WO2011010373A1 - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

太陽電池セルおよびその製造方法 Download PDF

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光徳 中谷
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三菱電機株式会社
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a solar battery cell and a manufacturing method thereof.
  • the light-receiving surface side electrode provided on the light-receiving surface (surface) of the solar battery cell, the light-receiving surface is a factor that reduces the effective light-receiving area while maintaining low electrode resistance in order to improve photoelectric conversion efficiency. It is important to reduce the electrode area. That is, it is preferable that the light receiving surface side electrode has an aspect ratio (electrode thickness / electrode width) as high as possible while maintaining low electrode resistance.
  • the electrode dimensions after sintering are limited to a width of 100 ⁇ m, a thickness of 20 ⁇ m, and an aspect ratio (electrode thickness / electrode width) of about 0.2. is there. It is difficult to print a thick electrode, that is, a state with a high aspect ratio in order to maintain the electrode cross-sectional area while shortening the electrode width.
  • a paste containing metal particles is formed by printing, drying, and sintering, so that there are voids that exist between the metal particles in the paste after drying. It remains until after sintering and finally remains inside the electrode.
  • voids exist inside the electrode moisture or the like that deteriorates the life of the solar battery cell easily enters the electrode.
  • the air gap in the electrode also becomes a factor for increasing the resistance of the electrode.
  • the aspect ratio is improved, the electrodes are miniaturized, and the gaps in the electrodes It is desired to reduce the lifespan of the solar battery cell by reducing the battery life.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a solar cell that is excellent in photoelectric conversion efficiency and durability and can be mass-produced at low cost, and a method for manufacturing the solar cell.
  • the present invention includes a first step of forming an insulating film on one surface side of a semiconductor substrate, and a second step of forming an electrode forming groove in an electrode forming region of the insulating film.
  • the electrode paste is baked at a temperature equal to or higher than the melting point of the metal particles or equal to or higher than the eutectic temperature, and the electrode paste is agglomerated and solidified on the electrode forming groove.
  • a fourth step of forming a width electrode is a fourth step of forming a width electrode.
  • the electrode is thinned and thickened without increasing the resistance of the electrode.
  • Solar cells having high conversion efficiency and excellent durability can be mass-produced at low cost.
  • FIG. 1-1 is a cross-sectional view of relevant parts for explaining a cross-sectional structure of a solar battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1-2 is a top view of a solar battery cell as viewed from the light-receiving surface side of the solar battery cell according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1-3 is a bottom view of the solar battery cell when the solar battery cell according to the embodiment of the present invention is viewed from the side opposite to the light receiving surface (back side).
  • FIGS. 2-1 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention.
  • FIGS. FIGS. 2-2 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention.
  • FIGS. FIGS. FIG. 2-3 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention.
  • FIGS. FIGS. 2-4 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention.
  • FIGS. FIGS. 2-5 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention.
  • FIGS. FIG. 3 is a characteristic diagram showing an actual printing width and an actual printing thickness of the grid electrode after firing with respect to a design width when the grid electrode is formed by a conventional electrode forming method using a screen printing method.
  • FIGS. 1-1 to 1-3 are diagrams showing a configuration of a solar cell according to the present embodiment, and FIG. 1-1 is a main part for explaining a cross-sectional structure of the solar cell.
  • FIG. 1-2 is a cross-sectional view
  • FIG. 1-2 is a top view of the solar cell viewed from the light receiving surface side
  • FIG. 1-3 is a bottom view of the solar cell viewed from the side opposite to the light receiving surface (back surface side).
  • FIG. 1-1 is a cross-sectional view of an essential part taken along line AA in FIG. 1-2.
  • the solar cell according to the present embodiment includes a solar cell substrate having a photoelectric conversion function and having a pn junction, An antireflection film 4 formed of a silicon oxynitride film (SiONH film), which is an insulating film that is formed on the light receiving surface side (surface) and prevents reflection of incident light on the light receiving surface, and light reception of the semiconductor substrate 1
  • the light receiving surface side electrode 5 which is the first electrode formed on the surface side surface (front surface) surrounded by the antireflection film 4 and the oxidation formed on the surface (back surface) opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate 1.
  • a back electrode 9 as a second electrode A back electrode 9 as a second electrode.
  • the semiconductor substrate 1 includes a p-type silicon substrate 2 as a first conductivity type layer and an impurity diffusion layer (n-type impurity diffusion layer) as a second conductivity type layer formed by phosphorous diffusion on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 1. 3 forms a pn junction.
  • the n-type impurity diffusion layer 3 has a surface sheet resistance of 30 to 100 ⁇ / ⁇ .
  • a silicon oxynitride film (SiONH film) is used as a silicon-based insulating film having a relatively high melting point that does not melt at the firing temperature during electrode formation.
  • a silicon-based insulating film such as a SiN film may be used.
  • the light receiving surface side electrode 5 includes a front grid electrode 6 and a front bus electrode 7 of the solar battery cell, and is electrically connected to the n-type impurity diffusion layer 3.
  • the front grid electrode 6 is locally provided on the light receiving surface in order to collect electricity generated by the semiconductor substrate 1.
  • the front bus electrode 7 is provided substantially orthogonal to the front grid electrode 6 in order to take out the electricity collected by the front grid electrode 6.
  • the aspect ratio (electrode thickness / electrode width) is 1.
  • the back surface side electrode 9 is formed in a comb shape substantially the same as the electrode pattern of the back grid electrode 5, and has a back grid electrode 10 and a back bus electrode 11.
  • the aspect ratio (electrode thickness / electrode width) is 0.1.
  • a p + layer (BSF: Back Surface Filed layer) 12 which is a high-concentration diffusion layer having the same conductivity type as that of the p-type silicon substrate 2 is formed in a region on the back surface side of the semiconductor substrate 1 and in contact with the back surface side electrode 9. Is formed.
