JP5726303B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池素子等の太陽電池およびその製造方法に関する。
太陽電池の電極に用いる銀等の高価な材料の使用量を減らして、電極と半導体基板との接着力を高めるために、例えば、太陽電池を構成するシリコン基板の裏面周辺部のリードフレームの接続予定領域に銀ペーストを塗布乾燥する工程と、リードフレームの接続予定領域の銀ペーストの一部に重なるように、裏面にアルミペーストを塗布乾燥する工程と、焼成によってＢＳＦ（Back Surface Field）層およびパッド銀電極を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法が提案されている（例えば、特開平５−３２６９９０号公報等を参照）。
しかしながら、従来の製造方法では信頼性の高い太陽電池を得るには不十分であったので、さらに、銀等の電極材料の使用量を低減しつつ、電極と半導体基板との接着力を確実に向上させることができる優れた太陽電池が望まれている。
そこで、本発明では銀等の電極材料の使用量を確実に減らすことができて、信頼性等に優れた太陽電池およびその製造方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の一形態に係る太陽電池は、半導体基体と、該半導体基体の上に配置されている、複数の線状導体を有するフィンガー電極と、前記半導体基体の上の少なくとも前記フィンガー電極の隣り合う前記線状導体の間に配置されている反射防止層と、該反射防止層の上で前記フィンガー電極の前記線状導体に交差して接続されているとともに、前記反射防止層と接合されている、はんだのみからなるバスバー電極とを有する。
本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法は、半導体基体の上に複数の線状導体を有するフィンガー電極を形成するフィンガー電極形成工程と、隣り合う前記線状導体の間に反射防止層を形成する反射防止層形成工程と、前記反射防止層の上で前記フィンガー電極の前記線状導体に交差して接続されて、前記反射防止層と接合されている、はんだのみからなるバスバー電極を形成するバスバー電極形成工程とを有する。
上記構成の太陽電池およびその製造方法によれば、バスバー電極をはんだによって直接反射防止層に接合させることができる。これにより、従来使用してきた電極材料の使用量を確実に低減することができて、さらに、はんだと反射防止層との密着性を高めることができるので、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。また、はんだの上に配線導体を設ける場合にも、配線導体とはんだとの密着性を高めることができて、信頼性の高い太陽電池を提供できる。
図１は、本発明の一形態に係る太陽電池の一例を受光面側からみた平面模式図である。 図２は、本発明の一形態に係る太陽電池の一例を非受光面側からみた平面模式図である。 図３は、本発明の一形態に係る太陽電池の一例を示す図であり、図３（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線方向で切断した断面模式図であり、図３（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線方向で切断した断面模式図である。 図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法の一例を模式的に説明する斜視図である。 図５は、本発明の一形態に係る太陽電池の一例を模式的に説明する斜視図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法の一例を模式的に説明する斜視図である。 図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の一部分の例を拡大して示す図であり、バスバー電極の上に配線導体を配置する場合の一例を示す断面模式図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法の一例を模式的に説明する斜視図である。 図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の一部分の例を拡大して示す断面模式図である。 図１０は、バスバー電極を配置する箇所におけるフィンガー電極の変形例を示す図であり、図１０（ａ）は平面模式図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ部における拡大平面模式図である。 図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれバスバー電極を配置する箇所におけるフィンガー電極の変形例を示す図であり、図１０（ａ）のＣ部と同様な箇所における拡大平面模式図である。 図１２は、バスバー電極を配置する箇所におけるフィンガー電極の変形例を示す図であり、図１２（ａ）は平面模式図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＤ部における拡大平面模式図である。 図１３（ａ），（ｂ）は、それぞれバスバー電極を配置する箇所におけるフィンガー電極の変形例を示す拡大断面模式図である。 図１４は、本発明の一形態に係る太陽電池の変形例を説明する図であり、図１４（ａ）は平面模式図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）におけるＥ−Ｅ線方向で切断した断面模式図である。 図１５は、本発明の一形態に係る太陽電池の変形例を説明する平面模式図である。 図１６は、本発明の一形態に係る太陽電池の導体配置領域の変形例を説明する平面模式図である。 図１７は、本発明の一形態に係る太陽電池の導体配置領域の変形例を説明する平面模式図である。 図１８は、本発明の一形態に係る太陽電池の導体配置領域の変形例を説明する平面模式図である。 図１９（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の配線導体の変形例を模式的に説明する斜視図である。 図２０は、本発明の一形態に係る太陽電池の配線導体の変形例を説明する断面模式図である。 図２１は、本発明の一形態に係る太陽電池の配線導体の変形例を模式的に説明する斜視図である。 図２２は、本発明の一形態に係る太陽電池の一例を模式的に説明する分解斜視図である。
