JP2006341547A - 印刷用マスク、スクリーン印刷方法および光電変換素子の製造方法ならびに光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 開口部のパターンの形状や配置に自由度をもたすことのできる印刷用マスクと、その印刷用マスクを用いたスクリーン印刷方法と、その印刷用マスクを用いた光電変換素子の製造方法と光電変換素子とを提供する。
【解決手段】 メタルマスク１では、太陽電池の副電極に対応する開口部１ｂにおいて、支持体部１ａが所定の間隔をもって形成され、また、主電極に対応する開口部１ｃにも支持体部１ａが所定の間隔をもって形成されている。支持体部１ａの一方の主表面側の部分はメタルマスク１の一方の主表面と同一平面上に位置するとともに、支持体部１ａの他方の主表面側の部分は、メタルマスクの他方の主表面から一方の主表面の側に後退して位置することによって、支持体部１ａの厚みがより薄くなるように設定されている。支持体部を除くメタルマスク１の表面には感光性乳剤が塗布されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は印刷用マスク、スクリーン印刷方法および光電変換素子の製造方法ならびに光電変換素子に関し、特に、スクリーン印刷に使用される印刷用マスクと、その印刷用マスクを用いたスクリーン印刷方法と、その印刷用マスクを用いた光電変換素子の製造方法と、そのような光電変換素子の製造方法によって製造される光電変換素子とに関するものである。

太陽電池などの光電変換素子において受光面電極を形成する場合や、ペースト材料を用いて印刷基板を形成する場合に、従来から、生産性および信頼性等の面において優位なスクリーン印刷装置やディスペンサが多く用いられている。特に、装置コストおよび生産タクトが有利であるとの観点から、スクリーン印刷法が広く用いられている。

太陽電池において太陽光線が入射する側の表面に形成される受光面電極は、図３６に示すように、発電電力を太陽電池３０の外部に取り出すための主電極３２ｂと、その主電極３２ｂと交差する微細な副電極３２ａとから構成され、魚の骨のように形成されることから、この受光面電極３２は魚骨型集電極と称されている。

この受光面電極３２においては、特に、副電極３２ａが光を遮るために、副電極３２ａが形成される領域は発電に寄与しないことになる。そのため、副電極３２ａの線幅をできるだけ細くすることが求められる。また、副電極３２ａの直列抵抗を低減するために、副電極３２ａの厚みをできるだけ厚くすることが求められる。すなわち、副電極３２ａにはアスペクト比（厚み／線幅）の高い電極とすることが求められている。

スクリーン印刷法によって上述した魚骨型の受光面電極３２を形成するには、代表的には、スクリーンマスクあるいはメタルマスクが用いられる。そのスクリーンマスクは、次のように形成される。まず、金属またはプラスチックの細線を編んだスクリーン紗に感光性の乳剤が塗布される。次に、塗布された乳剤の上に必要な印刷パターンを形成したマスク板が載置されて、所定の露光および現像処理が施される。現像処理の後、不要な乳剤がエッチングにより除去されて空隙部（開口部）を備えたスクリーンマスクが形成される。一方、メタルマスクは、ニッケル等の薄板に対して所定のエッチングを施したり、レーザ光を照射することによって印刷パターンに対応した所定の開口部を形成することによって形成される。

これらの方法のうち、メタルマスクを用いて受光面電極を形成する場合には、開口部にスクリーン紗が存在しないため、ペーストの抜けが良くなる。そのため、メタルマスクは、線幅が細く、かつ、厚みの厚い受光面電極を印刷するのに適している。これに対して、スクリーンマスクを用いて受光面電極を形成する場合には、スクリーン紗が開口部が形成された印刷マスクを保持する支持体として機能するため、開口部のパターンにはほとんど制約はなくなる。そのため、太陽電池に受光面電極を形成する場合には、副電極と主電極とを１回の印刷で同時に形成することができる。

なお、スクリーン印刷法を開示した文献として特許文献１がある。また、メタルマスクの製造方法について開示した文献として特許文献２，３がある。
特開平１−１７３６９１号公報 特開平４−１６３５５３号公報 特開平４−１６６８４４号公報

