(57)【要約】【課題】電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消するとともに、バスバー電極上に被覆される半田の盛り量を低減させる。【解決手段】半導体基板１の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を有し、上記一主面側に表面が半田７で被覆されたバスバー電極５ａと、このバスバー電極５ａに直交する複数のフィンガー電極５ｂとを有する太陽電池素子であって、上記バスバー電極５ａの隔本ごとの上記フィンガー電極５ｂとの交点の半田７が切除されている。【選択図】  図１
2004165509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を有し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを有する太陽電池素子において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の半田が切除されていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を有し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを有する太陽電池素子において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の両脇の半田が切除されていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項３】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを形成する太陽電池素子の形成方法において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点に半田レジストを塗布して前記バスバー電極とフィンガー電極に前記半田を被覆することを特徴とする太陽電池素子の形成方法。
【請求項４】
半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを形成する太陽電池素子の形成方法において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の両脇に半田レジストを塗布して前記バスバー電極とフィンガー電極に前記半田を被覆することを特徴とする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とその形成法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来の太陽電池素子を図４に示す。図４において、１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、２は半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散された他の導電型を呈する拡散層、３は反射防止膜、４は一導電型不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極である。表面電極５はバスバー電極５ａとこのバスバー電極５ａと垂直に設けられた複数のフィンガー電極（不図示）とで構成されている。
【０００３】
この種の太陽電池素子の電極パターンは拡散層２のシート抵抗によってフィンガー電極５ｂのピッチが決定されるとともに、配線抵抗が極小になるように設計される。従来の代表的な表面電極のパターンを図５に示す。図５に示す太陽電池ではバスバー電極５ａが半導体基板１の片側のみに設けられているので、例えばディップ法によって半田を被覆する際に半田膜が張らないように、このバスバー部５ａを下方に向けて半田が被覆される。噴流法でも同様な考え方で膜が張らない方向に太陽電池が設置される。
【０００４】
しかし、太陽電池が大面積化するとフィンガー部５ｂが長くなり、それに伴う配線抵抗が大きくなる。すなわちフィンガー部５ｂと垂直にバスバ一部５ａを複数個設けることによって配線抵抗を低減させることが必要になり、図６に示すように、バスバー部５ａを半導体基板１の両側に平行に設けた電極パターンが採用される。
【０００５】
このとき、二つのバスバー部５ａとフィンガー部５ｂで閉じたパターン部ができるので、ディップ法と噴流法のいずれで半田を被覆しても、この部分に半田膜の張る個所が発生する。半導体基板１を半田槽から引き上げた後に、この半田膜がはじけないときは半田ブリッジが形成されてフィンガー部５ｂ間が半田で覆われて受光面積が減少する。一方、半田膜がはじけたときは行き場のない半田によって半田玉が表面電極５部分に形成される。これら半田ブリッジや半田玉は外観を阻害するとともに、モジュール化のときの歩留りを低下させる。
【０００６】
従来、これらの解決法として、溶融半田槽から引き上げるときに、ヒータで熱風を送って半田が剥がれるようにしたり、引き上げた太陽電池素子を加熱するといった方法があった（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
また、半田と半導体基板１との濡れ性を向上させるために、必要以上に半田温度を上げたり、半田槽からゆっくり引き上げることによって対処していた。
【０００８】
しかしながら、半田ディップや引き上げのときに太陽電池を必要以上に加熱すると、表面電極５と半導体基板１との密着強度が低下するという問題を誘発する。
【０００９】
この問題を解決するために、図７に示すように、表面電極５を半田７で被覆する際に、表面電極５の一部に半田レジスト８を塗布して半田７で被覆することが行われている（例えば特許文献２参照）。すなわち、図７は従来の太陽電池のバスバー電極５ａの断面を示す図であり、１は半導体基板、５ａはバスバー電極、７は半田層、８は半田レジストを示す。なお、半導体基板１内の拡散層、反射防止膜、ＢＳＦ層および裏面電極は省略した。この方法によると、フィンガー電極５ｂの交わる箇所のバスバー電極５ａの中ほどに例えば熱硬化型や光硬化型などの有機樹脂などから成る半田レジスト８を塗布してから半田７で被覆することから、閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板１と電極５の密着強度が向上する。
【００１０】
しかし、この従来の方法では半田レジスト８のピッチはフィンガー電極５ｂのピッチと同一で狭いことから、従来よりもバスバー電極５ａ上に被覆される半田の量が多くなるという問題が発生するとともに、その余剰な半田が後工程で半田玉となってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消するとともに、バスバー電極上に被覆される半田の盛り量を低減させることができる太陽電池素子とその形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−１４５１６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−４３５９６号公報