  • the solar cell configured as described above, sunlight is applied to the pn junction surface (the junction surface between the p-type silicon substrate 2 and the n-type impurity diffusion layer 3) of the semiconductor substrate 1 from the light-receiving surface side of the solar cell. Then, holes and electrons are generated. Due to the electric field at the pn junction, the generated electrons move toward the n-type impurity diffusion layer 3, and the holes move toward the p-type silicon substrate 2. As a result, the number of electrons in the n-type impurity diffusion layer 3 becomes excessive, and the number of holes in the p-type silicon substrate 2 becomes excessive. As a result, a photovoltaic force is generated.
  • This photovoltaic power is generated in a direction in which the pn junction is biased in the forward direction, the light-receiving surface side electrode 5 connected to the n-type impurity diffusion layer 3 becomes a negative pole, and the back surface side electrode 9 connected to the p-type silicon substrate 2 is positive. As a pole, current flows in an external circuit (not shown).
  • the cross-sectional area of the front grid electrode 6 of the light-receiving surface side electrode 5 is secured to about 2,500 ⁇ m 2 and the aspect ratio is set to 1. Therefore, a fine electrode is realized. Thereby, while maintaining the electrode cross-sectional area and maintaining low electrode resistance, the reduction of the area by the surface grid electrode 6 which becomes a factor which reduces an effective light reception area is suppressed, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
  • the solar battery cell according to the present embodiment there are no voids inside the light receiving surface side electrode 5 and the back surface side electrode 9. For this reason, in this solar battery cell, it is difficult for moisture or the like that deteriorates the life of the solar battery cell to enter the inside of the electrode, and an increase in electrode resistance due to voids in the electrode is prevented.
  • the solar cell according to the present embodiment a solar cell in which the photoelectric conversion efficiency is improved and the durability is improved is realized.
  • FIGS. 2-1 to 2-5 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the solar battery cell according to the present embodiment.
  • a p-type polycrystalline silicon substrate is prepared as the semiconductor substrate 1 (hereinafter referred to as p-type polycrystalline silicon substrate 1).
  • the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is a polycrystalline silicon substrate having an electrical resistance of about 0.5 to 3 ⁇ cm 2 containing a group III element such as boron (B). Since the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is manufactured by slicing an ingot formed by cooling and solidifying molten silicon with a wire saw, damage at the time of slicing remains on the surface.
  • the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is immersed in a heated alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide and etched to remove the damaged layer.
  • a heated alkaline solution for example, an aqueous solution of sodium hydroxide and etched to remove the damaged layer.
  • the damaged region existing near the surface of the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is removed.
  • the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is heated in a phosphorus oxychloride (POCl 3 ) gas atmosphere, for example, at 820 ° C. for about 10 minutes, as shown in FIG. 2A.
  • An n-type impurity diffusion layer 3 having a surface sheet resistance of 30 to 100 ⁇ / ⁇ is formed on the surface of the substrate to form a semiconductor pn junction.
  • oxygen gas (O 2 ), monosilane gas (SiH 4 ), or ammonia gas (NH 3 ) was used as the antireflection film 4 on the surface of the p-type polycrystalline silicon substrate 1.
  • a silicon oxynitride nitride film (SiONH film) having a refractive index of 2.0 to 2.3 and a film thickness of 650 to 900 nm is formed with a uniform thickness by PECVD.
  • the antireflection film 4 also functions as a passivation film on the surface of the p-type polycrystalline silicon substrate 1. Further, in order to improve the crystallinity on the back side of the p-type polycrystalline silicon substrate 1, as shown in FIG.
  • an oxygen gas (O 2) is formed on the back side of the p-type polycrystalline silicon substrate 1 as an insulating film 8.
  • a silicon oxynitride nitride film (SiONH film) similar to the antireflection film 4 is formed with a uniform thickness by PECVD using monosilane gas (SiH 4 ) or ammonia gas (NH 3 ).
  • a groove or hole having a fine width of, for example, 70 ⁇ m or less is formed in the antireflection film 4 in the formation region of the light receiving surface side electrode 5 by laser processing.
  • the region where the surface grid electrode 6 is formed in the antireflection film 4 has a wavelength of 355 nm and laser energy.
  • the surface grid electrode formation groove 13 having a width WF1 of the surface grid electrode formation groove of 50 ⁇ m is formed using laser light having a density of 3 to 10 mJ / cm 2 .
  • a groove or hole having a fine width is formed by laser processing in the formation region of the back surface side electrode 9 in the insulating film 8.
  • the back grid electrode forming groove for forming the back grid electrode 10 out of the back surface side electrode forming grooves has a wavelength of 355 nm and a laser energy density of 3 in the formation region of the back grid electrode 10 in the insulating film 8.
  • the back side electrode forming groove 14 having a width WR1 of the back grid electrode forming groove of 500 ⁇ m is formed using a laser beam of ⁇ 10 mJ / cm 2 .
  • the pattern of the light receiving surface side electrode 5, that is, the pattern of the front grid electrode 6 and the front bus electrode 7 is changed to the front electrode.
  • the printing paste 21 is screen-printed and dried to form the front grid electrode 6 and the front bus electrode 7 (before firing).
  • the surface grid electrode is formed wider than the width of the surface grid electrode formation groove 13 so as to cover the region sandwiching the groove on the surface grid electrode formation groove 13 and the antireflection film 4.
  • the front electrode printing paste 21 is printed with the printing paste width WF ′ being wider than the width WF1 of the front grid electrode forming groove and not less than 100 ⁇ m.
  • the front electrode printing paste 21 is screen-printed with the printing paste width WF ′ of the front grid electrode set to 100 ⁇ m.
  • the back electrode printing paste 23 is formed on the insulating film 8 including the back side electrode forming groove in the pattern of the back side electrode 9, that is, the pattern of the back grid electrode 10 and the back bus electrode 11. Is screen-printed and dried to form the back grid electrode 10 and the back bus electrode 11 (before firing).
  • the region of the back grid electrode formation groove 14 and the region sandwiching the groove on the insulating film 8 are covered and wider than the width of the back grid electrode formation groove 14.
  • the back electrode printing paste 23 is printed by setting the printing paste width WR ′ to be wider than the width WR1 of the back grid electrode forming groove by 500 ⁇ m or more.
  • the back electrode printing paste 23 is screen-printed with the back grid electrode printing paste width WR ′ of 900 ⁇ m.
