CN106607644B - 超声波焊接方法及超声波焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波焊接方法及超声波焊接装置，其目的在于能够对被焊接部分中不含有Ag、铅或混入量被削减的电极等进行焊接。本发明具有下述步骤：预备加热步骤，将在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，在前述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的前述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整至第二指定温度的状态，使前述烙铁尖端部分抵接于前述膏部分，或在抵接于前述膏部分的同时进行移动，对该膏部分进行焊接；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，且低于未施加超声波时焊料会熔融的温度。

Description

超声波焊接方法及超声波焊接装置
技术领域
本发明涉及对在基板上的涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的超声波焊接方法及超声波焊接装置。
背景技术
以往，利用可再生能源之一的太阳电池，是以20世纪的主角的半导体技术作为基础而进行其开发。其为影响人类生存的全球性水准的重要开发。该开发课题不仅是将太阳光转换成为电能的效率，亦一边面对削减制造成本及无公害的课题一边进展。实现这些的着手进行，削减或不使用在电极所使用的银(Ag)和铅(pb)的使用量特别重要。
通常，太阳电池的构造，如图16(a)的平面图及图16(b)的剖面图所示，由以下的各要素所构成：N型/P型的硅基板43，是将太阳光能源转换成为电能；氮化硅膜45，具有防止硅基板43的表面反射的机能且为绝缘体薄膜；指状电极(finger electrode)42，取出在硅基板43中所产生的电子；汇流排电极(bus bar electrode)41，以指状电极42收集所取出的电子；及引出导线47，将收集至汇流排电极41的电子取出至外部。
其中，在汇流排电极(汇流电极，bus electrode)41及指状电极42使用银(银膏)及铅(铅玻璃)，优选为将不使用银或削减银的使用量，更甚者，将铅(铅玻璃)的使用量削减或不使用，使其形成为低成本且无公害。
特别是，为了烧结形成上述电极(汇流排电极41、指状电极42)，以往使用银膏(或一部分铜膏)，该银膏中，由于含有银成分(粉末)、玻璃成分(铅玻璃)、有机材料成分、有机溶剂成分、树脂成分，故期望将其中前两者的银成分(粉末)以及玻璃成分(铅玻璃)不使用，而改由替代物替换(例如替换为NTA玻璃(于后述说明))，再于此经网版印刷并烧结而形成的电极(没有Ag、Cu、Pb)焊接引出导线等。
发明内容
[发明所欲解决的课题]
为了烧结而形成构成上述例如太阳电池的电极(汇流排电极41及指状电极42等)，不使用以往的银膏中的银成分(粉末)以及玻璃成分(铅玻璃)，改由替代物(例如NTA玻璃)置换，其中，由不使用或削减银、铅的NTA膏(日本特愿第2015-191857号)经烧结而形成的电极部分中，由于没有Ag等(或仅有些微Ag)，发生不能进行以往的焊接法的情形。
期望有解决此情形，而在没有或仅有些微Ag等的部分(电极等)进行焊接。
[解决课题的手段]
本发明人们，发现可在由膏中使用100％后述的NTA玻璃(钒酸盐玻璃)，并且在由不含有或仅混入些微的Ag及玻璃(铅玻璃)的膏(以下称为膏)经烧结而作成的汇流电极等上进行焊接的方法。也发现通过该方法进行焊接的太阳电池相较于使用以往的银膏的情形，可作成具有较优异特性的太阳电池(于后述说明)。于该NTA膏经烧结的部分(电极等)焊接的手法不限定于上述的太阳电池的汇流电极等，是在网版印刷等中作成电极等时也可使用的焊接手法。
本发明根据这些发现，可以在由不使用或仅混入些微银、且铅(铅玻璃)的使用量削减或不使用的膏(例如NTA膏)经烧结而作成的例如太阳电池的汇流电极(汇流排电极)上进行后述的超声波焊接，以于表面上焊接焊料(也就是镀覆焊料)、以及引出导线等，使得如以往的安装成为可能，此结果，能够对于被焊接部分中不含有Ag及铅或混入量经削减的电极进行焊接。
因此，本发明为一种焊接方法，是对在基板上的任意部分涂布膏且经烧结后的部分进行焊接的焊接方法，且具有下述步骤：预备加热步骤，是对在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，是在前述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的前述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整至第二指定温度的状态，使前述烙铁尖端部分抵接于前述膏部分，或者在抵接于前述膏部分的同时进行移动，而对前述膏部分进行焊接；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加超声波时焊料会熔融焊料的温度。
