JP2005191107A

JP2005191107A - 太陽電池素子の製造方法

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Publication number: JP2005191107A
Application number: JP2003428000A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Matsubara; 康弘松原; Hiroaki Takahashi; 宏明高橋; Hiromitsu Ochi; 弘光越智
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4373774B2

Abstract

【課題】裏面電極においてアルミニウムの玉・突起の形成や電極の膨れを抑制した高特性の裏面電極を得るとともに、半導体基板の反りを低減した高い生産性を有する太陽電池素子の製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換機能を有する半導体基板１の非受光面側に主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して第１の裏面電極である裏面集電部６を形成する工程と、非受光面側にアルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極である裏面取出部７を形成する工程とを備え、第１および第２の裏面電極は、各々の一部同士が重ね合わされるように形成され、アルミニウム粉末は、体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍかつ、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に裏面電極にアルミニウム粉末を主成分としたアルミニウムペーストを用いた太陽電池素子の製造方法に関する。

太陽電池素子の一般的な構造の断面図を図１（ａ）に示す。１は例えばＰ型シリコンの半導体基板、２は半導体基板１の表面側にリン原子などが高濃度に拡散された拡散領域、３は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜である。さらに、半導体基板１の表面側には表面電極５を設けるとともに、裏面側にはアルミニウムからなる裏面集電部６と銀からなる裏面取出部７とで構成される裏面電極を設けている。

表面電極は、図１（ｂ）に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、スクリーン印刷法等により銀ペーストなどを塗布した後、焼成することで形成される。また、表面電極５は反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表面電極５を形成する場合と、もしくは反射防止膜３の上から直接、表面電極５を焼き付けて形成する場合とがある。

裏面側は、図１（ｃ）に示すように、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストを塗布した後、７００〜８００℃で焼成することにより、裏面集電部６を形成すると同時に、Ｐ型半導体不純物を多量に含んだＰ^＋層４が形成される。Ｐ^＋層４は裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ効果がある。裏面集電部６は半導体基板１の裏面略全面に形成され、その一部にアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成にて裏面取出部７が形成される。

そして上述のようにして作製された銀を主成分とする表面電極５、裏面取出部７の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆されることが多い。
特開２００２−２１７４３５号公報特開２００３−２１８３７３号公報

ところで、上記のように裏面電極にアルミニウムを用いた太陽電池素子の場合、図３に示すように、半導体基板１と裏面集電部６を形成するアルミニウムの熱膨張係数が大きく異なるために、半導体基板１に反り８が発生する。この現象は特に半導体基板１のサイズが大きい場合や厚みが薄い場合により顕著にあらわれる。また、裏面集電部６のアルミニウムと半導体基板１が必要以上に反応すると、裏面集電部６に膨れを生じる。特に、半導体基板１に発生する反り８が大きいと、製造工程での搬送エラーや太陽電池素子の割れに繋がり、生産性の低下や歩留り低下を招く原因となる。

このような反り８においては、単純にアルミニウムペーストの塗布量を減らして裏面集電部６の厚みを薄くすることで低減できることが一般に知られているが、アルミニウムペーストの塗布量を減らすと焼成の際にアルミニウムの玉や突起が発生する問題があった。また、半導体基板１中へのＰ型不純物の拡散が不十分となり所望するＰ^＋層４の形成ができずに太陽電池素子の出力特性が低下するという問題が生じる。

これらの解決策として、例えば特許文献１では、アルミニウム電極に薄い部分と厚い部分をつくることが提案されている。その形成方法としてアルミニウムペーストを２回重ねて塗布する方法と厚い部分に格子状にアルミニウムペーストを塗布して、薄い部分はその厚い部分のペーストが自然に広がることにより形成する方法とが提案されている。しかしながら、これらの方法では、２回重ねて塗布することによる工程数の増加やペーストの自然広がりを利用することによる厚みのばらつきを制御することが困難であるなどの問題がある。

また、特許文献２においては、このアルミニウム電極の厚みを部分的に変えて形成する他の方法として、種々のスクリーン印刷手法が提案されている。しかしながら、いずれもスペーサーの設置やスクリーンへの特殊加工の実施などを行うために、設備の安定性を低下させたり、高コストになったりするという問題があった。

