太陽電池セル及びその製造方法
【課題】アルミニウム電極における膨れや突起の発生を防止し、歩留まりに優れた太陽電池セル及びその製造方法を得ること。
【解決手段】ｐ型多結晶Ｓｉ基板１と、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の受光面に形成されたｎ型拡散層２と、ｎ型拡散層２上に設けられた表面側電極７と、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の受光面とは反対側の面の表層に設けられたアルミニウム電極５及び銀電極１６を有する太陽電池セルであって、アルミニウム電極５及び銀電極１６とｐ型多結晶Ｓｉ基板１との間にＳｉ酸化膜４を介在させ、熱処理を施した。
【解決手段】ｐ型多結晶Ｓｉ基板１と、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の受光面に形成されたｎ型拡散層２と、ｎ型拡散層２上に設けられた表面側電極７と、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の受光面とは反対側の面の表層に設けられたアルミニウム電極５及び銀電極１６を有する太陽電池セルであって、アルミニウム電極５及び銀電極１６とｐ型多結晶Ｓｉ基板１との間にＳｉ酸化膜４を介在させ、熱処理を施した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を含有したペーストで電極を形成する太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上で用いられている太陽電池としては、シリコン（Ｓｉ）太陽電池が主流である。Ｓｉ太陽電池の量産においては、そのプロセスフローをなるべく簡素化することで製造コストの低減が図られている。中でも、太陽電池セルに設けられる電極に関しては、金属を含有したペーストを、スクリーン印刷等を用いて形成する方法が採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
このような太陽電池セルの一般的な製造方法について説明する。まず、太陽電池用基板として、ｐ型Ｓｉ基板を準備し、その全面にドナーとなる原子（例えばリン（Ｐ））を熱的に拡散させ、導電型を反転させたｎ型拡散層を形成する。多くの場合、ｎ型拡散層はｐ型Ｓｉ基板の全面に形成される。このｎ型拡散層のシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、その深さは０．３〜０．５μｍ程度である。通常、リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が用いられることが多い。
【０００４】
続いて、全面にｎ型拡散層が形成されたｐ型Ｓｉ基板の一面をレジストによって保護し、ｐ型Ｓｉ基板の一主面（表面）のみにｎ型拡散層を残すようにエッチングを行う。エッチング処理後に残存したレジストは、有機溶剤などを用いて除去される。
【０００５】
続いて、プラズマＣＶＤ法などによって、絶縁膜（反射防止膜）として、例えば窒化シリコン膜をｎ型拡散層上に７０〜９０ｎｍの厚さで形成する。
【０００６】
次に、ｐ型Ｓｉ基板の裏面に、裏面側電極形成用のアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。通常、アルミニウムペースト面上の一部又はアルミニウムペースト面に設けた開口部に銀ペーストを印刷し、乾燥させる。窒化シリコン膜上に表面電極形成用の銀ペーストを裏面と同様にスクリーン印刷し、乾燥させる。その後、基板を７００〜９００℃程度で数分〜数十分程度、例えば近赤外線ランプ照射炉中で焼成する。この結果、ｐ型Ｓｉ基板の裏面側では、焼成中に、アルミニウムペーストに含まれるアルミニウムがｐ型Ｓｉ基板中へ不純物として拡散し、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層が形成される。
【０００７】
このｐ＋層は、一般的にＢＳＦ（Back Surface Field）層と称され、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上に寄与する。
【０００８】
しかしながら、上記従来の太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウムからなる裏面側電極の形成時に、裏面側電極の膨れや突起が生じることがある。そして、裏面側電極の膨れや突起が生じた場合は、突起などを起点としてｐ型Ｓｉ基板に割れが生じる基板割れ率が増加するという問題がある。
【０００９】
また、太陽電池セルのモジュール作成時、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、裏面側電極の膨れや突起が絶縁層を突き破ることで、絶縁性が確保できないという問題がある。
【００１０】
これらの問題は、太陽電池セルやこれを組み立てて作成される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。したがって、裏面側電極の形成においては、膨れや突起の発生を防止することが重要である。
【００１１】
膨れや突起の発生は、アルミニウムペーストが薄い場合に顕著に見られることと、発生箇所がウェハの特定の位置に偏りやすいことから、これらの解決策として、特許文献３には、アルミニウムペーストの厚さをウェハ面内に膨れや突起が発生しやすい箇所で厚くすることが提案されている。
【００１２】
また、特許文献４には、アルミニウムペーストに含まれるアルミニウム粒子の平均粒径を６〜２０μｍ、かつ平均粒径の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合を１５％以下とすることで、アルミニウムの厚さを厚くし、その結果、ウェハの反りを抑制しながらアルミニウムの膨れや突起の発生を抑制する手法が提案されている。
【００１３】
また、高集積回路半導体デバイスや薄膜トランジスタデバイスにおいても金属配線としてアルミニウムを使用することが多く、その金属配線を形成する熱処理プロセスでアルミニウムと基板との間における熱膨張率差に基づくアルミニウムの膨れ（いわゆるヒロック）が生じる場合がある。このような熱膨張率差による不具合を抑制するために、特許文献５にはアルミニウムとガラス基板との間に窒化アルミニウム等の中間層を挿入し、アルミニウムの膨れを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４９３号公報
【特許文献３】特開２００３−２１８３７３号公報
【特許文献４】特開２００５−１９１１０７号公報
【特許文献５】特開２００５−３３１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献３に開示される発明のように、アルミニウムペーストを部分的に厚くすると、焼成時にウェハが反りやすくなったり、印刷工程での調整が困難になるなどの問題を伴う。
【００１６】
また、特許文献４に開示される発明のように、アルミニウムペーストを変えると、印刷条件や焼成条件への影響が大きく、太陽電池セルの特性に影響を与える可能性がある。
【００１７】
