(57)【要約】【課題】電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成可能な、変換効率に優れた太陽電池素子およびその製造方法を得ること。【解決手段】スクリーン印刷法を用いた多層印刷により形成されたバス電極４とこのバス電極４の電極幅より狭い電極幅のグリッド電極７とを基板の受光面側に有する太陽電池素子であって、前記バス電極４と前記グリッド電極７とを接続し、前記バス電極４の長手方向における幅が前記バス電極４の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極７の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部９を備える。【選択図】        図２−１
2009272405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン印刷法を用いた多層印刷により形成されたバス電極とこのバス電極の電極幅より狭い電極幅のグリッド電極とを基板の受光面側に有する太陽電池素子であって、
前記バス電極と前記グリッド電極とを接続し、前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えること、
を特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記電極接続部が、前記基板の面内方向において、前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い略長方形の形状を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記電極接続部は、前記バス電極との接続部分から前記グリッド電極との接続部分に向かって、電極幅が前記バス電極の電極幅から前記グリッド電極の電極幅に変化すること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記バス電極は、前記電極接続部との接続部分における前記バス電極の短手方向における幅が、前記電極接続部との接続部分以外における幅よりも狭いこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
スクリーン印刷用のマスクを用いて多層印刷によりバス電極とグリッド電極とを基板に印刷形成する工程として、
前記バス電極と前記グリッド電極とを印刷する際に、前記バス電極と前記グリッド電極とを接続するとともに前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を前記バス電極と前記グリッド電極と同時に印刷する印刷工程を含むこと、
を特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記印刷工程が、
前記マスクと前記基板との第１の相対位置において、前記バス電極と前記グリッド電極と前記電極接続部とを前記基板に同時に印刷する第１の工程と、
前記第１の相対位置から前記グリッド電極の長手方向と略平行な方向に変位した前記マスクと前記基板との第２の相対位置において、前記バス電極と前記グリッド電極と前記電極接続部とを前記基板に同時に印刷する第２の工程と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池素子は、たとえば厚さ２００μｍのｐ型シリコン基板において、光の集光率を高めるために表側（受光面側）に１０μｍの凹凸構造を持ち、また表面に反射防止膜であるシリコン窒化膜が成膜されている。シリコン窒化膜上には、光−電子変換された電子を集める表面電極が形成されている。また裏面には、裏面電極および外部電極とコンタクトを取る裏面接続用電極が形成されている。ここで、太陽電池素子の光−電子変換効率を向上させる方法として、受光面側の面積を最大に利用し、表面極面積を小さくする方法がある。
【０００３】
一般に表面電極の形成は、所望のパターンの透過部を有する印刷マスク版を用いた印刷法によりペーストをシリコン基板の所定の場所に印刷し、焼成炉で高温処理することにより形成される。表面電極を所望のパターンに形成するための印刷マスク版は、線径１０〜１００μｍ程度のステンレスなどの金属細線をピッチ２０〜２００μｍ程度で縦横に編みこんだメッシュを金属枠に貼り付け、このメッシュに所望の厚さのフィルム状の感光性樹脂を貼り付け、さらに所望のパターンを写真製版法により露光エッチングすることで形成される。このような印刷マスク版を印刷装置に取り付け、該印刷マスク版に位置合わせしてシリコン基板を配置する。そして印刷マスク版上にペーストを載せて樹脂製のスキイジで押し込み、印刷マスク版の透過部からペーストが押し出されることで、該ペーストがシリコン基板側に密着して所望のパターンが形成される。
