JP5826103B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンのｐ型シリコン基板の受光面全体にｎ型の不純物拡散層が形成され、受光面側の表面に微小な凹凸が設けられている。微小凹凸上には反射防止膜が形成され、その上に櫛形状に表電極が設けられている。また、ｐ型シリコン基板の裏面側には、裏面全体に電極が設けられている。

このような従来の太陽電池は以下のようにして作製されている。たとえばアルカリ溶液とアルコールとの混合液やフッ酸と硝酸との混酸溶液を用いたウェットエッチングプロセスや、リアクティブイオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法などのドライエッチングプロセスを用いて、ｐ型単結晶シリコン基板（以下、基板と呼ぶ）の表面に微小凹凸を形成する。この表面の微細凹凸は、外からの光の反射を抑えて光を基板内に閉じ込め、光を電気に変換する光−電子変換効率を上げるために形成される。

つぎに、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス中で気相拡散法により基板の表層にｎ型不純物拡散層を形成する。基板の表面に形成された酸化膜をフッ化水素に浸して除去した後に、基板の受光面側の表面に反射防止膜である窒化シリコンをプラズマＣＶＤ（化学的気層成長）法により形成する。つぎに、基板の受光面側の表面に、銀ペーストを用いて印刷法により櫛形状にパターン化した表電極形成を行う。基板の裏面側には、アルミニウムペーストを用いて裏面のほぼ全体にアルミニウム電極を形成し、一部には外部取り出し電極として銀電極を印刷法により形成する。そして、電極ペーストを２００℃の温度で乾燥した後に、７００℃〜８００℃の温度で電極ペーストを焼成し、太陽電池素子が完成する。

上述したように、一般的には、裏面のアルミニウム電極は印刷装置を用いた印刷法により、アルミニウムを含むアルミニウムペーストを基板の裏面に印刷することにより形成される（たとえば、特許文献１参照）。また、裏面のアルミニウム電極は、基板の裏面のほぼ全面に印刷されるが、基板の裏面の外周部（端部）まで印刷領域を拡張することにより、光−電子変換効率を向上させることができる。

特開平６−２０９１１５号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、裏面のアルミニウム電極の形成においては、アルミニウムペーストは基板の裏面外形よりも小さい領域に塗布されていた。すなわち、裏面のアルミニウム電極の形成においては、アルミニウムペーストは、基板の裏面からはみ出さないように、基板寸法精度、位置合わせ精度、印刷マスクの伸び量などを考慮して基板の外周部（端部）から１ｍｍ以上内側に離れた位置を最外形位置として印刷されていた。

アルミニウムペーストが印刷時の位置ずれにより基板の側面（端部）や基板の受光面側に回り込んで付着し、その後焼成されると、アルミニウムペーストが基板の受光面側の拡散層にファイヤースルーし、裏面のアルミニウム電極と受光面側の拡散層とが短絡して光−電子変換効率が劣化する場合があった。すなわち、アルミニウムペーストの印刷領域において基板の外周部（端部）から１ｍｍ〜２ｍｍ程度、設計裕度を設けておかないと、印刷したアルミニウム電極が基板の裏面からはみ出た場合には光−電子変換効率が劣化する場合があった。このため、裏面のアルミニウム電極の印刷領域を拡張することによる光−電子変換効率の向上の実現は難しかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏面電極の裏面からのはみ出しに起因した特性劣化を防止しつつ裏面電極の形成領域を拡大し、光−電子変換効率に優れた太陽電池を製造可能な太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素を拡散して前記半導体基板の一面側に不純物拡散層を形成する第１工程と、前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を前記半導体基板の一面側に形成する第２工程と、前記半導体基板の他面側に電気的に接続する裏面側電極を前記半導体基板の他面側に形成する第３工程と、を含み、前記第３工程は、前記半導体基板の他面側の外周部の近傍の外縁領域に前記外周部の延在方向に沿った方向に延伸する凹部を形成する工程と、前記半導体基板の他面側における前記凹部よりも内側に電極材料ペーストを塗布する工程と、前記半導体基板の他面側に塗布された電極材料ペーストに超音波を当てることにより前記電極材料ペーストを振動させて前記電極材料ペーストを周囲に広げるとともに前記凹部により前記電極材料ペーストをせき止めて前記凹部およびその内側の範囲に前記電極材料ペーストの塗布面積を拡張する工程と、前記電極材料ペーストを焼成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、裏面電極の裏面からのはみ出しに起因した特性劣化を防止しつつ裏面電極の形成領域を拡大し、光−電子変換効率に優れた太陽電池が得られる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セルの概略構成を示す要部断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セルを受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セルを受光面と反対側（裏面側）から見た太陽電池の下面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。 図４は、凹部の形状の第１の変形例を示す断面図である。 図５は、凹部の形状の第２の変形例を示す断面図である。 図６−１は、凹部の形状の第２の変形例を示す断面図である。 図６−２は、凹部の形状の第３の変形例を示す下面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セル１の概略構成を示す要部断面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セル１を受光面側から見た太陽電池セル１の上面図である。図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により作製された太陽電池セル１を受光面と反対側（裏面側）から見た太陽電池セル１の下面図である。図１−１は、図１−２および図１−３の線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。

