JP2010010245A - 太陽電池の電極形成方法、これを利用した太陽電池の製造方法、及び太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な方法で、高いアスペクト比を有し抵抗率が低い電極を形成することによって、変換効率の高い太陽電池の電極を低コストで形成する方法を提供する。
【解決手段】スクリーン印刷法により導電性ペーストを２回以上塗布し、基板上に所望のパターンを有する多層構造の電極を形成する太陽電池の電極形成方法において、第１導電性ペースト１ａを、横断面形状が２つの凸部１１と該凸部の間に凹部１２を有するように基板Ｗ上に塗布して第１層目の電極１ｂを焼成し、該第１層目の電極の凹部１２上に第２導電性ペースト２ａを塗布して第２層目の電極２ｂを焼成することを特徴とする太陽電池の電極形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン印刷法により高アスペクト比で低抵抗率の電極を基板上に形成する太陽電池の電極形成方法とこれを利用した太陽電池の製造方法、及び太陽電池に関する。

太陽電池は、一般にシリコンなどの半導体基板の受光面に光を受光するためのｐｎ接合が形成され、その上に電力取り出し用の受光面電極が互いに平行になるよう複数形成されている。受光面電極には半導体基板から直接電力を取り出すための櫛歯状のフィンガー電極と、該フィンガー電極に接続して電力を取り出すバスバー電極等がある。

太陽電池の電極の形成には、製造コスト低減のメリットが大きいスクリーン印刷法を用いるのが一般的である。この電極は、光を遮らないよう占有面積が小さく、且つ低抵抗率を有することが要求され、そのため、ライン幅が細く厚い（すなわち、アスペクト比が高い）電極、例えば、線幅６０μｍに対して、線高さ４０μｍの電極を形成する必要がある。

スクリーン印刷法での電極形成は、一般的に、電極を形成する導電性ペーストを使用している。この導電性ペーストは、通常、銀粒子、ガラスフリット、樹脂、溶剤等を配合した厚膜ペーストが用いられる。そして、用意した太陽電池用の基板上に電極パターンを有するように導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させた後、７００〜９００℃で高温熱処理を施すことにより、電極が焼成される。

しかし、スクリーン印刷法を用いて電極を形成する場合、粘度の高い導電性ペーストを用いても、例えば電極の線幅が１００μｍ、電極の線の高さが１５μｍといった、線幅が広く高さの低い（アスペクト比が低い）電極が形成される。このように、スクリーン印刷法では一般的に、電極ペースト材料や製版の特性から、電極の線幅に対してその高さは半分が限界とされており、電極の線幅に対する線の高さに限界あるため、より理想的なアスペクト比を実現することは困難である。

そこで、特許文献１では、太陽電池基板上に所定の溝を形成し、その中に導電性ペーストを減圧下で充填することによって、溝内に気泡が残留したり充填量不足の箇所が存在するなどの問題を解決し、高アスペクト比、且つ電極内部のボイドや厚さの不均一部分を解消し、低抵抗率で高い変換効率を有する太陽電池を製造する方法が提案されている。
しかし、この方法であると所定の溝を形成する必要があり、工程が増加する上に構造が複雑になるという不利がある。

特開２００６−５４３７４号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、より簡単な方法で、高いアスペクト比を有し抵抗率が低い電極を形成することによって、変換効率の高い太陽電池の電極を低コストで形成する方法を提供し、これを利用した太陽電池の製造方法、およびその方法で製造された太陽電池を提供することにより、太陽電池の普及を広めることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、スクリーン印刷法により導電性ペーストを２回以上塗布し、基板上に所望のパターンを有する多層構造の電極を形成する太陽電池の電極形成方法において、少なくとも、
前記電極の第１層目となる第１導電性ペーストを、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように前記基板上に塗布して前記第１層目の電極を焼成し、
該第１層目の電極の凸部の間の凹部上に第２層目の電極となる第２導電性ペーストを塗布して前記第２層目の電極を焼成することを特徴とする太陽電池の電極形成方法を提供する（請求項１）。

また本発明は、少なくとも、基板上に所望のパターンを有する多層構造の電極が形成された太陽電池であって、少なくとも、
前記電極の第１層目は、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように前記基板上に形成されたものであり、
前記電極の第２層目は、前記第１層目の電極の凸部の間の凹部上に形成されたものであることを特徴とする太陽電池を提供する（請求項７）。

