太陽電池およびその製造方法
【課題】変換効率および信頼性の向上した裏面電極型太陽電池および、電極形成工程の少ない、導電性ペーストを用いた裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の太陽電池は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、上記第１電極と第２電極とは焼成電極であり、第１電極および第２電極のうち少なくとも第１電極は、その表面に導電性被覆層を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の太陽電池は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、上記第１電極と第２電極とは焼成電極であり、第１電極および第２電極のうち少なくとも第１電極は、その表面に導電性被覆層を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、より詳細には裏面電極型太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面とその反対側にある裏面とにそれぞれ電極を形成して製造されたものが主流となっている。また、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電解効果により高出力化を図ることも検討されている。
【０００３】
上記のように受光面側に電極を形成する場合は、該電極によるシャドーロスが問題となる。このような問題を解決するものとして、シリコン基板の受光面には電極を形成せず、シリコン基板の裏面にｐｎ接合を形成するいわゆる裏面接合型太陽電池（以下において、裏面電極型太陽電池という）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４５５７８７号明細書
【特許文献２】特開２００６−０４１１０５号公報
【特許文献３】特開２００６−３３２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された電極の形成方法は、ｎ型電極、ｐ型電極をパターン形成するために、高価なレジストを用いたり、複雑なエッチング工程を有していた。また、簡易な電極の形成方法として、たとえば銀などの金属粉末を含有する導電性ペーストを直接パターン印刷し、焼成することで電極（焼成電極）を形成する方法が検討されている（たとえば、特許文献２参照）。従来一般的に使用されてきた銀を主成分とする焼成電極は、接続材料としてはんだを使用することで、銀−錫合金が部分的に形成され、従来から長期使用時の特性低下の要因の一つと考えられてきた。さらに裏面電極型太陽電池は従来構造の太陽電池と比べ、構造上ｎ型電極とｐ型電極が狭ピッチで対向しているため、マイグレーションについて考慮する必要があるが、特に、焼成電極で一般的に使用されている銀はマイグレーションを起こしやすい金属であることがわかっている。
【０００６】
また、電極の直列抵抗を下げることでF.F.（曲線因子）が向上しセル特性が向上するが、ガラスフリットを含有する電極ペーストを焼成するとパッシベーション膜をファイヤースルーする可能性があった。このようなファイヤースルーは短絡の原因となりうるため、拡散領域を超える電極幅の設計は困難であり、電極幅を十分にとることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、変換効率および信頼性の向上した裏面電極型太陽電池を提供することをその目的とする。また、本発明の別の目的は、電極形成工程の少ない、導電性ペーストを用いた裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の裏面電極型太陽電池は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、上記第１電極と第２電極とは焼成電極であり、第１電極および第２電極のうち少なくとも第１電極は、その表面に導電性被覆層を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記導電性被覆層は、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金またはアルミニウムからなることが好ましい。また、本発明の裏面電極型太陽電池は、上記第１電極および第２電極の表面に導電性被覆層を備える態様としてもよい。
【００１０】
また、本発明は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法であって、第１電極と第２電極とを導電性ペーストを焼成して形成する工程と、焼成して形成された第１電極と第２電極のうち少なくとも第１電極表面上に導電性被覆層を形成する工程とを含み、導電性被覆層を形成する工程は、焼成して形成された第１電極または第２電極表面上に選択的に導電性被覆層が形成される工程である裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。
【００１１】
上記導電性被覆層を形成する工程は、電気めっきにより行ない、半導体基板をめっき液に浸漬した状態で、半導体基板を搬送しながら通電性ローラを用いて焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成することが好ましい。また、別の態様として、導電性被覆層を形成する工程は、無電解めっきにより行ない、焼成して形成された第１電極または第２電極の金属成分を自己触媒として、焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する態様とすることができる。本発明の製造方法は、さらに別の態様として、導電性被覆層を形成する工程は、半導体基板に形成されたｐｎ接合の起電力により、焼成して形成された第１電極および第２電極のいずれか一方に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する態様を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池の裏面における焼成電極上に導電性被覆層を設けることによって高い信頼性、高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の太陽電池の裏面電極を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図３】（ａ）は電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を図解する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上面から見た平面図である。
【図４】無電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図５】太陽電池における貫通孔の形成を説明する概略図である。
【図６】ｐｎ接合の起電力を用いた無電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１５】
＜実施の形態１＞
本発明の裏面電極型太陽電池は、図１に示すように、第１導電型の半導体基板１の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域６と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域５とを備え、第１ドーピング領域６上に形成された第１電極１２と、第２ドーピング領域５上に形成された第２電極１１とを含む。上記第１導電型がｐ型である場合には第２導電型がｎ型となり、第１導電型がｎ型である場合には第２導電型がｐ型となる。第１ドーピング領域は半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の領域であり、第２ドーピング領域は第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の領域である。
【００１６】
また、第１導電型がｐ型である場合には、第１導電型のドーパントとしては、たとえばボロンまたはアルミニウムなどのｐ型ドーパントを用いることができ、第１導電型がｎ型である場合には、第１導電型のドーパントとしては、たとえばリン、ヒ素などのｎ型ドーパントを用いることができる。
【００１７】
また、第２導電型がｎ型である場合には、第２導電型のドーパントとしては、たとえばリン、ヒ素などのｎ型ドーパントを用いることができ、第２導電型がｐ型である場合には、第２導電型のドーパントとしては、たとえばボロン、アルミニウムなどのｐ型ドーパントを用いることができる。
【００１８】
