JP6125417B2 - スクリーン印刷用メタルマスク及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池のフィンガー電極を形成するためのスクリーン印刷用メタルマスク及び太陽電池の製造方法に関する。

従来の技術を用いて作製された太陽電池について、図面を参照して説明する。図２は、一般的な太陽電池の電極の断面図であり、図３は一般的な太陽電池の表面形状を示す図、図４は一般的な太陽電池の裏面形状を示す図である。一般的な太陽電池セルは、図２に示すように、シリコンなどのＰ型半導体基板１００に、ｎ型となるドーパントを拡散して、Ｎ型拡散層１０１を形成することによりＰＮ接合を形成している。Ｎ型拡散層１０１の上には、ＳｉＮｘ膜のような反射防止膜１０２が形成されている。Ｐ型半導体基板１００の裏面側には、アルミペーストが塗布され、焼成することによりＢＳＦ（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）層１０３とアルミ電極１０４が形成される。また、受光面（表面）側には図３に示すように、集電用のフィンガー電極２０７と、そこから電流を集めるために形成された表面バスバー２０５（図２における表面バスバー１０５）と呼ばれる太い電極とが、裏面側には図４に示すように、裏面バスバー３０６（図２における裏面バスバー１０６）が、銀などを含む導電性ペーストを塗布して、焼成することにより形成される。

そして、この種の太陽電池を製造する際、電極形成の方法としては、蒸着法、メッキ法、印刷法、描画法等が挙げられる。表面フィンガー電極２０７の形成は、形成が容易で低コストである等の理由のため、一般的には、以下に示すスクリーン印刷で行う。

以下、スクリーン印刷について図面を参照して説明する。図５は、従来のメッシュマスクの断面図である。図５に示すように、まず、スクリーン印刷法で用いられているスクリーン製版は、互いに直交する縦糸と横糸とを編み込んだメッシュ材４０９を、感光性の乳剤４１０で被覆するとともに、この乳剤を露光により一部除去することによって略長方形のパターン孔を形成して形成される。

このスクリーン製版を被印刷物上に配置させ、スクリーン製版上に載せた印刷ペースト（インク）をパターン上に塗り広げ、印刷スキージ４０８と呼ばれる柔軟性を有するヘラに圧力（印圧という）を加えながら、移動させることによって、パターン孔を介して被印刷物に付着させ、さらに被印刷物に付着させた印刷ペーストを乾燥し、電極パターンを形成させる。

このとき、印刷ペーストがパターン孔内のメッシュ材が存在しない開口部を通って落下し、被印刷物に付着させた直後は、パターン孔内の縦糸と横糸に相当する部分には印刷ペーストは付着しないが、この後開口部に相当する部分に付着した印刷ペーストの流動が生じるため、均一な厚みの連続的な電極パターンとなる。

一般的な太陽電池では、上記の開口部から、被印刷物（太陽電池基板）上に、印刷ペーストを吐出することによって、フィンガー電極と呼ばれる細長い電極を形成する。このため、基板上にフィンガー電極を形成するための開口部であるフィンガー開口部の長手方向に対して、スキージを垂直に移動させると、ペーストが吐出しにくくなったり、刷り終り側に向かって線幅が滲んだりしてしまう。このため、一般的にはフィンガー開口部の長手方向に対して、スキージを平行に移動させるのが望ましい。

このように、スクリーン印刷法は、スクリーン製版上の開口部（パターン開口）へ充填された印刷ペーストが、印刷スキージ（ヘラ）の移動により被印刷物に転写されることによって、スクリーン製版に形成したパターン孔と同じパターンを被印刷物上に形成する手法である。

このような方法により形成された表面フィンガー電極２０７とＰ型半導体基板（Ｓｉ基板）１００とのコンタクト抵抗（接触抵抗）と電極の配線抵抗は、太陽電池の変換効率に大きな影響を及ぼす。高効率（低セル直列抵抗、高ＦＦ（フィルファクター、曲線因子））の太陽電池を得るためには、コンタクト抵抗と表面フィンガー電極２０７の配線抵抗の値が十分に低いことが要求される。

また、受光面（表面）においてはできるだけ多くの光を取り込めるように電極面積を小さくしなければならない。前記ＦＦを維持したまま飽和電流密度（Ｊｓｃ）を向上させるためには、線幅を細く、断面積を大きく、つまり高アスペクト比の電極を形成しなくてはならない。