しかしながら、上述したメタルマスクおよびスクリーンマスクでは次のような問題点があった。まず、メタルマスクでは、メタルマスク全体を均一な力で周囲から引っ張ることによってマスクに十分な張力を与える必要があることから、開口部のパターンに制約がある。また、太陽電池に受光面電極を形成する場合には、副電極と主電極を同時に形成することができないため、たとえば図３７に示すように、上記制約から明らかなように、副電極３２ａを形成し、その後、図３８に示すように主電極３２ｂを形成する必要があり、受光面電極３２の形成のために２回に分けて印刷をする必要があった。

一方、スクリーンマスクでは、スクリーンマスクの空隙部に細線を編んだ紗が存在するために、ペーストの抜けがメタルマスクに比べて劣ってしまう。その結果、高いアスペクト比を有する受光面電極を形成することが困難であった。

本発明は、メタルマスクにおいて、上述したメタルマスク特有の問題点を解消してスクリーンマスクの長所を備えるためになされたものであり、一つの目的は、開口部のパターンの形状や配置に自由度をもたすことのできる印刷用マスクを提供することであり、他の目的は、そのような印刷用マスクを用いたスクリーン印刷方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような印刷用マスクを用いた光電変換素子の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような光電変換素子の製造方法によって製造される光電変換素子を提供することである。

本発明に係る印刷用マスクは、スクリーン印刷に使用される印刷用マスクであって、マスク本体と開口部と支持体部とを備えている。マスク本体は対向する第１主表面および第２主表面を有している。開口部はマスク本体に形成され、印刷されるパターンに対応している。支持体部は開口部を分割するように形成されている。その支持体部の第１主表面側の部分は第１主表面と同一平面上に位置するとともに、支持体部の第２主表面側の部分は、第２主表面から第１主表面の側に後退して位置することによって、支持体部の厚みがマスク本体の厚みよりも薄くされている。

この構成によれば、開口部を分割するように支持体部が形成されていることで、開口部を挟んで対向するマスク本体の部分同士が接続されることになる。これにより、マスクを一定の張力をもって引っ張っても開口部が変形するようなことがなくなる。その結果、開口部のパターンや形状の制約を受けることなく精度の高い印刷を行なうことができる。また、その支持体部の厚みがマスク本体の厚みよりも薄くされていることで、支持体部が薄くされた分、印刷材料が支持体部の直下の部分にまで充填されて、パターンが途切れてしまうのを防止することができる。

また、印刷の対象が、特に太陽電池などの光電変換素子の場合には、その表面に光を閉じ込めるための比較的微細な凹凸が形成されている。そこで、マスク本体における第２主表面に、支持体部の部分を除いて所定の被覆膜を形成し、これを光電変換素子の表面と対向させることによって、スクリーン印刷の際に印刷材料が滲み出たり、光閉じ込め構造に損傷を与えたりするのを抑制することができる。

そのような印刷用マスクとして、より具体的には、マスク本体および支持体部は所定の金属板から形成されていることが好ましい。

本発明に係るスクリーン印刷方法は、印刷されるパターンに対応した開口部が形成された印刷用マスクによるスクリーン印刷方法であって、以下の工程を備えている。スクリーン印刷を行なう所定の部材の上に印刷用マスクを設置する。その印刷用マスクの上に、印刷材料を供給する。その印刷材料を印刷用マスクの開口部に充填する。印刷用マスクを所定の部材から取外す。その印刷用マスクでは、開口部を分割するように支持体部が形成され、支持体部の印刷用マスクの一方の面の側の部分は一方の面と同一平面上に位置するとともに、支持体部の印刷用マスクの他方の面の側の部分は、他方の面から一方の面の側に後退して位置することによって、支持体部の厚みが印刷用マスクの厚みよりも薄くされ、他方の面に、支持体部の部分を除いて所定の被覆膜が形成されている。印刷用マスクを設置する工程では、所定の被覆膜が形成された印刷用マスクの他方の面の側が所定の部材と対向するように設置される。

