(57)【要約】ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が裏面上に形成される工程と、ｂ）銀導体パターンを半導体基板の裏面上に形成する工程と、ｃ）アルミニウム導体パターンを半導体基板の裏面上に形成する工程であって、アルミニウム導体パターンの少なくとも一部が銀導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、ｄ）銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって半導体基板とアルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程とを含む、太陽電池を製造するための方法。
2015516683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造するための方法であって、
ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が前記裏面上に形成される工程と、
ｂ）銀含有粉末を含む第１の導電性ペーストを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に適用することによって銀導体パターンを形成する工程と、
ｃ）アルミニウム粉末を含む第２の導電性ペーストを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に適用することによってアルミニウム導体パターンを形成する工程であって、前記アルミニウム導体パターンの少なくとも一部が前記銀導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、
ｄ）前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって前記半導体基板と前記アルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程とを含み、
前記ファイアスルーによる前記電気的接触が、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されな、方法。
【請求項２】
太陽電池を製造するための方法であって、
ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が前記裏面上に形成される工程と、
ｂ）アルミニウム粉末を含む第２の導電性ペーストを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に適用することによってアルミニウム導体パターンを形成する工程と、
ｃ）銀含有粉末を含む第１の導電性ペーストを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に適用することによって銀導体パターンを形成する工程であって、前記銀導体パターンの少なくとも一部が前記アルミニウム導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、
ｄ）前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって前記半導体基板と前記アルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程とを含み、
前記ファイアスルーによる前記電気的接触が、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない、方法。
【請求項３】
前記半導体基板がｐドープトシリコンウエハーであり、ｎ型拡散層が前記半導体基板の前記受光面上に形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記不活性化層が、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛または炭化シリコンによって形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の導電性ペーストが、前記第１の導電性ペーストの重量に基づいて前記銀含有粉末０．１〜９５重量％と有機媒体５〜９９．９重量％とを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の導電性ペーストが、前記第２の導電性ペーストの重量に基づいて前記アルミニウム粉末３０〜９０重量％と前記有機媒体１０〜７０重量％とを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の導電性ペーストと前記第２の導電性ペーストとが、前記半導体基板の前記裏面上の不活性化層１２ａ上にそれぞれスクリーン印刷される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
前記銀導体パターンと前記Ａｌ導体パターンとが重ねられる前記領域の面積が、前記半導体基板の前記裏面表面積に基づいて０．００１〜５０％である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
前記銀導体パターンの一部が前記Ａｌ導体パターンを重ねられ、前記銀導体パターンの残部が前記Ａｌ導体パターンを重ねられないようなパターンで、前記第２の導電性ペーストが適用される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項１０】
前記銀導体パターンの前記残部の少なくとも一部が前記半導体基板の前記裏面上のタブ電極として機能する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
太陽電池を製造するための方法であって、
ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が前記裏面上に形成される工程と、
ｂ）銀含有粉末を含む銀導体パターンを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に形成する工程と、
ｃ）アルミニウム粉末を含むアルミニウム導体パターンを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に形成する工程であって、前記アルミニウム導体パターンの少なくとも一部が前記銀導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、
ｄ）前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって前記半導体基板と前記アルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程とを含み、
前記ファイアスルーによる前記電気的接触が、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない、方法。
【請求項１２】
太陽電池を製造するための方法であって、
ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が前記裏面上に形成される工程と、
ｂ）アルミニウム粉末を含むアルミニウム導体パターンを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に形成する工程と、
ｃ）銀含有粉末を含む銀導体パターンを所定のパターンで前記半導体基板の前記裏面上に形成する工程であって、前記銀導体パターンの少なくとも一部が前記アルミニウム導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、
ｄ）前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって前記半導体基板と前記アルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程とを含み、
前記ファイアスルーによる前記電気的接触が、前記銀導体パターンと前記アルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池および同太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体層の裏面表面上に不活性化層を有する太陽電池は典型的に、不活性化層を貫通して半導体層と電気的接触している裏面電極を有する。
【０００３】
米国特許出願公開第２００９０３０１５５７号明細書には、不活性化層を裏面上に有する不活性化エミッターおよび背面セル（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｖｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｃｅｌｌ）（ＰＥＲＣ）太陽電池の製造方法が開示されている。裏面電極が、正孔を有する不活性化層上に形成され、それが半導体と接触するようにすることができる。
【０００４】
国際公開第２００９／０３２４２９号パンフレットには、ＰＥＲＣ太陽電池を製造する方法が開示されている。裏面電極は、銀、銅、ニッケルなどの別の金属を含有するアルミニウムペーストをスクリーン印刷して焼成することによって裏面上の不活性化層上に部分的に形成され、それは不活性化層をファイアスルーすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目的は、銀ペーストとアルミニウムペーストとを使用することによって太陽電池の裏面電極を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様は、ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が裏面上に形成される工程と、ｂ）銀含有粉末を含む銀導体パターンを所定のパターンで半導体基板の裏面上に形成する工程と、ｃ）アルミニウム粉末を含むアルミニウム導体パターンを所定のパターンで半導体基板の裏面上に形成する工程であって、アルミニウム導体パターンの少なくとも一部が銀導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、ｄ）銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって半導体基板とアルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程であって、ファイアスルーによる電気的接触が、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない工程とを含む、太陽電池を製造するための方法に関する。
【０００７】
別の態様は、ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が裏面上に形成される工程と、ｂ）銀含有粉末を含む第１の導電性ペーストを所定のパターンで半導体基板の裏面上に適用することによって銀導体パターンを形成する工程と、ｃ）アルミニウム粉末を含む第２の導電性ペーストを所定のパターンで半導体基板の裏面上に適用することによってアルミニウム導体パターンを形成する工程であって、アルミニウム導体パターンの少なくとも一部が銀導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、ｄ）銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって半導体基板とアルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程であって、ファイアスルーによる電気的接触が、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない工程とを含む、太陽電池を製造するための方法に関する。
