WO2016051628A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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WO2016051628A1
WO2016051628A1 PCT/JP2015/003326 JP2015003326W WO2016051628A1 WO 2016051628 A1 WO2016051628 A1 WO 2016051628A1 JP 2015003326 W JP2015003326 W JP 2015003326W WO 2016051628 A1 WO2016051628 A1 WO 2016051628A1
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solar cell
bar electrode
electrode
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陽子 松尾
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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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a conventional back electrode type solar cell.
  • a back electrode type solar cell 210 manufactured using a conventional technique will be described with reference to FIG.
  • An uneven shape 214 is formed on the light-receiving surface side of the N-type silicon substrate 213, and an FSF (Front Surface Field) layer 215 that is an N-type diffusion layer is formed.
  • a dielectric passivation layer (surface passivation layer) 217 containing silicon dioxide and an antireflection film 216 containing silicon nitride are formed from the N-type silicon substrate 213 side.
  • N-type doped N-type diffusion layers 220 and P-type doped P-type diffusion layers 221 are alternately formed on the back surface side of the N-type silicon substrate 213. Further, an oxide layer (first back surface passivation film) 219 is formed on the back surface of the N-type silicon substrate 213. An N-type contact electrode 211 is formed on the N-type diffusion layer 220, and a P-type contact electrode 212 is formed on the P-type diffusion layer 221. The contact electrodes directly coupled to these substrates themselves can also function as current collecting finger electrodes.
  • FIG. 15 is a plan view schematically showing the appearance of the back surface of a conventional back electrode type solar cell.
  • a pair of bus bar electrodes (N type bus bar electrode 222) for collecting current from finger electrodes (N type contact electrode 211, P type contact electrode 212) is provided at the substrate end. , P-type bus bar electrode 223).
  • the finger electrode closest to the outer periphery of the substrate is an N-type contact electrode, but it may be a P-type contact electrode or a metal electrode of a different type from the P-type and N-type, respectively.
  • the area ratio of the P-type diffusion layer and the N-type diffusion layer is preferably 80:20 to 90:10, and it is desirable to form a wide P-type diffusion layer region.
  • the contact area between the substrate and the contact electrode (hereinafter also referred to as the contact area) is made as small as possible to increase the passivation region, an increase in open-circuit voltage can be expected. Therefore, the contact electrode has a thin line or dot shape. Therefore, it is desirable to design the contact region as small as possible.
  • Patent Document 1 a contact electrode is formed, an insulating film other than the contact electrode is covered, and a wiring electrode is formed, so that the contact area between the electrode and the substrate is minimized, and the back electrode type with a large passivation region is formed.
  • a solar cell is disclosed.
  • FIG. 17 is a plan view schematically showing the appearance of the back surface of the conventional back electrode type solar cell disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 17 only one pair of bus bar electrodes (N-type bus bar electrode 222, P-type bus bar electrode 223) is formed on the outer periphery of the substrate (see FIG. 17).
  • the wiring resistance becomes very large, causing a reduction in the fill factor.
  • This wiring resistance increases in proportion to the length of the wiring. It is considered that this problem can be solved by increasing the cross-sectional area of the wiring electrode (finger electrode) or designing the finger length to be short.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a solar cell having a wide passivation region, low wiring resistance, high parallel resistance, and high conversion efficiency, and such a solar cell. It aims at providing the manufacturing method of the solar cell which can be manufactured at low cost.
  • the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate having one main surface as a light receiving surface and the other main surface as a back surface, A solar cell having a region of a first conductivity type and a region of a second conductivity type that is a conductivity type opposite to the first conductivity type; A first finger electrode comprising a first contact portion joined to the first conductivity type region, and a first current collector formed on the first contact portion; A second finger electrode comprising a second contact portion joined to the second conductivity type region and a second current collector formed on the second contact portion; A first bus bar electrode electrically joined to the first current collector, and A second bus bar electrode electrically joined to the second current collector, An insulating film is provided at least in the entire region immediately below the first bus bar electrode and the second bus bar electrode, and on the insulating film, the first current collector, the first bus bar electrode, and the second bus bar electrode are provided. The electrical connection of the current collector and the second bus bar electrode is made,
  • the solar cell is characterized in that the
  • an insulating film is provided and the bus bar electrode and the finger electrode have a three-dimensional structure, thereby increasing the number of bus bar electrodes and shortening the length of the finger electrodes.
  • Current can be collected from the finger electrodes.
  • the wiring resistance can be reduced and the fill factor can be increased.
  • the bus bar electrodes and finger electrodes for different conductivity types are not easily in contact with the insulating film, and the bus bar electrodes are not in direct contact with the substrate, so that they are not easily shunted.
  • the region where the bus bar electrode is formed is flat, it is difficult for bleeding to occur when the bus bar electrode is formed. As a result, a solar cell with high parallel resistance can be obtained.
  • the contact portions are continuous in a line shape immediately below the insulating film, the three-dimensional structure of the bus bar electrode and the finger electrode can be formed without increasing the number of steps during manufacturing.
  • the shunt here means that the parallel resistance is reduced. This is because the P-type finger electrode and the N-type finger electrode are connected via the bus bar electrode or the same conductive type diffusion layer (N-type diffusion layer or P-type diffusion layer) (ie, , Short circuit). “Shunt” means to cause such a condition.
  • a bus-bar electrode refers to the current collection electrode electrically joined with the current collection part of a finger electrode.
  • the bus bar electrode is usually formed at a position substantially orthogonal to the finger electrode.
  • first bus bar electrode and the second bus bar electrode are continuous in a line shape, and the insulating film is continuous in a line shape.
  • Such a solar cell can further improve the reliability when modularized.
  • the total number of the first bus bar electrodes and the second bus bar electrodes is 4 or more and 10 or less.
  • Such a solar cell can further reduce the wiring resistance of the finger electrode without increasing the thickness of the finger electrode. For example, when the total number of bus bar electrodes is 6, the wiring resistance can be reduced to 1/6 when the number is 6, and when the number is 10, the wiring resistance can be reduced to 1/10.
  • the insulating film is a resin selected from one or more of silicone resin, polyimide resin, polyamideimide resin, fluorine resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, polyurethane, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, and poval resin. It is preferable that it consists of a material containing.
  • An insulating film made of such a material has excellent heat resistance. Therefore, such an insulating film is preferable when heat treatment is performed in forming the electrode.
  • the thickness of the insulating film is preferably 1 to 60 ⁇ m.
  • Such a solar cell can further improve insulation. Moreover, since an insulating film is not excessively formed, a desired solar cell can be manufactured at a lower cost.
  • first current collector, the second current collector, the first bus bar electrode, and the second bus bar electrode are made of Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb. 1 or more types of conductive substances selected from the above, and further comprising a material containing one or more types of resins selected from epoxy resins, acrylic resins, polyester resins, phenol resins, and silicone resins preferable.
  • the electrode material is not directly bonded to a semiconductor substrate such as a silicon substrate during heating to form an electrode, and an increase in contact area is suppressed.
  • the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate in which one main surface is a light receiving surface and the other main surface is a back surface, and the first conductivity type region is formed on the back surface of the semiconductor substrate.
  • a method of manufacturing a solar cell having a region of a second conductivity type that is a conductivity type opposite to the first conductivity type, Forming the first conductivity type region and the second conductivity type region on the back surface; The first contact part joined to the first conductivity type region and the second contact part joined to the second conductivity type region are formed so as to have at least a part of a continuous line shape.
  • a method for manufacturing a solar cell is provided.
  • Such a solar cell manufacturing method can produce a back electrode type solar cell having a wide passivation region, low wiring resistance, high parallel resistance, and high conversion efficiency at low cost and high productivity.
  • a semiconductor substrate in particular, an electrode forming a contact with the first conductivity type region and the second conductivity type region is defined as a contact portion.
  • An electrode connecting the bus bar electrode and the contact portion is defined as a current collecting portion.
  • the current collecting part and the contact part are collectively called finger electrodes.
  • the current collector can also be referred to as a “line part”.
  • the solar cell of the present invention is provided with an insulating film and the bus bar electrodes and finger electrodes have a three-dimensional structure, thereby increasing the number of bus bar electrodes and shortening the length of the finger electrodes. Current can be collected from. As a result, the wiring resistance can be reduced and the fill factor can be increased. Further, by forming the current collecting portion on the contact portion, the cross-sectional area of the finger electrode can be increased, the wiring resistance can be reduced, and the open circuit voltage can be improved while reducing the contact area. Further, since the bus bar electrode is not in direct contact with the substrate, the solar cell is difficult to shunt.
  • the method for manufacturing a solar cell of the present invention can manufacture such a solar cell without increasing the number of manufacturing steps.
  • FIG. It is a top view which shows typically the external appearance of the back surface of the conventional back surface electrode type solar cell disclosed by patent document 1.
  • FIG. It is the enlarged view which expanded a part of solar cell of this invention, and is the enlarged view which shows what changed the shape of the current collection part with respect to the solar cell shown in FIG.
  • the enlarged view which expanded a part of solar cell of this invention and is the enlarged view which shows what changed the shape of the current collection part with respect to the solar cell shown in FIG.
  • It is an upper surface schematic diagram which shows an example of the solar cell of this invention, and is a schematic diagram which shows what changed the shape of the current collection part with respect to the solar cell shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic top view showing an example of a solar cell studied by the present inventors.
  • 10 and 11 are enlarged schematic cross-sectional views of a part of the solar cell studied by the present inventors.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line 1-1 ′ of the solar cell shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the solar cell shown in FIG. 9 taken along the line 2-2 ′.
  • a plurality of first bus bar electrodes 137 and second bus bar electrodes 138 are provided, and the wiring resistance is reduced by making the length of the finger electrodes as short as possible.
  • insulating films 124 and 125 are provided only in regions where finger electrodes and bus bar electrodes for different conductivity types intersect (hereinafter also referred to as insulating regions). . Thereby, the three-dimensional structure is simply formed. Further, in this solar cell, the shape of the first contact portion 126 and the second contact portion 127 other than directly below the insulating film can be changed to a dot shape or the like, so that the contact area can be reduced.
  • the first contact portion 126 is joined to the first conductivity type region 120 formed on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate 113, and an upper portion thereof is shown in FIG. As shown in FIG. 9, a first current collector 135 is formed.
  • the second contact portion 127 is joined to the second conductivity type region 121, and a second current collecting portion 136 is formed thereon as shown in FIG.
  • the first current collector 135 is electrically connected to the first bus bar electrode 137
  • the second current collector 136 is electrically connected to the second bus bar electrode 138, respectively.
  • the other structure is basically the same as that of the solar cell shown in FIG.
  • 12 and 16 are plan views showing the steps of forming the electrodes of the solar cell studied by the present inventors.
  • the first contact portion 126 and the second contact portion 127 are formed (FIG. 12 (1)), and the insulating films 124 and 125 are formed only in the insulating region (FIG. 12 (2)).
  • the first bus bar electrode 137 and the second bus bar electrode 138 are formed, the second current collector 136 and the first current collector 135 can be formed simultaneously (FIG. 12 (3)).
