素子及び太陽電池
【課題】太陽電池としたときに発電性能に優れる素子、及び該素子を搭載した太陽電池を提供する。
【解決手段】シリコン基板と、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、がこの順に積層された素子である。
【解決手段】シリコン基板と、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、がこの順に積層された素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にシリコン系太陽電池の受光面及び裏面には電極が形成されている。光の入射により太陽電池内で変換された電気エネルギーを効率よく外部に取出すためには、前記電極の体積抵抗率が充分に低いことと、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成することが必要である。特に受光面の電極は、太陽光の入射量損失を最低限に抑えるために、配線幅を小さく、また電極のアスペクト比を高くする傾向にあるので、体積抵抗率の低さとオーミックコンタクト性の良好さが重要である。
【０００３】
太陽電池の受光面に用いられる電極は、通常以下のようにして形成される。すなわち、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャ（凹凸）形成を施し、次いでリン等を高温で熱的に拡散させることにより形成されたｎ型シリコン層上に、導電性組成物をスクリーン印刷等により塗布し、これを大気中８００℃〜９００℃で焼成することで受光面電極が形成される。この受光面電極を形成する導電性組成物には、導電性金属粉末、ガラス粒子及び種々の添加剤等が含まれる。
【０００４】
前記導電性金属粉末としては、銀粉末が一般的に用いられている。銀が用いられる理由としては、銀粒子の体積抵抗率が１．６×１０−５Ω・ｃｍと低いこと、上記焼成条件において銀粒子が自己還元して焼結すること、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成できること、また、はんだ材料に対する銀粒子からなる電極の濡れ性が優れるため、太陽電池素子をガラス基板などに封止する所謂モジュール化において、太陽電池素子間を電気的に接続するタブ線を好適に接着することができることが挙げられる。
【０００５】
一方、裏面電極は、ｐ型シリコン層上に導電性組成物を塗布し、これを大気中８００℃〜９００℃で焼成することで形成される。この焼成は、多くの場合、上記受光面電極の焼成と同時に行われる。シリコン系太陽電池の場合、裏面電極は、裏面にキャリアを回収するための集電用電極と、電力を取出すための出力取出し電極から構成される。この裏面出力取出し電極を形成する導電性組成物にも導電性金属粉末が含まれるが、受光面電極と同様にタブ線を接着させる必要があるため、銀粉末が用いられることがある。
【０００６】
上述のように、銀粒子を含む導電性組成物は、太陽電池の電極として優れた特性を発現する。一方で銀が貴金属で地金自体が高価であるため、また資源の問題からも、銀含有導電性組成物に代わるペースト材料の提案が望まれている。銀に代わる有望な材料としては、半導体配線材料に適用されている銅が挙げられる。銅は資源的にも豊富で、地金コストも銀の約１００分の１と安価である。しかしながら、銅は大気中２００℃以上の高温で容易に酸化される材料であり、上記工程で電極を形成することは困難である。
【０００７】
銅が有する上記課題を解決するために、銅に種々の手法を用いて耐酸化性を付与し、高温焼成でも酸化されない銅粒子が報告されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
ほかに、銅の酸化を抑えるために、導電性金属粉末に銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で焼成するという特殊な工程も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１４７５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された銅粒子でも、耐酸化性を有するのは高々３００℃までで、８００℃〜９００℃の高温ではほとんど酸化されてしまうため、太陽電池用電極として実用に至っていない。さらに耐酸化性を付与するために適用した添加剤等が焼成中の銅粒子の焼結を阻害し、結果として銀のような低抵抗の電極は得られないという課題がある。
【００１０】
また導電性金属粉末に銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で焼成する手法を用いる場合、銅粒子の酸化を完全に抑えるためには上記雰囲気ガスで完全密封した環境が必要となり、工程コストの面で太陽電池素子の量産には不向きである。
【００１１】
そして、太陽電池の製造工程において、銅電極が酸化してしまうと、電極自体の抵抗の増大以外に、後のモジュール化におけるタブ線の接続工程において、電極上の酸化被膜にはんだが濡れ広がらずに、充分な強度でタブ線を接続できずに、電力を取出すときの接触抵抗が増大してしまうという課題も生じる。
【００１２】
銅を太陽電池電極に適用するためのさらなる課題として、シリコン基板とのオーミックコンタクト性が挙げられる。すなわち、銅からなる電極を高温焼成中に酸化させずに形成できたとしても、銅がシリコン基板と直に接触することで、銅とシリコンの相互拡散が生じ、電極とシリコン基板の界面に銅とシリコンからなる反応物相（Ｃｕ３Ｓｉ）が形成されることがある。
【００１３】
このＣｕ３Ｓｉの形成はシリコン基板の界面から数μｍにまで及ぶことがあり、シリコン基板側に亀裂を生じる場合がある。またシリコン基板上に予め形成されたｎ型シリコン層を貫通し、太陽電池が持つ半導体性能（ｐｎ接合特性）を劣化させる場合がある。また形成したＣｕ３Ｓｉが銅からなる電極を持ち上げるなどして、シリコン基板との密着性を阻害し、電極の機械的強度低下をもたらすおそれがある。
【００１４】
銅を電極形成用組成物に適用した場合には、上記とおり様々な課題があり、結果、太陽電池において充分な発電性能を得られない原因になっていた。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子、及び該素子を搭載した太陽電池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】
【００１６】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明を完成した。すなわち本発明は以下の通りである。
【００１７】
＜１＞ シリコン基板と、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、がこの順に積層された素子。
＜２＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるリン含有銅合金粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるリン含有銅合金粒子は、リン含有率が６質量％以上８質量％以下である、前記＜１＞に記載の素子。
＜３＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種である、前記＜１＞又は＜２＞に記載の素子。
＜４＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるガラス粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるガラス粒子は、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超える、前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の素子。
＜５＞ 前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの前記錫含有粒子の含有率が５質量％以上７０質量％以下である、前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の素子。
＜６＞ 前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子及び前記錫含有粒子の総含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、前記＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の素子。
＜７＞ 前記電極用ペースト組成物Ｂは、前記リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、前記＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の素子。
＜８＞ 前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相を含む、前記＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の素子。
＜９＞ 前記Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相と前記シリコン基板との間に配置されている、＜８＞に記載の素子。
＜１０＞ 前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとが形成された、又は、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａが形成され、その後に前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂが形成された、前記＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の素子。
＜１１＞ 前記シリコン基板がｐｎ接合を有し、太陽電池に用いられる、前記＜１＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の素子。
＜１２＞ 前記＜１１＞に記載の素子を含み、前記素子の電極上にタブ線が配置された、太陽電池。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子、及び該素子を搭載した太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるシリコン系太陽電位素子の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるシリコン系太陽電池素子の受光面の一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明にかかるシリコン系太陽電池素子の裏面の一例を示す概略平面図である。
【図５】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子の裏面側電極構造の一例を示す概略平面図である。
【図６】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【図７】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
【００２１】
＜素子＞
本発明の素子は、シリコン基板と、
リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、
リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、
がこの順に積層された素子である。
かかる構成の素子は、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、電極の抵抗率が低い。また銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、電極とシリコン基板とが良好なオーミックコンタクトを形成している。さらに電極表面のはんだに対する濡れ性がよく、電極上にはんだによるタブ線接続を接続性よく行うことができ、接続部の接触抵抗が低い。したがって、かかる構成の素子は、太陽電池としたときに発電性能に優れる。
【００２２】
本発明の素子は、シリコン基板上に、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとを含む電極を備える。前記電極層Ａはシリコン基板の上に積層されており、前記電極層Ｂは前記電極層Ａの上に積層されている。
図１は、本発明の素子の一例を示す概略断面図である。素子１００は、シリコン基板１０１の上に、電極１１１を備える。電極１１１は、シリコン基板１０１の上に配置された電極層Ａ１１２と、電極層Ａ１１２の上に配置された電極層Ｂ１１３とを有する、二層構造の電極である。
【００２３】
［電極層Ａ］
前記電極層Ａは、シリコン基板の上に配置され、電極の一部をなす。前記電極層Ａは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成される。
前記電極層Ａは、前記電極用ペースト組成物Ａにおいて銅を含む粒子がリン含有銅合金粒子であることにより、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、抵抗率が低い。
また前記電極層Ａは、錫を１質量％以上含有する前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成されることにより、銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成している。
【００２４】
本発明の素子において、電極のシリコン基板側に配置された前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に配置されること（図１には不図示）がより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相の詳細は、後述する。
【００２５】
［電極層Ｂ］
前記電極層Ｂは、前記電極層Ａの上に配置され、電極の一部をなす。前記電極層Ｂは、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成される。
前記電極層Ｂは、前記電極用ペースト組成物Ｂにおいて銅を含む粒子がリン含有銅合金粒子であることにより、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、抵抗率が低い。
また前記電極層Ｂは、錫の含有率が０．１質量％以下である前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成されることにより、はんだに対する濡れ性がよく、結果、はんだによるタブ線接続の接続性がよく、接続部の接触抵抗が低い。
【００２６】
前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さは、特に制限されるものではない。電極の厚さにもよるが、前記電極層Ａは、良好なオーミックコンタクトを発現するために、少なくとも６μｍあることが好ましく、８μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましい。また前記電極層Ｂは、はんだによるタブ線接続を良好に行うために、少なくとも３μｍあることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。
前記電極層Ａ及び前記電極層Ｂの厚さの上限は、それぞれ特に制限されないが、発電効率の観点から、前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さの合計が５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。
前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さの比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は、特に制限されないが、１０：１〜１：５の範囲にあることが好ましい。
【００２７】
［電極用ペースト組成物Ａ］
前記電極用ペースト組成物Ａは、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種と、錫含有粒子の少なくとも１種と、ガラス粒子の少なくとも１種と、溶剤の少なくとも１種と、樹脂の少なくとも１種とを含み、錫の含有率が１質量％以上である。錫の含有率が１質量％以上であることにより、前記電極用ペースト組成物Ａを用いて形成される前記電極層Ａは、銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成する。
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫の含有率は、上記の観点から、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましく、７質量％以上であることが更に好ましく、８質量％以上であることが特に好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫の含有率は、その上限に特に制限はないが、充分な体積のＣｕ−Ｓｎ合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する観点から、６０質量％以下であることが好ましく、５５質量％以下であることがより好ましく、５０質量％以下であることが更に好ましく、４５質量％以下であることが特に好ましい。
【００２８】
前記電極用ペースト組成物Ａは、耐酸化性と電極の低抵抗率、及びシリコン基板との密着性の観点から、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００２９】
［電極用ペースト組成物Ｂ］
前記電極用ペースト組成物Ｂは、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種と、ガラス粒子の少なくとも１種と、溶剤の少なくとも１種と、樹脂の少なくとも１種とを含み、錫の含有率が０．１質量％以下である。錫の含有率が０．１質量％以下であることにより、前記電極用ペースト組成物Ｂを用いて形成される前記電極層Ｂは、はんだに対する濡れ性がよく、その結果、はんだによるタブ線接続の接続性がよく、接続部の接触抵抗が低い。
前記電極用ペースト組成物Ｂにおける錫の含有率は、上記の観点から、０．０５質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下である（錫は実質的に含まれない）ことが更に好ましく、０質量％である（錫は含まれない）ことが特に好ましい。
【００３０】
前記電極用ペースト組成物Ｂは、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子の含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子の含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００３１】
前記電極用ペースト組成物Ａにおけるリン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂と、前記電極用ペースト組成物Ｂにおけるリン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂とは、それぞれ同義であり、好ましい態様もそれぞれ同様である。
以下、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを合わせて「電極用ペースト組成物」と称し、電極用ペースト組成物に含まれる成分について説明する。また、前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子について説明する。
【００３２】
（リン含有銅合金粒子）
前記電極用ペースト組成物は、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種を含む。リン含有銅合金としては、リン銅ろう（リン濃度：７質量％程度以下）と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅の接合材としても知られているものであるが、前記電極用ペースト組成物にリン含有銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極を形成することができる。さらに電極の低温焼成が可能となり、プロセスコストを削減できるという効果を得ることができる。
【００３３】
本発明におけるリン含有銅合金に含まれるリン含有率としては、耐酸化性と低抵抗率の観点から、リン含有率が６質量％〜８質量％であることが好ましく、６．３質量％〜７．８質量％であることがより好ましく、６．５質量％〜７．５質量％であることが更に好ましい。リン含有銅合金に含まれるリン含有率が８質量％以下であることで、より低い抵抗率を達成可能であり、また、リン含有銅合金粒子の生産性に優れる。他方６質量％以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる。
【００３４】
前記リン含有銅合金粒子は、銅とリンを含む合金であるが、他の原子をさらに含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ａｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＡｕ等を挙げることができる。
前記リン含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、前記リン含有銅合金粒子中に３質量％以下とすることができ、耐酸化性と低抵抗率の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００３５】
本発明において、前記リン含有銅合金粒子は、１種単独でも又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
前記リン含有銅合金粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％の場合における粒子径（以下、「Ｄ５０％」と略記することがある。）として、０．４μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１μｍ〜７μｍであることがより好ましい。０．４μｍ以上であることで耐酸化性がより効果的に向上する。他方１０μｍ以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子同士、または後述する錫含有粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径は、マイクロトラック粒度分布測定装置（日機装社製、ＭＴ３３００型）によって測定される。
