太陽電池の製造方法
【課題】安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造する太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】ｐｎ接合を有する半導体基板１と、該半導体基板１上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、半導体基板１の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、半導体基板１上の導電性ペーストを加熱室内で焼成して電極を形成する工程と、を有し、電極を形成する工程での焼成炉２００内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法である。
【解決手段】ｐｎ接合を有する半導体基板１と、該半導体基板１上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、半導体基板１の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、半導体基板１上の導電性ペーストを加熱室内で焼成して電極を形成する工程と、を有し、電極を形成する工程での焼成炉２００内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、出力を向上させた太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題などから、クリーンなエネルギーの開発が望まれており、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する太陽電池が新しいエネルギー源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。一般的な太陽電池の構成としては、たとえば、内部にｐｎ接合が形成された半導体基板の受光面および受光面の反対側の裏面にそれぞれ表電極および裏電極が形成されたものがある。
【０００３】
上記太陽電池では、半導体基板内に入射された光によって発生した電子および正孔対がｐｎ接合部分に発生する電界によって分離され、分離された電子および正孔対が表電極および裏電極を介して電流として外部に取り出される。このような太陽電池を製造する方法としては、たとえば、シリコン単結晶またはシリコン多結晶からなる半導体基板の受光面側近傍にｐｎ接合を形成し、その後、受光面および裏面に電極を形成する方法がある。
【０００４】
半導体基板内にｐｎ接合を形成する方法としては、たとえば、半導体基板全体に、ボロン（Ｂ）原子などのｐ型不純物を添加してｐ型半導体基板を作製し、このｐ型半導体基板の受光面側にリン（Ｐ）原子などのｎ型拡散層を形成可能なｎ型不純物を拡散させる方法がある。このｐｎ接合の形成方法において、太陽電池の光電変換効率を上げるために、ｐ型半導体基板の受光面にテクスチャ加工を施してから、ｎ型拡散層を形成する方法が採用されている。受光面が凹凸形状を有することにより、入射された光を効率的に半導体基板内に閉じ込めることができる。
【０００５】
受光面および裏面に電極を形成する方法としては、たとえば、受光面および裏面に導電性ペーストが印刷された半導体基板を、加熱室内で加熱して該導電性ペーストを焼成することによって電極を形成させる方法がある。焼成温度、焼成時間といった焼成条件は、導電性ペーストの組成に適した条件が設定される。この電極形成方法において、太陽電池の光電変換効率を上げるために、窒化ケイ素、酸化チタンなどからなる反射防止膜を受光面に形成してから電極を形成する方法が採用されている。受光面に反射防止膜が形成されることにより、受光面が光を反射するのを防止することができる。
【０００６】
上述のような太陽電池において、電極の状態は太陽電池の出力特性に大きく関与するため、電極の状態を決定する上記焼成条件は太陽電池の特性を向上させるための重要な要素である。たとえば、特許文献１では、電極の導電性を上げるために、導電性ペーストの組成が種々検討されており、さらに、適当な導電性ペーストの焼成条件が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４３５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
引用文献１からも明らかなように、従来、電極の形成における導電性ペーストの焼成条件としては、上記のように、焼成温度、焼成時間といった温度プロファイルが設定されるのみであった。
【０００９】
しかしながら、同じ温度プロファイルで導電性ペーストを焼成して電極を形成しても、製造された太陽電池の出力がばらつき、所望の出力特性の太陽電池を安定的に製造することができないという問題は未だに存在している。
【００１０】
そこで、本発明は、安定的に出力特性が高い太陽電池を製造する太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、焼成時の加熱室へのガスの供給量と加熱室からのガスの排出量の比率を制御することにより、太陽電池の出力特性を高くすることができ、さらに、製造される太陽電池の出力特性を安定化できることを知見した。
【００１２】
すなわち、本発明は、ｐｎ接合を有する半導体基板と、該半導体基板上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、半導体基板の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、半導体基板上の導電性ペーストを加熱室内で焼成して電極を形成する工程と、を有し、電極を形成する工程での加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法である。
【００１３】
上記太陽電池の製造方法において、比率（Ｖ１／Ｖ２）が１．１以上であることが好ましい。
【００１４】
上記太陽電池の製造方法において、供給量（Ｖ１）が、１分間当たり４８０Ｌ以上であることが好ましい。
【００１５】
上記太陽電池の製造方法において、供給量（Ｖ１）および排出量（Ｖ２）は、それぞれ供給部および排出部によって制御されることが好ましい。
【００１６】
本明細書において、ｐ型およびｎ型は、適宜相互に入れ替わっても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用することができる太陽電池の製造工程の好ましい一連の流れを示す図であり、（Ａ）は半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｂ）はドーパント液を塗布した後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｃ）はｎ層形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｄ）は反射防止膜形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｅ）はＡｌペースト印刷後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｆ）はＡｌ電極およびｐ層形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｇ）は銀ペースト印刷後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｈ）は本発明で製造される太陽電池の模式的な断面図である。
【図２】本発明における半導体基板の加熱に用いられる加熱室の一例である焼成炉の模式的な断面図である。
【図３】図２に示す焼成炉のＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図４】実験例１および実験例２の各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）をプロットしたグラフである。
