JP4842655B2 - 太陽電池製造用スクリーンマスク - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池製造用スクリーンマスクに関し、さらに詳しくは、太陽電池の裏面の集電用アルミニウム電極を形成する太陽電池製造用スクリーンマスクに関する。

シリコン基板を用いた従来の太陽電池の製造方法の一例を図８を用いて説明する。図８（ａ）〜（ｊ）は、従来の太陽電池の製造方法を図解する模式的な断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、例えばワイヤーソーなどを用いて多結晶のｐ型シリコンインゴットを２５０μｍ程度の厚さに切り出すことによって、ｐ型シリコン基板２を形成する。このとき、ｐ型シリコン基板２の表面にはワイヤーソーなどによってダメージ層１が形成されている。

次に、図８（ｂ）に示すように、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）にイソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液を用いたエッチングによって、ダメージ層１が除去されると共に、ｐ型シリコン基板２の受光面（太陽電池としたときに太陽光が主に入射する側の表面）および裏面（受光面の裏側にある表面）に表面反射を低減する微細な凹凸（図示せず）が形成される。一般に単結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製造においては、結晶軸が（１００）の受光面に対して、このようなエッチングを行うことによって、受光面にピラミッド状の凹凸が形成される。他方、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池においても同様の手法を用いることがあるが、多結晶シリコン基板の場合には受光面に様々な結晶方位があるため、均一なピラミッドを形成することが困難であることから、表面反射が単結晶に比べて大きい。非特許文献１には、アルカリ溶液に代わって、室温以下の低温で、フッ酸と硝酸からなる酸溶液を用いて、多結晶シリコン基板の表面に太陽光の反射の低減に有効な微細な凹凸を形成する方法が記載されている。

次いで、図８（ｃ）に示すように、ｐｎ接合分離を目的として、ｐ型シリコン基板２の裏面の周縁部にシリコンおよびチタンを含む溶液からなるマスク部材３がスピンコータにより塗布される。これは、特許文献１に記載されている製造方法であって、容易にｐｎ接合分離を行うことが可能であり、大量生産に適している。
そして、図８（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の受光面の全面に、拡散源としてＰ₂Ｏ₅（五酸化二リン）を含むドーパント液がスピンコータにより塗布されドーパン塗布膜４が形成される。続いて、このｐ型シリコン基板２を拡散炉で８００〜９００℃程度に加熱することによって、ｐ型シリコン基板２の受光面にドーパントが拡散して、図８（ｅ）に示すようにｐ型シリコン基板２の受光面に不純物拡散層であるｎ＋層５が形成される。このとき、ｐ型シリコン基板２の裏面のマスク部材３が塗布された領域にはマスク部材３が加熱されて生じたＴｉＯ₂（二酸化チタン）とＳｉＯ₂（二酸化シリコン）とが混在したマスク膜が形成されており、ｐ型シリコン基板２の裏面にはｎ＋層が形成されていないため、ｐｎ接合分離が行われていることになる。

そして、ｐ型シリコン基板２をフッ酸に浸漬させることで、上記のマスク膜と、ドーパント塗布膜４が加熱されて生じたＰＳＧ（リンシリケートガラス）層４ａとを除去することによって、図８（ｆ）に示すｐ型シリコン基板２が得られる。次いで、図８（ｇ）に示すように、反射防止膜（ＡＲＣ）の形成およびパッシベーションを目的として、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型シリコン基板２の受光面上に窒化シリコン膜６が形成される。

次に、図９に示すスクリーンマスク２０およびスキージ３５を用いて、図１０に示すようにスクリーン印刷法によりｐ型シリコン基板２の裏面にアルミニウムペースト３６を印刷する。ここで、図９（ａ）の平面図、図９（ｂ）の側断面図および図９（ｃ）の部分拡大側断面図に示すように、スクリーンマスク２０は、四角形のスクリーン枠２２と、スクリーン枠２２内に張設されたスクリーンメッシュ２９の周縁部に膜状のマスク部材２３ａを有する周縁マスク部２３と、スクリーンメッシュ２９における後述の接続用銀電極の形成領域に対応する部位に膜状マスク部材２４ａを有する内方マスク部２４と、周縁マスク部２３および内方マスク部２４を除く領域であるメッシュ部２７とを備え、メッシュ部２７が後述の集電用アルミニウム電極の形成領域に対応している。また、膜状マスク部材は、一般的に乳剤または金属箔からなり、シリコン基板２の裏面のほぼ全面にアルミニウムペースト３６を印刷する場合（いわゆる全面ベタパターン）では厚みは通常１０μｍ以下であり、安定して大量生産するには最低５μm必要である。

