JP2002176186A - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｎ層中のシリコンと表銀電極の反応を十分安
定した状態で行うことができ、電気的特性及び寿命を向
上させることができる。 【解決手段】 太陽電池若しくは太陽電池モジュール
を、ｎ層３のシート抵抗を８０Ω／□以下とし、かつ、
表銀電極１０によるｎ層３を侵食する深さを５ｎｍ以上
４０ｎｍ以下の範囲として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及び太陽
電池モジュールに係り、太陽電池システムの発電を司る
シリコン太陽電池の発電効率と寿命を向上させるため、
太陽光の受光面側表電極とシリコン基板の状態に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】環境に優しくエネルギーを有効利用する
ため、近年、シリコン基板を主材料とする太陽電池シス
テムは、住宅用や高層ビル用等への普及が著しくなって
きている。今後、太陽電池システムは、さらに普及が予
測されているが、そのキーとなる技術開発項目として
は、低価格製造プロセスの開発や発電効率の向上、寿命
向上等が挙げられる。

【０００３】太陽電池システムの設置面積が限定される
場合には、発電効率の高い太陽電池システムが有効であ
る。また、消費者サイドにおける購入コストペイバック
の観点からは、太陽電池システム自体における低価格化
を図ることと、その寿命向上を図ることも重要である。
以下に、従来の太陽電池について、具体的に図面を用い
て説明する。

【０００４】図１０は従来の住宅用等に使用されるシリ
コン太陽電池の表面、裏面側の概略図であり、図１０
（Ａ）はそのシリコン太陽電池の表面側の概略図、図１
０（Ｂ）はそのシリコン太陽電池の裏面側の概略図であ
る。図１１は図１０（Ａ）に示すＡ１−Ａ２線における
シリコン太陽電池の断面図、図１２、１３は図１１に示
すシリコン太陽電池の主な製造工程を示す断面構造図で
ある。

【０００５】図１０〜１３において、１０１はｐ型シリ
コン基板であり、１０２はｐ型シリコン基板１０１上部
に形成されたテクスチャーであり、１０３はｐ型シリコ
ン基板１０１とテクスチャー１０２間に形成されたｎ層
である。１０４はテクスチャー１０２上に形成された反
射防止膜であり、１１０はｎ層１０３と接続されるよう
に形成された焼結後の表銀グリッド電極である。

【０００６】１１１は反射防止膜１０４上に形成された
スクリーン印刷後の表銀グリッド電極用ペーストであ
り、１１２はｎ層１０３と接続されるように形成された
表銀バス電極である。１２０はｐ型シリコン基板１０１
裏面側に形成された焼結後の裏アルミ電極であり、１２
１はｐ型シリコン基板１０１裏面に形成されたスクリー
ン印刷後の裏アルミ電極用ペーストである。

【０００７】１２２はｐ型シリコン基板１０１と裏アル
ミ電極１２０間に形成されたｐ＋層であり、１３０はｐ
＋層１２２と接続されるように形成された焼結後の裏銀
バス電極である。４０は表銀グリッド電極１１０表面に
形成されたハンダであり、ｔはｎ層１０３の厚みを示し
ており、ｄは表銀グリッド電極１１０におけるｎ層１０
３への侵食深さを示している。

【０００８】図１０（Ａ）に示す太陽電池の表側では、
ｐ型シリコン基板１０１上に太陽光をできるだけ多く発
電に寄与させるべく、通常、入射される光の反射を抑制
させるために、反射防止膜１０４を設けている。更に、
太陽電池の表側には、シリコン基板１０１中で発電され
た電気を局所的に集電するための表銀グリッド電極１１
０と、表銀グリッド電極１１０で集電された電気を取り
出すための表銀バス電極１１２とが配置されている。

【０００９】ここで、太陽電池の表側電極となる表銀グ
リッド電極１１０と表銀バス電極１１２は、太陽電池の
表側に入射される太陽光を遮ってしまうため、太陽電池
の表側に可能な限り小さく配置することが、太陽電池に
おける発電効率の向上の観点で望ましい。

【００１０】そこで、太陽電池の表側に太陽光を多く入
射させることを考慮すると、例えば、図１０（Ａ）のよ
うな櫛型のグリッド電極１１０とバス電極１１２を、太
陽電池の表面に配置して構成するのが一般的である。ま
た、グリッド電極１１０とバス電極１１２の電極材料と
しては、例えば、銀を主成分として構成する場合がコス
ト及び性能の観点で一般的である。

【００１１】図１０（Ｂ）に示す太陽電池の裏側では、
裏側で発生した電気が抵抗によるロスで低減してしまう
ことを抑制するために、裏アルミ電極１２０を広範囲に
設け、裏アルミ電極１２０で発電された電気を集電させ
るために裏銀バス電極１３０を更に配置して構成してい
る。

【００１２】裏アルミ電極１２０は、ＢＳＦ（Back Su
rface Field）効果による発電能力を改善するために、
一般にアルミ材料を使用する場合が多い。裏銀バス電極
１３０は、裏アルミ電極１２０で発電された電気を引き
出すための電気引き出し導線として機能させる場合、半
田付き銅線を利用するのが一般的であるが、ここでは、
例えば、裏アルミ電極１２０との接着加工性が良好な裏
バス電極として、銀電極を用いて構成している。

【００１３】次に、図１１に示す太陽電池ついて説明す
る。図１１に示す太陽電池において、入射された太陽光
によりシリコン中で電子とホールが発生するが、短波長
光は、シリコン表層で大半が吸収されるが、長波長光
は、シリコン深くまで透過して吸収される特性がある。
また、シリコン中で発生した電子は、シリコン中で拡散
して移動できる距離が長い傾向があり、一方、シリコン
中で発生したホールは、シリコン中で拡散移動できる距
離が短い傾向がある。

【００１４】太陽電池は、シリコン中の不純物や欠陥等
に電子やホールが吸収されると発電性能が落ちる。光電
池の場合は、ｐｎ接合を有する半導体に光を照射して、
発生した電子とホールを分離する構造となっているのに
対し、太陽電池の場合は、太陽光のスペクトルに対応し
て、半導体側で発電効率が最適になるように構造を合わ
せなければならない。