【０００４】
また、細線電極の形成方法にはその他さまざまな方法があり、シリンジに圧力をかけノズルからペーストを塗布する方法やロールコーターによる塗布、インクジェットを用いる塗布、写真製版による方法などの例がある。
【０００５】
これらのなかでも、最も安価に製作できる前記印刷法での形成が主であり、電極の細線化を行った例として、グリッド電極（細い電極）の形成にはメッシュの無い金属薄板に所定のパターンの開口を開けたメタルマスクを用い、直交するバス電極（太い電極）の形成にはメッシュを用いたメッシュマスクを用いて、多層印刷することで電極形成を行う方法がある（たとえば、特許文献１参照）。この方法であればメッシュによる印刷マスク版を用いて形成した電極で起こる断線や印刷のカスレなどを防ぐことが可能である。
【０００６】
またメッシュマスクを用いた例では、グリッド電極の形状をバス電極側で太く、バス電極から離れるほど細くする形状にすることで、電流の集電率を落とすことなく受光面積を増加させる方法が示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３３５７１１号公報
【特許文献２】特開平６−２８３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したメッシュマスクを用いた印刷法では、太陽電池素子の受光面積を増やして変換効率の向上を得るために表面電極のグリッド電極を８０μｍ以下と極めて細く設定し、バス電極とグリッド電極とを同じパターンで多層印刷した場合、焼成冷却時にバス電極とグリッド電極との間で断線が生じる。この原因は、バス電極とグリッド電極とを同じパターンで多層印刷することで、バス電極とグリッド電極との膜厚の差が大きくなり焼成冷却時の収縮で断線することである。これは、印刷面積に比例した量のペーストがメッシュマスクを透過して印刷され、バス電極と極めて細いグリッド電極とでは印刷面積が大きく異なるためにバス電極とグリッド電極との膜厚の差が大きくなることに起因する。さらに、太陽電池素子の受光面側には、効率良く光を集光するための微小凹凸が形成されており、これがさらにグリッド電極を細線印刷する際の断線の原因となる。したがって、グリッド電極の電極幅を極力細くすることができないために、太陽電池素子の受光面積を拡大することできず変換効率を向上させることに限界があるという問題があった。
【０００９】
このような断線を回避するためには、グリッド電極とバス電極との膜厚を揃えるために印刷マスク版の開口率をバス電極で小さくする方法、バス電極とグリッド電極とを分けて印刷する方法、電極下部を平坦化する方法などの方法が考えられる。しかしながら、このような方法ではプロセスの追加による生産コストの増加や、電極の位置合わせによる歩留まり低下、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、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成可能になるとともに、グリッド電極の電極幅を極力細くすることができるので、変換効率に優れた太陽電池素子およびその製造方法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、本発明にかかる太陽電池素子は、スクリーン印刷用のマスクを用いた多層印刷により形成されたバス電極とこのバス電極の電極幅より狭い電極幅のグリッド電極とを基板の受光面側に有する太陽電池素子であって、前記バス電極と前記グリッド電極とを接続し、前記バス電極の長手方向における幅が前記バス電極の電極幅より狭く且つ前記グリッド電極の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成し、太陽電池素子のコスト増加や歩留まり低下を生じさせることなく、太陽電池素子の変換効率を向上させることができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる太陽電池素子およびそ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。
【００１４】
実施の形態１．
図１−１および図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子の概略構成を説明するための図であり、図１−１は太陽電池素子を受光面側から見た上面図、図１−２は、図１−１の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【００１５】
