JP2014220346A - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高い変換効率を有する太陽電池セルを提供すること。
【解決手段】
第１主面にｐ型半導体層、第２主面にｎ型半導体層を有するｎ型シリコン基板と、第１主面に設けられ、ＳｉＯ₂膜およびＳｉＮｘ膜を含むパッシベーション膜と、第１主面に設けられ、パッシベーション膜を介してｐ型半導体層に接触するｐ型半導体層用コンタクト電極とを有する太陽電池セルであって、ｐ型半導体層用コンタクト電極は、ＡｇおよびＡｌを含む導電性金属によって構成されており、さらにＷを含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法、特に両面受光型の太陽電池セルおよびその製造方法に関する。

両面受光型の太陽電池セルは、片面受光型の太陽電池セルに比べて受光量を増やすことができ、高い変換効率を有することから、次世代型の太陽電池セルの１つとして有望視されている。

両面受光型の太陽電池セルは、たとえば特許文献１に開示された構造を有する。この太陽電池セルでは、一方主面にｐ型半導体層、他方主面にｎ型半導体層を有したｎ型シリコン基板が利用されており、ｎ型シリコン基板の一方主面、他方主面には、ｐ型半導体層へのコンタクト電極、ｎ型半導体層へのコンタクト電極がそれぞれ形成されている。これらのコンタクト電極は、Ａｇ粉末を主成分とする導電性ペーストを印刷し、焼成することによって形成されているが、特にｐ型半導体層へのコンタクト電極をＡｇで構成しても、ｐ型半導体層とコンタクト電極とのオーミック接触を十分に取ることができないという課題がある。

そこで、たとえば特許文献２に開示されているように、導電性粉末としてＡｇ粉末およびＡｌ粉末を含む導電性ペーストを用いてｐ型半導体層へのコンタクト電極を形成することで、ｐ型半導体層とコンタクト電極との良好なオーミック接触を達成することができる。

特開２０１２−５４４５７号公報 特開平８−１４８４４７号公報

ところで、特許文献１にも開示されている通り、シリコン基板の表面にはパッシベーション膜が設けられることがある。このパッシベーション膜により、シリコン基板を保護できるとともに、キャリアの表面再結合速度を低下させることができ、ゆえに、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。

しかし、Ａｇ粉末およびＡｌ粉末を含む導電性ペーストにてｐ型半導体層用のコンタクト電極を形成する場合、特にパッシベーション膜にＳｉが含まれている場合、コンタクト電極中のＡｌがパッシベーション膜中のＳｉと反応してしまい、パッシベーション膜のパッシベーション効果を低下させてしまうことがあることが分かった。つまり、Ａｇ粉末およびＡｌ粉末を含む導電性ペーストにてｐ型半導体層用のコンタクト電極を形成すると、ｐ型半導体層とコンタクト電極とのオーミック接触性は向上するが、パッシベーション膜のパッシベーション効果が弱まり、表面再結合の影響が大きくなって、結果的に、太陽電池セルの変換効率が低下してしまいやすいことが分かった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ｐ型半導体層へのオーミック接触が可能であるとともに、ｐ型半導体層側のパッシベーション膜のパッシベーション効果を維持し、結果、高い変換効率を持つ太陽電池セル、ならびにその製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、
第１主面にｐ型半導体層、第２主面にｎ型半導体層を有する半導体基板と、
前記第１主面に設けられ、Ｓｉを含むパッシベーション膜と、
前記第１主面に設けられ、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型半導体層に接触するｐ型半導体層用コンタクト電極と、
を有する太陽電池セルであって、
前記ｐ型半導体層用コンタクト電極は、ＡｇおよびＡｌを含む導電性金属によって構成されており、さらにＷを含んでいることを特徴とする太陽電池セルに係るものである。

