JP2005135942A - 電極配設方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡便で量産性のある凹凸面上の電極配設方法、特に太陽電池の高効率化を実現し得る太陽電池表面の電極配設方法を提供する。
【解決手段】 凹凸を有するシリコン基体１０１上にシリコンと共融する電極材料１０３を配置し、基体１０１をシリコンと電極材料１０３との共融温度以上に加熱した後に冷却させることにより、電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 凹凸を有するシリコン基体１０１上にシリコンと共融する電極材料１０３を配置し、基体１０１をシリコンと電極材料１０３との共融温度以上に加熱した後に冷却させることにより、電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は凹凸面上の電極配設方法に関し、特に高効率で量産性のある太陽電池表面の電極配設方法に関する。
結晶太陽電池は光−電気変換効率を上げる観点から一般に表面に凹凸形状（テクスチャ）が形成される。この凹凸形状を有する表面に対して電極が配設されるが、通常太陽電池のプロセスでは印刷によりＡｇペーストが櫛型状（グリッド）に形成された後、７００〜８００℃の温度で焼成される。このとき、凹凸形状がμｍ程度以上の大きさの場合には印刷時のＡｇペーストの塗れ方にムラが生じ、場合によっては段切れを起こすこともあり、太陽電池特性を悪化させる要因となる。このため、電極配設予定位置の表面をあらかじめ平坦化を行ってから電極を形成する方法が提案されている（特許文献１および特許文献２）。
しかしながら、これら従来の方法は平坦化を行った場所に対してＡｇペースト印刷時の位置合わせが必要であり、量産性を上げるにはより簡便な電極配設方法が求められる。
一方、特許文献３には、表面電極上に集電極を形成する際に、誘導加熱を用いて表面電極と集電極を高温溶融させ相互に混ざり合わせることで強固に密着させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献３に記載の技術では光電変換層の表面を平坦化させることはできない。
また、特許文献４には、導電性ペースト中のガラスフリットとシリコンとを共融させることにより密着性を向上させる技術が記載されている。
しかしながら、特許文献４に記載の技術ではガラスフリットとシリコンを完全に溶融させて平坦化を行うまでには至らない。
本発明は、上述の従来技術における問題を解決すべく本発明者らによる鋭意研究の結果完成に至ったものであり、簡便で量産性のある凹凸面上の電極配設方法、特に太陽電池の高効率化を実現し得る太陽電池表面の電極配設方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、凹凸を有するシリコン基体上にシリコンと共融する電極材料を配置し、該基体をシリコンと前記電極材料との共融温度以上に加熱した後に冷却させることにより、前記電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする電極配設方法を提供する。
また、本発明は、凹凸を有するシリコン基体上にシリコンと共融する電極材料を配置し、誘導加熱手段により前記電極材料および前記電極材料直下のシリコン部分をシリコンと前記電極材料との共融温度以上に選択的に加熱した後に冷却させることにより、前記電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする電極配設方法を提供する。
これら本発明の電極配設方法においては、
「前記電極材料がＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種であること」、
「前記電極材料中にシリコンに対するドーパントを含むこと」、
「前記凹凸を有するシリコン基体の表面に反射防止膜が形成されており、その上に電極材料が配置されること」、
「前記電極材料が金属ペーストを印刷・乾燥あるいは焼成することにより配置されること」、
「前記凹凸の高さが１μｍ乃至１００μｍの範囲であること」、
が好ましい形態として挙げられる。
「前記電極材料がＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種であること」、
「前記電極材料中にシリコンに対するドーパントを含むこと」、
「前記凹凸を有するシリコン基体の表面に反射防止膜が形成されており、その上に電極材料が配置されること」、
「前記電極材料が金属ペーストを印刷・乾燥あるいは焼成することにより配置されること」、
「前記凹凸の高さが１μｍ乃至１００μｍの範囲であること」、
が好ましい形態として挙げられる。
本発明によれば凹凸のある表面に印刷で金属ペーストを用いて電極パターンを形成しておき共融温度以上に加熱することで、電極部直下の凹凸部分の平坦化が促進され、かつ平坦化した後の電極位置合わせ等の手間も不要となる。従って本発明は従来よりも簡便な電極配設方法が提供できるので太陽電池の量産方法として好適である。
本発明の電極配設方法の一例を図１に示す。表面の凹凸１０２の高さが１μｍ乃至１００μｍ程度のシリコン基板１０１に対してスクリーン印刷あるいはグラビア印刷等により、表面凹凸１０２上にＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、ＡｕまたはＩｎ等の金属を含むペースト１０３を塗布・乾燥する（図１（ａ），（ｂ））。次にシリコン基板をファーネス炉あるいは急速加熱炉等に投入して前記金属とシリコンとの共晶を形成する温度（共融温度）以上に加熱して金属１０３’を溶融して金属１０３’下の凹凸シリコンをその中に一部溶かし込んで平坦化を行う（図１（ｃ））。例えばＡｇ（銀）の場合、共融温度は８３０℃なので８３０℃以上に設定してしばらくその温度を維持する。その後シリコン基板１０１を冷却して金属１０３’中に溶け込んでいる過剰なシリコンを金属１０３’下のウエハ上に再析出させる（図１（ｄ））。
このように凹凸のある表面に印刷で金属ペーストを用いて電極パターンを形成しておき共融温度以上に加熱して一定時間置くことで、電極部直下の凹凸部分の平坦化が促進され、かつ平坦化した後の電極位置合わせ等の手間も不要となる。
また、本発明の他の電極配設方法の例として上述と同様にして表面凹凸１０２上にＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、ＡｕまたはＩｎ等の金属を含むペースト１０３を塗布・乾燥した後、誘導加熱手段により金属（電極）部分および金属（電極）直下のシリコン部分を前記金属とシリコンとの共融温度以上に選択的に加熱した後に冷却させることでも上述と同様に金属（電極）直下の平坦化を行うことができる。この場合、誘導加熱という手法を用いることで金属（電極）部分及びその周辺のみ選択的に加熱できる（特開平９−９２９４６号公報、特開２００１−２３０４２６号公報等参照）ので上述の基板全体を加熱する場合に比べて平坦化処理を短時間で行えるというメリットがあり、より生産性を上げることができる。
さらに、上述の本発明の電極配設面の平坦化を行うに際して、特表２００２−５１１１９０号公報に開示されているようにシリコンと共融合金を形成する金属（電極）材料に予めシリコンに対するドーパントを含有させておくことで、電極直下の平坦化した部分（再成長シリコン層）の導電型を制御することができ、電極に対するオーミック接触を容易とすることも可能である。
