JPWO2009139222A1 - 太陽電池および太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
ｐｎ接合部を有する半導体基板（１）と、半導体基板（１）の裏面に銀電極（４）とアルミニウム電極（５）とを備え、銀電極（４）とアルミニウム電極（５）とが重なり合っている重複領域（９）を有し、銀電極（４）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度はアルミニウム電極（５）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上である太陽電池およびその太陽電池の製造方法である。
Description
本発明は、太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、特に、製造コストを抑えつつ、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものとすることができる太陽電池および太陽電池の製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題等からクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に、太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
図９に、従来の一般的な太陽電池の模式的な断面図を示す。ここで、図９に示すように、従来の太陽電池は、ｐ型のシリコン基板１１の受光面にはｎ+層１２が形成されており、ｎ+層１２上には反射防止膜１３と銀電極１６とが形成されている。また、シリコン基板１１の裏面の一部にはｐ+層１７が形成されており、ｐ+層１７上にはアルミニウム電極１５が形成されている。また、シリコン基板１１の裏面のｐ+層１７以外の領域には銀電極１４が形成されている。
図１０に、図９に示す構成の従来の太陽電池の製造方法の一例のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１に示すように、ｐ型のシリコン基板１１を用意する。次に、ステップＳ２に示すように、シリコン基板１１の表面をエッチングすることによって、ダメージ層の除去等を行なう。
次に、ステップＳ３に示すように、シリコン基板１１の一方の表面である受光面にｎ型ドーパントを拡散させることによってｎ+層１２を形成し、ｎ+層１２上に反射防止膜１３を形成する。
次に、ステップＳ４に示すように、シリコン基板１１の受光面とは反対側の裏面に銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、１５０℃〜２００℃程度の温度で乾燥させる。
次に、ステップＳ５に示すように、シリコン基板１１の裏面の銀ペーストの印刷箇所以外の箇所のほぼすべてにアルミニウムペーストをスクリーン印刷法により印刷し、１５０℃〜２００℃程度の温度で乾燥させる。このとき、アルミニウムペーストは、銀ペーストの一部と重なり合うようにして印刷される。
次に、ステップＳ６に示すように、シリコン基板１１の受光面の反射防止膜１３上に銀ペーストをパターン状にスクリーン印刷法により印刷した後に、１５０℃〜２００℃程度の温度で乾燥させる。
次に、ステップＳ７に示すように、シリコン基板１１の受光面側の銀ペーストならびに裏面側の銀ペーストおよびアルミニウムペーストを７００〜７５０℃で焼成することによって、シリコン基板１１の受光面側に銀電極１６が形成され、シリコン基板１１の裏面に銀電極１４およびアルミニウム電極１５が形成される。
なお、上記の焼成時にアルミニウムペーストがｐ型ドーパントとして働くことにより、シリコン基板１１の裏面にｐ+層１７が併せて形成され、太陽電池の電気特性の向上に大きく寄与している。以上により、図９に示す構成の従来の太陽電池が完成する。
図１１に、上記のようにして製造した図９に示す構成の従来の太陽電池にインターコネクタを接続して形成したインターコネクタ付き太陽電池の模式的な断面図を示す。ここで、図１１に示す構成のインターコネクタ付き太陽電池は、上記のようにして製造した従来の太陽電池を複数用意し、太陽電池の受光面側の銀電極１６上に、インターコネクタ１８の一端をセットするとともに他の太陽電池の裏面側の銀電極１４上にインターコネクタ１８の他端をセットし、インターコネクタ１８、銀電極１４および銀電極１６にフラックスを塗布した後にこれらを密着させたまま加熱することによって形成することができる。
そして、図１１に示す構成のインターコネクタ付き太陽電池を複数製造した後に、その複数のインターコネクタ付き太陽電池を直列または並列に接続することによって太陽電池モジュールが製造される。
近年では、このようにシリコン基板の受光面側の銀ペーストならびに裏面側の銀ペーストおよびアルミニウムペーストを同時に焼成する方式の太陽電池が主流となってきているが、シリコン基板の受光面側の銀ペーストと裏面側の銀ペーストおよびアルミニウムペーストとをそれぞれ個別に焼成する方式も従来から採用されている。
また、従来においては、太陽電池に半田コーティングを行なった後にインターコネクタの接続を行なっていたが、近年では、上記のように太陽電池への半田コーティングを省略する方式が主流となってきており、この方式を採用した場合には、インターコネクタの表面にコーティングされている半田を活用している。
