JPH0518268B2

JPH0518268B2 -

Info

Publication number: JPH0518268B2
Application number: JP58246950A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Matsuyama; Mitsuo Nakatani; Masaaki Okunaka; Ataru Yokono; Tadashi Saito; Kunihiro Matsukuma; Satoru Suzuki; Sumyuki Midorikawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1993-03-11
Also published as: JPS60140881A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に
太陽電池のBSF（Back Surface Field）および電
極の製造方法に関する。〔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Si
基板の受光面、および裏面にそれぞれ受光面電極
４、裏面電極５を形成した構造である。さらに一
般には反射防止膜等も設けられている。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。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。 P⁺層３形成にもこの印刷法が広く用いられて
おり、Al粉末と有機結合剤、有機溶剤を混練し
たペースト状の物質（以下Alペーストと云う）
をスクリーン印刷法などで塗布し、焼成する方法
である。このためのAlペーストは、太陽電池の
P⁺層形成用として多くのものが市販されている。しかし市販のAlペーストを用いP⁺層３、およ
び裏面電極４の形成を行うと次の問題があつた。即ち、大気中（酸化雰囲気中）で焼成すると
Al層が酸化され、絶縁物（Al₂O₃）となるため、
後工程でこれを除去し、再びAgペースト等を用
いて裏面電極４を形成しなければならず、工程が
複雑化し太陽電池のコストアツプを招く欠点があ
つた。これを防止するには、Alペーストの焼成
を不活性雰囲気（N₂、Ar、He等）中で行うこと
が有効であるが、市販Alペーストでは、焼成後
のAl層に凝集やクラツクが生じ、均一なP⁺層が
形成できず、これが原因して太陽電池の効率低下
が起きる欠点もあつた。〔発明の目的〕本発明の目的は、エツチング工程、Agペース
トの印刷、焼成工程をなくし、凝集やクラツクに
よる製品不良の低減を図り、かつＰ＋層の形成不
良を防止することにある。〔発明の概要〕本発明の太陽電池の製造方法は、Ｐ型シリコン
基板の表面にｎ＋層を形成する工程、該Ｐ型シリ
コン基板の裏面にステアリン酸又はステアリン酸
亜鉛の何れかで表面をコーテイングした鱗片状の
Al粉末と、該Al粉末に対して10〜150vol％／Al
のSn粉末、In粉末から選ばれた少なくとも一種
の金属と、該Al粉末に対して50〜30vol％／Alの
Alと高融点合金を形成する金属とからなるペー
スト材料を印刷し、Ｐ＋層を形成するためのAl
層を形成する工程、乾燥処理する工程、酸素濃度
300ppm以下の不活性ガス雰囲気中、660〜900℃
で、３〜30分間焼成し、Siと接しているAlをSi
中に拡散させ、Ｐ＋層を形成する工程、受光面に
受光面電極を形成する工程、前記Al層上及び受
光面電極上にめつき被膜を設ける工程、裏面に裏
面電極を形成する工程により製造することを特徴
とする。本発明が従来の方法と異なる点は、上記組成の
ペースト状物質（以下ではAlペーストと略す）
を同一導電不純物層および電極を形成するために
用いることである。これは、このAlペーストを
シリコンなどの基板上に印刷し、焼成すると、均
一なP⁺層が形成できること、更には同時に形成
されるAlペースト焼成層（以下ではAl層と略す）
に、従来の市販品では不可能であつためつきによ
る金属皮膜が形成できることを見い出したことに
よる。即ち、このAl層上に半田濡れ性のよい金属
（例えばCn、Ni、Pb、Sn等）めつきをすること
によつて、従来必要であつたAl層のエツチング、
Agペーストの印刷、焼成による半田付用の電極
形成工程が全く不要となる。本発明に用いるAlペーストの成分について、
以下に更に詳述する。主成分であるAl粉末は、
平均粒径で10μｍ以下であることが好ましい。
10μｍより大きいものを用いてスクリーン印刷し
た場合、メツシユの目づまりが起き易く、連続印
刷性に問題がある。また、Al粉末形状は、鱗片状が最も好ましい。
鱗片状Al粉末を用いると、均一なAl層が形成で
きる。このAl粉末は、酸化防止のためにステアリン
酸、またはステアリン酸アルミニウム、またはス
テアリン酸亜鉛でコーテイングされていることが
好ましい。このペースト中にSn、In、Sbから選ばれた少
なくとも一種の金属を添加すると、Al層をその
まま電極とする際に非常に有効である。これらの
金属を配合したAlペーストをシリコンなどの基
板上に印刷し、焼成すると、均一なP⁺層が形成
