JP2010147107A - 光起電力装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光起電力装置の受光面側の受光面積を従来に比して削減することができる電極構造を有する光起電力装置を得ること。
【解決手段】Ｎ型拡散層が第１の主面側に形成されたＰ型シリコン基板１２と、第１の主面上に第１の方向に延在して平行に形成され、シリコン基板１２で生じた電流を集電する複数のグリッド電極２１と、第１の主面上に第２の方向に形成され、グリッド電極２１で集電される電流を外部に取り出すバスバー電極２２と、シリコン基板１２の第２の主面側に形成され、シリコン基板１２で生じた電流を集電すると共に外部に取り出す裏面電極と、を備え、グリッド電極２１は、先端部のグリッド電極２１の第１の方向に垂直な断面積が、バスバー電極２２との接続部における断面積よりも小さい。
【選択図】 図２−２

Description

この発明は、光起電力装置とその製造方法に関するものである。

太陽電池は、基板面にほぼ平行なｐｎ接合を有する半導体基板に太陽から放射される光を照射して、電気を取り出すものである。そのため、半導体基板に多くの光を入射させることで、光電変換効率を上げることができる。しかし、半導体基板上の各位置で光電変換された電気を集め、そして取り出すために、半導体基板の光入射側の面（以下、表面という）と反対側の面（以下、裏面という）に電極を設ける必要がある。

従来の太陽電池の表面側には、所定のピッチで互いに平行に多数形成された線状のグリッド電極と、すべてのグリッド電極に接続されるように形成されるバスバー電極と、が設けられる。ここで、グリッド電極は、主にグリッド電極近傍の半導体基板で発生した電子（電流）を集め、バスバー電極に送電する役割を有し、バスバー電極は、主にグリッド電極から送られてきた電子を外部端子へ送電する役割を有している。

ところで、この太陽電池の表面側に形成される電極は、発電した電流（電子）を効率よく外部へ取り出す必要があり、集電電極であるグリッド電極の抵抗値を下げることが重要であるため、従来では、グリッド電極の断面積を大きくするように考慮されていた。一方、太陽電池の受光面積を損なわないためには、表面側の電極線を細くすることも考慮される。そのため、太陽電池の表面側に形成される電極は、細くそして高く形成する必要があった。このような構造の表面側の電極線を形成する方法として、従来では、同じ場所にスクリーン印刷を複数回繰り返し行う方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、スクリーン印刷特有のメッシュ形状を転写することによる厚みのバラツキを抑制しつつ電極線を狭くかつ厚く形成するように、グラビアオフセット印刷を複数回繰り返し行う方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平１１−１０３０８４号公報 特開２００７−４４９７４号公報

しかしながら、上記従来の技術のように、導電性ペーストを繰り返して印刷することによって形成される電極にあっては、版と被印刷物との位置精度の誤差による重ねずれが生じる。そのため、重ねた電極部分は幅が広くなり、受光面積が減少してしまうという問題点があった。また、導電性ペーストは主導電材として、銀や金などの貴金属を用いているために高価であり、不必要な部分に塗布することは生産性を低下させるという問題点もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、光起電力装置の受光面側の受光面積の減少を従来に比して削減することができる電極構造を有する光起電力装置とその製造方法を得ることを目的とする。また、光起電力装置の受光面側の電極の製造に当たって導電性ペーストに含まれる貴金属の無駄を抑えることができる構造の光起電力装置とその製造方法を得ることも目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置は、第１の導電型の拡散層が第１の主面側に形成された第２の導電型の半導体基板と、前記第１の主面上に第１の方向に延在して平行に形成され、前記半導体基板で生じた電流を集電する複数のグリッド電極と、前記第１の主面上に第２の方向に形成され、前記グリッド電極で集電される電流を外部に取り出すバスバー電極と、前記半導体基板の第２の主面側に形成され、前記半導体基板で生じた電流を集電すると共に外部に取り出す裏面電極と、を備える光起電力装置において、前記グリッド電極は、先端部の前記第１の方向に垂直な断面積が、前記バスバー電極との接続部における断面積よりも小さいことを特徴とする。

この発明によれば、グリッド電極の断面積をその位置での電流密度に合わせて変えるようにしたので、より具体的にはグリッド電極のバスバー電極との接続部の断面積に比して先端部の断面積を小さくするようにしたので、グリッド電極のバルク抵抗成分による電圧降下を抑制しながら、従来に比して受光面積を増やすことができる。その結果、光起電力装置の発電効率が増大するという効果を有する。さらに、バスバー電極から比較的離れたグリッド電極の断面積を小さくすることによって、消費される導電性ペースト材を削減できるので、生産性が向上するという効果も有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光起電力装置とその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、光起電力装置として太陽電池を例に挙げて説明を行うが、この発明がこれらの実施の形態により限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。