また、本発明は、
第１主面にｐ型半導体層、第２主面にｎ型半導体層を有する半導体基板を用意する工程と、
前記第１主面にＳｉを含むパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上にｐ型半導体層用導電性ペーストを印刷する工程と、
前記ｐ型半導体層用導電性ペーストを焼成し、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型半導体層に接触するｐ型半導体層用コンタクト電極を形成する工程と、
を有する太陽電池セルの製造方法であって、
前記ｐ型半導体層用導電性ペーストとして、導電性金属としてＡｇ粉末およびＡｌ粉末を含有し、さらにＷ粉末を含有する導電性ペーストを用いることを特徴とする太陽電池セルの製造方法に係るものである。

本発明によれば、特に、ｐ型半導体層へのオーミック接触が可能であるとともに、ｐ型半導体層側のパッシベーション膜のパッシベーション効果を維持することが可能なｐ型半導体層用コンタクト電極を形成することができ、ゆえに、変換効率の高い太陽電池セルを得ることができる。

本実施形態の太陽電池セルの表面（第１主面）側の平面図（Ａ）、裏面（第２主面）側の平面図（Ｂ）、一部断面図（Ｃ）である。 本実施形態の太陽電池セルの製造方法を説明するための一部断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。

＜太陽電池セルの構造＞
図１に基づき、本実施形態の太陽電池セルの構造を説明する。

図１に示すように、本実施形態の太陽電池セルは、シリコン基板を素体としたシリコン太陽電池セルである。より具体的には、ｎ型シリコン基板の表面（第１主面）にボロン拡散よって形成されたｐ型半導体層（ｐ⁺層）を有し、裏面（第２主面）にリン拡散によって形成されたｎ型半導体層（ｎ⁺層）を有した、いわゆる、ｐ⁺−ｎ−ｎ⁺構造を備えたシリコン太陽電池セルである。なお、ｐ⁺−ｎ接合界面はダイオードを形成しており、ｎ−ｎ⁺接合界面はＢＳＦ（Back Surface Field）を形成している。

ｎ型シリコン基板の第１主面側には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）とその上に窒化ケイ素膜（シリコン窒化膜：ＳｉＮｘ膜）が形成されており、第２主面には窒化ケイ素膜（ＳｉＮｘ膜）が形成されている。第１主面側のＳｉＯ₂膜およびＳｉＮｘ膜は反射防止膜およびパッシベーション膜としての機能を有しており、第２主面側のＳｉＮｘも反射防止膜およびパッシベーション膜としての機能を有している。なお、図示していないが、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の表面には微小な凹凸構造（テクスチャ構造）を有している。

この太陽電池セルで発生する電気を取り出すために、第１主面にはｐ型半導体層へのコンタクト電極が形成されており、第２主面にはｎ型半導体層へのコンタクト電極が形成されている。各コンタクト電極は、グリッド状にパターニングされたフィンガー電極およびバスバー電極によって構成されており、両面からの光照射で発電ができる両面受光型の太陽電池セルを構成している。第１主面側のコンタクト電極と第２主面側のコンタクト電極は、ほぼ同形状のパターン形状を有している。

第１主面側のｐ型半導体層用コンタクト電極は、ボロン拡散によるｐ型半導体層（ｐ⁺層）との良好なコンタクトを取るために、すなわち接触抵抗の低減を図るために、Ａｇ（銀）−Ａｌ（アルミニウム）ペーストを印刷・パターニングし、焼成してなるＡｇＡｌ電極である。また、第２主面側のｎ型半導体層用コンタクト電極は、リン拡散によるｎ型半導体層（ｎ⁺層）との良好なコンタクトを取るために、Ａｇ（銀）ペーストを印刷・パターニングし、焼成してなるＡｇ電極である。すなわち、シリコン基板の第１主面側には、ＳｉＯ₂膜およびＳｉＮｘ膜からなるパッシベーション膜を介してｐ型半導体層を接触するｐ型半導体層用コンタクト電極が形成されており、第１主面側にはＳｉＮｘ層からなるパッシベーション膜を介してｎ型半導体層と接触するｎ型半導体層用コンタクト電極が形成されている。