上記のような構造の裏面電極型太陽電池は、図１に示すように、第１ドーピング領域６と第２ドーピング領域５の表面にパッシベーション膜３を備える。パッシベーション膜３は、パッシベーション（passivation；結晶粒界不活性化）のために必要とされる膜、より具体的にはウェハ表面をパッシベーションする効果を持つ膜をいう。パッシベーション膜３としては、不純物拡散の障壁となる性質を有する膜であれば特に制限はないが、酸化シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウムからなる膜が挙げられる。これらの膜は焼成によって電極を形成する場合において、パッシベーション膜形成後の高温処理工程でパッシベーション膜の特性が低下することがないことが好ましい。上記ドーピング領域形成面と反対側の面（受光面）は、図示していないがテクスチャ構造としており、その表面には反射防止膜を形成することが好ましい。
【００１９】
以下に、図２（ａ）〜図２（ｉ）の模式的断面図を参照して、図１に示す太陽電池の裏面電極の製造方法の一例について説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１を用意する。ここで、半導体基板１としては、半導体からなる基板であれば特に限定されず用いることができるが、たとえばシリコンインゴットからスライスして得られるシリコン基板などを用いることができる。また、半導体基板１の導電型も特に限定されず、ｎ型の導電型を有していてもよく、ｐ型の導電型を有していてもよく、ｎ型およびｐ型のいずれの導電型を有していなくてもよい。本実施の形態においては、半導体基板１としてｎ型のものを用いた場合について説明する。
【００２１】
半導体基板１としてシリコン基板を用いる場合には、たとえば、シリコンインゴットのスライスにより生じたスライスダメージを除去したシリコン基板を用いてもよい。なお、上記のスライスダメージの除去は、たとえば、スライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。
【００２２】
上記半導体基板１の大きさおよび形状は特に限定されず、たとえば実用面からは厚さを１００μｍ以上３００μｍ以下とし、１辺の長さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とした四角形状の表面を有するものとすればよい。
【００２３】
本発明の太陽電池の受光面には、必要に応じてテクスチャ構造４を形成する。なお、図２においてテクスチャ構造４を便宜上直線で示しているが、テクスチャ構造としては、微小な凹凸が形成されていればよく、たとえば間隔を開けて三角柱が形成されたピラミッド型構造、クレータのような無数の穴が形成された構造、かまぼこ状に突起した構造、間隔を開けずに連続して三角柱が形成されたプリズム型など、公知の立体形状とすることができる。このような半導体基板１の受光面におけるテクスチャ構造４は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１の裏面に酸化シリコン膜からなるテクスチャマスク７を常圧ＣＶＤ法により形成して、裏面側をマスクした後に形成される。受光面におけるテクスチャ構造４は、たとえばテクスチャマスク７を形成した半導体基板１をエッチング液や反応性プラズマを用いてエッチングすることにより形成することができる。上記エッチング液としては、水酸化ナトリウムや、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た溶液を例示することができる。エッチングにおいて上記エッチング液はたとえば７０℃以上８０℃以下に加熱して用いる。テクスチャ構造４を形成した後に、半導体基板１の裏面のテクスチャマスク７はフッ化水素水溶液などを用いて除去される。上記テクスチャマスク７は、エッチング液に不溶であり除去溶液であるフッ化水素溶液などに可溶なものであればいずれも用いることができる。なお、受光面側にテクスチャ構造４を要しない場合には、上記図２（ｂ）に示す工程を省略できることは言うまでも無い。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面に酸化シリコン膜からなる拡散マスク８を形成し、裏面の拡散マスク８に開口部を形成する。まず、半導体基板１の受光面および裏面のそれぞれに拡散マスク８を常圧ＣＶＤ法により形成する。そして、拡散マスク８の上から所望の開口部のパターン形状にエッチングペーストを塗布した後に加熱処理を施して、続いて洗浄によりエッチングペーストの残渣を除去すると、拡散マスク８に開口部が形成された半導体基板１が得られる。本実施の形態において、該開口部は、後述するｐ+層の箇所に相当する部分に形成されるものとする。また、上記エッチングペーストとしては、酸化シリコン膜をエッチングするための公知のエッチング成分を含有するものである。
【００２５】
上記のように形成した開口部においてｐ型不純物を拡散した後、拡散マスク８をフッ化水素（ＨＦ）水溶液などでクリーニングして、図２（ｄ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５を形成する。ｐ型不純物の拡散は、半導体基板１の露出した裏面に対して、たとえばＢＢｒ3を原料として用いた気相拡散により行なうことができる。拡散後、半導体基板１の受光面および裏面の上記拡散マスク８と、ＢＢｒ3由来のボロンの拡散により形成されたボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）とをフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
【００２６】
次に、第１ドーピング領域６を形成するために、図２（ｅ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面に拡散マスク８を形成し、裏面の拡散マスク８に開口部を形成する。拡散マスク８の開口部は、後述するｎ+層６の箇所に相当する部分に形成される。開口部の形成方法は、上記第２ドーピング領域５を形成する際の方法と同様の方法により行なえばよい。
【００２７】
その後、上記第２ドーピング領域５の形成と同様の工程により、図２（ｆ）に示すように、ｎ+層である第１ドーピング領域６を形成する。すなわち、上記のように形成した開口部においてｎ型不純物を拡散した後、拡散マスク８をフッ化水素水溶液などでクリーニングする。ｎ型不純物の拡散は、たとえば図２（ｅ）に示す半導体基板１の露出した裏面に対するＰＯＣｌ3を原料として用いた気相拡散により行なうことができる。拡散後、半導体基板１の受光面および裏面の上述した拡散マスク８と、ＰＯＣｌ3由来のリンが拡散して形成されたリンシリケートガラス（ＰＳＧ）とをフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去して、図２（ｆ）に示すように、第１ドーピング領域６と第２ドーピング領域２とを半導体基板１の裏面に形成する。
【００２８】
その後、図２（ｇ）に示すように、半導体基板１の受光面に窒化シリコン膜からなる反射防止膜２、裏面に酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜３を形成する。まず、半導体基板１の裏面にたとえば熱酸化により酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜３を形成する。次いで半導体基板１の受光面にたとえばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる反射防止膜２を形成する。
【００２９】
続いて、太陽電池の裏面電極と各ドーピング領域との導通を確保するために、図２（ｈ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５およびｎ+層である第１ドーピング領域６の一部を露出させて、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、半導体基板１の裏面のパッシベーション膜３の一部をエッチングペーストを用たエッチングにより除去することにより形成される。
【００３０】
次に、図２（ｉ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５の露出面およびｎ+層である第１ドーピング領域６の露出面のそれぞれにコンタクトホールを通して接触するｐ型の第２電極１１およびｎ型の第１電極１２を形成する。本発明において、これら第１電極１２と第２電極１１とは焼成電極からなる。すなわち、これらの焼成電極は、所望のパターンで導電性ペーストを塗布した後、該導電性ペーストを焼成する工程を経て形成される。本発明において、ｐ型とｎ型電極間距離（ピッチ）は０．２ｍｍ〜１ｍｍとすることが好ましい。
【００３１】
