JP3872305B2

JP3872305B2 - 太陽電池及びその製造方法

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Publication number: JP3872305B2
Application number: JP2001071610A
Authority: JP
Inventors: 武紀渡部; 寛之大塚; 正俊高橋; 聡之生島
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP2002270864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的強度に優れた太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の高効率化のために、受光面あるいは太陽電池の裏面に形成される電極の形状を工夫したものが多数ある。これらのうちでも、本発明に関連する電極コンタクト用溝部もしくは有底孔を半導体単結晶基板に機械的に刻設し、その溝部あるいは有底孔に電極となる金属を充填したような太陽電池が、例えば、２０００年にアンカレジで開催された、第２８回IEEE Photovoltaic Specialists Conferenceにおいて、２つの研究グループにより公知となっている。
【０００３】
太陽電池の電極コンタクト用溝部を機械的に刻設する方法はドイツInstitut fur Solarenergieforschung Hameln/Emmerthalのグループによって、電極コンタクト用孔を機械的に刻設する方法はドイツFranhofer Institute for Solar Energy Systems ISEのグループによって、それぞれ独立に考案された。例えば、電極コンタクト用溝部を刻設する方法は具体的には以下のようである。酸化シリコン膜（もしくは窒化シリコン膜）等の絶縁膜を形成した半導体単結晶基板（例えば、シリコン単結晶基板等）上に、電極コンタクト用として、略平行の複数の溝部を機械的に刻設する。溝部の深さは５〜５０μｍ、溝部の幅は数百μｍ程度とする。溝部は、数百〜数千枚からなる高速回転刃を、一回、もしくは数回基板上を走査して作製される。これらの溝部を刻設後、この主表面上に一様に金属を堆積し電極層とする。
【０００４】
また、上記の電極コンタクト用として、一定間隔にて直線状に配列する形態に有底孔を形成することも可能である。この場合、有底孔の深さは溝部を形成した場合と同様に５〜５０μｍ、有底孔の開口部の径は数百μｍ程度とされる。このような有底孔は、ＫｒＦエキシマレーザーもしくはＮｄ：ＹＡＧレーザー等を所定の場所に照射することで形成される。
【０００５】
これら方法によれば、表面の非コンタクト領域は、絶縁膜によりパッシベーション処理されており、光発生キャリアの表面再結合を抑え、太陽電池の高効率化に有効である。また、この方法は、溝部あるいは有底孔の形成のためにフォトリソ等の技術を必要としないため、比較的容易に電極コンタクト用の溝部もしくは有底孔の作製が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、現在太陽電池に強く要求されているのは、高効率化及び低コスト化である。これらのうちで低コスト化は、薄型化により太陽電池に使用される単位面積あたりの半導体単結晶基板量を低減することで実現可能である。しかしながら、半導体単結晶基板を薄型化させると、作製される太陽電池の機械的強度が低下する。さらに、本発明者等によると前述した方法のように半導体単結晶基板に溝部あるいは有底孔を設けて電極を作製した場合、基板本体にダメージを与えることになるため機械的強度がさらに低下する場合があることがわかった。
【０００７】
本発明の課題は、機械的強度に優れた太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の太陽電池は、面方位が略｛１００｝である半導体単結晶基板の主表面の少なくともいずれかの側に該主表面が窪む形態にて凹部が形成され、該凹部は該主表面における配置形態が直線状になるように形成されるとともに、該凹部の内部全体に出力取出用の電極をなす導電体が充填された形態の充電電極ラインが複数形成されており、前記主表面上における前記各充填電極ラインの形成方向は、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、上記のような本発明の太陽電池の製造方法は、面方位が略｛１００｝である半導体単結晶基板の主表面の少なくともいずれかの側に該主表面が窪む形態にて凹部が形成され、該凹部は該主表面における配置形態が直線状になるように形成されるとともに、該凹部の内部全体に出力取出用の電極をなす導電体が充填された形態の前記主表面上における充填電極ラインの形成方向は、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°にて形成することを特徴とする。なお、本発明において電極をなす導電体としては、金属や透明導電層、あるいはこれらを順次積層させたものを使用することができる。
