(57)【要約】【課題】太陽電池の製造プロセスを複雑化することなく電極印刷時の凹凸をなくし、太陽電池セルの出力劣化を低減することができる太陽電池を得ること。【解決手段】ｐｎ接合を有する太陽電池基板２の微小凹凸を持つ受光面２Ａに受光面電極を形成する工程と、裏面に裏面電極を形成する工程とを含む。そして受光面電極を形成する工程が、印刷マスク３上に電極ペースト６を供給し、印刷マスク３上を、第１のスキージ４をＡ方向に摺動させることで、電極ペースト６を印刷マスク３から太陽電池基板２表面に掻き出し、パターン印刷部を形成する第１の印刷工程と、続いて、第２のスキージ５をＡ方向に摺動させることで、印刷マスク３上に残留した電極ペースト６を印刷マスク３から太陽電池基板２表面に掻き出し、パターン印刷部の断面形状をなだらかにする第２の印刷工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に電極を形成する工程を含み、
前記電極を形成する工程が、
印刷マスク上に電極ペーストを供給する電極ペースト供給工程と、
前記印刷マスク上を、第１のスキージが摺動する第１の印刷工程と、
前記印刷マスク上を、第２のスキージが摺動する第２の印刷工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記基板はｐｎ接合を有する半導体基板であり、
前記半導体基板の微小凹凸を持つ第１主面に受光面電極を形成する工程と、第２主面に裏面電極を形成する工程とを含み、
前記受光面電極を形成する工程が、
前記印刷マスク上に電極ペーストを供給する電極ペースト供給工程と、
前記印刷マスク上を、第１のスキージが摺動することで、前記電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、パターン印刷部を形成する第１の印刷工程と、
前記印刷マスク上を、第２のスキージが摺動することで、前記印刷マスク上に残留した前記電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、前記パターン印刷部の断面形状をなだらかにする第２の印刷工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、間隔を隔てて２本並行配置され、
同時に駆動されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、間隔を隔てて２本並行配置され、
時間差をもって駆動されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、前記印刷マスク上で、２本対向して配置され、
前記第１の印刷工程は、前記第１のスキージを第１の方向に移動させて前記半導体基板上に電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、パターン印刷部を形成する工程であり、
前記第２の印刷工程は、前記第１の印刷工程の後、
第２のスキージを前記第１の方向とは逆の第２の方向に摺動させることで、前記印刷マスク上に残留した前記電極ペーストを、前記電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、前記パターン印刷部の断面形状を緩和する工程であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、互いに硬度が異なることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第２のスキージは前記第１のスキージより硬度が高いことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第１の印刷工程と前記第２の印刷工程との間に前記印刷マスクに対して前記半導体基板を前記第１または前記第２の方向にマスク開口を構成するメッシュピッチの半分移動するマスク移動工程を含むことを特徴とする請求項２および５から７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記印刷マスクは、前記第１または第２の方向の片方の端部に樹脂膜部分を配し、前記樹脂膜部分と印刷パターンを備えたメッシュ部分を持つマスク本体部とが接合された接合領域を有することを特徴とする請求項２および５から７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
印刷マスクと、
印刷マスク上にペーストを供給し、拡げるスクレッパと、
前記印刷マスク上を、第１の方向に摺動することで、前記電極ペーストを前記印刷マスクから基板表面に掻き出し、パターン印刷部を形成する第１のスキージと、
前記印刷マスク上に残留した前記電極ペーストを前記印刷マスクから前記基板表面に掻き出し、前記パターン印刷部の断面形状を緩和する第２のスキージとを備えたことを特徴とする印刷装置。
【請求項１１】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、間隔を隔てて２本並行配置され、
前記第１のスキージと前記第２のスキージとを同時に駆動する駆動制御部を有することを特徴とする請求項１０に記載の印刷装置。
【請求項１２】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、間隔を隔てて２本並行配置され、
前記第１のスキージと前記第２のスキージとの駆動に時間差をもち、前記第１のスキージ駆動後に前記第２のスキージを駆動する駆動制御部を有することを特徴とする請求項１０に記載の印刷装置。
【請求項１３】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、前記印刷マスク上で、２本対向して配置され、相対向する第１および第２の方向にそれぞれ駆動する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、