前記リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００３７】
前記電極用ペースト組成物Ａにおけるリン含有銅合金粒子の含有率は特に制限されない。耐酸化性と電極の低抵抗率、及びシリコン基板との密着性の観点から、前記含有率は２０質量％〜８５質量％であることが好ましく、２５質量％〜８０質量％であることがより好ましく、３０質量％〜７５質量％であることが更に好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂにおけるリン含有銅合金粒子の含有率は特に制限されない。耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、前記含有率は７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
【００３８】
リン含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、リン含有銅合金粒子は、所望のリン含有率となるように調製したリン含有銅合金を用いて、金属粉末を調製する通常の方法を用いて調製することができ、例えば、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。尚、水アトマイズ法の詳細については金属便覧（丸善（株）出版事業部）等の記載を参照することができる。
具体的には、リン含有銅合金を溶融し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥、分級することで、所望のリン含有銅合金粒子を製造することができる。
また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン含有銅合金粒子を製造することができる。
【００３９】
（錫含有粒子）
前記電極用ペースト組成物Ａは、錫含有粒子の少なくとも１種を含む。リン含有銅合金粒子に加えて、錫含有粒子を含むことにより、後述する焼成工程において、抵抗率の低い電極を形成できる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相からなる電極を形成する。ここで前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相は、電極内で緻密なバルク体を形成し、これが導電層として機能することで抵抗率の低い電極を形成できると考えられる。
尚、ここでいう緻密なバルク体とは、塊状のＣｕ−Ｓｎ合金相が互いに密に接触し、三次元的に連続している構造を形成していることを意味する。
【００４０】
前記電極用ペースト組成物Ａを用いてシリコンを含む基板（以下、単に「シリコン基板」ともいう。）上に電極を形成する場合、シリコン基板に対する密着性が高い電極を形成することができ、さらに電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトを達成することができる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相からなる電極を形成する。上記Ｃｕ−Ｓｎ合金相が緻密なバルク体であるために、このＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相は、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に形成される。これによりＣｕ−Ｓｎ合金相のシリコン基板に対する密着性が向上すると考えることができる。またＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、銅とシリコンとの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、焼成して形成される電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトが達成できると考えることができる。すなわち銅を含む電極とシリコンを直に接触して過熱したときに形成される反応相（Ｃｕ３Ｓｉ）の形成を抑制し、半導体性能（例えば、ｐｎ接合特性）を劣化することなくシリコン基板との密着性を保ちながら、良好なオーミックコンタクトを発現することができると考えられる。
【００４１】
このような効果は、シリコンを含む基板上に前記電極用ペースト組成物Ａを用いて電極を形成する場合であれば、一般的に発現するものであり、シリコンを含む基板の種類は特に制限されるものではない。シリコンを含む基板としては、例えば太陽電池形成用のシリコン基板、太陽電池以外の半導体デバイスの製造に用いるシリコン基板等を挙げることができる。
【００４２】
すなわち本発明においては、前記電極用ペースト組成物Ａ中にリン含有銅合金粒子と錫含有粒子を組み合わせることで、まずリン含有銅合金粒子中のリン原子の銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極が形成される。次いでリン含有銅合金粒子と錫含有粒子との反応により、体積抵抗率を低く保ったままＣｕ−Ｓｎ合金相からなる導電層とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とが形成される。そして例えば、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が銅とシリコンの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで電極とシリコン基板との間に反応物相が形成されることを抑制し、銅電極との良好なオーミックコンタクトが形成されるという２つの特徴的な機構を、焼成工程で同時に実現できると考えることができる。
【００４３】
前記錫含有粒子としては、錫を含む粒子であれば特に制限はない。中でも、錫粒子及び錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
錫粒子における錫の純度は特に制限されない。例えば錫粒子の純度は、９５質量％以上とすることができ、９７質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましい。
【００４４】
錫合金粒子は、錫を含む合金粒子であれば合金の種類は特に制限されない。中でも、錫合金粒子の融点、及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、錫の含有率が１質量％以上である錫合金粒子であることが好ましく、錫の含有率が３質量％以上である錫合金粒子であることがより好ましく、錫の含有率が５質量％以上である錫合金粒子であることがさらに好ましく、錫の含有率が１０質量％以上である錫合金粒子であることが特に好ましい。
【００４５】
錫合金粒子としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓｂ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ系合金等が挙げられる。
【００４６】
前記錫合金粒子のうち、特に、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−３．２Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−２．５Ａｇ−０．８Ｃｕ−０．５Ｓｂ、Ｓｎ−２Ａｇ−７．５Ｂｉ、Ｓｎ−３Ａｇ−５Ｂｉ、Ｓｎ−５８Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−３Ｉｎ−０．５Ｂｉ、Ｓｎ−３Ｂｉ−８Ｚｎ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−５２Ｉｎ、Ｓｎ−４０Ｐｂ等の錫合金粒子は、Ｓｎのもつ融点（２３２℃）と同じ、もしくはより低い融点をもつ。そのため、これら錫合金粒子は焼成の初期段階で溶融することで、リン含有銅合金粒子の表面を覆い、リン含有銅合金粒子と均一に反応することができるという点で、好適に用いることができる。尚、錫合金粒子における表記は、例えばＳｎ−ＡＸ−ＢＹ−ＣＺの場合は、錫合金粒子の中に、元素ＸがＡ質量％、元素ＹがＢ質量％、元素ＺがＣ質量％含まれていることを示す。
本発明において、これらの錫含有粒子は１種単独で使用してもよく、又２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
【００４７】
前記錫含有粒子は、不可避的に混入する他の原子をさらに含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ａｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＡｕ等を挙げることができる。
前記錫含有粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば前記錫含有粒子中に３質量％以下とすることができ、融点及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００４８】
前記錫含有粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％の場合における粒子径（以下、「Ｄ５０％」と略記することがある。）として、０．５μｍ〜２０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１５μｍであることがより好ましく、５μｍ〜１５μｍであることが更に好ましい。０．５μｍ以上であることで錫含有粒子自身の耐酸化性が向上する。他方２０μｍ以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子との接触面積が大きくなり、リン含有銅合金粒子との反応が効果的に進む。
前記錫含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００４９】
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫含有粒子は、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの錫含有粒子の含有率が、５質量％〜７０質量％であることが好ましい。前記含有率を５質量％以上とすることで、リン含有銅合金粒子との反応をより均一に生じさせることができる。他方、前記含有率を７０質量％以下とすることで、充分な体積のＣｕ−Ｓｎ合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する。上記観点から、前記含有率は、より好ましくは７質量％〜６５質量％であり、更に好ましくは９質量％〜６０質量％であり、特に好ましくは９質量％〜５５質量％である。
【００５０】
（ガラス粒子）
前記電極用ペースト組成物は、ガラス粒子の少なくとも１種を含む。電極用ペースト組成物がガラス粒子を含むことにより、焼成時に電極部と基板との密着性が向上する。また太陽電池受光面側の電極形成において、焼成時にいわゆるファイアースルーによって反射防止膜である窒化ケイ素膜が取り除かれ、電極とシリコン基板とのオーミックコンタクトが形成される。
【００５１】
前記ガラス粒子は、基板との密着性と電極の低抵抗率化の観点から、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超えるガラスを含むガラス粒子であることが好ましい。尚、ガラスの軟化温度は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて通常の方法によって測定され、ガラスの結晶化開始温度は、示差熱−熱重量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて通常の方法によって測定される。
【００５２】
本発明では、二層で構成される電極のシリコン基板側の層が、前記電極用ペースト組成物Ａを用いて形成される前記電極層Ａである。前記電極用ペースト組成物Ａを太陽電池受光面側の電極の形成に使用する場合は、前記ガラス粒子は、電極形成温度で軟化・溶融し、接触した窒化ケイ素膜を酸化し、酸化された二酸化ケイ素を取り込むことで、反射防止膜を除去可能なものであれば、当該技術分野において通常用いられるガラス粒子を特に制限なく用いることができる。
【００５３】
一般に上記反射防止膜を除去可能なガラス粒子は、二酸化ケイ素を効率よく取り込み可能であることから鉛を含むガラスから構成される。このような鉛を含むガラスとしては、例えば、特許第０３０５００６４号公報等に記載のものを挙げることができ、本発明においてもこれらを好適に使用することができる。
本発明においては、環境に対する影響を考慮すると、鉛を実質的に含まない鉛フリーガラスを用いることが好ましい。鉛フリーガラスとしては、例えば、特開２００６−３１３７４４号公報の段落番号００２４〜００２５に記載の鉛フリーガラスや、特開２００９−１８８２８１号公報等に記載の鉛フリーガラスを挙げることができ、これらの鉛フリーガラスから適宜選択して本発明に適用することもまた好ましい。
【００５４】
前記電極用ペースト組成物Ａを、太陽電池受光面側の電極ではなく、例えば裏面取出し電極、バックコンタクト型太陽電池素子におけるスルーホール電極、及び裏面電極の形成に用いる場合には、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超えるガラスを含むガラス粒子であれば、上記鉛のようなファイアースルーに必要な成分を含むことなく用いることができる。
【００５５】
前記電極用ペースト組成物に用いられるガラス粒子を構成するガラス成分としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化テルル（ＴｅＯ２）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化銀（ＡｇＯ）及び酸化マンガン（ＭｎＯ）が挙げられる。
【００５６】
中でも、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＰｂＯから選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。具体的には、ガラス成分として、ＳｉＯ２、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３を含むものが挙げられる。このようなガラス粒子の場合には、軟化温度がより効果的に低下する。さらにリン含有銅合金粒子同士、及びリン含有銅合金粒子と錫含有粒子との濡れ性が向上するため、焼成過程での前記粒子間の焼結が進み、より抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００５７】
他方、低接触抵抗率の観点からは、五酸化二リンを含むガラス粒子（リン酸ガラス、Ｐ２Ｏ５系ガラス粒子）であることが好ましく、五酸化二リンに加えて五酸化二バナジウムを更に含むガラス粒子（Ｐ２Ｏ５−Ｖ２Ｏ５系ガラス粒子）であることがより好ましい。五酸化二バナジウムを更に含むことで、耐酸化性がより向上し、電極の抵抗率がより低下する。これは、例えば、五酸化二バナジウムを更に含むことでガラスの軟化温度が低下することに起因すると考えることができる。五酸化二リン−五酸化二バナジウム系ガラス粒子（Ｐ２Ｏ５−Ｖ２Ｏ５系ガラス粒子）を用いる場合、五酸化二バナジウムの含有率としては、ガラスの全質量中に１質量％以上であることが好ましく、１質量％〜７０質量％であることがより好ましい。
【００５８】
本発明におけるガラス粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％である場合における粒子径（Ｄ５０％）が、０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましく、０．８μｍ〜８μｍであることがより好ましい。０．５μｍ以上であることで電極用ペースト組成物作製時の作業性が向上する。他方１０μｍ以下であることで、電極用ペースト組成物中に均一に分散し、焼成工程で効率よくファイアースルーを生じることができ、さらにシリコン基板との密着性も向上する。
前記ガラス粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００５９】
前記ガラス粒子の含有率としては電極用ペースト組成物の全質量中に０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％であることがより好ましく、１質量％〜８質量％であることが更に好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含むことで、より効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗化が達成され、また前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応を促進させることができる。
【００６０】
（溶剤及び樹脂）
前記電極用ペースト組成物は、溶剤の少なくとも１種と樹脂の少なくとも１種とを含む。これにより前記電極用ペースト組成物の液物性（例えば、粘度、表面張力等）を、シリコン基板等に付与する際の付与方法に応じて必要とされる液物性に調整することができる。
【００６１】
前記溶剤としては特に制限はない。例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素系溶剤；ジクロロエチレン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼンなどの塩素化炭化水素系溶剤；テトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、ピラン、ジオキサン、１，３−ジオキソラン、トリオキサンなどの環状エーテル系溶剤；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤；エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール系化合物；２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノアセテート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノプロピオレート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノブチレート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート、２，２，４−トリエチル−１，３−ペンタンジオールモノアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどの多価アルコールのエステル系溶剤；ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなとの多価アルコールのエーテル系溶剤；α−テルピネン、α−テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレンなどのテルペン系溶剤、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００６２】
前記溶剤としては、電極用ペースト組成物をシリコン基板に形成する際の塗布性、印刷性の観点から、多価アルコールのエステル系溶剤、テルペン系溶剤、及び多価アルコールのエーテル系溶剤から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、多価アルコールのエステル系溶剤及びテルペン系溶剤から選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。
本発明において前記溶剤は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６３】
前記樹脂としては焼成によって熱分解されうる樹脂であれば、当該技術分野において通常用いられる樹脂を特に制限なく用いることができる。具体的には例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂；ポリビニルアルコール類；ポリビニルピロリドン類；アクリル樹脂；酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体；ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂；フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂のようなアルキド樹脂；エポキシ樹脂；フェノール樹脂；ロジンエステル樹脂等を挙げることができる。
【００６４】
前記樹脂としては、焼成時における消失性の観点から、セルロース系樹脂、及びアクリル樹脂から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
前記樹脂は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６５】
前記樹脂の重量平均分子量は特に制限されない。中でも重量平均分子量は５０００〜５０００００が好ましく、１００００〜３０００００であることがより好ましい。前記樹脂の重量平均分子量が５０００以上であると、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。これは例えばリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子に吸着させたときの立体的な反発作用が不足し、粒子同士が凝集してしまうためと考えることができる。他方、樹脂の重量平均分子量が５０００００以下であると、樹脂同士が溶剤中で凝集することが抑制され、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。
上記に加え樹脂の重量平均分子量が５０００００以下であると、樹脂の燃焼温度が高くなることが抑制され、電極用ペースト組成物を焼成する際に樹脂が完全に燃焼されず異物として残存することが抑制され、電極をより低抵抗に構成することができる。
【００６６】
前記電極用ペースト組成物において、前記溶剤と前記樹脂の含有率は、所望の液物性と使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、溶剤と樹脂の総含有率が、電極用ペースト組成物の全質量中、３質量％〜２９．９質量％であることが好ましく、５質量％〜２５質量％であることがより好ましく、７質量％〜２０質量％であることが更に好ましい。
