JP2004235268A - 太陽電池素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PN接合を有するシリコン基板1の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極5と銀を主成分とする銀電極4を有するとともに、前記銀電極4を半田8で被覆した太陽電池素子であって、上記銀電極4と半田8の接触面積と、上記銀電極4とシリコン基板1の接触面積との和が、上記銀電極4とアルミニウム電極5の接触面積よりも小さく設定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子に関し、特に裏面電極をアルミニウム電極と銀電極で構成した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裏面電極は、低コスト化の観点から、PN接合が形成された半導体基板に金属ペーストをスクリーン印刷法で塗布して酸化性雰囲気中で焼成して形成していた。また、更なる低コスト化の要請から、半導体基板の裏面側の一領域に銀ペーストを塗布して乾燥した後に、その領域の周縁部に一部が重なるようにアルミニウムペーストを塗布して乾燥して同時に焼成する同時焼成法(1段階焼成)も用いられていた(特許文献1参照)。
【0003】
従来の太陽電池素子の製造方法を図2および図3に従って説明する。P型シリコン基板1の表面に、Pを含む拡散ソースを用いて熱拡散法でN型拡散層2を形成するとともに、窒化シリコン膜からなる反射防止膜3を形成する。また、シリコン基板1の裏面側の端部に溝(不図示)を形成して拡散層2の表面側と裏面側を物理的に分離する。次いで、図3に示すように、シリコン基板1の裏面側にスクリーン印刷法で銀電極4となる銀ペーストを塗布して乾燥し、その周縁部に一部が重なるように裏面側の大部分にアルミニウム電極5となるアルミニウムペーストを塗布して乾燥した後に、同時に焼成することによって銀電極4およびアルミニウム電極5からなる裏面電極を形成する。このときには、シリコン基板1の表面側には表面電極6として銀ペーストが櫛歯状にパターニングされているので、表面電極6も裏面電極4、5と同時に焼成して形成することができる。最後に、銀電極4と表面電極6に半田8、9を被覆して一連のセル化が終了する。
【0004】
また、シリコン基板1の裏面側のアルミニウム電極5を形成する際にシリコン基板1の裏面側にアルミニウムの拡散が起こってP+層からなるBSF層7が形成され、セルの電流−電圧特性が向上して高変換効率化が達成される。
【0005】
このようにして製造された太陽電池素子10では、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させて使用するのが一般的である。この素子同士の接続には半田が必要となるため、銀電極4と表面電極6に半田コーティングするが、アルミニウム電極5には半田付けが困難であるので、半田濡れ性の良好な銀電極4を形成して、これに配線材を半田付けしている。
【0006】
ところが、従来の太陽電池素子では、シリコン基板1の裏面側の広い領域にわたって接するように銀電極4が形成されているため、その下にBSF層7が形成されないか、形成されたとしても不純物濃度が傾斜して浅くしか形成されないため、太陽電池素子10の出力特性が向上しないという問題があった。
【0007】
そこで、シリコン基板1の裏面側の略全面にアルミニウム電極5を形成してその上にさらに配線材を半田付けするための銀電極4を形成することも考えられるが、半導体基板1の裏面側の略全面にアルミニウム電極5を形成すると、このアルミニウム電極5を半導体基板1に焼き付ける際に半導体基板1とアルミニウムとの熱収縮率の相違によってシリコン基板1が反り、シリコン基板1の割れの原因になるという問題があった。
【0008】
また、シリコン基板1の裏面側の略全面に形成したアルミニウム電極5上に配線材を半田付けするための銀電極4を形成すると、シリコン基板1の裏面側の凹凸が大きくなり、後工程でシリコン基板1に荷重が加えられた場合、シリコン基板1が破損するという問題があった。
【0009】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子10の出力特性の低下を招くことなく、太陽電池素子10の反りや割れを防止した太陽電池素子10を提供することを目的とする。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−353476号公報
【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に係る太陽電池素子によれば、PN接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記銀電極と半田の接触面積と、前記銀電極とシリコン基板の接触面積との和が、前記銀電極とアルミニウム電極の接触面積よりも小さいことを特徴とする。
【0012】
上記太陽電池素子では、前記銀電極とシリコン基板の接触面積が0であることが望ましい。
【0013】
また、上記太陽電池素子では、前記アルミニウム電極が前記銀電極よりも突出していることが望ましい。
【0014】
また、請求項4に係る太陽電池素子によれば、PN接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記アルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同志が融着しないように前記銀電極を設けたことを特徴とする。
【0015】
上記太陽電池素子では、前記銀電極の厚みよりも前記凹部の深さが深いことが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明に係る太陽電池素子10の一実施例を示す断面図である。
【0017】
本発明に係る太陽電池素子10の構造も基本的には従来の太陽電池素子10と同様である。すなわち、例えばP型シリコン基板1の受光面側にはN型の不純物拡散層2が形成されてPN接合が形成され、この拡散層2の表面には反射防止膜3と表面電極6が設けられている。また、シリコン基板1の裏面側にはアルミニウム電極5と銀電極4からなる裏面電極が設けられている。さらに、表面電極6は表面半田層8で被覆され、銀電極4は裏面半田層9で被覆されている。
【0018】
本発明によれば、銀電極4と半田9の接触面積と、銀電極4とシリコン基板1の接触面積の和は、銀電極4とアルミニウム電極5の接触面積よりも小さくする。すなわち、図1に示すように、シリコン基板1の裏面側の広い領域にアルミニウム電極5を形成すると、シリコン基板1の裏面側の略全面にBSF層7を形成することができ、高効率な太陽電池素子になるとともに、このアルミニウム電極5に凹部を設けると、アルミニウム電極5を焼き付けた後の収縮の応力がこの凹部で分断され、シリコン基板1の反りなどを防止することができる。
【0019】