最初に第１のスキージを前記印刷マスク上を前記第１の方向に摺動させて前記基板上に電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、パターン印刷部を形成した後、
第２のスキージが前記第１の方向とは逆の前記第２の方向に摺動することで、前記印刷マスク上に残留した前記電極ペーストを前記印刷マスクから前記半導体基板表面に掻き出し、前記パターン印刷部の断面形状をなだらかにすることを特徴とする請求項１０に記載の印刷装置。
【請求項１４】
前記第１のスキージと前記第２のスキージは、互いに硬度が異なることを特徴する請求項１０から１３のいずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１５】
前記第２のスキージは前記第１のスキージより硬度が高いことを特徴とする請求項１４に記載の印刷装置。
【請求項１６】
前記第１のスキージの前記第１の方向への摺動と前記第２のスキージの前記第２の方向への摺動との間に前記印刷マスクに対して前記基板を前記第１または前記第２の方向にマスクの開口を構成するメッシュピッチの半分移動する移動部を含むことを特徴とする請求項１０および１３から１５のいずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１７】
前記印刷マスクは、前記第１または第２の方向の片方の端部に樹脂膜部分を配し、前記樹脂膜と印刷パターンを備えたメッシュ部分とが接合された接合領域を有することを特徴とする請求項１０および１３から１５のいずれか１項に記載の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法および印刷装置に係り、特に受光面側電極の形成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の結晶系シリコン太陽電池は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンのｐ型シリコン基板の面全体にｎ型の拡散層が形成され、ｐｎ接合を形成するものであるが、受光面側の表面にはテクスチャーと呼ばれる微小な凹凸が設けられている。微小凹凸上には反射防止膜が形成され、反射防止膜の上に櫛形状に受光面電極が設けられている。シリコン基板の裏面には、裏面全体に電極が設けられている。
【０００３】
上記結晶系シリコン太陽電池は、例えば以下のようにして製造される。まず、ｐ型単結晶シリコン基板の表面に微小凹凸を形成する。微小凹凸の形成には、アルカリ溶液とアルコールの混合液、フッ酸と硝酸の混酸溶液等のエッチング液を用いたウェットエッチングプロセス、もしくはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：リアクティブイオンエッチング）法等のドライエッチングプロセスを用いる。表面の微小凹凸は外からの光の反射を抑えて閉じ込め、光を電気に変換する効率を上げるために形成される。次に、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）ガス中で気相拡散法によりｐ型単結晶シリコン基板にｎ型拡散層を形成する。フッ化水素に浸し表面にできた酸化膜を除去した後に、表面に反射防止膜である窒化シリコンをプラズマＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長)法により形成する。次に、表面に銀ペーストを用い印刷法で櫛形状にパターン化した受光面電極を形成する。裏面電極として、アルミニウムペーストを用い裏面全体にアルミニウム電極が形成されるとともに、一部外部取り出し電極として銀電極が印刷法で形成される。そして、１５０℃で乾燥した後に７００℃から８００℃で受光面電極および裏面電極を焼成し太陽電池が完成される。
【０００４】
以上のように、太陽電池セルの受光面側に形成する受光面電極は主に印刷法により形成されるが、受光面電極の表面は印刷マスクのメッシュを通して転写されるため表面が凹凸形状になる。
【０００５】
特に受光面電極の櫛型電極部の細い電極を形成する場合は、印刷面積に比較してメッシュの占有する面積が大きく電極ペーストの固形分比が大きく粘度が高いために、電極表面にメッシュに起因する凹凸が発生する。電極表面の凹凸が大きいと電極の導体抵抗が高くなり電流が流れにくくなり、セル出力の低下が生じる。
【０００６】
受光面電極の凹凸を少なくするためには、例えば、特許文献１では、マスクのメッシュパターンを変更した異なるマスクを用いて複数回印刷する、あるいはペースト粘度を低くする技術が開示されている。
【０００７】
また、メッシュのない板状の金属を電極形状に抜いたメタルマスクを使用することで凹凸を少なくする技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１０３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、印刷マスクのメッシュを通して電極ペーストをパターン転写して太陽電池の受光面電極を形成する場合、印刷面積に比較してメッシュ面積が大きく電極ペーストの固形分比が大きく粘度が高いために電極表面に凹凸が発生し易い。電極表面の凹凸が大きいと電極の導体抵抗が高くなり電流が流れにくくなり、セル出力の低下が生じる。これを防ぐために特許文献１の技術では、マスクピッチを変更して複数回印刷を行ったり、粘度を低くしたりしている。しかしながら特許文献１の技術では、印刷工程が複雑になる上、塗布する電極ペーストの使用量が多くなりコストの高騰を招くという問題があった。