JP2008166344A - 光電変換素子用導電性ペースト、光電変換素子、および光電変換素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の裏面電極形成に伴う半導体基板の反りを抑制し、かつ面抵抗が小さく、密着強度が高い裏面電極を形成できる導電性ペーストを提供する。
【解決手段】裏面電極用の導電性ペーストが無機主成分物質として、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末と、Ａｌ粉末にＭｇを主成分元素とする所定の物質を添加してなり、加熱されることによってＡｌ−Ｍｇ合金を優先的に生成させるＭｇ混合Ａｌ粉末との少なくとも一方を含むようにする。裏面電極を形成すべく該導電性ペーストを半導体基板に塗布した後の焼成時、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末においては、Ａｌ粒子の表面にＭｇが析出し、これが酸化され、ＭｇＯがＡｌ粒子の最表面に偏析した状態が実現される。Ｍｇ混合Ａｌ粉末の場合、まずはＡｌ−Ｍｇ合金が生成するがその後は同様である。このＭｇＯによってＡｌ粒子同士のネック成長が抑制されるので、裏面電極と結果的に半導体基板の反りは抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子用導電性ペーストおよびこれを用いて作製する光電変換素子に関し、特に、太陽電池の裏面電極層とｐ⁺層との形成に好適な導電性ペースト、およびこれを用いて作製する太陽電池に関する。

近年、環境保護の観点から家庭用の太陽電池の需要が著しく増加する傾向にある。太陽電池の構成としては、ｐ型のＳｉ基板の表面側にｎ⁺層を設け、裏面側にｐ⁺層を設けることでｎ⁺／ｐ／ｐ⁺接合を形成し、さらに受光面側となるｎ⁺層側に受光面電極を備え、反対側のｐ⁺層側には裏面電極を備える態様が、従来より広く採用されている。また、受光面側に反射防止膜を設けることも一般的である。

電極形成には、印刷法が広く用いられる。印刷法は、自動化が容易で生産性が高いという利点を有していることから、種々の電子デバイスの電極形成の手法として一般的な手法である。印刷法は、導電を担う金属粉末を有機バインダーや有機溶剤と混練した導電性ペースト（導体ペースト）をスクリーン印刷などの手法で被形成体に塗布した後、これを熱処理炉内で焼成することで有機成分を蒸発させ、金属粉末の焼結体としての電極を形成する手法である。

太陽電池の場合は、金属Ａｌ粉末を含む導電性ペースト（Ａｌペースト）をＳｉ基板の裏面側に塗布し、これを焼成することで、裏面電極の形成のみならずｐ⁺層の形成も併せて行える。具体的には、焼成によって裏面電極となるＡｌを主成分とするＡｌ電極層が形成される際に、ＡｌがＳｉ基板に拡散することで、Ａｌを不純物として含むｐ⁺層が形成される。裏面電極は、太陽電池において発生した電気を取り出す集電電極の役割を果たすものであり、ｐ⁺層は、いわゆるＢＳＦ（Back Surface Field）効果を生じさせることで、裏面電極における集電効率を高める役割を果たしている。

一方、太陽電池のコストダウンを図るべく、Ｓｉ基板の厚みを２００μｍ以下とする薄層化が検討されている。係る薄層化を実現する上での問題点として、Ｓｉ基板を薄くするほど、Ａｌ電極層との熱膨張差に起因した反りがＳｉ基板に生じやすくなるということがある。Ｓｉの熱膨張率は２．５×１０^-6／ｄｅｇであるのに対し、Ａｌは２３．２５×１０^-6／ｄｅｇと、両者は約１０倍程度異なっている。この問題の解決を意図とする技術もすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２３８１３号公報

上述したＳｉ基板の反りは、ＡｌペーストをＳｉ基板上に印刷し、焼成した後の降温時に、Ａｌ電極層とＳｉ基板の熱膨張の違いに起因して生じるものである。具体的にいえば、焼成時に５００〜６００℃の温度に達すると、不動態としての役割を果たしていたＡｌ粒子表面の非晶質酸化膜が結晶質に変わってＡｌの酸化が急激に進む一方で、酸化膜の間からＡｌ粒子が露出し瞬間的にネック成長することで焼結は進行するが、その過程でＡｌ電極層とＳｉ基板との間に生じる応力を、両者の熱膨張差が大きいために降温時には吸収できなくなることが、反りの生じる原因である。