また、アルミニウム電極5に凹部を形成すると、その部分のアルミニウム電極5の厚みは薄くなることから導電抵抗は大きくなるが、本発明のように、この凹部内に銀電極4を形成することにより、アルミニウム電極5の凹部部分の導電抵抗の上昇は銀電極4で補償できるようになる。
【0020】
また、図2に示すように、銀電極4とシリコン基板1の接触面積を0にすれば、シリコン基板1の裏面にはその略全面にBSF層7が形成されるため、更に太陽電池素子10の出力特性は向上する
この太陽電池素子10の裏面電極4、5を形成するには、太陽電池素子10の裏面の略全面にアルミニウム電極5となるアルミニウムペーストを(0.03)mm程度の厚みに塗布して乾燥した後、銀電極4となる銀ペーストを幅(2)mm程度、長さ145mm程度、厚み0.01mm程度にパターン印刷して乾燥し、さらに銀ペーストを塗布した部分以外の略全面に再度アルミニウムペーストを0.03mm程度塗布して焼成することにより形成できる。
【0021】
アルミニウムペーストとしては、アルミニウム粉末、有機溶剤、バインダーから成るものなどがあり、銀ペーストとしては銀粉末、有機ビヒクル、ガラスフリットから成るものなどがある。
【0022】
また、シリコン基板1の表面側にも例えば銀ペーストなどを焼き付けた表面電極6が形成され、この表面電極6と裏面側の銀電極4に半田ディップ法などで表面半田層8と裏面半田層9が形成される。この半田層8、9は0.1mm程度の厚みに形成される。
【0023】
この場合、アルミニウム電極5が銀電極4よりも突出するように形成すると、裏面半田層9を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子10の割れを更に有効に抑止することができる。
【0024】
図3は、請求項4に係る太陽電池素子10の実施形態を示す図である。この太陽電池素子10も上述した太陽電池素子10と略同じであるが、この太陽電池素子10では、アルミニウム電極5の凹部の内壁部と銀電極4の側壁部、すなわち凹部と銀電極4の側壁部同志が融着しないように微小な隙間をもって形成している。このように凹部と銀電極4の側壁部同志が融着しないように微小な隙間をもって形成すると、アルミニウム電極5が収縮する際の面方向の応力は銀電極4にも伝播しないことから、アルミニウム電極5が収縮する際の応力をより効果的に分断できる。
【0025】
この場合、凹部はアルミニウム電極5が収縮する際の応力をより効果的に分断するためには、シリコン基板1の一端部側から対向する端部側に向かってシリコン基板1の略全幅にわたって形成することが望ましい。また、この凹部は表面電極6が形成される位置と対応する2箇所に形成することが望ましい。
【0026】
また、この場合も、アルミニウム電極5の凹部の深さは銀電極4の厚みよりも深いことが望ましい。太陽電池素子10の裏面側が平坦になるためである。
【0027】
なお、アルミニウム電極5の凹部の内壁部と銀電極4の側壁部が融着しないようにするためには、銀ペーストとの間に0.1mm程度の間隔が形成されるように2回目のアルミニウムペーストを塗布して焼成すればよい。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る太陽電池素子によれば、銀電極と半田の接触面積と、銀電極とシリコン基板の接触面積の和は、銀電極とアルミニウム電極の接触面積よりも小さくしたことから、シリコン基板の裏面にはその略全面にBSF層が形成されるため、更に太陽電池素子の出力特性が向上する。また、アルミニウムよりも導電抵抗の低い銀で導電できるようになり、銀電極の下のアルミニウムの厚みを従来よりも薄くすることが可能になり、これにより基板の反りの発生を防ぐことができるようになる。さらに、アルミニウム電極が銀電極よりも突出するように形成することにより、裏面半田層を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子の割れを更に有効に抑止することができる。
【0029】
また、請求項4に係る太陽電池素子によれば、PN接合を有するシリコン基板の裏面側に形成したアルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同志が融着しないように銀電極を設けて半田で被覆することから、シリコン基板の裏面にはその略全面にBSF層が形成され、太陽電池素子の出力特性が向上する。また、アルミニウムよりも導電抵抗の低い銀で導電できるようになり、銀電極の下のアルミニウムの厚みを従来よりも薄くすることが可能になり、これにより基板の反りの発生を防ぐことができるようになる。さらに、銀電極の厚みよりもアルミニウム電極の凹部が深くなるように形成することにより、裏面半田層を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子の割れを更に有効に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図2】請求項1に係る太陽電池素子の他の実施形態を示す図である。
【図3】請求項4に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【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構造を示す図である。
【符号の説明】
1:シリコン基板、2:拡散層、3:反射防止膜、4:銀電極、5:アルミニウム電極、6:表面電極、7:裏面半田層、8:表面半田層
Claims (5)
- PN接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記銀電極と半田の接触面積と、前記銀電極とシリコン基板の接触面積との和が、前記銀電極とアルミニウム電極の接触面積よりも小さいことを特徴とする太陽電池素子。
- 前記銀電極とシリコン基板の接触面積が0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。
- 前記アルミニウム電極が前記銀電極よりも突出してい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。
- PN接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記アルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同志が融着しないように前記銀電極を設けたことを特徴とする太陽電池素子。
- 前記銀電極の厚みよりも前記凹部の深さが深いことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池素子。
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CN102683438A (zh) * | 2011-03-04 | 2012-09-19 | 应用材料公司 | 使用金属浆料金属化的正面触点太阳能电池制造 |
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