此时，将第一指定温度设为室温以上至第二指定温度范围内的温度。
又，将前述第二指定温度设为较未施加超声波时焊料会熔融的温度低10至40℃范围内的温度。
又，作为不含有Ag、Cu、Pb的膏，设为不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃为100wt％，或，不含有Cu、Pb且含有Ag为0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃的NTA膏。
又，焊料至少含有Sn、Zn、Cl。
又，在超声波焊接步骤中进行焊接之际，为了使膏中的有机溶剂不残留，事先对该膏部分进行干燥或加热干燥。
又，以涂布于基板上的膏部分尽可能地成为平滑的方式进行烧结。
又，超声波设为20KHz至150KHz的频率。
[发明效果]
本发明如上述，通过使用不含有Ag、Cu、Pb的例如导电性的NTA玻璃100％的NTA膏，甚至NTA玻璃设至50％左右(也可更减少含量)的NTA膏以取代以往的银(或Cu)膏来烧制电极，并于该电极进行超声波焊接，发现即使不使用在以往的银膏中的银或削减其使用量，且削减铅(铅玻璃)的利用量或不使用，也可对膏烧结部分进行焊接而安装引出导线等。借此，具有下述特征。
第1是为了形成例如太阳电池的汇流排电极(汇流电极)，使用属于导电性钒酸盐玻璃的NTA玻璃(参照日本注册商标第5009023号，日本专利第5333976号)100％，进一步为至50％左右，以取代银膏，即使不使用Ag或削减其使用量，更甚至削减铅(铅玻璃)的使用量或不使用，也可通过本发明的超声波焊接对膏烧结部分进行焊接。
第2通过将例如汇流排电极(汇流电极)使用NTA玻璃100％至50％左右(也可更减少含量)，由目前初期阶段的实验结果可得到与太阳能转换为电子能量的效率几乎相同或略高的发挥作为汇流排电极效果的电极形成(参照图16)。考察这是由于NTA玻璃形成如下者所达成：(1)具有导电性；(2)通过使用NTA玻璃使指状电极形成与该汇流排电极(汇流电极)的上面为相同高度的部分、或穿出而于上面突出的部分，并以导线的本发明的超声波焊接来接合这些部分，结果，高电子浓度领域与导线直接以指状电极连接；以及，其他因素(参照例如下述“第3”)。
第3与以往的不同，其在于使用的膏含有与指状电极的形成与汇流排电极的形成为不同的玻璃料。以往，在指状电极的形成中，必须产生称为烧穿(fire through)的现象。此是通过使用作为银的烧结助剂的玻璃料中的成分分子，例如铅玻璃中的铅分子的作用，以使其突破经形成在硅基板的表层的氮化硅膜而形成指状电极的方式，有效率地收集生成在硅基板的电子。然而，在汇流排电极的形成时，并不需要烧穿现象。以往，由于汇流排电极也使用含有铅成分的铅玻璃作为烧结助剂而进行烧结，因此结构不同的汇流排电极与硅基板会形成电性导通路而发生转换效率削减的情形。通过于汇流排电极形成所使用的烧结助剂使用不会发生烧穿现象的NTA玻璃，可消除转换效率的削减。而且，在以NTA膏烧结而成的汇流排电极的部分，可以本发明的超声波焊接焊接引出导线而取出电荷。
附图说明
图1为本发明的一实施例构成图。
图2为本发明的一实施例构成图(其2)。
图3为本发明的动作说明流程图(太阳电池的电极部的焊接)。
图4为本发明的动作说明流程图(接续)(太阳电池的电极部的焊接)。
图5为本发明的超声波焊接例(NTA100％)，(a)为超声波焊接前(NTA100％)，(b)为超声波焊接后(NTA100％)。
图6为本发明的超声波焊接例(NTA50％)，(a)为超声波焊接前(NTA50％)，(b)为超声波焊接后(NTA50％)。
图7为本发明的一实施例构造图(步骤的完成图：剖面图)。
图8为本发明的动作说明流程图。
图9为本发明的详细步骤说明图(其1)。
图10为本发明的详细步骤说明图(其2)。
图11为本发明的详细说明图(汇流排电极的烧制)，(a)为汇流排电极(银100％)，(b)为汇流排电极(银50％/NTA50％)，(c)为汇流排电极(NTA100％)，(d)为通过超声波焊料形成也接合该部分，机械接合程度大；图11中导线17为焊料形成，导线171为超声波焊接形成。
图12为本发明的说明图(含有银50％、NTA50％的汇流排电极)(其1)，(a)为全体图，(b)为放大图。
图13为本发明的说明图(含有NTA100％的汇流排电极，指状电极与汇流排电极同时烧制)(其2)，(c)为TKS100％电池，在本制成例中，清楚明白指状电极穿出汇流排电极。
