(57)【要約】【課題】予備加熱を短時間かつ均一に行い、はんだ濡れ性を損なうことなく生産性の良いはんだ被覆ができる太陽電池素子の製造方法を提供する。【解決手段】表面に電極が形成された太陽電池素子をはんだ融液に浸漬して前記電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記太陽電池素子を前記はんだ融液に浸漬する前に、フラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、前記フラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体に浸漬する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電極が形成された太陽電池素子をはんだ融液に浸漬して前記電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記太陽電池素子を前記はんだ融液に浸漬する前に、フラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、前記フラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体に浸漬することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記液体の沸点は、フラックス用溶媒の沸点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記フラックス用溶媒は、水もしくはイソプロピルアルコールであ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製造方法。
【請求項４】
前記液体は、アルキレングリコールもしくはポリアルキレングリコールエチレングリコールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項５】
表面に電極が形成された太陽電池素子をフラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、はんだ融液に浸漬して前記電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造装置であって、前記はんだ融液のはんだ槽とは別に、前記フラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体が入った予備加熱槽を設けてなる太陽電池素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子の製造方法および製造装置に関し、特に電極を有する太陽電池素子をはんだ融液に浸漬して電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は複数枚をインナーリードで接続して使用するのが一般的である。太陽電池素子の電極はインナーリードを接続するために通常はんだで被覆されている。また、太陽電池素子の電極をはんだで被覆することによって電極表面の酸化を防止して長期信頼性を確保するとともに、電極の抵抗を下げるという効果もある。
【０００３】
太陽電池素子の電極をはんだで被覆する方法としては、はんだ融液に浸漬する方法が一般的である。この場合、電極表面の酸化物を除去してはんだと電極の合金を形成しやすくしたり、空気との間に膜を形成することによって太陽電池素子を加熱したときに電極の表面が酸化されるのを防止したり、界面張力を減らしてはんだの濡れを促進したりするために、電極の表面にはフラックスを塗布する。そのフラックスを活性化させるために、約１００℃で乾燥させた後にはんだ融液に浸漬する。
【０００４】
また、複数の太陽電池素子の電極に同時にはんだを被覆する場合、複数の太陽電池素子をウェハーキャリアに収容してはんだ槽に浸漬する。このウェハーキャリアを図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。図３（ａ）はウェハーキャリアを側面から見たときの図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’間の断面を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）において、９は太陽電池素子、２５はウェハーキャリアを示す。ウェハーキャリア２５は複数の太陽電池素子９を所定間隔を維持して縦方向に配設されるように構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
複数の太陽電池素子９を収容したウェハーキャリア２５をはんだ融液に浸漬して引き上げることによって太陽電池素子９の電極をはんだで被覆する。このように、複数の太陽電池素子９をウェハーキャリア２５で一括処理する方法では太陽電池素子９の一枚当たりのはんだ付け時間を短縮できるため生産性の向上につながる。
【特許文献１】特開２００２−３１９６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フラックスの塗布は、生産性の面から、常温のフラックスで満たされた槽の中に太陽電池素子を複数枚同時に浸漬することで行うのが一般的である。また、フラックス塗布後はんだ浸漬までの間に、フラックスが塗布された太陽電池素子を加熱する必要がある。加熱の目的は、（１）２００℃程度に加熱された溶融はんだ槽への浸漬での熱衝撃による素子割れを防ぐこと、（２）フラックスを活性化させ電極表面の酸化物を除去すること、（３）フラックス中に含まれる溶媒を加熱蒸発させて、溶媒がはんだ槽へ持ち込まれたときに発生する気化潜熱によるはんだ液温低下を防止することである。
【０００７】
フラックスの溶媒は一般的にはＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が用いられているが、最近では環境問題から水への置き換えが進んでいる。ＩＰＡの沸点は８２．７℃であり、溶媒が水の場合よりも低い温度で溶媒を蒸発させることができる。
【０００８】
フラックスの加熱は予備加熱と呼ばれ、一般的には熱風槽内で予備加熱される。図４に従来の予備加熱の方法を示す。図４（ａ）は、従来の熱風加熱方式の各ユニットの構成図であり、図４（ｂ）は、従来の熱風加熱方式の予備加熱槽の内部を示す図である。
【０００９】
図に示すように、熱風発生器２３は、外気取り込み口２４から取り入れた空気を加熱して予備加熱槽２０に送り込む。また、予備加熱槽２０の内部の温度は熱電対２１によってモニタされ、温度制御器２２へと測定結果をフィードバックし、温度制御器２２は予備加熱槽２０の内部が設定された温度になるよう熱風発生器２３を制御する。予備加熱槽２０の内部には、太陽電池素子９がウェハーキャリア２５に収納され、熱風発生器２３から送り込まれる熱風２６によって、温度制御器２２で設定した温度に予備加熱される。
【００１０】
