JP5901441B2

JP5901441B2 - Solar cell element and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP5901441B2
Application number: JP2012139892A
Authority: JP
Inventors: 藤川　正洋; 正洋藤川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP2014007194A

Description

本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell element and a manufacturing method thereof.

従来の太陽電池は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンのｐ型シリコン基板の面全体にｎ型の拡散層が形成され、受光面側の表面に微小な凹凸が設けられている。微小な凹凸上には反射防止膜が形成され、その上に櫛形状の受光面側電極が設けられている。ｐ型シリコン基板の裏面全体には、裏面電極が設けられている。このような太陽電池においては、受光面側の表面に設けた微小な凹凸により、外部から太陽電池に入射する光の反射を抑えて光を太陽電池内に閉じ込め、光を電気に変換する光電変換効率を向上させている。 In a conventional solar cell, an n-type diffusion layer is formed over the entire surface of a polycrystalline silicon or single-crystal silicon p-type silicon substrate, and minute irregularities are provided on the surface on the light-receiving surface side. An antireflection film is formed on the minute irregularities, and a comb-shaped light receiving surface side electrode is provided thereon. A back electrode is provided on the entire back surface of the p-type silicon substrate. In such a solar cell, photoelectric conversion that confines light in the solar cell and converts light into electricity by suppressing reflection of light incident on the solar cell from the outside by minute unevenness provided on the surface on the light receiving surface side Improves efficiency.

このような従来の太陽電池の製造方法について説明する。まず、ｐ型多結晶シリコン基板の表面に微小凹凸を形成する。微小凹凸の形成には、例えばアルカリ溶液とアルコールとの混合液やフッ酸と硝酸との混酸溶液によるウェットエッチングプロセス、または反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法によるドライエッチングプロセスを用いる。 A method for manufacturing such a conventional solar cell will be described. First, minute irregularities are formed on the surface of a p-type polycrystalline silicon substrate. For the formation of the micro unevenness, for example, a wet etching process using a mixed solution of an alkali solution and alcohol, a mixed acid solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or a dry etching process using a reactive ion etching (RIE) method is used.

次に、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス中での気相拡散法によりｐ型多結晶シリコン基板の表面にリンを拡散してｎ型拡散層を形成する。次に、ｐ型多結晶シリコン基板をフッ化水素に浸して、リンの拡散工程において表面に形成された酸化膜を除去する。その後、ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面（ｎ型拡散層の表面）に、反射防止膜として窒化シリコン膜をプラズマ化学的気相成長（プラズマＣＶＤ)法により形成する。 Next, for example, phosphorus is diffused on the surface of the p-type polycrystalline silicon substrate by a vapor phase diffusion method in phosphorus oxychloride (POCl ₃ ) gas to form an n-type diffusion layer. Next, the p-type polycrystalline silicon substrate is immersed in hydrogen fluoride to remove the oxide film formed on the surface in the phosphorus diffusion step. Thereafter, a silicon nitride film is formed as an antireflection film on the light receiving surface side surface of the p-type polycrystalline silicon substrate (surface of the n-type diffusion layer) by plasma chemical vapor deposition (plasma CVD).

次に、ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面に、ガラス成分を含む銀ペーストを用いた印刷法により、櫛形状にパターン化した受光面側電極の電極パターンを形成する。そして、パターン形成した銀ペーストを例えば２００℃で乾燥した後に例えば７００℃〜８００℃で焼成することにより、銀ペースト中のガラス成分によって反射防止膜が除去されて（ファイヤースルー）、受光面側電極とｎ型拡散層との間で電気的な導通が得られる。 Next, an electrode pattern of the light-receiving surface side electrode patterned in a comb shape is formed on the surface on the light-receiving surface side of the p-type polycrystalline silicon substrate by a printing method using a silver paste containing a glass component. Then, the patterned silver paste is dried at, for example, 200 ° C. and then fired at, for example, 700 ° C. to 800 ° C., whereby the antireflection film is removed by the glass component in the silver paste (fire-through), and the light-receiving surface side electrode Electrical conduction is obtained between the n-type diffusion layer and the n-type diffusion layer.

次に、アルミニウムペーストを用いた印刷法により、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面のほぼ全面に裏面電極の電極パターンを形成し、また銀ペーストを用いた印刷法によりｐ型多結晶シリコン基板の裏面の一部に外部取り出し電極の電極パターンを形成する。そして、電極パターンを例えば２００℃で乾燥した後に例えば７００〜８００℃で焼成して裏面電極を形成する。以上のようにして、太陽電池が完成する。 Next, an electrode pattern of the back electrode is formed on almost the entire back surface of the p-type polycrystalline silicon substrate by a printing method using aluminum paste, and the back surface of the p-type polycrystalline silicon substrate is printed by a printing method using silver paste. An electrode pattern of an external extraction electrode is formed on a part of the electrode. And after drying an electrode pattern at 200 degreeC, for example, it bakes at 700-800 degreeC, for example, and forms a back electrode. A solar cell is completed as described above.

集電電極である受光面側電極は、複数本の太いバス電極と数十本の細いグリッド電極とを直交させた櫛形をなす。一般に、受光面側電極の面積は、裏面全体に形成される裏面電極の面積に比べて小さい。シリコン基板への密着力は、受光面側電極に比べ裏面電極のほうが強い。 The light-receiving surface side electrode, which is a current collecting electrode, has a comb shape in which a plurality of thick bus electrodes and several tens of thin grid electrodes are orthogonal to each other. In general, the area of the light-receiving surface side electrode is smaller than the area of the back electrode formed on the entire back surface. The back surface electrode has a stronger adhesion to the silicon substrate than the light receiving surface side electrode.

