JP2013201282A - スクリーン、太陽電池の製造方法、および太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーン印刷法を用いて太陽電池の電極を形成する場合、電極部の銀の使用量を、電気的特性を劣化させない範囲で低減する。
【解決手段】スクリーン版２１は、太陽電池のサブグリッド電極の形成に用いるスクリーン版２１であって、前記スクリーン版２１はマスク部材を備え、前記マスク部材２１は前記サブグリッド電極に対応した開口部２３を有し、所定の方向に向かって厚さが薄く、前記開口部２３は幅が一定であるスクリーン版２１である。
【選択図】図４

Description

本発明は、スクリーン、太陽電池の製造方法、および太陽電池、特に、太陽電池の電極形成に関する。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

図１１、図１２は、特許文献１に記載の従来の太陽電池１０１の一例を表す図である。図１１は断面図、図１２は受光面側の平面図である。

ｎ型単結晶シリコン基板１０２の受光面側には、ｉ型非晶質シリコン層１０３、ｐ型非晶質シリコン層１０４、透明導電膜１０５が形成されている。さらにその上には、フィンガー電極１０６ａ及びバスバー電極１０６ｂが形成されている。ここで、フィンガー電極は、発生したキャリアを収集する電極であり、バスバー電極は、フィンガー電極で収集したキャリアをさらに集め、太陽電池同士を接続する際に用いるインターコネクタを接続するための電極である。図１１に示すように、フィンガー電極１０６ａは、一定の幅、高さに形成されている。

また、ｎ型単結晶シリコン基板２の裏面側には、ｉ型非晶質シリコン層１０７およびｎ型非晶質シリコン層１０８が順番に形成されることにより、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）構造が形成されている。その下には透明導電膜１０９が形成されている。さらにその下には、集電極１１０が形成されている。なお、本明細書において、シリコン基板に対して、入射光側を受光面、その反対側を裏面と表現する。

太陽電池の量産において、効率的に受光面銀電極を形成する方法としては、導電性ペーストである銀ペーストを用いたスクリーン印刷法が知られている。

図１３は、スクリーン印刷法を説明する図である。スクリーン印刷法は、所定の形状の開口が形成されたスクリーン版２０１を用い、印刷したいペースト状の材料２０２をスキージ２０３で摺動させ、フラットなステージ２０４上に保持された基板２０５に上記開口の形状にペーストを印刷する方法である。

スクリーン版は、スクリーン紗に開口を形成するマスク部材が張り付けられている。マスク部材として乳剤、金属膜等が用いられる。マスク部材の存在しない部分、即ち開口部では、ペーストがスクリーン紗を通過して、被印刷物に付着する。

図１４は、銀ペーストをスクリーン印刷法にて印刷するための、乳剤タイプのスクリーン版を示したものである。図１４（ａ）は、スクリーン版４０１を上から見た図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）で示したｄ−ｄ′の断面である。バスバー電極開口部４０５は、バスバー電極１０６ｂを印刷する部分である。フィンガー電極開口部４０９は、フィンガー電極１０６ａを印刷する部分である。４０２はスクリーン紗、４０３は乳剤部である。シリコン基板４０４は、図１４（ｂ）に示す乳剤部４０３の下に置かれ、スクリーン紗４０２の上に銀ペーストが載せられ、スキージにより銀ペーストはスクリーン紗４０２を通って印刷される。乳剤部４０３は一定の厚さｄ７であり、スクリーン紗４０２上のバスパー電極開口部４０５及びフィンガー電極開口部４０９の部分には形成されていない。これにより、厚さｄ７の電極形状の銀ペーストが、シリコン基板４０４に印刷される。フィンガー電極開口部４０９はバスバー電極開口部４０５より狭く、導電ペーストが通りにくい。このため、導電ペーストがスクリーン版４０１を通過しやすいよう、スキージ２０３は通常、フィンガー電極開口部４０９の延伸方向と平行に摺動させる。

スクリーン印刷法により銀ペーストを印刷した後は、熱処理をすることで、受光面銀電極が形成される。

特開２００７−１０３４７３号広報

太陽光発電システムが急速に普及するにつれ、太陽電池の製造コストの低減は必要不可欠となっている。ここで、銀ペーストは高価な部材の一つであることから、銀ペーストを低減させることは、製造コスト低減に有効である。

しかし、必要以上に銀ペーストの使用量を低減させると、電極の抵抗値が上昇し、太陽電池の電気的特性の劣化を引き起こすという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池の電極部の銀の使用量を、電気的特性を劣化させない範囲で低減することを目的とする。

