JP2003197931A - 太陽電池素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 はんだ盛りによってセル割れが発生すること
を解消でき、且つ特性の低下を招くことなく最小限の工
程で製造できる太陽電池を提供する。 【解決手段】 半導体基板の一主面側と他の主面側に異
なる導電領域を形成して、一主面側に表面電極を形成す
るとともに、他の主面側に帯状の電極取出部５ａとこの
電極取出部以外の部分に形成された集電電極部５ｂとか
ら成る裏面電極５を形成した太陽電池であって、上記集
電電極部を上記電極取出部の長手方向の複数箇所で上記
電極取出部を跨ぐように横断して接続された領域を設け
ると共に、この電極取出部の長手方向の１箇所もしくは
複数箇所に縦断して接続された領域を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
太陽電池素子の代表的な製造工程を図３に示す。まず、
図３（ａ）のように、Ｐ型半導体基板１を準備する。そ
して、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１をＮ型不
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法などで反
射防止膜３を形成する。また、拡散層２を分離する。

【０００３】次に、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
る太陽電池を得る。

【０００４】裏面電極５は、図４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と集電電極部５ｂを同時に形成する同時焼成法（一
段階焼成）が用いられている（例えば特開平５−３２６
９９０号公報および特表平６−５０９９１０号公報参
照）。

【０００５】このようにして製造された太陽電池素子
は、複数の素子同士を配線材（不図示）を用いて直列に
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にははんだが必要となるため、
配線材にはんだコーティングを行っている。しかしなが
ら、集電電極部５ｂのアルミニウムははんだ濡れ性が悪
くてはんだコーティングが困難であることから、電極取
出部５ａをはんだ濡れ性の良好な銀で形成してこれに配
線材をはんだ付けしている。

【０００６】このように、電極取出部をアルミニウムに
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ぎ、作業性を向上させること
ができる。

【０００７】ところで、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、はんだ付けを浸漬式で行っ
た場合、引き上げの下側のはんだ盛りが大きくなり、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、裏面電極の電極
取出部を半導体基板の裏面側の略全幅にわたって二カ所
平行に設けるとともに電極取出部の長さ方向の複数箇所
には、この電極取出部を跨ぐように集電電極部を接続す
る方法を提案した。これは集電電極部で集電された電子
を電極取出部に供給するとともに、電極取出部の露出部
分を細分化してはんだ盛りを低減させるためである。

【０００９】しかし、この方法によれば、二ヶ所並行し
て設けた裏面電極の電極取出部間で、半導体基板が露出
する。電極を形成する前の拡散層を形成する際に他の主
面側にも形成されたＮ型の拡散層を除去、もしくは一般
にＢＳＦと呼ばれる高濃度Ｐ型拡散層を形成していれば
問題ないが、拡散層を形成する際に他の主面側にも形成
されたＮ型の拡散層が残っていると、二ヶ所並行して設
けた裏面電極の電極取出部間で、Ｎ型を呈する半導体基
板が露出し、裏面電極の電極取出部とＮ型の半導体基板
が隣接することとなり、特性の低下を招くという問題が
あった。

【００１０】本発明は上記問題に鑑み、はんだ盛りによ
ってセル割れが発生することを解消でき、且つ特性の低
下を招くことなく最小限の工程で製造できる太陽電池素
子を提供することを目的とする。

【００１１】

【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に係る太陽電池では、半導体基板の一主面側
と他の主面側に異なる導電領域を形成して、一主面側に
表面電極を形成するとともに、他の主面側に帯状の電極
取出部とこの電極取出部以外の部分に形成された集電電
極部とから成る裏面電極を形成した太陽電池において、
前記集電電極部に前記電極取出部の長手方向の複数箇所
で前記電極取出部を跨ぐように横断して接続された領域
を設けると共に、この電極取出部の長手方向の１箇所も
しくは複数箇所に縦断して接続された領域を設けた。

【００１２】また、上記太陽電池素子では、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、裏面電極の集電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。

【００１３】

【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。図１（ａ）のようにＰ型半導体基板１を準備
する。そして図１（ｂ）に示すように半導体基板１をＮ
型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の深さまでＮ型不純物を拡散させて
Ｎ型を呈する拡散層２を形成する。次に、図１（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。この拡散層除去は接合を
分離するために行うものであるから、ケミカルエッチに
加え、レーザー、ブラスト、ダイシングといった方法で
裏面端部を物理的にエッチングしても構わない。

【００１４】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１（ｄ）に示すような表面電極４と裏面電
極５を有する太陽電池を得ることができる。

【００１５】この裏面電極５の構造を図２に示す。図２
に示す太陽電池素子では、裏面電極５の電極取出部５ａ
を半導体基板１の裏面側の略全幅にわたって二カ所平行
に設けるとともに、電極取出部５ａの長さ方向の複数箇
所には、この電極取出部５ａを跨ぐように横断して接続
された領域５ｃが設けられている。また、長手方向に１
箇所もしくは複数箇所を縦断して接続された領域５ｄが
設けられている。集電電極部５ｂで集電された電子を電
極取出部５ａに供給するとともに、電極取出部５ａの露
出部分を細分化してはんだ盛りを低減させるためであ
る。

