JP2011187882A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリーンプリント法によって太陽電池電極を形成する際に、バスバー電極の印刷方向側のフィンガー電極に発生する、フィンガー電極かすれ部を低減した太陽電池を得ること及びその太陽電池の製造方法を得る。
【解決手段】 バスバー電極と、バスバー電極に接続し、バスバー電極の長手方向に対して略直交するように配置される複数のフィンガー電極とを含み、スクリーン印刷法により形成される太陽電池電極を、太陽電池用基板の少なくとも一面に有する太陽電池であって、バスバー電極の長手方向の少なくとも一個所に、所定の括れ部を有し、バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接する部分の長さの合計は、バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接しない部分の長さの合計より短い、太陽電池である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン印刷法を用いて形成した電極を有する太陽電池、その電極を形成するためのスクリーン印刷用のスクリーンマスク及びその電極を有する太陽電池の製造方法に関する。

単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンを平板状に加工した結晶系シリコンを基板に用いた結晶系シリコン太陽電池等の太陽電池は、近年、その生産量が大幅に増加している。これらの太陽電池は、発電した電力を取り出すための電極を有する。

一例として、結晶系シリコン太陽電池の断面模式図を図１０に示す。結晶系シリコン太陽電池では、一般に、ｐ型結晶系シリコン基板４の光入射側である表面にｎ型拡散層（ｎ型シリコン層）３を形成する。ｎ型拡散層３の上には、反射防止膜２を形成する。さらに、スクリーン印刷法などによって導電性ペーストを用いて表面電極（光入射側電極）１のパターンを反射防止膜２上に印刷し、導電性ペーストを乾燥及び焼成することによって表面電極１が形成される。この焼成の際、導電性ペーストが反射防止膜２をファイアースルーすることによって、表面電極（光入射側電極）１は、ｎ型拡散層３に接触するように形成することができる。なお、ファイアースルーとは、絶縁膜である反射防止膜を導電性ペーストに含まれるガラスフリット等でエッチングし、表面電極１とｎ型拡散層３とを導通させることである。ｐ型シリコン基板４の裏面側からは光を入射させなくてもよいため、一般的に、裏面側のほぼ全面に裏面電極５を形成する。ｐ型シリコン基板４とｎ型拡散層３の界面にはｐｎ接合が形成される。太陽光等の光は、反射防止膜２及びｎ型拡散層３を透過して、ｐ型シリコン基板４に入射し、この過程で吸収され、電子−正孔対が発生する。これらの電子−正孔対は、ｐｎ接合による電界によって、電子は表面電極１へ、正孔は裏面電極５へと分離される。電子及び正孔は、これらの電極を介して、電流として外部に取り出される。なお、ｐｎ接合を図１０に示すものとは逆に形成することによって、正孔を表面電極１へ、電子を裏面電極５へと分離させることもできる。

図６に、従来の太陽電池の太陽電池電極（表面電極１）の形状を示す。図６に示す表面電極１は、バスバー電極１３０と、フィンガー電極２０とからなる。光の照射により太陽電池内部で発生した電子又は正孔（「キャリア」という）は、フィンガー電極２０を経由しバスバー電極１３０へと移動する。移動したキャリアは、バスバー電極１３０に半田付けされるインターコネクト用リボン（図示せず）によって、太陽電池の外部へ電流として取り出すことができる。

結晶系シリコン太陽電池において、変換効率等の太陽電池特性に及ぼす電極の影響は大きく、特に光入射側電極の影響は非常に大きい。この光入射側電極は、ｎ型拡散層との界面での接触抵抗が十分に低く、オーミックに電気的接触することが必要である。また、電極自体の電気抵抗も十分に低いことが必要であり、したがって、電極材料自体の抵抗（導体抵抗）が低いことも重要となる。また、生産性の向上及び長寿命化のためには、電極材料にはんだ付けされるインターコネクト用の金属リボンの接着強度が高いことがさらに重要である。

特許文献１〜８に記載されているように、従来の太陽電池、特に結晶系シリコン太陽電池の電極の形状について、様々な提案がなされている。

特許文献１には、半導体接合部を有する半導体基板の裏面側に、裏面電極を設けるとともに、この半導体基板の表面側に、幅広に形成された複数のバスバー部と、このバスバー部と交差して幅狭に形成された複数のフィンガー部からなる表面電極を設けた太陽電池素子において、前記表面電極のバスバー部のうち、フィンガー部と交差する部分を幅狭に形成するとともに、この幅狭部分を一定方向に屈曲させたことを特徴とする太陽電池素子が開示されている。

特許文献２には、受光した光エネルギーを光起電力に変換する太陽電池において、受光面側の光起電力を収集して出力するとともに、受光面側の表面に形成された銀からなるバス電極の一部に、銀を使用しない空き部分を設けたことを特徴とする太陽電池が開示されている。

特許文献３には、半導体基板の第１主面上に、バスバー電極と、前記バスバー電極から伸びる複数の線状のフィンガー電極と、が備えられており、前記バスバー電極は、インターコネクタに接続するための第１接続部と、インターコネクタに接続されない第１非接続部と、を含み、前記第１接続部と前記第１非接続部とは交互に配列して形成されている、太陽電池が開示されている。

特許文献４には、半導体基板と、受光面である前記半導体基板の第一主表面上に形成された互いに略平行な複数の出力取り出し用のフィンガー電極と、前記第一主表面上に形成されかつ前記フィンガー電極が左右の両側部に接続されるバスバー電極と、を有する太陽電池であって、前記第一主表面上の前記バスバー電極の両側部に接続される左右一対のフィンガー電極が一直線状に位置しないように、前記バスバー電極の両側部に接続される左右一対のフィンガー電極の形成位置を互いに所定距離ｒだけ変位させることを特徴とする太陽電池が開示されている。