本発明のスクリーン版は、太陽電池のサブグリッド電極の形成に用いるスクリーン版であって、前記スクリーン版はマスク部材を備え、前記マスク部材は前記サブグリッド電極に対応した開口部を有し、所定の方向に向かって厚さが薄く、前記開口部は幅が一定であるスクリーン版である。

ここで、本発明のスクリーン版は、前記マスク部材は、乳剤であっても良い。

また、本発明のスクリーン版は、前記マスク部材は、めっき箔であっても良い。

また、本発明のスクリーン版は、前記マスク部材は、金属板であっても良い。

本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板にサブグリッド電極を形成する太陽電池の製造方法であって、スクリーン版を用いて前記半導体基板に導電性ペーストを印刷する工程と、前記導電性ペーストが塗布された前記半導体基板を熱処理する工程を備え、前記スクリーン版はマスク部材を備え、前記マスク部材は前記サブグリッド電極に対応した開口部を有し、所定の方向に向かって厚さが薄く、前記開口部は幅が一定である。

本発明の太陽電池の製造方法は、導電性ペーストは、銀ペーストであっても良い。

本発明の太陽電池の製造方法は、サブグリッド電極は、前記半導体基板の受光面に形成されても良い。

本発明によれば、太陽電池の電極部の銀の使用量を、電気的特性を劣化させない範囲で低減することができる。

本発明の太陽電池の一例の模式的な受光面図である。 本発明の太陽電池の一例の模式的な断面構造図である。 本発明の太陽電池の製造フローの一例を示す図である。 本発明の実施形態１にかかる乳剤タイプのスクリーン版の一例を示す図である。 本発明の実施形態１のサブグリッド電極の一部の形状を示す図である。 本発明の実施形態２にかかるサスペンドメタルマスクによるスクリーン版の一例を示す図である。 本発明の実施形態２のサブグリッド電極の一部の形状を示す図である。 本発明の実施形態３にかかるメタルマスクによるサブグリッド用スクリーン版の一例を示す図である。 本発明の実施形態３のサブグリッド電極の一部の形状を示す図である。 本発明のサブグリッド電極の先端部分の様々な厚さ方向の形状の例を示す図である。 従来技術の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。 従来技術の太陽電池の一例の模式的な受光面図である。 太陽電池の製造方法の一例のスクリーン印刷法を図解する模式的な図である。 従来技術のスクリーン版の一例を示す図である。

図１は、本発明の太陽電池の一例を受光面側から見た図である。太陽電池１には、受光面側に受光面銀電極４として、集電極２（特許文献１のバスバー電極１０６ｂに相当）とサブグリッド電極３（特許文献１のフィンガー電極１０６ａに相当）が形成され、サブグリッド電極３は集電極２より延在している。サブグリッド電極３は、一定の幅で形成されている。

図２は図１で示したａ−ａ′の断面図である。太陽電池１は、半導体基板であるｐ型シリコン基板５の受光面側にｎ型拡散層６が形成され、ｐ型シリコン基板５の受光面には窒化シリコン膜等の反射防止膜７および受光面銀電極４がそれぞれ形成されている。受光面銀電極４は上記の通り集電極２とサブグリッド電極３からなるが、図２に現れているのは集電極２である。

また、ｐ型シリコン基板５の受光面とは反対側の面である裏面側には、ｐ^＋層であるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層８が形成されている。そして、ｐ型シリコン基板５の裏面にはアルミニウム電極９および裏面銀電極１０がそれぞれ形成されている。また、太陽電池の変換効率を高めるためにｐ型シリコン基板５の受光面側にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸形状を形成する場合もある。

以下に、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す。図３は、本発明の太陽電池の製造フロー図である。まず、ｐ型シリコン基板をエッチングすることで、ダメージ層を除去する（Ｓ１。「Ｓ」はステップを表す。以下同様。）。次に、リンの熱拡散により、ｐ型シリコン基板の受光面となる面（以下「ｐ型シリコン基板の受光面」という。）にｎ型拡散層を形成し、その上に反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法で窒化シリコン膜を形成する（Ｓ２）。次に、ｐ型シリコン基板の裏面となる面（以下「ｐ型シリコン基板の裏面」という。）の一部に、銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、乾燥する（Ｓ３）。次に、アルミニウムペーストを、部分的に銀ペーストに重なるように、ｐ型シリコン基板の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷法により印刷し、乾燥する（Ｓ４）。次に、反射防止膜の上に、図１に示す形状の受光面銀電極が形成されるように、銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、乾燥する（Ｓ５）。次に、熱処理である焼成を行うことで、受光面銀電極、裏面銀電極、アルミニウム電極、ＢＳＦ層が形成される。この際、Ｓ５でパターニングされた銀ペーストは、反射防止膜を突き抜けｎ型拡散層と接して、受光面銀電極が形成される（Ｓ６）。このようにして太陽電池が作製される。

