(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、該半導体基板の表面の一部に帯状に形成された電極取出部と、該電極取出部が形成されていない前記半導体基板の表面部分に形成された集電極部とを備える太陽電池素子において、
前記電極取出部は、銀、銅、金、又は、白金のいずれかを主成分としており、
前記集電極部は、アルミニウム、ガリウム、又は、インジウムのいずれかを主成分としており、
前記電極取出部は長手方向および短手方向に複数に分割されると共に、当該分割された電極取出部の周辺部すべてが前記集電極部上に位置するように形成されており、
前記分割された電極取出部は、それぞれ凹み部を有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記電極取出部を長手方向に３〜２０ｍｍごとに分割した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】
前記電極取出部を短手方向に０．５〜１ｍｍごとに分割した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。
【請求項４】
前記電極取出部の周辺部の短手方向と前記集電極部の重なり部分が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【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に関し、特に裏面側に帯状の電極取出部とこの電極取出部以外の部分に形成された集電極部とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図４に示す。従来の太陽電池素子は、Ｐ型半導体基板１の表面にＮ型不純物を一定の深さまで拡散させてＮ型を呈する拡散層２を設けるとともに、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成して構成されている。表面には銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成した表面電極４と裏面電極５が形成されている。
【０００３】
裏面電極５は、図５および図６に示すように、半導体基板１の裏面の電極取出部５ａを形成する領域に銀ペーストを塗布して乾燥した後、その領域５ａの銀ペーストの周縁部に重なるように集電極部５ｂとなる領域にアルミニウムペーストを塗布して乾燥し、この銀ペーストとアルミニウムペーストとを同時に焼成して電極取出部５ａと集電極部５ｂを同時に形成する同時焼成法（一段階焼成）で形成されている（例えば特開平５−３２６９９０号公報および特表平６−５０９９１０号公報参照）。
【０００４】
このようにして製造された太陽電池素子は、複数の素子同士を直列に接続して電圧を昇圧して使用するのが一般的である。この複数の素子同志の接続は裏面電極５と表面電極４とに配線材（不図示）を半田接続することにより行われる。半田接続する半田は裏面電極５と表面電極４との双方、および配線材にあらかじめコーティングしておく。
【０００５】
しかしながら、集電極部５ｂのアルミニウムは半田濡れ性が悪くて半田コーティングが困難であることから、電極取出部５ａを半田濡れ性の良好な銀で形成してこれに配線材（不図示）を半田付けしていた。
【０００６】
このように、電極取出部５ａをアルミニウムに比べて電気抵抗率の低い銀で形成することにより、太陽電池の曲線因子の低下を防ぐこともできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような裏面電極５の構造では、低コスト化のために半田コーティングを浸漬式で行った場合、電極取出部５ａの幅が１ｍｍを越える場合には引き上げ方向（帯状取出電極５ａが水平状態で引き上げられる）の下側の半田盛りが大きくなり、後工程の作業時にセル割れが発生するという問題があった。
【０００８】
この問題を解消するため、本出願人は、特願平２００１−３９２７７２号において、図７および図８に示すように、裏面電極５の帯状電極取出部５ａを二本に分割して設けるとともに、短手方向の複数箇所で集電極部５ｂが電極取出部５ａを跨ぐように形成することを提案した。電極取出部５ａの露出部分を細分化して半田盛りを低減させるためである。
【０００９】
しかし、銀から成る電極取出部５ａの周縁部上にアルミニウムから成る集電極部５ｂが位置するような電極構造とした場合には、焼成する際に形成される合金層がシリコン基板１に隣接し、応力集中によって太陽電池セルに割れやクラックが発生しやすくなるという問題があった。すなわち、アルミニウムと銀を積層して加熱する場合、アルミニウムが銀に拡散しやすくなる。そのため銀から成る電極取出部５ａの周縁部でアルミニウムが銀に拡散し、電極取出部５ａの周縁部は内部応力を内在したまま硬質化し、太陽電池セルに割れやクラックが発生しやすくなる。
【００１０】
