JP2003273379A

JP2003273379A - 太陽電池素子

Info

Publication number: JP2003273379A
Application number: JP2002073060A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fuseya; 健司伏谷; Hiroaki Takahashi; 宏明高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】出力取出部と集電部を一部重ねてスクリーン
印刷して焼成して電極を形成すると、出力取出部と集電
部の重なり部を起点とするセル割れが発生するという問
題があった。【解決手段】半導体基板１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４を形
成するとともに、他の主面側に帯状の出力取出部５とこ
の出力取出部５が形成された領域以外の略全面に形成さ
れた集電部６とで構成される裏面電極５、６を設けた太
陽電池素子であって、上記集電部６を上記出力取出部５
の周縁部に重なるように設けるとともに、この重なり部
分５ａにおける上記出力取出部５の厚みをそれ以外の領
域５ｂの厚みよりも薄くした。

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
し、特に裏面電極を帯状の出力取出部と集電部とで構成
した太陽電池素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のシリコン太陽電池を図４に示す。
図４に示すように、Ｐ型半導体基板１の表面近傍全面に
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を形成するとともに、この拡散層２の表面に反射
防止膜３を形成したものである。また、表面側には表面
電極４が形成され、裏面側には出力取出部５と集電部６
から成る裏面電極５、６が形成されている。

【０００３】この裏面電極５、６の形成方法について
は、特開平５−３２６９９０号公報、あるいは特表平６
−５０９９１０号公報に開示されているように、半導体
基板１の裏面の一領域に銀ペースト（５（ａ））を塗布
して乾燥した後、その領域の周辺部の一部に重なるよう
にアルミニウムペースト（５（ｂ））を塗布して乾燥し
て同時に焼成する方法、すなわち同時焼成法（一段階焼
成）が用いられている。

【０００４】このようにして製造された太陽電池素子で
は、複数の素子同士を配線材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。この素子間の
接続にははんだが必要となるため、表面電極４と裏面電
極５、６にはんだコーティングを行っている。このとき
裏面電極５、６の出力取出部５にはんだ濡れ性が良好な
素材を用いてこれに配線材（不図示）をはんだ付けして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な裏面電極５、６の構造では、図５に示すように、出力
取出部５と集電部６を同時焼成するときに、集電部６の
成分が出力取出部５の一部に拡散して合金層７が形成さ
れるが、この合金層７は焼結による収縮率が大きいた
め、これと接合する半導体基板１との界面８で引張り応
力が発生し、半導体基板１の一部に応力集中が起こる。
そのため、焼成後の工程で出力取出部５と集電部６の重
なり部を起点とするセル割れが多発するという問題があ
った。従来、出力取出部５の厚みは１０μｍ程度であ
り、集電部６の厚みは５０μｍ程度であり、重なり部の
総厚は５０μｍ程度であった。

【０００６】上記のような問題を回避するために、裏面
電極５、６の出力取出部５の焼成後の厚みを２μｍ以上
６μｍ以下にすると有効であることが分かっている。し
かし、裏面電極５、６の出力取出部５の全体の厚みを薄
くすると、出力取出部５と半導体基板１の接着強度が低
下するため、半田コーティングやモジュール作成の際に
出力取出部５ａが剥離しやすくなるという問題があっ
た。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、出力取出部と集電部を一部重ねてスクリーン印刷
して焼成して電極を形成すると、出力取出部と集電部と
の重なり部分を起点とするセル割れが発生するという従
来の問題点を解消した太陽電池素子を提供することを目
的とする。

【０００８】

【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に係る太陽電池素子では、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
の出力取出部とこの出力取出部が形成された領域以外の
略全面に形成された集電部とで構成される裏面電極を設
けた太陽電池素子において、前記集電部を前記出力取出
部の周縁部に重なるように設けるとともに、この重なり
部分における前記出力取出部の厚みをそれ以外の領域の
厚みよりも薄くした。

【０００９】このように構成すると、焼成により形成さ
れる合金層の収縮力が低下して半導体基板に発生する応
力集中が軽減され、電極の重なり部を起点とする割れの
発生率が低下する。また、上記重なり部分以外の領域の
前記出力取出部の厚みを厚くすることにより、出力取出
部と半導体基板の間に十分な接着強度を持たせることが
できる。