  • the surface electrode printing paste 21 of the surface grid electrode 6 includes, for example, ethyl cellulose or thinner solvent for ensuring printability, silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), lead (Pd). , Any one or a plurality of components of aluminum (Al), or metal particles of an alloy of these components, and silver (as a reaction start promotion during firing of these metal particles and the p-type polycrystalline silicon substrate 1
  • zinc oxide (ZnO), lead oxide (PbO), silicon monoxide (SiO), and bismuth oxide (BiO) which is a glass component having a melting point lower than that of Ag It becomes.
  • the above metal is available at low cost and has high reliability as an electrode component of a solar battery cell.
  • a printing paste containing 80 wt% of silver (Ag, melting point: 962 ° C.) and 0.1 wt% of lead monoxide (PbO) as the main components of the printing paste is heated by a near infrared heater at 1000 ° C. for 3 seconds.
  • a reaction layer of metal and silicon can be formed at a depth of 0.01 to 0.1 ⁇ m at the interface between the n-type impurity diffusion layer 3 and the light-receiving surface side electrode 5, and the light-receiving surface side electrode 5 and the n-type can be formed.
  • a sufficiently low contact resistance with the impurity diffusion layer 3 is obtained.
  • the back side electrode 9 and the p-type silicon substrate are also used for the back side electrode 9 by using a printing paste containing 70 wt% of aluminum (Al) particles as the main component of the printing paste as in the case of the front grid electrode 6. 2 and a p + layer (BSF layer) 12 doped at a higher concentration than that of the p-type polycrystalline silicon substrate 1 can be formed, and recombination of photovoltaic carriers can be formed. The speed can be suppressed by the BSF effect, and the conversion efficiency of the solar battery cell can be increased.
  • the p-type polycrystalline silicon substrate 1 is fired at a temperature equal to or higher than the melting point of the metal particles that are the main components of the front electrode printing paste 21 and the back electrode printing paste 23 or equal to or higher than the eutectic temperature.
  • the higher of the melting points or eutectic temperatures of the multiple types is used as a reference. Since the antireflection film 4 and the insulating film 8 that are insulating films and the molten metal do not have good wettability, the front electrode printing paste 21 and the back electrode printing paste 23 in which metal particles are melted are used as the antireflection film 4 and the insulating film.
  • the antireflection film 4 and the insulating film 8 are made of a silicon oxynitride film (SiONH film) which is a silicon-based insulating film having a relatively high melting point so as not to melt at the firing temperature at the time of electrode formation. Therefore, the antireflection film 4 and the insulating film 8 are not melted during firing.
  • SiONH film silicon oxynitride film
  • the front grid electrode printing paste width WF ′ and the back grid electrode printing paste width WR ′ are respectively the electrode widths. Reduced to WF and electrode width WR.
  • the print paste thickness DF ′ of the front grid electrode and the print paste thickness DR ′ of the back grid electrode increase to the electrode thickness DF and the electrode thickness DR, respectively. This is because the wettability between the insulating film and the molten metal is not good, so that the front electrode printing paste 21 and the back electrode printing paste 23 in which the metal particles are melted are formed on the light receiving surface side electrode forming groove or the back surface side where the insulating film 8 is not present. By gathering in the electrode formation groove. As a result, the agglomerated molten metal solidifies with a width narrower than the printed width, but the cross-sectional area of the electrode is substantially maintained.
  • the surface grid electrode 6 (after firing) is formed in a state where the cross-sectional area is substantially maintained from the time of printing the surface electrode printing paste 21, and is the same as the width WF1 of the surface grid electrode forming groove as shown in FIG.
  • a front grid electrode 6 (after firing) having an electrode width and thinning and thickening is obtained.
  • the back grid electrode 10 (after firing) is formed in a state where the cross-sectional area is substantially maintained from the time of printing the back electrode printing paste 23, and the width WR1 of the back grid electrode forming groove as shown in FIG.
  • the back grid electrode 10 (after firing) having the same electrode width and thinning and thickening is obtained.
  • the electrode width WR 500 ⁇ m after firing
  • the printed and dried surface electrode printing paste 21 contains many voids 22 between metal particles due to the mesh of the mask used for screen printing.
  • the printed and dried back electrode printing paste 23 contains many voids 24 between the metal particles due to the mesh of the mask used for screen printing.
  • the melting time of the metal in the printing paste is sufficiently long, there are no voids between the metal particles that exist after printing and drying. That is, when firing for a sufficient time at a temperature equal to or higher than the melting point or eutectic temperature of the metal that is the main component of the front electrode printing paste 21 and the back electrode printing paste 23, the void 22 between the metal particles and the void 24 between the metal particles.
  • the light receiving surface side electrode 5 and the back surface side electrode 9 having no voids are obtained.
  • the electrode having no void moisture or the like that degrades the life of the solar battery cell is unlikely to enter the electrode, so that the moisture resistance of the solar battery cell is greatly improved and the life of the solar battery cell can be extended.
  • an increase in electrode resistance due to voids in the electrode can be prevented, and a low resistance electrode can be realized.
  • the printing paste is made of an oxide such as zinc (Zn), lead (Pb), silicon (Si), or bismuth (Bi) in order to obtain the effect of reducing the contact resistance between the metal and the silicon substrate.
  • a glass component is contained, but an insulating film made of silicon (Si), nitrogen (N), oxygen (O), hydrogen (H), etc. is melted into these glass components to form a light receiving surface side electrode formation groove or a back surface side. There is a risk of destroying the shape of the electrode forming groove. For this reason, it is preferable that the content rate of these glass components in printing paste is as small as possible.
  • the printing paste is sintered to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal particles or equal to or higher than the eutectic temperature.
  • a reaction layer of metal and silicon is formed at the interface between silicon and metal particles of the crystalline silicon substrate 1, and a sufficiently low contact resistance can be obtained.
  • FIG. 3 shows the actual printed width ( ⁇ m) and actual printed thickness ( ⁇ m) of the grid electrode after firing with respect to the design width when the grid electrode is formed by the conventional electrode forming method using the screen printing method.
  • the thickness of the screen printing mask is constant.