【図５】実験例１の各プロット間の関係を示す多項式近似、および実験例２の各プロット間の関係を示す多項式近似を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことにする。
【００２０】
図１に、本発明を適用することができる太陽電池の製造工程の好ましい一連の流れを示す。以下、図１を参照しながら、一般的な太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００２１】
１．第１の工程
図１（Ａ）は半導体基板の模式的な断面図である。図１（Ａ）において、ｐ型の多結晶または単結晶のシリコンからなる半導体基板１は、製造時に生じる表面のダメージ層が除去され、半導体基板１の受光面は、テクスチャ加工により、微細なピラミッド状の凹凸形状が形成されている。
【００２２】
ダメージ層とは、たとえば、シリコンインゴットをワイヤーソーのような切削工具を用いて半導体基板を切り出した際に、半導体基板の表面に生じる変質層のことである。ダメージ層は、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液、フッ酸と硝酸の混酸などのエッチング液に半導体基板を浸漬して半導体基板の表面をエッチングすることによって除去することができる。また、受光面の凹凸形状を形成するテクスチャ加工は、たとえば、上記エッチングの条件を調整することによって可能となる。受光面にテクスチャ構造を形成しておくことにより、受光面での光の反射を抑えることができる。
【００２３】
２．第２の工程
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１の受光面にドーパント液２を塗布する。ドーパント液としては、たとえば、五酸化二リン（Ｐ2Ｏ5）をアルコールに溶解させた溶液を用いることができ、スピンコータを用いることによって受光面に均一に塗布することができる。
【００２４】
３．第３の工程
そして、ドーパント液２が塗布された半導体基板１を拡散炉で加熱してドーパント液２を半導体基板１内に熱拡散させることによって、図１（Ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面にｎ＋層３を形成する。これにより、半導体基板１内にｐｎ接合が形成される。熱拡散の条件は、具体的には、８００℃以上９５０℃以下の温度で５分間以上３０分間以下とするのが適当である。また、ｎ＋層３は、他の方法、たとえば、拡散炉内において、半導体基板１をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）中で加熱することによっても形成することができる。
【００２５】
４．第４の工程
次に、図１（Ｄ）に示すように、半導体基板１の受光面上に反射防止膜４を形成する。反射防止膜４としては、たとえば、チタン酸アルコキシドを原料とするＣＶＤ法によって形成される酸化チタン膜、シランとアンモニアとの混合ガスを原料とするプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコン膜などがある。また、ドーパント液２に反射防止膜の材料を混合することによって、ｎ＋層３と反射防止膜４とを同時に形成してもよい。
【００２６】
５．第５の工程
次に、図１（Ｅ）に示すように、半導体基板１の裏面上に、導電性ペーストであるＡｌペースト５を塗布する。Ａｌペースト５の塗布方法としては、たとえば、スクリーン印刷法がある。なお、裏面に集電極を形成する場合には、集電極が形成される位置にはＡｌペースト５を塗布しない。
【００２７】
６．第６の工程
そして、図１（Ｆ）に示すように、Ａｌペースト５の塗布後に、半導体基板１上のＡｌペースト５を加熱室である焼成炉内で焼成して、Ａｌ電極６を形成する。このとき、裏電極としてのＡｌ電極６が形成されるとともに、Ａｌが半導体基板１の裏面側から半導体基板１内に拡散することによってｐ＋層７が形成される。
【００２８】
ｐ＋層７が形成されることにより、ｐ型の半導体基板１内で生成された少数キャリアが半導体基板１の裏面側に向かうことが抑制される。したがって、少数キャリアがｐｎ接合部に到達する確率が増加し、結果的に、太陽電池の出力特性が上昇する。なお、Ａｌペースト５を焼成する場合には、６５０℃以上８００℃以下で３０秒間以上５分間以下焼成することが好ましい。
【００２９】
７．第７の工程
次に、図１（Ｇ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面にＡｇペースト８，９を塗布する。受光面には、グリッド状にＡｇペースト８を塗布することができ、裏面には、Ａｌ電極６が形成されていない箇所に、近傍のＡｌ電極と一部が重なるように、Ａｇペースト９を塗布することができる。なお、塗布方法としては、スクリーン印刷法などがある。
【００３０】
８．第８の工程
そして、最後に、図１（Ｈ）に示すように、半導体基板１上のＡｇペースト８，９を加熱室である焼成炉内で焼成して、Ａｇ電極１０，１１を形成する。具体的には、Ａｇペースト８が反射防止膜４をファイヤースルーすることによって表電極としてのＡｇ電極１０が形成されるとともに、裏電極としてのＡｇ電極１１が形成される。なお、Ａｇペースト８，９を焼成する場合には、６００℃以上８００℃以下で３０秒間以上５分間以下焼成することが好ましい。以上の工程により、太陽電池１００が製造される。
【００３１】
上述した第１の工程〜第８の工程からなる太陽電池の製造工程の一連の流れにおいて、半導体基板１に塗布後されたＡｌペースト５を焼成することによってＡｌ電極６を形成した後、半導体基板１に塗布されたＡｇペースト８，９を焼成することによってＡｇ電極１０，１１を形成したが、この順番は入れ替わってもよい。また、Ａｌ電極６およびＡｇ電極１０，１１を同時に形成してもよい。、各電極６，１０，１１を構成する金属元素は、それぞれＡｌ元素、Ａｇ元素に限定されるものではない。なお、裏面のＡｇ電極１１は形成しなくてもよい。
【００３２】
以上、図１を用いて、一般的な太陽電池の製造方法の一連の流れを説明したが、このような太陽電池の製造方法において、本発明は、第５の工程および第６の工程、ならびに第７の工程および第８の工程において適用することができる。以下、図１（Ｅ）〜図１（Ｇ）を用いながら、本発明に係る太陽電池の製造方法について説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
≪導電性ペースト塗布工程≫
本実施形態において、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｅ）に示すように、ｐｎ接合を有する半導体基板１の一方の面である裏面上に導電性ペーストとしてのＡｌペースト５を塗布する。
【００３４】
導電性ペーストとしては、加熱により気化し得る溶剤中に導電性粉末を分散させたものを用いることができ、導電性粉末としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなどを用いることができる。また、導電性ペーストは、バインダとしてガラス粉末を含んでも良い。なお、本明細書において、溶剤中にＡｌの粉末を分散させたものをＡｌペーストという。また、導電性ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などがあり、導電性ペーストの塗布量は、電極を形成したい面に塗布されたペーストの厚さが約０．０２ｍｍとなるような量であることが好ましい。
【００３５】
≪電極形成工程≫
次に、電極形成工程として、図１（Ｆ）に示すように、半導体基板１上のＡｌペースト５を加熱室内で焼成して電極６を形成する。この電極形成工程において、加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下に制御される。
