WO2013161373A1 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

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receiving surface
groove
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light
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達志 森貞
剛彦 佐藤
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三菱電機株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • One of the technologies for improving the efficiency of solar cells is the thinning of grid electrodes. It is important to reduce the occupied area of the grid electrode formed on the light receiving surface of the solar cell so as not to block light and increase the light contributing to photoelectric conversion. Further, in order to output the generated photocurrent to the outside without loss, it is necessary to form a grid electrode having a lower resistance. As the most suitable shape of the grid electrode for solar cells, a thin wire and a thick film having a high aspect ratio are required.
  • the grid electrode of a solar cell is generally formed using screen printing.
  • the silver paste for solar cell electrodes is mainly made of a mixture of silver filler, organic solvent, resin, and glass powder. An attempt has been made to increase the aspect ratio by improving the paste material (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In order to obtain a thin-wire / high-aspect solar cell grid electrode, printing technology and paste performance must be compatible.
  • Patent Document 3 proposes a method of forming a groove on the light receiving surface of a solar cell and embedding the electrode in the groove to form a high aspect ratio electrode.
  • a wafer with a substrate thickness of 100 to 200 ⁇ m and forming a groove with a width of 40 to 80 ⁇ m and a depth of 30 to 60 ⁇ m results in a problem that the substrate easily breaks and the yield during mass production decreases. There is. Further, in the screen printing on the groove, the bottom of the groove and the paste are difficult to come into contact with each other.
  • In order to increase the filling force there is a method of adjusting the composition and viscosity of the paste. However, the state of the paste needs to be managed, which is expensive.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a solar cell and a method for manufacturing the same, which prevent the spread of paste spread and improve the characteristics.
  • the present invention includes a step of forming grooves on both sides along the extending direction of the light-receiving surface electrode formation scheduled region on the light-receiving surface side of the first conductivity type semiconductor substrate. And forming a second conductivity type layer different from the first conductivity type by diffusing impurities on the light receiving surface side surface of the semiconductor substrate after forming the groove; and
  • the method includes a step of forming an antireflection film thereon, and a step of forming a light receiving surface electrode on the light receiving surface electrode formation scheduled region using screen printing.
  • the grooves are formed around the electrodes, the spread of paste bleeding can be prevented and the electrode width can be reduced. This produces the effect of increasing the amount of power generation and improving the solar cell characteristics. Further, during printing, the substrate and the paste are easily in contact with each other, and printing can be stably performed without adjusting the composition and viscosity of the paste. For this reason, paste management becomes easy, and there is an effect that yield can be improved and tact time can be shortened.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a solar cell according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a solar cell according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according
  • FIGS. 6A and 6B are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6-2 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6-3 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • 6-4 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • 6-5 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • 6-6 are a front view and a sectional view as seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • 6-7 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • 6-8 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8-1 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. FIG. 8-2 is a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9A and 9B are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8-1 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8-2 is a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9-6 are a front view and a cross-sectional view seen from the light-receiving surface side for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 5 show cross-sectional views at each step for explaining a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell shown in FIG. 5 manufactured in this way has a second conductivity type layer 3 formed on a first conductivity type semiconductor substrate 1 having minute irregularities (textures) 2 formed on the surface (light receiving surface).
  • the antireflection film 5 and the front silver electrode 6 are formed on the semiconductor substrate 1, and the back surface aluminum electrode 7 (back surface electrode) is attached to the back side of the semiconductor substrate 1.
  • the front silver electrode 6 extends in the direction perpendicular to the paper surface.
  • a p-type single crystal or polycrystalline silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 1.
  • the wafer surface sliced from the silicon ingot and the vicinity of the surface have physical damage such as cracks during slicing. Therefore, in order to remove this damaged layer, it is immersed in a heated alkaline solution and etched.
  • the semiconductor substrate 1 is not limited to the p-type but may be an n-type substrate.
  • fine irregularities 2 are formed on the semiconductor substrate 1 by a technique such as alkali etching.
  • minute pyramids 2 are formed in order to capture as much light as possible.
  • the area of the light receiving surface can be increased, the reflected light is reduced, and as much light as possible can be captured.
