
【００１５】
前記複数の同一元素のうち一種類はＡｇであるとともに、他の同一元素はＴｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちのいずれか１種以上であったほうがよい。
【００１６】
また、前記他の同一元素は前記半田中に１０〜１００ｐｐｍ含有されていたほうがよい。
【００１７】
さらに、前記他の同一元素は前記表面電極中に０．０５〜５重量％含有されていたほうがよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池素子の構造を示す断面図である。図１において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面銀電極、７は裏面アルミニウム電極、８は表面半田層、９は裏面半田層を示す。
【００１９】
まず、半導体基板１を用意する。この半導体基板１は単結晶又は多結晶シリコンなどから成る。この半導体基板１はボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、比抵抗１．５Ωｃｍ程度の基板である。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりも有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板とする。
【００２０】
次に、基板の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングする。
【００２１】
次に、半導体基板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半導体基板１の表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□の他の導電型を呈する拡散層２を形成する。
【００２２】
次に、半導体基板１の表面側のみを残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この半導体基板１の表面側以外の除去は、半導体基板１の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することよって行なう。
【００２３】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ４）との混合ガスをグロー放電分解してプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜３は半導体基板１との屈折率差などを考慮して屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。この窒化シリコン膜３は形成する際にパッシベート効果があり、反射防止の機能と併せて太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。
【００２４】
そして、裏面にアルミニウムを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって裏面アルミニウム電極７が形成されるともに、半導体基板１中にアルミニウムが拡散してＰ型高濃度層であるＢＳＦ層４が形成される。また、表裏面に銀からなる電極材料を塗布して焼き付けることよって表面電極５および裏面銀電極６を形成する。この電極材料は銀と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量％に対してそれぞれ１０〜３０重量％、０．１〜５重量％を添加してぺースト状にしたもので、これ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よって焼き付けられる。
【００２５】
この際に用いられる有機ビヒクルは粉末状のものをペースト状にするために用いられる樹脂であり、例えばセルロース系やアクリル系のものがある。これらは４００℃程度で分解して揮散するため、焼成後の電極５、６にはその成分は残らない。また、ガラスフリットは焼き付けた電極５、６に強度を持たすために用いられる。ガラスフリットは、鉛、ホウ素、珪素等の酸化物を含み、３００〜６００℃程度の種々の軟化点をもつものがあるが、焼成後に一部は電極５、６中に残り、一部はシリコンと溶着するために電極５、６と半導体基板１とを接着する機能を持つ。
【００２６】
本発明においては、この表面電極材料には粒径０．１〜５μｍ程度のＴｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物、例えば酸化物のうちのいずれか１種または複数種を含有する。Ｔｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物の粒径は０．１〜５μｍであることが望ましい。０．１μｍ以下の場合は電極材料中での分散性が悪くなって十分な電極強度が得られず望ましくない。粒径が５μｍ以上の場合にはスクリーン印刷性（線切れ、線幅の均一性）が悪くなって十分な電極強度が得られず望ましくない。また、含有量は０．０５〜５重量％であることが望ましい。０．０５重量％以下では十分な電極強度が得られず望ましくない。また、含有量が５重量％以上では電極材料の線抵抗が増大して望ましくない。
【００２７】
Ｔｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちのいずれか１種または複数種を電極材料に含有させることにより、反射防止膜３上から電極材料を塗布してもオーミックコンンタクト性がよく電極強度の強い太陽電池素子が得られる。これはこれらの材料が電極材料中に含まれるガラスフリット成分へ作用して反射防止膜３とガラスフリットの反応を促進させるからである。このようにすることにより、ファイヤースルー法で形成された表面電極５でも充分なオーミックコンタクトと接着強度を得ることができる。
【００２８】
表面電極５と裏面電極６の表面には、長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士を接続するためのインナーリード（不図示）を接続するために、半田８、９を被覆する。
【００２９】
本発明では、表面電極５を被覆する半田８に表面電極５に含まれている複数の元素と同一の元素が含まれていることを特徴とする。このようにすることにより、従来Ａｇのみが半田と電極に含まれていた場合よりも電極と半田の濡れ性が増して密着強度が向上する。
【００３０】
このとき、複数の同一元素のうち一種類はＡｇであるとともに、他の同一元素はＴｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物、例えば酸化物のうちの１種以上であったほうがよい。このようにすることによって半田に添加してもその性質に悪影響を及ぼすことはなく、半田に求められる長期信頼性を確保することができる。
【００３１】
Ｔｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちの１種以上は半田中に１０〜１００ｐｐｍ含有されていたほうがよい。１０ｐｐｍ以下であれば電極と半田の濡れ性を増して密着強度を向上させるという本来の目的を果たすことが困難になる。また、１００ｐｐｍ以上であれば半田の脆性が増して脆くなってしまうので長期信頼性を確保することが困難になったり、後工程でインナーリードと接続し難くなるという問題が発生するからである。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば上記半田は表面電極５上に使用したときに特に有効にその効果を発揮するが、裏面電極６上に使用することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子によれば、表面電極とそれを被覆する半田に複数の同一元素が含まれていることから、電極と半田の濡れ性が増して密着強度が向上する。
【００３４】
このとき、複数の同一元素のうち一種類がＡｇであるとともに、他の同一元素はＴｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちの１種以上であると、反射防止膜の上から直接電極材料を塗布して焼き付けることによって反射防止膜を溶融させて半導体基板と表面電極を直接接触させるいわゆるファイヤースルー法であっても良好なオーミック接触を得ることができるとともに、モジュール化に耐えうる表面電極の充分な密着強度を得ることができる。また、半田に添加してもその性質に悪影響を及ぼすことはなく、半田に求められる長期信頼性を確保することができる。
【００３５】
このとき、Ｔｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちの１種以上が半田中に１０〜１００ｐｐｍ含有されていると、電極と半田の濡れ性が増して密着強度を向上させることができるとともに、半田の脆性も小さく長期信頼性を確保することができるので、後工程でインナーリードと良好に接続することができる。
【００３６】
さらに、Ｔｉ、Ｐ、あるいはこれらの化合物のうちのいずれか１種以上が表面電極中に０．０５〜５重量％含有されていると、十分な強度が得られ、かつ電極材料の線抵抗も小さく抑えることができ、反射防止膜の上から直接塗布して焼きつけるいわゆるファイヤースルー法であっても良好なオーミック接触を得ることができるとともに、モジュール化に耐えうる表面電極の充分な密着強度を得ることができる。
【００３７】
また、本発明はＳｎ−Ｐｂ系の半田に使用できるだけでなく、半田種を問わず、各種の半田に対し有効にその効果を発揮する。特に電極と半田の濡れ性や密着性に問題が発生しやすいＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などのいわゆる鉛フリー半田に使用すれば電極と半田の濡れ性が増して密着強度が向上する。また表面電極をファイヤースルー以外の方法で形成したときにも、半田の濡れ性が増して半田と電極の密着強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の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：ＢＳＦ層、５：表面電極、６：裏面銀電極、７：裏面アルミニウム電極、８：表面半田層、９：裏面半田層
【図１】
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【図２】
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