前記溶剤と前記樹脂の総含有率が前記範囲内であることにより、所望の幅及び高さを有する電極をより容易に形成することができる。
【００６７】
（銀粒子）
前記電極用ペースト組成物は、銀粒子を含むことが好ましい。銀粒子を含むことで耐酸化性がより向上し、電極としての抵抗率がより低下する。また前記電極層Ａにおいては、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応によって生成したＳｎ−Ｐ−Ｏ系ガラス相の中にＡｇ粒子が析出することで、電極層の中のＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板間のオーミックコンタクト性がより向上する。さらに前記電極層Ｂにおいては、太陽電池モジュールとした場合のはんだ接続性が向上するという効果も得られる。
【００６８】
前記銀粒子を構成する銀は、不可避的に混入する他の原子を含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＡｕ等を挙げることができる。
前記銀粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば銀粒子中に３質量％以下とすることができ、融点及び電極の低抵抗率化の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００６９】
前記銀粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％である場合における粒子径（Ｄ５０％）が、０．４μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１μｍ〜７μｍ以下であることがより好ましい。０．４μｍ以上であることで耐酸化性がより効果的に向上する。他方１０μｍ以下であることで電極中における銀粒子と他の金属粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。
前記銀粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００７０】
前記電極用ペースト組成物Ａが銀粒子を含む場合、銀粒子の含有率としては、前記リン含有銅合金粒子、前記錫含有粒子及び前記銀粒子の総含有率を１００質量％としたときの銀粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％以下であることがより好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂが銀粒子を含む場合、銀粒子の含有率としては、前記リン含有銅合金粒子及び前記銀粒子の総含有率を１００質量％としたときの銀粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％以下であることがより好ましい。
【００７１】
前記電極用ペースト組成物Ａは、耐酸化性、電極の低抵抗率化、シリコン基板への塗布性の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂは、耐酸化性、電極の低抵抗率化、シリコン基板への塗布性、はんだに対する濡れ性の観点から、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
【００７２】
前記電極用ペースト組成物Ａが銀粒子を含む場合においては、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
前記電極用ペースト組成物Ｂが銀粒子を含む場合においては、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００７３】
（フラックス）
前記電極用ペースト組成物は、フラックスの少なくとも１種をさらに含むことができる。フラックスを含むことでリン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去し、焼成中のリン含有銅合金粒子の還元反応を促進させることができる。また焼成中の錫含有粒子の溶融も進むためリン含有銅合金粒子との反応が進み、結果として耐酸化性がより向上し、形成される電極の抵抗率がより低下する。さらに電極材とシリコン基板の密着性が向上するという効果も得られる。
【００７４】
前記フラックスとしては、リン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去可能で、錫含有粒子の溶融を促進するものであれば特に制限はない。具体的には例えば、脂肪酸、ホウ酸化合物、フッ化化合物、及びホウフッ化化合物等を好ましいフラックスとして挙げることができる。
【００７５】
前記フラックスとしてより具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ステアロール酸、プロピオン酸、酸化ホウ素、ホウ酸カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、ホウフッ化カリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム、酸性フッ化カリウム、酸性フッ化ナトリウム、酸性フッ化リチウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム等が挙げられる。
中でも、電極材焼成時の耐熱性（フラックスが焼成の低温時に揮発しない特性）及びリン含有銅合金粒子の耐酸化性補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムが特に好ましいフラックスとして挙げられる。
これらのフラックスは、それぞれ１種単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
【００７６】
前記電極用ペースト組成物がフラックスを含む場合におけるフラックスの含有率としては、リン含有銅合金粒子の耐酸化性を効果的に発現させ、錫含有粒子の溶融を促進させる観点及び電極材の焼成完了時にフラックスが除去された部分の空隙率低減の観点から、電極用ペースト組成物の全質量中に、０．１質量％〜５質量％であることが好ましく、０．３質量％〜４質量％であることがより好ましく、０．５質量％〜３．５質量％であることが更に好ましく、０．７〜３質量％であることが特に好ましく、１質量％〜２．５質量％であることが極めて好ましい。
【００７７】
（その他の成分）
前記電極用ペースト組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分をさらに含むことができる。その他の成分としては、例えば、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
【００７８】
前記電極用ペースト組成物の製造方法としては特に制限はない。リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤、樹脂、及び必要に応じて含まれる銀粒子等を、通常用いられる分散・混合方法を用いて、分散・混合することで製造することができる。
分散・混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散・混合方法から適宜選択して適用することができる。
【００７９】
＜電極用ペースト組成物を用いた電極の製造方法＞
前記電極用ペースト組成物を用いて電極を製造する方法としては、前記電極用ペースト組成物を、電極を形成する領域に付与し、乾燥後に、焼成することで所望の領域に電極を形成することができる。前記電極用ペースト組成物を用いることで、酸素の存在下（例えば大気中）で焼成処理を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００８０】
具体的には例えば、前記電極用ペースト組成物を用いて太陽電池用電極を形成する場合、シリコン基板上に、まずは前記電極用ペースト組成物Ａを所望の形状となるように付与し、乾燥する。次いで電極用ペースト組成物Ｂを、基板上の前記電極用ペースト組成物Ａに重なる位置に付与し、乾燥する。その後、前記電極用ペースト組成物を焼成することで、抵抗率の低い太陽電池用電極を所望の形状に形成することができる。また前記電極用ペースト組成物を用いることで、酸素の存在下（例えば大気中）で焼成処理を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００８１】
上記の太陽電池用電極は、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成される電極層Ａがシリコン基板側に配置されることで、シリコン基板との密着性に優れ、良好なオーミックコンタクトを達成することができる。さらに、前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成される電極層Ｂが電極層Ａの上に配置されることで、はんだに対する濡れ性が向上し、効率よくタブ線を接続することができ、また、はんだによるタブ線接続の接続性がよい。
【００８２】
前記電極用ペースト組成物を付与する方法としては、例えば、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができるが、生産性の観点から、スクリーン印刷による塗布であることが好ましい。
【００８３】
前記電極用ペースト組成物をスクリーン印刷によって塗布する場合、電極用ペースト組成物は、２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有することが好ましい。尚、電極用ペースト組成物の粘度は、ブルックフィールドＨＢＴ粘度計を用いて２５℃で測定される。
【００８４】
前記電極用ペースト組成物の付与量は、形成する電極の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、電極用ペースト組成物の付与量（電極用ペースト組成物Ａと電極用ペースト組成物Ｂの総量）として２ｇ／ｍ２〜１０ｇ／ｍ２とすることができ、４ｇ／ｍ２〜８ｇ／ｍ２であることが好ましい。
【００８５】
前記電極用ペースト組成物を用いて電極を形成する際の熱処理条件（焼成条件）としては、当該技術分野で通常用いられる熱処理条件を適用することができる。
一般に、熱処理温度（焼成温度）は８００℃〜９００℃であるが、前記電極用ペースト組成物を用いる場合には、より低温での熱処理条件を適用することができ、例えば、４５０℃〜８５０℃の熱処理温度で良好な特性を有する電極を形成することができる。熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、１秒〜２０秒とすることができる。
【００８６】
熱処理装置としては、上記温度に加熱できるものであれば適宜採用することができ、例えば、赤外線加熱炉、トンネル炉、などを挙げることができる。赤外線加熱炉は、電気エネルギーを電磁波の形で加熱材料に直接投入し、熱エネルギーに変換されるため高効率であり、また短時間での急速加熱が可能である。更に、燃焼による生成物がなく、また非接触加熱であるため、生成する電極の汚染を抑えることが可能である。トンネル炉は、試料を自動で連続的に入り口から出口へ搬送し、焼成するため、炉体の区分けと搬送スピードの制御により、均一に焼成することが可能である。太陽電池素子の発電性能の観点からは、トンネル炉により熱処理することが好適である。
【００８７】
電極を形成する別の方法としては、以下の方法も可能である。まずシリコン基板上に、前記電極用ペースト組成物Ａを所望の形状となるように付与し、乾燥後、所定の温度で焼成することで、シリコン基板上に電極層Ａを形成する。そして、この電極層Ａの上に前記電極用ペースト組成物Ｂを付与し、乾燥後、所定の温度で焼成することで、電極層Ｂを電極層Ａの上に形成し、電極を完成させる。
本方法での電極用ペースト組成物の付与方法としては、例えば、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができるが、生産性の観点から、スクリーン印刷による塗布であることが好ましい。
【００８８】
本発明においては、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して前記電極層Ａと前記電極層Ｂとを同時に形成して電極を製造してもよく、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａを形成した後に、前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂを形成して電極を製造してもよい。いずれの方法でも、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとがよく密着する。焼成のための熱処理が１回で済む点では、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成する方が好ましい。
【００８９】
＜素子の製造方法＞
本発明の素子は、シリコン基板上に付与された前記電極用ペースト組成物を焼成して形成された電極を有する。これにより、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子が得られ、素子の生産性に優れる。
本発明の素子は、太陽電池に用いられる太陽電池素子として好適である。尚、本明細書において太陽電池素子とは、ｐｎ接合が形成されたシリコン基板と、シリコン基板上に形成された電極とを有するものを意味する。また太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子がタブ線を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
【００９０】
以下、本発明の素子の一例である太陽電池素子の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
代表的な太陽電池素子の一例を示す断面図、受光面及び裏面の概要を図２、図３及び図４に示す。
図２に概略を示すように、通常、太陽電池素子の半導体基板１には、単結晶または多結晶シリコンなどが使用される。この半導体基板１には、ホウ素などが含有され、ｐ型半導体を構成している。受光面側は太陽光の反射を抑制するために、ＮａＯＨとＩＰＡ（イソプロピルアルコール）からなるエッチング溶液により凹凸（テクスチャともいう。図示せず）が形成されている。その受光面側にはリンなどがドーピングされ、ｎ＋拡散層２がサブミクロンオーダーの厚さで設けられているとともに、ｐ型バルク部分との境界にｐｎ接合部が形成されている。さらに受光面側には、ｎ＋拡散層２上に窒化ケイ素などの反射防止膜３が、ＰＥＣＶＤなどによって膜厚９０ｎｍ前後で設けられている。
【００９１】
次に、図３に概略を示す受光面側に設けられた受光面電極４と、図４に概略を示す裏面に形成される集電用電極５及び出力取出し電極６の形成方法について説明する。
受光面電極４と裏面出力取出し電極６は、前記電極用ペースト組成物から形成される。また裏面集電用電極５はガラス粉末を含むアルミニウム電極ペースト組成物から形成される。受光面電極４と、裏面集電用電極５及び裏面出力取出し電極６を形成する第一の方法として、各ペースト組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンに塗布した後、乾燥後に、大気中４５０℃〜８５０℃程度で同時に焼成して形成することが挙げられる。本発明においては前記電極用ペースト組成物Ａ及び前記電極用ペースト組成物Ｂを用いることで、比較的低温で焼成しても、抵抗率及び接触抵抗率に優れる電極を形成することができる。
【００９２】
その際に、受光面側では、受光面電極４を形成する前記電極用ペースト組成物に含まれるガラス粒子と、反射防止層３とが反応（ファイアースルー）して、受光面電極４とｎ＋拡散層２が電気的に接続（オーミックコンタクト）される。
本発明においては、前記電極用ペースト組成物を用いて受光面電極４が形成されることで、導電性金属として銅を含みながら、銅の酸化が抑制され、低抵抗率の受光面電極４が、良好な生産性で形成される。
さらに本発明においてはシリコン基板側に形成される電極層ＡがＣｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に配置されること（不図示）がより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。
【００９３】
同時に、裏面側では、焼成の際に裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペースト組成物中のアルミニウムがｐ型シリコン基板１の裏面に拡散して、ｐ＋拡散層７を形成することによって、ｐ型シリコン基板１と裏面集電用電極５、裏面出力取出し電極６との間にオーミックコンタクトを得ることができる。
【００９４】
受光面電極４と、裏面集電用電極５及び裏面出力取出し電極６を形成する第二の方法として、裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペースト組成物を先に印刷し、乾燥後に大気中７５０℃〜８５０℃程度で焼成して裏面集電用電極５を形成した後に、前記電極用ペースト組成物を受光面側及び裏面側に印刷し、乾燥後に大気中４５０℃〜６５０℃程度で焼成して、受光面電極４と裏面出力取出し電極６を形成する方法が挙げられる。
【００９５】
この方法は、例えば以下の場合に有効である。すなわち、裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペーストを焼成する際に、６５０℃以下の焼成温度では、アルミニウムペーストの組成によっては、アルミニウム粒子の焼結及びｐ型シリコン基板１へのアルミニウム拡散量が不足して、ｐ＋拡散層を充分に形成できない場合がある。この状態では裏面におけるｐ型シリコン基板１と裏面集電用電極５、裏面出力取出し電極６との間にオーミックコンタクトが十分に形成できなくなり、太陽電池素子としての発電性能が低下する場合がある。そこで、アルミニウム電極ペースト組成物に最適な焼成温度（例えば７５０℃〜８５０℃）で裏面集電用電極５を形成した後、前記電極用ペースト組成物を印刷し、乾燥後に比較的低温（４５０℃〜６５０℃）で焼成して、受光面電極４と裏面出力取出し電極６を形成することが好ましい。
【００９６】
本発明の別の態様であるいわゆるバックコンタクト型太陽電池素子に共通する裏面側電極構造の概略平面図を図５に、それぞれ別の態様のバックコンタクト型太陽電池素子である太陽電池素子の概略構造を示す斜視図を図６、図７及び図８にそれぞれ示す。尚、図６、図７及び図８は、それぞれ図５におけるＡＡ断面における斜視図である。
【００９７】
図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、ｐ型シリコン基板１には、レーザードリルまたはエッチング等によって、受光面側及び裏面側の両面を貫通したスルーホールが形成されている。また受光面側には光入射効率を向上させるテクスチャ（図示せず）が形成されている。さらに受光面側にはｎ型化拡散処理によるｎ＋拡散層２と、ｎ＋拡散層２上に反射防止膜（図示せず）が形成されている。これらは従来の結晶シリコン型太陽電池素子と同一の工程により製造される。
【００９８】
次に、先に形成されたスルーホール内部に、前記電極用ペースト組成物が印刷法やインクジェット法により充填され、さらに受光面側には同じく前記電極用ペースト組成物がグリッド状に印刷され、スルーホール電極９及び受光面集電用電極８を形成する組成物層が形成される。
ここで、充填用と印刷用に用いるペーストでは、粘度をはじめとして、それぞれのプロセスに最適な組成のペーストを使用するのが望ましいが、同じ組成のペーストで充填、印刷を一括で行ってもよい。
【００９９】
一方、裏面側には、キャリア再結合を防止するためのｎ＋拡散層２及びｐ＋拡散層７が形成される。ここでｐ＋拡散層７を形成する不純物元素として、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。このｐ＋拡散層７は、例えばＢを拡散源とした熱拡散処理が、前記反射防止膜形成前の太陽電池素子製造工程において実施されることで形成されていてもよく、あるいは、Ａｌを用いる場合には、前記印刷工程において、反対面側にアルミニウムペーストを印刷、焼成することで形成されていてもよい。
【０１００】
裏面側には図５の平面図で示すように、前記電極用ペースト組成物をそれぞれｎ＋拡散層２上及びｐ＋拡散層７上にストライプ状に印刷することによって、裏面電極１０及び１１が形成される。ここで、ｐ＋拡散層７をアルミニウムペーストを用いて形成する場合は、ｎ＋拡散層２側についてのみ前記電極用ペースト組成物を用い、裏面電極を形成すればよい。
【０１０１】
その後乾燥して大気中４５０℃〜８５０℃程度で焼成して、受光面集電用電極８とスルーホール電極９、及び裏面電極１０、１１が形成される。また先述したように、裏面電極の一方にアルミニウム電極を用いる場合は、アルミニウムの焼結性と裏面電極とｐ＋拡散層７とのオーミックコンタクト性の観点から、先にアルミニウムペーストを印刷、焼成するによって裏面電極の一方を形成し、その後、前記電極用ペースト組成物を印刷、充填し、焼成することで受光面集電用電極８とスルーホール電極９、及び裏面電極の他方を形成してもよい。
【０１０２】
図７の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、受光面集電用電極を形成しないこと以外は、図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図７の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、前記電極用ペースト組成物は、スルーホール電極９と裏面電極１０、１１に用いることができる。
【０１０３】
図８の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、ベースとなる基板にｎ型シリコン基板を用いたことと、スルーホールを形成しないこと以外は、図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図８の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、前記電極用ペースト組成物は、裏面電極１０、１１に用いることができる。
【０１０４】
なお、本発明の素子は、上記したような太陽電池の用途に限定されるものではなく、例えば、プラズマディスプレイ、アンテナ回路、各種センサー回路、半導体デバイス等の用途にも好適に使用することができる。
【０１０５】
＜太陽電池＞