  • the cross-sectional area of the finger electrode can be increased without increasing the number of steps, and the wiring resistance can be reduced.
  • FIG. 13 is a schematic top view of the back surface showing an example of a defect occurring in the solar cell studied by the present inventors.
  • the inventors further studied to solve the above problems.
  • a solar cell provided with an insulating film directly below the bus bar electrode and having the bus bar electrode and the finger electrode in a three-dimensional structure can solve the above-mentioned problems, and has completed the solar cell of the present invention.
  • the solar cell manufacturing method in which the bus bar electrode is formed only on the insulating film and the three-dimensional structure of the bus bar electrode and the finger electrode is formed can solve the above problems, and the solar cell manufacturing method of the present invention is completed. I let you.
  • the solar cell of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
  • the description will focus on the case where the first conductivity type semiconductor substrate is an N type silicon substrate (that is, the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type). Even if the semiconductor substrate is a P-type silicon substrate, an impurity source such as boron or phosphorus may be used in reverse, and the present invention can be similarly applied.
  • FIG. 1 is a schematic top view showing an example of the solar cell of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of the solar cell of the present invention.
  • 3 to 5 are schematic cross-sectional views enlarging a part of the solar cell of the present invention.
  • 3 is a sectional view taken along the line aa ′ of the solar cell shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line bb ′ of the solar cell shown in FIG. 1
  • a solar cell 10 of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate 13 having one main surface as a light receiving surface and the other main surface as a back surface.
  • the semiconductor substrate has a first conductivity type region (N-type diffusion layer) 20 on the back surface and a second conductivity type opposite to the first conductivity type.
  • N-type diffusion layer N-type diffusion layer
  • P-type diffusion layer P-type diffusion layer
  • the solar cell 10 includes a first contact portion 26 joined to the first conductivity type region 20 and a first assembly formed on the first contact portion 26.
  • a first finger electrode including the electric part 35 is provided.
  • a second finger electrode including a second contact portion 27 joined to the second conductivity type region 21 and a second current collecting portion 36 formed on the second contact portion 27 is provided.
  • a first bus bar electrode 37 electrically connected to the first current collector 35 is provided.
  • a second bus bar electrode 38 electrically connected to the second current collector 36 is provided.
  • first current collector 35 and the second current collector 36 are connected to the first contact part 26 and the second contact part 27, respectively, and collect current from the contact part to the bus bar electrode. Can do.
  • this solar cell 10 can form a concavo-convex shape 14 and an FSF layer (N-type diffusion layer) 15 on the light receiving surface side of the first conductivity type semiconductor substrate 13. Further, an antireflection film 16 containing silicon nitride or the like can be formed on the uneven shape 14. A dielectric passivation layer (not shown) may be formed between the FSF layer 15 and the antireflection film 16.
  • first back surface passivation film 19 can be formed on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate 13.
  • a second back surface passivation film 18 can also be formed on the oxide layer 19.
  • the passivation film is preferably made of at least one selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an aluminum oxide film.
  • the solar cell 10 includes insulating films 24 and 25 at least in the entire region immediately below the first bus bar electrode 37 and the second bus bar electrode 38.
  • the first current collector 35 and the first bus bar electrode 37 are electrically joined.
  • the second current collector 36 and the second bus bar electrode 38 are electrically joined.
  • the insulating films 24 and 25 usually cover the upper and side portions of the first contact portion 26 and the second contact portion 27 on the contact portions immediately below the first bus bar electrode 37 and the second bus bar electrode 38. It is formed with the thickness which can be.
  • the first contact portion 26 and the second contact portion 27 are continuous in a line shape at least immediately below the insulating films 24 and 25.
  • bus bar electrodes and finger electrodes for different conductivity types can be physically joined via insulating films 24 and 25. That is, the bus bar electrodes for different conductivity types and the current collector are not electrically joined (separated).
  • the insulating films 24 and 25 are sandwiched between the contact part and the current collecting part. ing.
  • bus bar electrodes for the same conductivity type and the current collector are electrically joined on the insulating film.
  • reference numeral 37 (35) in FIG. 5 denotes a portion where the first bus bar electrode 37 and the first current collector 35 overlap (electrically joined).
  • the bus bar electrode and the finger electrode can have a three-dimensional structure by providing an insulating film.
  • the number of bus-bar electrodes can be increased and the length of a finger electrode can be shortened.
  • the bus bar electrode does not directly contact the silicon substrate, no shunt is generated.
  • the insulating film is formed in the entire region immediately below the bus bar electrode, the first finger electrode and the second bus bar electrode are more reliably insulated without causing a process failure when forming the bus bar electrode.
  • the second finger electrode and the first bus bar electrode can be more reliably insulated. Thereby, it can be set as a solar cell with high parallel resistance and high conversion efficiency.
  • contact portions that are directly coupled to the substrate itself are continuously formed in a line shape immediately below the insulating film. Therefore, one step for connecting the contact portions as shown in FIG. 16B can be reduced, and a solar cell with high yield and low cost can be manufactured.
  • the semiconductor substrate that can be used in the present invention is not particularly limited.
  • an N-type silicon substrate can be used.
  • the thickness of the substrate can be set to 100 to 200 ⁇ m, for example.
  • the shape and area of the main surface of the substrate are not particularly limited.
  • a material for the first contact portion and the second contact portion for example, a fluid paste (hereinafter also referred to as a sintered paste) in which silver powder and glass frit are mixed with an organic binder can be used. .
  • the contact portion directly coupled to the substrate itself is formed directly in a line form immediately below the insulating film, but the shape of the contact portion is not particularly limited in other places.
  • the shape of the contact portion at a place other than the place where the insulating film is formed is any of a dot shape, a line shape, or a combination of these shapes.
  • the contact area can be further reduced. Thereby, the passivation region can be widened and the open circuit voltage can be increased.
  • the width and length of the insulating film formed immediately below the bus bar electrode is larger than that of the bus bar electrode.
  • the insulating film is formed at least over the entire region immediately below the bus bar electrode.
  • the number and shape of the insulating film are not particularly limited. As shown in FIG. 1, the insulating film is preferably continuous in a line shape. Another example of the shape of the insulating film is the shape shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic top view showing an example of the solar cell of the present invention. In FIG. 8, the insulating film 25 'is formed large, and the insulating film 24 (insulating film immediately below the first bus bar electrode 37) and the insulating film 25 (insulating film immediately below the second bus bar electrode 38) in FIG. The mode which forms integrally is shown.
  • the insulating film 25 ' is opened as shown in FIG. If the insulating film has the shape shown in FIG. 8, the heights of the contact portion and the other portions are equalized, so that it is possible to avoid misalignment when forming the current collecting portion in the next process.
  • the insulating film shown in FIGS. 1 and 8 prevents the bus bar electrode from coming into direct contact with the substrate, and reduces the unevenness of the area where the bus bar electrode is formed, so that bleeding occurs when the bus bar electrode is formed and the shunt To prevent.
  • the insulating film is usually formed so as to cover the side portion and the upper portion of the contact portion immediately below the bus bar electrode.
  • the insulating film is preferably larger than the width and length of the bus bar electrode.
  • the thickness of the insulating film is preferably 1 to 60 ⁇ m. More preferably, it is about 5 to 40 ⁇ m, particularly preferably 10 to 30 ⁇ m. By setting it as such thickness, insulation can be improved more. Moreover, since an insulating film is not excessively formed, a desired solar cell can be manufactured at a lower cost.
  • This insulating film contains a resin selected from one or more of silicone resin, polyimide resin, polyamideimide resin, fluororesin, phenol resin, melamine resin, urea resin, polyurethane, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, and poval resin. It is preferable that it is made of a material (hereinafter also referred to as an insulating material).
  • an insulating material a material (hereinafter also referred to as an insulating material).
  • a heat resistant resin when heat treatment is performed.
  • a siloxane bond which is the main chain of a silicone resin, is superior in heat resistance and weather resistance because it has a large bond energy and is stable compared to an organic polymer material whose main chain is a carbon skeleton.
  • other resins also have high heat resistance by providing an aromatic ring in the molecular chain.
  • the current collector and the bus bar electrode contain one or more kinds of conductive substances selected from Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, and Pb, and further, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, It is preferably made of a material containing one or more kinds of resins selected from phenol resins and silicone resins. Since it is not necessary to include glass frit as long as it is made of such an electrode material, the electrode material is not directly bonded to a semiconductor substrate such as a silicon substrate during heating, and an increase in contact area is suppressed.
  • the number of bus bar electrodes is not particularly limited, but the total is preferably 4 or more and 10 or less. Thereby, the wiring resistance of a finger electrode can be reduced and conversion efficiency can be improved.
  • the shape of the bus bar electrode is not particularly limited.
  • the shape of the bus bar electrode can be a discontinuous shape divided in the longitudinal direction of the bus bar electrode.
  • the bus bar electrode is preferably continuous in a line shape. Such a shape can be easily manufactured.
  • the current collector and the bus bar electrode can be formed so as to intersect at a right angle.
  • the first finger electrode is usually formed in a direction along the longitudinal direction of the first conductivity type region.
  • the second finger electrode is usually formed in a direction along the longitudinal direction of the second conductivity type region.
  • a plurality of finger electrodes are usually formed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention.
  • a method for manufacturing a back electrode type solar cell of the present invention will be described with reference to schematic cross-sectional views shown in FIGS.
  • the case of an N-type silicon substrate will be described as an example.
  • the first conductivity type region is also referred to as an N-type diffusion layer
  • the second conductivity type region is also referred to as a P-type diffusion layer.
  • the method described below is a typical example, and the present invention is not limited to this.
  • an N-type silicon substrate 13 having a thickness of, for example, 100 to 200 ⁇ m is prepared as a first conductivity type semiconductor substrate in which one main surface serves as a light receiving surface and the other main surface serves as a back surface.
  • One main surface of the N-type silicon substrate 13 is a light receiving surface, and the other main surface is a back surface.
  • the back surface (hereinafter referred to as “the light receiving surface of the N-type silicon substrate”) opposite to the surface serving as the light receiving surface of the N-type silicon substrate 13 (hereinafter referred to as “light-receiving surface of the N-type silicon substrate”).
  • a texture mask 31 such as a silicon nitride film is formed on the back surface of the N-type silicon substrate by CVD, sputtering, or the like.
  • an uneven shape 14 having a texture structure is formed on the light receiving surface of the N-type silicon substrate 13 by etching.
  • Etching is performed, for example, with a solution in which isopropyl alcohol is added to an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide and heated to 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.
  • diffusion masks 32 and 33 such as silicon oxide films are formed on the light-receiving surface and the back surface of the N-type silicon substrate 13.
  • An etching paste is applied to the portion where the N-type diffusion layer is formed by screen printing or the like, and the diffusion mask 32 where the N-type diffusion layer is formed is removed by heat treatment, and the substrate is exposed.
  • the etching paste subjected to the patterning process is ultrasonically cleaned and removed by acid treatment.