【問題点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、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を有し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを有する太陽電池素子において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の半田が切除されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に係る太陽電池素子によれば、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を有し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを有する太陽電池素子において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の両脇の半田が切除されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを形成する太陽電池素子の形成方法において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点に半田レジストを塗布して前記バスバー電極とフィンガー電極に前記半田を被覆することを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項４に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成し、前記一主面側に表面が半田で被覆されたバスバー電極と、このバスバー電極に直交する複数のフィンガー電極とを形成する太陽電池素子の形成方法において、前記バスバー電極の隔本ごとの前記フィンガー電極との交点の両脇に半田レジストを塗布して前記バスバー電極とフィンガー電極に前記半田を被覆することを特徴とする。
【００１６】
これらの方法によれば、半田槽から引き上げるときに太陽電池素子を加熱などしなくても電極パターンに半田膜は張らず、半田玉の発生もなくなる。また、半田槽から高速で引き上げることができるので、電極と半導体基板との密着強度が低下するといった問題が解決する。さらにバスバー電極５ａ上に被覆される半田の盛り量を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面にもとづき詳細に説明する。本発明に係る太陽電池素子も基本的な構造は、図４に示す従来の太陽電池素子の構造と略同じである。すなわち、一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板１の表面部分に例えばリン原子が高濃度に拡散された他の導電型を呈する拡散層２を設けるとともに、半導体基板１の裏面側に一導電型不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ層４を設ける。また、半導体基板１の表面側に反射防止膜３と表面電極５を設けるとともに、半導体基板１の裏面側に裏面電極６を設ける。表面電極５はバスバー電極５ａとこのバスバー電極５ａと垂直に設けられた複数のフィンガー電極５ｂとで構成されている。
【００１８】
図１は請求項１に係る太陽電池素子の表面電極部分を示す図である。表面電極５のバスバー電極５ａのフィンガー電極５ｂとの隔本ごとの交点に半田レジスト８が塗布されて半田７が切除されている。
【００１９】
半田レジスト８は表面電極５のバスバー電極５ａのフィンガー電極５ｂとの全ての交点に塗布しても構わない。しかし隔本ごとに塗布することで半田レジスト８の使用量を削減できるとともに、半田レジスト８によって覆われる電極以外の部分の面積を減らすことができるため、全ての交点に塗布するよりも有効である。
【００２０】
また二本以上の間隔をあけて塗布すると、閉じたパターンの空間ができてしまうため、本発明の目的を果たさなくなってしまい不適である。
【００２１】
半田レジスト８は、その塗布部分に半田７が付着することを防ぐために塗布されものであり、半田７との濡れ性の悪い材料が用いられる。また、後の工程で溶けてしまうのを防ぐため、その融点は２００℃以上であることが望ましい。例えば有機樹脂やガラスなどの材料を用いる。塗布のパターンは例えば幅３ｍｍ程度、長さはバスバー電極５ａの幅方向の両端からそれぞれ１ｍｍ程度はみ出すようにすればよい。これにより閉じたパターンを持つ電極５であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板１と電極５との密着強度が向上する。
【００２２】
また、半田レジスト８の幅を３ｍｍ程度と広くすることで、半田レジスト８の塗布を例えばスクリーン印刷等で行う場合に、印刷のかすれや位置ずれ等の不具合が発生する可能性が低くなり、簡便な方法での塗布が可能となる。さらに、半田レジスト８の幅を３ｍｍ程度と広くすることで、切断された隣接する半田７同士のブリッジの抑制効果も高くなり、半田玉の発生をより効率的に抑制できる。
【００２３】
半田７の盛り量は下地の電極材料と半田コート前に電極５上に塗布するもしくは半田材料中に含有されるフラックスとの組み合わせによって決まる電極材料と半田７との接触角に影響される。そのために、ある程度の面積まではその面積の増加に伴って半田７の盛り量も増加する。しかし、半田材料のチキソ性も決まっているので、ある一定の面積を超えると半田の盛り量は減少してその後は一定となる。つまり、バスバー電極５ａ上の半田の盛り量を低減させるためには、半田レジスト８で区切られたバスバー電極５ａの個々の面積をできるだけ広くとることが有効な手段となる。
【００２４】
図２は請求項２に係る発明の実施形態を示す図である。図２において、１は半導体基板、５ａはバスバー電極、７は半田層、８は半田レジストを示している。この発明によれば、バスバー電極５ａのフィンガー電極５ｂとの隔本ごとの交点の両脇に半田レジスト８を塗布して半田７を切除している。半田レジスト８の塗布のパターンは例えば幅１００μｍ程度、長さはバスバー電極５ａの幅方向の両端からそれぞれ１ｍｍ程度はみ出すようにすればよい。これにより閉じたパターンを持つ電極５であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板１と電極５との密着強度が向上する。
【００２５】
バスバー電極５ａの隔本ごとのフィンガー電極５ｂとの交点の両脇に塗布する半田レジスト８をできる限りフィンガー電極５ｂに近づけることにより、半田レジスト８で区切られたバスバー電極５ａの広い方の個々の面積は従来の２倍に近づくこととなる。また、狭い方の面積は従来の半田レジスト８で区切られたバスバー電極５ａの個々の面積よりも狭くなり、広い部分と狭い部分のどちらの半田盛り量も低減させることができる。
【００２６】
図２の電極パターンは図１の電極パターンに比べて半田レジスト８の幅が狭いために、例えばスクリーン印刷にて印刷する場合により高い精度が要求されるが、半田レジスト８による受光面の減少をより少なくすることができ、また太陽電池の外観的にも半田レジスト８が目立ちにくく、意匠性を向上させることができる。
【００２７】