【００１０】
なお、本明細書において充填電極ラインとは、半導体単結晶基板の主表面上に該主表面が窪む形態にて凹部を形成し、該凹部を電極をなす導電体にて充填することにより形成されるものであって、その凹部の半導体単結晶基板の主表面上における配置形態が直線状となるように形成されるものの総称である。例えば、上記充填電極ラインとは、半導体単結晶基板の主表面上に凹部として溝部を複数形成し、該各溝部を電極となる導電体にて充填させたものを例示することができる。また、半導体単結晶基板の主表面上に一定間隔にて直線状に複数の有底孔を形成し、該各有底孔を電極となる導電体にて充填させたものを例示することができる。さらに、このような充填電極ラインにおいて、その形成方向とは、直線状に形成される該充填電極ラインの、その直線方向をいうものとする。例えば、凹部として溝部を形成した場合においては、その溝部の長手方向をいうものとし、凹部として有底孔を形成した場合は、その各有底孔の最近接有底孔同士を結ぶ直線の方向をいうものとする。
【００１１】
シリコン単結晶基板を始めとする半導体単結晶基板を用いて太陽電池を形成する場合、その主表面に形成される電極の配置方向については、従来、何らの考慮も払われてこなかった。しかしながら、本発明者らによれば、面方位が｛１００｝である半導体単結晶基板（以下、単に｛１００｝基板ともいう）の主表面上に上記のような充填電極ラインを、基板の主表面上において＜１１０＞方向に沿って形成すると、その形成方向に沿って半導体単結晶基板が容易に劈開し、破壊に至る場合があることがわかった。
【００１２】
そこで、本発明においては、｛１００｝基板の主表面に形成される各充填電極ラインの形成方向を、その形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°に設定することで、基板ひいては得られる太陽電池の機械的強度を大幅に向上することができ、特に、半導体単結晶基板の薄膜化を図った場合であっても、太陽電池の最終製品あるいは中間製品のハンドリングに際して、破壊等の不具合が発生することを効果的に防止ないし抑制することができる。
【００１３】
さらに、太陽電池の製造方法において、その主表面に充填電極ラインを形成するに際して、その形成方向を、その形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°に形成することにより、太陽電池の製造途中における半導体単結晶基板の破壊等の不具合が発生することを効果的に防止ないし抑制することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いながら説明するが本発明は本実施の形態に限定されるものではない。図１（ａ）は本発明の一実施形態である太陽電池１を示すものである。さらに、図２はその第一主表面３ａ側の構造を拡大して示す断面模式図である。該太陽電池１においては、ｐ型シリコン単結晶基板３（以下、単に基板３ともいう）の第一主表面３ａ（本実施形態においては、該主表面を裏面とする）上に、例えば幅数１００μｍ程度、深さ１００μｍ程度の多数の溝部２が互いに略平行に形成されており、該各溝部２が導電体５にて充填されて充填電極ライン４０が形成されている（図１（ａ））。これらの溝部２は、例えば、同軸的に結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃により一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻設してもよい。なお、本実施の形態においては、半導体単結晶基板として、シリコン単結晶インゴットから切り出されたｐ型シリコン単結晶基板３が使用されているが、本発明はこれに限られるものではない。
【００１５】
さらに、本実施形態においては、ｐ型シリコン単結晶基板（半導体単結晶基板）３の第一主表面３ａ上に絶縁膜４が形成されている。さらに、各充填電極ライン４０を形成する溝部２が絶縁膜４を貫通する形態にて、各充填電極ライン４０に充填された導電体５がｐ型シリコン単結晶基板３と接触するように形成されている。
