JP5794209B2 - 太陽電池素子の製造方法及びスクリーン印刷機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン印刷法により電極形成を行う太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子の電極形成用のスクリーン印刷機に関するものである。

一般に、太陽電池素子は図１に示す構造を有する。図１において、１は、大きさが１００〜１５０ｍｍ角、厚みが０．０５〜０．３０ｍｍの板状で、かつ多結晶や単結晶シリコン等からなり、ボロン等のｐ型不純物がドープされたｐ型の半導体基板である。

太陽電池素子の製造にあたっては、この半導体基板１に、リン等のｎ型不純物をドープしてｎ型拡散層２を形成し、ＳｉＮ（窒化シリコン）などからなる反射防止膜兼パッシベーション膜３を設け、次にスクリーン印刷法を用いて、裏面に導電性アルミニウムペーストを印刷した後、乾燥−焼成することで裏面電極６とＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層４を同時に形成する。また、表面に導電性ペーストを印刷後、乾燥して焼成し、表面電極５を形成する。

また、この表面電極５は、太陽電池素子で生じた光生成電流を外部へ取出すためのバスバー電極とこれらのバスバー電極に接続される集電用のフィンガー電極とからなる。以下、太陽電池素子の受光面側となる基板の面を表面（オモテ面）、受光面側と反対側になる基板の面を裏面（ウラ面）とする。

このような方法で製造される太陽電池素子にあっては、上記のように、電極形成にスクリーン印刷法を用いることが一般的である。スクリーン印刷法は、感光性材料を扱うフォトリソグラフィ法などに比べて、厚膜の電極を歩留まりよく大量生産することに向いており、比較的設備費が少なくてすむという利点がある。そのため、スクリーン印刷法は太陽電池素子の電極形成の他、プラズマディスプレイパネルや液晶ディスプレイパネル等の大面積ディスプレイの電極層、抵抗層、誘電体層、あるいは蛍光体層などのパターン形成を含め、電子工業界で広範囲に使用されている。

従来のスクリーン印刷法について図面を用いて説明する。図２は一般的なスクリーン印刷機の主要部の側面模式図である。スクリーン印刷に関する一連の印刷動作を、図２を用いて説明する。
まず、形成したいパターンが開口されたスクリーン版７の上に、ペーストが供給される（図２ではペーストは図示されていない）。次に、このペーストの上を、スクレッパ８が上部から圧力をかけられながら一定方向（図２において左方向）に動くことで、スクリーン版７の開口部のパターンにペーストを充填する。次に、スクレッパ８が上昇し、スキージ９が下降してその先端部がスクリーン版７を印刷ステージ１０側に押圧する。次に、この押圧状態でスキージ９がスクレッパの前記移動方向とは反対方向（図２において右方向）に動くことで、スクリーン版７の開口部のパターンに充填されたペーストを印刷ステージ１０上に設置された被印刷物１１に転写する。続いて、今度はスキージ９が上昇し、スクレッパ８が下降してスクリーン版７表面に当接し、該スクレッパ８がスキージ９の前記移動方向とは反対方向に移動しながら、スクリーン版７上に残ったペーストを再度該スクリーン版７の開口部のパターンにペーストを充填する。スクリーン印刷機では、以上の一連の動作が繰り返し行われることにより、被印刷物１１に所定パターンのペーストが厚塗りされる。

このようなスクリーン印刷方法においては、ペーストの組成が重要な位置を占める。例えば、太陽電池素子の表面（受光面）のフィンガー電極やバスバー電極を形成するためには、一般に銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットとを含有している導電性ペーストが使用される。この導電性ペーストには、性能向上のために各種の無機酸化物や導電性物質等の固形物が添加されていることもある。
太陽電池素子の電極は、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により半導体基板に塗布し、焼成することで形成される。

上記のような導電性ペーストに添加されている銀粉末やガラスフリット等の固形物の平均粒径は、特に限定されないが、０．１〜１５μｍ程度が好ましいといわれている。例えば、銀粉末の平均粒径が１５μｍを超えると、表面電極と半導体基板との接触が不十分となりがちとなる。このため、導電性ペーストの固形分の最大粒径は１５〜２０μｍ程度となることが多い。