本発明の太陽電池は、前記太陽電池素子の少なくとも１つを含み、太陽電池素子の電極上にタブ線が配置されて構成される。太陽電池はさらに必要に応じて、タブ線を介して複数の太陽電池素子が連結され、さらに封止材で封止されて構成されていてもよい。
前記タブ線及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
【実施例】
【０１０６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない、尚、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
【０１０７】
＜実施例１＞
（ａ）電極用ペースト組成物Ａの調製
７質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子を定法により調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水処理し、７質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子を作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径（Ｄ５０％）は５．０μｍであり、その形状は略球状であった。
【０１０８】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）３部、酸化鉛（ＰｂＯ）６０部、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）１８部、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）５部、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）５部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）９部からなるガラス（以下、「Ｇ０１」と略記することがある。）を調製した。ガラスＧ０１は、軟化温度が４２０℃で、結晶化温度が６５０℃を超えていた。
ガラスＧ０１を用いて、粒子径（Ｄ５０％）が２．５μｍであるガラスＧ０１粒子を得た。その形状は略球状であった。
【０１０９】
上記で得たリン含有銅合金粒子を３９．９部、錫粒子（Ｓｎ；純度９９．９％、粒子径（Ｄ５０％）５．０μｍ）を４１．５部、ガラスＧ０１粒子を４．１部、テルピネオール（Ｔｅｒ）を１４．１部、エチルセルロース（ＥＣ）を０．４部混ぜ合わせ、メノウ乳鉢の中で２０分間かき混ぜ、電極用ペースト組成物Ａ１を調製した。
【０１１０】
（ｂ）電極用ペースト組成物Ｂの調製
上記で得たリン含有銅合金粒子を８１．４部、ガラスＧ０１粒子を４．１部、テルピネオール（Ｔｅｒ）を１４．１部、エチルセルロース（ＥＣ）を０．４部混ぜ合わせ、メノウ乳鉢の中で２０分間かき混ぜ、電極用ペースト組成物Ｂ１を調製した。
【０１１１】
（ｃ）太陽電池素子の作製
受光面にテクスチャ、ｎ＋拡散層及び反射防止膜（窒化ケイ素膜）が形成された膜厚１９０μｍのｐ型半導体基板を用意し、１２５ｍｍ×１２５ｍｍの大きさに切り出した。その受光面にスクリーン印刷により、図１及び図３に示すような電極パターンとなるように、まず電極用ペースト組成物Ａ１を付与し、続いて基板上の電極用ペースト組成物Ａ１の上に電極用ペースト組成物Ｂ１を付与した。電極のパターンは１５０μｍ幅のフィンガーラインと１．５ｍｍ幅のバスバーで構成され、焼成後の膜厚が２０μｍ〔電極層Ａの厚さと電極層Ｂの厚さの合計。両者の比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は１：１〕となるように、印刷条件（スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧）を適宜調整した。これを１５０℃に加熱したオーブンの中に１５分間収容し、溶剤を蒸散により取り除いた。
【０１１２】
続いて、裏面側に、アルミニウム電極ペーストと、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１とを用いて、上記と同様にスクリーン印刷により、図１及び図４に示すような電極パターンとなるように印刷した。電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１からなる裏面出力取出し電極のパターンは、１２３ｍｍ×５ｍｍで構成され、計２ヶ所印刷した。尚、裏面出力取出し電極は焼成後の膜厚が２０μｍ〔電極層Ａの厚さと電極層Ｂの厚さの合計。両者の比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は１：１〕となるように、印刷条件（スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧）を適宜調整した。またアルミニウム電極ペーストを、裏面出力取出し電極以外の全面に印刷して裏面集電用電極パターンを形成した。尚、焼成後の裏面集電用電極の膜厚が３０μｍとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。これを１５０℃に加熱したオーブンの中に１５分間収容し、溶剤を蒸散により取り除いた。
【０１１３】
続いてトンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理（焼成）を行って、所望の電極が形成された太陽電池素子１を作製した。
【０１１４】
上記で作製した太陽電池素子１の受光面及び裏面の取出し電極に、タブ線を接続した。尚、タブ線は、太陽電池用鉛フリーはんだめっき平角タブを使用し、熱圧着装置ＭＢ−２００ＷＨ（Ｎｉｋｋａ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製）を用い、０．５ＭＰａの圧力で、最高温度である２４０℃で１５秒間熱圧着することで接続した。
【０１１５】
＜実施例２＞
実施例１において、電極形成時の焼成条件を最高温度８００℃で１０秒間から、最高温度８５０℃で８秒間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池素子２を作製し、タブ線を接続した。
【０１１６】
＜実施例３＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子のリン含有量を７質量％から６質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ３及び電極用ペースト組成物Ｂ３を調製し、太陽電池素子３を作製し、タブ線を接続した。
【０１１７】
＜実施例４＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子の粒子径（Ｄ５０％）を５．０μｍから１．５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ４及び電極用ペースト組成物Ｂ４を調製し、太陽電池素子４を作製し、タブ線を接続した。
【０１１８】
＜実施例５＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるリン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子を５６．３部、錫含有粒子を２５．１部としたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ５を調製し、太陽電池素子５を作製し、タブ線を接続した。
【０１１９】
＜実施例６＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるリン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子を７３．０部、錫含有粒子を８．４部としたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ６を調製し、太陽電池素子６を作製し、タブ線を接続した。
【０１２０】
＜実施例７＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１における錫含有粒子として錫粒子（Ｓｎ）の代わりにＳｎ−５８Ｂｉ（Ｓｎを４２質量％及びＢｉを５８質量％を含む合金）からなる錫合金粒子を用い、その粒子径（Ｄ５０％）を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ７を調製し、太陽電池素子７を作製し、タブ線を接続した。
【０１２１】
＜実施例８＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１における錫含有粒子の粒子径（Ｄ５０％）を５μｍから１０μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ８を調製し、太陽電池素子８を作製し、タブ線を接続した。
【０１２２】
＜実施例９＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ｂ１におけるガラスＧ０１粒子の含有量を変更した。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子７８．３部、ガラスＧ０１粒子７．８部、テルピネオール１３．５部、エチルセルロース０．４部に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ｂ９を調製し、太陽電池素子９を作製し、タブ線を接続した。
【０１２３】
＜実施例１０＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるガラス粒子をガラスＧ０１から以下に示すガラスＧ０２に代えて電極用ペースト組成物Ａ１０を調製し、電極形成時の焼成条件を最高温度８００℃で１０秒間から、最高温度８５０℃で８秒間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子１０を作製し、タブ線を接続した。
ガラスＧ０２は、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）４５部、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２４．２部、酸化バリウム（ＢａＯ）２０．８部、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）５部、酸化タングステン（ＷＯ３）５部からなるように調製した。ガラスＧ０２は、軟化温度が４９２℃で、結晶化開始温度が６５０℃を超えていた。
ガラスＧ０２を用いて、粒子径（Ｄ５０％）が２．５μｍであるガラスＧ０２粒子を得た。その形状は略球状であった。
【０１２４】
＜実施例１１＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１における樹脂を、テルピネオールからジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＣ）に、またエチルセルロースからポリアクリル酸エチル（ＥＰＡ）にそれぞれ変更した。具体的には、電極用ペースト組成物Ａ１の各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子４６．０部、錫粒子３６．０部、ガラスＧ０１粒子３．５部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル１２．３部、ポリアクリル酸エチル２．２部に変更し、電極用ペースト組成物Ａ１１を調製した。また、電極用ペースト組成物Ｂ１の各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子８２．０部、ガラスＧ０１粒子３．５部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル１２．３部、ポリアクリル酸エチル２．２部に変更し、電極用ペースト組成物Ｂ１１を調製した。そして、電極用ペースト組成物Ａ１１及び電極用ペースト組成物Ｂ１１を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子１１を作製し、タブ線を接続した。
【０１２５】
＜実施例１２〜１８＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子のリン含有量、粒子径（Ｄ５０％）及びその含有量、錫含有粒子の組成、粒子径（Ｄ５０％）及びその含有量、ガラス粒子の種類及びその含有量、溶剤の種類及びその含有量を表１に示したように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ１２〜Ａ１８及び電極用ペースト組成物Ｂ１２〜Ｂ１８をそれぞれ作製した。
尚、表１に示す「Ｓｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ」は、Ｓｎを９５．５質量％、Ａｇを４質量％、及びＣｕを０．５質量％含む合金を意味する。
【０１２６】
次いで、各電極用ペースト組成物を用い、加熱処理の温度及び処理時間を表１に示したように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、所望の電極が形成された太陽電池素子１２〜１８をそれぞれ作製し、タブ線を接続した。
【０１２７】
＜比較例１＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１の調製にリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の代わりに銀粒子（純度９９．５％、粒子径（Ｄ５０％）３．０μｍ）を用いて、表１に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物ＣＡ１を調製した。尚、電極用ペースト組成物Ｂ１に相当する電極用ペースト組成物は調製しなかった。そして、電極用ペースト組成物ＣＡ１を用い、１回のスクリーン印刷で焼成後の電極の膜厚が２０μｍとなるように印刷条件を調整したこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子Ｃ１を作製し、タブ線を接続した。
【０１２８】
＜比較例２＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子の代わりに銅粒子（純度９９．５％、粒子径（Ｄ５０％）５．０μｍ）を用いて、表１に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物ＣＡ２及び電極用ペースト組成物ＣＢ２を調製した。そして、電極用ペースト組成物ＣＡ２及び電極用ペースト組成物ＣＢ２を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、太陽電池素子Ｃ２を作製し、タブ線を接続した。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
＜評価＞
作製した太陽電池素子の評価は、擬似太陽光として（株）ワコム電創製ＷＸＳ−１５５Ｓ−１０、電流―電圧（Ｉ−Ｖ）評価測定器としてＩ−Ｖ ＣＵＲＶＥ ＴＲＡＣＥＲ ＭＰ−１６０（ＥＫＯ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製）の測定装置を組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すＪｓｃ（短絡電流）、Ｖｏｃ（開放電圧）、ＦＦ（フィルファクター）、Ｅｆｆ（変換効率）は、それぞれＪＩＳ−Ｃ−８９１２、ＪＩＳ−Ｃ−８９１３及びＪＩＳ−Ｃ−８９１４に準拠して測定を行うことで得られたものである。実施例１〜１８及び比較例２の各測定値を、比較例１（太陽電池素子Ｃ１）の測定値を１００．０とした相対値に換算して表２に示した。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
表２から、比較例２の太陽電池素子は、比較例１の太陽電池素子よりも発電性能が劣ることが分かる。この理由としては、比較例２においては、リン含有銅合金粒子の代わりに銅粒子（リン含有量０質量％）を用いたために、焼成中に錫含有粒子と反応する前に銅粒子が酸化し、Ｃｕ−Ｓｎ合金相が形成されずに電極の抵抗が増加したことと、表面が酸化されたために、はんだ接続性が悪くなり、電力を取出す際の接触抵抗が増大してしまったことが考えられる。
【０１３３】
一方、実施例１〜１８の各太陽電池素子の発電性能は、比較例１の太陽電池素子の測定値と比べほぼ同等であった。また各太陽電池素子については、はんだに対する濡れ性が良好で、タブ線接続を効率よく行うことができた。
実施例１〜１８の各太陽電池素子の電極の組織観察の結果、シリコン基板側の電極層ＡにはＣｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相が存在し、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に形成されていた。
【０１３４】
＜実施例１９＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１と電極用ペースト組成物Ｂ１とを別々に焼成し、電極層Ａ及び電極層Ｂをそれぞれ形成した。まず電極用ペースト組成物Ａ１とアルミニウム電極ペーストとを用いて、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極パターンを印刷し、一度目の焼成で、電極層Ａと、裏面集電用電極とを形成した。続いて、電極層Ａの上に電極用ペースト組成物Ｂ１を印刷し、二度目の焼成で電極層Ｂを形成し、受光面集電用電極及び出力取出し電極と裏面出力取出し電極とを完成させた。
いずれの焼成においても、トンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理を行って、太陽電池素子１９を作製した。
上記で得た太陽電池素子１９に実施例１と同様にしてタブ線を接続し、上記評価項目について評価したところ、実施例１と同程度に優れた特性を示すことが分かった。
【０１３５】
＜実施例２０＞
実施例１で作製した電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１を用いて、図６に示したような構造を有する太陽電池素子２０を、以下の方法で作製した。
まずｐ型シリコン基板に、レーザードリルによって、受光面側及び裏面側の両面を貫通した直径１００μｍのスルーホールを形成した。次いで受光面側にテクスチャ、ｎ＋拡散層及び反射防止膜を形成した。尚、ｎ＋拡散層は、スルーホール内部、及び裏面の一部にもそれぞれ形成した。次に、スルーホール内部に電極用ペースト組成物Ａ１をインクジェット方により充填した。続いて、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１を用い、受光面側に受光面集電用電極及び出力取出し電極をグリッド状にスクリーン印刷した。
【０１３６】
一方、裏面側には、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１とアルミニウム電極ペーストを用いて、図５に示すようなパターンでストライプ状にスクリーン印刷した。このとき、スルーホールの下に電極用ペースト組成物Ａ１と電極用ペースト組成物Ｂ１が積層されるように印刷した。
【０１３７】
電極用ペースト組成物の乾燥後、トンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理を行って、太陽電池素子２０を作製した。このときアルミニウム電極ペーストを付与した部分については、焼成によりｐ型シリコン基板内にＡｌが拡散することで、ｐ＋拡散層が形成されていた。
上記で得た太陽電池素子２０に実施例１と同様にしてタブ線を接続し、上記評価項目について評価したところ、優れた発電性能を示すことが分かった。
【符号の説明】
【０１３８】
１００ 素子
１０１ シリコン基板
１１１ 電極
１１２ 電極層Ａ
１１３ 電極層Ｂ
１ ｐ型シリコン基板
２ ｎ＋拡散層
３ 反射防止膜
４ 受光面集電用電極及び出力取出し電極
５ 裏面集電用電極
６ 裏面出力取出し電極
７ ｐ＋拡散層
８ 受光面集電用電極
９ スルーホール電極
１０ 裏面電極
１１ 裏面電極
１２ ｎ型シリコン基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にシリコン系太陽電池の受光面及び裏面には電極が形成されている。光の入射により太陽電池内で変換された電気エネルギーを効率よく外部に取出すためには、前記電極の体積抵抗率が充分に低いことと、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成することが必要である。特に受光面の電極は、太陽光の入射量損失を最低限に抑えるために、配線幅を小さく、また電極のアスペクト比を高くする傾向にあるので、体積抵抗率の低さとオーミックコンタクト性の良好さが重要である。
【０００３】
太陽電池の受光面に用いられる電極は、通常以下のようにして形成される。すなわち、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャ（凹凸）形成を施し、次いでリン等を高温で熱的に拡散させることにより形成されたｎ型シリコン層上に、導電性組成物をスクリーン印刷等により塗布し、これを大気中８００℃〜９００℃で焼成することで受光面電極が形成される。この受光面電極を形成する導電性組成物には、導電性金属粉末、ガラス粒子及び種々の添加剤等が含まれる。
【０００４】
前記導電性金属粉末としては、銀粉末が一般的に用いられている。銀が用いられる理由としては、銀粒子の体積抵抗率が１．６×１０−５Ω・ｃｍと低いこと、上記焼成条件において銀粒子が自己還元して焼結すること、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成できること、また、はんだ材料に対する銀粒子からなる電極の濡れ性が優れるため、太陽電池素子をガラス基板などに封止する所謂モジュール化において、太陽電池素子間を電気的に接続するタブ線を好適に接着することができることが挙げられる。
【０００５】
一方、裏面電極は、ｐ型シリコン層上に導電性組成物を塗布し、これを大気中８００℃〜９００℃で焼成することで形成される。この焼成は、多くの場合、上記受光面電極の焼成と同時に行われる。シリコン系太陽電池の場合、裏面電極は、裏面にキャリアを回収するための集電用電極と、電力を取出すための出力取出し電極から構成される。この裏面出力取出し電極を形成する導電性組成物にも導電性金属粉末が含まれるが、受光面電極と同様にタブ線を接着させる必要があるため、銀粉末が用いられることがある。
【０００６】
