導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止して、半導体装置を高い製造効率で製造することを可能とする導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である導電性ペースト、それを用いて作製される半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法である。
【解決手段】複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である導電性ペースト、それを用いて作製される半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ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の開発が望まれており、半導体装置の中でも特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
【０００３】
太陽電池セルは、従来から、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受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている（たとえば、特許文献１参照）。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、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、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
【０００４】
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池セルについても研究開発が進められている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
以下、図１２（ａ）〜図１２（ｆ）の模式的断面図を参照して、従来の両面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
【０００６】
まず、図１２（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００を用意し、次に、図１２（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面全面にｎ型ドーパントであるリンを拡散させることによって、ｐ型シリコン基板１００の表面全面にｎ型ドーパント拡散層２００を形成する。
【０００７】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面全面に形成されたｎ型ドーパント拡散層２００をｐ型シリコン基板１００の受光面となる表面のみに残すようにして、ｎ型ドーパント拡散層２００の一部を除去する。ここで、ｎ型ドーパント拡散層２００の除去は、ｎ型ドーパント拡散層２００の形成後のｐ型シリコン基板１００の受光面をレジストにより保護した後、レジストにより保護されていないｎ型ドーパント拡散層２００をエッチング処理によって除去し、その後、残存するレジストを有機溶剤等を用いて除去することによって行なうことができる。
【０００８】
次に、図１２（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面のｎ型ドーパント拡散層２００上に反射防止膜として機能する窒化シリコン膜３００を形成する。ここで、窒化シリコン膜３００は、減圧熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【０００９】
次に、図１２（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の受光面と反対側の裏面上の所望の位置にアルミニウムペースト６００および裏面用銀ペースト７００をそれぞれスクリーン印刷した後に乾燥させるとともに、窒化シリコン膜３００の表面上の所望の位置に受光面用銀ペースト８００をスクリーン印刷した後に乾燥させる。
【００１０】
その後、ｐ型シリコン基板１００をドライエア雰囲気中の近赤外炉中で８００℃〜８５０℃で数分〜十数分間焼成することによって、図１２（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の受光面のｎ型ドーパント拡散層２００上に受光面銀電極８０１を形成するとともに、ｐ型シリコン基板１００の裏面上に裏面アルミニウム電極６０１および裏面銀電極７０１を形成する。
【００１１】
ここで、ｐ型シリコン基板１００の受光面側においては、上記の焼成中に受光面用銀ペースト８００がファイヤースルーすることによって窒化シリコン膜３００を貫通して、上記の焼成後にｐ型シリコン基板１００の表面のｎ型ドーパント拡散層２００に電気的に接触する受光面銀電極８０１となる。
【００１２】
また、ｐ型シリコン基板１００の裏面側においては、上記の焼成中にアルミニウムペースト６００からｐ型ドーパントであるアルミニウムがｐ型シリコン基板１００の裏面に拡散することによってｐ型シリコン基板１００の裏面にｐ型ドーパント拡散層９００が形成され、上記の焼成後にアルミニウムペースト６００が裏面アルミニウム電極６０１になるとともに、裏面用銀ペースト７００が裏面銀電極７０１になる。
【００１３】
図１３に、上記のようにして作製した従来の両面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図を示す。図１３に示すように、従来の両面電極型太陽電池セルの裏面においては、２本の帯状の裏面銀電極７０１が一定の方向に伸張するように互いに間隔を空けて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２３４８８４号公報
【特許文献２】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】
【００１５】
従来の両面電極型太陽電池セルにおいては、裏面用銀ペースト７００の塗布後の焼成によって裏面銀電極７０１が収縮して、図１３に示す帯状の裏面銀電極７０１の端部７０１ａが内側にめくれ上がることがあり、両面電極型太陽電池セルを高い製造効率で製造することができないという問題があった。また、両面電極型太陽電池セルの電気特性、半田付け性（電極とインターコネクタ等の他の部材とを半田を介して接続したときの接続強度）および信頼性についてもそれぞれ良好なものにすることが望まれる。
【００１６】
この問題は、両面電極型太陽電池セルに限られる問題ではなく、他の半導体装置にも共通する問題である。
【００１７】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止して、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する半導体装置を高い製造効率で製造することを可能とする導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置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】
【００１８】
本発明は、複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である導電性ペーストである。
【００１９】
ここで、本発明の導電性ペーストにおいて、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が４０質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の導電性ペーストは、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が５質量％以上であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の導電性ペーストにおいて、セラミックスは、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、上記の導電性ペーストを焼成することによって形成された半導体装置用電極である。
【００２３】
また、本発明は、半導体基板と、半導体基板上に設けられた上記の半導体装置用電極とを含む半導体装置である。
【００２４】
また、本発明は、半導体基板上に上記の導電性ペーストを塗布する工程と、導電性ペーストを焼成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止して、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する半導体装置を高い製造効率で製造することを可能とする導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、実施の形態１の太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図である。
【図２】ｐ型シリコン基板の表面上に塗布された導電性ペーストの一例を図解する模式的な断面図である。
【図３】導電性ペーストに含まれる導電性粒子の一例の模式的な断面図である。
【図４】実施の形態１の太陽電池セルの受光面の模式的な平面図である。
【図５】実施の形態１の太陽電池セルの裏面の模式的な平面図である。