【０００８】
別の態様は、ａ）受光面と裏面とを有する半導体基板を提供する工程であって、不活性化層が裏面上に形成される工程と、ｂ）アルミニウム粉末を含む第２の導電性ペーストを所定のパターンで半導体基板の裏面上に適用することによってアルミニウム導体パターンを形成する工程と、ｃ）銀含有粉末を含む第１の導電性ペーストを所定のパターンで半導体基板の裏面上に適用することによってアルミニウム導体パターンを形成する工程であって、銀導体パターンの少なくとも一部がアルミニウム導体パターンの少なくとも一部の上に重ねられる工程と、ｄ）銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとを同時に焼成することによって、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられる領域においてファイアスルーによって半導体基板とアルミニウム導体パターンとの間の電気的接触を形成する工程であって、ファイアスルーによる電気的接触が、銀導体パターンとアルミニウム導体パターンとが重ねられない領域に形成されない工程とを含む、太陽電池を製造するための方法に関する。
【０００９】
本発明によって形成される太陽電池は、すぐれた電気的性質を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】太陽電池を製造する方法を説明する。
【図１Ｂ】太陽電池を製造する方法を説明する。
【図１Ｃ】太陽電池を製造する方法を説明する。
【図１Ｄ】太陽電池を製造する方法を説明する。
【図２（ａ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの背面図の図面である。
【図２（ｂ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの背面図の図面である。
【図２（ｃ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの背面図の図面である。
【図３（ａ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの断面図である。
【図３（ｂ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの断面図である。
【図３（ｃ）】裏面上のＡｇ導体パターンおよびＡｌ導体パターンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
太陽電池を製造するための方法は、ａ）半導体基板を提供する工程と、ｂ）銀（Ａｇ）導体パターンを形成する工程と、ｃ）アルミニウム（Ａｌ）導体パターンを形成する工程と、ｄ）Ａｇ導体パターンとＡｌ導体パターンとを同時に焼成する工程とを含む。
【００１２】
Ａｇ導体パターンは、実施形態において、Ａｇペーストを適用することによって形成される。Ａｇ導体パターンは、別の実施形態において、Ａｇ含有粉末の蒸着によって形成される。
【００１３】
Ａｌ導体パターンは、実施形態においてＡｌペーストを適用することによって形成される。Ａｌ導体パターンは、別の実施形態において、蒸着されたＡｌによって形成される。
【００１４】
ペーストを使用する実施形態として図１Ａ〜１Ｄを参照して、太陽電池を製造する方法を以下に説明する。
【００１５】
半導体基板１０が作製される（図１Ａ）。不活性化層１２ａおよび別の不活性化層１２ｂが半導体基板１０の裏面および受光面それぞれの上に完全に形成される。ＰＥＲＣ太陽電池は、裏面表面付近の正孔と電子との再結合を低減することができる裏面上の不活性化層１２ａを特徴としている。半導体層１０の受光面上の不活性化層１２ｂは本発明において必須ではないが、それは反射防止コーティング（ＡＲＣ）ならびに不活性化層として機能することができる。
【００１６】
半導体基板１０はｐドープトシリコンウエハーである可能性があり、実施形態においてｎ型拡散層が半導体基板１０の受光面上に形成される。ｐドープトシリコンウエハーはホウ素がドープされ得る。
【００１７】
不活性化層１２ａおよび１２ｂは、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛または炭化シリコンによって形成され得る。
【００１８】
これらの酸化物、窒化物および炭化物をスパッタリング、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、または熱ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤによって適用することができる。また、複数層、例えば、窒化ケイ素／酸化ケイ素または窒化ケイ素／酸化アルミニウムの２層が不活性化層１２ａおよび１２ｂとして利用可能である。不活性化層１２ａおよび１２ｂの厚さは、１０〜５００ｎｍであり得る。
【００１９】
本明細書において、「受光面」は電気を発生させるために太陽電池を実際に設置するときに受光するように太陽に対向する面であり、「裏面」は受光面の反対側の面である。
【００２０】
受光面上で、しばしば銀粉末を含有する前部電極ペースト１１が不活性化層１２ｂ上にスクリーン印刷によって適用され得る（図１Ｂ）。前部電極ペースト１１は、有機媒体中に分散された銀粉末およびガラスフリットを本質的に含有することができる。
【００２１】
裏面上で、銀含有粉末を含むＡｇ導体パターンを所定のパターンで半導体基板の裏面上に形成する。
【００２２】