＜実施形態１＞
以下に、図３のＳ５である受光面銀電極のための銀ペーストの印刷、乾燥工程の例を示す。

図４は、本実施形態で太陽電池の受光面銀電極の印刷に用いるスクリーン版２１を示した図である。図４（ａ）は、スクリーン版２１を上から見た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）で示したｂ−ｂ′の断面である。スクリーン版２１は、マスク部材として乳剤を使用した、乳剤タイプのスクリーン版である。集電極開口部２２は、集電極を印刷する部分であり、サブグリッド電極開口部２３は、サブグリッド電極を印刷する部分である。２４はスクリーン紗、２５は乳剤部である。ｐ型シリコン基板２６は、図４（ｂ）に示す乳剤部２５の下に置かれ、スクリーン紗２４の上に銀ペーストが載せられ、スキージにより銀ペーストはスクリーン紗２４を通って印刷される。サブグリッド電極開口部２３の中央部分及び集電極開口部２２付近の乳剤部２５の厚さをｄ１、サブグリッド電極開口部２３の先端部分の乳剤部２５の厚さをｄ２とする。本実施形態では図４（ｂ）の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部２３の乳剤部２５の厚さを、集電極開口部２２付近から先端に向けて連続的に薄くした。なお、右の集電極と左の集電極の間に位置するサブグリッド電極は、電極幅及び厚さが一定である。

図５に、上記のスクリーン版２１によって印刷されたサブグリッド電極３の一部の形状を模式的に示す。図１において楕円１１で囲んだ部分の形状を拡大して示したものである。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。これらの図に示す通り、本実施形態ではサブグリッド電極３は、幅が一定で、集電極２からサブグリッド電極３の先端に向かって電極厚が連続的に薄くなるテーパ形状となる。

以上のように、スクリーン版２１のサブグリッド電極開口部２３の先端部分の乳剤部２５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３は先端に向かって電極厚が連続的に薄くなるテーパ形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができる。また、サブグリッド電極開口部２３の集電極開口部２２付近の乳剤部２５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３の集電極２付近も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることができる。すなわち、スクリーン版２１の構造及びそれによって印刷されるサブグリッド電極３の形状を上記のようにすることで、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が可能となる。

以上説明した本実施形態のスクリーン版を用い、図３の製造フローで作製した太陽電池を実施例１とした。また、乳剤部２５の乳剤厚を一定にしたスクリーン版を用いて、同様に作製した太陽電池を比較例１とした。表１に実施条件及び実施結果を示す。

まず表１の各欄について説明する。

「スクリーン設計値」の欄は、実施例１及び比較例１の作製に用いたスクリーン版のサブグリッド電極開口部の寸法を記載している。

「焼成後」の欄には、焼成後のサブグリッド電極の実測寸法を記載している。また、焼成後のサブグリッド電極の平面形状、厚さ方向の形状を記載している。

「特性」の欄におけるＪｓｃは短絡電流密度、Ｖｏｃは開放電圧、ＦＦは曲線因子、Ｐｍは最大出力である。比較例１での値をリファレンスとし、Ｊｓｃ値、Ｖｏｃ値、ＦＦ値、Ｐｍ値をそれぞれ１．０００とした。また、「ペースト使用量」の欄も、比較例１をリファレンスとし、１．００とした。

次に、実施条件及び実施結果について説明する。

表１の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部２３の乳剤の厚さは、実施例１ではサブグリッド電極の中央部分より先端部分のほうが薄い。これに対して、比較例１ではサブグリッド電極の中央部分も先端部分も同じ厚さである。一方、実施例１も比較例１も、サブグリッド電極開口部２３の幅は、中央部分も先端部分も同じ幅である。

上記寸法のスクリーン版を用いて印刷したサブグリッド電極の焼成後の形状は以下の通りである。

実施例１では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状は一定の幅となり、厚さ方向は中央部分より先端部分のほうが薄くテーパ形状であった。一方、比較例１では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状の幅、厚さ方向の形状ともに概ね一定となった。

実施例１の特性においては、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、Ｐｍのいずれも、比較例１と同等の結果が得られた。さらに実施例１は、比較例１に対してペースト使用量を８％低減できた。

