JP4817618B2 - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池素子の製造方法に関し、特に半導体基板の電極焼成工程において、半導体基板への熱応力の影響を軽減した状態で表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法に関する。

一般的な太陽電池素子の構造を図１に示す。多結晶シリコンなどのｐ型の半導体基板１の受光面側の表面近傍に一定の深さまで逆導電型のｎ型不純物（例えばＰ）を拡散させて、ｎ型を呈する逆導電型領域２を設け、ｐ型の半導体基板１との間にｐｎ接合を形成する。この逆導電型領域２の上には、窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３が設けられている。そして、受光面側である表面には表面電極４が設けられ、裏面にはアルミニウムなどから成る集電電極５ａと銀などから成る出力取出電極５ｂとで構成される裏面電極５が設けられている。なお集電電極５の形成と同時に、半導体基板１の裏面にはアルミニウムが拡散され裏面電界領域（高濃度ｐ^＋領域）６が形成される。

これらの太陽電池素子の表面電極４、裏面電極５は、金属を主成分とする電極材料を塗布・乾燥して焼成することによって得ることができる。

例えば、表面電極４、裏面電極５を形成する方法として、特許文献１などに以下の方法が記載されている。

（１）集電電極５ａを形成するために、アルミニウムなどを主成分とする電極材料を半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥する
（２）出力取出電極５ｂを形成するために、（１）で電極材料を塗布しなかった部分とその周縁部のアルミニウムに銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（３）表面電極４を形成するために、半導体基板１の表面に銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（４）表面と裏面に塗布された電極材料を同時に焼成し、表面電極４および裏面電極５を得る
上述の方法は、表面電極４および裏面電極５を同時に焼成する方法（同時焼成法）であるが、別々に焼成するようにしても良い。（例えば、特許文献２参照）
また、銀を主成分とするはんだ濡れ性の良好な表面電極４および裏面電極５（アルミニウムを主成分とする集電電極５ａと銀を主成分とするはんだ濡れ性の良好な出力取出電極５ｂ）が形成される。このとき、裏面の略全面に形成された集電電極５ａは、シリコンの半導体基板１に対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを主成分としているので、集電電極５ａと接した部分には、裏面電界領域（高濃度ｐ^＋領域）６が形成される。この裏面電界領域６は太陽電池特性を向上させる効果がある。

なお、上述したように半導体基板に電極材料を塗布した後に焼成するが、この焼成には、連続式の焼成炉を用いるのが一般的である。連続式の焼成炉を用いることによって、連続的に多くの半導体基板を焼成処理することができ、極めて生産性が高い。

このような連続式の焼成炉の一例として、ベルト式連続焼成炉がある。このベルト式連続焼成炉は、焼成炉の加熱部を貫通させた搬送用ベルト上に半導体基板を配置し、エンドレスに搬送用ベルトを回転させることによって、焼成炉の加熱部の中を通過させて、焼成を行うものである。図３はベルト式連続焼成炉の構造を説明するための図であり、８は搬送用ベルト、９は上部ヒーター、１０は下部ヒーター、１１はカバー、１２はローラーを示す。半導体基板１を処理する焼成炉は、断熱性や安全性、そして雰囲気を外気と遮断するために設けられたカバー１１の中に、上部ヒーター９（９ａ〜９ｃ）と下部ヒーター１０（１０ａ〜１０ｃ）が搭載されている。この上部ヒーター９と下部ヒーター１０は遠赤外や近赤外等のヒーターで、抵抗コイルやランプなどからなる。この焼成炉の長手方向に炉を貫通して搬送用ベルト８が設けられ、この搬送用ベルト８は、ローラー１２が回転駆動することによってエンドレスに循環し、これによって搬送用ベルト８上に乗せた半導体基板１が所定時間を費やして焼成炉内を通過し、その間に焼成が行われる。

通常、搬送用ベルト８は耐熱性や強度の観点から金属材料によって構成される。しかしながら、ペースト状の電極材料を搬送用ベルト側に塗布した半導体基板１を搬送用ベルト８の上に直接載置した場合、焼成時の加熱により、焼結していない電極材料が搬送用ベルト８の金属と合金化してしまう。そのため、半導体基板１が搬送用ベルト８に貼りついてしまうといった問題があった。このような場合、無理に剥がそうとすれば半導体基板１を破損し、また、搬送用ベルト８の寿命を縮めてしまう。