実施形態において、銀（Ａｇ）含有粉末を含む第１の導電性ペーストを例えばスクリーン印刷によって半導体基板１０の裏面上の不活性化層１２ａ上に所定のパターンで適用して、Ａｇ導体パターン１３を形成する。銀導体パターン１３は、例えば、図２（ａ）に示されるように丸い形状を有するドット１３ａおよび直線１３ｂを含む。ドットの直径は、実施形態において１０〜４００μｍであり得る。実施形態においてドットの中心間のピッチは２０μｍ〜３０ｍｍであり得る。ドットの直径およびドット間の間隔は、例えばＳＥＭによって測定され得る。銀導体パターン１３の所定のパターンの他の例は後述される。
【００２３】
銀含有粉末を含む銀導体パターンを所定のパターンで半導体基板の裏面上に形成する。
【００２４】
例えば、少なくともアルミニウム粉末を含む第２の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に所定のパターンで適用して、図１Ｃに示されるようにＡｌ導体パターン１４を形成する。Ａｌペーストを適用する方法は、スクリーン印刷、ノズル噴射、またはオフセット印刷であり得る。
【００２５】
Ａｌ導体パターンの所定のパターンは、特に限定されない。
【００２６】
実施形態において、第２の導電性ペースト１４を所定のパターンで適用することができ、銀導体パターン１３ａの一部がＡｌ導体パターン１４を重ねられ、銀導体パターン１３ｂの残部がＡｌ導体パターン１４を重ねられないようにする。図１Ｃにおいて示された実施形態において、点で描かれたＡｇ導体パターン１３ａを被覆するように第２の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に適用し、線のＡｇ導体パターン１３ｂは、第２の導電性ペースト１４で被覆されないままである。Ａｌパターン１４の所定のパターンの他の例は後述される。
【００２７】
Ａｇ導体パターン１３とＡｌ導体パターン１４とを炉内で８０〜２００℃において１〜２０分間乾燥させることができる。乾燥工程は必須ではない。
【００２８】
Ａｇ導体パターン１３とＡｌ導体パターン１４とは同時に焼成される。
【００２９】
焼成は、例えば炉内で実施される。焼成条件は、実施形態において１秒〜１５分間６００〜１０００℃のピーク設定温度であり得る。焼成条件は、５秒〜２３分間４００〜６００℃、および３秒〜１９分間６００℃超であり得る。全焼成時間は、実施形態において１０秒〜３０分、別の実施形態において２０秒〜１５分、別の実施形態において３０秒〜５分であり得る。このような条件において焼成するとき、半導体基板に対する損傷を抑えながら電極を形成することができる。焼成時間を例えば炉の入口から出口まで計算することができる。
【００３０】
焼成後のＡｇ導体パターン２３および焼成後のＡｌ導体パターン２４は、実施形態において、厚さ１〜１００μｍであり得る。焼成後のＡｌ導体パターン２４は、Ａｌ電極と呼ぶことができ、実施形態において、厚さ１〜１００μｍであり得る。
【００３１】
焼成の間に、Ａｇ導体パターン１３ａとＡｌ導体パターン１４とが重ねられる領域において半導体基板１０と焼成後のＡｌ導体パターン２４との間の電気的接触がファイアスルーによって形成される。銀導体パターン１３ｂと第２の導電性ペースト１４とが重ねられない領域において半導体基板１０と焼成後のＡｌ導体パターン２４との間の電気的接触はファイアスルーによって形成されない。
【００３２】
本発明の範囲は理論によって限定されないが、Ａｇ導体パターン１３ａの銀およびＡｌ導体パターン１４のアルミニウムが不活性化層１２ａ中に分散し、不活性化層１２ａを貫通して、銀とアルミニウムとが共存する領域において半導体基板１０に達する（それは、「ファイアスルー」と呼ばれる）ので、ファイアスルーが生じ得ると考えられる。従って、焼成後のＡｌ導体パターン２４は、半導体基板１０との電気接続を有し得るが、不活性化層１２ａの大部分が残り、不活性化に十分に寄与する。
【００３３】
Ａｌ導体パターン１４から分散されて半導体基板１０に達するアルミニウムは、太陽電池の電気的性質を改良し得るＳｉ−Ａｌ合金層および裏面電界（ＢＳＦ）１５を形成することができる。
【００３４】
Ａｇ導体パターン１３ａとＡｌ導体パターン１４とが重ねられる領域の面積は、半導体基板１０の裏面表面積に基づいて、実施形態において少なくとも０．００１％、別の実施形態において少なくとも０．０１％、別の実施形態において少なくとも０．１％、さらに別の実施形態において少なくとも１％であり得る。Ａｇ導体パターン１３ａとＡｌ導体パターン１４とが重ねられる領域の面積は、半導体基板１０の裏面表面積に基づいて、実施形態において５０％以下、別の実施形態において３０％以下、そしてさらに別の実施形態において１５％以下であり得る。
【００３５】
銀導体パターン１３ａとＡｌ導体パターン１４とが重ねられる面積の下の不活性化層１２ａは、ファイアスルーされる。Ａｇ導体パターン１３ａおよびＡｌ導体パターン１４の二重層の面積に隣接した不活性化層１２ａは、Ａｇが二重層の面積の上に分散し得るので、ある程度ファイアスルーを示す場合がある。また、ほんの少量のＡｇが分散する場合、ファイアスルー面積は二重層の面積よりも小さい可能性がある。
【００３６】
実施形態において、銀導体パターンの残部の少なくとも一部は、焼成後に半導体基板の裏面上のタブ電極として機能することができる。例えば、Ａｌ導体パターン１４を重ねられないＡｇ導体パターン１３ｂの残部は、焼成後にタブ電極２３ｂになり得る。不活性化層１２ａは、焼成後のＡｌ導体パターン２４を重ねられないタブ電極２３ｂの下に残る可能性がある。上述の実施形態のように第１の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に使用することによってタブ電極２３ｂとＡｇ導体パターン２３ａとを同時に形成するとき、プロセスが簡単になる可能性がある。
【００３７】