実施の形態１にかかる太陽電池素子は、基板としてｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板（以下、シリコン基板１と呼ぶ）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、ｎ型のシリコン基板を用いても良い。太陽電池素子のシリコン基板１の受光面側の表面には、高さ３〜１０μｍの微小凹凸２が形成されている。微小凹凸２は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。この微小凹凸２上には、反射防止膜３が設けられ、外部からの光の反射を抑制し、受光面における光の吸収を向上させている。
【００１６】
また、シリコン基板１の受光面側には表面電極として、バス電極４（太い電極）とグリッド電極７（細い電極）とが略直角に交わるように配置され、太陽電池素子において光から変換された電子を収集する。シリコン基板１の裏面（受光面と反対側の面）には、取り出し用の裏面取り出し電極５と裏面電極６とが形成されている。
【００１７】
また、実施の形態１にかかる太陽電池素子は、バス電極４とグリッド電極７とを接続し、バス電極４の長手方向における幅がバス電極４の電極幅より狭く且つグリッド電極７の電極幅よりも広い領域を有する電極接続部を備えている。すなわち、実施の形態１にかかる太陽電池素子は、バス電極４とグリッド電極７との電極接続部として、図２−１および図２−２に示すようにバス電極４の長手方向における電極幅ＷＣがバス電極４の電極幅ＷＢより狭く且つグリッド電極７の電極幅ＷＧよりも広い、略長方形の形状のバス−グリッド電極接続部９を備えている。ここで、図２−１は、バス−グリッド電極接続部９を説明するための図であり、図１におけるバス電極４とグリッド電極７との交点部分である領域Ｂを拡大して示す図である。また、図２−２は、バス−グリッド電極接続部９を説明するための図であり、図１における領域Ｂにおけるグリッド電極７の長手方向に沿った断面図である。
【００１８】
電極の断面形状は、メッシュを用いた電極印刷用の印刷マスク版による電極印刷時に、印刷面積に比例した量のペーストが印刷マスク版を透過して形成されるので、上記のようなバス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣを選択することによりバス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣはバス電極４の膜厚ＴＢとグリッド電極７の膜厚ＴＧとの間の値となる。これにより、バス電極４とグリッド電極７との間における高さ方向における段差量が緩和され、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時におけるバス電極４とグリッド電極７との間での熱収縮による断線が防止されている。すなわち、バス電極４とグリッド電極７との間における膜厚の変化量をバス−グリッド電極接続部９により緩和することで、バス電極４とグリッド電極７との間での大きな膜厚差に起因した熱収縮による断線が防止されている。
【００１９】
ここで、バス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣは、バス電極４の電極幅ＷＢ：１００に対して、３０〜８０の比率にすることが好ましい。このようなバス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣを選択することによりバス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣが確実にバス電極４の膜厚ＴＢとグリッド電極７の膜厚ＴＧとの間の膜厚となり、バス電極４とグリッド電極７との間において断線が生じない断面形状となる。
【００２０】
たとえば図２−１および図２−２に示すような略長方形のバス−グリッド電極接続部９を形成するとき、バス電極４を電極幅２ｍｍ、電極膜厚６０μｍ、グリッド電極７を電極幅５０μｍ、電極膜厚４０μｍとし、バス電極４とグリッド電極７とを接続するバス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣを８００μｍにすることによりその膜厚が５０μｍとなる。
【００２１】
ここで、バス−グリッド電極接続部９が無ければ隣り合う異なる膜厚の領域であるバス電極４とグリッド電極７との間の膜厚差は２０μｍであるが、バス−グリッド電極接続部９が設けられることにより隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差は、バス電極４とバス−グリッド電極接続部９間で１０μｍ、バス−グリッド電極接続部９とグリッド電極７間で１０μｍとなる。これにより、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における膜厚の差に起因した断線がなくなる。
【００２２】