また、メッシュのない板状の金属を電極形状に抜いたメタルマスクを使用した場合、十分なパターン精度を得ることができず高度の印刷技術を必要とするという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池の製造プロセスを複雑化することなく電極印刷時の凹凸をなくし、太陽電池セルの出力劣化を低減することができる太陽電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板に電極を形成する工程を含む太陽電池の製造方法であり、電極を形成する工程が、印刷マスク上に電極ペーストを供給する電極ペースト供給工程と、印刷マスク上を、第１のスキージが摺動する第１の印刷工程と、印刷マスク上を、第２のスキージが摺動する第２の印刷工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池の製造プロセスを複雑化することなく電極印刷時の凹凸をなくし、太陽電池セルの出力劣化を低減することができる太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における太陽電池の製造方法の概念を示す図
【図２】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法に用いられる印刷装置の構成を示す斜視図
【図３】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法に用いられる印刷装置の構成を示す断面図
【図４】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法に用いられる印刷装置の構成を示す上面図
【図５】実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、太陽電池の受光面を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示す太陽電池の、受光面とは反対側の裏面を示す図、（ｃ）は、同太陽電池のVc−Vc断面図、（ｄ）は、同太陽電池のVｄ−Vｄ断面図
【図６】（ａ）から（ｄ２）は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法における受光面電極の印刷工程を示す工程断面図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の工程で得られた太陽電池基板の要部拡大断面図、（ｄ２）は（ｄ１）の工程で得られた太陽電池基板の要部拡大断面図
【図７】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態２における太陽電池の製造方法の概念を示す図
【図８】実施の形態２における太陽電池の製造工程を示す断面図
【図９】実施の形態２における太陽電池の製造工程を示す断面図
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３における太陽電池の製造方法の概念を示す図
【図１１】実施の形態３における太陽電池の製造工程を示す断面図
【図１２】実施の形態３における太陽電池の製造工程を示す断面図
【図１３】実施の形態４における太陽電池の製造工程に用いられる印刷マスクを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。一方断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における太陽電池の製造方法の概念を示す図、図２は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法に用いられる印刷装置の構成を示す斜視図、図３は、同断面図、図４は、同上面図である。実施の形態１の太陽電池の製造方法に用いられる印刷装置では、支持台である印刷ステージ１に固定された、ｐｎ接合を有する太陽電池基板２に対し、印刷マスク３を介して、第１のスキージ４と第２のスキージ５とを並行して駆動し、電極ペースト６を供給して受光面グリッド電極１４Ｇを印刷する。第１のスキージ４よりも第２のスキージ５の方が硬度が高い。実施の形態１の印刷方法では、印刷マスク３上に電極ペースト６を供給し、印刷マスク３上を、第１のスキージ４が第１の方向Ａに摺動することで、電極ペースト６を印刷マスク３から太陽電池基板２表面に掻き出し、パターン印刷部を形成する第１の印刷工程を実施する。続いて、第２のスキージ５が第１の方向であるＡ方向に摺動することで、印刷マスク３上に残留した電極ペースト６を印刷マスク３から太陽電池基板２表面に掻き出し、パターン印刷部の断面形状を緩和する第２の印刷工程を実施する。従って、凹凸の少ないなだらかな表面をもつ受光面電極を形成することができる方法である。なお、実施の形態において硬度が高いとはショア硬度が高いことをいうものとする。
【００１６】
受光面電極の印刷に用いられる印刷装置について説明する。印刷装置は、印刷ステージ１と、印刷マスク３と、ヘラ状の治具である第１のスキージ４と、第１のスキージ４よりも先端部の硬度が高い第２のスキージ５と、を備えている。第１のスキージ４および第２のスキージ５は、樹脂あるいはゴムなどで形成されている。印刷マスク３は、マスクパターンの形成されたメッシュからなるマスク本体３１とマスク本体３１を支持するマスク枠３２とで構成される。マスク本体３１上に図示しないディスペンサから供給される電極ペースト６が、ヘラ状の治具であるスクレッパ７で、均一に拡げられる。Ａ、Ｂは第１のスキージ４および第２のスキージ５の摺動方向を示す。印刷マスク３のマスク本体３１は、メッシュ上に、電極パターンに対応する樹脂材料のパターンをフォトリソグラフィにより形成したものである。
【００１７】
印刷ステージ１には、被印刷物であるｐｎ接合を有する太陽電池基板２が固定される。印刷ステージ１は、上面であるステージ面に載置した太陽電池基板２をたとえば真空吸着することにより位置決め固定する。
【００１８】
