JP2019009401A

JP2019009401A - 太陽電池電極

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Publication number: JP2019009401A
Application number: JP2017126756A
Authority: JP
Inventors: ダムリンマルワン; Marwan Dhamrin; 紹太鈴木; Shota Suzuki
Original assignee: Toyo Aluminum KK
Current assignee: Toyo Aluminum KK
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-17

Abstract

【課題】アルミニウム電極とシリコン基板との間の空洞の形成が抑制され、しかも、優れた変換効率Ｅｆｆを有する太陽電池電極を提供する。【解決手段】太陽電池電極Ａは、シリコン基板１０の少なくとも一方の面に、１以上の孔を有するパッシベーション膜２０と、アルミニウムを含む導電体４０とがこの順に積層された構造を有する。パッシベーション膜２０のシリコン基板１０とは逆側の面には、第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４が設けられている。第１の領域３１は、導電体で覆われて形成された領域であり、第２の領域３２は、第１の領域３１の外周の一部を取り囲む領域であって、パッシベーション膜２０が露出した領域である。第３の領域３３は、第２の領域３２の外周よりも外側の範囲が導電体４０で覆われている。第４の領域は、第１の領域３１と前記第３の領域３３とを部分的かつ電気的に繋ぐ領域である。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池電極に関する。

近年、結晶系太陽電池セルの変換効率（発電効率）や信頼性等を向上させることを目的として、種々の研究開発が行われている。その一つとして、ＰＥＲＣ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄｅｍｉｔｔｅｒａｎｄｒｅａｒｃｅｌｌ）型高変換効率セルが注目されている。ＰＥＲＣ型高変換効率セルは、例えば、アルミニウムを主成分とする電極（アルミニウム電極層）を備えた構造を有する。この電極層の構成を適切に設計することで、ＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）効果が得られ、ＰＥＲＣ型高変換効率セルの変換効率を高められることが知られている。ＢＳＦ効果とは、アルミニウム電極層からのアルミニウム原子の拡散によって形成されたｐ+層の存在により、生成キャリアの収集効率を向上させることをいう。

前記アルミニウム電極層は、アルミニウムペーストを焼結することで形成することができる。例えば、シリコン基板を用いて、ＰＥＲＣ構造の太陽電池の裏面電極をアルミニウムペーストで形成した場合、シリコン基板とアルミニウム電極層との界面に空洞が形成され、これにより、ＢＳＦ効果をもたらすｐ+層が形成されないという問題があることが知られている。この問題を解決すべく、特許文献１等にはアルミニウム−シリコン合金粉末と、シリコン粉末とを含むペーストを使用してアルミニウム電極層を形成することで、空洞の生成を抑制することを提案している（特許文献１）。

特開２０１３−１４３４９９号公報

しかしながら、アルミニウム−シリコン合金粉末とシリコン粉末とを含むペーストを使用してアルミニウム電極を形成する場合、ペースト中のシリコン量が多すぎると太陽電池の電気特性（開放端電圧Ｖｏｃ，短絡電流Ｉｓｃ、曲線因子ＦＦ）のうちＩｓｃが低下しやすい。しかも、アルミニウムに比べて電気抵抗率の高いシリコンが電極中に多く混合されるので電気抵抗が高くなってＦＦが低下し、その結果、変換効率Ｅｆｆ（＝Ｖｏｃ×Ｉｓｃ×ＦＦ）が低下する問題も引き起こしやすい。逆に、ペースト中のシリコン量が少ない場合にはＶｏｃが低下するとともに、電極とシリコン基板との間に空洞が生じやすくなってＦＦが低下し、結果として、変換効率Ｅｆｆが低下する問題を引き起こし得る。