前記スクリーン印刷工程によって、シリコン基板２の裏面のほぼ全面にアルミニウムペースト３６が印刷された後、これを１５０〜２００℃程度で乾燥させ、続いて７００℃程度で加熱することで、図８（ｈ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の裏面に膜厚６０μm程度の集電用アルミニウム電極８と、ｐ型不純物であるアルミニウムを多量に含んだｐ＋層７とが形成される。このｐ＋層７はＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ；裏面電界）層と呼ばれ、ｐ型シリコン基板２の裏面近傍にｐ層とｐ＋層との界面で障壁を形成する。これにより、ｐ型シリコン基板２内で生成された少数キャリアがｐ型シリコン基板２の裏面に向かわないようにすることができるため、ｐｎ接合部に到達するキャリアが増加し、光電流を増加させることができ、かつｐ層ｐ＋層間のエネルギ差が開放電圧の増大をもたらす。

続いて、スクリーン印刷法により、図示しないスクリーンマスクを用いて、接続用銀電極形成領域に銀ペーストがアルミニウム電極８の一部と重なるようにして印刷される。また、受光面にも、図示しないスクリーンマスクを用いて、集電用の櫛状の細いグリッド電極およびそれらに繋がる接続用電極の形成のための銀ペーストが印刷される。そして、これらの銀ペーストを１５０〜２００℃で乾燥し、６００℃程度で加熱することによって、図８（ｉ）に示すように、アルミニウム電極８上に銀電極９が形成されるとともに、受光面側において銀ペーストが窒化シリコン膜６をファイヤースルーしてｎ＋層５とのオーミックコンタクトを有する銀電極１０が形成される。最後に、はんだディップ処理を行うことで、図８（ｊ）に示すように銀電極９、１０の表面がはんだ１１で被覆されて、太陽電池が完成する。
このようにして作製された太陽電池の裏面を図１１（ａ）に、また図１１（ａ）におけるＸ１−Ｘ２線の断面を図１１（ｂ）に示す。

近年、太陽電池を低コストにて生産する観点から、シリコン基板の薄型化が必要とされている。その場合、課題となるのが、主に裏面電極であるアルミニウム電極とシリコン基板の膨張係数の違いから生じる反りが大きくなることである。反りを低減するためには、アルミニウム電極を形成するアルミニウムペーストの塗布量を少なくし、焼成後のアルミニウム電極の膜厚を４０μｍ程度に薄くする必要がある。しかしながら、アルミニウム電極を単に薄くした場合には、図１２に示すようにアルミニウム電極８の周縁部に直径数１０〜数１００μmのボール状のＡｌ−Ｓｉ合金粒１８が発生し、この合金粒１８がモジュール化の際に割れの起点になるため、歩留まりを著しく低下させるという問題や、外観不良により製品化できないといった問題がある。Ａｌ−Ｓｉ合金粒１８が発生する理由としては、焼成時にアルミニウムペースト中のＡｌ粉と基板中のＳｉとが共晶反応を起こしてＡｌ−Ｓｉ合金が形成され、焼成後にこのＡｌ−Ｓｉ合金が冷えて固まる際に、アルミニウム電極８の周縁部表面に隆起することが考えられる。

このような問題を解決するために、特許文献２では、以下の（１）〜（４）の方法によってアルミニウム電極の周縁部のみを厚く形成することで、合金粒の発生を抑制することが提案されている。
（１）スクリーンマスクもしくはシリコン基板（ウエハも含む）を設置するステージを傾斜させる方法。
（２）シリコン基板の周辺のステージ上にスペーサを設ける方法。
（３）プレスによりスクリーンマスクを部分的に薄くする方法。
（４）アルミニウムペーストを部分的に２回印刷する方法。

前記（１）および（２）の方法では、スクリーン印刷時にシリコン基板の裏面とスクリーンマスクとのクリアランスを印刷部分によって変えることでアルミニウムペーストの塗布量を部分的に変え、その結果アルミニウム電極の膜厚を部分的に変える手法であるが、大量生産の場合、１度の印刷で複数枚の基板を印刷するため、前記（１）の方法では、各基板によってスクリーンマスクとの相対的なクリアランスが異なるため、各基板に印刷されたアルミニウムペーストの塗布量が異なってしまい、品質的なばらつきを生じるため大量生産に不向きである。それに加え、シリコン基板の厚みムラは数十μｍであるため、前記（１）および（２）の方法では、クリアランスを一定にすることができず、アルミニウムペーストにも厚みバラツキが多くなり、大量生産には適していない。
前記（３）の方法では、スクリーンマスクを部分的にプレスすることにより、プレスした部位のメッシュが押し潰されて目が細かくなり、それによってアルミニウムペーストの塗布量を部分的に変える手法であるが、プレスによりスクリーン強度が低下するため破れ易くなり、スクリーン寿命が短いため大量生産には適していない。また、プレス加工を要するため製造コストが増加する問題もある。
前記（４）の方法では、アルミニウムペーストを部分的に２回印刷することによってアルミニウム電極の周縁部のみを厚くする手法であるが、印刷工程が増加したり、一部のみ印刷条件を変更する必要があるため、大量生産には適していない。

本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、シリコン基板の薄型化に伴う反りを抑制しながら、工程数を増加させず簡単な方法で集電用アルミニウム電極の周縁部のみを厚く形成することにより合金粒の発生を抑制し、歩留まりを向上させて低コストにて薄型太陽電池の大量生産を可能とする、太陽電池製造用スクリーンマスクを提供することを目的としている。