  • This etching paste includes, for example, at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, hydrogen fluoride, ammonium fluoride, and ammonium hydrogen fluoride as an etching component, and includes water, an organic solvent, and a thickener. This treatment may be performed using a photolithography method.
  • N-type diffusion layer 20 phosphorus, which is an N-type impurity, is diffused in the exposed portion of the back surface of the N-type silicon substrate 13 by vapor phase diffusion using POCl 3 to form the N-type diffusion layer 20.
  • the N-type diffusion layer can also be formed by spin-coating a solution in which an N-type impurity such as phosphoric acid is dissolved in alcohol or water and thermally diffusing.
  • the diffusion mask 32 and diffusion mask 33 formed on the N-type silicon substrate 13 and the glass layer formed by diffusing phosphorus in the diffusion masks 32 and 33 are formed with hydrogen fluoride. After removal by acid treatment, thermal oxidation is performed in an oxygen or water vapor atmosphere to form a silicon oxide film 34.
  • an etching paste is applied by screen printing or the like to the portion where the P-type diffusion layer on the back surface of the N-type silicon substrate 13 is formed, and the P-type diffusion layer is subjected to heat treatment.
  • the diffusion mask 34 at the place where the is formed is removed, and the substrate is exposed.
  • the etching paste subjected to the patterning process is ultrasonically cleaned and removed by acid treatment.
  • This etching paste includes, for example, at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, hydrogen fluoride, ammonium fluoride, and ammonium hydrogen fluoride as an etching component, and includes water, an organic solvent, and a thickener.
  • a solution obtained by dissolving a P-type impurity source such as boric acid in alcohol or water is spin-coated on the back surface of the N-type silicon substrate 13, and after drying, the N-type silicon substrate is subjected to heat treatment.
  • P-type diffusion layer 21 is formed by diffusing boron, which is a P-type impurity, in the exposed portion of the back surface of 13.
  • the P-type diffusion layer 21 can also be formed by a vapor phase diffusion method such as BBr 3 .
  • the silicon oxide film 34 formed on the N-type silicon substrate 13 and the glass layer formed by diffusing boron in the silicon oxide film 34 are removed by hydrofluoric acid treatment. Thereafter, a first back surface passivation film 19, which also serves as a diffusion mask such as a silicon oxide film, is formed on the back surface of the N-type silicon substrate 13 by CVD or SOG (spin on glass) coating and baking.
  • n ⁇ layer FSF layer 15
  • FSF layer 15 which is the light-receiving surface diffusion layer
  • a second back surface passivation film 18 made of a nitride film or the like is formed on the back surface of the N-type silicon substrate 13 by CVD or sputtering. Further, a nitride film may be formed on the surface as the antireflection film 16 by CVD or sputtering.
  • the method of forming the first conductivity type region (N type diffusion layer) 20 and the second conductivity type region (P type diffusion layer) 21 on the back surface of the N type silicon substrate is shown in FIG. ) To (i), the method is not limited and can be changed as appropriate.
  • electrodes are formed on the N-type diffusion layer 20 and the P-type diffusion layer 21 formed on the back surface side of the N-type silicon substrate 13.
  • FIG. 7 is a plan view showing the process of forming the electrode of the solar cell of the present invention.
  • the first contact portion 26 and the second contact portion 27 are electrodes that form a contact with the silicon substrate.
  • the electrode pattern of these contact portions must be a continuous pattern at least in a region where the contact portion and the bus bar electrode intersect, but in other places, it may be a discontinuous shape such as an ellipse, a rectangle, or a dot. It may be good or a line. Moreover, you may mix these shapes.
  • the shape of the contact portion in any other location is not limited to the first bus bar electrode 37, for example.
  • the current generated in the two-conductivity type region 21 can also be collected.
  • the ratio of the area of the first contact portion and the second contact portion to the substrate area is about 1% to 6%, respectively.
  • the line width is 14 ⁇ m to 90 ⁇ m. This is because by increasing the contact area of the back electrode (contact portion) as much as possible, the passivation region increases and an increase in open circuit voltage can be expected.
  • the contact portion can be formed by screen printing using, for example, a screen plate having an opening having a line-like pattern as described above. Besides, it is also possible to form by using offset printing, ink jet printing, dispenser, vapor deposition method or the like.
  • the above-mentioned sintered paste is used as a material for the contact portion, and the sintered paste is formed on the N-type diffusion layer 20 or the P-type diffusion layer 21 by the printing method as described above.
  • the sintered paste can be baked at a temperature of 700 to 800 ° C. for 5 to 30 minutes to form the first contact portion 26 or the second contact portion 27.
  • the first contact portion 26 joined to the first conductivity type region 20 and the second contact portion 27 joined to the second conductivity type region 21 are at least partially continuous in a line shape. (FIG. 7 (1)).
  • the contact portion and the bus bar electrode intersect at a portion having a continuous shape in this line shape.
  • the glass frit is melted at the time of firing, and the second back surface passivation film 18 and the first back surface passivation film 19 are also melted simultaneously, penetrating these films.
  • the electrodes are bonded so that they are directly bonded to the substrate itself. Note that the n + electrode and the p + electrode (first contact portion and second contact portion) may be printed at the same time and fired at the same time, or may be printed and fired sequentially.
  • FIG. 6K is a cross-sectional view of a P-type bus bar electrode (second bus bar electrode), and FIG. 6L is a cross-sectional view of an N-type bus bar electrode (first bus bar electrode).
  • FIG. 2 shows an a-a ′ sectional view and a b-b ′ sectional view of the solar cell shown in FIG. 1, respectively.
  • the insulating films 24 and 25 are formed so as to cover the upper and side portions of the first contact portion 26 and the second contact portion 27 that have a continuous line shape (FIG. 7B).
  • a material (insulating material) made of a material containing a resin such as the above-described silicone resin can be used.
  • a paste (insulating paste) in which a solvent is added to impart fluidity If it has fluidity, offset printing, screen printing, a dispenser, or the like can be used.
  • a screen plate making having an opening having the same shape as this pattern can be used.
  • the insulating paste is applied to a predetermined position of the N-type silicon substrate 13 by screen printing, and the insulating paste is cured by heat treatment at 350 ° C. or lower for 5 to 30 minutes to form an insulating film. (FIG. 7 (2)).
  • the insulating film may be formed at a desired position by using a method of performing etching processing and pattern processing using photolithography.
  • the bus bar electrode is shunted by directly touching the substrate, or bleeding occurs when the bus bar electrode is formed due to the unevenness of the substrate surface by partially forming the insulating film. (FIG. 13), it may protrude from the insulating film, and electrodes of different conductivity types may be connected. When such a malfunction occurs, there is a problem that the parallel resistance of the solar cell is lowered and the conversion efficiency is lowered.
  • the first bus bar electrode 37 and the second bus bar electrode 38 are formed only on the insulating films 24 and 25 in this step.
  • the insulating film is formed as a single rectangle. That is, the insulating film is formed immediately below the bus bar electrode. Thereby, the unevenness
  • the bus bar electrode is not in direct contact with the N-type silicon substrate 13 and the contact portion, and an insulating film is inserted between them. When the area of the insulating film is reduced, the insulating film and the bus bar electrode have the same shape.
  • the width and length of the insulating film are preferably larger than the bus bar electrode.
  • substrate are isolated more reliably.
  • unevenness in the region where the bus bar electrode is formed is reduced, it is possible to suppress bleeding when the bus bar electrode is formed.
  • the bus bar electrode is formed by screen printing, it is desirable that the printing direction and the longitudinal direction of the bus bar electrode be substantially parallel in order to suppress bleeding in the width direction as much as possible.
  • the first current collecting part 35 electrically connected to the first bus bar electrode 37 is formed on the first contact part 26, and the first current collecting part 35 is formed on the second contact part 27.
  • a second current collector 36 electrically connected to the second bus bar electrode 38 is formed (FIG. 7C).
  • the step of forming the first bus bar electrode and the second bus bar electrode and the step of forming the first current collector and the second current collector it is preferable to simultaneously perform the step of forming the first bus bar electrode and the second bus bar electrode and the step of forming the first current collector and the second current collector.
  • the number of steps can be further reduced, and a solar cell with higher conversion efficiency can be manufactured at a lower cost.
  • the shape (pattern) of a current collection part shall be a shape as shown in FIGS. 18 to 21 assume that the current collector is printed from right to left. Generally, at the end of printing (for example, the broken line portion in FIGS. 2 and 8), the printed material tends to be thick.
  • the shape of the current collecting part is as shown in FIGS. 18 to 21, the end of printing of the current collecting part does not exist on the contact part, but only on the insulating film. Become.
  • 18 and 19 are enlarged views in which a part of the solar cell of the present invention is enlarged, and are enlarged views showing the solar cell shown in FIG. 2 in which the shape of the current collector is changed.
  • 20 and 21 are schematic top views showing an example of the solar cell of the present invention, and are schematic diagrams showing the solar cell shown in FIG.
  • the solar cell is sealed between glass and a sealing material and exposed to the outdoors. Is modularized so that the output can be maintained. Therefore, the bus bar electrode may be continuous or discontinuous as long as it has an adhesive force with the tab wire.
  • the material for forming the current collector and bus bar electrode contains one or more kinds of conductive substances selected from the above-mentioned Ag, Cu, Au, Al, Zn, In, Sn, Bi, and Pb, It is desirable to use a thermosetting paste containing one or more kinds of resins selected from epoxy resins, acrylic resins, polyester resins, phenol resins, and silicone resins. With such a thermosetting paste, the heat treatment for electrode formation can be performed at a temperature of less than 400 ° C. at which the insulating material containing an organic material that is suitably used as the insulating film material does not decompose. is there.
  • thermosetting paste with a solvent added to a predetermined place by screen printing
  • it is dried and heated at 350 ° C. or lower for 5 to 30 minutes to be cured.
  • the thermosetting paste does not contain glass frit unlike the sintered paste that is the material of the contact portion
  • the electrode material does not directly bond to the silicon substrate during heating, and the contact area The increase of is suppressed.
  • the heat treatment may be performed after the tab wire and the bus bar portion are brought into contact with each other. In this way, the tab wire and the bus bar portion can be bonded without soldering.
  • Examples and Comparative Examples In order to confirm the effectiveness of the present invention, the following steps were performed for 100 semiconductor substrates (50 for each of Example 1 and Comparative Example 1) to produce 100 solar cells. Three sets of bus bar electrodes were provided.
  • a 200 nm silicon nitride film was formed by CVD on the back surface of a 15 cm square, 200 ⁇ m thick N-type silicon substrate 13 to form a texture mask 31 (FIG. 6A).
  • a texture structure (concave / convex shape) 14 was formed on the light-receiving surface of the N-type silicon substrate 13 with a potassium hydroxide solution to which isopropyl alcohol was added (FIG. 6B).
  • silicon oxide films were formed on the light-receiving surface and back surface of the N-type silicon substrate 13 as diffusion masks 32 and 33 by thermal oxidation.