このような反りが生じると、その後の工程において自動機によるハンドリングミスが生じやすく、太陽電池素子の割れや欠けを発生させ、製造歩留まりを低下させるという問題がある。

係る問題の解決策として、Ａｌペーストの塗布量を減らしてＡｌ電極層を薄くすることにより、反る力を物理的に軽減する手法が想定される。しかしながらこの手法ではＳｉ基板へのＡｌの拡散量が少なくなり、ｐ⁺層が形成されにくく、発電効率が低下するという問題がある。

特許文献１には、Ａｌ粉末と、有機ビヒクルと、Ａｌよりも熱膨張率が小さくかつＡｌの融点よりも溶融温度、軟化温度、分解温度のいずれかが高い無機化合物、具体的にはＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃などを添加したペーストを用いて、裏面電極を形成する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示の方法では、Ｓｉ基板の反りを低減することはできるものの、ペーストに添加した無機化合物が焼成後もそのままの形で存在するため、裏面電極の抵抗を増大させ、裏面電極の集電電極としての性能を劣化し、太陽電池の発電効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池その他の光電変換素子の作製に用いる導電性ペーストであって、半導体基板の裏面電極形成に伴う反りを抑制すると共に、面抵抗が小さく、密着強度が高い裏面電極を形成することができる導電性ペースト、およびこれを用いて作製する光電変換素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、光電変換素子用の半導体基板に電極を形成するための導電性ペーストであって、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末と、Ａｌ粉末にＭｇを主成分元素とする合金形成物質を添加してなり、加熱されることによってＡｌ−Ｍｇ合金を生成させるＭｇ混合Ａｌ粉末と、の少なくとも一方を無機主成分物質として含む、ことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光電変換素子用導電性ペーストであって、前記無機主成分物質がＡｌ粉末をさらに含む、ことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電変換素子用導電性ペーストであって、前記無機主成分物質におけるＡｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部とするときのＭｇ元素の重量比率が、０．１重量部以上１０重量部以下である、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、光電変換素子が、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光電変換素子用導電性ペーストを用いて前記半導体基板の一方主面上に電極層を形成してなるとともに、前記電極層を構成するＡｌ粒子の最表面にはＭｇ酸化物層が形成されてなる、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、光電変換素子用の半導体基板と、前記半導体基板の一方主面上に形成された電極層と、を備える光電変換素子であって、前記電極層の主成分元素はＡｌであり、前記電極層を構成するＡｌ粒子の最表面にはＭｇ酸化物層が形成されてなる、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、光電変換素子の作製方法であって、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末と、Ａｌ粉末にＭｇを主成分元素とする所定の物質を添加してなり、加熱されることによってＡｌ−Ｍｇ合金を優先的に生成させるＭｇ混合Ａｌ粉末と、の少なくとも一方を無機主成分物質として含む導電性ペーストを作製する工程と、前記導電性ペーストを用いて塗布法により光電変換素子用の半導体基板の一方主面上に電極層を形成する工程と、を備え、前記電極層の形成は、前記電極層の最表面にＭｇ酸化物層が形成される形成条件下で行う、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項６の発明によれば、光電変換素子においてＭｇ酸化物層がＡｌ粒子の最表面に偏析した状態の電極層が形成されるので、該電極層においては、このＭｇ酸化物層の存在によって、Ａｌのみで電極層を形成する場合に比して、Ａｌ粒子のネック成長が抑制されてなる。これにより、電極層と半導体基板の間の応力はＡｌのみで電極層を形成する場合に比して緩和されるので、熱膨張率の差に起因して生じる電極層と半導体基板との収縮差も緩和される。結果として半導体基板の反りが抑制された光電変換素子を実現できる。