本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、第１の導電型の半導体基板２であるｐ型多結晶シリコン基板の受光面側にリン拡散によって第２の導電型のｎ型不純物拡散層３が厚み０．２μｍ程度で形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１１が形成されている。ｎ型不純物拡散層３上には、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる反射防止膜４が形成されている。なお、第１の導電型の半導体基板２としてはｐ型多結晶のシリコン基板に限定されず、ｐ型単結晶のシリコン基板やｎ型の多結晶のシリコン基板、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いてもよい。

また、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側の表面には、光利用率を向上させるために、テクスチャー構造として微小凹凸２ａが１０μｍ程度の深さで形成されている。微小凹凸２ａは、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。反射防止膜４は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）や酸化チタン膜（ＴｉＯ_２膜）などの絶縁膜からなる。

また、半導体基板１１の受光面側には、長尺細長の表銀グリッド電極５が複数並べて設けられ、この表銀グリッド電極５と導通する太い表銀バス電極６が該表銀グリッド電極５と略直交するように設けられており、それぞれ底面部においてｎ型不純物拡散層３に電気的に接続している。表銀グリッド電極５および表銀バス電極６は銀材料により構成されている。表銀グリッド電極５および表銀バス電極６は、反射防止膜４に囲まれて形成されている。

表銀グリッド電極５は、所定の幅および間隔で略平行に配置され、半導体基板１１の内部で発電した電気を集電する。また、表銀バス電極６は、表銀グリッド電極５よりも太い所定の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに例えば２本〜３本配置され、表銀グリッド電極５で集電した電気を外部に取り出す。そして、表銀グリッド電極５と表銀バス電極６とにより第１電極である受光面側電極１２が構成される。受光面側電極１２は、半導体基板１１に入射する太陽光を遮ってしまうため、可能なかぎり面積を小さくすることが発電効率向上の観点では望ましい。

一方、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）には、全体にわたってアルミニウム材料からなる裏アルミニウム電極７が設けられ、また表銀バス電極６と略同一方向に延在して銀材料からなる裏銀電極８が取り出し電極として設けられている。そして、裏アルミニウム電極７と裏銀電極８とにより第２電極である裏面側電極１３が構成される。

半導体基板１１の裏面における基板の外周部から内側に向かって一定距離内にある外縁領域、すなわち外縁部の近傍領域には凹部２ｂが形成されている。たとえば半導体基板１１の外形が略四角形状の場合には、凹部２ｂは半導体基板１１の外形の４辺に沿って４本形成され、それぞれの凹部２ｂは隣接する凹部２ｂと半導体基板１１の裏面の四つ角近傍で連結されて、半導体基板１１の裏面の内部側を囲っている。そして、裏アルミニウム電極７は、この４本の凹部２ｂ内および上部を含む、４本の凹部２ｂに囲まれた領域内に形成されている。したがって、裏アルミニウム電極７は、半導体基板１１の裏面から側面や受光面側にはみ出すことなく、形成されている。なお、凹部２ｂは半導体基板１１の外形形状に沿った形状に形成されればよい。

また、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）側の表層部であって裏アルミニウム電極７の下部には、焼成によるアルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）との合金層が形成され、その下にはアルミニウム拡散による高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ（Back Surface Field））（図示せず）が形成されている。ｐ＋層（ＢＳＦ）は、ＢＳＦ効果を得るために設けられ、ｐ型層（半導体基板２）中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でｐ型層（半導体基板２）電子濃度を高めるようにする。

このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（半導体基板２とｎ型不純物拡散層３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層３に向かって移動し、ホールはｐ＋層に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層３に電子が過剰となり、ｐ＋層にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層３に接続した受光面側電極１２がマイナス極となり、ｐ＋層に接続した裏アルミニウム電極７がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。

以下、上記のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造方法について図面に沿って説明する。図２−１〜図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造工程の一例を説明するための断面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。

まず、半導体基板２として例えば数百μｍ厚のｐ型多結晶シリコン基板を用意し、基板洗浄を行う。ｐ型多結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、ｐ型多結晶シリコン基板をフッ酸などの酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。その後、純水で洗浄する（ステップＳ１０、図２−１）。なお、ｐ型多結晶シリコン基板の外形寸法は、基板１５６ｍｍ角である。

ダメージ除去に続いて、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合溶液にｐ型多結晶シリコン基板を浸漬して該ｐ型多結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面に１０μｍ程度の深さで微小凹凸２ａを形成してテクスチャー構造を形成する（ステップＳ２０、図２−２）。このようなテクスチャー構造をｐ型多結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池セル１の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。また、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching：ＲＩＥ)などドライエッチングプロセスでｐ型多結晶シリコン基板の表面に１μｍ〜３μｍ程度の深さの微小凹凸２ａを形成してもよい。

つぎに、拡散処理を行って半導体基板２にｐｎ接合を形成する（ステップＳ３０、図２−３）。すなわち、リン（Ｐ）等のＶ族元素を半導体基板２に拡散等させて数百ｎｍ厚のｎ型不純物拡散層３を形成する。ここでは、表面にテクスチャー構造を形成したｐ型多結晶シリコン基板に対して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス中で気相拡散法により高温で熱拡散によりリンを拡散させてｐｎ接合を形成する。これにより、第１導電型層であるｐ型多結晶シリコンからなる半導体基板２と、該半導体基板２の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層３と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる。

このときの拡散させるリン濃度は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガスの濃度および温度雰囲気、加熱時間により制御することが可能である。半導体基板２の表面に形成されたｎ型不純物拡散層３のシート抵抗は、例えば４０Ω／□〜６０Ω／□とする。

ここで、ｎ型不純物拡散層３の形成直後の表面には拡散処理中に表面に堆積したガラス質（燐珪酸ガラス、ＰＳＧ：Phospho-Silicate Glass）層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。

なお、図中における記載は省略しているが、ｎ型不純物拡散層３は半導体基板２の全面に形成される。そこで、半導体基板２の裏面等に形成されたｎ型不純物拡散層３の影響を取り除くために、半導体基板２の受光面側のみにｎ型不純物拡散層３を残して、それ以外の領域のｎ型不純物拡散層３を除去する。

つぎに、光電変換効率改善のために、半導体基板１１の受光面側の一面、すなわちｎ型不純物拡散層３上に反射防止膜４を一様な厚みで形成する（ステップＳ４０、図２−３）。反射防止膜４の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。反射防止膜４の形成は、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シラン（ＳｉＨ_４）ガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスの混合ガスを原材料に用いて、例えば３００℃以上、減圧下の条件で反射防止膜４として窒化シリコン膜を成膜形成する。屈折率は例えば２．０〜２．２程度であり、膜厚は例えば６０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。なお、反射防止膜４として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜４の形成方法は、プラズマＣＶＤ法の他に蒸着法、熱ＣＶＤ法などを用いてもよい。なお、このようにして形成される反射防止膜４は絶縁体であることに注意すべきであり、受光面側電極１２をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池として作用しない。

つぎに、半導体基板１１における受光面側と反対側の一面、すなわちｎ型不純物拡散層３が形成された側と反対側の裏面において、基板の外周部から内側に向かって一定距離内にある外縁領域、すなわち外縁部の近傍領域に凹部２ｂを形成する（ステップＳ５０、図２−４）。凹部２ｂを形成する加工法としては、たとえばエッチング法、レーザー加工法、ブラスト法、ダイシング法などが挙げられる。ここでは、レーザー加工法による凹部２ｂの形成方法を説明する。