ｐ型半導体層用コンタクト電極は、Ａｌを含むＡｇ電極（つまりＡｇＡｌ電極）であり、ｐ型半導体層との良好なオーミック接触が実現できている。これは、Ａｇ−Ａｌペーストを焼成した時にＡｌがシリコン基板との界面に析出し、この析出したＡｌとｐ型半導体層用コンタクト電極とが接触することで、良好なオーミック接触が得られるためである。ただし、これと同時に、Ａｇ−Ａｌペースト中のＡｌがパッシベーション膜中のＳｉＯ₂等とも反応し（ＳｉＯ₂＋Ａｌ→Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｓｉ）、パッシベーション膜を一部破壊してしまう。そのため、オーミック接触は達成できても、ＡｇＡｌ電極の近傍におけるパッシベーション膜のパッシベーション効果が低下し、表面再結合の影響が大きくなって、結果的に太陽電池セルの変換効率が低下してしまう。すなわち、一般的なＡｇＡｌ電極は、ｐ型半導体層（ｐ⁺層）に対するオーミック接触とパッシベーション膜のパッシベーション効果の維持を両立することが難しい。これに対して、本実施形態では、ＡｇＡｌ電極にＷ（タングステン）が添加されている。すなわち、ＡｌとＷとの関係をみると、ＷがＡｌ中に拡散し、Ａｌの表面にＷＡｌ₁₂などの化合物が形成され、溶融したＡｌがＳｉと過剰に反応することを抑制している可能性がある。これに伴い、溶融したＡｌがＳｉＯ₂を還元する効果が弱まり、パッシベーション効果の低減を抑制していると考えられる。また、ＳｉＯ₂のパッシベーション膜がＡｌにより突き破られた後は、溶融したＡｌとＳｉとの反応が開始するが、溶融したＡｌの一部にＷＡｌ₁₂などの化合物も含まれるため、ＡｌとＳｉとＷとの反応になり、Ｗ₅Ｓｉ₃、ＷＳｉ₂などのシリサイドが形成され、Ｓｉ中へのＡｌの過剰な拡散を抑制するバリア層として働いている可能性もある。

このように、ｐ型半導体層（ｐ⁺層）とコンタクトさせるＡｇＡｌ電極において、Ｗは特有の効果を発揮することから、Ｗを含まない一般的なＡｇＡｌ電極では困難であったｐ型半導体層（ｐ⁺層）に対するオーミック接触とパッシベーション効果の維持の両立が実現できる。

また、ＷとＡｇとの関係では、ＷがＡｇの過剰な焼結を抑制するいわゆる焼結抑制剤としての機能を発揮し、Ｗとガラスとの関係では、ＡｇＡｌ電極中に含まれるガラスが過度にＡｇＡｌ電極とｐ型半導体層との界面へ流動することを抑制しているものと考えられ、ＡｇＡｌ電極とシリコン基板上に析出したＡｌ間で達成されるオーミック接触を阻害しないような作用も示すものと考えられる。

また、バルク状態でのＷの比抵抗は室温で５．６μΩ・ｃｍ程度とバルク状態でのＡｇの比抵抗１．６μΩ・ｃｍと比較すると高いが、結晶シリコン太陽電池セルに使用されるＡｇ電極の焼成後の比抵抗はおおよそ３〜７μ・ｃｍであるから、Ｗ粉末が電極に添加されたとしても電極の比抵抗を著しく増大させることはなく、十分に配線電極としての役割を果たすレベルである。

このように、ｐ型半導体層用コンタクト電極はＷ入りのＡｇＡｌ電極によって構成されているので、ＡｇＡｌ電極の導体抵抗を大きく増加させることなく、ｐ型半導体層へのオーミック接触が可能であるとともに、ｐ型半導体層側のパッシベーション膜のパッシベーション効果を維持することができ、ゆえに、変換効率の高い太陽電池セルを得ることができる。

