JPH0337752B2 - - Google Patents
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- JPH0337752B2 JPH0337752B2 JP58042105A JP4210583A JPH0337752B2 JP H0337752 B2 JPH0337752 B2 JP H0337752B2 JP 58042105 A JP58042105 A JP 58042105A JP 4210583 A JP4210583 A JP 4210583A JP H0337752 B2 JPH0337752 B2 JP H0337752B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/456—Ohmic electrodes on silicon
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- Die Bonding (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は電極用ペースト材料に係り、特に太陽
電池などの比較的大面積の素子に均一な接合と電
極を有する半導体素子の製造に好適な電極用ペー
スト材料に関する。 〔発明の背景〕 半導体素子の例として、太陽電池の代表的な構
成例を図に示す。n+／Ｐ／P+接合を形成したＰ
型シリコン基板１の表面にn+層２、反対面にP+
層３が設けられ、ｎ層２上に受光面電極４、P+
層３上に裏面電極５を形成した構造であり、さら
に一般には反射防止膜等も設けられる。 この太陽電池の近年における重要課題は、製造
コストの低減にあり、受光面電極４、裏面電極５
の形成法も従来の真空蒸着法にかわつて、低コス
トなめつき法や印刷法が検討されるようになつて
きた。このうち特に印刷法は、自動化が容易で生
産性が高いことから広く検討されている。この印
刷法は、金属粉末、ガラス粉末などを有機結合
剤、有機溶剤と混練したペースト状の物質をスク
リーン印刷法などで塗布し、焼成する方法であ
る。 一方P+層３の形成法も従来のAl真空蒸着法に
かわつて印刷法が検討されており、太陽電池P+
形成用Alペーストとして市販されている。しか
し市販Alペーストをシリコンウエハ上に印刷、
乾燥、焼成すると次の問題があつた。 すなわち、空気等の酸化雰囲気中で焼成する
と、Al層表面が酸化されて薄いAl2O3膜ができ、
このため後工程でAl2O3膜の除去が必要となり工
程が複雑になる。 この酸化を防止するためには、不活性ガス雰囲
気で焼成することが有効であるが、市販のAlペ
ーストではいずれも不活性ガス雰囲気中の焼成で
は、焼成後のAl層に凝集やクラツクが発生しAl
層をそのまま裏面電極あるいは裏面電極の一部と
して使用することができない。 このためAl層をエツチング等で除去したのち
再びAgペースト等を用いて裏面電極を形成する
必要が生じ工程が複雑となり、太陽電池のコスト
アツプを招く欠点があつた。またAl層に凝集や
クラツクが生じるため、均一なP+層が形成でき
ず太陽電池の効率が低下する欠点もあつた。 〔発明の目的〕 本発明は上記した従来のAlペーストにみられ
た欠点がなく、太陽電池などの電極用ペースト材
料として非常に有用な材料を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 本発明のペースト材料は、Al粉末と、Alと高
融点合金化物を形成する金属、具体的にはコバル
ト、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、ジ
ルコニウム、ボロン、タングステン、アンチモン
のうちから選ばれる少なくとも一種類の金属と、
有機溶剤と、必要に応じて加えられる有機結合剤
とからなることを特徴とする。 本発明のペースト材料が従来のAlペーストと
異なる点は、Alペースト中にAlと高融点合金化
物を形成する金属、具体的には上記の金属を用い
ている点にある。 そして、本発明のペースト材料は、シリコン基
板（例えばＰ型シリコン基板）上に印刷し、不活
性ガス雰囲気中で焼成してもAl層の凝集やクラ
ツクが発生せず均一なP+層とAl層を形成する特
徴を有する。 従つて、上記のペースト材料は、従来のペース
トのように酸化雰囲気中での焼成によるAl層表
面のAl2O3化を防ぐことができ、単なる拡散源の
