JPH05259487A

JPH05259487A - 太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JPH05259487A
Application number: JP4026738A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Hirano; 敏雅平野; Takashi Shibuya; 尚渋谷; Toshio Asaumi; 利夫浅海; Teruhiko Ienaga; 照彦家永
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-10-08
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JP2645953B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反射防止膜に覆われた電極の取り出しを容易
とする太陽電池の製造方法を提供する。【構成】金属ペーストからなる表面電極(4)を覆う反
射防止膜(6)に超音波ハンダ付を施すことで、その反射
防止膜を開口し引いてはその超音波ハンダに含まれる半
田(7)とその金属ペーストとを馴染ませ、後工程で行う
半田被覆リボン(8)との熱圧着を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の製造方法、
特に反射防止膜を備えた太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、光エネルギーを電気エネル
ギーに変換するものであることから、入射光をできる限
り有効に利用するための種々の工夫がなされている。

【０００３】その工夫の一つに、反射防止膜の利用があ
る。これは、太陽電池の主材料である半導体基板の光入
射面に入射する光がその面で反射されることに因る入射
光の損失を低減するため、その光入射面の表面に形成さ
れるものである。

【０００４】図４は、従来のその反射防止膜を用いた太
陽電池の製造工程別素子構造図である。この太陽電池は
以下のように製造される。

【０００５】同図（ａ）に示す工程では、ｐ形多結晶シ
リコン基板(41)の表面(41a)上に、熱拡散法よってｎ形
の不純物をドーピングしｎ形半導体層(42)を形成する。
一方、そのｐ形多結晶シリコン基板(41)の裏面にはアル
ミニューム・ペーストを印刷塗布し焼成することにより
ｐ⁺半導体層(43)を形成する。

【０００６】特に、その裏面に基板(41)と同じ導電形の
ドーパントとなる金属、本従来例ではアルミニュームを
主成分とするペーストを塗布し焼成するのは、斯る裏面
にＢＳＦ（Back Surface Field）構造を備えた層（以下
では、ＢＳＦ層と称する。）を形成するためである。斯
るペーストを塗布焼成して形成されたＢＳＦ層、従来例
ではｐ⁺半導体層(43)は、通常そのＢＳＦ層の表面側か
ら見た場合ガラスやアルミニュームの酸化物を主成分と
する酸化物層と、アルミニュームがほぼ１００％の割合
で構成されて成るアルミニューム層、そして基板(1)の
内部にアルミニュームが拡散して成る拡散層の三層構造
から出来ている。

【０００７】このＢＳＦ層を設ける目的は、拡散によっ
てｐ形多結晶シリコン基板(41)側に走行する電子をブロ
ックし、光生成キャリアの損失を低減させるためであ
る。即ち、ｐ形多結晶シリコン基板(41)とｎ形半導体層
(42)との半導体接合における内部電界によって分離され
た正孔はｐ形多結晶シリコン基板(41)側へと走行し、一
方、電子はｎ形半導体層(42)側へと走行する。しかしな
がら、走行距離が比較的長い電子にあっては、拡散現象
によってｐ形多結晶シリコン基板(41)側へも走行する。

【０００８】この様な電子は、太陽電池としての効率を
低下させる要因となり、可能な限り少なくすることが好
ましい。

【０００９】そこで、ＢＳＦ層のような電子に対しては
バリアとして機能する層を設けることによって、斯る電
子の数を減少させている。

【００１０】次に、同図（ｂ）に示す工程では、その表
面(41a)に反射防止膜(44)を形成する。具体的には、窒
化シリコン膜や、酸化チタン膜等の薄膜で、常圧ＣＶＤ
法や、減圧ＣＶＤ法等にて形成する。

【００１１】そして、同図（ｃ）に示す工程では、この
反射防止膜(44)に、後工程において電極が形成される位
置と対応する部分に開口部(45)(45)…を設ける。これに
より開口部(45)(45)…では、下部のｎ形半導体層(42)が
表面に露出することとなる。

【００１２】次に、同図（ｄ）に示す工程では、その開
口部(45)(45)…に銀ペーストをスクリーン印刷すること
により表面電極(46)(46)…を形成し、その電極上には半
田(48)(48)…を添着する。この時、同様の工程で基板(4
1)の裏面にも裏面電極(47)(47)…を銀ペーストにて形成
し、その電極上には半田(48)(48)…被覆する。