  • the fine irregularities 2 can be formed by mixing an additive such as IPA (isopropyl alcohol) in an alkaline solution such as sodium hydroxide and immersing the wafer.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the shape of the micro unevenness 2 can be adjusted by the solution concentration, the amount of additive, temperature, and time.
  • the fine unevenness 2 can be formed on the light receiving surface by RIE (Reactive Ion Etching) which is dry etching. RIE is effective in the case of a polycrystalline substrate.
  • the grooves 4 are formed on both sides of the light receiving surface electrode formation scheduled region 10. Since the light receiving surface electrode formation scheduled region 10 extends in the direction perpendicular to the paper surface, the grooves 4 on both sides also extend in the direction perpendicular to the paper surface.
  • a method of forming the groove 4 for example, there is a method of forming by scribing using a laser.
  • the distance between the grooves 4 on both sides of the light receiving surface electrode formation planned region 10 is, for example, 50 to 90 ⁇ m, the groove width is 5 to 10 ⁇ m, and the groove depth is 15 to 30 ⁇ m.
  • the width, depth, and shape of the groove 4 can be adjusted by changing the laser output and wavelength. Examples of the shape include a V shape, a U shape, and a rectangle.
  • the depth of the groove 4 is generally deeper than the depth of the unevenness of the minute unevenness 2.
  • an oxide film is formed, laser irradiation is performed on both sides of the light-receiving surface electrode formation planned region 10, and after opening the oxide film, the groove portion is formed into a V shape by performing hydrofluoric acid and alkali treatment. be able to. After that, it is possible to shift to the formation of the minute unevenness 2 in FIG. 2, but it is also possible to form an inverted pyramid structure by regularly forming minute openings with a diameter of 5 to 20 ⁇ m by laser on this oxide film mask. .
  • a straight opening is formed on the side of the electrode, and a small opening is formed on the other side, and a hydrofluoric acid and alkali treatment are performed, so that a V-shaped groove (groove 4) and an inverted pyramid (micro unevenness 2) beside the electrode Can be formed simultaneously.
  • the groove 4 can be formed by any method such as laser processing, dry / wet etching, or dicing.
  • the formation of the minute irregularities 2 is not essential, and the grooves 4 may be formed on both sides of the light-receiving surface electrode formation planned area 10, so that the light-receiving surface electrode formation planned portions may be flat.
  • the formation direction of the groove on the side of the electrode be parallel to the (110) direction, for example.
  • a second conductivity type layer 3 (n-type impurity layer) having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate 1 is formed on the semiconductor substrate 1 to form a pn junction. Since there is a pn junction, charges generated by light irradiation are separated and taken out to an external circuit.
  • a second conductivity type layer 3 may furnace temperature 700 ⁇ 1000 ° C. different impurity is diffused to the semiconductor substrate 1, POCl 3 in the case of phosphorus diffusion, in the case of boron diffusion in the gas phase diffusion in BBr 3 Atmosphere And formed on the surface of the semiconductor substrate 1.
  • the thickness of the second conductivity type layer 3 is about 100 to 300 nm. This layer can be adjusted by furnace temperature, processing time, gas flow rate, and the like.
  • the antireflection film 5 is formed on the second conductivity type layer 3 (n-type impurity layer).
  • an insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film is used.
  • the formation method includes a plasma CVD method and an atmospheric pressure CVD method.
  • a back surface aluminum electrode 7 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1, and a surface silver electrode 6 is formed on the light receiving surface.
  • the back surface aluminum electrode 7 and the front silver electrode 6 on the light receiving surface are formed by screen printing. Screen printing is formed by using a printing mask in which electrode shapes are patterned and a conductive paste such as silver or aluminum. The printing speed is, for example, 100 to 300 mm / s.
  • the back surface aluminum electrode 7 is solid-printed and temporarily dried. Thereafter, the surface silver electrode 6 is formed between the grooves 4 formed on the light receiving surface side.
  • the groove 4 is formed, so that the bleed or sag beyond the groove 4 can be reduced.