さらに、太陽電池素子の電極の必要条件としては、効率を上げるために抵抗を低くすることが必要であるが、アルミニウムペーストに含まれるアルミニウム粒子は表面に自然に形成される酸化膜を有するなどの理由から、十分に低抵抗の電極を得にくいという問題点もあった。

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、裏面電極においてアルミニウムの玉・突起の形成や電極の膨れを抑制した高特性の裏面電極を得るとともに、半導体基板の反りを低減した高い生産性を有する太陽電池素子の製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる太陽電池素子の製造方法は、光電変換機能を有する半導体基板の非受光面側に主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して第１の裏面電極を形成する工程と、前記非受光面側にアルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極を形成する工程と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、前記第１の裏面電極と前記第２の裏面電極とは、各々の一部同士が重ね合わされるように形成され、前記アルミニウム粉末は、体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍかつ、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下である。

このようにアルミニウム粉末の平均粒径Ｄ_５０が６μｍ以上となること、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下であること、の２点から、焼成したときに電極が緻密となりすぎず、半導体基板との熱膨張係数の差を吸収して反りを抑制することができる。

また、電極が緻密にならないので、通常は抵抗が高くなりやすいが、表面活性であって表面積が大きく酸化膜の占める割合が高い微細な粒径のアルミニウム粉末の含有率を低くしたので、電極の導電特性は良好となる。

そして、第１の裏面電極と第２の裏面電極とが一部同士が重ね合わされて形成されている箇所は、第１の裏面電極であるアルミニウムを主成分とする電極が緻密でないため、厚くなりすぎることを回避できる。したがって、焼成後の半導体基板の反りを抑制することができる。

さらに、従来と同じ厚みで電極を形成しても反り抑制効果が得られるため、焼成後のアルミニウムの玉、突起の発生やＰ^＋層形成不十分による出力特性の低下がなく、アルミニウムペーストのスクリーン印刷条件を変更する必要もない。

なお、平均粒径Ｄ_５０は、横軸に粒径Ｄ（μｍ）、縦軸にＱ％（その粒径以下の粒子が存在する割合・単位は粒子の容積％）をとった累積粒度曲線において、Ｑ％＝５０％に対応する粒径Ｄの値をいう。このような粒度分布の測定はレーザー回折分散測定装置を用いて行うことができる。

本発明の請求項２にかかる太陽電池素子の製造方法は、請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、シリコン基板としたので、本発明の作用効果による恩恵を存分に受けることができ、低コストで高性能な太陽電池素子が得られる。

本発明の請求項３にかかる太陽電池素子の製造方法は、請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記アルミニウム粉末は、その粒径が全て１μｍ以上とした。このように構成したことによって、焼成時に微細なアルミニウム粉末が溶けすぎて、必要以上にシリコンの半導体基板と反応することを抑制できるので、電極部の膨れを少なくすることができる。

本発明の請求項４にかかる太陽電池素子の製造方法は、請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記第２の裏面電極を形成する工程で用いる金属ペーストは、銀ペーストとしたので、半田濡れ性が良好であると同時に抵抗が低く、半導体基板とのオーミックコンタクト性にも優れるので、高性能な太陽電池素子を得ることができる。

以上のように本発明の太陽電池素子の製造方法は、焼成したときに電極が緻密となりすぎず、半導体基板との熱膨張係数の差を吸収できる。そして、第１の裏面電極と第２の裏面電極とが一部同士が重ね合わされて形成されている箇所は、第１の裏面電極であるアルミニウムを主成分とする電極が緻密でないため、厚くなりすぎることを回避できる。したがって、焼成後の半導体基板の反りを抑制することができるから、製造工程での搬送エラーや太陽電池素子の割れを防止することができ、生産性の低下や歩留り低下を抑制することができる。半導体基板の面積を大きくすることができ、また厚みを薄くすることも可能である。

電極が緻密にならないので、通常は抵抗が高くなりやすいが、表面活性であって表面積が大きく酸化膜の占める割合が高い微細な粒径のアルミニウム粉末の含有率を低くしたので、電極の導電特性は良好となる。