次に、上述したような太陽電池素子の形成方法を図３に基づいて説明する。
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１．５Ωｃｍ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、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。
【００２８】
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程度拡散させて他の導電型を呈する拡散層２を形成する（図３（ｂ）参照）。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。シリコン基板１の一主面側の拡散層２のみを残して他の部分の拡散層２をエッチングする（図３（ｃ））。
【００２９】
次に、シリコン基板１の一主面側に反射防止膜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。また他の主面側には高濃度の一導電型半導体不純物を拡散させて、ＢＳＦ層４を形成する（図３（ｄ）参照）。
【００３０】
そして、この反射防止膜３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ペーストを塗布して焼成することにより表面電極５を形成する。もしくはこの反射防止膜３上に直接電極ペーストを塗布して焼成することにより、ペーストの下の反射防止膜３を溶融させてシリコン基板１と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法により表面電極５を形成する。また、裏面にも電極ペーストを塗布して焼成することによって裏面電極６を形成する。この電極ペースト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重量部添加してぺースト状にしたもの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によって焼き付けられる。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどから成る。
【００３１】
その後、図１または図２に示すように、バスバー電極５ａの隔本ごとのフィンガー電極５ｂとの交わる箇所もしくはその両脇に例えばスクリーン印刷法で半田レジスト８を塗布して、バスバー電極５ａ、フィンガー電極５ｂ、および裏面電極６の表面にディップ法または噴流法で半田７を被覆する。その結果、バスバー電極５ａの隔本ごとのフィンガー電極５ｂとの交点もしくはその両脇の半田が切除されたバスバー電極５ａとなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１に係る太陽電池素子によれば、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点の半田が切除されていることから、閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板と電極の密着強度が向上する。さらに、半田の盛り量を従来よりも低減させることができる。
【００３３】
また、請求項２に係る太陽電池素子によれば、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点の両脇の半田が切除されていることから、閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板と電極の密着強度が確保できる。さらに、半田の盛り量を従来よりも低減させることができる。
【００３４】
また、請求項３に係る太陽電池素子の形成方法によれば、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点に半田レジストを塗布してバスバー電極とフィンガー電極に半田を被覆することから、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点の半田が切除された太陽電池素子を容易に形成でき、もって閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができ、また半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板と電極の密着強度が向上し、さらに半田の盛り量を従来よりも低減させることができる太陽電池素子を容易に形成することができる。
【００３５】
さらに、請求項４に係る太陽電池素子の形成方法によれば、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点の両脇に半田レジストを塗布してバスバー電極とフィンガー電極に半田を被覆することから、バスバー電極の隔本ごとのフィンガー電極との交点の半田が切除された太陽電池素子を容易に形成でき、もって閉じたパターンを持つ電極であっても半田ディップのときに半田の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができ、また半田中への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板と電極の密着強度が向上し、さらに半田の盛り量を従来よりも低減させることができる太陽電池素子を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は表面電極を平面視した状態を示す平面図、（ｂ）は表面電極の断面を示す図である。
【図２】請求項２に係る太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は表面電極を平面視した状態を示す平面図、（ｂ）は表面電極の断面を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池の形成方法を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の表面電極を示す図である。
【図６】従来の他の太陽電池素子の表面電極を示す図である。
【図７】従来の他の太陽電池素子の表面電極を示す図であり、（ａ）は表面電極を平面視した状態を示す平面図、（ｂ）は表面電極の断面を示す図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、２：拡散層、３：反射防止膜、４：反射防止膜、５：表面電極、５ａ：バスバー電極、５ｂ：フィンガー電極、６：裏面電極、７：半田層、８：半田レジスト
【図１】
2004165509.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004165509.tif 000005
【図４】
2004165509.tif 000006
【図５】
2004165509.tif 000007
【図６】
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【図７】
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