  • An etching paste mainly composed of phosphoric acid is applied by screen printing to a place where the N-type diffusion layer is formed, and the diffusion mask 32 where the N-type diffusion layer is formed is removed by heat treatment to expose the substrate. (FIG. 6C).
  • the etching paste subjected to the patterning treatment was ultrasonically cleaned and removed by acid treatment.
  • N-type diffusion layer 20 (FIG. 6C).
  • the diffusion mask 32 and the diffusion mask 33 formed on the N-type silicon substrate 13 and the glass layer formed by diffusing phosphorus in the diffusion masks 32 and 33 are removed by hydrofluoric acid treatment, and then heated by oxygen. Oxidation was performed to form a silicon oxide film 34 (FIG. 6D). Next, the silicon oxide film 34 where the P-type diffusion layer 21 on the back surface is formed was removed by etching (FIG. 6E).
  • an aqueous solution containing boric acid is spin-coated on the back surface of the N-type silicon substrate 13, and after drying, P-type impurities such as boron are diffused into exposed portions of the back surface of the N-type silicon substrate 13 by heat treatment.
  • a mold diffusion layer 21 was formed (FIG. 6F).
  • a silicon oxide film 34 formed on the N-type silicon substrate 13 and a glass layer formed by diffusing boron into the silicon oxide film 34 are formed with hydrogen fluoride.
  • a silicon nitride film was formed as a passivation film on the front and back surfaces by CVD. The steps so far were performed in common in Example 1 and Comparative Example 1. Subsequently, an electrode was formed.
  • Example 1 In Example 1, a contact part, an insulating film, a current collecting part, and a bus bar electrode having a pattern as shown in FIGS. 2 and 7 were formed (FIGS. 6 (j) to (l)).
  • a contact portion having a linear pattern with a width of 100 ⁇ m was formed.
  • a conductive paste sintered paste
  • a conductive paste made of Ag particles, glass frit, binder, and solvent is applied to a predetermined location on the diffusion layer by screen printing, dried, and baked at 700 ° C. for 5 minutes.
  • the first contact portion 26 and the second contact portion 27 were formed.
  • an insulating film having a width of 3 mm (finger electrode longitudinal direction) and a length of 150 mm (bus bar electrode longitudinal direction) was formed immediately below the bus bar electrode so as to be orthogonal to the finger electrode (contact part).
  • a polyimide paste was used as a material for the insulating film, and this paste was applied to a predetermined location by screen printing and cured by heating at 150 ° C. for 20 minutes to form an insulating film.
  • thermosetting paste made of Ag particles and a thermosetting resin was used as a material for the current collector and the bus bar electrode. This thermosetting paste is applied by screen printing, dried, and cured by heating at 200 ° C. for 30 minutes, so that the first current collector 35, the second current collector 36, the first bus bar electrode 37, and the second The bus bar electrodes 38 were simultaneously formed.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, a contact portion, an insulating film, a current collector portion, and a bus bar electrode having a pattern as shown in FIGS. 9 and 12 were formed.
  • a contact portion having a linear pattern with a width of 100 ⁇ m was formed.
  • a conductive paste sintered paste
  • a conductive paste made of Ag particles, glass frit, binder, and solvent is applied to a predetermined location on the diffusion layer by screen printing, dried, and baked at 700 ° C. for 5 minutes.
  • First contact portion 126 and second contact portion 127 were formed.
  • an insulating film having a length of 3 mm (finger electrode longitudinal direction) and a width of 500 ⁇ m (bus bar electrode longitudinal direction) was formed only in an insulating region (a region where finger electrodes and bus bar electrodes for different conductivity types intersect).
  • a polyimide paste was used as a material for the insulating film, and this paste was applied to a predetermined location by screen printing and cured by heating at 150 ° C. for 20 minutes to form an insulating film.
  • a current collector having a width of 100 ⁇ m and a bus bar electrode having a width of 1.2 mm and a length of 148 mm were simultaneously formed.
  • a conductive paste (thermosetting paste) made of Ag particles and a thermosetting resin was used as a material for the current collector and the bus bar electrode. This thermosetting paste is applied by screen printing, dried, heated and cured at 200 ° C. for 30 minutes, and the first current collector 135, the second current collector 136, the first bus bar electrode 137, and the second The bus bar electrodes 138 were simultaneously formed.
  • Table 1 is a table showing the experimental results of Example 1 and Comparative Example 1.
  • Comparative Example 1 the parallel resistance was much less than 1000 ⁇ cm 2 and the conversion efficiency was greatly reduced.
  • Example 1 the parallel resistance was sufficiently high, and a solar cell with high conversion efficiency was obtained. Obtained. This is because the bus bar electrode and the substrate are not in direct contact with each other because the insulating film is formed in the entire region immediately below the bus bar electrode. Further, the surface of the insulating film (region where the bus bar electrode is formed) becomes flat, and bleeding at the time of forming the bus bar electrode can be suppressed. As a result, the first finger electrode, the second bus bar electrode, the second finger electrode, and the second finger electrode This is because one bus bar electrode is not in contact with each other.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

Abstract

　本発明は、受光面とは反対の裏面に第１導電型の領域と第２導電型の領域とを有する第１導電型の半導体基板の裏面に、第１のコンタクト部と第１の集電部とからなる第１のフィンガー電極、第２のコンタクト部と、第２の集電部とからなる第２のフィンガー電極、第１のバスバー電極、及び、第２のバスバー電極を備え、少なくとも第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極の直下の全域に絶縁膜を備え、絶縁膜上において、第１の集電部及び第１のバスバー電極、並びに第２の集電部及び第２のバスバー電極の電気的な接合がされたものであり、少なくとも絶縁膜の直下において、第１のコンタクト部及び第２のコンタクト部がライン状に連続したものである太陽電池である。これにより、パッシベーション領域が広く、配線抵抗が低く、並列抵抗が高く、変換効率の高い太陽電池が提供され、及びそのような太陽電池を低コストで製造することができる太陽電池の製造方法が提供される。

Description

太陽電池及びその製造方法
　本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