このように、アルミニウム−シリコン合金粉末とシリコン粉末とを含むペーストを使用した場合は、空洞の形成を抑制できるという点で有利ではあるが、Ｅｆｆの向上という観点では限界があり、たとえシリコンの含有量を調節したとしてもＥｆｆを向上させることは難しかった。特に、シリコンを含まないペーストを用いて形成したアルミニウム電極のＥｆｆを、例えばさらに１％以上向上させる技術の確立が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、アルミニウム電極とシリコン基板との間の空洞の形成が抑制され、しかも、優れた変換効率Ｅｆｆを有する太陽電池電極を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、シリコン基板に形成されたパッシベーション膜上に、特定の形状で導電体（つまり、電極パターン）を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の発明を包含する。
項１．シリコン基板の少なくとも一方の面に、１以上の孔を有するパッシベーション膜と、アルミニウムを含む導電体とがこの順に積層された構造を有する太陽電池電極において、
前記孔の内部には前記導電体が充填されており、
前記パッシベーション膜の前記シリコン基板とは逆側の面には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が設けられ、
前記第１の領域は、前記孔の開口面と、該開口面の周端から少なくともＲμｍ以内である範囲とが前記導電体で覆われて形成された領域であり、前記Ｒは１≦Ｒ≦４００であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の外周の一部を取り囲む領域であって、前記導電体で覆われずに前記パッシベーション膜が露出した領域であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の外周よりも外側の範囲が前記導電体で覆われて形成された領域であり、
前記第４の領域は、前記導電体で形成され、前記第２の領域によって離間された前記第１の領域と前記第３の領域とを部分的かつ電気的に繋ぐ領域であり、
すべての前記開口面の面積の合計をＳｐ、すべての前記第１の領域の面積の合計をＳ１、すべての前記第３の領域の面積の合計をＳ３としたときに下記（１）式
Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１（１）
を満たす、太陽電池電極。
項２．すべての前記第２の領域の面積の合計をＳ２及びすべての前記第４の領域の面積の合計をＳ４としたときに下記（２）式
Ｓ４＜０．７×Ｓ２（２）
を満たす、項１に記載の太陽電池電極。
項３．前記導電体は、該導電体中のアルミニウム１００質量部あたり、ガラス成分を０．１〜１５質量部含む、項１又は２に記載の太陽電池電極。
項４．前記開口面の平均直径が２０〜１００μｍである、項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池電極。

本発明に係る太陽電池電極によれば、アルミニウム電極とシリコン基板との間の空洞の形成が抑制され、しかも、優れた変換効率Ｅｆｆを有する太陽電池に付与することができる。

本発明の太陽電池電極の実施形態の一例を示す平面図である。同上の太陽電池電極の一部を拡大した平面図である。同上の太陽電池電極の断面図である。本発明の太陽電池電極の製造方法の実施形態の一例を説明する模式図である。実施例で使用したシリコン基板に形成されているパッシベーション膜を示す平面図である。実施例で作製した電極パターンを示し、各領域が形成されている様子を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。

１．太陽電池電極
図１は、本発明の太陽電池電極Ａの実施形態の一例であり、太陽電池電極１０の平面図を示している。図１は、太陽電池電極Ａにおいて、後記する電極パターン３０側からの平面視した図である。

図２は、図１の一部を拡大した図である。

図３は、本発明の太陽電池電極Ａの実施形態の一例であり、具体的には、図２におけるａ−ａ線断面図であって、図２の実施形態の太陽電池電極Ａの断面を模式的に表した図である。なお、図１及び図２は、図３において後記する導電体４０側から太陽電池電極Ａを直視した場合の平面図である。

本実施形態の太陽電池電極Ａは、少なくともシリコン基板１０と、パッシベーション膜２０と、導電体４０とを備える。導電体４０により電極パターン３０が形成される（図３参照）。

図３に示されるように、本実施形態の太陽電池電極Ａは、シリコン基板１０の少なくとも一方の面に、１以上の孔２４を有するパッシベーション膜２０と、アルミニウムを含む導電体４０とがこの順に積層された構造を有する。パッシベーション膜２０に導電体４０が所定の形状で設けられていることで、電極パターン３０が形成される。

シリコン基板１０は特に限定されず、公知のシリコン基板を広く適用することができる。シリコン基板１０としては、ｐ型シリコン半導体基板、ｎ型シリコン半導体基板、及び、これらの積層体等を例示できる。ｐ型シリコン半導体基板を使用する場合は、例えば、その厚みを１８０〜２５０μｍとすることができる。ｎ型シリコン半導体基板を使用する場合は、例えば、その厚みを０．３〜０．６μｍとすることができる。図３の実施形態では、シリコン基板１０は、ｐ型シリコン半導体基板１１及びｎ型シリコン半導体基板１２の積層体であり、パッシベーション膜２０側にｐ型シリコン半導体基板１１が配置されている。

パッシベーション膜２０は、反射防止機能を有する膜であり、その種類は特に限定されない。例えば、パッシベーション膜２０として、公知のパッシベーション膜を広く適用することができる。パッシベーション膜２０としては、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜及びこれらの積層膜等を例示することができる。パッシベーション膜２０は、例えば、公知の方法でシリコン基板１０上に形成することができる。

パッシベーション膜２０の厚みは特に限定されず、公知のパッシベーション膜２０と同様の厚みを採用することができる。

パッシベーション膜２０には、１以上の孔２４が形成される。孔２４は、パッシベーション膜２０の厚み方向で貫通するように形成される。孔２４が形成されることで、シリコン基板１０と導電体４０とがコンタクトをとることができる。

