JPH06509910A - 厚いアルミニウム電極を有する太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 厚いアルミニウム電極を有する太陽電池本発明は、広くは光電池に関するもので ある。特に、本発明は光電池における金用化層（メタライゼーノヨン層）の形成 及び保護に関するものである。

２、従来技術の概要 光？１ｉ池である太陽電池の製作方法は、平坦な薄板状、即ちウェーハ形状の半 導体基板を用意する。この半導体基板は、その一方の表面（一般的に「前面」と 呼んでいる）に近接した浅いｐ−ｎ接合を有する。この半導体基板には、その前 面に絶縁性の反射防止膜を含有してもよく、このような半導体基板を一般的に「 太陽電池ブランク」と呼んでいる。反射防止膜は、太陽光を透過させる性質をも った膜である。ノリコン太陽電池ては、反射防止膜は窒化珪素や酸化珪素、或い はチタン等で形成することが多い。

典型的な太陽電池ブランクの形管の一例は、ＥＦＧ法で成長させたｐ型溝電型の 薄い矩形のノリコン基板であって、その厚さは００１２〜００１６インチ（約０ ３〜０．　４ｍｍ）であり、基板の前面の表面から約０．５ミクロンの深さにｐ −ｎ接合を形成してあり、更に、厚さが約８００オンゲス）・ロームの窒化珪素 の膜で前面を被覆したものである。これと類似の太陽電池ブランクであって、別 の公知のものとしては、例えば単結晶ノリコン基板を備えるものや、鋳造法によ って製作した多結晶７リコン基板を備えるもの等がある。

太陽電池に太陽光が入射しているときに、その太陽電池から電流を取り出すため に、太陽電池は、その゛ｒ導体基板の前面と背面との両方に電気的接点（通常は 「電極」と呼んでいる）を必要とする。それら電極は、典型的には、アルミニウ ム、銀、ないしはニッケル等で形成される。例えば、ノリコン基板を用いた太陽 電池の一般的な装置においては、裏電極はアルミニウムで形成し、表電極は銀若 しくはニッケル、好ましくは銀で形成するようにしている。

これらの電極は、銅配線用リボン若しくはストリップと結合されており、該リボ ン若しくはストリップは、従来技術に従って、又は消費者の要求に従って、複数 の電池を直列及び／又は並列電気回路マトリックスに相互連結するために用いら れる。

太陽電池の前面の電極は一般的にはグリッド状電極として形成され、即ち、複数 本の細線部と、それら細線部と交わる少なくとも１本の細長い集合母線部とから 成るアレイとして構成される。更に、太陽電池の変換効率を向上させるために、 上で述べたように、太陽電池の前面のうち、少なくとも表電極で被覆されていな い第１の側の領域に、反射防止膜が被着形成される。

裏電極はコストやその他の理由からアルミニウム電極とすることが好ましい。

裏電極を形成する際には、その裏電極が太陽電池ブランクの背面の全面を被覆す るように形成することもあるが、一般的には、太陽電池ブランクの外縁部の近（ まて形成するものの、その外縁部にまで達することなく、その手前で終らせるよ うにしている。ところで、アルミニウム電極は、その表面が空気中に露出してい ると酸化され易く、酸化されるとはんだ付けが困難になる。そのことから、はん だ付けを容易化するには、追加的に、アルミニウム電極の層に幾つかの開口を形 成しておき、それら開口の中に夫々に銀のはんだ付はパッドを形成し、それら銀 のはんだ付はパッドが、隣接しているアルミニウム電極の層の部分の上に僅かに 重なっているようにするということが有効であることが見いだされた。銀のはん だ付はパッドは、アルミニウム電極の層の下の基板に電気的に接続した状態にな ると共に、アルミニウム電極とも低抵抗で電気的に接続された状態になり、それ ら銀のはんだ付はパッドは、配線用のすず被覆銅リボン若しくはストリップをそ のアルミニウムの裏電極にはんだ付けするためのはんだ付箇所として利用される 。

この種の電極構成の一例は、米国特許出願第０７１５６１１０１号に基づいたＰ ＣＴ国際特許出願公開第Ｗ０９２１０２９５２号公報に開示されている。尚、米 国特許出願第０７１５６１１０１号は、１９９０年９月１日付てＦｒａｎｋ　Ｂ ｏｔｔａｒｉｅｔ　ａｔによって出願されており、その発明の名称は”Ｍｅｔｈ ｏｄ　Ｏｆ　Ａｐｐｌｙｉｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ　Ｃｏｎｔａｃｔｓ　Ｔ ｏ　Ａ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌ”　（「金属化された電極の太陽電池への適用方 法」）である。

表電極及び裏電極を形成する方法には様々なものがあるが、好ましい形成方法は 、ペースト印刷／焼成法であり、この方法では、選択した種類の金属を含有して いるペーストないしインクを太陽電池ブランクの夫々の面に印刷法を用いて塗布 した後に、そのペーストないしインクに対し、適当な所定の雰囲気中で焼成処理 を施して、そのペーストないしインクの金属成分が太陽電池ブランクに結合し且 つ電気的に接続するようにするというものである。ペーストないしインクは、選 択した金属粒子を分散させた有機ビヒクルを含有し、焼成処理を施すことにより 、そのビヒクルの成分が蒸発及び／又は熱分解によって除去される。

印刷を実行する方法にも様々なものがあり、例えばフルタスクリーン印刷法、パ ッド印刷法、それに直書き印刷法等がある。適当なバット印刷法の一例は、前掲 のＰＣＴｌ際出願公開第ＷＯ９２１０２９５２号公報に記載されている方法であ る。また、米国特許出願第６６６３３４号は、１９９１年３月７日付でＪａｃｋ Ｔ、　ｔｌａｎｏｋａ及び５ｃｏｔｔ　Ｅ、　Ｄａｎｉｃｌｓｏｎによって出願 された、その発明の名称を、”Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆ ｏｒ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔｓ”　（ｒ電極の形成方法及び装置」） とした特許出願であるが、この特許出願には、グリッド状電極を形成するため１ こ太陽電池ブランクの前面に直書き法でインクの厚膜を印刷するための改良した 方法が開示されている。これら特許出願に記載されている方法は、以上のそれら への言及をもって本開示に組み込むものとする。

理解を容易にし意味を明確にするために、ここで、使用する用語の意味１こつし ＼て説明しておくと、「インク」という用語と［ペースｌ−Ｊという用語とは実 質的に同義語であって、それらのいずれも、流体状の印刷剤を言い表わすｔこめ の用語であると理解さ１１．ｆこい。なぜならそれら用語は、「インク」の方が 「ペーストよりも低粘度であることを示唆しているということがあるにしても、 当業者力くそれら用語を実際に同義語として使用しているからである。流体印判 剤の粘度（ま、それをす布する方法、例えば、フルタスクリーン印刷法、ツクノ ド印刷法、それ（こ、直書き印刷法、等々、に合わせて調節される。また「メタ ル・ペースト」（「メタル・インク」）という用語は、選択された金属を有機ビ ヒクルの中ζこ分散している離散粒子の形管て含むメタルリンチ流体を意味し、 その有機ビヒクル（ま、加熱されｊコならば、例えばに発及び７７′又は熱分解 によって除去な（１し分解さオするようにしたものであると理解されたい。ビヒ クルは、一般的には、有機バインダと、適当な性質を有する溶剤とから成り、例 えば、バインダとしてエチルセルロースまたはメチルセルロースと、溶剤として カルピトールまたはテルピネオールとから成るものである。従って、［アルミニ ウム・メタル・ペーストという用語は、有機ビヒクルの中に分散しているアルミ ニウム粒子を含有する流体アルミニウムリンチ組成物を意味するものと理解され たい。更に「ガラスフ１ルソト・ペースト」という用語は、上述の種類の有機ビ ヒクルの中に分散している選択したガラスフリットを含有する流体組成物を意味 し、また、例えば銀メタル／ガラスフ１ルソト・ペースト等の「メタル／ガラス フリット・ペーストという用語は、重量パーセント基準で所定量の、選択したカ ラスフリットを基本的に含んでいるメタル・ペーストを意味するものと理解され たい。

