JP4291004B2

JP4291004B2 - 太陽電池素子

Info

Publication number: JP4291004B2
Application number: JP2003019497A
Authority: JP
Inventors: 宏明高橋; 祐子府川; 谷本　　智
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP2004235268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子に関し、特に裏面電極をアルミニウム電極と銀電極で構成した太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子の裏面電極は、低コスト化の観点から、ＰＮ接合が形成された半導体基板に金属ペーストをスクリーン印刷法で塗布して酸化性雰囲気中で焼成して形成していた。また、更なる低コスト化の要請から、半導体基板の裏面側の一領域に銀ペーストを塗布して乾燥した後に、その領域の周縁部に一部が重なるようにアルミニウムペーストを塗布して乾燥して同時に焼成する同時焼成法（１段階焼成）も用いられていた（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の太陽電池素子の製造方法を図４および図５に従って説明する。Ｐ型シリコン基板１の表面に、Ｐを含む拡散ソースを用いて熱拡散法でＮ型拡散層２を形成するとともに、窒化シリコン膜からなる反射防止膜３を形成する。また、シリコン基板１の裏面側の端部に溝（不図示）を形成して拡散層２の表面側と裏面側を物理的に分離する。次いで、図５に示すように、シリコン基板１の裏面側にスクリーン印刷法で銀電極４となる銀ペーストを塗布して乾燥し、その周縁部に一部が重なるように裏面側の大部分にアルミニウム電極５となるアルミニウムペーストを塗布して乾燥した後に、同時に焼成することによって銀電極４およびアルミニウム電極５からなる裏面電極を形成する。このときには、シリコン基板１の表面側には表面電極６として銀ペーストが櫛歯状にパターニングされているので、表面電極６も裏面電極４、５と同時に焼成して形成することができる。最後に、銀電極４と表面電極６に半田８、９を被覆して一連のセル化が終了する。
【０００４】
また、シリコン基板１の裏面側のアルミニウム電極５を形成する際にシリコン基板１の裏面側にアルミニウムの拡散が起こってＰ⁺層からなるＢＳＦ層７が形成され、セルの電流−電圧特性が向上して高変換効率化が達成される。
【０００５】
このようにして製造された太陽電池素子１０では、複数の素子同士を配線材（不図示）を用いて直列に接続して電圧を昇圧させて使用するのが一般的である。この素子同士の接続には半田が必要となるため、銀電極４と表面電極６に半田コーティングするが、アルミニウム電極５には半田付けが困難であるので、半田濡れ性の良好な銀電極４を形成して、これに配線材を半田付けしている。
【０００６】
ところが、従来の太陽電池素子では、シリコン基板１の裏面側の広い領域にわたって接するように銀電極４が形成されているため、その下にＢＳＦ層７が形成されないか、形成されたとしても不純物濃度が傾斜して浅くしか形成されないため、太陽電池素子１０の出力特性が向上しないという問題があった。
【０００７】
そこで、シリコン基板１の裏面側の略全面にアルミニウム電極５を形成してその上にさらに配線材を半田付けするための銀電極４を形成することも考えられるが、半導体基板１の裏面側の略全面にアルミニウム電極５を形成すると、このアルミニウム電極５を半導体基板１に焼き付ける際に半導体基板１とアルミニウムとの熱収縮率の相違によってシリコン基板１が反り、シリコン基板１の割れの原因になるという問題があった。
【０００８】
また、シリコン基板１の裏面側の略全面に形成したアルミニウム電極５上に配線材を半田付けするための銀電極４を形成すると、シリコン基板１の裏面側の凹凸が大きくなり、後工程でシリコン基板１に荷重が加えられた場合、シリコン基板１が破損するという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子１０の出力特性の低下を招くことなく、太陽電池素子１０の反りや割れを防止した太陽電池素子１０を提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３５３４７６号公報
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池素子は、ＰＮ接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記銀電極と半田の接触面積と、前記銀電極とシリコン基板の接触面積との和が、前記銀電極とアルミニウム電極の接触面積よりも小さく、前記アルミニウム電極が前記銀電極よりも突出していることを特徴とする。
【００１２】
上記太陽電池素子では、前記銀電極とシリコン基板の接触面積が０であることが望ましい。
【００１４】
また、上記太陽電池素子は、前記アルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同士が融着しないように前記銀電極を設けることが望ましい。
【００１５】
上記太陽電池素子では、前記銀電極の厚みよりも前記凹部の深さが深いことが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る太陽電池素子１０の一実施例を示す断面図である。
【００１７】
本発明に係る太陽電池素子１０の構造も基本的には従来の太陽電池素子１０と同様である。すなわち、例えばＰ型シリコン基板１の受光面側にはＮ型の不純物拡散層２が形成されてＰＮ接合が形成され、この拡散層２の表面には反射防止膜３と表面電極６が設けられている。また、シリコン基板１の裏面側にはアルミニウム電極５と銀電極４からなる裏面電極が設けられている。さらに、表面電極６は表面半田層８で被覆され、銀電極４は裏面半田層９で被覆されている。
【００１８】