さらに、従来と同じ厚みで電極を形成しても反り抑制効果が得られるため、焼成後のアルミニウムの玉、突起の発生やＰ^＋層形成不十分による出力特性の低下がなく、アルミニウムペーストのスクリーン印刷条件を変更する必要もないため、従来と同じ生産性、製品品質を確保することができる。

また、半導体基板として、シリコン基板を用いることにより、本発明の作用効果による恩恵を存分に受けることができ、低コストで高性能な太陽電池素子が得られる。またこのとき、アルミニウム粉末の粒径が全て１μｍ以上となるようにすれば、焼成時に微細なアルミニウム粉末が溶けすぎて、必要以上にシリコンの半導体基板と反応することを抑制できるので、電極部の膨れを少なくすることができる。

さらに、第２の裏面電極を形成する工程で用いる金属ペーストを銀ペーストとすれば、半田濡れ性が良好であると同時に抵抗が低く、半導体基板とのオーミックコンタクト性にも優れるので、高性能な太陽電池素子を得ることができる。

以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１（ａ）は太陽電池素子の一般的な構造を示す断面図である。図１（ａ）において、１は半導体基板、２は拡散領域、３は反射防止膜、４はＰ^＋層、５は表面電極、６は裏面集電部、７は裏面取出部を示す。

ここで、図１に示す太陽電池素子の製造工程を説明する。まず、半導体基板１を用意する。この半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなり、ｐ型、ｎ型いずれでもよい。この半導体基板１は、ボロン（Ｂ）などのＰ型の半導体不純物を１×１０^１６〜１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度含有し、比抵抗１．０〜２．０Ω・ｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。半導体基板１の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングしたり、アルカリなどの溶液でエッチングしたりすることにより、スライスや切断の際に表面に付着した汚れや、ダメージを除去し清浄化する。

次に、半導体基板１の表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□程度の他の導電型を呈する拡散領域２を形成することによって、一導電型を呈する半導体基板１と、他の導電型を呈する拡散領域２と間にＰＮ接合が形成され光電変換機能を付与される。この拡散領域２の形成方法としては、例えば、上述のＰ型の不純物であるＢを含むシリコンの半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）などのＮ型の不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、不純物拡散源となるリンガラスを半導体基板１の表面に形成し、同時に半導体基板１の表面への拡散も行うという気相拡散法が一般的である。また、拡散源を半導体基板１の上に塗布し熱処理を行う塗布拡散法や、固体の拡散源を半導体基板１とともに容器内に設置し、加熱処理を行う固相拡散法を用いることも可能である。その後、例えば希釈したフッ酸溶液などの薬品に浸漬させることにより、拡散時に半導体基板１の表面に形成されたリンガラスを除去する。

そして、半導体基板１の表面側のみに拡散領域２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この半導体基板１の表面側以外の拡散領域２の除去は、半導体基板１の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することにより行う。

さらに、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は、例えば窒化シリコン膜などからなり、例えばシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスを窒素（Ｎ_２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成され、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。また、この窒化シリコン膜は、形成の際にパッシベーション効果があり、反射防止の機能と併せて太陽電池素子の電気特性を向上させる効果がある。

その後、図１（ｃ）に示されるように裏面側に略全面に本発明にかかる第１の裏面電極である裏面集電部６を形成した後、本発明にかかる第２の裏面電極である裏面取出部７を形成する。この裏面取出部７と裏面集電部６を形成する順番はこの逆でも良い。

本発明においては、主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して本発明にかかる第１の裏面電極である裏面集電部６を形成する工程と、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極である裏面取出部７とを形成する工程とを備えている。

具体的には、第１の裏面電極である裏面集電部６は、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布した後、乾燥後、大気中で６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられて形成される。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどからなる。

また、第２の裏面電極である裏面取出部７は、アルミニウムより半田濡れ性のよい例えば銀粉末を用い、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布した後、乾燥後、大気中で６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられて形成される。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどからなる。

