JP5171653B2 - 太陽電池とその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池とその製造方法に関するものである。

太陽電池では、従来、スクリーン印刷法によって受光面側の集電極（グリッド電極）が形成されている。このグリッド電極は線状であり、多数本の集電極が、シリコン基板上に一定のピッチで平行に形成される。詳細には、スクリーンマスク内に電極用ペーストを充填した後、該スクリーンマスクをシリコン基板の表面にスキージで押圧することによって、所望パターンで設けられたスクリーン網目の隙間から電極用ペーストがシリコン基板上に押し出され、電極形状に形成される。

ところで、シリコン基板の表面には、太陽からの入射光をより多く半導体内部に取り入れるため、反射光を小さくするためのテクスチャと呼ばれるピラミッド状の凹凸形状が形成されている。このテクスチャは、シリコン基板をアルカリ性溶液や酸性溶液でエッチングすることで得られ、その高さは数μｍから数十μｍとなっている。そのため、電極線の断線や高抵抗化を防止するために、電極線の厚みを３０μｍ以上とすることが必要となることがある。

そこで、このような太陽電池において受光面側に電極を形成する方法について、種々のものが提案されている。たとえば、スクリーン印刷法による電極形成では、一つの被印刷物に対して複数のスキージでスクリーンマスクを押圧することによって、テクスチャの凹部と凸部の両方にペーストを厚膜印刷する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、凹版オフセット印刷法による電極形成では、凹版の凹部に入れられた導電性ペーストをシリコーンゴム製のブランケットに受理させた後、該ブランケットから被印刷基板へ転写する凹版オフセット印刷による印刷工程と、転写直後に導電性ペーストを加熱する加熱工程と、を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す重ね印刷によって電極線を形成し、かつ、導電性ペーストの粘度を１７０Ｐ以上３３０Ｐ以下の範囲内とし、ＴＩ（Thixotropy Index）値を４．２以上７．７以下の範囲内とする方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。詳細には、一回目の印刷では粘度、ＴＩ値ともに高いペーストを用いて印刷を行うことで、テクスチャ凹部への印刷を実施し、２回目の印刷では１回目よりも粘度、ＴＩ値ともに低いペーストを用いて印刷を行うことで、１回目に印刷したペーストの上部への積層印刷を可能とすることが開示されている。

また、オフセット印刷法とスクリーン印刷法により電極を形成させる方法も提案されている(たとえば、特許文献３参照)。ここでは、銀ペーストインクよりなる下部電極層をオフセット印刷法で形成した後、鉛スズよりなるクリーム半田ペーストを上部導電層としてスクリーン印刷法により形成することが開示されている。

特開２００５−７７４７号公報 特開２００７−４４９７４号公報 特開平６−１５１９１３号公報

従来のスクリーン印刷法で厚膜印刷を行う場合には、被印刷物の表面が十分に平滑性を有していることが必要であるが、上記したように太陽電池を構成するシリコン基板の表面にはテクスチャ構造が形成されており、この凹凸の存在によって印刷パターンの厚さが不均一になり、断線や直流抵抗分の増大による特性不良の原因となってしまう。そのため、凹部においても凸部においても均一にペースト材料が転写されることが望まれる。しかし、スキージの押圧が低いと、凹部にペースト材料が入り込まずに凸部のみにペースト材料が転写されてしまい、逆に、スキージの押圧を高くすると凹部にはペースト材料が入り込んで転写されるが、凸部ではペースト材料が過剰な押圧によって掻き取られて除去されてしまい、均一にペースト材料を転写することは困難であるという問題点があった。

また、スクリーンマスクはプラスチックや金属の細線を編んだものであるため、網目の形状から印刷された電極線のエッジが乱れやすく、またシリコン基板表面のテクスチャ構造の凹凸によってペースト材料のにじみも発生しやすいため、スクリーン版の目開き幅よりも電極線幅が太くなりやすくなる傾向がある。しかし、太陽電池の光電変換効率を高めるためには、遮光体である集電極はできるだけ細幅として、シリコン基板の受光面積を大きく取ることが重要であるので、この電極線幅の太りは大きな問題となる。上記特許文献１に記載の方法は、このような電極線幅の太りやエッジの乱れを防止するものではなかった。

さらに、スクリーン印刷法では、上記したようにスクリーンマスクがプラスチックや金属の細線を編んだ網目形状からなるために、細線の幅よりもペースト厚を薄くできない。そのため、印刷転写するペースト厚を薄くする場合には、スクリーンマスクを形成する細線の幅を細くする必要があるが、この場合には、スキージで押圧すると、スクリーンマスクが破れてしまう。これらのことを考慮すると、十分な強度を保ちつつ印刷転写可能なペースト厚は、１０μｍ程度が限界である。また、電極線幅が１０倍以上も異なるグリッド電極とバス電極を同時に複数回印刷するとグリッド電極とバス電極の接続部で断線が生じやすいという問題点もある。