上記導電性ペーストとしては、太陽電池の電極として用いられるものであれば特に限定されないが、たとえば、アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの金属粉末を主成分とし、ガラスフリットと、有機質ビヒクルと、有機溶媒とを含む導電性ペーストが例示される。なお、導電性ペーストの好ましい組成としては、たとえば金属粉末が全体の６０〜８０質量％、ガラスフリットが全体の１〜１０質量％、有機質ビヒクルが全体の１〜１５質量％、残部を有機溶媒とする場合である。このような組成とすることによって、後述の導電性被覆層の形成を良好に行なうことができる。導電性ペーストの塗布は、スクリーン印刷、インクジェット方式など公知の印刷により行なうことができる。
【００３２】
ここで、上記焼成する工程において、上記金属粉末を主成分とするペースト材料は、酸化雰囲気炉中で４００℃以上の温度で焼成すると、樹脂成分である有機質ビヒクルは燃焼し、粉末の金属粒子は金属粒子同士の接点部分から固相金属拡散が生じて一体化した金属の塊となるので、導電性のある状態になる。またフリットは、ペースト材料に分散された状態で存在しているので、金属粒子同士の接点以外の３次元的に分布して残存することになり、その結果、半導体基板１表面と焼結金属との接着性を付与することができる。
【００３３】
上記の工程で得られた焼成電極は非常にその製法が簡便で生産性が高いが、電極表面に金属が露出しているため、酸化をはじめ周辺雰囲気により様々に反応し、セル特性を低下させるなどを起こす虞がある。特に、抵抗が低く、はんだ接続が可能であるとの理由で一般的に実用化されている銀を用いた焼成電極は、銀の特性上、周辺雰囲気による酸化や硫化が起こりやすいだけでなく、はんだ接続した場合、はんだの主成分である錫との化合物が形成されやすく、銀−錫化合物により電極の抵抗が高くなりセル特性を低下させることがある。また、狭ピッチにｐ型電極とｎ型電極とが形成されている裏面電極型太陽電池セルでは、マイグレーションに注意する必要があるが、様々な金属材料のなかで銀がもっともマイグレーションを起こしやすい金属であることが知られている。本発明においては、焼成電極上に焼成電極と異なる性質を示す導電性被覆層を設けることにより、簡易に形成できる生産性の高い焼成電極に高い信頼性を付与することができる。導電性被覆層は焼成電極に使用している金属と異なる金属を用いることが好ましく、焼成電極と異なる金属を少なくとも１種類以上含む単層または積層構造であってもよい。
【００３４】
また、太陽電池セルの性能を向上させるためには電極の抵抗を低減することが有効であり、上記のように焼成電極上に導電性被覆層を形成することで電極の断面積が大きくなり、電極の抵抗が低下することでセル特性の向上も見込める。
【００３５】
上記導電性被覆層は、焼成電極の表面を被覆するように設けるものであって、例えば、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金、アルミニウムなどのいずれかの金属からなる単層もしくは、これらを組み合わせた金属からなる単層、またはそれらの積層構造とすることが好ましい。導電性被覆層の厚さは特に限定されるものではないが、被覆層が厚い方が電極の抵抗低減効果大きくなるので好ましい。また、焼成電極はポーラスな形状なので、この空隙に析出し接点を多くするだけでも電極抵抗低減の効果が期待できる。
【００３６】
このような導電性被覆層の形成は、焼成電極表面との密着性に優れ、製造工程が容易であることからめっきにより行なうことが好ましい。めっきの方法としては、使用可能な金属種が豊富で、厚膜化も容易な電気めっきや、太陽電池の電極へ通電させる必要がないので、簡易な装置で製造可能で、生産性の高い無電解めっきや、また、特殊な方法として太陽電池の内部電界を利用するめっき法などがあげられる。これらのめっき方法では焼成電極表面へ選択的に被覆が可能（電極以外の部分へ導電性被覆層が形成されないため選択的となる）であり、めっき形成にたとえばレジストを用いてパターン形成するなどの複雑な工程が必要ないため、生産性が高い。
【００３７】
以下、電気めっきによる導電性被覆層の形成方法について説明する。まず、第１電極と第２電極を形成した半導体基板を活性剤を含む溶液に浸漬する。活性剤は一般的に既知のものを使用することができ、例えばフッ化アンモニウムを含有した水溶液に室温で１分間浸漬させることが好ましい。活性剤で処理後水洗し、図３（ａ）に示すように容器１６に充填しためっき液１５に浸漬させ電気めっきを行なう。図３（ａ）には電気めっきの一例を図解する概略図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部を上部から見た平面図である。めっき液１５としては例えば、硫酸銅、硫酸を含む既存の電気銅めっき液を用いることができる。電気めっきは一般的な既知の方法で行なうことができるが、太陽電池セルは２００μｍ以下のシリコン基板を用いて形成されており、非常に割れやすいので、太陽電池セルの電極に通電させるための冶具としてクリップのようなもので挟むのではなく、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、めっき液１５中で通電可能なローラ３１表面上にセル電極が接するように配置し、ローラ３１およびローラ３２を回転させることでめっき液１５中において半導体基板３０を搬送することで、太陽電池セルの第１電極１２または第２電極１１に電気を流し、めっき層を形成する方法が好ましい。この方法ではクリップで挟むような方法のように局所的に負荷がかかることが無く、太陽電池セルの割れ防止効果が大きく、また、個々ローラの位置を調整することでめっき厚の分布を抑えることができる。電気めっきに用いるめっき液１５は、ｐＨ１以下、温度２０℃に調整し、５分間の処理で４μｍ厚さの銅が析出した。
【００３８】
上記ローラ３１は、通電可能なものであり、ローラ本体３１ａおよび軸３１ｃとを備えた導電性のローラに対して、被めっき体である電極と接触しない部分などを絶縁物３１ｂおよび絶縁物３１ｅにより絶縁被膜を形成したものを用いることができる。このような絶縁被膜を備えたローラ３１を用いることで、ローラ本体へのめっき出力を抑制する。一方、ローラ３２は、半導体基板３０を支持および／または搬送するために設けるものであり、通電の必要がないことから、軸３２ｃのまわりのローラ本体を絶縁物３２ｂで形成したものを用いることができる。これらのローラの大きさは、半導体基板に合わせて適宜調製すればよい。
【００３９】
上記めっき液１５としては、導電性被覆層１４を形成する所望の金属イオンを含む従来公知のものを用いることができ、たとえば、塩化ニッケル、硫酸スズ、シアン化金カリウム、シアン化銀カリウム、ジアミンジクロロパラジウム塩などに適宜添加剤を加えた液を例示することができる。
【００４０】
本発明はこのように焼成電極表面に導電性被覆層１４を備えることによって、信頼性の高い太陽電池を提供することができるとともに電極の断面積が大きくなることで良好な導通を有することができる。また、本発明の製造方法によれば、焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができるため、簡易に所望の機能を得ることができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
本発明の太陽電池の製造方法について、めっき方法として無電解めっきによる導電性被覆層の形成方法について以下に説明する。めっき方法以外の説明は上記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００４２】
各焼成電極を形成する工程は、上記実施の形態１と同様である。半導体基板１の裏面に焼成電極である第１電極１２と第２電極１１とを形成した後に、図４に示すように、めっき液１５に浸漬することによって、所望の部分に導電性被覆層１４を形成することができる。
【００４３】
まず、第１電極と第２電極とを形成した半導体基板を活性剤に浸漬する。活性剤は実施の形態１において例示したものを用いればよい。活性剤で処理後水洗し、図４に示すようにめっき液に浸漬させ無電解めっきを行なう。めっき液としては、例えば、硫酸銅、ホルムアルデヒド、ＥＤＴＡ、水酸化ナトリウムを含む既存の還元型の銅めっき液を用いることができる。
【００４４】
上記無電解めっき方法では、焼成電極として銀を成分に含む電極を用い、かつ銀を自己触媒として用いることで、焼成電極表面に選択的に導電性被覆層を設ける。この方法によれば、焼成電極に選択的に導電性被覆層を形成できるだけでなく、通常無電解めっきで使用されるパラジウム触媒処理を省略できるので、工程省略および高価なパラジウムを使用しなくてよいためコスト低減となる。無電解めっきの一例として、上記のような銅めっき液をｐＨ１２、温度を５０℃に調整して３０分間浸漬させることにより、２μｍの厚さの銅の析出が得られた。
【００４５】
無電解めっきであるため、電気めっきに比べて導電性被覆層の厚さは大きくできないが、電気めっきのような通電装置が必要なく、めっき液に浸漬させるだけで焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができるので、作業性は向上する。