上述のように、銀粒子を含む導電性組成物は、太陽電池の電極として優れた特性を発現する。一方で銀が貴金属で地金自体が高価であるため、また資源の問題からも、銀含有導電性組成物に代わるペースト材料の提案が望まれている。銀に代わる有望な材料としては、半導体配線材料に適用されている銅が挙げられる。銅は資源的にも豊富で、地金コストも銀の約１００分の１と安価である。しかしながら、銅は大気中２００℃以上の高温で容易に酸化される材料であり、上記工程で電極を形成することは困難である。
【０００７】
銅が有する上記課題を解決するために、銅に種々の手法を用いて耐酸化性を付与し、高温焼成でも酸化されない銅粒子が報告されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
ほかに、銅の酸化を抑えるために、導電性金属粉末に銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で焼成するという特殊な工程も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１４７５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された銅粒子でも、耐酸化性を有するのは高々３００℃までで、８００℃〜９００℃の高温ではほとんど酸化されてしまうため、太陽電池用電極として実用に至っていない。さらに耐酸化性を付与するために適用した添加剤等が焼成中の銅粒子の焼結を阻害し、結果として銀のような低抵抗の電極は得られないという課題がある。
【００１０】
また導電性金属粉末に銅を用いた導電性組成物を、窒素等の雰囲気下で焼成する手法を用いる場合、銅粒子の酸化を完全に抑えるためには上記雰囲気ガスで完全密封した環境が必要となり、工程コストの面で太陽電池素子の量産には不向きである。
【００１１】
そして、太陽電池の製造工程において、銅電極が酸化してしまうと、電極自体の抵抗の増大以外に、後のモジュール化におけるタブ線の接続工程において、電極上の酸化被膜にはんだが濡れ広がらずに、充分な強度でタブ線を接続できずに、電力を取出すときの接触抵抗が増大してしまうという課題も生じる。
【００１２】
銅を太陽電池電極に適用するためのさらなる課題として、シリコン基板とのオーミックコンタクト性が挙げられる。すなわち、銅からなる電極を高温焼成中に酸化させずに形成できたとしても、銅がシリコン基板と直に接触することで、銅とシリコンの相互拡散が生じ、電極とシリコン基板の界面に銅とシリコンからなる反応物相（Ｃｕ３Ｓｉ）が形成されることがある。
【００１３】
このＣｕ３Ｓｉの形成はシリコン基板の界面から数μｍにまで及ぶことがあり、シリコン基板側に亀裂を生じる場合がある。またシリコン基板上に予め形成されたｎ型シリコン層を貫通し、太陽電池が持つ半導体性能（ｐｎ接合特性）を劣化させる場合がある。また形成したＣｕ３Ｓｉが銅からなる電極を持ち上げるなどして、シリコン基板との密着性を阻害し、電極の機械的強度低下をもたらすおそれがある。
【００１４】
銅を電極形成用組成物に適用した場合には、上記とおり様々な課題があり、結果、太陽電池において充分な発電性能を得られない原因になっていた。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子、及び該素子を搭載した太陽電池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】
【００１６】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明を完成した。すなわち本発明は以下の通りである。
【００１７】
＜１＞ シリコン基板と、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、がこの順に積層された素子。
＜２＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるリン含有銅合金粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるリン含有銅合金粒子は、リン含有率が６質量％以上８質量％以下である、前記＜１＞に記載の素子。
＜３＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種である、前記＜１＞又は＜２＞に記載の素子。
＜４＞ 前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるガラス粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるガラス粒子は、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超える、前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の素子。
＜５＞ 前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの前記錫含有粒子の含有率が５質量％以上７０質量％以下である、前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の素子。
＜６＞ 前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子及び前記錫含有粒子の総含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、前記＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の素子。
＜７＞ 前記電極用ペースト組成物Ｂは、前記リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、前記＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の素子。
＜８＞ 前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相を含む、前記＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の素子。
＜９＞ 前記Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相と前記シリコン基板との間に配置されている、＜８＞に記載の素子。
＜１０＞ 前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとが形成された、又は、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａが形成され、その後に前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂが形成された、前記＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の素子。
＜１１＞ 前記シリコン基板がｐｎ接合を有し、太陽電池に用いられる、前記＜１＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の素子。
＜１２＞ 前記＜１１＞に記載の素子を含み、前記素子の電極上にタブ線が配置された、太陽電池。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子、及び該素子を搭載した太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるシリコン系太陽電位素子の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるシリコン系太陽電池素子の受光面の一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明にかかるシリコン系太陽電池素子の裏面の一例を示す概略平面図である。
【図５】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子の裏面側電極構造の一例を示す概略平面図である。
【図６】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【図７】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明にかかるバックコンタクト型太陽電池素子のＡＡ断面構成の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
【００２１】
＜素子＞
本発明の素子は、シリコン基板と、
リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、
リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、
がこの順に積層された素子である。
かかる構成の素子は、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、電極の抵抗率が低い。また銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、電極とシリコン基板とが良好なオーミックコンタクトを形成している。さらに電極表面のはんだに対する濡れ性がよく、電極上にはんだによるタブ線接続を接続性よく行うことができ、接続部の接触抵抗が低い。したがって、かかる構成の素子は、太陽電池としたときに発電性能に優れる。
【００２２】
本発明の素子は、シリコン基板上に、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとを含む電極を備える。前記電極層Ａはシリコン基板の上に積層されており、前記電極層Ｂは前記電極層Ａの上に積層されている。
図１は、本発明の素子の一例を示す概略断面図である。素子１００は、シリコン基板１０１の上に、電極１１１を備える。電極１１１は、シリコン基板１０１の上に配置された電極層Ａ１１２と、電極層Ａ１１２の上に配置された電極層Ｂ１１３とを有する、二層構造の電極である。
【００２３】
［電極層Ａ］
前記電極層Ａは、シリコン基板の上に配置され、電極の一部をなす。前記電極層Ａは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成される。
前記電極層Ａは、前記電極用ペースト組成物Ａにおいて銅を含む粒子がリン含有銅合金粒子であることにより、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、抵抗率が低い。
また前記電極層Ａは、錫を１質量％以上含有する前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成されることにより、銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成している。
【００２４】
本発明の素子において、電極のシリコン基板側に配置された前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に配置されること（図１には不図示）がより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相の詳細は、後述する。
【００２５】
［電極層Ｂ］
前記電極層Ｂは、前記電極層Ａの上に配置され、電極の一部をなす。前記電極層Ｂは、リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成される。
前記電極層Ｂは、前記電極用ペースト組成物Ｂにおいて銅を含む粒子がリン含有銅合金粒子であることにより、大気中での焼成時における銅の酸化が抑制されており、抵抗率が低い。
また前記電極層Ｂは、錫の含有率が０．１質量％以下である前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成されることにより、はんだに対する濡れ性がよく、結果、はんだによるタブ線接続の接続性がよく、接続部の接触抵抗が低い。
【００２６】
前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さは、特に制限されるものではない。電極の厚さにもよるが、前記電極層Ａは、良好なオーミックコンタクトを発現するために、少なくとも６μｍあることが好ましく、８μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましい。また前記電極層Ｂは、はんだによるタブ線接続を良好に行うために、少なくとも３μｍあることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。
前記電極層Ａ及び前記電極層Ｂの厚さの上限は、それぞれ特に制限されないが、発電効率の観点から、前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さの合計が５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。
前記電極層Ａと前記電極層Ｂの厚さの比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は、特に制限されないが、１０：１〜１：５の範囲にあることが好ましい。
【００２７】
［電極用ペースト組成物Ａ］
前記電極用ペースト組成物Ａは、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種と、錫含有粒子の少なくとも１種と、ガラス粒子の少なくとも１種と、溶剤の少なくとも１種と、樹脂の少なくとも１種とを含み、錫の含有率が１質量％以上である。錫の含有率が１質量％以上であることにより、前記電極用ペースト組成物Ａを用いて形成される前記電極層Ａは、銅とシリコン基板との反応物相の形成が抑制され、シリコン基板と良好なオーミックコンタクトを形成する。
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫の含有率は、上記の観点から、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましく、７質量％以上であることが更に好ましく、８質量％以上であることが特に好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫の含有率は、その上限に特に制限はないが、充分な体積のＣｕ−Ｓｎ合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する観点から、６０質量％以下であることが好ましく、５５質量％以下であることがより好ましく、５０質量％以下であることが更に好ましく、４５質量％以下であることが特に好ましい。
【００２８】
前記電極用ペースト組成物Ａは、耐酸化性と電極の低抵抗率、及びシリコン基板との密着性の観点から、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００２９】
［電極用ペースト組成物Ｂ］
前記電極用ペースト組成物Ｂは、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種と、ガラス粒子の少なくとも１種と、溶剤の少なくとも１種と、樹脂の少なくとも１種とを含み、錫の含有率が０．１質量％以下である。錫の含有率が０．１質量％以下であることにより、前記電極用ペースト組成物Ｂを用いて形成される前記電極層Ｂは、はんだに対する濡れ性がよく、その結果、はんだによるタブ線接続の接続性がよく、接続部の接触抵抗が低い。
前記電極用ペースト組成物Ｂにおける錫の含有率は、上記の観点から、０．０５質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下である（錫は実質的に含まれない）ことが更に好ましく、０質量％である（錫は含まれない）ことが特に好ましい。
【００３０】
前記電極用ペースト組成物Ｂは、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子の含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子の含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００３１】
前記電極用ペースト組成物Ａにおけるリン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂と、前記電極用ペースト組成物Ｂにおけるリン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂とは、それぞれ同義であり、好ましい態様もそれぞれ同様である。
以下、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを合わせて「電極用ペースト組成物」と称し、電極用ペースト組成物に含まれる成分について説明する。また、前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子について説明する。
【００３２】
（リン含有銅合金粒子）
前記電極用ペースト組成物は、リン含有銅合金粒子の少なくとも１種を含む。リン含有銅合金としては、リン銅ろう（リン濃度：７質量％程度以下）と呼ばれるろう付け材料が知られている。リン銅ろうは、銅と銅の接合材としても知られているものであるが、前記電極用ペースト組成物にリン含有銅合金粒子を用いることで、リンの銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極を形成することができる。さらに電極の低温焼成が可能となり、プロセスコストを削減できるという効果を得ることができる。
【００３３】
本発明におけるリン含有銅合金に含まれるリン含有率としては、耐酸化性と低抵抗率の観点から、リン含有率が６質量％〜８質量％であることが好ましく、６．３質量％〜７．８質量％であることがより好ましく、６．５質量％〜７．５質量％であることが更に好ましい。リン含有銅合金に含まれるリン含有率が８質量％以下であることで、より低い抵抗率を達成可能であり、また、リン含有銅合金粒子の生産性に優れる。他方６質量％以上であることで、より優れた耐酸化性を達成できる。
【００３４】
前記リン含有銅合金粒子は、銅とリンを含む合金であるが、他の原子をさらに含んでいてもよい。他の原子としては、例えば、Ａｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＡｕ等を挙げることができる。
前記リン含有銅合金粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば、前記リン含有銅合金粒子中に３質量％以下とすることができ、耐酸化性と低抵抗率の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００３５】
本発明において、前記リン含有銅合金粒子は、１種単独でも又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
前記リン含有銅合金粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％の場合における粒子径（以下、「Ｄ５０％」と略記することがある。）として、０．４μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１μｍ〜７μｍであることがより好ましい。０．４μｍ以上であることで耐酸化性がより効果的に向上する。他方１０μｍ以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子同士、または後述する錫含有粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径は、マイクロトラック粒度分布測定装置（日機装社製、ＭＴ３３００型）によって測定される。
前記リン含有銅合金粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００３７】
前記電極用ペースト組成物Ａにおけるリン含有銅合金粒子の含有率は特に制限されない。耐酸化性と電極の低抵抗率、及びシリコン基板との密着性の観点から、前記含有率は２０質量％〜８５質量％であることが好ましく、２５質量％〜８０質量％であることがより好ましく、３０質量％〜７５質量％であることが更に好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂにおけるリン含有銅合金粒子の含有率は特に制限されない。耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、前記含有率は７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
【００３８】
リン含有銅合金は、通常用いられる方法で製造することができる。また、リン含有銅合金粒子は、所望のリン含有率となるように調製したリン含有銅合金を用いて、金属粉末を調製する通常の方法を用いて調製することができ、例えば、水アトマイズ法を用いて定法により製造することができる。尚、水アトマイズ法の詳細については金属便覧（丸善（株）出版事業部）等の記載を参照することができる。
具体的には、リン含有銅合金を溶融し、これをノズル噴霧によって粉末化した後、得られた粉末を乾燥、分級することで、所望のリン含有銅合金粒子を製造することができる。
また、分級条件を適宜選択することで所望の粒子径を有するリン含有銅合金粒子を製造することができる。
【００３９】
（錫含有粒子）
前記電極用ペースト組成物Ａは、錫含有粒子の少なくとも１種を含む。リン含有銅合金粒子に加えて、錫含有粒子を含むことにより、後述する焼成工程において、抵抗率の低い電極を形成できる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相からなる電極を形成する。ここで前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相は、電極内で緻密なバルク体を形成し、これが導電層として機能することで抵抗率の低い電極を形成できると考えられる。
尚、ここでいう緻密なバルク体とは、塊状のＣｕ−Ｓｎ合金相が互いに密に接触し、三次元的に連続している構造を形成していることを意味する。
【００４０】
前記電極用ペースト組成物Ａを用いてシリコンを含む基板（以下、単に「シリコン基板」ともいう。）上に電極を形成する場合、シリコン基板に対する密着性が高い電極を形成することができ、さらに電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトを達成することができる。