【００３６】
上記制御が可能な加熱室として、図２に示すような焼成炉２００を用いることができる。図２において、焼成炉２００は炉室２１と、図２が記載されている紙面の裏側から表側に向かって炉室２１の内部を進行するベルト２２と、ベルト２２の下方および上方においてベルト２２の進行方向と垂直な方向に伸びているヒータ２３，２４と、ベルト２２の下方においてベルト２２の進行方向と垂直な方向に伸びているガスの供給部としてのガス供給管２５と、炉室２１内のガスを外部に排出する排出部としてのガス排出管２６とを備える。ベルト２２上には、図１（Ｅ）に示すＡｌペースト５が塗布された半導体基板１が載置される。
【００３７】
図２の焼成炉２００において、ガス供給管２５には、所定の間隔をあけて通気孔が形成されており、この通気孔を通ってガスが炉室２１内に供給される。そして、炉室２１内に供給されたガスは、炉室２１の上部に形成されたガス排出管２６を介して炉室２１の外に排出される。炉室２１内へのガスの供給量（Ｖ１）を制御するために、ガス供給管２５には不図示のガス供給量制御装置が接続されており、炉室２１内からのガスの排出量（Ｖ２）を制御するために、ガス排出管２６には不図示のガス排出量制御装置が接続されている。ガス供給量制御装置としては、たとえば、流量計を用いることができ、ガス排出量制御装置としては、たとえばロータリーポンプ、エゼクターを用いることができる。
【００３８】
図３は、図２に示す焼成炉のＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。図３において、ベルト２２は図中白抜きの矢印方向に進行する。ヒータ２３は、たとえば、図中上向きの実線矢印方向に半導体基板１を加熱することができ、ヒータ２４は、たとえば、図中下向きの実線矢印方向に半導体基板１を加熱することができる。また、ガス供給管２５は、図中上向きの点線矢印方向に向けて炉室２１内にガスを供給し、炉室２１内に供給されたガスは、図３上方の不図示のガス排出管２６から排出される。
【００３９】
従来は、炉室２１内に供給されたガスは、炉室２１に形成された開口部から供給されるガスの圧力によって炉室２１の外に排出されていた。これに対し、図２の焼成炉２００では、ガス供給管２５およびガス排出管２６にガス供給量制御装置およびガス排出量制御装置がそれぞれ接続されるため、ガスの供給量および排出量を制御することができる。したがって、導電性ペーストの焼成時に、焼成炉内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と焼成炉内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることができる。これにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。比率（Ｖ１／Ｖ２）が高い場合を考慮して、炉室２１は耐圧性であることが好ましい。なお、比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることによる効果については、後述する実験１および実験２の説明において詳述する。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
≪導電性ペースト塗布工程≫
本実施形態において、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｇ）に示すように、ｐｎ接合を有する半導体基板１の表面および裏面上に導電性ペーストとしてのＡｇペースト８，９をそれぞれ塗布する。導電性ペーストとしては、他の導電性ペースト、たとえばＡｌペーストを用いることができる。
【００４１】
導電性ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などがあり、導電性ペーストの塗布量は、電極を形成したい面に塗布されたペーストの厚さが約０．０２ｍｍとなるような量であることが好ましい。
【００４２】
≪電極形成工程≫
次に、電極形成工程として、図１（Ｈ）に示すように、半導体基板１上のＡｇペースト８，９を加熱室内、たとえば図２の焼成炉２００内で焼成して電極１０，１１を形成する。この電極形成工程において、加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下に制御される。これにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【００４３】
また、上記第１の実施形態および第２の実施形態を組み合わせて、太陽電池１００を製造しても良い。この場合には、全ての電極の形成時にガスの供給量と排出量の比率（Ｖ１／Ｖ２）を制御することができ、より安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【００４４】
次に、本発明者が加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることにより、製造された太陽電池の出力特性を向上させることができ、さらに製造された太陽電池間の出力特性のばらつきを低下させることができるとの知見を得るに至った実験を以下に詳述する。
【００４５】
＜実験１＞
本発明者は、電極形成工程における温度プロファイルを調整するという従来の観点と異なり、電極形成工程における加熱室内のガスの供給量（Ｖ１）とガスの排出量（Ｖ２）との比率（Ｖ１／Ｖ２）（以下、「供給量／排出量比」という。）を調整するという観点に着目した。そして、電極形成工程における焼成炉内へのガスの供給量（Ｖ１）を一定にした状態で、ガスの排出量（Ｖ２）を制御することによって比率（Ｖ１／Ｖ２）を変動させながら、図１に示す太陽電池の製造方法の手順に従って、太陽電池１００を製造した。以下に実験１における太陽電池の製造方法を図１を用いながら具体的に説明する。
【００４６】
まず、図１（Ａ）に示すように、単結晶のシリコン基板である半導体基板のダメージ層をエッチングによって除去し、かつ受光面に凹凸形状を形成した。エッチング液としては、五酸化二リンのアルコール溶液を用いた。次に、テクスチャ加工された半導体基板１の受光面全体に、図１（Ｂ）に示すように、ドーパント液２として、エタノール１００重量部に対して２〜５重量部の範囲内となるように五酸化二リンを添加した溶液をスピンコータを用いて塗布した。該溶液の有機溶剤としては、エタノール、イソプロパノールなどのアルコールを用いることができる。なお、半導体基板１の大きさは２４５ｃｍ2であった。
【００４７】
そして、ドーパント液２が塗布された半導体基板１を拡散炉に入れて９００℃で２０分間加熱することにより、図１（Ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面にｎ＋層３を形成した。その後、図１（Ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコンからなる反射防止膜４をｎ＋層３上に約８０ｎｍの厚みで形成した。
【００４８】
次に、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｅ）に示すように、半導体基板１の裏面に、スクリーン印刷法によって、Ａｌペースト５を１枚の半導体基板１に対し２．３〜２．６ｇ塗布した。Ａｌペースト５としては、アルミニウム粉末１００重量部に対して、ガラス粉末が０．５〜５重量部の範囲内となるように、有機溶剤が２５〜４５重量部の範囲内となるように添加されたＡｌペーストを用いた。そして、電極形成工程として、図１（Ｆ）に示すように、Ａｌペースト５が塗布された半導体基板１を図２の焼成炉２００の炉室２１内で焼成して電極６およびｐ＋層７を形成した。
【００４９】