以下、本発明の一形態に係る太陽電池およびその製造方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面は模式的に示したものであるので、図面における各構成の寸法比および位置関係等は必ずしも正確ではない。
＜太陽電池の基本的構成＞
太陽電池の基本的構成の一例について説明する。図１乃至３に示すように、太陽電池素子である太陽電池１０は、光が入射する受光面（以下、第１面という）１０ａと、第１面１０ａの反対側に位置する非受光面（以下、第２面という）１０ｂとを有する。また、太陽電池１０は、例えば板状の半導体基体９を備えている。
半導体基体９は、例えば、一導電型の半導体領域である基板状の第１半導体部１と、第１半導体部１における第１面１０ａ側に設けられた逆導電型の半導体領域である逆導電型層の第２半導体部２とから構成される。
また、太陽電池１０は、半導体基体９の上に配置されている反射防止層３と第１電極４とを備えている。第１電極４は、複数の線状導体を有するフィンガー電極４ｂと、フィンガー電極４ｂの線状導体の幅よりも太い、はんだのみからなるバスバー電極４ａとを有する。
反射防止層３は、半導体基体９の上に配置されているとともに、フィンガー電極４ｂの隣り合う線状導体の間に配置されている。また、バスバー電極４ａは、複数の反射防止層３に渡って、これら反射防止層３の上に、フィンガー電極４ｂの線状導体に交差して配置されている。そして、バスバー電極４ａはフィンガー電極４ｂの線状電極に接続されている。フィンガー電極４ｂとバスバー電極４ａとは、互いに異なる材料からなるものとしてもよい。例えば、フィンガー電極４ｂを導電性に優れた例えば銀材料で構成してもよい。
半導体基体９の第２面１０ｂ上には、導体配置領域８を有する裏面電極である第２電極５と、導体配置領域８に設けられているとともに、半導体基体９および第２電極５のそれぞれに付着しているはんだ７とを少なくとも有している構成としてもよい。ここで、導体配置領域８とは、太陽電池１０の第２面１０ｂ側において、少なくとも導体であるはんだ７が半導体基体９に接している部分をいうものとし、その領域においてリードフレーム等の配線導体が配置され得る箇所をいうものとする。
バスバー電極４ａと反射防止層３とは、例えば超音波振動を利用した超音波はんだ付によって強固に接合されている。また、はんだ７と半導体基体９とにおいても、例えば超音波振動を利用した超音波はんだ付によって、はんだ７が半導体基体９に強固に接合されている。特にフラックスを不要とする超音波はんだ付によって、反射防止層３および半導体基体９の表面に存在していた酸化物の除去が促進される。これにより、バスバー電極４ａが反射防止層３に直接強固に付着して、また、はんだ７が半導体基体９に直接強固に付着する。このように、超音波はんだ付を用いることによって、腐食等の原因となるフラックスを用いることなく、バスバー電極４と反射防止層３とを、また、はんだ７と半導体基体９とをそれぞれ強固に接合することができる。
第１半導体部１には、例えば所定のドーパント元素（導電型制御用の不純物）を有して一導電型（例えばｐ型）を呈する単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が好適に用いられる。第１半導体部１の厚みは、例えば、２５０μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下とするのがさらに好ましい。第１半導体部１の形状は、特に限定されないが、図示されているように、平面視して四角形状であれば製法上および多数の太陽電池素子を配列して太陽電池モジュールを構成する際の観点等から好適である。なお、半導体基体９としては、シリコンが５０質量％以上含まれたシリコンが主成分の結晶質シリコン系の材料を使用すると好適であるが、結晶質シリコン系以外の半導体材料を用いてもよい。半導体基体９は、例えば、薄膜シリコン系（アモルファスシリコンおよび微結晶シリコンのうち少なくとも一方を含む）の半導体材料またはシリコンゲルマニウム等の半導体材料が使用可能である。ただし、半導体基体９として結晶質シリコンを用いると作製が容易であり、製造コストおよび光電変換効率等の点で好適である。
太陽電池１０は、上記構成に加えて、バスバー電極４ａおよびはんだ７の少なくとも一方の上に、後述する配線導体を少なくとも設けた構成であってもよい。この場合においても、超音波はんだ付等を用いることによって、バスバー電極４ａと配線導体１１との密着性を高めることができて、また、配線導体１１とはんだ７と半導体基体９との密着性を高めることができるので、信頼性の高い太陽電池を提供できる。
なお、太陽電池１０は前述したように単に太陽電池素子のみを指すのではなく、後述するように１以上の太陽電池素子を適当な材料を用いて支持基板上に封止した構成の太陽電池モジュール等を含むものとする。
＜太陽電池の具体的構成＞
次に、太陽電池１０のより具体的構成の例について説明する。ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いる例を説明する。結晶シリコンからなる第１半導体部１がｐ型を呈するようにする場合、ドーパント元素としては、例えばボロンまたはガリウムを用いるのが好適である。
第２半導体部２は、第１半導体部１と逆の導電型を呈する層であり、第１半導体部１における第１面１０ａ側に設けられている。すなわち、第２半導体部２は半導体基体９の表層内に形成されている。第１半導体部１としてｐ型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合、第２半導体部２はｎ型の導電型を呈するように形成される。一方、第１半導体部１としてｎ型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合、第２半導体部２は、ｐ型の導電型を呈するように形成される。また、ｐ型の導電型の領域とｎ型の導電型の領域との間にはｐｎ接合部が形成される。このような第２半導体部２は、ｐ型の導電型を呈するシリコン基板を用いる場合、例えば、このシリコン基板における第１面１０ａとなる側にリン等の不純物を拡散させることによって形成できる。
