JPS6159547B2 - - Google Patents
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- JPS6159547B2 JPS6159547B2 JP52091933A JP9193377A JPS6159547B2 JP S6159547 B2 JPS6159547 B2 JP S6159547B2 JP 52091933 A JP52091933 A JP 52091933A JP 9193377 A JP9193377 A JP 9193377A JP S6159547 B2 JPS6159547 B2 JP S6159547B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/228—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a liquid phase, e.g. alloy diffusion processes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は太陽電池の製造方法に関し、とくに印
刷法で電極を形成する太陽電池およびその製造方
法に関するもので、高い変換効率を有する太陽電
池等の半導体装置を容易に、かつ安価に製造する
ことを目的とする。
刷法で電極を形成する太陽電池およびその製造方
法に関するもので、高い変換効率を有する太陽電
池等の半導体装置を容易に、かつ安価に製造する
ことを目的とする。
近年、太陽電池の電極形成に印刷法が注目され
るようになつてきた。印刷法は、金属粉末とガラ
ス質粉末を混合し、有機質溶媒に分散させた粘調
な泥状物質(以下導電ペーストという)を被電極
形成基板に印刷した後、適当な温度で焼成して電
極を得るもので、一般に抵抗やコンデンサーなど
を集積して回路を構成する厚膜ICなどの製造に
もつばら使用されている。
るようになつてきた。印刷法は、金属粉末とガラ
ス質粉末を混合し、有機質溶媒に分散させた粘調
な泥状物質(以下導電ペーストという)を被電極
形成基板に印刷した後、適当な温度で焼成して電
極を得るもので、一般に抵抗やコンデンサーなど
を集積して回路を構成する厚膜ICなどの製造に
もつばら使用されている。
この印刷法を太陽電池の電極の形成に用いれ
ば、従来の真空蒸着法やメツキ法に比較して、著
しく作業が簡単であり、しかも容易に連続自動化
が可能であるために、電極の形成工程が大いに合
理化される。
ば、従来の真空蒸着法やメツキ法に比較して、著
しく作業が簡単であり、しかも容易に連続自動化
が可能であるために、電極の形成工程が大いに合
理化される。
現在太陽電池の最も大きな課題は製造コストの
低減であり、このことが太陽電池の普及に決定的
な要因となる。この太陽電池の製造コストの中で
電極の形成工程の占める割合が大きく、この点で
の合理化が重要課題となつており、上述した印刷
法は好適な方法である。
低減であり、このことが太陽電池の普及に決定的
な要因となる。この太陽電池の製造コストの中で
電極の形成工程の占める割合が大きく、この点で
の合理化が重要課題となつており、上述した印刷
法は好適な方法である。
さて、この印刷法をシリコン太陽電池の電極形
成に用いる場合、形成された電極が光起電性半導
体基板に対して低い接触抵抗を示し、しかも強固
に被着し、さらに基板と伝導型の異なる拡散層に
対して電極がつきぬけないことが重要な要件とな
る。
成に用いる場合、形成された電極が光起電性半導
体基板に対して低い接触抵抗を示し、しかも強固
に被着し、さらに基板と伝導型の異なる拡散層に
対して電極がつきぬけないことが重要な要件とな
る。
この印刷法で太陽電池の電極を形成するため
に、同じ印刷、焼成で形成した抵抗体やコンデン
サーなどの電極として、一般に用いられている
Agペーストを用いた報告がなされている。また
抵抗体やコンデンサに用いられるAg/Pdあるい
はAu系の導電ペーストの使用も考えられる。Ag
又はAg/Pd系導電ペーストは、AgあるいはAg
とPdの混合粉末に鉛系を主成分とする低融点ガ
ラス粉末又は硼珪酸鉛ガラス粉末とエチルセルロ
ーズなどの有機結着剤や印刷時の粘度を調するた
めのセルソルブなどの有機溶媒を加えて泥状状態
にしたものである。
に、同じ印刷、焼成で形成した抵抗体やコンデン
サーなどの電極として、一般に用いられている
Agペーストを用いた報告がなされている。また
抵抗体やコンデンサに用いられるAg/Pdあるい
はAu系の導電ペーストの使用も考えられる。Ag
又はAg/Pd系導電ペーストは、AgあるいはAg
とPdの混合粉末に鉛系を主成分とする低融点ガ
ラス粉末又は硼珪酸鉛ガラス粉末とエチルセルロ
ーズなどの有機結着剤や印刷時の粘度を調するた
めのセルソルブなどの有機溶媒を加えて泥状状態
にしたものである。
しかし、本発明者らの検討によれば、このよう
な導電ペーストを太陽電池に印刷し、焼成しただ
けでは基板と電極との間にパリヤが形成されて接
触抵抗の低い良好なオーミツク接触をとることが
困難であつた。
な導電ペーストを太陽電池に印刷し、焼成しただ
けでは基板と電極との間にパリヤが形成されて接
触抵抗の低い良好なオーミツク接触をとることが
困難であつた。
これら導電ペーストを使つて実用性のある、例
えばシリコンの光起電性基板を用いた太陽電池の
電極を形成するためには、被電極形成面すなわち
Pn接合を有するシリコンの拡散層面および基板
面ともにP+またはn+となるように基板表面の不
純物濃度を1019cm-3以上にする必要があるととも
に、印刷した導電ペーストの焼成温度も800℃以
上の比較的高温でなければならなかつた。
えばシリコンの光起電性基板を用いた太陽電池の