＜導電性ペースト＞
本実施の形態に係る導電性ペーストは、主として、太陽電池などの光電変換素子の形成に用いる半導体基板に、塗布法によって電極を形成する際に用いるものである。例えば太陽電池を作製する場合であれば、Ｓｉ基板などのｐ型の半導体基板の裏面側に、塗布法によって裏面電極を形成する際に用いるのが、その使用態様の好適な一例である。なお、塗布法としては、スクリーン印刷、ロールコーター方式及びディスペンサー方式などの種々の公知手法を用いることができる。

係る導電性ペーストは、Ａｌ−Ｍｇ粉末と、有機バインダーと、有機溶剤とを含む。ここで、Ａｌ−Ｍｇ粉末とは、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末、またはＭｇ混合Ａｌ粉末の少なくとも一方を含む粉末である。ただし、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末とは金属Ａｌと金属Ｍｇとの合金の粉末であり、Ｍｇ混合Ａｌ粉末とは、金属Ａｌと、Ｍｇを主成分元素とする所定の物質との混合物の粉末である。この所定の物質とは、係る混合物粉末を加熱した場合に、Ａｌ−Ｍｇ合金を優先的に生成する物質（以降、「合金生成物質」と称することがある）である。合金生成物質としては、例えば、Ｍｇ単体や、ＭｇとＣｕ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｎｄ、Ｓｎ、Ｓｍなどとの合金、さらには、Ｍｇとそれらの金属との金属間化合物などがその好適な一例である。このようなＡｌ−Ｍｇ粉末を含む導電性ペーストを、単にＡｌ−Ｍｇペーストとも称することとする。塗布法によって係る導電性ペーストの塗布と焼成とを行うことで、Ａｌを主成分とする裏面電極およびｐ⁺層を、光電変換素子の裏面側に形成することができる。

本実施の形態に係るＡｌ−Ｍｇペーストを塗布法による電極形成に用いるのは、焼成の途中でＡｌ粒子の最表面にＭｇＯが形成されることによって、Ａｌ粒子のネック成長が抑制されるからである。

具体的には、まずＡｌ−Ｍｇ合金粉末についてみれば、公知のＡｌ−Ｍｇ２元系状態図からもわかるようにＡｌ−Ｍｇ合金の融点はＡｌ単体の融点（常圧下で６６０℃）よりも低く（Ｍｇの含有比率が１〜５重量％の場合に６５０℃〜６３０℃）、Ａｌ単体よりも反応性が高いという特徴がある。係るＡｌ−Ｍｇ合金粉末が焼成に伴って加熱されると、Ａｌ粒子（厳密にいえば、Ａｌを主成分とする合金粒子）の表面にＭｇが析出し、これが酸化されてＭｇＯが生成するようになる。すなわち、ＭｇＯがＡｌ粒子の最表面に偏析した状態が実現される。この最表面に偏析したＭｇＯによってＡｌ粒子同士の接触は阻害されるので、ネック成長が抑制されることになる。なお、ここでの偏析とは、Ａｌ粒子１つ１つの表面にＭｇＯが偏析することを意味し、塗布された電極としてはそれら粒子１つ１つが焼結することにより一体化したものであり、ＭｇＯの析出状態の偏りによりピール強度が低下することは無い。

また、Ｍｇ混合Ａｌ粉末の場合には、焼成に伴って加熱されることでまずＡｌ−Ｍｇ合金の生成が優先的に起こった上で、上述したＡｌ−Ｍｇ合金粉末の場合と同様の経緯をたどることになる。すなわち、生成したＡｌ−Ｍｇ合金からＭｇが析出して酸化することでＡｌ粒子の最表面にＭｇＯが生成し、これによってネック成長が抑制されることになる。

すなわち、Ａｌ−ＭｇペーストがＡｌ−Ｍｇ合金を含むにせよ、Ｍｇ混合Ａｌ粉末を含むにせよ、これを用いて裏面電極を形成することで、Ａｌ粒子のネック成長が抑制されることになる。係るネック成長の抑制が実現されることで、裏面電極と半導体基板との間に生じる応力は緩和され、結果的に半導体基板の反りは抑制されることになる。