【００１０】上記太陽電池素子では、前記重なり部分に
おける前記出力取出部の厚みが２μｍ以上６μｍ以下で
あることが望ましい。

【００１１】また、上記太陽電池素子では、前記重なり
部分以外の領域の前記出力取出部の厚みが１０μｍ以上
であることが望ましい。

【００１２】また、上記太陽電池素子では、前記出力取
出部が銀を主成分とし、かつ前記集電部がアルミニウム
を主成分とすることが望ましい。

【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。本発明の太陽電池素子も基本構造は図４に示
す従来の太陽電池素子の構造と同じである。すなわち、
一導電型例えばＰ型の半導体基板１の表面近傍全面に一
定の深さまで逆導電型例えばＮ型不純物を拡散させて逆
導電型例えばＮ型を呈する拡散層２を形成するととも
に、この拡散層２の表面に反射防止膜３を形成したもの
である。また、表面側には表面電極４が形成され、裏面
側には出力取出部５と集電部６から成る裏面電極５、６
が形成されている。

【００１４】半導体基板１は単結晶もしくは多結晶のシ
リコン基板などで構成される。この半導体基板１はｐ
型、ｎ型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き
上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法
などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能
で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利で
ある。引き上げ法や鋳造法で形成されたシリコンブロッ
クを１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程
度の大きさに切断してインゴットとし、３００μｍ程度
の厚みにスライスして半導体基板１とする。

【００１５】半導体基板１の表面側には、逆導電型半導
体不純物が拡散された拡散層２が形成されている。この
逆導電型半導体不純物が拡散された拡散層２は、半導体
基板１内に半導体接合部を形成するために設けるもので
あり、例えばｎ型の不純物を拡散させる場合、ＰＯＣｌ
₃を用いた気相拡散法、Ｐ₂Ｏ₅を用いた塗布拡散法、及
びＰ⁺イオンを電界で基板１に直接導入するイオン打ち
込み法などで形成される。この逆導電型半導体不純物を
含有する拡散層２は０．３〜０．５μｍ程度の深さに形
成される。

【００１６】また、半導体基板１の表面側には、反射防
止膜３が形成されている。この反射防止膜３は、半導体
基板１の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板
１内に光を有効に取り込むために設ける。この反射防止
膜３は半導体基板１との屈折率差等を考慮して屈折率が
２程度の材料で構成され、厚み５００〜２０００Å程度
の窒化シリコン膜や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜などで
構成される。

【００１７】半導体基板１の裏面側には、一導電型半導
体不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ層（不図示）を形
成することが望ましい。この一導電型半導体不純物が高
濃度に拡散されたＢＳＦ層は、半導体基板１の裏面近く
でキャリアの再結合による効率の低下を防ぐために、半
導体基板１の裏面側に内部電界を形成するものである。

【００１８】つまり、半導体基板１の裏面近くで発生し
たキャリアがこの電界で加速される結果、電力が有効に
取り出されることとなり、特に長波長の光感度が増大す
ると共に、高温における太陽電池特性の低下を軽減でき
る。このように一導電型半導体不純物が高濃度に拡散さ
れたＢＳＦ層が形成された半導体基板１の裏面側のシー
ト抵抗は１５Ω／□程度になる。

【００１９】半導体基板１の表面側および裏面側には、
表面電極４および裏面電極５、６が形成されている。こ
の表面電極４及び裏面電極５、６は主にＡｇ紛、バイン
ダー、フリットなどからなるＡｇペーストをスクリーン
印刷して焼成し、その上にはんだ層を形成する。表面電
極４は、例えば幅２００μｍ程度に、またピッチ３ｍｍ
程度に形成される多数のフィンガー電極（不図示）と、
この多数のフィンガー電極を相互に接続する２本のバス
バー電極で構成される。この表面電極４は厚み１０〜３
０μｍ程度に形成される。

【００２０】裏面電極５、６は、例えば半導体基板１の
略全長にわたって例えば幅１０ｍｍ程度に形成された帯
状の出力取出部５とこの出力取出部５以外の略全面にわ
たって形成された集電部６とで構成される。この出力取
出部５は焼成後の厚みで１０μｍ程度、集電部６は厚み
５０μｍ程度に形成される。