ＷＣＰＥＣ−３, Ｍａｙ１１−１８, ２００３, ４Ｐ−Ｃ４−３３ 特許第２９５５１６７号公報 特開２００３−２１８３７３号公報

かくして、本発明によれば、シリコン基板の裏面における周縁部をマスクする周縁マスク部および接続電極形成領域をマスクする内方マスク部を有し、スクリーン印刷法によって集電用アルミニウム電極形成材料であるアルミニウムペーストを前記シリコン基板の裏面に印刷して、周縁部を面内部よりも厚くした集電用アルミニウム電極を形成するためのスクリーンマスクであって、前記スクリーンマスクは、スクリーンメッシュと、このスクリーンメッシュの印刷面側に設けられたマスク部材とを有してなり、前記周縁マスク部における前記スクリーンメッシュの厚み領域を含まない前記マスク部材の厚みが２０〜７０μｍであり、前記内方マスク部におけるスクリーンメッシュの厚み領域を含まないマスク部材の厚みが、周縁マスク部の前記マスク部材の厚み以下であり、前記スクリーンメッシュのメッシュ数が、１インチ当り１００〜１５０である太陽電池製造用スクリーンマスクが提供される。

本発明によれば、シリコン基板の裏面に、周縁部を面内部よりも厚くした集電用アルミニウム電極を容易に形成することができる。つまり、アルミニウム電極を全体的に薄くしながら周縁部は厚くするため、周縁部でのＡｌ−Ｓｉ合金粒の発生を抑制することができる。その結果、Ａｌ−Ｓｉ合金粒に起因するモジュール化の際の割れや外観不良を低減することができ、太陽電池の歩留まりを向上させることができる。
また、アルミニウム電極を全体的に薄膜化することができるため、シリコン基板を薄型化してもアルミニウム電極との熱膨張差による反りを抑制することができると共に、シリコン基板およびアルミニウム電極の両方の材料費を低減することができる。よって、コストダウンしながら薄型太陽電池を製造することができる。
また、スキージ印圧、スキージ速度、スキージ角度、クリアランスといった印刷条件の変更や追加工程が無く、スクリーンマスクのマスク部材の厚み調整のみでアルミニウム電極の厚み制御が行なえるため、生産タクトを一切落とすことがなく、太陽電池の大量生産に好適である。

本発明において、太陽電池の製造方法は、シリコン基板の裏面における周縁部をマスクする周縁マスク部および接続電極形成領域をマスクする内方マスク部を有する第１スクリーンマスクを用いて、集電用アルミニウム電極形成材料であるアルミニウムペーストを前記シリコン基板の裏面に印刷する第１スクリーン印刷工程と、第２スクリーンマスクを用いて、接続電極形成用ペーストを前記第１スクリーン印刷工程にて形成されたアルミニウム膜の一部に重なるように前記接続電極形成領域に印刷する第２スクリーン印刷工程とを備え、前記第１スクリーンマスクは、スクリーンメッシュと、このスクリーンメッシュの印刷面側に設けられたマスク部材とを有してなり、前記周縁マスク部における前記スクリーンメッシュの厚み領域を含まない前記マスク部材の厚みが２０〜７０μmに設定される。
ここで、本発明において、印刷面側とは、スクリーン印刷状態でのシリコン基板側を意味する。また、マスク部材の厚みとは、前記のようにスクリーンメッシュの厚み領域（縦線と横線の合計厚み領域）を含まないシリコン基板側のマスク部材部分のみの厚さを意味する。よって、マスク部材の材料（例えば乳剤）が、スクリーンメッシュの目に詰まっている場合には、マスク部材におけるスクリーンメッシュの厚み領域の部分は厚みとして含まれない。

本発明が製造対象とする太陽電池は、光電変換機能を有するシリコン基板の裏面に集電用アルミニウム電極を有するものであれば、光電変換機能を付加する導電型の接合形態は特に限定されず、例えばｐｎ接合型、ｐｉｎ接合型、ヘテロ接合型（例えばａ−ＳｉＣ／ａ−Ｓｉ）、多重接合型といった接合形態（接合構造）の太陽電池に適用可能であるが、特にｐｎ接合型の薄型太陽電池に好適である。
ｐｎ接合型太陽電池を製造する場合、シリコン基板にはｐｎ接合が形成されている。例えば、ｐ型の半導体基板の表面にｎ型の拡散層が形成されることによりｐｎ接合を有していることが好ましく、ｐ型半導体基板及びｎ型拡散層の不純物濃度、ｐ型半導体基板及びｎ型拡散層の厚みは、通常太陽電池として機能し得るもののなかから適宜選択することができる。
また、シリコン基板は、単結晶、多結晶、いわゆるマイクロクリスタルと呼ばれる微結晶、アモルファスおよびこれらが混在するものであってもよいが、単結晶および多結晶シリコン基板が好ましい。

