JP2006324590A - Back side electrode type solar cell and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a back side electrode type solar cell with high performance easily at low cost. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the back side electrode type solar cell formed with (p) (positive) and (n) (negative) electrodes on a back side of a semiconductor substrate includes the steps of: aligning a metal mask (30) including a plurality of approximately rectangular openings (31, 32) each corresponding to (p) (positive) and (n) (negative) finger electrode patterns (55), and disposing the metal mask while facing the back side of a semiconductor substrate (10); forming an electrode metal film through the openings of the metal mask onto the back side of the semiconductor substrate by deposition or sputtering (40); and connecting in series with each other a plurality of substrates each including (p) (positive) and (n) (negative) electrodes formed through these steps via an interconnector. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高い性能と信頼性を有する裏面電極型太陽電池を低コストで提供する技術に関する。   The present invention relates to a technique for providing a back electrode type solar cell having high performance and reliability at low cost.

太陽光エネルギを直接的に電気エネルギに変換する太陽電池は、近年では特に地球環境問題の観点から、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。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を使ったもののように様々な種類もあるが、現在において主流となっているのはシリコン結晶を用いたものである。現在において最も多く生産されて販売されている太陽電池では、太陽光を受ける受光面にｎ（負）電極が設けられ、裏面にはｐ（正）電極が設けられている。受光面側に設けられたｎ（負）電極は電流の取り出しのために必要不可欠であるが、その電極下の基板には太陽光が入射しないので、その領域では発電を生じない。したがって、ｎ（負）電極面積が大きければ、光電変換効率が低下する。このような受光面側の電極による光損失は、シャドウロスと呼ばれている。   In recent years, a solar cell that directly converts solar energy into electric energy has been rapidly expected as a next-generation energy source particularly from the viewpoint of global environmental problems. There are various types of solar cells, such as those using compound semiconductors or organic materials, but the mainstream at present is using silicon crystals. In the solar cells that are most produced and sold at present, an n (negative) electrode is provided on the light receiving surface that receives sunlight, and a p (positive) electrode is provided on the back surface. The n (negative) electrode provided on the light receiving surface side is indispensable for extracting current, but sunlight does not enter the substrate under the electrode, so that no power is generated in that region. Therefore, if the n (negative) electrode area is large, the photoelectric conversion efficiency decreases. Such light loss due to the electrode on the light receiving surface side is called shadow loss.

受光面側に電極が設けられていない裏面電極型太陽電池では、受光面電極によるシャドウロスがなく、入射する太陽光の１００％を太陽電池内に取り込むことができるので、原理的に高い光の利用効率の実現が可能である。特許文献１の米国特許第４，９２７，７７０号公報では、集光型に適した裏面ポイントコンタクト型の太陽電池が開示されている。この特許文献１の太陽電池の構造が、図５（ａ）の模式的断面図において図解されている。   In the back electrode type solar cell in which no electrode is provided on the light receiving surface side, there is no shadow loss due to the light receiving surface electrode, and 100% of the incident sunlight can be taken into the solar cell. Realization of usage efficiency is possible. In US Pat. No. 4,927,770 of Patent Document 1, a back surface point contact type solar cell suitable for a concentrating type is disclosed. The structure of the solar cell of Patent Document 1 is illustrated in the schematic cross-sectional view of FIG.

図５（ａ）の太陽電池では、シリコン基板１０の裏面側において、複数のｐ拡散層１２と複数のｎ拡散層１３とが交互に設けられている（図５（ａ）においては、一対のｐ拡散層１２とｎ拡散層１３のみが示されている）。基板１０の両主面上にはパッシベーション層１１が形成されており、これによって電荷キャリアの表面再結合が抑制されている。裏面側に設けられたコンタクトホール１６、１７を介してｐ拡散層１２にはｐ（正）電極１４が接続され、ｎ拡散層１７にはｎ（負）電極１５が接続されており、これらの電極１４、１５から電流が取り出される。受光面上にあるパッシベーション層１１は、反射防止膜としての働きも兼ねている。図５（ａ）からわかるように、ｐ（正）電極１４と（負）電極１５の両方が基板１０の裏面側に形成されており、基板１０の表面（受光面）側には光を遮るものがないので、入射する太陽光の１００％を基板１０内に取り込むことができる。   In the solar cell of FIG. 5A, a plurality of p diffusion layers 12 and a plurality of n diffusion layers 13 are alternately provided on the back surface side of the silicon substrate 10 (in FIG. 5A, a pair of Only the p diffusion layer 12 and the n diffusion layer 13 are shown). Passivation layers 11 are formed on both main surfaces of the substrate 10, thereby suppressing surface recombination of charge carriers. A p (positive) electrode 14 is connected to the p diffusion layer 12 through contact holes 16 and 17 provided on the back side, and an n (negative) electrode 15 is connected to the n diffusion layer 17. Current is extracted from the electrodes 14 and 15. The passivation layer 11 on the light receiving surface also serves as an antireflection film. As can be seen from FIG. 5A, both the p (positive) electrode 14 and the (negative) electrode 15 are formed on the back surface side of the substrate 10 and blocks light on the front surface (light receiving surface) side of the substrate 10. Since there is nothing, 100% of the incident sunlight can be taken into the substrate 10.

