JP2006019768A - Solar cell - Google Patents

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宏明 高橋
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健次 福井
Katsuhiko Shirasawa
勝彦 白澤
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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a cell from cracking by warping of a substrate generated due to the difference of thermal shrinkage between aluminum and silicon after baking by means of a simple and easy process in a reproducible fashion while the output characteristic of the solar cell is maintained. <P>SOLUTION: The solar cell includes a surface electrode 6 on the front surface of a semiconductor substrate 1 having a semiconductor junction and also includes back electrode including an aluminum electrode 5 on the backside of the semiconductor substrate. The aluminum electrode 5 contains a number of ceramic particles 11. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は太陽電池素子に関し、特に半導体接合部を有する半導体基板の裏面側にアルミニウム電極を設けた太陽電池素子に関する。   The present invention relates to a solar cell element, and more particularly to a solar cell element in which an aluminum electrode is provided on the back side of a semiconductor substrate having a semiconductor junction.

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)。   A conventional back electrode of a solar cell element is formed by applying a metal paste to a semiconductor substrate on which a PN junction is formed by a screen printing method and firing in an oxidizing atmosphere from the viewpoint of cost reduction. In addition, in order to further reduce the cost, after applying silver paste to one area on the back side of the semiconductor substrate and drying, the aluminum paste is applied and dried so as to partially overlap the peripheral edge of the area. In addition, a simultaneous firing method (one-stage firing) in which firing is performed simultaneously has also been used (see Patent Document 1).

従来の太陽電池素子の製造方法を図4および図5に従って説明する。P型シリコン基板1の表面側に、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、半導体基板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5に示すように、半導体基板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裏面電極4、5を形成する。このときには、半導体基板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と同時焼成して形成できる。最後に、銀電極4と表面電極6に半田(不図示)を被覆して一連のセル化が終了する。   A conventional method for manufacturing a solar cell element will be described with reference to FIGS. On the surface side of the P-type silicon substrate 1, an N-type diffusion layer 2 is formed by a thermal diffusion method using a diffusion source containing P, and an antireflection film 3 made of a silicon nitride film is formed. Further, a groove (not shown) is formed at the end on the back surface side of the semiconductor substrate 1 to physically separate the front surface side and the back surface side of the diffusion layer 2. Next, as shown in FIG. 5, a silver paste to be the silver electrode 4 is applied to the back surface side of the semiconductor substrate 1 by screen printing and dried, and a large portion of the back surface side is overlapped with the peripheral portion thereof. The back electrode 4 and 5 is formed by apply | coating and drying the aluminum paste used as the aluminum electrode 5, and baking simultaneously. At this time, since the silver paste is patterned in a comb shape on the front surface side of the semiconductor substrate 1 as the front surface electrode 6, the front surface electrode 6 can also be formed by simultaneous firing with the back surface electrodes 4 and 5. Finally, solder (not shown) is coated on the silver electrode 4 and the surface electrode 6 to complete a series of cells.

半導体基板1の裏面側のアルミニウム電極5を形成する際に半導体基板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。   When the aluminum electrode 5 on the back surface side of the semiconductor substrate 1 is formed, diffusion of aluminum occurs on the back surface side of the semiconductor substrate 1 to form a BSF layer 7 made of a P + layer, and the current-voltage characteristics of the cell are improved. High conversion efficiency is achieved.

このようにして製造された太陽電池素子10では、複数のセル同士を配線材(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。   In the solar cell element 10 manufactured as described above, it is general to use a plurality of cells connected in series using a wiring material (not shown) to boost the voltage.

このセル同士の接続には半田が必要となるために電極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。 Since solder is required for connection between the cells, the electrodes are solder coated. However, since it is difficult to solder the aluminum electrode 5, the silver electrode 4 having good solder wettability is formed. The wiring material is soldered.

ところが、従来の太陽電池素子10ではアルミニウム電極5を半導体基板1の裏面側の略全面に焼き付ける際にアルミニウム電極5とシリコンからなる半導体基板1の熱収縮率の違いによって応力が発生して半導体基板1が反り、半導体基板1の割れの原因になるという問題があった。   However, in the conventional solar cell element 10, when the aluminum electrode 5 is baked on substantially the entire back surface of the semiconductor substrate 1, stress is generated due to the difference in thermal shrinkage between the aluminum electrode 5 and the semiconductor substrate 1 made of silicon. There is a problem that 1 is warped and the semiconductor substrate 1 is cracked.

