(57)【要約】電極形成時に、複数回印刷することで電極の断面積が大きくなり抵抗が低くなるとの考えが根底にあるが、一方で、それだけ電極材料が多くなってしまうため、コストアップや資源の浪費につながるものであった。そのため、基板表面に予め決められた回数の印刷を繰り返すことで、電極を予め決められたパターンに形成する太陽電池の製造方法であって、予め決められた回数の印刷のうちの少なくとも１回は予め決められたパターンの全部が印刷されるマスクパターンを使用し、他の印刷では予め決められたパターンの一部が印刷されるマスクパターンを用いて予め決められた回数の印刷を行い電極を予め決められたパターンに形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に形成されたグリッド電極と、
前記基板表面上に形成され、前記グリッド電極と接続し、前記グリッド電極よりも薄いバス電極とを有する太陽電池。
【請求項２】
基板表面上に形成されたバス電極と、
前記基板表面上に形成され、先端部側が前記バス電極と接続される側に比べて薄いグリッド電極とを有する太陽電池。
【請求項３】
グリッド電極は、バス電極との接続点から先端部までのうちバス電極側の４０〜６０％までが先端部側よりも厚くなっていること特徴とする請求項１乃至２記載の太陽電池。
【請求項４】
グリッド電極は、バス電極との接続点から先端部までのうちバス電極側の６０〜８０％までが先端部側よりも厚くなっていること特徴とする請求項１乃至２記載の太陽電池。
【請求項５】
基板表面に予め決められた回数の印刷を繰り返すことで、電極を予め決められたパターンに形成する太陽電池の製造方法であって、
前記予め決められた回数の印刷のうちの少なくとも１回は前記予め決められたパターンの全部が印刷されるマスクパターンを使用し、他の印刷では前記予め決められたパターンの一部が印刷されるマスクパターンを用いて前記予め決められた回数の印刷を行い前記電極を予め決められたパターンに形成する太陽電池の製造方法。
【請求項６】
予め決められたパターンの全部が印刷されるマスクパターンは、１回目の印刷に用いることを特徴とする請求項５記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
基板表面に予め決められた回数の印刷を繰り返すことで、電極を予め決められたパターンに形成する太陽電池の製造方法であって、
前記予め決められた回数の印刷の全てで前記予め決められたパターンの一部が印刷されるマスクパターンを用いて前記予め決められた回数の印刷を行い前記電極を予め決められたパターンに形成する太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、太陽電池に関するものである。
【背景技術】  太陽電池の電極を形成する工程では、導電性ペーストを複数回スクリーン印刷することで、電極表面の凹凸を低減し、電極の抵抗を低くする技術が知られている（特許文献１参照）。
［特許文献１］特開平１１−１０３０８４号公報
このような電極形成技術には、複数回印刷することで電極の断面積が大きくなり抵抗が低くなるとの考えが根底にあるが、一方で、それだけ電極材料が多くなってしまうため、コストアップや資源の浪費につながるものであった。
また、受光面側のグリッド電極は、単に電子を収集する目的で形成しているため、発電には一切寄与しておらず、逆にその部分を減らすことで、発電効率の向上が図れるため、グリッド幅を狭く方向で考えると、今度は電極抵抗が増すことになる。例えば、グリッド幅の狭小化前後での電極抵抗自体を同一にするためには、幅を半分にした場合には厚みを倍にする必要がある。そのためにも、ますます、電極材料の消費が多くなるという問題があった。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、原材料を抑制しつつ十分な性能が得られる電極を得ることを目的とする。
【発明の開示】
基板表面上に形成されたグリッド電極と、基板表面上に形成され、グリッド電極と接続し、グリッド電極よりも薄いバス電極とを有する。
基板表面上に形成されたバス電極と、基板表面上に形成され、先端部側がバス電極と接続される側に比べて薄いグリッド電極とを有する。