実施の形態１．
図１−１〜図１−３は、太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す図であり、図１−１は太陽電池の上面図であり、図１−２は太陽電池の裏面図であり、図１−３は図１−１のＡ−Ａ断面図である。太陽電池１０は、半導体基板としてのＰ型シリコン基板（以下、単にシリコン基板ともいう）１２と、このＰ型シリコン基板１２の一方の主面（受光面）側の表面にＮ型の不純物を拡散させたＮ型拡散層１３と、他方の主面（裏面）側の表面にシリコン基板１２よりも高濃度にＰ型の不純物を含んだＰ＋層１４と、を含む光電変換層１１を備える。

また、太陽電池１０は、光電変換層１１の受光面への入射光の反射を防止する反射防止膜１５と、光電変換層１１で発電された電気を局所的に集電するために受光面に所定のピッチで複数平行に設けられる銀などからなるグリッド電極２１と、グリッド電極２１で集電された電気を外部に取り出すためにグリッド電極２１にほぼ直交して設けられる銀などからなるバスバー電極２２と、光電変換層１１で発電された電気の集電と光電変換層１１を透過した入射光の反射を目的としてＰ型シリコン基板１２の裏面のほぼ全面に設けられるアルミニウムなどからなる裏側集電電極３１と、この裏側集電電極３１に生じた電気を外部に取り出す銀などからなる裏側取出電極３２と、を備える。なお、光電変換層１１の受光面側には、入射光を効率よく光電変換層１１内に導くために、数μｍ〜数十μｍの凹凸を有するテクスチャ構造が一般的に形成されている。また、受光面側（表面側）のグリッド電極２１とバスバー電極２２とを合わせて、以下では、表面電極２０ともいい、裏面側の裏側集電電極３１と裏側取出電極３２とを合わせて、以下では、裏面電極３０ともいう。

このように構成された太陽電池１０では、太陽光が太陽電池１０の受光面側からＰＮ接合面（Ｐ型シリコン基板１２とＮ型拡散層１３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ＰＮ接合面付近の電界によって、生成した電子はＮ型拡散層１３に向かって移動し、ホールはＰ＋層１４に向かって移動する。これにより、Ｎ型拡散層１３に電子が過剰となり、Ｐ＋層１４にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はＰＮ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、Ｎ型拡散層１３に接続した表面電極２０がマイナス極となり、Ｐ＋層１４に接続した裏面電極３０がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。

図２−１は、図１−１の表面電極の一部拡大図であり、図２−２は、図２−１のＢ−Ｂ断面図である。これらの図に示されるように、この実施の形態１のグリッド電極２１は、先端部の断面積がバスバー電極２２との接続部の断面積よりも小さくなるように構成されている。より望ましくは、グリッド電極２１は、バスバー電極２２から先端部に向かうにしたがって、その断面積が減少するように構成される。つまり、バスバー電極２２から先端部に向かうにしたがって、グリッド電極２１の幅と高さがともに減少するように構成される。なお、ここで挙げた例では、グリッド電極２１の幅と高さともに減少する場合を示しているが、その必要はなく、いずれか一つでもバスバー電極２２から離れるにしたがって減少する構造であればよい。

図３は、グリッド電極のバスバー電極からの距離と、その位置におけるグリッド電極の断面を通る電流密度との間の関係を示す図である。バスバー電極２２から見てグリッド電極２１の先端よりも遠方の受光面で発生した電子は、主にグリッド電極２１の先端部で集電されるため、グリッド電極２１の先端部分の電流密度は０ではない。

グリッド電極２１の先端からバスバー電極２２へ近づくと（グリッド電極２１上の任意の位置では）、図１−１や図２−１に示されるように、グリッド電極２１に隣接して他のグリッド電極２１が平行に配置されているため、グリッド電極２１のある位置が集電する受光面の面積は、どの位置を取っても同じである。また、グリッド電極２１上のある位置での電流密度は、そのグリッド電極２１の先端から、その位置までのグリッド電極２１が集電した電流の累積であるため、グリッド電極２１先端からバスバー電極２２の近傍（ｘ₁）までの領域では、バスバー電極２２からの距離と電流密度との間の関係は線形となる。

