JP4284368B2

JP4284368B2 - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JP4284368B2
Application number: JP2007044510A
Authority: JP
Inventors: 祐子府川; 健次福井; 勝彦白沢
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2007150356A

Description

本発明は太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）（ｂ）中、１１はシリコン基板、１６は表面電極、１８は表面銅箔、１７（１７ａ）は裏面電極バスバー、１９は裏面銅箔である。シリコン基板１１内にはＮ型領域１２とＰ型領域１３とＰ⁺型領域１４とが設けられている。Ｎ型領域１２の表面には反射防止膜１５が形成され、その上から表面電極１６（１６ａ）が設けられ、Ｐ⁺型領域１４の表面には裏面電極１７（１７ａ）が設けられている。この表面電極１６は表面銅箔接続用のバスバー部１６ａと集電用のフィンガー部１６ｃとから成る。また、裏面電極１７もバスバー部１７ａとフィンガー部（不図示）とから成る。

複数の太陽電池を接続する場合、表面側銅箔１８の一方端が表面電極１６ａ上に配設され、その複数個所を表面電極１６ａと接合することによって表面電極１６に接続され、表面側銅箔１８の他方端が裏面側銅箔１９を介して裏面電極のバスバー部１７ａの端部に半田付けされて裏面電極１７（１７ａ）に接続されることによって行われる。

この従来の太陽電池では、反射防止膜１５上に導電ペーストを印刷して焼成し、導電ペーストが反射防止膜１５を貫通することでシリコン基板１１とコンタクトをとるように電極を形成する場合、電極１６とシリコン基板１１との接着強度を向上させるためには、導電ペースト中のガラスフリットを増やしたり、焼成温度を高くしたり、電極１６とシリコン基板１１との界面にＴｉ等のシリサイド層を形成する必要がある。

ところが、Ｎ型領域１２の拡散層が浅い接合をもつ太陽電池においては、導電ペースト中のガラスフリットを増やしたり、焼成温度を高くすると、ガラスフリットがＮ型領域１２を突き抜ける割合が多くなるため、半導体接合部（Ｎ型領域１２とＰ型領域１３の界面）でのリークが発生し、太陽電池の変換効率が低下するという問題がある。

また、表面電極１６（１６ａ）とシリコン基板１１との界面にＴｉ等のシリサイド層を形成する方法では、反射防止膜１５上にＴｉ等の金属をスパッタリングによって成膜した後、水素雰囲気中で熱処理を行ってシリサイド層を形成し、さらに導電ペーストを印刷して焼成するため、低コストであることが要求される量産プロセスには適さないという問題がある。

そこで、表面電極のバスバー部１６ａに銅箔１８を複数箇所で接合して設ける際に、この銅箔１８との接合部分の表面電極１６（１６ａ）を他の部分よりも厚く形成することによって、電極１６とシリコン基板１１との接着強度を向上させることも考えられる。

しかしながら、バスバー部１６ａを部分的に厚くしようとすると、図５（ａ）に示すように、バスバー部１６ａとフィンガー部１６ｃとから成る電極パターンをスクリーン印刷で形成した後に、図５（ｂ）に示すように、さらに厚い部分のみのパターン１６（ｄ）を重ねて印刷する必要があり、スクリーン印刷に用いるパターンが２版必要になるという問題がある。これに伴って量産時にはプリンターやペーストの乾燥機も２台必要になるとともに、図５（ａ）に示すパターン上に、図５（ｂ）に示すパターンを乗せるという位置合わせも必要になるという問題が発生する。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、プロセスを増加させることなく、特性低下を防止し、且つ電極の接着強度が向上した太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池は、半導体接合部を有する半導体基板の主面に、銅箔と接合されるバスバー部を有して成る太陽電池の製造方法であって、前記半導体接合部を有する半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の主面に、前記銅箔との接合部において、長手方向の一部に間隔を置いて複数のスリットが設けられ、前記接合部以外の部分にスリットを有さない部分が存在する前記バスバー部を形成するように電極ペーストをスクリーン印刷法によって印刷する工程と、前記電極ペーストを所定温度で前記半導体基板に焼き付けて、前記バスバー部を形成する工程と、前記バスバー部と銅箔とを接合する工程と、を有してなるものである。