このような問題を回避するために、裏面電極4、5の表面をブラスト法や反応性イオンエッチング法などで厚み方向に一部エッチングすることによってアルミニウム電極5による応力を低減させる方法も提案されている(特許文献2参照)。これらの方法によれば、アルミニウム電極5の表面の応力が低減できるため、太陽電池素子10の反りを緩和して割れを抑制することができる。   In order to avoid such a problem, a method of reducing the stress caused by the aluminum electrode 5 by partially etching the surfaces of the back electrodes 4 and 5 in the thickness direction by a blast method or a reactive ion etching method has been proposed. (See Patent Document 2). According to these methods, since the stress on the surface of the aluminum electrode 5 can be reduced, the warpage of the solar cell element 10 can be relaxed and cracking can be suppressed.

しかし、これらの方法によれば、エッチングの厚みが少なすぎれば応力を充分に低減できない反面、エッチングの厚みが厚すぎるとアルミニウム電極5の導電抵抗が向上して電極としての機能を果たさなくなってしまうという問題が発生することから、エッチングの厚みのコントロールが非常に難しいという問題があった。   However, according to these methods, if the etching thickness is too small, the stress cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the etching thickness is too thick, the conductive resistance of the aluminum electrode 5 is improved and the function as an electrode cannot be performed. This causes a problem that it is very difficult to control the etching thickness.

また、ブラスト法によれば、アルミニウム電極5の表面をエッチングする際に銀電極4も同時にエッチングされてしまい、銀電極4の導電抵抗が上昇して太陽電池素子10の出力特性が低下してしまうという問題が発生する。   Further, according to the blast method, when the surface of the aluminum electrode 5 is etched, the silver electrode 4 is also etched at the same time, so that the conductive resistance of the silver electrode 4 is increased and the output characteristics of the solar cell element 10 are decreased. The problem occurs.

そこで、エッチングする厚みを見越して銀電極4を必要な厚みよりも厚く形成しておく必要があるが、銀はもともと高価な材料であり、必要以上に使用すると太陽電池素子10のコストアップを招くという問題がある。   Therefore, although it is necessary to form the silver electrode 4 thicker than necessary in anticipation of the thickness to be etched, silver is originally an expensive material, and if used more than necessary, the cost of the solar cell element 10 is increased. There is a problem.

この問題を防ぐために、まずアルミニウム電極5のみを形成してエッチングした後に銀電極4を形成するという方法もあるが、裏面電極4、5を形成するために必ず2回以上の焼成工程が必要になり、工程の増加によるコストの上昇を招く。また、高温プロセスの増加によって太陽電池素子10の出力特性が低下する場合がある。
特開平5−326990号公報 特開2002−353479号公報
In order to prevent this problem, there is a method in which only the aluminum electrode 5 is formed and then etched and then the silver electrode 4 is formed. However, in order to form the back electrodes 4 and 5, at least two firing steps are necessary. Therefore, the cost increases due to an increase in the number of processes. Moreover, the output characteristic of the solar cell element 10 may deteriorate due to an increase in the high temperature process.
JP-A-5-326990 JP 2002-353479 A

一方、反応性イオンエッチング法でアルミニウム電極の表面をエッチングすれば、ガスの種類や条件を選択することによって物質毎のエッチング量の制御が可能となるため、エッチングの必要のない銀電極4の表面はエッチング量を減らし、反りの原因になるアルミニウム電極5の表面はエッチング量を増やすという制御が可能になるが、反応性イオンエッチングは装置自体も高価なうえにランニングコストも高い。また、真空装置であるため基板1枚あたりの処理時間も長く、生産性の観点から不向きであるという問題がある。さらに、その表面が粗面化されることから、後工程で太陽電池素子10の搬送を行うための真空吸着ができなかったり、後工程での割れの原因になったりするという問題があった。   On the other hand, if the surface of the aluminum electrode is etched by the reactive ion etching method, the etching amount for each substance can be controlled by selecting the type and conditions of the gas. Although it is possible to control to reduce the etching amount and increase the etching amount on the surface of the aluminum electrode 5 that causes warping, reactive ion etching is expensive and the running cost is high. In addition, since it is a vacuum apparatus, the processing time per substrate is long, and there is a problem that it is unsuitable from the viewpoint of productivity. Further, since the surface is roughened, there is a problem that vacuum adsorption for carrying the solar cell element 10 in the subsequent process cannot be performed, or cracking in the subsequent process occurs.