孔２４は、図２，３に示すように、空洞の円柱状に形成され得る。孔２４は、円柱以外の形状であってもよく、四角柱状、三角柱状等の任意の形状を取り得る。孔２４の開口面２５は、円形、楕円形、四角形、三角形等、任意の形状で形成され得る。開口面２５は、孔２４の開口している箇所を平面として見立て部分をいう。

孔２４が複数個形成されている場合は、複数の孔２４は、平面視において直線状、曲線状、破線状、点状、格子状等、種々の形態で規則的に配列され得る。孔２４は、不規則に配列されていてもよい。孔２４は、電極パターン３０の形状を制御し易いという観点から、図１に示すように格子状に配列（つまり、シリコン基板１０の平面において縦方向及び横方向に一定間隔で規則的に配列）していることが好ましい。

複数の孔２４は、例えば、パッシベーション膜２０上において互いに離れて形成され得るものであり、この場合、隣接する孔２４どうしの距離は、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲とすることができる。

孔２４は、パッシベーション膜２０に２個以上形成されていることが好ましい。具体的には、パッシベーション膜２０表面の１ｍｍ^２あたり１〜１００個の孔２４が形成されていることが好ましい。この場合、太陽電池電極の変換効率Ｅｆｆがより向上しやすい。

孔２４の平均直径、つまり、孔２４の開口面２５の平均直径は特に限定されない。開口面２５の平均直径が、例えば、２０〜１００μｍである場合は、太陽電池電極の変換効率Ｅｆｆがより向上しやすい。なお、ここでは、走査型電子顕微鏡によって観察される１ｃｍ×１ｃｍの視野において存在するすべての開口面２５の直径を計測し、その平均値を開口面２５の平均直径とする。

パッシベーション膜２０は、孔２４が形成されている部分を除いては、シリコン基板１０の少なくとも片面の全面に形成され得る。

孔２４の内部には、導電体４０が充填されている。この導電体４０は、後記の導電体４０の種類と同一とすることができる。

導電体４０は、孔２４の内部以外の部分にも形成され、具体的には、パッシベーション膜２０のシリコン基板１０とは逆側の面にも形成される。導電体４０は、パッシベーション膜２０上に特定の形状に形成されることで、電極パターン３０を形成する。この電極パターン３０は、太陽電池電極Ａの電極として機能し得る。

導電体４０は、後記するアルミニウムペーストを使用することで形成され、例えば、アルミニウムペーストの焼結体で形成される。導電体４０に含まれるアルミニウムは、純アルミニウムであってもよいし、あるいは、アルミニウムと他の金属との合金であってもよい。また、アルミニウムには、原料由来のシリコンが含まれていてもよい。ただし、本発明の太陽電池電極はシリコンを含有せずとも、優れた変換効率Ｅｆｆを有することができる。

導電体４０は、導電体４０中に含まれるアルミニウム１００質量部あたり、ガラス成分を０．１〜１５質量部含むことが好ましい。この場合、太陽電池電極の変換効率Ｅｆｆがより向上しやすい。ガラス成分は特に限定されず、例えば、Ｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｐ_２Ｏ_５及びＴｅＯ_２からなる群から選択される一種以上の成分が挙げられる。より好ましいガラス成分はＢ_２Ｏ_３であり、この場合、シリコン基板１０とアルミニウムとの反応性が向上しやすい。

導電体４０の厚みは特に限定されず、例えば、公知の太陽電池電極の電極パターン３０と同じ厚みとすることができる。例えば、導電体４０の厚みは５〜３０μｍである。

図３に示すように、パッシベーション膜２０のシリコン基板１０とは逆側の面には、第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４が設けられる（図２も参照）。これらの各領域は、導電体４０又はパッシベーション膜が露出した部分で形成される。以下、詳述する。

第１の領域３１は、孔２４の開口面２５と、該開口面２５の周端から少なくともＲμｍ以内である範囲とが導電体４０で覆われて形成された領域である（図２参照）。ここでＲ（μｍ）は１≦Ｒ≦４００である。第１の領域３１の全面には、導電体４０が形成されている。

第１の領域３１の平面形状は特に限定されず、例えば、図２に示すように、平面視で円形とすることができ、その他、楕円形、四角形、三角形等を挙げることができ、不規則に歪んだ形状であってもよい。

第２の領域３２は、第１の領域３１の外周の一部を取り囲む領域であって、導電体４０で覆われずにパッシベーション膜２０が露出した領域である。

第２の領域３２の平面形状は特に限定されず、例えば図２に示すような環状又は輪状であって、少なくとも一部で破断した形状とすることができる。つまり、第２の領域３２は、少なくともパッシベーション膜２０上に２箇所以上に形成され、かつ、互いの領域どうしが離間して形成されている。