一方、半導体基体上に導電ペースト等で電極を形成しその後熱処理を行うことで集電電極を形成する方法が広く知られており、例えば特開平６−３７３４０号公報、特開平３−４６９８５号公報等に開示されている。しかしながらこれらの技術は単に受光面側に対する電極の形成方法について教えているのみで、本発明のような金属とシリコンとの共融温度以上に加熱処理して電極直下のシリコン表面の平坦化を行うというものではない。
本発明に使用される電極材料としてはシリコンと共融するものであれば何でも良いが、平坦化や後で電極として使用する観点から加熱したときにシリコンを多く溶かし込みかつ体積抵抗率の低い電極材料が選ばれ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、ＡｕまたはＩｎ等が好適に用いられる。これらの電極材料は印刷に適用できるようにガラスフリットやビヒクル、有機溶剤等と混ぜ合わせて金属ペースト状にしておくことができる。
また本発明において電極材料が形成される基体表面の凹凸の高さの程度としては配設される電極材料の種類や厚さ等に関係し、後述する印刷による電極材料の厚さおよびその電極材料中に溶かし込めるシリコンの量を勘案して概ね１μｍ〜１００μｍの範囲が好適である。
本発明で電極材料を配設する手段として金属ペーストを印刷・乾燥あるいは焼成する方法が最も簡便で量産的であり、印刷法としてはスクリーン印刷、グラビア印刷あるいはオフセット印刷等が好適に用いられる。印刷で塗布される金属ペースト厚としては印刷法や塗布する電極のパターンによるが、スクリーン印刷では数μｍ〜２０μｍ程度、グラビア印刷やオフセット印刷では数μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。また金属ペースト中に予めシリコンに対するドーパントを含有させておくことで、電極直下の平坦化した部分（再成長シリコン層）の導電型を制御することができ、電極に対するオーミック接触を容易とすることができる。
本発明において、電極材料および電極材料直下のシリコン部分をシリコンと電極材料との共融温度以上に選択的に加熱する誘導加熱手段としては、加熱コイルと高周波電源からなる装置が簡便で好適に使用される。加熱コイルは導体（主に銅）パイプでできた巻線であり、その中に金属あるいは低抵抗材料からなる被加熱物を設置して加熱コイルに高周波電流を流すことにより被加熱物内にうず電流が流れ、ジュール熱により温度が上昇する。これが誘導加熱の原理であり、急速加熱、局所加熱が可能でランニングコストが低い等の特徴を有する。また本発明で使用される高周波電源としては被加熱物である電極材料の種類や膜厚、また基板の処理枚数等により適宜決められるが、概ね周波数としては数ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ、出力としては数十Ｗ〜１０ｋＷの範囲のものが用いられ、好適にはそれぞれ、１０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚ、１００Ｗ〜１０ｋＷとするのが良い。
さらに本発明において凹凸を有するシリコン基体の表面に反射防止膜を予め形成しておき、その上に電極材料を配置して電極材料である金属とシリコンとの共融温度以上に加熱することで、反射防止膜を金属が突き抜けて平坦化を行うことができる。これは、加熱昇温する段階でいわゆるファイヤースルーが起き、結果として平坦化と電極の導通が自己整合的に行われ、太陽電池作製プロセスの工程簡略化が図られる。
以下、実施例を用いて本発明の方法により所望の平坦化を行うところをより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として８３０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銅ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８００℃で６０分間保持し、銅電極１０３’内に充分シリコンを融解させ、銅電極１０３’下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）銅電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として８３０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銅ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８００℃で６０分間保持し、銅電極１０３’内に充分シリコンを融解させ、銅電極１０３’下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）銅電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
（実施例２）
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として８３０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銅ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８００℃で６０分間保持し、銅電極内に充分シリコンを融解させ、銅電極下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）銅電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４には銅電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銅電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として８３０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銅ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８００℃で６０分間保持し、銅電極内に充分シリコンを融解させ、銅電極下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）銅電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４には銅電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銅電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
（実施例３）
