JP2004179337A - Method of forming solar cell element - Google Patents
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Abstract
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】
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は反射防止膜3の上に表面電極材料を塗布し焼成することによって、電極材料の下の反射防止膜3を溶融させ半導体基板と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法が一般的である。
【0004】
またこれらの太陽電池素子の裏面電極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。)。
【0005】
また、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1参照。)。
【0006】
さらに、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て1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乾燥した後、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1参照。)。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−335267号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0011】
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同時に焼成する方法によれば、上記問題は緩和されるものの、表面電極4をファイヤースルー法により形成する場合、表裏面の焼成の温度が低すぎると反射防止膜3を充分に溶融させることができず、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ないという問題が発生し、焼成温度が高すぎると集電部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再度発生してしまうことがあった。
【0012】
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、半導体基板の割れを防止できるとともに、出力特性の良好な太陽電池素子の形成方法を提供することを目的とする。
【0013】
【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1回目の焼成を行い、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して2回目の焼成を行い、その後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3回目の焼成を行うことを特徴とする。
【0014】
前記太陽電池素子の形成方法では、前記焼成は1回目の焼成よりも2回目の焼成の温度が低いとともに、2回目の焼成よりも3回目の焼成の温度が低いことが望ましい。
【0015】
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が銀からなることが望ましい。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
【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。
【0019】
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。表面電極4は反射防止膜3の上に表面電極材料を塗布し焼成することによって、電極材料の下の反射防止膜3を溶融させ半導体基板と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法をもちいる。
【0020】
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て約720〜850℃で3〜30分程度の1回目の焼成を行う。このときの焼成温度が720℃以下であったり、焼成時間が3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、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850℃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。
【0021】
次に半導体基板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し、約700〜800℃で1〜20分程度の2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、銀が十分に焼結せずに剥離の原因となったり、接触抵抗が十分に低下しないなどの問題が発生するおそれがある。また、焼成温度が800℃以上であったり、焼成時間が20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。
【0022】
次に、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650〜750℃で0.5〜15分程度の3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、銀が充分に焼結せずに剥離の原因となったり、接触抵抗が十分に低下しないなどの問題が発生するおそれがある。反対に焼成温度が750℃以上であったり、焼成時間が15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。
【0023】
この方法によれば、集電部5のアルミニウムからなる第二の金属は1回目の焼成によって焼結する。したがって、その後その上に出力取出部6となる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回目の焼成を行っても、アルミニウムはすでに焼結しているので、銀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。また2回目の焼成により表面電極4は半導体基板1と接触する。したがって3回目の焼成の際、裏面電極のアルミニウムと銀の合金化を防ぐため焼成温度を低くしても、表面電極の接触抵抗が十分に低下しないなどの問題の発生を防ぐことができる。
【0024】
前記焼成は1回目の焼成よりも2回目の焼成の温度が低いとともに、2回目の焼成よりも3回目の焼成の温度が低いことが望ましい。このようにすることにより、1回目の焼成で焼結したアルミニウムは2回目、3回目の焼成の影響を受けにくくなり、2回目の焼成で焼結した表面電極4の銀は3回目の焼成の影響を受けにくくなる。これにより、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、表面電極に起因する接合の破壊も発生しない。
【0025】
このような金属を主成分とするペーストは、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。
【0026】
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回目や2回目のの焼成よりも低温の3回目の焼成でも出力取出部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。
【0027】
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。
【0028】
第1および第3の金属としては金や白金を用いることもできる。
【0029】
【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1回目の焼成を行い、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して2回目の焼成を行い、その後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3回目の焼成を行うことにより、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回目の焼成を行っても、アルミニウムはすでに焼結しているので、銀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。また2回目の焼成により表面電極4は半導体基板1と接触しているので3回目の焼成の際、裏面電極のアルミニウムと銀の合金化を防ぐため焼成温度を低くしても、表面電極の接触抵抗が十分に低下しないなどの問題の発生を防ぐことができる。
【0030】
本発明の形成方法によって得られる太陽電池素子は、特に高特性を要求される太陽電池モジュールに使用すれば、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。
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a solar cell element, and more particularly to a method for forming a solar cell element in which a front electrode and a back electrode are formed by baking a metal paste.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a conventional solar cell element. For example, an N-type impurity is diffused to a predetermined depth over the entire surface near the surface of the P-type semiconductor substrate 1 to provide an N-
[0003]
The
[0004]
Further, in order to form the
[0005]
Further, a paste mainly composed of the second metal made of aluminum is applied to most of the back surface of the semiconductor substrate 1 except for a part thereof and dried, and then the paste mainly composed of the second metal is applied. A paste mainly composed of a third metal made of silver is applied so as to cover the unprocessed portion and the peripheral portion thereof, dried and baked for the first time, and then the surface of the semiconductor substrate 1 is made of silver. There is also a method in which a paste containing a first metal as a main component is applied, dried, and fired a second time (for example, see Patent Document 1).
[0006]
Further, a paste mainly composed of a second metal made of aluminum is applied to most of the semiconductor substrate 1 except for a part of the back surface, dried and baked for the first time. After applying a paste composed mainly of a third metal composed of silver so as to cover a part where the paste composed mainly of the third metal was not applied and its peripheral part and drying it, the surface of the semiconductor substrate 1 is composed of silver There is also a method in which a paste containing a first metal as a main component is applied, dried, and fired a second time (for example, see Patent Document 1).