　図１４は、従来の裏面電極型太陽電池を模式的に示す断面図である。従来の技術を用いて作製された裏面電極型太陽電池２１０について、図１４を参照して説明する。Ｎ型シリコン基板２１３の受光面側には凹凸形状２１４が形成され、Ｎ型拡散層であるＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ）層２１５が形成されている。そして、凹凸形状２１４上には、Ｎ型シリコン基板２１３側から二酸化ケイ素を含む誘電性パッシベーション層（表面パッシベーション層）２１７、窒化シリコンを含む反射防止膜２１６が形成されている。
　また、Ｎ型シリコン基板２１３の裏面側にはＮ型ドープされたＮ型拡散層２２０とＰ型ドープされたＰ型拡散層２２１とが交互に形成されている。さらに、Ｎ型シリコン基板２１３の裏面には酸化物層（第１裏面パッシベーション膜）２１９が形成されている。そして、Ｎ型拡散層２２０にはＮ型コンタクト電極２１１が形成されており、Ｐ型拡散層２２１にはＰ型コンタクト電極２１２が形成されている。これらの基板自体と直接結合するコンタクト電極は、集電用のフィンガー電極として機能させることもできる。
　図１５は、従来の裏面電極型太陽電池の裏面の外観を模式的に示す平面図である。図１５に示すように、裏面電極型太陽電池には、フィンガー電極（Ｎ型コンタクト電極２１１、Ｐ型コンタクト電極２１２）から集電するためのバスバー電極が基板端に１対（Ｎ型バスバー電極２２２、Ｐ型バスバー電極２２３）設けられている。図１５では基板外周に最も近いフィンガー電極がＮ型コンタクト電極となっているが、Ｐ型コンタクト電極でも良いし、それぞれＰ型、Ｎ型と異なる型の金属電極でも良い。
　裏面電極型太陽電池を高効率化するために、発電層であるＰ型拡散層をできる限り広くすると短絡電流の増加が期待できる。このため、Ｐ型拡散層とＮ型拡散層の面積割合は８０：２０～９０：１０とＰ型拡散層の領域を広く形成することが望ましい。また、基板とコンタクト電極の接触面積（以下、コンタクト面積とも記載する。）をできるだけ小さくしてパッシベーション領域を広くすると開放電圧の増加が期待できるため、コンタクト電極の形状を、細いラインや、ドット状とすることによりコンタクト領域をできるだけ小さく設計することが望ましい。
　特許文献１ではコンタクト電極を形成し、コンタクト電極以外を絶縁膜で覆い、配線電極を形成するという３工程により、電極と基板のコンタクト面積を必要最低限に抑え、パッシベーション領域を大きくした裏面電極型太陽電池が開示されている。
　図１７は、特許文献１で開示された従来の裏面電極型太陽電池の裏面の外観を模式的に示す平面図である。しかしながら特許文献１の太陽電池はバスバー電極（Ｎ型バスバー電極２２２、Ｐ型バスバー電極２２３）が基板外周に１対形成されているのみである（図１７参照）。この配置の場合、フィンガー電極の長さが長いため、配線抵抗が非常に大きくなり、曲線因子低下の原因となってしまう。この配線抵抗は配線の長さに比例して大きくなる。この問題は、配線電極（フィンガー電極）の断面積を大きくする、もしくはフィンガー長さを短く設計することにより解決できると考えられる。
特許第５３１７２０９号公報
　上述のように、コンタクト面積を減少させつつ、フィンガー電極の断面積を大きくし、フィンガー電極の長さを短くすることができる太陽電池が要求されている。このため裏面電極型太陽電池において電極構造を立体構造とすること等が検討されている。しかしながら、これまで、電極構造を立体構造とすると並列抵抗が低くなりやすいなどの問題があった。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、パッシベーション領域が広く、配線抵抗が低く、並列抵抗が高く、変換効率の高い太陽電池を提供すること、及びそのような太陽電池を低コストで製造することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とする第１導電型の半導体基板を備え、該半導体基板が、前記裏面において、前記第１導電型の領域と、前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型の領域とを有するものである太陽電池であって、
　前記第１導電型の領域に接合された第１のコンタクト部と、該第１のコンタクト部上に形成された第１の集電部とからなる第１のフィンガー電極、
　前記第２導電型の領域に接合された第２のコンタクト部と、該第２のコンタクト部上に形成された第２の集電部とからなる第２のフィンガー電極、
　前記第１の集電部と電気的に接合された第１のバスバー電極、及び、
　前記第２の集電部と電気的に接合された第２のバスバー電極
　を備え、
　少なくとも前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極の直下の全域に絶縁膜を備え、該絶縁膜上において、前記第１の集電部及び前記第１のバスバー電極、並びに前記第２の集電部及び前記第２のバスバー電極の前記電気的な接合がされたものであり、
　少なくとも前記絶縁膜の直下において、前記第１のコンタクト部及び前記第２のコンタクト部がライン状に連続したものであることを特徴とする太陽電池を提供する。
　このような太陽電池であれば、絶縁膜を設け、バスバー電極とフィンガー電極を立体構造とすることにより、バスバー電極の本数を増やし、フィンガー電極の長さを短くすることができ、バスバー電極両側のフィンガー電極から集電することができる。その結果、配線抵抗を減少させることができ、曲線因子を増加させることができる。更に、異なる導電型用のバスバー電極とフィンガー電極とを絶縁膜により接しにくくするだけでなく、バスバー電極が直接基板と接しないため、シャントしにくい。また、バスバー電極が形成された領域が平坦であるため、そのバスバー電極の形成時に滲みを発生させにくくなる。その結果、並列抵抗の高い太陽電池とすることができる。更には、絶縁膜の直下において、コンタクト部がライン状に連続したものであるため、製造時に工程数を増やすことなくバスバー電極とフィンガー電極の立体構造を形成することができる。
　なお、ここでいうシャントとは、並列抵抗が小さくなることを意味する。これは、Ｐ型用のフィンガー電極とＮ型用のフィンガー電極が、バスバー電極を介して、又は同じ導電型の拡散層（Ｎ型拡散層若しくはＰ型拡散層）を介して接続される（すなわち、短絡する）ことにより発生すると考えられる。「シャントする」とは、そのような状態を生じることを意味する。
　また、前述のように、パッシベーション領域をできるだけ大きくするために、コンタクト部を小さくした場合にも、集電部が存在することによりフィンガー電極の断面積が大きくなり、配線抵抗を小さくすることができる。このような太陽電池であれば、安価で、配線抵抗が低く、変換効率が高い太陽電池とすることができる。
　なお、バスバー電極とは、フィンガー電極の集電部と電気的に接合された集電用電極のことを指す。バスバー電極は、通常、フィンガー電極に略直交する位置に形成されている。
　また、前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極がライン状に連続したものであり、前記絶縁膜がライン状に連続したものであることが好ましい。
　このような太陽電池であれば、モジュール化した際の信頼性をより高めることができる。
　また、前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極の本数の合計が４本以上、１０本以下であることが好ましい。
　このような太陽電池であれば、フィンガー電極の厚みを増加させることなくフィンガー電極の配線抵抗をより減少させることができる。例えばバスバー電極の本数の合計が２本のときに比べて６本のときは配線抵抗を６分の１に、１０本のときは配線抵抗を１０分の１に低減することができる。
　また、前記絶縁膜が、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂及びポバール樹脂から一つ以上選択された樹脂を含有する材料からなるものであることが好ましい。
　このような材料からなる絶縁膜であれば、耐熱性に優れる。従って、電極形成において熱処理を実施する場合に、このような絶縁膜とすることが好ましい。
　また、前記絶縁膜の厚みが１～６０μｍであることが好ましい。
　このような太陽電池であれば、絶縁性をより向上させることができる。また、過度に絶縁膜を形成することもないため、所望の太陽電池をより低コストで製造することができる。
　また、前記第１の集電部、前記第２の集電部、前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される１種類以上の導電性物質を含有し、さらにエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種類以上の樹脂を含有する材料からなるものであることが好ましい。
　このような電極材料からなるものであれば、電極を形成するために行う加熱時にこの電極材料がシリコン基板等の半導体基板と直接結合することがなく、コンタクト面積の増加が抑制される。
　更に本発明では、一方の主表面が受光面であり、もう一方の主表面が裏面である第１導電型の半導体基板を備え、該半導体基板の前記裏面において、前記第１導電型の領域と、前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型の領域とを有する太陽電池を製造する方法であって、
　前記裏面に、前記第１導電型の領域及び前記第２導電型の領域を形成する工程と、
　前記第１導電型の領域に接合された第１のコンタクト部及び前記第２導電型の領域に接合された第２のコンタクト部を、少なくとも一部にライン状に連続した形状を有するように形成する工程と、
　前記第１のコンタクト部及び前記第２のコンタクト部における前記ライン状に連続した形状を有する部分の上部と側部を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上のみにおいて第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極を形成する工程と、
　前記第１のコンタクト部上に、前記第１のバスバー電極と電気的に接合された第１の集電部を形成し、前記第２のコンタクト部上に、前記第２のバスバー電極と電気的に接合された第２の集電部を形成する工程と
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
　このような太陽電池の製造方法であればパッシベーション領域が広く、配線抵抗が低く、並列抵抗が高く、変換効率の高い裏面電極型太陽電池を低コストで生産性よく製造することができる。
　なお、本明細書では半導体基板、特に、第１導電型の領域及び第２導電型の領域とコンタクトを形成している電極のことをコンタクト部と定義する。また、バスバー電極とコンタクト部を接続している電極のことを集電部と定義する。また集電部とコンタクト部を総称してフィンガー電極と呼ぶ。集電部は、「ライン部」とも呼ぶことができる。
　また、前記第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極を形成する工程と、前記第１の集電部及び第２の集電部を形成する工程とを同時に行うことが好ましい。
　このようにすれば、工程数を更に削減することができ、より低コストで変換効率の高い太陽電池を製造することができる。
　本発明の太陽電池は、絶縁膜を設け、バスバー電極とフィンガー電極を立体構造とすることにより、バスバー電極の本数を増やし、フィンガー電極の長さを短くすることができ、バスバー電極両側のフィンガー電極から集電することができる。その結果、配線抵抗を減少させることができ、曲線因子を増加させることができる。また、コンタクト部上に集電部を形成することで、コンタクト面積を減少しつつ、フィンガー電極の断面積を大きくし、配線抵抗を小さくすることができ、開放電圧を向上させることができる。また、バスバー電極が基板と直接接触していないため、シャントしにくい太陽電池となる。更にはバスバー電極を形成する領域を平坦化することにより、バスバー電極形成時の滲みを抑制できるため、歩留りを向上させることができる。更に、本発明の太陽電池の製造方法は、製造工程数を増やすことなく、そのような太陽電池を製造することができる。
本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した拡大図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。 本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の太陽電池の電極の形成工程を示す平面図である。 本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図である。 本発明者らが検討した太陽電池の一例を示す上面模式図である。 本発明者らが検討した太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。 本発明者らが検討した太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。 本発明者らが検討した太陽電池の電極の形成工程を示す平面図である。 本発明者らが検討した太陽電池に発生した不具合の一例を示す裏面の上面模式図である。 従来の裏面電極型太陽電池を模式的に示す断面図である。 従来の裏面電極型太陽電池の裏面の外観を模式的に示す平面図である。 本発明者らが検討した太陽電池の電極の形成工程を示す平面図である。 特許文献１で開示された従来の裏面電極型太陽電池の裏面の外観を模式的に示す平面図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した拡大図であり、図２に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す拡大図である。 本発明の太陽電池の一部分を拡大した拡大図であり、図２に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す拡大図である。 本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図であり、図８に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す模式図である。 本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図であり、図８に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す模式図である。