この方法によれば、開口部を分割するように支持体部が形成されていることで、マスクを一定の張力をもって引っ張っても開口部が変形するようなことがなくなる。その結果、開口部のパターンや形状の制約を受けることなく精度の高い印刷を行なうことができる。また、その支持体部の厚みが印刷用マスクの厚みよりも薄くされていることで、支持体部が薄くされた分、印刷材料が支持体部の直下の部分にまで充填されて、パターンが途切れてしまうのを防止することができる。さらに、所定の被覆膜が形成された印刷用マスクの他方の面の側が所定の部材と対向するように設置されることで、印刷される表面にたとえ凹凸があったとしても、その凹凸部分から印刷材料が滲み出たり、凹凸が損傷を受けたりするのを抑制することができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法は、印刷用マスクを用いた光電変換素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。光電変換を行なう素子本体が形成された光電変換素子基板の主表面に、電極のパターンに対応した所定の開口部が形成された印刷用マスクを設置する。その印刷用マスクの上に印刷用材料を供給する。その印刷用材料を印刷用マスクの開口部に充填する。印刷用マスクを光電変換素子基板から取外すことによって、光電変換素子基板の表面に電極を形成する。印刷用マスクでは、開口部を分割するように支持体部が形成され、支持体部の印刷用マスクの一方の面の側の部分は一方の面と同一平面上に位置するとともに、支持体部の印刷用マスクの他方の面の側の部分は、他方の面から一方の面の側に後退して位置することによって、支持体部の厚みが印刷用マスクの厚みよりも薄くされ、他方の面に、支持体部の部分を除いて所定の被覆膜が形成されている。印刷用マスクを設置する工程では、所定の被覆膜が形成された印刷用マスクの他方の面の側が光電変換素子基板と対向するように設置される。

この製造方法によれば、開口部を分割するように支持体部が形成されていることで、開口部を挟んで対向する印刷用マスクの部分同士が接続されることになる。これにより、印刷用マスクを一定の張力をもって引っ張っても開口部が変形するようなことがなくなる。その結果、開口部のパターンや形状の制約を受けることなく精度の高い印刷を行なうことができる。また、その支持体部の厚みが印刷用マスクの厚みよりも薄くされていることで、支持体部が薄くされた分、印刷材料が支持体部の直下の部分にまで充填されて、パターンが途切れてしまうのを防止することができる。さらに、光電変換素子の主表面に形成された光を閉じ込めるための比較的微細な凹凸に対して、所定の被覆膜が形成された印刷用マスクの他方の面の側がこれと対向するように設置されることにより、スクリーン印刷の際に印刷材料が滲み出たり、光閉じ込め構造に損傷を与えたりするのを抑制することができる。

また、電極は、所定の幅を有して一方向に延在する主電極と、その所定の幅よりも狭い幅を有して一方向と交差する他の方向に延在する副電極とを含み、支持体部は、印刷用マスクに形成された開口部のうち副電極に対応する開口部に設けられていることが好ましい。

この場合には、より狭い幅を有して延在する副電極に対応する開口部が、スクリーン印刷を行なう際の張力によって開口部の中央付近が広がってしまうようなことがなく、寸法精度の高い副電極を形成することができる。

さらに、主電極についても寸法精度を向上するためには、支持体部は、印刷用マスクに形成された開口部のうち主電極に対応する開口部にも設けられていることが好ましい。

その主電極の幅と副電極の幅としては、より具体的に、主電極の幅は４００μｍ以上であり、副電極の幅は４００μｍを超えないように形成されていることが好ましい。

本発明に係る光電変換素子は、上述した光電変換素子の製造方法によって製造される光電変換素子であり、主電極と副電極とを備え、その主電極は、所定の半導体基板の主表面において、第１の幅を有して一方向に延在するように形成されている。また、副電極は、第２の幅を有して一方向と交差する他の方向に延在するように形成されている。その主電極および副電極の少なくともいずれかの電極の表面には、延在する方向に周期的に、いずれかの電極をいずれかの電極の幅方向に横切る凹部が形成されていることになる。

特に、この場合には、主電極あるいは副電極にインターコネクタ等をはんだ付けによって接続する際に、その凹部が、はんだが流れてしまうのを阻止するはんだの溜りとしての機能を果たし、はんだディップ状態を改善することができる。

実施の形態１
まず、ここでは、太陽電池の受光面電極の形成に適用されるメタルマスクについて説明する。図１に示すように、メタルマスク１では、太陽電池の副電極に対応する開口部１ｂにおいて、開口部１ｂを挟んで対向するメタルマスク１の部分を繋ぐ支持体部１ａが所定の間隔をもって形成されている。同様に、主電極に対応する開口部１ｃにも支持体部１ａが所定の間隔をもって形成されている。