特開２００１−１２７３１７号公報
特開２００６−３５１５３０号公報
近年、特に注目されている太陽電池業界においては、太陽電池の信頼性を犠牲にすることなく、太陽電池の電気特性を向上させる技術が望まれている。また、近年の太陽電池の生産量の伸びとともに販売競争の激化が非常に顕著な形となって現れており、電気特性だけでなくコストパフォーマンスについても優れた太陽電池を市場に提供することが望まれている。
一般に、太陽電池および太陽電池モジュールの電気特性は、電気抵抗成分の多寡に起因することが多い。特に、フィルファクター（Ｆ．Ｆ．）は、太陽電池の両面にそれぞれ形成される銀電極の前駆体となる銀ペーストの組成およびアルミニウム電極の前駆体となるアルミニウムペーストの組成あるいはこれらの組み合わせ、さらには銀電極とインターコネクタとの電気的接続などに基づく電気抵抗成分の多寡に大きく起因し、その中でも銀ペーストの組成および性状によるところが非常に大きい。
銀ペーストは、一般的に、銀粒子、ガラスフリットなどのガラス成分、樹脂やビヒクルなどの有機バインダ、その他無機添加物および有機溶剤などにより構成される。シリコン基板の受光面および裏面のそれぞれに印刷される銀ペーストの組成については量産性に優れたスクリーン印刷法を活用できるようにすることなどの共通点も多いが、銀ペーストの有するべき機能性の違いからシリコン基板の受光面に印刷される銀ペーストと裏面に印刷される銀ペーストとではそれぞれ異なった組成とされている。
シリコン基板の受光面および裏面を問わず、焼成後の銀電極自体の電気抵抗を低くするためには銀粒子の配合比率を増大させることが望ましいが、単純に銀粒子の配合比率を増大させただけでは、銀ペースト中のガラス成分の配合比率が減少することになり、その傾向が過大になった場合にはシリコン基板と銀電極との接着強度の悪化に至る。また、銀粒子の配合比率を増大させていくにつれて、材料コストの面でも割高となることは容易に想像することができる。
また、銀ペースト中のガラス成分は、上記のような焼成工程を経ることによって電極表面近傍に局在化する傾向にあり、シリコン基板の受光面側の電極表面におけるガラス成分の局在化はシリコン基板と銀電極との接着強度を向上させるように働くが、シリコン基板と反対側の電極表面へのガラス成分の局在化は後工程である銀電極へのインターコネクタの取り付け性を悪化させる方向に働く。
すなわち、銀ペースト中のガラス成分の配合比率を減少させることは一般的にはインターコネクタの取り付け性を向上する方向に働くが、同時にシリコン基板と銀電極との接着強度が低下する方向にも働く。一方、銀ペースト中のガラス成分の配合比率を増大させることはシリコン基板と銀電極との接着強度を向上させる方向に働くが、同時にインターコネクタの取り付け性を悪化させる方向にも働く。
また、シリコン基板と銀電極との接着強度を向上させるために焼成温度を高温化した場合には、ガラス成分の電極表面への局在化が促進されるため、インターコネクタの取り付け性が低下する方向に働く。さらには、シリコン基板と銀電極との接着強度の低下およびインターコネクタの取り付け性の低下は該当部分での電気的な接触不良にも直結するため、太陽電池モジュールの電気特性や信頼性にも悪影響を及ぼす。
特に、裏面の銀電極を形成するための銀ペーストの組成を決定するにあたっては、銀電極そのものの電気抵抗だけでなく、銀電極とアルミニウム電極との重複領域で生じる電気抵抗を低下させることによって太陽電池および太陽電池モジュールの電気特性を向上させつつ、シリコン基板と銀電極との接着強度を向上するとともに、インターコネクタの取り付け性を向上させて太陽電池モジュールの信頼性を損なわないことが必要とされる。
また、銀ペーストおよびアルミニウムペーストには、上記のとおり、ガラス成分がそれぞれ含有されているが、ガラス成分の組成および軟化点などの特性については銀ペーストないしアルミニウムペーストの評価によって太陽電池への適応性が判断されてきた（特開２００１−１２７３１７号公報、特開２００６−３５１５３０号公報）。そのような経緯から、銀ペーストおよびアルミニウムペーストのガラス成分については互いに相関がなく、その組成や性状が異なっている場合が多く、銀電極とアルミニウム電極とが混在する太陽電池の裏面の電気抵抗が増大する一因となっていた。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、製造コストを抑えつつ、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものとすることができる太陽電池および太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明は、ｐｎ接合部を有する半導体基板と、半導体基板の裏面に銀電極とアルミニウム電極とを備え、銀電極とアルミニウム電極とが重なり合っている重複領域を有し、銀電極に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度はアルミニウム電極に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上である太陽電池である。