また、この電極取出部５ａを半田コーティングする場合、アルミニウムはその表面が酸素と強く結合して半田コーティングされない。また、銀は半田コーティングされるが、アルミニウムが拡散した銀は半田コーティングの程度にばらつきがある。したがって、電極取出部５ａの表面の横方向にアルミニウムが拡散する程度によって、半田コーティング層の幅が異なり、半田コーティングにばらつきが発生するという問題もあった。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半田盛りが大きくなって後工程でセル割れが発生したり、電極取出部５ａの周縁部が内部応力を内在したまま硬質化して太陽電池セルに割れやクラックが発生しやすくなったり、半田コーティングにばらつきが発生するという従来の問題を解消した太陽電池素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子では、半導体基板と、該半導体基板の表面の一部に帯状に形成された電極取出部と、該電極取出部が形成されていない前記半導体基板の表面部分に形成された集電極部とを備える太陽電池素子において、前記電極取出部は、銀、銅、金、又は、白金のいずれかを主成分としており、前記集電極部は、アルミニウム、ガリウム、又は、インジウムのいずれかを主成分としており、前記電極取出部は長手方向および短手方向に複数に分割されると共に、当該分割された電極取出部の周辺部すべてが前記集電極部上に位置するように形成されており、前記分割された電極取出部は、それぞれ凹み部を有することを特徴とする。
【００１３】
上記太陽電池素子では、前記帯状電極取出部を長手方向に３〜２０ｍｍごとに分割することが望ましい。
【００１４】
上記太陽電池素子では、前記帯状電極取出部を短手方向に０．５〜１ｍｍごとに分割することが望ましい。
【００１５】
上記太陽電池素子では、前記帯状電極取出部の周辺部の短手方向と前記裏面集電極部の重なり部分が０．２５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
上記太陽電池素子では、前記表面電極と裏面電極の電極取出部が銀を主成分として構成されるとともに、前記裏面電極の集電極部がアルミニウムを主成分として構成されることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の太陽電池素子も基本的な構造は図４に示す従来の太陽電池素子の構造と同じである。すなわち、一導電型を呈する半導体基板１の表面に逆導電型半導体不純物を一定の深さまで拡散させた拡散層を設けるとともに、半導体基板１の表面に反射防止膜を形成したものである。また、表面にはグリッド状に表面電極が形成されると共に、裏面には裏面電極が形成される。
【００１８】
本発明の裏面電極の構造を図１および図２に示す。
図１および図２に示すように、本発明の太陽電池素子では、裏面電極５（５ａ、５ｂ）の集電極部５ｂとなる部分の印刷を行った後に、電極取出部５ａのパタ−ンニングを行って、銀電極５ａがシリコン基板１に接触するようにしている。
また、電極取出部５ａは集電極部５ｂで集めたキャリアを受け取るために電極取出部５ａおよび集電極部５ｂは重なり部分を必要とする。
すなわち、帯状電極取出部を長手方向および短手方向に複数に分割すると共に、この分割した電極取出部5ａの周辺部が集電極部５ｂ上に位置するように形成する。
【００１９】
この重なり部分のうち、半田ディップ方向に対して垂直な部分（帯状電極５ａの長さ方向での重なり）は両側に０．２５ｍｍ以下となるようにする。一方、半田盛を低減するために必要な電極取出部５ａの分割した短手方向の幅ｌは集電極部５ｂとの重なり部分を含めて１ｍｍ以下にする必要があり、電極取出部５ａとシリコン基板１の接触も０．５ｍｍ以上必要であるから電極取出部５ａおよび集電極部５ｂの重なり部分は両側毎に０．２５ｍｍ以下にする。
【００２０】
また、集電極部５ｂは長手方向に３〜２０ｍｍ程度ごとに分割して形成される。
３ｍｍを下回ると、半田付け銅箔を溶着するのに距離が不十分であり、２０ｍｍを越えると、ひとつのパターンに対する半田量が多すぎて溜まりをつくる可能性がある。また、電極取出部５ａは短手方向に０．０５〜３ｍｍ程度ごとに分割される。０．０５ｍｍ以下ではペースト印刷時に滲み等で繋がる可能性があり、一方３ｍｍを越えると分割した両者を跨ってつなげる銅箔の幅がいたずらに広くなりコストメリットがない。
【００２１】
このように帯状電極取出部５ａを長手方向に複数に分割して配置するとともに短手方向にも複数に分割して配置すると、この電極取出部５ａに配線材（不図示）を半田付けする際に、複数の電極取出部５ａの間に半田溜まりを形成でき、配線材を取出電極部５ａにより安定して半田付けできるようになる。また、半田コーティングする部分が細分化され、半田盛りが均一化されることから、半田盛りの違いによる後工程でのセル割れを防止することができる。
【００２２】
表面電極４と裏面電極５の電極取出部５ａは銀を主成分として構成されるとともに、裏面電極５の集電極部５ｂはアルミニウムを主成分として構成されることが望ましい。つまり、このように形成されたアルミニウム−銀電極では、アルミニウムの下に銀が位置して両者の合金層がシリコン基板１に隣接した従来の電極に比べると、応力の分散が図られて太陽電池セルの割れやクラックを防止する効果がある。
【００２３】
また、裏面電極５の集電極部５ｂがアルミニウムを主成分として構成されることにより、集電電極５ｂの下部には一般にＢＳＦと呼ばれる高濃度Ｐ型層が形成される。この高濃度Ｐ型層を形成することによって、半導体基板１の裏面側の内部電界によって少数キャリアである電子の再結合速度を遅くさせて短絡電流および開放電圧を向上させ、もって太陽電池の変換効率を高めることができる。
【００２４】
次に、本発明に係る太陽電池素子の製造方法を図３に基づいて説明する。まず図３（ａ）のように一導電型半導体基板１を準備する。次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１を逆導電型半導体不純物雰囲気中で熱処理などして、半導体基板１の表面近傍の全面に一定深さまで逆導電型半導体不純物を拡散させて逆導電型半導体不純物を含有する拡散領域２を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、半導体基板１の表面にプラズマＣＶＤ装置などで窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成する。また、半導体基板１の裏面側の拡散層２は除去する。次に、半導体基板１の表面に銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図３（ｄ）に示すような表面電極４と裏面電極５を有する太陽電池素子を得る。