【００１５】そこで、太陽電池は、太陽光のスペクトル
に対応して半導体側で発電効率を最適にすることを考慮
して、ｐ＋層１２２側のホール濃度を高め、ｎ層１０３
側の電子濃度を高めるように適宜構造設計するとよい。
これにより、太陽電池は、そのホール濃度を高めたｐ＋
層１２２と電子濃度を高めたｎ層１０３によるｐｎ接合
により、電子とホールを効率よく分離させることができ
る。

【００１６】一般的に、低価格の太陽電池は、シリコン
基板を使用して単純なｐｎ接合で太陽光を発電させ、数
百μｍ厚程度のｐ型シリコン基板１０１にリン（Ｐ）等
のＶ族元素による拡散等を行うことにより、数百ｎｍ厚
程度のｎ層１０３を形成する。 ここでは、 ｐ型シリコ
ン基板１０１は単結晶、多結晶のいずれであってもよい
が、以下の説明では（１００）面方位の単結晶基板を例
示して説明する。

【００１７】図１１に示す太陽電池では、比抵抗０.１
〜５Ω・ｃｍ程度のｐ型シリコン１０１表面に、ｎ層１
０３と基板１０１側の光を閉じ込める凹凸構造のテクス
チャー１０２を設け、そのテクスチャー１０２上に反射
防止膜１０４を配置する。基板１０１裏側には裏アルミ
電極１２０を配置し、 ＢＳＦ（Back Surface Fiel
d）効果を期待してｐ＋層１２２を設けてｐ＋層１２２
中の電子が消滅しないように、バンド構造の電界でｐ＋
層１２２の電子濃度を高めるように構成する。

【００１８】また、裏アルミ電極１２０には、シリコン
基板１０１を通過する長波長光を反射させて発電に再利
用するＢＳＲ（Back Surface Reflection）効果も期
待している。但し、裏アルミ電極１２０は、シリコン基
板１０１の反りが顕著になる傾向があり、これに伴い基
板１０１の割れを誘発する。このため、裏アルミ電極１
２０は、基板１０１の割れを考慮して、熱処理でＰ＋層
２２を形成した後に除去する場合も多い。

【００１９】ここで、シリコン基板１０１が反る理由に
ついて説明する。シリコン基板１０１裏面に裏アルミ電
極１２０用のアルミニウム（Ａｌ）膜を形成すると、シ
リコン基板１０１中のＳｉとＡｌ膜中のＡｌによるＡｌ
−Ｓｉ合金化反応が生じる。その後、５７７℃程度の再
凝固を行ってＡｌ膜を焼結して裏アルミ電極１２０を形
成する。この熱処理により、熱膨張係数の異なるシリコ
ン基板１０１と裏アルミ電極１２０間で熱膨張差を生じ
て、裏アルミ電極１２０側で凹となるようにシリコン基
板１０１が反る。

【００２０】次に、図１１に示す太陽電池の製造プロセ
スについて、図１２、１３を用いて説明する。この図１
２、１３は、技術的にはハードルが高いと言われるプロ
セスであり、低コスト化を考慮して製造工程数が少ない
太陽電池の製造プロセスを例示したものである。ここで
は、表銀グリッド電極１１０、表銀バス電極１１２は反
射防止膜１０４上に銀ペーストをスクリーン印刷法で付
着乾燥させ、さらに、裏アルミ電極１２０、裏銀バス電
極１３０もスクリーン印刷法で付着乾燥させる。

【００２１】続いて、表裏各電極ペーストを同時に焼成
することにより、各電極１１０、１１２、１２０、１３
０を形成する。この焼成により、表銀電極１１０、１１
２は反射防止膜１０４を貫通してｎ層１０３の中で留ま
る。また、裏アルミ電極１２０とシリコン基板１０１
は、この焼成により溶融かつ再凝固することにより、裏
アルミ電極１２０とシリコン基板１０１間にｐ＋層１２
２を形成する。以下に、この太陽電池の製造方法を具体
的に説明する。

【００２２】まず、図１２（Ａ）に示すｐ型シリコン基
板１０１を用い、鋳造インゴットからスライスした際に
発生するシリコン基板１０１表面のダメージ層を、例え
ば数〜２０wt％苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで１０〜２
０μｍ厚程度除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩ
ＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した溶液でシリ
コン基板１０１表面の異方性エッチングを行ない、シリ
コン（１１１）面が出るようにテクスチャー１０２をシ
リコン基板１０１表面に形成する（図１２（Ｂ））。

【００２３】続いて、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ
３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気で８００〜９００℃
／数十分程度の熱処理を行うことにより、シリコン基板
１０１表面全面に一様にｎ層１０３を形成する。この
時、シリコン基板１０１表面に形成されたｎ層１０３に
おけるシート抵抗の範囲は、３０〜８０Ω／□程度と太
陽電池として良好な電気特性が得られる。

【００２４】このシリコン基板１０１表面からリン
（Ｐ）濃度がリン（Ｐ）濃度１Ｅ１６／ｃｍ３になって
いる所まで、シリコン基板１０１中にリン（Ｐ）が進入
しているシリコン基板１０１の深さ（ｔ）について、ｎ
層１０３をＳＩＭＳ（Secondary-Ion-Mass-Spectroscop
y）分析評価した。その結果、シート抵抗が３０、６
０、８０Ω／□の各々のｎ層１０３では、その深さ
（ｔ）がシリコン基板１０１表面から各々４５０、３５
０、２５０ｎｍであった。

【００２５】次に、受光面として必要な受光面側のｎ層
１０３を保護するために、その受光面部分のｎ層１０３
を覆うように、高分子レジストペーストをスクリーン印
刷法で付着して乾燥させる。この時、受光面部分のｎ層
１０３を覆うようにレジストマスクが選択的に形成され
るとともに、受光面部分以外の部分のｎ層１０３が露出
される。