次に、メタルマスク１に支持体部１ａを設けることによる効果について説明する。まず、たとえば図２に示すように、メタルマスク１０１に長さＬが約１００ｍｍであり幅Ｗが約１ｍｍの矩形状の開口部１０１ｂが形成されている場合を想定する。このような短辺と長辺との長さが著しく異なる開口部１０１ｂが形成されたメタルマスク１０１を用いてスクリーン印刷を行なう際には、一定の張力をもってメタルマスク１０１を保持することが難しい。

そのため、開口部１０１ｂが延在する方向（矢印５１）にメタルマスク１０１を引っ張る力よりも、開口部１０１ｂが延在する方向と略直交する方向（矢印５２）にメタルマスク１０１を引っ張る力が強いと、開口部１０１ｂの中央付近が広がって樽状の開口部となる。その結果、開口部１０１ｂの中央付近に対応する電極の幅が所望の幅よりも太くなってしまう。

そこで、図３に示すように、開口部（長さＬ＝１００ｍｍ、幅Ｗ＝１ｍｍ）が延在する方向に所定の間隔（たとえばＬ１＝２．５ｍｍ）を隔てて支持体部１ａ（たとえば長さＬ２＝０．０５ｍｍ）を形成することで、開口部１ｂを挟んで対向するメタルマスク１の部分同士が接続されることになる。これにより、メタルマスク１を一定の張力をもって引っ張っても開口部１の中央付近が広がることもなく、所定の幅を有する電極（副電極）を形成することができる。

また、支持体部としてその厚みが支持体部以外のメタルマスクの部分の厚みと同じ場合には、支持体部が位置する部分には電極となるペーストが転写されず、電極としてパターンが途切れてしまうことがある。

そこで、図４に示すように、このメタルマスク１では、支持体部１ａの一方の主表面側の部分はメタルマスク１の一方の主表面と同一平面上に位置するとともに、支持体部１ａの他方の主表面側の部分は、メタルマスクの他方の主表面から一方の主表面の側に後退して位置することによって、支持体部１ａの厚みＴ２が支持体部１ａ以外のメタルマスク１の部分の厚みＴ１よりも薄く設定されている。

たとえば、メタルマスク１の厚さＴ１を約９０μｍとすると、支持体部１ａの厚さＴ２は約５０μｍに設定される。このように、支持体部１ａの厚みをメタルマスク１の厚みよりも薄く設定することで、支持体部１ａが薄くされた分、電極となるペーストが支持体部１ａの直下の部分にまで充填されて、電極が途切れてしまうのを防止することができる。

さらに、このメタルマスク１では、図５に示すように、メタルマスク１が太陽電池基板（図示せず）と接触する側の面に感光性乳剤１３が塗布されている。太陽電池の受光面には、受光面に入射する光を閉じ込めるために、シリコンの異方性エッチングを利用したり、あるいは、反応性イオンエッチング等を適用することによって、数μｍ〜数１０μｍオーダの微細な凹凸（光閉込構造）が形成されている。

そのため、一般的なメタルマスクを太陽電池に基板に接触させてスクリーン印刷法を適用した場合には、その凹凸部分から受光面電極となるペーストが滲み出てしまい、電極を寸法精度よく形成することができなくなってしまうことがある。また、比較的硬いメタルマスクが太陽電池の微細な凹凸部分に直接接触するために、光閉込構造が損傷を受けてしまうことがある。

そこで、支持体部を除くメタルマスク１の表面に感光性乳剤１３を塗布することで、ペーストが滲み出たり、光閉じ込め構造が損傷を受けたりすることが抑制されて、寸法精度が高く、かつ、アスペクト比の高い電極を形成することができる。

次に、上述したメタルマスクの製造方法について説明する。まず、図６に示すように、電鋳母型９の一主表面にメタルマスクの開口部のパターンに対応したパターンのレジスト膜１０が形成される。次に、電鋳法によって、図７に示すように、レジスト膜１０によって覆われていない電鋳母型９の表面にメタルマスクとなるメタル膜１１が形成される。その後、電鋳母型９の表面からメタル膜１１が剥離される。