このように、スクリーン印刷法により導電性ペーストを２回以上塗布することにより、１層のみの電極よりも高アスペクト比の電極を形成することが可能となり、さらに、第１層目の電極となる第１導電性ペーストを、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように基板上に塗布して焼成し、該第１層目の電極の凹部上に第２層目の電極となる第２導電性ペーストを塗布して焼成することにより、第２導電性ペーストの乾燥時に、ペーストが流動して電極の線幅が拡大することを抑制できる。

また、スクリーン印刷時に、第２導電性ペーストの印刷位置が第１層目の電極の中心から多少ズレても、第２導電性ペーストが、乾燥、熱処理時に、第１層目の電極の凹部の中心に向かって流動するため、第２導電性ペーストが所定の位置に納まり、印刷による位置ズレの許容幅が広がる。このような簡単な手法で電極の線幅が拡大することを抑制できるため、電極部分の占有面積が小さく高アスペクト比で且つ、抵抗率が低い電極を簡単に形成することができ、変換効率の高い太陽電池の電極を低コストで形成することができる。

この場合、前記第１導電性ペーストを前記所望のパターンを縁取った直線又は点線状に塗布することができ（請求項２）、前記第１層目の電極は、前記所望のパターンを縁取った直線又は点線状に形成されたものとすることができる（請求項８）。

このように、所望の電極のパターンを縁取った直線又は点線状に第１導電性ペーストを基板上に塗布することにより、第１層目の電極の横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有する形状を容易に得ることができるとともに、電極のパターンを所望のパターン形状とすることができる。

さらに、前記第１層目の電極の前記２つの凸部の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、前記２つの凸部の中心間隔を２０〜９０μｍとし、前記第２層目の電極の幅を２０〜７０μｍとすることが好ましく（請求項３）、また、前記第１層目の電極の前記２つの凸部の幅は、それぞれ１０〜６０μｍ、前記２つの凸部の中心間隔は２０〜９０μｍであり、前記第２層目の電極の幅は２０〜７０μｍであることが好ましい（請求項７）。

このように、第１層目の電極の２つの凸部の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、２つの凸部の中心間隔を２０〜９０μｍとし、第２層目の電極の幅を２０〜７０μｍとすることにより、スクリーン印刷装置やスクリーン製版による印刷位置の誤差を十分に吸収することができ、第２層目の電極が第１層目の電極を流動して所望パターンからはみ出ることを確実に抑制して高アスペクト比の電極を形成できる。

また本発明では、前記第２導電性ペーストは、前記第１導電性ペーストの粘度より低い粘度のものを使用することが好ましい（請求項４）。

このように、第１導電性ペーストの粘度よりも第２導電性ペーストの粘度が低いものを使用することにより、第２導電性ペーストの印刷後に第１層目の電極の２つの凸部の間の凹部への第２導電性ペーストの流れ込みを促進させることができ、より効果的に高アスペクト比の多層電極を形成することができる。

さらに本発明では、前記第２導電性ペーストは、前記第１導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度より高い燃焼温度の樹脂を含有するものを使用することが好ましい（請求項５）。
このように、第１導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度よりも第２導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度が高いものを使用することにより、乾燥や焼成前段のバーンアウト（有機成分消失）工程において、第２導電性ペーストの印刷後に第１層目の電極の２つの凸部の間の凹部への第２導電性ペーストの流れ込みを促進させることができ、より効果的に高アスペクト比の多層電極を形成することができる。

さらに本発明は、上記太陽電池の電極形成方法を利用したことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する（請求項６）。
このように、太陽電池を製造する方法において、本発明の太陽電池の電極形成方法を利用すれば、簡単に高アスペクト比で抵抗率が低い電極を形成することができ、変換効率の高い太陽電池を低コストで製造でき、太陽電池の普及に資することができる。

本発明に従う太陽電池の電極形成方法、これを利用した太陽電池の製造方法、及び太陽電池であれば、スクリーン印刷法を用いて多層構造の電極を所望パターンからはみ出すことなく形成することができるため、高いアスペクト比、低抵抗率の電極をより簡単な方法で得られ、変換効率の高い太陽電池を低コストで製造することができ、太陽電池の普及に資することができる。