反射防止層３は、所望の波長領域の光の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すので、太陽電池素子１０の光電流密度Ｊｓｃを向上させることができる。反射防止層３は、例えば窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜、酸化マグネシウム膜、酸化インジウムスズ膜、酸化スズ膜または酸化亜鉛膜などを含む。反射防止層３の厚みは、用いる材料によって適宜選択されて、入射光に対して無反射条件を実現できる厚みであればよい。例えばシリコンからなる半導体基体９を用いる場合には、反射防止層３の屈折率は１．８〜２．３程度であって、その厚みは５００〜１２００Å程度であることが好ましい。また、反射防止層３に窒化シリコン膜を用いた場合は、パッシベーション効果も有するので好適である。
第１半導体部１の第２面１０ｂ側において、第２電極５が形成される部位にはＢＳＦ領域６が設けられている。ＢＳＦ領域６は第１半導体部１における第２面１０ｂの近傍で少数キャリアの再結合による効率の低下を低減させる役割を有しており、第１半導体部１における第２面１０ｂ側に内部電界を形成するものである。ＢＳＦ領域６は第１半導体部１と同一の導電型を呈しているが、ＢＳＦ領域６は、第１半導体部１がｐ型を呈するのであれば、不純物濃度がより高いｐ＋半導体領域となっている。ＢＳＦ領域６は、例えば第２面１０ｂ側にボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が１×１０１８〜５×１０２１atoms／ｃｍ３程度となるように形成されるとよい。
図１に示すように、第１電極４は出力取出電極であるバスバー電極４ａと複数の線状導体を有した集電電極であるフィンガー電極４ｂとを有する。バスバー電極４ａの一部は、フィンガー電極４ｂと交差して接続している。
図３（ａ）に示すように、バスバー電極４ａは、半導体基体９の上の少なくともフィンガー電極４ｂの隣り合う線状導体の間に配置されている複数箇所の反射防止層３に渡って、フィンガー電極４ｂの複数の線状導体に交差して、これらの線状導体に接続されている。このバスバー電極４ａは、例えば、１．３〜２．５ｍｍ程度の幅を有している。
一方、フィンガー電極４ｂは線状であり、その幅が５０〜２００μｍ程度であるため、バスバー電極４ａよりも幅が小さい。また、フィンガー電極４ｂは、複数の線状電極が互いに１．５〜３ｍｍ程度の間隔を空けて設けられている。フィンガー電極４ｂは、さらにこれらを電気的に接続する複数の線状電極を有していてもよい。また、このような第１電極４の厚みは１０〜４０μｍ程度である。
フィンガー電極４ｂは、例えば銀のように導電性が良好な金属材料を含む導電ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。また、バスバー電極４ａははんだを反射防止層３に接触させてフィンガー電極４ｂの線状導体に交差するように超音波はんだ付にて形成する。
第２電極５の厚みは１〜４０μｍ程度であり、第１半導体部１における第２面１０ｂ側の面の略全面に形成される。この第２電極５は、例えば銀またはアルミニウムを主成分とする導電ペーストを塗布した後に焼成する、または、スパッタリング法もしくは蒸着法を用いて製膜することによって形成することができる。導電層を有する第２電極５はＢＳＦ領域６を通じて第１半導体部１と電気的に接続される。
また、図３（ｂ）に示すように、太陽電池１０の第２面１０ｂ側にはんだ７を有する構成としてよい。このように第２面１０ｂ側を構成すれば、従来のように配線導体１１と太陽電池とを接続するための銀等の電極材料を使用しないので、封止材を使用した場合の封止材からの酸による腐食を抑制することができる上に、電極材料による反りも抑制できる。また、第２電極５としてアルミニウムを使用すればアルミニウムの形成領域を広くすることによって、ＢＳＦ領域６を広く形成することができる。従来、はんだ７を設ける領域に銀等の電極材料を配する場合、電極材料と半導体基板９との密着強度を確保するために、例えば２〜４ｍｍ程度の横幅の導体配置領域８を設けて、この導体配置領域８に銀等の電極材料を配置するようにすると、アルミニウムの形成領域を増やすことは困難であった。一方、本実施形態では、半導体基体９とはんだとの密着強度は半導体基体９と銀等の電極材料との密着強度よりも大きいので、同等の密着強度を必要とする場合、導体配置領域８の横幅を小さくして、つまり導体配置領域８の領域を小さくして、アルミニウムの形成領域を増やすことができる。
また、例えば、はんだ７は第２電極５の上面に接合しない状態で導体配置領域８に面した第２電極５の側面に接合してもよい。この場合、第２電極５の上面がはんだ７で覆われていないので、はんだ７の体積を少なくして、はんだ７の熱収縮による太陽電池１０への影響を少なくすることができる。これにより、太陽電池１０の反りを少なくすることが可能であり、信頼性の高い太陽電池１０を提供できる。