また、前記接合を複数箇所で行うことが好ましい。

さらに、前記接合工程は半田の熱溶着により行われることが好ましい。

またさらに、前記接合工程によって前記スリットを前記半田で埋めることが好ましい。

さらにまた、前記主面は、少なくとも表面又は裏面のいずれかを含むことが好ましい。

以上詳細に説明したように、本発明に係る太陽電池の製造方法によれば、表面電極のパターンにおいて、バスバー部の銅箔と接合する個所にスリットを入れることから、一回のスクリーン印刷によりバスバー電極を部分的に厚くすることができ、厚くした部分での電極とシリコン基板との接着強度が強くなり、表面電極に接着される銅箔が剥がれにくくなる。つまり本発明によれば、工程を増やすことなく、電極とシリコン基板との接着強度を強めることができ、工程数を増やすことなく、後工程の配線歩留まりが向上する。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明に係わる太陽電池の一実施形態を示す断面図、図２は平面図であり、１は半導体基板、６は表面電極、７は裏面電極、８は表面銅箔、９は裏面銅箔である。

半導体基板１は、厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなる。この半導体基板１はボロン（Ｂ）を１×１０¹⁶〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度含有し、比抵抗は１．５Ω・ｃｍ程度である。この半導体基板１内にはＮ型領域２とＰ⁺型領域４がある。なお、この半導体基板１は単結晶ガリウム砒素等で形成しても良い。

Ｎ型領域２はＰ型のシリコン基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）中で加熱することによって、シリコン基板１の全体の表面部にリン原子を１×１０¹⁶〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度拡散させ、その後に側面部と裏面部の拡散層を除去することにより、厚み０．３〜０．４μｍ程度に形成する。

また、Ｐ⁺層４は半導体基板１の裏面側にアルミニウム（Ａｌ）ペーストを印刷して焼成することにより、アルミニウムを５〜１０μｍ程度の厚みに１×１０²⁰〜１０²²ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3程度拡散させて形成する。

半導体基板１の一主面側に反射防止膜５が形成されている。この反射防止膜５は例えば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで厚み５００〜１０００Å、屈折率１．９０〜２．３０に形成される。この反射防止膜５は、半導体基板１の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板１内に光を効果的に取り込むために設ける。この反射防止膜５は形成しない場合もあり、また電極形成部分には形成しない場合もある。

この反射防止膜５上には、表面電極６（６ａ、６ｂ）が形成されている。この表面電極６はバスバー部６ａと、バスバー部６ａと交差して分岐して幅１００〜３００μｍ、ピッチ１〜３ｍｍ程度に形成されたフィンガー部６ｃとからなる。バスバー部６ａは基板１の略全長にわたって２本あるいは３本平行に形成されており、フィンガー部６ｃはバスバー部６ａに交差して多数本が基板１の略全長にわたって形成される。

バスバー部６ａには、表面銅箔８との接続部分で他のバスバー部６ａよりも厚く形成され、５〜４０μｍ程度の厚みに形成されたスリット部６ｂが設けられている。この表面電極６（６ａ）の形成には、図２に示すように、バスバー部６ａは、その一部にスリット６ｂが形成されるようなスクリーンを用いて電極ペーストを印刷することにより、１回の印刷でバスバー部６ａの一部が厚膜化された電極を形成する。すなわち、スクリーン印刷法で形成するバスバー部６ａは、スクリーン印刷の印圧によって断面中央部が凹状になり、印圧を小さくするとフィンガー部６ｃの膜厚が薄くなる。そこで、スリット部６ｂが形成されるように印刷パターンを形成すると、スクリーンのスリット部６ｂ部分が乳剤で支えられ、スクリーンと基板１間に所定の空隙が形成され、バスバー部６ａのスリット部６ｂ部分を厚く形成することができる。

このような表面電極６は、たとえば銀粉末、ガラスフリット、結合剤、及び溶剤から成るペーストをスクリーン印刷して６００〜８００℃程度の温度で焼き付け、全体を半田層（不図示）で被覆することにより形成される。

この表面電極６（６ａ）上には５０〜２５０μｍ程度の厚みの表面銅箔８が貼り付けられている。この表面銅箔８は、表面電極６（６ａ）の断面積を大きくして表面電極６の電気抵抗を下げるとともに、太陽電池の出力を取り出すために設けられる。このような表面銅箔８をバスバー部６ａ上の他のバスバー部よりも厚く形成されたスリット部６ｂと熱溶着等により接続する。つまり、電極表面に被覆した半田と、銅箔のまわりに被着した半田を熱熔着させる。この時スクリーン印刷時に形成されていたスリット６ｂは、銅箔を溶着等により接続する際に接続される。つまり、ハンダで埋まる。