半導体基板１１をレーザー加工装置のＸＹステージ上に載置し、たとえば画像処理により半導体基板１１の中央を基準位置として、ＸＹステージに対して半導体基板１１の位置決めを行う。つぎに、レーザーによる加工端が、画像認識された半導体基板１１の外周部から５０μｍ（０．０５ｍｍ）内側の位置となるように例えばＹＡＧレーザーにより半導体基板１１の外形の辺と平行な方向にレーザーを照射してシリコンを飛ばし、幅２００μｍ、深さ５０μｍのライン状の凹部２ｂを半導体基板１１の４辺に沿って４本形成する。すなわち、凹部２ｂは、半導体基板１１の裏面の外周部の延在方向に沿った方向に延伸する。４本の凹部２ｂは、それぞれ隣接する凹部２ｂと半導体基板１１の裏面の四つ角近傍で連結される。そして、各凹部２ｂにおける半導体基板１１の外周側の位置は、半導体基板１１の外周の辺から５０μｍ（０．０５ｍｍ）となる。

凹部２ｂは、例えば幅１００μｍ〜５００μｍ、深さ５０μｍ〜１００μｍの寸法で形成されることが好ましい。ここで、凹部２ｂの形状については、半導体基板１１の裏面において、半導体基板１１の外形の辺と平行な方向を凹部２ｂの長手方向とし、凹部２ｂの長手方向と直角な方向を幅方向とする。

凹部２ｂの幅が広いほど、後述する裏面側電極１３の形成時にアルミニウムペーストを広げてアルミニウムペーストの塗布面積を拡張する際に、アルミニウムペーストが外周側に広がることを抑制、防止する効果がある。しかしながら、凹部２ｂの幅が広すぎると基板強度が低くなり割れ易くなる不具合が発生する。したがって、凹部２ｂの幅は、アルミニウムペーストが半導体基板１１の裏面の端部まで広がらないように１００μｍ以上が好ましく、半導体基板１１の破損が生じない５００μｍ以下が好ましい。

また、使用する半導体基板１１の厚さ１８０〜２３０μｍに対し、凹部２ｂの深さが１００μｍより深くなると半導体基板１１における凹部２ｂ近傍の機械強度が低下し、半導体基板１１が装置搬送で割れやすくなる。また、凹部２ｂの深さが５０μｍ未満であると、後述する裏面側電極１３の形成時にアルミニウムペーストを広げてアルミニウムペーストの塗布面積を拡張する際に、アルミニウムペーストが外周側に広がることを抑制、防止する効果が小さくなる。

つぎに、表裏面の電極を形成する。電極の形成は、電極ペーストをスクリーン印刷法により電極のパターンに印刷し、乾燥、焼成することにより行う。スクリーン印刷は、電極パターンに対応した開口部を有する樹脂膜が金属メッシュ上に形成された印刷マスクに、銀粒子またはアルミニウム粒子を含む電極ペーストをスキイジで押し込み、電極ペーストをマスクの開口部から透過させて行う。

まず、スクリーン印刷により裏面側電極１３（焼成前）を形成する。すなわち、銀粒子を含む電極材料ペーストである銀ペースト８ａを、外部との導通を取る外部取り出し電極である裏銀電極８のパターンに半導体基板１１の裏面に印刷、乾燥する（ステップＳ６０、図２−５）。ここでは、ライン状に所定の間隔で銀ペースト８ａを印刷する。

つぎに、裏銀電極８のパターン部分を除いた半導体基板１１の裏面側の面に、アルミニウム粒子を含む電極材料ペーストであるアルミニウムペースト７ａを裏アルミニウム電極７の形状にスクリーン印刷によって塗布する（ステップＳ７０、図２−５）。ここで、アルミニウムペースト７ａは、半導体基板１１の外周部（基板端部）から凹部２ｂの幅方向に０．５ｍｍだけ内側の位置を外周位置とするパターンで印刷を行う。すなわち、アルミニウムペースト７ａは、半導体基板１１の裏面側の面において、凹部２ｂよりも内側に印刷される。

このとき使用するアルミニウムペースト７ａは、後の工程で周囲に広がり易いように、通常使用するペーストより粘度を低くする、またはチクソ性を低くすることが好ましい。例えば、通常は粘度が３５Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓのアルミニウムペーストを用いて裏アルミニウム電極７を形成していたのに対して、本実施の形態ではアルミニウムペースト７ａの粘度を２０Ｐａ・ｓ〜４０Ｐａ・ｓにすることで、アルミニウムペースト７ａが周囲へ広がり易くなる。アルミニウムペースト７ａの粘度が２０Ｐａ・ｓ未満では、粘度が低すぎてアルミニウムペースト７ａの周囲への広がりを制御しにくくなる。アルミニウムペースト７ａの粘度が４０Ｐａ・ｓよりも大であると、アルミニウムペースト７ａが周囲へ広がり難くなる。