第２の領域３２が破断した環状である場合は、その外観は円形、楕円形、四角形及び三角形等の形状とすることができる。第２の領域３２は、不規則に歪んだ形状であってもよい。図２における第２の領域３２は、平面視円形状の環状であり、４箇所で破断している。つまり、図２の形態の第２の領域３２は、４つの第２の領域３２を有して、互いに離間して形成されているということができる。４つの第２の領域３２はいずれも厚みのある円弧状に形成されている。第２の領域３２どうしが離間している部分は、後記のように第４の領域３４となり得る。

第３の領域３３は、第２の領域３２の外周よりも外側の範囲が導電体４０で覆われて形成された領域である。具体的に第３の領域３３は、第１の領域３１、第２の領域３２及び第４の領域３４以外の領域である。第３の領域３３の全面は導電体４０で覆われる。

第１の領域３１、第２の領域３２及び第３の領域３３が上記のように形成されていることで、第１の領域３１と第３の領域３３とは、第２の領域３２によって隔てられる。ただし、後記するように、第１の領域３１と第３の領域３３とは、第４の領域３４によって、電気的には接続されている。

第４の領域３４は、導電体４０で形成され、第２の領域３２によって離間された第１の領域３１と第３の領域３３とを部分的かつ電気的に繋ぐ領域である。

図２の実施形態では、離間して配置されている第２の領域３２どうしの間に導電体４０が設けられることで第４の領域３４が形成されている。

本実施形態の太陽電池電極Ａでは、以上のように第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４が形成されていることで、第２の領域３２以外の全面には導電体４０が積層され、第２の領域３２には導電体４０は設けられずにパッシベーション膜２０が露出している。本実施形態の太陽電池電極Ａでは、導電体４０で形成された第１の領域３１、第３の領域３３及び第４の領域３４により、電極パターン３０が形成される。

太陽電池電極Ａは、第２の領域３２は、開口面２５を覆う第１の領域３１と、第３の領域３３とを電気的に分離させている。しかし、第４の領域３４が、第１の領域３１と第３の領域３３とを部分的かつ電気的に繋いでいる。

本実施形態の太陽電池電極Ａでは、すべての開口面２５の面積の合計をＳｐ、すべての第１の領域３１の面積の合計をＳ１、すべての第３の領域３３の面積の合計をＳ３としたときに下記（１）式
Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１（１）
を満たす。

ここで、すべての開口面２５の面積の合計（Ｓｐ）とは、孔２４が複数ある場合は、複数ある孔２４におけるそれぞれの開口面２５の面積の総合計であることを意味する。すべての第１の領域３１の面積の合計（Ｓ１）、すべての第３の領域３３の面積の合計（Ｓ３）、並びに、後記するすべての第２の領域３２の面積の合計（Ｓ２）及びすべての第４の領域３４の面積の合計（Ｓ４）はそれぞれ、パッシベーション膜２０上に形成されているすべての第１の領域３１、第３の領域３３、第２の領域３２及び第４の領域３４の面積の総合計であることを意味する。

以下、上記各面積を単にＳｐ、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４と表記する。

本実施形態の太陽電池電極Ａは、（１）式の関係を満たすことで、導電体４０（すなわち、アルミニウム電極）とシリコン基板１０との間の空洞の形成が抑制され、しかも、優れた変換効率Ｅｆｆを有することが可能となる。

仮に、Ｓ１＞Ｓｐを満たさない場合は、孔２４が導電体４０で覆われないことを意味するので、孔２４と導電体４０との接触面積が低下して抵抗値が増えるだけでなく、後述するＢＳＦ層４２が十分に形成されなくなるため、変換効率Ｅｆｆが向上しない。

また、Ｓ３＞Ｓ１を満たさない場合は、Ｓ３＞Ｓ１を満たす場合に比して第１の領域３１の面積が相対的に大きくなることから、孔２４を介して導電体４０にシリコンがより拡散しやすく、空洞が形成されやすくなって、変換効率Ｅｆｆが向上しない。

本実施形態の太陽電池電極Ａは、シリコンを含まない導電体でアルミニウム電極を形成した従来の太陽電池電極に比べても、高い変換効率Ｅｆｆを有することができ、例えば、従来の太陽電池電極よりも変換効率Ｅｆｆを１．０％以上向上させることができる。これに加えて本実施形態の太陽電池電極Ａは、アルミニウム電極とシリコン基板との間の空洞の形成も抑制される。