したがって、太陽電池作製時において、乳剤タイプのスクリーン版２１によるスクリーン印刷法でサブグリッド電極３を作製する際、スクリーン版２１のサブグリッド電極開口部２３の先端部分の乳剤部２５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３は先端に向かって電極厚が連続的に薄くなるテーパ形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができた。また、サブグリッド電極開口部２３の集電極開口部２２付近の乳剤部２５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３の集電極２付近も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることができ、太陽電池の電気的特性の低下を抑えることができた。すなわち、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が実現できた。

さらに、新たな設備を導入する必要はなく、スクリーン版２１の構造を変えるのみで、上記効果を得ることができる。

＜実施形態２＞
以下に、図３のＳ５である受光面銀電極のための銀ペーストの印刷、乾燥工程の別の例を示す。本実施形態では、スクリーン版として、サスペンドメタルマスクによるスクリーン版を使用し、マスク厚さを段階的に薄くした点が、実施形態１と異なる。

サスペンドメタルマスクによるスクリーン版は、Ｎｉめっき箔等の金属にパターンを形成し、それをステンレスメッシュ等のスクリーン紗に張り付けて作製したものである。サスペンドメタルマスクによるスクリーン版は、耐久性が高く使用回数を増やせることや、寸法安定性に優れること、ペースト透過性に優れることなどの点から、近年多用されつつある。なお、Ｎｉの代わりにＮｉ合金やステンレスを用いてもよい。

図６は、本実施形態で太陽電池の受光面銀電極の印刷に用いるスクリーン版３１を示した図である。図６（ａ）は、スクリーン版３１を上から見た図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）で示したｂ−ｂ′の断面である。スクリーン版３１は上記の通り、マスク部材としてＮｉめっき箔を使用した、サスペンドメタルマスクによるスクリーン版である。集電極開口部３２は、集電極を印刷する部分であり、サブグリッド電極開口部３３は、サブグリッド電極を印刷する部分である。３４はスクリーン紗、３５はＮｉめっき箔部である。ｐ型シリコン基板２６は、図６（ｂ）に示すＮｉめっき箔部３５の下に置かれ、スクリーン紗３４の上に銀ペーストが載せられ、スキージにより銀ペーストはスクリーン紗３４を通って印刷される。サブグリッド電極開口部３３の中央部分及び集電極開口部３２付近のＮｉめっき箔部３５の厚さをｄ３、サブグリッド電極開口部３３の先端部分のＮｉめっき箔部３５の厚さをｄ４とする。本実施形態では図６（ｂ）の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部３３のＮｉめっき箔部３５は、集電極開口部３２付近から先端に向かって厚さが２段になるように、略半分より先端部分を薄くした。この形成は、スクリーン版３１のサブグリッド電極開口部３３の先端部分のみを所望の厚さになるよう１０００番のサンドペーパーで一定圧力で複数回研磨することにより行った。なお、これ以外の研磨法により形成してもかまわない。また、右の集電極と左の集電極の間に位置するサブグリッド電極は、電極幅及び厚さが一定である。

図６（ｂ）において楕円で囲んだ部分が、上記の階段状に形成された部分である。拡大図を図６（ｃ）に示す。本実施形態のようにスクリーン版のマスク部材がめっき箔である場合は、サブグリッド電極開口部３３の中央部分から先端に向かうにつれて、マスク部材の厚さが連続的に薄くなるよう形成するのは加工の手間がかかり、途中に段差を設けて薄くなるよう形成する方が加工が容易である。

スクリーン版３１により印刷されたサブグリッド電極は、上記の実施形態１のサブグリッド電極３とは形状が異なる。そこで、本実施形態におけるサブグリッド電極をサブグリッド電極３ｂとする。

図７に、上記のスクリーン版３１によって印刷されたサブグリッド電極３ｂの一部の形状を示す。図１において楕円１１で囲んだ部分の形状を拡大して示したものである。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図である。これらの図に示す通り、本実施形態ではサブグリッド電極３ｂは、幅が一定で、集電極２からサブグリッド電極３ｂの先端に向かって電極厚が２段の階段形状となる。

以上のように、スクリーン版３１のサブグリッド電極開口部３３の先端部分のＮｉめっき箔部３５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｂは先端に向かって電極厚が段階的に薄くなる階段形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができる。また、サブグリッド電極開口部３３の集電極開口部３２付近のＮｉめっき箔部３５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｂの中央も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることができる。すなわち、スクリーン版３１の構造及びそれによって印刷されるサブグリッド電極３ｂの形状を上記のようにすることで、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が可能となる。

以上説明した本実施形態のスクリーン版を用い、図３の製造フローで作製した太陽電池を実施例２とした。また、Ｎｉめっき箔部３５のめっき厚を一定にしたスクリーン版を用いて、同様に作製した太陽電池を比較例２とした。表２に実施条件及び実施結果を示す。