　上記のように、パッシベーション領域が広く、配線抵抗が低く、並列抵抗が高く、変換効率の高い太陽電池を提供することが求められている。また、パッシベーション領域が広く、配線抵抗が低く、並列抵抗が高く、変換効率の高い太陽電池を低コストで製造することができる太陽電池の製造方法を提供することが求められている。
　本発明者らは、このような要求を満たす太陽電池を得るために検討を行った。その結果、まず、バスバー電極を従来よりも内側に配置し、異なる導電型用のフィンガー電極とバスバー電極が接しないように絶縁膜を配置し、バスバー電極、及びコンタクト部と集電部とからなるフィンガー電極を立体構造とする太陽電池を検討した。このような太陽電池の一例を図９～１１に示す。図９は、本発明者らが検討した太陽電池の一例を示す上面模式図である。図１０、１１は、本発明者らが検討した太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。なお、図１０は、図９に示す太陽電池の１－１’断面図である。また、図１１は、図９に示す太陽電池の２－２’断面図である。
　図９に示す太陽電池１１０では、第１のバスバー電極１３７、第２のバスバー電極１３８を複数本設け、フィンガー電極の長さをできるだけ短くすることにより配線抵抗を低減している。この太陽電池には、バスバーを複数本設けるために、異なる導電型用のフィンガー電極とバスバー電極が交差する領域（以下、絶縁領域とも記載する。）のみに絶縁膜１２４、１２５が設けられている。これにより、立体構造を簡便に形成している。また、この太陽電池では、絶縁膜の直下以外で第１のコンタクト部１２６、第２のコンタクト部１２７の形状を、ドット状等とすることができるので、コンタクト面積を減少させることができる。
　ここで、図１０、１１に示すように、第１のコンタクト部１２６は、第１導電型の半導体基板１１３の裏面に形成された第１導電型の領域１２０に接合され、その上部には図９に示すように、第１の集電部１３５が形成されている。一方、第２のコンタクト部１２７は、第２導電型の領域１２１に接合され、その上部には図９に示すように、第２の集電部１３６が形成されている。第１の集電部１３５は第１のバスバー電極１３７と、第２の集電部１３６は、第２のバスバー電極１３８とそれぞれ電気的に接合されている。その他の構造は、基本的に図１４に示す太陽電池と同様であり、受光面側に、凹凸形状１１４、ＦＳＦ層１１５及び反射防止膜１１６を有し、裏面側に、第１裏面パッシベーション膜１１９及び第２裏面パッシベーション膜１１８を有する。
　ここで、図１２、１６を参照して、バスバー電極とフィンガー電極を立体構造とする太陽電池の製造方法について説明する。図１２、図１６は、本発明者らが検討した太陽電池の電極の形成工程を示す平面図である。
　図１６に示す方法では、コンタクト電極１２８をドット状に不連続に形成したのち（図１６（１））、これらの電極を繋ぐ別の配線電極１２９を形成し（図１６（２））、絶縁領域のみに絶縁膜１２５´を設け（図１６（３））、バスバー電極１３０を形成する（図１６（４））。この場合、上記のように配線電極１２９を形成する工程が必要となるため、工程が増え、コストが高くなるなどの問題があった。
　図１２に示す方法では、第１のコンタクト部１２６及び第２のコンタクト部１２７を形成し（図１２（１））、絶縁領域のみに絶縁膜１２４、１２５を形成した後（図１２（２））、第１のバスバー電極１３７、第２のバスバー電極１３８の形成時に第２の集電部１３６、第１の集電部１３５も同時に形成することができる（図１２（３））。これにより、図１６に示す方法に比べて、工程数を増加させることなくフィンガー電極の断面積を大きくすることができ、配線抵抗を低減することができる。
　図９に示す太陽電池では、絶縁領域のみに部分的に絶縁膜１２４、１２５が形成されている。この結果、バスバー電極を形成する箇所には絶縁膜の形成・非形成部が存在することとなる。この場合、バスバー電極が基板と直接接する領域が多く、シャントしやすくなってしまう。また、絶縁膜は、通常、１～６０μｍの厚みを有するため、絶縁膜の上部にバスバー電極を形成しようとすると吐出量が不均一となり、図１３の破線部に示すように滲みが発生してしまう。ここで、図１３は、本発明者らが検討した太陽電池に発生した不具合の一例を示す裏面の上面模式図である。これにより、例えば、Ｐ型用のフィンガー電極とＮ型用のバスバー電極が接することで太陽電池の並列抵抗が減少してしまい、変換効率が大幅に減少してしまうという問題があった。
　本発明者らは、上記問題点を解決するために、更に検討を行った。その結果、バスバー電極の直下の全域に絶縁膜を備え、バスバー電極とフィンガー電極を立体構造とする太陽電池が、上記問題点を解決できることを見出し、本発明の太陽電池を完成させた。また、絶縁膜上のみにおいてバスバー電極を形成し、バスバー電極とフィンガー電極の立体構造を形成する太陽電池の製造方法が、上記問題点を解決できることを見出し、本発明の太陽電池の製造方法を完成させた。
　以下、本発明の太陽電池について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下、第１導電型の半導体基板がＮ型シリコン基板である場合（すなわち、第１導電型がＮ型、第２導電型がＰ型）を中心に説明するが、第１導電型の半導体基板がＰ型シリコン基板であっても、ボロン、リン等の不純物源を逆に使用すればよく、同様に本発明を適用できる。
［太陽電池（裏面電極型太陽電池セル）］
　図１は、本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図である。図２は、本発明の太陽電池の一部分を拡大した拡大図である。また、図３～５は、本発明の太陽電池の一部分を拡大した断面模式図である。なお、図３は、図１に示す太陽電池のａ－ａ’断面図、図４は、図１に示す太陽電池のｂ－ｂ’断面図、図５は図１に示す太陽電池のｃ－ｃ’断面図である。
　本発明の太陽電池１０は、図１に示すように、一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とする第１導電型の半導体基板１３を備える。太陽電池１０は、図３～５に示すように、この半導体基板が、裏面において、第１導電型の領域（Ｎ型拡散層）２０と、第１導電型と反対の導電型である第２導電型の領域（Ｐ型拡散層）２１とを有するものである太陽電池、いわゆる裏面電極型太陽電池である。
　更に、図２～５に示すように、太陽電池１０は、第１導電型の領域２０に接合された第１のコンタクト部２６と、第１のコンタクト部２６上に形成された第１の集電部３５とからなる第１のフィンガー電極を備える。また、第２導電型の領域２１に接合された第２のコンタクト部２７と、第２のコンタクト部２７上に形成された第２の集電部３６とからなる第２のフィンガー電極を備える。また、第１の集電部３５と電気的に接合された第１のバスバー電極３７を備える。また、第２の集電部３６と電気的に接合された第２のバスバー電極３８を備える。
　このように、第１の集電部３５、第２の集電部３６は、それぞれ第１のコンタクト部２６、第２のコンタクト部２７に接続され、コンタクト部からバスバー電極へ電流を収集することができる。
　この太陽電池１０は、図３～５に示すように、第１導電型の半導体基板１３の受光面側に凹凸形状１４や、ＦＳＦ層（Ｎ型拡散層）１５を形成することができる。また、凹凸形状１４上には、窒化シリコン等を含む反射防止膜１６を形成することができる。ＦＳＦ層１５と反射防止膜１６の間に、誘電性パッシベーション層（不図示）を形成することもできる。
　また、第１導電型の半導体基板１３の裏面には酸化物層（第１裏面パッシベーション膜）１９を形成することができる。酸化物層１９上に、第２裏面パッシベーション膜１８を形成することもできる。このように受光面及び裏面のそれぞれが、保護膜（パッシベーション膜）で覆われていることが好ましい。パッシベーション膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜及び酸化アルミニウム膜から選択される少なくとも１つ以上からなるものであることが好ましい。
　更に、太陽電池１０は、図２に示すように、少なくとも第１のバスバー電極３７及び第２のバスバー電極３８の直下の全域に絶縁膜２４、２５を備える。また、絶縁膜２４上において、第１の集電部３５及び第１のバスバー電極３７が電気的に接合されている。また、絶縁膜２５上において、第２の集電部３６及び第２のバスバー電極３８が電気的に接合されている。
　絶縁膜２４、２５は、通常、第１のバスバー電極３７、第２のバスバー電極３８の直下のコンタクト部上においては、第１コンタクト部２６、第２コンタクト部２７の上部及び側部を覆うことができる厚みで形成されている。
　更に、図２～５に示すように、太陽電池１０は、少なくとも絶縁膜２４、２５の直下において、第１のコンタクト部２６及び第２のコンタクト部２７がライン状に連続したものである。図５に示すように、太陽電池１０において、異なる導電型用のバスバー電極とフィンガー電極は絶縁膜２４、２５を介して物理的に接合することができる。すなわち、異なる導電型用のバスバー電極と集電部は電気的に接合されていない（離間している。）。一方、図５に示すように、同じ導電型用のバスバー電極とフィンガー電極が交差する領域（最隣接部）においては、絶縁膜２４、２５は、コンタクト部と集電部との間に挟まれている。すなわち、同じ導電型用のバスバー電極と集電部は、絶縁膜上において電気的に接合されている。なお、図５における３７（３５）は、第１のバスバー電極３７と第１の集電部３５とが重なり合う（電気的に接合されている）部分を示す。
 
　このような太陽電池であれば、絶縁膜を設けることによって、バスバー電極とフィンガー電極を立体構造とすることができる。これにより、バスバー電極の本数を増やし、フィンガー電極の長さを短くすることができる。また、バスバー電極が直接シリコン基板と接触することがないため、シャントが発生しない。さらに、バスバー電極の直下の全域に絶縁膜が形成されていることにより、バスバー電極形成時の工程不良を発生させることなく、第１のフィンガー電極と第２のバスバー電極をより確実に絶縁し、第２のフィンガー電極と第１のバスバー電極をより確実に絶縁することができる。これにより、並列抵抗が高く、変換効率が高い太陽電池とすることができる。さらに、本発明の太陽電池は、絶縁膜の直下において、基板自体と直接結合するコンタクト部がライン状に連続して形成されたものである。そのため、図１６（２）に示すような、コンタクト部同士を接続するための１工程を削減することができ、歩留りが高く安価な太陽電池を製造することができる。
　以下、本発明の太陽電池の各構成についてより詳細に説明する。
［第１導電型の半導体基板］
　本発明に用いることができる半導体基板は特に限定されない。例えば、Ｎ型シリコン基板を用いることができる。この場合、基板の厚さは、例えば、１００～２００μｍ厚とすることができる。基板の主面の形状及び面積は特に限定されない。
［コンタクト部］
　第１のコンタクト部及び第２のコンタクト部の材料としては、例えば、銀粉末とガラスフリットを有機物バインダで混合した流動性のあるペースト（以下、焼結ペーストとも記載する。）を用いることができる。
　上述のように、絶縁膜の直下において、基板自体と直接結合するコンタクト部がライン状に連続して形成されたものである必要があるが、その他の箇所において、コンタクト部の形状は特に限定されない。例えば、絶縁膜が形成された箇所以外の箇所におけるコンタクト部の形状が、ドット状、ライン状、又はこれらの形状の組み合わせのいずれかであることが好ましい。例えば、当該箇所におけるコンタクト部の形状がドット状であれば、コンタクト面積をより小さくすることができる。これにより、パッシベーション領域を広くし、開放電圧を増加させることができる。
　また、バスバー電極の直下に形成された絶縁膜の幅と長さがバスバー電極よりも大きいことが好ましい。このように設計することで、第１のバスバー電極と第２のコンタクト部を十分に離間することができ、第２のバスバー電極と第１のコンタクト部を十分に離間することができる。また、このような設計により、絶縁膜がコンタクト部の側面を十分に覆うことができる。従って、異なる導電型用の電極間の絶縁を確実に達成することができる。
［絶縁膜］
　絶縁膜は、少なくともバスバー電極の直下の全域に形成されている。絶縁膜の数及び形状等は特に限定されない。図１に示すように、絶縁膜はライン状に連続したものであることが好ましい。絶縁膜の形状の他の一例として、図８に示す形状を挙げることができる。ここで、図８は、本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図である。図８では、絶縁膜２５´を大きく形成し、図１における絶縁膜２４（第１のバスバー電極３７の直下の絶縁膜）と絶縁膜２５（第２のバスバー電極３８の直下の絶縁膜）とを一体化して形成する態様を示している。ただし、電極構造を立体構造とし、同じ導電型用のバスバー電極とフィンガー電極を接触させるため、絶縁膜２５´の一部は図８に示したように開口されている。絶縁膜を図８の形状とすれば、コンタクト部とそれ以外の部分の高さが均等となるため、次工程の集電部を印刷で形成する際に位置ずれを回避することができる。図１、図８に示される絶縁膜はバスバー電極が基板と直接接触することを防止し、かつ、バスバー電極を形成する領域の凹凸を減少させることによりバスバー電極の形成時に滲みが発生してシャントすることを防止する。
　なお、絶縁膜は、通常、バスバー電極直下のコンタクト部の側部と上部を覆うように形成されている。絶縁膜は、バスバー電極の幅と長さよりも大きいことが好ましい。
　絶縁膜の厚みは、１～６０μｍであることが好ましい。より好ましくは５～４０μｍ程度、特に好ましくは１０～３０μｍである。このような厚みとすることにより、絶縁性をより向上させることができる。また、過度に絶縁膜を形成することもないため、所望の太陽電池をより低コストで製造することができる。
　この絶縁膜は、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂及びポバール樹脂から一つ以上選択された樹脂を含有する材料からなるもの（以下、絶縁材料とも記載する。）であることが好ましい。特に、集電部及びバスバー電極を形成する際、熱処理を実施する場合には、耐熱性樹脂を選択することが望ましい。例えば、シリコーン樹脂の主鎖であるシロキサン結合は、主鎖が炭素骨格からなる有機高分子材料と比較して、結合エネルギーが大きく、安定しているため耐熱性や耐候性に優れている。また、他の樹脂も分子鎖に芳香環を設けることにより高耐熱性を有した材料となる。