【図６】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図７】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図８】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図９】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図１０】実施の形態１の太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図である。
【図１１】図１０に示す太陽電池モジュールにアルミニウム枠などを取り付けた構成の一例の模式的な側面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、従来の両面電極型太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図である。
【図１３】図１２に示す従来の両面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、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。
【００２８】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）〜図１（ｈ）に、実施の形態１の太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図を示す。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示すように、単結晶または多結晶のｐ型のシリコンインゴットをたとえばワイヤソーなどでスライスすることによってｐ型シリコン基板１を得る。ここで、ｐ型シリコン基板１の表面全面には上記のシリコンインゴットのスライス時に生じたダメージ層１ａが形成される。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の表面全面をエッチングすることによって、ｐ型シリコン基板１の表面全面に形成されたダメージ層１ａを除去する。ここで、エッチング条件を調整することによって、ｐ型シリコン基板１の表面にたとえばテクスチャ構造などの微小な凹凸を形成することもできる。このように、ｐ型シリコン基板１の表面に微小な凹凸を形成した場合には、ｐ型シリコン基板１の微小な凹凸を有する表面に入射する太陽光の反射を低減することができるため、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の表面のうち最も大きな面積を有する２つの主面のうち一方の主面（以下、「第１主面」という）にｎ型ドーパント拡散層２を形成する。ここで、ｎ型ドーパント拡散層２は、たとえばＰＯＣｌ3などのｎ型ドーパントであるリンを含むガスを用いた気相拡散またはリンの化合物を含むドーパント液を用いた塗布拡散などの方法により形成することができる。なお、リンの拡散によってｐ型シリコン基板１の第１主面にリンシリケートガラス層が形成された場合には、リンシリケートガラス層はたとえば酸処理などによって除去される。
【００３２】
次に、図１（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面のｎ型ドーパント拡散層２上に反射防止膜３を形成する。ここで、反射防止膜３は、たとえば、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を形成する方法または常圧ＣＶＤ法を用いて酸化チタン膜を形成する方法などによって形成することができる。
【００３３】
次に、図１（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面とは反対側の第２主面に導電性ペースト７を塗布し、その後乾燥させる。
【００３４】
ここで、導電性ペースト７としては、従来の銀ペーストに代えて、従来の銀ペーストの銀粉末の少なくとも一部を当該銀粉末よりも安価な導電性粉末に置き換えたものが用いられる。
【００３５】
図２に、ｐ型シリコン基板１の表面上に塗布された導電性ペースト７の一例を図解する模式的な断面図を示す。導電性ペースト７は、複数の導電性粒子２１からなる導電性粉末と、複数の銀粒子２２からなる銀粉末と、その他の成分２３とを含んでいる。
【００３６】
図３に、導電性ペースト７に含まれる導電性粒子２１の一例の模式的な断面図を示す。ここで、導電性粒子２１は、セラミックスからなる基材２１ａと、セラミックスからなる基材２１ａの外表面の少なくとも一部を被覆する電気導電性の導電層２１ｂとから構成されている。
【００３７】
基材２１ａを構成するセラミックスは、特には限定されないが、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含むものを用いることが好ましい。この場合には導電性ペースト７の焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を効果的に抑止することができる。
【００３８】
導電層２１ｂとしては、たとえば、銀などの電気導電性の物質を用いることができる。なお、セラミックスからなる基材２１ａの外表面の少なくとも一部を導電層２１ｂで被覆する方法としては、たとえば無電解めっき法などを用いることができる。
【００３９】
図２に示す導電性ペースト７においては、導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合が１０質量％以上とされ、かつ導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下とされる。これにより、導電性ペースト７の焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止することができ、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する太陽電池セルを高い製造効率で製造することが可能となる。
【００４０】
また、導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合は４０質量％以下であることが好ましい。導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合が４０質量％よりも高い場合には、太陽電池セルのＦ．Ｆ（Fill Factor）および信頼性が低下するとともに、導電性ペースト７の焼成後の電極に対する半田付け性が悪化するおそれがある。
【００４１】
また、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合は５質量％以上であることが好ましい。導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が５質量％未満である場合には、太陽電池セルのＦ．Ｆおよび信頼性が低下するとともに、導電性ペースト７の焼成後の電極に対する半田付け性が悪化するおそれがある。
【００４２】
なお、その他の成分２３としては、たとえば、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などの従来の銀ペーストに用いられている成分などを用いることができる。
【００４３】
以上の構成を有する導電性ペースト７は、たとえば、複数の導電性粒子２１からなる導電性粉末と、複数の銀粒子２２からなる銀粉末と、その他の成分２３とを従来から公知の方法により混合することによって作製することができる。
【００４４】
次に、図１（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第２主面にアルミニウムペースト６を塗布し、その後乾燥させる。ここで、アルミニウムペースト６としては、たとえばアルミニウム粉末、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などを含む従来から公知のものを用いることができる。また、アルミニウムペースト６の塗布方法としては、たとえばスクリーン印刷法などを用いることができる。
【００４５】
次に、図１（ｇ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面上の反射防止膜３上に銀ペースト８を塗布し、その後乾燥させる。ここで、銀ペースト８としては、たとえば銀粉末、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などを含む従来から公知のものを用いることができる。また、銀ペースト８の塗布方法としては、たとえばスクリーン印刷法などを用いることができる。
【００４６】
その後、アルミニウムペースト６、導電性ペースト７および銀ペースト８を焼成することによって、図１（ｈ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第２主面上にアルミニウム電極６１および裏面電極７１を形成するとともに、ｐ型シリコン基板１の第１主面上に受光面銀電極８１を形成する。
【００４７】
ここで、ｐ型シリコン基板１の第２主面上のアルミニウム電極６１はアルミニウムペースト６が焼成されることによって形成され、裏面電極７１は導電性ペースト７が焼成されることによって形成される。
【００４８】
また、ｐ型シリコン基板１の第１主面上の受光面銀電極８１は銀ペースト８が焼成されることによって形成される。
【００４９】
なお、上記の焼成の際にアルミニウムペースト６中のアルミニウムがｐ型シリコン基板１の第２主面に拡散することによって、ｐ型シリコン基板１の第２主面にｐ型ドーパント拡散層４が形成される。
【００５０】
また、上記の焼成の際に銀ペースト８がファイヤースルーすることによって、反射防止膜３を貫通してｎ型ドーパント拡散層２に電気的に接続する受光面銀電極８１が形成される。以上のようにして、実施の形態１の太陽電池セル１０を製造することができる。
【００５１】