本実施形態の太陽電池電極Ａは、すべての第２の領域３２の面積の合計をＳ２及びすべての第４の領域３４の面積の合計をＳ４としたときに下記（２）式
Ｓ４＜０．７×Ｓ２（２）
を満たすことも好ましい。この場合、本実施形態の太陽電池電極Ａは、より優れた変換効率Ｅｆｆを有することができる。特に、本実施形態の太陽電池電極Ａが（２）式を満たす場合、シリコン基板１０から導電体４０へのシリコンの流出が起こりにくく（シリコンが導電体４０全体に拡がりにくく）、シリコン基板及び導電体４０（アルミニウム電極）間の空洞が形成されにくくなる。

本実施形態の太陽電池電極Ａは、下記（３）式
Ｓ４＜０．３×Ｓ２（２）
を満たすことがさらに好ましい。この場合、本実施形態の太陽電池電極Ａは、特に優れた変換効率Ｅｆｆを有することができる。Ｓ４の上限は、本発明の効果が阻害されない程度である限りは特に限定されず、例えば、０．１×Ｓ２とすることができ、また、下限は、０．０１×Ｓ２とすることができる。

本発明の太陽電池電極Ａは、開口面２５の形状及び大きさによって、シリコン基板１０とアルミニウムとが反応する範囲が異なる。よって、本発明の太陽電池電極Ａにおいて、電極パターン３０の形状及び大きさ（すなわち、第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４の形状及び大きさ）は、開口面２５の形状及び大きさに応じて適宜設計することができる。

Ｓ１の値は小さいほどシリコン基板１０から導電体４０へのシリコンの流出が少なく、空洞も形成されにくい。この観点から、例えば、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、Ｓ１の値は０．５〜５０とすることができ、好ましくは１〜２０である。

Ｓ３の値が大きいほど、太陽電池電極Ａの電気抵抗は小さくなりやすい。この観点から、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、Ｓ３の値は１０〜９９とすることができ、好ましくは５０〜９９である。

Ｓ４の下限値は、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、０．１であることが好ましく、この場合、電気抵抗が大きくなりにくい。また、Ｓ４の上限値は、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、５０であることが好ましく、この場合、シリコン基板１０から導電体４０全体へのシリコンの流出が起こりにくく、シリコン基板１０と導電体４０（アルミニウム電極）との間に空洞が形成されにくい。太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、Ｓ４の下限値は０．１であることが好ましく、上限値は１０であることが好ましい。

Ｓ２の値は、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、０．５〜９０であることが好ましく、１〜２０であることがより好ましい。

Ｓｐの値は、太陽電池電極Ａにおける全面の面積を１００とした場合、０．５〜５であることが好ましく、１〜３であることがより好ましい。

第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４で形成される電極パターンを形成する方法は特に限定されない。例えば、後記するように、スクリーン印刷法等の公知の印刷法を採用することで、所望の形状の電極パターン３０を形成することができる。

図３に示すように、太陽電池電極Ａにおいて、孔２４のシリコン基板１０側の近傍には、ＢＳＦ層４２が形成される。このＢＳＦ層４２は、第１の領域３１の導電体４０に含まれるアルミニウムが、シリコン基板１０（ｐ型シリコン半導体基板１１）に拡散することで形成される層であり、不純物拡散層とも称される。

太陽電池電極Ａは、シリコン基板１０と、パッシベーション膜２０と、導電体４０とを備える限りは、その他の構成部材を備えることもできる。

例えば、図３に示すように、シリコン基板１０のパッシベーション膜２０とは逆側の面、つまり、ｐ型シリコン半導体基板１２のｎ型シリコン半導体基板１１と逆側の面にパッシベーション膜６０を設けることができる。このパッシベーション膜６０は、逆側に配置されているパッシベーション膜２０と同様の材料で形成することができる層である。太陽電池電極Ａにおいて、パッシベーション膜２０とパッシベーション膜６０は互いに同一の材料であってもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。

パッシベーション膜６０のシリコン基板１０と逆側の面には、電極７０が備えられていてもよい。太陽電池電極Ａでは、電極７０がある側の面が受光面となる。電極７０を形成するための材料は特に限定されず、公知の太陽電池電極で使用されている電極を広く採用することができ、例として銀電極が挙げられる。

２．太陽電池電極の製造方法
本発明の太陽電池電極の製造方法は特に限定されず、公知の太陽電池電極の製造方法を広く採用することができる。例として、図１〜３の実施形態に係る太陽電池電極Ａの製造方法について説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）には、太陽電池電極Ａの製造方法を模式的に示している。

