JPH06105792B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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JPH06105792B2
JPH06105792B2 JP58246952A JP24695283A JPH06105792B2 JP H06105792 B2 JPH06105792 B2 JP H06105792B2 JP 58246952 A JP58246952 A JP 58246952A JP 24695283 A JP24695283 A JP 24695283A JP H06105792 B2 JPH06105792 B2 JP H06105792B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
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って、低コストなメッキ法や印刷法
が検討されるようになってきた。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形式にも、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。このための市販の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5
の形成を行うと次の問題があった。即ち、大気中(酸化
雰囲中)で焼成すると、Al層が酸化され、絶縁物である
Al2O3となるため、後工程でAl2O3を除去することが必要
となり工程が複雑となる。この酸化を防止するために
は、不活性雰囲気(N2,Ar,He等)で焼成することが有効
であるが、市販のAlペーストでは、何れも焼成後のAl層
に凝集やクラックが生じAl層をそのまま電極、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層をエッチング等で除去した後、再びAgペースト等
を用いて裏面電極5を形成する必要が生じ、工程が複雑
となり、大陽電池のコストアップを招く欠点があった。
また更にはAl層に凝集やクラックが生じるため、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
った。
本発明の目的は、エッチング工程、Agペーストの印刷、
焼成工程をなくし、凝集やクラッ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。
本発明の太陽電池の製造方法は、P型シリコン基板の表
面部分をn+層とする工程、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
ーティングした鱗片状のAl粉末と、該Al粉末100重量部
に対して5〜50重量部のSn粉末、In粉末から選ばれた少
なくとも一種の金属とに、有機結合剤及び有機溶剤から
なる粘調液を加えながら混練してできた半導体製造用ペ
ースト材料を印刷し、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、66
0〜900℃で、2〜60分間焼成し、前記P型シリコン基板
の裏面部分がP+層となる工程、受光面に受光面電極を形
成する工程、前記Al層の前記P+層と接する面と反対の面
上及び前記受光面電極上にめっき被膜を設ける工程によ
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、Alペースト中の主成分であるAl粉末に鱗片状
のものを用いたことである。これにより従来、不活性雰
囲気中の焼成では不可能であった凝集やクラックのない
均一なAl層およびp+層の形成を可能にし、工程数の大幅
短縮、低コスト化、高効率化を実現した。
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。主成分である鱗片状のAl粉末は平均粒径で10μ
m以下であることが好ましい。10μm以上のものを用い
てスクリーン印刷した場合メッシュの目づまりが起き易
く、連続印刷性に問題がある。またこのペースト中にS
n,Inから選ばれる金属を添加することは、Al層をそのま
ま電極とする際、非常に有効な手段である。これは、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、従来不可能であった
めっき法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。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、めっきによる金属皮膜として、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。また更にと、Al粉末単体
のAlペーストから形成したAl層と比べ、表面の平滑性に
も優れており、セルをパネル化する際のパッケージング
工程での作業マージンの拡大効果もある。このSn,Inか
ら選ばれる少なくとも1種の金属の配合割合は、Al粉末
100重量部に対して5〜50重量部、好ましくは10〜50重
量であることが必要である。配合割合が5重量部より少
ないと先に述べた、Sn,Inの添加効果はほとんど得られ
ない。また50重量部より多くなると、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。次に他の
構成成分であく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
結合剤として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+層が形成
されにくい。また900℃より高い温度を用いると、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
ルの効率劣化が生じる。焼成の時間は2〜60分、好まし
くは3〜30分が良い。2分未満であると、Al層やp+層の
形成が不完全となり、高い効率のセルが得られない。ま
た60分より焼成時間が長くなると、先に、900℃より高
い温度で焼成した場合と同様の理由でセルの効率劣下が
生じる。焼成の雰囲気は酸素濃度300ppm以下、好ましく
は50ppm以下の不活性ガス雰囲であることが良い。300pp
mより大であると、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。不活性ガスとして
は、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。
以下本発明の実施例について説明する。
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型シリコン基板1(平均比抵抗1Ωcm、直径3イ
