JP2010135562A - 光電変換素子、光電変換素子モジュールおよび光電変換素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線ずれが発生することに起因する変換効率の低下を抑制することが可能な光電変換素子を提供する。
【解決手段】この光電変換素子は、光電変換層１と、メイン電極６とサブ電極７とからなる受光面電極５とを備えている。そして、メイン電極６の幅方向における一対の端部６ａの高さに対して中央部６ｂの高さが低くなっているとともに、メイン電極６の幅方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子、光電変換素子モジュールおよび光電変換素子の製造方法に関する。

従来、半導体基板に形成したｐｎ接合部を光電変換層とする光電変換素子や、その光電変換素子を複数備えた光電変換素子モジュールが知られている。以下に、従来の光電変換素子および光電変換素子モジュールの一例を簡単に説明する。

従来の光電変換素子では、単結晶や多結晶のｐ型シリコン基板が用いられており、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法やキャスト法でシリコンインゴットを作製し、それをマルチワイヤー法でスライスすることによって得ている。そのｐ型シリコン基板の受光面側の全面は化学的に加工されており、高さが１０μｍ程度の微細な凹凸構造となっている。また、ｐ型シリコン基板の受光面側には、熱拡散法などで形成されるｎ型層が設けられている。そして、ｐ型シリコン基板とｎ型層とがｐｎ接合して光電変換層を構成している。さらに、ｐ型シリコン基板の受光面上には反射防止膜も形成されている。

また、ｐ型シリコン基板の受光面上には、線幅が２ｍｍ程度の太線部分（以下、メイン電極という）と、線幅が０．１５ｍｍ程度の細線部分（以下、サブ電極という）とからなる受光面電極が設けられている。この受光面電極は銀からなっており、銀ペーストを印刷・焼成することで形成される。なお、メイン電極とサブ電極とを組み合わせたものを受光面電極とするのは、受光面の発電に寄与する領域（受光面電極で覆われていない領域）をできるだけ広くするためである。

また、ｐ型シリコン基板の裏面上には、アルミニウム電極および銀電極を含む裏面電極が設けられている。この裏面電極は、受光面電極と同様、導電性ペーストを印刷・焼成することで形成される。また、ｐ型シリコン基板の裏面側には、アルミニウム電極の形成時にアルミニウムが拡散することで形成される高濃度のｐ型層も設けられている。

そして、このような光電変換素子を複数備えた光電変換素子モジュールは、互いに隣接する一方の素子の受光面電極（メイン電極）と他方の素子の裏面電極（銀電極）とがインターコネクタなどの配線部材で直列に接続された構造となっている。

次に、光電変換素子の動作としては、受光面に光が照射されると、受光面電極が存在する領域では光が反射して損失となる。その一方、受光面電極が存在しない領域では、反射防止膜や凹凸構造の効果により、大部分の光が光電変換層（ｐ型シリコン基板およびｎ型層）の内部に入射する。そして、光電変換層の内部に入射した光がシリコンの吸収係数に応じて層内で吸収され、その吸収された光が電子と正孔のキャリアを励起して光電変換が起こる。この後、生成されたキャリアは、受光面電極および裏面電極を介して取り出される。

ところで、上記した従来の構成において、光電変換素子の高効率化を図るためには、受光面電極を微細化することにより、受光面電極の占有面積を低減することが有効である。たとえば、メイン電極については、その線幅を１ｍｍ程度かそれ以下にすることが可能であり、サブ電極については、その線幅を０．０３ｍｍ程度かそれ以下にすることが可能である。

ただし、メイン電極を微細化すると、それに接続される配線部材（複数の光電変換素子をモジュール化するための配線）も微細化する必要がある。この場合には、メイン電極（配線部材も含む）の配線抵抗が大きくなってしまうのを抑制するために、配線部材の高さをより高くして電気抵抗を小さくしなければならない（たとえば、特許文献１参照）。なお、このような対策を施さなければ、メイン電極（配線部材も含む）の配線抵抗が大きくなってしまい、曲線因子の低下を招く。