つぎに、アルミニウムペースト７ａの塗布後、該アルミニウムペースト７ａを半導体基板１１の外周部（基板端部）近傍まで周囲に広げてアルミニウムペースト７ａの塗布面積を拡張する塗布面積拡張処理を実施する（ステップＳ８０、図２−６）。アルミニウムペースト７ａを外周部（エッジ）近傍まで広げる方法としては、アルミニウムペースト７ａの塗布後の半導体基板１１に対してスピンコート、基板揺動、エアブロー、超音波振動など実施することが挙げられる。ここでは、アルミニウムペースト７ａの広がりを制御しやすい方法として、超音波振動を用いた方法を説明する。

まず、外周部（基板端部）から０．５ｍｍだけ内側の位置まで半導体基板１１の裏面にアルミニウムペースト７ａを塗布した半導体基板１１を載置したテーブルを、超音波発振機２１が配置されている別ポジションに移動する。そして、超音波発振機２１が発する超音波がアルミニウムペースト７ａの塗布部の外周縁部に当たる位置に、半導体基板１１を載置したテーブルを配置する。

つぎに、超音波発振機２１において超音波を発振する。これにより、アルミニウムペースト７ａの塗布部の外周縁部に超音波が当たり、その振動によってアルミニウムペースト７ａが周辺に広がる。アルミニウムペースト７ａは、超音波の振動によって周辺部に広がるが、外側（基板端部側）に広がったアルミニウムペースト７ａは半導体基板１１の裏面の外縁領域に形成された凹部２ｂに入ると、それ以上外側（基板端部側）には広がらない。すなわち、アルミニウムペースト７ａは、超音波の振動により周囲に広がるが、凹部２ｂによりせき止められ、半導体基板１１の裏面において４本の凹部２ｂ内およびその上部を含む、４本の凹部２ｂに囲まれた内側の領域内にのみに塗布面積が拡張される。これにより、アルミニウムペースト７ａが半導体基板１１の裏面から側面や受光面側にはみ出すことなく、裏アルミニウム電極７が半導体基板１１の裏面から側面や受光面側にはみ出して形成されることが抑制、防止される。その結果、アルミニウムペースト７ａは、半導体基板１１の外周の辺から５０μｍ（０．０５ｍｍ）の位置を外形とした略正方形状の領域内に塗布される。

そこで、アルミニウムペースト７ａが超音波の振動によって周辺部に広がって、凹部２ｂに入り込む時間所定の時間だけ超音波を発振し、その時点で超音波発振機２１での超音波発振を停止するようにタイマを設定しておく。これにより、必要最低限の処理時間でアルミニウムペースト７ａを確実に広げることができる。その後、アルミニウムペースト７ａの乾燥を行う。

つぎに、銀を含む電極材料ペースト（銀ペースト）６ａを用いたスクリーン印刷により、複数本の表銀グリッド電極５と数本の表銀バス電極６とからなる受光面側電極１２を形成する（焼成前（ステップＳ９０、図２−７））。受光面側電極１２は、太陽電池セル１の表面で発生した電子を集める機能を持つが、太陽光を遮断し、発電に寄与しない部分でもある。このため、できるだけ受光面側電極１２の幅を細くして面積を小さくすることが望ましい。つぎに、銀ペースト６ａの乾燥を行う。

つぎに、印刷、乾燥させた電極材料ペーストを焼成する（ステップＳ１００、図２−８）。焼成処理は、例えば赤外線加熱炉を用いて７５０℃〜８００℃以上の温度で行う。これにより、半導体基板１１の受光面側では、半導体基板１１の受光面のｎ型不純物拡散層３上に受光面側電極１２が形成される。なお、この焼成工程により、銀ペースト６ａに含まれるガラスが溶融して、受光面に形成した反射防止膜４である絶縁膜を侵食し、半導体基板１１に達する。すなわち、ｎ型不純物拡散層３上に反射防止膜４が形成されている部分では、いわゆるファイヤースルーにより受光面側電極１２がｎ型不純物拡散層３に接続し、導通する。