前述したように、太陽電池の受光面電極材料には、一般に銀粒子、ガラスフリット、樹脂、溶剤等を配合した厚膜ペーストが用いられ、スクリーン印刷法により形成したものを高温焼成するのが主流である。スクリーン印刷法での電極形成は、通常１層で行われ、線幅が広く薄い（アスペクト比が低い、例幅１００μｍ、高さ１５μｍ）電極が形成されている。

受光面電極は、光を遮らないように占有面積が少なく、尚且つ低抵抗であることが必要なため、線幅が細く厚い（アスペクト比が高い、例幅６０μｍ、高さ４０μｍ）電極が要求される。しかし、スクリーン印刷法では、１回の印刷によりアスペクト比が高い電極を形成することは原理的に困難である。
そこで太陽電池基板上に複数回スクリーン印刷による重ね印刷し、多層電極構造をとることにより、高アスペクト比を実現することが、有力な解決策として考案されている。

しかしながら、スクリーン印刷により多層構造の電極を形成すると、最終的に必要とする所望の電極パターンの領域における横断面の幅より第１層目の電極を少し狭く形成しても、第２層目以降の電極が所望の電極パターンの幅より拡大してしまうことがあった。

このような問題を解決すべく、本発明者等は鋭意研究を重ねた。その結果、図４のように、以下の２つの原因によって、第２層目の電極となる導電性ペーストが第１層目の電極上で流動することにより、電極パターンの幅より拡大することが判明した。図４は、第２導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１層目の電極上に印刷した時の説明図である。

１つ目の原因は、スクリーン印刷機やスクリーン製版の精度をいくら向上させても、完全に第１層目の電極の中心に第２層目の電極となる導電性ペーストの中心を重ね合わせることが困難であるため、基板Ｗ上に第１層目の電極４１ｂを形成した後、その上に第２層目の電極４２ｂとなる導電性ペースト４２ａを印刷しても（図４（Ａ）参照）、導電性ペースト４２ａが第１層目の電極４１ｂ上で流動してしまう（図４（Ｂ）参照）。２つ目の原因は、偶然第１層目の電極上に第２層目の電極の中心が一致した場合であっても、基板Ｗのちょっとした傾きや、第１層目の電極表面の傾斜等により、第２層目の導電性ペーストの乾燥時にペーストがより安定する方向に流動してしまう。
これらのために、電極幅が拡大してしまい、高アスペクト比が達成されない。

上記原因を解消すべく、本発明者等はさらに研究を重ね、より簡単な方法で、高いアスペクト比を有し低抵抗率で、変換効率の高い太陽電池の電極を低コストで形成するには、スクリーン印刷法により多層構造の電極を形成するにあたって、第１層目で間隔が微小な微細幅電極を２本形成し、第２層目の電極となる導電性ペーストの印刷位置が第１層目の電極の２本の微細電極間の範囲であれば、第２層目の導電性ペーストの乾燥、熱処理時にペーストがより安定する方向に流動し、所定の位置に納まることが可能であることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、太陽電池用の基板Ｗに本発明に係る電極形成方法により高いアスペクト比を有する多層構造の電極を形成する方法の一実施形態について、図１、２を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る太陽電池の電極を形成する方法を説明するフロー図である。
図２は、所望のパターン領域の一例を示す図であり、図２（Ａ）は基板上における所望のパターンの位置関係を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の左上部の拡大図であり、第１導電性ペーストを直線状に塗布した場合、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の左上部の拡大図であり、第１導電性ペーストを点線状に塗布した場合を示す図である。

本発明の太陽電池の電極形成方法は、まず、第１層目の電極となる第１導電性ペースト１ａを、図２（Ａ）に示すような太陽電池用の基板Ｗの受光面側の所望のパターン３領域内に塗布する（図１（Ａ））。このとき、第１導電性ペースト１ａは、横断面形状が２つの凸部１１と該凸部１１の間に凹部１２を有するように塗布する。この凹部１２は、図１（Ａ）のように第１導電性ペースト１ａの凸部１１ともう一つの凸部１１の間に形成されればよく、凸部同士が離れて凹部１２の底面に基板Ｗの表面が露出していてもよいし、凸部同士のすそが連結されるようにしてもよい。