この問題に対し解決手段の一例として、特許文献３に記載されているベルト形状を図４、５に示す。図４はこのときの半導体基板と、搬送用ベルトの位置関係を示しており、図４において半導体基板は、搬送用ベルト８の進行方向に直角な向きの断面を示す。また、図５は図４のZ部の拡大図を示している。同文献には、半導体基板１と搬送用ベルトとの接触面積を少なくするために、半導体基板１の対向する二辺を支持して、半導体基板１と、搬送用ベルト８との間に空間領域を形成することで問題を解消することが記載されている。図５に示されるように半導体基板１は搬送用ベルト８の上に設けられた支持部材１３の略凸型の突出部の段部で保持される。ゆえに、図４に示されるように半導体基板１の対向する二辺を支持して、半導体基板１と搬送用ベルト８との間に空間領域を形成することによって、半導体基板１と搬送用ベルト８との接触面積が小さくなる。したがって、半導体基板１の全面が搬送用ベルト８と触れるということがないため、焼成時の加熱によって電極材料が搬送用ベルト８に貼りつくことなく焼成が行われる。
特開平１０−３３５２６７号公報 特開平１０−１４４９４３号公報 実公平４−８０９２号公報

半導体基板は、焼成される際に、局所的に熱履歴が異なるため、基板内に内部応力が生じ反りの原因となる。近年、太陽電池素子を形成するための半導体基板は大型化の傾向にあり、一般的に１０ｃｍ×１０ｃｍから１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさを有している。さらに、コスト削減の観点から、半導体材料の使用量を削減するために、半導体基板の厚みが薄くなってきている。このように大型化した薄い半導体基板は、電極などを焼成によって形成したときに、半導体基板内の熱履歴の違いにより、形成状態に違いが生じることがある。また反りやすく、衝撃やストレスに対して弱いため、割れや欠けが生じ歩留まりが低下するなどの問題が発生することがあった。

本発明はこれらの従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電極の焼成時の加熱により太陽電池素子を構成する半導体基板内に与えられる内部応力を抑制し、半導体基板の反りを緩和することのできる太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る太陽電池素子の製造方法は、表面と裏面とを有する半導体基板と、前記表面に設けられた表面電極と、前記裏面に設けられた裏面電極とを含む太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板に電極材料を塗布し、この半導体基板を焼成して前記表面電極および／または前記裏面電極を形成する電極形成工程を含むとともに、前記電極形成工程は、入口付近から温度が上昇して最高温度に達した後、下流に向かうに連れて温度が低下する温度分布を有する、連続式の焼成炉を用いて行う工程であり、前記半導体基板を略水平に配置して前記焼成炉内を通過させて焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略９０°回転させた状態で、前記焼成炉内を再度通過させて焼成する第二焼成工程と、を含む。

ここで、本発明の請求項２に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１に記載の太陽電池素子において前記裏面電極は、前記半導体基板の裏面の略全面に形成された集電電極とこの集電電極に接続された出力取出電極と、を含むようにした。

また、本発明の請求項３に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記集電電極は、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程を経て形成される。

そして、本発明の請求項４に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項３に記載の半導体基板において、前記集電電極との間に、この半導体基板と同じ導電型でより高濃度の不純物を含む裏面電界領域を有するとともに、この領域は前記第一焼成工程および前記第二焼成工程によって形成される。

また、本発明の請求項５に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項４に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、ｐ型シリコン半導体であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分として形成される。

さらに、本発明の請求項６に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記第一焼成工程と前記第二焼成工程との間に前記半導体基板を表裏反転させる工程を設けた。

さらに、本発明の請求項７に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる。

また、本発明の請求項８に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項７に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記ベルト式連続焼成炉は、前記搬送用ベルトを挟んで、上方と下方にそれぞれ上部ヒーターと下部ヒーターとを備える。

そして、本発明の請求項９に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、前記電極形成工程において、前記下部ヒーターから受ける熱量よりも前記上部ヒーターから受ける熱量の方が大きくなるようにした。