图14为本发明的说明图(超声波焊接)，(a)、(b)及(c)参照本说明书的第13页第22行至第33行，(d)为NTA玻璃(100％)。
图15为本发明的测定例(效率)。
图16为现有技术的说明图，(a)为平面图，(b)为剖面图。
主要组件符号说明
1、11、43 硅基板
2、16、46 背面电极
3 氮化膜
4、42 指状电极
5 汇流排电极
6 焊料
7 条带
12 高电子浓度区域(扩散掺杂)
13 绝缘膜(氮化硅膜)
14 电子取出口(指状电极)
15、41 汇流排电极
17 导线
21 预备加热台
22 超声波烙铁
23 超声波发送机及加热器
24 烙铁尖端部分
44 N/P扩散层
45 氮化硅膜
47 引出导线电极
71 铜
72 预焊料。
具体实施方式
[实施例1]
图1表示本发明的一实施例构成图。图1是太阳电池的电极的超声波焊接之例，下述将以在汇流排电极5上超声波焊接作为引出导线的条带7的例进行详细地说明。此处，超声波焊接包含对电极镀覆焊料(引出导线等)，及对电极焊接导线等，下述亦相同。
图1(a)示意性表示经超声波焊接后的主要部分的正视图，图1(b)示意性表示点线圆形状部分经放大的侧面图。
在图1(a)及(b)中，太阳电池具有由：设置在硅基板1背面的背面电极2，接着设置在硅基板1正面的氮化膜3、汇流排电极5、以贯穿氮化膜3的形式取出产生在硅基板1的PN层的电子的指状电极4、在指状电极4的上面以焊料6经本发明的超声波焊接的条带7(引出导线)所构成的结构。此处，示意性表示在作为电极的汇流排电极5的上面以焊料6将条状7超声波焊接时的样子。
关于汇流排电极5，由于由本发明人们所发现的不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃设为100wt％的NTA膏(日本特愿第2015-202461号)经烧结而形成的该汇流排电极5中，完全不含有Ag、Cu、Pb，又或者，由不含有Cu、Pb且Ag含有0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃所构成的NTA膏烧结而形成的该汇流排电极中，Ag为50％以下，因此属于使用以往普通的焊接法时无法焊接或极为困难进行的电极。特别是在完全不含有Ag、Cu、Pb的汇流排电极5的情形，完全无法进行以往的焊接，而在Ag含有50％以下的情形，只有含Ag的部分可焊接，其他部分则无法焊接且机械强度极弱，有剥离的情形。在本发明的超声波焊接中，发现可对NTA膏经烧结的部分，即，对不含有Ag、Cu、Pb等的部分、或者含有及不含有的部分全部进行超声波焊接(超声波镀覆焊料)，如同实验的结果(参照图5、图6的照片)。
在图2中，焊料6是在汇流排电极5的上面进行超声波焊接的焊料，且为至少含有Sn、Zn、Cl的焊料，以本发明的超声波烙铁尖端部分24熔融进行焊接者。
条带7是从汇流排电极5将电荷取出至外部的引出导线，此处，在铜的条带的上面及下面事先附加预焊料72，使铜71的条带7通过焊料6而容易超声波焊接在汇流排电极5。
预备加热台21载置太阳电池整体且预备加热至第一指定温度(室温以上、超声波焊接时焊料会熔融的温度以下的范围内的温度)。通过以预备加热台21进行预备加热，在汇流排电极5的焊接部分，自未附图的超声波焊接装置的超声波烙铁尖端部分24所供给的热量只需少量即可，可以小容量的超声波焊接装置进行超声波焊接，并且超声波烙铁尖端部分24的温度控制成为容易且可顺利进行超声波焊接顺利。
接着，根据图1的构成，使用图2详细地说明进行超声波焊接时的构成。
图2表示本发明的一实施例构成图(其2)。
图2(a)示意性表示对应于图1(b)的太阳电池的主要部份的侧面图，图2(b)与(c)示意性表示以超声波烙铁22将汇流排电极5超声波焊接时的正视图。图2(b)表示将焊料6焊接于汇流排电极5的情形者，即，在汇流排电极5上镀覆焊料情形的构成，图2(c)表示将焊料6与经预焊料的条带7焊接于汇流排电极5的情形者，即，在汇流排电极5上焊接条带7情形的构成。
由于图2(a)与图1(b)相同而省略说明。
在图2(b)及(c)中，超声波烙铁22表示本发明的超声波焊接装置的1例，其如图所示，由烙铁尖端部分24、将烙铁尖端部分24加热及供给超声波的超声波发送机以及加热器23所构成者(参照表2)。通常使用20KHz至150KHz范围内的频率，而在实验中则使用60KHz者。加热容量取决于预备加热台21的温度，但在实验中使用10W左右者(附有自动温度调整)(使用对应依据超声波焊接部分(汇流排电极5部分)的尺寸所得的热容量的容量者)。
烙铁尖端部分24用于使焊料6熔融并且加热汇流排电极5的超声波焊接部分的温度而进行超声波焊接。烙铁尖端部分24在实验中如图所示，使用圆柱的尖端头部切成45度左右的斜面者，但不限于此形状，为了提高量产制作等，也可使用椭圆形状或任意形状、进一步使用旋转的旋转体或滑动的滑动台等，只要可将超声波及热传导至要进行超声波焊接的部分则任何形状皆可。