予め決められた回数の印刷のうちの少なくとも１回は予め決められたパターンの全部が印刷されるマスクパターンを使用し、他の印刷では予め決められたパターンの一部が印刷されるマスクパターンを用いて予め決められた回数の印刷を行い電極を予め決められたパターンに形成する。
予め決められた回数の印刷の全てで予め決められたパターンの一部が印刷されるマスクパターンを用いて予め決められた回数の印刷を行い電極を予め決められたパターンに形成する。
このように、この発明の太陽電池は、電極材料の消費を抑制しつつ、電極として十分な性能が得られるものである。
【図面の簡単な説明】  第１図は、この発明の実施の形態１におけるシリコン太陽電池の表面側の電極の配置図。
第２図は、この発明の実施の形態１におけるシリコン太陽電池の表面側の電極の配置図のＡ−Ａ‘線での断面の拡大図。
第３図は、この発明の実施の形態１における太陽電池の主な製造工程の説明図。
第４図は、この発明の実施の形態１におけるマスクパターンの正面図。
第５図は、この発明の実施の形態１におけるマスクパターンの正面図。
第６図は、この発明の実施の形態２におけるマスクパターンの正面図。
第７図は、この発明の実施の形態２におけるマスクパターンの正面図。
第８図は、この発明の実施の形態１、２における電極を印刷した基板の断面図。
第９図は、この発明の実施の形態２におけるグリッド電極長の比率と電極抵抗率との関係を示した関係図。
【発明を実施するための最良の形態】  実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図にもとづいて説明する。第１図は、この発明の実施の形態１におけるシリコン太陽電池の表面側の電極の配置図である。第２図は、第１図に示すＡ−Ａ‘線での断面の拡大図である。第３図は、この発明の実施の形態１における太陽電池の主な製造工程を、その断面構造を用いて説明する説明図である。第４図は、この発明の実施の形態１におけるマスクパターンの正面図である。第５図は、この発明の実施の形態１におけるマスクパターンの正面図である。
太陽電池を表側から見ると、第１図に示すように、ｐ型シリコン基板１には光反射を抑制し太陽光をできるだけ多く取り込むために反射防止膜２が形成され、この上に集電した電気を外部に取り出すための表銀バス電極３と電気的に接続された表銀グリッド電極４とが設けられている。
このように表銀バス電極３や表銀グリッド電極４は、太陽電池素子内部で発電した電気を外部に導くために重要な役割を果たしているが、一方で、基板表面に電極があることで太陽からの入射光が遮られてしまい発電効率が低下するので、可能なかぎりそれらの面積を小さくすることが望ましいとされ、表銀バス電極３と表銀グリッド電極４の配置構成は櫛形にするのが一般的である。なお、表電極材料としては、銀を主成分とする場合が、コスト及び性能の観点で一般的といえる。
次に、第１図のＡ−Ａ’線での断面を拡大した拡大図である第２図を用いて、この発明の太陽電池の積層構造について説明する。
第２図に示す太陽電池は、一辺が約１５０ｍｍ、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍ、シート抵抗３０〜８０Ωであって数百μｍの厚みを有する（１００）面方位の単結晶からなるｐ型シリコン基板１の表面に、拡散等で形成したリン（Ｐ）等のＶ族元素からなる数百ｎｍの厚みを有するｎ層５と、基板側の光を閉じ込める凹凸構造のテクスチャー６とが設けられ、その上に反射防止膜２が形成される。
また、表銀バス電極３の幅は０．５〜３ｍｍ、表銀グリッド電極４の幅は４０〜８０μｍ、表銀バス電極３および表銀グリッド電極４の長さは１４０〜１５０ｍｍである。さらに、表銀バス電極３の本数は２又は３本、表銀グリッド電極４の本数は５０〜１００本、表銀グリッド電極４の厚さは１０〜３０μｍぐらいのものを使用している。
ます）