また、第１の裏面電極である裏面集電部６と第２の裏面電極である裏面取出部７とは、各々の一部同士が重ね合わされるように形成されている。

図２に、図１（ｃ）に示した構成とするための製造方法を説明するための図を示す。例えば、図２（ａ）では、第１の裏面電極である裏面集電部６は、裏面の略全面に設けられ、その一部に空隙部６ａがスリット状として設けられている。そして、第２の裏面電極である裏面取出部７を設けるべき外郭部７ａは、裏面集電部６に設けられたスリット状の空隙部６ａの位置と重なり、わずかに大きなサイズとして設けられているので、裏面取出部７は、裏面集電部６の端部に対して、その一部が重なった構成となっている。

また、図２（ｂ）に示した例では、第１の裏面電極である裏面集電部６は、裏面の略全面に設けられ、その一部に複数のスリットの集合である空隙部６ｂが設けられている。そして、第２の裏面電極である裏面取出部７を設けるべき外郭部７ａは、裏面集電部６に設けられた複数のスリットの集合である空隙部６ｂの位置と重なるように、設けられており、裏面取出部７は、裏面集電部６の端部に対して、その一部が重なった構成となっている。このように、裏面集電部６と裏面取出部７とからなる裏面電極は一部が重なるように設けられて、全面が重ならないように構成されている。

そして、本発明にかかる太陽電池素子の製造方法では、第１の裏面電極である裏面集電部６に使用されるアルミニウムペーストの主成分であるアルミニウム粉末は、アルミニウム粉末の体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍの範囲で、かつ、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径をもつアルミニウム粉末が全粒度分布に対して占める割合が１５％以下であるアルミニウムペーストを用いて裏面集電部６を形成している。

このようにアルミニウム粉末の平均粒径Ｄ_５０が６μｍ以上となること、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下であること、の２点から、焼成したときに裏面集電部６が緻密となりすぎず、半導体基板１との熱膨張係数の差を吸収して反りを抑制することができる。なお、裏面集電部６が緻密にならないので、通常は抵抗が高くなりやすいが、表面活性であって表面積が大きく酸化膜の占める割合が高い微細な粒径のアルミニウム粉末、すなわち平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径をもつアルミニウム粉末が全粒度分布に対して占める割合が１５％以下となるようにしたので、裏面集電部６の導電特性は良好となる。

アルミニウム粉末の平均粒径Ｄ_５０が、この範囲より小さければ、アルミニウムペーストを焼成した際における緻密性が高くなりすぎるため、半導体基板１の反り抑制効果が得られず、また、この範囲より大きくなるとスクリーンの透過性が低下して印刷性が低下する。

さらに、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径をもつ微細なアルミニウム粉末が全粒度分布の１５％以上になると、体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍの範囲にあるアルミニウム粉末間に、これらの微細なアルミニウム粉末が入り込んで焼結性が向上し、アルミニウムペーストを焼成した際における緻密性が向上しすぎるため、半導体基板１の反り抑制効果が得られなくなる。さらに、表面活性であって表面積が大きく酸化膜の占める割合が高い微細な粒径のアルミニウム粉末の割合が増えるため、裏面集電部６の特性も悪化する。

そして、上述のアルミニウム粉末を用いて形成した第１の裏面電極である裏面集電部６は比較的ポーラスな電極となるので、裏面集電部６と、と第２の裏面電極である裏面取出部７との一部同士が重ね合わされて形成しても、例えば、第２の裏面電極である裏面取出部７の金属ペーストが、その間に一部入り込むなどした状態で焼成して形成されるため、厚くなりすぎることを回避でき、焼成後の半導体基板１の反りを抑制することができる。

このように本発明においては、焼成後の半導体基板１の反りを抑制することができるため、製造工程での搬送エラーや太陽電池素子の割れを防止することができ、生産性の低下や歩留り低下を抑制することができる。また、従来と同じ厚みで裏面集電部６を形成しても反り抑制効果が得られるため、焼成後のアルミニウムの玉、突起の発生やＰ^＋層形成不十分による出力特性の低下がない。また、アルミニウムペーストのスクリーン印刷条件を全く変更する必要はなく、従来と同じ生産性、製品品質を確保することができる。また、反りを抑制できるため半導体基板１の面積を大きくすることができ、また厚みを薄くすることも可能である。