如图2(b)的构成，可通过将供给至超声波烙铁22的烙铁尖端部分24的焊料6超声波焊接在汇流排电极5上，而在汇流排电极5上进行镀覆焊料。
如图2(c)的构成，可通过将供给至超声波烙铁22的烙铁尖端部分24的焊料6与经预焊料的条带7超声波焊接在汇流排电极5上，而在汇流排电极5上焊接条带7(引出导线)。又，也可事先如图2(b)所示进行预焊料，并在其上超声波焊接条带7。
表1表示本发明的说明图。表1表示焊料材料等。表1表示将图1、图2所述的太阳电池的汇流排电极5本身的材料、条带7等予以焊接的焊料6的材料等的1例。
[表1]
Figure GDA0002282772230000061
如上所述，本发明中由于汇流排电极5由NTA玻璃的膏(NTA膏)经烧制所形成，在以往的焊料的情况下并无法或极为难以进行焊接，然而，以本发明的超声波焊接，在预备加热状态下使用焊料6进行焊接，借此以超声波焊接极良好地在汇流排电极5上焊接镀覆焊料及条带7(引出导线)，业经实验可确认到。
接着，按照图3及图4的流程图的顺序，根据图1、图2及表1的构成，详细地说明太阳电池的电极部(例如汇流排电极5)的超声波焊接的步骤。
图3表示本发明的动作说明流程图。
在图3中，S11为形成NTA汇流排电极。此为图1、图2及表1的汇流排电极5，将NTA玻璃100wt％(至50wt％)的NTA膏进行网版印刷且烧结，形成由NTA所构成的汇流排电极5。而且，汇流排电极5如右侧所记载。
1.以使膏中的不残留有机溶剂的方式进行处理(溶剂挥散)。
2.以使NTA玻璃电极表面成为平滑的方式进行烧结。
又，所谓1.的以使膏中的不残留有机溶剂的方式进行处理(溶剂挥散)，指为了使NTA膏中的不残留有机溶剂，而进行干燥处理、或加热干燥处理，使膏中的溶剂充分地蒸发(挥散)消除。残留溶剂时，会发生超声波焊接无法顺利进行的现象。
所谓其2.的以使NTA玻璃电极成为平滑的方式进行烧结，指要注意在对成为图1、图2的汇流排电极5的部分网版印刷NTA膏并烧结的时，以尽可能成为平滑的方式进行网版印刷，并且在烧制时及烧结后以尽可能成为平滑的方式进行烧结。反过来说，要注意避免形成细小的凹凸，以尽可能成为平滑的方式烧结。若为不平滑时，会发生超声波焊接无法顺利进行的现象。
S12是将基板载置于加热台上，加温至当供给超声波时焊料会熔化的温度以下的温度。此预备加热温度，在超声波烙铁尖端部分24抵接于焊料6且供给超声波并同时加热时，由于焊料6在略低于未供给超声波时的温度便会熔融，因此将烙铁尖端部分24的温度设定(调整)至较该焊料6在供给超声波时会熔融的温度(称为第二指定温度)更低的温度(第一指定温度(为室温以上，供给超声波时焊料的熔融温度以下))。此外，第二指定温度位于边供给超声波边加热焊料6时焊料6会熔融的温度范围内，较未供给超声波的情形的焊料6的熔融温度低的温度，通常低10至40℃范围内的温度(由于取决于焊料的种类而通过实验求得)。
S13是将烙铁尖端部分24，温度提高至对焊料供给超声波时会熔融的温度的范围内。
S14是对烙铁尖端部分24供给超声波20至150KHz。这些S13、S14是在对烙铁尖端部分24供给超声波20至150KHz的同时，提高其温度，设定(调整)至焊料6会熔融的温度(第二指定温度)。
通过上述的S11至S14，完成在NTA膏经烧结而形成的汇流排电极5上进行超声波焊接的准备，即，完成将烙铁尖端部分24抵接于焊料6并使焊料6熔融而于汇流排5进行超声波焊接的准备。
在图4中，图4的S15接续S14，在汇流排电极的上面焊接焊料(镀覆焊料)。此为将通过S11至S14完成超声波焊接准备的烙铁尖端部分24，如上述的图2(b)所示，在与汇流排电极5的上面供给焊料6的同时，抵接该烙铁尖端部分24，使焊料6熔融而在汇流排电极5上进行超声波焊接。通过此超声波焊接，如图5(b)及图6(b)所示，使焊料6焊接在汇流排电极5上。
通过上述，可在汇流排电极5的上面将焊料6超声波焊接(镀覆焊料)。
S16是以附加条带1的方式与S13及S14同样地进行。此与图3的S13及S14同样进行，为了将经预焊料72的条带7超声波焊接于汇流排电极5，将烙铁尖端部分24设定(调整)为第二指定温度并且供给超声波，形成为可超声波焊接条带7的状态。若熔融的焊料为与镀覆焊料汇流排电极5时为相同的焊料，则第二指定温度及超声波与S13、S14时相同，若为不同者则供给(施加)适合(依照焊料6、预焊料72等的种类经由实验所求取)于其的第二指定温度及超声波。
S17是以附加条带2的方式，将超声波烙铁尖端部分抵接于条带并进行焊接。此为将超声波烙铁尖端部分24抵接于条带7，使被预焊料72于该条带7的焊料、或被镀覆焊料于汇流排电极5的焊料、或从外部供给的焊料熔融而超声波焊接于汇流排电极5。