また、本発明は、上記の太陽電池を製造する方法であって、半導体基板の裏面に銀電極の前駆体となる銀ペーストを塗布する工程と、半導体基板の裏面にアルミニウム電極の前駆体となるアルミニウムペーストを塗布する工程と、銀ペーストおよびアルミニウムペーストを焼成する工程とを含み、銀ペーストに含まれるガラス成分のガラス軟化点温度は、アルミニウムペーストに含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上である太陽電池の製造方法である。
本発明によれば、製造コストを抑えつつ、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものとすることができる太陽電池および太陽電池の製造方法を提供することができる。
１，１１ シリコン基板、２，１２ ｎ+層、３，１３ 反射防止膜、４，６，１４，１６ 銀電極、４ａ，６ａ 銀ペースト、５，１５ アルミニウム電極、５ａ アルミニウムペースト、７，１７ ｐ+層、９ 重複領域、１０ 露出領域、１８ インターコネクタ。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本発明においては、太陽電池として用いた場合に、太陽光が主に入射する側の半導体基板の表面を受光面とし、受光面の反対側の半導体基板の表面を裏面とする。
図１に、本発明の太陽電池の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１に示す構成の太陽電池は、たとえばｐ型のシリコン基板からなる半導体基板１の受光面にｎ+層２が形成され、半導体基板１の受光面の反対側となる裏面の一部にｐ+層７が形成された構成を有している。なお、この例においては、半導体基板１はｐ型であり、ｎ+層２はｎ型であることから、半導体基板１のｐ型の内部領域とｎ型のｎ+層２との界面がｐｎ接合部（ｐ型半導体とｎ型半導体との接合部）となっているが、本発明においては、この構成に限定されるものではない。
また、半導体基板１の受光面のｎ+層２上には反射防止膜３および銀電極６が形成されており、半導体基板１の裏面のｐ+層７上にはアルミニウム電極５が形成され、半導体基板１の裏面のｐ+層７が形成されていない領域には銀電極４が形成されている。ここで、半導体基板１の裏面においては銀電極４とアルミニウム電極５とが重なり合っている領域である重複領域９が形成されている。
図２に、図１に示す構成の太陽電池の裏面の模式的な平面図を示す。ここで、太陽電池の半導体基板１の裏面のほぼ全面にアルミニウム電極５が形成されているとともに、銀電極４が島状に形成されている。
また、銀電極４の長手方向において、銀電極４とアルミニウム電極５との間には電極が形成されておらず、半導体基板１の裏面が露出している領域である露出領域１０が形成されている。また、銀電極４の長手方向に直交する方向には、上記の重複領域９が形成されている。
ここで、たとえば後述するように、半導体基板１の裏面の銀電極４は、銀粒子とガラス成分とを含む銀ペーストを焼成することによって形成され、アルミニウム電極５は、アルミニウム粒子とガラス成分とを含むアルミニウムペーストを焼成することによって形成されるため、銀電極４およびアルミニウム電極５にはそれぞれたとえばガラスフリットなどのガラス成分が含まれることになるが、本発明においては、銀電極４に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度がアルミニウム電極５に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上となっている（すなわち、銀電極４に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度が、アルミニウム電極５に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度と同一またはそれよりも高くなっている）。
また、太陽電池の裏面における銀電極４とアルミニウム電極５とが重なり合っている領域である重複領域９は、銀電極４とアルミニウム電極５との電気的な接触を取るために必要不可欠であるが、重複領域９においては、焼成工程での高温化を経ることによって銀とアルミニウムとを主に含む合金が形成されてその合金が電気抵抗成分として働く。
これにより、重複領域９においては、その電気抵抗成分の増大により太陽電池のＦ．Ｆ．の損失が生じることになるが、本発明のように、銀ペーストに含有されるガラス成分としてより高温のガラス軟化点温度を有するものを選択することによって、銀ペースト中の銀粒子の配合比率を増大させることなく重複領域９における電気抵抗を低下させることができ、インターコネクタの取り付け後の太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものにすることができる。さらには、銀ペースト中の銀粒子の配合比率の増大を抑えることができることから、高価な銀粒子の使用量を抑えることができ、太陽電池および太陽電池モジュールの製造コストも抑えることができる。
以下、図３〜図８の模式的断面図を参照して、図１に示す構成を有する太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図３に示すように、半導体基板１を用意する。なお、この例においては、半導体基板１としてｐ型のシリコン基板を用いているが、本発明に用いられる半導体基板はｐ型のシリコン基板に限定されないことは言うまでもない。
