JP2001223372A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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JP2001223372A
JP2001223372A JP2000029355A JP2000029355A JP2001223372A JP 2001223372 A JP2001223372 A JP 2001223372A JP 2000029355 A JP2000029355 A JP 2000029355A JP 2000029355 A JP2000029355 A JP 2000029355A JP 2001223372 A JP2001223372 A JP 2001223372A
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silicon substrate
solar cell
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groove
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Katsuhiro Imada
勝大 今田
Yoshitatsu Kawama
吉竜 川間
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は太陽電池の電極を簡易なプロセスで
量産する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による太陽電池の製造方法は、電
極形状に対応する開口部を有するマスク装置をシリコン
基板上に設ける工程と、前記マスク装置を設けた前記シ
リコン基板上に研掃材を噴射することにより前記開口部
に対応する溝を形成する工程と、前記シリコン基板に形
成された溝に電極を形成する工程とを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は多結晶シリコン基板
を用いた太陽電池の製造方法、特に変換効率の向上に重
要となる表面電極の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6に一般的な太陽電池の表面構造を示
す。光電変換により生じた電流は受光面においてグリッ
ド電極2によって集められ、バス電極3を介して出力さ
れる。現在、一般的に量産されている多結晶シリコン太
陽電池の電極は金属ペーストをスクリーン印刷によりシ
リコン基板上に印刷し、これを焼成することにより形成
される。スクリーン印刷により形成されるグリッド電極
2の幅は120〜150μm程度で、その厚みは5〜1
0μm程度である。
【0003】しかし、一般にシリコン基板1の表面には
数〜数十μmのピラミッド上の凹凸(いわゆるテクスチ
ャ構造)が形成されているためスクリーン印刷後、金属
ペーストが焼成するまでにテクスチャの凹部に流れ込む
ことで電極幅が広がり厚みが減少していた。またこれに
より、テクスチャの凹凸や粒界間の段差で電極の断線が
生じやすくなっていた。
【0004】太陽電池などの光電変換装置では受光面に
おいて光を多く吸収すると同時に光電効果により生じた
電流をできるだけ少ない損失で集めることが高性能化に
必要とされる。そのためには受光面の電極面積を減らす
と同時にその厚みを大きくして電気抵抗を小さくする必
要がある。通常のスクリーン印刷により電極を形成した
場合、グリッド電極2(以下、単に電極と称す)の幅を
100μm以下に狭めることは可能であるが、厚みが減
少し電気抵抗が増すため特性向上にはつながらない。そ
こで、機械加工やレーザ加工によりシリコン基板1に溝
を形成し、その溝にメッキ等で電極を埋め込む方法があ
る。図7は受光面の電極形成部に溝を形成し、Cuメッ
キ部およびNiメッキ部からなる電極を埋め込んだもの
である。また図8はシリコン基板1に形成された溝の側
面にAlからなる電極を形成したものである。図8に示
す太陽電池において電極形成には蒸着法が用いられてお
り、Al蒸着源に対してシリコン基板1を傾けることに
より同図に示す電極が形成される。この方法によれば、
フォトリソグラフィを行わずに電極パターンを形成する
ことができる。これらの太陽電池の詳細な説明は、Tech
nical Digest of the International PVSEC-11(1999
年)p.21および同文献のp.587 に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のような方法によ
り太陽電池の受光面において幅が小さく厚みの大きい電
極を形成することができるが、メッキや蒸着による電極
形成はスクリーン印刷に比べて生産速度が遅い上にコス
トが高くなる問題がある。本発明は太陽電池の電極を簡
易なプロセスで量産する方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による太陽電池の
製造方法は、電極形状に対応する開口部を有するマスク
装置をシリコン基板上に設ける工程と、前記マスク装置
を設けた前記シリコン基板上に研掃材を噴射することに
より前記開口部に対応する溝を形成する工程と、前記シ
リコン基板に形成された溝に電極を形成する工程とを含
むものである。また、上記の太陽電池の製造方法におい
て、シリコン基板に形成された溝に電極を形成する工程
が、前記電極の形状に対応する開口部を有するスクリー
ンマスクを介して前記シリコン基板に形成された溝に導
電性ペーストを埋め込む工程を含むことを特徴とするも
のである。また、上記の太陽電池の製造方法において、
スクリーンマスクの電極形状に対応する開口部の幅がシ
リコン基板に形成された溝の幅よりも小さいことを特徴