しかしながら、導電性ペーストをスクリーン印刷に使用し続けていると、銀粉末が凝集したり、スキージで圧力がかけられて押しつぶされたり、又は有機ビヒクルが乾燥して固まったり、スクリーン印刷に使用しているスキージが欠けて欠片が生じたりして、元々添加されている固形分の最大粗粒よりも大きな粗粒（異常粗粒）が意図せずに発生してしまうことがある。このようにして発生する大きな異常粗粒は大きさが１００μｍ以上となることがあり、太陽電池素子の表面のフィンガー電極幅は１００μｍ前後であることが多いことから、導電性ペーストに含まれるようになる異常粗粒がフィンガー電極幅より大きくなり、スクリーン印刷の際にフィンガー電極に対応した開口部からの導電性ペーストの吐出が阻害され、フィンガー電極の膜厚減少とそれに伴うフィンガー電極の抵抗増大や、電極と半導体基板との密着阻害による信頼性の低下を引き起こす可能性があった。また、それらの問題の対策として、頻繁に導電性ペーストやスクリーン版を交換する方法があるが、これにより作業性が低下することになり、問題となった。また、このような大きな異常粗粒は、スクリーン版のパターンを傷つけることから、スクリーン版の耐久性の低下をもたらすこともあり、また製造コストの増大をもたらすことからも問題となっていた。

この問題を解決するために、例えば特開２０１１−１５４８８７号公報（特許文献１）では、微粒子の凝集を抑制するための保護剤や分散剤を添加する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、有機ビヒクルの乾燥やスキージの欠片により生じる大きな粗粒には効果がなく、また焼成後の電極の抵抗が高くなったりする問題があった。

特開２０１１−１５４８８７号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、スクリーン印刷を阻害する異常粗粒の影響を排除してスクリーン印刷法による電極形成を適正かつ効率的に行うことが可能な太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子の電極形成用のスクリーン印刷機を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、下記の太陽電池素子の製造方法及びスクリーン印刷機を提供する。
〔１〕 スクリーン版上を移動して該スクリーン版にペーストをコーティングするスクレッパと、先端部が上記スクリーン版を押圧した状態で移動しながら上記スクリーン版上にコーティングされたペーストを該スクリーン版の開口部からその下の被印刷物に押し出して印刷するスキージを備えるスクリーン印刷機を用いて、太陽電池素子用の基板上に導電性ペーストをスクリーン印刷して電極を形成する太陽電池素子の製造方法であって、上記スクリーン版は、上記スクレッパ及び／又はスキージの進路上に、上記スクレッパのコーティング時の移動方向又は上記スキージの印刷時の移動方向に対向して開口し、該スクレッパ及びスキージの移動方向に対して直交する方向に延びる断面コの字型の部材であって、導電性ペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
〔２〕 上記捕獲部は、メッシュ材からなることを特徴とする〔１〕に記載の太陽電池素子の製造方法。
〔３〕 上記捕獲部の開口寸法が上記導電性ペーストの固形分の最大粗粒よりも大きいことを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の太陽電池素子の製造方法。
〔４〕 上記捕獲部の開口寸法が３０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
〔５〕 上記太陽電池素子用の基板は、半導体基板に拡散層を形成し、その上に反射防止膜を形成したものであって、該反射防止膜上に上記スクリーン印刷機を用いて導電性ペーストをスクリーン印刷して電極を形成することを特徴とする〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
〔６〕 スクリーン版上を移動して該スクリーン版にペーストをコーティングするスクレッパと、先端部が上記スクリーン版を押圧した状態で移動しながら上記スクリーン版上にコーティングされたペーストを該スクリーン版の開口部からその下の被印刷物に押し出して印刷するスキージを備えるスクリーン印刷機であって、上記スクリーン版は、上記スクレッパ及び／又はスキージの進路上に、上記スクレッパのコーティング時の移動方向又は上記スキージの印刷時の移動方向に対向して開口し、該スクレッパ及びスキージの移動方向に対して直交する方向に延びる断面コの字型の部材であって、ペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部を有することを特徴とする太陽電池素子の電極形成用スクリーン印刷機。

本発明の太陽電池素子の製造方法によれば、スクリーン版上のスクレッパ及び／又はスキージの進路上に設けた捕獲部がスクリーン印刷時に導電性ペーストに生じたスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲するので、スクリーン印刷を阻害する異常粗粒の影響を排除してスクリーン印刷法による電極形成を適正かつ効率的に行うことができる。またこれにより、太陽電池素子の変換効率を向上することも可能である。