ンチ丸型ウエハ)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/口)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
酸コーティングした平均粒径2μm以下の鱗片状Alと、
これに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150ポイズ(ずり速度100/秒)とした
もの、およびこのAlペーストに、Sn,In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
各種組み合せたものを添加し用いた。このAlペーストを
先に述べたシリコン基板の裏面(n+層2と反対面)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
℃、5分間焼成した。これにより前記Al層の前記P型シ
リコン基板1と接している面からAlがSi中に拡散され、
前記P型シリコン基板1の裏面部分がP+層となり、ま
た、前記Al層は焼成時に酸化されて絶縁物であるAl2O3
が生じたり、凝集やクラックが生じることがなく、前記
Al層は焼成後そのまま裏面電極5として使用できた。そ
して次に、受光面電極4を形成した。
この様にして作成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5の外観(Al層の凝集、クラックの有無)評価およ
び電気ニッケルめっき(液組成:スルファミン酸ニッケ
ル150g/l、塩化ニッケル10g/l、ホウ酸40g/l)を用い前
記裏面電極5に対するニッケルめっき被膜析出性評価を
行った。
第1表のNo.1〜7に示した如く、本発明のp+層および電
極を形成する際、Alペーストの主成分として、鱗片状Al
粉末を使用することが、高Voc、高FFなセル特性を得、
クラックや凝集のないAl層形成に効果のあることがわか
る。また、No.3〜7より、Alペーストに、Sn,Inのうち
から選ばれる少なくとも1種以上の金属を加えることに
より、セルの特性を落すことなく、従来困難であったAl
層上へのめっきも可能であることがわかる。このNo.3〜
7のニッケルめっき膜に対する半田濡れ性試験を行った
結果も非常に良好な濡れ結果が得られた。
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P型シリコン基板1を用いた。Alペーストとして
ステアリン酸亜鉛で表面をコーティングした平均粒径2
μm以下の鱗片状Al粉末100gと、平均粒径10μm以下の
Sn粉末10gを秤量したものに、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150ポイ
ズ(ずり速度100/秒)になるように調整したものを用い
た。このAlペーストを実施例1と同様に印刷、乾燥した
後、N2雰囲気中で各種条件を組み合わせて焼成し、これ
により前記Al層の前記P型シリコン基板1と接している
面からAlがSi中に拡散され、前記P型シリコン基板1の
裏面部分がP+層となり、また、前記Al層は焼成時に酸化
されて絶縁物であるAl2O3が生じたり、凝集やクラック
が生じることがなく、前記Al層は焼成後そのまま裏面電
極5として使用できた。そして次に、受光面電極4を形
成した。
この様にして作成した太陽電池の電気特性、およびAl層
の外観を実施例1と同様にして調べた。まためっき析出
性の評価を電気銅めっき(液組性:ピロリン酸銅90g/
l、ピロリン酸カリ350g/l、アンモニア3ml/l)を用いて
調べた。
第2表に示した如く、本発明の条件を用いたもの(No.1
1,12,13,15,17)は何れも高いVoc,FF値が得られ、且つ
裏面電極5となるAl層として凝集やクラックのない平滑
な面が得られ、前記裏面電極5に対する銅めっき被膜析
出性も良好であった。またこの良好な試料では銅めっき
膜に対する半田濡れ性も良好であった。
以上のように本発明の半導体装置製造方法を用いれば特
に太陽電池のp+層および裏面電極形成を行ううえで、従
来困難であった、Al層のAl2O3化を効率を下げることな
く行える。また更にはAl層上へのめっき処理も可能とし
た。これにより従来必要であった、Al2O3層の除去、半
田付用のAg電極の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る。
【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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥中 正昭 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 横野 中 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 磯貝 時男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 斉藤 忠 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松熊 邦浩 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 緑川 澄之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 鈴木 悟 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−85574(JP,A) 特開 昭51−10839(JP,A) 特開 昭54−78491(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】P型シリコン基板の表面部分をn+層とする
    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ィングした鱗片状のAl
    粉末と、該Al粉末100重量部に対して5〜50重量部のSn
    粉末、In粉末から選ばれた少なくとも一種の金属とに、
    有機結合剤及び有機溶剤からなる粘調液を加えながら混
    練してできた半導体製造用ペースト材料を印刷し、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、2〜60分間焼成し、前記P型シリコン基板の裏面部
    分がP+層となる工程、 受光面に受光面電極を形成する工程、 前記Al層の前記P+層と接する面と反対の面上及び前記受
    光面電極上にめっき被膜を設け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。
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