次に、図４に示すように、半導体基板１の一方の表面にｎ+層２を形成する。ここで、ｎ+層２は、たとえば、リンなどのｎ型ドーパントを熱拡散させることなどにより形成することができる。
次に、図５に示すように、半導体基板１のｎ+層２上に反射防止膜３を形成する。ここで、反射防止膜３としては、たとえば窒化シリコン膜などを用いることができ、たとえばプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。
次に、図６に示すように、半導体基板１のｎ+層２が形成された側と反対側の表面に銀ペースト４ａを塗布する。ここで、銀ペースト４ａの塗布は、たとえばスクリーン印刷法などにより行なうことができる。
また、銀ペースト４ａとしては、たとえば、銀粒子と、ガラス成分と、有機バインダと、有機溶剤とを含む構成のものを用いることができる。なお、銀ペースト４ａに含まれるガラス成分のガラス軟化点温度は、後述するアルミニウムペースト５ａに含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上とされる。
また、銀粒子としては、特に限定されず、たとえば太陽電池分野で公知のものを用いることができる。また、銀粒子の形状としては、たとえば、球状、リン片状または針状等が挙げられる。また、銀粒子の平均粒子寸法は、作業性を良好にする観点から、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、銀粒子の平均粒子寸法とは、銀粒子の形状が球状である場合は粒子径の平均値を意味し、銀粒子の形状がりん片状または針状である場合には銀粒子の長径（銀粒子の外表面の任意の２点を結ぶ線分のうち最長の長さ）の平均値のことを意味する。
また、ガラス成分としては、後述のアルミニウムペースト５ａに含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上のガラス軟化点温度を有するものであれば特に限定されず、たとえば、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2−Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ−ＺｎＯ系またはＢ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＺｎＯ系などの従来から公知のガラスフリットなどを用いることができる。
ここで、銀ペースト４ａのガラス成分としては、６５０℃以下のガラス軟化点温度を有するものを用いることが好ましく、６００℃以下のガラス軟化点温度を有するものを用いることがより好ましい。銀ペースト４ａのガラス成分のガラス軟化点温度が６５０℃以下である場合、特に６００℃以下である場合には、後述の焼成後の銀電極とインターコネクタとの取り付け性が向上する傾向にあるため、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性が向上する傾向にある。
なお、本発明において、ガラス軟化点温度は、ＪＩＳ Ｒ３１０３−０１：２００１の「ガラスの粘性及び粘性定点−第１部：軟化点の測定方法」の規格にしたがって測定された軟化点のことを意味する。
また、有機バインダも特に限定されず従来から公知のものを用いることができ、たとえば、エチルセルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂およびポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレートなどの（メタ）アクリル系樹脂などの少なくとも１種を用いることができる。
また、有機溶剤も特に限定されず従来から公知のものを用いることができ、たとえば、ターピネオール（α−ターピネオール、β−ターピネオール等）などのアルコール類およびヒドロキシ基含有エステル類（２，２，４―トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチラート、ブチルカルビトールアセテート等）などのエステル類の少なくとも１種を用いることができる。
また、銀ペースト４ａには、上記の銀粒子、ガラス成分、有機バインダおよび有機溶剤以外の成分も含まれていても良いことは言うまでもない。
次に、図７に示すように、半導体基板１の銀ペースト４ａが塗布された側の表面に銀ペースト４ａの一部と重なり合うようにしてアルミニウムペースト５ａを塗布する。ここで、アルミニウムペースト５ａの塗布は、たとえばスクリーン印刷法などにより行なうことができる。また、アルミニウムペースト５ａは、その一部が銀ペースト４ａと重なり合うようにして塗布される。
また、アルミニウムペースト５ａとしては、たとえば、アルミニウム粒子と、ガラス成分と、有機バインダと、有機溶剤とを含む構成のものを用いることができる。
アルミニウム粒子としては、特に限定されず、たとえば太陽電池分野で公知のものを用いることができる。また、アルミニウム粒子の形状としては、たとえば、球状、リン片状または針状等が挙げられる。また、アルミニウム粒子の平均粒子寸法は、ｐ型シリコン基板からなる半導体基板１との反応性の確保、アルミニウムペースト５ａの塗布性および塗布均一性の観点から、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。ここで、アルミニウム粒子の平均粒子寸法とは、アルミニウム粒子の形状が球状である場合は粒子径の平均値を意味し、アルミニウム粒子の形状がりん片状または針状である場合にはアルミニウム粒子の長径（アルミニウム粒子の外表面の任意の２点を結ぶ線分のうち最長の長さ）の平均値のことを意味する。