一方、凹版オフセット印刷法を用いた場合には、スクリーン印刷法における電極線幅の太りやエッジの乱れを防止することができる。しかし、凹版オフセット印刷法では、１回辺りの印刷厚を厚くすることと、印刷線幅を細くすることとが両立できない。つまり、太陽電池の受光面側のグリッド電極の電極線幅はできるだけ細い方が好ましいが、その場合には印刷厚が薄くなってしまう。また、凹版オフセット印刷法では、スクリーン印刷法に比べて同様な印刷線幅を実現するためには、印圧が低くなる傾向にある。このように、印刷厚が薄く印圧が低いために、テクスチャ構造の凹部へのペーストの食い込み量が少ないので、電極剥がれが生じやすいという問題点があった。加えて、電極線の十分な低抵抗化を実現するためには電極線を厚くしなければならず、そのために印刷回数が増加してしまうという問題点もあった。

また、テクスチャ構造の凹部に十分にペースト材料を充填することを目的として印圧を高めようとすると、ブランケットのゴム質を柔らかくしたり、ペースト材料の粘度を低くしたりすることが必要となる。しかしながら、このような施策を行うと１回に転写できるペースト厚がさらに薄くなったり、電極線幅が太くなったりしてしまう。さらには、スクリーン印刷と同様に電極線幅が１０倍以上も異なるグリッド電極とバス電極を同時に複数回印刷するとグリッド電極とバス電極の接続部で断線が生じやすくなってしまう。

また、スクリーン印刷法および凹版オフセット印刷法ともに、太陽電池の受光面側の電極形成用に用いられる導電性ペースト材料としては、主導電剤として銀を主成分とする導電性金属粉末を用いているため、アルミニウムなどの導電性金属粉末を用いる導電性ペーストに比べてコストが高いという問題点がある。

さらに、従来の下部電極層をオフセット印刷法で形成した後、上部導電層としてスクリーン印刷法により形成した場合、下部電極層として銀を主成分とするペースト材料を使用し、上部導電層の材料としてアルミニウムを含む材料を選択した場合には、電極層形成後の熱処理工程において、銀層がアルミニウム層中に拡散して合金化するために太陽電池などのデバイスに応用した場合、特性が劣化するという問題点がある。また、下部電極層としてアルミニウムを主成分とするペースト材料を使用し、上部導電層の材料として鉛スズを含む半田ペーストを選択した場合には、アルミニウムと半田層の接合が不完全となり、半田層の剥離やアルミニウム層の半田層中への拡散等による特性が劣化するという問題点がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、基板表面に細幅で厚みもあり、かつエッジがシャープな電極線を、電極線材料に依らずに形成することができる太陽電池とその製造方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池の製造方法は、第１の導電型の拡散層が表面側に形成された第２の導電型のシリコン基板の裏面上に導電性ペーストを塗布して裏面電極層を形成する裏面電極層形成工程と、前記シリコン基板の表面上に第１の方向に複数平行に延在するグリッド電極となるグリッド電極形成層、および第２の方向に延在し、前記グリッド電極間を接続するバス電極となるバス電極形成層を含む表面電極層を形成する表面電極層形成工程と、前記シリコン基板を焼成して、前記表面上に表面電極を形成し、前記裏面上に裏面電極を形成する焼成工程と、を含む太陽電池の製造方法において、前記表面電極層形成工程は、前記シリコン基板の前記表面上に、凹版オフセット印刷法によって、前記グリッド電極形成層と前記バス電極形成層のパターン形状に導電性ペーストを印刷して第１の電極層形成層を形成する第１の電極層形成層形成工程と、前記第１の電極層形成層を乾燥させる第１の電極層形成層乾燥工程と、前記第１の電極層形成層および第２の電極層形成層を形成する材料とは異なる材料を主成分とする第１のバッファ層を、前記第１の電極層形成層上に重ねて形成する第１のバッファ層形成工程と、前記第１のバッファ層を乾燥させる第１のバッファ層乾燥工程と、スクリーン印刷法によって、前記第１のバッファ層上に導電性ペーストを重ねて印刷して第２の電極層形成層を形成する第２の電極層形成層形成工程と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、シリコン基板上に銀を主成分とする第１の電極層形成層を凹版オフセット印刷法で形成した後、ニッケルを主成分とするバッファ層を凹版オフセット印刷法で形成した後、スクリーン印刷法で膜厚の厚いアルミニウムを主成分とする第２の電極層形成層を形成するようにしたので、テクスチャ構造を有するシリコン基板上面に、細幅で厚みがあり、かつエッジがシャープな電極線を形成することができる。その結果、断線や高抵抗化などの不具合を防止でき、高品質の電極線を備える太陽電池を製造することができるという効果を有する。さらに、ニッケルを主成分とするバッファ層が存在することにより銀を主成分とする第１の電極層とアルミニウムを主成分とする第２の電極層との間の拡散を防止し、合金化による太陽電池特性の劣化を防止することができる。また、第１の電極層形成層の厚さを必要な量だけ選択的に使用することで、銀の使用量を抑えることができ、太陽電池の製造にかかるコストを抑制することができるという効果も有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる太陽電池とその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。

