JP2001274426A

JP2001274426A - 太陽電池の製造方法およびそれに用いるフラックス

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Publication number: JP2001274426A
Application number: JP2000089155A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 聡田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-05
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP3566901B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】簡単な洗浄工程もしくは無洗浄で電極の腐食
およびはんだ不良を防止できる太陽電池を作製するこ
と。【解決手段】太陽電池の受光面と裏面に、銀粉末、金
属ハロゲン化物、ガラス粉末、有機バインダーおよび有
機溶媒からなるペーストを塗布、焼成して銀電極を形成
し、ハロゲン化物を含有しないフラックスで前処理した
後、はんだコーティングすることを特徴とする太陽電池
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の製造方
法およびそれに用いるフラックスに関し、特に、焼成銀
ペースト電極に、はんだコーティングを行う太陽電池の
製造方法およびそのはんだコーティングの前処理に用い
るフラックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、はんだコーティングを行う太陽電
池が結晶系シリコンの場合は、P型シリコン基板をエッ
チング後、受光面となる片面側にN型拡散層および、そ
の上に表面反射率を低減させるための反射防止膜を形成
する。裏面には、Alペーストをスクリーン印刷法によ
り、ほぼ全面に印刷し、高温で酸化性雰囲気中で焼成し
て裏面アルミ電極を形成する。さらにスクリーン印刷法
により、裏面の一部と、受光面側の反射防止膜へ銀ペー
ストをパターン状に印刷し、高温で酸化性雰囲気中で焼
成して銀電極を形成する。この素子を、活性剤を含むフ
ラックスへ常温で数10秒間浸漬し、温風乾燥後、約200
℃のはんだ浴に約１分間浸漬し、はんだコーティングを
行う。その後、温水中、常温水中での超音波洗浄を数回
繰り返した後、最後に純水リンス、温風乾燥して太陽電
池を製造していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、特に長期信頼性
に優れた太陽電池を低コストで生産する必要に迫られて
いる。太陽電池を含む多くの素子の長期信頼性をおびや
かす物質としては、ハロゲンが真っ先に挙げられる。太
陽電池の製造においても、はんだコーティングの際にハ
ロゲンを含むフラックス浸漬が多用されている。ハロゲ
ンは、HClなどの無機酸、またはNH₄Clなどの無機塩の状
態で活性剤として含まれる。これらの活性剤は、活性度
に差はあるにしても、いずれも被コーティング物の表面
を清浄化する役割を担っている。なお、活性剤には、松
脂のごとき有機酸などの比較的活性力のマイルドな活性
剤を使用する場合もある。

【０００４】活性剤の使用にあたっては、はんだコーテ
ィング後に完全に洗浄除去することが不可欠である。洗
浄が不充分であったときには、文献「電子技術1989年12
月別冊、無洗浄フラックスの開発・実用化、第56頁」に
記載のように、電極部分での腐食が遅かれ早かれ発生し
てしまう。そのため、洗浄工程が複雑となり、コスト高
の要因となっており、また腐食を完全に防ぐことは困難
であった。

【０００５】簡単な洗浄工程もしくは無洗浄で、信頼性
の高い太陽電池を製造するには、活性剤を含まないフラ
ックスを使用することが望まれていた。しかし、従来の
フラックスから活性剤成分を削除したフラックスで従来
の太陽電池をはんだコーティングした場合、はんだ濡れ
不良が頻発し、素子化できないという問題があった。本
発明は、上記課題に鑑み、簡単な洗浄工程もしくは無洗
浄で電極の腐食およびはんだ不良を防止できる太陽電池
を作製することを主要な目的の１つとする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の発明者
は、活性剤を含まないフラックスについて鋭意研究を重
ねるうち、銀電極のペースト材料に、ハロゲン化物を含
めると、意外にも、ハロゲン化物を含まないフラックス
を使用しても、はんだ濡れ不良を防止できることを見出
し、本発明に至ったものである。

【０００７】すなわち、本発明は、太陽電池の表面に、
銀粉末、金属ハロゲン化物、ガラス粉末、有機バインダ
ーおよび有機溶媒からなるペーストを塗布・焼成して銀
電極を形成し、ハロゲン化物を含有しないフラックスで
前処理した後、はんだコーティングすることを特徴とす
る太陽電池の製造方法を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】（１）本発明において、銀電極
は、電極材料を含むペーストを塗布・焼成して作られ
る。ここで、電極材料は、銀粉末、ガラス粉末、有機バ
インダー及び有機溶媒からなり、いずれの素材及び形態
（特に粉粒の大きさなど）も、通常この分野で使用され
るものが使用でき、特に限定されるものではない。な
お、有機バインダー及び有機溶媒は、具体的には、例え
ば、前者としてエチルセルロース、ニトロセルロース、
後者としてテレピネオール、酢酸ブチルカルビトールを
用いることができる。