さらに、従来の太陽電池セルの製造プロセスで裏面側電極を形成する場合のアルミニウムの膨れのメカニズムは、熱膨張率差に基づくものではない。また、太陽電池セルの製造プロセスにおいてアルミニウム電極とＳｉ電極との間に電極や基板とは異なる物質を含む中間層を挿入することは、ＢＳＦ層の生成を妨げ、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上を妨げることとなるため、容易に実施できるものではない。したがって、特許文献５に記載の発明を太陽電池セルの製造プロセスに適用しても、アルミニウムの膨れを防止できないばかりではなく、太陽電池セルの性能を低下させてしまうこととなる。
【００１８】
このように、アルミニウム電極における膨れや突起の発生を防止し、歩留まりに優れた太陽電池セル及びその製造方法は提供されていなかった。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アルミニウム電極における膨れや突起の発生を防止し、歩留まりに優れた太陽電池セル及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の導電型のシリコン基板と、第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型でシリコン基板の受光面に形成された反転層と、反転層上に設けられた受光面側電極と、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面の表層に設けられた裏面電極と、を有する太陽電池セルであって、シリコン基板と裏面電極との間にシリコン酸化膜を介在させ、熱処理を施したことを特徴とする太陽電池セルを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アルミニウムペーストのアルミニウム成分とシリコンとの局部的な反応の促進が抑制されるため、表面に膨れや突起がなく略平坦な表面を有するアルミニウム電極を形成でき、ひいてはアルミニウム電極の表面の膨れや突起を起点とした半導体基板の割れが発生しないため歩留まりに優れた太陽電池セルを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【図１１】図１１は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明にかかる太陽電池セル及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面においても同様である。
【００２４】
実施の形態．
図１〜図３は、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態の概略構成を示す図である。図１は、太陽電池セルの断面図、図２は、太陽電池セルの上面図、図３は、太陽電池セルの下面図である。ここで、上面とは太陽電池セルの受光面側の面であり、下面とは受光面とは反対側の面（裏面）である。なお、図１は、図３中の線分１−１における断面を示している。
【００２５】
太陽電池セルは、ｐｎ接合を備えることによって光電変換機能を有する半導体基板１４と、半導体基板１４の表面に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜３と、半導体基板１４の表面において反射防止膜３に囲まれて形成された表面側電極７と、半導体基板１４の受光面とは反対側の面（裏面）に所定のパターンで配置された銀電極１６及びアルミニウム電極５を有している。
【００２６】
半導体基板１４は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１と、その表面側の導電型が反転したｎ型拡散層２と、裏面側の高濃度不純物としてのアルミニウムを含んだＰ＋層（ＢＳＦ層）６及び銀が拡散した導電層１７と有し、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とｎ型拡散層２とがｐｎ接合を形成している。
【００２７】
表面側電極７としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極８及び表銀バス電極１５を含む。表銀グリッド電極８は、銀を主成分とし、半導体基板１４で発電された電気を集電するために表面に局所的に設けられている。表銀バス電極１５は、銀を主成分とし、表銀グリッド電極８で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極８とほぼ直交して設けられている。
【００２８】
アルミニウム電極５は、半導体基板１４の裏面の外周部近傍を除いたほぼ全面に形成されている。アルミニウム電極５は、アルミニウムを主構成要素とする電極であり、ＢＳＦ層６上に積層されている。銀電極１６は、銀を主構成要素とする電極であり、銀がＳｉＯ２及びＳｉに拡散した導電層１７上に積層され、半導体基板１４の裏面における形状が正方形状とされた上で表銀バス電極１５と略同一方向に配列されて形成されている。なお、個々の銀電極１６は正方形に限定されることはなく、矩形や円形などであっても良い。
【００２９】
このように構成された太陽電池セルでは、太陽電池セルの表面側から半導体基板１４のｐｎ接合面（ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とｎ型拡散層２との接合面）に光が照射されると、ホールと自由電子とが生成する。ｐｎ接合部の電界の作用により、生成された自由電子はｎ型拡散層２に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶Ｓｉ基板１に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層２は電子が過剰となり、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１はホールが過剰となって光起電力が発生する。この光起電力は、ｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型拡散層２に接続した表面側電極７がマイナス極となり、ＢＳＦ層６に接続した銀電極１６がプラス極となって、不図示の外部回路に電流が流れる。
【００３０】
次に、このような太陽電池セルの製造方法の一例について、図４〜図９を用いて説明する。図４〜図９は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造の過程での断面を示している。
【００３１】
まず、半導体基板１４の基となるｐ型多結晶Ｓｉ基板１を用意する。そして、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１を例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面、裏面、端面にリンを拡散させる。これにより、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面、裏面、端面に導電型を反転させたｎ型拡散層２を形成して半導体ｐｎ接合を形成する。ここで、ｎ型拡散層２のシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、ｎ型拡散層２の深さは０．３〜０．５μｍ程度である。
【００３２】
次に、ｎ型拡散層２を形成したｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面にレジストを形成する。そして、このレジストをマスクとして用いてｐ型多結晶Ｓｉ基板１にエッチング処理を施し、その後、有機溶剤などを用いてレジストを除去する。これにより、図４に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面にのみｎ型拡散層２が残存し、裏面及び端面の不要なｎ型拡散層２が除去された状態となる。