【００４６】
焼成電極を自己触媒とする方法は、上記のようにめっき液を強アルカリにする必要があるため、太陽電池に悪影響を与える虞がある。また、焼成電極の金属材料によっては自己触媒とならないものもあるが、この場合は、めっき処理の前にパラジウムなどの触媒処理を行なうことで無電解めっきを行なうこともできる。触媒処理は、まず上記と同様に活性剤で処理後水洗し、次いで触媒液に浸漬させればよい。触媒液としては、たとえば塩化パラジウムを含む酸性溶液中に浸漬し、焼成電極表面にパラジウムイオンを吸着させる。ここで、触媒は既知のものを使用することができるが、イオン性の触媒であることが好ましく、例えばパラジウム−錫系のコロイド触媒などを用いると焼成電極だけでなく太陽電池セル全面にめっきされてしまうため焼成電極表面上へ選択的に導電性被覆層を形成できなくなる。電極表面に触媒を付した後、次に、たとえば塩化ニッケル、塩化アンモニウムを含むｐＨ６．５の既存の還元型のニッケルめっき液に浸漬させることで、焼成電極表面上に選択的に導電性被覆層を形成することができる。
【００４７】
上記めっき液としては、その他、導電性被覆層１４を形成する所望の金属イオンを含む従来公知のものを用いることができ、たとえば、塩化銅、硫酸ニッケルなどに適宜添加剤を加えた液を例示することができる。
【００４８】
本発明は無電解めっきを用いることで、非常に簡易な方法により焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができ、焼成電極の問題点を補う導電性被覆層１４を備えることによって、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。
【００４９】
＜実施の形態３＞
本発明の太陽電池の製造方法について、太陽電池セルの内部電界を利用しためっきによる導電性被覆層の形成方法について以下に説明する。導電性被覆層の形成以外は、実施の形態１と同様のためその説明は省略する。
【００５０】
各焼成電極を形成する工程は、上記実施の形態１と同様である。ここで、半導体基板１においては、高い電流値を得るためには接合面積が大きくなるように、例えば、ｎ型半導体基板の場合、ｐ+層である第２ドーピング領域５が大きくなるように拡散層を形成している。例えば、上記特許文献３において、接合面積は６０％以上あることが好ましいことが述べられている。一般的に第１電極と第２電極は同じ幅（断面積）であることが、電極での抵抗ロスを低減するために効果的であるが、このように一方の拡散層の面積が大きいと図５の太陽電池セルの概略図に示すように、焼成電極である第２電極１１によりパッシベーション膜３に貫通孔３ａが形成され、異なる導電型の拡散層（第２ドーピング領域５）と接触してしまう状態になることがある。
【００５１】
すなわち、本発明の製造方法では、確実に半導体基板と電極とのコンタクトが得られようにコンタクトホール１１ａまたはコンタクトホール１２ａを設けているが、焼成電極には半導体基板１とのコンタクトを得るため、また、接着強度を確保するためにガラスフリットが含まれており、このガラスフリットの作用により電極焼成時に意図せずパッシベーション膜３を貫通して、貫通孔３ａが形成される虞がある。この貫通孔３ａにより、例えば、第１電極１２と第２ドーピング領域５との導通が形成され、短絡の原因となるおそれがある。これを防ぐためには図６のように、第１電極１２、第２電極１１を第１ドーピング領域６、第２ドーピング領域５内に収まるように形成すればよいが、このように形成すると、片側の電極幅が小さくなる。この場合、細い電極幅のために抵抗成分が増大し、太陽電池特性が低下してしまう傾向がある。
【００５２】
本発明によれば、細い方の電極に選択的に導電性被覆層を形成することでパッシベーション膜の貫通のおそれなく、各ドーピング領域よりも太く電極を形成することで、抵抗ロスを低減し、高い太陽電池特性を得ることができるとともに、焼成電極表面に選択的に導電性被覆層を形成することで信頼性の高い太陽電池を提供することができる。図６は、本実施の形態３におけるめっき方法を図解する概略図である。
【００５３】
このような選択的な導電性被覆層の形成方法としては、まず、第１電極と第２電極とを形成した半導体基板を活性剤に浸漬する。活性剤は実施の形態１において例示したものを用いればよい。活性剤で処理後水洗し、図６に示すように、容器１６に充填しためっき液１５に浸漬させめっきを行なう。図６では太陽電池２０を水平に設置し、受光面側に光（図６中、矢印）をあてているが、このような方法に限らず太陽電池２０に光があたっていればよい。太陽電池２０に光があたることで内部起電力が発生し、負側の電極にめっき液中で陽イオンとして存在している金属イオンが析出して、めっきがなされる。本方法は太陽電池の光起電力を利用しているので、太陽電池にあたる光の強度が高くなれば、めっきの成長速度も速くなる。めっき液としては例えば、塩化ニッケル、塩化アンモニウム、ホルムアルデヒド、水酸化カリウムを含む既存のニッケルめっき液を用いることができる。
【００５４】
太陽電池２０に１ＳＵＮ相当の光を照射した状態で、上記ニッケルめっき液をｐＨ１０、温度を２５℃に調整して、５分間浸漬させることにより、１０μｍの厚さのニッケルの析出が得られた。
【００５５】
本実施の形態３の製造方法を用いることで、上述のように非常に簡便にｎ型電極のみをめっきすることができ、電極の断面積および表面積を大きくすることで、高い太陽電池特性が得られるとともに、パッシベーション膜の貫通による短絡のおそれがなくなるので、高い信頼性の太陽電池が得られる。
【００５６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、例えば、焼成銀電極表面に銀−錫合金化を抑える目的で銅の被覆層を形成し、さらに銅の酸化による劣化を防ぐために銅表面上にスズの被覆層を形成するような、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体基板、３ パッシベーション膜、４ テクスチャ構造、５ 第２ドーピング領域、６ 第１ドーピング領域、７ テクスチャマスク、８ 拡散マスク、１１ 第２電極、１２ 第１電極、１４ 導電性被覆層、１５ めっき液、１６ 容器、２０ 太陽電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、より詳細には裏面電極型太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面とその反対側にある裏面とにそれぞれ電極を形成して製造されたものが主流となっている。また、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電解効果により高出力化を図ることも検討されている。
【０００３】
上記のように受光面側に電極を形成する場合は、該電極によるシャドーロスが問題となる。このような問題を解決するものとして、シリコン基板の受光面には電極を形成せず、シリコン基板の裏面にｐｎ接合を形成するいわゆる裏面接合型太陽電池（以下において、裏面電極型太陽電池という）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４５５７８７号明細書
【特許文献２】特開２００６−０４１１０５号公報
【特許文献３】特開２００６−３３２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された電極の形成方法は、ｎ型電極、ｐ型電極をパターン形成するために、高価なレジストを用いたり、複雑なエッチング工程を有していた。また、簡易な電極の形成方法として、たとえば銀などの金属粉末を含有する導電性ペーストを直接パターン印刷し、焼成することで電極（焼成電極）を形成する方法が検討されている（たとえば、特許文献２参照）。従来一般的に使用されてきた銀を主成分とする焼成電極は、接続材料としてはんだを使用することで、銀−錫合金が部分的に形成され、従来から長期使用時の特性低下の要因の一つと考えられてきた。さらに裏面電極型太陽電池は従来構造の太陽電池と比べ、構造上ｎ型電極とｐ型電極が狭ピッチで対向しているため、マイグレーションについて考慮する必要があるが、特に、焼成電極で一般的に使用されている銀はマイグレーションを起こしやすい金属であることがわかっている。
【０００６】