  • the space between the two grooves 4 where the surface silver electrode 6 is printed is the same height as the light receiving area occupying most of the outside of the groove 4, and the screen and the light receiving surface electrode are scheduled to be formed during printing. Since the gap between the region 10 is small and the extruded paste and the substrate are in contact with each other, stable printing can be performed without the electrode grid being scraped or broken without adjusting the composition and viscosity of the paste. Accordingly, paste management is facilitated, yield can be improved, and tact time can be shortened.
  • the surface silver electrode 6 on the light receiving surface breaks through the antireflection film 5 (nitride film) by fire through and reaches the second conductivity type layer 3 (diffusion layer). Further, the back surface aluminum electrode 7 forms BSF (Back Surface Field).
  • Embodiment 2 details of a method of forming a groove on a substrate and simultaneously forming a protrusion on the side of the groove will be described.
  • the damage layer removing step and the diffusion, printing, and firing steps after processing the substrate shape are the same as those described in the first embodiment.
  • the substrate shape processing steps will be described with reference to FIGS. 6-1 to 6-8.
  • FIGS. 6-1 to 6-8 cross-sectional views of the respective processes cut along A and A ′ as shown in FIG. 6-1 are also shown horizontally.
  • An alkali-resistant etching mask 11 is formed on the substrate 1 of FIG. 6-1 from which the damaged layer has been removed (FIG. 6-2).
  • a silicon oxide film by thermal oxidation a silicon oxide film by plasma CVD, atmospheric pressure CVD, a nitride film, or the like, which has alkali resistance when immersed when forming grooves or minute irregularities, is used.
  • laser patterning 12 is performed as opening patterning on the electrode side groove forming portion of the alkali-resistant etching mask 11 using a laser (FIG. 6-3).
  • an etching paste can be applied to the opening to open the alkali-resistant etching mask 11.
  • the etching paste is a paste having an etching component such as phosphoric acid and hydrochloric acid, an organic solvent and a printable viscosity.
  • etching starts from the mask opening, and grooves 4 are formed in the longitudinal direction of the grid as shown in FIG. 6-4.
  • an alkali solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide
  • etching starts from the mask opening, and grooves 4 are formed in the longitudinal direction of the grid as shown in FIG. 6-4.
  • the depth of the groove 4 to be formed it is necessary to form a groove deeper than the concave portion of the minute unevenness 2 formed in a later step.
  • the depth of the formation groove can be adjusted by the opening pattern of the alkali-resistant etching mask 11, the concentration of the alkaline solution, temperature, time, and the like.
  • the alkali-resistant etching mask 11 on both sides of the groove is left in the longitudinal direction of the grid, and the etching paste 13 is applied to other regions by screen printing.
  • the substrate coated with the etching paste 13 is cured at about 100 to 300 degrees, and the alkali resistant etching mask 11 is etched.
  • the etching paste 13 is removed, and the alkali-resistant etching mask 11 is formed in the longitudinal direction on both sides of the groove as shown in FIG. 6-6.
  • the substrate is dipped in a solution in which an additive is mixed with an alkali solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide at 70 to 80 ° C. to form minute irregularities 2 (FIGS. 6-7).
  • the etching depth is adjusted so that the etching depth when forming the micro unevenness 2 is shallower than that of the groove 4 and the convex portions of the micro unevenness 2 are lower than the convex portions 20 on both sides of the groove.
  • channel is higher than the height of the area
  • the substrate shape is a substrate in which the electrode forming portion is flat ( Fig. 8-2).
  • the diffusion process is the same as in the first embodiment.
  • Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, grooves are formed on both sides of the electrode, but Embodiment 3 shows an example in which grooves are formed on the outside of the electrodes and on both sides of the electrodes.
  • the steps from the removal of the damaged layer to the formation of the alkali-resistant etching mask 11 are the same as in the first embodiment.
  • a laser aperture is formed in the alkali-resistant etching mask 11 by laser patterning 12 under the electrode, on both sides of the electrode, and further outside.
  • the groove 4 is formed by etching (FIG. 9-2), and the etching paste 13 is applied in a direction other than the longitudinal direction of both sides of the groove 4 and the groove 4 (FIG. 9-3).