表２の「特性」及び「ペースト使用量」の欄は、比較例２をリファレンスとした値を示した。

表２の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部３３のＮｉめっき箔の厚さは、実施例２ではサブグリッド電極の中央部分より先端部分のほうが薄い。これに対して、比較例２ではサブグリッド電極の中央部分も先端部分も同じ厚さである。一方、実施例２も比較例２も、スクリーンにおけるサブグリッド電極を印刷する部分の開口の幅は、サブグリッド電極の中央部分も先端部分も同じ幅である。

上記寸法のスクリーン版を用いて印刷したサブグリッド電極の焼成後の形状は以下の通りである。

実施例２では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状は一定の幅となり、厚さ方向は中央部分より先端部分のほうが薄く２段の階段形状であった。一方、比較例２では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状の幅、厚さ方向の形状ともに概ね一定となった。

実施例２の特性においては、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、Ｐｍのいずれも、比較例２と同等の結果が得られた。さらに実施例２は、比較例２に対してペースト使用量を４％低減できた。

したがって、太陽電池作製時において、サスペンドメタルマスクによるスクリーン版３１によるスクリーン印刷法でサブグリッド電極３ｂを作製する際、スクリーン版３１のサブグリッド電極開口部３３の先端部分のＮｉめっき箔部３５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｂは先端に向かって電極厚が段階的に薄くなる階段形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができた。また、サブグリッド電極開口部３３の集電極開口部３２付近のＮｉめっき箔部３５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｂの集電極２付近も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることができ、太陽電池の電気的特性の低下を抑えることができた。すなわち、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が実現できた。また、前記実施形態１のようにサブグリッド電極の厚さ方向の形状がテーパではなく、本実施形態のように階段形状であっても、このような効果が得られた。

さらに、新たな設備を導入する必要はなく、スクリーン版３１の構造を変えるのみで、上記効果を得ることができる。

＜実施形態３＞
以下に、図３のＳ５である受光面銀電極のための銀ペーストの印刷、乾燥工程のさらに別の例を示す。本実施形態では、スクリーン版として、メタルマスクによるスクリーン版を使用し、マスク厚さを段階的に薄くした点が、実施形態１と異なる。

メタルマスクは、スクリーン紗を使用せず金属板のみで開口を形成したものである。Ｎｉ系金属が主に用いられるが、ステンレスや銅合金を用いることも可能である。メタルマスクによるスクリーン版は、耐久性が高く使用回数を増やせることや、寸法安定性に優れること、サスペンドメタルマスクによるスクリーン版よりさらにペースト透過性に優れること、などの利点を有する。一方、マスクパターンがメッシュで支えられていないため、抜きパターンのような島状部を形成するのは困難である。従って集電極とサブグリッド電極のように直交するパターンの形成は困難であり、２回に分けて各々印刷する等の工夫が必要である。本実施形態では、サブグリッド電極をメタルマスクによるスクリーン版を用いて、集電極をサスペンドメタルマスクによるスクリーン版を用いてスクリーン印刷した。

図８は、本実施形態で太陽電池の受光面銀電極の印刷に用いるスクリーン版４１を示した図である。図８（ａ）は、スクリーン版４１を上から見た図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）で示したｃ−ｃ′の断面である。スクリーン版４１は上記の通り、Ｎｉ板を用いたメタルマスクによるスクリーン版である。上記の通りメタルマスクによるスクリーン版は直交パターンを形成できないため、図８（ａ）に示したスクリーン版４１は、サブグリッド電極のみを印刷するためのスクリーン版である。サブグリッド電極開口部４３は、サブグリッド電極を印刷する部分である。４５はＮｉ板部である。ｐ型シリコン基板２６は、図８（ｂ）に示すＮｉ板部４３の下に置かれ、Ｎｉ板部４５の上に銀ペーストが載せられ、スキージにより銀ペーストはＮｉ板部４５の開口部を通って印刷される。サブグリッド電極開口部４３の中央部分及び集電極開口部４２付近のＮｉ板部４５の厚さをｄ５、サブグリッド電極開口部４３の先端部分のＮｉ板部４５の厚さをｄ６とする。本実施形態では図８（ｂ）の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部４３のＮｉ板部４５は、集電極開口部４２付近から先端に向かって厚さが２段となるように、略半分より先端部分を薄くした。この形成は、スクリーン版４１のサブグリッド電極開口部４３の先端部分のみを所望の厚さになるよう１０００番のサンドペーパーで一定圧力で複数回研磨することにより行った。なお、これ以外の研磨法により形成してもかまわない。また、右の集電極と左の集電極の間に位置するサブグリッド電極は、電極幅及び厚さが一定である。