【００２６】その後、受光面部分のｎ層１０３を覆った
レジストマスクを用い、シリコン基板１０１裏面等の所
望以外(受光面部分以外)のシリコン基板１０１表面に形
成されたｎ層１０３を、例えば、２０wt％水酸化カリウ
ム溶液中へ数分間浸漬を施して選択的に除去した後、マ
スクとして使用したレジストを有機溶剤で除去する（図
１２（Ｃ））。これにより、受光面部分のｎ層１０３が
残り、受光面部分以外のｎ層１０３が除去されてシリコ
ン基板１０１が露出される。

【００２７】さらに、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜
や酸化チタン膜などからなる反射防止膜１０４を、残さ
れた受光面部分のｎ層１０３表面に一様な厚みで形成す
る(図１３（Ａ）)。例えば、反射防止膜１０４をシリコ
ン酸化膜で形成する場合は、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ
４ガス及びＮＨ３ガスを原材料にして３００℃以上、減
圧下でシリコン酸化膜を成膜形成する。

【００２８】ここで形成されるシリコン酸化膜からなる
反射防止膜１０４の屈折率は、２〜２．２程度であり、
最適な反射防止膜１０４の厚さとしては、７０〜９０ｎ
ｍ程度である。そして、このようにして形成されるシリ
コン酸化膜からなる反射防止膜１０４は、絶縁体として
機能するため、この絶縁体の反射防止膜１０４上に表面
電極を単に形成しただけでは、太陽電池として動作させ
ることができない。そこで、以下に述べるような配線接
続等の工程を行う。

【００２９】次に、表銀グリッド電極１１０形成用と表
銀バス電極１１２形成用の銀ペーストをスクリーン印刷
法で反射防止膜１０４上に付着して乾燥させる。これに
より、反射防止膜１０４上に表銀グリッド電極用ペース
ト１１１及び表銀バス電極用ペーストが選択的に形成さ
れる。図１３（Ｂ）では、表銀グリッド電極用ペースト
１１１が反射防止膜１０４上に形成されていることを示
している。なお、表銀バス電極用ペーストは、断面箇所
の都合上、図１３（Ｂ）に図示されていない。

【００３０】さらに、裏アルミ電極１２０、裏銀バス電
極１３０を形成する場合も同様に、スクリーン印刷法で
裏アルミ電極１２０形成用のアルミペーストと裏銀バス
電極１３０形成用の銀ペーストを、シリコン基板１０１
裏面に各々付着して乾燥させる。これにより、シリコン
基板１０１裏面に裏アルミ電極形成用ペースト１２１と
裏銀バス電極形成用ペーストが選択的に形成される。

【００３１】図１３（Ｂ）では、裏アルミ電極用ペース
ト１２１がシリコン基板１０１裏面に形成されているこ
とを示している。なお、裏銀バス電極用ペーストは、断
面箇所の都合上、図１３（Ｂ）に図示されていない。ス
クリーン印刷では、通常、メッシュ数２００〜４００番
手のメッシュを用いる。通常、乾燥前のペースト厚み
は、十〜数十μｍ厚程度であるが、このペースト厚み
は、乾燥や焼成などで数割減少する。

【００３２】そして、最後に、表銀グリッド電極用ペー
スト１１１、表銀バス電極用ペースト、裏アルミ電極用
ペースト１２１及び裏銀バス電極用ペーストを含む表裏
電極用ペーストを、同時に６００℃〜９００℃程度で数
分間程度、焼成する。この焼成により、シリコン基板１
０１の表側では、表銀グリッド電極用ペースト１１１と
表銀バス電極用ペーストを含む表銀ペースト中に含まれ
ているガラス材料によって、反射防止膜１０４が溶融し
ている間に、銀ペースト中の銀材料がシリコン基板１０
１上部のｎ層１０３中のシリコンと接触して再凝固す
る。

【００３３】以上の焼成工程により、上記表裏電極用ペ
ーストが焼成されて、表銀グリッド電極１１０、表銀バ
ス電極１１２、裏アルミ電極１２０及び裏銀バス電極１
３０が形成される。図１３（Ｃ）では、表銀グリッド電
極１１０と裏アルミ電極１２０が形成されていることを
示しており、表銀バス電極１１２と裏銀バス電極１３０
は、断面箇所の都合上、図１３（Ｃ）に図示されていな
い。

【００３４】また、上記焼成工程により、表銀グリッド
電極１１０／表銀バス電極１１２による表銀電極とシリ
コンのｎ層１０３の導通が確保される。このようなプロ
セスは、ファイヤースルー法と呼ばれている。また、こ
の焼成工程により、裏アルミ電極用ペースト１２１もシ
リコン基板１０１中のシリコンと反応して、裏アルミ電
極１２０が形成されるとともに、シリコン基板１０１と
裏アルミ電極１２０間にｐ＋層１２２が形成される。

【００３５】ここで、ファイヤースルー法で重要なの
は、反射防止膜１０４が数十ｎｍ厚程度で形成され、ｎ
層１０３が数百ｎｍ厚程度でしか形成されないことであ
る。焼成中に銀ペースト中のガラスが反射防止膜１０４
のみならず、ｎ層１０３中のシリコンとも反応するのが
一般的であり、ガラス及び銀電極１１０、１１２をｎ層
１０３内で留めるように焼成温度、時間を制御しなけれ
ばならない。

【００３６】また、反射防止膜１０４が表面銀電極１１
０、１１２直下及びその近傍だけ予め除去しておく製造
方法や、反射防止膜１０４を後で形成する製造方法で
も、同様に焼成時の制御性は重要である。焼成温度が低
い、若しくは焼成時間が短い場合は、ｎ層１０３中のシ
リコンと銀電極１１０、１１２の接触が不十分で接触抵
抗が高くなる不具合が発生する。

【００３７】逆に、焼成温度が高い、若しくは焼成時間
が長い場合は、ｎ層１０３をガラス成分や銀電極１１
０、１１２が突き抜けて、太陽電池における電気的特性
の劣化を招き易い。また、表銀電極１１０、１１２直下
が一様にｎ層１０３中のシリコンと導通がとれていない
と、太陽電池における初期の電気的特性が劣化する。