  • the mask 11 is removed (FIG. 9-4). Thereafter, by forming the minute irregularities 2 (FIG. 9-5) and removing the alkali-resistant etching mask 11, a large number of grooves 4 can be formed as shown in FIG. 9-6.
  • the surface silver electrode 6 should just be formed in the area
  • the front silver electrode 6 may be formed so as to be slightly shifted from side to side as long as it is within this region.
  • the groove 4 is formed on both sides of the light receiving surface electrode formation scheduled region 10 to suppress the spread of printing paste bleeding in screen printing. It becomes possible. That is, the electrode width of the light receiving surface grid electrode can be reduced. Thereby, it becomes possible to reduce the shadow loss of the light-receiving surface, increase the amount of power generation, and improve the solar cell characteristics.
  • the convex part 20 on the side of the groove is the peripheral fine unevenness 2. It is higher than the convex part.
  • the protrusion 20 beside the groove and the bottom of the screen plate are brought into close contact with each other so that the paste 15 discharged from the screen plate 14 can be damped so as not to spread beyond the groove forming portion (see FIG. 7). ).
  • a problem occurs that the bottom of the mask destroys the minute unevenness 2.
  • the protrusion 20 beside the groove protects the bottom of the metal mask from coming into direct contact with the minute irregularities 2, thereby preventing the destruction of the minute irregularities 2. it can.
  • the paste filled in the openings of the screen plate and the substrate can be in close contact with each other. For this reason, the amount of paste applied increases. Thereby, an electrode with a large cross-sectional area can be formed, and the resistance of the grid can be reduced.
  • Embodiment 3 by forming a plurality of grooves, it is possible to apply paste onto the grooves even when the position accuracy of the screen printing machine is low. Thereby, the yield at the time of mass production can be improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the above embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. In the case where a certain effect can be obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
  • the solar cell and the method for manufacturing the solar cell according to the present invention are useful for the solar cell for forming the light-receiving surface grid electrode using screen printing and the method for manufacturing the solar cell. It is suitable for a solar cell having a ratio light receiving surface grid electrode and a method for manufacturing the solar cell.

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Abstract

　実施の形態の太陽電池の製造方法は、第一導電型の半導体基板１の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝４を形成する工程と、前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層３を形成する工程と、第二導電型の層の上に反射防止膜５を形成する工程と、前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極６を形成する工程と、を含む。

Description

