JP2002314105A - 太陽電池セルの電極形成方法および電極材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化もしくは薄型化した太陽電池セルの電
極形成方法を提供する。 【解決手段】 ＩＩＩ族元素を含む拡散源を塗布したシ
ート状基材を貼り付ける工程を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池セルの電
極形成方法および電極材料に関し、具体的には、大型化
もしくは薄型化した太陽電池セルの電極形成方法および
電極材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な太陽電池の製造方法にお
ける断面構造を図５に示す。以下、図５を用いて、従来
の代表的な太陽電池の製造方法の一例を説明する。

【０００３】図５（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基
板５０１の表面に、受光面の反射を低減するための凹凸
を形成する。

【０００４】そして、図５（ｂ）に示すように、オキシ
塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を用いて、リン（Ｐ）を熱拡散
することにより、ｎ型拡散層５０２を形成し、ｐｎ接合
５０３を形成する。

【０００５】さらに、図５（ｃ）に示すように、基板の
片面をレジストなどでマスクし、受光面のみにｎ型拡散
層を残すように不要なｎ型拡散層を酸などでエッチング
除去後、レジストを有機溶剤などで除去する。

【０００６】その後、図５（ｄ）に示すように、受光面
にＴｉＯ₂やＳｉＮなどの反射防止膜５０４を形成した
後、裏面側にはアルミ系ペースト材などを、印刷、焼成
することによって電極５０６を形成する。この裏面電極
形成時には、開放電圧を向上し、かつ短絡電流を向上さ
せるためのＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅ
ｌｄ）層も同時に形成している。

【０００７】そして、図５（ｅ）に示すように、受光面
側には銀系ペースト材を印刷、焼成することによって電
極５０５を形成して、太陽電池５０７を形成する。な
お、電極を形成した後に、電極にはんだコーティングす
ることもある。

【０００８】太陽電池の製造工程の１つであるＢＳＦ形
成方法としては、ホウ素などの拡散材料を用いた気相拡
散法や印刷・焼成による拡散法があげられる。

【０００９】気相拡散法では、ＢＳＦ層形成のみで裏面
電極形成工程を別途行わなければならない。これに比べ
て印刷・焼成による拡散法は、裏面電極も同時に形成で
きることから、工程を簡略化でき、自動化もしやすいと
いうことで、生産部門では裏面電極形成工程をスクリー
ン印刷法による形成が盛んである。この方法によれば、
裏面電極形成時には、Ａｌ粉末とガラス粉末および有機
バインダを有機溶媒とともに混合して作製したＡｌペー
ストを、裏面ほぼ全面にスクリーン印刷を行い、この
後、乾燥・焼成して裏面電極およびＢＳＦ層を形成して
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スクリーン印
刷法においては、スクリーンメッシュが目詰まりを起こ
し、一度スクリーンマスクが目詰まりを起こすと、有機
溶媒でマスク面のペーストを拭き取らねばならず生産性
が悪くなる。また、スクリーンマスクは少しの衝撃でも
破れやすく取扱いに注意を要するという欠点がある。

【００１１】また、スクリーンマスクを大きくすると、
スクリーンマスクの中央部と周辺部とではテンションの
差が大きくなり印刷性が異なるために、大型化ができ
ず、スクリーン印刷法では大量一括処理が困難であると
いう欠点がある。

【００１２】さらに、スクリーン印刷法では、スクレー
パ（インク返し）によりスクリーンマスク上へペースト
を延ばして塗布し、スキージにより太陽電池基板上へペ
ースト印刷を行う。つまり一体構造となったスキージと
スクレーパのスクリーンマスク上での往復が、太陽電池
基板１枚の片面の印刷をするために必要となり、処理時
間がかかる。