電極形成後の焼成工程の後に基板が冷却されたとき、裏面一面に形成されたアルミニウム電極の残留応力によって、裏面側を内側として基板が反ってしまうことが課題となっている。基板の反りが大きいと、焼成後の運搬の際やモジュールの組み立てにおいて引き出し電極を接着する際における、基板の破損、接着強度の不十分などの不具合が発生することとなる。 When the substrate is cooled after the firing step after electrode formation, there is a problem that the substrate is warped with the back side as the inner side due to the residual stress of the aluminum electrode formed on the entire back surface. When the warpage of the substrate is large, problems such as breakage of the substrate and insufficient adhesive strength may occur during transportation after firing or when the extraction electrode is bonded during assembly of the module.

そこで、従来、焼成後の基板の反りを低減させるために、裏面電極を分割する方法、電極材料の成分を変える方法、焼成後に冷却する方法などが提案されている（例えば、特許文献１から３参照）。 Therefore, conventionally, in order to reduce the warpage of the substrate after baking, a method of dividing the back electrode, a method of changing the components of the electrode material, a method of cooling after baking, etc. have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3). reference).

特開２００１−３１３４０２号公報JP 2001-313402 A 特開２００２−２１７４３５号公報JP 2002-217435 A 特開２００５−１８３４５７号公報JP 2005-183457 A

焼成後の冷却による基板の反りを低減させるために、裏面電極の材料として、残留応力の小さいアルミニウムペーストを採用した場合、ペーストの密着力が低下し、シリコン基板との接合面におけるＢＳＦ（Back Surface Field）層の十分な形成が困難となる。 In order to reduce the warpage of the substrate due to cooling after firing, when an aluminum paste having a small residual stress is adopted as the material of the back electrode, the adhesive strength of the paste is reduced, and the BSF (Back Surface) on the bonding surface with the silicon substrate is reduced. It is difficult to sufficiently form a (Field) layer.

裏面電極とするアルミニウム膜を薄くすることで残留応力を低減させることとした場合、アルミニウム膜の表面上に突起物ができやすくなり、モジュールの組み立てにおける破損が発生しやすくなる。ＢＳＦ層の不十分な形成やアルミニウム膜の破損は、太陽電池素子の変換効率を劣化させる原因となり得る。 When the residual stress is reduced by thinning the aluminum film used as the back electrode, protrusions are likely to be formed on the surface of the aluminum film, and damage in the assembly of the module is likely to occur. Insufficient formation of the BSF layer or breakage of the aluminum film may cause deterioration in conversion efficiency of the solar cell element.

このほか、アルミニウムペーストを塗布しない部分をスリット状に設け、応力を緩和することで反りを抑える方法がある。この場合、アルミニウムペーストを塗布しないスリットの部分にはＢＳＦ層が形成されないため、太陽電池素子の特性を劣化させることとなる。 In addition, there is a method of suppressing warpage by providing a slit-like portion where the aluminum paste is not applied and relaxing the stress. In this case, since the BSF layer is not formed in the slit portion where the aluminum paste is not applied, the characteristics of the solar cell element are deteriorated.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体基板の反りを抑制させ、かつ良好な特性を得られる太陽電池素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the solar cell element which suppresses the curvature of a semiconductor substrate, and can acquire a favorable characteristic, and its manufacturing method.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に形成された集電電極であって、互いに直交するバス電極およびグリッド電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された裏面電極と、を有し、前記バス電極は、前記グリッド電極に対し、前記受光面に垂直な法線方向における厚みを増大させて形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a semiconductor substrate, a collector electrode formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate, and a bus electrode and a grid electrode orthogonal to each other, A back electrode formed on the back side of the semiconductor substrate, and the bus electrode is formed by increasing a thickness in a normal direction perpendicular to the light receiving surface with respect to the grid electrode. Features.

本発明によれば、太陽電池素子は、受光面側の集電電極の引っ張り応力を増加させることで、裏面電極の残留応力による半導体基板の反りを低減させる。裏面電極は、ＢＳＦ層を十分に形成可能な材料および形状を採用可能とする。また、バス電極およびグリッド電極のうちバス電極のみに厚みを持たせ、グリッド電極の方向への引っ張り応力を緩和させることで、バス電極とグリッド電極との接続部における断線を抑制させる。これにより、太陽電池素子は、半導体基板の反りを抑制させ、かつ良好な特性を得ることが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, the solar cell element reduces the warp of the semiconductor substrate due to the residual stress of the back electrode by increasing the tensile stress of the current collecting electrode on the light receiving surface side. The back electrode can employ a material and a shape that can sufficiently form the BSF layer. In addition, only the bus electrode of the bus electrode and the grid electrode has a thickness, and the tensile stress in the direction of the grid electrode is relaxed, thereby suppressing disconnection at the connection portion between the bus electrode and the grid electrode. Thereby, a solar cell element has the effect that it becomes possible to suppress the curvature of a semiconductor substrate and to acquire a favorable characteristic.

図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池素子の受光面側における平面図である。FIG. 1 is a plan view on the light-receiving surface side of the solar cell element according to the embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す線分ＡＡ’における太陽電池素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell element taken along line AA ′ shown in FIG. 1. 図３は、集電電極形成工程のうちの第１印刷工程について説明する要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of relevant parts for explaining a first printing step in the collecting electrode forming step. 図４は、集電電極形成工程のうちの第２印刷工程について説明する要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for explaining a second printing step in the collecting electrode forming step. 図５は、受光面のうちの周辺部について、バス電極の厚みを増大させた構成例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example in which the thickness of the bus electrode is increased in the peripheral portion of the light receiving surface. 図６は、実施の形態の変形例にかかる太陽電池素子の受光面側における平面図である。FIG. 6 is a plan view on the light-receiving surface side of a solar cell element according to a modification of the embodiment.