太陽電池およびその製造方法
　本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。
　太陽電池の高効率化技術の一つにグリッド電極細線化がある。太陽電池の受光面に形成されているグリッド電極は光を遮らないように占有面積を少なくし、光電変換に寄与する光を増大させることが重要である。また、発生した光電流を損失なく外部に出力するために、より低抵抗なグリッド電極にする必要もある。太陽電池用グリッド電極の最も適切な形状としては細線、かつ厚膜の高アスペクト比のものが求められる。太陽電池のグリッド電極は一般的にスクリーン印刷を用いて形成される。
　スクリーン印刷は装置構成も非常に簡単で安価であるため、量産プロセスに導入しやすい。しかし、電極材料であるペーストの性状が電極性能や印刷性へ大きく影響するため、印刷技術以外にも課題を多く抱えている。太陽電池電極用銀ペーストは主に銀フィラー、有機溶剤、樹脂、ガラス粉末を混合したもので作られている。ペースト材料の改良により高アスペクト化も試みられている(例えば、特許文献１や特許文献２参照)。細線・高アスペクトの太陽電池用グリッド電極を得るためには、印刷技術とペースト性能を両立させなければならない。
特開２００７－９５６６３号公報 特開２０１０－１９９０３４号公報 特開２００６－３２６９８号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、スクリーン印刷での太陽電池用グリッド電極形成時、ペーストが基板に転写された後、ペーストがその形状を保てず、ダレや滲みが発生する。そのため、線幅が増加し、受光面での入射光が減少した結果、太陽電池出力を低下させる。
　この滲みを防ぐために、特許文献３では太陽電池の受光面に溝を形成し、その溝に電極を埋め込み、高アスペクト比の電極を形成する方法を提示している。しかし、コスト削減のため、基板厚１００～２００μｍほどのウエハを使用し、幅４０～８０μｍ、深さ３０～６０μｍの溝を形成すると、基板が割れやすくなり、量産時の歩留まりが低下するという問題がある。さらに、溝へのスクリーン印刷では溝の底部とペーストが接触し難いため、ペーストの充填不足が起きやすくなる。充填力を上げるために、ペーストの組成や粘度を調整する方法もあるが、ペーストの状態管理が必要で、コストがかかる。また、充填力を高め、断線を防ぐために処理速度を低速化する必要があり、タクトタイムが増加するなどの問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ペースト滲みの広がりを防いで特性の向上を図った太陽電池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、第一導電型の半導体基板の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝を形成する工程と、前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、電極周りに溝が形成されていることにより、ペースト滲みの広がりを防ぎ、電極幅を狭くすることができる。これにより発電量を増加させ、太陽電池特性を向上させるという効果を奏する。また、印刷時、基板とペーストが接触しやすく、ペーストの組成、粘度調整を行わなくても安定して印刷ができる。このため、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮が可能になるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図６－１は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－２は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－３は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－４は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－５は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－６は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－７は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図６－８は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２で形成された基板へスクリーン印刷によるペースト塗布工程を説明するための断面図である。 図８－１は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図８－２は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－１は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－２は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－３は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－４は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－５は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図９－６は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための受光面側から見た正面図と断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態３による太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
　以下に、本発明にかかる太陽電池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限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１乃至５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法を説明するための各工程での断面図を示している。これにより製造された図５に示す太陽電池は、表面（受光面）に微小凹凸(テクスチャ)２が形成された第一導電型の半導体基板１に第二導電型層３を形成し、その上に反射防止膜５、表銀電極６（受光面グリッド電極）が形成され、半導体基板１の裏側には裏面アルミ電極７（裏面電極）が取り付けられた構造となっている。表銀電極６は紙面垂直方向に延伸している。
