JP2006032680A

JP2006032680A - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JP2006032680A
Application number: JP2004209839A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 聡田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】はんだ溜りを容易に解消することができる太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】電極が形成された半導体基板をはんだ浴に浸漬させて電極にはんだを付着させる工程と、はんだ浴から半導体基板を引き上げる工程と、半導体基板における引き上げ方向の末端部を引き上げ方向の先端部以上の高さに位置させる工程と、半導体基板の上記の末端部を上記の先端部以上の高さにした状態で電極に付着したはんだを溶融状態にする工程とを含む太陽電池の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に太陽電池の電極に対して行なわれるはんだコーティングを改善した太陽電池の製造方法に関する。

近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池は一般的にＳｉ（シリコン）基板などの半導体基板の内部にｐｎ接合を形成し、半導体基板の表面に電流を取り出すための電極を設置して、さらに電極への機械的な衝撃、雰囲気中の水分からの電極の保護および太陽電池同士の配線を容易にするなどの観点から電極にはんだコーティングが行なわれて形成される。

図６に、従来の太陽電池の製造プロセスのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、ｐ型Ｓｉ基板のエッチングが行なわれる。次に、ステップＳ２において、ｐ型Ｓｉ基板の受光面側にｎ型拡散層および太陽光の反射率を低下させるための反射防止膜が形成される。次いで、ステップＳ３において、ｐ型Ｓｉ基板の裏面のほぼ全面にＡｌペーストをスクリーン印刷して乾燥させた後に酸化性雰囲気下で高温で焼成してＡｌ電極を形成する。そして、ステップＳ４において、ｐ型Ｓｉ基板の裏面の一部にＡｇペーストをスクリーン印刷した後に乾燥させる。さらに、ステップＳ５において、ｐ型Ｓｉ基板の受光面側の反射防止膜上にＡｇペーストをパターン状にスクリーン印刷した後に乾燥させる。そして、ステップＳ６において、ｐ型Ｓｉ基板の反射防止膜および裏面の一部にスクリーン印刷されたＡｇペーストを焼成することによってＡｇ電極を形成する。

その後、ステップＳ７において、Ａｇ電極形成後の複数枚のｐ型Ｓｉ基板をウエハキャリアに垂直方向に並べてセットし、フラックスへ常温で数十秒間浸漬させた後、温風乾燥させる。次いで、ステップＳ８において、ウエハキャリアごとに約１９２℃の有鉛または無鉛のはんだ浴に約１分間浸漬させることによってＡｇ電極のはんだコーティングを行なう。そして、水中で超音波洗浄を数回繰り返した後、純水リンスを行ない、温風乾燥させることによって太陽電池が完成する。
特開昭６１−１０４６７７号公報

しかしながら、この従来の太陽電池の製造方法においては、ウエハキャリアのはんだ浴からの引き上げによって、図７に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１に形成されたＡｇ電極５、６においては、ｐ型Ｓｉ基板１のはんだ浴からの引き上げ方向（図７中の矢印で示される方向）の末端部１２側におけるはんだ７の厚みが厚くなる、いわゆるはんだ溜り１１が発生することがあった。概ね、１０μｍ程度の厚みのはんだ７がはんだ溜り１１においては５００μｍを超える厚みとなる場合が散見された。このようなはんだ溜りを有する太陽電池は、太陽電池の特性検査や太陽電池の直列配線の際に太陽電池の割れを生じさせるため、不良品として選別せざるを得なかった。そして、選別された太陽電池について再度はんだコーティングを行なったり、はんだこてを用いて人手によりはんだ溜りを溶融して取り除いたりしていたため、はんだ溜りの解消に非常に手間がかかるという問題があった。