特開２００７−２７３８５７号公報

しかしながら、線幅が１ｍｍ以下となるようにメイン電極を微細化し、それに伴って配線部材も微細化してその高さを高くすると、メイン電極と配線部材とを精度良く接着するのが困難になってしまう。すなわち、メイン電極と配線部材とを接着する際に、メイン電極と配線部材との間で配線ずれが起こるという不都合が発生する。このような配線ずれが起こると、受光面の発電に寄与する領域が減少することで電流損失を招き、その結果、変換効率が低下してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、配線ずれが発生することに起因する変換効率の低下を抑制することが可能な光電変換素子、光電変換素子モジュールおよび光電変換素子の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光電変換素子は、光を受光することでキャリアを生成する光電変換層と、所定方向に延びる細長状となるように光電変換層上に形成され、光電変換層で生成されたキャリアを取り出すための電極とを備えている。そして、電極の所定方向と直交する幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなっているとともに、電極の幅方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となっている。

第１の局面による光電変換素子では、上記のように、電極の幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さを低くするとともに、電極の幅方向に沿った断面形状を円弧状に凹んだ形状とすることによって、電極に配線部材を接続する際に、電極の凹部（円弧状に凹んだ部分）に配線部材を嵌め込むようにすれば、配線部材の幅方向への動きが電極の一対の端部で規制されるため、電極と配線部材との間で配線ずれが起こらないようにすることができる。これにより、光電変換層の受光面側に電極が配置されるとすれば、受光面の発電に寄与する領域が減少するのを抑制することができる。その結果、電流損失の低減を図ることができ、変換効率が低下するのを抑制することが可能となる。なお、このような断面形状を有する電極は、スクリーン印刷法においてスキージの硬度や印圧を調整することで容易に形成することができる。

上記第１の局面による光電変換素子において、電極が光電変換層の受光面側に配置されていることが好ましい。このように構成すれば、受光面側における配線ずれの発生が抑制され、受光面の発電に寄与する領域が減少するのを抑制することができる。

上記第１の局面による光電変換素子において、好ましくは、電極の少なくとも一部に配線部材が接着される。このように構成すれば、電極との間で配線ずれが起こることなく、電極と配線部材とを接続することができる。

この場合、電極の幅方向における一対の端部の間に配線部材が配置されることが好ましい。このように構成すれば、配線部材の幅方向への動きが電極の一対の端部で規制されるため、容易に、電極と配線部材との間で配線ずれが起こるのを抑制することができる。

また、この発明の第２の局面による光電変換素子モジュールは、上記第１の局面による光電変換素子を複数備えている。そして、複数の光電変換素子が配線部材を介して互いに電気的に接続されている。このように構成すれば、容易に、光電変換素子モジュールの変換効率が低下するのを抑制することができる。

また、この発明の第３の局面による光電変換素子の製造方法は、光を受光することでキャリアを生成する光電変換層を形成する工程と、ペースト状になっている電極材料と、所定方向に延びる細長状の開口部を持つスクリーンマスクと、そのスクリーンマスクの開口部から電極材料を押し出すための押し出し部材とを準備し、スクリーンマスクおよび押し出し部材を用いて光電変換層上に電極材料を印刷する工程と、光電変換層上の電極材料を焼成することにより、光電変換層で生成されたキャリアを取り出すための電極を光電変換層上に形成する工程とを備えている。そして、光電変換層上に電極材料を印刷する工程の際に、印刷後の電極材料の所定方向と直交する幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなるように、押し出し部材の少なくとも一部をスクリーンマスクの開口部内にまで押し込んだ状態で印刷することによって、電極の幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さを低くするとともに、電極の幅方向に沿った断面形状を円弧状に凹んだ形状とする。

この第３の局面による光電変換素子の製造方法では、上記のように、光電変換層上に電極材料を印刷する工程の際に、押し出し部材の少なくとも一部をスクリーンマスクの開口部内にまで押し込んだ状態で印刷することによって、押し出し部材の一部（スクリーンマスクの開口部内にまで押し込まれた部分）で電極材料が掻き出され、印刷後の電極材料の幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなる。すなわち、電極（焼成後の電極材料）の幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなるとともに、電極の幅方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となる。この場合、電極に配線部材を接続する際に、電極の凹部（円弧状に凹んだ部分）に配線部材を嵌め込むようにすれば、配線部材の幅方向への動きが電極の一対の端部で規制されるため、電極と配線部材との間で配線ずれが起こらないようにすることができる。これにより、光電変換層の受光面側に電極が配置されるとすれば、受光面の発電に寄与する領域が減少するのを抑制することができる。その結果、電流損失の低減を図ることができ、変換効率が低下するのを抑制することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、配線ずれが発生することに起因する変換効率の低下を抑制することが可能な光電変換素子、光電変換素子モジュールおよび光電変換素子の製造方法を容易に得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態による光電変換素子の構造を説明するための図である。図２は、図１に示した一実施形態による光電変換素子の受光面電極（メイン電極およびサブ電極）の平面形状を説明するための図である。図３は、図１に示した一実施形態による光電変換素子の受光面電極（メイン電極）の断面形状を説明するための図である。図４は、図１に示した一実施形態による光電変換素子を複数備えた光電変換素子モジュールの構造を説明するための図である。以下に、図１〜図４を参照して、本実施形態による光電変換素子およびそれを複数備えた光電変換素子モジュールの構造について説明する。