【００３８】更には、樹脂やガラス等で太陽電池を密封
してモジュール化しても、長期間の使用中に封止樹脂を
透過した水分が太陽電池まで到達して、表銀電極１１
０、１１２とシリコン界面を、酸化等の反応で劣化させ
てしまい、太陽電池の寿命を短くすることがあった。

【００３９】そこで、その対策の１つとして、銀電極１
１０、１１２の耐湿性向上を図るために、２００〜２５
０℃程度の鉛・スズ共晶ハンダ溶融槽に上記太陽電池を
浸漬処理して、図１１に示すように、表銀電極１１０、
１１２上にハンダ１４０で被覆処理を行っている。これ
により、表銀電極１１０、１１２における耐湿性の向上
を図ることができる。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
シリコン太陽電池では、表銀電極１１０、１１２と、シ
リコン基板１０１上部に形成されたｎ層１０３中のシリ
コンとの反応が十分に考慮されておらず、表銀電極１１
０、１１２とその一部材料であるガラスがシリコンによ
るｎ層１０３へ必要以上に侵食すると、ｎ層１０３をガ
ラス成分や銀電極１１０、１１２が突き抜けて、太陽電
池における電気的特性の低下を招くことがあるという問
題があった。また、逆に、ｎ層１０３中のシリコンと銀
電極１１０、１１２の接触が不十分で接触抵抗が高くな
り、太陽電池の寿命を短縮することがあるという問題が
あった。

【００４１】また、上記したような従来のシリコン太陽
電池では、表銀電極１１０、１１２直下が不均一にしか
侵食反応されないと、表銀電極１１０、１１２がｎ層１
０３中のシリコンと一様に導通がとれなくなり、太陽電
池の電気的特性の低下を生じることがあるという問題が
あった。

【００４２】そこで、本発明は、ｎ層中のシリコンと表
銀電極の反応を十分安定した状態で行うことができ、電
気的特性及び寿命を向上させることができる太陽電池及
び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【００４３】

【課題を解決するための手段】本発明による太陽電池
は、第１導電型のシリコン基板と、前記第１導電型のシ
リコン基板の受光面に形成された第２導電型の半導体層
と、前記第２導電型の半導体層を侵食して前記第２導電
型の半導体層と接触するように形成された金属電極とを
有する太陽電池において、前記第２導電型の半導体層の
シート抵抗を８０Ω／□以下とし、かつ、前記金属電極
による前記第２導電型の半導体層を侵食する深さを５ｎ
ｍ以上４０ｎｍ以下の範囲とするものである。

【００４４】上記太陽電池において、上記金属電極が上
記第２導電型の半導体層を侵食する面積は、上記金属電
極の面積の３０％以上であるものである。

【００４５】本発明による太陽電池モジュールは、第１
導電型のシリコン基板と、前記第１導電型のシリコン基
板の受光面に形成された第２導電型の半導体層と、前記
第２導電型の半導体層を侵食して前記第２導電型の半導
体層と接触するように形成された金属電極とを有する複
数の太陽電池から構成する太陽電池モジュールにおい
て、前記第２導電型の半導体層のシート抵抗を８０Ω／
□以下とし、かつ、前記金属電極による前記第２導電型
の半導体層を侵食する深さを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の
範囲とするものである。

【００４６】上記太陽電池モジュールにおいて、上記金
属電極が上記第２導電型の半導体層を侵食する面積は、
上記金属電極の面積の３０％以上であるものである。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明における実施の形
態を、図面を参照して説明する。 実施の形態１．図１は本発明に係る実施の形態１におけ
るシリコン太陽電池を示す断面構造図である。図１にお
いて、１はｐ型シリコン基板であり、２はｐ型シリコン
基板１上部に形成されたテクスチャーであり、３はｐ型
シリコン基板１とテクスチャー２間に形成されたｎ層で
ある。

【００４８】４はテクスチャー２上に形成された反射防
止膜であり、１０は反射防止膜４を突き破ってｎ層３と
接続されるように形成された焼結後の表銀グリッド電極
である。表銀バス電極は、前述した従来例と同様、断面
箇所の都合上、図１には図示されていない。２０はｐ型
シリコン基板１裏面側に形成された焼結後の裏アルミ電
極であり、２２はｐ型シリコン基板１と裏アルミ電極２
０間に形成されたｐ＋層である。

【００４９】裏銀バス電極は、前述した従来例と同様、
断面箇所の都合上、図１には図示されていない。４０は
表銀グリッド電極１０表面に形成されたハンダであり、
ｔはｎ層３の厚みを示しており、ｄは表銀グリッド電極
１０におけるｎ層３への最大侵食深さである。なお、表
銀グリッド電極１０、表銀バス電極、裏アルミ電極２０
及び裏銀バス電極は、前述した従来例と同様、銀、アル
ミのペーストを印刷技術により選択的に形成した後、焼
成することにより形成する。

【００５０】表銀グリッド電極１０、表銀バス電極は、
反射防止膜４を突き破ってｎ層３を侵食してｎ層３と接
触するように形成されている。本実施の形態におけるｎ
層３のシート抵抗は、８０Ω／□以下である。ここで、
ｎ層３のシート抵抗を８０Ω／□以下としたのは、シー
ト抵抗を８０Ω／□よりも大きくすると、太陽電池のセ
ル特性（セルファクターの低下など）が劣化して実用上
好ましくないので、８０Ω／□以下としている。

【００５１】本実施の形態における表銀グリッド電極１
０、表銀バス電極によるｎ層３を侵食する深さは、５ｎ
ｍ以上４０ｎｍ以下の範囲としている。ここで、銀電極
によるｎ層３の侵食深さの下限を５ｎｍとしたのは、侵
食深さを５ｎｍより小さくすると、銀電極によるｎ層３
への侵食が不十分となり、銀電極がｎ層３から剥離し易
くなって実用上好ましくないからである。