みでなく、残存Alが有効な電極あるいは電極の
１部として使える。このため機械的あるいは化学
的にAl層を除去し、再び裏面電極を形成するこ
とが不要となり、工程が大幅に合理化できる。 そして、本発明のAlペーストが従来のAlペー
ストに比べ上記のように非常に良好なペースト材
料であるのは、次の理由によると考えている。す
なわち、P+層形成に必要な焼成温度は約700℃以
上であり、従来のAlペーストを不活性ガス雰囲
気中で焼成すると、Alが溶解し表面張力で凝集
やクラツクが発生する。一方、本発明によるペー
スト材料では、添加したメタルとAl粉末が反応
して高融点合金化物となるため、焼成時に流動を
起こしにくく、凝集やクラツクが発生しないもの
と考えられる。 本発明の電極材料の成分について、以下に述べ
る。構成成分中のAl粉末、有機溶剤、有機結合
剤は、従来のAlペーストで用いられているもの
と同様のものを用いることができる。Al粉末と
しては、粒径10μｍ以下のものが、有機溶剤とし
ては多価アルコール系のものが、有機結合剤とし
てはセルロース系化合物や、ポリメトクリレート
系化合物などが特に好適に用いられ得る。 更にAlと高融点合金化物を形成する金属、具
体的には、コバルト、クロム、マンガン、モリブ
デン、チタン、ジルコニウム、ボロン、タングス
テン、アンチモンから選ばれる少なくとも一種類
の金属の配合割合は、Al粉末100重量部に対し0.5
〜30重量部とするのが好適である。0.5重量部未
満の配合割合では、Al層の凝集やクラツクが発
生してしまう。30重量部をこえる配合割合では、
均一なP+層が形成されず、また電極の固有抵抗
がやや高くなり、太陽電池の効率低下を招き易く
なる、 〔発明の実施例〕 以下本発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １〜12 表面を安定化処理した粒径10μｍ以下のAl粉末
と、表面を安定化処理した粒径10μｍ以下のMo
粉末（配合割合はAl粉末100重量部に対して0.5〜
30重量部）とを秤量した。これにエチルセルロー
ス10重量部をα−デルピネオール90重量部に溶解
した粘調液を加えながら十分に混練し、第１表No.
１〜６、第２表No.７〜12に示す粘度が約200ポイ
ズ（ずり速度100／秒）のペースト材料を調整し
た。 太陽電池用シリコン基板として図に示すＰ型シ
リコン基板１（比抵抗１〜5Ωcm2、直径３インチ
丸型ウエハ）の表面にイオン打ち込み法で深さ
0.3〜0.5μｍのn+層２（比抵抗約1.5×10-3Ω−cm）
を形成したものを用いた。次にこのＰ型シリコン
基板の反対面の全面に上記ペーストをスクリーン
印刷し、150℃、10分間の乾燥処理をした。次に
これを窒素ガス雰囲気中で700〜850℃で10分〜30
分間焼成してP+層３と裏面電極５を形成した。
次に前記n+２上にAgペーストをくし型状にスク
リーン印刷し、150℃、10分間の乾燥処理をした。
次にこれを酸素50ppmを含む窒素ガス雰囲気中で
600℃で10分間焼成し受光面電極４を形成した。 このようにして作製した太陽電池の電流−電圧
特性（Ｉ−Ｖ特性）を調べ、逆バイアス（lV）
でのリーク電流、曲線因子（F.F）、開放電圧
（Voc）、短絡電流（Isc）を調べた。第１表、第
２表に示した如く、Mo粉末を配合した本発明の
ペースト材料を用いた太陽電池は、Al層の凝集
やクラツクを防止し、均一なP+層を形成するの
みでなく、有効な電極としても使用でき、従来の
Alペースト（第１表比較例１、２）に比べ非常
に優れていることが確認された。 実施例 13〜20 Ti、Ｂ、Co、Sbのメタル粉末（表面を安定化
処理したもの）と、粒径10μｍ以下のAl粉末とを
各種組み合せ、これにエチルセルロース10重量部
をα−テルピネオール90重量部に溶解した粘調液
を加えながら十分に混練し、粘度が約200ポイズ
（ずり速度100／秒）のペースト材料を調整した。
このペースト材料を実施例１〜12と同様の太陽電
池用シリコン基板のn+層２の形成されていない
面の全面にスクリーン印刷し、150℃、10分間の
乾燥処理をした。次にこれを750℃、30分間焼成
してP+層３と裏面電極５を形成した。次に上記
のn+層上にAgペーストをクシ型状にスクリーン
印刷し、150℃、10分乾燥処理後、酸素50ppmを
含む窒素ガス雰囲気中で600℃、10分間焼成して
受光面電極４を形成した。このようにして作製し