本実施形態の光電変換素子は太陽電池セルと称されるものであって、太陽光を受光し、その光エネルギを電気エネルギに変換して取り出すことが可能なようになっている。具体的には、この光電変換素子は、図１に示すように、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換層（ｐｎ接合層）１を少なくとも備えている。そして、その光電変換層１は、ｐ型半導体基板２の表面（受光面）側にｎ型層３を形成することによって得ている。

光電変換層１となるｐ型半導体基板２は、たとえば、結晶シリコンなどからなっているとともに、その抵抗値が０．１Ωｃｍ〜２０Ωｃｍ程度に設定されている。また、ｐ型半導体基板２の表面側には、図示しないが、太陽光の吸収を促進するための凹凸構造（テクスチャ構造）が設けられている。この凹凸構造は、たとえば、高低差が１μｍ〜１０μｍ程度に設定されている。また、光電変換層１となるｎ型層３は、たとえば、ｐ型半導体基板２の表面側に形成されたｎ型不純物領域（ｎ型不純物であるリンなどが導入された領域）からなっており、そのドーパント濃度が１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃｍ^-3程度に設定されている。

また、ｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上には、受光面側における太陽光の反射を抑制するための反射防止膜４が形成されている。この反射防止膜４を構成する膜やその膜厚は特に限定されるものではなく、太陽光の反射を抑制する機能を有するようになっていればよい。反射防止膜４を構成する膜としては、たとえば、窒化シリコン膜などの窒化膜であってもよいし、シリコン酸化膜や酸化チタン膜などの酸化膜であってもよい。

さらに、ｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上には、光電変換層１で生成されたキャリアを取り出すための銀製の受光面電極５が形成されている。この受光面電極５は、図１および図２に示すように、Ｙ方向（所定方向）に延びる細長状のメイン電極６と、メイン電極６と直交する方向に延びる細長状のサブ電極７とからなっているとともに、ｐ型半導体基板２（ｎ型層３）に電気的に接続されている。そして、光電変換層１で生成されたキャリアは、サブ電極７を介してメイン電極６に集められ、メイン電極６から外部回路などに取り出される。

なお、受光面電極５の構成材料や平面形状は、光電変換層１で生成されたキャリアを回収することが可能であれば特に限定されるものではない。すなわち、受光面電極５の構成材料としては銀以外の導電性材料でもよく、たとえば、金、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、鉄、タンタル、チタンおよびモリブデンなどの金属やそれらの合金を用いてもよいし、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯおよびＩＴＯなどの透明導電材を用いてもよい。また、上記の材料を併用してもよいし、単層構造および積層構造のいずれの構造であってもよい。

また、受光面電極５の平面形状としては図２の形状以外の形状であってもよく、ｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上の任意の位置に任意の面積で形成することができる。好ましいのは、受光面の面積に対する受光面電極５の面積が２％〜８％程度となるように、受光面電極５の平面形状をストライプ状、格子状および島状などにすることである。

ここで、本実施形態では、図１および図３に示すように、メイン電極６のＸ方向（所定方向と直交する幅方向）における一対の端部６ａの高さＴ１に対して中央部６ｂの高さＴ２が低くなっている。すなわち、メイン電極６は、その上部側に凹部を有していることになる。そして、そのメイン電極６の凹部の凹面（メイン電極６のＸ方向に沿った断面形状）は円弧状になっている。なお、メイン電極６は、本発明の「電極」の一例である。

