(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に塗布された光の反射を防止する反射防止膜の上に、銀を含有するペーストを塗布するペースト塗布工程と、前記ペーストを焼成し電極を形成する焼成工程と、を有する太陽電池素子の製造方法において、前記焼成工程中の炉内雰囲気が実質的な酸素雰囲気となるように酸素ガスを炉内容積に対して毎分１倍以上３倍以下の量供給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】
前記ペースト塗布工程において、ペーストに含有される銀の粒径が０．１〜２μｍであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記焼成工程において、ウエハの焼成をコンベア式焼成炉で行うことを特徴とする請求項１記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程において、焼成は、赤外線ランプによる加熱であることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項５】
前記焼成工程において、コンベア式焼成炉の酸素ガス供給管の酸素ガス供給口が、コンベアの進行方向に対して左右にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記焼成工程において、前記酸素ガス供給管がコンベアに対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記焼成工程において、前記コンベア式焼成炉のコンベアベルトのスピードが毎分１０００〜２０００ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池素子の製造方法に関し、より詳しくは初期特性の高い太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池の製造工程を図９を用いて説明する。太陽電池素子としてはシリコンウエハ１を用いる。図９（ａ）に示すように、シリコンウエハ１の表面には欠陥層１１がある。そのため図９（ｂ）に示されるように、ウエハエッチングを実施し除去する。次に、図９（ｃ）に示されるように、ウエハエッチングが実施されたシリコンウエハ１の受光面側に、ＰＮ接合を形成するため、拡散層２の形成が行われる。そして、図９（ｄ）に示されるように、シリコンウエハ１の裏面付近でのキャリアの再結合による出力の低下を防ぐため、シリコンウエハ１の裏面に裏面電界層３が形成される。さらに、図９（ｅ）に示されるように、太陽電池表面での光の反射による出力の低下を防ぐためにシリコンウエハ１の表面に反射防止膜６が形成される。その後、図９（ｆ）に示されるように、表電極ペースト４０を反射防止膜６上に印刷するとともに、裏電極ペースト５０を裏面電界層３上に印刷するペースト塗布工程を行う。その後、表電極ペースト４０および裏電極ペースト５０の乾燥を行う。次に、図９（ｇ）に示されるように、窒素もしくはエアーを供給しながら高温で焼成する焼成工程において、表ペースト電極（表電極４）および裏ペースト電極（裏電極５）形成する。次に、図９（ｈ）に示されるように、表ペースト電極（表電極４）の上および裏ペースト電極（裏電極５）の上にはんだ１２を盛る工程を実施する。その後、はんだ１２が盛られた電極にリード線がはんだ付けにより取りつけられ、太陽電池素子が形成される。
【０００３】
たとえばＰ型シリコンウエハ１は、キャスト法で製造された多結晶シリコンインゴットを切断することで得ることができる。このＰ型シリコンウエハ１の表面には欠陥層１１があるため、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液に浸漬することでウエハエッチングを実施し除去する。このＰ型シリコンウエハ１の受光面側に、ＰＮ接合を形成するため、Ｎ＋拡散を行う。拡散層２の形成にはＰＯＣｌ3を用いた気相拡散法、Ｐ2Ｏ5を用いた塗布拡散法、およびＰ+イオンを直接ドープするイオン打ち込み法などが用いられる。次にシリコンウエハ１の裏面付近でのキャリアの再結合による出力の低下を防ぐため、シリコンウエハ１の裏面に、たとえばＡｌを拡散しＰ＋裏面電界層３を形成する。さらに、太陽電池表面での光の反射による出力の低下を防ぐためにシリコンウエハ１の表面に、たとえばＴｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｎＯ2などの反射防止膜６を形成し、その反射防止膜６を貫通させるように表電極４を形成し、また、裏電極５を形成する。