［集電部、バスバー電極］
　集電部及びバスバー電極は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される１種類以上の導電性物質を含有し、さらにエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種類以上の樹脂を含有する材料からなるものであることが好ましい。このような電極材料からなるものであれば、ガラスフリットを含む必要がないので、加熱時に電極材料がシリコン基板等の半導体基板と直接結合することがなく、コンタクト面積の増加が抑制される。
　バスバー電極の本数は特に限定されないが、その合計が４本以上、１０本以下であることが好ましい。これにより、フィンガー電極の配線抵抗を減少し、変換効率を向上することができる。なお、バスバー電極の形状は特に限定されない。例えば、バスバー電極の形状は、バスバー電極の長手方向に分断された不連続の形状とすることができる。バスバー電極の形状としては、ライン状に連続したものであることが好ましい。このような形状であれば、容易に作製することができる。
　また、図１等に示すように、集電部とバスバー電極は直角に交わるように形成することができる。
　なお、第１のフィンガー電極は、通常、第１導電型の領域の長手方向に沿った方向に形成されている。第２のフィンガー電極は、通常、第２導電型の領域の長手方向に沿った方向に形成されている。フィンガー電極は、通常、複数形成されている。
［太陽電池の製造方法］
　図６は、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。以下、図６の（ａ）～（ｌ）に示す模式的断面図を参照して、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例について説明する。特に、Ｎ型シリコン基板の場合を例にとって説明する。また、以下では、第１導電型の領域をＮ型拡散層、第２導電型の領域をＰ型拡散層とも記載する。以下で説明する方法は典型例であり、本発明はこれに限定されない。
　まず、一方の主表面が受光面となり、もう一方の主表面が裏面となる第１導電型の半導体基板として、例えば１００～２００μｍの厚さを有するＮ型シリコン基板１３を用意する。このＮ型シリコン基板１３の一方の主表面が受光面となり、もう一方の主表面が裏面となる。次に、図６（ａ）に示すように、このＮ型シリコン基板１３の受光面となる面（以下「Ｎ型シリコン基板の受光面」という。）の反対側の面である裏面（以下「Ｎ型シリコン基板の裏面」という。）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク３１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。
　その後、図６（ｂ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の受光面にテクスチャ構造である凹凸形状１４をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、６０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。
　次に、図６（ｃ）を用いて次工程を説明する。図６（ｃ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の裏面に形成したテクスチャマスク３１を除去後、Ｎ型シリコン基板１３の受光面と裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスク３２、３３を形成する。Ｎ型拡散層が形成される箇所に、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し、加熱処理によりＮ型拡散層が形成される箇所の拡散マスク３２が除去され、基板が露出する。パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。このエッチングペーストは、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。この処理は、フォトリソグラフィ法を用いて行ってもよい。
　その後、ＰＯＣｌ３を用いた気相拡散によって、Ｎ型シリコン基板１３の裏面の露出した箇所に、Ｎ型不純物であるリンが拡散してＮ型拡散層２０が形成される。Ｎ型拡散層はリン酸などのＮ型不純物をアルコールや水に溶解させた溶液をスピン塗布し、熱拡散することでも形成が可能である。
　次に、図６（ｄ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３に形成した拡散マスク３２及び拡散マスク３３、並びに拡散マスク３２、３３にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気雰囲気中で熱酸化を行い、酸化シリコン膜３４を形成する。
　次に、図６（ｅ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の裏面のＰ型拡散層が形成される箇所に、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し、加熱処理によりＰ型拡散層が形成される箇所の拡散マスク３４が除去され、基板が露出する。パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。このエッチングペーストは、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。
　図６（ｆ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の裏面に、ホウ酸などのＰ型不純物源をアルコールや水に溶解させた溶液をスピン塗布し、乾燥後、熱処理によりＮ型シリコン基板１３の裏面の露出した箇所にＰ型不純物であるボロンが拡散してＰ型拡散層２１が形成される。この際、Ｐ型拡散層２１はＢＢｒ３などの気相拡散法によっても形成することができる。
　次に、図６（ｇ）を用いて次工程を説明する。図６（ｇ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３に形成した酸化シリコン膜３４、および酸化シリコン膜３４にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。その後、Ｎ型シリコン基板１３の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスクを兼ねた第１裏面パッシベーション膜１９をＣＶＤ法、またはＳＯＧ（スピンオングラス）の塗布、焼成により形成する。
　その後、図６（ｈ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の受光面にリン酸などのＮ型不純物をアルコールや水に溶解させた溶液をスピン塗布し、熱拡散する手法か、ＰＯＣｌ３による気相拡散法などにより、受光面拡散層であるｎ－層（ＦＳＦ層１５）を形成してもよい。
　次に、図６（ｉ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の裏面に窒化膜等による第２裏面パッシベーション膜１８をＣＶＤまたはスパッタ法で形成する。また、表面にも反射防止膜１６として、ＣＶＤまたはスパッタ法により窒化膜を形成してもよい。
　なお、本発明では、Ｎ型シリコン基板の裏面に第１導電型の領域（Ｎ型拡散層）２０及び第２導電型の領域（Ｐ型拡散層）２１を形成する方法は、図６（ａ）～（ｉ）に示す方法に限定されず、適宜変更可能である。
　次に、図６（ｊ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１３の裏面側に形成されたＮ型拡散層２０、Ｐ型拡散層２１に電極を形成する。
　図７は、本発明の太陽電池の電極の形成工程を示す平面図である。図７に示すように、第１のコンタクト部２６、第２のコンタクト部２７はシリコン基板とコンタクトを形成する電極である。これらのコンタクト部の電極パターンは、少なくともコンタクト部とバスバー電極が交差する領域において、ライン状に連続したパターンとする必要があるが、その他の箇所では楕円、矩形、ドットなどの不連続な形状でも良いし、ライン状でも良い。また、これらの形状を混在させてもよい。コンタクト部とバスバー電極が交差する領域においてコンタクト部をライン状に形成しておくことにより、その他の箇所において、コンタクト部がどんな形状であっても、例えば、第１のバスバー電極３７の直下の第２導電型の領域２１で発電した電流も収集することができる。
　また、基板面積に対する第１のコンタクト部、第２のコンタクト部の面積の割合を、それぞれ、１％～６％程度にすることが望ましい。例えば、フィンガー電極間の距離が１．５ｍｍピッチのときは、線幅は１４μｍ～９０μｍとなる。裏面電極（コンタクト部）のコンタクト面積をできるだけ小さくすることにより、パッシベーション領域が増加し、開放電圧の上昇が見込めるためである。
　このコンタクト部は、例えば、上記のようなライン状等のパターンを有する開口を持ったスクリーン製版を用いて、スクリーン印刷で形成することができる。他にもオフセット印刷や、インクジェット印刷、ディスペンサ、蒸着法などを用いて形成することも可能である。
　図６（ｊ）、図７を参照して、コンタクト部等の具体的な形成方法を説明する。まず、コンタクト部の材料として、上述の焼結ペーストを用い、上記のような印刷法でＮ型拡散層２０上又はＰ型拡散層２１上に焼結ペーストを形成する。次に、この焼結ペーストを５～３０分間、７００～８００℃の温度で焼成して、第１のコンタクト部２６又は第２のコンタクト部２７を形成することができる。この際、第１導電型の領域２０に接合された第１のコンタクト部２６及び第２導電型の領域２１に接合された第２のコンタクト部２７を、少なくとも一部にライン状に連続した形状を有するように形成する（図７（１））。後述のように、このライン状に連続した形状を有する部分において、コンタクト部とバスバー電極が交差する。
　このように、ガラスフリットを含有した焼結ペーストを用いることによって、焼成時にガラスフリットが溶融し、第２裏面パッシベーション膜１８及び第１裏面パッシベーション膜１９も同時に溶融し、これらの膜を貫通して電極が基板自体と直接結合するように接着する。なお、ｎ＋電極、ｐ＋電極（第１のコンタクト部、第２のコンタクト部）は同時に印刷し、同時に焼成してもよいし、印刷、焼成を順次行ってもよい。
　次に絶縁膜の形成について説明する。図６（ｋ）はＰ型用のバスバー電極（第２のバスバー電極）の断面図、図６（ｌ）はＮ型用のバスバー電極（第１のバスバー電極）の断面図である。それぞれ、図１に示す太陽電池のａ－ａ’断面図と、ｂ－ｂ’断面図を示している。
　絶縁膜２４、２５は、第１のコンタクト部２６及び第２のコンタクト部２７におけるライン状に連続した形状を有する部分の上部と側部を覆うように形成する（図７（２））。
　絶縁膜の材料としては、上述したシリコーン樹脂等の樹脂を含有する材料からなるもの（絶縁材料）を用いることができる。この材料を太陽電池基板上に形成するため、溶剤を添加し流動性を付与したペースト状態のもの（絶縁ペースト）を使用すると良い。流動性があればオフセット印刷やスクリーン印刷、およびディスペンサなどを用いることができる。
　例えば、図７に示すような絶縁膜のパターンを形成するために、このパターンと同様の形状の開口を持ったスクリーン製版を用いることができる。このスクリーン製版を用い、スクリーン印刷により、Ｎ型シリコン基板１３の所定の位置に絶縁ペーストを塗布し、３５０℃以下で５分～３０分熱処理を行うことで絶縁ペーストを硬化し、絶縁膜を形成することができる（図７（２））。また、絶縁膜を全面に形成したのち、フォトリソグラフィを用いてエッチング処理およびパターン処理を行う方法を用いて、所望の位置に絶縁膜を形成してもよい。
　次に、第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極の形成方法について説明する。前述のように、図１２に示す作製方法では、バスバー電極が基板に直接触れてシャントしたり、絶縁膜を部分的に形成することによる基板表面の凹凸により、バスバー電極の形成時に滲みが発生して（図１３）、絶縁膜からはみ出てしまい、異なる導電型用の電極同士が接続されるなどのおそれがあった。このような不具合が生じると、太陽電池の並列抵抗が低下して変換効率が低下するという問題があった。
　このため、本発明ではこの工程で、絶縁膜２４、２５上のみにおいて第１のバスバー電極３７及び第２のバスバー電極３８を形成する。特に、バスバー電極の形状を、図７に示すように、ひとつなぎの長方形とする場合、絶縁膜をひとつなぎの長方形で形成する。すなわち、絶縁膜をバスバー電極の直下に形成する。これにより、バスバー電極を形成する領域の凹凸が小さくなる。本発明では、バスバー電極は、Ｎ型シリコン基板１３及びコンタクト部とは直接接触せず、両者の間には絶縁膜が挿入されている構造となる。絶縁膜の面積を小さくするとき、絶縁膜とバスバー電極とは同一形状となるが、本発明においては、絶縁膜の幅と長さはバスバー電極よりも大きくすることが好ましい。これにより、バスバー電極と基板はより確実に隔離される。また、バスバー電極を形成する領域の凹凸が減少するため、バスバー電極形成時の滲みを抑制することが可能である。なお、バスバー電極をスクリーン印刷で形成する際、幅方向の滲みを極力抑制するために、印刷方向とバスバー電極の長手方向を略並行にすることが望ましい。
　次に、第１の集電部及び第２の集電部の形成方法について説明する。本発明ではこの工程で、第１のコンタクト部２６上に、第１のバスバー電極３７と電気的に接合された第１の集電部３５を形成し、第２のコンタクト部２７上に、第２のバスバー電極３８と電気的に接合された第２の集電部３６を形成する（図７（３））。
　この際、第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極を形成する工程と、第１の集電部及び第２の集電部を形成する工程とを同時に行うことが好ましい。これにより工程数を更に削減することができ、より低コストで変換効率の高い太陽電池を製造することができる。