なお、ｐ型半導体層（ｐ⁺層）側に形成するコンタクト電極は、モジュール化する時のはんだタブ線へのはんだ濡れ性の観点から、Ａｇ粉末１００重量部に対してＡｌ粉末を６．０重量部以下、Ｗ粉末を１５．０重量部以下とすることが好ましい。ただし、それぞれの含有量がこの範囲を超える場合でもあっても、たとえば、バスバー電極にはんだ濡れ性のよい２層目の電極を形成したり、あるいは、フィンガー電極をＷ粉末入りのＡｇ−Ａｌペーストで構成し、バスバー電極をはんだ濡れ性のよいＡｇペースト（ＡｌやＷ無し）で構成したりすることによって、はんだ濡れ性の問題は解決されるため、Ａｌ粉末やＷ粉末が上記範囲を超える含有量の導電性ペーストを用いても、本発明から除外されることはない。

本発明の太陽電池セルは、上記構造の太陽電池セルへの適用に限定されるわけではない。

たとえば、シリコン基板の第２主面側も、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）とその上にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）が形成されたスタック構造（つまり第１主面側と同じ構造）のパッシベーション膜を有していてもよい。この場合、第２主面用の導電性ペーストとして、第１主面用の導電性ペーストと同じものを用いることができる。つまり、ｎ型半導体層（ｎ⁺層）側にＳｉＯ₂などのパッシベーション膜がある場合には、ｎ型半導体層用コンタクト電極としてもＷ入りのＡｇＡｌ電極を利用することが好ましい。また、両面受光型の太陽電池セルに限定されるわけではなく、たとえば裏面側のコンタクト電極のフィンガー電極の幅の拡大や本数の増加を行って比抵抗をより小さくした片面受光型の太陽電池セルとしてもよい。また、半導体基板は、ｎ型シリコン基板に限定されるものではなく、ｐ型シリコン基板であってもよい。また、シリコン基板は単結晶シリコン基板が好ましいが、多結晶シリコン基板であってもよい。

＜導電性ペースト＞
次に、本実施形態に用いられる導電性ペーストを説明する。

本実施形態では、ｐ型半導体層用コンタクト電極を形成するための導電性ペーストとして、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末およびＷ粉末を含む導電性ペースト（Ａｇ−Ａｌペースト）を利用する。この導電性ペーストは、さらにガラス粉末や有機ビヒクルを含んでいてもよい。

Ｗ粉末の含有量はＡｇ粉末１００重量部に対して、０．１重量部以上、３５．０重量部以下が好ましい。Ｗ粉末の含有量がＡｇ粉末１００重量部に対して０．１重量部を下回ると、ＷとＡｌとが反応してＡｌとＳｉとの反応を抑制する効果が弱くなり、３５．０重量部を超えると、ＷがＡｇ或いはＡｌの焼結挙動を抑制するため電極自体の比抵抗が上昇する傾向にあるからである。

この導電性ペーストにおいては、Ａｇ粉末１００重量部に対して、Ａｌ粉末を０．５〜６．０重量部、ガラス粉末を２．５〜６．０重量部含有させることがさらに好ましい。Ａｇ粉末１００重量部に対してＡｌ粉末の添加量が０．５重量部を下回ると、ｐ型半導体層とコンタクト電極との間で十分なオーミックコンタクトが得られにくくなる傾向にあり、６．０重量部を超えると、ｐ⁺−ｎの接合部を破壊し、開放電圧Ｖｏｃの劣化を招く可能性があるからである。また、Ａｇ粉末１００重量部に対してガラス粉末の添加量が２．５重量部を下回ると、コンタクト電極と半導体基板との間の接合性が不十分になりやすく、６．０重量部を超えると、焼成後の電極表面にガラス成分が多く存在するため、はんだ付け不良が発生しやすくなる傾向にあるからである。

この導電性ペーストにおいて導電性粉末の量（Ａｇ粉末、Ａｌ粉末およびＷ粉末の合計量）も特に限定されないが、ペースト全量に対して７０重量％以上、９５重量％以下であることが好ましい。７０重量％未満では、コンタクト電極の膜厚が薄くなり、ライン抵抗の増大を招く傾向にある。一方、９５重量％を超えると、固形分が多くなりすぎてペースト化が困難となる傾向にある。