【００５２】また、銀電極によるｎ層３の侵食深さの上
限を４０ｎｍとしたのは、侵食深さを４０ｎｍより大き
くなると、銀電極によるｎ層３への侵食が極端に進ん
で、銀電極がｎ層３を突き抜けたりして太陽電池のセル
特性が劣化して実用上好ましくないからである。

【００５３】従って、銀電極によるｎ層３への侵食が不
十分となり、銀電極がｎ層３から剥離してしまうことを
抑える点と、銀電極によるｎ層３への侵食が極端に進ん
で、銀電極がｎ層３を突き抜けたりして太陽電池のセル
特性が劣化してしまうことを抑える点を考慮して、電極
によるｎ層３を侵食する深さは、５ｎｍ以上４０ｎｍ以
下の範囲であればよい。この侵食深さについては、実験
結果を基に後述する。

【００５４】表銀グリッド電極１０、表銀バス電極がｎ
層３を侵食する面積は、上記銀電極の面積の３０％以上
にして構成することが好ましい。銀電極によるｎ層３の
侵食面積を、銀電極の面積の３０％以上にすると好まし
いのは、銀電極によるｎ層３の侵食面積を、銀電極の面
積の３０％よりも小さくすると、銀電極におけるｎ層３
との接触面積が小さくなって抵抗成分が大きくなり、太
陽電池のセル特性が劣化し易くなり好ましくないからで
ある。この接触面積の関係についても、実験結果を基に
後述する。

【００５５】表銀グリッド電極１０及び表銀バス電極
は、ｎ層３に対して均一になるように侵食することが好
ましい。このように、銀電極によりｎ層３を均一に侵食
させると、銀電極がｎ層３と一様に導通をとることがで
きるので、太陽電池のセル特性の低下を抑えることがで
きる。

【００５６】一般的に、銀ペースト中のガラス材は、Ｓ
ｉ，Ｐｂ，Ｂ，Ｏ元素を主成分とし、他にＢｉ，Ｚｎ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ等が微量に入っており、組成変更で軟
化温度を自由に調整することができる。通常、ガラス軟
化温度は、４００〜６５０℃であり、その量も数ｗｔ％
である。ガラス軟化温度とガラス量は、表銀電極直下の
材料、図１では反射防止膜４の材料とのマッチングや焼
成条件で決定される。

【００５７】図２は実際に検討を行った４種類の表銀電
極用ペーストに対するセル特性、ガラス侵食深さ及び侵
食面積率の関係を示す図である。以下に、この図２を用
いて、実際に検討を行なった４種類の表銀電極用ペース
トＡ〜Ｄについて説明する。各ペーストＡ〜Ｄにおける
主な成分の変更点は、ガラス材料の量と軟化温度であ
る。

【００５８】比較例の表銀ペーストＣは、ガラス軟化温
度が５５０℃で、ガラス量が７ｗｔ％の従来品であり、
前述した図１１に示す従来の太陽電池における銀ペース
トの構成と相当で、図１１と相当の構造を形成する。こ
の比較例の表銀ペーストＣによれば、ｎ層３のシリコン
最大侵食深さｄが７５ｎｍと、ｎ層３へのペースト中の
ガラス成分、銀の侵食が極端に進んで、銀電極によるｎ
層３の突き抜けが起こり易い。

【００５９】比較例の表銀ペーストＤは、比較例の表銀
ペーストＣと比較して、ガラス量を変更せずに７ｗｔ％
と同じにし、ガラス軟化温度を３５０℃と低下させた場
合である。この比較例の表銀ペーストＤによれば、ｎ層
３のシリコン最大侵食深さｄが１５０ｎｍと、比較例の
表銀ペーストＣのもの（７５ｎｍ）と比較して、更にガ
ラス成分と銀がｎ層３を侵食して、銀電極がｎ層３を貫
通する構造を形成する。

【００６０】これに対し、本発明の表銀ペーストＢは、
比較例の表銀ペーストＣと比較して、組成を反射防止膜
４とマッチングを取るように組成を変更しており、ガラ
ス軟化温度を５００℃として構成している。また、本発
明の表銀ペーストＢは、ファイヤースルーができる下限
界のガラス量を１ｗｔ％以下にまで変更したものであ
る。

【００６１】この本発明の表銀ペーストＢによれば、比
較例の表銀ペーストＣ、Ｄと比較して、銀電極によるｎ
層３への侵食深さｄが４０ｎｍと、小さくなっており、
銀電極によるｎ層３への突き抜けが生じないことが判っ
た。しかも、侵食深さｄが４０ｎｍあるので、侵食が不
十分になることに伴う銀電極の剥離も生じなかった。な
お、この本発明の表銀ペーストＢは、ファイヤースルー
ができる下限界のガラス量を１ｗｔ％以下にまで変更し
たものであるので、焼結時の反応がやや不安定であり、
表銀電極直下が局所的にしかシリコンと導通しない構造
となり易い。

【００６２】本発明の表銀ペーストＡは、ペーストＢの
ガラス量を最適化して３ｗｔ％まで増量したペーストで
あり、ガラス軟化温度を５００℃とペーストＢと同じに
して構成している。この本発明の表銀ペーストＡによれ
ば、比較例の表銀ペーストＣ、Ｄと比較して、銀電極に
よるｎ層３への侵食深さｄが３５ｎｍと、小さくなって
おり、銀電極によるｎ層３への突き抜けが生じないこと
が判った。しかも、侵食深さｄが３５ｎｍあるので、侵
食が不十分になることに伴う銀電極の剥離も生じなかっ
た。

【００６３】図３は太陽電池における光照射時の電気特
性を示す図である。図３において、Ｖは電圧を示してお
り、Ｊは電流密度を示している。電流密度で示すのは、
太陽電池の大きさ（面積）による影響を除いて電気特性
を横並びに、比較するために一般的に利用される。通常
の性能が得られる太陽電池は、電圧を掃引すると、図３
に示すＰ点を通る太線と、Ｑ点を通る細線になる。曲線
とＪ軸との交点を短絡電流：Ｊｓｃと表し、Ｖ軸との交
点を開放電圧：Ｖｏｃで表すとする。