【００３３】
次に、図５に示すように、反射防止膜３として、例えばプラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法によって窒化シリコン膜などの絶縁膜を７０〜９０ｎｍ程度の一様な厚さでｎ型拡散層２上に成膜する。反射防止膜３は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。
【００３４】
次に、図６に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側に、Ｓｉ酸化膜４を、例えばＣＶＤ法によって堆積させる。ここで、Ｓｉ酸化膜４は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の濡れ性の均一化を図ることを目的とし、また、後段のＢＳＦ層６の形成を阻害せず、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とアルミニウム電極５との間の伝導性に影響しない厚さを有する。換言すると、Ｓｉ酸化膜４は、絶縁性を示さない程度の薄さで形成される。一例を挙げると、Ｓｉ酸化膜４は１〜３ｎｍ程度が好ましい。
【００３５】
次に、銀電極１６の基となる電極ペーストである銀ペーストを特定のパターン（後段で形成される表銀バス電極１５と同方向に配列した正方形のパターン）でスクリーン印刷した後、銀ペーストの配置パターンと略同一のパターンをマスクとしてアルミニウム電極５の基となる電極ペーストであるアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、１００〜３００℃程度で乾燥させる。銀ペーストは、主として銀粒子と溶剤とガラスフリットとからなる導電性ペーストである。一方、アルミニウムペーストは、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなる導電性ペーストである。アルミニウムペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図７に示すように、Ｓｉ酸化膜４の上に、アルミニウムペーストの層が形成されアルミニウム電極５となる。アルミニウム電極５の厚さは、２０〜４０μｍ程度である。なお、ここでは銀ペースト及びアルミニウムペーストを配置した後に乾燥を行う例を挙げたが、先に配置した銀ペーストを指触乾燥又は完全乾燥させてから、アルミニウムペーストを配置しても良い。また、ここでは先に銀ペーストを配置し、次いでアルミニウムペーストを配置したが、逆順で配置しても良い。
【００３６】
次に、表面側電極７のパターン、すなわち表銀グリッド電極８と表銀バス電極１５とのパターンを、反射防止膜３上に銀ペーストでスクリーン印刷し、１００〜３００℃程度で乾燥させる。銀ペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図８に示すように、反射防止膜３上に所定のパターンで銀ペーストによる表面側電極７が形成される。
【００３７】
そして、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１に対して、例えば近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理を施す。ここで、焼成処理は、温度７００〜９００℃程度で、数分〜数十分程度の時間だけ実施される。焼成処理を施すと、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側では、アルミニウム電極５の基となるアルミニウムペーストからＳｉ酸化膜４を介してｐ型多結晶Ｓｉ基板１中にアルミニウムが不純物として拡散する。これにより、図９に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側にアルミニウムを不純物として高濃度に含んだＢＳＦ層６が形成される。
【００３８】
ＢＳＦ層６の形成は、５００℃程度に加熱されると、Ｓｉ酸化膜４中の酸化シリコンがアルミニウムと反応して除去され（２Ａｌ＋（３／２）ＳｉＯ２→Ａｌ２Ｏ３＋（３／２）Ｓｉ）、アルミニウムとシリコンとが接触できるようになり、アルミニウムがシリコン内部に拡散してＢＳＦ層６を形成することによって起こると考えられる。
【００３９】
ここで、光電変換効率を向上させるために、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の大部分にＢＳＦ層６を形成する必要がある。したがって、アルミニウム電極５は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の大部分を覆うように形成されることが好ましい。また、裏面における電気の取り出しは、銀がＳｉＯ２やＳｉに拡散しやすいこと及びＳｉ酸化膜４が薄いことによって導電層１７が形成されること、又はトンネル効果によって実現される。
【００４０】
一方、表面側の電気の取り出しは、銀ペーストに含まれるガラスフリット成分が反射防止膜３である窒化シリコンを溶融し、表面側電極７とｎ型拡散層２とを導通させるファイヤスルーによって実現される。
【００４１】
これにより、ｐｎ接合を有し、表面側にｎ型拡散層２が形成され、裏面側にＢＳＦ層６が形成された半導体基板１４が形成される。
【００４２】
以上のような工程を実施することにより、図１〜図３に示した本実施の形態にかかる太陽電池セルを製造できる。なお、上記の一連の工程によって複数の太陽電池セルを作成した後に、各太陽電池セルの裏面側電極５及び表面側電極７に対して相互に銅箔などをはんだ付けし、太陽電池セルの所望の直列・並列接続を形成することにより、複数の太陽電池セルから構成される太陽電池モジュールが形成できる。
【００４３】
以上のような工程を経て作成した太陽電池セルは、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の濡れ性がＳｉ酸化膜４によって均一化されたため、焼成処理の工程においてＢＳＦ層６が形成される際に、アルミニウム電極５のアルミニウム成分とシリコンとの局部的な反応の促進が抑制される。このため、表面に盛り上がり（膨れ）や突起がなく、略平坦な表面を有するアルミニウム電極５を形成できる。
【００４４】
したがって、アルミニウム電極５の表面の膨れや突起を起点とした半導体基板１４の割れが発生しないため、歩留まりに優れた太陽電池セルが実現される。
【００４５】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、アルミニウム電極５が略平坦な表面を有することにより、太陽電池セルをモジュール化するために、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、アルミニウム電極５の膨れや突起が絶縁層を突き破ることがなく、絶縁性が確保された太陽電池モジュールを作成できる。
【００４６】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、半導体基板１４とアルミニウム電極５及び銀電極１６との間に、基板や電極を構成する物質以外の材質からなる中間層が挿入されていないため、不純物（アルミニウム）によるＢＳＦ層６の形成が阻害されることはなく、ＢＳＦ層６が太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与する。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルは、光電変換効率に優れる。