【００１６】
また、本実施の形態にかかる太陽電池１においては、ｐ型シリコン単結晶基板３の第一主表面３ａ上に形成されている充填電極ライン４０と連通する集電用電極が、該第一主表面３ａ上に形成されており、該集電用電極は、第一主表面３ａ全面を覆う形態の被膜電極層１０として形成されている。なお、ｐ型シリコン単結晶基板３上に形成される絶縁膜４としては、酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等が好適に使用される。
【００１７】
上記のような本実施形態の太陽電池１においては、ｐ型シリコン単結晶基板３の第一主表面３ａの面方位が｛１００｝であって、各充填電極ラインを形成する溝部２は、第一主表面３ａ上において＜１１０＞方向と一致しない向きに形成されている。これにより、太陽電池１の機械的強度が向上する。なお、本明細書において、使用する単結晶基板の結晶主軸が、オフアングル付与により＜１００＞から６゜程度まで傾いていても、該基板は｛１００｝の面方位を有するものとみなす。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、｛１００｝基板の第一主表面３ａには、互いに直交する２つの＜１１０＞方向があるが、溝部２の形成方向は、これらのいずれの＜１１０＞方向とも一致しないように形成する。このとき、各溝部２の形成方向は、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が４゜〜４５゜であるのがよい。該角度が４゜未満では、溝部方向をいずれかの＜１１０＞方向と一致させた場合と比較したときの、太陽電池１の機械的強度向上効果が十分に見込めなくなる場合がある。他方、双方の＜１１０＞方向について上記角度が４５゜を超えることは幾何学的にありえない。そして、各溝部２の形成方向が、第一主表面３ａ上において＜１００＞方向と平行となっている場合（すなわち、上記角度が４５゜）に、容易劈開方向である＜１１０＞からの溝部形成方向の隔たりが最も大きくなるので、太陽電池１の機械的強度向上効果を最大限に引き出すことができる。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に本発明の他の実施形態である太陽電池１’を示す。該太陽電池１’においては、ｐ型シリコン単結晶基板３’の主表面３’ａ上に例えば、径数百μｍ、深さ５〜５０μｍ程度の有底孔１４が多数形成されており、該有底孔１４の最近接有底孔１４同士が互いに一定間隔にて直線状に形成されている。そして、これらの各有底孔１４に電極となる導電体５’が充填され（図２参照）、一定間隔にて直線状に形成される最近接有底孔１４の列が充填電極ライン４０’を構成することになる。該充填電極ラインは、図２に示されるように、絶縁膜４’を貫通する形態にて形成される。そして、最近接有底孔１４同士を結ぶ直線の方向を該充填電極ライン４０’の形成方向としたとき、該充填電極ライン４０’の形成方向は第一主表面３’ａ上において＜１１０＞方向とは一致しない方向となっている。なお、この充填電極ライン４０’の形成方向は、前述の溝部２により充填電極ライン４０が形成されている場合（図１（ａ）参照）と同様に、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が４゜〜４５゜であるのがよく、第一主表面３’ａ上において＜１００＞方向と平行（＜１１０＞方向となす角が４５°）となっているのがさらによい。
【００２０】
上記のような本実施形態にかかる太陽電池１、１’の製造方法を、図３を基に以下に述べる。ただし、本発明は、この方法で作製された太陽電池に限られるものではない。高純度シリコンにホウ素あるいはガリウム等のIII族元素をドープしたシリコン単結晶インゴットを用意し、ここから面方位｛１００｝のｐ型シリコン単結晶基板３、３’を切り出す。なお、ｐ型シリコン単結晶基板３、３’の比抵抗は、例えば、０．５〜５Ω・ｃｍとする。ｐ型シリコン単結晶基板３、３’は、ＣＺ（Czochralski）法及びＦＺ（FloatingZone Melting）法いずれの方法によって作製されてもよいが、機械的強度の面から、ＣＺ法で作製されるのが望ましい。なお、本発明特有の充填電極ライン形成方向の採用による機械的強度向上効果が顕著に得られるのは、基板厚が２３０μｍ以下の薄い基板を採用した場合である。
【００２１】
