WO2011155398A1 - 太陽電池素子の電極焼成用焼成炉、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子 - Google Patents

太陽電池素子の電極焼成用焼成炉、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子 Download PDF

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怜 三田
渡部　武紀
大塚　寛之
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信越化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a firing furnace for firing an electrode of a solar cell element, a method for manufacturing a solar cell element using the same, and a solar cell element.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure of a general solar cell element.
  • This solar cell element 1 is a plate having a size of 100 to 150 mm square and a thickness of 0.1 to 0.3 mm, and polycrystalline or single crystal silicon or the like is doped with a p-type impurity such as boron. It consists of a p-type semiconductor substrate 2. This substrate is doped with an n-type impurity such as phosphorus to form an n-type impurity layer 3, an antireflection film 4 such as SiN is attached, and a conductive aluminum paste is applied to the back surface using a screen printing method. Each surface is printed with conductive silver paste, dried and fired to form a back surface aluminum electrode 5 and a back surface field (BSF) layer 6 to form a surface collector electrode 7.
  • BSF back surface field
  • FIG. 2 is a schematic view of a general mesh belt firing furnace used when firing an electroconductive paste to form an electrode in the method for manufacturing a solar cell element described above.
  • the substrate 11 on which the conductive paste is printed is conveyed by the mesh belt 12 driven by the driving unit 15 via the roller 16, and after the conductive paste is baked by the heating unit 13, it is cooled by the cooling unit 14.
  • An electrode is formed.
  • reference numeral 17 denotes a cleaning tank for removing dirt adhering to the mesh belt.
  • the heat capacity of the mesh belt is large, so the power consumption is large.
  • a rapid heating / rapid cooling profile is preferable, but a rapid heating / rapid cooling profile is formed in a mesh belt type firing furnace.
  • a large number of heaters and water cooling are required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 08-162446
  • the power consumption of the firing furnace is reduced, and the firing processing time is further shortened.
  • FIG. 3 the schematic of this wire-type baking furnace is shown.
  • the substrate 21 coated with the conductive paste is transported by the wire transport member 22 driven by the driving unit 25 via the roller 26 and passes through the heating unit 23 and the cooling unit 24.
  • an electrode is formed.
  • a substrate on which a conductive paste is printed is directly placed on a wire and conveyed.
  • the wire has a temperature of about 50 ° C. lower than the ambient temperature and the substrate temperature.
  • the contact portion The aluminum remains on the wire and gradually accumulates. Since the deposited aluminum becomes hard alumina, the aluminum electrode is damaged when the number of firing treatments is increased. Since this scratch may be a hard protrusion, when the cells are stacked and packed in a box, the cells may be cracked starting from this point. For this reason, there exists a problem of reducing a yield.
  • the temperature of the heating part in the firing furnace is lower than that of the atmosphere and the substrate, so that the portion of the substrate that is in contact with the wire is not sufficiently heated. This causes the sintering of the silver electrode to be insufficient and the thickness distribution of the BSF layer to be generated, thereby degrading the characteristics of the solar cell element.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of this wire type walking beam conveyance firing furnace.
  • This walking beam type firing furnace can be driven in the vertical direction and the front-rear direction by two fixed wires (fixed beams) 32 arranged in parallel and horizontally with a predetermined stroke, and can move the substrate 31.
  • a wire (vertical / vertical movable beam) 33 is provided, and the fixed beam 32 and the movable beam 33 are fixed while being wound around rolls 34 and 35, respectively, and extend and contract as necessary.
  • the firing furnace further includes a heating unit 36 that heats the substrate and a cooling unit 37 that cools the heated substrate.
  • FIG. 5 shows a partially omitted enlarged view of the fixed beam and movable beam portions.
  • FIG. 6 shows a state where the substrate 31 is placed on the movable beam 33.
  • the movable beam 33 moves forward by one stroke while holding the substrate 31 and stops.
  • the movable beam 33 descends in the vertical direction, delivers the substrate 31 to the fixed beam 32, further descends, and then moves backward by one stroke to stop and return to the original position.
  • Heat treatment is performed by passing the substrate through the heating part and the cooling part of the furnace by the walking beam by the method as described above.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents metal components in the conductive paste from being deposited on a conveying member such as a wire and damaging the electrodes and the substrate, and reducing unevenness in the firing of the substrate surface.
  • An electrode firing firing furnace for a solar cell element capable of efficiently firing an electrode paste and producing a solar cell element with good yield without deteriorating solar cell characteristics, and production of a solar cell element using the firing furnace It is an object to provide a method and a solar cell element.
  • the present inventors have found that a transport member for transporting a substrate coated with a conductive paste, a heating unit for heating the substrate and firing the conductive paste, and heating
  • the electrode member firing furnace of the solar cell element equipped with a cooling unit for cooling the substrate was used, and the transport member was made into a wire-type structure, and the wire-type transport member was heated by a heating means.
  • the temperature of the conveying member can be brought close to the heating portion atmosphere temperature, and the substrate can be efficiently heated. This prevents the metal component of the conductive paste from remaining undissolved on the wire, prevents damage to the electrode and the substrate due to the deposit of the metal component, and also suppresses uneven baking in the substrate surface.