つぎに、実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法について説明する。シリコン基板１としてｐ型シリコン基板を用意し、該シリコン基板１をフッ化水素や純水で洗浄する。その後、シリコン基板１の表面に微小凹凸２を形成する微小凹凸２形成工程を実施する。シリコン基板１の表面に微小凹凸２を形成する工程としては、たとえばアルカリ溶液（たとえばＮａＯＨ溶液）とイソプロピルアルコールの混合溶液にシリコン基板１を浸し、表面凹凸が１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などのドライエッチングプロセスでシリコン基板１の表面を凹凸形状にしても良い。この場合には、ウェットエッチングのようにシリコン結晶の面方位によらず、より小さな１〜３μｍの高さの突起形状を均一に作製することができる。
【００２３】
つぎに、表面に微小凹凸２を形成したシリコン基板１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１の表面層にｎ型層を形成する拡散工程を実施する。このときに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。拡散後のシリコン基板１のシート抵抗は５０〜６５Ω／□になる。
【００２４】
拡散工程後、シリコン基板１の受光面側の一面に反射防止膜３を形成する。反射防止膜３の形成にはたとえばプラズマＣＶＤを使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜３として窒化シリコン膜を８０ｎｍの厚みで形成する。
【００２５】
つぎにシリコン基板１の裏面に裏面電極を形成する。裏面電極はシリコン基板１の裏面のほぼ全体に形成する。裏面電極の形成方法としては、印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点から印刷法が好ましい。印刷法による裏面電極の形成は、最初に銀材料のペーストを裏面取り出し電極５の形状に印刷し、１５０℃の温度で乾燥した後に、アルミ材料のペーストを裏面電極６の形状に印刷する。
【００２６】
裏面電極を形成した後に、表面電極の形成を行う。表面電極も印刷法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法などの手法を用いることができるが、電極形成の容易さと工程時間との観点から印刷法が好ましい。表面電極の材料には、銀を用いたペーストを使用する。表面電極の印刷は、まず印刷装置に印刷マスク版をセットし、印刷パターンが所定の位置になるようにシリコン基板１を配置する。印刷マスク版には、図２−１および図２−２に示すような略長方形のバス−グリッド電極接続部９、バス電極４、グリッド電極７の形状のパターンが形成されている。そして、印刷処理によりペーストがシリコン基板１上に塗布される。これにより、バス−グリッド電極接続部９、バス電極４、グリッド電極７の形状が同時にシリコン基板１に印刷される。その後、１５０℃の温度で乾燥を行うことで、ペースト中の有機溶剤が除去され、ペーストが乾燥状態になる。
【００２７】
グリッド電極が幅１００μｍ以下の細線である場合には、電流が流れ易くなるように断面積を確保するため、電極膜厚を厚くする必要がある。このため、電極幅１００μｍ以下のグリッド電極の形成には、ペーストを複数回、重ねて印刷する必要がある。そこで、ペーストを乾燥したシリコン基板１を再度印刷装置に取り付け、前回印刷した位置と同じになるように位置合わせを行う。そして、電極の印刷を行い、その後ペーストを乾燥させる。このとき、印刷マスク版におけるバス−グリッド電極接続部９のパターンは、電極幅がバス電極４のパターンの電極幅より小さく且つグリッド電極７のパターンの電極幅よりも大きい値とされる。このような印刷−乾燥工程を必要な電極高さになるまで複数回行う。つぎに、電極を焼き付けるために７５０℃〜８００℃の大気雰囲気で焼成を行い、太陽電池素子が完成する。
【００２８】
ここで従来の太陽電池素子の製造方法と比較して説明する。従来の太陽電池素子では表面に微小凹凸を形成し、さらに反射防止膜を成膜したシリコン基板に表面電極を印刷法により形成する場合、たとえばグリッド電極の電極幅０．０６ｍｍ、バス電極の電極幅２．０ｍｍのパターンを有する印刷マスク版を用いて電極をシリコン基板に印刷し、さらに乾燥炉で１５０℃乾燥する。そして、この印刷工程−乾燥工程をたとえば４回繰り返して電極形成を行う。
【００２９】
印刷マスク版の仕様は、たとえば４００番メッシュ（線径２０μｍ、開口率５０％）、乳剤厚２０μｍである。形成した表面電極の形状は、バス電極高さ６０μｍ、グリッド電極高さ４０μｍであり、バス電極４とグリッド電極７との膜厚に大きな差を有する構造になった。
【００３０】
