JP4272405B2 - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子とその製造方法に関し、特にアルミニウム粉末を主成分とする裏面電極を設けた太陽電池素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子は、例えばP型シリコンなどからなる半導体基板の表面近傍全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層を設け、半導体基板の表面に窒化シリコン膜などからなる反射防止膜を設け、表面に銀からなる電極材料を櫛状のパターンで印刷するとともに、裏面には銀などからなる出力取出部とアルミニウムなどからなる集電部を印刷した後、焼き付けることにより電極を形成する。このとき、集電部のアルミニウムが半導体基板に拡散し、P+層を形成する。このP+層は基板内部で発生したキャリアが裏面で再結合するのを防ぐため、太陽電池素子の特性が向上する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の太陽電池素子では、アルミニウムなどからなる電極材料を半導体基板に焼き付ける際に、アルミニウムと半導体基板の界面で形成された合金が表面張力によって凝集し、アルミニウム電極を突き抜けて表面で凝固して球状の突起を多数発生させたり、凝集した合金が界面で凝固してアルミニウム電極に凹凸が形成されてしまうという問題があった。そのため、次工程での製造プロセスにおいて、自動機のハンドリングミス等が生じたり、セルの割れや欠けが生じることがあった。
【0004】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子の裏面にアルミニウムなどからなる電極材料を焼き付ける際に、球状の突起や凹凸が発生することを防いだ太陽電池素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池素子の製造方法は、一導電型の半導体基板と、アルミニウムとガラス成分とマグネシウムを酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムとして含むペーストと、を準備する工程と、前記半導体基板に前記ペーストを焼き付け、集電部を形成する工程と、
前記半導体基板に、前記集電部より半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取り出し部を形成する工程と、を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1に基づき詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子も構造自体は従来の太陽電池素子と略同様である。すなわち、例えばP型シリコンなどからなる半導体基板1の表面近傍の全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を設け、半導体基板1の表面に窒化シリコン膜などからなる反射防止膜3を設け、表面に表面電極4を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどからなる集電部5と銀などからなる出力取出部6で構成される裏面電極を設けている。
【0010】
このような太陽電池素子は、例えばP型半導体基板1をN型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を形成し、CVD法などで反射防止膜3を形成して拡散層2を分離した後、表面に銀ペーストを主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面には酸化マグネシウムまたは金属酸マグネシウムを含有し、アルミニウムと有機ビヒクルを主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷して680〜780℃程度で焼き付けることにより、表面電極4、および集電部5と出力取出部6からなる裏面電極を形成する。
【0011】
裏面電極を焼き付ける際に、アルミニウムと半導体基板1との界面に形成される合金に電極材料中のマグネシウムが溶解し、合金の表面張力が軽減されて凝集を防ぐ。これにより、アルミニウム表面の球状の突起や凹凸の発生を抑制することができる。これはアルミニウムペーストに酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムのどちらを添加しても同様に得られる効果である。金属酸マグネシウムを添加した場合は、焼き付けることによって酸化マグネシウムのみが合金層と反応し、残りの金属もしくは金属酸化物はアルミニウム中に点在することになる。
【0012】
このとき集電部5中に金属マグネシウムを混合すると、半導体基板1と激しく反応して基板1中に深いスパイクを形成し、pn接合を突き抜ける場合があり、リーク電流が増加して太陽電池特性が低下するため、酸化マグネシウムまたは金属酸マグネシウムの形で含有させる必要がある。
【0013】
上記酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムは焼き付け後の集電部5中のアルミニウム100重量部に対して酸化マグネシウムを0.05〜5重量部含有するように添加することが望ましい。酸化マグネシウムの含有量が0.05重量部未満ではアルミニウム表面の球状の突起や凹凸が発生し、5重量部以上ではアルミニウム電極の抵抗値が増大して太陽電池特性の低下を招く。この酸化マグネシウムの含有量はSIMSによって測定することができる。
【0014】
また、集電部5の材料中には少量のガラスフリットを含有させてもよい。ガラスフリットはアルミニウム粉末同士の焼結を抑制してアルミニウムを主成分とする集電部5の収縮を防ぐため、セルの反りが減少して後工程で取扱い易くなる。
【0015】