上記のような細くて高い電極を形成するために、製版の開口を狭くする方法がある。
図６は、従来のメッシュマスクの拡大図である。前述のようにメッシュマスクの開口５１１は、メッシュ材５０９により遮られているため、開口を細くすればするほど、遮られる割合は増加してしまう。すると、ペーストは吐出しにくくなり、かすれや断線が発生してしまう。また、図６に示すような、幅方向や厚み方向の凸凹をメッシュ痕５１０と呼ぶが、これらが発生すると、電極の裾野は不必要に広がってしまい、シャドーロスとなるため変換効率が低下してしまう。

このような問題を解決するために、メッシュ材によって遮られる割合が減少しないように開口を細くするにつれて、メッシュ線径を小さくする方法が考えられる。しかしながら、線径の細いメッシュ材は非常に高価であると同時に、製版の強度が低下し、製版のライフが低下してしまう。さらには、開口が細くなればなるほど銀粒子やガラスフリットなどの固形物が透過しにくくなって目詰まりを生じ、断線やかすれによる外観不良が増加して歩留りが低下してしまう。

また、スクリーン製版の製造方法にも開口幅の制限がある。前述のように一般的なスクリーン製版は、メッシュの裏側に乳剤をコーティングし、これを所望とする電極パターンに合わせて、開口とすべき部分を露光して硬化乳剤を溶かして製造するが、開口に対してスクリーン厚さの割合が１以下となるように設計しなければならない。細くて厚みのある電極を形成するために、スクリーン厚の大きい製版を製造しようとすると、露光側から反対側にかけてテーパーが発生して設計通りのパターンや吐出量は得られなくなってしまうためである。開口とスクリーン厚さの関係から、開口の小さい製版を作製する場合には、必然的にスクリーン厚が小さくなってしまうため、厚みのある電極は得られにくくなってしまう。

上述のように、メッシュマスクを用いたスクリーン印刷において、細線電極の形成は困難である。また、細線電極を形成する製版の製造においても、製造が困難であること、コストが高いこと、歩留りが低いことなどが問題となっていた。

このような問題を解決するのがメタルマスクである。メタルマスクとは、メッシュ材の代わりに金属の薄膜を枠に固定したもので、メタルマスクに成型した開口部には遮るものがなにもない。このため、メッシュ痕は発生せず、均一なフィンガー電極が得られる。また、開口以外の部分は一面の金属となっているため、メッシュマスクよりも強度が高い。

メタルマスクの製造方法には、レーザー加工、エッチング加工およびアディティブ法（電鋳法）がある。開口部の端面性状や寸法精度については、アディティブ法が最も優れている。しかしながら、製造コストが高く、時間がかかる点や圧延により強度の向上を図れないため耐久性に優れない点が課題となる。また、エッチング加工については寸法精度が優れているものの、メタルマスク材の両面からエッチングして開口部を形成するためエッチング部の断面がいびつな形状になり、ペーストの抜け性が良好ではない。

近年では、製造性および生産性に優れるという観点から、メタルマスクの製造方法にはレーザー加工が多く用いられている。レーザー加工では、加工パターンをパーソナルコンピュータ上で入力した後、レーザーによりメタルマスク材を加工するのみであり、非常に生産性に優れている。一方、レーザー加工にともない、ばりが発生するとともに、加工端面にはレーザーによる加工筋が残留してしまう。そこで、パフ研磨、電解処理およびサンドブラストなどの後工程によりばりの除去や端面粗さを向上させるのが一般的である。

尚、図１１は、一般的なメタルマスクを示す図である。図１１に示すように、メタルマスクは、メタル部９１７と、１つ以上のフィンガー開口部９１８を有する印刷用パターン領域を有する。また、図７は、図１１のメタルマスクを用いて印刷された電極パターンを示す図であり、図８は、実際に製造された太陽電池セルにおける図７の点線で囲まれた部分の拡大写真である。図７に示すように、太陽電池基板６１３上に、導電性ペーストを印刷し電極パターンを形成したのち、熱処理等を行って、フィンガー電極６０７を形成する。

上記のような方法で製造されたメタルマスクに対し図１１に示すように、太陽電池用のフィンガーパターンを開口（フィンガー開口部を形成）し、導電性ペーストを印刷したところ、図７、図８に示すように、最も外側に位置するフィンガー電極６０７（導電性ペースト）に線太り６１２が確認された。一方で、最も外側に位置するフィンガー電極以外には線太りは見られなかった。このような線太りは、美観も重要視される太陽電池においては外観不良になって歩留りを低下させるだけでなく、受光面積が減少することによる変換効率の低下を招いてしまうため問題となっていた。