前面のグリッド状電極を形成する方法についても、これまでに様々な方法が採用 されてきた。例えばある場合には、先にグリッド状電極をペースト印刷／焼成法 によって形成し、その後にその基板の前面のうち、少なくともグリ・ノド状電極 て覆われていない部分を反射防止膜で覆うという形成方法が採用されていた。

別の形成方法として、先に半導体基板に反射防止膜を被着形成し、その後にグリ ッド状電極を形成するという形成方法もあった。この形成方法には、２通りの実 施の仕方があった。その１つは、反射防止膜のうち、所望のグリ・ノド状電極の パターンに対応した部分を化学エツチングによって除去することによって、半導 体基板の前面の、そのパターンに対応した領域を露出さ也その後に、半導体基数 の前面の、反射防止膜をエツチングて除去した領域に、グリ・ノド状電極を形成 するというものであった。

この表電極の形成方法の、第２の実施の仕方は、いわゆる「貫通焼成法」を用い るというものであった。「貫通焼成法」は、前面に反射防止膜が形成されてしす る太陽電池ブランクに有効で、（１）その反射防止膜の表面に、所望のグリ・ノ ド状電極の形状に対応した所定のパターンで、メタル／ガラスフ１ハツト・ペー ストを塗布して被膜を形成する工程と、（２）被膜を形成した太陽電池ブランク を加熱する工程とを含んでおり、この加熱工程における加熱温度及び加熱時間は 、メタル７・′カラスフリント組成物が、反射防止膜に溶解し、この反射防止膜 を通過するマイグジーノヨンを発生し、それによって、この反射防止膜の下の基 板の前面に電気的に接続した電極を形成できるような、充分な温度及び時間とす る。

銀の電極を形成するための「貫通焼成法」は、米国特許出願第２０５３０４号に 基づいたＰＣＴ国際特許出願公開第ＷＯ３９／１２３１２号公報に記載されてお り、同公開公報は１９８９年１２月１４日付で公開されている。尚、米国特許出 願第２０５３０４号は、１９８８年６月１０日付でＪａｃｋ　１ｌａｎｏｋａに よって出願されており、その発明の名称は、”Ｔｍｐｒｏｖｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ 　ｏｆ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔｓｆｏｒ　Ｓｏｌ、ａｒ　Ｃ ｅ１ｌｓ”（「改良された太陽電池のための電極の製作方法」）である。

絶縁性の反射防止膜を貫通させて金属電極を焼成するというアイデアは、更に、 米国特許第４７３７１９７号にも開示されており、この米国特許はＹ、　Ｎａｇ ａｈａｒａｅｔ　ａｌ、　に対して発行されたものであり、その発明の名称は” ５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌ　ｗｉｔｈＰａｓｔｅ　Ｃｏｎｔａｃｔ”（「ペースト電 極を備える太陽電池」）である。

アルミニウムの裏電極を備えた太陽電池を製作する従来の方法の１つに、いわゆ る「二段階焼成法」を用いた方法がある。この「二段階焼成法」では、前面に反 射防止膜（窒化珪素膜とすることが好ましい）を形成した太陽電池ブランクの背 面に、所望の裏電極のパターンでアルミニウムメタルペーストを塗布する。アル ミニウムペーストは一般に５０〜７０重量％のアルミニウムを含有し、さらに被 覆された基板表面の単位面積当たり０．８〜２　、　５　ｍｇ／ｃｍ２のアルミ ニウムを与えるように塗布される。続いて、太陽電池ブランクに対し、窒素雰囲 気中で焼成処理を施し、この焼成処理は、先に説明したように、土台となってい るシリコン基板との間で合金化したアルミニウム電極を形成するのに適した温度 及び時間で行なう。合金化工程において、アルミニウム粒子及び基板の隣接する 領域を溶融し、次いで太陽電池ブランクを冷却し、基板の溶融領域の再結晶化を 実効あらしめる。再結晶化された領域は、アルミニウムにより高度にドープされ たシリコンを含有する。焼成及び冷却により、シリコン基板の再結晶化された領 域と機械的及び電気的に結合する基板の背面上にアルミニウム電極が製造される 。

この後、反射防止膜の上に、先に説明したようにして、銀メタル／ガラスフリッ ト・ペーストを塗布して適当なグリッド状電極のパターンを画成し、更に続いて 第２回目の焼成処理を空気中で行なって、太陽電池ブランクの前面の表面に接続 した銀のグリッド状電極を形成する。

二段階焼成法を用いる場合に、アルミニウムの裏電極の複数の開口の中に夫々に 銀のはんだ付はバンドを形成するのであれば、表電極であるグリッド状電極を形 成するために塗布した銀メタル・ペーストに対する焼成処理と、銀のはんだ付は パッドを形成するために塗布した銀メタル・ペーストのブロック即ちセグメント に対する焼成処理とは同時に行なわれる。一般的には、銀のはんだ付はパッドを 形成するために塗布する銀メタル・ペーストにも、反射防止膜を貫通させて貫通 焼成する表電極を形成するために塗布する銀メタル・ペーストと同様に、ガラス フリットを含有したペーストを使用する。これについては、１９９１年９月６日 付で出願された国際特許出願筒ＰＣＴ／ＵＳ９１１０６４４５号を参照されたい 。同国際特許出願は、その発明の名称が”Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔａｃ ｔｓ　Ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓａｍｅ” 　（「電気接点及びその製造方法」）であり、米国特許出願第５８６８９４号に 基づいたものである。また、この米国特許出願第５８６８９４号は、１９９０年 ９月２４日付でＤａｖｉｄ　Ａ、　Ｓｔ、　Ａｎｇｅｌｏ　ｅｔ　ａｔ、によっ て出願されたものであり、同米国出願は、この言及をもって本開示に組み込むも のとする。この特許出願は、少量のニッケルがはんだ付はパッドを形成するべ（ 用いられる銀メタル／ガラスフリットペーストと共働することが好ましい点を開 示する。

いわゆる「二段階焼成法」は、それに含まれる工程やそれを実行するための装置 の関係で高コストとなる。そのため、アルミニウムの裏電極と、グリッド状電極 である銀の表電極とを同時に焼成する、いわゆる「一段階焼成法」であって、し かも好適な結果が得られる方法を開発しようとする努力も、これまで大いになさ れてきた。

太陽電池のメーカーの主たる関心事は、太陽電池、または太陽電池モジュール、 或いは太陽電池パネルの効率、信頼性、及び予測寿命を高めたいということにあ り、電極、特にアルミニウム裏電極の腐蝕を軽減するということを必然的に含む 。

太陽電池モジュールというのは、複数の太陽電池を、適当な直列及び／又は並列 回路マトリックスに接続したものであり、太陽電池モジュールを製作する際には 、夫々の太陽電池を、実質的に剛体の前面支持板と背面支持板との間に密封する ようにしており、それらのうち少なくとも前面支持板は透明板とするようにして いる。ところが、幾らかの外気は、そのように構成した太陽電池モジュールの保 護封入構造にもかかわらず侵入し、そのために、それら太陽電池に性能劣化が生 じる。外気侵入によって太陽電池の性能劣化が生じる理由の一部は、アルミニウ ム電極が酸化及び腐蝕するということにある。アルミニウムの裏電極が酸化する と、太陽電池の効率が低下することに加えて、太陽電池及び太陽電池モジュール の予測寿命も短くなる。