【００４７】
次に、上記本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を従来の太陽電池セルの製造方法と比較するために、裏面側電極用のペーストの焼成時において突起状の膨れが発生するという、従来の技術での問題（特許文献１にかかる技術で生じる問題）について、図１０〜図１２を用いて説明する。図１０〜図１２は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図であり、理解の容易のため、裏面側を紙面の上方向として太陽電池セルの断面を示している。これらの図では、ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１において周囲よりも濡れ性の高い面を符号９で示した。
【００４８】
従来の太陽電池セルの製造方法においても、アルミニウム電極を形成するためのアルミニウムペースト２５は、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなるものが用いられる。図１０に示すように、ｎ型拡散層（不図示）を形成したｐ型多結晶Ｓｉ基板２１の裏面側に、アルミニウム電極を形成するためにアルミニウムペースト２５を印刷した後、焼成前の約２００℃での乾燥を行う。
【００４９】
乾燥時にアルミニウムペースト２５からは溶剤が揮発し、アルミニウム粒子とガラスフリットとからなる固体層が形成される。
【００５０】
次に、近赤外線ランプ照射炉内で焼成処理を行うが、焼成処理における昇温時には、アルミニウム電極の基となるアルミニウムペースト２５に含まれるガラスフリットが３００〜４００℃で、アルミニウム粒子が６６０℃で溶融し始める。アルミニウムとシリコンとの共晶点の温度が５７７℃であるため、ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１の裏面とアルミニウムペースト２５との間には、アルミニウムが溶融する前に、シリコンとアルミニウムとが混合したＡｌ−Ｓｉの溶融液が生成される。
【００５１】
ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１裏面に濡れ性が高い面９が局部的に存在すると、溶融したガラスフリットが濡れ性が高い面９に凝集し、濡れ性の高い面９においてアルミニウムとシリコンとの反応性が高くなるため、Ａｌ−Ｓｉの溶融が促進される。その結果、図１１に示すように、濡れ性の高い面９において周囲の面と比べて早い時点でアルミニウムペースト２５の表層まで溶融液化し溶融層１１が形成される。そして、濡れ性の高い面９の周囲には未溶融のガラスペースト２５が存在するため、濡れ性の高い面９に相当する部分のみに開口を有する固体層の蓋が、濡れ性の高い面９の周囲の面の溶融層１０の上に載っているような状態となる。このため、空気と接する境界まで液相化した溶融層１１のＡｌ−Ｓｉ溶融液は、表面張力で盛り上がり、突起状の膨らみを形成する。
【００５２】
この状態から降温を開始した場合は、状態図に従ってＡｌ−Ｓｉ溶融液からアルミニウムとシリコンとが分離、凝固し、図１２に示すように裏面側電極１２が形成される。この際、Ａｌ−Ｓｉ溶融液が表面張力で盛り上がっていた部分はｐ型多結晶Ｓｉ基板の表層から離れていて溶融液中のＳｉ濃度が共晶点の濃度である１２ｗｔ％よりも低いため、溶融層１１が凝固する際には共晶温度（５７７℃）まではアルミニウムを析出しながら温度が低下していく。したがって、空気と接していて最初に凝固する溶融層１１の突起状の膨らみの部分は、ほぼ１００％アルミニウムとして溶融液の膨らみそのままの形で膨れ１３として残る。
【００５３】
このような突起状の膨れ１３が生じた場合は、これを起点としてｐ型多結晶Ｓｉ基板２１に割れが生じ、基板割れ率が増加するという問題が生じる。また、太陽電池セルをモジュール化する際において、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、突起状の膨れ１３が絶縁層を突き破ることで、絶縁性を確保できないという問題が生じる。これらの問題は、太陽電池セルやこれを組み立てて作成される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。
【００５４】
濡れ性が高い面９の周囲の面の溶融層１０が完全に溶融させれば、溶融液の盛り上がりは解消されるが、焼成工程が長期化することによってエネルギー消費量が増加してしまう。
【００５５】
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウム電極５の形成前にＳｉ酸化膜４を形成することで、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の濡れ性を均一化するため、ペーストの局部的な凝集が抑制され、局部的なシリコンとアルミニウムとの反応促進や表面張力によって溶融層の盛り上がりが発生することが防止される。
【００５６】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウム電極５の膨れや突起に起因した太陽電池セルや太陽電池モジュールの歩留まりの低下を防止して、歩留まり良く太陽電池セルを作成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる太陽電池セル及びその製造方法は、アルミニウムペーストを用いて表面が略平坦なアルミニウム電極を形成できる点で有用であり、特に、歩留まり良く太陽電池セルや太陽電池モジュールを製造するのに適している。
【符号の説明】
【００５８】
１、２１ ｐ型多結晶Ｓｉ基板
２ ｎ型拡散層
３ 反射防止膜
４ Ｓｉ酸化膜
５ アルミニウム電極
６ Ｐ＋層（ＢＳＦ層）
７ 表面側電極
８ 表銀グリッド電極
９ 濡れ性の高い面
１０、１１ 溶融層
１２ 裏面側電極
１３ 膨れ
１４ 半導体基板
１５ 表銀バス電極
１６ 銀電極
１７ 導電層
２５ アルミニウムペースト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を含有したペーストで電極を形成する太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上で用いられている太陽電池としては、シリコン（Ｓｉ）太陽電池が主流である。Ｓｉ太陽電池の量産においては、そのプロセスフローをなるべく簡素化することで製造コストの低減が図られている。中でも、太陽電池セルに設けられる電極に関しては、金属を含有したペーストを、スクリーン印刷等を用いて形成する方法が採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
このような太陽電池セルの一般的な製造方法について説明する。まず、太陽電池用基板として、ｐ型Ｓｉ基板を準備し、その全面にドナーとなる原子（例えばリン（Ｐ））を熱的に拡散させ、導電型を反転させたｎ型拡散層を形成する。多くの場合、ｎ型拡散層はｐ型Ｓｉ基板の全面に形成される。このｎ型拡散層のシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、その深さは０．３〜０．５μｍ程度である。通常、リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が用いられることが多い。
【０００４】