このようなフィンガー電極の線太りの問題に対し、特許文献１では、最外周の矩形パターン（開口）の中央部を細くすることにより線太りを解消できることが開示されている。図１０は、特許文献１で開示されたメタルマスクを示す図である。特許文献１では、図１０に示すようにメタル部８１７に、最外周の矩形パターンの中央部を細くした開口８１１を形成する。しかしながら、高効率の太陽電池を作製するためには、開口幅１５μｍ〜６０μｍとすることが好ましく、このような対策では、中央の細線部は、より細くしなければならず、断線を助長する原因となってしまう。

特開２００７−３３１１９４号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、高いアスペクト比を有し抵抗率が低いフィンガー電極を、基板上に線太りなく形成することができるメタルマスクを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、太陽電池のフィンガー電極を形成するためのスクリーン印刷用のメタルマスクであって、前記フィンガー電極を形成するための導電性ペーストを吐出するための１つ以上のフィンガー開口部を有する印刷用パターン領域を有し、該印刷用パターン領域の外側に補助開口を有するものであることを特徴とするメタルマスクを提供する。

このようなメタルマスクであれば、メタルマスク中の伸縮の少ない部分（最も外側に位置するフィンガー開口付近のメタル部分）に局所的に伸縮性を与え、線太りを防止することができる。

また、前記補助開口の形状が、直線状、方形状、台形状、円形状、楕円形状、又はこれらの形状の組み合わせのいずれかであることが好ましい。

このような形状であれば、印刷用パターン領域の端部に伸縮性を付与し、基板上に導電性ペーストをスクリーン印刷した際、導電性ペーストの線太りをより防止することができる。

また、前記補助開口が、前記印刷用パターン領域の両側に、前記フィンガー開口部の長手方向に沿って１つずつ以上設けられていることが好ましい。

このようにすることで、補助開口（補助パターン）がメタルマスクの伸縮をより受け持ちやすくなり、印刷用パターン（太陽電池パターン）が歪むのをより防ぐことができる。その結果、フィンガー電極を、基板上に線太りなく形成することができる。

また、前記補助開口と前記印刷用パターン領域との距離が５００μｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましい。

このような距離であれば、補助開口から導電性ペーストが吐出しても、基板により付着しにくくすることができる。その結果、電極パターンに影響を及ぼすこともなくなる。

また、前記フィンガー開口部の幅が１５〜１００μｍであることが好ましい。

フィンガー開口部の幅が上記の範囲内のものであれば、基板上に線幅の細いフィンガー電極を形成することができる。

上記本発明のメタルマスクの外周に、更に、メッシュを有することが好ましい。

このように、メタル部の外周にメッシュを有するコンビネーション張りされたメタルマスクであれば、メタル部の歪みをより抑えることができる。その結果、メタルマスクの寿命を延ばすことができる。

更に、本発明では、スクリーン印刷法で、太陽電池基板上に太陽電池用のフィンガー電極を形成する太陽電池の製造方法であって、
上記本発明のメタルマスクを、前記印刷用パターン領域が前記太陽電池基板上に、前記補助開口が前記太陽電池基板の領域以外に位置するように設置する工程と、
前記太陽電池基板上に前記導電性ペーストを、前記フィンガー開口部から吐出することによってパターニングする工程と、
前記吐出した導電性ペーストを熱処理して、前記フィンガー電極を形成する工程と
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。

このような製造方法であれば、基板上に、フィンガー電極が線太りなく形成された太陽電池を安定して得ることができる。

また、前記パターニングする工程において、前記補助開口から前記導電性ペーストが吐出するのを防ぐためのせき止め部材を有するスキージを用いて前記パターニングを行うことが好ましい。

このようなスキージを用いることによって、補助開口から導電性ペーストが吐出することがなくなるため好ましい。

本発明のメタルマスクを用いれば、より安価な方法で基板上に線太りなく、細線電極を形成することができる。本発明の太陽電池の製造方法により形成されるフィンガー電極は、高アスペクト比を有し、断面積が大きく低抵抗の電極である。そのため、得られた太陽電池は、高い変換効率を有する。しかも、従来の印刷工程に比べて、製版のライフが長く、低コストで実施することができる。

