JPS5929474A - 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】 （技術分野） 本発明は太陽電池に関するものであυ、特に光入射側の
電極の構造及びその形成方法を改良した太陽α池に関す
る。

（発明の技術的背Ｊｌｌ及び問題点） 太陽電池の光入射側面の電極形成方法としては、アルミ
ニウム、銀、チタン、ニッケル等の金属を全面に蒸着し
て表側電極を微１ｔ（ＩＩなくし形、網目状。

格子状等にフォトエツチングする第１の方法と、ニッケ
ルや銀めっきによる第２９方法及び銀−やアルミニウム
を成分としたペーストを印刷した後に焼成する第３の方
法が最も＝・般的に知られかつ実用化きれている。第１
の方法は微イ１０なパターンの形成が容易であり拡散接
合が浅い場合に直列抵抗を下げて光電変換効率を向上さ
せるのに有効である反面、膜厚を厚くする為には推債速
度がおそいことから非常に時間がかかる欠点があった。

第２の方法は装置、操作が比較的簡単である反面、膜の
密着性を良くする為には基板表面を粗くする必要があり
、この為に機械研磨法を用いると加工歪が残シ、性＾１
［−低下させ、またアルカリ等による異方性エツチング
によればエッチビットによる整然とした而が形成される
ものの、接合形成や「匡極形成、レジスト塗布、パネル
への装着時に横用な表面金錫っけない為に極めて慎重な
ハンドリングが要求された。第３の印刷法はスクリーン
のマスクを通して直接的に電（嘱へが形成さｕＬるが、
その後に高温焼成プロセスが必要なことと、充分な導電
性を確保する為にはかなりの厚さにしなければならず微
細なパターンの形成がが１４　Ｌかった。

発明者等は太陽電池の′ＩＩＬ気特性全特性に改善すべ
〈従来の方法で得られる′ｒ１・Ｌ極＋ｉＹ造−でＰ−
ｎ接合面の状態をミクロに分析し、１：Ｌ２特性との関
係を調査する中で、最近１１〕Ｆ究が進んでいる１幼効
率太陽電池の実用化の為にば′電極の材料及び性状につ
いてｌトを別の工夫が必要であることを見出した。Ｒ［
Ｉち高い効率を得る為にはまず、短波長の光に対する感
度向上の目的′７′ｌ）ら拡散層を浅くすることが必要
となる。このような浅い接合に対して、通常の電極金属
は、熱処理や経時変化により接合金つきぬける現象が起
こることがあった。この為にシリコンと成極主構成金属
間に、拡散や電気中の水や酸素との反応から６極Ｐ接合
を防御する為の中間Ｊψマが必要となってきており、チ
タン、パラジウム又はチタン、白金の２層を蒸着法、又
はスパッタ法で形成している。このような下地ｉｌＬ極
はメッキ法によるニッケルや印刷法でも試みられるが、
接合深さが０．５μＩ１１以下となる最近の高効率太陽
′電池には不適当なことがわかった。即ら接合深さ０．
２μｎ１〜Ｑ、３７１ｍに対し実用的に利用できる下地
電極は以上に述べた蒸着やスパッタ法による複層のもの
の゛みであることがわかった。続いて、拡散層が浅い時
には表面の横方向への電気抵抗が高くなり直列抵抗成分
の影響によυ効率を低下式せる問題があった。そこでこ
の対策とし′Ｃまず、ｒＦｌ　１％の構造を極めて多数
の微細な格子状の集合としたいわゆる微細電極を用いる
。以上は下地１ａ極にフォトエツチングプロ、セスを用
いた微１ｈｌｏ加工技術を適用することにより容易にで
きる。更に、直列抵抗を下げる為にｆＪ：　１１Ｌ　Ｊ
α自体の抵抗を下げなけｈばならない。