図４に、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面の模式的な平面図を示し、図５に、実施の形態１の太陽電池セル１０の裏面の模式的な平面図を示す。
【００５２】
図４に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面側の受光面銀電極８１は格子状に形成されている。また、図５に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の裏面側の裏面電極７１は帯状に形成されている。
【００５３】
ここで、上記の導電性ペースト７の焼成による裏面電極７１の形成工程は、導電性ペースト７中の導電性粒子２１（および銀粒子２２）の溶融温度未満の温度に導電性ペースト７が加熱されることによって行なわれるため、裏面電極７１は、導電性粒子２１（および銀粒子２２）が溶融せずに凝集して固結した構成となる。
【００５４】
したがって、仮に導電性ペースト７中の導電性粒子２１の基材２１ａとして電気絶縁性のセラミックスを用いた場合でも、導電性粒子２１の基材２１ａの外表面の電気導電性の導電層２１ｂを通して電気を導通させることによって裏面電極７１の電気電導性を担保することができる。
【００５５】
また、導電性ペースト７を焼成して形成された裏面電極７１は、導電性ペースト７を含まない銀ペーストを焼成して形成された銀電極とほぼ同等程度の電極特性を有するため、裏面電極７１とｐ型シリコン基板１の第２主面との直列抵抗の上昇も抑えることができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、上記構成の導電性ペースト７を焼成して裏面電極７１を形成しているため、焼成後の裏面電極７１の収縮による電極端部７１ａからのめくれの発生を抑止することができ、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する太陽電池セル１０を高い製造効率で製造することが可能となる。
【００５７】
また、たとえば以下のようにして、上記の実施の形態１の太陽電池セル１０を用いて太陽電池モジュールを製造することができる。
【００５８】
まず、図６の模式的斜視図に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面銀電極８１上に電気導電性の部材であるインターコネクタ３３の一端を接続する。
【００５９】
次に、図７の模式的斜視図に示すように、インターコネクタ３３が接続された太陽電池セル１０を一列に配列し、太陽電池セル１０の受光面銀電極８１に接続されているインターコネクタ３３の他端を、その太陽電池セル１０に隣接する他の太陽電池セル１０の裏面の裏面電極７１に順次接続していくことによって太陽電池ストリング３５を作製する。
【００６０】
次に、図８の模式的斜視図に示すように、太陽電池ストリング３５を並べて、太陽電池ストリング３５の両端からそれぞれ突出しているインターコネクタ３３と、その太陽電池ストリング３５に隣接する他の太陽電池ストリング３５の両端から突出しているインターコネクタ３３とを導電性部材である配線部材３４を用いて接続することによって、隣接する太陽電池ストリング３５同士を直列に接続する。
【００６１】
その後、図９の模式的斜視図に示すように、ガラス基板などの透明基板３６とＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの裏面保護シート３８との間に、上記接続後の太陽電池ストリング３５をＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などの封止材３７で封止したものを挟み込む。以上により、実施の形態１の太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールを作製することができる。
【００６２】
図１０に、上記のようにして作製した実施の形態１の太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図を示す。ここで、太陽電池モジュール５０においては、透明基板３６と裏面保護シート３８との間の封止材３７中に太陽電池セル１０が封止されている。そして、太陽電池セル１０の受光面銀電極８１にインターコネクタ３３の一端が電気的に接続され、太陽電池セル１０の裏面の裏面電極７１にインターコネクタ３３の他端が電気的に接続されている。
【００６３】
また、図１１の模式的側面図に示すように、図１０に示す構成の太陽電池モジュール５０の周縁にアルミニウム枠４２を取り付けるとともに、太陽電池モジュール５０の裏面側にケーブル４０を備えた端子ボックス３９を取り付けることも可能である。
【００６４】
なお、上記においては、太陽電池セルの半導体基板としてｐ型シリコン基板を用いたが、ｐ型シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよい。
【実施例】
【００６５】
＜サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの作製＞
まず、１辺が１５６ｍｍの正方形状の２つの主面を有し、かつ厚さ２００μｍのｐ型多結晶シリコン基板を作製した。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板は、ｐ型多結晶シリコンインゴットをワイヤソーでスライスした後にアルカリ溶液でエッチングして表面のダメージ層を除去することによって作製した。
【００６６】
次に、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面にリンシリケートガラス液（ＰＳＧ液）を塗布した後にｐ型多結晶シリコン基板を約９００℃の温度雰囲気中に設置することによって、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面にリンの拡散によるｎ型ドーパント拡散層を形成した。ここで、ｎ型ドーパント拡散層の面抵抗は約５０Ω／□であった。
【００６７】
次に、ｐ型多結晶シリコン基板の主面のｎ型ドーパント拡散層上に厚さ８０ｎｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。
【００６８】
以上のようにして、一方の主面上に窒化シリコン膜が形成されたｐ型多結晶シリコン基板を複数作製し、これらのｐ型シリコン基板の窒化シリコン膜の形成側とは反対側の他方の主面の一部にそれぞれサンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストをスクリーン印刷法により２本の直線状に塗布した後に、その一部と重なるようにしてｐ型シリコン基板の主面のほぼ全面にそれぞれ市販のアルミニウムペーストをスクリーン印刷法により塗布した。その後、ｐ型多結晶シリコン基板の主面に塗布された導電性ペースト、銀ペーストおよびアルミニウムペーストをそれぞれ１５０℃程度の温度雰囲気で乾燥させた。
【００６９】
サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストはそれぞれ以下のようにして作製した。まず、表１に示す銀コーティング量でアルミナ基材の外表面に銀がコーティングされた導電性粒子の複数を含む導電性粉末を、表１に示す導電性粉末の割合で複数の銀粒子からなる銀粉末と混合して混合粉末とした。ここで、表１に示す銀コーティング量は、導電性粒子全体の質量に対する、コーティングされた銀の質量の割合を示している。また、表１に示す導電性粉末の割合は、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合を示している。
【００７０】
また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの導電性粉末としては、矩形の表面を有する板状のアルミナ基材の外表面の全体を銀からなる導電層で被覆した導電性粒子からなるＥＣＫＡ社製の導電性粉末を用いた。また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの導電性粉末の導電性粒子は、導電性粒子のメジアン径（Ｄ５０）が７μｍであった。
【００７１】
そして、上記の混合粉末を、ホウ珪酸鉛ガラスからなるガラスフリットと、エチルセルロースからなる樹脂と、酢酸ブチルカルビトールからなる溶剤とミキサーで混練した後に３本ロールで混合粉末を分散させることによってサンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストを作製した。なお、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストにおける混合粉末とガラスフリットと樹脂および溶剤との配合比率（質量比）は、それぞれ、混合粉末：ガラスフリット：樹脂および溶剤＝７８：１．６：２０．４とした。また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの粘度はそれぞれ約１７０Ｐａ・ｓ（ブルックフィールド社製の粘度計を用いて回転速度１０ｒｐｍで測定）とした。
【００７２】
次に、それぞれのｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面の窒化シリコン膜上に格子状に銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した後、ｐ型多結晶シリコン基板の主面の窒化シリコン膜上に塗布された銀ペーストを１５０℃程度の温度雰囲気で乾燥させた。
【００７３】
その後、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面上に塗布された銀ペースト、ｐ型多結晶シリコン基板の他方の主面上に塗布されたアルミニウムペーストならびに導電性ペーストを空気中で８６０℃の温度で焼成した。