【００１３】特に、本工程では半田(48)(48)…を被覆す
るためにはまず表面及び裏面の銀ペーストから成る各電
極(46)(47)を形成した後、素子をフラックスにディップ
する。次に半田をディップし、その後洗浄、乾燥を行っ
ている。

【００１４】この半田(48)(48)…は、次工程の半田で表
面がコートされたタブ（以下では半田被覆リボンと称す
る。）を熱圧着する際の電気的・物理的な結合を高める
ために必要なものである。

【００１５】そして、最後に同図（ｅ）に示す工程で
は、半田被覆リボン(49)(49)…をその半田(48)(48)…に
熱圧着し電気取り出し端子とする。

【００１６】従って、この表面電極(46)(46)…は、太陽
電池としての光生成キャリアの収集機能を有するととも
に、この太陽電池の電気取り出し端子の取りつけ部とな
る。

【００１７】斯様な太陽電池の製造方法に関しては、例
えば特開昭５８−２２０４７７に詳細に記載されてい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】この様に従来の製造方
法によれば、反射防止膜(44)に開口部(45)(45)…を設け
るためのパターニング工程を必要とし、又表面電極(46)
(46)…に半田(48)(48)…を形成する際の、複数回のディ
ップ処理や複雑な洗浄処理等を必要とすることから、工
程の煩雑化と歩留まりの低下をもたらす。

【００１９】更には、一般にその洗浄のための溶剤とし
てフロンや有害な有機溶剤（例えば、イソプロピルアル
コール等）を多量に使用することから廃液処理装置等に
も多くの資本を投下する必要もある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明太陽電池の製造方
法の特徴とするところは、光起電力機能を有する半導体
接合を備えた半導体基板の光入射面に金属ペーストから
成る表面電極をパターン形成する工程と、その光入射面
の表面に前記表面電極をも覆うように反射防止膜を形成
する工程と、その表面電極上の前記反射防止膜に溶融し
た半田を含んだコテを超音波を加えつつ圧接することに
よりこの反射防止膜を開口させるとともに前記半田を前
記金属ペーストと馴染ませ該金属ペーストからなる前記
表面電極を前記半導体基板の表面に露出させる工程とに
あり、またその反射防止膜を開口させて後、その表面電
極に半田を添着させる工程としては、前記表面電極上の
前記反射防止膜に超音波を加えることにより、前記反射
防止膜を開口させ前記表面電極を前記半導体基板の表面
に露出させる工程と、その露出した前記表面電極の表面
に半田を添着する工程とからなることにある。

【００２１】更に、本発明の特徴とするところは、光起
電力機能を有する半導体接合を備えた半導体基板の光入
射面に金属ペーストから成る表面電極をパターン形成す
る工程と、前記表面電極の表面に半田を添着する工程
と、前記光入射面の表面に前記半田が添着された前記表
面電極をも覆うように反射防止膜を形成する工程と、前
記表面電極上の前記反射防止膜に超音波を加えることに
より該反射防止膜を開口させ、前記表面電極を前記反射
防止膜の表面に露出させる工程と、からなることにあ
る。

【００２２】

【作用】本発明製造方法によれば、反射防止膜の表面に
コテなどで超音波を加えつつ圧接することから、その反
射防止膜は容易にその圧接されている部分で開口する。

【００２３】その結果、反射防止膜の下部の表面電極は
その反射防止膜の開口部から表面に露出することとな
る。従って、この露出した表面電極は、太陽電池の電気
取り出し用のコンタクト部として利用することができ
る。

【００２４】また、本発明では、超音波を加えて反射防
止膜を圧接する際、半田を含んだコテを使用すること
で、その表面電極が素子の表面に露出するとともに、そ
の表面電極となる金属ペーストに半田を馴染ませること
ができる。この場合にあっては半田を溶融するための加
熱機構をコテに備えさせている。

【００２５】ここで、半田を含んだコテとは、超音波を
加えるという特徴の他は、適量の半田を随時供給する機
能を備えたコテであってもよく、若しくは任意の量の半
田を表面に付着させその消費に従って適宜追加する従来
周知の如き半田ゴテであってもよい。