具体的には、Ａｌペースト５が塗布された半導体基板１を炉室２１内のベルト２２上に載置した状態で、炉室２１内におけるガスの供給量／排出量比を調整しながら、半導体基板１を８００℃で２分間加熱した。供給量／排出量の制御は、供給管２５および排出管２６のガスの流路に取り付けたマイクロフローセンサで供給量および排出量をモニタリングしながら、供給管２５に設けられた流量計、および排出管２６に設けられたエゼクターを制御することにより行った。なお、用いた焼成炉２００の容積は、幅２０００ｍｍ、奥行き２０００ｍｍ、高さ２０００ｍｍであり、半導体基板１の搬出入用の開口部は縦６０ｍｍ、横１２００ｍｍであり、焼成炉２００は、１時間当たり２０００〜２２００枚の半導体基板の焼成を可能とする処理能力を有していた。
【００５０】
供給量／排出量比の制御について、具体的には、２００℃〜１００℃に加熱したドライエアーを１２００Ｌ／ｍｉｎで炉室２１内に供給し、炉室２１内からのガスの排出量を１９２０Ｌ／ｍｉｎ、１２８０Ｌ／ｍｉｎ、８００Ｌ／ｍｉｎ、６４０Ｌ／ｍｉｎ、４８０Ｌ／ｍｉｎに変動させた。なお、各条件下において、半導体基板１を２０枚ずつ加熱した。
【００５１】
ここで、ドライエアーとは、０．０１ｍｍのフィルターを通した露点−４０℃の空気である。なお、ドライエアーを加熱したのは、炉室２１内が冷却されるのを防ぐためであり、上記温度範囲は加熱コストの観点を踏まえた上で決定した範囲である。したがって、炉室２１内に供給されるガスの温度は上記温度範囲に限定されるものではない。
【００５２】
次に、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｇ）に示すように、スクリーン印刷法によって、半導体基板１の裏面および受光面にＡｇペースト８，９を１枚の半導体基板１に対し、０．４〜０．５ｇ塗布した。Ａｇペースト８，９としては、銀粉末１００重量部に対して、ガラス粉末が０．５〜５重量部の範囲内となるように、有機溶剤が２５〜４５重量部の範囲内となるように添加されたＡｇペーストを用いた。なお、該ペーストを表面に０．３ｇ、裏面に０．１ｇ塗布した。
【００５３】
そして、再度、電極形成工程として、上述した焼成炉２００を用いて、各半導体基板１において、Ａｌペーストの焼成時と同じ条件で、Ａｇペーストの焼成を行った。この電極形成工程によって、図１（Ｈ）に示すように、Ａｇペースト８が反射防止膜４をファイヤースルーすることによって表電極としてのＡｇ電極１０が形成されるとともに、裏電極としてのＡｇ電極１１が形成された。以上の手順により、太陽電池１００を作製した。
【００５４】
＜実験２＞
電極形成工程における供給量／排出量比の制御について、炉室２１内のガスを４８０Ｌ／ｍｉｎで排出し、炉室２１内へのガスの供給量を２４０Ｌ／ｍｉｎ、４８０Ｌ／ｍｉｎ、７２０Ｌ／ｍｉｎ、９２０Ｌ／ｍｉｎ、１２００Ｌ／ｍｉｎに変動させた以外は、実験１と同様の手順で、太陽電池１００を作製した。
【００５５】
＜性能評価＞
実験１および実験２で作製された各太陽電池１００に、２５℃±１℃の温度環境下で電力１ｋＷのキセノンランプを照射し、各太陽電池１００の出力（Ｗ）を測定した。供給量／排出量比の異なる各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）を表１に示す。なお、各条件下における出力の値は、それぞれ２０個の太陽電池１００の平均値である。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図４に、実験１および実験２の各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）をプロットしたグラフを示す。図４において、横軸は電極形成工程における供給量／排出量比を示し、縦軸は太陽電池１００の出力（Ｗ）を示す。また、○は実験１の結果を示し、△は実験２の結果を示す。
【００５８】
図４から明らかなように、電極形成工程における加熱室内の供給量／排出量比が１．０より低いと、太陽電池１００の出力（Ｗ）のばらつきが大きい。したがって、安定的に所望の出力（Ｗ）を有する太陽電池を製造するには、供給量／排出量比を１．０以上とすることが好ましいことがわかった。
【００５９】
また、上記結果についてさらに考察を進めるために、実験１の各プロットの多項式近似および実験２の各プロット間の多項式近似を算出した。図５に、実験１の各プロット間の関係を示す多項式近似、および実験２の各プロット間の関係を示す多項式近似を示すグラフを示す。図５において、実線の曲線は実験１の各プロット間の関係を示す二次多項式近似であり、点線の曲線は実験２の各プロット間の関係を示す二次多項式近似である。
【００６０】
図５から明らかなように、製造される太陽電池１００の出力（Ｗ）は、供給量／排出量比に対して極大値を有する。具体的には、実験１の結果に基づく二次多項式近似が供給量／排出量比が１．５付近で極大値を有し、実験２の結果に基づく二次多項式近似が供給量／排出量比が１．８付近で極大値を有する。
【００６１】
図５のグラフから、供給量／排出量比が１以上２．５以下であれば、太陽電池の出力（Ｗ）のばらつきが小さく、かつ出力（Ｗ）の高い太陽電池を製造できることがわかった。したがって、電極形成工程において、加熱室内の供給量／排出量比を１以上２．５以下とすることにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができることがわかった。
【００６２】
また、図５のグラフから、供給量／排出量比が１．１以上２．５以下の場合が、出力特性がより安定するために好ましく、１．３以上２．３以下がさらに好ましいことがわかった。さらに、実験２の結果に基づく二次多項式近似から、ガスの供給量が４８０Ｌ／ｍｉｎ以上、すなわち、１分間当たり４８０Ｌ以上であることが好ましいことがわかった。
【００６３】
以上詳述したように、本発明によれば、導電性ペースト塗布工程後の電極形成工程において、焼成炉内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と焼成炉内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることにより、製造された太陽電池の出力特性を向上させることができ、さらに製造された太陽電池間の出力特性のばらつきを低下させることができる。したがって、製造される太陽電池の歩留まりを低下させることができる。
【００６４】
また、各電極形成工程のうち、少なくとも一方の電極形成工程において、供給量／排出量比を制御すれば足りるが、両電極形成工程において、供給量／排出量を制御することが好ましい。また、第１の実施形態および第２の実施形態では、片面で太陽光を受光する太陽電池の製造方法を用いて、本発明について説明したが、両面で太陽光を受光する太陽電池であっても、供給量／排出量比を上述のように制御することにより、太陽電池の出力特性が向上することはいうまでもない。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、たとえば、太陽電池を量産する場合に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 半導体基板、２ ドーパント液、３ ｎ＋層、４ 反射防止膜、５ Ａｌペースト、６ Ａｌ電極、７ ｐ＋層、８，９ Ａｇペースト、１０，１１ Ａｇ電極、２１ 炉室、２２ ベルト、２３，２４ ヒータ、２５ 供給管、２６ 排出管、１００ 太陽電池、２００ 焼成炉。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、出力を向上させた太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題などから、クリーンなエネルギーの開発が望まれており、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する太陽電池が新しいエネルギー源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。一般的な太陽電池の構成としては、たとえば、内部にｐｎ接合が形成された半導体基板の受光面および受光面の反対側の裏面にそれぞれ表電極および裏電極が形成されたものがある。