【００７４】
これにより、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面上においては、銀ペーストがファイヤースルーすることによって窒化シリコン膜を貫通してｎ型ドーパント拡散層に電気的に接続した銀ペーストの焼成物である銀電極（受光面電極）が形成された。また、ｐ型多結晶シリコン基板の他方の主面にはアルミニウムペーストからアルミニウムが拡散することによってｐ型ドーパント拡散層が形成されるとともに、アルミニウムペーストの焼成物であるアルミニウム電極と、導電性ペーストの焼成物である直線状（図５の裏面電極７１の形状）の銀電極（裏面電極）とが形成された。
【００７５】
以上により、銀電極からなる受光面電極を有するとともに、裏面にアルミニウム電極および銀電極からなる裏面電極を有するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルを作製した。ここで、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルは、それぞれ、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストを用いて裏面電極が形成された太陽電池セルに相当する。
【００７６】
＜電気特性の評価＞
次に、上記のようにして作製したサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの裏面電極側の主面を導電性のステージ上に全面吸着させた状態で、受光面電極側の主面にそれぞれ擬似太陽光を照射することによって、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの電流−電圧特性を測定してＦ．Ｆを算出した。また、比較として、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの代わりに銀ペーストを用いたこと以外はサンプルＮｏ．１〜９と同様にして比較例の太陽電池セルを作製し、上記と同様にして電流−電圧特性を測定してＦ．Ｆを算出した。そして、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆに対するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆの割合を算出して、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の電気特性の欄に示す。
【００７７】
＜電気特性の評価基準＞
Ａ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９９％以上
Ｂ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９９％未満
＜半田付け性の評価＞
また、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの裏面電極の表面にＳｎ−Ａｇ半田がコートされた２ｍｍ幅の銅からなるタブを裏面電極に接合し、その後、タブを裏面電極の表面に対して４５°の角度を為す方向に引っ張り、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の半田付け性の欄に示す。
【００７８】
＜半田付け性の評価基準＞
Ａ…引張強度が２００ｇ以上、かつ、タブを剥離させたときの剥離面が裏面電極とｐ型多結晶シリコン基板との界面またはｐ型多結晶シリコン基板の内部
Ｂ…引張強度が２００ｇ以上、かつ、タブを剥離させたときの剥離面がタブと裏面電極との界面または裏面電極の内部
Ｃ…引張強度が２００ｇ未満
Ｄ…タブがつかない
＜信頼性の評価＞
また、サンプルＮｏ．１〜９の裏面電極の表面にＳｎ−Ａｇ半田がコートされた２ｍｍ幅の銅からなるタブを裏面電極に接合した状態で、温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気下に５００時間放置し、その後、上記と同様にして、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆを測定した。そして、上記の比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆに対するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆの割合を算出して、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の信頼性の欄に示す。また、表１の信頼性の欄の「−」の記載は、未測定であることを示している。
【００７９】
＜信頼性の評価基準＞
Ａ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９５％以上
Ｂ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９５％未満
＜体積収縮率比の評価＞
サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのそれぞれの作製途中において、スクリーン印刷して乾燥した後の導電性ペーストの体積（Ｖdry）を測定し、その後、導電性ペーストを焼成して作製された裏面電極の体積（Ｖfir）を測定した。そして、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのそれぞれについて、スクリーン印刷して乾燥した後の導電性ペーストの体積（Ｖdry）に対する導電性ペーストを焼成して作製された裏面電極の体積（Ｖfir）の割合を算出（Ｖfir／Ｖdry）し、それを体積収縮率（サンプル）とした。そして、上記の比較例の太陽電池セルについても上記と同様にして体積収縮率（現行）を算出した。体積収縮率（サンプル）を体積収縮率（現行）で割って１００倍した値を表１の体積収縮率比の欄に示す。なお、表１の体積収縮率比の欄の数値が大きいほど、裏面電極の収縮が抑えられたことを示している。また、表１の体積収縮率比の欄の「−」の記載は、未測定であることを示している。
【００８０】
【表１】
【００８１】
＜評価結果＞
表１に示すように、導電性粒子の銀コーティング量が１０質量％以上４０質量％以下であって、導電性粉末の割合が５質量％以上２５質量％以下であるサンプルＮｏ．１〜４および６〜８の太陽電池セルは、裏面電極の収縮が抑えられるとともに、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有することが確認された。また、サンプルＮｏ．５および９の太陽電池セルは、裏面電極の収縮を抑えることはできるが、良好な半田付け性および信頼性を有していなかった。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例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】
【００８３】
本発明は、導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ｐ型シリコン基板、１ａ ダメージ層、２ ｎ型ドーパント拡散層、３ 反射防止膜、６ アルミニウムペースト、７ 導電性ペースト、８ 銀ペースト、１０ 太陽電池セル、２１ 導電性粒子、２１ａ 基材、２１ｂ 導電層、２２ 銀粒子、２３ その他の成分、３３ インターコネクタ、３４ 配線部材、３５ 太陽電池ストリング、３６ 透明基板、３７ 封止材、３８ 裏面保護シート、３９ 端子ボックス、４０ ケーブル、４２ アルミニウム枠、５０ 太陽電池モジュール、６１ アルミニウム電極、７１ 裏面電極、７１ａ 端部、８１ 受光面銀電極、１００ ｐ型シリコン基板、２００ ｎ型ドーパント拡散層、３００ 窒化シリコン膜、６００ アルミニウムペースト、６０１ 裏面アルミニウム電極、７００ 裏面用銀ペースト、７０１ 裏面銀電極、８００ 受光面用銀ペースト、８０１ 受光面銀電極、９００ ｐ型ドーパント拡散層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ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の開発が望まれており、半導体装置の中でも特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
【０００３】
太陽電池セルは、従来から、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受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている（たとえば、特許文献１参照）。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、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、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
【０００４】
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池セルについても研究開発が進められている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
以下、図１２（ａ）〜図１２（ｆ）の模式的断面図を参照して、従来の両面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
【０００６】
