JP2004179336A

JP2004179336A - 太陽電池素子の形成方法

Info

Publication number: JP2004179336A
Application number: JP2002342880A
Authority: JP
Inventors: Yuko Fukawa; 祐子府川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP3968000B2

Abstract

【課題】電極の剥離の発生を防止するとともに、半導体基板の割れを防止できる太陽電池素子の形成方法を提供する。
【解決手段】一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極４を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部５とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部６とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法であって、上記半導体基板１の一主面側に上記表面電極４となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、他の主面側に上記裏面電極の出力取出部６となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行った後、他の主面側に上記裏面電極の集電部５となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行う。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子の形成方法に関し、特に金属ペーストを焼き付けて表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子を図１に示す。例えばＰ型半導体基板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を設け、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にアルミニウムなどから成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極５、６を設けている。また半導体基板１の裏面には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【０００３】
これらの太陽電池素子の表面電極４および裏面電極５、６を形成するには、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥し、最後に半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して、第一の金属を主成分とするペーストと第二の金属を主成分とするペーストと第三の金属を主成分とするペーストとを同時に焼成する方法、すなわち同時焼成法が従来用いられてきた（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
また、図２に示すように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥し、この第三の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うようにアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して１回目の焼成を行った後、半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して２回目の焼成を行う方法もある（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行った後、この第三の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うようにアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥し、半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して２回目の焼成を行う方法もある（例えば特許文献２参照。）。
【０００６】
これによって半導体基板１の裏面には、集電部５とはんだ濡れ性の良好な出力取出部６が形成されるとともに、集電部５の下の半導体基板１には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【０００７】
その後、表面電極４および裏面電極の出力取出部６上にはんだ（不図示）を被着して、太陽電池素子を直列もしくは並列に接続するインナーリードを接続する。
【０００８】
ところが、この従来の太陽電池素子の形成方法では、焼成の際に集電部５のアルミニウムと出力取出部６の銀との重なり部、つまり熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部に応力が発生し、半導体基板１の割れの原因になるという問題があった。
【０００９】
また、アルミニウムを焼成してから表裏面に銀を塗布して焼成する方法によれば、上記問題は解決されるもののアルミニウムを主成分とする金属ペーストを塗布して焼成することによって、半導体基板１の裏面にアルミニウムの凝集等による凹凸が形成されることがあり、その凹凸によって表面電極４を形成するためのペーストをスクリーン印刷で塗布する際に半導体基板１に割れが発生するという問題があった。
【００１０】
またこれらの方法によると、表面電極４が形成時もしくはそれ以降に剥離するという問題が発生することがあった。すなわち、図３および図４からわかるように表面電極４や出力取出部６の面積に比べ、集電部５の面積が広く使用するペースト量も多く、これらのペーストは金属の他に溶剤とエチルセルロース等のバインダーを混合して構成されるため、集電部５を焼成する際に揮発する溶剤やバインダーの成分が飛散し、半導体基板１の表面を汚染したり表面電極４の焼結を阻害するためにこの剥離の問題は発生するものと思われる。なお、図３は一般的な太陽電池素子の表面電極の構造を示し、図４は裏面電極の構造を示す。
【００１１】
この問題を解決する方法としては裏面電極の集電部５を形成した後に、半導体基板１の表面を洗浄して、その後表面電極４を形成する方法が考えられる。しかし、この方法を行うと工程数が増加してしまい製造上不適である。
【００１２】
さらに半導体基板１の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行い、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して２回目の焼成を行った後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して３回目の焼成を行う方法もある（例えば特許文献３参照。）。この方法によれば、集電部５を形成する前に表面電極４を形成してしまうため、上記のような剥離の問題は発生しない。
【００１３】
しかしこの方法によれば、表面電極４を形成した後、集電部５を形成し、更にその後に出力取出部６を形成するため、３回の高温焼成を繰り返すことになり、太陽電池素子の出力特性の低下の問題が発生したりすることがあった。そしてこの問題を回避するため、焼成温度を下げたり時間を短くしたりすると、裏面電極の集電部５と出力取出部６の間で剥離が発生してしまうという問題が発生することもあった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電極の剥離の発生を防止するとともに、半導体基板の割れを防止できる太陽電池素子の形成方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１０−３３５２６７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４４９４３号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８８４０９号公報
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池素子の形成方法では、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記半導体基板の一主面側に前記表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、他の主面側に前記裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行った後、他の主面側に前記裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行うことを特徴とする。
【００１７】
上記太陽電池素子の形成方法では、前記第一の金属と前記第三の金属は銀からなることが望ましい。
【００１８】