また、例えば、はんだ７は第２電極５の上面と導体配置領域８に面した第２電極５の側面との双方に付着していてもよい。この場合、はんだ７が第２電極５の上面を覆っているので、第２電極２と半導体基体９との接触面積を広くすることができて太陽電池特性に有利である。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７の組成は特に限定されないが、例えばスズと鉛との合金またはスズと亜鉛との合金を含むものとするのがよい。はんだ７がスズと鉛との合金の場合、スズ：鉛の質量比は６０〜８０：２０〜４０とするとよく、さらにアンチモンを合金全体（１００質量％）に対して１〜２０質量％程度含ませるのがよい。また、はんだ７がスズと亜鉛との合金の場合、スズ：亜鉛の質量比は８０〜９９．９：０．１〜２０とするとよい。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７の組成は、スズと銀とビスマスとの合金を含むものであってもよい。はんだ７がスズと銀とビスマスとの合金の場合、スズ：銀：ビスマスの質量比は７８〜９９：０．１〜２０：０．１〜１０とするのがよい。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７の組成は、スズと銀と銅との合金を含むものであってもよい。はんだ７がスズと銀と銅との合金の場合、スズ：銀：銅の質量比は７８〜９９：０．１〜１０：０．１〜１０とするのがよい。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７の組成は、スズとアルミニウム、またはガリウム、またはインジウムを含むものであってもよい。はんだ７をこれらの組成とすると、第１半導体部１に上記ｐ型のドーパント元素が拡散することによって、第１半導体部１における第２面１０ｂの近傍で少数キャリアの再結合による効率の低下を低減させることができる。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７は、環境面への配慮から鉛を含まないもの、例えばスズ−亜鉛−アンチモン系のはんだを用いることが好ましい。
第２電極５としてアルミニウムを主成分（６０質量％以上）として含み、はんだ７と第２電極５との接合部にははんだ成分とアルミニウムを含む合金層が存在している。この合金層によって、はんだ７と第２電極５とのコンタクト抵抗を低減でき好適である。また、超音波はんだ付によって、はんだ７と第２電極５の表面に形成されている酸化膜が除去され、合金層が形成されやすくなる。
導体配置領域８は半導体基体９を複数箇所で露出させる複数の貫通孔であってもよい。また、導体配置領域８は平面視して半導体基体９の一端部から所定位置まで半導体基体９を露出させる長尺領域を含むものであってもよい。また、導体配置領域８は平面視して第２電極５の一端部から他端部まで半導体基体９を露出させる長尺領域であってもよい。ここで、特に導体配置領域８の第２電極５の一端側に位置している部位の幅が他の部位よりも広いと、この広い箇所においてこの箇所に設ける後記する配線導体１１と半導体基体９との密着性が向上するため好適である。
図４に示すように、太陽電池１０の第１面１０ａ側において、バスバー電極４ａの上に長尺のリードフレーム等の配線導体１１を設けたものである場合、または図５に示すように、太陽電池１０の第２面１０ｂの側においても、はんだ７の上に配線導体１１を設けたものである場合、配線導体１１の表面は上記した組成のはんだで厚さ５〜１００μｍ程度に被覆されていてもよい。この場合、被覆するはんだの組成は特に限定されないが、上述した組成とすることによって、配線導体１１はバスバー電極４ａの上に、または配線導体１１ははんだ７の上に、それぞれ強固に接着することが可能となる。これにより、配線導体１１とバスバー電極４ａとの密着性、および配線導体１１とはんだ７との密着性が向上する。また、配線導体１１は厚さ０．１〜０．８ｍｍ程度の銅箔またはアルミ箔等の金属箔であってもよい。
また、バスバー電極４ａおよびはんだ７を構成するはんだの融点は、配線導体１１の表面を被覆するはんだの融点よりも高くするとよい。これにより、配線導体１１をバスバー電極４ａおよびはんだ７に接着する際の温度を、例えば２５５℃以上３０５℃以下の高温で接着した場合であっても、半導体基体９側のはんだ７が溶融しないことから、配線導体１１と半導体基体９側との密着性が向上する。
＜太陽電池の製造方法＞
次に、太陽電池１０の製造方法の例について説明する。
まず、本実施形態の太陽電池の基本的な製造方法の一例について説明する。上記構成の太陽電池の製造方法において、図３（ａ）に示すように、半導体基体９上に複数の線状導体を有するフィンガー電極４ｂおよび隣り合う線状導体の間に反射防止層３を形成する（反射防止層形成工程）。その後、フィンガー電極４ｂの線状導体に交差して接続されるように、複数箇所の反射防止層３に渡ってバスバー電極４ａを形成するバスバー電極形成工程を行なう。
このバスバー電極形成工程において、反射防止層３の上に上記組成のはんだを接触させ
て超音波はんだ付にてはんだのみからなるバスバー電極４ａを形成する。また、バスバー電極形成工程の後に、バスバー電極４ａの上に配線導体１１を接続する配線導体接続工程を行なうこともできる。また、配線導体１１として銅箔またはアルミ箔等の金属箔を用いてもよい。または、配線導体１１として表面が上述した組成を含むはんだで被覆された銅箔等の金属箔を用いてもよい。なお、はんだで配線導体１１の表面を被覆する方法としては、はんだディップ法またははんだメッキ法がある。
次に、太陽電池１０の製造方法の具体例について説明する。まず、半導体基体９の基体準備工程について説明する。半導体基体９を主に構成する第１半導体部１に単結晶シリコン基板を使用する場合は、例えば引き上げ法などによって作製される。一方、第１半導体部１に多結晶シリコン基板を使用する場合は、例えば鋳造法などによって作製される。なお、以下では、最初に用意する基体としてｐ型の多結晶シリコンを使用する例について説明する。
最初に、例えば鋳造法によってｐ型の多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを例えば２５０μｍ以下の厚みにスライスして基板を得る。その後、この基板の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を清浄化するために、表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、フッ酸またはフッ硝酸などを用いた溶液によってごく微量エッチングするのが望ましい。なお、このエッチング工程の後に、ウェットエッチング方法を用いて、基板の表面に微小な凹凸構造を形成するのがさらに望ましい。また、ウェットエッチング法において、前述のダメージ層の除去工程を省略することも可能である。このようにして、第１半導体部１を有する半導体基体９を用意することができる。