更に、これまで、銀の表電極を形成するためのペーストと、アルミニウムの裏電 極を形成するためのペーストとを、同一雰囲気中で同時に焼成することに関して も問題が生じていた。即ち、銀ペーストに対する焼成処理は空気中で行なわねば ならない。ところが、アルミニウム含有形ペーストの層を酸素含有形雰囲気中で 焼成すると、アルミニウムの酸化が急速に進むため、基板の背面に多孔質のアル ミニウム電極が生じてしまう。このような多孔質のアルミニウム金属化層は、通 常の促進試験を行なってみると急速に劣化して行くことが分る。更に、アルミニ ウムを空気中で焼成した場合には、そのアルミニウムが、「ポール」ないし「ハ ンプ」等と呼ばれているものを形成してしまう傾向が強く現われる。裏電極にこ の種の異常が発生すると、複数の太陽電池を相互連結して封入することによって 太陽電池モジュールを製作する過程における太陽電池の破損率が上昇する。本出 願と同日付けで出願されたＪａｍｅｓ　Ａ、　Ａｍｊｃｋ　ｅｔ　ａｌの”Ｍｅ ｔｈｏｄ　ｏｆ　ＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇＭｅｔａｌｌｉｚａ＋ｉｏｎ　Ｆ ｏｒ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ”　（ｒ太陽電池のためのメタライゼーション被 包方法」）という名称の係属中の米国特許出願筒　号が、電極腐食を最ｌｊ＼と するように、アルミニウム裏電極を保護カラス被覆膜で被覆する方法を開示する 。

従来の構成によって、太陽電池の背面のアルミニウム電極を厚くすれば、太陽電 池の全体効率を向」ニさせ得ることが示唆されている。なぜそうなるのかは、完 全には解明されていない。ただ、アルミニウム電極を厚くするには、基板に塗布 するアルミニウム・ベースＩ・の塗布量を増大させ、その厚いペーストの層を焼 成して、より厚いアルミニウム金属電極を形成すれば良いということがあり、そ のようにした場合には、そのアルミニウム金属電極とその土台となっている基板 との間に、より厚（アルミニウムがドープされた領域（Ｐ＋領域）が形成される と考えられる。そして、それによって背面電界が強力となるため、太陽電池の効 率が向上すると考えられる。尚、ここでいうところの「厚い」アルミニウム電極 とは、太陽電池ブランクの外部表面に約２５ミクロン程度の厚さの金属層を有す る電極のことてあり、これは、以前からある約８ミクロンを超えることのない「 薄い」アルミニウム電極に対して「厚い」という意味である。具体的な数値例を 挙げるならば、このような「厚い」アルミニウム電極を形成するには、アルミニ ウム・ペーストを塗布する際に、基板のペースト塗布部分の単位面積あたりのア ルミニウムの量が、４．６〜８．　０　ｍｇ／ｃｍ２となるようにすれば良く、 一方、「薄い」アルミニウム電極を形成するには、アルミニウム・ペーストを塗 布する厚さを、基板のペースト塗布部分の単位面積あたりのアルミニウムの量が 、０゜８〜２．３　ｍｇ／ｃｍ２となるようにすれば良い。ペースト印刷／焼成 方法により形成された薄いアルミニウム電極を有する電池は、およそ１〜２ミク ロン厚のアルミニウム電極に隣接するＰ１領域を有し、一方、厚いアルミニウム 電極を有する電池は約５〜８ミクロン厚のアルミニウム電極に隣接するＰ＋領域 を有する。

本発明は、以下の２点が織り込まれた発見に基づいている。（１）ＥＦＧ結晶成 長法で製作した基板を用いた太陽ブランク等の、薄板状（例えば００１２〜０． ０１６インチ（約０３〜領　４ＩＩＩＩ１１）厚）の多結晶形の太陽電池ブラン クでは、その表面に厚いアルミニウム電極を形成するのは、二段階焼成法を採用 する場合には不都合であることが判明しており、その理由は、厚いアルミニウム 電極を形成したならば、窒素雰囲気焼成処理の結果、その電極の土台となってい る半導体基板に、その太陽電池を破損させてしまうほどの大きな反りが発生して しまうからである。（２）厚いアルミニウム電極には、本発明により提供される ような一段階焼成法が適している。

発明の概要 本発明は、以下に列挙する目的のうちのいずれか１つないしは幾つかを達成する ことによって、改良した光電池である太陽電池を提供することを意図したもので ある。

（１）電池効率を改良する厚いアルミニウム裏電極により特徴づけられる改良さ れた太陽電池及び該太陽電池の新規な一段階焼成方法を提供すること。

（２）焼成の間に酸化から生じる「バンプ」若しくは「ボール」の含有量を最小 とし、従来よりも顕著に厚い裏電極を形成するアルミニウム金属化を特徴とする 太陽電池の一段階焼成法を提供すること。

（３）厚い裏電極を被覆する保護ガラス層の形成により特徴づけれらる一段階焼 成法に従って太陽電池を製造する方法を提供すること。

（４）太陽電池の背面のそれぞれが、アルミニウム電極が銀はんだ付はパッドの 縁部を被覆している厚いアルミニウム電極及び電極の開口を貫通して延在する銀 のはんだ付はパッドにより特徴づけられる改良された太陽電池の製造方法を提供 すること。

本発明を実施する好ましい態様に従って、本発明の前述の及び他の目的は、新規 な一段階焼成法を提供することにより達成される。該一段階焼成法は、基板の前 面に隣接して浅いｐ−ｎ接合を有するノリコン半導体基板及び該前面を被覆する 電気絶縁性窒化珪素反射防止膜を備える太陽電池ブランクの準備により始まるこ とを特徴とする。該ブランクは、新規な一段階焼成法に従って処理され、厚いア ルミニウム裏電極を与える。

本発明の好適実施例においては、太陽電池は、その太陽電池ブランクの背面の互 いに離隔した２箇所以上の領域に銀を被着させてあり、それら銀の被着部によっ て２個以上の銀のはんだ付はパッドを形成しである。更に、それら銀の被着部に 位置を合わせた複数の窓部を有するアルミニウム電極を、基板の背面に電気的に 接続された状態で形成してあり、それら窓部の大きさは銀の被着部の上にアルミ ニウムが僅かに重なるような大きさとしている。好ましくは、本発明に従って製 造された電池は、ガラス膜により特徴づれられ、該ガラス膜は、そのアルミニウ ム電極を被覆すると共に、そのアルミニウム電極の外縁部を超えて外側まて存在 するようにして、そのアルミニウム電極を外部環境から完全に封止している。

以上のことから理解されるように、本発明の好適な方法は、その広い意味におい てとらえ、しかも以下に示唆する変更や追加をも組み込むならば、概して以下の 諸々の工程を含むものとなる。それら工程とは、（１）その前面の表面に近接し て浅いｐ−ｎ接合（約０．５ミクロン深さ）を有する半導体基板を備え、且つ、 該基板の前面を覆っている例えば窒化珪素等の反射防止膜を備えた、太陽電池ブ ランクを用意する工程と、（２）焼成の後に、厚いアルミニウム電極を与える厚 みにて、アルミニウムメタル・ペーストで前記基板の背面を選択的に被覆する工 程と、（３）ペーストを乾燥する工程と、（４）前記アルミニウムメタル・ペー ストの上にガラスフリット・ペーストを塗布して層となす工程と、（５）該ガラ スフリット・ペーストを乾燥する工程と、（６）前記反射防止膜の表面をメタル ／ガラスフリット・ペーストで選択的に被覆し、その際に、このメタル／ガラス フリット・ペーストの被膜が所定の表電極パターンを形成するようにする工程と 、それに、（７）前記基板を加熱する加熱工程とである。加熱工程における加熱 温度及び加熱時間は、（ａ）迅速且つ効率的に、前記メタル／ガラスフリット・ ペーストが反射防止膜を貫通し、ただしｐ−ｎ接合までは貫通せず、そのメタル ／ガラスフリット・ペーストの金属成分が基板の前面に電気的に接続した状態に なるようにし、（ｂ）前記アルミニウムメタル・ペーストのアルミニウムメタル が、基板の背面との間で合金化して裏電極を形成するようにし、且つ、（Ｃ）前 記ガラスフリット・ペーストの中のガラスフリットが軟化して融合し、前記裏電 極に機械的に付着して該裏電極を気密封止する被膜を形成するようにするのに充 分な、温度及び時間である。