太陽電池素子の構成例を示す断面図である。 従来のスクリーン印刷機の概略構成を示す断面図である。 図２のスクリーン印刷機による正常なスクリーン印刷の様子を示す模式図であり、（ａ）は印刷開始時の状態、（ｂ）はスキージがスクリーン版の開口部にさしかかった時の状態、（ｃ）はスキージがスクリーン版の開口部を通過した時の状態、（ｄ）はペースト吐出後の状態である。 図２のスクリーン印刷機によるペーストに異常粗粒が発生した場合のスクリーン印刷の様子を示す模式図であり、（ａ）は印刷開始時の状態、（ｂ）はスキージがスクリーン版の開口部にさしかかった時の状態、（ｃ）はスキージがスクリーン版の開口部を通過した時の状態、（ｄ）はペースト吐出後の状態である。 本発明に係るスクリーン印刷機の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。 図５のスクリーン印刷機に用いるスクリーン版の構成例を示す拡大断面図であり、（ａ）は捕獲部がスキージの移動方向に対向して開口した構成例（１）、（ｂ）は捕獲部がスキージの移動方向に対向して開口した構成例（２）である。 図５のスクリーン印刷機によるスクリーン印刷の様子を示す模式図であり、（ａ）は印刷開始時の状態、（ｂ）はスキージがスクリーン版の開口部にさしかかった時の状態、（ｃ）はスキージがスクリーン版の開口部を通過した時の状態、（ｄ）はペースト吐出後の状態である。 本発明に係るスクリーン印刷機の第２の実施形態の概略構成を示す断面図である。 図８のスクリーン印刷機に用いるスクリーン版の構成例を示す拡大断面図であり、（ａ）は捕獲部がスクリーン版上方に開口した構成例（１）、（ｂ）は捕獲部がスクリーン版上方に開口した構成例（２）である。 図８のスクリーン印刷機によるスクリーン印刷の様子を示す模式図であり、（ａ）は印刷開始時の状態、（ｂ）はスキージがスクリーン版の開口部にさしかかった時の状態、（ｃ）はスキージがスクリーン版の開口部を通過した時の状態、（ｄ）はペースト吐出後の状態である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は下記説明に加えて広範な他の実施形態で実施することが可能であり、本発明の範囲は、下記に制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載されるものである。更に、図面は原寸に比例して示されていない。本発明の説明や理解をより明瞭にするために、関連部材によっては寸法が拡大されており、また、重要でない部分については図示されていない。

ここでは、図１に示した一般的な構造を有する太陽電池素子を例にとり、その製造工程を説明する。
（半導体基板の準備）
まず、半導体基板１を用意する。この半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコンなどからなり、ｐ型、ｎ型いずれでもよいが、ポロンなどのｐ型の半導体不純物を含み、比抵抗は０．１〜４．０Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板が用いられることが多い。そこで、以下ではｐ型シリコン基板を用いた太陽電池素子の製造方法を例にとって説明する。

半導体基板（シリコン基板ともいう）１の大きさは１００〜１５０ｍｍ角、厚みは０．０５〜０．３０ｍｍの板状のものが好適に用いられる。そして、太陽電池素子の受光面となるｐ型シリコン基板の表面に、例えば酸性溶液中に浸漬してスライスなどによる表面のダメージを除去してから、更にアルカリ溶液で化学エッチングして洗浄、乾燥することで、テクスチャとよばれる凹凸構造を形成する。凹凸構造は、太陽電池素子受光面において光の多重反射を生じさせる。そのため、凹凸構造を形成することにより、実効的に反射率が低減し、変換効率が向上する。

（拡散層の形成）
その後、例えばＰＯＣｌ₃などを含む、８５０〜１，０００℃の高温ガス中に半導体基板１を設置し、半導体基板１の全面にリン等のｎ型不純物元素を拡散させる熱拡散法により、シート抵抗が３０〜３００Ω／□程度のｎ型拡散層２を半導体基板１のオモテ面に形成する。なお、ｎ型拡散層２を熱拡散法により形成する場合には、半導体基板１の両面及び端面にもｎ型拡散層が形成されることがあるが、この場合には、必要なｎ型拡散層のオモテ面を耐酸性樹脂で被覆した半導体基板１をフッ硝酸溶液中に浸漬することによって、不要なｎ型拡散層を除去することが出来る。その後、例えば希釈したフッ酸溶液などの薬品に浸漬させることにより、拡散時に半導体基板の表面に形成されたガラス層を除去し、純水で洗浄する。