本発明の補助開口を有するメタルマスクの一例を示す図である。 一般的な太陽電池の電極の断面図である。 一般的な太陽電池の表面形状を示す図である。 一般的な太陽電池の裏面形状を示す図である。 従来のメッシュマスクの断面図である。 従来のメッシュマスクの拡大図である。 図１１を用いて印刷された電極パターンを示す図である。 実際に製造された太陽電池における図７の点線で囲まれた部分の拡大写真である。 コンビネーション張りされたメタルマスクを示す図である。 特許文献１で開示されたメタルマスクを示す図である。 一般的なメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（ドットパターン一列）を有するメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（ドットパターン三列）を有するメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（直線状）を有するメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（四角形状）を有するメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（台形状）を有するメタルマスクを示す図である。 本発明の補助開口（直線状二列）を有するメタルマスクを示す図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、高いアスペクト比を有し抵抗率が低いフィンガー電極を、基板上に線太りなく形成することができるメタルマスク及び該メタルマスクを使用した太陽電池の製造方法が求められている。

本発明者らは、上記目的を達成するために、まず、上述のフィンガー電極の線太りの原因を、次のように考えた。開口の密集している領域（印刷用パターン領域の中心付近）に比べて、開口がない領域（印刷用パターン領域の外側）のメタル部分の方が、伸縮性が小さい。このため、印刷のときにスキージにより印圧をかけられると、一番末端の開口（図７で線太りが発生しているフィンガー電極を形成するフィンガー開口）が伸びを受け持ち、最も開口が広がってしまい、拡がった開口からペーストが滲み出てしまい、太ってしまう。

そこで本発明者らは、下記のように検討を行った。
まず、メタル部の外周に伸縮性のあるメッシュを設置し、メタルの歪みを抑える働きをするコンビネーション張りを実施した。図９は、コンビネーション張りされたメタルマスクを示す図である。図９に示すように、メタル部７１７の外周に伸縮性のあるメッシュ（コンビネーション部７１６）を設置したものを枠７１５に固定したメタルマスクを用いた。ここでメタル部７１７は、被印刷物の範囲７１４の内側にフィンガー開口部７１８を有する印刷用パターン領域を有する。しかしながら、コンビネーション張りを実施しただけでは、印刷用パターン領域の中心付近と、最も外側に位置するフィンガー開口付近とのメタル部分の伸縮性の差は小さくならず、線太りが発生してしまった。

印刷方向を９０°に変更したところ、印刷の刷り終り側に向かって基板上に形成した導電性ペーストのすべてに線太りが発生してしまった。また、開口にスキージが落ち込み、スキージが開口を引っ張ってしまい製版が壊れてしまう。

印刷時の被印刷物と製版の距離（ギャップ）をゼロに近づけてメタルマスクが伸びないように印刷を行ったが、チキソ性の高い太陽電池用のペーストが、製版と被印刷物の間で接着剤のようになって離間せず、版離れが悪くなってしまい、線太りが発生して精細なパターンを描くことはできなかった。

メタルマスクで発生した線太りに対し、中でも特徴的であるのが、図７、図８に示すように、最も外側に位置する導電性ペースト（フィンガー電極）は線太りするが、その一本内側の導電性ペースト（フィンガー電極）は正常に印刷できていることである。

そこで、本発明者らは、更なる検討を行った。その結果、印刷用パターン領域の外側に補助開口を有するメタルマスクが、高いアスペクト比を有し抵抗率が低いフィンガー電極を、基板上に線太りなく形成することができることを見出した。

以下、本発明のメタルマスクについて、より詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、本明細書において、メタルマスクに形成されるパターンのうち、被印刷物に印刷されるパターン（１つ以上のフィンガー開口部を有するパターン）を「印刷用パターン」、被印刷物に印刷されないパターン（印刷用パターン領域の外側にある開口）を「補助開口」と定義する。

［メタルマスク］
本発明のメタルマスクは、太陽電池のフィンガー電極を形成するためのスクリーン印刷用のメタルマスクであって、フィンガー電極を形成するための導電性ペーストを吐出するための１つ以上のフィンガー開口部を有する印刷用パターン領域を有し、印刷用パターン領域の外側に補助開口を有するものである。

図１は本発明の補助開口を有するメタルマスクの一例を示す図である。図１に示すように、本発明のメタルマスクの一例としては、メタル部１０１７を枠１０１５に固定したものが挙げられる。ここでメタル部１０１７は、被印刷物の範囲１０１４の内側にフィンガー開口部１０１８を有する印刷用パターン領域を有する。更に、印刷用パターン領域の外側に補助開口１０１９を有する。