続いて、全面にｎ型拡散層が形成されたｐ型Ｓｉ基板の一面をレジストによって保護し、ｐ型Ｓｉ基板の一主面（表面）のみにｎ型拡散層を残すようにエッチングを行う。エッチング処理後に残存したレジストは、有機溶剤などを用いて除去される。
【０００５】
続いて、プラズマＣＶＤ法などによって、絶縁膜（反射防止膜）として、例えば窒化シリコン膜をｎ型拡散層上に７０〜９０ｎｍの厚さで形成する。
【０００６】
次に、ｐ型Ｓｉ基板の裏面に、裏面側電極形成用のアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。通常、アルミニウムペースト面上の一部又はアルミニウムペースト面に設けた開口部に銀ペーストを印刷し、乾燥させる。窒化シリコン膜上に表面電極形成用の銀ペーストを裏面と同様にスクリーン印刷し、乾燥させる。その後、基板を７００〜９００℃程度で数分〜数十分程度、例えば近赤外線ランプ照射炉中で焼成する。この結果、ｐ型Ｓｉ基板の裏面側では、焼成中に、アルミニウムペーストに含まれるアルミニウムがｐ型Ｓｉ基板中へ不純物として拡散し、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層が形成される。
【０００７】
このｐ＋層は、一般的にＢＳＦ（Back Surface Field）層と称され、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上に寄与する。
【０００８】
しかしながら、上記従来の太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウムからなる裏面側電極の形成時に、裏面側電極の膨れや突起が生じることがある。そして、裏面側電極の膨れや突起が生じた場合は、突起などを起点としてｐ型Ｓｉ基板に割れが生じる基板割れ率が増加するという問題がある。
【０００９】
また、太陽電池セルのモジュール作成時、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、裏面側電極の膨れや突起が絶縁層を突き破ることで、絶縁性が確保できないという問題がある。
【００１０】
これらの問題は、太陽電池セルやこれを組み立てて作成される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。したがって、裏面側電極の形成においては、膨れや突起の発生を防止することが重要である。
【００１１】
膨れや突起の発生は、アルミニウムペーストが薄い場合に顕著に見られることと、発生箇所がウェハの特定の位置に偏りやすいことから、これらの解決策として、特許文献３には、アルミニウムペーストの厚さをウェハ面内に膨れや突起が発生しやすい箇所で厚くすることが提案されている。
【００１２】
また、特許文献４には、アルミニウムペーストに含まれるアルミニウム粒子の平均粒径を６〜２０μｍ、かつ平均粒径の半分以下の粒径のものが全粒度分布に対して占める割合を１５％以下とすることで、アルミニウムの厚さを厚くし、その結果、ウェハの反りを抑制しながらアルミニウムの膨れや突起の発生を抑制する手法が提案されている。
【００１３】
また、高集積回路半導体デバイスや薄膜トランジスタデバイスにおいても金属配線としてアルミニウムを使用することが多く、その金属配線を形成する熱処理プロセスでアルミニウムと基板との間における熱膨張率差に基づくアルミニウムの膨れ（いわゆるヒロック）が生じる場合がある。このような熱膨張率差による不具合を抑制するために、特許文献５にはアルミニウムとガラス基板との間に窒化アルミニウム等の中間層を挿入し、アルミニウムの膨れを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４９３号公報
【特許文献３】特開２００３−２１８３７３号公報
【特許文献４】特開２００５−１９１１０７号公報
【特許文献５】特開２００５−３３１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献３に開示される発明のように、アルミニウムペーストを部分的に厚くすると、焼成時にウェハが反りやすくなったり、印刷工程での調整が困難になるなどの問題を伴う。
【００１６】
また、特許文献４に開示される発明のように、アルミニウムペーストを変えると、印刷条件や焼成条件への影響が大きく、太陽電池セルの特性に影響を与える可能性がある。
【００１７】
さらに、従来の太陽電池セルの製造プロセスで裏面側電極を形成する場合のアルミニウムの膨れのメカニズムは、熱膨張率差に基づくものではない。また、太陽電池セルの製造プロセスにおいてアルミニウム電極とＳｉ電極との間に電極や基板とは異なる物質を含む中間層を挿入することは、ＢＳＦ層の生成を妨げ、太陽電池セルのエネルギー変換効率の向上を妨げることとなるため、容易に実施できるものではない。したがって、特許文献５に記載の発明を太陽電池セルの製造プロセスに適用しても、アルミニウムの膨れを防止できないばかりではなく、太陽電池セルの性能を低下させてしまうこととなる。
【００１８】
このように、アルミニウム電極における膨れや突起の発生を防止し、歩留まりに優れた太陽電池セル及びその製造方法は提供されていなかった。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アルミニウム電極における膨れや突起の発生を防止し、歩留まりに優れた太陽電池セル及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の導電型のシリコン基板と、第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型でシリコン基板の受光面に形成された反転層と、反転層上に設けられた受光面側電極と、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面の表層に設けられた裏面電極と、を有する太陽電池セルであって、シリコン基板と裏面電極との間にシリコン酸化膜を介在させ、熱処理を施したことを特徴とする太陽電池セルを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アルミニウムペーストのアルミニウム成分とシリコンとの局部的な反応の促進が抑制されるため、表面に膨れや突起がなく略平坦な表面を有するアルミニウム電極を形成でき、ひいてはアルミニウム電極の表面の膨れや突起を起点とした半導体基板の割れが発生しないため歩留まりに優れた太陽電池セルを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造過程での断面を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【図１１】図１１は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明にかかる太陽電池セル及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面においても同様である。
【００２４】
実施の形態．
図１〜図３は、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態の概略構成を示す図である。図１は、太陽電池セルの断面図、図２は、太陽電池セルの上面図、図３は、太陽電池セルの下面図である。ここで、上面とは太陽電池セルの受光面側の面であり、下面とは受光面とは反対側の面（裏面）である。なお、図１は、図３中の線分１−１における断面を示している。
【００２５】