【００２６】特に、本発明では超音波を使用することに
より、反射防止膜の破壊のみならず、金属ペーストの表
面に形成された自然酸化膜も破壊することから、半田と
の馴染みを向上させることができる。ここでの金属ペー
ストと半田との馴染みは、後工程での半田被覆リボンと
の物理的・電気的な結合力を高めることとなる。

【００２７】以下では、超音波を加えつつ圧接する方法
及び、そのような圧接とともに半田をも同時に付着せし
める方法を含めて超音波ハンダと称することとする。

【００２８】この超音波を加えることにより反射防止膜
を開口し、下部にある電極を太陽電池の電気取り出し用
のコンタクトとして使用することは、この表面電極上に
半田を反射防止膜の形成に先立って添着しておいた場合
であっても全く同様に行い得る。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明太陽電池の製造方法を説明す
るための工程別素子構造図である。本工程は以下のよう
に進行する。

【００３０】同図（ａ）に示す第１工程では、ｐ形多結
晶シリコン基板からなる半導体基板(1)の表面(1a)上
に、熱拡散法にてｎ形の不純物（例えばリン）をドーピ
ングすることによりｎ型半導体層(2)を形成し、その半
導体ウエハ(1)の裏面にはアルミニューム・ペースト
（膜厚数１０μｍ）を印刷塗布後、焼成することによ
り、ｐ ⁺半導体層(3)、つまりＢＳＦ層を形成する。その
焼成温度としては７００〜８００℃とした。

【００３１】従って、本実施例では、ｐ型の半導体基板
(1)とｎ型半導体層(2)とで光起電力機能を有する半導体
接合を構成する。

【００３２】次に同図（ｂ）に示す第２工程では、光入
射面の表面に表面電極(4)(4)…を、更に裏面に裏面電極
(5)(5)…をそれぞれ金属ペーストにより形成し、そのパ
ターン形成法としてはスクリーン印刷法を使用した。
尚、実施例では、金属ペーストとして銀ペーストを使用
し、表面電極(4)(4)…の膜厚は５μｍ〜１００μｍ程度
とした。

【００３３】そして、同図（ｃ）に示す第３工程では、
表面電極(4)(4)…をも覆うように窒化シリコンからなる
反射防止膜(6)を形成する。本例では、減圧ＣＶＤ法に
よって形成された窒化シリコン膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）（膜厚５
００〜１０００Å程度）を使用した。

【００３４】引き続く同図（ｄ）に示す第４工程では、
表面電極(4)(4)…の上に相当する反射防止膜(6)の表面
に超音波ハンダ付を行う。本実施例では、超音波を加え
つつ半田(7)も同時に被着するような工程としている。

【００３５】この超音波ハンダ付の条件は、周波数１０
〜１００ｋＨｚ，パワー５〜２０Ｗである。特に、反射
防止膜に開口するには約２０ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚでパ
ワー１５Ｗまでの強度であることが好ましい。また、超
音波ハンダによる反射防止膜(6)の開口は、素子自体の
温度をやや高温に保持することで更に容易とすることが
できる。本例では、素子を約１５０℃の高温に保持し超
音波ハンダ付を行っている。

【００３６】これにより、本工程では、超音波ハンダ付
を行うことによって、反射防止膜(5)の所望の位置を開
口すると同時に、表面電極(4)(4)…である金属ペースト
が半田(7)(7)…と馴染んだかたちで露出し、電気取り出
し用のコンタクト部となる。

【００３７】本実施例で使用した超音波ハンダとして
は、通常の半田付用のコテに超音波発生装置を付加し、
その振動をコテの先端にまで伝達するようにしたものを
使用している。

【００３８】また、本工程では、裏面電極(5)について
も超音波ハンダ付を使用している。次に、同図（ｅ）に
示す第５工程では、その半田(7)の付着された部分に半
田被覆リボン(8)(8)…を熱圧着させる。この場合に、半
田(7)(7)…は通常この半田被覆リボン(8)(8)…に予め付
けられていた半田と馴染むようなかたちで表面電極(4)
(4)…と半田被覆リボン(8)(8)…とも結合する。

【００３９】本実施例製造方法では、第４工程で超音波
ハンダ付を行うことによって、反射防止膜(6)の所望の
位置を開口するとともに、表面電極(4)(4)…である金属
ペーストを半田(7)(7)…馴染ませつつ表面にまで露出さ
せることができる。