  • the actual printing width of the grid electrode is 120 ⁇ m
  • the actual printing thickness is 25 ⁇ m
  • the aspect ratio (electrode thickness / electrode width) is 0.2.
  • the actual print width increases in proportion to the design width.
  • the design width is smaller than 100 ⁇ m, the actual printing thickness is drastically reduced because the printing paste is difficult to be pushed out of the screen printing mask due to the viscosity of the printing paste, and even if the design width is larger than 100 ⁇ m, the actual printing thickness shows a saturation tendency. . Therefore, it is difficult to form a grid electrode having a desired aspect ratio by a conventional electrode forming method using a screen printing method, and it is particularly difficult to form a grid electrode having a high aspect ratio. In the case of the example shown in FIG. 3, when the design width is other than 100 ⁇ m, it is difficult to form a grid electrode having an aspect ratio higher than 0.2.
  • the grid electrode 6 can be formed, and a grid electrode having a design width other than 100 ⁇ m and a high aspect ratio can be formed.
  • the electrode width is reduced and the electrode thickness is increased compared to the printing paste printing, and the thinning and thickening are achieved.
  • a front grid electrode 6 can be formed.
  • the grid electrode width formed by the conventional printing technique is 100 ⁇ m or more, the light receiving area loss of the solar cells that are blocked by the grid electrode and cannot generate power is 3% or more.
  • a low resistance grid electrode having a grid electrode width of 50 ⁇ m or less and an aspect ratio of 0.8 or more can be formed, so that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is relatively improved by 2% or more.
  • the solar cell in which the photoelectric conversion efficiency is improved and the durability is improved can be mass-produced at low cost.

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Abstract

　半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第１工程と、前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第２工程と、主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第３工程と、前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第４工程と、を含む。

Description

太陽電池セルおよびその製造方法
　本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。
　従来、シリコン（Ｓｉ）を主成分とした太陽電池セルの大量生産を目指した製造工程では、一般的に、金属粉末を含有するペーストをスクリーン印刷法により太陽電池基板に印刷、乾燥、焼結して、太陽電池基板上に電極を形成している（たとえば、特許文献１参照）。ここで、太陽電池セルの受光面（表面）に設けられる受光面側電極においては、光電変換効率を向上させるために、低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる受光面における電極面積を減らすことが重要である。すなわち、受光面側電極は、低い電極抵抗を維持しつつ、アスペクト比（電極厚み／電極幅）が極力高くされることが好ましい。
特開平２－２９８０７８号公報
　しかしながら、通常のスクリーン印刷法を用いて受光面側電極を形成する場合は、焼結後の電極寸法は幅１００μｍ、厚み２０μｍ、アスペクト比（電極厚み／電極幅）が０．２程度が限界である。これよりも電極幅を短縮しつつ、電極断面積を維持するために厚みの厚い電極、すなわちアスペクト比の高い状態に印刷することは困難である。
　また、太陽電池セルの裏面側のキャリア再結合による特性低下を抑制するために、アルミニウム（Ａｌ）電極を直接シリコン基板に接触させず、シリコン基板の裏面の高品質な結晶性を維持させるためにシリコン基板の裏面に絶縁膜を形成し、該絶縁膜に穴や溝を設けて裏面側電極設けた構造の研究開発が盛んである。このような構造では、穴や溝の微細化がキーポイントとなっており、上述した受光面側電極の形成と同様に高アスペクト比で低抵抗な印刷電極の製造方法の開発が必須である。
　さらに、スクリーン印刷法を用いて太陽電池セルの電極を形成する場合は、金属粒子を含むペーストを印刷、乾燥、焼結して形成するため、乾燥後にペースト内の金属粒子間に存在した空隙が焼結後まで残存し、最終的に電極内部に残存する。電極内部に空隙が存在する場合には、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入しやすい。このため、電極の形成においては、太陽電池セルの耐久性を向上させるために電極内の空隙を無くすことが重要である。また、電極内の空隙は、電極の抵抗を高くする要因にもなる。
　したがって、安価で大量生産に適したスクリーン印刷法を用いた太陽電池セルの電極の形成においては、電極抵抗を低く維持しつつアスペクト比を向上させて電極の微細化を図るとともに、電極内の空隙を減らして太陽電池セルの寿命劣化を防ぐことが望まれている。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率および耐久性に優れ、安価に量産可能な太陽電池セルおよびその製造方法を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第１工程と、前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第２工程と、主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第３工程と、前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第４工程と、を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、安価で大量生産が容易な従来の印刷法を用いて、電極の抵抗を増加させずに電極の細線化および厚膜化を図り、電極による面積の低減を抑制し、光電変換効率の高効率化および耐久性に優れた太陽電池セルを安価に量産することができる。