（反射防止膜兼パッシベーション膜の形成）
更に、上記半導体基板１のオモテ面側に反射防止膜兼パッシベーション膜３を形成する。この反射防止膜兼パッシベーション膜３は、例えばＳｉＮなどからなり、例えばＳｉＨ₄とＮＨ₃との混合ガスをＮ₂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プラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜兼パッシベーション膜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５００〜１，０００Å程度の厚みに形成され、半導体基板１の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板１内に光を有効に取り込むために設けられる。また、この反射防止膜（ＳｉＮ膜）は、形成の際にｎ型拡散層２に対してパッシベーション効果があるパッシベーション膜としても機能し、反射防止の機能と併せて太陽電池素子の電気特性を向上させる効果がある。

（ＢＳＦ層、表裏面電極の形成）
次に、半導体基板１のウラ面に、例えばアルミニウムとガラスフリットとワニスなどを含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。しかる後、オモテ面に、例えば銀とガラスフリットとワニスなどを含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。この後、各電極用ペーストを５００〜９５０℃程度の温度で焼成することで、ＢＳＦ層４と表面電極５と裏面電極６とを形成する。

上記のような典型的な結晶シリコン太陽電池素子の製造方法においては、電極形成をスクリーン印刷法にて行う。図３は、従来のスクリーン印刷法により正常にスクリーン印刷される様子を示す断面模式図である。なお、スクレッパは省略している。まず、図３（ａ）に示すように、スキージ９が下降してその先端部がスクリーン版７を印刷ステージ側に押圧し、その押圧状態のまま、スキージ９がペースト１２と共に移動する。次に、図３（ｂ）に示すように、スキージ９がスクリーン版７の開口部７１にさしかかると、スキージ９がペースト１２を開口部７１に押し込みつつ、スクリーン版７を摺動し、図３（ｃ）に示すように、開口部７１からペースト１２が被印刷物１１側に吐出されるようになる。次いで、図３（ｄ）に示すように、スクリーン版７が被印刷物１１から版離れすることにより、ペースト１２が開口部７１の形状に沿った形で被印刷物１１に印刷され、適正な厚さのパターン１４が形成される。

ここで、従来のスクリーン印刷法では、前述したように、導電性ペーストをスクリーン印刷に使用し続けていると、銀粉末が凝集したり、スキージで圧力がかけられて押しつぶされたり、あるいは有機ビヒクルが乾燥して固まったり、スクリーン印刷に使用されているスキージが欠けて欠片が生じたりして、元々添加されている固形分の最大粗粒よりも大きな粗粒（異常粗粒）が意図せずに発生することがある。このようにして発生する異常粗粒は大きさが太陽電池素子の表面のフィンガー電極幅よりも大きな１００μｍ以上となることがあり、従来のスクリーン印刷では、図４に示すように、スクリーン印刷不良が発生した。即ち、ペースト中に元々添加されている固形分の最大粗粒よりも大きな異常粗粒が発生すると、まず図４（ａ）に示すように、ペースト１２中に異常粗粒１５が含まれた状態でスキージ９と共に移動する。そして、図４（ｂ）に示すように、スキージ９がスクリーン版７の開口部７１にさしかかると、異常粗粒１５は開口部７１、即ちスクリーン版７を構成するメッシュ材の目（目開き、オープニング）を通り抜けることができないことから開口部７１上を通過することになるが、このとき、異常粗粒１５が開口部７１をほとんど覆うようになることからペースト１２の開口部７１への充填及び開口部７１からの吐出を阻害する。次いで、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、吐出量減少により、その部分のパターン１６の膜厚が減少した。その結果、パターン１６の部分の電極の抵抗増大や、電極と半導体基板との密着阻害による信頼性の低下を引き起した。

