JP4467164B2 - 太陽電池の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板に電極ペーストを焼き付けて電極を形成する太陽電池の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
太陽電池素子の一般的な構造を図２に示す。１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、１ａは半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散され他の導電型を呈する領域、２は一主面側の反射防止膜、３は半導体接合部である。この反射防止膜は電極に相当する部分がエッチングされもしくはその上から電極が形成される。４は裏面電極、５は表面電極を示す。
【０００３】
従来、この種太陽電池の電極４、５の形成法としては、真空蒸着法、メッキ法、あるいは印刷法が用いられている。
【０００４】
真空蒸着法は、生産性が悪く、また製造装置が高価であるという欠点を有するが、半導体基板との接触抵抗は十分低減された電極が形成される。一方、低コストな方法として、メッキ法、印刷法がある。現在ではこれらのうち、量産性および工程の安定化の観点から印刷法が主流となっている。
【０００５】
印刷法に用いるペーストには、銀などを主成分とす導電ペーストがある。導電ペーストを用いて形成した電極には、シリコンとの密着強度がよいこと、接触抵抗が小さいこと（オーミック接触をすること）、線抵抗値が低いことが要求される。
【０００６】
しかし、印刷法による電極は、有機結合材の分解のために微量の酸素が必要であり、かつ高温で焼成されるので、シリコンと電極との界面に酸化膜が形成されやすく、接触抵抗の低減には限界がある。
【０００７】
接触抵抗の低減には銀粉末と４ａ族、５ａ族の金属の炭化物、窒化物から選ばれた少なくとも一種の金属化合物と、有機結合材と、有機溶剤と、必要に応じて加えられるガラス粉末とからなる導電ペーストを用いる方法（特公昭５９−１６８６６８号）などが開示されているが、焼成雰囲気の酸素濃度が低いほどシリコンとの密着強度が低下ずるという問題があり、酸素濃度、接触抵抗、密着強度の間に複雑な関係があった。
【０００８】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、電極ペーストを焼き付ける際の雰囲気の酸素濃度が低いと電極の密着強度が低下するという従来の問題を解消した太陽電池の形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池の製造方法では、一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型不純物拡散層を形成するとともに、他の主面側に一導電型不純物の高濃度拡散層を形成し、この逆導電型不純物拡散層と一導電型不純物の高濃度拡散層に電極ペーストを焼き付けて電極を形成する太陽電池の形成方法において、前記逆導電型不純物拡散層側の電極ペースト中の有機結合材としてポリエチレングリコールを用いて非酸化性雰囲気中で焼き付けることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面にもとづき詳細に説明する。
図１は本発明の太陽電池素子の製造方法を素子の断面図で示したものである。まず、半導体基板１を用意する（図２（ａ）参照）。この半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、比抵抗１．５Ωｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００〜５００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板とする。
【００１１】
次に、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）などの中で加熱ずることによって、シリコン基板１の表面部分にリン原子を１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3程度拡散させて他の導電型を呈する領域１ａを形成し、半導体接合部３を形成する（図２（ｂ）参照）。この他の導電型を呈する領域１ａは、０．２〜０．５μｍ程度の深さに形成され、シート抵抗が４０Ω／□以上になるように形成される。この熱拡散により、シリコン基板１の外表面全体に他の導電型を呈する領域とリン原子を含むリンガラス層（不図示）が、シリコン基板１の一主面側の他の導電型を呈する領域のみを残して他の部分は、フッ酸と硝酸を主成分とするエッチング液に浸漬して除去した後、純水で洗浄する（図２（ｃ））。
【００１２】
次に、シリコン基板１の一主面側に反射防止膜２を形成する。（図２（ｄ）参照）。この反射防止膜２はたと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法などで形成される。この反射防止膜２は、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。
【００１３】
そして、この反射防止膜２は電極５に相当する部分をエッチングした上で電極ペーストを塗布して焼成する。もしくはこの反射防止膜２上に直接電極ペーストを塗布して焼成する。電極ペーストの塗布と焼成においては、裏面材料４を塗布して乾燥した後、表面電極材料５を塗布して乾燥する。この電極材料４、５は銀粉末と有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤とガラスフリットをペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度で１０〜１００ｐｐｍ程度の窒素雰囲気中で焼成することにより焼き付けられる。この場合、有機結合材：有機溶剤：（銀粉末＋ガラススフリット）は、２０：２：７８程度の割合（重量比）で混合される。なお、ガラスフリットは銀粉末１００重量％に対して０．０５〜５重量％程度添加される。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2のうちの少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどからなる。
【００１４】
ポリエチレングリコールは酸素がなくても４００℃程度の熱で完全に分解するため、非酸化性雰囲気で焼き付ける。本発明では、電極を非酸化性雰囲気で焼き付けることから、シリコン基板と電極材料との界面部分に酸化膜が形成されることが極力回避でき、電極材料とシリコン基板との接触抵抗の低減を図ることができるとともに、電極と基板との密着強度も確保できる。すなわち、ポリエチレングリコールは熱分解性であり、煤が電極とシリコンとの界面に残らないためである。
【００１５】
なお、本発明では、電極を窒素雰囲気中で焼き付ける場合に限らず、アルゴン（Ａｒ）などの不活性雰囲気中で焼き付けてもよい。
【００１６】
【実施例】
−実施例１−
シリコン基板上に、有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤を混合したものを塗布して１００リットル／分の窒素中７００℃で１５分間焼き付けた。