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子の出力特性を維持しつつ、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いによって焼成後に発生する基板の反りによる後工程でのセル割れを簡易な方法で再現性よく抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and is a post-process due to warpage of the substrate that occurs after firing due to the difference in thermal shrinkage between aluminum and silicon while maintaining the output characteristics of the solar cell element. The purpose of this is to suppress cell cracking in a simple manner with good reproducibility.

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おいては、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を有するとともに、裏面側にアルミニウム電極からなる裏面電極を有する太陽電池素子において、前記アルミニウム電極中に多数のセラミック粒子を含有させたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the solar cell element according to claim 1, the solar cell element has a surface electrode on the front surface side of a semiconductor substrate having a semiconductor junction and a back electrode made of an aluminum electrode on the back surface side. In the method, a large number of ceramic particles are contained in the aluminum electrode.

上記太陽電池素子では、前記セラミック粒子の平均粒径が0.04〜5μmであることが望ましい。   In the solar cell element, it is desirable that the ceramic particles have an average particle size of 0.04 to 5 μm.

また、上記太陽電池素子では、前記セラミック粒子が前記アルミニウム電極中に3〜40体積%存在することが望ましい。   Moreover, in the said solar cell element, it is desirable for the said ceramic particle to exist in 3-40 volume% in the said aluminum electrode.

また、上記太陽電池素子では、前記セラミック粒子がAlもしくはSiの酸化物であることが望ましい。   In the solar cell element, it is preferable that the ceramic particles are an oxide of Al or Si.

また、上記太陽電池素子では、前記セラミック粒子が中空状粒子であってもよい。   In the solar cell element, the ceramic particles may be hollow particles.

請求項1に係る太陽電池素子によれば、半導体接合部を有する半導体基板の裏面側のアルミニウム電極中に多数のセラミック粒子を分散させたことから、従来問題であったアルミニウムと半導体基板の熱収縮率の違いによる半導体基板の反りの発生を抑制することができ、それに起因する太陽電池素子の割れを防ぐことができる。   According to the solar cell element of the first aspect, since a large number of ceramic particles are dispersed in the aluminum electrode on the back surface side of the semiconductor substrate having the semiconductor junction portion, heat shrinkage between aluminum and the semiconductor substrate, which has been a problem in the past, has occurred. Generation of warpage of the semiconductor substrate due to the difference in rate can be suppressed, and cracking of the solar cell element due to the warpage can be prevented.

以下、本発明の実施形態を図1を用いて詳細に説明する。半導体基板1はP型単結晶シリコンまたはP型多結晶シリコンなどから成る。この半導体基板1の表面側にシート抵抗が30〜300Ω/□程度のN型不純物の拡散層2を設ける。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The semiconductor substrate 1 is made of P-type single crystal silicon or P-type polycrystalline silicon. An N-type impurity diffusion layer 2 having a sheet resistance of about 30 to 300 Ω / □ is provided on the surface side of the semiconductor substrate 1.

この拡散層2はP型半導体基板1をN型不純物が飛散した雰囲気中で熱処理などして形成する。また、半導体基板1の表面側には窒化シリコン膜などから成る反射防止膜3を設ける。この反射防止膜3は例えばプラズマCVD法などで形成される。さらに、半導体基板1の表面側には銀などを主成分とする表面電極6が設けられるととともに、裏面側にはアルミニウム電極5と配線材(不図示)を接続するための銀電極4とが設けられる。 The diffusion layer 2 is formed by heat-treating the P-type semiconductor substrate 1 in an atmosphere in which N-type impurities are scattered. Further, an antireflection film 3 made of a silicon nitride film or the like is provided on the surface side of the semiconductor substrate 1. This antireflection film 3 is formed by, for example, a plasma CVD method. Further, a surface electrode 6 mainly composed of silver or the like is provided on the front surface side of the semiconductor substrate 1, and an aluminum electrode 5 and a silver electrode 4 for connecting a wiring material (not shown) are provided on the back surface side. Provided.