以下に、本発明にかかる太陽電池素子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。 Embodiments of a solar cell element and a method for manufacturing the solar cell element according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池素子の受光面側における平面図である。図２は、図１に示す線分ＡＡ’における太陽電池素子の断面図である。太陽電池素子は、半導体基板として、ｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板（以下、単に「シリコン基板」と称する）１を用いる。半導体基板は、ｎ型のシリコン基板であっても良い。 Embodiment.
FIG. 1 is a plan view on the light-receiving surface side of the solar cell element according to the embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the solar cell element taken along line AA ′ shown in FIG. The solar cell element uses a p-type single crystal or polycrystalline silicon substrate (hereinafter simply referred to as “silicon substrate”) 1 as a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be an n-type silicon substrate.

シリコン基板１の受光面側の表面には、光利用率を向上させるためのテクスチャー構造として微小凹凸（図示省略）が１０μｍ程度の深さで形成されている。微小凹凸は、受光面において外部から太陽電池素子に入射する光を吸収する面積を増加し、受光面における反射を抑え、光を閉じ込める光閉じ込め効果を有する。 On the surface of the silicon substrate 1 on the light-receiving surface side, fine irregularities (not shown) are formed with a depth of about 10 μm as a texture structure for improving the light utilization rate. The minute unevenness increases the area of the light receiving surface that absorbs light incident on the solar cell element from the outside, suppresses reflection on the light receiving surface, and has a light confinement effect that confines light.

微小凹凸には、０．２μｍ程度の厚みをなすｎ型拡散層（図示省略）が形成され、ＰＮ接合部を形成している。ｎ型拡散層の上には、反射防止膜（図示省略）が形成されている。反射防止膜は、受光面における反射を抑え、光利用率の向上に寄与する。反射防止膜は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）や酸化チタン膜（ＴｉＯ_２）膜などの、透光性を有する絶縁膜からなる。 An n-type diffusion layer (not shown) having a thickness of about 0.2 μm is formed on the minute unevenness to form a PN junction. An antireflection film (not shown) is formed on the n-type diffusion layer. The antireflection film suppresses reflection on the light receiving surface and contributes to improvement of the light utilization rate. The antireflection film is made of a light-transmitting insulating film such as a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxide film (SiO ₂ film), or a titanium oxide film (TiO ₂ ) film.

反射防止膜には、開口が形成されている。複数本の太いバス電極３と多数本の細いグリッド電極４とは、反射防止膜に形成された開口に設けられている。バス電極３およびグリッド電極４は、シリコン基板１の受光面側に形成された集電電極２である。バス電極３およびグリッド電極４は、互いに直交する。バス電極３およびグリッド電極４は、銀材料により構成されている。 An opening is formed in the antireflection film. A plurality of thick bus electrodes 3 and a large number of thin grid electrodes 4 are provided in openings formed in the antireflection film. The bus electrode 3 and the grid electrode 4 are current collecting electrodes 2 formed on the light receiving surface side of the silicon substrate 1. The bus electrode 3 and the grid electrode 4 are orthogonal to each other. The bus electrode 3 and the grid electrode 4 are made of a silver material.

グリッド電極４は、所定の幅および間隔で略平行に配置され、シリコン基板１の内部で発電した電気を集電する。バス電極３は、所定の幅を有するとともに太陽電池素子１つ当たりに例えば５本配置されている。バス電極３は、グリッド電極４で集電した電気を外部に取り出す。なお、バス電極３は、太陽電池素子１つ当たりに５本である場合に限られず、複数、例えば３本以上であれば良いものとする。バス電極３は、互いに均等な間隔を設けて配置されている。 The grid electrodes 4 are arranged substantially in parallel with a predetermined width and interval, and collect electricity generated within the silicon substrate 1. For example, five bus electrodes 3 have a predetermined width and are arranged per solar cell element. The bus electrode 3 takes out the electricity collected by the grid electrode 4 to the outside. Note that the number of bus electrodes 3 is not limited to five per one solar cell element, and may be plural, for example, three or more. The bus electrodes 3 are arranged at equal intervals.

シリコン基板１のうち、受光面側とは反対の裏面側の表面には、裏面全体に形成されたアルミニウム電極７と、外部取り出し電極である銀電極６とが形成されている。銀電極６およびアルミニウム電極７は、裏面電極５を構成する。 An aluminum electrode 7 formed on the entire back surface and a silver electrode 6 serving as an external extraction electrode are formed on the back surface of the silicon substrate 1 opposite to the light receiving surface. Silver electrode 6 and aluminum electrode 7 constitute back electrode 5.

シリコン基板１のうちアルミニウム電極７が設けられた部分には、電極形成時の焼成によるアルミニウムとシリコンとの合金層と、アルミニウム拡散による高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ層）（いずれも図示省略）が形成されている。ｐ＋層は、ＢＳＦ効果を得るために設けられ、ｐ型層（シリコン基板１）中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でｐ型層の電子濃度を高めるようにする。 In the portion of the silicon substrate 1 where the aluminum electrode 7 is provided, an alloy layer of aluminum and silicon formed by firing at the time of electrode formation and a p + layer (BSF layer) containing high-concentration impurities by aluminum diffusion (both shown) (Omitted) is formed. The p + layer is provided to obtain the BSF effect, and the electron concentration of the p-type layer is increased by an electric field having a band structure so that electrons in the p-type layer (silicon substrate 1) do not disappear.