【００１７】
比較のために、従来から有機結合材に用いられるエチルセルロースと有機溶剤を混合したものをシリコン基板上に塗布して同一条件の窒素中で焼き付けた。
【００１８】
その結果、エチルセルロースは熱のみでは分解しないため、煤となってシリコン基板上に残ったが、ポリエチレングリコールは完全に分解し、シリコン基板上に残らなかった。
【００１９】
−実施例２−
抵抗１．５Ωｃｍのシリコン基板内の一主面側に、リンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3拡散さぜて厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した後、銀粉末と有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤とガラスフリットから成る銀ペーストを印刷して窒素中７００℃で１５分間焼き付けた。比較のために有機結合材にエチルセルロースを用いた通常の銀ペーストを印刷して同一条件の窒素中で焼き付けた。密着強度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１から明らかなように、有機結合材にエチルセルロースを用いた銀ペーストでは、電極の引っ張り強度が０．２ｋｇであるのに対し、有機結合材にポリエチレングリコールを用いた銀ペーストでは、電極の引っ張り強度が０．６ｋｇと大きく向上した。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明に係る太陽電池によれぱ、一導電型半導体基板の一主面側の電極ペースト中の有機結合材としてポリエチレングリコールを用いて非酸化性雰囲気中で焼き付けることから、焼成雰囲気が非酸化性雰囲気中であっても形成された電極はシリコンと良好な密着強度を保つことができ、しかも半導体基板と電極との間に酸化膜が形成されにくく、電極の接触抵抗の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、１ａ：逆導電型を呈する領域、２：反射防止膜、３：半導体接合部、４：裏面材料、５：表面電極材料
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板に電極ペーストを焼き付けて電極を形成する太陽電池の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
太陽電池素子の一般的な構造を図２に示す。１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、１ａは半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散され他の導電型を呈する領域、２は一主面側の反射防止膜、３は半導体接合部である。この反射防止膜は電極に相当する部分がエッチングされもしくはその上から電極が形成される。４は裏面電極、５は表面電極を示す。
【０００３】
従来、この種太陽電池の電極４、５の形成法としては、真空蒸着法、メッキ法、あるいは印刷法が用いられている。
【０００４】
真空蒸着法は、生産性が悪く、また製造装置が高価であるという欠点を有するが、半導体基板との接触抵抗は十分低減された電極が形成される。一方、低コストな方法として、メッキ法、印刷法がある。現在ではこれらのうち、量産性および工程の安定化の観点から印刷法が主流となっている。
【０００５】
印刷法に用いるペーストには、銀などを主成分とす導電ペーストがある。導電ペーストを用いて形成した電極には、シリコンとの密着強度がよいこと、接触抵抗が小さいこと（オーミック接触をすること）、線抵抗値が低いことが要求される。
【０００６】
しかし、印刷法による電極は、有機結合材の分解のために微量の酸素が必要であり、かつ高温で焼成されるので、シリコンと電極との界面に酸化膜が形成されやすく、接触抵抗の低減には限界がある。
【０００７】
接触抵抗の低減には銀粉末と４ａ族、５ａ族の金属の炭化物、窒化物から選ばれた少なくとも一種の金属化合物と、有機結合材と、有機溶剤と、必要に応じて加えられるガラス粉末とからなる導電ペーストを用いる方法（特公昭５９−１６８６６８号）などが開示されているが、焼成雰囲気の酸素濃度が低いほどシリコンとの密着強度が低下ずるという問題があり、酸素濃度、接触抵抗、密着強度の間に複雑な関係があった。
【０００８】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、電極ペーストを焼き付ける際の雰囲気の酸素濃度が低いと電極の密着強度が低下するという従来の問題を解消した太陽電池の形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池の製造方法では、一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型不純物拡散層を形成するとともに、他の主面側に一導電型不純物の高濃度拡散層を形成し、この逆導電型不純物拡散層と一導電型不純物の高濃度拡散層に電極ペーストを焼き付けて電極を形成する太陽電池の形成方法において、前記逆導電型不純物拡散層側の電極ペースト中の有機結合材としてポリエチレングリコールを用いて非酸化性雰囲気中で焼き付けることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面にもとづき詳細に説明する。
図１は本発明の太陽電池素子の製造方法を素子の断面図で示したものである。まず、半導体基板１を用意する（図２（ａ）参照）。この半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０16〜１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有し、比抵抗１．５Ωｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００〜５００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板とする。
【００１１】
次に、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）などの中で加熱ずることによって、シリコン基板１の表面部分にリン原子を１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3程度拡散させて他の導電型を呈する領域１ａを形成し、半導体接合部３を形成する（図２（ｂ）参照）。この他の導電型を呈する領域１ａは、０．２〜０．５μｍ程度の深さに形成され、シート抵抗が４０Ω／□以上になるように形成される。この熱拡散により、シリコン基板１の外表面全体に他の導電型を呈する領域とリン原子を含むリンガラス層（不図示）が、シリコン基板１の一主面側の他の導電型を呈する領域のみを残して他の部分は、フッ酸と硝酸を主成分とするエッチング液に浸漬して除去した後、純水で洗浄する（図２（ｃ））。
【００１２】