印刷ステージ１上に固定された太陽電池基板２上には、該太陽電池基板２の上面である被印刷面と一定の間隔を空けて、四角形状の印刷マスク３が配置される。印刷マスク３は、たとえばアルミニウム合金などからなるマスク枠３２間に金属メッシュからなるマスク本体３１が一定の張力で張設および支持されている。すなわち、マスク枠３２は、マスク本体３１の外周縁部にマスク本体３１の外周に沿って設けられて金属メッシュを保持する。金属メッシュは、印刷パターンに対応した開口部を除く部分に感光性樹脂膜からなる乳剤が被着されている。印刷マスク３と印刷ステージ１とは、それぞれに設けられたアライメントマーカーにより位置決めされる。
【００１９】
印刷マスク３の上部には、第１のスキージ４と、第２のスキージ５と、スクレッパ７とが図示しない駆動手段により昇降可能且つ一定の摺動方向であるＡまたはＢ方向に移動可能に設けられている。第１のスキージ４および第２のスキージ５は、スクレッパ７と所定の間隔を開けて摺動方向Ａにおけるスクレッパ７の摺動方向の下流側にスクレッパ７と略平行方向に配置されている。
【００２０】
Ｘ方向は、第１のスキージ４、第２のスキージ５、およびスクレッパ７の幅方向である。第１のスキージ４、第２のスキージ５、およびスクレッパ７の幅方向は、印刷マスク３の面方向においてＹ方向と略直交する方向とされる。また、第１のスキージ４および第２のスキージ５の幅寸法は、印刷マスク３におけるパターン印刷領域と略等しく、またはＸ方向において両端がパターン印刷領域からはみ出す寸法とされる。パターン印刷領域は、印刷パターンに対応した開口部が乳剤に設けられて被印刷物である太陽電池基板２に対して電極ペースト６の印刷が行われる領域である。スクレッパ７の幅寸法は、Ｘ方向において両端が第１のスキージ４および第２のスキージ５から突出するように第１のスキージ４および第２のスキージ５の幅寸法よりも長くされている。スクレッパ７において第１のスキージ４および第２のスキージ５から突出した部分は、印刷方向Ａにむけて屈曲した屈曲部とされている。Ｚ方向は、第１のスキージ４、第２のスキージ５、およびスクレッパ７の昇降方向である。
【００２１】
次に、実施の形態１の印刷装置を用いた電極形成方法について説明する。電極形成方法に先立ち、太陽電池基板の構成について簡単に説明する。図５は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、太陽電池の受光面を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示す太陽電池の、受光面とは反対側の裏面を示す図、（ｃ）は、同太陽電池のVc−Vc断面図、（ｄ）は、同太陽電池のVｄ−Vｄ断面図である。次に本実施の形態の印刷方法を用いて電極を形成した太陽電池について説明する。太陽電池基板２の受光面２Ａには、互いに直交するように配置された受光面グリッド電極１４Ｇおよび受光面バス電極１４Ｂが設けられている。太陽電池基板２の裏面には、アルミニウム電極１３および裏面バス電極１５が設けられている。
【００２２】
実施の形態１にかかわる太陽電池は、基板としてｐ型単結晶シリコン基板１０を用いている。なお、基板はこれに限定されるものではなく、ｐ型多結晶シリコン基板の他、ｎ型のシリコン基板を用いても良い。ｐ型単結晶シリコン基板１０の受光面側には、光を閉じ込めるためのテクスチャーと呼ばれる凹凸部が３μｍ程度の深さで形成されている。ｐ型単結晶シリコン基板１の凹凸部には０．２μｍのｎ型拡散層１１が形成され、ｐ型単結晶シリコン基板１とｎ型拡散層１１との間でｐｎ接合部を形成している。ｎ型拡散層１１上に反射を低減し光利用率を向上するための反射防止膜１２が形成されて太陽電池基板２を形成している。そして太陽電池基板２の受光面２Ａ側には多数の細い受光面グリッド電極１４Ｇと受光面グリッド電極１４Ｇと直交する数本の太い受光面バス電極１４Ｂが反射防止膜１２の開口部に形成されている。
【００２３】
太陽電池基板２の裏面２Ｂは、ｐ型単結晶シリコン基板１０上にアルミニウム電極１３と外部取り出し電極として銀からなる裏面バス電極１５とが配置される。アルミニウム電極１３下には、焼成によるアルミニウムとシリコンの合金層が形成され、合金層の下層にはアルミニウム拡散によるｐ+層であるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層が形成されている。
【００２４】
次に太陽電池の製造方法について述べる。例えばｐ型単結晶シリコン基板１０をフッ酸および純水で洗浄する。そしてｐ型単結晶シリコン基板１０の受光面側の表面に凹凸部を形成する工程は、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコールの混合溶液に浸し、凹凸部が３μｍになるようにウェットエッチングを行う。またはＲＩＥなどドライエッチングプロセスで表面を１μｍから３μｍの高さの差をもつ凹凸形状の表面としても良い。
【００２５】
そして、表面に微小凹凸部を形成した基板をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）ガス中で気相拡散法により高温で熱拡散させてシリコン基板表面にｎ型拡散層１１を形成する。このときの拡散させるリン濃度は、オキシ塩化リンガスの濃度および温度雰囲気、加熱時間により制御することが可能である。拡散後の基板のシート抵抗は４０Ωから６０Ω／□になった。拡散工程後に、反射防止膜１２を形成する。形成には、シランとアンモニアの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤを用い、窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は６０ｎｍから８０ｎｍ形成した。
【００２６】