【０００９】電極材料は更に、ハロゲン化物を含み、こ
のハロゲン化物としては塩化イリジウムのごとき塩化物
が好ましいものとして挙げられ、更に、酸化リンのごと
き第５族元素化合物を含むのがより好ましい。各種成分
の配合割合は、銀粉末100重量％に対してガラス粉末：
3.0〜3.5重量％、有機バインダー：9.0〜10.0重量％、
有機溶媒：13.5〜14.5重量％、塩化イリジウム：0.001
〜0.1重量％であることが好ましい。これらの電極材料
のペーストは、通常この分野で行われる塗布及び550〜8
00℃の焼成によって銀電極となる。なお、この焼成の前
に、150℃程度の乾燥工程を加えるのが好ましい。

【００１０】本発明において、フラックスについて「ハ
ロゲン化物を含まない」とは、フラックスが銀電極表面
の洗浄作用をそれ自体で有する、従来の技術の項で説明
したごとき活性剤としてのハロゲン化物を含まないこと
を意味する。

【００１１】例えば、本発明におけるフラックスとして
は、通常この分野で使用されるフラックスから活性剤と
してのハロゲン化物を除いたものを使用でき、具体的に
は、銀電極表面のはんだのなじみ性を付与するための樹
脂、溶剤及び任意に樹脂の安定剤からなるものを挙げる
ことができ、好ましくは、樹脂としてポリアルキレング
リコール系樹脂（平均分子量：200〜800が好ましい）、
有機溶媒としてイソプロピルアルコール、樹脂の安定剤
としてアミノ基を含む化合物をそれぞれ例示できる。こ
れら各種成分の配合割合は、樹脂100重量％に対して、
有機溶媒：95〜105重量％、樹脂の安定剤：0.2〜0.3重
量％であることが好ましい。

【００１２】本発明は、別の観点によれば、太陽電池の
表面に形成された銀電極にはんだコーティングする際
に、予め使用されるフラックスであって、太陽電池の表
面に、銀粉末、金属ハロゲン化物、ガラス粉末、有機バ
インダーおよび有機溶媒からなるペーストを塗布・焼成
して銀電極を形成し、活性剤としてのハロゲン化物を含
有しないフラックスで前処理した後、はんだコーティン
グすることを特徴とするフラックスを提供する。

【００１３】本発明は、更に別の観点によれば、シリコ
ン基板と、この基板の受光面側に形成された反射防止膜
と、基板の裏面に形成されたアルミ電極と、このアルミ
電極及び反射防止膜にそれぞれ形成された銀電極と、こ
れらの銀電極にコーティングされたはんだ膜とからな
り、前記銀電極がその銀粉末、金属ハロゲン化物、ガラ
ス粉末、有機バインダー及び有機溶媒からなるペースト
を塗布・焼成して作られたことを特徴とする太陽電池を
提供する。

【００１４】（２）ここで、本発明に係る太陽電池の製
造方法が製造対象としている太陽電池の基本構成につい
て説明する。図１は、はんだコーティングを行う太陽電
池の基本構造を示す概略図、図２は、太陽電池の主な製
造プロセスを示すフローチャートである。

【００１５】図１において、太陽電池Ｓは、結晶シリコ
ンを採用する太陽電池として代表的なもので、P型シリ
コン基板１と、この基板の受光面側に表面反射率を低減
させるために形成された反射防止膜３と、基板１の裏面
に形成されたアルミ電極４と、このアルミ電極と反射防
止膜３にそれぞれ形成された銀電極５・６と、これらの
銀電極にコーティングされたはんだ膜７・８とから主と
してなる。なお、はんだ膜７・８はリード（図示省略）
をはんだ付けするためのものである。

【００１６】次に以上の構成から成る太陽電池Ｓの製造
方法を説明する。図１及び２において、P型シリコン基
板１をエッチング後、受光面となる片面側にN型拡散層
２及びその上に反射防止膜３を形成する。裏面には、Al
ペーストをスクリーン印刷法により、ほぼ全面に印刷
し、高温で酸化性雰囲気中で焼成して裏面アルミ電極４
を形成する。さらにスクリーン印刷法により、裏面の一
部と、受光面側の反射防止膜３へ銀ペーストをパターン
状に印刷し、高温で酸化性雰囲気中で焼成して銀電極５
・６を形成する。この素子を、フラックスへ常温で数10
秒間浸漬、温風乾燥後、約200℃のはんだ浴に約１分間
浸漬し、はんだコーティングを行う。その後、常温水中
での超音波洗浄を数回繰り返した後、最後に純水リン
ス、温風乾燥して太陽電池Ｓを得る。