なお、仮に、Ｍｇ混合Ａｌ粉末に含まれる合金形成物質にＭｇＯを用いた場合、ＭｇＯはその融点が２８３０℃とＡｌに比して非常に高く、Ａｌに比して安定な物質であるために、焼成の際にＭｇが上述のような挙動を示さず、Ａｌ粒子の焼結の進行に先立ってＡｌ粒子の最表面にＭｇＯが偏析する状態を実現することが困難である。また、ＭｇＣＯ₃やＭｇＣｌ₂を用いた場合は、焼成に伴う加熱に際してＭｇＯが優先的に形成されてしまうので、やはりＡｌ粒子の最表面にＭｇＯが偏析する状態の実現が困難である。すなわち、これらのＭｇＯ、ＭｇＣＯ₃、およびＭｇＣｌ₂を合金形成物質としてＭｇ混合Ａｌ粉末に用いるのは、半導体基板の反りを抑制する効果が得られないので不適である。なお、他のＭｇ含有化合物についても、Ａｌ−Ｍｇ合金が優先的に生成されないものについては、合金形成物質としてＭｇ混合Ａｌ粉末に用いることは不適である。このような点を鑑みると、Ｍｇ₂Ｃａ、ＭｇＣｕ₂、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ｓｎなどが、合金形成物質として好適に用いることができる物質の一例である。

なお、反り抑制を実現するという観点からは、Ａｌ−ＭｇペーストにおけるＡｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部とするときのＭｇ元素の重量比率が、０．１重量部以上１０重量部以下であることが望ましい。０．１重量部未満の場合には上述したＭｇＯによるネック成長抑制の効果が生じにくいため、Ａｌ粉末の焼結が進んでしまい、半導体基板の反りを十分に抑制することができなくなって好ましくない。１０重量部以上の場合には、Ａｌ−Ｍｇ合金の存在比率が高くなるために裏面電極の抵抗値が増大し、発電効率が劣化するために好ましくない。

さらには、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部とするときのＭｇ元素の重量比率は、０．５重量部以上〜５重量部以下であるのがより望ましい。０．５重量部以上の場合に、半導体基板の反りがより十分に抑制されるからである。また５重量部以下の範囲であれば、ＭｇＯが存在することに起因して裏面電極が高抵抗化することを、実用的に問題のない範囲にまで抑制できるからである。

また、上述のようなＡｌ元素とＭｇ元素との重量比率の関係が実現される範囲であれば、Ａｌ−ＭｇペーストにはＡｌ粉末を含んでいてもよい。係る態様であっても、本願発明の効果が妨げられるものではない。

Ａｌ−Ｍｇ粉末としては、平均粒径が５〜２０μｍの粉末を用いるのが、その好適な一態様である。Ａｌ−Ｍｇ合金粉末の場合であれば、ＪＩＳ規格で周知のＡ５００５（Ｍｇ含有比率０．５〜１．１重量％）やＡ５０５２（Ｍｇ含有比率２．２〜２．８重量％）、Ａ５０８２（Ｍｇ含有比率４．０〜５．０重量％）などを用いることが出来る。ただし、Ａｌ−Ｍｇ合金粉末はこれらに限られるものではなく、重量比率を任意に調整したＡｌ−Ｍｇ合金粉末を用いることができる。Ｍｇ混合Ａｌ粉末の場合であれば、上述の範囲の粒径を有するＡｌ粉末および合金形成物質の粉末を所定の比率で混合すればよい。

有機バインダー、有機溶剤については従来のＡｌペーストで使用されているものと同等のものを用いることができる。有機バインダーとしては、印刷性の観点からセルロース系、アクリル系のものを用いるのが好適である。有機溶剤としては、αテルピネオール、フタル酸エステルを用いるのがその好適な一態様である。

これらのＡｌ−Ｍｇ粉末、有機バインダー、有機溶剤をボールミルや攪拌器で混合した後、三本ロールにて混練することにより、本実施の形態に係る導電性ペースト（Ａｌ−Ｍｇペースト）を得ることが出来る。なお、Ａｌ−Ｍｇペーストには、このほかに、Ａｌ粒子と半導体基板との密着性を高めるために、Ａｌ−Ｍｇ粉末１００重量部に対して１０重量部以下のガラス粉末を含んでいてもよい。係る場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