このように形成された電極を７５０〜８００℃の大気中で焼成すると、バス電極４とグリッド電極７との間でクラックが入り断線した。これは、隣り合う異なる膜厚の領域であるバス電極４とグリッド電極７との幅および膜厚に大きく違いがあるため、熱による収縮での歪みのために断線したものである。このように、細線印刷をする場合には電流を効率良く流すように断面積を増加させる多層印刷は必須であるが、グリッド電極７を細線化すると多層印刷においてグリッド電極７とバス電極４とに膜厚の差が生じ、その後の焼成冷却時に断線が発生する。
【００３１】
ここで、多層印刷においてバス電極４とグリッド電極７とに大きな膜厚の差が生じるのは、グリッド電極７を細線印刷するために細かいメッシュの印刷マスク版で印刷したため、グリッド電極７の細線部のペースト透過率と、バス電極４の印刷部のペースト透過率とに差が生じためである。
【００３２】
しかしながら、本実施の形態においては、バス電極４とグリッド電極７との接続部の電極幅を変更することで印刷マスク版におけるペースト透過率を制御し、隣り合う異なる膜厚の領域間の大きな膜厚の差を無くして断線を防いでいる。印刷パターン面積を小さくするとペーストの透過率が下がることから、バス電極４とグリッド電極７とを接続するバス−グリッド電極接続部９を設け、該バス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣをバス電極４の電極幅ＷＢより狭く且つグリッド電極７の電極幅ＷＧよりも広くすることにより、バス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣをバス電極４の膜厚ＴＢとグリッド電極７の膜厚ＴＧとの間の値とする。これにより、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における隣り合う異なる膜厚の領域間での断線を防止することができる。すなわち、従来はバス電極４とグリッド電極７との間で生じていた断線を防止することができる。
【００３３】
このような電極形状の変更は、複雑なプロセスを用いることなく、印刷マスク版の設計の変更だけで容易に実現することができるため、生産コストを増加させること無く適応できる。
【００３４】
上述したように、実施の形態１にかかる太陽電池素子によれば、バス電極４とグリッド電極７との間に該バス電極４とグリッド電極７とを接続するバス−グリッド電極接続部９を設け、このバス−グリッド電極接続部９の電極幅をバス電極４の電極幅ＷＢより狭く且つグリッド電極７の電極幅ＷＧよりも広く設定している。これにより、電極形成時のバス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣがバス電極４の膜厚ＴＢとグリッド電極７の膜厚ＴＧとの間の値となるため、バス電極４とグリッド電極７との間における隣り合う異なる膜厚の領域間の大きな段差が無くなり、隣り合う異なる膜厚の領域間の膜厚差が小さくなり、焼成冷却時における膜厚の差に起因した断線が防止される。
【００３５】
したがって、実施の形態１にかかる太陽電池素子によれば、電極幅の大きく異なるバス電極４とグリッド電極７との間における断線が防止され、生産性およびコストに優れた太陽電池素子が実現されている。また、断線を起こさずにグリッド電極の電極幅を極力細くすることができるので、太陽電池素子の受光面積を拡大して変換効率を向上させることができる。
【００３６】
また、実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、電極幅の大きく異なるバス電極４とグリッド電極７とを安価且つ簡単なプロセスにより断線を防止して形成し、太陽電池素子のコスト増加や歩留まり低下を生じさせることなく、変換効率に優れた太陽電池素子を作製できる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態２では、バス−グリッド電極接続部９の他の形状について説明する。図３−１および図３−２は実施の形態２にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部９の構成を説明するための図であり、図３−１はバス−グリッド電極接続部９の周辺部を受光面側から見た要部上面図、図３−２はグリッド電極７の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部９の周辺部を示す要部断面図である。なお、実施の形態２にかかる太陽電池素子は、バス−グリッド電極接続部９以外は実施の形態１の太陽電池素子と同じ構成を有する。
【００３８】
実施の形態１では、バス電極４の長手方向においてバス電極４の電極幅ＷＢより狭く且つグリッド電極７の電極幅ＷＧよりも広い電極幅ＷＣを有する略長方形のバス−グリッド電極接続部９を例に挙げたが、図３−１に示すように、バス−グリッド電極接続部９の電極幅を、該バス−グリッド電極接続部９とバス電極４との接続部Ｄからグリッド電極７の先端方向に向かってグリッド電極７の電極幅まで徐々に変化させても良い。