次に、実施の形態にかかる太陽電池素子の製造方法について説明する。まず、シリコン基板１として例えば数百μｍ厚のｐ型単結晶シリコン基板を用意し、基板洗浄を行う。ｐ型単結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、ｐ型単結晶シリコン基板をフッ酸などの酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、ｐ型単結晶シリコン基板の切り出し時に発生しｐ型単結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。その後、ｐ型単結晶シリコン基板を純水で洗浄する。 Next, the manufacturing method of the solar cell element concerning embodiment is demonstrated. First, a p-type single crystal silicon substrate having a thickness of, for example, several hundred μm is prepared as the silicon substrate 1 and the substrate is cleaned. Since the p-type single crystal silicon substrate is manufactured by slicing an ingot formed by cooling and solidifying molten silicon with a wire saw, damage at the time of slicing remains on the surface. Therefore, the p-type single crystal silicon substrate is generated when the p-type single crystal silicon substrate is cut out by immersing the p-type single crystal silicon substrate in an acid such as hydrofluoric acid or a heated alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution and etching the surface. The damaged region existing near the surface of the single crystal silicon substrate is removed. Thereafter, the p-type single crystal silicon substrate is washed with pure water.

ダメージ除去に続いて、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合溶液にｐ型単結晶シリコン基板を浸漬して該ｐ型単結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の表面に１０μｍ程度の深さの微小凹凸からなるテクスチャー構造を形成する。 Subsequent to the damage removal, for example, the p-type single crystal silicon substrate is immersed in a mixed solution of sodium hydroxide and isopropyl alcohol (IPA) and anisotropic etching is performed on the p-type single crystal silicon substrate to obtain a p-type single crystal. A texture structure consisting of minute irregularities having a depth of about 10 μm is formed on the light receiving surface side of the silicon substrate.

このようなテクスチャー構造をｐ型単結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池素子の受光面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池素子に入射する光を効率的にシリコン基板１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。また、ＲＩＥなどドライエッチングプロセスでｐ型単結晶シリコン基板の表面に１〜３μｍ程度の深さの微小凹凸を形成してもよい。 By providing such a texture structure on the light-receiving surface side of the p-type single crystal silicon substrate, multiple reflections of light are generated on the light-receiving surface side of the solar cell element, and light incident on the solar cell element is efficiently transmitted to the silicon substrate. 1 can be absorbed, and the reflectance can be effectively reduced to improve the conversion efficiency. When the damaged layer is removed and the texture structure is formed with an alkaline solution, the concentration of the alkaline solution may be adjusted to a concentration according to each purpose, and continuous treatment may be performed. Further, fine irregularities having a depth of about 1 to 3 μm may be formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate by a dry etching process such as RIE.

次に、拡散処理を行ってシリコン基板１にｐｎ接合を形成する。すなわち、リン（Ｐ）等のＶ族元素をシリコン基板１に拡散等させて数百ｎｍ厚のｎ型不純物拡散層を形成する。ここでは、表面にテクスチャー構造を形成したｐ型単結晶シリコン基板に対して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス中で気相拡散法により高温で熱拡散によりリンを拡散させてｐｎ接合を形成する。これにより、ｐ型単結晶シリコンからなるシリコン基板１と、該シリコン基板１の受光面側に形成されたｎ型不純物拡散層とによるｐｎ接合が構成される。 Next, diffusion treatment is performed to form a pn junction on the silicon substrate 1. That is, a group V element such as phosphorus (P) is diffused into the silicon substrate 1 to form an n-type impurity diffusion layer having a thickness of several hundred nm. Here, a pn junction is formed on a p-type single crystal silicon substrate having a texture structure on the surface by diffusing phosphorus by thermal diffusion at a high temperature by a vapor phase diffusion method in phosphorus oxychloride (POCl ₃ ) gas. . Thus, a pn junction is formed by the silicon substrate 1 made of p-type single crystal silicon and the n-type impurity diffusion layer formed on the light receiving surface side of the silicon substrate 1.

このときの拡散させるリン濃度は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガスの濃度および温度雰囲気、加熱時間により制御することが可能である。シリコン基板１の表面に形成されたｎ型不純物拡散層のシート抵抗は、例えば４０〜６０Ω／□とする。 The concentration of phosphorus diffused at this time can be controlled by the concentration of phosphorus oxychloride (POCl ₃ ) gas, the temperature atmosphere, and the heating time. The sheet resistance of the n-type impurity diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate 1 is, for example, 40 to 60Ω / □.

ここで、ｎ型不純物拡散層の形成直後の表面には拡散処理中に表面に堆積したガラス質（燐珪酸ガラス、ＰＳＧ：Phospho-Silicate Glass）層が形成されているため、該リンガラス層を、フッ酸溶液等を用いて除去する。 Here, since the glassy (phosphosilicate glass, PSG: Phospho-Silicate Glass) layer deposited on the surface during the diffusion process is formed on the surface immediately after the formation of the n-type impurity diffusion layer, Remove using a hydrofluoric acid solution or the like.

次に、印刷法により裏面電極５を形成する。印刷は、電極材料を含むペーストをスキージによって印刷マスクに押し込み、マスクの開口部を通過させてパターンを転写することにより行う。印刷マスクは、金属メッシュ上に、写真製版法によって電極形状が取り抜かれた樹脂膜のパターンがマスクとして形成されている。 Next, the back electrode 5 is formed by a printing method. Printing is performed by pressing a paste containing an electrode material into a printing mask with a squeegee and passing the pattern through the opening of the mask. In the printing mask, a resin film pattern from which an electrode shape has been extracted by photolithography is formed on a metal mesh as a mask.

まず、シリコン基板１の裏面に、外部との導通を取るための取り出し電極である銀電極６を印刷する。銀電極６は、電極材料である銀粒子を含むペーストを印刷することにより形成する。印刷された銀電極６が乾燥した後、銀電極６の領域を除いた裏面全体を覆うアルミニウム電極７を印刷する。アルミニウム電極７は、電極材料であるアルミニウム粒子を含むペーストを印刷することにより形成する。 First, on the back surface of the silicon substrate 1, a silver electrode 6 that is a take-out electrode for establishing electrical connection with the outside is printed. The silver electrode 6 is formed by printing a paste containing silver particles as an electrode material. After the printed silver electrode 6 is dried, an aluminum electrode 7 that covers the entire back surface excluding the region of the silver electrode 6 is printed. The aluminum electrode 7 is formed by printing a paste containing aluminum particles as an electrode material.