【０００３】
上記太陽電池では、半導体基板内に入射された光によって発生した電子および正孔対がｐｎ接合部分に発生する電界によって分離され、分離された電子および正孔対が表電極および裏電極を介して電流として外部に取り出される。このような太陽電池を製造する方法としては、たとえば、シリコン単結晶またはシリコン多結晶からなる半導体基板の受光面側近傍にｐｎ接合を形成し、その後、受光面および裏面に電極を形成する方法がある。
【０００４】
半導体基板内にｐｎ接合を形成する方法としては、たとえば、半導体基板全体に、ボロン（Ｂ）原子などのｐ型不純物を添加してｐ型半導体基板を作製し、このｐ型半導体基板の受光面側にリン（Ｐ）原子などのｎ型拡散層を形成可能なｎ型不純物を拡散させる方法がある。このｐｎ接合の形成方法において、太陽電池の光電変換効率を上げるために、ｐ型半導体基板の受光面にテクスチャ加工を施してから、ｎ型拡散層を形成する方法が採用されている。受光面が凹凸形状を有することにより、入射された光を効率的に半導体基板内に閉じ込めることができる。
【０００５】
受光面および裏面に電極を形成する方法としては、たとえば、受光面および裏面に導電性ペーストが印刷された半導体基板を、加熱室内で加熱して該導電性ペーストを焼成することによって電極を形成させる方法がある。焼成温度、焼成時間といった焼成条件は、導電性ペーストの組成に適した条件が設定される。この電極形成方法において、太陽電池の光電変換効率を上げるために、窒化ケイ素、酸化チタンなどからなる反射防止膜を受光面に形成してから電極を形成する方法が採用されている。受光面に反射防止膜が形成されることにより、受光面が光を反射するのを防止することができる。
【０００６】
上述のような太陽電池において、電極の状態は太陽電池の出力特性に大きく関与するため、電極の状態を決定する上記焼成条件は太陽電池の特性を向上させるための重要な要素である。たとえば、特許文献１では、電極の導電性を上げるために、導電性ペーストの組成が種々検討されており、さらに、適当な導電性ペーストの焼成条件が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４３５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
引用文献１からも明らかなように、従来、電極の形成における導電性ペーストの焼成条件としては、上記のように、焼成温度、焼成時間といった温度プロファイルが設定されるのみであった。
【０００９】
しかしながら、同じ温度プロファイルで導電性ペーストを焼成して電極を形成しても、製造された太陽電池の出力がばらつき、所望の出力特性の太陽電池を安定的に製造することができないという問題は未だに存在している。
【００１０】
そこで、本発明は、安定的に出力特性が高い太陽電池を製造する太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、焼成時の加熱室へのガスの供給量と加熱室からのガスの排出量の比率を制御することにより、太陽電池の出力特性を高くすることができ、さらに、製造される太陽電池の出力特性を安定化できることを知見した。
【００１２】
すなわち、本発明は、ｐｎ接合を有する半導体基板と、該半導体基板上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、半導体基板の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、半導体基板上の導電性ペーストを加熱室内で焼成して電極を形成する工程と、を有し、電極を形成する工程での加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法である。
【００１３】
上記太陽電池の製造方法において、比率（Ｖ１／Ｖ２）が１．１以上であることが好ましい。
【００１４】
上記太陽電池の製造方法において、供給量（Ｖ１）が、１分間当たり４８０Ｌ以上であることが好ましい。
【００１５】
上記太陽電池の製造方法において、供給量（Ｖ１）および排出量（Ｖ２）は、それぞれ供給部および排出部によって制御されることが好ましい。
【００１６】
本明細書において、ｐ型およびｎ型は、適宜相互に入れ替わっても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用することができる太陽電池の製造工程の好ましい一連の流れを示す図であり、（Ａ）は半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｂ）はドーパント液を塗布した後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｃ）はｎ層形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｄ）は反射防止膜形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｅ）はＡｌペースト印刷後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｆ）はＡｌ電極およびｐ層形成後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｇ）は銀ペースト印刷後の半導体基板の模式的な断面図であり、（Ｈ）は本発明で製造される太陽電池の模式的な断面図である。
【図２】本発明における半導体基板の加熱に用いられる加熱室の一例である焼成炉の模式的な断面図である。
【図３】図２に示す焼成炉のＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図４】実験例１および実験例２の各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）をプロットしたグラフである。
【図５】実験例１の各プロット間の関係を示す多項式近似、および実験例２の各プロット間の関係を示す多項式近似を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について同一の符号を付し、その説明は繰り返さないことにする。
【００２０】
図１に、本発明を適用することができる太陽電池の製造工程の好ましい一連の流れを示す。以下、図１を参照しながら、一般的な太陽電池の製造方法の一例について説明する。
【００２１】
１．第１の工程
図１（Ａ）は半導体基板の模式的な断面図である。図１（Ａ）において、ｐ型の多結晶または単結晶のシリコンからなる半導体基板１は、製造時に生じる表面のダメージ層が除去され、半導体基板１の受光面は、テクスチャ加工により、微細なピラミッド状の凹凸形状が形成されている。
【００２２】
ダメージ層とは、たとえば、シリコンインゴットをワイヤーソーのような切削工具を用いて半導体基板を切り出した際に、半導体基板の表面に生じる変質層のことである。ダメージ層は、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液、フッ酸と硝酸の混酸などのエッチング液に半導体基板を浸漬して半導体基板の表面をエッチングすることによって除去することができる。また、受光面の凹凸形状を形成するテクスチャ加工は、たとえば、上記エッチングの条件を調整することによって可能となる。受光面にテクスチャ構造を形成しておくことにより、受光面での光の反射を抑えることができる。
【００２３】
２．第２の工程
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１の受光面にドーパント液２を塗布する。ドーパント液としては、たとえば、五酸化二リン（Ｐ2Ｏ5）をアルコールに溶解させた溶液を用いることができ、スピンコータを用いることによって受光面に均一に塗布することができる。
【００２４】
３．第３の工程