S18是完成。意指完成在汇流排电极5上面的铜的条带7的超声波焊接。
通过上述，可在构成太阳电池的NTA膏经网版印刷并烧制后的汇流排电极5上，利用超声波焊接进行镀覆焊料，并进一步焊接条带7。
表2表示本发明的超声波焊接装置的特性例。此表示在图1至图4所述的试作实验中使用的超声波焊接装置的特性的1例。
在表2中，作为超声波焊接装置的特性，是在试作实验中使用附图的下述者。在量产时由于考量到量产性，所以只要能在所述的图1至图4中所述的由NTA膏经烧制而作成的汇流排电极5等的上面良好地进行超声波焊接，则可采用任何特性者。
[表2]
Figure GDA0002282772230000081
Figure GDA0002282772230000091
此外，烙铁尖端部分24的温度由未附图的温度计进行计测(例如将热电偶埋入烙铁尖端部分24进行实测。而且，根据此实测值自动调整至第二指定温度)。
图5表示本发明的超声波焊接例(NTA100％)。附图的照片表示有关在图3及图4所说明的NTA膏(NTA100％)经网版印刷并烧结而形成的汇流排电极5(NTA100％)，在超声波焊接前及后的照片。
图5(a)表示超声波焊接前(NTA100％)的照片例。在图5(a)的照片上，横向的棒状者为指状电极4(Ag100％，参照图1、图2)，如包覆在指状电极4上的纵向的带状者为经本次的试作实验的NTA膏(100％)经烧制而形成的汇流排电极(NTA100％)5。对于此汇流排电极(NTA100％)5的部分，在本发明中抵接烙铁尖端部分24而进行焊接，或附加条带，进行试作实验。
图5(b)表示在图5(a)的汇流排电极(NTA100％)5上，按照所述的图3、图4的步骤仅超声波焊接焊料6的照片例。实际上，将作为使电荷取出至外部的引出导线使用的条带7予以超声波焊接，但由于焊接有条带7时并无法看见其以下的状态，故此处表示实验性地仅将焊料6予以超声波焊接后者。如图所示，汇流排电极(NTA100％)5的部分，可明确见到浅白色的焊料被焊接在汇流排电极(NTA100％)5上的样子。
如上述，通过在汇流排电极(NTA100％)上按照本发明图3、图4的步骤进行超声波焊接，可确认到在以往无法进行焊接的NTA100％的汇流排电极5上能够焊接焊料6的情形(本发明人们发现此事实)。
接着，与图5的NTA100％同样地，关于NTA50％的汇流排电极5的照片例表示在图6。
图6表示本发明的超声波焊接例(NTA50％)。附图的照片表示有关在图3及图4所说明的NTA膏(NTA50％)经网版印刷并烧结而形成的汇流排电极(NTA50％)5，在超声波焊接前及后的照片。
图6(a)表示超声波焊接前(NTA50％)的照片例。在图6(a)照片上端部分的横向棒状者为指状电极4(Ag100％，参照图1、图2)，如包覆在指状电极4上的纵向带状者为经本次的试作实验的NTA膏(50％)经烧制而形成的汇流排电极(NTA50％)5。对于此汇流排电极(NTA50％)5的部分，在本发明中抵接烙铁尖端部分24而进行焊接，或附加条带，进行试作实验。
图6(b)表示在图6(a)的汇流排电极(NTA50％)5上，按照已述的图3、图4的步骤仅超声波焊接焊料6的照片例。实际上，将作为使电荷取出至外部的引出导线使用的条带7进行超声波焊接，由于焊接有条带7时并无法看见其以下的状态，故此处表示实验性地仅将焊料6超声波焊接者。如图所示，汇流排电极(NTA50％)5的部分，可明确见到浅白色的焊料被焊接在汇流排电极(NTA50％)5上的样子。
如上所述，通过在汇流排电极(NTA50％)上按照本发明图3、图4的步骤进行超声波焊接，可确认到在以往无法或极为难以进行焊接、或容易剥离的NTA50％的汇流排电极5上能够焊接焊料6的情形(由本发明人们发现)。
下述，将上述的经本发明的超声波焊接的太阳电池的汇流排电极5等作成时的实施例(实验例)进行详细地说明(以下的实施例与日本特愿第2015-180720号(申请日：平成27年9月14日)的发明者、申请人为相同的申请案的实施例)。
图7表示本发明的一实施例构造图(步骤的完成图:剖面图)。
于图7中，硅基板11为公知的半导体硅基板。
高电子浓度区域(扩散掺杂层)12通过扩散掺杂等于硅基板11上形成有所期望的p型/n型层的公知的区域(层)，在图中从上方向入射太阳光时，会在硅基板11产生电子(发电)且积蓄该电子的区域。在此，所积蓄的电子通过电子取出口(指状电极(银))14朝上方向被取出(参照发明的效果)。
绝缘膜(氮化硅膜)13是使太阳光通过(穿透)且使汇流排电极15与高电子浓度区域14电性絶缘的公知的膜。