また、電極の直列抵抗を下げることでF.F.（曲線因子）が向上しセル特性が向上するが、ガラスフリットを含有する電極ペーストを焼成するとパッシベーション膜をファイヤースルーする可能性があった。このようなファイヤースルーは短絡の原因となりうるため、拡散領域を超える電極幅の設計は困難であり、電極幅を十分にとることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、変換効率および信頼性の向上した裏面電極型太陽電池を提供することをその目的とする。また、本発明の別の目的は、電極形成工程の少ない、導電性ペーストを用いた裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の裏面電極型太陽電池は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、上記第１電極と第２電極とは焼成電極であり、第１電極および第２電極のうち少なくとも第１電極は、その表面に導電性被覆層を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記導電性被覆層は、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金またはアルミニウムからなることが好ましい。また、本発明の裏面電極型太陽電池は、上記第１電極および第２電極の表面に導電性被覆層を備える態様としてもよい。
【００１０】
また、本発明は、第１導電型の半導体基板の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法であって、第１電極と第２電極とを導電性ペーストを焼成して形成する工程と、焼成して形成された第１電極と第２電極のうち少なくとも第１電極表面上に導電性被覆層を形成する工程とを含み、導電性被覆層を形成する工程は、焼成して形成された第１電極または第２電極表面上に選択的に導電性被覆層が形成される工程である裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。
【００１１】
上記導電性被覆層を形成する工程は、電気めっきにより行ない、半導体基板をめっき液に浸漬した状態で、半導体基板を搬送しながら通電性ローラを用いて焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成することが好ましい。また、別の態様として、導電性被覆層を形成する工程は、無電解めっきにより行ない、焼成して形成された第１電極または第２電極の金属成分を自己触媒として、焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する態様とすることができる。本発明の製造方法は、さらに別の態様として、導電性被覆層を形成する工程は、半導体基板に形成されたｐｎ接合の起電力により、焼成して形成された第１電極および第２電極のいずれか一方に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する態様を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池の裏面における焼成電極上に導電性被覆層を設けることによって高い信頼性、高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の太陽電池の裏面電極を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図３】（ａ）は電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を図解する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の上面から見た平面図である。
【図４】無電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図５】太陽電池における貫通孔の形成を説明する概略図である。
【図６】ｐｎ接合の起電力を用いた無電解めっきによる導電性被覆層の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１５】
＜実施の形態１＞
本発明の裏面電極型太陽電池は、図１に示すように、第１導電型の半導体基板１の一表面に第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域６と、第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域５とを備え、第１ドーピング領域６上に形成された第１電極１２と、第２ドーピング領域５上に形成された第２電極１１とを含む。上記第１導電型がｐ型である場合には第２導電型がｎ型となり、第１導電型がｎ型である場合には第２導電型がｐ型となる。第１ドーピング領域は半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の領域であり、第２ドーピング領域は第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の領域である。
【００１６】
また、第１導電型がｐ型である場合には、第１導電型のドーパントとしては、たとえばボロンまたはアルミニウムなどのｐ型ドーパントを用いることができ、第１導電型がｎ型である場合には、第１導電型のドーパントとしては、たとえばリン、ヒ素などのｎ型ドーパントを用いることができる。
【００１７】
また、第２導電型がｎ型である場合には、第２導電型のドーパントとしては、たとえばリン、ヒ素などのｎ型ドーパントを用いることができ、第２導電型がｐ型である場合には、第２導電型のドーパントとしては、たとえばボロン、アルミニウムなどのｐ型ドーパントを用いることができる。
【００１８】
上記のような構造の裏面電極型太陽電池は、図１に示すように、第１ドーピング領域６と第２ドーピング領域５の表面にパッシベーション膜３を備える。パッシベーション膜３は、パッシベーション（passivation；結晶粒界不活性化）のために必要とされる膜、より具体的にはウェハ表面をパッシベーションする効果を持つ膜をいう。パッシベーション膜３としては、不純物拡散の障壁となる性質を有する膜であれば特に制限はないが、酸化シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウムからなる膜が挙げられる。これらの膜は焼成によって電極を形成する場合において、パッシベーション膜形成後の高温処理工程でパッシベーション膜の特性が低下することがないことが好ましい。上記ドーピング領域形成面と反対側の面（受光面）は、図示していないがテクスチャ構造としており、その表面には反射防止膜を形成することが好ましい。
【００１９】
以下に、図２（ａ）〜図２（ｉ）の模式的断面図を参照して、図１に示す太陽電池の裏面電極の製造方法の一例について説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１を用意する。ここで、半導体基板１としては、半導体からなる基板であれば特に限定されず用いることができるが、たとえばシリコンインゴットからスライスして得られるシリコン基板などを用いることができる。また、半導体基板１の導電型も特に限定されず、ｎ型の導電型を有していてもよく、ｐ型の導電型を有していてもよく、ｎ型およびｐ型のいずれの導電型を有していなくてもよい。本実施の形態においては、半導体基板１としてｎ型のものを用いた場合について説明する。
【００２１】
半導体基板１としてシリコン基板を用いる場合には、たとえば、シリコンインゴットのスライスにより生じたスライスダメージを除去したシリコン基板を用いてもよい。なお、上記のスライスダメージの除去は、たとえば、スライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。
【００２２】
上記半導体基板１の大きさおよび形状は特に限定されず、たとえば実用面からは厚さを１００μｍ以上３００μｍ以下とし、１辺の長さを１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とした四角形状の表面を有するものとすればよい。
【００２３】