なお、半導体基板１としてシリコン基板を用いれば、特に本発明の作用効果による恩恵を存分に受けることができ、低コストで高性能な太陽電池素子が得られるため望ましい。シリコン基板の中でも、多結晶のシリコン基板を用いることが、極めて低コストであって本発明の作用効果が著しいので好ましい。

そして、このように半導体基板１としてシリコン基板を用いたとき、アルミニウムペーストに含まれる主成分のアルミニウム粉末の粒径が１μｍ以下の微細粉を含まない全て１μｍ以上のアルミニウムペーストを用いれば、裏面集電部６の膨れを抑制することができる。これは、微細なアルミニウム粉末があると、焼成時にアルミニウム粉末が多く溶け、必要以上にシリコンと反応するため、電極の膨れになると推測される。このように裏面集電部６の膨れを抑制することができれば、製造工程での太陽電池素子の割れを防止することができ、生産性の低下や歩留り低下を抑制することができる。

また、Ｐ型のシリコンの半導体基板１を用いたとき、上述のように、半導体基板１の非受光面側の略全面に裏面集電部６をアルミニウムによって形成した場合、シリコンの半導体基板１に対して、アルミニウムもＰ型の導電性を呈する不純物であるため、電極を焼成する際に、アルミニウムが高濃度にシリコンの半導体基板１中に拡散され、裏面集電部６としての機能と、Ｐ型半導体不純物を多量に含んだＰ^＋層４としての機能の双方を有するＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層が形成される。このように、アルミニウムペーストを印刷して焼成する方法を用いれば、印刷面だけに所望の裏面集電部６やＰ^＋層４を形成することができるだけではなく、既に述べたＰによるｎ型の拡散領域２を形成した時に同時に裏面側にも形成されたｎ型の拡散領域を除去する必要がなくなる。その理由としては、Ｐ型の不純物であるアルミニウムを充分な濃度で充分な深さまで拡散させることができるので、すでに拡散されていた裏面側へのＰ型の拡散領域の特性に対する影響は無視できるようになるからである。

第２の裏面電極を形成する工程で用いる金属ペーストは、銀ペーストとすることが望ましい。その理由としては、銀は半田濡れ性が良好であると同時に抵抗が低く、半導体基板とのオーミックコンタクト性にも優れるので、高性能な太陽電池素子を得ることができるからである。

上述のようにして、本発明の太陽電池素子の製造方法にかかる裏面電極（裏面集電部６、裏面取出部７）が形成される。

また、図１（ｂ）に示されるように表面電極５を格子状に形成する。この表面電極５としては、第２の裏面電極である裏面取出部７と全く同様に、アルミニウムより半田濡れ性のよい例えば銀粉末を用い、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布した後、乾燥後、大気中で６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられて形成される。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどからなる。

なお、表面電極５は反射防止膜３の表面電極５に相当する部分をエッチングした上に銀ペーストを塗布して焼成してもよいが、反射防止膜３上に直接電極ペーストを塗布して焼成することにより、ペースト下の反射防止膜３を溶融させ、シリコンの半導体基板１と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法により形成してもよい。

その後、長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、表面電極５と裏面電極の裏面取出部７は、必要に応じて表面を半田で被覆して半田層を形成してもよい。

なお、このようにして作製された太陽電池素子は、通常、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする。そのため、インナーリード（不図示）によって電気的に接続され、透光性パネル（不図示）と裏面保護材（不図示）の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材（不図示）で気密に封入されて、太陽電池モジュール（不図示）を構成している。本発明の太陽電池素子の製造方法によって作製された太陽電池素子は、反りが少ないので、このような太陽電池モジュールの製造工程などにおいて、製造工程での搬送エラーや太陽電池素子の割れを防止することができ、生産性の低下や歩留り低下を抑制することができる。また、太陽電池素子の反りが少ないことから無理な応力がかからない状態で太陽電池モジュールに気密封入されているため、このような太陽電池モジュールを野外で長期に用いたときに、太陽電池素子の反りを原因とする割れや断線などの発生が少なく、信頼性の高いものとなる。