次に、第１半導体部１における第１面１０ａ側にｎ型の第２半導体部２を形成する。このような第２半導体部２は、ペースト状態にしたＰ２Ｏ５を第１半導体部１の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法、またはリンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。この第２半導体部２は０．２〜２μｍ程度の深さ、６０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。なお、第２半導体部２の形成方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術を用いて、水素化アモルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜などを形成してもよい。さらに、第１半導体部１と第２半導体部２との間にｉ型シリコン領域を形成してもよい。
次に、第１半導体部１の第２面１０ｂ側に第２半導体部２が形成された場合には、第２面１０ｂ側のみをエッチングして除去することによって、ｐ型の導電型領域を露出させてもよい。例えば、フッ硝酸溶液に第１半導体部１における第２面１０ｂ側のみを浸して第２半導体部２を除去する。その後、第２半導体部２を形成する際に、第１半導体部１の表面に付着した燐ガラスをエッチングして除去する。このように、燐ガラスを残存させて第２面１０ｂ側に形成された第２半導体部２を除去することによって、燐ガラスがエッチングマスクの役割を果たす。これにより、第１面１０ａ側の第２半導体部２が除去されたり、ダメージを受けるのを低減することができる。
以上により、ｐ型半導体領域を有する第１半導体部１と第２半導体部２とを備えた半導体基体９を準備することができる。
次に、図６（ａ）に示すように、半導体基体９上に反射防止層３を形成する。反射防止層３は、例えば、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止層３をＰＥＣＶＤ法で形成する場合、反応室内を５００℃程度にして、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）ガスで希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止層３が形成される。
次に、第１電極４（バスバー電極４ａ、フィンガー電極４ｂ）と第２電極５とを以下のようにして形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、第１面１０ａ側に形成するフィンガー電極４ｂは、例えば銀等からなる金属粉末と、有機ビヒクルと、ガラスフリットとを含有する銀ペーストを用いて作製される。この銀ペーストを半導体基体９の第１面１０ａ側に塗布して、その後、最高温度６００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成する。ファイヤースルー法によって反射防止層３を突き破ったフィンガー電極４ｂが半導体基体９の上に形成される。上記銀ペーストの塗布法としてはスクリーン印刷法などを用いることができる。なお、銀ペーストの塗布後に、所定の温度で銀ペースト中の溶剤を蒸散させて乾燥させるとよい。
次に、図３（ｂ）に示す第２面１０ｂ側のＢＳＦ領域６の形成について説明する。所定領域に例えばアルミニウム粉末と有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを塗布する。この塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。ここで、アルミニウムペーストを塗布した後、所定の温度でアルミニウムペースト中の溶剤を蒸散させて乾燥させると、作業時にアルミニウムペーストがその他の部分に付着しにくいのでよい。
次に、半導体基体９を焼成炉内にて最高温度が６００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって、図３（ｂ）に示すように、ＢＳＦ領域６が第１半導体部１の第２面１０ｂ側に形成されて、第２電極５となるアルミニウム層が形成される。このとき、第２面１０ｂ側に第２半導体部２が形成された場合であっても、第２面１０ｂ側の第２半導体部２を除去する必要はない。ｐｎ接合部の連続領域を分離するｐｎ分離の方法としては、第１面１０ａ側または第２面１０ｂ側の周辺部のみレーザー等を用いてｐｎ分離を行えばよい。また、このとき、アルミニウムペーストの非形成領域において同時に導体配置領域８が形成される。
次に、図６（ｃ）に示すように、第１面１０ａ側の反射防止層３の上に、はんだ線６０を接触させて超音波はんだ付にてフィンガー電極４ｂに交差させたバスバー電極４ａを形成する。この超音波はんだ付の装置は従来の鏝式はんだ付装置に超音波発振器を設けたはんだ鏝５０を備えたものであり、はんだ鏝５０をＸＹＺ軸方向に移動可能である。はんだ線６０からの適当量のはんだを反射防止層３上に付着させる。この際の超音波発振周波数は例えば４０〜１００ｋＨｚ程度、超音波発振出力は１〜１５Ｗ程度、温度調整は１８０〜４５０℃程度とするとよい。なお、半導体基体９を載置するテーブルを５０〜１００℃程度加熱してもよい。また、この超音波はんだ付によって、反射防止層３表面を清浄にすることができて、バスバー電極４ａを反射防止層３に対して強固に接合させることが可能となる。また、はんだ鏝５０と反射防止層３との間隔、はんだ鏝５０の移動速度、および、はんだ線６０の投入量を各々調整することによって、はんだの厚みを調整することができる。はんだは例えば５〜４０μｍ程度の厚みに形成される。
次に、図７（ａ）に示すように、バスバー電極４ａ上に後記する方法と同様な方法にて配線導体１１を配置してもよいし、図７（ｂ）に示すように、バスバー電極４ａ上にはんだ１２を被覆した配線導体１１を配置してもよい。なお、図中では配線導体１１の上部および側面にもはんだを配したが、接着面積および電気抵抗において支障がなければ配線導体１１の下部にのみはんだを配するものとしてもよい。