本発明の好ましい態様は、メタル／ガラスフリット・ペーストを基板の背面の選 択された領域に塗布する工程と共に工程（２）を実施し、金属含有ペーストブロ ックを提供する。該ブロックは、ブランクが工程（７）に従って焼成される際に 、はんだ付はパッドに転換される。

図面の簡単な説明 全ての図面を通して、同一ないし類似の構成要素には同一ないし類似の引用符号 を付すようにした。尚、図面はあくまでも具体例を例示しているに過ぎないこと を理解されたい。また、様々な層や、被膜、ないしは領域の厚さや深さは、それ らの間の相対的な比率を正確に図示していないが、それは、作図し易いことと理 解し易いこととを旨としたからである。同様に見易さという観点から、断面図て はクロスハツチングを省略しである。

更に、説明し易く、しかも理解し易（するために、太陽電池ブランクに塗布する 様々な種類のメタル・ペーストやガラス・ペーストには、それらペーストに焼成 処理を施して得られる構成要素に付した引用符号と同一の引用符号を付しである 。

図１は、本発明に係る改良した太陽電池の上面図、図２は、図１に示した太陽電 池の底面図、図３〜図７は、本発明の好適実施例を構成している一段階焼成法の 一連の工程を図解した模式的な断面側面図、 図８は、本発明に従って焼成する処理の際の、基板の温度変化を表わしたグラフ である。

好適実施例の詳細な説明 図１〜図３は、本発明を実施する好適実施態様を説明する。本発明に従って製作 された太陽電池２は、ＥＦＧ法で成長させた平坦なノリコン基板を含んでおり、 このシリコン基板はその前面に銀表電極４を備えており、この表電極４は、グリ ッド状電極とすることが好ましく、グリッド状電極とする場合には、この銀表電 極１１を、例えば、細くて長い、互いに平行な複数本の細線部６と、それら細線 部６と交わる少なくとも１本の、そして好ましくは２本の、集合母線部８とから 成るアレイとして構成すれば良い。更に、窒化珪素の付着層の形態での薄い反射 防止膜１．０（図３及び図７参照）が、基板の前面のうち、グリッド状電極４に よって被覆されていない部分を被覆している。太陽電池２の背面にはアルミニウ ム裏電極１２（図２）が備えられており、この裏電極１２は、その外縁部が矩形 の太陽？４／ｌ！！基板の外縁部にまで至らず、その手前で終っており、そのた めこの太陽電池基板の各辺に沿って延在している周縁部１４は、裏電極１２によ って被覆されずド１６が備えられており、それら銀のはんだ付はパット１Ｇは、 裏電極に形成されている夫々の開口の中を貫通して、裏電極の下の太陽電池基板 に融着している。

図２では、８個のはんだ付はパッドを２本の平行列に並べて配列しであるが、た だし、それらはんだ付はパッドの個数と、それらはんだ付はパッドを並べる列の 本数とは、図示例とは異なったものとし得ることを理解されたい。

図１、図２、及び図７に示した太陽電池の構造のうち、上の段落で説明した程度 のことは既に公知となっており、即ち、上で説明したことは前掲のＰＣＴ国際特 許出願公開第Ｗ０９２１０２９５２号公報に開示されている、。

本発明を実施する好ましい態様では、絶縁性の外側被膜１８（図７）は、裏電極 １２と、はんだ付はタブ１６の周縁部と、裏電極で覆われていない背面の周縁部 １４の少なくとも一部分とを被覆するようにしている。はん、だ付はパッドの周 縁部の上に裏電極のアルミニウム層が重なるように、アルミニウム裏電極１２を 形成するより先に、銀のはんだ付はパッド１６が形成される。これは、ＰＣＴ国 際特許出願第ＷＯ９２１０２９５２号により開示されている二段階焼成法とは著 しく異なっており、該二段階焼成法では銀のパッドがアルミニウム裏電極に重な る。このように、一段階焼成法と二段階焼成法とでそれらの重なり方を異ならせ ていることには、２つの理由がある。第１に、二段階焼成法では、銀のはんだ付 はパッドとは別に、最初にアルミニウムの裏電極だけが、窒素雰囲気中で焼成さ れる。第２に、一段階焼成法を実施する場合に、もし裏電極を形成するためのア ルミニウム・ペーストを先に塗布し、はんだ付はパッドを形成するための銀ペー ストを後から塗布して、銀ペーストがアルミニウム・ペーストの上に僅かに重な るようにしたならば、焼成したはんだ付はパッドのうちの、裏電極の上に重なっ ている部分がはがれ落ち易く、そのために、太陽電池の効率並びに信頼性が低下 してしまう。このようなはがれ落ちが発生する原因は、裏電極を形成するために 使用するアルミニウム・メタル・ペーストの中の有機化合物が、はんだ付はパッ ドを形成するための銀メタル・ペーストによって覆われている部分では、焼成時 に完全には駆逐されないためであると考えられる。

次に図３〜図７について説明すると、これらの図に示した本発明の好適実施例は 一段階焼成法の実施例であり、この実施例では、先ず最初に、平坦なシリコン基 板２０から構成した、平坦な太陽電池ブランク２を用意する。基板２０の好適な 例は、ＥＦＧ法で成長させた矩形のｐ型の多結晶の薄板に処理を施して、その前 面２４の表面近くに浅いｐ−ｎ接合２２を形成すると共に、その前面２４を被覆 する窒化珪素の反射防止膜１０を形成したものである。

ｐ−ｎ接合を形成するには、公知の技法を用いた適当な拡散ドープ法によること が好ましい。窒化珪素の反射防止膜を形成するには、適当なプラズマ・デポジシ ョン法によることが好ましく、具体的には、例えば、国際特許出願公開第ＷＯ８ ９１０Ｏ３４号公報に開示されているプラズマ・デポジション法を利用すること ができ、同公開公報は１９８９年１月１２日付で発行され、そこにはＣｈａｕｄ ｈｕｒｉ　ｅｔ　ａｌ、の発明が記載されている。同公開公報の教示は、この言 及をもって本開示に組み込むものとする。

基板２０は比較的薄いが、典型的には、０．０１２〜０．０１６インチ（約０゜ ３〜０．　４ｍ１１１）の範囲内の厚さとし、その抵抗率が約１〜４Ωｃｍのも のとする。

ｐ−ｎ接合２２の位置は、基板の前面の、表面から約０．５ミクロンの深さの位 置とし、また、窒化珪素膜の厚さは、６００〜１０００オングストロームの範囲 内とすることが好ましく、約８００オングストロームであれば更に好ましい。太 陽電池ブランクの大きさは様々な大きさとすることができるが、ただし以下の説 明では、約４×４インチ（約１０２１０２Ｘ１０２の大きさの太陽電池ブランク に本発明を適用した場合について説明して行く。

これより図３について説明すると、太陽電池ブランクの基板２０の背面上に、銀 メタル／ガラスフリット・ペーストを、各々が矩形の形状の複数のはんだ付はパ ッドのブロック１６の形に塗布する。続いて、それらブロックを空気中において 、充分な温度で、充分な時間をかけて乾燥させることによって、それらブロック を安定させ、それらブロックがこすられても容易には滲んだり落ちたりしないよ うにする。具体的には、例えば１５０℃の温度で２〜４分間に亙って加熱するこ とによって乾燥させるようにする。ブロック１６の大きさは、様々な大きさとす ることができる。その好適な例を挙げるならば、太陽電池ブランクの大きさが約 ４×４インチ（約１０２１０２Ｘ１０２の場合には、ブロック１６の大きさを例 えば約０．２５０Ｘ０．２５０インチ（約６．　４Ｘ６．　４ｍｍ）とすれば良 い。