次に受光面の反対側に裏面電極であるアルミニウム電極１３と取り出し電極である銀からなる裏面バス電極１５を形成する。順序はどちらが先に形成してもよいが、ここでは取り出し電極の銀電極を先に形成することとする。取り出し銀電極の電極形状はライン状でもドット状でもよい。印刷法により銀ペーストを受光面バス電極１４Ｂに対応した受光面と反対側の位置に形成し裏面バス電極１５を乾燥させた後にアルミニウム電極１３を形成する。アルミニウム電極１３は、印刷マスク３を使用し裏アルミニウム電極を形成する。アルミニウム電極１３は、裏面バス電極１５を抜いた裏面２Ｂ全面に印刷する開口パターンを持つ印刷マスク３用いて形成される。以上のようにして裏面電極を印刷法で形成した後に２００℃５分で乾燥させる。乾燥後受光面電極１４の印刷工程が実施される。
【００２７】
図６（ａ）から（ｄ２）は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法における受光面電極の印刷工程を示す工程断面図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の工程で得られた太陽電池基板の要部拡大断面図、（ｄ２）は（ｄ１）の工程で得られた太陽電池基板の要部拡大断面図である。受光面電極１４の印刷は、受光面バス電極１４Ｂと受光面グリッド電極１４Ｇとで使用する電極ペーストを変えることが多く、別工程で実施されることが多い。ここでは受光面バス電極１４Ｂを印刷した後受光面グリッド電極１４Ｇを印刷する工程について説明するが、逆でもよい。あるいは受光面バス電極１４Ｂと受光面グリッド電極１４Ｇとを同一の電極ペーストで印刷する場合には同一の印刷工程を用いてもよい。
【００２８】
まず、印刷マスク３上におけるパターン印刷を含む領域にスクレッパ７により電極ペースト６を薄くコートしておき、第１のスキージ４によって印刷マスク３に一定の押圧力を加えた状態で図６（ａ）における印刷方向Ａに沿ってパターン印刷領域上を第１のスキージ４を摺動させることによって、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出され、所望のパターンが太陽電池基板２に印刷される。ここで一定の押圧力とは、第１のスキージ４を印刷マスク３の上に設置し、印刷マスク３下部の太陽電池基板２に当たるように下げる程度のものとする。第１のスキージ４に押圧力をかけた状態で、印刷パターン領域を移動させることで、マスク本体３１上を第１のスキージ４が摺動し、マスク本体３１のメッシュを通して電極ペースト６が第１のスキージ４により押し出される。
【００２９】
図６（ａ）は、印刷はじめの状態を示し、図６（ｂ１）は、図２におけるＡ方向の端部まで第１のスキージ４が動いた状態を示す。図６（ｂ２）は、図６（ｂ１）における太陽電池基板２の要部拡大断面図を示す。図６（ｂ２）から明らかなように、第１のスキージ４によって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さａ１と高い部分の高さｂ１との差が大きく、凹凸の大きい表面となっている。
【００３０】
次いで、印刷マスク３上に残留する電極ペースト６を、第２のスキージ５によって印刷マスク３に一定の押圧力を加えた状態で図６（ｃ）における印刷方向Ａに沿ってパターン印刷領域上を第２のスキージ５が摺動することによって、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出され、印刷された受光面グリッド電極１４Ｇ上に補填され、なだらかなパターンからなる受光面グリッド電極１４Ｇが太陽電池基板２に印刷される。このときの押圧力も、第２のスキージ５を印刷マスク３の上に設置された、印刷マスク３下部の太陽電池基板２に当たるように下げる程度のものとする。押圧力をかけた状態で、印刷パターン領域を移動させることで、マスク本体３１上を第２のスキージ５が摺動し、マスク本体３１のメッシュを通して銀ペーストが第２のスキージ５により押し出される。
【００３１】
図６（ｃ）は、第２のスキージ５による印刷はじめの状態を示し、図６（ｄ１）は、図２におけるＡ方向の端部まで第２のスキージ５が動いた状態を示す。図６（ｄ２）は、図６（ｄ１）における太陽電池基板２の要部拡大断面図を示す。図６（ｄ２）から明らかなように、第２のスキージ５によって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さａ２と高い部分の高さｂ２との差が前工程である図６（ｂ２）に比べて大きく低減されて、凹凸の少ないなだらかな表面となっている。
【００３２】
実施の形態１の印刷方法で形成された太陽電池の受光面グリッド電極１４Ｇは、表面の凹凸が少なくかつ、アスペクト比が高く、コンタクト抵抗も低く、信頼性の高い電極を構成するものである。
【００３３】
なお、受光面グリッド電極１４Ｇに用いられる銀ペーストは細く形成するため、銀など固形分が９０％前後の高粘度ペーストが用いられる。印刷スクリーンのメッシュを透過して印刷するのでメッシュ部の裏側は、開口部と比較すると低く形成され、受光面グリッド電極１４Ｇの表面は凹凸をもつことになる。凹凸が大きく凹部の高さが低くなると形成された電極の導体抵抗が大きくなるためセル出力の低下が起きる。
【００３４】
実施の形態１の印刷装置によれば、受光面グリッド電極１４Ｇ表面の凹凸を少なくするために、電極を形成する印刷装置の構造として、スキージを並行に２本配置したものとする。印刷マスク３は、印刷方向に沿って受光面グリッド電極１４Ｇを印刷するように配置する。一定区間ごとに、２本並行に配置したスキージのうち、印刷方向の前に配置した第１のスキージ４でペースト６を押し出して受光面グリッド電極１４Ｇの電極パターンを形成し、第２のスキージ５で受光面グリッド電極１４Ｇの電極パターンの凸部になった部分を掻き取るようにし、凹凸を少なくする。
【００３５】
第１のスキージ４で形成した電極高さの凹凸の低い部分ａ1は７μｍ、高い部分ｂ1は１５μｍで凹凸の差は８μｍに対して、第１のスキージ４で形成した後に第２のスキージ５で印刷した後の電極高さの凹凸は低い部分ａ2が８μｍ、高い部分ｂ2が１１μｍと電極凹凸の差が４μｍとなり電極の凹凸が大きく減った。
【００３６】