上記金属酸マグネシウムは、アルミン酸マグネシウム、マグネシウム・鉄酸化物、モリブデン酸マグネシウム、インジウム酸マグネシウム、スズ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、タングステン酸マグネシウム、ジルコン酸マグネシウムのうちの一種以上からなることが望ましい。例えばハロゲン化物のような金属酸マグネシウム以外のマグネシウム化合物を添加すると焼成時に有毒ガスが発生し、作業上不向きである。
【0016】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。半導体基板1として15cm角で厚さ0.3mm、比抵抗1.5Ω・cmのP型多結晶シリコン基板を準備し、ダメージ層除去のため、アルカリ水溶液で表面を20μmエッチングした。そして、熱拡散法でオキシ塩化リン(POCl3)を拡散源として深さ0.5μmのN型拡散層2を形成した。次に、表面にプラズマCVD法で窒化シリコンの反射防止膜3を800Åの厚さで形成した後、拡散層2を分離した。
【0017】
次に、シリコン基板1の裏面にアルミニウムペーストおよび酸化マグネシウムを添加したアルミニウムペーストをそれぞれ印刷して乾燥するとともに、銀ペーストを印刷して乾燥した。また、表面に銀ペーストを印刷して乾燥して700℃で焼成することによって表面電極4、および集電部5と出力取出部6からなる裏面電極を形成した。その後、溶融した半田槽の中に浸漬して表面電極4および裏面電極の出力取出部6を上に半田槽(不図示)を形成し、太陽電池素子を形成した。裏面の集電部5上に形成された球状突起の個数および太陽電池素子の出力特性を表1に示す。各条件のサンプル数はそれぞれ10枚で、球状突起の個数は10枚の合計の個数であり、出力特性は10枚の平均特性である。
【0018】
【表1】
【0019】
集電部5に含有される酸化マグネシウムのアルミニウムに対する比率が0.025%(条件No.2)のときは集電部5上の球状突起は82個であったのに対し、0.05%(条件No.3)では38個に減少する。酸化マグネシウムの含有率を0.1%以上(条件No.4以降)に増やしても、球状突起の個数は0.05%(条件No.3)の場合とほとんど変わらない
しかし、集電部5中に含有される酸化マグネシウムをアルミニウムに対して10%(条件No.8)にすると、含有比率が5%以下(条件No.1〜7)の場合に比較して短絡電流、開放電圧、曲線因子(F.F.)のすべてが低下する。
【0020】
つまり条件No.3〜7のときに、球状突起の数が減少し、出力特性の低下も発生しない。
【0021】
また同じように集電部5にアルミニウムペーストおよびチタン酸マグネシウムを添加したアルミニウムペースト使用した時の集電部5上に形成された球状突起の個数および太陽電池素子の出力特性を表2に示す。このときの各条件のサンプル数もそれぞれ10枚で、球状突起の個数は10枚の合計の個数であり、出力特性は10枚の平均特性である。
【0022】
【表2】
【0023】
集電部5に含有されるチタン酸マグネシウムのアルミニウムに対する比率が0.025%(条件No.2)のとき集電部5上の球状突起は85個であったのに対し、0.05%(条件No.3)では41個に減少する。チタン酸マグネシウムの含有率を0.1%以上(条件No.4以降)に増やしても、球状突起の個数は0.05%(条件No.3)の場合とほとんど変わらない。しかし、集電部5中に含有されるチタン酸マグネシウムをアルミニウムに対して10%(条件No.8)にすると、含有比率が5%以下(条件No.1〜7)の場合に比較して短絡電流、開放電圧、曲線因子(F.F.)のすべてが低下する。
【0024】
つまり条件No.3〜7のときに、球状突起の数が減少し、出力特性の低下も発生しない。
【0025】
アルミニウム電極表面に球状の突起や凹凸が発生するのを抑制する作用をもたらすのは酸化マグネシウムであるので、他の金属酸マグネシウムを使用したときも同様の効果を得ることができる。
【0026】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子では、裏面電極の集電部に酸化マグネシウムを含有することから、電極を焼付ける際に裏面電極の集電部のアルミニウム表面の微小な玉や凹凸の発生を防ぐことができ、従来問題であったアルミニウム表面の微小な玉や凹凸による後工程での歩留の低下を極力低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・拡散層、3・・・反射防止膜、4・・・表面電極、5・・・集電部、6・・・出力取出部
Claims (4)
- 一導電型の半導体基板と、アルミニウムとガラス成分とマグネシウムを酸化マグネシウムもしくは金属酸マグネシウムとして含むペーストと、を準備する工程と、
前記半導体基板に前記ペーストを焼き付け、集電部を形成する工程と、
前記半導体基板に、前記集電部より半田濡れ性のよい金属を主成分とする出力取り出し部を形成する工程と、を有する太陽電池素子の製造方法。 - 前記半導体基板に前記ペーストを焼き付ける工程において、前記アルミニウムと前記半導体基板との界面に合金が形成され、前記酸化マグネシウムもしくは前記金属酸マグネシウムのマグネシウムが、前記合金と反応することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記半導体基板に前記ペーストを焼き付ける工程において、前記酸化マグネシウムもしくは前記金属酸マグネシウムのうち前記合金と反応しない金属もしくは金属酸化物は、前記アルミニウム中に点在することを特徴とする請求項2に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記金属酸マグネシウムはアルミン酸マグネシウム、マグネシウム・鉄酸化物、モリブデン酸マグネシウム、インジウム酸マグネシウム、スズ酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、タングステン酸マグネシウム、ジルコン酸マグネシウムのうちの一種以上からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
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