電極を形成するためには、被電極形成面すなわち
Pn接合を有するシリコンの拡散層面および基板
面ともにP+またはn+となるように基板表面の不
純物濃度を1019cm-3以上にする必要があるととも
に、印刷した導電ペーストの焼成温度も800℃以
上の比較的高温でなければならなかつた。
このような高温焼成でさらに問題となること
は、光起電性を示す拡散層たとえばn基板にボロ
ンを拡散させてなるP+n接合に対して、P+層に形
成した電極がP+層をつきぬけて光起電特性を示
すP+n接合が破壊されることである。
は、光起電性を示す拡散層たとえばn基板にボロ
ンを拡散させてなるP+n接合に対して、P+層に形
成した電極がP+層をつきぬけて光起電特性を示
すP+n接合が破壊されることである。
このように従来の導電ペーストを用いて太陽電
池の電極として重要な、低接触抵抗で、しかも拡
散層に対してつきぬけのない電極を同時に形成す
ることが非常に困難であつた。またAu系の導電
ペーストについても、前記AgあるいはAg/Pd系
導電ペーストと同様な問題点を有しているばかり
でなく、値段の点でもAgのそれと比べて一桁以
上も高いので、安価な太陽電池を提供することが
一層困難であつた。
池の電極として重要な、低接触抵抗で、しかも拡
散層に対してつきぬけのない電極を同時に形成す
ることが非常に困難であつた。またAu系の導電
ペーストについても、前記AgあるいはAg/Pd系
導電ペーストと同様な問題点を有しているばかり
でなく、値段の点でもAgのそれと比べて一桁以
上も高いので、安価な太陽電池を提供することが
一層困難であつた。
またこれらの導電ペーストには、焼成後におい
て電極を被接着基に対して強固に、かつ安定に被
着させるために通常ガラス質の粉末が金属粉末の
結着剤として適当量添加されている。
て電極を被接着基に対して強固に、かつ安定に被
着させるために通常ガラス質の粉末が金属粉末の
結着剤として適当量添加されている。
一般に、これらガラス質粉末の成分は、金属粉
末の種類や焼成温度によつて変へられるが、通常
550℃程度の中温焼成形Ag系導電ペーストでは、
鉛系の低融点ガラス粉末が主成分として添加され
ており、また、800℃以上の高温焼成形Ag系導電
ペーストには硼珪酸鉛ガラスがガラス粉末の主成
分をなしている。このように従来の導電ペースト
中のガラス質粉末の成分には、組成や焼成温度が
異なつていてもかなりの鉛系ガラスが含まれてい
て、この鉛系ガラスがシリコンなどの半導体基板
から直接良好なオーミツク電極がとれない原因に
もなつている。これは、導電ペーストの焼成過程
において、ガラス粉末中の鉛成分がシリコンなど
の半導体基板の酸化を促進させる性質を持つてい
るためにおこるもので、半導体基板上に形成され
た酸化膜が電極との間に介在し高抵抗を示すため
である。この抵抗の高い酸化膜を破つてペースト
中の金属成分が半導体基板と接触して良好なオー
ミツク接触を形成するためにも800℃以上の焼成
温度が必要であつた。
末の種類や焼成温度によつて変へられるが、通常
550℃程度の中温焼成形Ag系導電ペーストでは、
鉛系の低融点ガラス粉末が主成分として添加され
ており、また、800℃以上の高温焼成形Ag系導電
ペーストには硼珪酸鉛ガラスがガラス粉末の主成
分をなしている。このように従来の導電ペースト
中のガラス質粉末の成分には、組成や焼成温度が
異なつていてもかなりの鉛系ガラスが含まれてい
て、この鉛系ガラスがシリコンなどの半導体基板
から直接良好なオーミツク電極がとれない原因に
もなつている。これは、導電ペーストの焼成過程
において、ガラス粉末中の鉛成分がシリコンなど
の半導体基板の酸化を促進させる性質を持つてい
るためにおこるもので、半導体基板上に形成され
た酸化膜が電極との間に介在し高抵抗を示すため
である。この抵抗の高い酸化膜を破つてペースト
中の金属成分が半導体基板と接触して良好なオー
ミツク接触を形成するためにも800℃以上の焼成
温度が必要であつた。
以上のように、従来から厚膜抵抗や厚膜コンデ
ンサーなどの電極として一般に使用されているこ
れらの導電ペーストは、半導体用の電極とくにシ
リコンなどの太陽電池用電極として実用に耐えな
いもので、これらの導電ペーストを使用しても、
高効率の太陽電池を得ることが困難であつた。
ンサーなどの電極として一般に使用されているこ
れらの導電ペーストは、半導体用の電極とくにシ
リコンなどの太陽電池用電極として実用に耐えな
いもので、これらの導電ペーストを使用しても、
高効率の太陽電池を得ることが困難であつた。
本発明は、印刷法の特長を有効に生かし、高効
率の太陽電池の低接触抵抗電極を容易かつ安価に
製造するものである。
率の太陽電池の低接触抵抗電極を容易かつ安価に
製造するものである。
すなわち、本発明の方法は、AgとAlもしくは
Tiの二元系あるいはAgとAlとTiの三元系混合微
粉末および鉛成分を含まないガラス粉末に、有機
溶媒および有機結着剤を加えて生成した導電ペー
ストを、シリコン半導体の一主面に印刷法にて塗
布し、酸素を所定量(0.3容量%〜1.0容量%)含
む不活性ガス中で所定の温度(550℃〜650℃)で
焼成してオーミツク電極を形成する方法であつ
て、変換効率の高い太陽電池を容易、安価にうる
ものである。
Tiの二元系あるいはAgとAlとTiの三元系混合微
粉末および鉛成分を含まないガラス粉末に、有機
溶媒および有機結着剤を加えて生成した導電ペー
ストを、シリコン半導体の一主面に印刷法にて塗
布し、酸素を所定量(0.3容量%〜1.0容量%)含
む不活性ガス中で所定の温度(550℃〜650℃)で
焼成してオーミツク電極を形成する方法であつ
て、変換効率の高い太陽電池を容易、安価にうる
ものである。
本発明に使用される導電ペースト中の金属成分
として、Ag粉末と混合される金属粉末はAlやTi
