(57)【要約】【課題】半導体基板の割れを防止できるとともに、出力特性の良好な太陽電池素子の形成方法を提供する。【解決手段】一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極４を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部５とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部６とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法であって、上記半導体基板１の他の主面側に上記裏面電極の集電部５となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行い、一主面側に上記表面電極４となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行い、その後他の主面側に上記裏面電極の出力取出部６となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行う。【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逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記半導体基板の他の主面側に前記裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行い、一主面側に前記表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行い、その後他の主面側に前記裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行うことを特徴とする太陽電池素子の形成方法。
【請求項２】
前記焼成は１回目の焼成よりも２回目の焼成の温度が低いとともに、２回目の焼成よりも３回目の焼成の温度が低いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の形成方法。
【請求項３】
前記第一の金属と前記第三の金属が銀からな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の形成方法。
【請求項４】
前記半導体基板がシリコンからなり、前記第三の金属を主成分とするペーストにアルミニウムを含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素子の形成方法。
【請求項５】
前記第二の金属がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池素子の形成方法。
【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の形成方法に関し、特に金属ペーストを焼き付けて表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図１に示す。例えばＰ型半導体基板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成る反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にアルミニウムなどから成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極５、６を設けている。また半導体基板１の裏面には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【０００３】
これらの太陽電池素子の表面電極４は反射防止膜３の上に表面電極材料を塗布し焼成することによって、電極材料の下の反射防止膜３を溶融させ半導体基板と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法が一般的である。
【０００４】
またこれらの太陽電池素子の裏面電極５、６を形成するには、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後、この第二の金属を主成分とする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からなる第三の金属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１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して、第一の金属を主成分とするペーストと第二の金属を主成分とするペーストと第三の金属を主成分とするペーストとを同時に焼成する方法、すなわち同時焼成法が従来用いられてきた（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
また、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後、この第二の金属を主成分とする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からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して１回目の焼成を行った後、半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して２回目の焼成を行う方法もある（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
さらに、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥して１回目の焼成を行った後、この第二の金属を主成分とする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からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥した後、半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して２回目の焼成を行う方法もある（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
これによって半導体基板１の裏面には、集電部５とはんだ濡れ性の良好な出力取出部６が形成されるとともに、集電部５の下の半導体基板１には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【０００８】
その後、表面電極４および裏面電極の出力取出部６上にはんだ（不図示）を被着して、太陽電池素子を直列もしくは並列に接続するインナーリードを接続する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３３５２６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の太陽電池素子の形成方法では、焼成の際に集電部５のアルミニウムと出力取出部６の銀との重なり部、つまり熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部に応力が発生し、半導体基板１の割れの原因になるという問題があった。
【００１１】
また、アルミニウムを焼成してから表裏面に銀を塗布して同時に焼成する方法によれば、上記問題は緩和されるものの、表面電極４をファイヤースルー法により形成する場合、表裏面の焼成の温度が低すぎると反射防止膜３を充分に溶融させることができず、表面電極４の半導体基板１との接触抵抗を十分に低下させることができないという問題が発生し、焼成温度が高すぎると集電部５のアルミニウムと出力取出部６の銀との重なり部、つまり熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部に応力が発生し、半導体基板１の割れの原因になるという問題が再度発生してしまうことがあった。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体基板の割れを防止できるとともに、出力特性の良好な太陽電池素子の形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池素子の形成方法では、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記半導体基板の他の主面側に前記裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行い、一主面側に前記表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行い、その後他の主面側に前記裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行うことを特徴とする。