本発明の目的は、はんだ溜りを容易に解消することができる太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明は、電極が形成された半導体基板をはんだ浴に浸漬させて電極にはんだを付着させる工程と、はんだ浴から半導体基板を引き上げる工程と、半導体基板における引き上げ方向の末端部を引き上げ方向の先端部以上の高さに位置させる工程と、半導体基板における上記の末端部を上記の先端部以上の高さにした状態で電極に付着したはんだを溶融状態にする工程とを含む太陽電池の製造方法である。

ここで、本発明の太陽電池の製造方法においては、電極に付着したはんだを融点以上の温度に加熱することにより、はんだを溶融状態にすることが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、はんだが鉛フリーはんだであることが好ましい。

本発明によれば、はんだ溜りを容易に解消することができる太陽電池の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、はんだのコーティング領域を広くすることが可能になるため、太陽電池同士の配線がより容易となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明による太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池はｐ型Ｓｉ基板１の受光面（太陽光が入射する側の面）側にｎ型拡散層２が形成されており、ｎ型拡散層２上に反射防止膜３およびＡｇ電極５が形成されている。そして、このＡｇ電極５は、はんだ７によってコーティングされている。また、ｐ型Ｓｉ基板１の裏面（受光面と反対側の面）側にはＡｌ焼結層８とＡｌ／Ｓｉ合金層９とからなるＡｌ電極４が形成されている。また、このＡｌ電極４の間にはＡｇ電極６が形成されており、このＡｇ電極６は、はんだ７によってコーティングされている。

図２に、この太陽電池の製造プロセスの好ましい一例のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、ｐ型Ｓｉ基板のエッチングが行なわれる。次に、ステップＳ２において、ｐ型Ｓｉ基板の受光面側にｎ型拡散層および太陽光の反射率を低下させるための反射防止膜が形成される。次いで、ステップＳ３において、ｐ型Ｓｉ基板の裏面のほぼ全面にＡｌペーストをスクリーン印刷して乾燥させた後に酸化性雰囲気下で高温で焼成することによってＡｌ電極を形成する。そして、ステップＳ４において、ｐ型Ｓｉ基板の裏面の一部にＡｇペーストをスクリーン印刷した後に乾燥させる。さらに、ステップＳ５において、ｐ型Ｓｉ基板の受光面側の反射防止膜上にＡｇペーストをパターン状にスクリーン印刷した後に乾燥させる。そして、ステップＳ６において、ｐ型Ｓｉ基板の反射防止膜および裏面の一部にスクリーン印刷されたＡｇペーストを焼成することによってｐ型Ｓｉ基板の受光面上および裏面上にＡｇ電極を形成する。

その後、ステップＳ７において、Ａｇ電極が形成されたｐ型Ｓｉ基板をウエハキャリアに垂直方向に複数枚並べてセットし、フラックスへ常温で数十秒間浸漬させた後、温風乾燥させる。次いで、ステップＳ８において、ウエハキャリアごとに約１９２℃の鉛フリーはんだ浴に約１分間浸漬させることによってＡｇ電極のはんだコーティングを行なう。そして、鉛フリーはんだ浴からウエハキャリアを引き上げる。このとき、図３に示すように、ウエハキャリアにセットされた個々のｐ型Ｓｉ基板１に形成されたＡｇ電極５、６においては、ｐ型Ｓｉ基板１のはんだ浴からの引き上げ方向（図３中の矢印で示される方向）の末端部１２側に局所的にはんだ７の厚みが厚くなるはんだ溜り１１が形成される。ここまでは、従来の太陽電池の製造プロセスと同様である。

そして、ステップＳ９において、図４に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１を１８０°回転させることによって、ｐ型Ｓｉ基板１における引き上げ方向の末端部１２を引き上げ方向の先端部１３よりも上方に位置させる。続いて、ステップＳ１０において、ｐ型Ｓｉ基板１をこの状態にしたままオーブンなどの加熱機器にセットし、Ａｇ電極５、６に付着したはんだの融点以上の温度ではんだを加熱する。これにより、はんだが溶融状態となって、図４に示すｐ型Ｓｉ基板１の引き上げ方向の末端部１２側に形成されたはんだ溜り１１から末端部１２の反対側にある先端部１３側にはんだが流動し、図５に示すように、Ａｇ電極５、６上のはんだ７の厚みが平坦となってはんだ溜りが解消される。