一方、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）では、銀ペースト８ａが焼成により裏銀電極８となり、アルミニウムペースト７ａが裏アルミニウム電極７となる。また、裏アルミニウム電極７の下部には、焼成により裏アルミニウム電極７のアルミニウム（Ａｌ）と半導体基板１１のシリコン（Ｓｉ）とが反応してアルミニウム合金層が形成され、その下にはアルミニウム拡散によりｐ＋層（ＢＳＦ）（図示せず）が形成される。

以上のような工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１が完成する。

以上のような太陽電池の製造方法により、実施例の太陽電池セル１を作製した。また、従来の方法に従って、実施例と同じ外形寸法１５６ｍｍ角の半導体基板に対して、半導体基板の裏面の各辺において半導体基板の外周部（基板端部）から１．５ｍｍずつ内側の位置まで開口された（１５３ｍｍ角）印刷パターンを有する印刷マスク版を用いたスクリーン印刷により裏面側電極１３を形成して、比較例の太陽電池セルを作製した。比較例の太陽電池の作製工程は、裏面側電極１３の形成方法および裏アルミニウム電極７の面積以外は、実施例の場合と同様である。

実施例および比較例の太陽電池セルの特性を調べたところ、フィルファクター（ＦＦ）が０．００５向上し、光−電子変換効率が向上していることが確認された。これは、実施例の太陽電池セル１では、半導体基板１１の裏面において、外周部（基板端部）から０．５ｍｍ内側の位置までアルミニウムペースト７ａを印刷することにより、アルミニウムペースト７ａの印刷面積が比較例の太陽電池セルに比べて２．３％大きくなったことによるものである。

以上のような実施の形態１においては、半導体基板１１の裏面の外周部から内側に向かって一定距離内にある外縁領域に凹部２ｂを形成し、該凹部２ｂよりも内側にアルミニウムペースト７ａを印刷する。その後、該アルミニウムペースト７ａを半導体基板１１の外周部（基板端部）近傍まで広げてアルミニウムペースト７ａの塗布面積を拡張する塗布面積拡張処理を実施する。このため、アルミニウムペースト７ａが半導体基板１１の裏面から側面や受光面側にはみ出すことなく、裏アルミニウム電極７が半導体基板１１の裏面から側面や受光面側にはみ出して形成されることが抑制、防止される。これにより、裏アルミニウム電極７の半導体基板１１の裏面からのはみ出しに起因した特性劣化を防止しつつ裏アルミニウム電極７の形成領域を拡大して、光−電子変換効率を向上させることができる。

また、裏アルミニウム電極７の半導体基板１１の裏面からのはみ出しに起因した不良の発生率を低減することができ、製造歩留まりの低下を防止することができる。

したがって、実施の形態１によれば、裏面電極の裏面からのはみ出しに起因した特性劣化を防止しつつ裏面電極の形成領域を拡大して、製造歩留まりおよび光−電子変換効率に優れた太陽電池が得られる、という効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、上述した凹部２ｂの形状についての変形例について示す。図４は、凹部２ｂの形状の第１の変形例を示す断面図であり、図２−４に対応する図である。凹部２ｂについて、アルミニウムペースト７ａが裏面からはみ出して周囲に広がるのを防ぐための有効な形状の第１の変形例として、図４に示すように半導体基板１１の裏面の表面近傍よりも穴内部（深さ方向）の開口を広くした形状が挙げられる。凹部２ｂの形状をこのような形状とすることにより、凹部２ｂまで広がったアルミニウムペースト７ａが凹部２ｂよりも外側に広がることを抑制、防止できる。

このような凹部２ｂの形成方法としては、半導体基板１１の外縁領域において凹部２ｂを形成する領域以外に耐酸性のマスキング剤を塗布し、その後フッ硝酸液などで半導体基板１１の裏面の等方性エッチングを実施する。これにより、半導体基板１１の裏面の表面近傍よりも穴内部の開口が広くされた、幅方向に沿った断面形状が半円形とされた凹部２ｂを形成することができる。

図５は、凹部２ｂの形状の第２の変形例を示す断面図であり、図２−４に対応する図である。凹部２ｂについて、アルミニウムペースト７ａが裏面からはみ出して周囲に広がるのを防ぐための有効な形状の第２の変形例として、図５に示すように半導体基板１１の厚み方向に対して外側に向かって斜め方向に開口した形状が挙げられる。すなわち、半導体基板１１の裏面表面から凹部の底部に向かうにしたがって外側に傾斜する斜め方向に開口した形状が挙げられる。凹部２ｂの形状をこのような形状とすることにより、凹部２ｂまで広がったアルミニウムペースト７ａが凹部２ｂよりも外側に広がることを抑制、防止できる。