また、ｐ型シリコン基板１の裏面には、アルミ電極７を配置し、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）効果を期待してｐ＋層８を設けてｐ層中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でｐ層電子濃度を高めるようにする。さらに、アルミ電極７にはＰ型シリコン基板１を通過する長波長光を反射させて発電に再利用するＢＳＲ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）効果も期待している。但し、アルミ電極７は基板反りが顕著になり、基板割れを誘発するため、熱処理でＰ＋層８が形成された後に除去することもあり得る。
次に、第３図を用いて太陽電池の主な製造工程を説明する。第３図中（ａ）は、ｐ型シリコン基板１の断面図である。第３図（ｂ）は、鋳造インゴットからスライスした際に発生するシリコン基板１の表面のダメージ層を例えば数〜２０ｗｔ％苛性ソーダや炭酸苛性ソーダといった溶液で１０〜２０μｍ程度除去し、この溶液（アルカリ低濃度液）にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加して作った溶液で異方性エッチングを行ない、シリコン（１１１）面が出るようにテクスチャー６を形成したものである。
ついで、第３図（ｃ）は、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気で８００〜９００℃に数十分間保持する処理によりｐ型シリコン基板全表面に一様にｎ層を形成した後に、受光面側（図の上部の面）だけに高分子レジストペーストをスクリーン印刷法で付着乾燥させ、その状態で２０ｗｔ％水酸化カリウム溶液中へ数分間浸漬することで、この受光面側以外の面に形成されたｎ層を除去した後にレジストを有機溶剤で除去したものである。このようにすることで、ｐ型シリコン基板１の受光面側にだけｎ層５が形成されることになり、そのような太陽電池はｐ型シリコン基板１の表面に一様に形成されたｎ層５のシート抵抗が３０〜８０Ω／□の範囲であるときに、良好な電気特性を得ることができる。
次に、第３図（ｄ）は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜や酸化チタン膜といった反射防止膜２をｎ層５の表面に一様な厚みで形成したものである。その形成方法は、例えば、シリコン酸化膜ではプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４ガス及びＮＨ３ガスを原材料にして３００℃以上、減圧下で成膜形成する。屈折率は２．０〜２．２程度であり、最適な反射防止膜厚は７０〜９０ｎｍである。なお、このようにして形成される反射防止膜は絶縁体であることに注意すべきであり、表面電極をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池として作用しない。
次に、第３図（ｅ）は、表銀バス電極３及び表銀グリッド電極４を形成するために、銀ペーストとマスクパターンを使用して、スクリーン印刷法で付着乾燥させたものである。この場合、銀ペーストをスクリーン印刷法で複数回印刷することで、電極を形成するものである。
ここで、この発明におけるスクリーン印刷法に用いるマスクパターンについて、第４図を用いて説明する。第４図（ａ）は第１回目のスクリーン印刷時に用いるマスクパターン８である。このときのマスクパターン８は、バス電極用のマスクパターン９とグリッド電極用のマスクパターン１０とからなる。つまり、このマスクパターン８を用いてスクリーン印刷法により電極を形成すると、反射防止膜２上に表銀バス電極３及び表銀グリッド電極４が形成されることになる。
次に、第４図（ｂ）は第２回目のスクリーン印刷時に用いるマスクパターン１１である。このときのマスクパターン１１は、グリッド電極用のマスクパターン１０だけが形成されており、バス電極用のマスクパターン９は設けられていない。つまり、このマスクパターン１１を用いてスクリーン印刷法により電極を形成すると、ｐ型シリコン基板１の反射防止膜２上に表銀グリッド電極４だけが形成されることになり、マスクパターン８で表銀バス電極３であった部分も表銀グリッド電極４に対応する電極が形成される。
引き続き第３図（ｅ）についての説明をすると、以上のようにしてｐ型シリコン基板１の表側に表銀バス電極３及び表銀グリッド電極４を形成した後に、それとは反対側の面（裏側面）にアルミ用ペースト１２を形成する。