このメイン電極６には、図１に示すように、半田８を介して、複数の光電変換素子をモジュール化する際に使用するインターコネクタ９が接着されている。このインターコネクタ９は、円形の断面形状を有しており、メイン電極６の一対の端部６ａの間に配置されている。すなわち、メイン電極６の凹部にインターコネクタ９が嵌め込まれた状態となっている。なお、インターコネクタ９は、本発明の「配線部材」の一例である。

ｐ型半導体基板２の表面側とは反対の裏面側には、裏面電界層としての高濃度のｐ型層１０が設けられている。このｐ型層１０は、ｐ型半導体基板２の裏面側にアルミニウム（後述するアルミニウム電極１２の構成材料）が拡散することによって形成されるものであり、その接合深さはｐ型半導体基板２の厚みによって適宜調整される。ｐ型層１０の接合深さとしては、たとえば、０．２μｍ〜６．０μｍ程度が適当である。

また、ｐ型半導体基板２の裏面（ｐ型層１０）上には、光電変換層１で生成されたキャリアを取り出すための裏面電極１１が形成されている。この裏面電極１１は、アルミニウム電極１２と銀電極１３とを含んでいるとともに、ｐ型半導体基板２（ｐ型層１０）に電気的に接続されている。アルミニウム電極１２は、ｐ型半導体基板２の裏面の大部分を覆っているとともに、その一部に開口を有している。また、銀電極１３は、アルミニウム電極１２の開口内に配置されており、複数の光電変換素子をモジュール化する際にインターコネクタ９に接続される。このような裏面電極１１の構成材料としては、上記した受光面電極５と同様、種々の導電性材料を用いることができる。

なお、酸化膜や窒化膜などからなる裏面反射膜をｐ型半導体基板２の裏面側に設けるようにしてもよいし、表面再結合を防止するための酸化膜や窒化膜をｐ型半導体基板２の裏面側に設けるようにしてもよい。

ところで、上記した光電変換素子を複数備えた光電変換素子モジュールは、図４に示すように、複数の光電変換素子がインターコネクタ９を介して互いに電気的に接続されたものである。具体的には、互いに隣接する一方の光電変換素子の受光面電極５および他方の光電変換素子の裏面電極１１にインターコネクタ９が接続されることによって、複数の光電変換素子がモジュール化されている。

本実施形態では、上記のように、メイン電極６の幅方向における一対の端部６ａの高さに対して中央部６ｂの高さを低くするとともに、メイン電極６の幅方向に沿った断面形状を円弧状に凹んだ形状とすることによって、メイン電極６にインターコネクタ９を接続する際に、メイン電極６の凹部（円弧状に凹んだ部分）にインターコネクタ９を嵌め込むようにすれば、インターコネクタ９の幅方向への動きがメイン電極６の一対の端部６ａで規制されるため、メイン電極６とインターコネクタ９との間で配線ずれが起こらないようにすることができる。これにより、受光面の発電に寄与する領域が減少するのを抑制することができる。その結果、電流損失の低減を図ることができ、変換効率が低下するのを抑制することが可能となる。なお、このような断面形状を有するメイン電極６は、スクリーン印刷法においてスキージの硬度や印圧を調整することで容易に形成することができる。

図５〜図１０は、本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。以下に、図１〜図１０を参照して、本実施形態による光電変換素子の製造方法について説明する。

まず、図５に示すように、結晶シリコンからなり、かつ、抵抗値が０．１Ωｃｍ〜２０Ωｃｍ程度に設定されたｐ型半導体基板２を準備する。そして、酸やアルカリの溶液または反応性プラズマを用いたエッチング技術により、ｐ型半導体基板２からダメージ層を除去し、そのｐ型半導体基板２の表面（受光面）側に高低差が１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸構造（図示せず）を形成する。

次に、図６に示すように、ｐ型半導体基板２の表面側に、ｐ型半導体基板２と共に光電変換層（ｐｎ接合層）１となるｎ型層３を形成する。このｎ型層３は、ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物（リンなど）を導入し、１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０²¹ｃｍ^-3程度のドーパント濃度を有するｎ型不純物領域を形成することで得る。これにより、ｐ型半導体基板２のうちのｎ型層３になっていない残りの領域がｎ型層３とｐｎ接合するｐ型層となる。

ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物を導入する方法は特に限定されないが、たとえば、ｎ型不純物を含有する材料（ＰＯＣｌ₃など）を含む高温気体中にｐ型半導体基板２を設置し、ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物を拡散させるという方法がある。このような方法を用いると、ｐ型半導体基板２の裏面側にまでｎ型不純物が拡散することでｐ型半導体基板２の裏面側にもｎ型層３が形成されるが、少なくともｐ型半導体基板２の表面側にｎ型層３が形成されていればよいので、ｐ型半導体基板２の裏面側に形成されたｎ型層３はエッチング技術などで除去する。なお、この工程の際に、予めｐ型半導体基板２の裏面側に拡散防止マスクを配置し、その状態でｐ型半導体基板２に対する熱拡散処理を行うことによって、ｐ型半導体基板２の裏面側にｎ型層３が形成されるのを防止するようにしてもよい。また、ｐ型半導体基板２の裏面側に形成されたｎ型層３を除去せずに、そのまま残しておいてもよい。

また、ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物を導入する別の方法として、ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物をイオン注入するという方法も考えられる。また、ｐ型半導体基板２の表面側にｎ型不純物を導入する代わりに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いてｐ型半導体基板２の表面上にｎ型半導体層を別途形成し、それをｎ型層３としてもよい。この場合、ｐ型半導体基板２がそのままｐ型層となる。

そして、図７に示すように、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上に、窒化膜や酸化膜などからなる反射防止膜４を形成する。この際、受光面電極５（図１参照）の形成領域に開口を持つような反射防止膜４を形成してもよいし、受光面の全面を覆うような反射防止膜４を形成してもよい。なお、反射防止膜４によって受光面の全面を覆った場合には、反射防止膜４上に受光面電極５を形成し、その受光面電極５とｐ型半導体基板２（ｎ型層３）とをファイヤースルーによって導通させる。

次に、図８に示すように、ｐ型半導体基板２の裏面上に、アルミニウム電極１２と銀電極１３とを含む裏面電極１１を形成する。アルミニウム電極１２は、ｐ型半導体基板２の裏面上にアルミニウム粉末を含むペースト材料を印刷した後、それを焼成することによって形成する。この際、アルミニウム電極１２の一部を開口させておく。なお、アルミニウム電極１２の形成時には、ｐ型半導体基板２の裏面側においてアルミニウムが拡散して合金化する。このため、ｐ型半導体基板２の裏面側に、０．２μｍ〜６．０μｍ程度の接合深さを有する高濃度のｐ型層１０が形成される。そして、銀電極１３は、銀を粉末状態にして調製した銀ペーストをアルミニウム電極１２の開口内に塗布し、それを焼成することによって形成する。

この裏面電極１１の形成方法は特に限定されるものではなく、スクリーン印刷法を用いてもよいし、蒸着法を用いてもよい。なお、蒸着法を用いる場合には、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行うのが好ましい。

次に、スクリーン印刷法を用いて、図２に示したような平面形状を有する銀製の受光面電極（メイン電極６およびサブ電極７）５をｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上に形成する。すなわち、銀を粉末状態にして銀ペースト（電極材料）を調製し、それをｐ型半導体基板２の表面上に印刷した後に焼成することによって、メイン電極６とサブ電極７とからなる受光面電極５を形成する。

ここで、本実施形態では、図３に示したように、メイン電極（焼成後の銀ペースト）６のＸ方向（所定方向と直交する幅方向）における一対の端部６ａの高さＴ１に対して中央部６ｂの高さＴ２が低くなり、かつ、メイン電極６のＸ方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となるように、メイン電極６となる銀ペーストをｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上に印刷する。

具体的に言うと、メイン電極６の形成工程では、まず、電極材料である銀ペーストに加えて、Ｙ方向（所定方向）に延びる細長状の開口部２１ａを持つスクリーンマスク２１（図９参照）を準備する。このスクリーンマスク２１の開口部２１ａは、メイン電極６の平面形状を反映した開口パターンとなっている。さらに、そのスクリーンマスク２１の開口部２１ａから銀ペーストを押し出すためのスキージ２２（図９参照）も準備する。なお、スキージ２２は、本発明の「押し出し部材」の一例である。

続いて、図８に示した構造体上にスクリーンマスク２１を設置し、そのスクリーンマスク２１上に銀ペーストが載置されるようにする。この後、スキージ２２をスクリーンマスク２１上で移動させることによって、スクリーンマスク２１の開口部２１ａから銀ペーストを押し出す。これにより、図８に示した構造体上に、銀ペーストがＹ方向に延びる細長状に印刷される。