この場合、表面銅箔８は表面電極６の厚膜部６ｂに接着されることから、厚くした部分での電極６とシリコン基板１１の接着強度が強くなり、銅箔８が剥がれにくくなる。

基板１の裏面側には裏面電極７が設けられている。この裏面電極７も裏面銅箔９を接続するための幅１〜２ｍｍ、厚み５〜１０μｍ程度のバスバー部７ａとこのバスバー部７ａと交差して分岐して多数本形成される幅１００〜３００μｍ程度、厚み５〜１０μｍ程度、ピッチ１．５〜５ｍｍ程度のフィンガー部（不図示）とから成る。バスバー部７ａは基板１の略全長にわたって形成される。このような裏面電極６は、たとえば銀粉末、ガラスフリット、結合剤および溶剤からなるペーストをスクリーン印刷して焼き付け、全体を半田層（不図示）で被覆することにより形成される。

この裏面電極７（７ａ）上には裏面銅箔９が貼り付けられている。この裏面銅箔９は、裏面電極７（７ａ）の断面積を大きくして裏面電極７の電気抵抗を下げるとともに、太陽電池の出力を取り出すために設けられる。このような裏面銅箔９は、裏面バスバー部７ａ上に複数箇所を熱溶着等により接続する。このとき、裏面も表面と同様のパターンを用いることにより、強度の向上を図ることができる。

図３は表面電極パターンの他の実施形態を示す図である。図３（ａ）はバスバー部６ａの一部を厚膜化するためにフィンガー６ｃと平行な方向の一部にスリット６ｂを形成したものである。このようなパターンでも上述した方法と同様に、バスバー部６ａの一部もしくは全体を厚膜化することができる。すなわち、スリット部６ｂが形成されるように印刷パターンを形成すると、スクリーンのスリット部６ｂ部分が乳剤で支えられ、スクリーンと基板１間に所定の空隙が形成され、バスバー部６ａのスリット部６ｂ部分を厚く形成することができる。

図２に示すような電極パターンを反射防止膜上にスクリーン印刷して焼成した。表１に図５（ａ）に示す従来の電極パターン（２ｍｍ幅）と本発明の電極パターン（電極が２ｍｍ幅でスリットが１８０μｍ幅）で印刷して焼成した後の電極の厚みの測定結果を示す。双方とも表面電極パターンのスクリーン印刷は１回である。

表１に示すとおり、本発明の電極パターンによれば、１回のスクリーン印刷によって部分的にバスバー部の厚みを厚くできる。

また、表２に従来の電極パターンと本発明の電極パターンの電極強度の測定結果を示す。電極強度は２ｍｍ幅のリボン状金属端子を表面電極（従来パターンは図４ａの１６ａ、本発明パターンは図１の６ｂ）に半田付けして、太陽電池の表面と直交する垂直方向にそって２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張った際に、破壊が生じた外力を測定したものである。

表２に示すとおり、従来の電極パターンの太陽電池においては電極の引っ張り強度が０．５ｋｇであるのに対し、本発明の電極パターンで１回の印刷でバスバー部が部分的に厚くなるようにしたものは１．２ｋｇの電極強度が得られた。

本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す平面図である。本発明に係る太陽電池の他の実施形態を示す平面図である。従来の太陽電池を示す図であり（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。従来の太陽電池の表電極パターンを示す図であり（ａ）は従来電極パターン、（ｂ）はバスバー厚膜部のパターンである。

符号の説明

１‥‥‥半導体基板、６‥‥‥表面電極、６ａ‥‥‥バスバー部、６ｃ‥‥‥フィンガー部、７‥‥‥裏面電極

Claims

半導体接合部を有する半導体基板の主面に、銅箔と接合されるバスバー部を有して成る太陽電池の製造方法であって、
前記半導体接合部を有する半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の主面に形成される前記バスバー部が、該バスバー部の長手方向に沿って複数のスリットが配されたスリット部を部分的に有するように、電極ペーストをスクリーン印刷法によって印刷する工程と、
前記電極ペーストを所定温度で前記半導体基板に焼き付けて、前記バスバー部を形成する工程と、
前記バスバー部の前記スリット部と銅箔とを接合する工程と、を有してなる太陽電池の製造方法。
前記接合を複数箇所で行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記接合工程は半田の熱溶着により行われることを特徴とする請求項１または３に記載の太陽電池の製造方法。
前記接合工程によって前記スリットを前記半田で埋めることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
前記主面は、少なくとも表面又は裏面のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。