しかし、バスバー電極２２の近傍（バスバー電極２２からの距離が０〜ｘ₁までの範囲）の受光面で発生した電子は、バスバー電極２２とグリッド電極２１とによって集電される。そのため、この領域のグリッド電極２１のある位置が集電する受光面の面積は、グリッド電極２１上の他の位置に比べて少なくなり、バスバー電極２２からの距離と電流密度の関係は線形からずれる。

以上のように、グリッド電極２１の先端部近傍においては、グリッド電極２１を通る電流密度は小さく、バスバー電極２２に近づくほどグリッド電極２１を通る電流密度は大きくなる。つまり、グリッド電極２１の先端部近傍では、電流密度が小さいために、グリッド電極２１の断面積を小さくして電気抵抗を大きくしても、電圧低下の影響は小さい。しかし、バスバー電極２２の近傍においては、グリッド電極２１の先端部からの電流が累積して流れ、電流密度が大きくなるために、それに応じてグリッド電極２１の断面積を大きくして電気抵抗を小さくし、電圧低下の影響を抑えなければならない。

より具体的には、光によって励起された電子の発生場所から外部端子とつながるバスバー電極２２までの電気抵抗は、（１）励起された電子の発生場所から近隣のグリッド電極２１までのＮ型拡散層１３の電気抵抗と、（２）Ｎ型拡散層１３とグリッド電極２１との間の接触電気抵抗と、（３）グリッド電極２１からバスバー電極２２までのグリッド電極２１のバルク電気抵抗と、の和となる。ここで、電極の断面積を、その位置での電流密度に合わせた大きさにして（３）のバルク電気抵抗を小さくすると、（１）と（２）の抵抗成分による影響が支配因子となる。すなわち、グリッド電極２１のバスバー電極２２からの位置に応じた断面積とすることによって、（３）のグリッド電極２１のバルク電気抵抗成分による電圧降下を抑制することができる。

そこで、グリッド電極２１の先端部近傍の断面積を、バスバー電極２２との接続部近傍の断面積よりも小さく形成する。これによって、グリッド電極２１の先端部近傍では、電流密度が小さいので、グリッド電極２１の断面積を比較的小さくしても、ジュール熱として排出される損失が小さく、電圧低下の影響を小さくすることができる。また、バスバー電極２２に比較的近いグリッド電極２１の位置では、グリッド電極２１の断面積をその先端部近傍の断面積よりも大きくすることで、電気抵抗を小さくし、電圧低下の影響を小さくすることができる。

以上のようなグリッド電極２１の構造によって、グリッド電極２１の先端部近傍では、バスバー電極２２近傍に比べて断面積が小さくなるので、グリッド電極２１の形成に必要な導電性材料の使用量を抑えることができる。また、グリッド電極２１の先端部近傍に向かうにつれて、グリッド電極２１の幅を狭くすることで断面積を減少させれば、受光面積が従来に比して増加し、光電変換効率の増加に資することになる。

つぎに、このような構造の太陽電池１０の製造方法について説明する。図４−１〜図４−７は、この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である。

まず、Ｐ型シリコン基板１２を用意する（図４−１）。シリコン基板１２としては、単結晶基板でも多結晶基板でもよい。たとえば、多結晶シリコン基板の場合には、多結晶シリコンインゴットからマルチワイヤソーでスライスしたものを、酸またはアルカリ溶液を用いたウェットエッチングでスライス時のダメージを除去して製造する。なお、ダメージ除去と同時に、またはそれに続いて、テクスチャ構造を形成する場合も多い。これはシリコン基板１２に入射する光を効率的に内部に吸収させるための方策として、シリコン基板１２の表面に凹凸形状を設けるものである。

ついで、ダメージ除去後のシリコン基板１２を熱酸化炉へ投入し、Ｎ型の不純物としてのリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱し、シリコン基板１２表面にリンを拡散させ、導電型を反転させたＮ型拡散層１３を形成する（図４−２）。ここではリン雰囲気の形成にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を用いて、８００〜８５０℃で拡散させる。また、特に工夫の無い場合には、Ｎ型拡散層１３はＰ型シリコン基板１２の全面に形成される。その後、オキシ塩化リン蒸気の存在下で加熱して生じたリンガラス層をフッ酸溶液中で除去する。

ついで、Ｐ型シリコン基板１２の受光面となる主面にレジストを塗布して保護した後、エッチングによって、レジストで保護した一主面のみにＮ型拡散層１３を残すように、Ｐ型シリコン基板１２の他の表面に形成されたＮ型拡散層１３を除去する。その後、レジストを有機溶剤などを用いて除去する。これによって、受光面側にのみＮ型拡散層１３が形成されたＰ型シリコン基板１２が得られる（図４−３）。