まず、シリコン基板１０を準備する。このシリコン基板１０は、図４（ａ）に示すように、例えば、一方の面にパッシベーション膜６０と、該パッシベーション膜６０上にグリッド電極としての電極７０（例えば銀電極）とを備えていてもよい。このシリコン基板１０では、電極７０がある側の面が受光面となる。パッシベーション膜６０及び電極７０の形成方法は特に限定されず、公知の手段を広く採用することができる。

本発明の製造方法で使用できるシリコン基板１０、パッシベーション膜６０及び電極７０は、例えば、図１〜３の実施形態で説明した材料と同様であり、好ましい形態も同様である。

次に、シリコン基板１０の電極７０とは逆側の面（受光面と反対側の面）に、パッシベーション膜２０を形成する。パッシベーション膜２０の形成方法は特に限定されず、公知の手段を広く採用することができる。

本発明の製造方法で使用できるパッシベーション膜２０を形成するための材料は、例えば、図１〜３の実施形態で説明したものと同様とすることができ、好ましい形態も同様である。

次いで、図４（ｂ）に示すように、パッシベーション膜２０に孔２４を形成する。孔２４の形成方法は特に限定されない。例えば、レーザー照射、エッチング等の公知の手段により、孔２４を一又は二以上形成することができる。孔２４の個数、配列等は前述のとおりである。

次いで、図４（ｃ）に示すように、孔２４が形成されたパッシベーション膜２０に、導電体４０を所定のパターンで形成させる。導電体４０の形成方法は特に限定されず、公知の方法を広く採用することができる。例えば、アルミニウムペーストをパッシベーション膜２０上に塗布することで、所望のパターンに形成された導電体４０を形成することができる。このとき、孔２４の内部にもアルミニウムペーストが充填され得る。

アルミニウムペーストの塗布の方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷等の各種印刷法、スピンコート等の各種コーティング法を採用できる。アルミニウムペーストの塗布量も限定されず、例えば、５〜３０μｍの厚みに調節することができる。

特に本発明では、導電体４０が孔２４の内部に形成されるとともに、前述の第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４が形成されるように、アルミニウムペーストをパッシベーション膜２０上に設ける。これにより、第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４を有する導電体４０（電極パターン３０）を形成することができる。

本発明の製造方法で使用できるアルミニウムペーストの種類は特に限定されず、公知のアルミニウムペーストと同様とすることができる。アルミニウムペーストは、例えば、アルミニウム粉末と、有機ビヒクルとを含むことができる。この場合、アルミニウムペーストは、アルミニウム粉末が有機ビヒクルに分散した形態となる。

アルミニウム粉末の組成は特に制限はなく、例えば、アルミニウム９９重量％以上含有することが好ましい。アルミニウム粉末は純アルミニウムであってもよいし、あるいは、アルミニウムと他の金属との合金であってもよい。また、アルミニウムには、原料由来のシリコンが含まれていてもよい。

アルミニウム粉末に含まれる粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円体、扁平状等を広く採用することができる。アルミニウム粉末に含まれる粒子が球状である場合いは、印刷性が良好となり、シリコン基板１０とアルミニウムとの反応性も向上しやすい。アルミニウム粉末に含まれる粒子の大きさは、例えば、平均粒子径Ｄ５０で１μｍ以上、２０μｍ以下とすることができ、この場合、印刷性及び前記反応性も向上しやすい。より好適な平均粒子径Ｄ５０は１μｍ以上、６μｍ以下である。

有機ビヒクルの種類は特に限定されず、公知のアルミニウムペーストと同様の種類とすることができる。

アルミニウムペーストは、ガラス粉末を含むこともできる。この場合、シリコン基板とアルミニウムとの反応性がより向上しやすい。

ガラス粉末の成分としては、例えば、Ｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｐ_２Ｏ_５及びＴｅＯ_２からなる群から選択される一種以上の成分が挙げられる。より好ましいガラスは、Ｂ_２Ｏ_３であり、この場合、シリコン基板１０とアルミニウムとの反応性が向上しやすい。

アルミニウムペーストは、アルミニウム粉末１００質量部に対して、ガラス粉末を０．１〜１５質量部含有することができ、この場合、前記反応性が特に向上しやすい。

アルミニウムペーストの調製方法は特に限定されない。例えば、アルミニウム粉末と、有機ビヒクルと、必要に応じて添加されるガラス粉末とを所定の配合量で混合することで、アルミニウムペーストを調製することができる。アルミニウムペースト調製するにあたっては、例えば、市販の混合機を使用することができる。

アルミニウムペーストを、例えば、スクリーン印刷等でパッシベーション膜２０上に塗布した後は、適宜の条件で乾燥することができる。

次に、アルミニウムペーストが塗布されたシリコン基板１０の焼成処理を行う。これにより、アルミニウムペーストが焼結され、導電体４０が形成される。焼成条件は特に限定されず、公知の焼成方法を広く採用できる。例えば、焼成温度は６６０℃以上で行うことができる。