しかし、複数枚の太陽電池素子９に水が溶媒のフラックスを塗布し、熱風による予備加熱槽２０内で１００℃まで予備加熱を行おうとすると、十分加熱されるまで２分以上掛かってしまう。また、短時間で予備加熱を行おうとして熱風温度あるいは熱風風量を上げると、太陽電池素子９の面内で部分的に温度が高くなり、その箇所のフラックスが劣化し、はんだ濡れ性を低下させることになる。
【００１１】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、予備加熱を短時間かつ均一に行い、はんだ濡れ性を損なうことなく生産性の良いはんだ被覆ができる太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる太陽電池素子の製造方法は、表面に電極が形成された太陽電池素子をはんだ融液に浸漬して前記電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記太陽電池素子を前記はんだ融液に浸漬する前に、フラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、このフラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体に浸漬することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の請求項２にかかる太陽電池素子の製造方法は、本発明の請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記液体の沸点は、フラックス用溶媒の沸点よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の請求項３にかかる太陽電池素子の製造方法は、本発明の請求項１または２に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記フラックス用溶媒は、水もしくはイソプロピルアルコールであることを特徴とする。
【００１５】
そして本発明の請求項４にかかる太陽電池素子の製造方法は、本発明の請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法において、前記液体は、アルキレングリコールもしくはポリアルキレングリコールであることを特徴とする。なお、アルキレングリコールは、アルキレン基を含むグリコールを指し、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが含まれる。同様に、ポリアルキレングリコールには、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどが含まれる。さらに、本発明においては、アルキレングリコールとは、アルキレン基を含むグリコール類を適宜混合した溶液についても指すものとし、ポリアルキレングリコールについても同様にポリアルキレン基を含むグリコール類を適宜混合した溶液についても指すものとする。
【００１６】
また本発明の請求項５にかかる太陽電池素子の製造装置は、表面に電極が形成された太陽電池素子をフラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、はんだ融液に浸漬して前記電極をはんだで被覆する太陽電池素子の製造装置であって、前記はんだ融液のはんだ槽とは別に、前記フラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体が入った予備加熱槽を設けてなる。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１にかかる太陽電池の製造方法によれば、フラックス塗布後の予備加熱を短時間かつ均一に行うことができる。これにより従来の熱風加熱方式では２分以上かかっておりはんだ工程の律速工程であった予備加熱時間が、１０秒まで短縮可能となり、はんだ工程のタクトが大幅に短縮可能となった。
【００１８】
また本発明の請求項２にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、液体の沸点をフラックス用溶媒の沸点よりも高くしたので、液体をフラックス用溶媒の沸点より高くしても液体が変質したり、沸騰して失われることがなく、太陽電池素子に塗布されたフラックスの溶媒を除去する効果を安定して長引かせることができる。
【００１９】
さらに本発明の請求項３にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、フラックス用溶媒は、水もしくはイソプロピルアルコールとしたので、環境に対する負荷が低く、環境汚染の恐れが少ない。
【００２０】
そして本発明の請求項４にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、液体はアルキレングリコールもしくはポリアルキレングリコールのいずれかとしたので、安定して高温状態で保持することができ、太陽電池素子に塗布されたフラックスの溶媒を確実に除去することができる。
【００２１】
また本発明の請求項５にかかる太陽電池素子の製造装置によれば、本発明の製造方法にかかる太陽電池素子を安定した品質で大量に生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図２の（ａ）から（ｆ）は、本発明にかかる太陽電池素子の基本的な製造方法を示す。まず、半導体基板としてシリコン基板１を用意する。このシリコン基板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１．５Ω・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、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板１とする。
【００２４】
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２（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。そしてシリコン基板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２（ｃ））。
【００２５】
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２（ｄ）参照）。
【００２６】
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って表面電極５を形成する（図２（ｅ）参照）。この表面電極５は、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、ペースト下の反射防止膜３を溶融させ、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形成してもよい。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。