図５（ａ）の太陽電池は、以下のようなプロセスによって作製される。まず、シリコン基板１０の両主面上に酸化膜を形成してその上に窒化膜を堆積することによって、パッシベーション層１１を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術によってｎコンタクトホール１７を開け、ｎ型のドーパントを含むガラス層をＣＶＤ（化学気相堆積）によって堆積させる。そして、そのガラス層がｐ拡散層１６に相当する領域において除去された後に、ｐコンタクトホール１６をフォトリソグラフィ技術によって形成し、ｐ型のドーパントを含むガラス層を堆積させる。それらのガラス層が堆積された基板１０を９００℃で加熱すれば、ｐ拡散層１２とｎ拡散層１３が形成される。その後、拡散源となったガラス層の全てを除去し、Ｈ2中において９００℃以上の高温でシリコン基板１０を熱処理して、Ｓｉ−ＳｉＯ2間の界面を水素化処理する。そして、蒸着またはスパッタなどによって金属層を堆積し、フォトリソグラフィ技術によってその金属層をパターニングして、ｐ（正）電極１４およびｎ（負）電極１５を形成する。 The solar cell in FIG. 5A is manufactured by the following process. First, the passivation layer 11 is formed by forming an oxide film on both main surfaces of the silicon substrate 10 and depositing a nitride film thereon. Next, an n-contact hole 17 is opened by a photolithography technique, and a glass layer containing an n-type dopant is deposited by CVD (chemical vapor deposition). Then, after the glass layer is removed in a region corresponding to the p diffusion layer 16, the p contact hole 16 is formed by a photolithography technique, and a glass layer containing a p-type dopant is deposited. When the substrate 10 on which these glass layers are deposited is heated at 900 ° C., the p diffusion layer 12 and the n diffusion layer 13 are formed. Thereafter, all of the glass layer that has become a diffusion source is removed, and the silicon substrate 10 is heat-treated in H 2 at a high temperature of 900 ° C. or higher to hydrogenate the interface between Si—SiO 2 . Then, a metal layer is deposited by vapor deposition or sputtering, and the metal layer is patterned by a photolithography technique to form a p (positive) electrode 14 and an n (negative) electrode 15.

集光型の裏面電極型太陽電池では、太陽光を数十〜数百倍の強度に集光するので、非常に大きな光電流が発生する。そこで、裏面電極は配線抵抗による損失を最小限にするために２層金属構造にされることが多く、特許文献１の裏面電極型太陽電池においてもそのような構造が採用されている。２層金属構造の形成においては、まずｐとｎの各拡散層と接続するように拡散層のパターンに合わせて微細なパターニングを施した１層目の金属層を形成し、そしてｐ（正）電極とｎ（負）電極とが短絡しないように絶縁層を形成して、１層目の金属層上に外部回路の接続をするための２層目の金属層が形成される。このような２層金属構造を採用することによって、電極金属の配線抵抗による損失を最小限にすることができる。しかし、この２層金属構造のデメリットは、その形成工程が複雑なことである。   In a concentrating back electrode type solar cell, sunlight is condensed to an intensity several tens to several hundreds times, and thus a very large photocurrent is generated. Therefore, the back electrode is often formed into a two-layer metal structure in order to minimize loss due to wiring resistance, and such a structure is also adopted in the back electrode type solar cell of Patent Document 1. In the formation of the two-layer metal structure, first, a first metal layer is formed which is finely patterned in accordance with the pattern of the diffusion layer so as to be connected to the p and n diffusion layers, and p (positive) An insulating layer is formed so as not to short-circuit the electrode and the n (negative) electrode, and a second metal layer for connecting an external circuit is formed on the first metal layer. By adopting such a two-layer metal structure, the loss due to the wiring resistance of the electrode metal can be minimized. However, the disadvantage of this two-layer metal structure is that the formation process is complicated.

他方、集光型でない場合は、発生する光電流がそれほど大きくないので、配線抵抗による損失も比較的少ない。その場合は、複雑な工程を要する２層金属構造を採用する必要性は少なく、１層だけで電極層を形成した方がコスト的に有利である。そのような場合の電極パターンの例が、図５（ｂ）の模式的平面図に示されている。この図５（ｂ）において、ｐとｎの拡散層パターンに対応したｐとｎのフィンガー電極２１、２３が交互に配置され、それぞれがｐとｎのバスバー電極２２、２４に接続されており、概略的に櫛歯状のｐ電極とｎ電極がかみ合ったような電極パターンとなっている。   On the other hand, in the case of the non-condensing type, since the generated photocurrent is not so large, the loss due to wiring resistance is relatively small. In that case, it is not necessary to employ a two-layer metal structure that requires a complicated process, and it is more cost effective to form the electrode layer with only one layer. An example of the electrode pattern in such a case is shown in the schematic plan view of FIG. In FIG. 5 (b), p and n finger electrodes 21 and 23 corresponding to p and n diffusion layer patterns are alternately arranged, and are connected to p and n bus bar electrodes 22 and 24, respectively. The electrode pattern is such that the comb-shaped p-electrode and n-electrode are engaged with each other.