続いて、図４に示すように、太陽電池ブランクの背面にアルミニウム・ペースト １２を塗布する。このとき、アルミニウム・ペースト１２が、乾燥した銀ペース トから成るはんだ付はパットのブロック１６の上に僅かに重なるようにし、太陽 電池ブランクの周縁部１４は未被覆のまま残す（図２）。このアルミニウム・ペ ーストを塗布するに際しては、夫々の銀ペーストのブロック１６の位置に合わせ た、複数の矩形の窓部２６の部分を塗布せずに残すようにして、それら窓部２６ が夫々のブロック１６を縁どるようにして、それらブロック１６の周縁部に僅か に重なるようにすることが好ましい。それら窓部２６の大きさの好適な例は、そ の各辺を０．１８０インチ（約４．　６ａ＋ｍ）とし、銀ペーストのブロックの 各側辺部との間の重なり幅が約０．０３５インチ（約０．９＋＋ａ＋）になるよ うにするというものであるが、ただし必ずしもこの大きさに限られるものではな い。また、このアルミニウム・ペーストを塗布する際に、これを塗布せずに残す 基板の背面の周縁部１４は、約０．０４０インチ（約１．　０ｍｍ）の均一な幅 とすることが好ましいが、ただし必ずしもそうすることに限られるものではない 。続いて、塗布したアルミニウムの層を空気中で乾燥させるようにし、それには 約１５０℃で２〜４分間かけて乾燥させることが好ましい。

続いて図５に示すように、乾燥したアルミニウム・ペーストの上に、ガラスフリ ット・ペースト１８を塗布して被膜を形成し、その際に、乾燥したアルミニウム ・ペーストによって形成されている窓部２６よりも僅かに小さな開口即ち窓部２ ８の部分を、このガラスフリット・ペースト１８を塗布せずに残すようにし、そ れによって、乾燥した銀ペーストのブロック１６の周縁部の上に、このガラスフ リット・ペーストが重なるようにする。窓部２８の大きさの好適な例は、例えば 、約０．１５０ＸＯ，１５０インチ（約３．８Ｘ３．８市）にするというもので あり、このように、窓部２８を窓部２６より小さくしているため、各々の窓部２ ８において、ガラスフリット・ペーストが、アルミニウムの層の部分を超えて、 銀ペーストのブロック１６の各側縁部の上に、約０．０１５インチ（約０．　４ ｍｍ）の重なり幅で重なっている。尚、図示してはいないが、ガラスフリット・ ペースト１８は、アルミニウム・メタル・ペーストの層１２の外縁部を超えてそ の外側まで存在していることを理解されたい。また、ガラスフリット・ペースト １８は、太陽電池ブランクの背面の外縁部に達するまで存在しているようにする ことが好ましいが、ただし必ずしもそうせねばならないわけではない。このガラ スフリット・ペーストの塗布量は、焼成処理後における、ガラスの外側被膜１８ の厚さが約４ミクロンとなるような分ｌにしている。続いて、ガラスフリット・ ペースト１８を乾燥させるようにし、それには約１５０℃の温度で１〜４分間か けて乾燥させることが好ましい。

続いて、その窒化珪素膜の上に、例えば図１に示したパターン等の適当なグリッ ドの形状を画成するパターンで、銀／ガラスフリット・ペースト４（図６）を塗 布する。このペーストを塗布する方法には様々なものがあり、例えばスクリーン 又はパッド印刷法やマイクロペン真書きマシン（Ｍｉｃｒｏｐｅｎ　ｄｉｒｅｃ ｔ　ｗｒｉｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　）を用いた直書き法等の方法がある。こ のペースト４は、反射防止膜１０に対して相対的に厚い膜として塗布される。そ の好適な数値例を挙げるならば、このベースｌ−４を塗布する際には、焼成後の 厚さが２０〜５０ミクロンの範囲内の厚さとなるように塗布し、また、被覆され た基板の表面積あたりのペーストの銀成分の割合が、略々１０　ｍｇ／ｃｍ２に なるようにすることが好ましい。続いて、この銀／カラスフリット・ペーストを 空気中で乾燥させて揮発性溶剤を除去する。

この乾燥は、約１５０℃で１〜４分間に亙って加熱することによって行なうこと が好ましい。

この後、被覆された太陽電池ブランクに対し、酸素含有雰囲気中で焼成処理を施 す。この焼成処理は、最大温度が８００〜９００℃の範囲にある放射加熱式のヘ ルド型炉の中で行なうことが好ましい。この焼成処理は、以下の（１）〜（３） に十分な温度及び時間にて行う。（１）い（つかのペーストから、有機成分を除 去すること。（２）金属成分を焼成すること（例えば、アルミニウムペーストの アルミニウム成分を基板と合金化し、銀のはんだ付はパッド１６及びグリッド状 の表電極１１を形成する）。（３）太陽電池の緒特性、即ち、電池効率、フィル ・ファクタ、及び予測寿命を最適化すること。前述の目的を達成するために、７ ８０〜８１０℃のピーク温度、好ましくは７９０〜８００℃に達するように基板 を加熱する。

好ましい数値例を挙げるならば、例えば、基板がそのピーク温度である７８０〜 ８１０℃に実際に保持される時間が１〜６秒間、そして、基板が７００℃以上の 温度にある時間が約５〜約２０秒となるようにする。ただし、太陽電池が炉内に 滞在する時間は、例えば約２分間から約１０分間までというように様々であり、 この時間は「温度上昇」時間及び「温度下降」時間の長さに左右され、即ち、（ ａ）基板を焼成温度にまで加熱するために必要な時間と、（ｂ）基板を焼成温度 から室温近（の温度、ここでいう「室温近（の温度」とは、基板をその後頁に室 温まで冷却させたり、基板を収納したり、或いは、その他の後続の製造処理のた めに、その基板を取り扱うことのできる程度の温度のことである、にまで冷却さ せるために必要な時間とに左右される。

ブロック１６を印刷法によって形成するために用いる銀メタル／ガラスフリット ・ペーストの好適な例を挙げるならば、例えば、５０〜８０重量％の銀粒子と４ 〜１５重量％のガラスフリットとを含有し、残余がビヒクルであって、そのビヒ クルが、例えばエチルセルロースやメチルセルロース等の有機バインダと、例え ばテルピネオールやカルピトール等の溶剤とからなり、それらによってこのペー ストに適当な粘度、例えば温度２５℃でせん断速度が１０ｓ”のときに５０〜１ ０００ポアズの範囲内の粘度、が付与されているようなペーストである。市販の 銀ペーストのうちにも、ブロック１６を印刷法によって形成するために使用する ことのできる種々の銀ペーストがある。その好適な例を挙げるならば、ブロック １６を形成するための銀メタル・ペーストとして、ＤｕＰｏｎｔ社のｒ４９４２ Ｊ銀メタル／ガラスフリット・ペーストを主剤とし、それにペンシルバニアのＥ ｌｃｔｒｏ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｌａｂｓ社のｒＥｓＬ　Ｎｉ　２５４Ｊペースト を加えて調節したペーストを用いることができる。該ＥＳＬペーストは、約４０ 〜７０％のニッケルを含有しているものと思われ、このペーストをＤｕＰｏｎｔ ペーストに混合する。結果的に得られるＤｕＰｏｎｔ／ＥＳＬ混合ペーストの概 略組成としては、銀７０重量％、ニッケル１重量％、ガラスフリット１０重量％ であり、残余がペースト混合物からなるビヒクルである。該ビヒクルは、バイン ダが約５重量％、溶剤が約２４重量％からなる。パッド印刷法によってブロック １６を形成するのであれば、以上の組成を有するＤｕＰｏｎｔ／ＥＳＬ混合ペー ストにさらに１０〜２５重量％のカルピトールを加えて希釈する。得られたペー ストはパッド印刷法によって塗布され、それぞれのブロック１６に、被覆された 基板の表面の単位面積当たりＩ　Ｑｍｇ／ｃｍ２の銀の含有量を与える。