电子取出口(指状电极(银))14是经由形成在绝缘膜13的孔穴而将积蓄在高电子浓度区域12中的电子取出的口(指状电极)。指状电极14在本发明中如图所示，当以NTA玻璃100％(至71％左右)烧制汇流排电极15时，指状电极14是形成(烧制)与汇流排电极15的上面为相同高度的部分、或穿出而于上面突出的部分，而可经由该指状电极14使高电子浓度区域12中的电子直接流入至导线17(直接取出电子)。即，可用高电子浓度区域12、指状电极14、汇流排电极15、导线17的路径1(传统的路径1)，与高电子浓度区域12、指状电极14、导线17的路径2(本发明所追加的路径2)这2条路径将高电子浓度区域12中的电子(电流)经由导线17取出至外部，就结果而言，可使高电子浓度区域12与导线17之间的电阻值为非常小，减低损失，就结果而言可提升太阳电池的效率。
汇流排电极(电极1(NTA玻璃100％))15是电性连接多个电子取出口(指状电极)14的电极，为不使用到Ag或削减Ag的使用量的对象的电极(参照发明的效果)。
背面电极(电极2(铝))16是形成在硅基板11下面的公知的电极。
导线(焊接形成)17，是电性连接多个汇流排电极15的将电子(电流I)取出至外部的导线；或更进一步将该导线超声波焊接接合在本发明中的指状电极14与汇流排电极15的上面为相同高度的部分或穿出汇流排电极15的上面的部分，而将电子(电流)取出至外部的导线。
基于以上图1的构造，从上往下方向照射太阳光时，太阳光通过无导线17和无电子取出口14的部分及绝缘膜13，入射至硅基板11而产生电子。然后，积蓄于高电子浓度区域12的电子，经由电子取出口(指状电极)14、汇流排电极15、导线17的路径1，以及电子取出口(指状电极)14、导线17的路径2这两个路径被取出至外部。此时，如后述的图11至图15，在焊膏中混入100％至71％(也可更少，参照图15)的NTA玻璃(导电性玻璃)作为玻璃料(frit)且进行烧制而形成汇流排电极15，能够不使用Ag或减低Ag的使用量。以下将依序详细地说明。
图8表示本发明的动作说明流程图，图9及图10表示各步骤的详细构造。
在图8中，S1是准备硅基板。
S2是进行清洗。这些S1、S2如图9(a)所示，将在S1所准备的硅基板11的面(形成高电子浓度区域12的面)良好地清洗。
S3是进行扩散掺杂。如图9(b)所示，在图9(a)所清洗过的硅基板11上进行公知的扩散掺杂，形成高电子浓度区域12。
S4是形成抗反射膜(氮化硅膜)。如图9(c)所示，在形成图9(b)的高电子浓度区域12后，通过公知的手法形成例如氮化硅膜作为抗反射膜(使太阳光通过，而且尽可能减少表面反射的膜)。
S5是网版印刷指状电极。如图9(d)所示，在形成图9(c)的氮化硅膜13后，网版印刷形成的指状电极14的图案。印刷材料是例如使用在银混入铅玻璃作为玻璃料者。
S6是对指状电极进行烧制且使其烧穿。对图9(d)的进行网版印刷后的指状电极14的图案(混入银与铅玻璃的玻璃料而成者)进行烧制，如图9(e)所示，使氮化硅膜13烧穿而形成于其中形成有银(导电性)的指状电极14。
S7是网版印刷汇流排电极(电极1)。如图10(f)所示，在形成图9(e)的指状电极14后，网版印刷形成汇流排电极15的图案。印刷材料例如使用NTA气体(100％)者作为玻璃料。
S8是烧制汇流排电极(电极1)，使指状电极穿出NTA玻璃(汇流排电极)或形成相同高度。对在图10(f)的进行网版印刷后的汇流排电极15的图案(NTA玻璃(100％)的玻璃料)进行烧制(烧制时间即便较长亦为1分钟以内，烧制1至3秒以上)，如图10(g)所示，汇流排电极15形成于最上层，且为本发明的特征，指状电极14是形成与形成于其最上层的汇流排电极15的上面为相同高度的部分、或穿出汇流排电极15的上面的部分。
此外，进行S5及S7的印刷，也可将两者同时烧制。
S9是形成背面电极(电极2)。如图10(h)所示，于硅基板11的下侧(背面)形成例如铝电极。
S10是超声波焊接形成导线，其中，指状电极及NTA玻璃(汇流排电极)为一同超声波焊接形成。如图10(i)所示，以焊接形成电性连接图10(g)的汇流排电极的导线，例如以超声波焊接而形成并电性连接，则可以高电子浓度区域12、指状电极14、汇流排电极16、导线17的路径1(传统的路径1)，与高电子浓度区域12、指状电极14、导线17的路径2(本发明所追加的路径2)这两种路径，将高电子浓度领域12中的电子(电流)经由导线17取出至外部，可以使高电子浓度区域12与导线17之间的电阻值为非常小而减少损失，进而提升太阳电池的效率。即，本发明所追加的路径2是指状电极14的一端位于高电子浓度区域12之中，且具有另一端与NTA玻璃100％的汇流排电极15的上面为相同高度的部分或穿出汇流排电极15的上面的部分，并于该部分直接接合(以超声波焊接直接接合)导线，因此形成高电子浓度区域12、指状电极14、导线17的路径2。又，路径1为传统的路径。
通过以上的步骤，能够于硅基板制作太阳电池。
图11表示本发明的详细说明图(汇流排电极的烧制)。