＜太陽電池＞
次に、上述の導電性ペーストを用いて作製されてなる、本実施の形態に係る光電変換素子の一態様としての太陽電池について説明する。図１は、本実施の形態に係る太陽電池１０の構成を概略的に示す断面模式図である。

太陽電池１０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側（受光面側）に形成されてなり、ｎ型不純物を有するｎ⁺層２と、半導体基板１の裏面側に形成されてなり、ｐ型不純物を有するｐ⁺層３と、ｎ⁺層２の表面に（図１においてはｎ⁺層２の上に）形成されてなる、Ａｇ等からなる受光面電極４と、半導体基板１の裏面側にｐ⁺層３を介在させて（図１においてはｐ⁺層３の下に）形成されてなる裏面電極５とから、主として構成される。係る太陽電池１０は、受光面への所定の波長範囲の光の入射に応答して、電流を取り出すことができるように構成されている。すなわち、太陽電池１０は、ｎ⁺層２と、半導体基板１と、ｐ⁺層３とによって形成されてなるｎ⁺／ｐ／ｐ⁺接合を有し、その表面に受光面電極４が、裏面に裏面電極５が、それぞれ形成されてなる構造を有するともいえる。

半導体基板１としては、例えばＳｉ系のＩＶ族半導体を用いるのが好適な一例である。例えば、外形が１５０ｍｍ□の、Ｂ（ボロン）などがｐ型のドーパントして添加されてなる多結晶Ｓｉのインゴットを１５０〜２００μｍの範囲内の任意の厚みにスライシング加工して得られるＳｉ基板を、半導体基板１として用いることができる。係るＳｉ基板の比抵抗は１．５Ω・ｃｍ程度であるのがその好適な一例である。なお、加工により生じたダメージ層や汚染層を除去すべく、ＮａＯＨやＫＯＨ、あるいはフッ酸やフッ硝酸などで表面をわずかにエッチングすることが望ましい。また、受光した光の閉じ込め効率を高めるべく、ドライエッチング法やウェットエッチング法によって、半導体基板１の表面に微小な凹凸を形成するのが望ましい。

また、半導体基板１の材質は上述のものに限定されるものではなく、単結晶Ｓｉを用いてもよい。あるいは、上述のＡｌ−Ｍｇペーストを用いて裏面電極を形成しうる半導体であれば、他の半導体を用いてもよい。

ｎ⁺層２は、いわゆる逆導電型拡散領域である。ｎ⁺層２は、半導体基板１の一方の主面側に、公知のイオン打ち込み法によってＰ（リン）を打ち込むことによって形成される。ｎ⁺層２が形成された側が、太陽電池の受光面側となる。ｎ⁺層２は、例えば、１．５×１０^-3Ω・ｃｍ程度の比抵抗と、０．５μｍ程度の厚みを有するように形成されるのが、その好適な一例である。あるいは、ＰＯＣｌ₃（オキシ塩化リン）などのガス中で熱処理する、いわゆる気相拡散法によってｎ⁺層２を形成するようにしても良い。

ｐ⁺層３と裏面電極５とは、上述のＡｌ−Ｍｇ粉末を含むＡｌ−Ｍｇペーストを用いて、塗布法により形成される。例えば、ｎ⁺層２を形成した後の半導体基板１の略全面にスクリーン印刷法によりＡｌ−Ｍｇペーストを塗布し、１５０℃、数分間の乾燥処理を施した後、空気中で７００〜８５０℃の焼成温度で数秒〜数十分間焼成すると、Ａｌを主成分とする裏面電極５が形成されると共に、Ａｌが半導体基板１に向けて拡散することによりｐ⁺層３が形成される。

一方、この裏面電極５の形成の際、Ａｌ−Ｍｇ合金中のＭｇ元素はＡｌ粒子の表面に析出し、さらに空気中の酸素によって酸化されてＭｇＯとなる。すなわち、焼成の過程でＡｌ粒子の表面にはＭｇＯの偏析が生じる。なおＡｌ−Ｍｇ混合物の場合については、焼成当初の段階でＡｌ−Ｍｇ合金の生成がまず生じるが、それ以降については上述の場合と同様である。