シリコン基板は、受光面側に凹凸が形成されていることが好ましい。凹凸は、特に限定されるものではなく、太陽電池の変換効率を高めるように機能するような高低差、ピッチを有して形成されていることが好ましい。例えば、高さ数μｍの微小ピラミッド形状、深さ数十μｍの溝を多数平行に配置した形状等が挙げられる。基板表面に凹凸を形成する方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨ等のアルカリ溶液、さらにアルカリ溶液にイソプロピルアルコール等の有機溶媒を加えた水溶液で基板表面を処理する方法、ダイシング装置又はレーザー等を用いたり、ドライエッチングにより、溝や凹部を形成する方法等が挙げれる。

本発明において、太陽電池の製造方法は、上述のようなシリコン基板の裏面（受光面と反対側の面）に、後述する独自のスクリーンマスクを用いる第１スクリーン印刷工程によって集電用アルミニウム電極を形成するため、第１スクリーン印刷工程以外の工程は従来公知の方法を採用することができ、ｐｎ接合型太陽電池を製造する場合は図８で説明した工程とほぼ同様に行なうことができる。この場合、第１スクリーン印刷工程までにシリコン基板にｐｎ接合が形成される。
本発明において、第１スクリーン印刷工程での集電用アルミニウム電極の形成に際しては、アルミニウムペーストをシリコン基板の裏面のアルミニウム電極形成領域に印刷し、150〜200℃で乾燥した後、700℃程度で焼成することにより形成することができ、シリコン基板裏面における周縁部および接続電極形成領域を除くほぼ全面に形成されることが好ましい。

本発明において、集電用アルミニウム電極は、アルミニウムを主体とした導電材料から形成されているものである。ここで、アルミニウムを主体とするとは、アルミニウムのみからなる場合のほか、アルミニウム合金、アルミニウムの他の金属元素が含有または分散されているが、アルミニウムの特性を優位に維持していることを意味する。
したがって、アルミニウム電極を形成するためのアルミニウムペーストとしては、アルミニウムを主体とした導電性粒子を含有したものが好ましく、当該分野で一般的に使用されている市販品を用いてもよい。

また、集電用アルミニウム電極は、アルミニウムペーストを焼成することにより従来問題となっていた直径数１０〜数１００μｍのボール状のＡｌ−Ｓｉ合金粒が発生しないように、その周縁部（端面から面内へ２ｍｍ程度の幅領域）の膜厚が、周縁部よりも内方の面内部の膜厚よりも厚く形成される。このとき、アルミニウム電極の周縁部の厚みと面内部の厚みの膜厚差は１０μｍ以上が適当であり、１５〜５５μｍが好ましく、１７〜３０μｍがさらに好ましい。なお、前記膜厚差が１０μｍよりも小さいと、周縁部が面内部より厚くてもＡｌ−Ｓｉ合金粒が多数発生したり、発生個数が少なくても面内部が厚くなってアルミニウム電極が全体的に厚膜化し、シリコン基板の反りが生じ易くなる。

本発明では、アルミニウム電極の周縁部を面内部よりも厚い上記膜厚で形成するために、上述のように第１スクリーン印刷工程において、第１スクリーンマスクは、その周縁マスク部のマスク部材の厚み（スクリーンメッシュの厚み領域を除いたシリコン基板側の部分）が２０〜７０μmに設定されたものが使用される。このとき、第１スクリーンマスクのメッシュ部のメッシュ数は当該分野で通常設定されている範囲内であれば特に限定されず、かつ既存の印刷条件（例えばこれらに限定されないが、スキージ印圧：０．１５MＰａ程度、スキージ速度：９０ｍｍ／ｓｅｃ程度、スキージ角度７０度程度、シリコン基板裏面と周縁マスク部との間のクリアランス：２．０ｍｍ程度）を変更することなく、アルミニウムペーストの塗布量を低減してシリコン基板の反りを抑制しながら、周縁部を面内部よりも厚くしてＡｌ−Ｓｉ合金粒の発生が抑制されたアルミニウム電極を形成することができる。なお、第１スクリーンマスクの周縁マスク部のマスク部材の厚みが２０μｍよりも薄くなると、上述のようにアルミニウム電極の周縁部が面内部より厚くてもＡｌ−Ｓｉ合金粒が多数発生したり、発生個数が少なくても面内部が厚くなってアルミニウム電極が全体的に厚膜化し、シリコン基板の反りが生じ易くなる。一方、マスク部材の厚みが７０μｍよりも厚くなると、Ａｌ−Ｓｉ合金粒発生の抑制に効果であるが、周縁部の厚みが厚くなり過ぎるため、裏面接続電極や受光面電極を形成する際のスクリーン印刷時に周縁部が割れの起点となり易く好ましくない。

また、本発明における第１スクリーンマスクは、上述のようにメッシュ部のメッシュ数は特に限定されないが、８０〜１５０メッシュが好ましく、アルミニウム電極の面内部をできるだけ薄くする観点から１００〜１５０メッシュがさらに好ましい。