【００６４】Ｐ点、Ｑ点は各曲線のＪとＶを掛けた値、
即ち電力が最大となる点を示している。図３で示してい
る曲線因子：ＦＦは、この最大電力が（Ｊｓｃ×Ｖｏ
ｃ）に対する割合を示している。太陽電池の電気特性と
して優れているのは、図３では細線よりも太線の方であ
る。一般的に、最適な表銀電極のガラス量を増加させ、
ガラス軟化温度を低下させると、太線→細線にシフトす
る。それは開放電圧ＶｏｃやＦＦに顕著に現れる傾向が
ある。

【００６５】表銀電極とそのガラス成分が、ｎ層３のシ
リコンへ侵食するその侵食深さは、図１の構造におい
て、テクスチャー２構造のない平坦な構造サンプルで、
５０％硝酸溶液で１分間、銀電極とガラスをエッチング
し、さらに、反射防止膜４を５０％フッ酸溶液で５分エ
ッチングして、シリコン段差を断面ＳＥＭなどで観察し
て評価した。

【００６６】図４、５に本発明における表銀ペースト
Ａ、Ｂの光学顕微鏡による上方観察写真の模式図を示
す。図４が本発明の表銀ペーストＡであり、図５が本発
明の表銀ペーストＢである。図４、５において、６０は
銀電極パターンのない部分であり、６１は銀電極パター
ンがあり、エッチング除去された部分であり、６２は銀
電極がシリコンに侵食して、エッチングでその深さまで
除去された部分である。

【００６７】図６は各表銀ペーストＡ〜Ｄを用いた場合
の表銀電極除去されたシリコン侵食深さと開放電圧Ｖｏ
ｃとの関係図である。前述したように、ペーストの組成
を色々変更して構成することにより、表銀電極及びガラ
スのｎ層３のシリコンへの最大侵食深さ（ｄ）と開放電
圧Ｖｏｃは、相関関係が強いことがを判った。

【００６８】この図６から、銀電極によるｎ層３の侵食
深さｄが小さくなればなる程、開放電圧Ｖｏｃは大きく
なり、銀電極によるｎ層３の侵食深さｄが大きくなれば
なる程、開放電圧Ｖｏｃは小さくなることが判った。ま
た、侵食深さが比較例の表銀ペーストＣ、Ｄよりも小さ
い本発明の表銀ペーストＡ、Ｂでは、開放電圧が比較例
よりも大きくなっていることが判った。

【００６９】図４、５に示す凸字型表銀電極直下部分の
画像データから、表銀電極直下のｎ層３部分のシリコン
が侵食されている面積を、５０％スレッショルド法によ
る簡便な２値化処理により、シリコン侵食面積割合を求
めた。そのシリコン侵食面積率は、図２にも示したよう
に、本発明の銀ペーストＡで８０％であり、本発明の銀
ペーストＢで３０％であった。

【００７０】この本発明の銀ペーストＡ、Ｂによれば、
侵食面積率を８０％、３０％として構成したので、銀電
極によるｎ層３との接触面積が十分となり、抵抗成分を
低減することができることが判った。また、両者におけ
る本発明の銀ペーストＡ、Ｂの構成上の差異は、図２か
ら判るように、ガラス量である。

【００７１】本発明の銀ペーストＡは、ガラス量が３ｗ
ｔ％と、本発明の銀ペーストＢ（１ｗｔ％より小さい）
よりも大きして構成している。本発明の銀ペーストＡ、
Ｂのシリコン侵食最大深さｄは、図２、６に示すように
４０ｎｍ以下と同等レベルであり、太陽電池の初期電気
特性を得るペーストとしては両者とも良好であった。

【００７２】また、本発明における銀ペーストＡを用い
ても、太陽電池形成条件を変更すると、シリコン侵食最
大深さｄを制御性良く変えることができる。例えば、銀
ペーストＡの焼成条件を、最高温度８５０℃、保持時間
６０ｓｅｃから、最高温度７５０℃、保持時間５ｓｅｃ
へと変更すると、シリコン侵食最大深さｄは３５ｎｍか
ら５ｎｍまで抑制することができる。このシリコン侵食
最大深さｄが５ｎｍであっても、太陽電池の電気特性及
び信頼性は確保できていることを確認した。

【００７３】次に、太陽電池の耐湿性について検討した
結果を述べる。本発明における銀ペーストＡ、Ｂを用
い、図１に示す構造と相当な太陽電池を各々構成した。
銀ペーストＡ、Ｂを用いた表銀グリッド電極１０と表銀
バス電極上には、半田４０の被覆も設けている。図７は
このまま裸の状態で、「ＪＩＳ Ｃ ８９１７」に準拠
して耐湿性試験を実施した結果を示す図である。

【００７４】このＪＩＳ試験では、初期特性からの劣化
を１０００時間試験後で５％以下と定義している。本発
明における銀ペーストＢは、合格と不合格の境であった
が、本発明における銀ペーストＡは、合格であることが
判った。更に、本発明における銀ペーストＡ、Ｂの中間
的なガラス量を変更して耐湿性試験を実施した結果、シ
リコン侵食面積率は、３０％以上でＪＩＳ試験に合格す
ることが判った。

【００７５】実施の形態２.上記実施の形態１では、図
１に示すように、太陽電池単体の場合を説明したが、本
発明における銀ペーストＡ、Ｂなどを用いた太陽電池を
複数個用いて、太陽電池モジュールを構成すれば、その
太陽電池モジュールにおいても、実施の形態１と同様な
効果を得ることができる。実施の形態１では、例えば、
高温多湿雰囲気で耐湿性試験を実施した結果などについ
て説明したが、本実施の形態は、図１に示すような太陽
電池を、複数個を用いて樹脂封止や強化ガラスなどで作
製した太陽電池モジュールの耐湿性試験結果について以
下に説明する。