これは例えば以下のように考えることができる。リン含有銅合金粒子と錫含有粒子とが、焼成工程で互いに反応して、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相からなる電極を形成する。上記Ｃｕ−Ｓｎ合金相が緻密なバルク体であるために、このＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相は、Ｃｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に形成される。これによりＣｕ−Ｓｎ合金相のシリコン基板に対する密着性が向上すると考えることができる。またＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、銅とシリコンとの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで、焼成して形成される電極とシリコン基板との良好なオーミックコンタクトが達成できると考えることができる。すなわち銅を含む電極とシリコンを直に接触して過熱したときに形成される反応相（Ｃｕ３Ｓｉ）の形成を抑制し、半導体性能（例えば、ｐｎ接合特性）を劣化することなくシリコン基板との密着性を保ちながら、良好なオーミックコンタクトを発現することができると考えられる。
【００４１】
このような効果は、シリコンを含む基板上に前記電極用ペースト組成物Ａを用いて電極を形成する場合であれば、一般的に発現するものであり、シリコンを含む基板の種類は特に制限されるものではない。シリコンを含む基板としては、例えば太陽電池形成用のシリコン基板、太陽電池以外の半導体デバイスの製造に用いるシリコン基板等を挙げることができる。
【００４２】
すなわち本発明においては、前記電極用ペースト組成物Ａ中にリン含有銅合金粒子と錫含有粒子を組み合わせることで、まずリン含有銅合金粒子中のリン原子の銅酸化物に対する還元性を利用し、耐酸化性に優れ、体積抵抗率の低い電極が形成される。次いでリン含有銅合金粒子と錫含有粒子との反応により、体積抵抗率を低く保ったままＣｕ−Ｓｎ合金相からなる導電層とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とが形成される。そして例えば、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が銅とシリコンの相互拡散を防止するためのバリア層として機能することで電極とシリコン基板との間に反応物相が形成されることを抑制し、銅電極との良好なオーミックコンタクトが形成されるという２つの特徴的な機構を、焼成工程で同時に実現できると考えることができる。
【００４３】
前記錫含有粒子としては、錫を含む粒子であれば特に制限はない。中でも、錫粒子及び錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
錫粒子における錫の純度は特に制限されない。例えば錫粒子の純度は、９５質量％以上とすることができ、９７質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましい。
【００４４】
錫合金粒子は、錫を含む合金粒子であれば合金の種類は特に制限されない。中でも、錫合金粒子の融点、及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、錫の含有率が１質量％以上である錫合金粒子であることが好ましく、錫の含有率が３質量％以上である錫合金粒子であることがより好ましく、錫の含有率が５質量％以上である錫合金粒子であることがさらに好ましく、錫の含有率が１０質量％以上である錫合金粒子であることが特に好ましい。
【００４５】
錫合金粒子としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓｂ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ｐｂ系合金等が挙げられる。
【００４６】
前記錫合金粒子のうち、特に、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−３．２Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−２．５Ａｇ−０．８Ｃｕ−０．５Ｓｂ、Ｓｎ−２Ａｇ−７．５Ｂｉ、Ｓｎ−３Ａｇ−５Ｂｉ、Ｓｎ−５８Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−３Ｉｎ−０．５Ｂｉ、Ｓｎ−３Ｂｉ−８Ｚｎ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−５２Ｉｎ、Ｓｎ−４０Ｐｂ等の錫合金粒子は、Ｓｎのもつ融点（２３２℃）と同じ、もしくはより低い融点をもつ。そのため、これら錫合金粒子は焼成の初期段階で溶融することで、リン含有銅合金粒子の表面を覆い、リン含有銅合金粒子と均一に反応することができるという点で、好適に用いることができる。尚、錫合金粒子における表記は、例えばＳｎ−ＡＸ−ＢＹ−ＣＺの場合は、錫合金粒子の中に、元素ＸがＡ質量％、元素ＹがＢ質量％、元素ＺがＣ質量％含まれていることを示す。
本発明において、これらの錫含有粒子は１種単独で使用してもよく、又２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
【００４７】
前記錫含有粒子は、不可避的に混入する他の原子をさらに含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ａｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＡｕ等を挙げることができる。
前記錫含有粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば前記錫含有粒子中に３質量％以下とすることができ、融点及びリン含有銅合金粒子との反応性の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００４８】
前記錫含有粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％の場合における粒子径（以下、「Ｄ５０％」と略記することがある。）として、０．５μｍ〜２０μｍであることが好ましく、１μｍ〜１５μｍであることがより好ましく、５μｍ〜１５μｍであることが更に好ましい。０．５μｍ以上であることで錫含有粒子自身の耐酸化性が向上する。他方２０μｍ以下であることで電極中におけるリン含有銅合金粒子との接触面積が大きくなり、リン含有銅合金粒子との反応が効果的に進む。
前記錫含有粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００４９】
前記電極用ペースト組成物Ａにおける錫含有粒子は、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの錫含有粒子の含有率が、５質量％〜７０質量％であることが好ましい。前記含有率を５質量％以上とすることで、リン含有銅合金粒子との反応をより均一に生じさせることができる。他方、前記含有率を７０質量％以下とすることで、充分な体積のＣｕ−Ｓｎ合金相を形成することができ、電極の体積抵抗率がより低下する。上記観点から、前記含有率は、より好ましくは７質量％〜６５質量％であり、更に好ましくは９質量％〜６０質量％であり、特に好ましくは９質量％〜５５質量％である。
【００５０】
（ガラス粒子）
前記電極用ペースト組成物は、ガラス粒子の少なくとも１種を含む。電極用ペースト組成物がガラス粒子を含むことにより、焼成時に電極部と基板との密着性が向上する。また太陽電池受光面側の電極形成において、焼成時にいわゆるファイアースルーによって反射防止膜である窒化ケイ素膜が取り除かれ、電極とシリコン基板とのオーミックコンタクトが形成される。
【００５１】
前記ガラス粒子は、基板との密着性と電極の低抵抗率化の観点から、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超えるガラスを含むガラス粒子であることが好ましい。尚、ガラスの軟化温度は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて通常の方法によって測定され、ガラスの結晶化開始温度は、示差熱−熱重量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて通常の方法によって測定される。
【００５２】
本発明では、二層で構成される電極のシリコン基板側の層が、前記電極用ペースト組成物Ａを用いて形成される前記電極層Ａである。前記電極用ペースト組成物Ａを太陽電池受光面側の電極の形成に使用する場合は、前記ガラス粒子は、電極形成温度で軟化・溶融し、接触した窒化ケイ素膜を酸化し、酸化された二酸化ケイ素を取り込むことで、反射防止膜を除去可能なものであれば、当該技術分野において通常用いられるガラス粒子を特に制限なく用いることができる。
【００５３】
一般に上記反射防止膜を除去可能なガラス粒子は、二酸化ケイ素を効率よく取り込み可能であることから鉛を含むガラスから構成される。このような鉛を含むガラスとしては、例えば、特許第０３０５００６４号公報等に記載のものを挙げることができ、本発明においてもこれらを好適に使用することができる。
本発明においては、環境に対する影響を考慮すると、鉛を実質的に含まない鉛フリーガラスを用いることが好ましい。鉛フリーガラスとしては、例えば、特開２００６−３１３７４４号公報の段落番号００２４〜００２５に記載の鉛フリーガラスや、特開２００９−１８８２８１号公報等に記載の鉛フリーガラスを挙げることができ、これらの鉛フリーガラスから適宜選択して本発明に適用することもまた好ましい。
【００５４】
前記電極用ペースト組成物Ａを、太陽電池受光面側の電極ではなく、例えば裏面取出し電極、バックコンタクト型太陽電池素子におけるスルーホール電極、及び裏面電極の形成に用いる場合には、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超えるガラスを含むガラス粒子であれば、上記鉛のようなファイアースルーに必要な成分を含むことなく用いることができる。
【００５５】
前記電極用ペースト組成物に用いられるガラス粒子を構成するガラス成分としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化テルル（ＴｅＯ２）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化銀（ＡｇＯ）及び酸化マンガン（ＭｎＯ）が挙げられる。
【００５６】
中でも、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＰｂＯから選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。具体的には、ガラス成分として、ＳｉＯ２、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３を含むものが挙げられる。このようなガラス粒子の場合には、軟化温度がより効果的に低下する。さらにリン含有銅合金粒子同士、及びリン含有銅合金粒子と錫含有粒子との濡れ性が向上するため、焼成過程での前記粒子間の焼結が進み、より抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００５７】
他方、低接触抵抗率の観点からは、五酸化二リンを含むガラス粒子（リン酸ガラス、Ｐ２Ｏ５系ガラス粒子）であることが好ましく、五酸化二リンに加えて五酸化二バナジウムを更に含むガラス粒子（Ｐ２Ｏ５−Ｖ２Ｏ５系ガラス粒子）であることがより好ましい。五酸化二バナジウムを更に含むことで、耐酸化性がより向上し、電極の抵抗率がより低下する。これは、例えば、五酸化二バナジウムを更に含むことでガラスの軟化温度が低下することに起因すると考えることができる。五酸化二リン−五酸化二バナジウム系ガラス粒子（Ｐ２Ｏ５−Ｖ２Ｏ５系ガラス粒子）を用いる場合、五酸化二バナジウムの含有率としては、ガラスの全質量中に１質量％以上であることが好ましく、１質量％〜７０質量％であることがより好ましい。
【００５８】
本発明におけるガラス粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％である場合における粒子径（Ｄ５０％）が、０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましく、０．８μｍ〜８μｍであることがより好ましい。０．５μｍ以上であることで電極用ペースト組成物作製時の作業性が向上する。他方１０μｍ以下であることで、電極用ペースト組成物中に均一に分散し、焼成工程で効率よくファイアースルーを生じることができ、さらにシリコン基板との密着性も向上する。
前記ガラス粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００５９】
前記ガラス粒子の含有率としては電極用ペースト組成物の全質量中に０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％であることがより好ましく、１質量％〜８質量％であることが更に好ましい。かかる範囲の含有率でガラス粒子を含むことで、より効果的に耐酸化性、電極の低抵抗率化、及び低接触抵抗化が達成され、また前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応を促進させることができる。
【００６０】
（溶剤及び樹脂）
前記電極用ペースト組成物は、溶剤の少なくとも１種と樹脂の少なくとも１種とを含む。これにより前記電極用ペースト組成物の液物性（例えば、粘度、表面張力等）を、シリコン基板等に付与する際の付与方法に応じて必要とされる液物性に調整することができる。
【００６１】
前記溶剤としては特に制限はない。例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素系溶剤；ジクロロエチレン、ジクロロエタン、ジクロロベンゼンなどの塩素化炭化水素系溶剤；テトラヒドロフラン、フラン、テトラヒドロピラン、ピラン、ジオキサン、１，３−ジオキソラン、トリオキサンなどの環状エーテル系溶剤；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤；エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール系化合物；２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノアセテート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノプロピオレート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノブチレート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート、２，２，４−トリエチル−１，３−ペンタンジオールモノアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどの多価アルコールのエステル系溶剤；ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなとの多価アルコールのエーテル系溶剤；α−テルピネン、α−テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレンなどのテルペン系溶剤、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００６２】
前記溶剤としては、電極用ペースト組成物をシリコン基板に形成する際の塗布性、印刷性の観点から、多価アルコールのエステル系溶剤、テルペン系溶剤、及び多価アルコールのエーテル系溶剤から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、多価アルコールのエステル系溶剤及びテルペン系溶剤から選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。
本発明において前記溶剤は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６３】
前記樹脂としては焼成によって熱分解されうる樹脂であれば、当該技術分野において通常用いられる樹脂を特に制限なく用いることができる。具体的には例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂；ポリビニルアルコール類；ポリビニルピロリドン類；アクリル樹脂；酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体；ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂；フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂のようなアルキド樹脂；エポキシ樹脂；フェノール樹脂；ロジンエステル樹脂等を挙げることができる。
【００６４】
前記樹脂としては、焼成時における消失性の観点から、セルロース系樹脂、及びアクリル樹脂から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
前記樹脂は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００６５】
前記樹脂の重量平均分子量は特に制限されない。中でも重量平均分子量は５０００〜５０００００が好ましく、１００００〜３０００００であることがより好ましい。前記樹脂の重量平均分子量が５０００以上であると、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。これは例えばリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子に吸着させたときの立体的な反発作用が不足し、粒子同士が凝集してしまうためと考えることができる。他方、樹脂の重量平均分子量が５０００００以下であると、樹脂同士が溶剤中で凝集することが抑制され、電極用ペースト組成物の粘度が増加することを抑制できる。
上記に加え樹脂の重量平均分子量が５０００００以下であると、樹脂の燃焼温度が高くなることが抑制され、電極用ペースト組成物を焼成する際に樹脂が完全に燃焼されず異物として残存することが抑制され、電極をより低抵抗に構成することができる。
【００６６】
前記電極用ペースト組成物において、前記溶剤と前記樹脂の含有率は、所望の液物性と使用する溶剤及び樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、溶剤と樹脂の総含有率が、電極用ペースト組成物の全質量中、３質量％〜２９．９質量％であることが好ましく、５質量％〜２５質量％であることがより好ましく、７質量％〜２０質量％であることが更に好ましい。
前記溶剤と前記樹脂の総含有率が前記範囲内であることにより、所望の幅及び高さを有する電極をより容易に形成することができる。
【００６７】
（銀粒子）
前記電極用ペースト組成物は、銀粒子を含むことが好ましい。銀粒子を含むことで耐酸化性がより向上し、電極としての抵抗率がより低下する。また前記電極層Ａにおいては、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子との反応によって生成したＳｎ−Ｐ−Ｏ系ガラス相の中にＡｇ粒子が析出することで、電極層の中のＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板間のオーミックコンタクト性がより向上する。さらに前記電極層Ｂにおいては、太陽電池モジュールとした場合のはんだ接続性が向上するという効果も得られる。
【００６８】
前記銀粒子を構成する銀は、不可避的に混入する他の原子を含んでいてもよい。不可避的に混入する他の原子としては、例えば、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＡｕ等を挙げることができる。
前記銀粒子に含まれる他の原子の含有率は、例えば銀粒子中に３質量％以下とすることができ、融点及び電極の低抵抗率化の観点から、１質量％以下であることが好ましい。
【００６９】
前記銀粒子の粒子径としては特に制限はないが、積算した重量が５０％である場合における粒子径（Ｄ５０％）が、０．４μｍ〜１０μｍであることが好ましく、１μｍ〜７μｍ以下であることがより好ましい。０．４μｍ以上であることで耐酸化性がより効果的に向上する。他方１０μｍ以下であることで電極中における銀粒子と他の金属粒子との接触面積が大きくなり、抵抗率がより効果的に低下する。
前記銀粒子の形状としては特に制限はなく、略球状、扁平状、ブロック状、板状、及び鱗片状等のいずれであってもよいが、耐酸化性と低抵抗率の観点から、略球状、扁平状、または板状であることが好ましい。
【００７０】
前記電極用ペースト組成物Ａが銀粒子を含む場合、銀粒子の含有率としては、前記リン含有銅合金粒子、前記錫含有粒子及び前記銀粒子の総含有率を１００質量％としたときの銀粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％以下であることがより好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂが銀粒子を含む場合、銀粒子の含有率としては、前記リン含有銅合金粒子及び前記銀粒子の総含有率を１００質量％としたときの銀粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜８質量％以下であることがより好ましい。
【００７１】
前記電極用ペースト組成物Ａは、耐酸化性、電極の低抵抗率化、シリコン基板への塗布性の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
前記電極用ペースト組成物Ｂは、耐酸化性、電極の低抵抗率化、シリコン基板への塗布性、はんだに対する濡れ性の観点から、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であることが好ましく、７４質量％〜８８質量％であることがより好ましい。
【００７２】
前記電極用ペースト組成物Ａが銀粒子を含む場合においては、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子、錫含有粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