この為には電極の厚さを厚くしてやる必要がある。

ところが蒸着やスパッタリング法で下地電極上に更にα
気長導体を厚く積Ｍさせることは、微細加工技術的に難
しく、又、時間がかかυ生産コスト的に問題であった。

そこで我々は下地電極は蒸着、スパッタリング法で形成
して、この後、めっき法によりｉａ気気心導体積層形成
する方法を特願昭５Ｇ−１８３７５０中に示した。この
中では下地電極上に、■電気メッキ法による銀、ｔ２＋
　’ｒ６気メッキ法による銅を形成する例を示した。そ
の後、更に実験を追加した結果太陽電池の効率を更に向
上させるべく接合深さを最適化し、９区（・玉を数１０
μ以下に微細化したところ下地１匡極上に′；１Ｌ気め
っきにより金属層を形成した場合、内部応力の為にＩＥ
極が剥離し易くなる傾向゛を見出した。特に上極抵抗を
下げるべくめつき層を厚くするとこれが顕著となる。一
方、電気的現象によらない、１ヒ学的な原理に基づく無
１「、解めっき法でもめつき層の形成が可能である。下
地ｕｌ極上に無１［Ｈめつき層を形成したところ、無１
１′Ｌ屑めっき特有の表面に凸凹を発生するいわゆるア
ンカー効果の為に極めて強い付着力が得られた。しかし
ながら形成できる厚さに限度がある為に充分な抵抗の低
下がみらｉｔなかった。

以上の基ａｊＳ実験の結果、両めっき法の長所を組み合
せ、更に下地電極を特別に吟味することによυ著しく　
ｔ＋＝ｙ性、信頼性を改善できることが予想できた。

更に密着性の改善された点に注目して調べたところ次の
様な知見を得た。即（ハ”＋ｌｊ気めっき層の結晶粒径
は無゛屯めつき層の結晶粒径に比べ大ぎい。

このことはシリコン下地との密着性が無１にめっきの方
がぼれていることに一致し、前記アンカー効果を生む表
面の微細な凸凹がこれに原因していると判断される。

一方ＩＩＬ気電４９・性を考慮するとル極材料の結晶粒
径シま大きい方がよυ好ましい。

発明者らは以上の知見に基き、さらに改良された太陽′
＋、＋Ｌ池及びその製造方法を開発すべく、実験調査を
行なって本発明を完成した。

（本発明の目的） すなわち本発明は基板との密着性が高く、電気１１″芋
件の筺れた微細見極を有する太陽電池も央苺毒琺を提供
すること全目的とする。

（発明の概要） すン上わち本発明は接合を有する半導体基板の表面に、
チタン及び白金、又はチタン及びバラゾウムでなる下地
ｉｉ尤！儀と、この下地電１重上に形成される電気良導
体とを（＋ｉｔｉえる太陽電池において、電気良導体は
結晶粒径が小８い金属でなｐ下地電極に接して形成式）
Ｌる第１　Ｈ：４と、この第１層の金属の結晶粒径より
大きい結晶粒径の金属でなり第１層の上に形成きれる第
２層とを有することを１１￥徴とする太陽′電池である
。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を第３図により詳しく説明する、 第；３図は方位（１００）、厚さ２５０μｍ１１比抵抗
１０Ω・錆のシリコン単結晶を用いて形成した太陽電池
の部分断面図である。まず、Ｐ型ＣＺシリコン半導体）
、ξ板（２υに９００　’ＯでＰｏｃｌ、を用いてリン
を１０分間デポジットした後、１５分間窒素ガス中でシ
ンターする。このとき表面濃度２Ｘ　１０２０ｃｍ″−
２、接合深さ０２μのＮ＋）ｉ合＋２ａが形成きれた。

その後、表面の酸化膜と裏面の拡散層を除去し、アルミ
ペーストＡ−３４８４（エングルノ・−ト社型名）を裏
面全面にスクリーン印刷法により形成する。印刷スフ１
１−ンニｉｔ　２００　メツシュのステンレススクＩＪ
−ンヲ用いた。続いて大気中８５０°Ｃで２０秒間焼成
すると裏面側のシリコン表層部分が合金化しＰ”Ｒ違（
２階をブ杉成することができる。塩酸と弗酸工り成る？
Ｉも合エツチング液によυ合金化に寄与せず余った過剰
のアルミペーストの焼結成分を除去し■゛＋層（ハ）を
露出させる。ａいて真茫蒸着法によりチタン膜２ａを０
にて前記Ｐｌ゛層（至）上に裏面側下地電極ζノロ）と
してノ杉成する。