上記のようなアズカット状態のｐ型シリコン単結晶基板３、３’の主表面（面方位｛１００｝となっている）に対し、公知の方法によりテクスチャ構造の形成を行う。テクスチャ構造の形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄するが、経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。該テクスチャ構造の形成は、反射損失を低減するための主表面の面粗し処理として行なわれる。以上の工程後のｐ型シリコン単結晶基板３、３’を図３（ａ）に示す。
【００２２】
このｐ型シリコン単結晶基板３、３’の第一主表面（裏面）３ａ、３’ａ上に、公知の方法により酸化シリコンもしくは窒化シリコン等の絶縁膜４、４’を例えば、気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により５０〜５００ｎｍの厚さで形成する（図３（ｂ））。酸化シリコンもしくは窒化シリコン層生成プロセスは、常圧熱ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法及び光ＣＶＤ法等、いずれの方法も可能であるが、窒化シリコンをリモートプラズマＣＶＤ法を採用した場合、３５０〜４００℃程度の低温プロセスであること、かつ、得られる酸化シリコンあるいは窒化シリコン等の絶縁膜４、４’における表面再結合速度を小さくすることが可能である等の点において、本発明に好適であるといえる。
【００２３】
なお、第二主表面（図示せず：以下、本実施の形態においては該主表面をおもて面とする）を受光面とする場合は、この膜は、リンの拡散マスクとしても効果的であることから、この段階で、この基板の第二主表面上に、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法により受光面にエミッタ層（図示せず）を形成してもよい。第一主表面３ａ、３’ａ上に形成されている絶縁膜４、４’により、第一主表面３ａ、３’ａへのリンの拡散は防止される。エミッタ層の形成方法としては、上記の他に、五酸化リンを用いた塗布拡散法、リンイオンを注入するイオン打ちこみ法等、いずれの方法でも可能であるが、経済的観点からは、上記気相拡散法を採用するのが望ましい。例えば、オキシ塩化リン雰囲気中で、ｐ型シリコン単結晶基板を約８５０℃で熱処理することにより、おもて面にｎ型エミッタ層を形成することができる。形成するエミッタ層の厚さは約０．５μｍ程度であり、シート抵抗は４０〜１００Ω／□とする。なお、この処理により基板表面に形成されるリンガラスは、フッ酸溶液中で除去する。
【００２４】
上記のようにして、受光面となる第二主表面（おもて面）に、ｎ型エミッタ層を形成して、基板内部にｐ−ｎ接合部を形成する。
【００２５】
以下、ｐ型シリコン単結晶基板３、３’の第一主表面３ａ、３’ａに形成される充填電極ライン４０、４０’の形成方法について述べる。まず、溝部２を形成して充填電極ライン４０を形成する場合、ｐ型シリコン単結晶基板３の主表面３ａにおいて略平行となるような複数の溝部２を高速回転刃により形成し、該各溝部２に電極となる導電体５を充填することにより充填電極ライン４０を形成する（図３（ｃ）、（ｄ））。具体的には、この電極コンタクト用溝部２は絶縁膜４を介して形成される。溝部２は、高速回転刃を用いて、例えば基板３の第一主表面３ａ上において＜１００＞方向に刻設される。高速回転刃７の概形を図４に示す。例えば、直径１０３ｍｍ、長さ１６５ｍｍの円筒部に１００〜２００本の凹凸形成刃１１が取り付けられている。なお、ｐ型シリコン単結晶基板３の第一主表面３ａ上に形成される溝部２の形態に応じて、適宜凹凸形成刃１１の高さ及び形状を選択することも可能である。刃の高さは例えば、５０〜１００μｍ、刃の幅（形成される溝部２の幅に対応する）及び刃の間隔（形成される各溝部２同士の間隔に対応する）は数１００μｍ程度とする。なお、刃の種類としては、例えば、ダイヤモンド刃（例えば、粒径５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を刃表面に一様に付着させたもの）を採用することができる。このような高速回転刃７を用い、切削水を噴射しながら１秒間に例えば約１〜４ｃｍの速度で基板を切削し、溝部２を刻設する。このとき、溝部２の深さが略５〜５０μｍとなるよう凹凸形成刃１１の高さ等を微調整する。ｐ型シリコン単結晶基板３の第一主表面３ａに形成されている絶縁膜４の厚さは、５０〜５００ｎｍ程度であるので、上記範囲の深さに溝部２を形成すれば、絶縁膜４を貫通する形態で、溝部２を形成することができる。これにより、溝部２を充填する導電体５がｐ型シリコン単結晶基板３と接触する形態にて充填電極ライン４０を形成できる。なお、高速回転刃７は、ダイサーもしくはワイヤーソーでも代用が可能である。