【００７６】図８は本発明に係る実施の形態２における
太陽電池モジュールを示す図、図９は図８に示すＢ１−
Ｂ２線における太陽電池モジュールの断面図である。図
８、９において、５１は太陽電池であり、５２は太陽電
池５１の裏側に配置される耐湿性バックシート（例え
ば、ＰＶＦなど）であり、５３は太陽電池５１を相互接
続するための太陽電池相互接続タブ配線である。太陽電
池５１は、実施の形態１で説明した本発明における銀ペ
ーストＡ、Ｂなどを用いて、図１と相当な構造で構成す
る。

【００７７】５４は太陽電池５１を相互接続する横タブ
配線であり、５５は太陽電池モジュールのプラス取り出
し電極であり、５６は太陽電池モジュールのマイナス取
り出し電極である。５７は太陽電池５１の表側に配置さ
れる強化カバーガラスであり、５８は太陽電池５１を保
護するように耐湿性バックシート５２と強化カバーガラ
ス５７間に配置される太陽電池密封材（ＥＶＡ：Ethyle
ne-Vinyl-Acetateなど）である。

【００７８】太陽電池５１は、受光面側がマイナス電
極、裏面側がプラス電極となって構成されるので、図８
では、横方向に隣接する太陽電池５１の上下を銅が主成
分のタブ配線５３で相互接続を行なう。同様に、横方向
に連なる太陽電池アレイも横タブ線５４で電気的に接続
し、最終的にプラス取り出し電極５５、マイナス取り出
し電極５６で電気を取り出せるように構成する。

【００７９】また、太陽電池モジュールは、長期信頼性
が要求されるため、図８、９に示すように、太陽電池ア
レイは、最表面に太陽光を透過させながら、雨等の侵入
を防ぎ、落下物等の衝撃を吸収する機能を備えた強化カ
バーガラス５７で覆うように構成する。

【００８０】また、太陽電池アレイの裏面側は、耐水性
等に優れたバックシート５２を設ける。太陽電池５１と
強化カバーガラス５７やバックシート５２の間隙は、密
封材５８で充填されており、耐湿性向上を図っている。
密封材５８は一般的には、ＥＶＡ（Ethylene-Vinyl-Ace
tate）などという光透過性が高い熱硬化型樹脂が用いら
れる。ＥＶＡ剤は、作業性の良いシート状のものが好ま
しい。

【００８１】ここで、本実施の形態における太陽電池モ
ジュールの作製工程について説明する。まず、太陽電池
５１に相互接続タブ線５３を接続して、横方向の太陽電
池アレイを作製する。次に、太陽電池アレイに横タブ配
線５４とプラス、マイナス取り出し電極５５、５６を接
続する。

【００８２】そして、最後に、太陽電池５１を２枚のＥ
ＶＡ等のシートで挿み、更に、太陽電池５１の上下に配
置された強化ガラス５７とバックシート５２で挿み込ん
で、脱泡と同時に加熱を行うと、図９に示すような間隙
のない構造の太陽電池モジュールを得ることができる。

【００８３】この作製された太陽電池モジュールを用
い、信頼性試験を実施した結果、前述した実施の形態１
の図２に示す本発明におけるペーストＡ、Ｂ、及びＡと
Ｂの中間的な組成のいずれのペーストにおいても、実施
の形態１と同様、ＪＩＳ試験を充分にクリアする結果を
得た。

【００８４】この結果及び実施の形態１における各結果
から、表銀電極表面をハンダ被覆したシリコン太陽電池
においては、プロセス条件、表銀電極材料直下での反射
防止膜の有無と反射防止膜材料種類や厚み等と、表銀電
極材料の成分と組成と量が複雑に絡み合い、最適な材
料、プロセスの組合せは多数あるが、表銀電極とそのガ
ラスがシリコンのｎ層３へ侵食する深さとその面積割合
には、次のような最適な範囲が存在することを見出し
た。

【００８５】（イ）銀電極がｎ層３から剥離してしまう
ことを抑えることができ、かつ銀電極がｎ層３を突き抜
けてしまうことを抑えることができるなどの点を考慮す
ると、シリコン表面ｎ層３のシート抵抗は８０Ω／□以
下とし、表銀電極がｎ層３に拡散侵食する最大深さは、
５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲で構成すればよい。

【００８６】（ロ）銀電極におけるｎ層３との接触面積
が小さくなって抵抗成分が大きくなるなることを抑える
ことができ、かつシリコン界面における酸化が生じ易く
なることを抑えることができるなどの点を考慮すると、
銀電極がシリコン表面のｎ層３に侵食する面積率は３０
％以上になるように構成することが好ましい。

【００８７】上記実施の形態１、２では、（１００）面
方位の単結晶基板を例示して説明したが、他の面方位の
単結晶あるいは、様々な面方位のグレインを有する多結
晶シリコンにおいても、同等の効果を奏することを確認
している。また、ｐ型基板の受光面側にｎ層を配置した
が、ｎ型基板にｐ層を配置した構造でも構わない。

【００８８】さらに、上記実施の形態１、２では、受光
面側電極形成において、焼成前にシリコンと電極の間に
反射防止膜４を設けた場合を説明したが、反射防止膜４
がない構造であっても、電極のシリコン侵食最大深さや
侵食面積率の最適な範囲は、前述した範囲と同じである
ことを確認している。

【００８９】

【発明の効果】本発明おける太陽電池によれば、第１導
電型のシリコン基板と、前記第１導電型のシリコン基板
の受光面に形成された第２導電型の半導体層と、前記第
２導電型の半導体層を侵食して前記第２導電型の半導体
層と接触するように形成された金属電極とを有する太陽
電池において、第２導電型の半導体層のシート抵抗を８
０Ω／□以下として構成することにより、太陽電池のセ
ル特性（セルファクターの低下など）の劣化を抑えるこ
とができる。更に、金属電極による第２導電型の半導体
層を侵食する深さを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲とし
て構成することにより、金属電極による半導体層への侵
食が不十分で金属電極が半導体層から剥離してしまうこ
とを抑えることができるとともに、金属電極による半導
体層への侵食が極端に進んで金属電極が半導体層を突き
抜けたりして太陽電池のセル特性が劣化してしまうこと
を抑えることができる。従って、金属電極が半導体層か
ら剥離し難い安定した接続状態で、かつ良好なセル特性
の太陽電池を得ることができる。