その後、反射防止膜１５として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、Ｎ型拡散層１３の表面にＳｉＮ膜を形成する（図４−４）。膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜１５として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、スパッタ法など異なる成膜方法によって形成してもよい。

ついで、アルミニウムの混入したペーストをシリコン基板１２の裏面の裏側取出電極３２形成位置以外の全面にスクリーン印刷法で印刷して裏側集電電極形成層３３を形成する。また、銀などを混入したペーストをシリコン基板１２の裏面の所定の位置（裏側取出電極３２形成位置）にスクリーン印刷法で印刷して裏側取出電極形成層３４を形成する（図４−５）。

その後、銀などを混入したペーストをシリコン基板１２の表面に櫛形にグラビアオフセット印刷法で印刷し、表面電極形成層を形成する。ここで、表面電極形成層の形成方法について詳細に説明する。図５は、グラビアオフセット印刷装置の構成の一例を模式的に示す図である。このグラビアオフセット印刷装置１００は、基台１０１上に、印刷対象のシリコン基板１２を載置し基台１０１上を移動させるコンベア１０２と、第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の印刷ユニット１１０−１〜１１０−ｎと、シリコン基板１２のアライメントを検出するＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラ１０４などを有する位置合わせ手段１０３と、を備える。

各印刷ユニット１１０−１〜１１０−ｎは、印刷するグリッド電極２１の形状に凹部が形成された印刷パターンとしての版胴１１１と、版胴１１１に導電性ペーストを供給するディスペンサ１１２と、版胴１１１の凹部に供給された導電性ペーストを掻き取るドクター刃１１３と、版胴１１１に供給された導電性ペーストを受理しコンベア１０２上に載置されたシリコン基板１２上に転写するブランケット胴１１４と、を有する。版胴１１１とブランケット胴１１４とは、円柱状の構造を有し、円柱の上下面の中心を通る軸が互いに平行となるように配置されるとともに、その側面の一部が互いに接するように配置されている。なお、以下では、ｎが２の場合、すなわち第１と第２の印刷ユニットの２つの印刷ユニットからなる場合について説明する。

第１の印刷ユニット１１０−１の版胴１１１には、シリコン基板１２上に形成されるグリッド電極２１の長さが第１の長さとなるように、第１の方向に延在した複数の第１の溝が平行に形成されている。また、第２の印刷ユニットの版胴１１１には、第１の長さよりも短い第２の長さの複数の第２の溝が第１の方向に延在して平行に、そして第１の溝の形成位置と重なるように形成されている。なお、第２の溝の第１の方向の中心を、第１の溝の第１の方向の中心に合わせるように印刷が行われる。また、第１と第２の印刷ユニットの版胴１１１には、第１の方向とは異なる第２の方向、たとえば第１と第２の溝に直交する方向にバスバー電極２２となる第３の溝も形成されている。

ディスペンサ１１２から供給される導電性ペーストは、主導電材として、銀、金、銅、白金、パラジウム、ニッケルおよびこれらの混合物のいずれかからなる導電性金属粉末と、テルピネオールなどの溶剤と、バインダ樹脂と、ガラス粉末などとを加えて攪拌、分散させることによって得られる。バインダ樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エチルセルロースなどを用いることができる。また、ガラス粉末としては、シリコン、ホウ素、鉛、亜鉛、ナトリウムの酸化物の混合物などを用いることができる。

このような構造のグラビアオフセット印刷装置１００のコンベア１０２上に、図４−５までに示した裏側集電電極形成層３３と裏側取出電極形成層３４を形成したシリコン基板１２を、表面を上側に向けて配置し、シリコン基板１２を第１の印刷ユニット１１０−１まで移動させる。第１の印刷ユニット１１０−１では、回転する版胴１１１にディスペンサ１１２から導電性ペーストが供給され、過剰な導電性ペーストはドクター刃１１３で掻き取られる。また、版胴１１１の回転とともに、ブランケット胴１１４も回転し、版胴１１１に形成されたパターンは、ブランケット胴１１４と接触する位置でブランケット胴１１４に受理される。そして、ブランケット胴１１４に受理されたパターンは、ブランケット胴１１４の下方をコンベア１０２とともに移動するシリコン基板１２の表面に転写される（図４−６）。これによって、グリッド電極２１の形成方向には第１の長さを有する第１の転写パターン２３−１が形成される。第１の転写パターン２３−１は、グリッド電極のパターン２１Ａと、バスバー電極のパターン２２Ａと、を有し、すべての位置で同じ高さを有している。