また、本発明における第１スクリーンマスクは、接続電極形成領域に対応する前記内方マスク部のスクリーンメッシュの厚み領域を除くマスク部材の厚みは、周縁マスク部のマスク部材の厚みと同等以下であればよく、薄いことが好ましい。
内方マスク部のマスク部材が周縁マスク部のマスク部材と同等の厚みである場合は、形成されたアルミニウム電極における接続電極の近傍周辺部の厚みが周縁部の厚みと同等になる。
一方、内方マスク部のマスク部材が周縁マスク部のマスク部材よりも薄い場合は、形成されたアルミニウム電極における接続電極の近傍周辺部の厚みが周縁部の厚みよりも薄くなり、アルミニウム電極を全体的により薄膜化することができる。その結果、アルミニウムの使用量をより低減することができると共に、アルミニウム電極が薄くなる分接続電極の材料（例えば高価な銀）の使用量も低減され、コストダウンを図ることができる。この場合、内方マスク部のマスク部材の厚みは５〜２０μm程度が好ましく、５μｍ程度がさらに好ましい。

また、第１スクリーンマスクにおいて、スクリーンメッシュおよびマスク部材の材料は特に限定されるものではなく、当該分野で通常使用されている材料を用いることができる。例えば、スクリーンメッシュとしての材料は通常ステンレス細線が用いられ、マスク部材としての材料は乳剤あるいは金属箔（ＳＵＳやＮｉ等）が用いられる。ここで、乳剤とは、一般的にスクリーンマスク製作時にスクリーンメッシュを所定パターンでコーティングするのに使用される感光性樹脂溶液のことであり、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）や酢酸ビニルエマルジョンに感光剤としてジアゾニウム塩を溶解混合したものを用いることができる。

シリコン基板の裏面に形成される接続電極は、少なくともその一部が集電用アルミニウム電極に重なって形成され、かつシリコン基板に直接接続される部分が存在していることが好ましい。ただし、太陽電池で発電した電力を効率良く取出せることを考慮する必要がある。例えば、接続電極は、太陽電池において、少なくともシリコン基板裏面の面積に対して５〜１０％程度形成されていることが適当である。また、接続電極の材料は特に限定されないが、銀を主体とした導電材料から形成されていることが好ましく、例えば、１０〜５０μｍ程度の膜厚で形成することができる。

本発明において、シリコン基板の受光面には、受光面電極が形成される。受光面電極は、導電材料であればどのような材料によって形成されていてもよく、透明導電材料でも不透明導電材料であってもよい。また、受光面電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷によって印刷し、乾燥および焼成して形成することができる。受光面電極を不透明導電材料で形成する場合には、通常銀が用いられ、最小限の面積で形成されることが好ましい。シリコン基板の受光面に予め反射防止膜が形成されている場合には、電極が形成される部分の反射防止膜をあらかじめ除去することが必要であるが、例えば、ファイヤースルー型の導電性ペースト（例えば銀とガラスを含むペースト）を用いれば、反射防止膜の除去なしに形成することができる。

また、裏面接続電極および／または受光面電極上には、半田層が形成されていてもよい。半田層としては、鉛を主体としたもの（ＳｎＰｂ等）のみならず、錫を主成分として、他に銀、ビスマス、銅、亜鉛、金、パラジム等の中から１種又は２種以上を選択した合金等が挙げられる。半田層の膜厚は、特に限定されないが、例えば、５〜２０μｍ程度が挙げられる。

さらに、シリコン基板の受光面には上記反射防止膜および保護膜等がさらに形成されていてもよい。反射防止膜は、例えば、常圧ＣＶＤ法を用いて酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜を形成する方法、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜を形成する方法等が挙げられる。例えば、酸化チタン膜では６０〜９０ｎｍ程度の膜厚、窒化シリコン膜では７０〜１００ｎｍ程度の膜厚が適当である。
また、本発明における太陽電池は、複数個を直列又は並列に接続してモジュール化されていてもよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例１）
実施例１の太陽電池を、集電用アルミニウム電極の形成工程が異なる以外は従来技術の図８で説明した方法と同様にして製造した。以下、従来技術の製造方法とは異なる点を主に説明する。
まず、図８（ａ）〜（ｇ）で説明した方法と同様にして、幅１５５ｍｍ×長さ１５５ｍｍ×厚さ２５０μｍの多結晶ｐ型シリコン基板２の受光面側に表面抵抗率が約５０Ωの不純物拡散層であるｎ＋層５を形成し、さらにｎ＋層５上に厚さ７０ｎｍ〜１００ｎｍの窒化シリコン膜６を形成した。

次に、スクリーン印刷法（第１スクリーン印刷工程）により、ｐ型シリコン基板２の裏面にアルミニウムペーストを印刷した。スクリーン印刷の印刷機には、西進商事株式会社製のＳＳ１５０を使用し、アルミニウムペーストとして村田製作所製の３７１８G１を使用した。第１スクリーン印刷工程に用いる第１スクリーンマスクＭは、図１よび図２に示すように、四角形のスクリーン枠１２内に、ステンレス細線からなるスクリーンメッシュ１９が張られている。そして、このスクリーンメッシュ１９の印刷面側において、その周縁部に乳剤からなるマスク部材１３ａを有する周縁マスク部１３と、接続用銀電極の形成領域に対応する部位に乳剤からなるマスク部材１４ａを有する内方マスク部１４とが形成されている。なお、周縁マスク部１３および内方マスク部１４を除く領域が、集電用アルミニウム電極の形成領域に対応するメッシュ部１７とされている。