剥離されたメタル膜１１では、図８〜図１０に示すように、メタル膜１１にメタルマスクの開口部に対応した開口部１１ｂが形成されている。また、その開口部１１ｂには所定の間隔を隔てて支持体部となる部分１１ａが形成されている。その支持体部に対応する部分１１ｂの厚みは、まだ、他の部分の厚みと同じ状態である。

次に、図１１〜図１３に示すように、メタル膜１１の一方の面に対して、支持体部となる部分１１ａの表面を除いて耐エッチング性のレジスト膜１２ａが塗布形成される。メタル膜１１の他方の面に対して、支持体部となる部分１１ａの表面も含めて耐エッチング性のレジスト膜１２ｂが塗布形成される。

次に、レジスト膜１２ａ，１２ｂによって被覆されたメタル膜１１に、たとえば化学的エッチングを施すことによって、露出している支持体部となる部分１１ａの表面がエッチングされて、図１４〜図１６に示すように、支持体部となる部分１１ａの厚みがメタル膜１１の他の部分１１ｃの厚みよりも薄くなる。

次に、図１７〜図１９に示すように、メタル膜１１の一方の面、すなわち、支持体部を形成するためにエッチングが施された側の面の全面に感光性乳剤１３が塗布される。次に、その感光性乳剤１３の上に、開口部１４ａパターンが形成された所定のガラスマスク１４が載置される。このガラスマスク１４は、露光光を透過させる性質を有するベース（ガラス）と、そのベース上に形成された露光光を透過させないためのパターン部分との２層構造とされる。特に、露光光を透過させる性質を有するベースの部分、すなわち、開口部１４ａは、支持体部となる部分１１ａが位置する領域に対応するように配設される。

次に、ガラスマスク１４を介して所定の露光および現像処理が施されて、ガラスマスクが除去される。これにより、図２０〜図２２に示すように、メタル膜１１では、支持体部となる部分１１ａに位置する感光性乳剤１３が除去されて、それ以外の部分では感光性乳剤１３が残されることになる。このようにして形成されるメタル膜１１が、図５に示されるメタルマスク１となる。

実施の形態２
ここでは、メタルマスクを用いた太陽電池の製造方法について説明する。まず、太陽電池基板として、図２３に示すように、厚さ約４００μｍ、基板サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ、比抵抗約１．５Ω・ｃｍのＰ型の多結晶シリコン基板２１が用意される。次に、この多結晶シリコン基板２１に所定の洗浄処理が施される。次に、ＮａＯＨ水溶液とイソプロピルアルコールの混合液を用いて、液温約９０℃のもとで多結晶シリコン基板２１にテクスチャエッチングを施すことにより、多結晶シリコン基板２１の表面に高さ数μｍ程度の光を閉じ込めるためのピラミッド状の微小な凹凸（図示せず）が形成される。

次に、スピンコート法によって多結晶シリコン基板２１の表面にＰＳＧ液（リンガラス液）が塗布され、温度約８５０℃にて焼成することにより、図２４に示すように、多結晶シリコン基板２１の受光面側の表面にＮ型半導体層２２が形成される。次に、図２５に示すように、常圧ＣＶＤ法によってＮ型半導体層２２上にたとえば酸化チタン膜からなる反射防止膜２３が形成される。

次に、図２６に示すように、多結晶シリコン基板２１における受光面とは反対側の表面上に、スクリーン印刷法によって裏面電極となるアルミニウムペースト（図示せず）が印刷される。なお、この場合のスクリーン印刷法は、ステンレスメッシュと感光性乳剤によって作製されたスクリーンマスクを用いた一般的なスクリーン印刷法である。また、このアルミニウムペーストは、導体物質としてアルミニウムを７０重量パーセント含み、印刷性を付与するための樹脂ならびに溶剤を混合、分散させたものである。その後、温度約７５０℃のもとで焼成することにより、図２７に示すように、裏面電極２４ｂと裏面電界層２４ａが形成される。