その後、シリコン基板１２を第２の印刷ユニットまで移動させる。第２の印刷ユニットでも、回転する版胴１１１にディスペンサ１１２から導電性ペーストが供給され、過剰な導電性ペーストはドクター刃１１３で掻き取られる。また、版胴１１１の回転とともに、ブランケット胴１１４も回転し、版胴１１１に形成されたパターンは、ブランケット胴１１４と接触する位置でブランケット胴１１４に受理される。そして、ブランケット胴１１４に受理されたパターンは、ブランケット胴１１４の下方をコンベア１０２とともに移動する第１の転写パターン２３−１が形成されたシリコン基板１２上に転写される（図４−７）。これによって、グリッド電極２１の形成方向には、第１の長さよりも短い第２の長さを有する第２の転写パターン２３−２が形成される。この第２の転写パターン２３−２も、グリッド電極のパターン２１Ｂと、バスバー電極のパターン２２Ａと、を有し、すべての位置で同じ高さを有している。

図６は、第２の転写パターンを形成後のシリコン基板の上面を模式的に示す図である。この図に示されるように、第２の転写パターン２３−２は第１の転写パターン２３−１に重ねて印刷されるが、重ねて印刷する場合には、位置合わせをしたとしても、必然的に重ねずれが生じてしまうので、グリッド電極２１の転写パターンは幅方向に太ることになる。しかし、図４−６〜図４−７に示したように、この実施の形態１では、グリッド電極２１として最初に第１の長さを有する第１の転写パターン２３−１を形成し、その上に第１の長さよりも短い第２の転写パターン２３−２を形成するようにしたので、グリッド電極２１の先端部付近は、第１の転写パターン２３−１のみとなる。つまり、グリッド電極２１の先端部付近は、転写パターンの重なりがないためにバスバー電極２２近傍と比べて、細く、厚みも少ない。その結果、グリッド電極２１は、バスバー電極２２から先端部に向かうにしたがって、幅と高さが減少することになり、断面積も減少する。

特に、グリッド電極２１の先端部分は、集電電極の端部に当たるため、重ね合わせ精度を高めることは困難で、先端部分を重ねて印刷した場合には、先端部分で重ねずれが顕著に現れ、受光面積を大きく削減してしまい、発電効率を劣化させてしまう原因となる。これに対して、この実施の形態１では、グリッド電極２１の先端部分を重ねて印刷しないようにしたので、その部分での重ねずれが生じず、受光面積の減少を抑えることができる。

以上のようにして表面電極２０の基となるパターンを形成した後、シリコン基板１２の焼成処理を実施する。焼成処理は、たとえば、大気雰囲気中、７６０℃で実施し、表面には表面電極２０が形成され、裏面には裏面電極３０が形成される。このとき、表面電極２０は、接合部分において、反射防止膜１５を突き抜けＮ型拡散層１３とコンタクトする。これによって、Ｎ型拡散層１３は表面電極と良好な抵抗性接合を得ることができる。また、裏面に形成されたアルミニウムの混入したペーストからアルミニウムがシリコン基板１２中に拡散し、シリコン基板１２の裏面側にＢＳＦ（Back Surface Field）機能を有するＰ＋層１４を形成するとともに、Ｐ＋層１４の形成に使用されなかったペースト中のアルミニウムは、裏側集電電極３１となる。以上の工程によって、先端部の断面積がバスバー電極２２との接続部の断面積よりも小さい構造のグリッド電極２１を有する太陽電池１０が作製される。

なお、上述した説明では、２回の印刷によって、先端部に行くほど断面積の減少するグリッド電極２１を形成する場合を示したが、３回以上の印刷を行って、先端部に行くほど断面積の減少するグリッド電極２１を形成するようにしてもよい。この場合には、回数が多くなるほど、グリッド電極２１方向の長さが短くなるようなパターンを設ければよい。また、同じパターンを用いた印刷は１回に限られることはなく、複数回行ってもよい。

つぎに、この実施の形態１の方法によって作製した太陽電池１０を、従来の方法で作製した太陽電池と比較した実験結果について説明する。表面電極形成用の導電性ペーストとして、鱗片状銀粉末と、シリコン、鉛および亜鉛の酸化物からなるガラス粉末と、アクリル樹脂と、テルピネオールとを含む粘度５０Ｐの導電性ペーストを用いる。また、印刷ユニット１１０のブランケット胴１１４としては、表面硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で５のものを使用し、複数の印刷ユニット１１０を用いて４回表面電極を印刷した。

