JP2009087957A - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 スパイクの発生を抑える。
【解決手段】 半導体基板１のシリコンに対して、予めアルミニウム−シリコン合金が添加された導電性ペースト３を使用することにより、熱処理で新たにアルミニウムとシリコンとの共融混合物が作られ難くなって、電極４下に局所的に深い浸透部分が形成されない。
【選択図】 図１
【解決手段】 半導体基板１のシリコンに対して、予めアルミニウム−シリコン合金が添加された導電性ペースト３を使用することにより、熱処理で新たにアルミニウムとシリコンとの共融混合物が作られ難くなって、電極４下に局所的に深い浸透部分が形成されない。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ｐｎ接合部を有する単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなる太陽電池、詳しくは電極の形成に用いられる導電性ペーストに関する。
更に詳しくは、シリコンからなる半導体基板の表面側拡散層に、主材料が銀、銅のうち少なくとも１種からなる導電性ペーストを塗布し熱処理することで、電極をコンタクト形成した太陽電池に関する。
更に詳しくは、シリコンからなる半導体基板の表面側拡散層に、主材料が銀、銅のうち少なくとも１種からなる導電性ペーストを塗布し熱処理することで、電極をコンタクト形成した太陽電池に関する。
従来、この種の太陽電池の電極形成として、ドーパント拡散層の上に銀ペーストなどの導電性ペーストをスクリーン印刷した後、高温で熱処理（焼成）することにより、ドーパント拡散層を通して電極を形成する（ファイアスルー）方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、受光面側の電極形成を導電性ペーストとして銀ペーストの印刷・焼き付けで形成する場合に、銀ペーストに対して約２％前後のアルミニウムの粉末を添加することで、シリコン基板との接触抵抗を低減する方法が一般的に行われている。
また、受光面側の電極形成を導電性ペーストとして銀ペーストの印刷・焼き付けで形成する場合に、銀ペーストに対して約２％前後のアルミニウムの粉末を添加することで、シリコン基板との接触抵抗を低減する方法が一般的に行われている。
しかし乍ら、このような従来の太陽電池では、銀ペーストにアルミニウム粉末を添加したものを高温で熱処理すると、アルミニウムと基板のシリコンとが共融混合物を作り易いため、スパイクと呼ばれる局所的に深い浸透部分を形成し、電極下の再結合が増大して、開放電圧の低下を引き起こすという問題があった。
そこで、この問題を解決するため、現状では受光面側拡散層の厚さ寸法を厚くする方策が採られているが、それに伴い短波長光の量子効率が低下して変換効率向上の妨げになっている。
そこで、この問題を解決するため、現状では受光面側拡散層の厚さ寸法を厚くする方策が採られているが、それに伴い短波長光の量子効率が低下して変換効率向上の妨げになっている。
本発明のうち請求項１記載の発明は、スパイクの発生を抑えることを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、セルの変換効率を更に向上させることを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、セルの変換効率を更に向上させることを目的としたものである。
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、導電性ペーストの主材料にアルミニウム−シリコン合金を添加したことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記導電性ペーストの主材料に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度を０．１〜２０重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度を０．１〜２０重量％とした構成を加えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記導電性ペーストの主材料に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度を０．１〜２０重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度を０．１〜２０重量％とした構成を加えたことを特徴とする。
本発明のうち請求項１記載の発明は、半導体基板のシリコンに対して、予めアルミニウム−シリコン合金が添加された導電性ペーストを使用することにより、熱処理で新たにアルミニウムとシリコンとの共融混合物が作られ難くなって、電極下に局所的に深い浸透部分が形成されない。
従って、スパイクの発生を抑えることができる。
その結果、高温で熱処理するとスパイクが発生し易い従来のものに比べ、高温で熱処理しても電極下の再結合が増大せず、開放電圧の低下をも防止でき、それに伴って表面側拡散層の厚さ寸法を厚くする必要がないから、短波長光の量子効率も低下せず、セルの変換効率の向上が図れる。
従って、スパイクの発生を抑えることができる。
その結果、高温で熱処理するとスパイクが発生し易い従来のものに比べ、高温で熱処理しても電極下の再結合が増大せず、開放電圧の低下をも防止でき、それに伴って表面側拡散層の厚さ寸法を厚くする必要がないから、短波長光の量子効率も低下せず、セルの変換効率の向上が図れる。
請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、導電性ペーストの主材料に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度を０．１〜２０重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度を０．１〜２０重量％とすることにより、スパイク起因のＰＮ接合不良が顕著に抑制され、それに伴って表面側拡散層の厚さ寸法を低減できるから、短波長光の量子効率が低下しない。
従って、セルの変換効率を更に向上させることができる。
従って、セルの変換効率を更に向上させることができる。