上述したように、裏面電極５においてＡｌ粒子の表面に偏析したＭｇＯは、Ａｌ粒子のネック成長を阻害するように作用し、この作用によって裏面電極５の全体としてＡｌ粒子の焼結の進行は抑制される。これにより、従来のＡｌペーストを用いた場合に比して、裏面電極５と半導体基板１との間に作用する応力が緩和され、結果として、半導体基板１の反りが抑制されることになる。

なお、係る場合においてＭｇＯがＡｌ粒子の最表面にごく薄く存在していることは、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）による裏面電極の最表面についての構造分析の結果から確認される。なお、ＭｇＯがこのような態様で存在することで、Ａｌの拡散によるｐ⁺層３の形成が妨げられることはない。

さらに、裏面電極５の面抵抗については、Ａｌペーストを用いた場合と同程度の値が得られている。すなわち、Ａｌペーストを用いる場合と同程度の電極特性が、Ａｌ−Ｍｇペーストを用いて形成した裏面電極５においても実現されてなる。また、裏面電極５においてはＭｇＯもしくは他のＭｇ化合物が凝集することもないので、特許文献１に開示されている手法により形成する場合に比して、低抵抗で集電効率の高い裏面電極を得ることができる。

受光面電極４は、Ａｇペーストを用いて、塗布法により形成される。例えば、ｐ⁺層３および裏面電極５を形成した後、スクリーン印刷によりｎ⁺層２の上に櫛歯状にＡｇペーストを塗布し、１５０℃、数分間の乾燥処理を施した後、空気中で６００〜７００℃の焼成温度で数秒〜数十分間焼成することで、Ａｇからなる櫛歯状の受光面電極４が形成される。

本実施の形態においては、太陽電池１０をこのように構成することで、裏面電極と半導体基板との熱膨張率の差に起因する収縮差を従来よりも緩和することができるので、従来よりも薄層化された半導体基板を用いつつも、その反りを低減すると共に、面抵抗が小さく、かつ密着強度が大きな裏面電極を有する太陽電池を実現することができる。

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の変更を加え得ることはもちろんである。例えば、半導体基板の受光面側に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（不図示）を設けたほうが好ましい。

さらに、裏面電極としては、上述のように裏面のほぼ全面に形成したＡｌを主成分とする電極に加えて、出力を取り出すための、Ａｇを主成分とする電極を、さらに形成したほうが好ましい。

（実施例１）
本実施例においては、Ａｌ粉末と、Ｍｇの重量比が異なる６種のＡｌ−Ｍｇ合金粉末を用意し、１種のＡｌペーストと、７種のＡｌ−Ｍｇペーストとを作製した。すなわち、Ａｌペーストと、これら７種のＡｌ−Ｍｇペーストにおいては、Ａｌ粉末とＡｌ−Ｍｇ合金粉末との混合比率と、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部としたときのＭｇ元素の重量比率との組合せが異なる。さらに、それぞれの導電性ペーストを用いて裏面電極を形成することにより、計８種類の太陽電池を作製した。

それぞれの導電性ペーストの作成に際しては、Ａｌ粉末あるいはＡｌ−Ｍｇ合金粉末はいずれも平均粒径が１０μｍのものを用意した。また、平均粒径が５μｍで軟化点４５０℃のガラス粉末を用意した。

Ａｌ粉末またはＡｌ−Ｍｇ合金粉末とガラス粉末とを、Ａｌ粉末またはＡｌ−Ｍｇ合金粉末を１００重量部としたときにガラス粉末の重量比率が２重量部となるように混合して無機原料を得た後、更に有機バインダーとしてニトロセルロースを無機原料１００重量部に対して５重量部、有機溶剤としてαテルピネオールを２０重量部加え、攪拌器により混合した。これを３本ロール処理して、それぞれの導電性ペーストを得た。その際、これらの導電性ペーストの粘度は、約２００ポイズに調製した。