ここで、この実施の形態１に対応する実施例では、グリッド電極２１にあたる幅を５０μｍとし、バスバー電極２２からグリッド電極２１の先端部までに相当する長さを１８ｍｍとした第１の凹版パターンを有する第１の印刷ユニットの版胴（凹版）と、グリッド電極２１にあたる幅を５０μｍとし、バスバー電極２２からグリッド電極２１の先端部までに相当する長さを１５ｍｍとした第２の凹版パターンを有する第２の印刷ユニットの版胴（凹版）と、グリッド電極２１にあたる幅を５０μｍとし、バスバー電極２２からグリッド電極２１の先端部までに相当する長さを１２ｍｍとした第３の凹版パターンを有する第３の印刷ユニットの版胴（凹版）と、グリッド電極２１にあたる幅を５０μｍとし、バスバー電極２２からグリッド電極２１の先端部までに相当する長さを９ｍｍとした第４の凹版パターンを有する第４の印刷ユニットの版胴（凹版）と、のいずれか２つを用いて、またはすべてを用いて表面電極の印刷を４回行った。

また、比較例として、第１の印刷ユニットの版胴（凹版）のみを用いて４回重ね印刷を行ったものと、グリッド電極２１にあたる凹版の幅は３０μｍとし、バスバー電極２２からグリッド電極２１の先端部までに相当する長さを１８ｍｍとした第５の凹版パターンを有する第５の印刷ユニットの版胴（凹版）のみで４回の重ね印刷を行ったものを用意した。なお、第５の凹版パターンでは、印刷重ねずれを加味したグリッド電極２１の幅を実施例のグリッド電極２１の先端部近傍と同等とするために、第１〜第４の印刷ユニットの版胴の場合に比して細くしている。

図７は、実施例と比較例による表面電極の印刷の方法を示す図である。実施例１〜３では、第１の凹版パターンで２回重ね印刷をした後、それぞれ第２〜第４の凹版パターンで２回重ね印刷をした。また、実施例４，５では、第１の凹版パターンを１回印刷した後、それぞれ第２と第３の凹版パターンで３回重ね印刷をし、実施例６では、第１〜第４の凹版パターンで１回ずつ重ね印刷をした。さらに、比較例１では、第１の凹版パターンで４回の重ね印刷を行い、比較例４では、第５の凹版パターンで４回の重ね印刷を行った。

図７のように、凹版パターンを用いて、所定の回数導電性ペーストを表面に印刷したシリコン基板１２を、８００℃で焼成して、太陽電池１０を形成した。そして、作製したそれぞれの太陽電池１０について、グリッド電極２１の形状（幅と断面積）と発電効率を測定した。

図８は、実施例と比較例の太陽電池のグリッド電極の形状と発電効率の測定結果を示す図である。この図に示されるように、実施例１〜６は、比較例１，２と比べて、グリッド電極２１の先端部の幅と断面積は、バスバー電極２２近傍の幅と断面積に比べて小さくなっている。概略的には、グリッド電極２１はバスバー電極２２との接続部から先端部に向かうにしたがってグリッド電極２１の幅と断面積が減少する傾向にあり、発電効率も高くなっている。また、実施例１〜６の中でも、グリッド電極２１でのバスバー電極２２に近い領域での重ね印刷回数を減らしてグリッド電極２１の幅、断面積を減らした実施例１，２，４の発電効率は特に高くなっている。また、実施例１〜６を比較例１，２と比較することで、グリッド電極２１は、図３に示したバスバー電極２２からの距離とグリッド電極２１の電流密度の間の関係から、グリッド電極２１のバルクの抵抗値が所定値以下となるようにそれぞれの位置での断面積を取ることが好ましい。さらに、比較例１と比べ、いずれの実施例においても、消費される導電性ペーストは削減することができ、生産性の向上が見込める。

この実施の形態１によれば、断面積がバスバー電極２２から離れるにしたがって減少するようにグリッド電極２１を構成したので、従来構造の太陽電池と比較して、グリッド電極２１の先端部分ほど受光面積を大きくし、変換効率を向上させることができるという効果を有する。また、表面電極２０に使用する貴金属を含む導電性ペーストの量を、従来の製造方法に比して低減することができるので、太陽電池１０の製造コストを低下させ、歩留まりが向上するという効果も有する。

実施の形態２．
実施の形態１で示した例は、グリッド電極の幅を一定とし、高さをバスバー電極から離れるにしたがって減少させる場合であった。この実施の形態２では、グリッド電極の高さだけでなく幅もバスバー電極から離れるにしたがって減少させる場合について説明する。