ところで、太陽電池はその一枚だけで得られる電力が小さいので、複数の太陽電池を相互に接続して使うことが普通である。一般に、一枚の太陽電池をセルと呼び、セルの数枚〜数十枚を接続したものをモジュールと呼ぶ。複数のセルを並列に接続すればモジュール全体の電流が大きくなって配線抵抗による損失が大きくなるので、複数のセルを直列に接続するのが普通である。図５（ｃ）の模式的平面図において、裏面電極型太陽電池セルを直列接続した例が示されている。ｐバスバー電極２２とｎバスバー電極２４がインターコネクタ２０を介して接続されており、これによってセル同士が相互に直列に接続されている。インターコネクタは太陽電池セル同士を接続するための導電材であり、銅などの低抵抗金属箔にハンダメッキなどを施して形成されている。そのようなインターコネクタとバスバー電極とをハンダ付けすることによって、セル間で物理的かつ電気的な接続が行われる。   By the way, since the electric power obtained by only one solar cell is small, it is common to use a plurality of solar cells connected to each other. In general, a single solar battery is called a cell, and a module in which several to several tens of cells are connected is called a module. If a plurality of cells are connected in parallel, the current of the entire module increases and loss due to wiring resistance increases, so it is common to connect a plurality of cells in series. In the schematic plan view of FIG.5 (c), the example which connected the back surface electrode type photovoltaic cell in series is shown. The p bus bar electrode 22 and the n bus bar electrode 24 are connected via the interconnector 20, whereby the cells are connected in series with each other. The interconnector is a conductive material for connecting the photovoltaic cells, and is formed by performing solder plating or the like on a low resistance metal foil such as copper. By soldering such an interconnector and a bus bar electrode, physical and electrical connection is made between cells.

ｎ（負）電極用の金属層としては、たとえばチタン、パラジウム、および銀（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層したものが用いられることが多い。チタンはｎ+型Ｓｉ層との密着性が高く、また接触抵抗が低い上に金属元素がｎ+型Ｓｉ層を突き抜けるスパイク現象が生じない金属として知られている。また、銀は、はんだ付け特性が良好な金属として知られている。パラジウムはチタンおよび銀の双方との密着性が良好であり、一種の接着剤として機能する。チタン、パラジウム、および銀の組み合わせと同様の機能を有していてｎ（負）電極１８として使用可能な金属の組み合わせとしては、他にチタン、ニッケル、およびパラジウム（Ｔｉ／Ｎｉ／Ｐｄ）の組み合わせ、またはチタン、ニッケル、および金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）の組み合わせなどが考えられる。 As the metal layer for the n (negative) electrode, for example, a layer in which titanium, palladium, and silver (Ti / Pd / Ag) layers are laminated in this order is often used. Titanium is known as a metal that has high adhesion to the n + -type Si layer, low contact resistance, and does not cause a spike phenomenon in which a metal element penetrates the n + -type Si layer. Silver is known as a metal having good soldering characteristics. Palladium has good adhesion to both titanium and silver and functions as a kind of adhesive. Other combinations of metals that have the same function as the combination of titanium, palladium, and silver and can be used as the n (negative) electrode 18 include combinations of titanium, nickel, and palladium (Ti / Ni / Pd). Or a combination of titanium, nickel, and gold (Ti / Ni / Au).

他方、ｐ（正）電極には、アルミニウムが使用される場合が多い。しかし、アルミニウムははんだ付けができないので、一般にアルミニウム上にニッケルメッキを施した上に金メッキが施される。また、アルミニウム上にチタン、パラジウム、および銀の各層をこの順に積層することによって、結晶シリコン基板１０との密着性を確保するとともにアルミニウムとの接触抵抗も低下させることもよく行われる。しかし、チタンに関しては、適当なエッチング液が知られていない。したがって、結晶シリコン基板１０の所定位置にチタン層を形成するためには、一般にリフトオフ法が使用される。   On the other hand, aluminum is often used for the p (positive) electrode. However, since aluminum cannot be soldered, gold plating is generally performed after nickel plating on aluminum. In addition, by laminating titanium, palladium, and silver layers in this order on aluminum, it is often performed to ensure adhesion to the crystalline silicon substrate 10 and to reduce contact resistance with aluminum. However, no suitable etchant is known for titanium. Therefore, in order to form a titanium layer at a predetermined position on the crystalline silicon substrate 10, a lift-off method is generally used.

図６（ａ）〜（ｅ）において、パターン化された金属電極を形成するリフトオフ法の一例が模式的断面図で図解されている。この方法では、図６（ａ）において、基板１０の裏側のパターン面５１の全面にレジスト５２を均一にコーティングする。次に、図６（ｂ）において、パターン面５１に対面してマスクを正確にセットして金属電極形成箇所５４のみを露光すれば、その露光によってレジスト５２が台形状に重合する。そして、図６（ｃ）において、非露光部分を除いてレジストのエッチング除去を行えば、電極形成箇所５４が露出されて、電極非形成箇所５３がレジスト５２で覆われたままになる。さらに、図６（ｄ）において、パターン面５１の全面上に金属を蒸着またはスパッタリングし、電極形成箇所５４とレジスト５２の上に金属膜５５、５６が形成される。最後に、図６（ｅ）において、レジスト溶解用薬液をパターン面５１上に散布して、レジスト５２が溶解除去される。その結果、レジスト５２の支持がなくなった金属蒸着膜５６は、パターン面５１から浮き上がった状態になって脱離する。すなわち、図６（ｅ）においては、電極非形成箇所５３上の金属膜５６が脱離して、電極形成箇所５４上に金属膜５５が電極として形成されている状態が示されている。
米国特許第４，９２７，７７０号 6A to 6E, an example of a lift-off method for forming a patterned metal electrode is illustrated in schematic cross-sectional views. In this method, as shown in FIG. 6A, a resist 52 is uniformly coated on the entire pattern surface 51 on the back side of the substrate 10. Next, in FIG. 6B, when the mask is accurately set facing the pattern surface 51 and only the metal electrode forming portion 54 is exposed, the resist 52 is superposed into a trapezoid by the exposure. In FIG. 6C, if the resist is removed by etching except for the non-exposed portion, the electrode forming portion 54 is exposed, and the electrode non-forming portion 53 remains covered with the resist 52. Further, in FIG. 6D, metal is deposited or sputtered on the entire surface of the pattern surface 51, and metal films 55 and 56 are formed on the electrode forming portion 54 and the resist 52. Finally, in FIG. 6E, a resist solution is sprayed on the pattern surface 51 to dissolve and remove the resist 52. As a result, the metal vapor deposition film 56 that is no longer supported by the resist 52 is lifted from the pattern surface 51 and detached. That is, FIG. 6E shows a state where the metal film 56 on the electrode non-formation portion 53 is detached and the metal film 55 is formed on the electrode formation portion 54 as an electrode.
U.S. Pat. No. 4,927,770