太陽電池セルは、ｐｎ接合を備えることによって光電変換機能を有する半導体基板１４と、半導体基板１４の表面に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜３と、半導体基板１４の表面において反射防止膜３に囲まれて形成された表面側電極７と、半導体基板１４の受光面とは反対側の面（裏面）に所定のパターンで配置された銀電極１６及びアルミニウム電極５を有している。
【００２６】
半導体基板１４は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１と、その表面側の導電型が反転したｎ型拡散層２と、裏面側の高濃度不純物としてのアルミニウムを含んだＰ＋層（ＢＳＦ層）６及び銀が拡散した導電層１７と有し、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とｎ型拡散層２とがｐｎ接合を形成している。
【００２７】
表面側電極７としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極８及び表銀バス電極１５を含む。表銀グリッド電極８は、銀を主成分とし、半導体基板１４で発電された電気を集電するために表面に局所的に設けられている。表銀バス電極１５は、銀を主成分とし、表銀グリッド電極８で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極８とほぼ直交して設けられている。
【００２８】
アルミニウム電極５は、半導体基板１４の裏面の外周部近傍を除いたほぼ全面に形成されている。アルミニウム電極５は、アルミニウムを主構成要素とする電極であり、ＢＳＦ層６上に積層されている。銀電極１６は、銀を主構成要素とする電極であり、銀がＳｉＯ２及びＳｉに拡散した導電層１７上に積層され、半導体基板１４の裏面における形状が正方形状とされた上で表銀バス電極１５と略同一方向に配列されて形成されている。なお、個々の銀電極１６は正方形に限定されることはなく、矩形や円形などであっても良い。
【００２９】
このように構成された太陽電池セルでは、太陽電池セルの表面側から半導体基板１４のｐｎ接合面（ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とｎ型拡散層２との接合面）に光が照射されると、ホールと自由電子とが生成する。ｐｎ接合部の電界の作用により、生成された自由電子はｎ型拡散層２に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶Ｓｉ基板１に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層２は電子が過剰となり、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１はホールが過剰となって光起電力が発生する。この光起電力は、ｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型拡散層２に接続した表面側電極７がマイナス極となり、ＢＳＦ層６に接続した銀電極１６がプラス極となって、不図示の外部回路に電流が流れる。
【００３０】
次に、このような太陽電池セルの製造方法の一例について、図４〜図９を用いて説明する。図４〜図９は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造の過程での断面を示している。
【００３１】
まず、半導体基板１４の基となるｐ型多結晶Ｓｉ基板１を用意する。そして、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１を例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面、裏面、端面にリンを拡散させる。これにより、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面、裏面、端面に導電型を反転させたｎ型拡散層２を形成して半導体ｐｎ接合を形成する。ここで、ｎ型拡散層２のシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、ｎ型拡散層２の深さは０．３〜０．５μｍ程度である。
【００３２】
次に、ｎ型拡散層２を形成したｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面にレジストを形成する。そして、このレジストをマスクとして用いてｐ型多結晶Ｓｉ基板１にエッチング処理を施し、その後、有機溶剤などを用いてレジストを除去する。これにより、図４に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面にのみｎ型拡散層２が残存し、裏面及び端面の不要なｎ型拡散層２が除去された状態となる。
【００３３】
次に、図５に示すように、反射防止膜３として、例えばプラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法によって窒化シリコン膜などの絶縁膜を７０〜９０ｎｍ程度の一様な厚さでｎ型拡散層２上に成膜する。反射防止膜３は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。
【００３４】
次に、図６に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側に、Ｓｉ酸化膜４を、例えばＣＶＤ法によって堆積させる。ここで、Ｓｉ酸化膜４は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の濡れ性の均一化を図ることを目的とし、また、後段のＢＳＦ層６の形成を阻害せず、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１とアルミニウム電極５との間の伝導性に影響しない厚さを有する。換言すると、Ｓｉ酸化膜４は、絶縁性を示さない程度の薄さで形成される。一例を挙げると、Ｓｉ酸化膜４は１〜３ｎｍ程度が好ましい。
【００３５】
次に、銀電極１６の基となる電極ペーストである銀ペーストを特定のパターン（後段で形成される表銀バス電極１５と同方向に配列した正方形のパターン）でスクリーン印刷した後、銀ペーストの配置パターンと略同一のパターンをマスクとしてアルミニウム電極５の基となる電極ペーストであるアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、１００〜３００℃程度で乾燥させる。銀ペーストは、主として銀粒子と溶剤とガラスフリットとからなる導電性ペーストである。一方、アルミニウムペーストは、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなる導電性ペーストである。アルミニウムペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図７に示すように、Ｓｉ酸化膜４の上に、アルミニウムペーストの層が形成されアルミニウム電極５となる。アルミニウム電極５の厚さは、２０〜４０μｍ程度である。なお、ここでは銀ペースト及びアルミニウムペーストを配置した後に乾燥を行う例を挙げたが、先に配置した銀ペーストを指触乾燥又は完全乾燥させてから、アルミニウムペーストを配置しても良い。また、ここでは先に銀ペーストを配置し、次いでアルミニウムペーストを配置したが、逆順で配置しても良い。
【００３６】