既述の如く本発明は、「厚い」アルミニウム電極が、二段階焼成法を採用する場 合には不適当であるが、一段階焼成法を採用する場合には何ら不都合はないとい う発見に基づく。従って本発明は基本的に、太陽電池の出力の向上を考慮するな らば、「厚い」アルミニウム電極を形成するのに適した分量だけアルミニウム・ ペースト１２を塗布することが好ましい。例えば、単位面積あたりのアルミニウ ムの量が４５〜８ｍｇ／ｃＩ１１２の範囲内となるようにアルミニウム・ペース トラ塗布し、それによって、焼成後に形成されるアルミニウム金属電極の厚さが 約２０〜３０ミクロンとなり、また焼成後に基板に形成されるＰ′″領域の深さ が５〜８ミクロンの深さとなるようにすることが好ましい。特にシリコン基板の 厚さが約１２ミル（約０．　３＋ｎｍ）である場合には、厚さが２０ミクロンの アルミニウム電極の太陽電池が望ましく、Ｐ°領領域深さが約５ミクロンとなる ようにすることが好ましい。また、シリコン基板の厚さが約１６ミル（約０．　 ４ｍｍ）である場合には、アルミニウム電極の厚さが３０ミクロンとなり、Ｐ４ 領域の深さが約８ミクロンとなるようにすることが望ましい。本発明によれば、 ３０ミクロンを越える厚さを有するアルミニウム電極も可能であるが、反り及び い（らか低い厚みが、受容される電池の収率を減少させる傾向にある。

アルミニウム・ペーストの好適な例を挙げるならば、例えば、約５０〜７０重量 ％のアルミニウム粒子を含有し、残余がビヒクルからなるペーストであって、そ のビヒクルの成分は、例えばエチルセルロースやメチルセルロース等の有機バイ ンダと、例えばカルピトールやテルピネオール等の溶剤とであり、それらを適宜 混合することによって、そのペーストを太陽電池ブランクの表面に印刷法によっ て塗布するのに適した粘度をそのペーストに付与したものである。市販のペース トを利用して好適なアルミニウム・ペーストを調製することも可能である。例え ば、バンド印刷法に適するペーストは、カリフォルニア、サンタバーバラのＦｅ ｒｒｏ社のｒＦＸ５３−０１５Ｊアルミニウム・ペーストを、１０〜２５重量％ の、例えばカルピトールやテルピネオール等の溶剤を加えて希釈することによっ ても得られる。

カラスフリット・ペーストは、所望の流動特性が得られるように、市販製品を適 宜希釈して調製したものでもよい。また、ガラスフリット・ペーストの中のガラ スフリット成分は、例えば、硼珪酸亜鉛ガラスとしたり、硼珪酸鉛ガラスとする ことができるが、鉛含有物質の使用及び廃棄に関する政府の規制条件を考慮する ならば亜鉛系ガラスの方が好ましいといえる。適当な、そして好ましいガラスフ リット・ペーストは、ニューヨーク州、コーニングに所在のＣｏｒｎｉｎｇ　Ｇ ｌａｓｓ社の、製品番号ｒ＃７５７４　Ｊの硼珪酸亜鉛ガラスフリットに、バイ ンダとしての３゜５重量％のエチルセルロースまたはメチルセルロースと、揮発 性溶剤としての４２．５重量％のテルピネオールまたはカルピトールを混合する ことにより得ることができる。適当な硼珪酸鉛フリットを含有しているペースト の一例として、米国、カリフォルニア州、サンタバーバラに所在のＦｅｒｒｏ社 が製造している、製品番号ｒ＃１１４９Ｊのペーストがある。このＦｅｒｒｏ社 のｒ＃１１４９Ｊという製品の具体的な組成は同社が独占権を有するものである が、ただしこの製品の概略的な組成は、硼珪酸鉛の粒子が６０〜７０％、有機バ インダが１０％、それに溶剤が２０〜３０％であるものと思われる。更にこの製 品は、例えばＦｅｒｒｏ社の製品番号ｒ＃８００ｊの溶剤を１０〜２５重量％加 えて希釈する等して、変更することもできる。これを塗布する方法としてはパッ ド印刷法を用いることが好ましく、なぜならば、パッド印刷法を用いれば、半導 体基板に加わる応力を比較的小さくすることができ、それによって破損問題の発 生率を低下させることができるからである。

はんだ付はバンド及びグリッド状表電極を形成するために用いられる銀メタル／ ガラスフリット・ペーストに関して、硼珪酸鉛や硼珪酸亜鉛のガラスフリットを 含有するペーストを用いることが好ましい。

硼珪酸鉛や硼珪酸亜鉛ガラスフリットは、さまざまな理由から本発明に関して好 ましい。第１に、それらの種類のガラスフリットは入手が容易な上、それらのガ ラスフリットを混合してペースト状にしたものは、例えばシルクスクリーン法や 、パッド印刷法、それに直書き法等の、通常の厚膜塗布法を用いて塗布すること ができるということにある。また、第２に、硼珪酸鉛フリットを含有している金 属ペーストは入手が容易だということである。

以上に例示したいずれの硼珪酸ガラスも、その軟化点は太陽電池の電極を形成す るためにアルミニウム・メタル・ペーストや銀メタル・ペーストに焼成処理を施 す際に必要とされる時間及び温度に略々等しい。それらのガラスの特性としては 更に、アルミニウムの表面に強固に付着すること、湿気が存在する環境において も化学的に安定であること、それに、アルミニウム、銀、及びシリコンのいずれ とも化学反応を起こさないということがある。更に加えて、それらのガラスは、 耐腐蝕性を備えている。

グリッド状電極を形成するために使用可能な銀メタル／ガラスフリット・ペース トには様々なものがある。適当なペーストの組成は、例えば、５０〜８０重量％ の金属粒子と、４〜３０重量％のガラスフリットと、１０〜２５％の有機コンパ ウンド（即ち、有機ビヒクルを構成しているバインダと溶剤）とを含有したもの である。市販の銀／ガラスフリット・ペーストないし銀／ガラスフリット・イン クのうちにも使用可能なものがある。その具体例としては、例えばＦｅｒｒｏ社 のｒ３３４９Ｊペーストを用いて、グリッド状電極を形成するためのペーストを 調製することができる。購入したＦｅｒｒｏ社のｒ３３４９Ｊペーストは、約５ ０〜８０重量％の銀と、約１０重量％のガラスフリットとを成分として含有して いるように思われた。このペーストを、カルピトールまたはテルピネオールで希 釈して、グリッド状電極のパターンを印刷するために実際に用いる具体的な印刷 法に必要な流動特性が得られるようにすれば良い。

以下の具体例を参照することによって、本発明を更に明瞭に理解することができ る。

旦体豊 図３〜図７を参照しつつ説明して行くと、先ず、ＥＦＧ法で成長させた４Ｘ４イ ンチ（約１０２１０２Ｘ１０２の大きさのｐ型の多結晶シリコン基板２０を用意 する。このシリコン基板２０は、その導電率が約１〜４ΩＣｌ１１１その厚さが 約０゜０１６インチ（約０．　４ｍｍ）てあり、その前面の表面から約０，５ミ クロンの深さの位置に、拡散法やその他の適当な接合形成法によって浅いｐ−ｎ 接合２２を形成してあり、更に、厚さが約８００オングストロームの窒化珪素の 反射防止膜】０て、この基板４の前面を被覆してあり、この反射防止膜１０は、 実質的に前掲の米国特許第４７５１１９１号に記載されている方法に従って形成 したものである。