されるとともに、同時に形成されるAl層上に、
従来不可能であつためつきにより金属皮膜が形成
できる。これにより、裏面電極５の電気抵抗が低減でき
るとともに、めつき金属皮膜として半田濡れ性の
良い金属（例えばCu、Ni、Pb、Sn等）を用いた
場合には、半田付も可能となる。このSn、In、Sbから選ばれた少なくとも１種
の金属の配合割合は、Al粉末100volに対して
（10〜150vol％）／Al、好ましくは（25〜100vol
％）／Alであることが必要である。10vol％／Al
より少ないと、先に述べたSn、In、Sbの添加効
果はほとんど得られない。また150vol％／Alよ
り多くなると、形成されたAl層の電気抵抗が高
くなり、セルの効率低下を招く。また、このAlペースト中に、Alと高融点合金
を形成する金属を添加することは、焼成時のAl
層に発生し易い凝集やクラツクの発生をなくし、
平滑なAl層、および均一なP⁺層を形成するのに
非常に有効である。 Alと高融点合金を形成する金属としては、特
にCo、Cr、Mn、Mo、Ti、Zr、Ｂ、Ｗが有効で
ある。配合割合は、Al粉末100volに対して（５
〜30vol％）Alであることが必要である。配合割
合が5vol％／Alより少ないと、先に述べたAlと
高融点合金を形成する金属の添加効果はほとんど
得られない。また30vol％／Alより多くなるとな
ると、形成されたAl層の電気抵抗が高くなり、
セルの効率低下を招く。次に他の構成成分である有機結合剤と有機溶剤
について述べる。これらは、従来の厚膜スクリー
ン印刷用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。有機結合剤はセルロ
ース系化合物や、ポリメタクリレート系化合物な
どが、有機溶剤としては多価アルコール系のもの
が特に好適である。次にAlペーストの焼成条件について述べる。
焼成温度は660〜900℃、好ましくは700〜800℃が
良い。660℃より低い温度ではAlが溶融しないた
め、均一なP⁺層およびAl層が形成されにくい。
また900℃より高温では、受光面側に形成されて
いるn⁺接合層の接合深さがかわり、セル効率ご
低下する。焼成時間は２〜60分、好ましくは３〜30分が良
い。２分より短いと、Al層やP⁺層の形成が不完
全となり、高効率のセルが得られない。また、60
分より長く焼成すると、900℃より高温で焼成し
た場合と同様の理由でセル効率低下が生じる。焼成雰囲気は酸素濃度300ppm以下、好ましく
は50ppm以下の不活性ガス雰囲気が良い。
300ppmより高濃度になると、Al層の酸化が進み
電気抵抗が高くなるため、セルの効率低下が生じ
る。不活性ガスにN₂、Ar、Heなどがあるが、工業
的に得やすく安価なN₂が好ましい。以下、本発明を実施例によつて説明する。実施例１太陽電池用の接合形成シリコン基板として、図
に示すようにＰ形シリコン基板１（比抵抗1Ωｍ、
直径３インチ、丸形ウエハ）の表面に、イオン打
込み法で深さ0.2〜0.4μｍのn⁺層２（表面シート
抵抗50Ω／□）を形成したものを用いた。 Alペーストには、表面をステアリン酸コーテ
イングした平均粒径2μｍ以下の鱗片状Alと、こ
れに10cpsのエルセルロース５重量部をα−テル
ピネオール95重量部に溶解した粘調液を加えなが
ら充分に混練し、粘度を約15Pa・ｓ（ずり速度
100sec^-1）としたもの、およびこのAlペーストに
Sn、In、Sbのうちから選ばれる少なくとも１種
の金属粉（平均粒径5μｍ以下）を各種組合せた
もの、およびAlと高融点合金を形成する金属と
して、Al粉末100volに対してCcを15vol％／Al添
加したものを用いた。このAlペーストを、先に述べたシリコン基板
の裏面にスクリーン印刷し、150℃10分間の乾燥
処理をした後、この基板を窒素ガス雰囲気（酸素
濃度2.6ppm）中で、750℃にて５分間焼成した。
この後受光面電極４を形成した。この様にして作製した太陽電池の電流−電圧特
性から、開放電圧（Voc）、曲線因子（Ｆ・Ｆ）
を調べた。また、裏面電極４の外観（Al層の凝集、クラ
ツクの有無）評価、および電気ニツケルめつき
（液組成：スルフアミン酸ニツケル150ｇ／、塩
化ニツケル10ｇ／、ホウ酸40ｇ／）を用いめ
つき析出性評価を行つた。第１表のNo.３〜８、No.９〜14に示した如く、本
発明の方法によれば、高Voc、高FFなセル得性
が得られ、更にはクラツクや凝集のないめつき析
出性の良好なAl層が得られた。第１表のNo.１のように、In、Sn、Sbの金属お
よびAlと高融点合金を形成する金属Coを添加し
ないものでは、Al層に凝集、クラツクが発生し、
めつき析出性も不良であつた。また凝集、クラツ
クのため均一なP⁺層が形成されず、Voc、FFと
も低くなり、効率が低下した。第１表のNo.２のようにIn、Sn、Sbの金属を添
加しないものでは、めつき析出性が不良であり、
これに起因するFFの低下が見られた。また、第１表のNo.９のようにSn、In、Sbの何
れの金属の場合でも、添加量が150vol％／Alよ
り多くなると、Voc、FFが低下した。なお第１表のNo.４〜14のめつき析出性の良好な
ものに半田濡れ性試験を行つた結果、非常に良好