【００２７】
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重量部添加してペ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なる。
【００２８】
その後、長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、表面電極５、裏面電極６の表面にはんだ被覆層７、８を形成する（図２（ｆ）参照）。これによって太陽電池素子９が完成する。
【００２９】
本発明においては、太陽電池素子９をはんだ融液に浸漬する前に、フラックス用溶媒で希釈したフラックス溶液を塗布するか、もしくはこのフラックス溶液に浸漬した後、このフラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体に浸漬することを特徴としている。この方法について更に詳しく説明する。
【００３０】
まず、フラックスは、通常よく知られたロジン系フラックスや水溶性フラックスを用いることができるが、地球環境保護の理由から、水溶性フラックスを用いることがより望ましい。また、あらかじめこれらのフラックスを溶解することができるフラックス用溶媒として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）か水に対して、これらのフラックスを４０〜６０重量％程度の濃度となるように希釈してフラックス溶液を作製する。
【００３１】
上述のように作製したフラックス溶液を、太陽電池素子９の少なくとも電極をもうけた部分に刷毛やスプレーなどで直接塗布するか、フラックス溶液中に太陽電池素子９を浸漬することによって、電極上にフラックス層を形成する。なお、電極上にフラックス層を形成するためには、ウェハーキャリアに太陽電池素子９を複数枚収納して、常温のフラックス溶液で満たした槽の中に一括で浸漬することが生産性の面から望ましい。
【００３２】
太陽電池素子９の電極に塗布したフラックス溶液については特に乾燥させる必要はないが、自然に乾燥させても良いし、ヒーターや温風などによって乾燥させても良い。
【００３３】
本発明においては、上述のように電極上にフラックス層を形成した太陽電池素子９をこのフラックス用溶媒の沸点よりも高い温度に保たれた液体に浸漬することを特徴としている。この具体的な製造方法および製造装置を図を用いて説明する。図１は本発明にかかる太陽電池素子の製造方法および製造装置を示す図である。図１において、９は太陽電池素子、１５はウェハーキャリア、１２はアーム、１０は予備加熱槽、１１は液体、１３はヒーター、１６ははんだ融液槽、１７ははんだ融液を示す。
【００３４】
電極上にフラックス層を形成した複数の太陽電池素子９を収納したウェハーキャリア１５をアーム１２で支持し、予備加熱槽１０内で伝熱媒体である液体１１、例えば、ヒーター１３によって１１０℃に加熱されたポリアルキレングリコールの中に１０秒間浸漬して、引き上げることによって太陽電池素子９の予備加熱を行う。その後、はんだ融液１７を満たした、はんだ融液槽１６に浸漬してはんだを被覆する。
【００３５】
ここで、予備加熱槽１０内部に満たす伝熱媒体である液体１１はフラックス用溶媒の沸点に応じて、液体１１の沸点がフラックス用溶媒の沸点よりも高いものを選択する。例えば、フラックス用溶媒がＩＰＡ（沸点８０℃）の場合は、沸点が８０℃以上の液体とし、フラックス用溶媒が水（１００℃）の場合は、沸点が１００℃以上の液体とする。具体的には、液体１１としては、水（沸点１００℃）のほか、エチレングリコール（沸点１９７．６℃）、ポリエチレングリコール（沸点１２０〜１５０℃）などに代表されるアルキレングリコールやポリアルキレングリコールなどを好適に用いることができる。
【００３６】
具体的な組み合わせとしては、フラックス用溶媒がＩＰＡの場合、予備加熱槽１０に満たす伝熱媒体の液体１１としてエチレングリコールを選択し、予備加熱槽１０の温度が８０℃以上、好ましくは１１０℃程度となるように設定すれば良い。また、溶媒が水の場合も、予備加熱槽１０に満たす伝熱媒体の液体１１としてエチレングリコールを選択し、予備加熱槽１０の温度が、例えば１１０℃以上となるように設定すれば良い。なお、予備加熱の上限温度としては、液体１１が沸騰したり変質したりしない温度であればよいが、例えば、選ばれた液体が引火性を有するときは、その引火点より低い温度で使用する必要がある。
【００３７】
このように本発明の太陽電池素子の製造方法および製造装置により予備加熱することによって、フラックス用溶媒を完全に、かつ均一に加熱蒸発させることができるので、フラックス用溶媒が蒸発しないまま、はんだ槽へ持ち込まれることがない。そのため、フラックス用溶媒が蒸発したときに発生する気化潜熱によるはんだ液温低下を防止することができる。さらに、加熱された溶融はんだ槽への浸漬したときに熱衝撃によって太陽電池素子９が割れることを防ぐ効果、フラックスを活性化させ太陽電池素子９の電極表面の酸化物を除去するという効果もある。
【００３８】
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。例えばウェハーキャリアの形状はこれに限定されるものではないし、はんだの種類はＳｎ−Ｐｂの共晶はんだであってもいいし、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系などの鉛を含有しないいわゆる鉛フリーはんだを使用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の太陽電池素子の製造装置を示す図である。
【図２】本発明の太陽電池素子の製造方法の工程を示す図である。
【図３】（ａ）は従来の太陽電池素子の製造方法によるウェハーキャリアを示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’間の断面図である。
【図４】（ａ）は従来の方法による太陽電池素子の製造方法を示す図であり、（ｂ）は従来の熱風加熱方式の槽内を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：シリコン基板
２：拡散層
３：反射防止膜
４：ＢＳＦ層
５：表面電極
６：裏面電極
７、８：はんだ被覆層
９：太陽電池素子
１０：予備加熱槽
１１：液体（伝熱媒体）
１２：アーム
１３：ヒーター
１５：ウェハーキャリア
１６：はんだ槽
１７：はんだ融液
２０：予備加熱槽
２１：熱電対
２２：温度制御器
２３：熱風発生器
２４：外気取り込み口
２５：ウェハーキャリア
２６：熱風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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