そして、ドーパント液２が塗布された半導体基板１を拡散炉で加熱してドーパント液２を半導体基板１内に熱拡散させることによって、図１（Ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面にｎ＋層３を形成する。これにより、半導体基板１内にｐｎ接合が形成される。熱拡散の条件は、具体的には、８００℃以上９５０℃以下の温度で５分間以上３０分間以下とするのが適当である。また、ｎ＋層３は、他の方法、たとえば、拡散炉内において、半導体基板１をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）中で加熱することによっても形成することができる。
【００２５】
４．第４の工程
次に、図１（Ｄ）に示すように、半導体基板１の受光面上に反射防止膜４を形成する。反射防止膜４としては、たとえば、チタン酸アルコキシドを原料とするＣＶＤ法によって形成される酸化チタン膜、シランとアンモニアとの混合ガスを原料とするプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコン膜などがある。また、ドーパント液２に反射防止膜の材料を混合することによって、ｎ＋層３と反射防止膜４とを同時に形成してもよい。
【００２６】
５．第５の工程
次に、図１（Ｅ）に示すように、半導体基板１の裏面上に、導電性ペーストであるＡｌペースト５を塗布する。Ａｌペースト５の塗布方法としては、たとえば、スクリーン印刷法がある。なお、裏面に集電極を形成する場合には、集電極が形成される位置にはＡｌペースト５を塗布しない。
【００２７】
６．第６の工程
そして、図１（Ｆ）に示すように、Ａｌペースト５の塗布後に、半導体基板１上のＡｌペースト５を加熱室である焼成炉内で焼成して、Ａｌ電極６を形成する。このとき、裏電極としてのＡｌ電極６が形成されるとともに、Ａｌが半導体基板１の裏面側から半導体基板１内に拡散することによってｐ＋層７が形成される。
【００２８】
ｐ＋層７が形成されることにより、ｐ型の半導体基板１内で生成された少数キャリアが半導体基板１の裏面側に向かうことが抑制される。したがって、少数キャリアがｐｎ接合部に到達する確率が増加し、結果的に、太陽電池の出力特性が上昇する。なお、Ａｌペースト５を焼成する場合には、６５０℃以上８００℃以下で３０秒間以上５分間以下焼成することが好ましい。
【００２９】
７．第７の工程
次に、図１（Ｇ）に示すように、半導体基板１の受光面および裏面にＡｇペースト８，９を塗布する。受光面には、グリッド状にＡｇペースト８を塗布することができ、裏面には、Ａｌ電極６が形成されていない箇所に、近傍のＡｌ電極と一部が重なるように、Ａｇペースト９を塗布することができる。なお、塗布方法としては、スクリーン印刷法などがある。
【００３０】
８．第８の工程
そして、最後に、図１（Ｈ）に示すように、半導体基板１上のＡｇペースト８，９を加熱室である焼成炉内で焼成して、Ａｇ電極１０，１１を形成する。具体的には、Ａｇペースト８が反射防止膜４をファイヤースルーすることによって表電極としてのＡｇ電極１０が形成されるとともに、裏電極としてのＡｇ電極１１が形成される。なお、Ａｇペースト８，９を焼成する場合には、６００℃以上８００℃以下で３０秒間以上５分間以下焼成することが好ましい。以上の工程により、太陽電池１００が製造される。
【００３１】
上述した第１の工程〜第８の工程からなる太陽電池の製造工程の一連の流れにおいて、半導体基板１に塗布後されたＡｌペースト５を焼成することによってＡｌ電極６を形成した後、半導体基板１に塗布されたＡｇペースト８，９を焼成することによってＡｇ電極１０，１１を形成したが、この順番は入れ替わってもよい。また、Ａｌ電極６およびＡｇ電極１０，１１を同時に形成してもよい。、各電極６，１０，１１を構成する金属元素は、それぞれＡｌ元素、Ａｇ元素に限定されるものではない。なお、裏面のＡｇ電極１１は形成しなくてもよい。
【００３２】
以上、図１を用いて、一般的な太陽電池の製造方法の一連の流れを説明したが、このような太陽電池の製造方法において、本発明は、第５の工程および第６の工程、ならびに第７の工程および第８の工程において適用することができる。以下、図１（Ｅ）〜図１（Ｇ）を用いながら、本発明に係る太陽電池の製造方法について説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
≪導電性ペースト塗布工程≫
本実施形態において、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｅ）に示すように、ｐｎ接合を有する半導体基板１の一方の面である裏面上に導電性ペーストとしてのＡｌペースト５を塗布する。
【００３４】
導電性ペーストとしては、加熱により気化し得る溶剤中に導電性粉末を分散させたものを用いることができ、導電性粉末としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなどを用いることができる。また、導電性ペーストは、バインダとしてガラス粉末を含んでも良い。なお、本明細書において、溶剤中にＡｌの粉末を分散させたものをＡｌペーストという。また、導電性ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などがあり、導電性ペーストの塗布量は、電極を形成したい面に塗布されたペーストの厚さが約０．０２ｍｍとなるような量であることが好ましい。
【００３５】
≪電極形成工程≫
次に、電極形成工程として、図１（Ｆ）に示すように、半導体基板１上のＡｌペースト５を加熱室内で焼成して電極６を形成する。この電極形成工程において、加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下に制御される。
【００３６】
上記制御が可能な加熱室として、図２に示すような焼成炉２００を用いることができる。図２において、焼成炉２００は炉室２１と、図２が記載されている紙面の裏側から表側に向かって炉室２１の内部を進行するベルト２２と、ベルト２２の下方および上方においてベルト２２の進行方向と垂直な方向に伸びているヒータ２３，２４と、ベルト２２の下方においてベルト２２の進行方向と垂直な方向に伸びているガスの供給部としてのガス供給管２５と、炉室２１内のガスを外部に排出する排出部としてのガス排出管２６とを備える。ベルト２２上には、図１（Ｅ）に示すＡｌペースト５が塗布された半導体基板１が載置される。
【００３７】
図２の焼成炉２００において、ガス供給管２５には、所定の間隔をあけて通気孔が形成されており、この通気孔を通ってガスが炉室２１内に供給される。そして、炉室２１内に供給されたガスは、炉室２１の上部に形成されたガス排出管２６を介して炉室２１の外に排出される。炉室２１内へのガスの供給量（Ｖ１）を制御するために、ガス供給管２５には不図示のガス供給量制御装置が接続されており、炉室２１内からのガスの排出量（Ｖ２）を制御するために、ガス排出管２６には不図示のガス排出量制御装置が接続されている。ガス供給量制御装置としては、たとえば、流量計を用いることができ、ガス排出量制御装置としては、たとえばロータリーポンプ、エゼクターを用いることができる。
【００３８】
図３は、図２に示す焼成炉のＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。図３において、ベルト２２は図中白抜きの矢印方向に進行する。ヒータ２３は、たとえば、図中上向きの実線矢印方向に半導体基板１を加熱することができ、ヒータ２４は、たとえば、図中下向きの実線矢印方向に半導体基板１を加熱することができる。また、ガス供給管２５は、図中上向きの点線矢印方向に向けて炉室２１内にガスを供給し、炉室２１内に供給されたガスは、図３上方の不図示のガス排出管２６から排出される。
【００３９】
