(57)【要約】      （修正有）【課題】電極の表面に半田を被覆しなくても長期信頼性を確保できる太陽電池素子を提供する。【解決手段】半導体接合部を有する半導体基板１の表面に電極５、６を有する太陽電池素子において、基板の表面及び裏面側に電極材料を塗布して焼成し、前記表面電極５と裏面電極６の表面に有機材料９を塗布して乾燥させる。これにより、電極の表面に半田を被覆しなくても電極５、６の表面が外気に触れることが無くなり、電極が吸湿するのを防止し、酸化を防ぐことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体接合部を有する半導体基板の表面に電極を有する太陽電池素子において、前記電極の表面が有機材料で被覆されていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記有機材料は吸水性を有す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】
前記有機材料がメタノール、テトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｏ―ビス（トリメチルシリル）トリフルオロアセトアミド、ヘキサメチルジシラザンのいずれかであ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、特に半導体基板の表面に電極を有する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】
従来の太陽電池の断面図を図２に示す。図２において、１は半導体基板、２は拡散層、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極、７は半田層を示す。
【０００３】
例えばＰ型シリコン基板１の表面側には、Ｐを含むＮ型拡散層２と窒化シリコン膜などからなる反射防止膜（不図示）が形成される。また、シリコン基板１の裏面側には例えばアルミニウムなどを拡散して形成された高濃度Ｐ型のＢＳＦ層４を有する。さらに、シリコン基板１の表裏両面にはそれぞれ電極５、６が形成されている。
【０００４】
図３に従来の太陽電池素子の一般的な表面電極の形状を示す。図３において、５は表面電極、８は太陽電池素子を示す。図３に示すように、表面電極５は格子状に形成されるのが一般的であり、受光面積を広くすることと抵抗を低減することを考慮して設計される。さらに、この電極５、６の表面は、後工程で太陽電池素子８同士を接続するためにインナーリード（不図示）と接続しやすくするため、また太陽電池素子８の長期信頼性を確保するために半田層７で被覆するのが一般的である（例えば特許文献１参照）。すなわち、電極５、６表面に半田７の被覆を行わないと電極５、６が吸湿したり、酸化するなどの問題により長期信頼性を確保することが難しい。従来、このような半田７としては、Ｓｎ−Ｐｂの共晶半田が用いられていた。
【０００５】
しかし、近年環境問題がとりざたされる中、Ｓｎ−Ｐｂの共晶半田に含まれる鉛が問題となってきており、鉛フリー半田の開発が進められている。しかし、その使用温度や長期信頼性の観点から、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に勝る太陽電池素子に適した鉛フリー半田は未だ開発されていない。
【０００６】
この問題を解決する手段として、電極の表面に半田を被覆しないという方法が考えられる。しかしこの方法によれば、電極が大気と触れることにより、吸湿し長期信頼性を確保できないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような背景のもとになされたものであり、電極の表面に半田を被覆しなくても長期信頼性を確保できる太陽電池素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１１１０１６号公報
【０００９】
【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では、半導体接合部を有する半導体基板の表面に電極を有する太陽電池素子において、前記電極の表面が有機材料で被覆されていることを特徴とする。
【００１０】
前記太陽電池素子では、前記有機材料は吸水性を有することが望ましい。
【００１１】
また、前記太陽電池素子では、前記有機材料はメタノール、テトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｏ―ビス（トリメチルシリル）トリフルオロアセトアミド、ヘキサメチルジシラザンのいずれかであることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係る太陽電池素子の一実施形態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、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極を示す。
【００１３】
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１．０〜２．０Ω・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。
【００１４】
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程度拡散させて拡散層２を形成する。この拡散層２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。次に、シリコン基板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３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。
【００１５】
そして、裏面側に電極材料を塗布するとともに、この反射防止膜（不図示）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材料を塗布して焼成する。もしくは裏面側に電極材料を塗布するとともに、この反射防止膜上に直接電極材料を塗布して焼成する。これにより表面電極５と裏面電極６が形成される。電極材料として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重量部添加してペースト状にした電極ペーストなどが用いられ、電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷して６５０〜９００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。なお、電極のパターン形状自体は図３に示す従来の電極のパターン形状と同じである。