次に、第３図（ｆ）は、表と裏のそれぞれに電極用ペーストを形成したｐ型シリコン基板１を６００℃〜９００℃で数分間焼成したものである。これにより、表側では表銀ペースト中に含まれているガラス材料で反射防止膜が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固し、これで表銀電極とシリコンの導通が確保される。このようなプロセスはファイヤースルー法と呼ばれている。また、裏側のアルミ用ペースト１２もシリコンと反応してアルミ電極７とその直下にｐ＋層１３を形成する。
そして、第３図（ｇ）は、銀電極の耐湿性向上を図るため、２００〜２５０℃の鉛・スズ共晶ハンダ溶融槽に前記太陽電池を浸漬処理して、表銀バス電極４上に鉛ハンダ１４で被覆したものである。
このようにすることで、表銀バス電極３の形成回数を減らすことができ、その結果、銀の消費量を抑制することができ、コストの低減や資源の浪費を防止することができるわけだが、表銀バス電極３が他の表銀グリッド電極４に比べ明らかに薄くなるため、電極抵抗の性能上問題が生じないかという疑問が生じうる。しかし、表銀バス電極３の上にはタブと呼ばれるセルを接続するための導電性金属を配置するため、この導電性金属との相乗効果もあって、表銀バス電極３の厚みが薄くても充分な電極抵抗を得ることができる。
また、このような２回目の印刷からバス電極用のマスクパターンを除いたマスクパターンを用いる場合、第５図に示すようなマスクパターンを用いることも可能である。第５図（ａ）は、第１回目のマスクパターンであって、これは第４図（ａ）のマスクパターン８と同じ、バス電極用のマスクパターン９とグリッド電極用のマスクパターン１０とからなる。これに対して、第５図（ｂ）は、マスクパターン８におけるバス電極用のマスクパターン９に対応する位置から、バス電極用のマスクパターン９とグリッド電極用のマスクパターン１０との両方を除いたマスクパターン１５である。
このようにすることで、第４図で示した２回目以降の印刷用マスクパターンよりも銀ペーストの消費を更に低減可能であるが、製造マージンなどを考えると、できるだけ表銀グリッド電極と表バス電極が重なり合う部分を多く取った方が良い。そのため、２回目の印刷に用いるマスクパターン１５のうち、１回目の印刷に用いるマスクパターン８のバス電極用のマスクパターン９に対応する領域１６を、バス電極用のマスクパターン９よりも狭くして、その分グリッド電極用のマスクパターン１０を長くすることで、製造マージンの調整が可能である。
なお、この実施の形態のように、複数回の印刷の中の１回で、予め予定していたパターンの全面に相当するパターンを形成するようにすると、製造上の不測の事態に対するパターンの信頼度が高まることになる。また、特に１回目の印刷で全面に相当するパターンの印刷をすれば、前述した効果に加え、２回目以降の印刷パターンの設計自由度も増えることになる。
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について、図にもとづいて説明する。第６図は、この発明の実施の形態２におけるマスクパターンの正面図である。第７図は、この発明の実施の形態２におけるマスクパターンの正面図である。
なお、電極部分を除いた太陽電池としての構造や製造工程は実施の形態１と同様であり、実施の形態１で説明した部分と同一の機能を有する部分には同一の番号を付することとした。
第６図は、この発明の太陽電池製造に使用するマスクパターンである。第６図（ａ）は、第１回目のマスクパターンであって、これは実施の形態１で説明した第４図（ａ）や第５図（ａ）のマスクパターン８と同じ、バス電極用のマスクパターン９とグリッド電極用のマスクパターン１０とからなる。これに対して、第６図（ｂ）は、マスクパターン８におけるバス電極用のマスクパターン９に対応する位置から、バス電極用のマスクパターン９が除かれ、グリッド電極用のマスクパターン１７だけが設けられたマスクパターン１８である。このマスクパターン１８のグリッド電極用のマスクパターン１７は、グリッド部分の全長が、１回目の印刷に用いたマスクパターン８のグリッド部分の全長に比べ短くなっている。