本発明においては、図2に示すように、アルミニウム電極5中に多数の気孔部9を設ける。このようにアルミニウム電極5中に多数の気孔部9を設けると、アルミニウム電極5のヤング率が小さくなり、従来問題であったアルミニウムと半導体基板1の熱収縮率の違いによる半導体基板1の反りの発生を抑制することができ、それに起因する太陽電池素子10の割れを防ぐことができる。   In the present invention, a large number of pores 9 are provided in the aluminum electrode 5 as shown in FIG. When a large number of pores 9 are provided in the aluminum electrode 5 in this way, the Young's modulus of the aluminum electrode 5 is reduced, and the warpage of the semiconductor substrate 1 due to the difference in thermal shrinkage between the aluminum and the semiconductor substrate 1, which has been a problem in the past, is caused. Generation | occurrence | production can be suppressed and the crack of the solar cell element 10 resulting from it can be prevented.

この気孔部9は、その平均最大径が0.04〜5μmにするのが望ましい。この気孔部9の平均最大径が0.04μm以下であると添加した粉体の凝集の原因となり、5μm以上であるとスクリーン印刷を行う際に目詰まりの原因となって望ましくない。なお、この気孔部9の平均最大径はSEM観察により測定できる。   The pores 9 preferably have an average maximum diameter of 0.04 to 5 μm. If the average maximum diameter of the pores 9 is 0.04 μm or less, the added powder is agglomerated, and if it is 5 μm or more, clogging is not desirable when screen printing is performed. The average maximum diameter of the pores 9 can be measured by SEM observation.

この気孔部9は、アルミニウム電極中に3〜50体積%存在することが望ましい。この気孔部9がアルミニウム電極5中に3体積%以下しか存在しないときは、反りが充分に抑制できず本発明の目的を果たすことができない。50体積%以上存在するときは、アルミニウム電極5内の抵抗が高くなり電極としての機能を充分に果たさなくなるため、太陽電池素子10の出力特性の低下につながるため不適である。この気孔部9は20〜36体積%が好適である。なお、アルミニウム電極5中の気孔部9の体積割合はSEM観察により測定できる。   The pores 9 are desirably present in an amount of 3 to 50% by volume in the aluminum electrode. When the pores 9 are present in the aluminum electrode 5 in an amount of 3% by volume or less, the warp cannot be sufficiently suppressed and the object of the present invention cannot be achieved. If it is 50% by volume or more, the resistance in the aluminum electrode 5 becomes high and the function as an electrode is not sufficiently performed, which leads to a decrease in the output characteristics of the solar cell element 10, which is not suitable. The pore portion 9 is preferably 20 to 36% by volume. The volume ratio of the pores 9 in the aluminum electrode 5 can be measured by SEM observation.

この気孔部9は半導体基板1の反りの抑制および出力特性の確保の観点からアルミニウム電極5中に均一に形成されていることが望ましいが、特に大面積や厚みの薄い、大きな反りを発生させやすい半導体基板1を使用した場合は反りの抑止効果をさらに高めるため半導体基板1側に密集して形成されていてもよいし、更に高い特性を必要とする場合はBSF効果を高めるため表面側に密集して形成されていてもよい。   The pores 9 are desirably formed uniformly in the aluminum electrode 5 from the viewpoint of suppressing the warp of the semiconductor substrate 1 and ensuring the output characteristics. However, it is particularly easy to generate a large warp with a large area and a small thickness. When the semiconductor substrate 1 is used, it may be formed densely on the semiconductor substrate 1 side in order to further enhance the warpage suppressing effect. When higher characteristics are required, it is densely formed on the surface side to enhance the BSF effect. May be formed.

アルミニウム電極5中に気孔部9を形成するには、例えばアルミニウム粉末、有機溶剤、バインダーなどからなるアルミニウムペースト中にカーボン粒子などの気孔形成剤を分散させて酸化雰囲気中の700〜900℃程度の温度で焼成すればよい。このようにアルミニウムペースト中にカーボン粒子などの気孔形成剤を分散させて酸化雰囲気中で焼成すると、アルミニウムペースト中のカーボン粒子は600℃程度の温度から二酸化炭素となりはじめて空洞になることから、アルミニウム電極5中に気孔部9が形成されることになる。そのため、600〜700℃程度の温度領域では、その温度を一定時間維持するか、徐々に昇温することが必要であり、また空洞が潰れないようにアルミニウムの溶融温度以下の温度で焼成することが必要である。   In order to form the pores 9 in the aluminum electrode 5, for example, a pore forming agent such as carbon particles is dispersed in an aluminum paste made of aluminum powder, an organic solvent, a binder and the like, and the temperature is about 700 to 900 ° C. in an oxidizing atmosphere. What is necessary is just to bake at temperature. Thus, when a pore forming agent such as carbon particles is dispersed in the aluminum paste and baked in an oxidizing atmosphere, the carbon particles in the aluminum paste start to become carbon dioxide from a temperature of about 600 ° C. The pores 9 are formed in 5. Therefore, in the temperature range of about 600 to 700 ° C., it is necessary to maintain the temperature for a certain period of time or gradually increase the temperature, and firing at a temperature lower than the melting temperature of aluminum so as not to collapse the cavity. is required.