尚、本発明において、横断面とは、塗布する導電性ペーストの長手方向に直交した断面、つまり、導電性ペーストの線幅方向の断面を意味する。

第１層目の電極１ｂとなる第１導電性ペーストの材料は、例えば金属電極の主体となる銀粒子、バインダーとなるガラスフリットや樹脂、さらに溶剤を配合したものを使用できる。また、本実施形態で使用する第１導電性ペースト１ａの粘度は、室温で約１３０Ｐａ・ｓ（５０ｒｐｍ）程度であり、第１導電性ペースト１ａに含まれる樹脂の燃焼温度が、約３００〜５００℃程度に調整された導電性ペーストを使用することができる。尚、本発明でいう粘度とは、２５℃でのＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計で測定された粘度をいう。

本実施形態では、形成する電極が銀電極の場合である。従って、第１導電性ペースト１ａはこれらに限定されず、形成したい電極の種類によって、例えば、金や銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム等の金属粉末を適宜配合することができる。また、第１導電性ペーストの粘度や、第１導電性ペーストに含まれる樹脂の燃焼温度は、使用するバインダーの種類や配合する材料の割合によって適宜変更が可能である。

そして、本実施形態において、第１層目の電極となる第１導電性ペースト１ａをスクリーン印刷により基板Ｗの受光面側に塗布する際、簡単に横断面形状が２つの凸部１１と該凸部１１の間に凹部１２を有するようにするには、第１導電性ペースト１ａを最終的に形成したい電極の所望のパターン３を縁取った直線状（図２（Ｂ）参照）又は点線状（図２（Ｃ）参照）に塗布することが好ましい。

このように、第１導電性ペースト１ａを所望のパターンを縁取った直線又は点線状に塗布する第１導電性ペーストことにより、焼成によって形成された第１層目の電極１ｂの横断面形状が、２つの凸部１１と該凸部の間に凹部１２を有する形状となるように容易にできる。

次に、第１導電性ペースト１ａを約１００〜２００℃の範囲の温度で十分に乾燥させる。このときの第１層目の電極１ｂの凸部１１の頂点は、基板Ｗの受光面から約２０μｍの高さとし、凹部１２の高さは最低で約５μｍとすることができる。また、２つの凸部１１の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、中心間隔を２０〜９０μｍとすることが好ましい。

このように、第１層目の電極１ｂの２つの凸部１１の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、中心間隔を２０〜９０μｍとすることにより、第２層目の電極となる第２導電性ペーストが中心部に流動しやすくなり、高アスペクト比が達成される（図１（Ｂ）参照）。

次に、第１層目の電極１ｂの凸部の間の凹部１２上に第２層目の電極となる第２導電性ペースト２ａをスクリーン印刷により塗布する（図１（Ｃ）参照）。
このとき、第２導電性ペースト２ａの材料は、例えば金属電極の主体となる銀粒子、バインダーとなるガラスフリットや樹脂、さらに溶剤を配合したものを使用できる。

また、本実施形態で使用する第２導電性ペースト２ａの粘度は、第１導電性ペースト１ａの粘度より低いものを使用することが好ましい。具体的には、第１導電性ペースト１ａの粘度に対して１０〜５０％減粘したものがより好ましい。
このように、第１導電性ペースト１ａより第２導電性ペースト２ａの粘度が低いものを使用することにより、第２導電性ペーストの印刷後に第１層目の電極の２つの凸部の間の凹部への第２導電性ペーストの流れ込みを促進させることができ、例え、第１層目の電極の中心位置から第２導電性ペーストの中心位置が多少ずれたとしても、より効果的に多層電極を形成することができる。

さらに、本実施形態で使用する第２導電性ペースト２ａの含有する樹脂の燃焼温度は、第１導電性ペースト１ａの含有する樹脂の燃焼温度より高いものを使用することが好ましい。具体的には、第２導電性ペースト２ａは、第１導電性ペースト１ａの樹脂の燃焼温度に対して５０〜２００％高い熱分解温度を有する樹脂を含むものがより好ましい。
このように、第１導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度よりも第２導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度が高いものを使用することにより、乾燥や電極焼成時の熱処理、特に焼成前段のバーンアウト（有機成分消失）工程において、第１層目の電極の有する２つの凸部の間の凹部への第２導電性ペーストの流れ込みを促進させることができ、例え、第１層目の電極の中心位置から第２導電性ペーストの中心位置が多少ずれたとしても、より効果的に多層電極を形成することができる。