　図１に示す半導体基板１としては、ｐ型の単結晶もしくは多結晶シリコンの基板を用いる。シリコンインゴットからスライスされたウエハ表面、及び表面付近は、スライス時にクラックなどの物理的ダメージが存在する。そこで、このダメージ層を除去するために、加熱されたアルカリ溶液に浸漬し、エッチングする。半導体基板１にはｐ型に限らず、ｎ型の基板を用いてもよい。
　次に、図２に示すように、例えばアルカリエッチングなどの手法により半導体基板１に微小凹凸２を形成する。太陽電池表面はできるだけ多くの光を取り込むためにピラミッド型の微小凹凸２が形成されている。これにより受光面の面積を拡大することができ、反射光を減らし、できるだけ多くの光を取り込める構造となっている。ピラミッド型の他に微小凹凸２の形状として、Ｖ字溝を形成した逆ピラミッド構造もある。微小凹凸２は、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などの添加剤を混ぜ、ウエハを浸漬させると形成することができる。溶液濃度、添加剤の量、温度、時間により微小凹凸２の形状は調整可能である。その他の形成方法として、ドライエッチングであるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）でも受光面に微小凹凸２を形成することができる。ＲＩＥは多結晶基板の場合において有効である。
　次に、図３に示すように受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成する。受光面電極形成予定領域１０は紙面垂直方向に延伸しているので、両脇の溝４も共に紙面垂直方向に延伸している。溝４の形成方法としては例えば、レーザを用いたスクライビングにより形成する方法がある。受光面電極形成予定領域１０の両脇の溝４と溝４の間隔は例えば５０～９０μｍで、溝幅５～１０μｍ、溝深さ１５～３０μｍで形成する。このような条件であることが、後述するスクリーン印刷でペースト滲みが発生しても、溝を超えないようにして受光面グリッド電極の狭幅化を図るためには望ましい。溝４の幅、深さや形状はレーザ出力や波長を変えて調整することができ、形状としては、例えばＶ字、Ｕ字、矩形などがある。なお、溝４の深さは、微小凹凸２の凹凸の深さよりも一般には深い。
　上述した手順とは逆に、微小凹凸２を形成する前に、電極形成箇所の両脇にレーザを用いたスクライビングを行い、溝４を形成する方法もある。図１のダメージ層除去後、電極形成予定領域１０の両脇にレーザスクライブを行う。その後、図２のようにアルカリエッチングを施すことにより、レーザダメージが除去されると同時にＶ字溝を形成することも可能である。
　また、ダメージ層除去後に酸化膜を形成し、受光面電極形成予定領域１０の両脇にレーザ照射し、酸化膜を開口後、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、溝部をＶ字形状にすることができる。その後、図２の微小凹凸２の形成に移行することができるが、この酸化膜マスクにレーザにより、直径５－２０μｍの微小開口を規則的に形成することにより、逆ピラミッド構造にすることもできる。酸化膜に、電極脇には直線状の開口を、そのほかは微小開口を形成し、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、電極脇のＶ字溝（溝４）と逆ピラミッド（微小凹凸２）を同時に形成することができる。
　この他に、エッチングペーストを溝形成部にスクリーン印刷でパターニングする方法やダイシングソーを用いて機械的に溝４を形成する方法もある。このように、溝４は、レーザ加工、ドライ・ウェットエッチング、ダイシング等での形成のいかなる方法でも作成可能である。なお、微小凹凸２の形成は必須ではなく、受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成すればよいので、受光面電極形成予定部がフラットになっていても構わない。
　なお、電極脇の溝の形成方向は、例えば（１１０）方向に平行であることが望ましい。
　続いて、図４に示すように半導体基板１に半導体基板１とは異なる導電型の第二導電型層３（ｎ型不純物層）を形成し、ｐｎ接合を形成する。ｐｎ接合があるため、光照射により発生した電荷は分離され、外部回路に取り出される。半導体基板１とは異なる不純物が拡散された第二導電型層３は炉内温度７００～１０００℃で、リン拡散の場合はＰＯＣｌ3、ボロン拡散の場合はＢＢｒ3雰囲気中で気相拡散にて、半導体基板１の表面へ形成される。第二導電型層３の厚さは１００～３００ｎｍ程となっている。この層は炉内温度や処理時間、ガス流量などで調整可能である。
　次に、図５に示すように、反射防止膜５を第二導電型層３（ｎ型不純物層）の上に形成する。反射防止膜５としては、例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの絶縁膜が利用される。その形成方法はプラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法などがある。
　さらに、図５に示すように、半導体基板１の裏面に裏面アルミ電極７、受光面に表銀電極６をそれぞれ形成する。裏面アルミ電極７と受光面の表銀電極６はスクリーン印刷を用いて形成する。スクリーン印刷は電極形状がパターニング開口された印刷マスクと銀やアルミなどの導電性ペーストを用いて形成される。印刷速度は例えば１００～３００ｍｍ／ｓである。まず、裏面アルミ電極７をベタ印刷し、仮乾燥する。その後、受光面側に形成された溝４と溝４の間に表銀電極６を形成する。この時、印刷ペーストの滲みやダレが生じた場合でも、溝４が形成されていることから、溝４を超えての滲みやダレは低減できる。また、表銀電極６が印刷される領域である２本の溝４の間は溝４の外の大部分を占める受光領域と同等の高さであり、印刷時、スクリーンと受光面電極形成予定領域１０との間の隙間が小さく、押し出されたペーストと基板が接触するため、ペーストの組成および粘度の調整を行わなくても電極グリッドのカスレや断線もなく安定した印刷が可能である。従って、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮も可能となる。なお、受光面電極形成予定領域１０に微小凹凸２が形成されていることにより、ペーストと基板の密着性が高まるので、より安定した印刷をすることができる。これにより、印刷速度を低速化せずに印刷することが可能となる。
　印刷乾燥後、温度７００～８００℃で高速焼成すると受光面の表銀電極６はファイアースルーにて反射防止膜５（窒化膜）を突き破り、第二導電型層３（拡散層）まで到達する。また、裏面アルミ電極７はＢＳＦ（Ｂａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ）を形成する。
実施の形態２.