まず、図１２（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００を用意し、次に、図１２（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面全面にｎ型ドーパントであるリンを拡散させることによって、ｐ型シリコン基板１００の表面全面にｎ型ドーパント拡散層２００を形成する。
【０００７】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面全面に形成されたｎ型ドーパント拡散層２００をｐ型シリコン基板１００の受光面となる表面のみに残すようにして、ｎ型ドーパント拡散層２００の一部を除去する。ここで、ｎ型ドーパント拡散層２００の除去は、ｎ型ドーパント拡散層２００の形成後のｐ型シリコン基板１００の受光面をレジストにより保護した後、レジストにより保護されていないｎ型ドーパント拡散層２００をエッチング処理によって除去し、その後、残存するレジストを有機溶剤等を用いて除去することによって行なうことができる。
【０００８】
次に、図１２（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の表面のｎ型ドーパント拡散層２００上に反射防止膜として機能する窒化シリコン膜３００を形成する。ここで、窒化シリコン膜３００は、減圧熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【０００９】
次に、図１２（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の受光面と反対側の裏面上の所望の位置にアルミニウムペースト６００および裏面用銀ペースト７００をそれぞれスクリーン印刷した後に乾燥させるとともに、窒化シリコン膜３００の表面上の所望の位置に受光面用銀ペースト８００をスクリーン印刷した後に乾燥させる。
【００１０】
その後、ｐ型シリコン基板１００をドライエア雰囲気中の近赤外炉中で８００℃〜８５０℃で数分〜十数分間焼成することによって、図１２（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板１００の受光面のｎ型ドーパント拡散層２００上に受光面銀電極８０１を形成するとともに、ｐ型シリコン基板１００の裏面上に裏面アルミニウム電極６０１および裏面銀電極７０１を形成する。
【００１１】
ここで、ｐ型シリコン基板１００の受光面側においては、上記の焼成中に受光面用銀ペースト８００がファイヤースルーすることによって窒化シリコン膜３００を貫通して、上記の焼成後にｐ型シリコン基板１００の表面のｎ型ドーパント拡散層２００に電気的に接触する受光面銀電極８０１となる。
【００１２】
また、ｐ型シリコン基板１００の裏面側においては、上記の焼成中にアルミニウムペースト６００からｐ型ドーパントであるアルミニウムがｐ型シリコン基板１００の裏面に拡散することによってｐ型シリコン基板１００の裏面にｐ型ドーパント拡散層９００が形成され、上記の焼成後にアルミニウムペースト６００が裏面アルミニウム電極６０１になるとともに、裏面用銀ペースト７００が裏面銀電極７０１になる。
【００１３】
図１３に、上記のようにして作製した従来の両面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図を示す。図１３に示すように、従来の両面電極型太陽電池セルの裏面においては、２本の帯状の裏面銀電極７０１が一定の方向に伸張するように互いに間隔を空けて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２３４８８４号公報
【特許文献２】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】
【００１５】
従来の両面電極型太陽電池セルにおいては、裏面用銀ペースト７００の塗布後の焼成によって裏面銀電極７０１が収縮して、図１３に示す帯状の裏面銀電極７０１の端部７０１ａが内側にめくれ上がることがあり、両面電極型太陽電池セルを高い製造効率で製造することができないという問題があった。また、両面電極型太陽電池セルの電気特性、半田付け性（電極とインターコネクタ等の他の部材とを半田を介して接続したときの接続強度）および信頼性についてもそれぞれ良好なものにすることが望まれる。
【００１６】
この問題は、両面電極型太陽電池セルに限られる問題ではなく、他の半導体装置にも共通する問題である。
【００１７】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止して、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する半導体装置を高い製造効率で製造することを可能とする導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置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】
【００１８】
本発明は、複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である導電性ペーストである。
【００１９】
ここで、本発明の導電性ペーストにおいて、導電性粒子全体の質量に対する導電層の質量の割合が４０質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の導電性ペーストは、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が５質量％以上であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の導電性ペーストにおいて、セラミックスは、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、上記の導電性ペーストを焼成することによって形成された半導体装置用電極である。
【００２３】
また、本発明は、半導体基板と、半導体基板上に設けられた上記の半導体装置用電極とを含む半導体装置である。
【００２４】
また、本発明は、半導体基板上に上記の導電性ペーストを塗布する工程と、導電性ペーストを焼成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止して、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する半導体装置を高い製造効率で製造することを可能とする導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、実施の形態１の太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図である。
【図２】ｐ型シリコン基板の表面上に塗布された導電性ペーストの一例を図解する模式的な断面図である。
【図３】導電性ペーストに含まれる導電性粒子の一例の模式的な断面図である。
【図４】実施の形態１の太陽電池セルの受光面の模式的な平面図である。
【図５】実施の形態１の太陽電池セルの裏面の模式的な平面図である。
【図６】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図７】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図８】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図９】実施の形態１の太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法の一例の製造工程の他の一部について図解する模式的な斜視図である。
【図１０】実施の形態１の太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図である。
【図１１】図１０に示す太陽電池モジュールにアルミニウム枠などを取り付けた構成の一例の模式的な側面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は、従来の両面電極型太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図である。
【図１３】図１２に示す従来の両面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、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。
【００２８】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）〜図１（ｈ）に、実施の形態１の太陽電池セルの製造方法について図解する模式的な断面図を示す。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示すように、単結晶または多結晶のｐ型のシリコンインゴットをたとえばワイヤソーなどでスライスすることによってｐ型シリコン基板１を得る。ここで、ｐ型シリコン基板１の表面全面には上記のシリコンインゴットのスライス時に生じたダメージ層１ａが形成される。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の表面全面をエッチングすることによって、ｐ型シリコン基板１の表面全面に形成されたダメージ層１ａを除去する。ここで、エッチング条件を調整することによって、ｐ型シリコン基板１の表面にたとえばテクスチャ構造などの微小な凹凸を形成することもできる。このように、ｐ型シリコン基板１の表面に微小な凹凸を形成した場合には、ｐ型シリコン基板１の微小な凹凸を有する表面に入射する太陽光の反射を低減することができるため、太陽電池セルの変換効率を高めることができる。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の表面のうち最も大きな面積を有する２つの主面のうち一方の主面（以下、「第１主面」という）にｎ型ドーパント拡散層２を形成する。ここで、ｎ型ドーパント拡散層２は、たとえばＰＯＣｌ3などのｎ型ドーパントであるリンを含むガスを用いた気相拡散またはリンの化合物を含むドーパント液を用いた塗布拡散などの方法により形成することができる。なお、リンの拡散によってｐ型シリコン基板１の第１主面にリンシリケートガラス層が形成された場合には、リンシリケートガラス層はたとえば酸処理などによって除去される。