特許文献５には、太陽電池セルが配設されてなる太陽電池モジュールであって、前記太陽電池セルは、光入射により光生成キャリアを発生させる光電変換部と、前記インターコネクタが電気的に接続される正負１対の電極と、を有し、前記正負１対の電極のうち少なくとも一方の電極は、前記光電変換部で発生した光生成キャリアを収集するための複数のフィンガー電極を備え、且つ前記一方の電極は、前記複数のフィンガー電極のうちの少なくとも２以上のフィンガー電極を相互に電気的に接続するための補助電極を、前記インターコネクタとの接続領域から離間して有することを特徴とする太陽電池モジュールが開示されている。

特許文献６には、配線用のタブにより他の太陽電池セルと電気的に接続される太陽電池セルであって、光の入射により光生成キャリアを生成する光電変換部と、前記光電変換部上に積層され、前記光電変換部から前記光生成キャリアを収集する複数のフィンガー電極とを備え、前記フィンガー電極は、前記タブを含む導電体と交差する領域において、複数の枝部に分岐しており、前記枝部の分岐点は、前記導電体から離間していることを特徴とする太陽電池セルが開示されている。

特許文献７には、半導体基板の第１主面上に、バスバー電極と、前記バスバー電極から伸びる複数の線状のフィンガー電極と、が備えられており、前記バスバー電極は、インターコネクタに接続するための第１接続部と、インターコネクタに接続されない空隙である第１非接続部と、を含み、前記第１接続部と前記第１非接続部とは交互に配列して形成されており、前記第１非接続部の表面形状は、前記第１接続部側の先端部が弧状となる形状であることを特徴とする、太陽電池が開示されている。

特許文献８には、半導体基板の第１主面上に、バスバー電極と、前記バスバー電極から伸びる複数のフィンガー電極と、が備えられており、前記バスバー電極は、インターコネクタに接続するための第１接続部と、前記第１接続部に接続されているがその少なくとも一部がインターコネクタに接続されない迂回部と、を含み、前記迂回部と前記フィンガー電極との接続部分では、前記迂回部と該迂回部に接続されているフィンガー電極とが部分的に重なるように形成されており、前記迂回部の幅は、前記迂回部と前記フィンガー電極との接続部分において部分的に広くなっていることを特徴とする、太陽電池が開示されている。

特開平０６−１５１９０７号公報 特開２００３−３０９２７４号公報 特開２００７−１０９９５６号公報 特開２００７−３２４２６４号公報 特開２００８−１３５６５５号公報 特開２００８−１５９８９５号公報 特許第４０４０６６２号公報 特許第４１７４５４５号公報

図６に、従来の太陽電池の電極（表面電極）を示す。図６に示す表面電極をスクリーン印刷法で形成する場合、通常、印刷方向は、矢印５０で示される方向、すなわちフィンガー電極２０と平行な方向である。フィンガー電極２０の幅が細いため、スクリーン印刷の際のフィンガー電極２０の印刷パターンのかすれによる断線等を防止するためには、フィンガー電極２０と平行な方向が好ましいためである。

太陽電池の発電効率を向上するためには、フィンガー電極２０を細くし、フィンガー電極２０の間隔を狭めることが必要である。キャリアがエミッター層（例えば、図１０のｎ型拡散層３）を移動する距離を小さくすることができるので、発電した電力のオーミックロスを低減することができるためである。しかしながら、本願発明者らは、フィンガー電極２０を細くした場合には、図７に示すように、フィンガー電極２０のかすれた部分（「フィンガー電極かすれ部２３」という）が発生するとの問題が生じることを見出した。また、本願発明者らは、フィンガー電極かすれ部２３は、バスバー電極１３０の印刷方向５０側のフィンガー電極２０の少なくとも一部に発生することも見出した。

そこで、本発明は、発電した電力のフィンガー電極での損失が少ない太陽電池を得ることを目的とする。具体的には、スクリーン印刷法によって太陽電池電極を形成する際に、バスバー電極１３０の印刷方向５０側のフィンガー電極２０に発生する、フィンガー電極かすれ部２３を低減した太陽電池を得ること及びその太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

本願発明者らは、フィンガー電極かすれ部２３は、バスバー電極１３０の印刷方向５０側に常に発生するとの知見をもとに、鋭意努力の結果、バスバー電極１３０の部分の印刷と、フィンガー電極かすれ部２３の発生とは、因果関係があることを見出した。さらに、本願発明者らは、フィンガー電極かすれ部２３の発生のメカニズムに関して次のような推論に至った。すなわち、図１１に示すように、スクリーン印刷法に用いるスクリーンマスク６０は、金属等のメッシュ６２に乳剤（エマルジョン）６４が付着した構造である。バスバー電極１３０を印刷するためのバスバー電極部６６は、乳剤６４が剥離されているので、スクリーン印刷の際にペーストが通過することができる。図１２に示すように、印刷方向５０と平行なバスバー電極１３０をスクリーン印刷する際に、スクリーン印刷装置のスキージ７０が、スクリーンマスク６０のバスバー電極部６６にはまり込む。そして、図１３に示すように、スキージ７０がバスバー電極部の端部６８を通過し、スクリーンのうち乳剤６４が存在する部分に移動する際に、スキージの揺動が生じると推論した。このスキージ７０の揺動によって、後続するフィンガー電極２０のスクリーン印刷が不完全なものとなること、また、スキージーがバス部を通過した後の版離れの状況がフィンガー部のみを通過する状況と異なるためフィンガー電極にかすれ部２３が発生するものと推論した。なお、図１２及び図１３では、スクリーン印刷用の導電性ペーストの図示は省略してある。

以上の推論をもとにして、本願発明者らは、スキージ７０がバスバー電極１３０の印刷方向５０の端部を通過する際に、スキージ７０の揺動が低減するとともに、版離れの状況に急激な変化が起こらないように、従来のバスバー電極１３０の形状に対して改良を加えた。この結果、フィンガー電極かすれ部２３を低減することのできるバスバー電極１３０の形状を見出し、本願発明に至った。