印刷されたアルミニウム電極７は、乾燥炉において例えば１８０℃で５分間乾燥させる。このとき、シリコン基板１には、アルミニウム電極７の残留応力による反りは生じていない。 The printed aluminum electrode 7 is dried, for example, at 180 ° C. for 5 minutes in a drying furnace. At this time, the silicon substrate 1 is not warped due to the residual stress of the aluminum electrode 7.

次に、印刷法によりバス電極３およびグリッド電極４を形成する（集電電極形成工程）。バス電極３およびグリッド電極４は、電極材料である銀粒子を含むペーストを印刷することにより形成する。バス電極３およびグリッド電極４についても、印刷されたペーストを乾燥させる。 Next, the bus electrode 3 and the grid electrode 4 are formed by a printing method (collecting electrode forming step). The bus electrode 3 and the grid electrode 4 are formed by printing a paste containing silver particles as an electrode material. Also for the bus electrode 3 and the grid electrode 4, the printed paste is dried.

集電電極２および裏面電極５の印刷を終えると、次にシリコン基板１の表裏面の電極焼成を行う。焼成は、例えば赤外線加熱炉を用いて７５０〜８００℃以上で行う。電極焼成により、シリコン基板１の受光面側では、集電電極２のガラス成分が溶融し、反射防止膜を侵食しシリコン基板１に達する。 When the printing of the current collecting electrode 2 and the back electrode 5 is finished, the front and back electrodes of the silicon substrate 1 are fired. Firing is performed at 750 to 800 ° C. or higher using, for example, an infrared heating furnace. Due to the electrode firing, the glass component of the collector electrode 2 is melted on the light receiving surface side of the silicon substrate 1, erodes the antireflection film, and reaches the silicon substrate 1.

また、シリコン基板１の裏面側では、アルミニウム電極７のアルミニウムとシリコン基板１とが溶融して、シリコン基板１の裏面の表層にアルミニウムとシリコンとの合金層が形成される。合金層の下部領域には、アルミニウムが拡散されたｐ＋層（ＢＳＦ層）が形成される。以上の工程を実施することにより、本実施の形態にかかる太陽電池素子が得られる。 Further, on the back side of the silicon substrate 1, the aluminum of the aluminum electrode 7 and the silicon substrate 1 are melted, and an alloy layer of aluminum and silicon is formed on the surface layer on the back side of the silicon substrate 1. A p + layer (BSF layer) in which aluminum is diffused is formed in the lower region of the alloy layer. The solar cell element concerning this Embodiment is obtained by implementing the above process.

焼成工程では、温度上昇により電極材料のガラス成分が溶融し、シリコン基板１と反応する。焼成の後の冷却においては、熱膨張率２．５５×１０^−６／Ｋのシリコンに対し、熱膨張率の高い銀（１８．９×１０^−６／Ｋ）およびアルミニウム（２３×１０^−６／Ｋ）が大きく収縮し、シリコン基板１を引っ張る応力が加わる。 In the firing step, the glass component of the electrode material melts due to temperature rise and reacts with the silicon substrate 1. In cooling after firing, silicon (18.9 × 10 ⁻⁶ / K) and aluminum (23 × 10 ⁻⁶ ) having a high thermal expansion coefficient are compared with silicon having a thermal expansion coefficient of 2.55 × 10 ⁻⁶ / K. / K) is greatly contracted, and a stress that pulls the silicon substrate 1 is applied.

裏面側の裏面電極５は、受光面側における集電電極２に対して広い領域を占めて設けられている。この場合、裏面側の裏面電極５と受光面側の集電電極２とでは、裏面電極５のほうがシリコン基板１を引っ張る応力が強くなることで、焼成後のシリコン基板１は、裏面側を内側として反った形状となる。 The back surface electrode 5 on the back surface side is provided so as to occupy a wide area with respect to the current collecting electrode 2 on the light receiving surface side. In this case, in the back electrode 5 on the back surface side and the current collecting electrode 2 on the light receiving surface side, the stress that pulls the silicon substrate 1 is stronger in the back electrode 5, so that the silicon substrate 1 after firing has the back surface inside. As a warped shape.

シリコン基板１の反りを低減させるために、アルミニウム電極７の材料として、残留応力の小さいアルミニウムペーストを採用した場合、ペーストの密着力が低下し、ＢＳＦ層の十分な形成が困難となる。アルミニウム電極７を薄くすることで残留応力を低減させることとした場合、アルミニウム電極７の表面上に突起物ができやすくなり、モジュールの組み立てにおける破損が発生しやすくなる。ＢＳＦ層の不十分な形成やアルミニウム電極７の破損は、太陽電池素子の変換効率を劣化させる原因となり得る。 When an aluminum paste having a small residual stress is adopted as the material of the aluminum electrode 7 in order to reduce the warp of the silicon substrate 1, the adhesive strength of the paste is lowered, and it is difficult to sufficiently form the BSF layer. When the residual stress is reduced by making the aluminum electrode 7 thin, protrusions are likely to be formed on the surface of the aluminum electrode 7, and breakage in the assembly of the module is likely to occur. Insufficient formation of the BSF layer or breakage of the aluminum electrode 7 can cause deterioration in conversion efficiency of the solar cell element.