  • the present inventors have found that a solar cell element can be produced by firing an electrode paste without reducing the solar cell characteristics and yield, and the present invention has been made.
  • the present invention provides the following firing furnace, method for producing a solar cell element, and solar cell element.
  • a firing furnace comprising a transport member for transporting a substrate coated with a conductive paste, a heating unit for heating the substrate to fire the conductive paste, and a cooling unit for cooling the heated substrate.
  • the conveying member is a member in which at least two wires are arranged so as to be movable in parallel and horizontally along the longitudinal direction of the furnace, and a substrate is placed on the wires and conveyed (1) ) Or (2).
  • a method for manufacturing a solar cell element comprising: forming a pn junction on a semiconductor substrate and then applying and baking a conductive paste on a light receiving surface and a non-light receiving surface of the semiconductor substrate to form a power extraction electrode.
  • the wire when firing the electrode paste using a wire-type firing furnace, the wire is heated by about 50 ° C. from the normal temperature in order to bring it closer to the temperature of the heating part atmosphere or the temperature of the aluminum paste layer. Baking is performed with the temperature and the atmosphere temperature of the heating section being substantially equal. Thereby, the yield fall by the electrode being damaged by the deposit of the metal component of the electrically conductive paste on a wire is suppressed, and the continuous use of a wire-type baking furnace is attained. Furthermore, the characteristic deterioration can also be suppressed by making the baking unevenness in the board
  • the firing furnace of the present invention is a firing furnace for firing electrodes of solar cell elements, a transport member for transporting a substrate coated with a conductive paste, and heating for firing the conductive paste by heating the substrate. And a cooling unit for cooling the heated substrate, and a heating means for heating the transport member is provided.
  • the substrate coated with the conductive paste is placed on the transport member and transported through the furnace, and the conductive paste is fired by passing through the heating section to form electrodes.
  • the structure of the conveying member that conveys the substrate is not particularly limited, and any of a mesh type, a wire type, and the like may be used, but it is preferable to use a wire-type baking furnace in which the substrate is conveyed by a wire. Thereby, high-throughput firing can be performed with less power consumption than a general mesh belt firing furnace.
  • the structure is not particularly limited and may be a conventionally known one. However, at least two wires, particularly 2 to 4 wires, are arranged along the longitudinal direction of the furnace as shown in FIG. A structure that can be moved parallel and horizontally to each other and driven via a roller by a drive unit, or a structure that is arranged parallel to and parallel to each other along the longitudinal direction of the furnace as shown in FIG. Etc. are preferable.
  • the material of the wire is preferably stainless steel such as SUS303 or SUS304, and it is preferable to use a material having a thickness of 1 to 20 mm ⁇ from the viewpoint of the balance between the strength of the wire and the power consumption necessary for heating the firing furnace.
  • the heat capacity is preferably set at a predetermined heat capacity so that less power is required for heating the firing furnace.
  • the use of a wire-type walking beam as shown in FIGS. 4 to 6 is advantageous because less power consumption is required for heating the firing furnace.
  • the conveying member on which the substrate is placed is heated, so that the atmosphere of the conveying member and the heating unit is set to substantially the same temperature.
  • the temperature of the conductive paste layer of the substrate and the wire in the firing furnace is made substantially equal by heating the wire of the transport member.
  • the yield fall by an electrode being damaged by the deposit of the said metal component on a wire can be suppressed. Furthermore, the characteristic deterioration can also be suppressed by making the baking unevenness in the board
  • a heating means for heating the conveying member in the case of a wire-type firing furnace, there is an electric means for heating directly by applying a voltage to both ends of the wire and flowing an alternating current or a direct current.
  • a heating area is provided outside the firing furnace to heat the wire itself by lamp, a means for heating the wire itself by applying steam to the wire outside the firing furnace, and a current to the wire.
  • the means for indirectly heating the wire needs to provide a heating area outside the firing furnace, the means for directly heating the wire is superior in terms of cost and space.
  • a means for directly heating the wire By using these means, the temperature difference between the wire and the entire substrate is eliminated, so that the phenomenon that the high-temperature conductive paste that has been generated in the past sticks to the low-temperature wire is eliminated. Accumulation of metal components in the conductive paste can be prevented. Thereby, it is possible to suppress a decrease in yield due to the electrode being damaged by the deposit of the metal component on the wire and a decrease in characteristics due to uneven baking in the surface of the substrate.
  • the temperature of the heating part (firing temperature) is usually 500 to 950 ° C., particularly 600 to 850 ° C.
  • the heating time is preferably 5 to 30 seconds
  • the temperature of the cooling part is 25 to 500 ° C.
  • the atmosphere in the furnace may be air, but an atmosphere that can burn organic substances contained in the conductive paste is preferable.
  • the temperature of the conveying member is set to be approximately equal to the temperature of the heating section atmosphere, but is preferably 500 to 950 ° C., more preferably 600 to 850 ° C.