このようなメタルマスクであれば、メタルマスク中の伸縮の少ない部分（最も外側に位置するフィンガー開口付近のメタル部分）に局所的に伸縮性を与えることができる。そのため、印刷用パターンが歪むことはなく、設計どおりの線幅のフィンガー電極を、線太りなく形成することができる。均一な線幅のフィンガー電極を基板上に形成することによって、高効率の太陽電池を得ることができる。また、同じ開口をメッシュのスクリーン製版で製造した場合に比べて、メタルマスクの方がメタル面積が大きいため耐久性が高く、製版のライフが長くなり、低コストとなる。

また、補助開口の形状は、直線状、方形状、台形状、円形状、楕円形状、又はこれらの形状の組み合わせのいずれかであることが好ましい。より好ましい形状としては、直線状、方形状、台形状を挙げることができる。特に好ましい形状は、直線状である。このような形状であれば、基板上に導電性ペーストをスクリーン印刷した際、導電性ペーストの線太りをより防止することができる。

また、補助開口が、印刷用パターン領域の両側に、フィンガー開口部の長手方向に沿って１つずつ以上設けられていることが好ましい。このような向きに、パターン領域の両側に、補助開口を設置することによって、補助開口がメタルマスクの伸縮をより受け持ちやすくなり、印刷用パターンの歪みを顕著に防ぐことができる。さらに、印刷スキージが補助開口に落ち込んで大きく広げてしまい、メタルマスクが歪んでしまうといった問題が発生しにくくなる。

この場合、補助開口と印刷用パターン領域との距離が５００μｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましい。距離が５００μｍ以上であれば、補助開口から導電性ペーストが吐出しても、基板に付着することはない。その結果、電極パターンに影響を及ぼすこともなくなる。１００ｍｍ以下であれば、補助開口が、メタルマスクの伸びを十分に吸収することができ、線太りが発生するのを防ぐことができる。

また、フィンガー開口部の幅が１５〜１００μｍであることが好ましい。フィンガー開口部の幅が上記の範囲内のものであれば、基板上に細線電極を形成することができる。１００μｍ以下の電極パターンを形成する際には、メッシュのスクリーン製版では、目詰まりやメッシュ痕等が発生してしまう恐れがあるが、本発明のメタルマスクであれば、そのような問題が生じることはない。１５μｍ以上であれば、開口を面内均一に作製することが容易であるため好ましい。

［コンビネーション張りされたメタルマスク］
更に本発明では、上記本発明のメタルマスクの外周に、更に、メッシュを有することが好ましい。

このように、メタル部の外周にメッシュを有するコンビネーション張りされたメタルマスクであれば、メタル部の歪みをより抑えることができる。その結果、メタルマスクの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明のコンビネーション張りされたメタルマスクについて、より詳細に説明する

メタルマスクは、メッシュマスクに比べて充填量が多いため吐出量が多くなる。そのため、通常、吐出したペーストがマスクと基板を接着してしまい、版離れが悪くなるのを防ぐために、基板と製版に数ｍｍの隙間（ギャップ）を設けて印刷を行う。

メタルマスクを用いてスクリーン印刷する場合、通常、製版の大きさ（５５０ｍｍ角）よりも小さいスキージ（２００ｍｍ〜２５０ｍｍの長さ）で版面を押す。このとき、メタルマスクが歪むことによって、スキージの角と製版が磨耗して、版寿命が短くなることがある。さらに、版の伸びが不均一になることにより電極パターンに歪みが生じる場合がある。

上記本発明のメタルマスクに対して、上述の図９に示すようなコンビネーション張りを実施することによって、メタルマスクの歪みを顕著に防ぐことができる。コンビネーション張りを実施すると、伸縮性の高いコンビネーション部が伸びを吸収し、メタルマスクの印刷用パターンは面を維持できるので、歪みを抑制できる。また、スキージ全体が版を押すので、力が分散して版寿命が長くなる。さらに、コンビネーション部は安価なメッシュのため、版全体としてのコストを低減することができる。

太陽電池の電極を形成するための細長い開口をメタルマスクで形成すると、開口を支えるところがなく、たわんでしまう場合があるため、図１１に示すように、ある距離でフィンガー開口部を所定の長さで区切ることが好ましい。このようなフィンガー開口部から、導電性ペーストを吐出することによって、フィンガー電極用の導電性ペーストを印刷する。その後、フィンガー電極同士を繋ぐようにバスバー電極用の導電性ペーストを印刷する。そのため、フィンガー電極を形成する際には、印刷用パターンの変形は小さい方が好ましい。