このような気孔部9をアルミニウム電極5中の全体にわたって均一に形成するには、アルミニムペースト中にカーボン粒子などの気孔形成剤を均一に分散させることが必要である。アルミニウムペースト中に気孔形成剤を均一に分散させるためには、充分に攪拌すればよい。また、気孔形成剤の比重がアルミニウムと大きく異なると均一に分散させにくいことから、気孔形成剤としてはできるだけアルミニウムの比重に近似したものがよい。そのような点でもカーボンはアルミニウム電極5の気孔形成剤として有効に用いることができる。   In order to form such pores 9 uniformly throughout the aluminum electrode 5, it is necessary to uniformly disperse pore-forming agents such as carbon particles in the aluminum paste. In order to uniformly disperse the pore forming agent in the aluminum paste, it may be sufficiently stirred. In addition, since the pore-forming agent is difficult to be uniformly dispersed when the specific gravity of the pore-forming agent is greatly different from that of aluminum, the pore-forming agent is preferably as close to the specific gravity of aluminum as possible. Also in such a point, carbon can be effectively used as a pore forming agent for the aluminum electrode 5.

以上詳細に説明したような太陽電池素子によれば、半導体接合部を有する半導体基板の裏面側のアルミニウム電極中に多数の気孔部を設けたことから、従来問題であったアルミニウムと半導体基板の熱収縮率の違いによる半導体基板の反りの発生を抑制することができ、それに起因する太陽電池素子の割れを防ぐことができる。   According to the solar cell element described in detail above, since a large number of pores are provided in the aluminum electrode on the back surface side of the semiconductor substrate having a semiconductor junction, the heat of aluminum and the semiconductor substrate, which has been a problem in the past, has been provided. Generation of warpage of the semiconductor substrate due to a difference in shrinkage rate can be suppressed, and cracking of the solar cell element due to the warpage can be prevented.

図3は本発明に係る太陽電池素子のアルミニウム電極部分を拡大して示す図である。この太陽電池素子も上述した太陽電池素子と略同じであるが、この発明では、アルミニウム電極中にAlやSiOのセラミック粒子11を分散させている。このようにアルミニウム電極中に多数のセラミック粒子11を分散させても、アルミニウムの熱収縮防止剤となり、従来問題であったアルミニウムと半導体基板1の熱収縮率の違いによる半導体基板1の反りの発生を抑制することができ、それに起因する太陽電池素子10の割れを防ぐことができる。 FIG. 3 is an enlarged view showing an aluminum electrode portion of the solar cell element according to the present invention. This solar cell element is also substantially the same as the above-described solar cell element. In the present invention, Al 2 O 3 or SiO 2 ceramic particles 11 are dispersed in the aluminum electrode. Thus, even when a large number of ceramic particles 11 are dispersed in the aluminum electrode, it becomes an aluminum thermal shrinkage preventing agent, and warpage of the semiconductor substrate 1 due to the difference in thermal shrinkage between the aluminum and the semiconductor substrate 1, which has been a problem in the past, is generated. Can be suppressed, and the solar cell element 10 can be prevented from cracking.

このセラミック粒子11は、平均粒径が0.04〜5μmであることが望ましい。このセラミック粒子11の平均粒径が0.04μm以下であると凝集の原因となり、5μm以上であるとスクリーン印刷を行う際に目詰まりの原因となって望ましくない。   The ceramic particles 11 preferably have an average particle size of 0.04 to 5 μm. If the average particle size of the ceramic particles 11 is 0.04 μm or less, aggregation is caused, and if the average particle size is 5 μm or more, clogging is undesirable when screen printing is performed.