次に、シリコン基板１の一主面側に反射防止膜２を形成する。（図２（ｄ）参照）。この反射防止膜２はたと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法などで形成される。この反射防止膜２は、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。
【００１３】
そして、この反射防止膜２は電極５に相当する部分をエッチングした上で電極ペーストを塗布して焼成する。もしくはこの反射防止膜２上に直接電極ペーストを塗布して焼成する。電極ペーストの塗布と焼成においては、裏面材料４を塗布して乾燥した後、表面電極材料５を塗布して乾燥する。この電極材料４、５は銀粉末と有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤とガラスフリットをペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度で１０〜１００ｐｐｍ程度の窒素雰囲気中で焼成することにより焼き付けられる。この場合、有機結合材：有機溶剤：（銀粉末＋ガラススフリット）は、２０：２：７８程度の割合（重量比）で混合される。なお、ガラスフリットは銀粉末１００重量％に対して０．０５〜５重量％程度添加される。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2のうちの少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどからなる。
【００１４】
ポリエチレングリコールは酸素がなくても４００℃程度の熱で完全に分解するため、非酸化性雰囲気で焼き付ける。本発明では、電極を非酸化性雰囲気で焼き付けることから、シリコン基板と電極材料との界面部分に酸化膜が形成されることが極力回避でき、電極材料とシリコン基板との接触抵抗の低減を図ることができるとともに、電極と基板との密着強度も確保できる。すなわち、ポリエチレングリコールは熱分解性であり、煤が電極とシリコンとの界面に残らないためである。
【００１５】
なお、本発明では、電極を窒素雰囲気中で焼き付ける場合に限らず、アルゴン（Ａｒ）などの不活性雰囲気中で焼き付けてもよい。
【００１６】
【実施例】
−実施例１−
シリコン基板上に、有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤を混合したものを塗布して１００リットル／分の窒素中７００℃で１５分間焼き付けた。
【００１７】
比較のために、従来から有機結合材に用いられるエチルセルロースと有機溶剤を混合したものをシリコン基板上に塗布して同一条件の窒素中で焼き付けた。
【００１８】
その結果、エチルセルロースは熱のみでは分解しないため、煤となってシリコン基板上に残ったが、ポリエチレングリコールは完全に分解し、シリコン基板上に残らなかった。
【００１９】
−実施例２−
抵抗１．５Ωｃｍのシリコン基板内の一主面側に、リンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3拡散さぜて厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した後、銀粉末と有機結合材であるポリエチレングリコールと有機溶剤とガラスフリットから成る銀ペーストを印刷して窒素中７００℃で１５分間焼き付けた。比較のために有機結合材にエチルセルロースを用いた通常の銀ペーストを印刷して同一条件の窒素中で焼き付けた。密着強度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
表１から明らかなように、有機結合材にエチルセルロースを用いた銀ペーストでは、電極の引っ張り強度が０．２ｋｇであるのに対し、有機結合材にポリエチレングリコールを用いた銀ペーストでは、電極の引っ張り強度が０．６ｋｇと大きく向上した。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明に係る太陽電池によれぱ、一導電型半導体基板の一主面側の電極ペースト中の有機結合材としてポリエチレングリコールを用いて非酸化性雰囲気中で焼き付けることから、焼成雰囲気が非酸化性雰囲気中であっても形成された電極はシリコンと良好な密着強度を保つことができ、しかも半導体基板と電極との間に酸化膜が形成されにくく、電極の接触抵抗の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、１ａ：逆導電型を呈する領域、２：反射防止膜、３：半導体接合部、４：裏面材料、５：表面電極材料
Claims (1)
- 一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型不純物拡散層を形成するとともに、他の主面側に一導電型不純物の高濃度拡散層を形成し、この逆導電型不純物拡散層と一導電型不純物の高濃度拡散層に電極ペーストを焼き付けて電極を形成する太陽電池の形成方法において、前記逆導電型不純物拡散層側の電極ペースト中の有機結合材としてポリエチレングリコールを用いて非酸化性雰囲気中で焼き付けることを特徴とする太陽電池の形成方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000297618A JP4467164B2 (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 太陽電池の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000297618A JP4467164B2 (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 太陽電池の形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002111015A JP2002111015A (ja) | 2002-04-12 |
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR101073016B1 (ko) * | 2004-12-13 | 2011-10-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2007019069A (ja) | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Toyo Aluminium Kk | ペースト組成物およびそれを用いた太陽電池素子 |
| KR20160126169A (ko) * | 2015-04-22 | 2016-11-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 |
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- 2000-09-28 JP JP2000297618A patent/JP4467164B2/ja not_active Expired - Fee Related
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