上述のように本発明は、表面と裏面とを有する半導体基板と、前記表面に設けられた表面電極と、前記裏面に設けられた裏面電極とを含む太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板に電極材料を塗布し、この半導体基板を焼成して前記表面電極および／または前記裏面電極を形成する電極形成工程を含むとともに、前記電極形成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略９０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含むため、半導体基板の一部分に集中して大きな熱量がかかることを防ぐことができる。その結果、熱履歴の違いで半導体基板に蓄積する内部応力を抑制し、形成状態を均一化した太陽電池素子を得ることができる。

以下、本発明を添付図面に基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に係る太陽電池素子の構造の一例を示す断面図であり、図２（ａ）は図１に示した太陽電池素子の表面電極を示す上視図、図２（ｂ）は図１に示した太陽電池素子の裏面電極を示す下視図である。なお、図中、１は半導体基板、２は逆導電型領域、３は反射防止膜、４は表面電極、５は裏面電極、５ａは集電電極、５ｂは出力取出電極、６は裏面電界領域を示す。

ここで、図１に示す太陽電池素子の作用について簡単に説明する。

太陽電池素子の受光面側である反射防止膜３の側から光が入射すると、主にｐ型半導体である半導体基板１のバルク領域で吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリアおよび正孔キャリア）が生成される。この光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア（光生成キャリア）によって、太陽電池素子の表側に設けられた表面電極４と、裏側に設けられた裏面電極５との間に光起電力を生ずる。なお、反射防止膜３は反射防止膜となる膜の屈折率と膜厚とによって所望の光波長領域で反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たし、太陽電池素子の光電流密度Ｊｓｃを向上させる。

また、裏面電極５の集電電極５ａは、通常、半導体基板であるシリコンに対して、ｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを用いて形成されるので、シリコン基板の裏面側表層部にｐ^＋領域となった裏面電界領域６を形成する。裏面電界領域６は、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域とも呼ばれ、半導体基板１の裏面近くで光生成キャリアによる再結合による効率の低下を防ぐ。そのため半導体基板１の裏面近くで発生した光生成キャリアが、この電界によって加速される結果、電力が有効に取り出されることとなり、特に長波長の光感度が増加する。この結果、光電流密度Ｊｓｃが向上し、またこの裏面電界領域６では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、裏面電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをすることで、開放電圧Ｖｏｃが向上する。

次に上述の構造を有する太陽電池素子の製造工程について説明する。半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコンなどから成る。この半導体基板１として半導体シリコンを用いる場合、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）などのｐ型の導電型を呈する半導体不純物を１×１０^１６〜１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度含有し、比抵抗１．０〜２．０Ω・ｃｍ程度の基板が好適に用いられる。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、大量生産が可能であり製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利であるので、ここでは多結晶シリコンを用いた例によって説明する。

多結晶シリコンのインゴットは、例えば、鋳造法によって形成され、３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断され、半導体基板１とする。なお、基板の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングすることが望ましい。

その後、ドライエッチング方法やウェットエッチング方法を用いて、シリコン基板の表面に微小な突起を形成するのが望ましい。

次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）などの不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、半導体基板１の外表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□程度のｎ型の導電型を呈する逆導電型領域２を形成する。

そして、太陽電池素子の受光面側である半導体基板１の表面側に、逆導電型領域２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この除去方法としては、例えば、半導体基板１の表面側にフッ酸に耐性を有するレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてこの半導体基板１の表面側以外の逆導電型領域をエッチング除去した後、レジスト膜を除去すればよい。

次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．３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。このように窒化シリコン膜を、水素プラズマの存在下で成膜して形成した場合、パッシベーション効果も同時に有するので、反射防止の機能と併せて、太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。

そして、本発明に係る電極形成工程により、表面電極４と、集電電極５ａと出力取出電極５ｂとを含む裏面電極５を以下のようにして形成する。

裏面電極５を構成する集電電極５ａは、例えばアルミニウム粉末などからなる金属と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図２（ｂ）に示すように、後述する出力取出電極５ｂを形成する部位を除いた裏面のほぼ全面に集電電極５ａを形成する。塗布法としては、スクリーン印刷法などの周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

裏面電極５を構成する出力取出電極５ｂおよび表面電極４は、半田濡れ性のよい金属材料、例えば銀粉末などと有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、表面電極４は格子状に形成し、出力取出電極５ｂは、大部分が上述のアルミニウムを主成分とした集電電極５ａを塗布しなかった部位に設けられ、周縁部を集電電極５ａと重ね合わせて形成する。塗布法としては、スクリーン印刷法などの周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