が特に有効である。また導電ペースト中のガラス
成分は、鉛系ガラス粉末を亜鉛系ガラス粉末で全
ておきかえたものが好ましい。そして、本発明に
かかる太陽電池の電極は、従来の導電ペーストの
ように800℃以上の高い焼成温度を必要とせず、
それよりもかなり低い温度、すなわち600℃前後
の温度で焼成することが可能である。
として、Ag粉末と混合される金属粉末はAlやTi
が特に有効である。また導電ペースト中のガラス
成分は、鉛系ガラス粉末を亜鉛系ガラス粉末で全
ておきかえたものが好ましい。そして、本発明に
かかる太陽電池の電極は、従来の導電ペーストの
ように800℃以上の高い焼成温度を必要とせず、
それよりもかなり低い温度、すなわち600℃前後
の温度で焼成することが可能である。
また、本発明は、焼成工程におけるエチルセル
ローズ等の有機質の酸化除去は、1容量パーセン
ト以下の酸素雰囲気中で行なうのがよく、金属粉
末の酸化はあまり起こらず、太陽電池として好ま
しい低抵抗の電極が形成される。
ローズ等の有機質の酸化除去は、1容量パーセン
ト以下の酸素雰囲気中で行なうのがよく、金属粉
末の酸化はあまり起こらず、太陽電池として好ま
しい低抵抗の電極が形成される。
このように本発明では、半導体基板に塗布され
た導電ペーストが酸素を含む雰囲気中で焼成され
ても半導体基板が加速的に酸化されないようにガ
ラス質粉末から鉛系のガラス成分を除くことが望
ましく、しかも低温で基板と電極がオーミツク接
触を形成するように他の金属材料を添加すること
が本発明の特徴である。
た導電ペーストが酸素を含む雰囲気中で焼成され
ても半導体基板が加速的に酸化されないようにガ
ラス質粉末から鉛系のガラス成分を除くことが望
ましく、しかも低温で基板と電極がオーミツク接
触を形成するように他の金属材料を添加すること
が本発明の特徴である。
たとえば、シリコン半導体基板に銀系ペースト
でオーミツク接触を得ようとする場合、前述のよ
うに、シリコンと銀の共晶温度に近い800℃以上
の焼成温度が必要であつたが、アルミニウムなど
のようにシリコンに対して銀よりも低い共晶温度
を有する金属を添加すれば、焼成温度を下げても
良好なオーミツク電極を形成することが可能にな
る。また、これら添加する金属材料の配合比や焼
成条件を適当に選べば太陽電池基板のように比較
的浅い拡散層に対しても電極がつきぬけることは
ない。以下本発明の実施例について説明する。
でオーミツク接触を得ようとする場合、前述のよ
うに、シリコンと銀の共晶温度に近い800℃以上
の焼成温度が必要であつたが、アルミニウムなど
のようにシリコンに対して銀よりも低い共晶温度
を有する金属を添加すれば、焼成温度を下げても
良好なオーミツク電極を形成することが可能にな
る。また、これら添加する金属材料の配合比や焼
成条件を適当に選べば太陽電池基板のように比較
的浅い拡散層に対しても電極がつきぬけることは
ない。以下本発明の実施例について説明する。
実施例 1
0.5μm以下の粒径からなる銀の微粉末85.4部
と0.1μm以下の粒径からなるアルミニウム粉末
8.5部の酸化鉛を全く含まない0.5μm以下の酸化
亜鉛を主成分として構成されたガラス粉末6.5部
に、少量のエセチルセルローズとカルビトールを
加えながらメノウの混合粉砕機で十分に混合撹拌
して約300cps程度の粘調な泥状物質すなわち導
電ペーストを調製する。太陽電池基板として、50
mmφの比抵抗0.5Ω―cmの第1図に示すn型シリ
コン基板1片面にボロンドープドシリカフイルム
を塗布し1100℃拡散し、又他方の面にリンドープ
シリカフイルムを塗布した後950℃で拡散し、約
1.5μmのP+層2およびn+層3を形成する。つい
で前記導電ペーストを250メツシユのステンシル
スクリーンを用いてそれぞれの拡散面に印刷し、
120℃の熱風乾燥機で10分以上加熱して、有機溶
媒を蒸発除去した後、0.8%の酸素を含む窒素ガ
スの流れる雰囲気中で、600℃の温度で20分間焼
成して、光の照射されるP+面に格子状の電極4
およびn+面に全面電極5を形成し、さらに超音
波ゴテを用いて銀―アルミニウム用ハンダ6でリ
ード線7,8をそれぞれ取りだして太陽電池を構
成した。
と0.1μm以下の粒径からなるアルミニウム粉末
8.5部の酸化鉛を全く含まない0.5μm以下の酸化
亜鉛を主成分として構成されたガラス粉末6.5部
に、少量のエセチルセルローズとカルビトールを
加えながらメノウの混合粉砕機で十分に混合撹拌
して約300cps程度の粘調な泥状物質すなわち導
電ペーストを調製する。太陽電池基板として、50
mmφの比抵抗0.5Ω―cmの第1図に示すn型シリ
コン基板1片面にボロンドープドシリカフイルム
を塗布し1100℃拡散し、又他方の面にリンドープ
シリカフイルムを塗布した後950℃で拡散し、約
1.5μmのP+層2およびn+層3を形成する。つい
で前記導電ペーストを250メツシユのステンシル
スクリーンを用いてそれぞれの拡散面に印刷し、
120℃の熱風乾燥機で10分以上加熱して、有機溶
媒を蒸発除去した後、0.8%の酸素を含む窒素ガ
スの流れる雰囲気中で、600℃の温度で20分間焼
成して、光の照射されるP+面に格子状の電極4
およびn+面に全面電極5を形成し、さらに超音
波ゴテを用いて銀―アルミニウム用ハンダ6でリ
ード線7,8をそれぞれ取りだして太陽電池を構
成した。
このようにして試作した太陽電池の出力特性を
ソラーシユミレーターAMO(140mw/cm2)の光
照射下で測定したところ第2図の曲線10に示す
ように開放電圧(Voc)=0.63V、短絡電流
(Isc)=580mA、曲線率(F.F)=72%、最大出力
(Pop)=263mWが得られこのときの有効受光面
積内の変換効率ηは10.5%であつた。