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、上述の説明では、主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して本発明にかかる第１の裏面電極である裏面集電部６を形成する工程が、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極である裏面取出部７とを形成する工程よりも先に行うような例によって説明したがこれに限るものではなく、これらの工程の順番を入れ替えても構わない。

さらに、上述の説明では、主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して本発明にかかる第１の裏面電極である裏面集電部６を形成する工程と、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極である裏面取出部７とを形成する工程とで、別々に塗布・焼成して電極を形成した例によって説明したがこれに限るものではなく、同時に焼成しても構わない。同時に焼成すれば、工程を短縮して、高い生産性を得ることができる。

また、上述の説明では、所定の金属ペーストを塗布・焼成して本発明にかかる裏面電極を形成する工程と、表面電極５を形成する工程を別々に塗布・焼成した例によって説明したがこれに限るものではなく、同時に焼成しても構わない。同時に焼成すれば、工程を短縮して、高い生産性を得ることができる。

そして、上述の説明において用いられたアルミニウムペースト中に主成分として含まれるアルミニウム粉末としては上述のような条件を満たすとともに、標準偏差ＳＤと平均粒径Ｄ_５０との関係式である変動係数Ａ＝（ＳＤ／Ｄ_５０）×１００の値が７５％以下であるアルミニウムペーストを用いて裏面集電部６を形成することが望ましい。変動係数Ａは、標準偏差ＳＤ自体が、測定した分布の広がりを示す指標であることから、この値を平均粒径Ｄ_５０の値で標準化したものであり、平均粒径Ｄ_５０の値を基準とした粒度分布の広がりを意味するものである。したがって、この変動係数Ａの値が大きくなれば、ブロードな粒度分布を持つアルミニウム粉末であり、小さな値となるほどシャープな粒度分布を持つ均一なアルミニウム粉末に近づく。粒径の揃ったアルミニウム粉末を用いることで、ペースト性状のばらつきは小さくなり、製造条件の操作や管理が容易となる。

さらに、上述の説明では、アルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極である裏面取出部７を形成する工程において、金属ペーストとしては、銀を主成分とする銀ペーストを用いて行った例によって説明したが、これに限るものではなく、銀以外に、白金、金、銅などの導電抵抗の低い金属を主成分とする金属ペーストを用いても構わない。

そして、上述の説明では、半導体基板１として、シリコン基板を用いた例によって説明したが、これに限るものではなく、光電変換機能を有する半導体基板であれば、いかなるものであっても本発明の効果を奏しうる。その例としては、例えばＧａＡｓなどの化合物半導体基板を挙げることができる。

また、裏面集電部６であるアルミニウム電極の形状は図に示されたものに限定されるものではない。図に示したように略全面に形成された形状でも構わないし、反りの低減のため、ライン状、格子状、ドット状に形成された形状のものに使用しても、本発明との相乗効果により、さらに反りを低減することができる。

その他、本発明思想から把握される構成について次に記載する。

主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストにおいて、前記アルミニウム粉末は、体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍかつ、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下であるという条件を満たす場合、太陽電池素子の裏面構造として、このアルミニウムペーストを塗布し、焼成することによりＰ^＋層を形成したのち、裏面に残ったアルミニウムを除去してから銀などで裏面電極を形成すれば、アルミニウムの玉・突起の形成や層の膨れを抑制できるとともに、半導体基板の反りを低減した高い生産性を有する太陽電池素子を製造することが可能になる。

以下、本発明の実施例を説明する。上述において説明した本発明の実施形態に基づいて以下のように太陽電池素子を形成した。

まず、厚みが２６０μｍ、１５ｃｍ×１５ｃｍで抵抗１．５ΩｃｍのＢ（ホウ素）を不純物として含むＰ型の多結晶シリコンの半導体基板１表面のダメージ層をアルカリでエッチングして洗浄した。次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）の中で加熱することによって、半導体基板１の表面にリン原子を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３拡散させた拡散領域２を形成した。その上にプラズマＣＶＤ法によって反射防止膜３となる厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した。