この実施例は、図１（ａ）に示す如く、半導体基板１として単結晶シリコンや多結晶シリコンからなるｎ型又はｐ型のシリコン基板の受光面に、ｐ＋又はｎ＋の表面側拡散層２を形成し、この表面側拡散層２の上に、主材料の銀ペーストにアルミニウム−シリコン合金が添加された導電性ペースト３をスクリーン印刷などで塗布し、その後、図１（ｂ）に示す如く、加熱処理することにより表面側拡散層２上に電極４がコンタクト形成される場合を示すものである。
上記導電性ペースト３の配合例としては、主材料である銀に対してアルミニウム−シリコン合金の濃度を変えると共に、このアルミニウム−シリコン合金におけるアルミニウムに対してシリコンの濃度を変えることが考えられる。
そして、上述した配合例が異なる導電性ペースト３を用いて実際に電極４をコンタクト形成した試験品を夫々作成した。
これら試験品においてスパイクが発生するか否かの実験を行った結果を下記の表１に示し、コンタクト形成が良好であるか否かの実験を行った結果を下記の表２に示す。
これら試験品においてスパイクが発生するか否かの実験を行った結果を下記の表１に示し、コンタクト形成が良好であるか否かの実験を行った結果を下記の表２に示す。
試験品としては、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．０５重量％以下及び０．１重量％〜２０重量％、２１重量％以上のものと、このアルミニウム−シリコン合金におけるアルミニウムに対するシリコンの濃度が０．０５重量％以下及び０．１重量％〜２０重量％、２１重量％以上のものを用意した。
比較例としては、銀ペースト中に約２％のアルミニウム粉を添加したものを用意した。
なお、その他の実験条件として、表面側拡散層２の厚さを０.５μｍとし、導電性ペースト３の焼成温度を８００℃とした。
比較例としては、銀ペースト中に約２％のアルミニウム粉を添加したものを用意した。
なお、その他の実験条件として、表面側拡散層２の厚さを０.５μｍとし、導電性ペースト３の焼成温度を８００℃とした。
その結果、上記導電性ペースト３の主材料である銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．１〜２０重量％であり、しかもこのアルミニウム−シリコン合金におけるアルミニウムに対するシリコンの濃度が０．１〜２０重量％の試験品において、スパイク発生が見られず、かつコンタクト形成が良好であった。
これに対し、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が２１重量％と、アルミニウムに対するシリコンの濃度が０．０５重量％の試験品ではスパイクの発生が見られた。
また、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．０５重量％と、アルミニウムに対するシリコンの濃度が２１重量％の試験品ではコンタクト形成が不良であった。
これに対し、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が２１重量％と、アルミニウムに対するシリコンの濃度が０．０５重量％の試験品ではスパイクの発生が見られた。
また、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．０５重量％と、アルミニウムに対するシリコンの濃度が２１重量％の試験品ではコンタクト形成が不良であった。
更に、これら試験品及び比較例についてセルの変換効率を算出したところ、スパイク発生が見られなかった試験品（銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．１〜２０重量％でアルミニウムに対するシリコンの濃度が０．１〜２０重量％）は、所望の変換効率が得られたものの、それ以外のスパイク発生が見られた試験品（銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度が０．０５重量％以下及び２１重量％以上でアルミニウムに対するシリコンの濃度が０．０５重量％以下及び２１重量％以上）及び比較例では、所望の変換効率が得られなかった。
このような理由から、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度は約０．１〜２０重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度は約０．１〜２０重量％とすれば、スパイクの発生が抑えられて変換効率の高いセルが得られることから適当であると実証された。
特に、銀に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度を約１〜３重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度を約３〜１３重量％とした試験品では、スパイク起因のＰＮ接合不良が顕著に抑制されて、セルの変換効率が他の試験品に比べて更に向上することも今回の実験で解った。
尚、前示実施例では、導電性ペースト２の主材料が銀である場合を示したが、これに限定されず、導電性ペースト２の主材料が銅などを使用しても良い。
銅などであっても、予めアルミニウム−シリコン合金を適量添加すれば、上述した実施例と同様な作用効果が得られることも解った。
銅などであっても、予めアルミニウム−シリコン合金を適量添加すれば、上述した実施例と同様な作用効果が得られることも解った。
また、シリコン基板の受光面に形成された表面側拡散層２の上に導電性ペースト３を塗布し加熱処理することで電極４がコンタクト形成される場合を示したが、これに限定されず、シリコン基板の裏面に形成された拡散層の上に導電性ペーストを塗布し加熱処理することで裏面電極がコンタクト形成される場合に使用しても上述した実施例と同様な作用効果が得られる。
１ 半導体基板（シリコン基板） ２ 表面側拡散層
３ 導電性ペースト ４ 電極
３ 導電性ペースト ４ 電極
Claims (2)
- シリコンからなる半導体基板（１）の表面側拡散層（２）に、主材料が銀、銅のうち少なくとも１種からなる導電性ペースト（３）を塗布し熱処理することで、電極（４）をコンタクト形成した太陽電池において、
前記導電性ペースト（３）の主材料にアルミニウム−シリコン合金を添加したことを特徴とする太陽電池。 - 前記導電性ペースト（３）の主材料に対するアルミニウム−シリコン合金の濃度を０．１〜２０重量％とし、そのアルミニウムに対するシリコンの濃度を０．１〜２０重量％とした請求項１記載の太陽電池。
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