そして、水中で超音波洗浄を数回繰り返した後、純水リンスを行ない、温風乾燥させることによって太陽電池が完成する。

このように、本発明においては、はんだ溜りを解消できるだけでなく、はんだの溶融による流動によって、はんだコーティングが十分に行なわれていない領域についてもコーティングすることができるようになる（不濡れの低減）。また、はんだ溜りの溶融は生産ラインとは別の簡便なオーブンなどを用いて行なうことができるため、太陽電池の生産量が落とすことなく本発明の実施が可能となる。さらに、はんだこてを用いた人手によるはんだ溜りの解消方法においては、はんだ溜りから取り除かれた余分なはんだくず（太陽電池５０枚につき０．５ｇ程度）が生じていたが、本発明においてはこのようなはんだくずが生じないというメリットもある。

なお、上記においては、ｐ型Ｓｉ基板を１８０°回転させることによって、ｐ型Ｓｉ基板における引き上げ方向の末端部を引き上げ方向の先端部よりも上方に位置させたが、本発明においては１８０°に限定されず、ｐ型Ｓｉ基板における引き上げ方向の末端部を引き上げ方向の先端部の位置以上の高さに位置させればよい。ただし、効率的にはんだ溜りを解消する観点からは、ｐ型Ｓｉ基板における引き上げ方向の末端部を引き上げ方向の先端部よりも高い位置にした状態ではんだを溶融状態にすることが好ましい。

また、上記においては、半導体基板としてｐ型Ｓｉ基板を用いたが、その他の半導体基板を用いてもよいことは言うまでもない。

テクスチャエッチングされた厚さ３３０μｍで幅１２５ｍｍ×長さ１２５ｍｍの矩形のｐ型Ｓｉ基板の片側の表面（受光面となる側の表面）に９００℃のリン拡散により約５０Ω／□の面抵抗値を有するｎ型拡散層を形成し、ｎ型拡散層上に反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法により約６０ｎｍのＳｉ窒化膜を形成した。そして、その裏面に市販のＡｌペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、約１５０℃程度で乾燥した後、空気中で７００℃で焼成してＡｌ電極を形成した。次に、このｐ型Ｓｉ基板の裏面の所定の位置に、市販のＡｇペーストをスクリーン印刷法によって約３０μｍの厚みに印刷し１５０℃で約４分間乾燥した。次いで、ｐ型Ｓｉ基板の受光面にＡｇペーストをパターン状に印刷、乾燥した後、酸化性雰囲気中で６００℃で２分間焼成することによって、ｐ型Ｓｉ基板の両面にＡｇ電極を形成した。

Ａｇ電極の形成後のｐ型Ｓｉ基板を市販の水溶性フラックス中へ室温下で１分間浸漬し、１００℃で１分間熱風乾燥した後、このｐ型Ｓｉ基板が複数セットされたウエハキャリアをＳｎとＢｉとＡｇとを含み鉛を含まない鉛フリーはんだ浴に１秒間浸漬させることを３回行なった。その後、ウエハキャリアを約３０秒間の浸漬させた後、６０秒かけて引き上げることによって、ｐ型Ｓｉ基板の両面のＡｇ電極に融点が約１３９〜１８０℃であるはんだのコーティングを行なった。次いで、水中で６分間、温水中で９０秒間の洗浄を行なった後、温風乾燥させて鉛フリーはんだ浴からの引き上げ方向の末端部側にはんだ溜りを有するｐ型Ｓｉ基板を得た。