従来は、炉室２１内に供給されたガスは、炉室２１に形成された開口部から供給されるガスの圧力によって炉室２１の外に排出されていた。これに対し、図２の焼成炉２００では、ガス供給管２５およびガス排出管２６にガス供給量制御装置およびガス排出量制御装置がそれぞれ接続されるため、ガスの供給量および排出量を制御することができる。したがって、導電性ペーストの焼成時に、焼成炉内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と焼成炉内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることができる。これにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。比率（Ｖ１／Ｖ２）が高い場合を考慮して、炉室２１は耐圧性であることが好ましい。なお、比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることによる効果については、後述する実験１および実験２の説明において詳述する。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
≪導電性ペースト塗布工程≫
本実施形態において、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｇ）に示すように、ｐｎ接合を有する半導体基板１の表面および裏面上に導電性ペーストとしてのＡｇペースト８，９をそれぞれ塗布する。導電性ペーストとしては、他の導電性ペースト、たとえばＡｌペーストを用いることができる。
【００４１】
導電性ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などがあり、導電性ペーストの塗布量は、電極を形成したい面に塗布されたペーストの厚さが約０．０２ｍｍとなるような量であることが好ましい。
【００４２】
≪電極形成工程≫
次に、電極形成工程として、図１（Ｈ）に示すように、半導体基板１上のＡｇペースト８，９を加熱室内、たとえば図２の焼成炉２００内で焼成して電極１０，１１を形成する。この電極形成工程において、加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下に制御される。これにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【００４３】
また、上記第１の実施形態および第２の実施形態を組み合わせて、太陽電池１００を製造しても良い。この場合には、全ての電極の形成時にガスの供給量と排出量の比率（Ｖ１／Ｖ２）を制御することができ、より安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができる。
【００４４】
次に、本発明者が加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることにより、製造された太陽電池の出力特性を向上させることができ、さらに製造された太陽電池間の出力特性のばらつきを低下させることができるとの知見を得るに至った実験を以下に詳述する。
【００４５】
＜実験１＞
本発明者は、電極形成工程における温度プロファイルを調整するという従来の観点と異なり、電極形成工程における加熱室内のガスの供給量（Ｖ１）とガスの排出量（Ｖ２）との比率（Ｖ１／Ｖ２）（以下、「供給量／排出量比」という。）を調整するという観点に着目した。そして、電極形成工程における焼成炉内へのガスの供給量（Ｖ１）を一定にした状態で、ガスの排出量（Ｖ２）を制御することによって比率（Ｖ１／Ｖ２）を変動させながら、図１に示す太陽電池の製造方法の手順に従って、太陽電池１００を製造した。以下に実験１における太陽電池の製造方法を図１を用いながら具体的に説明する。
【００４６】
まず、図１（Ａ）に示すように、単結晶のシリコン基板である半導体基板のダメージ層をエッチングによって除去し、かつ受光面に凹凸形状を形成した。エッチング液としては、五酸化二リンのアルコール溶液を用いた。次に、テクスチャ加工された半導体基板１の受光面全体に、図１（Ｂ）に示すように、ドーパント液２として、エタノール１００重量部に対して２〜５重量部の範囲内となるように五酸化二リンを添加した溶液をスピンコータを用いて塗布した。該溶液の有機溶剤としては、エタノール、イソプロパノールなどのアルコールを用いることができる。なお、半導体基板１の大きさは２４５ｃｍ2であった。
【００４７】
そして、ドーパント液２が塗布された半導体基板１を拡散炉に入れて９００℃で２０分間加熱することにより、図１（Ｃ）に示すように、半導体基板１の受光面にｎ＋層３を形成した。その後、図１（Ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコンからなる反射防止膜４をｎ＋層３上に約８０ｎｍの厚みで形成した。
【００４８】
次に、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｅ）に示すように、半導体基板１の裏面に、スクリーン印刷法によって、Ａｌペースト５を１枚の半導体基板１に対し２．３〜２．６ｇ塗布した。Ａｌペースト５としては、アルミニウム粉末１００重量部に対して、ガラス粉末が０．５〜５重量部の範囲内となるように、有機溶剤が２５〜４５重量部の範囲内となるように添加されたＡｌペーストを用いた。そして、電極形成工程として、図１（Ｆ）に示すように、Ａｌペースト５が塗布された半導体基板１を図２の焼成炉２００の炉室２１内で焼成して電極６およびｐ＋層７を形成した。
【００４９】
具体的には、Ａｌペースト５が塗布された半導体基板１を炉室２１内のベルト２２上に載置した状態で、炉室２１内におけるガスの供給量／排出量比を調整しながら、半導体基板１を８００℃で２分間加熱した。供給量／排出量の制御は、供給管２５および排出管２６のガスの流路に取り付けたマイクロフローセンサで供給量および排出量をモニタリングしながら、供給管２５に設けられた流量計、および排出管２６に設けられたエゼクターを制御することにより行った。なお、用いた焼成炉２００の容積は、幅２０００ｍｍ、奥行き２０００ｍｍ、高さ２０００ｍｍであり、半導体基板１の搬出入用の開口部は縦６０ｍｍ、横１２００ｍｍであり、焼成炉２００は、１時間当たり２０００〜２２００枚の半導体基板の焼成を可能とする処理能力を有していた。
【００５０】
供給量／排出量比の制御について、具体的には、２００℃〜１００℃に加熱したドライエアーを１２００Ｌ／ｍｉｎで炉室２１内に供給し、炉室２１内からのガスの排出量を１９２０Ｌ／ｍｉｎ、１２８０Ｌ／ｍｉｎ、８００Ｌ／ｍｉｎ、６４０Ｌ／ｍｉｎ、４８０Ｌ／ｍｉｎに変動させた。なお、各条件下において、半導体基板１を２０枚ずつ加熱した。
【００５１】
ここで、ドライエアーとは、０．０１ｍｍのフィルターを通した露点−４０℃の空気である。なお、ドライエアーを加熱したのは、炉室２１内が冷却されるのを防ぐためであり、上記温度範囲は加熱コストの観点を踏まえた上で決定した範囲である。したがって、炉室２１内に供給されるガスの温度は上記温度範囲に限定されるものではない。
【００５２】
次に、導電性ペースト塗布工程として、図１（Ｇ）に示すように、スクリーン印刷法によって、半導体基板１の裏面および受光面にＡｇペースト８，９を１枚の半導体基板１に対し、０．４〜０．５ｇ塗布した。Ａｇペースト８，９としては、銀粉末１００重量部に対して、ガラス粉末が０．５〜５重量部の範囲内となるように、有機溶剤が２５〜４５重量部の範囲内となるように添加されたＡｇペーストを用いた。なお、該ペーストを表面に０．３ｇ、裏面に０．１ｇ塗布した。
【００５３】
そして、再度、電極形成工程として、上述した焼成炉２００を用いて、各半導体基板１において、Ａｌペーストの焼成時と同じ条件で、Ａｇペーストの焼成を行った。この電極形成工程によって、図１（Ｈ）に示すように、Ａｇペースト８が反射防止膜４をファイヤースルーすることによって表電極としてのＡｇ電極１０が形成されるとともに、裏電極としてのＡｇ電極１１が形成された。以上の手順により、太陽電池１００を作製した。
【００５４】
＜実験２＞