この後、基板Ｗを約１００〜２００℃の範囲の温度で十分に乾燥させ、空気雰囲気で満たした熱処理炉内に投入し、約７００〜９００℃の範囲の温度で３分間の熱処理を施し、第２層目の電極２ｂを焼成する（図１（Ｄ）参照）。
これにより、高アスペクト比を有する２層構造の電極が形成される。
特に、第１層目の電極の２つの凸部の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、第１層目の電極１ｂの２つの凸部の中心間隔を２０〜９０μｍとなるように形成した場合、第２層目の電極２ｂの幅は２０〜７０μｍに形成することが好ましい。

このように、第１層目の電極の２つの凸部の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、２つの凸部の中心間隔を２０〜９０μｍとし、第２層目の電極の幅を２０〜７０μｍとすることにより、スクリーン印刷装置やスクリーン製版による印刷位置の誤差を十分に吸収することができ、第２層目の電極が第１層目の電極上を流動して所望パターンからはみ出ることを確実に抑制できる。

上記したように本発明では、第１導電性ペースト１ａを、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように塗布することにより、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように第１層目の電極１ｂを形成することができる。
たとえ、図１（Ｃ）のように、印刷ズレにより、完全に第１層目の電極１ｂの中心に第２層目の電極となる第２導電性ペースト２ａの中心を重ね合わせることができなくても、第１層目の電極１ｂの中心部分に凹部が形成されているので、第２導電性ペースト２ａは、乾燥、熱処理時に一番低い凹部の中心に向かって流れる。

このように、導電性ペーストの流動性を活かすことで、第２層目の電極２ｂは、第１層目の電極１ｂの中心に納まって焼成することができる。従って、このような簡単な手法で第２導電性ペースト２ａが、第１層目の電極１ｂの有する幅から大きくはみ出すこと抑制できるため、第２層目の電極２ｂが所望パターン３よりも拡大することを抑制できる。

また、第２層目の電極を形成すべく、第２導電性ペースト２ａをスクリーン印刷した際、基板Ｗの傾きや、第１層目の電極表面の傾斜等といった様々なペーストのはみ出し要因が重なったとしても、第２導電性ペースト２ａは、乾燥、熱処理時に第１層目の一番低い凹部の中心に向かって流れる。第１層目の電極１ｂ中心に凹部１２があるため、第２層目の導電性ペースト２ａは凹部１２の中心つまりより安定する方向に流動し、第２層目の電極２ｂが所望パターン３よりも拡大することを抑制できる。

さらに、本発明は、上記太陽電池の電極形成方法を利用した太陽電池の製造方法を提供する。図５は、本発明に係る太陽電池の製造方法の一実施形態のフローを説明する図である。
まず、太陽電池を製造する基板５として、ホウ素あるいはガリウムなどをドープしたｐ型のアズカットシリコン単結晶基板を準備する（図５（Ａ））。シリコン単結晶の物性は特に限定されるものではなく、例えば、比抵抗を０．１〜５Ω・ｃｍ、結晶方位を｛１００｝とすることができる。シリコン単結晶の育成方法としては、チョクラルスキー（ＣＺ）法やフローティングゾーン（ＦＺ）法を用いることができる。このシリコン単結晶基板に対し、スライス加工時のダメージを除去するために、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの高濃度アルカリ溶液、あるいはフッ酸と硝酸の混酸などを用いてシリコン単結晶基板の表面をエッチングする。

次に、シリコン単結晶基板の表面にテクスチャ（光閉じ込め用凹凸）を形成する。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度数％から数十％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで、容易に形成される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させても良い。特に、均一なテクスチャを形成するためには、６０〜７０℃に加熱した濃度数％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液中に、数％の２−プロパノールを混合した溶液を用いるのが好ましい。

テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中でシリコン単結晶基板を洗浄する。経済的及び効率的見地から、特に塩酸を用いて洗浄することが好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、数％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。