前記電極用ペースト組成物Ｂが銀粒子を含む場合においては、耐酸化性と電極の低抵抗率の観点から、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７０質量％〜９４質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．１質量％〜１０質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が３質量％〜２９．９質量％であることが好ましい。より好ましくは、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が０．５質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が５質量％〜２５質量％である。更に好ましくは、リン含有銅合金粒子及び銀粒子の総含有率が７４質量％〜８８質量％であって、ガラス粒子の含有率が１質量％〜８質量％であって、溶剤及び樹脂の総含有率が７質量％〜２０質量％である。
【００７３】
（フラックス）
前記電極用ペースト組成物は、フラックスの少なくとも１種をさらに含むことができる。フラックスを含むことでリン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去し、焼成中のリン含有銅合金粒子の還元反応を促進させることができる。また焼成中の錫含有粒子の溶融も進むためリン含有銅合金粒子との反応が進み、結果として耐酸化性がより向上し、形成される電極の抵抗率がより低下する。さらに電極材とシリコン基板の密着性が向上するという効果も得られる。
【００７４】
前記フラックスとしては、リン含有銅合金粒子の表面に形成された酸化膜を除去可能で、錫含有粒子の溶融を促進するものであれば特に制限はない。具体的には例えば、脂肪酸、ホウ酸化合物、フッ化化合物、及びホウフッ化化合物等を好ましいフラックスとして挙げることができる。
【００７５】
前記フラックスとしてより具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ステアロール酸、プロピオン酸、酸化ホウ素、ホウ酸カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、ホウフッ化カリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム、酸性フッ化カリウム、酸性フッ化ナトリウム、酸性フッ化リチウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム等が挙げられる。
中でも、電極材焼成時の耐熱性（フラックスが焼成の低温時に揮発しない特性）及びリン含有銅合金粒子の耐酸化性補完の観点から、ホウ酸カリウム及びホウフッ化カリウムが特に好ましいフラックスとして挙げられる。
これらのフラックスは、それぞれ１種単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
【００７６】
前記電極用ペースト組成物がフラックスを含む場合におけるフラックスの含有率としては、リン含有銅合金粒子の耐酸化性を効果的に発現させ、錫含有粒子の溶融を促進させる観点及び電極材の焼成完了時にフラックスが除去された部分の空隙率低減の観点から、電極用ペースト組成物の全質量中に、０．１質量％〜５質量％であることが好ましく、０．３質量％〜４質量％であることがより好ましく、０．５質量％〜３．５質量％であることが更に好ましく、０．７〜３質量％であることが特に好ましく、１質量％〜２．５質量％であることが極めて好ましい。
【００７７】
（その他の成分）
前記電極用ペースト組成物は、上述した成分に加え、必要に応じて、当該技術分野で通常用いられるその他の成分をさらに含むことができる。その他の成分としては、例えば、可塑剤、分散剤、界面活性剤、無機結合剤、金属酸化物、セラミック、有機金属化合物等を挙げることができる。
【００７８】
前記電極用ペースト組成物の製造方法としては特に制限はない。リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤、樹脂、及び必要に応じて含まれる銀粒子等を、通常用いられる分散・混合方法を用いて、分散・混合することで製造することができる。
分散・混合方法は特に制限されず、通常用いられる分散・混合方法から適宜選択して適用することができる。
【００７９】
＜電極用ペースト組成物を用いた電極の製造方法＞
前記電極用ペースト組成物を用いて電極を製造する方法としては、前記電極用ペースト組成物を、電極を形成する領域に付与し、乾燥後に、焼成することで所望の領域に電極を形成することができる。前記電極用ペースト組成物を用いることで、酸素の存在下（例えば大気中）で焼成処理を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００８０】
具体的には例えば、前記電極用ペースト組成物を用いて太陽電池用電極を形成する場合、シリコン基板上に、まずは前記電極用ペースト組成物Ａを所望の形状となるように付与し、乾燥する。次いで電極用ペースト組成物Ｂを、基板上の前記電極用ペースト組成物Ａに重なる位置に付与し、乾燥する。その後、前記電極用ペースト組成物を焼成することで、抵抗率の低い太陽電池用電極を所望の形状に形成することができる。また前記電極用ペースト組成物を用いることで、酸素の存在下（例えば大気中）で焼成処理を行っても、抵抗率の低い電極を形成することができる。
【００８１】
上記の太陽電池用電極は、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して形成される電極層Ａがシリコン基板側に配置されることで、シリコン基板との密着性に優れ、良好なオーミックコンタクトを達成することができる。さらに、前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して形成される電極層Ｂが電極層Ａの上に配置されることで、はんだに対する濡れ性が向上し、効率よくタブ線を接続することができ、また、はんだによるタブ線接続の接続性がよい。
【００８２】
前記電極用ペースト組成物を付与する方法としては、例えば、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができるが、生産性の観点から、スクリーン印刷による塗布であることが好ましい。
【００８３】
前記電極用ペースト組成物をスクリーン印刷によって塗布する場合、電極用ペースト組成物は、２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有することが好ましい。尚、電極用ペースト組成物の粘度は、ブルックフィールドＨＢＴ粘度計を用いて２５℃で測定される。
【００８４】
前記電極用ペースト組成物の付与量は、形成する電極の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、電極用ペースト組成物の付与量（電極用ペースト組成物Ａと電極用ペースト組成物Ｂの総量）として２ｇ／ｍ２〜１０ｇ／ｍ２とすることができ、４ｇ／ｍ２〜８ｇ／ｍ２であることが好ましい。
【００８５】
前記電極用ペースト組成物を用いて電極を形成する際の熱処理条件（焼成条件）としては、当該技術分野で通常用いられる熱処理条件を適用することができる。
一般に、熱処理温度（焼成温度）は８００℃〜９００℃であるが、前記電極用ペースト組成物を用いる場合には、より低温での熱処理条件を適用することができ、例えば、４５０℃〜８５０℃の熱処理温度で良好な特性を有する電極を形成することができる。熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜選択することができ、例えば、１秒〜２０秒とすることができる。
【００８６】
熱処理装置としては、上記温度に加熱できるものであれば適宜採用することができ、例えば、赤外線加熱炉、トンネル炉、などを挙げることができる。赤外線加熱炉は、電気エネルギーを電磁波の形で加熱材料に直接投入し、熱エネルギーに変換されるため高効率であり、また短時間での急速加熱が可能である。更に、燃焼による生成物がなく、また非接触加熱であるため、生成する電極の汚染を抑えることが可能である。トンネル炉は、試料を自動で連続的に入り口から出口へ搬送し、焼成するため、炉体の区分けと搬送スピードの制御により、均一に焼成することが可能である。太陽電池素子の発電性能の観点からは、トンネル炉により熱処理することが好適である。
【００８７】
電極を形成する別の方法としては、以下の方法も可能である。まずシリコン基板上に、前記電極用ペースト組成物Ａを所望の形状となるように付与し、乾燥後、所定の温度で焼成することで、シリコン基板上に電極層Ａを形成する。そして、この電極層Ａの上に前記電極用ペースト組成物Ｂを付与し、乾燥後、所定の温度で焼成することで、電極層Ｂを電極層Ａの上に形成し、電極を完成させる。
本方法での電極用ペースト組成物の付与方法としては、例えば、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができるが、生産性の観点から、スクリーン印刷による塗布であることが好ましい。
【００８８】
本発明においては、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して前記電極層Ａと前記電極層Ｂとを同時に形成して電極を製造してもよく、前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａを形成した後に、前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂを形成して電極を製造してもよい。いずれの方法でも、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとがよく密着する。焼成のための熱処理が１回で済む点では、前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成する方が好ましい。
【００８９】
＜素子の製造方法＞
本発明の素子は、シリコン基板上に付与された前記電極用ペースト組成物を焼成して形成された電極を有する。これにより、太陽電池としたときに発電性能に優れる素子が得られ、素子の生産性に優れる。
本発明の素子は、太陽電池に用いられる太陽電池素子として好適である。尚、本明細書において太陽電池素子とは、ｐｎ接合が形成されたシリコン基板と、シリコン基板上に形成された電極とを有するものを意味する。また太陽電池とは、太陽電池素子の電極上にタブ線が設けられ、必要に応じて複数の太陽電池素子がタブ線を介して接続されて構成され、封止樹脂等で封止された状態のものを意味する。
【００９０】
以下、本発明の素子の一例である太陽電池素子の具体例を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
代表的な太陽電池素子の一例を示す断面図、受光面及び裏面の概要を図２、図３及び図４に示す。
図２に概略を示すように、通常、太陽電池素子の半導体基板１には、単結晶または多結晶シリコンなどが使用される。この半導体基板１には、ホウ素などが含有され、ｐ型半導体を構成している。受光面側は太陽光の反射を抑制するために、ＮａＯＨとＩＰＡ（イソプロピルアルコール）からなるエッチング溶液により凹凸（テクスチャともいう。図示せず）が形成されている。その受光面側にはリンなどがドーピングされ、ｎ＋拡散層２がサブミクロンオーダーの厚さで設けられているとともに、ｐ型バルク部分との境界にｐｎ接合部が形成されている。さらに受光面側には、ｎ＋拡散層２上に窒化ケイ素などの反射防止膜３が、ＰＥＣＶＤなどによって膜厚９０ｎｍ前後で設けられている。
【００９１】
次に、図３に概略を示す受光面側に設けられた受光面電極４と、図４に概略を示す裏面に形成される集電用電極５及び出力取出し電極６の形成方法について説明する。
受光面電極４と裏面出力取出し電極６は、前記電極用ペースト組成物から形成される。また裏面集電用電極５はガラス粉末を含むアルミニウム電極ペースト組成物から形成される。受光面電極４と、裏面集電用電極５及び裏面出力取出し電極６を形成する第一の方法として、各ペースト組成物をスクリーン印刷等にて所望のパターンに塗布した後、乾燥後に、大気中４５０℃〜８５０℃程度で同時に焼成して形成することが挙げられる。本発明においては前記電極用ペースト組成物Ａ及び前記電極用ペースト組成物Ｂを用いることで、比較的低温で焼成しても、抵抗率及び接触抵抗率に優れる電極を形成することができる。
【００９２】
その際に、受光面側では、受光面電極４を形成する前記電極用ペースト組成物に含まれるガラス粒子と、反射防止層３とが反応（ファイアースルー）して、受光面電極４とｎ＋拡散層２が電気的に接続（オーミックコンタクト）される。
本発明においては、前記電極用ペースト組成物を用いて受光面電極４が形成されることで、導電性金属として銅を含みながら、銅の酸化が抑制され、低抵抗率の受光面電極４が、良好な生産性で形成される。
さらに本発明においてはシリコン基板側に形成される電極層ＡがＣｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相とを含んで構成されることが好ましく、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に配置されること（不図示）がより好ましい。これにより銅とシリコン基板との反応が抑制され、低抵抗で密着性に優れる電極を形成することができる。
【００９３】
同時に、裏面側では、焼成の際に裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペースト組成物中のアルミニウムがｐ型シリコン基板１の裏面に拡散して、ｐ＋拡散層７を形成することによって、ｐ型シリコン基板１と裏面集電用電極５、裏面出力取出し電極６との間にオーミックコンタクトを得ることができる。
【００９４】
受光面電極４と、裏面集電用電極５及び裏面出力取出し電極６を形成する第二の方法として、裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペースト組成物を先に印刷し、乾燥後に大気中７５０℃〜８５０℃程度で焼成して裏面集電用電極５を形成した後に、前記電極用ペースト組成物を受光面側及び裏面側に印刷し、乾燥後に大気中４５０℃〜６５０℃程度で焼成して、受光面電極４と裏面出力取出し電極６を形成する方法が挙げられる。
【００９５】
この方法は、例えば以下の場合に有効である。すなわち、裏面集電用電極５を形成するアルミニウム電極ペーストを焼成する際に、６５０℃以下の焼成温度では、アルミニウムペーストの組成によっては、アルミニウム粒子の焼結及びｐ型シリコン基板１へのアルミニウム拡散量が不足して、ｐ＋拡散層を充分に形成できない場合がある。この状態では裏面におけるｐ型シリコン基板１と裏面集電用電極５、裏面出力取出し電極６との間にオーミックコンタクトが十分に形成できなくなり、太陽電池素子としての発電性能が低下する場合がある。そこで、アルミニウム電極ペースト組成物に最適な焼成温度（例えば７５０℃〜８５０℃）で裏面集電用電極５を形成した後、前記電極用ペースト組成物を印刷し、乾燥後に比較的低温（４５０℃〜６５０℃）で焼成して、受光面電極４と裏面出力取出し電極６を形成することが好ましい。
【００９６】
本発明の別の態様であるいわゆるバックコンタクト型太陽電池素子に共通する裏面側電極構造の概略平面図を図５に、それぞれ別の態様のバックコンタクト型太陽電池素子である太陽電池素子の概略構造を示す斜視図を図６、図７及び図８にそれぞれ示す。尚、図６、図７及び図８は、それぞれ図５におけるＡＡ断面における斜視図である。
【００９７】
図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、ｐ型シリコン基板１には、レーザードリルまたはエッチング等によって、受光面側及び裏面側の両面を貫通したスルーホールが形成されている。また受光面側には光入射効率を向上させるテクスチャ（図示せず）が形成されている。さらに受光面側にはｎ型化拡散処理によるｎ＋拡散層２と、ｎ＋拡散層２上に反射防止膜（図示せず）が形成されている。これらは従来の結晶シリコン型太陽電池素子と同一の工程により製造される。
【００９８】
次に、先に形成されたスルーホール内部に、前記電極用ペースト組成物が印刷法やインクジェット法により充填され、さらに受光面側には同じく前記電極用ペースト組成物がグリッド状に印刷され、スルーホール電極９及び受光面集電用電極８を形成する組成物層が形成される。
ここで、充填用と印刷用に用いるペーストでは、粘度をはじめとして、それぞれのプロセスに最適な組成のペーストを使用するのが望ましいが、同じ組成のペーストで充填、印刷を一括で行ってもよい。
【００９９】
一方、裏面側には、キャリア再結合を防止するためのｎ＋拡散層２及びｐ＋拡散層７が形成される。ここでｐ＋拡散層７を形成する不純物元素として、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。このｐ＋拡散層７は、例えばＢを拡散源とした熱拡散処理が、前記反射防止膜形成前の太陽電池素子製造工程において実施されることで形成されていてもよく、あるいは、Ａｌを用いる場合には、前記印刷工程において、反対面側にアルミニウムペーストを印刷、焼成することで形成されていてもよい。
【０１００】
裏面側には図５の平面図で示すように、前記電極用ペースト組成物をそれぞれｎ＋拡散層２上及びｐ＋拡散層７上にストライプ状に印刷することによって、裏面電極１０及び１１が形成される。ここで、ｐ＋拡散層７をアルミニウムペーストを用いて形成する場合は、ｎ＋拡散層２側についてのみ前記電極用ペースト組成物を用い、裏面電極を形成すればよい。
【０１０１】
その後乾燥して大気中４５０℃〜８５０℃程度で焼成して、受光面集電用電極８とスルーホール電極９、及び裏面電極１０、１１が形成される。また先述したように、裏面電極の一方にアルミニウム電極を用いる場合は、アルミニウムの焼結性と裏面電極とｐ＋拡散層７とのオーミックコンタクト性の観点から、先にアルミニウムペーストを印刷、焼成するによって裏面電極の一方を形成し、その後、前記電極用ペースト組成物を印刷、充填し、焼成することで受光面集電用電極８とスルーホール電極９、及び裏面電極の他方を形成してもよい。
【０１０２】
図７の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、受光面集電用電極を形成しないこと以外は、図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図７の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、前記電極用ペースト組成物は、スルーホール電極９と裏面電極１０、１１に用いることができる。
【０１０３】
図８の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子は、ベースとなる基板にｎ型シリコン基板を用いたことと、スルーホールを形成しないこと以外は、図６の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子と同様にして製造することができる。すなわち図８の斜視図に示す構造を有する太陽電池素子において、前記電極用ペースト組成物は、裏面電極１０、１１に用いることができる。
【０１０４】
なお、本発明の素子は、上記したような太陽電池の用途に限定されるものではなく、例えば、プラズマディスプレイ、アンテナ回路、各種センサー回路、半導体デバイス等の用途にも好適に使用することができる。
【０１０５】
＜太陽電池＞
本発明の太陽電池は、前記太陽電池素子の少なくとも１つを含み、太陽電池素子の電極上にタブ線が配置されて構成される。太陽電池はさらに必要に応じて、タブ線を介して複数の太陽電池素子が連結され、さらに封止材で封止されて構成されていてもよい。
前記タブ線及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
【実施例】
【０１０６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない、尚、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
【０１０７】
＜実施例１＞
（ａ）電極用ペースト組成物Ａの調製
７質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子を定法により調製し、これを溶解して水アトマイズ法により粉末化した後、乾燥、分級した。分級した粉末をブレンドして、脱酸素・脱水処理し、７質量％のリンを含むリン含有銅合金粒子を作製した。尚、リン含有銅合金粒子の粒子径（Ｄ５０％）は５．０μｍであり、その形状は略球状であった。
【０１０８】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）３部、酸化鉛（ＰｂＯ）６０部、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）１８部、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）５部、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）５部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）９部からなるガラス（以下、「Ｇ０１」と略記することがある。）を調製した。ガラスＧ０１は、軟化温度が４２０℃で、結晶化温度が６５０℃を超えていた。
ガラスＧ０１を用いて、粒子径（Ｄ５０％）が２．５μｍであるガラスＧ０１粒子を得た。その形状は略球状であった。
【０１０９】
上記で得たリン含有銅合金粒子を３９．９部、錫粒子（Ｓｎ；純度９９．９％、粒子径（Ｄ５０％）５．０μｍ）を４１．５部、ガラスＧ０１粒子を４．１部、テルピネオール（Ｔｅｒ）を１４．１部、エチルセルロース（ＥＣ）を０．４部混ぜ合わせ、メノウ乳鉢の中で２０分間かき混ぜ、電極用ペースト組成物Ａ１を調製した。
【０１１０】
（ｂ）電極用ペースト組成物Ｂの調製
上記で得たリン含有銅合金粒子を８１．４部、ガラスＧ０１粒子を４．１部、テルピネオール（Ｔｅｒ）を１４．１部、エチルセルロース（ＥＣ）を０．４部混ぜ合わせ、メノウ乳鉢の中で２０分間かき混ぜ、電極用ペースト組成物Ｂ１を調製した。
【０１１１】
（ｃ）太陽電池素子の作製
受光面にテクスチャ、ｎ＋拡散層及び反射防止膜（窒化ケイ素膜）が形成された膜厚１９０μｍのｐ型半導体基板を用意し、１２５ｍｍ×１２５ｍｍの大きさに切り出した。その受光面にスクリーン印刷により、図１及び図３に示すような電極パターンとなるように、まず電極用ペースト組成物Ａ１を付与し、続いて基板上の電極用ペースト組成物Ａ１の上に電極用ペースト組成物Ｂ１を付与した。電極のパターンは１５０μｍ幅のフィンガーラインと１．５ｍｍ幅のバスバーで構成され、焼成後の膜厚が２０μｍ〔電極層Ａの厚さと電極層Ｂの厚さの合計。両者の比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は１：１〕となるように、印刷条件（スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧）を適宜調整した。これを１５０℃に加熱したオーブンの中に１５分間収容し、溶剤を蒸散により取り除いた。