続いて、この基板の背面の互いに離隔した８個の小さな領域（各々が約０２５０ Ｘ０．２５０インチ（約６．　４Ｘ６．　４ｍｍ）の大きさの領域）を、銀メタ ル／ガラスフリント・ペーストの層で均一に被覆して、印刷した銀ペーストのプ ロ・ツクＩ６を形成する。これを形成するのに使用する銀メタル・ペーストは、 ＤｕＰｏｎｔ社のｒ４９４２Ｊ銀メタル・ペーストを、ＥＳＬ社のｒ＃２５５４ 　Ｊニッケル・ペーストと約１０〜２５重量％のカルピトールとで希釈したもの である。塗布されるペーストは約１重量％のニッケルを含有する。該ペーストの 塗布は、パッド印刷法を用いてなされ、また、塗布するペーストの厚さは、印刷 した各々の層１６において、被覆された基板の表面の単位面積あたりの銀の重量 が、約１０　ｍｇ／ｃｍ”になるような厚さにする。続いて、それらペーストの ブロック１６を、空気中において、１５０℃で、２〜４分間かけて乾燥させる（ 図３参照）。

続いて、基板の背面の領域をアルミニウム・ペーストの層で被覆する。ここで使 用するアルミニウム・ペーストは、Ｆｅｒｒｏ社のｒＦＸ５３−０１５Ｊアルミ ニウム・メタル・ペーストに、約１０〜２５重量％のカルピトールを加えて希釈 したものである。このアルミニウム・メタル・ペーストを塗布する際には、基板 ４の背面の中央部分にパッド印刷法によって塗布するようにし、またその際に、 基板の周縁部１４の、幅が約００４０インチ（約１．０１）の帯状部分を、被覆 しないまま残すようにする。更に、このアルミニウム・メタル・ペーストが印刷 される際には、銀メタル・ペーストのブロック１６の周縁部に約００３５インチ （約０゜ｇｓｍｍ）の幅で重なりを生じるような大きさの複数の窓部２６を形成 する。また、このアルミニウム・メタル・ペーストを塗布する際には、メタル・ ペーストの層１２の中のアルミニウムの含有量が被覆された表面当たり約８ｍｇ ／ｃｍ２となるようにする。１２ミルの厚みのブランクのために、被覆された表 面当たり約５　ｍｇ／ｃ田２のアルミニウム含有量となるように、アルミニウム ペーストが塗布される。続いてこのアルミニウムの層１２を、空気中において、 １５０℃で、２〜４分間かけて乾燥させる（図４参照）。

この後、Ｃｏｒｎｉｎｇ社のｒ７５７４Ｊガラスフリットを配合した亜鉛含有硼 珪酸ガラスフリット・ペーストの層１８を、乾燥したアルミニウム・ペーストの 層１２の上と、基板の周縁部１４の上とに、パッド印刷法を用いて塗布し、この とき塗布する厚さは、焼成後に形成されるガラスの層の厚さが約４ミクロンにな るような厚さにする。このガラスフリット・ペーストの層１８の中のガラスフリ ットの総量は約１．　５　ｍｇ／ｃｍ２である。カラスフリット・ペーストの層 １８は、基板の外縁部まで存在するようにし、また、このガラスフリット・ペー ストの層１８には、銀メタル・ペーストの夫々のブロック１６に位置を合わせた ８個の矩形を開口２８を形成し、それら開口２８の大きさは、このガラスフリッ ト・ペーストの層１８が、アルミニウム・ペーストの層１２の窓部２６の周縁部 の上に、約０．０１５インチ（約０．　４ｍｍ）の幅で重なるような大きさにす る（即ち、各々の窓部２８を大きさを、約０．１５０ＸＯ，１５０インチ（約３ ．　８Ｘ３．　８ｍｍ）にする）。続いて、このガラスフリット・ペーストの層 １８を、１５０℃で、１〜４分間かけて乾燥させる。

続いて、窒化珪素膜１０の上に、図１に示すようなグリッド状電極のパターンで 、銀メタル／ガラスフリット・ペーストを印刷法を用いて塗布する。このペース トはＦｅｒｒｏ社のｒ＃３３４９　Ｊ銀／ガラスフリット・ペーストを用いて調 製したものである。（１）基板の被覆された領域の単位面積あたりの銀の含有１ が、約１０ｍｇ／ｃｍ２となり、且つ、（２）太陽電池ブランクに焼成処理を施 した後に形成されるグリッド状電極の厚さく即ち高さ）が、略々３０ミクロン程 度になるように、メタル／ガラスフリット・ペーストは塗布される。

この後、シリコン基板を用いたこの太陽電池ブランクに対し、放射加熱式のベル ト形炉の炉内において、酸素含有雰囲気中にて、基板が約７９０℃のピーク温度 に達した後に、基板をそのピーク温度に１〜６秒間保持することのできる時間だ け焼成処理を施し、その後直ちに冷却する。炉の搬出領域の温度は約１００〜１ ２５℃とし、また、炉内のコンベヤ・ベルトの搬送速度は、個々の基板が炉内に 滞在する時間が４分間、これは基板の温度がしだいに上昇してピーク温度に達し 、その後しだいに低下して、炉から出るときには、約１００〜１２５℃となっト のようにして得られる太陽電池は、そのアルミニウム電極の厚さが約３０ミクロ ンとなり、また、その基板のアルミニウム電極に隣接するＰ′″層の深さが約８ ミクロンとなる。これらの値は、もし５　ｍｇ／ｃｍ２のアルミニウム電極を有 するアルミニウムペースト層が基板に塗布されたならば、減少する。

図８は、前述の実施例に従って処理される基板の温度変化を示すグラフである。

図８かられかるように、基板の温度は約７９０℃の最大温度まで急速に上昇して 行き、その後、基板が炉内の冷却領域を通過するにつれて今度は急速にではある が、実質的に均一に低下して行く。さらに、炉から取り出された後の基板の冷却 は、空気中にて室温まで放射熱が失われることによりなされる。図示されてはい ないけれども、基板が５〜２０秒間、７００℃以上の温度に保持されるのが好ま しい。結果として、基板が７００℃以上の温度に保持される時間は、図８に示さ れるように、約１２秒間とすることが好ましい。

本発明の利点は幾つかある。第１のそして最も重要な利点は、比較的薄い基板の 上に厚いアルミニウム電極が形成されることである。例えば、０．０１６インチ （約０．　４ｍｍ）以下の厚さでは、２段階焼成法を用いることは、太陽電池基 板の反り又は破損のために太陽電池収率を減少させるので不適当であるが、一段 階焼成法を用いれば、高温焼成の間もしくはその結果として、基板の反り又は破 損の傾向を減少させるので、厚いアルミニウム電極を薄いシリコン基板の上に有 する電池を製造することは可能である。第２に、記述された型の太陽電池を製造 するための一段階焼成方法は、結果として改良された効率を有する電池を生じる 。

本発明に取り込まれている「一段階焼成」方法は、２．３の工程を必要とし、二 段階焼成法よりも高いＶ。Ｃ及びＪ　ＳＣの値を生じる。さらに、裏電極を形成 するために被覆される比較的厚いアルミニウム金属層にもかかわらず、本発明の 一段階焼成法は、焼成の間、アルミニウム裏電極に「バンプ」が生じることを避 けることができる。第３に、使用中のアルミニウム裏電極の腐食を効果的に減少 させるガラス封上層を塗布し、こうして複数の太陽電池を備えるモジュールを封 入する必要性を減少させ、さらに電池の予測寿命を増長する。

したがって、本発明を利用する「一段階焼成」法は、太陽電池性能が改良され且 つ信頼性が高められると共にコストを削減するという利点を有する。

ＥＦＧ成長法によるシリコン基板を用いる上述の一段階焼成法による厚い電極を 有する太陽電池は、典型的に、０．７２〜０．７９の範囲内にあるフィル・ファ クタと、１２．５〜１４．０％の範囲内の効率とを示し、ガラス保護膜なしの太 陽電池と比べて５０％以上の高温、高湿条件下での耐性を示すという利点を生じ る。さらに、ペーストが電極及びはんだ付はパッドに転換される間の基板の破損 を実質的に減少させる。

当業者には容易に理解されるように、本発明は、以上の詳細な説明を考慮すれＪ Ｉｒ５ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、８