【００２６】
また、充填電極ライン４０’を形成するために、ｐ型シリコン単結晶基板３’に有底孔１４を形成した太陽電池１’の場合においては、ｐ型シリコン単結晶基板３’の主表面３’ａ側において一定間隔で直線状に配列する有底孔１４を、該各最近接有底孔１４同士を結ぶ直線の方向が前記＜１１０＞方向と一致しないように主表面上３’ａにレーザーを照射して形成し、該各有底孔１４に電極となる導電体５’を充填することにより充填電極ライン４０’を形成する。有底孔１４を形成するレーザーとしては炭酸ガスレーザー、アルゴンレーザー、ＹＡＧレーザー、ルビーレーザー、エキシマレーザー等が使用可能である。この中でも、レーザー光の波長に近い微細な加工が可能なこと、空気中にて加工が可能なこと等の点からＫｒＦ等のエキシマレーザーやＮｄ:ＹＡＧレーザーが特に好適に使用される。有底孔１４の形状は、円形、矩形いずれでも問題ない。さらに、有底孔１４は、最近接有底孔１４同士が一定の間隔にて直線状に配置され、該直線状に形成された有底孔１４同士の組みを充填電極ライン４０’として、該充填電極ライン４０’の列が第一主表面３’ａ上にある一定間隔を持って周期的に配置される。有底孔１４の配置及び、基板方向の関係の模式図を図５に示す。レーザーによって形成された有底孔１４の、最近接有底孔１４同士を結ぶ直線の方向（充填電極ライン４０’の形成方向）１２が、基板３’の主表面上において＜１１０＞方向と一致しない方向に設定される。さらに、１２と方向を異にする第二最近接有底孔１４同士を結ぶ直線の方向１３においても、＜１１０＞方向と異なっているのがよい。
【００２７】
上記のような有底孔１４を形成するためのレーザーの照射条件は、レーザーの種類や絶縁膜４’の膜厚、さらに有底孔１４の径等によって適宜決められる。例えば、パルス発振を利用する場合、周波数は１Ｈｚ〜１００ｋＨｚが好ましく、レーザーの平均出力としては１０ｍＷ〜１ｋＷの範囲とするのが好ましい。なお、形成される絶縁膜４’の厚さは５０〜５００ｎｍの範囲に設定されるので、少なくともこれ以上の深さ絶縁膜４が除去されるだけの出力のレーザーを照射するようにする。
【００２８】
上記のように充填電極ライン４０、４０’を、溝部２あるいは有底孔１４を導電体５、５’により充填することにより形成するとともに、該第一主表面３ａ、３’ａ全面を覆うように被膜電極層１０を、例えば０．５〜２μｍ程度形成する（図３（ｄ））。このとき、導電体５、５’及び被膜電極層１０は、図３（ｃ）に示す状態から、同一の工程により連続して形成される。
【００２９】
導電体５、５’及び被膜電極層１０には銀や銅等の金属のほか、導電性の酸化インジウム、酸化錫等を用いてもよいが、経済性、加工性の観点からアルミニウムが最も好ましい。導電体５、５’及び被膜電極層１０の堆積は、スパッタ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法等いずれの方法でも可能である。さらに、上記のように第一主表面３ａ、３’ａ全面に被膜電極層１０を一様に堆積してもよいが、電極形成用のマスク等を用い、図６の如く、溝部（不図示）もしくは有底孔１４を導電体５’にて充填することにより形成される充填電極ライン４０’上に線状あるいは帯状の集電用電極１７（以下、帯状電極１７ともいう）を形成してもよい。なお、線状あるいは帯状に形成される集電用電極１７は、充填電極ライン４０’の形成方向と４〜９０°の角をなす方向に形成することもできる。これにより、半導体単結晶基板（ｐ型シリコン単結晶基板）ひいては太陽電池の機械的強度をさらに向上させることができる。なお、図６においては、有底孔１４により充填電極ライン４０’を形成した場合を示したが、溝部２により充填電極ライン４０を形成した場合においても上記と同様の集電用電極１７を形成することができる。
【００３０】
上記のように第一主表面３ａに電極となる導電体５あるいは被膜電極層１０並びに帯状電極１７等を形成した後、公知の方法により、第二主表面の反射防止膜及び電極の形成を行う。反射防止膜には、酸化シリコン、窒化シリコンをはじめ、酸化セリウム、アルミナ、二酸化錫、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル等、及びこれらを二種組み合わせた二層膜が使用され、いずれを用いても問題ない。反射防止膜形成には、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等が用いられ、いずれの方法でも可能である。高効率太陽電池作製のためには、窒化シリコンをリモートプラズマＣＶＤ法で形成したものが、小さな表面再結合速度が達成可能であり好ましい。第二主表面（おもて面）の電極は蒸着法、メッキ法、印刷法等で作製される。いずれの方法を用いても構わないが、低コストで高スループットのためには、印刷法が好ましい。銀粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合した銀ペーストを原料とし、スクリーン印刷した後、熱処理して電極とする。