このセラミック粒子11は、アルミニウム電極5中に3〜50体積%分散させることが望ましい。セラミック粒子10がアルミニウム電極中に3体積%以下しか存在しないときは、反りが充分に抑制できず本発明の目的を果たすことができない。50体積%以上存在するときは、アルミニウム電極5内の抵抗が高くなり電極としての機能を充分に果たさなくなるため、太陽電池素子10の出力特性の低下につながるため不適である。SiOの場合、10〜30体積%が好適であり、Alの場合、5〜15体積%が最適である。なお、アルミニウム電極5中のセラミック粒子11の体積割合はSEM観察により測定できる。 The ceramic particles 11 are preferably dispersed in the aluminum electrode 5 in an amount of 3 to 50% by volume. When the ceramic particles 10 are present only in an amount of 3% by volume or less in the aluminum electrode, the warp cannot be sufficiently suppressed and the object of the present invention cannot be achieved. If it is 50% by volume or more, the resistance in the aluminum electrode 5 becomes high and the function as an electrode is not sufficiently performed, which leads to a decrease in the output characteristics of the solar cell element 10, which is not suitable. For SiO 2, it is preferably 10 to 30 vol%, if the Al 2 O 3, is optimal from 5 to 15% by volume. The volume ratio of the ceramic particles 11 in the aluminum electrode 5 can be measured by SEM observation.

このセラミック粒子11は半導体基板1の反りの抑制および出力特性の確保の観点からアルミニウム電極5中に均一に形成されていることが望ましいが、特に大面積や厚みの薄い、大きな反りを発生させやすい半導体基板1を使用した場合は反りの抑止効果をさらに高めるため半導体基板1側に密集して形成されていてもよいし、更に高い特性を必要とする場合はBSF効果を高めるため表面側に密集して形成されていてもよい。   The ceramic particles 11 are desirably formed uniformly in the aluminum electrode 5 from the viewpoint of suppressing warpage of the semiconductor substrate 1 and securing output characteristics. However, the ceramic particles 11 are particularly likely to generate large warpage with a large area and a small thickness. When the semiconductor substrate 1 is used, it may be formed densely on the semiconductor substrate 1 side in order to further enhance the warpage suppressing effect. When higher characteristics are required, it is densely formed on the surface side in order to enhance the BSF effect. May be formed.

アルミニウム電極5中にセラミック粒子11を分散させるには、例えばアルミニウム粉末、有機溶剤、バインダーなどからなるアルミニウムペースト中にAlやSiOなどのセラミック粒子11を分散させて700〜900℃程度の温度で焼成すればよい。 In order to disperse the ceramic particles 11 in the aluminum electrode 5, ceramic particles 11 such as Al 2 O 3 and SiO 2 are dispersed in an aluminum paste made of, for example, an aluminum powder, an organic solvent, a binder, etc., and about 700 to 900 ° C. It may be fired at a temperature of.

このようなAlやSiOなどのセラミック粒子11をアルミニウム電極5中の全体にわたって均一に存在させるためには、アルミニムペースト中にセラミック粒子11を均一に分散させることが必要である。アルミニウムペースト中にセラミック粒子11を均一に分散させるためには、充分に攪拌すればよい。また、セラミック粒子11の比重がアルミニウムと大きく異なると均一に分散させにくいことから、セラミック粒子11としてはできるだけアルミニウムに比重が近似したものがよい。そのような点でもAlやSiOなどはアルミニウム電極5に分散させるセラミック粒子11として有効に用いることができる。 In order for such ceramic particles 11 such as Al 2 O 3 and SiO 2 to be uniformly present throughout the aluminum electrode 5, it is necessary to uniformly disperse the ceramic particles 11 in the aluminum paste. In order to uniformly disperse the ceramic particles 11 in the aluminum paste, it may be sufficiently stirred. Further, if the specific gravity of the ceramic particles 11 is significantly different from that of aluminum, it is difficult to uniformly disperse the ceramic particles 11. Also in this respect, Al 2 O 3 , SiO 2 and the like can be effectively used as the ceramic particles 11 dispersed in the aluminum electrode 5.

また、上記セラミック粒子11は中空状のセラミック粒子であってもよい。中空状のセラミック粒子の場合、添加重量が小さくても体積をかせぐことができる。   The ceramic particles 11 may be hollow ceramic particles. In the case of hollow ceramic particles, the volume can be increased even if the added weight is small.

以上、詳細に説明したような太陽電池素子によれば、半導体接合部を有する半導体基板の裏面側のアルミニウム電極中に多数のセラミック粒子を分散させたことから、従来問題であったアルミニウムと半導体基板の熱収縮率の違いによる半導体基板の反りの発生を抑制することができ、それに起因する太陽電池素子の割れを防ぐことができる。   As described above, according to the solar cell element described in detail, since a large number of ceramic particles are dispersed in the aluminum electrode on the back surface side of the semiconductor substrate having the semiconductor junction portion, the aluminum and the semiconductor substrate, which have been problems in the past, are used. It is possible to suppress the warpage of the semiconductor substrate due to the difference in thermal shrinkage between the solar cell elements and to prevent the solar cell element from cracking.