タブ電極２３ｂは、太陽電池の不可欠な構成要素ではない。それは、リボンをはんだ付けすることによってセルを別のセルに接続する必要があるときに形成される。アルミニウムははんだ付け可能でないが、銀ははんだ付け可能なので、タブ電極２３ｂは典型的に銀を含有する。実施形態において、第１の導電性ペーストは、アルミニウムを全く含有しないかまたは少量のアルミニウム、例えば、第１の導電性ペーストの重量に基づいて０．３重量％未満、１．０重量％未満、３．０重量％未満を含有し、得られたタブ電極２３ｂに十分なはんだ付け適性を与える。
【００３８】
第２の導電性ペースト１４は、不活性化層を単独でファイアスルーしない。このため、実施形態において、第２の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に完全に適用して、低い抵抗率を有する焼成後のＡｌ導体パターン２４を形成することが可能である。ファイアスルーが銀とアルミニウムとの組合せによって生じ得る実施形態において、第２の導電性ペーストは銀を含有しない。しかしながら、第２の導電性ペーストの例えば０．１重量％以下の混入レベルの銀を含有することは許容範囲である。
【００３９】
第１の導電性ペーストも第２の導電性ペーストもどちらも不活性化層１２ａを単独でファイアスルーすることはできないが、それは特定のレベルの貫通を排除することを意味しない。わずかな貫通は、半導体層１０の材料、不活性化層１２ａの材料の他、不活性化層または導電性ペーストの汚染などの様々な要因の結果として生じうる。ペーストが重ねられない領域において不活性化層１２ａが部分的に貫通されるかまたは薄くなることは、それが裏面の不活性化に寄与するためになお十分である限り、許容範囲である。
【００４０】
不活性化層１２ａは、半導体基板の裏面表面積の少なくとも４９％残る。
【００４１】
受光面上の前部電極ペースト１１を焼成して、裏面上のペーストと一緒に前部電極２１を形成することができる。裏面上の導電性ペースト１３および１４と受光面上の前部電極ペースト１１とを同時に焼成することができ、それは同時焼成と呼ばれる。同時焼成によって、太陽電池を製造する方法全体は、より短く簡単になる可能性があり、製造費の低減をもたらす可能性がある。
【００４２】
あるいは、裏面上の導電性ペーストと前部電極ペーストとは、例えば最初に、裏面上に導電性ペーストを適用して焼成する工程と、次に、ペーストのための適した焼成条件が重ならないときに特に、異なった焼成条件で前部電極ペーストを適用して焼成する工程とによって別々に焼成され得る。
【００４３】
パターンは、上の説明において図２（ａ）に示されるように丸い形状を有するドット１３ａと直線１３ｂとからなるが、Ａｇ導体パターン１３は限定されない。
【００４４】
タブ電極として機能することができる直線１３ｂは、幅５００〜５０００μｍであり得る。別の実施形態においてタブ電極は、半導体基板の裏面上に１〜３であり得る。
【００４５】
別の実施形態において、Ａｇ導体パターン１３は、図２（ｂ）に示されるように線１３ａを含み得る。別の実施形態において、タブ電極２３ｂになり得る他方の線１３ｂは、線１３ａが他方の線１３ｂと交差する導体パターン１３に含有され得る。線１３ａは幅１０〜２０００μｍであり得る。タブ電極になり得る他方の線１３ｂは同様に、幅５００〜５０００μｍであり得る。
【００４６】
別の実施形態において、Ａｇ導体パターン１３は、図２（ｃ）に示されるように破線を含むことができる。別の実施形態において、タブ電極２３ｂになり得る他方の線１３ｂは、破線１３ａが他方の線１３ｂと交差する導体パターンに含有され得る。破線１３ａは幅１０〜２０００μｍ、長さ０．５〜１０ｍｍであり得る。タブ電極になり得る他方の線１３ｂは同様に、幅５００〜５０００μｍであり得る。
【００４７】
他の例として、Ａｇ導体パターン１３は円形の線または多角形の線であり得るが、それらは図面に示されない。
【００４８】
Ａｌ導体パターン１４は限定されない。すでに上に記載された実施形態の他、図３（ａ）に示されるようにＡｌ導体パターン１４を不活性化層１２ａ上に完全に適用して、Ａｇ導体パターン１３全体を被覆することができる。Ａｌ導体パターン１４を半導体基板１０の裏面上の不活性化層の全表面上に形成することができ、従って、それは有利には、低い抵抗率を有することができる。Ａｌ導体パターン１４を形成せずに基板１０の端縁に数ｍｍ幅が残る可能性がある。この場合、タブ電極は、第３の導電性ペーストをＡｌ導体パターン１４上に適用することによって別個に形成され得る。
【００４９】
別の実施形態において、Ａｌ導体パターン１４は、Ａｇ導体パターン１３を形成する前に不活性化層１２ａ上に形成され得る。例えば、第１の導電性ペーストを適用してＡｇ導体パターン１３を形成する前に第２の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に直接に適用することができる。実施形態において第２の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に完全に適用し、第１の導電性ペーストをＡｌ導体パターン１４上に適用する。図３（ｂ）に示されるように、第２の導電性ペースト１４が不活性化層１２ａとＡｇ導体パターン１３ａとの間に存在する。
【００５０】
別の実施形態において、例えば、タブ電極を形成するための空間をつくるために第２の導電性ペースト１４を部分的に適用する。タブ電極は、第２の導電性ペーストを適用するときに形成された空間に導電性ペーストを適用することによって形成され得る。空間にタブ電極を形成するための導電性ペーストは、第１の導電性ペーストと同じであるかまたは電気的性質の観点から改良され得る。
【００５１】
別の実施形態において、図３（ｃ）に示されるように第１の導電性ペーストを不活性化層１２ａ上に部分的に適用することによって前もって製造されるＡｇ導体パターン１３ａの一部の上に第２の導電性ペーストを適用することができる。また、部分的に形成されたＡｌ導体パターン上にＡｇ導体パターンを部分的に形成することができる正反対の別形も利用可能である（図示せず）。