【００１７】従来、太陽電池のはんだコーティングにお
けるフラックスの役割は、焼成済みの電極部をフラック
スに浸漬することで、フラックス中の活性剤が焼成銀表
面を清浄化し、次いで清浄化された銀表面がはんだと接
触する瞬間まで、樹脂が銀表面を覆うことにより新たな
汚染から保護するものであるとされている。

【００１８】一方、はんだコーティングのされやすさ
は、銀ペーストの焼成により得られた銀電極のはんだ接
触面側の銀の割合が、ガラスなど他の成分に比べて多い
こと、その銀の表面が添加物の影響で変・改質されてい
ないことが重要な因子になると考えられる。

【００１９】本発明で採用する銀ペーストの場合、高
温、酸化性雰囲気中で焼成することにより、シリコン窒
化膜や酸化チタン膜などの反射防止膜をファイヤースル
ー（貫通）させて膜直下のN型シリコン層との電気的接
触をとるという特徴を持つ。

【００２０】図３は銀ペーストの焼成前後の成分挙動に
ついての概念図であり、（ａ）が焼成前、（ｂ）が焼成
後をそれぞれ示す。図３（ａ）において、P型シリコン
基板の受光面側にN型拡散層２を介して反射防止膜３が
形成され、この反射防止膜３に銀ペースト１０がパター
ン状に印刷形成される。１２は銀ペースト１０の銀成
分、１３はガラス成分をそれぞれ示す。

【００２１】そしてこの銀ペースト１０を高温で酸化雰
囲気中で焼成すると、図３（ｂ）のごとく、この焼成時
に銀ペースト１０中のガラス成分１３の大部分が反射防
止膜３を溶融するのに消費されるために反射防止膜３近
傍に局在化することにより、はんだとの接触面側のガラ
ス成分１３の組成が通常より少なくなる、つまり銀リッ
チの組成となるために、はんだコーティングされやすい
状況にある。従って、この系においては、銀表面がはん
だと接触する瞬間まで、樹脂が銀表面を完全に覆うこと
ができる樹脂でさえあれば、活性剤を用いなくても、は
んだコーティングが可能となると考えられる。

【００２２】（３）以下、本発明の実施例を説明する。〔実施例１〕テクスチャエッチングされた厚さ330ミク
ロンで、125mm角型のP型シリコン基板１の片側表面に、
900℃のＰの熱拡散により約５０Ω／□の面抵抗値をも
つN型拡散層２を形成し、その上に反射防止膜３として
プラズマCVD法により約60nmのシリコン窒化膜を形成し
た。裏面に市販のアルミペーストをスクリーン印刷法に
て印刷し150℃程度で乾燥の後、空気中700℃で焼成し裏
アルミ電極４を形成した。

【００２３】次に、表１の組成からなる銀ペースト６を
同じくスクリーン印刷法にて裏面の所定の位置に約30ミ
クロン厚に印刷し、150℃で約４分乾燥した。なお、表
１で、有機バインダーとしての有機ビヒクル（賦形剤）
及び有機溶剤は、具体的にはニトロセルロース及び酢酸
ブチルカルビトールである。

【００２４】

【表１】

【００２５】次いで、受光面側へ銀ペースト５をパター
ン状に印刷・乾燥後、600度酸化性雰囲気中で２分間焼
成することにより表・裏面の銀電極を形成した。このセ
ルを、ハロゲン化物を含まない表２の組成のフラックス
中へ常温下１分間浸漬し、100度分間の熱風乾燥後、200
℃に保たれた２％銀入りSn:Pb＝６：４のはんだ浴に２
分間浸漬し、はんだ層７を形成した。これを常温の純水
で１分間のリンスの後、乾燥させ、太陽電池を完成させ
た。なお、表２のアルコールは、具体的にはイソプロピ
ルアルコールである。

【００２６】

【表２】

【００２７】この際のはんだコーティング時のはんだ濡
れ性と、簡易的な信頼性評価として耐湿性試験（85℃、
85％RH、500h）後の外観検査を行った。この耐湿性試験
は、はんだコーティングを終えたセルを上記方法にて洗
浄乾燥したセルに対して実施するもので、ハロゲンなど
腐食性物質の洗浄が不充分であれば、はんだ銀が変色す
る、あるいは腐食粉を生成し不良を容易に判別できるこ
とがわかっている。