図１－１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの断面構造を説明するための要部断面図である。 図１－２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面側からみた太陽電池セルの上面図である。 図１－３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面と反対側（裏面側）からみた太陽電池セルの下面図である。 図２－１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２－２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２－３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２－４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２－５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３は、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法によりグリッド電極を形成した場合における、設計幅に対する焼成後のグリッド電極の実印刷幅と実印刷厚とを示す特性図である。
　１　半導体基板
　２　ｐ型シリコン基板
　３　不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）
　４　反射防止膜
　５　受光面側電極
　６　表グリッド電極
　７　表バス電極
　８　絶縁膜
　９　裏面側電極
　１０　裏グリッド電極
　１１　裏バス電極
　１３　表グリッド電極形成溝
　１４　裏グリッド電極形成溝
　２１　表電極印刷ペースト
　２２　金属粒子間の空隙
　２３　裏電極印刷ペースト
　２４　金属粒子間の空隙
　ＷＦ　表グリッド電極の電極幅
　ＷＲ　裏グリッド電極の電極幅
　ＤＦ　表グリッド電極の電極厚
　ＤＲ　裏グリッド電極の電極厚
　ＷＦ１　表グリッド電極形成溝の幅、
　ＷＲ１　裏グリッド電極形成溝の幅、
　ＷＦ’　表グリッド電極の印刷ペースト幅、
　ＷＲ’　裏グリッド電極の印刷ペースト幅、
　ＤＦ’　表グリッド電極の印刷ペースト厚、
　ＤＲ’　裏グリッド電極の印刷ペースト厚、
　以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態
　図１－１～図１－３は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの構成を示す図であり、図１－１は、太陽電池セルの断面構造を説明するための要部断面図、図１－２は、受光面側からみた太陽電池セルの上面図、図１－３は、受光面と反対側（裏面側）からみた太陽電池セルの下面図である。図１－１は、図１－２の線分Ａ－Ａにおける要部断面図である。
　本実施の形態にかかる太陽電池セルは、図１－１～図１－３に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１と、半導体基板１の受光面側の面（表面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する絶縁膜である酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）からなる反射防止膜４と、半導体基板１の受光面側の面（表面）において反射防止膜４に囲まれて形成された第１電極である受光面側電極５と、半導体基板１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）からなる絶縁膜８と、半導体基板１で発電された電気の取り出しと入射光の反射を目的として半導体基板１の裏面において絶縁膜８に囲まれて形成された第２電極である裏面側電極９と、を備える。
　半導体基板１は、第１導電型層であるｐ型シリコン基板２と、半導体基板１の受光面側にリン拡散によって形成された第２導電型層である不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）３と、によりｐｎ接合が構成されている。ｎ型不純物拡散層３は、表面シート抵抗が３０～１００Ω／□とされている。
　反射防止膜４および絶縁膜８は、電極形成時の焼成温度で溶融しない比較的融点の高いシリコン系の絶縁膜として、酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）が用いられている。なお、酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）の他にＳｉＮ膜などのシリコン系の絶縁膜を用いてもよい。
　受光面側電極５は、太陽電池セルの表グリッド電極６および表バス電極７を含み、ｎ型不純物拡散層３に電気的に接続されている。表グリッド電極６は、半導体基板１で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表バス電極７は、表グリッド電極６で集電された電気を取り出すために表グリッド電極６にほぼ直交して設けられている。ここで、表グリッド電極６の寸法は、表グリッド電極の電極幅ＷＦ＝５０μｍ、表グリッド電極の電極厚ＤＦ＝５０μｍであり、表グリッド電極の電極幅ＷＦと表グリッド電極の電極厚ＤＦとのアスペクト比（電極厚み／電極幅）は１である。
　また、裏面側電極９は、裏グリッド電極５の電極パターンと略同等のくし型形状に形成されており、裏グリッド電極１０と裏バス電極１１とを有する。ここで、裏グリッド電極１０の寸法は、裏グリッド電極の電極幅ＷＲ＝５００μｍ、裏グリッド電極の電極厚ＤＲ＝５０μｍであり、裏グリッド電極の電極幅ＷＲと裏グリッド電極の電極厚ＤＲとのアスペクト比（電極厚み／電極幅）は０．１である。
　また、半導体基板１の裏面側の領域であって裏面側電極９に接する領域にはｐ型シリコン基板２と等しい導電型の高濃度拡散層であるｐ＋層（ＢＳＦ：Back Surface Filed層）１２が形成されている。
　このように構成された太陽電池セルでは、太陽光が太陽電池セルの受光面側から半導体基板１のｐｎ接合面（ｐ型シリコン基板２とｎ型不純物拡散層３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層３に向かって移動し、ホールはｐ型シリコン基板２に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層３に電子が過剰となり、ｐ型シリコン基板２にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層３に接続した受光面側電極５がマイナス極となり、ｐ型シリコン基板２に接続した裏面側電極９がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
　以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、受光面側電極５の表グリッド電極６の断面積が２，５００μｍ２程度確保されており、且つアスペクト比が１とされており、微細な電極が実現されている。これにより、電極断面積を維持して低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる表グリッド電極６による面積の低減が抑制され、光電変換効率の向上が図られている。
　また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、受光面側電極５および裏面側電極９の電極内部に空隙が存在しない。このため、この太陽電池セルでは、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内部に侵入しづらく、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加が防止されている。
　したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、光電変換効率の高効率化および耐久性の向上が図られた太陽電池セルが実現されている。
　つぎに、このような太陽電池セルの製造方法の一例について図２－１～図２－５を参照して説明する。図２－１～図２－５は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
　まず、図２－１に示すように半導体基板１として例えばｐ型多結晶シリコン基板を用意する（以下、ｐ型多結晶シリコン基板１と呼ぶ）。ｐ型多結晶シリコン基板１は、ホウ素（Ｂ）等のIII族元素を含有した電気抵抗が０．５～３Ωｃｍ２程度の多結晶シリコン基板である。ｐ型多結晶シリコン基板１は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型多結晶シリコン基板１を加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
　つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板１をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中、例えば８２０℃で１０分程度加熱することにより、図２－１に示すようにｐ型多結晶シリコン基板１の表面に、表面シート抵抗が３０～１００Ω／□のｎ型不純物拡散層３を形成して半導体ｐｎ接合を形成する。
　つぎに、図２－２に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面に反射防止膜４として、酸素ガス（Ｏ２）、モノシランガス（ＳｉＨ４）やアンモニアガス（ＮＨ３）を用いたＰＥＣＶＤ法により屈折率が２．０～２．３、膜厚が６５０～９００ｎｍの酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）を一様な厚みで成膜する。この反射防止膜４は、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。また、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面側の結晶性を改善するために、図２－２に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面に絶縁膜８として、酸素ガス（Ｏ２）、モノシランガス（ＳｉＨ４）やアンモニアガス（ＮＨ３）を用いたＰＥＣＶＤ法により反射防止膜４と同様な酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）を一様な厚みで成膜する。
　つぎに、図２－３に示すように、反射防止膜４における受光面側電極５の形成領域に、レーザー加工により例えば７０μｍ以下の微細な幅の溝や穴を形成する。本実施の形態では、受光面側電極形成溝のうち表グリッド電極６を成形するための表グリッド電極形成溝としては、反射防止膜４における表グリッド電極６の形成領域に、波長３５５ｎｍ、レーザーエネルギー密度３～１０ｍＪ／ｃｍ２のレーザー光を用いて表グリッド電極形成溝の幅ＷＦ１が５０μｍの表グリッド電極形成溝１３を形成する。
　また、図２－３に示すように、絶縁膜８における裏面側電極９の形成領域に、レーザー加工により微細な幅の溝や穴を形成する。本実施の形態では、裏面側電極形成溝のうち裏グリッド電極１０を成形するための裏グリッド電極形成溝としては、絶縁膜８における裏グリッド電極１０の形成領域に、波長３５５ｎｍ、レーザーエネルギー密度３～１０ｍＪ／ｃｍ２のレーザー光を用いて裏グリッド電極形成溝の幅ＷＲ１が５００μｍの裏面側電極形成溝１４を形成する。
　つぎに、図２－４に示すように受光面側電極形成溝を含む反射防止膜４上に、受光面側電極５のパターン、すなわち表グリッド電極６と表バス電極７とのパターンに表電極印刷ペースト２１をスクリーン印刷し、乾燥させて、表グリッド電極６と表バス電極７とを形成する（焼成前）。ここで、表グリッド電極６の形成領域においては、表グリッド電極形成溝１３および反射防止膜４上においてこの溝を挟む領域を覆って表グリッド電極形成溝１３の幅よりも幅広に、表グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＦ’を表グリッド電極形成溝の幅ＷＦ１よりも広く、１００μｍ以上として表電極印刷ペースト２１を印刷する。本実施の形態では、表グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＦ’を１００μｍとして表電極印刷ペースト２１をスクリーン印刷する。
　つぎに、図２－４に示すように裏面側電極形成溝を含む絶縁膜８上に、裏面側電極９のパターン、すなわち裏グリッド電極１０と裏バス電極１１とのパターンで裏電極印刷ペースト２３をスクリーン印刷し、乾燥させて、裏グリッド電極１０と裏バス電極１１とを形成する（焼成前）。ここで、裏グリッド電極１０の形成領域においては、裏グリッド電極形成溝１４および絶縁膜８上におけるこの溝を挟む領域を覆って裏グリッド電極形成溝１４の幅よりも幅広に、裏グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＲ’を裏グリッド電極形成溝の幅ＷＲ１よりも広く５００μｍ以上として裏電極印刷ペースト２３を印刷する。本実施の形態では、裏グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＲ’を９００μｍとして裏電極印刷ペースト２３をスクリーン印刷する。
　ここで、電極の印刷に使用するペーストの成分について説明する。表グリッド電極６の表電極印刷ペースト２１は、例えば印刷性を確保するためのエチルセルロースやシンナー溶剤と、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）のうちの何れか１つもしくは複数の成分、またはこれらの成分の合金の金属粒子と、これらの金属粒子とｐ型多結晶シリコン基板１の焼成時における反応開始促進として銀（Ａｇ）よりも融点の低いガラス成分である酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、酸化ビスマス（ＢｉＯ）のうちの何れか１つまたは複数の成分を、を含んでなる。上記の金属は、安価に入手可能であり、太陽電池セルの電極成分としての信頼性が高い。
　たとえば印刷ペーストの主成分として銀（Ａｇ、融点：９６２℃）を８０ｗｔ％、一酸化鉛（ＰｂＯ）を０．１ｗｔ％含む印刷ペーストでは、１０００℃、３秒の条件での近赤外線ヒータ加熱により、ｎ型不純物拡散層３と受光面側電極５との界面に０．０１～０．１μｍの深さで金属とシリコンとの反応層を形成することができ、受光面側電極５とｎ型不純物拡散層３との間で十分に低い接触抵抗が得られる。
　同様に、裏面側電極９についても、印刷ペーストの主成分としてアルミニウム（Ａｌ）粒子を７０ｗｔ％含む印刷ペーストを用いることで、表グリッド電極６の場合と同様に裏面側電極９とｐ型シリコン基板２との間で十分に低い接触抵抗が得られる上に、更にｐ型多結晶シリコン基板１よりも高濃度にドーピングされたｐ＋層（ＢＳＦ層）１２が形成でき、光発電したキャリアの再結合速度をＢＳＦ効果によって抑制でき、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。
　つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１を表電極印刷ペースト２１や裏電極印刷ペースト２３の主成分である金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で焼成する。複数種の金属粒子を含む場合は、該複数種のうち融点または共晶温度の高い方を基準とする。絶縁膜である反射防止膜４や絶縁膜８と、溶融金属とは濡れ性が良くないので、金属粒子が溶融した表電極印刷ペースト２１および裏電極印刷ペースト２３は、反射防止膜４や絶縁膜８上に残存せずに、絶縁膜８が存在しない受光面側電極形成溝または裏面側電極形成溝に向かって凝集した後、凝固する。なお、反射防止膜４および絶縁膜８には、電極形成時の焼成温度で溶融しないように比較的融点の高いシリコン系の絶縁膜である酸化窒化水素化珪素膜（ＳｉＯＮＨ膜）が用いられているため、焼成時に反射防止膜４および絶縁膜８が溶融することはない。
　ここで、表電極印刷ペースト２１や裏電極印刷ペースト２３の主成分である金属は凝固する際に、表グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＦ’および裏グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＲ’は、それぞれ電極幅ＷＦおよび電極幅ＷＲへ縮小される。一方、表グリッド電極の印刷ペースト厚ＤＦ’および裏グリッド電極の印刷ペースト厚ＤＲ’は、それぞれ電極厚ＤＦおよび電極厚ＤＲへ増大する。これは、絶縁膜と溶融金属との濡れ性が良くないため、金属粒子が溶融した表電極印刷ペースト２１および裏電極印刷ペースト２３が、絶縁膜８が存在しない受光面側電極形成溝または裏面側電極形成溝に集まることによる。これにより、凝集した溶融金属は印刷した幅よりも狭い幅で凝固するが、電極の断面積はほぼ維持される。
　そして、表電極印刷ペースト２１の印刷時から断面積がほぼ維持された状態で表グリッド電極６（焼成後）が形成され、図２－５に示すように表グリッド電極形成溝の幅ＷＦ１と同じ電極幅を有し、細線化および厚膜化が図られた表グリッド電極６（焼成後）が得られる。同様に、裏電極印刷ペースト２３の印刷時から断面積がほぼ維持された状態で裏グリッド電極１０（焼成後）が形成され、図２－５に示すように裏グリッド電極形成溝の幅ＷＲ１と同じ電極幅を有し、細線化および厚膜化が図られた裏グリッド電極１０（焼成後）が得られる。