上述のようにして塗布・乾燥した表面電極４、裏面電極５を、後述する本発明の第一焼成工程・第二焼成工程を経ることによって、半導体基板に対して電極を焼き付けて形成することができる。

なお、以下に示す焼成方法では、図３に示すベルト式連続焼成炉の構造を用いて説明を行う。図３中、８は搬送用ベルト、９（９ａ、９ｂ、９ｃ）は上部ヒーター、１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は下部ヒーター、１１はカバー、１２はローラーを示す。

半導体基板１を処理するベルト式連続焼成炉は、断熱性や安全性、そして雰囲気を外気と遮断するために設けられたカバー１１の中に、複数の上部ヒーター９（９ａ、９ｂ、９ｃ）と下部ヒーター１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が搭載されている。この上部ヒーター９と下部ヒーター１０は遠赤外や近赤外等のヒーターで、抵抗コイルやランプなどからなる。

このベルト式連続焼成炉の長手方向に炉を貫通して搬送用ベルト８が設けられ、この搬送用ベルト８は、ローラー１２が回転駆動することによって循環し、これによって搬送用ベルト８上に乗せた半導体基板１が焼成炉内を通過する。

このようなベルト式連続焼成炉によって、半導体基板１に塗布した電極材料を焼成する場合、通常、入口付近から急激に温度が上昇し、最高温度となる６００〜８００℃まで上昇し、最高温度に達した後は、徐々に温度を低下させる温度分布となっている。これは最初に電極材料の焼結に必要な温度まで達した後、急冷による応力に起因する太陽電池素子の割れを防ぐためである。具体的には、ベルト式連続焼成炉の入口側の上部ヒーター９ａ、下部ヒーター１０ａを熱の流出を考慮して最高温度より高めの温度に設定し、上部ヒーター９ｂ、９ｃおよび下部ヒーター１０ｂ、１０ｃを半導体基板１が下流に向かうに連れて、徐々に温度を低下させるような設定にすればよい。

以下、本発明の太陽電池の製造方法に係る第一焼成工程・第二焼成工程の各焼成工程の実施形態において図２を用いて説明する。図２（ａ）は半導体基板１の表面方向から見た図である。この半導体基板１表面において一辺をＡとし、Ａと平行に対向する一辺はＡ’とする。また、残りのＢ、Ｂ’はそれぞれ対向しており平行する位置関係にある。ここで、辺Ａ、Ａ’と平行な方向をＹ方向、辺Ｂ、Ｂ’と平行な方向をＸ方向とした。

上記電極形成工程は、前記半導体基板に電極材料を塗布し、半導体基板を焼成して前記表面電極および／または前記裏面電極を形成するものである。そして、半導体基板１を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、半導体基板１を、鉛直方向を軸として第一焼成工程で焼成した向きから略９０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含む太陽電池素子の製造方法である。焼成炉を通過させる第一焼成工程では、ベルトに載持された半導体基板１の進行方向がＸ方向で、辺Ａが先に焼成炉に進入する場合、Ａと対向する辺Ａ’が焼成炉に進入するまでに時間差がある。また、このとき辺Ｂ、Ｂ’については、Ｂ、Ｂ’両辺ともほぼ同時に加熱されていくため、熱履歴の時間的差異は少ない。

そして、焼成炉を再度通過させる第二焼成工程では、第一焼成工程での向きから９０°回転させているため、半導体基板１はＹ方向に進行する。第二焼成工程においては逆に、辺Ａ、Ａ’は、同時に加熱されるために熱履歴の差は少ない。また、辺Ｂ、Ｂ’については、焼成炉に進入するまでに時間差がある。ゆえに、半導体基板１が第一焼成工程で生じた熱履歴と、第二焼成工程で生じた熱履歴のバランスをとって内部応力の均一化を図ることができるため、半導体基板１の反りを緩和することができる。