また、第７図は、この発明の太陽電池製造に使用するマスクパターンである。第７図（ａ）は、第１回目のマスクパターンであって、これは実施の形態１で説明した第４図（ａ）や第５図（ａ）やこの実施の形態の第６図（ａ）のマスクパターン８と同じ、バス電極用のマスクパターン９とグリッド電極用のマスクパターン１０とからなる。これに対して、第７図（ｂ）は、マスクパターン８におけるバス電極用のマスクパターン９に対応する位置から、バス電極用のマスクパターン９が除かれ、グリッド電極用のマスクパターン１９だけが設けられたマスクパターン２０である。このマスクパターン２０のグリッド電極用のマスクパターン１９は、グリッド部分の全長が、１回目の印刷に用いたマスクパターン８のグリッド部分の全長に比べ短くなっていることに加え、バス電極間にはグリッド電極用のマスクパターンが形成されていない。逆いえば、バス電極とバス電極周囲に相当する部分にしかグリッド電極用のマスクパターンが形成されていない。
このようにすることで、２回目以降の印刷に用いる表銀グリッド電極４の形成のための銀ペーストの使用量を減らすことができ、コストの低減や資源の浪費を防止することができる。このようにしても性能上問題ない理由について以下説明する。前述したように一般には電極厚を増加することで電極抵抗は低減できるといわれる。しかし、グリッドの先端部分と終端部分（バスに接続している部分）では、収集電流の密度に差があるため、一律に電極を厚くする必要はない。そこで、電流が集中しない表銀グリッド電極４の先端に近い部分の電極は薄く、電流が集中するバスに接続しているグリッド終端部分に近い部分は電極を厚くすることで、セル特性を低下させずに、電極ペーストを削減させることが可能となる。
以上のような２つの実施の形態にしたがって２回印刷してバス電極とグリッド電極とを形成した基板の断面図を第８図に示す。この図において、（ａ）は実施の形態１で説明した２回目以降にバス電極用のマスクパターンを除いたマスクパターンを使用して作成したものである。また、（ｂ）は実施の形態２で説明した２回目以降にバス電極用のマスクパターンを除き、かつ、グリッド電極用のマスクパターンのグリッド部分の全長を短くしたマスクパターンを使用して作成したものである。
これら（ａ）、（ｂ）はそれぞれグリッド電極を横断するＢ−Ｂ´断面、グリッド電極間を横断するＣ−Ｃ´断面の２種類の断面図が示されており、具体的には図の下方の部分上面図に示された位置で基板全体を切断したものである。
この第８図（ａ）をみれば、この発明の実施の形態１における製法で作成した基板は、グリッド電極に対応するバス電極部分には電極が形成され、グリッド電極間に対応するバス電極部分には電極が形成されておらず、印刷回数の少ないバス電極の方がグリッド電極よりも薄くなっていることがわかる。
また、第８図（ｂ）をみれば、この発明の実施の形態２における製法で作成した基板は、グリッド電極に対応するバス電極部分には電極が形成され、かつ、２回目のグリッド電極の長さが１回目に比べ短くなっており、グリッド電極間に対応するバス電極部分には電極が形成されておらず、グリッド電極のバス電極側に比べ先端部側の方が薄くなっていることや、印刷回数の少ないバス電極の方がグリッド電極よりも薄くなっていることがわかる。
また、このように印刷２回目に短いグリッドパターンを有するマスクパターンを用いた場合に、グリッド電極長の比率と電極抵抗率との関係について調べた結果を第９図に示す。第９図は、縦軸に１回目の印刷によるグリッド電極抵抗率を１とした場合の電力損失からみた見かけ上のグリッド電極抵抗率、横軸に１回目のグリッド電極長を基準とした場合の２回目のグリッド電極長の比率である。
つまり、このグラフで横軸が０％の場合は２回目の印刷をしなかった場合に等しい結果であり、電極抵抗率は当然１である。また、横軸が１００％の場合は２回目に１回目と同じ長さのグリッド電極用のマスクパターンを用いて印刷をした場合に等しい結果であり、この場合、電極抵抗率は０．５まで低下する。