本例では図２に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））２０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面２０２を形成した（図２（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図２（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銀ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極２０３のパターンを形成した。次に高周波誘導加熱コイル２０６内に基板を投入して高周波電源２０５でコイル２０６に３５０ｋＨｚ１ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８６０℃で１０分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図２（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図２（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４表面の凹凸は０．３μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図２に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））２０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面２０２を形成した（図２（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図２（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銀ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極２０３のパターンを形成した。次に高周波誘導加熱コイル２０６内に基板を投入して高周波電源２０５でコイル２０６に３５０ｋＨｚ１ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８６０℃で１０分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図２（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図２（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４表面の凹凸は０．３μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
（実施例４）
本例では図２に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））２０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面２０２を形成した（図２（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図２（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銀ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７００℃２分の条件で焼成を行い表面電極２０３のパターンを形成した。次に高周波誘導加熱コイル２０６内に基板を投入して高周波電源２０５でコイル２０６に３５０ｋＨｚ１ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８６０℃で１０分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図２（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図２（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４には銀電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銀電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．３μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図２に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））２０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面２０２を形成した（図２（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図２（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銀ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７００℃２分の条件で焼成を行い表面電極２０３のパターンを形成した。次に高周波誘導加熱コイル２０６内に基板を投入して高周波電源２０５でコイル２０６に３５０ｋＨｚ１ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８６０℃で１０分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図２（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図２（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４には銀電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銀電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．３μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
（実施例５）
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を１％ＮａＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、３μｍ〜２０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として９２０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む錫ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して９００℃で４０分間保持し、錫電極内に充分シリコンを融解させ、錫電極下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）錫電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４には錫電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が錫電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図１に示す構成の方法により凹凸表面の平坦化および再成長層のドーピングを行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））１０１の表面を１％ＮａＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、３μｍ〜２０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面１０２を形成した（図１（ａ））。