【００４０】従って、本発明によれば前述した従来例太
陽電池製造工程の如き反射防止膜のパターニング工程が
不要となり、また金属ペーストに半田を設けるためのデ
ィップ工程やそれに伴う洗浄工程を必要としないことか
ら工程の簡略化と歩留まりの向上が成し得る。

【００４１】次に、本発明製造方法の第２の実施例につ
いて図２に従って説明する。図２は、本発明太陽電池の
工程別素子構造図で、図１の第３工程までは同一である
ことから図を省略している。従って、図２の（ａ）は第
４工程を説明することとなる。尚、図中の符号は図１と
同様のものについては同一の符号を付している。

【００４２】同図（ａ）に示す第４工程では、半田を含
んでいないコテで表面電極(4)(4)…上の反射防止膜(6)
に超音波を加える。これにより、反射防止膜(6)は開口
し、その開口した部分(6a)(6a)…から表面電極(4)(4)…
が露出する。

【００４３】次に同図（ｂ）に示す第５工程では、その
露出した表面電極(4)(4)… に半田(7)(7)…を付着させ
る。これにより、表面電極(4)(4)…を構成する金属ペー
ストは半田(7)(7)…と馴染むこととなる。

【００４４】そして、同図（ｃ）に示す第６工程では、
半田被覆リボン(8)(8)…を表面電極(4)(4)…に熱圧着さ
せる。

【００４５】尚、本発明で使用し得る反射防止膜として
は、窒化シリコンや、酸化チタンなどがある。

【００４６】次に、本発明太陽電池の製造方法の第３の
実施例について図３に従って説明する。尚、図中の符号
は図１と同様のものについては同一の符号を付してい
る。

【００４７】同図（ａ）に示す第１工程では、ｐ形多結
晶シリコン基板からなる半導体基板(1)の表面(1a)上
に、第１の実施例と同様の条件によってｎ形半導体層
(2)を形成し、その半導体ウエハ(1)の裏面にはアルミニ
ューム・ペーストを印刷塗布後、焼成し、ｐ⁺半導体層
(3)のＢＳＦ層を形成する。これにより半導体基板内に
半導体接合が形成される。

【００４８】次に同図（ｂ）に示す第２工程では、光入
射面の表面に表面電極(4)を、更に裏面に裏面電極(5)を
それぞれ金属ペーストにより形成する。このパターン形
成法としては、スクリーン印刷法を使用した。本例で
は、金属ペーストとして銀ペーストを使用し、表面電極
(4)の膜厚は５μｍ〜１００μｍ程度とした。

【００４９】引き続く同図（ｃ）に示す第３工程では、
その表面電極(4)及び裏面電極(5)のそれぞれの表面に半
田を添着する。実施例では、これら電極が形成された基
板(1)を半田槽にディップすることにより、表面電極(4)
と裏面電極(5)上に半田(7)を添着した。

【００５０】そして、同図（ｄ）に示す第４工程では、
光入射面に半田(7)を添着した表面電極(4)をも覆われる
ようにＳｎＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜等の反射防止膜(6)（膜厚
約８００Å）を形成した。特に、本実施例では先に半田
(7)を添着しているため、その後の工程ではこの半田(7)
の損傷を与えるような材料は使用できない。従って、反
射防止膜としては比較的低温で形成可能なスパッタ法に
よるＳｎＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜等を用いた。

【００５１】この反射防止膜(6)の形成方法としては、
本例ではスパッタ蒸着法を使用し形成時の基板温度を約
１００℃とした。特に本発明実施に際しては、反射防止
膜(6)の形成に先立って半田(7)を形成していることか
ら、斯る半田(7)が変質しないように比較的低温で形成
することが好ましい。従って、基板温度としては低温下
でのスパッタ蒸着法を使用した。このスパッタ蒸着の場
合に代表的な形成条件を表１に示す。スパッタ用のター
ゲットとしては、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂である。

【００５２】

【表１】

【００５３】そして、同図（ｅ）に示す第５工程では、
表面電極(4)の上に相当する反射防止膜(6)の表面に超音
波を印加しつつ半田被覆リボン(8)を半田が添着された
表面電極と結合させる。