【００５２】
別の実施形態において、裏面上のＡｇ導体パターン１３およびＡｌ導体パターン１４は、それぞれＡｇおよびＡｌによる蒸着によって形成され得る。別の実施形態において蒸着は物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）であり得る。Ａｇ導体パターンまたはＡｌ導体パターンのための所定のパターンの孔面積を有するマスクが、不活性化層上にＡｇおよびＡｌなどの金属を堆積させるのに使用される。
【００５３】
ＰＶＤにおいて、ＡｇおよびＡｌなどの金属が熱エネルギーまたはプラズマエネルギーによって気化され、次に、図１Ｃを参照して、所定のパターンを有するマスクを通して半導体基板１０の裏面上の不活性化層１２ａ上に堆積され、Ａｇパターン１３を形成する。実施形態においてスパッタリングがＰＶＤとして利用可能である。スパッタリングにおいて、例えば、アルゴンガスなどの不活性ガスが導入される真空室内で直流高電圧を半導体基板１０とターゲットとしてのＡｇおよびＡｌなどの金属との間に印加する。ターゲットは、イオン化されたアルゴンによって攻撃されることによって不活性化層１２ａ上に堆積される。
【００５４】
ＣＶＤは、熱エネルギー、光エネルギーまたは放射エネルギーをＣＶＤ反応器内で利用してＡｇおよびＡｌなどの金属を不活性化層１２ａ上に堆積させ、様々な気相と基板の加熱表面との間の反応の結果としてパターン１３および１４を形成する雰囲気制御法である。ＣＶＤは、プラズマ強化ＣＶＤ、熱ＣＶＤ、または光励起ＣＶＤであり得る。
【００５５】
本発明は、ＰＥＲＣ太陽電池の実施例によって上に説明された。また、本発明を使用して、不活性化層担持裏面と受光面とを有する半導体基板と、半導体基板の裏面上にだけある裏面電極とを含むバックコンタクト型太陽電池を形成することができる。米国特許出願公開第２０１００１７０５６２号明細書をバックコンタクト型太陽電池のために参照によって本願明細書に組み込むことができる。
【００５６】
第１の導電性ペーストおよび第２の導電性ペーストを以下に詳細に説明する。
【００５７】
第１の導電性ペースト
第１の導電性ペーストは、少なくとも銀含有粉末と有機媒体とを含む。Ａｇ含有粉末を有機媒体中に例えば、機械混合によって分散させ、コーティングまたは印刷のために適したコンシステンシーおよびレオロジーを有する、「ペースト」と呼ばれる粘性組成物を形成する。
【００５８】
Ａｇ含有粉末は、実施形態においてＡｇ粉末、Ａｇ合金粉末、Ａｇコーティング粉末、別の金属でコートされたＡｇ粉末およびそれらの混合物、別の実施形態においてＡｇ粉末、Ａｇ合金粉末、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
【００５９】
Ａｇ粉末は、実施形態において９５％以上のＡｇ純度を有する金属粉末である。例えば、９９％の純度を有するＡｇ粉末が市販されている。
【００６０】
Ａｇ合金粉末は、Ａｇおよびその他の金属を含有する合金粉末、例えば、ＡｇＣｕ合金粉末、ＡｇＮｉ合金粉末、ＡｇＡｌ合金粉末である。
【００６１】
Ａｇコーティング粉末は、銀でコートされた金属粉末、例えば、ＡｇでコートされたＣｕ粉末、ＡｇでコートされたＮｉ粉末、ＡｇでコートされたＡｌ粉末である。
【００６２】
別の金属でコートされたＡｇ粉末は、別の金属でコートされた銀粉末、例えば、ＣｕでコートされたＡｇ粉末、ＮｉでコートされたＡｇ粉末、ＡｌでコートされたＡｇ粉末である。
【００６３】
Ａｇ含有粉末は、第１の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において少なくとも０．１重量パーセント（重量％）、実施形態において少なくとも３重量％、実施形態において少なくとも８重量％、別の実施形態において少なくとも１２重量％、別の実施形態において少なくとも２５重量％、別の実施形態において少なくとも３８重量％であり得る。Ａｇ含有粉末は、Ａｇペーストの重量に基づいて、実施形態において９５重量％以下、別の実施形態において８８重量％以下、および別の実施形態において７９重量％以下、別の実施形態において７０重量％以下、およびさらに別の実施形態において５５重量％以下であり得る。このような量のＡｇ含有粉末を含有して、不活性化層は、Ａｌ導体パターンにおいてアルミニウムの組合せによって有効にファイアスルーされ得る。
【００６４】
Ａｇ含有粉末は、任意の形状、例えばフレーク状または球状または結節状またはこれらの混合物であり得る。
【００６５】
Ａｇ含有粉末の粒径に制限はない。しかしながら、粒径は、Ａｇ含有粉末の焼結特性に影響を与える場合があり、例えば、より大きい粒子はより小さな粒子よりもゆっくりと焼結する。粒径は、実施形態において０．０１〜１０μｍ、別の実施形態において０．０５〜８μｍ、別の実施形態において０．１〜５μｍであり得る。異なった直径の２つ以上のタイプの導電性粉末を混合することが可能である。
【００６６】
粒径は、レーザー回折散乱法を使用して粒径の分布を測定することによって得られる。体積によって測定された粒度分布の中央値（第５０百分位数）は、Ｄ５０として定義される。ＭｉｃｒｏｔｒａｃモデルＸ−１００は、この測定のための市販の装置の例である。
【００６７】
実施形態において、第１の導電性ペーストは、太陽電池の電気的性質を増加させるかまたは材料費を低減するためにＡｇ含有粉末の他にも付加的な金属粉末をさらに含むことができる。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）、およびパラジウム（Ｐｄ）の粉末を第１の導電性ペーストに添加することができる。
【００６８】
添加するとき、付加的な金属粉末は、第１の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において０．１〜５０重量％、別の実施形態において１〜３０重量％、別の実施形態において２〜２３重量％、さらに別の実施形態において、５〜１０重量％であり得る。
