JP4471532B2 - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子の製造方法に関し、特に半導体基板のソリなどを低減できる太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体基板にＰＮ接合が形成された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金属ペーストをスクリーン印刷法によって塗布した後に、酸化性雰囲気中で焼成するのが一般的である。近年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、その領域の周縁部で一部に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方法、すなわち同時焼成法（１段階焼成）が用いられている（例えば特開平５−３２６９９０号公報あるいは特表平６−５０９９１０号公報参照）。
【０００３】
この従来の太陽電池素子の製造方法を図２および図３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によって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、半導体基板１の裏面側の端部に溝を形成して拡散層２の表面側と裏面側を物理的に分離する。次いで、図３に示すように、半導体基板１の裏面側にスクリーン印刷法によって銀ペーストを塗布して乾燥し、その周縁部と一部重なるように裏面の大部分に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４、５を形成する。この同時焼成のときには受光面側の電極として銀ペーストが櫛歯状パターンにパターニングされているので、裏面電極４、５と表面電極６とを同時に形成することができる。最後に、半田（図示せず）を被覆して、一連のセル化が終了する。
【０００４】
また、裏面電極４、５を形成する前に半導体基板１の裏面側にアルミニウムペーストを塗布して焼成することにより、シリコン基板１への不純物の拡散が起こってＰ+層からなるＢＳＦ層が形成され、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では、複数のセル同志を配線材（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。このセル同志の接続には、半田が必要となるため、半田コーティングを行っている。しかしながら、アルミニウム電極５は半田付けが非常に困難であるので、半田濡れ性の良好な銀電極４を形成して、これに配線材の半田付けを行っている。
【０００６】
このようにして形成された太陽電池素子では、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いにより、電極を焼き付けた後に半導体基板１に反りが発生し、後工程でのセル割れが発生する。これを回避する手段として、アルミニウムのパターンを分割するという方法がとられている。しかし、この方法では裏面に占めるアルミニウムの面積が減少して、特性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いによって焼成後に発生する基板の反りによる後工程でのセル割れを抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して、一主面側に表面電極を形成するとともに、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記裏面電極を形成した後にこの裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングすることを特徴とする。
【０００９】
このように裏面電極の一部を厚み方向に一部エッチングすると、焼成のときに半導体基板と裏面電極の電極取出部と集電電極部との熱膨張率の相違に起因して発生した応力は開放され、もって半導体基板の反りが緩和される。
【００１０】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記裏面電極が銀を主成分とする電極取出部とアルミニウムを主成分とする集電電極部とから成ることが望ましい。
【００１１】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記裏面電極の表面をエッチングすると同時に、前記半導体基板の裏面側の周縁部をエッチングして前記一主面側の導電領域の一部を除去することが望ましい。
【００１２】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記エッチングをブラスト法で行うことが望ましい。
【００１３】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記エッチングを反応性イオンエッチング法で行なってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１を用いて詳細に説明する。Ｐ型半導体基板１をＮ型不純物が飛散した雰囲気中で熱処理などして、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シート抵抗が３０〜３００Ω／□のＮ型を呈する拡散層２を形成する。半導体基板１の表面にプラズマＣＶＤ法などで窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成する。また、半導体基板１の裏面側の端部をブラスト法などでエッチングすることによって、半導体基板１の表面側の拡散層２と裏面側の拡散層２を物理的に分離する。この場合、ブラストの噴射材としてはアルミナなどのセラミック粒子を用いることができる。
【００１５】
次に、半導体基板１の表面に銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図１に示すように、表面側に銀を主成分とする表面電極６が形成され、裏面側に銀を主成分とする電極取出部４とアルミニウムを主成分とする集電電極部５からなる裏面電極を有する太陽電池素子を得ることができる。その後、裏面電極４、５の表面を例えばブラスト法で厚み方向に一部エッチングする。