【００３９】
すなわち、バス−グリッド電極接続部９が、接続部Ｄからグリッド電極７の先端方向に向かって細くなる先細り形状とされてもよい。このとき、バス−グリッド電極接続部９がバス電極４と接合する接続部Ｄの電極幅ＷＤは、バス電極４の電極幅ＷＢと同等もしくはそれ以下とし、バス電極４とバス−グリッド電極接続部９との膜厚の差が大きくならないようにする。図３−１に示す例では、バス−グリッド電極接続部９は、バス電極４との接続部分からグリッド電極７との接続部分に向かって、電極幅ＷＣがバス電極４の電極幅ＷＢからグリッド電極７の電極幅ＷＧに変化している。
【００４０】
たとえば、バス−グリッド電極接続部９がバス電極４と接合する接続部Ｄの電極幅ＷＤを２ｍｍとし、グリッド電極７の電極幅ＷＧを６０μｍとして直線的に変化させると、バス−グリッド電極接続部９の断面形状は、図３−２に示すようにバス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣが６０μｍから４０μｍに緩やかに変化する形状となる。これは、電極の断面形状は、印刷面積に比例した量のペーストが電極印刷用の印刷マスク版を透過して形成されるので、バス−グリッド電極接続部９の電極幅ＷＣを、該バス−グリッド電極接続部９とバス電極４との接続部Ｄからバス−グリッド電極接続部９とグリッド電極７と接続部Ｅまでグリッド電極７の電極幅まで徐々に変化させることにより、ペーストの電極印刷用の印刷マスク版の透過量も徐々に変化しているためである。
【００４１】
このようにバス−グリッド電極接続部９の膜厚ＴＣが緩やかに変化する形状とすることにより、電極膜厚の大きな変化が無くなり、その後の焼成冷却時における熱収縮による断線が生じない電極形成が実現できる。そして、バス−グリッド電極接続部９の形状をこのような形状にすることで、バス電極４とグリッド電極７との間での断線を防止しながら、電極の細線化により従来に比べ受光面積の広い太陽電池素子が実現できる。
【００４２】
上述したバス−グリッド電極接続部９を有する実施の形態２にかかる太陽電池素子は、バス−グリッド電極接続部９を図３−１および図３−２に示すように接続部Ｄから接続部Ｅに向かって細くなる先細り形状に印刷すること以外は、実施の形態１の場合と同様にして形成することができる。
【００４３】
また、図３−１および図３−２に示すようなバス−グリッド電極接続部９を形成した場合、グリッド電極７の細線化により従来に比べて受光面積は増えるが、バス−グリッド電極接続部９の面積が多少大きくなるので受光面積の増加効果が小さくなる場合が考えられる。
【００４４】
そこで、図４−１および図４−２に示すようにバス電極４におけるバス−グリッド電極接続部９との接合部近傍の電極幅が、バス電極４の他の部分の電極幅よりも狭くされた形状とすることで受光面積が増加し、同時にバス電極４とグリッド電極７との間での大きな膜厚の差を無くして断線が防止された電極形成が可能になる。図４−１および図４−２は実施の形態２にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部９の他の構成を説明するための図であり、図４−１はバス−グリッド電極接続部９の周辺部を受光面側から見た要部上面図、図４−２はグリッド電極７の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部９の周辺部を示す要部断面図である。
【００４５】
バス電極４におけるバス−グリッド電極接続部９との接合部Ｆの電極幅ＷＦは、バス電極４の電極幅ＷＢの２０％〜８０％の幅とすることが好ましい。接合部Ｆの電極幅ＷＦが極端に狭くなるとバス電極４の電極幅ＷＢも極端に狭くなって電流が制限されるため効率の低下が起こる。このため、受光面積を増やし且つ電極の断線を防ぐには、バス電極４におけるバス−グリッド電極接続部９との接合部Ｆの電極幅ＷＦは、上記のような範囲とすることが好ましい。
【００４６】
このような電極形状の変更は、複雑なプロセスを用いることなく、印刷マスク版の設計の変更だけで容易に実現することができるため、生産コストを増加させること無く適応できる。
【００４７】
上述したように、実施の形態２にかかる太陽電池素子によれば、実施の形態１にかかる太陽電池素子と同様に、電極幅の大きく異なるバス電極４とグリッド電極７との間における断線が防止され、生産性、コストおよび変換効率に優れた太陽電池素子が実現される。
【００４８】
実施の形態３．