【００３２】
次に、図１（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面のｎ型ドーパント拡散層２上に反射防止膜３を形成する。ここで、反射防止膜３は、たとえば、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を形成する方法または常圧ＣＶＤ法を用いて酸化チタン膜を形成する方法などによって形成することができる。
【００３３】
次に、図１（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面とは反対側の第２主面に導電性ペースト７を塗布し、その後乾燥させる。
【００３４】
ここで、導電性ペースト７としては、従来の銀ペーストに代えて、従来の銀ペーストの銀粉末の少なくとも一部を当該銀粉末よりも安価な導電性粉末に置き換えたものが用いられる。
【００３５】
図２に、ｐ型シリコン基板１の表面上に塗布された導電性ペースト７の一例を図解する模式的な断面図を示す。導電性ペースト７は、複数の導電性粒子２１からなる導電性粉末と、複数の銀粒子２２からなる銀粉末と、その他の成分２３とを含んでいる。
【００３６】
図３に、導電性ペースト７に含まれる導電性粒子２１の一例の模式的な断面図を示す。ここで、導電性粒子２１は、セラミックスからなる基材２１ａと、セラミックスからなる基材２１ａの外表面の少なくとも一部を被覆する電気導電性の導電層２１ｂとから構成されている。
【００３７】
基材２１ａを構成するセラミックスは、特には限定されないが、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含むものを用いることが好ましい。この場合には導電性ペースト７の焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を効果的に抑止することができる。
【００３８】
導電層２１ｂとしては、たとえば、銀などの電気導電性の物質を用いることができる。なお、セラミックスからなる基材２１ａの外表面の少なくとも一部を導電層２１ｂで被覆する方法としては、たとえば無電解めっき法などを用いることができる。
【００３９】
図２に示す導電性ペースト７においては、導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合が１０質量％以上とされ、かつ導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下とされる。これにより、導電性ペースト７の焼成後の電極の収縮による電極端部からのめくれの発生を抑止することができ、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する太陽電池セルを高い製造効率で製造することが可能となる。
【００４０】
また、導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合は４０質量％以下であることが好ましい。導電性粒子２１全体の質量に対する導電層２１ｂの質量の割合が４０質量％よりも高い場合には、太陽電池セルのＦ．Ｆ（Fill Factor）および信頼性が低下するとともに、導電性ペースト７の焼成後の電極に対する半田付け性が悪化するおそれがある。
【００４１】
また、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合は５質量％以上であることが好ましい。導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合が５質量％未満である場合には、太陽電池セルのＦ．Ｆおよび信頼性が低下するとともに、導電性ペースト７の焼成後の電極に対する半田付け性が悪化するおそれがある。
【００４２】
なお、その他の成分２３としては、たとえば、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などの従来の銀ペーストに用いられている成分などを用いることができる。
【００４３】
以上の構成を有する導電性ペースト７は、たとえば、複数の導電性粒子２１からなる導電性粉末と、複数の銀粒子２２からなる銀粉末と、その他の成分２３とを従来から公知の方法により混合することによって作製することができる。
【００４４】
次に、図１（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第２主面にアルミニウムペースト６を塗布し、その後乾燥させる。ここで、アルミニウムペースト６としては、たとえばアルミニウム粉末、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などを含む従来から公知のものを用いることができる。また、アルミニウムペースト６の塗布方法としては、たとえばスクリーン印刷法などを用いることができる。
【００４５】
次に、図１（ｇ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第１主面上の反射防止膜３上に銀ペースト８を塗布し、その後乾燥させる。ここで、銀ペースト８としては、たとえば銀粉末、ガラスフリット、樹脂、添加剤および有機溶剤などを含む従来から公知のものを用いることができる。また、銀ペースト８の塗布方法としては、たとえばスクリーン印刷法などを用いることができる。
【００４６】
その後、アルミニウムペースト６、導電性ペースト７および銀ペースト８を焼成することによって、図１（ｈ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の第２主面上にアルミニウム電極６１および裏面電極７１を形成するとともに、ｐ型シリコン基板１の第１主面上に受光面銀電極８１を形成する。
【００４７】
ここで、ｐ型シリコン基板１の第２主面上のアルミニウム電極６１はアルミニウムペースト６が焼成されることによって形成され、裏面電極７１は導電性ペースト７が焼成されることによって形成される。
【００４８】
また、ｐ型シリコン基板１の第１主面上の受光面銀電極８１は銀ペースト８が焼成されることによって形成される。
【００４９】
なお、上記の焼成の際にアルミニウムペースト６中のアルミニウムがｐ型シリコン基板１の第２主面に拡散することによって、ｐ型シリコン基板１の第２主面にｐ型ドーパント拡散層４が形成される。
【００５０】
また、上記の焼成の際に銀ペースト８がファイヤースルーすることによって、反射防止膜３を貫通してｎ型ドーパント拡散層２に電気的に接続する受光面銀電極８１が形成される。以上のようにして、実施の形態１の太陽電池セル１０を製造することができる。
【００５１】
図４に、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面の模式的な平面図を示し、図５に、実施の形態１の太陽電池セル１０の裏面の模式的な平面図を示す。
【００５２】
図４に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面側の受光面銀電極８１は格子状に形成されている。また、図５に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の裏面側の裏面電極７１は帯状に形成されている。
【００５３】
ここで、上記の導電性ペースト７の焼成による裏面電極７１の形成工程は、導電性ペースト７中の導電性粒子２１（および銀粒子２２）の溶融温度未満の温度に導電性ペースト７が加熱されることによって行なわれるため、裏面電極７１は、導電性粒子２１（および銀粒子２２）が溶融せずに凝集して固結した構成となる。
【００５４】
したがって、仮に導電性ペースト７中の導電性粒子２１の基材２１ａとして電気絶縁性のセラミックスを用いた場合でも、導電性粒子２１の基材２１ａの外表面の電気導電性の導電層２１ｂを通して電気を導通させることによって裏面電極７１の電気電導性を担保することができる。
【００５５】
また、導電性ペースト７を焼成して形成された裏面電極７１は、導電性ペースト７を含まない銀ペーストを焼成して形成された銀電極とほぼ同等程度の電極特性を有するため、裏面電極７１とｐ型シリコン基板１の第２主面との直列抵抗の上昇も抑えることができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、上記構成の導電性ペースト７を焼成して裏面電極７１を形成しているため、焼成後の裏面電極７１の収縮による電極端部７１ａからのめくれの発生を抑止することができ、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有する太陽電池セル１０を高い製造効率で製造することが可能となる。
【００５７】
また、たとえば以下のようにして、上記の実施の形態１の太陽電池セル１０を用いて太陽電池モジュールを製造することができる。
【００５８】
まず、図６の模式的斜視図に示すように、実施の形態１の太陽電池セル１０の受光面銀電極８１上に電気導電性の部材であるインターコネクタ３３の一端を接続する。
【００５９】