また、アルミニウムペースト５ａにおけるガラス成分、有機バインダおよび有機溶剤についての説明は、それぞれ上記の銀ペースト４ａにおける説明と同様である。
また、アルミニウムペースト５ａにも、上記のアルミニウムペースト粒子、ガラス成分、有機バインダおよび有機溶剤以外の成分が含まれていても良いことは言うまでもない。
次に、図８に示すように、半導体基板１の反射防止膜３上に銀ペースト６ａを塗布する。ここで、銀ペースト６ａの塗布は、たとえばスクリーン印刷法などにより行なうことができる。
また、銀ペースト６ａとしては、たとえば、銀粒子と、ガラス成分と、有機バインダと、有機溶剤とを含む構成のものを用いることができる。
ここで、銀ペースト６ａにおける銀粒子、ガラス成分、有機バインダおよび有機溶剤についての説明は、それぞれ上記の銀ペースト４ａにおける説明と同様である。
また、銀ペースト６ａにも、上記の銀粒子、ガラス成分、有機バインダおよび有機溶剤以外の成分が含まれていても良いことは言うまでもない。
なお、上記においては、銀ペースト４ａ、アルミニウムペースト５ａおよび銀ペースト６ａの順で塗布を行なったが、この順序に限定されないことは言うまでもない。
その後、半導体基板１の一方の表面に塗布された銀ペースト６ａならびに他方の表面に塗布された銀ペースト４ａおよびアルミニウムペースト５ａを焼成する。これにより、銀ペースト６ａは反射防止膜３をファイヤースルーすることによりｎ+層２と接して図１に示す銀電極６となり、銀ペースト４ａおよびアルミニウムペースト５ａはそれぞれ図１に示す銀電極４およびアルミニウム電極５となる。以上により、図１に示す構成の太陽電池を製造することができる。
ここで、半導体基板１の一方の表面における銀ペースト６ａならびに他方の表面における銀ペースト４ａおよびアルミニウムペースト５ａは同時に焼成されてもよく、その一部が同時に焼成されてもよく、それぞれ別々に焼成されてもよい。
また、たとえば、銀ペースト６ａ、銀ペースト４ａおよびアルミニウムペースト５ａをそれぞれ別々に焼成する場合には、その焼成の順序は特に限定されるものではない。
なお、近年においては、市場からの増産要請から、焼成条件においても高速化が進められてきている。すなわち、従来の焼成条件は、たとえばピーク温度６００℃／毎秒３ｍｍ程度とされていたが、近年の焼成条件は、たとえばピーク温度７５０℃／毎秒５ｍｍ程度と高速化されている。
したがって、近年の焼成条件のように焼成時にピーク温度が７５０℃といった高温の条件では、高い軟化点を有するガラス成分を用いた場合でも、そのガラス成分を完全に融解させることができる。
一方、従来の焼成条件のように、ピーク温度が６００℃といった低温の条件では、高い軟化点を有するガラス成分を用いた場合には、そのガラス成分を完全に融解せず、融解部分と未融解部分とが並存してしまうため、従来においては高い軟化点を有するガラス成分を用いることは適さなかった。
また、銀ペーストに含有されるガラス成分を焼成した場合には、ガラス成分は銀ペーストの表面近傍に局在化する性質を有する。しかしながら、上記のようなピーク温度が７５０℃といった近年の焼成条件で、高い軟化点を有するガラス成分を含有する銀ペーストを焼成した場合には、当該ガラス成分は銀ペーストの表面に緩やかに析出するため、完全な膜状とはなりきれずに、部分的な膜状あるいはスポット状に析出する。
そして、当該ガラス成分が部分的な膜状あるいはスポット状に析出した場合には、重複領域９における銀電極４とアルミニウム電極５との接触が当該ガラス成分によって妨げられにくくなり、より直接的な接触となることから、銀電極４とアルミニウム電極５との接触抵抗を低減することができ、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものとすることができる。
＜実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池の作製＞
まず、酸でエッチングされた厚さ１８０μｍで一辺が１５６ｍｍの正方形の表面を有するｐ型シリコン基板の片側の表面に約８００℃〜９００℃でリンをｎ型ドーパントとした熱拡散により約５０Ω／□の面抵抗値を有するｎ+層を形成し、プラズマＣＶＤ法によりｎ+層上に約７０〜１００ｎｍの厚さの窒化シリコン膜を反射防止膜として形成した。
まず、酸でエッチングされた厚さ１８０μｍで一辺が１５６ｍｍの正方形の表面を有するｐ型シリコン基板の片側の表面に約８００℃〜９００℃でリンをｎ型ドーパントとした熱拡散により約５０Ω／□の面抵抗値を有するｎ+層を形成し、プラズマＣＶＤ法によりｎ+層上に約７０〜１００ｎｍの厚さの窒化シリコン膜を反射防止膜として形成した。
次に、平均粒子寸法が０．４μｍの球状の銀粒子を下記の表１の銀ペースト中の銀粒子の配合比率の欄に記載の質量％となるようにそれぞれ配合した銀ペーストを作製した。