次に、導体配置領域８にはんだ７を付着させて、このはんだ７の上に配線導体１１を配置する方法について説明する。導体配置領域８は平面視して第２電極５の一端部５ａから他端部５ｂまで半導体基体９を露出させる長尺領域とした場合を例にとり説明する。
図８（ａ）に示すように、第２面１０ｂ側に上述した組成を含むはんだ線６０を導体配置領域８に置いて、その上から超音波はんだ付を行なう。この超音波はんだ付においても、ＸＹＺ軸方向に移動可能で従来の鏝式はんだ付装置に超音波発振器を設けたはんだ鏝を用いて、導体配置領域８において、はんだ線６０からの適当量のはんだを導体配置領域８内に付着させる。この際の超音波発振周波数は例えば４０〜１００ｋＨｚ程度、超音波発振出力は１〜１５Ｗ程度、温度調整は１８０〜４５０℃程度とする。なお、半導体基体９を載置するテーブルを５０〜１００℃程度加熱してもよい。また、はんだ線６０の幅およびはんだ鏝の鏝先の幅を導体配置領域８の幅よりも小さくすることによって、はんだ７は第２電極５の上面５ｃに接合しない状態で導体配置領域８の内壁に強固に接合させることができる。また、超音波はんだ付によって、半導体基体９の表面を清浄にすることができて、自然酸化膜等の酸化物の除去などが促進される。これにより、はんだ７が半導体基体９に対して強固に付着させることが可能になる。また、第２電極５が導電性ペーストを焼成して形成した場合には、超音波はんだ付によって溶融したはんだが第２電極５の金属粒子間に入りこみ、また、表面の酸化物の除去が促進されて、はんだ７と第２電極５とのコンタクト抵抗を低減できることになり好適である。また、超音波はんだ付によって金属粒子の表面にはんだ成分との合金層が形成される。また、はんだ鏝と半導体基体９との間隔、はんだ鏝の移動速度、また、はんだ線６０の投入量を各々調整することによって、はんだ７の厚みを調整することができる。例えば、はんだ７の厚みは５〜４０μｍ程度に形成される。
次に、図８（ｂ）に示すように、導体配置領域８に付着されたはんだ７の上に長尺の配線導体１１を配置して、図８（ｃ）に示すように、通常のはんだ鏝または超音波はんだ付によって、配線導体１１をはんだ７に対して付着させる。このときの半導体基体９の一端部側からみた側面図は、図９（ａ）に示すとおりである。なお、配線導体１１とはんだ７との接合は、周知のはんだ付方法であればよく、リフロー炉またはホットエアーを使用してもよい。
ここで、図９（ｂ）に示すように、はんだ７は第２電極５の上面にも付着するようにしてもよい。この場合には、図８（ａ）に示す作業または図８（ｃ）に示す作業の際に、はんだ７が第２電極５の上面を覆うように形成させるとよい。例えば、はんだの鏝先における幅を導体配置領域８の幅よりも大きくすることによって、はんだ線６０から溶けたはんだが、導体配置領域８の近傍の第２電極５の上面を覆い、はんだ７が形成される。例えば、はんだの鏝先における幅は１〜５ｍｍ程度のものを使用してよい。また、第２電極５が導電性ペーストを焼成して形成された場合、超音波はんだ付によって溶融したはんだが第２電極５の金属粒子間に入り込んでもよく、はんだが入り込む量を第２電極５の表面から厚み方向の途中までとしてもよい。超音波はんだ付の時間を適宜調整することによってはんだの第２電極５中への入り込む量を調整することができる。
また、図９（ｃ）に示すように、はんだ７の上に銅箔等の導体の表面をはんだ７と同様な材質のはんだ１２がはんだメッキによって被覆された配線導体１１を配置するようにしてもよい。
以上のようにして、太陽電池素子１０を作製することができる。本実施形態によれば、配線導体１１と太陽電池とを接続するための銀等の電極材料の使用量を低減することができて、バスバー電極４ａと反射防止層３との密着力、および、はんだ７と半導体基体９との密着力を高めることができて、ひいては信頼性の高い太陽電池を提供することができる。また、バスバー電極４ａおよびはんだ７の上に配線導体１１を設ける場合には、配線導体１１とはんだ７と半導体基体９との密着性を高めることができて、ひいては信頼性の高い太陽電池を提供できる。
＜変形例＞
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
まず、第１面１０ａ側における種々の変形例について説明する。
バスバー電極４ａおよびその配置箇所における変形例について説明する。例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すように、バスバー電極４ａを配置させるフィンガー電極４ｂの箇所において、フィンガー電極４ｂの線状電極の一部を他の箇所よりも３倍程度太くしてもよい。これにより、バスバー電極４ａを配置する際の位置決めを容易にすることができる。さらに、バスバー電極４ａとフィンガー電極４ｂとの接触面積を広くすることができて、はんだ濡れ性を向上させて電気的接続を良好にすることができる。
また、図１１（ａ）に示すように、バスバー電極４ａを配置させるフィンガー電極４ｂの箇所において、フィンガー電極４ｂの線状電極の一部を他の箇所よりも３倍程度太くした平面視で円形状にしてもよい。この場合、幅広部を２以上設けてもよく、これによって、バスバー電極４ａとの接触面積を増やすことができて、図１０に示す例よりもはんだの付着の際の熱伝達を良好として、加熱時間を短縮することができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、バスバー電極４ａを配置させるフィンガー電極４ｂの箇所において、フィンガー電極４ｂの線状電極の一部を他の箇所よりも３倍程長くして、バスバー電極４ａを形成する際のはんだ鏝の進行方向に長い凸部を設けるようにしてもよい。これにより、同一タクトタイムでも加熱時間を長くとれるようにして、超音波はんだ付の信頼性を向上させることができる。
また、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、フィンガー電極４ｂの線状導体をバスバー電極４ａの配置箇所において分断して、分断した端部を太くしてもよい。これにより、フィンガー電極４ｂの線状導体の熱伸縮による影響を抑制できる上に、バスバー電極４ａを形成する際のはんだの濡れ性が低下することを抑制できる。
