(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型不純物を含有する半導体基板の一主面側に他の導電型不純物を含有する領域を形成して、一主面側に表面電極を形成すると共に、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、
前記表面電極は、ガラスフリットを含有しない下層銀ペーストとガラスフリットを含有する上層銀ペーストとを塗布して焼き付けることによって、溶融した前記ガラスフリットが前記他の導電型不純物を含有する領域に達して共融状態を作ることで形成されることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記上層銀ペースト中に、銀１００重量部に対してガラスフリットを０．１〜５重量部含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の製造方法。
【請求項３】
一導電型不純物を含有する半導体基板の一主面側に他の導電型不純物を含有する領域を形成して、一主面側に表面電極を形成すると共に、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、
前記表面電極を、逆導電型不純物を含有するシリコン微粒子とガラスフリットが添加された銀ペーストを塗布して焼き付けることによって形成することを特徴とする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、特に半導体基板の両主面側に電極が形成される太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図４に示す。例えば厚さ０．５ｍｍ程度の単結晶または多結晶シリコンなどから成るｐ型シリコンウェハ１１の一主面側に、０．２〜０．５μｍの深さにリン（Ｐ）などを拡散させたエミッタ層１１ａを設け、このエミッタ層１１ａの表面に、銀などから成るグリッド状の表面電極１３およびこの表面電極１３の間隙に窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などから成る反射防止膜１２を設けて構成されている。また、シリコンウェハ１１の他の主面側には、銀などから成る裏面電極１４が設けられている。そして、表面電極１３および裏面電極１４上には、外部リード線が容易に接続できるように、半田層（不図示）を設ける場合もある。
【０００３】
また、シリコンウェハ１１の裏面側にアルミニウムなどを高濃度に拡散させたｐ+ 領域１１ｂを設け、シリコンウェハ１１の裏面側の内部電界によって少数キャリア（電子）の再結合速度を遅くさせて短絡電流を向上させ、もって太陽電池の変換効率を高めることも提案されている。
【０００４】
このような結晶系シリコンで形成される太陽電池素子では、低コスト化のため、電極は一般的に印刷・焼成法で形成される。印刷・焼成法では、シリコンとの密着強度を向上させるために、銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加して、ペースト状にしたものをスクリーン印刷法によりシリコン面に印刷して、６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより形成する。つまり、電極ペースト中にガラスフリットを添加して、電極ペースト中の金属成分の焼結を促進させると共に、基板材料のシリコンと共融状態を作って密着強度を向上させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、結晶系シリコンで形成される太陽電池素子のエミッタ層１１ａは、厚みが２０００〜１００００Åと薄いため、図５に示すように、このエミッタ領域１１ａ上に表面電極１３を印刷・焼成法で形成する際に、電極ペースト１３ａに含まれる不純物や金属成分が電極焼成中にｐ／ｎ接合を貫通し、太陽電池素子を形成した場合にリーク電流を増大させて、セル特性を低下させるという問題があった。なお、図５（ａ）は電極１３を焼き付ける前の状態を示す図であり、図５（ｂ）は電極１３を焼き付けた後の状態を示す図である。このエミッタ領域１１ａへのダメージは、電極ペースト１３ａ中のガラスフリットＧが大きく関与している。つまり、電極ペースト１３ａ中のガラスフリットＧの含有量を少なくすると、リーク電流が減少してセル特性が改善されるが、電極１３の密着強度が低下し、太陽電池素子の信頼性が損なわれるという問題を誘発する。
【０００６】
そのため、従来の太陽電池素子では、電極ペースト１３ａ中に添加するガラスフリットＧの量は、セル特性と密着強度を考慮して適当な値に設定せざるを得なかった。
【０００７】
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、受光面側の電極を厚膜手法で形成すると太陽電池素子のエミッタがダメージを受けたり、密着強度が弱くなるという従来方法の問題点を解消した太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点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の製造方法では、一導電型不純物を含有する半導体基板の一主面側に他の導電型不純物を含有する領域を形成して、一主面側に表面電極を形成すると共に、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記表面電極は、ガラスフリットを含有しない下層銀ペーストとガラスフリットを含有する上層銀ペーストとを塗布して焼き付けることによって、溶融した前記ガラスフリットが前記他の導電型不純物を含有する領域に達して共融状態を作ることで形成される。