なお、本発明は、上記の推論に拘束されるものではない。すなわち、本願発明は、従来のバスバー電極１３０の形状（電極パターン）に対して所定の改良を加えることにより、フィンガー電極かすれ部２３の発生を低減することができることを見出したことによりなされたものである。

すなわち、本発明は、バスバー電極と、バスバー電極に接続し、バスバー電極の長手方向に対して略直交するように配置される複数のフィンガー電極とを含み、スクリーン印刷法により形成される太陽電池電極を、太陽電池用基板の少なくとも一面に有する太陽電池であって、バスバー電極の長手方向の少なくとも一個所に、括れ（くびれ）部を有し、括れ部が、バスバー電極に内接する矩形の内部のうち、太陽電池電極の存在しない部分であり、バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接する部分の長さの合計は、バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接しない部分の長さの合計より短い、太陽電池である。バスバー電極が括れ部を有する形状であることにより、スクリーン印刷法を用いて形成した電極のフィンガー電極かすれ部の発生を低減することができる。

本発明の太陽電池の好ましい態様を以下に示す。本発明では、これらの態様を適宜組み合わせることができる。

（１）バスバー電極の最大幅が、０．５〜２ｍｍであり、フィンガー電極の幅が、１００μｍ以下である。従来のバスバー電極を有する太陽電池において、フィンガー電極の幅が１００μｍ以下である場合にフィンガー電極かすれ部の発生が顕著である。したがって、本願発明は、フィンガー電極の幅が１００μｍ以下である場合に本発明を用いることがより効果的である。

（２）括れ部のバスバー電極の最小幅が、バスバー電極の最大幅の１／２以下である。このようなバスバー電極の括れ部の形状がであることにより、スクリーン印刷法を用いて形成した電極のフィンガー電極かすれ部の発生をより確実に低減することができる。

また、本発明は、上述の太陽電池電極をスクリーン印刷するための印刷パターンを有する、スクリーン印刷用のスクリーンマスクである。上述の太陽電池電極の形状（電極パターン）を有するスクリーン印刷用のスクリーンマスクを用いることにより、スクリーン印刷法により上述の太陽電池電極を形成することができる。

また、本発明は、太陽電池用基板の少なくとも一面に、上述のスクリーンマスクを用いて太陽電池電極をスクリーン印刷する工程を含む、太陽電池の製造方法である。本発明の太陽電池の製造方法により、太陽電池電極における電力損失の少ない高効率の太陽電池を得ることができる。

本発明により、スクリーン印刷法を用いて太陽電池電極を形成する際に、バスバー電極の印刷方向側のフィンガー電極に発生するフィンガー電極かすれ部を低減した太陽電池を得ること及びその太陽電池の製造方法を得ることができる。そのため、本発明によれば、発電した電力のフィンガー電極での損失が少ない太陽電池を得ることができる。

本発明の太陽電池に形成される太陽電池電極の一例を示す模式図である。 本発明の太陽電池に用いられるバスバー電極の一例を示す模式図である。 本発明の太陽電池に用いられるバスバー電極の別の一例を示す模式図である。 本発明の太陽電池に形成される太陽電池電極の別の一例を示す模式図である。 本発明の実施例１の太陽電池の太陽電池電極の写真である。 従来の太陽電池の太陽電池電極（表面電極）の形状の一例を示す模式図である。 比較例１の太陽電池の太陽電池電極の写真である。 本発明の実施例１の太陽電池の電極パターンを示す図である。 本発明の実施例１の太陽電池の電極パターンのバスバー電極を示す図である。 結晶系シリコン太陽電池の断面模式図である。 スクリーン印刷法に用いるスクリーンマスクの一例の、バスバー電極部付近の断面模式図である。 バスバー電極をスクリーン印刷する際の様子を示す断面模式図である。ただし、印刷用の導電性ペーストは図示を省略している。 太陽電池電極をスクリーン印刷する際に、スキージがバスバー電極部の端部を通過した直後の様子を示す断面模式図である。ただし、印刷用の導電性ペーストは図示を省略している。 基本的には一辺がバスバー電極コア部に接する三角形の形状であるが、バスバー電極コア部に接しない頂点の部分が三角形の外側へ伸びた形状のバスバー電極付加部を有するバスバー電極部の模式図である。 一辺がバスバー電極コア部に接する三角形の形状のバスバー電極付加部を有するバスバー電極部の模式図である。 直線部分がバスバー電極コア部に接する略半円形の形状のバスバー電極付加部を有するバスバー電極部の模式図である。 台形の形状のバスバー電極付加部を有するバスバー電極部の模式図である。

本明細書において、「結晶系シリコン」は、単結晶シリコン及び多結晶シリコンを包含する。

また、「結晶系シリコン基板」とは、電気素子又は電子素子の形成のために、結晶系シリコンを平板状など、素子形成に適した形状に成形した材料のことをいう。結晶系シリコンの製造方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、単結晶シリコンの場合にはチョクラルスキー法、多結晶シリコンの場合にはキャスティング法を用いることができる。また、その他の製造方法、例えばリボン引上げ法により作製された多結晶シリコンリボン、ガラス等の異種基板上に形成された多結晶シリコンなども結晶系シリコン基板として用いることができる。

また、太陽電池特性を表す指標として、光照射下での電流−電圧特性の測定から得られる曲線因子（フィルファクター、以下、「ＦＦ」ともいい、フィルファクターの値を「ＦＦ値」という）を用いる。

図１に、本発明の太陽電池１０に形成される太陽電池電極の一例を示す。なお、本明細書において、太陽電池電極の形状のことを、「電極パターン」という。図１に示すように、本発明の太陽電池１０は、バスバー電極３０と、バスバー電極３０に接続する複数のフィンガー電極２０とを含む電極パターンの太陽電池電極を、太陽電池用基板６の少なくとも一面に有する。フィンガー電極２０は、バスバー電極３０の長手方向に対して略直交するように配置される。上述の太陽電池電極は、スクリーン印刷法により形成される。本発明の太陽電池１０において、バスバー電極３０の形状が従来のものとは異なり、括れ部（くびれ部）４０を有するという特殊な形状であることにより、フィンガー電極２０の幅が微細である場合、具体的には、フィンガー電極２０の幅が１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下である場合にも、フィンガー電極かすれ部２３の発生を低減することができる。