図８（ｂ）において楕円で囲んだ部分が上記の階段状に形成された部分である。拡大図を図８（ｃ）に示す。本実施例のようにスクリーン版のマスク部材が金属板である場合は、サブグリッド電極開口部４３の中央部分から先端に向かうにつれて、マスク部材の厚さが連続的に薄くなるよう形成するのは加工の手間がかかり、途中に段差を設けて薄くなるよう形成する方が加工が容易である。

図９に、上記のスクリーン版４１によって印刷されたサブグリッド電極３ｃの一部の形状を示す。図１において楕円１１で囲んだ部分の形状を拡大して示したものである。図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図である。前記実施形態２と同様、本実施形態ではサブグリッド電極３ｃは、幅が一定で、集電極２からサブグリッド電極３ｃの先端に向かって電極厚が２段の階段形状となる。

以上のように、スクリーン版４１のサブグリッド電極開口部４３の先端部分のＮｉ板部４５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｃは先端に向かって電極厚が段階的に薄くなる階段形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができる。また、サブグリッド電極開口部４３の集電極開口部４２付近のＮｉ板部４５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｃの中央も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることができる。すなわち、スクリーン版４１の構造及びそれによって印刷されるサブグリッド電極３ｃの形状を上記のようにすることで、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が可能となる。

ここで、本実施形態では、さらに別の課題について検討した。

太陽電池の受光面側の電極は太陽光を遮るため、できるだけ細いことが望ましい。一方で電気抵抗によるロスを抑えるためには、所定の断面積が必要である。このため、サブグリッド電極は一般的に、幅が狭く厚さが厚いことが望ましい。このようなサブグリッド電極をスクリーン印刷法で形成するには、サブグリッド電極開口部の幅を狭くしマスク部材を厚くしたスクリーン版を用いればよい。

しかしながら、サブグリッド電極開口部の幅の狭い、あるいはマスク部材の厚いスクリーン版を用いてスクリーン印刷法でサブグリッド電極を形成しようとすると、スキージを摺動し始める部分でのサブグリッド電極開口部の先端部分では、銀ペーストが十分サブグリッド電極開口部に入り込まず、サブグリッド電極の先端がかすれて、あるいは細く印刷されることがあった。また、スキージを摺動し終わる部分でのサブグリッド電極開口部の先端部分では、余分な銀ペーストが逃げることができずに押し込まれて、サブグリッド電極の先端が延びて、あるいは太く印刷されることがあった。このように形成されたサブグリッド電極は、外観上問題がある。さらには、かすれ等により電気的特性の劣化を引き起こす懸念もある。このため、できる限り設計通りの形状に形成されることが望ましい。

本発明のスクリーン版は、この問題も解決するものである。上記のように、スクリーン版４１のサブグリッド電極開口部４３の先端部分のＮｉ板部４５を薄くすることで、スキージを摺動し始める部分でのサブグリッド電極開口部４３の先端部分では銀ペーストがスクリーン版４１を通りやすくなる。また、スキージを摺動し終わる部分でのサブグリッド電極開口部４３の先端部分から銀ペーストが逃げやすくなる。従って、サブグリッド電極の先端部分を、設計した形状通りに正確に印刷することが可能となる。

以上説明した本実施形態のスクリーン版を用い、図３の製造フローで作製した太陽電池を実施例３とした。また、Ｎｉ板部４５のＮｉ板厚を一定にしたスクリーン版を用いて、同様に作製した太陽電池を比較例３とした。表３に結果を示す。

表３には「印刷後の電極の先端の状態」の欄を新たに追加した。これは、印刷後のサブグリッド電極３ｃの先端部分の状態を示し、その表記は以下の内容を表している。

○・・・サブグリッド電極３ｃの先端部分はサブグリッド電極開口部４３の形状通り
△・・・サブグリッド電極３ｃの先端部分にかすれやはみ出しが少し発生
なお、「焼成後」の欄のサブグリッド電極の寸法は、サブグリッド電極に印刷のかすれやはみ出しが発生していた場合は、その部分を避けて計測した値である。

また、表３の「特性」及び「ペースト使用量」の欄は、比較例３をリファレンスとした値を示した。

表３の通り、スクリーン版のサブグリッド電極開口部４３のＮｉ板の厚さは、実施例３ではサブグリッド電極の中央部分より先端部分のほうが薄い。これに対して比較例３ではサブグリッド電極の中央部分も先端部分も同じ厚さである。一方、実施例３も比較例３も、スクリーンにおけるサブグリッド電極を印刷する部分の開口の幅は、サブグリッド電極の中央部分も先端部分も同じ幅である。