【００６９】
別の実施形態において、第１の導電性ペーストはＡｇ含有粉末以外の金属粉末を含むことができない。
【００７０】
有機媒体は、実施形態において多種多様な不活性粘性材料から選択され得る。有機媒体は、有機ポリマーおよび任意選択により溶剤を含有することができる。焼成の間に焼尽することによってほとんど除去されるかまたは炭化され得る有機媒体に制限はない。多種多様な不活性粘性材料を有機媒体として使用することができる。
【００７１】
有機媒体は、有機樹脂または有機樹脂と有機溶剤との混合物であり得る。有機媒体は、例えば、パイン油溶液またはポリメタクリレートのエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテート溶液、またはエチルセルロースのエチレングリコールモノブチルエーテルモノアセテート溶液、エチルセルロースのテルピネオール溶液、またはエチルセルロースのテキサノール溶液であり得る。実施形態において、有機媒体は、エチルセルロース含有量が有機媒体の重量に基づいて５重量％〜５０重量％であるエチルセルロースのテキサノール溶液であり得る。
【００７２】
有機媒体は、第１の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において５〜９９．９重量％、別の実施形態において１２〜９１重量％、別の実施形態において、２０〜８５重量％、さらに別の実施形態において、３５〜６５重量％であり得る。Ａｇ含有粉末は、有機媒体のこの量を使用して十分に分散され得る。
【００７３】
第１の導電性ペーストはガラスフリットをさらに含むことができるが、それは必須ではない。ガラスフリットは基材への銀導体パターンの付着性を増加させることができる。第１の導電性ペーストを使用してタブ電極を形成するとき、タブ電極の付着のためにガラスフリットを含有することができる。
【００７４】
ファイアスルーに寄与しないガラスフリットの例は、ガラスフリットの重量に基づいて３０〜６６重量％のＰｂＯ、１１〜３３重量％のＳｉＯ２、３〜１９重量％のＢｉ２Ｏ３、１〜１１重量％のＴｉＯ２を含有するＰｂ−Ｓｉ−Ｂｉ−Ｔｉ−Ｏガラスフリットである。鉛含有ガラスフリットの別の例は、５３〜５７重量％のＰｂＯ、２５〜２９重量％のＳｉＯ２、２〜６重量％のＡｌ２Ｏ３および６〜９重量％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００７５】
別の例は、ガラスフリットの重量に基づいて４０〜７３重量％のＢｉ２Ｏ３、１１〜３３重量％のＳｉＯ２、１〜６重量％のＡｌ２Ｏ３および２〜１０重量％のＢ２Ｏ３を含有する鉛を含有しないガラスフリットである。鉛を含有しないガラスフリットは、Ｎａ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物および金属酸化物ＴｉＯ２およびＺｎＯをさらに含むことができる。
【００７６】
導電性ペーストは典型的に５００〜１０００℃において焼成されるので、ガラスフリットの軟化点は３００〜６００℃であり得る。低軟化点のガラスフリットを使用するとき、ピーク焼成温度を低めに設定して、半導体基板への電子損傷を抑えることができる。軟化点は、示差熱分析（ＤＴＡ）によって定量される。
【００７７】
添加するとき、ガラスフリットは、第１の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において１〜１５重量％、別の実施形態において３〜７重量％であり得る。ガラスフリット含有量が範囲内であるとき、電極は基材に十分に付着することができる。
【００７８】
第１の導電性ペーストは、所望の性質に従って例えば金属酸化物、増粘剤、安定剤または界面活性剤などの任意の添加剤をさらに含むことができる。
【００７９】
第２の導電性ペーストは、少なくともアルミニウム（Ａｌ）粉末と有機媒体とを含有する。Ａｌ粉末を有機媒体中に分散させて粘性組成物を形成する。
【００８０】
Ａｌ粉末は、実施形態において９０％以上、別の実施形態において９５％以上のＡｌ純度を有する金属粉末であり得る。
【００８１】
Ａｌ粉末は、任意の形状、例えばフレーク状または球状または結節状またはこれらの混合物であり得る。
【００８２】
Ａｌ粉末は、第２の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において３０重量％以上、別の実施形態において４０重量％以上、別の実施形態において４８重量％以上であり得る。Ａｌ粉末は、第２の導電性ペーストの重量に基づいて、実施形態において９０重量％以下、別の実施形態において８２重量％以下、別の実施形態において７０重量％以下であり得る。このような量のＡｌ粉末を含有する第２の導電性ペーストは、第１の導電性ペーストを組合せてファイアスルーに寄与することができ、ならびにアルミニウム電極として十分な電気的性質に寄与することができる。
【００８３】
Ａｌ粉末の粒径（Ｄ５０）は限定されない。しかしながら、それは実施形態において０．１〜３０μｍ、別の実施形態において１〜２５μｍ、別の実施形態において２〜２０μｍであり得る。このような粒径を有するＡｌ粉末は、有機媒体中に十分に分散され、滑らかに適用され、例えばスクリーン印刷され得る。粒径（Ｄ５０）は、Ａｇ含有粉末と同じ測定によって得られる。
【００８４】
第２の導電性ペースト中の有機媒体は、第１の導電性ペーストと同様、限定されない。第１の導電性ペーストのための有機媒体についての説明をここでも参照することができる。有機媒体は、第２の導電性ペーストの１０〜７０重量％であり得る。
【００８５】
実施形態において、第２の導電性ペーストはガラスフリットをさらに含むことができる。ガラスフリットは、基材への付着性を促進することができる。
【００８６】