次に、シリコン単結晶基板の受光面にエミッタ層６を形成する（図５（Ｂ））。エミッタ層の形成方法としては、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法を適用することができる。シリコン単結晶裏面へ不純物が拡散するのを防ぐため、裏面同士を重ねあわせ、２枚１組で拡散ボートに並べて気相拡散を行って、シリコン単結晶表面のみにエミッタ層を形成することが好ましい。

エミッタ層６の形成後、エミッタ層上に反射防止膜７を形成する（図５（Ｃ））。反射防止膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化セリウム、アルミナ、二酸化スズ、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル等から１種類を選択した単層膜、あるいはこれらの中から異なる２種類を選択し組み合わせた二層膜とすることができる。反射防止膜の形成には、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の公知の方法を用いることが可能である。特に、高効率太陽電池作製のためには、窒化シリコンをリモートプラズマＣＶＤ法で形成したものが、小さな表面再結合速度を達成できるため好ましい。

続いて、シリコン単結晶基板の裏面に裏面電極８を形成する（図５（Ｄ））。電極材料には銀や銅等の金属が用いられるが、経済性、加工性、シリコン単結晶との接着性の観点からアルミニウムが最も好ましい。また、抵抗率や生産性の観点から、裏面電極の厚さは１０〜５０μｍとすることが好ましい。裏面電極の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、スクリーン印刷法等を用いることができる。

このように作製された太陽電池用の基板Ｗの受光面側に集電用のいわゆるフィンガー部９ｆ及びバスバー部９ｂを含む電極を形成する（図５（Ｅ））。
この電極は、上記した太陽電池の電極形成方法を利用する。すなわち、スクリーン印刷法により導電性ペーストを２回以上塗布して多層構造の電極を、図１に示すフローで形成する。このときの電極パターンは、図２（Ａ）のようなパターン３とする。
これにより、太陽電池が製造される。

太陽電池の製造において、上記に説明した太陽電池の電極形成方法を利用すれば、簡単に高アスペクト比で抵抗率が低い電極を形成することができ、変換効率の高い太陽電池を低コストで提供でき、太陽電池の普及に資することができる。

このように製造される太陽電池は、図３に示すような多層構造の電極を有する。
図３は、図１に示す太陽電池の電極形成方法のフローを利用して製造された太陽電池の受光面の電極近傍の一例を示す拡大概略図である。
この太陽電池１０は、基板Ｗ上に電極パターン３を有する２層構造の電極が形成されたものであり、第１層目の電極１ｂは、横断面形状が２つの凸部１１と該凸部の間に凹部１２を有するように基板Ｗ上に形成されたものであり、第２層目の電極２ｂは、第１層目の電極の凸部の間の凹部１２上に形成されたものである。

このような太陽電池１０は、第２層目の電極２ｂを焼成する際、第２導電性ペーストが第１層目の電極１ｂ上を流動しても、第１層目の電極１ｂの凹部１２に向かって流動するため、第２層目の電極２ｂが第１層目の電極１ｂの幅からはみ出すことが抑制されており、多層構造の電極であっても、精度のよい所望の電極パターンを有するものである。従って、電極部分の占有面積が小さく高アスペクト比で且つ、抵抗率が低い電極を有し、低コストで製造されているにもかかわらず、変換効率の高い太陽電池である。

特に、太陽電池１０において、第１層目の電極１ｂは、所望のパターンを縁取った直線又は点線状に形成されたものであることが好ましく、また、第１層目の電極１ｂの２つの凸部１１の幅１４は、それぞれ１０〜６０μｍ、２つの凸部１１の中心間隔１３は２０〜９０μｍであり、第２層目の電極２ｂの幅２４は２０〜７０μｍであることが好ましい。

このような２層構造の電極が形成された太陽電池１０は、電極形成の際のスクリーン印刷装置やスクリーン製版による印刷位置の誤差が十分に吸収されたものであり、所望パターンからのはみ出しが確実に抑制されているものである。

なお、上記実施形態において、裏面電極形成と受光面側電極形成を逆の順序で行っても構わない。また、上記実施形態では、裏面電極をシリコン単結晶基板の裏面全面に形成しているが、所定のパターン形状に形成することも可能である。この場合、上記実施形態の受光面電極と同様の形成方法を用いて裏面電極を形成することができる。