アルミニウム電極の電極材料として、アルミニウム粉末、バインダー、有機溶剤、ガラスフリットからなるアルミニウムペーストにカーボン粉末をアルミニウムペーストの全重量比に対し14%含有させたアルミニウムペーストを14.5cm×14.5cmの面積で1600mg塗布し、760℃で焼成して気孔部を形成した15cm×15cm×0.35mmの太陽電池素子(焼き上がりの気孔部は28体積%)の反りと出力特性(Pm)と、アルミニウムペーストにそれぞれSiOとAlをアルミニウムペーストの全重量比に対し14%含有させた本発明によるアルミニウムペーストをそれぞれ14.5cm×14.5cmの面積で1600mg塗布し、760℃で焼成することによって得られた15cm×15cm×0.35mmの太陽電池素子の反りと出力特性(Pm)とを表1に示す(焼き上がりのSiOは20体積%、Alは10体積%)。また、上述のような気孔部を形成せず、またセラミック粒子も分散させない従来のアルミニウム電極を有する14.5cm×14.5cmの太陽電池素子の反りと出力特性(Pm)も表1に示す

Figure 2006019768
As an electrode material of an aluminum electrode, an area of 14.5 cm × 14.5 cm of an aluminum paste in which an aluminum paste made of aluminum powder, a binder, an organic solvent, and a glass frit is contained at a carbon powder content of 14% with respect to the total weight ratio of the aluminum paste 15cm × 15cm × 0.35mm solar cell element coated with 1600mg and fired at 760 ° C to form a pore portion (burned pore portion is 28% by volume), output characteristics (Pm), aluminum paste 1600 mg each of the aluminum paste according to the present invention containing 14% of SiO 2 and Al 2 O 3 with respect to the total weight ratio of the aluminum paste, respectively, in an area of 14.5 cm × 14.5 cm, and firing at 760 ° C. 15cm x 15cm x 0.35 obtained by The warpage and output characteristics (Pm) of the solar cell element of mm are shown in Table 1 (20% by volume of burned SiO 2 and 10% by volume of Al 2 O 3 ). Table 1 also shows warpage and output characteristics (Pm) of a 14.5 cm × 14.5 cm solar cell element having a conventional aluminum electrode that does not form pores as described above and does not disperse ceramic particles.
Figure 2006019768

表1に示すように従来の方法によって得られた太陽電池素子の反りが1.02mmであったのに対し、本発明によって得られた太陽電池素子の反りは0.69〜0.73mmに低減した。また、太陽電池素子の出力特性は従来の太陽電池が3.369Wであったのに対し、本発明による太陽電池素子は3.372〜3.385Wとほぼ同等の特性であった。   As shown in Table 1, the warpage of the solar cell element obtained by the conventional method was 1.02 mm, whereas the warpage of the solar cell element obtained by the present invention was reduced to 0.69 to 0.73 mm. did. The output characteristics of the solar cell element were 3.3369 W for the conventional solar cell, whereas the solar cell element according to the present invention was almost equivalent to 3.372 to 3.385 W.

本発明に係る太陽電池素子を示す図である。It is a figure which shows the solar cell element which concerns on this invention. 本発明に係る太陽電池素子においてアルミニウム電極に気孔部を形成した例を示す図である。It is a figure which shows the example which formed the pore part in the aluminum electrode in the solar cell element which concerns on this invention. 本発明に係る太陽電池素子においてアルミニウム電極にセラミック粒子を分散させた例を示す図である。It is a figure which shows the example which disperse | distributed the ceramic particle to the aluminum electrode in the solar cell element which concerns on this invention. 従来の太陽電池素子を示す図である。It is a figure which shows the conventional solar cell element. 従来の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。It is a figure which shows the back surface electrode of the conventional solar cell element.