【００９０】また、上記太陽電池において、上記金属電
極が上記第２導電型の半導体層を侵食する面積を、上記
金属電極の面積の３０％以上にして構成することによ
り、金属電極における半導体層との接触面積を大きくし
て、抵抗成分を小さくしフィルファクターを低減して太
陽電池のセル特性を向上させることができる。しかも、
半導体の界面における酸化を抑えることができ、太陽電
池の信頼性を向上させることができる。

【００９１】本発明おける太陽電池モジュールによれ
ば、第１導電型のシリコン基板と、前記第１導電型のシ
リコン基板の受光面に形成された第２導電型の半導体層
と、前記第２導電型の半導体層を侵食して前記第２導電
型の半導体層と接触するように形成された金属電極とを
有する太陽電池において、第２導電型の半導体層のシー
ト抵抗を８０Ω／□以下として構成することにより、太
陽電池のセル特性（セルファクターの低下など）の劣化
を抑えることができる。更に、金属電極による第２導電
型の半導体層を侵食する深さを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下
の範囲として構成することにより、金属電極による半導
体層への侵食が不十分で金属電極が半導体層から剥離し
てしまうことを抑えることができるとともに、金属電極
による半導体層への侵食が極端に進んで金属電極が半導
体層を突き抜けたりして太陽電池のセル特性が劣化して
しまうことを抑えることができる。従って、金属電極が
半導体層から剥離し難い安定した接続状態で、かつ良好
なセル特性の太陽電池を得ることができる。

【００９２】また、上記太陽電池モジュールにおいて、
上記金属電極が上記第２導電型の半導体層を侵食する面
積を、上記金属電極の面積の３０％以上にして構成する
ことにより、金属電極における半導体層との接触面積を
大きくして、抵抗成分を小さくしフィルファクターを低
減して太陽電池のセル特性を向上させることができる。
しかも、半導体の界面における酸化を抑えることがで
き、太陽電池の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明に係る実施の形態１におけるシ
リコン太陽電池を示す断面構造図である。

【図２】 実際に検討を行った４種類の表銀電極用ペー
ストに対するセル特性、ガラス侵食深さ及び侵食面積率
の関係を示す図である。

【図３】 太陽電池における光照射時の電気特性を示す
図である。

【図４】 本発明における表銀ペーストＡ（表銀電極除
去後のシリコン表面状態）の光学顕微鏡による上方観察
写真の模式図である。

【図５】 本発明における表銀ペーストＢ（表銀電極除
去後のシリコン表面状態）の光学顕微鏡による上方観察
写真の模式図である。

【図６】 各表銀ペーストＡ〜Ｄを用いた場合の表銀電
極除去されたシリコン侵食深さと開放電圧Ｖｏｃとの関
係図である。

【図７】 表銀電極Ａ、Ｂにおける信頼性試験結果を示
す図である。

【図８】 本発明に係る実施の形態２における太陽電池
モジュールを示す図である。

【図９】 図８に示すＢ１−Ｂ２線における太陽電池モ
ジュールの断面構造を示す図である。

【図１０】 従来の住宅用等に使用されるシリコン太陽
電池の表面（Ａ）、裏面（Ｂ）側の概略図である。

【図１１】 図１０（Ａ）に示すＡ１−Ａ２線における
シリコン太陽電池の断面図である。

【図１２】 図１１に示すシリコン太陽電池の主な製造
工程を示す断面構造図である。

【図１３】 図１１に示すシリコン太陽電池の主な製造
工程を示す断面構造図である。

【符号の説明】

１ ｐ型シリコン、２ テクスチャー、３ ｎ層、４
反射防止膜、１０ 表銀グリッド電極、２０ 裏アルミ
電極、２２ ｐ＋層、４０ ハンダ、５１ 太陽電池、
５２ バックシート、５３ 太陽電池相互接続タフ゛配
線、５４ 横タブ配線、５５ プラス取り出し電極、５
６ マイナス取り出し電極、５７ 強化カバーガラス、
５８ 太陽電池密封材。

フロントページの続き (72)発明者 有本 智 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA03 BA17 CB27 CB29 FA10 FA13 FA30 GA04 HA03 HA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型のシリコン基板と、前記第１
   導電型のシリコン基板の受光面に形成された第２導電型
   の半導体層と、前記第２導電型の半導体層を侵食して前
   記第２導電型の半導体層と接触するように形成された金
   属電極とを有する太陽電池において、前記第２導電型の
   半導体層のシート抵抗を８０Ω／□以下とし、かつ、前
   記金属電極による前記第２導電型の半導体層を侵食する
   深さを５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲とすることを特徴
   とする太陽電池。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の太陽電池において、上
   記金属電極が上記第２導電型の半導体層を侵食する面積
   は、上記金属電極の面積の３０％以上であることを特徴
   とする太陽電池。
3. 【請求項３】 第１導電型のシリコン基板と、前記第１
   導電型のシリコン基板の受光面に形成された第２導電型
   の半導体層と、前記第２導電型の半導体層を侵食して前
   記第２導電型の半導体層と接触するように形成された金
   属電極とを有する複数の太陽電池から構成する太陽電池
   モジュールにおいて、前記第２導電型の半導体層のシー
   ト抵抗を８０Ω／□以下とし、かつ、前記金属電極によ
   る前記第２導電型の半導体層を侵食する深さを５ｎｍ以
   上４０ｎｍ以下の範囲とすることを特徴とする太陽電池
   モジュール。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の太陽電池モジュールに
   おいて、上記金属電極が上記第２導電型の半導体層を侵
   食する面積は、上記金属電極の面積の３０％以上である
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。