次に、図７の模式的斜視図に示すように、インターコネクタ３３が接続された太陽電池セル１０を一列に配列し、太陽電池セル１０の受光面銀電極８１に接続されているインターコネクタ３３の他端を、その太陽電池セル１０に隣接する他の太陽電池セル１０の裏面の裏面電極７１に順次接続していくことによって太陽電池ストリング３５を作製する。
【００６０】
次に、図８の模式的斜視図に示すように、太陽電池ストリング３５を並べて、太陽電池ストリング３５の両端からそれぞれ突出しているインターコネクタ３３と、その太陽電池ストリング３５に隣接する他の太陽電池ストリング３５の両端から突出しているインターコネクタ３３とを導電性部材である配線部材３４を用いて接続することによって、隣接する太陽電池ストリング３５同士を直列に接続する。
【００６１】
その後、図９の模式的斜視図に示すように、ガラス基板などの透明基板３６とＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの裏面保護シート３８との間に、上記接続後の太陽電池ストリング３５をＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などの封止材３７で封止したものを挟み込む。以上により、実施の形態１の太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールを作製することができる。
【００６２】
図１０に、上記のようにして作製した実施の形態１の太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図を示す。ここで、太陽電池モジュール５０においては、透明基板３６と裏面保護シート３８との間の封止材３７中に太陽電池セル１０が封止されている。そして、太陽電池セル１０の受光面銀電極８１にインターコネクタ３３の一端が電気的に接続され、太陽電池セル１０の裏面の裏面電極７１にインターコネクタ３３の他端が電気的に接続されている。
【００６３】
また、図１１の模式的側面図に示すように、図１０に示す構成の太陽電池モジュール５０の周縁にアルミニウム枠４２を取り付けるとともに、太陽電池モジュール５０の裏面側にケーブル４０を備えた端子ボックス３９を取り付けることも可能である。
【００６４】
なお、上記においては、太陽電池セルの半導体基板としてｐ型シリコン基板を用いたが、ｐ型シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよい。
【実施例】
【００６５】
＜サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの作製＞
まず、１辺が１５６ｍｍの正方形状の２つの主面を有し、かつ厚さ２００μｍのｐ型多結晶シリコン基板を作製した。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板は、ｐ型多結晶シリコンインゴットをワイヤソーでスライスした後にアルカリ溶液でエッチングして表面のダメージ層を除去することによって作製した。
【００６６】
次に、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面にリンシリケートガラス液（ＰＳＧ液）を塗布した後にｐ型多結晶シリコン基板を約９００℃の温度雰囲気中に設置することによって、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面にリンの拡散によるｎ型ドーパント拡散層を形成した。ここで、ｎ型ドーパント拡散層の面抵抗は約５０Ω／□であった。
【００６７】
次に、ｐ型多結晶シリコン基板の主面のｎ型ドーパント拡散層上に厚さ８０ｎｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。
【００６８】
以上のようにして、一方の主面上に窒化シリコン膜が形成されたｐ型多結晶シリコン基板を複数作製し、これらのｐ型シリコン基板の窒化シリコン膜の形成側とは反対側の他方の主面の一部にそれぞれサンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストをスクリーン印刷法により２本の直線状に塗布した後に、その一部と重なるようにしてｐ型シリコン基板の主面のほぼ全面にそれぞれ市販のアルミニウムペーストをスクリーン印刷法により塗布した。その後、ｐ型多結晶シリコン基板の主面に塗布された導電性ペースト、銀ペーストおよびアルミニウムペーストをそれぞれ１５０℃程度の温度雰囲気で乾燥させた。
【００６９】
サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストはそれぞれ以下のようにして作製した。まず、表１に示す銀コーティング量でアルミナ基材の外表面に銀がコーティングされた導電性粒子の複数を含む導電性粉末を、表１に示す導電性粉末の割合で複数の銀粒子からなる銀粉末と混合して混合粉末とした。ここで、表１に示す銀コーティング量は、導電性粒子全体の質量に対する、コーティングされた銀の質量の割合を示している。また、表１に示す導電性粉末の割合は、導電性粉末と銀粉末との合計質量に対する導電性粉末の質量の割合を示している。
【００７０】
また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの導電性粉末としては、矩形の表面を有する板状のアルミナ基材の外表面の全体を銀からなる導電層で被覆した導電性粒子からなるＥＣＫＡ社製の導電性粉末を用いた。また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの導電性粉末の導電性粒子は、導電性粒子のメジアン径（Ｄ５０）が７μｍであった。
【００７１】
そして、上記の混合粉末を、ホウ珪酸鉛ガラスからなるガラスフリットと、エチルセルロースからなる樹脂と、酢酸ブチルカルビトールからなる溶剤とミキサーで混練した後に３本ロールで混合粉末を分散させることによってサンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストを作製した。なお、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストにおける混合粉末とガラスフリットと樹脂および溶剤との配合比率（質量比）は、それぞれ、混合粉末：ガラスフリット：樹脂および溶剤＝７８：１．６：２０．４とした。また、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの粘度はそれぞれ約１７０Ｐａ・ｓ（ブルックフィールド社製の粘度計を用いて回転速度１０ｒｐｍで測定）とした。
【００７２】
次に、それぞれのｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面の窒化シリコン膜上に格子状に銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した後、ｐ型多結晶シリコン基板の主面の窒化シリコン膜上に塗布された銀ペーストを１５０℃程度の温度雰囲気で乾燥させた。
【００７３】
その後、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面上に塗布された銀ペースト、ｐ型多結晶シリコン基板の他方の主面上に塗布されたアルミニウムペーストならびに導電性ペーストを空気中で８６０℃の温度で焼成した。
【００７４】
これにより、ｐ型多結晶シリコン基板の一方の主面上においては、銀ペーストがファイヤースルーすることによって窒化シリコン膜を貫通してｎ型ドーパント拡散層に電気的に接続した銀ペーストの焼成物である銀電極（受光面電極）が形成された。また、ｐ型多結晶シリコン基板の他方の主面にはアルミニウムペーストからアルミニウムが拡散することによってｐ型ドーパント拡散層が形成されるとともに、アルミニウムペーストの焼成物であるアルミニウム電極と、導電性ペーストの焼成物である直線状（図５の裏面電極７１の形状）の銀電極（裏面電極）とが形成された。
【００７５】
以上により、銀電極からなる受光面電極を有するとともに、裏面にアルミニウム電極および銀電極からなる裏面電極を有するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルを作製した。ここで、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルは、それぞれ、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストを用いて裏面電極が形成された太陽電池セルに相当する。
【００７６】
＜電気特性の評価＞
次に、上記のようにして作製したサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの裏面電極側の主面を導電性のステージ上に全面吸着させた状態で、受光面電極側の主面にそれぞれ擬似太陽光を照射することによって、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの電流−電圧特性を測定してＦ．Ｆを算出した。また、比較として、サンプルＮｏ．１〜９の導電性ペーストの代わりに銀ペーストを用いたこと以外はサンプルＮｏ．１〜９と同様にして比較例の太陽電池セルを作製し、上記と同様にして電流−電圧特性を測定してＦ．Ｆを算出した。そして、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆに対するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆの割合を算出して、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の電気特性の欄に示す。
【００７７】
＜電気特性の評価基準＞
Ａ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９９％以上