なお、この導電性ペーストは、主たる導電性粉末としてＡｇ粉末を用いる。大気中で焼成した場合においても良好な導電性を示すため、Ａｇ単体であることが好ましいが、ＰｔやＰｄを含む合金粉末であってもよい。また、Ａｇ粉末は、球状であってもよく、鱗片状（フレーク状）であってもよい。その形状については特に限定されない。また、複数種の形状のＡｇ粉末を併用してもよい。Ａｇ粉末の平均粒径（マイクロトラックのＤ５０；以下同様）は、０．１μｍ以上、１０．０μｍ以下が好ましい。Ａｇ粉末の平均粒径が０．１μｍ未満であると、焼成時のＡｇ粉の粒成長の割合が大きくなり、焼成前に多数存在したＡｇとＳｉの接触点が著しく減少するため、ＡｇとＳｉとの間の電気的なコンタクト抵抗が大きくなってしまいやすい。他方、平均粒径が１０．０μｍを超えると、Ａｇ粉とＳｉ基板の接触点がもともと少ないため、やはりＡｇとＳｉとの間のコンタクト抵抗が大きくなってしまいやすい。さらに、導電性粉末のその他物性である、タップ密度、比表面積、有機物量（Ｉｇｌｏｓｓ：強熱減量；粉末中に含まれる揮発性原料（主に有機物）の量）、表面有機物種等は、特に限定されるものではない。

副導電性粉末であるＡｌ粉末は、上述したように、焼成過程で溶融し、Ｓｉと反応し、合金を形成することで電極とＳｉ間のコンタクトに寄与する。Ａｌ粉末もその形状、粒径、その他物性は限定されないが、平均粒径は０．５μｍ以上、１５μｍ以下が望ましい。Ａｌ粉末の平均粒径が０．５μｍ未満であると、Ａｌ粉末の表面に形成される酸化被膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）の比率が多くなるため、焼成時に形成される溶融Ａｌ量が少なくなる。すると、ＡｌとＳｉの反応物（Ａｌ−Ｓｉ合金）の量が減少して、電極とシリコンウェハとの間のコンタクト抵抗が低下しにくくなる。他方、Ａｌ粉末の平均粒径が１５μｍを超えると、溶融Ａｌ量が多くなりすぎ、Ｓｉと過剰に反応し、結果、ウェハ内のｐｎ接合部を破壊し、開放電圧Ｖｏｃの劣化を招く可能性がある。

ガラス粉末としては、ホウケイ酸鉛系ガラス粉末、ホウケイ酸ビスマス系ガラス粉末等を利用できる。ガラス粉末の平均粒径は、１．０μｍ以上、１０．０μｍ以下が好ましい。

この導電性ペーストには、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末、Ｗ粉末、ガラス粉末（ガラスフリット）以外の無機添加物が含まれていてもよい。その無機添加物の種類や添加量も特に限定されるものではなく、添加形態も、酸化物、水酸化物、過酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、フッ化物、有機金属化合物等、適宜選択することができる。

この導電性ペーストには、有機ビヒクルが含まれている。有機ビヒクルを構成する樹脂および溶剤の他、ペーストのレオロジーをコントロールするための有機添加剤が添加されていてもよい。ここで、バインダ樹脂と有機溶剤との比率は、例えば体積比率で、１〜３：７〜９となるように調製される。なお、バインダ樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、エチルセルロース樹脂、ニトロセルロース樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、又はこれらの組み合わせを使用することができる。また、有機溶剤についても特に限定されるものではなく、α―テルピネオール、キシレン、トルエン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等を単独、或いはこれらを組み合わせて使用することができる。

また、導電性ペーストには、必要に応じて、フタル酸ジ２−エチルヘキシル、フタル酸ジブチル等の可塑剤を１種又はこれらの組み合わせを添加するのも好ましい。また、脂肪酸アマイドや脂肪酸等のレオロジー調整剤を添加するのも好ましく、さらにはチクソトロピック剤、増粘剤、分散剤などを添加してもよい。