　実施の形態２では、基板に溝を形成すると同時に溝横に凸部を形成する方法の詳細について説明する。ダメージ層除去工程や基板形状加工後の拡散、印刷、焼成工程については実施の形態1で説明した工程と同様である。基板形状の加工工程について図６－１～図６－８を用いて説明する。なお、図６－１～図６－８では、図６－１に示すようにＡ，Ａ’で切断した各プロセスにおける断面図も横に示している。
　ダメージ層を除去した図６－１の基板１に耐アルカリエッチングマスク１１を形成する(図６－２)。耐アルカリエッチングマスク１１としては熱酸化によるシリコン酸化膜、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤによるシリコン酸化膜、窒化膜など、溝や微小凹凸形成時に浸漬する際、アルカリ耐性を有するものを用いる。
　次に、レーザを用いて耐アルカリエッチングマスク１１の電極両脇溝形成部に開口パターニングとしてレーザパターニング１２を行う(図６－３)。この時、エッチングペーストを開口部に塗布し、耐アルカリエッチングマスク１１を開口することも可能である。エッチングペーストとはリン酸、塩酸などのエッチング成分、有機溶剤を含み印刷可能な粘度を持ったペーストである。
　この基板を水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ溶液に浸漬させると、マスク開口部よりエッチングが開始され、図６－４のようにグリッド長手方向に溝４が形成される。形成される溝４の深さは、後工程で形成される微小凹凸２の凹部よりは深い溝を形成しておく必要がある。形成溝の深さは耐アルカリエッチングマスク１１の開口パターンやアルカリ溶液の濃度、温度、時間等で調節可能である。
　続いて、図６－５のように溝両脇の耐アルカリエッチングマスク１１をグリッド長手方向に残し、それ以外の領域にスクリーン印刷でエッチングペースト１３を塗布する。エッチングペースト１３が塗布された基板を１００－３００度程度で硬化させ、耐アルカリエッチングマスク１１をエッチングする。その後、エッチングペースト１３を除去し、図６－６のように溝両脇長手方向に耐アルカリエッチングマスク１１が形成された状態となる。この他の方法として、溝部と溝両脇長手方向に耐酸レジストを塗布し、フッ酸などで、耐アルカリエッチングマスク１１を除去することも可能である。
　その後、基板を７０－８０℃の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ溶液に添加剤が混ぜられた液に浸漬し、微小凹凸２を形成する（図６－７）。微小凹凸２を形成する際のエッチング深さは、溝４よりは浅く、微小凹凸２の凸部は溝両脇の凸部２０よりは低くなるように、エッチング量を調整しておく。また、溝と溝の間のグリッドを形成する領域の高さは、溝より外側の微小凹凸２が形成された領域の高さよりは高い。これは、グリッドピッチよりも、溝と溝の間の距離が短いため、エッチングの進行速度が遅くなり、このような状態となる。
　そして、耐アルカリエッチングマスク１１を除去することで、図６－８のようにグリッド両脇に溝が形成された基板ができる。上記のエッチングペースト１３を塗布する工程で溝両脇の長手方向と電極下の部分以外にエッチングペースト１３を塗布した場合(図８－１)、基板形状は電極形成部がフラットな基板となる(図８－２)。拡散工程は実施の形態１と同様である。
実施の形態３.