図２に、本発明の太陽電池１０に用いられるバスバー電極３０の一例の模式図を示す。なお、図２では、フィンガー電極２０を省略し、バスバー電極３０のみを示している。図２に示すように、本明細書において、バスバー電極３０の長手方向の長さのことを「Ｌｂｕｓ」、バスバー電極３０の最大幅のことを「Ｗｍａｘ」、括れ部４０にけるバスバー電極３０の最小幅のことを「Ｗｍｉｎ」という。

図６に示す従来の太陽電池電極では、一般的に、矩形のバスバー電極３０が用いられている。これに対して本発明の太陽電池１０に用いられるバスバー電極３０は、図２に示すように、括れ（くびれ）部４０を有する形状である。括れ部４０とは、バスバー電極に内接する矩形３５の内部のうち、太陽電池電極の存在しない部分のことをいう。括れ部４０の形状は、略台形であることができるが、これに限られるものではない。バスバー電極３０が印刷方向５０（スクリーン印刷装置のスキージ７０の移動方向）に括れ部４０を有するため、バスバー電極３０の印刷方向５０の端部（スキージ７０と略平行であり、印刷の際にスキージ７０が動く方向の側の端部）は直線状ではない。そのため、スクリーン印刷の際、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過するので、スキージ７０の揺動を防止することができると考えられる。その結果、スクリーン印刷法を用いて形成した電極のフィンガー電極かすれ部２３の発生を低減することができる。

図３に、括れ部４０を有するバスバー電極３０の一例を説明するための、別の模式図の一例を示す。図３に示されるバスバー電極３０は、矩形のバスバー電極コア部３１と、矩形のバスバー電極コア部３１に接触するように配置される複数のバスバー電極付加部３２とからなる。図３において、バスバー電極付加部３２の形状は三角形であるが、それに限定されず、半円形等であってもよい。しかしながら、スキージ７０の揺動を確実に防止するためには、バスバー電極付加部３２の形状は、図３に示すような三角形であることが好ましい。また、複数のバスバー電極付加部３２の形状は、必ずしもすべてが同一である必要はなく、適宜、形状を選択することができる。バスバー電極３０が、矩形のバスバー電極コア部３１と、バスバー電極付加部３２とからなるために、バスバー電極に内接する矩形３５の内部のうち、太陽電池電極の存在しない部分、すなわち括れ部４０を有することとなる。なお、バスバー電極３０の設計が容易である点及び予期せぬスキージ７０の揺動を避ける点から、複数のバスバー電極付加部３２の形状は同一であることが好ましい。

図１４〜図１６に、バスバー電極付加部３２の形状の具体例を示す。図１４に示すバスバー電極付加部３２ａは、基本的には一辺がバスバー電極コア部３１に接する三角形の形状であるが、バスバー電極コア部３１に接しない頂点の部分が三角形の外側へ伸びた形状である。図１５に示すバスバー電極付加部３２ｂは、一辺がバスバー電極コア部３１に接する三角形の形状である。図１６に示すバスバー電極付加部３２ｂは、直線部分がバスバー電極コア部３１に接する半円形又は略半円形の形状である。本発明の太陽電池のバスバー電極を形成するためのスクリーン印刷の際、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過することが必要である。そのため、図１４〜図１６に示す形状のバスバー電極付加部３２の中では、図１４及び図１５に示すバスバー電極付加部３２の形状であることが好ましく、図１４に示すバスバー電極付加部３２の形状であることがより好ましい。

図３において、矩形のバスバー電極コア部３１に対してバスバー電極付加部３２が接触している部分Ａと、接触していない部分Ｂとの割合は、適宜、選択することができる。スキージ７０の揺動を確実に防止する点から、（Ａの長さの合計）／（バスバー電極３０の長手方向の長さＬｂｕｓ）は、好ましくは、１〜０．１の範囲、より好ましくは、１〜０．３の範囲である。なお、長さＬｂｕｓは、Ａの長さの合計と、Ｂの長さの合計を足し合わせた長さに相当する。

図１７に、括れ部４０を有するバスバー電極３０の一例を説明するための、別の模式図の一例を示す。図１７に示されるバスバー電極３０は、矩形のバスバー電極コア部３１と、矩形のバスバー電極コア部３１に接触するように配置される台形の複数のバスバー電極付加部３２とからなる。図１７に示す場合、台形のバスバー電極付加部３２の一辺が、バスバー電極に内接する矩形３５の外周に接している。本発明の太陽電池のバスバー電極を形成するためのスクリーン印刷の際、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過することが必要である。そのため、台形のバスバー電極付加部３２を含むバスバー電極３０の外周が矩形３５の長手方向の一辺に接している部分の長さＸは、バスバー電極３０の一辺が矩形３５の長手方向の一辺に接していない部分の長さＹに対して長すぎることは好ましくない。そのため、矩形３５の長手方向の一辺と、バスバー電極３０の外周とが接する部分の長さＸの合計は、矩形３５の長手方向の一辺と、バスバー電極３０の外周とが接しない部分の長さＹの合計より短いことが好ましく、長さＸの合計は長さＹの合計の１／２以下であることがより好ましい。

なお、図３、図１４及び図１５に示す例の場合には、矩形３５の長手方向の一辺と、バスバー電極３０の外周とは、三角形等の形状であるバスバー電極付加部３２の頂点付近でわずかに接しているのみであり、長さＸの合計は長さＹの合計と比べて非常に短い。したがって、図３、図１４及び図１５に示すバスバー電極付加部３２の場合には、本発明の太陽電池のバスバー電極３０を形成するためのスクリーン印刷の際、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過することができるため、好ましい。