なお、ｎ型半導体層用導電性ペーストは、上述したｐ型半導体層用導電性ペーストと同じものを用いてもよいが、Ａｌ粉末を含有していない導電性ペーストを用いる場合は、Ｗ粉末を含有していないものを用いることが好ましい。Ａｌ粉末およびＷ粉末を含有していないｎ型導電性ペースト（Ａｇペースト）は、Ａｌ粉末およびＷ粉末を含有していないこと以外は、上記のｐ型半導体用導電性ペーストに準じた構成を持つことが好ましい。

＜太陽電池セルの製造方法＞
次に、図２に基づき、本実施形態の太陽電池セルの製造方法を説明する。

（１）ダメージ層の除去とテクスチャーエッチング処理
アルカリ（ＮａＯＨまたはＫＯＨ）溶液を用いて、ｎ型シリコン基板表面のダメージ層の除去、ならびに、テクスチャーの形成を行う。

（２）ボロン拡散処理
２枚のｎ型シリコン基板を各シリコン基板の表面を対向させた状態でウエハボートに詰め、これを横型ＢＢｒ₃拡散炉に挿入して、拡散温度９１０℃〜９３０℃にて、三臭化硼素（ＢＢｒ₃）、Ｎ₂キャリアーガスおよびＯ₂ガスを導入し、ボロン拡散処理を行う。ボロン拡散温度はリン拡散温度よりも高い温度を必要とするため、ボロン拡散をはじめに行う。なお、ボロン拡散処理は、他の液体ソースである三臭化塩素（ＢＣｌ₃）や固体ソースである窒化硼素（ＢＮ）を利用してもよい。

（３）表面エッチング処理
ボロン拡散処理では、シリコン基板の対向面への廻り込み拡散の僅少化を図るため種々の手段が講じられるが、シリコン基板の周辺部に廻り込み拡散による薄いＢＳＧ（borosilicate glass）膜による変色部が生じた場合、この領域の電気的性能が低下してしまうため、これをエッチングにより除去する。

（４）リン拡散処理
ボロン拡散処理を施したシリコン基板を、ボロン拡散面を対向させた状態でウエハボートに詰め、これを横型ＰＯＣｌ₃拡散炉に挿入して、拡散温度８５０〜８８０℃、拡散時間３５〜４０分で、リン拡散処理を行う。これにより、図２（A）に示すように、一方主面にｐ型半導体層（ｐ⁺層）、他方主面にｎ型半導体層（ｎ⁺層）を有するｎ型シリコン基板が得られる。

（５）ＢＳＧ／ＰＳＧ除去とＳｉＯ₂酸化膜の形成
ウェットステーションを使用して、５％ＨＦ溶液にてＢＳＧ膜およびＰＳＧ（phosphosilicate glass）膜の除去と純水洗浄を行った後、最終段の槽で、濃度１０〜１５ｐｐｍのオゾン（Ｏ₃）溶液に浸漬して、シリコン基板の表面を洗浄するとともに、シリコン基板の第１主面側に重金属汚染のない高品質の膜厚２０〜３０Åの極薄シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成する。このＳｉＯ₂膜はパッシベーション膜としての機能を有する。

（６）ｐｎ接合分離
プラズマエッチャー（ＣＦ₄ガス使用）にて基板端部を５０〜１００μｍほどエッチングしてｐｎ接合分離、あるいは、後述の電極焼成処理（１１）における焼成処理後にレーザースクライブでｐｎ接合分離をする。

（７）ＳｉＮｘ膜形成
ＰＥ−ＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）処理装置にて、温度４００℃〜４５０℃で当該シリコン基板の両主面にＳｉＮｘ膜を成膜する。このＳｉＮｘ膜は、反射防止膜としての機能の他、第２主面側（ｎ⁺層側）では太陽電池セルの表面パッシベーション膜としての機能を有する。特に、第１主面側においては、前述のプロセス（５）でのシリコン基板の表面に高品質のＳｉＯ₂膜を形成している効果と相俟って、良好なパッシベーション効果が得られる。