本発明者らはこの問題を解決すべく、スクリーン版に関して鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。即ち、本発明に係る太陽電池素子の電極形成用スクリーン印刷機は、図５に示すように、スクリーン版７上を移動して該スクリーン版７にペーストをコーティングするスクレッパ８と、先端部が上記スクリーン版７を押圧した状態で移動しながら上記スクリーン版７上にコーティングされたペーストを該スクリーン版７の開口部からその下の被印刷物１１に押し出して印刷するスキージ９を備えるスクリーン印刷機であって、上記スクリーン版７は、スキージ９の進路上にペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部７２を有することを特徴とするものである。図５における、スクレッパ８、スキージ９は図２に示す従来のものと同じである。

図６（ａ）に、捕獲部７２を含むスクリーン版７の拡大断面図を示す。図６（ａ）に示すように、スクリーン版７は、メッシュ材７ａと、メッシュ材７ａに塗布して形成された乳剤層７ｂとからなり、所定パターンで乳剤層７ｂが除去されて開口部７１が形成されている。

ここで、捕獲部７２は、スキージ９の印刷時の移動方向に対向して開口し、該スクレッパ９の移動方向に対して直交する方向に延びる断面コの字型の部材であることが好ましい。これにより、スキージ９と共に移動するペーストに含まれる異常粗粒を捕獲しやすくなる。

また、捕獲部７２は、スキージ９の印刷時の移動方向において、開口部７１よりも手前に配置されていることが好ましい。これにより、捕獲部７２で異常粗粒を捕獲した後に開口部７１で印刷するので異常粗粒によってペーストの吐出を阻害されることなく、正常に印刷することが可能になる。

また、捕獲部７２は、メッシュ材、特にスクリーン版７を構成するメッシュ材からなり、ペーストから異常粗粒を分離するろ過機能を有することが好ましい。これにより、スキージ９と共に移動するペーストが捕獲部７２内に入ってきたときに、ペーストの有機ビヒクルだけでなく、銀粉末、ガラスフリットの固形分も捕獲部７２を通り抜けるため、異常粗粒だけを捕獲することができる。

このような捕獲部７２は、スクリーン版７作製時においてメッシュ材７ａに乳剤を塗布する際に部分的に盛り上がるように塗布して形成するようにしてもよいが、スクリーン版７の紗張り後に、紗のメッシュ材７ａに同じメッシュ材を編み込むことで形成することが好適である。あるいは、従来のスクリーン版をスクリーン印刷機にセットした後、スクリーン版の開口部と重ならない箇所に異常粗粒を捕獲できる網状のものを捕獲部７２として設置してもよい。また、捕獲部７２は、印刷時のスキージ９の摺動に対して開口部分がつぶれない程度の剛性を有することが好ましい。

また、捕獲部７２の開口寸法ｄは、ペーストに含まれる固形分の最大粗粒よりも大きいことが好ましく、異常粗粒の粒径と同じか若干大きいことが好ましい。例えば、凹部７２の開口寸法ｄは、３０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。スクリーン印刷を阻害する異常粗粒の直径は、一般にこの程度になることが多いためである。
また、捕獲部７２の開口部からコの字底部までの深さは、捕獲した少なくとも１個の異常粗粒が捕獲部７２から流出せずに収納される程度の深さであることが好ましい。

捕獲部７２は、スキージ９の移動方向に対して直交する方向に延びる横長の断面コの字型の部材であることが好ましい。これにより、効率的に異常粗粒を捕獲することが可能となる。また、捕獲部７２を、スクリーン版７上に点在して設けるようにして、異常粗粒を効率的に捕獲するようにしてもよい。

このような本発明のスクリーン印刷機を用いると、図７に示すように、ペースト中に元々添加されている固形分の最大粗粒よりも大きな異常粗粒が発生しても、良好なスクリーン印刷が可能となる。即ち、まず図７（ａ）に示すように、印刷開始時にはペースト１２中に異常粗粒１５が含まれた状態でスキージ９と共に移動するが、スキージ９及びペースト１２が開口部７１より手前に配置された捕獲部７２を通過するときに、ペースト１２は捕獲部７２の開口部から内部に入り、異常粗粒１５は捕獲部７２に捕獲され、ペースト１２の成分は捕獲部７２を通り抜けるようになる。また、スキージ９は捕獲部７２に対して摺動しながら該捕獲部７２上を通過する。次いで、図７（ｂ）に示すように、開口部７１では異常粗粒１５を含まないペースト１２をスキージ９が押し込みつつ、スクリーン版７を摺動するので、図７（ｃ）に示すように、開口部７１からペースト１２が正常に被印刷物１１側に吐出されるようになる。その結果、図７（ｄ）に示すように、スクリーン版７が被印刷物１１から版離れすることにより、ペースト１２が開口部７１の形状に沿った形で被印刷物１１に印刷され、適正な厚さのパターン１４が形成されることになる。また、ペースト吐出量を安定して一定に保つことが可能であり、印刷条件の設定も容易である。更に、異常粗粒１５がスクリーン版７を傷つけることがなくなり、スクリーン版７の耐久性が向上する。また、このスクリーン版７を用いれば、作業者がペーストやスクリーン版を交換する手間が軽減され、ペースト供給装置を用いれば、長時間無人運転することも可能である。