　実施の形態１および実施の形態２では電極両脇に溝を形成していたが、実施の形態３では電極下や電極両脇のさらに外側にも溝を形成した例を示す。ダメージ層を除去してから、耐アルカリエッチングマスク１１を形成するまでの工程は実施の形態１と同様である。耐アルカリエッチングマスク１１にレーザパターニング１２によるレーザ開口を図９－１のように電極下と電極両脇とさらにその外側まで形成する。その後、溝４をエッチングにより形成し(図９－２)、溝４と溝４の両脇の長手方向以外にエッチングペースト１３を塗布し(図９－３)、溝形成領域以外の耐アルカリエッチングマスク１１を除去する(図９－４)。その後、微小凹凸２を形成し(図９－５)、耐アルカリエッチングマスク１１を除去すると、図９－６のように溝４を多数形成できる。なお、表銀電極６は、図１０に示すように溝４が形成された領域内に形成されていれば良い。表銀電極６は、この領域内であれば多少左右にずれて形成されていても構わない。
　以上説明したように、実施の形態にかかる太陽電池の製造方法によれば、受光面電極形成予定領域１０の両脇に溝４を形成することにより、スクリーン印刷における印刷ペースト滲みの広がりを抑制すことが可能となる。即ち、受光面グリッド電極の電極幅を狭幅化することができる。これにより、受光面のシャドーロスを減らして発電量を増加させ、太陽電池特性を向上することが可能となる。
　また、実施の形態２および実施の形態３においては、溝の両脇は微小凹凸２の形成時も耐アルカリエッチングマスク１１が存在しているため、溝横の凸部２０は周辺の微小凹凸２の凸部より高くなっている。スクリーン印刷を行う際、溝横の凸部２０とスクリーン版底部が密着することで、スクリーン版１４から吐出されるペースト１５が溝形成部以上外に滲み広がらないようにせき止めることができる（図７)。メタルマスクのような被印刷基板と接触する部分が硬いマスクでスクリーン印刷を行うと、マスク底部が微小凹凸２を破壊するという問題が発生する。このようなメタルマスクを使用した場合においても、溝横の凸部２０があることにより、メタルマスク底部が微小凹凸２に直接接触しないように保護するため、微小凹凸２の破壊を防止することができる。
　また、溝間のグリッド形成領域の高さが溝横の凸部２０と同等、もしくは微小凹凸２より高い位置にあることにより、スクリーン版の開口部に充填されたペーストと基板が密着しやすくなるために、ペースト塗布量が増加する。これにより、断面積の大きな電極を形成することができ、グリッドの低抵抗化を図ることができる。
　実施の形態３では、溝を複数形成するとにより、スクリーン印刷機の位置精度が低い場合でも、溝上にペーストを塗布することができる。これにより量産時の歩留まりを向上させることができる。
　さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　以上のように、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法は、スクリーン印刷を用いて受光面グリッド電極を形成する太陽電池およびその製造方法に有用であり、特に、細線、かつ厚膜の高アスペクト比の受光面グリッド電極を有する太陽電池およびその製造方法に適している。
　１　半導体基板、２　微小凹凸、３　第二導電型層、４　溝、５　反射防止膜、６　表銀電極（受光面電極）、７　裏面アルミ電極、１０　受光面電極形成予定領域、１１　耐アルカリエッチングマスク、１２　レーザパターニング、１３　エッチングペースト、１４　スクリーン版、１５　ペースト、２０　凸部。

Claims (12)

  1. 　第一導電型の半導体基板の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝を形成する工程と、
    　前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、
    　第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、
    　前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、
    　を含む
    　ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 　前記第二導電型の層を形成する工程の前に、前記溝の深さよりも凹凸が小さい微小凹凸を前記半導体基板の受光面側に形成する工程
    　をさらに含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 　幅は５～１０μｍ、深さは１５～３０μｍとなるように前記溝を形成する
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記両脇の溝同士の間隔が５０～９０μｍとなるように前記溝を形成する
    　ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 　前記溝の延伸方向に垂直な断面での形状をＶ字、Ｕ字、或いは矩形となるように前記溝を形成する
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 　前記延伸方向は（１１０）方向に平行である
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 　前記受光面電極を形成した後に、温度７００～８００℃に加熱することにより前記受光面電極を前記第二導電型の層に接触させる工程
    　をさらに含む
    　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 　第一導電型はｐ型で、第二導電型はｎ型である
    　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 　前記溝の形成と同時に形成される溝横の凸部は、前記受光面内に形成された微小凹凸よりも高い
    　ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 　前記両脇の溝の間の電極形成部の高さは、微小凹凸の高さよりも高い位置にある
    　ことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法により製造した
    　ことを特徴とする太陽電池。
  12. 　前記溝は前記受光面電極の両脇の片側に少なくとも１本配置され、その外側にも同様な溝が複数本形成されている
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
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