テクスチャ化した基板表面に対してＰＯＣｌ3を拡散源として９２０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。裏面に形成されたｎ+層をエッチングで除去した後にテクスチャ表面に図１（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む錫ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、表面電極１０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して９００℃で４０分間保持し、錫電極内に充分シリコンを融解させ、錫電極下の凹凸部の平坦化を行った（図１（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−３℃／分）錫電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図１（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層１０４には錫電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が錫電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．２μｍ〜１μｍ程度に平坦化されていた。
以上、実施例１〜５において電極材料に銅、銀、錫を用いてシリコン表面の凹凸を平坦化する例を示したが、この他にも金、インジウム、アルミニウム等を用いても上述と同様に平坦化を行うことが可能である。
（実施例６）
本例では図３に示す構成の方法により表面反射防止層の付いた凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））３０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面３０２を形成した。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面にＣＶＤ装置によりＳｉＨ4＋ＮＨ3混合ガスから非晶質ＳｉＮ膜の反射防止層３０５を８１ｎｍの厚さで堆積した（図３（ａ））。その上に図３（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銀ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極２０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８６０℃で３０分間保持した。このとき、まず銀ペーストが焼成されて銀粒子がＳｉＮ膜を突き破り、ＳｉＮ膜直下のシリコン表面と接することになる。このようにして銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図３（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−１．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図３（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４表面の凹凸は０．２μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図３に示す構成の方法により表面反射防止層の付いた凹凸表面の平坦化を行った。まず、シリコン単結晶基板（ｐ型、面方位（１００））３０１の表面を２％ＫＯＨ水溶液で温度８０〜９０℃で異方性エッチングを行い、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するテクスチャ表面３０２を形成した。テクスチャ化した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後にテクスチャ表面にＣＶＤ装置によりＳｉＨ4＋ＮＨ3混合ガスから非晶質ＳｉＮ膜の反射防止層３０５を８１ｎｍの厚さで堆積した（図３（ａ））。その上に図３（ｂ）に示すようにスクリーン印刷により銀ペーストを厚さ２０μｍで塗布・乾燥し、表面電極２０３のパターンを形成した。次にファーネス炉（図示せず）に基板を投入して８６０℃で３０分間保持した。このとき、まず銀ペーストが焼成されて銀粒子がＳｉＮ膜を突き破り、ＳｉＮ膜直下のシリコン表面と接することになる。このようにして銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図３（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−１．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図３（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層２０４表面の凹凸は０．２μｍ〜２μｍ程度に平坦化されていた。
上述では銀ペーストを塗布・乾燥後にファーネス炉に基板を投入した段階で加熱することによりＳｉＮ膜を銀粒子が突き破る例を示したが、別の例として銀ペーストを塗布・乾燥後に基板を赤外線（ＩＲ）加熱炉で７００〜８００℃の温度で焼成を行って予めＳｉＮ膜を銀粒子が突き破るようにしておいてからファーネス炉に投入することもできる。
（実施例７）
本例では図４に示す構成の方法により表面反射防止層の付いた凹凸表面の平坦化を行うことでｎ＋／ｐ型多結晶太陽電池を作製した。まず、シリコン多結晶基板（ｐ型、比抵抗０．８Ω・ｃｍ）４０１の表面に図５に示すマルチブレードホイールを用いて機械的に深さおよびピッチが３０μｍのＶ字型溝の凹凸を形成した。酸で表面ダメージ層をエッチング除去した後に凹凸を形成した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後に凹凸表面にＣＶＤ装置によりＳｉＨ4＋ＮＨ3混合ガスから非晶質ＳｉＮ膜の反射防止層４０７を８１ｎｍの厚さで堆積した（図４（ａ））。その上に図４（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銀ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７８０℃２分の条件で焼成を行い表面電極４０３のパターンを形成するとともに銀粒子がＳｉＮ膜を突き破るようにした。次に高周波誘導加熱コイル４０６内に基板を投入して高周波電源４０５でコイル４０６に４５０ｋＨｚ１．５ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８８０℃で１５分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図４（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図４（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層４０４には銀電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銀電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．８μｍ〜５μｍ程度に平坦化されていた。