例えばホウケイ酸鉛（Ｐｂ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）ガラスフリット、ホウケイ酸亜鉛（Ｚｎ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）ガラスフリット、ホウケイ酸ビスマス（Ｂｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｏ）ガラスフリット、およびケイ酸鉛（Ｐｂ−Ｓｉ−Ｏ）ガラスフリットなどの任意のタイプのガラスフリットが利用可能である。
【００８７】
実施形態において、導電性ペーストは典型的に５００〜１０００℃において焼成されるので、ガラスフリットの軟化点は３００〜６５０℃であり得る。このような軟化点を使用するとき、ガラスフリットは、焼成の間に適切に溶融して基材に付着することができる。
【００８８】
ガラスフリットは、実施形態において、第２の導電性ペーストの重量に基づいて０．１〜１０重量％であり得る。
【００８９】
第２の導電性ペーストは、所望の性質に従って例えば金属酸化物増粘剤、安定剤または界面活性剤などの任意の添加剤をさらに含む。
【００９０】
第２の導電性ペーストについて、太陽電池の裏面電極を形成するために任意の購入可能なアルミニウムペーストが利用可能である。米国特許出願公開第２０１１００１４７４３号明細書、米国特許第７７１８０９２号明細書、米国特許第７７７１６２３号明細書を参照によって本願明細書に組み込むことができる。
【００９１】
［実施例］
本発明は以下の実施例によって説明されるが、それらに限定されない。
【００９２】
第１の導電性ペーストとしてＡｇペースト（ＰＶ５１Ｍ、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）をｐドープトシリコンウエハーの裏面表面上の不活性化層上にスクリーン印刷した。シリコンウエハーは、ｎ型拡散層をその受光面上に有した。Ａｇペーストの銀導体パターンは、直径１００μｍの丸い形状で、中心間のピッチ４５０μｍのドットからなった。Ａｇペーストを５分間１５０℃において乾燥させた。
【００９３】
第２の導電性ペーストとしてＡｌペースト（ＰＶ３５Ａ、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）をシリコンウエハーの裏面表面全体にスクリーン印刷して、銀導体パターンを被覆した。Ａｌ導体パターンを５分間１５０℃において乾燥させた。Ａｇ導体パターンとＡｌ導体パターンとが重ねられる面積は、シリコンウエハーの裏面表面積に基づいて４．４％であった。
【００９４】
前部電極ペーストとして別のＡｇペースト（ＰＶ１７Ｆ、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を、指線と母線とからなるパターンにおいて受光面上のＡＲＣ上にスクリーン印刷した。Ａｇペーストを５分間１５０℃において乾燥させた。
【００９５】
太陽電池は、ペーストを炉（ＣＦ−７２１０、Ｄｅｓｐａｔｃｈ  ｉｎｄｕｓｔｒｙ）内で９４５℃のピーク温度設定で焼成することによって得られた。９４５℃の炉の設定温度は、不活性化層の上面の測定された温度７５０℃に相当する。炉の入口から出口までの焼成時間は６０秒であった。焼成条件は１２秒間４００〜６００℃、６秒間６００℃超であった。炉のベルト速度は５５０ｃｐｍであった。
【００９６】
焼成後のＡｇ導体パターンの厚さは平均４μｍであった。焼成後のＡｌ導体パターンの厚さは平均３０μｍであった。
【００９７】
比較例１および２として、シリコンウエハーの裏面表面上にそれぞれ、第１の導電性ペーストとしてＡｇペーストだけを適用するかまたは第２の導電性ペーストとしてＡｌペーストだけを適用すること以外は、実施例１の同じ方法で他の太陽電池を得た。それらの各々を、シリコンウエハーの裏面表面上の不活性化層上に直接かつ完全に適用し、連続的に焼成した。
【００９８】
変換効率（効率）は、ＮＰＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたモデルＮＣＴ−Ｍ−１５０ＡＡセル試験機を使用して評価された。
【００９９】
結果
効率を以下の表１に示す。Ａｇペーストが部分的に適用され、Ａｌペーストが重ねられた実施例１において効率は１５．２３％であった。ＡｇペーストまたはＡｌペーストのどちらかが適用された比較例１および２の効率は、それぞれゼロまたは８．７１％であった。
【０１００】
【表１】
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【０１０１】
次に、第１の導電性ペースト中のＡｇ含有粉末の量を検査した。実施例２〜６は、第１の導電性ペーストの組成、第２の導電性ペーストの組成およびＡｇ導体パターン以外は、実施例１において説明されたように実施された。
【０１０２】
Ａｇ粉末量がそれぞれ異なっている各々の実施例について、表２において第１の導電性ペーストとしてＡｇペーストの組成をＡｇペーストの重量に基づいて重量パーセントで示した。第２の導電性ペーストとしてＡｌペーストは、Ａｌペーストの重量に基づいて、７２重量％のＡｌ粉末、１．５重量％のガラスフリット、および２６．５重量％の有機媒体を含有し、それは実施例２〜６で共通に使用された。ＡｇペーストもＡｌペーストもどちらも、単独でファイアスルーできなかった。
【０１０３】
Ａｇ導体パターンは、長さ８０μｍおよび幅６０μｍの四角形の形状のドットで、四角形のドットの中心間のピッチは５００μｍであった。Ａｇ導体パターンとＡｌ導体パターンとが重ねられる面積は、シリコンウエハーの裏面表面積に基づいて２．２％であった。
【０１０４】
以下の実施例２〜６の結果は、太陽電池の効率の好ましく高い値を示す。
【０１０５】
【表２】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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