図１−１〜図１−４は、太陽電池セルの全体構成の一例を模式的に示す図であり、図１−１は太陽電池セルの上面図であり、図１−２はタブ電極を取り付けない状態の太陽電池セルの裏面図であり、図１−３はタブ電極を取り付けた太陽電池セルの裏面図であり、図１−４は図１−１のＡ−Ａ断面図である。

太陽電池セル１０は、半導体基板としてのｐ型シリコン基板（以下、単にシリコン基板ともいう）１２と、このｐ型シリコン基板１２の一方の主面（受光面）側の表面にｎ型の不純物を拡散させたｎ型拡散層１３と、他方の主面（裏面）側の表面にシリコン基板１２よりも高濃度にｐ型の不純物を含んだｐ＋層１４と、を含む光電変換層１１を備える。

また、太陽電池セル１０は、光電変換層１１の受光面への入射光の反射を防止する反射防止膜１５と、光電変換層１１で発電された電気を局所的に集電するために受光面に設けられるグリッド電極２１と、グリッド電極２１で集電された電気を取り出すためにグリッド電極２１にほぼ直交して設けられるバス電極２２と、光電変換層１１で発電された電気（電流）の集電と光電変換層１１を透過した入射光の反射を目的としてｐ型シリコン基板１２の裏面のほぼ全面に設けられるアルミニウムなどからなる裏側集電電極３１と、この裏側集電電極３１に生じた電気（電流）を外部に取り出す銀などからなる裏側取出電極３２と、を備える。また、バス電極２２の一方の端部には、バス電極２２よりも幅広のタブ電極取付部２３が設けられる。なお、受光面側（表面側）のグリッド電極２１とバス電極２２とを合わせて、以下では表面電極２０ともいい、裏面側の裏側集電電極３１と裏側取出電極３２とを合わせて、以下では裏面電極３０ともいう。また、グリッド電極２１の幅は、通常、バス電極２２の幅の１／１０以下であり、ここでは、グリッド電極２１の幅は４０μｍ程度であり、バス電極２２の幅は１ｍｍ程度である場合を例にあげる。さらに、グリッド電極２１とバス電極２２の高さは、ともに３５μｍ程度であるとする。

裏側集電電極３１は、バス電極２２に対応するシリコン基板１２の裏面の位置にスポット状に形成されており（図１−２参照）、この裏側集電電極３１上には、隣接する太陽電池セル１０と直列に接続するためのタブ電極３３が半田付けされて設けられる（図１−３参照）。つまり、タブ電極３３は、シリコン基板１２の裏面で、バス電極２２の延在方向と同じ方向に延在して形成される。また、タブ電極３３の一方の端部は、隣接する太陽電池セル１０の表面のバス電極２２と接続されるように、シリコン基板１２の端部よりも延長して形成された張出部３４を有する。この張出部３４は、隣接する太陽電池セル１０のタブ電極３３の張出部３４が形成されていない側のバス電極２２端部のタブ電極取付部２３に半田付けされる。

このように構成された太陽電池セル１０では、太陽光が太陽電池セル１０の受光面側からｐｎ接合面（ｐ型シリコン基板１２とｎ型拡散層１３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合面付近の電界によって、生成した電子はｎ型拡散層１３に向かって移動し、ホールはｐ＋層１４に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層１３に電子が過剰となり、ｐ＋層１４にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型拡散層１３に接続した表面電極２０がマイナス極となり、ｐ＋層１４に接続した裏面電極３０がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。

ここで、この実施の形態による表面電極の構造についてさらに詳しく説明する。図２は、この発明の実施の形態による表面電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、グリッド電極２１の延在方向に垂直な断面を拡大して表示しているが、タブ電極取付部２３以外のバス電極２２の断面も同様の構造を有している。