【００５４】この工程によれば、表面電極(4)と半田(7)
との結合部、及び表面電極(4)とｎ形半導体層(2)との接
合部とが反射防止膜形成前に作られることから物理的、
電気的な結合の信頼性が向上する本工程での具体的な超
音波の印加方法としては、半田被覆リボン(8)を介して
その反射防止膜(6)の表面を圧接するように超音波を印
加した。

【００５５】本例での超音波半田の条件は、第１の実施
例の場合と同様としている。

【００５６】本発明実施例によれば、反射防止膜(6)か
ら表面電極(4)を露出せしめるための複雑なパターニン
グ工程を必要とせず製造コストの低減がなし得る。

【００５７】尚、いずれの実施例においても、基板の裏
面電極としては、銀ペーストを材料として使用しその表
面に半田を添着することによって構成させたが、この他
に裏面電極として、ＢＳＦ層に直接超音波ハンダ付によ
る半田を添着することでその半田自体を電極としてもよ
い。

【００５８】これによれば、半田ディップ等の工程を要
せず、また高価な銀ペースト等の材料を使用しなくても
済むこととなる。とりわけ、ＢＳＦ層は超音波を印加し
ない従来の半田では接着強度が弱くそもそも電極と成し
得ないものであったが、この超音波ハンダ付を使用する
ことで容易に電極とし得る。

【００５９】この様な超音波ハンダ付を使用したことに
よる効果としては、超音波の印加によってＢＳＦ層の表
面に在る酸化物が破壊され、その下部にあるアルミニュ
ーム層を露出させることができることとなるからであ
る。

【００６０】実施例では、ＢＳＦ層としてはｐ⁺半導体
層のみで説明したが、ｎ⁺半導体層の場合であっても全
く同様である。

【００６１】

【発明の効果】本発明太陽電池の製造方法では、超音波
ハンダによって反射防止膜を開口しつつ表面電極である
金属ペーストを基板の表面にまで露出せしめる、または
半田と馴染んだかたちで露出させる。

【００６２】このため、従来のような反射防止膜のため
の複雑なパターニング工程は必要とせず超音波によって
容易に反射防止膜を開口でき、更には超音波により金属
ペーストの表面にできた自然酸化膜を除去することがで
きることから半田との馴染みがよく、半田被覆リボンと
の物理的、電気的な結合が向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明製造方法の第１の実施例を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【図２】本発明製造方法の第２の実施例を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【図３】本発明製造方法の第３の実施例を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【図４】従来の太陽電池の工程別素子構造断面図であ
る。

【符号の説明】 (4)…表面電極 (6)…反射防
止膜 (7)…半田 (8)…半田被
覆リボン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者家永照彦大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力機能を有する半導体接合を備え
た半導体基板の光入射面に金属ペーストから成る表面電
極をパターン形成する工程と、前記光入射面の表面に前記表面電極をも覆うように反射
防止膜を形成する工程と、前記表面電極上の前記反射防止膜に溶融した半田を含ん
だコテを超音波を加えつつ圧接することにより、前記反
射防止膜を開口させるとともに前記半田を前記金属ペー
ストと馴染ませ該金属ペーストからなる前記表面電極を
前記半導体基板の表面に露出させる工程と、からなるこ
とを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】光起電力機能を有する半導体接合を備え
た半導体基板の光入射面に金属ペーストから成る表面電
極をパターン形成する工程と、前記光入射面の表面に前記表面電極をも覆うように反射
防止膜を形成する工程と、前記表面電極上の前記反射防止膜に超音波を加えること
により該反射防止膜を開口させ、前記表面電極を前記半
導体基板の表面に露出させる工程と、その露出した前記表面電極の表面に半田を添着する工程
と、からなることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】光起電力機能を有する半導体接合を備え
た半導体基板の光入射面に金属ペーストから成る表面電
極をパターン形成する工程と、前記表面電極の表面に半田を添着する工程と、前記光入射面の表面に前記半田が添着された前記表面電
極をも覆うように反射防止膜を形成する工程と、前記表面電極上の前記反射防止膜に超音波を加えること
により該反射防止膜を開口させ、前記表面電極を前記反
射防止膜の表面に露出させる工程と、からなることを特
徴とする太陽電池の製造方法。