以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
＜太陽電池用基板の作製＞
図５に示したような方法で、太陽電池を作製する。まず、一辺が１００ｍｍの角ウェーハで、厚さ３００μｍ、比抵抗０．５Ω・ｃｍ、方位｛１００｝のＣＺ法で育成されたホウ素ドープｐ型アズカットシリコン単結晶基板を４枚用意し、濃水酸化カリウム水溶液によるエッチングを行ってダメージ層を除去した。その後、水酸化カリウム／２−プロパノール混合溶液中に浸漬して、シリコン単結晶基板の表面にテクスチャ形成を行い、その後塩酸／過酸化水素混合溶液を用いて洗浄した。

次に、このｐ型シリコン単結晶基板を２枚ずつ裏面同士重ね合わせて、２枚１組でオキシ塩化リン雰囲気中、８５０℃の条件で熱処理し、厚さ０．４μｍのエミッタ層を形成した。エミッタ層形成後、フッ酸水溶液中に浸漬し拡散で形成されたリンガラスを除去した。

その後、反射防止膜として、リモートプラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を形成し、次いで、シリコン単結晶基板裏面全体に、スクリーン印刷法を用いてアルミニウムペーストを塗布し、その後熱処理して厚さ２０μｍのアルミニウム裏面電極を形成した。

＜電極の形成＞
このようにして得られた太陽電池用基板Ｗの受光面側に電極を形成した。電極パターンは、図２（Ａ）の電極パターン３とする。
まず、銀粒子、ガラスフリット、樹脂、溶剤を配合した第１導電性ペースト１ａを、所望のパターン３を縁取った直線状にスクリーン印刷により塗布した。特に第１導電性ペースト１ａの粘度は、室温で約１３０Ｐａ・ｓ（５０ｒｐｍ）程度であり、第１導電性ペースト１ａに含まれる樹脂の燃焼温度が約４００℃程度のものを使用した。

第１導電性ペースト１ａを約１５０℃で十分に乾燥させた。
このとき、フィンガー部９ｆの電極の第１層目の凸部の幅は約３５μｍ、高さは約１５μｍ、第１層目の凹部の深さは約１０μｍ、第１層目の凸部の中心間隔は３０μｍであった。

次に、第１層目の電極１ｂの凸部の間の凹部１２上に第２層目の電極となる第２導電性ペースト２ａをスクリーン印刷により塗布した。
このとき使用した第２導電性ペースト２ａは、銀粒子、ガラスフリット、樹脂、溶剤を配合したものであり、特に第２導電性ペースト２ａの粘度は、室温で約１１０Ｐａ・ｓ程度であり、第２導電性ペースト２ａに含まれる樹脂の燃焼温度が約５００℃程度のものを使用した。

この後、基板Ｗを約１５０℃で乾燥させ、空気雰囲気で満たした熱処理炉内に投入し、約７５０℃で３分間の熱処理を施し、第２層目の電極２ｂをスクリーン印刷で形成、乾燥・焼成した。
このとき、フィンガー部９ｆの電極の第２層目の幅は約６０μｍ、高さは約３０μｍとした。

このように形成した本発明の２層構造の電極は、所望のパターンからのはみ出しが観察できず、フィンガー部９ｆでは、幅が約７０μｍ、高さは約４２μｍでアスペクト比が０．６となった。

（比較例）
実施例と同様のシリコン単結晶基板を４枚準備した。そして、受光面側電極を形成する際に、図４のように、所望パターン上に導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布して乾燥後、１層目の電極４１ｂを焼成した。熱処理条件は、実施例１と同様の方法で行った。
このとき、フィンガー部の電極の第１層目の幅は約８０μｍ、高さは約２０μｍとなった。

さらに１層目の電極上に導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布して乾燥後、２層目の電極４２ｂをスクリーン印刷で形成、乾燥・焼成した。熱処理条件は、実施例１と同様の方法で行った。
このとき、フィンガー部の電極の２層目の幅は約６０μｍ、高さは約１０μｍとなった。

このように形成した比較例での２層構造の電極は、所望のパターンからのはみ出しが多数観察され、フィンガー部では、幅が約９０μｍ、高さは約２７μｍでアスペクト比が０．３となった。