［太陽電池の製造方法］
本発明の太陽電池の製造方法は、スクリーン印刷法で、太陽電池基板上に太陽電池用のフィンガー電極を形成する太陽電池の製造方法であって、上記本発明のメタルマスクを、前記印刷用パターン領域が前記太陽電池基板上に、前記補助開口が前記太陽電池基板の領域以外に位置するように設置する工程と、前記太陽電池基板上に前記導電性ペーストを、前記フィンガー開口部から吐出することによってパターニングする工程と、前記吐出した導電性ペーストを熱処理して、前記フィンガー電極を形成する工程とを有する製造方法である。

このような製造方法であれば、生産性がよい。また、このような位置にメタルマスクを設置することによって、補助開口から導電性ペーストが吐出しても、基板に付着することはない。そのため、基板上に、フィンガー電極が線太りなく形成された信頼性が高い太陽電池を安定して得ることができる。

また、パターニングする工程において、国際公開第ＷＯ２０１３／０８８６０７号パンフレットに開示されているような、補助開口から導電性ペーストが吐出するのを防ぐためのせき止め部材を有するスキージを用いて前記パターニングを行うことが好ましい。このようなスキージを用いることによって、補助開口から導電性ペーストが吐出することがなくなるため好ましい。

以下、本発明の太陽電池の製造方法について、より詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［太陽電池基板］
まず、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウムのようなＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。単結晶シリコン基板は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。また、多結晶や化合物半導体でも良い。

引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで容易に作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。

テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。

この基板上に、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法によりエミッタ層を形成する。一般的なシリコン太陽電池は、ＰＮ接合を受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、拡散前に裏面にＳｉＯ_２膜やＳｉＮｘ膜などを拡散マスクとして形成して、裏面にＰＮ接合ができないような工夫を施す必要がある。拡散後、表面にできたガラスをふっ酸などで除去する。

次に、受光面の反射防止膜形成を行う。製膜にはプラズマＣＶＤ装置を用いＳｉＮｘ膜を約１００ｎｍ製膜する。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ_４）およびアンモニア（ＮＨ_３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ_３の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、さらには、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。

［電極形成］
次いで、裏面電極をスクリーン印刷法で形成する。上記基板の裏面に、銀粉末とガラスフリットを有機物バインダで混合したペーストをバスバー状にスクリーン印刷したのち、アルミ粉末を有機物バインダで混合したペーストをバスバー以外の領域にスクリーン印刷する。印刷後、５〜３０分間７００〜８００℃の温度で焼成して、裏面電極が形成される。裏面電極形成は印刷法による方が好ましいが、蒸着法、スパッタ法等で作製することも可能である。

次に、メタルマスクを用いたスクリーン印刷法で表面電極を形成する。
上記基板の表面に、銀粉末とガラスフリットと有機物バインダを混合した導電性ペーストを、フィンガー電極幅が１５〜１００μｍ、フィンガー電極間隔０．５〜４．０ｍｍで設計されたフィンガーパターンを有するメタルマスクを用いて印刷する。メタルマスクの場合、バスバー電極とフィンガー電極のような直交したパターンは同時に印刷できないため、図１１のようなパターンにすることが望ましい。メッシュマスクのように、開口を支える支持体がないため、パターンがたわんでしまうためである。表面電極におけるバスバー電極の形成方法については、特に限定されない。例えば、図１１等に示すようなフィンガー開口部を有するメタルマスクを用いて、フィンガー電極用の導電性ペーストを印刷した際には、同じ導電性ペーストを使用し、バスバー電極用の印刷用パターンを有するメッシュマスクを用いて、フィンガー電極同士を繋ぐようにバスバー電極用の導電性ペーストを印刷する。

ここで、使用するメタルマスクは、上述のように印刷用パターン領域の外側に補助開口を有するものである。本発明のメタルマスクの具体的な形状、設置する位置等は、上述した通りである。

上記のような手法を用いて電極パターンを形成した後、大気下、７００〜８００℃で５〜３０分間熱処理することにより焼結させる。これにより、バスバー電極及びフィンガー電極が形成される。裏面電極及び受光面電極の焼成は一度に行うことも可能である。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の有効性を確認するため、以下の工程を半導体基板６００００枚について行い、太陽電池６００００枚を作製した。

まず、１５ｃｍ角、厚さ２５０μｍ、比抵抗２．０Ω・ｃｍの、ホウ素ドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を用意し、濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去、テクスチャを形成、オキシ塩化リン雰囲気下８５０℃で熱処理したエミッタ層を形成し、リンガラスを除去し、反射防止膜を形成し、裏面に、銀粉末とガラスフリットを有機物バインダで混合したペーストをバスバー状にスクリーン印刷したのち、アルミ粉末を有機物バインダで混合したペーストをバスバー以外の領域にスクリーン印刷した。有機溶媒を乾燥して裏面電極を形成した半導体基板を作製した。