た太陽電池の特性を実施例１〜12と同様にして調
べた結果を第３表に示した。Ti、Ｂ、Co、Sbの
メタルを配合した本発明のペースト材料は、比較
例に比べいずれもAl層の凝集やクラツクが発生
せず、従来のAlペーストに比べ非常に優れた効
果の得られることが確認された。
電池などの比較的大面積の素子に均一な接合と電
極を有する半導体素子の製造に好適な電極用ペー
スト材料に関する。 〔発明の背景〕 半導体素子の例として、太陽電池の代表的な構
成例を図に示す。n+／Ｐ／P+接合を形成したＰ
型シリコン基板１の表面にn+層２、反対面にP+
層３が設けられ、ｎ層２上に受光面電極４、P+
層３上に裏面電極５を形成した構造であり、さら
に一般には反射防止膜等も設けられる。 この太陽電池の近年における重要課題は、製造
コストの低減にあり、受光面電極４、裏面電極５
の形成法も従来の真空蒸着法にかわつて、低コス
トなめつき法や印刷法が検討されるようになつて
きた。このうち特に印刷法は、自動化が容易で生
産性が高いことから広く検討されている。この印
刷法は、金属粉末、ガラス粉末などを有機結合
剤、有機溶剤と混練したペースト状の物質をスク
リーン印刷法などで塗布し、焼成する方法であ
る。 一方P+層３の形成法も従来のAl真空蒸着法に
かわつて印刷法が検討されており、太陽電池P+
形成用Alペーストとして市販されている。しか
し市販Alペーストをシリコンウエハ上に印刷、
乾燥、焼成すると次の問題があつた。 すなわち、空気等の酸化雰囲気中で焼成する
と、Al層表面が酸化されて薄いAl2O3膜ができ、
このため後工程でAl2O3膜の除去が必要となり工
程が複雑になる。 この酸化を防止するためには、不活性ガス雰囲
気で焼成することが有効であるが、市販のAlペ
ーストではいずれも不活性ガス雰囲気中の焼成で
は、焼成後のAl層に凝集やクラツクが発生しAl
層をそのまま裏面電極あるいは裏面電極の一部と
して使用することができない。 このためAl層をエツチング等で除去したのち
再びAgペースト等を用いて裏面電極を形成する
必要が生じ工程が複雑となり、太陽電池のコスト
アツプを招く欠点があつた。またAl層に凝集や
クラツクが生じるため、均一なP+層が形成でき
ず太陽電池の効率が低下する欠点もあつた。 〔発明の目的〕 本発明は上記した従来のAlペーストにみられ
た欠点がなく、太陽電池などの電極用ペースト材
料として非常に有用な材料を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 本発明のペースト材料は、Al粉末と、Alと高
融点合金化物を形成する金属、具体的にはコバル
ト、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、ジ
ルコニウム、ボロン、タングステン、アンチモン
のうちから選ばれる少なくとも一種類の金属と、
有機溶剤と、必要に応じて加えられる有機結合剤
とからなることを特徴とする。 本発明のペースト材料が従来のAlペーストと
異なる点は、Alペースト中にAlと高融点合金化
物を形成する金属、具体的には上記の金属を用い
ている点にある。 そして、本発明のペースト材料は、シリコン基
板（例えばＰ型シリコン基板）上に印刷し、不活
性ガス雰囲気中で焼成してもAl層の凝集やクラ
ツクが発生せず均一なP+層とAl層を形成する特
徴を有する。 従つて、上記のペースト材料は、従来のペース
トのように酸化雰囲気中での焼成によるAl層表
面のAl2O3化を防ぐことができ、単なる拡散源の
みでなく、残存Alが有効な電極あるいは電極の
１部として使える。このため機械的あるいは化学
的にAl層を除去し、再び裏面電極を形成するこ
とが不要となり、工程が大幅に合理化できる。 そして、本発明のAlペーストが従来のAlペー
ストに比べ上記のように非常に良好なペースト材
料であるのは、次の理由によると考えている。す
なわち、P+層形成に必要な焼成温度は約700℃以
上であり、従来のAlペーストを不活性ガス雰囲
気中で焼成すると、Alが溶解し表面張力で凝集
やクラツクが発生する。一方、本発明によるペー
スト材料では、添加したメタルとAl粉末が反応
して高融点合金化物となるため、焼成時に流動を
起こしにくく、凝集やクラツクが発生しないもの
と考えられる。 本発明の電極材料の成分について、以下に述べ
る。構成成分中のAl粉末、有機溶剤、有機結合
剤は、従来のAlペーストで用いられているもの