【００３１】
なお、本発明においては、おもて面（第二主表面）及び裏面（第一主表面）の処理の順序はどちらを先に行っても何ら問題はない。また、上記本実施の形態においては、ｐ型シリコン単結晶基板３、３’の第一主表面３ａ、３’ａ（裏面）に充填電極ライン４０、４０’を形成し、第二主表面を受光面とする場合についてのみ示したが、本発明はこれにかぎられるものではなく、受光面となる第二主表面に溝部あるいは有底孔等を形成することにより充填電極ラインを形成し、電極とした太陽電池においても同様の効果を有するものである。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）
厚さ１５０μｍの、ホウ素ドープ｛１００｝ｐ型シリコン基板（比抵抗１Ω・ｃｍ）第一主表面（裏面）上に、窒化シリコンを１００ｎｍ成膜後、＜１１０＞方向に対し、それぞれ０、３０、４５、６０、９０°の方向に、Ｄｉｓｃｏ社製のダイサー（ＤＡＤ−２Ｈ／６Ｈ）を用いて、平行な溝部を作製した。溝部の幅、深さ、周期はそれぞれ４５０、５０、６００μｍとした。この第一主表面上に全面にアルミニウムを堆積し、裏面電極とした。第二主表面（おもて面：受光面）には、公知の方法により、エミッタ層、反射防止膜、フィンガー電極、バスバー電極を順次形成し、片面受光型太陽電池を作製した。これら太陽電池の変換効率は、各々１５〜１７％であった。
【００３３】
この太陽電池を、ダイサーを用いて１８×１００ｍｍ^２の大きさに切り出し、図７の如く、該試験片２０の両端を２本の丸棒支点部２１、２１’（支点部外径２８ｍｍ；支点間スパン長８０ｍｍ）上に、溝部が形成されている面（第一主表面）を下向きにして、溝部方向が丸棒支点部２１，２１’の軸線と平行になるように載せ、その状態で試験片２０の丸棒支点部２１、２１’間に位置する部分の長手方向中央に、同一寸法の丸棒支点部２２を当てがって、該丸棒支点部２２に下向きの曲げ荷重を付加することにより、三点曲げ試験を実施した。そして、丸棒支点部２２’の変位−荷重曲線から、破壊に至る直前の試験片２０’の最大変位２３を求め、これを「たわみ」と定義して、各試験片２０に対する測定を行なった。
【００３４】
図８に、たわみの溝部方向依存性を示す。溝部の方向が＜１１０＞方向より４５°すなわち＜１００＞方向に形成された場合にたわみは最大となり、機械的強度に優れていることを示している。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同様に、厚さ１５０μｍの、ホウ素ドープ｛１００｝ｐ型シリコン基板（比抵抗１Ω・ｃｍ）裏面上に、窒化シリコンを１００ｎｍ成膜後、ＫｒＦエキシマレーザーを用いて有底孔１４を複数個形成し、該有底孔１４の最近接有底孔同士が互いに一定間隔にて直線状になるように配置する。最近接有底孔同士の間隔を６００μｍ、開口部の径を４５０μｍφとし、レーザーの出力を調整して（例えば、レーザーエネルギー密度：２３．６Ｊ／ｃｍ²、発振周波数：１００Ｈｚ、連続照射時間：約２．３秒）、該有底孔の深さを約５０μｍとした。最近接有底孔同士を結ぶ直線が、基板の＜１１０＞方向と成す角をα°とおき、αをそれぞれ０、３０、４５、６０、９０°の方向に試料を作製した。そして、第一主表面全面にアルミニウムを堆積し、裏面電極とした。おもて面には、公知の方法によりエミッタ層、反射防止膜、フィンガー電極、バスバー電極を順次形成し、片面受光型太陽電池を作製した。これら太陽電池の変換効率は、各々１４〜１７％であった。
【００３６】
この太陽電池を、ダイサーを用いて１８×１００ｍｍ^２の大きさに切り出し、実施例１と同様のたわみ試験を行った。図９に、たわみのα依存性を示す。αが＜１１０＞方向より３０°および６０°近傍で、すなわち、最近接孔同士を結ぶ方向が＜１１０＞方向から外れた場合にたわみは最大となり、機械的強度に優れていることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池の電極コンタクト用溝部方向もしくは有底孔の配置及び基板の結晶方位の関係を示す図。