本発明の太陽電池の受光面には、必要に応じてテクスチャ構造４を形成する。なお、図２においてテクスチャ構造４を便宜上直線で示しているが、テクスチャ構造としては、微小な凹凸が形成されていればよく、たとえば間隔を開けて三角柱が形成されたピラミッド型構造、クレータのような無数の穴が形成された構造、かまぼこ状に突起した構造、間隔を開けずに連続して三角柱が形成されたプリズム型など、公知の立体形状とすることができる。このような半導体基板１の受光面におけるテクスチャ構造４は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１の裏面に酸化シリコン膜からなるテクスチャマスク７を常圧ＣＶＤ法により形成して、裏面側をマスクした後に形成される。受光面におけるテクスチャ構造４は、たとえばテクスチャマスク７を形成した半導体基板１をエッチング液や反応性プラズマを用いてエッチングすることにより形成することができる。上記エッチング液としては、水酸化ナトリウムや、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た溶液を例示することができる。エッチングにおいて上記エッチング液はたとえば７０℃以上８０℃以下に加熱して用いる。テクスチャ構造４を形成した後に、半導体基板１の裏面のテクスチャマスク７はフッ化水素水溶液などを用いて除去される。上記テクスチャマスク７は、エッチング液に不溶であり除去溶液であるフッ化水素溶液などに可溶なものであればいずれも用いることができる。なお、受光面側にテクスチャ構造４を要しない場合には、上記図２（ｂ）に示す工程を省略できることは言うまでも無い。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面に酸化シリコン膜からなる拡散マスク８を形成し、裏面の拡散マスク８に開口部を形成する。まず、半導体基板１の受光面および裏面のそれぞれに拡散マスク８を常圧ＣＶＤ法により形成する。そして、拡散マスク８の上から所望の開口部のパターン形状にエッチングペーストを塗布した後に加熱処理を施して、続いて洗浄によりエッチングペーストの残渣を除去すると、拡散マスク８に開口部が形成された半導体基板１が得られる。本実施の形態において、該開口部は、後述するｐ+層の箇所に相当する部分に形成されるものとする。また、上記エッチングペーストとしては、酸化シリコン膜をエッチングするための公知のエッチング成分を含有するものである。
【００２５】
上記のように形成した開口部においてｐ型不純物を拡散した後、拡散マスク８をフッ化水素（ＨＦ）水溶液などでクリーニングして、図２（ｄ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５を形成する。ｐ型不純物の拡散は、半導体基板１の露出した裏面に対して、たとえばＢＢｒ3を原料として用いた気相拡散により行なうことができる。拡散後、半導体基板１の受光面および裏面の上記拡散マスク８と、ＢＢｒ3由来のボロンの拡散により形成されたボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）とをフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
【００２６】
次に、第１ドーピング領域６を形成するために、図２（ｅ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面に拡散マスク８を形成し、裏面の拡散マスク８に開口部を形成する。拡散マスク８の開口部は、後述するｎ+層６の箇所に相当する部分に形成される。開口部の形成方法は、上記第２ドーピング領域５を形成する際の方法と同様の方法により行なえばよい。
【００２７】
その後、上記第２ドーピング領域５の形成と同様の工程により、図２（ｆ）に示すように、ｎ+層である第１ドーピング領域６を形成する。すなわち、上記のように形成した開口部においてｎ型不純物を拡散した後、拡散マスク８をフッ化水素水溶液などでクリーニングする。ｎ型不純物の拡散は、たとえば図２（ｅ）に示す半導体基板１の露出した裏面に対するＰＯＣｌ3を原料として用いた気相拡散により行なうことができる。拡散後、半導体基板１の受光面および裏面の上述した拡散マスク８と、ＰＯＣｌ3由来のリンが拡散して形成されたリンシリケートガラス（ＰＳＧ）とをフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去して、図２（ｆ）に示すように、第１ドーピング領域６と第２ドーピング領域２とを半導体基板１の裏面に形成する。
【００２８】
その後、図２（ｇ）に示すように、半導体基板１の受光面に窒化シリコン膜からなる反射防止膜２、裏面に酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜３を形成する。まず、半導体基板１の裏面にたとえば熱酸化により酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜３を形成する。次いで半導体基板１の受光面にたとえばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる反射防止膜２を形成する。
【００２９】
続いて、太陽電池の裏面電極と各ドーピング領域との導通を確保するために、図２（ｈ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５およびｎ+層である第１ドーピング領域６の一部を露出させて、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、半導体基板１の裏面のパッシベーション膜３の一部をエッチングペーストを用たエッチングにより除去することにより形成される。
【００３０】
次に、図２（ｉ）に示すように、ｐ+層である第２ドーピング領域５の露出面およびｎ+層である第１ドーピング領域６の露出面のそれぞれにコンタクトホールを通して接触するｐ型の第２電極１１およびｎ型の第１電極１２を形成する。本発明において、これら第１電極１２と第２電極１１とは焼成電極からなる。すなわち、これらの焼成電極は、所望のパターンで導電性ペーストを塗布した後、該導電性ペーストを焼成する工程を経て形成される。本発明において、ｐ型とｎ型電極間距離（ピッチ）は０．２ｍｍ〜１ｍｍとすることが好ましい。
【００３１】
上記導電性ペーストとしては、太陽電池の電極として用いられるものであれば特に限定されないが、たとえば、アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの金属粉末を主成分とし、ガラスフリットと、有機質ビヒクルと、有機溶媒とを含む導電性ペーストが例示される。なお、導電性ペーストの好ましい組成としては、たとえば金属粉末が全体の６０〜８０質量％、ガラスフリットが全体の１〜１０質量％、有機質ビヒクルが全体の１〜１５質量％、残部を有機溶媒とする場合である。このような組成とすることによって、後述の導電性被覆層の形成を良好に行なうことができる。導電性ペーストの塗布は、スクリーン印刷、インクジェット方式など公知の印刷により行なうことができる。
【００３２】
ここで、上記焼成する工程において、上記金属粉末を主成分とするペースト材料は、酸化雰囲気炉中で４００℃以上の温度で焼成すると、樹脂成分である有機質ビヒクルは燃焼し、粉末の金属粒子は金属粒子同士の接点部分から固相金属拡散が生じて一体化した金属の塊となるので、導電性のある状態になる。またフリットは、ペースト材料に分散された状態で存在しているので、金属粒子同士の接点以外の３次元的に分布して残存することになり、その結果、半導体基板１表面と焼結金属との接着性を付与することができる。
【００３３】
上記の工程で得られた焼成電極は非常にその製法が簡便で生産性が高いが、電極表面に金属が露出しているため、酸化をはじめ周辺雰囲気により様々に反応し、セル特性を低下させるなどを起こす虞がある。特に、抵抗が低く、はんだ接続が可能であるとの理由で一般的に実用化されている銀を用いた焼成電極は、銀の特性上、周辺雰囲気による酸化や硫化が起こりやすいだけでなく、はんだ接続した場合、はんだの主成分である錫との化合物が形成されやすく、銀−錫化合物により電極の抵抗が高くなりセル特性を低下させることがある。また、狭ピッチにｐ型電極とｎ型電極とが形成されている裏面電極型太陽電池セルでは、マイグレーションに注意する必要があるが、様々な金属材料のなかで銀がもっともマイグレーションを起こしやすい金属であることが知られている。本発明においては、焼成電極上に焼成電極と異なる性質を示す導電性被覆層を設けることにより、簡易に形成できる生産性の高い焼成電極に高い信頼性を付与することができる。導電性被覆層は焼成電極に使用している金属と異なる金属を用いることが好ましく、焼成電極と異なる金属を少なくとも１種類以上含む単層または積層構造であってもよい。
【００３４】
また、太陽電池セルの性能を向上させるためには電極の抵抗を低減することが有効であり、上記のように焼成電極上に導電性被覆層を形成することで電極の断面積が大きくなり、電極の抵抗が低下することでセル特性の向上も見込める。
【００３５】
上記導電性被覆層は、焼成電極の表面を被覆するように設けるものであって、例えば、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金、アルミニウムなどのいずれかの金属からなる単層もしくは、これらを組み合わせた金属からなる単層、またはそれらの積層構造とすることが好ましい。導電性被覆層の厚さは特に限定されるものではないが、被覆層が厚い方が電極の抵抗低減効果大きくなるので好ましい。また、焼成電極はポーラスな形状なので、この空隙に析出し接点を多くするだけでも電極抵抗低減の効果が期待できる。
【００３６】