【００２５】
表面電極４と裏面電極５の焼成は、半導体基板１をベルト炉等の焼成炉で焼成することによって、アルミニウムペーストと銀ペーストが同時に形成される。このときアルミニウムを主成分とする集電極部５ｂを先に焼成してもよく、銀を主成分とする表面電極４および裏面電極５の電極取出部５ａと同時に焼成してもよい。また、表面電極４と裏面電極５が形成された半導体基板１を半田槽に浸漬して表面電極４と裏面電極５の電極取出部５ａに半田をコーティングして半田層を形成する。このように構成すると、太陽電池の高効率化と半田盛りを低減することができる。
【００２６】
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変更を加えることができる。例えばアルミニウムペーストに代えてガリウムやインジウムをベースとした金属ペーストを用いてもよいし、またボロンを塗布してもよい。また、銀ペーストに代えて銅、金、白金をベースとした金属ペーストを用いてもよい。
【００２７】
【実施例】
半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備した。そして、熱拡散法でオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）を拡散源として、深さ０．５μｍのＮ型拡散層を形成した。次に、表面以外のＮ型拡散層を除去し、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンの反射防止膜を８００Åの厚さで形成した。次に、図２に示すパターンで電極取出部の長手方向の分割ピッチを１２ｍｍ、短い手方向の分割のピッチを０．８ｍｍとし、裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷して８００℃で焼成した。その後、裏面の電極取出部となる部分に銀ペーストを短手方向の分割された幅が１ｍｍごとでかつアルミニウムの周辺部との重なり部分が両側に０．１ｍｍとなるようにスクリーン印刷し、表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７００℃で焼成することで集電極部を形成した。その後、さらに２００℃の半田浴槽に上記基板を浸漬して引き上げることで、上記集電極部の表面を半田でコーティングして太陽電池素子を製造した。
【００２８】
本発明の構造の太陽電池素子と図５に示す従来の構造の太陽電池素子の半田厚みを表１に、また裏面電極のアルミニウム−銀合金層部分の破壊強度を表２に示す。
【００２９】
【表１】
0003847188.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003847188.tif 000003
【００３１】
本発明により、従来４００μｍを超えていた半田の厚みは１６０μｍ程度以上に減少した。また、アルミニウム−銀の合金層の破壊強度も従来の平均０．５ｋｇ／ｃｍ2から平均１．８ｋｇ／ｃｍ2へと向上し、セル割れおよびクラック防止が図られた。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、帯状電極取出部を長手方向および短手方向に複数に分割すると共に、この分割した電極取出部の周辺部すべてが上記集電極部上に位置するように形成したことから、浸漬法による半田コーティングを行っても部分的に半田盛りが大きくなるという問題が発生せず、後工程でのセル割れの発生も抑制される。
また、電極取出部の周縁部が内部応力を内在したまま硬質化して太陽電池セルに割れやクラックが発生しやすくなったり、半田コーティングにばらつきが発生することも極力解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【図２】図１中の本ｘ−ｘ線断面図である。
【図３】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】従来の太陽電池素子を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【図６】図５のｘ−ｘ線断面図である。
【図７】従来の他の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【図８】図７中のｘ−ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１；半導体基板、２；ｎ型拡散層、３；反射防止膜、４；・表面電極、５；・裏面電極、５ａ；電極取出部、５ｂ；集電極部、５ｃ；横断領域、５ｄ；縦断領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003847188.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003847188.tif 000008
【図６】
0003847188.tif 000009
【図７】
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【図８】
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