ソラーシユミレーターAMO(140mw/cm2)の光
照射下で測定したところ第2図の曲線10に示す
ように開放電圧(Voc)=0.63V、短絡電流
(Isc)=580mA、曲線率(F.F)=72%、最大出力
(Pop)=263mWが得られこのときの有効受光面
積内の変換効率ηは10.5%であつた。
これは、第2図の曲線11に示す従来の中温焼
成型Ag系ペーストを用いて上記実施例と同様の
方法で電極を形成した太陽電池の変換効率(η)
=1.6%に比べて著しく優れており、また従来の
蒸発法でAu―Al―Ag電極を被着して得られる太
陽電池とほとんど遜色がないものであつた。
成型Ag系ペーストを用いて上記実施例と同様の
方法で電極を形成した太陽電池の変換効率(η)
=1.6%に比べて著しく優れており、また従来の
蒸発法でAu―Al―Ag電極を被着して得られる太
陽電池とほとんど遜色がないものであつた。
上述のような高効率の太陽電池が得られた原因
を明確にするため、特性と関係の深い電極と基板
との接触抵抗、電極の表面抵抗および最大出力に
関係する曲線率を左右するリーク電流を上記の太
陽電池基板の両面に各々一対の対向する電極を形
成して測定した結果、本発明の太陽電池の基板と
電極の接触抵抗は、10-2〜10-3Ω−cm2と低く、ま
た電極の表面抵抗も3×10-3Ω/sqで十分に低い
ことがわかつた。そして、P+層に対する電極の
つきぬけの程度を表わす。P+側に負の電圧(逆
バイアス電圧)を印加したときに流れるいわゆる
リーク電流は、2×10-6A/cm2とこれも十分に低
く電極のつきぬけはほとんど認められなかつた。
これに対して従来のAg系ペーストを使用したも
のは、表面抵抗、リーク電流の点で本発明のもの
とかわりなかつたが、接触抵抗が10Ω−cm2と相当
高く、これが太陽電池の直列抵抗を上げる原因に
なつていたことが確認された。
を明確にするため、特性と関係の深い電極と基板
との接触抵抗、電極の表面抵抗および最大出力に
関係する曲線率を左右するリーク電流を上記の太
陽電池基板の両面に各々一対の対向する電極を形
成して測定した結果、本発明の太陽電池の基板と
電極の接触抵抗は、10-2〜10-3Ω−cm2と低く、ま
た電極の表面抵抗も3×10-3Ω/sqで十分に低い
ことがわかつた。そして、P+層に対する電極の
つきぬけの程度を表わす。P+側に負の電圧(逆
バイアス電圧)を印加したときに流れるいわゆる
リーク電流は、2×10-6A/cm2とこれも十分に低
く電極のつきぬけはほとんど認められなかつた。
これに対して従来のAg系ペーストを使用したも
のは、表面抵抗、リーク電流の点で本発明のもの
とかわりなかつたが、接触抵抗が10Ω−cm2と相当
高く、これが太陽電池の直列抵抗を上げる原因に
なつていたことが確認された。
実施例 2
つぎにTiの粉末を混合した導電ペーストを使
用して電極を形成した太陽電池について説明す
る。この系の導電ペーストの調製法は、実施例1
でAl粉末をTi粉末に変えた以外はほとんど同じ
で、Ti粉末は1.0μm以下の粒径のものを使用し
た。このAg/Ti系導電ペーストを用いて電極を
形成した太陽電池は、n+側に対する接触抵抗や
表面抵抗は十分低いがP+側に対する接触抵抗が
0.1〜1Ω−cm2と実施例1に示したAg/Al系電極
に比べて1桁以上高く、太陽電池としての特性も
短絡電流や曲線率が小さくなり、変換効率が8%
まで下がつた。
用して電極を形成した太陽電池について説明す
る。この系の導電ペーストの調製法は、実施例1
でAl粉末をTi粉末に変えた以外はほとんど同じ
で、Ti粉末は1.0μm以下の粒径のものを使用し
た。このAg/Ti系導電ペーストを用いて電極を
形成した太陽電池は、n+側に対する接触抵抗や
表面抵抗は十分低いがP+側に対する接触抵抗が
0.1〜1Ω−cm2と実施例1に示したAg/Al系電極
に比べて1桁以上高く、太陽電池としての特性も
短絡電流や曲線率が小さくなり、変換効率が8%
まで下がつた。
このようにTi粉末を混合した導電ペースト
は、P+拡散層に対して低接触抵抗で電極を形成
させることは困難であるが、n+拡散層に対して
は十分低接触抵抗が得られ、またTiの含有量が
多くなつても、Alの含有量が多くなつて起るよ
うな表面抵抗の増大はみられないのでn+拡散層
側電極として非常に有用である。
は、P+拡散層に対して低接触抵抗で電極を形成
させることは困難であるが、n+拡散層に対して
は十分低接触抵抗が得られ、またTiの含有量が
多くなつても、Alの含有量が多くなつて起るよ
うな表面抵抗の増大はみられないのでn+拡散層
側電極として非常に有用である。
実施例 3
つぎに導電ペーストの金属粉末の成分をAg―
Al―Tiで構成し電極を形成した結果について述
べる。使用した導電ペーストは、実施例1および
2で調製したAg/Al導電ペーストとAg/Ti導電
ペーストを1:1の割合で配合したもので、均一
になるように再度混合粉砕器で混合撹拌した。
Al―Tiで構成し電極を形成した結果について述
べる。使用した導電ペーストは、実施例1および
2で調製したAg/Al導電ペーストとAg/Ti導電
ペーストを1:1の割合で配合したもので、均一
になるように再度混合粉砕器で混合撹拌した。
実施例1の方法で、P+拡散層およびn+拡散層
共前記ペーストを用いて電極を形成したシリコン
太陽電池の変換効率は11〜12%程度で、実施例1
でAg/Al導電ペーストを使用場合に比べて1〜
2%高かつた。これはAg/Al導電ペーストに比
べて電極の表面抵抗がさらに小さくなつたこちに
起因している。ちなみに、実施例1と同様の方法
で測定した基板と電極の接触抵抗は、10-2〜10-3
Ω−cm2、電極の表面抵抗は2×10-3Ω/sq、リー
ク電流は2×10-6A/cm2であつた。