このような導電性被覆層の形成は、焼成電極表面との密着性に優れ、製造工程が容易であることからめっきにより行なうことが好ましい。めっきの方法としては、使用可能な金属種が豊富で、厚膜化も容易な電気めっきや、太陽電池の電極へ通電させる必要がないので、簡易な装置で製造可能で、生産性の高い無電解めっきや、また、特殊な方法として太陽電池の内部電界を利用するめっき法などがあげられる。これらのめっき方法では焼成電極表面へ選択的に被覆が可能（電極以外の部分へ導電性被覆層が形成されないため選択的となる）であり、めっき形成にたとえばレジストを用いてパターン形成するなどの複雑な工程が必要ないため、生産性が高い。
【００３７】
以下、電気めっきによる導電性被覆層の形成方法について説明する。まず、第１電極と第２電極を形成した半導体基板を活性剤を含む溶液に浸漬する。活性剤は一般的に既知のものを使用することができ、例えばフッ化アンモニウムを含有した水溶液に室温で１分間浸漬させることが好ましい。活性剤で処理後水洗し、図３（ａ）に示すように容器１６に充填しためっき液１５に浸漬させ電気めっきを行なう。図３（ａ）には電気めっきの一例を図解する概略図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部を上部から見た平面図である。めっき液１５としては例えば、硫酸銅、硫酸を含む既存の電気銅めっき液を用いることができる。電気めっきは一般的な既知の方法で行なうことができるが、太陽電池セルは２００μｍ以下のシリコン基板を用いて形成されており、非常に割れやすいので、太陽電池セルの電極に通電させるための冶具としてクリップのようなもので挟むのではなく、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、めっき液１５中で通電可能なローラ３１表面上にセル電極が接するように配置し、ローラ３１およびローラ３２を回転させることでめっき液１５中において半導体基板３０を搬送することで、太陽電池セルの第１電極１２または第２電極１１に電気を流し、めっき層を形成する方法が好ましい。この方法ではクリップで挟むような方法のように局所的に負荷がかかることが無く、太陽電池セルの割れ防止効果が大きく、また、個々ローラの位置を調整することでめっき厚の分布を抑えることができる。電気めっきに用いるめっき液１５は、ｐＨ１以下、温度２０℃に調整し、５分間の処理で４μｍ厚さの銅が析出した。
【００３８】
上記ローラ３１は、通電可能なものであり、ローラ本体３１ａおよび軸３１ｃとを備えた導電性のローラに対して、被めっき体である電極と接触しない部分などを絶縁物３１ｂおよび絶縁物３１ｅにより絶縁被膜を形成したものを用いることができる。このような絶縁被膜を備えたローラ３１を用いることで、ローラ本体へのめっき出力を抑制する。一方、ローラ３２は、半導体基板３０を支持および／または搬送するために設けるものであり、通電の必要がないことから、軸３２ｃのまわりのローラ本体を絶縁物３２ｂで形成したものを用いることができる。これらのローラの大きさは、半導体基板に合わせて適宜調製すればよい。
【００３９】
上記めっき液１５としては、導電性被覆層１４を形成する所望の金属イオンを含む従来公知のものを用いることができ、たとえば、塩化ニッケル、硫酸スズ、シアン化金カリウム、シアン化銀カリウム、ジアミンジクロロパラジウム塩などに適宜添加剤を加えた液を例示することができる。
【００４０】
本発明はこのように焼成電極表面に導電性被覆層１４を備えることによって、信頼性の高い太陽電池を提供することができるとともに電極の断面積が大きくなることで良好な導通を有することができる。また、本発明の製造方法によれば、焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができるため、簡易に所望の機能を得ることができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
本発明の太陽電池の製造方法について、めっき方法として無電解めっきによる導電性被覆層の形成方法について以下に説明する。めっき方法以外の説明は上記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００４２】
各焼成電極を形成する工程は、上記実施の形態１と同様である。半導体基板１の裏面に焼成電極である第１電極１２と第２電極１１とを形成した後に、図４に示すように、めっき液１５に浸漬することによって、所望の部分に導電性被覆層１４を形成することができる。
【００４３】
まず、第１電極と第２電極とを形成した半導体基板を活性剤に浸漬する。活性剤は実施の形態１において例示したものを用いればよい。活性剤で処理後水洗し、図４に示すようにめっき液に浸漬させ無電解めっきを行なう。めっき液としては、例えば、硫酸銅、ホルムアルデヒド、ＥＤＴＡ、水酸化ナトリウムを含む既存の還元型の銅めっき液を用いることができる。
【００４４】
上記無電解めっき方法では、焼成電極として銀を成分に含む電極を用い、かつ銀を自己触媒として用いることで、焼成電極表面に選択的に導電性被覆層を設ける。この方法によれば、焼成電極に選択的に導電性被覆層を形成できるだけでなく、通常無電解めっきで使用されるパラジウム触媒処理を省略できるので、工程省略および高価なパラジウムを使用しなくてよいためコスト低減となる。無電解めっきの一例として、上記のような銅めっき液をｐＨ１２、温度を５０℃に調整して３０分間浸漬させることにより、２μｍの厚さの銅の析出が得られた。
【００４５】
無電解めっきであるため、電気めっきに比べて導電性被覆層の厚さは大きくできないが、電気めっきのような通電装置が必要なく、めっき液に浸漬させるだけで焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができるので、作業性は向上する。
【００４６】
焼成電極を自己触媒とする方法は、上記のようにめっき液を強アルカリにする必要があるため、太陽電池に悪影響を与える虞がある。また、焼成電極の金属材料によっては自己触媒とならないものもあるが、この場合は、めっき処理の前にパラジウムなどの触媒処理を行なうことで無電解めっきを行なうこともできる。触媒処理は、まず上記と同様に活性剤で処理後水洗し、次いで触媒液に浸漬させればよい。触媒液としては、たとえば塩化パラジウムを含む酸性溶液中に浸漬し、焼成電極表面にパラジウムイオンを吸着させる。ここで、触媒は既知のものを使用することができるが、イオン性の触媒であることが好ましく、例えばパラジウム−錫系のコロイド触媒などを用いると焼成電極だけでなく太陽電池セル全面にめっきされてしまうため焼成電極表面上へ選択的に導電性被覆層を形成できなくなる。電極表面に触媒を付した後、次に、たとえば塩化ニッケル、塩化アンモニウムを含むｐＨ６．５の既存の還元型のニッケルめっき液に浸漬させることで、焼成電極表面上に選択的に導電性被覆層を形成することができる。
【００４７】
上記めっき液としては、その他、導電性被覆層１４を形成する所望の金属イオンを含む従来公知のものを用いることができ、たとえば、塩化銅、硫酸ニッケルなどに適宜添加剤を加えた液を例示することができる。
【００４８】
本発明は無電解めっきを用いることで、非常に簡易な方法により焼成電極上に選択的に導電性被覆層を形成することができ、焼成電極の問題点を補う導電性被覆層１４を備えることによって、信頼性の高い太陽電池を提供することができる。
【００４９】
＜実施の形態３＞
本発明の太陽電池の製造方法について、太陽電池セルの内部電界を利用しためっきによる導電性被覆層の形成方法について以下に説明する。導電性被覆層の形成以外は、実施の形態１と同様のためその説明は省略する。
【００５０】
各焼成電極を形成する工程は、上記実施の形態１と同様である。ここで、半導体基板１においては、高い電流値を得るためには接合面積が大きくなるように、例えば、ｎ型半導体基板の場合、ｐ+層である第２ドーピング領域５が大きくなるように拡散層を形成している。例えば、上記特許文献３において、接合面積は６０％以上あることが好ましいことが述べられている。一般的に第１電極と第２電極は同じ幅（断面積）であることが、電極での抵抗ロスを低減するために効果的であるが、このように一方の拡散層の面積が大きいと図５の太陽電池セルの概略図に示すように、焼成電極である第２電極１１によりパッシベーション膜３に貫通孔３ａが形成され、異なる導電型の拡散層（第２ドーピング領域５）と接触してしまう状態になることがある。
【００５１】
すなわち、本発明の製造方法では、確実に半導体基板と電極とのコンタクトが得られようにコンタクトホール１１ａまたはコンタクトホール１２ａを設けているが、焼成電極には半導体基板１とのコンタクトを得るため、また、接着強度を確保するためにガラスフリットが含まれており、このガラスフリットの作用により電極焼成時に意図せずパッシベーション膜３を貫通して、貫通孔３ａが形成される虞がある。この貫通孔３ａにより、例えば、第１電極１２と第２ドーピング領域５との導通が形成され、短絡の原因となるおそれがある。これを防ぐためには図６のように、第１電極１２、第２電極１１を第１ドーピング領域６、第２ドーピング領域５内に収まるように形成すればよいが、このように形成すると、片側の電極幅が小さくなる。この場合、細い電極幅のために抵抗成分が増大し、太陽電池特性が低下してしまう傾向がある。