得られた計８種の導電性ペーストをそれぞれを用いて、８種の太陽電池を作製した。

それぞれの太陽電池の作製においては、半導体基板１として、外形１５０ｍｍ□の多結晶Ｓｉのインゴットを１５０μｍ厚みにスライシング加工したＳｉ基板を用いた。このＳｉ基板の表面に、イオン打ち込み法によりＰを打ち込むことにより、深さ０．５μｍのｎ⁺層２を形成した。

その後、Ｓｉ基板の裏面にスクリーン印刷法により合金ペーストを略全面に塗布し、１５０℃、１０分間の乾燥処理を行った後に、空気中で最高温度を７５０℃に加熱して、１０分間焼成し、裏面電極５およびｐ⁺層３を形成した。

さらに、ｎ⁺層２の表面にＡｇペーストをスクリーン印刷法により櫛歯状に塗布し、１５０℃、１０分間の乾燥処理を行った後に、空気中で最高温度を６００℃に加熱して、１０分間焼成し、受光面電極４を形成した。これにより、８種類の太陽電池が得られた。

このようにして作製したそれぞれの太陽電池について、半導体基板の反り量、裏面電極の面抵抗、裏面電極のピール強度を測定した。また、ＸＰＳにより裏面電極の最表面の構造を解析した。図２は、本実施例にかかる半導体基板の反り量の評価方法について説明するための図である。本実施の形態においては、半導体基板１の厚さを含んだ値で反り量を評価した。具体的には、図２に示すように、水平面に載置した場合の最低部（水平面）と最高部との高さの差で反り量を評価した。その際、２ｍｍ以上を不可とした。また、Ａｌ電極部の面抵抗は１５ｍΩ／□以上を不可とした。Ａｌ電極部のピール強度は、セロハンテ−プによる引き剥がし試験で評価し、はがれのあるものを、密着強度が充分ではないとして不可とした。

（実施例２）
本実施例においては、合金形成物質としてＭｇ₂Ｃａ、ＭｇＣｕ₂、Ｍｇ₂Ｎｉ、Ｍｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ｓｎの５種類を用意し、それぞれについてＡｌ粉末と混合することにより得られた５種類のＭｇ混合Ａｌ粉末を用いて５種類のＡｌ−Ｍｇペーストを作製した。なお添加量については、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部としたときにＭｇ元素の比率が２重量部となるようにそれぞれの化合物の量比を調整している。（残成分であるＣａ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎについては酸化物の膜を生成しないため除外している。）さらに、それぞれの導電性ペーストを用いて裏面電極を形成することにより、計５種類の太陽電池を作製した。

導電性ペーストの作成、および太陽電池の作成と評価は、実施例１と同様に行った。

（各実施例の比較）
上述のようにして得られた、実施例１および実施例２に係る計１３種類の太陽電池についての、評価結果を表１として示す。表１において番号１の結果が実施例１のＡｌペーストについてのもの、番号２〜８がＡｌ−Ｍｇ合金粉末を用いて作製したＡｌ−Ｍｇペーストについてのものであり、番号９〜番号１３が実施例２のＭｇ混合Ａｌ粉末を用いて作製したＡｌ−Ｍｇペーストについてのものである。また、表１において、Ａｌ添加量、Ａｌ―Ｍｇ合金添加量、およびＭｇ比率はいずれも、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部としたときの値を重量部を単位として示している。例えば、番号３の場合、１００重量部のうち、３８重量部がＡｌであり、６２重量部がＭｇ濃度０．８重量％のＡｌ−Ｍｇ合金であり、結果として、Ｍｇが０．４９６重量部含まれていることになる。一方、番号９の場合であれば、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和が１００重量部としたときに９８重量部がＡｌであり、２重量部がＭｇであるが、このようにＭｇが２重量部となるように添加したＭｇ₂Ｃａの重量比率は３．６重量部であったということである。一方、ガラス添加量は、Ａｌ元素とＭｇ元素との総和１００重量部に対する外添加量を示している。