次に、図２８に示すように、実施の形態１において説明した受光面電極形成のためのメタルマスク１が太陽電池基板２１の受光面側の表面に配設される。なお、メタルマスク１の厚さは８０μｍとされ、主電極部の設計線幅は８００μｍとされる。そして、副電極部の設計線幅は１００μｍとされる。また、副電極部に対応する開口部には、厚さ５０μｍ、幅３０μｍの支持体部が０．４ｍｍ間隔で設けられ、主電極部に対応する開口部には、厚さ５０μｍ、幅４０μｍの支持体部が０．３ｍｍ間隔で設けられている。なお、電極の幅としては、主電極の幅は４００μｍ以上に設定され、副電極の幅は４００μｍを超えないように設定されることが好ましいことから、本実施の形態では、主電極部および副電極部の設計線幅は上記のとおり設定される。

次に、図２９に示すように、そのメタルマスク１の上に受光面電極となる銀ペースト２５が載置され、所定のスキージ２７によって、図３０に示すように、メタルマスク１に設けられた開口部１ｂに銀ペースト２５が充填される。このとき、銀ペースト２５は支持体部１ａと多結晶シリコン基板２１の表面との間の隙間にまで充填されることになる。その後、図３１に示すように、メタルマスク１が取外されて銀ペースト２５が受光面電極のパターンに印刷される。なお、図３１では、受光面電極が延在する方向と略直交する方向の断面形状が示されている。

次に、温度６５０℃のもとで焼成することにより、図３２に示すように、受光面電極２６が形成される。この受光面電極２６は、図３６に示すように、主電極３２ｂと副電極３２ａとからなる魚骨型の形状を有している。以上のようにして、受光面電極２６を備えた太陽電池が製造される。

上述した製造方法によって形成された太陽電池の受光面電極２６においては、特に、図３３に示すように、主電極３２ｂおよび副電極３２ａの少なくともいずれかの表面には、周期的な凹部が形成されることになる。この凹部はメタルマスクの支持体部の形状を反映したものであり、その周期は短くても１ｍｍ程度以上とされ、主電極３２ｂまたは副電極３２ａが延在する方向に沿って電極が延在する方向と直交する方向（幅方向）に形成されることになる。

このように、受光面電極２６において、周期的に凹部が形成されていることで、表面がフラットな受光面電極の場合と比べて、受光面電極２６にたとえばはんだ付けによりインターコネクタ等を接続する際に、その凹部が、はんだが流れてしまうのを阻止するはんだの溜りとしての機能を果たし、はんだディップ状態を改善することができる。

一方、従来技術に係るスクリーンマスクを用いて光電変換素子の受光面電極を製造する場合には、受光面電極には、受光面電極が延在する方向と、それに直交する方向の２方向の凹部が形成されることになる。この場合の周期は、２５０μｍ（＃１００のメッシュを適用）〜５０μｍ（＃５００のメッシュを適用）程度であり、最大でも１ｍｍ未満とされる。また、従来技術に係るメタルマスクを用いて光電変換素子の受光面電極を製造する場合には、受光面電極には、特に凹部は何ら形成されないことになる。

次に、実施の形態１において説明したメタルマスクを用いて製造した太陽電池と、比較例として従来の一般的なスクリーン印刷法を用いて製造した太陽電池とのそれぞれについて、種々の評価を行なった結果について説明する。なお、比較例に係る太陽電池では、受光面電極を形成するために、メッシュ番号２５０、線径３５μｍのステンレスメッシュを用いた一般的なスクリーンマスクを用いた。また、メタルマスクの場合と同様に、主電極の設計線幅を８００μｍとし、副電極の設計線幅を１００μｍとした。

まず、上記メタルマスク（本実施の形態）とスクリーンマスク（比較例）を用いて印刷した受光面電極のそれぞれについて、乾燥直後の形状を評価した。その結果を図３４に示す。図３４に示すように、本メタルマスクを用いた受光面電極の電極の幅は、スクリーンマスクを用いた受光面電極の電極の幅よりも狭く、より設計線幅に近い幅であることが確認された。また、本メタルマスクを用いた受光面電極の電極の厚さは、スクリーンマスクを用いた受光面電極の電極の厚さよりも厚く、よりアスペクト比の高い受光面電極が形成されていることが確認された。

次に、それぞれの太陽電池について、ソーラシミュレータによる評価を行なった。このことについて説明する。なお、ソーラシミュレータとは、太陽電池の特性試験、信頼性試験を屋内で行なうために使用される照射光源をいい、試験目的に応じて要求される放射照度、均一性およびスペクトル合致度が満足される。