また、本実施形態は、上記の実施形態１および実施形態２と比べると、スクリーン版のサブグリッド電極開口部の幅がより狭く、スクリーン版のマスク部材の厚さがより厚い。従って、このスクリーン版で形成したサブグリッド電極の先端部分にかすれやはみ出しが発生しやすい条件となっている。

上記寸法のスクリーン版を用いて印刷したサブグリッド電極の焼成後の形状は以下の通りである。

実施例３では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状は一定の幅となり、厚さ方向は中央部分より先端部分のほうが薄く２段の階段形状であった。また、サブグリッド電極の先端部分は、スクリーン版のサブグリッド電極開口部の形状通りに印刷された。このように、実施例３では、電極の印刷に用いたスクリーン版の構造に対応した形状に形成された。

一方、比較例３では、焼成後のサブグリッド電極は、平面形状の幅、厚さ方向の形状ともに概ね一定となっている。しかし、サブグリッド電極の先端部分の状態を詳細に観察すると、銀ペーストの印刷のかすれやはみ出しが少し発生しており、スクリーン版のサブグリッド電極開口部の形状通りには印刷されなかった。

実施例３の特性においては、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、Ｐｍのいずれも、比較例３と同等の結果が得られた。さらに実施例３は、比較例３に対してペースト使用量を２％低減できた。

したがって、太陽電池作製時において、メタルマスクによるスクリーン版４１によるスクリーン印刷法でサブグリッド電極３ｃを作製する際、スクリーン版４１のサブグリッド電極開口部４３の先端部分のＮｉ板部４５を薄くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｂは先端に向かって電極厚が段階的に薄くなる階段形状となり、使用する銀ペーストの量を低減することができた。また、サブグリッド電極開口部４３の集電極開口部４２付近のＮｉ板部４５を厚くすることで、印刷されるサブグリッド電極３ｃの集電極２付近も厚くなり、電気抵抗の上昇を抑えることがでた。すなわち、銀ペーストの使用量の低減と電気的特性の確保の両立が実現できた。

さらに、スクリーン版４１のサブグリッド電極開口部４３の先端部分のＮｉ板部４５を薄くすることで、スキージを摺動し始める部分でのサブグリッド電極開口部４３の先端部分では銀ペーストがスクリーン版４１を通りやすくなり、スキージを摺動し終わる部分でのサブグリッド電極開口部４３の先端部分から銀ペーストが逃げやすくなる。これにより、サブグリッド電極の先端部分を、設計した形状通りに正確に印刷することができた。

なお、前記実施形態１のようにサブグリッド電極の厚さ方向の形状がテーパではなく、本実施形態のように階段形状であっても、このような効果が得られた。

加えて、新たな設備を導入する必要はなく、スクリーン版４１の構造を変えるのみで、上記効果を得ることができる。

なお、上記のように、サブグリッド電極の先端部分を、設計した形状通りに正確に印刷することができる効果を発揮するスクリーン版は、本実施形態にかかるスクリーン版４１に限られない。前記実施形態１および２にかかるスクリーン版２１およびスクリーン版３１も同様に、サブグリッド電極開口部の幅をより狭く、マスク部材の厚さをより厚くしても、サブグリッド電極の先端部分を、設計した形状通りに正確に印刷することができる。

＜サブグリッド電極のその他の形状の例＞
上記の実施形態１〜３では、スクリーン印刷法によって形成されたサブグリッド電極３、３ｂ、３ｃの形状は、厚さ方向の形状を先端に向かって厚さが薄くなるテーパ状、あるいは２段の階段状とした。これにより、サブグリッド電極の先端部分における銀ペーストの印刷のかすれやはみ出しの発生及びそれによる電気的特性の劣化を防止することが可能となる。しかし同様の効果を得られるサブグリッド電極の形状はこれに限られない。