【０００４】
ペーストを使用する太陽電池の電極形成工程について詳細を説明すると、まず、Ａｇを主成分とする表電極ペースト４０を印刷するとともに、裏電極ペースト５０の印刷を行う。そして、表電極ペースト４０および裏電極ペースト５０の乾燥を行う。次に、窒素もしくは、エアーを供給しながら高温で処理する焼成工程によって、表ペースト電極（表電極４）および裏ペースト電極（裏電極５）形成する。この焼成工程により、表電極４は、反射防止膜６を突きぬけシリコンウエハ１と接触し電気的に接続される。次に、表ペースト電極の上および裏ペースト電極の上にはんだ１２を盛る工程が行われる。その後、太陽電池素子の出力が測定され、出力の小さいものは出力不良として判断される。出力が良品であると判断されたものは、はんだが盛られた電極にリード線がはんだ付けにより取りつけられ、太陽電池素子が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように焼成工程においては、通常エアーを供給し高温で焼成するが、ペースト電極表面が酸化されることにより、焼成工程の後に行われるはんだ工程にてはんだ付け性が悪いという問題があった。はんだ付け性が悪い場合にあっては、太陽電池の初期特性が低いものとなりがちである。さらに、はんだ付け性の悪化は、個々の太陽電池を接続してパネルにする工程においても、はんだが電極上に十分ないことからリード線の取り付けを困難にしていた。
【０００６】
そこで、はんだ工程におけるはんだ付け性を向上させるため、焼成工程においてエアーの代わりに窒素を供給することが提案された。しかしながら、焼成工程にいてエアーを供給した場合においてもはんだ工程におけるはんだ付け性の向上としては不十分であった。
【０００７】
本発明では、上述の問題を解決するものであり、はんだ付け性が良く、高出力の太陽電池素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、ウエハ上に塗布された光の反射を防止する反射防止膜の上に、銀を含有するペーストを塗布するペースト塗布工程と、前記ペーストを焼成し電極を形成する焼成工程と、を有する太陽電池素子の製造方法において、前記焼成工程中の炉内雰囲気が実質的な酸素雰囲気となるように酸素ガスを炉内容積に対して毎分１倍以上３倍以下の量供給することを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【０００９】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記ペースト塗布工程において、ペーストに含有される銀の粒径が０．１〜２μｍであることを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１１】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記焼成工程において、ウエハの焼成をコンベア式焼成炉で行うことを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１２】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記焼成工程において、焼成は、赤外線ランプによる加熱であることを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１３】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記焼成工程において、コンベア式焼成炉の酸素ガス供給管の酸素ガス供給口が、コンベアの進行方向に対して左右にそれぞれ設けられていることを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１４】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記焼成工程において、前記酸素ガス供給管の酸素ガスがコンベアに対して垂直に配置されていることを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１５】