【図２】本発明に係る太陽電池の裏面要部の断面構造を例示した図。
【図３】本発明に係る太陽電池の電極作製方法の概要を示す図。
【図４】本発明に係る太陽電池の電極コンタクト用溝部作製に用いる高速回転刃の概形を示す図。
【図５】本発明に係る太陽電池の電極コンタクト用孔の配置及び基板方向の関係を示す図。
【図６】本発明に係る太陽電池の帯状の集電用電極及び有底孔の関係を示す図。
【図７】実施例における基板の設置方法及び基板のたわみの定義を示す図。
【図８】本発明の実施例１の基板のたわみの溝部方向依存性を示す図。
【図９】本発明の実施例２の基板のたわみのα依存性を示す図。
【符号の説明】
１、１’ 太陽電池
３、３’ ｐ型シリコン単結晶基板（半導体単結晶基板）
３ａ、３’ａ半導体単結晶基板の第一主表面
４０、４０’ 充填電極ライン
２溝部
１４有底孔
４、４’ 絶縁膜
５、５’ 導電体
１０被膜電極層
１７集電用電極
７高速回転刃
１１凹凸形成刃

Claims

面方位が略｛１００｝である半導体単結晶基板の主表面の少なくともいずれかの側に該主表面が窪む形態にて凹部が形成され、該凹部は該主表面における配置形態が直線状になるように形成されるとともに、該凹部の内部全体に出力取出用の電極をなす導電体が充填された形態の充電電極ラインが複数形成されており、
前記主表面上における前記各充填電極ラインの形成方向は、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°に形成されていることを特徴とする太陽電池。
前記各充填電極ラインの形成方向は、前記主表面上において＜１００＞方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記半導体単結晶基板の第一主表面に前記充填電極ラインが形成されており、第二主表面側が受光面となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
前記半導体単結晶基板の前記第一主表面上には絶縁膜が形成されており、前記各充填電極ラインが前記絶縁膜を貫通する形態にて、前記各充填電極ラインに充填された導電体が前記半導体単結晶基板と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
前記第一主表面上に形成されている前記充填電極ラインと連通する集電用電極が前記第一主表面上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
前記集電用電極は、前記第一主表面全面を覆う形態の被膜電極層であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
前記集電用電極は前記充填電極ラインの上部に、帯状あるいは線状の形態にて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
前記集電用電極は帯状あるいは線状に形成されているとともに、前記充填用電極ラインの形成方向と、４〜９０°の角をなす方向に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
面方位が略｛１００｝である半導体単結晶基板の主表面の少なくともいずれかの側に該主表面が窪む形態にて凹部が形成され、該凹部は該主表面における配置形態が直線状になるように形成されるとともに、該凹部の内部全体に出力取出用の電極をなす導電体が充填された形態の前記主表面上における充填電極ラインの形成方向は、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°にて形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記半導体単結晶基板の主表面において互いに略平行となるような複数の溝部を形成し、該各溝部に電極となる導電体を充填することにより前記充填電極ラインを形成することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
前記半導体単結晶基板の主表面側において一定間隔で直線状に配列する有底孔を、該各最近接有底孔同士を結ぶ直線の方向が、該形成方向に最も近い＜１１０＞方向とのなす鋭角側の角度が３０°〜４５°となるように前記主表面上にレーザーを照射して形成し、該各有底孔に電極となる導電体を充填するにより前記充填電極ラインを形成することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池の製造方法。