なお、ここでは、図６（ａ）に示すような断面がコの字型（かぎ型）の捕獲部７２を例に説明したが、スキージ９の印刷時の移動方向に対向して開口している捕獲部であれば特に限定されず、図６（ｂ）に示すような、スクリーン版７に立設され、先端が印刷開始時のスキージ９側に向いた断面が円弧形状の捕獲部７３、あるいは多角形型、波型等の任意の形状のものでも同様の効果が得られる。

次に、本発明に係る太陽電池素子の電極形成用スクリーン印刷機の第２の実施形態について、図８〜図１０を用いて説明する。図８は、本発明の第２の実施形態のスクリーン印刷機の全体構成を示す断面図であり、図９は、捕獲部を含むスクリーン版の拡大断面図であり、図１０は、スクリーン印刷の様子を示す模式図である。

本実施形態においても、本発明のスクリーン印刷機で用いられるスクリーン版７は、スキージ９の進路上にペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部７４を有することを特徴とするものである。

ここで、捕獲部７４は、図８、図９（ａ）に示すように、スクリーン版７の上方に開口し、スキージ９の移動方向に対して直交する方向に延びる長溝であることが好ましい。これにより、スキージ９と共に移動するペーストに含まれる異常粗粒を捕獲しやすくなる。

また、捕獲部７４は、スキージ９の印刷時の移動方向において、開口部７１よりも手前に配置されていることが好ましい。これにより、捕獲部７４で異常粗粒を捕獲した後に開口部７１で印刷するので異常粗粒によってペーストの吐出を阻害されることなく、正常に印刷することが可能になる。

このような捕獲部７４は、スクリーン版７の紗張り後に、紗のメッシュ材７ａをエッチングして形成するとよい。このエッチング方法としては、例えば高温に熱したコテを当てることでメッシュ材を焼き切るようにしてもよいし、レーザー光照射で焼き切るようにしてもよい。あるいは、化学反応や物理的に引っかくことで削るようにしてもよく、形成方法は特に限定されない。

また、捕獲部７４の開口寸法ｄは、ペーストに含まれる固形分の最大粗粒よりも大きいことが好ましく、異常粗粒の粒径と同じか若干大きいことが好ましい。例えば、凹部７４の開口寸法ｄは、３０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。スクリーン印刷を阻害する異常粗粒の直径は、一般にこの程度になることが多いためである。
また、捕獲部７４の溝深さは、捕獲した少なくとも１個の異常粗粒が流出せずに収納される程度の深さであることが好ましい。

また、捕獲部７４を、スクリーン版７上に点在して設けるようにして、異常粗粒を効率的に捕獲するようにしてもよい。

このような本発明のスクリーン印刷機を用いると、図１０に示すように、ペースト中に元々添加されている固形分の最大粗粒よりも大きな異常粗粒が発生しても、良好なスクリーン印刷が可能となる。即ち、まず図１０（ａ）に示すように、印刷開始時にはペースト１２中に異常粗粒１５が含まれた状態でスキージ９と共に移動するが、スキージ９及びペースト１２が開口部７１より手前に配置された捕獲部７４を通過するときに、異常粗粒１５は捕獲部７４に捕獲され、ペースト１２の成分はスキージ９と共に移動するようになる。従って、図１０（ｂ）に示すように、開口部７１では異常粗粒１５を含まないペースト１２をスキージ９が押し込みつつ、スクリーン版７を摺動するので、図１０（ｃ）に示すように、開口部７１からペースト１２が正常に被印刷物１１側に吐出されるようになる。その結果、図１０（ｄ）に示すように、スクリーン版７が被印刷物１１から版離れすることにより、ペースト１２が開口部７１の形状に沿った形で被印刷物１１に印刷され、適正な厚さのパターン１４が形成されることになる。また、ペースト吐出量を安定して一定に保つことが可能であり、印刷条件の設定も容易である。更に、異常粗粒１５がスクリーン版７を傷つけることがなくなり、スクリーン版７の耐久性が向上する。また、このスクリーン版７を用いれば、作業者がペーストやスクリーン版を交換する手間が軽減され、ペースト供給装置を用いれば、長時間無人運転することも可能である。