【００１６】
その後、本発明においては、この表面電極５と裏面電極６の表面に有機材料９を塗布して乾燥させる。有機材料としては有機ガラス、有機顔料、有機金属化合物などがあり、メタノール、テトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｏ―ビス（トリメチルシリル）トリフルオロアセトアミド、ポリスチレン、メタクリル酸メチル、セルロイド、アセチルセルロース、エチルセルロース、ポリエステル、ポリプロピレン、アルキル基、ヘキサメチルジシラザンなどがある。このようにすることにより、電極の表面に半田を被覆しなくても電極５、６の表面は外気に触れることがなくなり、電極が吸湿するのを防止し、酸化も防ぐので長期信頼性を確保できる。さらに、従来２００μｍ程度あった半田層７を有機物９に変えることで５０μｍ程度に減少させることができることから、太陽電池素子８の表面の凹凸を小さくすることができ、後工程で太陽電池素子８の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子８が割れることを抑制することができる。
【００１７】
さらに、後工程において太陽電池モジュールにする際にインナーリード（不図示）によって太陽電池素子の電極を接続する際にも、有機材料９を使用すれば半田の融点以下で沸点に達するのでインナーリードを電極に接続する個所を限定する必要がなくなる。また、このように有機材料９を塗布することによって、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【００１８】
本発明に係る太陽電池素子では、有機材料９は吸水性を有するものであることが望ましい。吸水性を有する有機物９としてはメタノール、テトラヒドロフラン、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｏ―ビス（トリメチルシリル）トリフルオロアセトアミド、ヘキサメチルジシラザンなどがある。
【００１９】
Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田は通常２００℃程度の処理温度で作業を行う。そのため従来の太陽電池素子は、半田被覆前に電極表面に被着していた水分は、半田被覆処理時に蒸発していた。しかし、本発明の方法によれば電極形成後に高温処理を伴わないため、有機材料を塗布する前に電極表面に被着していた水分は電極表面もしくは内部に残ってしまうことになる。そこで、吸水性を有する有機材料を電極表面に塗布することにより、電極表面もしくは電極内に閉じ込められた水分を有機材料が吸い上げるため、長期信頼性をさらに向上させることができる。その後は太陽電池素子はモジュール化され樹脂内に封止されるため、有機材料に外側から水分が付着することはない。
【００２０】
なお、吸水性の有無は、樹脂が水に触れたときの表面の変色や変質や変形で判断できる。
【００２１】
また、本発明の太陽電池素子では有機材料９としてヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）を好適に用いることができる。このようにすることにより、電極５、６の表面は外気に触れることがなくなり、酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができるとともに、ヘキサメチルジシラザンは無色の液体であり、透光性を有するため、特に表面側で表面電極５以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。ヘキサメチルジシラザンはクロロトリメチルシランにアンモニアを作用させて得ることができる。加水分解し易く、トリメチルシラノールを経てヘキサメチルジシロキサンになる。沸点は１２６℃〜１２７℃なので、１００℃程度で容易に乾燥させることができる。
【００２２】
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。たとえば太陽電池素子の構造はこれに制限されるものではなく、電極が片面にしかない太陽電池素子に使用することも可能であるし、結晶系シリコン太陽電池素子に限定されるものでもない。
【００２３】
【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、電極の表面が有機材料で被覆されていることから、電極の表面に半田を被覆しなくても電極の表面は外気に触れることがなくなり、電極が吸湿するのを防止し、酸化も防ぐので長期信頼性を確保できる。また、従来２００μｍ程度あった半田層を有機材料に変えることで、５０μｍ程度に減少させることができることから、太陽電池素子の表面の凹凸を小さくすることができ、後工程で太陽電池素子の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子が割れることを抑制することができる。さらに、後工程において太陽電池モジュールにする際にインナーリードによって太陽電池素子の電極を接続する際にも、有機材料を使用すれば、半田の融点以下で沸点に達するのでインナーリードを電極に接続する個所を限定する必要がなくなる。さらにまた、電極の表面に有機材料を塗布することによって、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を、鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【００２４】
また、使用する有機材料が吸水性を有していると、外気と触れても有機材料が吸湿するため電極に与える影響を抑制することができる。
【００２５】
また、使用する有機材料がヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）のいずれかであると、電極の表面は外気に触れることがなくなり、酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができるとともに、ヘキサメチルジシラザンは無色の液体であり、透光性を有するため、特に表面側で表面電極以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の太陽電池の示す断面図である。
【図３】従来の太陽電池素子の表面電極を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・拡散層、４・・・ＢＳＦ層、５・・・表面電極、６・・・裏面電極、７・・・半田、８・・・太陽電池素子、３・・・有機材料
【図１】
2004296793.tif 000003
【図２】
2004296793.tif 000004
【図３】
2004296793.tif 000005