と同様のものを用いることができる。Al粉末と
しては、粒径10μｍ以下のものが、有機溶剤とし
ては多価アルコール系のものが、有機結合剤とし
てはセルロース系化合物や、ポリメトクリレート
系化合物などが特に好適に用いられ得る。 更にAlと高融点合金化物を形成する金属、具
体的には、コバルト、クロム、マンガン、モリブ
デン、チタン、ジルコニウム、ボロン、タングス
テン、アンチモンから選ばれる少なくとも一種類
の金属の配合割合は、Al粉末100重量部に対し0.5
〜30重量部とするのが好適である。0.5重量部未
満の配合割合では、Al層の凝集やクラツクが発
生してしまう。30重量部をこえる配合割合では、
均一なP+層が形成されず、また電極の固有抵抗
がやや高くなり、太陽電池の効率低下を招き易く
なる、 〔発明の実施例〕 以下本発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １〜12 表面を安定化処理した粒径10μｍ以下のAl粉末
と、表面を安定化処理した粒径10μｍ以下のMo
粉末（配合割合はAl粉末100重量部に対して0.5〜
30重量部）とを秤量した。これにエチルセルロー
ス10重量部をα−デルピネオール90重量部に溶解
した粘調液を加えながら十分に混練し、第１表No.
１〜６、第２表No.７〜12に示す粘度が約200ポイ
ズ（ずり速度100／秒）のペースト材料を調整し
た。 太陽電池用シリコン基板として図に示すＰ型シ
リコン基板１（比抵抗１〜5Ωcm2、直径３インチ
丸型ウエハ）の表面にイオン打ち込み法で深さ
0.3〜0.5μｍのn+層２（比抵抗約1.5×10-3Ω−cm）
を形成したものを用いた。次にこのＰ型シリコン
基板の反対面の全面に上記ペーストをスクリーン
印刷し、150℃、10分間の乾燥処理をした。次に
これを窒素ガス雰囲気中で700〜850℃で10分〜30
分間焼成してP+層３と裏面電極５を形成した。
次に前記n+２上にAgペーストをくし型状にスク
リーン印刷し、150℃、10分間の乾燥処理をした。
次にこれを酸素50ppmを含む窒素ガス雰囲気中で
600℃で10分間焼成し受光面電極４を形成した。 このようにして作製した太陽電池の電流−電圧
特性（Ｉ−Ｖ特性）を調べ、逆バイアス（lV）
でのリーク電流、曲線因子（F.F）、開放電圧
（Voc）、短絡電流（Isc）を調べた。第１表、第
２表に示した如く、Mo粉末を配合した本発明の
ペースト材料を用いた太陽電池は、Al層の凝集
やクラツクを防止し、均一なP+層を形成するの
みでなく、有効な電極としても使用でき、従来の
Alペースト（第１表比較例１、２）に比べ非常
に優れていることが確認された。 実施例 13〜20 Ti、Ｂ、Co、Sbのメタル粉末（表面を安定化
処理したもの）と、粒径10μｍ以下のAl粉末とを
各種組み合せ、これにエチルセルロース10重量部
をα−テルピネオール90重量部に溶解した粘調液
を加えながら十分に混練し、粘度が約200ポイズ
（ずり速度100／秒）のペースト材料を調整した。
このペースト材料を実施例１〜12と同様の太陽電
池用シリコン基板のn+層２の形成されていない
面の全面にスクリーン印刷し、150℃、10分間の
乾燥処理をした。次にこれを750℃、30分間焼成
してP+層３と裏面電極５を形成した。次に上記
のn+層上にAgペーストをクシ型状にスクリーン
印刷し、150℃、10分乾燥処理後、酸素50ppmを
含む窒素ガス雰囲気中で600℃、10分間焼成して
受光面電極４を形成した。このようにして作製し
た太陽電池の特性を実施例１〜12と同様にして調
べた結果を第３表に示した。Ti、Ｂ、Co、Sbの
メタルを配合した本発明のペースト材料は、比較
例に比べいずれもAl層の凝集やクラツクが発生
せず、従来のAlペーストに比べ非常に優れた効
果の得られることが確認された。
【表】
【表】
【表】
以上のように本発明のペースト材料は、Al層
の凝集やクラツクが発生することがなく均一な
P+層を形成することができ、このため効率の高
い太陽電池の製造が可能となる。また形成された
Al層は除去しなくても裏面電極あるいは裏面電
極の１部として使用できるので低抵抗な裏面電極
を生産性よく形成できる。 さらには本発明のペースト材料は不活性性雰囲
気で焼成することにより表面酸化のないAl層が
形成でき、このAl層上にさらにAg等のペースト
の印刷、焼成や、めつき法で電極を形成した際、
その電極とAl層間の抵抗が低く優れた特性の太