上述のように、リフトオフ法はプロセスが複雑であるので生産性が極めて低く、それによる大量生産はほとんど不可能である。また、リフトオフ法はレジストなどの高価な材料を多量に使う必要があるので、材料コストも高くて当然にプロセスコストも高く、一般の地上用太陽電池の作製には適していない。   As mentioned above, the lift-off method is very low in productivity due to the complicated process, and mass production by it is almost impossible. Further, the lift-off method requires a large amount of expensive materials such as a resist, so that the material cost is high and the process cost is naturally high, so that it is not suitable for the production of a general ground solar cell.

そこで、本発明は、高い性能と信頼性を有する裏面電極型太陽電池を簡便かつ低コストで提供することを目的としている。   Then, this invention aims at providing the back electrode type solar cell which has high performance and reliability simply and at low cost.

本発明によれば、半導体基板の裏面上にｐ（正）とｎ（負）の電極が形成される裏面電極型太陽電池の製造方法は、ｐ（正）とｎ（負）のフィンガー電極パターンのそれぞれに対応する概略長方形形状の複数の開口部を有するメタルマスクを位置合せして半導体基板の裏面に相対して配置する工程と、メタルマスクの開口部を介して半導体基板の裏面上に電極金属膜を蒸着またはスパッタリングによって形成する工程と、それらの工程によって形成されたｐ（正）とｎ（負）の電極を有する基板の複数をインターコネクタを介して相互に直列接続する工程を含むことを特徴としている。   According to the present invention, a method for manufacturing a back electrode type solar cell in which p (positive) and n (negative) electrodes are formed on the back surface of a semiconductor substrate includes p (positive) and n (negative) finger electrode patterns. A step of aligning a metal mask having a plurality of substantially rectangular openings corresponding to each of the plurality of openings and arranging the metal mask relative to the back surface of the semiconductor substrate, and electrodes on the back surface of the semiconductor substrate through the openings of the metal mask. Forming a metal film by vapor deposition or sputtering, and connecting a plurality of substrates having p (positive) and n (negative) electrodes formed by these processes in series with each other via an interconnector. It is characterized by.

なお、メタルマスクの断面形状において、半導体基板側の辺がその対辺よりも短い概略台形になっていることが好ましい。メタルマスクの開口部の形状は、電極がインターコネクタに接続される部分に相当する部分が幅広にされた概略Ｔ字型形状となっていることも好ましい。   In addition, in the cross-sectional shape of a metal mask, it is preferable that the side by the side of a semiconductor substrate is a substantially trapezoid shorter than the opposite side. The shape of the opening of the metal mask is also preferably a substantially T-shaped shape in which a portion corresponding to a portion where the electrode is connected to the interconnector is widened.

また、メタルマスクとして、ｐ（正）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクと、ｎ（負）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクの２種類を用いて、ｐ（正）電極とｎ（負）電極とで成分および構成の異なる金属膜を形成することが好ましい。たとえば、ｎ（負）電極として、チタン、パラジウム、および銀（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層することができる。ｎ（負）電極として、チタン、ニッケル、およびパラジウム（Ｔｉ／Ｎｉ／Ｐｄ）の各層をこの順に積層してもよい。さらに、ｎ（負）電極として、チタン、ニッケル、および金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）の各層をこの順に積層してもよい。   In addition, as a metal mask, a metal mask having an opening corresponding to a p (positive) electrode pattern and a metal mask having an opening corresponding to an n (negative) electrode pattern are used, and a p (positive) electrode is used. It is preferable to form metal films having different components and configurations between the n and n (negative) electrodes. For example, titanium, palladium, and silver (Ti / Pd / Ag) layers can be stacked in this order as the n (negative) electrode. As the n (negative) electrode, titanium, nickel, and palladium (Ti / Ni / Pd) layers may be laminated in this order. Furthermore, each layer of titanium, nickel, and gold (Ti / Ni / Au) may be laminated in this order as an n (negative) electrode.

他方、ｐ（正）電極としては、アルミニウムを堆積した上にニッケルメッキと金メッキを順次施すことが好ましい。ｐ（正）電極として、アルミニウム、チタン、パラジウム、および銀（Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層してもよい。   On the other hand, as the p (positive) electrode, it is preferable to sequentially deposit nickel and gold after depositing aluminum. As the p (positive) electrode, aluminum, titanium, palladium, and silver (Al / Ti / Pd / Ag) layers may be laminated in this order.

以上のような製造方法を用いて作製された裏面電極型太陽電池は、高い光電変換効率を有し得る。   The back electrode type solar cell produced using the above manufacturing method can have high photoelectric conversion efficiency.