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．ｐ型導電性と、１２〜１６ミル（約０．３〜０．４ｍｍ）の厚さと、前面と 、背面と、該前面に実質的に隣接した浅いｐ−ｎ接合と、を有するシリコン基板 と、該前面と機械的に付着し、且つ電気的に接続する表電極と、該表電極により 被覆されていない前記基板前面の部分を接着被覆する反射防止膜と、 該背面を実質的に被覆するように該背面と合金化された実質的に均一なアルミニ ウム金属の層とを構える裏電極であって、該裏電極が該アルミニウム金属の層に より被覆された基板の単位面積当たり４．５〜８ｍｇ／ｃｍ２のアルミニウムを 含有し、該アルミニウム金属が、シリコン／アルミニウム共晶点を越える温度で 空気中にて基板を加熱することにより、シリコン基板と合金化されていることに より特徴づけられる裏電極と、 を備える改良された光電池。
2. ２．前記アルミニウム層に隣接して前記基板にｐ＋領域を有し、該ｐ＋領域が５ 〜８ミクロンの深さを有する請求項１の電池。
3. ３．前記基板がおよそ１２ミル（約０．３ｍｍ）の厚さであり、前記アルミニウ ム金属層がおよそ２０ミクロンの厚さであり、前記基板が前記アルミニウム層と の接点におよそ５ミクロンの深さのＰ＋領域を有する請求項２の電池。
4. ４．前記基板がおよそ１６ミル（約０．４ｍｍ）の厚さであり、前記アルミニウ ム層がおよそ３０ミクロンの深さであり、前記基板が前記アルミニウム層との接 点におよそ８ミクロンの深さのＰ＋領域を有する請求項２の光電池。
5. ５．前記アルミニウム層が好ましくは前記背面の単位面積当たり８ｍｇ／ｃｍ２ のアルミニウムにより特徴づけられる請求項３の光電池。
6. ６．（ａ）ｐ型導電性と、前面と、背面と、該前面に隣接した浅いｐ−ｎ接合と 、該前面を被覆する反射防止膜と、を有するシリコン基板を備えるシリコン太陽 電池ブランクを準備する工程と、 （ｂ）該背面の大部分をアルミニウムメタルペーストにより被覆する工程と、（ ｃ）該反射防止膜上に選択された表電極パターンを画成するように該反防止膜を 銀／ガラスフリット・ペーストの層により被覆する工程と、（ｄ）前記基板を焼 成し、該基板を約７８０〜８１０℃のピーク温度にて維持する工程であって、（ １）前記アルミニウムメタルペーストのアルミニウム金属が、前記背面上にアル ミニウム裏電極を形成させ、（２）前記銀／ガラスフリット・ペーストの銀金属 及びガラスフリット成分が、前記反射防止膜を通して移動し、前記基板の前面上 に銀電極を形成する、に十分な時間維持する工程と、を備える改良された効率を 有する光電池の製造方法であって、該アルミニウムメタルペーストが、被覆され た背面の単位面積当たり４．５〜８ｍｇ／ｃｍ２のアルミニウム含有量を与える ように塗布され、こうして（ｄ）工程の結果として、厚いアルミニウム電極が形 成されることを特徴とする前記光電池の製造方法。
7. ７．前記（ｄ）工程が、前記ブランクを７９０〜８１０℃のピーク焼成温度まで 加熱し、該温度にて１〜６秒間、該ブランクを維持する工程を含む請求項６の方 法。
8. ８．前記約５〜８ミクロンの深さを有するｐ＋領域が、前記基板と前記アルミニ ウム裏電極との中間に形成される請求項６の方法。
9. ９．前記ピーク温度が約７９０℃である請求項６の方法。
10. １０．前記焼成が放射ベルト型炉内にて行われ、さらに前記基板が該炉を通して 移動し、続いて前記基板が前記焼成温度まで昇温され、該焼成温度に選択された 時間だけ維持され、その後、該焼成温度から急速に冷却される請求項６の方法。
11. １１．前記工程（ｂ）の前に、銀メタル／ガラスフリット・ペーストの層が、少 なくとも１つの前記背面の選択された領域に塗布され、さらに該少なくとも１つ の選択された領域と整合する少なくとも１つの開口を画成するように前記アルミ ニウムメタルペーストが前記背面に塗布され、該アルミニウムペーストは該少な くとも１つの開口で銀ペーストの層を被覆はするが、完全には被覆しない請求項 ６の方法。
12. １２．前記背面に塗布された銀メタル／ガラスフリット・ペーストが、工程（ｄ ）の間に、他のペーストと共に焼成される請求項１１の方法。
13. １３．前記ペーストのそれぞれが、他のペーストが塗布される前に、およそ１５ ０℃で１〜４分間、空気中にて乾燥される請求項６の方法。
14. １４．改良された予測寿命を有する光電池の製造方法であって、（ａ）前面と、 背面と、該前面に隣接する浅いｐ−ｎ接合と、該前面を被覆する反射防止膜とを 有する半導体基板を備える太陽電池ブランクを与える工程と、（ｂ）該基板の背 面の選択された第１の領域を被覆するように、ガラスフリットを備える第１のメ タルペーストの層を該背面に塗布する工程と、（ｃ）該第１のメタルペーストに より被覆されていない前記基板の背面の第２の領域部分を被覆するように、該第 １のメタルペースト層の部分に重なる第２のメタルペースト層を該背面に塗布す る工程と、（ｄ）所定の電極パターンにて該反射防止膜上にメタル／ガラススリ ット・ペーストを塗布する工程と、 （ｅ）該ブランクを酸素含有雰囲気にて、下記の温度及び時間にて焼成する工程 と、を備える方法であって、該温度及び時間が、（１）前記メタル／ガラスフリ ット・ペーストが、該メタル／ガラスフリット・ペーストの金属成分のために十 分な前記反射防止膜を貫通して、前記前面に結合した電気接点を形成し、（２） 工程（ｂ）にて塗布される前記第１のメタルペーストの金属成分が、前記背面の 第１の領域のそれぞれと電気的に結合し、（３）前記工程（ｃ）にて塗布される 第２のメタルペーストの金属成分が基板と合金化され、該背面の第２の領域と電 気的に結合し、第１のメタルペーストの金属成分と低抵抗の接点を形成する、か ような温度及び時間であって、 該第２のメタルペーストがアルミニウムメタルを含み、該ペーストが塗布されて 、前記第２の領域にアルミニウム電極を４．６〜８．０ｍｇ／ｃｍ２含有するよ うな厚みを有する層を形成することを特徴とする前記方法。
15. １５．前記基板が約０．０１６インチ（約０．４ｍｍ）の厚みを有し、前記アル ミニウムペーストが前記背面の単位面積当たり約８ｍｇ／ｃｍ２の総合アルミニ ウム含有量となるような厚みを有する層に塗布されることを特徴とする請求項１ ４の方法。
16. １６．前記基板が約０．０１２インチ（約０．３ｍｍ）の厚みを有し、前記アル ミニウムメタルペーストが、前記背面の単位面積当たり約４．５ｍｇ／ｃｍ２の 総合アルミニウム含有量となるような厚みを有する層に塗布されることを特徴と する請求項１４の方法。
17. １７．前記工程（ｅ）の前に、前記第２のメタルペースト全体にガラスフリット ・ペーストの層を塗布する工程をさらに備え、こうして工程（ｅ）が、該ガラス フリット・ペーストが前記裏電極を封止するガラス被覆層に転換されるようにす る請求項１４の方法。
18. １８．前記メタル／ガラスフリット・ペーストが塗布される前に、前記ガラスフ リット・ペーストが、前記第２のメタルペースト全体に塗布される請求項１７の 方法。
19. １９．前記焼成が、前記ブランクを約７８０〜８１０℃のピーク焼成温度まで加 熱することにより成される請求項１８の方法。
20. ２０．前記ブランクが７９０℃のピーク焼成温度にて１〜６秒間保持される請求 項１９の方法。