第１スクリーン印刷工程では、図３（ａ）に示すように、第１スクリーンマスクＭ上のアルミニウムペースト３６を、印圧を加えたスキージ３５を矢印方向に移動させることで、図３（ｂ）に示すようにシリコン基板２の裏面にアルミニウムペースト３６が印刷される。このとき、アルミニウムペースト膜３６ａの厚みは、第１スクリーンマスクＭの周縁マスク部１３および内方マスク部１４の各マスク部材１３ａ、１４ａの厚みＴ₁、Ｔ₂と印刷条件によって決まる（図２参照）。ここで、本実施例１では、各マスク部材１３ａ、１４ａの厚みＴ₁、Ｔ₂は略等しく設定されている。また、メッシュ部１７の厚みは、縦横のステンレス細線の合計太さである。

図２に示すように、各マスク部材１３ａ、１４ａの厚みを従来（１０μｍ程度）に比して厚くした場合、スクリーン印刷時において、図３（ａ）に示すように、メッシュ部１７を通過するアルミニウムペースト３６の塗布量は、周縁マスク部１３の周辺および内方マスク部の周辺に多くなり、一方面内へはスクリーンメッシュ１９の厚みに応じるため少なくなり、図３（ｂ）に示すように、印刷後のペースト膜３６ａは周縁マスク部１３および内方マスク部１４の周辺で厚く、面内で薄く形成される。このとき、ｐ型シリコン基板２の裏面上において、四角形の内方マスク部１４に対応する位置にはペースト膜は形成されていない。
本実施例１の第１スクリーンマスクＭ（メッシュ株式会社製）には、スクリーンメッシュを１インチ当り１５０メッシュ（厚さ120μｍ）で一定とし、マスク部材１３ａ、１４ａの各厚みを２０μｍ（実施例１−１）、５０μｍ（実施例１−２）、７０μm（実施例１−３）と変えた３種類が用いられ、スキージ印圧０．１５Ｍｐａ、スキージ速度９０ｍｍ／ｓｅｃ、スキージ角度７０度、クリアランス２．０ｍｍの印刷条件で、アルミニウムペースト３６を約２．０ｇ印刷した。

その後、ｐ型シリコン基板２上のペースト膜３６ａを１５０〜２００℃程度で乾燥し、７００℃程度で焼成することで、図８（ｈ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の裏面にアルミニウム電極８およびｐ型不純物であるアルミニウムを多量に含んだｐ＋層７を形成した。なお、アルミニウム電極８とｐ＋層７の間には、アルミニウムとシリコンの合金層が形成されている（図示せず）。

次いで、銀電極形成領域以外はマスク部材で覆われた第２スクリーンマスク（図示省略）を用いて、ｐ型シリコン基板２の裏面の銀電極形成領域に銀ペーストをアルミニウム電極８の一部と重なるようにしてスクリーン印刷した（第２スクリーン印刷工程）。また、図示しない第３スクリーンマスクを用いる第３のスクリーン印刷工程にて、ｐ型シリコン基板２の受光面に、集電用の櫛状の細いグリッド電極とそれに繋がる接続電極の形成のための銀ペーストを印刷した。

その後、ｐ型シリコン基板２の表裏面上の銀ペーストを１５０〜２００℃で乾燥し、６００℃程度で加熱することによって、図８（ｉ）に示すように、アルミニウム電極８上に銀電極９が形成されるとともに、銀ペーストがｐ型シリコン基板２の受光面側の窒化シリコン膜６をファイヤースルーして、ｎ＋層５とオーミックコンタクトを有する銀電極１０が形成された。
最後に、はんだディップ処理を行うことで、図８（ｊ）に示すように銀電極９、１０の表面をはんだ１１で被覆し、太陽電池を完成させた。

図４は、実施例１におけるはんだコーティング前の状態である図８（ｉ）を詳しく示した図である。この図４に示すように、ｐ型シリコン基板２の裏面のアルミニウム電極８ａは、その周縁部および銀電極９の周辺部の厚みが面内に比して厚く形成されている。
このように、第１スクリーンマスクＭのマスク部材の厚みを従来よりも厚くすることによって、アルミニウム電極８ａの周縁部を面内部よりも厚くできることを調べるために、図８（ｈ）の乾燥後のアルミニウム膜の周縁部および面内部の厚み測定を行った。この結果、図６に示すように、実際にアルミニウム膜の周縁部が面内部よりも厚く形成されていることが分った。なお、図６において、横軸はアルミニウム膜の周縁部の端面から面内への距離を示している。