以上のような本発明によれば、高い光電変換効率を有しかつ信頼性の高い裏面電極型太陽電池を簡便かつ低コストで製造することができる。   According to the present invention as described above, a back electrode type solar cell having high photoelectric conversion efficiency and high reliability can be manufactured easily and at low cost.

前述のように、リフトオフ法による電極形成ではプロセスが複雑でコスト高となる上に生産性が極めて低くて大量生産がほとんど不可能であるので、より簡単な電極形成法が求められる。簡便な蒸着またはスパッタリングによる金属膜のパターニング方法として、メタルマスクを使う方法がある。これは、所望のパターンの形の開口部を設けたメタルマスクを基板面上に配置してから、蒸着またはスパッタリングで金属膜を形成する方法である。この方法によれば、金属膜はメタルマスク開口部にのみ形成されるので、金属膜の形成とパターニングを一括して同時に行うことができる。すなわち、この方法は非常にシンプルな方法なので、リフトオフ法に比べて生産性が格段に高くて大量生産を可能にし、またパターニング用レジストなどの消耗材料も要しないので、コストも安く抑えることができる。   As described above, the electrode formation by the lift-off method is complicated and expensive, and the productivity is extremely low and mass production is almost impossible. Therefore, a simpler electrode formation method is required. As a method for patterning a metal film by simple vapor deposition or sputtering, there is a method using a metal mask. This is a method of forming a metal film by vapor deposition or sputtering after a metal mask provided with openings having a desired pattern shape is disposed on the substrate surface. According to this method, since the metal film is formed only in the opening portion of the metal mask, the metal film can be formed and patterned at the same time. In other words, since this method is very simple, the productivity is significantly higher than the lift-off method, enabling mass production, and no consumable material such as a resist for patterning is required, so that the cost can be reduced. .

メタルマスクを用いる方法の欠点は、複雑なパターンの形成には不向きであって、形成できるパターンが制限されるという点である。たとえば、図５（ｂ）の電極パターンをメタルマスクを用いて形成するためには、電極に対応する開口部を有するメタルマスクを作製する必要がある。すなわち、図５（ｂ）中の細い屈曲した白い帯状部分に相当するメタルマスクを作製しなければならないが、そのような形状のメタルマスクはそれ自身の構造を支えることができない。したがって、裏面電極型太陽電池の電極形成は、従来ではメタルマスクを用いて行うことができなかった。本発明ではこの問題を解決し、メタルマスクを用いることによって裏面電極型太陽電池の電極形成を行う方法を提供する。   A disadvantage of the method using a metal mask is that it is not suitable for forming a complicated pattern and the pattern that can be formed is limited. For example, in order to form the electrode pattern of FIG. 5B using a metal mask, it is necessary to produce a metal mask having openings corresponding to the electrodes. That is, a metal mask corresponding to the thin bent white strip-shaped portion in FIG. 5B must be prepared, but such a metal mask cannot support its own structure. Therefore, the electrode formation of the back electrode type solar cell cannot be conventionally performed using a metal mask. The present invention solves this problem and provides a method for forming an electrode of a back electrode type solar cell by using a metal mask.

図１と図２において、本発明の実施例１が図解されている。図１（ａ）の模式的平面図は、実施例１の製造方法に使用し得るメタルマスクの一例を示している。この図に示されているように、ｐ（正）とｎ（負）のフィンガー電極パターンにそれぞれに対応する概略長方形形状の複数の開口部３１、３２を有するメタルマスク３０を用意する。次に、図１（ｂ）に示されているように、このメタルマスク３０を半導体基板１０の裏面に相対して配置する。このとき、図示されているような枠３３内に基板１０とメタルマスク３０のそれぞれをはめ込むようにすれば、それらを簡単に位置合せして配置することができる。その位置合せされた状態において、蒸着またはスパッタリングされた金属原子４０によって電極金属膜を形成する。図１（ｃ）の模式的断面図において、電極金属膜５５を形成する様子が拡大して示されている。この図において、電極非形成領域５３上にはメタルマスク３０が存在し、その上に電極非形成領域の金属膜５６が堆積されている。蒸着またはスパッタリングを終了した後にメタルマスク３０を取り除けば、図１（ｄ）に示されているように、電極形成領域にのみ金属膜５５が堆積された基板１０を得ることができる。   1 and 2, a first embodiment of the present invention is illustrated. The schematic plan view of FIG. 1A shows an example of a metal mask that can be used in the manufacturing method of the first embodiment. As shown in this figure, a metal mask 30 having a plurality of substantially rectangular openings 31 and 32 respectively corresponding to finger electrode patterns of p (positive) and n (negative) is prepared. Next, as shown in FIG. 1B, the metal mask 30 is disposed relative to the back surface of the semiconductor substrate 10. At this time, if each of the substrate 10 and the metal mask 30 is fitted in a frame 33 as shown, they can be easily aligned and arranged. In the aligned state, an electrode metal film is formed by the deposited or sputtered metal atoms 40. In the schematic cross-sectional view of FIG. 1C, the state of forming the electrode metal film 55 is shown enlarged. In this figure, the metal mask 30 exists on the electrode non-formation region 53, and the metal film 56 in the electrode non-formation region is deposited thereon. If the metal mask 30 is removed after vapor deposition or sputtering is completed, the substrate 10 on which the metal film 55 is deposited only in the electrode formation region can be obtained as shown in FIG.