このとき、図９に示すように、スキージ２２の硬度や印圧を調整することによって、スキージ２２の少なくとも一部２２ａがスクリーンマスク２１の開口部２１ａ内にまで押し込まれた状態にする。これにより、印刷後の銀ペーストのＸ方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなる。このため、その銀ペーストを焼成してメイン電極６を形成すると、図３に示したように、メイン電極６のＸ方向における一対の端部６ａの高さＴ１に対して中央部６ｂの高さＴ２が低くなり、かつ、メイン電極６のＸ方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となる。

また、上記のような工程を経て形成される受光面電極５は、銀ペーストの焼成時のファイヤースルーにより、反射防止膜４を貫通してｐ型半導体基板２（ｎ型層３）に電気的に接続される。すなわち、図１０に示す状態となる。

なお、受光面電極５および裏面電極１１の形成順序は特に限定されるものではなく、どちらを先に形成してもよい。

次に、図１に示したように、半田８を介して、メイン電極６とインターコネクタ９とを接着する。この際、メイン電極６の凹部にインターコネクタ９が嵌め込まれた状態になるため、インターコネクタ９のＸ方向の動きがメイン電極６の一対の端部６ａによって規制される。したがって、インターコネクタ９のＸ方向の位置ずれが抑制される。なお、半田８によるメイン電極６とインターコネクタ９との接着は、半田ごてを用いて手動で行ってもよいし、全自動の接続装置を用いて行ってもよい。

そして、複数の光電変換素子をモジュール化する際には、図４に示したように、インターコネクタ９を介して、互いに隣接する一方の光電変換素子の受光面電極５と他方の光電変換素子の裏面電極１１とを接続する。

本実施形態の製造方法では、上記のように、メイン電極６となる銀ペーストをｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上に印刷する際に、スキージ２２の少なくとも一部２２ａをスクリーンマスク２１の開口部２１ａ内にまで押し込むことによって、スキージ２２の一部（スクリーンマスク２１の開口部２１ａ内にまで押し込まれた部分）２２ａで銀ペーストが掻き出され、印刷後の銀ペーストの幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなる。すなわち、メイン電極（焼成後の銀ペースト）６の幅方向における一対の端部６ａの高さに対して中央６ｂ部の高さが低くなるとともに、メイン電極６の幅方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となる。これにより、容易に、かつ、安価に、メイン電極６に円弧状の凹部が形成された状態にすることができる。

以下に、上記実施形態の効果を確認するために行った比較実験について説明する。この比較実験では、図１に示した一実施形態の構造と同じ構造の光電変換素子を実施例として実際に作製し、その特性を評価した。

実施例による光電変換素子の作製では、まず、外形寸法が１０ｃｍ角で、かつ、０．３５ｍｍの厚みを有し、比抵抗が２．０Ωｃｍの多結晶シリコンからなるｐ型半導体基板２を準備した。このようなｐ型半導体基板２は、キャスト法などでシリコンインゴットを形成した後、それをマルチワイヤー法でスライスすることによって得られる。そして、５％のＮａＯＨ水溶液（アルカリ溶液）に７％のアルコールを加えた溶液を用い、８０℃の温度で１０分間のエッチング処理をｐ型半導体基板２に対して行うことにより、ｐ型半導体基板２の表面を２０μｍの深さまでエッチングした。これにより、ｐ型半導体基板２からダメージ層を除去し、その表面に凹凸構造を形成した。

この後、ＰＯＣｌ₃を含む雰囲気を持つ電気炉中の治具にｐ型半導体基板２を装着し、８４０℃の温度で２０分間の熱拡散処理を行うことによって、ｐ型半導体基板２の表面側にリンを拡散させてｎ型層３を形成した。そして、ｐ型半導体基板２に形成されたＰＳＧ（リンガラス）層などをＨＦ水溶液で除去した後、ｐ型半導体基板２の洗浄および乾燥を行った。なお、ここで形成したｎ型層３のシート抵抗は６０Ω／ｓｑであった。また、ｎ型層３の接合深さは０．３μｍであり、ｎ型層３の表面付近のドーパント濃度は１０²⁰ｃｍ^-3であった。