符号の説明Explanation of symbols

1:半導体基板、2:拡散層、3:反射防止膜、4:裏面側銀電極、5:アルミニウム電極、6:表面電極、7:裏面側半田層、8:表面側半田層、10:太陽電池素子   1: Semiconductor substrate, 2: Diffusion layer, 3: Antireflection film, 4: Back side silver electrode, 5: Aluminum electrode, 6: Front side electrode, 7: Back side solder layer, 8: Front side solder layer, 10: Sun Battery element

Claims (15)

半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を有するとともに、裏面側にアルミニウム電極からなる裏面電極を有する太陽電池素子において、
前記アルミニウム電極中に多数のセラミック粒子を含有させたことを特徴とする太陽電池素子。
In a solar cell element having a surface electrode on the front surface side of a semiconductor substrate having a semiconductor junction and a back electrode made of an aluminum electrode on the back surface side,
A solar cell element characterized in that a large number of ceramic particles are contained in the aluminum electrode.
前記セラミック粒子の平均粒径が0.04〜5μm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。   2. The solar cell element according to claim 1, wherein the ceramic particles have an average particle size of 0.04 to 5 μm. 前記セラミック粒子が前記アルミニウム電極中に3〜40体積%存在することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子。   3. The solar cell element according to claim 1, wherein the ceramic particles are present in an amount of 3 to 40% by volume in the aluminum electrode. 前記セラミック粒子がAlもしくはSiの酸化物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽電池素子。   The solar cell element according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceramic particles are an oxide of Al or Si. 前記セラミック粒子が中空状粒子であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の太陽電池素子。   The solar cell element according to claim 1, wherein the ceramic particles are hollow particles. 前記セラミック粒子の比重は、アルミニウムの比重と近似することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の太陽電池素子。   6. The solar cell element according to claim 1, wherein the specific gravity of the ceramic particles approximates the specific gravity of aluminum. 前記セラミック粒子は、前記アルミニウム電極中に分散して存在することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の太陽電池素子。 The solar cell element according to any one of claims 1 to 6, wherein the ceramic particles are present dispersed in the aluminum electrode. 前記セラミック粒子は、前記アルミニウム電極表面側よりも前記半導体基板側に多く存在することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の太陽電池素子。   The solar cell element according to any one of claims 1 to 6, wherein the ceramic particles are present more on the semiconductor substrate side than on the surface side of the aluminum electrode. 前記セラミック粒子は、前記半導体基板側よりも前記アルミニウム電極表面側に多く存在することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の太陽電池素子。   7. The solar cell element according to claim 1, wherein the ceramic particles are present more on the aluminum electrode surface side than on the semiconductor substrate side. 半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を有するとともに、裏面側にアルミニウム電極からなる裏面電極を有する太陽電池素子の製造方法において、
前記半導体基板の裏面側に、多数のセラミック粒子を含有させたアルミニウムペーストを塗布する工程と、
塗布された前記アルミニウムペーストを焼成する工程と、を備えた太陽電池素子の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell element having a surface electrode on the front surface side of a semiconductor substrate having a semiconductor junction, and having a back electrode made of an aluminum electrode on the back surface side,
Applying an aluminum paste containing a large number of ceramic particles on the back side of the semiconductor substrate;
And baking the applied aluminum paste. A method for manufacturing a solar cell element.
アルミニウム粉末、バインダー、有機溶剤、ガラスフリット及びセラミック粒子を含有して成る太陽電池素子電極形成用アルミニウムペースト。   An aluminum paste for forming solar cell element electrodes, comprising aluminum powder, a binder, an organic solvent, glass frit and ceramic particles. 前記セラミック粒子の平均粒径が0.04〜5μmであることを特徴とする請求項11に記載の太陽電池素子電極形成用アルミニウムペースト。   The aluminum paste for forming a solar cell element electrode according to claim 11, wherein the ceramic particles have an average particle size of 0.04 to 5 µm. 前記セラミック粒子がAlもしくはSiの酸化物であることを特徴とする請求項12又は13に記載の太陽電池素子電極形成用アルミニウムペースト。   The said ceramic particle is an oxide of Al or Si, The aluminum paste for solar cell element electrode formation of Claim 12 or 13 characterized by the above-mentioned. 前記セラミック粒子が中空状粒子であることを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の太陽電池素子電極形成用アルミニウムペースト。   14. The aluminum paste for forming a solar cell element electrode according to claim 11, wherein the ceramic particles are hollow particles. 前記セラミック粒子の比重は、アルミニウムの比重と近似することを特徴とする請求項11乃至14のいずれかに記載の太陽電池素子電極形成用アルミニウムペースト。   15. The aluminum paste for forming a solar cell element electrode according to claim 11, wherein the specific gravity of the ceramic particles approximates the specific gravity of aluminum.
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