【００１６】
これによりアルミニウムとシリコンの収縮率の違いによって発生する基板の反りを緩和することができる。エッチングの深さは銀とアルミニウムの厚みや、電極構造によって異なるが、１〜１０μｍ程度が適当である。エッチングの深さが浅ければ反りの緩和が小さくなり、深ければ太陽電池の電気特性の低下につながる。ブラストの噴射材としてはアルミナなどのセラミック粒子を用いることができる。
【００１７】
次に、請求項３に記載した太陽電池素子について説明する。図１に示すように半導体基板１をＮ型不純物が飛散した雰囲気中で熱処理などして、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シート抵抗が３０〜３００Ω／□のＮ型を呈する拡散層２を形成する。次に、半導体基板１の表面にプラズマＣＶＤ法などで窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成する。この反射防止膜はシリコン基板との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．８程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。
【００１８】
次に、半導体基板１の表面に銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図１に示すような太陽電池素子を得ることができる。
【００１９】
その後、裏面電極４、５の表面を例えばブラスト法でエッチングする。同時に裏面電極４、５が形成されていないセル裏面の周縁部についてはシリコンがエッチングされ、半導体基板１の表面側のＮ型不純物の拡散領域と裏面側のＮ型不純物の拡散領域が分離される。これにより半導体基板１に発生した反りが緩和されると同時にＰＮ分離ができる。
【００２０】
さらに、請求項５に記載したように反応性イオンエッチングを用いれば、反応性イオンエッチングするときのガス条件により、物質毎のエッチング量の制御が可能となる。つまりエッチングの必要のない銀電極の表面はエッチング量を減らし、反りの原因になるアルミニウムの表面やＰＮ分離を行う必要のあるシリコンの表面はエッチング量を増やすといった制御が可能になる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの変更を加えうることはもちろんである。例えばアルミニウムペーストに代わる金属ペーストとして、ガリウム、インジウムをベースとした金属ペースト、またボロンを塗布して使用することも可能である。また銀ペーストに代わる金属ペーストとして銅、金、白金をベースとした金属ペーストを使用することも可能である。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。図１に示すように半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備した。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型拡散層を形成した。
【００２３】
次に、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンから成る反射防止膜を８００Åの厚さに形成し、裏面に銀ペーストとアルミニウムペーストとをスクリーン印刷し、表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７００℃で焼成することで集電極を形成した後、裏面全面に噴射材としてアルミナを直接噴射して裏面表面をエッチングした。その後２００℃の半田浴槽に上記基板を浸漬して引き上げることで、上記集電極表面を半田被覆して太陽電池素子を製造した。
【００２４】
この製法で得られた太陽電池素子と従来の製法で得られた太陽電池素子の反りと工程歩留まりおよび特性について表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１に示したように、本発明によれば太陽電池の電気特性を低下させることなく、太陽電池素子の反りを緩和させることができる。また、この太陽電池素子の反りの緩和によって工程歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、裏面電極を形成した後にこの裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングすることから、従来問題となっていたアルミニウム電極による応力をなくすことができ、半導体基板の割れを防止でき、高品質な太陽電池素子が得られる。また、この発明による方法では工程を増やすことはなく、また特性の低下が発生することもない。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【図３】従来の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・・半導体基板、２・・・・・・ｎ型拡散層、３・・・・・・反射防止膜、４・・・・・・・裏面銀電極、５・・・・・・・裏面アルミニウム電極、６・・・・・受光面電極、７・・・・・ＢＳＦ層、８・・・・・・エッチング部
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子の製造方法に関し、特に半導体基板のソリなどを低減できる太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体基板にＰＮ接合が形成された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金属ペーストをスクリーン印刷法によって塗布した後に、酸化性雰囲気中で焼成するのが一般的である。近年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、その領域の周縁部で一部に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方法、すなわち同時焼成法（１段階焼成）が用いられている（例えば特開平５−３２６９９０号公報あるいは特表平６−５０９９１０号公報参照）。