共前記ペーストを用いて電極を形成したシリコン
太陽電池の変換効率は11〜12%程度で、実施例1
でAg/Al導電ペーストを使用場合に比べて1〜
2%高かつた。これはAg/Al導電ペーストに比
べて電極の表面抵抗がさらに小さくなつたこちに
起因している。ちなみに、実施例1と同様の方法
で測定した基板と電極の接触抵抗は、10-2〜10-3
Ω−cm2、電極の表面抵抗は2×10-3Ω/sq、リー
ク電流は2×10-6A/cm2であつた。
このようなAg―Al―Ti三元混合金属粉末によ
る導電ペーストは、Ag/Al系導電ペーストより
電極の表面抵抗が小さくなり、変換効率の向上を
もたらすが、さらに太陽電池のモジユールやパネ
ルを構成する場合に重要なハンダ付作業が非常に
容易になる。
る導電ペーストは、Ag/Al系導電ペーストより
電極の表面抵抗が小さくなり、変換効率の向上を
もたらすが、さらに太陽電池のモジユールやパネ
ルを構成する場合に重要なハンダ付作業が非常に
容易になる。
すなわち、実施例1のAg/Al導電ペースト電
極は、電極からリード線を取りつける際に特殊な
アルミ専用のハンダと超音波ハンダごてが必要で
あつたが、本実施例で形成した電極は通常のPb
―Snの共晶半田およびこてを使つて簡単に取り
つけることが可能である。
極は、電極からリード線を取りつける際に特殊な
アルミ専用のハンダと超音波ハンダごてが必要で
あつたが、本実施例で形成した電極は通常のPb
―Snの共晶半田およびこてを使つて簡単に取り
つけることが可能である。
実施例 4
これまでの実施例は、導電ペーストの焼成温度
としてもつとも適当な600℃に設定して電極を形
成した場合であるが、本発明のような太陽電池を
構成する際、焼成温度を600℃附近に設定するこ
とが本発明の重要な要件となり、またこのことは
これまでにない低温で焼成できるという本発明の
特徴である。
としてもつとも適当な600℃に設定して電極を形
成した場合であるが、本発明のような太陽電池を
構成する際、焼成温度を600℃附近に設定するこ
とが本発明の重要な要件となり、またこのことは
これまでにない低温で焼成できるという本発明の
特徴である。
第3図は、実施例1の方法で調製した導電ペー
ストを使つて焼成温度と太陽電池基板と電極間の
接触抵抗、電極の面抵抗、および電極の拡散層に
対するつきぬけの有無を判定するリーク電流の関
係を示したもので、焼成雰囲気は0.8%の酸素入
り窒素ガス中で1/分の流量で20分間焼成し
た。曲線20のように接触抵抗は550℃附近を境
に大きく変化する。太陽電池用の電極としての接
触抵抗は、少なくとも10-2Ω−cm2以下にする必要
で、この要件を満足する本発明の導電ペーストの
焼成温度は550℃以上である。また電極の面抵抗
は導電ペースト中の金属粉末の種類、ガラス粉末
の添加量によつてきまるが、本発明のようなAg
とAlの混合粉末と10wt%以下のガラス粉末から
なる導電ペーストを用いた場合、曲線21のよう
に600℃附近の焼成温度でもつとも低い面抵抗を
示した。これは600℃附近を境にしてこれ以下の
温度では十分焼成おこなわれないためで、またそ
れ以上では金属粉末中のAlが雰囲気中の酸素に
よつて酸化されるためである。
ストを使つて焼成温度と太陽電池基板と電極間の
接触抵抗、電極の面抵抗、および電極の拡散層に
対するつきぬけの有無を判定するリーク電流の関
係を示したもので、焼成雰囲気は0.8%の酸素入
り窒素ガス中で1/分の流量で20分間焼成し
た。曲線20のように接触抵抗は550℃附近を境
に大きく変化する。太陽電池用の電極としての接
触抵抗は、少なくとも10-2Ω−cm2以下にする必要
で、この要件を満足する本発明の導電ペーストの
焼成温度は550℃以上である。また電極の面抵抗
は導電ペースト中の金属粉末の種類、ガラス粉末
の添加量によつてきまるが、本発明のようなAg
とAlの混合粉末と10wt%以下のガラス粉末から
なる導電ペーストを用いた場合、曲線21のよう
に600℃附近の焼成温度でもつとも低い面抵抗を
示した。これは600℃附近を境にしてこれ以下の
温度では十分焼成おこなわれないためで、またそ
れ以上では金属粉末中のAlが雰囲気中の酸素に
よつて酸化されるためである。
さらに太陽電池として重要なことは、前述のよ
うに低接触抵抗で、しかも低面抵抗の電極が拡散
層に対してつきぬけのない状態で形成されなけれ
ばならない。曲線22で示すように、焼成温度と
電極のつきぬけに関係する拡散層側電極に負の電
圧を印加したときのリーク電流の関係からわかる
ように650℃以下の焼成温度ではまつたく問題な
いことがわかつた。
うに低接触抵抗で、しかも低面抵抗の電極が拡散
層に対してつきぬけのない状態で形成されなけれ
ばならない。曲線22で示すように、焼成温度と
電極のつきぬけに関係する拡散層側電極に負の電
圧を印加したときのリーク電流の関係からわかる
ように650℃以下の焼成温度ではまつたく問題な
いことがわかつた。
以上のように本発明の太陽電池を構成するため
の焼成温度としては、550℃〜650℃がもつとも適
当といえる。また、実施例3において使用した
Ag―Al―Tiかなる導電ペーストの場合でも、良
好な太陽電池を試作するためには、焼成温度とし
て550〜660℃の焼成温度が適当であつた。
の焼成温度としては、550℃〜650℃がもつとも適
当といえる。また、実施例3において使用した
Ag―Al―Tiかなる導電ペーストの場合でも、良
好な太陽電池を試作するためには、焼成温度とし
て550〜660℃の焼成温度が適当であつた。
実施例 5
つぎに本発明の太陽電池を構成するときに用い
る導電ペースト中のガラス成分について説明す
る。
る導電ペースト中のガラス成分について説明す
る。
前述の実施例で使用した太陽電池電極用導電ペ
ースト中のガラス質粉末は、はじめから鉛系のガ