【０００９】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記上層銀ペースト中に、銀１００重量部に対してガラスフリットを０．１〜５重量部含有することが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に係る太陽電池素子の製造方法では、一導電型不純物を含有する半導体基板の一主面側に他の導電型不純物を含有する領域を形成して、一主面側に表面電極を形成すると共に、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記表面電極を、逆導電型不純物を含有するシリコン微粒子が添加された銀ペーストを塗布して焼き付けることによって形成する。
【００１１】
【作用】
電極材料中の銀ペースト中のガラスフリットがエミッタ領域のシリコンと共融状態を作るとエミッタ領域にはダメージとなるが、その際に、ガラスフリットがシリコンと広い面積で接触すると、エミッタの深さ方向へのダメージも大きくなる。したがって、ガラスフリットのシリコンとの接触面積はできるだけ小さくする必要がある。この場合、単純にガラスフリットの粒径を小さくしてもよいが、ガラスフリットの製造コスト面から好ましくない。また、電極ペースト中のガラスフリットの含有量を減らすと、全体の接触面積が減少し、密着強度が低下する。
【００１２】
そこで、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法では、ガラスフリットのシリコンとの接触面積を減らすことなく、接触点の密度を上げることで、エミッタの深さ方向へのダメージの低減を図り、かつ密着強度も維持するようにしていた。
【００１３】
また、電極材料の銀ペースト中のガラスフリットがエミッタ領域のシリコンと共融状態を作ることでエミッタへのダメージを誘発するが、これはエミッタ領域のシリコンが溶融して電極中に取り込まれることが原因でもある。
【００１４】
そこで、請求項３に係る太陽電池素子の製造方法では、電極ペーストを焼き付ける際に、エミッタ領域のシリコンが電極中へ析出するを防止するために、電極中にエミッタ領域と同じ導電型を示す半導体不純物を高濃度に含有するシリコン粒子が添加された銀ペーストを印刷・焼成して表面電極として用いる。
【００１５】
このように構成すると、電極中（溶融ガラスフリット中）のシリコン濃度が高いため、エミッタ領域のシリコンが浸食されにくくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、請求項１ないし３に係る各発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、請求項１に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図であり、１は半導体基板、１ａはｎ層、１ｂはＢＳＦ層、２は反射防止膜、３は表面電極、４は裏面電極である。
【００１７】
半導体基板１は、０．２〜１．０ｍｍ程度の厚みを有するシリコンウェハから成る。このシリコンウェハは、ＣＺ法、ＦＺ法、ＥＦＧ法、或いは鋳造法などで形成された単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどをスライスして形成され、例えばボロン（Ｂ）などのｐ型不純物を含有する。
【００１８】
このシリコンウェハ１の一主面側にｎ層１ａを設け、ｐ−ｎ接合部を形成する。ｎ層１ａの深さは２０００〜１００００Å程度である。このｎ層１ａは、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3 ）などを用いてリン（Ｐ）などを気相拡散させることにより、形成される。
【００１９】
この半導体基板１の一主面側には、反射防止膜２が形成される。この反射防止膜２はシリコンウェハ１に入射する光を効率よく吸収するための膜であり、その厚みが５００〜１０００Å、屈折率が１．９０〜２．３０程度になるようにプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜２の材料としては窒化シリコン膜の他に、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）などがある。
【００２０】
シリコンウェハ１の一主面側の反射防止膜２の除去部分には表面電極３が形成されると共に、他の主面側には裏面電極４が形成される。この表面電極３と裏面電極４は銀粉末を主成分とするペーストをシリコン基板１の表面および裏面に厚膜手法で塗布して６００〜８００℃程度の温度で焼き付けることにより形成される。
【００２１】
表面電極３は、ガラスフリットを含まない層３ａを約１０μｍとガラスフリットを含む層３ｂを約１０μｍを塗布して焼き付けることにより形成される。つまり、ガラスフリットを含まない銀ペーストをエミッタ上へ印刷して乾燥し、続いてその上にガラスフリットを０．１〜５重量部含有する銀ペーストを印刷する。その後、６００〜８００℃で１分〜３０分の焼成を行う。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 のうちの少なくとも一種を含むものなどから成る。このガラスフリットが銀１００重量部に対して０．１重量部以下の場合は、電極の密着強度が低下し、５重量部以上の場合は、リーク電流が増大して特性が低下する。したがって、このガラスフリットは、銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加することが望ましい。