【０００３】
この従来の太陽電池素子の製造方法を図２および図３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によって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、半導体基板１の裏面側の端部に溝を形成して拡散層２の表面側と裏面側を物理的に分離する。次いで、図３に示すように、半導体基板１の裏面側にスクリーン印刷法によって銀ペーストを塗布して乾燥し、その周縁部と一部重なるように裏面の大部分に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４、５を形成する。この同時焼成のときには受光面側の電極として銀ペーストが櫛歯状パターンにパターニングされているので、裏面電極４、５と表面電極６とを同時に形成することができる。最後に、半田（図示せず）を被覆して、一連のセル化が終了する。
【０００４】
また、裏面電極４、５を形成する前に半導体基板１の裏面側にアルミニウムペーストを塗布して焼成することにより、シリコン基板１への不純物の拡散が起こってＰ+層からなるＢＳＦ層が形成され、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では、複数のセル同志を配線材（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。このセル同志の接続には、半田が必要となるため、半田コーティングを行っている。しかしながら、アルミニウム電極５は半田付けが非常に困難であるので、半田濡れ性の良好な銀電極４を形成して、これに配線材の半田付けを行っている。
【０００６】
このようにして形成された太陽電池素子では、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いにより、電極を焼き付けた後に半導体基板１に反りが発生し、後工程でのセル割れが発生する。これを回避する手段として、アルミニウムのパターンを分割するという方法がとられている。しかし、この方法では裏面に占めるアルミニウムの面積が減少して、特性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、アルミニウムとシリコンの熱収縮率の違いによって焼成後に発生する基板の反りによる後工程でのセル割れを抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して、一主面側に表面電極を形成するとともに、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記裏面電極を形成した後にこの裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングすることを特徴とする。
【０００９】
このように裏面電極の一部を厚み方向に一部エッチングすると、焼成のときに半導体基板と裏面電極の電極取出部と集電電極部との熱膨張率の相違に起因して発生した応力は開放され、もって半導体基板の反りが緩和される。
【００１０】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記裏面電極が銀を主成分とする電極取出部とアルミニウムを主成分とする集電電極部とから成ることが望ましい。
【００１１】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記裏面電極の表面をエッチングすると同時に、前記半導体基板の裏面側の周縁部をエッチングして前記一主面側の導電領域の一部を除去することが望ましい。
【００１２】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記エッチングをブラスト法で行うことが望ましい。
【００１３】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記エッチングを反応性イオンエッチング法で行なってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１を用いて詳細に説明する。Ｐ型半導体基板１をＮ型不純物が飛散した雰囲気中で熱処理などして、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シート抵抗が３０〜３００Ω／□のＮ型を呈する拡散層２を形成する。半導体基板１の表面にプラズマＣＶＤ法などで窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成する。また、半導体基板１の裏面側の端部をブラスト法などでエッチングすることによって、半導体基板１の表面側の拡散層２と裏面側の拡散層２を物理的に分離する。この場合、ブラストの噴射材としてはアルミナなどのセラミック粒子を用いることができる。
【００１５】
次に、半導体基板１の表面に銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図１に示すように、表面側に銀を主成分とする表面電極６が形成され、裏面側に銀を主成分とする電極取出部４とアルミニウムを主成分とする集電電極部５からなる裏面電極を有する太陽電池素子を得ることができる。その後、裏面電極４、５の表面を例えばブラスト法で厚み方向に一部エッチングする。
【００１６】
これによりアルミニウムとシリコンの収縮率の違いによって発生する基板の反りを緩和することができる。エッチングの深さは銀とアルミニウムの厚みや、電極構造によって異なるが、１〜１０μｍ程度が適当である。エッチングの深さが浅ければ反りの緩和が小さくなり、深ければ太陽電池の電気特性の低下につながる。ブラストの噴射材としてはアルミナなどのセラミック粒子を用いることができる。
【００１７】