図２（ａ）の模式的平面図は、本実施例１において蒸着またはスパッタリングを終了した段階における太陽電池セルの裏面の様子を示している。この段階では、個々のｐ（正）とｎ（負）のフィンガー電極１４、１５がバスバー電極に接続されていないので、それらのフィンガー電極から電流を集めて取り出すことができない。そこで、図２（ｂ）に示されているように、太陽電池セルをモジュール化するための次の工程において、インターコネクタ２０を介して複数の太陽電池セル間を相互に直列接続すると同時に、一枚の太陽電池セル内の複数のｐ（正）またはｎ（負）のフィンガー電極１４または１５を相互接続する。すなわち、インターコネクタ２０がセル間を接続する役割を担うと同時に、一枚の太陽電池セル内の電流を集電するバスバー電極としての役割も果たすのである。本実施例１の製造方法を採用することによって、リフトオフ法によらずに裏面電極が形成でき、高効率の裏面電極型太陽電池を低コストで大量に生産できるようになる。   The schematic plan view of FIG. 2A shows a state of the back surface of the solar battery cell at the stage where vapor deposition or sputtering is completed in the first embodiment. At this stage, since the individual p (positive) and n (negative) finger electrodes 14 and 15 are not connected to the bus bar electrodes, current cannot be collected and taken out from these finger electrodes. Therefore, as shown in FIG. 2B, in the next step for modularizing the solar cells, a plurality of solar cells are connected in series with each other via the interconnector 20, and at the same time, A plurality of p (positive) or n (negative) finger electrodes 14 or 15 in one solar cell are interconnected. That is, the interconnector 20 plays a role of connecting cells, and at the same time, plays a role of a bus bar electrode for collecting current in one solar battery cell. By employing the manufacturing method of the first embodiment, the back electrode can be formed without using the lift-off method, and a high-efficiency back electrode solar cell can be produced in large quantities at a low cost.

図３の模式的断面図において、本発明の実施例２が図解されている。この図は、蒸着またはスパッタリングを行う際に用いられるメタルマスクの一部の断面を示している。図３（ａ）に示されているように、メタルマスク３０の断面形状において半導体基板側の辺がその対辺よりも長い台形になっていれば、メタルマスク３０の側面にも金属膜が形成されて、電極非形成領域の金属膜５６と電極形成領域の金属膜５５とがつながった状態になってしまう。これでは、半導体基板からメタルマスク３０を取り除いたときに、電極形成領域の金属膜５５まで剥離してしまう可能性が生じる。   In the schematic cross-sectional view of FIG. 3, Example 2 of the present invention is illustrated. This figure shows a cross section of a part of a metal mask used for vapor deposition or sputtering. As shown in FIG. 3A, if the side of the semiconductor substrate in the cross-sectional shape of the metal mask 30 is a trapezoid whose side is longer than the opposite side, a metal film is also formed on the side surface of the metal mask 30. As a result, the metal film 56 in the electrode non-forming region and the metal film 55 in the electrode forming region are connected. In this case, when the metal mask 30 is removed from the semiconductor substrate, the metal film 55 in the electrode formation region may be peeled off.

したがって、メタルマスク３０の断面形状は、図３（ｂ）に示されているように、少なくとも長方形または正方形である必要がある。しかし、図３（ｂ）の場合でも、蒸着またはスパッタリングされた金属原子４０が基板に対して垂直ではなくて斜め方向から堆積されれば、メタルマスク３０の側面にも金属膜層が形成されて図３（ａ）の場合と同様の不具合が生じる可能性がある。   Therefore, the cross-sectional shape of the metal mask 30 needs to be at least rectangular or square as shown in FIG. However, even in the case of FIG. 3B, if the vapor-deposited or sputtered metal atoms 40 are deposited from an oblique direction rather than perpendicular to the substrate, a metal film layer is also formed on the side surface of the metal mask 30. There is a possibility that the same problem as in the case of FIG.

そこで、図３（ｃ）に示されているように、メタルマスク３０の断面形状は、半導体基板側の辺がその対辺よりも短い台形であることが好ましい。これであれば、メタルマスク３０の側面に金属膜が形成されることはなく、電極の形成とパターニングを同時かつ確実に行えるようになり、製品歩留りを向上させることができる。   Therefore, as shown in FIG. 3C, the cross-sectional shape of the metal mask 30 is preferably a trapezoid whose side on the semiconductor substrate side is shorter than its opposite side. In this case, the metal film is not formed on the side surface of the metal mask 30, and the formation and patterning of the electrodes can be performed simultaneously and reliably, and the product yield can be improved.

図４の模式的平面図において、本発明の実施例３が図解されている。図５（ｃ）におけるようにインターコネクタ２０とバスバー電極２２、２４とを接続する場合に比べて、図２（ｂ）に示された実施例１の場合には、インターコネクタとｐ（正）およびｎ（負）の電極１４、１５との接触面積が大幅に減少することになり、接触抵抗の増大と接続信頼性の低下を招く可能性がある。   In the schematic plan view of FIG. 4, Example 3 of the present invention is illustrated. Compared to the case where the interconnector 20 and the bus bar electrodes 22 and 24 are connected as in FIG. 5C, in the case of the first embodiment shown in FIG. In addition, the contact area with the n (negative) electrodes 14 and 15 is greatly reduced, which may cause an increase in contact resistance and a decrease in connection reliability.