図５は、印刷法により形成した細線電極であるグリッド電極７の、該グリッド電極７の長手方向に沿った断面図である。グリッド電極７として細線電極を印刷法で形成する場合、図５に示すようにグリッド電極７の表面に印刷マスク版のメッシュ１０による凹部１１（メッシュ跡）が形成され、グリッド電極７の表面に凹凸形状ができる。グリッド電極７の印刷に使用するペーストの特性によるが、細線印刷するためのペーストは粘度が比較的高く、チクソ性の高いものが使用されるので、レベリング特性が悪いためこの傾向が強い。また多層印刷では凹凸形状において凹部の部分に凹部を重ねて、凸部の部分に凸部を重ねて印刷するので、凹凸差がさらに大きくなる。
【００４９】
電極表面の凹凸形状は電子の流れに大きく影響して集電効率が落ち、太陽電池素子の特性の劣化の原因となる。メッシュ１０による凹凸形状はメッシュピッチで決まるので、印刷毎にメッシュピッチの異なる印刷マスク版を使用することもできるが、この場合、コストの増加や印刷処理工程の複雑化が生じる。
【００５０】
そこで、電極の多層印刷時に、印刷マスク版（メッシュマスク）とシリコン基板１とを第１の相対位置において、バス電極４とグリッド電極７とバス−グリッド電極接続部９とをシリコン基板１に同時に印刷する第１の工程と、第１の相対位置からグリッド電極７の長手方向と略平行な方向に所定量だけ変位した印刷マスク版（メッシュマスク）とシリコン基板１との第２の相対位置において、バス電極４とグリッド電極７とバス−グリッド電極接続部９とをシリコン基板１に同時に印刷する第２の工程と、を実行する。これにより、凹部１１（メッシュ跡）の形成位置を平均化して、凹部１１の大きさを小さくして、グリッド電極７の表面を平坦に近づけ、印刷マスク版のメッシュ１０による凹部１１に起因した太陽電池素子の特性の劣化を防止することができる。
【００５１】
たとえば、電極の多層印刷時にメッシュ開口寸法の１／２の値Ｘ、またはそのｎ倍（ｎＸ）だけグリッド電極７の長手方向と略平行な方向にシリコン基板１または印刷マスク版をオフセットする（シリコン基板１と印刷マスク版との相対位置を変える）ことで凹部１１（メッシュ跡）の形成位置を平均化して、凹部１１の大きさを小さくして、グリッド電極７の表面を平坦に近づけることができる。このようにシリコン基板１または印刷マスク版をオフセットするとバス電極４の電極幅は印刷回数分だけＸ、またはそのｎ倍（ｎＸ）ずつ広くなるので、受光面積が減少しないように、印刷マスク版のバス電極４の線幅をシフトする距離だけ予め狭く設計する。
【００５２】
また、上記のようにオフセットして多層印刷をすることで形状を変更したと同じように膜厚の差を少なくする効果がある。図６は、シリコン基板１または印刷マスク版をオフセットして多層印刷を行った場合の電極の構成を説明するための図であり、グリッド電極７の長手方向における断面のうちバス電極４の周辺部を示す要部断面図である。
【００５３】
シリコン基板１または印刷マスク版の位置を変えて印刷するので、パターン周辺に膜厚の差ができるようになり、たとえば図６に示すようにグリッド電極７の長手方向におけるバス電極４の中央から周辺方向（グリッド電極７の先端方向）へ徐々に膜厚が薄くなるような形状になる。これにより、バス電極４とグリッド電極７との間での大きな段差を無くして両者の膜厚差を小さくし、バス電極４とグリッド電極７との間での熱収縮による断線を防止することができる。
【００５４】
本願発明者は、外形寸法１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのｐ型多結晶シリコン基板を用いて以下の実験を行った。このｐ型多結晶シリコン基板は、受光面側にエッチングにより形成した微小凹凸形状を有しており、この微小凹凸形状の上に表面電極の形成を印刷法で行った。
【００５５】
表面電極の電極形状は、実施の形態２で示した図４−１および図４−２に示す形状であり、設計値としてバス電極４の電極幅２ｍｍ、グリッド電極７の電極幅が０．０５ｍｍ、グリッド電極７の長手方向におけるバス−グリッド電極接続部９の中央部の電極幅ＷＣが０．５ｍｍで接続するような形状とした。そして、バス−グリッド電極接続部９は、グリッド電極７の長手方向において、バス電極４方向に向かって電極幅ＷＣが徐々に広くなり、グリッド電極７の先端方向に向かって徐々に狭くなる電極形状となっている。
【００５６】
印刷マスク版は、メッシュに線径１６μｍのステンスメッシュ３２５番を使用した。多層印刷時の印刷マスク版のオフセット量を、印刷１回につきメッシュ開口８０μｍの半分の４０μｍとし、バス電極４の電極幅ＷＢは１．８４ｍｍ設計とした。グリッド電極の電極幅ＷＧは０．０３ｍｍ設計である。
【００５７】
印刷は、基板の外形基準で印刷１回につき４０μｍ、グリッド電極７の長手方向と略平行な方向にずらしながら印刷を行った。印刷と印刷との間には、乾燥工程として１５０℃の乾燥炉でペーストの乾燥処理を行った。このような印刷−乾燥工程を５回繰り返して、表面電極を形成した。
【００５８】