　具体的な寸法として、例えば、表グリッド電極形成溝の幅ＷＦ１＝５０μｍ、表グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＦ’＝１２０μｍ、表グリッド電極の印刷ペースト厚ＤＦ’＝２５μｍとすると、焼成後においては電極幅ＷＦ＝５０μｍ、電極厚ＤＦ＝５０μｍ、アスペクト比（電極厚み／電極幅）が１である表グリッド電極６が得られる。また、裏グリッド電極形成溝の幅ＷＲ１＝５００μｍ、裏グリッド電極の印刷ペースト幅ＷＲ’＝９００μｍ、裏グリッド電極の印刷ペースト厚ＤＲ’＝３０μｍとすると、焼成後においては電極幅ＷＲ＝５００μｍ、電極厚ＤＲ＝５０μｍ、アスペクト比（電極厚み／電極幅）が０．１である裏グリッド電極１０が得られる。
　また、印刷、乾燥された表電極印刷ペースト２１は、スクリーン印刷に使用するマスクのメッシュに起因して金属粒子間の空隙２２を多く内包する。同様に、印刷、乾燥された裏電極印刷ペースト２３は、スクリーン印刷に使用するマスクのメッシュに起因して金属粒子間の空隙２４を多く内包する。しかし、印刷ペースト内の金属の溶融時間が十分長ければ、印刷・乾燥後に存在した金属粒子間の空隙は無くなる。すなわち、表電極印刷ペースト２１や裏電極印刷ペースト２３の主成分である金属の融点以上や共晶温度以上の温度で十分な時間だけ焼成すると、金属粒子間の空隙２２、金属粒子間の空隙２４は消失し、空隙の無い受光面側電極５および裏面側電極９が得られる。空隙が内在しない電極は、太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入し難いため、太陽電池セルの耐湿性が大きく向上し、太陽電池セルの寿命を長く延ばすことができる。また、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加を防止して、低抵抗の電極を実現できる。
　なお、上記のように印刷ペーストには金属とシリコン基板との接触抵抗を下げる効果を得るために亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ビスマス（Ｂｉ）等の酸化物からなるガラス成分を含有させているが、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）等からなる絶縁膜はこれらガラス成分に溶融して受光面側電極形成溝や裏面側電極形成溝の形状を破壊する虞がある。このため、印刷ペーストにおけるこれらのガラス成分の含有率は、極力少ないことが好ましい。本実施の形態においては、印刷ペーストを金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度にまで上げて焼結させるため、これらのガラス成分が極微量含有する、もしくは無い場合でも、ｐ型多結晶シリコン基板１のシリコンと金属粒子との界面では金属とシリコンとの反応層が形成され、十分に低い接触抵抗を得ることが可能である。
　図３は、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法によりグリッド電極を形成した場合における、設計幅に対する焼成後のグリッド電極の実印刷幅（μｍ）と実印刷厚（μｍ）とを示す特性図である。ここで、スクリーン印刷マスクの厚みは一定である。図３から分かるように、設計幅が１００μｍの場合、グリッド電極の実印刷幅は１２０μｍ、実印刷厚は２５μｍであり、アスペクト比（電極厚み／電極幅）は０．２である。また、図３から分かるように、実印刷幅は設計幅に比例して厚くなる。一方、実印刷厚は、設計幅を１００μｍより小さくすると印刷ペーストの粘性に起因してスクリーン印刷マスクから印刷ペーストが押し出されにくくなるため激減し、設計幅を１００μより大きくしても飽和傾向を示す。したがって、スクリーン印刷法を用いた従来の電極の形成方法により所望のアスペクト比のグリッド電極を形成することは困難であり、特に高いアスペクト比のグリッド電極を形成することは困難であった。図３に示した例の場合は、設計幅が１００μｍ以外の場合には、アスペクト比が０．２より高いグリッド電極を形成することは困難であった。
　これに対して、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法では、焼成後において電極幅ＷＦ＝５０μｍ、電極厚ＤＦ＝５０μｍ、アスペクト比（電極厚み／電極幅）が１である表グリッド電極６を形成することができ、設計幅が１００μｍ以外であってアスペクト比の高いグリッド電極を形成することができる。
　上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、印刷ペーストの印刷時よりも電極幅が縮小され、電極厚が増大した、細線化および厚膜化が図られた表グリッド電極６を形成することができる。これにより、電極断面積を維持して低い電極抵抗を維持しつつ、実効の受光面積を減らす要因となる電極による面積の低減を抑制し、光電変換効率を向上させることができる。
　また、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、電極内部に空隙が存在しない。このため、電極内部に太陽電池セルの寿命を劣化させる水分等が電極内に侵入しづらく、また電極内の空隙に起因した電極抵抗の増加が防止される。
　また、従来の印刷技術で形成されるグリッド電極幅は１００μｍ以上であったため、グリッド電極に遮られて発電できない太陽電池セルの受光面積ロスは３％以上であったが、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、グリッド電極幅５０μｍ以下、アスペクト比０．８以上の低抵抗なグリッド電極を形成できるため、太陽電池セルの光電変換効率は相対的に２％以上向上する。
　したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、光電変換効率の高効率化および耐久性の向上が図られた太陽電池セルを安価に量産することができる。

Claims (8)

  1. 　半導体基板の一面側に絶縁膜を形成する第１工程と、
    　前記絶縁膜における電極形成領域に電極形成溝を形成する第２工程と、
    　主成分として金属粒子を含有する電極印刷ペーストを、前記電極形成溝上および前記絶縁膜における前記電極形成溝を挟む領域を覆って前記電極形成溝の幅よりも幅広に印刷し、乾燥する第３工程と、
    　前記金属粒子の融点以上、または共晶温度以上の温度で前記電極ペーストを焼成して、前記電極ペーストを前記電極形成溝上に凝集させて凝固させることにより、前記電極形成溝の幅の電極を形成する第４工程と、
    　を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  2. 　前記電極内部に空隙が存在しないこと、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  3. 　前記半導体基板がシリコン基板であり、前記電極印刷ペーストは前記金属粒子として銀、銅、金、白金、鉛、アルミニウムのうちの何れかの成分単独もしくは複数、またはこれらの成分の合金の金属粒子を含むこと、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  4. 　前記絶縁膜がシリコン系絶縁膜であること、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  5. 　前記電極が受光面側電極であり、前記絶縁膜が反射防止膜であること、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  6. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板の一面側に形成された絶縁膜と、
    　前記絶縁膜に設けられた溝に埋め込まれるとともに前記絶縁膜の表面から前記溝と同じ幅で突出して設けられて前記半導体基板の一面側に電気的に接続する電極と、
    　を備えることを特徴とする太陽電池セル。
  7. 　前記電極が受光面側電極であり、前記絶縁膜が反射防止膜であること、
    　を特徴とする請求項６に記載の太陽電池セル。
  8. 　前記電極内部に空隙が存在しないこと、
    　を特徴とする請求項６に記載の太陽電池セル。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016523452A (ja) * 2013-09-25 2016-08-08 晶澳（▲揚▼州）太▲陽▼能科技有限公司 両面透光である局所アルミニウム裏面電界を有する結晶シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2017139351A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 京都エレックス株式会社 太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子