なお、ここでは、図９（ａ）に示すような断面が矩形の溝の捕獲部７４を例に説明したが、スクリーン版７の上方に対向して開口している溝状の捕獲部であれば特に限定されず、図９（ｂ）に示すような、スクリーン版７上に乳剤を盛り上がるように塗布して形成した断面が円弧形状の捕獲部７５、あるいは多角形型、波型等の任意の形状のものでも同様の効果が得られる。

なお、上述した捕獲部７２、７３、７４、７５は、いずれも上記スクレッパ８の進路上、あるいはスクレッパ８及びスキージ９の進路上に設けてもよい。このとき、捕獲部７２、７３はスクレッパ８に対する場合、該スクレッパ８のコーティング時の移動方向に対向して開口している断面コの字型部材であることが好ましい。
また、捕獲部７２、７３、７４、７５から２種類以上を選んで、交互にあるいはランダムにスクリーン版７に配置してもよい。

以下に、本発明の実施例及び比較例を挙げて、更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
まず、ボロンがドーブされ、０．２ｍｍ厚にスライスして作製された比抵抗が約１Ω・ｃｍのｐ型の単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板に外径加工を行うことによって、一辺１５ｃｍの正方形の板状とした。そして、このｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチングし、更に２質量％のＫＯＨと２質量％のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を含む７０℃の溶液で５分間化学エッチングした後に、純水で洗浄し、乾燥させることで、ｐ型シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成した。

上記ｐ型シリコン基板に対して、ＰＯＣｌ₃ガス雰囲気中において、８５０℃の温度で３０分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、ｐ型シリコン基板に拡散層（ｎ層）を形成した。ここで用意したｐ型シリコン基板表面の熱拡散処理後のシート抵抗は、一面が約８０Ω／□、ｎ層の拡散深さは０．３μｍであった。

その後、ｎ層上に耐酸性樹脂を形成した後に、ｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１０秒間浸漬することによって、耐酸性樹脂が形成されていない部分のｎ層を除去した。その後、耐酸性樹脂を除去することによって、ｐ型シリコン基板の表面のみにｎ層を形成した。続いて、ＳｉＨ₄とＮＨ₃、Ｎ₂を用いたプラズマＣＶＤ法により、ｐ型シリコン基板のｎ層が形成されている表面上に、反射防止膜兼パッシベーション膜となるＳｉＮを厚さ１，０００Åで形成した。
次に、ｐ型シリコン基板のウラ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性アルミペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。次いで、ｐ型シリコン基板のオモテ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させてフィンガー電極を形成した。更に、これらのフィンガー電極と直交するように、バスバー電極を、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。
なお、このときのスクリーン印刷法では、図５に示す構成のスクリーン印刷機を用いた。また、スクリーン版７に設けた捕獲部７２は、スキージ９の印刷時の移動方向において、開口部７１よりも手前に配置され、スクリーン版７を構成するメッシュ材７ａと同じ材料を用いて該メッシュ材７ａに編み込んで形成した、スキージ９の印刷時の移動方向に対向して開口している該スキージ９の移動方向に対して直交する方向に延びる横長の断面コの字型部材である。また、捕獲部７２ｂの開口寸法ｄを１００μｍ、その深さを２００μｍとし、スキージ９の移動方向に対して直交する方向の長さを１８０ｍｍとした。
最後に、これまでの処理済の基板を、最高温度８００℃で導電性ペーストを焼成して電極を形成することで、太陽電池素子を作製した。

［比較例１］
実施例１において、スクリーン印刷法による導電性ペースト印刷に使用するスキージを一般的な平スキージに代え（即ち、図２の構成とし）、それ以外は実施例１の条件で太陽電池素子を作製した。