【００１３】さらに裏面電極印刷のように、ほぼ全面に
厚膜印刷を必要とする際には、太陽電池基板とスクリー
ンマスクとの版離れが悪くなるために高速処理はできな
い。

【００１４】また、スクリーン印刷法は、太陽電池作製
プロセスの簡略化につながる有効な手段であるが、印刷
時にスキージをセルに必要な印圧を加える必要がある。
そのために、加圧で太陽電池セルの破損につながりやす
くなるため、材料費コスト低減化に向けたセルの大型化
および薄型化が困難になる。

【００１５】そこで、本発明者は、太陽電池セルの表裏
面電極形成時に採用されている従来のスクリーン印刷法
における上記のような問題点を解決すべく、太陽電池セ
ルに表裏面電極形成用ペーストを印刷する方法としてス
クリーンマスクを不要とする転写印刷方法を、特願平６
−２２６５６４（特開平８−９７４４８号公報参照）と
して先に提案している。

【００１６】しかしながら、前記特願平６−２２６５６
４での提案は、やはり太陽電池セル基板の表裏面に電極
形成用ペーストを直接的に転写印刷する方法である。こ
のため、ペーストが塗布されているコーティングロール
を太陽電池セル基板に圧接することにより、上記スクリ
ーン印刷法と同様に太陽電池セル基板に必要な印圧を加
えている。したがって、特に均一で平滑性が要求されて
大きな印圧を必要とする裏面ＢＳＦ層および裏面電極形
成用ペーストの転写印刷時の加圧で、従来のスクリーン
印刷法と同様に、太陽電池セル基板の破損につながりや
すくなる。そのため、材料費コスト低減化に向けた太陽
電池セルの大型化および薄型化が困難となる場合がある
ことが判明した。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した問題
を解決するためのものであり、太陽電池セル基板に裏面
電極形成用ペーストを塗布する方法において、直接的に
スクリーン印刷や転写印刷する方法ではなく、太陽電池
セルの裏面電極材料となる金属ペーストを、焼成後は焼
失するシート状基材上に転写印刷などの方法で塗布し、
塗布されたシート状基材を太陽電池セル基板の裏面に貼
り付けるという間接的な方法で行い、その後、貼り付け
られた太陽電池セル基板を焼成することによって、裏面
ＢＳＦおよび裏面電極を形成できるものである。

【００１８】本発明に係る太陽電池セルの電極形成方法
は、ＩＩＩ族元素を含む拡散源を塗布したシート状基材
を貼り付ける工程を有することを特徴とする。

【００１９】また、前記シート状基材がパターニングさ
れていることも可能である。また、前記ＩＩＩ族元素
が、ホウ素、ガリウム、アルミニウム、もしくは、イン
ジウムのうち少なくともいずれか一つを含有することが
可能である。

【００２０】本発明に係る電極材料は、ＩＩＩ族元素の
拡散材料を含むシート状基材からなる。

【００２１】また、前記シート状基材は、ポリエチレン
であることが可能である。また、前記拡散材料が、アル
ミニウムを含んだペーストであることが可能である。

【００２２】また、一定方向に搬送されるシート状基材
に、コーティングを行うことができるコーティングロー
ルと、前記コーティングロールにペーストを供給するペ
ーストロールと、を有するロールコータにより製造され
る電極材料であって、前記ペーストの粘度は１０００〜
２０００ｃｐｓの範囲であり、前記シート状基材と前記
コーティングロールとのギャップが５０μｍ以下の範囲
であり、前記シート状基材の進行方向とコーティングロ
ールの回転方向とが逆方向であり、前記シート状基材の
搬送速度とコーティングロールの回転速度との比が１対
１とすることも可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による裏面電極の形
成方法について説明する。まず、図４に参照させるよう
に、太陽電池セルとなるｐ型シリコン基板４０１を図４
（ｃ）または図４（ｄ）の状態になるまで加工してお
く。