表１に示すように、半導体基板１の反りに関しては、番号１のＡｌペーストの場合のみ、不可と判定される結果となった。また、電極の面抵抗（表１においてはＡｌ面抵抗と記載）に関しては、Ａｌ−Ｍｇ粉末におけるＭｇ元素の重量比率が１５％と高い番号８の場合のみ、不可と判定される結果となった。ピール強度試験でははがれが生じたものはなかった。

表１に示した結果より、Ａｌ−Ｍｇ粉末におけるＡｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部としたときにＭｇ元素の重量比率が０．１重量部以上１０重量部以下の範囲であれば、従来と同等程度の電極特性を有しつつ、半導体基板の反りが抑制されてなる太陽電池が得られることが確認された。

また、これらの太陽電池の裏面電極については、ＸＰＳによって金属Ａｌと、ＭｇＯとが検出された。番号７、８以外については、Ａｌ₂Ｏ₃も検出された。ＡｌとＭｇＯとがともに検出されていること、および、ＸＰＳの分析深さは通常は数ｎｍ程度と非常に浅いことを鑑みると、係る結果は、焼成後の裏面電極においてＭｇＯがＡｌ粒子の最表面に偏析していることを示すものである。

以上の結果より、薄層化された半導体基板を用いた太陽電池の裏面電極を、Ａｌ−Ｍｇ粉末を無機主成分物質として含むＡｌ−Ｍｇペーストにて作製することで、半導体基板の反りが低減できると共に、裏面電極の密着強度が高く、かつ面抵抗が小さい太陽電池が得られることが確認された。

本実施の形態に係る太陽電池１０の構成を概略的に示す断面模式図である。 半導体基板の反り量の評価方法について説明するための図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ ｎ⁺層
３ ｐ⁺層
４ 受光面電極
５ 裏面電極
１０ 太陽電池

Claims (6)

1. 光電変換素子用の半導体基板に電極を形成するための導電性ペーストであって、
   Ａｌ−Ｍｇ合金粉末と、
   Ａｌ粉末にＭｇを主成分元素とする合金形成物質を添加してなり、加熱されることによってＡｌ−Ｍｇ合金を生成させるＭｇ混合Ａｌ粉末と、
   の少なくとも一方を無機主成分物質として含む、
   ことを特徴とする光電変換素子用導電性ペースト。
2. 請求項１に記載の光電変換素子用導電性ペーストであって、
   前記無機主成分物質がＡｌ粉末をさらに含む、
   ことを特徴とする光電変換素子用導電性ペースト。
3. 請求項１または請求項２に記載の光電変換素子用導電性ペーストであって、
   前記無機主成分物質におけるＡｌ元素とＭｇ元素との総和を１００重量部とするときのＭｇ元素の重量比率が、０．１重量部以上１０重量部以下である、
   ことを特徴とする光電変換素子用導電性ペースト。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光電変換素子用導電性ペーストを用いて前記半導体基板の一方主面上に電極層を形成してなるとともに、前記電極層を構成するＡｌ粒子の最表面にはＭｇ酸化物層が形成されてなる、
   ことを特徴とする光電変換素子。
5. 光電変換素子用の半導体基板と、
   前記半導体基板の一方主面上に形成された電極層と、
   を備える光電変換素子であって、
   前記電極層の主成分元素はＡｌであり、
   前記電極層を構成するＡｌ粒子の最表面にはＭｇ酸化物層が形成されてなる、
   ことを特徴とする光電変換素子。
6. 光電変換素子の作製方法であって、
   Ａｌ−Ｍｇ合金粉末と、
   Ａｌ粉末にＭｇを主成分元素とする所定の物質を添加してなり、加熱されることによってＡｌ−Ｍｇ合金を優先的に生成させるＭｇ混合Ａｌ粉末と、
   の少なくとも一方を無機主成分物質として含む導電性ペーストを作製する工程と、
   前記導電性ペーストを用いて塗布法により光電変換素子用の半導体基板の一方主面上に電極層を形成する工程と、
   を備え、
   前記電極層の形成は、前記電極層の最表面にＭｇ酸化物層が形成される形成条件下で行う、
   ことを特徴とする光電変換素子の作製方法。

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