  • the heating part atmosphere temperature and the conveying member temperature are substantially equal to each other when the temperature difference between the heating part atmosphere and the conveying member is 0 to 200 ° C., preferably 0 to 100 ° C., more preferably 0 to It means 20 ° C., more preferably 0 to 10 ° C.
  • the solar cell element 1 includes an n-type diffusion layer 3 on the surface (light-receiving surface) side of a silicon substrate 2 as a main body, and antireflection of SiN or the like formed on the n-type diffusion layer.
  • the film 4 has a surface collector electrode 7 connected to the n-type diffusion layer, and a back surface electrode 5 and a back surface field (BSF) layer 6 are provided on the back surface side.
  • BSF back surface field
  • a substrate such as a p-type silicon substrate is prepared.
  • a p-type silicon substrate having a specific resistance of 0.1 to 4.0 ⁇ ⁇ cm is often used. This may be a polycrystal or a single crystal.
  • a plate having a size of 100 to 150 mm square and a thickness of 0.1 to 0.3 mm is preferably used.
  • a concavo-convex structure called a texture is formed.
  • the surface of the p-type silicon substrate that is the light-receiving surface side of the solar cell element is the front surface
  • the surface of the p-type silicon substrate that is opposite to the light-receiving surface side is the back surface.
  • a p-type silicon substrate is placed in a high-temperature gas of about 800 ° C. or higher containing, for example, POCl 3, and n-type impurity elements such as phosphorus are diffused over the entire surface of the p-type silicon substrate by a thermal diffusion method.
  • a type diffusion layer (n-type impurity layer) is formed on the surface.
  • the n-type diffusion layer may be formed on both surfaces and end surfaces of the p-type silicon substrate. In this case, the necessary n-type diffusion layer is formed.
  • An unnecessary n-type diffusion layer can be removed by immersing a p-type silicon substrate whose surface is covered with an acid-resistant resin in a hydrofluoric acid solution or the like.
  • a substrate having a pn junction can be obtained by the above method.
  • an antireflection film such as SiN is formed on the surface of the p-type silicon substrate by, for example, a plasma CVD method using ammonia, silane, nitrogen, hydrogen, or the like.
  • a conductive paste containing, for example, aluminum, glass frit, varnish, etc. is screen printed and dried.
  • a conductive electrode containing, for example, silver, glass frit, varnish and the like is screen-printed on the surface and dried to form a collector electrode.
  • each electrode paste is fired using the firing furnace of the present invention, whereby an aluminum electrode and a BSF layer are formed on the back surface side, and a silver electrode is formed on the front surface side.
  • the shape of the power extraction electrodes on the front and back surfaces is not particularly limited, and any shape such as a comb shape or a lattice shape can be fired in the firing furnace of the present invention. The firing conditions are as described above.
  • a p-type silicon substrate made of p-type polycrystalline silicon doped with boron and sliced to a thickness of 0.2 mm and made of p-type polycrystalline silicon having a specific resistance of about 1 ⁇ ⁇ cm is used to form a square with a side of 15 cm.
  • the plate shape Then, this p-type silicon substrate was immersed in a hydrofluoric acid solution for 15 seconds for damage etching, and further chemically etched with a 70 ° C. solution containing 2% by mass of KOH and 2% by mass of isopropyl alcohol (IPA) for 5 minutes.
  • IPA isopropyl alcohol
  • an n layer was formed on the p-type silicon substrate by a thermal diffusion method in a POCl 3 gas atmosphere at a temperature of 870 ° C. for 30 minutes.
  • the sheet resistance of the n layer was about 40 ⁇ / ⁇ .
  • the p-type silicon substrate was immersed in a hydrofluoric acid solution for 10 seconds to remove the portion of the n layer where the acid resistant resin was not formed. Thereafter, the acid-resistant resin was removed to form an n layer only on the surface of the p-type silicon substrate.
  • SiN serving as an antireflection film was formed with a thickness of 100 nm on the surface of the p-type silicon substrate on which the n layer was formed by plasma CVD using ammonia gas, silane, and nitrogen gas.
  • a conductive aluminum paste was printed on the back surface of the substrate on which the antireflection film was formed, and dried at 150 ° C.
  • the collector electrode was formed using the electroconductive silver paste on the surface using the screen printing method, and it was made to dry at 150 degreeC.
  • the treated substrate was put into a wire-type walking beam firing furnace as shown in FIG. 4 to fire the conductive paste at a maximum temperature of 800 ° C. to fire the electrode.
  • the temperature in the firing furnace (heating section) was measured by allowing a K-type thermocouple (manufactured by Keyence Corporation) to enter, and the temperature of the wire was measured by bringing the K-type thermocouple into contact with the wire.
  • the temperature of the wire in this case was almost equal to the atmospheric temperature in the heating part (wire temperature: 795 ° C.).
  • Table 1 shows the solar cell characteristics and the yield by the firing process when 1000 solar cell elements were fired by the above method.
  • the yield in this case represents the percentage of non-defective products in which the above problems (cracks, protrusions, abnormal appearance, etc.) did not occur with respect to the number of substrates put into the firing process.