ラス粉末を除いた亜鉛系のガラス粉末を主成分と
したガラス粉末を使用したが、本実施例では亜鉛
系ガラス粉末を従来の導電ペーストのように鉛系
のガラス粉末でおきかえて導電ペーストを調製
し、この導電ペーストを用いて太陽電池電極を形
成した。ガラス粉末は、酸化鉛(PbO)60wt
%、酸化硼素(B2O3)10wt%、二酸化珪素
(SiO2)10wt%、酸化カドミウム(CdO)10wt
%、酸化ビスマス(Bi2O3)wt5%、酸化ナトリ
ウム(Na2O)wt5%の割合で配合したもので、実
施例1のようにAg粉末85.4部、Al粉末8.5部に対
してこれらガラス粉末を6.5部加え、少量のエチ
ルセルローズおよびカルビトールと共にメノウの
混合粉砕機で十分に混合撹拌し、約300cps程度
に粘度を調製する。
ースト中のガラス質粉末は、はじめから鉛系のガ
ラス粉末を除いた亜鉛系のガラス粉末を主成分と
したガラス粉末を使用したが、本実施例では亜鉛
系ガラス粉末を従来の導電ペーストのように鉛系
のガラス粉末でおきかえて導電ペーストを調製
し、この導電ペーストを用いて太陽電池電極を形
成した。ガラス粉末は、酸化鉛(PbO)60wt
%、酸化硼素(B2O3)10wt%、二酸化珪素
(SiO2)10wt%、酸化カドミウム(CdO)10wt
%、酸化ビスマス(Bi2O3)wt5%、酸化ナトリ
ウム(Na2O)wt5%の割合で配合したもので、実
施例1のようにAg粉末85.4部、Al粉末8.5部に対
してこれらガラス粉末を6.5部加え、少量のエチ
ルセルローズおよびカルビトールと共にメノウの
混合粉砕機で十分に混合撹拌し、約300cps程度
に粘度を調製する。
つぎに実施例1で使用したものと同じ50mmφの
n+およびP+の拡散層を形成したn型の太陽電池
基板に印刷法でP+側に格子形にn+側に全面に塗
布し、O2を0.8%含む窒素ガス雰囲気中で600℃で
20分間焼成して太陽電池用電極を形成し、さらに
SiO2の反射防止膜をつけた。この太陽電池の出
力特性をAMO(140mw/cm2)のソラシユミレー
タで出力特性を測定した結果、第2図曲線12の
ような曲線が得られ、Voc=0.6V、Isc=
400mA、F、F=37.5%、Pop=90mwであつ
た。
n+およびP+の拡散層を形成したn型の太陽電池
基板に印刷法でP+側に格子形にn+側に全面に塗
布し、O2を0.8%含む窒素ガス雰囲気中で600℃で
20分間焼成して太陽電池用電極を形成し、さらに
SiO2の反射防止膜をつけた。この太陽電池の出
力特性をAMO(140mw/cm2)のソラシユミレー
タで出力特性を測定した結果、第2図曲線12の
ような曲線が得られ、Voc=0.6V、Isc=
400mA、F、F=37.5%、Pop=90mwであつ
た。
これらの値をもとに有効受光面積で変換効率を
算出すると、η=4.8%となり、前述の実施例3
に示した本発明の太陽電池の1/2以下となつた
が、従来の導電ペーストを用いた場合よりも良い
ことが判つた。
算出すると、η=4.8%となり、前述の実施例3
に示した本発明の太陽電池の1/2以下となつた
が、従来の導電ペーストを用いた場合よりも良い
ことが判つた。
このようにPb系のガラス粉末を含んだ導電ペ
ーストで太陽電池を構成した場合の変換効率低下
の原因は、基板と電極との接触抵抗をしらべるこ
とで明らかにすることができた。
ーストで太陽電池を構成した場合の変換効率低下
の原因は、基板と電極との接触抵抗をしらべるこ
とで明らかにすることができた。
すなわち前記とまつたく同一の条件で、太陽電
池用基板のP+面およびn+面にそれぞれ一対の対
向する電極を形成して電圧―電流特性をしらべ得
られた抵抗値を電極の形状から接触抵抗を算出す
ると5Ω―cm2となり、太陽電池の電極としてかな
り大きい接触抵抗であつた。
池用基板のP+面およびn+面にそれぞれ一対の対
向する電極を形成して電圧―電流特性をしらべ得
られた抵抗値を電極の形状から接触抵抗を算出す
ると5Ω―cm2となり、太陽電池の電極としてかな
り大きい接触抵抗であつた。
このようにPb系ガラス粉末の含まれた導電ペ
ーストを用いて電極を形成した太陽電池の接触抵
抗増大の原因は、主として鉛のシリコン基板に対
する加速酸化の影響と考えられる。すなわち導電
ペーストの焼成過程で導電ペースト中の鉛がシリ
コンと雰囲気中の酸素との反応を助長する働きを
持つているために起るもので、結果的に基板表面
と電極との間に高抵抗のSiO2層が形成されるた
めである。
ーストを用いて電極を形成した太陽電池の接触抵
抗増大の原因は、主として鉛のシリコン基板に対
する加速酸化の影響と考えられる。すなわち導電
ペーストの焼成過程で導電ペースト中の鉛がシリ
コンと雰囲気中の酸素との反応を助長する働きを
持つているために起るもので、結果的に基板表面
と電極との間に高抵抗のSiO2層が形成されるた
めである。
以上の理由から本発明の太陽電池は、導電ペー
スト中のガラス成分には鉛系のガラス粉末をまつ
たく含まない導電ペーストを用いて電極を構成す
ることが望ましく、この鉛系ガラス粉末を比較的
融点の低い亜鉛系のガラス粉末でおきかえること
が特に好適である。
スト中のガラス成分には鉛系のガラス粉末をまつ
たく含まない導電ペーストを用いて電極を構成す
ることが望ましく、この鉛系ガラス粉末を比較的
融点の低い亜鉛系のガラス粉末でおきかえること
が特に好適である。
実施例 6
さらに本発明の太陽電池を製造する際において
重要なことは、導電ペースト焼成工程における焼
成粉末気の中の酸素の含有量の限定である。従来
のAgペーストもしくはAg/Pdペーストを厚膜抵
抗又は厚膜コンデンサー用の電極として使用する
場合、空気雰囲気中で焼成しても特に問題はな
く、むしろペースト中のエチルセルローズのよう