図４に、本発明の太陽電池１０に形成される太陽電池電極の別の態様の一例を示す。バスバー電極３０の括れ部４０は、バスバー電極３０の印刷方向５０側のみに配置することができる。スキージ７０の揺動を防止するためには、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過することが必要であるからである。しかしながら、スキージ７０がスクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０と逆の端部を通過する際のスキージ７０の揺動を防止する点から、図１に示すように、括れ部４０は、バスバー電極３０の両側に存在することが好ましい。

バスバー電極３０の最大幅Ｗｍａｘは、好ましくは０．５〜２ｍｍである。また、括れ部４０のバスバー電極３０の最小幅Ｗｍｉｎが、バスバー電極３０の最大幅Ｗｍａｘの１／２以下であることが好ましい。バスバー電極３０の括れ部４０の形状が上記寸法であることにより、スクリーン印刷法を用いて形成した電極のフィンガー電極かすれ部２３の発生をより確実に低減することができる。

括れ部４０は、バスバー電極３０の長手方向の少なくとも一個所に、配置される。括れ部４０の数は、適宜選択することができる。

フィンガー電極２０の幅は、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは７０μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以下である。フィンガー電極２０の幅が微細である場合には、フィンガー電極かすれ部２３が発生を防止することが困難である。しかしながら、本発明の太陽電池１０のように、括れ部４０を有するバスバー電極３０を有する場合には、フィンガー電極２０の幅が微細であってもフィンガー電極かすれ部２３の発生を防止するとの本発明の効果を奏することができる。

また、括れ部４０は、フィンガー電極２０に対応して形成する必要はない。括れ部４０が多すぎると、スクリーン印刷の際、スキージ７０が、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０のバスバー電極３０の印刷方向５０の端部を徐々に通過することができなくなる。したがって、括れ部４０の数は、フィンガー電極２０の本数より少なくすることが好ましい。具体的には、括れ部４０の数は、フィンガー電極２０の本数の２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましい。

また、本発明は、上述の太陽電池電極をスクリーン印刷するための電極パターンを有するスクリーン印刷用のスクリーンマスク６０である。上述の太陽電池電極の形状（電極パターン）を有するスクリーンマスク６０を用いることにより、スクリーン印刷法により上述の太陽電池電極を形成することができる。

本発明において、スクリーン印刷用のスクリーンマスク６０は、公知のものを用いることができる。一般に、スクリーンマスク６０は、金属等のメッシュ６２に乳剤（エマルジョン）６４が付着した構造であり、印刷パターンの形状に相当する部分のエマルジョンを除去することにより、パターン開口部となる。スクリーン印刷の際に、このパターン開口部を導電性ペーストが通過することにより、太陽電池用の基板６等の被印刷体に所定の印刷パターンを印刷することができる。本発明のスクリーンマスク６０は、上述の太陽電池電極をスクリーン印刷するための印刷パターンを有する。すなわち、本発明のスクリーンマスク６０の印刷パターンと、本発明の太陽電池１０の電極形状（電極パターン）とは、印刷による誤差を除き、同一の平面形状であるといえる。所定の印刷パターンを有するスクリーンマスク６０を用いることにより、上述の太陽電池電極をスクリーン印刷法により形成することができる。

本発明の太陽電池１０の所定の電極パターンは、上述のスクリーンマスク６０を用いてスクリーン印刷法により形成する。スクリーン印刷方法及びそのためのスクリーン印刷装置としては、公知の方法及び装置を用いることができる。

所定の電極パターンをスクリーン印刷する際に、スキージ７０は公知のものを用いることができる。スキージ７０の材料としては、ウレタンゴム及びシリコーンゴムなどのゴム組成物や金属材料などを用いることができる。スキージ７０がスクリーンマスク６０と接する角度（スキージ角度）は、スクリーン印刷の性能に影響するため、最適なスキージ角度を選択することが好ましい。

また、スキージ７０がスクリーンマスク６０上を移動する速度（スキージ速度）もスクリーン印刷の性能に影響する。オフコンタクト方式のスクリーン印刷方法では、ペーストの印刷とほぼ同時に版離れ（スクリーンマスク６０が被印刷体から離れること）をすることができるので、スキージ速度１００〜３００ｍｍ／秒程度という速い速度での印刷を行うことが可能である。

次に、本発明の太陽電池１０の製造方法について、結晶系シリコン太陽電池１０を例に説明する。

図１０に、結晶系シリコン太陽電池１０の断面模式図を示す。図１０に示す結晶系シリコン太陽電池１０は、光入射側（表面）に形成された表面電極１、反射防止膜２、ｎ型拡散層３（ｎ型シリコン層）３、ｐ型シリコン４基板６４及び裏面電極５を有する。

本発明の太陽電池１０の製造方法では、太陽電池１０の電極形成用導電性ペースト及び上述のスクリーン印刷用のスクリーンマスク６０を用いて太陽電池電極をスクリーン印刷する工程を含む。

本発明の太陽電池１０の製造方法に用いる電極形成用導電性ペーストとしては、公知のものを用いることができる。具体的には、電極形成用導電性ペーストとして、導電性粒子、ガラスフリット、有機バインダ、溶剤及びその他の添加剤を含むものを用いることができる。

本発明の製造方法に用いる導電性ペーストに含まれるガラスフリットは、ＰｂＯ、ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３等を含むことができる。ガラスフリットの組成を調整することにより、ガラス転移点等のガラスフリットの性質を制御することができる。

ガラスフリットの形状は特に限定されず、例えば球状及び不定形等のものから適宜選択して用いることができる。また、粒子寸法も特に限定されないが、作業性の点等から、粒子寸法の平均値（平均粒子寸法）は０．０１〜１０μｍの範囲が好ましく、０．０５〜１μｍの範囲がさらに好ましい。なお、粒子寸法とは、一粒子の最長の長さ部分の寸法をいう。