【００２４】すなわち、図４（ａ）に示すように、ｐ型
シリコン基板４０１の表面に凹凸を形成する。次に図４
（ｂ）に示すようにリン（Ｐ）を熱拡散することによ
り、ｎ型拡散層４０２を形成し、ｐｎ接合４０３を形成
する。さらに、図４（ｃ）に示すように、基板の片面を
マスクし、受光面のみにｎ型拡散層を残すように不要な
ｎ型拡散層をエッチング除去後、レジストを除去する。
その後、図４（ｄ）に示すように、受光面に反射防止膜
４０４を形成した後、裏面側にはアルミ系ペースト材な
どを、印刷、焼成することによって電極４０６を形成す
る。

【００２５】ついで、図４（ｃ）または図４（ｄ）の状
態のシリコン基板（以下「太陽電池セル基板」という）
の裏面に太陽電池セルの裏面電極材料となる金属ペース
トを塗布するのである。

【００２６】本発明に係る太陽電池セルの電極形成方法
は、ＩＩＩ族元素を含む拡散源を塗布したシート状基材
を貼り付ける工程を有することを特徴とする。すなわ
ち、金属ペーストを、後工程の電極形成における焼成時
に焼失するシート状基材上にまず塗布し、その塗布され
たシート状基材を太陽電池セル基板の裏面に貼り付ける
という間接的な方法で行うことを特徴とするものであ
り、従来の直接塗布法と同じ実質的な塗布効果が得られ
ることを確認した。

【００２７】前記シート状基材上への金属ペーストの塗
布法は、ロールコータによるコーティングロールによる
転写印刷方式を用いることができる。ここで、ロールコ
ータとは、一定方向に搬送されるシート状基材に、コー
ティングを行うことができるコーティングロールと、前
記コーティングロールにペーストを供給するペーストロ
ールと、を有することにより、シート状基材に金属ペー
ストを塗布することが可能となるのである。

【００２８】金属ペーストの粘度は、１００００〜２０
０００ｃｐｓの範囲とし、塗布時のシート状基材の進行
方向とコーティングロールの回転方向が逆方向であり、
また、シート状基材の搬送速度とコーティングロールの
円周の回転速度の比が１対１であり、シート状基材とコ
ーティングロールとギャップが５０μｍ以下の範囲であ
ることが望ましい。

【００２９】粘度１００００〜２００００ｃｐｓの金属
ペーストを用いる理由は、１００００ｃｐｓよりも低い
粘度であると、コーティングロールとペーストのギャッ
プから、ペーストが落下するからであり、２００００ｃ
ｐｓ以上の粘度であるとシート状基材への転写がうまく
いかず、かすれやすくなるからである。

【００３０】また、塗布時のシート状基材の進行方向と
コーティングロールの回転方向を逆方向にするのは、同
一方向であると平滑な塗布面が得られず、後続プロセス
で太陽電池セルの割れなどの問題が生じるからである。

【００３１】また、シート状基材の搬送速度とコーティ
ングロールの円周の回転速度の比が１対１であるのは、
この条件のときが最も平滑で均一な塗布面を得られるこ
とが、実験的に確認されているからである。

【００３２】シート状基材とコーティングロールのギャ
ップを５０μｍ以下にする理由は、ギャップを開け過ぎ
るとかすれが生じ、平滑で均一な塗布面が得られないか
らである。

【００３３】なお、粘度１３０００ｃｐｓで、比重１．
８３のアルミペーストを用い、塗布実験を行った結果、
通常６０μｍ以上の塗布膜厚が必要とされるが、６６μ
ｍの塗布膜厚さが得られ、しかも、均一で平滑な裏面電
極が形成できることが実験的に確認されている。

【００３４】図１は裏面電極形成のための金属ペースト
を塗布するためのロールコータの側面図である。本実施
形態では、裏面電極用の金属ペーストとしてアルミペー
ストを用いた。２０ｍ／ｍｉｎの円周速度で回転するゴ
ム製のコーティングロール１と、これとギャップ５０μ
ｍで固定されたステンレスなど金属製のペーストロール
２との間に、アルミ粉末とガラス粉末および有機バイン
ダを有機溶媒とともに混合して作製した粘度１３０００
ｃｐｓのアルミのペースト３を供給する。