【００１４】
前記太陽電池素子の形成方法では、前記焼成は１回目の焼成よりも２回目の焼成の温度が低いとともに、２回目の焼成よりも３回目の焼成の温度が低いことが望ましい。
【００１５】
上記太陽電池素子の形成方法では、前記第一の金属と前記第三の金属が銀からなることが望ましい。
【００１６】
また、上記太陽電池素子の形成方法では、前記半導体基板がシリコンからなり、前記第三の金属を主成分とするペーストにアルミニウムを含有することが望ましい。
【００１７】
また、上記太陽電池素子の形成方法では、前記第二の金属がアルミニウムからなることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、例えばＰ型半導体基板１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成る反射防止膜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成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極を設けている。また半導体基板１の裏面には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【００１９】
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、表面電極４および集電部５と電極取出部６とから成る裏面電極が形成されるとともに、集電部５の下の半導体基板１に高濃度のＰ型拡散層７が形成される。表面電極４は反射防止膜３の上に表面電極材料を塗布し焼成することによって、電極材料の下の反射防止膜３を溶融させ半導体基板と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法をもちいる。
【００２０】
上記表面電極４、集電部５、および電極取出部６は、以下のように形成される。すなわち、半導体基板１の裏面に集電部５となるアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して約７２０〜８５０℃で３〜３０分程度の１回目の焼成を行う。このときの焼成温度が７２０℃以下であったり、焼成時間が３分以下であったりすると、アルミニウムが十分に半導体基板１に拡散されず、太陽電池素子の特性低下を招くおそれがある。また、焼成温度が８５０℃以上であったり、焼成時間が３０分以上であったりすると、拡散層２の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極４が拡散層２の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【００２１】
次に半導体基板１の表面に表面電極４となる例えば銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布し、約７００〜８００℃で１〜２０分程度の２回目の焼成を行う。このときの焼成温度が７００℃以下であったり、焼成時間が１分以下であったりすると、銀が十分に焼結せずに剥離の原因となったり、接触抵抗が十分に低下しないなどの問題が発生するおそれがある。また、焼成温度が８００℃以上であったり、焼成時間が２０分以上であったりすると、拡散層２の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極４が拡散層２の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【００２２】
次に、半導体基板１の裏面に出力取出部６となる例えば銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布し、約６５０〜７５０℃で０．５〜１５分程度の３回目の焼成を行う。このときの焼成温度が６５０℃以下であったり、焼成時間が０．５分以下であったりすると、銀が充分に焼結せずに剥離の原因となったり、接触抵抗が十分に低下しないなどの問題が発生するおそれがある。反対に焼成温度が７５０℃以上であったり、焼成時間が１５分以上であったりすると、上記と同様に拡散層２の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極４が拡散層２の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【００２３】
この方法によれば、集電部５のアルミニウムからなる第二の金属は１回目の焼成によって焼結する。したがって、その後その上に出力取出部６となる銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行っても、アルミニウムはすでに焼結しているので、銀とは合金化しにくい。これによって熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部での応力が緩和され、従来問題であったこの重なり部での応力に起因する半導体基板１の割れを低減できる。また２回目の焼成により表面電極４は半導体基板１と接触する。したがって３回目の焼成の際、裏面電極のアルミニウムと銀の合金化を防ぐため焼成温度を低くしても、表面電極の接触抵抗が十分に低下しないなどの問題の発生を防ぐことができる。
【００２４】
前記焼成は１回目の焼成よりも２回目の焼成の温度が低いとともに、２回目の焼成よりも３回目の焼成の温度が低いことが望ましい。このようにすることにより、１回目の焼成で焼結したアルミニウムは２回目、３回目の焼成の影響を受けにくくなり、２回目の焼成で焼結した表面電極４の銀は３回目の焼成の影響を受けにくくなる。これにより、半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部での応力が緩和され、表面電極に起因する接合の破壊も発生しない。
【００２５】
このような金属を主成分とするペーストは、他に溶剤とエチルセルロース等のバインダーを混合して構成される。
【００２６】
また、出力取出部６として塗布される銀からなる第三の金属を主成分とするペーストにはアルミニウムを含有することが望ましい。半導体基板１に使用するシリコンへの拡散係数の大きなアルミニウムを銀に含有させることにより、１回目や２回目のの焼成よりも低温の３回目の焼成でも出力取出部６のシリコンとの接着強度を確保することができるからである。
【００２７】
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。例えばペーストを塗布した後の乾燥は、次のペーストを塗布するときに印刷機の作業テーブルやスクリーンに前のペーストが付着するといった問題がなければ省略してもよい。
【００２８】
第１および第３の金属としては金や白金を用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板の他の主面側に裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行い、一主面側に表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行い、その後他の主面側に裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行うことにより、銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行っても、アルミニウムはすでに焼結しているので、銀とは合金化しにくい。これによって熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部での応力が緩和され、従来問題であったこの重なり部での応力に起因する半導体基板１の割れを低減できる。また２回目の焼成により表面電極４は半導体基板１と接触しているので３回目の焼成の際、裏面電極のアルミニウムと銀の合金化を防ぐため焼成温度を低くしても、表面電極の接触抵抗が十分に低下しないなどの問題の発生を防ぐことができる。
【００３０】
本発明の形成方法によって得られる太陽電池素子は、特に高特性を要求される太陽電池モジュールに使用すれば、その効果を有効に発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池素子の構造を説明する図である。
【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、７・・・高濃度Ｐ型拡散層
【図１】
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