このような凹部２ｂの形成方法としては、第１の変形例の場合と同様に、半導体基板１１の外縁領域において凹部２ｂを形成する領域以外に耐酸性のマスキング剤を塗布し、その後、半導体基板１１を斜めに傾いた状態で配置してリアクティブイオンエッチングなどのドライエッチングにより、半導体基板１１の厚み方向に対して外側に向かって斜め方向に半導体基板１１の裏面をエッチングして形成する。これにより、半導体基板１１の厚み方向に対して外側に向かって斜め方向に開口された凹部２ｂを形成することができる。

図６−１は、凹部２ｂの形状の第３の変形例を示す断面図であり、図２−４に対応する図である。図６−２は、凹部２ｂの形状の第３の変形例を示す下面図である。凹部２ｂについて、アルミニウムペースト７ａが裏面からはみ出して周囲に広がるのを防ぐための有効な形状の第３の変形例として、図６−１および図６−２に示すように半導体基板１１の外縁領域において略平行な３本の凹部２ｂ−１、凹部２ｂ−２、凹部２ｂ−３が半導体基板１１の内側領域を囲って形成された形状が挙げられる。凹部２ｂの形状をこのような形状とすることにより、凹部２ｂまで広がったアルミニウムペースト７ａが凹部２ｂよりも外側に広がることを抑制、防止できる。

たとえば、幅１００μｍの凹部２ｂを所定の間隔で略平行に３本形成することにより、幅３００μｍ幅の凹部２ｂを１本形成した場合よりもアルミニウムペースト７ａの外側への広がりをより効果的に抑制、防止できる。このような凹部２ｂは、実施の形態１において示した方法で形成できる。なお、凹部２ｂの本数は３本に限定されず、複数本であればよい。

また、上記の変形例は、限り互いに組み合わせて使用することができる。

また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池セルを複数形成し、隣接する太陽電池セル同士を電気的に接続することにより、光−電子変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、隣接する太陽電池セルの一方の受光面側電極１２と他方の裏面側電極１３とを電気的に接続すればよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、裏面電極の裏面からのはみ出しに起因した特性劣化が防止された、光−電子変換効率に優れた太陽電池の実現に有用である。

１ 太陽電池セル
２ 半導体基板
２ａ 微小凹凸
２ｂ 凹部
３ ｎ型不純物拡散層
４ 反射防止膜
５ 表銀グリッド電極
６ 表銀バス電極
６ａ 銀ペースト
７ 裏アルミニウム電極
７ａ アルミニウムペースト
８ 裏銀電極
８ａ 銀ペースト
１１ 半導体基板
１２ 受光面側電極
１３ 裏面側電極
２１ 超音波発振機

Claims (7)

1. 第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素を拡散して前記半導体基板の一面側に不純物拡散層を形成する第１工程と、
   前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を前記半導体基板の一面側に形成する第２工程と、
   前記半導体基板の他面側に電気的に接続する裏面側電極を前記半導体基板の他面側に形成する第３工程と、
   を含み、
   前記第３工程は、
   前記半導体基板の他面側の外周部の近傍の外縁領域に前記外周部の延在方向に沿った方向に延伸する凹部を形成する工程と、
   前記半導体基板の他面側における前記凹部よりも内側に電極材料ペーストを塗布する工程と、
   前記半導体基板の他面側に塗布された電極材料ペーストに超音波を当てることにより前記電極材料ペーストを振動させて前記電極材料ペーストを周囲に広げるとともに前記凹部により前記電極材料ペーストをせき止めて前記凹部およびその内側の範囲に前記電極材料ペーストの塗布面積を拡張する工程と、
   前記電極材料ペーストを焼成する工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記電極材料ペーストの粘度が２０Ｐａ・ｓ〜４０Ｐａ・ｓの範囲であること、
   を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記凹部は、前記半導体基板の他面の表面における開口寸法よりも前記凹部の内部の開口寸法が大きいこと、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記凹部は、前記半導体基板の他面の表面から前記凹部の底部に向かうにしたがって前記半導体基板の外周側に向かって傾斜して形成されること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記凹部は、複数本が並列形成されること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記凹部は、前記半導体基板の他面の内部側を囲って形成されること、
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記電極材料ペーストが、アルミニウム粒子を含むアルミニウムペーストであること、
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。

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