な有機結着剤を早く燃焼除去するためには酸素含
有量が多い程好ましいともいえる。しかし本発明
の太陽電池に用いる導電ペーストは酸化されやす
いAg以外の金属粉末が含まれているので空気組
成の酸素を含む雰囲気中で焼成すると電極の面抵
抗が増大し太陽電池として、出力低下の原因とな
る。
重要なことは、導電ペースト焼成工程における焼
成粉末気の中の酸素の含有量の限定である。従来
のAgペーストもしくはAg/Pdペーストを厚膜抵
抗又は厚膜コンデンサー用の電極として使用する
場合、空気雰囲気中で焼成しても特に問題はな
く、むしろペースト中のエチルセルローズのよう
な有機結着剤を早く燃焼除去するためには酸素含
有量が多い程好ましいともいえる。しかし本発明
の太陽電池に用いる導電ペーストは酸化されやす
いAg以外の金属粉末が含まれているので空気組
成の酸素を含む雰囲気中で焼成すると電極の面抵
抗が増大し太陽電池として、出力低下の原因とな
る。
本実施例では、酸素の含有量をかえた窒素ガス
の流れる雰囲気中で焼成したときの、酸素の量と
太陽電池の特性の関係について述べる。実施例1
の方法で調製した導電ペーストを、P+およびn+
拡散層を形成したn型太陽電池基板に印刷し、
600℃の温度で酸素の含有量の異なる窒素ガスが
1.0/分の流量で流れる雰囲気中で焼成して太
陽電池用電極としての性能を見た。酸素量が空気
組成すなわち20容量パーセントの雰囲気中で焼成
した場合、電極の面抵抗が10Ω/口程度まで上り
太陽電池としての特性もη=5%でまりでIscお
よびF、Fの減少がめだつ。
の流れる雰囲気中で焼成したときの、酸素の量と
太陽電池の特性の関係について述べる。実施例1
の方法で調製した導電ペーストを、P+およびn+
拡散層を形成したn型太陽電池基板に印刷し、
600℃の温度で酸素の含有量の異なる窒素ガスが
1.0/分の流量で流れる雰囲気中で焼成して太
陽電池用電極としての性能を見た。酸素量が空気
組成すなわち20容量パーセントの雰囲気中で焼成
した場合、電極の面抵抗が10Ω/口程度まで上り
太陽電池としての特性もη=5%でまりでIscお
よびF、Fの減少がめだつ。
さらに酸素の量10、5、1容量パーセントまで
減してゆくと、面抵抗が5、1、10-2Ω/口と
段々に減少してゆき、それにつれてIscやF、F
が増大してゆき変換効率もη=10%近くまで増大
していつた。さらに酸素の量を0.8、0.5、0.3%と
ぜんじ減じてゆくとさらに特性の向上がみられ、
面抵抗も10-2〜10-3Ω/口まで下りη=10%以上
まで向上した。また酸素を0.8〜0.3容量%の間で
はほとんど同じで、まつたく含まない雰囲気中で
焼成すると面抵抗は10-2〜10-3Ω/口と十分低い
ものが得られるが、もろに電極となり基板に対す
る接着強度が低下し信頼性の点で新たな問題点が
発生した。これは導電ペースト中に含まれている
有機粘着剤が燃焼しないで電極中に残存するため
に起るものと考えられる。
減してゆくと、面抵抗が5、1、10-2Ω/口と
段々に減少してゆき、それにつれてIscやF、F
が増大してゆき変換効率もη=10%近くまで増大
していつた。さらに酸素の量を0.8、0.5、0.3%と
ぜんじ減じてゆくとさらに特性の向上がみられ、
面抵抗も10-2〜10-3Ω/口まで下りη=10%以上
まで向上した。また酸素を0.8〜0.3容量%の間で
はほとんど同じで、まつたく含まない雰囲気中で
焼成すると面抵抗は10-2〜10-3Ω/口と十分低い
ものが得られるが、もろに電極となり基板に対す
る接着強度が低下し信頼性の点で新たな問題点が
発生した。これは導電ペースト中に含まれている
有機粘着剤が燃焼しないで電極中に残存するため
に起るものと考えられる。
このように本発明の太陽電池を電極製造すると
きの不活性ガス中の酸素量は0.3〜1容量パーセ
ントがもつとも高い変換効率を示し、接着強度も
甲し分なかつた。
きの不活性ガス中の酸素量は0.3〜1容量パーセ
ントがもつとも高い変換効率を示し、接着強度も
甲し分なかつた。
以上のように、本発明は、シリコン半導体に、
銀とアルミニウムもしくはチタン二元系あるいは
銀とアルミニウムとチタンの三元系混合微分末と
鉛成分をまつたく含まないガラス粉末に有機溶媒
および有機粘着剤を加えて生成した導電ペースト
を使用し、酸素を0.3容量%〜1.0%含む不活性ガ
ス中で所定の温度で焼成して電極を形成する方法
であり、酸化を防止しつつ有機結着剤を除去でき
るので、低接触抵抗で強固な電極を得ることがで
き、従来のAg系導電ペーストでは実現しえなか
つた高い変換効率を有する太陽電池が、600℃前
後の比較的低い温度で容易にしかも再現性よく得
られる。また本発明は、従来の真空蒸着法やメツ
キに変つて印刷法で実施されるから、比較的安価
な装置でしかも複雑な管理を必要としないで連続
自動化が可能であるために、比較的大きい電極を
必要とするシリコン太陽電池の製造工程の合理化
の効果がきわめて大きく、工業的に非常に有用で
ある。
銀とアルミニウムもしくはチタン二元系あるいは
銀とアルミニウムとチタンの三元系混合微分末と
鉛成分をまつたく含まないガラス粉末に有機溶媒
および有機粘着剤を加えて生成した導電ペースト
を使用し、酸素を0.3容量%〜1.0%含む不活性ガ
ス中で所定の温度で焼成して電極を形成する方法
であり、酸化を防止しつつ有機結着剤を除去でき
るので、低接触抵抗で強固な電極を得ることがで
き、従来のAg系導電ペーストでは実現しえなか
つた高い変換効率を有する太陽電池が、600℃前
後の比較的低い温度で容易にしかも再現性よく得
られる。また本発明は、従来の真空蒸着法やメツ
キに変つて印刷法で実施されるから、比較的安価
な装置でしかも複雑な管理を必要としないで連続
自動化が可能であるために、比較的大きい電極を