【００５２】
本発明によれば、細い方の電極に選択的に導電性被覆層を形成することでパッシベーション膜の貫通のおそれなく、各ドーピング領域よりも太く電極を形成することで、抵抗ロスを低減し、高い太陽電池特性を得ることができるとともに、焼成電極表面に選択的に導電性被覆層を形成することで信頼性の高い太陽電池を提供することができる。図６は、本実施の形態３におけるめっき方法を図解する概略図である。
【００５３】
このような選択的な導電性被覆層の形成方法としては、まず、第１電極と第２電極とを形成した半導体基板を活性剤に浸漬する。活性剤は実施の形態１において例示したものを用いればよい。活性剤で処理後水洗し、図６に示すように、容器１６に充填しためっき液１５に浸漬させめっきを行なう。図６では太陽電池２０を水平に設置し、受光面側に光（図６中、矢印）をあてているが、このような方法に限らず太陽電池２０に光があたっていればよい。太陽電池２０に光があたることで内部起電力が発生し、負側の電極にめっき液中で陽イオンとして存在している金属イオンが析出して、めっきがなされる。本方法は太陽電池の光起電力を利用しているので、太陽電池にあたる光の強度が高くなれば、めっきの成長速度も速くなる。めっき液としては例えば、塩化ニッケル、塩化アンモニウム、ホルムアルデヒド、水酸化カリウムを含む既存のニッケルめっき液を用いることができる。
【００５４】
太陽電池２０に１ＳＵＮ相当の光を照射した状態で、上記ニッケルめっき液をｐＨ１０、温度を２５℃に調整して、５分間浸漬させることにより、１０μｍの厚さのニッケルの析出が得られた。
【００５５】
本実施の形態３の製造方法を用いることで、上述のように非常に簡便にｎ型電極のみをめっきすることができ、電極の断面積および表面積を大きくすることで、高い太陽電池特性が得られるとともに、パッシベーション膜の貫通による短絡のおそれがなくなるので、高い信頼性の太陽電池が得られる。
【００５６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、例えば、焼成銀電極表面に銀−錫合金化を抑える目的で銅の被覆層を形成し、さらに銅の酸化による劣化を防ぐために銅表面上にスズの被覆層を形成するような、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体基板、３ パッシベーション膜、４ テクスチャ構造、５ 第２ドーピング領域、６ 第１ドーピング領域、７ テクスチャマスク、８ 拡散マスク、１１ 第２電極、１２ 第１電極、１４ 導電性被覆層、１５ めっき液、１６ 容器、２０ 太陽電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一表面に前記第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、
前記第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、前記第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、
前記第１電極と前記第２電極とは焼成電極であり、
前記第１電極および前記第２電極のうち少なくとも前記第１電極は、その表面に導電性被覆層を備える裏面電極型太陽電池。
【請求項２】
前記導電性被覆層は、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金またはアルミニウムからなる、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項３】
前記第１電極および前記第２電極の表面に導電性被覆層を備える、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の一表面に前記第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、前記第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、前記第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを導電性ペーストを焼成して形成する工程と、
前記焼成して形成された第１電極と第２電極のうち少なくとも第１電極表面上に導電性被覆層を形成する工程とを含み、
前記導電性被覆層を形成する工程は、前記焼成して形成された第１電極または第２電極表面上に選択的に導電性被覆層が形成される工程である、裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記導電性被覆層を形成する工程は、電気めっきにより行ない、
前記半導体基板をめっき液に浸漬した状態で、前記半導体基板を搬送しながら、通電性ローラを用いて前記焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記導電性被覆層を形成する工程は、無電解めっきにより行ない、
前記焼成して形成された第１電極または第２電極の金属成分を自己触媒として、前記焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記導電性被覆層を形成する工程は、前記半導体基板に形成されたｐｎ接合の起電力により、前記焼成して形成された第１電極および第２電極のいずれか一方に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一表面に前記第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、
前記第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、前記第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池であって、
前記第１電極と前記第２電極とは焼成電極であり、
前記第１電極および前記第２電極のうち少なくとも前記第１電極は、その表面に導電性被覆層を備える裏面電極型太陽電池。
【請求項２】
前記導電性被覆層は、ニッケル、パラジウム、錫、銅、銀、金またはアルミニウムからなる、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項３】
前記第１電極および前記第２電極の表面に導電性被覆層を備える、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の一表面に前記第１導電型と同じ導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型と異なる導電型である第２導電型の第２ドーピング領域とを備え、前記第１ドーピング領域上に形成された第１電極と、前記第２ドーピング領域上に形成された第２電極とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを導電性ペーストを焼成して形成する工程と、
前記焼成して形成された第１電極と第２電極のうち少なくとも第１電極表面上に導電性被覆層を形成する工程とを含み、
前記導電性被覆層を形成する工程は、前記焼成して形成された第１電極または第２電極表面上に選択的に導電性被覆層が形成される工程である、裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記導電性被覆層を形成する工程は、電気めっきにより行ない、
前記半導体基板をめっき液に浸漬した状態で、前記半導体基板を搬送しながら、通電性ローラを用いて前記焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記導電性被覆層を形成する工程は、無電解めっきにより行ない、
前記焼成して形成された第１電極または第２電極の金属成分を自己触媒として、前記焼成して形成された第１電極または第２電極上に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記導電性被覆層を形成する工程は、前記半導体基板に形成されたｐｎ接合の起電力により、前記焼成して形成された第１電極および第２電極のいずれか一方に選択的にめっきからなる導電性被覆層を形成する、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６２９７９（Ｐ２０１０−２６２９７９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０６６７（Ｐ２００９−１１０６６７）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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