図９−１は、実施の形態２によるグリッド電極の構造の一例を示す一部平面図であり、図９−２は、図９−１のＣ−Ｃ断面図である。この実施の形態２では、グリッド電極２１の幅と高さがともに、バスバー電極２２から離れるにしたがって減少するようにしている。つまり、バスバー電極２２との接続部付近のグリッド電極２１の幅と高さはそれぞれＷ_bとＨ_bであるが、グリッド電極２１の先端部付近に向かうにつれてそれぞれの幅Ｗと高さＨは減少して行き、先端部でグリッド電極２１の幅と高さはそれぞれＷ_t（＜Ｗ_b）とＨ_t（＜Ｈ_b）となる。これによって、断面積の減少の割合を実施の形態１の場合に比して、より大きくすることが可能となる。

このような構造のグリッド電極２１の形成にあたっては、バスバー電極２２の形成位置から先端部に向けて幅および深さが減少する版胴を用いることによって形成することができる。なお、ここでは、この版胴を用いて１回の印刷を行うものとする。

つぎに、この実施の形態２の方法で製造した太陽電池１０の評価結果について説明する。図１０は、実施例による表面電極の印刷方法を示す図である。ここでは、グラビアオフセット印刷に用いた版胴に設けられるグリッド電極２１に対応する凹部の溝の幅と深さ、より具体的には、図１０で示したようにグリッド電極２１の先端部に対応する凹部の溝の幅と深さと、バスバー電極２２との接続部に対応する凹部の溝の幅と深さを変えて印刷を行った。なお、これらの実施例７〜９では、図１０に示される凹版パターンが形成された版胴を有する印刷ユニットを１つ用いて１回の印刷を行った。

図１１は、実施例による太陽電池のグリッド電極の形状と発電効率の測定結果を示す図である。この図に示されるように、実施例７〜９では、グリッド電極２１の幅と断面積がともにバスバー電極２２から先端部に向かうにつれて減少している。また、実施の形態１で示した比較例１，２と比較して、発電効率も高くなっている。

なお、上述した説明では、１つの版胴を用いて１回の印刷を行う場合を示したが、１つの版胴を用いて複数回の印刷を行ってもよいし、実施の形態１のようにバスバー電極２２の形成位置から先端部に向けて幅および深さが減少し、長さが異なる２つ以上の版胴を用いて印刷を行ってもよい。このようにグリッド電極２１の先端部付近ほど、電極を細らせることで、重ね塗りでずれが生じてしまっても、幅が同じ太さのパターンを印刷する場合に比して、グリッド電極２１の先端部分での重ね塗りの失敗によるパターンの太りを抑えることができる。

この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１，２では、グラビアオフセット印刷法を用いて、表面電極の電極パターンを複数回印刷した後に焼成するようにしていた。しかし、この発明の太陽電池の表面電極がグラビアオフセット印刷法を用いてのみ形成されるものではなく、バスバー電極２２との接続部分から先端部分に向けて断面積が減少するグリッド電極２１を形成することができるものであればどのような方法で表面電極の電極パターンを形成してもよい。

たとえば、スクリーン印刷法を用いて複数回印刷することによっても実施の形態１，２と同様の太陽電池１０を得ることもできる。たとえば実施の形態１のように、スクリーン印刷の版の形状を上に印刷する版ほど、バスバー電極２２との接続部から先端部までの長さを短くしたり、また実施の形態２のように、スクリーン印刷の版の形状を上に印刷する版ほど、バスバー電極２２との接続部から先端部までの長さを短くし、かつバスバー電極２２に接続している部分のグリッド電極２１に相当するスクリーン印刷版の幅と比較し、グリッド電極２１先端部に相当するスクリーン印刷版の先端を減少させたりしたものを用いればよい。その結果、バスバー電極２２から離れるにしたがって断面積が減少する形状の表面電極を有し、実施の形態１，２と同様に高い発電効率を有する太陽電池が得られる。