電極抵抗率の最適値を決定するのは難しいことであるが、第９図で横軸が６０％以上を境に、電力損失から見たみかけのグリッド電極抵抗率の低下率が大きい。そうすると、２回目以降の印刷割合を６０％以上から限りなく１００％に近い領域とすると電極の性能としては望ましい。この場合、１００％とすると電極材料の消費低減効果は得られないが、約８０％程度であれば、１回しか印刷しなかった場合と１００％とのほぼ中間の抵抗率が得られるため、抵抗率の低下率の割合が大きい領域であっても、確実に性能は確保でき、さらに、電極消費量も確実に低減することができる。したがって、電極抵抗の性能面を重視しつつ、電極材料の消費量の低減も図る場合は、２回目以降の印刷割合が６０％から８０％程度が好ましい範囲といえる。
また、これとは逆の見方をすれば、６０％以上とすると、抵抗率の変化率が大きすぎるため、性能には問題がなくとも製造工程での品質管理が難しくなる可能性がある。そのような観点からすると、電極抵抗の性能を少々落としても２回目以降の印刷割合で性能が左右されにくい領域を選択することもあり得る。この場合、電極抵抗率にどの程度の性能を設けるべきかによって、２回目の印刷割合を幾つにするか変わってくるが、抵抗率の安定性自体は高くなると考えられるので、４０％程度であれば十分であると考えられる。このように電極材料の消費量の低減を重視しつつ、電極抵抗の性能面も考慮する場合は、２回目以降の印刷割合が４０％から６０％が好ましい範囲といえる。
なお、本発明では現時点での実用技術で最も簡単に電極の導電性ペースト使用量を抑制する手段として、印刷毎に使用されるマスクパターンを変更する方法を選択している。すなわち、実施の形態１、２で説明したように２回目以降のバス電極用のマスクパターンとグリッド電極用のマスクパターンを変更している。これらの実施の形態ではいずれも２回目の印刷時にはバス電極形成しないようにしたマスクパターンについてのみ例示しているが、２回目の印刷におけるマスクパターンにおいてバス電極用のパターンを残しつつ、グリッド電極の長さを短くしたマスクパターンを用いる方法もある。この場合、この発明で例示したものよりは材料の消費量が多いが、それでも従来に比べると消費量が減少し、電極抵抗にも何ら問題を与えないため、この発明に即した効果が得られる。
このようなマスクパターンを用いる以外の電極生成手段が考えられた場合にも、電極の必要部分だけ厚くして、電流が集中しない部分などは薄くした場合は、この発明の技術的思想が内在するものと考える。具体的には、バス電極やグリッド電極の形状について先端に向かうほど細くなるグリッドパターンを用いた場合にも適用可能である。もちろん、直線でないグリッド電極であっても同様である。
また、これまで記述してきた印刷順を変更したとしても、その原理から、得られる効果は変わりなく、広く電極パターンの存在するものであれば適用可能である。これは言い換えれば、これまで例示した実施の形態では、基板表面に予め決められた回数の印刷を繰り返す上で、例えば１回目にバス電極とグリッド電極に関して予め決められたパターンの全部が印刷されるようにしていたが（第４図（ａ）など）、この発明の考え方に従えば、１回目に必ずパターン全部を形成する必要はないということである。すなわち、例えば１回目に第４図（ｂ）のマスクパターン１１を使用して、グリッド電極だけ作成し、２回目に第４図（ａ）のマスクパターン８を使用して、バス電極とグリッド電極だけ作成したり、この２回目のマスクパターン８のグリッド電極用のマスクパターンのグリッド対応部分の長さを第６図（ｂ）のマスクパターン１８のグリッド電極用のマスクパターン１７の長さと同程度の長さ（あるいは第９図に従って１回目に比べて６０％となるようにした長さ）としたマスクパターンを使用しても良い。
さらにいえば、各印刷毎に異なるマスクパターン（つまり、複数のマスクパターンの全てが予め決められたパターンの一部だけを構成しており、これらが複数回印刷されることで全部パターンを形成するようにしたマスクパターン）を用いて予め決められた回数の印刷を行うことで、最終的にバス電極とグリッド電極等の電極が予め決められたパターンに形成されていれば良いものである。
【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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【国際調査報告】
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