【００２１】本発明の太陽電池素子では、図２よび図３
に示すように、帯状の出力取出部５とこの出力取出部５
が形成された領域以外の略全面に形成された集電部６と
から成る裏面電極５、６を、この集電部６が出力取出部
５の周縁部に重なるように設けている。

【００２２】この出力取出部５と集電部６との重なり部
分５ａの厚みは、２μｍ以上６μｍ以下とする。出力取
出部５と集電部６との重なり部分５ａの焼成後の厚みを
６μｍ以下にすることで、焼成後に発生するＡｇ／Ａｌ
合金層周辺部を起点とする割れを大幅に低減できる。し
かし、裏面電極５、６の出力取出部５の焼成後の厚みを
２μｍ未満にすると、太陽電池素子の光電変換効率が低
下する。したがって、裏面電極５、６の出力取出部５の
焼成後の厚みは２μｍ以上とすることが望ましい。した
がって、本発明では、出力取出部５と集電部６との重な
り部分５ａの厚みは、２μｍ以上６μｍ以下とすること
が望ましい。

【００２３】また、焼成によって形成される合金層の領
域は、焼成温度や集電部６と出力取出部５の素材などに
よって異なるが、通常は出力取出部５と集電部６の重な
りとその周辺の０．１〜１．０ｍｍの範囲である。した
がって、特にこの領域５ａの出力取出部５の厚みを２μ
ｍ以上６μｍ以下にすることが望まれる。

【００２４】また、出力取出部５の厚みを薄くする領域
以外の部分５ｂの焼成後の厚みを１０μｍ以上にするこ
とで、出力取出部５と半導体基板１との間に十分な接着
強度を持たせることができ、出力取出部５の剥離を防止
できる。

【００２５】また、出力取出部５にはんだ塗れ性のよい
銀を用いることで配線材のはんだ付けを容易にすると共
に、集電部６にアルミニウムを用いることで、焼成時に
半導体裏面にＰ⁺層を形成してキャリア再結合を防ぎ、
セル特性を向上させることができる。

【００２６】次に、本発明に係る太陽電池素子の製造方
法を説明する。まず、図３（ａ）のように一導電型例え
ばＰ型半導体基板を準備する。そして、図３（ｂ）に示
すように半導体基板１を逆導電型例えば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。

【００２７】次に、拡散層２を分離した後、表面電極４
を印刷して乾燥させる。その後に、図１（ａ）に示した
パターンのように銀ペースト５ａを焼成した後の厚みが
１０μｍ以上になるように印刷して乾燥させた後、その
周囲にさらに銀ペースト５ｂを焼成した後の厚みが２μ
ｍ以上６μｍ以下になるように印刷して乾燥させる。そ
の後、薄く塗った銀ペーストの一部と重なるようにアル
ミニウム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）に示すような太陽電池素子を得ることが
できる。なお、２回の銀ペーストのプリントの順序は逆
でもよく、スクリーンのメッシュ等を部分的に変えて、
１度のプリントで銀電極に厚みの差をつけるようにして
もよい。

【００２８】その後、シリコン基板をベルト炉等の焼成
炉において焼成することによって、表面電極および裏面
電極が同時に形成される。このとき、アルミニウム電極
からアルミニウムが銀電極に拡散してＡｇ／Ａｌ合金層
が形成される。Ａｇ／Ａｌ合金層は銀電極を薄くした部
分に形成されるため、半導体基板と合金層の界面に働く
応力は比較的小さくなる。その後、各電極が形成された
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、６の出力取出部５にはんだをコーティングして、
はんだ層（不図示）を形成する。

【００２９】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上記実施形態に多くの修正およ
び変更を加えうることはもちろんである。例えばアルミ
ニウムペーストに代わる金属ペーストとして、ガリウ
ム、インジウムをベースとした金属ペーストを使用する
ことも可能である。また銀ペーストに代わる金属ペース
トとして銅、金、白金をベースとした金属ペーストを使
用することも可能である。また、図３の裏面電極パター
ンは例であって、この形状に制限されるものではない。

【００３０】

【実施例】次に、本発明の実施例を示す。図３（ａ）に
示すように半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍ
ｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備し
た。そして図３（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０．５μｍ
のＮ型拡散層を形成した。

【００３１】次に、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリ
コンの反射防止膜３を８００Åの厚さで形成して拡散層
２を分離した。