图11(a)示意性表示以银100％、NTA0％(重量比)烧制汇流排电极的例，图11(b)示意性表示以银50％、NTA50％(重量比)烧制汇流排电极的例，图11(c)示意性表示以NTA100％(重量比)烧制汇流排电极的例。烧制时间即便较长亦为1分钟以内，且设为1至3秒以上。
如图11(a)、图11(b)及图11(c)的附图，以成为大致相同构造的方式所形成的太阳电池的试作实验，可得到如下述表3的实验结果。
[表3]
太阳电池的转换效率
图11(a)的Ag 100％ NTA 0％ 平均约17.0％
图11(b)的Ag 50％ NTA 50％ 平均约17.0％
图11(c)的Ag 0％ NTA 100％ 平均约17.2％
试作实验结果，就印刷汇流排电极的图案的材料而言，在图11(a)及图11(b)制成太阳电池时的转换效率为平均约17.0％，得到大致相同的结果，再者，在图11(c)得到转换效率为平均约17.2％。由初期实验结果得知，图11(a)至(c)均于大致相同的转换效率的范围内，或者图11(c)的NTA 100％为稍高的转换效率。此外，NTA玻璃由钒、钡、铁所构成，特别是铁在内部强力地键结且残留于该内部，具有即便与其他材料混合其结合性亦极小的性质(参照日本专利第5333976号等)，更且推测是由所述的本发明的高电子浓度区域与导线之间的路径(路径1与路径2并列)的改善所致。
图12及图13表示本发明的说明图(汇流排电极)。
图12(a)及图12(b)为NTA 50％、Ag50％者，其中，图12(a)表示全体平面图，图12(b)表示放大图。图13(c)为NTA 100％、Ag 0％者，而图13(c)表示放大图。
于图12(a)及图12(b)中，汇流排电极15如图12(a)的全体平面图所示，为长条状的电极，将此以光学显微镜放大时，可观察到如图12(b)所示的构造。
于图12(b)中，汇流排电极15在使用传统的Ag及铅玻璃的玻璃料进行烧制时，Ag均匀地分散，但在使用本发明的Ag及NTA玻璃的玻璃料进行烧制(即便较长亦为1分钟以内、1至3秒以上的烧制)时，如该图12(b)所示，清楚明白Ag聚集形成在汇流排电极15的中央部分。因此，如在发明的效果一段所说明，于Ag混入NTA玻璃并进行短时间烧制(即便较长亦为1分钟、1至3秒以上的烧制)时，Ag会聚集在中央部分而使导电性提升(相较于传统Ag均匀地分散的情况，导电性会提升)，且因NTA玻璃本身也具有导电性等总合性作用，即便减少Ag的比例而增加NTA玻璃，制造作为太阳电池时的转换效率如前述，为约16.9％，在实验中可得到大致相同的结果。
而且，烧制温度为500℃至900℃，但需视实验而决定在制成作为太阳电池时最适的温度。过低或过高均无法得到如图12(b)的构造，需依实验而决定。
于图13(c)中，汇流排电极15是附图的中央部分的横向宽度较宽的条状的电极，表示本发明的NTA 100％的放大照片的1例。
能清楚明白，此图13(c)的汇流排电极15是具有于纵向的宽度较窄的指状电极14穿出该汇流排电极15而于上侧稍微突出的部分，且该突出的部分的周围较原本的指状电极14的宽度更粗。然后，在图示的汇流排电极15上，以与该汇流排电极15的宽度相同、宽度稍小、或稍大的宽度，以如后述图14所详细说明的方式进行超声波焊接，借此可以前述的路径1(光电子浓度区域12、指状电极14、汇流排电极15、导线17的路径1)及路径2(光电子浓度区域12、指状电极14、导线17的路径2)的两种路径导电连接高浓度电子区域与该导线，减少电子(电流)的损失而有效率地取出至外部，得到与图12(a)、(b)大致相同的转换效率，或稍高的转换效率(约17.2％)。
而且，烧制温度为与图12(a)、(b)大致相同的500℃至900℃，但需依实验而决定制成作为太阳电池时最适的温度。过低或过高均无法得到如图13(c)的构造，需依实验而决定。
图14表示本发明的说明图(超声波焊接)。这是前述图13(c)的NTA 100％的情况者(而且，同样可适用于图12(a)、(b))。
图14(a)表示指状电极14经烧制后的状态。
图14(b)表示传统例，是在图14(a)的汇流排电极15上，焊接以虚线表示的在此图为稍大(也可为相同或较小)的导线17。在此传统例中，是进行一般的焊接，故指状电极14所突出的部分(Ag)与导线17焊接接合，但指状电极14的未突出的部分(NTA100％的部分)与导线17并未充分地焊接接合，机械强度并不充分。另一方面，在后述的图14(c)的超声波焊接时焊接接合，机械强度会大幅提升。
图14(c)表示本发明的例，是在图14(a)的汇流排电极15(图13(c)的汇流排电极15)上超声波焊接以虚线表示的稍大的导线17。此本发明的例中，进行超声波焊接，故指状电极14突出的部分(Ag)与导线17焊接接合，而且，无指状电极14的部分(NTA100％的部分)与导线17亦焊接接合，故机械强度大幅提升，同时提升了前述的路径2(高电子浓度区域12、指状电极14、汇流排电极15、导线17的路径2)的导电性。