次に、集電電極５ａは第一焼成工程および第二焼成工程を経て形成されるようにすることが望ましい。その理由は以下の通りである。まず、集電電極５ａの面積は広く、使用する電極材料の量も多い。したがって、半導体基板１と電極材料との熱膨張係数の差異による影響を大きく受けるので、半導体基板１の反りに対して及ぼす影響が大きい。ここで本発明に係る第一焼成工程・第二焼成工程の各焼成工程により、上述したような理由から、基板に対する熱履歴をより均一化できるので、基板が一方向へ大きく反ることなく、両方向へ均等に反るようになる。その結果、大きな反りを抑制することができるので、反りによる半導体基板１の割れを軽減することができる。さらに、半導体基板１と集電電極５ａのオーミック接触は第一焼成工程、第二焼成工程を経た後で、より安定性を増すからである。

また、集電電極５ａは半導体基板１と同じ導電型を呈する半導体不純物を含んだ電極材料を用い、第一焼成工程と第二焼成工程を経ることによって半導体基板１と集電電極５ａとの間にこの半導体基板１と同じ導電型でより高濃度の不純物を含む裏面電界領域６が略全面に形成される。この裏面電界領域６は、光生成電子キャリアが半導体基板１から裏面電極５に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃを向上させる働きをもつ。また、裏面電界領域６では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、この領域および裏面電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをし、開放電圧Ｖｏｃが向上するという効果が得られ、太陽電池素子の特性を向上させることができる。

ここで、半導体基板１としてｐ型シリコン半導体を用いた場合、集電電極５ａの電極材料として、アルミニウムを主成分とするものを用いることが望ましい。上述のように電極材料にアルミニウムを主成分とした集電電極５ａを焼成することにより、集電電極６とシリコン基板の接合部分においてアルミニウムがシリコン基板の内部に熱拡散し、シリコン基板はｐ型不純物であるアルミニウムを多量に含んだ裏面電界領域（高濃度ｐ^＋領域）６を形成させることができる。

そして、第一焼成工程と第二焼成工程との間に半導体基板１を表裏反転させる表裏反転工程を設けることが望ましい。このように、第一焼成工程と第二焼成工程との間に半導体基板１を、第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させることによって、半導体基板１が焼成炉内部から受ける熱の影響を分散させ内部応力の均一化を図ることができる。

さらに、第一焼成工程と第二焼成工程との間に、表裏反転工程を含んだ場合、
（１）第一焼成工程時には半導体基板１の受光面側の表面に何も存在していない状態で搬送用ベルト８に配置し、裏面側電極を焼成する

（２）半導体基板１の受光面側に表面電極４を塗布乾燥させて設ける
（３）表裏反転工程の後、第二焼成工程で半導体基板１の表面電極４の側を焼成する
このような手順で焼成を行えば、表面電極４と搬送用ベルト８との接触を防ぎ、半導体基板１の受光面側の汚れを防止し、受光量の減少を防ぐことができる。

また、第一焼成工程と、第二焼成工程においては、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、搬送用ベルト８上に半導体基板１を配置した状態で行うようにすることが望ましい。

これは、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用いることで大量生産が可能となり、コストの面でも非常に有用であるためである。

そして、この搬送用ベルト８を含む焼成炉は搬送用ベルト８を挟んで、上方と下方とにそれぞれ上部ヒーター９と下部ヒーター１０とを備えたものが望ましい。上部ヒーター９と下部ヒーター１０を備えたベルト式焼成炉の場合、電極形成において表面電極４、裏面電極５など同時に焼成することが可能となるためである。

ここで、このような上部ヒーター９と下部ヒーター１０を用いたベルト式連続焼成炉を用いる場合、半導体基板１が各焼成工程において受ける熱量は、下部ヒーター１０よりも上部ヒーター９から受ける方が大きくなるようにすることが望ましい。このような構成にすれば、上方と下方からの加熱状態が非対称となり、各焼成工程における半導体基板１の内部の温度分布の対称性を崩すことができる。その結果、本発明の実施形態における効果をより確実なものとし、半導体基板内部の熱履歴をより分散させ形成状態を均一化できる。

その理由として、下部ヒーター１０は搬送用ベルト８を挟んで半導体基板１の下面（搬送用ベルト８と接した面）と対向しており、直接、半導体基板１の上面と向き合った上部ヒーター９に比べて、半導体基板１に高い熱量を供給することが難しい。もちろん、電力を増大させることによって可能ではあるが、より搬送用ベルト８が加熱されることなり、エネルギーの効率的利用という観点から見ても、上部ヒーター９からの熱量を大きくする方が自然であり、より好ましい。