（８）導電性ペーストの作製
Ａｇ粉末、Ａｌ粉末、Ｗ粉末、ホウケイ酸鉛系ガラスフリット、および、エチルセルロースをテキサノールに溶解させた有機ビヒクルを所定量配合し、プラネタリーミキサーで混合した後に、３本ロールミルで分散混錬して、第１主面用の導電性ペースト（Ａｇ−Ａｌペースト）を作製する。また、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末、ホウケイ酸鉛系ガラスフリット、および、エチルセルロースをテキサノールに溶解させた有機ビヒクルを所定量配合し、プラネタリーミキサーで混合した後に、３本ロールミルで分散混錬して、第２主面用の導電性ペースト（Ａｇペースト）を作製する。

（９）表面電極パターンの形成
図２（Ｃ）に示すように、第１主面用の導電性ペースト（Ａｇ−Ａｌペースト）を用い、スクリーン印刷法によって、シリコン基板の第１主面側（つまり第１主面側の窒化ケイ素膜の表面）にグリッド状の表面電極パターンを形成する。表面電極パターンは、フィンガー電極パターンとバスバー電極パターンとからなる。フィンガー電極の幅を細くすることにより、受光面積を稼ぐことができ、フィンガー電極直下での表面再結合を抑制することができるため、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。ただし、フィンガー電極の幅が細くなると、シリコン基板との接触抵抗や表面電極自体のバルク抵抗が高くなるため、フィンガー電極の幅と本数は太陽電池セルの変換効率が最大となる条件にする。

（１０）裏面電極パターンの形成
図２（Ｃ）に示すように、第２主面用の導電性ペースト（Ａｇペースト）を用い、スクリーン印刷法によって、シリコン基板の第２主面側（つまり第２主面側の窒化ケイ素膜の表面）に裏面電極パターンを形成する。裏面電極パターンは、表面電極パターンと同様に、グリッド状のパターンにする。

（１１）表裏面電極パターンの焼成
ｐ型半導体層（ｐ⁺層）およびｎ型半導体層（ｎ⁺層）を突き抜けず、各半導体層に良好なコンタクトを実現するために、ピーク温度７００〜７８０℃の急峻な温度プロファイルで、表裏面電極パターンを同時に焼成する。焼成は Despatch Industries, Inc製ＣＤＦ７２１０のようなベルト炉で行うことができる。なお、焼成後の段階でｐｎ接合分離を行っていない場合は、レーザースクライブによりｐｎ接合分離を行う。これにより、第１主面の表面電極パターンは、窒化ケイ素膜やシリコン酸化膜をファイヤースルーするとともに焼結して、ｐ型半導体層（ｐ＋層）へのコンタクト電極が形成される。同様に、第２主面の裏面電極パターンは、窒化ケイ素膜をファイヤースルーするとともに焼結して、ｎ型半導体層（ｎ＋層）へのコンタクト電極が形成される。その結果、図１に示した構造を有するシリコン太陽電池セルが得られる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づき説明する。

ｎ型シリコン基板のｐ型半導体層（ｐ⁺層）側に形成する導電性ペーストとして、平均粒径（マイクロトラックのＤ５０；以下同様）１μｍのＡｇ粉末、平均粒径５μｍのＡｌ粉末、平均粒径３μｍのＷ粉末、平均粒径２μｍのホウケイ酸鉛系ガラスフリット（ガラス粉末１）、および、エチルセルロースをテキサノールに溶解させた有機ビヒクルを表１に示す割合となるように配合し、プラネタリーミキサーで混合した後に、３本ロールミルで分散混錬し、Ｎｏ．Ａ〜Ｈに示す複数種の導電性ペーストを作製した。

また、ｎ型シリコン基板のｎ型半導体層（ｎ⁺層）側に形成する導電性ペーストとして、平均粒径３μｍのＡｇ粉末、平均粒径４μｍのホウケイ酸鉛系ガラスフリット（ガラス粉末２）、および、エチルセルロースをテキサノールに溶解させた有機ビヒクルを表２に示す割合となるように配合し、Ｎｏ．Ｉに示す導電性ペーストを作製した。