【００３２】次に、図１（ａ）に示すパターンで裏面に
銀ペースト、アルミニウムペーストをスクリーン印刷し
た。このとき、銀電極とアルミニウム電極が重なる部分
５ａの銀電極の焼成後の厚みが１〜１２μｍであり、ま
た上記領域以外の部分５ｂの銀電極の焼成後の厚みが６
〜１５μｍになるように、印刷時のスキージのスピード
や角度、スクリーンと半導体基板との距離、スクリーン
の開口率、線幅、乳剤厚み、銀ペーストの組成や粘度な
どを変えて、銀ペーストの塗布厚みを変化させた。

【００３３】その後、表面にも銀ペーストをスクリーン
印刷して焼成することで集電部６を形成した。このと
き、図１（ｂ）に示すように、出力取出部５と集電用の
アルミニウム電極６の重なり部とその周辺の約０．５ｍ
ｍの領域に合金層７が形成された。その後、２００℃の
半田浴槽に上記基板１を浸漬して引き上げることで、上
記表面電極４と裏面電極の出力取出部５の表面を半田被
覆して太陽電池素子を作成した。また、その太陽電池素
子を用いて太陽電池モジュールを作成した。銀電極５と
アルミニウム電極６が重なる部分５ａとその周囲の領域
５ｂの銀電極５の焼成後の厚みと焼成後の工程における
Ａｇ／Ａｌ合金層７の部分を起点とする割れ発生率およ
び光電変換効率の関係を表１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】この結果から、裏面電極の出力取出部５の
焼成後の厚みを６μｍ以下にすることで焼成後に発生す
るＡｇ／Ａｌ合金層の周辺部を起点とする割れを大幅に
低減できることがわかった。しかし、裏面電極の出力取
出部５の焼成後の厚みを１μｍ以下にすると、太陽電池
素子の光電変換効率が低下した。したがって、裏面電極
の出力取出部５の焼成後の厚みは２μｍ以上必要であ
る。

【００３６】また、銀電極５とアルミニウム電極６とが
重なる部分以外の領域５ｂの銀電極５の焼成後の厚みと
焼成後工程における銀電極５の剥離の発生率および光電
変換効率の関係を表２に示した。

【００３７】

【表２】

【００３８】この結果から、銀電極５とアルミニウム電
極６が重なる部分以外の領域５ｂの銀電極５の焼成後の
厚みを１０μｍ以上にすることで、銀電極５の剥離を防
止できることがわかる。また、このとき光電変換効率を
損なうことはない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子によれば、裏面電極の集電部を出力取出部の周縁部に
重なるように設けるとともに、この重なり部分における
出力取出部の厚みをそれ以外の領域の厚みよりも薄くし
たことから、この重なり部分を起点とする太陽電池素子
の割れを防止できるとともに、裏面電極と半導体基板と
の間に十分な接着強度が強固となって裏面電極の剥離を
防止することもできる。また、太陽電池素子の光電変換
効率を損なうこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池素子の焼成前後の裏面電
極構造を説明するための図である。

【図２】本発明に係る太陽電池素子の裏面電極パターン
を説明するための図である。

【図３】本発明に係る太陽電池素子の製造方法の工程を
説明するための図である。

【図４】従来の太陽電池素子を示す図である。

【図５】従来の太陽電池素子の裏面電極部分を拡大して
示す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、２・・・ｎ型拡散層、２ａ・・・
接合分離部、３・・・反射防止膜、４・・・表面電極、
５・・・出力取出部、６・・・集電部、７・・・焼成に
よって形成される合金層、８・・・合金層と半導体基板
の界面、５ａ・・・出力取出部の集電部との重なり部

Claims

【特許請求の範囲】

【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出力取出部とこの出力
取出部が形成された領域以外の略全面に形成された集電
部とで構成される裏面電極を設けた太陽電池素子におい
て、前記集電部を前記出力取出部の周縁部に重なるよう
に設けるとともに、この重なり部分における前記出力取
出部の厚みをそれ以外の領域の厚みよりも薄くしたこと
を特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】前記重なり部分における前記出力取出部
の厚みが２μｍ以上６μｍ以下であることを特徴とする
請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】前記重なり部分以外の領域の前記出力取
出部の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする請求
項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】前記出力取出部が銀を主成分とし、かつ
前記集電部がアルミニウムを主成分とすることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素
子。