ここで、銀ペーストは、上記の銀粒子と、有機バインダとしてのエチルセルロースと、有機溶剤としての２，２，４―トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチラートと、下記の表１のガラス成分の組成の欄に記載のガラス成分とを混合することにより作製した。また、銀ペーストにおいては、エチルセルロースの質量：２，２，４―トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチラート：ガラス成分の質量＝３：１３：２とされた。
なお、ガラス成分ＡはＢ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ系のガラスフリットであり、ガラス成分ＢはＢ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＰｂＯ−ＺｎＯ系のガラスフリットであって、それぞれガラス軟化点温度が表１に示す値になるように調整された。
なお、表１に示すガラス成分のガラス軟化点温度は、ＪＩＳ Ｒ３１０３−０１：２００１の「ガラスの粘性及び粘性定点−第１部：軟化点の測定方法」の規格にしたがって測定した。
また、実施例１〜４および比較例１についてはガラス成分Ａの配合比率は１．４２質量％であった。また、比較例２〜３のガラス成分Ｂの配合比率は１．４２質量％であり、比較例４のガラス成分Ｂの配合比率は３質量％以上であった。
そして、上記のようにして作製した銀ペーストをｐ型シリコン基板の裏面となる片側の表面の一部にスクリーン印刷して１５０℃程度に加熱することによって銀ペーストを乾燥させた。
次に、ガラス成分のガラス軟化点温度が５０５℃である市販のアルミニウムペーストをその一部のみが銀ペーストと重なり合うようにしてｐ型シリコン基板の裏面となる表面のほぼ全面にスクリーン印刷法にて印刷し、１５０℃程度で乾燥させた。
その後、ｐ型シリコン基板の受光面となる他方の表面の一部に所定の銀ペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、１５０℃程度で乾燥させた。
そして、ｐ型シリコン基板の裏面の銀ペーストおよびアルミニウムペーストならびにｐ型シリコン基板の受光面の銀ペーストを空気中において７４０℃程度で焼成することによって、ｐ型シリコン基板の受光面に銀電極を形成し、ｐ型シリコン基板の裏面にｐ+層を形成するとともに銀電極およびアルミニウム電極を形成して太陽電池を完成させた。
以上の太陽電池の作製作業を下記の表１の実施例１〜４および比較例１〜４に示す銀ペーストのそれぞれを用いて行なったこと以外は同一の条件および同一の方法で行なうことによって、実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池を作製した。
＜実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池の評価方法＞
（ｉ）裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗
実施例１〜４および比較例１〜４のそれぞれの太陽電池の裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗を、裏面の銀電極間の電気抵抗から同距離のアルミニウム電極の電気抵抗を差し引いて求めることにより行なった。その結果を表１に示す。
（ｉ）裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗
実施例１〜４および比較例１〜４のそれぞれの太陽電池の裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗を、裏面の銀電極間の電気抵抗から同距離のアルミニウム電極の電気抵抗を差し引いて求めることにより行なった。その結果を表１に示す。
なお、表１の裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗の欄に示される値は、比較例４の太陽電池の裏面の銀電極とアルミニウム電極との重複領域の電気抵抗を１００％としたときの相対値（％）で表わされている。また、この電気抵抗の値は太陽電池を４〜６枚測定したときの平均値が示されている。
（ｉｉ）インターコネクタ取り付け後のＦ．Ｆ．損失
以上のようにして作製した実施例１〜４および比較例１〜４のそれぞれの太陽電池の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ光（ＡＭ１．５、エネルギ密度１００ｍＷ／ｃｍ2）のもとで測定し、その測定結果から、インターコネクタ取り付け前のＦ．Ｆ．を算出した。
以上のようにして作製した実施例１〜４および比較例１〜４のそれぞれの太陽電池の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ光（ＡＭ１．５、エネルギ密度１００ｍＷ／ｃｍ2）のもとで測定し、その測定結果から、インターコネクタ取り付け前のＦ．Ｆ．を算出した。