そこで、本実施例３では、図４（ａ）に示されているように、メタルマスク開口部３１、３２の形状はインターコネクタが接続される部分を幅広にしたＴ字型形状にされる。このメタルマスク３０を使って作製した太陽電池セルにおいては、図４（ｂ）、（ｃ）に示されているように、インターコネクタ２０が電極１４、１５に接続される部分の面積が大きくなる。これによって、接触抵抗を低減するとともに接続信頼性を向上させることができ、実施例１に比べてもさらに性能と信頼性が高い太陽電池モジュールを作製することができる。   Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 4A, the shape of the metal mask openings 31, 32 is formed into a T-shape with a wide portion to which the interconnector is connected. In the solar battery cell manufactured using this metal mask 30, the area of the portion where the interconnector 20 is connected to the electrodes 14 and 15 increases as shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c). . Thereby, the contact resistance can be reduced and the connection reliability can be improved, and a solar cell module having higher performance and reliability than that of the first embodiment can be manufactured.

なお、以上の実施例ではｐ（正）とｎ（負）の電極を一括して形成する方法を示しているが、ｐ（正）電極とｎ（負）電極のそれぞれに最適な金属元素を使うことによって、接触抵抗を低減させ得るとともに、接着強度を向上させることができる。たとえば、ｐ（正）電極を形成する場合にはｐ（正）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクを用いてｐ（正）電極用金属膜を蒸着またはスパッタリングで形成し、ｎ（負）電極を形成する場合にはｎ（負）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクを用いてｎ（負）電極用金属膜を蒸着またはスパッタリングで形成する。このように、ｐ（正）電極とｎ（負）電極とにおいて互いに成分や構成の異なる金属膜を形成することによって、性能と信頼性が高い太陽電池モジュールを作製することができる。   In the above embodiment, the method of forming the p (positive) and n (negative) electrodes at the same time is shown. However, the optimum metal element for each of the p (positive) and n (negative) electrodes is shown. By using it, the contact resistance can be reduced and the adhesive strength can be improved. For example, when forming a p (positive) electrode, a metal film for a p (positive) electrode is formed by vapor deposition or sputtering using a metal mask having an opening corresponding to the p (positive) electrode pattern, and n (negative). When forming an electrode, a metal film for an n (negative) electrode is formed by vapor deposition or sputtering using a metal mask having an opening corresponding to the n (negative) electrode pattern. Thus, a solar cell module with high performance and reliability can be manufactured by forming metal films having different components and configurations from each other in the p (positive) electrode and the n (negative) electrode.

ｎ（負）電極としては、チタン、パラジウム、および銀（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層したもの、チタン、ニッケル、およびパラジウム（Ｔｉ／Ｎｉ／Ｐｄ）の各層をこの順に積層したもの、またはチタン、ニッケル、および金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）の各層をこの順に積層したものが適している。ｎ（負）電極としてこれらの成分と構成の金属膜を形成することによって、その電極の接触抵抗を下げると共に接着強度を上げることができ、性能と信頼性が高い太陽電池を作製することができる。   As the n (negative) electrode, titanium, palladium, and silver (Ti / Pd / Ag) layers were laminated in this order, and titanium, nickel, and palladium (Ti / Ni / Pd) layers were laminated in this order. Or a laminate of titanium, nickel, and gold (Ti / Ni / Au) layers in this order is suitable. By forming a metal film composed of these components as an n (negative) electrode, the contact resistance of the electrode can be lowered and the adhesive strength can be increased, and a solar cell with high performance and reliability can be manufactured. .

同様に、ｐ（正）電極としては、アルミニウムを堆積した上にニッケルメッキと金メッキを順次施したもの、またはアルミニウム、チタン、パラジウム、および銀（Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層したものが適している。ｐ（正）電極としてこれらの成分と構成の金属膜を形成することによって、その電極の接触抵抗を下げると共に接着強度を上げることができ、性能と信頼性が高い太陽電池を作製することができる。   Similarly, as the p (positive) electrode, aluminum is deposited and nickel plating and gold plating are sequentially applied, or aluminum, titanium, palladium, and silver (Al / Ti / Pd / Ag) layers are arranged in this order. Laminated ones are suitable. By forming a metal film of these components and configuration as a p (positive) electrode, it is possible to reduce the contact resistance of the electrode and increase the adhesive strength, and to produce a solar cell with high performance and reliability. .

以上のように、本発明によれば、高い性能と信頼性を有する裏面電極型太陽電池を簡便かつ低コストで提供することができる。   As described above, according to the present invention, a back electrode type solar cell having high performance and reliability can be provided simply and at low cost.

本発明の一実施例による裏面電極型太陽電池製造方法を図解する模式図である。It is a schematic diagram illustrating the back electrode type solar cell manufacturing method by one Example of this invention. 図１の方法によって形成された裏面電極型太陽電池の裏面側を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the back surface side of the back electrode type solar cell formed by the method of FIG. 本発明の他の実施例において用いられるメタルマスクを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the metal mask used in the other Example of this invention. 本発明のさらに他の実施例による裏面電極型太陽電池の裏面側を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the back surface side of the back electrode type solar cell by further another Example of this invention. 公知の裏面電極型太陽電池を図解する模式図である。It is a schematic diagram illustrating a well-known back electrode type solar cell. リフトオフ法の工程を図解する模式的断面図である。It is typical sectional drawing illustrating the process of the lift-off method.