この実施の形態では、グリッド電極２１は、ｎ型拡散層１３上に、銀を主成分とする導電性材料によって構成される第１の電極層２１１と、ニッケルを主成分とする導電性材料によって構成される第２の電極層２１２と、アルミニウムを主成分とする導電性材料によって構成される第３の電極層２１３と、が順に積層された構造を有する。

第１の電極層２１１は、コンタクト抵抗を低抵抗化するために設けられ、シリコン基板１２の表面に形成されたテクスチャ構造の凸部（図示せず）を覆うように形成される。つまり、テクスチャ構造の凸部が第２の電極層２１２を突き抜けないように、第１の電極層２１１がテクスチャ構造を覆っている。一般的にテクスチャ構造の高さは、数μｍ〜数十μｍであるので、第１の電極層２１１はたとえば２〜数十μｍの厚さとなる。なお、ここでは、第１の電極層２１１が銀を主成分とする導電性材料によって構成される場合を示しているが、金、銅、白金、パラジウムなど他の元素でもよいし、銀、金、銅、白金、パラジウムの混合物であってもよい。

第２の電極層２１２は、第１の電極層２１１の主成分である銀と第３の電極層２１３の主成分であるアルミニウムとが電極焼成処理時に拡散し、合金化してしまうことを防ぐために設けられるバッファ層であり、第１の電極層２１１を構成する材料と第３の電極層２１３を構成する材料とは異なる材料によって構成される。この第２の電極層２１２の厚さは、第１の電極層２１１と第３の電極層２１３との間で構成元素が電極焼成時に拡散しない厚さであればよく、たとえば１〜２μｍの厚さとなる。なお、この第２の電極層２１２は、第１の電極層２１１と第３の電極層２１３との間の拡散を防止するために設けられる層である。また、ここでは、第２の電極層２１２がニッケルを主成分とする導電性材料によって構成される場合を示しているが、第１の電極層２１１と第３の電極層２１３の構成材料によって異なり、第１の電極層２１１と第３の電極層２１３との合金化を防ぐことができる元素であれば他の金属元素であってもよい。

第３の電極層２１３は、グリッド電極２１の抵抗値を十分に下げるために、より具体的にはグリッド電極２１の断面積を増加させるために設けられる層である。この第３の電極層２１３の厚さは、グリッド電極２１全体の厚さを予め定められた厚さとした場合に、第１と第２の電極層２１１，２１２の厚さによって変化する。一般的には、２〜数十μｍの厚さとなる。

図３は、この発明の実施の形態によるバス電極のタブ電極取付部における構造の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、バス電極２２の延在方向に垂直な断面を拡大して示している。タブ電極取付部２３においては、ｎ型拡散層１３上に、銀を主成分とする導電性材料によって構成される第１の電極層２１１と、ニッケルを主成分とする導電性材料によって構成される第２の電極層２１２と、アルミニウムを主成分とする導電性材料によって構成される第３の電極層２１３と、ニッケルを主成分とする導電性材料によって構成される第４の電極層２１４と、が順に形成される。なお、図示されていないが第４の電極層２１４上には、半田を介してタブ電極３３の張出部３４が取り付けられる。

ここで、第１〜第３の電極層２１１〜２１３は、図２で説明したものと同じであるので、説明を省略する。第４の電極層２１４は、第３の電極層２１３の主成分であるアルミニウムと、タブ電極３３を取り付けるときに使用する半田との間の拡散を抑制し、合金化を防止するために設けられるバッファ層である。この第４の電極層２１４の厚さは、第３の電極層２１３と半田との間で拡散が生じない厚さであればよく、たとえば１〜２μｍの厚さとなる。また、ここでは、第４の電極層２１４がニッケルを主成分とする導電性材料によって構成される場合を示しているが、第３の電極層２１３と半田との間の合金化を防ぐことができる元素であれば他の金属元素であってもよい。

つぎに、このような構造の太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図４−１〜図４−１０は、この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図であり、図５−１〜図５−３は、太陽電池モジュールの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す斜視図である。なお、特許請求の範囲では、太陽電池モジュールと太陽電池セルとを合わせて太陽電池と表現している。