さらに、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ｐ型半導体基板２の表面（ｎ型層３）上に、７２ｎｍの厚みを有する窒化シリコン膜からなる反射防止膜４を形成した。この際、ガス種として、シランおよびアンモニアを用いた。

続いて、ｐ型半導体基板２の裏面上（アルミニウム電極１２を形成する領域上）にアルミニウム粉末を含むペースト材料を印刷し、それを乾燥させた。そして、近赤外線炉中でペースト材料の焼成を行うことによって、ｐ型層１０およびアルミニウム電極１２を形成した。同様に、ｐ型半導体基板２の裏面上（銀電極１３を形成する領域上）に銀ペーストを印刷し、それを焼成することで銀電極１３を形成した。

次に、スクリーン印刷法を用いて、ｐ型シリコン基板２の表面（ｎ型層３）上に、メイン電極６とサブ電極７とからなる受光面電極５を形成した。なお、受光面電極５となる導電性ペーストとして、銀、ガラス粉末、有機樹脂および溶媒を適宜混合して調製したものを用いた。

サブ電極７を形成する際には、スクリーンマスクとして、パターン幅（サブ電極７の平面形状を反映した開口パターンの開口幅）が７０μｍで、厚みが７０μｍのメタルマスクを用いた。そして、硬度が８０°のスキージを印刷機に装着し、０．１０ＭＰａの印圧で印刷を行った後、それを焼成した。このような条件で形成されたサブ電極７は、その線幅（Ｙ方向の幅）が８０μｍとなり、高さが４５μｍ程度となった。

また、メイン電極６を形成する際には、スクリーンマスクとして、パターン幅（メイン電極６の平面形状を反映した開口パターンの開口幅）が０．５０ｍｍで、厚みが０．４０ｍｍのメタルマスクを用いた。そして、硬度が６０°のスキージを印刷機に装着し、０．１５ＭＰａの印圧で印刷を行った後、それを焼成した。このような条件で形成されたメイン電極６は、その線幅（Ｘ方向の幅）が０．５５ｍｍとなった。また、メイン電極６の高さについては、Ｘ方向における一対の端部６ａの高さに対して中央部６ｂの高さが低くなった。具体的には、メイン電極６の端部６ａの高さが０．３５ｍｍ程度となり、中央部６ｂの高さが０．２０ｍｍ程度となった。このように、メイン電極６の一対の端部６ａの高さに対して中央部６ｂの高さが低くなったのは、印刷時にスキージの一部がメタルマスクの開口部内にまで入り込み、その部分によって銀ペーストが掻き出されたためである。また、メタルマスクの開口部内にまで入り込んだスキージの一部によって銀ペーストが掻き出されたため、メイン電極６の幅方向に沿った断面形状は円弧状に凹んだ形状となった。

最後に、断面形状が円形（直径：０．５０ｍｍ）となっているインターコネクタ９を準備し、半田ごてを用いて、メイン電極６とインターコネクタ９との半田８による接着を手動で行った。この際、メイン電極６とインターコネクタ９との間で配線ずれは無かった。

また、上記した実施例と比較する比較例として、図１１（比較例１）および図１２（比較例２）に示すような光電変換素子を作製した。

比較例１による光電変換素子（図１１参照）の作製では、メイン電極３０を形成する際に、ステンレス製の２００メッシュのメッシュマスク（パターン幅：０．５ｍｍ、線径：３５μｍ、厚み：６０μｍ）をスクリーンマスクとして用いた。このようなメッシュマスクを用いると、メイン電極３０の形状が略三角形状となり、その線幅が０．５７ｍｍで、中央部の高さが０．０７ｍｍ程度となった。なお、メイン電極３０以外の構造は上記実施例と同じにした。

また、比較例２による光電変換素子（図１２参照）の作製では、メイン電極４０を形成する際に、上記実施例と同じメタルマスク（パターン幅：０．５０ｍｍ、厚み：０．４０ｍｍ）をスクリーンマスクとして用いた。そして、硬度が９０°のスキージを印刷機に装着し、０．０８ＭＰａの印圧で印刷を行った。このような印刷条件にすると、メイン電極４０の線幅が０．５５ｍｍとなった。また、メイン電極４０の中央部の高さが０．３５ｍｍ程度となり、端部の高さが０．３０ｍｍ程度となった。すなわち、メイン電極４０の中央部の高さに対して端部の高さが低くなった。なお、メイン電極４０以外の構造は上記実施例と同じにした。