[0007]
As a result, a
[0008]
After that, solder (not shown) is applied on the
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-335267
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional method for forming a solar cell element, at the time of firing, an overlapping portion of aluminum of the current collecting
[0011]
According to the method of baking aluminum and then applying silver on the front and back surfaces and baking at the same time, the above problem is alleviated. Is too low, the
[0012]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a method for forming a solar cell element that can prevent a semiconductor substrate from cracking and has good output characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a method for forming a solar cell element according to the present invention, a semiconductor material having one conductivity type is diffused with a semiconductor impurity of a reverse conductivity type on one principal surface side, and a first metal is mainly contained. Forming a front surface electrode, and collecting, on the other main surface side, a current collector mainly composed of a second metal and an output extraction mainly composed of a third metal having better solder wettability than the second metal. In the method for forming a solar cell element forming a back electrode comprising a portion, a paste containing a second metal as a main component serving as a current collector of the back electrode is applied to the other main surface of the semiconductor substrate. A first baking is performed, a paste mainly composed of a first metal to be the surface electrode is applied to one main surface side, and a second baking is performed. Then, the output of the back electrode is applied to another main surface side. A third baking paste, which is to be the extraction part, is applied and the third baking is performed. And performing.
[0014]
In the method for forming a solar cell element, it is preferable that the temperature of the second firing is lower than that of the first firing, and that the temperature of the third firing is lower than the second firing.
[0015]
In the method for forming a solar cell element, the first metal and the third metal are preferably made of silver.
[0016]
In the method for forming a solar cell element, it is preferable that the semiconductor substrate is made of silicon, and the paste containing the third metal as a main component contains aluminum.
[0017]
In the method for forming a solar cell element, the second metal is preferably made of aluminum.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The structure of the solar cell element according to the present invention is basically the same as the conventional solar cell element. That is, for example, an N-type impurity is diffused to a certain depth over the entire surface near the surface of the P-type semiconductor substrate 1 to provide an N-
[0019]
In such a solar cell element, for example, a P-type semiconductor substrate 1 is heat-treated in an N-type impurity atmosphere to diffuse an N-type impurity to a certain depth over the entire surface region to form an N-
[0020]
The above-mentioned
[0021]
Next, a paste containing, as a main component, a first metal made of, for example, silver, which becomes the
[0022]
Next, on the back surface of the semiconductor substrate 1, a paste mainly composed of a third metal, for example, silver, which becomes the output extraction section 6, is applied, and the third time is performed at about 650 to 750 ° C. for about 0.5 to 15 minutes. Perform baking. If the firing temperature at this time is 650 ° C. or less, or the firing time is 0.5 minute or less, the silver does not sinter sufficiently and causes peeling, and the contact resistance does not decrease sufficiently. Problem may occur. Conversely, if the baking temperature is 750 ° C. or more, or the baking time is 15 minutes or more, the impurities in the
[0023]
According to this method, the second metal made of aluminum of the
[0024]
It is preferable that the temperature of the second firing is lower than that of the first firing, and that the temperature of the third firing is lower than the second firing. In this way, the aluminum sintered in the first firing is less affected by the second and third firings, and the silver of the
[0025]
Such a paste containing a metal as a main component is formed by mixing a solvent and a binder such as ethyl cellulose.
[0026]
It is desirable that the paste mainly composed of the third metal made of silver, which is applied as the output extraction section 6, contains aluminum. By including aluminum having a large diffusion coefficient into silicon used for the semiconductor substrate 1 in silver, the bonding strength between the output extraction portion 6 and silicon can be improved even in the third firing at a lower temperature than in the first or second firing. This is because it can be secured.
[0027]
The present invention is not limited to the above embodiment, and many modifications and changes can be made within the scope of the present invention. For example, the drying after applying the paste may be omitted if there is no problem that the previous paste adheres to the work table or screen of the printing press when applying the next paste.
[0028]
Gold and platinum can also be used as the first and third metals.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for forming a solar cell element according to the present invention, a paste containing a second metal as a main component serving as a current collector of a back electrode is applied to the other main surface of the semiconductor substrate. The first baking is performed, a paste mainly composed of a first metal to be a surface electrode is applied to one main surface, and the second baking is performed, and then the output extraction portion of the back electrode is formed on the other main surface. By applying the paste mainly containing the third metal and performing the third baking, it is possible to apply the paste mainly containing the third metal composed of silver and perform the third baking. Since aluminum is already sintered, it is difficult to alloy with silver. This alleviates the stress at the overlapping portion between the semiconductor substrate 1 having different thermal expansion coefficients and aluminum and silver, and can reduce the cracking of the semiconductor substrate 1 caused by the stress at the overlapping portion, which has been a problem in the related art. In addition, since the
[0030]
The solar cell element obtained by the formation method of the present invention exhibits its effects effectively, particularly when used in a solar cell module that requires high characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a solar cell element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Diffusion layer, 3 ... Anti-reflection film, 4 ... Surface electrode, 5 ... Current collecting part, 6 ... Output extraction part, 7 ... High Concentration P-type diffusion layer
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