本発明の太陽電池素子では、裏面電極５の残留応力を低減させることに代えて、集電電極２による引っ張り応力の強度を増加させることで、シリコン基板１の反りを低減させることとしている。 In the solar cell element of the present invention, the warp of the silicon substrate 1 is reduced by increasing the strength of the tensile stress caused by the current collecting electrode 2 instead of reducing the residual stress of the back electrode 5.

太陽電池素子は、集電電極２の厚さを増大させることにより、集電電極２による引っ張り応力の強度を増加させる。ただし、バス電極３およびグリッド電極４の双方について一律に厚さを増大させる場合、バス電極３とグリッド電極４との接続部が焼成後に断線することがあり得る。 The solar cell element increases the strength of the tensile stress caused by the collecting electrode 2 by increasing the thickness of the collecting electrode 2. However, when the thickness is increased uniformly for both the bus electrode 3 and the grid electrode 4, the connection portion between the bus electrode 3 and the grid electrode 4 may be disconnected after firing.

そこで本発明の太陽電池素子は、図２に示すように、バス電極３およびグリッド電極４のうちバス電極３のみについて厚みを増大させる。グリッド電極４は、例えば、通常設けられる一般的な集電電極と同等の厚みを持たせて形成されている。バス電極３は、グリッド電極４に対し、受光面に垂直な法線方向における厚みを増大させて形成されている。 Therefore, the solar cell element of the present invention increases the thickness of only the bus electrode 3 of the bus electrode 3 and the grid electrode 4 as shown in FIG. For example, the grid electrode 4 is formed to have a thickness equivalent to that of a general collecting electrode that is usually provided. The bus electrode 3 is formed by increasing the thickness in the normal direction perpendicular to the light receiving surface with respect to the grid electrode 4.

太陽電池素子は、バス電極３に厚みを持たせ、グリッド電極４については引っ張り応力を緩和させることで、バス電極３による引っ張り応力の強度を増加させるとともに、バス電極３とグリッド電極４との接続部における断線を抑制させる。 The solar cell element increases the strength of the tensile stress caused by the bus electrode 3 and increases the connection between the bus electrode 3 and the grid electrode 4 by increasing the thickness of the bus electrode 3 and reducing the tensile stress of the grid electrode 4. The disconnection in the part is suppressed.

また、太陽電池素子は、バス電極３およびグリッド電極４の電極材料に含有するガラス成分を増やすことで、厚みを持たせたバス電極３を、シリコン基板１に対し強固に密着させることができる。 Moreover, the solar cell element can firmly adhere the bus electrode 3 having a thickness to the silicon substrate 1 by increasing the glass components contained in the electrode materials of the bus electrode 3 and the grid electrode 4.

図３および図４は、集電電極形成工程の詳細について説明する要部断面図である。図３に示す第１印刷工程では、バス電極３を形成する領域とグリッド電極４を形成する領域との双方に対し、電極材料であるペーストを印刷する。これにより、バス電極３を形成する領域とグリッド電極４を形成する領域とに、電極材料層を形成する。 3 and 4 are cross-sectional views of relevant parts for explaining details of the collecting electrode forming step. In the first printing step shown in FIG. 3, a paste that is an electrode material is printed on both the region where the bus electrode 3 is formed and the region where the grid electrode 4 is formed. Thereby, an electrode material layer is formed in a region where the bus electrode 3 is formed and a region where the grid electrode 4 is formed.

次に、図４に示す第２印刷工程では、第１印刷工程により形成された電極材料層のうち、バス電極３を形成する領域に対し、さらに電極材料であるペーストを印刷する。これにより、バス電極３を形成する領域において、電極材料層の上に電極材料を上乗せする。集電電極形成工程では、このようにして、厚みを増大させたバス電極３を形成する。 Next, in the second printing step shown in FIG. 4, a paste which is an electrode material is further printed on the region where the bus electrode 3 is formed in the electrode material layer formed in the first printing step. Thus, the electrode material is placed on the electrode material layer in the region where the bus electrode 3 is formed. In the current collecting electrode forming step, the bus electrode 3 having an increased thickness is formed in this way.

太陽電池素子は、バス電極３の全体について厚みを増大させるほか、バス電極３のうちの一部について厚みを増大させることとしても良い。図５は、受光面のうちの周辺部について、バス電極の厚みを増大させた構成例を示す断面図である。図示する断面は、図２に示す断面に垂直であって、かつバス電極３の長手方向に沿う断面とする。 In addition to increasing the thickness of the entire bus electrode 3, the solar cell element may increase the thickness of a part of the bus electrode 3. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example in which the thickness of the bus electrode is increased in the peripheral portion of the light receiving surface. The cross section shown is perpendicular to the cross section shown in FIG. 2 and is a cross section along the longitudinal direction of the bus electrode 3.

バス電極３のうち受光面の中心部８に含まれる部分は、例えば、グリッド電極４と同等の厚みを持たせて形成されている。バス電極３のうち受光面の周辺部９に含まれる部分は、グリッド電極４に対し、受光面に垂直な法線方向における厚みを増大させて形成されている。 A portion of the bus electrode 3 included in the central portion 8 of the light receiving surface is formed to have a thickness equivalent to that of the grid electrode 4, for example. A portion of the bus electrode 3 included in the peripheral portion 9 of the light receiving surface is formed with respect to the grid electrode 4 by increasing the thickness in the normal direction perpendicular to the light receiving surface.

バス電極３の引っ張り応力の強度が、バス電極３とシリコン基板１との接合力より強まった場合、バス電極３がシリコン基板１から剥離してしまう可能性がある。太陽電池素子は、バス電極３のうち周辺部９のみについて厚みを増大させることで、周辺部９における引っ張り応力の強度を増大させる。また、太陽電池素子は、バス電極３のうち中心部８についてはグリッド電極４と同等の厚みとすることで、シリコン基板１からのバス電極３の剥離を抑制させる。 When the strength of the tensile stress of the bus electrode 3 is higher than the bonding force between the bus electrode 3 and the silicon substrate 1, the bus electrode 3 may be separated from the silicon substrate 1. The solar cell element increases the strength of the tensile stress in the peripheral portion 9 by increasing the thickness of only the peripheral portion 9 of the bus electrode 3. Further, the solar cell element suppresses the peeling of the bus electrode 3 from the silicon substrate 1 by setting the central portion 8 of the bus electrode 3 to have the same thickness as the grid electrode 4.