また、第二焼成工程の前に半導体基板１の表裏反転工程を設けた第一焼成工程もしくは、第二焼成工程において、必ず半導体基板１の表面側を、より受ける熱量が少ない下部ヒーター１０に向けて焼成することになる。ゆえに、半導体基板１の表面側へ必要以上に熱量がかからないため、逆導電型領域２へのダメージを軽減することができ、出力特性が良好な太陽電池素子を得ることが可能である。

上述のように上部ヒーター９、下部ヒーター１０を用いたベルト式連続焼成炉を用いる場合、半導体基板１が各焼成工程において受ける熱量について、下部ヒーター１０よりも上部ヒーター９から受ける方が大きいかどうかについては、次のようにして確認することができる。

（ａ）ダミーの半導体基板の表面および裏面の複数箇所（表裏の対称箇所）に熱電対を取り付ける
（ｂ）上部ヒーター９と下部ヒーター１０を所定の温度条件に設定する
（ｃ）（ａ）のダミーの半導体基板を搬送用ベルト８に配置し、所定のベルト速度で送る
（ｄ）熱電対によって、ダミーの半導体基板の表面および裏面の温度を測定し、温度のプロファイルを作成する
（ｅ）（ｄ）で作成された温度のプロファイルを時間で積分したものを表面、裏面で比較し、加えられた熱量を比較する（複数箇所について平均値を取る）
特許文献３には、焼成時の加熱により、焼結していない電極材料が搬送用ベルト８の金属と合金化するのを防ぐために、半導体基板１の対向する二辺を支持して、半導体基板１と、搬送用ベルト８との間に空間領域を形成することが記載されている。図４はこのときの半導体基板と、搬送用ベルトの位置関係を示しており、図４において半導体基板は、搬送用ベルト８の進行方向に直角な向きの断面を示す。また、図５は図４のＺ部の拡大図を示している。図５に示されるように半導体基板１は搬送用ベルト８の上に設けられた支持部材１３の略凸型の突出部の段部で保持される。ゆえに、図４に示されるように半導体基板１の対向する二辺を支持して、半導体基板１と搬送用ベルト８との間に空間領域を形成することによって、半導体基板１と搬送用ベルト８との接触面積が小さくなる。したがって、半導体基板１の全面が搬送用ベルト８と触れるということがないため、焼成時の加熱によって電極材料が搬送用ベルト８に貼りつくことなく焼成が行われる。

上述のように半導体基板１の対向する二辺を支持して電極を焼成によって形成する場合、半導体基板を加熱すると同時に搬送用ベルト８ならびに支持部材１３も加熱される。太陽電池素子を構成する半導体基板１は、搬送用ベルト８に載置される際、半導体基板１の対向する二辺（例えば、図２に示されるＡ、Ａ´）を支持部材１３によって保持するため、半導体基板において支持部材１３と直接接触している部分Ａ、Ａ´と、接触していない部分Ｂ、Ｂ´とでは、昇温速度が異なり、その結果、基板内、特に半導体基板のＡ、Ａ´側とＢ、Ｂ´側とでは熱履歴の違いが生じ、熱履歴の違いによる内部応力によって基板に反りが発生する。

しかしながら、本発明の実施形態では、この焼成工程として、半導体基板１を焼成するときに、第一焼成工程において、半導体基板１の進入方向がＸ方向で図２（ａ）に示される半導体基板１のＡ、Ａ´側を搬送用ベルト８の支持部材１３に載置し、略水平に配置した状態で焼成を行い、第二焼成工程においては、半導体基板１を、鉛直方向を軸として第一焼成工程で焼成した向きから略９０°回転させ、半導体基板１の進入方向がＹ方向で図２（ａ）に示される半導体基板１のＢ、Ｂ´側を搬送用ベルト８の支持部材１３に載置し、焼成する。これによって、第一焼成工程で半導体基板１に対して加えられた熱履歴とは異なった熱履歴が第二焼成工程によって加えられるので、より広い領域で、特にＡ、Ａ´側とＢ、Ｂ´側において均一に熱が印加されることとなる。そして、一部分に必要以上の熱量が印加されないため、内部応力が緩和され、基板の反りが緩和された太陽電池素子を得ることができる。