裏面側に裏面電極の裏面集電部６を形成するためにアルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、１重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストをスクリーン印刷法によって、塗布重量が１５００〜１５５０ｍｇになるように塗布して乾燥させ、そして裏面側に裏面取出部７を、表面側に表面電極５を形成するために、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、１重量部を添加してペースト状にした銀ペーストをスクリーン印刷法で塗布して乾燥させ、同時に赤外線焼成炉にて７５０℃で１５分間焼き付けて、太陽電池素子を形成した。

このとき、有機質ビヒクルやガラスフリットの組成は同一で、アルミニウム粉末の平均粒径Ｄ_５０を５．６〜２０．３μｍの範囲で変化させ、また平均粒径の半分以下の粒径をもつアルミニウム粉末の割合を１１〜２０％の範囲で変化させたアルミニウムペーストを各ペーストにつき１０枚の塗布を行い、焼成後の半導体基板の反り量を測定した。これらの結果を表１に示す。なお、反り量は図３のようにしてアルミニウムの塗布面を下に向け測定台の上に置き、レーザー膜厚計を対角線状にスキャンさせて得た、各角と最高点の差の平均値によって求めた。

表１より、試料Ｎｏ．１〜４においては、平均粒径Ｄ_５０が６μｍより小さい本発明の範囲以外のアルミニウムペーストを用いて形成した半導体基板１の反りが、１２１０〜１１４０μｍであり、反りが大きくなり、不満足な結果であった。

試料Ｎｏ．２１〜２４においては、平均粒径Ｄ_５０が２０μｍより大きい本発明の範囲以外のアルミニウムペーストを用いると、スクリーンの透過性が低下するため印刷性が低下して、抜けが悪く電極にかすれが生じるなどして、作業性を悪化させる結果となった。

試料Ｎｏ．７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０においては、平均粒径Ｄ_５０が６μｍ〜２０μｍではあるが、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径をもつアルミニウム粉末が全粒度分布の１５％以上含むので本発明の範囲以外のアルミニウムペーストを用いて形成した半導体基板１の反りが１１６０〜１０４０μｍであり、反りを抑える効果が乏しく満足できる効果が得られなかった。

それに対して、平均粒径Ｄ_５０が６μｍ〜２０μｍ、かつ平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径をもつアルミニウム粉末が全粒度分布の１５％以下含む本発明の範囲内の試料Ｎｏ．５、６、９、１０、１３、１４、１７、１８においては、半導体基板１の反りが９９０〜９４０μｍであり、今回用いた半導体基板１の厚みの半分以上に相当する反り量を減少する結果となり、本発明の効果を確認することができた。

一般的な太陽電池素子の構造を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は表面平面図、（ｃ）は裏面平面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の太陽電池素子の製造方法にかかる裏面集電部と裏面取出部の構成を示す図である。従来の太陽電池素子の反りの状態を示す図である。

符号の説明

１：半導体基板
２：拡散領域
３：反射防止膜
４：Ｐ^＋層
５：表面電極
６：第１の裏面電極である裏面集電部
６ａ、６ｂ：空隙部
７：第２の裏面電極である裏面取出部
７ａ：裏面取出部の外郭部
８：反り

Claims

光電変換機能を有する半導体基板の非受光面側に主成分としてアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを塗布・焼成して第１の裏面電極を形成する工程と、
前記非受光面側にアルミニウムよりも半田に対する濡れ性の高い金属ペーストを塗布・焼成して第２の裏面電極を形成する工程と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、
前記第１の裏面電極と前記第２の裏面電極とは、各々の一部同士が重ね合わされるように形成され、
前記アルミニウム粉末は、体積基準による累積粒度分布の平均粒径Ｄ_５０が６〜２０μｍかつ、平均粒径Ｄ_５０の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合が１５％以下である太陽電池素子の製造方法。
前記半導体基板は、シリコン基板である請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
前記アルミニウム粉末は、その粒径が全て１μｍ以上である請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
前記第２の裏面電極を形成する工程で用いる金属ペーストは、銀ペーストである請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法。