JP2017162943A (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 東洋アルミニウム株式会社 太陽電池の電極形成方法
JP2020509605A (ja) * 2017-03-03 2020-03-26 広東愛旭科技股▲フン▼有限公司 穿孔ｐｅｒｃ両面太陽電池およびそのモジュール、システムと製造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856413B (zh) * 2012-10-10 2015-11-25 英利能源（中国）有限公司 全玻组件
KR101861172B1 (ko) * 2014-07-09 2018-05-28 엘지전자 주식회사 태양 전지
CN105679845A (zh) * 2016-02-26 2016-06-15 上饶光电高科技有限公司 一种降低晶硅太阳能电池成本提高效率的方法
CN105742378A (zh) * 2016-04-14 2016-07-06 泰州中来光电科技有限公司 一种n型太阳能电池的金属化方法和电池及组件、系统
JPWO2020090612A1 (ja) * 2018-10-29 2021-09-09 アートビーム有限会社 太陽電池および太陽電池の製造方法
CN111584654A (zh) * 2020-03-31 2020-08-25 天津爱旭太阳能科技有限公司 一种制备晶硅太阳能电池电极的方法
CN112599632A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 无锡日托光伏科技有限公司 一种mwt电池制备方法及mwt电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536998A (ja) * 1991-07-30 1993-02-12 Sharp Corp 電極の形成方法
JP2001237448A (ja) * 2000-02-21 2001-08-31 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池モジュール
WO2006101200A1 (ja) * 2005-03-24 2006-09-28 Kyocera Corporation 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール
WO2007060743A1 (ja) * 2005-11-28 2007-05-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 太陽電池セル

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298078A (ja) 1989-05-12 1990-12-10 Sharp Corp 太陽電池の製造方法
JPH0690014A (ja) * 1992-07-22 1994-03-29 Mitsubishi Electric Corp 薄型太陽電池及びその製造方法，エッチング方法及び自動エッチング装置，並びに半導体装置の製造方法
US5395457A (en) * 1992-12-16 1995-03-07 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device and method of manufacturing the same
JP2001202822A (ja) * 2000-01-21 2001-07-27 Murata Mfg Co Ltd 導電性ペースト
CN1291502C (zh) * 2001-03-19 2006-12-20 信越半导体株式会社 太阳能电池及其制造方法
US20070251570A1 (en) * 2002-03-29 2007-11-01 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes
JP4401158B2 (ja) 2003-12-16 2010-01-20 シャープ株式会社 太陽電池の製造方法
WO2005093855A1 (ja) * 2004-03-29 2005-10-06 Kyocera Corporation 太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電装置
DE112004002853B4 (de) * 2004-05-07 2010-08-26 Mitsubishi Denki K.K. Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie
JP4416569B2 (ja) * 2004-05-24 2010-02-17 キヤノン株式会社 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置
WO2006011595A1 (ja) * 2004-07-29 2006-02-02 Kyocera Corporation 太陽電池素子とその製造方法
JP2007103572A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Sharp Corp 太陽電池の埋込電極の形成方法及び太陽電池の製造方法
TWI487124B (zh) * 2006-08-25 2015-06-01 Sanyo Electric Co 太陽電池模組及太陽電池模組的製造方法
US7744714B2 (en) * 2006-11-20 2010-06-29 E.I. Du Pont De Nemours And Company Paste patterns formation method and transfer film used therein
JP2008294209A (ja) 2007-05-24 2008-12-04 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池基板の製造方法
US20100294353A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Conductive paste for solar cell electrode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536998A (ja) * 1991-07-30 1993-02-12 Sharp Corp 電極の形成方法
JP2001237448A (ja) * 2000-02-21 2001-08-31 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池モジュール
WO2006101200A1 (ja) * 2005-03-24 2006-09-28 Kyocera Corporation 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール
WO2007060743A1 (ja) * 2005-11-28 2007-05-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 太陽電池セル

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016523452A (ja) * 2013-09-25 2016-08-08 晶澳（▲揚▼州）太▲陽▼能科技有限公司 両面透光である局所アルミニウム裏面電界を有する結晶シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2018160680A (ja) * 2013-09-25 2018-10-11 晶澳（▲揚▼州）太▲陽▼能科技有限公司 両面透光である局所アルミニウム裏面電界を有する結晶シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2017139351A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 京都エレックス株式会社 太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子
JP2017162943A (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 東洋アルミニウム株式会社 太陽電池の電極形成方法
JP2020509605A (ja) * 2017-03-03 2020-03-26 広東愛旭科技股▲フン▼有限公司 穿孔ｐｅｒｃ両面太陽電池およびそのモジュール、システムと製造方法

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