本発明によれば、銀電極４と半田９の接触面積と、銀電極４とシリコン基板１の接触面積の和は、銀電極４とアルミニウム電極５の接触面積よりも小さくする。すなわち、図１に示すように、シリコン基板１の裏面側の広い領域にアルミニウム電極５を形成すると、シリコン基板１の裏面側の略全面にBSF層７を形成することができ、高効率な太陽電池素子になるとともに、このアルミニウム電極５に凹部を設けると、アルミニウム電極５を焼き付けた後の収縮の応力がこの凹部で分断され、シリコン基板１の反りなどを防止することができる。
【００１９】
また、アルミニウム電極５に凹部を形成すると、その部分のアルミニウム電極５の厚みは薄くなることから導電抵抗は大きくなるが、本発明のように、この凹部内に銀電極４を形成することにより、アルミニウム電極５の凹部部分の導電抵抗の上昇は銀電極４で補償できるようになる。
【００２０】
また、図２に示すように、銀電極４とシリコン基板１の接触面積を０にすれば、シリコン基板１の裏面にはその略全面にＢＳＦ層７が形成されるため、更に太陽電池素子１０の出力特性は向上する
この太陽電池素子１０の裏面電極４、５を形成するには、太陽電池素子１０の裏面の略全面にアルミニウム電極５となるアルミニウムペーストを（０．０３）ｍｍ程度の厚みに塗布して乾燥した後、銀電極４となる銀ペーストを幅（２）ｍｍ程度、長さ１４５ｍｍ程度、厚み０．０１ｍｍ程度にパターン印刷して乾燥し、さらに銀ペーストを塗布した部分以外の略全面に再度アルミニウムペーストを０．０３ｍｍ程度塗布して焼成することにより形成できる。
【００２１】
アルミニウムペーストとしては、アルミニウム粉末、有機溶剤、バインダーから成るものなどがあり、銀ペーストとしては銀粉末、有機ビヒクル、ガラスフリットから成るものなどがある。
【００２２】
また、シリコン基板１の表面側にも例えば銀ペーストなどを焼き付けた表面電極６が形成され、この表面電極６と裏面側の銀電極４に半田ディップ法などで表面半田層８と裏面半田層９が形成される。この半田層８、９は０．１ｍｍ程度の厚みに形成される。
【００２３】
この場合、アルミニウム電極５が銀電極４よりも突出するように形成すると、裏面半田層９を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子１０の割れを更に有効に抑止することができる。
【００２４】
図３は、太陽電池素子１０の一実施形態を示す図である。この太陽電池素子１０も上述した太陽電池素子１０と略同じであるが、この太陽電池素子１０では、アルミニウム電極５の凹部の内壁部と銀電極４の側壁部、すなわち凹部と銀電極４の側壁部同志が融着しないように微小な隙間をもって形成している。このように凹部と銀電極４の側壁部同志が融着しないように微小な隙間をもって形成すると、アルミニウム電極５が収縮する際の面方向の応力は銀電極４にも伝播しないことから、アルミニウム電極５が収縮する際の応力をより効果的に分断できる。
【００２５】
この場合、凹部はアルミニウム電極５が収縮する際の応力をより効果的に分断するためには、シリコン基板１の一端部側から対向する端部側に向かってシリコン基板１の略全幅にわたって形成することが望ましい。また、この凹部は表面電極６が形成される位置と対応する２箇所に形成することが望ましい。
【００２６】
また、この場合も、アルミニウム電極５の凹部の深さは銀電極４の厚みよりも深いことが望ましい。太陽電池素子１０の裏面側が平坦になるためである。
【００２７】
なお、アルミニウム電極５の凹部の内壁部と銀電極４の側壁部が融着しないようにするためには、銀ペーストとの間に０．１ｍｍ程度の間隔が形成されるように２回目のアルミニウムペーストを塗布して焼成すればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池素子によれば、太陽電池素子の出力特性が向上し、また、裏面半田層を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子の割れを更に有効に抑止することができる。
【００２９】
また、ＰＮ接合を有するシリコン基板の裏面側に形成したアルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同志が融着しないように銀電極を設けて半田で被覆することから、シリコン基板の裏面にはその略全面にＢＳＦ層が形成され、太陽電池素子の出力特性が向上する。また、アルミニウムよりも導電抵抗の低い銀で導電できるようになり、銀電極の下のアルミニウムの厚みを従来よりも薄くすることが可能になり、これにより基板の反りの発生を防ぐことができるようになる。
さらに、銀電極の厚みよりもアルミニウム電極の凹部が深くなるように形成することにより、裏面半田層を形成したときの裏面の凹凸が少なくなるため、後工程での太陽電池素子の割れを更に有効に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図２】太陽電池素子の他の実施形態を示す図である。
【図３】太陽電池素子の他の実施形態を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の裏面電極構造を示す図である。
【符号の説明】
１：シリコン基板、２：拡散層、３：反射防止膜、４：銀電極、５：アルミニウム電極、６：表面電極、７：裏面半田層、８：表面半田層

Claims

ＰＮ接合を有するシリコン基板の裏面側に、アルミニウムを主成分とするアルミニウム電極と銀を主成分とする銀電極を有するとともに、前記銀電極を半田で被覆した太陽電池素子において、
前記銀電極と半田の接触面積と、前記銀電極とシリコン基板の接触面積との和が、前記銀電極とアルミニウム電極の接触面積よりも小さく、前記アルミニウム電極が前記銀電極よりも突出していることを特徴とする太陽電池素子。
前記銀電極とシリコン基板の接触面積が０であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
前記アルミニウム電極に凹部を設け、この凹部内にその側壁部同士が融着しないように前記銀電極を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
前記銀電極の厚みよりも前記凹部の深さが深いことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池素子。