基板の裏面には、１４８ｍｍ×１４８ｍｍ角の領域にアルミペーストを印刷法で印刷して電極形成を行い、８２０℃で電極を焼成処理した。以上の処理により、実施例のサンプルを得た。実施例のサンプルのバス電極４とグリッド電極７との接続部（バス−グリッド電極接続部９）やグリッド電極７に断線は無く、グリッド電極７の表面の凹凸も少なくなった。
【００５９】
また、比較サンプルとして、上記と同様のｐ型多結晶シリコン基板に多層印刷時のオフセットを行わずに、バス電極の電極幅２ｍｍ、グリッド電極の電極幅１００μｍであり、バス−グリッド電極接続部９を備えない従来の太陽電池素子を作製した。
【００６０】
そして、実施例のサンプルおよび比較例のサンプルについて、太陽光をシミュレートする装置を用いて特性を測定した。実施例のサンプルと比較サンプルとを比較すると、比較サンプルの太陽電池素子の電流密度Ｊが３３．２ｍＡ／ｃｍ２であるのに対して実施例のサンプルの電流密度Ｊは３４．０ｍＡ／ｃｍ２と増加し、受光面積の増加分２．５％の電流密度の増加が確認できた。
【００６１】
これにより、シリコン基板と印刷マスク版との相対位置を変えて電極の多層印刷を行うことにより、グリッド電極７の表面に平坦に近づけ、印刷マスク版のメッシュ１０による凹部１１に起因した太陽電池素子の特性の劣化を防止することができることが確認された。
【００６２】
上述したように、実施の形態３にかかる太陽電池素子の製造方法によれば、電極幅の大きく異なるバス電極４とグリッド電極７との間における断線が防止されるとともに、多層印刷時の印刷マスク版のメッシュ１０による凹部１１に起因した太陽電池素子の特性の劣化が防止された、生産性、コストおよび変換効率に優れた太陽電池素子を作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかる太陽電池素子は、電極幅の大きく異なるグリッド電極とバス電極とを有する太陽電池素子に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１−１】本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子を受光面側から見た上面図である。
【図１−２】図１−１の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【図２−１】本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、図１−１におけるバス電極とグリッド電極との交点部分である領域Ｂを拡大して示す図である。
【図２−２】本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、図１−１における領域Ｂにおけるグリッド電極の長手方向に沿った断面図である。
【図３−１】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、バス−グリッド電極接続部の周辺部を受光面側から見た要部上面図である。
【図３−２】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池素子のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、グリッド電極の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部の周辺部を示す要部断面図である。
【図４−１】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池素子の他のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、バス−グリッド電極接続部の周辺部を受光面側から見た要部上面図である。
【図４−２】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池素子の他のバス−グリッド電極接続部を説明するための図であり、グリッド電極の長手方向における断面のうちバス−グリッド電極接続部の周辺部を示す要部断面図である。
【図５】印刷法により形成した細線電極であるグリッド電極の長手方向に沿った断面図である。
【図６】シリコン基板または印刷マスク版をオフセットして多層印刷を行った場合の電極の構成を説明するための図であり、グリッド電極の長手方向における断面のうちバス電極の周辺部を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  シリコン基板
２  微小凹凸
３  反射防止膜
４  バス電極
５  電極
６  裏面電極
７  グリッド電極
９  グリッド電極接続部
１０  マスク印刷版のメッシュ
１１  凹部
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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