次に、表面側電極７のパターン、すなわち表銀グリッド電極８と表銀バス電極１５とのパターンを、反射防止膜３上に銀ペーストでスクリーン印刷し、１００〜３００℃程度で乾燥させる。銀ペーストの印刷・乾燥処理を施すことにより、図８に示すように、反射防止膜３上に所定のパターンで銀ペーストによる表面側電極７が形成される。
【００３７】
そして、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１に対して、例えば近赤外線ランプ照射炉中で焼成処理を施す。ここで、焼成処理は、温度７００〜９００℃程度で、数分〜数十分程度の時間だけ実施される。焼成処理を施すと、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側では、アルミニウム電極５の基となるアルミニウムペーストからＳｉ酸化膜４を介してｐ型多結晶Ｓｉ基板１中にアルミニウムが不純物として拡散する。これにより、図９に示すように、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面側にアルミニウムを不純物として高濃度に含んだＢＳＦ層６が形成される。
【００３８】
ＢＳＦ層６の形成は、５００℃程度に加熱されると、Ｓｉ酸化膜４中の酸化シリコンがアルミニウムと反応して除去され（２Ａｌ＋（３／２）ＳｉＯ２→Ａｌ２Ｏ３＋（３／２）Ｓｉ）、アルミニウムとシリコンとが接触できるようになり、アルミニウムがシリコン内部に拡散してＢＳＦ層６を形成することによって起こると考えられる。
【００３９】
ここで、光電変換効率を向上させるために、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の大部分にＢＳＦ層６を形成する必要がある。したがって、アルミニウム電極５は、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の大部分を覆うように形成されることが好ましい。また、裏面における電気の取り出しは、銀がＳｉＯ２やＳｉに拡散しやすいこと及びＳｉ酸化膜４が薄いことによって導電層１７が形成されること、又はトンネル効果によって実現される。
【００４０】
一方、表面側の電気の取り出しは、銀ペーストに含まれるガラスフリット成分が反射防止膜３である窒化シリコンを溶融し、表面側電極７とｎ型拡散層２とを導通させるファイヤスルーによって実現される。
【００４１】
これにより、ｐｎ接合を有し、表面側にｎ型拡散層２が形成され、裏面側にＢＳＦ層６が形成された半導体基板１４が形成される。
【００４２】
以上のような工程を実施することにより、図１〜図３に示した本実施の形態にかかる太陽電池セルを製造できる。なお、上記の一連の工程によって複数の太陽電池セルを作成した後に、各太陽電池セルの裏面側電極５及び表面側電極７に対して相互に銅箔などをはんだ付けし、太陽電池セルの所望の直列・並列接続を形成することにより、複数の太陽電池セルから構成される太陽電池モジュールが形成できる。
【００４３】
以上のような工程を経て作成した太陽電池セルは、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の濡れ性がＳｉ酸化膜４によって均一化されたため、焼成処理の工程においてＢＳＦ層６が形成される際に、アルミニウム電極５のアルミニウム成分とシリコンとの局部的な反応の促進が抑制される。このため、表面に盛り上がり（膨れ）や突起がなく、略平坦な表面を有するアルミニウム電極５を形成できる。
【００４４】
したがって、アルミニウム電極５の表面の膨れや突起を起点とした半導体基板１４の割れが発生しないため、歩留まりに優れた太陽電池セルが実現される。
【００４５】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、アルミニウム電極５が略平坦な表面を有することにより、太陽電池セルをモジュール化するために、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、アルミニウム電極５の膨れや突起が絶縁層を突き破ることがなく、絶縁性が確保された太陽電池モジュールを作成できる。
【００４６】
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、半導体基板１４とアルミニウム電極５及び銀電極１６との間に、基板や電極を構成する物質以外の材質からなる中間層が挿入されていないため、不純物（アルミニウム）によるＢＳＦ層６の形成が阻害されることはなく、ＢＳＦ層６が太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与する。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルは、光電変換効率に優れる。
【００４７】
次に、上記本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を従来の太陽電池セルの製造方法と比較するために、裏面側電極用のペーストの焼成時において突起状の膨れが発生するという、従来の技術での問題（特許文献１にかかる技術で生じる問題）について、図１０〜図１２を用いて説明する。図１０〜図１２は、従来の太陽電池セルの製造方法において裏面側電極に突起状の膨れが発生する様子を示す図であり、理解の容易のため、裏面側を紙面の上方向として太陽電池セルの断面を示している。これらの図では、ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１において周囲よりも濡れ性の高い面を符号９で示した。
【００４８】
従来の太陽電池セルの製造方法においても、アルミニウム電極を形成するためのアルミニウムペースト２５は、主としてアルミニウム粒子と溶剤とガラスフリットとからなるものが用いられる。図１０に示すように、ｎ型拡散層（不図示）を形成したｐ型多結晶Ｓｉ基板２１の裏面側に、アルミニウム電極を形成するためにアルミニウムペースト２５を印刷した後、焼成前の約２００℃での乾燥を行う。
【００４９】
乾燥時にアルミニウムペースト２５からは溶剤が揮発し、アルミニウム粒子とガラスフリットとからなる固体層が形成される。
【００５０】
次に、近赤外線ランプ照射炉内で焼成処理を行うが、焼成処理における昇温時には、アルミニウム電極の基となるアルミニウムペースト２５に含まれるガラスフリットが３００〜４００℃で、アルミニウム粒子が６６０℃で溶融し始める。アルミニウムとシリコンとの共晶点の温度が５７７℃であるため、ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１の裏面とアルミニウムペースト２５との間には、アルミニウムが溶融する前に、シリコンとアルミニウムとが混合したＡｌ−Ｓｉの溶融液が生成される。
【００５１】
ｐ型多結晶Ｓｉ基板２１裏面に濡れ性が高い面９が局部的に存在すると、溶融したガラスフリットが濡れ性が高い面９に凝集し、濡れ性の高い面９においてアルミニウムとシリコンとの反応性が高くなるため、Ａｌ−Ｓｉの溶融が促進される。その結果、図１１に示すように、濡れ性の高い面９において周囲の面と比べて早い時点でアルミニウムペースト２５の表層まで溶融液化し溶融層１１が形成される。そして、濡れ性の高い面９の周囲には未溶融のガラスペースト２５が存在するため、濡れ性の高い面９に相当する部分のみに開口を有する固体層の蓋が、濡れ性の高い面９の周囲の面の溶融層１０の上に載っているような状態となる。このため、空気と接する境界まで液相化した溶融層１１のＡｌ−Ｓｉ溶融液は、表面張力で盛り上がり、突起状の膨らみを形成する。
【００５２】