また、本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、前記焼成工程において、前記コンベア式焼成炉のコンベアベルトのスピードが毎分１０００〜２０００ｍｍであることを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の太陽電池素子の製造方法は、ウエハ上に塗布された光の反射を防止する反射防止膜の上に、銀を含有するペーストを塗布するペースト塗布工程と、前記ペーストを焼成し電極を形成する焼成工程と、を有する太陽電池素子の製造方法において、前記焼成工程中に、酸素雰囲気となるように酸素ガスを供給することを特徴とする太陽電池素子の製造方法である。焼成工程において、酸素ガスを供給し、酸素ガス雰囲気とすることによって、ペーストが反射防止膜を貫通しやすくなると考えられる。焼成工程において、ペーストが反射防止膜を貫通しやすくなるから、焼成工程における加熱が最小限にとどめることが可能である。焼成工程における加熱が最小限にとどめることができるから、ペースト中に含有される銀の表面が酸化してはんだがつきにくい状態になる前に焼成を完了することができるのである。なお、ウエハとしてはシリコンウエハを用いることが可能である。シリコンウエハの表面には欠陥層が存在する場合があり、かかる場合はシリコンウエハに対してウエハエッチングを実施してシリコンウエハの表面の欠陥層を除去することが可能である。また、欠陥層が除去されたシリコンウエハの受光面側に、ＰＮ接合を形成するため拡散層を形成し、その拡散層の上に光の反射による出力の低下を防止するための反射防止膜を形成することが可能である。
【００１７】
ペースト塗布工程において、ペーストに含有される銀の粒径が０．１〜２μｍとすることが好適である。ペーストに含有される銀の粒径を０．１〜２μｍとすることにより、焼成工程においてペーストが反射防止膜を貫通しやすくなり、シリコン表面にペースト中の銀が充分に到達するからと考えられるからである。なお、ペースト中には銀は７０〜９０重量％含有されることが可能である。７０重量％よりも少ない場合、十分な電気伝導度が得られないからである。また、９０重量％よりも多い場合、他の添加剤が少ないため反射防止膜を貫通できないからである。
【００１８】
焼成工程において、供給する酸素のガス量は、炉内容積に対して毎分１倍以上３倍以下供給することが好適である。すなわち、焼成工程において、毎分、炉内容積と同体積以上で、炉内容積と３倍以下の体積の酸素ガスを供給することが好ましい。これは焼成工程において、炉内雰囲気が充分に酸素で置換され、実質的な酸素雰囲気になるからと考えられる。ここで、実質的な酸素雰囲気とは、炉内の酸素濃度が、４０〜９０％であることを意味する。なお、３倍より多く供給しても炉内がすでに十分な酸素雰囲気であるため効果が無い。
【００１９】
焼成工程において、ウエハの焼成をコンベア式焼成炉で行うことが可能である。コンベア式焼成炉とは、所定の速度で移動するコンベア上に焼成を行うウエハを載置し、載置されたウエハに対して、炉内に一定間隔を置いて設置された熱源にて焼成を行う焼成炉である。
【００２０】
ウエハの焼成をコンベア式焼成炉で行う場合、焼成工程における焼成を、赤外線ランプによる加熱にて行うことが可能である。焼成を赤外線ランプによる加熱とすることにより、コンベア上に載置されたウエハを均一に加熱することができるのである。
【００２１】
焼成工程において、コンベア式焼成炉の酸素ガス供給管の酸素ガス供給口を、コンベアの進行方向に対して左右それぞれに設けることが可能である。コンベアの進行方向に対して左右それぞれに酸素ガス供給管の酸素ガス供給口を設けることにより、炉内の左方向壁および右方向壁の双方から、コンベア上に載置されているウエハに対して酸素ガス供給口から酸素ガスを供給することができる。したがって、コンベア上に載置されているウエハに対して均一に酸素ガスを供給することができる。
【００２２】
焼成工程において、酸素ガス供給管をコンベアに対して垂直に配置することも可能である。酸素ガス供給管をコンベアに対して垂直に配置することにより、コンベア上に載置されているウエハに対して鉛直方向から酸素ガスの供給を行うことができる。
【００２３】
焼成工程において、コンベア式焼成炉のコンベアベルトのスピードを毎分１０００〜２０００ｍｍとすることが可能である。コンベアベルトのスピードを毎分２０００ｍｍよりも大きくすると、焼成条件が安定したものとすることが困難であり、その結果、太陽電池素子間で出力のバラツキが現れはじめることになる。一方、コンベアベルトのスピードを毎分１０００ｍｍよりも小さくすると、出力の大きい太陽電池素子を得ることが困難となる。