このとき、電極ペースト６の粘度を３５０Ｐａ・ｓから４００Ｐａ・ｓと高くすることで電極凹凸の低い部分の高さを５μｍ以上とする。また、第１のスキージ４の硬度はショア硬度で５０°から８０°であるものを使用し、第２のスキージ５の硬度を第１のスキージ４より高い、ショア硬度で７０°から１００°の硬いスキージを用いることで電極の高い部分を掻き取る効果が高くなる。一般的な市販スキージの硬度は５０°から９０°であるが、スキージの硬度が低いと上からの押圧力でスキージのたわみ量が大きくペーストを押し出す作用が大きく電極の厚みが厚くなる。反対に、スキージの硬度が高いとペーストの押し出す力が弱く電極の厚みが薄くなる。実施の形態１では第１のスキージに硬度７０°、第２のスキージに電極の高い部分のペーストを掻き取るため硬度の高い８０°のスキージを使用した。形成した電極は１５０℃で乾燥する。
【００３７】
以上のようにして受光面グリッド電極１４Ｇおよび受光面バス電極１４Ｂの印刷形成工程が完了した後、電極焼成を行う。焼成は赤外線加熱炉を用いて７５０℃から８００℃以上で実施される。焼成工程のピーク８００℃となる焼成部の前にプリ焼成部を設け４００℃設定とした。ここを通過するときで剥離層が熱分解し消失する。同時に剥離層上に残っていたニジミとして付着していた銀粒子が飛散し除去される。そして銀電極が８００℃で焼成され、同時に裏面電極も加熱しアルミニウムがシリコンと反応し、アルミニウム電極１３下にはアルミ合金層が形成され、アルミニウム拡散によるＢＳＦ層が形成される。以上で、太陽電池の製造工程が完了する。
【００３８】
乾燥した受光面グリッド電極の形状を測定した結果、通常硬度の７０°のスキージで１回印刷した電極の高さの最大値と最小値の差の平均値が７μｍあったのが、上記方法で形成した電極高さの最大値と最小値の差の平均値は３μｍとなり大きな改善が見られた。
【００３９】
実施の形態１の印刷装置によれば、２本並行に配置したスキージを一定区間ごとに、順次降下させ、一方のスキージのみを摺動する方法を用いたが、２本並行に配置したスキージを、一定の間隔を隔てて同時に摺動させる駆動制御部を用いて実施するようにしてもよい。２本のスキージを間隔を隔てて同時に摺動させることで、印刷方向の前に配置した第１のスキージ４で電極ペースト６を押し出して受光面グリッド電極１４Ｇの電極パターンを形成し、後の第２のスキージ５で受光面グリッド電極１４Ｇの電極パターンの凸部になった部分を掻き取っていくようにし、凹凸を少なくするようにしてもよい。これにより、印刷時間の節減をはかることができるが、第１のスキージ４による印刷部分が第２のスキージ５で乱される場合もあるため、第１のスキージ４と第２のスキージ５との間隔と、第１のスキージ４と第２のスキージ５との駆動速度を調整する必要がある。また駆動制御部を用いて、並行配置された、第１のスキージ４と第２のスキージ５との駆動に時間差をもち、第１のスキージ４の駆動後に第２のスキージ５を駆動するようにしてもよい。さらにまた、多数の太陽電池基板２に対し順次印刷する場合には、第１のスキージ４が太陽電池基板２の他端側まで到達した後に、第２のスキージ５を太陽電池基板２の一端側に降下させるようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２の太陽電池の製造方法の概念を示す図であり、（ａ）および（ｂ）はグリッド電極を印刷するための工程断面図である。（ａ）は、矢印Ａ方向に第１のスキージ２４で印刷を行う工程を示し、（ｂ）は、矢印Ｂ方向に第２のスキージ２５で印刷を行う工程を示す。実施の形態２は、第１のスキージ２４と第２のスキージ２５が反対に向かうように配置されて、まず第１のスキージ２４で矢印Ａ方向に第１回目の印刷すなわち第１の印刷工程を実施する。そして反対側に移動した後に第１のスキージ２４を上昇させてから、次に第２のスキージ２５を降下させる。第２のスキージ２５が逆方向であるＢ方向に第２のスキージ２５が印刷マスク３上を摺動することで電極ペースト６が太陽電池基板２上に掻き出される。そして掻き出された電極ペースト６が第１回目の印刷パターン上をなぞることで、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出され、印刷された受光面グリッド電極１４Ｇ上に補填される。以上のように第１の印刷工程で得られた第１回目の印刷パターン上を第２回目の印刷でなぞる第２の印刷工程を実施することで、なだらかなパターンからなる受光面グリッド電極１４Ｇが太陽電池基板２に印刷される。
【００４１】
ここで、実施の形態２の印刷装置は、マスク移動装置８を有し、第１の印刷工程と第２の印刷工程との間に、印刷マスク３を、Ａ方向またはＢ方向にマスク開口のメッシュのピッチの半分移動する。なお、印刷マスク３を移動するのに代えて、印刷マスク３に対して太陽電池基板２をＡ方向またはＢ方向にマスク開口のメッシュのピッチの半分変位させるようにしてもよい。
【００４２】
図８は、第１のスキージ２４を用いてＡ方向に摺動させる第１の印刷工程を示し、破線は第１のスキージ２４の印刷はじめの位置状態を示し、実線は、図８におけるＡ方向の端部まで第１のスキージ２４が動いた状態を示す。図８の太陽電池基板２上の受光面グリッド電極１４Ｇから明らかなように、第１のスキージ２４によって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さと高い部分の高さとの差が大きく、凹凸の大きい表面となっている。
【００４３】
次いで、印刷マスク３をＡ方向にメッシュの半ピッチだけずらす。
【００４４】