まず、ｐ型シリコン基板１２を用意する（図４−１）。シリコン基板１２としては、単結晶基板でも多結晶基板でもよい。ここでは、たとえば比抵抗２Ω・ｃｍ程度にボロンをドープしたｐ型の多結晶シリコン基板を用いる。その後、シリコン基板１２を７０℃に加熱したアルカリ溶液中、たとえば１０％程度の水酸化ナトリウム水溶液に１０分間浸漬し、基板表面をエッチングすることにより、基板スライス時に基板表面近くに生じるダメージ領域を取り除くと同時に基板表面洗浄を実施する。ついで、アルカリ溶液とアルコール溶液中、たとえば上記と同じ１０％程度の水酸化ナトリウム水溶液にイソプロピルアルコールを１％程度添加した溶液中で、８０℃程度で５分間異方性エッチングを用い、表面にテクスチャ構造を形成する。なお、図では、テクスチャ構造の図示を省略している。

その後、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）ガス雰囲気中において、約９００℃で２０分間程度加熱することによって、シリコン基板１２表面にｎ型拡散層１３を形成し、ｐｎ接合領域を形成する（図４−２）。特に工夫の無い場合には、図４−２に示されるように、ｎ型拡散層１３はｐ型シリコン基板１２の全面に形成される。その後、５％程度のフッ化水素酸水溶液中に５分間程度浸漬して、ｎ型拡散層１３形成時にシリコン基板１２表面に形成されたリンガラス膜を除去する。

ついで、ｐ型シリコン基板１２の受光面となる主面にレジストを塗布して保護した後、エッチングによって、レジストで保護した一主面のみにｎ型拡散層１３を残すように、ｐ型シリコン基板１２の他の表面に形成されたｎ型拡散層１３を除去する。その後、レジストを有機溶剤などを用いて除去する。これによって、受光面側にのみｎ型拡散層１３が形成されたｐ型シリコン基板１２が得られる（図４−３）。

その後、シリコン基板１２のｎ型拡散層１３上に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、シラン、アンモニアおよび窒素ガスを用いて、反射防止膜１５としてのシリコン窒化膜を形成する（図４−４）。このシリコン窒化膜の屈折率は、たとえば２．０程度であり、膜厚はたとえば８０ｎｍ程度である。なお、反射防止膜１５は、スパッタ法などの他の成膜方法によって形成してもよい。

ついで、アルミニウムを主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料をシリコン基板１２の裏面の裏側取出電極３２形成位置以外の全面にスクリーン印刷法で３０μｍ程度の厚さで印刷し、さらに銀を主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料をシリコン基板１２の裏面の所定の位置（裏側取出電極３２形成位置）にスクリーン印刷法で印刷する。そして、１５０℃程度の雰囲気下で乾燥させて、裏側集電電極形成層３１Ａと裏側取出電極形成層３２Ａを形成する（図４−５）。

その後、受光面（表面）側に、表面電極２０（バス電極２２とグリッド電極２１）の基となる表面電極形成層を印刷法によって形成する。グリッド電極２１の線幅としては、細い方が望ましいが、ここでは４０μｍ程度とし、最終的な電極の高さが３５μｍとなるようにする。一方、バス電極２２も細い方が望ましいが、太陽電池セル１０の完成後に製品検査を実施することを前提とし、特性評価が実施できるように１ｍｍ幅とする。また、バス電極２２の一方の端部に設けられるタブ電極取付部２３については、幅を３ｍｍとし、長さを２０ｍｍとする。さらに、バス電極２２の厚さはグリッド電極２１と同様に３５μｍとする。

まず、銀を主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料を、凹版オフセット印刷法で反射防止膜１５上に印刷し、櫛型の第１の電極層形成層２１１Ａを形成する（図４−６）。なお、厚さとしては、テクスチャ構造の凹凸の高さによって異なるが、ここででは凹凸の高さが数μｍ以内であるとして、２〜３μｍ程度の厚さで第１の電極層形成層２１１Ａを印刷する。このように、凹版オフセット印刷法で第１の電極層形成層２１１Ａを形成することで、コストの高い銀導電性ペーストの使用量を削減し、かつ、細幅な電極を形成することができる。

つぎに、第１の電極層形成層２１１Ａの表面に、５０〜１５０℃程度の温風を吹き付けて、表面を乾燥させた後、ニッケルを主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料を、凹版オフセット印刷法で、たとえば２〜３μｍ程度の厚さで印刷し、第２の電極層形成層２１２Ａを形成する（図４−７）。この第２の電極層形成層２１２Ａは、つぎに積層する第３の電極層形成層２１３Ａ中のアルミニウムと、先に印刷した第１の電極層形成層２１１Ａ中の銀とが後の焼成工程で拡散するのを防止するバッファ層としての役目を担う。なお、ここでは、第２の電極層形成層２１２Ａを凹版オフセット印刷法を用いて形成したが、メッキ法によって第１の電極層形成層２１１Ａ上に選択的に形成してもよい。