矢に表１１１１１全面に反射防止膜（３■としてプラズ
マＣＶＩ）法により窒化シリコン膜ｆｃ７ｔ）ＯＸ形成
する。

平行平板、容ｒ代結合型の装置にウエノ・−を入ｆ’Ｌ
基板渦度ｆ、：３００’Ｏにしてベルシアーにアンモニ
アガス、シランガスの反応ガスとキャリアガスである蟹
累ガスを導入し、５ＱＫＩＩｚの高周波ノくワー金５０
０　Ｗ　４’ｌ　入してデポジションした。この結果、
反引出の低い均一な膜を得た。次に（ＪＦＰＩＬ８００
　（ｊ［京応化、商品型名）ポジ型感光樹脂を３０００
ｒｐｍでスピンコードする。そのｉ８０°Ｃに保持した
りＩＪ−ンオーブン中で３０分のプリベークを行う。次
にグリッド幅Ｉ　Ｑ　７７１１１の微Ａ、ｌｌ＋　’電
極パターンを超高圧水銀灯を使用したコンタクト露光法
で１０　ｍＪ　／＜：ｔｒ？　　の東件で露光し、専用
現像液ＮＭ１）−３（東京応ｆヒ。

商品型名）により現像する、リンスは水洗によシ行イ、
１４０’Ｑ、　　３０　分のボストベークを行う。この
結果、表面”＋Ｊｊ　棒形状に対応するノくターンの開
（」をＯＦ　ＰＩＬ　−８００Ｈｌに形成する。そして
この開口を通じ緩衝粘酸（弗酸、弗化アンモニウム：水
：＝に３：４）で窒化シリコンをエツチングし’＋Ｋ　
ｔｆｉノくターン形状に基板を露出させる。ひき続き、
真望蒸着法により全面に専１４Ｌ性被膜としてチタン膜
（２７）　４００保持し、なから形成し、表面側下地成
極（２！ｌ）とする。

その後レジストＪＩ−？をアセトンによシ除去する。

次に無電解メッキ法によシ表面及び裏面の／（ラジウム
上に０．５μｍ］］の無」往解銅層を無電ガ〒め一ノき
金属ｆ＋’ｃ−Ｊ藝６Ｑとしでメッキする。メッキ液は
硫ｆ波銅。

酒石酸カリウムナトリウム、水酸化ナトリウムを成分と
し、ホルマリンを少量添加したフエーリンダ液を用いて
約０．５μ形成する。続いて硫酸銅、硫酸、塩素イオン
（塩酸）を各々２０１Ｊｊｌ／ｌ　、　５０ｇ／ｌ。

５０ｍ９／ｌ含むめっき液中２５°０で、電６ｉｕ密度
ＩＡ／（Ｉ　Ｉ１１’で通電を２０分間行い、前記無電
解銅上に電気めっき金属相２　）＞５４３１）を５μＩ
ｎ形成する。このように同一の銅成分でも第１層の結晶
粒径を小嗅ぐ、第２層の結晶粒径を大きくすることによ
り密着性の良いかつ良導電性の電極が形成できる。この
場合窒化シリコンはメッキマスク効果を有するのでめっ
きマスクの形成工程は不要となる。本例でば゛心気メッ
キに無電メッキと同一の１同を用いたが銀等無電メッキ
、′ル気メッキが異種金ｐ１より成っていても同一の効
果が期待できるものである。更に′Ｉ′ＩＬ極表面を安
定化する為に、硫酸ニッケル３註ウム２０Ｖｌ、酢酸ナ
トリウム２０ｇ／ｌ、ジエチルボラザｙ　３ｍｌ／１．
　メＩＩ　／　−　／ｌ／　５０ｍ７／ｌに微量の安定
剤を混ぜｐＨ′？：６〜７、液温を６５°Ｃとして作つ
ためつきｉ夜によシ無電角了゛ニッケルメッキ／１ｌｉ
７を無′亀解めつき金ＦＡ第３層（３シとして０．５μ
用形成する。この結果極めて導１゛に性の旨い、密シ，
・１件の反れた解枠が得られた。一部断面を′４子顕微
鏡で観察するとシリコン基板と接する無電解めっき層は
極めて小さく約１．０〜０．０５μｍ０程度の結晶粒の
集合体であり、上層部の「電気めっきハ１の結晶粒径の
約１０分の−と小さく、２５４着性を良くしているもの
と判断できた。従来の′１１Ｌ気めつきＪｌ・）のみの
ものでは３０μＩ１１　線幅の微細加工に於て、箪１函
の剥肉［トが起こり工程中の不良が．（０〜５０循もあ
ったが、本発明の＋；ｑ造及び方法では不良率０．５％
以下であった。また、直列抵抗値を測定したところ、従
来の無′直解めつきのみの方法の０．０８Ωに比べて本
発明では０．００９Ωと一桁も良くなり、従来の電気め
っきのみのものに比べても下地との密着性が上ったこと
により２倍近く良くなった。直列抵抗の減少は変換効率
の向上をもたらすことが約−Ｊｈ．、　　リード線を結
線した上で特性全評価した。