印刷マスク３がＡ方向に半ピッチずらされた後、印刷マスク３上に残留する電極ペースト６を、第２のスキージ２５によって印刷マスク３に一定の押圧力を加えた状態で図９における印刷方向Ｂに沿ってパターン印刷領域上を第２のスキージ２５が摺動せしめられる。第２のスキージ２５が摺動することによって、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出される。押し出しにより、印刷された受光面グリッド電極１４Ｇ上に補填され、なだらかなパターンからなる受光面グリッド電極１４Ｇが太陽電池基板２に印刷される。このときの押圧力も、第２のスキージ２５を印刷マスク３の上に設置された、印刷マスク３下部の太陽電池基板２に当たるように下げる程度のものとする。押圧力をかけた状態で、印刷パターン領域を移動させることで、印刷マスク３上を第２のスキージ２５が摺動し、印刷マスク３のメッシュを通して銀ペーストが第２のスキージ２５により押し出される。
【００４５】
図９において破線は、第２のスキージ２５による印刷はじめの状態を示し、実線は、図９におけるＢ方向の端部まで第２のスキージ２５が動いた状態を示す。図９から明らかなように、第２のスキージ２５によって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さと高い部分の高さの差が大きく低減されて、凹凸の少ないなだらかな表面となっている。
【００４６】
実施の形態２の印刷方法で形成された太陽電池の受光面グリッド電極１４Ｇは、表面の凹凸が実施の形態１の印刷方法で形成された受光面グリッド電極１４Ｇよりも少なくかつ、アスペクト比が高く、コンタクト抵抗も低く、信頼性の高い電極を構成するものである。
【００４７】
単純に印刷すると受光面グリッド電極１４Ｇの凹凸が重なるため凹凸が大きくなる場合があるが、実施の形態２の印刷装置を用いることで、第１のスキージ２４と第２のスキージ２５の摺動による第１および第２の印刷工程の間に、印刷マスクもしくは印刷ステージをマスク開口部のメッシュピッチの半分、印刷方向にずらすような装置制御を実施する。
【００４８】
上記構成により、前に印刷した電極パターンの凹部がずれることによりさらなる凹凸の緩和をはかることができる。
【００４９】
なお、印刷マスクもしくは印刷ステージをマスク開口部のメッシュピッチの半分、印刷方向にずらすとは、メッシュピッチの奇数倍であればよい。
【００５０】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、２本のスキージを用いて第１および第２の印刷工程を実施したが、実施の形態３では、１本のスキージの２つのエッジを往復方向で使用することで、実施する方法である。図１０は、実施の形態３の太陽電池の製造方法の概念を示す図であり、（ａ）および（ｂ）は受光面グリッド電極を印刷するための工程断面図である。印刷するための印刷装置は、Ａ面２４ＡとＢ面２４Ｂとを使用可能な両面スキージ２４Ｄと、両面スキージ２４Ｄを回転させるとともに平行移動させるスキージ移動装置２６を備える。図１０（ａ）は矢印Ａ方向に両面スキージ２４ＤのＡ面２４Ａで印刷を行う第１の印刷工程を示し、図１０（ｂ）は矢印Ｂ方向に両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂで印刷を行う第２の印刷工程を示す。
【００５１】
実施の形態３では、まず両面スキージ２４ＤのＡ面２４Ａで矢印Ａ方向に第１回目の印刷を実施する。そして反対側に移動した後にスキージ移動装置２６によって、両面スキージ２４Ｄを上昇させてから、次に両面スキージ２４Ｄを回転し、Ｂ面２４Ｂが下方になるように設置する。両面スキージ２４Ｄを回転したのち、降下させて逆方向であるＢ方向に両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂが印刷マスク３上を摺動する。両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂが摺動することで電極ペースト６を太陽電池基板２上に掻き出す。掻き出された電極ペースト６は第１回目の印刷パターン上をなぞる。以上のようにして、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出され、印刷された受光面グリッド電極１４Ｇ上に補填され、なだらかなパターンからなる受光面グリッド電極１４Ｇが太陽電池基板２に印刷される。
【００５２】
図１１は、両面スキージ２４ＤのＡ面２４Ａを用いてＡ方向に摺動させる第１の印刷工程を示し、破線は両面スキージ２４Ｄの印刷はじめの位置状態を示し、実線は、図１１におけるＡ方向の端部まで両面スキージ２４Ｄが動いた状態を示す。図１１の太陽電池基板２上の受光面グリッド電極１４Ｇから明らかなように、両面スキージ２４ＤのＡ面２４Ａによって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さと高い部分の高さとの差が大きく、凹凸の大きい表面となっている。
【００５３】
この後、印刷マスク３上に残留する電極ペースト６を、両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂによって印刷マスク３に一定の押圧力を加えた状態で図１２における印刷方向Ｂに沿ってパターン印刷領域上を両面スキージ２４Ｄが摺動せしめられる。両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂが摺動することによって、印刷マスク３の開口部を通して電極ペースト６が太陽電池基板２側に押し出される。押し出しにより、印刷された受光面グリッド電極１４Ｇ上に補填され、なだらかなパターンからなる受光面グリッド電極１４Ｇが太陽電池基板２に印刷される。このときの押圧力も両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂを印刷マスク３の上に設置された、印刷マスク３下部の太陽電池基板２に当たるように下げる程度のものとする。押圧力をかけた状態で、印刷パターン領域を移動させることで、印刷マスク３上を両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂが摺動し、印刷マスク３のメッシュを通して銀ペーストが両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂにより押し出される。