上記のように各光電変換素子を作製した後、実施例、比較例１および比較例２のそれぞれについて、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光（ＪＩＳ標準光ＡＭ１．５Ｇ）で電流電圧特性を測定した。その結果を表１に示す。

上記表１を参照して、実施例では、比較例１および比較例２に比べて変換効率が高くなることが判明した。これは、メイン電極６に円弧状の凹部が形成されたことで、メイン電極６とインターコネクタ９との接続時における配線ずれの発生が抑制され、電流損失が低減したためであると考えられる。

一方、比較例１の変換効率が低くなったのは、メイン電極３０の形状が略三角形状となったことに起因して、メイン電極３０とインターコネクタ（図示せず）との接続時に配線ずれが起こり、電流損失が発生したためであると考えられる。さらに、比較例１では、メイン電極３０とインターコネクタとが完全には接着されなかったため、それが曲線因子の低下の原因になったと考えられる。

また、比較例２では、スキージの硬度や印圧を変更したため、印刷時にスキージがメタルマスクの開口部内には入り込まなかった。このため、メイン電極４０を実施例のような形状にすることができず、メイン電極４０とインターコネクタ（図示せず）との接続時に配線ずれが起こり、電流損失が低減したと考えられる。

今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ｐ型半導体基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ｎ型半導体基板を用い、その表面側にｐ型層を形成するようにしてもよい。すなわち、上記実施形態の構造において、ｐ型とｎ型が入れ替わっていてもよい。

本発明の一実施形態による光電変換素子の構造を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による光電変換素子の受光面電極（メイン電極およびサブ電極）の平面形状を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による光電変換素子の受光面電極（メイン電極）の断面形状を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による光電変換素子を複数備えた光電変換素子モジュールの構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図（スクリーンマスクおよびスキージの断面図）である。 本発明の一実施形態による光電変換素子の製造方法を説明するための図である。 比較例１による光電変換素子の構造を示した図である。 比較例２による光電変換素子の構造を示した図である。

符号の説明

１ 光電変換層
２ ｐ型半導体基板
３ ｎ型層
６ メイン電極（電極）
６ａ 端部
６ｂ 中央部
９ インターコネクタ（配線部材）
２１ スクリーンマスク
２１ａ 開口部
２２ スキージ（押し出し部材）
２２ａ 一部

Claims (6)

1. 光を受光することでキャリアを生成する光電変換層と、
   所定方向に延びる細長状となるように前記光電変換層上に形成され、前記光電変換層で生成されたキャリアを取り出すための電極とを備え、
   前記電極の前記所定方向と直交する幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなっているとともに、前記電極の前記幅方向に沿った断面形状が円弧状に凹んだ形状となっていることを特徴とする光電変換素子。
2. 前記電極が前記光電変換層の受光面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記電極の少なくとも一部に配線部材が接着されることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
4. 前記電極の前記幅方向における一対の端部の間に前記配線部材が配置されることを特徴とする請求項３に記載の光電変換素子。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換素子を複数備え、
   複数の前記光電変換素子が配線部材を介して互いに電気的に接続されていることを特徴とする光電変換素子モジュール。
6. 光を受光することでキャリアを生成する光電変換層を形成する工程と、
   ペースト状になっている電極材料と、所定方向に延びる細長状の開口部を持つスクリーンマスクと、前記スクリーンマスクの開口部から前記電極材料を押し出すための押し出し部材とを準備し、前記スクリーンマスクおよび前記押し出し部材を用いて前記光電変換層上に前記電極材料を印刷する工程と、
   前記光電変換層上の前記電極材料を焼成することにより、前記光電変換層で生成されたキャリアを取り出すための電極を前記光電変換層上に形成する工程とを備え、
   前記光電変換層上に前記電極材料を印刷する工程の際に、印刷後の前記電極材料の前記所定方向と直交する幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さが低くなるように、前記押し出し部材の少なくとも一部を前記スクリーンマスクの開口部内にまで押し込んだ状態で印刷することによって、前記電極の前記幅方向における一対の端部の高さに対して中央部の高さを低くするとともに、前記電極の前記幅方向に沿った断面形状を円弧状に凹んだ形状とすることを特徴とする光電変換素子の製造方法。

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