図５に示すバス電極３は、例えば、図４に示す第２印刷工程において、バス電極３を形成する領域のうち周辺部９に含まれる部分のみに対し、電極材料層の上に電極材料を上乗せすることにより形成される。 For example, in the second printing step shown in FIG. 4, the bus electrode 3 shown in FIG. 5 has an electrode material on the electrode material layer only for a portion included in the peripheral portion 9 in a region where the bus electrode 3 is formed. It is formed by adding.

本発明の太陽電池素子は、バス電極３を複数本、例えば３本以上とし、受光面における間隔を均等に配分することで、バス電極３による引っ張り応力をシリコン基板１の全体に均一化させる。よって、太陽電池素子は、シリコン基板１の全体について反りを低減させることができる。 In the solar cell element of the present invention, a plurality of bus electrodes 3, for example, three or more, are provided, and the tensile stress caused by the bus electrodes 3 is made uniform over the entire silicon substrate 1 by evenly distributing the intervals on the light receiving surface. Therefore, the solar cell element can reduce the warpage of the entire silicon substrate 1.

図６は、実施の形態の変形例にかかる太陽電池素子の受光面側における平面図である。本変形例において、バス電極３は、受光面のうちの中心部８に対し、受光面のうちの周辺部９において幅を拡大させて形成される。ここで、バス電極３の幅とは、受光面に平行かつバス電極３の長手方向に垂直な方向における幅とする。 FIG. 6 is a plan view on the light-receiving surface side of a solar cell element according to a modification of the embodiment. In this modification, the bus electrode 3 is formed with the width being increased at the peripheral portion 9 of the light receiving surface with respect to the central portion 8 of the light receiving surface. Here, the width of the bus electrode 3 is a width in a direction parallel to the light receiving surface and perpendicular to the longitudinal direction of the bus electrode 3.

図示する例では、５本のバス電極３のうちの２本は、全体が周辺部９に含まれている。かかる２本のバス電極３は、全体について幅を拡大させて形成されている。他の３本のバス電極３は、中心部８に含まれる部分に対し、周辺部９に含まれる部分において幅を拡大させて形成されている。 In the illustrated example, two of the five bus electrodes 3 are entirely included in the peripheral portion 9. The two bus electrodes 3 are formed with an increased width as a whole. The other three bus electrodes 3 are formed by expanding the width in the portion included in the peripheral portion 9 with respect to the portion included in the central portion 8.

太陽電池素子は、バス電極３のうち周辺部９のみについて幅を拡大させ、面積を増大させることで、周辺部におけるバス電極３とシリコン基板１との接合力の強度を増大させる。これにより、太陽電池素子は、周辺部９における引っ張り応力の強度を増大させる。 The solar cell element increases the strength of the bonding force between the bus electrode 3 and the silicon substrate 1 in the peripheral portion by increasing the width and increasing the area of only the peripheral portion 9 of the bus electrode 3. Thereby, the solar cell element increases the strength of the tensile stress in the peripheral portion 9.

バス電極３およびグリッド電極４は、ガラス成分の含有率を同じとする電極材料を用いて形成するほか、電極材料におけるガラス成分の含有率を異ならせることとしても良い。例えば、バス電極３は、グリッド電極４に対し、ガラス成分の含有率を高くして構成されたものであっても良い。 The bus electrode 3 and the grid electrode 4 may be formed using an electrode material having the same glass component content, or may have a different glass component content in the electrode material. For example, the bus electrode 3 may be configured to have a higher glass component content than the grid electrode 4.

電極材料におけるガラス成分の含有率は、電極の接合強度に大きな関わりを持つ。ガラス成分を多くするほど、電極の接合強度を高められる一方、シリコン基板１と電極との界面にガラス成分が広く分布するようになることで、シリコン基板１と電極の間の電気抵抗を高めることにもなる。電気抵抗の増加は、発生させた電力の取り出し効率を悪化させる原因となり得る。 The content ratio of the glass component in the electrode material is greatly related to the bonding strength of the electrode. As the glass component is increased, the bonding strength of the electrode can be increased. On the other hand, the glass component is widely distributed at the interface between the silicon substrate 1 and the electrode, thereby increasing the electrical resistance between the silicon substrate 1 and the electrode. It also becomes. An increase in electrical resistance can cause the efficiency of extracting generated power to deteriorate.

本発明の太陽電池素子は、例えば、グリッド電極４の形成には、ガラス成分の含有率を２〜５％とした銀ペーストを使用し、バス電極３の形成には、ガラス成分の含有率を５〜８％とした銀ペーストを使用する。これにより、太陽電池素子は、グリッド電極４についてはシリコン基板１との接合強度を保ちつつ電気抵抗の増加を抑制させることとし、バス電極３についてはシリコン基板１との接合強度を高めることとする。太陽電池素子は、このようにしてバス電極３とグリッド電極４とでガラス成分の含有率を異ならせることで、シリコン基板１の反りを効果的に抑制させるとともに、良好な特性を得ることができる。 In the solar cell element of the present invention, for example, a silver paste having a glass component content of 2 to 5% is used for forming the grid electrode 4, and a glass component content is used for forming the bus electrode 3. Use 5-8% silver paste. As a result, the solar cell element suppresses an increase in electrical resistance while maintaining the bonding strength with the silicon substrate 1 for the grid electrode 4, and increases the bonding strength with the silicon substrate 1 for the bus electrode 3. . The solar cell element can effectively suppress the warp of the silicon substrate 1 and obtain good characteristics by making the glass component content different between the bus electrode 3 and the grid electrode 4 in this way. .