【表】〓記号の説明：◎非常に良好、○良好、△
やや不良、×不良〓
な半田濡れ性を示した。実施例２太陽電池用の接合形成シリコン基板として、実
施例１と同様のものを用いた。 Alペーストには平均粒径2μｍ以下の鱗片状Al
と、これにポリイソブチルメタクリレート20重量
部をα−テルピネオール80重量部に溶解した粘調
液を加えながら充分に混練し、粘度が約15Pa・
ｓ（ずり速度100sec^-1）になるよう調整したもの
に、粒径10μｍ以下のSn粉末75vol％／Alを加え、
更にAlと高融点合金を形成するメタルを加えた
ものを用いた。このAlペーストを、実施例１と同様に印刷、
乾燥、焼成し、この後受光面電極４を形成した。
作製した太陽電池の特性、およびAl層の外観、
めつき析出性を実施例１と同様にして調べた。め
つき液には電気銅めつき液（液組成：ピロリン酸
銅90ｇ／、ピロリン酸カリ350ｇ／、アンモ
ニア３ml／）を用いた。第２表のNo.17〜20、No.22〜33に示した如く、本
発明の方法によれば、高Voc、高FFなセル特性
が得られ、更にはクラツクや凝集のないめつき析
出性の良好なAl層が得られる。第２表のNo.15、16のようにAlと高融点合金を
形成する金属を加えないか、または添加量の少な
いものでは、Al層に凝集、クラツクが発生し、
更には、Voc、FFも低下した。第２表のNo.21のように添加量が30vol％／Al以
上のものでは、Cuめつき膜の析出性が低下し、
それにつれてVoc、FFも低下した。なお第２表
中のめつき析出性良好なものでは、何れも実施例
１と同様に半田濡れ性は良好であつた。実施例３太陽電池用の接合形成シリコン基板として、実
施例１と同様のものを用いた。Alペーストとし
ては表面をステアリン酸亜鉛コーテイングした平
均粒径2μｍ以下の鱗片状Alに、10cpsのエチルセ
ルロース５重量部をα−テルピネオール95重量部
に溶解した粘調液を加えながら充分に混練し、粘
度を約15Pa・ｓ（ずり速度100sec^-1）と

【表】したものに、平均粒径10μｍ以下のSb粉末75vol
％／Al、Mo粉末15vol％／Al加えたものをAlペ
ーストとした。このAlペーストを実施例１と同様に印刷、乾
燥した後、N₂雰囲気中で各種条件を組み合せて
焼成した。この後、受光面電極４を形成した。めつき膜析
出性は、実施例１と同様の電気Niめつき液を用
いて評価した。第３表のNo.35、No.37〜40、No.42〜43、No.45〜46
に示した如く、本発明の方法によれば、高Voc、
高FFなセル特性が得られ、更にはクラツクや凝
集のないめつき析出性の良好なAl層が得られる
ことがわかつた。また、第３表のNo.34の様にAlの融点以下の焼
成温度では、Al層が成膜せず、Niめつき膜析出
性が悪い。またこれによりVoc、FFも低くなつ
ている。また第３表のNo.36の様に焼成時間が２分より短
いものも、Al層の焼成が不充分となり、第３

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の方法で半導体装置特
に太陽電池を製造すれば、P⁺層および裏面電極
形成を行う際に従来困難であつた、Al層の酸化
防止に不可欠な不活性雰囲気中での焼成が可能と
なつた。また、Al層上へのめつき処理も可能とした。
これにより従来必要であつたAl層の除去、半田
付用の電極形成工程が不要となり、工程数および
製造コストの大幅低減が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

図は太陽電池の代表的な構成を示した断面図で
ある。１……シリコン基板、２……n⁺層、３……P⁺
層、４……受光面電極、５……裏面電極。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｐ型シリコン基板の表面にｎ＋層を形成する
工程、該Ｐ型シリコン基板の裏面にステアリン酸又は
ステアリン酸亜鉛の何れかで表面をコーテイング
した鱗片状のAl粉末と、該Al粉末に対して10〜
150vol％／AlのSn粉末、In粉末から選ばれた少
なくとも一種の金属と、該Al粉末に対して５〜
30vol％／AlのAlと高融点合金を形成する金属と
からなるペースト材料を印刷し、Ｐ＋層を形成す
るためのAl層を形成する工程、乾燥処理する工程、酸素濃度300ppm以下の不活性ガス雰囲気中、
660〜900℃で、３〜30分間焼成し、Siと接してい
るAlをSi中に拡散させ、Ｐ＋層を形成する工程、受光面に受光面電極を形成する工程、前記Al層上及び受光面電極上にめつき被膜を
設ける工程、裏面に裏面電極を形成する工程により製造する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。