Ｂ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９９％未満
＜半田付け性の評価＞
また、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルの裏面電極の表面にＳｎ−Ａｇ半田がコートされた２ｍｍ幅の銅からなるタブを裏面電極に接合し、その後、タブを裏面電極の表面に対して４５°の角度を為す方向に引っ張り、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の半田付け性の欄に示す。
【００７８】
＜半田付け性の評価基準＞
Ａ…引張強度が２００ｇ以上、かつ、タブを剥離させたときの剥離面が裏面電極とｐ型多結晶シリコン基板との界面またはｐ型多結晶シリコン基板の内部
Ｂ…引張強度が２００ｇ以上、かつ、タブを剥離させたときの剥離面がタブと裏面電極との界面または裏面電極の内部
Ｃ…引張強度が２００ｇ未満
Ｄ…タブがつかない
＜信頼性の評価＞
また、サンプルＮｏ．１〜９の裏面電極の表面にＳｎ−Ａｇ半田がコートされた２ｍｍ幅の銅からなるタブを裏面電極に接合した状態で、温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気下に５００時間放置し、その後、上記と同様にして、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆを測定した。そして、上記の比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆに対するサンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆの割合を算出して、下記の評価基準により評価した。その結果を表１の信頼性の欄に示す。また、表１の信頼性の欄の「−」の記載は、未測定であることを示している。
【００７９】
＜信頼性の評価基準＞
Ａ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９５％以上
Ｂ…サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのＦ．Ｆが、比較例の太陽電池セルのＦ．Ｆの９５％未満
＜体積収縮率比の評価＞
サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのそれぞれの作製途中において、スクリーン印刷して乾燥した後の導電性ペーストの体積（Ｖdry）を測定し、その後、導電性ペーストを焼成して作製された裏面電極の体積（Ｖfir）を測定した。そして、サンプルＮｏ．１〜９の太陽電池セルのそれぞれについて、スクリーン印刷して乾燥した後の導電性ペーストの体積（Ｖdry）に対する導電性ペーストを焼成して作製された裏面電極の体積（Ｖfir）の割合を算出（Ｖfir／Ｖdry）し、それを体積収縮率（サンプル）とした。そして、上記の比較例の太陽電池セルについても上記と同様にして体積収縮率（現行）を算出した。体積収縮率（サンプル）を体積収縮率（現行）で割って１００倍した値を表１の体積収縮率比の欄に示す。なお、表１の体積収縮率比の欄の数値が大きいほど、裏面電極の収縮が抑えられたことを示している。また、表１の体積収縮率比の欄の「−」の記載は、未測定であることを示している。
【００８０】
【表１】
【００８１】
＜評価結果＞
表１に示すように、導電性粒子の銀コーティング量が１０質量％以上４０質量％以下であって、導電性粉末の割合が５質量％以上２５質量％以下であるサンプルＮｏ．１〜４および６〜８の太陽電池セルは、裏面電極の収縮が抑えられるとともに、良好な電気特性、半田付け性および信頼性を有することが確認された。また、サンプルＮｏ．５および９の太陽電池セルは、裏面電極の収縮を抑えることはできるが、良好な半田付け性および信頼性を有していなかった。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例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】
【００８３】
本発明は、導電性ペースト、半導体装置用電極、半導体装置および半導体装置の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ｐ型シリコン基板、１ａ ダメージ層、２ ｎ型ドーパント拡散層、３ 反射防止膜、６ アルミニウムペースト、７ 導電性ペースト、８ 銀ペースト、１０ 太陽電池セル、２１ 導電性粒子、２１ａ 基材、２１ｂ 導電層、２２ 銀粒子、２３ その他の成分、３３ インターコネクタ、３４ 配線部材、３５ 太陽電池ストリング、３６ 透明基板、３７ 封止材、３８ 裏面保護シート、３９ 端子ボックス、４０ ケーブル、４２ アルミニウム枠、５０ 太陽電池モジュール、６１ アルミニウム電極、７１ 裏面電極、７１ａ 端部、８１ 受光面銀電極、１００ ｐ型シリコン基板、２００ ｎ型ドーパント拡散層、３００ 窒化シリコン膜、６００ アルミニウムペースト、６０１ 裏面アルミニウム電極、７００ 裏面用銀ペースト、７０１ 裏面銀電極、８００ 受光面用銀ペースト、８０１ 受光面銀電極、９００ ｐ型ドーパント拡散層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、
前記導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、前記基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、
前記導電性粒子全体の質量に対する前記導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、
前記導電性粉末と前記銀粉末との合計質量に対する前記導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である、導電性ペースト。
【請求項２】
前記導電性粒子全体の質量に対する前記導電層の質量の割合が４０質量％以下である、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記導電性粉末と前記銀粉末との合計質量に対する前記導電性粉末の質量の割合が５質量％以上である、請求項１または２に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
前記セラミックスは、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１から３のいずれかに記載の導電性ペースト。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の導電性ペーストを焼成することによって形成された、半導体装置用電極。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた請求項５に記載の半導体装置用電極とを含む、半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上に請求項１から４のいずれかに記載の導電性ペーストを塗布する工程と、
前記導電性ペーストを焼成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数の導電性粒子からなる導電性粉末と、複数の銀粒子からなる銀粉末とを含む導電性ペーストであって、
前記導電性粒子は、セラミックスからなる基材と、前記基材の外表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを有しており、
前記導電性粒子全体の質量に対する前記導電層の質量の割合が１０質量％以上であって、
前記導電性粉末と前記銀粉末との合計質量に対する前記導電性粉末の質量の割合が２５質量％以下である、導電性ペースト。
【請求項２】
前記導電性粒子全体の質量に対する前記導電層の質量の割合が４０質量％以下である、請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記導電性粉末と前記銀粉末との合計質量に対する前記導電性粉末の質量の割合が５質量％以上である、請求項１または２に記載の導電性ペースト。
【請求項４】
前記セラミックスは、フェライト、シリカおよびアルミナからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１から３のいずれかに記載の導電性ペースト。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の導電性ペーストを焼成することによって形成された、半導体装置用電極。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた請求項５に記載の半導体装置用電極とを含む、半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上に請求項１から４のいずれかに記載の導電性ペーストを塗布する工程と、
前記導電性ペーストを焼成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５１１１２（Ｐ２０１３−５１１１２Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８２７０（Ｐ２０１１−１８８２７０）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【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２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]