このようにして得られた複数枚のｐ型Ｓｉ基板のそれぞれについて目視での外観検査を行ない、はんだ溜りの厚さが０．５ｍｍを超えるｐ型Ｓｉ基板を選別した。そして、選別された５０枚のｐ型Ｓｉ基板をはんだ溜りがある側を上方にしてウエハキャリアにセットした。その後、このウエハキャリアを２００℃に保持されたオーブン（ＹＡＭＡＴＯ社製の簡易オーブン）に設置して２分間加熱した後、オーブンから取り出して放冷させることによって太陽電池を完成させた。

そして、完成した太陽電池について再度目視による外観検査を行ない、はんだ溜り発生度および不濡れ発生度を調査した。その結果を表１に示す。

なお、表１において、本発明の実施前とははんだ溜りを有するｐ型Ｓｉ基板のことを意味し、本発明の実施後とは完成した太陽電池のことを意味する。また、表１において、不濡れ発生度は、はんだがコーティングされるべきＡｇ電極の領域のうち５％以上の領域がコーティングされていない太陽電池の枚数を表示している。

表１からもわかるように、本発明においては、はんだ溜りを解消することができるだけでなく不濡れも低減できることが確認された。

さらに、はんだ溜りを解消した後の上記の太陽電池のうち１枚の太陽電池については接着強度試験を行ない、３枚の太陽電池については温湿度サイクル試験を行なった。この接着強度試験において、Ａｇ電極にはんだ付けされた幅１．５ｍｍ×長さ３ｍｍのタブをＡｇ電極と４５°の角度を為す方向に引っ張った際に３００ｇ以上の強度を有するかどうかを確認したところ、３００ｇ以上の強度を有することが確認された。また、温湿度サイクル試験において、湿度８５％の雰囲気下で−４０℃から８５℃まで温度を上昇させた後に８５℃から−４０℃まで温度を降下させる温度変化を１サイクルとし、この１サイクルを６時間かけて行なう試験槽中に太陽電池を２５サイクル保持した後の太陽電池の特性変化が±５％以内であるかどうかを確認したところ、太陽電池の特性変化が±５％以内であることが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、はんだ浴から引き上げられた半導体基板のはんだ溜りが形成されている端部をその反対側にある他端以上の高さに位置させた状態で電極に付着したはんだを溶融状態にすることによってはんだ溜りを容易に解消することができる。さらに、これによって、はんだの不濡れも低減することができる。

本発明による太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図である。本発明による太陽電池の製造プロセスの好ましい一例のフローチャートである。はんだ溜りが形成されたｐ型Ｓｉ基板の一例の模式的な断面図である。図３に示すｐ型Ｓｉ基板を１８０°回転させた後の模式的な断面図である。はんだ溜りが解消された後の図４に示すｐ型Ｓｉ基板の模式的な断面図である。従来の太陽電池の製造プロセスのフローチャートである。はんだ溜りが形成された従来のｐ型Ｓｉ基板の模式的な断面図である。

符号の説明

１ｐ型Ｓｉ基板、２ｎ型拡散層、３反射防止膜、４Ａｌ電極、５，６Ａｇ電極、７はんだ、８Ａｌ焼結層、９Ａｌ／Ｓｉ合金層、１１はんだ溜り、１２引き上げ方向の末端部、１３引き上げ方向の先端部。

Claims

電極が形成された半導体基板をはんだ浴に浸漬させて前記電極にはんだを付着させる工程と、前記はんだ浴から前記半導体基板を引き上げる工程と、前記半導体基板における前記引き上げ方向の末端部を前記引き上げ方向の先端部以上の高さに位置させる工程と、前記半導体基板の前記末端部を前記先端部以上の高さにした状態で前記電極に付着した前記はんだを溶融状態にする工程と、を含む太陽電池の製造方法。
前記電極に付着した前記はんだを融点以上の温度に加熱することにより、前記はんだを溶融状態にすることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記はんだが鉛フリーはんだであることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。