符号の説明Explanation of symbols

１０ シリコン基板、１１ パッシベーション層、１２ ｐ拡散層、１３ ｎ拡散層、１４ ｐ（正）電極、１５ ｎ（負）電極、１６ ｐ領域コンタクトホール、１７ ｎ領域コンタクトホール、２０ インターコネクタ、２１ ｐフィンガー電極、２２ ｐバスバー電極、２３ ｎフィンガー電極、２４ ｎバスバー電極、３０ メタルマスク、３１ ｐ（正）電極用窓、３２ ｎ（負）電極用窓、３３ 枠、４０ 蒸着またはスパッタリングされた金属原子、５１ パターン面、５２ レジスト、５３ 電極非形成領域、５４ 電極形成領域、５５ 電極形成領域の金属膜、５６ 電極非形成領域の金属膜層。   10 silicon substrate, 11 passivation layer, 12 p diffusion layer, 13 n diffusion layer, 14 p (positive) electrode, 15 n (negative) electrode, 16 p region contact hole, 17 n region contact hole, 20 interconnector, 21 p Finger electrode, 22 p bus bar electrode, 23 n finger electrode, 24 n bus bar electrode, 30 metal mask, 31 p (positive) electrode window, 32 n (negative) electrode window, 33 frame, 40 evaporated or sputtered metal Atom, 51 pattern surface, 52 resist, 53 electrode non-forming region, 54 electrode forming region, 55 electrode forming region metal film, 56 electrode non-forming region metal film layer.

Claims (10)

半導体基板の裏面上にｐ（正）とｎ（負）の電極が形成される裏面電極型太陽電池の製造方法であって、
ｐ（正）とｎ（負）のフィンガー電極パターンのそれぞれに対応する概略長方形形状の複数の開口部を有するメタルマスクを位置合せして前記半導体基板の裏面に相対して配置する工程と、
前記メタルマスクの開口部を介して前記半導体基板の裏面上に電極金属膜を蒸着またはスパッタリングによって形成する工程と、
上記工程によって形成されたｐ（正）とｎ（負）の電極を有する前記基板の複数をインターコネクタを介して相互に直列接続する工程を含むことを特徴とする裏面電極型太陽電池の製造方法。 A method of manufacturing a back electrode type solar cell in which p (positive) and n (negative) electrodes are formed on the back surface of a semiconductor substrate,
aligning a metal mask having a plurality of substantially rectangular openings corresponding to each of p (positive) and n (negative) finger electrode patterns and disposing the metal mask relative to the back surface of the semiconductor substrate;
Forming an electrode metal film by vapor deposition or sputtering on the back surface of the semiconductor substrate through the opening of the metal mask;
A method of manufacturing a back electrode type solar cell, comprising a step of interconnecting a plurality of the substrates having p (positive) and n (negative) electrodes formed by the above steps in series via an interconnector. . 前記メタルマスクの断面形状において、前記半導体基板側の辺がその対辺よりも短い概略台形になっていることを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   2. The method for manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 1, wherein in the cross-sectional shape of the metal mask, the side on the semiconductor substrate side is substantially trapezoid shorter than the opposite side. 前記メタルマスクの開口部の形状は、前記電極が前記インターコネクタに接続される部分に相当する部分が幅広にされた概略Ｔ字型形状となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   3. The shape of the opening of the metal mask is a substantially T-shaped shape in which a portion corresponding to a portion where the electrode is connected to the interconnector is widened. The manufacturing method of the back electrode type solar cell of description. 前記メタルマスクとして、ｐ（正）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクと、ｎ（負）電極パターンに対応する開口部を有するメタルマスクの２種類を用いて、前記ｐ（正）電極と前記ｎ（負）電極とで成分および構成の異なる金属膜を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   As the metal mask, a metal mask having an opening corresponding to a p (positive) electrode pattern and a metal mask having an opening corresponding to an n (negative) electrode pattern are used, and the p (positive) electrode is used. 4. The method of manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 1, wherein a metal film having a different component and configuration is formed by the n (negative) electrode. 5. 前記ｎ（負）電極として、チタン、パラジウム、および銀（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層することを特徴とする請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   5. The method for manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 4, wherein titanium, palladium, and silver (Ti / Pd / Ag) layers are laminated in this order as the n (negative) electrode. 前記ｎ（負）電極として、チタン、ニッケル、およびパラジウム（Ｔｉ／Ｎｉ／Ｐｄ）の各層をこの順に積層することを特徴とする請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   5. The method for manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 4, wherein titanium, nickel, and palladium (Ti / Ni / Pd) layers are laminated in this order as the n (negative) electrode. 前記ｎ（負）電極として、チタン、ニッケル、および金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）の各層をこの順に積層することを特徴とする請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   5. The method of manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 4, wherein titanium, nickel, and gold (Ti / Ni / Au) layers are laminated in this order as the n (negative) electrode. 前記ｐ（正）電極として、アルミニウムを堆積した上にニッケルメッキと金メッキを順次施すことを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a back electrode type solar cell according to any one of claims 4 to 7, wherein as the p (positive) electrode, aluminum is deposited and nickel plating and gold plating are sequentially performed. 前記ｐ（正）電極として、アルミニウム、チタン、パラジウム、および銀（Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ）の各層をこの順に積層することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。   The back electrode according to any one of claims 4 to 7, wherein each layer of aluminum, titanium, palladium, and silver (Al / Ti / Pd / Ag) is laminated in this order as the p (positive) electrode. Type solar cell manufacturing method. 請求項１から９のいずれかの裏面電極型太陽電池の製造方法を用いて作製されていることを特徴とする裏面電極型太陽電池。   A back electrode type solar cell manufactured using the method for manufacturing a back electrode type solar cell according to claim 1.
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