その後、第２の電極層形成層２１２Ａの表面に、５０〜１５０℃程度の温風を吹き付けて、表面を乾燥させた後、アルミニウムを主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料を、スクリーン印刷法で、たとえば３０μｍ程度の厚さで印刷し、第３の電極層形成層２１３Ａを形成する（図４−８）。このように、銀を含む導電性ペーストに比べてコストの安いアルミニウムを含む導電性ペーストを用いて、第１の電極層形成層２１１Ａよりも厚い第３の電極層形成層２１３Ａを形成することで、焼成後に電極線として十分な低抵抗化を実現することができる。また、すでに細幅で印刷した第１の電極層形成層２１１Ａ（銀電極形成層）および第２の電極層形成層２１２Ａ（ニッケル電極形成層）上に第３の電極層形成層２１３Ａ（アルミニウム電極形成層）を形成するため、スクリーン印刷法を用いても導電性ペースト材料の溶媒成分が下層の第１と第２の電極形成層２１１Ａ，２１２Ａに浸み込んでいき、従来のようにスクリーン印刷法のみによって電極線を形成した場合に比して電極線幅の太りを抑止することが可能となる。

一方、印圧の低い凹版オフセット印刷法で形成された第１と第２の電極層形成層２１１Ａ，２１２Ａ上に、印圧の高いスクリーン印刷法で第３の電極層形成層２１３Ａを形成することにより、シリコン基板１２表面に形成されたテクスチャ構造による凹凸形状の凹部まで銀ペーストを充填することができる。その結果、焼成後のシリコン基板１２と電極線との密着力を強化することができるようになる。さらに、厚さが４〜６μｍの第１と第２の電極層形成層２１１Ａ，２１２Ａ（銀電極形成層／ニッケル電極形成層）上に、厚さが３０μｍの第３の電極層形成層２１３Ａ（アルミニウムペースト）を積層することによって、同じ厚さのペーストを積層する場合、たとえばスクリーン印刷法で１５μｍの厚さの銀ペーストと１５μｍの厚さのアルミニウムペーストを積層する場合に比べて、グリッド電極２１とバス電極２２の接続部での断線を抑止することが可能となる。

ついで、第３の電極層形成層２１３Ａの一方の端部、具体的には後の工程でタブ電極３３を取り付ける領域に、選択的に５０〜１５０℃程度の温風を吹き付けて、導電性ペースト材料の表面を乾燥させる。その後、このタブ電極３３を取り付ける領域に、ニッケルを主成分とする導電性金属粉末を用いた導電性ペースト材料を、凹版オフセット印刷で、たとえば２〜３μｍ程度の厚さで印刷し、第４の電極層形成層２１４Ａを形成する（図４−９）。このようにすることで、余分な導電性ペースト材料の使用を抑制すると同時に、後の工程でタブ電極３３とバス電極２２とを半田付けする際に、半田と第３の電極層形成層２１３Ａ中のアルミニウムとの間の拡散現象を抑止する。なお、タブ電極取付部２３以外の部分には、第４の電極層２１４は形成されないので、図４−８の状態のままとなる。

その後、７００〜９００℃で数分〜十数分間、酸素濃度が３０％以上の酸素と窒素の混合ガスを流した状態で、近赤外炉中で焼成し、太陽電池セル１０を作製する（図４−１０）。その結果、ｐ型シリコン基板１２の裏面側では、焼成中に裏側集電電極形成層３１Ａからｐ型の不純物としてのアルミニウムがｐ型シリコン基板１２中に拡散し、アルミニウムを高濃度に含んだｐ＋層１４が形成され、この焼成処理で拡散に使用されずに残った裏面のアルミニウムペーストは、裏側集電電極３１となる。また、裏側取出電極形成層３２Ａも同時に焼成され、焼成後の状態である裏側取出電極３２となる。一方、表面側では、第１の電極層形成層２１１Ａ（銀ペースト材料）中に含まれるガラス成分と銀フリットによって、焼成中に反射防止膜１５（シリコン窒化膜）を溶融、貫通し、ｎ型拡散層１３と電気的な接触を取る（ファイヤスルー）。さらに、第１〜第４の電極層形成層２１１Ａ〜２１４Ａ中の溶剤が揮発し、表面電極２０が形成される。このとき、第４の電極層２１４を形成した部分は、タブ電極取付部２３となる。