とするものである。また、上記の太陽電池の製造方法に
おいて、シリコン基板に形成された溝に電極を形成する
工程が、前記シリコン基板に形成された溝にノズルを用
いて導電性ペーストを埋め込む工程を含むことを特徴と
するものである。また上記の太陽電池の製造方法が、シ
リコン基板に形成された溝に埋め込まれた導電性ペース
ト上に粒子状の導電材料を付着させる工程を含むことを
特徴とするものである。また、上記の太陽電池の製造方
法において、電極形状に対応する開口部を有するマスク
装置をスクリーン印刷により形成することを特徴とする
ものである。また、上記の太陽電池の製造方法におい
て、電極形状に対応する開口部を有するマスク装置に板
状の金属部材を用いることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による方法を
用いて形成される太陽電池の電極構造を図1に示す。図
1に示す太陽電池の電極4は、シリコン基板1上にブラ
スト加工により溝6を形成し、この溝6にスクリーン印
刷を用いて金属ペーストを埋め込んだ後これを焼成して
形成される。スクリーン印刷により電極4を形成する
際、電極4の形成部に溝6を設けることにより金属ペー
ストの広がりを防ぎ、かつ電極4の厚さを大きくするこ
とがきる。
【0008】図2にブラスト加工による溝6の形成方法
を示す。図2において、9は溝6の形成部に対応して開
口部9aが形成されたマスク部材、10はブラスト加工
用の研掃材、11は研掃材10を噴射するノズルであ
る。図2に示すブラスト加工によりシリコン基板1上に
溝6を形成した後、マスク部材9を除去し、スクリーン
印刷を用いて溝6に金属ペーストを埋め込む。図3にス
クリーン印刷による金属ペーストの埋め込み方法を示
す。スクリーン印刷により金属ペーストを溝6に埋め込
む際、溝6とスクリーンマスク13に形成された開口部
13aのパターンが揃うようにスクリーンマスク13の
位置を調整する。ここで、電極4の長さが15cm程度
の場合、溝6の長手方向に対してスクリーンマスク13
の開口部13aの傾きは10μm以下にとどめることが
必要である。また、スクリーンマスク13の開口部13
aの幅も溝6の幅に合わせて調整することが必要であ
る。図4は幅がそれぞれ90,110,130μm、深
さ15μmの溝に、開口部13aの幅が100μmのス
クリーンマスク13を用いて形成した電極の断面図であ
る。幅90μmの溝では金属ペーストが溝からはみ出し
た。一方、溝の幅がスクリーンマスク13の開口部13
aより広い場合、金属ペーストは溝に収まった。しか
し、幅130μmの溝に形成された電極は、幅110μ
mの溝に形成されたものと比較して電極幅が若干広く、
かつ厚みが薄くなる傾向があった。従って電極の印刷に
用いるスクリーンマスク13の開口部13aの幅は溝6
より(例えば1割程度)狭くすることが望ましい。
【0009】
【実施例】実施例1.実施例1では、シリコン基板1上
にローラーではりつけたUV硬化性フィルムの上に溝6
の形成部に対応するパターンマスクを配置し、UV露
光、現像処理を行うことによりブラスト加工に用いるマ
スク部材9を作成した。この方法により作成されたマス
ク部材9の厚さは30μm、開口部9aの幅は100μ
mである。このマスク部材9を用いて幅1〜2mm、長
さ約10mmのノズル11から粒径5〜15μmの炭化
珪素を研掃材10としてブラスト加工を行い溝6を形成
した。ブラスト加工により形成される溝の深さはブラス
ト処理時間に比例し、深さ15μmの溝を形成したとこ
ろ、その幅は約110μmとなった。ブラスト加工完了
後にマスク部材9を除去し、溝6の形成部にスクリーン
印刷により銀ペーストをに埋め込み、焼成して電極4を
形成した。焼成後の電極4は銀ペーストが焼成により収
縮するためエッジ部分は基板より若干浮いたが、厚みは
約15μmとなった。電極形成と共に不純物拡散処理、
反射防止膜の形成を行い完成させた太陽電池の特性を表
1に示す。また比較例として、溝6を形成せずにスクリ
ーン印刷により電極4を形成した場合の太陽電池の特性
を示す。溝6を形成せずに実施例1に用いたものと同様
のスクリーンマスク13を用いて電極形成を行ったとこ
ろ、電極4の幅は約130μm、厚みは約8μmとなっ
た。尚、比較例に示す太陽電池の他の作成条件は実施例
1と同様のものである。
【0010】
【表1】
【0011】以上のようにシリコン基板1の電極形成部
に溝6を形成することでクリーン印刷により電極4を印
刷する際、その幅を狭く、かつ厚さを大きくすることが
できる。これにより表1に示すように、高効率の太陽電
池を低コストで量産することが可能となる。
【0012】実施例2.実施例2では、ブラスト加工に
用いるマスク部材9をレジストをシリコン基板1上にス
クリーン印刷することにより形成した。レジスト印刷に
おいて、溝6の形成部に対応するパターンの幅が100
μmのスクリーンマスクを用いたところ、印刷後のレジ
ストの流動によりマスク部材9の開口部9aの幅は約8
0μmとなった。またUV露光、現像により形成される
開口部9aと比較してエッジ部分の樹脂の厚みが薄くな
り、最も厚い部分でのレジストの厚みは約20μmとな
った。レジスト印刷により形成されたマスク部材9を用
いて実施例1と同様にブラスト加工を行ったところ、断
面がおよそU字型の溝6が形成された。溝6の幅は約1
10μm、深さは約15μmとなった。形成された溝6
には実施例1と比べてチッピングが多く見られたが、こ
の溝6にスクリーン印刷で電極ペーストを印刷し、焼成
したところ実施例1とほぼ同様の断面を有する電極が形
成された。実施例2のようにレジストをスクリーン印刷
することによりブラスト加工用のマスク部材9を形成す
る方法によれば、実施例1のようなUV露光、現像処理
などの工程が不要となり生産性を向上させることができ
る。