また、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、バスバー電極４ａを配置させるフィンガー電極４ｂの箇所において、フィンガー電極４ｂをスクリーン印刷する際のマスクの厚みを変えるなどして、フィンガー電極４ｂの線状電極の一部を他の箇所よりも厚くしたり（図１３（ａ））、薄くしたり（図１３（ｂ））してもよい。または、バスバー電極４ａを配置させるフィンガー電極４ｂの箇所において、フィンガー電極４ｂの線状電極の一部を他の箇所の表面よりも粗くしてもよい。さらには、フィンガー電極４ｂの複数の線状導体において、上記述べた態様を組み合わせてもよい。これらの態様により、バスバー電極４ａとフィンガー電極４ｂとの接触面積を広くすることができて、バスバー電極４ａとフィンガー電極４ｂとの接触抵抗を小さくすることができる。
また、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、フィンガー電極４ｂの隣り合う線状導体の間を電気的に接続する補助細線１５を設けて、この上にバスバー電極４ａを配置してもよい。このように、バスバー電極４ａとフィンガー電極４ｂとの間に補助細線１５を介在させることによって、バスバー電極４ａとフィンガー電極４ｂとの電気的接続を良好とすることができて、線抵抗も小さくすることができる。なお、補助細線１５の材質、幅および高さはフィンガー電極４ｂと同一にするとよい。
また、図１５に示すように、補助細線１５を各バスバー電極４ａの配置方向の複数領域に設けて、補助細線１５の使用量を減らすようにしてもよい。
次に、第２面１０ｂ側における変形例について説明する。上記実施形態では、第２面１０ｂ側の導体配置領域８の態様として、平面視して第２電極５の一端部から他端部まで半導体基体９を露出させる長尺領域とした例について説明したが、例えば、図１６に示すように、導体配置領域８は平面視して第２電極５の一端部５ａから一点鎖線で示す所定位置５ｄまで半導体基体９を露出させる長尺領域を含むものであってもよい。図１６に示すように、導体配置領域８は平面視して第２電極５の一端部５ａから所定位置５ｄまで半導体基体９を露出させる長尺領域と、第２電極５の他端部５ｂから一点鎖線で示す所定位置５ｅまで半導体基体９を露出させる長尺領域とを有するものとしてもよい。これにより、所定位置５ｄから所定位置５ｅ間に第２電極５の形成領域を増やすことができるので好適である。
また、図１７に示すように、導体配置領域８は半導体基体９を複数箇所で露出させる複数の貫通部を有していてもよい。特に、これら複数の貫通部は第２電極５の一端部から他端部へ一列に並ぶようにするとよい。これにより、図５に示す例よりもさらに第２電極５の形成領域を増やすことができるので好適である。また、はんだ７を導体配置領域８のみ、または導体配置領域８に面した第２電極５の側面とその近傍の第２電極５の上面とに設け、配線導体１１とのはんだ付け箇所を島状に点在させることによって、配線導体１１の熱伸縮を逃がすことが容易となり、太陽電池１０の反りを軽減させることができる。また、はんだ７を列状に並ぶ貫通部どうしの間に位置している第２電極５の上面、つまり、配線導体１１と接する第２電極５の上面にはんだ７を形成することによって、はんだ７と第２電極５とのコンタクト抵抗が低減して、太陽電池特性を向上させることができる。
また、図１８に示すように、導体配置領域８が複数の貫通部等である場合に、例えば導体配置領域８の第２電極５における一端側に位置している部位８ａにおいて、その幅が他の部位の幅よりも広いと、特に配線導体１１の剥がれが生じやすい領域に配置させるはんだ７と半導体基体９との密着性が向上するので好適である。
配線導体１１は、図１９（ａ）に示すように、例えば、長尺の配線導体１１の長手方向に貫通孔１１ａを複数設けたものを用いてもよい。図１９（ｂ）に示すように、貫通孔１１ａを導体配置領域８の位置に合わせて、配線導体１１を太陽電池１０に設置し、はんだ線６０（不図示）を供給しながら超音波はんだ付けする。このように簡便な方法によって、貫通孔１１ａを通してはんだが導体配置領域８に供給され第２電極に付着して、さらに配線導体１１にも付着するので好適である。また、配線導体１１がはんだで被覆されていてもよい。このとき、貫通孔１１ａにはんだが存在することによって、はんだ線６０を用いることがない。また、超音波はんだ付によってはんだ付けすることによって、貫通孔１１ａに存在するはんだが導体配置領域８に供給されて第２電極５に付着して、このはんだがさらに配線導体１１とも付着することができて、簡易な方法によって強固な接合が実現されるので好適である。
また、図２０に示すように、配線導体１１の幅（または短手方向の長さ）は導体配置領域８の幅（または短手方向の長さ）よりも広い部分を有するか、または配線導体１１が導体配置領域８を完全に覆う（または第２電極５の導体配置領域８近傍の上面を覆う）ようにしてもよい。この場合は、はんだ７は第２電極５の上面を覆うようにしてもよいし、第２電極５の上面を覆わない状態で導体配置領域８の内壁に接合させるようにしてもよい。特に、配線導体１１が導体配置領域８を完全に覆うようにした場合には、配線導体１１が第２電極５と電気的に接触して、電気抵抗が低減して発電効率を向上させることができるので好適である。また、はんだ７の幅が配線導体１１の幅よりも大きくてもよく、上記構成によって電気抵抗が低減して発電効率を向上させることができるので好適である。
また、配線導体１１は、図２１に示すように、複数の細い導線１３の集合体からなるようにして、この集合体の表面をはんだディップ技術によってはんだ１４で覆うようにしたものを用いてもよい。これにより、複数の細い導線がばらばらになることがなく、また配線導体１１の横方向への曲がりの抵抗を少なくして太陽電池へのストレスを減らして、クラック等が生じ難くすることができるので好適である。