電極を焼成する工程において、前段として例えば１５〜３０秒間、ガラスの軟化点である４００〜５５０℃の温度領域で焼成してから、７５０〜８００℃の焼成を実施することとしても良い。これにより、電極を焼成する工程の前段にてガラス成分を軟化させる反応を十分に取ることにより、ガラス成分による密着性を高めることができる。 In the step of firing the electrode, the firing may be performed at 750 to 800 ° C. after firing in the temperature range of 400 to 550 ° C. which is the softening point of the glass, for example, for 15 to 30 seconds. Thereby, the adhesiveness by a glass component can be improved by fully taking the reaction which softens a glass component in the front | former stage of the process of baking an electrode.

本実施の形態で説明する条件にしたがって作製された太陽電池素子について、検証を行った。バス電極３の幅１．０ｍｍ、スクリーンメッシュの線径２０μｍ、メッシュ数２９０、乳剤の厚さ２０μｍの印刷マスクを使用して銀ペーストを印刷した。この１回目の印刷（第１印刷工程）により、厚さ１５μｍの電極材料層が形成された。 The solar cell element manufactured according to the conditions described in this embodiment was verified. The silver paste was printed using a printing mask having a bus electrode 3 width of 1.0 mm, a screen mesh wire diameter of 20 μm, a mesh number of 290, and an emulsion thickness of 20 μm. By this first printing (first printing step), an electrode material layer having a thickness of 15 μm was formed.

次の２回目の印刷（第２印刷工程）により、バス電極３を形成する領域に対しさらに銀ペーストを重ねて印刷することで、バス電極３となる電極材料層の厚さを２５μｍとすることができた。１回目の印刷のみを行ってから焼成を実施した場合、シリコン基板１の周辺部の４点から観測されたシリコン基板１の反り量の平均値は２．８ｍｍであった。これに対し、１回目および２回目の印刷を経てから焼成を実施した場合の、シリコン基板１の周辺部の４点から観測されたシリコン基板１の反り量の平均値は２．６ｍｍであった。これにより、太陽電池素子は、本実施の形態により作製することで、シリコン基板１の反り量を０．２ｍｍ低減させることができた。 In the next second printing (second printing step), the thickness of the electrode material layer to be the bus electrode 3 is set to 25 μm by further printing the silver paste on the area where the bus electrode 3 is formed. I was able to. When firing was performed after performing only the first printing, the average value of the warpage amount of the silicon substrate 1 observed from four points around the silicon substrate 1 was 2.8 mm. On the other hand, the average value of the warpage amount of the silicon substrate 1 observed from the four points in the peripheral portion of the silicon substrate 1 when firing was performed after the first and second printings was 2.6 mm. . Thereby, the solar cell element was able to reduce the curvature amount of the silicon substrate 1 by 0.2 mm by producing by this Embodiment.

１シリコン基板
２集電電極
３バス電極
４グリッド電極
５裏面電極
６銀電極
７アルミニウム電極
８中心部
９周辺部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Current collecting electrode 3 Bus electrode 4 Grid electrode 5 Back surface electrode 6 Silver electrode 7 Aluminum electrode 8 Center part 9 Peripheral part

Claims

A semiconductor substrate;
A collector electrode formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate and configured to include a plurality of bus electrodes and a grid electrode orthogonal to the bus electrodes;
A back electrode formed on the back side of the semiconductor substrate,
The bus electrode is formed by increasing the thickness in the normal direction perpendicular to the light receiving surface with respect to the grid electrode,
The plurality of the bus electrode, the partial width in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the parallel and the bus electrode before Symbol light receiving surface, included in the peripheral portion of the light receiving surface than the portion that is included in the center of the light receiving surface And a bus electrode whose overall width is expanded with respect to the width of the portion included in the central portion of the bus electrode .

A semiconductor substrate;
A collector electrode formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate and configured to include a plurality of bus electrodes and a grid electrode orthogonal to the bus electrodes;
A back electrode formed on the back side of the semiconductor substrate,
The plurality of bus electrodes have a width in a direction parallel to the light receiving surface and perpendicular to the longitudinal direction of the bus electrode in a peripheral portion of the light receiving surface from a portion included in the central portion of the light receiving surface. An expanded bus electrode, and a bus electrode having an overall width expanded relative to the width of the portion included in the central portion of the bus electrode,
A portion included in the peripheral portion of the bus electrode is formed with an increased thickness with respect to the grid electrode, and a portion included in the central portion of the bus electrode is formed with the same thickness as the grid electrode. features and to that solar cell element that it is.

The solar cell element according to claim 1, wherein the bus electrode is configured to have a higher glass component content than the grid electrode.

A collector electrode forming step of forming a collector electrode including a plurality of bus electrodes and a grid electrode orthogonal to the bus electrodes on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate;
The current collecting electrode forming step includes:
A first printing step in which an electrode material is printed on both the region for forming the bus electrode and the region for forming the grid electrode, and an electrode material layer constituting the bus electrode and the grid electrode is formed;
A second printing step of further printing the electrode material on a region where the bus electrode is formed in the electrode material layer formed by the first printing step, and forming an electrode material layer constituting the bus electrode; Including,
The plurality of bus electrodes, the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the front Symbol parallel and the bus electrode on the light receiving surface, a portion included in the peripheral portion of the light receiving surface than the portion that is included in the center of the light receiving surface And a bus electrode formed by enlarging the overall width with respect to the width of the portion included in the central portion of the bus electrode. Device manufacturing method.