まず、そのソーラシミュレータとしてエアマス（ＡＭ）１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²の条件のソーラシミュレータを用いて、温度２５℃のもとで電流電圧特性を評価した。そして、その電流電圧特性に基づいて短絡電流、開放電圧、曲線因子および変換効率をそれぞれ求めた。

ここで、エアマスとは標準状態の大気（標準気圧１０１３ｈＰａ）に太陽光が垂直に入射した場合の路程に対する、地球に入射する直達太陽光が通過する路程の比をいう。短絡電流とは、太陽電池の出力端子を短絡させたときの両出力端子間に流れる電流をいう。開放電圧とは、太陽電池の出力端子を開放したときの両出力端子間の電圧をいう。曲線因子とは、最大出力を開放電圧と短絡電流の積で除した値をいう。変換効率とは、最大出力を太陽電池の面積と規定放射照度の積で除した値（％）をいう。

図３５に、求められた短絡電流、開放電圧、曲線因子および変換効率のそれぞれの結果を示す。図３５に示すように、本メタルマスクを用いて受光面電極を形成した太陽電池では、比較例に係る太陽電池の場合と比べると、特に曲線因子について、より高い値が得られることが判明し、その結果として、より高い変換効率が得られることがわかった。これは、本メタルマスクを用いて形成された受光面電極では、より高アスペクト比が得られて、直列抵抗の損失が低減されたことによるものと考えられる。

なお、印刷用マスクとして上述した実施の形態ではメタルマスクを例に挙げて説明したが、材質としてスクリーン印刷の際における張力に対応できるものであれば、金属に限られない。また、そのような印刷用マスクを用いて太陽電池の受光面電極を形成する場合を例に挙げて説明したが、印刷の対象としては太陽電池の受光面電極に限られるものではなく、一定の幅を有して延在する電極等の形成に適用することができる。

今回開示された実施の形態は例示にすぎず、これに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係るメタルマスクの平面図である。 同実施の形態において、メタルマスクの効果を説明するためのメタルマスクの開口部を示す第１の部分平面図である。 同実施の形態において、メタルマスクの効果を説明するためのメタルマスクの開口部を示す第２の部分平面図である。 同実施の形態において、図３に示すメタルマスクの開口部に沿った部分断面図である。 同実施の形態において、メタルマスクの斜視図である。 同実施の形態において、メタルマスクの製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図８に示す断面線ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。 同実施の形態において、図８に示す断面線Ｘ−Ｘにおける断面図である。 同実施の形態において、図８〜図１０に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図１１に示す断面線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図である。 同実施の形態において、図１１に示す断面線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。 同実施の形態において、図１１〜図１３に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶにおける断面図である。 同実施の形態において、図１４に示す断面線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面図である。 同実施の形態において、図１４〜図１６に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図１７に示す断面線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。 同実施の形態において、図１７に示す断面線ＸＩＸ−ＸＩＸにおける断面図である。 同実施の形態において、図１７〜図１９に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける断面図である。 同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩにおける断面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２７に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面斜視図である。 同実施の形態において、図２８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２９に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３０に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、太陽電池の表面に形成された電極の表面形状を示す部分拡大斜視図である。 同実施の形態において、太陽電池の表面に形成された電極の形状を評価した結果を示す図である。 同実施の形態において、太陽電池のソーラシミュレータによる評価結果を示す図である。 太陽電池における受光面電極を示す平面図である。 受光面電極のうち、副電極を示す平面図である。 受光面電極のうち、主電極を示す平面図である。

符号の説明

１ メタルマスク、１ａ 支持体部、１ｂ 開口部、９ 電鋳母型、１０ レジスト膜、１１ メタル膜、１１ａ 薄い部分、１１ｂ 厚い部分、１２ａ，１２ｂ 耐エッチング性レジスト膜、１３ 感光性乳剤、１４ ガラスマスク、１４ａ 開口部、２１ ｐ型多結晶シリコン基板、２２ Ｎ型半導体層、２３ 反射防止膜、２４ アルミニウムペースト、２４ａ 裏面電界層、２４ｂ 裏面電極、２５ 銀ペースト、２６，３２ 受光面電極、３０ 太陽電池、３１ 基板、３２ａ 副電極、３２ｂ 主電極。

Claims (9)