【００２４】
図１は、はんだ形成前の本発明による太陽電池素子の一実施形態の断面図である。太陽電池素子の製造工程は、電極焼成工程を除いて同じなので、図９を用いて説明する。
【００２５】
まず、キャスト法で製造された多結晶シリコンインゴットを切断することで得られたＰ型シリコンウエハ１を、８０℃、５％ＮａＯＨ溶液に１０分間浸漬してウエハエッチングを実施した。このシリコンウエハ１の受光面側に、Ｐ2Ｏ5を塗布拡散法により塗布した後８５０℃、１０分間の熱処理を行い、Ｎ＋拡散を行って拡散層２を形成し、ＰＮ接合を形成した。次にシリコンウエハ１の裏面付近でのキャリアの再結合による出力の低下を防ぐため、シリコンウエハ１の裏面に、Ａｌペーストを塗布した後７００℃、５分間の熱処理を行い、Ｐ＋裏面電界層３を形成した。さらに、太陽電池表面での光の反射による出力の低下を防ぐためにシリコンウエハ１の表面に、８００オングストロームのＴｉＯ2反射防止膜６を形成し、表電極４を形成し、裏電極５を形成した。なお、反射防止膜６はＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）でもかまわない。
【００２６】
表電極４および裏電極５は、まず、銀を主成分とするペーストを印刷法によりシリコンウエハ１上に塗布し、表電極ペースト４０および裏電極ペースト５０を形成する。前記ペーストに含まれる銀の粒径は０．１〜２μｍであることが望ましい。これは、この範囲の粒径であれば、後の焼成工程においてペーストが反射防止膜を貫通しやすくなり、シリコン表面にペースト中の銀が充分に到達するからと考えられる。０．１μｍ以下あるいは２μｍ以上だと良好なオーミックコンタクトが取れなかった。
【００２７】
次に、これを約１５０℃で３分ほど処理して乾燥させ、図２に示すようなコンベア式焼成炉を用いて焼成をする。この時の加熱は、赤外線ランプによって行った。その時に、反射防止膜６を貫通させるように表電極４が形成される。図３は図２のコンベアの進行方向から見た断面図である。本実施形態では、焼成炉の側面にガス供給管１０を配置しそのガス供給管１０から酸素ガスを供給している。すなわち、コンベア式焼成炉の酸素ガス供給管１０の酸素ガス供給口が、コンベアの進行方向に対して左右にそれぞれ設けられている。酸素ガスを導入する効果は、酸素ガス雰囲気とすることによって、この電極ペースト４０が反射防止膜６を貫通しやすくなるため、加熱が最小限にとどめられ、銀の表面が酸化してはんだがつきにくい状態になる前に焼成を完了することができるためと考えている。この焼成時の酸素のガス流量は図４に示すように、毎分あたり、焼成炉の炉内容積の１倍以上で、３倍以下の流量で作成した太陽電池素子の出力が大きい。したがって、酸素ガスの流量は、毎分あたり、炉内容積の１倍以上３倍以下の流量が望ましい。これは炉内雰囲気が充分に酸素で置換され、実質的な酸素雰囲気になるからと考えられる。また図５に示すように焼成時の炉内ピーク温度は、素子の出力が大きな値となる５００℃〜７００℃が望ましい。さらに、コンベアの速度は図６に示すように１０００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎが望ましい。２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上とすると焼成条件が安定でなくなり、素子間で出力のバラツキが現れはじめた。また、１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下だと出力の大きく素子は得られなかった。
【００２８】
図７および図８は本発明別実施形態に係わる焼成炉の断面図である。作成条件はほぼ同一であるが、酸素の供給配管１０の酸素供給口がシリコンウエハ１の垂直方向（上または下）に配置されている点で異なっている。したがって、酸素ガスが均一にシリコンウエハ１に供給され、均一な焼成が可能となる。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
図１は、はんだ形成前の本発明による太陽電池素子の一実施例の断面図である。太陽電池素子の製造工程は、電極焼成工程を除いて同じなので、図９を用いて説明する。
【００３０】