【００２８】従来法との比較結果を表３に示す。従来法
の銀ペーストには市販品（DuPont社製8050S）を用い
た。試験数は25。

【００２９】

【表３】

【００３０】結果から、従来の銀ペーストでは、ハロゲ
ン化物を含まない本明のフラックスを使用しているため
に全数はんだ不良となっているのに対し、本発明の銀ペ
ーストでは全数良品であり、はんだ付けが可能となっ
た。なお、信頼性は本発明のフラックスを使用している
ので全数良品となっている。本発明によれば、材料を変
更するのみであり、何ら複雑さはなく、従来のプロセス
を全てそのまま適用できる。

【００３１】〔実施例２〕実施例１では、本発明のフラ
ックスを用い、銀ペーストの材料比較を行ったが、ここ
ではフラックスの比較を行った。従来法のフラックスは
市販品（サンワ化学工業製 SF-60）でハロゲン化合物
（臭素系）を含んでいる。セル化および評価方法は実施
例１に同じである。結果を表４に示した。

【００３２】

【表４】

【００３３】結果から、従来のハロゲン化物を含むフラ
ックスでは信頼性においてほとんど不良であり、本発明
では全数良品であった。本発明のフラックスから、樹脂
の長期安定性のために添加しているアミン系化合物の酸
化防止剤を除去したフラックスにおいても同じ結果が得
られた。

【００３４】〔実施例３〕実施例２では、本発明の銀ペ
ーストに対するフラックス材料比較を行ったが、ここで
は従来の銀ペーストに対するフラックス材料比較を行っ
た。銀ペーストは実施例１と同じものを用いた。セル化
および評価方法は実施例１に同じである。結果を表５に
示した。

【００３５】

【表５】

【００３６】結果から、従来の銀ペーストに対してはハ
ロゲン化物を含まないフラックスでははんだコーティン
グができないこと、また活性剤を含む従来フラックスで
は、はんだコーティングは可能なものの、信頼性におい
て全数が不良であった。つまり、本発明の銀ペーストと
フラックスの組み合わせにより実現できていることがわ
かる。

【００３７】〔実施例４〕銀ペーストの銀粉末の組成比
較を変えて比較を行ったところ、70〜85wt％では、それ
ほど問題がないことがわかった。特に、78〜82wt％であ
れば、不良の発生はまったくなかった。また、フラック
スに含まれる樹脂の平均分子量を変えて比較を行ったと
ころ、200〜800であれば問題がないことがわかった。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によって
初めて、活性剤としてのハロゲン化物を含まないフラッ
クスを用いてはんだコーティングが良好なセル特性を維
持しつつ可能となり、信頼性の高いセルの製造が可能と
なった。さらに本発明は、従来プロセスとの変更点は銀
ペースト材料とフラックス材料の変更のみであって、何
ら複雑さはなく、従来のプロセスを全てそのまま適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の製造方法によって得られる
太陽電池の略断面図である。

【図２】本発明の太陽電池の製造方法を示す概略製造プ
ロセス図である。

【図３】本発明の銀ペーストの焼成前後の成分挙動につ
いての概念図であり、（ａ）は銀ペーストの焼成前の成
分挙動、（ｂ）は同じく焼成後のそれである。

【符号の説明】

１ P型シリコン基板２ N型拡散層３反射防止膜４アルミペースト（電極）５、６銀ペースト（電極）７はんだ層１０印刷された銀ペースト１１焼成された銀ペースト１２銀成分１３ガラス成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池の表面に、銀粉末、金属ハロゲ
ン化物、ガラス粉末、有機バインダーおよび有機溶媒か
らなるペーストを塗布・焼成して銀電極を形成し、ハロ
ゲン化物を含有しないフラックスで前処理した後、はん
だコーティングすることを特徴とする太陽電池の製造方
法。
【請求項２】金属ハロゲン化物が、塩化イリジウムで
ある請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】塩化イリジウムが、ペースト中に0.001
〜0.1重量％含有される請求項２に記載の太陽電池の製
造方法。
【請求項４】ペーストが、更に酸化リンを含有する請
求項１〜３のいずれか一つに記載の太陽電池の製造方
法。
【請求項５】銀粉末が、ペースト中に70〜85重量％含
有される請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池
の製造方法。
【請求項６】樹脂、有機溶媒および任意成分としての
前記樹脂の安定剤とからなり、銀電極表面の洗浄化用の
活性剤を実質的に含まないことを特徴とするフラック
ス。
【請求項７】樹脂がポリアルキレングリコール系樹脂
であり、有機溶媒がイソプロピルアルコールであり、樹
脂の安定剤がアミノ基を含む化合物である請求項６に記
載のフラックス。