本例では図４に示す構成の方法により表面反射防止層の付いた凹凸表面の平坦化を行うことでｎ＋／ｐ型多結晶太陽電池を作製した。まず、シリコン多結晶基板（ｐ型、比抵抗０．８Ω・ｃｍ）４０１の表面に図５に示すマルチブレードホイールを用いて機械的に深さおよびピッチが３０μｍのＶ字型溝の凹凸を形成した。酸で表面ダメージ層をエッチング除去した後に凹凸を形成した基板表面に対してＰ2Ｏ5を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層を形成した（図示せず）。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後に凹凸表面にＣＶＤ装置によりＳｉＨ4＋ＮＨ3混合ガスから非晶質ＳｉＮ膜の反射防止層４０７を８１ｎｍの厚さで堆積した（図４（ａ））。その上に図４（ｂ）に示すようにグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銀ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７８０℃２分の条件で焼成を行い表面電極４０３のパターンを形成するとともに銀粒子がＳｉＮ膜を突き破るようにした。次に高周波誘導加熱コイル４０６内に基板を投入して高周波電源４０５でコイル４０６に４５０ｋＨｚ１．５ｋＷの高周波電流を流した。これにより銀電極部およびその周辺部分のみを選択的に約８８０℃で１５分間加熱し、銀電極内に充分シリコンを融解させ、銀電極下の凹凸部の平坦化を行った（図４（ｃ））。その後徐々に温度を下げ（降温速度：−２．５℃／分）銀電極中に溶けていたシリコンを平坦化した表面に析出させた（図４（ｄ））。このとき再析出させたシリコン層４０４には銀電極中に含まれるＰ原子が入り込んでドーピングされ、適当な濃度のエミッタ層（ｎ+）が銀電極直下に形成された。再析出層表面の凹凸は０．８μｍ〜５μｍ程度に平坦化されていた。
最後に多結晶基板の裏面にＡｌペーストを２０μｍ厚で印刷・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７５０℃２分の条件で焼成を行い裏面電極４０８を形成して太陽電池とした（図４（ｅ））。
このようにして得られた多結晶シリコン太陽電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ―Ｖ特性について測定したところ、セル面積４ｃｍ2で開放電圧０．５９Ｖ、短絡光電流３３ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子０．７６となり、エネルギー変換効率１４．８％を得た。
比較のために上述の太陽電池の作製法において、高周波誘導加熱による凹凸部の平坦化を行わなかった場合、すなわちＳｉＮの形成された凹凸表面に対してグラビア印刷によりドーパントとしてＰ原子を含む銀ペーストを厚さ４０μｍで塗布・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７８０℃２分の条件で焼成を行い表面電極のパターンを形成するとともに銀粒子がＳｉＮ膜を突き破るようにした後に裏面にＡｌペーストを２０μｍ厚で印刷・乾燥し、赤外線（ＩＲ）加熱炉で７５０℃２分の条件で焼成を行い裏面電極を形成して太陽電池とした場合について同様に特性を調べたところ、セル面積４ｃｍ2で開放電圧０．５８Ｖ、短絡光電流３３ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子０．７２、エネルギー変換効率１３．８％となった。このことから凹凸部の平坦化を行うことにより表面電極とその直下のシリコンとの接触が改善され、曲線因子が向上することが示された。
１０１、２０１、３０１、４０１ 基板（ウエハ）
１０２、２０２、３０２、４０２ 凹凸表面
１０３、２０３、３０３、４０３ 電極材料（金属ペースト）
１０３’、２０３’、３０３’、４０３’ 表面電極
１０４、２０４、３０４、４０４ 再析出層
２０５、４０５ 高周波電源
２０６、４０６ 誘導加熱コイル
３０５、４０７ 反射防止層
４０８ 裏面電極
１０２、２０２、３０２、４０２ 凹凸表面
１０３、２０３、３０３、４０３ 電極材料（金属ペースト）
１０３’、２０３’、３０３’、４０３’ 表面電極
１０４、２０４、３０４、４０４ 再析出層
２０５、４０５ 高周波電源
２０６、４０６ 誘導加熱コイル
３０５、４０７ 反射防止層
４０８ 裏面電極
Claims (12)
- 凹凸を有するシリコン基体上にシリコンと共融する電極材料を配置し、該基体をシリコンと前記電極材料との共融温度以上に加熱した後に冷却させることにより、前記電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする電極配設方法。
- 前記電極材料がＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の電極配設方法。
- 前記電極材料中にシリコンに対するドーパントを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電極配設方法。
- 前記凹凸を有するシリコン基体の表面に反射防止膜が形成されており、その上に電極材料が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電極配設方法。
- 前記電極材料が金属ペーストを印刷・乾燥あるいは焼成することにより配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電極配設方法。
- 前記凹凸の高さが１μｍ乃至１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電極配設方法。
- 凹凸を有するシリコン基体上にシリコンと共融する電極材料を配置し、誘導加熱手段により前記電極材料および前記電極材料直下のシリコン部分をシリコンと前記電極材料との共融温度以上に選択的に加熱した後に冷却させることにより、前記電極材料が形成された直下の基体表面の凹凸を平滑化することを特徴とする電極配設方法。
- 前記電極材料がＣｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項７に記載の電極配設方法。
- 前記電極材料中にシリコンに対するドーパントを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の電極配設方法。
- 前記凹凸を有するシリコン基体の表面に反射防止膜が形成されており、その上に電極材料が配置されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電極配設方法。
- 前記電極材料が金属ペーストを印刷・乾燥あるいは焼成することにより配置されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の電極配設方法。
- 前記凹凸の高さが１μｍ乃至１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の電極配設方法。
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