まず、キャスト法で製造された多結晶シリコンインゴットを切断することで得られたＰ型シリコンウエハ１を、８０℃、５％ＮａＯＨ溶液に１０分間浸漬してウエハエッチングを実施した。このシリコンウエハ１の受光面側に、Ｐ2Ｏ5を塗布拡散法により塗布した後８５０℃、１０分間の熱処理を行い、Ｎ＋拡散を行って拡散層２を形成し、ＰＮ接合を形成した。次にシリコンウエハ１の裏面付近でのキャリアの再結合による出力の低下を防ぐため、シリコンウエハ１の裏面に、Ａｌペーストを塗布した後７００℃、５分間の熱処理を行い、Ｐ＋裏面電界層３を形成した。さらに、太陽電池表面での光の反射による出力の低下を防ぐためにシリコンウエハ１の表面に、８００オングストロームのＴｉＯ2反射防止膜６を形成し、表電極４を形成し、裏電極５を形成した。
【００３１】
表電極４および裏電極５は、まず、銀を８０重量％含有するペーストを印刷法によりシリコンウエハ１上に塗布し、表電極ペースト４０および裏電極ペースト５０を形成する。前記ペーストに含まれる銀の粒径は１μｍであった。
【００３２】
次に、これを約１５０℃で３分ほど処理して乾燥させ、図２に示すようなコンベア式焼成炉を用いて焼成をする。この時の加熱は、赤外線ランプによって行った。その時に、反射防止膜６を貫通させるように表電極４が形成される。図３は図２のコンベアの進行方向から見た断面図である。本実施例では、焼成炉の側面にガス供給管１０を配置しそのガス供給管１０から酸素ガスを供給している。すなわち、コンベア式焼成炉の酸素ガス供給管１０が、コンベアの進行方向に対して左右にそれぞれ設けられている。この焼成時の酸素のガス流量は１３００リットル／分であった。また、図５に示すように焼成時の炉内ピーク温度は６００℃であった。さらに、コンベアの速度は１５００ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００３３】
（実施例２）
図７および図８は本発明実施例２に係わる焼成炉の断面図である。作成条件はほぼ同一であるが、酸素の供給配管１０がシリコンウエハ１の垂直方向（上または下）に配置されている点で異なっている。このことにより、酸素ガスが均一にシリコンウエハ１に供給され、均一な焼成が可能となる。
【００３４】
なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３５】
【発明の効果】
実施例１および２によって作成された図１に示す太陽電池素子を用いて、はんだ工程を行ったところ、はんだ付け性が良く、太陽電池の初期特性を低下させることもなかった。また、個々の太陽電池を接続してパネルにする工程においても、はんだが電極上に十分あるためリード線の取り付けは良好であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による太陽電池素子の断面図である。
【図２】  本発明で使用したコンベア式焼成炉である。
【図３】  コンベアの進行方向から見た断面図である。
【図４】  酸素のガス流量と素子出力の関係を示した図である。
【図５】  焼成時の炉内ピーク温度と素子出力の関係を示した図である。
【図６】  焼成時のコンベアスピードと素子出力の関係を示した図である。
【図７】  本発明で使用した他のコンベア式焼成炉のコンベアの進行方向から見た断面図である。
【図８】  本発明で使用した他のコンベア式焼成炉のコンベアの進行方向から見た断面図である。
【図９】  従来の太陽電池素子の製造工程を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  シリコンウエハ、２  シリコンウエハ内に形成された拡散層、３  シリコンウエハ内に形成された電界層、４  表電極、５  裏電極、６  反射防止膜、７焼成炉の加熱ゾーン、８  赤外線ランプ、９  コンベア、１０  ガス供給配管、１１  欠陥層、１２  はんだ、４０  表電極ペースト、５０  裏電極ペースト。
【図１】
0003933389.tif 000002
【図２】
0003933389.tif 000003
【図３】
0003933389.tif 000004
【図４】
0003933389.tif 000005
【図５】
0003933389.tif 000006
【図６】
0003933389.tif 000007
【図７】
0003933389.tif 000008
【図８】
0003933389.tif 000009
【図９】
0003933389.tif 000010