次に、実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池の裏面の銀電極および半田がコーティングされた厚さ０．２ｍｍかつ幅２ｍｍのインターコネクタに市販のフラックスをそれぞれ塗布し、４００℃程度に加熱した半田ごてを用いて、実施例１〜４および比較例１〜４のそれぞれの太陽電池の裏面の銀電極に銅製のインターコネクタを取り付けた。そして、インターコネクタの取り付けを行なった後に上記と同様にしてインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．を算出し、上記で算出したインターコネクタの取り付け前のＦ．Ｆ．とインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．との差を算出することによってインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．損失を算出した。その結果を表１に示す。
なお、表１のインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．損失の欄に示される値は、比較例４の太陽電池のインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．損失を１００％としたときの相対値（％）で表わされている。また、このインターコネクタの取り付け後のＦ．Ｆ．損失の値は太陽電池を２〜３枚測定したときの平均値が示されている。
（ｉｉｉ）インターコネクタ取り付け後の引っ張り試験
上記の実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池に取り付けられたインターコネクタと太陽電池のインターコネクタの取り付け部分以外の部分との角度を４５°に保った状態で引っ張り試験機によりインターコネクタを引っ張って、下記の基準によりインターコネクタと実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池の裏面の銀電極との接着強度および剥離モードを評価した。その結果を表１に示す。
上記の実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池に取り付けられたインターコネクタと太陽電池のインターコネクタの取り付け部分以外の部分との角度を４５°に保った状態で引っ張り試験機によりインターコネクタを引っ張って、下記の基準によりインターコネクタと実施例１〜４および比較例１〜４の太陽電池の裏面の銀電極との接着強度および剥離モードを評価した。その結果を表１に示す。
＜接着強度の判断基準＞
Ａ…引っ張り試験機による引っ張り強度が２００ｇ以上
Ｂ…引っ張り試験機による引っ張り強度が２００ｇ未満
＜剥離モードの判断基準＞
上記の引っ張り試験機による引っ張り試験において、ｐ型シリコン基板の裏面の銀電極のｐ型シリコン基板からの剥離がなく、インターコネクタと銀電極との接続状態が良好なままｐ型シリコン基板の割れが先に生じた場合をＡモードと定義し、引っ張り試験を実施した測定点数に対するＡモード該当率を算出して、下記の基準により評価した。
Ａ…引っ張り試験機による引っ張り強度が２００ｇ以上
Ｂ…引っ張り試験機による引っ張り強度が２００ｇ未満
＜剥離モードの判断基準＞
上記の引っ張り試験機による引っ張り試験において、ｐ型シリコン基板の裏面の銀電極のｐ型シリコン基板からの剥離がなく、インターコネクタと銀電極との接続状態が良好なままｐ型シリコン基板の割れが先に生じた場合をＡモードと定義し、引っ張り試験を実施した測定点数に対するＡモード該当率を算出して、下記の基準により評価した。
すなわち、Ａモード該当率が高いほど、銀電極−ｐ型シリコン基板の界面、銀電極−インターコネクタの界面および銀電極の内部からの剥離が生じる確率が低いことを示しており、銀電極自体の機械的強度および上記の各界面での接着強度が高いことを示している。Ａ…Ａモード該当率が１００％
Ｂ…Ａモード該当率が７５％以上１００％未満
Ｃ…Ａモード該当率が５０％以上７５％未満
Ｄ…Ａモード該当率が５０％未満
Ｂ…Ａモード該当率が７５％以上１００％未満
Ｃ…Ａモード該当率が５０％以上７５％未満
Ｄ…Ａモード該当率が５０％未満
表１に示すように、ｐ型シリコン基板の裏面に印刷された銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度が、同じく裏面に印刷されたアルミニウムペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度以上である実施例１〜４の太陽電池においては、アルミニウムペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度が銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度よりも高い比較例１〜４の太陽電池と比べて、裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗、インターコネクタ取り付け後のＦ．Ｆ．損失、インターコネクタ取り付け後の引っ張り試験におけるインターコネクタと太陽電池の裏面の銀電極との接着強度および剥離モードのいずれもが同等以上に優れる結果となった。
したがって、このことは、実施例１〜４の太陽電池の裏面の銀電極中のガラス成分のガラス軟化点温度がアルミニウム電極中のガラス成分のガラス軟化点温度以上である場合に、裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗、インターコネクタ取り付け後のＦ．Ｆ．損失、インターコネクタ取り付け後の引っ張り試験におけるインターコネクタと太陽電池の裏面の銀電極との接着強度および剥離モードのいずれもが優れることを示している。