  • the characteristics shown as a comparative example are those obtained by firing without wire heating in the same wire-type firing furnace as in this example.
  • the temperature in the firing furnace (heating portion) was measured by allowing a K-type thermocouple to enter, and the temperature of the wire was measured by bringing the K-type thermocouple into contact with the wire.
  • the temperature of the wire was about 50 ° C. lower than the atmospheric temperature in the heating part.
  • Table 1 by using the firing furnace according to the present invention, the solar cell characteristics and yield can be expected to increase as compared with the firing of the comparative example.
  • the main factor is that there is no temperature drop in the wire part.

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Abstract

　導電性ペーストを塗布した基板を搬送するための搬送部材、該基板を加熱して該導電性ペーストを焼成するための加熱部、及び加熱した基板を冷却する冷却部を具備する焼成炉であって、上記搬送部材を加熱するための加熱手段を設けた太陽電池素子の電極焼成用焼成炉に関するものであり、その効果は、特にワイヤー式焼成炉を用いて電極ペーストの焼成を行う際、ワイヤーを加熱部雰囲気温度とほぼ等しい温度に焼成していることにより、ワイヤー上の導電性ペーストの金属成分の堆積物に電極が傷つけられることによる歩留まり低下を抑え、ワイヤー式焼成炉の連続使用が可能となる。

Description

太陽電池素子の電極焼成用焼成炉、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子
　本発明は、太陽電池素子の電極を焼成するための焼成炉、これを用いた太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子に関する。
　図１に、一般的な太陽電池素子の構造の断面図を示す。この太陽電池素子１は、大きさが１００～１５０ｍｍ角、厚みが０．１～０．３ｍｍの板状で、かつ、多結晶又は単結晶シリコン等に、ボロン等のｐ型不純物がドープされたｐ型の半導体基板２からなる。この基板に、リン等のｎ型不純物をドープしてｎ型不純物層３を形成し、ＳｉＮなどの反射防止膜４をつけ、スクリーン印刷法を用いて裏面に導電性アルミニウムペーストを、表面（受光面）に導電性銀ペーストをそれぞれ印刷して、乾燥後、焼成し、裏面アルミニウム電極５を形成すると共にＢａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ（ＢＳＦ）層６を形成し、表面集電極７を形成することで製造される。
　図２は、上述の太陽電池素子の製造方法において、導電性ペーストを焼成して電極を形成する際に利用される一般的なメッシュベルト式焼成炉の概略図である。導電性ペーストが印刷された基板１１を、駆動部１５によってローラー１６を介して駆動されるメッシュベルト１２で搬送し、加熱部１３で導電性ペーストを焼成した後、冷却部１４で冷却することで電極が形成される。なお、図２中、１７はメッシュベルトに付着した汚れを除去するための洗浄槽である。
　上記のメッシュベルト式焼成炉では、メッシュベルトの熱容量が大きいため、消費電力量が大きくなる。また、太陽電池素子の裏面にアルミニウムペーストにより良好なＢＳＦ層を形成するためには、急昇温急冷却のプロファイルが好ましいが、メッシュベルト式焼成炉で急昇温急冷却のプロファイルを形成するには、多数のヒーターと水冷が必要になるという問題が存在する。
　このため、例えば、特許文献１（特開平０８－１６２４４６号公報）では、メッシュベルトの代わりに４本のワイヤーを使用することで、焼成炉の消費電力量を小さくし、更に焼成処理時間を短くしてスループットを上げる方法が開示されている。図３に、このワイヤー式焼成炉の概略図を示す。メッシュベルト式焼成炉と同様に、導電性ペーストを塗布した基板２１は、駆動部２５によってローラー２６を介して駆動されるワイヤー式搬送部材２２で搬送され、加熱部２３及び冷却部２４を通過することで電極が形成される。