また、製造された実施例１の太陽電池において、アルミニウム電極８ａの面内部アルミ厚、周縁部アルミ厚および周縁部に発生したＡｌ−Ｓｉ合金粒の個数を測定し、その結果を表１に示した。なお、表１において、面内部アルミ厚および周縁部アルミ厚はそれぞれ複数箇所を測定した平均値である。

（実施例２）
実施例２では、シリコン基板２の裏面へアルミニウムペースト３６を印刷する第１スクリーン印刷工程において、第１スクリーンマスクＭの周縁マスク部１３および内方マスク部１４の各マスク部材１３ａ、１４ａの厚みＴ₁、Ｔ₂を２０μｍで一定とし、メッシュ部１７のメッシュ数を１２０（実施例２−１）、１００（実施例２−２）、８０（実施例２−３）とする以外は、実施例１と同様にして太陽電池を形成した。
製造された実施例２の太陽電池において、アルミニウム電極の面内部アルミ厚、周縁部アルミ厚および周縁部に発生したＡｌ−Ｓｉ合金粒の個数を測定し、その結果を表１に示した。

（比較例１）
比較例１では、シリコン基板２の裏面へアルミニウムペースト３６を印刷する第１スクリーン印刷工程において、第１スクリーンマスクＭの周縁マスク部１３および内方マスク部１４の各マスク部材１３ａ、１４ａの厚みＴ₁、Ｔ₂を５μｍで一定とし、メッシュ部１７のメッシュ数を１５０（比較例１−１）、１２０（比較例１−２）、１００（比較例１−３）、８０（比較例１−４）とする以外は、実施例１と同様にして太陽電池を形成した。このようにして作製した太陽電池は、図11（ｂ）に示すように、裏面アルミニウム電極８は、周縁部と面内部との膜厚差が小さく全面的にほぼ平坦に形成されている。
製造された比較例１の太陽電池において、アルミニウム電極の面内部アルミ厚、周縁部アルミ厚および周縁部に発生したＡｌ−Ｓｉ合金粒の個数を測定し、その結果を表１に示した。

（実施例３）
実施例３では、シリコン基板２の裏面へアルミニウムペースト３６を印刷する第１スクリーン印刷工程において、図７に示すように、内方マスク部１１４のマスク部材１１４ａ（厚みＴ₂：５μｍ）を周縁マスク部１１３のマスク部材１１３ａ（厚みＴ₁：５０μｍ）よりも薄くしたこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池を形成した。なお、第１スクリーンマスクＭは、先ず、スクリーンメッシュ１９における周縁マスク部１１３および内方マスク部１１４に対応する領域に膜厚５μmの乳剤を成膜した後、周縁マスク部１１３に対応する部位上にのみ再度乳剤を４５μmの膜厚で積層して形成されたものが使用された。なお、乳剤の代わりに、金属箔を用いてもよい。
このようにして作製した実施例３の太陽電池は、図５に示すように、裏面のアルミニウム電極４１は、その周縁部のみ厚く形成され、裏面の接続用銀電極９の近傍周辺部は面内部とほぼ同じ厚みで平坦に形成された。
製造された実施例３の太陽電池において、アルミニウム電極の面内部アルミ厚、周縁部アルミ厚および周縁部に発生したＡｌ−Ｓｉ合金粒の個数を測定し、その結果を表１に示した。

表１から以下のことがわかった。
メッシュ数が同一（１５０メッシュ）である実施例１−１〜１−３および比較例１−１の結果から、アルミニウム電極の面内部の厚みはそれぞれ同じであるが、マスク部材の厚みが薄くなるほどアルミニウム電極の周縁部の厚みも薄くなってＡｌ−Ｓｉ合金粒が増加する傾向にあり、５μｍとなると合金粒の発生個数が顕著に多くなる。よって、マスク部材の厚みを２０μｍ以上とすることでＡｌ−Ｓｉ合金粒の発生が抑制されることが確認された。また、マスク部材の厚みが７０μmを越えると、アルミニウム電極の周縁部が厚くなり過ぎることが予想され、アルミニウム電極形成後の裏面銀電極や受光面銀電極の印刷工程において、Ａｌ電極の厚い周縁部が割れの起点となり易いため、マスク部材の厚みとしては７０μｍ以下が最適である。
また、マスク部材の厚みが同一（２０μｍ）である実施例１−１および実施例２−１〜２−３の結果から、メッシュ数が小さくなる（目が大きくなる）ほどアルミニウム電極の面内部および周縁部の厚みが厚くなってＡｌ−Ｓｉ合金粒が減少する傾向にあるが、８０メッシュでは面内部の膜厚が厚くなるため、シリコン基板の反りを抑制しつつＡｌ−Ｓｉ合金粒を低減できる観点から１００メッシュ以上が最適である。
また、マスク部材の厚みが同一（５μｍ）である比較例１−１〜１−４の結果から、上述のようにメッシュ数が小さくなるほどアルミニウム電極の面内部および周縁部の厚みが厚くなってＡｌ−Ｓｉ合金粒が減少する傾向にあるが、実施例（１−１、２−１〜２−３）ほどの合金粒低減効果は得られなかった。これは、比較例のマスク部材厚が５μｍと薄いため、実施例に比してアルミニウム電極の周縁部が薄く形成される（周縁部アルミ厚と面内部アルミ厚との膜厚差が小さくなる）ことに起因していると考えられる。