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、上述の説明では大量生産が可能である例をとってベルト式焼成炉を用いた説明したが、これに限るものではなく、バッチ式焼成炉においても前記のように第一焼成工程と、第二焼成工程との間で半導体基板の向きを９０°回転させる工程および／または半導体基板を鉛直方向に表裏反転させる表裏反転工程を含ませることが同様に有効である。

この理由として、バッチ式焼成炉内での焼成温度は不均一であり、第二焼成工程において半導体基板１を鉛直方向に９０°回転させた工程を含むことで、半導体基板１が受ける熱が一部分に集中するのを防ぐ。この結果、半導体基板の内部応力を分散させることが可能となり、形成状態を均一化した半導体基板ができる。

そして、表面電極４は、あらかじめ反射防止膜３の表面電極４に相当する部分をエッチングし、その箇所に電極材料（銀ペーストなど）を塗布し、焼成して逆導電型領域２と導通を取るようにしてもよい。また、反射防止膜３の上に直接電極材料（銀ペーストなど）を塗布して焼成し、いわゆるファイアースルー法によって反射防止膜３を貫通させて逆導電型領域２と導通を取るようにしてもよい。

次に、電極焼成順序の観点から見れば、半導体基板１の表面には表面電極４を設けられており、裏面に裏面電極５を設けられているが、裏面電極５には略全面に形成された集電電極５ａと、この集電電極５ａに接続された出力取出電極５ｂとを含んでいる。これらの電極を形成する焼成の順番、組み合わせは上記に示した方法以外であっても構わない。例えば、第一焼成工程で裏面電極５（集電電極５ａと出力取出電極５ｂ）を形成し、第二焼成工程で表面電極４を形成してもよいし、第一焼成工程で出力取出電極５ｂを形成し、第二焼成工程で集電電極５ａと表面電極４を形成してもよいが、集電電極５ａは第一焼成工程および第二焼成工程を経て形成されるようにすることが望ましい。また、表面電極４は第一焼成工程および第二焼成工程を経て形成されてもよい。

そして、搬送用ベルト８の入口側には焼成前の半導体基板１を連続的に搬送用ベルト８上に配置するローダー（不図示）を設け、さらに、搬送用ベルト８の出口側には、焼成後の半導体基板１を連続的に搬送用ベルト８からピックアップ可能なアンローダー（不図示）を設けてもよい。

さらに、第一焼成工程と第二焼成工程は、それぞれ異なった焼成炉、望ましくはベルト
式連続焼成炉を用いて処理するようにすれば、高い生産性で大量の半導体基板を処理することができるので望ましい。この場合、第一焼成工程を終えた半導体基板に対して、鉛直方向を軸として略９０°回転させたり、表裏反転させたりする機構を設けることが望ましい。例えば、アンローダーによって半導体基板をカセットに集約した後に、カセット自身を、鉛直方向を軸として略９０°回転させたり、表裏反転させたりする機構を設け、その後、第二焼成工程に用いる焼成炉のローダーにこのカセットをセットして、半導体基板を所定状態で供給するようにすればよい。なお、あらかじめローダーに対して、カセットを所定状態でセットできるような構造にしておくことは言うまでもない。

さらに、ベルト式連続焼成炉について、図３では上部ヒーター９と下部ヒーター１０の両方を記載したが、これに制限されるものではなく、上部ヒーター９のみや下部ヒーター１０のみの構造でもよい。しかし、半導体基板１の両面に電極材料が塗布されている場合、上部ヒーター９と下部ヒーター１０の両方を備えていれば、これらを用いることによって、同時に焼成を行うことができるのでより望ましい。これは、半導体基板１の表面電極４と裏面電極５とを同時に加熱焼成することができるからである。

なお、図３では上部ヒーター９、下部ヒーター１０ともそれぞれ３分割にして記載したが、これに制限されるものではなく、これより多くても少なくても構わない。ただし、半導体基板１の加熱のプロファイルを自在に設定するためには、３分割以上とすることが望ましい。

また、上述の説明では、半導体基板１は下部ヒーター１０に比べ上部ヒーター９の方から大きい熱量を受ける例によって説明した。通常、上部ヒーター９に比べ下部ヒーター１０は搬送用ベルト８を挟んで半導体基板１に対峙しているので、上部ヒーター９からの熱量を大きくする方が簡単であるが、逆であっても何ら差し支えなく、ヒーターの取り付け位置も上部のみ、下部のみでもなんら差し支えない。これら、ヒーターの取り付け方によらず本発明による太陽電池素子の製造方法を用いれば、半導体基板への熱履歴を均一にし、半導体基板の反りを抑え、逆導電型領域２へのダメージを軽減することができる。