一般的に、微小粒子の寸法は一定の分布を有するので、すべての粒子が上記の粒子寸法である必要はなく、ガラスフリットの全粒子の積算値５０％の粒子寸法（Ｄ５０）が上記の粒子寸法の範囲であることが好ましい。

また、粒子寸法を、ＢＥＴ値（比表面積）を用いて規定することもできる。本発明の製造方法に用いる導電性ペーストに含まれるガラスフリットのＢＥＴ値は、０．１〜１０ｍ^２／ｇであることが好ましい。

電極形成用導電性ペーストへのガラスフリットの添加量は、導電性粒子１００重量部に対し、０．１〜１０重量部とすることができ、好ましくは１〜５重量部とすることができる。

また、本発明の製造方法に用いる導電性ペーストにおいては、導電性粒子１００重量％中、Ａｇの含有量が６０重量％以上であることが好ましい。Ａｇを主成分とする導電性粒子を用いることにより、電極の導体抵抗を小さくすることができるので、オーミックロスの少ない優れた性能の太陽電池電極を得ることができる。さらにオーミックロスの少ない優れた性能の太陽電池電極を得るために、導電性粒子１００重量％中のＡｇの含有量は、７０重量％以上であることがより好ましく、８０重量％以上であることがさらに好ましい。本発明の製造方法に用いる導電性ペーストには、太陽電池電極の性能が損なわれない範囲で、銀以外の他の金属を含むことができる。ただし、特に優れた性能の太陽電池電極を得る点から、導電性粒子はＡｇからなることが特に好ましい。

導電性粒子の粒子寸法は、特に限定されない。粒子寸法は、一粒子の最長の長さ部分の寸法をいう。導電性粒子の粒子寸法は、作業性の点等から、０．０５〜２０μｍであることが好ましく、０．１〜５μｍであることがさらに好ましい。

一般的に、微小粒子の寸法は一定の分布を有するので、すべての粒子が上記の粒子寸法である必要はなく、全粒子の積算値５０％の粒子寸法（Ｄ５０）が上記の粒子寸法の範囲であることが好ましい。また、粒子寸法の平均値（平均粒子寸法）が、上記範囲にあってもよい。本明細書に記載されている導電性粒子以外の粒子についても同様である。

導電性粒子の粒子形状は、特に限定されない。粒子形状としては、例えば、球状及びリン片状から選択した１種以上を用いることができる。球状及びリン片状の形状の粒子の割合を制御することにより、導電性粒子の焼結性を制御することができる。

本発明の製造方法に用いる導電性ペーストは、有機バインダ及び溶剤を含むことができる。有機バインダ及び溶剤は、導電性ペーストの粘度調整等の役割を担うものであり、いずれも特に限定されない。有機バインダを溶剤に溶解させて使用することもできる。

有機バインダとしては、セルロース系樹脂（例えばエチルセルロース、ニトロセルロース等）及び（メタ）アクリル系樹脂（例えばポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート等）等から選択した１種以上を用いることができる。有機バインダの添加量は、導電性粒子１００重量部に対し、０．５〜３０重量部とすることができ、好ましくは１〜５重量部とすることができる。

溶剤としては、アルコール類（例えばターピネオール、α−ターピネオール、β−ターピネオール等）及びエステル類（例えばヒドロキシ基含有エステル類、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチラート、ブチルカルビトールアセテート等）等から選択した１種以上を使用することができる。溶剤の添加量は、導電性粒子１００重量部に対し、０．５〜３０重量部とすることができ、好ましくは１０〜２５重量部とすることができる。

さらに、本発明の製造方法に用いる導電性ペーストには、添加剤として、酸化物などの金属化合物、可塑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、安定剤及び密着促進剤等から選択した１種以上を、必要に応じて配合することができる。これらのうち、可塑剤としては、フタル酸エステル類、グリコール酸エステル類、リン酸エステル類、セバチン酸エステル類、アジピン酸エステル類及びクエン酸エステル類等から選択した１種以上を用いることができる。

添加剤として配合することのできる金属化合物としては、金属酸化物、金属水酸化物、及び／又は有機金属化合物を配合することができる。金属酸化物及び金属水酸化物の具体例として、チタン、ビスマス、モリブデン、亜鉛、イットリウム、インジウム、マグネシウム及びイリジウムから選ばれる金属の酸化物及び水酸化物を挙げることができる。本発明の製造方法に用いる導電性ペーストでは、酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化スズからなる群より選択される１種以上を添加剤として配合することが好ましい。

添加剤として配合することのできる有機金属化合物としては、アセチルアセトン金属錯体、アセト酢酸金属錯体、ジエチルマロン酸エステル金属錯体、シクロペンタジエン錯体、ナフテン酸金属化合物、オクチル酸金属化合物、ステアリン酸金属化合物及びパルミチン酸金属化合物からなる群より選択される１種以上を好適に配合することができる。

本発明の太陽電池１０の製造方法では、所定の電極パターンを、太陽電池１０の電極形成用導電性ペースト及び上述のスクリーン印刷用のスクリーンマスク６０を用いて、太陽電池用基板の少なくとも一面に太陽電池電極をスクリーン印刷する。所定の電極パターンを有するスクリーンマスク６０を用いることにより、スクリーン印刷の際に発生するフィンガー電極かすれ部２３の発生を低減することができる。

上述の所定の電極パターンは、表面電極１及び裏面電極５のどちらに対しても形成することができる。ただし、微細なフィンガー電極２０を形成することにより、電極に覆われる面積を減らすことができることから、上述の所定の電極パターンは、表面電極１に対して形成することが好ましい。所定の電極パターンを、単結晶シリコン又は多結晶シリコンの太陽電池用基板６の表面電極１として形成する場合には、基板６のｎ型シリコン層上に直接印刷してもよいし、ｎ型拡散層３（ｎ型シリコン層）３上の反射防止膜２上に印刷することもできる。所定の電極形成用導電性ペーストを用いることにより、反射防止膜２上に印刷した導電性ペーストを、反射防止膜２をファイアースルーさせ、ｎ型拡散層３上に表面電極１を形成することができる。