　特許文献１の方法においては、導電性ペーストが印刷された基板を直接ワイヤーに載せて搬送している。しかし、一般的に、焼成炉内加熱部においては、ワイヤーは雰囲気温度や基板温度と比較して約５０℃温度が低い。この場合、例えば表面を上にして焼成する際、すなわち、裏面のアルミニウム層とワイヤーが接触している際は、焼成炉内の加熱部において、アルミニウム層とワイヤーとの温度差により、当該接触部分でアルミニウムがワイヤー上に溶け残り、少しずつ堆積していく。この堆積したアルミニウムは硬質のアルミナになるため、焼成処理枚数を重ねていくと、アルミニウム電極を傷つける。この傷は硬質の突起となることがあるので、セルをスタックして箱詰めするとき、ここが起点になってセルが割れることがある。このため、歩留まりを低下させるという問題がある。
　また、特許文献１の方法においては、例えば裏面を上にして焼成する場合、すなわち、表面の銀電極とワイヤーが接触していると、焼成時に銀電極にワイヤーの痕が残り、断線が発生して、特性や歩留まりの低下が発生するという問題がある。
　更に、特許文献１の方法においては、焼成炉内加熱部においては、ワイヤーは雰囲気や基板と比較して温度が低くなるので、基板のうちワイヤーと接触している部分は加熱が不十分になり、銀電極の焼結不足やＢＳＦ層の厚みの分布を発生させる原因になり、太陽電池素子の特性を低下させる。
　また、ワイヤーをウォーキングビームとして用いる焼成炉も存在する（特許文献２：特開２００９－２３８９９１号公報）。図４にこのワイヤー式ウォーキングビーム搬送焼成炉の概略図を示す。このウォーキングビーム式の焼成炉は、互いに平行かつ水平に配置された２本の固定ワイヤー（固定ビーム）３２と、所定のストロークで上下方向及び前後方向に駆動可能であり、基板３１を搬送する可動ワイヤー（上下・前後可動ビーム）３３とを具備し、これら固定ビーム３２と可動ビーム３３とは、それぞれロール３４，３５に巻き付けながら固定されていて、必要に応じて伸縮するようになっている。焼成炉は、更に、基板を加熱する加熱部３６と、加熱された基板を冷却する冷却部３７を具備している。図５には、固定ビーム及び可動ビーム部分の一部省略拡大図を示す。
　図４，５に示すウォーキングビームでの加熱方法では、まず、基板３１は、固定ビーム３２上に載置される。次に、固定ビーム３２より下方に位置する可動ビーム３３が鉛直方向に上昇して、固定ビーム３２上に載置されている基板３１を固定ビーム３２から受け取り、可動ビーム３３上に基板３１が載置された状態で更に上昇し、その上昇端で一旦停止する。図６には、可動ビーム３３上に基板３１が載置された状態を示す。続いて、可動ビーム３３は基板３１を保持した状態で１ストローク分前進して停止する。次いで、可動ビーム３３は鉛直方向に下降して、固定ビーム３２に基板３１を受け渡し、更に下降した後、１ストローク分後退して停止し、当初の位置に戻る。以上のような方法で、ウォーキングビームにより基板を炉の加熱部及び冷却部を通過させることで熱処理を行う。
　ベルト搬送形式からウォーキングビーム搬送形式にすることで、良好なＢＳＦ層の形成に適している急昇温急冷却の焼成プロファイル形成のための冷却に必要な設備を省スペース化できる上に、消費電力が少なくなり、処理時間を更に短くできるという利点がある。しかし、この場合もワイヤーと基板が直接接触するので、依然として太陽電池素子の歩留まりや特性の低下は避けられないという問題がある。
特開平０８－１６２４４６号公報 特開２００９－２３８９９１号公報
　本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、導電性ペースト中の金属成分がワイヤー等の搬送部材に堆積して電極や基板を傷つけるのを防ぐと共に、基板面内の焼成むらを少なくして効率よく電極ペーストの焼成を行い、太陽電池特性を低下させずに歩留まり良く太陽電池素子を製造することができる太陽電池素子の電極焼成用焼成炉、この焼成炉を用いた太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、導電性ペーストを塗布した基板を搬送するための搬送部材、基板を加熱して導電性ペーストを焼成するための加熱部、及び加熱した基板を冷却する冷却部を具備する太陽電池素子の電極焼成用焼成炉を用い、特に搬送部材をワイヤー式の構造とし、このワイヤー式搬送部材を加熱手段により加熱することで、電極ペースト焼成の際に搬送部材の温度を加熱部雰囲気温度に近づけることができ、基板を効率よく加熱することができることを見出した。そして、これにより導電性ペーストの金属成分がワイヤー上に溶け残ることを防いで上記金属成分の堆積物による電極や基板の損傷を防止することができ、しかも基板面内の焼成むらを抑制できるため、太陽電池特性や歩留まりを低下させることなく電極ペーストを焼成して太陽電池素子を製造することができることを見出し、本発明をなすに至った。
　従って、本発明は下記焼成炉、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子を提供する。
（１）導電性ペーストを塗布した基板を搬送するための搬送部材、該基板を加熱して該導電性ペーストを焼成するための加熱部、及び加熱した基板を冷却する冷却部を具備する焼成炉であって、上記搬送部材を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする太陽電池素子の電極焼成用焼成炉。
（２）加熱部雰囲気と搬送部材の温度差が０～２００℃である（１）記載の焼成炉。
（３）搬送部材が、少なくとも２本のワイヤーを炉の長手方向に沿って互いに平行かつ水平に移動可能に配置してなり、該ワイヤー上に基板を載置して搬送する部材である（１）又は（２）記載の焼成炉。
（４）搬送部材が、ウォーキングビーム形式である（１）～（３）のいずれかに記載の焼成炉。
（５）搬送部材を加熱するための加熱手段が、電気的手段である（１）～（４）のいずれかに記載の焼成炉。