同様に、上述の説明では、焼成工程として第一焼成工程および第二焼成工程のように二つの焼成工程を備えた例によって説明したが、これら二つの焼成工程の前後あるいは間に、更に複数の焼成工程を備えていても構わない。

また、第一焼成工程をはじめとする各焼成工程においては、半導体基板を略水平に配置するが、必ずしも厳密に水平である必要はない。例えば、ベルト式連続焼成炉の場合、排気を良くするために搬送用ベルトが傾斜を有している場合があるが、半導体基板が搬送用ベルトから滑り落ちない程度であれば、このような傾斜を有する状態で配置しても構わない。この場合、第二焼成工程では、半導体基板面に対して鉛直方向とする直交する方向を鉛直方向とみなして９０°回転させ焼成すればよい。

また、半導体基板の材質は、シリコン以外に周知の化合物半導体であっても構わない。さらに、焼成する電極材料や塗布する電極形状、あるいは塗布方法についても、上述の例に限るものではなく、太陽電池素子としての特性を発揮できる材料や形状の組合せであれば、本発明の構成によって本発明特有の作用効果を得ることができることは言うまでもない。

太陽電池素子の構造を示す概略断面構造図である。 （ａ）は図１の太陽電池素子を表面側から見た上視図であり、（ｂ）は図１の太陽電池素子を裏面側から見た下視図である。 ベルト式連続焼成炉の概略構造図である。 ベルト式連続焼成炉を説明するための図である。 ベルト式連続焼成炉を説明するための図であり、図４のＺ部の拡大図である。

符号の説明

１：半導体基板
２：逆導電型領域
３：反射防止膜
４：表面電極
５：裏面電極
５ａ：集電電極
５ｂ：出力取出電極
６：裏面電界領域
８：搬送用ベルト
９：上部ヒーター
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：上部ヒーター
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：下部ヒーター
１１：カバー
１２：ローラー
１３：支持部材

Claims (9)

1. 表面と裏面とを有する半導体基板と、前記表面に設けられた表面電極と、前記裏面に設けられた裏面電極とを含む太陽電池素子の製造方法であって、
   前記半導体基板に電極材料を塗布し、この半導体基板を焼成して前記表面電極および／または前記裏面電極を形成する電極形成工程を含むとともに、
   前記電極形成工程は、入口付近から温度が上昇して最高温度に達した後、下流に向かうに連れて温度が低下する温度分布を有する、連続式の焼成炉を用いて行う工程であり、
   前記半導体基板を略水平に配置して前記焼成炉内を通過させて焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略９０°回転させた状態で、前記焼成炉内を再度通過させて焼成する第二焼成工程と、
   を含む太陽電池素子の製造方法。
2. 前記裏面電極は、前記裏面の略全面に形成された集電電極と、この集電電極に接続された出力取出電極と、を含む請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
3. 前記集電電極は、前記第一焼成工程および第二焼成工程を経て形成される請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
4. 前記半導体基板は、前記集電電極との間に、この半導体基板と同じ導電型でより高濃度の不純物を含む裏面電界領域を略全面に有するとともに、この裏面電界領域は前記第一焼成工程および前記第二焼成工程によって形成される請求項３に記載の太陽電池素子の製造方法。
5. 前記半導体基板は、ｐ型シリコン基板であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分とする請求項４に記載の太陽電池素子の製造方法。
6. 前記第一焼成工程と前記第二焼成工程との間に前記半導体基板を表裏反転させる表裏反転工程を設けた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法。
7. 前記第一焼成工程および前記第二焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法。
8. 前記ベルト式連続焼成炉は、前記搬送用ベルトを挟んで、上方と下方にそれぞれ上部ヒ
   ーターと下部ヒーターとを備えた請求項７に記載の太陽電池素子の製造方法。
9. 前記半導体基板は、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程において、前記下部ヒーターから受ける熱量よりも前記上部ヒーターから受ける熱量の方が大きくなるようにした請求項８に記載の太陽電池素子の製造方法。

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