この裏面電極を形成する工程まで行った半導体基板上に、表面電極を以下のようにして形成した。まず、銀粉末と、ガラスフリットと、有機ビヒクルと、有機溶媒とを含有した導電性ペーストを、下記に示すフィンガーパターンを有するメタルマスクを用いて、半導体基板上に形成された反射防止膜上に塗布し、１５０℃のクリーンオーブンで有機溶媒の乾燥を行って、電極を形成した。

ここで用いるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で板厚５０μｍのメタルマスクに、開口５０μｍのフィンガーパターンを１．５ｍｍ間隔で１００本有するパターン（印刷用パターン）を設置した。また、補助パターン（補助開口）の開口幅を１００μｍとし、印刷用パターン領域との距離が１．０ｍｍとなる場所に設置した。図１は、本発明の補助開口を有するメタルマスクを示す図である。コンビネーション張りした製版を実施例１−１、コンビネーションなしの製版（図１）を実施例１−２とした。

次に、同じ導電性ペーストで、バスバー電極用の印刷用パターンを有するメッシュマスクを用いて、バスバー電極パターンを形成した。このように電極各層を形成した半導体基板について、最高温度を７５０℃と設定した近赤外線炉内で５分にわたって加熱し、電極全体の焼成を行った。

このように作製した太陽電池６００００枚について、光学顕微鏡による電極線幅測定とソーラーシュミレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価を行った。更に、製版が磨耗したり破断するなどして印刷不可となるまでの枚数をカウントした。結果を表１に示す。

メタルマスクが補助開口を有することによって、コンビネーションの有無にかかわらず、フィンガー電極の最も外側における線太りは発生しなかった。変換効率は、コンビネーションありの製版の場合にわずかに上昇した。コンビネーションありの製版は、パターンの歪むことなく、フィンガー電極とバスバー電極の重ね合わせにズレが発生せず、断線が起きにくかったためと見られる。また、コンビネーション張りした版の方が、版寿命が長くなった。スキージング時の版へダメージを吸収したものと考えられる。

（実施例２）
補助開口と印刷用パターン領域との距離を下記Ｎｏ．１〜６のように変更した以外は、実施例１と同じ工程で、半導体基板７０枚に対して、太陽電池７０枚を作製した。

ここで用いるコンビネーション張りされたメタルマスクは、ＳＵＳ３０４で板厚５０μｍとした。印刷用パターンは、開口５０μｍのフィンガーパターンを１．５ｍｍ間隔で１００本有するパターンとした。比較例として、図９に示すような、補助パターンのないメタルマスクを使用した。

図１４は、直線状の補助開口１４１９を有するメタルマスクを示す図である。実施例２のＮｏ．１〜６として、図１４に示すような補助パターンを、開口幅１００μｍで、印刷用パターン領域との距離が０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、５．０ｍｍ、５０．０ｍｍ、１００．０ｍｍ、２００．０ｍｍとなる場所に設置した。

このように作製した太陽電池７０枚について、光学顕微鏡による電極線幅測定とソーラーシュミレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価を行った。結果平均を表２に示す。

表２に示すように、実施例２のうちＮｏ．１〜４では、電極パターン幅は５５μｍ±３μｍであった。すなわち印刷用パターンとほぼ同等の線幅が得られ、補助パターンの効果が得られた。特に、Ｎｏ．１〜４では、Ｎｏ．５〜６に比べて、印刷用パターンから補助パターンまでの距離がより好ましい距離であり、補助パターンが製版の伸びをより吸収することができたため良好な結果となったと考えられる。一方、従来法（比較例）では、最も外側に位置するフィンガー電極（導電性ペースト）は１３２μｍと線太りが発生していた。

（実施例３）
メタルマスクの補助開口の形状を図１２、図１５、図１６に変更した以外は、実施例２と同じ工程で、半導体基板５０枚に対して、太陽電池５０枚を作製した。図１２は、ドットパターン一列の補助開口１２１９、図１５は四角形状の補助開口１５１９、図１６は台形状の補助開口１６１９を有するメタルマスクを示す図である。実施例３で用いたメタルマスクの補助開口の形状は、実施例２で用いたものと同じ幅１００μｍの直線パターン（図１４）、直径１００μｍのドットパターン（図１２）、幅１００μｍの四角形パターン（図１５）、幅１００μｍの台形パターン（図１６）である。なお、補助開口は、印刷用パターン領域との距離が５．０ｍｍとなる場所にそれぞれ設置した。