なお、高い光電変換効率を得るという観点から、結晶系シリコン基板６の光入射側の表面には、ピラミッド状のテクスチャ構造を有することが好ましい。

本発明の太陽電池１０の製造方法では、上述のように太陽電池用基板６の表面に印刷した電極形成用導電性ペーストを、１００〜１５０℃程度の温度で数分間（例えば５分間）乾燥させることが好ましい。同様に、太陽電池用基板６の裏面に対しても電極形成用導電性ペースト（例えば、アルミニウムを主成分とした導電性ペースト）をほぼ全面に印刷し、乾燥することができる。

太陽電池用基板６上に印刷された導電性ペーストの乾燥後、管状炉などの炉を用いて大気中で、所定の焼成温度及び焼成時間によって焼成することにより、光入射側の表面電極１及び裏面電極５を形成する。一般に、結晶系太陽電池１０の電極形成のための導電性ペーストを焼成は、時間−温度曲線の焼成ピークがスパイク状（急峻なピーク状）になるように行うことができる。反射防止膜２上に電極形成用導電性ペーストを印刷した場合には、焼成中に高温のペースト材料、特にガラスフリットが反射防止膜２をファイアースルーするために、表面電極１と太陽電池用基板６上のｎ型拡散層３を電気的に接続することができる。

本発明の太陽電池１０の製造方法では、導電性ペーストを焼成するときに、焼成のピーク温度が７００〜８５０℃であることが好ましく、７００〜８００℃であることがより好ましい。焼成ピーク温度をこの範囲に制御することによって、低い接触抵抗及び高い接着強度の太陽電池電極を得ることができる。

上述の結晶系シリコン太陽電池１０の製造方法の説明では、図１０に示す構造のものを例としたが、本発明の製造方法によって、それ以外の構造の太陽電池１０を製造することもできる。例えば、全裏面電極型（いわゆるバックコンタクト構造）や、光入射側電極を基板６に設けた貫通孔を通じて裏面に導通させる構造の太陽電池の製造においても、本発明の製造方法を用いて電極を形成することができる。

また、ｐ型シリコン４基板６を用いた結晶系シリコン太陽電池１０を例に説明したが、ｎ型シリコン基板６を用いた結晶系シリコン太陽電池１０の場合でも、拡散層を形成する不純物をリンなどのｎ型不純物からホウ素などのｐ型不純物へ変更し、ｎ型拡散層３の代わりにｐ型拡散層を形成することが異なるだけで、同様のプロセスによって本発明の太陽電池１０を製造することができる。また、結晶系シリコン太陽電池以外の太陽電池（例えば、ＧａＡｓ系太陽電池及びＣｄＳ系太陽電池等の化合物太陽電池、アモルファスシリコン及びＣｕＩｎＳｅ_２系太陽電池等の薄膜太陽電池など）においても、上述の所定の電極パターンをスクリーン印刷することにより製造する場合には、本発明の太陽電池１０の製造方法を用いることができる。

本発明の太陽電池１０を用いて太陽電池モジュールを製造することができる。太陽電池モジュールとは、複数の太陽電池１０を適宜直列及び／又は並列に接続して所定の電流及び電圧を発電するようにし、ガラス板や封止材等を用いて耐環境性を有するようにした太陽光発電用のパネルである。本発明の太陽電池１０を用いて陽電池モジュールを形成することにより、優れた性能の太陽電池モジュールを得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例により制限されるものでない。

＜太陽電池用基板の試作＞
本発明の太陽電池の評価は、太陽電池を試作し、その特性を測定することによって行った。太陽電池の試作方法は次のとおりである。

基板は、Ｂ（ボロン）ドープのＰ型Ｓｉ多結晶基板（基板厚み１８０μｍ）を用いた。基板サイズは、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの正方形のものを用いた。

まず、上記基板に酸化ケイ素層約２０μｍをドライ酸化で形成後、フッ化水素、純水及びフッ化アンモニウムを混合した溶液でエッチングし、基板表面のダメージを除去した。さらに、塩酸と過酸化水素を含む水溶液で重金属洗浄を行った。

次に、この基板表面にウェットエッチングによってテクスチャ構造（凸凹形状）を形成した。具体的にはウェットエッチング法（水酸化ナトリウム水溶液）によってピラミッド状のテクスチャ構造を片面（光入射側の表面）に形成した。その後、塩酸及び過酸化水素を含む水溶液で洗浄した。

次に、上記基板のテクスチャ構造を有する表面に、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を塗布した。この基板を、９５０℃の温度で３０分間の熱処理をすることにより、拡散法によって、リンを基板表面に拡散させ、約０．５μｍの深さのｎ型拡散層を形成した。ｎ型拡散層のシート抵抗は、７０Ω／□だった。

次に、ｎ型拡散層を形成した基板の表面に、プラズマＣＶＤ法によってシランガス及びアンモニアガスを用いて窒化ケイ素薄膜を約７０ｎｍの厚みに形成した。具体的には、ＮＨ_３／ＳｉＨ_４＝０．５の混合ガス１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）をグロー放電分解することにより、プラズマＣＶＤ法によって膜厚約６０ｎｍの窒化ケイ素薄膜（反射防止膜）を形成した。