ついで、シリコン基板１２の裏面にスポット状に形成された裏側取出電極３２を結ぶように、裏側取出電極３２上に半田によって銅からなるタブ電極３３を取り付ける（図５−１）。このタブ電極３３の一方の端部は、シリコン基板１２の端部からはみ出して形成され、張出部３４を形成する。なお、この図５−１は、太陽電池セルの裏面側から見た図である。

その後、太陽電池セル１０の裏面側に取付けられたタブ電極３３の張出部３４を、隣接する太陽電池セル１０の表面のバス電極２２の端部に形成されたタブ電極取付部２３に半田付けをして、太陽電池セル１０間を直列に接続しユニット５０ａを形成する（図５−２）。なお、この図５−２は、太陽電池セルの表面側から見た図である。

さらに、この一方向に配列したユニット５０ａをそれぞれ並行に配置し、それぞれのユニット５０ａの端部のタブ電極３３を横タブ電極５１と接続することによって、それぞれのユニット５０ａを所定の数直列に接続し、平面状のユニット５０ｂを形成する（図５−３）。なお、この図５−３は、太陽電池セルの裏面側から見た図である。

この平面状のユニット５０ｂの裏面側に、乾燥後に高反射率を有する層を形成することができる塗料を塗布して乾燥させ、反射層を形成する。この反射層は、アルミニウム微粒紛が含まれたメタリック系塗料や白色系塗料を、ｐ型シリコン基板１２の裏面側（タブ電極３３を形成したｐ＋層１４上）に噴射塗布またはスプレー塗布などの吹き付け塗装を行って形成する。その後、図示しないが、ＥＶＡ（Ethylene-Vinyl-Acetate）などの透明樹脂で、反射層を形成した平面状のユニットを密封するように挟み、平面状のユニットの表面側には強化ガラスが接着され、裏面側にはバックフィルムがラミネートにより接着される。なお、バックフィルムは、耐湿性を有していることが望ましい。以上によって、太陽電池モジュールが形成される。

以上では、グリッド電極２１とバス電極２２を同時に印刷する場合について説明したが、線幅が１０倍以上も異なるグリッド電極２１とバス電極２２とを別々に印刷することで、グリッド電極２１とバス電極２２の接続部での断線をさらに抑制することができる。

この実施の形態によれば、テクスチャ構造が形成されたシリコン基板１２表面上に、凹版オフセット印刷法によって銀を主成分とする第１の電極層形成層２１１Ａを形成することによって、特に細線化が必要なグリッド電極２１を細く形成することができる。また、この第１の電極層形成層２１１Ａ上に、スクリーン印刷法によってアルミニウムを主成分とする第３の電極層形成層２１３Ａを形成することによって、スクリーン印刷された導電性ペーストの溶媒が下層の第１の電極層形成層２１１Ａ中に浸み込んでいくために、電極の幅が太くならない。その結果、細幅で厚みがあり、かつエッジがシャープな電極線を得ることができるという効果を有する。このような電極線を太陽電池などの光起電力装置の表面のグリッド電極２１に適用した場合には、多くの入射光を確保でき、光電変換効率を従来に比して高めることができるという効果を有する。また、テクスチャ構造の凹凸部への密着力を強化し、グリッド電極２１とバス電極２２との接続部での断線を防止することもできる。

さらに、必要部分への選択的な電極形成によって、特に銀などの高価な貴金属を含む第１の電極層２１１を必要最低限で形成することによって、導電性ペーストの使用量を抑え、太陽電池の製造コストを抑制しながら、光電変換効率の高い高品質な太陽電池を製造することができる。

以上のように、この発明にかかる太陽電池の製造方法は、表面側の受光面の面積を大きく取る太陽電池の製造に有用である。

太陽電池セルの上面図である。 タブ電極を取り付けない状態の太陽電池セルの裏面図である。 タブ電極を取り付けた太陽電池セルの裏面図である。 図１−１のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態による表面電極の構造の一例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態によるバス電極のタブ電極取付部における構造の一例を模式的に示す断面図である。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その５）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その６）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その７）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その８）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その９）。 この実施の形態による太陽電池セルの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す断面図である（その１０）。 太陽電池モジュールの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す斜視図である（その１）。 太陽電池モジュールの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す斜視図である（その２）。 太陽電池モジュールの製造方法の処理手順の一例を模式的に示す斜視図である（その３）。