次に、請求項３に記載した太陽電池素子について説明する。図１に示すように半導体基板１をＮ型不純物が飛散した雰囲気中で熱処理などして、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シート抵抗が３０〜３００Ω／□のＮ型を呈する拡散層２を形成する。次に、半導体基板１の表面にプラズマＣＶＤ法などで窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を形成する。この反射防止膜はシリコン基板との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．８程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。
【００１８】
次に、半導体基板１の表面に銀ペーストをスクリーン印刷するとともに、裏面にアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより、図１に示すような太陽電池素子を得ることができる。
【００１９】
その後、裏面電極４、５の表面を例えばブラスト法でエッチングする。同時に裏面電極４、５が形成されていないセル裏面の周縁部についてはシリコンがエッチングされ、半導体基板１の表面側のＮ型不純物の拡散領域と裏面側のＮ型不純物の拡散領域が分離される。これにより半導体基板１に発生した反りが緩和されると同時にＰＮ分離ができる。
【００２０】
さらに、請求項５に記載したように反応性イオンエッチングを用いれば、反応性イオンエッチングするときのガス条件により、物質毎のエッチング量の制御が可能となる。つまりエッチングの必要のない銀電極の表面はエッチング量を減らし、反りの原因になるアルミニウムの表面やＰＮ分離を行う必要のあるシリコンの表面はエッチング量を増やすといった制御が可能になる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの変更を加えうることはもちろんである。例えばアルミニウムペーストに代わる金属ペーストとして、ガリウム、インジウムをベースとした金属ペースト、またボロンを塗布して使用することも可能である。また銀ペーストに代わる金属ペーストとして銅、金、白金をベースとした金属ペーストを使用することも可能である。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。図１に示すように半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備した。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型拡散層を形成した。
【００２３】
次に、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンから成る反射防止膜を８００Åの厚さに形成し、裏面に銀ペーストとアルミニウムペーストとをスクリーン印刷し、表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７００℃で焼成することで集電極を形成した後、裏面全面に噴射材としてアルミナを直接噴射して裏面表面をエッチングした。その後２００℃の半田浴槽に上記基板を浸漬して引き上げることで、上記集電極表面を半田被覆して太陽電池素子を製造した。
【００２４】
この製法で得られた太陽電池素子と従来の製法で得られた太陽電池素子の反りと工程歩留まりおよび特性について表１に示す。
【００２５】
【表１】
表１に示したように、本発明によれば太陽電池の電気特性を低下させることなく、太陽電池素子の反りを緩和させることができる。また、この太陽電池素子の反りの緩和によって工程歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、裏面電極を形成した後にこの裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングすることから、従来問題となっていたアルミニウム電極による応力をなくすことができ、半導体基板の割れを防止でき、高品質な太陽電池素子が得られる。また、この発明による方法では工程を増やすことはなく、また特性の低下が発生することもない。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【図３】従来の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・・半導体基板、２・・・・・・ｎ型拡散層、３・・・・・・反射防止膜、４・・・・・・・裏面銀電極、５・・・・・・・裏面アルミニウム電極、６・・・・・受光面電極、７・・・・・ＢＳＦ層、８・・・・・・エッチング部
Claims (5)
- 半導体基板の一主面側と他の主面側に異なる導電領域を形成して、一主面側に表面電極を形成するとともに、他の主面側に裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記裏面電極を形成した後にこの裏面電極の表面を厚み方向に一部エッチングすることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
- 前記裏面電極が銀を主成分とする電極取出部とアルミニウムを主成分とする集電電極部とから成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。
- 前記裏面電極の表面をエッチングすると同時に、前記半導体基板の裏面側の周縁部をエッチングして前記一主面側の導電領域の一部を除去する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の製造方法。
- 前記エッチングをブラスト法で行うことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記エッチングを反応性イオンエッチング法で行うことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の太陽電池素子の製造方法。
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