ソーラーシュミレータ−によυ、ＡＭｌ　、　１０Ωｍ
Ｗ／ｃｒｆ？の偽似太陽光を照射して評価すると変換効
率が１　４．９　ｑｂとなり、従来の電気めっき層のみ
のものや無．７Ｑ解めっき層のものよυも１割程度の向
上がみられた。

以上、本発明によれば密着性，導Ｔ（Ｃ性，微１ｒｌｌ
ｌ加工性に１９ｉｔ、かつ高効率化の為の浅い接合にも
耐えられる電極を有する信頼性の高い太陽電池を歩留９
良く製造することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する太陽電池の概略断面図である。 ２１半；ｒｆｉ　体Ｍ　板ｚｚ−．　Ｎ　層２：う・２
層　　　　　　　　２４　、　２７　　チタン膜２！’
ｉ　、　２８　　・パラジウム膜　２（ｉ，２９　　下
地電極３０　無電解めっき金親第１層 ：（ＩＩ・［１１，気めっき金ＦＡ第２）音３２　無′
屯解めつき金ｈＡ第３１仏督３３　反射防止膜 −（７３１７）代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほ
か１名）第　　１　　図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　接合を有する半導体基板の表面に、チタン及
   び白金、又はチタン及びパラジウムでなる下地・成極と
   、この下地型極上に形成される°心気良導体とを備える
   太陽電池において、電気良導体は結晶粒径が小さい金属
   でなり下地電極に接して形成さノしる第１ｆｖＩと、こ
   の第１層の金属の結晶粒径より大きい結晶粒径の金属で
   なり第１層の上に形成される第２１６とを有することを
   特徴とする太陽電池。
2. （２）第１層の金属が無電解めっき金属でなり、ｖ、２
   層の金属が電気めっき金属でなることを特徴とする特許
   請求の範囲幀１項記載の太陽１電池。
3. （３）第２層の金ＪＩｆ４はこの上に更に無電解メッキ
   金属でなる第３１〆を設けていることを特徴とする特ａ
   ′「請求の範囲第２項記載の太陽電池。
4. （４）第１　Ｊｔ５及び第２層の金属の主成分は銀又は
   銅よシなることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び
   第２項記載の太陽電池。
5. （５）第３屑の余聞の主成分はニッケルであることを特
   徴とする特許請求の範囲第３］Ｊ１４記載の太陽電池。
6. （６）半導体基板表面の下地電極及び電気良導体が形成
   さＪしていない部分の少なくとも一部に反射防止膜が形
   成されていることを特徴とする特許求の範囲第１項記載
   の太陽電池。
7. （７）反射防止膜がめつきマスクを兼ねる材料よりなる
   ことを特徴とするｌ１￥許請求の範囲第６３Ａ記載の太
   陽電池。
8. （８）反射防止膜が窒化シリコン膜でなることを特徴と
   するｌ庁許請求の範囲第６頂及び第７項記載の太陽電池
   。