１０ 太陽電池セル
１１ 光電変換層
１２ シリコン基板
１３ ｎ型拡散層
１４ ｐ＋層
１５ 反射防止膜
２０ 表面電極
２１ グリッド電極
２２ バス電極
２３ タブ電極取付部
３０ 裏面電極
３１ 裏側集電電極
３１Ａ 裏側集電電極形成層
３２ 裏側取出電極
３２Ａ 裏側取出電極形成層
３３ タブ電極
３４ 張出部
５０ａ，５０ｂ ユニット
５１ 横タブ電極
２１１ 第１の電極層
２１１Ａ 第１の電極層形成層
２１２ 第２の電極層
２１２Ａ 第２の電極層形成層
２１３ 第３の電極層
２１３Ａ 第３の電極層形成層
２１４ 第４の電極層
２１４Ａ 第４の電極層形成層

Claims (10)

1. 第１の導電型の拡散層が表面側に形成された第２の導電型のシリコン基板の裏面上に導電性ペーストを塗布して裏面電極層を形成する裏面電極層形成工程と、
   前記シリコン基板の表面上に第１の方向に複数平行に延在するグリッド電極となるグリッド電極形成層、および第２の方向に延在し、前記グリッド電極間を接続するバス電極となるバス電極形成層を含む表面電極層を形成する表面電極層形成工程と、
   前記シリコン基板を焼成して、前記表面上に表面電極を形成し、前記裏面上に裏面電極を形成する焼成工程と、
   を含む太陽電池の製造方法において、
   前記表面電極層形成工程は、
   前記シリコン基板の前記表面上に、凹版オフセット印刷法によって、前記グリッド電極形成層と前記バス電極形成層のパターン形状に導電性ペーストを印刷して第１の電極層形成層を形成する第１の電極層形成層形成工程と、
   前記第１の電極層形成層を乾燥させる第１の電極層形成層乾燥工程と、
   前記第１の電極層形成層および第２の電極層形成層を形成する材料とは異なる材料を主成分とする第１のバッファ層を、前記第１の電極層形成層上に重ねて形成する第１のバッファ層形成工程と、
   前記第１のバッファ層を乾燥させる第１のバッファ層乾燥工程と、
   スクリーン印刷法によって、前記第１のバッファ層上に導電性ペーストを重ねて印刷して第２の電極層形成層を形成する第２の電極層形成層形成工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記第１の電極層形成層形成工程では、銀、金、銅、白金およびパラジウムからなる群より選択される１以上の元素を主成分とする導電性ペーストを用いて前記第１の電極層形成層を印刷し、
   前記第２の電極層形成層形成工程では、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストを用いて前記第２の電極層形成層を印刷することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記第１のバッファ層は、ニッケルを主成分とする層であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記第１のバッファ層は、凹版オフセット印刷法またはメッキ法によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記バス電極形成層を構成する前記第２の電極層形成層上の一部に、前記第２の電極層形成層と半田との拡散を抑制する第２のバッファ層を、凹版オフセット印刷法によって形成する第２のバッファ層形成工程と、
   前記第２のバッファ層を乾燥させる第２のバッファ層乾燥工程と、
   前記第２のバッファ層上にタブ電極を半田付けするタブ電極形成工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記第２のバッファ層は、ニッケルを主成分とする層であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
7. 第１の導電型の拡散層が表面側に形成された第２の導電型のシリコン基板と、
   前記シリコン基板の表面上に第１の方向に平行に形成され、前記シリコン基板で生じた電流を集電する複数のグリッド電極、および前記表面上に第２の方向に形成され、前記グリッド電極で集電される電流を外部に取り出すバス電極を有する表面電極と、
   前記シリコン基板の裏面側に形成され、前記シリコン基板で生じた電流を集電すると共に外部に取り出す裏面電極と、
   を備える太陽電池において、
   前記表面電極は、
   第１の導電性材料を主成分とする前記シリコン基板上に形成される第１の電極層と、
   第２の導電性材料を主成分とする第２の電極層と、
   前記第１の導電性材料と前記第２の導電性材料との間の拡散を抑制する第３の導電性材料によって構成され、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に形成される第１のバッファ層と、
   によって形成され、
   前記第１の導電性材料は、銀、金、銅、白金およびパラジウムからなる群より選択される１以上の元素であり、
   前記第２の導電性材料は、アルミニウムであり、
   前記第３の導電性材料は、ニッケルであることを特徴とする太陽電池。
8. 隣接する太陽電池の裏面電極に接続されるタブ電極が半田を介して取り付けられる前記バス電極上の位置には、前記第２の導電性材料と前記半田との間の拡散を抑制する第４の導電性材料を主成分とする第２のバッファ層がさらに形成されることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
9. 前記第４の導電性材料は、ニッケルであることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
10. 前記シリコン基板の前記表面側にテクスチャ構造が形成されている場合に、前記テクスチャ構造の凸部を覆うように前記第１の電極層が形成されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の太陽電池。

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