上記焼成処理により、特定形状を有する電極パターン３０が形成される。この電極パターン３０は導電体４０で形成され、特に、少なくとも前述の第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３及び第４の領域３４を有して形成されている。

また、焼成処理により、孔２４近傍に存在するアルミニウムとシリコン基板１０とが接している部分にて、アルミニウムとシリコンが反応する。これにより、いわゆるｐ+層、アルミニウムシリコン合金層及びアルミニウム電極層が形成される。ｐ＋層の存在により、電子の再結合が防止され、生成キャリアの収集効率が向上し、太陽電池電極ＡにＢＳＦ効果がもたらされ得る。

以上の方法によって、例えば、図１〜図３に示される実施形態の太陽電池電極Ａが製造され得る。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。

（実施例１）
少なくとも一方の面（裏面）にパッシベーション膜が形成されたＰＥＲＣ型太陽電池用シリコン基板（ウェハ状の１５６ｍｍ角）を準備した。このシリコン基板は、パッシベーション膜に複数の孔が形成されており、孔の開口面の全面積はパッシベーション膜の全面積に対して１．５％であった。

図５は、シリコン基板のパッシベーション膜側からの平面図である。孔の平均直径（開口面平均の直径）は５５μｍであり、孔は円形状に形成されていた。また、隣り合う開口面どうしは４００μｍ間隔であった。複数の孔は、格子状に等間隔に規則配列していた。

前記パッシベーション膜側の面に、アルミニウムペーストを第一のパターンマスクを使用してスクリーン印刷により塗布した。アルミニウムペーストはあらかじめ、アルミニウム粉末１００質量部（シリコン無添加）に、ガラス粉末を３質量部、及び有機ビヒクルを２９質量部加えて、周知の混合機にて混合することで調製した。第一のパターンマスクとしては、後記焼結後に第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が形成できる形状とした。

アルミニウムペーストが塗布されたシリコン基板を、１００℃で１０分間乾燥させ、次いで、７００℃以上の温度で４秒以下の焼成を行った。これにより、パッシベーション膜上に導電体が形成され、所定形状を有する電極パターンが形成された太陽電池サンプルを得た。

パッシベーション膜上には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が形成されており、Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１を満たし、また、Ｓ４＜０．３×Ｓ２を満たすものであった。なお、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳｐの定義は前記同様である。ここで、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳｐは次のように求めることができる。

図６に示すように、Ｘ（μｍ）四方の中心に１つの孔が配置される領域に着目して、この領域の全面積を１００として、第１の領域、第２の領域、第３の領域、第４の領域及び開口面のそれぞれの面積を選択し、この値をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳｐとした。なお、本実施例でＸは、隣り合う開口面どうしの距離と同じ４００μｍとした。算出の結果、Ｓｐが１．５、Ｓ１が７．１、Ｓ２が１６．７、Ｓ３が７６．２、Ｓ４が４．７であった。

（実施例２）
第一のパターンマスクの形状を変更したこと以外は実施例１と同様の方法で太陽電池サンプルを得た。パッシベーション膜上には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が形成されており、Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１を満たし、また、０．３×Ｓ２＜Ｓ４＜０．７×Ｓ２を満たすものであった。また、Ｓｐが１．５、Ｓ１が７．１、Ｓ３が７６．２、Ｓ２が１６．７、Ｓ４が１０．９であった。

（実施例３）
第一のパターンマスクの形状を変更したこと以外は実施例１と同様の方法で太陽電池サンプルを得た。パッシベーション膜上には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が形成されており、Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１を満たし、また、０．７×Ｓ２＜Ｓ４＜０．９×Ｓ２を満たすものであった。また、Ｓｐが１．５、Ｓ１が７．１、Ｓ３が７６．２、Ｓ２が１６．７、Ｓ４が１４であった。

（比較例１）
第一のパターンマスクの形状を変更したこと以外は実施例１と同様の方法で太陽電池サンプルを得た。パッシベーション膜上には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が形成されており、Ｓ１＞Ｓｐは満たすものの、Ｓ３＞Ｓ１を満たさずにＳ１＞Ｓ３であった。また、Ｓ４＜０．３×Ｓ２であった。さらに、Ｓｐが１．５、Ｓ１が３８．５、Ｓ３が２９．２、Ｓ２が３２．４、Ｓ４が９．４であった。

（参考例１）
シリコンを含まないアルミニウムペーストを、公知のようにパッシベーション膜全面にスクリーン印刷により塗布した以外は、実施例１と同様にして太陽電池サンプルを得た。