また、本実施形態の太陽電池は、図２２に示すような太陽電池モジュール２０にも適用可能である。図２２に示すように、例えば、ガラスまたは樹脂等の透光性の支持基板２１上に、上述した１つの太陽電池（太陽電池素子）１０、または、図示されているように、複数の太陽電池（太陽電池素子）１０を配線導体１１によって電気的に直列接続等させた太陽電池素子ストリング２３の複数を、耐湿性に優れた例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等の第１充填材２２および第２充填材２４によって封止して、さらにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等からなる裏面シート２５をその上に設けた構成とすることが可能である。なおこの場合、金属または樹脂等の枠体を支持基板２１の周囲に設けてもよい。
次に、本実施形態の実施例について説明する。まず、厚さ２６０μｍ、外形１５６ｍｍ×１５６ｍｍおよび比抵抗１．５Ω・ｃｍの多結晶からなるシリコン基板であるｐ型の第１半導体部１を有する半導体基体９を用意して、半導体基体９の表面のダメージ層をＮａＯＨ溶液でエッチングして洗浄した。
次に、フッ酸と硝酸とを使用したウェットエッチング法で半導体基体９の第１面１０ａ側にテクスチャを形成した。そして、ＰＯＣｌ３を拡散源とした気相熱拡散法で第２半導体部２を形成した。このようにして半導体基体９を準備した後に、フッ酸溶液による燐ガラスのエッチング除去とレーザーによるｐｎ分離とを行なった。その後、半導体基体９の第１面１０ａ側に、ＰＥＣＶＤ法によって反射防止層３となる窒化シリコン膜を形成した。
さらに、第１面１０ａに銀ペースト（銀粉末の含有質量１００％に対してガラスフリットの含有質量が５％）を塗布・焼成して第１電極４を形成した。図３（ａ）に示すように、バスバー電極４ａは、半導体基体９の上の少なくともフィンガー電極４ｂの隣り合う線状導体の間に配置されている複数箇所の反射防止層３に渡って、フィンガー電極４ｂの複数の線状導体に交差して、これらの線状導体に接続されるように形成した。バスバー電極４ａは、２ｍｍの幅とした。フィンガー電極４ｂの線状導体の幅は１００μｍとした。フィンガー電極４ｂは、複数の線状電極が互いに２ｍｍの間隔を空けて設けた。また、第１電極４の厚みは３０μｍとした。
試料１においては、超音波はんだ付で形成したバスバー電極４ａは、スズと亜鉛との合金組成比（質量比）が９６：４からなるものを用いた。また、上記超音波はんだ付の条件は超音波発振周波数を６０ｋＨｚ、超音波発振出力を３Ｗ、加熱温度を３５０℃とした。そして、バスバー電極４ａの上に、銅箔の全面に上記合金組成と同一のはんだを被覆した配線導体１１をはんだ鏝で溶着した。
一方、比較対象の試料２においては、上記と同じ形状・大きさの第１電極４（バスバー電極４ａおよびフィンガー電極４ｂ）を上記と同一組成の銀ペーストを塗布・焼成して、試料１と同様にして配線導体１１に接続するための電極を形成した。そして、この電極に、銅箔の全面に上記合金組成と同一のはんだを被覆した配線導体１１をはんだ鏝で溶着した。
次に、試料１，２に対して引張強度試験機を用いて、配線導体１１の密着強度の測定を任意の等間隔位置の６箇所に対して行なった。
その結果、試料２においては平均密着強度が２．１６Ｎであったのに対して、試料１においては平均密着強度が５．３１Ｎであった。この結果から、密着強度が大幅に改善されたことを確認した。
１ ：第１半導体部
２ ：第２半導体部
３ ：反射防止層
４ ：第１電極
４ａ ：バスバー電極
４ｂ ：フィンガー電極
５ ：第２電極
６ ：ＢＳＦ領域
７ ：はんだ
８ ：導体配置領域
９ ：半導体基体
１０ ：太陽電池（太陽電池素子）
１０ａ：第１面
１０ｂ：第２面
１１ ：配線導体
２０ ：太陽電池（太陽電池モジュール）
５０ ：はんだ鏝
６０ ：はんだ線

Claims (12)

  1. 半導体基体と、
    該半導体基体の上に配置されている、複数の線状導体を有するフィンガー電極と、
    前記半導体基体の上の少なくとも前記フィンガー電極の隣り合う前記線状導体の間に配置されている反射防止層と、
    該反射防止層の上において、前記フィンガー電極の前記線状導体に交差して接続されているとともに、前記反射防止層と接合されている、はんだのみからなるバスバー電極とを有する太陽電池。
  2. 前記フィンガー電極と前記バスバー電極とは互いに異なる材料からなり、前記フィンガー電極は銀で構成されている請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記はんだは錫と鉛との合金または錫と亜鉛との合金を含む請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 前記はんだはアンチモンをさらに含む請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記はんだは錫と銀とビスマスとの合金を含む請求項１または２に記載の太陽電池。
  6. 前記半導体基体はシリコンを主成分として含む請求項１乃至５のいずれかの項に記載の太陽電池。
  7. 前記バスバー電極の上に設けられている配線導体をさらに有する請求項１乃至６のいずれかの項に記載の太陽電池。
  8. 前記配線導体は表面がはんだで被覆されている請求項７に記載の太陽電池。
  9. 前記配線導体は金属箔である請求項７または８に記載の太陽電池。
  10. 半導体基体の上に複数の線状導体を有するフィンガー電極を形成するフィンガー電極形成工程と、
    隣り合う前記線状導体の間に反射防止層を形成する反射防止層形成工程と、
    前記反射防止層の上で前記フィンガー電極の前記線状導体に交差して接続されて、前記反射防止層と接合されている、はんだのみからなるバスバー電極を形成するバスバー電極形
    成工程とを有する太陽電池の製造方法。
  11. 前記バスバー電極形成工程において、前記反射防止層の上にはんだを接触させて超音波はんだ付けにて前記バスバー電極を形成する請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記バスバー電極形成工程の後に、前記バスバー電極に配線導体を接続する配線導体接続工程を行なう請求項１０または１１に記載の太陽電池の製造方法。
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