1. スクリーン印刷に使用される印刷用マスクであって、
   対向する第１主表面および第２主表面を有するマスク本体と、
   前記マスク本体に形成され、印刷されるパターンに対応した開口部と、
   前記開口部を分割するように形成された支持体部と
   を備え、
   前記支持体部の前記第１主表面側の部分は前記第１主表面と同一平面上に位置するとともに、前記支持体部の前記第２主表面側の部分は、前記第２主表面から前記第１主表面の側に後退して位置することによって、前記支持体部の厚みが前記マスク本体の厚みよりも薄くされた、印刷用マスク。
2. 前記マスク本体における前記第２主表面には、前記支持体部の部分を除いて所定の被覆膜が形成された、請求項１記載の印刷用マスク。
3. 前記マスク本体および前記支持体部は所定の金属板から形成された、請求項１または２に記載の印刷用マスク。
4. 印刷されるパターンに対応した開口部が形成された印刷用マスクによるスクリーン印刷方法であって、
   スクリーン印刷を行なう所定の部材の上に印刷用マスクを設置する工程と、
   前記印刷用マスクの上に、印刷材料を供給する工程と、
   前記印刷材料を前記印刷用マスクの前記開口部に充填する工程と、
   前記印刷用マスクを前記所定の部材から取外す工程と
   を備え、
   前記印刷用マスクでは、前記開口部を分割するように支持体部が形成され、前記支持体部の前記印刷用マスクの一方の面の側の部分は前記一方の面と同一平面上に位置するとともに、前記支持体部の前記印刷用マスクの他方の面の側の部分は、前記他方の面から前記一方の面の側に後退して位置することによって、前記支持体部の厚みが前記印刷用マスクの厚みよりも薄くされ、前記他方の面に、前記支持体部の部分を除いて所定の被覆膜が形成され、
   前記印刷用マスクを設置する工程では、前記被覆膜が形成された前記印刷用マスクの前記他方の面の側が前記所定の部材と対向するように設置される、スクリーン印刷方法。
5. 印刷用マスクを用いた光電変換素子の製造方法であって、
   光電変換を行なう素子本体が形成された光電変換素子基板の主表面に、電極のパターンに対応した所定の開口部が形成された印刷用マスクを設置する工程と、
   前記印刷用マスクの上に印刷用材料を供給する工程と、
   前記印刷用材料を前記印刷用マスクの前記開口部に充填する工程と、
   前記印刷用マスクを前記光電変換素子基板から取外すことによって、前記光電変換素子基板の表面に電極を形成する工程と
   を備え、
   前記印刷用マスクでは、前記開口部を分割するように支持体部が形成され、前記支持体部の前記印刷用マスクの一方の面の側の部分は前記一方の面と同一平面上に位置するとともに、前記支持体部の前記印刷用マスクの他方の面の側の部分は、前記他方の面から前記一方の面の側に後退して位置することによって、前記支持体部の厚みが前記印刷用マスクの厚みよりも薄くされ、前記他方の面に、前記支持体部の部分を除いて所定の被覆膜が形成され、
   前記印刷用マスクを設置する工程では、前記被覆膜が形成された前記印刷用マスクの前記他方の面の側が前記光電変換素子基板と対向するように設置される、光電変換素子の製造方法。
6. 前記電極は、
   所定の幅を有して一方向に延在する主電極と、
   前記所定の幅よりも狭い幅を有して前記一方向と交差する他の方向に延在する副電極と
   を含み、
   前記支持体部は、前記印刷用マスクに形成された前記開口部のうち前記副電極に対応する開口部に設けられた、請求項５記載の光電変換素子の製造方法。
7. 前記支持体部は、前記印刷用マスクに形成された前記開口部のうち前記主電極に対応する開口部にさらに設けられた、請求項６記載の光電変換素子の製造方法。
8. 前記主電極の幅は４００μｍ以上であり、前記副電極の幅は４００μｍを超えないように形成された、請求項５〜７のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
9. 所定の半導体基板の主表面において、第１の幅を有して一方向に延在するように形成された主電極と、
   第２の幅を有して前記一方向と交差する他の方向に延在するように形成された副電極と
   を備え、
   前記主電極および前記副電極の少なくともいずれかの電極の表面には、延在する方向に周期的に、前記いずれかの電極を前記いずれかの電極の幅方向に横切る凹部が形成された、光電変換素子。
   

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