以上のように、この発明にかかる太陽電池の製造方法は、貴金属を有する導電性ペーストを用いて表面電極を形成する場合に有用である。

太陽電池の上面図である。 太陽電池の裏面図である。 図１−１のＡ−Ａ断面図である。 図１−１の表面電極の一部拡大図である。 図２−１のＢ−Ｂ断面図である。 グリッド電極のバスバー電極からの距離と、その位置におけるグリッド電極の断面を通る電流密度との間の関係を示す図である。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その５）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その６）。 この実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その７）。 グラビアオフセット印刷装置の構成の一例を模式的に示す図である。 第２の転写パターンを形成後のシリコン基板の上面を模式的に示す図である。 実施例と比較例による表面電極の印刷の方法を示す図である。 実施例と比較例の太陽電池のグリッド電極の形状と発電効率の測定結果を示す図である。 実施の形態２によるグリッド電極の構造の一例を示す一部平面図である。 図９−１のＣ−Ｃ断面図である。 実施例による表面電極の印刷方法を示す図である。 実施例による太陽電池のグリッド電極の形状と発電効率の測定結果を示す図である。

符号の説明

１０ 太陽電池
１１ 光電変換層
１２ シリコン基板
１３ Ｎ型拡散層
１４ Ｐ＋層
１５ 反射防止膜
２０ 表面電極
２１ グリッド電極
２２ バスバー電極
３０ 裏面電極
３１ 裏側集電電極
３２ 裏側取出電極
１００ グラビアオフセット印刷装置
１０１ 基台
１０２ コンベア
１１０−１〜１１０−ｎ 印刷ユニット
１１１ 版胴
１１２ ディスペンサ
１１３ ドクター刃
１１４ ブランケット胴

Claims (12)

1. 第１の導電型の拡散層が第１の主面側に形成された第２の導電型の半導体基板と、
   前記第１の主面上に第１の方向に延在して平行に形成され、前記半導体基板で生じた電流を集電する複数のグリッド電極と、
   前記第１の主面上に第２の方向に形成され、前記グリッド電極で集電される電流を外部に取り出すバスバー電極と、
   前記半導体基板の第２の主面側に形成され、前記半導体基板で生じた電流を集電すると共に外部に取り出す裏面電極と、
   を備える光起電力装置において、
   前記グリッド電極は、先端部の前記第１の方向に垂直な断面積が、前記バスバー電極との接続部における断面積よりも小さいことを特徴とする光起電力装置。
2. 前記グリッド電極は、前記バスバー電極の接続部から前記先端部に向かうにしたがって断面積が減少することを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
3. 前記グリッド電極は、高さと幅の少なくとも一方を変えることによって前記断面積を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置。
4. 第１の導電型の拡散層が第１の主面側に形成された第２の導電型の半導体基板の第２の主面上に導電性ペーストを塗布して裏面電極となる裏面電極形成層を形成し、前記第１の主面上に第１の方向に複数平行に延在するグリッド電極となるグリッド電極形成層と、第２の方向に延在し、前記グリッド電極間を接続するバスバー電極となるバスバー電極形成層とを形成し、焼成して光起電力装置を製造する光起電力装置の製造方法において、
   前記グリッド電極形成層の先端部の前記第１の方向に垂直な断面積が、前記バスバー電極形成層との接続部での断面積に比して小さくなるように、前記グリッド電極形成層を形成することを特徴とする光起電力装置の製造方法。
5. 前記グリッド電極形成層の断面積が前記バスバー電極形成層との接続部から前記先端部に向かうにしたがって減少するように、前記グリッド電極形成層を形成することを特徴とする請求項４に記載の光起電力装置の製造方法。
6. 銀、金、銅、白金、パラジウムおよびニッケルからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含む導電性ペーストを印刷パターンを用いて印刷して、前記グリッド電極形成層を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の光起電力装置の製造方法。
7. 幅が同じで、上に印刷する前記印刷パターンほど前記バスバー電極形成層との接続部から前記先端部までの長さが短くなる前記印刷パターンを複数用いて、前記グリッド電極形成層を２回以上重ねて印刷を行うことを特徴とする請求項６に記載の光起電力装置の製造方法。
8. 前記バスバー電極形成層との接続部から前記先端部に向かって幅と高さが減少する前記印刷パターンを用いて１回印刷または複数回印刷を行うことを特徴とする請求項６に記載の光起電力装置の製造方法。
9. 上に印刷する前記印刷パターンほど、幅と高さと前記バスバー電極形成層との接続部から前記先端部までの距離が減少していく前記印刷パターンを複数用いて、前記グリッド電極形成層を２回以上重ねて印刷を行うことを特徴とする請求項６に記載の光起電力装置の製造方法。
10. 前記グリッド電極形成層は、前記バスバー電極形成層と同時に印刷されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
11. 前記グリッド電極形成層は、前記バスバー電極形成層と別々に印刷されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
12. 前記印刷パターンは、グラビアオフセット印刷法またはスクリーン印刷法によって形成されることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。

Images