実施例３では、第１スクリーンマスクの周縁マスク部の厚みを５０μｍとし、内方マスク部をそれよりも薄い５μｍとしたことにより次のことがわかった。
実施例１では図３に示すように、第１スクリーンマスクの内方マスク部近傍に印刷されるアルミニウムペーストの塗布量が周縁マスク部近傍と同様に多くなるため、アルミニウム電極の銀電極形成領域周辺は段差となり、そのため銀電極９を形成するための銀ペーストの印刷が難しく、また、アルミニウム電極の厚みの厚い部分以上の厚みで銀ペーストを印刷するため、高価な銀ペーストの使用量も増えるということがある。
これに対し実施例３では、表１に示すように、Ａｌ−Ｓｉ合金粒の低減効果は実施例１と同程度でありながら、アルミニウム電極における裏面銀電極の近傍周辺部には段差がなく平坦であるため、裏面銀電極形成時の銀ペーストの印刷が安定し、銀ペースト印刷量は比較例１−１と同程度に抑えることができた。
よって、第１スクリーンマスクの周縁マスク部のマスク部材の厚みは、実施例１のように２０〜７０μmであり、かつ内方マスク部のマスク部材の厚みは５〜２０μmが好ましいと言える。

なお、上記実施例および実施の形態では、アルミニウムペースト焼成と銀ペースト焼成を別々に実施しているが、銀ペーストを７００度程度の高温焼成タイプに変更することで、同時焼成にしても良い。この他、上述の実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の太陽電池の製造に用いる第１スクリーンマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図である。 本発明における実施例１および２の第１スクリーンマスクの部分的な概略拡大断面図である。 本発明における第１スクリーン印刷工程を示し、（ａ）は印刷状態を表す概略断面図であり、（ｂ）は印刷後のシリコン基板上のアルミニウムペースト膜を表す概略断面図である。 本発明における実施例１および２の太陽電池を示す断面図である。 本発明における実施例３の太陽電池を示す断面図である。 実施例１および比較例１−１にける裏面アルミニウム電極の周縁部の厚み測定結果を示すグラフである。 本発明における実施例３の第１スクリーンマスクの部分的な拡大断面図である。 本発明の太陽電池および従来の太陽電池の各製造工程を説明する断面図である。 従来の太陽電池の製造に用いる第１スクリーンマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図である。 従来の第１スクリーン印刷工程によるアルミニウムペーストのシリコン基板裏面への印刷状態を説明する図である。 従来の太陽電池を示し、（ａ）は裏面側から見た底面図であり、（ｂ）は側断面図である。 アルミニウム電極の周縁部にＡｌ−Ｓｉ合金粒が発生した従来の太陽電池を示す断面図である。

符号の説明

２ シリコン基板（ｐ型シリコン基板）
５ ｎ＋層
６ 反射防止膜（ＳｉＮｘ膜）
７ ｐ＋層
８ アルミニウム電極
９ 接続電極（銀電極）
１０ 受光面銀電極
１１ はんだ
１２ スクリーン枠
１３ 周縁マスク部
１３ａ マスク部材
１４ 内方マスク部
１４ａ マスク部材
１７ メッシュ部
１９ スクリーンメッシュ
３５ スキージ
３６ アルミニウムペースト
３６ａ アルミニウムペースト膜
Ｍ 第１スクリーンマスク

Claims (4)

1. シリコン基板の裏面における周縁部をマスクする周縁マスク部および接続電極形成領域をマスクする内方マスク部を有し、スクリーン印刷法によって集電用アルミニウム電極形成材料であるアルミニウムペーストを前記シリコン基板の裏面に印刷して、周縁部を面内部よりも厚くした集電用アルミニウム電極を形成するためのスクリーンマスクであって、
   前記スクリーンマスクは、スクリーンメッシュと、このスクリーンメッシュの印刷面側に設けられたマスク部材とを有してなり、
   前記周縁マスク部における前記スクリーンメッシュの厚み領域を含まない前記マスク部材の厚みが２０〜７０μｍであり、
   前記内方マスク部におけるスクリーンメッシュの厚み領域を含まないマスク部材の厚みが、周縁マスク部の前記マスク部材の厚み以下であり、
   前記スクリーンメッシュのメッシュ数が、１インチ当り１００〜１５０であることを特徴とする太陽電池製造用スクリーンマスク。
2. 前記内方マスク部におけるスクリーンメッシュの厚み領域を含まないマスク部材の厚みが、周縁マスク部の前記マスク部材の厚みよりも薄い請求項１に記載の太陽電池製造用スクリーンマスク。
3. 前記内方マスク部の前記マスク部材の厚みが５〜２０μｍである請求項２に記載の太陽電池製造用スクリーンマスク。
4. 前記マスク部材が乳剤または金属箔からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池製造用スクリーンマスク。