必要とするシリコン太陽電池の製造工程の合理化
の効果がきわめて大きく、工業的に非常に有用で
ある。
第1図は本発明の一実施例にかかる太陽電池の
構成断面図、第2図は従来と本発明の実施例にか
かる太陽電池の出力特性の比較曲線図、第3図は
本発明にかかる太陽電池の電極の焼成条件を変え
たときの基板と電極間の接触抵抗、電極の面抵抗
および電極のPn接合部のつきぬけの程度をあら
わすリーク電流との関係を図す図である。 1……n型シリコン基板、2……P+拡散層、
3……n+拡散層、4,5……導電ペースト。
構成断面図、第2図は従来と本発明の実施例にか
かる太陽電池の出力特性の比較曲線図、第3図は
本発明にかかる太陽電池の電極の焼成条件を変え
たときの基板と電極間の接触抵抗、電極の面抵抗
および電極のPn接合部のつきぬけの程度をあら
わすリーク電流との関係を図す図である。 1……n型シリコン基板、2……P+拡散層、
3……n+拡散層、4,5……導電ペースト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 シリコン半導体の一主面に、銀とアルミニウ
ムもしくはチタンの二元系あるいは銀とアルミニ
ウムとチタンの三元系混合微粉末および鉛成分を
含まないガラス粉末に、有機溶媒および有機結着
剤を加えて生成した泥状物質を印刷法にて塗布す
る工程と、酸素を0.3容量%〜1.0容量%含む不活
性ガス中で550℃〜650℃の温度で焼成してオーミ
ツク電極を形成する工程とを備えたことを特徴と
する太陽電池の製造方法。 2 ガラスが亜鉛系のガラス粉末を主成分とする
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
太陽電池の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9193377A JPS5426676A (en) | 1977-07-29 | 1977-07-29 | Semiconductor device and its manufacture |
AU38236/78A AU509758B2 (en) | 1977-07-29 | 1978-07-21 | Ohmic electrode to semiconductor device |
DE19782833214 DE2833214C2 (de) | 1977-07-29 | 1978-07-28 | Verfahren zum Herstellen einer für eine Solarzelle bestimmten Elektrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9193377A JPS5426676A (en) | 1977-07-29 | 1977-07-29 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5426676A JPS5426676A (en) | 1979-02-28 |
JPS6159547B2 true JPS6159547B2 (ja) | 1986-12-17 |
Family
ID=14040383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9193377A Granted JPS5426676A (en) | 1977-07-29 | 1977-07-29 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5426676A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002141520A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Kyocera Corp | 太陽電池素子およびその製造方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4235644A (en) * | 1979-08-31 | 1980-11-25 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Thick film silver metallizations for silicon solar cells |
JPS5911687A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池 |
JP2006041105A (ja) * | 2004-07-26 | 2006-02-09 | Sharp Corp | 太陽電池およびその製造方法 |
US8304062B2 (en) * | 2007-07-20 | 2012-11-06 | Fry's Metals, Inc. | Electrical conductors and methods of making and using them |
-
1977
- 1977-07-29 JP JP9193377A patent/JPS5426676A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002141520A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Kyocera Corp | 太陽電池素子およびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5426676A (en) | 1979-02-28 |
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