このように作製した太陽電池５０枚について、光学顕微鏡による電極線幅測定とソーラーシュミレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価を行った。結果平均を表３に示す。

台形パターン（図１６）と直線パターン（図１４）では、実施例２のうちＮｏ．１〜４と同等の線幅が得られた。ドットパターン（図１２）や四角形のパターン（図１５）の場合でも、比較例１に比べて、補助開口が、製版の伸びを吸収することができ、線太りを抑制できることが分かった。

（実施例４）
メタルマスクの補助開口の形状を図１３、図１７に変更した以外は、実施例２と同じ工程で、半導体基板３０枚に対して、太陽電池３０枚を作製した。図１３は、ドットパターン三列の補助開口１３１９、図１７は直線状二列の補助開口１７１９を有するメタルマスクを示す図である。実施例４で用いたメタルマスクの補助開口の形状は、直径１００μｍのドットパターンを３列（図１３）、幅１００μｍの直線パターンを２列（図１７）である。なお、補助開口は、印刷用パターン領域との距離が５．０ｍｍとなる場所にそれぞれ設置した。

このように作製した太陽電池３０枚について、光学顕微鏡による電極線幅測定とソーラーシュミレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価を行った。結果平均を表４に示す。

直線パターンを２列（図１７）とした場合にも、実施例２のうちＮｏ．１〜４と同等の線幅が得られた。また、ドットパターンを３列（図１３）にすることにより、ドットパターン１列（図１２）の場合よりもさらに線太りが抑制された。

従来法では線太りが発生し、太陽電池の受光面積を減少させて変換効率の低下や、外観不良を招いていたが、本発明のメタルマスク（スクリーン製版）を用いれば線太り等の外観不良のない、高アスペクト比の電極を形成することができ、高効率の太陽電池が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００…Ｐ型半導体基板（Ｓｉ基板）、 １０１…Ｎ型拡散層、 １０２…反射防止膜
１０３…ＢＳＦ層、 １０４…アルミ電極、 １０５、２０５…表面バスバー、
１０６、３０６…裏面バスバー、 ２０７、６０７…フィンガー電極、
４０８…スキージ ４０９、５０９…メッシュ材、 ４１０…乳剤、 ５１０…メッシュ痕、
５１１、８１１…開口、 ６１２…線太り、 ６１３…太陽電池基板、
７１４、１０１４…被印刷物の範囲、 ７１５、１０１５…枠、
７１６…コンビネーション部、 ７１７、８１７、９１７、１０１７…メタル部、
７１８、９１８、１０１８…フィンガー開口部、
１０１９、１２１９、１３１９、１４１９、１５１９、１６１９、１７１９…補助開口。

Claims (7)

1. 太陽電池のフィンガー電極を形成するためのスクリーン印刷用のメタルマスクであって、
   前記フィンガー電極を形成するための導電性ペーストを吐出するための１つ以上のフィンガー開口部を有する印刷用パターン領域を有し、該印刷用パターン領域の外側に補助開口を有し、
   前記補助開口と前記印刷用パターン領域との距離が５００μｍ以上、５．０ｍｍ以下であることを特徴とするメタルマスク。
2. 前記補助開口の形状が、直線状、方形状、台形状、円形状、楕円形状、又はこれらの形状の組み合わせのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のメタルマスク。
3. 前記補助開口が、前記印刷用パターン領域の両側に、前記フィンガー開口部の長手方向に沿って１つずつ以上設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタルマスク。
4. 前記フィンガー開口部の幅が１５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のメタルマスク。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメタルマスクの外周に、更に、メッシュを有するものであることを特徴とするメタルマスク。
6. スクリーン印刷法で、太陽電池基板上に太陽電池用のフィンガー電極を形成する太陽電池の製造方法であって、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のメタルマスクを、前記印刷用パターン領域が前記太陽電池基板上に、前記補助開口が前記太陽電池基板の領域以外に位置するように設置する工程と、
   前記太陽電池基板上に前記導電性ペーストを、前記フィンガー開口部から吐出することによってパターニングする工程と、
   前記吐出した導電性ペーストを熱処理して、前記フィンガー電極を形成する工程と
   を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
7. 前記パターニングする工程において、前記補助開口から前記導電性ペーストが吐出するのを防ぐためのせき止め部材を有するスキージを用いて前記パターニングを行うことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。

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