たとえば、実施例４の太陽電池においては、銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度を６００℃にまで高温化することによって、銀粉末の配合比率を増大させることなく、裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗を比較例４の太陽電池に対して１４％にまで低減することができた。
また、実施例１の太陽電池においては、銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度を５５０℃にまで高温化することによって、比較例４の太陽電池と比較して、銀粉末の配合比率を１％低減させながら、裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗を比較例４の太陽電池に対して７５％にまで低減することができた。
ここで、太陽電池モジュールの電気特性について述べる。一般に、太陽電池および太陽電池モジュールの電気特性を決定する因子の１つであるＦ．Ｆ．は上記のとおり電気抵抗成分の多寡に依存している。太陽電池モジュール全体の電気抵抗成分は、インターコネクタ取り付け後の太陽電池の電気抵抗成分の総和で表わされるため、太陽電池モジュールに使用されるインターコネクタの太陽電池１枚当たりの長さが今回の評価で用いたインターコネクタと同一であると考えた場合、太陽電池モジュール全体の電気抵抗成分は個々の太陽電池の電気抵抗成分の多寡に依存し、インターコネクタ取り付け後の太陽電池のＦ．Ｆ．は太陽電池モジュール全体のＦ．Ｆ．にほぼ一致する。
また、太陽電池の電気抵抗について、電気抵抗測定点間で裏面の銀電極の占める割合が小さいことから裏面の銀電極自体の電気抵抗を一定とし、また使用材料が同一であるアルミニウム電極と受光面の銀電極の電気抵抗を同一とすると、太陽電池の電気抵抗差は各実施例および比較例で示された裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗に起因する。したがって、表１に示す裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗の値が小さいほど太陽電池モジュール全体の電気抵抗が小さくなり、その電気抵抗の低下に起因する表１に示すインターコネクタ取り付け後のＦ．Ｆ．損失の低下は、結果として、太陽電池モジュール全体の電気特性の向上として反映されると考えられる。
つまり、銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度の高温化および銀ペースト中の銀粉末の配合比率の増大の双方の観点から、裏面の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗の減少による太陽電池モジュールの電気特性、銀電極とインターコネクタとの接着強度およびインターコネクタの取り付け性の向上を図ることは可能であるが、銀ペースト中の銀粉末の配合比率はできるだけ抑えることが製造コストを抑える面から好ましい。
この製造コストの問題については、太陽電池の裏面の銀電極に用いられる銀ペーストとして、ある一定数値以下の銀電極−アルミニウム電極の重複領域の電気抵抗を達成できるものを所望した場合に、裏面の銀電極の形成に用いられる銀ペースト中のガラス成分のガラス軟化点温度を高温化させることで銀粉末の配合比率を抑えることができることから、本発明は銀ペースト中の銀粉末の配合比率の減少による材料コストの低減に大きく貢献することができると考えられる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、製造コストを抑えつつ、太陽電池モジュールの電気特性および信頼性を優れたものとすることができる太陽電池および太陽電池の製造方法を提供することができる。
Claims (2)
- ｐｎ接合部を有する半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の裏面に銀電極（４）とアルミニウム電極（５）とを備え、
前記銀電極（４）と前記アルミニウム電極（５）とが重なり合っている重複領域（９）を有し、
前記銀電極（４）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度は、前記アルミニウム電極（５）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上であることを特徴とする、太陽電池。 - 請求の範囲第１項に記載の太陽電池を製造する方法であって、
前記半導体基板（１）の前記裏面に前記銀電極（４）の前駆体となる銀ペースト（４ａ）を塗布する工程と、
前記半導体基板（１）の前記裏面に前記アルミニウム電極（５）の前駆体となるアルミニウムペースト（５ａ）を塗布する工程と、
前記銀ペースト（４ａ）および前記アルミニウムペースト（５ａ）を焼成する工程とを含み、
前記銀ペースト（４ａ）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度は、前記アルミニウムペースト（５ａ）に含まれるガラス成分のガラス軟化点温度以上であることを特徴とする、太陽電池の製造方法。
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