【００１６】この電極取出部５ａは、例えば厚み０．０
１から１ｍｍ、幅１から１０ｍｍ、長さ１４５ｍｍ程度
に形成され、集電電極部５ｂの横断する領域５ｃは幅１
ｍｍ以下程度に形成され、３〜２０ｍｍピッチ程度に形
成される。このときピッチを狭くすれば、幅は狭くする
必要があり、逆にピッチが広ければ幅は広く取る必要が
ある。また、電極取出部５ａを長手方向の複数箇所で縦
断する領域５ｄは、電極取出部５ａの幅によっても異な
るが、０．０５〜２ｍｍ程度の幅に形成される。

【００１７】このように電極取出部５ｂを集電電極部５
ａで縦横断して、集電電極部５ｂを細分化すると、この
電極取出部５ａに配線材（不図示）をはんだ付けする際
に、複数の電極取出部５ａの間にはんだ溜まりを形成で
き、配線材を取出電極部５ａにより安定してはんだ付け
できるようになる。また、はんだが被着する部分が細分
化され、はんだ盛りが均一化されることから、はんだ盛
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。

【００１８】このときに、表面電極４と裏面電極５の電
極取出部５ａが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が望ましい。

【００１９】裏面電極５の集電電極部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。つまり裏面電極５を形成する前の拡散層を形成
する際に、他の主面側にも形成されたＮ型の拡散層を除
去、もしくは一般にＢＳＦと呼ばれる高濃度Ｐ型拡散層
を形成することなく、電極取出部５ａと集電電極部５ｂ
を同時に形成する同時焼成法（一段階焼成）によって、
電極５を形成するばかりではなく、集電電極下部には一
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。

【００２０】その後、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、表面電極４および裏面電極
５が同時に形成される。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をはんだ槽に浸漬して表面電
極４と裏面電極５の電極取出部５ａにはんだをコーティ
ングしてはんだ層を形成する。このように構成すると、
太陽電池の高効率化とはんだ盛りを低減することができ
る。

【００２１】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。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例を示す。図１（ａ）に
示すように、半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３
ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備
した。そして、図１（ｂ）に示すように熱拡散法でオキ
シ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を拡散源として、深さ０．５
μｍのＮ型拡散層を形成した。

【００２３】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８
００Åの厚さで形成した（図１（ｃ））。

【００２４】最後に、図２に示すパターンで電極取出部
を跨ぐ集電電極のピッチを１から３０ｍｍに変化させ、
裏面に銀ペースト、アルミニウムペーストをスクリーン
印刷し、表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７０
０℃で焼成することで集電極を形成した後、２００℃の
はんだ浴槽に上記基板を浸漬して引き上げることで、上
記集電極表面をはんだで被覆して太陽電池を製造した。

【００２５】本発明の構造の太陽電池と従来の構造の太
陽電池のはんだ厚みを表１に示す。これは従来の構造、
および本発明の構造で作成した太陽電池の裏面電極取出
部のはんだの厚みを、１サンプルあたり１０箇所、１０
サンプル測定した結果である。

【００２６】

【表１】

【００２７】本発明により、従来４００μｍを超えてい
たはんだの厚みは最小で１４８μｍに減少した。また、
従来５５４μｍあったはんだ厚みのばらつき（最大値−
最小値）もピッチが７、１２ｍｍで１４μｍと大きく減
少した。従来と比較した場合、３〜２０μｍピッチで本
発明の効果が確認できる。特に７〜１８ｍｍで効果が著
しい。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、集電電極部を電極取出部の長手方向の複数箇所で
電極取出部を跨ぐように横断して接続された領域を設け
ると共に、この電極取出部の長手方向の１箇所もしくは
複数箇所に縦断して接続された領域を設けたことから、
浸漬法によるはんだ塗布を行っても部分的にはんだ盛り
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す図
である。

【図２】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３】従来の太陽電池素子の製造方法を示す図であ
る。

【図４】従来の太陽電池の裏面電極を示す図である。

【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；集電電極部、５ｃ；横断領域、５ｄ；縦断領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の一主面側と他の主面側に異
   なる導電領域を形成して、一主面側に表面電極を形成す
   るとともに、他の主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電極部とから成る裏
   面電極を形成した太陽電池において、前記集電電極部に
   前記電極取出部の長手方向の複数箇所で前記電極取出部
   を跨ぐように横断して接続された領域を設けると共に、
   この電極取出部の長手方向の１箇所もしくは複数箇所に
   縦断して接続された領域を設けたことを特徴とする太陽
   電池素子。
2. 【請求項２】 前記電極取出部を跨ぐように横断して接
   続された領域を３〜２０μｍピッチで形成したことを特
   徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 【請求項３】 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
   集電電極部がアルミニウムを主成分として構成されるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電
   池素子。