この状態から降温を開始した場合は、状態図に従ってＡｌ−Ｓｉ溶融液からアルミニウムとシリコンとが分離、凝固し、図１２に示すように裏面側電極１２が形成される。この際、Ａｌ−Ｓｉ溶融液が表面張力で盛り上がっていた部分はｐ型多結晶Ｓｉ基板の表層から離れていて溶融液中のＳｉ濃度が共晶点の濃度である１２ｗｔ％よりも低いため、溶融層１１が凝固する際には共晶温度（５７７℃）まではアルミニウムを析出しながら温度が低下していく。したがって、空気と接していて最初に凝固する溶融層１１の突起状の膨らみの部分は、ほぼ１００％アルミニウムとして溶融液の膨らみそのままの形で膨れ１３として残る。
【００５３】
このような突起状の膨れ１３が生じた場合は、これを起点としてｐ型多結晶Ｓｉ基板２１に割れが生じ、基板割れ率が増加するという問題が生じる。また、太陽電池セルをモジュール化する際において、太陽電池セルの裏面側を絶縁層で覆ってラミネートする際に、突起状の膨れ１３が絶縁層を突き破ることで、絶縁性を確保できないという問題が生じる。これらの問題は、太陽電池セルやこれを組み立てて作成される太陽電池モジュールの歩留まり低下の原因となる。
【００５４】
濡れ性が高い面９の周囲の面の溶融層１０が完全に溶融させれば、溶融液の盛り上がりは解消されるが、焼成工程が長期化することによってエネルギー消費量が増加してしまう。
【００５５】
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウム電極５の形成前にＳｉ酸化膜４を形成することで、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１の裏面の濡れ性を均一化するため、ペーストの局部的な凝集が抑制され、局部的なシリコンとアルミニウムとの反応促進や表面張力によって溶融層の盛り上がりが発生することが防止される。
【００５６】
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、アルミニウム電極５の膨れや突起に起因した太陽電池セルや太陽電池モジュールの歩留まりの低下を防止して、歩留まり良く太陽電池セルを作成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる太陽電池セル及びその製造方法は、アルミニウムペーストを用いて表面が略平坦なアルミニウム電極を形成できる点で有用であり、特に、歩留まり良く太陽電池セルや太陽電池モジュールを製造するのに適している。
【符号の説明】
【００５８】
１、２１ ｐ型多結晶Ｓｉ基板
２ ｎ型拡散層
３ 反射防止膜
４ Ｓｉ酸化膜
５ アルミニウム電極
６ Ｐ＋層（ＢＳＦ層）
７ 表面側電極
８ 表銀グリッド電極
９ 濡れ性の高い面
１０、１１ 溶融層
１２ 裏面側電極
１３ 膨れ
１４ 半導体基板
１５ 表銀バス電極
１６ 銀電極
１７ 導電層
２５ アルミニウムペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型のシリコン基板と、前記第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型で前記シリコン基板の受光面に形成された反転層と、前記反転層上に設けられた受光面側電極と、前記シリコン基板の前記受光面とは反対側の面である裏面の表層に設けられた裏面側電極と、を有する太陽電池セルであって、
前記シリコン基板と前記裏面側電極との間にシリコン酸化膜を介在させ、熱処理を施したことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
前記裏面側電極は、
前記シリコン基板の裏面の一部に形成された銀電極と、
前記シリコン基板の裏面の前記銀電極が形成されていない部分に形成されたアルミニウム電極と、
を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。
【請求項３】
前記シリコン基板と前記銀電極との間にはシリコンに銀が拡散した銀拡散層が介在し、
前記シリコン基板と前記アルミニウム電極との間には、シリコンにアルミニウムが高濃度に拡散し、第１の導電型を示す高濃度不純物拡散層が介在することを特徴とする請求項２記載の太陽電池セル。
【請求項４】
シリコン基板の受光面とは反対側の面に電極ペーストを配置した後に焼成を行うことにより、前記シリコン基板の裏面に電極を形成する太陽電池セルの製造方法であって、
前記シリコン基板の裏面に電極ペーストを配置する電極配置工程の前工程として、前記シリコン基板の裏面にシリコン酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
前記電極配置工程は、
前記シリコン酸化膜上に銀を主成分とする第１の電極ペーストを特定のパターン形状で配置する第１の工程と、
アルミニウムを主成分とする第２の電極ペーストを前記特定のパターン形状以外の部分に配置する第２の工程と、
前記第１及び第２の電極ペーストを乾燥させる第３の工程と、
を含むことを特徴とする請求項４記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１】
第１の導電型のシリコン基板と、前記第１の導電型とは反対の導電型である第２の導電型で前記シリコン基板の受光面に形成された反転層と、前記反転層上に設けられた受光面側電極と、前記シリコン基板の前記受光面とは反対側の面である裏面の表層に設けられた裏面側電極と、を有する太陽電池セルであって、
前記シリコン基板と前記裏面側電極との間にシリコン酸化膜を介在させ、熱処理を施したことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
前記裏面側電極は、
前記シリコン基板の裏面の一部に形成された銀電極と、
前記シリコン基板の裏面の前記銀電極が形成されていない部分に形成されたアルミニウム電極と、
を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。
【請求項３】
前記シリコン基板と前記銀電極との間にはシリコンに銀が拡散した銀拡散層が介在し、
前記シリコン基板と前記アルミニウム電極との間には、シリコンにアルミニウムが高濃度に拡散し、第１の導電型を示す高濃度不純物拡散層が介在することを特徴とする請求項２記載の太陽電池セル。
【請求項４】
シリコン基板の受光面とは反対側の面に電極ペーストを配置した後に焼成を行うことにより、前記シリコン基板の裏面に電極を形成する太陽電池セルの製造方法であって、
前記シリコン基板の裏面に電極ペーストを配置する電極配置工程の前工程として、前記シリコン基板の裏面にシリコン酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
前記電極配置工程は、
前記シリコン酸化膜上に銀を主成分とする第１の電極ペーストを特定のパターン形状で配置する第１の工程と、
アルミニウムを主成分とする第２の電極ペーストを前記特定のパターン形状以外の部分に配置する第２の工程と、
前記第１及び第２の電極ペーストを乾燥させる第３の工程と、
を含むことを特徴とする請求項４記載の太陽電池セルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９６８５３（Ｐ２０１１−９６８５３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９３８１（Ｐ２００９−２４９３８１）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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