また上記太陽電池素子の形成方法では、前記半導体基板がシリコンからなり、前記第三の金属を主成分とするペーストにアルミニウムを含有することが望ましい。
【００１９】
また上記太陽電池素子の形成方法では、前記第二の金属がアルミニウムからなることが望ましい。
【００２０】
【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。
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、例えば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を設け、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極を設けている。また半導体基板１の裏面には高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【００２１】
このような太陽電池素子は、例えばＰ型半導体基板１をＮ型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域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を形成し、ＣＶＤ法などで反射防止膜３を形成して拡散層２を分離した後、表面電極４および集電部５と電極取出部６とから成る裏面電極が形成されるとともに、集電部５の下の半導体基板１に高濃度のＰ型拡散層７が形成される。
【００２２】
上記表面電極４、集電部５、および電極取出部６は、以下のように形成される。すなわち、半導体基板１の表面に表面電極４となる例えば銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、半導体基板１の裏面に出力取出部６となる例えば銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布し、約７００〜８００℃で１〜３０分程度の１回目の焼成を行う。このときの焼成温度が７００℃以下であったり、焼成時間が１分以下であったりすると、表面電極４の半導体基板１との接触抵抗を十分に低下させることができず太陽電池素子の特性低下を招くおそれがある。また、焼成温度が８００℃以上であったり、焼成時間が３０分以上であったりすると、拡散層２の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極４が拡散層２の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【００２３】
次に、半導体基板１の裏面に集電部５となるアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを塗布し、約６５０〜７８０℃で０．５〜２０分程度の２回目の焼成を行う。このときの焼成温度が６５０℃以下であったり、焼成時間が０．５分以下であったりすると、アルミニウムが十分に半導体基板１に拡散されず、出力特性が低下するなどの問題が発生するおそれがある。反対に焼成温度が７８０℃以上であったり、焼成時間が２０分以上であったりすると、上記と同様に拡散層２の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極４が拡散層２の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【００２４】
この方法によれば、表面電極４の銀からなる第一の金属は１回目の焼成によって焼結する。したがって、その後半導体基板の裏面の大部分にアルミニウムからなる第二の金属を塗布し焼成しても、そのときに揮発するバインダーや溶剤によって表面電極の下の半導体基板表面が汚染されたり、第一の金属の焼結が阻害されるといった問題は発生せず、表面電極の剥離の問題を有効に回避できる。
【００２５】
また出力取出部６の銀からなる第三の金属も１回目の焼成によって焼結する。したがって、その後その上に集電部５となるアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行っても、銀はすでに焼結しているので、アルミニウムとは合金化しにくい。これによって熱膨張係数の異なる半導体基板１とアルミニウムと銀との重なり部での応力が緩和され、従来問題であったこの重なり部での応力に起因する半導体基板１の割れを低減できる。
【００２６】
また、集電部５のアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを焼成する前に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するため、アルミニウムの表面に焼成によって凹凸が形成されても、基板割れの原因とはならない。
【００２７】
また、出力取出部６として塗布される銀からなる第三の金属を主成分とするペーストにはアルミニウムを含有することが望ましい。半導体基板１に使用するシリコンへの拡散係数の大きなアルミニウムを銀に含有させることにより、１回目の焼成で出力取出部６のシリコンとの接着強度を確保することができるからである。
【００２８】
このような金属を主成分とするペーストは、他にガラスフリット、溶剤とエチルセルロース等のバインダーを混合して構成される。
【００２９】
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修正および変更を加えることができる。例えば１回目の焼成によって形成される表面電極４の銀からなる第一の金属を主成分とするペーストと出力取出部６の銀からなる第三の金属を主成分とするペーストとを塗布する順番はどちらが先でも構わない。また、ペーストを塗布した後の乾燥は、次のペーストを塗布するときに印刷機の作業テーブルやスクリーンに前のペーストが付着するといった問題がなければ省略してもよい。
【００３０】
第１および第３の金属としては金や白金を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板の一主面側に表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、他の主面側に裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行った後、他の主面側に裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行うことから、熱膨張係数の異なる半導体基板と第二の金属と第三の金属との重なり部での応力が緩和され、この重なり部での応力に起因する太陽電池素子の割れを低減できる。また、第二の金属にアルミニウムを使用してもアルミニウムを焼成する前に表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するため、焼成によってアルミニウムの表面に凹凸が形成されても基板割れは起こりにくくなる。さらに集電部の焼成時に揮発するバインダーや溶剤によって表面電極の下の半導体基板１表面が汚染されたり、第一の金属の焼結が阻害されるといった問題は発生せず、表面電極の剥離の問題を有効に回避できる。
【００３２】
本発明の形成方法によって得られる太陽電池素子は、特に印刷の際に強い圧力を必要とする微細な表面電極を形成した太陽電池素子と、平面度を要求される大型の太陽電池モジュールや、表裏面に硬質の部材を使用した太陽電池モジュールに使用すれば更にその効果を有効に発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池素子の構造を説明する図である。
【図２】太陽電池素子の構造を説明する図である。
【図３】太陽電池素子の表面電極構造を説明する図である。
【図４】太陽電池素子の裏面電極構造を説明する図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・拡散層、３・・・反射防止膜、４・・・表面電極、５・・・集電部、６・・・出力取出部、７・・・高濃度Ｐ型拡散層

Claims

一導電型を呈する半導体基板の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記半導体基板の一主面側に前記表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、他の主面側に前記裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して１回目の焼成を行った後、他の主面側に前記裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布して２回目の焼成を行うことを特徴とする太陽電池素子の形成方法。
前記第一の金属と前記第三の金属が銀からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の形成方法。
前記半導体基板がシリコンからなり、前記第三の金属を主成分とするペーストにアルミニウムを含有す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の形成方法。
前記第二の金属がアルミニウムからな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の形成方法。