【0013】実施例3.実施例3では、ブラスト加工に
用いるマスク部材9として溝6の形成部に対応する開口
部を有する金属板を用いた。マスク部材9に金属板を用
いることにより、レジストの印刷および剥離といった工
程が不要となり生産性を向上させることができる。図5
に示すように、幅約1.5mm、厚み0.4mmの焼結
アルミナからなる金属板15を0.1〜0.15mmの
間隔を開けて結晶シリコン基板上に密着させて実施例1
同様にブラスト加工を行ったところ幅100〜200μ
mの溝が形成された。この溝にスクリーン印刷で導電性
ペーストを埋め込み、焼成したところ実施例1と同様の
電極が形成された。マスク部材9に金属板15を用いた
場合に生じる溝6の幅のばらつきはシリコン基板1の表
面と金属板15との隙間によるものなので、本実施例は
表面の凹凸が少ないシリコン基板に適用すると効果的で
ある。尚、本実施例における板状の金属からなるマスク
部材9としては、アルミナの他にジルコニアといった研
掃材10よりもモース硬度の高い材料を用いてもよい。
【0014】実施例4.実施例4では、実施例1と同様
の方法によりシリコン基板1に形成された溝6に埋め込
んだ銀ペースト上に銀粒子を付着させて電極4を形成し
た。実施例1と同様にシリコン基板上にブラスト加工で
幅約100μm、深さ15μmの溝6を形成し、スクリ
ーン印刷で銀ペーストを埋め込んだ後、銀ペーストが乾
燥する前に粒径が数μmの銀粒子をペースト表面に付着
させ、電極形成部以外に付着した不要の銀粒子を除去
し、120℃程度で乾燥、焼成した。焼成後の電極4を
観察すると銀粒子は完全に印刷電極に取り込まれてお
り、電極4の厚みは最も厚い部分で約18μmであっ
た。このように導電性ペースト上に粒子状の導電材料を
付着させることにより抵抗値の小さい電極を形成するこ
とが可能となる。
【0015】尚、実施例1〜4ではスクリーン印刷を用
いて電極4を形成したが、先端の穴径が100μm程度
のノズルを用いてから金属ペーストを溝6に埋め込むこ
とにより電極4を形成してもよい。
【0016】
【発明の効果】本発明の太陽電池の製造方法は、シリコ
ン基板上の電極形成部分に溝を形成し、スクリーン印刷
等を用いて導電性ペーストを溝に埋め込み電極を形成す
るので電極幅の広がりを生じることなく簡易な工程で太
陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態による太陽電池の電極構
造を示す図である。
【図2】 ブラスト加工による溝の形成方法を示す図で
ある。
【図3】 スクリーン印刷による電極の形成方法を示す
図である。
【図4】 スクリーン印刷により形成された太陽電池の
電極の構造を示す断面図である。
【図5】 実施例3による太陽電池の電極の形成方法を
示す図である。
【図6】 太陽電池の構成を示す図である。
【図7】 太陽電池の電極構造を示す断面図である。
【図8】 太陽電池の電極構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板,2 グリッド電極,3 バス電極,
4 電極,9 マスク部材, 10 研掃材,11 ノズ
ル,13 スクリーンマスク,15 金属板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極形状に対応する開口部を有するマス
    ク装置をシリコン基板上に設ける工程と、前記マスク装
    置を設けた前記シリコン基板上に研掃材を噴射すること
    により前記開口部に対応する溝を形成する工程と、前記
    シリコン基板に形成された溝に電極を形成する工程とを
    含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の太陽電池の製造方法に
    おいて、シリコン基板に形成された溝に電極を形成する
    工程が、前記電極の形状に対応する開口部を有するスク
    リーンマスクを介して前記シリコン基板に形成された溝
    に導電性ペーストを埋め込む工程を含むことを特徴とす
    る太陽電池の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の太陽電池の製造方法に
    おいて、スクリーンマスクの電極形状に対応する開口部
    の幅がシリコン基板に形成された溝の幅よりも小さいこ
    とを特徴とする太陽電池の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の太陽電池の製造方法に
    おいて、シリコン基板に形成された溝に電極を形成する
    工程が、前記シリコン基板に形成された溝にノズルを用
    いて導電性ペーストを埋め込む工程を含むことを特徴と
    する太陽電池の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項2〜4のいずれか一項に記載の太
    陽電池の製造方法が、シリコン基板に形成された溝に埋
    め込まれた導電性ペースト上に粒子状の導電材料を付着
    させる工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項に記載の太
    陽電池の製造方法において、電極形状に対応する開口部
    を有するマスク装置をスクリーン印刷により形成するこ
    とを特徴とする太陽電池の形成方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の太
    陽電池の製造方法において、電極形状に対応する開口部
    を有するマスク装置に板状の金属部材を用いることを特
    徴とする太陽電池の製造方法。
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