【００３５】コーティングロール１の側面にはこれに沿
って、かき取り刃６が設けられており、かき取り刃６の
下方にペースト溜７が設けられている。

【００３６】コーティングロール１のゴム材質は、アル
ミペースト３の成分に侵されないものであり、本実施形
態ではエチレンプロピレンゴムを用いた。コーティング
ロール１とペーストロール２のギャップの大小によりコ
ーティングロール１に塗布されるアルミペースト量を調
節できる。

【００３７】次に、シート状基材となるポリエチレンシ
ート５（厚さ１０〜５０μｍ）が、回転するコーティン
グロール１の真下に２０ｍ／ｍｉｎの速度で移動してき
たときに、コーティングロール１、ペーストロール２、
かき取り刃６、ペースト溜７の一体構造物全体が下降す
る。そして、アルミペーストが塗布されたコーティング
ロール１をポリエチレンシート５に圧接することによ
り、ポリエチレンシート５上にアルミペーストが転写さ
れるのである。

【００３８】コーティングロール１の回転は、ポリエチ
レンシート５の移動方向と逆方向のほうが、きれいな塗
布面が得られる。本実施形態では、コーティングロール
１とポリエチレンシート５とのギャップは４０μｍとし
た。

【００３９】ポリエチレンシート５上に塗布されなかっ
たコーティングロール１上のアルミペーストは、かき取
り刃６によりコーティングロール１から除去されペース
ト溜７に回収される。これにより、コーティングロール
１上でのアルミペーストの乾燥を防ぐことが可能となる
のである。

【００４０】ペースト溜７に回収されたアルミペースト
は再びコーティングロール１とペーストロール２との間
に供給され使用される。本実施形態では、ポリエチレン
シート５上全面にウエット状態で重さ１．２ｋｇのアル
ミペーストが塗布され、これは、従来のスクリーン印刷
法によるものと同様のペースト重量である。

【００４１】次に、図２のようにアルミペーストが塗布
されたポリエチレンシート５を必要なパターン形状に加
工された真空チャック機構がついたステージ４上に置
き、真空チャックにより、ステージ４に固定する。

【００４２】次に、必要なパターン形状に加工されたス
テージのメス型となるカッター８を、固定されたポリエ
チレンシート５の上から、押し当てアルミペーストが塗
布されたポリエチレンシート５が所定の形状にカットさ
れる。

【００４３】次に、図３のように、表面にアルミペース
トが塗布され必要な形状にパターニングされたポリエチ
レンシート５上に、図４（ｃ）または図４（ｄ）の状態
に加工されている太陽電池セル基板９の裏面を上から載
せ、ポリエチレンシート５と太陽電池セル基板９とを該
シート上に塗布されているアルミペーストにより貼り付
けて密着させる。

【００４４】次に、ステージ４の真空チャックをオフに
し、アルミペーストが塗布されたポリエチレンシート５
が貼りついた太陽電池セル基板９を持ち上げ、該太陽電
池セル基板９はペーストの乾燥・焼成の工程に向かう。

【００４５】ペーストの乾燥・焼成工程は、太陽電池セ
ル基板９の裏面にポリエチレンシート５を密着させたま
ま、先ず、アルミペーストを１００℃〜２００℃で乾燥
させる。次に、６００℃〜８００℃で焼成を行う。この
時、太陽電池セル基板９の裏面にアルミペーストにより
密着していたポリエチレンシート５は焼失し、太陽電池
セル基板９の裏面にはＢＳＦ層と裏面アルミ電極４０６
が形成される。

【００４６】その後、前記太陽電池セル基板９は、表面
の電極４０５形成工程へいと向かい、最終的に、図４
（ｅ）に示す形態の太陽電池セル４０７が製造されるの
である。