陽電池の製剤が可能となる。さらに本発明のペー
スト材料は、太陽電池以外の受光素子や他の半導
体装置のＰ層形成あるいは電極形成にも用いるこ
とが可能である。
の凝集やクラツクが発生することがなく均一な
P+層を形成することができ、このため効率の高
い太陽電池の製造が可能となる。また形成された
Al層は除去しなくても裏面電極あるいは裏面電
極の１部として使用できるので低抵抗な裏面電極
を生産性よく形成できる。 さらには本発明のペースト材料は不活性性雰囲
気で焼成することにより表面酸化のないAl層が
形成でき、このAl層上にさらにAg等のペースト
の印刷、焼成や、めつき法で電極を形成した際、
その電極とAl層間の抵抗が低く優れた特性の太
陽電池の製剤が可能となる。さらに本発明のペー
スト材料は、太陽電池以外の受光素子や他の半導
体装置のＰ層形成あるいは電極形成にも用いるこ
とが可能である。
図は太陽電池の代表的な構成を示した断面図で
ある。 １……Ｐ型シリコン基板、２……n+層、３…
…P+層、４……受光面電極、５……裏面電極。
ある。 １……Ｐ型シリコン基板、２……n+層、３…
…P+層、４……受光面電極、５……裏面電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Al粉末と、Al粉末100重量部に対して0.5〜
30重量部のAlと高融点合金化物を形成する金属
と、有機溶剤と、必要に応じて加えられる有機結
合剤とからなることを特徴とする電極用ペースト
材料。 ２ Alと高融点合金化物を形成する金属が、コ
バルト、クロム、マンガン、モリブデン、チタ
ン、ジルコニウム、ボロン、タングステン、アン
チモンのうちから選ばれた少なくとも一種類の金
属であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電極用ペースト材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58042105A JPS59168669A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 電極用ペースト材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58042105A JPS59168669A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 電極用ペースト材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59168669A JPS59168669A (ja) | 1984-09-22 |
| JPH0337752B2 true JPH0337752B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=12626687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58042105A Granted JPS59168669A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 電極用ペースト材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59168669A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2698401B2 (ja) * | 1988-10-26 | 1998-01-19 | 富士電機株式会社 | 薄膜光電変換素子 |
| JP3156973B2 (ja) * | 1991-10-18 | 2001-04-16 | キヤノン株式会社 | 太陽電池 |
| JP4726354B2 (ja) * | 2001-08-22 | 2011-07-20 | 東洋アルミニウム株式会社 | ペースト組成物およびそれを用いた太陽電池 |
-
1983
- 1983-03-16 JP JP58042105A patent/JPS59168669A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59168669A (ja) | 1984-09-22 |
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