【００２２】
このように、上層３ｂの銀ペーストのみにガラスフリットＧを含有させると、図２（ａ）に示すように、印刷時にはガラスフリットＧを含有する層３ｂとエミッタ領域１ｂが離れており、焼成中に上層３ｂのガラスフリットが溶融して、下層３ａの銀粒子Ｓのすき間に入り込んできて始めてエミッタ領域１ａと共融状態を作るため、図２（ｂ）に示すように、ガラスフリットＧのシリコン基板１との一つ一つの接触面積が小さくなる。したがって、エミッタ領域１ａの深さ方向のダメージも小さく、セル特性の低下が防止できる。なお、トータルの接触面積は変わらないため、密着強度の低下はない。
【００２３】
裏面電極４は、従来どおり、ガラスフリットを含有する銀などで形成される。この表面電極３および裏面電極４上には、必要に応じて半田層（不図示）などが形成される。
【００２４】
図４に示す従来構造の太陽電池素子と図１に示す構造の太陽電池素子を形成して諸特性を測定したその結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0003732947.tif 000002
【００２６】
表１から明らかなように、請求項１に係る製造方法で形成した太陽電池素子は、従来方法で形成した太陽電池素子と比較して、短絡電流（Ｊsc  mA／ｃｍ2）と解放電圧(Voc  mＶ)がともに上昇し、変換効率（Ｅｆｆｉ．  ％）も１５．５４％になり、従来方法よりも０．７８％上昇する。
【００２７】
次に、請求項３に係る太陽電池素子の製造方法の一実施形態を図３に基づいて説明する。この太陽電池素子の製造方法でも、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法とほぼ同じであるが、この太陽電池素子の製造方法では、表面電極３の銀ペースト中に逆導電型不純物を多量に含有するシリコン微粒子とガラスフリットを添加して焼き付ける。つまり、ｎ+ ／ｐ／（ｐ+ ）型太陽電池素子では表面電極３の銀ペースト中にｎ+ 型シリコン粒子を、またｐ+ ／ｎ／（ｎ+ ）型太陽電池素子では表面電極３の銀ペースト中にｐ+ 型シリコン粒子を銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加したものを用いる。このときの逆導電型不純物のドーパント濃度としては、１×１０18〜１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 とする。この銀ペーストをスクリーン印刷法により、シリコン基板１の受光面側に印刷して乾燥した後、６００〜８００℃で１〜３０分焼成する。
【００２８】
この場合、エミッタ領域１ａのシリコンがガラスフリットと共融状態を作り、そのシリコンが電極３に析出することが防止できるため、エミッタ領域１ａのダメージがなく、また共融状態は作られるため、電極の密着強度も向上する。
【００２９】
図４に示す従来構造の太陽電池素子と図３に示す構造の太陽電池素子を形成して諸特性を測定したその結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
0003732947.tif 000003
【００３１】
表２から明らかなとおり、請求項３に係る製造方法で形成した太陽電池素子では、従来の方法で形成した太陽電池素子と比較して、短絡電流（Ｊsc  mA／ｃｍ2）と解放電圧(Voc  mＶ)がともに上昇し、変換効率（Ｅｆｆｉ．  ％）も１５．６８％になり、従来方法よりも０．９２％上昇する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法では、表面電極を、ガラスフリットを含有しない下層銀ペーストとガラスフリットを含有する上層銀ペーストを二層に塗布して焼き付けることによって形成することから、下層の印刷電極にはガラスフリットが含有されておらず、印刷後にはガラスフリットとシリコン面の距離が離れており、焼成中に上層のガラスフリットが溶融し、下層の銀粒子のすき間に入り込んできて始めてシリコンとの共融状態を作るために、一つ一つの接触面積が小さくなる。したがって、エミッタの深さ方向のダメージも小さく、セル特性の低下が防げるとともに、トータルの接触面積は変わらないため、密着強度の低下もない。
【００３３】
また、請求項３に係る太陽電池素子の製造方法では、表面電極を、逆導電型不純物を含有するシリコン微粒子が添加された銀ペーストを塗布して焼き付けることによって形成することから、エミッタのシリコンがガラスフリットと共融状態を作り、そのシリコンが電極に析出することが防げるため、エミッタのダメージがなく、また共融状態は作られるため、電極の密着強度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図２】請求項１に係る太陽電池素子の電極を焼き付ける前と後の状態を示す図である。
【図３】請求項３に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子を示す断面図である。
【図５】従来の太陽電池素子の電極を焼き付ける前と後の状態を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥‥半導体基板、１ａ‥‥‥逆導電型不純物を含有する領域、１ｂ‥‥‥一導電型不純物を多量に含有する領域、２‥‥‥反射防止膜、３‥‥‥表面電極、４‥‥‥裏面電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003732947.tif 000007
【図５】
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