【００４７】なお、前述の実施例において、ポリエチレ
ンシート５上へのアルミぺーストの塗布を、コーティン
グロール１による転写印刷方式で行うように説明した
が、スクリーン印刷法で行うことも可能である。

【００４８】また、太陽電池セル基板９の裏面電極４０
６形成方法を、太陽電池セル基板９の表面電極４０５の
形成方法に適用することも可能である。

【００４９】なお、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る太陽電池セルの電極形成方
法は、太陽電池セルの電極形成時における太陽電池セル
基板への金属ペーストの塗布を、直接的に行う代わり
に、シート状基材に塗布されたものを貼り付けて密着さ
せるという間接的な方法により行うものである。そのた
め、従来のスクリーン印刷法やコーティングロールによ
る転写印刷方式での基板への直接的な塗布法で問題とな
っていた太陽電池セルの大型化や薄型化要請による太陽
電池セル基板の破損がなくなり、大型化や薄型化した太
陽電池セルの生産歩留まりを向上させることが可能とな
った。

【００５１】さらに、本発明のようなシート状基材への
金属ペースト塗布方式では、連続塗布が可能であるため
に処理能力が大きくなり、また厚膜塗工の高速処理が可
能となる。

【００５２】また、シートの幅を大きくすることによ
り、これによって間接的に金属ペーストを塗布する太陽
電池セル基板を同時に複数枚処理することが可能となっ
た。そのため、従来のスクリーン印刷法やコーティング
ロールによる転写印刷方式での基板への直接的な塗布法
では不可能であった大量一括処理が可能となり、太陽電
池セルの生産性を高めることができた。

【００５３】このように、本発明に係る太陽電池セルの
電極形成方法による効果は著しいものであり、本発明が
もたらす利益は計り知れない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 電極形成のためのロールコータを説明する図
である。

【図２】 シート基材形状加工時の装置の側面図であ
る。

【図３】 シート基材を太陽電池セルへ貼り付ける時の
装置の側面図である。

【図４】 本発明にかかる太陽電池セル製造方法を説明
する図である。

【図５】 従来の太陽電池セル製造方法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ コーティングロール、２ ペーストロール、３ ペ
ースト、４ ステージ、５ シート状基材、６ かき取
り刃、７ ペースト溜、８ カッター、９ 太陽電池セ
ル。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＩＩ族元素を含む拡散源を塗布したシ
   ート状基材を貼り付ける工程を有することを特徴とする
   太陽電池セルの電極形成方法。
2. 【請求項２】 前記シート状基材がパターニングされて
   いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セルの電
   極形成方法。
3. 【請求項３】 前記ＩＩＩ族元素が、ホウ素、ガリウ
   ム、アルミニウム、もしくは、インジウムのうち少なく
   ともいずれか一つを含有することを特徴とする請求項１
   または２記載の太陽電池セルの電極形成方法。
4. 【請求項４】 ＩＩＩ族元素の拡散材料を含むシート状
   基材からなる電極材料。
5. 【請求項５】 前記シート状基材は、ポリエチレンであ
   ることを特徴とする請求項４記載の電極材料。
6. 【請求項６】 前記拡散材料が、アルミニウムを含んだ
   ペーストであることを特徴とする請求項４または５記載
   の電極材料。
7. 【請求項７】 一定方向に搬送されるシート状基材に、
   コーティングを行うことができるコーティングロール
   と、 前記コーティングロールにペーストを供給するペースト
   ロールと、 を有するロールコータにより製造される電極材料であっ
   て、 前記ペーストの粘度は１０００〜２０００ｃｐｓの範囲
   であり、 前記シート状基材と前記コーティングロールとのギャッ
   プが５０μｍ以下の範囲であり、 前記シート状基材の進行方向とコーティングロールの回
   転方向とが逆方向であり、 前記シート状基材の搬送速度とコーティングロールの回
   転速度との比が１対１である、請求項４〜６のいずれか
   に記載の電極材料。