　なお、スクリーン印刷等の印刷法を用いて集電部を形成する場合、集電部の形状（パターン）は、図１８～２１に示すような形状とすることが好ましい。図１８～２１では、集電部を右から左へ印刷することを想定している。一般に、印刷の刷り終わり（例えば、図２及び図８の破線部）は、印刷物が太りやすい。ここで、集電部の形状が、図１８～２１に示すような形状であれば、集電部の印刷の刷り終わりがコンタクト部上には存在せず、絶縁膜上にのみ存在することとなる。従って、これらの形状であれば、コンタクト部上において、集電部を形成するための印刷物が太るのを防ぎ、集電部線幅がコンタクト部線幅より広がるのを防ぐことができる。その結果、シャントしにくい太陽電池を容易に作製することができる。なお、図１８、１９は、本発明の太陽電池の一部分を拡大した拡大図であり、図２に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す拡大図である。図２０、２１は、本発明の太陽電池の一例を示す上面模式図であり、図８に示す太陽電池に対して、集電部の形状を変更したものを示す模式図である。
　ここで、バスバー電極の上部にはタブ線と呼ばれるＰｂ－ＳｎなどでコーティングされたＣｕ配線をハンダ付けした後、太陽電池はガラスと封止材の間に封止され、屋外曝露されたときにも出力が維持できるよう、モジュール化される。このためバスバー電極はタブ線との接着力を有していれば、連続していても不連続であっても良い。
　集電部及びバスバー電極を形成するための材料としては、上述のＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される１種類以上の導電性物質を含有し、さらにエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種類以上の樹脂を含有する熱硬化ペーストを用いることが望ましい。このような熱硬化ペーストであれば、絶縁膜の材料として好適に用いられる有機物を含む絶縁材料が分解することのない４００℃未満の温度で、電極形成のための熱処理を行うことができるためである。
　例えば、スクリーン印刷法で所定の場所に溶剤を添加した熱硬化ペーストを塗布したのち、乾燥させ、３５０℃以下で５～３０分加熱し、硬化させる。この方法では、熱硬化ペーストが、コンタクト部の材料である焼結ペーストのようにガラスフリットを含まないため、加熱時に電極材料（熱硬化ペースト）がシリコン基板と直接結合することがなく、コンタクト面積の増加が抑制される。このような熱硬化樹脂のペーストを用いて、タブ線とバスバー部を接触させてから熱処理を行ってもよい。このようにするとハンダ付けなしでタブ線とバスバー部を接着することができる。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例及び比較例）
　本発明の有効性を確認するため、以下の工程を半導体基板１００枚（実施例１、比較例１について５０枚ずつ）について行い、太陽電池１００枚を作製した。バスバー電極は３組設けた。
　図６に示すように、まず、１５ｃｍ角、２００μｍ厚のＮ型シリコン基板１３の裏面に、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を２００ｎｍ形成し、テクスチャマスク３１とした（図６（ａ））。その後、Ｎ型シリコン基板１３の受光面にイソプロピルアルコールを添加した水酸化カリウム溶液によりテクスチャ構造（凹凸形状）１４を形成した（図６（ｂ））。
　次にＮ型シリコン基板１３の裏面に形成したテクスチャマスク３１をフッ酸溶液で除去した後、Ｎ型シリコン基板１３の受光面と裏面に拡散マスク３２、３３として酸化シリコン膜を熱酸化により形成した。Ｎ型拡散層が形成される箇所に、リン酸を主成分としたエッチングペーストをスクリーン印刷で塗布し、加熱処理によりＮ型拡散層が形成される箇所の拡散マスク３２が除去され、基板を露出させた（図６（ｃ））。パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去した。その後、ＰＯＣｌ３を用いた気相拡散によって、Ｎ型シリコン基板１３の裏面の露出した箇所に、Ｎ型不純物であるリンを拡散させてＮ型拡散層２０を形成した（図６（ｃ））。
　次に、Ｎ型シリコン基板１３に形成した拡散マスク３２及び拡散マスク３３、並びに拡散マスク３２、３３にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素による熱酸化を行い、酸化シリコン膜３４を形成した（図６（ｄ））。次に裏面のＰ型拡散層２１が形成される箇所の酸化シリコン膜３４をエッチングにより除去した（図６（ｅ））。
　さらに、Ｎ型シリコン基板１３の裏面に、ホウ酸を含有した水溶液をスピン塗布し、乾燥後、熱処理によりＮ型シリコン基板１３の裏面の露出した箇所にＰ型不純物であるボロンを拡散してＰ型拡散層２１を形成した（図６（ｆ））。
　次に、図６（ｇ）～（ｉ）に相当する工程として、Ｎ型シリコン基板１３に形成した酸化シリコン膜３４および酸化シリコン膜３４にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去し、続いてＣＶＤ法により表面と裏面にパッシベーション膜として窒化シリコン膜を形成した。ここまでの工程は、実施例１及び比較例１で共通して行った。続いて、電極の形成を行った。
［実施例１］
　実施例１では、図２、７に示すようなパターンのコンタクト部、絶縁膜、集電部及びバスバー電極を形成した（図６（ｊ）～（ｌ））。
　まず、幅１００μｍのライン状のパターンのコンタクト部を形成した。具体的には、拡散層上の所定の箇所にＡｇ粒子、ガラスフリット、バインダー、溶剤からなる導電性ペースト（焼結ペースト）をスクリーン印刷により塗布し、乾燥、７００℃、５分の焼成を行い、第１のコンタクト部２６及び第２のコンタクト部２７を形成した。次に、バスバー電極直下に、上記フィンガー電極（コンタクト部）と直交するように、幅３ｍｍ（フィンガー電極長手方向）、長さ１５０ｍｍ（バスバー電極長手方向）の絶縁膜を形成した。絶縁膜の材料として、ポリイミドペーストを用い、このペーストをスクリーン印刷により所定の箇所に塗布し、１５０℃で、２０分加熱し硬化させ、絶縁膜を形成した。
　次に、幅１００μｍの集電部と、１．２ｍｍ幅で長さが１４８ｍｍのバスバー電極を同時に形成した。集電部とバスバー電極の材料としては、Ａｇ粒子と、熱硬化樹脂からなる導電性ペースト（熱硬化ペースト）を用いた。この熱硬化ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥し、２００℃で３０分間加熱して硬化させ、第１の集電部３５、第２の集電部３６、第１のバスバー電極３７及び第２のバスバー電極３８を同時に形成した。
［比較例１］
　比較例１では、図９、１２に示すようなパターンのコンタクト部、絶縁膜、集電部及びバスバー電極を形成した。
　まず、幅１００μｍのライン状のパターンのコンタクト部を形成した。具体的には、拡散層上の所定の箇所にＡｇ粒子、ガラスフリット、バインダー、溶剤からなる導電性ペースト（焼結ペースト）をスクリーン印刷により塗布し、乾燥、７００℃、５分の焼成を行い、第１のコンタクト部１２６及び第２のコンタクト部１２７を形成した。次に、絶縁領域（異なる導電型用のフィンガー電極とバスバー電極が交差する領域）のみに長さ３ｍｍ（フィンガー電極長手方向）、幅５００μｍ（バスバー電極長手方向）の絶縁膜を形成した。絶縁膜の材料として、ポリイミドペーストを用い、このペーストをスクリーン印刷により所定の箇所に塗布し、１５０℃で、２０分加熱し硬化させ、絶縁膜を形成した。
　次に、幅１００μｍの集電部と、１．２ｍｍ幅で長さが１４８ｍｍのバスバー電極を同時に形成した。集電部とバスバー電極の材料としては、Ａｇ粒子と、熱硬化樹脂からなる導電性ペースト（熱硬化ペースト）を用いた。この熱硬化ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥し、２００℃で３０分間加熱して硬化させ、第１の集電部１３５、第２の集電部１３６、第１のバスバー電極１３７及び第２のバスバー電極１３８を同時に形成した。
　このようにして作製した太陽電池１００枚について、ソーラーシミュレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価を行った。また、太陽電池の並列抵抗を測定した。結果を表１に示す。表１中には、並列抵抗が１０００Ωｃｍ２を超えた基板の比率を示した。表１中の変換効率は、実施例１、比較例１それぞれの太陽電池５０枚ずつの平均を示すものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、実施例１及び比較例１の実験結果を示す表である。表１に示すように、比較例１では並列抵抗が１０００Ωｃｍ２以下の割合が多く、変換効率が大きく低下していたが、実施例１では、並列抵抗は十分高く、高い変換効率の太陽電池が得られた。これは、バスバー電極の直下の全域に絶縁膜が形成されているため、バスバー電極と基板が直接接することがなくなったためである。また、絶縁膜表面（バスバー電極を形成する領域）が平坦となり、バスバー電極形成時の滲みを抑制でき、その結果、第１のフィンガー電極及び第２のバスバー電極、並びに第２のフィンガー電極及び第１のバスバー電極がそれぞれ接触しなくなったためである。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (8)

  1. 　一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とする第１導電型の半導体基板を備え、該半導体基板が、前記裏面において、前記第１導電型の領域と、前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型の領域とを有するものである太陽電池であって、
    　前記第１導電型の領域に接合された第１のコンタクト部と、該第１のコンタクト部上に形成された第１の集電部とからなる第１のフィンガー電極、
    　前記第２導電型の領域に接合された第２のコンタクト部と、該第２のコンタクト部上に形成された第２の集電部とからなる第２のフィンガー電極、
    　前記第１の集電部と電気的に接合された第１のバスバー電極、及び、
    　前記第２の集電部と電気的に接合された第２のバスバー電極
    　を備え、
    　少なくとも前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極の直下の全域に絶縁膜を備え、該絶縁膜上において、前記第１の集電部及び前記第１のバスバー電極、並びに前記第２の集電部及び前記第２のバスバー電極の前記電気的な接合がされたものであり、
    　少なくとも前記絶縁膜の直下において、前記第１のコンタクト部及び前記第２のコンタクト部がライン状に連続したものであることを特徴とする太陽電池。
  2. 　前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極がライン状に連続したものであり、前記絶縁膜がライン状に連続したものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極の本数の合計が４本以上、１０本以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
  4. 　前記絶縁膜が、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂及びポバール樹脂から一つ以上選択された樹脂を含有する材料からなるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
  5. 　前記絶縁膜の厚みが１～６０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池。
  6. 　前記第１の集電部、前記第２の集電部、前記第１のバスバー電極及び前記第２のバスバー電極が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される１種類以上の導電性物質を含有し、さらにエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種類以上の樹脂を含有する材料からなるものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池。
  7. 　一方の主表面が受光面であり、もう一方の主表面が裏面である第１導電型の半導体基板を備え、該半導体基板の前記裏面において、前記第１導電型の領域と、前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型の領域とを有する太陽電池を製造する方法であって、
    　前記裏面に、前記第１導電型の領域及び前記第２導電型の領域を形成する工程と、
    　前記第１導電型の領域に接合された第１のコンタクト部及び前記第２導電型の領域に接合された第２のコンタクト部を、少なくとも一部にライン状に連続した形状を有するように形成する工程と、
    　前記第１のコンタクト部及び前記第２のコンタクト部における前記ライン状に連続した形状を有する部分の上部と側部を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
    　前記絶縁膜上のみにおいて第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極を形成する工程と、
    　前記第１のコンタクト部上に、前記第１のバスバー電極と電気的に接合された第１の集電部を形成し、前記第２のコンタクト部上に、前記第２のバスバー電極と電気的に接合された第２の集電部を形成する工程と
    を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  8. 　前記第１のバスバー電極及び第２のバスバー電極を形成する工程と、前記第１の集電部及び第２の集電部を形成する工程とを同時に行うことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
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