電極形成工程における供給量／排出量比の制御について、炉室２１内のガスを４８０Ｌ／ｍｉｎで排出し、炉室２１内へのガスの供給量を２４０Ｌ／ｍｉｎ、４８０Ｌ／ｍｉｎ、７２０Ｌ／ｍｉｎ、９２０Ｌ／ｍｉｎ、１２００Ｌ／ｍｉｎに変動させた以外は、実験１と同様の手順で、太陽電池１００を作製した。
【００５５】
＜性能評価＞
実験１および実験２で作製された各太陽電池１００に、２５℃±１℃の温度環境下で電力１ｋＷのキセノンランプを照射し、各太陽電池１００の出力（Ｗ）を測定した。供給量／排出量比の異なる各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）を表１に示す。なお、各条件下における出力の値は、それぞれ２０個の太陽電池１００の平均値である。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図４に、実験１および実験２の各条件下で作製された太陽電池１００の出力（Ｗ）をプロットしたグラフを示す。図４において、横軸は電極形成工程における供給量／排出量比を示し、縦軸は太陽電池１００の出力（Ｗ）を示す。また、○は実験１の結果を示し、△は実験２の結果を示す。
【００５８】
図４から明らかなように、電極形成工程における加熱室内の供給量／排出量比が１．０より低いと、太陽電池１００の出力（Ｗ）のばらつきが大きい。したがって、安定的に所望の出力（Ｗ）を有する太陽電池を製造するには、供給量／排出量比を１．０以上とすることが好ましいことがわかった。
【００５９】
また、上記結果についてさらに考察を進めるために、実験１の各プロットの多項式近似および実験２の各プロット間の多項式近似を算出した。図５に、実験１の各プロット間の関係を示す多項式近似、および実験２の各プロット間の関係を示す多項式近似を示すグラフを示す。図５において、実線の曲線は実験１の各プロット間の関係を示す二次多項式近似であり、点線の曲線は実験２の各プロット間の関係を示す二次多項式近似である。
【００６０】
図５から明らかなように、製造される太陽電池１００の出力（Ｗ）は、供給量／排出量比に対して極大値を有する。具体的には、実験１の結果に基づく二次多項式近似が供給量／排出量比が１．５付近で極大値を有し、実験２の結果に基づく二次多項式近似が供給量／排出量比が１．８付近で極大値を有する。
【００６１】
図５のグラフから、供給量／排出量比が１以上２．５以下であれば、太陽電池の出力（Ｗ）のばらつきが小さく、かつ出力（Ｗ）の高い太陽電池を製造できることがわかった。したがって、電極形成工程において、加熱室内の供給量／排出量比を１以上２．５以下とすることにより、安定的に、出力特性の高い太陽電池を製造することができることがわかった。
【００６２】
また、図５のグラフから、供給量／排出量比が１．１以上２．５以下の場合が、出力特性がより安定するために好ましく、１．３以上２．３以下がさらに好ましいことがわかった。さらに、実験２の結果に基づく二次多項式近似から、ガスの供給量が４８０Ｌ／ｍｉｎ以上、すなわち、１分間当たり４８０Ｌ以上であることが好ましいことがわかった。
【００６３】
以上詳述したように、本発明によれば、導電性ペースト塗布工程後の電極形成工程において、焼成炉内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と焼成炉内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）を１以上２．５以下とすることにより、製造された太陽電池の出力特性を向上させることができ、さらに製造された太陽電池間の出力特性のばらつきを低下させることができる。したがって、製造される太陽電池の歩留まりを低下させることができる。
【００６４】
また、各電極形成工程のうち、少なくとも一方の電極形成工程において、供給量／排出量比を制御すれば足りるが、両電極形成工程において、供給量／排出量を制御することが好ましい。また、第１の実施形態および第２の実施形態では、片面で太陽光を受光する太陽電池の製造方法を用いて、本発明について説明したが、両面で太陽光を受光する太陽電池であっても、供給量／排出量比を上述のように制御することにより、太陽電池の出力特性が向上することはいうまでもない。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、たとえば、太陽電池を量産する場合に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 半導体基板、２ ドーパント液、３ ｎ＋層、４ 反射防止膜、５ Ａｌペースト、６ Ａｌ電極、７ ｐ＋層、８，９ Ａｇペースト、１０，１１ Ａｇ電極、２１ 炉室、２２ ベルト、２３，２４ ヒータ、２５ 供給管、２６ 排出管、１００ 太陽電池、２００ 焼成炉。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合を有する半導体基板と、該半導体基板上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、
前記半導体基板上の前記導電性ペーストを加熱室内で焼成して前記電極を形成する工程と、を有し、
前記電極を形成する工程での前記加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と前記加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記比率（Ｖ１／Ｖ２）が１．１以上である請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記供給量（Ｖ１）が、１分間当たり４８０Ｌ以上である請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記供給量（Ｖ１）および前記排出量（Ｖ２）は、それぞれ供給部および排出部によって制御される請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１】
ｐｎ接合を有する半導体基板と、該半導体基板上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の表面および裏面のうちの少なくとも一方の面上に導電性ペーストを塗布する工程と、
前記半導体基板上の前記導電性ペーストを加熱室内で焼成して前記電極を形成する工程と、を有し、
前記電極を形成する工程での前記加熱室内に供給されるガスの供給量（Ｖ１）と前記加熱室内から排出されるガスの排出量（Ｖ２）の比率（Ｖ１／Ｖ２）が１以上２．５以下である太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記比率（Ｖ１／Ｖ２）が１．１以上である請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記供給量（Ｖ１）が、１分間当たり４８０Ｌ以上である請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記供給量（Ｖ１）および前記排出量（Ｖ２）は、それぞれ供給部および排出部によって制御される請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５１２３５（Ｐ２０１１−１５１２３５Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８０９（Ｐ２０１０−１１８０９）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【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２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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