図１０は、同様の効果の得られるサブグリッド電極の厚さ方向の形状の例を示した図である。図１において楕円１１で囲んだ部分の形状を拡大してその断面を示している。集電極２とサブグリッド電極３の下側にｐ型シリコン基板２６（図１０中には図示せず）がある。図１０（ａ）は厚さが一定の割合で減少するテーパ形状であり、上記の実施形態１と同様の形状である。図１０（ｂ）は根元から徐々に厚さの減少率が大きくなるようなカーブのテーパ形状である。図１０（ｃ）は図１０（ｂ）とは逆に、根元から徐々に厚さの減少率が小さくなるようなカーブのテーパ形状である。図１０（ｄ）は根元から途中まで厚さ一定のストレート形状で、途中から厚さが一定の割合で減少するテーパ形状である。図１０（ｅ）は根元から途中までストレート形状で、途中から徐々に厚さの減少率が大きくなるようなカーブのテーパ形状である。図１０（ｆ）は根元から階段状に厚さが薄くなる形状である。上記実施形態２，３では２段の階段形状であったが、図１０（ｆ）では３段の階段形状である。また４段以上でも良い。図１０（ｇ）は図１０（ｆ）と同様根元から階段状に厚さが薄くなる形状であるが、さらに各段をテーパ形状にしている。この図では３段の階段形状であるが、段数はこれに限らず、２段でも４段以上でも良い。

上記の図１０に示したように、本発明のサブグリッド電極３の厚さ方向の形状は、様々な例が考えられる。それらのいずれも同様の効果を発揮する。そしてそのような形状のサブグリッド電極３をスクリーン印刷するためのスクリーン版はいずれも、本発明の目的を達成するものである。

なお、サブグリッド電極３は太陽電池１で発生した光電流を出来るだけ損失なく集電するためのものであり、特に根元部分は集めた電流がすべて流れることから、少なくとも根元付近は太いほうが望ましい。

上記の実施形態１〜３では、それぞれ異なる種類のスクリーン版を用いた。このようにスクリーン版の種類が違ってもスクリーン版を同様の形状にすることで、同様の効果を得ることができる。

上記の実施形態１〜３では、左の集電極と右の集電極の間に位置するサブグリッド電極は、電極幅を一定にしている。しかし、集電極間に位置するサブグリッド電極を、各集電極から遠ざかるほど、すなわち中央部分に近いほど厚さを薄くしても良い。これにより銀ペーストの員数を減らす効果が得られる。一方、集電極間の中央部分では、サブグリッド電極にはそれほど電流が流れないことから、サブグリッド電極の厚さを薄くしても、電気的特性の劣化はほとんど発生しない。

上記の実施形態１〜３では、集電極とサブグリッド電極を有する太陽電池を対象として説明した。しかし、入射光によって発生したキャリアを収集する電極のみで形成された太陽電池であり、該電極が電極の先端方向に向かって電極の厚さを薄くした形状であっても同様の結果が得られる。

今回、銀ペーストを用いたスクリーン印刷法で電極を形成することに関して説明したが、アルミニウムペースト等の他の導電性ペーストを用いた場合も同様の結果が得られる。さらに、受光面と裏面に電極が形成された太陽電池について記載したが、裏面にのみ電極が形成された裏面電極型太陽電池に電極を形成する場合も同様である。

１ 太陽電池
２ 集電極
３、３ｂ、３ｃ サブグリッド電極
４ 受光面銀電極
５ ｐ型シリコン基板
６ ｎ型拡散層
７ 反射防止膜
８ ＢＳＦ層
９ アルミニウム電極
１０ 裏面銀電極
２１、３１、４１ スクリーン版
２２、３２、４２ 集電極開口部
２３、３３、４３ サブグリッド電極開口部
２４、３４ スクリーン紗
２５ 乳剤部
２６ ｐ型シリコン基板
３５ Ｎｉめっき箔部
４５ Ｎｉ板部

Claims (7)

1. 太陽電池のサブグリッド電極の形成に用いるスクリーン版であって、
   前記スクリーン版はマスク部材を備え、
   前記マスク部材は前記サブグリッド電極に対応した開口部を有し、所定の方向に向かって厚さが薄く、
   前記開口部は幅が一定である
   スクリーン版。
2. 前記マスク部材は、乳剤である請求項１に記載のスクリーン版。
3. 前記マスク部材は、めっき箔である請求項１に記載のスクリーン版。
4. 前記マスク部材は、金属板である請求項１に記載のスクリーン版。
5. 半導体基板にサブグリッド電極を形成する太陽電池の製造方法であって、
   スクリーン版を用いて前記半導体基板に導電性ペーストを印刷する工程と、
   前記導電性ペーストが塗布された前記半導体基板を熱処理する工程を備え、
   前記スクリーン版はマスク部材を備え、
   前記マスク部材は前記サブグリッド電極に対応した開口部を有し、所定の方向に向かって厚さが薄く、
   前記開口部は幅が一定である
   太陽電池の製造方法。
6. 前記導電性ペーストは、銀ペーストである請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記サブグリッド電極は、前記半導体基板の受光面に形成される請求項５又は６に記載の太陽電池の製造方法。