【０１１２】
続いて、裏面側に、アルミニウム電極ペーストと、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１とを用いて、上記と同様にスクリーン印刷により、図１及び図４に示すような電極パターンとなるように印刷した。電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１からなる裏面出力取出し電極のパターンは、１２３ｍｍ×５ｍｍで構成され、計２ヶ所印刷した。尚、裏面出力取出し電極は焼成後の膜厚が２０μｍ〔電極層Ａの厚さと電極層Ｂの厚さの合計。両者の比（電極層Ａ：電極層Ｂ）は１：１〕となるように、印刷条件（スクリーン版のメッシュ、印刷速度、印圧）を適宜調整した。またアルミニウム電極ペーストを、裏面出力取出し電極以外の全面に印刷して裏面集電用電極パターンを形成した。尚、焼成後の裏面集電用電極の膜厚が３０μｍとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。これを１５０℃に加熱したオーブンの中に１５分間収容し、溶剤を蒸散により取り除いた。
【０１１３】
続いてトンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理（焼成）を行って、所望の電極が形成された太陽電池素子１を作製した。
【０１１４】
上記で作製した太陽電池素子１の受光面及び裏面の取出し電極に、タブ線を接続した。尚、タブ線は、太陽電池用鉛フリーはんだめっき平角タブを使用し、熱圧着装置ＭＢ−２００ＷＨ（Ｎｉｋｋａ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製）を用い、０．５ＭＰａの圧力で、最高温度である２４０℃で１５秒間熱圧着することで接続した。
【０１１５】
＜実施例２＞
実施例１において、電極形成時の焼成条件を最高温度８００℃で１０秒間から、最高温度８５０℃で８秒間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして太陽電池素子２を作製し、タブ線を接続した。
【０１１６】
＜実施例３＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子のリン含有量を７質量％から６質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ３及び電極用ペースト組成物Ｂ３を調製し、太陽電池素子３を作製し、タブ線を接続した。
【０１１７】
＜実施例４＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子の粒子径（Ｄ５０％）を５．０μｍから１．５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ４及び電極用ペースト組成物Ｂ４を調製し、太陽電池素子４を作製し、タブ線を接続した。
【０１１８】
＜実施例５＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるリン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子を５６．３部、錫含有粒子を２５．１部としたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ５を調製し、太陽電池素子５を作製し、タブ線を接続した。
【０１１９】
＜実施例６＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるリン含有銅合金粒子と錫含有粒子の含有量を変更して、リン含有銅合金粒子を７３．０部、錫含有粒子を８．４部としたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ６を調製し、太陽電池素子６を作製し、タブ線を接続した。
【０１２０】
＜実施例７＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１における錫含有粒子として錫粒子（Ｓｎ）の代わりにＳｎ−５８Ｂｉ（Ｓｎを４２質量％及びＢｉを５８質量％を含む合金）からなる錫合金粒子を用い、その粒子径（Ｄ５０％）を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ７を調製し、太陽電池素子７を作製し、タブ線を接続した。
【０１２１】
＜実施例８＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１における錫含有粒子の粒子径（Ｄ５０％）を５μｍから１０μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ８を調製し、太陽電池素子８を作製し、タブ線を接続した。
【０１２２】
＜実施例９＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ｂ１におけるガラスＧ０１粒子の含有量を変更した。具体的には各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子７８．３部、ガラスＧ０１粒子７．８部、テルピネオール１３．５部、エチルセルロース０．４部に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ｂ９を調製し、太陽電池素子９を作製し、タブ線を接続した。
【０１２３】
＜実施例１０＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１におけるガラス粒子をガラスＧ０１から以下に示すガラスＧ０２に代えて電極用ペースト組成物Ａ１０を調製し、電極形成時の焼成条件を最高温度８００℃で１０秒間から、最高温度８５０℃で８秒間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子１０を作製し、タブ線を接続した。
ガラスＧ０２は、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）４５部、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）２４．２部、酸化バリウム（ＢａＯ）２０．８部、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）５部、酸化タングステン（ＷＯ３）５部からなるように調製した。ガラスＧ０２は、軟化温度が４９２℃で、結晶化開始温度が６５０℃を超えていた。
ガラスＧ０２を用いて、粒子径（Ｄ５０％）が２．５μｍであるガラスＧ０２粒子を得た。その形状は略球状であった。
【０１２４】
＜実施例１１＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１における樹脂を、テルピネオールからジエチレングリコールモノブチルエーテル（ＢＣ）に、またエチルセルロースからポリアクリル酸エチル（ＥＰＡ）にそれぞれ変更した。具体的には、電極用ペースト組成物Ａ１の各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子４６．０部、錫粒子３６．０部、ガラスＧ０１粒子３．５部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル１２．３部、ポリアクリル酸エチル２．２部に変更し、電極用ペースト組成物Ａ１１を調製した。また、電極用ペースト組成物Ｂ１の各成分の含有量を、リン含有銅合金粒子８２．０部、ガラスＧ０１粒子３．５部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル１２．３部、ポリアクリル酸エチル２．２部に変更し、電極用ペースト組成物Ｂ１１を調製した。そして、電極用ペースト組成物Ａ１１及び電極用ペースト組成物Ｂ１１を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子１１を作製し、タブ線を接続した。
【０１２５】
＜実施例１２〜１８＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子のリン含有量、粒子径（Ｄ５０％）及びその含有量、錫含有粒子の組成、粒子径（Ｄ５０％）及びその含有量、ガラス粒子の種類及びその含有量、溶剤の種類及びその含有量を表１に示したように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物Ａ１２〜Ａ１８及び電極用ペースト組成物Ｂ１２〜Ｂ１８をそれぞれ作製した。
尚、表１に示す「Ｓｎ−４Ａｇ−０．５Ｃｕ」は、Ｓｎを９５．５質量％、Ａｇを４質量％、及びＣｕを０．５質量％含む合金を意味する。
【０１２６】
次いで、各電極用ペースト組成物を用い、加熱処理の温度及び処理時間を表１に示したように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、所望の電極が形成された太陽電池素子１２〜１８をそれぞれ作製し、タブ線を接続した。
【０１２７】
＜比較例１＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１の調製にリン含有銅合金粒子及び錫含有粒子の代わりに銀粒子（純度９９．５％、粒子径（Ｄ５０％）３．０μｍ）を用いて、表１に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物ＣＡ１を調製した。尚、電極用ペースト組成物Ｂ１に相当する電極用ペースト組成物は調製しなかった。そして、電極用ペースト組成物ＣＡ１を用い、１回のスクリーン印刷で焼成後の電極の膜厚が２０μｍとなるように印刷条件を調整したこと以外は、実施例１と同様にして、太陽電池素子Ｃ１を作製し、タブ線を接続した。
【０１２８】
＜比較例２＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１におけるリン含有銅合金粒子の代わりに銅粒子（純度９９．５％、粒子径（Ｄ５０％）５．０μｍ）を用いて、表１に示した組成となるように各成分を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、電極用ペースト組成物ＣＡ２及び電極用ペースト組成物ＣＢ２を調製した。そして、電極用ペースト組成物ＣＡ２及び電極用ペースト組成物ＣＢ２を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、太陽電池素子Ｃ２を作製し、タブ線を接続した。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
＜評価＞
作製した太陽電池素子の評価は、擬似太陽光として（株）ワコム電創製ＷＸＳ−１５５Ｓ−１０、電流―電圧（Ｉ−Ｖ）評価測定器としてＩ−Ｖ ＣＵＲＶＥ ＴＲＡＣＥＲ ＭＰ−１６０（ＥＫＯ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製）の測定装置を組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すＪｓｃ（短絡電流）、Ｖｏｃ（開放電圧）、ＦＦ（フィルファクター）、Ｅｆｆ（変換効率）は、それぞれＪＩＳ−Ｃ−８９１２、ＪＩＳ−Ｃ−８９１３及びＪＩＳ−Ｃ−８９１４に準拠して測定を行うことで得られたものである。実施例１〜１８及び比較例２の各測定値を、比較例１（太陽電池素子Ｃ１）の測定値を１００．０とした相対値に換算して表２に示した。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
表２から、比較例２の太陽電池素子は、比較例１の太陽電池素子よりも発電性能が劣ることが分かる。この理由としては、比較例２においては、リン含有銅合金粒子の代わりに銅粒子（リン含有量０質量％）を用いたために、焼成中に錫含有粒子と反応する前に銅粒子が酸化し、Ｃｕ−Ｓｎ合金相が形成されずに電極の抵抗が増加したことと、表面が酸化されたために、はんだ接続性が悪くなり、電力を取出す際の接触抵抗が増大してしまったことが考えられる。
【０１３３】
一方、実施例１〜１８の各太陽電池素子の発電性能は、比較例１の太陽電池素子の測定値と比べほぼ同等であった。また各太陽電池素子については、はんだに対する濡れ性が良好で、タブ線接続を効率よく行うことができた。
実施例１〜１８の各太陽電池素子の電極の組織観察の結果、シリコン基板側の電極層ＡにはＣｕ−Ｓｎ合金相とＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相が存在し、Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相がＣｕ−Ｓｎ合金相とシリコン基板との間に形成されていた。
【０１３４】
＜実施例１９＞
実施例１において、電極用ペースト組成物Ａ１と電極用ペースト組成物Ｂ１とを別々に焼成し、電極層Ａ及び電極層Ｂをそれぞれ形成した。まず電極用ペースト組成物Ａ１とアルミニウム電極ペーストとを用いて、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極パターンを印刷し、一度目の焼成で、電極層Ａと、裏面集電用電極とを形成した。続いて、電極層Ａの上に電極用ペースト組成物Ｂ１を印刷し、二度目の焼成で電極層Ｂを形成し、受光面集電用電極及び出力取出し電極と裏面出力取出し電極とを完成させた。
いずれの焼成においても、トンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理を行って、太陽電池素子１９を作製した。
上記で得た太陽電池素子１９に実施例１と同様にしてタブ線を接続し、上記評価項目について評価したところ、実施例１と同程度に優れた特性を示すことが分かった。
【０１３５】
＜実施例２０＞
実施例１で作製した電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１を用いて、図６に示したような構造を有する太陽電池素子２０を、以下の方法で作製した。
まずｐ型シリコン基板に、レーザードリルによって、受光面側及び裏面側の両面を貫通した直径１００μｍのスルーホールを形成した。次いで受光面側にテクスチャ、ｎ＋拡散層及び反射防止膜を形成した。尚、ｎ＋拡散層は、スルーホール内部、及び裏面の一部にもそれぞれ形成した。次に、スルーホール内部に電極用ペースト組成物Ａ１をインクジェット方により充填した。続いて、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１を用い、受光面側に受光面集電用電極及び出力取出し電極をグリッド状にスクリーン印刷した。
【０１３６】
一方、裏面側には、電極用ペースト組成物Ａ１及び電極用ペースト組成物Ｂ１とアルミニウム電極ペーストを用いて、図５に示すようなパターンでストライプ状にスクリーン印刷した。このとき、スルーホールの下に電極用ペースト組成物Ａ１と電極用ペースト組成物Ｂ１が積層されるように印刷した。
【０１３７】
電極用ペースト組成物の乾燥後、トンネル炉（ノリタケ社製、１列搬送Ｗ／Ｂトンネル炉）を用いて大気雰囲気下、焼成最高温度８００℃で保持時間１０秒の加熱処理を行って、太陽電池素子２０を作製した。このときアルミニウム電極ペーストを付与した部分については、焼成によりｐ型シリコン基板内にＡｌが拡散することで、ｐ＋拡散層が形成されていた。
上記で得た太陽電池素子２０に実施例１と同様にしてタブ線を接続し、上記評価項目について評価したところ、優れた発電性能を示すことが分かった。
【符号の説明】
【０１３８】
１００ 素子
１０１ シリコン基板
１１１ 電極
１１２ 電極層Ａ
１１３ 電極層Ｂ
１ ｐ型シリコン基板
２ ｎ＋拡散層
３ 反射防止膜
４ 受光面集電用電極及び出力取出し電極
５ 裏面集電用電極
６ 裏面出力取出し電極
７ ｐ＋拡散層
８ 受光面集電用電極
９ スルーホール電極
１０ 裏面電極
１１ 裏面電極
１２ ｎ型シリコン基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、
リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、
がこの順に積層された素子。
【請求項２】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるリン含有銅合金粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるリン含有銅合金粒子は、リン含有率が６質量％以上８質量％以下である、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるガラス粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるガラス粒子は、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超える、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの前記錫含有粒子の含有率が５質量％以上７０質量％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の素子。
【請求項６】
前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子及び前記錫含有粒子の総含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記電極用ペースト組成物Ｂは、前記リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相を含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
前記Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相と前記シリコン基板との間に配置されている、請求項８に記載の素子。
【請求項１０】
前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとが形成された、又は、
前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａが形成され、その後に前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂが形成された、
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１１】
前記シリコン基板がｐｎ接合を有し、太陽電池に用いられる、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の素子を含み、前記素子の電極上にタブ線が配置された、太陽電池。
【請求項１】
シリコン基板と、
リン含有銅合金粒子、錫含有粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が１質量％以上である電極用ペースト組成物Ａの焼成物である電極層Ａと、
リン含有銅合金粒子、ガラス粒子、溶剤及び樹脂を含み錫の含有率が０．１質量％以下である電極用ペースト組成物Ｂの焼成物である電極層Ｂと、
がこの順に積層された素子。
【請求項２】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるリン含有銅合金粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるリン含有銅合金粒子は、リン含有率が６質量％以上８質量％以下である、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれる錫含有粒子は、錫粒子及び錫含有率が１質量％以上である錫合金粒子から選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記電極用ペースト組成物Ａに含まれるガラス粒子、及び前記電極用ペースト組成物Ｂに含まれるガラス粒子は、軟化温度が６５０℃以下であって、結晶化開始温度が６５０℃を超える、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子と前記錫含有粒子の総含有率を１００質量％としたときの前記錫含有粒子の含有率が５質量％以上７０質量％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の素子。
【請求項６】
前記電極用ペースト組成物Ａは、前記リン含有銅合金粒子及び前記錫含有粒子の総含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記電極用ペースト組成物Ｂは、前記リン含有銅合金粒子の含有率が７０質量％以上９４質量％以下であって、前記ガラス粒子の含有率が０．１質量％以上１０質量％以下であって、前記溶剤及び前記樹脂の総含有率が３質量％以上２９．９質量％以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
前記電極層Ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金相及びＳｎ−Ｐ−Ｏガラス相を含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
前記Ｓｎ−Ｐ−Ｏガラス相が、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金相と前記シリコン基板との間に配置されている、請求項８に記載の素子。
【請求項１０】
前記電極用ペースト組成物Ａと前記電極用ペースト組成物Ｂとを同時に焼成して、前記電極層Ａと前記電極層Ｂとが形成された、又は、
前記電極用ペースト組成物Ａを焼成して前記電極層Ａが形成され、その後に前記電極用ペースト組成物Ｂを焼成して前記電極層Ｂが形成された、
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１１】
前記シリコン基板がｐｎ接合を有し、太陽電池に用いられる、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の素子を含み、前記素子の電極上にタブ線が配置された、太陽電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２６５８０（Ｐ２０１３−２６５８０Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２６４３（Ｐ２０１１−１６２６４３）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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