以上のように、実施例１、比較例１の条件でそれぞれ１，０００枚ずつの太陽電池素子を作製し、そのときの導電性ペーストのスクリーン印刷工程の基板一枚あたりの処理タクト（スクリーン印刷処理タクト）、太陽電池素子の平均変換効率、平均短絡電流、平均開放電圧、平均曲線因子を求めた。なお、太陽電池素子の変換効率等は該太陽電池素子をセル２５℃、１００ｍＷ／ｃｍ²、スペクトルＡＭ１．５グローバルの擬似太陽光照射時の電気特性を測定して求めた。
表１にその結果を示す。スクリーン印刷処理タクトは平均値である。

表１に示すように、本発明のスクリーン印刷機により電極形成した実施例１では、比較例１と比較すると、太陽電池素子の導電性ペーストのスクリーン印刷工程における処理タクトを低減することが可能である上、太陽電池素子の平均変換効率を高めることができる。本発明により、スクリーン印刷においてスクリーン版交換やペースト交換に費やす時間が短くなるため、スクリーン印刷処理タクトが低減されており、電極パターンが安定して目的の厚さで形成されるため、太陽電池素子の直列抵抗が小さくなり、曲線因子が高くなっている。

以上のように、本発明によれば、スクリーン印刷用のスクリーン版の少なくとも一部に、ペーストの固形成分の最大粗粒よりも大きな開口寸法をもつ捕獲部を形成すると、スクリーン印刷の最中にペーストに生じた大きな異常粗粒がその捕獲部に捕獲されるので、スクリーン印刷を阻害することがなくなる。これにより、太陽電池素子の導電性ペーストを用いた電極形成時の処理タクト低減が可能な上、太陽電池素子の平均変換効率を高めることができる。更に、将来的に処理枚数を増やした場合の省人化も見込める。この印刷方法は、一般的なスクリーン印刷方法に広く利用することができる。

１ 半導体基板
２ ｎ型拡散層
３ 反射防止膜兼パッシベーション膜
４ ＢＳＦ層
５ 表面電極
６ 裏面電極
７ スクリーン版
７ａ メッシュ材
７ｂ 乳剤層
８ スクレッパ
９ スキージ
１０ 印刷ステージ
１１ 被印刷物
１２ ペースト
１４、１６ パターン
１５ 異常粗粒
７１ 開口部
７２、７３、７４、７５ 捕獲部

Claims (6)

1. スクリーン版上を移動して該スクリーン版にペーストをコーティングするスクレッパと、先端部が上記スクリーン版を押圧した状態で移動しながら上記スクリーン版上にコーティングされたペーストを該スクリーン版の開口部からその下の被印刷物に押し出して印刷するスキージを備えるスクリーン印刷機を用いて、太陽電池素子用の基板上に導電性ペーストをスクリーン印刷して電極を形成する太陽電池素子の製造方法であって、上記スクリーン版は、上記スクレッパ及び／又はスキージの進路上に、上記スクレッパのコーティング時の移動方向又は上記スキージの印刷時の移動方向に対向して開口し、該スクレッパ及びスキージの移動方向に対して直交する方向に延びる断面コの字型の部材であって、導電性ペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
2. 上記捕獲部は、メッシュ材からな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。
3. 上記捕獲部の開口寸法が上記導電性ペーストの固形分の最大粗粒よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子の製造方法。
4. 上記捕獲部の開口寸法が３０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池素子の製造方法。
5. 上記太陽電池素子用の基板は、半導体基板に拡散層を形成し、その上に反射防止膜を形成したものであって、該反射防止膜上に上記スクリーン印刷機を用いて導電性ペーストをスクリーン印刷して電極を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池素子の製造方法。
6. スクリーン版上を移動して該スクリーン版にペーストをコーティングするスクレッパと、先端部が上記スクリーン版を押圧した状態で移動しながら上記スクリーン版上にコーティングされたペーストを該スクリーン版の開口部からその下の被印刷物に押し出して印刷するスキージを備えるスクリーン印刷機であって、上記スクリーン版は、上記スクレッパ及び／又はスキージの進路上に、上記スクレッパのコーティング時の移動方向又は上記スキージの印刷時の移動方向に対向して開口し、該スクレッパ及びスキージの移動方向に対して直交する方向に延びる断面コの字型の部材であって、ペーストに含まれるスクリーン印刷を阻害する異常粗粒を捕獲する捕獲部を有することを特徴とする太陽電池素子の電極形成用スクリーン印刷機。

Images