【００５４】
図１２において破線は、両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂによる印刷はじめの状態を示し、実線は、図１２におけるＢ方向の端部まで両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂが動いた状態を示す。図１２から明らかなように、両面スキージ２４ＤのＢ面２４Ｂによって太陽電池基板２上に掻き出された受光面グリッド電極１４Ｇは、低い部分の高さと高い部分の高さの差が大きく低減されて、凹凸の少ないなだらかな表面となっている。
【００５５】
実施の形態３の印刷方法で形成された太陽電池の受光面グリッド電極１４Ｇは、表面の凹凸が実施の形態１の印刷方法で形成された受光面グリッド電極１４Ｇよりも少なくかつ、アスペクト比が高く、コンタクト抵抗も低く、信頼性の高い電極を構成するものである。実施の形態３の印刷装置では、１本のスキージの両面で硬度が異なるようにし、Ａ面よりもＢ面で硬度が高くなるように構成した両面スキージ２４を用いているため、構成が簡単である。
【００５６】
実施の形態３の印刷装置においても、実施の形態２と同様、第１の印刷工程と第２の印刷工程との間にマスク移動装置を用いて、印刷マスクのピッチをずらすようにすることも可能である。
【００５７】
実施の形態４．
実施の形態２では、第１の印刷工程と第２の印刷工程との間にマスク移動装置を用いて、印刷マスクのメッシュピッチをずらすことで、よりなだらかな断面形状を得ることができるようにしたが、実施の形態４では、印刷装置で用いる印刷マスクの構造により、印刷ピッチをずらし、よりなだらかな電極形状を得るものである。
【００５８】
図１３は実施の形態４の製造工程で用いられる印刷装置の印刷マスク３０を模式的に示す上面図である。印刷装置は実施の形態１で示したものと同様であり、ここでは説明を省略する。本実施の形態の印刷装置は、印刷マスク３０が、マスク枠３２で支持され、印刷方向Ａの端部に樹脂膜部分３１ｂを有し残部は通常のメッシュパターンからなるマスク本体３１ａで構成されたことを特徴とする。
【００５９】
実施の形態４の印刷マスクでは、片方の端部に樹脂膜部分３１ｂを設け、樹脂膜部分３１ｂと印刷パターンのあるメッシュパターンからなるマスク本体部３１ａとが接合された構成をとる。樹脂膜部分３１ｂはマスク本体部３１ａよりも弾性率の高い材料で構成することで、樹脂膜部分３１ｂの方がマスク本体部３１ａよりも伸び易く、樹脂膜部分３１ｂを起点側とするＢ方向から印刷するときにだけマスクが伸びるので印刷位置がずれるようになる。
【００６０】
これにより形成される電極位置がずれるため、印刷マスクを移動するのと同じ効果があり、マスク移動装置を用いてマスク本体部３１ａのメッシュピッチを半ピッチずらす制御をすることなく、凹凸を減少させることができ、よりなだらかな断面形状の受光面グリッド電極を得る。
【００６１】
なお、樹脂膜部分３１ｂは印刷マスク３のマスク部を構成する樹脂膜と同一材料で構成してもよい。つまり、印刷マスクのメッシュパターンを有するマスク本体部３１ａからメッシュパターンをなくし、樹脂膜のみとしてもよい。かかる構成によれば、印刷マスクの製造が容易とすることができる。
【００６２】
実施の形態１から４において、受光面グリッド電極１４Ｇ形成のための印刷パターンは印刷後焼成工程を経て電極となるものであるが、図面では印刷パターンそのものに受光面グリッド電極１４Ｇと符号を付しているが、煩雑さを避けるために別の符号を付すことなく焼成後受光面グリッド電極１４Ｇを形成する印刷パターンにも受光面グリッド電極１４Ｇと同一の１４Ｇを付している。
【００６３】
なお、前記実施の形態１から４において、第１および第２のスキージあるいは、両面スキージのＡ面およびＢ面は、印刷マスク上の摺動部となる領域で、硬度の異なるもので構成したが、同じものでもなだらかな電極断面形状を得ることは可能である。
【００６４】
また、前記実施の形態１から４において、太陽電池の製造方法に用いる印刷装置について説明したが、配線基板への配線層の形成に用いられるスクリーン印刷装置など、他の装置に用いられるスクリーン印刷装置にも適用可能である。
【００６５】
加えて、前記実施の形態１から４では、太陽電池の受光面グリッド電極の形成について説明したが、受光面グリッド電極に限定されるものではなく、ガラス基板などの絶縁性基板上に形成した集積型薄膜太陽電池への電極形成をはじめとする、太陽電池への電極印刷工程全般、さらには配線基板などの基板への、抵抗体パターンの形成、導電体パターンの形成、絶縁体パターンの形成を含む厚膜印刷工程を用いた印刷パターンの形成全般に適用可能である。特に凹凸のある基板表面に、パターン精度が必要でかつ表面凹凸の少ない印刷パターンが必要な場合に有効である。
【００６６】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  印刷ステージ、２  太陽電池基板、２Ａ  受光面、３  印刷マスク、４，２４  第１のスキージ、５，２５  第２のスキージ、６  電極ペースト、８  マスク移動装置、１０  ｐ型単結晶シリコン基板、１１  ｎ型拡散層、１２  反射防止膜、１３  アルミニウム電極、１４  受光面電極、１４Ｇ  受光面グリッド電極、１４Ｂ  受光面バス電極、１５  裏面バス電極、２４Ｄ  両面スキージ、２４Ａ  Ａ面、２４Ｂ  Ｂ面、２６  スキージ移動装置、３０  印刷マスク、３１  マスク本体、３１ａ  マスク本体部、３１ｂ  樹脂膜部分、３２  マスク枠。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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