（６）半導体基板にｐｎ接合を形成した後、該半導体基板の受光面及び非受光面上に導電性ペーストを塗布・焼成して電力取り出し用電極を形成する工程を含む太陽電池素子の製造方法であって、上記導電性ペーストの焼成を（１）～（５）のいずれかに記載の焼成炉を用いて行うことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
（７）（６）記載の製造方法によって得られた太陽電池素子。
　本発明によれば、特にワイヤー式焼成炉を用いて電極ペーストの焼成を行う際、加熱部雰囲気温度やアルミニウムペースト層の温度に近づけるために、ワイヤーを通常温度よりも５０℃程度加熱してワイヤー温度と加熱部雰囲気温度をほぼ等しくして焼成している。これにより、ワイヤー上の導電性ペーストの金属成分の堆積物に電極が傷つけられることによる歩留まり低下を抑え、ワイヤー式焼成炉の連続使用が可能となる。更に、ワイヤーの温度が低いことによる基板面内の焼成むらを小さくすることで、特性低下も抑えることができる。また、メッシュベルト式焼成炉などと比較してスループットを大きくすることができる。
一般的な太陽電池素子の構造を示す概略断面図である。 メッシュベルト式焼成炉の一例を示す概略図である。 ワイヤー式焼成炉の一例を示す概略図である。 ワイヤー式ウォーキングビーム焼成炉の一例を示す概略図である。 ワイヤー式ウォーキングビーム焼成炉の固定ビーム及び可動ビーム部分の一部省略拡大図である。 可動ビームに基板を載置した状態を示す概略断面図である。
　以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、下記説明に加えて広範な他の実施形態で実施することが可能であり、本発明の範囲は下記実施形態に制限されるものではない。また、図面は原寸に比例して示されていない。本発明の説明や理解をより明瞭にするために、関連部材によっては寸法が拡大されており、また、重要でない部分については図示されていない。
　本発明の焼成炉は、太陽電池素子の電極焼成用焼成炉であって、導電性ペーストを塗布した基板を搬送するための搬送部材、この基板を加熱して導電性ペーストを焼成するための加熱部、及び加熱した基板を冷却する冷却部を具備し、上記搬送部材を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする。
　本発明の焼成炉においては、導電性ペーストが塗布された基板が搬送部材に載置されて炉内を搬送され、加熱部を通過することで導電性ペーストが焼成されて電極が形成される。この場合、基板を搬送する搬送部材の構造としては特に制限されず、メッシュ式や、ワイヤー式等いずれのものでも構わないが、ワイヤーにより基板が搬送されるワイヤー式焼成炉を用いることが好ましい。これにより、一般的なメッシュベルト式焼成炉と比較して少ない消費電力量で、ハイスループットの焼成を行うことができる。
　ワイヤー式搬送部材を用いる場合、その構造は特に制限されず、従来公知のものでよいが、少なくとも２本、特に２～４本のワイヤーを、図３に示すように炉の長手方向に沿って互いに平行かつ水平に移動可能に配置し、駆動部によってローラーを介して駆動する構造や、図４に示すように、炉の長手方向に沿って互いに平行かつ水平に配置し、必要により移動できる構造等とすることが好ましい。この場合、ワイヤーの材質は、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等のステンレススチールが好ましく、ワイヤーの強度と焼成炉加熱に必要な消費電力のバランスの点から１～２０ｍｍφの太さのものを用いるのが好ましい。太さに応じて、熱容量は焼成炉加熱に必要な消費電力量が少なくて済むように所定の熱容量で行うのが好ましい。例えば、図４～６に示すようなワイヤー式ウォーキングビームを用いると、焼成炉加熱に必要な消費電力量が少なくて済むため有利である。
　本発明においては、電極ペースト焼成に際し、基板を載置する搬送部材を加熱することで、搬送部材と加熱部雰囲気をほぼ同じ温度にする。例えば、ワイヤー式搬送部材を有するワイヤー式焼成炉の場合、搬送部材のワイヤーを加熱することで、焼成炉内における基板の導電性ペースト層とワイヤーの温度がほぼ等しくなるようにしておく。ワイヤーと基板の温度差がなくなることで、従来発生していた高温の導電性ペースト中の導電性金属成分が、低温のワイヤー上へ固着するという現象がなくなり、結果的にワイヤー上への上記金属成分の堆積を防ぐことができる。これにより、ワイヤー式焼成炉の連続使用を行っても、ワイヤー上の上記金属成分の堆積物に電極が傷つけられることによる歩留まり低下を抑えることができる。更に、ワイヤーの温度が低いことによる基板面内の焼成むらを小さくすることで、特性低下も抑えることができる。
　搬送部材を加熱する加熱手段としては、ワイヤー式焼成炉の場合、ワイヤーの両端に電圧を印加して、交流又は直流電流を流すことで直接的に加熱する電気的手段がある。間接的にワイヤーを加熱する手段としては、焼成炉外に加熱エリアを設けてワイヤー自体をランプ加熱する手段、焼成炉外でワイヤーにスチームを当てることでワイヤー自体を加熱する手段、ワイヤーに電流を流したコイルを巻きつけておくことでワイヤー自体を加熱する手段などがある。ワイヤーを加熱する際は、これらのうちのいずれの手段を用いてもよい。しかし、間接的にワイヤーを加熱する手段は、焼成炉外に加熱エリアを設ける必要があるため、コストや空間の点で直接的にワイヤーを加熱する手段の方がより優れている。従って、直接的にワイヤーを加熱する手段を用いることが好ましい。これらの手段を用いることにより、ワイヤーと基板全体の温度差がなくなることで、従来発生していた高温の導電性ペーストが低温のワイヤー上へ固着するという現象がなくなり、結果的にワイヤー上への導電性ペースト中の金属成分の堆積を防ぐことができる。これにより、ワイヤー上の金属成分の堆積物に電極が傷つけられることによる歩留まり低下や、基板の面内の焼成むらによる特性低下を抑えることができる。