さらに、実施例、比較例で得られた太陽電池について、ソーラーシミュレータを用い、標準条件下でこれら太陽電池の電流―電圧特性を測定し、変換効率を得た。表１に実施例及び比較例の太陽電池各４枚の測定結果の平均値を示す。

実施例、比較例の結果より、本発明のように、第１層目の電極に凹部を形成しておき、その上に第２層目の電極となる第２導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、多層構造の電極を所望パターンからはみ出すことなく形成することができるため、高いアスペクト比、低抵抗率の電極をより簡単な方法で得られ、変換効率の高い太陽電池を製造できることが分かる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術範囲に包含される。

本発明に係る太陽電池の電極を形成する方法を説明するフロー図である。 所望のパターン及び第１導電性ペーストの塗布の一例を示す図であり、（Ａ）は基板上における所望のパターンの位置関係を示し、（Ｂ）は第１導電性ペーストを直線状に塗布した場合、図２（Ｃ）は第１導電性ペーストを点線状に塗布した場合を示す図である。 図１に示す太陽電池の電極形成方法のフローを利用して製造された太陽電池の受光面の電極近傍の一例を示す拡大概略図である。 第２導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１層目の電極上に印刷した時の説明図である。 本発明に係る太陽電池の製造方法の一実施形態のフローを説明する図である。

符号の説明

１ａ…第１導電性ペースト、 １ｂ…第１層目の電極、
２ａ…第２導電性ペースト、 ２ｂ…第２層目の電極、
３…最終的に必要とする所望の電極パターンの領域、
５…基板、 ６…エミッタ層、 ７…反射防止膜、 ８…裏面電極、
９ｂ…バスバー部、 ９ｆ…フィンガー部、 １０…太陽電池、
１１…第１層目の電極の凸部、 １２…第１層目の電極の凹部、
１３…第１層目の電極の凸部の中心間隔、 １４…第１層目の電極の凸部の幅、
４１ｂ…第１層目の電極、 ４２ａ…導電性ペースト、 ４２ｂ…第２層目の電極、
Ｗ…（太陽電池用の）基板。

Claims (9)

1. スクリーン印刷法により導電性ペーストを２回以上塗布し、基板上に所望のパターンを有する多層構造の電極を形成する太陽電池の電極形成方法において、少なくとも、
   前記電極の第１層目となる第１導電性ペーストを、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように前記基板上に塗布して前記第１層目の電極を焼成し、
   該第１層目の電極の凸部の間の凹部上に第２層目の電極となる第２導電性ペーストを塗布して前記第２層目の電極を焼成することを特徴とする太陽電池の電極形成方法。
2. 前記第１導電性ペーストを前記所望のパターンを縁取った直線又は点線状に塗布することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の電極形成方法。
3. 前記第１層目の電極の前記２つの凸部の幅をそれぞれ１０〜６０μｍ、前記２つの凸部の中心間隔を２０〜９０μｍとし、前記第２層目の電極の幅を２０〜７０μｍとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池の電極形成方法。
4. 前記第２導電性ペーストは、前記第１導電性ペーストの粘度より低い粘度のものを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池の電極形成方法。
5. 前記第２導電性ペーストは、前記第１導電性ペーストの含有する樹脂の燃焼温度より高い燃焼温度の樹脂を含有するものを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池の電極形成方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池の電極形成方法を利用したことを特徴とする太陽電池の製造方法。
7. 少なくとも、基板上に所望のパターンを有する多層構造の電極が形成された太陽電池であって、少なくとも、
   前記電極の第１層目は、横断面形状が２つの凸部と該凸部の間に凹部を有するように前記基板上に形成されたものであり、
   前記電極の第２層目は、前記第１層目の電極の凸部の間の凹部上に形成されたものであることを特徴とする太陽電池。
8. 前記第１層目の電極は、前記所望のパターンを縁取った直線又は点線状に形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
9. 前記第１層目の電極の前記２つの凸部の幅は、それぞれ１０〜６０μｍ、前記２つの凸部の中心間隔は２０〜９０μｍであり、前記第２層目の電極の幅は２０〜７０μｍであることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の太陽電池。

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