実施例、比較例及び参考例で得られた太陽電池サンプルは次のように評価した。

（発電特性）
太陽電池サンプルをソーラーシミュレータＷＸＳ−１５６Ｓ−１０、Ｉ−Ｖ測定装置ＩＶ１５０４０−１０（株式会社ワコム電創社製）を用いて、Ｉ−Ｖ測定を行った。これにより、短絡電流（ＩＳＣ）及び開放端電圧（ＶＯＣ）を測定し、また、曲線因子（ＦＦ）及び変換効率Ｅｆｆを算出した。曲線因子（ＦＦ）は、市販のソーラーシミュレータを用いて行った。

（表面抵抗）
４端針法による抵抗測定器により、太陽電池サンプルの表面抵抗測定を実施した。表面抵抗は低いほど電気を通しやすくなり、電極としての性能が良いと判定した。

（空洞の確認）
太陽電池サンプルにおいて、シリコン基板と導電体（アルミニウム電極層）との界面に空洞が形成されているかどうかを、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューション製、ＦＳ１００）により確認し、下記基準で判定した。
◎：空洞の発生率が３０％未満であった。
○：空洞の発生率が３０％以上〜７０％未満であった。
×：空洞の発生率が７０％以上であった。

また、太陽電池サンプル上部から超音波を照射し、戻ってくるエコー強度から映像化して、空洞部分をカウントすることによっても空洞の発生率を計測した。

（Ｅｆｆ向上率）
参考例１で得られた太陽電池サンプルのＥｆｆを基準として、実施例及び比較例で得られた太陽電池サンプルのＥｆｆ向上率を算出した。

表１は、実施例、比較例及び参考例で得られた太陽電池サンプルの各領域面積の関係式及び評価結果を示している。

実施例で得られた太陽電池サンプルは、Ｓ１＞Ｓｐ、かつ、Ｓ３＞Ｓ１（つまり、前記（１）式）を満たすため、空洞の発生が抑制され、大きなＥｆｆ向上率を示したことから、従来の太陽電池電極に比べて優れたＥＦＦを有していることがわかった。特に、実施例１、２では、Ｓ４＜０．７×Ｓ２（つまり、前記（２）式）も満たすので、Ｅｆｆ向上率がいずれも１％を超えることも確認した。また、空洞発生率も１０％以下であることを確認した。

他方、比較例１の太陽電池サンプルは、Ｓ１＞Ｓ３であることから、孔２４を通じてシリコンがアルミニウム電極中に拡散しやすくなり、空洞の形成が抑制されず（空洞発生率が９０％以上）、Ｅｆｆも向上しにくいものであった。

Ａ：太陽電池電極
１０：シリコン基板
２０：パッシベーション膜
４０：導電体
２４：孔
２５：開口面
３０：電極パターン
２５：開口面
３１：第１の領域
３２：第２の領域
３３：第３の領域
３４：第４の領域

Claims

シリコン基板の少なくとも一方の面に、１以上の孔を有するパッシベーション膜と、アルミニウムを含む導電体とがこの順に積層された構造を有する太陽電池電極において、
前記孔の内部には前記導電体が充填されており、
前記パッシベーション膜の前記シリコン基板とは逆側の面には、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域が設けられ、
前記第１の領域は、前記孔の開口面と、該開口面の周端から少なくともＲμｍ以内である範囲とが前記導電体で覆われて形成された領域であり、前記Ｒは１≦Ｒ≦４００であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の外周の一部を取り囲む領域であって、前記導電体で覆われずに前記パッシベーション膜が露出した領域であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の外周よりも外側の範囲が前記導電体で覆われて形成された領域であり、
前記第４の領域は、前記導電体で形成され、前記第２の領域によって離間された前記第１の領域と前記第３の領域とを部分的かつ電気的に繋ぐ領域であり、
すべての前記開口面の面積の合計をＳｐ、すべての前記第１の領域の面積の合計をＳ１、すべての前記第３の領域の面積の合計をＳ３としたときに下記（１）式
Ｓ１＞ＳｐかつＳ３＞Ｓ１（１）
を満たす、太陽電池電極。
すべての前記第２の領域の面積の合計をＳ２及びすべての前記第４の領域の面積の合計をＳ４としたときに下記（２）式
Ｓ４＜０．７×Ｓ２（２）
を満たす、請求項１に記載の太陽電池電極。
前記導電体は、該導電体中のアルミニウム１００質量部あたり、ガラス成分を０．１〜１５質量部含む、請求項１又は２に記載の太陽電池電極。
前記開口面の平均直径が２０〜１００μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池電極。