　ここで、加熱部の温度（焼成温度）は、通常５００～９５０℃、特に６００～８５０℃であり、加熱時間は５～３０秒が好ましく、冷却部の温度は２５～５００℃で、冷却時間は５～３０秒が好ましい。炉内雰囲気は大気でよいが、導電性ペーストに含まれる有機物質を燃焼できる雰囲気が好ましい。一方、搬送部材の温度は、加熱部雰囲気温度とほぼ等しくなるようにするが、５００～９５０℃であることが好ましく、より好ましくは６００～８５０℃である。なお、本発明において、加熱部雰囲気温度と搬送部材の温度がほぼ等しいとは、加熱部雰囲気と搬送部材との温度差が、０～２００℃、好ましくは０～１００℃、より好ましくは０～２０℃、更に好ましくは０～１０℃であることをいう。
　次に、本発明の焼成炉を用いた太陽電池素子の製造方法によって作製される太陽電池素子について説明する。例えば、図１に示すように、太陽電池素子１は、本体であるシリコン基板２の表面（受光面）側にｎ型拡散層３、このｎ型拡散層上に形成されたＳｉＮ等の反射防止膜４、及び上記ｎ型拡散層に接続する表面集電極７を有し、裏面側には、裏面電極５及びＢａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ（ＢＳＦ）層６を備える。
　以下、本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明する。まず、ｐ型シリコン基板等の基板を準備する。ｐ型シリコン基板の比抵抗は０．１～４．０Ω・ｃｍのものがよく用いられる。これは多結晶でも単結晶でもよく、上記したように大きさが１００～１５０ｍｍ角、厚みが０．１～０．３ｍｍの板状のものが好適に用いられる。そして、太陽電池素子の受光面となるｐ型シリコン基板の表面に、例えば酸性溶液中に浸漬してから、さらにアルカリ溶液で化学エッチングして洗浄、乾燥することで、テクスチャとよばれる凹凸構造を形成する。この凹凸構造は、太陽電池素子受光面において光の多重反射を生じさせる。そのため、凹凸構造を形成することにより、実効的に反射率が低減し、変換効率が向上する。以下、太陽電池素子の受光面側となるｐ型シリコン基板の面を表面、受光面側と反対側になるｐ型シリコン基板の面を裏面とする。
　次に、例えばＰＯＣｌ3などを含む、約８００℃以上の高温ガス中にｐ型シリコン基板を設置し、ｐ型シリコン基板の全面にリン等のｎ型不純物元素を拡散させる熱拡散法により、ｎ型拡散層（ｎ型不純物層）を表面に形成する。なお、ｎ型拡散層を熱拡散層により形成する場合には、ｐ型シリコン基板の両面及び端面にもｎ型拡散層が形成されることがあるが、この場合には、必要なｎ型拡散層の表面を耐酸性樹脂で被覆したｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液等の中に浸漬することによって、不要なｎ型拡散層を除去することができる。以上の方法でｐｎ接合部を有する基板を得ることができる。
　次いで、例えばアンモニア、シラン、窒素、水素などを用いたプラズマＣＶＤ法などにより、ｐ型シリコン基板の表面にＳｉＮ等の反射防止膜を形成する。
　基板裏面には、例えばアルミニウム、ガラスフリット、ワニスなどを含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。一方、表面には、例えば銀、ガラスフリット、ワニスなどを含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させて集電極を形成する。しかる後、各電極用ペーストを本発明の焼成炉を用いて焼成することで、裏面側にはアルミニウム電極及びＢＳＦ層が形成され、表面側には銀電極が形成される。これら表裏面の電力取り出し用電極の形状は特に制限されず、櫛形、格子型等いずれの形状のものも本発明の焼成炉で焼成することができる。焼成条件は、上述した通りである。
　以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
　　［実施例，比較例］
　ボロンがドープされ、厚さ０．２ｍｍにスライスして作製された比抵抗が約１Ω・ｃｍのｐ型の多結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板に外径加工を行うことによって、一辺１５ｃｍの正方形の板状とした。そして、このｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチングし、さらに２質量％のＫＯＨと２質量％のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含む７０℃の溶液で５分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、ｐ型シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成した。