次いで、表１、表２に示した組成を有する導電性ペーストを、表３に示す組合せで、第１主面側にｐ型半導体層（ｐ⁺層）が形成され、さらにＳｉＯ₂膜、ＳｉＮｘ膜からなるパッシベーション膜（兼反射防止膜）を有し、第２主面側にｎ型半導体層（ｎ⁺層）が形成され、さらにＳｉＮｘ膜からなる反射防止膜を有したｎ型シリコン基板の表裏にそれぞれスクリーン印刷して表面電極パターン、裏面電極パターンをそれぞれ形成した。次いで、パターニングされた各導電性ペーストを乾燥させた後、Despatch Industries, Inc製ベルト炉（ＣＤＦ７２１０）を用いて、ピーク温度７３０℃で焼成し、ｐ型半導体層用コンタクト電極（ＡｇＡｌ電極）、ｎ型半導体用コンタクト電極（Ａｇ電極）を形成した。次いで、ＮＰＣ社製セルテスタ（ＮＣＴ−１８０ＡＡ−Ｍ）を用いて、２５℃、ＡＭ１．５の条件下で、得られた太陽電池セルの変換効率を測定した。

表３に示すように、実施例１〜７と比較例１とを比べると、Ｗ粉末を添加したＡｇ−Ａｌペーストを用いてｐ型半導体層用のコンタクト電極を形成した太陽電池セルは、そのフィルファクタ（Fill Factor）が０．７７０以上を示し、変換効率も１７．２％以上であるのに対して、Ｗ粉末を含まないＡｇ−Ａｌペーストを用いてｐ型半導体層用のコンタクト電極を形成した太陽電池セルでは、フィルファクタが０．７５０、変換効率が１６．８％と低い。このことから、Ｗ粉末を添加したＡｇ−Ａｌペーストを用いてｐ型半導体層用コンタクト電極を形成した太陽電池セルは高い変換効率が得られることが示された。

本発明は、変換効率に優れた太陽電池セルおよびその製造方法、特に変換効率の高い両面受光型の太陽電池セルおよびその製造方法として有用である。

Claims (5)

1. 第１主面にｐ型半導体層、第２主面にｎ型半導体層を有する半導体基板と、
   前記第１主面に設けられ、Ｓｉを含むパッシベーション膜と、
   前記第１主面に設けられ、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型半導体層に接触するｐ型半導体層用コンタクト電極と、
   を有する太陽電池セルであって、
   前記ｐ型半導体層用コンタクト電極は、ＡｇおよびＡｌを含む導電性金属によって構成されており、さらにＷを含んでいることを特徴とする太陽電池セル。
2. 前記パッシベーション膜は、前記ｐ型半導体層上に順次形成されたＳｉＯ₂膜およびＳｉＮｘ膜を含む、請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 第１主面にｐ型半導体層、第２主面にｎ型半導体層を有する半導体基板を用意する工程と、
   前記第１主面にＳｉを含むパッシベーション膜を形成する工程と、
   前記パッシベーション膜上にｐ型半導体層用導電性ペーストを印刷する工程と、
   前記ｐ型半導体層用導電性ペーストを焼成し、前記パッシベーション膜を介して前記ｐ型半導体層に接触するｐ型半導体層用コンタクト電極を形成する工程と、
   を有する太陽電池セルの製造方法であって、
   前記ｐ型半導体層用導電性ペーストとして、導電性金属としてＡｇ粉末およびＡｌ粉末を含有し、さらにＷ粉末を含有する導電性ペーストを用いることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
4. 前記パッシベーション膜は、前記ｐ型半導体層上に順次形成したＳｉＯ₂膜およびＳｉＮｘ膜である、請求項３に記載の太陽電池セルの製造方法。
5. 前記ｐ型半導体層用導電性ペーストにおける前記Ｗ粉末の含有量を、Ａｇ粉末１００重量部に対して、０．１重量部以上、３５．０重量部以下とする、請求項３または４に記載の太陽電池セルの製造方法。