图15表示本发明的测定例(效率)。本图15针对前述的汇流排电极15使NTA由100％变化至70％时的良好的测定例，图15的横轴表示样本的编号，纵轴表示效率(％)。样本设为：
[表4]
·NTA 100％ Ag 0％
·NTA 90％ Ag 10％
·NTA 80％ Ag 20％
·NTA 70％ Ag 30％
以这些制成太阳电池，各测定结果(效率)如附图所示。此外，由于是初期实验，故如图所示，测定结果中呈现相当的离散，但均落在16.9％至17.5％的范围内，且即便在以NTA 100％制成汇流排电极15(即，不含Ag而制成)来制造太阳电池时，仍可得到与NTA 70％(或进一步为80％、90％)相比为相同程度或稍高的效率，而能清楚明白也可使用NTA 100％(发明人们发现此事实)。

Claims (9)

1.一种超声波焊接方法，是对在基板上任意部分涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的焊接方法，且具有以下步骤：
预备加热步骤，是将不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃为100wt％，或者不含有Cu、Pb且含有Ag为0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃的导电性的膏预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及
超声波焊接步骤，是在所述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的所述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整为第二指定温度的状态，而使所述烙铁尖端部分抵接于所述基板的膏部分、或一边抵接一边移动，将焊料焊接于该膏部分；该第二指定温度是在施加10W左右的超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加10W左右的超声波时焊料会熔融的温度；
其中，将10W左右的超声波施加在所述基板的膏部分，同时使焊料熔融，将该经熔融的焊料焊接于基板的膏部分。
2.如权利要求1所述的超声波焊接方法，其中，所述第一指定温度设为室温以上至所述第二指定温度的范围内的温度。
3.如权利要求1所述的超声波焊接方法，其中，所述第二指定温度设为较未施加超声波时焊料会熔融的温度低10至40℃范围内的温度。
4.如权利要求2所述的超声波焊接方法，其中，所述第二指定温度设为较未施加超声波时焊料会熔融的温度低10至40℃范围内的温度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的超声波焊接方法，其中，所述焊料至少含有Sn及Zn。
6.如权利要求1至4中任一项所述的超声波焊接方法，其中，在所述超声波焊接步骤中进行焊接时，为了使膏中的有机溶剂不残留，而对该膏部分事先进行干燥。
7.如权利要求1至4中任一项所述的超声波焊接方法，其中，所述超声波设为20KHz至150KHz的频率。
8.如权利要求1至4中任一项所述的超声波焊接方法，其中，所述基板上的涂布膏的部分作为太阳电池的电极部分。
9.一种超声波焊接装置，是对在基板上任意部分涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的焊接装置，且具有以下手段：
预备加热手段，是将在基板的任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃为100wt％，或者不含有Cu、Pb且含有Ag为0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃的导电性的膏预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及
超声波焊接手段，是在所述预备加热步骤中经预备加热为第一指定温度的所述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分，在调整至第二指定温度的状态，使所述烙铁尖端部分抵接于所述基板的膏部分，或者在抵接的同时进行移动，而对该膏部分进行焊接；该第二指定温度是在施加10W左右的超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加10W左右的超声波时焊料会熔融的温度；
将10W左右的超声波施加在所述基板的膏部分，同时使焊料熔融，将该经熔融的焊料焊接于基板的膏部分。
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