　次に、このｐ型シリコン基板に対し、ＰＯＣｌ3ガス雰囲気中において、８７０℃の温度で３０分間の条件で熱拡散法により、ｐ型シリコン基板上にｎ層を形成した。ここで、ｎ層のシート抵抗は約４０Ω／□であった。そして、ｎ層上に耐酸性樹脂を形成した後に、ｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１０秒間浸漬することによって、耐酸性樹脂が形成されていない部分のｎ層を除去した。その後、耐酸性樹脂を除去することによって、ｐ型シリコン基板の表面のみにｎ層を形成した。
　続いて、アンモニアガス、シラン及び窒素ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、ｐ型シリコン基板のｎ層が形成されている表面上に、反射防止膜となるＳｉＮを厚さ１００ｎｍで形成した。次に、反射防止膜が形成された基板の裏面に、導電性アルミニウムペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、表面にスクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを用いて、集電極を形成し、１５０℃で乾燥させた。
　次いで、図４に示すようなワイヤー式ウォーキングビーム焼成炉に、これまでの処理済の基板を投入することにより、最高温度８００℃で導電性ペーストを焼成して電極を焼成した。この際、ワイヤーに電流を流すことで、加熱部内の雰囲気温度とワイヤーの温度が等しくなるよう制御した。焼成炉内（加熱部）の温度はＫ型熱電対（（株）キーエンス製）を進入させることで、ワイヤーの温度はワイヤーにＫ型熱電対を接触させておくことで測定した。その結果、この場合のワイヤーの温度は、加熱部内雰囲気温度とほぼ等しいことが確認された（ワイヤー温度：７９５℃）。それに伴って、ワイヤーに何も処理しない場合と比較すると、高温のアルミニウムが低温のワイヤー上へ固着するという現象がなくなり、結果的にワイヤー上へのアルミニウムの堆積を防ぐことができた。これにより、ワイヤー上のアルミニウムの堆積物にアルミニウム電極が傷つけられることによる歩留まり低下、アルミニウム電極の傷が突起状になったものをスタックすることで、突起が基点となり基板を破壊することによる歩留まり低下を抑えることができた。また、ワイヤーの温度が低いことによる基板の面内の電極ペースト焼成むらを小さくすることで、抵抗やＢＳＦの分布を小さくして変換効率低下も抑えることが可能になった。更に、アルミニウム電極の傷が基点となる、セルの経年劣化の促進を抑えて、モジュールの寿命を延ばすことができた。
　表１に、上記方法で１０００枚の太陽電池素子の焼成を行った際の、太陽電池特性と焼成工程による歩留まりを示す。この場合の歩留まりは、焼成工程に投入した基板の枚数に対して、上記のような問題（割れ、突起、外観異常など）が発生しなかった良品率を示したものである。
　一方、比較例として示した特性は、本実施例と同じワイヤー式焼成炉で、ワイヤー加熱を行わずに焼成を行ったものである。このときも、焼成炉内（加熱部）の温度はＫ型熱電対を進入させることで、ワイヤーの温度はワイヤーにＫ型熱電対を接触させておくことで測定した。その結果、ワイヤーの温度は、加熱部内雰囲気温度より約５０℃低いことが確認された。表１に示すように、本発明による焼成炉を用いることで、比較例の焼成時と比較すると、太陽電池特性と歩留まりの上昇が見込める。ワイヤー部分の温度低下がなくなることが主な要因である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１　太陽電池素子
　２　基板
　３　ｎ型不純物層
　４　反射防止膜
　５　裏面電極
　６　ＢＳＦ層
　７　表面集電極
　１１，２１，３１　基板
　１２　メッシュベルト
　１３，２３，３６　加熱部
　１４，２４，３７　冷却部
　３４，３５　ロール
　１５，２５　駆動部
　１６，２６　ローラー
　１７　洗浄槽
　２２　ワイヤー式搬送部材
　３２　固定ワイヤー（固定ビーム）
　３３　可動ワイヤー（可動ビーム）

Claims (7)

  1. 　導電性ペーストを塗布した基板を搬送するための搬送部材、該基板を加熱して該導電性ペーストを焼成するための加熱部、及び加熱した基板を冷却する冷却部を具備する焼成炉であって、上記搬送部材を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする太陽電池素子の電極焼成用焼成炉。
  2. 　加熱部雰囲気と搬送部材の温度差が０～２００℃である請求項１記載の焼成炉。
  3. 　搬送部材が、少なくとも２本のワイヤーを炉の長手方向に沿って互いに平行かつ水平に移動可能に配置してなり、該ワイヤー上に基板を載置して搬送する部材である請求項１又は２記載の焼成炉。
  4. 　搬送部材が、ウォーキングビーム形式である請求項１乃至３のいずれか１項記載の焼成炉。
  5. 　搬送部材を加熱するための加熱手段が、電気的手段である請求項１乃至４のいずれか１項記載の焼成炉。
  6. 　半導体基板にｐｎ接合を形成した後、該半導体基板の受光面及び非受光面上に導電性ペーストを塗布・焼成して電力取り出し用電極を形成する工程を含む太陽電池素子の製造方法であって、上記導電性ペーストの焼成を請求項１乃至５のいずれか１項記載の焼成炉を用いて行うことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
  7. 　請求項６記載の製造方法によって得られた太陽電池素子。
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