光入射側（表面）電極用の導電性ペーストの塗布は、スクリーン印刷法によって行った。スクリーン印刷条件は、下記のとおりである。
スクリーン印刷装置： マイクロテック社製ＭＴ−５５０ＴＶ。
スクリーンマスク： メッシュ３２５−２３、乳剤厚２５μｍ、バイアス角２２．５°。なお、実施例１の電極パターンは、図８に示すもの（フィンガー電極幅８０μｍ）を用いた。バスバー電極は２本であり、その形状を図９に示す。比較例１の電極パターンは、従来の矩形のバスバー電極を有するもの（図７参照）を用いた。
導電性ペースト： ナミックス社製 ＸＳＲ３９０６−３（粘度２６０Ｐａ・ｓ、１０回転値、測定温度２５℃、ブルックフィールド粘度計）。
スクリーン印刷パラメータ： スキージ速度２００ｍｍ／秒、印圧：０．３２ＭＰａ、背圧：０．１２ＭＰａ、スクリーンと被印刷物との間のクリアランス：２ｍｍ、スキージ角度：７０°、スキージ硬度：７０°。

上述のスクリーン印刷条件で、上述の基板の反射防止膜上に、表１に示す２種類（比較例１及び実施例１）の電極パターンを印刷し、その後、１５０℃で約１分間乾燥した。

次に、裏面電極用の導電性ペーストの印刷を、スクリーン印刷法によって行った。上述の基板の裏面に、アルミニウム粒子、ガラスフリット、エチルセルロース及び溶剤を主成分とする導電性ペーストを１４ｍｍ角で印刷した。その後、印刷した導電性ペーストを１５０℃で１分間、熱風乾燥炉で乾燥した。乾燥後の裏面電極用の導電性ペーストの膜厚は約２０μｍであった。

上述のように導電性ペーストを表面及び裏面に印刷した基板を、大気中で所定の条件により両面同時焼成した。具体的には、ハロゲンランプを加熱源とする近赤外焼成炉（日本ガイシ社製 太陽電池用高速焼成試験炉）を用いて、セル基板を大気中で７５０℃の温度で１分間焼成して、表面電極及び裏面電極を形成することによって、実施例１及び比較例１の太陽電池を得た。

＜性能評価＞
太陽電池の特性及び太陽電池電極の接着強度は、以下に述べる方法で測定した。

＜太陽電池特性の測定＞
太陽電池の電気的特性は、曲線因子（ＦＦ）を用いて評価した。曲線因子（ＦＦ）の測定は、次のように行った。すなわち、試作した太陽電池の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ光（ＡＭ１．５、エネルギー密度１００ｍＷ／ｃｍ^２）の照射下で測定し、測定結果から曲線因子（ＦＦ）を算出した。なお、試料は１０個作製し、測定値は１０個の平均値として求めた。

＜接着強度の測定＞
はんだ付けをした金属リボンの接着強度測定用の試料は以下のように作製し測定した。まず、太陽電池特性測定用と同じ、実施例１及び比較例１の太陽電池を得た。これらの太陽電池のバスバー電極上に、インターコネクト用の金属リボンである銅リボン（幅１．５ｍｍ×全厚み０．１６ｍｍ、共晶はんだ［スズ：鉛＝６４：３６の重量比］を約４０μｍの膜厚で被覆）を、フラックスを用いて、２５０℃の温度で３秒間はんだ付けした。その後、リボンの一端に設けたリング状部をデジタル引張りゲージ（エイアンドディー社製、デジタルフォースゲージＡＤ−４９３２−５０Ｎ）によって太陽電池表面に対して９０度方向に引っ張り、接着の破壊強度を測定することによって接着強度の測定を行った。なお、試料は１０個作製し、測定値は１０個の平均値として求めた。

＜結果＞
比較例１の太陽電池の太陽電池電極の写真を図７に、実施例１の太陽電池の太陽電池電極の写真を図５に示す。図７に示す比較例１の場合には、フィンガー電極かすれ部２３が発生した。これに対して、図５に示す実施例１の場合には、フィンガー電極かすれ部２３の発生はなかった。また、表１に示す結果から、実施例１のＦＦは、比較例１のものより高かった。したがって、本発明により、太陽電池性能のより良好な太陽電池を得ることができることが明らかとなった。

１ 表面電極（光入射側電極）
２ 反射防止膜
３ ｎ型拡散層
４ ｐ型シリコン
５ 裏面電極
６ 基板
１０ 太陽電池
２０ フィンガー電極
２３ フィンガー電極かすれ部
３０ バスバー電極
３１ バスバー電極コア部
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ バスバー電極付加部
３５ バスバー電極に内接する矩形
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 括れ部
５０ スクリーン印刷方向
６０ スクリーンマスク
６２ メッシュ
６４ 乳剤
６６ バスバー電極部
６８ バスバー電極部の端部
７０ スキージ
１１０ 従来の太陽電池
１３０ 従来のバスバー電極
Ｌｂｕｓ バスバー電極の長手方向の長さ
Ｗｍａｘ バスバー電極の最大幅
Ｗｍｉｎ 括れ部のバスバー電極の最小幅

Claims (5)

1. バスバー電極と、バスバー電極に接続し、バスバー電極の長手方向に対して略直交するように配置される複数のフィンガー電極とを含み、スクリーン印刷法により形成される太陽電池電極を、太陽電池用基板の少なくとも一面に有する太陽電池であって、
   バスバー電極の長手方向の少なくとも一個所に、括れ部を有し、
   括れ部が、バスバー電極に内接する矩形の内部のうち、太陽電池電極の存在しない部分であり、
   バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接する部分の長さの合計は、バスバー電極に内接する矩形の長手方向の一辺と、バスバー電極の外周とが接しない部分の長さの合計より短い、太陽電池。
2. バスバー電極の最大幅が、０．５〜２ｍｍであり、フィンガー電極の幅が、１００μ以下である、請求項１記載の太陽電池。
3. 括れ部のバスバー電極の最小幅が、バスバー電極の最大幅の１／２以下である、請求項１又は２記載の太陽電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の太陽電池電極をスクリーン印刷するための印刷パターンを有する、スクリーン印刷用のスクリーンマスク。
5. 太陽電池用基板の少なくとも一面に、請求項４記載のスクリーンマスクを用いて太陽電池電極をスクリーン印刷する工程を含む、太陽電池の製造方法。